TWI576407B - Thermosetting resin sheet for electronic component sealing, resin sealing type semiconductor device, and manufacturing method of resin sealed type semiconductor device - Google Patents
Thermosetting resin sheet for electronic component sealing, resin sealing type semiconductor device, and manufacturing method of resin sealed type semiconductor device Download PDFInfo
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Description
本發明係關於一種電子零件密封用熱固性樹脂片材、樹脂密封型半導體裝置、及樹脂密封型半導體裝置之製造方法。
於半導體裝置之製造中，在導線架或電路基板等各種基板上搭載半導體晶片後，以覆蓋半導體晶片或電路基板等電子零件之方式進行樹脂密封。
樹脂密封係以保護半導體裝置免受來自外部之應力之影響、保護半導體裝置免受濕氣或污染物質之影響為目的而進行，但若電子零件與密封樹脂之接著性較低，則有容易發生界面剝離，封裝體產生裂痕，或接合線容易斷線之問題。
專利文獻1中記載有一種密封膜，其具有含有特定之樹脂成分、填料、及著色劑且流量為特定值之樹脂層。又，專利文獻2中記載有一種密封用熱固化型接著片材，其在熱固化前於80~120℃下之黏度為特定值。然而，專利文獻1、2中並未對電子零件與密封樹脂之接著性進行充分研究。
[專利文獻1]日本專利特開2008-60523號公報
[專利文獻2]日本專利特開2008-285593號公報
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種與電子零件之接著性優異之電子零件密封用熱固性樹脂片材、可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置、及其製造方法。
本案發明者著眼於通常之矽晶圓係以氮化矽膜加以保護、廣泛地使用銅作為半導體裝置之配線(導線架等)、及廣泛地使用玻璃布基材環氧樹脂作為半導體裝置之基板。並且發現與該等被接著體之接著性與熱塑性樹脂有關。此外，本案發明者發現，藉由將熱塑性樹脂之含量設為特定量以下並將於25℃及260℃下對該等被接著體之剪切接著力分別調整為特定之範圍，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置，從而完成了本發明。
即，本發明係關於一種電子零件密封用熱固性樹脂片材，其中熱塑性樹脂相對於樹脂成分整體之含量為30重量%以下，接著於形成於矽晶圓上之氮化矽膜並固化後的剪切接著力於25℃下為15MPa以上且於260℃下為2MPa以上，接著於銅板並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上且於260℃下為0.5MPa以上，接著於玻璃布基材環氧樹脂並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上且於260℃下為1MPa以上。
根據本發明，由於熱塑性樹脂之含量為特定量以下，並且接著於形成於矽晶圓上之氮化矽膜、銅板、及玻璃布基材環氧樹脂並固化後於25℃下的剪切接著力分別為上述範圍，故而於通常之使用溫度區域中可獲得良好之接著性，可防止樹脂片材之界面剝離。其結果，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。
又，由於熱塑性樹脂之含量為特定量以下，並且於260℃下之剪
切接著力為特定之範圍，故而亦可防止由封裝體製造時之回焊引起之剝離。其結果，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。
上述電子零件密封用熱固性樹脂片材較佳為藉由混練擠出而製造。
關於本發明之樹脂片材，由於熱塑性樹脂之含量為特定量以下，故而不易成形為片狀，但可藉由利用混練擠出進行製造而容易地成形為片狀。
又，本發明係關於一種樹脂密封型半導體裝置，其係使用上述樹脂片材而獲得。
又，本發明係關於一種樹脂密封型半導體裝置之製造方法，其包括使用上述樹脂片材進行密封之步驟。
1‧‧‧樹脂片材
2‧‧‧被接著體
3‧‧‧樣品台
4‧‧‧試驗工具
圖1係表示剪切接著力之測定情況之圖。
本發明之電子零件密封用熱固性樹脂片材中，熱塑性樹脂相對於樹脂成分整體之含量為30重量%以下，接著於形成於矽晶圓上之氮化矽膜(SiN膜)並固化後的剪切接著力於25℃下為15MPa以上且於260℃下為2MPa以上，接著於銅板並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上且於260℃下為0.5MPa以上，接著於玻璃布基材環氧樹脂並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上且於260℃下為1MPa以上。
本發明之樹脂片材通常包含環氧樹脂、及酚樹脂。藉此可獲得良好之熱固性。
作為環氧樹脂，並無特別限定。例如可使用三苯基甲烷型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、改性雙酚A型環氧樹脂、雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、改性雙酚F型環氧樹
脂、二環戊二烯型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、苯氧基樹脂等各種環氧樹脂。該等環氧樹脂可單獨使用，亦可併用兩種以上。
就確保環氧樹脂之固化後之韌性及環氧樹脂之反應性之觀點而言，較佳為環氧當量為150~250且軟化點或熔點為50~130℃的在常溫下為固態之環氧樹脂，其中，就可靠性之觀點而言，較佳為三苯基甲烷型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂。
酚樹脂只要為能與環氧樹脂之間發生固化反應者，則並無特別限定。例如可使用苯酚酚醛清漆樹脂、苯酚芳烷基樹脂、聯苯芳烷基樹脂、二環戊二烯型酚樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、可溶酚醛樹脂等。該等酚樹脂可單獨使用，亦可併用兩種以上。
作為酚樹脂，就與環氧樹脂之反應性之觀點而言，較佳為使用羥基當量為70~250且軟化點為50~110℃者，其中，就固化反應性較高之觀點而言，可較佳地使用苯酚酚醛清漆樹脂。又，就可靠性之觀點而言，亦可較佳地使用如苯酚芳烷基樹脂或聯苯芳烷基樹脂之類的低吸濕性者。
關於環氧樹脂與酚樹脂之調配比例，就固化反應性之觀點而言，較佳為以相對於環氧樹脂中之環氧基1當量使酚樹脂中之羥基之合計成為0.7~1.5當量之方式進行調配，更佳為0.9~1.2當量。
環氧樹脂及酚樹脂之合計含量較佳為相對於樹脂成分整體為50~100重量%。若為50重量%以上，則可良好地獲得25℃及260℃下對被接著體(形成於矽晶圓上之氮化矽膜、銅板、及玻璃布基材環氧樹脂)之剪切接著力。該合計含量較佳為55重量%以上，更佳為60重量%以上，進而較佳為70重量%以上。又，該合計含量較佳為90重量%以下，更佳為80重量%以下。
本發明之樹脂片材亦可包含熱塑性樹脂，熱塑性樹脂相對於樹脂成分整體之含量為30重量%以下。於包含熱塑性樹脂之情形時，可
獲得良好之柔軟性、可撓性。
若熱塑性樹脂相對於樹脂成分整體之含量為30重量%以下，則可良好地獲得25℃及260℃下對被接著體(形成於矽晶圓上之氮化矽膜、銅板、及玻璃布基材環氧樹脂)之剪切接著力。該含量更佳為15重量%以下。又，該含量之下限並無特別限定，較佳為4重量%以上，更佳為8重量%以上。若該含量為4重量%以上，則可獲得柔軟性，變得不易破裂，而使操作性提高。
作為熱塑性樹脂，可列舉：天然橡膠、丁基橡膠、異戊二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、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、聚丁二烯樹脂、聚碳酸酯樹脂、熱塑性聚醯亞胺樹脂、6-尼龍或6,6-尼龍等聚醯胺樹脂、苯氧基樹脂、丙烯酸系樹脂、PET(polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)或PBT(polybutylene terephthalate，聚對苯二甲酸丁二酯)等飽和聚酯樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、或氟樹脂等。又，亦可列舉苯乙烯-異丁烯-苯乙烯嵌段共聚物等。該等熱塑性樹脂可單獨使用或併用兩種以上而使用。
熱塑性樹脂之軟化點較佳為120℃以上，更佳為150℃以上。若為120℃以上，則可良好地獲得260℃下對被接著體(形成於矽晶圓上之氮化矽膜、銅板、及玻璃布基材環氧樹脂)之剪切接著力。又，該軟化點較佳為190℃以下，更佳為170℃以下。
本發明之樹脂片材較佳為包含無機質填充劑。無機質填充劑並無特別限定，可使用先前公知之各種填充劑，例如可列舉：石英玻璃、滑石、二氧化矽(熔融二氧化矽或晶質二氧化矽等)、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽等之粉末。
其中，就可降低固化物之線膨脹係數之方面而言，較佳為使用二氧化矽粉末，於該等二氧化矽粉末中，更佳為使用熔融二氧化矽粉
末。作為熔融二氧化矽粉末，可列舉球狀熔融二氧化矽粉末、破碎熔融二氧化矽粉末，就流動性之觀點而言，尤佳為使用球狀熔融二氧化矽粉末。其中，就所成型之樹脂厚度與設想之零件之高度而言，較佳為使用平均粒徑為10~30μm之範圍者，尤佳為使用平均粒徑為15~25μm之範圍者。
再者，平均粒徑例如可藉由如下方式而導出：使用自母集團中任意抽選之試樣，並利用雷射繞射散射式粒度分佈測定裝置進行測定。
無機質填充劑之含量相對於樹脂片材整體較佳為70~95重量%，更佳為80~90重量%，進而較佳為85~90重量%。若無機填充材料之含量未達70重量%，則與零件或基板之線膨脹差較大而不適合作為密封劑。另一方面，若無機填充材料之含量超過95重量%，則有因空隙率之問題而無法獲得片狀之樹脂之虞。
本發明之樹脂片材較佳為包含固化促進劑。固化促進劑只要為促進固化之物質，則並無特別限定，但就固化性與保存性之觀點而言，可較佳地使用三苯基膦或四苯基硼酸四苯基鏻等有機磷系化合物、咪唑系化合物。
固化促進劑之含量較佳為相對於樹脂成分100重量份為0.1~5重量份。
本發明之樹脂片材較佳為包含阻燃劑成分。藉此，可防止由零件之短路等引起之起火或燃燒之擴大。作為阻燃劑組成成分，例如可使用氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鐵、氫氧化鈣、氫氧化錫、複合化金屬氫氧化物等各種金屬氫氧化物。就可以相對較少之添加量發揮出阻燃性之方面、或成本之觀點而言，較佳為使用氫氧化鋁或氫氧化鎂，尤佳為使用氫氧化鋁。
再者，本發明之樹脂片材中，除上述各成分以外，亦可視需要適當地調配以碳黑為代表之顏料、矽烷偶合劑、接著賦予劑等其他添加劑。
本發明之樹脂片材可利用通常之方法而製造，較佳為藉由混練擠出而製造。本發明之樹脂片材中熱塑性樹脂之含量較少，不易成形為片狀，但藉由混練擠出可容易地成形。又，可製成空隙(氣泡)等較少之均勻之片材。
作為藉由混練擠出進行製造之方法，例如可列舉藉由利用混合輥(mixing roll)、加壓式捏合機、擠出機等公知之混練機對上述各成分進行熔融混練而製備混練物，對所獲得之混練物進行塑化加工而形成為片狀的方法等。
作為混練條件，溫度較佳為上述之各成分之軟化點以上，例如為30~150℃，若考慮環氧樹脂之熱固性，則較佳為40~140℃，進而較佳為60~120℃。時間例如為1~30分鐘，較佳為5~15分鐘。藉此可製備混練物。
藉由擠出成形使所獲得之混練物成形，藉此可獲得樹脂片材。具體而言，不使熔融混練後之混練物冷卻而直接於高溫狀態下進行擠出成形，藉此可形成樹脂片材。作為此種擠出方法，並無特別限制，可列舉：T模擠出法、輥壓延法、輥混練法、共擠出法、壓延成形法等。作為擠出溫度，較佳為上述之各成分之軟化點以上，若考慮環氧樹脂之熱固性及成形性，則例如為40~150℃，較佳為50~140℃，進而較佳為70~120℃。藉由以上方式可形成樹脂片材。
以此種方式獲得之樹脂片材可以單層構造使用，亦可以積層成2層以上之多層構造之積層體之形式使用。
本發明之樹脂片材接著於形成於矽晶圓上之氮化矽膜並固化後的剪切接著力於25℃下為15MPa以上。若為15MPa以上，則於通常
之使用溫度區域中與氮化矽膜之接著性良好，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該剪切接著力之上限並無特別限定，例如較佳為24MPa以下。
本發明之樹脂片材接著於形成於矽晶圓上之氮化矽膜並固化後的剪切接著力於260℃下為2MPa以上。若為2MPa以上，則可防止零件安裝時之回焊步驟中之剝離，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該剪切接著力之上限並無特別限定，例如較佳為4MPa以下。
本發明之樹脂片材接著於銅板並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上。若為10MPa以上，則於通常之使用溫度區域中與銅板之接著性良好，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該剪切接著力之上限並無特別限定，例如較佳為22MPa以下。
本發明之樹脂片材接著於銅板並固化後的剪切接著力於260℃下為0.5MPa以上。若為0.5MPa以上，則可防止零件安裝時之回焊步驟中之剝離，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該剪切接著力之上限並無特別限定，例如較佳為2.5MPa以下。
本發明之樹脂片材接著於玻璃布基材環氧樹脂並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上。若為10MPa以上，則於通常之使用溫度區域中與玻璃布基材環氧樹脂之接著性良好，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該剪切接著力之上限並無特別限定，例如較佳為22MPa以下。
本發明之樹脂片材接著於玻璃布基材環氧樹脂並固化後的剪切接著力於260℃下為1MPa以上。若為1MPa以上，則可防止零件安裝時之回焊步驟中之剝離，可獲得可靠性較高之樹脂密封型半導體裝置。該剪切接著力之上限並無特別限定，例如較佳為3MPa以下。
再者，於本發明中，剪切接著力係藉由實施例中所記載之方法
而測定。
本發明之樹脂片材可用於形成有氮化矽膜之半導體(矽晶圓、矽晶片等)、銅板(導線架等)、玻璃布基材環氧樹脂(FR-4等)、電容器、電阻等電子零件之密封。其中，可較佳地用於選自由形成有氮化矽膜之半導體、銅板、及玻璃布基材環氧樹脂所組成之群中之至少任一種之密封。
作為密封方法，並無特別限定，可利用先前公知之方法進行密封。例如，於將本發明之樹脂片材用於線接合型之密封之情形時，可列舉於線接合型之器件上載置本發明之樹脂片材並施加熱及壓力而進行密封的方法。藉由此種方法而得到樹脂密封型半導體裝置。
以下，使用實施例對本發明進行詳細說明，但本發明只要不超出其主旨，則並不限定於以下實施例。又，於各示例中，只要無特別說明，則“份”均為重量基準。
對實施例中所使用之成分進行說明。
環氧樹脂：新日鐵化學公司製造之YSLV-80XY(雙酚F型環氧樹脂)
酚樹脂：明和化成公司製造之MEH7851SS(苯酚伸聯苯)
彈性體(熱塑性樹脂)：Kaneka公司製造之SIBSTER 072T(聚苯乙烯-聚異丁烯系樹脂，軟化點：150~170℃)
球狀熔融二氧化矽：電氣化學工業公司製造之FB-9454FC(熔融球狀二氧化矽，截取粒徑54μm，平均粒徑20μm)
矽烷偶合劑：信越化學公司製造之KBM-403(3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷)
碳黑：三菱化學公司製造之#20
阻燃劑(有機系)：伏見製藥所製造之FP-100(磷腈酸苯酯)
觸媒：四國化成工業公司製造之2PHZ-PW(咪唑系觸媒)
對實施例中所使用之被接著體進行說明。
氮化矽膜：形成有氮化矽膜之矽晶圓(Tohnic公司之加工品：膜厚3000Å(埃(angstrom))±10%，總厚度370μm±25μm)
銅板：大日本印刷公司製造之ND-002(Cu)
FR-4：松下電工公司製造之玻璃環氧多層材料(FR-4)R-1766(玻璃布基材環氧樹脂)
依據表1中所記載之調配比，利用雙軸混練機將各成分於60~120℃下混練10分鐘，製備混練物。其次，對上述混練物進行擠出成形，獲得厚度為0.8mm之樹脂片材。
使用所獲得之樹脂片材進行下述評價。將結果示於表1。
將樹脂片材沖裁成直徑3mm之圓形。使用所獲得之圓形樹脂片材，於儲存黏彈性為1000Pas以下之溫度區域(100℃)內，利用平板壓製將該樹脂片材壓接於被接著體上直至樹脂片材之厚度成為0.7mm左右，並於150℃下固化1小時。藉此獲得被接著體上接著有經固化之樹脂片材之試驗片。
圖1係表示剪切接著力之測定情況之圖。如圖1所示，於可加熱之樣品台3上放置試驗片(被接著體2上接著有經固化之樹脂片材1者)，並使其吸附於該樣品台3。使試驗工具4自被接著體2上表面浮起0.1mm，於平行於被接著體2與樹脂片材1之接著面之方向上以0.2mm/s之移動速度推動樹脂片材1，測定此時之荷重。
測定係於樹脂片材1處於25℃及260℃之狀態下進行。
再者，於260℃之測定中，為了使熱傳遞至試驗片之樹脂片材1，而將試驗片放置在260℃之樣品台3上，等待30秒後進行測定。
又，測定樹脂片材1之樹脂痕跡並計算面積(mm2)。
剪切接著力係藉由下述式而算出。
剪切荷重(N)/面積(mm2)=剪切接著力(MPa)
1‧‧‧樹脂片材
2‧‧‧被接著體
3‧‧‧樣品台
4‧‧‧試驗工具
Claims (4)
- 一種電子零件密封用熱固性樹脂片材，其中熱塑性樹脂相對於樹脂成分整體之含量為30重量%以下，接著於形成於矽晶圓上之氮化矽膜並固化後的剪切接著力於25℃下為15MPa以上且於260℃下為2MPa以上，接著於銅板並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上且於260℃下為0.5MPa以上，接著於玻璃布基材環氧樹脂並固化後的剪切接著力於25℃下為10MPa以上且於260℃下為1MPa以上。
- 如請求項1之電子零件密封用熱固性樹脂片材，其係藉由混練擠出而製造。
- 一種樹脂密封型半導體裝置，其係使用如請求項1或2之樹脂片材而獲得。
- 一種樹脂密封型半導體裝置之製造方法，其包括使用如請求項1或2之樹脂片材進行密封之步驟。
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