TW201245269A - Semiconductor-encapsulating liquid epoxy resin composition and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor-encapsulating liquid epoxy resin composition and semiconductor device Download PDF

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Kazuaki Sumita
Yasuo Kimura
Tatsuya Uehara
Akira Yajima
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Shinetsu Chemical Co
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Description

201245269 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，該 液態環氧樹脂組成物展現出低黏度及良好滲透性，且賦予 對於矽晶片表面之優異黏著性及在固化後的優異韌性；且 可爲即使在回流溫度因使用無鉛焊料而升高的情況下亦不 導致失效，在高溫、高濕度條件下使用不惡化，且在熱衝 擊測試中未展現出剝離及其他失效的半導體裝置用封裝劑 (encapsulant )。本發明亦關於以該組成物之經固化產物 封裝之半導體裝置。 【先前技術】 在對電氣裝置的縮小尺寸、減輕重量及更高性能的需 求下，主流半導體安裝方法已從銷***改變成表面安裝。 此種裸晶片安裝的類型之一爲倒裝晶片（FC)安裝，其中 數個至數萬個或更多各具有約數μιη至約100 μηι高度的稱 爲「凸起」的電極係形成於LSI晶片的線路圖案表面上， 藉此將該凸起連接至該基板之電極。因此，用於封裝及防 護倒裝晶片之封裝劑必需滲透至介於該基板與LSI晶片之 間的間隙。 已用於倒裝晶片底部塡充之液態環氧樹脂組成物爲環 氧樹脂、固化劑及無機塡料之摻合物，且在該組成物中， 已倂有大量無機塡料以使得該組成物的線性膨脹係數與該 晶片、基板及該半導體之凸起的線性膨脹係數一致，藉此 -5- 201245269 改善可靠度。倂入此種量之無機塡料導致黏度提高，及諸 如該組成物難以滲透入介於該基板與LSI晶片之間的間隙 的問題，因此已指出生產力的嚴重受損》 藉由提高該半導體裝置之堆積密度，晶粒尺寸增加且 某些晶粒的尺寸大至10 mm或更大。在使用此種大尺寸晶 粒的半導體裝置之情況中，於焊料回流期間，較大應力係 施加於該晶粒及該封裝劑，存在介於封裝劑與該晶粒或基 板之間的界面剝離的問題，以及於基板安裝期間封裝龜裂 〇 由於預期不久將禁用含鉛焊料，已發展許多鉛替代焊 料（lead-substitute solder)。由於大部分替代焊料的溶 融溫度高於含鉛焊料，回流可能在260至270°C之溫度下 進行，且在此種高回流溫度下，只要使用習用液態環氧樹 脂組成物來封裝，預期失效會增加。即使使用迄今尙未發 生實質問題的倒裝晶片型封裝，在此種高溫下的回流仍導 致諸如在回流中龜裂及晶片或基板介面之剝離，以及在數 百次熱循環之後於該樹脂、基板、晶片或凸起中的龜裂等 嚴重問題。 本發明之代表性先前技術文獻表列如下。' JP-A H 1 0- 1 5 83 66、JP-A H 1 0-23 1 3 5 1、JP-A 2000-327884、JP-A 200 1 -05 54 86、JP-A 200 1 -05 54 87 及 JP-A 2001-055488 » 【發明內容】 -6- 201245269 本發明係有鑒於此種情況而完成，且本發明之目的係 提供一種半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，該液態環氧 樹脂組成物展現出低黏度及良好滲透性，且賦予對於矽晶 片表面（特別是對於光敏性聚醯亞胺樹脂及氮化物膜）之 優異黏著性及在固化後的高度韌性。即使使用造成回流溫 度從約240°C的習用溫度升高至約260至270°C之溫度的無 鉛焊料，該環氧樹脂組成物之固化產物不導致失效，在高 溫、高濕度條件下（例如在PCT (於121 °C及2.1大氣壓 力下之壓力鍋測試）不惡化，且在65°C及150°C下數百次 溫度循環之後未展現出剝離或龜裂。 本發明之另一目的係提供一種經該組成物之固化產物 封裝的半導體裝置。 爲實現上述目的，本發明之發明人進行深入硏究，發 現包含以下組分之半導體封裝用液態環氧樹脂組成物展現 出低黏度及良好滲透性，且賦予對於矽晶片表面（特別是 對於光敏性聚醯亞胺樹脂及氮化物膜）之優異黏著性及在 固化後的高度韌性： (A )液態環氧樹脂， (B )芳族胺固化劑，其數量係使該組分（B )中之全 部胺基對該組分（A)中之全部環氧基的莫耳比爲〇.7至 1 .2，及 (C)無機塡料，該無機塡料包含無機塡料a和無機 塡料B，其中該無機塡料A爲平均粒度爲0.1至3 μπ12 矽石，且該無機塡料Β爲平均粒度爲5至70 nm且表面經 201245269 具有特定結構之偶合劑處理的非晶形奈米矽石： 該無機塡料B係經相對於100重量份之無機塡料b爲 3至20重量份之該偶合劑表面處理，該無機塡料b之含 量爲整體無機塡料的0.2至10重量％，且該無機塡料之含 量爲包含組分（A)至（C)之整體組成物的50至80重量 %。即使使用造成回流溫度從約240°C的習用溫度升高至 約260至270°C之溫度的無鉛焊料，上述環氧樹脂組成物 之固化產物不導致失效，在高溫、高濕度條件下（例如在 PCT (於121°C及2.1大氣壓力下之壓力鍋測試）不惡化， 且在65°C及150°C下數百次溫度循環之後未展現出剝離或 龜裂。現已基於此等發現完成本發明。 因此’本發明提供下述之半導體封裝用液態環氧樹脂 組成物及下述之半導體裝置。 [1]—種半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，其包含 (A)液態環氧樹脂， (B )芳族胺固化劑，其數量係使該組分（b )中之全 部胺基對該組分（A)中之全部環氧基的莫耳比爲0.7至 1.2，及 (C)無機塡料，該無機塡料包含無機塡料a和無機 塡料B’其中該無機塡料a爲平均粒度爲〇.丨至3卜⑺之 矽石’且該無機塡料B爲平均粒度爲5至70 nm且表面經 以下化學式（1 )及/或（2 )所表示之偶合劑處理的非晶 形奈米矽石： 201245269 ⑴ (CnH2n+10)3Si—C6H5 CH3 (CmH2m+1〇)3SiC3H6OCC=CH2 (2) o 其中n爲1至5之整數’且m爲1或2， 該無機塡料B係經相對於1 00重量份之無機塡料B爲 3至20重量份之該偶合劑表面處理，該無機塡料B之含 量爲整體無機塡料的〇.2至1〇重量％，且該無機塡料之含 量爲包含組分（A)至（C)之整體組成物的50至80重量 %。 [2]根據[1 ]之半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，其中 該偶合劑係由以下化學式（2’）所表示者： CH3
I (CH3〇)3SiC3H6OCC=CH2 (21) Ο 〇 [3]根據[1]或[2]之半導體封裝用液態環氧樹脂組成物， 其中該組分（Β )係由以下化學式（3 ) 、( 4) 、（ 5 )或 (6 )所表示之芳族胺固化劑：
-9- 201245269
其中R1至R4獨立爲選自氫原子、含有1至6個碳原 子之單價烴基、CH3S-及C2H5S-之基團。 [4] 一種半導體裝置，其係經[1]至[3]中任一項之半 導體封裝用液態環氧樹脂組成物封裝。 發明之有利效果 本發明能提出半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，該 液態環氧樹脂組成物展現出低黏度及良好滲透性，且賦予 對於矽晶片表面（特別是對於光敏性聚醯亞胺樹脂及氮化 物膜）之優異黏著性及在固化後的高度韌性。即使使用造 成回流溫度從約240°C的習用溫度升高至約260至2 70 t之 溫度的無鉛焊料，該環氧樹脂組成物之固化產物不導致失 效，在高溫、高濕度條件下（例如在PCT (於121°C及2.1 大氣壓力下之壓力鍋測試）不惡化，且在65°C及150°C下 數百次溫度循環之後未展現出剝離或龜裂。本發明亦能提 供藉由該固化之組成物封裝的半導體裝置。 【實施方式】 [液態環氧樹脂組成物] 本發明之半導體封裝用液態環氧樹脂組成物係由組分 -10- 201245269 (A )至（C )所構成，且該組成物亦可含有其他隨意的組 分’諸如低應力劑。此外，本發明之半導體封裝用液態環 氧樹脂組成物中可使用溶劑。 接著，詳細描述組分（A)至（C)及其他隨意的組分 組分（A ) 組分（A )之液態環氧樹脂並無特定限制，只要是一 個分子中具有至多達3個環氧基作爲官能基且在室溫（20 至3 0°C )下爲液態的液態環氧樹脂即可，且可使用本技術 中已知之任何慣用液態環氧樹脂。實例包括雙酚環氧樹脂 ，諸如雙酚A環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂及雙酚AD環氧 樹脂；萘環氧樹脂；酚醛清漆環氧樹脂，諸如酚系酚醛清 漆環氧樹脂（phenol novolac epoxy resin)及甲酣酣醛清 漆環氧樹脂；聯苯基環氧樹脂；環氧丙基胺基環氧樹脂； 脂環環氧樹脂；及二環戊二烯環氧樹脂。 有鑒於優異耐熱性及抗濕性；其中較佳者爲雙酚環氧 樹脂，諸如雙酚A環氧樹脂、雙酣F環氧樹脂及雙酚AD 環氧樹脂；萘環氧樹脂；及酚醛清漆環氧樹脂’諸如酚系 酚醛清漆環氧樹脂及甲酚酚醛清漆環氧樹脂。其中’最佳 者爲在室溫（2 0至3 0 °C ’特別是2 5 °C )下爲液態’且以 旋轉黏度計測量時其黏度至高達200 Pa‘s’尤其是至高達 5〇 Pai之環氧樹脂。 該液態環氧樹脂可含有藉由下列結構式（7 )或（8 ) -11 - 201245269 所表示之環氧樹脂： A / \ ⑺ / \ /==\ /CH2CH—ch2 CH2 — CHCH2O\ ~ ch2ch—ch2 ο
ochAh2 OCH,CH—CH,
在式（8)中，R5爲氫原子，或含有1至20 爲1至10個，更佳爲1至3個碳原子之一價烴 一價烴基包括烷基（諸如甲基、乙基、丙基及異 烯基（諸如乙烯基）及烯丙基；且X爲1至4之 別是1或2。 當結合式（7 )所表示之環氧樹脂時，該結 體環氧樹脂中較佳爲至少1 0重量％，更佳爲至少 %，最佳爲至少5 0重量％。該環氧樹脂結合量少 量％時可導致耐熱性損失及黏度提高。上限可爲 %。 式（7)所表示的環氧樹脂之實例包括由N Chemical Corporation 戶斤製之 jER630LSD。 當結合式（8 )所表示之環氧樹脂時，該結 體環氧樹脂中較佳爲至少25重量％，更佳爲至少 %，最佳爲至少7 5重量％。該環氧樹脂結合量少 量％時可導致黏度提高及經固化組成物的耐熱性 個，較佳 基，範例 丙基）、 整數，特 合量在整 ‘ 25重量 於1 〇重 1 00重量 litsubishi 合量在整 50重量 於25重 損失。上 -12- 201245269 限可爲1 〇 〇重量％。 式（8)所表示的環氧樹脂之實例包括由 Kayaku Co.，Ltd.所製之 RE600NM。 環氧樹脂含有微量氯，該氯來自環氧樹脂合成 所使用的表氯醇。當在環氧樹脂濃度爲5 0%且 100 °C下以水從該環氧樹脂萃取氯20小時之時，該 之氯含量較佳爲至高達1〇 ppm。在總氯含量超過 ppm或水萃取之氣含量超過10 ppm下，該經密封 體裝置的可靠度（特別是存在濕氣下）可能受損。 上述環氧樹脂可單獨使用或將二或多者倂用。 組分（B ) 組分（B )之芳族胺固化劑係如上述組分（a ) 劑’且該芳族胺固化劑爲具有優異耐熱性及貯存安 含芳環胺化合物，其較佳爲下式（3) 、（4)、 (6 )所表示之芳族胺固化劑： ⑶ (4) (5) ⑹
Nippon 過程中 溫度爲 水萃取 ! 1,500 之半導 之固化 定性的 (5 )或
-13- 201245269 其中R1至R4獨立爲選自氫原子、含有1至6個碳原 子之單價烴基、CH3S-及C2H5S-之基團。 該等式（3) 、（4) 、（5)及（6)所表示的芳族胺 固化劑中，較佳之固化劑包括芳族二胺基二苯甲烷化合物 ，諸如3,3’-二乙基-4,4'-二胺基苯甲烷' 3,3’，5,5·-四甲基-4，4'-二胺基苯甲烷及3,3|，5,5'-四乙基-4,4'-二胺基苯甲烷 、2,4-二胺甲苯、1，4-二胺苯及1，3-二胺苯，此等固化劑 可單獨使用或將二或多者倂用。 上述芳族胺固化劑中，即使在無進一步處理情況下添 加該固化劑，在室溫（2 0至3 0 °C )下爲液態的固化劑仍 可添加而無任何問題。然而，無進一步處理之固態固化劑 的添加導致樹脂組成物的黏度提高，及可加工性嚴重喪失 。較佳地，固態固化劑係與液態環氧樹脂預先混合及熔化 ，更明確地說，其係以下述特定混合比且在70至150°C之 範圍中的溫度下混合1至2小時。當混合溫度低於70°C時 ，芳族胺固化劑可能無法與液態環氧樹脂充分相容，然而 當在超過1 50°C之溫度下混合可導致該固化劑與該液態環 氧樹脂的反應，該反應可導致黏度提高。當混合期間少於 1小時之時，芳族胺固化劑可能無法完全相容，且此可能 導致黏度提高。另一方面，混合期間超過2小時可能導致 固化劑與液態環氧樹脂之反應，因此導致黏度提高。 芳族胺固化劑之測量量可爲使芳族胺固化劑之全部胺 基對組分（A)之全部環氧基的莫耳比爲0.7至1.2，較佳 -14- 201245269 爲0.7至1·1，更佳爲〇 85至1 05。當該莫耳比低於〇 7 時’將留下部分環氧基未反應，且此可能導致玻璃轉化溫 度減小或不充足之黏著’然而莫耳比超過1.2可能造成固 化產物之易碎性’及在回流或熱循環過程中發生龜裂。 組分（C ) 組分（C)之無機塡料爲包含無機塡料a和無機塡料 B之無機塡料，其中該無機塡料a爲平均粒度爲〇.1至3 μηι之矽石，且該無機塡料b爲平均粒度爲5至70 nm且 表面經以下化學式（1 )及/或（2 )所表示之偶合劑處理 的非晶形奈米矽石。無機塡料B具有經如下所述之式（1 )及/或（2 )所表示的偶合劑處理的表面，相對於丨〇〇重 量份該無機塡料B使用3至20重量份該偶合劑。無機塡 料B之含量爲整體無機塡料的ο」至1〇重量％，且該無機 塡料之含量爲包含組分（A)至（C)之整體組成物的50 至8 0重量％。 無機塡料A及B爲球形矽石，且其平均粒度可使用本 技術中習知之離心沉降、雷射繞射術或動態光散射來測量 。該無機塡料A較佳係藉由便利且能測量廣範圍粒徑之雷 射繞射術來測量，無機塡料B較佳係藉由能進行高精確性 次微米測量的動態光散射來測量。 無機塡料A應控制在〇.1至3 μηι，較佳爲ο」至2 μιη之平均粒度。當平均粒度超過3 μηι時，滲透通過部分 可能減少而負面地影響滲透能力，且在該滲透中塡料沉澱 -15- 201245269 及固化可造成介於晶片側與基板側之間的熱膨脹係數斜率 ’且此可能導致對於熱衝擊的可靠度損失。另一方面，平 均粒度小於1 μιη會造成黏度提高。 所使用之無機塡料Α可爲以偶合劑（諸如矽烷偶合劑 或鈦酸鹽偶合劑）預先表面處理的無機塡料，以增加樹脂 與該無機塡料的結合強度。範例較佳偶合劑包括矽烷偶合 劑’諸如環氧矽烷，諸如γ-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷 、γ-環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基矽烷及β- (3,4-環氧基 環己基）乙基三甲氧基矽烷；胺基矽烷，諸如Ν-β (胺乙 基）-γ·胺丙基三甲氧基矽烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷及 Ν-苯基-γ-胺丙基三甲氧基矽烷；锍基矽烷，諸如γ_毓丙 基三甲氧基矽烷。 用於表面處理之偶合劑的量及表面處理方法並無特定 限制，且該表面處理可藉由使用本技術中已知之方法來完 成。 無機塡料Β爲非晶形奈米矽石粒子，且平均粒度應控 制在5至50 nm，較佳爲10至50 nm之範圍中。藉由以 下述偶合劑處理具有此種平均粒度之無機塡料B的表面， 及結合特定含量之無機塡料B與無機塡料A可進一步改善 薄膜滲透能力。 此種非晶形奈米矽石粒子可合成，如同例如JP-B 1-55201中所述，藉由在含氧氛圍中以燃燒器形成化學焰， 將金屬矽導入該化學焰中以形成塵雲，且藉以引發***來 合成。 -16- 201245269 用於該非晶形奈米矽石之表面處理的矽 由下式（1)或（2)所表示者： (C„H2n+10)3Si—C6H5 ch3 (CmH2m+10)3SiC3H60CC=CH2 Ο 其中n爲1至5之整數，且m爲1或2 式（2|)所表示者： ch3
I (CH3〇)3SiC3H6OCC= CH2 Ο 由式（1 )或（2 )所表示之偶合劑的實 Etsu Chemical Co.，Ltd,所製之 KBM103 KBE503 。 當該等非晶形奈米矽石粒子之表面係經 )所表不之偶合劑以外的代表性偶合劑處理 形奈米矽石粒子可能聚集，且可能無法分散 脂組成物中’其中該等代表性偶合劑爲例如 諸如環氧矽院，諸如γ-環氧丙氧基丙基三甲 環氧丙氧基丙基甲基二乙氧基砂院或β-( 3, 基）乙基三甲氧基砂院：胺基砂院，諸如Ν- γ -胺丙基三甲氧基矽烷、γ -胺丙基三乙氧基 -17- 垸偶合劑可爲 (1) (2) ，較佳爲由下 (2) 〇 例包括 Shin-' KBM5 03 及 式（1 )及（2 時，該等非晶 在液態環氧樹 砂烷偶合劑， 氧基矽烷、γ-4-環氧基環己 β (胺乙基）-矽院或Ν-苯 201245269 基-γ -胺丙基三甲氧基矽烷；毓基矽烷，諸如γ -毓丙基三 甲氧基矽烷。 當無機塡料Β表面係經式（1)或（2)所表示之偶合 劑處理時，相對於100重量份該無機塡料Β可使用3至 20重量份且更佳爲使用5至1 5重量份偶合劑。以少於3 重量份之偶合劑進行無機塡料Β之表面處理導致強度損失 ，然而以超過20重量份之偶合劑進行表面處理亦造成該 強度損失。 用於表面處理之偶合劑的量及此種處理中所使用的方 法並無特定限制，且該表面處理可藉由本技術中習知之方 法進行。 整體無機塡料中之無機塡料Β的含量應控制在0.2至 10重量％之範圍，更佳係控制在0.5至5重量％之範圍， 將含量控制在此種範圍可實現降低該液態環氧樹脂組成物 的黏度以及至窄間隙的良好滲透性，推測其原因爲雖然細 粉末對於具有高含量有機樹脂的組成物中之基質的影響被 該有機樹脂的流動性所隱蔽，介於無機塡料之間的有機樹 脂的流動性視奈米大小之無機塡料Β而改變，且該流動性 的改變具有多種不同效果。 此種無機塡料（組分（C))之含量較佳爲包含組分 (A )至（C )之整體組成物的50至80重量％，更佳爲60 至75重量％。低於50重量％之含量造成高膨脹係數，且 在熱衝擊測試中引發龜裂，超過80重量％之含量造成高黏 度及薄膜滲透能性損失。 -18- 201245269 待以本發明環氧樹脂組成物封裝之較佳半導體裝置較 佳爲間隙大小在約10 μιη至約200 μηι之範圍中的半導體 裝置，更佳爲倒裝晶片型半導體裝置，且最佳爲晶粒大小 超過10 mm之倒裝晶片型半導體裝置。該情況下，使用平 均粒度至高達約倒裝晶片間隙（介於該基板與半導體晶片 之間）的1 /1 0且最大粒度達該倒裝晶片間隙的1 /2之無機 塡料對於實現改善滲透能力及較低線性膨脹二者而言較佳 其他組分 若需要’本發明半導體封裝用液態環氧樹脂組成物亦 可含有各種不同添加劑。例如，該組成物亦可包括熱塑性 樹脂、熱塑性彈性體、有機合成橡膠、低應力劑，諸如聚 矽氧低應力劑（例如環氧樹脂（諸如酚醛清漆環氧樹脂） 與有機聚矽氧烷之嵌段共聚物）、蠟，諸如棕櫚蠟、較高 級脂肪酸，及合成蠟、著色劑，諸如碳黑、鹵素捕獲劑及 溶劑。 範例溶劑包括甲基乙基酮及卡必醇乙酸酯。 [組成物之製造方法] 該半導體封裝用液態環氧樹脂組成物可藉由在隨意的 加熱之下同時或分別攪動、溶解、混合或分散組分（A ) 至（C)及其他隨意組分來製造。用於混合、攪動及分散 的設備並無特定限制，該設備實例包括結合有攪動及加熱 -19- 201245269 單元之自動硏缽、三輥磨機、球磨機'行星式混合機及珠 磨機，該等設備可單獨使用或將二或多者倂用。 [組成物之固化方法] 該半導體封裝用液態環氧樹脂組成物可藉由本技術中 習知之方法固化，較佳係先在100至120°c之烘箱中固化 至少0.5小時，特別是固化0.5至2小時，然後在13 0至 250°C之烘箱中固化至少0.5小時，特別是固化0.5至5小 時。當在l〇〇°C至120°C之加熱係進行少於0.5小時之期間 時，在固化後可能留下空隙，而當130°C至250°C之加熱係 進行少於0.5小時之期間時，該經固化物件可能不具充足 性質。 實施例 接著，參考實施例及比較實例更詳細說明本發明，該 等實施例及比較實例絕非用以限制本發明之範圍。 實施例1至8及比較實例1至5 將如表2及3所示之液態環氧樹脂、固化劑、無機塡 料及其他組分摻合，且藉由三輥均勻捏合該混合物以獲得 各種不同環氧樹脂組成物。 [所使用之材料] (A)液態環氧樹脂 -20- 201245269 雙 F 環氧樹脂：YDF817〇(T〇hto Kasei Co_，Ltd.所 製） 下式（7)所表示之環氧樹脂：jER630LSD ( Mitsubishi Chemical Corporation 所製）
(B )胺固化劑 4,4·-二胺基-3,3·-二乙基二苯甲烷（Nippon Kayaku Co.，Ltd.所製） (C)無機塡料 球形矽石粒子係如表1所示經表面處理’以製造各種 不同無機塡料。 表1所示之偶合劑的量爲相對於1 00重量份該球形矽 石粒子之數量。 -21 - 201245269 表1 無機塡料A a 平均粒度，2 μηι ;經KBM403(1重量份)表面處理 b 平均粒度，0.8 μιη ;經KBM573(1重量份)表面處理 c 平均粒度，0.3 μιη ;經KBM573(2重量份)表面處理 無機觀B a 平均粒度，50 nm ;經KBM103(5重量份)表面處理 b 平均粒度，10腿；經KBM103(8重量份)表面處理 c 平均粒度，50 nm ;經KBM503(5重量份)表面處理 d 平均粒度，l〇nm ;經KBM503(8重量份)表面處理 e 平均粒度，50 nm ;經KBM573(5重量份)表面處理 f 平均粒度，l〇nm ;經KBM573(8重量份)表面處理 g 平均粒度，U〇nm ;經KBM103(5重量份)表面處理 偶合劑：KBM403，3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷 (Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.所製） 偶合劑：KB M573，N-苯基-3-胺丙基三甲氧基矽烷（ Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.所製） 偶合劑：KBM103，苯基三甲氧基矽烷（Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd·戶斤製） 偶合劑：KBM 5 03，3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基 砂院（Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.所製） (D)其他組分 偶合劑：KBM403，3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷 (Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.所製） 碳黑：乙炔碳黑（Denka Black) ( Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha 戶斤製） 觸媒：DBU ( San-Apro Ltd.所製） -22- 201245269 溶劑：EDGAC ( Daicel Corporation 所製） [評估方法] (1 )黏度 2 5°C之黏度係藉由BH型旋轉黏度計在4rpm之轉速 下測量。 (2 ) Tg (玻璃轉化溫度）、CTE1 (膨脹係數）及CTE2 (膨脹係數） 該組成物在120°C下固化〇.5小時且在165°C下固化3 小時以製備經固化產物的試樣（5 mm X 5mm X 15 mm)。 藉由使用如此製備之試樣，且每分鐘升高溫度5 °C，以 TMA (熱機械分析設備）來測量Tg。亦測量50至80°C ( CTE1)及200至230 °C (CTE2)之溫度範圍的膨脹係數。 (3 )破裂韌性Klc 該組成物在1 2 0 °C下固化〇. 5小時且在1 6 5 °C下固化3 小時。根據ASTM #D5045測量所得之固化產物於室溫下 的破裂韌性K 1 c。 (4 )接合強度測試 將一頂部直徑爲2 mm、底部直徑爲5 mm且高度爲3 mm之截頭圓錐形聚四氟乙烯模塡充該樹脂組成物，且將 塗覆有聚醯亞胺（PI)塗層之矽晶片或銅板置於該塡充之 -23- 201245269 樹脂組成物上。在1 5 0 °C固化該樹脂3小時之後，去除該 聚四氟乙烯模，且以恆定速度（1 mm/秒）推出該形成的 試樣以測量剪向接合強度（shear bond strength)。該値 爲初始値。接著，將該固化之試樣置於壓力鍋測試器（ 12PC/2.1大氣壓力）中，然後留在該壓力鍋測試器中72 小時，以相似方式測量接合強度。在各情況中，測量5個 試樣’且平均値表不爲黏著力。表2中》「〇」意指剝離 (5 )空隙測試 將10 mm X 10 mm塗覆有聚醯亞胺（PI)之矽晶片的 倒裝晶片半導體封裝置於30 mm X 30 mm FR-4基板，其 間隙爲約50 μηι，然後將樹脂組成物逐滴引入該間隙。在 1 5 0°C固化該樹脂3小時之後，以C-SAM ( SON IX所製） 檢査空隙之存在。 (6 )熱衝擊測試 將由上述製程所製備的測試半導體封裝保持在3 (TC及 相對濕度65%下192小時，然後以設爲最大溫度265°C之 IR回流處理5次。然後以介於-65°C 30分鐘與1 50°C 30分 鐘的熱循環測試該封裝。在250、500、750及1000次循 環之後，以上述製程檢驗該封裝以求出具有龜裂之晶片的 百分比（％ )。 -24- 201245269 表2 配方(重量份） 實施例 1 2 3 4 5 6 7 β 環氧樹脂 YDF8170 33 33 33 33 33 33 33 33 jER630LSD 33 33 33 33 33 33 33 33 固化劑 Kayahard ΛΆ 34 34 34 34 34 34 34 34 無機塡料A a 237.6 237,6 237.6 237.6 b 198 198 198 198 c 無機塡料B a 2.4 2,0 b 2.4 2.0 c 2.4 2.0 d 2.4 2.0 e f 9 其他組分 KBM403 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 DBU 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 EDGAC 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 組成物之參數 胺基/環氧基之比 (莫耳比） 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 無機塡料之含量(％) 70 70 70 70 66 66 66 66 組成物之評估 黏度 (Pa-s/25· C) 63 57 66 63 28 25 26 25 Tg {·〇 115 116 113 115 115 117 115 115 CTE1 (ppm/ftC) 23 23 23 23 27 27 27 27 CTE2 (ppm/e C) 83 83 83 83 95 95 95 95 Klc (MPam1/2) 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 2.4 PI黏著之評估 (MPa) 初始 11.6 12.3 13.5 15.6 19.5 15.6 16.9 18.4 PCT 72小時之後 4.3 4.6 3.1 5.6 13.1 12.5 12.1 12 空隙測試 Μ jw\ Μ 無 Λ 〆“、 m 無 /frrf Μ i/frt 無 熱衝擊測試中 之瑕疵百分比 (%) 250 0 0 0 0 0 0 0 0 500 0 0 0 0 0 0 0 0 750 0 0 0 0 0 0 0 0 1,000 0 0 0 0 0 0 0 0 1,250 0 0 0 0 0 0 0 0 201245269 表3 配方(重量份） 比較實例 1 2 3 4 5 環氧樹脂 YDF8170 33 33 33 33 33 JER630LSD 33 33 33 33 33 固化劑 Kayahard AA 34 34 34 34 34 無機塡料A a 69.3 237.6 237.6 237.6 213.6 b c 無機塡料B a 0.7 26.4 b c d e 2.4 f 2.4 g 2.4 其他組分 KBM403 1 1 1 1 1 DBU 0.3 0.3 0.3 0·3 0.3 EDGAC 2 2 2 2 2 組成物之參數 胺基環氧基之比 (莫耳比） 1.00 1.00 1,00 1.00 1.00 無機塡料之含S(%) 40 70 70 70 70 組成物之評估 黏度 (Pa*s/25* C) 21 69 99 145 糊劑 Tg CC) 115 115 115 115 - CTE1 (ppm/* C) 24 24 24 - CTE2 (ppm/*C) 82 82 82 - Klc (MPam1/2) 2.1 2.1 2.1 1.9 - PI黏著之評估 (MPa) · 初始 10.3 8.6 8.3 7.5 8.9 PCT 72小時之後 4.3 2.2 1.6 0.8 0 空隙測試 NG NG NG NG 無滲透 熱衝擊測試中 之瑕疵百分比 (%) 250 0 0 0 - - 500 30 0 0 - - 750 100 0 0 - - 1,000 5 10 - - 1.250 30 40 - - -26- 201245269 工業應用性 本發明提出半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，該液 態環氧樹脂組成物展現出低黏度及良好滲透性，且賦予對 於矽晶片表面（特別是對於光敏性聚醯亞胺樹脂及氮化物 膜）之優異黏著性及在固化後的優異韌性；且可爲即使在 回流溫度因使用無鉛焊料而升高的情況下亦不導致失效， 在高溫、高濕度條件下使用不惡化，且在熱衝擊測試中未 展現出剝離及其他失效的半導體裝置用封裝劑。本發明亦 提出由該固化之組成物所封裝的半導體裝置。因此，本發 明具有高工業利用價値。 -27-

Claims (1)

  1. 201245269 七、申請專利範圍： 1 .一種半導體封裝用液態環氧樹脂組成物，其 (A )液態環氧樹脂， (B) 芳族胺固化劑，其數量係使該組分（B ) 部胺基對該組分（A)中之全部環氧基的莫耳比爲 1.2，及 (C) 無機塡料，該無機塡料包含無機塡料a 塡料B，其中該無機塡料A爲平均粒度爲〇·ι至： 矽石，且該無機塡料B爲平均粒度爲5至70 nm且 以下化學式（1 )及/或（2 )所表示之偶合劑處理 形奈米矽石： (C„H2n+i〇)3Si—C6H5 (1) CH3 (CmH2m+10)3SiC3H60CC=CH2 (2) Ο 其中n爲1至5之整數，且m爲1或2， 該無機塡料B係經相對於1〇〇重量份之無機塡 3至20重量份之該偶合劑表面處理，該無機塡料 量爲整體無機塡料的0.2至10重量％，且該無機塡 量爲包含組分（A)至（C)之整體組成物的50至 %。 2 ·如申請專利範圍第1項之半導體封裝用液態 脂組成物’其中該偶合劑係由以下化學式（2，）所 包含 中之全 0.7至 和無機 ;μηι 之 .表面經 的非晶 料Β爲 Β之含 料之含 80重量 環氧樹 表示者 -28 - (21) (21)201245269 CH, (CH30)3SiC3H60CC= CH2 O 3 .如申請專利範圍第1項之半導體封裝用液態環氧樹 脂組成物，其中該組分（B )係由以下化學式（3 ) 、（4 )、（5 )或（6 )所表示之芳族胺固化劑：
    其中R1至R4獨立爲選自氫原子、含有1至6個碳原 子之單價烴基、CH3S-及C2H5S-之基團。 4.一種半導體裝置，其係經如申請專利範圍第1項之 半導體封裝用液態環氧樹脂組成物封裝。 -29- 201245269 四 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：無 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明：無 201245269 五 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無
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