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[書籍] 半導体封止材料 総論


半導体封止材料 総論

~基本組成から製造・評価・配合設計技術・今後の先端開発指針まで~

発刊日 2019年11月28日
体 裁 B5判並製本  約260頁
価 格(税込) 55,000円(会員価格 52,250円)     会員登録について 
 定価:本体50,000円+税5,000円
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発 行 サイエンス&テクノロジー(株)
送料無料
ISBNコード 978-4-86428-208-6
Cコード 3058

著者
(有)アイパック 代表取締役 越部 茂 氏
【経歴】
1974年 大阪大学工学部卒業
1976年 同大学院工学研究科 前期課程終了
1976年 住友ベークライト入社 フェノール樹脂、半導体用封止材料等の開発に従事
1988年 東燃化学入社 半導体用シリカ、民生用シリコーンゲル等の開発に従事
2001年 (有)アイパック設立
現在は技術指導業を担当、寄稿・セミナー等で新旧技術を紹介。(日経エレクトロニクスや韓国版「電子材料」誌で長期連載)半導体および光学分野の素部材開発において国内外の複数メーカーと協力を行っている。
また海外の研究機関や業界団体(サムスンSAIT、台湾工業技術研究院、台湾TDMDA等)でも活動中で半導体・電子機器分野の最新情報に明るい。本分野での特許出願多数(約200件)、日本のパッケージング分野で、創生期から現在そして今後も最前線で活動し続ける数少ない技術者の一人である。
■書籍執筆・成立特許の例■


趣旨

具体的・実務的な技術情報とともに、封止材料のこれまでとこれからを詳述したバイブル

■封止材料の開発経緯を紐解き、基本理解と今後の開発の糧に―
 今後も成長が見込まれる半導体封止材料の分野で、樹脂封止の採用(1970年代後半)以降日本は市場を制圧し続けている。なぜ日本企業が世界をリードすることができたのか。半導体パッケージ技術の進化に呼応し封止材料はどのような改良を遂げてきたのか。以下のような内容を元に開発経緯と基本理解を促す。
 
 〇樹脂封止・パッケージ技術の進化と封止材料へのニーズの変遷
 〇半導体種・封止方法・封止容積と封止材料の基本組成
 〇構成原料(充填剤・シリカ、エポキシ樹脂、硬化剤・触媒、各種添加剤)の基本情報
 〇日本企業と韓国他海外企業との工場・製造環境、意識の違い、EMC開発メーカの変遷
 
■封止材料の配合設計と製造・品質管理の実務技術の詳細
 これまで解説されることの少なかった、封止材料の開発~製造にかかわる具体的かつ実務的な技術情報を、著者の経験を元に、実験ノートや工程図なども交えて詳細に解説。どのような設計思想に基づき開発されているのか、要求特性を満たすための要素技術の具体例、スケールアップや高品質・信頼性を保証するための製造や評価・試験方法、技術者の心構えまで、封止材料ユーザ企業にも参考頂きたい情報を収録。
 
 〇封止材料設計の基本技術、心構え、具体的な開発手順
 〇設計技術各論(樹脂システム、シリカ表面処理、硬化触媒の活性制御)
 〇微量添加剤の重要性と使いこなし
 〇特性を左右する因子、不良に繋がる因子
 〇試作~量産・スケールアップ工程、設備、工程管理、検査・品質保証の実務要点
 
■変革期を迎える封止材料、従来の形式に捕らわれない新規材料への期待―
 近年、半導体の軽薄短小化および情報伝送の高速化ニーズの高まりにより、接続回路を再配線にすることで薄型化したFOWLP が製品として登場した。これにより封止対象がチップから接続回路へと変わり、今後はより高レベルの薄層・信頼性保証が開発の焦点となっている。これに合わせ封止材料への要求も変化し、従来のエポキシ固形材料・打錠品からインク・フィルム・粉体材料など、新たな形態の製品開発の期待が高まっている。
 これらの事例をはじめとして、最新のパッケージ事情、封止技術・材料の対応技術を詳述している。

[書籍] 半導体封止材料 総論

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第1部 半導体封止方法および封止材料の基本情報

第1章 樹脂封止および封止材料概論
 1. 半導体樹脂封止技術の概要
  
1.1 PLPの封止
     1.1.1 封止方法
     1.1.2 樹脂封止法
      1.1.2.1 固形材料・打錠品の封止方法
        1.1.2.2 液状材料の封止方法
        1.1.2.3 圧着封止法(圧縮成形法)
        1.1.2.4 粉体塗料の硬化方法
  1.2 接続回路
  1.3 WLPの封止
    1.3.1 FIWLPの封止
    1.3.2 FOWLPの封止
    1.3.3 TSVPの封止
  1.4 複合型PKGの封止
  1.5 FOPLP
 2. 封止材料
  2.1 封止材料の変化
    2.1.1 封止方法による変化;気密封止から樹脂封止へ
    2.1.2 PKG実装方法による変化;挿入方式から表面実装方式へ
    2.1.3 封止材料の開発経緯
  2.2 EMCの開発経緯
    2.2.1 DIPと耐湿性
    2.2.2 SOP・BGAと耐冷熱衝撃性
    2.2.3 MAPと耐成形収縮性
    2.2.4 3DPと注入性
  2.3 液状封止材料の開発経緯
 3. 封止材料の種類と用途
  3.1 チップの種類
  3.2 封止容積
  3.3 保護機能
【コラム】
 1. 封止材料=EMC製造会社の変遷
 2. EMC開発に対する各国の状況
  2.1 米国
  2.2 日本
  2.3 韓国
 3. EMC開発における各社の状況
  3.1 日東電工社
  3.2 住友ベークライト社
  3.3 日立化成社(旧名;日立化成工業社)
  3.4 他の日本企業
  3.5 米国企業
  3.6 韓国企業

第2章 封止材料の基本組成と製造諸元・特性評価方法

 1. 組成検討の経緯
 2. 封止材料の基本組成

  2.1 半導体の種類と封止材料組成
    2.1.1 DISとIC
      2.1.1.1 DIS用封止材料の基本組成
       ・充填剤
       ・充填技術に関する理論
       ・エポキシ樹脂
       ・硬化剤
       ・改質剤
       ・他添加剤
      2.1.1.2 IC用封止材料の基本組成
       ・充填剤
       ・エポキシ樹脂および硬化剤
       ・触媒
       ・難燃剤および捕捉剤
       ・応力緩衝剤
  2.2 封止容積と封止材料組成
    2.2.1 キャビティ型PKG
       ・充填剤
       ・他の成分
    2.2.2 MAP型PKG
      2.2.2.1 子基板方式
       ・充填剤
       ・樹脂類
       ・その他の成分
      2.2.2.2 CoC型3DP
       ・樹脂類
       ・難燃剤
       ・他の成分
  2.3 保護箇所と封止材料組成
    2.3.1 配線面
       ・充填剤
       ・樹脂類
       ・硬化触媒
       ・他の成分
    2.3.2 接続面
       ・充填剤
         ・他の成分
    2.3.3 外装部(チップ裏面)
       ・充填剤
       ・他の成分
  2.4 圧着封止用材料
    2.4.1 PKG品質の向上
    2.4.2 PKGコストの低減
  2.5 パワーデバイス用封止材料
    2.5.1 発熱型パワーデバイス
    2.5.2 封止方法とPKG構造
    2.5.3 封止材料
       ・充填剤
       ・樹脂類
       ・他の成分
 3. 封止材料の製造諸元
  3.1 製造方法および製造設備
    3.1.1 試作方法および試作設備
     ・試作実験における注意点
    3.1.2 量産製法
     ・EMC
     ・粉体EM
     ・LE
  3.2 工程管理および環境管理
    3.2.1 工程管理
     ・製造条件の検討
    3.2.2 環境管理
     ・製造環境
  3.3 工程検査および製品検査
    3.3.1 工程検査
    3.3.2 製品検査
  3.4 取扱方法
    ・全社的品質管理(TQC:Total Quality Control)
  3.5 評価方法
    3.5.1 評価項目
      3.5.1.1 一般特性
      3.5.1.2 流動特性
      3.5.1.3 信頼性
    3.5.2 試験方法
      3.5.2.1 耐湿性
      3.5.2.2 耐冷熱衝撃性
      3.5.2.3 高温特性
      3.5.2.4 熱応力特性
    3.5.3 マクロ計算
    3.5.4 理論計算
    3.5.5 観察
    3.5.6 軟X線試験
    3.5.7 超音波探傷試験
    3.5.8 その他の評価項目
      3.5.8.1 難燃性
      3.5.8.2 ポットライフ(可使時間)
      3.5.8.3 表面状態
      3.5.8.4 分散状態
【コラム】
 1. 開発
 2. 工場格差
 3. 製造工程
 4. 組成と製法
 5. 品質検査と品質保証
 6. 品質異常
 7. 信頼性評価用部材
 8. 理論解析
 9. 分散性

第3章 封止材料の構成原料
1. 充填剤
  1.1 シリカ
    1.1.1 開発経緯
      1.1.1.1 DIP用
      1.1.1.2 SOP用
      1.1.1.3 BGA用
      1.1.1.4 MAP用
      1.1.1.5 低α線シリカ
    1.1.2 シリカ源
    1.1.3 種類
      1.1.3.1 天然シリカ
      1.1.3.2 精製シリカ
      1.1.3.3 合成シリカ
      1.1.3.4 その他
    1.1.4 特性
      1.1.4.1 粉体特性
       ・粒度分布
       ・密度
       ・比表面積
      1.1.4.2 不純物特性
    1.1.5 製造諸元
      1.1.5.1 汎用シリカ
       ・結晶シリカ
       ・熔融シリカ
       ・熔射シリカ
       ・燃焼シリカ
      1.1.5.2 微粒シリカ
       ・爆燃シリカ
    1.1.6 製造会社
  1.2 高熱伝導性充填剤
    1.2.1 アルミナ
    1.2.2 窒化ホウ素
    1.2.3 その他
 2. エポキシ樹脂
  2.1 種類
    2.1.1 汎用型
     ・汎用エポキシ樹脂
     ・汎用ノボラック型エポキシ樹脂
    2.1.2 高機能型
     ・ビフェノール型エポキシ樹脂
     ・多官能型エポキシ樹脂
     ・多芳香環型エポキシ樹脂
     ・その他
  2.2 開発経緯
    2.2.1 DIP用
    2.2.2 SOP用
    2.2.3 BGA用
    2.2.4 MAP用
  2.3 特性
    2.3.1 外観
    2.3.2 エポキシ当量
    2.3.3 粘度
    2.3.4 不純物
  2.4 含有塩素
    2.4.1 抽出水塩素
    2.4.2 加水分解性塩素
    2.4.3 全塩素
  2.5 製造諸元
    2.5.1 製造方法
    2.5.2 製造工程
     ・付加反応工程
     ・閉環反応工程
     ・水洗精製工程
  2.6 製造会社
    2.6.1 EMC用
    2.6.2 LE用
 3. 硬化剤
  3.1 開発経緯
  3.2 種類・製造会社
    3.2.1 ノボラック系硬化剤
    3.2.2 酸無水物系硬化剤
    3.2.3 アミン系硬化剤
  3.3 製造方法
 4. 硬化触媒
  4.1 開発経緯
  4.2 種類・製造会社
    4.2.1 リン化合物
    4.2.2 アミン類
    4.2.3 イミダゾール類
  4.3 潜在性触媒
    4.3.1 分類
     ・物理的保護
     ・化学的保護
    4.3.2 封止材料
    4.3.3 製造方法
 5. 他の原料
  5.1 改質剤
  5.2 難燃剤
    5.2.1 難燃剤の種類
     ・ハロゲン系難燃剤
     ・ノンハロゲン系難燃剤
     ・難燃剤フリー
    5.2.2 難燃剤の問題
     ・ハロゲン系難燃剤
     ・ノンハロゲン系難燃剤
     ・水発生型難燃剤
  5.3 顔料
  5.4 離型剤
  5.5 捕捉剤
  5.6 機能剤
    ・応力緩和剤
    ・密着粘着剤
【コラム】
 1. 石英の品質と価格
 2. シリカ製品の粒度
 3. 低α線熔融シリカ
 4. 熔射シリカの先駆者
 5. 韓国のシリカ製造会社
 6. エポキシ樹脂製造会社
   ・潜在性触媒(DBU/PN塩)
   ・成形システム

第2部 封止材料設計と今後の開発指針 

第4章 封止材料の設計
 1. 基本事項
  1.1 基本精神
  1.2 開発手順
  1.3 基本技術
  1.4 基本確認
    1.4.1 原料の確認
    1.4.2 製法の確認
    1.4.3 製品の確認
    1.4.4 環境の確認
 2. 基幹技術
  2.1 樹脂システム
    2.1.1 エポキシ樹脂と硬化剤の配合
    2.1.2 硬化触媒
     ・潜在性触媒
  2.2 充填剤(シリカ)
  2.3 製法
 3. 個別技術
  3.1 シリカの表面状態
    3.1.1 表面積・比表面積
    3.1.2 含有水分
    3.1.3 シラノール基
  3.2 シリカの表面処理
    3.2.1 目的の明確化
     ・シリカと樹脂の結合
    3.2.2 シリカの表面処理方法
    3.2.3 シリカ表面処理の検証
  3.3 シラン系処理剤
    3.3.1 表面処理剤
    3.3.2 カップリング剤
  3.4 シランカップリング剤処理
  3.5 硬化触媒の活性制御
    3.5.1 潜在性触媒
    3.5.2 触媒活性の制御
      3.5.2.1 物理的保護
       ・高温溶融型硬化剤(HSHN:High Softening Hardener)
       ・熱可塑性樹脂被覆
       ・無機被覆
      3.5.2.2 化学的保護
       ・フェノール系硬化剤
       ・カルボン酸系硬化剤
       ・イミダゾール固定
  3.6 機能剤
    3.6.1 応力緩和剤および界面密着剤
    3.6.2 表面被覆剤
    3.6.3 粘着剤および流動性付与剤
 4. 封止材料の分析
  4.1 充填剤
     ・充填剤量
     ・粒度
     ・種類
  4.2 樹脂類
  4.3 微量成分
    4.3.1 硬化触媒
    4.3.2 離型剤
     ・熱挙動分析
     ・外観観察
    4.3.3 その他
【コラム】
 1. 品質設計
 2. 品質管理
 3. 封止材料成分の分散
 4. カップリング剤処理
 5. 潜在性触媒
 6. 微量成分の重要性
 7. 技術開発

第5章 半導体封止材料における今後の開発指針
 1. 最先端半導体パッケージング
 2. 半導体の高速化

  2.1 ノイズ対策
    2.1.1 電磁波対策
      2.1.1.1 電磁波遮蔽
      2.1.1.2 電磁波吸収
    2.1.2 誤信号対策
  2.2 回路対策
    2.2.1 誘電対策
    2.2.2 距離対策
  2.3 薄層PKG
  2.4 接続回路の薄層化
    2.4.1 接続回路
    2.4.2 薄層接続回路
  2.5 薄層封止
  2.6 接続回路用材料
    2.6.1 既存封止材料
    2.6.2 既存回路材料
      2.6.2.1 回路基板用材料
      2.6.2.2 保護膜用材料
  2.7 薄層封止材料
    2.7.1 微細分散技術
    2.7.2 樹脂機能設計
      2.7.2.1 熱硬化型樹脂
      2.7.2.2 光硬化型樹脂
    2.7.3 触媒活性制御
 3. 混載部品の小型PKG化
  3.1 軽薄短小化および高速化
  3.2 故障時の賠償対策
  3.3 混載PKG
  3.4 混載封止
    3.4.1 3D材料
    3.4.2 4D加工
 4. 次世代パッケージングの要素技術
 5. パワーデバイス

  5.1 自動車用パワーデバイス
    5.1.1 新規基板
      5.1.1.1 炭化硅素(SiC)
      5.1.1.2 窒化ガリウム(GaN)
      5.1.1.3 その他
    5.1.2 封止材料側からの放熱
【コラム】
 1. EMA材料フィルム
 2. SAWフィルター用材料
 3. 製造会社における技術者
 4. 封止材料の採用および供給
 5. 封止材料の価格
 6. 封止材料の製造技術

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