CN103681530B - 电子部件密封用热固化性树脂片、树脂密封型半导体装置及该半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供与电子部件的粘接性优异的电子部件密封用热固化性树脂片、可靠性高的树脂密封型半导体装置、及其制造方法。本发明涉及一种电子部件密封用热固化性树脂片，其中，相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下，该热固化性树脂片与形成于硅片上的硅氮化膜粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为15MPa以上、且在260℃时为2MPa以上，该热固化性树脂片与铜板粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为0.5MPa以上，该热固化性树脂片与玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为1MPa以上。

Description

电子部件密封用热固化性树脂片、树脂密封型半导体装置及 该半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及电子部件密封用热固化性树脂片、树脂密封型半导体装置、及树脂密封型半导体装置的制造方法。
背景技术
在半导体装置的制造中，在引线框、电路基板等的各种基板上搭载半导体芯片后，以覆盖半导体芯片、电路基板等电子部件的方式进行树脂密封。
树脂密封是以保护半导体装置免受来自外部的应力的影响、保护半导体装置免受湿气、污染物质的影响为目的来进行的，如果电子部件与密封树脂的粘接性低，则容易发生界面剥离，存在封装体上产生裂纹、或接合线容易断线这样的问题。
在专利文献1中记载了一种密封膜，其含有特定的树脂成分、填料、及着色剂，且具有流量为特定值的树脂层。此外，专利文献2中记载了一种密封用热固化型粘接片，其在热固化前的80～120℃下的粘度为特定值。但是，在专利文献1、2中没有对电子部件和密封树脂的粘接性进行充分的研究。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-60523号公报
专利文献2：日本特开2008-285593号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供与电子部件的粘接性 优异的电子部件密封用热固化性树脂片、可靠性高的树脂密封型半导体装置、及其制造方法。
用于解决问题的方法
本申请发明人着眼于一般的硅片被硅氮化膜保护的方面、铜作为半导体装置的配线(引线框等)而被广泛使用的方面、及玻璃布基材环氧树脂作为半导体装置的基板而被广泛使用的方面。而且发现与这些被粘物的粘接性与热塑性树脂有关。此外，本申请发明人还发现：通过将热塑性树脂的含量设为特定量以下并将在25℃及260℃下对这些被粘物的剪切粘接力分别调节至特定的范围，从而得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。进而完成了本发明。
即，本发明涉及一种电子部件密封用热固化性树脂片，其中，相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下，该热固化性树脂片与形成于硅片上的硅氮化膜粘接并固化后的固化后的剪切粘接力在25℃时为15MPa以上、且在260℃时为2MPa以上，该热固化性树脂片与铜板粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为0.5MPa以上，该热固化性树脂片与玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为1MPa以上。
根据本发明，由于使热塑性树脂的含量为特定量以下，并且使该热固化性树脂片与形成于硅片上的硅氮化膜、铜板及玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的25℃下的剪切粘接力分别为上述范围，因此在通常的使用温度带中得到良好的粘接性，可以防止树脂片的界面剥离。其结果是得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。
此外，由于使热塑性树脂的含量为特定量以下，并且使该热固化性树脂片在260℃下的剪切粘接力为特定的范围，因此还可以防止由封装体制造时的回流引起的剥离。其结果是得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。
上述电子部件密封用热固化性树脂片优选通过混炼挤出来制造。
就本发明的树脂片而言，由于热塑性树脂的含量在特定量以下，因此难以成形为片状，但通过混炼挤出来制造，从而可以容易地成形为片状。
本发明还涉及使用上述树脂片而得到的树脂密封型半导体装置。
本发明还涉及一种树脂密封型半导体装置的制造方法，其包括使用上述树脂片进行密封的工序。
附图说明
图1为表示剪切粘接力的测定情况的图。
具体实施方式
就本发明的电子部件密封用热固化性树脂片而言，相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下，该热固化性树脂片与形成于硅片上的硅氮化膜(SiN膜)粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为15MPa以上、且在260℃时为2MPa以上，该热固化性树脂片与铜板粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为0.5MPa以上，该热固化性树脂片与玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为1MPa以上。
本发明的树脂片通常含有环氧树脂及酚醛树脂。由此获得良好的热固化性。
作为环氧树脂，其没有特别限定。例如可以使用三苯基甲烷型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂、改性双酚A型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、改性双酚F型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、苯氧基树脂等各种环氧树脂。这些环氧树脂可以单独使用，也可以并用两种以上。
从确保环氧树脂的固化后的韧性及环氧树脂的反应性的观点出发，优选环氧当量为150～250且软化点或熔点为50～130℃的在常温下为固态的环氧树脂，其中，从可靠性的观点出发，优选三苯基甲烷型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂。
就酚醛树脂而言，只要是与环氧树脂之间发生固化反应的酚醛树脂，则没有特别限定。例如可以使用苯酚酚醛清漆树脂、苯酚芳烷基树脂、联苯芳烷基树脂、二环戊二烯型酚醛树脂、甲酚酚醛清漆树脂、甲阶酚醛树脂等。这些酚醛树脂可以单独使用，也可以并用两种以上。
作为酚醛树脂，从与环氧树脂的反应性的观点出发，优选使用羟基 当量为70～250且软化点为50～110℃的酚醛树脂，其中，从固化反应性高的观点出发，可以适宜使用苯酚酚醛清漆树脂。此外，从可靠性的观点出发，可以适宜使用如苯酚芳烷基树脂、联苯芳烷基树脂之类的低吸湿性的酚醛树脂。
就环氧树脂与酚醛树脂的配合比例而言，从固化反应性的观点出发，优选以相对于环氧树脂中的环氧基1当量使酚醛树脂中的羟基的总量达到0.7～1.5当量的方式进行配合，更优选为0.9～1.2当量。
环氧树脂及酚醛树脂的总含量优选相对于全部树脂成分为50～100重量％。如果该总含量为50重量％以上，则所得的25℃及260℃下对被粘物(形成于硅片上的硅氮化膜、铜板及玻璃布基材环氧树脂)的剪切粘接力良好。该总含量优选为55重量％以上，更优选为60重量％以上，进一步优选为70重量％。此外，该总含量优选为90重量％以下，更优选为80重量％以下。
本发明的树脂片可以包含热塑性树脂，相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下。在包含热塑性树脂的情况下，获得良好的柔软性、可挠性。
如果相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下，则所得的25℃及260℃下对被粘物(形成于硅片上的硅氮化膜、铜板及玻璃布基材环氧树脂)的剪切粘接力良好。该含量更优选为15重量％以下。此外，该含量的下限没有特别限定，优选为4重量％以上，更优选为8重量％以上。如果该含量为4重量％以上，则获得柔软性，难以发生破裂，处理性提高。
作为热塑性树脂，可以列举出：天然橡胶、丁基橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、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、聚丁二烯树脂、聚碳酸酯树脂、热塑性聚酰亚胺树脂、6-尼龙或6，6-尼龙等聚酰胺树脂、苯氧基树脂、丙烯酸树脂、PET或PBT等饱和聚酯树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、或氟树脂等。此外，还可以列举出苯乙烯-异丁烯-苯乙烯嵌段共聚物等。这些热塑性树脂可以单独使用或并用两种以上来使用。
热塑性树脂的软化点优选为120℃以上，更优选为150℃以上。如果 该软化点为120℃以上，则所得的260℃下对被粘物(形成于硅片上的硅氮化膜、铜板及玻璃布基材环氧树脂)的剪切粘接力良好。此外，该软化点优选为190℃以下，更优选为170℃以下。
本发明的树脂片优选包含无机质填充剂。无机质填充剂没有特别限定，可以使用现有公知的各种填充剂，例如可以列举出：石英玻璃、滑石、二氧化硅(熔融二氧化硅、结晶性二氧化硅等)、氧化铝、氮化铝、氮化硅等粉末。
其中，从可以降低固化物的线膨胀系数的观点出发，优选使用二氧化硅粉末，在这些二氧化硅粉末中，更优选使用熔融二氧化硅粉末。作为熔融二氧化硅粉末，可以列举出球状熔融二氧化硅粉末、破碎熔融二氧化硅粉末，从流动性的观点出发，特别优选使用球状熔融二氧化硅粉末。其中，根据所成型的树脂厚度和设想的部件的高度，优选使用平均粒径为10～30μm的范围的球状熔融二氧化硅粉末，特别优选使用平均粒径为15～25μm的范围的球状熔融二氧化硅粉末。
需要说明的是，例如可以通过使用从母集团中任意提取的试样，并利用激光衍射散射式粒度分布测定装置进行测定，由此导出平均粒径。
无机质填充剂的含量优选相对于全部树脂片为70～95重量％，更优选为80～90重量％，进一步优选为85～90重量％。如果无机填充材料的含量小于70重量％，则与部件、基板的线膨胀差较大，不适合作为密封剂。另一方面，如果无机填充材料的含量超过95重量％，则担心因空隙率的问题而无法得到片状的树脂。
本发明的树脂片优选包含固化促进剂。就固化促进剂而言，只要是促进固化的物质，则没有特别限定，但从固化性和保存性的观点出发，适宜使用三苯基膦、四苯基鏻四苯基硼酸酯等有机磷系化合物、咪唑系化合物。
固化促进剂的含量优选相对于树脂成分100重量份为0.1～5重量份。
(其它成分)
本发明的树脂片优选包含阻燃剂成分。由此，可以防止由部件的短路等导致的起火、燃烧的扩大。作为阻燃剂组成成分，例如可以使用氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化铁、氢氧化钙、氢氧化锡、复合化金属氢氧化物 等各种金属氢氧化物。从能够以较少的添加量发挥阻燃性的观点、成本的观点出发，优选使用氢氧化铝或氢氧化镁，特别优选使用氢氧化铝。
需要说明的是，本发明的树脂片中，除了上述的各成分以外，还可以根据需要适当地配合以碳黑为代表的颜料、硅烷偶联剂、增粘剂等其它添加剂。
本发明的树脂片可以利用一般的方法来制造，优选通过混炼挤出来制造。本发明的树脂片的热塑性树脂的含量少，难以成形为片状，但通过混炼挤出可以容易地成形。此外，可以形成孔隙(void)(气泡)等少的均匀的片。
作为通过混炼挤出进行制造的方法，例如可以列举出通过利用辊式混炼机(mixing roll)、加压式捏合机、挤出机等公知的混炼机将上述的各成分熔融混炼来制备混炼物，对所得的混炼物进行可塑加工而形成为片状的方法等。
作为混炼条件，温度优选为上述的各成分的软化点以上，例如为30～150℃，如果考虑环氧树脂的热固化性，则优选为40～140℃，进一步优选为60～120℃。时间例如为1～30分钟，优选为5～15分钟。由此，可以制备混炼物。
通过挤出成型对所得的混炼物进行成形，由此可以得到树脂片。具体而言，通过不使熔融混炼后的混炼物冷却而直接在高温状态下进行挤出成形，从而可以形成树脂片。作为这样的挤出方法，没有特别限制，可以列举出T模挤出法、辊压延法、辊混炼法、共挤出法、压延成形法等。作为挤出温度，优选为上述的各成分的软化点以上，如果考虑环氧树脂的热固化性及成型性，则例如为40～150℃，优选为50～140℃，进一步优选为70～120℃。通过以上方式，可以形成树脂片。
按上述方式得到的树脂片可以以单层结构来使用，也可以作为层叠成两层以上的多层结构的层叠体来使用。
本发明的树脂片与形成于硅片上的硅氮化膜粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为15MPa以上。如果该剪切粘接力为15MPa以上，则该树脂片在通常的使用温度带中与硅氮化膜的粘接性良好，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。该剪切粘接力的上限没有特别限定，例如优选为 24MPa以下。
本发明的树脂片与形成于硅片上的硅氮化膜粘接并固化后的剪切粘接力在260℃时为2MPa以上。如果该剪切粘接力为2MPa以上，则可以防止部件安装时的回流工序中的剥离，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。该剪切粘接力的上限没有特别限定，例如优选为4MPa以下。
本发明的树脂片与铜板粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上。如果该剪切粘接力为10MPa以上，则该树脂片在通常的使用温度带中与铜板的粘接性良好，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。该剪切粘接力的上限没有特别限定，例如优选为22MPa以下。
本发明的树脂片与铜板粘接并固化后的剪切粘接力在260℃时为0.5MPa以上。如果该剪切粘接力为0.5MPa以上，则可以防止部件安装时的回流工序中的剥离，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。该剪切粘接力的上限没有特别限定，例如优选为2.5MPa以下。
本发明的树脂片与玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上。如果该剪切粘接力为10MPa以上，则该树脂片在通常的使用温度带中与玻璃布基材环氧树脂的粘接性良好，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。该剪切粘接力的上限没有特别限定，例如优选为22MPa以下。
本发明的树脂片与玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的剪切粘接力在260℃时为1MPa以上。如果该剪切粘接力为1MPa以上，则可以防止部件安装时的回流工序中的剥离，得到可靠性高的树脂密封型半导体装置。该剪切粘接力的上限没有特别限定，例如优选为3MPa以下。
需要说明的是，在本发明中，剪切粘接力通过实施例中记载的方法进行测定。
本发明的树脂片用于密封形成有硅氮化膜的半导体(硅片、硅芯片等)、铜板(引线框等)、玻璃布基材环氧树脂(FR-4等)、电容器、电阻等电子部件。其中，可以适宜用于密封选自形成有硅氮化膜的半导体、铜板及玻璃布基材环氧树脂中的至少一种。
作为密封方法，没有特别限定，可以利用现有公知的方法进行密封。例如，在本发明的树脂片用于线接合型的密封的情况下，可以列举出在线 接合型的器件上载置本发明的树脂片，施加热及压力进行密封的方法。通过这样的方法而得到树脂密封型半导体装置。
实施例
以下，使用实施例对本发明详细地进行说明，本发明只要不超出其主旨，则并不限定为以下的实施例。此外，在各示例中，只要没有特别说明，则“份”为重量基准。
对实施例中使用的成分进行说明。
环氧树脂：新日铁化学公司制造的YSLV-80XY(双酚F型环氧树脂)
酚醛树脂：明和化成公司制造的MEH7851SS(苯酚亚联苯)
弹性体(热塑性树脂)：Kaneka公司制造的SIBSTER072T(聚苯乙烯-聚异丁烯系树脂，软化点：150～170℃)
球状熔融二氧化硅：电气化学工业公司制造的FB-9454FC(熔融球状二氧化硅，截取点54μm、平均粒径20μm)
硅烷偶联剂：信越化学公司制造的KBM-403(3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷)
碳黑：三菱化学公司制造的#20
阻燃剂(有机系)：伏见制药所制造的FP-100(磷腈酸苯基酯)
催化剂：四国化成工业公司制造的2PHZ-PW(咪唑系催化剂)
对实施例中使用的被粘物进行说明。
硅氮化膜：形成有硅氮化膜的硅片(Tohnic公司的加工品：膜厚 (埃：angstrom)±10％，总厚度370μm±25μm)
铜板：大日本印刷公司制造的ND-002(Cu)
FR-4：松下电工公司制造的玻璃环氧多层材料(FR-4)R-1766(玻璃布基材环氧树脂)
<树脂片的制作>
(实施例及比较例)
按照表1中记载的配合比，利用双轴混炼机在60～120℃下将各成分混炼10分钟，制备出混炼物。接下来，将上述混炼物挤出成形，得到厚度为0.8mm的树脂片。
使用所得的树脂片进行下述的评价。将结果示于表1。
<对各被粘物的剪切粘接力的测定>
(试验片的制作)
将树脂片冲裁为直径3mm的圆形。使用所得的圆形树脂片，在储藏粘弹性为1000Pas以下的温度区域(100℃)，通过平板压制将树脂片压接在被粘物上直至树脂片的厚度达到0.7mm左右，在150℃下固化1小时。由此，得到在被粘物上粘接固化有树脂片的试验片。
(测定)
图1为表示剪切粘接力的测定情况的图。如图1所示，在能够加热的样品台3上放置试验片(在被粘物2上粘接固化有树脂片1的试验片)，并使其吸附于该样品台3。使试验工具4从被粘物2上面浮起0.1mm，在平行于被粘物2与树脂片1的粘接面的方向以0.2mm/s的移动速度推动树脂片1，测定此时的载荷。
测定是在树脂片1处于25℃及260℃的状态下进行的。
需要说明的是，在260℃的测定中，为了使热传导至试验片的树脂片1，而将试验片放置在260℃的样品台3上，在待机30秒后进行测定。
此外，测定树脂片1的树脂痕迹并计算面积(mm2)。
(计算)
剪切粘接力通过下式进行计算。
剪切载荷(N)/面积(mm2)＝剪切粘接力(MPa)
[表1]
符号说明
1 树脂片
2 被粘物
3 样品台
4 试验工具

Claims (4)

1.一种电子部件密封用热固化性树脂片，其中，相对于全部树脂成分的热塑性树脂的含量为30重量％以下，无机质填充剂的含量相对于全部树脂片为70～95重量％，
该热固化性树脂片与形成于硅晶片上的硅氮化膜粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为15MPa以上、且在260℃时为2MPa以上，
该热固化性树脂片与铜板粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为0.5MPa以上，
该热固化性树脂片与玻璃布基材环氧树脂粘接并固化后的剪切粘接力在25℃时为10MPa以上、且在260℃时为1MPa以上。
2.根据权利要求1所述的电子部件密封用热固化性树脂片，其特征在于，其通过混炼挤出来制造。
3.一种树脂密封型半导体装置，其通过使用权利要求1或2所述的树脂片而得到。
4.一种树脂密封型半导体装置的制造方法，其包括使用权利要求1或2所述的树脂片进行密封的工序。
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