TWI623561B - 用於封裝半導體裝置的組成物及使用其封裝的半導體裝置 - Google Patents

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Abstract

本文揭露一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物。所述環氧樹脂組成物包含無機填充劑，其中所述無機填充劑包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料。

Description

用於封裝半導體裝置的組成物及使用其封裝的半導體裝置
本發明是有關於一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，以及一種使用環氧樹脂組成物封裝的半導體裝置。
為了保護半導體裝置使其免受諸如濕氣、機械衝擊及其類似者的外部環境影響，在商業上已進行使用環氧樹脂組成物來封裝半導體裝置。近年來，隨著對薄的小尺度攜帶型數位裝置的普遍使用，半導體裝置的整合密度愈來愈得到改良，從而使得能夠高密度堆疊半導體晶片。在樹脂封裝的半導體設備中（其中這種高密度堆疊的半導體裝置封裝於緊湊的且薄的封裝件中），可能歸因於在操作期間產生的熱而頻繁發生封裝件故障及開裂。為了解決此問題，韓國專利公開案第2007-0069714號提議使用散熱片，然而，此技術可能僅適用於一些封裝件，且歸因於額外製程而具有生產率劣化及高成本的問題。
另外，隨著半導體封裝件變得輕、薄及小型化，半導體封裝件歸因於構成封裝件的半導體晶片、引線框架以及用於封裝的環氧樹脂組成物之間的熱膨脹係數的差異而遭受翹曲。
因此，需要一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其展現極佳的熱耗散及撓曲性質。
【技術問題】
本發明的一個目標是提供一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其展現極佳的熱耗散及撓曲強度且高度耐受熱衝擊，以及一種使用環氧樹脂組成物封裝的半導體裝置。
本發明的另一個目標是提供一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其展現極佳的熱導率，而不會遭受流動性、熱膨脹係數、撓曲模數以及濕氣吸收率的劣化。
上述及其它目標可根據下文描述的本發明而達成。 【技術解決方案】
本發明的一個態樣是有關於一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物。
在一個實施例中，用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物包含環氧樹脂、固化劑以及無機填充劑，其中無機填充劑包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料。
奈米材料可具有10奈米至500奈米的平均粒徑。
奈米材料可包含奈米線、奈米棒、奈米管以及奈米帶中的至少一者。
在奈米材料中，矽（Si）與鋁（Al）的莫耳比可在0.1:1至5:1的範圍內。
奈米材料可由式8來表示： Al2 O3 ∙(SiO2 )x ∙y(H2 O) （其中x在0.5至5的範圍內，且y在1至10的範圍內）。
奈米材料可具有5 W/mK至30 W/mK的熱導率。
奈米材料可具有5平方米/公克至100平方米/公克的比表面積。
奈米材料可具有7至9的pH值。
奈米材料可由二氧化矽（SiO2 ）及氧化鋁（Al2 O3 ）形成。
在奈米材料中，二氧化矽（SiO2 ）與氧化鋁（Al2 O3 ）的莫耳比可在0.5:1至5:1的範圍內。
在另一實施例中，奈米材料可具有以下結構：其中一或多個二氧化矽（SiO2 ）層及一或多個氧化鋁（Al2 O3 ）層堆疊於彼此之上。
奈米材料可包含具有1奈米至300奈米的內徑、20奈米至310奈米的外徑以及0.1微米至20微米的長度的奈米管。
就固體含量而言，奈米材料可按0.01重量%至40重量%的量存在於組成物中。
無機填充劑可包含以下各者中的至少一者：具有大於或等於0.1微米且小於或等於4微米的平均粒徑的氧化鋁；具有大於4微米且小於或等於10微米的平均粒徑的氧化鋁；以及具有大於10微米且小於或等於30微米的平均粒徑的氧化鋁。
在另一實施例中，環氧樹脂組成物可更包含固化促進劑、偶合劑以及著色劑中的至少一者。
環氧樹脂組成物可具有3 W/mK至10 W/mK的熱導率，如在25℃下對熱導率標本（ASTM D5470）所量測，所述標本是藉由在以下條件下使用轉移模製機將環氧樹脂組成物射出模製而製備：175℃的模具溫度、9 MPa的注入負載，以及120秒的固化時間。
本發明的另一態樣是有關於一種半導體裝置。
在一個實施例中，半導體裝置可使用如上文所闡述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物中的任一者來封裝。 【有利效應】
本發明提供一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其展現極佳的熱耗散及撓曲強度、高度耐受熱衝擊，且展現極佳的熱導率，而不會遭受流動性、熱膨脹係數、撓曲模數以及濕氣吸收率的劣化，以及一種使用環氧樹脂組成物封裝的半導體裝置。
如本文所使用，術語「奈米材料」是指具有奈米尺度平均粒徑的材料。
如本文所使用，術語「平均粒徑」是指在含水或有機溶劑中使用英國馬爾文儀器Zetasizer Nano ZS量測的奈米材料的粒徑，且藉由Z-平均值來表達。
如本文所使用，術語「內徑」及「外徑」分別是指奈米管的內徑及外徑。
根據本發明的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物包含環氧樹脂、固化劑以及無機填充劑，其中無機填充劑包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料。
環氧樹脂
在本發明中，環氧樹脂不受特別限制，只要是常用於封裝半導體裝置的環氧樹脂即可。具體言之，環氧樹脂可為具有兩個或大於兩個環氧基的環氧化合物。此環氧樹脂的實例可包含藉由酚或烷基酚與羥基苯甲醛的縮合物的環氧化獲得的環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、多官能環氧樹脂、萘酚酚醛清漆型環氧樹脂、雙酚A/雙酚F/雙酚AD的酚醛清漆型環氧樹脂、雙酚A/雙酚F/雙酚AD的縮水甘油醚、雙羥基聯苯環氧樹脂、二環戊二烯環氧樹脂等。
舉例而言，環氧樹脂可包含多官能環氧樹脂、苯酚芳烷基型環氧樹脂以及聯苯型環氧樹脂中的至少一者。多官能環氧樹脂可為由式1表示的多官能環氧樹脂，苯酚芳烷基型環氧樹脂可為由式2表示的具有含聯苯衍生物的酚醛清漆結構的苯酚芳烷基型環氧樹脂，且聯苯型環氧樹脂可為由式3表示的聯苯型環氧樹脂。 [式1]其中R1、R2、R3、R4及R5各自獨立地為氫原子或C1 至C6 烷基，R6及R7各自獨立地為氫原子、甲基或乙基，且a為自0至6的整數。
具體言之，R1、R2、R3、R4及R5可各自獨立地為氫、甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第三丁基、戊基或己基，且R6及R7可為氫，但不限於此。
具體言之，多官能環氧樹脂可為三酚烷烴型環氧樹脂，諸如三酚甲烷型環氧樹脂、三酚丙烷型環氧樹脂及其類似者。 [式2]其中b平均而言在1至7的範圍內。 [式3]其中R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14及R15各自獨立地為C1 至C4 烷基，且c平均而言在0至7的範圍內。
有利的是，由式1表示的多官能環氧樹脂可減少封裝件變形，且就快速可固化性、潛熱以及保存性而言具有極佳的性質，同時在固化及黏附之後展現極佳的強度。
有利的是，由式2表示的苯酚芳烷基型環氧樹脂具有具苯酚骨幹的聯苯結構，且因此展現極佳的吸濕性、韌性、抗氧化性及抗裂性。另外，苯酚芳烷基型環氧樹脂具有低交聯密度，且因此在於高溫下燃燒時形成碳層（焦化），藉此確保某種程度的阻燃性。由式3表示的聯苯型環氧樹脂可有利地增強樹脂組成物的流動性及可靠性。
這些環氧樹脂可獨立地或以其組合形式使用。另外，環氧樹脂可以藉由前述環氧樹脂與諸如固化劑、固化促進劑、脫模劑、偶合劑以及應力緩解劑的其它組分的預反應獲得的加合物的形式使用。另外，為了改良抗濕性可靠性，需要環氧樹脂為含有低量氯離子、鈉離子以及其它離子雜質（諸如，熔融母料）的環氧樹脂。
在一些實施例中，環氧樹脂可包含呈以下重量比的由式2表示的苯酚芳烷基型環氧樹脂及由式3表示的聯苯型環氧樹脂：約0.2:1至約5:1，具體言之約0.4:1至約3:1，更具體言之約0.5:1至約2:1的重量比。當苯酚芳烷基型環氧樹脂與聯苯型環氧樹脂的混合比率滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物就以下各者而言可展現極佳的性質：吸濕性、抗氧化性，以及抗裂性與流動性之間的平衡。
環氧樹脂可按約0.1重量%至約15重量%、具體言之約0.1重量%至約10重量%、更具體言之約0.1重量%至約5重量%的量存在於用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物中。當環氧樹脂的量滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物可進一步展現增強的黏附力及強度。
固化劑
固化劑可包含用於封裝半導體裝置的任何典型的固化劑，且較佳為含有至少兩個反應性基團的固化劑。
固化劑的實例可包含苯酚芳烷基型苯酚樹脂、苯酚酚醛清漆型苯酚樹脂、新酚（xylok）型苯酚樹脂、甲酚酚醛清漆型苯酚樹脂、萘酚型苯酚樹脂、萜型苯酚樹脂、多官能苯酚樹脂、二環戊二烯苯酚樹脂、由雙酚A及甲酚合成的酚醛清漆型苯酚樹脂、包含三(羥苯基)甲烷及二羥基聯苯的多價苯酚化合物、包含順丁烯二酸酐（maleic anhydride）及鄰苯二甲酸酐的酸酐，以及芳香族胺，諸如間苯二胺（metaphenylene diamine）、二胺基二苯基甲烷以及二胺基二苯碸，但不限於此。
舉例而言，固化劑可包含苯酚酚醛清漆型苯酚樹脂、新酚型苯酚樹脂、苯酚芳烷基型苯酚樹脂以及多官能苯酚樹脂中的至少一者。苯酚酚醛清漆型苯酚樹脂可為（例如）由式4表示的苯酚酚醛清漆型苯酚樹脂，且苯酚芳烷基型苯酚樹脂可為（例如）如由式5表示的分子中含有聯苯衍生物的酚醛清漆結構的苯酚芳烷基型苯酚樹脂。另外，新酚型苯酚樹脂可為（例如）由式6表示的新酚型苯酚樹脂，且多官能苯酚樹脂可為（例如）由式7表示的含有重複單元的多官能苯酚樹脂。 [式4]其中d在1至7的範圍內。 [式5]其中e平均而言在1至7的範圍內。 [式6]其中f平均而言在0至7的範圍內。 [式7]其中g平均而言在1至7的範圍內。
由式4表示的苯酚酚醛清漆型苯酚樹脂具有按短間隔隔開的交聯點，且因此在與環氧樹脂起反應時展現高交聯密度。因此，其固化產物可展現增加的玻璃轉移溫度，且因此展現減小的線性膨脹係數，籍此抑止半導體裝置封裝件的翹曲。由式5表示的苯酚芳烷基型酚醛樹脂與環氧樹脂起反應從而形成碳層（焦化），從而阻擋周圍環境中的熱量及氧氣，藉此提供阻燃性。由式6表示的新酚型苯酚樹脂可有利地增強樹脂組成物的流動性及可靠性。由式7表示的含有重複單元的多官能苯酚樹脂可有利地增強環氧樹脂組成物於高溫下的撓曲性質。
這些固化劑可獨立地或以其組合形式使用。另外，固化劑可以藉由使上述固化劑與諸如環氧樹脂、固化促進劑、脫模劑、偶合劑以及應力緩解劑（諸如，熔融母料）的其它組分進行預反應獲得的加合物的形式使用。
固化劑可按0.1重量%至13重量%、較佳0.1重量%至10重量%、更佳0.1重量%至8重量%的量存在於用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物中。在此範圍內，環氧樹脂組成物在固化之後可展現極佳固化程度及強度。
可根據半導體封裝件所需的機械性質及抗濕性可靠性來調整環氧樹脂與固化劑的混合比率。舉例而言，環氧樹脂與固化劑的化學當量比可在約0.95至約3的範圍內，具體言之在約1至約2的範圍內，更具體言之在1至約1.75的範圍內。當環氧樹脂與固化劑的混合比率滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物在固化之後可展現極佳強度。
無機填充劑
無機填充劑可包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料。
無機填充劑中包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料，以使熱耗散最大化。為了增強環氧樹脂組成物的熱耗散性質，已提議增加具有高熱導率的氧化鋁的含量。然而，此情形可能使得環氧樹脂組成物的流動性劣化，因此導致失效，諸如金線的翹曲。當環氧樹脂組成物包含含有矽及氧化鋁的奈米材料時，環氧樹脂可展現極佳的熱耗散性質，而不會遭受流動性的劣化。
含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料可具有約10奈米至約500奈米、具體言之約20奈米至約450奈米、更具體言之約20奈米至約400奈米的平均粒徑。當奈米材料的平均粒徑滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物可進一步展現增強的熱耗散及撓曲強度。
在含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料中，矽（Si）與鋁（Al）的莫耳比可在約0.1:1至約5:1的範圍內，具體言之在約0.2:1至約3:1的範圍內，更具體言之在約0.25:1至約2:1的範圍內，甚至更具體言之在約0.4:1至約1.5:1的範圍內。當矽與鋁的莫耳比滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物可有利地進一步展現增加的熱導率。
舉例而言，含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料可由式8來表示： [式8] Al2 O3 ∙(SiO2 )x ∙y(H2 O) 其中x在0.5至5的範圍內，且y在1至10的範圍內。具體言之，x可在1至3的範圍內，更具體言之在1.5至2.5的範圍內。另外，y可在1至5的範圍內，具體言之在1至4的範圍內。在此範圍內，環氧樹脂組成物可有利地展現增加的熱導率。
奈米材料可由二氧化矽（SiO2 ）及氧化鋁（Al2 O3 ）形成，且具有層狀結構。舉例而言，奈米材料可具有以下結構：其中一或多個二氧化矽（SiO2 ）層及一或多個氧化鋁（Al2 O3 ）層堆疊於彼此之上。此處，在奈米材料中，二氧化矽（SiO2 ）與氧化鋁（Al2 O3 ）的莫耳比可在約0.5:1至5:1的範圍內，具體言之在約1:1至3:1的範圍內，更具體言之在約1.5:1至2.5:1的範圍內。在此範圍內，環氧樹脂組成物可有利地展現增加的熱導率。
含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料可具有約5 W/mK至約30 W/mK、具體言之約10 W/mK至約25 W/mK、更具體言之約10 W/mK至約20 W/mK的熱導率。當奈米材料的熱導率滿足上述範圍時，奈米材料可有利地增強環氧樹脂組成物的熱耗散性質，同時防止組成物的流動性的劣化。
含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料可具有約5平方米/公克至約100平方米/公克、具體言之約10平方米/公克至約80平方米/公克、更具體言之約20平方米/公克至約50平方米/公克的比表面積。當奈米材料的比表面積滿足上述範圍時，奈米材料可進一步提供增強的熱耗散。
含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料可具有7至9、具體言之7至8.5的pH值。在此範圍內，可防止環氧樹脂組成物發生鋁（Al）與矽（Si）的氧化。此處，在以下製程之後量測pH值：其中將2公克的含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料置放至容器中，且接著對容器填充100公克超純水，後接續在100℃下煮沸歷時24小時。
可以奈米線、奈米棒、奈米管、奈米帶或其組合的形式製備含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料。奈米線可具有約50微米至約250微米、具體言之約70微米至約100微米的長度。奈米棒可具有約20奈米至約200奈米、具體言之約40奈米至約100奈米的粒徑、約50奈米至約1,500奈米、具體言之約70奈米至約1,000奈米的長度。奈米帶可具有約10奈米至500奈米、具體言之約20奈米至約450奈米、更具體言之約20奈米至約400奈米的平均粒徑。當奈米材料的大小滿足上述範圍時，奈米材料可有利地增強環氧樹脂組成物的熱耗散性質，同時改良組成物的撓曲強度。
具體言之，奈米材料可為奈米管。奈米管可具有約1奈米至約300奈米、具體言之約5奈米至約250奈米的內徑、約20奈米至約310奈米、具體言之約20奈米至約150奈米的外徑，以及約0.1微米至約20微米、具體言之約0.1微米至約10微米、更具體言之約0.1微米至約5微米的長度。在此狀況下，環氧樹脂組成物可藉助於奈米材料的大的表面積進一步提供增強的熱耗散。
以無機填充劑的總重量計，奈米材料可按約0.01重量%至約45重量%、具體言之約0.01重量%至約40重量%、更具體言之約0.01重量%至約30重量%的量存在。另外，就固體含量而言，奈米材料可按約0.01重量%至約40重量%、具體言之約0.01重量%至約30重量%、更具體言之約0.01重量%至約25重量%的量存在於環氧樹脂組成物中。當奈米材料的含量滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物可進一步展現增強的機械性質，諸如熱耗散、撓曲強度以及其類似者，以及流動性。
無機填充劑可包含第二無機材料以及奈米材料。第二無機材料不同於奈米材料且可為任何典型的無機填充劑。第二無機材料的實例可包含氧化鋁、熔融二氧化矽、含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料、結晶二氧化矽、氮化鋁、氮化硼、鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、錳鋅鐵氧體、碳酸鈣、碳酸鎂、氧化鎂、泥土、滑石、矽酸鈣、氧化鈦、氧化銻以及玻璃纖維。舉例而言，第二無機材料可包含以下各者中的至少一者：具有0.1微米至100微米的平均粒徑的氮化鋁、具有0.1微米至100微米的平均粒徑的氮化硼、具有0.1微米至100微米的平均粒徑的二氧化矽，以及具有0.1微米至100微米的平均粒徑的鐵氧體，具體言之，具有0.1微米至100微米的平均粒徑的鎳鋅鐵氧體以及具有0.1微米至100微米的平均粒徑的錳鋅鐵氧體。這些材料可獨立地或按其混合物的形式來使用。
氮化硼具有極佳的熱導率，且因此在增強需要良好熱耗散的電源模組封裝件（諸如，TO-3PF及TO-220F）的可靠性方面有效，且在封裝件的樹脂封裝方面有效。就樹脂組成物的流動性、可模製性、熱耗散性質、機械強度以及可靠性而言，以下情形是想要的：以環氧樹脂組成物的總重量計，氮化硼按約0.5重量%至約10重量%、具體言之約1重量%至7重量%、更具體言之約2重量%至約5重量%的量存在。可在製備環氧樹脂組成物中分別添加氮化硼，或可在先溶解及分散於環氧樹脂的熔融物或用於其均勻分散液的固化劑中之後，將氮化硼添加至組成物（例如，按熔融母料（melt master batch；MMB）的形式）。
在一些實施例中，無機填充劑可更包含氧化鋁。此處，氧化鋁可具有約15 W/mK至約40 W/mK、具體言之約20 W/mK至約30 W/mK、更具體言之約25 W/mK至約30 W/mK的熱導率。當使用具有滿足上述範圍的熱導率的氧化鋁時，可能進一步增強環氧樹脂組成物的熱耗散。
儘管氧化鋁的形狀及粒徑不受特別限制，但氧化鋁可為具有約0.1微米至約50微米、具體言之約0.5微米至約30微米的平均粒徑的球形氧化鋁。當使用具有滿足上述範圍的平均粒徑的氧化鋁時，環氧樹脂組成物在半導體裝置的封裝模製中可展現極佳的流動性。
另外，氧化鋁可為具有不同的平均粒徑的氧化鋁粒子的混合物。舉例而言，可藉由將以下各者混合來製備氧化鋁：按氧化鋁混合物的總重量計，40重量%至93重量%的具有大於10微米且小於或等於30微米的平均粒徑的氧化鋁、5重量%至50重量%的具有大於4微米且小於或等於10微米的平均粒徑的氧化鋁，以及1重量%至30重量%的具有大於或等於0.1微米且小於或等於4微米的平均粒徑的氧化鋁。藉由此氧化鋁混合物，環氧樹脂組成物可進一步展現增強的熱耗散、撓曲強度以及耐熱衝擊。
以無機填充劑的總重量計，氧化鋁混合物可按40重量%至99.99重量%的量存在。當氧化鋁混合物的含量滿足上述範圍時，環氧樹脂組成物可進一步展現增強的機械性質，諸如熱耗散、撓曲強度及其類似者，以及可模製性。在另一實施例中，無機填充劑可更包含具有低線性膨脹係數的熔融二氧化矽，以減少環氧樹脂組成物的應力。熔融二氧化矽是指具有2.3或更小的真比重的非晶形二氧化矽。熔融二氧化矽可包含藉由使結晶二氧化矽熔融而生產或自各種材料合成的非晶形二氧化矽。儘管熔融二氧化矽的形狀及粒徑不受特別限制，但無機填充劑可為包含以下各者的熔融二氧化矽混合物：50重量%至99重量%的具有約5微米至約30微米的平均粒徑的球形熔融二氧化矽，以及1重量%至50重量%的具有0.001微米至1微米的平均粒徑的球形熔融二氧化矽。藉由此熔融二氧化矽混合物，樹脂組成物可有利地展現極佳的流動性。較佳地，以無機填充劑的總重量計，熔融二氧化矽混合物按40重量%至100重量%的量存在。在此範圍內，樹脂組成物的固化產物可展現極佳的可模製性、低應力性質以及機械性質。另外，可取決於樹脂組成物的所要用途，將熔融二氧化矽的最大粒徑調整為45微米、55微米以及75微米中的任一者。球形熔融二氧化矽可在其表面上包含呈外來物質形式的導電碳。在此狀況下，需要選擇具有極少極性外來物質的材料。
奈米材料與第二無機材料的重量比可在約1:10,000至2:1、具體言之約1:1,000至1:1的範圍內。在此範圍內，環氧樹脂組成物可進一步展現增強的熱耗散性質、諸如撓曲強度的機械性質，以及流動性。
用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物可更包含固化促進劑、偶合劑以及著色劑中的至少一者。
固化促進劑
固化促進劑用以促成環氧樹脂與固化劑之間的反應。固化促進劑的實例可包含三級胺、有機金屬化合物、有機磷化合物、咪唑化合物、硼化合物及其類似者。三級胺的實例包含苯甲基二甲胺、三乙醇胺、三伸乙基二胺（triethylenediamine）、二甲胺基乙醇、三(二甲胺基甲基)苯酚、2,2-(二甲胺基甲基)苯酚、2,4,6-三(二胺基甲基)苯酚（2,4,6-tris(diaminomethyl)phenol），以及三-2-乙基己酸的鹽。
有機金屬化合物的實例包含乙醯丙酮鉻（chromium acetylacetonate）、乙醯丙酮鋅（zinc acetylacetonate）以及乙醯丙酮鎳（nickel acetylacetonate）。有機磷化合物的實例包含三(4-甲氧基)膦、四丁基溴化鏻、四苯基溴化鏻（tetraphenylphosphonium bromide）、苯膦（phenylphosphine）、二苯膦、三苯膦、三苯膦三苯基硼烷（triphenylphosphine triphenylborane）以及三苯膦-1,4-苯醌加合物。咪唑化合物的實例包含2-苯基-4-咪唑、2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-胺基咪唑、2-甲基-1-乙烯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑以及2-十七基咪唑（heptadecylimidazole）。硼化合物的實例包含四苯鏻-四苯基硼酸鹽、三苯膦四苯基硼酸鹽、四苯基硼鹽、三氟硼烷-正己胺、三氟硼烷單乙胺、四氟硼烷三乙胺以及四氟硼烷胺。另外，可使用1,5-二氮雙環[4.3.0]壬-5-烯（1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene，DBN）、1,8-二氮雙環[5.4.0]十一碳-7-烯（1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene，DBU）以及苯酚酚醛清漆樹脂鹽。
具體言之，關於固化促進劑，可獨立地或以其組合形式使用有機磷化合物、硼化合物以及胺或咪唑固化促進劑。另外，固化促進劑可以藉由使這些化合物與環氧樹脂或固化劑進行預反應獲得的加合物的形式使用。
以環氧樹脂組成物的總重量計，固化促進劑可按約0.01重量%至約2重量%、具體言之約0.02重量%至約1.5重量%、更具體言之約0.05重量%至約1重量%的量存在。在此範圍內，固化促進劑可促成環氧樹脂組成物的固化，同時確保良好的固化程度。
偶合劑
用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物可更包含偶合劑。偶合劑可為矽烷偶合劑。矽烷偶合劑不受特別限制，只要矽烷偶合劑與環氧樹脂及無機填充劑起反應，從而增強環氧樹脂與無機填充劑之間的界面的強度即可。舉例而言，偶合劑可為環氧矽烷、胺基矽烷、脲基矽烷、巰基矽烷或其類似者。這些偶合劑可獨立地或以其組合形式使用。
以環氧樹脂組成物的總重量計，偶合劑可按約0.01重量%至約5重量%、較佳約0.05重量%至約3重量%、更佳約0.1重量%至約2重量%的量存在。在此範圍內，環氧樹脂組成物在固化之後可展現增強的強度。
著色劑
著色劑可用於對用於半導體裝置的封裝材料進行雷射標記。
著色劑可包含氮化鈦及鈦黑（titanium black）的混合物。在所述混合物中，氮化鈦可按40重量%至80重量%的量存在，且鈦黑可按20重量%至60重量%的量存在。在此範圍內，環氧樹脂組成物可防止在雷射標記期間發生標記失效、煙灰（soot）形成及其類似者。
氮化鈦及鈦黑的混合物可按40重量%至100重量%的量存在於著色劑中。在此範圍內，環氧樹脂組成物可防止在雷射標記期間發生標記失效、煙灰形成及其類似者。
氮化鈦可具有約50奈米至150奈米的平均粒徑，且鈦黑可具有約50奈米至約150奈米的平均粒徑。在此範圍內，著色劑展現較高分散性，藉此避免聚結。
氮化鈦及鈦黑的混合物可按大於0重量%且小於或等於6重量%的量存在，例如，0.5重量%至5.0重量%。在此範圍內，環氧樹脂組成物可成功地被雷射標記，甚至在使用低輸出雷射的情況下亦展現極佳的可標記性，且防止在雷射標記期間形成煙灰。
除氮化鈦及鈦黑的混合物之外，著色劑可更包含以下各者中的至少一者：鹼式磷酸銅（dicopper hydroxide phosphate）、氧化鐵、雲母以及碳黑。
鹼式磷酸銅可增強雷射可標記性，減少歸因於碳黑的使用而形成的煙灰，且改良樹脂組成物的可靠性及可模製性。
鹼式磷酸銅可具有約100公克/莫耳至約500公克/莫耳的重量平均分子量。當鹼式磷酸銅的重量平均分子量滿足上述範圍時，有可能增強環氧樹脂組成物的雷射可標記性以及改良組成物的可靠性及可模製性。
另外，鹼式磷酸銅可具有約500公克/升至約700公克/升的容積密度（bulk density）。當鹼式磷酸銅的容積密度滿足上述範圍時，有可能增強環氧樹脂組成物的雷射可標記性以及改良組成物的可靠性及可模製性。
鹼式磷酸銅可具有約1微米至5微米的平均粒徑（d50）。在此範圍內，鹼式磷酸銅可用於環氧樹脂組成物中。
鹼式磷酸銅可藉由Cu3 (PO4 )2 ·Cu(OH)2 來表示。關於鹼式磷酸銅，可使用可購得的產品（諸如，Fabulase 322）。
鹼式磷酸銅可按約0重量%至0.25重量%的量存在於環氧樹脂組成物中，例如，大於0重量%且小於或等於0.25重量%，例如，約0.05重量%至0.25重量%的量存在於環氧樹脂組成物中。在此範圍內，鹼式磷酸銅可增強環氧樹脂組成物的雷射可標記性，且達成與典型碳黑相當的標記性質。
氧化鐵是藉由鐵的氧化獲得，且並未限制鐵的氧化數。舉例而言，氧化鐵可為FeO3 、Fe2 O3 及其類似者。
氧化鐵可按約0重量%至1.5重量%的量存在於環氧樹脂組成物中，例如，大於0重量%且小於或等於1.5重量%，例如，約0.1重量%至2重量%的量存在於環氧樹脂組成物中。在此範圍內，氧化鐵可增強環氧樹脂組成物的雷射可標記性且達成與典型碳黑相當的標記性質。
雲母可按約0重量%至1.5重量%的量存在於環氧樹脂組成物中，例如，大於0重量%且小於或等於1.5重量%，例如，約0.1重量%至2重量%。在此範圍內，雲母可增強環氧樹脂組成物的雷射可標記性且達成與典型碳黑相當的標記性質。
氧化鐵及雲母的混合物可按約0重量%至1.5重量%的量存在於環氧樹脂組成物中，例如，大於0重量%且小於或等於1.5重量%，例如，約0.3重量%至1.5重量%。在此範圍內，所述混合物可增強環氧樹脂組成物的雷射可標記性且達成與典型碳黑相當的標記性質。
碳黑可按約0重量%至1.5重量%的量存在於環氧樹脂組成物中，例如，大於0重量%且小於或等於1.5重量%，例如，約0.1重量%至1.5重量%。在此範圍內，碳黑並不影響其它著色劑的雷射標記性質，同時不會導致雷射標記期間的煙灰形成。
氧化鐵、雲母以及碳黑的混合物可按約0重量%至1.6重量%的量存在於環氧樹脂組成物中，例如，大於0重量%且小於或等於1.6重量%，例如，約0.1重量%至1.6重量%。在此範圍內，所述混合物並不影響其它著色劑的雷射標記性質，同時不會導致雷射標記期間的煙灰形成。
著色劑可按約0.05重量%至約4.0重量%的量存在於環氧樹脂組成物中。在此範圍內，有可能避免環氧樹脂組成物的不充分標記，防止歸因於雷射標記期間的煙灰形成而產生可標記性的劣化，且防止樹脂組成物的電導率的劣化。
另外，在需要時，在不影響本發明的目標的情況下，根據本發明的環氧樹脂組成物可更包含脫模劑，諸如高級脂肪酸、高級脂肪酸金屬鹽以及酯蠟；應力緩解劑，諸如經修飾的矽酮油、矽酮粉末以及矽酮樹脂；以及抗氧化劑，諸如四[亞甲基-3-(3,5-二-第三丁基-4-羥基苯基)丙酸酯]甲烷。
關於使用前述組分製備環氧樹脂組成物的通用方法，存在一種方法，其中使用亨舍爾混合器（Henschel mixer）或羅迪格混合器（Lödige mixer）將預定量的組分均勻並且充分地混合，後接續使用輥筒研磨機或捏合機進行熔融捏合，且接著冷卻並粉碎，藉此獲得最終粉末產品。
關於使用根據本發明獲得的環氧樹脂組成物來封裝半導體裝置的方法，大體上可使用低壓轉移模製。然而，應理解，亦可使用射出模製或鑄造來進行環氧樹脂組成物的模製。藉由前述方法，可將環氧樹脂組成物塗覆至銅引線框架（例如，鍍銀的銅引線框架）、鎳合金引線框架、藉由將包含鎳及鈀的材料預先電鍍至前述引線框架上並接著在其上電鍍銀（Ag）及金（Au）中的至少一者而獲得的引線框架、PCB及其類似者，以封裝半導體裝置，藉此製造半導體設備。
藉由根據本發明的實施例的環氧樹脂組成物封裝的半導體裝置展現極佳的熱耗散及撓曲強度。具體言之，用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物具有約3 W/mK至約10 W/mK、具體言之約3.8 W/mK至約8 W/mK、更具體言之約3.9 W/mK至約7.5 W/mK的熱導率，如在25℃下對熱導率標本（ASTM D5470）所量測，所述熱導率標本是藉由在以下條件下使用轉移模製機將環氧樹脂組成物射出模製而製備：175℃的模具溫度、9 MPa的注入負載，以及120秒的固化時間。在此範圍內，半導體裝置展現極佳的熱耗散性質。
在下文中，將參考一些實例更詳細地描述本發明。應理解，提供這些實例僅用於說明，且不應以任何方式解釋為限制本發明。
另外，為了清楚起見，將省略熟習此項技術者顯而易見的細節的描述。
實例 （A）環氧樹脂 （a1）聯苯型環氧樹脂：使用由日本環氧樹脂生產的YX-4000H。 （a2）苯酚芳烷基型環氧樹脂：使用由日本化藥生產的NC-3000。 （B）固化劑 （b1）多官能苯酚樹脂：使用由明和化學（Meiwa Chem）生產的MEH-7500-3S。 （b2）苯酚芳烷基型苯酚樹脂：使用由明和化學生產的MEH-7851-SS。 （b3）苯酚酚醛清漆型苯酚樹脂：使用由明和化學生產的H-4。 （C）固化促進劑：使用由四國化學（Shikoku Chemical）生產的2-苯基-4-甲基咪唑（2P4MHZ）。 （D）偶合劑：使用由智索公司（CHISSO Corporation）生產的環氧矽烷（A-187）。 （E）無機填充劑 （e1）關於無機填充劑，使用包含以下各者的混合物：70重量%的具有15微米的平均粒徑的氧化鋁（DAB-10SI，日本電氣化學有限公司（DENKA Co., Ltd.））、20重量%的具有7微米的平均粒徑的氧化鋁（DAB-10FC，日本電氣化學有限公司）、9重量%的具有1微米的平均粒徑的氧化鋁（ASFP-20，日本電氣化學有限公司），以及1重量%的奈米管1（PNT-01，蚌埠鑫源材料技術公司，式：Al2 O3 ∙(SiO2 )2 ∙2.5(H2 O)，內徑：40奈米，外徑：100奈米，長度：3微米，比表面積：35.2平方米/公克，熱導率：15 W/mK，Si與Al的莫耳比：1:1，pH值：7.93）。 （e2）除了以下情形以外，使用與（e1）相同的混合物：混合物包含5重量%的具有1微米的平均粒徑的氧化鋁以及15重量%的奈米管1。 （e3）除了以下情形以外，使用與（e1）相同的混合物：混合物並不包含具有1微米的平均粒徑的氧化鋁而包含10重量%的奈米管1。 （e4）除了以下情形以外，使用與（e3）相同的混合物：混合物包含65重量%的具有15微米的平均粒徑的氧化鋁及15重量%的奈米管1。 （e5）除了以下情形以外，使用與（e1）相同的混合物：混合物包含奈米管2（PNT-X2，蚌埠鑫源材料技術公司，式：Al2 O3 ∙SiO2 ∙0.5(H2 O)，內徑：120奈米，外徑：250奈米，長度：6微米，比表面積：12.3平方米/公克，熱導率：19 W/mK，Si與Al的莫耳比：1:2，pH值：8.56），代替奈米管1。 （e6）除了以下情形以外，使用與（e1）相同的混合物：混合物包含奈米管3（PNT-X3，蚌埠鑫源材料技術公司，式：Al2 O3 ∙(SiO2 )4 ∙4.5(H2 O)，內徑：90奈米，外徑：130奈米，長度：4.5微米，比表面積：17.6平方米/公克，熱導率：11 W/mK，Si與Al的莫耳比：2:1，pH值：6.93），代替奈米管1。 （e7）除了以下情形以外，使用與（e1）相同的混合物：混合物並不包含前述奈米管，而包含10重量%的具有1微米的平均粒徑的氧化鋁。 （e8）除了以下情形以外，使用與（e7）相同的混合物：混合物包含65重量%的具有15微米的平均粒徑的氧化鋁以及25重量%的具有7微米的平均粒徑的氧化鋁。 （e9）除了以下情形以外，使用與（e7）相同的混合物：混合物包含15重量%的具有7微米的平均粒徑的氧化鋁以及15重量%的具有1微米的平均粒徑的氧化鋁。表 1 氧化鋁1：具有15微米的平均粒徑的氧化鋁（DAB-10SI，日本電氣化學有限公司） 氧化鋁2：具有7微米的平均粒徑的氧化鋁（DAB-10FC，日本電氣化學有限公司） 氧化鋁3：具有1微米的平均粒徑的氧化鋁（ASFP-20，日本電氣化學有限公司） 奈米管1：由蚌埠鑫源材料技術公司生產的PNT-01（式：Al2 O3 • (SiO2 )2 ∙2.5(H2 O)，內徑：40奈米，外徑：100奈米，長度：3微米，比表面積：35.2平方米/公克，熱導率：15 W/mK，Si與Al的莫耳比：1:1，pH值：7.93） 奈米管2：由蚌埠鑫源材料技術公司生產的PNT-X2（式：Al2 O3 ∙SiO2 ∙0.5(H2 O)，內徑：120奈米，外徑：250奈米，長度：6微米，比表面積：12.3平方米/公克，熱導率：19 W/mK，Si與Al的莫耳比：1:2，pH值：8.56） 奈米管3：由蚌埠鑫源材料技術公司生產的PNT-X3（式：Al2 O3 ∙(SiO2 )4 ∙4.5(H2 O)，內徑：90奈米，外徑：130奈米，長度：4.5微米，比表面積：17.6平方米/公克，熱導率：11 W/mK，Si與Al的莫耳比：2:1，pH值：6.93） （F）著色劑 碳黑：使用由三菱化學（Mitsubishi Chemical）生產的MA-600B。 （G）脫模劑：使用巴西棕櫚蠟（Carnauba wax）。
實例 1 至實例 6 及比較實例 1 至比較實例 3
按如表1中所列舉的量稱取上述組分並且使用亨舍爾混合器（KSM-22，錦星機械有限公司（Keum Sung Machinery Co., Ltd.）在25℃至30℃下均勻混合30分鐘，後接續使用連續捏合機在高達110℃的溫度下熔融捏合30分鐘，且接著冷卻至10℃至15℃的溫度並粉碎，藉此製備用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物。表 2
藉由以下方法評估實例及比較例中製備的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物中的每一者的物理性質。結果展示於表3中。
性質評估方法
評估以下性質，結果展示於表3中。 （1）螺旋流動（吋）：將環氧樹脂組成物注入至模具中以用於根據EMMI-1-66在以下各條件下使用低壓轉移模製機量測螺旋流動：175℃的模具溫度、70千克力/平方公分的注入壓力、9 MPa的注入負載，以及90秒的固化時間，後接續量測流動長度較高值指示較好的流動性。 （2）熱導率：在25℃下根據ASTM D5470對用於評估的標本量測熱導率。 （3）熱膨脹係數：根據ASTM D696量測熱膨脹係數。 （4）撓曲強度及撓曲模數：根據ASTM D790製備標準標本，在175℃下置於烘箱（JEIO技術公司）中固化達4小時，且接著使用UTM對固化標本量測撓曲強度及撓曲模數。 （5）濕氣吸收率：根據ASTM D792製備標準標本，在175℃下置於烘箱（JEIO技術公司）中固化達4小時，且接著使用壓力釜測試儀（pressure cooker tester；PCT）對固化標本量測濕氣吸收率。 （6）熱衝擊測試（評估開裂及分層）：將經受預處理（其中使封裝件在腔室中在30℃及60%相對濕度下經受濕氣移除製程達192小時以及經受紅外回焊處理（日本脈衝實驗室公司（Japan Pulse Laboratories Inc.））三次）的多晶片封裝件（由4個NAND快閃晶片構成且藉由使用按壓模具（Secron有限公司（Secron Co., Ltd.））在175℃下模製達120秒製備而成的0.55毫米厚封裝件）保留在-65℃下達10分鐘，保留在25℃下達10分鐘，且保留在150℃下達10分鐘。在執行此程序達500個循環之後，使用非破壞性檢查設備SAT評估封裝件的內部及外部開裂及分層。總計測試240個封裝件。 （7）熱耗散的評估：將組裝的四邊扁平封裝件（quad flat package；QFP）保留在烘箱（JEIO技術公司）中在195℃下達1,008小時，且接著經由操作測試評估封裝件是否正常操作（或發生故障）。總計測試256個封裝件。表 3
如表3中所展示，在實例中製備的且包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料的樹脂組成物具有極佳的熱耗散性質及撓曲強度、高度耐受熱衝擊，且展現極佳的熱導率，而不會遭受流動性、熱膨脹係數以及濕氣吸收率的劣化。相反地，可見：在比較實例中製備的且不包含含有矽（Si）及鋁（Al）的奈米材料的樹脂組成物展現減小的撓曲強度，易受熱衝擊，且具有不良的熱耗散性質。
應理解，本發明不限於上述實施例及隨附圖式，且熟習此項技術者可在不脫離本發明的精神及範疇的情況下做出各種修改、變化以及更改。因此，應理解，這些實施例及隨附圖式僅作為說明而給出且不應以任何方式解釋為限制本發明。
無。
無。

Claims (18)

  1. 一種用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，包括：環氧樹脂、固化劑以及無機填充劑，其中所述無機填充劑包括氧化鋁以及含有矽(Si)及鋁(Al)的奈米材料，且所述奈米材料包括奈米線、奈米棒、奈米管以及奈米帶中的至少一者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料具有10奈米至500奈米的平均粒徑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料中的矽(Si)與鋁(Al)的莫耳比在0.1：1至5：1的範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料由式8表示：[式8]Al2O3．(SiO2)x．y(H2O)其中x在0.5至5的範圍內，且y在1至10的範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料具有5W/mK至30W/mK的熱導率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料具有5平方米/公克至100平方米/公克的比表面積。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料具有7至9的pH值。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料是由二氧化矽(SiO2)及氧化鋁(Al2O3)形成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料中的二氧化矽(SiO2)與氧化鋁(Al2O3)的莫耳比在0.5：1至5：1的範圍內。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料具有以下結構：其中一或多個二氧化矽(SiO2)層及一或多個氧化鋁(Al2O3)層堆疊於彼此之上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述奈米材料包括具有1奈米至300奈米的內徑、20奈米至310奈米的外徑以及0.1微米至20微米的長度的奈米管。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中就固體含量而言，所述奈米材料以0.01重量%至40重量%的量存在於所述環氧樹脂組成物中。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述無機填充劑包括具有大於或等於0.1微米且小於或等於4微米的平均粒徑的所述氧化鋁。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述無機填充劑包括具有大於4微米且小於或等於10微米的平均粒徑的所述氧化鋁。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中所述無機填充劑包括具有大於10微米且小於或等於30微米的平均粒徑的所述氧化鋁。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，更包括：固化促進劑、偶合劑以及著色劑中的至少一者。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物，其中在25℃下對熱導率的標本(ASTM D5470)進行量測，所述環氧樹脂組成物具有3W/mK至10W/mK的熱導率，所述標本是藉由在以下條件下使用轉移模製機將所述環氧樹脂組成物射出模製而製備：175℃的模具溫度、9MPa的注入負載，以及120秒的固化時間。
  18. 一種半導體裝置，其使用如申請專利範圍第1項至第17項中任一項所述的用於封裝半導體裝置的環氧樹脂組成物來封裝。
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