CN100462402C - 半导体封装用环氧树脂组合物、半导体器件及其制造方法 - Google Patents

半导体封装用环氧树脂组合物、半导体器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

用于半导体封装的环氧树脂组合物，其用于制备表面固定的无引线结构薄半导体器件。一种用于表面固定的无引线半导体器件封装的环氧树脂组合物，所述半导体器件：封装树脂层以及，封装在其内的基板、固定在基板上的半导体元件、布置在半导体元件周围的两个或多个导电部件和电连接半导体元件的电极和导电部件的导线，其中基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中，并且用于形成封装树脂层的环氧树脂组合物具有下述性质(α)和(β)：(α)环氧树脂组合物在175℃时的熔融粘度为2-10Pa·s；以及(β)常温下固化状态的挠曲强度为130MPa或更高。

Description

半导体封装用环氧树脂组合物、半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于半导体封装的环氧树脂组合物，其可用作制备无引线结构(lead-less structure)的表面固定型半导体器件的封装材料，特别地用作薄且低成本的半导体器件的封装材料。本发明进一步涉及用环氧树脂组合物获得的表面固定型无引线的半导体器件，以及制备半导体器件的方法。
背景技术
在半导体集成电路、如晶体管和二极管等的单个部件和特别是最近的LSI的封装固定中，要求减小封装尺寸、减小厚度和增加集成度。LSI固定技术包括在封装内结合有引线端子的封装类型；从尺寸减小和集成度增加的角度看，由QFN(四侧无引脚扁平封装)代表的这种封装类型是特别吸引人注意的封装类型。近年来在QFN制造方法中特别吸引人注意的方法包括：在引线框的封装图案区域内的冲模垫(die pad)上顺序排列QFN的芯片，在模具的空腔内用封装树脂材料整体(en bloc)封装所述芯片，然后将模制品切割成单个QFN结构，由此极大地提高每单位引线框面积内的生产率。另一方面，为了在母版等基板上的半导体器件的固定中获得改进的连接可靠性，要求半导体器件具有所谓的突起(standoff)，即在半导体器件中固定面上的导体部分地从封装树脂上突出。
此外，为了减小厚度的目的，近来已经研发了无引线结构的半导体器件。例如，已经提出了下述方法作为制备这种无引线的半导体器件的方法。首先，将金属箔层压在基体上，并蚀刻，以便金属箔保留在给定的区域，以在基体20上形成冲模垫部件23a和导电部件23b，如图7所示。接着，通过粘合层24将半导体元件21粘结至冲模垫部件23a，然后利用导线25，将半导体元件21电连接至导电部件23b。用模具对所得结构进行传递模塑，由此树脂封装该结构，以便只有半导体元件21电连接至导电部件23b的空间填充有封装树脂层26。其后，将基体20从封装树脂层26分离，由此制造包含如图8所示的封装半导体元件的封装(参见，文献1)。在该方法中，由于冲模垫部件23a和导电部件23b形成在基体20上，所以导电部件可具有减小的厚度。此外，当将用封装材料进行树脂封装而获得的这种封装分隔成单个封装时，没有必要切割引线框。因此，该方法的优点是用于切削的刀片磨损是轻微的。
文献1：JP-A-9-252014
发明内容
然而，使用引线框进行整体封装的方法具有以下的缺点。尽管可通过该方法来实现生产率提高、封装尺寸减小和集成度增加，但是如三行或多行构成的多行布线排列困难，并且针的数目增加有限。另外，至于突起结构，有机硅压敏粘合剂已经被高度交联，以致于具有增强的耐热性，并因此具有差的流动性，所述有机硅压敏粘合剂主要用在施加至QFN模制品中的引线框的下侧的耐热压敏粘合带中。尽管具有突起结构的半导体器件的制备需要将导体部分嵌入压敏粘合层的步骤，但是这种嵌入很困难，原因如上。因此，难以制造具有突起结构的半导体器件。此外，从半导体器件制造步骤中的可转移性和可操作性的角度看，通常要求引线框具有100-200微米的厚度，并且这对半导体器件的厚度减小来说是阻碍。
在专利文献1中提出的半导体器件制造方法中，在形成冲模垫部件23a和导电部件23b的金属箔蚀刻步骤中和在树脂封装的传递模塑步骤中，要求基体20充分粘附至金属箔部件上。另一方面，在传递模塑后，要求基体20容易从封装树脂层26上分离，也容易从金属箔部件上分离。因此要求基体20和金属箔在粘合性方面具有相矛盾的性质。也就是说，要求基体20既具有对用于蚀刻的化学品的耐性，也具有当模塑树脂流进模具中时，在传递模塑期间以及在向其施加的压力下，防止半导体元件21在高温下偏移的耐用性。尽管这样，要求基体20在树脂模塑后，能够容易从封装树脂层26和金属箔上分离。然而，文献1中所示的作为基体20实例的材料，即Teflon(商标)材料、有机硅材料和金属性材料或者用Teflon(商标)涂敷的其它材料中根本没有一种能满足这种相矛盾的粘合性。提出的封装材料和半导体器件制造方法还不令人满意。
此外，尽管树脂模塑后的基体20应当能够容易从封装树脂层26上分离，但是在文献1中没有作出满足这个要求的建议。因此，所提出的方法中存在的问题是，它难以稳定地制备高度可靠的半导体器件。
在这些情况下，实现了本发明。本发明的目的之一是提供用于半导体封装的环氧树脂组合物，所述环氧树脂组合物用作制造无引线结构的表面固定型薄半导体器件的封装材料。本发明的另一目的是提供用所述组合物获得的无引线结构的表面固定型半导体器件。本发明的另一目的是提供制造半导体器件的方法。
为了实现这些目的，根据本发明的第一方面，本发明提供用于半导体封装的环氧树脂组合物，所述环氧树脂组合物用于制造半导体器件，所述半导体器件包括：封装树脂层以及，封装在其内的基板、固定在基板上的半导体元件、布置在半导体元件周围的两个或多个导电部件，以及电连接半导体元件的电极和导电部件的电连接部件，其中基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中，并且用于形成封装树脂层的环氧树脂组合物具有下述性质(α)和(β)：
(α)环氧树脂组合物在175℃时测定的熔融粘度为2-10Pa·s；以及
(β)环氧树脂组合物产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂。
根据本发明的第二方面，本发明进一步提供半导体器件，其包括：封装树脂层以及，封装在其内的基板、固定在基板上的半导体元件、布置在半导体元件周围的两个或多个导电部件，以及电连接半导体元件的电极和导电部件的电连接部件，其中基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中，并且封装树脂层包括由上述用于半导体封装的环氧树脂组合物形成的固化树脂。
根据本发明第三方面，本发明还提供制造上述半导体器件的方法，所述方法包括：制备粘合片，所述粘合片包括基体和在基体表面上形成的粘合层；在粘合片的粘合层侧的给定区域内形成用于半导体元件固定的基板和两个或多个导电部件；将半导体元件中没有电极的面粘结至基板，由此将半导体元件固定在基板上；电连接固定在基板上的半导体元件的电极和导电部件；用具有下述性质(α)和(β)的环氧树脂组合物，树脂封装基板、固定在基板上的半导体元件、粘合片上形成的导电部件和导电部件用的电连接部件，由此在粘合片上形成半导体器件；以及从形成的半导体器件上剥离粘合片：
(α)环氧树脂组合物在175℃时测定的熔融粘度为2-10Pa·s；以及
(β)环氧树脂组合物产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂。
附图说明
作为示例以及为了使说明书更加清楚，参考附图，其中：
图1为显示本发明中半导体器件制备步骤的剖视图。
图2为显示本发明中另一半导体器件制备步骤的剖视图。
图3为显示本发明中另一半导体器件制备步骤的剖视图。
图4为显示本发明中另一半导体器件制备步骤的剖视图。
图5为显示半导体器件的一个实例的剖视图，所述半导体器件是通过本发明的半导体器件制造方法获得的。
图6A和图6B为显示导电部件的其它形状的剖视图。
图7为显示现有技术中使用的半导体器件制备步骤的剖视图。
图8为显示现有技术中使用的另一半导体器件制备步骤的剖视图。
图9为说明测量由环氧树脂组合物形成的固化树脂的挠曲强度的方法示意图。
附图标记说明
1：基体
2：粘合层
3：粘合片
4：导电部件
5：半导体元件
6：电极
7：导线
8：封装树脂层
9：基板
具体实施方式
为了开发用于获得无引线结构的高度可靠的薄半导体器件的封装材料和开发用这种封装材料制备半导体器件的方法，本发明的发明人进行了广泛的研究。结果，发现了下述的新方法和用于该方法的特定封装材料。也就是说，制备了含有基体和在基体表面上形成的粘合层的粘合片，用于半导体元件固定的基板和两个或多个导电部件形成在该粘合层上。将半导体元件中没有电极的面与基板粘结，由此固定半导体元件。接着，将固定在基板上的半导体元件的电极与导电部件电连接。其后，用环氧树脂组合物，树脂封装半导体元件、导电部件和电连接半导体元件和导电部件的部件，在粘合片上形成半导体器件。接着，从形成的半导体器件上剥离粘合片。在这种制备无引线结构的半导体器件的方法中，当用作封装材料的环氧树脂组合物在175℃时测定的熔融粘度为2-10Pa·s以及产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂时，那么半导体器件可容易从粘合片上分离并且获得了无引线结构的高度可靠的薄半导体器件。基于这些发现，因而获得了本发明。
如上所示，本发明用于半导体封装的环氧树脂组合物用于制备半导体器件，所述半导体器件包括：封装树脂层以及，封装在其内的基板、固定在基板上的半导体元件、布置在半导体元件周围的两个或多个导电部件，以及电连接半导体元件的电极和导电部件的电连接部件，其中基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中，并且用于形成封装树脂层的环氧树脂组合物具有上述性质(α)和(β)。鉴于此，在半导体器件制备的步骤中，该半导体器件能容易从下述的粘合片上分离。由于在半导体器件制备的步骤中，粘合片从制备的半导体器件上剥离，所以固定在基板上的半导体元件和导电部件整体令人满意地传递至由环氧树脂组合物形成的封装树脂层；半导体元件和导电部件嵌入在封装树脂层中。如此获得的半导体器件具有以下的结构，即在该结构中其上固定有半导体元件的基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中。也就是说，获得了厚度减小的无引线结构。
在制备半导体器件的本发明方法中，用于在其上固定半导体元件的基板和两个或多个导电部件形成在粘合片的粘合层侧上，所述粘合片包括基体和在基体上形成的粘合层。将半导体元件中没有电极的面粘结至基板上，由此固定半导体元件。接着，将固定在基板上的半导体元件的电极与导电部件电连接。其后，用具有性质(α)和(β)的环氧树脂组合物，树脂封装基板、半导体元件、导电部件和电连接这些元件和部件的部件，由此在粘合片上形成半导体器件。接着，从形成的半导体器件上剥离粘合片。由于该过程的原因，如上所述，获得的半导体器件具有以下的结构，即在该结构中其上固定有半导体元件的基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中。因此，获得厚度减小的无引线结构。此外，因为其上固定有半导体元件的基板和导电部件已经被粘结至粘合片的粘合层上，所以半导体元件不会经历位置偏移等，并且半导体器件可通过少量的步骤来制备。因此，也实现了成本降低。此外，因为在半导体器件制造方法中使用具有性质(α)和(β)的环氧树脂组合物，所以半导体器件可容易与粘合片分离。由于粘合片从半导体器件上剥离，所以其上固定有半导体元件的基板和导电部件整体令人满意地传递至由环氧树脂组合物形成的封装树脂层；基板和导电部件嵌入在封装树脂层中。
导电部件各自优选地在导电部件的上侧和下侧的各侧上具有突出物(overhang)。这是因为这样的突出物在封装树脂层中产生了锚定(anchoring)效果，由此进一步增强了导电部件/封装树脂层的连接强度(joint strength)。
当粘合片的粘合层是由热固性粘合剂组合物形成时，容易形成导电部件。
当粘合片的粘合层是由具有特定性质x和y的环氧树脂组合物形成的粘合层时(x:环氧树脂组合物固化后具有150℃或更高的玻璃化转变温度和y:环氧树脂组合物固化后具有在200℃时测定的1MPa或更高的模量)，可容易地从形成在粘合片上的半导体器件上剥离粘合片。因此，在被嵌入封装树脂层的状态下，可令人满意地传递基板和导电部件。
本发明的半导体器件是无引线结构的半导体器件，以下将参考实例说明本发明的半导体器件。如图5所示，该半导体器件具有下述结构，即在半导体元件5(半导体元件5固定在基板9上)上表面上布置的电极6由导线7电连接至在半导体元件5周围给定区域布置的导电部件4的上部。用封装树脂层8树脂封装基板9、半导体元件5、导电部件4和电连接电极6和导电部件4的导线7，以防止受周围环境的影响。也就是说，半导体元件5与导电部件4电连接的空间部分填充有封装树脂层8。在半导体器件的底侧上，基板9的底面，即与固定半导体元件5的面相对的背面，以及各个导电部件4的底面暴露出来，以致于基板9和导电部件4部分地从封装树脂层8突出。
至于导电部件4的形状，如图5所示，各个导电部件4优选在其上侧和下侧上分别具有突出物(肋)4a和4b。这是因为这样的突出物在封装树脂层8中产生了锚定效果，由此进一步增加了导电部件4和封装树脂层8的连接强度。除了图5所示的包括分别形成在其上侧和下侧上的突出物4a和4b的圆柱形部件的形状之外，导电部件4的形状的实例包括：导电部件4′，所述导电部件4′包括上突出物4a和下突出物4b，上突出物4a和下突出物4b由锥形部件隔开，以致于该部件的截面积朝着上突出物逐渐降低，即，使得具有截锥体的形状，如图6(a)所示；和导电部件4＂，所述导电部件4＂包括上突出物4a和下突出物4b，上突出物4a和下突出物4b由锥形部件隔开，以致于该部件的截面积朝着上突出物逐渐增加，即，使得具有倒截锥体的形状，如图6(b)所示。导电部件4的形状可根据其预期用途和种类等合适地确定。然而，图6(b)所示的形状易于产生锚定效果，这是因为导电部件4＂的下部被紧密地固定。
导电部件4是在矩阵排列(matrix arrangement)中布置的独立端子。独立端子包括如铜或铜合金等材料，并且布置在CSP(芯片尺度/尺寸封装)端子图案排列内。一些独立端子的电触点部分由例如银、镍、钯或金等材料涂敷(镀敷)。这种独立端子(导电部件4)的厚度通常优选为约5至100微米。
独立端子优选根据单个CSP的图案按顺序排列，以致于树脂封装结构在随后的切割步骤中容易被切割成封装。
以下将解释本发明半导体器件制备方法的一个实例。
首先，制备粘合片3，所述粘合片3包括基体1和在基体表面上形成的粘合层2，如图1所示。其后，在粘合片3的粘合层2侧的给定区域内形成用于在其上固定半导体元件5的基板9和两个或多个导电部件4，以使基板9和导电部件4部分地嵌入粘合层2中。在粘合层2是由热固性粘合剂组合物制成的情况下，形成的部分地嵌入粘合层2中的基板9和导电部件4通过稍后步骤中的热固化过程固定在粘合片3上。这种粘合层的使用是优选的，这是因为在制备步骤中不发生位置偏移等。
为了在粘合片3的粘合层2侧的给定区域内形成基板9和导电部件4，以使基板9和导电部件4处于部分嵌入粘合层2的状态，例如，可使用下述方法。在加热下，层压金属箔与粘合片3，由此可部分嵌入金属箔。接着，通过常用的光刻图案蚀刻技术，蚀刻金属箔，由此除去金属箔中不与导电部件相应的那些部分。因此，可形成导电部件4。当基板9和导电部件4部分地嵌入粘合层2中时，从提高具有突起结构的半导体器件的固定可靠性的角度看，优选将嵌入部分的厚度调节至基板9和导电部件4的各自整个厚度的5-30％。
接着，如图2所示，例如利用公知的粘合剂，将半导体元件5中没有电极6的面与基板9粘结，由此将半导体元件5固定在基板9上。其后，如图3所示，利用导线7，将固定在基板9上的半导体元件5的电极6与导电部件4电连接(引线接合(wire bonding))。
在引线接合后，用具有特定性质的环氧树脂组合物，树脂封装基板9、固定在基板9上的半导体元件5、形成在粘合片3上的导电部件4和导线7，由此形成图4所示的封装树脂层8。因此，半导体器件形成在粘合片3上。在粘合片3上形成半导体器件之后，将粘合片3从该半导体器件上剥离，由此获得具有图5所示结构的半导体器件。
用环氧树脂组合物进行树脂封装是使用模具进行的，例如利用常规的传递模塑方法来进行。模塑之后，根据需要，对封装树脂层8进行后固化热处理(postcure heating)。这种后固化热处理可在将粘合片3从半导体器件上剥离之前进行或者在剥离之后进行。然而，优选在剥离粘合片3之前进行热处理，这是因为易于剥离。
半导体器件制备中使用的粘合片3优选为直到树脂封装步骤完成时，能够牢固地粘着用于在其上固定半导体元件5的基板9和导电部件4，并且在需要从半导体器件上剥离时能容易剥离的粘合片。具有这样性质的粘合片3具有包括上述基体1和在基体表面上形成的粘合层2的构造。对基体1的厚度没有特别限制，但从可操作性的角度看，通常将基体1的厚度调节在约10至200微米的范围内，优选在25至100微米的范围内，特别优选在50至100微米的范围。对粘合层2的厚度没有特别限制，但从成膜的角度看，通常将粘合层2的厚度调节在约1至50微米的范围内，优选在5至30微米范围内。
基体1的实例包括：由如聚酯、聚酰胺、聚(苯硫醚)、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺和聚(萘二甲酸乙二醇酯)等塑料制成的基体；由这些塑料制成的多孔基体；如玻璃纸、优质纸和日本纸等纸基体；由纤维素、聚酰胺、聚酯和芳族聚酰胺等制成的无纺织物；以及如铜箔、铝箔、SUS箔和镍箔等金属膜基体。从容易操作的角度看，在这些基体中优选使用金属膜基体。
适用于形成粘合片3的粘合层2的粘合剂组合物的实例包括：如有机硅和丙烯酸(酯)类粘合剂的各种压敏粘合剂和包括环氧树脂/橡胶粘合剂和聚酰亚胺粘合剂的各种粘合剂。从耐热性和粘合性的角度看，其中优选热固性粘合剂组合物。特别地，优选使用包括环氧树脂和掺入在环氧树脂内的弹性材料(例如，橡胶成分)的环氧树脂组合物。这种环氧树脂组合物的优选实例为下述的环氧树脂组合物，其包括作为必要成分的环氧树脂(成分a)、环氧树脂用的硬化剂(成分b)和弹性材料(成分c)。在使用这种环氧树脂组合物的情况下，通常可以将用于形成基板和导电部件的材料与处于所谓乙阶状态(半固化状态)中的粘合层层压。这种层压可在相对低温下，即低于150℃时进行。此外，通过在层压后热硬化粘合层，可改进粘合层的模量和耐热性。
环氧树脂(成分a)的实例包括缩水甘油胺型环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂、线型酚醛环氧树脂、甲酚可溶酚醛环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘型环氧树脂、脂族环氧树脂、脂环族环氧树脂、杂环环氧树脂、含螺环的环氧树脂和卤代环氧树脂。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。
从粘合片剥离后防止粘合剂残留的角度看，待使用的环氧树脂(成分a)优选为环氧当量为1000g/eq或更低的环氧树脂，更优选为环氧当量为650g/eq或更低的环氧树脂。
从耐热性和柔性的角度看，优选将环氧树脂(成分a)的含量调节为整个环氧树脂组合物的40-95重量％，更优选调节为60-80重量％。
环氧树脂用的硬化剂(成分b)的实例包括酚醛树脂、各种咪唑化合物及其衍生物、肼化合物、双氰胺和这些化合物中任一的微胶囊。这些硬化剂可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。在使用酚醛树脂作为硬化剂的情况下，酚醛树脂可与硬化促进剂(hardening accelerator))结合使用，所述硬化促进剂，例如，三苯基膦等磷化合物。
不能没有限制地规定硬化剂(成分b)的含量，这是因为该含量随硬化剂的种类而变化。然而，在酚醛树脂的情况下，例如，该硬化剂的含量优选为相对于1当量的环氧树脂为1当量。另外硬化剂的含量和硬化促进剂的含量各自优选为0.05-5重量份(以下简称为＂份＂)/100份环氧树脂，更优选为0.1-3份/100份环氧树脂。
弹性材料(成分c)的实例包括环氧树脂粘合剂中使用的现有技术的橡胶成分，例如丙烯腈/丁二烯橡胶(NBR)和丙烯酸类橡胶，并且进一步包括丙烯酸类树脂、苯氧基树脂和聚酰胺树脂。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。从在形成封装树脂层之后容易剥离粘合片的角度看，在这些弹性材料中，优选使用NBR。特别优选为以下的NBR，即其中丙烯腈共聚单体单元的含量优选为5重量％或更高，更优选为5-30重量％，特别优选为5-20重量％。更优选使用用羧基改性的橡胶。这种橡胶的具体实例包括：丙烯腈/丁二烯橡胶，如Nippon Zeon Co.，Ltd.制造的Nipol 1072J；和丙烯酸类橡胶，如Negami Chemical Industrial Co.，Ltd制造的Paracron ME2000。
从柔性和耐热性的角度看，优选将弹性材料(成分c)的含量调节为整个环氧树脂组合物的5-40重量％，更优选调节为5-30重量％。
除环氧树脂(成分a)、环氧树脂硬化剂(成分b)和弹性材料(成分c)之外，可添加各种公知的添加剂，条件是这些添加剂的添加并不损害粘合片的性质。这些添加剂的实例包括赋予导电性的填料、无机填料、有机填料、抗氧化剂、颜料、硅烷偶联剂和增粘剂。在这些添加剂中，优选使用抗氧化剂，这是因为抗氧化剂是有效防止高温变质的添加剂。
可根据需要赋予粘合片3抗静电功能。赋予粘合片3抗静电功能的方法的实例包括：将抗静电剂或导电填料掺入形成粘合层2的材料和形成基体1的材料中的方法；以及将抗静电剂施加至基体1和粘合层2之间的界面和施加至基体1的背面形成抗静电层的方法。通过如此赋予粘合片3的抗静电功能，当将粘合片3从半导体器件分离时，可防止静电累积(static buildup)发生。对抗静电剂没有特别限制，只要其具有抗静电功能即可。抗静电剂的实例包括各种表面活性剂，例如丙烯酸类两性表面活性剂、丙烯酸类阳离子表面活性剂和马来酐/苯乙烯阴离子表面活性剂。适用于形成抗静电层的材料的具体实例包括BONDEIP PA、BONDEIP PX和BONDEIP P，皆由Konishi Co.，Ltd.制备。作为导电填料，可使用公知的导电填料。导电填料的实例包括：如Ni、Fe、Cr、Co、Al、Sb、Mo、Cu、Ag、Pt和Au等金属，这些金属的合金或氧化物，以及炭黑等碳材料。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。导电填料可为粉状的或纤维状的。
制备粘合片3的方法的实例包括：将形成粘合层2的材料溶解在有机溶剂中，将该溶液涂布在基体1上以及加热干燥的方法；以及将形成粘合层2的材料分散在水介质中，将该分散体涂布在基体1上以及加热干燥的方法。更具体地，例如，以下述方式制备粘合片3。将上述成分，即形成粘合层2的材料混合在一起，并将它们溶解在有机溶剂中，制备粘合剂溶液。接着，将该粘合剂溶液涂布至基体1的表面上，并干燥，除去有机溶剂。因此，制备粘合片，所述粘合片包括基体1和在基体1的表面上形成的粘合层2。从溶解度的角度看，优选使用酮溶剂，例如，甲基乙基酮，作为有机溶剂。制备其中粘合层由两层或多层构成的粘合片3的方法的实例包括：粘合层依次形成在基体1上的方法；将预先制备的具有脱模衬里(release liner)等的一层或多层粘合层与另一粘合层或基体1层压的方法；以及使用这些方法的适当结合，制备目标粘合片的方法。
为了在半导体器件制备中将基板9和导电部件4部分地嵌入粘合片3的粘合层2，在用作形成基板9和导电部件4的材料的导体与粘合片3层压的温度下，粘合层2优选具有低粘度。为了使部分嵌入的基板9和导电部件4牢固地固定，热固化处理后，粘合层2优选具有高粘度。此外，存在以下情况，即在半导体器件制备中的引线接合步骤或树脂封装步骤中，粘合片3经历涉及接近200℃温度的热累积。因此，优选地，粘合片3应当具有优异的耐热性，以致于即使在这样的环境中也能够稳定地进行制备步骤。同样地，也要求在引线接合步骤中粘合片3的基体1保持刚性。从这些角度看，粘合片3优选具有下述性质。在120℃测定的固化前粘合层2的模量优选为1×102-1×104Pa，更优选为1×102-1×103Pa。在120℃测定的固化后粘合层2的模量优选为1MPa或更高，更优选为1.5-100MPa。固化后粘合层2的玻璃化转变温度优选为150℃或更高，更优选为170℃或更高。这些的原因如下。使在固化前粘合层2具有在120℃超过1×104Pa的模量的粘合剂是不合需要的，这是因为由于结构的原因，可能难以制备。在固化后粘合层2具有低于150℃的玻璃化转变温度的情况下，可能存在产生以下问题的趋势，例如，在以下描述的引线接合步骤(通常为150℃或更高)中，导电部件4变得不稳定，从而导致合格品的百分率降低。此外，该粘合层2在以下描述的封装树脂模塑步骤(通常在175℃进行)中流动，这容易成为在稍后的剥离步骤中较大剥离力的原因。在固化后粘合层2具有200℃时低于1MPa的模量的情况下，存在产生以下问题的趋势，例如在以下描述的引线结合步骤(通常为150℃或更高)中，导电部件4变得不稳定，从而导致合格品的百分率降低，如以上情况所示的。
粘合片3的基体1优选具有200℃测定的1.0GPa或更高的模量。200℃测定的基体1的模量上限通常为1000GPa。这是因为在200℃测定的基体1的模量低于1.0GPa的情况下，粘合片3可能倾向于不能表现出在引线接合步骤中由于粘结而对其施加的力的充分抵抗力。
当粘合层2和基体1具有这样的模量数值时，例如在如图3所示的引线接合步骤中，粘合层2不易于软化/流动，并且能更稳定地进行引线接合。测量这些模量的方法的实例包括在以下给出的实施例中所述的测量方法。
本发明用于半导体封装的环氧树脂组合物，即用于形成封装树脂层8的材料，是由例如环氧树脂(成分A)、酚醛树脂(成分B)、硬化促进剂(成分C)和无机填料(成分D)形成的。通常为粉末形式或者压片粉末而获得的片。
环氧树脂(成分A)的实例包括联苯型环氧树脂和多官能的环氧树脂。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。
酚醛树脂(成分B)起到环氧树脂(成分A)用的硬化剂的作用，酚醛树脂(成分B)的实例包括线型酚醛树脂、萘线形酚醛树脂(naphthol novolacs)和联苯线形酚醛树脂(biphenyl novolacs)。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。
优选以下述的比例，将环氧树脂(成分A)和酚醛树脂(成分B)混合在一起，所述比例为：相对于1当量的环氧树脂(成分A)中的环氧基，酚醛树脂(成分B)中羟基的量为0.5-2.0当量，更优选为0.8-1.2当量。
将与成分A和B一起使用的硬化促进剂(成分C)的实例包括胺化合物和磷化合物。胺类硬化促进剂的实例包括，如2-甲基咪唑的咪唑化合物、如三乙醇胺的叔胺类，以及1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳烷-7。磷化合物的实例包括三苯基膦和四苯基鏻四苯硼酸盐。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。基于整个环氧树脂组合物，掺入的硬化促进剂(成分C)的量优选为0.1-2.0重量％。当考虑环氧树脂组合物的流动性时，硬化促进剂的比例特别优选为0.15-0.35重量％。
对将与成分A-C一起使用的无机填料(成分D)没有特别限制，可使用各种公知的无机填料。无机填料的实例包括石英玻璃粉末、二氧化硅粉末、氧化铝和滑石。无机填料的特别优选的实例包括球形熔凝硅石粉末和粉碎的硅石粉末。这些可单独使用或者它们中的两种或多种结合使用。基于整个环氧树脂组合物，待掺入的无机填料(成分D)的含量优选为80-90重量％，更优选为85-90重量％。
根据需要，其它添加剂可合适地掺入到用于半导体封装的环氧树脂组合物中。其它添加剂的实例包括：颜料或着色剂，例如炭黑；脱模剂，例如氧化聚乙烯蜡、硅烷偶联剂、阻燃剂、阻燃剂助剂、离子俘获剂、应力消除剂和增粘剂。
例如，可以以下述方式制备用于半导体封装的环氧树脂组合物。也就是说，该组合物可通过下述一系列步骤来制备，所述步骤包括：将上述成分A-D任选地与其它添加剂混合在一起，用如热辊或捏合机的捏合机械处理该混合物，以利用加热熔化并混合这些成分，将熔融物冷却至室温，随后用公知技术粉碎，以及根据需要将粉末压片。
如此获得的用于半导体封装的环氧树脂组合物应当具有在175℃时测定的2-10Pa·s的熔融粘度。所述环氧树脂组合物的熔融粘度优选为3-8Pa·s。因为环氧树脂组合物具有该范围内的熔融粘度，所以半导体器件可容易从粘合片上分离，并且获得了工作效率的提高。例如，以下述方式测量环氧树脂组合物在175℃时的熔融粘度。将环氧树脂组合物模塑成片，然后将所述片放置在Koka流动试验仪的锅中。向其施加给定负荷，以进行测量。将保持在175℃的环氧树脂组合物的熔融物挤出通过冲模的小孔，以测量在该挤出过程中活塞移动速度。由活塞移动速度确定环氧树脂组合物的熔融粘度(流动试验仪粘度)。
用于半导体封装的环氧树脂组合物应当为产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂的环氧树脂组合物。固化树脂的挠曲强度优选为140MPa或更高。固化树脂的挠曲强度的上限通常为200MPa。本发明中术语＂常温＂是指在25±3℃范围内的温度。因为由环氧树脂组合物形成的固化树脂具有这样的挠曲强度值，所以在上述半导体器件制备步骤中，当剥离粘合片时，将半导体元件5和导电部件4整体传递至封装树脂层8中。根据JIS K 7171(塑料；挠曲性测试方法)，测量由环氧树脂组合物形成的固化树脂的挠曲强度。测量方法的实例包括以下所述的方法。
以下将参考实施例，详细说明本发明。
在进行实施例之前，制备下述成分。
环氧树脂a：
下述通式(a)表示的联苯型环氧树脂(环氧当量：192；熔点：100℃)
环氧树脂b：
下述通式(b)表示的具有重复单元的环氧树脂(环氧当量：170；熔点：60℃)
Figure C200510066731D00172
环氧树脂c：
下述通式(c)表示的环氧树脂(环氧当量：198；熔点：60℃)
Figure C200510066731D00173
酚醛树脂a：
下述通式(d)表示的联苯线形酚醛树脂(羟基当量：203；熔点：90℃)
Figure C200510066731D00174
酚醛树脂b：
下述通式(e)表示的苯酚芳烷基树脂(羟基当量：170；熔点：83℃)
Figure C200510066731D00175
酚醛树脂c：
下述通式(f)表示的酚醛树脂(羟基当量：215；熔点：81℃)
Figure C200510066731D00181
硬化促进剂：
三苯基膦(TPP)
脱模剂：
氧化聚乙烯蜡
无机填料a：
平均颗粒直径为30微米的球形熔凝硅石粉末
无机填料b：
平均颗粒直径为1微米的球形熔凝硅石粉末
炭黑
实施例1
制备粘合片：
在350份甲基乙基酮(MEK)中，溶解20份丙烯腈/丁二烯橡胶(NipponZeon Co.，Ltd.制备的Nipol 1072J；丙烯腈含量：18重量％)、50份环氧树脂(Nippon Kayaku Co.，Ltd.制备的EPPN-501HY)、30份酚醛树脂(Meiwa PlasticIndustries，Ltd.制备的MEH-7500-3S)和0.5份催化剂(Hokko Chemical IndustryCo.，Ltd.制备的TPP)。因此，制备出粘合剂溶液。接着，将粘合剂溶液涂布至铜合金箔(Japan Energy Corp.制备的BHY-13B-7025)上，所述铜合金箔的厚度为100微米，且已经在一侧上进行了表面粗糙化处理。在150℃时干燥该涂层3分钟，由此制备具有15微米厚粘合层的粘合片。固化前，该粘合片的粘合层的模量在100℃测定为2.5×10-3Pa。固化后，粘合层的模量在200℃测定为4.3MPa。粘合层对铜合金箔粘合的粘合力为12N/20mm。固化后，粘合片的粘合层的玻璃化转变温度为190℃。用作基体的铜合金箔的模量在200℃测定为130GPa。在5℃/分钟的加热速率的条件下，使用Rheometrics，Inc.制造的粘弹性计(DMA)测量玻璃化转变温度。在下述条件下，在相应温度下测量模量。
用于评价的装置：Rheometrics，Inc.制造的粘弹性分光计(ARES)。
加热速率：5℃/分钟
频率：1Hz
测量模式：张力模式
以下述方式，测量粘合层对铜合金箔粘合的粘合力。在120℃，0.5MPa和0.5米/分钟的条件下，层压宽为20毫米和长为50毫米的粘合片与35微米的铜箔(Japan Energy Corp.制备的C7025)。接着，将层制品放置在150℃的热空气炉中1小时。其后，在23℃温度和65％RH湿度的气氛中，以300毫米/分钟的牵引速度，在180°方向上，从层制品中抽出35微米铜箔。以牵引力的平均值作为粘合力。
制备环氧树脂组合物：
根据表1中所示的比例，将表1中的成分混合在一起。用在80-120℃的温度下加热的辊式捏合机处理该混合物(5分钟)，并因此熔融捏合该混合物，由此制备环氧树脂组合物。以下述方式，测量获得的环氧树脂组合物在175℃时的熔融粘度，所得结果示于表1中。精确称重2克获得的环氧树脂组合物，并模制成片。将这些片放置在Koka流动试验仪的锅中，并向其施加10kg的负荷，在175℃时进行测量。将熔融环氧树脂组合物挤出通过冲模的小孔(1.0mm(直径)×10mm)，并测量挤出期间的活塞移动速度。由活塞移动速度测量试样的熔融粘度(流动试验仪粘度)。测量结果示于表1中。
以下述方式，测量由上述获得的环氧树脂组合物形成的固化树脂在常温(25℃)下的挠曲强度。在175℃和120秒的条件下，硬化环氧树脂组合物，制备宽W10mm，长80mm和高h4mm的固化树脂。如图9所示，将该固化树脂(测试片)11覆盖在两个各自具有圆顶的金属支撑体12(支撑体与支撑体之间的距离Lv＝64毫米)之间的空间上；以5毫米/分钟的挤压速度，将具有圆末端的金属挤压楔13从固化树脂11的中心上方移动，以在箭头P所示的方向上向固化树脂11施加负荷。测量固化树脂11断裂时的负荷(测量条件：25℃和50％RH)，并作为挠曲强度。所得测量结果示于表1中。
制备半导体器件：
首先，准备上述制备的粘合片3。如图1所示，在粘合片3的粘合层2侧的给定区域内，形成用于其上固定半导体元件的基板9(尺寸：4.2mm×4.2mm)和导电部件4(尺寸：直径0.3mm)。
以下述方式，形成基板9和导电部件4。在120℃的温度下将下述金属箔与粘合片3的粘合层2层压，所述金属箔是通过用镍/钯/金镀敷，在铜上形成图案而获得的，并将与导电部件相应的该金属箔的那些部分部分地嵌入粘合层2中。接着，通过常用的光刻图案蚀刻技术，除去不与导电部件相应的铜的那些部分，由此形成独立的导电部件4。因此，制备出包括粘合片3、基板9和导电部件4的结构，在该结构中基板9和导电部件4处于部分嵌入粘合片3的粘合层2中的状态。
接着，如图2所示，用粘合剂(Hitachi Kasei Co.，Ltd.制备的EN-4000)粘结半导体元件5中没有电极的面与粘合片3上的基板9。因此，固定半导体元件5(尺寸：3.5mm×3.5mm)。接着，用导线7，电连接固定在基板9上的半导体元件5的电极6与导电部件4(引线接合)，如图3所示。
在引线接合后，用环氧树脂组合物，树脂封装固定在基板9上的半导体元件5、在粘合片3上形成的导电部件4和导线7，形成封装树脂层8(厚度，0.45mm)。因此，在粘合片3上形成半导体器件。树脂封装是通过传递模塑来进行的。
传递模塑的条件：
模塑温度：175℃
时间：120秒
合模压力：200kN
传递速度：3毫米/秒
传递压力：5kN
半导体器件(封装)尺寸：
各封装具有156个导电部件(直径0.3mm)。
整个封装的尺寸：8.2mm×8.2mm
封装的厚度(封装树脂层8)：0.45mm
实施例2-7和比较例1-5：
以实施例1中相同的方式，制备环氧树脂组合物，不同之处在于：实施例1中环氧树脂组合物用的材料及其用量改成如表1和2中所示。使用各个环氧树脂组合物，以与实施例1中相同的方式，在粘合片3上形成半导体器件。以与上述相同的方式，测量制备的环氧树脂组合物的熔融粘度(流动试验仪粘度)和由这些环氧树脂组合物获得的固化树脂的挠曲强度。获得结果示于表1和2。
表1
                                           (份)
Figure C200510066731D00211
表2
                                    (份)
Figure C200510066731D00221
当以上述方式，在粘合片3上形成各个半导体器件之后，从半导体器件上剥离粘合片3。因此，获得具有图5所示结构的半导体器件。获得的各个半导体器件为无引线的薄型器件，其厚度仅与封装树脂层8的厚度相同，并且在该器件中其上固定有半导体元件的基板9的部分和导电部件4的部分暴露在该器件的底侧。在剥离粘合片3中，通过在23℃温度和65％RH湿度的气氛中，以300毫米/分钟的牵引速度，在90°的方向上抽出粘合片3，从而剥离粘合片3。剥离力的平均值确定为粘合力。结果示于表3和表4中。
此外，在上述半导体器件制备步骤[其中，整体模塑以矩阵排列布置的16个相同尺寸的封装(4个封装×4个封装)]中形成封装树脂层8并使其冷却至常温之后，剥离粘合片3时，测量导电部件4的传递百分率(percentagetransfer)。也就是说，通过在23℃和65％RH的气氛条件下，以300毫米/分钟的牵引速度抽出粘合片3，从而剥离粘合片3。在全部导电部件4已经被传递至暴露的环氧树脂组合物(封装树脂层8)的情况下，传递百分率为100％。计算未传递至环氧树脂组合物而剩余的导电部件4的数目，并用该数目除以全部导电部件4(156×16＝2496)的数目，以确定传递百分率。所得结果示于表3和表4中。
表3
Figure C200510066731D00231
表4
Figure C200510066731D00232
上述结果显示下述内容：在使用下述环氧树脂组合物的各个实施例中，所述环氧树脂组合物在175℃时测定的熔融粘度(流动试验仪粘度)为2-10Pa·s并且产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂，剥离力低至0.5N/50mm或更低，且获得了高的传递百分率。因此，能容易剥离粘合片，获得了优异的工作效率。因此，可容易制备无引线结构的高度可靠的表面固定型半导体器件。
相反，在使用下述环氧树脂组合物的比较例1-3中，所述环氧树脂组合物在175℃的熔融粘度(流动试验仪粘度)在2-10Pa·s范围之外，剥离力高，在制备步骤中粘合片的剥离困难。在由环氧树脂组合物获得的固化封装树脂在常温下测定的挠曲强度低于130MPa的比较例4和5中，比较例4的传递百分率十分低，而比较例5的剥离力高，从而导致工作效率差。
尽管已经参考本发明的具体实施方式描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明范围的情况下，可对本发明作出各种修改和变化。
本申请是基于2004年4月30日申请的日本专利申请2004-136137和2004年8月5日申请的日本专利申请2004-229715，在此引入它们的全部内容，作为参考。

Claims (6)

1.一种半导体器件，其包括：封装树脂层以及，封装在其内的基板、固定在基板上的半导体元件、布置在半导体元件周围的两个或多个导电部件，以及电连接半导体元件的电极和导电部件的电连接部件，其中基板的底面和各个导电部件的底面暴露出来，而没有封装在封装树脂层中，并且封装树脂层包括由用于半导体封装的环氧树脂组合物形成的固化树脂，
所述用于形成封装树脂层的环氧树脂组合物具有下述性质(α)和(β)：
(α)环氧树脂组合物在175℃时测定的熔融粘度为2-10Pa·s；以及
(β)环氧树脂组合物产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂，
其中该环氧树脂组合物是由环氧树脂、酚醛树脂、硬化促进剂、无机填料、和任选的添加剂形成的。
其中以下述比例将环氧树脂和酚醛树脂混合在一起，所述比例为：相对于1当量的环氧树脂中的环氧基，酚醛树脂中羟基的量为0.5-2.0当量，
基于整个环氧树脂组合物，硬化促进剂的量为0.1-2.0重量％，
基于整个环氧树脂组合物，无机填料的量为80-90重量％。
2.权利要求1的半导体器件，其中导电部件各自在其上侧和下侧的各侧上具有突出物。
3.制备权利要求1的半导体器件的方法，该方法包括：
制备粘合片，所述粘合片包括基体和在基体表面上形成的粘合层；在粘合片的粘合层侧的指定区域内形成用于半导体元件固定的基板和两个或多个导电部件；
将半导体元件中没有电极的面与基板粘结，由此将半导体元件固定在基板上；电连接固定在基板上的半导体元件的电极和导电部件；用具有下述性质(α)和(β)的环氧树脂组合物，树脂封装基板、固定在基板上的半导体元件、于粘合片上形成的导电部件和导电部件用的电连接部件，由此在粘合片上形成半导体器件；以及从形成的半导体器件上剥离粘合片：
(α)环氧树脂组合物在175℃时测定的熔融粘度为2-10Pa·s；以及
(β)环氧树脂组合物产生常温下测定的挠曲强度为130MPa或更高的固化树脂。
4.权利要求3的制造半导体器件的方法，其中导电部件各自在其上侧和下侧的各侧上具有突出物。
5.权利要求3的制造半导体器件的方法，其中粘合片的粘合层是由热固性粘合剂组合物形成的。
6.权利要求3的制造半导体器件的方法，其中粘合片的粘合层是由具有下述性质(x)和(y)的环氧树脂组合物形成的：
(x)环氧树脂组合物固化后具有150℃或更高的玻璃化转变温度；以及
(y)环氧树脂组合物固化后具有200℃时测定的1MPa或更高的模量。
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