[go: up one dir, main page]

CN102604326A - 半导体封装液体环氧树脂组合物和半导体器件 - Google Patents

半导体封装液体环氧树脂组合物和半导体器件 Download PDF

Info

Publication number
CN102604326A
CN102604326A CN2012100149159A CN201210014915A CN102604326A CN 102604326 A CN102604326 A CN 102604326A CN 2012100149159 A CN2012100149159 A CN 2012100149159A CN 201210014915 A CN201210014915 A CN 201210014915A CN 102604326 A CN102604326 A CN 102604326A
Authority
CN
China
Prior art keywords
epoxy resin
inorganic filler
mineral filler
resin composition
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012100149159A
Other languages
English (en)
Inventor
隅田和昌
木村靖夫
植原达也
矢岛章
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Publication of CN102604326A publication Critical patent/CN102604326A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293Organic, e.g. plastic
    • H01L23/295Organic, e.g. plastic containing a filler
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G59/00Polycondensates containing more than one epoxy group per molecule; Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups
    • C08G59/18Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing
    • C08G59/40Macromolecules obtained by polymerising compounds containing more than one epoxy group per molecule using curing agents or catalysts which react with the epoxy groups ; e.g. general methods of curing characterised by the curing agents used
    • C08G59/50Amines
    • C08G59/5033Amines aromatic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/17Amines; Quaternary ammonium compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/16Solid spheres
    • C08K7/18Solid spheres inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D163/00Coating compositions based on epoxy resins; Coating compositions based on derivatives of epoxy resins
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/002Physical properties
    • C08K2201/005Additives being defined by their particle size in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

半导体封装液体环氧树脂组合物包括:(A)液体环氧树脂,(B)芳香胺固化剂,和(C)无机填料,无机填料包括无机填料A,所述的无机填料A是平均粒径为0.1至3μm的二氧化硅,和无机填料B,所述的无机填料B是平均粒径为5至70nm并且表面经过由以下式(1)和/或(2)表示的偶联剂处理的无定形纳米二氧化硅:(CnH2n+1O)3Si-C6H5 (1)

Description

半导体封装液体环氧树脂组合物和半导体器件
技术领域
本发明涉及半导体封装液体环氧树脂组合物,该组合物具有低粘度和优良的渗透性,以及固化以后优异的对硅芯片表面的粘附性和韧性;该组合物可以是用于半导体设备的封装剂,即使是由于使用无铅焊剂而回流温度升高也不会引起半导体器件故障,在高温、高湿度条件下使用也不会失效,并且在热冲击试验中不会出现剥离和其它故障。本发明还涉及由组合物的固化产物封装的半导体器件。
背景技术
随着电子设备尺寸缩小、重量减少和更高性能的需求,占主导地位的半导体安装工艺已从引脚插入转向表面贴装,一类这样的裸芯片安装是倒装芯片(FC)安装,其中从几个到数万个或更多的各具有约几μm至约100μm高度的称为“凸点”的电极在LSI芯片的布线图表面形成从而将凸点和基材的电极相连接。相应地,在基材和LSI芯片之间的缝隙渗透使用的用于倒装芯片安装和保护的封装剂是必要的。
已用于倒装芯片底部填充的液体环氧树脂组合物一直是环氧树脂,固化剂和无机填料的混合物,在该组合物中,大量的无机填料的加入使组合物的线性膨胀系数与芯片,基材和半导体凸点相一致,从而提高了可靠性。这种量的无机填料的加入使粘度增加,出现如组合物向在基材和LSI芯片之间缝隙中的渗透困难的问题,因此,表现出生产力严重损失。
随着半导体器件堆积密度的增加,模具尺寸有所增加并且一些模具具有高达10mm或以上的尺寸。在使用如此大尺寸模具的半导体器件的情况下,在焊料回流中更大的应力应用于模具和封装剂,出现封装剂和模具或基材间的界面剥离问题和基材安装时的包装裂缝问题。
预计在不久的将来含铅焊料会被禁止使用,而开发了一些铅替代焊料。由于大部分替代焊料具有高于含铅焊料的熔化温度,回流可能是在260至270℃的温度下进行,在这样高的回流温度,只要传统的液体环氧树脂组合物用于封装剂,失败增加是可以预料的。即使是使用至今没有出现实质性的问题的倒装芯片型封装,在这样高的温度下回流会导致如回流中开裂和芯片或基材界面的剥离等的严重问题,以及还会经过数百次热循环后出现树脂、基材、芯片或凸点的裂缝。
本发明中典型的现有技术文献列举如下。
JP-A H10-158366,JP-A H10-231351,JP-A 2000-327884,JP-A2001-055486,JP-A 2001-055487,JP-A 2001-055488。
发明内容
本发明鉴于这种情况完成,本发明的目的是提供一种半导体封装液体环氧树脂组合物,该组合物具有低粘度和优良的渗透性,以及固化后优异的在硅芯片表面,特别是光敏聚酰亚胺树脂和氮化物薄膜上的粘附性,和高韧性。该环氧树脂组合物的固化产物即使是在由于使用无铅焊料导致的回流温度从常规的约240℃升高至约260至270℃的情况下使用也不会引起失败,在高温、高湿度条件下使用也不会失效,例如,在PCT(在121℃和2.1atm下的压力锅测试),在65℃和150℃时数百次温度循环后没有出现剥离或裂缝。
本发明的另一个目的是提供一种由组合物的固化产物封装的半导体器件。
为了实现上述目的,本发明的发明人进行深入研究,并发现了一种半导体封装液体环氧树脂组合物,其包括:
(A)液体环氧树脂,
(B)芳香胺固化剂,其用量使得(B)组分中全部氨基与(A)组分中全部环氧基的摩尔比为0.7至1.2,和
(C)无机填料,包括无机填料A,所述的无机填料A是平均粒径为0.1至3μm的二氧化硅,和无机填料B,所述的无机填料B是平均粒径为5至70nm并且表面经过偶联剂处理具有特殊结构的无定形纳米二氧化硅。
相对于100重量份的无机填料B使用3至20重量份偶联剂对无机填料B进行表面处理,无机填料B为全部无机填料重量的0.2-10%重量,无机填料的含量是包括组分(A)至(C)的全部组合物重量的50至80%重量,该组合物具有低粘度和优良的渗透性,以及固化后优异的在硅芯片表面,特别是光敏聚酰亚胺树脂和氮化物薄膜上的粘附性,以及高韧性。上述环氧树脂组合物的固化产物即使是在由于使用无铅焊料导致的回流温度从常规的约240℃升高至约260至270℃的温度的情况下也不会引起失败,在高温、高湿度条件下使用也不会失效,例如,在PCT(在121℃和2.1atm下的压力锅测试),在65℃和150℃时数百次温度循环后没有出现剥离或裂缝。本发明是基于这样的发现所完成。
相应地,本发明提供以下半导体封装液体环氧树脂组合物和以下半导体器件。
[1]半导体封装液体环氧树脂组合物,包括:
(A)液体环氧树脂,
(B)芳香胺固化剂,其用量使得(B)组分中全部氨基与(A)组分中全部环氧基的摩尔比为0.7至1.2,和
(C)无机填料,包括无机填料A,所述的无机填料A是平均粒径为0.1至3μm的二氧化硅,和无机填料B,所述的无机填料B是平均粒径为5至70nm并且表面经过由以下式(1)和/或式(2)表示的偶联剂处理的无定形纳米二氧化硅:
(CnH2n+1O)3Si-C6H5              (1)
Figure BDA0000131417860000031
其中,n是1至5的整数,m是1或2,
相对于100重量份的无机填料B使用3至20重量份偶联剂对无机填料B进行表面处理,无机填料B的含量相对于全部无机填料的重量为0.2-10%重量,相对于包括组分(A)至(C)的全部组合物,该无机填料的含量是50至80%重量。
[2]根据[1]中的半导体封装液体环氧树脂组合物,其中偶联剂是由下式(2’)所表示:
Figure BDA0000131417860000041
[3]根据[1]或[2]中的半导体封装液体环氧树脂组合物,其中组分(B)是由下式(3),(4),(5)或(6)表示的芳香胺固化剂:
Figure BDA0000131417860000042
其中,R1至R4独立地是选自氢原子,包含1至6个碳原子的单价烃基,CH3S-,和C2H5S-的基团。
[4]由[1]至[3]中任意一项中的半导体封装液体环氧树脂组合物封装的半导体器件。
发明的有益效果
本发明能够提供一种半导体封装液体环氧树脂组合物,该组合物具有低粘度和优良的渗透性,和固化后优异的在硅芯片表面,特别是光敏聚酰亚胺树脂和氮化物薄膜上的粘附性,以及高韧性。环氧树脂组合物的固化产物即使是在由于使用无铅焊料导致的回流温度从常规的约240℃升高至约260至270℃温度的情况下也不会引起失败,在高温、高湿度条件下也不会失效,例如,在PCT(在121℃和2.1atm下的压力锅测试),在65℃和150℃时数百次温度循环后没有出现剥离或裂缝。本发明还能提供由固化组合物封装的半导体器件。
发明内容
[液体环氧树脂组合物]
本发明的半导体封装液体环氧树脂组合物由组分(A)至(C)构成,该组合物还可包含其他可选组分如低应力剂。此外,本发明的半导体封装液体环氧树脂组合物中还可使用溶剂。下面,对组分(A)至(C)和其他可选组分详细描述。
组分(A)
组分(A)的液体环氧树脂不受特别限制,只要是在一个分子中有最多3个环氧基团作为官能团的液体环氧树脂,并且在室温(20至30℃)下为液体,任何本技术领域中已知的常规液体环氧树脂都可以使用。实例包括双酚环氧树脂如双酚A环氧树脂,双酚F环氧树脂,和双酚AD环氧树脂,萘环氧树脂,酚醛清漆环氧树脂如苯酚酚醛清漆环氧树脂和甲酚酚醛清漆环氧树脂,联苯基环氧树脂,缩水甘油基氨基环氧树脂,脂环族环氧树脂,和二环戊二烯环氧树脂。
这些环氧树脂中,考虑到优异的耐热性和耐湿性,优选双酚环氧树脂如双酚A环氧树脂,双酚F环氧树脂,和双酚AD环氧树脂,萘环氧树脂,酚醛清漆环氧树脂如苯酚酚醛清漆环氧树脂和甲酚酚醛清漆环氧树脂。这些环氧树脂中,最优选的是在室温(20至30℃,特别是25℃)下为液体,并且具有使用旋转粘度剂测量的最多200Pa.s,特别是最多50Pa.s的粘度的环氧树脂。
该液体环氧树脂可以包含由下述结构式(7)或(8)表示的环氧树脂:
Figure BDA0000131417860000051
在式(8)中,R5是氢原子,或包含1至20个,优选1至10个,更优选1至3个碳原子的单价烃基,单价烃基的实例包括烷基如甲基,乙基,丙基,和异丙基,烯基如乙烯基和烯丙基;x是1至4的整数,特别是1或2。
当加入由式(7)表示的环氧树脂时,在全部环氧树脂中加入量优选至少10%重量,更优选至少25%重量,最优选至少50%重量。环氧树脂的加入量少于10%重量时会导致耐热性能损失和粘度增加。其上限可为100%重量。
由式(7)表示的环氧树脂的实例包括由三菱化学公司制造的jER630LSD。
当加入由式(8)表示的环氧树脂时,在全部环氧树脂中加入量优选至少25%重量,更优选至少50%重量,最优选至少75%重量。环氧树脂的加入量少于25%重量时会导致粘度增加和固化组合物的耐热性能损失。其上限可为100%重量。
由式(8)表示的环氧树脂的实例包括由日本化药有限公司生产的RE600NM。
环氧树脂包含微量的氯,该氯来源于合成过程中使用的环氧氯丙烷。当氯在环氧树脂浓度为50%和温度为100℃用水从环氧树脂中提取20小时的时候,水提取氯的含量优选最多为10ppm。总的氯含量多于1,500ppm或者水提取氯的水平多于10ppm,密封半导体器件的可靠性,特别是在水分的存在下,可能会受到影响。
上述环氧树脂可以单独使用也可以两种或更多种相结合。
组分(B)
组分(B)的芳香胺固化剂是用于上述组分(A)的固化剂,这种芳香胺固化剂是含有芳香环的胺化合物并具有优异的耐热性和储存稳定性,优选为由下式(3),(4),(5)或(6)表示的芳香胺固化剂:
其中,R1至R4独立地为选自氢原子,包含1至6个碳原子的单价烃基团,CH3S-,和C2H5S-的基团。
由式(3),(4),(5)和(6)表示的芳香胺固化剂中,优选的固化剂包括芳香二氨基二苯基甲烷化合物如3,3’-二乙基-4,4’-二氨基苯基甲烷,3,3’,5,5’-四甲基-4,4’-二氨基苯基甲烷,和3,3’,5,5’-四乙基-4,4’-二氨基苯基甲烷,2,4-二氨基甲苯,1,4-二氨基苯,和1,3-二氨基苯,可以单独使用或两种或更多种相结合。
上述芳香胺固化剂,可以加入在室温(20至30℃)下为液体的固化剂不会有任何问题,即使固化剂没有进一步加工就加入。然而,没有进一步加工的固体固化剂的加入会导致树脂组合物的粘度增加,和可加工性的严重损失。优选该固体固化剂是与液体环氧树脂初步混合并熔融,更具体地,在70至150℃的温度范围内以如下述的特定混合比例1至2小时。当混合的温度低于70℃时,芳香胺固化剂可能不足以与液体环氧树脂充分相容,而温度超过150℃下混合可能会引起固化剂与液体环氧树脂的反应,从而会导致粘度增加。当混合时间少于1小时,芳香胺固化剂可能不充分相容,这样可能会导致粘度增加。另一方面,混合时间超过2小时,可能会引起固化剂与液体环氧树脂的反应,因而导致粘度增加。
芳香胺固化剂可以这样的量加入,使得芳香胺固化剂的全部氨基与组分(A)的全部环氧基的摩尔比为0.7至1.2,优选0.7至1.1,更优选0.85至1.05。当摩尔比低于0.7时,环氧基会部分处于没有反应,这样可能会使玻璃化转变温度降低或者粘附性不足,而摩尔比超过1.2可能会导致固化产物的脆性,以及在回流或热循环过程中裂缝的产生。
组分(C)
组分(C)的无机填料为包括无机填料A和无机填料B的无机填料,所述的无机填料A是平均粒径为0.1至3μm的二氧化硅,所述的无机填料B是平均粒径为5至70nm的无定形纳米二氧化硅。无机填料B经过由以下式(1)和/或式(2)表示的偶联剂进行表面处理,相对于100重量份的无机填料B,偶联剂的用量是3至20重量份。在全部无机填料中无机填料B的含量为0.2至10%重量,在全部包含组分(A)至(C)的组合物中无机填料的含量为50至80%重量。
无机填料A和B是球形二氧化硅,它们的平均粒径由使用本技术领域中已知的离心沉淀,激光衍射,或动态光散射测量。无机填料A优选用激光衍射测量,激光衍射方便并且能够测量宽范围的粒子直径,无机填料B优选使用能够进行高精密微米测量的动态光散射来测定。
无机填料A应该控制平均粒径为0.1至3μm,优选0.3至2μm。当平均粒径超过3μm时,渗透截面可能会减少而不利地影响渗透能力,在渗透和固化中的填料沉淀可能会导致芯片端和基材端之间的热膨胀系数倾斜并由此可能产生对热冲击的可靠性的损失。另一方面,平均粒径小于1μm会导致粘度增加。
为了提高树脂与无机填料的粘结强度,所用无机填料A可以是经过偶联剂如硅烷偶联剂或钛酸盐偶联剂等进行过初步表面处理的无机填料。优选的偶联剂实例包括硅烷偶联剂如环氧基硅烷如γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷,γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷,β-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷,氨基硅烷如N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷,γ-氨基丙基三乙氧基硅烷,和N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷,巯基硅烷如γ-巯基丙基三甲氧基硅烷。
用于表面处理的偶联剂的用量和表面处理方法没有特别的限制,表面处理可以由使用本技术领域中已知的方法完成。
无机填料B是无定形纳米二氧化硅颗粒,平均粒径应该控制在5至50nm的范围,优选10至50nm。薄膜渗透能力可以通过使用下述的偶联剂对具有这样平均粒径的无机填料B进行表面处理而进一步提高,并且无机填料B以特定的含量与无机填料A一起加入。
可以如例如,在JP-B1-55201中描述的那样通过燃烧器在含氧气氛中形成化学火焰,将金属硅引入化学火焰中形成尘埃云,从而诱发爆炸,来合成这种无定形纳米二氧化硅粒子。
用于无定形纳米二氧化硅表面处理的硅烷偶联剂可以是由下面的式(1)或(2)表示的那些:
(CnH2n+1O)3Si-C6H5              (1)
Figure BDA0000131417860000091
其中,n是1至5的整数,m是1或2,优选由下式(2’)表示的那些:
Figure BDA0000131417860000092
由式(1)或(2)表示的偶联剂的实例包括由信越化学工业株式会社生产的KBM103,KBM503,和KBE503。
当无定形纳米二氧化硅粒子使用除了那些由式(1)和(2)表示的偶联剂以外的典型偶联剂进行表面处理时,例如,用硅烷偶联剂如环氧基硅烷如γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷,γ-缩水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷,或β-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷,氨基硅烷如N-β(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷,γ-氨基丙基三乙氧基硅烷,或N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷,巯基硅烷如γ-巯基丙基三甲氧基硅烷处理时,无定形纳米二氧化硅粒子可能会聚集,并且可能在液体环氧树脂组合物中不能分散。
当无机填料B用式(1)或(2)表示的偶联剂进行表面处理时,相对于100重量份的无机填料B可以使用3至20重量份,更优选5至15重量份的偶联剂。用少于3重量份的偶联剂进行无机填料B的表面处理会导致强度损失,而用多于20重量份的偶联剂进行表面处理也导致强度损失。
在这种处理中用于表面处理的偶联剂用量和方法没有特别的限制,表面处理可以使用本技术领域中已知的方法进行。
无机填料B在全部无机填料中的含量应该控制在0.2-10%重量的范围,更优选0.5-5%重量的范围,这样范围的含量控制实现了液体环氧树脂组合物粘度的降低和对窄间隙的优良渗透性,想必是因为尽管高有机树脂含量的组合物中细粉对基体的效应被有机树脂的流动性掩盖,而有机树脂在无机填料之间的流动性的改变依赖于纳米级尺寸无机填料B的用量并且这种流动性的改变有多种效应。
这种无机填料(组分(C))在包含组分(A)至(C)的全部组合物中的含量优选为50至80%重量更优选60至75%重量。含量少于50%重量导致高的膨胀系数,并且在热冲击试验中引致裂缝,含量超过80%重量导致高粘度和薄膜渗透能力损失。
将用本发明的环氧树脂组合物封装的优选的半导体器件最好是间隙大小在约10μm至约200μm范围内的半导体器件,更优选倒装芯片类半导体器件,最优选芯片尺寸超过10mm的倒装芯片类半导体器件。在这种情况下,优选使用平均粒径最多为倒装芯片间隙(在基材和半导体芯片之间)的约十分之一和最大粒径最多为倒装芯片间隙的二分之一的无机填料,从而实现渗透能力的提高和线性膨胀的降低。
其它组分
如果需要,本发明的半导体封装液体环氧树脂组合物还可以包含各种添加剂。例如,该组合物中还可以包含热塑性树脂,热塑性弹性体,和有机合成橡胶,低应力剂如有机硅低应力剂(例如,环氧树脂如酚醛清漆环氧树脂与有机基聚硅氧烷的嵌段共聚物),蜡如巴西棕榈蜡,高级脂肪酸,和合成蜡,着色剂如炭黑,卤素捕集剂和溶剂。
溶剂的实例包括甲基乙基酮和卡比醇醋酸酯。
[组合物的制备方法]
半导体封装液体环氧树脂组合物可以由在可选加热下同时或单独搅拌,溶解,混合,或分散组分(A)至(C)和其它可选组分生产。用于混合,搅拌,和分散的设备,没有特别的限制,设备的实例包括自动研钵,三辊轧机,球磨机,行星搅拌机,和具有搅拌和加热单元的珠磨机,这些可以单独使用或者两种或更多种结合使用。
[组合物的固化方法]
半导体封装液体环氧树脂组合物可以用本技术领域中已知的方法固化,优选地,首先在100至120℃下在烘箱中固化至少0.5小时,特别地,0.5至2小时,然后在130至250℃下在烘箱中固化至少0.5小时,特别地,0.5至5小时。当在100至120℃下加热时间少于0.5小时的话,固化以后可能会留下空隙,而在130至250℃下加热时间少于0.5小时时固化制品可能没有足够的性能。
实施例
下面,通过参考实施例和比较例对本发明进行更详细的描述,这决不限定本发明的范围。
实施例1至8和比较例1至5
混合如表2和3所示的液体环氧树脂,固化剂,无机填料,和其它组分,混合物被三辊均匀地捏合从而得到各种环氧树脂组合物。
[使用的材料]
(A)液体环氧树脂
双酚F环氧树脂:
YDF8170(由Tohto Kasei有限公司制造)
由下式(7)表示的环氧树脂:
jER630LSD(由三菱化学公司制造)
Figure BDA0000131417860000111
(B)胺固化剂
4,4’-二氨基-3,3’-二乙基二苯基甲烷(由日本化药公司制造)
(C)无机填料
如表1所式的球形二氧化硅粒子经过表面处理制得各种无机填料。
表1所示的偶联剂用量是相对于100重量份球形二氧化硅粒子的用量。
表1
Figure BDA0000131417860000121
偶联剂:KBM403,3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(由信越化学工业株式会社制造)
偶联剂:KBM573,N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷(由信越化学工业株式会社制造)
偶联剂:KBM103,苯基三甲氧基硅烷(由信越化学工业株式会社制造)
偶联剂:KBM503,3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(由信越化学工业株式会社制造)
(D)其它组分
偶联剂:KBM403,3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(由信越化学工业株式会社制造)
炭黑:超导电乙炔炭黑(Denka Black)(由电气化学工业株式会社制造)
催化剂:DBU(由San-Apro公司制造)
溶剂:EDGAC(由大赛璐公司制造)
[评价方法]
(1)粘度
使用BH型旋转粘度计在4rpm转速下测量在25℃的粘度。
(2)Tg(玻璃化转变温度),CTE1(膨胀系数),和CTE2(膨 胀系数)
组合物在120℃固化0.5小时和在165℃固化3小时从而制备固化产物的测试片(5mm×5mm×15mm)。使用这样制备的测试片,以5℃每分钟升温,由TMA(热机械分析设备)测量Tg。膨胀系数也在50至80℃(CTE1)和200至230℃(CTE2)的温度范围测量。
(3)断裂韧度K 1C
组合物在120℃固化0.5小时和在165℃固化3小时。根据ASTM#D5045在室温下测量所得固化产物的断裂韧度K1C
(4)粘结强度测试
树脂组合物填充在上直径2mm,下直径5mm,高3mm的截头圆锥的(frustconical)聚四氟乙烯模具中,将用聚酰亚胺(PI)涂料涂布的硅芯片或铜板放在这样填充的树脂组合物上。树脂在150℃固化3小时后,聚四氟乙烯模具被移走,得到的测试片以恒定的速度(1mm/秒)被推动从而测量剪切粘结强度。该值是初始值。其后,固化的测试片被放入压力锅测试器(121℃/2.1atm)中,在压力锅测试器中放置72小时后,以类似的方式测量粘结强度。在每种情况下,测量5个测试片,其平均值表示为粘附力。在表2中,“0”表示剥离。
(5)空隙测试
具有10mm×10mm聚酰亚胺(PI)涂布的硅芯片的倒装芯片半导体封装部件以约50μm的间隙放在30mm×30mm的FR-4基材上,将树脂组合物逐滴加入该间隙中。树脂在150℃固化3小时后,用C-SAM(由SONIX制造)检查有空隙存在。
(6)热冲击测试
由上述程序制备的测试半导体封装部件在30℃和65%的相对湿度保持192小时,然后在265℃的最高温度下用IR回流集处理5次。然后用在-65℃30分钟和150℃30分钟之间的热循环测量该封装部件。在250,500,750,和1000次循环后,用上述程序检查该封装部件找到有裂缝的芯片的百分比(%)。
表2
Figure BDA0000131417860000141
Figure BDA0000131417860000151
表3
Figure BDA0000131417860000171
工业适用性
本发明提供一种半导体封装液体环氧树脂组合物,该组合物具有低粘度和优良的渗透性,和优异的在硅芯片表面,特别是光敏聚酰亚胺树脂和氮化物薄膜上的粘附性,以及固化后优异的韧性;该组合物能够用于半导体器件的封装剂,即使是在由于使用无铅焊料导致的回流温度升高也不会引起失败,在高温、高湿度条件下使用也不会失效,在热冲击测试中没有出现剥离和其它的失败。本发明还提供由该固化组合物封装的半导体器件。相应地,本发明具有高的工业实用型。

Claims (4)

1.半导体封装液体环氧树脂组合物,包括:
(A)液体环氧树脂,
(B)芳香胺固化剂,该芳香胺固化剂的量应使(B)组分中全部氨基与(A)组分中全部环氧基的摩尔比为0.7至1.2,和
(C)无机填料,包括无机填料A,所述的无机填料A是平均粒径为0.1至3μm的二氧化硅,和无机填料B,所述的无机填料B是平均粒径为5至70nm并且表面经过由以下式(1)和/或(2)表示的偶联剂处理的无定形纳米二氧化硅:
(CnH2n+1O)3Si-C6H5              (1)
其中,n是1至5的整数,m是1或2,
相对于100重量份的无机填料B使用3至20重量份偶联剂对无机填料B进行表面处理,无机填料B相对于全部无机填料重量的含量为0.2-10%重量,相对于包括组分(A)至(C)的全部组合物重量,该无机填料的含量是50至80%重量。
2.根据权利要求1所述的半导体封装液体环氧树脂组合物,其中偶联剂为由下式(2’)表示的那些:
3.根据权利要求1所述的半导体封装液体环氧树脂组合物,其中组分(B)是由下式(3),(4),(5)或(6)表示的芳香胺固化剂:
Figure FDA0000131417850000021
其中,R1至R4独立地为选自氢原子,包含1至6个碳原子的单价烃基团,CH3S-,和C2H5S-的基团。
4.由权利要求1所述的半导体封装液体环氧树脂组合物封装的半导体器件。
CN2012100149159A 2011-01-17 2012-01-17 半导体封装液体环氧树脂组合物和半导体器件 Pending CN102604326A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-006737 2011-01-17
JP2011006737A JP5598343B2 (ja) 2011-01-17 2011-01-17 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102604326A true CN102604326A (zh) 2012-07-25

Family

ID=46491244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100149159A Pending CN102604326A (zh) 2011-01-17 2012-01-17 半导体封装液体环氧树脂组合物和半导体器件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120184646A1 (zh)
JP (1) JP5598343B2 (zh)
KR (1) KR20120092505A (zh)
CN (1) CN102604326A (zh)
TW (1) TW201245269A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103694636A (zh) * 2013-12-10 2014-04-02 中国科学院过程工程研究所 一种电气绝缘环氧树脂组合物、制备方法及其用途
CN105190872A (zh) * 2013-09-13 2015-12-23 富士电机株式会社 半导体装置
CN105585937A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 三键精密化学有限公司 环氧树脂组合物
CN105658727A (zh) * 2013-11-29 2016-06-08 纳美仕有限公司 环氧树脂组合物、半导体密封剂及半导体装置
CN108690458A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 索马龙株式会社 浸涂用环氧树脂组合物
CN113480834A (zh) * 2021-07-22 2021-10-08 上海道宜半导体材料有限公司 一种高流动性、低粘度环氧树脂组合物及其制备方法
CN115093674A (zh) * 2022-06-10 2022-09-23 佛山萤鹤新材料有限公司 用于led封装的改性环氧树脂及其制备方法
CN116462936A (zh) * 2023-05-26 2023-07-21 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种液态环氧树脂组合物及其制备方法和应用
CN119799233A (zh) * 2025-01-02 2025-04-11 万华化学集团股份有限公司 一种环氧树脂组合物胶粘剂及其制备方法和应用

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013155363A (ja) * 2012-02-01 2013-08-15 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP6047888B2 (ja) * 2012-02-24 2016-12-21 日立化成株式会社 半導体用接着剤及び半導体装置の製造方法
JP6094849B2 (ja) * 2012-06-20 2017-03-15 富士電機株式会社 ナノコンポジット樹脂組成物およびナノコンポジット樹脂硬化物
JP2014129466A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 高電圧機器用絶縁樹脂材およびそれを用いた高電圧機器
JP6196138B2 (ja) * 2013-11-29 2017-09-13 ナミックス株式会社 半導体封止剤および半導体装置
US9711378B2 (en) 2014-01-08 2017-07-18 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Liquid epoxy resin composition for semiconductor sealing and resin-sealed semiconductor device
JP6656792B2 (ja) * 2014-03-28 2020-03-04 日立化成株式会社 電子部品用液状樹脂組成物及び電子部品装置
JP2016079368A (ja) * 2014-10-22 2016-05-16 株式会社Kri 低熱膨張性樹脂組成物およびその製造方法
JP2016121294A (ja) * 2014-12-25 2016-07-07 信越化学工業株式会社 半導体封止用液状アンダーフィル材組成物及びフリップチップ型半導体装置
US9564419B2 (en) 2015-03-26 2017-02-07 Macronix International Co., Ltd. Semiconductor package structure and method for manufacturing the same
JP6789495B2 (ja) 2015-10-07 2020-11-25 昭和電工マテリアルズ株式会社 アンダーフィル用樹脂組成物、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法
US10294341B2 (en) 2016-01-13 2019-05-21 Lg Chem, Ltd. Thermosetting resin composition for semiconductor package and prepreg using the same
JP7454906B2 (ja) * 2016-10-14 2024-03-25 株式会社レゾナック アンダーフィル材、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法
JP2019061003A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 コニカミノルタ株式会社 電子写真感光体及び画像形成装置
JP6816702B2 (ja) * 2017-10-27 2021-01-20 信越化学工業株式会社 半導体封止用樹脂組成物及び半導体装置
JP7749318B2 (ja) * 2018-04-13 2025-10-06 株式会社レゾナック 封止用樹脂組成物、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法
CN112771659B (zh) * 2018-10-02 2025-02-21 株式会社力森诺科 半导体用黏合剂、半导体装置的制造方法及半导体装置
JP7404620B2 (ja) * 2018-10-25 2023-12-26 株式会社レゾナック 液状樹脂組成物並びに電子部品装置及びその製造方法
CN109971127A (zh) * 2019-03-29 2019-07-05 武汉市三选科技有限公司 扇出形晶圆级封装用液态封装材料降低粘度的方法及获得的液态封装材料
JP6825643B2 (ja) * 2019-05-13 2021-02-03 昭和電工マテリアルズ株式会社 電子部品用液状樹脂組成物及び電子部品装置
US11289130B2 (en) 2020-08-20 2022-03-29 Macronix International Co., Ltd. Memory device
CN114316742A (zh) * 2021-12-24 2022-04-12 深圳市图特美高分子材料有限公司 一种线路板垫板用涂层及其制备方法
CN114634685A (zh) * 2022-03-25 2022-06-17 中复神鹰碳纤维股份有限公司 微纳米粒子增韧的预浸料用环氧树脂及其制备方法
KR20250052844A (ko) * 2023-10-12 2025-04-21 주식회사 케이씨씨 에폭시 도료 조성물
WO2025094504A1 (ja) * 2023-10-31 2025-05-08 東洋紡エムシー株式会社 接着剤組成物、並びにこれを含有する接着シート、積層体およびプリント配線板

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050181214A1 (en) * 2002-11-22 2005-08-18 John Robert Campbell Curable epoxy compositions, methods and articles made therefrom
CN101899195A (zh) * 2009-06-01 2010-12-01 信越化学工业株式会社 坝料组合物及多层半导体装置的制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4206631B2 (ja) * 2000-10-12 2009-01-14 住友ベークライト株式会社 熱硬化性液状封止樹脂組成物、半導体素子の組立方法及び半導体装置
US20050049334A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-03 Slawomir Rubinsztain Solvent-modified resin system containing filler that has high Tg, transparency and good reliability in wafer level underfill applications
JP4066174B2 (ja) * 2003-05-12 2008-03-26 信越化学工業株式会社 液状エポキシ樹脂組成物、フリップチップ型半導体装置及びその封止方法
JP2005325210A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Nitto Denko Corp 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置
JP4421939B2 (ja) * 2004-05-13 2010-02-24 日東電工株式会社 半導体封止用エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置
JP4678149B2 (ja) * 2004-06-30 2011-04-27 信越化学工業株式会社 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及びフリップチップ型半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050181214A1 (en) * 2002-11-22 2005-08-18 John Robert Campbell Curable epoxy compositions, methods and articles made therefrom
CN101899195A (zh) * 2009-06-01 2010-12-01 信越化学工业株式会社 坝料组合物及多层半导体装置的制造方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105190872A (zh) * 2013-09-13 2015-12-23 富士电机株式会社 半导体装置
CN105658727A (zh) * 2013-11-29 2016-06-08 纳美仕有限公司 环氧树脂组合物、半导体密封剂及半导体装置
CN105658727B (zh) * 2013-11-29 2017-09-12 纳美仕有限公司 环氧树脂组合物、半导体密封剂及半导体装置
CN103694636A (zh) * 2013-12-10 2014-04-02 中国科学院过程工程研究所 一种电气绝缘环氧树脂组合物、制备方法及其用途
CN105585937A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 三键精密化学有限公司 环氧树脂组合物
CN108690458A (zh) * 2017-03-31 2018-10-23 索马龙株式会社 浸涂用环氧树脂组合物
CN113480834A (zh) * 2021-07-22 2021-10-08 上海道宜半导体材料有限公司 一种高流动性、低粘度环氧树脂组合物及其制备方法
CN115093674A (zh) * 2022-06-10 2022-09-23 佛山萤鹤新材料有限公司 用于led封装的改性环氧树脂及其制备方法
CN116462936A (zh) * 2023-05-26 2023-07-21 深圳先进电子材料国际创新研究院 一种液态环氧树脂组合物及其制备方法和应用
CN119799233A (zh) * 2025-01-02 2025-04-11 万华化学集团股份有限公司 一种环氧树脂组合物胶粘剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120092505A (ko) 2012-08-21
JP5598343B2 (ja) 2014-10-01
JP2012149111A (ja) 2012-08-09
TW201245269A (en) 2012-11-16
US20120184646A1 (en) 2012-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102604326A (zh) 半导体封装液体环氧树脂组合物和半导体器件
TWI492339B (zh) A dam material composition for a bottom layer filler material for a multilayer semiconductor device, and a manufacturing method of a multilayer semiconductor device using the dam material composition
TWI405810B (zh) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP5354753B2 (ja) アンダーフィル材及び半導体装置
JP6090614B2 (ja) 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及び樹脂封止半導体装置
WO2013018847A1 (en) Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, semiconductor device using the same, and method for producing semiconductor device
JP4066174B2 (ja) 液状エポキシ樹脂組成物、フリップチップ型半導体装置及びその封止方法
JP3997422B2 (ja) 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
US20040014843A1 (en) Liquid epoxy resin composition and semiconductor device
JP3773022B2 (ja) フリップチップ型半導体装置
US7692318B2 (en) Liquid epoxy resin composition and semiconductor device
US6372839B1 (en) Flip-chip type semiconductor device underfill
JP2009173744A (ja) アンダーフィル剤組成物
JP4905668B2 (ja) 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2010111747A (ja) アンダーフィル剤組成物
JP5105099B2 (ja) 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物、及びそれをアンダーフィル材として用いて封止したフリップチップ型半導体装置
JP3867784B2 (ja) 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP3674675B2 (ja) フリップチップ型半導体装置用アンダーフィル材
JP4009853B2 (ja) 液状エポキシ樹脂組成物及びフリップチップ型半導体装置
JP4678149B2 (ja) 半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及びフリップチップ型半導体装置
US7094844B2 (en) Liquid epoxy resin composition and semiconductor device
JP2007291407A (ja) 液状エポキシ樹脂組成物及びフリップチップ型半導体装置
JP5024547B2 (ja) 流動性制御した半導体封止用液状エポキシ樹脂組成物及びその硬化物で封止したフリップチップ型半導体装置
JP4858431B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2005350488A (ja) 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120725