專利名稱：環(huán)氧樹脂組合物及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物及半導(dǎo)體器件。具體而言，本發(fā)明適用于表面安裝型半導(dǎo)體器件(area mounting type semiconductor device),其中半導(dǎo)體芯片在印刷線路板或金屬引線框的一面進(jìn)行安裝，且基本上僅在其經(jīng)過(guò)安裝的一面以樹脂封裝。
背景技術(shù)：
近來(lái)趨向于縮減尺寸、減輕重量和提高性能的電子器件市場(chǎng)，使通向集成度更高的半導(dǎo)體。由于半導(dǎo)體器件的表面安裝技術(shù)的急速發(fā)展，使最近開發(fā)出一種表面安裝型半導(dǎo)體器件，并且其已取替了具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件尺寸的縮減及其厚度的薄化的趨向使出現(xiàn)大幅度降低用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物的粘度以及大幅度增加其強(qiáng)度的需求。此外，基于環(huán)境因素，用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物需要具有更高的阻燃性而又不含例如含溴化合物和銻氧化物的阻燃劑。由于這些因素，近來(lái)的環(huán)氧樹脂組合物趨向于包含粘度更低的樹脂和大量的無(wú)機(jī)填料。作為新的趨勢(shì)，熔點(diǎn)高于常規(guī)使用的焊料的無(wú)鉛焊料于安裝半導(dǎo)體器件的應(yīng)用正不斷增多。當(dāng)使用該焊料時(shí)，安裝溫度必須比傳統(tǒng)工藝所用的溫度高約20°C，與常規(guī)器件相t匕，有時(shí)會(huì)使經(jīng)過(guò)安裝的半導(dǎo)體器件的可靠性明顯降低。鑒于這種形勢(shì)，越來(lái)越需要通過(guò)改進(jìn)環(huán)氧樹脂組合物的性能而改進(jìn)半導(dǎo)體器件的可靠性。為了滿足這個(gè)要求，人們對(duì)減小樹脂粘度和添加大量無(wú)機(jī)填料進(jìn)行了研究。表面安裝型半導(dǎo)體器件的典型例子包括尺寸更緊密的BGA(球柵陣列器)和CSP (芯片尺寸封裝)，以及諸如安裝面積比傳統(tǒng)QFP或SOP小的QFN和SON封裝。已開發(fā)諸如QFN和SON封裝以滿足高引出數(shù)和高速的需求。這些需求接近由常規(guī)的QFP、S0P等表示的表面安裝型半導(dǎo)體器件的極限。BGA和CSP僅在硬線路板或彈性印刷線路板上安裝了半導(dǎo)體芯片的那一面通過(guò)環(huán)氧樹脂組合物進(jìn)行封裝，硬線路板的代表性例子為由BT樹脂/銅箔(雙馬來(lái)酰亞胺三嗪樹脂/玻璃纖維襯底)構(gòu)成的線路板，彈性印刷線路板的代表性例子為由聚酰亞胺樹脂膜/銅箔構(gòu)成的線路板。而且，在襯底安裝了半導(dǎo)體芯片的那一面的對(duì)面上，二維并排地形成焊球，并通過(guò)焊接使其在線路板上進(jìn)行安裝。如上所述，BGA或CSP的結(jié)構(gòu)是單面封裝結(jié)構(gòu)，其中僅在襯底上安裝了半導(dǎo)體芯片的那一面以環(huán)氧樹脂組合物進(jìn)行封裝(襯底上形成焊球的那一面不被封裝)。因此，該半導(dǎo)體器件易于在成形(molding)后迅即變曲(wraped),這是由有機(jī)襯底或金屬襯底與固化后的環(huán)氧樹脂組合物之間的熱膨脹和熱收縮的不一致，或在成形固化(molding curing)期間環(huán)氧樹脂組合物的固化收縮所導(dǎo)致的。而且，半導(dǎo)體器件的翹曲使焊球的連接點(diǎn)不能水平定位。因此，在封裝這些半導(dǎo)體器件期間，通過(guò)線路板上的焊點(diǎn)，半導(dǎo)體器件會(huì)從線路板上翹起，而導(dǎo)致電連接的可靠性的衰減。相反，已制造出與常規(guī)QFP或SOP的設(shè)計(jì)相同的QFN或SON。然而，近來(lái)已通過(guò)以下方法制造出封裝在金屬襯底(例如，銅引線框的層壓板、與聚酰亞胺膜層疊的鎳-鈀+金鍍層的引線框)的一面上安裝半導(dǎo)體芯片的矩陣(matrix)，使用用于封裝的環(huán)氧樹脂組合物進(jìn)行成批封裝，然后將襯底切成所需尺寸的小格，從而得到單獨(dú)的封裝(以下稱為MAP-QFN和MAP-S0N)(例如參見專利文件I)。正如BGA或CSP，MAP-QFN或者M(jìn)AP-SON是單面封裝的結(jié)構(gòu)，其中僅在襯底上安裝 了半導(dǎo)體芯片的那一面以環(huán)氧樹脂組合物進(jìn)行封裝。在此，MAP-QFN或MAP-SON的封裝面積比普通的封裝成形品(common package molding)大,并且僅其單面被封裝。因此,這樣的半導(dǎo)體器件易于在成形后迅即變曲，這是由于金屬襯底與固化后的環(huán)氧樹脂組合物之間的熱膨脹和熱收縮的不一致，或在成形固化期間環(huán)氧樹脂組合物的固化收縮所導(dǎo)致的。半導(dǎo)體器件的翹曲使半導(dǎo)體器件從其安裝的線路板上翹起，導(dǎo)致電連接的可靠性的衰減。為了減少基本上僅在有機(jī)襯底或金屬襯底的一面通過(guò)環(huán)氧樹脂組合物進(jìn)行封裝的表面安裝型半導(dǎo)體器件的翹曲，重要的是使襯底的熱膨脹系數(shù)與固化的環(huán)氧樹脂組合物的熱膨脹系數(shù)相近，并減少在成形固化期間環(huán)氧樹脂組合物的固化收縮。為了達(dá)到這個(gè)目的，已提出如下技術(shù)將多功能環(huán)氧樹脂和多功能酚醛樹脂進(jìn)行組合從而增加環(huán)氧樹脂組合物的Tg，并調(diào)整無(wú)機(jī)填料的含量使其與a I配合。然而，多功能環(huán)氧樹脂和多功能酚醛樹脂的組合會(huì)降低流動(dòng)性，從而引起諸如未填充孔隙(unfilledvoids)等問(wèn)題。當(dāng)通過(guò)如紅外再流、氣相焊接和浸焊等焊接工藝進(jìn)行焊接時(shí)，半導(dǎo)體器件中存在的水分在高溫下快速被蒸發(fā)，該水分是由于固化的環(huán)氧樹脂組合物(成形品)吸濕而成的。在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的壓力會(huì)導(dǎo)致在半導(dǎo)體器件中產(chǎn)生裂紋，或者導(dǎo)致在金屬襯底中安裝了半導(dǎo)體芯片的表面與固化的環(huán)氧樹脂之間的的界面剝離。因此，需要通過(guò)增加無(wú)機(jī)填料的含量減少半導(dǎo)體器件的翹曲。需要通過(guò)減少成形品的吸濕性來(lái)減少壓力。另外，需要改善成形品的耐熱性和提高固化材料和金屬襯底之間的粘結(jié)性。已開發(fā)了在成形過(guò)程時(shí)，使環(huán)氧樹脂組合物保持高流動(dòng)性的技術(shù)，該環(huán)氧樹脂組合物應(yīng)用在例如傳統(tǒng)的QFP和SOP的表面安裝型半導(dǎo)體器件。例如，已公開了 采用低熔融粘度的樹脂(例如，參見專利文件2)，和采用有硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)無(wú)機(jī)填料進(jìn)行表面處理以提高無(wú)機(jī)填料的含量(例如，參見專利文件3)。任何這些技術(shù)僅能滿足所需的多種特性中的
其中一項(xiàng)。如上所述，需要添加高濃度無(wú)機(jī)填料，以改善固化材料的特性，如減少翹曲、減少成形品的應(yīng)力，該成形品是由用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物形成的。并且，為了改善用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物的填充特性，必須改善其流動(dòng)性。然而，當(dāng)填充高濃度的無(wú)機(jī)填料時(shí)，用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物的流動(dòng)性就會(huì)降低。因此，在用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物的流動(dòng)性和成形品的固化材料特性之間存在一個(gè)折衷關(guān)系。
仍然存在對(duì)于流動(dòng)性和成形品的固化材料特性表現(xiàn)都優(yōu)良的用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物的需求以及使用該組合物制成的半導(dǎo)體器件的需求。專利文件I :日本專利特開2003-109983專利文件2 :日本專利特開1995-130919專利文件3 日本專利特開1996-2067
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種在流動(dòng)性和成形品中固化材料的特性中均表現(xiàn)優(yōu)良、用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，以及使用該組合物制造的半導(dǎo)體器件。根據(jù)本發(fā)明，提供如下內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，其包括 (A)晶體環(huán)氧樹脂， (B)由通式(I)表示的酚醛樹脂
2.如權(quán)利要求I所述的用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，其中所述晶體環(huán)氧樹脂㈧由通式⑷表示
3.如權(quán)利要求2所述的用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，其中所述具有分子內(nèi)環(huán)氧乙烷結(jié)構(gòu)的聚丁二烯(C-3)在25°C下的粘度為20Pa · s-700Pa · s，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。
4.如權(quán)利要求2所述的用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，其進(jìn)一步包括固化促進(jìn)劑(E)。
5.半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體芯片是由權(quán)利要求2-4中任意之一所述的用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物封裝的。
6.用于封裝半導(dǎo)體芯片的面安裝型環(huán)氧樹脂組合物，該組合物為權(quán)利要求2-4中任意之一所述的用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，其用于封裝表面安裝型半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體芯片安裝在襯底的一面，且基本上僅在襯底安裝了半導(dǎo)體芯片的一面被封裝。
7.表面安裝型半導(dǎo)體器件，其中半導(dǎo)體芯片是由權(quán)利要求6所述的用于封裝半導(dǎo)體芯片的表面安裝型環(huán)氧樹脂組合物封裝的。
全文摘要
一種用于封裝半導(dǎo)體芯片的環(huán)氧樹脂組合物，其包含(A)晶體環(huán)氧樹脂，(B)由通式(1)表示的酚醛樹脂其中，R1和R2獨(dú)立為氫或具有1至4個(gè)碳原子的烷基，且兩個(gè)或多個(gè)R1或兩個(gè)或多個(gè)R2可相同或不同；a是0-4的整數(shù)；b是0-4的整數(shù)；c是0-3的整數(shù)；n是平均值，且為0-10的數(shù)值，(C)含有丁二烯衍生的結(jié)構(gòu)單元的(共)聚合物或其衍生物，和(D)無(wú)機(jī)填料，其在整個(gè)環(huán)氧樹脂組合物中的含量為80wt％-95wt％，包括兩個(gè)端點(diǎn)值。
文檔編號(hào)C08L63/00GK102627832SQ201210063230
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者關(guān)秀俊, 前田將克, 小谷貴浩, 滋野數(shù)也, 西谷佳典 申請(qǐng)人:住友電木株式會(huì)社