CN105593296A - 半导体密封用环氧树脂组合物、半导体安装结构体及其制造方法 - Google Patents

半导体密封用环氧树脂组合物、半导体安装结构体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体密封用环氧树脂组合物，其包含：(A)100质量份的环氧树脂，其含有10～45质量％的酚醛清漆型环氧树脂；(B)50～150质量份的酸酐；(C)2～12质量份的固化促进剂；(D)5～50质量份的硅酮凝胶或硅油；以及(E)平均粒径为2～30μm的熔凝硅石，所述(E)熔凝硅石的含量为80～92质量％，所述半导体密封用环氧树脂组合物在25℃下且剪切速度为2.5s-1时的粘度为1000Pa·s以下。

Description

半导体密封用环氧树脂组合物、半导体安装结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及环氧树脂组合物，特别涉及适合作为芯片堆栈晶片(CoW)型的半导体密封材料的环氧树脂组合物。
背景技术
近年来，随着电子设备小型化的进展，对于半导体制品也越来越要求薄型化与小型化。因此，以进行单片化前的半导体晶片的状态，安装多个半导体裸芯片(barechip)，并进行密封的被称为晶片级芯片尺寸封装(WaferLevelChipSizePackage)的封装技术备受注目。之后，可将半导体密封材料与半导体晶片的层叠体单片化(切割)，以得到芯片级的半导体制品。这样的半导体制品由于会将安装面积做成与半导体裸芯片同样的大小，因此与将晶片切割之后再安装半导体裸芯片并密封的一般方法相比，具有更加容易进行小型化的特征。
此外，对于半导体制品，在要求小型化的同时也要求有高性能。因此，对将半导体裸芯片纵向地层叠而得到的半导体安装结构体也持续进行了研究。作为将半导体裸芯片层叠的方法，可列举出将半导体裸芯片彼此互相堆栈而进行的芯片堆栈芯片(CoC)方式、以及在半导体晶片基板上安装良品的半导体裸芯片而进行的芯片堆栈晶片(CoW)方式等。
CoW方式为利用晶片级芯片尺寸封装技术的方式。在CoW方式中，将多个半导体裸芯片安装于半导体晶片基板上，并以半导体密封材料密封。之后，再对所得到的半导体安装结构体进行切割。
在CoW方式中，对半导体晶片基板整体进行半导体密封材料的密封。因此，半导体密封材料固化后，产生切割前的半导体安装结构体的翘曲较严重的问题。由于半导体密封材料含有热固化性的树脂，因此在半导体密封材料的成形工序中，实施用于促进固化反应的加热处理。在之后的冷却工序中，由于半导体裸芯片、半导体密封材料以及半导体晶片基板根据各自的热膨胀率而进行收缩，因此会在尺寸变化上产生不均匀的情形。其结果为，半导体安装结构体中产生翘曲。
由于半导体裸芯片或半导体晶片基板是以硅、蓝宝石之类的材料形成，因此其尺寸变化较小。另一方面，半导体密封材料在超过玻璃化转变温度时，热膨胀率变得极大，从而尺寸变化变大。因此，在半导体密封材料中掺混60～95％或80～95％的被称作填料的无机物，从而将半导体密封材料的热膨胀率抑制地较低(参照专利文献1以及2)。此外，在半导体密封材料中掺混硅橡胶等橡胶成分，使固化后的半导体密封材料的内部应力降低，从而使半导体安装结构体的翘曲变小(参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-209453号公报
专利文献2：日本特开2013-10940号公报
专利文献3：日本特开2011-195742号公报
发明内容
发明所解决的课题
作为半导体密封材料，一般使用环氧树脂，尤其从处理性的观点来看，选用脂环式的环氧树脂。由于脂环式环氧树脂的粘度低，所以可以掺混大量的填料。虽然通过掺混大量的填料，能稍微减少半导体安装结构体的翘曲，但还是显得不足。一旦在半导体安装结构体上产生翘曲，则要在切割工序时将半导体安装结构体固定到切割胶带上就会变困难，无法进行切割。此外，当切割后的单片化半导体安装结构体本身有翘曲时，在将单片化半导体安装结构体搭载至电子设备上时会发生接触不良的情形。此外，近年来，在低成本化的背景下，要求对更大面积的晶片基板进行密封。因此，要求进一步降低半导体安装结构体的翘曲。
此外，已知通过CoW方式制造半导体安装结构体时，也容易在切割时产生问题。也就是说，为了将由硬度差异大的材料形成的层叠体、具体来说软质的半导体密封材料与硬质的半导体晶片基板的层叠体同时切割，会有已固化的半导体密封材料(以下，有时会简称为固化物或者是包覆成形(overmolding)材料)从半导体晶片基板上剥离、或固化物产生缺损的情形。
本发明的目的在于，抑制以包覆成形材料密封的半导体安装结构体的翘曲。进一步以降低切割时的包覆成形材料的剥离以及缺损作为目的。此外，还以提供抑制半导体安装结构体的翘曲、减少剥离与缺损，且进一步地，也具有优良的处理性的半导体密封用环氧树脂组合物作为目的。
用以解决课题的手段
也就是说，本发明的一个方面涉及半导体密封用环氧树脂组合物，其含有(A)100质量份的环氧树脂，所述环氧树脂含有10～45质量％的酚醛清漆型环氧树脂；(B)50～150质量份的酸酐；(C)2～12质量份的固化促进剂；(D)5～50质量份的硅酮凝胶或硅油；以及(E)平均粒径为2～30μm的熔凝硅石，所述(E)熔凝硅石的含量为80～92质量％，所述半导体密封用环氧树脂组合物在25℃下且剪切速度为2.5s-1时的粘度为1000Pa·s以下。
本发明的另一方面涉及半导体安装结构体，其包含：(a)具有多个元件搭载区域的半导体晶片基板；(b)分别搭载在所述多个元件搭载区域上的多个半导体裸芯片；以及(c)覆盖所述多个半导体裸芯片的表面且填充在所述半导体裸芯片彼此之间的包覆成形材料，所述包覆成形材料为所述半导体密封用环氧树脂组合物的固化物。
本发明的其他一个方面涉及半导体安装结构体的制造方法，其包含下述工序：将所述半导体密封用环氧树脂组合物以覆盖所述多个半导体裸芯片的表面并填充在所述半导体裸芯片彼此之间的方式包覆成形于具有分别搭载有多个半导体裸芯片的多个元件搭载区域的半导体晶片基板上。
发明效果
根据本发明的环氧树脂组合物，能减少用半导体密封材料进行了密封的半导体安装结构体的翘曲、切割时的已固化的半导体密封材料的剥离、以及已固化的半导体密封材料的缺损。此外，该环氧树脂组合物在处理性上也是优异的。
将本发明的新颖的特征记载在所附的权利要求书中，本发明关于构成及内容的两个方面，连同本申请的其他目的以及特征，可根据对照附图所做的以下的详细说明进一步充分地理解。
附图说明
图1(a)～(d)为用于说明半导体安装结构体的制造方法的一例的图。
图2为示意地表示半导体安装结构体的一例的俯视图。
图3为实施例2所得到的半导体安装结构体的截面中的固化物部分的显微镜照片(1000倍)。
图4为比较例2所得到的半导体安装结构体的截面中的固化物部分的显微镜照片(1000倍)。
图5为实施例2所得到的半导体安装结构体的截面中的固化物与半导体晶片基板的界面附近的显微镜照片(1000倍)。
图6为比较例2所得到的半导体安装结构体的截面中的固化物与半导体晶片基板的界面附近的显微镜照片(1000倍)。
具体实施方式
本发明的半导体密封用环氧树脂组合物包含：(A)100质量份的环氧树脂，其含有10～45质量％的酚醛清漆型环氧树脂；(B)50～150质量份的酸酐；(C)2～12质量份的固化促进剂；(D)5～50质量份的硅酮凝胶或硅油；以及(E)平均粒径为2～30μm的熔凝硅石。该环氧树脂组合物中的熔凝硅石(E)的含量为80～92质量％。该环氧树脂组合物在25℃下且剪切速度为2.5s-1时的粘度为1000Pa·s以下。
在环氧树脂(A)中，酚醛清漆型环氧树脂是由环氧氯丙烷与酚醛清漆型树脂得到的树脂。作为酚醛清漆型环氧树脂，可以列举出例如，苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、双环戊二烯酚醛清漆型环氧树脂、联苯酚醛清漆型环氧树脂等。当将含有包含特定量的酚醛清漆型环氧树脂的环氧树脂(A)、特定量的酸酐(B)、固化促进剂(C)、硅酮凝胶或是硅油(D)、以及熔凝硅石(E)的树脂组合物作为半导体密封材料而使用时，能减少密封后的半导体安装结构体的翘曲、和切割时的已固化的半导体密封材料的剥离、已固化的半导体密封材料的缺损。其中，从将降低上述问题的效果大的观点来看，优选如下述式(1)所示的双环戊二烯酚醛清漆型环氧树脂以及如下述式(2)所示的联苯酚醛清漆型环氧树脂。
[化学式1]
式(1)中，R表示氢或者碳原子数为1～6的烷基，n表示0～15的整数。作为R的烷基的位置以及数量都不受限。此外，分子中的多个R可以相同，也可以不同。例如，全部的R都为氢原子亦可。
[化学式2]
式(2)中，R表示氢原子或是碳原子数为1～4的低级烷基、苯基或卤素原子，n表示平均值，且为1.01～5。作为R的烷基、苯基或卤素原子的位置以及数量都不受限。分子中的多个R可以相同，也可以不同。例如，全部的R都为氢原子亦可。
再者，关于具有式(2)所表示的联苯酚醛结构的环氧树脂，作为NC-3000，由NipponKayaku株式会社销售。
在环氧树脂(A)中含有10～45质量％的酚醛清漆型环氧树脂。当环氧树脂(A)中的酚醛清漆型环氧树脂的含量少于10质量％时，被半导体密封材料密封的半导体安装结构体的翘曲就会变大，此外，还会在切割时产生固化物的剥离或缺损。此外，当酚醛清漆型环氧树脂的含量超过45质量％时，环氧树脂组合物的粘度会增加，因而处理性降低。酚醛清漆型环氧树脂的含量优选在环氧树脂(A)中为25～35质量％。
含有酚醛清漆型环氧树脂的环氧树脂组合物的固化物难以因切割而从半导体晶片基板上剥离。经推测，这是因为酚醛清漆型环氧树脂可使固化物的韧性提升之故。此外，含有酚醛清漆型环氧树脂的环氧树脂组合物的固化物在切割时不易产生缺损。经推测，这是因为酚醛清漆型环氧树脂具有芳香环，所以可赋予固化物刚性之故。
关于酚醛清漆型环氧树脂以外的环氧树脂，并未特别限定。可以使用例如，双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、芴型环氧树脂、萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、脂环式环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、聚醚型环氧树脂、有机硅改性环氧树脂等。可以将这些单独使用，也可以组合2种以上而使用。在这些当中，优选为萘型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚AD型环氧树脂、联苯型环氧树脂，更优选为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、萘型环氧树脂，从处理性的观点来看，更优选为双酚A型环氧树脂。也可以将它们组合2种以上而使用。
酸酐(B)为环氧树脂的固化剂，未特别限定。可列举出例如，酞酐、六氢酞酐、烷基六氢酞酐、烷基四氢酞酐、三烷基四氢酞酐、琥珀酸酐、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐(methylnadicanhydride)、偏苯三酸酐、均苯四甲酸二酐、甲基降冰片烷-2,3-二羧酸等。可以将它们单独使用，也可以组合2种以上而使用。其中优选甲基四氢酞酐或甲基六氢酞酐。
相对于100质量份的环氧树脂(A)，可掺混50～150质量份的酸酐(B)。当相对于100质量份的环氧树脂(A)，酸酐(B)的掺混量少于50质量份时，会使固化性降低，当超过150质量份时，则会使固化物的强度变小。酸酐(B)的掺混量优选为80～120质量份。
作为固化促进剂(C)，并未特别限定。可列举出例如，胺类固化促进剂、咪唑类固化促进剂、磷类固化促进剂、鏻盐类固化促进剂、双环式脒类及其衍生物、有机金属络合物、多胺的尿素化物等。固化促进剂优选具有潜伏性。关于潜伏性固化促进剂，可列举出例如，胺类固化促进剂、咪唑类固化促进剂、磷类固化促进剂等。此外，固化促进剂(C)优选作为与环氧树脂等树脂的反应产物(加成物)来使用。
相对于100质量份的环氧树脂(A)，可掺混2～12质量份的固化促进剂(C)。当相对于100质量份的环氧树脂(A)，固化促进剂(C)的掺混量少于2质量份时，无法充分地显现出掺混的效果，当超过12质量份时，则成形性会降低。固化促进剂(C)的掺混量优选为5～9质量份。再者，当将固化促进剂(C)作为加成物使用时，固化促进剂的掺混量指的是将除固化促进剂以外的成分(环氧树脂等)除去之后的固化促进剂的实际量。
硅酮凝胶或硅油(D)担负调整环氧树脂组合物的粘度的作用，并且使固化物的内部应力降低，减少被固化物密封的半导体安装结构体的翘曲。硅酮凝胶具有聚硅氧烷的结构，并可通过缩合反应方法或加成反应方法来制造。硅油也同样具有聚硅氧烷的结构，并具有硅氧烷键大约为2000个以下的直链结构。这些制造方法都是公知的，例如可以通过日本特开昭54-48720号公报、日本特开昭48-17847号公报等中记载的制造方法制得。具体来说，例如，可在作为催化剂的铂类化合物的存在下，使含SiH基的硅氧烷与含有乙烯基的有机聚硅氧烷以相对于1个乙烯基为0.3～0.8个SiH基的比例进行反应而得到。其中优选使用硅酮凝胶。
相对于100质量份的环氧树脂(A)，可以掺混5～50质量份的硅酮凝胶或硅油(D)。相对于100质量份的环氧树脂(A)，当硅酮凝胶或硅油(D)的掺混量少于5质量份时，无法减少密封后的半导体安装结构体的翘曲，当超过50质量份时，则处理性会降低。硅酮凝胶或是硅油(D)的掺混量优选为10～40质量份。
此外，也可以掺混用于使硅酮凝胶或硅油(D)均匀地分散在环氧树脂中的分散剂。关于分散剂，可以列举出例如，分子中具有下述式(3)所表示的结构的有机聚硅氧烷衍生物。
－[－B－A－B－(C－D)n－C－]p－(3)
式(3)中，A表示在两末端具有含有活性氢的基团且具有20～50个硅氧烷键的有机聚硅氧烷化合物残基。B表示具有2个能与活性氢反应的官能团的双官能性有机化合物残基。具体来说，可表示含有联苯或是萘骨架的环氧化合物残基、二异氰酸酯化合物残基、或二羧酸化合物残基中的任一种。C表示具有2个含有活性氢的基团的双官能性有机化合物残基。具体来说，表示与环氧化合物反应的双酚化合物残基、与二异氰酸酯化合物反应的乙二醇化合物残基或者与二羧酸化合物反应的二胺基化合物残基中的任一种。D表示具有2个能与活性氢反应的官能团的双官能性有机化合物残基。n表示1～20的整数，p表示1～20的整数。这样的有机聚硅氧烷衍生物可含有有机聚硅氧烷链与含芳香环的链或长链的脂肪族链两者。因此，作为使硅酮凝胶或硅油分散在环氧树脂中的分散剂是适当的。
作为有机聚硅氧烷衍生物，也可以使式(3)中的残基B和残基D为相同的化合物残基。在这种情况下，可以具有下述式(4)中所表示的结构。
－[－B－A－B－(C－B)n－C－]p－(4)
式(4)中，B为下述式(5)所表示的双官能性芳香族环氧化合物残基。
[化学式3]
(式中，Ar1表示由联苯或萘衍生而成的2价芳香族基，m表示1或2的整数。)
式(4)中，C表示以－O－Ar2－O－(式中，Ar2表示2,2-二苯基丙基)所表示的二价酚化合物残基。
有机聚硅氧烷衍生物的制作方法为公知方法，可以采用例如，日本专利第3855074号公报记载的方法。此外，作为优选的分散剂的聚硅氧烷衍生物的具体例也已在上述公报的实施例1(分散剂B)、以及实施例5(分散剂C)中公开。作为其制造方法，可以列举出例如，使苯酚末端硅油与萘骨架型二缩水甘油醚反应，在所得到的反应产物中，使双酚A二缩水甘油醚与双酚A聚合的方法。由此，就可以制得具有聚醚结构、且在末端具有环氧基的分散剂。
作为分散剂的掺混量，只要是可使硅酮凝胶或硅油(D)分散在树脂中所需要的量即可，例如，在将有机聚硅氧烷衍生物作为分散剂使用时，相对于100质量份的硅酮凝胶或硅油(D)，优选使用5～80质量份，更优选为10～50质量份。
熔凝硅石(E)的平均粒径为2～30μm。当平均粒径小于2μm时，粘度会上升而导致处理性降低，当平均粒径超出30μm时，成形性会降低。熔凝硅石(E)的平均粒径优选为5～25μm。此外，从能提升处理性的观点来看，更优选熔凝硅石(E)含有5～40重量％的平均粒径为0.2～5μm的熔凝硅石。再者，(E)熔凝硅石优选为球形度高的球形。此外，事先使硅烷偶联剂在表面反应亦可。
平均粒径为体积粒度分布的累积体积为50％时的粒径(D50)。平均粒径D50可为例如，使用激光衍射式的粒度分布测定装置通过激光衍射散射法所测定出的数值。
环氧树脂组合物含有80～92质量％的熔凝硅石(E)。当熔凝硅石(E)的含量少于80质量％时，就无法降低密封后的半导体安装结构体的翘曲，当超过92质量％时，处理性会降低。熔凝硅石(E)的含量优选为83～90质量％。
环氧树脂组合物在25℃下且剪切速度为2.5s-1时的粘度为1000Pa·s以下。此粘度若是依测定方法而会有不同数值的情况下，则采取使用BROOKFIELD公司制的HBT型粘度计所测定的值。当环氧树脂组合物在25℃且剪切速度为2.5s-1时的粘度超过1000Pa·s时，则会变得容易发生压缩成形时的金线偏移(wiresweep)或填充不良，此外，在成形时要将树脂顺畅地供应到模具中会变困难。在25℃下且剪切速度为2.5s-1时的粘度优选为800Pa·s以下。
环氧树脂组合物优选以指定比例掺混各成分，并搅拌例如60～120分钟，之后，在减压下进行脱泡后使用。此外，可以在50～200℃，特别是在100～175℃下，用2～10分钟左右使其固化。
环氧树脂组合物由于具有含有芳香环的酚醛清漆型环氧树脂，因此可将固化物的玻璃化转变温度变高。例如，固化物在动态粘弹性测定(DMA)中，具有120～220℃的玻璃化转变温度。因此，使环氧树脂组合物固化后的热收缩率会变小，能降低以固化物密封的半导体安装结构体的翘曲。此外，由于固化物具有刚直的骨架，因此可以将切割时的固化物的缺损降低。
环氧树脂组合物的固化物例如在动态粘弹性测定(DMA)的情况下，在25℃下的储存弹性模量(storageelasticmodulus)为10～23GPa。当储存弹性模量在这个范围时，固化物的内部应力较小。因此，能降低以固化物密封的半导体安装结构体的翘曲。
环氧树脂组合物也可含有其他添加剂。作为添加剂，可列举出，硅烷偶联剂或炭黑等。作为硅烷偶联剂，可以使用3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等。可将这些单独使用，也可以组合2种以上而使用。相对于100质量份的环氧树脂，硅烷偶联剂的掺混量优选为0.1～10质量份，更优选为1～5质量份。相对于100质量份的环氧树脂，炭黑的掺混量优选为0.1～10质量份，更优选为0.5～3质量份。
此外，在本发明的环氧树脂组合物中，还可以根据目的而适量使用消泡剂、流平剂、颜料等。
本发明的环氧树脂组合物由于尺寸变化小，并具有适度的弹性以及粘度，因此适合作为要求成形性、耐热性、耐翘曲性等性能的半导体密封材料。其中尤以在以包覆成形法进行作为大面积的半导体封装的晶片级芯片尺寸封装的密封时，作为所使用的半导体密封材料特别适合。
作为包覆成形，可以列举出例如，传递成形(transfermolding)或者压缩成形等。其中优选为压缩成形。包覆成形优选在50～200℃下、更优选在100～175℃下进行1～15分钟。根据需要，可以进行100～200℃、30分钟～24小时的后固化(postcure)。
此外，本发明涉及具备环氧树脂组合物的固化物即包覆成形材料的半导体安装结构体。以下，一边参照图1(c)、(d)以及图2，一边就半导体安装结构体作说明。半导体安装结构体1具备：具有多个元件搭载区域24的半导体晶片基板2、搭载于多个元件搭载区域24上的多个半导体裸芯片3、覆盖在多个半导体裸芯片3的表面且填充在半导体裸芯片3彼此之间的包覆成形材料4。这里的包覆成形材料4为本发明的环氧树脂组合物的固化物。
半导体晶片基板2为通过通常的方法形成有电路的、被切割成单个的半导体芯片之前的晶片基板。半导体晶片基板2可以形成为厚度为50～1000μm，直径为8英寸以上。即使是对具有这样的大面积的半导体晶片基板进行密封而形成的半导体安装结构体，通过使用包覆成形材料4，也能显著降低其翘曲。作为半导体裸芯片3，可以列举出被称为IC或LSI的集成电路等。
从提高连接可靠性的观点来看，半导体安装结构体1优选具备填充在半导体晶片基板2与半导体裸芯片3之间的底部填充材料5。作为底部填充材料5，并无特别限定，并可列举出例如，包含环氧树脂和固化剂、固化促进剂、无机填充剂等的组合物。
作为用于底部填充材料5中的环氧树脂，并无特别限定，可以从作为被使用到本发明的环氧树脂组合物中的环氧树脂而列举出来的例子中任意地选择使用。作为固化剂以及固化促进剂，可以从作为被使用到本发明的环氧树脂组合物中的化合物而列举出来的例子中任意地选择使用。作为无机填充剂，除了熔凝硅石外，还可以使用晶性硅石(crystallinesilica)、氧化铝、氧化镁、氮化硅等。
如图1(d)所示，半导体安装结构体1按每个元件搭载区域24进行单片化，作为单片化半导体安装结构体11来使用。作为包覆成形材料4，使用了本发明的半导体密封材料的固化物，因此即使对半导体安装结构体1进行切割，也难以在所得到的单片化半导体安装结构体11的包覆成形材料4上产生剥离或缺损。
在将半导体安装结构体1按照每个元件搭载区域24进行单片化之前，也可以将半导体晶片基板2的第二表面(第一表面2a的相反面，未图示)削薄，使导体23的一部分露出，形成贯通导体(未图示)。此外，也可以在贯通导体的端部形成软钎料球等端子(未图示)。
此外，本发明涉及所谓的以芯片堆栈于晶片上的方式形成的半导体安装结构体的制造方法。也就是说，本发明的半导体安装结构体的制造方法具备：将半导体密封用环氧树脂组合物以覆盖所述多个半导体裸芯片的表面、且填充于所述半导体裸芯片彼此之间的方式包覆成形在具有分别搭载有多个半导体裸芯片的多个元件搭载区域的半导体晶片基板上的工序。
以下，一边参照图1以及图2，一边就半导体安装结构体1的制造方法以及单片化半导体安装结构体11的制造方法进行说明。图1(a)～(c)为用于说明半导体安装结构体1的制造方法的一例的图，图1(a)～(d)为用于说明单片化半导体安装结构体11的制造方法的一例的图，图2为半导体安装结构体1的一例，为从半导体晶片基板2的顶面(第一表面2a)所见的示意图。
图1(a)显示搭载有多个半导体裸芯片3的半导体晶片基板2。具体来说，在半导体晶片基板2的第一表面2a的多个元件搭载区域24上，以与第一端子21连接的方式搭载有多个半导体裸芯片3。第一端子21是配置导体23上的端子，所述导体23的至少一部分埋入半导体晶片基板2中。第一端子21与配置在半导体裸芯片3上的元件电极31电连接。第一端子21以及元件电极31的材料和形状没有特别限定。作为导体23也无特别限定，但是可由导电性膏糊和金属粒子等导体形成。
导体23以及第一端子21例如可以如下所述形成。将半导体晶片基板2蚀刻，在多个元件搭载区域24上分别形成多个孔。以半导体晶片基板2与所形成的导体23不发生干涉的方式在孔的内表面形成绝缘膜，将导体23填充到该孔内。该导体23例如成为最终贯通半导体晶片基板2的贯通导体。接着，将半导体晶片基板2的第一表面2a削薄，使导体23露出。最后，通过电镀等，在露出的导体23上形成焊点等的第一端子21。
如图1(b)所示，优选在半导体晶片基板2与半导体裸芯片3之间填充底部填充材料5。这是为了保护使将半导体晶片基板2与半导体裸芯片3导通的第一端子21免受外部应力作用，从而使连接可靠性提高。
如图1(c)所示，在如此准备的搭载有多个半导体裸芯片的半导体晶片基板上，用本发明的环氧树脂组合物以使环氧树脂组合物覆盖多个半导体裸芯片3的表面、且填充在半导体裸芯片3彼此之间的方式进行包覆成形。优选进行压缩成形。具体来说，可将包覆成形材料4的材料即环氧树脂组合物装入压缩成形机的下部模具中，将搭载有半导体裸芯片3的半导体晶片基板2吸引至上部模具。接着，在一边使下部模具上升一边朝上部模具加压的同时，将环氧树脂组合物加热以进行成形。环氧树脂组合物通过加热而固化，成为包覆成形材料4。
此外，如图1(d)所示，也可以将所制造的半导体安装结构体1按照每个元件搭载区域24进行切割而单片化。作为包覆成形材料4，使用了本发明的环氧树脂组合物的固化物，因此即使对半导体安装结构体1进行切割，所得到的单片化半导体安装结构体11的包覆成形材料4也难以从半导体晶片基板上剥离，且不易产生缺损。
再者，也可以在进行单片化之前，将半导体晶片基板2的第二表面削薄，以使导体23的一部分露出，形成贯通导体(未图示)。此外，也可以在贯通导体的端部形成软钎料球等端子(未图示)。
接着，根据实施例，对本发明作更具体的说明。但是，以下的实施例并非用以限制本发明。
《实施例1～5、比较例1～6》
将表1所示的各个成分以各自的掺混量进行掺混，在常温(25℃)下充分地搅拌，制得均匀的环氧树脂组合物。将所得到的各个环氧树脂组合物压缩成形在搭载有多个5mm见方的半导体芯片的直径为12英寸、厚度为300μm的硅晶片上，制得半导体安装结构体。压缩成形使用具有直径为12英寸、高度为0.4mm的模穴的下部模具，在110℃下进行10分钟，接着实施170℃、120分钟的后固化。
<评价>
对于实施例1～5以及比较例1～6的环氧树脂组合物、其固化物、或者被环氧树脂组合物密封的半导体安装结构体、将其单片化而成的单片化半导体安装结构体，如以下所述进行评价。将评价结果示于表1。
[粘度·处理性]
在25℃、剪切速度为2.5s-1的条件下，使用BROOKFIELD公司制的HBT型粘度计(转子型号：#29)测定环氧树脂组合物的粘度。此外，将粘度为1000Pa·s以下的情况视为处理性良好并评价为○，将超过1000Pa·s的情况评价为×。
[固化物的玻璃化转变温度(Tg)]
在110℃、10分钟的条件下将环氧树脂组合物压缩成形，接着施行170℃、120分钟的后固化而制得固化物。以DMA法测定所得到的固化物的玻璃化转变温度。在升温速度为2℃/分钟、频率为1Hz的测定条件下，求出tanδ的峰值温度。将玻璃化转变温度为120℃～200℃的情况评价为○，将除此以外的情况评价为×。
[固化物的储存弹性模量]
对与上述同样地进行而得到的固化物，使用DMA，在升温速度为2℃/分钟、频率为1Hz的测定条件下进行测定，求出25℃下的储存弹性模量。将储存弹性模量比10GPa小的情况评价为×，将为10～23GPa的情况评价为○，将超过23GPa的情况评价为×。
[半导体安装结构体的翘曲]
将半导体安装结构体以使半导体晶片基板朝上的方式设置在激光位移计上。测量中心部与圆周上的4个点的距离差，将其差的平均值作为翘曲量。将翘曲量小于1mm的情况评价为◎，将1～3mm的情况评价为○，将超过3mm的情况评价为×。
[切割后的截面状态]
对半导体安装结构体进行切割，得到10mm×10mm的单片化的半导体安装结构体。对所得到的单片化半导体安装结构体的截面进行电子显微镜拍摄(1000倍)，测量凹部的大小。将在截面上未观察到10μm以上的凹部的情况评价为○，将看到10μm以上的凹部情况评价为×。再者，此凹部是切割时因切断面的树脂发生缺损而产生的凹坑。
[切割后的剥离]
对半导体安装结构体进行切割，得到10mm×10mm的单片化的半导体安装结构体。对所得到的单片化半导体安装结构体的截面进行电子显微镜拍摄(1000倍)，通过目视判定包覆成形材料是否从半导体晶片基板上剥离。将没有确认到剥离的情况评价为○，将有剥离的情况评价为×。
以下所示为表1中的用语的含意。
环氧树脂(1)：RE-310(日本化药株式会社制，双酚A型环氧树脂，环氧当量为184g/eq)
环氧树脂(2)：CELLOXIDE2021P(Daicel化学工业株式会社制，脂环式环氧树脂，环氧当量为135g/eq)
环氧树脂(3)：EP4088S(株式会社ADEKA制，双环戊二烯型环氧树脂，环氧当量为170g/eq)
环氧树脂(4)：HP7200(株式会社DIC制，双环戊二烯酚醛清漆型环氧树脂，环氧当量为259g/eq)
环氧树脂(5)：NC-3000(日本化药株式会社制，联苯酚醛清漆型环氧树脂，环氧当量为278/eq)
酸酐：甲基四氢酞酐(日立化成株式会社制，酸酐当量为164g/eq)
熔凝硅石：平均粒径为20μm
硅油：含有环氧基的硅油(环氧当量为1200，在25℃下的粘度为700Pa·s)
硅酮凝胶：2液型硅酮凝胶(TSE3062，GEToshibaSilicones公司制)
硅烷偶联剂：3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷
炭黑：#2600(三菱化学株式会社制)
固化促进剂：AmicurePN-23(胺加成物类潜伏性固化促进剂，Ajinomoto株式会社制)
实施例1～5的环氧树脂组合物具有良好的处理性，所得到的半导体安装结构体的翘曲小。此外，未发现切割后的树脂缺损或剥离。图3以及图5中示出了实施例2所得到的半导体安装结构体的截面的电子显微镜照片。
比较例1的环氧树脂组合物虽然有良好的处理性，但是所得到的半导体环氧树脂的翘曲大。认为其原因是，由于使用脂环式的环氧树脂代替酚醛清漆型环氧树脂，从而导致固化物的热膨胀率变高，尺寸变化增大。此外，可知切割后的树脂的缺损大，固化物的强度不足。此外，也确认到了固化物的剥离。
比较例2的环氧树脂组合物虽然具有良好的处理性，但是固化物的玻璃化转变温度低，所得到的半导体安装结构体的翘曲较大。此外，由于固化物的强度不足，如图4所示，切割后的固化物的缺损大，在表面形成严重的凹凸，固化物的棱角被削除。此外，如图6所示，在固化物与半导体晶片基板的界面附近产生龟裂，确认有剥离。
比较例3的环氧树脂组合物由于硅酮凝胶的掺混量过剩，导致处理性变差。
比较例4的环氧树脂组合物由于酚醛清漆型环氧树脂的含量过多，因而导致处理性变差。
比较例5的环氧树组合物虽然具有良好的处理性，但是由于熔凝硅石的掺混量少，因而导致固化物的弹性模量变低，所得到的半导体安装结构体的翘曲严重。此外，可知切割后的固化物的缺损大，固化物的强度不足。
比较例6的环氧树脂组合物由于仅使用酚醛清漆型环氧树脂作为环氧树脂，因而处理性差。而且，切割后的固化物的缺损大，进而在半导体晶片与固化物的界面处确认到剥离。认为这是因仅使用酚醛清漆型环氧树脂导致韧性降低，从而发生的。
产业上的可利用性
本发明的环氧树脂组合物尤其作为包覆成形材料是有用的，所述包覆成形材料例如在通过压缩成形法进行使用大面积的半导体晶片的晶片级芯片尺寸封装的密封时使用。
虽然已经就本发明目前的优选的实施方式作了说明，但是不应限定地解释这样的公开内容。对本发明所属技术领域中的本领域技术人员来说，通过阅读上述公开内容，各种的变形以及改变毫无疑问都是显而易见的。因此，只要未脱离本发明真正的精神以及范围，应该将所附的权利要求书解释成包含所有的变形以及改变。
符号说明
1半导体安装结构体
2半导体晶片基板
2a第一表面
21第一端子
23导体
24元件搭载区域
3半导体裸芯片
31元件电极
4包覆成形材料
5底部填充材料
11单片化半导体安装结构体

Claims (11)

1.一种半导体密封用环氧树脂组合物，其包含：
(A)100质量份的环氧树脂，所述环氧树脂含有10～45质量％的酚醛清漆型环氧树脂；
(B)50～150质量份的酸酐；
(C)2～12质量份的固化促进剂；
(D)5～50质量份的硅酮凝胶或硅油；以及
(E)平均粒径为2～30μm的熔凝硅石，
所述(E)熔凝硅石的含量为80～92质量％，
所述半导体密封用环氧树脂组合物在25℃下且剪切速度为2.5s-1时的粘度为1000Pa·s以下。
2.根据权利要求1所述的半导体密封用环氧树脂组合物，其中，所述酚醛清漆型环氧树脂为选自由双环戊二烯酚醛清漆型环氧树脂及联苯酚醛清漆型环氧树脂组成的组中的至少1种。
3.根据权利要求1或2所述的半导体密封用环氧树脂组合物，其中，在固化物状态下，通过DMA法测定得到的玻璃化转变温度为120～220℃，且在25℃下的储存弹性模量为10～23GPa。
4.一种半导体安装结构体，其具备：
(a)具有多个元件搭载区域的半导体晶片基板；
(b)分别搭载在所述多个元件搭载区域上的多个半导体裸芯片；以及
(c)覆盖所述多个半导体裸芯片的表面且填充在所述半导体裸芯片彼此之间的包覆成形材料，
所述包覆成形材料为权利要求1～3中任1项所述的半导体密封用环氧树脂组合物的固化物。
5.根据权利要求4所述的半导体安装结构体，其中具备填充于所述半导体晶片基板与所述半导体裸芯片之间的底部填充材料。
6.根据权利要求4或5所述的半导体安装结构体，其中，所述半导体晶片基板的厚度为50～1000μm，直径为8英寸以上。
7.一种单片化半导体安装结构体，其是将权利要求4～6中任1项所述的半导体安装结构体按照每个所述元件搭载区域进行单片化而得到的。
8.一种半导体安装结构体的制造方法，其包含下述工序：将权利要求1～3中任1项所述的半导体密封用环氧树脂组合物以覆盖所述多个半导体裸芯片的表面并填充在所述半导体裸芯片彼此之间的方式包覆成形于具有分别搭载有多个半导体裸芯片的多个元件搭载区域的半导体晶片基板上。
9.根据权利要求8所述的半导体安装结构体的制造方法，其中，所述包覆成形为压缩成形。
10.根据权利要求8或9所述的半导体安装结构体的制造方法，其中具备填充于所述半导体晶片基板与所述半导体裸芯片之间的底部填充材料。
11.一种单片化半导体安装结构体的制造方法，其包含以下工序：将通过权利要求8～10中任1项所述的制造方法得到的半导体安装结构体按照每个所述元件搭载区域进行切割而单片化。
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