CN109328204B - 用于密封固态半导体器件的环氧树脂组合物、包含其的封装材料及半导体封装件 - Google Patents

用于密封固态半导体器件的环氧树脂组合物、包含其的封装材料及半导体封装件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于密封固态半导体器件的树脂组合物，其包括含有由化学式1表示的化合物的环氧树脂、固化剂和无机填料；包含其的封装材料；和半导体封装件。用于密封半导体器件的树脂组合物具有低热膨胀系数和高玻璃化转变温度，从而能够使翘曲最小化。

Description

用于密封固态半导体器件的环氧树脂组合物、包含其的封装 材料及半导体封装件
技术领域
本发明涉及用于封装半导体器件的环氧树脂组合物，包含该环氧树脂组合物的封装材料和半导体封装件(semiconductor package，半导体封装)。更具体地，本发明涉及用于封装半导体器件的固体环氧树脂组合物，其具有低热膨胀系数和高玻璃化转变温度以使翘曲最小化；包含该固体环氧树脂组合物的封装材料和半导体封装件。
背景技术
为了保护半导体器件免受外部环境(例如，湿气或机械强度)的影响，半导体器件通常用本领域的环氧树脂组合物封装。通常，通过切割晶片并以常规封装方法单独封装来制造半导体芯片。然而，在最近的工艺中，半导体器件以晶片状态封装而没有切割，然后半导体封装件被切割成半导体芯片。通常，前一工艺称为芯片级封装(CSP)，而后一工艺称为晶片级封装(WLP)。
有利地，晶片级封装是比芯片级封装更简单的工艺，并且提供薄封装件以减少半导体安装空间。然而，由于晶片级封装提供比芯片级封装更大的膜面积，晶片级封装由于晶片和封装材料之间的热膨胀系数的差异而产生显著的翘曲。半导体封装件的翘曲影响后续工艺的产量和晶片处理。此外，尽管液体型环氧树脂或硅树脂通常用作本领域中的晶片级封装的封装材料，但这些封装材料具有差的储存稳定性，老化后不能再次储存，并且具有较低的填料含量，当应用于晶片级封装时，提供较低的耐久性和可靠性，由此半导体封装件形成为相对薄的厚度。
因此，需要一种用于封装半导体器件的组合物，其在应用晶片级封装时抑制翘曲，使得易于维护和使用，并且可以实现良好的耐久性。
本发明的背景技术在韩国专利公开号2014-0064638等中公开。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种用于封装半导体器件的环氧树脂组合物，其具有低热膨胀系数和高玻璃化转变温度，以使翘曲的发生最小化。
本发明的另一个目的是提供一种用于封装半导体器件的固体颗粒型环氧树脂组合物，当应用于晶片级封装时可以实现良好的耐久性，同时允许容易储存和在固相中使用。
本发明的另一个目的是提供一种用于封装半导体器件的环氧树脂组合物，其对再分布层(RDL)具有良好的粘附性。
本发明的另一个目的是提供一种用于封装半导体器件的环氧树脂组合物，其具有低吸水性以实现良好的可靠性。
本发明的另一个目的是提供一种封装材料，其包含如上所述的环氧树脂组合物；以及半导体封装件。
技术方案
本发明的一个方面涉及一种用于封装半导体器件的环氧树脂组合物。用于封装半导体器件的环氧树脂组合物包括：环氧树脂，其包含由式1表示的化合物；固化剂；和无机填料。
[式1]
在式1中，R1至R12各自独立地为氢、含有氮原子的取代基、取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、取代或未取代的C3至C10杂环烷基、取代或未取代的C7至C30芳基烷基、或取代或未取代的C1至C30杂烷基，R1至R12中的至少一个是取代或未取代的C6至C30芳基或含有氮原子的取代基。
在一个实施方式中，含有氮原子的取代基可以是异氰酸酯基(-N＝C＝O)、氰基、硝基、氨基、胺基、含有氮原子的C3至C30杂芳基、或含有氮原子的C3至C10杂环烷基。
在一个实施方式中，C6至C30芳基可以是苯基、联苯基、萘基、萘酚基或蒽基。
在一个实施方式中，环氧树脂可包括至少一种由式1a至1d表示的化合物。
[式1a]
[式1b]
[式1c]
[式1d]
在一个实施方式中，树脂组合物可包含按重量计约0.1％(wt％)至约15wt％的环氧树脂、约0.1wt％至约13wt％的固化剂、和约70wt％至约95wt％的无机填料。
本发明的另一方面涉及一种封装材料。封装材料包括用于封装半导体器件的固体环氧树脂组合物。
在一个实施方式中，封装材料可以片形式、膜形式或板形式提供。
本发明的另一方面涉及一种半导体封装件。
在一个实施方式中，半导体封装件包括：基板、安装在基板上的半导体器件、形成在基板上并封装半导体器件的至少一部分的封装层、和形成在基板的下表面上的连接端子，其中封装层包括用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
在一个实施方式中，基板可以是电路板、引线框架基板或包括再分布层的基板。
在一个实施方式中，半导体器件可以下述结构设置，在所述结构中，多个半导体芯片彼此上下堆叠，以经由硅通孔(TSV)彼此电连接。
在另一个实施方式中，半导体封装件包括：包括再分布层的基板、设置在再分布层上的半导体器件、形成在再分布层上并封装半导体器件的至少一部分的封装层、和形成在基板的下表面上的连接端子，其中封装层包括用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
在另一实施方式中，半导体封装件包括：基板；半导体器件，其通过接合构件安装在基板上并且以下述结构设置，在所述结构中，多个半导体芯片彼此上下堆叠，以通过硅通孔(TSV)彼此电连接；和形成在基板的下表面上的连接端子，其中封装层包括用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
有益效果
本发明提供了一种用于封装半导体器件的环氧树脂组合物，其具有低热膨胀系数和高玻璃化转变温度以使翘曲最小化，当应用于晶片级封装时可以实现良好的耐久性，允许容易地储存和在固相中使用，并且对再分布层(RDL)具有良好的粘附性和低吸水性以实现良好的可靠性；包括该环氧树脂组合物的封装材料和半导体封装件。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的半导体封装件的示意图。
图2是根据本发明的另一个实施方式的半导体封装件的示意图。
具体实施方式
最佳模式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施方式。应当理解，仅为了说明而提供附图，而不以任何方式解释为限制本发明。
在附图中，仅为了说明而提供形状、尺寸、比例、角度和元件数量，而不是限制本发明的范围。在整个说明书中，相同的部件将由相同的附图标记表示。此外，为了清楚起见，将省略对本领域技术人员显而易见的细节的描述。
在本文中，术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“含”在本说明书中使用时不排除存在或添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或基团。此外，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在还包括复数形式，除非上下文另有明确指示。
在本文中，除非另有明确说明，否则与某一组分相关的数值被解释为包括对构成组分的解释的公差范围。
当元件或层被称为在另一个元件“上”、“上方”、“下方”或“一侧”时，该元件或层可以直接位于另一元件之上、下方或一侧，或者也可以存在一个或多个其它中间元件。相反，当元件或层被称为“直接在另一元件之上、下方或一侧”时，在其间不存在中间元件。
本文，参考附图限定诸如“上侧”、“上表面”、“下侧”、“下表面”的空间相对术语，并且不描述绝对位置关系。因此，应理解，术语“上侧”或“上表面”可与术语“下侧”或“下表面”互换使用。
本文中，除非另有说明，否则在“取代或未取代的”中的术语“取代的”是指官能团的至少一个氢原子被羟基、卤素、氨基、硝基、氰基、羧基、C1至C20烷基、C1至C20烯基、C1至C20炔基、C1至C20卤代烷基、C6至C30芳基、C3至C30杂芳基、C3至C10环烷基、C3至C10杂环烷基、C7至C30芳基烷基或C1至C30杂烷基取代，术语“卤素”表示氟、氯、碘或溴。
本文中，术语“芳基”是指其中环状取代基的所有元素都具有p-轨道并且这些p-轨道是共轭的官能团。芳基包括单环或稠合多环官能团，并且可包括，例如，苯基、联苯基、萘基、萘酚基和蒽基，但不限于此。
在本文，“杂芳基”是指其中C6至C30芳基含有1至3个选自由N、O、S和P组成的组的杂原子且芳基中的其它原子为碳的官能团，并且可以指，例如，吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、三嗪基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、吖啶基、喹唑啉基、噌啉基、酞嗪基、噻唑基、苯并噻唑基、异噁唑基、苯并异噁唑基、噁唑基、苯并噁唑基、吡唑基、吲唑基、咪唑基、苯并咪唑基、呋喃基、苯并呋喃基或异苯并呋喃基，但不限于此。
本文中，“杂环烷基”、“杂芳基”和“杂亚芳基”中的术语“杂”是指氮原子、氧原子、硫原子或磷原子。
本文，用于表示某些值的范围的“X至Y”是指“大于或等于X且小于或等于Y”。
环氧树脂组合物
首先，将描述根据本发明的用于封装半导体器件的环氧树脂组合物。
根据本发明的环氧树脂组合物包括(A)环氧树脂、(B)固化剂和(C)无机填料。
(A)环氧树脂
环氧树脂包括由式1表示的脂环族环氧化合物。
[式1]
在式1中，R1至R12(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12)各自独立地为氢、含有氮原子的取代基、取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、取代或未取代的C3至C10杂环烷基、取代或未取代的C7至C30芳基烷基、或取代或未取代的C1至C30杂烷基，且R1至R12中的至少一个是取代或未取代的C6至C30芳基或含有氮原子的取代基。
含有氮原子的取代基可以是例如，异氰酸酯基(-N＝C＝O)、氰基、硝基、氨基、胺基、含有氮原子的C3至C30杂芳基、或含有氮原子的C3至C10杂环烷基，优选为异氰酸酯基、氰基、硝基、氨基或胺基。。
C6至C30芳基可以是苯基、联苯基、萘基、萘酚基或蒽基。
由于具有如式1中的脂环族环氧结构的化合物具有高热膨胀系数和高玻璃化转变温度，因此使用该环氧化合物制备的环氧树脂可以有效地抑制半导体封装件的翘曲。
此外，使用具有如式1中的脂环族环氧结构并且包括含有氮原子的取代基的组合物制备的环氧树脂可以实现与再分布层(RDL)的良好粘合。在晶片级封装工艺中，为了便于输入/输出端子的封装，在将半导体器件封装在载体晶片上之后，移除载体晶片并且将封装的半导体器件重新布置在再分布层(RDL)上，其中介电层和金属层交替地彼此上下堆叠。此处，由于再分布层(RDL)使用诸如聚苯并噁唑的负性光刻胶形成，因此包括含有氮原子的取代基的环氧树脂可以增强对再分布层的粘附性。
此外，使用具有如式1中的脂环族环氧结构并且包含C6至C30芳基的化合物制备的环氧树脂可以增强吸水性。通常，脂环族环氧化合物具有高吸水率，从而导致半导体封装件的可靠性的劣化。然而，使用具有脂环族环氧结构并且包含C6至C30芳基的化合物制备的环氧树脂的吸水率降低，从而提高了可靠性。
在一个实施方式中，环氧树脂可包括至少一种由式1a至1d表示的化合物。
[式1a]
[式1b]
[式1c]
[式1d]
在一个实施方式中，包含由式1表示的化合物的环氧树脂可以约0.1wt％至约15wt％，例如，约0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％的量存在，或者可以从上述一个数值到上述另一个数值的范围内的量存在于用于封装半导体器件的环氧树脂组合物中。具体地，环氧树脂可以约3至约15wt％的量存在，更具体地，约3wt％至约12wt％。
(B)固化剂
固化剂可包括通常用于封装半导体器件的任何合适的固化剂，优选为具有至少两个官能团的固化剂。
具体地，固化剂可包括酚类化合物，例如苯酚芳烷基型酚醛树脂、苯酚酚醛清漆型酚醛树脂、新酚醛(Xylok)型酚醛树脂，甲酚酚醛清漆型酚醛树脂、萘酚型酚醛树脂、萜烯型酚醛树脂、多官能酚醛树脂、二环戊二烯酚醛树脂、酚醛清漆型酚醛树脂，制备自双酚A和甲阶酚醛树脂、三(羟基苯基)甲烷和二羟基联苯、诸如马来酸酐和邻苯二甲酸酐的酸酐、以及诸如间苯二胺，二氨基二苯基甲烷和二氨基二苯砜的芳族胺，但不限于此。
例如，固化剂可包括苯酚酚醛清漆型酚醛树脂、新酚醛(Xylok)型酚醛树脂、苯酚芳烷基型酚醛树脂和多官能酚醛树脂中的至少一种。
苯酚酚醛清漆型酚醛树脂可以是，例如，由式2表示的苯酚酚醛清漆型酚醛树脂。
[式2]
在式2中，d的平均值为1至7。
由式2表示的苯酚酚醛清漆型酚醛树脂具有以短间隔隔开的交联点，因此在与环氧树脂反应时表现出高交联密度。因此，其固化产物可表现出提高的玻璃化转变温度并因此降低线性膨胀系数，从而更有效地抑制半导体器件封装的翘曲。
苯酚芳烷基型酚醛树脂可以是，例如，含有联苯衍生物的酚醛清漆结构的苯酚芳烷基型酚醛树脂，如式3所示。
[式3]
在式3中，e的平均值为1至7。
由式3表示的苯酚芳烷基型酚醛树脂与环氧树脂反应以形成在周围环境中阻挡热和氧气的碳层(炭)，从而提供阻燃性。
新酚醛(Xylok)型酚醛树脂可以是例如，由式4表示的新酚醛(Xylok)型酚醛树脂。
[式4]
在式4中，f的平均值为0至7。
由式4表示的新酚醛(Xylok)型酚醛树脂可有利地提高树脂组合物的流动性和可靠性。
多官能酚醛树脂可以是，例如，含有由式5表示的重复单元的多官能酚醛树脂。
[式5]
在式5中，g的平均值为1至7。
含有由式5表示的重复单元的多官能酚醛树脂可有利地增强环氧树脂组合物在高温下的弯曲性能。
这些固化剂可以单独使用或以其组合使用。此外，固化剂可以加合物的形式使用，例如通过使上述固化剂与其它组分如环氧树脂、固化促进剂、脱模剂、偶联剂和应力消除剂预反应获得的熔融母料。
在一个实施方式中，固化剂可以约0.1wt％至约13wt％，例如，约0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％或13wt％的量存在，或者可以从上述一个数值到上述另一个数值的范围内的量存在于用于封装半导体器件的环氧树脂组合物中。具体地，固化剂可以约0.1wt％至约10wt％的量存在，更具体地，约0.1wt％至约8wt％。
可以根据半导体器件封装所需的机械性能和防潮可靠性来调节环氧树脂与固化剂的混合比。例如，环氧树脂与固化剂的化学当量比可以为约0.95至约3，具体地为约1至约2，更具体地为约1至约1.75。在该范围内，环氧树脂组合物可以表现出良好的固化后强度。
无机填料
无机填料用于改善环氧树脂组合物的机械性能，同时确保其低应力。无机填料可包括通常用于半导体密封剂中的任何合适的无机填料，但不限于此。例如，无机填料可包括熔融二氧化硅、结晶二氧化硅、碳酸钙、碳酸镁、氧化铝、氧化镁、粘土、滑石、硅酸钙、氧化钛、氧化锑和玻璃纤维。这些可以单独使用或以其组合使用。
优选地，具有低线性膨胀系数的熔融二氧化硅用于降低应力。熔融二氧化硅是指具有约2.3或更低的真比重的无定形二氧化硅，并且可以通过熔化结晶二氧化硅来制备，或者可以包括由各种材料制备的无定形二氧化硅。尽管熔融二氧化硅的形状和粒径没有特别限制，但理想的是约50wt％至约99wt％的平均粒径为约5μm至约30μm的球形熔融二氧化硅和约1wt％至约50wt％的平均粒径为约0.001μm至约1μm的球形熔融二氧化硅的混合物以基于无机填料的总量为约40wt％至约100wt％的量存在。此外，根据树脂组合物的期望用途，熔融二氧化硅的最大粒径可以调节至约45μm、约55μm和约75μm中的任何一个。尽管球形熔融二氧化硅可在其表面上包含导电碳作为外来物质，但重要的是选择其中具有较少极性外来物质的材料。
无机填料的量根据期望的性质而变化，例如可模塑性、低应力和高温强度。在一个实施方式中，无机填料可以约70wt％至约95wt％，例如，约70wt％、71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％、79wt％、80wt％、81wt％、82wt％、83wt％、84wt％、85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％或95wt％的量存在，或者可以从上述一个数值到上述另一个数值的范围内的量存在。具体地，无机填料可以约80wt％至约90wt％或约83wt％至约97wt％的量存在。
其它组分
根据本发明的环氧树脂组合物还可包含选自由固化促进剂、偶联剂、脱模剂和着色剂组成的组中的至少一种。
固化促进剂
固化促进剂用于促进环氧树脂和固化剂之间的反应。固化促进剂的实例可包括叔胺、有机金属化合物、有机磷化合物、咪唑化合物、硼化合物等。叔胺的实例可包括苄基二甲基胺、三乙醇胺、三亚乙基二胺、二甲基氨基乙醇、三(二甲基氨基甲基)苯酚、2-2-(二甲基氨基甲基)苯酚、2,4,6-三(二氨基甲基)苯酚和三-2-乙基己酸盐。
有机金属化合物的实例可包括乙酰丙酮铬、乙酰丙酮锌和乙酰丙酮镍。有机磷化合物的实例可包括三(4-甲氧基)膦、四丁基溴化鏻、四苯基溴化鏻、苯基膦、二苯基膦、三苯基膦、三苯基膦三苯基硼烷和三苯基膦-1,4-苯醌加合物。咪唑化合物的实例可包括2-苯基-4-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-氨基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和2-十七烷基咪唑，但不限于此。硼化合物的实例可包括四苯基鏻-四苯基硼酸盐、三苯基膦四苯基硼酸盐、四苯基硼盐，三氟硼烷-正己胺、三氟硼烷单乙胺、四氟硼烷三乙胺和四氟硼烷胺。此外，可以使用1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(DBN)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)和苯酚酚醛清漆树脂盐，但不限于此。
更具体地，这些有机磷化合物、硼化合物、胺化合物或咪唑化合物可以单独使用或以其组合使用作为固化促进剂。固化促进剂可以通过使这些化合物与环氧树脂或固化剂预反应获得的加合物的形式使用。
基于环氧树脂组合物的总重量，固化促进剂可以约0.01wt％至约2wt％，具体地为约0.02wt％至约1.5wt％，更具体地为约0.05wt％至约1wt％的量存在。在该范围内，固化促进剂可以促进环氧树脂组合物的固化，同时确保良好的固化程度。
偶联剂
偶联剂用于改善环氧树脂和无机填料之间的界面强度，并且可包括例如硅烷偶联剂。硅烷偶联剂可以选自本领域中使用的任何硅烷偶联剂，只要硅烷偶联剂可以在环氧树脂和无机填料之间反应以改善其间的界面强度。硅烷偶联剂的实例包括环氧硅烷、氨基硅烷、脲基硅烷和巯基硅烷。这些偶联剂可以单独使用或以其组合使用。
基于环氧树脂组合物的总量，偶联剂可以约0.01wt％至约5wt％，具体地为约0.05wt％至约3wt％，更具体地为约0.1wt％至约2wt％的量存在。在该范围内，偶联剂提高了由环氧树脂组合物形成的固化产物的强度。
脱模剂
脱模剂可包括选自由石蜡、酯蜡、高级脂肪酸、高级脂肪酸金属盐、天然脂肪酸和天然脂肪酸金属盐组成的组中的至少一种。
在环氧树脂组合物中，脱模剂可以约0.1wt％至约1wt％的量存在。
着色剂
提供着色剂用于激光标记半导体器件的封装材料，并且可以选自相关领域中使用的典型着色剂。例如，着色剂可包括炭黑、钛黑、氮化钛、碱式磷酸铜、氧化铁和云母中的至少一种。
基于环氧树脂组合物的总量，着色剂可以约0.01wt％至约5wt％，具体地为约0.05wt％至约3wt％，更具体地为约0.1wt％至约2wt％的量存在。
此外，环氧树脂组合物还可包含应力释放剂，例如改性硅油、有机硅粉和硅树脂；抗氧化剂，如四[亚甲基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷等，以便根据需要对本发明的目的不产生不利影响。
环氧树脂组合物可以通过如下方法以粉末形式制备：其中使用亨舍尔混合机或Lodige混合机将预定量的上述组分均匀和充分混合，然后使用辊磨机或捏合机熔融捏合、冷却和粉碎。
根据本发明的环氧树脂组合物具有固相。因此，根据本发明的环氧树脂组合物具有比液体环氧树脂组合物更高的储存稳定性，并且易于储存和转移。此外，根据本发明的环氧树脂组合物可以在老化后再次储存，因此可以防止材料浪费。此外，根据本发明的环氧树脂组合物具有比液体环氧树脂更高的无机填料含量，从而确保了良好的耐久性和可靠性。
此外，根据本发明的环氧树脂组合物采用具有低热膨胀系数和高玻璃化转变温度的脂环族环氧树脂，从而使半导体封装件的翘曲最小化。
封装材料
本发明提供了一种封装材料，其包括根据本发明的用于封装半导体的树脂组合物。根据本发明的封装材料可以任何形式提供，只要封装材料包括根据本发明的环氧树脂组合物即可。例如，封装材料可选自本领域通常使用的各种封装材料，例如，颗粒型封装材料、片(tablet，片剂)型封装材料、膜型封装材料或板型封装材料。此处，膜型封装材料是指可缠绕在卷绕辊上的柔性膜型封装材料，板型封装材料是指比膜型封装材料更硬并因此不能卷绕在辊上的封装材料。
根据本发明的封装材料允许比常规封装材料更少的翘曲，因此可以有利地应用于特别是晶片级封装。
半导体封装件
接下来，将描述根据本发明的半导体封装件。图1和图2示出了根据本发明的半导体封装件的实例。
参考图1和图2，根据本发明的半导体封装件(100,200)包括基板(110,210)、半导体器件(120,220)、封装层(130,230)和连接端子(140,240)。
基板
基板(110,210)支撑半导体器件(120,220)并允许电信号通过其提供给半导体器件(120,220)。基板(110,210)可以选自本领域通常使用的任何典型的半导体安装基板。例如，基板(110,210)可以是电路板、引线框基板或包括再分布层的基板。
电路板可以由平板构成，可将绝缘材料，例如，热固性膜，例如环氧树脂膜或聚酰亚胺膜，或耐热有机膜，例如液晶聚酯膜或聚酰胺膜与其附接。电路板在其上形成有电路图案，其中电路图案包括用于电源的电源互连和用于信号传输的信号互连。互连可以通过层间绝缘膜彼此分开。具体地，电路板可以是印刷电路板(PCB)，在印刷电路板上通过印刷工艺形成电路图案。
引线框基板可以由金属材料形成，例如镍、铁、铜、镍合金、铁合金、铜合金等。引线框基板可以包括用于安装半导体芯片的半导体芯片安装部分和电连接到半导体芯片的电极的连接端子部分。然而，应该理解，本发明不限于此，并且引线框基板可以选自具有各种结构的引线框，并且由本领域技术人员公知的各种材料形成。
包括再分布层的基板是在堆叠结构的最外层上具有再分布层(RDL)(113)的基板，其中介电层(111)和金属层(112)交替地彼此上下堆叠，如图1所示。介电层(111)由例如光敏聚酰亚胺形成，金属层(112)由例如铜形成。然而，应该理解，本发明不限于此，介电层和金属层可以由本领域中通常使用的各种材料形成。此外，再分布层(113)可以由光刻胶形成，例如，聚苯并噁唑。然而，应该理解的是，本发明不限于此，并且再分布层113可以由用于本领域中使用的再分布层的任何典型材料形成。
半导体器件
半导体器件(120,220)安装在基板(110,210)上。此处，半导体器件可以通过本领域已知的用于安装半导体芯片的任何技术安装在基板上。例如，半导体器件可以通过倒装芯片安装或引线接合方法安装在基板上。
在倒装芯片安装方法中，凸块形成在半导体芯片的下表面上，并且半导体器件经由凸块熔合到电路板。由于倒装芯片安装方法不需要诸如导线的附加连接结构，因此倒装芯片安装方法有利于半导体封装件的小型化和轻量化并且可以减小电极之间的距离，从而实现高集成度。
引线接合方法是通过金属线将半导体器件的电极电连接到基板的方法。在通过引线接合方法安装半导体芯片时，可以在半导体器件(220)和基板(210)之间插入诸如片-接合膜(die-bonding film)的接合构件(250)，使得半导体器件(220)通过接合构件(250)被固定到基板(210)上，如图2所示。
另一方面，半导体器件可由单个半导体芯片构成，或者可以包括多个半导体芯片。例如，半导体器件可以是堆叠半导体器件，其中多个半导体芯片(222)被堆叠以经由硅通孔(TSV)(224)彼此电连接，如图2所示。
封装层
封装层(130,230)用于保护半导体器件(120,220)免受外部环境影响，并且包括根据本发明的环氧树脂组合物。以上描述了环氧树脂组合物，并且将省略其详细描述。
形成封装层以将半导体器件的至少一部分封装在基板上。尽管封装层被示出为封装图1和图2中的半导体器件的侧表面，但应该理解，本发明不限于此。在替代实施方式中，可以形成封装层以封装半导体器件的上表面和下表面。
连接端子
连接端子(140,240)形成在基板(110,210)的下表面上，即，与安装有半导体器件的基板的表面相反的基板的表面，以电连接基板(110,210)到外部电源。连接端子可是本领域公知的各种连接端子，例如，引线、球栅阵列等，但不限于此。
在一个实施方式中，半导体封装件可以包括：基板110，包括再分布层(113)；设置在再分布层(113)上的半导体器件(120)；形成在再分布层(113)上并封装半导体器件(120)的至少一部分的封装层(130)；以及形成在基板(110)的下表面上的连接端子(140)，如图1所示。封装层包括根据本发明的环氧树脂组合物。
在另一实施方式中，半导体封装件可包括基板(210)；半导体器件(220)，经由接合构件(250)安装在基板(210)上并且具有下述结构，在所述结构中，多个半导体芯片(222)彼此上下堆叠，以经由硅通孔(TSV)(224)彼此电连接；和形成在基板(210)的下表面上的连接端子(240)，如图2所示。封装层包括根据本发明的环氧树脂组合物。
发明模式
接下来，将参照一些实施例更详细地描述本发明。应当理解，仅为了说明目的提供这些实施例，而不以任何方式解释为限制本发明。
为清楚起见，将省略对本领域技术人员显而易见的细节的描述。
实施例和比较例中使用的组分的细节如下。
(A)环氧树脂
(a1)使用式1a表示的化合物。
[式1a]
(a2)使用式1b表示的化合物。
[式1b]
(a3)使用式1c表示的化合物。
[式1c]
(a4)使用式1d表示的化合物。
[式1d]
(a5)使用NC-3000(Nippon Kayaku Co.,Ltd.)。
(a6)使用YX-4000(Japan Epoxy Resin Co.,Ltd.)。
(B)固化剂
(b1)使用KPH-F3065(Kolon Industries Inc.)。
(b2)使用MEH-7851(Meiwa Co.,Ltd.)。
(C)固化促进剂
(C1)使用TPP-k(三苯基膦，Hokko Chemical Co.,Ltd.)。
(C2)使用1,4-苯醌(Aldrich GmbH)。
(D)无机填料
使用平均粒径为20μm的球形熔融二氧化硅和平均粒径为0.5μm的球形熔融二氧化硅(重量比为9:1)的混合物。
(E)偶联剂
(e1)使用甲基三甲氧基硅烷偶联剂(SZ-6070,Dow-Corning Co.,Ltd.)。
(e2)使用N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(KBM-573,Shin-EtsuChemical Co.,Ltd.)。
(F)着色剂
使用炭黑(MA-600B,Mitsubishi Chemical Co.,Ltd.)。
实施例1至5和比较例1至2
将表1中列出的称重的上述组分在25℃至30℃下使用亨舍尔混合机(KSM-22,KEUMSUNG MACHINERY CO.,LTD)均匀混合30分钟，并使用连续捏合机在110℃(最大值)下熔融捏合30分钟，然后冷却至10℃至15℃并粉碎，从而制备用于封装半导体器件的环氧树脂组合物。此后，将4.5g的环氧树脂组合物置于片成形机中并以12吨的重量压缩，从而制备外径为Φ14(mm)的片形式的封装材料。
[表1]
对实施例1至5和比较例1和2中制备的环氧树脂组合物评价以下性能，评价结果示于表2中。
性能评价
(1)玻璃化转变温度(℃)，热膨胀系数(ppm/℃)：
通过传递模塑4.2g的实施例和比较例中制备的每种封装材料制备试样(模塑温度：175℃，固化时间：120秒，转移时间：14秒，传递速度：1.2mm/s，夹具压力：40吨，传递压力：1吨)，然后使用TMA Q400(TA Instrument,USA)测量每个试样的玻璃化转变温度和热膨胀系数(α1、α2)。将玻璃化转变温度之前的区域中的热膨胀系数定义为α1，将玻璃化转变温度之后的区域中的热膨胀系数定义为α2。
(2)翘曲(μm)：
利用附着在载体晶片(200mm_8英寸或300mm_12英寸)上的粘合带，通过拾取和放置工艺将半导体芯片重新配置在载体晶片的上表面上。在载体晶片上重新配置硅芯片之后，将载体晶片预烘焙至120℃。此后，在载体晶片的温度升高至120℃至170℃之后，将实施例和比较例中制备的每种封装材料沉积在载体晶片上并冷却至室温，从而形成晶片级的封装层。在形成封装层之后，使用WDM-300(Lasertech Co.,Ltd.,韩国)在晶片上在约70,000个点测量晶片的高度和截面。测量值的平均值定义为晶片级的翘曲。
此后，将载体晶片的温度升高至150℃至200℃，以将载体晶片与封装的半导体芯片分离。然后，通过将聚苯并噁唑前体溶液旋涂到模塑晶片上，在模塑晶片上形成再分布层，并将分离的半导体芯片布置在再分布层上，然后进行UV固化。此后，切割晶片以提供单独的半导体封装件。使用AKRO MATRIX(Shadow Moire IPO,USA)根据JESD22-B112测量各个半导体封装件的翘曲。
(3)吸水率(wt.％)
从实施例和比较例中制备的每种封装材料制备试样。通过使用30吨压机形成直径为5cm且深度为5mm的盘型固化试样，然后在175℃的干燥烘箱中后固化2小时来制造每个试样。在测量制造的试样的初始重量在±0.001g内之后，将制造的试样放置在120℃、2atm和100％RH的条件下的PCT(压力蒸煮测试仪)(EHS-211MD,ESPEC,USA)室中持续24小时，并且测量试样的重量在±0.001g内以计算吸水率。在测量三次吸水率后，获得平均值。
(4)附着性(kgf)
在对尺寸为35×35×2mm的镍板进行等离子体处理之后，在镍板上以液态涂覆基于PBO的RDL至15μm至20μm的厚度并在200℃下固化以在其上形成具有RDL的基板。通过在模塑温度为175℃，传递压力为9MPa，传递速度为1mm/s且固化时间为90秒的模塑条件下，将实施例和比较例中制备的环氧树脂组合物模塑在基板上制造试样之后，将每个试样在175℃的烘箱中进行4小时模塑后固化(PMC)。此后，将试样在60℃和60％RH的条件下放置120小时，然后在260℃下重复IR回流30秒三次。此后，使用C-SAM(扫描声学显微镜，Sonix Co.,Ltd.)评估半导体封装件中裂缝的产生，其确定基于声波的分层的存在。此处，环氧树脂组合物与基板之间的接触面积为1×1cm，并且使用万能试验机(UTM)对每个测量过程在三个试样上测量拉伸强度，并计算平均值。
[表2]
从表2可以看出，使用包含实施例1至5中的由式1表示的化合物的环氧树脂制备的组合物具有较低热膨胀系数和较低玻璃化转变温度，以提供比使用比较例1和2中的典型环氧树脂制备的组合物更好的翘曲特性。此外，与比较例1和2的组合物相比，实施例1至5的组合物在吸水性和附着力方面具有更好的性能。
[参考标号列表]
110,210：基板
120,220：半导体器件
130,230：封装层
140,240：连接端子
250：接合构件。

Claims (8)

1.一种用于封装半导体器件的固体树脂组合物，包含：
0.1wt％至15wt％的环氧树脂，所述环氧树脂包含由式1表示的化合物；
0.1wt％至13wt％的固化剂；和
70wt％至95wt％的无机填料，
[式1]
其中，在式1中，R1至R12各自独立地为氢、含有氮原子的取代基、取代或未取代的C1至C20烷基、取代或未取代的C6至C30芳基、取代或未取代的C3至C30杂芳基、取代或未取代的C3至C10杂环烷基、取代或未取代的C7至C30芳基烷基、或者取代或未取代的C1至C30杂烷基，
R1至R12中的至少一个是含有氮原子的取代基，
其中，所述含有氮原子的取代基为异氰酸酯基、氰基、硝基、氨基、胺基、含有氮原子的C3至C30杂芳基、或含有氮原子的C3至C10杂环烷基，
其中，所述C6至C30芳基为苯基、联苯基、萘基、萘酚基或蒽基，并且
其中，所述环氧树脂包含由式1a和式1b表示的化合物中的至少一种，
[式1a]
[式1b]
2.一种封装材料，包含根据权利要求1所述的用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
3.根据权利要求2所述的封装材料，其中，所述封装材料以片形式、膜形式或板形式提供。
4.一种半导体封装件，包括：
基板；
半导体器件，所述半导体器件安装在所述基板上；
封装层，所述封装层形成在所述基板上并且封装所述半导体器件的至少一部分；以及
连接端子，所述连接端子形成在所述基板的下表面上，
其中，所述封装层包含根据权利要求1所述的用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
5.根据权利要求4所述的半导体封装件，其中，所述基板是电路板、引线框基板或包括再分布层的基板。
6.根据权利要求4所述的半导体封装件，其中，所述半导体器件以下述结构设置，在所述结构中，多个半导体芯片彼此上下堆叠，以经由硅通孔(TSV)彼此电连接。
7.一种半导体封装件，包括：
基板，所述基板包括再分布层；
半导体器件，所述半导体器件布置在所述再分布层上；
封装层，所述封装层形成在所述再分布层上并且封装所述半导体器件的至少一部分；以及
连接端子，所述连接端子形成在所述基板的下表面上，
其中，所述封装层包含根据权利要求1所述的用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
8.一种半导体封装件，包括：
基板；
半导体器件，所述半导体器件通过接合构件安装在所述基板上，并且以下述结构设置，在所述结构中，多个半导体芯片彼此上下堆叠，以经由硅通孔(TSV)彼此电连接；以及
连接端子，所述连接端子形成在所述基板的下表面上，
其中，所述封装层包含根据权利要求1所述的用于封装半导体器件的固体树脂组合物。
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