TWI424040B - 封裝用熱硬化型黏接片 - Google Patents

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Description

封裝用熱硬化型黏接片
本發明係關於一種用來封裝晶片型裝置的熱硬化型黏接片，詳而言之，係關於一種用來封裝必須將其表面以下設置成中空之裝置的熱硬化型黏接片，所謂中空裝置，例如表面聲波(surface acoustic wave，SAW)裝置、水晶裝置、高頻率裝置、加速度感測器等。
習知技術對半導體元件以及電子零件等晶片型裝置的封裝，多利用使用粉末狀環氧樹脂組成物的轉移模製法、使用液狀環氧樹脂組成物或矽氧樹脂等的灌封法、塗佈法、印刷法等方法。然而，該等封裝方法，需要價格昂貴的封裝成型設備，而且存在著封裝樹脂會附著到必須封裝部分以外的其他部位的問題，故吾人期待比該習知技術價格更低廉且更簡便的封裝方法。
特別是在對必須將表面以下設置成中空的裝置進行封裝時，使用習知液狀封裝材料的塗佈法，將很難防止其封裝材料流到裝置正下方的運作面上，故有文獻揭示在晶片或是基板上設置阻擋部以防止封裝材料流入(參照例如專利文獻1~3)。然而即使利用該等方法，也很難完全去控制液狀封裝材料流動，而這個問題會成為導致成品率降低的主要原因，也是妨礙裝置小型化、低成本化的主要原因。
[專利文獻1]日本特開2004-64732號公報
[專利文獻2]日本特開2004-56296號公報
[專利文獻3]日本特開2005-39331號公報
如是，難謂吾人已能充分控制習知中空型裝置的樹脂封裝。
有鑑於該等情事，本發明之目的在於提供一種封裝用熱硬化型黏接片，其可讓中空型裝置的封裝更簡單，而且成品率良好。
為達成上述目的，本發明的封裝用熱硬化型粘接片，係由環氧樹脂組成物所製成的，用來封裝搭載於基板上的晶片型裝置，其特徵為：在熱硬化前的80~120℃的溫度範圍下其粘度在5×104 ~5×106 Pa．s的範圍內。
為達成上述目的，本發明人對作為封裝材料使用的熱硬化型黏接片的物性不斷研究。然後，對封裝溫度下片材硬化前的粘度不斷檢討，結果發現，若使用具有在熱硬化前的80~120℃的溫度範圍下粘度在上述特定範圍內的物性的片材作為熱硬化型黏接片的話，在晶片型裝置封裝時，由於具備適度粘性，便能防止使用熱硬化型黏接片封裝基板上之晶片型裝置時樹脂侵入到晶片型裝置下部，進而完成本發明。
如是，本發明之封裝用熱硬化型粘接片，係由環氧樹脂組成物所製成的，用來封裝搭載於基板上的晶片型裝置，其具備如下物性：在熱硬化前的80~120℃的溫度範圍下其粘度在5×104 ~5×106 Pa．s的範圍內。如是，在對基板上所搭載的晶片型裝置進行封裝時，便能防止其侵入到晶片型裝置下部，進而使基板與晶片型裝置之間保持中空。因此，使用該封裝用熱硬化型黏接片的樹脂封裝步驟，不但更簡單，而且成品率良好。
然後，上述環氧樹脂組成物，若使用含有後述A~E成分的環氧樹脂組成物的話，便可輕易將上述條件中的粘度控制在既定值。
(A)環氧樹脂。
(B)酚樹脂。
(C)彈性體。
(D)無機質充填劑。
(E)硬化促進劑。
又，若將D成分之無機質充填劑的含有比例設定為環氧樹脂組成物整體的60~80重量%的話，便可輕易製得將上述條件中的粘度控制在既定值的封裝用熱硬化型黏接片。
再者，E成分之硬化促進劑若使用四級鏻鹽化合物的話，便可輕易製得將上述條件中的粘度控制在既定值的封裝用熱硬化型黏接片，而且其常溫下的保存性相當優異。
接著，就本發明實施形態詳細説明之。
本發明之封裝用熱硬化型黏接片，在熱硬化前的特定溫度範圍下具有特定粘度，且由環氧樹脂組成物所構成，例如，使用含有環氧樹脂(A成分)、酚樹脂(B成分)、彈性體(C成分)、無機質充填劑(D成分)以及硬化促進劑(E成分)的環氧樹脂組成物，將其製成片材狀，即可製得。
上述環氧樹脂(A成分)，並未特別限定，例如，可以使用環戊二烯型環氧樹脂、甲酚基酚酫型環氧樹脂、線型酚酫型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、三羥基苯基甲烷型環氧樹脂、二羥基萘型環氧樹脂等各種環氧樹脂。亦可單獨使用該等環氧樹脂或併用2種以上。其中，若從確保B-階段(膠態)之柔軟性與硬化物之機械性強度的觀點來考量，宜併用二羥基萘型環氧樹脂與雙酚A型環氧樹脂，或是併用雙酚A型環氧樹脂與三羥基苯基甲烷型環氧樹脂。
上述酚樹脂(B成分)，只要是會在其與上述環氧樹脂(A成分)之間產生硬化反應者即可，其他並無特別限定，例如，可使用環戊二烯型酚樹脂、線型酚酫樹脂、甲酚基酚酫樹脂、芳烷基苯酚樹脂等。該等酚樹脂可單獨使用或併用2種以上。然後，上述酚樹脂宜使用羥基當量70~250、軟化點50~110℃者為佳，其 中，若從硬化反應性高的觀點考量，則宜使用線型酚酫樹脂比較適當。
然後，上述環氧樹脂(A成分)與酚樹脂(B成分)的摻合比例，一般而言，相對於環氧樹脂(A成分)中環氧基1當量，酚樹脂(B成分)中羥基宜以合計0.7~1.5當量的比例摻合為佳。0.9~1.2當量更好。
跟上述A成分以及B成分一起使用的彈性體(C成分)，可賦予環氧樹脂組成物柔軟性以及可撓性，惟只要能夠發揮這樣的效用即可，並不特別限定於該構造，例如，也可以使用如下之橡膠質聚合物：聚丙烯酸酯等的各種丙烯酸酯共聚物、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、異戊二烯橡膠、丙烯腈橡膠等所構成的聚合物。吾人可單獨使用或併用2種以上該等物質。
上述彈性體(C成分)的含有量，從賦予柔軟性以及可撓性的觀點來看，宜設定在環氧樹脂組成物的全部有機成分中的15~70重量%的範圍內為佳，設定在全部有機成分中的30~60重量%更好。亦即，若彈性體(C成分)的含有量未達下限值，便難以賦予想要的柔軟性或可撓性，黏接片的處理作業性會有降低的傾向，相反的若含有量超過上限值的話，樹脂封裝後(硬化後)的成形物(硬化物)會有強度不夠的傾向。
與上述A~C成分一起使用的無機質充填劑(D成分)，並無特別限定，可使用習知的各種充填劑。例如，石英玻璃粉末、滑石、二氧化矽粉末(熔融二氧化矽粉末或結晶性二氧化矽粉末等)，氧化鋁粉末，氮化鋁粉末，氮化矽粉末等。該等物質可單獨使用或併用2種以上。其中，若從降低所製得之硬化物的線膨脹係數的觀點來看的話，宜使用上述二氧化矽粉末為佳，上述二氧化矽粉末中，若從高充填性以及高流動性的觀點來看，特別適宜使用熔融二氧化矽粉末為佳。上述熔融二氧化矽粉末，雖然可列舉出球狀熔融二氧化矽粉末、破碎熔融二氧化矽粉末等，惟若從 流動性的觀點來看，特別適宜使用球狀熔融二氧化矽粉末為佳。其中，宜使用平均粒徑在0.2~30μm範圍內者為佳，特別適宜使用在0.5~15μm範圍內者。又，關於上述平均粒徑，例如，從群體任意抽出的試料的粒度分布，可用雷射繞射散射式粒度分布測量裝置分析導出。
上述無機質充填劑(D成分)的含有量，宜設定在環氧樹脂組成物整體的60~80重量%的範圍內，特別適宜設定在65~75重量%。亦即，無機質充填劑(D成分)的含有量若未達下限值，則在熱硬化前該既定範圍溫度的粘度會變低，而會有難以製得想要之物性的傾向，若超過上限值，則在熱硬化前該既定範圍溫度的粘度會變太高，也會有難以製得想要之物性的傾向。
跟上述A~D成分一起使用的硬化促進劑(E成分)，只要能夠促進上述環氧樹脂(A成分)與酚樹脂(B成分)之間的硬化反應，則無特別限定，可使用習知的各種硬化促進劑，例如含磷硬化促進劑，含胺硬化促進劑等現有的硬化促進劑，特別適宜使用四級鏻鹽化合物，以便製得常溫保存性良好的熱硬化型黏接片。然後，從作業性以及品質安定性的觀點來看，本發明之封裝用熱硬化型黏接片若能在常溫下長期保存使用的話會比較好，因此特別適宜使用例如四苯基磷酸鹽類．四苯基硼酸鹽類，作為能夠獲得該等特性的硬化促進劑(E成分)。
上述硬化促進劑(E成分)的含有量，宜設定在環氧樹脂組成物整體的0.1~10重量%的範圍內為佳，更宜設定在0.3~3重量%，特別適宜設定在0.5~2重量%。
又，在本發明中，含有上述A~E成分的上述環氧樹脂組成物，可因應需要，適當添加例如阻燃劑、碳黑顏料等的添加劑。
上述阻燃物，例如可使用有機磷化合物、氧化銻、氫氧化鋁或氫氧化錳等的金屬氫氧化物等。該等物質可單獨使用或併用2種以上。
本發明之封裝用熱硬化型黏接片，可用如下方式製造之。首先，混合各摻合成分調製出環氧樹脂組成物，只要是能將各摻合成分平均分散混合的方法即可，其他並無特別限定。然後，因應需要將各摻合成分溶解於溶劑等之內並利用清漆塗製出薄膜。或是也可以將各摻合成分直接用捏揉機等捏揉調製出固態樹脂，再將如是製得之固態樹脂壓製成片狀薄膜。其中，若想要以簡便的方式製得平均厚度的片材，則使用上述清漆塗佈法比較適當。
以下詳述利用上述清漆塗佈法製作本發明之封裝用熱硬化型黏接片的過程。亦即，將上述A~E成分以及其他因應需要的添加劑按照標準方法適當混合，將其平均溶解或是分散於有機溶劑內，調製出清漆。接著，將上述清漆塗佈於聚酯薄膜等的基材上，使其乾燥，便製得熱硬化型黏接片。再來，用聚酯薄膜等的薄膜黏貼，將熱硬化型黏接片保持於聚酯薄膜之間，並在該狀態下將其捲起收好。
上述有機溶劑，並無特別限定，可使用習知的各種有機溶劑，例如，甲基乙基酮、丙酮、二氧陸圜、二乙基酮、甲苯、醋酸乙酯等。該等物質可單獨使用或併用2種以上。又，在有機溶劑中的上述A~E成分以及其他添加物的總濃度，通常，宜在30~60重量%的範圍內為佳。
上述有機溶劑乾燥後所製成的片材厚度，並無特別限制，從厚度平均性與殘存溶劑量的觀點來看，通常，宜設定在5~100μm為佳，更宜設定為20~70μm。如是製得之本發明的封裝用熱硬化型黏接片，亦可因應需要堆疊成想要的厚度之後再使用。亦即，本發明之封裝用熱硬化型黏接片，可以單層構造供吾人使用，亦可堆疊成2層以上的多層構造，以堆疊體的方式供吾人使用。
如是製得之本發明的封裝用熱硬化型黏接片，必須具備如下特性：在熱硬化前80~120℃的溫度範圍下，其粘度在5×104 ~5×106 Pa．s的範圍內。
亦即，上述特性中，若在上述溫度範圍下粘度未達5×104 Pa． s的話，封裝用樹脂容易侵入到晶片型裝置下部的中空部分，若超過5×106 Pa．s的話，樹脂封裝部分與基板的密合性會變差。
上述熱硬化前在80~120℃溫度範圍下的粘度，可用以下方式測量之。亦即，先準備加熱硬化前的封裝用熱硬化性黏接片作為測量對象，使用粘彈性測量裝置，在80~120℃的測量溫度條件下測量上述粘度。
可用以下方式使用本發明之封裝用熱硬化型黏接片對基板上搭載的晶片型裝置進行封裝。亦即，在基板的既定位置上搭載晶片型裝置後，配置封裝用熱硬化型黏接片，將所搭載的晶片型裝置覆蓋起來，在既定封裝條件下，將片材加熱硬化，在晶片型裝置與基板之間保持中空的狀態下對晶片型裝置進行樹脂封裝。
上述封裝條件，例如：在溫度80~100℃、壓力100~500kPa下進行0.5~5分鐘的真空壓製後，開放成大氣狀態，在溫度150~190℃下加熱30~120分鐘。
就如是製得之半導體裝置的構造的一實施例詳述之。亦即，如圖1所示的，在使設置於晶片型裝置1上的連接用電極部(凸起部)3與設置在配線電路基板2上的連接用電極部(未經圖示)互相對向的狀態下，將晶片型裝置1搭載於配線電路基板2上。然後，在配線電路基板2上形成封裝樹脂層4，以將搭載於上述配線電路基板2上的晶片型裝置1包覆起來，完成樹脂封裝。又，在晶片型裝置1與配線電路基板2之間的晶片型裝置1的下部，形成中空部分5。
又，在上述半導體裝置中，雖然設置在晶片型裝置1上的連接用電極部3形成凸出部的形狀，惟並非僅限於此，設置在配線電路基板2上的連接用電極部也可以形成凸出部的形狀。
上述晶片型裝置1與配線電路基板2之間的空間間隙距離(中空部分5的高度)，可以根據上述連接用電極部(凸出部)3的大小等因素適當設定之，一般而言，在10~100μm左右。又，上述 各連接用電極部(凸出部)3之間的距離，一般而言，宜設定在150~500μm左右為佳。
[實施例]
接著，對照比較例就實施例説明之。惟本發明並非僅限於該等實施例而已。
首先，準備下列各成分。
〔環氧樹脂a〕
二羥基萘型環氧樹脂(東都化成公司製，ESN-355)
〔環氧樹脂b〕
雙酚A型環氧樹脂(Japan Epoxy Resins公司製，EPIKOTE 828)
〔環氧樹脂c〕
三羥基苯基甲烷型環氧樹脂(日本化藥公司製，EPPN-501HY)
〔酚樹脂a］
酚醛型酚樹脂(明和化成公司製，H-4)
〔酚樹脂b〕
酚醛型酚樹脂(明和化成公司製，DL-65)
〔丙烯酸樹脂a〕
丙烯酸共聚物(nagasechemtex公司製，特森樹脂SG-70L)
〔丙烯酸樹脂b〕
丙烯酸共聚物(nagasechemtex公司製，特森樹脂SG-P3)
〔硬化促進劑a］
四苯基磷酸鹽類．四苯基硼酸鹽類(北興化學公司製，TPP-K)
〔硬化促進劑b〕
三苯膦(北興化學公司製，TPP)
〔二氧化矽粉末〕
平均粒徑5.5μm的球狀熔融二氧化矽粉末(電氣化學工業公司製，FB-7SDC)
[實施例1~4，比較例1~2]
後述表1所示各成分用同表所示比例分散混合，加入有機溶劑(甲基乙基酮)100重量份，調製出片材塗佈用清漆。
接著，用逗點形刮刀塗佈機將上述清漆塗佈在厚度50μm的聚酯薄膜(三菱化學聚酯公司製，MRF-50)上，使其乾燥，接著用厚度38μm的聚酯薄膜(三菱化學聚酯公司製，MRX-38)貼合，藉此將熱硬化型黏接片保持在聚酯薄膜之間。之後，用輥子壓合機將上述黏接片堆疊起來，製作出厚度400μm的熱硬化型黏接片。
〔粘度〕
所製得之熱硬化型黏接片的各粘度(熱硬化前的80℃以及120℃的各粘度)，可用Rheometrics公司製的粘彈性測量裝置ARES，在剪切速度28.0(1/s)、昇溫速度5℃/分的條件下測量之。
〔封裝評價〕
將所製得的熱硬化型黏接片覆蓋在於陶瓷基板上陣列狀排列的SAW過濾晶片(晶片厚度200μm、凸出部高度30μm)上，在溫度100℃、壓力300kPa的條件下進行1分鐘的真空壓製(到達真空度6.65×102 Pa)。開放成大氣狀態後，將基板送入175℃的烤箱1小時間，使其被加熱硬化成熱硬化性黏接片。之後，用切割裝置將整塊切成一片一片的，觀察所製得之晶片的剖面，看看樹脂有沒有侵入到晶片下部的中空部分，並觀察基板與熱硬化型黏 接片所形成之封裝樹脂部分的密合性。然後，若確認出樹脂侵入到晶片下部的中空部分的話就劃×，沒有就劃o。另外，關於密合性，充分密合的就劃o，密合不充分而在切割後的晶片側面中，樹脂與陶瓷基板之間有間隙的就劃×。
〔回焊耐性試驗〕
再者，將各晶片置於260℃×10秒鐘×3次的焊錫回焊條件下進行處理，再觀察熱硬化型黏接片(封裝樹脂部分)是否會從基板剝離。之後，將沒有剝離的劃o，將剝離的劃×。
〔常溫保存性〕
將所製得的熱硬化型黏接片置於20℃下保存6個月後，用跟上述相同之Rheometrics公司製的粘彈性測量裝置ARES測量80℃時之硬化前的粘度。結果，將測量到的粘度彙整於表1，該粘度，若跟先前測量之熱硬化前在80℃下的粘度相比上昇率未達20%的劃o，上昇率達20%以上者，或是硬化而無法進行粘度測量的就劃×。
將上述測量．評價結果合併表示於下述表1。
由表1的結果可知，滿足該特定溫度範圍下之粘度的實施例1~4，樹脂未侵入到晶片下部，與基板的密合的也很充分，未產生剝離等情況，耐回焊性也很優異，而且實施例1~3品的常溫保存性也很優異。又，實施例4，與其他實施例同樣，在特定溫度範圍下的粘度範圍內，關於樹脂是否侵入到晶片下部，以及與基板的密合性也都得到良好的結果，然而關於常溫保存性，保管於20℃時就硬化了而無法測量粘度。然而，保存在5℃以下的冷藏處所時，粘度變化少，具有經得起實際使用的保存穩定性。
相對於此，在該特定溫度範圍的粘度之外的比較例1、2，其中在特定粘度之下的比較例1，可確認出樹脂有侵入到晶片下部，且耐回焊性也不良。又，在特定粘度之上的比較例2，與基板的密合性不夠充分。
1‧‧‧晶片型裝置
2‧‧‧配線電路基板
3‧‧‧晶片型裝置的連接用電極部(凸出部)
4‧‧‧封裝樹脂層
5‧‧‧中空部分
圖1係用本發明之封裝用熱硬化型黏接片封裝的一個半導體裝置實施例的示意剖面圖。
1‧‧‧晶片型裝置
2‧‧‧配線電路基板
3‧‧‧晶片型裝置的連接用電極部(凸出部)
4‧‧‧封裝樹脂層
5‧‧‧中空部分

Claims (2)

  1. 一種封裝用熱硬化型粘接片，由環氧樹脂組成物所製成，使用於搭載在基板上的晶片型裝置之封裝，其特徵為：在熱硬化前的80~120℃的溫度範圍中，其粘度在5×104 ~5×106 Pa‧s的範圍內；該環氧樹脂組成物含有下述(A)~(E)的成分，且該(D)成分之無機質充填劑的含量比例設定為該環氧樹脂組成物整體的65~80重量%：(A)環氧樹脂、(B)酚樹脂、(C)彈性體、(D)無機質充填劑、(E)硬化促進劑。
  2. 如申請專利範圍第1項之封裝用熱硬化型粘接片，其中，該(E)成分之硬化促進劑係四級鏻鹽化合物。
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