TWI796293B - 半導體密封用環氧樹脂組成物及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

半導體密封用環氧樹脂組成物及半導體裝置之製造方法 Download PDF

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Abstract

一種半導體密封用環氧樹脂組成物，用於對半導體晶片(30)或密封半導體晶片(30)而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊(20)進行密封，半導體密封用環氧樹脂組成物含有環氧樹脂、酚樹脂硬化劑及填充材料，填充材料的含量相對於該半導體密封用環氧樹脂組成物總量為75質量%以上93質量%以下，於260℃測定之該半導體密封用環氧樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數為60MPa以上500MPa以下。

Description

半導體密封用環氧樹脂組成物及半導體裝置之製造方法
本發明係有關一種半導體密封用環氧樹脂組成物及半導體裝置的製造方法。
作為半導體晶片的密封製程例如有以下者。
專利文獻1中，記載有將模具內設為減壓下且進行壓縮成形，藉此將半導體晶片進行樹脂密封之方法。專利文獻2中，記載有使用將密封用成形材料設為厚度3.0mm以下的顆粒(pellet)狀或片狀者之方法。專利文獻3中，記載有向模穴(cavity)供給顆粒狀樹脂組成物，熔融樹脂組成物，浸漬半導體晶片，進行硬化，藉此將該半導體晶片進行密封之方法。
專利文獻1：日本特開2000-021908號公報
專利文獻2：日本特開2006-216899號公報
專利文獻3：日本特開2004-216558號公報
近年來，有關半導體封裝體的小型化及薄型化之要求日益變高。鑑於該種情況，提出有對經由凸塊高度大於規定高度(數10μm左右)的較大的錫銲凸塊搭載於基板上之半導體晶片進行密封而形成之半導體裝 置。依前述半導體裝置，不僅能夠減少半導體封裝體之安裝面積，並且由於將半導體晶片和基板分開而配置，因此還能夠降低因雙方的熱膨脹係數差產生之應力的影響。然而，本發明人等發現使用習知之半導體密封材料製作之上述半導體裝置在電連接可靠性這一觀點上具有如下課題。
第一課題係，在將使用習知之半導體密封材料製作之上述半導體裝置加熱之情況下，在該半導體裝置產生略微的翹曲，結果發生電連接不良。
第二課題係，在將使用習知之半導體密封材料製作之上述半導體裝置加熱之情況下，產生焊料溢料(solder flash)，結果發生電連接不良。
依據以上，本發明提供一種用於製作電連接可靠性優異之半導體裝置而有用之半導體密封用環氧樹脂組成物及使用該組成物之半導體裝置的製造方法。
依本發明，提供一種半導體密封用樹脂組成物，其用於對半導體晶片或密封前述半導體晶片而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封，前述半導體密封用樹脂組成物含有：環氧樹脂；酚樹脂硬化劑；及填充材料，前述填充材料的含量相對於該半導體密封用環氧樹脂組成物總量為75質量%以上93質量%以下，於260℃測定之該半導體密封用環氧樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數為60MPa以上500MPa以下。
再者，依本發明，提供一種半導體裝置的製造方法，其包含：準備上述半導體密封用環氧樹脂組成物之步驟；及使用前述半導體密封用環氧樹脂組成物，對半導體晶片或密封前述半導體晶片而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封之步驟。
依本發明，能夠提供一種用於製作電連接可靠性優異之半導體裝置而有用之半導體密封用環氧樹脂組成物及使用該組成物之半導體裝置的製造方法。
10‧‧‧基板
20‧‧‧錫銲凸塊
30‧‧‧半導體晶片
40‧‧‧密封材料
50‧‧‧元件
上述之目的及其他目的、特徵及優點，依據以下敘述之較佳實施形態及從屬於此之以下圖式變得更加明確。
圖1係表示本實施形態之半導體裝置的一例之圖。
以下利用圖式對實施形態進行說明。再者，於所有圖式中，對相同的構成要件附加相同的符號並適當省略說明。又，本說明書中，若對於“~”沒有附加說明，則表示從以上至以下。
<半導體密封用環氧樹脂組成物>
本實施形態之半導體密封用環氧樹脂組成物(以下還稱作本樹脂組成物)係，用於對半導體晶片或密封上述半導體晶片而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封者。並且，前述本樹脂組成物係採用如下構成者，該構成包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑及填充材料，填充材料的含量相對於該半導體密封用環氧樹脂組成物總量為75質量%以 上93質量%以下，於260℃測定之該半導體密封用環氧樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數為60MPa以上500MPa以下。藉此，能夠改善對經由凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊搭載於基板上之半導體晶片進行密封而形成之半導體裝置的電連接可靠性。
亦即，本樹脂組成物係採用滿足所有以下三個條件之構成者。
第一條件係設想用於對凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊及半導體晶片或密封上述半導體晶片而形成之半導體封裝體進行密封。
第二條件係設為在作為必需成分包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑及填充材料之樹脂組成物中，填充材料的含量相對於前述樹脂組成物總量成為75質量%以上93質量%以下者。
第三條件係設為在作為必需成分包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑及填充材料之樹脂組成物中，於260℃測定之該樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數成為60MPa以上500MPa以下者。
本發明人等發現，在使用具備了滿足所有上述之三個條件之構成之本樹脂組成物製作了半導體裝置之情況下，能夠抑制在所獲得之半導體裝置上發生翹曲或焊料溢料等不良狀況，因此，結果能夠改善電連接可靠性。
關於該點，在後述的實施例中，示出實施例1~6和比較例1~4的比較資料。
圖1係表示本實施形態之半導體裝置的一例之圖。
本樹脂組成物例如能夠使用於形成圖1所示的半導體裝置中具備之密封材料40。換言之，本樹脂組成物能夠使用於形成具備凸塊高度為100μm 以上之錫銲凸塊20及半導體晶片30之半導體裝置的密封材料40。又，本樹脂組成物可以為了對半導體晶片30及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封而使用，亦可以為了對密封半導體晶片30而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封而使用。
其中，在圖1中，作為本實施形態之半導體裝置，例示有如下SIP(系統級封裝體(System in Package))，亦即其在形成有電路圖案之基板10的一面上，表面安裝構成系統之裸晶片(bare chip)狀的主動元件、或如晶片電容、晶片電阻、晶片電感器等被動元件這樣的複數個元件50，並且對搭載了上述之元件50之區域進行密封而作為封裝體。然而，本實施形態之半導體裝置只要係滿足上述之條件者，則可以為如POP(封裝體堆疊封裝體(Package on Package))等任何形態的封裝體結構。
並且，本樹脂組成物為採用如下構成者，該構成作為必需成分包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑及填充材料，並且以成為上述填充材料的含量相對於該樹脂組成物總量為75質量%以上93質量%以下之摻合組成的方式進行控制，但是，78質量%以上92質量%以下為較佳，79質量%以上91質量%以下為進一步較佳。藉此，能夠提高使用本樹脂組成物形成之密封材料40的低吸濕性及低熱膨脹性，因此，結果能夠提高具備凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20及半導體晶片30之半導體裝置的電連接可靠性。又，將填充材料的含量設為上述數值範圍內，藉此能夠提高成形時的流動性，因此，結果能夠將對具備凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20及半導體晶片30之半導體裝置的樹脂填充性設為良好者。
從相同觀點而言，樹脂組成物中的填充材料的含量相對於樹脂組成物 總量為75質量%以上，78質量%以上為較佳，79質量%以上為進一步較佳，又，為93質量%以下，92質量%以下為較佳，91質量%以下為進一步較佳。
又，本樹脂組成物係，在將設為上述之摻合組成為前提的基礎上，於260℃測定之該樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數成為60MPa以上500MPa以下的方式進行控制者。藉此，能夠有效防止由於因半導體晶片30和基板10的熱膨脹係數的差異產生之應力(界面熱應力)，產生密封材料40的界面剝離或龜裂。因此，依本樹脂組成物，能夠成品率良好地製作電連接可靠性優異之半導體裝置。再者，習知之半導體密封用環氧樹脂組成物中，大部分為於260℃測定之樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數超過1GPa者。又，本樹脂組成物之上述熱時彈性模數為60MPa以上500MPa以下，但是70MPa以上480MPa以下為較佳，100MPa以上450MPa以下為進一步較佳，藉此，除了能夠提高具備凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20之半導體裝置的電連接可靠性，還能夠提高機械耐久性。再者，於260℃測定之樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數能夠藉由依照JIS K-6911之三點彎曲法進行測定。
從相同觀點而言，樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數為60MPa以上，70MPa以上為較佳，100MPa以上為進一步較佳，又，為500MPa以下，480MPa以下為較佳，450MPa以下為進一步較佳。
在此，25℃以上玻璃轉變溫度(Tg)以下的溫度區域中的本樹脂組成物的硬化物的線膨脹係數為20ppm/℃以下為較佳，18ppm/℃以下更為佳，15ppm/℃以下為進一步較佳。藉此，能夠減少隨著對本樹脂組成物進行密封成形而獲得之密封材料40的冷卻引起的收縮量(應變)本身，因 此，作為結果，能夠減少因該密封材料40與半導體晶片30和基板10的線膨脹係數的差異產生之應力所帶來的影響，從而獲得電連接可靠性優異之半導體封裝體。
對上述平均線膨脹係數的下限值並無特別限定，但是例如可以設為1ppm/℃以上。
又，本樹脂組成物的硬化物的玻璃轉變溫度(Tg)為120℃以上為較佳，125℃以上為進一步較佳，130℃以上更為佳。藉此，能夠提高半導體裝置的電連接可靠性。另一方面，上述玻璃轉變溫度(Tg)的上限值例如可以設為200℃以下，亦可以設為195℃以下，亦可以設為190℃以下，還可以設為145℃以下。藉此，能夠提高半導體裝置的機械耐久性。
又，本樹脂組成物於175℃的熔融黏度為2Pa‧S以上10Pa‧S以下為較佳，3Pa‧S以上9.5Pa‧S以下為進一步較佳，4Pa‧S以上9Pa‧S以下更為佳。5.5Pa‧S以上9Pa‧S以下為進一步更較佳，5.5Pa‧S以上7Pa‧S以下為特佳。藉此，關於在基板10上搭載了凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20之半導體裝置，亦能夠不產生未填充區域或空隙，就藉由本樹脂組成物進行密封成形。亦即，本樹脂組成物於175℃的熔融黏度在上述數值範圍內之情況下，能夠進一步提高樹脂填充性。
從相同的觀點而言，樹脂組成物於175℃的熔融黏度為2Pa‧S以上為較佳，3Pa‧S以上為進一步較佳，4Pa‧S以上更為佳，5.5Pa‧S以上為進一步更較佳，又，10Pa‧S以下為較佳，9.5Pa‧S以下為進一步較佳，9Pa‧S以下更為佳，7Pa‧S以下為進一步更較佳。
又，本樹脂組成物中，將來自於環氧樹脂之環氧基數設為 EP，且將來自於酚樹脂硬化劑之酚性羥基數設為OH時，EP/OH的值為1以上2以下為較佳，1.1以上1.7以下為進一步較佳。藉此，能夠成品率良好地製作翹曲較小，且在阻燃性、耐濕可靠性及連接可靠性這些觀點上優異之半導體裝置。
又，上述EP/OH的值能夠藉由以下式計算出。
式：EP/OH=(A/B)÷(C/D)
A：環氧樹脂相對於樹脂組成物總量之含量
B：樹脂組成物中所含之環氧樹脂的環氧基當量
C：酚樹脂硬化劑相對於樹脂組成物總量之含量
D：樹脂組成物中所含之酚樹脂硬化劑的羥基當量
又，關於上述EP/OH的值，從能夠成品率良好地製作翹曲較小，且在阻燃性、耐濕可靠性及連接可靠性這些點上優異之半導體裝置之觀點而言，1以上為較佳，1.1以上為進一步較佳，又，2以下為較佳，1.7以下為進一步較佳。
其中，作為使用了本樹脂組成物之半導體裝置的密封成形方法，可舉出轉注成形法、壓縮成形法、射出成形法等。其中，從將本樹脂組成物的填充性設為良好之觀點而言，採用轉注成形法或壓縮成形法為較佳。因此，從作業性的觀點而言，本樹脂組成物的形態係，加工成粉粒狀、顆粒狀、錠狀或片狀者為較佳。
又，本實施形態之半導體裝置中具備之密封材料40可以係藉由使用本樹脂組成物對半導體晶片30進行密封而製作所希望的結構體(半導體封裝體)之後(一次密封)，藉由同時對上述結構體和凸塊高度為 100μm以上之錫銲凸塊20進行密封(二次密封)而形成者，亦可以係無需進行上述之一次密封，而藉由對凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20及半導體晶片30進行一次性密封而形成者。
接著，對本實施形態之半導體密封用環氧樹脂組成物的摻合組成進行說明。本實施形態之半導體密封用環氧樹脂組成物係，如上述，作為必需成分包含環氧樹脂、酚樹脂硬化劑及填充材料者。
(環氧樹脂)
作為本實施形態之環氧樹脂，與其分子量、分子結構無關，能夠使用所有於1分子內具有兩個以上環氧基之單體、寡聚物及聚合物。作為該種環氧樹脂的具體例，包含選自雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚E型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、氫化雙酚A型環氧樹脂、雙酚M型環氧樹脂(4,4’-(1,3-伸苯基二異亞丙基)雙酚型環氧樹脂)、雙酚P型環氧樹脂(4,4’-(1,4-伸苯基二異亞丙基)雙酚型環氧樹脂)、雙酚Z型環氧樹脂(4,4,-環己二烯雙酚型環氧樹脂)等雙酚型環氧樹脂；苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、溴化苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、四酚基乙烷型酚醛清漆型環氧樹脂、具有縮合環芳香族烴結構之酚醛清漆型環氧樹脂等酚醛清漆型環氧樹脂；聯苯型環氧樹脂；伸茬基(xylylene)型環氧樹脂、聯苯芳烷基(biphenyl aralkyl)型環氧樹脂等芳烷基型環氧樹脂；伸萘基醚型環氧樹脂、萘酚型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、萘二醇型環氧樹脂、2官能至4官能環氧型萘樹脂、聯萘型環氧樹脂、萘芳烷基型環氧樹脂等具有萘骨架之環氧樹脂；蒽型環氧樹脂；苯氧基型環氧樹脂；二環戊二烯型環氧樹脂；降莰烯型環氧樹脂；金剛烷型環氧樹脂；茀型環氧樹 脂、含磷環氧樹脂、脂環式環氧樹脂、脂肪族鏈狀環氧樹脂、雙酚A酚醛清漆型環氧樹脂、聯二甲酚型環氧樹脂、三羥基苯基甲烷型環氧樹脂、四酚基乙烷(tetraphenylol ethane)型環氧樹脂、三聚異氰酸三環氧丙酯等雜環式環氧樹脂；N,N,N’,N’-四環氧丙基間二甲苯二胺、N,N,N’,N’-四環氧丙基雙胺基甲基環己烷、N,N-二環氧丙基苯胺等環氧丙基胺類、或(甲基)丙烯酸環氧丙酯和具有乙烯性不飽和雙鍵之化合物的共聚物、具有丁二烯結構之環氧樹脂、雙酚的二環氧丙基醚化物、萘二醇的二環氧丙基醚化物、苯酚類環氧丙基醚化物之一種或兩種以上。該些中，從提高與金屬圖案或導體部的密接性的觀點而言，包含三羥基苯基甲烷型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂更為佳。藉此，還能夠實現半導體封裝體的低線膨脹化。又，還能夠實現半導體裝置中的耐回焊(reflow)性的提高以及翹曲的抑制。又，從相同的觀點而言，本樹脂組成物包含選自具有伸聯苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂型環氧樹脂及三(羥苯基)丙烷型環氧樹脂和4,4’-聯苯酚型環氧樹脂的混合物之一種以上亦較佳。
環氧樹脂的含量例如相對於本樹脂組成物總量為3質量%以上為較佳，4質量%以上更為佳。將環氧樹脂的含量設為上述下限值以上，藉此能夠有助於使用本樹脂組成物形成之密封材料40和半導體晶片30的密接性的提高。另一方面，環氧樹脂的含量例如相對於本樹脂組成物總量為30質量%以下為較佳，20質量%以下更為佳。將環氧樹脂的含量設為上述上限值以下，藉此能夠實現使用本樹脂組成物形成之密封材料40的耐熱性或耐濕性的提高。
(酚樹脂硬化劑)
本樹脂組成物中，如上述，作為必需成分含有酚樹脂硬化劑。藉此，能夠提高該樹脂組成物的流動性及操作性。前述酚樹脂硬化劑為所有於一分子內具有兩個以上酚性羥基之單體、寡聚物及聚合物，對其分子量、分子結構並無限定，但是可舉出例如苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、萘酚酚醛清漆樹脂等酚醛清漆型樹脂；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；具有伸苯基骨架和/或伸聯苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂、具有伸苯基和/或伸聯苯基骨架之萘酚芳烷基樹脂等芳烷基型樹脂；雙酚A、雙酚F等雙酚化合物等。該些中，可以單獨使用一種，亦可以同時使用兩種以上。藉由摻合該種酚樹脂硬化劑，能夠將耐燃性、耐濕性、電特性、硬化性及保存穩定性等的平衡設為良好者。尤其，從硬化性這一點而言，酚樹脂硬化劑的羥基當量為90g/eq以上、250g/eq以下為較佳。
又，本樹脂組成物中，只要為與環氧樹脂反應並使其硬化之硬化劑，就能夠與酚樹脂硬化劑同時使用後述之聚加成型硬化劑、觸媒型硬化劑及縮合型硬化劑等硬化劑。
作為上述聚加成型硬化劑的具體例，除了二乙烯三胺、三乙烯四胺、間二甲苯二胺等脂肪族多胺、二胺基二苯甲烷、間苯二胺、二胺基二苯碸等芳香族多胺之外，還可舉出包含二氰二胺、有機酸二醯肼等之多胺化合物；包含六氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐等脂環族酸酐、1,2,4-苯三甲酸酐、焦蜜石酸酐、二苯基酮四羧酸等芳香族酸酐等之酸酐；除上述之酚樹脂硬化劑以外的多酚化合物；多硫化物、硫酯、硫醚等多硫醇化合物；異氰酸酯預聚合物、封端(blocked)異氰酸酯等異氰酸酯 化合物；含羧酸的聚酯樹脂等有機酸類等。
作為上述觸媒型硬化劑的具體例，可舉出例如苄基二甲胺、2,4,6-三二甲胺基甲基苯酚等三級胺化合物；2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑等咪唑化合物；BF3錯合物等路易斯酸等。
作為上述縮合型硬化劑的具體例，可舉出如含羥甲基的尿素樹脂之尿素樹脂；如含羥甲基的三聚氰胺樹脂之三聚氰胺樹脂等。
在本樹脂組成物中同時使用酚樹脂硬化劑和上述之其他硬化劑之情況下，酚樹脂硬化劑的含量相對於有關所有硬化劑之總計含量為20質量%以上95質量%以下為較佳，30質量%以上95質量%以下為進一步較佳，50質量%以上95質量%以下更為佳。藉此，能夠保持耐燃性、耐錫銲性，且發揮良好的流動性。
從相同的觀點而言，在樹脂組成物中同時使用酚樹脂硬化劑和其他硬化劑時的酚樹脂硬化劑的含量相對於有關所有硬化劑之總計含量為20質量%以上為較佳，30質量%以上為進一步較佳，50質量%以上更為佳，又，95質量%以下為較佳。
又，有關所有硬化劑之總計含量相對於本樹脂組成物總量為0.8質量%以上10質量%以下為較佳，1.5質量%以上8質量%以下為進一步較佳。藉此，能夠獲得硬化特性和耐錫銲性的平衡優異之樹脂組成物。
從相同的觀點而言，有關本樹脂組成物中的所有硬化劑之總計含量相對於本樹脂組成物總量為0.8質量%以上為較佳，1.5質量%以上為進一步較佳，又，10質量%以下為較佳，8質量%以下為進一步較佳。
(填充材料)
在本樹脂組成物中，如上述，作為必需成分含有填充材料。作為前述填充材料，只要為在公知的半導體密封材料中摻合之無機填充材料或有機填充材料就能夠使用。具體而言，作為上述無機填充材料，可舉出熔融粉碎二氧化矽、熔融球形二氧化矽、晶質二氧化矽、二次凝聚二氧化矽等二氧化矽；氧化鋁；鈦白；氫氧化鋁；滑石；黏土；雲母；玻璃纖維等。又，作為前述有機填充材料，可舉出有機聚矽氧粉末、聚乙烯粉末等。該些中，熔融球形二氧化矽為特佳。又，關於粒子形狀並無特別限定，真球狀為較佳。又，混合粒子大小相異者，藉此能夠使無機填充量較多，但是關於其平均粒徑d50，從將對半導體元件30周邊區域之樹脂填充性設為良好者之觀點而言，0.01μm以上150μm以下為較佳。藉此，能夠控制成樹脂組成物的流動性成為良好的狀態。
再者，關於無機填充材料的平均粒徑d50，能夠使用雷射繞射式粒度分佈測定裝置(HORIBA,Ltd製、LA-500)進行測定。
(其他成分)
本樹脂組成物例如可以含有氰酸酯樹脂(cyanate resin)。藉此，關於由該樹脂組成物的硬化物構成之密封材料，能夠實現低線膨脹化、彈性模數及剛性的提高。又，還能夠有助於所獲得之半導體裝置的耐熱性或耐濕性的提高。
氰酸酯樹脂能夠包含例如選自酚醛清漆型氰酸酯樹脂；雙酚A型氰酸酯樹脂、雙酚E型氰酸酯樹脂、四甲基雙酚F型氰酸酯樹脂等雙酚型氰酸酯樹脂；藉由萘酚芳烷基型酚樹脂和鹵化氰的反應獲得之萘酚芳烷基型氰酸酯樹脂；二環戊二烯型氰酸酯樹脂；聯苯烷基型氰酸酯樹脂之一種或兩 種以上。該些中，從提高密封材料的低線膨脹化、或彈性模數及剛性之觀點而言，包含酚醛清漆型氰酸酯樹脂及萘酚芳烷基型氰酸酯樹脂中之至少一者更為佳，包含酚醛清漆型氰酸酯樹脂為特佳。
氰酸酯樹脂的含量相對於本樹脂組成物總量為3質量%以上為較佳，5質量%以上更為佳。將氰酸酯樹脂的含量設為上述下限值以上，藉此能夠實現使用本樹脂組成物形成之密封材料的更有效的低線膨脹化、高彈性模數化。又，能夠有助於使用本樹脂組成物形成之密封材料40和半導體晶片30的密接性的提高。另一方面，氰酸酯樹脂的含量例如相對於本樹脂組成物總量為30質量%以下為較佳，20質量%以下更為佳。將氰酸酯樹脂的含量設為上述上限值以下，藉此能夠實現使用本樹脂組成物形成之密封材料40的耐熱性或耐濕性的提高。
在本樹脂組成物中可以含有硬化促進劑。該硬化促進劑只要係促進環氧基和硬化劑的硬化反應者即可。具體而言，作為上述硬化促進劑，可舉出1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烯-7等二氮雜雙環烯烴及其衍生物；三丁胺、苄基二甲胺等胺系化合物；2-甲基咪唑等咪唑化合物；三苯膦、甲基二苯膦等有機膦類；四苯硼酸四苯鏻、四苯甲酸硼酸四苯鏻、四萘甲酸硼酸四苯鏻、四萘甲醯氧基硼酸四苯鏻、四萘氧基硼酸四苯鏻等四取代硼酸四取代鏻；加成有苯醌之三苯膦等。該些中，可以單獨使用一種，亦可以組合使用兩種以上。
在本樹脂組成物中，除上述各成分以外，依據需要可添加選自偶合劑、均染劑、著色劑、離型劑、低應力劑、光敏劑、消泡劑、紫外線吸收劑、發泡劑、抗氧化劑、阻燃劑及離子捕捉劑等中之至少一種或兩 種以上添加物。作為偶合劑可舉出例如環氧矽烷偶合劑、陽離子矽烷偶合劑、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷等胺基矽烷偶合劑、γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷偶合劑、苯胺基丙基三甲氧基矽烷偶合劑、巰基矽烷偶合劑、3-巰丙基三甲氧基矽烷偶合劑等矽烷偶合劑、鈦酸酯系偶合劑及聚矽氧油型偶合劑等。作為均染劑，可舉出丙烯酸系共聚物等。作為著色劑，可舉出碳黑等。作為離型劑，可舉出天然蠟、二十八酸酯等合成蠟、高級脂肪酸或其金屬鹽類、石蠟、氧化聚乙烯等。作為低應力劑，可舉出聚矽氧油、聚矽氧橡膠、丁二烯及丙烯腈以及適當的其他成分的共聚物等。作為離子捕捉劑，可舉出水滑石等。作為阻燃劑，可舉出氫氧化鋁等。
<半導體裝置的製造方法>
本實施形態之半導體裝置的製造方法係包含如下步驟者，亦即準備上述之半導體密封用環氧樹脂組成物之步驟；及使用已準備之半導體密封用環氧樹脂組成物，對半導體晶片30或密封上述半導體晶片30而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20進行密封之步驟。
作為使用半導體密封用環氧樹脂組成物進行密封之半導體晶片30，可舉出例如積體電路、大型積體電路、電晶體、閘流體、二極體、固體攝像元件等。
圖1係表示本實施形態之半導體裝置的一例之圖。
圖1所示之半導體裝置係，藉由由上述之半導體密封用環氧樹脂組成物的硬化體形成之密封材料40，對經由錫銲凸塊20在基板10上搭載之半導體晶片30及無需經由錫銲凸塊20而在基板10上進行表面安裝之複數個元件50進行密封而形成者。並且，圖1所示之半導體裝置中，半導體晶片 30經由凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20電連接於基板10上。
本實施形態之密封材料40可以係藉由使用本樹脂組成物對半導體晶片30進行密封而製作所希望的結構體(半導體封裝體)之後(一次密封)，藉由同時對上述結構體和凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20進行密封(二次密封)而形成者，亦可以係無需進行上述之一次密封，而藉由對半導體晶片30及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20進行一次性密封而形成者。
以下，關於使用了本樹脂組成物之密封材料40的形成方法的一例，首先舉例說明使用顆粒狀本樹脂組成物進行壓縮成形，藉此形成密封材料40之情況。
首先，於壓縮成形模具的上模與下模之間設置容納有顆粒狀本樹脂組成物之樹脂材料供給容器。接下來，將搭載了密封對象物之基板10藉由夾具(clamp)、吸附之類的固定方法固定於壓縮成形模具的上模和下模中的其中一者。在以下，舉例說明以搭載了密封對象物之一側的面與樹脂材料供給容器對向之方式將該基板10固定於壓縮成形模具的上模之情況。其中，作為上述密封對象物，可舉出以下者。第一密封對象物係凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20及經由錫銲凸塊20搭載於基板10上之半導體晶片30。第二密封對象物係包含藉由使用本樹脂組成物對上述第一密封對象物進行密封成形而獲得之結構體及複數個元件50之半導體封裝體。第三密封對象物係包含凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊20、經由錫銲凸塊20搭載於基板10上之半導體晶片30及複數個元件50之半導體封裝體。
接著，在減壓下，一邊縮小模具的上模與下模的間隔，一邊藉由構成樹脂材料供給容器的底表面之閘門(shutter)等樹脂材料供給機構，將已稱量之顆粒狀本樹脂組成物供給到下模具備之下模模穴內。藉此，顆粒狀本樹脂組成物在下模模穴內被加熱到規定溫度，而成為熔融狀態。接下來，藉由使模具的上模和下模結合，對在固定於上模之基板10上搭載之密封對象物按壓熔融狀態的本樹脂組成物。藉此，能夠由熔融狀態的本樹脂組成物填補密封對象物與基板10之間的區域。之後，一邊使模具的上模和下模保持結合之狀態，一邊經過規定時間硬化本樹脂組成物。其中，進行壓縮成形之情況下，一邊將模具內設為減壓下，一邊進行樹脂密封為較佳，在真空條件下進行為進一步較佳。藉此，能夠對密封對象物與基板10之間的區域不會留下未填充部分而良好地填充本樹脂組成物。
又，關於使用顆粒狀本樹脂組成物進行壓縮成形之情況下的成形溫度，並無特別限定，但是50~250℃為較佳，50~200℃為進一步較佳，80~180℃為進一步更較佳。又，成形溫度為50℃以上為較佳，80℃以上為進一步較佳，又，250℃以下為較佳，200℃以下為進一步較佳，180℃以下為進一步更較佳。又，關於成形壓力，並無特別限定，但是0.5~12MPa為較佳，1~10MPa為進一步較佳。又，關於成形壓力，0.5MPa以上為較佳，1MPa以上為進一步較佳，又，12MPa以下為較佳，10MPa以下為進一步較佳。
將成形溫度及壓力設為上述範圍，藉此能夠防止產生未填充有熔融狀態的樹脂組成物之部分，和導致密封對象物位置偏移這兩個方面。
接著，關於使用本樹脂組成物形成密封材料40之方法的一 例，舉例說明使用片狀本樹脂組成物進行壓縮成形，藉此形成密封材料40之情況。
首先，將搭載了密封對象物之基板10藉由夾具、吸附之類的固定方法固定於壓縮成形模具的上模和下模中的其中一者。在以下，舉例說明以搭載了密封對象物之一側的面與樹脂材料供給容器對向之方式將該基板10固定於壓縮成形模具的上模之情況。
接著，以成為與固定於模具的上模之密封對象物對應之位置之方式，於模具的下模模穴內配置片狀本樹脂組成物。接下來，在減壓下，縮小模具的上模與下模的間隔，藉此片狀本樹脂組成物在下模模穴內被加熱到規定溫度，而成為熔融狀態。之後，藉由使模具的上模和下模結合，對在固定於上模之基板10上搭載之密封對象物按壓熔融狀態的本樹脂組成物。藉此，能夠由熔融狀態的本樹脂組成物填補密封對象物與基板10之間的區域。之後，一邊使模具的上模和下模保持結合之狀態，一邊經過規定時間硬化本樹脂組成物。其中，進行壓縮成形之情況下，一邊將模具內設為減壓下，一邊進行樹脂密封為較佳，在真空條件下進行為進一步較佳。藉此，至少能夠對密封對象物與基板10之間的區域不會留下未填充部分而良好地填充本樹脂組成物。
又，關於使用片狀本樹脂組成物進行壓縮成形之情況下的成形溫度，並無特別限定，但是50~250℃為較佳，50~200℃為進一步較佳，80~180℃為進一步更較佳。又，關於成形溫度，50℃以上為較佳，80℃以上為進一步較佳，又，250℃以下為較佳，200℃以下為進一步較佳，180℃以下為進一步更較佳。又，關於成形壓力，並無特別限定，0.5~12MPa為 較佳，1~10MPa為進一步較佳。又，關於成形壓力，0.5MPa以上為較佳，1MPa以上為進一步較佳，又，12MPa以下為較佳，10MPa以下為進一步較佳。
將成形溫度及壓力設為上述範圍，藉此能夠防止產生未填充熔融狀態的樹脂組成物之部分，和導致半導體元件位置偏移這兩個方面。
再者，本發明並不限定於前述實施形態，能夠實現本發明的目的之範圍內的變形、改良等係包含於本發明者。
以上，參閱圖式對本發明的實施形態進行了敘述，但該些為本發明的例示，還能夠採用除上述以外的各種構成。
【實施例】
以下，藉由實施例及比較例對本發明進行說明，但本發明並非係限定於該些者。
將於各實施例及各比較例中使用之原料成分示於下述。
(環氧樹脂)
‧環氧樹脂1：具有伸聯苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂型環氧樹脂(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製、NC3000、環氧基當量276g/eq、軟化點58℃)
‧環氧樹脂2：具有伸聯苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂型環氧樹脂(Nippon Kayaku Co.,Ltd.製、NC3000L、環氧基當量276g/eq、軟化點53℃)
‧環氧樹脂3：三(羥苯基)甲烷型環氧樹脂和4,4’-聯苯酚型環氧樹脂的混合物(Mitsubishi Chemical Corporation製、YL6677、環氧基當量163g/eq、軟化點59℃)
(硬化劑)
‧硬化劑1：具有伸聯苯基骨架之苯酚芳烷基樹脂(Meiwa Plastic Industries，Ltd.製、MEH-7851SS、羥基當量203g/eq、軟化點65℃)
‧硬化劑2：三酚甲烷型樹脂和苯酚酚醛清漆樹脂的共聚物型酚樹脂(AIR WATER INC.製、HE910-20、羥基當量101g/eq、軟化點88℃)
(硬化促進劑)
‧硬化促進劑1：由下述式(1)表示之硬化促進劑
Figure 106111628-A0202-12-0020-1
‧硬化促進劑2：由下述式(2)表示之硬化促進劑
Figure 106111628-A0202-12-0020-2
(填充材料)
‧填充材料1：熔融球形二氧化矽(Denka Company Limited製、FB-5SDC、平均粒徑d50：4.5μm)
‧填充材料2：向混合器投入100重量份熔融球形二氧化矽(ADMATECHS Co.,Ltd.製、SO-E2、平均粒徑d50：0.5μm)，一邊攪拌，一邊在氮氣流下，噴霧添加0.1重量份六甲基二矽氮烷並處理之後，噴霧添加1重量份γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製、 KBM-403)而獲得之處理粉末體。
‧填充材料3：向混合器投入100重量份熔融球形二氧化矽(ADMATECHS Co.,Ltd.製、SO-E2、平均粒徑d50：0.5μm)，一邊攪拌，一邊在氮氣流下，噴霧添加0.1重量份六甲基二矽氮烷並處理之後，噴霧添加1重量份N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.製、KBM-573)而獲得之處理粉末體。
‧填充材料4：熔融球形二氧化矽(ADMATECHS Co.,Ltd.製、SO-E5、平均粒徑d50：1.6μm)
(離型劑)
‧離型劑1：棕櫚蠟(Nikko Fine Products Co.,Ltd.製、Nikko Carnauba)
‧離型劑2：氧化聚乙烯蠟(Clariant(Japan)K.K.製、Licowax PED191)
(低應力劑)
‧低應力劑1：由下述式(3)表示之聚矽氧油(Dow Corning Toray Co.,Ltd.製、FZ-3730)
Figure 106111628-A0202-12-0021-3
A5：
Figure 106111628-A0202-12-0021-5
B5：
Figure 106111628-A0202-12-0021-9
‧低應力劑2：在兩末端具有羧基之丁二烯和丙烯腈的共聚 物(PTI JAPAN Corporation製、CTBN1008SP)
‧低應力劑3：丁二烯‧丙烯腈‧2,3-環氧丙基=甲基丙烯酸酯‧二乙烯基苯聚合化合物和滑石的混合物(JSR Corporation製、XER-81P)
(阻燃劑)
‧阻燃劑1：氫氧化鋁(Nippon Light Metal Company，Ltd.製、BE043)
‧阻燃劑2：氫氧化鋁(Sumitomo Chemical Company，Limited製、CL-303)
(偶合劑)
‧偶合劑1：N-苯基-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷(Dow Corning Toray Co.,Ltd.製、CF4083)
‧偶合劑2：3-巰丙基三甲氧基矽烷(CHISSO CORPORATION製、GPS-M)
(其他)
‧聚矽氧油：羧基改質聚二甲基矽氧烷(Dow Corning Toray Co.,Ltd.製、F2-211-69)
‧著色劑：碳黑(Mitsubishi Chemical Corporation製、MA600)
‧離子捕捉劑：鎂‧鋁‧氫氧化物‧碳酸酯‧水合物(KYOWA CHEMICAL Corporation.製、DHT-4H)
<半導體密封用環氧樹脂組成物的製備>
關於各實施例及比較例，如下製備了半導體密封用環氧樹脂組成物。首先，在常溫下使用混合器混合按照表1摻合之各原材料之後，於70~100℃進行了輥式混煉。接下來，冷卻所獲得之混煉物之後，將其粉碎，藉此獲得粉粒狀半導體密封用環氧樹脂組成物。表1中的各成分的詳細內容如上。又，表1中的單位為質量%。
<半導體裝置的製作>
利用以下方法製作了圖1所示之半導體裝置。
首先，作為條狀基板製作了半導體晶片30及複數個元件50以電連接的方式搭載之基板10，於前述基板中，上述半導體晶片30經由凸塊高度為100μm的錫銲凸塊20進行電連接，上述複數個元件50無需經由錫銲凸塊而進行電連接。接著，將所獲得之條狀基板配置於模具內，使用成形機(TOWA CO.,LTD.製、PMC1040)，在模具溫度175℃、注入壓力9.8MPa、30秒的條件下，將所獲得之半導體密封用環氧樹脂組成物注入模具內並進行了密封成形。接下來，進行了175℃、120秒的硬化處理之後，從成形機取出，利用175℃的高溫槽，實施了4小時的後硬化處理。之後，沿條狀基板的定線(alignment)進行單個化，藉此製作了圖1所示之半導體裝置。但是，僅在使用比較例2的半導體密封用環氧樹脂組成物之情況下，無法形成密封材料40，從而無法獲得所希望的半導體裝置。
關於所獲得之各半導體密封用環氧樹脂組成物及各半導體裝置，進行了下述所示之測定及評價。
‧於260℃測定之硬化物的熱時彈性模數：硬化物的熱時彈性模數依照JIS K-6911並利用以下方法來測定。首先，使用低壓轉注成形機(Kohtaki Precision Machine Co.,Ltd.製、“KTS-15”)，於模具溫度175℃、注入壓力6.9MPa、硬化時間120秒注入成形密封用樹脂組成物，從而獲得了10mm×4mm×4mm的試驗片。接下來，藉由使用了DMA測定裝置(Seiko Instruments Inc.製)之三點彎曲法，於測定溫度範圍0℃~300℃，5℃/分鐘對該試驗片進行升溫測定，測定了於260℃的硬化物的熱時彈性模數。再 者，熱時彈性模數的單位為MPa。
‧玻璃轉變溫度及線膨脹係數：關於各實施例及各比較例，如下測定了所獲得之密封用樹脂組成物的硬化物的玻璃轉變溫度(Tg)、線膨脹係數。首先，使用低壓轉注成形機(Kohtaki Precision Machine Co.,Ltd.製、KTS-15)，於模具溫度175℃、注入壓力6.9MPa、硬化時間120秒注入成形密封用樹脂組成物，從而獲得了10mm×4mm×4mm的試驗片。接下來，於175℃、4小時對所獲得之試驗片進行後硬化之後，使用熱機械分析裝置(Seiko Instruments Inc.製、TMA100)，在測定溫度範圍0℃~320℃、升溫速度5℃/分鐘的條件下進行了測定。由該測定結果，計算玻璃轉變溫度(Tg)、25℃以上玻璃轉變溫度以下的線膨脹係數。將結果示於表1。再者，線膨脹係數的單位為ppm/℃。
‧樹脂組成物於175℃的熔融黏度：關於各實施例及各比較例的半導體密封用環氧樹脂組成物，使用高化式流變儀(Koka type flow tester)(SHIMADZU CORPORATION.製、CFT-500)，在175℃、壓力40kgf/cm2、毛細管直徑0.5mm的條件下測定了熔融黏度。再者，熔融黏度的單位為Pa‧S。
‧成形後焊料溢料：關於在各實施例及各比較例中製造之半導體裝置，使用自動研磨機(Struers公司製、Tegramin-25)，從基板10的未形成有密封材料40之一側的面進行研磨，藉此確認該半導體裝置中的錫銲凸塊20的形狀，從而評價了有無焊料溢料。再者，本實施例中的上述焊料溢料係指，於所獲得之半導體裝置中，因錫銲凸塊20的熔融膨脹，引起構成該錫銲凸塊20之材料飛散之現象。
‧有無空隙：關於在各實施例及各比較例中製造之半導體裝置，使用掃描型超聲波探傷機(SAT)，對密封材料40的內部是否存在空隙，對該空隙的有無進行了評價。
‧熱時翹曲：首先，測定了在各實施例及各比較例中製造之半導體裝置於25℃的封裝體翹曲量。接下來，使用Shadow moire(akrometrix公司製)，將在各實施例及各比較例中製造之半導體裝置從25℃升溫到260℃，並且測定了該半導體裝置於260℃的封裝體翹曲量。依據以下基準評價了所獲得之半導體裝置的熱時翹曲。
◎：於25℃的封裝體翹曲量和於260℃的封裝體翹曲量均低於50μm。
○：於25℃的封裝體翹曲量和於260℃的封裝體翹曲量均低於100μm。
×：於25℃的封裝體翹曲量和於260℃的封裝體翹曲量中的至少任一者為100μm以上。
‧回焊後焊料溢料及回焊後凸塊變形：首先，在30℃、相對濕度60%的條件下，將在各實施例及各比較例中製造之半導體裝置放置192小時。接著，按照JEDEC所規定之回焊條件，對前述半導體裝置實施了於260℃的IR回焊處理。之後，對於各半導體裝置，使用自動研磨機(Struers公司製、Tegramin-25)，從基板10的未形成有密封材料40之一側的面進行研磨，藉此確認該半導體裝置中的錫銲凸塊20的形狀，從而評價了回焊處理後有無焊料溢料及有無錫銲凸塊的變形。
於以下表1中，與各成分的摻合比率一同示出有關上述評價項目之評價結果。
Figure 106111628-A0202-12-0026-6
如從上述表1亦可知，各實施例的半導體裝置均為耐回焊性優異，並且即使在260℃的高溫條件下亦不易發生翹曲，且電連接可靠性優異者。
又，比較實施例1~6和比較例1~4可知，為了改善具備經由凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊搭載於基板上之半導體晶片之半導體裝置的電連接可靠性，採用同時控制了填充材料相對於樹脂組成物總量之含量和於260℃測定之該樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數之條件之構成時有用。
本申請主張基於2016年4月26日申請之日本申請特願2016-087987號之優先權，其公開的所有內容併入本說明書中。
10‧‧‧基板
20‧‧‧錫銲凸塊
30‧‧‧半導體晶片
40‧‧‧密封材料
50‧‧‧元件

Claims (5)

  1. 一種半導體密封用環氧樹脂組成物，其用於對半導體晶片或密封該半導體晶片而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封，該半導體密封用環氧樹脂組成物含有：環氧樹脂；酚樹脂硬化劑；及填充材料，該填充材料的含量相對於該半導體密封用環氧樹脂組成物總量，為75質量%以上93質量%以下，於260℃測定之該半導體密封用環氧樹脂組成物的硬化物的熱時彈性模數為60MPa以上500MPa以下，25℃以上玻璃轉變溫度(Tg)以下的溫度區域中的該半導體密封用環氧樹脂組成物的硬化物的線膨脹係數為20ppm/℃以下，且該半導體密封用環氧樹脂組成物的形態為粉粒狀、顆粒狀或錠狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體密封用環氧樹脂組成物，其中，該半導體密封用環氧樹脂組成物於175℃的熔融黏度為2Pa．S以上10Pa．S以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體密封用環氧樹脂組成物，其中，將來自於該環氧樹脂之環氧基數設為EP，且將來自於該酚樹脂硬化劑之酚性羥基數設為OH時，EP/OH的值為1以上2以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之半導體密封用環氧樹脂組成物，其中，該環氧樹脂的含量相對於該半導體密封用環氧樹脂組成物總量，為 3質量%以上20質量%以下。
  5. 一種半導體裝置之製造方法，其包含：準備申請專利範圍第1或2項之半導體密封用環氧樹脂組成物之步驟；及使用該半導體密封用環氧樹脂組成物，對半導體晶片或密封該半導體晶片而形成之半導體封裝體及凸塊高度為100μm以上之錫銲凸塊進行密封之步驟。
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