TWI828694B - 底部填充材、半導體封裝及半導體封裝的製造方法 - Google Patents

底部填充材、半導體封裝及半導體封裝的製造方法 Download PDF

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Abstract

底部填充材含有環氧樹脂、硬化劑及無機填充材，其在作為硬化物在175℃的條件下配置1000小時時，自硬化物的總質量減去無機填充材的質量而得到的成分的質量減少率為1.00質量%以下。

Description

底部填充材、半導體封裝及半導體封裝的製造方法
本揭示是有關於一種底部填充材、半導體封裝及半導體封裝的製造方法。
在電晶體、積體電路(Integrated Circuit，IC)等電子零件裝置中使用的各種半導體元件(以下亦稱為晶片)的密封領域中，自生產性、製造成本等方面而言，利用樹脂的密封成為主流。作為密封用的樹脂，環氧樹脂得到廣泛使用。其原因在於：環氧樹脂在作業性、成形性、電特性、耐濕性、耐熱性、機械特性、與嵌入品的接著性等各種特性方面平衡性優異。
作為半導體元件的表面封裝方法，隨著電子零件裝置的小型化及薄型化，將裸晶片直接封裝在配線基板上的所謂的裸晶片封裝成為主流。作為基於裸晶片封裝的半導體裝置，例如可列舉板上晶片(Chip on Board，COB)、玻璃上晶片(Chip on Glass，COG)、帶載封裝(Tape Carrier Package，TCP)等，在該些半導 體裝置中，液狀的密封樹脂組成物得到廣泛使用。
而且，在將半導體元件直接凸塊連接在配線基板(以下亦簡稱為「基板」)上而成的倒裝晶片型半導體裝置中，作為填充在凸塊連接的半導體元件與配線基板的間隙(gap)中的底部填充材，使用了液狀樹脂組成物。例如，在專利文獻1中，記載了使用多官能環氧樹脂、以及包含酚系化合物及酸酐的硬化劑的底部填充材。該些液狀樹脂組成物起到保護電子零件免受溫濕度及機械外力的影響的重要作用。
另一方面，隨著電子設備的小型化、輕量化及高性能化，封裝的高密度化推進，電子零件的發熱越來越明顯。進而，高溫下工作的電子零件亦增加，特別是車載用等的功率(power)半導體，估計會長時間暴露在高溫下。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利特開2004-256646號公報
近年來，在功率半導體的領域中，推進了小型化及薄型化的倒裝晶片型的半導體裝置的應用。因此，出現對具有在高溫下能夠承受長時間的動作的性能的底部填充材的需求。然而，在使用液狀樹脂組成物的底部填充材中，難以充分滿足作為功率半導體用的密封材的條件。例如，在以往的底部填充材中，在將硬 化物在高溫下長時間放置時，例如會產生焊縫裂紋(fillet crack)，不能充分滿足作為功率半導體的密封材而要求的性能。
鑑於所述情況，本揭示的課題在於提供一種當將硬化物在高溫下長時間配置時，可抑制焊縫裂紋的發生的底部填充材、使用該底部填充材的半導體封裝、及該半導體封裝的製造方法。
用以解決所述課題的手段包含以下態樣。
<1>一種底部填充材，其含有環氧樹脂、硬化劑及無機填充材，且底部填充材在作為硬化物於175℃的條件下配置1000小時時，自硬化物的總質量減去無機填充材的質量而得到的成分的質量減少率為1.00質量%以下。
<2>如<1>所述的底部填充材，其中所述環氧樹脂包含具有環氧基及異氰脲酸酯環的環氧樹脂。
<3>如<2>所述的底部填充材，其中所述具有環氧基及異氰脲酸酯環的環氧樹脂中的所述環氧基與所述異氰脲酸酯環藉由碳數1以上的鏈式烴基而連結。
<4>如<1>所述的底部填充材，其中所述環氧樹脂包含在分子內不具有環氧基以外的碳-氧單鍵(C-O)的環氧樹脂。
<5>一種底部填充材，其含有：環氧樹脂，包含具有環氧基及異氰脲酸酯環、且所述環氧基與所述異氰脲酸酯環藉由碳數1以上的鏈式烴基而連結的環氧樹脂；硬化劑；以及無機填充材。
<6>如<5>所述的底部填充材，其中所述具有環氧基及異 氰脲酸酯環、且所述環氧基與所述異氰脲酸酯環藉由碳數1以上的鏈式烴基而連結的環氧樹脂在分子內不具有環氧基以外的碳-氧單鍵(C-O)。
<7>如<1>至<6>中任一項所述的底部填充材，其中所述硬化劑包含胺硬化劑。
<8>如<1>至<7>中任一項所述的底部填充材，其用於功率半導體。
<9>一種半導體封裝，其包括：基板、配置在所述基板上的半導體元件、以及密封所述半導體元件的如<1>至<8>中任一項所述的底部填充材的硬化物。
<10>一種半導體封裝的製造方法，其具有：利用如<1>至<8>中任一項所述的底部填充材填充基板與配置在所述基板上的半導體元件之間的空隙的步驟；以及將所述底部填充材硬化的步驟。
根據本揭示，提供一種當將硬化物在高溫下長時間配置時，可抑制焊縫裂紋的發生的底部填充材、使用該底部填充材的半導體封裝、及該半導體封裝的製造方法。
以下，對用以實施本發明的形態進行詳細說明。但是， 本發明並不限定於以下的實施形態。在以下的實施形態中，其構成要素(亦包括要素步驟等)除了特別明示的情況，並非必須。關於數值及其範圍亦同樣如此，並不限制本發明。
在本揭示中，「步驟」的用語中，除與其他步驟獨立的步驟以外，即便在無法與其他步驟明確區別的情況下，只要達成該步驟的目的，則亦包含該步驟。
在本揭示中，使用「~」所表示的數值範圍中包含「~」的前後所記載的數值分別作為最小值及最大值。
在本揭示中階段性記載的數值範圍中，一個數值範圍內所記載的上限值或下限值亦可置換為其他階段性記載的數值範圍的上限值或下限值。另外，在本揭示中所記載的數值範圍中，該數值範圍的上限值或下限值亦可置換為實施例中所示的值。
在本揭示中，各成分亦可包含多種相當的物質。於在組成物中存在多種相當於各成分的物質的情況下，只要無特別說明，則各成分的含有率或含量是指組成物中所存在的該多種物質的合計含有率或含量。
在本揭示中，亦可包含多種相當於各成分的粒子。於在組成物中存在多種相當於各成分的粒子的情況下，只要無特別說明，則各成分的粒徑是指關於組成物中所存在的該多種粒子的混合物的值。
《底部填充材》
在第1實施形態中，本揭示的底部填充材含有環氧樹脂、硬 化劑及無機填充材，底部填充材在作為硬化物於175℃的條件下配置1000小時時，自硬化物的總質量減去無機填充材的質量而得到的成分的質量減少率為1.00質量%以下。
而且，在第2實施形態中，本揭示的底部填充材含有：環氧樹脂，包含具有環氧基及異氰脲酸酯環、且所述環氧基與所述異氰脲酸酯環藉由碳數1以上的鏈式烴基而連結的環氧樹脂；硬化劑；以及無機填充材。以下，亦將「具有環氧基及異氰脲酸酯環的環氧樹脂」稱為「含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂」，亦將「具有環氧基及異氰脲酸酯環、且所述環氧基與所述異氰脲酸酯環藉由碳數1以上的鏈式烴基而連結的環氧樹脂」稱為「含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂」。
以往，作為抑制使用底部填充材進行了密封時的焊縫裂紋的方法，自底部填充材與晶片的應力緩和的觀點而言，主要研究了調整硬化物的線膨脹係數、玻璃轉移溫度(Tg)及彈性模數的方法。然而，藉由該些方法(approach)，在功率半導體等的嚴酷條件下亦難以充分地抑制焊縫裂紋。
另一方面，發明者發現，藉由著眼於將硬化物在高溫下長時間配置時的樹脂的分解的新的方法，能夠有效果地抑制焊縫裂紋的發生。雖然明確的機理尚不清楚，但認為當樹脂在高溫下劣化而分解時，以該分解點為起點，鄰近部的樹脂的分解連鎖性地進行，這成為發生焊縫裂紋的一個原因。因此，考慮到抑制樹脂自身的分解的進行，發現藉由將在高溫下長時間配置硬化物時的質 量減少率調整至一定以下，可有效果地抑制焊縫裂紋。
而且，同樣地，認為：若底部填充材中含有的環氧樹脂包含含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂，則樹脂的分解得到抑制，可有效果地抑制焊縫裂紋。雖然該理由尚不清楚，但推測其原因之一是異氰脲酸酯環在高溫下具有優異的耐分解性，硬化物的韌性提高。
以下，對底部填充材所必須或任意使用的成分進行詳述。
<環氧樹脂>
底部填充材包含環氧樹脂。在第1實施形態中，環氧樹脂的種類並無特別限制。在第2實施形態中，環氧樹脂只要包含含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂，則並無特別限制。環氧樹脂可包含1分子中具有2個以上的環氧基的環氧樹脂(亦稱為2官能環氧樹脂)，亦可包含1分子中具有3個以上的環氧基的環氧樹脂(亦稱為3官能環氧樹脂等)，亦可將它們組合來使用。在本揭示中，具有環氧基的單體化合物(即，環氧化合物)亦稱為環氧樹脂。
只要底部填充材作為整體在常溫(25℃，下同)下為液狀，則環氧樹脂在常溫下可為固形亦可為液狀，亦可將兩者併用。自底部填充材的低黏度化的觀點而言，較佳為使用在常溫下為液狀的環氧樹脂。
在本揭示中，所謂在常溫下為液狀是指25℃下的黏度為1000Pa．s以下。在本揭示中，黏度可藉由流變儀(例如，日本TA儀器 股份有限公司(TA Instruments Japan Inc.)製造的「AR2000」)在40mm的平行板(parallel plate)上，在剪切速度：32.5/sec的條件下測定。
只要在達成期望效果的範圍內，則本揭示的底部填充材亦可使用固形環氧樹脂。此時，自成形時的流動性的觀點而言，固形環氧樹脂的含有率較佳為設為相對於環氧樹脂總量而為20質量%以下。
作為環氧樹脂，例如可列舉：雙酚型環氧樹脂、萘型環氧樹脂、縮水甘油胺型環氧樹脂、氫化雙酚型環氧樹脂、脂環式環氧樹脂、醇醚型環氧樹脂、環狀脂肪族型環氧樹脂、芴型環氧樹脂、及矽氧烷系環氧樹脂。環氧樹脂可單獨使用一種，亦可併用兩種以上。其中，自流動性的觀點而言，環氧樹脂較佳為包含雙酚型環氧樹脂。
雙酚型環氧樹脂的種類並無特別限制，可列舉：雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚AD型環氧樹脂等。為了用作底部填充材，雙酚型環氧樹脂較佳為在常溫下為液狀，更佳為在常溫下為液狀的雙酚F型環氧樹脂。在常溫下為液狀的雙酚型環氧樹脂亦可作為市售品而獲得。例如，作為在常溫下為液狀的雙酚F型環氧樹脂的市售品，可列舉日鐵化學與材料(NIPPON STEEL Chemical& Material)股份有限公司的商品名「愛普特托(EPOTOTO)YDF-8170C」。
在環氧樹脂包含雙酚型環氧樹脂的情況下，雙酚型環氧 樹脂在環氧樹脂整體中所佔的比例並無特別限制，可根據底部填充材的期望特性進行選擇。例如，雙酚型環氧樹脂在環氧樹脂整體中所佔的比例可為5質量%~90質量%，亦可為5質量%~75質量%，亦可為5質量%~60質量%。
雙酚型環氧樹脂的黏度並無特別限制，自操作性的觀點而言，較佳為25℃下的黏度為50Pa．s以下，更佳為30Pa．s以下，進而佳為10Pa．s以下。
環氧樹脂較佳為包含在分子內不具有環氧基以外的碳-氧單鍵(C-O)的環氧樹脂。藉由環氧樹脂包含在分子內不具有環氧基以外的碳-氧單鍵(C-O)的環氧樹脂，而存在更有效果地抑制焊縫裂紋的發生的傾向。推測其理由是因為環氧樹脂的耐熱分解性提高，韌性提高。
環氧樹脂的環氧當量(分子量/環氧基數)並無特別限制。自成形性、耐回焊性、電可靠性等各種特性平衡的觀點而言，環氧樹脂的環氧當量較佳為80g/eq~1000g/eq，更佳為80g/eq~600g/eq，進而佳為80g/eq~300g/eq。在本揭示中，將環氧樹脂的環氧當量設為利用基於日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)K 7236：2009的方法而測定的值。
在環氧樹脂為固體的情況下，環氧樹脂的軟化點或熔點並無特別限制。自成形性與耐回焊性的觀點而言，環氧樹脂的軟化點或熔點較佳為40℃~180℃，自製備底部填充材時的操作性的觀點而言，更佳為50℃~130℃。
環氧樹脂的熔點設為利用示差掃描熱量測定(Differential scanning calorimetry，DSC)而測定的值，環氧樹脂的軟化點設為利用JIS K 7234：1986的方法(環球法)而測定的值。
自抑制IC等半導體元件上的配線的腐蝕，得到耐濕性優異的底部填充材的觀點而言，作為環氧樹脂的純度的指標之一的水解性氯量較佳為500ppm以下，更佳為300ppm以下。水解性氯量是將環氧樹脂1g溶解於二噁烷30ml中，添加1N的KOH甲醇溶液5ml並回流30分鐘後，以利用電位差滴定而求出的值為尺度。
底部填充材中的環氧樹脂的含有率並無特別限制。自黏度、玻璃轉移溫度、耐熱性等的觀點而言，相對於底部填充材的總量而言的環氧樹脂的含有率較佳為0.5質量%~75質量%，更佳為20質量%~70質量%，進而佳為25質量%~70質量%。
-含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂-
自更良好地抑制焊縫裂紋的觀點而言，環氧樹脂較佳為包含含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂。異氰脲酸酯環被認為在高溫下具有優異的耐熱分解性，所以認為若使用含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂，則硬化物的韌性提高，可有效果地抑制焊縫裂紋。
在含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂中，較佳為含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂。而且，在第2實施形態的底部填充材中，環氧樹脂包含含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂。其中，自容易成為液狀、操作性優異的觀點而言，較佳為環氧基與異氰脲酸酯 環藉由碳數2以上的鏈式烴基而連結的含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂。
碳數1以上的鏈式烴基可為直鏈烴基，亦可為分支烴基。碳數1以上的鏈式烴基可具有取代基亦可不具有。作為取代基，可列舉苯基、羥基等。碳數1以上的鏈式烴基可為飽和鏈式烴基，亦可為不飽和鏈式烴基，較佳為前者。碳數1以上的鏈式烴基的碳數例如可為5以下。
另外，含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂中、連結環氧基與異氰脲酸酯環的鏈式烴基中所含的碳數是指主鏈上、即連結環氧基與異氰脲酸酯環的鏈上的碳數，不包含支鏈及取代基的碳數。
作為碳數1以上的鏈式烴基，例如可列舉碳數1以上的直鏈伸烷基，較佳為碳數1~5的直鏈伸烷基，更佳為碳數2~4的直鏈伸烷基，進而佳為碳數2或3的直鏈伸烷基。而且，亦可為相對於該些直鏈伸烷基而具有1個或多個碳數1~5的支鏈的分支伸烷基。
含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂為2官能以上時，「環氧基與異氰脲酸酯環藉由碳數1以上的鏈式烴基而連結」是指分子內的至少1個環氧基藉由碳數1以上的鏈式烴基連結。含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂為2官能環氧樹脂時，較佳為分子內的2個環氧基藉由碳數1以上的鏈式烴基連結。含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂為3官能環氧樹脂時，較佳為分子內的2個以上、更佳為3個環氧基藉由碳數1以上的鏈式烴基連結。在1分 子中存在2個以上連結環氧基與異氰脲酸酯環的碳數1以上的鏈式烴基的情況下，各鏈式烴基可相互相同亦可不同。
另外，針對以下的含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂的說明，對於含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂亦同樣可適用。
自抑制焊縫裂紋的發生的觀點而言，含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂較佳為在分子內不具有環氧基以外的碳-氧單鍵(C-O)。
含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂在常溫下可為固形亦可為液狀，亦可將兩者併用。就底部填充材的低黏度化的觀點而言，含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂較佳為在常溫下為液狀。
含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂的分子中的環氧基數(即，官能數)並無特別限制，就耐熱性的觀點而言，較佳為2官能以上，更佳為3官能。
含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂的環氧當量(分子量/環氧基數)並無特別限制。就耐熱性及操作性的觀點而言，含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂的環氧當量較佳為90g/eq~500g/eq，更佳為100g/eq~300g/eq，進而佳為120g/eq~160g/eq。
含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂的黏度並無特別限制，自操作性的觀點而言，較佳為25℃下的黏度為50Pa．s以下，更佳為30Pa．s以下，進而佳為10Pa．s以下。
含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂在環氧樹脂整體中所佔的比例並無特別限制，可根據底部填充材的期望特性進行選擇。 例如，含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂在環氧樹脂整體中所佔的比例可為10質量%~100質量%，亦可為10質量%~75質量%，亦可為10質量%~60質量%。
環氧樹脂包含含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂時，含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂在含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂整體中所佔的比例可為50質量%以上，亦可為70質量%以上，亦可為90質量%以上。
特別是，自操作性、及焊縫裂紋的有效抑制的觀點而言，較佳為併用雙酚型環氧樹脂與含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂，更佳為併用雙酚型環氧樹脂與含有特定異氰脲酸酯環的環氧樹脂。雙酚型環氧樹脂與含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂的質量基準的調配比(雙酚型環氧樹脂：含有異氰脲酸酯環的環氧樹脂)並無特別限制，較佳為90：10~25：75，更佳為90：10~40：60。
<硬化劑>
底部填充材含有硬化劑。硬化劑的種類並無特別限制，可根據底部填充材的期望特性等進行選擇。例如，可列舉：胺硬化劑、酚硬化劑、酸酐硬化劑、聚硫醇硬化劑、聚胺基醯胺硬化劑、異氰酸酯硬化劑、嵌段異氰酸酯硬化劑等。硬化劑可單獨使用一種，亦可組合使用兩種以上。
用於底部填充材的硬化劑較佳為在常溫下為液狀，自低吸水性及向被接著物的接著性的觀點而言，較佳為胺硬化劑。作為胺硬化劑，可列舉：二乙三胺、三乙四胺、正丙基胺、2-羥基 乙基胺基丙基胺、環己基胺、4,4'-二胺基-二環己基甲烷等脂肪族胺化合物、二乙基甲苯二胺、3,3'-二乙基-4,4'-二胺基二苯基甲烷、2-甲基苯胺等芳香族胺化合物、咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-異丙基咪唑等咪唑化合物、咪唑啉、2-甲基咪唑啉、2-乙基咪唑啉等咪唑啉化合物等。該些中，較佳為芳香族胺化合物。
硬化劑的官能基當量並無特別限制。自反應性及組成物特性的觀點而言，硬化劑的官能基當量(胺硬化劑的情況下為活性氫當量)較佳為30g/eq~300g/eq，更佳為35g/eq~200g/eq。硬化劑的官能基當量設為計算值。
自將各自的未反應成分抑制得少的觀點而言，環氧樹脂與硬化劑的調配比較佳為以硬化劑的官能基(胺硬化劑的情況下為活性氫)的數量相對於環氧樹脂的環氧基的數量的比(硬化劑的官能基數/環氧樹脂的環氧基數)成為0.5~2.0的範圍內的方式設定，更佳為以成為0.6~1.3的範圍內的方式設定，進而佳為以成為0.8~1.2的範圍內的方式設定。
<無機填充材>
底部填充材含有無機填充材。無機填充材的種類並無特別限制。具體而言，可列舉：二氧化矽、氧化鋁、碳酸鈣、矽酸鋯、矽酸鈣、氮化矽、氮化鋁、氮化硼、氧化鈹、氧化鋯、鋯石、鎂橄欖石(forsterite)、凍石(steatite)、尖晶石、富鋁紅柱石、二氧化鈦、滑石、黏土、雲母等無機材料。而且，亦可使用具有阻燃效果的無機填充材。作為具有阻燃效果的無機填充材，可列舉氫 氧化鋁、氫氧化鎂、鎂與鋅的複合氫氧化物等複合金屬氫氧化物、硼酸鋅等。
所述無機填充材中，自熱膨脹率減少的觀點而言，較佳為二氧化矽，自熱傳導性提高的觀點而言，較佳為氧化鋁。無機填充材可單獨使用一種，亦可組合使用兩種以上。
底部填充材中所含的無機填充材的含有率並無特別限制。自降低硬化後的熱膨脹率的觀點而言，無機填充材的量越多越佳。例如，無機填充材的含有率較佳為底部填充材整體的40質量%以上，更佳為50質量%以上，進而佳為60質量%以上。另一方面，自抑制黏度上升的觀點而言，無機填充材的量越少越佳。例如，無機填充材的含有率較佳為底部填充材整體的80質量%以下。
在無機填充材為粒子狀的情況下，其平均粒徑並無特別限制。例如，體積平均粒徑較佳為0.05μm~20μm，更佳為0.1μm~15μm。若無機填充材的體積平均粒徑為0.05μm以上，則存在底部填充材的黏度的上升得到進一步抑制的傾向。若體積平均粒徑為20μm以下，則存在對狹小的縫隙的填充性進一步提高的傾向。無機填充材的體積平均粒徑可作為藉由雷射散射繞射法粒度分佈測定裝置而獲得的體積基準的粒度分佈中自小粒徑側起的體積的累計成為50%時的粒徑(D50)而進行測定。
<添加劑>
底部填充材除了所述成分以外，亦可包含硬化促進劑、應力 緩和劑、偶合劑、著色劑等各種添加劑。底部填充材除了以下例示的添加劑以外，亦可視需要包含該技術領域中周知的各種添加劑。
(硬化促進劑)
底部填充材亦可包含硬化促進劑。硬化促進劑的種類並無特別限制，可根據環氧樹脂及硬化劑的種類、底部填充材的期望特性等進行選擇。
在底部填充材包含硬化促進劑的情況下，硬化促進劑的量較佳為相對於環氧樹脂與硬化劑的合計100質量份而為0.1質量份~30質量份，更佳為1質量份~15質量份。
(應力緩和劑)
底部填充材亦可包含應力緩和劑。作為應力緩和劑，可列舉熱塑性彈性體、天然橡膠(Natural Rubber，NR)、丙烯腈-丁二烯橡膠(acrylonitrile butadiene rubber，NBR)、丙烯酸橡膠、胺基甲酸酯橡膠、矽酮橡膠等的粒子等。應力緩和劑可單獨使用一種，亦可組合使用兩種以上。
在底部填充材包含應力緩和劑的情況下，應力緩和劑的量較佳為相對於環氧樹脂與硬化劑的合計100質量份而為0.1質量份~30質量份，更佳為1質量份~15質量份。
(偶合劑)
底部填充材亦可包含偶合劑。作為偶合劑，可列舉：環氧基矽烷、苯基矽烷、巰基矽烷、胺基矽烷、苯基胺基矽烷、烷基矽 烷、脲基矽烷、乙烯基矽烷等矽烷化合物、鈦化合物、鋁螯合物化合物、鋁/鋯化合物等。該些中，較佳為矽烷化合物(矽烷偶合劑)。偶合劑可單獨使用一種，亦可組合使用兩種以上。
在底部填充材包含偶合劑的情況下，相對於無機填充材100質量份，偶合劑的量較佳為0.05質量份~5質量份，更佳為0.1質量份~2.5質量份。
(著色劑)
底部填充材亦可包含著色劑。作為著色劑，可列舉：碳黑、有機染料、有機顏料、鉛丹、氧化鐵紅(Bengala)等。著色劑可單獨使用一種，亦可組合使用兩種以上。
在底部填充材包含著色劑的情況下，著色劑的量較佳為相對於環氧樹脂與硬化劑的合計100質量份而為0.01質量份~10質量份，更佳為0.1質量份~5質量份。
[底部填充材的特性]
(質量減少率)
底部填充材較佳為：在作為硬化物在175℃的條件下配置1000小時時，自硬化物的總質量減去無機填充材的質量而得到的成分(亦稱為「硬化物的無機填充材以外的成分」)的質量減少率為1.00質量%以下。本揭示的第1實施形態的底部填充材的所述質量減少率為1.00質量%以下。
所述質量減少率例如可藉由調節底部填充材中含有的各成分的種類、調配比例等來調整。
無機填充材的質量可藉由將硬化物在蒙烰爐(muffle furnace)等中在800℃以上的高溫下處理4小時，測定處理後作為殘渣而得到的灰分的質量來求出。在硬化物中的無機填充材的含有率為已知的情況下，可將硬化物的質量乘以該含有率而算出的值作為無機填充材的質量。
硬化物的無機填充材以外的成分的質量減少率(質量%)如下算出：測定硬化物的175℃、1000小時的處理前後的硬化物的質量，求出無機填充材的質量，藉由下式算出。另外，在由灰分的質量求出無機填充材的質量的情況下，可測定供於175℃、1000小時的處理後的硬化物的灰分的質量，亦可使用在與供於175℃、1000小時的處理的硬化物相同的條件下製作的相同質量的硬化物來測定灰分。
ML=[{(m0-mF)-(mB-mF)}/(m0-mF)]×100
ML：硬化物的無機填充材以外的成分的質量減少率(質量%)
m0：175℃、1000小時處理前的硬化物的質量(mg)
mB：175℃、1000小時處理後的硬化物的質量(mg)
mF：無機填充材的質量(mg)
在本揭示中，作為硬化物來測定質量減少率時的底部填充材的硬化條件為165℃、120分鐘。
硬化物的無機填充材以外的成分的質量減少率較佳為1.00質量%以下，更佳為0.90質量%以下，進而佳為0.80質量% 以下。質量減少率越少越佳。
(黏度)
底部填充材較佳為在填充基板與半導體元件之間的空隙時的黏度充分低。具體而言，110℃下的黏度較佳為1.0Pa．s以下，更佳為0.75Pa．s以下，進而佳為0.50Pa．s以下。在本揭示中，底部填充材的110℃下的黏度是藉由流變儀(例如，日本TA儀器股份有限公司(TA Instruments Japan Inc.)製造的「AR2000」)在40mm的平行板(parallel plate)上，在剪切速度：32.5/sec的條件下測定的值。
[底部填充材的用途]
底部填充材可用於各種封裝技術中。特別是，適合作為倒裝晶片型封裝技術中使用的底部填充材。例如，可較佳地用於填充利用凸塊等而受到接合的半導體元件與基板之間的縫隙的用途。
特別是，本揭示的底部填充材即便在高溫下長時間配置時亦能夠抑制焊縫裂紋的發生，因此適合於車載用等的功率半導體的密封。
使用底部填充材來填充半導體元件與基板之間的縫隙的方法並無特別限制。例如可藉由使用分配器(dispenser)等公知的方法來進行。
<半導體封裝>
本揭示的半導體封裝包括：基板、配置在所述基板上的半導體元件、以及密封所述半導體元件的所述底部填充材的硬化物。
所述半導體封裝中，半導體元件與基板的種類並無特別限制，可自半導體封裝的領域中通常所使用者中選擇。所述半導體封裝，即便在高溫下長時間工作，亦得以抑制焊縫裂紋的發生，因此可靠性優異。
<半導體封裝的製造方法>
本揭示的半導體封裝的製造方法包括：利用所述底部填充材填充基板與配置在所述基板上的半導體元件之間的空隙的步驟；以及將所述底部填充材硬化的步驟。
所述方法中，半導體元件與基板的種類並無特別限制，可自半導體封裝的領域中通常所使用者中選擇。使用底部填充材來填充半導體元件與基板之間的縫隙的方法、以及填充後將底部填充材硬化的方法並無特別限制，可利用公知的方法來進行。
實施例
以下，藉由實施例來對本揭示的底部填充材進行具體說明，但本揭示的範圍並不限定於該些實施例。再者，只要無特別說明，則「份」及「%」是質量基準。
以下，總結並示出實施例1~實施例3及比較例1~比較例3中進行的特性試驗的試驗方法。另外，所使用的底部填充材的各種特性、可靠性的評價是利用以下的方法及條件來進行。
以下示出用於評價的半導體裝置的規格。
元件：縱20mm、橫20mm、厚度725μm的元件
凸塊：在高度為45μm的銅柱上設置有高度為15μm的無鉛 焊料的凸塊、凸塊間距為200μm
基板：縱45mm、橫45mm、厚度0.82mm的E-705G(日立化成股份有限公司、商品名)
阻焊劑：SR7300G(日立化成股份有限公司、商品名)
(底部填充材的製備)
以表1所示的量(質量份)混合表1所示的成分，而製備底部填充材。各成分的詳情為如下所示。
環氧樹脂1…液狀雙酚F型環氧樹脂、環氧當量：160g/eq、商品名「愛普特托(EPOTOTO)YDF-8170C」、日鐵化學與材料(NIPPON STEEL Chemical& Material)股份有限公司；
環氧樹脂2…三縮水甘油基-對胺基苯酚、環氧當量：95g/eq、商品名「jER 630」、三菱化學股份有限公司；
環氧樹脂3…三羥甲基丙烷三縮水甘油醚、環氧當量：120g/eq、商品名「愛普特托(EPOTOTO)ZX-1542」、日鐵化學與材料(NIPPON STEEL Chemical& Material)股份有限公司；
環氧樹脂4…1,3,5-三(4,5-環氧戊基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、環氧當量：135g/eq、商品名「TEPIC-VL」、日產化學工業股份有限公司。
硬化劑1…二乙基甲苯二胺、商品名「jER固化(jER cure)W」、活性氫當量：45g/eq、三菱化學股份有限公司；
硬化劑2…3,3'-二乙基-4,4'-二胺基二苯基甲烷、商品名「化藥硬化(kayahard)A-A」、活性氫當量：63g/eq、日本化藥股份 有限公司。
無機填充材…體積平均粒徑為0.5μm的球狀二氧化矽、商品名「SE2200」、阿德瑪科技(Admatechs)股份有限公司。
著色劑…碳黑、商品名「MA-100」、三菱化學股份有限公司。
(質量減少率)
硬化物的無機填充材以外的成分的質量減少率(質量%)如下算出：測定硬化物的175℃、1000小時的處理前後的硬化物的質量，求出無機填充材的質量，藉由下式算出。
ML=[{(m0-mF)-(mB-mF)}/(m0-mF)]×100
ML：硬化物的無機填充材以外的成分的質量減少率(質量%)
m0：175℃、1000小時處理前的硬化物的質量(mg)
mB：175℃、1000小時處理後的硬化物的質量(mg)
mF：無機填充材的質量(mg)
(可靠性)
用顯微鏡觀察在175℃下經過1000小時的熱歷程的半導體裝置，觀察有無焊縫裂紋。
Figure 108117398-A0305-02-0025-1
如表1所示，在使用比較例1~比較例3的底部填充材的情況下，在可靠性試驗中發生了焊縫裂紋。另一方面，在使用無機填充材的含有率相同的實施例1~實施例3的底部填充材的情況下，在可靠性試驗中未觀察到焊縫裂紋，成為良好的結果。
日本專利申請案第2018-100786號的揭示藉由參照而將其整體併入至本說明書中。
關於本說明書中所記載的所有文獻、專利申請案及技術規格，與具體且各個地記載有藉由參照而併入各個文獻、專利申請案及技術規格的情況同等程度地，引用且併入至本說明書中。

Claims (5)

  1. 一種底部填充材，其含有環氧樹脂、硬化劑及無機填充材，所述環氧樹脂，包含環氧基與異氰脲酸酯環藉由碳數2~4的直鏈伸烷基而連結的環氧樹脂，所述硬化劑為芳香族胺化合物，所述硬化劑的活性氫的數量相對於所述環氧樹脂的環氧基的數量的比(硬化劑的活性氫/環氧樹脂的環氧基數)為0.5~2.0，且所述底部填充材在作為硬化物於175℃的條件下配置1000小時時，自硬化物的總質量減去無機填充材的質量而得到的成分的質量減少率為1.00質量%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的底部填充材，其中所述環氧樹脂包含在分子內不具有環氧基以外的碳-氧單鍵(C-O)的環氧樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的底部填充材，其用於功率半導體。
  4. 一種半導體封裝，其包括：基板、配置在所述基板上的半導體元件、以及密封所述半導體元件的如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的底部填充材的硬化物。
  5. 一種半導體封裝的製造方法，其包括：利用如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的底部填充材填充基板與配置在所述基板上的半導體元件之間的空隙的步 驟；以及將所述底部填充材硬化的步驟。
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