CN103579133B - 电子部件密封用树脂片、树脂密封型半导体装置、及树脂密封型半导体装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可抑制翘曲量的电子部件密封用树脂片、可靠性高的树脂密封型半导体装置、及其制造方法。本发明涉及一种电子部件密封用树脂片，其在含有42重量％的镍的一边为90mm的正方形且厚度为0.15mm的铁镍合金板上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为5mm以下。
Description
技术领域
本发明涉及电子部件密封用树脂片、树脂密封型半导体装置、及树脂密封型半导体装置的制造方法。
背景技术
一直以来，在半导体装置的制造中，在引线框、电路基板等的各种基板上搭载半导体芯片后，以覆盖半导体芯片等电子部件的方式进行树脂密封。在按照以上方式制造的树脂密封型半导体装置中存在以下问题：因密封树脂与半导体芯片的收缩量的差、密封树脂与各种基板的收缩量的差而产生应力，因该应力而使封装体发生翘曲。
例如，专利文献1中记载了一种膜状胶粘剂，其具备含有特定量的无机质填充剂的胶粘剂层。专利文献2中记载了一种含有特定量的二氧化硅的膜状胶粘剂用组合物。专利文献3中记载了一种片状粘接材料，其通过在剥离片上分别供给预混后的树脂成分和预混后的填充剂成分，然后在这些成分上覆盖剥离片而得。但是，关于片状的粘接材料，并没有对通过低线膨胀率化来抑制翘曲量的方案进行研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-226769号公报
专利文献2：日本特开2001-49220号公报
专利文献3：日本特开2004-346186号公報
发明内容
发明所要解决的问题
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供可抑制翘曲量的电子部件密封用树脂片、可靠性高的树脂密封型半导体装置、及其制造方法。
用于解决问题的方法
本申请发明人为了解决上述现有问题而进行了研究，结果着眼于含有42重量％的镍的铁镍合金板(42合金)的线膨胀率接近于硅片、硅芯片的线膨胀率。而且还发现：通过使在该铁镍合金板上使树脂片固化后的翘曲量为特定值以下，从而得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。进而完成了本发明。
即，本发明涉及一种电子部件密封用树脂片，其在含有42重量％的镍的一边为90mm的正方形且厚度为0.15mm的铁镍合金板上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为5mm以下。
本发明的电子部件密封用树脂片在特定的铁镍合金板上固化后的翘曲量为5mm以下，翘曲量小。因此，即使在将硅片、硅芯片密封了的情况下，翘曲量也小，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。
二氧化硅的含量优选相对于全部电子部件密封用树脂片为85～93重量％。由此，可以降低线膨胀率，可以良好地抑制固化后的翘曲量。
上述电子部件密封用树脂片优选通过混炼挤出来制造。
通过涂布制造的二氧化硅高充填树脂片会在树脂片表面发生填料偏析，润湿性差，发生层叠不良。根据上述构成，还会得到可使二氧化硅良好地分散且可良好地进行层叠的电子部件密封用树脂片。
此外，二氧化硅高充填树脂容易变为高粘度，难以控制粘性，因此难以通过涂布成形为片状。根据上述构成，由于通过混炼挤出来制造，因此可以容易地成形为片状，可以形成没有孔隙(气泡)等的均匀的片。此外，在通过涂布进行制造的情况下，存在可使用的二氧化硅的粒径受到限制的倾向，但根据上述构成，可以使用粒径不受限制的二氧化硅。
优选使上述电子部件密封用树脂片在一边为90mm的正方形且厚度为0.3mm的玻璃布基材环氧树脂上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为4mm以下。
根据上述构成，在特定的玻璃布基材环氧树脂上固化后的翘曲量为4mm以下，翘曲量小。因此，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。
优选使固化后的线膨胀率在低于固化后的玻璃化转变温度时为10ppm/K以下。由此，可以良好地抑制翘曲量。
固化后的线膨胀率优选在固化后的玻璃化转变温度以上为50ppm/K以下。由此可以良好地抑制翘曲量。
优选使固化后的玻璃化转变温度为100℃以上。由此，可以在宽泛的温度区域(特别是到100℃为止)抑制固化后的翘曲量。
优选使在150℃固化一小时后的拉伸弹性模量在常温下为2GPa以上。由此得到耐损伤性优异的可靠性高的树脂密封型半导体装置。
此外，优选使该电子部件密封用树脂片的厚度为0.1～0.7mm。
此外，本发明还涉及一种树脂密封型半导体装置，其通过使用上述电子部件密封用树脂片而得到。
此外，本发明还涉及一种树脂密封型半导体装置的制造方法，其包括使用上述电子部件密封用树脂片进行密封的工序。
附图说明
图1为表示翘曲量的测定中使用的树脂片的图。
图2为表示翘曲量的测定中使用的试验板的图。
图3为表示试验片的图。
具体实施方式
本发明的树脂片在含有42重量％的镍的一边为90mm的正方形且厚度为0.15mm的铁镍合金板上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为5mm以下。
本发明的树脂片优选包含环氧树脂及酚醛树脂。由此获得良好的热固化性。
作为环氧树脂，没有特别限定。例如可以使用三苯基甲烷型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂、改性双酚A型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、改性双酚F型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、苯氧基树脂等各种环氧树脂。这些环氧树脂可以单独使用，也可以并用两种以上。
从确保环氧树脂的固化后的韧性及环氧树脂的反应性的观点出发，优选环氧当量为150～250且软化点或熔点为50～130℃的在常温下为固态的环氧树脂，其中，从可靠性的观点出发，优三苯基甲烷型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂。
就酚醛树脂而言，只要是与环氧树脂之间发生固化反应的酚醛树脂，则没有特别限定。例如可以使用苯酚酚醛清漆树脂、苯酚芳烷基树脂、联苯芳烷基树脂、二环戊二烯型酚醛树脂、甲酚酚醛清漆树脂、甲阶酚醛树脂等。这些酚醛树脂可以单独使用，也可以并用两种以上。
作为酚醛树脂，从与环氧树脂的反应性的观点出发，优选使用羟基当量为70～250且软化点为50～110℃的酚醛树脂，其中，从固化反应性高的观点出发，可以适宜使用苯酚酚醛清漆树脂。此外，从可靠性的观点出发，可以适宜使用如苯酚芳烷基树脂、联苯芳烷基树脂之类的低吸湿性的酚醛树脂。
就环氧树脂与酚醛树脂的配合比例而言，从固化反应性的观点出发，优选以相对于环氧树脂中的环氧基1当量使酚醛树脂中的羟基的总量达到0.7～1.5当量的方式进行配合，更优选为0.9～1.2当量。
环氧树脂及酚醛树脂的总含量优选相对于全部树脂成分为50～85重量％。该总含量更优选为70重量％以上。如果该总含量为50重量％以上，则所得的对半导体芯片、引线框、玻璃布基材环氧树脂等的粘接力良好。
本发明的树脂片可以包含热塑性树脂。在包含热塑性树脂的情况下，获得良好的柔软性、可挠性。
作为热塑性树脂，可以列举出：天然橡胶、丁基橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚丁二烯树脂、聚碳酸酯树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、6-尼龙或6，6-尼龙等聚酰胺树脂、苯氧基树脂、丙烯酸树脂、PET或PBT等饱和聚酯树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、或氟树脂等。此外，还可以列举出苯乙烯-异丁烯-苯乙烯嵌段共聚物等。这些热塑性树脂可以单独使用或并用两种以上来使用。其中，从耐湿性的观点出发，优选苯乙烯-异丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量优选为30重量％以下。如果相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下，则所得的对半导体芯片、引线框、玻璃布基材环氧树脂等的粘接力良好。该含量的下限没有特别限定，例如为15重量％以上。
从可以降低固化物的线膨胀率的观点出发，本发明的树脂片优选使用二氧化硅(二氧化硅粉末)，在二氧化硅粉末中，更优选使用熔融二氧化硅粉末。作为熔融二氧化硅粉末，可以列举出球状熔融二氧化硅粉末、破碎熔融二氧化硅粉末，从流动性的观点出发，特别优选使用球状熔融二氧化硅粉末。其中，根据一般的部件高度和成型厚度，优选使用平均粒径为10～30μm的范围的球状熔融二氧化硅粉末，特别优选使用平均粒径为15～25μm的范围的球状熔融二氧化硅粉末。
需要说明的是，例如可以通过使用从母集团中任意提取的试样，并利用激光衍射散射式粒度分布测定装置进行测定，由此导出平均粒径。
二氧化硅的含量优选相对于全部树脂片为85～93重量％，更优选为86～92重量％，进一步优选为87～90重量％。如果二氧化硅的含量为85重量％以上，则得到线膨胀低且可靠性优异的树脂组合物。另一方面，如果二氧化硅的含量为93重量％以下，则得到流动性优异的树脂组合物。
本发明的树脂片优选包含固化促进剂。就固化促进剂而言，只要是促进固化的物质，则没有特别限定，但从固化性和保存性的观点出发，适宜使用三苯基膦、四苯基鏻四苯基硼酸酯等有机磷系化合物、咪唑系化合物。
固化促进剂的含量优选相对于树脂成分100重量份为0.1～5重量份。
(其它成分)
本发明的树脂片优选包含阻燃剂成分。由此，可以降低因部件短路、发热等而起火时的燃烧扩大。作为阻燃剂组成成分，例如可以使用氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铁、氢氧化钙、氢氧化锡、复合化金属氢氧化物等各种金属氢氧化物。从能够以较少的添加量发挥阻燃性的观点、成本的观点出发，优选使用氢氧化铝或氢氧化镁，特别优选使用氢氧化铝。
需要说明的是，本发明的树脂片中，除了上述的各成分以外，还可以根据需要适当地配合以碳黑为代表的颜料、硅烷偶联剂等其它添加剂。
本发明的树脂片可以利用一般的方法来制造，优选通过混炼挤出来制造。由此，得到可使二氧化硅良好地分散且可良好地进行层叠的树脂片。此外，可以容易地成形为片状，可以形成没有孔隙(void)(气泡)等的均匀的片。此外，可以使用粒径不受限制的二氧化硅。
作为通过混炼挤出进行制造的方法，例如可以列举出通过利用辊式混炼机(mixing roll)、加压式捏合机、挤出机等公知的混炼机将上述的各成分熔融混炼来制备混炼物，对所得的混炼物进行挤出而成形为片状的方法等。作为混炼条件，温度优选为上述的各成分的软化点以上，例如为30～150℃，如果考虑环氧树脂的热固化性，则优选为40～140℃，进一步优选为60～120℃。时间例如为1～30分钟，优选为5～15分钟。由此可以制备混炼物。
通过挤出成型对所得的混炼物进行成形，由此可以得到树脂片。具体而言，通过不使熔融混炼后的混炼物冷却而直接在高温状态下进行挤出成形，从而可以成形树脂片。作为这样的挤出方法，没有特别限制，可以列举出T模挤出法、辊压延法、辊混炼法、共挤出法、压延成形法等。作为挤出温度，优选为上述的各成分的软化点以上，如果考虑环氧树脂的热固化性及成形性，则例如为40～150℃，优选为50～140℃，进一步优选为70～120℃。通过以上方式，可以成形树脂片。
本发明的树脂片在含有42重量％的镍的一边为90mm的正方形且厚度为0.15mm的铁镍合金板上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为5mm以下，翘曲量小。因此，获得半导体芯片的线膨胀量与树脂接近且可靠性高的树脂密封型半导体装置。该翘曲量优选为4mm以下。
在本发明中，该翘曲量利用实施例中记载的方法进行测定。
需要说明的是，关于通过加热压制来调节厚度至0.2mm的方法，在树脂片的厚度小于0.2mm的情况下，只要按照以下方式进行调节即可，即层叠多个树脂片，制作厚度为0.2mm以上的层叠体，并对该层叠体进行加热压制，从而使厚度达到0.2mm。
优选使本发明的树脂片在一边为90mm正方形且厚度为0.3mm的玻璃布基材环氧树脂上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为4mm以下。如果在玻璃布基材环氧树脂上固化后的翘曲量在上述范围内，则获得可靠性更高的树脂密封型半导体装置。
在本发明中，该翘曲量可以利用实施例中记载的方法进行测定。
需要说明的是，关于通过加热压制来调节厚度至0.2mm的方法，在树脂片的厚度小于0.2mm的情况下，只要按照以下方式进行调节即可，即层叠多个树脂片，制作厚度为0.2mm以上的层叠体，并对该层叠体进行加热压制，从而使厚度达到0.2mm。
本发明的树脂片的固化后的玻璃化转变温度优选为100℃以上，更优选为120℃以上。由此，可以在宽泛的温度区域抑制固化后的翘曲量。需要说明的是，玻璃化转变温度可以通过实施例中记载的方法进行测定。
优选使本发明的树脂片的固化后的线膨胀率在低于固化后的玻璃化转变温度时为10ppm/K以下。如果该线膨胀率为10ppm/K以下，则线膨胀率小，可以良好地抑制翘曲量。
优选使本发明的树脂片的固化后的线膨胀率在固化后的玻璃化转变温度以上时为50ppm/K以下。如果该线膨胀率为50ppm/K以下，则线膨胀率小，可以良好地抑制翘曲量。
需要说明的是，线膨胀率可以利用实施例中记载的方法进行测定。
优选使本发明的树脂片在150℃固化1小时后的拉伸弹性模量在常温下为2GPa以上。如果该拉伸弹性模量为2GPa以上，则得到耐伤性优异且可靠性高的树脂密封型半导体装置。
需要说明的是，在本说明书中，常温是指25℃。拉伸弹性模量可以利用实施例中记载的方法进行测定。
本发明的树脂片的厚度没有特别限定，优选为0.1～0.7mm。树脂片的厚度更优选为0.2mm以上。此外，树脂片的厚度更优选为0.5mm以下。如果树脂片的厚度在上述范围内，则可以良好地密封电子部件。此外，通过制成薄型的树脂片，从而可以降低发热量，变得难以引起固化收缩。其结果是，可以降低封装体翘曲量，得到可靠性更高的树脂密封型半导体装置。
通过以上方式得到的树脂片可以以单层结构来使用，也可以作为层叠成两层以上的多层结构的层叠体来使用。
本发明的树脂片用于密封半导体晶片、半导体芯片、电容器、电阻等电子部件。其中，可适宜用于密封半导体晶片、半导体芯片，更适宜用于密封硅片、硅芯片。
作为密封方法，没有特别限定，可以利用现有公知的方法进行密封。例如可以列举出以覆盖基板上的电子部件的方式载置未固化的树脂片，使树脂片热固化来进行密封的方法。作为基板，可以列举出玻璃布基材环氧树脂等。
通过这样的方法得到的树脂密封型半导体装置在对安装有电子部件的基板进行密封并使树脂片固化后的翘曲量小，可靠性高。
实施例
以下，使用实施例对本发明详细地进行说明，本发明只要不超出其主旨，则并不限定为以下的实施例。此外，在各示例中，只要没有特别说明，则“份”为重量基准。
对实施例中使用的成分进行说明。
环氧树脂：新日铁化学公司制造的YSLV-80XY(双酚F型环氧树脂)
酚醛树脂：明和化成公司制造的MEH7851SS(苯酚亚联苯)
弹性体(热塑性树脂)：Kaneka公司制造的SIBSTER072T(聚苯乙烯-聚异丁烯系树脂)
球状熔融二氧化硅：电气化学工业公司制造的FB-9454FC(熔融球状二氧化硅，截取点54μm，平均粒径20μm)
硅烷偶联剂：信越化学公司制造的KBM-403(3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷)
碳黑：三菱化学公司制造的#20
阻燃剂(有机系)：伏见制药所制造的FP-100(磷腈酸苯基酯)
催化剂：四国化成工业公司制造的2PHZ-PW(咪唑系催化剂)
对实施例中使用的试验板进行说明。
42合金：日立金属公司制造的42合金YEF42(含有42重量％的镍的一边为90mm的正方形且厚度为0.15mm的铁镍合金板)(硬度为210Hv、抗拉强度为640N/mm2，30～200℃下的平均线膨胀率为4.3×10-6/℃)
FR-4：松下电工公司制造的玻璃环氧多层材料(FR-4)R-1766(一边为90mm的正方形且厚度为0.3mm的玻璃布基材环氧树脂)
<树脂片的制作>
按照表1中记载的配合比，利用双轴混炼机在60～120℃下将各成分混炼10分钟，制备出混炼物。接下来，将上述混炼物挤出成形，得到树脂片。
使用所得的树脂片进行下述的评价。将结果示于表1。
<翘曲量的测定>
使用图1～3，对翘曲量的测定方法进行说明。
图1为表示翘曲量的测定中使用的树脂片1的图。
图2为表示翘曲量的测定中使用的试验板2的图。
图3为表示试验片3的图。
(试验片3的制作)
首先，将一边为90mm的正方形且厚度为0.25mm的树脂片1在试验板2(42合金或FR-4)上加热压制成厚度达到0.2mm。
加热压制使用瞬时真空层叠装置(平行平板压制)[MIKADOTECHNOS公司制造，VS008-1515]，在树脂粘度达到5000Pa·s以下的温度区域(90℃)内，在20Torr的减压气氛下进行。
加热压制后，用刀具将从试验板2挤出的树脂去除，用150℃的热风循环干燥机(ESPEC公司制造的STH-120)使树脂片1固化1小时。固化后，在室温(25℃)下冷却1小时，得到试验片3。
(翘曲量的测定)
如图3所示，使用尺子对放置在水平的桌上的试验片3的角距桌上的垂直距离(试验片的四个角浮起的状态)进行测定。对于试验片3所具有的四个位置的角部10测定距离20，求出其平均值。将求出的距离20的平均值设为翘曲量。
需要说明的是，树脂粘度用TA Instrument公司制造的粘弹性测定装置ARES(测定条件：测定温度范围40℃～175℃，升温速度10℃/min，频率1Hz)进行测定。
<线膨胀率、玻璃化转变温度的测定>
使宽4.9mm、长25mm、厚0.2mm的树脂片在150℃下固化1小时。将固化后的树脂片放置在TMA8310(Rigaku公司制造)上，在拉伸载荷4.9mN、升温速度10℃/min的条件下对线膨胀率、玻璃化转变温度进行测定。
<拉伸弹性模量的测定>
使宽10mm、长30mm、厚0.4mm的树脂片在150℃下固化1小时。将固化后的树脂片放置在RSA-2(TA Instrument公司制造)上，在频率1Hz、升温速度10℃/min的条件下测定拉伸弹性模量。
表1
如表1所示，在实施例1～3中得到使用了42合金的试验片的翘曲量的平均值为5mm以下的树脂片。
实施例1～3使用了初始厚度为0.25mm的树脂片1。需要说明的是，即使在使用了初始厚度为1mm的树脂片的情况下，也确认到使用了42合金的试验片的翘曲量的平均值及使用了FR-4的试验片的翘曲量的平均值与使用了初始厚度为0.25mm的树脂片1的情况相同的结果。由该结果可知，只要使用初始厚度为0.2mm以上的树脂片，则无论初始厚度如何，使用了42合金的试验片的翘曲量的平均值及使用了FR-4的试验片的翘曲量的平均值均呈现出相同的结果。
符号说明
Claims (11)
1.一种电子部件密封用树脂片，其在含有42重量％的镍的一边为90mm的正方形且厚度为0.15mm的铁镍合金板上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为5mm以下。
2.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其中，二氧化硅的含量相对于全部电子部件密封用树脂片为85～93重量％。
3.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其通过混炼挤出来制造。
4.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其在一边为90mm的正方形且厚度为0.3mm的玻璃布基材环氧树脂上加热压制成厚度达到0.2mm并在150℃使其固化后的翘曲量为4mm以下。
5.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其中，固化后的线膨胀率在低于固化后的玻璃化转变温度时为10ppm/K以下。
6.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其中，固化后的线膨胀率在固化后的玻璃化转变温度以上时为50ppm/K以下。
7.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其中，固化后的玻璃化转变温度为100℃以上。
8.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其中，在150℃固化1小时后的拉伸弹性模量在常温下为2GPa以上。
9.根据权利要求1所述的电子部件密封用树脂片，其厚度为0.1～0.7mm。
10.一种树脂密封型半导体装置，其通过使用权利要求1～9中任意一项所述的树脂片而得到。
11.一种树脂密封型半导体装置的制造方法，其包括使用权利要求1～9中任意一项所述的树脂片进行密封的工序。
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