CN101955629A - 可用作半导体封装材料的环氧树脂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供可用作半导体封装材料的环氧树脂组合物，包括100重量份每分子含有二至六个环氧官能团的环氧树脂，以及30至100重量份每分子含有二至六个羟基官能团的酚醛树脂，所述环氧树脂中包含间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯。将上述环氧树脂组合物应用为半导体器件的封装材料，特别是用在双排TSOP 50L/54L/66L模具时，可以有效抑制流动痕迹、金线变弯和气孔。

Description

可用作半导体封装材料的环氧树脂组合物

技术领域

本申请涉及环氧树脂组合物，尤其涉及可用作半导体封装材料的环氧树脂组合物。

背景技术

半导体封装一般使用树脂作为封装材料，将二极管、晶体管、集成电路、大规模集成电路及超大规模集成电路等半导体器件与外界环境隔离，以保护半导体器件免于外力或环境因素导致的损坏。由于环氧树脂与其他热固性树脂相比能提供优秀的可塑性、附着力、绝缘特性、机械特性及防水特性，所以环氧树脂作为半导体器件的封装材料得到广泛的应用。例如美国专利第6342309号公开了一种环氧树脂组合物，该组合物包括线性酚醛型环氧树脂、溴化酚醛型环氧树脂和酚醛树脂。该组合物的流动性指标和反应硬化性指标能较好的符合一般的半导体封装需求。

而在在进行TSOP 50L/54L/66L产品封装时，主要是以单排为主，如果封装设计采用双排或三排，则会以使封装材料走流道(runner)的方式进行设计。但采用单排设计时，产能低，而若设计成双排或三排，则会造成封装材料的有效使用率降低。所以既要具有高产能，又要能保证封装材料的有效使用率，采用through gate(直通门)双排设计是最佳的选择，但是泛用的封装材料使用于through gate双排设计的模具时，会在模穴进胶口处产生明显的流痕，造成产品外观不良，并在第2排模穴很容易产生过大的金线变弯(wire sweep)与气孔(void)，所以目前采用through gate双排设计的TSOP 50L/54L/66L模具无法实际应用于封装产业。

因此，目前业界迫切需要一种改进的环氧树脂封装材料，它在用于双排TSOP 50L/54L/66L模具时，有优异的流痕抑制性。并且用其封装的产品在金线变弯和气孔抑制性及可靠性上也有良好的表现。

发明内容

本发明的目的在于提供这样一种环氧树脂，用其构成的半导体器件封装材料在用双排TSOP 50L/54L/66L模具进行封装时其流动痕迹、金线变弯和气孔得到抑制。

为达到上述目的，本发明提供这样一种适于作为半导体器件封装材料的环氧树脂组合物，它包含100重量份的每个分子中含有二至6个环氧官能团的环氧树脂，以及30至100重量份的每分子含有二至6个羟基官能团的酚醛树脂，所述环氧树脂中包含间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯。所述环氧树脂组合物在以国际半导体设备与材料组织(SEMI)的G11-88标准记载的条件下测得的螺线流动度为20至45英寸，在175℃、荷重15kgf的条件下测得的最低粘度为10至30帕·秒。175℃时的凝胶化时间为10秒至30秒。

在本发明中，使用的环氧树脂只要其分子中含有2至6个环氧基团即可，无特别限定，这样的所述环氧树脂的例子包括分子中含有2至6个环氧基的线性酚醛型环氧树脂、邻甲酚酚醛型环氧树脂、双酚型环氧树脂、联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、萘型环氧树脂、多环芳族型环氧树脂。这些环氧树脂可单独使用，也可根据需要，将二种以上合用。

在本发明中，所述酚醛树脂的例子包括线性酚醛树脂、芳烷型酚醛树脂、双茂型酚醛树脂、萜烯改性酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、三苯基甲烷型酚醛树脂。这些酚醛树脂可单独使用，也可二种以上合用。

在本发明的环氧树脂组合物中，还可包括0.1至10重量份的催化剂、0.1至10重量份的离模剂、0.1至10重量份的着色剂、10至50重量份的阻燃剂和1000至2000重量份的填充剂。

所述催化剂的例子包括环氨酯类化合物、醌类化合物、叔氨或其衍生物、咪唑或其衍生物、磷化氢类化合物、四苯硼盐或其衍生物。这些催化剂可单独使用，也可二种以上合用。

所述离模剂的例子包括棕榈蜡、固体石蜡、聚乙烯蜡、单硬脂酸甘油酯、金属硬脂酸盐、硅脂蜡。这些离模剂可单独使用，也可二种以上合用。

本发明还提供用上述环氧树脂组合物制成的半导体器件封装材料。所述半导体器件封装材料用在双排TSOP 50L/54L/66L模具时，可以有效抑制流动痕迹、金线变弯和气孔。

具体实施方式

下面就本发明的可用作半导体封装材料的环氧树脂组合物作详细说明。

本发明者发现，在环氧树脂组合物中加入适量的间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯，可以获得合适的凝胶化时间、螺线流动度和最小粘度等较好的组合物流动性能和反应固化性能指标，用该环氧树脂组合物作为半导体封装材料应用于双排TSOP 50L/54L/66L模具时，可以有效抑制流动痕迹、金线变弯和气孔。本发明是在该基础上完成的。

以下将详细描述本发明的环氧树脂组合物的组分、配比以及制造方法和测试方法。

本发明中添加的间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯的制备方法和物性可以参考Journal of Polymer Science：Part A：Polymer Chemistry，Vol.40，1796-1807(2002)的记载。在本发明中，将环氧树脂组合物中的环氧树脂的总量设为100重量份，以此为基准，所加入的间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯的量为1至20重量份。

在本发明中，使用的环氧树脂只要其分子中含有2至6个环氧基团即可，无特别限定，这样的所述环氧树脂的例子包括分子中含有2至6个环氧官能团的线性酚醛型环氧树脂、邻甲酚酚醛型环氧树脂、双酚型环氧树脂、联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、萘型环氧树脂、多环芳族型环氧树脂。这些环氧树脂可单独使用，也可根据需要使用它们的任意组合。

在本发明中，上述环氧树脂的优选例子是双酚型环氧树脂，更优选的例子是2，2′-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基甲醛)]双环氧乙烷和亚甲基-双(1，3-苯二酚)-四缩水甘油醚。

在本发明的环氧树脂组合物中，相对于上述环氧树脂100重量份，还含有30至100重量份每分子含有二至六个羟基官能团的酚醛树脂。所述酚醛树脂较好地为40-95重量份，更好地为50-90重量份，最好为65-90重量份。

可在本发明中使用的酚醛树脂的例子包括酚醛清漆型酚醛树脂、芳烷基酚醛树脂、双戊二烯型酚醛树脂、萜烯改性酚醛树脂、联苯型酚醛树脂、三苯甲烷型酚醛树脂。这些酚醛树脂可单独使用，也可根据需要，二种以上合用。

在本发明中，上述酚醛树脂的优选例子是线性酚醛树脂，更优选的例子是TD2093。

在本发明的环氧树脂组合物中加入含羟基官能团的酚醛树脂，通过一定温度下酚醛树脂与环氧树脂的反应，可以使环氧树脂组合物硬化，从而得到半导体封装材料所需要的适度的可塑性、附着力、绝缘特性、机械特性及防水性等诸性能。

在本发明中，所述环氧树脂组合物的螺线流动度为20inch至45inch，优选的螺线流动度范围为25inch至40inch。175℃时的最小粘度为10Pa.s至30Pa.s，优选的最小粘度范围为15Pa.s至25Pa.s。175℃时的凝胶化时间为10秒至30秒，优选的凝胶化时间为17秒至25秒。因此可以满足双排TSOP50L/54L/66L模具应用。

在本发明的环氧树脂组合物中，相对于上述环氧树脂100重量份，还可以包括0.1至10重量份的催化剂。催化剂的作用是在一定温度下，加速环氧树脂与酚醛树脂的反应，可以使环氧树脂组合物在较短时间内达到半导体封装的特性标准。

催化剂的例子包括环眯类化合物、醌类化合物、叔胺或叔胺衍生物、咪唑或咪唑衍生物、膦类化合物、四苯基硼酸盐或四苯基硼酸盐衍生物。这些催化剂可以单独使用，也可以二种以上合用。

在本发明中，优选的催化剂的例子是四苯基硼酸盐，更优选的例子是四苯基硼酸钠。

在本发明的环氧树脂组合物中，相对于上述环氧树脂100重量份，还可以包括0.1至10重量份的离模剂。在环氧树脂组合物中加入离膜剂，有利于在封装过程的后期将封装材料与模具脱离，防止封装材料与模具的粘合，保持封装产品的完整性。可在本发明中使用的离模剂的例子包括棕榈蜡、石蜡、聚乙烯蜡、单硬脂酸甘油酯、硬脂酸金属盐、硅酮蜡。这些离膜剂可以单独使用，也可以二种以上合用。

在本发明中，优选的离模剂的例子是石蜡和单硬脂酸甘油酯。

为了防止光线对半导体器件的损伤和加速封装材料的老化。，在本发明的环氧树脂组合物中，相对于上述环氧树脂100重量份，还可以加入0.1至10重量份的着色剂。可在本发明中使用的着色剂的例子包括炭黑。

由于环氧树脂、酚醛树脂等有机树脂材料都是易燃的材料，为了降低封装材料在较高的使用温度下的可燃性，在本发明的环氧树脂组合物中，相对于上述环氧树脂100重量份，还可以包括10至50重量份的阻燃剂。可在本发明中使用的阻燃剂的例子包括氢氧化铝、氢氧化镁、氧化锌、锡酸锌、硼酸锌、氧化亚铁或氧化铁、氧化钼、钼酸锌、二茂亚铁或二茂铁。前述阻燃剂可以单独使用，也可以二种以上组合使用。

在本发明中，优选的阻燃剂的例子是氢氧化铝。

为了降低成本并提高封装材料的性能，在本发明的环氧树脂组合物中，相对于上述环氧树脂100重量份，还可以包括1000至2000重量份的填充剂。可在本发明中使用的填充剂的例子包括二氧化硅微粉。二氧化硅微粉根据其形态的不同可以分为结晶型和熔融型。形态的不同会导致不同的性能，结晶型二氧化硅微粉具有高导热性和高膨胀性，而熔融型二氧化硅微粉具有低导热和低膨胀性，而且结晶型比熔融型二氧化硅微粉有更大的应力，所以使用两种不同形态的二氧化硅微粉可以相应得到具有不同性能的环氧树脂封装材料。但是为了平衡二者之间的矛盾，也可以混合使用。二氧化硅微粉从形态的不同可以分为角形和球形，两者性能之间的差别类似于结晶型和熔融型之间的差别。另外，球形二氧化硅微粉具有更好的填充性能、更低的吸水率和更小的模具磨损等优良性能。在本发明中，二氧化硅的粒径在150μm以下，以使作为封装材料的环氧树脂组合物的质地更均匀，在使用时具有更好的封装效果。

所述二氧化硅还可以用表面处理剂进行处理。可在本发明中用于处理二氧化硅的表面处理剂的例子包括环氧硅烷、巯基硅烷、氨基硅烷、烷基硅烷、脲基硅烷、乙烯基硅烷。这些表面处理剂可以单独使用，也可以二种以上合用。

前述各种环氧树脂组合物均可作为半导体封装材料应用。以下将对环氧树脂组合物的制造和测试进行详细说明，并与其他环氧树脂组合物进行性能对比。需要说明的是，下述实施例只是为了更好地说明本发明，而不应理解为是对本发明的限定。

在本发明中，对环氧树脂组合物的性能评价方法如下：

凝胶化时间(Gel Time)：根据ISO 8130-6记载的方法，用热板于175℃进行测定。

涡旋流动长度(Spiral Flow)：根据SEMI G11-88记载的方法，在175℃和1000psi条件下进行测定。

最低粘度(Minimum Viscosity)：应用SHIMADZA Flow Tester在175℃和荷重15Kgf条件下进行测定。

流痕(Flow Mark)：目测。

金线变弯：X射线量测。

气孔：目测。

可靠性测试：

1、预处理：参照JESD22-A113-D记载，在125℃的温度下前烘24小时；在30℃、相对湿度60％条件下湿浸192小时；回流最高温度为260℃，回流方式参照JEDEC。

预处理后的检验项目有两项：1)对3个批次，每个批次77个样品在UNITEST Uni560测试设备中进行功能测试，如有1个以上样品测试不合格，则判定不合格，反之则判定合格；2)对样品做超声波扫描检查，判断通过的标准为关键区域(芯片表面，打线(wire bonding)不能有环氧树脂组合物的脱层；其余区域(非关键区域)的脱层小于10％。

2、高加速应力测试：参照JESD22-A101-B记载的方法，在温度130℃、相对湿度60％和无偏压的条件下进行测定。

对3个批次，每个批次77个样品在HIRAYAMA PC-422R8测试设备中进行功能测试，如有1个以上样品测试不合格，则判定不合格，反之则判定合格。

3、温度循环测试：参照JEDEC-STD-22-A104-B，Cond.C记载的方法，通过在150℃(15分钟)至-65℃(15分钟)循环进行测定。

对3个批次，每个批次77个样品在KSON KSKB-415T测试设备中进行功能测试，如有1个以上样品测试不合格，则判定不合格，反之则判定合格。

实施例1-3

在本实施例中，将表1所示配比的各组分在25℃，相对湿度70％以内的环境条件下，使用混合机混合20分钟。所述组分中的酚醛树脂为大日本油墨化学工业公司生产的TD2093线性酚醛树脂。混合均匀完成后用挤出机进行混练。混练过程中，将环氧树脂组合物的温度控制在不超出120℃的范围内。混练后得到环氧树脂组合物的高粘度流体。将该高粘度流体用温度在20℃以下的冷滚轮压片成形。再用粉碎机将成型的环氧树脂组合物进行粉碎。然后再打锭成形。

表1

对实施例1-3中得到的环氧树脂组合物进行物性测试和作为半导体器件封装材料应用于双排TSOP 50L/54L/66L模具时的性能测试，结果如表2所示。

表2

对比实施例1-2

在这些对比实施例中，将表3所示配比的各组分按照与实施例1-5中记载的相同方法进行制备环氧树脂组合物。

表3

对在对比实施例1和2中得到的环氧树脂组合物进行物性测试和作为半导体器件封装材料的性能测试，结果如表4所示。

表4

从上述实施例与对比实施例的性能测试结果可知，环氧树脂组合物中不含间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯时，环氧树脂组合物的流动性指标和反应固化指标中，螺线流动度过大，而最小粘度过小，用作封装材料时，会出现流动痕迹，而若环氧树脂组合物中加入的间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯的量超出该环氧树脂组合物中环氧树脂总量的20％，则该环氧树脂组合物的螺线流动度过小，而最小粘度过大，导致该环氧树脂组合物用作封装材料时，会出现气孔。

Claims (8)

1.一种可用作半导体封装材料的环氧树脂组合物，其特征在于：包含100重量份每分子含有二至六个环氧官能团的环氧树脂，以及30至100重量份每分子含有二至六个羟基官能团的酚醛树脂，所述环氧树脂中包含间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯。

2.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于：所述间苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化环己基]乙酯为1至20重量份。

3.如权利要求1或2所述的的环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂是双酚型环氧树脂，所述酚醛树脂是线性酚醛树脂。

4.如权利要求3所述的环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂是2，2′-[(1-甲基亚乙基)双(4，1-亚苯基甲醛)]双环氧乙烷和亚甲基-双(1，3-苯二酚)-四缩水甘油醚，所述酚醛树脂是TD2093。

5.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于：所述环氧树脂组合物的螺线流动长度为20英寸至45英寸，175℃时的最小粘度为10Pa.s至30Pa.s，175℃时的凝胶化时间为17秒至30秒。

6.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于：还包括0.1至10重量份的催化剂。

7.如权利要求1所述的环氧树脂组合物，其特征在于：还包括0.1至10重量份的离模剂，0.1至10重量份的染色剂，10至50重量份的阻燃剂，1000至2000重量份的填充剂。

8.一种半导体封装材料，其特征在于，用权利要求1-7中任一项所述的环氧树脂组合物制成。