CN107418143A - 半导体密封用环氧树脂组合物和半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供半导体密封用环氧树脂组合物和半导体装置。本发明的半导体密封用环氧树脂组合物为用于在半导体装置中形成密封件的树脂组合物,上述半导体装置通过将搭载在基板上的半导体元件和与半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线密封而形成,上述树脂组合物的特征在于:含有环氧树脂和固化剂,树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上200℃以下。
Description
技术领域
本发明涉及半导体密封用环氧树脂组合物和半导体装置。
背景技术
为了提高具备接合线的半导体装置中的耐湿可靠性,对用于制造该半导体装置的密封用树脂组合物进行了各种研究。
例如,在专利文献1中记载有一种含有水解性氯量为10~20ppm的联苯型环氧树脂的半导体密封用环氧树脂组合物。在该文献中记载有:利用上述树脂组合物形成密封件,对于提高具备以铜(Cu)为主成分的铜线的半导体装置的耐湿可靠性是有用的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-67694号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
使用铜线制作的半导体装置,在长期间使用该半导体装置的情况下,有时会产生在上述铜线或上述铜线与电极的接合部产生腐蚀的不良情况。因此,本发明的发明人为了使用比铜线难以腐蚀、并且比金线廉价的以银(Ag)为主成分的银线来制作抑制了上述不良情况的产生的半导体装置,进行了深入研究。其结果,本发明的发明人发现:在利用专利文献1中记载的树脂组合物形成具备银线的半导体装置中的密封件的情况下,在高温高湿环境下使用所得到的半导体装置时,依然有可能产生银线腐蚀等不良情况。具体而言,本发明的发明人发现:在高温高湿环境下使用具备银线的以往的半导体装置时,有时该半导体装置在电连接性的观点上产生不良情况。由此,本发明的发明人发现:具备银线的以往的半导体装置,在高温高湿环境下的耐湿可靠性的观点上存在改善的余地。另外确认了上述的不良情况在具备银纯度低的银线的半导体装置中存在更加明显化的趋势。
根据以上,本发明提供使具备以银(Ag)为主成分的接合线的半导体装置的耐湿可靠性提高的密封技术。
用于解决技术问题的手段
根据本发明,提供一种密封用环氧树脂组合物,其为用于在半导体装置中形成密封件的树脂组合物,上述半导体装置通过将搭载在基板上的半导体元件和与上述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线密封而形成,上述密封用环氧树脂组合物的特征在于:
含有环氧树脂和固化剂,
上述树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上200℃以下。
另外,根据本发明,提供一种半导体装置,其具有:
搭载在基板上的半导体元件;
与上述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线;和
将上述半导体元件和上述接合线密封的密封件,
上述密封件含有上述密封用环氧树脂组合物的固化物。
发明效果
根据本发明,能够提供使具备以银(Ag)为主成分的接合线的半导体装置的耐湿可靠性提高的密封技术。
附图说明
上述的目的和其它的目的、特征和优点通过以下说明的优选的实施方式和附随于其的以下的附图将进一步变得清楚。
图1是表示本实施方式的半导体装置的一个例子的图。
具体实施方式
以下,使用附图对实施方式进行说明。另外,在所有的附图中,对同样的构成要素标注同样的符号,适当省略说明。
<密封用环氧树脂组合物>
本实施方式的密封用环氧树脂组合物(以下,也称为“本树脂组合物”)为用于在半导体装置中形成密封件的树脂组合物,上述半导体装置通过将搭载在基板上的半导体元件和与上述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线密封而形成。该树脂组合物含有环氧树脂和固化剂,该树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上200℃以下。由此,能够改善具备由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线的半导体装置在高温高湿环境下的耐湿可靠性。因此,作为结果,对于具备由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线的半导体装置,可改善高温高湿环境下的电连接可靠性。此外,在本实施方式中,半导体装置的耐湿可靠性例如能够通过HAST试验(Highly Accelerated Stress Test:高加速应力试验)等进行评价。对使用本树脂组合物制作的半导体装置,如后面在实施例的部分中说明的那样,即使在130℃、85%RH、施加电压20V、240小时的条件下实施了HAST试验的情况下,也确认在该半导体装置中没有产生电连接性的不良。
即,本树脂组合物采用了同时满足以下的2个条件的构成。
第1条件是设想用于在具备由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线的半导体装置中形成密封件。
第2条件是进行控制使得含有环氧树脂和固化剂作为必须成分的树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)成为120℃以上200℃以下。
本发明的发明人发现:在使用具备同时满足上述的2个条件的构成的本树脂组合物制作半导体装置的情况下,在高温高湿环境下使用所得到的半导体装置时,在能够防止由含有银(Ag)作为主成分的银合金构成的接合线产生腐蚀的方面,能够改善耐湿可靠性。尤其是在半导体装置具备的接合线的银纯度为85质量%以上98质量%以下的情况下,上述的耐湿可靠性的改善效果显著地出现。
关于这一点,在后述的实施例中,示出实施例1~5和比较例1~3的比较数据。
在此,应用本树脂组合物的半导体装置所具备的接合线的银纯度为85质量%以上98质量%以下,优选为87质量%以上96质量%以下。另外,接合线的银纯度为85质量%以上,优选为87质量%以上,另外,为98质量%以下,优选为96质量%以下。在此,接合线的上述银纯度是指在构成该接合线的物质中,作为其主成分的银(Ag)所占的比例。
本实施方式的接合线由以银为主成分且含有其它金属的银合金构成。作为上述其它金属,可列举钯等。
另外,本树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上200℃以下,优选为125℃以上190℃以下,进一步优选为130℃以上180℃以下。在这样进行控制使得本树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)成为上述数值范围内的情况下,能够使具备上述纯度的银线的半导体装置在高温高湿环境下的电连接可靠性提高。尤其是在本实施方式中,通过进行控制使得本树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)成为上述上限值以下,作为结果,能够降低使用该树脂组合物形成的密封件的吸水性。因此,在高温高湿环境下使用采用该树脂组合物制作的半导体装置的情况下,能够有效地抑制该半导体装置的耐湿可靠性降低。
从同样的观点出发,本树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上,优选为125℃以上,进一步优选为130℃以上,另外,为200℃以下,优选为190℃以下,进一步优选为180℃以下。
在此,上述固化物例如通过将本树脂组合物在175℃热处理3分钟之后、在175℃热处理4小时而得到。
另外,本树脂组合物,例如通过在175℃热处理3分钟之后、在175℃热处理4小时而得到的固化物的在玻璃化转变温度Tg以下的线膨胀系数CTE1,优选为3ppm/℃以上100ppm/℃以下,更优选为5ppm/℃以上50ppm/℃以下。由此,在使用本树脂组合物制作的半导体装置中,能够抑制在其使用时产生翘曲。
从同样的观点出发,本树脂组合物的固化物的在玻璃化转变温度Tg以下的线膨胀系数CTE1优选为3ppm/℃以上,更优选为5ppm/℃以上,另外,优选为100ppm/℃以下,更优选为50ppm/℃以下。
另外,本树脂组合物,例如通过在175℃热处理3分钟之后、在175℃热处理4小时而得到的固化物的在超过玻璃化转变温度Tg的温度区域的线膨胀系数CTE2,优选为5ppm/℃以上150ppm/℃以下,更优选为10ppm/℃以上100ppm/℃以下。由此,能够抑制特别是在高温环境下,使用采用本树脂组合物制作的半导体装置时产生翘曲。
从同样的观点出发,本树脂组合物的固化物的在超过玻璃化转变温度的温度区域的线膨胀系数CTE2优选为5ppm/℃以上,更优选为10ppm/℃以上,另外,优选为150ppm/℃以下,更优选为100ppm/℃以下。
上述玻璃化转变温度Tg、上述线膨胀系数CTE1和上述线膨胀系数CTE2例如能够以如下方式进行测定。首先,使用传递成形机,在模具温度175℃、注入压力9.8MPa、固化时间3分钟的条件下将密封用树脂组合物进行注入成形,得到15mm×2mm×2mm的试验片。接着,将得到的试验片在175℃、4小时的条件下进行热处理来进行后固化。接着,对后固化后的上述试验片进行使用热机械分析装置的测定,根据测定结果计算出玻璃化转变温度Tg、在玻璃化转变温度Tg以下的线膨胀系数CTE1、在超过玻璃化转变温度Tg的温度区域的线膨胀系数CTE2。
以下,对本树脂组合物、和具备由本树脂组合物的固化物构成的密封件的半导体装置详细地进行说明。
首先,对本树脂组合物进行说明。
本树脂组合物用于将半导体元件和与半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线密封。在本实施方式中,例示通过将半导体元件和上述接合线使用本树脂组合物的固化物进行密封而形成半导体封装的情况。
上述半导体元件例如搭载在构成引线框的芯片焊盘或有机基板等基材上、或其它半导体元件上。此时,半导体元件经由接合线与构成引线框的外部引线、有机基板或其它半导体元件电连接。另外,上述接合线与例如设置在半导体元件上的电极焊盘连接。半导体元件的电极焊盘例如由至少表面以Al为主成分的金属材料构成。
在本实施方式中,在260℃测定的本树脂组合物的固化物的热时弹性模量优选为300MPa以上1500MPa以下,进一步优选为400MPa以上1400MPa以下,更进一步优选为450MPa以上1400MPa以下。通过进行控制使得上述的热时弹性模量的值成为上述数值范围内,能够有效地防止在使用本树脂组合物制作的半导体装置中产生密封件的界面剥离或裂缝等不良情况。
从同样的观点出发,本树脂组合物的固化物的热时弹性模量优选为300MPa以上,进一步优选为400MPa以上,更进一步优选为450MPa以上,另外,优选为1500MPa以下,进一步优选为1400MPa以下。
此外,在260℃测定的树脂组合物的固化物的热时弹性模量例如能够使用动态粘弹性测定器,按照JIS K-6911的三点弯曲模式,在频率10Hz、测定温度260℃的条件下进行测定。此外,单位为MPa。
另外,就本树脂组合物而言,将该树脂组合物的固化物在125℃、相对湿度100%RH、20小时的条件下进行提取而得到的提取液中的氯离子浓度,每1g固化物优选为10ppm以下,进一步优选为9ppm以下,更进一步优选为8ppm以下。在本实施方式中,在进行控制使得上述的氯离子浓度成为上述上限值以下的情况下,能够降低使用本树脂组合物形成的密封件的吸水性。因此,在本实施方式中,在上述的氯离子浓度为上述上限值以下的情况下,能够有效地抑制使用该树脂组合物制作的半导体装置的耐湿可靠性降低。另外,在进行控制使得上述的氯离子浓度成为上述上限值以下的情况下,即使为具备上述的纯度的银线的半导体装置,也能够抑制在该银线与电极焊盘的接合部产生腐蚀。因此,在上述的氯离子浓度为上述上限值以下的情况下,作为结果,也能够提高该半导体装置的高温动作特性与高温保管特性的平衡。
另外,上述的氯离子浓度的下限值可以为例如0ppm以上,另外,也可以为例如1ppm以上。
此外,上述的氯离子浓度例如能够利用以下的方法进行测定。
首先,将构成半导体装置的密封件的密封用环氧树脂组合物的固化物利用粉碎磨粉碎3分钟,将利用200目的筛子筛分而通过的粉作为试样。将得到的试样5g和蒸馏水50g密闭在特氟龙(注册商标)制耐压容器中,进行125℃、相对湿度100%RH、20小时的处理(加压蒸煮处理)。冷却至室温之后,将提取水进行离心分离,并利用20μm过滤器过滤,使用毛细管电泳装置(例如,大塚电子株式会社制造的CAPI-3300)测定氯离子浓度。在此测定出的氯离子浓度的值为将从5g试样中提取的氯离子稀释至10倍的数值,因此,利用下述式(a)换算为每1g固化物的氯离子量。此外,单位为ppm。
式(a):每单位质量试样的氯离子浓度=(由毛细管电泳装置求出的氯离子浓度)×50÷5
另外,就本树脂组合物而言,该树脂组合物的固化物中的硫含量,相对于该固化物总量,优选为1ppm以上400ppm以下,进一步优选为1ppm以上300ppm以下,更进一步优选为1ppm以上200ppm以下。在本实施方式中,通过进行控制使得上述的硫含量成为上述数值范围内,能够提高使用该树脂组合物形成的密封件和接合线、或引线框等基材相对于半导体元件的密合性。另外,在进行控制使得上述的硫含量成为上述数值范围内的情况下,即使使用上述的纯度的银线,也能够抑制在得到的半导体装置中,在上述银线或上述银线与电极的接合部产生腐蚀。因此,在进行控制使得上述的硫含量成为上述数值范围内的情况下,作为结果,能够制成在耐回流性、耐湿可靠性和高温动作特性的观点上可靠性优异的半导体装置。另外,通过进行控制使得固化物中的硫含量成为上述数值范围内,能够提高半导体装置的高温保管特性。作为该高温保管特性,例如可列举接合线与半导体元件的连接部的高温条件下的连接可靠性的维持。
从同样的观点出发,本树脂组合物的固化物中的硫含量,相对于固化物总量,优选为1ppm以上,另外,优选为400ppm以下,进一步优选为300ppm以下,更进一步优选为200ppm以下。
此外,上述的硫含量例如能够利用以下的方法进行测定。
将使本树脂组合物在175℃、4小时的条件下热固化而得到的固化物粉碎,得到粉碎物。接着,利用过氧化氢水捕集对该粉碎物在150℃、8小时的条件下实施热处理时产生的气体。接着,根据该过氧化氢水中的硫酸离子量计算出相对于本树脂组合物总量的硫含量。此外,单位为ppm。
另外,本树脂组合物的175℃时的凝胶时间优选为30秒以上80秒以下,进一步优选为35秒以上60秒以下。通过这样进行控制使得凝胶时间成为上述下限值以上,能够有效地抑制在半导体装置制作时在密封件中产生空隙。另一方面,通过进行控制使得凝胶时间成为上述上限值以下,能够抑制半导体装置的制造效率降低。
从同样的观点出发,本树脂组合物的凝胶时间优选为30秒以上,进一步优选为35秒以上,另外,优选为80秒以下,进一步优选为60秒以下。
本树脂组合物的利用EMMI-1-66法测定的螺旋流优选为80cm以上250cm以下,进一步优选为100cm以上230cm以下,更进一步优选为110cm以上200cm以下。由此,在制作半导体装置时,能够抑制密封件的未填充和金线流动的不良情况的产生。
从同样的观点出发,本树脂组合物的螺旋流优选为80cm以上,进一步优选为100cm以上,更进一步优选为110cm以上,另外,优选为250cm以下,进一步优选为230cm以下,更进一步优选为200cm以下。
此外,上述的利用EMMI-1-66法测定的螺旋流,例如能够利用以下的方法进行测定。使用低压传递成形机(上泷精机株式会社(Kohtaki Precision Machine Co.,Ltd)制造的“KTS-15”),在按照EMMI-1-66的螺旋流测定用的模具中,在模具温度175℃、注入压力6.9MPa、固化时间120秒的条件下注入本树脂组合物,将流动长度作为螺旋流进行测定。此外,单位为cm。
在此,作为使用本树脂组合物的半导体装置的密封成形方法,可列举传递成形法、压缩成形法、注射成形法等。其中,从使该树脂组合物的填充性良好的观点出发,优选采用传递成形法或压缩成形法。因此,本树脂组合物的形态优选为粉粒状、颗粒状、块(tablet)状或片(sheet)状。
接着,对本树脂组合物的配合组成进行说明。如上所述,本树脂组合物含有环氧树脂和固化剂作为必须成分。
(环氧树脂)
作为本树脂组合物中使用的环氧树脂,能够使用1分子内具有2个以上的环氧基的单体、低聚物、聚合物。作为这样的环氧树脂的具体例子,可列举:双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、双酚M型环氧树脂(4,4'-(1,3-亚苯基二异亚丙基)双酚型环氧树脂)、双酚P型环氧树脂(4,4'-(1,4-亚苯基二异亚丙基)双酚型环氧树脂)、双酚Z型环氧树脂(4,4'-环己二烯双酚型环氧树脂)、四甲基双酚F型环氧树脂等双酚型环氧树脂;苯酚酚醛清漆型环氧树脂、溴化苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、四苯酚基乙烷型酚醛清漆型环氧树脂、具有缩合环芳香族烃结构的酚醛清漆型环氧树脂等酚醛清漆型环氧树脂;联苯型环氧树脂;苯二甲型环氧树脂、联苯芳烷基型环氧树脂等芳烷基型环氧树脂;萘醚型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、萘型环氧树脂、萘二酚型环氧树脂、2官能~4官能环氧型萘树脂、联萘基型环氧树脂、萘芳烷基型环氧树脂等具有萘骨架的环氧树脂;蒽型环氧树脂;苯氧基型环氧树脂;二环戊二烯型环氧树脂;降冰片烯型环氧树脂;金刚烷型环氧树脂;芴型环氧树脂、含磷环氧树脂、脂环式环氧树脂、脂肪族链状环氧树脂、双酚A酚醛清漆型环氧树脂、联二甲苯酚型环氧树脂、三羟基苯基甲烷型环氧树脂、茋型环氧树脂、四苯酚基乙烷型环氧树脂、异氰尿酸三缩水甘油酯等杂环式环氧树脂;N,N,N',N'-四缩水甘油基间苯二甲胺、N,N,N',N'-四缩水甘油基双氨基甲基环己烷、N,N-二缩水甘油基苯胺等缩水甘油基胺类、或(甲基)丙烯酸缩水甘油酯与具有烯烃性不饱和双键的化合物的共聚物;具有丁二烯结构的环氧树脂;双酚的二缩水甘油醚化物;萘二酚的二缩水甘油醚化物;酚类的缩水甘油醚化物等。这些物质可以单独使用1种,也可以并用2种以上。另外,芳烷基型环氧树脂、联苯型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、和四甲基双酚F型环氧树脂等双酚型环氧树脂、以及茋型环氧树脂可以具有结晶性。其中,从使高温高湿环境下的耐湿可靠性提高的观点出发,优选含有联苯型环氧树脂。
在本实施方式中,相对于本树脂组合物总量,环氧树脂的含量优选为3质量%以上,更优选为5质量%以上。通过使环氧树脂的含量为上述下限值以上,能够在具备使用本树脂组合物制作的密封件的半导体装置中,提高密封件与半导体元件的密合性。另一方面,相对于本树脂组合物总量,环氧树脂的含量优选为20质量%以下,更优选为17质量%以下。通过使环氧树脂的含量为上述上限值以下,能够提高使用本树脂组合物形成的密封件的耐热性和耐湿性。因此,在环氧树脂的含量位于上述数值范围内的情况下,对于具备使用本树脂组合物制作的密封件的半导体装置,能够使其耐湿可靠性和耐回流性提高。
(固化剂)
在本树脂组合物中,如上所述,含有固化剂作为必须成分。由此,能够提高该树脂组合物的流动性和操作性。
在此,本实施方式的固化剂能够大致分为加聚型的固化剂、催化剂型的固化剂和缩合型的固化剂这3种类型。
作为加聚型的固化剂,可列举例如:二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)、间苯二甲胺(MXDA)等脂肪族多胺、二氨基二苯基甲烷(DDM)、间苯二胺(MPDA)、二氨基二苯砜(DDS)等芳香族多胺、和双氰胺(DICY)、有机酸二酰肼等多胺化合物;包括六氢邻苯二甲酸酐(HHPA)、甲基四氢邻苯二甲酸酐(MTHPA)等脂环族酸酐、偏苯三甲酸酐(TMA)、均苯四甲酸二酐(PMDA)、二苯甲酮四酸二酐(BTDA)等芳香族酸酐等的酸酐;酚醛清漆型酚醛树脂、聚乙烯基苯酚等酚醛树脂系固化剂;多硫化物、硫酯、硫醚等聚硫醇化合物;异氰酸酯预聚物、封端异氰酸酯等异氰酸酯化合物;含羧酸的聚酯树脂等有机酸类等。
作为催化剂型的固化剂,可列举例如:苄基二甲胺(BDMA)、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚(DMP-30)等叔胺化合物;2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI24)等咪唑化合物;BF3配位化合物等路易斯酸等。
作为缩合型的固化剂,可列举例如:甲阶型酚醛树脂;含羟甲基的尿素树脂那样的尿素树脂;含羟甲基的三聚氰胺树脂那样的三聚氰胺树脂等。
本实施方式的固化剂,从使得到的密封件的耐燃性、耐湿性、电特性、固化性和保存稳定性等的平衡提高的观点出发,优选酚醛树脂系固化剂。作为酚醛树脂系固化剂,能够使用一分子内具有2个以上的酚性羟基的所有单体、低聚物、聚合物,其分子量、分子结构没有限定。
作为这样的酚醛树脂系固化剂,可列举例如:苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、双酚酚醛清漆树脂等酚醛清漆型树脂;聚乙烯基苯酚;联苯芳烷基型酚醛树脂或三酚基甲烷型酚醛树脂等多官能型酚醛树脂;帖烯改性酚醛树脂、二环戊二烯改性酚醛树脂等改性酚醛树脂;具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的苯酚芳烷基树脂、具有亚苯基和/或亚联苯基骨架的萘酚芳烷基树脂等芳烷基型树脂;双酚A、双酚F等双酚化合物等,这些物质可以单独使用1种,也可以并用2种以上。其中,从使高温高湿环境条件下的半导体装置的耐湿可靠性提高的观点出发,优选含有多官能型酚醛树脂。
在本实施方式中,相对于本树脂组合物总量,固化剂的含量优选为2质量%以上15质量%以下,进一步优选为3质量%以上13质量%以下,更进一步优选为4质量%以上11质量%以下。通过使固化剂的含量为上述下限值以上,能够使树脂组合物的流动性良好,提高成形性。另一方面,通过使固化剂的含量为上述上限值以下,能够提高使用本树脂组合物形成的密封件的耐湿特性。因此,在使固化剂的含量为上述上限值以下的情况下,作为结果,能够使半导体装置的耐湿可靠性和耐回流性提高。
从同样的观点出发,相对于本树脂组合物总量,本树脂组合物中的固化剂的含量优选为2质量%以上,进一步优选为3质量%以上,更进一步优选为4质量%以上,另外,优选为15质量%以下,进一步优选为13质量%以下,更进一步优选为11质量%以下。
(填料)
本树脂组合物例如可以还含有填料。作为该填料,可以使用一般在半导体密封材料中使用的无机填料或有机填料。具体而言,作为上述无机填料,可列举:熔融破碎二氧化硅、熔融球状二氧化硅、结晶二氧化硅、2次凝集二氧化硅等二氧化硅;氧化铝;钛白;氢氧化铝;滑石;粘土;云母;玻璃纤维等。另外,作为该有机填料,可列举有机硅氧烷粉末、聚乙烯粉末等。这些填料可以单独使用1种,也可以并用2种以上。其中,优选无机填料,特别优选使用熔融球状二氧化硅。
另外,作为填料的形状,从抑制密封用树脂组合物的熔融粘度的上升、并且提高填料的含量的观点出发,优选尽可能为正球状、并且粒度分布宽阔。
另外,能够通过将颗粒的大小不同的填料混合而使填充量增多,但是从对半导体元件周边的填充性的观点出发,其平均粒径d50优选为0.01μm以上150μm以下。由此,能够兼备良好的流动性和对半导体元件周边的填充性。
此外,无机填料的平均粒径d50能够使用例如激光衍射式粒度分布测定装置(株式会社堀场制作所(HORIBA,Ltd.)制造的LA-500)进行测定。
在本实施方式中,相对于本树脂组合物总量,填料的含量优选为35质量%以上95质量%以下,进一步优选为50质量%以上93质量%以下,更进一步优选为65质量%以上90质量%以下。通过使填料的含量为上述下限值以上,能够使低吸湿性和低热膨胀性提高,更有效地提高耐湿可靠性和耐回流性。另外,通过使填料的含量为上述上限值以下,能够抑制由于树脂组合物的流动性降低而产生的成形性的降低、和由高粘度化引起的接合线流动等。
从同样的观点出发,相对于本树脂组合物总量,本树脂组合物中的填料的含量优选为35质量%以上,进一步优选为50质量%以上,更进一步优选为65质量%以上,另外,优选为95质量%以下,进一步优选为93质量%以下,更进一步优选为90质量%以下。
(偶联剂)
能够使用偶联剂对填料实施表面处理。作为偶联剂,可以使用环氧基硅烷、巯基硅烷、氨基硅烷、烷基硅烷、脲基硅烷、乙烯基硅烷、甲基丙烯酰基硅烷等各种硅烷系化合物、钛系化合物、铝螯合物类、铝/锆系化合物等公知的偶联剂。例示这些物质时,可列举:乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷)、γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-苯胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-苯胺基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-[双(β-羟基乙基)]氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(β-氨基乙基)氨基丙基二甲氧基甲基硅烷、N-(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、N-(二甲氧基甲基甲硅烷基异丙基)乙二胺、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、N-β-(N-乙烯基苄基氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、六甲基二硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷、3-三乙氧基甲硅烷基-N-(1,3-二甲基-亚丁基)丙胺的水解物等硅烷系偶联剂、异丙基三异硬脂酰基钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯、异丙基三(N-氨基乙基-氨基乙基)钛酸酯、四辛基双(二(十三烷基)亚磷酸酯)钛酸酯、四(2,2-二烯丙氧基甲基-1-丁基)双(二(十三烷基))亚磷酸酯钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)氧基乙酸酯钛酸酯、双(二辛基焦磷酸酯)钛酸乙酯、异丙基三辛酰基钛酸酯、异丙基二甲基丙烯酰基异硬脂酰基钛酸酯、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯、异丙基异硬脂酰基二丙烯酰基钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酯)钛酸酯、异丙基三异丙苯基苯基钛酸酯、四异丙基双(二辛基亚磷酸酯)钛酸酯等钛酸酯系偶联剂等。这些物质可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。其中,更优选环氧基硅烷、巯基硅烷、氨基硅烷、烷基硅烷、脲基硅烷或乙烯基硅烷的硅烷系化合物。另外,为了在耐回流性等观点上提高半导体装置的可靠性,特别优选使用巯基硅烷。
利用偶联剂对填料进行的表面处理,例如可以如以下那样进行。首先,将填料投入到混合机中之后,开始搅拌,在其中进一步投入偶联剂,将这些物质搅拌1~5分钟,得到填料和偶联剂的混合物。另外,上述搅拌时间例如为1分钟以上,另外,例如为5分钟以下。
接着,将该混合物从混合机中取出而放置。放置时间可以适当选择,例如可以设为3分钟~1小时。由此,可得到利用偶联剂实施了表面处理的填料。从同样的观点出发,上述放置时间例如为3分钟以上,另外,例如为1小时以下。
另外,可以对放置处理后的填料进一步实施热处理。热处理可以在例如30~80℃、0.1~10小时的条件下进行。另外,上述热处理的温度例如为30℃以上,另外,例如为80℃以下。另外,上述热处理的时间例如为0.1小时以上,另外,例如为10小时以下。
另外,在本实施方式中,可以通过在使用喷雾器对混合机内的填料喷雾偶联剂的同时,搅拌填料,得到填料和偶联剂的混合物。作为喷雾器,例如可以使用具备二流体喷嘴等的能够喷雾微细的液滴的装置。通过使用这样的喷雾器,填料表面更均匀地被偶联剂处理,优选。
在本实施方式中,相对于本树脂组合物总量,偶联剂的含量优选为0.05质量%以上2质量%以下,进一步优选为0.1质量%以上1质量%以下,更进一步优选为0.1质量%以上0.5质量%以下。通过使偶联剂的含量为上述下限值以上,能够使本树脂组合物中的填料的分散性良好。因此,能够更有效地提高耐湿可靠性和耐回流性等。另一方面,通过使偶联剂的含量为上述上限值以下,能够使本树脂组合物的流动性良好,提高成形性。
从同样的观点出发,相对于本树脂组合物总量,本树脂组合物中的偶联剂的含量优选为0.05质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上,另外,优选为2质量%以下,进一步优选为1质量%以下,更进一步优选为0.5质量%以下。
(离子捕捉剂)
本树脂组合物例如可以还含有离子捕捉剂。在含有该离子捕捉剂的情况下,可以对本树脂组合物中包含的杂质离子进行离子交换,因此,作为结果,能够制成在耐回流性、耐湿可靠性和高温动作特性的观点上可靠性优异的半导体装置。
作为离子捕捉剂,例如可列举水滑石类、或多价金属酸性盐等无机离子交换体。这些物质可以单独使用1种,也可以将2种以上组合使用。其中,从提高使用本树脂组合物制作的半导体装置的高温保管特性的观点出发,特别优选使用水滑石类。
在本实施方式中,相对于密封用树脂组合物总量,离子捕捉剂的含量优选为0.05质量%以上1质量%以下,进一步优选为0.1质量%以上0.8质量%以下,更进一步优选为0.15质量%以上0.5质量%以下。通过使离子捕捉剂的含量为上述下限值以上,能够更有效地提高使用本树脂组合物得到的半导体装置的高温保管特性。另一方面,通过使离子捕捉剂的含量为上述上限值以下,能够提高使用本树脂组合物制作的半导体装置的耐湿可靠性和耐回流性。
从同样的观点出发,相对于密封用树脂组合物总量,本树脂组合物中的离子捕捉剂的含量优选为0.05质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上,更进一步优选为0.15质量%以上,另外,优选为1质量%以下,进一步优选为0.8质量%以下,更进一步优选为0.5质量%以下。
(固化促进剂)
本树脂组合物例如可以还含有固化促进剂。
固化促进剂只要促进环氧树脂的环氧基与固化剂(例如酚醛树脂系固化剂的酚性羟基)的交联反应即可,可以使用在一般的半导体密封用环氧树脂组合物中使用的固化促进剂。作为固化促进剂,例如可列举:有机膦、四取代鏻化合物、磷酸酯甜菜碱化合物、膦化合物与醌化合物的加成物、鏻化合物与硅烷化合物的加成物等含磷原子的化合物;例示1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳烯-7、苄基二甲胺、2-甲基咪唑等的脒或叔胺、进而上述脒、胺的季盐等含氮原子的化合物等,这些物质可以单独使用1种,也可以并用2种以上。
相对于本树脂组合物总量,固化促进剂的含量优选为0.05质量%以上1质量%以下,进一步优选为0.1质量%以上0.8质量%以下。通过使固化促进剂的含量为上述下限值以上,能够抑制本树脂组合物的固化性降低。另外,通过使固化促进剂的含量为上述上限值以下,能够抑制本树脂组合物的流动性降低。
从同样的观点出发,相对于本树脂组合物总量,本树脂组合物中的固化促进剂的含量优选为0.05质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上,另外,优选为1质量%以下,进一步优选为0.8质量%以下。
相对于本树脂组合物中包含的环氧树脂和固化剂的合计量,固化促进剂的含量优选为0.1质量%以上2质量%以下,进一步优选为0.2质量%以上1.5质量%以下。通过使固化促进剂的含量为上述下限值以上,能够抑制本树脂组合物的固化性降低。另外,通过使固化促进剂的含量为上述上限值以下,能够抑制本树脂组合物的流动性降低。
从同样的观点出发,相对于本树脂组合物中包含的环氧树脂和固化剂的合计量,本树脂组合物中的固化促进剂的含量优选为0.1质量%以上,进一步优选为0.2质量%以上,另外,优选为2质量%以下,进一步优选为1.5质量%以下。
在本树脂组合物中,可以进一步根据需要适当配合炭黑、铁丹等着色剂;硅油或硅橡胶等低应力成分;巴西棕榈蜡等天然蜡、合成蜡、硬脂酸锌等高级脂肪酸及其金属盐类或石蜡等脱模剂;氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、钼酸锌、磷腈等阻燃剂、抗氧化剂等各种添加剂。
<半导体装置>
接着,对本实施方式的半导体装置100进行说明。
图1是表示本实施方式的半导体装置的一个例子的图。
如图1所示,半导体装置100具备:搭载在基板30上的半导体元件20;与半导体元件20连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线40;和将半导体元件20和接合线40密封且由本树脂组合物的固化物构成的密封件50。接合线40与半导体元件20连接,且如上所述由以Ag为主成分的合金形成。另外,密封件50由本树脂组合物的固化物构成,将半导体元件20和接合线40密封。
半导体元件20搭载在基板30上。基板30例如为引线框或有机基板。另外,基板30与接合线40连接。在图1中,例示在作为引线框的基板30中的芯片焊盘32上,经由芯片粘接材料10搭载半导体元件20的情况。作为引线框的基板30例如由以Cu或42合金为主成分的金属材料构成。此外,半导体元件20也可以配置在其它半导体元件上。
在半导体元件20的上表面例如形成有多个电极焊盘22。设置在半导体元件20上的电极焊盘22的至少表面层例如由以Al为主成分的金属材料构成。由此,能够提高接合线40与电极焊盘22的连接可靠性。
在图1中,例示了接合线40将半导体元件20的电极焊盘22和基板30中的外部引线34电连接的情况。
密封件50由本树脂组合物的固化物构成。因此,相对于基板30和接合线40的密合性良好,可得到耐回流性和耐湿可靠性、高温动作特性优异的半导体装置100。另外,也能够提高半导体装置100的高温保管特性。
半导体装置100例如如以下那样制造。
首先,将半导体元件20搭载在基板30上。接着,利用接合线40使基板30和半导体元件20相互连接。接着,将半导体元件20和接合线40利用本树脂组合物密封。作为密封成形的方法,没有特别限定,例如可列举传递成形法或压缩成形法。由此,制造半导体装置100。
另外,作为使用本树脂组合物将半导体元件密封的方法,例如可列举以下的方法。
以下,对使用本树脂组合物将半导体元件密封的方法的一个例子,首先,列举通过使用颗粒状的本树脂组合物进行压缩成形而将半导体元件密封的情况为例进行说明。
首先,在压缩成形模具的上模具与下模具之间设置收容有颗粒状的本树脂组合物的树脂材料供给容器。接着,将半导体装置通过夹紧、吸附那样的固定手段固定在压缩成形模具的上模具和下模具中的一者上。以下,列举以搭载有半导体元件的一侧的面与树脂材料供给容器相对的方式将半导体装置固定在压缩成形模具的上模具上的情况为例进行说明。
接着,在减压下,在使模具的上模具与下模具的间隔变窄的同时,利用构成树脂材料供给容器的底面的闸门等树脂材料供给机构,将称量后的颗粒状的本树脂组合物供给至下模具具备的下模腔内。由此,颗粒状的本树脂组合物在下模腔内被加热至规定温度,成为熔融状态。接着,通过使模具的上模具和下模具结合,将熔融状态的本树脂组合物按压在搭载在被固定于上模具的半导体装置中的半导体元件上。由此,能够利用熔融状态的本树脂组合物填埋半导体元件与基板之间的区域。然后,在保持使模具的上模具与下模具结合的状态的同时,花费规定时间使本树脂组合物固化。在此,在进行压缩成形的情况下,优选在使模具内为减压下的同时进行树脂密封,进一步优选在真空条件下进行。由此,至少半导体元件与基板之间的区域,能够没有本树脂组合物的未填充部分而良好地填充。
另外,使用颗粒状的本树脂组合物进行压缩成形的情况下的成形温度优选为50~250℃,进一步优选为50~200℃,更进一步优选为80~180℃。另外,成形温度优选为50℃以上,进一步优选为80℃以上,另外,优选为250℃以下,进一步优选为200℃以下,更进一步优选为180℃以下。
另外,成形压力优选为0.5~12MPa,进一步优选为1~10MPa。另外,成形压力优选为0.5MPa以上,进一步优选为1MPa以上,另外,优选为12MPa以下,进一步优选为10MPa以下。
通过使成形温度和压力为上述范围,能够防止产生没有被填充熔融状态的树脂组合物的部分和半导体元件错位这两者。
接下来,对使用本树脂组合物将半导体元件密封的方法的一个例子,列举通过使用片状的本树脂组合物进行压缩成形而将半导体元件密封的情况为例进行说明。
首先,将半导体装置通过夹紧、吸附那样的固定手段固定在压缩成形模具的上模具和下模具中的一者上。以下,列举以搭载有半导体元件的一侧的面与树脂材料供给容器相对的方式将半导体装置固定在压缩成形模具的上模具上的情况为例进行说明。
接着,以成为与固定在模具的上模具上的半导体元件对应的位置的方式,在模具的下模腔内配置片状的本树脂组合物。接着,通过在减压下使模具的上模具与下模具的间隔变窄,片状的本树脂组合物在下模腔内被加热至规定温度,成为熔融状态。然后,通过使模具的上模具和下模具结合,将熔融状态的本树脂组合物按压在搭载在被固定于上模具的半导体装置中的半导体元件上。由此,能够利用熔融状态的本树脂组合物填埋半导体元件与基板之间的区域。然后,在保持使模具的上模具和下模具结合的状态的同时,花费规定时间使本树脂组合物固化。在此,在进行压缩成形的情况下,优选在使模具内为减压下的同时进行树脂密封,进一步优选在真空条件下进行。由此,至少半导体元件与基板之间的区域,能够不残留本树脂组合物的未填充部分而良好地填充。
另外,使用片状的本树脂组合物进行压缩成形的情况下的成形温度优选为50~250℃,进一步优选为50~200℃,更进一步优选为80~180℃。另外,成形温度优选为50℃以上,进一步优选为80℃以上,另外,优选为250℃以下,进一步优选为200℃以下,更进一步优选为180℃以下。
另外,成形压力优选为0.5~12MPa,进一步优选为1~10MPa。另外,成形压力优选为0.5MPa以上,进一步优选为1MPa以上,另外,优选为12MPa以下,进一步优选为10MPa以下。
通过使成形温度和压力为上述范围,能够防止产生没有被填充熔融状态的树脂组合物的部分和半导体元件错位这两者。
此外,本发明并不限定于前述的实施方式,在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等包含在本发明中。
本发明包含以下的方案。
1.一种密封用环氧树脂组合物,其为用于在半导体装置中形成密封件的树脂组合物,上述半导体装置通过将搭载在基板上的半导体元件和与上述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线密封而形成,该密封用环氧树脂组合物的特征在于:
含有环氧树脂和固化剂,
上述树脂组合物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上200℃以下。
2.根据1.所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:在260℃测定的该密封用环氧树脂组合物的固化物的热时弹性模量为300MPa以上1500MPa以下。
3.根据1.或2.所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:上述环氧树脂含有联苯型环氧树脂。
4.根据1.~3.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:上述固化剂含有多官能型酚醛树脂。
5.根据1.~4.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:将该密封用环氧树脂组合物的固化物在125℃、相对湿度100%RH、20小时的条件下进行提取而得到的提取液中的氯离子浓度为每1g上述固化物10ppm以下。
6.根据1.~5.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:还含有无机填料。
7.根据1.~6.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:相对于该密封用环氧树脂组合物总量,上述环氧树脂的含量为3质量%以上20质量%以下。
8.根据1.~7.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:相对于该密封用环氧树脂组合物总量,上述固化剂的含量为2质量%以上15质量%以下。
9.根据1.~8.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:相对于上述固化物总量,该密封用环氧树脂组合物的固化物中的硫含量为1ppm以上400ppm以下。
10.一种半导体装置,其特征在于,具有:
搭载在基板上的半导体元件;
与上述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线;和
将上述半导体元件和上述接合线密封的密封件,
上述密封件含有1.~9.中任一项所述的密封用环氧树脂组合物的固化物。
以上,参照附图对本发明的实施方式进行了说明,但是这些是本发明的例示,也可以采用上述以外的各种构成。
【实施例】
以下,通过实施例和比较例对本发明进行说明,但是本发明并不限定于这些。
<密封用环氧树脂组合物的制作>
在实施例1~5、比较例1~3中,分别如以下那样制备密封用树脂组合物。首先,将按照表1配合的各原材料在常温下使用混合机混合之后,在70~100℃进行辊混炼。接着,将得到的混炼物冷却后,将其粉碎,由此得到粉粒状的密封用树脂组合物。表1中的各成分的详细情况如下所述。另外,表1中的单位为质量%。
(环氧树脂)
■环氧树脂1:联苯型环氧树脂(三菱化学株式会社制造、YX400HK)
■环氧树脂2:三羟基苯基甲烷型环氧树脂(三菱化学株式会社制造、1032H-60)
■环氧树脂3:联苯芳烷基型环氧树脂(日本化药株式会社制造、NC-3000L)
(固化剂)
■固化剂1:三酚基甲烷型酚醛树脂(明和化成株式会社制造、MEH7500)
■固化剂2:联苯芳烷基型酚醛树脂(明和化成株式会社制造、MEH-7851SS)
(无机填料)
■无机填料1:熔融球状二氧化硅(电气化学工业株式会社制造、FB-950、平均粒径d50:23μm)
■无机填料2:熔融球状二氧化硅(株式会社雅都玛(Admatechs)制造、SO-25R、平均粒径d50:0.5μm)
(其它)
■固化促进剂:三苯基膦(KI化成株式会社(K·I Chemical Industry Co.,LTD.)制造、TPP)
■低应力剂:硅油(东丽道康宁株式会社制造、FZ-3730)
■着色剂:炭黑(三菱化学株式会社制造、#5)
■硅烷偶联剂:3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(智索株式会社(ChissoCorporation)制造、S510)
■脱模剂:巴西棕榈蜡(东亚化成株式会社制造)
■离子捕捉剂:水滑石(协和化学株式会社制造、DHT-4H)
在实施例1~5和比较例1~3中,利用硅烷偶联剂对无机填料进行的表面处理,如以下那样进行。
首先,将无机填料1和无机填料2投入到混合机中之后,开始搅拌,在其中进一步投入硅烷偶联剂,将这些物质搅拌3.0分钟,得到无机填料1、无机填料2和硅烷偶联剂的混合物。接着,将该混合物从混合机中取出,放置规定时间。由此,得到利用硅烷偶联剂实施了表面处理的无机填料。
<实施例1~5和比较例3的半导体装置的制作>
在实施例1~5和比较例3中,分别如以下那样制作半导体装置。
将具备铝制电极焊盘的TEG(Test Element Group:测试元件组)芯片(3.5mm×3.5mm)搭载在表面利用Ag进行了镀层的引线框的芯片焊盘部上。接着,使用由含有96质量%的Ag的银合金构成的接合线,将TEG芯片的电极焊盘(以下称为电极焊盘)与引线框的外部引线部以线间距120μm进行引线接合。
将由此得到的结构体使用低压传递成形机,在模具温度175℃、注入压力10.0MPa、固化时间2分钟的条件下使用密封用环氧树脂组合物进行密封成形,制作半导体封装。然后,将得到的半导体封装在175℃、4小时的条件下进行后固化,得到半导体装置。
<比较例1的半导体装置的制作>
作为接合线,使用由含有99.9质量%的Cu的铜合金(不含有Ag)构成的接合线,除此以外,利用与实施例1~5和比较例3同样的方法制作半导体装置。
<比较例2的半导体装置的制作>
作为接合线,使用由含有99.5质量%的Ag的银合金构成的接合线,除此以外,利用与实施例1~5和比较例3同样的方法制作半导体装置。
对得到的各密封用环氧树脂组合物和各半导体装置,进行下述所示的测定和评价。
■螺旋流:使用低压传递成形机(上泷精机株式会社制造的“KTS-15”),在按照EMMI-1-66的螺旋流测定用的模具中,在模具温度175℃、注入压力6.9MPa、固化时间120秒的条件下,分别注入实施例1~5、比较例1~3的密封用环氧树脂组合物,测定流动长度。此外,单位为cm。
■凝胶时间:在加热至175℃的热板上将实施例1~5、比较例1~3的密封用环氧树脂组合物分别熔融后,在用刮铲进行熬炼的同时测定至固化为止的时间。此外,单位为秒。
■玻璃化转变温度、线膨胀系数(CTE1、CTE2)
对各实施例和各比较例,如以下那样测定所得到的密封用树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度和线膨胀系数。首先,使用传递成形机,在模具温度175℃、注入压力9.8MPa、固化时间3分钟的条件下将密封用树脂组合物进行注入成形,得到15mm×4mm×4mm的试验片。接着,将所得到的试验片在175℃进行后固化4小时后,使用热机械分析装置(精工电子工业株式会社制造、TMA100),在测定温度范围0℃~320℃、升温速度5℃/分钟的条件下进行测定。根据该测定结果计算出玻璃化转变温度以下的线膨胀系数(CTE1)、和超过玻璃化转变温度的线膨胀系数(CTE2)。此外,玻璃化转变温度的单位为℃,CTE1和CTE2的单位为ppm/℃。
■在260℃测定的树脂组合物的固化物的热时弹性模量:首先,使用传递成形机,在模具温度175℃、注入压力9.8MPa、固化时间3分钟的条件下将密封用树脂组合物进行注入成形,得到15mm×4mm×4mm的试验片。接着,使用动态粘弹性测定器,按照JIS K-6911的三点弯曲模式,测定在频率10Hz、测定温度260℃的条件下的储藏弹性模量作为热时弹性模量。此外,单位为MPa。
■每1g固化物的氯离子浓度:将从半导体装置切出的密封件利用粉碎磨粉碎3分钟而形成的物质,用200目的筛子筛分,将通过筛子的粉作为试样制备。将得到的试样5g和蒸馏水50g放入特氟龙(注册商标)制耐压容器中并密闭,进行温度125℃、相对湿度100%RH、20小时的处理(加压蒸煮处理)。接着,冷却至室温后,将提取水进行离心分离,并利用20μm过滤器过滤,使用毛细管电泳装置(大塚电子株式会社制造的“CAPI-3300”)测定氯离子浓度。
在此测定出的氯离子浓度的值为将从5g试样中提取的氯离子稀释至10倍的数值,因此,利用下述式(a)换算成每1g密封件、即每1g固化物的氯离子量。此外,单位为ppm。
式(a):每单位质量试样的氯离子浓度=(由毛细管电泳装置求出的氯离子浓度)×50÷5
■树脂组合物中的固化物中的硫含量:将使密封用环氧树脂组合物在175℃、4小时的条件下进行热固化而得到的固化物粉碎,得到粉碎物。接着,利用过氧化氢水捕集对上述粉碎物在150℃、8小时的条件下实施热处理时产生的气体。接着,根据上述过氧化氢水中的硫酸离子量计算出密封用环氧树脂组合物的固化物中的硫含量。此外,单位为ppm。
■耐湿可靠性:在实施例1~5、比较例1~3各自中,将得到的半导体装置按照IEC68-2-66实施HAST试验,对于试验中使用的50个半导体装置,表示出发生了电连接的观点上的不良的比例(不良发生率)。此外,单位为%。另外,上述HAST试验的试验条件,为温度130℃,85%RH、施加电压20V、处理240小时的条件。
【表1】
由上述表1也可知,实施例的半导体装置均为耐湿可靠性优异的半导体装置。另外,实施例1的半导体装置和比较例2的半导体装置,除了该半导体装置具备的银线的银纯度不同以外,采用相同的构成。实施例1的半导体装置与比较例2的半导体装置相比,耐湿可靠性优异。由此可知,本树脂组合物对于使具备由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线的半导体装置的耐湿可靠性提高是有用的。
另外,将实施例1~5和比较例3进行比较可知,通过采用同时满足以下的条件1和条件2的构成,半导体装置的耐湿可靠性提高。
条件1:具备由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线。
条件2:树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度(Tg)为120℃以上200℃以下。
本申请主张以2016年3月31日申请的日本申请特愿2016-070279号为基础的优先权,在此引入其全部公开内容。
Claims (10)
1.一种密封用环氧树脂组合物,其为用于在半导体装置中形成密封件的树脂组合物,所述半导体装置通过将搭载在基板上的半导体元件和与所述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线密封而形成,所述密封用环氧树脂组合物的特征在于:
含有环氧树脂和固化剂,
所述树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度Tg为120℃以上200℃以下。
2.根据权利要求1所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
在260℃测定的该密封用环氧树脂组合物的固化物的热时弹性模量为300MPa以上1500MPa以下。
3.根据权利要求1或2所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
所述环氧树脂含有联苯型环氧树脂。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
所述固化剂含有多官能型酚醛树脂。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
将该密封用环氧树脂组合物的固化物在125℃、相对湿度100%RH、20小时的条件下进行提取而得到的提取液中的氯离子浓度为每1g所述固化物10ppm以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
还含有无机填料。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
相对于该密封用环氧树脂组合物总量,所述环氧树脂的含量为3质量%以上20质量%以下。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
相对于该密封用环氧树脂组合物总量,所述固化剂的含量为2质量%以上15质量%以下。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的密封用环氧树脂组合物,其特征在于:
相对于所述固化物总量,该密封用环氧树脂组合物的固化物中的硫含量为1ppm以上400ppm以下。
10.一种半导体装置,其特征在于,具有:
搭载在基板上的半导体元件;
与所述半导体元件连接且由含有85质量%以上98质量%以下的Ag的银合金构成的接合线;和
将所述半导体元件和所述接合线密封的密封件,
所述密封件含有权利要求1~9中任一项所述的密封用环氧树脂组合物的固化物。
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