CN107151548B - 用于芯片接合的环氧树脂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于芯片接合的环氧树脂组合物和使用该环氧树脂组合物制造的半导体器件，该环氧树脂组合物包括：环氧树脂、弹性体、固化剂、填料和溶剂，其中所述弹性体包括具有环氧基的弹性体，并且所述固化剂包括固体胺化合物。

Description

用于芯片接合的环氧树脂组合物

技术领域

本发明涉及一种用于芯片接合(die bonding)的环氧树脂组合物，更具体地，涉及一种用于芯片接合的环氧树脂组合物，其具有高粘合强度，同时具有能在封装中实现缓冲作用的弹性模量，并且具有低粘性，使后续操作方便。

背景技术

通常地，作为半导体元件(诸如集成电路IC或大规模集成电路LSI)与支撑构件(诸如引线框和绝缘支撑基板)之间的接合材料(即，芯片接合材料)，已知有Au-Si共晶合金、焊料、银膏等。

然而，随着当前的半导体封装已经变得更小和更轻，绝缘支撑基板的使用已经变得更加广泛，并且为了降低生产成本，旨在利用为大规模生产提供良好适用性的印刷法以供应芯片接合材料的方法正受到越来越多的关注。需要开发适合于印刷法的芯片接合材料。

韩国专利公开号10-2007-0038033公开了用于芯片粘合的树脂糊，其包含具有羧酸端基的丁二烯均聚物或共聚物(A)、热固性树脂(B)、填料(C)和印刷溶剂(D)，其中干燥固化后的树脂糊的弹性模量在1至100MPa(25℃)的范围内，其可以通过这样的印刷法容易地进行供应和涂布。

然而，存在以下问题：上述用于芯片接合的树脂糊具有低粘合力，并且在B阶段后具有高表面粘性，使得随后的操作不利。

发明内容

[技术问题]

本发明的目的是提供一种用于芯片接合的环氧树脂组合物，其具有高粘合强度，同时具有能够在封装中实现缓冲作用的弹性模量，并且具有低粘性，使随后操作方便。

本发明的另一个目的是提供一种使用该用于芯片接合的环氧树脂组合物制造的半导体装置。

[技术方案]

根据本发明的一个方面，提供了一种用于芯片接合的环氧树脂组合物，其包括：环氧树脂、弹性体、固化剂、填料和溶剂，其中所述弹性体包括具有环氧基的弹性体，并且所述固化剂包括固体胺化合物。

在本发明的一个实施方式中，该环氧树脂组合物还可以包括固化催化剂。

根据本发明的另一方面，提供一种使用该用于芯片接合的环氧树脂组合物制造的半导体装置。

[有益效果]

根据本发明的用于芯片接合的环氧树脂组合物具有高粘合强度，同时具有能够在封装中实现缓冲作用的弹性模量，并且在B阶段后也具有低表面粘性，使得随后的操作方便，并且由于低粘度而适合于印刷法。

具体实施方式

在下文中，将更详细地描述本发明。

根据本发明的一个实施方式的用于芯片接合的环氧树脂组合物包括环氧树脂、弹性体、固化剂、填料和溶剂，其中所述弹性体包括具有环氧基的弹性体，并且所述固化剂包括固体胺化合物。

在本发明的一个实施方式中，该环氧树脂是用于赋予粘合力和改善耐久性的组分，并且在一个分子内具有至少两个或更多个环氧基。

环氧树脂的实例包括双酚型环氧树脂例如双酚A、双酚E、双酚F、双酚M、双酚S和双酚H、缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂等。这些树脂可以单独使用，或者两种以上组合使用，并且对混合时的混合比没有特别限制。

在本发明的一个实施方式中，基于环氧树脂组合物的总重量，环氧树脂的含量可以为2至20重量％。当环氧树脂的量小于2重量％时，粘合力可能降低，因此对可靠性具有影响。当环氧树脂的量大于20重量％时，玻璃化转变温度和弹性模量可能增加，从而引起芯片裂纹。

在本发明的一个实施方式中，环氧树脂可以与酰亚胺树脂组合地在高温下显示出优异的粘合强度。

酰亚胺树脂的实例包括4,4-双马来酰亚胺二苯基醚、4,4-双马来酰亚胺二苯基甲烷、4,4-双马来酰亚胺-3,3'-二甲基二苯基甲烷、4,4-双马来酰亚胺二苯基砜、双[4-(4-马来酰亚胺基苯氧基)苯基]醚、双[4-(4-马来酰亚胺基苯氧基)苯基]甲烷、双[4-(4-马来酰亚胺基苯氧基)苯基]氟代甲烷、双[4-(4-马来酰亚胺基苯氧基)苯基]砜、双马来酰亚胺低聚物等。

当使用时，从改善固化后的粘合强度，同时保持组合物的储存稳定性的观点出发，基于100重量份的环氧树脂，酰亚胺树脂的混合量可以为1至200重量份。

此外，为了促进酰亚胺树脂的固化，可以使用自由基聚合引发剂。自由基聚合引发剂的实例包括乙酰基环己基磺酰基过氧化物、过氧化异丁酰、过氧化苯甲酰、过氧化辛酰、过氧化乙酰、过氧化二枯基、氢过氧化枯烯、偶氮二异丁腈等。基于100重量份的酰亚胺树脂，自由基聚合引发剂的使用量可以为0.01至3.0重量份。

在本发明的一个实施方式中，弹性体用于通过将弹性赋予芯片接合材料以吸收内部应力的目的，并且包括具有环氧基的弹性体。

具有环氧基的弹性体的实例包括B-Tough A3(环氧官能反应性增韧剂，由Croda制造)、KR系列(由Kukdo Chemical Co.,Ltd.制造)以及PB3600和PB4700(由Daicel Japan制造)等。

在本发明的一个实施方式中，基于环氧树脂组合物的总重量，弹性体的含量可以为30至50重量％。当弹性体的量小于30重量％时，玻璃化转变温度和弹性模量增加，从而发生芯片裂纹。当弹性体的量大于50重量％时，粘度增加，从而对加工性具有影响，或者玻璃化转变温度变得太低，从而在随后在高温下进行的工作中发生芯片移位现象。

在本发明的一个实施方式中，固化剂是与环氧树脂反应以进行组合物的固化的组分，并且包括固体胺化合物。

作为固体胺化合物，可以使用在室温下为固体的氰基胍、三聚氰胺和咪唑等，但不限于此。

在本发明的一个实施方式中，基于环氧树脂组合物的总重量，固化剂的含量可以为1至3重量％。当固化剂的量小于1重量％时，使交联密度降低，并且也使吸湿率增加，从而对可靠性具有影响。当量大于3重量％时，适用期可能缩短，并因此在溶剂干燥过程中可能发生固化。

在本发明的一个实施方式中，填料是用于控制组合物的流动性和粘度的组分，并且其实例包括二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、二氧化硅、氧化铝等。这些可以单独使用，或者两种以上组合地使用。在本发明的一个实施方式中，可以通过包括有机硅粉末作为填料以赋予弹性。

在本发明的一个实施方式中，基于环氧树脂组合物的总重量，填料的含量可以为25至45重量％。当填料的量小于25重量％时，粘度和触变性低，因此芯片粘合材料在印刷期间不能保持其形状，并且可能发生塌陷现象。当填料的量超过45重量％时，粘度变高，从而发生印刷时表面变得不光滑的现象。

在本发明的一个实施方式中，溶剂的实例包括二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、γ-丁内酯、异佛尔酮、卡必醇、卡必醇乙酸酯、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、乙酸2-(2-丁氧基乙氧基)乙酯、乙基溶纤剂、乙基溶纤剂乙酸酯、丁基溶纤剂、二噁烷、环己酮、茴香醚等。这些可以单独使用，或者两种以上组合地使用。

在本发明的一个实施方式中，基于环氧树脂组合物的总重量，溶剂的含量可以为15至30重量％。当溶剂的量小于15重量％时，粘度可能增加，对加工性具有影响。当溶剂的量大于30重量％时，粘度可能降低，并且可能需要长时间来进行溶剂干燥工序，在此过程中可能进行环氧固化反应。

根据本发明的一个实施方式的环氧树脂组合物还可以包含固化催化剂。

固化催化剂用于改善组合物的固化速率，并且其实例包括二乙基三胺(DETA)、乙二胺(EDA)、三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)、二乙基氨基丙胺(DEAPA)、甲二胺(MDA)、N-氨基乙基哌嗪(N-AEP)、间苯二甲胺(m-XDA)、1,3-双氨基甲基环己烷(1,3-AC)、异佛尔酮二胺、二氨基环己烷、N,N-二乙基-1,3-丙二胺、N-(2-羟基乙基)-1,3-戊二胺、N,N-二正丁基-1,3-丙二胺、改性多胺等。

基于100重量份的环氧树脂，可以以1至20重量份的量使用固化催化剂。当固化催化剂的量小于1重量份时，固化催化剂的活性降低，因此不进行固化。当固化催化剂的量大于20重量份时，固化催化剂的活性变得非常高，因此存在储存稳定性劣化的问题。

此外，根据本发明的一个实施方式的环氧树脂组合物可以根据需要还包括添加剂例如增粘剂、分散剂、抗泡剂、消泡剂和离子清除剂，只要本发明的目的不会受到不利影响即可。

根据本发明的一个实施方式的环氧组合物可以通过使用混合搅拌器使每种组分充分分散，然后真空脱泡来制备。优选地在制备后8小时内在-20至-40℃的冷冻器中储存，并且在使用时必须在适用期内使用。

本发明的一个实施方式提供一种使用该用于芯片接合的环氧树脂组合物制造的半导体器件。

根据本发明的一个实施方式的制造半导体器件的方法包括以下步骤：将用于芯片接合的环氧树脂组合物施涂到支撑基板上；干燥所施涂的树脂组合物以进行B阶；将半导体元件安装在所述B阶树脂组合物上；以及固化其上安装有所述半导体元件的树脂组合物。

对支撑基板没有特别限制，例如，可以使用引线框例如42合金引线框或铜引线框；聚酰亚胺树脂、环氧树脂等的塑料膜；包括基材例如玻璃或无纺布的基板，其中含有聚酰亚胺树脂、环氧树脂等的树脂组合物已经浸渍其中并且然后固化(预浸坯料)；或由陶瓷例如氧化铝制成的支撑构件。

作为将用于芯片接合的环氧树脂组合物供应并涂布在支撑基板上的方法，优选为印刷法。作为印刷法，例如可以使用丝网印刷法。

作为使涂布的树脂组合物干燥以实施B阶的方法，可以提及加热作为实例。本发明的用于芯片接合的环氧树脂组合物含有特定的溶剂，但大部分的溶剂通过B阶而挥发。

通过B阶，在支撑基板上形成具有足够小空隙的低粘性或无粘性的芯片接合层。

作为半导体元件(芯片)，可以提及IC、LSI等作为示例。可以安装半导体元件以形成DRAM、SRAM、闪存等。此时，可以通过在加热条件下施加载荷来进行树脂组合物的临时接合。或者，可以通过进一步加热进行树脂组合物的固化。

在本发明的一个实施方式中，优选地对其上安装有半导体元件的树脂组合物(芯片接合层)进行后固化。

树脂组合物的这种后固化可以与密封材料的后固化步骤结合，条件是在安装和组装过程中不出现问题。

以下，将参考实施例、比较例和实验例更具体地描述本发明。对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例、比较例和实验例仅用于说明本发明，并且本发明的范围不限于此。

实施例1和比较例1和2：用于芯片接合的环氧树脂组合物的制备

将各成分以下述表1中所示的组成混合来制备用于芯片接合的环氧树脂组合物(单位：重量％)。

[表1]

1)Hypro 1300X13NA CTBN(CVC thermoset specialties)

2)B-Tough A3(Croda)

3)EOCN-1020(Nippon kayaku)

4)YDCN-500-4P(Kukdo Chemical)

5)CNE80208(KCC)

6)MEH-7800SS(Meiwa)

7)DICY(Air product)

8)卡必醇乙酸酯(Samchun Chemical)

9)AEROSIL R 972(EVONIK)

10)SFP-30M(Denka)

11)EP-2601(Dow corning)

12)IXEPLAS-A1(Toagosei)

13)IXE-600(Toagosei)

14)LC550(SHIN-A T&C)

15)BYK110(BYK Additive&Instruments)

16)BYK-085(BYK Additive&Instruments)

17)BYK-A501(BYK Additive&Instruments)

18)S-510(CHISSO)

实验例1：

通过以下方法测量实施例1和比较例1和2中制备的环氧树脂组合物的物理性质，将结果示于下表2中。

(1)粘度和触变指数

取约0.5ml组合物的样品，使用转子CP-51在Brookfield锥/板粘度计中在0.5rpm和25rpm的旋转速度下测量25℃下的粘度。将在5rpm下测量的值作为粘度值，并将触变指数计算为在0.5rpm和5rpm下测量的两个粘度值的比率，即在0.5rpm下测量的值/在5rpm下测量的值。

(2)玻璃化转变温度(Tg)和弹性模量

将该组合物的样品以0.2mm的厚度涂布并在125℃/30分钟和175℃/120分钟下固化，然后使用Perkin ELmer DMA 8000以拉伸模式进行测量。

(3)实验室剪切强度

根据ISO 4587试验方法在20℃下测试5个样品，并显示平均值。样品是与铝板连接的金属。

(4)粘性

将涂布有厚度为100μm组合物的试样在125℃的烘箱中挥发30分钟，然后使用纹理分析仪以5N的力压制5秒以测量分离力。

[表2]

物理性质	实施例1	对比例1	对比例2
				粘度	14200	25766	14000
触变指数	2.97	2.77	3.0
				玻璃化转变温度	70	60	10
弹性模量	90	163	10
				剪切强度	8	5.6	1.0
粘性(N)	4.7	13.6	15.4

从上表2可以看出，证实了与不含弹性体和胺化合物的比较例1和2相比，含有具有环氧基的弹性体作为弹性体并且含有固体胺化合物作为固化剂的实施例1的环氧树脂组合物具有较高的粘合强度，并在B阶后显示较低的粘性。

尽管已经示出和描述了本发明的具体实施方式，但是本领域技术人员将理解，不旨在将本发明限制为优选实施方式，并且对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。

因此，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于芯片接合的环氧树脂组合物，其包括：环氧树脂、弹性体、固化剂、填料和溶剂，其中，所述弹性体包括具有环氧基的弹性体，所述固化剂包括固体胺化合物，并且所述填料包括有机硅粉末，

其中，基于所述环氧树脂组合物的总重量，所述环氧树脂的含量为2至20重量％，所述弹性体的含量为30至50重量％，所述固化剂的含量为1至3重量％。

2.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，其中，所述固体胺化合物包括氰基胍。

3.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，还包括固化催化剂。

4.一种半导体器件，其使用根据权利要求1至3中任一项所述的用于芯片接合的环氧树脂组合物制造。