TW202225244A - 半導體密封用樹脂組成物及半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
一種半導體密封用樹脂組成物,其包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑、硬化促進劑及氧化鋁粉末,該半導體密封用樹脂組成物的硬化物的α射線量為0.002count/cm
2•h以下,藉由雷射閃光法(laser flash method)測量時的該半導體密封用樹脂組成物的硬化物的導熱率為4.0W/m•K以上。
Description
本發明係有關一種半導體密封用樹脂組成物及使用其製造之半導體裝置。
依據保護半導體元件等電子零件、確保電絕緣性、容易處理等目的,對半導體裝置進行密封。關於半導體元件的密封,藉由環氧樹脂組成物的轉注成形進行之密封成為主流,其原因在於就生產性、成本、可靠性等方面而言較佳。又,為了滿足半導體裝置的小型化、輕量化、高性能化的市場需求,不僅半導體元件的高積體化、小型化、高密度化,如表面安裝般的新接合技術亦不斷被開發、實用化。這樣的技術動向還影響到環氧樹脂組成物,需求性能逐年提高、多樣化。
為了防止容易受到α射線的影響之記憶體用半導體裝置等電子零件裝置的元件中的故障,需要減少從密封材料的構成材料中的鈾(U)、釷(Th)、其蛻變物質釋放之α射線,不斷開發了與其相對應之密封材料(例如,專利文獻1)。在專利文獻1中提出了藉由使作為無機填充劑使用之氧化鋁粒子中所包含之鈾、釷的總量小於10ppb來減少密封材料的α射線量之技術。
又,隨著近年來的電子機器的高機能化、高速化而其半導體元件電路的高密度配線化、多層配線化不斷發展,半導體元件本身的發熱量趨於增加。迄今為止未要求導熱之記憶體用半導體元件亦隨著高配線化而半導體元件的發熱量增加,因此高導熱的需求增加。
進而,封裝體系(SiP)為具有不同功能之複數個半導體元件的組合,並且為組裝成1個單元且具備與系統、子系統相關之複數種功能之電子零件裝置,因此在積層具有不同的運轉保証溫度之半導體元件之情形下,最高運轉保証溫度不同。例如,微處理器的最高運轉保証溫度通常為100℃,但是記憶體用半導體裝置等電子零件裝置的最高運轉保証溫度通常為85℃。在進行SiP的熱設計時,必須考慮所有晶片的最高運轉保証溫度。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2005-248087號公報
[發明所欲解決之課題]
本發明提供一種亦能夠應對「發熱量大且容易受到α射線的影響之單晶片元件或發熱量大的邏輯系元件和容易受到α射線的影響之記憶體混合存在之封裝體系等」之具有高導熱性並且低α射線量的密封用樹脂組成物,並且提供一種使用了該密封用樹脂組成物之半導體裝置。
[解決課題之技術手段]
依本發明,可提供一種半導體密封用樹脂組成物,其包含:
環氧樹脂;
酚樹脂硬化劑;
硬化促進劑;及
氧化鋁粉末,
該半導體密封用樹脂組成物的硬化物的α射線量為0.002count/cm
2•h以下,
藉由雷射閃光法(laser flash method)測量時的該半導體密封用樹脂組成物的硬化物的導熱率為4.0W/m•K以上。
又,依本發明,可提供一種半導體裝置,其具備:
半導體元件;及
密封前述半導體元件之密封材料,
前述密封材料由上述半導體密封用樹脂組成物的硬化物構成。
[發明之效果]
依本發明,可提供一種具有高導熱性並且低α射線的密封用樹脂組成物及使用其製造之可靠性優異的半導體裝置。
以下,使用圖式對本發明的實施形態進行說明。另外,在所有圖式中,對相同的構成要素標註相同的符號,並適當省略說明。又,所有圖式僅用於說明。圖式中的各構件的形狀、尺寸比等不必與實際物品相對應。本說明書中,關於數值範圍的說明中的「a~b」的標記,只要無特別說明,則表示「a以上b以下」。例如,「5~90質量%」係指「5質量%以上90質量%以下」。
以下,對本發明的實施形態進行說明。
本實施形態的密封用樹脂組成物(以下,有時簡稱為「樹脂組成物」)為可用作用以密封裝載於基板上之半導體元件之密封材料之樹脂材料,並且包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑、硬化促進劑及氧化鋁粉末。本實施形態的樹脂組成物的硬化物的α射線量為0.002count/cm
2•h以下。又,藉由雷射閃光法測量時的本實施形態的樹脂組成物的硬化物的導熱率為4.0W/m•K以上。
以下,對本實施形態的樹脂組成物中所使用之成分進行說明。
(環氧樹脂)
作為本實施形態的半導體密封用樹脂組成物中所使用之環氧樹脂,可舉出雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、四甲基雙酚F型環氧樹脂等雙酚型環氧樹脂;聯苯型環氧樹脂、二苯乙烯型環氧樹脂、對苯二酚型環氧樹脂等結晶性環氧樹脂;甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、萘酚酚醛清漆型環氧樹脂等酚醛清漆型環氧樹脂;含伸苯基骨架之苯酚芳烷基型環氧樹脂、含聯伸苯基骨架之苯酚芳烷基型環氧樹脂、含伸苯基骨架之萘酚芳烷基型環氧樹脂、含烷氧基萘骨架之苯酚芳烷基環氧樹脂等苯酚芳烷基型環氧樹脂;三酚甲烷型環氧樹脂、烷基改質三酚甲烷型環氧樹脂等3官能型環氧樹脂;二環戊二烯改質苯酚型環氧樹脂、萜烯改質苯酚型環氧樹脂等改質苯酚型環氧樹脂;含三𠯤核之環氧樹脂等含雜環之環氧樹脂等,該等可以單獨使用1種,亦可以組合使用2種以上。其中,就能夠將熔融黏度保持在最佳範圍內,成形性良好,低成本的觀點而言,較佳為聯苯型環氧樹脂。作為前述環氧樹脂的環氧當量,較佳為90~300。若環氧當量過小,則與硬化劑的反應性趨於降低。又,若環氧當量過大,則樹脂組成物的硬化物的強度趨於降低。
環氧樹脂的含量並無特別限定,但是相對於樹脂組成物整體,較佳為2質量%以上,更佳為4質量%以上。若摻合比例的下限值在上述範圍內,則在密封步驟中引起流動性降低等之虞少。又,對於樹脂組成物整體的摻合比例的上限值,亦並無特別限定,但是相對於樹脂組成物總量,較佳為22質量%以下,更佳為20質量%以下。若摻合比例的上限值在上述範圍內,則樹脂組成物的玻璃轉移溫度的降低少。
(酚樹脂硬化劑)
作為本實施形態的樹脂組成物中所使用之酚樹脂硬化劑,可舉出苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、雙酚酚醛清漆、苯酚‐聯苯酚醛清漆樹脂等酚醛清漆型酚樹脂;聚乙烯苯酚;三酚甲烷型酚樹脂等多官能型酚樹脂;萜烯改質酚樹脂、二環戊二烯改質酚樹脂等改質酚樹脂;含伸苯基骨架和/或聯伸苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂、含伸苯基和/或聯伸苯基骨架之萘酚芳烷基樹脂等苯酚芳烷基型酚樹脂;雙酚A、雙酚F等雙酚化合物等。作為酚樹脂系硬化劑,能夠使用上述具體例中的1種,或組合2種以上來使用。作為酚樹脂系硬化劑,上述具體例中,較佳包含含伸苯基骨架和/或聯伸苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂。藉此,在樹脂組成物中,能夠使環氧樹脂良好地硬化。
對於酚樹脂硬化劑的摻合比例的下限值,並無特別限定,但是相對於樹脂組成物整體,較佳為2質量%以上,更佳為3質量%以上。若摻合比例的下限值在上述範圍內,則能夠獲得足夠的流動性。又,對於硬化劑的摻合比例的上限值,亦並無特別限定,但是相對於樹脂組成物整體,較佳為16質量%以下,更佳為15質量%以下。若摻合比例的上限值在上述範圍內,則能夠將樹脂組成物的流動性及熔融性設在所期望的範圍內。
又,作為環氧樹脂與酚樹脂系硬化劑的摻合比率,環氧樹脂的環氧基數(EP)與酚樹脂系硬化劑的酚性羥基數(OH)的當量比(EP)/(OH)較佳為0.8以上1.3以下。若當量比在該範圍內,則樹脂組成物成形時能夠獲得足夠的硬化性。又,若當量比在該範圍內,則能夠將樹脂組成物的流動性及熔融性設在所期望的範圍內。
(硬化促進劑)
作為本實施形態的樹脂組成物中所使用之硬化促進劑,只要係能夠促進上述酚樹脂與上述酚樹脂硬化劑的硬化反應者,則能夠並無特別限制地使用,例如,可舉出鎓鹽化合物;三苯膦、三丁基膦、三甲基膦等有機膦;四取代鏻化合物;磷酸酯甜菜鹼(phosphobetaine)化合物;膦化合物與醌化合物的加成物;鏻化合物與矽烷化合物的加成物;2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑(EMI24)、2-苯基-4-甲基咪唑(2P4MZ)、2-苯基咪唑(2PZ)、2-苯基-4-甲基-5-羥基咪唑(2P4MHZ)、1-苄基-2-苯基咪唑(1B2PZ)等咪唑化合物;1,8-二氮雜二環(5,4,0)十一烯-7(DBU)、三乙醇胺、苄基二甲胺等三級胺等。該等可以單獨使用,亦可以組合2種以上來使用。
相對於環氧樹脂和酚樹脂硬化劑的總量,硬化促進劑的含量較佳為0.1質量%以上2質量%以下。若硬化促進劑的含量比上述下限值少,則有時無法提高硬化促進效果。又,若比上述上限值多,則趨於在流動性、成形性方面產生不良狀況,並且有時會導致製造成本增加。
(氧化鋁粉末)
本實施形態的樹脂組成物中所使用之氧化鋁粉末具有對樹脂組成物賦予導熱性之作用。氧化鋁粉末例如與如二氧化矽粉末般的其他無機填料相比,導熱性高,在用作密封材料時容易進行熱設計。又,氧化鋁粉末與導熱率比二氧化矽粉末高的其他無機填料(例如,氧化鎂、氮化硼、氮化鋁、金剛石等)相比成本低,並且容易提高圓球度,耐熱性優異。
又,為了防止容易受到α射線的影響之元件中的故障,氧化鋁粉末需要減少從摻合在本實施形態的樹脂組成物中之無機填料中的鈾、釷、其蛻變物質釋放之α射線。本實施形態中所使用之氧化鋁粉末較佳為鈾含量係0.1~9.0ppb。在較佳的實施形態中,氧化鋁粉末中所包含之鈾和釷的總含量為10.0ppb以下。藉由使用這樣的氧化鋁粉末,能夠減少所獲得之樹脂組成物的硬化物的α射線量。
氧化鋁粉末的平均粒徑例如為0.5~40.0μm,較佳為1.0~30.0μm。在氧化鋁粉末的平均粒徑小於0.5μm的情形下,樹脂組成物的黏度變得非常高,因此填充性、密封步驟中的作業性劣化。又,在氧化鋁粉末的平均粒徑小於0.5μm的情形下,樹脂組成物的硬化物的彈性模數降低,其結果,所獲得之封裝體發生翹曲。另一方面,在氧化鋁粉末的平均粒徑超過40.0μm的情形下,有發生填充不良之虞。又,即使能夠填充,由於在填充時捲入孔隙,因此亦不適合。
較佳為,在本實施形態中所使用之氧化鋁粉末中,
相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為106μm以上小於250μm的氧化鋁粉末為5質量%以上15質量%以下的量,
相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為250μm以上小於500μm的氧化鋁粉末為25質量%以上35質量%以下的量,
相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為500μm以上小於710μm的氧化鋁粉末為20質量%以上25質量%以下的量,
相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為710μm以上小於1mm的氧化鋁粉末為20質量%以上25質量%以下的量。
藉由使用具有上述粒徑分佈之氧化鋁粉末,可改進流動性,藉此能夠獲得密封步驟中的作業性良好並且減少了填充不良並適合作為密封材料之樹脂組成物。
氧化鋁粉末的形狀並無特別限定,可以為球狀、鱗片狀、粒狀、粉末狀中的任一種。另外,氧化鋁粉末的粒徑係指氧化鋁填料的平均最大直徑。
在較佳的實施形態中,氧化鋁粉末較佳包含圓球度為0.8以上、較佳為0.9以上的球狀氧化鋁粉末。這樣的球狀氧化鋁粉末在密封材料中以接近最密填充狀態之狀態存在,藉此可改進所獲得之密封材料的導熱性。又,包含這樣的球狀氧化鋁之樹脂組成物可改進流動性,密封步驟中的處理性良好。
在此,在本說明書中,「圓球度」被定義為使用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察之二維像中的「粒子的最小直徑與最大直徑之比」。亦即,在本實施形態中,係指使用掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察之二維像中的氧化鋁粒子的最小直徑與最大直徑之比為0.8以上。
關於本實施形態中所使用之包含球狀氧化鋁之氧化鋁粉末,將鈾含量少的氫氧化鋁粉末作為原料,使用拜耳法來製造。更具體而言,用220℃~260℃的氫氧化鈉的熱溶液清洗鋁土礦,藉由鹼溶解包含鋁土礦之鋁成分,並轉換為鋁酸鈉。接著,將除了鋁酸鈉以外的成分作為固態雜質而去除,對溶液進行冷卻,藉此作為氫氧化鋁析出。其後,用使用了球磨機之粉碎機進行處理,藉此獲得氫氧化鋁粉末。此時,考慮到鈾及釷不溶於鹼之特徵,用氫氧化鈉反覆清洗2~4次,反覆去除包含鈾及釷之雜質,藉此能夠將氫氧化鋁中所含有之鈾量及釷量減少至所期望的程度。又,藉由在60~80℃的冷卻時的溫度經5~10小時析出,能夠減少所獲得之氫氧化鋁的鈉(Na)含量。
本發明的包含球狀氧化鋁之氧化鋁粉末的製造的特徵為使用藉由上述方法獲得之氫氧化鋁粉末。作為熔融球狀化之方法,使用由粉體供給裝置、火焰燃燒器、熔融帶、冷卻帶、粉末回收裝置及吸氣風扇構成之設備進行處理。作為球狀化的概要,從供給裝置供給原料,使用載氣通過燃燒器噴射到火焰中。在火焰中熔融之原料通過熔融帶和冷卻帶而球狀化。將所獲得之球狀化物與廢氣一起傳送到粉體回收裝置並進行捕集。對於火焰的形成,從設定在爐體中之火焰燃燒器噴射氫氣、天然氣、乙炔氣、丙烷氣、丁烷等可燃氣體和空氣、氧氣等助燃氣體來進行。火焰溫度較佳保持為1800℃以上2300℃以下。若火焰溫度比1800℃低,則所生成之球狀氧化鋁粒子的球形度變差。若火焰溫度變得比2300℃高,則所生成之球狀氧化鋁粒子彼此容易吸附,形成樹脂組成物時流動性降低。作為原料粉末供給用載氣,能夠使用空氣、氮氣、氧氣、二氧化碳等。
相對於樹脂組成物整體的質量,本實施形態的樹脂組成物中的氧化鋁粉末的含量為80質量%以上97質量%以下。氧化鋁粉末的含量的下限值較佳為82質量%以上,更佳為85質量%以上,進而較佳為87質量%以上。氧化鋁粉末的含量的上限值較佳為95質量%以下,更佳為92質量%以下。藉由在上述範圍內使用氧化鋁粉末,能夠使所獲得之樹脂組成物的流動性變得良好,並且能夠提高所獲得之樹脂組成物的硬化物的導熱性。
(其他成分)
依需要,本實施形態的樹脂組成物可以包含除了氧化鋁粉末以外的無機填料、偶合劑、流動性賦予劑、脫模劑、離子捕捉劑、低應力劑、著色劑、阻燃劑等添加劑。以下,對代表性成分進行說明。
(無機填料)
本實施形態的樹脂組成物除了上述氧化鋁粉末以外,還可以包含其他無機填料。作為無機填料,可舉出熔融破碎二氧化矽、熔融球狀二氧化矽、結晶性二氧化矽、2次凝聚二氧化矽等二氧化矽;氮化矽、氮化鋁、氮化硼、氧化鈦、碳化矽、氫氧化鋁、氫氧化鎂、鈦白、滑石、黏土、雲母、玻璃纖維等。粒子形狀不限但較佳為圓球狀,並且藉由混合粒子大小不同者而能夠增加填充量。
(偶合劑)
作為偶合劑,具體而言可舉出乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷等乙烯基矽烷;2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧丙基甲基二甲氧基矽烷、3-環氧丙氧丙基三甲氧基矽烷、3-環氧丙氧丙基甲基二乙氧基矽烷、3-環氧丙氧丙基三乙氧基矽烷等環氧矽烷;對苯乙烯基三甲氧基矽烷等苯乙烯基矽烷;3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基甲基二乙氧基矽烷、3-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷等甲基丙烯醯基矽烷;3-丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷等丙烯醯基矽烷;N-2-(胺乙基)-3-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、N-2-(胺乙基)-3-胺丙基三甲氧基矽烷、3-胺丙基三甲氧基矽烷、3-胺丙基三乙氧基矽烷、3-三乙氧基矽基-N-(1,3-二甲基-亞丁基)丙胺、N-苯基-3-胺丙基三甲氧基矽烷、苯基胺丙基三甲氧基矽烷等胺基矽烷;三聚異氰酸酯矽烷;烷基矽烷;3-脲基丙基三烷氧基矽烷等脲基矽烷;3-巰丙基甲基二甲氧基矽烷、3-巰丙基三甲氧基矽烷等巰基矽烷;3-異氰酸酯丙基三乙氧基矽烷等異氰酸酯矽烷;鈦系化合物;鋁螯合物類;鋁/鋯系化合物等。作為偶合劑,能夠摻合上述具體例中的1種或2種以上。
(流動性賦予劑)
流動性賦予劑發揮如下作用:抑制含磷原子之硬化促進劑等不具有潛伏性之硬化促進劑在樹脂組成物熔融混練時進行反應。藉此,能夠提高樹脂組成物的生產性。作為流動性賦予劑,具體而言,可舉出兒茶酚、五倍子酚、沒食子酸、沒食子酸酯、1,2-二羥基萘、2,3-二羥基萘及該等的衍生物等在構成芳香環之2個以上的相鄰之碳原子上分別鍵結有羥基之化合物等。
(脫模劑)
作為脫模劑,具體而言,可舉出棕櫚蠟等天然蠟;二十八酸酯蠟、氧化聚乙烯蠟等合成蠟;硬脂酸鋅等高級脂肪酸及其金屬鹽;石蠟;芥子酸醯胺等羧酸醯胺等。作為脫模劑,能夠摻合上述具體例中的1種或2種以上。
(離子捕捉劑)
關於上述離子捕捉劑,具體而言,可舉出水滑石、水滑石狀物質等水滑石類;選自鎂、鋁、鉍、鈦、鋯中之元素的含氫氧化物等。作為離子捕捉劑,能夠摻合上述具體例中的1種或2種以上。
(低應力劑)
作為低應力劑,具體而言,能夠舉出聚矽氧油、聚矽氧橡膠等聚矽氧化合物;聚丁二烯化合物;丙烯腈-羧基末端丁二烯共聚化合物等丙烯腈-丁二烯共聚化合物等。作為低應力劑,能夠摻合上述具體例中的1種或2種以上。
(著色劑)
作為著色劑,具體而言,能夠舉出碳黑、赤鐵氧化物、氧化鈦等。作為著色劑,能夠摻合上述具體例中的1種或2種以上。
(阻燃劑)
作為阻燃劑,具體而言,能夠舉出氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、鉬酸鋅、磷腈、碳黑等。作為阻燃劑,能夠摻合上述具體例中的1種或2種以上。
(密封用樹脂組成物的製造)
本實施形態的樹脂組成物能夠藉由如下方式來製造:使用轉鼓攪拌機(tumbler mixer)、亨舍爾攪拌機(Henschel mixer)等攪拌機、摻合機等均勻地進行混合,以使上述成分及依需要使用之添加劑成為既定的含量,然後使用捏合機、輥、分散器、AGI HOMO攪拌機及行星式攪拌機等一邊進行加熱一邊進行混練。另外,作為混練時的溫度,需要在不產生硬化反應之溫度範圍內,雖然亦取決於環氧樹脂及酚樹脂硬化劑的組成,但是較佳在70~150℃左右下進行熔融混練。混練之後進行冷卻固化,可以將混練物加工成粉粒狀、顆粒狀、錠狀或片狀。
作為獲得粉粒狀的樹脂組成物之方法,例如,可舉出藉由粉碎裝置來對混練物進行粉碎之方法。亦可以對將混練物成型為片材者進行粉碎。作為粉碎裝置,例如,能夠使用鎚磨機、石臼式磨碎機、輥碎機。
作為獲得顆粒狀或粉末狀的樹脂組成物之方法,例如,還能夠使用以熱切(hot cut)法為代表之造粒法,該熱切法係指,在混練裝置的出口設置具有小直徑之模具,用切割機等以既定的長度切斷從模具吐出之熔融狀態的混練物。此時,較佳在藉由熱切法等造粒法獲得顆粒狀或粉末狀的樹脂組成物之後,在樹脂組成物的溫度未太降低之前進行脫氣。
以既定的摻合量使用上述成分,藉由上述方法製造之本實施形態的樹脂組成物中,其硬化物的α射線量為0.002count/cm
2•h以下,較佳為0.001count/cm
2•h以下。藉此,在將本實施形態的樹脂組成物用作密封材料之情形下,能夠防止容易受到α射線的影響之元件中的故障。又,本實施形態的樹脂組成物中,硬化物中的α射線量更佳為0.0015count/cm
2•h以下,進而較佳為0.0010count/cm
2•h以下。
以既定的摻合量使用上述成分,藉由上述方法製造之本實施形態的樹脂組成物中,藉由雷射閃光法測量時的其硬化物的導熱率為4.0W/m•K以上,較佳為4.2W/m•K以上,更佳為4.4W/m•K以上,進而較佳為4.6W/m•K以上。藉此,在將本實施形態的樹脂組成物用作密封材料時容易進行熱設計,並且能夠改進密封半導體元件而獲得之半導體裝置在高溫環境下的可靠性。
本實施形態的樹脂組成物的最低熔融黏度例如為30kPa•s以下,較佳為20kPa•s以下,更佳為15kPa•s以下。若超過上述值,則填充性降低,有產生孔隙、未填充部分之虞。具有上述範圍的最低熔融黏度之本實施形態的樹脂組成物在密封步驟中基於毛細管流動之注入性良好,處理性優異。
以既定的摻合量使用上述成分,藉由上述方法製造之本實施形態的樹脂組成物中,其硬化物在25℃的彈性模數在15,000MPa以上40,000MPa以下的範圍內。藉此,在所獲得之封裝體中不發生翹曲,能夠獲得可靠性優異的半導體裝置。
以既定的摻合量使用上述成分,藉由上述方法製造之本實施形態的樹脂組成物中,使用硬化儀(Curelastometer),在175℃的測量溫度隨著時間經過來測量該半導體密封用樹脂組成物的硬化扭矩值時,在測量開始後經50秒~100秒之間觀察到硬化扭矩值的上升。具有這樣的扭矩變化的行為之樹脂組成物能夠高效率地實施密封步驟。
(半導體裝置)
對將本實施形態之密封用樹脂組成物用作密封劑而製造之半導體裝置的一例進行說明。
圖1係表示本實施形態之雙面密封型半導體裝置100之剖面圖。
本實施形態的半導體裝置100具備電子元件20、與電子元件20連接之接合線40及密封材料50,該密封材料50由前述樹脂組成物的硬化物構成。
更具體而言,電子元件20經由固晶(die attach)材10而固定於基材30上,半導體裝置100具有經由接合線40而從設置於電子元件20上之未圖示之電極墊連接之外引線34。關於接合線40,能夠一邊考慮所使用之電子元件20等一邊進行設定,但是例如能夠使用Cu線。
圖2係表示針對使用本實施形態的樹脂組成物密封裝載於電路基板上之電子元件而獲得之單面密封型半導體裝置的一例的截面結構之圖。在電路基板408上經由固晶材402固定有電子元件401。電子元件401的電極墊407與電路基板408上的電極墊407之間藉由接合線404連接。電路基板408的裝載有電子元件401之面被由本實施形態的樹脂組成物的硬化體構成之密封材料406密封。電路基板408上的電極墊407與電路基板408上的非密封面側的焊球409在內部接合。
以下,對使用了本實施形態之密封用樹脂組成物之半導體裝置之製造方法進行說明。
本實施形態之半導體裝置例如藉由如下步驟來製造:藉由上述之密封用樹脂組成物之製造方法獲得密封用樹脂組成物之步驟;將電子元件裝載於基板上之步驟;及使用前述密封用樹脂組成物來密封前述電子元件之步驟。作為用於形成密封劑之方法,例如,能夠使用轉注成形法、壓縮成形法、射出成形法等。密封之步驟藉由使樹脂組成物在80℃至200℃左右的溫度經10分鐘至10小時左右的時間硬化來實施。
作為被密封之電子元件的種類,例如,可舉出積體電路、大型積體電路、電晶體、閘流體、二極體、固體攝像元件等半導體元件,但是並不限定於該等。作為所獲得之半導體裝置的形態,例如,可舉出雙列直插式封裝體(dual in-line package,DIP)、附塑膠引線晶片載體(plastic leaded chip carrier,PLCC)、四方扁平封裝體(quad flat package,QFP)、低剖面四方扁平封裝體(low profile quad flat package,LQFP)、小外形封裝體(small outline package,SOP)、小外形J引線封裝體(small outline j-leaded package,SOJ)、薄型小外形封裝體(thin small outline package,TSOP)、薄型四方扁平封裝體(thin quad flat package,TQFP)、帶形載體封裝體(tape carrier package,TCP)、球柵陣列(ball grid array,BGA)、晶片尺寸封裝體(chip size package,CSP)等,但是並不限定於該等。
以上,對本發明的實施形態進行了敘述,但是該等為本發明的示例,亦能夠採用除了上述以外的各種構成。
[實施例]
以下,依據實施例及比較例對本發明進行說明,但是本發明並不限定於該等。
以下示出實施例、比較例中所使用之成分。
(環氧樹脂)
•環氧樹脂1:聯苯型環氧樹脂(3,3',5,5'-四甲基聯苯環氧丙基醚)(Mitsubishi Chemical Corporation.製造,YX4000HK)
•環氧樹脂2:含聯伸苯基骨架之苯酚芳烷基型環氧樹脂(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製造,NC3000)
(硬化劑)
•硬化劑1:苯酚-羥基苯甲醛樹脂(MEIWA PLASTIC INDUSTRIES,LTD.製造,MEH-7500)
•硬化劑2:三酚甲烷型樹脂與苯酚酚醛清漆樹脂的共聚物型酚樹脂(AIR WATER INC製造,HE910-20)
•硬化劑3:對聯伸苯基改質酚樹脂(MEIWA PLASTIC INDUSTRIES,LTD.製造,MEH-7851SS)
(硬化促進劑)
•硬化促進劑1:由下述化學式表示之四苯鏻-4,4'-磺醯基二酚鹽
(氧化鋁粉末)
•氧化鋁粉末1:氧化鋁填料(Denka Company Limited.製造,DAB-30FC,鈾含量:7ppb以上,釷含量:小於1ppb,平均粒徑(D50):13μm)
•氧化鋁粉末2:氧化鋁填料(NIPPON STEEL Chemical & Material Co.,Ltd.製造,低α射線氧化鋁,鈾含量:7ppb,釷含量:小於1ppb,平均粒徑(D50):15μm)
•氧化鋁粉末3:氧化鋁填料(Admatechs Company Limited製造,低α射線氧化鋁,鈾含量:小於1ppb,釷含量:小於1ppb,平均粒徑(D50):0.2μm)
(無機填充材料)
•無機填充材料1:二氧化矽填料(Admatechs Company Limited製造,SD5500-SQ)
•無機填充材料2:二氧化矽填料(Tokuyama Corporation.製造,REOLOSIL CP-102)
(著色劑)
•著色劑1:碳黑(Mitsubishi Chemical Corporation.製造,MA-600)
(偶合劑)
•偶合劑1:N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷(Dow Corning Toray Co.,Ltd製造,CF-4083)
(脫模劑)
•脫模劑1:棕櫚蠟(TOA KASEI CO.,LTD.製造,TOWAX-132)
(離子捕捉劑)
•離子捕捉劑1:鎂/鋁/氫氧化物/碳酸鹽/水合物(Kyowa Chemical Industry Co.,Ltd.製造,DHT-4H)
(低應力劑)
•低應力劑1:二甲基矽氧烷-烷基羧酸-4,4'-(1-甲基亞乙基)雙酚環氧丙基醚共聚物(Sumitomo Bakelite Co.,Ltd.製造,M69B)
•低應力劑2:聚矽氧樹脂(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製造,KR-480)
(實施例1~實施例4、比較例1~比較例2)
將表1中所示之摻合原料藉由超級攪拌機粉碎混合5分鐘之後,藉由具有直徑為65mm的缸體內徑之同向旋轉雙軸擠出機以200rpm的螺桿轉速在100℃的樹脂溫度對該混合原料進行了熔融混練。接著,從直徑為20cm的轉子的上方以2kg/hr的比例供給經熔融混練之樹脂組成物,藉由使轉子以3000rpm旋轉而獲得之離心力,通過了加熱至115℃之圓筒狀外周部的複數個小孔(孔徑為1.2mm)。其後,藉由進行冷卻而獲得了顆粒狀的密封用樹脂組成物。對於所獲得之顆粒狀的密封用樹脂組成物,在15℃且將相對濕度調整為55%RH之空氣氣流下攪拌了3小時。針對以下項目,藉由以下所示之方法對所獲得之密封用樹脂組成物進行了評價。將測量結果示於表1中。
(流動性(螺旋流))
使用低壓轉注成形機(KOHTAKI Corporation.製造,KTS-15),在模具溫度為175℃、注入壓力為6.9MPa、保壓時間為120秒的條件下,在依照EMMI-1-66之螺旋流測量用模具中注入樹脂組成物,並測量了流動長度。螺旋流為流動性的指標,數值越大,則流動性越良好。單位為cm。
(硬化特性(膠化時間))
測量了各例中所獲得之樹脂組成物的膠化時間。對於膠化時間的測量,藉由在加熱至120℃之熱板上使樹脂組成物熔融之後,一邊用刮勺攪拌一邊測量到硬化為止的時間(膠化時間:秒)來進行。
(彎曲強度)
製作長度為80mm以上、高度為4mm、寬度為10mm的試驗片,後硬化之後在十字頭速度為2mm/min、支點間距離為64mm的條件下逐漸施加彎曲應力,使其斷裂而求出荷重―應變曲線,依據最大點應力計算出試驗片的彎曲強度。在N=2進行測量,將其平均值作為代表值。
(於室溫(25℃)的彈性模數)
製作長度為80mm以上、高度為4mm、寬度為10mm的試驗片,後硬化之後在十字頭速度為2mm/min、支點間距離為64mm的條件下逐漸施加彎曲應力,求出荷重―應變曲線,計算出試驗片的彎曲彈性模數。在N=2進行測量,將其平均值作為代表值。
(導熱性(導熱率))
製作長度為1cm、寬度為1cm、厚度為1mm的試驗片,測量了熱擴散率。使用粉末進行了比熱測量。依據所獲得之熱擴散率、比熱、比重求出導熱率。
(5μm狹縫毛邊)
藉由轉注成形在注入壓力為10MPa、模具溫度為175℃、硬化時間為120秒的條件下向具有高度為5μm、寬度為4mm、長度為72mm的模腔之模具中成形樹脂組成物,使用卡尺測量樹脂組成物滲入模腔中之長度,並作為5μm狹縫毛邊的數值。
(α射線量)
由樹脂組成物,藉由壓縮成形在模具溫度為175℃、硬化時間為2分的條件下成形出試驗片(140mm×120mm,厚度為2mm)。使用所獲得之6個(共計1008cm
2)試驗片藉由低階α射線測量裝置LACS-4000M(施加電壓為1.9KV,PR-10氣體(氬氣:甲烷=9:1)100m/分鐘,有效計數時間為40h)測量了α射線量。
[表1]
<樹脂組成物的組成> | 單位 | 比較例1 | 比較例2 | 實施例1 | 實施例2 | 實施例3 | 實施例4 | |
氧化鋁粉末 | 氧化鋁粉末1 | 質量% | 81.30 | - | - | - | - | - |
氧化鋁粉末2 | 質量% | - | 81.30 | 74.00 | 71.50 | 71.50 | 71.50 | |
氧化鋁粉末3 | 質量% | 10.00 | 10.00 | 15.00 | 19.80 | 19.80 | 18.80 | |
無機填充劑 | 無機填充劑1 | 質量% | - | - | 2.80 | - | - | - |
無機填充劑2 | 質量% | - | - | - | - | 0.50 | 0.50 | |
著色劑 | 著色劑1 | 質量% | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 | 0.30 |
偶合劑 | 偶合劑1 | 質量% | 0.90 | 0.90 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
環氧樹脂 | 環氧樹脂1 | 質量% | 4.44 | 4.44 | 3.80 | 4.19 | 3.57 | 3.57 |
環氧樹脂2 | 質量% | 0.64 | 0.64 | - | - | - | - | |
硬化劑 | 硬化劑1 | 質量% | 1.43 | 1.43 | - | - | - | - |
硬化劑2 | 質量% | - | - | 1.15 | 1.16 | 1.37 | 1.37 | |
硬化劑3 | 質量% | - | - | 1.85 | 1.94 | 1.94 | 1.94 | |
硬化促進劑 | 硬化促進劑1 | 質量% | 0.03 | 0.03 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
硬化促進劑2 | 質量% | 0.32 | 0.32 | 0.25 | 0.27 | 0.27 | 0.27 | |
脫模劑 | 脫模劑1 | 質量% | 0.20 | 0.20 | 0.30 | 0.30 | 0.20 | 0.20 |
離子捕捉劑 | 離子捕捉劑1 | 質量% | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
低應力劑 | 低應力劑1 | 質量% | 0.25 | 0.25 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.10 |
低應力劑2 | 質量% | - | - | - | - | - | 1.00 | |
總計 | 質量% | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | |
<樹脂組成物的物性> | ||||||||
螺旋流 | Cm | 230 | 20 | 90 | 110 | 110 | 110 | |
膠化時間 | Sec | 120 | 80 | 55 | 60 | 60 | 60 | |
彎曲強度 | MPs | 130 | 無法成形 | 120 | 120 | 145 | 145 | |
彈性模數 | Mpa | 35000 | 無法成形 | 38000 | 38000 | 39000 | 34000 | |
導熱率 | W/mK | 3.9 | 無法成形 | 4.4 | 4.8 | 5.1 | 4.8 | |
5μm狹縫毛邊 | mm | 13 | 無法成形 | 15 | 20 | 7 | 8 | |
α射線量 | cph/cm 2 | 0.002< | 無法成形 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.001 |
實施例的樹脂組成物均為低α射線量,並且導熱性優異,且在硬化特性及機械特性方面亦適合作為半導體密封材料。
本申請主張基於2020年11月16日申請之日本申請特願2020-190154號之優先權,並將其揭示的全部內容援用於此。
10:固晶材
20:電子元件
30:基材
32:晶片墊
34:外引線
40:接合線
50:密封材料
100:半導體裝置
401:電子元件
402:固晶材
404:接合線
406:密封材料
407:電極墊
408:電路基板
409:焊球
[圖1]係表示針對使用本實施形態的樹脂組成物製造之雙面密封型半導體裝置的一例的截面結構之圖。
[圖2]係表示針對使用本實施形態的樹脂組成物製造之單面密封型半導體裝置的一例的截面結構之圖。
10:固晶(die attach)材
20:電子元件
30:基材
32:晶片墊
34:外引線
40:接合線
50:密封材料
100:半導體裝置
Claims (7)
- 一種半導體密封用樹脂組成物,其包含: 環氧樹脂; 酚樹脂硬化劑; 硬化促進劑;及 氧化鋁粉末, 該半導體密封用樹脂組成物的硬化物的α射線量為0.002count/cm 2•h以下, 藉由雷射閃光法(laser flash method)測量時的該半導體密封用樹脂組成物的硬化物的導熱率為4.0W/m•K以上。
- 如請求項1之半導體密封用樹脂組成物,其中, 相對於該半導體密封用樹脂組成物整體,前述氧化鋁粉末為80質量%以上97質量%以下的量。
- 如請求項1或2之半導體密封用樹脂組成物,其中, 前述氧化鋁粉末包含圓球度為0.8以上的球狀氧化鋁。
- 如請求項1或2之半導體密封用樹脂組成物,其中, 該半導體密封用樹脂組成物的硬化物在25℃的彈性模數為15,000MPa以上40,000MPa以下。
- 如請求項1或2之半導體密封用樹脂組成物,其中, 在前述氧化鋁粉末中, 相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為106μm以上小於250μm的氧化鋁粉末為5質量%以上15質量%以下的量, 相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為250μm以上小於500μm的氧化鋁粉末為25質量%以上35質量%以下的量, 相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為500μm以上小於710μm的氧化鋁粉末為20質量%以上25質量%以下的量, 相對於前述氧化鋁粉末整體,粒徑為710μm以上小於1mm的氧化鋁粉末為20質量%以上25質量%以下的量。
- 如請求項1或2之半導體密封用樹脂組成物,其還包含脫模劑。
- 一種半導體裝置,其具備: 半導體元件;及 密封前述半導體元件之密封材料, 前述密封材料由請求項1至6中任一項之半導體密封用樹脂組成物的硬化物構成。
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