TWI620658B - Resin sheet for electronic component sealing, resin sealed semiconductor device, and method for manufacturing resin sealed semiconductor device - Google Patents

Resin sheet for electronic component sealing, resin sealed semiconductor device, and method for manufacturing resin sealed semiconductor device Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可抑制翹曲量之電子零件密封用樹脂片材、可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置、及其製造方法。
本發明係關於一種電子零件密封用樹脂片材，其於含有鎳42重量%之一邊為90mm之正方形且厚度為0.15mm之鐵鎳合金板上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為5mm以下。

Description

電子零件密封用樹脂片材、樹脂密封型半導體裝置及樹脂密封型半導體裝置之製造方法
本發明係關於一種電子零件密封用樹脂片材、樹脂密封型半導體裝置及樹脂密封型半導體裝置之製造方法。
先前，於半導體裝置之製造中，在導線架或電路基板等各種基板上搭載半導體晶片後，以覆蓋半導體晶片等電子零件之方式進行樹脂密封。於以此種方式製造之樹脂密封型半導體裝置中存在如下問題：因密封樹脂與半導體晶片或各種基板之收縮量之差而產生應力，由該應力導致封裝體產生翹曲。
例如，專利文獻1中記載有一種具備含有特定量之無機質填充劑之接著劑層的膜狀接著劑。專利文獻2中記載有一種含有特定量之二氧化矽的膜狀接著劑用組合物。專利文獻3中記載有一種對剝離片材上分別供給經預混合之樹脂成分與經預混合之填充劑成分，進而於該等成分上被覆剝離片材而獲得的片狀接著材料。然而，關於片狀之接著材料，並未充分研究藉由低線膨脹率化而抑制翹曲量。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平10-226769號公報
[專利文獻2]日本專利特開2001-49220號公報
[專利文獻3]日本專利特開2004-346186號公報
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種可抑制翹曲量之電子零件密封用樹脂片材、可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置、及其製造方法。
本案發明者為了解決上述先前問題而進行了研究，結果著眼於含有鎳42重量%之鐵鎳合金板(42合金)之線膨脹率接近於矽晶圓、矽晶片之線膨脹率。並且發現，藉由將使樹脂片材於該鐵鎳合金板上固化後之翹曲量設為特定值以下，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置，從而完成了本發明。
即，本發明係關於一種電子零件密封用樹脂片材，其於含有鎳42重量%之一邊為90mm之正方形且厚度為0.15mm之鐵鎳合金板上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為5mm以下。
本發明之電子零件密封用樹脂片材於特定之鐵鎳合金板上固化後之翹曲量為5mm以下，翹曲量較小。因此，即便於將矽晶圓、矽晶片密封之情形時，翹曲量亦較小，而可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。
較佳為二氧化矽之含量相對於電子零件密封用樹脂片材整體為85~93重量%。藉此，可降低線膨脹率，可良好地抑制固化後之翹曲量。
上述電子零件密封用樹脂片材較佳為藉由混練擠出而製造。
藉由塗佈而製造之高填充有二氧化矽之樹脂片材會於樹脂片材表面發生填料偏析，潤濕性較差，而產生積層不良。根據上述構成，又，可獲得可使二氧化矽良好地分散且可良好地積層之電子零件密封用樹脂片材。
又，高填充有二氧化矽之樹脂容易變為高黏度而難以控制黏性，因此難以藉由塗佈而成形為片狀。根據上述構成，由於藉由混練擠出而製造，故而可容易地成形為片狀，可製成無空隙(氣泡)等之均勻之片材。又，於藉由塗佈而製造之情形時，存在可使用之二氧化矽之粒徑受到限制之傾向，但根據上述構成，可粒徑不受限制地使用二氧化矽。
上述電子零件密封用樹脂片材較佳為於一邊為90mm之正方形且厚度為0.3mm之玻璃布基材環氧樹脂上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為4mm以下。
根據上述構成，於特定之玻璃布基材環氧樹脂上固化後之翹曲量為4mm以下，翹曲量較小。因此，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。
較佳為固化後之線膨脹率於未達固化後之玻璃轉移溫度時為10ppm/K以下。藉此，可良好地抑制翹曲量。
較佳為固化後之線膨脹率於固化後之玻璃轉移溫度以上時為50ppm/K以下。藉此，可良好地抑制翹曲量。
較佳為固化後之玻璃轉移溫度為100℃以上。藉此，可於較廣之溫度區域(特別是直至100℃)抑制固化後之翹曲量。
較佳為於150℃下固化1小時後之拉伸彈性模數於常溫下為2GPa以上。藉此，可獲得耐劃傷性優異且可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。又，較佳為厚度為0.1~0.7mm。
又，本發明係關於一種樹脂密封型半導體裝置，其係使用上述電子零件密封用樹脂片材而獲得。
又，本發明係關於一種樹脂密封型半導體裝置之製造方法，其包括使用上述電子零件密封用樹脂片材進行密封之步驟。
1‧‧‧樹脂片材
2‧‧‧試驗板
3‧‧‧試驗片
10‧‧‧角部
20‧‧‧角部10與桌子之上表面30之距離
30‧‧‧桌子之上表面
圖1係表示翹曲量之測定中所使用之樹脂片材之圖。
圖2係表示翹曲量之測定中所使用之試驗板之圖。
圖3係表示試驗片之圖。
本發明之樹脂片材於含有鎳42重量%之一邊為90mm之正方形且厚度為0.15mm之鐵鎳合金板上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為5mm以下。
本發明之樹脂片材較佳為包含環氧樹脂、及酚樹脂。藉此可獲得良好之熱固化性。
作為環氧樹脂，並無特別限定。例如可使用三苯基甲烷型環氧樹脂、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、苯氧基樹脂等各種環氧樹脂。該等環氧樹脂可單獨使用，亦可併用兩種以上。
就確保環氧樹脂之固化後之韌性及環氧樹脂之反應性之觀點而言，較佳為環氧當量為150~250且軟化點或熔點為50~130℃的在常溫下為固態之環氧樹脂，其中，就可靠性之觀點而言，較佳為三苯基甲烷型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂。
酚樹脂只要為與環氧樹脂之間發生固化反應者，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、二環戊二烯型酚樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、可溶酚醛樹脂等。該等酚樹脂可單獨使用，亦可併用兩種以上。
作為酚樹脂，就與環氧樹脂之反應性之觀點而言，較佳為使用羥基當量為70~250且軟化點為50~110℃者，其中，就固化反應性較高之觀點而言，可較佳地使用苯酚酚醛清漆樹脂。又，就可靠性之觀點而言，亦可較佳地使用如苯酚芳烷基樹脂或聯苯芳烷基樹脂之類的 低吸濕性者。
關於環氧樹脂與酚樹脂之調配比例，就固化反應性之觀點而言，較佳為以相對於環氧樹脂中之環氧基1當量使酚樹脂中之羥基之合計成為0.7~1.5當量之方式進行調配，更佳為0.9~1.2當量。
環氧樹脂及酚樹脂之合計含量相對於樹脂成分整體較佳為50~85重量%。該合計含量更佳為70重量%以上。若為50重量%以上，則可良好地獲得對半導體晶片、導線架、玻璃布基材環氧樹脂等之接著力。
本發明之樹脂片材亦可包含熱塑性樹脂。於包含熱塑性樹脂之情形時，可獲得良好之柔軟性、可撓性。
作為熱塑性樹脂，可列舉：天然橡膠、丁基橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚丁二烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、熱塑性聚醯亞胺樹脂、6-尼龍或6,6-尼龍等聚醯胺樹脂、苯氧基樹脂、丙烯酸系樹脂、PET(polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)或PBT(polybutylene terephthalate，聚對苯二甲酸丁二酯)等飽和聚酯樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、或氟樹脂等。又，亦可列舉苯乙烯-異丁烯-苯乙烯嵌段共聚物等。該等熱塑性樹脂可以單獨使用或併用兩種以上而使用。其中，就耐濕性之觀點而言，較佳為苯乙烯-異丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
熱塑性樹脂相對於樹脂成分整體之含量較佳為30重量%以下。若相對於樹脂成分整體之熱塑性樹脂之含量為30重量%以下，則可良好地獲得對半導體晶片、導線架、玻璃布基材環氧樹脂等之接著力。該含量之下限並無特別限定，例如為15重量%以上。
就可降低固化物之線膨脹率之方面而言，本發明之樹脂片材較佳為使用二氧化矽(二氧化矽粉末)，於二氧化矽粉末中，更佳為使用 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、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。其中，就通常之零件高度與成型厚度而言，較佳為使用平均粒徑為10~30μm之範圍者，尤佳為使用平均粒徑為15~25μm之範圍者。
再者，平均粒徑例如可藉由如下方式而導出：使用自母集團中任意抽選之試樣，並利用雷射繞射散射式粒度分佈測定裝置進行測定。
二氧化矽之含量相對於樹脂片材整體較佳為85~93重量%，更佳為86~92重量%，進而較佳為87~90重量%。若二氧化矽之含量為85重量%以上，則可獲得線膨脹較低且可靠性優異之樹脂組合物。另一方面，若二氧化矽之含量為93重量%以下，則可獲得流動性優異之樹脂組合物。
本發明之樹脂片材較佳為包含固化促進劑。固化促進劑只要為促進固化者，則並無特別限定，但就固化性與保存性之觀點而言，可較佳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、咪唑系化合物。
固化促進劑之含量較佳為相對於樹脂成分100重量份為0.1~5重量份。
(其他成分)
本發明之樹脂片材較佳為包含阻燃劑成分。藉此，可降低因零件短路或發熱等而起火時之燃燒擴大。作為阻燃劑組成成分，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。就可以相對較少之添加量發揮出阻燃性之方面、或成本之觀點而言，較佳為使用氫氧化鋁或氫氧化鎂，尤佳為使用氫氧化鋁。
再者，本發明之樹脂片材中，除上述各成分以外，亦可視需要適當地調配以碳黑為代表之顏料、矽烷偶合劑等其他添加劑。
本發明之樹脂片材可利用通常之方法而製造，較佳為藉由混練擠出而製造。藉此，可獲得可使二氧化矽良好地分散且可良好地積層之樹脂片材。又，可容易地成形為片狀，可製成無空隙(氣泡)等之均勻之片材。又，可粒徑不受限制地使用二氧化矽。
作為藉由混練擠出進行製造之方法，例如可列舉藉由利用混合輥(mixing roll)、加壓式捏合機、擠出機等公知之混練機對上述各成分進行熔融混練而製備混練物，對所獲得之混練物進行擠出而成形為片狀的方法等。作為混練條件，溫度較佳為上述之各成分之軟化點以上，例如為30~150℃，若考慮環氧樹脂之熱固性，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。
藉由擠出成形使所獲得之混練物成形，藉此可獲得樹脂片材。 具體而言，不使熔融混練後之混練物冷卻而直接於高溫狀態下進行擠出成形，藉此可成形樹脂片材。作為此種擠出方法，並無特別限制，可列舉：T模擠出法、輥壓延法、輥混練法、共擠出法、壓延成形法等。作為擠出溫度，較佳為上述之各成分之軟化點以上，若考慮環氧樹脂之熱固性及成形性，則例如為40~150℃，較佳為50~140℃，進而較佳為70~120℃。藉由以上方式可成形樹脂片材。
本發明之樹脂片材於含有鎳42重量%之一邊為90mm之正方形且厚度為0.15mm之鐵鎳合金板上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為5mm以下，翹曲量較小。因此，可獲得樹脂之線膨脹量接近半導體晶片之線膨脹量且可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該翹曲量較佳為4mm以下。
於本發明中，該翹曲量係利用實施例中所記載之方法而測定。
再者，關於藉由加熱壓製而調整為厚度0.2mm之方法，於樹脂片材之厚度未達0.2mm之情形時，只要以如下方式進行調整即可，即積層複數個樹脂片材而製作厚度為0.2mm以上之積層體，並對該積層體進行加熱壓製，藉此將厚度調整為0.2mm。
本發明之樹脂片材較佳為於一邊為90mm之正方形且厚度為0.3mm之玻璃布基材環氧樹脂上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為4mm以下。若於玻璃布基材環氧樹脂上固化後之翹曲量為上述範圍內，則可獲得可靠性更高之樹脂密封型半導體裝置。
於本發明中，該翹曲量可利用實施例中所記載之方法測定。
再者，關於藉由加熱壓製而調整為厚度0.2mm之方法，於樹脂片材之厚度未達0.2mm之情形時，只要以如下方式進行調整即可，即積層複數個樹脂片材而製作厚度為0.2mm以上之積層體，並對該積層體進行加熱壓製，藉此將厚度調整為0.2mm。
本發明之樹脂片材之固化後之玻璃轉移溫度較佳為100℃以上，更佳為120℃以上。藉此，可於較廣之溫度區域內抑制固化後之翹曲量。再者，玻璃轉移溫度可利用實施例中所記載之方法進行測定。
本發明之樹脂片材較佳為固化後之線膨脹率於未達固化後之玻璃轉移溫度時為10ppm/K以下。若為10ppm/K以下，則線膨脹率較小，可良好地抑制翹曲量。
本發明之樹脂片材較佳為固化後之線膨脹率於固化後之玻璃轉移溫度以上時為50ppm/K以下。若為50ppm/K以下，則線膨脹率較小，可良好地抑制翹曲量。
再者，線膨脹率可利用實施例中所記載之方法進行測定。
本發明之樹脂片材較佳為於150℃下固化1小時後之拉伸彈性模數於常溫下為2GPa以上。若為2GPa以上，則可獲得耐傷性優異且可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。
再者，於本說明書中，常溫係指25℃。拉伸彈性模數可利用實施例中所記載之方法進行測定。
本發明之樹脂片材之厚度並無特別限定，較佳為0.1~0.7mm。樹脂片材之厚度更佳為0.2mm以上。又，樹脂片材之厚度更佳為0.5mm以下。若為上述範圍內，則可良好地密封電子零件。又，藉由將樹脂片材製成薄型，可降低發熱量，變得不易引起固化收縮。其結果，可降低封裝體翹曲量，可獲得可靠性更高之樹脂密封型半導體裝置。
以此種方式獲得之樹脂片材可以單層構造使用，亦可以積層成2層以上之多層構造之積層體之形式使用。
本發明之樹脂片材可用於半導體晶圓、半導體晶片、電容器、電阻等電子零件之密封。其中，可較佳地用於半導體晶圓、半導體晶片之密封，可更佳地用於矽晶圓、矽晶片之密封。
作為密封方法，並無特別限定，可利用先前公知之方法進行密封。例如可列舉以覆蓋基板上之電子零件之方式載置未固化之樹脂片材，使樹脂片材熱固化而進行密封的方法。作為基板，可列舉玻璃布基材環氧樹脂等。
藉由此種方法獲得之樹脂密封型半導體裝置於對安裝有電子零件之基板進行密封並使樹脂片材固化後之翹曲量較小，可靠性較高。
實施例
以下，使用實施例對本發明進行詳細說明，但本發明只要不超出其主旨，則並不限定於以下實施例。又，於各示例中，只要無特別說明，則“份”均為重量基準。
對實施例中所使用之成分進行說明。
環氧樹脂：新日鐵化學公司製造之YSLV-80XY(雙酚F型環氧樹脂)
酚樹脂：明和化成公司製造之MEH7851SS(苯酚伸聯苯)
彈性體(熱塑性樹脂)：Kaneka公司製造之SIBSTER 072T(聚苯乙烯-聚異丁烯系樹脂)
球狀熔融二氧化矽：電氣化學工業公司製造之FB-9454FC(熔融球狀二氧化矽，截取粒徑54μm，平均粒徑20μm)
矽烷偶合劑：信越化學公司製造之KBM-403(3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷)
碳黑：三菱化學公司製造之#20
阻燃劑(有機系)：伏見製藥所製造之FP-100(磷腈酸苯酯)
觸媒：四國化成工業公司製造之2PHZ-PW(咪唑系觸媒)
對實施例中使用之試驗板進行說明。
42合金：日立金屬公司製造之42合金YEF42(含有鎳42重量%之一邊為90mm之正方形且厚度為0.15mm之鐵鎳合金板)(硬度為210Hv，拉伸強度為640N/mm2，30~200℃下之平均線膨脹率為4.3×10-6/℃)
FR-4：松下電工公司製造之玻璃環氧多層材料(FR-4)R-1766(一邊為90mm之正方形且厚度為0.3mm之玻璃布基材環氧樹脂)
<樹脂片材之製作>
依據表1中記載之調配比，利用雙軸混練機將各成分於60~120℃下混練10分鐘，製備混練物。其次，對上述混練物進行擠出成形，獲得樹脂片材。
使用所獲得之樹脂片材進行下述評價。將結果示於表1。
<翹曲量之測定>
使用圖1~3，對翹曲量之測定方法進行說明。
圖1係表示翹曲量之測定中所使用之樹脂片材1之圖。
圖2係表示翹曲量之測定中所使用之試驗板2之圖。
圖3係表示試驗片3之圖。
(試驗片3之製作)
首先，將一邊為90mm之正方形且厚度為0.25mm之樹脂片材1於試驗板2(42合金或FR-4)上加熱壓製成厚度0.2mm。
加熱壓製係使用瞬時真空積層裝置(平行平板壓製)[MIKADO TECHNOS公司製造，VS008-1515]，於樹脂黏度成為5000Pa．s以下之溫度區域(90℃)內且20Torr之減壓環境下進行。
加熱壓製後，利用裁刀將自試驗板2中溢出之樹脂去除，利用150℃之熱風循環乾燥機(ESPEC公司製造之STH-120)使樹脂片材1固化1小時。固化後，於室溫(25℃)下冷卻1小時，而獲得試驗片3。
(翹曲量之測定)
如圖3所示，放置於水平之桌上，利用尺子對試驗片3之角測定其距桌上之垂直距離(試驗片之四個角浮起之狀態)。對試驗片3所具有之四個位置之角部10測定距離20，並求出其平均值。將所求出之距離20之平均值設為翹曲量。
再者，樹脂黏度係利用TA Instruments公司製造之黏彈性測定裝置ARES(測定條件：測定溫度範圍40℃~175℃，升溫速度10℃/min，頻率1Hz)進行測定。
<線膨脹率、玻璃轉移溫度之測定>
使寬度4.9mm、長度25mm、厚度0.2mm之樹脂片材於150℃下固化1小時。將固化後之樹脂片材放置在TMA8310(Rigaku公司製造)上，於拉伸荷重4.9mN、升溫速度10℃/min下測定線膨脹率、玻璃轉移溫度。
<拉伸彈性模數之測定>
使寬度10mm、長度30mm、厚度0.4mm之樹脂片材於150℃下固化1小時。將固化後之樹脂片材放置在RSA-2(TA Instruments公司製造)上，於頻率1Hz、升溫速度10℃/min下測定拉伸彈性模數。
如表1所示，於實施例1~3中，獲得了使用42合金之試驗片之翹曲量之平均值為5mm以下之樹脂片材。
實施例1~3係使用初始厚度為0.25mm之樹脂片材1。再者，確認到即便於使用初始厚度為1mm之樹脂片材之情形時，使用42合金之試驗片之翹曲量之平均值及使用FR-4之試驗片之翹曲量之平均值亦成為與使用初始厚度為0.25mm之樹脂片材1之情況相同之結果。根據該結果可明確，只要使用初始厚度為0.2mm以上之樹脂片材，則無論初始厚度如何，使用42合金之試驗片之翹曲量之平均值及使用FR-4之試驗片之翹曲量之平均值均成為相同之結果。

Claims (11)

  1. 一種電子零件密封用樹脂片材，其於含有鎳42重量%之一邊為90mm之正方形且厚度為0.15mm之鐵鎳合金板上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為5mm以下。
  2. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其中二氧化矽之含量相對於電子零件密封用樹脂片材整體為85~93重量%。
  3. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其係藉由混練擠出而製造。
  4. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其於一邊為90mm之正方形且厚度為0.3mm之玻璃布基材環氧樹脂上加熱壓製成厚度0.2mm並於150℃下固化後的翹曲量為4mm以下。
  5. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其中固化後之線膨脹率於未達固化後之玻璃轉移溫度時為10ppm/K以下。
  6. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其中固化後之線膨脹率於固化後之玻璃轉移溫度以上時為50ppm/K以下。
  7. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其中固化後之玻璃轉移溫度為100℃以上。
  8. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其中於150℃下固化1小時後之拉伸彈性模數於常溫下為2GPa以上。
  9. 如請求項1之電子零件密封用樹脂片材，其厚度為0.1~0.7mm。
  10. 一種樹脂密封型半導體裝置，其係使用如請求項1至9中任一項之樹脂片材而獲得。
  11. 一種樹脂密封型半導體裝置之製造方法，其包括使用如請求項1至9中任一項之樹脂片材進行密封之步驟。
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