CN101675137A - 粘合剂树脂组合物及采用该组合物制得的切割模片粘结膜 - Google Patents

粘合剂树脂组合物及采用该组合物制得的切割模片粘结膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制备半导体封装的粘合剂树脂组合物、一种粘合膜及采用该组合物制得的切割模片粘结膜和半导体器件，以及粘合膜的制备方法。根据本发明的粘合剂树脂组合物，其特征在于，包含a)多官能环氧树脂；b)酚醛树脂，其在121℃、2个大气压和100％RH的条件下处理48小时的吸湿率为2.0wt％或更低；和c)热塑性树脂。其在半固化状态具有优异的晶片粘结强度和填充性能，从而可减少加工的不合格率。其在固化状态具有优异的耐热性、抗吸湿性或抗回流开裂性等，从而可制备具有优异的可靠性的半导体器件。

Description

粘合剂树脂组合物及采用该组合物制得的切割模片粘结膜
技术领域
本发明涉及一种用于制备半导体封装的粘合剂树脂组合物以及采用该组合物制备的粘合膜、切割模片粘结膜(dicing die bonding film)和半导体器件，以及粘合膜的制备方法。根据本发明的粘合剂树脂组合物，其特征在于，包含a)多官能环氧树脂；b)酚醛树脂，其在121℃、2个大气压和100％RH的条件下48小时的吸湿率为2.0wt％或更低；和c)热塑性树脂。
背景技术
目前，随着半导体存储器的高集成度和高功能化，开始将闪存装入手机或移动终端，MCP(多芯片封装)的方法被大量使用，其中将多个半导体芯片层压在半导体基板上。在MCP方法中，用膜样粘合剂取代了传统液相环氧胶(日本未审查专利公开Nos.H03-192178和H04-234472等)粘结半导体芯片和半导体基板。
同时，使用所述膜样粘合剂的方法有膜部分粘合法和晶片背面粘合法。
膜部分粘合法是一种包括切割或冲压膜样粘合剂以使之成为适应芯片的部分、将其粘结到半导体基板、从晶片上取下芯片并在其上粘结模片的方法，并通过后序的步骤，如焊线和封胶步骤(日本未审查专利公开No.H09-17810)获得半导体器件。
在晶片背面粘合法中，通过将膜样粘合剂粘结到晶片背面，再进一步将具有压敏粘合剂层的切割胶带粘结到不与晶片背面粘结的对面，切割所述晶片以分离成单个的芯片，取下芯片并将其模片粘结到半导体基板，然后为焊线和封胶步骤。然而，在所述晶片背面粘合法中，有诸如难以传输薄晶片、工艺增加、难以适应不同厚度和大小的芯片、难以使膜变薄和用于高功能半导体器件可靠性差等问题。
为了解决所述问题，提出了一种方法，其包括将具有粘合剂和压敏粘合剂的膜作为一层粘合到晶片背面(日本未审查专利公开Nos.H02-32181、H08-53655和H10-8001)。所述方法不进行两次层压工艺，而能够一次进行，而且在运输晶片时不会造成问题，因为配备了支撑晶片的晶片环。此外，紫外线固化型压敏粘合剂和热固化型粘合剂是混合在一体的由压敏粘合剂构成的切割模片粘合膜中-所述粘合剂包含上述专利公开的组合物和基底。因此，所述压敏粘合剂用于在切割过程中支撑晶片，而且在紫外线固化步骤后丧失其粘合强度，因此芯片很容易从晶片上被取走。同时，所述粘合剂在模片粘结步骤中固化，而且可能使芯片与半导体基板牢固地粘合。然而，通过从制备起的压敏粘合剂层与膜内的压敏粘合剂层相互反应来使用，所述一体的切割模片粘结膜存在基底和芯片在切割后在取下半导体芯片的过程中不能很好地剥离的问题。
提出了一种压敏粘合剂和粘合剂分开的单独的切割模片粘合膜，通过溶解其可作为在切割步骤中的切割胶带和模片粘结步骤中的粘合剂，以解决一体膜的上述问题。在所述单独的切割模片粘结膜中，压敏粘合剂和粘合剂在切割步骤后用紫外线或加热通过对其固化就容易分离，因此其在半导体芯片取下步骤中不会出现问题，并为在模片粘结步骤中减小膜的厚度提供了便利。然而，在将粘合剂层压到半导体晶片背面的步骤中，与传统方法中加入加热步骤不同，压敏粘合剂在室温下粘结，也造成了相当多的空隙。此外，在加热时存在问题，晶片由于高温被弯曲，后序步骤不容易进行，并且在切片步骤中芯片由于粘合剂弱的粘结强度而脱落。因此，半导体封装的可靠性存在问题。因此，迫切需要开发一种用于半导体的粘合剂树脂组合物，在半固化状态下将粘合剂树脂组合物涂覆于半导体封装时其具有优异的粘结强度或填充性能，从而可降低加工的不合格率，并且在制备成固态的商品后，其具有优异的可靠性如耐热性、抗吸湿性和抗回流开裂性。
发明内容
本发明意图满足上述需求，本发明的目的之一是提供一种用于半导体的粘合剂树脂组合物，在半固化涂覆于半导体封装的粘合剂树脂组合物时该组合物具有优异的粘结强度或填充性能，并且在对其固化时该组合物具有优异的可靠性如耐热性、抗吸湿性和抗回流开裂性。
本发明的另一目的是提供一种包含作为粘合剂层的所述粘合剂树脂组合物的粘合膜及其制备步骤。
本发明的另一目的是提供一种切割模片粘结膜，其包括所述粘合膜和切割胶带。
本发明的另一目的是提供一种使用所述切割模片粘结膜的半导体晶片。
本发明的其他目的是提供一种使用所述粘合膜的半导体器件。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的粘合膜的横截面图。
图2是根据本发明的一个实施例的切割模片粘结膜的横截面图。
图3是根据本发明的一个实施例的半导体器件的横截面图。
具体实施方式
将依次具体阐明根据本发明的粘合剂树脂组合物、粘合膜、切割模片粘结膜、半导体晶片和半导体器件。
粘合剂树脂组合物
根据本发明的粘合剂树脂组合物，其包含
a)多官能环氧树脂；
b)酚醛树脂，其在121℃、，2个大气压和100％RH的条件下48小时的吸湿率为2.0wt％或更低；和
c)热塑性树脂。
在下文中详细阐明了该树脂组合物的各种组分。
本发明所用的a)多官能环氧树脂没有特别的限制，只要其固化以具有粘合性质。本发明使用的a)多官能环氧树脂的例子可包括含有3个以上官能团的环氧树脂，优选的是，具有180～1,000的平均环氧当量的环氧树脂，更优选的是，单独的甲酚线型酚醛环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、4官能环氧树脂、联苯型环氧树脂、三酚甲烷型环氧树脂、烷基改性三酚甲烷型环氧树脂、萘型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂或二环戊二烯改性苯酚型环氧树脂，或上述两种以上树脂的混合物。如果本文所述多官能环氧树脂a)的平均环氧当量低于180，则可以理解的是，其固化后交联密度快速提高而具有硬化性。此外，如果所述平均环氧当量超过了1,000，则可以理解的是其玻璃化转变温度(Tg)会降低。
在高温下的防潮性方面，本发明使用b)酚醛树脂，通过压力锅测试(Pressure Cooker Test)(PCT)处理时，具体为在121℃、2个大气压和100％TH的条件下48小时，其吸湿率(moisture absorptivity)为2.0wt％以下。此外，当使用所述b)酚醛树脂制备膜时，优选的是，膜的吸湿率为1.5wt％以下。
此外，当通过热重分析(TGA)测量本文所述的b)酚醛树脂时，优选的是，当在氮气气氛下以10℃/min的速度从50℃加热至260℃时，其重量损失小于10wt％。如果酚醛树脂的重量损失在上述范围内，在加工过程中挥发性组分的量轻微，因此，可靠性如耐热性或防湿性可以得到改善。
在流动性方面，在150℃测量的本文所述的b)酚醛树脂的粘度优选为200cps以下。如果使用具有上述范围粘度的酚醛树脂，则可以在加工过程中较好地保持流动性而具有改善的填充性能。此外，由于其在高温下具有优异的防潮性，半导体封装的可靠性可以得到改善。所述粘度的下限没有特别的限制，但优选为80cps。
在耐热性方面，多官能酚醛树脂含有3个以上的酚式羟基官能团，本发明优选采用具有100～500的平均羟基当量的酚醛树脂作为所述b)酚醛树脂。如果所述平均羟基当量低于100，可以理解的是，硬化剂的硬度降低而且粘结强度降低。如果所述当量超过500，可以理解的是，玻璃化转变温度(Tg)降低而且耐热性劣化。
本发明使用的酚醛树脂的更优选的例子可包括由下面的通式1表示的树脂。
[通式1]
(其中，n是0～50的整数)。
由上述通式1代表的酚醛树脂的优选例子可包括二环戊二烯苯酚型酚醛树脂(以下称“DPP”)，而且，在这些中，优选的是选自DPP-6085、DPP-6095和DPP-6115中的一种或多种。
优选的是，相对于环氧树脂，基于当量比，在本发明的粘合剂树脂组合物中，所述酚醛树脂的量为0.5～1.2当量左右。基于重量比，优选的是，相对于100重量份的所述环氧树脂，包含的酚醛树脂为60～150重量份。如果所述酚醛树脂的量少于60重量份，残留未反应的环氧基而玻璃化转变温度(Tg)降低。然后，由于残留的环氧基在测试高温可靠性的过程中挥发，可以理解的是，半导体封装的可靠性降低。此外，如果所述酚醛树脂的量超过150重量份，可以理解的是，由于未反应的羟基(OH)基团，虽然交联密度增加，但其吸湿率增加或储存稳定性劣化。
本文使用的热塑性树脂，在粘结强度和耐热性方面，优选的是，其玻璃化转变温度(Tg)是-60～30℃且重均分子量为100,000～1,000,000。通过含有此种热塑性树脂，可以在浇注膜时的控制流动性，且可减少弹性模量以确保成品膜的柔韧性。如果所述玻璃化转变温度(Tg)小于-60℃，可以理解的是，由于粘结强度快速提高，加工性能和可操作性大为降低。如果其超过30℃，可以理解的是，低温下粘结强度降低。如果本文使用的热塑性树脂的重均分子量小于100,000，可以理解的是，由于粘合膜的柔韧性或强度降低，加工性能劣化，而且由于充填半导体基板电路时流动增加，流动性不可控。此外，如果所述重均分子量超过1,000,000，可以理解的是，由于在膜片粘结时控制流动性的作用增加，因此，当基板表面存在不平坦时，填充性能降低，粘合膜的可靠性和电路填充性能降低。
本文使用的热塑性树脂，可由任何本发明所属领域的技术人员来适当地选择。没有具体的限制，其优选为选自聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酰胺、聚醚砜、聚醚酮、聚烯烃、聚氯乙烯、苯氧基(phenoxy)、反应性丁腈共聚物橡胶和丙烯酸树脂中的一种或多种，并且更优选的是，丙烯酸树脂。
优选的是，所述丙烯酸树脂是包含丙烯酸及其衍生物的丙烯酸共聚物。所述丙烯酸及其衍生物的例子可包括丙烯酸；甲基丙烯酸；具有1～12个碳原子的丙烯酸烷基酯，如丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯；具有1～12个碳原子的甲基丙烯酸烷基酯，如甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯；单体如丙烯腈或丙烯酰胺以及其他可共聚单体。此外，优选的是，所述丙烯酸共聚物包含选自缩水甘油基、羟基、羧基和腈基中的一种或多种官能团。具有该官能团的单体的优选例子可包括：(甲基)丙烯酸缩水甘油酯，作为具有缩水甘油基的情况；(甲基)丙烯酸羟基酯或(甲基)丙烯酸羟乙酯，作为具有羟基的情况；或(甲基)丙烯酸羧基酯，作为具有羧基的情况等。
所述丙烯酸共聚物中官能团的量没有特别限制，但优选的是，相对于100重量份的丙烯酸树脂，为0.5～10重量份。如果所述官能团的量小于0.5重量分，则难以确证粘结强度。同样，如果其超过10重量份，其粘接强度太大以至降低了其加工性能，因此，这是胶化作用无法克服的缺点。
相对于100重量份的环氧树脂，在根据本发明所述的粘合剂树脂组合物中包含的热塑性树脂的含量优选为100～400重量份。如果所述热塑性树脂的量小于100重量分，弹性模量太高以至于在制备过程中树脂组合物不易于浇注成膜的形状，而且浇注时流动趋于增加。如果其超过400重量份，抑制流动的作用太高以至于填充性能降低，而且在高温下的加工能力趋于劣化。
用于所述热塑性树脂的制备方法过程可由本发明所属领域的技术人员来适当选择。没有具体限制，例如可使用如溶液聚合、乳液聚合或悬浮聚合的方法。
在根据本发明的粘合剂树脂组合物中，可进一步包含偶联剂。相对于100重量份的所有树脂组分，可含有0.01～10重量份，优选0.1～10重量份的所述偶联剂。本文的半导体晶片或二氧化硅填料与界面的封闭粘结可通过包含所述偶联剂来改善。此外，粘结性和封闭粘结可通过固化反应时偶联剂中的有机官能团与树脂组成的反应来改善，而不影响硬化剂的耐热性，因此，也改善了防潮-耐热性。如果所述偶联剂的含量小于0.01重量份，粘合膜的封闭粘结作用不足。如果含量超过10重量份，可以理解的是，由于未反应的偶联剂会导致空隙或降低耐热性。
本文可用的偶联剂没有特别限制，只要它表现出上述作用，但优选硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或上述两种以上偶联剂的组合，并且更优选为硅烷偶联剂，因其性价比高。所述硅烷偶联剂的优选例子为选自氨基硅烷、环氧硅烷、巯基硅烷、脲基硅烷、2-甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、环氧丙氧基硅烷和硫桥硅烷(sulfido silane)中的一种或多种。
所述氨基硅烷的优选例子可包括但不限于，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三(2-甲氧基-乙氧基-乙氧基)硅烷、N-甲基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、三氨丙基-三甲氧基硅烷或N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷；所述环氧基硅烷的优选例子包括，但不限于，β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷；所述巯基硅烷的优选例子包括，但不限于，γ巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基-甲基二甲氧基硅烷或γ巯基丙基三乙氧基硅烷；所述脲基硅烷的优选例子包括，但不限于，3-脲基丙基三乙氧基硅烷或3-脲基丙基三甲氧基硅烷；所述甲基丙烯酰氧基硅烷的优选例子包括，但不限于，γ甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷或γ甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷；所述乙烯基硅烷的优选例子包括，但不限于，乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三(β甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷等；所述环氧丙氧基硅烷的优选例子包括，但不限于，γ环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷或γ环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷。
相对于100重量份环氧树脂，根据本发明的粘合剂树脂组合物可进一步包含0.1～10重量份，优选0.5～5重量份的硬化加速剂，且树脂组合物的硬化反应可通过包含所述硬化加速剂来加速。如果所述硬化加速剂的量小于0.1重量份，环氧树脂的交联不足以使耐热性趋于下降。如果其超过10重量份，可以理解的是，硬化反应迅速完成，因此，储存稳定性降低。
本文可用的硬化加速剂没有特别限制，只要它是本发明所属领域常用的，但可使用选自咪唑化合物、三苯基膦(TTP)和叔胺中的一种或多种。优选使用咪唑化合物。所述咪唑化合物的优选例子可包括，但不限于，选自2-甲基咪唑(2MZ)、2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)、2-苯基咪唑(2PZ)、1-氰乙基-2-苯基咪唑(2PZ-CN)、2-十一烷基咪唑(C11Z)、2-十七烷基咪唑(C17Z)和1-氰乙基-2-苯基咪唑偏苯三酸酯(2PZ-CNS)中的一种或多种。
在改善加工能力和耐热性以及控制熔融粘度方面，相对于100重量份的固体树脂，本树脂组合物可进一步包含5～100重量份的填料。如果所述填料的量小于5重量份，可以理解的是，通过添加填料来改善耐热性和加工能力的作用不足。如果其超过100重量份，可以理解的是，改善加工能力和封闭粘结性的作用降低。
所述填料的种类可包括有机填料或无机填料，就特性而言优选无机填料。所述无机填料可包括选自二氧化硅、滑石、氢氧化铝、碳酸钙、氢氧化镁、氧化铝和氮化铝中的一种或多种。根优选球形二氧化硅，因其在树脂组合物中具有良好的分散性以及在膜内均匀的粘结强度。
所述填料的平均粒径没有特别的限制，但优选为10～1,000nm。如果所述颗径小于10nm，可以理解的是，填料容易附着在粘合膜上而造成外观缺陷。如果其超过1,000nm，可以理解的是，粘合膜中的填料会突出到膜表面，且在将膜热压到晶片上时，会损坏芯片或降低改善粘接性能的作用。
粘合膜
本发明还涉及一种粘合膜，其包括
基底膜；和
粘合剂层，其在所述基底膜上形成，且包含根据本发明的粘合剂树脂。此粘合膜包含根据本发明的粘合剂树脂组合物，其中所述组合物包括b)酚醛树脂，这样所述粘合膜在半固化状态具有优异的粘结强度和填充性能，而且所述粘合膜使用c)热塑性树脂和填料，这样使其具有优异的耐热性、耐吸湿性和抗回流开裂性等。
参照图1，说明根据本发明的粘合膜。
作为根据本发明的粘合膜的基底膜(10)，可以使用塑料膜如聚对苯二甲酸乙二酯膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丁烯膜、聚丁二烯膜、氯乙烯共聚物膜或聚酰亚胺膜。此外，优选的是在所述基底膜的表面涂覆防粘涂层。用于表面防粘涂层的防粘剂可包括基于醇酸、硅氧烷、氟化物、不饱和酯、聚烯烃或蜡的防粘剂，并且因其耐热性而最优选基于醇酸、硅氧烷或氟的防粘剂。
基底膜的厚度优选为10～500μm，且更优选为20～200μm。如果所述厚度小于10μm，在基板上涂覆膜并固化时会造成过度拉长。如果其超过500μm，则它是不经济的。
所述的粘合膜的粘合剂层(20)包括根据本发明的粘合剂树脂组合物，且由此当将所述粘合膜在低温下粘结到半导体晶片时可以使孔隙的形成最小化，并保持与晶片的高粘结强度以防止切割过程中芯片散落。
所述的粘合剂层的厚度没有特别限制，但热固化粘合剂层的厚度优选为5～200μm，更优选为10～100μm。如果厚度小于5μm，高温下释放应力的作用受损。如果其超过200μm，则它是不经济的。
此外，所述粘合剂层(20)可以在基底膜(10)的一个表面形成，以形成基底膜/粘合剂层的双层结构或粘合剂层/基底膜/粘合剂层或者基底膜/粘合剂层/基底膜的三层结构。
本发明还涉及本发明的粘合膜的制备方法。
所述粘合膜的制备方法的特征在于，其包括
第一步骤，通过在溶剂中溶解或分散粘合剂树脂组合物来制备树脂清漆；
第二步骤，将所述树脂清漆涂覆于基底膜；以及
第三步骤，通过加热涂覆有所述树脂清漆的基底膜来除去溶剂。
根据本发明所述方法的第一步是采用根据本发明的粘合剂树脂组合物来制备树脂清漆的步骤。
对于所述清漆的溶剂，通常可使用甲乙酮(MEK)、丙酮、甲苯、二甲基甲酰胺(DMF)、甲基溶纤素(MCS)、四氢呋喃(THF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或上述两种以上溶剂的组合等。考虑到基底膜的耐热性，优选使用具有低沸点的溶剂。但是，为了提高膜的性能，也可使用具有高沸点的溶剂。
此外，为了缩短加工时间或获得在粘合膜中的良好分散性，填料也可用于所述第一步骤中。当使用填料时，所述的第一步骤可包括
(a)混合溶剂、填料和偶联剂的步骤；
(b)将环氧树脂和酚醛树脂加入到所述步骤(a)的混合物中并将其混合的步骤；以及
(c)将热塑性树脂和硬化加速剂与所述步骤(b)的混合物混合的步骤。
所述填料的例子可包括单独的球磨、珠磨(Bead Mill)、三辊或高速分散剂或者前述两种以上的组合。球或珠是由玻璃、氧化铝或锆等制成。就颗粒的分散性而言，优选由锆制成的球或珠。
根据本发明的粘合膜的制备方法中的第二步骤为将所述树脂清漆涂覆于基底膜上的步骤。
在所述基底膜上涂覆树脂清漆的方法没有特别的限制。可以使用本发明的技术领域中常用的方法。例如可以使用刮刀涂布法、辊涂法、喷涂法、照相凹版式涂敷法、淋涂法、逗号涂布法(comma coat method)或凸缘涂布法(lip coat method)等。
在根据本发明的粘合膜的制备方法中的第三步骤为通过加热涂覆有所述树脂清漆的基底膜来去除溶剂的步骤。此时，优选在70～250℃下进行加热5～20分钟。在涂覆清漆后热固化粘合剂层的厚度优选为5～200μm，更优选为10～100μm。
切割模片粘结膜
本发明还涉及一种切割模片粘结膜，其包括
切割胶带；和
层压到所述切割胶带上的根据本发明的所述粘合膜。
参照图2阐明根据本发明的切割模片粘结膜。
优选的是，所述切割胶带包括
基底膜(40)；以及
压敏粘合剂层(30)，其形成于所述基底膜上。
作为切割胶带的基底膜(40)，可以使用聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二酯膜、聚氨酯膜、乙烯乙酸乙烯酯膜(ethylene vinylacetone film)、乙烯-丙烯共聚物膜、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物膜(ethylene-acrylic acid ethyl copolymer)或乙烯-丙烯酸甲酯共聚物膜(ethylene-acrylic acid methyl copolymer film)等。如有必要，优选进行如底漆涂覆、电晕处理、蚀刻处理或UV处理的表面处理。当压敏粘合剂是用UV照射固化时，其也可选自具有良好的光学透明度的材料。
所述切割胶带的基底膜的厚度没有特别的限制。但是，考虑到加工能力或封装工艺，优选为60～160μm，更优选为80～120μm。
作为切割胶带的压敏粘合剂层(30)，可以使用常用的紫外线固化压敏粘合剂或热固化压敏粘合剂。当为紫外线固化压敏粘合剂时，用紫外线来提高其内聚引力通过从基底膜一侧对其照射来降低粘接强度。当为热固化压敏粘合剂时，通过加热降低粘接强度。
根据本发明的切割模片粘结膜的制备方法可包括层压切割胶带和粘合膜的方法以及对其层压的方法等。从连续生产的能力和效率的角度看，热辊层压法是优选的。此外，优选的是在压力为0.1～10Kgf/cm2、温度为10～100℃的条件下进行热辊层压。
当将根据本发明的切割模片粘结膜粘结在半导体晶片上来切割时，它具有优异的粘结强度，以防止芯片散落，且粘合膜在拾取步骤(pick-up)容易剥脱，因此在将芯片粘结到半导体基板上时其具有优异的填充性能。因此，可提供具有优异的封装可靠性的半导体封装。
半导体晶片
本发明还涉及半导体晶片，其中，将根据本发明的切割模片粘结膜的粘合膜粘结在晶片的一面，并将所述切割模片粘结膜的切割胶带固定在晶片环形框架上。
通过将切割模片粘结膜的粘合膜与半导体晶片的背面在如0～180℃的层压温度的条件下粘结，并将所述切割模片粘结膜的切割胶带固定在晶片环形框架上，可以制备这样的半导体晶片。
半导体器件
此外，本发明涉及一种半导体器件，其包括
布线基板(50)；
粘合层(20)，其包括根据本发明的粘合剂组合物，该粘合层被粘结到所述的布线基板装载芯片的一面；以及
安装到所述粘合层上的半导体芯片(1)。
所述的半导体器件的制备方法阐明如下。
采用切割装置，将前述切割模片粘结膜附着的半导体晶片完全切割以分成独立的芯片。
然后，当切割胶带为紫外线固化压敏粘合剂时，通过从基底膜一侧辐照紫外线来固化。当为热固化压敏粘合剂时，通过升温来固化。在如上所述用紫外线或加热来固化的压敏粘合剂中，粘合剂的封闭粘结强度降低，从而在以后的工序中芯片的拾取很容易进行。此时，如果有必要，可以延展切割模片粘结膜。如果进行这样的延展步骤，芯片之间的间隔扩大，使拾取容易进行，且粘合层和压敏粘合剂层的蠕变产生从而改善拾取性能。
接着，进行芯片拾取。然后，可从切割模片粘结膜的粘合剂层剥离半导体晶片和切割模片粘结膜的压敏粘合剂层，以获取仅粘附有粘合剂层的芯片。将得到的粘结了所述粘合剂层的芯片粘结到半导体基板上。芯片的粘结温度通常为100～180℃，粘结时间为0.5～3秒，且粘结压力为0.5～2Kgf/cm2。
按照所述方法进行，通过线焊(bonding)和封胶(molding)步骤获得半导体器件。
半导体器件的制备方法不仅限于上述步骤，也可以包括任何步骤并改变步骤的顺序。例如，也可以通过紫外线固化切割-延展步骤或切割延展-紫外线固化步骤来进行。根据芯片粘结步骤，还可以进一步包括加热或冷却的步骤。
实施例
以下，将通过根据本发明的实施例和不根据本发明的对比实施例来更详细地阐明本发明。然而，本发明的范围并不限于下面的实施例所代表的范围。
实施例1
丙烯酸树脂的制备
将150g丙烯酸丁酯、200g丙烯酸乙酯、140g丙烯腈、16g甲基丙烯酸缩水甘油酯和1,500g去离子蒸馏水加入到具有搅拌器、氮气置换装置和温度计的4-颈3L反应器中。向其中加入4g 4％聚乙烯醇的水稀释液(商品名：NH-17，由Nippon Ghosei生产)作为悬浮剂，并加入0.3g十二烷基硫醇作为分子量调节剂，以制备混合物。在混合物中进行氮气置换约1小时，并升高温度到55℃。到达设定温度时，加入通过在醋酸乙酯稀释到2％的4g过氧重碳酸二乙基己酯(商品名：Trigonox EHP，由Akzo Nobel生产)作为引发剂来引发聚合反应。引发4小时后该反应结束。反应物用去离子蒸馏水清洗数次，然后用离心机和真空烘箱干燥以获得聚合物颗粒。收率为90％，由凝胶渗透色谱法测得分子量(Mw)为700,000，分子量分布为3.0且用DSC(差示扫描量热法)测得玻璃化转变温度(Tg)为5℃。将所得聚合物颗粒溶解在甲乙酮中并用于涂覆。
粘合剂树脂组合物、粘合膜和切割模片粘结膜的制备
向甲乙酮中加入100重量份的甲酚-线型酚醛环氧树脂(EOCN-1020-55，由Nippon Kayaku Co.，Ltd.生产；环氧当量：199，软化点：55℃)作为环氧树脂，90重量份的DPP-6115(由Kolong Industries，Inc.生产，羟基当量：180，软化点：115℃，在121℃、2个大气压和100％RH的条件下48小时的吸湿率：1.0wt％)作为酚醛树脂，150重量份的由上述方法制备的热塑性树脂，0.5重量份的2-苯基-4-甲基-5-二羟甲基咪唑(2P4MHZ，由Shikoku ChemicalsCorporation生产)作为硬化加速剂，2重量份的γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM-403，由Shin-Etsu Chemical生产)作为偶联剂和30重量份的UFP-80(DENKA，球形二氧化硅，平均粒径：75nm)作为填料，搅拌并混合以制备清漆。
将所述的清漆涂覆在厚度为38μm的基底膜(防粘聚酯膜，RS-21G，由SKC生产)上，并在160℃干燥3分钟以制备膜厚为20μm的粘合膜。然后，使用层压机(由Fujishoko制造)，将所述粘合膜在5Kgf/cm2、30℃下层压到切割胶带(SLIONTEC6360-50)上以获得切割模片粘结膜。
实施例2
除了使用100重量份的二环戊二烯改性环氧树脂(XD-1000L，由NipponKayaku Co.，Ltd.生产；环氧当量：253，软化点：74℃)作为环氧树脂和70重量份的DPP-6115作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
实施例3
除了使用100重量份的萘酚型酚醛环氧树脂(NC-7300L，由NipponKayaku Co.，Ltd.生产；环氧当量：215，软化点：62℃)作为环氧树脂和85重量份的DPP-6115作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
实施例4
除了使用85重量份的DPP-6085(由Kolong Industries，Inc.生产；羟基当量：168，软化点：87℃，在121℃、2个大气压和100％RH条件下处理48小时的吸湿率为1.5wt％)作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
对比实施例1
除了使用100重量份的双酚A环氧树脂(YD-128，由Kukdo ChemicalCo.，Ltd.生产；环氧当量：187)作为环氧树脂和100重量份的DPP-6115作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
对比实施例2
除了使用50重量份的苯酚型酚醛树脂(KPH-F2001，由Kolong Industries，Inc.生产；羟基当量：106，软化点：84℃，在121℃、2个大气压和100％RH的条件下处理48小时的吸湿率为4.5wt％)作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
对比实施例3
除了使用60重量份的双酚A型酚醛树脂(Phenolite VH-4170，由Kangnam Chemical Co.，Ltd.生产；羟基当量：118，软化点：105℃，在121℃、2个大气压和100％RH条件下处理48小时的吸湿率为5.2wt％)作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
对比实施例4
除了使用90重量份的Xylok树脂(KPH-F3075，由Kolong Industries，Inc.生产；羟基当量：175，软化点：75℃，在121℃、2个大气压和100％RH条件下处理48小时的吸湿率为3.2wt％)作为酚醛树脂外，以与实施例1相同的方式制备膜。
所述的实施例和对比实施例的组合物以及上述使用的酚醛树脂的吸湿率和重量损失分别显示在下表1和2中。
表1
Figure G2008800143262D00171
(Ex.：实施例；C.Ex.：对比实施例)
表2
Figure G2008800143262D00182
*吸湿率是在121℃、2个大气压和100％RH条件下处理48小时测得
**重量损失是在氮气气氛下以10℃/mi n的速度从50℃加热至260℃时测得
关于实施例1～4和对比实施例1～4，其物理性质根据下列方法测定，其结果见表3。
[膜评价方法]
(1)粘结强度
在设置为60℃的胶带安装机(tape mounter)(Hugle Electronics Inc.)内将8英寸硅晶片与模片粘结膜层压10秒。使用TA.XT Plus结构分析仪(StableMicro Systems Ltd.)，在如剥离速度为5mm/s且剥离角为180°的条件下，测量上述模片粘结膜的粘结强度。
(2)填充性能
将具有10μm高度差的PCB用作基板。将模片粘结膜(20μm)裁剪为25mm×25mm，并在胶带安装机(Hugle Electronics Inc.)内在60℃下与芯片层压。将粘结了PCB和模片粘结膜的芯片在130℃1.5Kg的压力下挤压1秒。通过计算膜流出并填入到PCB图案空隙的量计算出填充率。评价填充性能的方法如下所示。
◎：填充率：超过60％
○：填充率：30～60％
×：填充率：小于30％
(3)膜的吸湿率
测量在190℃烘箱中固化2小时的膜的重量(A)，使用PCT设备(Hirayama Manufacturing Corporation)在121℃/100％RH/2个大气压下处理48小时并除去其表面的水分后，测量其重量(B)。将上述测量值带入下面的方程式(1)中计算吸湿率。
方程(1)--吸湿率(wt％)＝([B-A]×100)/A
(4)防潮性
使用PCT设备将与晶片粘结的膜在121℃、100％RH和2个大气压下处理72小时后，观察是否造成剥落。评价的方式如下所示。
○：未造成剥落
×：造成剥落
(5)IR回流测试
将芯片和PCB粘结到模片粘结膜上，并将其在180℃下固化2小时以制备半导体封装样品。使用热冲测试仪(DIMOS TECH Co.，Ltd.)，将该样本置于-65℃下15分钟，然后在150℃大气下15分钟，且重复该步骤5次。然后，将其置85℃和85％的温湿箱中72小时，通过IR回流仪器将样品的最高表面温度设定在260℃持续30秒，置于室温下并冷却，重复此处理3次。然后，用超声波显微镜(SAT)观察上述样品中的裂缝。评价的方式如下所示。
○：未造成剥落或裂缝等
×：造成剥落或裂缝等
表3
Figure G2008800143262D00201
如上表2所示，可以证实，与对比实施例1～4的粘合膜相比，根据本发明制备的实施例1～4的粘合膜在半固化状态和固化状态具有优异的物理性能。
此外，在使用包括根据本发明的通式1的酚醛树脂的膜中，根据环氧树脂的种类粘结强度和填充性能略有差异，但其显示出了在进行加工时不造成任何问题的水平。因此，由于低吸湿率，能够确保其在防潮性和抗回流性上的优异结果。另一方面，当为使用双官能环氧树脂而不是多官能环氧树脂的对比实施例1时，确保了一定程度的粘结强度和填充性能，但可以证实，由于低耐热性而在可靠性方面存在问题。也可以证实，在使用具有高吸湿率的酚醛树脂的对比实施例2和3中存在问题。当使用具有低重量损失但高吸湿率的酚醛树脂的对比实施例4时，其具有较好的抗回流性，但在防潮性方面存在问题。
【工业实用性】
根据本发明的半导体粘合膜在半固化状态具有优异的晶片粘结强度和填充性能，从而可减少加工的不合格率。在固化状态制备半导体封装后，其具有优异的耐热性、抗吸湿性或抗回流开裂性等，从而可制备具有优异的可靠性的半导体器件。

Claims (38)

1、一种粘合剂树脂组合物，其包含：
a)多官能环氧树脂；
b)酚醛树脂，其在121℃、2个大气压和100％RH的条件下处理48小时的吸湿率为2.0wt％或更低；和
c)热塑性树脂。
2、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述多官能环氧树脂的平均环氧当量为180～1,000。
3、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述多官能环氧树脂为选自甲酚线型酚醛环氧树脂、双酚A型酚醛环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂、4-官能环氧树脂、联苯型环氧树脂、三酚甲烷型环氧树脂、烷基改性三酚甲烷型环氧树脂、萘型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂和二环戊二烯改性苯酚型环氧树脂中的一种或多种。
4、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述酚醛树脂在氮气气氛下以10℃/min的速度从50℃加热至260℃时重量损失小于10％。
5、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述酚醛树脂在150℃的温度下具有200cps以下的粘度。
6、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述酚醛树脂具有100～500的平均羟基当量。
7、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述酚醛树脂由通式1表示：
[通式1]
Figure A2008800143260003C1
其中，n是0～50的整数。
8、根据权利要求7所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述酚醛树脂为二环戊二烯苯酚型酚醛树脂。
9、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，相对于100重量份的所述环氧树脂，含有60～150重量份的所述酚醛树脂。
10、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述热塑性树脂具有-60～30℃的玻璃化转变温度和100,000～1,000,000的重均分子量。
11、根据权利要求10所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述热塑性树脂为选自聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酰胺、聚醚砜、聚醚酮、聚烯烃、聚氯乙烯、苯氧基、反应性丁腈共聚物橡胶和丙烯酸树脂中的一种或多种。
12、根据权利要求11所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述丙烯酸树脂为包含选自丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯腈和丙烯酰胺中的一种或多种单体的丙烯酸共聚物。
13、根据权利要求12所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述丙烯酸共聚物包含选自缩水甘油基、羟基、羧基和腈基中的一种或多种官能团。
14、根据权利要求13所述的粘合剂树脂组合物，
其中，相对于100重量份的所述丙烯酸树脂，所述丙烯酸共聚物中所述官能团的量为0.5～10重量份。
15、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，相对于100重量份的所述环氧树脂，所述热塑性树脂的含量为100～400重量份。
16、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，相对于100重量份的全部树脂组分，所述组合物进一步包含0.01～10重量份的偶联剂。
17、根据权利要求16所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述偶联剂为选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。
18、根据权利要求17所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述硅烷偶联剂为选自氨基硅烷、环氧硅烷、巯基硅烷、脲基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、环氧丙氧基硅烷和硫桥硅烷中的一种或多种。
19、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，相对于100重量份的所述环氧树脂，所述组合物进一步包含0.1～10重量份的硬化加速剂。
20、根据权利要求19所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述硬化加速剂为选自咪唑化合物、三苯基膦(TTP)和叔胺中的一种或多种。
21、根据权利要求20所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述咪唑化合物为选自2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2-苯基咪唑、1-氰乙基-2-苯基咪唑、2-十一烷基咪唑、2-十七烷基咪唑和1-氰乙基-2-苯基咪唑偏苯三酸酯中的一种或多种。
22、根据权利要求1所述的粘合剂树脂组合物，
其中，相对于100重量份的固体树脂，所述组合物进一步包含5～100重量份的填料。
23、根据权利要求22所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述填料为选自二氧化硅、滑石、氢氧化铝、碳酸钙、氢氧化镁、氧化铝和氮化铝中的一种或多种。
24、根据权利要求22所述的粘合剂树脂组合物，
其中，所述填料具有10～1,000nm的平均粒径。
25、一种粘合膜，其包括：
基底膜；和
粘合剂层，其在所述基底膜上形成并包含根据权利要求1～24中任意一项所述的粘合剂树脂组合物。
26、根据权利要求25所述的粘合膜，
其中，所述基底膜为聚对苯二甲酸乙二酯膜、聚四氟乙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丁烯膜、聚丁二烯膜、氯乙烯共聚物膜或聚酰亚胺膜。
27、根据权利要求25所述的粘合膜，
其中，所述基底膜的表面通过选自基于醇酸、硅氧烷、氟化物、不饱和酯、聚烯烃或蜡的防粘剂中的一种或多种防粘剂处理。
28、根据权利要求25所述的粘合膜，
其中，所述基底膜具有10～500μm的厚度。
29、根据权利要求25所述的粘合膜，
其中，所述粘合剂层具有5～200μm的厚度。
30、一种制备粘合膜的方法，其包括：
第一步骤，通过在溶剂中溶解或分散根据权利要求1～24中任一项所述的粘合剂树脂组合物来制备树脂清漆；
第二步骤，将所述树脂清漆涂覆于基底膜上；以及
第三步骤，通过加热涂覆有所述树脂清漆的基底膜来除去溶剂。
31、根据权利要求30所述的制备粘合膜的方法，
其中，所述第一步骤包括：
(a)混合溶剂、填料和偶联剂的步骤；
(b)将环氧树脂和酚醛树脂加入到所述步骤(a)的混合物中并将它们混合的步骤；以及
(c)将热塑性树脂和硬化加速剂与所述步骤(b)的混合物混合的步骤。
32、一种切割模片粘结膜，其包括：
切割胶带；和
层压到所述切割胶带上的根据权利要求25所述的粘合膜。
33、根据权利要求32所述的切割模片粘结膜，
其中，所述切割胶带包括：
基底膜；和
形成于所述基底膜上的压敏粘合剂层。
34、根据权利要求33所述的切割模片粘结膜，
其中，所述基底膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二酯膜、聚氨酯膜、乙烯乙酸乙烯酯膜、乙烯-丙烯共聚物膜、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物膜或乙烯-丙烯酸甲酯共聚物膜。
35、根据权利要求33所述的切割模片粘结膜，
其中，通过选自底漆涂覆、电晕处理、蚀刻处理和UV处理中的一种或多种方法对所述基底膜的表面进行表面处理。
36、根据权利要求33所述的切割模片粘结膜，
其中，所述压敏粘合剂层为紫外线固化压敏粘合剂或热固化压敏粘合剂。
37、一种半导体晶片，其中，将根据权利要求32所述的切割模片粘结膜的粘合膜粘结在晶片的一面，并将所述切割模片粘结膜的切割胶带固定在晶片环形框架上。
38、一种半导体器件，其包括：
布线基板；
根据权利要求25所述的粘合膜，其被粘结到所述布线基板装载芯片的一面；以及
安装到所述粘合膜上的半导体芯片。
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