TW201634569A - 半導體封裝用樹脂組成物及使用該樹脂組成物之半導體封裝方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種半導體封裝用樹脂組成物，其係在室溫為低黏度有流動性者，玻璃轉移溫度高，而且可抑制樹脂封裝成型物之彎曲，與一種半導體之封裝方法，即使在樹脂封裝成型後彎曲亦小，具體而言為晶圓級封裝之封裝方法。 一種半導體封裝用樹脂組成物，其係含有(A)以下述式(1)所示的脂環式環氧化合物 □(B)除了以式(1)所示的脂環式環氧化合物以外，在室溫為液狀之環氧樹脂 (C)酸酐硬化劑(D)硬化促進劑，以及(E)無機質填充材料，佔有組成物中之全環氧樹脂100質量份中的(A)成分之調配量為30~95質量份。

Description

半導體封裝用樹脂組成物及使用該樹脂組成物之半導體封裝方法
本發明係關於半導體封裝用樹脂組成物及使用該組成物的半導體封裝方法。
近年來，伴隨半導體封裝等之電子零件之小型化、薄型化封裝樹脂也變得非常薄。先前，半導體等之電子零件之封裝，其係使用了固形環氧樹脂組成物的轉移成型工法而進行。然而，在將如此的薄型封裝藉由轉移成型工法而進行樹脂封裝的情況，因為有於狹部使樹脂流動的必要，所以會擔心產生接線變形。因此若封裝面積變大，則變得容易產生填充不良。
於是，近年來，在封裝薄型封裝或大面積的晶圓級封裝之封裝，逐漸成為使用液狀環氧樹脂組成物的壓縮成型工法。若於此壓縮成型工法使用液狀環氧樹脂組成物，則相較於使用固形環氧樹脂組成物的情況，因為樹脂封裝成型時之環氧樹脂之黏度變得非常低，所以難以產生接線變形，另外期待變得可一次封裝大面積。
然而，在一次封裝大面積的情況，樹脂封裝成型後之彎曲係成為大的問題。為了解決此問題，已知有藉由於液狀環氧樹脂組成物大量地添加無機填充材料，使樹脂封裝成型後之熱應力下降的手法(例如，參照專利文獻1~3)。若如此於液狀環氧樹脂組成物大量地添加無機填充材料，則樹脂封裝成型後之熱應力係低下，但液狀環氧樹脂組成物之黏度上昇而成為非液狀組成物。因此情事，大量地添加了無機填充材料的液狀環氧樹脂組成物，其係容易產生接線變形之一種的接線偏移(wire sweep)或填充不良，此外製造時之樹脂供給變得困難。
另外，在促進半導體裝置之實裝技術革新中，藉由半導體裝置之高性能化、高積體化而半導體元件之發熱量增加，因此接面溫度為150~175℃的高溫。作為裝置全體係設為容易散熱的構造，但封裝樹脂本身亦要求耐熱特性(專利文獻4)。
因而，關於藉由壓縮成型工法而封裝電子零件的環氧樹脂組成物，若可多量地含有無機填充材料則同時具有高流動性，樹脂封裝成型後之彎曲小，而且，具有高耐熱性的液狀環氧樹脂組成物為最佳。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平8-41293號公報
[專利文獻2]日本特開2002-121260號公報
[專利文獻3]日本特開2007-19751號公報
[專利文獻4]日本特開2004-204082號公報
因而，本發明其目的為提供一種半導體封裝用樹脂組成物，其係在室溫為低黏度有流動性者，玻璃轉移溫度高，而且可抑制樹脂封裝成型物之彎曲，與一種半導體之封裝方法，即使在樹脂封裝成型後彎曲亦小，具體而言係晶圓級封裝之封裝方法。
鑑於如此的實狀，本發明者係專心致力研究的結果，選出達成上述目的之半導體封裝用樹脂組成物，完成本發明。
亦即，本發明係以下者。
<1>一種半導體封裝用樹脂組成物，其係含有(A)以下述式(1)所示的脂環式環氧化合物 (B)排除以式(1)所示的脂環式環氧化合物，在室溫為液狀之環氧樹脂(C)酸酐硬化劑(D)硬化促進劑，以及(E)無機質填充材料的半導體封裝用樹脂組成物，其特徵為組成物中之全環氧樹脂100質量份中所佔有的(A)成分之調配量為30~95質量份。
<2>
如<1>所記載之半導體封裝用樹脂組成物，其中，前述(B)成分係不具有矽氧烷鍵的液狀環氧樹脂。
<3>
如<1>或<2>記載之半導體封裝用樹脂組成物，其中，前述(B)成分係由液狀雙酚A型環氧樹脂、液狀雙酚F型環氧樹脂、液狀萘型環氧樹脂、以及液狀胺基苯酚型環氧樹脂、液狀氫化雙酚型環氧樹脂、液狀醇醚型環氧樹脂、液狀環狀脂肪族型環氧樹脂、液狀茀型環氧樹脂以及下述式(2)所示的液狀脂環式環氧樹脂所構成的群中 選擇至少1種之液狀環氧樹脂。
(式中，n係n≧2、Q係由碳數1~30之n價之烴基、醚鍵、酯鍵、碳酸酯鍵、醯胺鍵、羰基以及環氧環己烷殘基中選擇至少1種之有機基)。
<4>
如<3>所記載之半導體封裝用樹脂組成物，其中，式(2)中之Q係含有2價之烴基以及酯鍵。
<5>
如<1>所記載之半導體封裝用樹脂組成物，其中，(E)成分係於組成物中被含有80~95質量份。
<6>
如<1>所記載之半導體封裝用樹脂組成物，其中，(C)成分係在室溫為液狀。
<7>如<1>至<6>中任一項所記載之半導體封裝用樹脂組成物，其中，使其硬化而得的硬化物之玻璃轉移溫度 為170℃以上300℃以下。
<8>
一種晶圓級封裝之封裝方法，其特徵為使用<1>~<7>之任一項所記載之半導體封裝用樹脂組成物，藉由壓縮成型工法而封裝。
本發明之樹脂組成物，因為在室溫即使大量地含有無機填充材料，在低黏度亦具有流動性，所以適於各式各樣之半導體封裝。另外所得到的硬化物，其係玻璃轉移溫度高，而且可抑制樹脂封裝成型物之彎曲。
[第1圖]第1圖係表示在實施例的玻璃轉移溫度之決定方法的圖。
以下，詳細地說明本發明。尚，在本發明中，只要無特別記述，所謂「室溫」係表示由25℃至35℃之範圍內之溫度。
[(A)成分]
(A)成分係以下述式(1)所示的脂環式環氧化合 物。如為該脂環式環氧化合物，則在本發明中可無特別限制地使用。
該脂環式環氧化合物，其係為脂環式環氧基的環氧環己烷基為進行了2個單鍵結的化合物，各自之環氧環己烷係由脂肪族環、與該脂肪族環之相鄰2個碳原子與氧原子所構成的環氧基所構成。亦即，3,4,3',4'-二環氧基聯環己烷，作為市售品，有商品名「CELLOXIDE8000」(daicel化學工業公司製)。
(A)成分之脂環式環氧化合物含有量，其係於全環氧樹脂之合計量100質量份中為30~95質量份、理想為40~90質量份、更理想為50~90質量份。若(A)成分之含有量未達30質量份，則變得無法進行環氧樹脂組成物之混練、也會發生玻璃轉移溫度之下降。另外，若(A)成分之含有量係超過95質量份，則樹脂變脆而成為於成型時龜裂之原因。另外，(A)成分係相對於樹脂組成物，含有0.5~7.5質量%者為理想，特別理想為0.5~5質量%、更理想為1.0~4.5質量%。
[(B)成分]
在本發明所使用的(B)成分，除了以式(1)所示的脂環式環氧化合物以外，在室溫(25℃)為液狀之環氧樹脂。例如可舉出，由液狀雙酚A型環氧樹脂、液狀雙酚F型環氧樹脂、液狀萘型環氧樹脂、以及液狀胺基苯酚型環氧樹脂、液狀氫化雙酚型環氧樹脂、液狀醇醚型環氧樹脂、液狀環狀脂肪族型環氧樹脂、液狀茀型環氧樹脂以及下述一般式(2)所示的液狀脂環式環氧樹脂，
(式中，n係n≧2、Q係由碳數1~30之n價之烴基、醚鍵、酯鍵、碳酸酯鍵、醯胺鍵、羰基以及環氧環己烷殘基中選擇至少1種之有機基)。
這些環氧樹脂係可單獨亦可組合2種以上來使用。
作為在上述一般式(2)的烴基，可舉出碳數為1~30之直鏈狀或支鏈狀之伸烷基、2價之脂環式烴基等。作為碳數為1~30之直鏈狀或支鏈狀之伸烷基，例如可舉出亞甲基、甲基亞甲基、二甲基亞甲基、乙烯基、丙烯基、三亞甲基等。另外，作為2價之脂環式烴基，例如 可舉出1,2-環伸戊基、1,3-環伸戊基、環亞戊基、1,2-環伸己基、1,3-環伸己基、1,4-環伸己基、環亞己基等之2價之環伸烷基(包含環亞烷基)等。
作為上述一般式(2)所示的液狀脂環式環氧樹脂之代表例，可舉出下述式(I-1)~(I-9)所表示的化合物等。
(上述式中，l、m及n1~n6係各自表示1~30之整數。另外，R係可舉出碳數1~8之伸烷基、亞甲基、乙烯基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、異丁烯基、s-丁烯基、伸戊基、己烯基、庚烯基、辛烯基等之直鏈狀或支鏈狀伸烷基。)
作為這些化合物，例如可舉出商品名「CELLOXIDE 2021P」、「CELLOXIDE 2081」(daicel公司製)等之市售品。
(B)成分之液狀環氧樹脂之含有量，其係於全環氧樹脂之合計量100質量份中設為5~70質量份為理想、特別是設為10~60質量份、更進一步設為10~50質量份為理 想。
[(C)成分]
被使用於本發明的(C)成分之酸酐硬化劑，如可硬化環氧樹脂成分者則無特別限定。理想係在室溫為液狀，或是溶解於(A)成分而成為液狀者為佳。作為(C)成分，例如可舉出3,4-二甲基-6-(2-甲基-1-丙基)-1,2,3,6-四氫鄰苯二甲酸酐、1-異丙基-4-甲基-雙環[2.2.2]辛-5-烯-2、3-二羧酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基六氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基降莰烯二酸酐、均苯四酸二酐、順丁烯二酸化別羅勒烯、二苯基酮四羧酸二酐、3,3',4,4'-聯苯四雙二苯基酮四羧酸二酐、(3、4-二羧苯基)醚二酐、雙(3,4-二羧苯基)甲烷二酐、2,2-雙(3,4-二羧苯基)丙烷二酐等，可將這些成分單獨或組合2種以上來使用。
(C)成分之含有量，其係對於使(A)成分與(B)成分硬化而有效的量，以對於環氧樹脂中之環氧基的硬化劑中之酸酐基(-CO-O-CO-)所衍生的羧酸基之當量比係成為0.5~1.5之範圍之方式來選擇為合適。在未達上述下限時，因未反應之環氧基殘存，而玻璃轉移溫度低下，更進一步係密著性亦有低下的疑慮。在超過前述上限值的情況，因為硬化物變硬變脆所以回焊時或於溫度循環試驗時有龜裂發生的疑慮。
[(D)成分]
另外，使用於本發明的(D)成分的硬化促進劑，其係為了促進環氧樹脂與硬化劑之硬化反應而添加者。(D)成分係如為促進此硬化反應者則無特別限制，例如可舉出三苯基膦、三丁基膦、三(p-甲基苯基)膦、三(壬基苯基)膦、三苯基膦‧三苯基硼烷、四苯基膦‧四苯基硼酸鹽等之磷系化合物；三乙基胺、芐基二甲基胺、α-甲基芐基二甲基胺、1,8-二氮雙環[5.4.0]十一碳烯-7等之三級胺化合物；2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑等之咪唑化合物。
硬化促進劑之量，其係為了促進環氧樹脂與硬化劑之硬化反應而有效的量，理想為相對於(A)成分、(B)成分及(C)成分之合計100質量份而為0.1~15質量份、特別理想為0.5~10質量份、更理想為1~10質量份。
[(E)成分]
另外，使用於本發明的(E)成分的無機質填充材料，其係為了抑制樹脂封裝成型後之彎曲而添加。作為無機質填充材料，例如可舉出熔融二氧化矽、結晶性二氧化矽、方英石等之二氧化矽類；氧化鋁、氮化矽、氮化鋁、氮化硼、氧化鈦、玻璃纖維及氧化鎂。這些無機質填充材料之平均粒徑及形狀係按照用途而適宜地選擇。例如，為了將樹脂組成物之熱膨脹係數設為接近矽的熱膨脹率係 數，其係作為無機質填充材料而使用熔融二氧化矽為合適，該形狀係球形為合適。
這些無機質填充材料係以120℃、2.1氣壓，以樣本5g/水50g之抽出條件抽出的不純物之濃度為氯離子10ppm以下以及鈉離子10ppm以下，在半導體裝置之耐濕特性之點上為合適。
尚，無機質填充材料，其係為了加強環氧樹脂與無機質填充材料之結合強度，所以用矽烷偶合劑、鈦酸鹽偶合劑等之偶合劑而事先進行表面處理者為理想。作為這些偶合劑，例如可舉出γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、β-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷等之環氧基矽烷；N-β(胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-苯基-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷等之胺基矽烷；γ-巰基矽烷等之巰基矽烷。關於偶合劑之調配量及表面處理方法係無特別限定。
無機質填充材料之調配量，其係樹脂組成物全體之80~95質量%、理想為86~95質量%、更理想為86~94.5質量%。在無機質填充材料之調配量係變得低於80質量%的情況，其係因為樹脂組成物之熱膨脹係數變大所以有封裝後之成型品之彎曲變大之情事。另外，在無機質填充材料之調配量係大於95質量%的情況係有成型時之流動性明顯下降的情事。
[其他之添加劑]
本發明之樹脂組成物，其係藉由調配特定量之上述(A)~(E)成分而得，但關於其他之添加劑係可按照必要而在不損及本發明之目的及效果的範圍內添加。作為相關的添加劑，例如可舉出脫模劑、難燃劑、離子捕捉劑、防氧化劑、增黏劑、低應力劑及著色劑。
脫模劑係在提高由模具之脫模性的目的下添加。作為該脫模劑，例如巴西棕櫚蠟、米糠蠟、小燭樹蠟、聚乙烯、氧化聚乙烯、聚丙烯、褐煤酸、褐煤酸與飽和醇、2-(2-羥乙基胺基)乙醇、乙二醇、甘油等酯化合物的褐煤蠟；硬脂酸、硬脂酸酯、硬脂酸醯胺等之一般周知者可全部使用。
難燃劑係以賦與難燃性的目的添加。作為該難燃劑係無特別限制而可使用全部一般周知者。例如，可使用磷腈化合物、聚矽氧化合物、載持鉬酸鋅之滑石、載持鉬酸鋅之氧化鋅、氫氧化鋁、氫氧化鎂及氧化鉬。
離子捕捉劑，其係以捕捉樹脂組成物中含有的離子不純物，防止熱劣化或吸濕劣化的目的下添加。作為離子捕捉劑，無特別限制而可使用全部一般周知者，例如使用水滑石類、氫氧化鉍化合物及稀土類氧化物等為佳。
這些添加劑之調配量係依樹脂組成物之使用目的而不同，但通常為樹脂組成物全體之10質量%以下之調配量為理想。
[樹脂組成物之製造方法]
本發明之樹脂組成物，其係可以如以下所示的方法來製造。
例如，將(A)脂環式環氧樹脂、(B)液狀環氧樹脂、(C)酸酐硬化劑、(D)硬化促進劑以及(E)無機填充材料同時或分別依照必要而進行加熱處理，同時混合、攪拌、溶解以及/或是使其分散，而得到上述(A)~(E)成分之樹脂組成物。理想為於(A)~(C)成分以及(E)成分之混合物添加(D)成分，藉由攪拌、溶解以及/或是使其分散，得到(A)~(E)成分之樹脂組成物為佳。另外，依使用用途，於(A)~(E)成分之樹脂組成物，添加上述的其他之添加劑的接著助劑、塑化劑、脫模劑、難燃劑以及離子捕捉劑等之添加劑之中至少一種而混合，得到樹脂組成物亦可。各成分係可單獨使用，亦可併用2種以上。
在本發明之樹脂組成物之製造，其係關於進行混合、攪拌及分散的裝置，無特別限定。具體而言，例如，可使用具備了攪拌及加熱裝置的擂潰機、2輥軋機、3輥軋機、球磨機、行星式混合機、或微粒磨碎機，亦可適宜地組合這些裝置來使用。如此所得到的本發明之半導體封裝用樹脂組成物，其係可利用先前採用的成形法，例如轉移成形、壓縮成形、射出成形或是鑄造法而進行。
在利用這些成形法的情況，為熱硬化性組成 物的本發明之半導體封裝用樹脂組成物之成形條件，其係成形溫度120~150℃、加熱時間45~600秒為最佳，將成形後之後固化以150~200℃、2~16小時進行為最佳。
藉由如此的成形法而成形的本發明之半導體封裝用樹脂組成物之硬化物，其玻璃轉移溫度為170℃以上300℃以下、理想為180℃以上250℃以下、更理想為200℃以上230℃以下。
如此進行而得到的本發明之半導體封裝用樹脂組成物，其係樹脂封裝成形時之流動性高而可抑制向挾部之填充不良，熱硬化後之耐熱性高，因為熱膨脹係數亦小，所以可將成形於晶圓上的樹脂封裝之彎曲變小。
[實施例]
以下，表示實施例及比較例而具體地說明本發明，但本發明係不被下述之實施例所限制。尚，各例中之份均為質量份。關於實施例1~15，將表1所示的成分以同表所示的比例調配，關於比較例1~10，將表2所示的成分以同表所示的比例調配，以3輥均勻地混練，而得到半導體封裝用樹脂組成物。尚，實施例及比較例所使用的材料係依以下所述。尚，表1及表2中，量係表示質量份。
[使用成分] (A)脂環式環氧化合物(單鍵)
脂環式環氧化合物(A)：以下述(1)式所表示的脂環式環氧化合物(CELLOXIDE 8000：daicel公司製)
(B)液狀環氧樹脂
(1)液狀環氧樹脂(B1)：萘型環氧樹脂(HP4032D：DIC公司製)
(2)液狀環氧樹脂(B2)：3官能型環氧樹脂(EP630：三菱化學公司製)
(3)液狀環氧樹脂(B3)：雙酚A型環氧樹脂(EPIKOTE 828：三菱化學公司製)
(4)液狀環氧樹脂(B4)：雙酚F型環氧樹脂(YDF-8125：新日鐵化學公司製)
(5)液狀環氧樹脂(B5)：以下述式(I-1)所表示的脂環式環氧化合物(CELLOXIDE 2021P：daicel公司製)
(C)酸酐硬化劑
(1)酸酐硬化劑(C1)：RIKACID MH：新日本理化公司製)
(2)酸酐硬化劑(C2)：RIKACID MH700：新日本理化公司製)
(D)硬化促進劑：微膠囊型潛在性硬化促進劑(Novacure HX 3088：旭化成E-MATERIALS公司製) (E)無機填充材料：平均粒徑14μm之熔融球狀二氧化矽(龍森公司製) (F)其他之成分
(1)矽烷偶合劑(γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、KBM-403：信越化學公司製)
(2)顏料(三菱碳3230MJ：三菱化學公司製)
[評估]
關於得到的各組成物，用以下所示的評估方法而進行試驗。
(1)黏度
關於各組成物，依據JIS Z8803，以25℃之測定溫度，使用E型黏度計，設置試料而測定2分後之值。
(2)玻璃轉移溫度之測定
在實施例及比較例中將已製作的硬化物，各自加工為5×5×15mm之試驗片後，將那些試驗片設置於熱膨脹計TMA8140C(Rigaku公司製)。然後，將昇溫程式設定於昇溫5℃/分，以加上19.6mN之一定負重之方式設定後，在25℃至300℃之間測定試驗片之尺寸變化。將此尺寸變化與溫度之關係畫為曲線圖。由如此進行而得到的尺寸變化與溫度之曲線圖，藉由下述說明的玻璃轉移溫度之決定方法，求出在實施例及比較例的玻璃轉移溫度而表示於表1。
(玻璃轉移溫度之決定方法)
在第1圖，在反曲點之溫度以下尺寸變化-溫度之曲線之切線可得的任意之溫度2點設為T1及T2，在反曲點之溫度以上相同之切線可得的任意之溫度2點設為T1'及T2'。將在T1及T2的尺寸變化各自設為D1及D2，將在點(T1，D1)和點(T2，D2)相連的直線，與在T1'及T2'的尺寸變化各自設為D1'及D2'，將在點(T1'，D1')和點(T2'，D2')相連的直線之交點設為玻璃轉移溫度(Tg)。
(3)熱膨脹係數(CTE1)
由在玻璃轉移溫度之測定時之條件所得的溫度與試驗片之尺寸變化之測定資料之關係，算出熱膨脹係數。
(4)彎曲測定
液狀樹脂組成物之壓縮成型後之彎曲測定，其係使用晶圓8吋/200μm厚，以APIC YAMADA公司製晶圓模具(MZ 407-1)設定樹脂厚度為400μm，以壓縮時間600秒、120℃成型後，以180℃/1小時使其完全硬化(後固化)，確認彎曲。作為彎曲之測定方法，於室溫將成型物置於水平的場所，測定成型物之高度方向之變位，藉由讀取變位差之最大的數值而求出。將結果記載於表1。

Claims (8)

  1. 一種半導體封裝用樹脂組成物，其係含有(A)以下述式(1)所示的脂環式環氧化合物 (B)排除了以式(1)所示的脂環式環氧化合物，在室溫為液狀之環氧樹脂(C)酸酐硬化劑(D)硬化促進劑，以及(E)無機質填充材料的半導體封裝用樹脂組成物，其特徵為組成物中之全環氧樹脂100質量份中所佔有的(A)成分之調配量為30~95質量份。
  2. 如請求項1之半導體封裝用樹脂組成物，其中，前述(B)成分係不具有矽氧烷鍵的液狀環氧樹脂。
  3. 如請求項1之半導體封裝用樹脂組成物，其中，前述(B)成分係由液狀雙酚A型環氧樹脂、液狀雙酚F型環氧樹脂、液狀萘型環氧樹脂、以及液狀胺基苯酚型環氧樹脂、液狀氫化雙酚型環氧樹脂、液狀醇醚型環氧樹脂、液狀環狀脂肪族型環氧樹脂、液狀茀型環氧樹脂以及下述式(2)所示的液狀脂環式環氧樹脂所構成的群中選擇至少1種之液狀環氧樹脂 (式中，n係n≧2、Q係由碳數1~30之n價之烴基、醚鍵、酯鍵、碳酸酯鍵、醯胺鍵、羰基以及環氧環己烷殘基中選擇至少1種之有機基)。
  4. 如請求項3之半導體封裝用樹脂組成物，其中，式(2)中之Q係含有2價之烴基以及酯鍵。
  5. 如請求項1之半導體封裝用樹脂組成物，其中，(E)成分係於組成物中含有80~95質量份。
  6. 如請求項1之半導體封裝用樹脂組成物，其中，(C)成分係在室溫為液狀。
  7. 如請求項1至6中任一項之半導體封裝用樹脂組成物，其中，使其硬化而得的硬化物之玻璃轉移溫度為170℃以上300℃以下。
  8. 一種晶圓級封裝之封裝方法，其特徵為使用請求項1~7之任一項之半導體封裝用樹脂組成物，藉由壓縮成型工法而封裝。
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