TW495535B - Epoxy resin composition for semiconductor sealing - Google Patents

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495535 A7 — 五、發明説明彳) 【發明說明】 發明背景 U)發明領域 本發明關於一種半導體密封用之環氧樹脂組成物，其 可被轉移模製成完全模製型封裝在標記側及背部具有不同 的樹脂厚度者，如完全模製型功率TRS(FM-型P-TRS)，不 會留下空隙，且關於密封著環氧樹脂組成物之樹脂模製型 半導體。 (b)相關技藝之說明 用熱固性樹脂來密封半導體元件如ICs、LSIs、TRSs 或二極體而製造樹脂模製型半導體裝置以保護它們對抗外 在環境及機械震動。由大量生產性、成本及可靠性的觀點 看，用環氧樹脂組成物的低壓轉移模製法係適合於大量製 造的而被廣用於密封半導體元件。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 近來樹脂模製型半導體裝置的封裝形式之多樣性增加 了難以模製的封裝，包含TSOPs(薄單輪廓封裝），其係爲 1mm厚度或更薄的超薄封裝，及含有散熱板的封裝，係約 10mm厚且在標記側及背部具有不同的樹脂厚度，如完全模 製型電晶體（FM-型TRSs)、完全模製型功率電晶體（FM-型 P-TRSs)及完全模製型ICs(FM-型ICs)。 當將半導體密封用的習用環氧樹脂組成物（以下可能稱 作密封樹脂）轉移模製以製造在插入物各側具有不同密封樹 脂厚度的封裝時，如FM·型TRSs、FM-型ICs或FM-型P-本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-4 - 495535 A7 ____B7 五、發明説明6 ) TRSs時，密封樹脂流入空穴內的行爲在上側（標記側）與下 側（背部）係不同的，而在模製物上形成熔焊標記（一種空 隙’在用樹脂塡充空穴時，樹脂分開著在插入物之上方及 下方流動，該空隙留在上樹脂與下樹脂的會合點）。此熔焊 標記減少電氣特性（如絕緣電壓）及樹脂模製型半導體裝置的 耐濕可靠性。例如，當藉PCT在1 20 °C於2大氣壓的蒸汽中 試驗耐濕性時，水由熔焊標記進入而產生洩漏電流及因爲 腐蝕而破壞電極，及在高電壓，減少絕緣性。 發明槪述 本發明之一目的在於提供半導體密封用的環氧樹脂組 成物，其能製造在標記側及背部（上側及下側）具有不同樹脂 厚度的完全模製型封裝，如FM-型P-TRS，沒有產生熔焊標 記。 本發明另一目的在於沒有熔焊標記的樹脂模製型半導 體裝置。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 爲了解決上述問題，我們已經作了硏究及注意密封樹 脂在模具（空穴）內的流動行爲，分析熔焊標記的形成機構及 建立一種評估密封樹脂之流動特性的新穎方法。本發明係 我們發現用具有評估方法所評估的特殊流動特性的環氧樹 脂組成物來密封半導體元件可以製造沒有熔焊標記的樹脂 模製型半導體裝置之成果。 即是，本發明提供一種半導體密封用之環氧樹脂組成 物，其包括環氧樹脂、硬化劑及無機塡充劑，及具有10至 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 「5 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 495535 A7 _ B7 五、發明説明$ ) 50的J値，其係依照環氧樹脂組成物之噴射流動的評估方 法所測定的最大噴射流動値。 本發明更提供一種密封著半導體密封用的環氧樹脂組 成物之樹脂模製型半導體裝置。 當模製FM-型P-TRSs時，密封樹脂經由一澆口轉移進 入模具之空穴內，然後分成兩方向流經插入物如散熱板或 引線的上側（較寬區域）及下側（較窄區域），及最後再度會合 而完成塡充。然而，因爲流入上側（較寬區域）的樹脂之流動 行爲係與流入下側（較窄區域）的不同，上側樹脂流動較快及 流入下側與另一者會合。因此空氣不能完全由排氣口排 氣’而殘餘的空氣捲入會合點的樹脂內及產生熔焊標記（空 隙）。 使流入模具空隙內上側（較寬區域）及下側（較窄區域）的 樹脂之流動行爲相等，上側樹脂及下側樹脂可在通氣孔附 近會合一起及完全排除空氣，而可獲得沒有熔焊標記（空隙） 的模製物。 圖式之簡單說明 圖1係一說明樹脂的流動行爲之示意圖。 圖2係一判定J値用的裝置之示意圖。 圖3係一顯示流動距離與流動重量之關係圖 圖4係一根據圖3數據所決定的流速與流動距離之關 係圖。 圖5係一說明以半導密封用的環氧樹脂來模製FM-型 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）· (請先閱讀_背面之注意事項再填寫本頁j .il衣 -口 495535 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明4 ) Ρ-TRS之示意剖視圖。 主要元件對照： 1 引線框 2 頭部 3 尖端 4 金屬線 5 澆口 6 通氣口 7 標記側 8 背部 較佳實施例之說明 因爲依估評環氧樹脂噴射流動之方法所測定的其最大 噴射流動値（J値）係被調到1 0至50，所以本發明的環氧樹 脂組成物在模穴中的上側（較寬區域）及下側（較窄區域）之流 動係實質上相等，且能製造沒有熔焊標記的樹脂模製型半 導體。若J値少於10，則會產生熔焊標記，而若超過50， 則上側將會發生短射（short shot)。 以下，將更詳細解釋’’ J値”。圖1係一示意圖，說明 樹脂8經由窄縫（澆口）餵進厚縫內，而所注入的樹脂8之重 重在增加中’樹脂之流動如同①②—③θ④。在① -②—③期間，保持樹脂之流動具有通經澆口的形狀（厚 度），而在④-⑤期間，流動的樹脂8改變形狀如同被摺 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 495535 A7 B7 ______ 五、發明説明$ ) 曲。①-②-③之流重被稱作噴射流動，其係常見於熱塑 性樹脂。 本發明中可用的環氧樹脂組成物（樹脂）具有最大噴射流 動値U値）爲10至50。 J値之測定如圖2中所示，係將一樣品樹脂8由轉移 模製機器經過一澆口 5(槽道大小：寬度：10mm，長 度：10mm，高度a = 0.8mm)注射入模具9(流動槽道：b = 4.0mm) 內，及改變注射的樹脂8流動量（流動重量：mg)並測量流動 距離（c:mm)。參考號數10係指一柱塞。於柱塞之以下條件 上進行 轉移模製：壓力爲lOOkgf/cm2，模具溫度爲175°C，沒有預 熱，轉移時間爲5秒鐘，樣品樹脂的改變量：5至10克。 然後以流動重量當作橫軸及以流動距離當作縱軸作成 圖3所示之曲線圖。當流動重量增加時則曲線圖的斜度減 少，而當再度增加時則流動重量更減少。最初流重期間的 大斜度部分係指a噴射流動〃。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然後，以流動重量爲底對圖3之曲線圖作微分而製成 圖4中所示的曲線圖。在此曲線圖中，縱軸係流速（距離/重 量）’其係對應於圖3的曲線圖之斜度，而橫軸係流動距 離。當流動距離增加時則流速減少，而當流動距離更增加 時則再增加。本發明中，流速最小時的流動距離係被定義 爲"J値π。樹脂產生噴射流動直到流速最小時。 本發明中可用的環氧樹脂可爲任何化合物，其每分子 具有至少兩個環氧基，包括單體、低聚物及聚合物，而典 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐)~ 495535 __B7__ 五、發明説明0 ) 型的例子包括聯苯基型環氧樹脂，雙酚型環氧化合物，如 雙酚A環氧樹脂，雙酚F環氧樹脂及雙酚S環氧樹脂，酚 酚醛淸漆環氧樹脂，甲酚酚醛淸漆環氧樹脂，三酚甲烷型 環氧化合物，烷基改質的三酚甲烷型環氧化合物，含至少 一個三畊核心的環氧樹脂，及其鹵化產物，如溴化雙酚A 環氧樹脂。 這些可單獨使用或組合二或多種使用。-本發明中可用的硬化劑未被特別限制，而較佳的例子 是酚樹脂型硬化劑。酚樹脂型硬化劑的典型例子包括酚酚 醛淸漆環氧樹脂，甲酚酚醛淸漆環氧樹脂，二環戊二烯改 質的酚樹脂，萜烯改質的酚樹脂及三酚甲烷化合物。這些 可單獨使用或組合二或多種使用。 硬化劑係被複合成使得環氧樹脂之環氧基及酚樹脂之 經基的數目比率爲環氧基/經基= 0.6至1.4，更佳0.8至 1.2。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱來背面之·;.£·意事項再填寫本I ) 本發明中所用的無機塡充劑較佳係一種粉狀無機塡充 劑’而粉狀無機塡充劑的例子包括結晶矽石粉末，氧化鋁 粉末、氮化矽粉末及熔融矽石粉末，其可單獨使用或組合 二或多種使用。 無機塡充劑的用量通常是佔本發明環氧樹脂組成物總 量的60至95重量％，較佳70至90重量％。 藉適當地選擇所用的無機塡充劑之種類、形狀、平均 粒子大小、粒子大小分佈、組合及量可以將本發明的環氧 樹脂組成物之J値調到10至50。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 495535 A7 B7 五、發明説明ΐ ) 例如，爲了將J値調到10至50，較宜使用15至25重 量％的粒子大小爲75至150微米之粒子。特佳爲粉狀無機 塡充劑含有15至50重量％的粒子大小爲75至150微米之粒 子及50至85重量％的粒子大小小於75微米之粒子，更佳爲 15至25重量％的粒子大小爲75至150微米之粒子及75至85 重量％的粒子大小小於75微米之粒子。該粉狀無機塡充劑 之複合量較佳係佔環氧樹脂組成物總量的60至95重量％， 更佳70至90重量％。此處，粉狀無機塡充劑之粒子大小分 佈係根據nS-K-69 10第4.5節"篩上的殘餘物”來測量。 較佳的粉狀無機塡充劑具有角形或鈍角形。 本發明的環氧樹脂組成物可視需要含有硬化加速劑。 硬化加速劑可爲任何能加速環氧樹脂與具有酚羥基的化合 物之硬化反應者。典型的例子包括三級胺類，如1，8-二氮 雜二環（5.4.0)十一烯-7、三乙二胺、苄二甲胺、二甲胺乙 醇及參（二甲胺甲基）酚，咪唑類，如2-甲基咪唑、2-苯基咪 唑及2-十七基咪唑，有機膦類，如三丁基膦、二苯基膦及 苯基膦，四元取代的鱗四元取代的硼酸鹽類，如四苯基鱗 四苯基硼酸鹽、四苯基鱗乙基三苯基硼酸鹽及四丁基鱗 四丁基硼酸鹽，及四苯基硼鹽類，如2-乙基-4-甲基咪唑四 苯基硼酸鹽及N-甲基嗎啉、四苯基硼酸鹽。這些可單獨使 用或組合二或多種使用。 硬化加速劑的用量較佳係佔環氧樹脂組成物總量的0.5 至12.0重量％，較佳70至90重量％。 本發明的環氧樹脂組成物可視需要含有其它添加劑， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-扣- —ϋ 1 —- - = -- ! ! 1 - - Γ m HA4H m I (請先閱讀一背面之、意事項再填寫本頁) 、-口 495535 A7 B7______ 五、發明説明$ ) 如著色劑，如碳黑，脫模劑，如天然蠟，合成蠟，高級脂 肪酸，高級脂肪酸之金屬鹽及酯蠟，矽烷型偶合劑’如環 氧矽烷，胺基矽烷，乙烯矽烷及烷基矽烷，鈦型，如有機 鈦酸鹽，及鋁型，如乙醇化鋁，應力解除劑，如聚矽氧油 及橡膠。亦可加入火焰阻滯劑，如氧化銻及紅磷，以幫助 不燃性。 通常，著色劑的用量係不超過5重量％，例如〇.〇1至5 重量％，脫模劑的用量係不超過5重量％，較佳1至5重量 %，偶合劑的用量係不超過1 5重量％，較佳0.1至1 5重量 %，應力解除劑的用量係不超過50重量％，而火焰阻滯劑的 用量係不超過30重量％，較佳0.1至30重量％，全部皆基於 環氧樹脂的總量。 製備本發明半導體密封用的環氧樹脂組成物例如可將 上述成分以預定比率均勻混合，在捏合機中捏合、輥製或 在預熱到70至95 °C的擠壓機中擠製、冷卻及硏磨。 以下，本發明將參照實例及比較例作詳細說明，但是 未限於實例內。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 實例1至4及比較例1及2 複合表1中所列的原料以製造含有各自不同特性（種 類、形狀及粒子大小分佈）的環氧樹脂組成物（密封材料）。 .原料經預混（乾摻合），用雙軸混合輥作捏合（輥表面溫 度：約70至80 °C ) 10分鐘，冷卻，然後精細硏磨，以獲得 密封材料。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公楚Ί~_ 11 - 495535 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明$ ) 然後用轉移模製機測量密封材料的螺旋流動，條件爲 溫度是180 °C，模製溫度是70kgf/c ，硬化時間是90秒。 亦用Shimazu Seisakusho製的Koka型流動試驗機來測量180 °C的熔融黏度。然後用上述評估噴射流動用的模具來測量 J値。 使用FM-型P-TRS之模具於180 °C及70kgf/c m2歷90秒 以模製FM·型P-TRSs，目視觀察模製物表面imm 0或更大 的熔焊標記之出現。亦試驗所獲得的FM-型P-TRSs之電氣 特性及耐濕性（試驗PCT在1000小時後發生的故障）。結果 示於表2中。 圖5係一示意剖視圖，說明以半導密封用的環氧樹脂 來模塑FM-型P-TRS，1係引線框，2係頭部，3係尖端， 4係金屬線，5係澆口，而6係通氣□。將環氧樹脂組成 物（樹脂）注射經過澆口進入模具內。經澆口餵入的樹脂係依 兩方向流進，標記側7及背部8。因爲樹脂在較寬區域A的 流動較快而在較窄區域B的流動較慢，所以樹脂A與B在C 會合，於該處因爲捲入的空氣而造成空隙。此含有空隙的 缺陷（一種短射）係所謂的熔焊標記。目視觀察所獲得的模製 物之背部1 mm 0或更大的熔焊標記之出現。 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）-12 - 495535 7 Β 五、發明説明¢0 ) 表1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 單位 實例號數 比較例 號數 1 2 3 4 1 2 (1)鄰甲酚酚醛淸漆環氧樹脂（環氧基當 量：20Q) . wt% 6.3 6.3 6.3 10.8 10.3 14.2 ⑵聯苯型環氧樹脂（環氧基當量：195) 3.4 3.4 3.4 一 一 一 ⑶溴化雙酚Α環氧樹脂（環氧基當量： 395，Br含量：48wt%) 1.7 1.7 1.7 1.9 1.8 2.5 (4)酚酚醛淸漆樹脂（羥基當量：106) 5.7 5.7 5.7 6.4 6.0 8.4 ⑸三苯基膦 _ 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 ⑹廿八酸蠟 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 ⑺環氧矽烷 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 ⑻碳黑 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 (9)三氧化銻 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 (10)無機塡充劑（於組成物中的wt%) 81.0 81.0 81.0 79.0 80.0 73.0 粉狀無機塡充劑 的性質 種類 結晶矽石 wt% 59.0 59.0 59.0 63.0 68.0 73.0 熔融砂石 22.0 22.0 22.0 16.0 12.0 — 形狀 角形 wt% 81.0 - - 16.0 16.0 73Ό 鈍角形 - 81.0 59.0 63.0 52.0 - 球形 - - 22.0 一 12.0 一 粒子大小之分佈 粒子大小：75-15〇Mm wt% 23.0 23.0 23.0 18.0 3.0 2.0 粒子大小：<75/Xm 77.0 77.0 77.0 82.0 97.0 98.0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐）-13 - 495535 Μ Β7 五、發明説明) 表2 實例號數 比較例號數 1 2 3 4 1 2 螺旋流動（in) 22.0 22.5 25.0 23.0 25.0 40.5 熔融黏度（180。C) (poise) 640 560 450 600 400 150 J値 19 18 15 10 8 3 FM-型P-TRS的可模製性（具有焊接標 記的模製物之數目） 0/20 0/20 0/20 0/20 15/20 20/20 ?[型？-了1^之電氣特性 (隔離電壓的任何減少） 1 是 是 卩1^型？-了1^的耐濕性 (金屬線有腐蝕的模製物之數目） 0/20 0/20 0/20 0/20 10/20 20/20 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 結果顯示利用本發明之半導體密封用的環氧樹脂組成 物可能製造沒有熔焊標記的樹脂模製型半導體裝置，即使 樹脂模製型半導體裝置爲完全模製型封裝在標記側及背部 (上側及下側）具有不同的樹脂厚度者，即FM-型P-TRSs。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-14 -

Claims (1)

1. 495535

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 附件二A : 第871 00248號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國90年3月修正 1 · 一種半導體密封用之環氧樹脂組成物，其包括環 氧樹脂、硬化劑及無機塡充劑，及具有1 Q至5 Q的J 値’其係依照環氧樹脂組成物之噴射流動的評估方法所測 定的最大噴射流動値， 其中無機塡充劑係一種粉狀無機塡充劑，含有1 5至 5 0重量％的粒子大小爲7 5至1 5 0微米之粒子及5 0 至8 5重量％的粒子大小小於7 5微米之粒子，且係佔環 氧樹脂組成物總量的6 0至9 5重量％。 2 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其中粉狀無機塡充劑包括1 5至2 5重量％的 粒子大小爲7 5至1 5 0微米之粒子及7 5至8 5重量％ 的粒子大小小於7 5微米之粒子。 3 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其中粉狀無機塡充劑具有角形或鈍角形。 4 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其中粉狀無機塡充劑係選自結晶砂石粉末，氧 化鋁粉末、氮化矽粉末、熔融矽石粉末及其混合物。 5 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其中硬化劑係一種酚樹脂，而環氧樹脂與酣樹 脂的量係使得環氧樹脂之環氧基及酚樹脂之羥基的數目比 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — I— ^ « — — — — — — I— , (請先軋讀背面—之注意事項再填寫本頁) j ,

   495535 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 率爲環氧基/羥基=〇 . 6至1 . 4。 6 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其更包括佔環氧樹脂組成物重量〇 . 5至 1 2 · 0重量％的硬化加速劑，硬化加速劑係選自三級 胺、咪唑化合物、有機膦、四元取代的鳞 四元取代的硼 酸鹽及四苯基硼鹽。 7 ·如申請專利範圍第1或6項之半導體密封用之環 氧樹脂組成物，其更包括0 · 0 1至5重量％的著色劑， 1至5重量％的脫模劑，0 · 1至1 5重量％的偶合劑， 及0 · 1至3 0重量％的火焰阻滯劑，全部皆基於環氧樹 脂的重量。 8 ·如申請專利範圍第7項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其更包括0至5 Q重量％的應力解除劑，基於 環氧樹脂重量。 9 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧樹 脂組成物，其中環氧樹脂係一種鄰甲酚酚醛淸漆環氧樹 脂、聯苯型環氧樹脂及溴化雙酚A型環氧樹脂之混合物， 硬化劑係一種酚系酚醛淸漆樹脂，無機塡充劑係一種粉狀 無機塡充劑，其包括結晶矽石粉末及熔凝矽石粉末之混合 物，粉狀無機塡充劑包括1 5至5 0重量％的粒子大小爲 7 5至1 5 0微米之粒子及5 0至8 5重量％的粒子大小 小於7 5微米之粒子，且係佔環氧樹脂組成物總重量的 60至95重量％。 1 0 ·如申請專利範圍第1項之半導體密封用之環氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------I----^ ---— — — — — — AVI (請先閱'讀背面W注意事項再填寫本頁) ， 495535 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 樹脂組成物，其中無機塡充物的量係佔環氧樹脂組成物總 量的70至95重量％。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 請 先 背 面 之， 注 意 事 項 再% ^ !裝 頁 I 一 I I

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