TWI606925B - Thermosetting sealing resin sheet and manufacturing method of electronic part package - Google Patents
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Description
本發明係關於一種熱硬化性密封樹脂片及電子零件封裝之製造方法。
近年來,業界對於半導體裝置及其封裝謀求更進一步之高功能化、薄型化及小型化。作為電子零件之高密度積體化之一方法,現開發出將於基板上樹脂密封有半導體元件等電子零件之封裝沿其厚度方向積層為複數段而成之稱為層疊封裝(以下,亦稱為「PoP」)構造之立體封裝技術。上下之封裝通常係藉由上段之封裝之背面(下表面)所設置之凸塊與下段之封裝之上表面所設置之電極而電性連接。
此處,於PoP構造之製造過程中,若進行回流焊等高溫處理,則存在基板因由構成PoP構造之各構件間之線膨脹率之差引起之應力而發生翹曲之情形。隨著封裝整體之薄型化,於構成其之安裝基板亦薄型化之狀況下,有此種翹曲之產生變得更明顯之傾向。若於安裝基板上產生翹曲,則應力尤其集中於凸塊連接部,而存在產生連接不良之情況。
尤其就抑制安裝基板與凸塊間之線膨脹率之差之觀點而言,業界提出有藉由於上下之封裝間介置用以緩和應力之樹脂基材,而防止上述安裝基板之翹曲的技術(專利文獻1)。
專利文獻1:日本專利特開2010-199611號公報
另一方面,搭載於基板上之電子零件由於處於經樹脂密封之狀態,故而存在如下情況:因密封樹脂與基板間之線膨脹率之差而產生應力,該應力引起基板之翹曲或密封樹脂自基板之剝離、密封樹脂之龜裂等。於PoP構造中,上段封裝係利用密封樹脂覆蓋上表面(露出面)之大致整個面,相對於此,於下段封裝之上表面,需以避開電子零件之樹脂密封部分之方式於周邊部設置用以進行與上段封裝之凸塊連接的電極區域,因此通常下段封裝之樹脂密封部分之面積小於上段封裝之樹脂密封部分之情形較多。若如此,則於PoP構造中不僅受各封裝中之密封樹脂-基板間之線膨脹率差之影響,於上段封裝與下段封裝之間亦會產生線膨脹率差,亦因兩者間之應力差而導致發生基板之翹曲、密封樹脂之剝離或龜裂等。此種現象於使各封裝之密封樹脂硬化後進行封裝之多階層積層時之回流焊時等變得容易發生。
進而,即便於電子零件之樹脂密封時,亦存在因密封樹脂之熱硬化收縮之影響而於基板產生翹曲之情況。與上述線膨脹率差之情形相同,於PoP構造中不僅受各封裝中之密封樹脂之熱硬化收縮之影響,於上段封裝與下段封裝之間亦會產生熱硬化收縮之差,亦因兩者間之應力差而導致發生基板之翹曲或密封樹脂之剝離、龜裂等。此種現象於不使各封裝之密封樹脂硬化便進行封裝之多階層積層,最後一次性進行熱硬化處理時變得容易發生。
如以上般,於PoP構造中,不僅受各封裝中之線膨脹率差乃至熱硬化收縮之差之影響,亦受上下封裝間之線膨脹率差或熱硬化收縮之差之影響,而變得難以維持乃至提高PoP構造整體之可靠性。
本發明係鑒於上述問題而完成者,其目的在於提供一種可製造
具有優異之可靠性之電子封裝的熱硬化性密封樹脂片及使用其之電子零件封裝之製造方法。
本案發明者等人為了解決上述先前之問題而進行努力研究,結果發現:藉由製成下述構成可達成上述目的,從而完成了本發明。
即,本發明之熱硬化性密封樹脂片係如下熱硬化性密封樹脂片:其以70重量%以上、80重量%以下之含量包含無機填充劑,進行以下之熱處理1及熱處理2時之表面翹曲量分別為-0.6mm以上、0.1mm以下。
熱處理1:於經由厚度25μm之黏晶膜而搭載有35mm見方且厚度0.2mm之矽晶片的50mm見方且厚度0.32mm之印刷基板上,以貼合後之總厚度成為0.75mm之方式貼合上述熱硬化性密封樹脂片,於150℃下熱處理1小時而製成密封體後,於25℃下靜置1小時。
熱處理2:將經過上述熱處理1之上述密封體投入至240℃之環境下。
該熱硬化性密封樹脂片(以下,亦簡稱為「密封樹脂片」)以70重量%以上、80重量%以下之高含量包含線膨脹率低於樹脂成分之無機填充劑,因此可降低熱硬化處理後之密封樹脂片整體之線膨脹率。藉此,即便對於如環氧玻璃基板般經低線膨脹率化之基板亦可減小線膨脹率差,可防止由線膨脹率差引起之基板之翹曲或密封樹脂之剝離乃至龜裂等(以下,亦將由線膨脹率差引起之該等不良情況稱為「基板之翹曲等」)。又,對於該密封樹脂片,利用高含量之無機填充劑而降低對熱硬化處理時之熱收縮產生影響之樹脂成分之含量。其結果為,於該密封樹脂片中,經過特定之熱處理1及2後之表面翹曲量均被抑制為-0.6mm以上、0.1mm以下,因此可充分抑制密封樹脂片之熱
硬化收縮對基板之影響。如以上般,若利用該密封樹脂片,則即便實施密封處理或其後之回流焊等高溫處理,亦可提高PoP構造整體對高溫處理之可靠性。再者,若表面翹曲量之符號為正,則處於熱處理後之密封樹脂片以於基板側凹陷之方式翹曲之狀態(參照圖4B),若表面翹曲量之符號為負,則處於密封樹脂片以於與基板相反之側隆起之方式翹曲之狀態(參照圖4C)。於本說明書中,表面翹曲量之測定方法係基於實施例之記載。
若上述無機填充劑之含量未達70重量%,則有回流焊時之翹曲增大而產生焊料龜裂等不良之虞。另一方面,若上述無機填充劑之含量超過80重量%,則存在如下情況:於樹脂密封之階段,成型體之翹曲增大,而產生搬送不良或切晶不良等不良情況。
關於該密封樹脂片,較佳為於150℃下熱處理1小時後之線膨脹率於玻璃轉移溫度以下之溫度下為15ppm/K以上、30ppm/K以下。藉由將特定之熱處理後之熱處理物於玻璃轉移溫度以下之溫度下之線膨脹率設為上述範圍,即便於密封處理後對PoP構造實施高溫處理,亦可減小密封樹脂片與尤其是具有低線膨脹率之基板之線膨脹率差,可防止基板之翹曲等。再者,線膨脹率及玻璃轉移溫度之測定方法係基於實施例之記載。
關於該密封樹脂片,就控制線膨脹率之觀點而言,較佳為上述無機填充劑為二氧化矽粒子。
關於該密封樹脂片,較佳為上述無機填充劑之平均粒徑為0.1μm以上、35μm以下。藉由將無機填充劑之平均粒徑設為上述範圍,可獲得無機填充劑之良好之分散性,並且可確保對電子零件或基板上之凹凸之追隨性。
本發明亦包括電子零件封裝之製造方法,該電子零件封裝之製造方法包括如下步驟:
準備步驟,其係準備搭載有電子零件之安裝基板;積層體形成步驟,其以覆蓋上述電子零件之方式於上述安裝基板上積層該熱硬化性密封樹脂片,而形成總厚度0.75mm以下之積層體;及密封步驟,其使上述熱硬化性密封樹脂片熱硬化。
本發明之電子零件封裝之製造方法中係使用該密封樹脂片,因此即便將一個封裝之總厚度薄型化至0.75mm以下,亦可製造基板之翹曲等得以抑制之高可靠性之電子零件封裝。
關於該製造方法,較佳為將反覆進行上述準備步驟及上述積層體形成步驟而獲得之複數個積層體積層為多階層後,進行上述密封步驟。藉此,可效率良好地製造可靠性優異之PoP構造。
1、11、21‧‧‧熱硬化性密封樹脂片
1a‧‧‧支持體
2‧‧‧矽晶片
3、13、23‧‧‧黏晶膜
5、15、25‧‧‧基板
6、16、26‧‧‧凸塊
10、100‧‧‧半導體封裝
12‧‧‧第1半導體晶片
14、24‧‧‧接合線
22‧‧‧第2半導體晶片
T‧‧‧總厚度
W‧‧‧表面翹曲量
圖1係表示本發明之一實施形態之熱硬化性密封樹脂片的剖面模式圖。
圖2係表示本發明之一實施形態之電子零件封裝的剖面模式圖。
圖3係表示熱硬化性密封樹脂片於密封處理後之表面翹曲量測定用之樣品的剖面模式圖。
圖4A係表示熱硬化性密封樹脂片於密封處理後之表面翹曲量之測定順序的俯視圖。
圖4B係沿圖4A之X-X線之剖面圖之一例。
圖4C係沿圖4A之X-X線之剖面圖之另一例。
以下,一面參照圖對作為本發明之一實施形態的第1實施形態進行說明。但是,於圖之一部分或全部中,省略對說明無用之部分,又,存在為了便於說明進行放大或縮小等而圖示之部分。首先,對熱
硬化性密封樹脂片進行說明後,對使用該熱硬化性密封樹脂片之電子零件封裝之製造方法進行說明。
圖1係模式性地表示本發明之一實施形態之熱硬化性密封樹脂片的剖面圖。密封樹脂片1代表性而言係以積層於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜等支持體1a上之狀態被提供。再者,為了容易地進行密封樹脂片1之剝離,可對支持體1a實施公知之利用離型劑之離型處理。又,可於長條之支持體1a上連續形成密封樹脂片1,而將其製成捲取成輥狀之捲繞體。
關於密封樹脂片1,雖然經過特定之熱處理1及2後之表面翹曲量只要均為-0.6mm以上、0.1mm以下即可,但較佳之下限為-0.5mm以上,更佳之下限為-0.4mm以上。另一方面,表面翹曲量之較佳之上限為0.08mm以下,更佳之上限為0.05mm以下。密封樹脂片1之表面翹曲量成為上述範圍,因此樹脂密封時之熱硬化收縮作用及回流焊時之熱膨脹作用得以抑制,其結果為,可製造基板之翹曲等經抑制之高可靠性之電子封裝。
將密封樹脂片1於150℃下熱處理1小時後之線膨脹率於熱處理後之樣品之玻璃轉移溫度以下之溫度下並無特別限定,但其下限較佳為15ppm/K以上,更佳為14ppm/K以上。上述線膨脹率之上限較佳為30ppm/K以下,更佳為25ppm/K以下。藉由將特定之熱處理後之熱處理物於玻璃轉移溫度以下之溫度下之線膨脹率設為上述範圍,即便於密封處理後對PoP構造實施高溫處理,亦可減小密封樹脂片與尤其是具有低線膨脹率之基板之線膨脹率差,而可防止基板之翹曲等。
形成熱硬化性密封樹脂片之樹脂組合物只要為適宜地具有如上述般之特性,可利用於半導體晶片等電子零件之樹脂密封者,則並無特別限定,例如可列舉含有以下A成分至E成分之環氧樹脂組合物作
為較佳者。再者,C成分可視需要添加,亦可不添加。
A成分:環氧樹脂
B成分:酚系樹脂
C成分:彈性體
D成分:無機填充劑
E成分:硬化促進劑
作為環氧樹脂(A成分),並無特別限定。例如可使用:三苯甲烷型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、改性雙酚A型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、改性雙酚F型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、及苯氧基樹脂等各種環氧樹脂。該等環氧樹脂可單獨使用,亦可併用2種以上。
就確保環氧樹脂於硬化後之韌性及環氧樹脂之反應性之觀點而言,較佳為於環氧基當量150~250、軟化點或者熔點為50~130℃之常溫下為固體者,其中,就可靠性之觀點而言,較佳為三苯甲烷型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、及聯苯型環氧樹脂。
較佳為環氧樹脂(A成分)之含量相對於環氧樹脂組合物整體而設定為1~10重量%之範圍。
酚系樹脂(B成分)只要為與環氧樹脂(A成分)之間產生硬化反應者,則並無特別限定。例如可使用:苯酚酚醛清漆樹脂、苯酚芳烷基樹脂、聯苯芳烷基樹脂、二環戊二烯型酚系樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、及可溶酚醛樹脂等。該等酚系樹脂可單獨使用,亦可併用2種以上。
作為酚系樹脂,就與環氧樹脂(A成分)之反應性之觀點而言,較
佳為使用羥基當量為70~250、軟化點為50~110℃者,其中,就硬化反應性較高之觀點而言,可適宜地使用苯酚酚醛清漆樹脂。又,就可靠性之觀點而言,可適宜地使用苯酚芳烷基樹脂或聯苯芳烷基樹脂之類的低吸濕性者。
就硬化反應性之觀點而言,環氧樹脂(A成分)與酚系樹脂(B成分)之調配比率較佳為以相對於環氧樹脂(A成分)中之環氧基1當量,酚系樹脂(B成分)中之羥基之合計成為0.7~1.5當量之方式調配,更佳為0.9~1.2當量。
與環氧樹脂(A成分)及酚系樹脂(B成分)一併使用之彈性體(C成分)係對環氧樹脂組合物賦予利用熱硬化性密封樹脂片所進行之電子零件之密封所需之可撓性者,只要為發揮此種作用者,則並不特別限定其構造。例如可使用:聚丙烯酸酯等各種丙烯酸系共聚物、苯乙烯丙烯酸酯系共聚物、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、異丁二烯橡膠、及丙烯腈橡膠等橡膠質聚合物。其中,就容易向環氧樹脂(A成分)中分散,又,由於與環氧樹脂(A成分)之反應性亦較高,故而可提高所獲得之熱硬化性密封樹脂片之耐熱性或強度之觀點而言,較佳為使用丙烯酸系共聚物。其等可單獨使用,亦可併用2種以上。
再者,丙烯酸系共聚物例如可藉由將設為特定之混合比之丙烯酸系單體混合物藉由常規方法進行自由基聚合而合成。作為自由基聚合之方法,可採用以有機溶劑作為溶劑而進行之溶液聚合法或一面使原料單體分散至水中一面進行聚合之懸浮聚合法。作為此時所使用之聚合起始劑,例如可使用:2,2'-偶氮雙異丁腈、2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮雙(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、其他偶氮系或重氮系聚合起始劑、過氧化苯甲醯及過氧化甲基乙基酮等過氧化物系聚合
起始劑等。再者,於懸浮聚合之情形時,較理想為添加例如聚丙烯醯胺、聚乙烯醇之類的分散劑。
彈性體(C成分)之含量為環氧樹脂組合物整體之1~15重量%。若彈性體(C成分)之含量未達1重量%,則變得難以獲得密封樹脂片1之柔軟性及可撓性,進而亦變得難以進行可抑制熱硬化性密封樹脂片之翹曲的樹脂密封。相反若上述含量超過15重量%,則可見如下傾向:密封樹脂片1之熔融黏度增高,而電子零件之埋入性降低,並且密封樹脂片1之硬化體之強度及耐熱性降低。
又,較佳為彈性體(C成分)相對於環氧樹脂(A成分)之重量比率(C成分之重量/A成分之重量)設定為3~4.7之範圍。其原因在於:於上述重量比率未達3之情形時,變得難以控制密封樹脂片1之流動性,若超過4.7則可觀察到密封樹脂片1對電子零件之接著性變差之傾向。
無機質填充劑(D成分)並無特別限定,可使用先前公知之各種填充劑,例如可列舉:石英玻璃、滑石、二氧化矽(熔融二氧化矽或結晶性二氧化矽等)、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽、及氮化硼之粉末。該等可單獨使用,亦可併用2種以上。
其中,就藉由使環氧樹脂組合物之硬化體之熱線膨脹係數降低而減少內部應力,結果可抑制電子零件之密封後之密封樹脂片1之翹曲之觀點而言,較佳為使用二氧化矽粉末,更佳為於二氧化矽粉末之中使用熔融二氧化矽粉末。作為熔融二氧化矽粉末,可列舉:球狀熔融二氧化矽粉末及破碎熔融二氧化矽粉末,就流動性之觀點而言,尤佳為使用球狀熔融二氧化矽粉末。
無機填充劑(D成分)之平均粒徑雖然並無特別限定,但較佳為使用0.1μm以上、35μm以下之範圍者,更佳為使用0.3μm以上、30μm以下之範圍者。
再者,平均粒徑可藉由使用自母群中任意選取之試樣,並使用雷射繞射散射式粒度分佈測定裝置進行測定而求出。
無機質填充劑(D成分)之含量較佳為環氧樹脂組合物整體之70~80重量%,更佳為72~78重量%。若無機質填充劑(D成分)之含量未達70重量%,則回流焊時之翹曲增大,於上下之封裝中產生連接不良之可能性變高。另一方面,若上述含量超過80重量%,則於150℃下加熱1小時而使之硬化後再冷卻至25℃時之翹曲量增大,而使產生搬送不良或切晶不良之可能性變高。
硬化促進劑(E成分)只要為使環氧樹脂與酚系樹脂進行硬化者,則並無特別限定,就硬化性與保存性之觀點而言,可適宜地使用三苯基膦或四苯基硼酸四苯基鏻等有機磷系化合物或咪唑系化合物。該等硬化促進劑可單獨使用,亦可與其他硬化促進劑併用。
較佳為硬化促進劑(E成分)之含量相對於環氧樹脂(A成分)及酚系樹脂(B成分)之合計100重量份而為0.1~5重量份。
又,環氧樹脂組合物中,除A成分至E成分以外,亦可添加阻燃劑成分。作為阻燃劑成分,例如可使用:氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鐵、氫氧化鈣、氫氧化錫、複合化金屬氫氧化物等各種金屬氫氧化物。
作為金屬氫氧化物之平均粒徑,就於加熱環氧樹脂組合物時確保適當之流動性之觀點而言,較佳為平均粒徑為1~10μm,進而較佳為2~5μm。若金屬氫氧化物之平均粒徑未達1μm,則有如下傾向:變得難以使之均勻地分散至環氧樹脂組合物中,並且無法充分地獲得環氧樹脂組合物於加熱時之流動性。又,若平均粒徑超過10μm,則由於金屬氫氧化物(E成分)之每單位添加量之表面積減小,故而可見
阻燃效果降低之傾向。
又,除上述金屬氫氧化物以外,可使用磷腈化合物作為阻燃劑成分。作為磷腈化合物,例如可取得作為市售品之SPR-100、SA-100、SP-100(以上,大塚化學股份有限公司)、FP-100、FP-110(以上,伏見製藥所股份有限公司)等。
就即便為少量亦發揮阻燃效果之觀點而言,較佳為式(1)或式(2)所表示之磷腈化合物,該等磷腈化合物所含之磷元素之含有率較佳為12重量%以上。
(式(1)中,n為3~25之整數,R1與R2相同或不同,為具有選自由烷氧基、苯氧基、胺基、羥基及丙烯醯基所組成之群中之官能基的1價有機基)
(式(2)中,n及m分別獨立地為3~25之整數;R3與R5相同或不同,為具有選自由烷氧基、苯氧基、胺基、羥基及丙烯醯基所組成之群中之官能基的1價有機基;R4為具有選自由烷氧基、苯氧基、胺基、羥基及丙烯醯基所組成之群中之官能基的2價有機基)
又,就穩定性及抑制產生空隙之觀點而言,較佳為使用式(3)所表示之環狀磷腈低聚物。
(式(3)中,n為3~25之整數,R6與R7相同或不同,為氫、羥基、烷基、烷氧基或縮水甘油基)
上述式(3)所表示之環狀磷腈低聚物例如可取得作為市售品之FP-100、FP-110(以上,伏見製藥所股份有限公司)等。
磷腈化合物之含量較佳為包括環氧樹脂組合物中所含之環氧樹脂(A成分)、酚系樹脂(B成分)、彈性體(D成分)、硬化促進劑(E成分)及磷腈化合物(其他成分)的有機成分整體之10~30重量%。即,若磷腈化合物之含量未達有機成分整體之10重量%,則可見如下傾向:密封樹脂片1之阻燃性降低,並且對被接著體(例如搭載有電子零件之基板等)之凹凸追隨性降低而產生空隙。若上述含量超過有機成分整體之30重量%,則可見如下傾向:於密封樹脂片1之表面容易產生褶皺,並且變得難以進行對被接著體之位置對準等作業性降低。
又,併用上述金屬氫氧化物及磷腈化合物,可獲得確保片材密封所需之可撓性,並且阻燃性優異之密封樹脂片1。藉由將兩者併用,可獲得僅使用金屬氫氧化物之情形時之充分之阻燃性與僅使用磷腈化合物之情形時之充分之可撓性。
上述阻燃劑中,就樹脂密封之成型時之熱硬化性密封樹脂片之變形性、對電子零件或被接著體之凹凸之追隨性、對電子零件或被接著體之密接性之觀點而言,較理想為使用有機系阻燃劑,尤其適宜使用磷腈系阻燃劑。
再者,除上述各成分以外,環氧樹脂組合物可視需要適宜調配以碳黑為代表之顏料等其他添加劑。
以下,對熱硬化性密封樹脂片之製作方法進行說明。首先,藉由混合上述各成分,而製備環氧樹脂組合物。混合方法只要為將各成分均勻地分散混合之方法,則並無特別限定。其後,例如塗佈將各成分溶解或分散至有機溶劑等中而成之清漆,形成為片材狀。或者,亦可藉由利用捏合機等直接將各調配成分加以混練而製備混練物,將如此而獲得之混練物擠出而形成為片材狀。
作為使用清漆之具體製作順序,將上述A~E成分及視需要添加之其他添加劑依據常法適宜混合,並均勻地溶解或分散至有機溶劑中,而製備清漆。繼而,可藉由將上述清漆塗佈於聚酯等之支持體上並使之乾燥,而獲得B階狀態之密封樹脂片1。然後,視需要為了保護熱硬化性密封樹脂片之表面,亦可貼合聚酯膜等剝離片材。剝離片材係於密封時剝離。
作為上述有機溶劑,並無特別限定,可使用先前公知之各種有機溶劑,例如:甲基乙基酮、丙酮、環己酮、二烷、二乙基酮、甲苯、及乙酸乙酯等。該等可單獨使用,亦可併用2種以上。又,通常
較佳為以清漆之固形份濃度成為30~60重量%之範圍之方式使用有機溶劑。
乾燥去除有機溶劑後之片材之厚度並無特別限制,就厚度之均勻性與殘存溶劑量之觀點而言,通常較佳為設定為5~100μm,更佳為20~70μm。
另一方面,於使用混練之情形時,使用攪拌機等公知方法將上述A~E成分及視需要添加之其他添加劑之各成分加以混合,其後藉由熔融混練而製備混練物。作為熔融混練之方法,並無特別限定,例如可列舉利用混練機、加壓式捏合機、擠出機等公知之混練機進行熔融混練之方法等。
作為混練條件,溫度只要為上述各成分之軟化點以上則並無特別限制,例如為30~150℃,若考慮環氧樹脂之熱硬化性,則較佳為40~140℃,進而較佳為60~120℃,時間例如為1~30分鐘,較佳為5~15分鐘。藉此,可製備混練物。
藉由擠出成形而將所獲得之混練物成形,藉此可獲得B階狀態之密封樹脂片1。具體而言,不將熔融混練後之混練物冷卻而直接於高溫狀態下擠出成形,藉此可形成密封樹脂片1。作為此種擠出方法,並無特別限制,可列舉:T模擠出法、輥軋法、輥混練法、共擠出法、壓延成形法等。作為擠出溫度,只要為上述各成分之軟化點以上則並無特別限制,若考慮環氧樹脂之熱硬化性及成形性,則例如為40~150℃,較佳為50~140℃,進而較佳為70~120℃。據此,可形成密封樹脂片1。
如此而獲得之熱硬化性密封樹脂片可視需要以成為所需厚度之方式進行積層、使用。即,熱硬化性密封樹脂片可以單層構造使用,亦可以積層為2層以上之多層構造而成之積層體之形式使用。
本實施形態之電子零件封裝之製造方法包括如下步驟:準備步驟,其係準備搭載有電子零件之安裝基板;積層體形成步驟,其以覆蓋上述電子零件之方式於上述安裝基板上積層上述熱硬化性密封樹脂片,而形成總厚度0.75mm以下之積層體;及密封步驟,其使上述熱硬化性密封樹脂片熱硬化。
為了製成如圖2所示之PoP構造,可適宜地採用如下順序:預先分別製作作為下段封裝之第1封裝及作為上段封裝之第2封裝,最後將兩封裝積層。作為第1封裝與第2封裝之製作順序之不同點,主要可列舉如下方面:第1封裝中之樹脂密封部分(即半導體晶片及覆蓋其之密封樹脂)較第2封裝中之樹脂密封部分相對較小;及關於設置於基板背面之凸塊,於第2封裝中大於第1封裝,除此以外大致共通,因此,以下以第1封裝之製作順序為中心,一面參照圖2一面進行說明。於本實施形態中,對使用半導體晶片作為電子零件之態樣進行說明。
於準備步驟中,準備搭載有作為電子零件之半導體晶片的安裝基板。如圖2所示,於基板15上固定至少1個第1半導體晶片12。第1半導體晶片12經由黏晶膜13而固定於基板15上。於圖2中,第1半導體晶片12僅顯示有1個,但可根據目標之封裝之規格而將2個、3個、4個或5個以上之複數個第1半導體晶片12固定於基板15上。
作為第1半導體晶片12,除俯視下之尺寸小於搭載於第2封裝上之半導體晶片22以外,可使用各種晶片,根據封裝設計,例如可適宜地使用作為半導體晶片之一種之邏輯晶片或處理器。第1半導體晶片12之厚度雖然並無特別限定,但通常為100μm以下之情形較多。又,隨著近年來半導體封裝之薄型化,亦逐漸使用75μm以下、進而50μm以下之第1半導體晶片12。
作為基板15,可使用印刷配線基板等先前公知之基板。又,可使用包含環氧玻璃、BT(雙馬來醯亞胺-三)、及聚醯亞胺等之有機基板。但是,本實施形態並不限定於此,亦包括可安裝半導體元件並與半導體元件電性連接而使用之電路基板。基板15之厚度並無特別限定,可自100~500μm之範圍適宜地選擇。又,基板15可為單層構造亦可為多層構造,亦可形成有沿厚度方向貫通之貫通電極。
第1封裝之上表面形成有用以與形成於第2封裝上之凸塊進行電性連接之電極(未圖示)。由於將用以形成該電極之空間設於基板15之上表面之樹脂密封部分之周圍,故而半導體晶片12及密封樹脂片11於俯視下之面積變得小於第2封裝。
作為黏晶膜13,可使用先前公知之半導體晶片固定用之黏晶膜。作為黏晶膜13之厚度,只要為5μm至60μm左右即可。
作為將第1半導體晶片12固定於基板15上之方法,例如可列舉如下方法:於基板15上積層黏晶膜13後,於該黏晶膜13上以打線接合面成為上側之方式積層第1半導體晶片12。又,亦可將預先貼合有黏晶膜13之第1半導體晶片12配置於基板15上而進行積層。
黏晶膜13為半硬化狀態,因此於將黏晶膜13載置於基板15上後,藉由於特定條件下進行熱處理,使黏晶膜13熱硬化而將第1半導體晶片12固定於基板15上。進行熱處理時之溫度較佳為100~200℃,更佳為120℃~180℃之範圍內。又,熱處理時間較佳為0.25~10小時,更佳為0.5~8小時。
打線接合步驟係利用接合線14將基板15之端子部(例如內引線)之
尖端與第1半導體晶片12上之電極墊(未圖示)進行電性連接之步驟(參照圖2)。作為接合線14,例如可使用金線、鋁線或銅線等。進行打線接合時之溫度為80~250℃,較佳為80~220℃之範圍內。又,其加熱時間為數秒~數分鐘。接線係於以達到上述溫度範圍內之方式被加熱之狀態下,藉由併用由超音波產生之振動能與由施加加壓所產生之壓接能而進行。
於積層體形成步驟中,以覆蓋半導體晶片12之方式對基板15積層密封樹脂片11。該密封樹脂片11係作為用以自外部環境保護半導體晶片12及其所隨附之元件的密封樹脂而發揮功能。
作為密封樹脂片11之積層方法,並無特別限定,可列舉如下方法:藉由將用以形成密封樹脂片之樹脂組合物之熔融混練物擠出成形,將擠出成形物載置於基板15上並進行壓製,而一次性進行密封樹脂片11之形成與積層之方法;或將用以形成密封樹脂片11之樹脂組合物塗佈於離型處理片材上,使塗佈膜乾燥而形成密封樹脂片11後,將該密封樹脂片11轉印至基板15上之方法等。
於本實施形態中,藉由採用上述密封樹脂片11,於半導體晶片12之被覆中僅憑貼附於基板15上便可將半導體晶片12埋入,而可提高封裝之生產效率。於該情形時,可藉由熱壓或層壓等公知之方法,而將密封樹脂片11積層於基板15上。作為熱壓條件,溫度例如為40~120℃,較佳為50~100℃,壓力例如為50~2500kPa,較佳為100~2000kPa,時間例如為0.3~10分鐘,較佳為0.5~5分鐘。又,若考慮提高密封樹脂片11對半導體晶片12及基板15之密接性及追隨性,則較佳為於減壓條件下(例如10~2000Pa)進行壓製。
於密封步驟中,對上述密封樹脂片11進行熱硬化處理而進行樹脂
密封。關於熱硬化性密封樹脂片之熱硬化處理之條件,作為加熱溫度較佳為100℃至200℃,更佳為120℃至180℃,作為加熱時間較佳為10分鐘至180分鐘,更佳為30分鐘至120分鐘之間,亦可視需要進行加壓。加壓時可採用較佳為0.1MPa至10MPa、更佳為0.5MPa至5MPa。
於本實施形態中,可於密封步驟之後進行將密封樹脂片後硬化之後硬化步驟。於本步驟中,使於上述密封步驟中硬化不足之密封樹脂完全硬化。本步驟中之加熱溫度根據密封樹脂之種類而異,例如為165~185℃之範圍,加熱時間為0.5~8小時左右。藉由經過密封步驟或後硬化步驟,可製作半導體封裝。
最後,於基板15之與半導體晶片12搭載面相反之側之面形成複數個凸塊16。凸塊16可利用焊料球或鍍敷焊料等公知之方法而設置。凸塊之材質並無特別限定,例如可列舉:錫-鉛系金屬材料、錫-銀系金屬材料、錫-銀-銅系金屬材料、錫-鋅系金屬材料、錫-鋅-鉍系金屬材料等焊料類(合金)或金系金屬材料、銅系金屬材料等。
作為搭載於第2封裝上之第2半導體晶片22,並無特別限定,例如可使用記憶體晶片。又,如圖2所示,不僅可搭載1個半導體晶片22,亦可將複數個半導體晶片積層為多階層。經由黏晶膜23將該半導體晶片22固定於基板25上後,利用接合線24將半導體晶片22與基板25電性連接。繼而,以覆蓋半導體晶片22之方式將密封樹脂片21貼合於基板25上,藉由進行密封樹脂片21之熱硬化處理而進行樹脂密封。最後,於基板25之背面(與半導體晶片22之搭載面相反之側之面)形成複數個凸塊26。此時,將凸塊26之高度設置為大於第1封裝上之樹脂密
封部分之高度,以確保支撐空間(封裝間之空間)。該等步驟可與第1封裝之步驟同樣地進行。
第1封裝與第2封裝之積層可使用PoP構造對應之封裝機等公知之裝置進行。此時之回焊步驟之加熱溫度並無特別限定,只要為240~270℃左右即可。
於第1實施形態中,利用黏晶膜進行半導體晶片於基板上之固定,並藉由打線接合而實現兩者間之電性連接,於第2實施形態中,可藉由使用有設置於半導體晶片上之突起電極之覆晶連接而謀求兩者間之固定及電性連接。因此,第2實施形態僅於固定步驟中之固定方式之方面不同於第1實施形態,因此以下主要對該不同點進行說明。
於本實施形態中,於上述固定步驟中,藉由覆晶連接而將第1半導體晶片固定於基板(未圖示)上。於覆晶連接中,第1半導體晶片之電路面成為與基板對向、即倒裝安裝。第1半導體晶片上設置有複數個凸塊等突起電極,突起電極與基板上之電極連接。又,以緩和兩者間之熱膨脹率之差或保護兩者間之空間為目的,於基板與第1半導體晶片之間填充有底部填充材料。
作為連接方法,並無特別限定,可利用先前公知之覆晶接合機進行連接。例如,可使形成於第1半導體晶片上之凸塊等突起電極與被接著於基板之連接墊的接合用之導電材料(焊料等)接觸,一面進行擠壓一面使導電材料熔融,藉此可確保第1半導體晶片與基板之電氣導通,而可將第1半導體晶片固定於基板(覆晶連接)上。一般而言,覆晶連接時之加熱條件為240~300℃,加壓條件為0.5~490N。
作為形成凸塊作為突起電極時之材質,並無特別限定,例如可列舉:錫-鉛系金屬材料、錫-銀系金屬材料、錫-銀-銅系金屬材料、
錫-鋅系金屬材料、錫-鋅-鉍系金屬材料等焊料類(合金)或金系金屬材料、銅系金屬材料等。
作為底部填充材料,可使用先前公知之液態或膜狀之底部填充材料。
作為覆晶連接之態樣,並不限定於第2實施形態中所說明之利用作為突起電極之凸塊所進行之連接,亦可採用利用導電性接著劑組合物所進行之連接或利用將凸塊與導電性接著劑組合物組合而成之突起構造所進行之連接等。再者,於本發明中,只要成為第1半導體晶片之電路面與基板對向而連接之面朝下安裝,則不論突起電極或突起構造等連接形式之差異,均稱為覆晶連接。作為導電性接著劑組合物,可使用使金、銀、銅等導電性填充材料混合至環氧樹脂等熱硬化性樹脂中之先前公知之導電膏等。於使用導電性接著劑組合物之情形時,於將第1半導體晶片搭載至基板上後,於80~150℃下進行0.5~10小時左右之熱硬化處理,藉此可固定第1半導體晶片。
以下,例示性地詳細說明本發明之適宜之實施例。但是,該實施例所記載之材料或調配量等只要無特別之限定性之記載,則並非意在將本發明之範圍僅限定於該等,而僅為單純之說明例。
利用攪拌機將以下之成分摻合,並利用雙軸混練機於120℃下熔融混練2分鐘,繼而自T模擠出,藉此製作厚度200μm之密封樹脂片A。
環氧樹脂:雙酚F型環氧樹脂(新日鐵化學(股份)製造,YSLV-80XY(環氧基當量200g/eq.,軟化點80℃))
5.6重量%
酚系樹脂:具有聯苯芳烷基骨架之酚系樹脂(明和化成公司製造,MEH-7851-SS(羥基當量203g/eq.,軟化點67℃))
5.9重量%
硬化促進劑:作為硬化觸媒之咪唑系觸媒(四國化成工業(股份)製造,2PHZ-PW)
0.2重量%
彈性體(Kaneka(股份)製造,SIBSTAR 072T)
5.0重量%
無機填充劑:球狀熔融二氧化矽粉末(電氣化學工業公司製造,FB-9454FC,平均粒徑19μm)
79.9重量%
矽烷偶合劑:含環氧基之矽烷偶合劑(信越化學工業(股份)製造,KBM-403)
0.1重量%
有機系阻燃劑(伏見製藥所(股份)製造,FP-100)
3.0重量%
碳黑(三菱化學(股份)製造,# 20)
0.3重量%
利用攪拌機將以下之成分摻合,並利用雙軸混練機於120℃下熔融混練2分鐘,繼而自T模擠出,藉此製造厚度200μm之密封樹脂片B。
環氧樹脂:雙酚F型環氧樹脂(新日鐵化學(股份)製造,YSLV-80XY(環氧基當量200g/eq.,軟化點80℃))
7.0重量%
酚系樹脂:具有聯苯芳烷基骨架之酚系樹脂(明和化成公司製造,MEH-7851-SS(羥基當量203g/eq.,軟化點67℃))
7.4重量%
硬化促進劑:作為硬化觸媒之咪唑系觸媒(四國化成工業(股份)製造,2PHZ-PW)
0.2重量%
彈性體(Kaneka(股份)製造,SIBSTAR 072T)
6.3重量%
無機填充劑:球狀熔融二氧化矽粉末(電氣化學工業公司製造,FB-9454FC,平均粒徑19μm)
74.9重量%
矽烷偶合劑:含環氧基之矽烷偶合劑(信越化學工業(股份)製造,KBM-403)
0.1重量%
有機系阻燃劑(伏見製藥所(股份)製造,FP-100)
3.7重量%
碳黑(三菱化學(股份)製造,# 20)
0.3重量%
利用攪拌機將以下之成分摻合,並利用雙軸混練機於120℃下熔融混練2分鐘,繼而自T模擠出,藉此形成厚度200μm之密封樹脂片C。
環氧樹脂:雙酚F型環氧樹脂(新日鐵化學(股份)製造,YSLV-80XY(環氧基當量200g/eq.,軟化點80℃))
8.4重量%
酚系樹脂:具有聯苯芳烷基骨架之酚系樹脂(明和化成公司製造,MEH-7851-SS(羥基當量203g/eq.,軟化點67℃))
8.9重量%
硬化促進劑:作為硬化觸媒之咪唑系觸媒(四國化成工業(股份)製造,2PHZ-PW)
0.3重量%
彈性體(Kaneka(股份)製造,SIBSTAR 072T)
7.6重量%
無機填充劑:球狀熔融二氧化矽粉末(電氣化學工業公司製造,FB-9454FC,平均粒徑19μm)
69.9重量%
矽烷偶合劑:含環氧基之矽烷偶合劑(信越化學工業(股份)製造,KBM-403)
0.1重量%
有機系阻燃劑(伏見製藥所(股份)製造,FP-100)
4.5重量%
碳黑(三菱化學(股份)製造,# 20)
0.3重量%
利用攪拌機將以下之成分摻合,並利用雙軸混練機於120℃下熔融混練2分鐘,繼而自T模擠出,藉此形成厚度200μm之密封樹脂片D。
環氧樹脂:雙酚F型環氧樹脂(新日鐵化學(股份)製造,YSLV-80XY(環氧基當量200g/eq.,軟化點80℃))
3.3重量%
酚系樹脂:具有聯苯芳烷基骨架之酚系樹脂(明和化成公司製造,MEH-7851-SS(羥基當量203g/eq.,軟化點67℃))
3.5重量%
硬化促進劑:作為硬化觸媒之咪唑系觸媒(四國化成工業(股份)製造,2PHZ-PW)
0.1重量%
彈性體(Kaneka(股份)製造,SIBSTAR 072T)
3.0重量%
無機填充劑:球狀熔融二氧化矽粉末(電氣化學工業公司製造,FB-9454FC,平均粒徑19μm)
87.9重量%
矽烷偶合劑:含環氧基之矽烷偶合劑(信越化學工業(股份)製造,KBM-403)
0.1重量%
有機系阻燃劑(伏見製藥所(股份)製造,FP-100)
1.8重量%
碳黑(三菱化學(股份)製造,# 20)
0.3重量%
利用攪拌機將以下之成分摻合,並利用雙軸混練機於120℃下熔融混練2分鐘,繼而自T模擠出,藉此形成厚度200μm之密封樹脂片E。
環氧樹脂:雙酚F型環氧樹脂(新日鐵化學(股份)製造,YSLV-80XY(環氧基當量200g/eq.,軟化點80℃))
11.3重量%
酚系樹脂:具有聯苯芳烷基骨架之酚系樹脂(明和化成公司製造,MEH-7851-SS(羥基當量203g/eq.,軟化點67℃))
11.9重量%
硬化促進劑:作為硬化觸媒之咪唑系觸媒(四國化成工業(股份)製造,2PHZ-PW)
0.4重量%
彈性體(Kaneka(股份)製造,SIBSTAR 072T)
10.1重量%
無機填充劑:球狀熔融二氧化矽粉末(電氣化學工業公司製造,FB-9454FC,平均粒徑19μm)
59.9重量%
矽烷偶合劑:含環氧基之矽烷偶合劑(信越化學工業(股份)製造,KBM-403)
0.1重量%
有機系阻燃劑(伏見製藥所(股份)製造,FP-100)
6.0重量%
碳黑(三菱化學(股份)製造,# 20)
0.3重量%
線膨脹率之測定係使用熱機械分析裝置(Rigaku(股份)公司製造,型號:TMA8310)而進行。具體而言,將各密封樹脂片於150℃下加熱1小時,使之熱硬化,自該硬化物以長度25mm×寬度4.9mm×厚度200μm之樣品尺寸而獲得測定試樣後,將測定試樣設置於膜拉伸測定用夾具上,於拉伸負荷4.9mN、升溫速度10℃/min之條件下進行測定,獲得線膨脹率。又,將相同之測定試樣設置於膜拉伸測定用夾具上,於頻率1Hz、升溫速度10℃/min之條件下測定-50~300℃之溫度區域之拉伸儲存彈性模數及損失彈性模數,藉由算出該測定中之
tanδ(G"(損失彈性模數)/G'(儲存彈性模數))之值而獲得玻璃轉移溫度(Tg)。將結果示於表1。
作為表面翹曲量之測定用之樣品,如圖3所示係使用將矽晶片2經由黏晶膜3而搭載於基板5上,並將基板5之整個面利用密封樹脂片1進行樹脂密封而成之半導體封裝10。
於下述層壓條件下,將黏晶膜貼合於以下規格之半導體晶片上。
半導體晶片尺寸:35mm□(厚度200μm(=0.2mm))
膜尺寸:35mm□(厚度25μm)
製造商:三菱樹脂股份有限公司
製品名:EM-710
層壓溫度:120℃
層壓速度:1000rpm
實施數:1次
另外準備以下規格之乾燥TF-BGA(Thin Fine-Pitch Ball Grid Array,微間距球柵陣列)基板。
製造商:日本Circuit工業
製品名:TFBGA032T(AUS5)
基板尺寸:50mm□(厚度320μm(=0.32mm))
基板材質:BT Resin(Bismaleimide Triazine Resin,雙馬來醯亞
胺-三樹脂)、Cu、Ni、Au、阻焊劑
墊數量:225
墊間距:1000μm
乾燥條件:150℃×3小時,繼而於矽膠(silica gel)之存在下冷卻至常溫
其次,於以下之層壓條件下,將上述半導體晶片貼合於乾燥TF-BGA基板上之後,藉由以下之熱處理使黏晶膜硬化,藉此將半導體晶片安裝至基板上。
層壓溫度:120℃
層壓速度:1000rpm
實施數:2次
熱硬化條件:150℃×1小時
繼而,於下述條件下對所獲得之半導體晶片安裝基板之表面進行電漿處理,而進行表面改質。
動作氣體:氬氣
氣體流量:40cc/min
輸出:100W
照射時間:1分鐘
於以下所示之貼附條件下,藉由真空壓製將密封樹脂片A~E分別貼附於電漿處理後之半導體晶片安裝基板上。此時之基板、黏晶膜及密封樹脂片(內含半導體晶片)之總厚度為750μm。
溫度:90℃
加壓壓力:1.5MPa
真空度:25Torr(3333Pa)
壓製時間:1分鐘
開放至大氣壓後,於150℃、1小時之條件下使密封樹脂片於熱風乾燥機中熱硬化後,於25℃下靜置1小時,藉此製作經過熱處理1之表面翹曲量測定用之半導體封裝。
進而,藉由將經過上述熱處理1之半導體封裝投入至240℃之環境下,而製作熱處理2時之表面翹曲量測定用之半導體封裝。
使用經過上述熱處理1之階段之半導體封裝及經過熱處理2之階段之半導體封裝作為表面翹曲量測定用之樣品,使用溫度可變雷射立體測定器(T-tech(股份)公司製造)測定密封樹脂片之表面中央部(圖4A所示之俯視下之對角線之交點)之高度及表面四角之高度,將密封樹脂片表面中央部之高度與表面四角之差設為表面翹曲量W(參照圖4B及圖4C)。具體而言,如圖4A~圖4C所示,藉由沿著密封樹脂片之2條對角線掃描表面2次,而求出沿著各對角線之表面形狀,藉由求出合計4點之表面四角之高度之平均值與中央部之高度之差,而算出表面翹曲量W。將半導體封裝之表面翹曲量為容許範圍(-0.6mm以上、0.1mm以下)之情形評價為「○」,將翹曲超出該容許範圍之情形評價為「×」。再者,熱處理2所使用之加熱室之上蓋為玻璃製,通過該上蓋,利用雷射而測定240℃之環境下之表面翹曲量。將結果示於表1。
由表1得知,於利用實施例1~3之密封樹脂片所製作之半導體封裝中,樹脂密封時及與回流焊對應之熱處理時之表面翹曲量均較小,密封樹脂片之翹曲得以抑制,因此認為利用該等而製作之半導體封裝可獲得良好之可靠性。另一方面,於比較例1中樹脂密封時之表面翹曲量較大,又,於比較例2中與回流焊對應之熱處理時之翹曲較大,因此認為對於比較例1及2之片材,任一因素之影響增大,所獲得之封裝整體之可靠性便會變差。
11、21‧‧‧熱硬化性密封樹脂片
12‧‧‧第1半導體晶片
13、23‧‧‧黏晶膜
14、24‧‧‧接合線
15、25‧‧‧基板
16、26‧‧‧凸塊
22‧‧‧第2半導體晶片
100‧‧‧半導體封裝
Claims (6)
- 一種熱硬化性密封樹脂片,其以70重量%以上、80重量%以下之含量包含無機填充劑,進行以下之熱處理1及熱處理2時之表面翹曲量分別為-0.6mm以上、0.1mm以下;熱處理1:於經由厚度25μm之黏晶膜而搭載有35mm見方且厚度0.2mm之矽晶片的50mm見方且厚度0.32mm之印刷基板上,以貼合後之總厚度成為0.75mm之方式貼合上述熱硬化性密封樹脂片,於150℃下熱處理1小時而製成密封體後,於25℃下靜置1小時;熱處理2:將經過上述熱處理1之上述密封體進而投入至240℃之環境下。
- 如請求項1之熱硬化性密封樹脂片,其中於150℃下熱處理1小時後之線膨脹率於玻璃轉移溫度以下之溫度下為15ppm/K以上、30ppm/K以下。
- 如請求項1之熱硬化性密封樹脂片,其中上述無機填充劑為二氧化矽粒子。
- 如請求項1至3中任一項之熱硬化性密封樹脂片,其中上述無機填充劑之平均粒徑為0.1μm以上、35μm以下。
- 一種電子零件封裝之製造方法,其包括如下步驟:準備步驟,其係準備搭載有電子零件之安裝基板;積層體形成步驟,其以覆蓋上述電子零件之方式於上述安裝基板上積層如請求項1至4中任一項之熱硬化性密封樹脂片,而形成總厚度0.75mm以下之積層體;及密封步驟,其使上述熱硬化性密封樹脂片熱硬化。
- 如請求項5之電子零件封裝之製造方法,其中於將反覆進行上述準備步驟及上述積層體形成步驟而獲得之複數個積層體積層為多階層後,進行上述密封步驟。
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