TW200530323A - Method for producing epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and semiconductor device obtained thereby - Google Patents

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200530323 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體封包用環氧樹脂組 造方法，其具有優異之造模性及可靠性，且關於 體封包用環氧樹脂組成物暨利用其所得之半導體 【先前技術】 傳統上，電晶體、I C、L S I及類似之半導體元 塑膠封裝將其封包而製造成半導體裝置，例如， 等免於外部環境及使元件能夠處理之觀點，使用 組成物。如此之環氧樹脂組成物，例如，使用混 合鍋、揑揉器或類似物，藉由混合及揑揉環氧樹 脂、硬化催促劑及其他成分諸如矽烷偶合劑及類 得。為了改良個別成分之分散性及濕潤性，使用 方法，其中，成分之某些部分係事先預混合及然 分之殘留部分與產生之混合物混合。 對於此製造方法之一例子，已提出於加熱下， 清漆型酚樹脂硬化劑與四苯基鐫四苯基硼酸鹽製 環氧樹脂硬化劑（參照參考文件 1 )。藉由以上製 得之環氧樹脂組成物發揮功效，使環氧樹脂組成 好的儲存穩定性及該硬化產品具有優異的耐濕性 另一方面，一種方法已被提出，其中，酚樹脂 部分或全部與環氧矽烷偶合劑及胺類硬化催促劑 然後其與殘留的成分熔混（參照參考文件2 )。 參考文件 1: JP-B-56-45491 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 成物之製 一種半導 裝置。 件係使用 由保護該 環氧樹脂 合報、混 脂、S分樹 似物而獲 一種製造 後將該成 藉由混合 備及使用 造方法所 物具有良 〇 成分之一 炼混，及 5 200530323 參考文件 2: ]P-B-7-35432 【發明内容】 然而，因為於初混合之際，存在或產生在系統中之 性成分亦殘留在最終獲得之半導體封包用環氧樹脂組 中，以該等製造方法獲得之環氧樹脂組成物具有諸如 產生之問題，且難以獲得一不會引起如此之問題的硬 品。 本發明係以考慮此情況而完成，且其之一目的係提 種半導體封包用環氧樹脂組成物之製造方法，其不會 空隙產生等且可靠性優異，及提供一種半導體封包用 樹脂組成物暨利用其所得之半導體裝置。 為了達成上述目的，本發明提供： (1 ) 一種半導體封包用環氧樹脂組成物之製造方法 含有下列成分（A )至（C ): (A )環氧樹脂； (B )酚樹月旨·，及 (C )硬化催促劑， 其包含於自1.333至66.65 kPa之減壓及自100至 °C之加熱條件下，預先混合除了含有成分（A )至（C )中 分（A )以外之全部或一部分成分，及然後將成分（A )及 成分與所得混合物混合； (2 )如上述（1 )之半導體封包用環氧樹脂組成物之 方法，其中，作為成分（C )之該硬化催促劑係為四取代 四取代基硼酸鹽； (3 ) —種半導體封包用環氧樹脂組成物，其係以上ϋ 312XP/發明說明書(補件)/94_03/93136807 揮發 成物 空隙 化產 供一 引起 環氧 ，其 230 之成 殘留 製造 基鱗 m) 6 200530323 或（2 )之半導體封包用環氧樹脂組成物之製造方法獲得； (4) 一種半導體裝置，其包含半導體元件及上述（3)之 導體封包用環氧樹脂組成物，該組成物密封半導體元件 亦即，本案發明人對於獲得一種環氧樹脂組成物之目 已進行廣泛的研究，其能控制各種不同的問題，諸如於 用環氧樹脂組成物製作半導體裝置時形成之空隙的產生 及其能用作為一種具有優異造模性之封包材料。因此， 改變自成分上之傳統的檢查至解決之手段的觀點，持續 行研究。結果，發現傳統上作為硬化劑、硬化催促劑之 樹脂，及作為環氧樹脂組成物之一成分之矽烷偶合劑會 混合期間降解而形成所謂之揮發性成分為一反應產物， 此成為前述問題之因素。基於此一事實進一步研究之 果，發現在製備環氧樹脂組成物時，當於特定範圍内之 壓及加熱條件下，預先混合除了環氧樹脂以外之全部或 部分成分，及然後藉由一混合步驟將前述環氧樹脂及殘 成分與所得混合物混合而製備環氧樹脂組成物，前述之 發性成分於該等條件下被移除，及結果，基於成形期間 陷之抑制，能達成前述具有高可靠性之半導體裝置。因此 完成本發明。 【實施方式】 如上述，本發明製造一種半導體封包用環氧樹脂組 物，藉由於特定範圍之減壓及加熱條件下，預先混合除 環氧樹脂（成分（A ))以外之成分的全部或一部分，及然後 前述的環氧樹脂（成分（A ))及殘留的成分與此混合物 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93 ] 36807 及 半 〇 的 使 以 進 酚 於 及 結 減 留 揮 缺 成 了 將 混 7 200530323 合。因此，該揮發性成分於前述條件下，在預先混合之時， 自所得之半導體封包用環氧樹脂組成物中移除。當此組成 物用作封包用樹脂組成物，可獲得具有高可靠性之半導體 裝置，其中，孔隙及類似物之產生於封裝成型期間被控制。 此外，當四取代基鐫四取代基硼酸鹽被用作硬化催促 劑，成型產品之硬化能力及可靠性獲得進一步改善。 本發明之半導體封包用環氧樹脂組成物係使用環氧樹 脂（成分A )、酚樹脂（成分B )及硬化催促劑（成分C )獲得， 且其一般係以粉末形式或小片形狀製成。 前述之環氧樹脂（成分A )無特別限制且可使用各種不同 的環氧樹脂。例如可使用酚清漆型環氧樹脂、曱酚清漆型 環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、三苯甲烷型環氧樹脂及類似 物。環氧樹脂可單獨使用或作為二或多種組合。該等環氧 樹脂之中，使用聯苯型環氧樹脂或低濕度吸收型環氧樹脂 較佳，其中一或多種低烷基被加至苯環。如此環氧樹脂具 有自1 5 0至2 5 0之環氧當量及自5 0至1 3 0 °C之軟化點較佳。 與前述環氧樹脂（成分 A ) —起使用之酚樹脂（成分 B )係 作為前述環氧樹脂（成分 A )之硬化劑，且無特別限制。例 子包含酚清漆型、曱酚清漆型、聯苯型、三苯曱烷型、萘 酚清漆型、酚芳烷之樹脂及類似物。酚樹脂可單獨使用或 作為二或多種組合。該等之中，使用具有低吸濕性之化合 物，諸如S分芳烧樹脂較佳。 至於前述環氧樹脂（成分 A )及酚樹脂（成分 B )之比例， 係以諸如環氧樹脂中之每一環氧基當量之酚樹脂中之羥基 8 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 當量成為自0 . 5至2 . 0當量之比例混合該等樹脂較佳。自 0 . 8至1 . 2當量更佳。 與前述環氧樹脂（成分 A )及S分樹脂（成分 B ) —起使用之 硬化催促劑（成分 C )並無特別限制，前提為其能加速環氧 基與羥基之反應。所使用之傳統已知化合物，諸如三苯基 膦及類似第三磷化合物、四苯基鐫四苯基硼酸鹽（以下稱為 「TPP-K」）、四苯基鱗四（4 -甲基苯基）硼酸鹽（以下稱為 「T P P - Μ K」）及類似四鱗化合物、1，8 -偶氮二環（5，4，0 ) 1 1 烷-7及類似偶氮二環烯類化合物、三乙烯二胺及類似第三 胺及2 -曱基咪唑及類似之咪唑類，能被單獨使用或作為二 或多種組合。該等之中，由產品的硬化能力及可靠性的觀 點，使用ΤΡΡ-Κ及類似鐫鹽硬化催促劑較佳。 設定前述硬化催促劑（成分C )之比例為基於1 0 0份前述 酚樹脂（成分Β)自1至2 0份重量（以下稱為「份」）之範圍 較佳。自2至1 0份更佳。當比例小於1份時，前述環氧樹 脂（成分 A )與S分樹脂（成分 B )之所欲的硬化反應可能不會 進行，而當比例超過2 0份時，反應速率可能太快，因而顯 示於環氧樹脂組成物生產過程期間之反應進行或作為封包 材料之儲存穩定性可能變差之趨勢。 通常，矽烷偶合劑用作為選擇性成分而與前述成分（A ) 至（C ) 一起使用。至於矽烷偶合劑，可使用各種不同的矽烷 偶合劑而無特別限制，及使用具有二或多個烷氧基之偶合 劑較佳。其例示性的例子包含/3 - ( 3，4 -環氧基環己基）乙基 三曱氧基矽烷、T -環氧丙氧基丙基三曱氧基矽烷、T -硫 9 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 醇基丙基三曱氧基石夕烧、7 _(2 -胺基乙基）胺基丙基 基石夕丨完、7" _硫醇基丙基二曱氧基衫7烧、7 _苯胺基 甲氧基矽烷、六甲基二矽氮烷及類似物。矽烷偶合 獨使用或作為二或多種組合。 設定矽烷偶合劑的量基於全部環氧樹脂組成物自 2 %重量之範圍較佳。自0 . 3至1 . 5 %重量更佳。當用 0 . 1 %重量時，可能發生引起硬化產品之強度降低的 及當用量超過2 %重量時，有引起硬化產品之彈性模 的問題之趨勢。 此外，無機填充劑一般用作一種成分而與前述^ 至（C ) 一起使用。至於前述無機填充劑，可使用各種 知的填充劑而無特別限制。例如，可使用熔融矽石 結晶矽石粉末及類似矽石粉末、氧化鋁粉末及類似 等無機填充劑係以任何粉狀、球形、研磨處理及類 使用。特別地，使用球形熔融矽石粉末較佳。無機 可單獨使用或作為二或多種組合。而且，由能改善 之觀點，使用具有平均粒子大小自5至4 0微米範圍 機填充劑較佳。至於平均粒子大小之量測，以雷射 射粒子大小分佈分析儀量測較佳。 設定前述無機填充劑的量基於環氧樹脂組成物自 9 2 %重量之範圍較佳，自8 7至9 2 %重量之範圍特佳 機填充劑的用量低於 8 0 %重量時，有引起於成型之 裝之水吸收量增加，及封裝之後的可靠性降低之趨 且，當用量超過 9 2 %重量時，產生黏度變高及流動 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 三曱氧 丙基三 劑可單 0. 1至 量低於 問題， 數降低 t 分（A ) 傳統已 粉末、 物。該 似形狀 填充劑 流動性 内之無 繞射散 80至 。當無 後的封 勢。而 性因而 10 200530323 變差之趨勢。 關於此點，根據本發明半導體封包用環氧樹脂組成物， 除了前述成分（A )至（C )以外，其他添加劑諸如阻燃劑、阻 燃助劑、成型脫膜劑、碳黑或類似之顏料或色料、應力減 少劑、增黏劑及類似物可視需要選擇性地混合。 關於前述阻燃劑，清漆型溴化環氧樹脂及類似物可被例 示，及三氧化二銻、五氧化二銻或類似物用作阻燃助劑。 該等能被單獨使用或作為二或多種組合。 關於前述成型脫膜劑，較高脂肪酸、較高脂肪酸酯、較 高脂肪酸妈鹽及類似化合物可被例示，及例如可使用巴西 棕櫚臘、聚乙烯臘。該等能被單獨使用或作為二或多種組 合0 而且，前述應力減少劑之例子包含丙烤酸曱S旨-丁二婦~~ 苯乙烯共聚物、曱基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物及 類似之丁二烯系統橡膠及矽酮化合物。此外，為了於抗濕 度可靠性試驗中改善可靠性之目的，碳酸氫氧鎂鋁水合物 (h y d r 〇 t a 1 c i ΐ e )化合物、氫氧化絲或類似之離子捕捉劑可 被混合。 本發明半導體封包用環氧樹脂組成物，能以例如以下方 式製造。首先，成分包含環氧樹脂（成分（A ))之全部或一部 分於大氣壓力下，於混合鍋中藉由加熱預先混合，及然後 於一減壓條件下，藉由徹底預混合該等而製備初混合物。 接著，環氧樹脂（成分（A ))及殘留成分與初混合物混合，使 用混合器或類似物於大氣壓力下徹底混合，及然後相似於 1】 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 上述，使用混合輥、混合鍋、揑揉器或類似物熔化揑 將其冷卻至室溫之後，半導體封包用環氧樹脂組成物 使用傳統已知之手段，經由一系列粉碎步驟及視需要 製成小月形狀而製得。 於一減壓條件下用於前述初混合之混合裝置，並無 限制，前提為其為使用裝設有壓力減低機構之混合鍋 一真空混合鍋或類似物。 至於前述用於初混合之減壓條件，必須將其設定 1.333至66.65 kPa範圍内，自4至40 kPa特佳。於 6 e · M k P a壓力下，難以移除揮發性成分。當其為低於1 kPa之減壓條件下，由設施之觀點，難以確保大量製 且必要的成分可能蒸發因而於樹脂特徵上發生不良 響。 關於在前述減壓條件下，在初混合之時點上之加熱 條件，為了有效率蒸發揮發性成分之目的，必須將其 於自1 0 0至2 3 0 °C範圍内，自1 3 0至2 0 0 °C更佳。當其 1 0 (TC時，難以進行成分之均勻攪拌及移除揮發成分， 其超過2 3 0 °C時，可能發生成分反應及降解的問題。 此外，於減壓條件下用於初混合之時間，並無特 制，且通常自3 0分鐘至2小時範圍内進行。 雖然於一減壓條件下藉前述初混合所移除揮發 分，並無特別限制，及其例子包括芳香族化合物，其 為係酚化合物（成分（B ))及硬化催促劑（成分（C ))之降 反應產物；與醇類及類似物，其被認為係作為選擇性 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 揉。 能藉 將其 特別 ，及 於自 超過 .333 造， 的影 溫度 設定 低於 及當 別限 性成 被認 解及 成分 12 200530323 之矽烷偶合劑之降解產物。當環氧樹脂組成物使用作為封 包材料，其中殘留如此之揮發性成分，其成為製造半導體 裝置期間諸如空隙之產生的問題之因素。 _^用半導體封包用環氧樹脂組成物之半導體元件之封 包，並無特別限制，且能藉由傳統上已知成型方法諸如平 常之轉移成型及類似方法進行。 接著，以下說明實施例及比較實施例。 (實施例1 ) 使用真空混合鍋，將 5 6 份酚清漆型樹脂（羥基當量 1 1 0，軟化點7 5 °C )、3份四苯基鐫四苯基硼酸鹽及0 · 6份 環氧矽烷偶合劑（T -環氧丙氧基丙基三曱氧基矽烷）在大 氣壓力下，於1 7 0 °C ，混合1小時，及接著在2 0 k P a之減 壓條件下，於相同溫度條件下，混合3 0分鐘。之後，藉由 回復壓力至大氣壓力及添加2. 5份巴西棕櫚臘而製備初混 合物。 隨後，前述初混合物之總量、1 0 0份二苯型環氧樹脂（環 氧當量1 9 5，熔點1 0 7 °C )、1，2 0 0份熔融矽石粉末（平均粒 子大小3 0微米）、1 8份三氧化二銻、6份碳黑及3份環氧 矽烷偶合劑（3 -硫醇基丙基三曱氧基矽烷）於 1 0 0 °C下，捏 揉2分鐘及然後冷卻並粉碎，藉以製備所要的半導體封包 用環氧樹脂組成物。 (實施例2至.8及比較實施例1和2 ) 除了於製備各別初混合物時，改變減壓條件、溫度條件 及壓力降低時間至如顯示於下表1及表2所設定條件外， 13 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 其餘以如實施例1相同方式製備各別半導體封包用環氧樹 脂組成物。 表1 實施例 1 2 3 4 5 6 7 8 初混合條件 -減壓條件（k P a ) 20 40 13.3 13.3 6 0 1.4 20 20 -溫度條件（°C ) 1 70 1 70 1 50 200 1 90 1 70 1 00 230 -減壓時間（h r ) 0. 5 0. 5 1 0. 5 1 0. 5 0. 5 0.5 表2 比較實施例 1 2 初混合條件 -減壓條件（k P a ) 80 20 -溫度條件（°C ) 190 90 -減壓時間（h r ) 1 1 使用於實施例及比較實施例因而得到之粉末狀環氧樹 脂組成物，將以下列方式製備半導體裝置。亦即，每一前 述粉末狀環氧樹脂組成物製成小片，且半導體裝置係以藉 轉移成型（成型條件：於1 7 5 °C X 9 0秒+ 1 7 5 °C X 5小時硬化之 後），使用由T0WA製造之自動成型機器（CPS-40L)成型形成 之半導體元件而製備。此半導體裝置Π 4針四面平整封裝 (LQFP-144，尺寸：20毫米x20毫米X厚度1.4毫米）。使用 以此方式獲得之半導體裝置，量測及評估金屬線流及空隙 產生之數目。 金屬線流. LQFP-144(尺寸：20毫米x20毫米X厚度1.4毫米）以金 屬線（線直徑2 3微米，線長度6毫米）捆紮，金屬線以前述 方式製備。製備前述半導體裝置之時，金屬線2被捆紮在 L Q F P之封裝架上，L Q F P具有如圖 1所示之晶粒座（d i e 14 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 pad)l，及如前述使用此製備半導體裝置（封裝）。在圖1， 元件符號3係為半導體晶片，及元件符號4係為鉛針（1 e a d p i η)。使用因而製備的封裝，金屬線流量係以軟X射線分 析器量測。至於該量測，如圖2所示，以自每一封裝選擇 及量測1 0條金屬線量測來自前面方向之金屬線2流量。之 後，金屬線流率[(d / L ) X 1 0 0 ]以定義對應至金屬線2流量之 最大部分之值作為封裝之金屬線流（d毫米）之值作計算。 關於此點，L代表介於金屬線2之間的距離（毫米）。而且， 假如前述金屬線流率為6 %或更高之情況則表示為X X，而小 於6 %之情況則表示為00。 空隙產生之數目： 以上述製備之封裝（LQFP-144)使用軟X射線分析器觀察 以計算直徑0 . 2毫米或更大之空隙，及顯示產生空隙於其 中之封裝數目。此情況下，製備1 0個封裝供每一實施例及 比較實施例用。 表3

基於以上結果，使用環氧樹脂組成物製備之實施例之產 品，藉由於前述特定範圍之減壓及加熱條件，初混合除了 環氧樹脂以外之該成分，及然後混合此初混合物與殘留成 15 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 分而獲得，產生無空隙或只有一點點空隙及對於金屬 顯示良好結果。相反地，使用環氧樹脂組成物製備之 實施例1之產品，於初混合之際，在超過6 6 . 6 5 k P a 條件下製備，因為確認空隙產生，對於金屬線流產生 失效及可靠性不良。而且，相似於前述比較實施例1 品，比較實施例 2之產品係於初混合之際，於加熱溫 於 1 0 0 °C條件下，使用環氧樹脂組成物製備，因為確 隙產生，亦對於金屬線流產生功能失效及可靠性不良 本發明已被詳細說明及參考其之特定具體例，能在 離其之範圍内作各種不同之變化及修飾，其對於熟悉 域人士而言係顯而易見的。 此申請案係基於在2004年12月4日提出之日本專 請案第 2 0 0 3 - 4 0 6 2 1 3 號，其之全部内容在此併入作 考。 【圖式簡單說明】 圖1為一平面圖，顯示用以量測一半導體裝置之金 流量之一封裝；及 圖2為一示意圖，顯示用以量測一半導體裝置之金 流量之方法。 【主要元件符號說明】 1 晶粒座 2 金屬線 3 半導體晶片 4 鉛針 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 線流 比較 減壓 功能 之產 度低 認空 〇 不悖 此領 利申 為參 屬線 屬線 16 200530323 L 介於金屬線2之間的距離 d 金屬線流 17 312XP/發明說明窗補件)/94-03/93136807

Claims (1)

1. 200530323 十、申請專利範圍： 1 . 一種半導體封包用環氧樹脂組成物之製造方法，其含 有下列成分（A )至（C ): (A )環氧樹脂； (B )酚樹脂；及 (C )硬化催促劑， 其包含於自1.333至66.65 kPa之減壓及自100至230 °C之加熱條件下，預先混合除了含有成分（A )至（C )中之成 分（A )以外之全部或一部分成分，及然後將成分（A )及殘留 成分與所得混合物混合。 2 .如申請專利範圍第1項之半導體封包用環氧樹脂組成 物之製造方法，其中，作為成分（C )之該硬化催促劑係為四 取代基鐫四取代基硼酸鹽。 3 . —種半導體封包用環氧樹脂組成物，其係以申請專利 範圍第1項之半導體封包用環氧樹脂組成物之製造方法獲 得。 4 . 一種半導體封包用環氧樹脂組成物，其係以申請專利 範圍第2項之半導體封包用環氧樹脂組成物之製造方法獲 得。 5 . —種半導體裝置，其包含半導體元件及申請專利範圍 第3項之半導體封包用環氧樹脂組成物，該組成物密封該 半導體元件。 6 . —種半導體裝置，其包含半導體元件及申請專利範圍 第4項之半導體封包用環氧樹脂組成物，該組成物密封該 18 3 12XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807 200530323 半導體元件。 19 312XP/發明說明書(補件)/94-03/93136807