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    本發明係關於半導體囊封用環氧樹脂組合物，其包括以下組份(A)至(D)：(A)環氧樹脂；(B)酚樹脂；(C)無機填料；及(D)聚矽氧化合物，該聚矽氧化合物以整個該聚矽氧化合物計以10 wt%至45 wt%之量含有直接鍵結至矽原子之烷氧基且具有1.10至1.30之比重。
    公开号:TW201306193A
    申请号:TW101126865
    申请日:2012-07-25
    公开日:2013-02-01
    发明作者:Tomohito Iwashige；Tomoaki Ichikawa；Mitsuaki Fusumada；Naoya Sugimoto
    申请人:Nitto Denko Corp；
    IPC主号:H01L23-00
    专利说明:
    半導體囊封用環氧樹脂組合物及使用其之半導體裝置
    本發明係關於翹曲產生降低且安裝可靠性及耐焊接性極佳之半導體裝置。更特定而言，本發明係關於用作單側囊封型半導體裝置之囊封材料之半導體囊封用環氧樹脂組合物及使用其之半導體裝置。
    照慣例，藉由用陶瓷封裝或諸如此類囊封各種半導體元件(例如電晶體、IC及LSI)來製作半導體裝置，但鑒於成本及大量生產能力，使用塑膠封裝之樹脂囊封最近佔主導。在此類型樹脂囊封中，迄今為止已使用環氧樹脂組合物且達成良好的結果。
    然而，半導體領域中之技術革新使得積體化程度增加且同時驅使元件大型化及佈線小型化，且該封裝亦傾向於變得更小且更薄。由於此傾向，故要求囊封材料之可靠性比以往更高。近年來，為應付更多大小及重量降低之需要，將封裝模式自QFP(四面扁平封裝(Quad Flat Package))及SOP(小輪廓封裝(Small Outline Package))變換至對多個接腳有更大反應且允許更高密度安裝之區域安裝式封裝，例如BGA(球柵陣列)，包括CSP(晶片大小封裝)。
    同時，習用封裝具有諸如在構成部件之間(主要在囊封樹脂與晶粒墊之間)發生分離的問題，此可歸因於在焊料回流步驟中在半導體裝置之構成部件之間產生的熱應力，而且在最近的單側樹脂囊封型封裝中，由於其形式為單側囊封，故易於在焊料回流步驟中發生因翹曲之變形，從而產生諸如安裝可靠性降低等問題。為解決可歸因於翹曲產生之此變形問題，不論封裝組態如何，極大地需要降低在封裝之構成部件(例如囊封樹脂及基板)之間因線性膨脹係數、模數或諸如此類之差而產生的熱應力。
    產生翹曲之原因包括因以下情況導致的熱應力產生：(1)基板之線性膨脹係數與囊封樹脂之線性膨脹係數之間的差較大(即，囊封樹脂之線性膨脹係數大於基板之線性膨脹係數)或(2)基板之高溫模數與囊封樹脂之高溫模數之間的差較大(即，囊封樹脂之高溫模數大於基板之高溫模數)。因此，為降低線性膨脹係數差及高溫模數差(各自歸因於熱應力之產生)，人們正進行研究以增加囊封材料中之無機填料之含量(參見，專利文件1)。
    專利文件1：JP-A-8-153831
    囊封樹脂自身之線性膨脹係數可藉由增加無機填料之含量來降低(即，使其接近基板之線性膨脹係數以降低該兩個部件之間的差)，但囊封樹脂之高溫模數升高(與基板之差增大)，且因此在抑制翹曲產生方面之作用不夠充分。此外，人們正在研究其他各種添加劑之摻雜，但就抑制翹曲產生而言，目前尚未獲得令人滿意的效果。
    在此等情況下製作出本發明，且本發明之目的係提供半導體囊封用環氧樹脂組合物，其確保線性膨脹係數可顯著降低，同時抑制囊封樹脂之高溫模數增加；及使用其之半導體裝置。
    即，本發明係關於以下項目(1)至(7)。
    (1)一種半導體囊封用環氧樹脂組合物，其包括以下組份(A)至(D)：(A)環氧樹脂；(B)酚樹脂；(C)無機填料；及(D)聚矽氧化合物，其以整個該聚矽氧化合物計以10 wt%至45 wt%之量含有直接鍵結至矽原子之烷氧基且具有1.10至1.30之比重。
    (2)如項目(1)之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中以整個該環氧樹脂組合物計以0.5 wt%至5.0 wt%之量含有作為該組份(D)之該聚矽氧化合物，(3)如項目(1)或(2)之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中以整個該環氧樹脂組合物計以70 wt%至92 wt%之量含有作為該組份(C)之該無機填料，(4)如項目(1)至(3)中任一項之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中作為該組份(D)之該聚矽氧化合物中之該烷氧基至少含有甲氧基。
    (5)如項目(1)至(4)中任一項之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中作為該組份(D)之該聚矽氧化合物具有有機取代基，且該有機取代基含有苯基。
    (6)一種半導體裝置，其係藉由用如項目(1)至(5)中任一項之半導體囊封用環氧樹脂組合物樹脂囊封半導體元件來獲得。
    (7)如項目(6)之半導體裝置，其係單側樹脂囊封型封裝。
    本發明者已作出許多發明性研究以獲得如下半導體囊封材料：能夠減小環氧樹脂組合物之固化產物之線性膨脹係數，且同時抑制高溫模數增加，藉此在抑制翹曲產生方面產生足夠作用。就此而言，不依慣例地在不依賴於摻雜無機填料之情況下研究不同態樣之抑制作用。因此，研究了聚矽氧化合物之使用並獲得以下知識：直接鍵結至聚矽氧化合物之矽原子之烷氧基之量及聚矽氧化合物自身之比重尤其與線性膨脹係數及高溫模數之降低密切相關。基於此知識，已進一步作出許多研究，因此，已發現使用以整個該聚矽氧化合物計以10 wt%至45 wt%之量含有直接鍵結至矽原子之烷氧基且具有1.10至1.30之比重的特定聚矽氧化合物在降低線性膨脹係數方面產生比迄今為止通常已知有效用於線性膨脹降低之無機填料摻雜系統更顯著之作用，且藉助熱應力之相關減小，可有效地抑制單側樹脂囊封型封裝在回流步驟中之構成部件之間之分離問題或在回流步驟中之翹曲產生。已基於此發現達成本發明。
    以此方式，本發明係半導體囊封用環氧樹脂組合物，其包括烷氧基量及比重各自在特定範圍內之聚矽氧化合物[組份(D)]。由於此組態，可降低藉由使用該組合物作為囊封材料形成之囊封樹脂之線性膨脹係數，同時抑制高溫模數增加，因此，防止半導體裝置之構成部件之間之分離或翹曲產生，且可獲得具有高可靠性之半導體裝置。
    當作為組份(D)之聚矽氧化合物之含量以整個該環氧樹脂組合物計為0.5 wt%至5.0 wt%時，聚矽氧化合物幾乎不會發生沈澱，且此更有效抑制翹曲產生。
    此外，當作為組份(C)之無機填料之含量以整個該環氧樹脂組合物計為70 wt%至92 wt%時，此更有效(例如)降低單側樹脂囊封型封裝之回流時的翹曲變化量。
    此外，當作為組份(D)之聚矽氧化合物中之烷氧基至少含有甲氧基時，可產生更高之降低線性膨脹係數之作用且此有效減小回流時的翹曲變化量或增強耐焊接性。
    當作為組份(D)之聚矽氧化合物具有有機取代基且該有機取代基含有苯基時，可有效地產生更高之降低囊封樹脂之高溫模數之作用。
    下文闡述實施本發明之方式。
    本發明之半導體囊封用環氧樹脂組合物(下文有時簡稱為「環氧樹脂組合物」)係使用環氧樹脂(組份(A))、酚樹脂(組份(B))、無機填料(組份(C))及特定聚矽氧化合物(組份(D))來獲得且通常呈粉末或錠劑(藉由對粉末實施壓錠來形成)形式。 <環氧樹脂(組份(A))>
    就環氧樹脂(組份(A))而言，使用各種環氧樹脂。其實例包括雙酚A型環氧樹脂、苯酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂及三苯甲烷型環氧樹脂。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。在此等環氧樹脂中，鑒於可靠性及造模性，較佳使用聯苯型環氧樹脂或低水分吸收型環氧樹脂(其中將低碳烷基添加至苯基環中)。舉例而言，適宜地使用環氧當量為150至250且軟化點或熔點為50℃至130℃之環氧樹脂作為此環氧樹脂。 <酚樹脂(組份(B))>
    與環氧樹脂(組份(A))一起使用之酚樹脂(組份(B))充當環氧樹脂(組份(A))之固化劑且共同地指示各自在其每一分子上具有兩個或更多個酚羥基之單體、寡聚物及聚合物。其實例包括苯酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、聯苯型酚醛清漆樹脂、三苯甲烷型酚樹脂、萘酚酚醛清漆樹脂、苯酚芳烷基樹脂及聯苯芳烷基樹脂。單獨使用此等樹脂中之一者，或組合使用其兩者或更多者。在此等酚樹脂中，鑒於可靠性及造模性，較佳使用諸如苯酚芳烷基樹脂及聯苯芳烷基樹脂等低吸濕性樹脂或視情況苯酚酚醛清漆樹脂。
    關於環氧樹脂(組份(A))與酚樹脂(組份(B))之摻雜比，此等樹脂較佳經摻雜以使得酚樹脂(組份(B))中之羥基當量變為環氧樹脂中每一環氧基團當量的0.5至1.5當量、更佳0.7至1.1當量、甚至更佳0.8至1.0當量。 <無機填料(組份(C))>
    就與組份(A)及(B)一起使用之無機填料(組份(C))而言，使用各種填料，且其實例包括二氧化矽粉末(例如熔合二氧化矽粉末及結晶二氧化矽粉末)、氧化鋁粉末、滑石粉、氮化鋁粉末及氮化矽粉末。可使用呈(例如)碾碎、球形及研磨形式中之任一者之無機填料。單獨使用此等無機填料中之一者，或組合使用其兩者或更多者。具體而言，較佳使用二氧化矽粉末且在上述二氧化矽粉末中，鑒於高填充性質及高流動性，更佳使用熔合二氧化矽粉末。熔合二氧化矽粉末包括球形熔合二氧化矽粉末及碾碎熔合二氧化矽粉末，但鑒於流動性，較佳使用球形熔合二氧化矽粉末。
    此外，從改良流動性的角度來看，較佳使用平均粒徑為5 μm至40 μm之無機填料(組份(C))。附帶而言，在自母群體取出任意量測樣品後，可藉由(例如)使用市售雷射繞射/散射粒徑分佈分析儀來量測無機填料(組份(C))之平均粒徑。
    無機填料(組份(C))之含量以整個該環氧樹脂組合物計較佳設定為70 wt%至92 wt%之範圍，更佳84 wt%至92 wt%。此乃因若無機填料(組份(C))之含量過小，則使藉由摻雜無機填料來減小線性膨脹係數之作用降低且環氧樹脂組合物之線性膨脹係數自身之絕對值增加，因此，回流時的翹曲變化量傾向於變大，而若無機填料(組份(C))之含量過大，則使環氧樹脂組合物之流動性降低且此傾向於導致產生線流動或未充滿。 <特定聚矽氧化合物(組份(D))>
    與組份(A)至(C)一起使用之特定聚矽氧化合物(組份(D))必須滿足以下條件：其比重為1.10至1.30且直接鍵結至矽原子之烷氧基之量以整個該聚矽氧化合物計為10 wt%至45 wt%。單獨使用具有該等特性之聚矽氧化合物中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    特定聚矽氧化合物(組份(D))需要具有1.10至1.30、較佳1.11至1.21之比重。此乃因若比重過小，則幾乎不會獲得降低線性膨脹係數之作用，而若比重過大，則高溫模數升高。
    此外，在特定聚矽氧化合物(組份(D))中，直接鍵結至矽原子之烷氧基之量以整個該聚矽氧化合物計需要為10 wt%至45 wt%，較佳為15 wt%至35 wt%。此乃因若烷氧基之量過小，則幾乎不會獲得減小線性膨脹係數之作用，而若烷氧基之量過大，則聚矽氧化合物之比重變得難以控制。
    用於本發明之特定聚矽氧化合物(組份(D))包括(例如)一些市售產品。或者，該化合物亦可藉由合成來製造。特定聚矽氧化合物(D)之市售產品之實例包括由Dow Corning Toray Silicone有限公司製造之3074 INTERMEDIATE及SR2402；由Momentive Performance Materials公司製造之TSR165及XR31-B2230；及由Shin-Etsu Chemical有限公司製造之KR-500及KR213。
    此外，特定聚矽氧化合物(組份(D))可(例如)如下製造。即，將有機氯矽烷、有機烷氧基矽烷、矽氧烷或其部分水解縮合物(其可經歷水解縮合反應，以形成含有由下式(a)代表之結構單元及由下式(b)代表之結構單元且具有末端選自R1、羥基及烷氧基之官能基的聚矽氧化合物)混合於能夠溶解原料及反應產物之有機溶劑與足以水解原料中所有可水解基團之量之水的混合溶液中，並允許進行水解縮合反應，藉此可獲得特定聚矽氧化合物。
    其中R1係碳數目為1至12之經取代或未經取代單價烴基，且所有存於聚矽氧化合物中之R1可相同或不同。
    此時，組合物可藉由調節式(a)及(b)中烴基R1之種類來控制預定比重且可藉由調節縮合反應時間來控制烷氧基之預定含量。較佳添加酸、鹼或有機金屬化合物作為用於加速反應之觸媒。
    式(a)及(b)中R1之實例包括烷基，例如甲基、乙基、丙基、丁基、異丙基、異丁基、第三丁基、戊基、己基、庚基、辛基及2-乙基己基；烯基，例如乙烯基、烯丙基、丁烯基、戊烯基及己烯基；芳基，例如苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基及聯苯基；及芳烷基，例如苄基及苯乙基。在此等中，較佳係甲基及苯基。
    當製造特定聚矽氧化合物(組份(D))時用作原料之有機烷氧基矽烷及矽氧烷之實例包括甲基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、乙烯基三甲氧基矽烷、乙烯基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、甲苯基二甲氧基矽烷、甲基乙烯基二甲氧基矽烷、苯基乙烯基二甲氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、甲基苯基二乙氧基矽烷、甲基乙烯基二乙氧基矽烷、苯基乙烯基二乙氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、四甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、二甲氧基二乙氧基矽烷及其水解縮合物。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    就特定聚矽氧化合物(組份(D))而言，鑒於作為囊封材料之環氧樹脂組合物之低線性膨脹，聚矽氧化合物中之烷氧基較佳至少含有甲氧基。此外，就存於特定聚矽氧化合物(組份(D))中之有機取代基而言，鑒於作為囊封材料之環氧樹脂組合物之高溫(170℃至260℃)模數，有機取代基較佳含有苯基。
    特定聚矽氧化合物(組份(D))之含量以整個該環氧樹脂組合物計較佳設定為0.5 wt%至5.0 wt%之範圍，較佳1.0 wt%至4.0 wt%。此乃因若特定聚矽氧化合物(組份(D))之含量過小，則傾向於變得難以充分產生抑制翹曲產生之作用，而若含量過大，則存在環氧樹脂組合物之固化產物之彎曲強度極大地降低的趨勢，或由於聚矽氧化合物滲出(浸出)，故模具之可釋放性受損。 <各種添加劑>
    在半導體囊封用環氧樹脂組合物中，除組份(A)至(D)以外，若需要，可適當摻和其他添加劑，例如固化促進劑、矽烷偶合劑、阻燃劑、阻燃助劑、脫模劑、離子捕獲劑、顏料/著色劑(例如，炭黑)、應力降低劑及膠黏劑。
    固化促進劑之實例包括基於磷之化合物，且習知三級胺、四級銨鹽、咪唑及硼化合物。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。總之，鑒於造模性/可固化性，較佳使用由式(1)代表之咪唑化合物。此咪唑化合物之特定實例包括2-苯基-4-甲-5-羥基甲基咪唑。
    其中R2係烷基或芳基，且R3及R4係-CH3或-CH2OH且可相同或不同，條件係R3及R4中之至少一者係-CH2OH。
    固化促進劑之含量以環氧樹脂(組份(A))計較佳設定為0.001 wt%至8.0 wt%、更佳0.01 wt%至3.0 wt%。
    就矽烷偶合劑而言，適宜使用具有兩個或更多個烷氧基之矽烷偶合劑。其特定實例包括3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基三甲氧基矽烷、γ-(2-胺基乙基)胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-巰基丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-苯胺基丙基三甲氧基矽烷及六甲基二矽氮烷。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    阻燃劑之實例包括酚醛清漆型溴化環氧樹脂及金屬氫氧化物。此外，阻燃助劑之實例包括三氧化二銻及五氧化二銻。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    脫模劑之實例包括諸如高碳脂肪族酸、高碳脂肪族酸酯及高碳脂肪族酸鈣鹽等化合物，且使用(例如)巴西棕櫚蠟(camauba蠟)及基於聚乙烯之蠟。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    就離子捕獲劑而言，可使用所有已知具有離子捕獲能力之化合物，且使用(例如)水滑石、氫氧化鉍及氧化釔。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    應力降低劑之實例包括基於丁二烯之橡膠(例如丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物及甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)及聚矽氧化合物。單獨使用此等中之一者，或組合使用其兩者或更多者。
    本發明半導體囊封用環氧樹脂組合物可(例如)如下製造。即，將組份(A)至(D)及(若需要)其他添加劑摻和並混合，並將混合物裝入捏合機(例如開煉機(mixing roll machine))中並以加熱狀態熔融捏合。然後對捏合產物實施一系列步驟，包括藉由冷卻至室溫來固化、藉由習用方式研磨及若需要壓錠，藉此可製造目標環氧樹脂組合物。 <半導體裝置>
    藉由使用如上所獲得環氧樹脂組合物來囊封半導體元件之方法並無特別限制且可藉由習用模製方法(例如正常轉移模製)來實施，藉此製造半導體裝置。由此獲得之半導體裝置之實例包括諸如IC及LSI等半導體裝置。
    以此方式獲得之本發明半導體裝置包括(例如)圖1中所顯示之單側樹脂囊封型封裝。此單側樹脂囊封型封裝處於如下狀態：半導體元件係安裝於半導體元件安裝基板1(例如雙馬來亞醯胺-三嗪(BT)樹脂)上且僅安裝表面側使用囊封樹脂3進行樹脂囊封。在1圖中，4係連接半導體元件2與半導體元件安裝基板1上之電路部分(未顯示)之接合線，且5係形成於半導體元件安裝基板1之另一表面上之連接用焊接端子。 實例
    在下文中，將實例與比較實例一起闡述。然而，本發明不限於此等實例。在實例及比較實例中，「wt%」意指重量%。
    製備下文所示組份。附帶而言，聚矽氧化合物d1至d18係具有由式(a)及(b)代表之結構單元之化合物，且每一化合物皆顯示所含有機基團(R1)。每一聚矽氧化合物皆係根據上述合成方法藉由合成來製造，且舉例而言，適當調節有機取代基之種類及縮合反應時間以得到期望比重及烷氧基含量。 [環氧樹脂a1]
    聯苯型環氧樹脂(環氧當量：192，熔點：105℃) [環氧樹脂a2]
    三苯甲烷型多官能環氧樹脂(環氧當量：169，熔點：60℃) [酚樹脂b1]
    聯苯芳烷基型酚樹脂(羥基當量：203，軟化點：65℃) [酚樹脂b2]
    苯酚酚醛清漆樹脂(羥基當量：104，軟化點：60℃) [酚樹脂b3]
    三苯甲烷型酚樹脂(羥基當量：97，軟化點：111℃) [固化促進劑]
    2-苯基-4-甲-5-羥基甲基咪唑 [聚矽氧化合物d1](實例)
    比重：1.155，烷氧基含量：18 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d2](實例)
    比重：1.155，烷氧基含量：31 wt%(甲氧基)，有機取代基：甲基 [聚矽氧化合物d3](實例)
    比重：1.21，烷氧基含量：18 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基 [聚矽氧化合物d4](實例)
    比重：1.13，烷氧基含量：15 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d5](實例)
    比重：1.12，烷氧基含量：35 wt%(甲氧基)，有機取代基：甲基 [聚矽氧化合物d6](實例)
    比重：1.13，烷氧基含量：14 wt%(甲氧基)，有機取代基：甲基 [聚矽氧化合物d7](實例)
    比重：1.13，烷氧基含量：30 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d8](實例)
    比重：1.15，烷氧基含量：30 wt%(甲氧基)，有機取代基：甲基 [聚矽氧化合物d9](實例)
    比重：1.11，烷氧基含量：22 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d10](實例)
    比重：1.11，烷氧基含量：15 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d11](比較實例)
    比重：1.07，烷氧基含量：25 wt%(甲氧基)，有機取代基：甲基 [聚矽氧化合物d12](比較實例)
    比重：1.07，烷氧基含量：17 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d13](比較實例)
    比重：1.25，烷氧基含量：0 wt%，有機取代基：苯基 [聚矽氧化合物d14](比較實例)
    比重：1.25，烷氧基含量：0 wt%，有機取代基：苯基/丙基 [聚矽氧化合物d15](比較實例)
    比重：1.33，烷氧基含量：0 wt%，有機取代基：苯基/甲基 [聚矽氧化合物d16](比較實例)
    比重：1.25，烷氧基含量：1 wt%(丙氧基)，有機取代基：甲基 [聚矽氧化合物d17](比較實例)
    比重：1.55，烷氧基含量；4 wt%(甲氧基)，有機取代基：苯基 [聚矽氧化合物d18](比較實例)
    比重：1.09，烷氧基含量：40 wt%(甲氧基)，有機取代基：甲基 [無機填料(額外填料亦相同)]
    球形熔合二氧化矽粉末(平均粒徑：13 μm) [顏料]
    炭黑 [阻燃劑]
    氫氧化鎂 [矽烷偶合劑]
    3-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷 [脫模劑]
    聚氧乙烯蠟 [實例1至13及比較實例1至14]
    將下文表1至6中所顯示各別組份以同一表中所顯示比率混合並藉由混合器充分混合，藉由使用雙螺桿捏合機在100℃下將混合物熔融捏合2分鐘。將所獲得熔體冷卻並將所得固體研磨成粉末以產生目標粉末狀環氧樹脂組合物。
    使用由此獲得之實例及比較實例之環氧樹脂組合物根據以下方法實施量測及評價。附帶而言，環氧樹脂組合物之模製係藉由轉移模製機在175℃模製溫度及90秒模製時間之條件下實施。此外，後固化係在175℃及3小時之條件下實施。此等結果共同顯示於下文表1至6中。 (1)TMA量測(減小線性膨脹係數之作用的線性膨脹係數/指數之降低率之計算)
    在上文模製條件下將實例及比較實例之每一環氧樹脂組合物模製成大小為3 mm(W)×3 mm(D)×20 mm(H)之試件且然後在上文條件下後固化以製造TMA量測用試件。藉由升溫量測來量測試件在高度方向上的尺寸，該升溫量測係以5℃/min升溫速率在25℃至260℃之溫度範圍內藉由壓縮法(負載量：0.05 N)在由TA INSTRUMENTS製造之熱機械分析儀(Q400)中進行，並計算在170℃至260℃之溫度範圍內之線性膨脹係數(CTE2)。
    附帶而言，關於具有相同環氧樹脂-酚樹脂系統之材料，自每一含有預定量之各種聚矽氧化合物之試件之CTE2值減去由標準樹脂系統(未添加聚矽氧化合物之樹脂系統1、2及3)組成之樣品之CTE2值(減法)，所獲得值除以所添加聚矽氧化合物之量(除法)，且所得值稱為「CTE2降低率」。
    即，使用所量測每一樣品(每一實例、每一比較實例)之線性膨脹係數，根據以下(1)至(3)計算線性膨脹係數之降低率(CTE2降低率；ppm/wt%)： (1)在實例1至11及比較實例1至10之情形下
    單位量之所摻和聚矽氧化合物之線性膨脹係數之降低率(CTE2降低率；ppm/wt%)=[(每一樣品之CTE2-樹脂系統1之CTE2)/所摻和聚矽氧化合物之量]×100 (2)在實例12及比較實例11及12之情形下
    單位量之所摻和聚矽氧化合物之線性膨脹係數之降低率(CTE2降低率；ppm/wt%)=[(每一樣品之CTE2-樹脂系統2之CTE2)/所摻和聚矽氧化合物之量]×100 (3)在實例13及比較實例13及14之情形下
    單位量之所摻和聚矽氧化合物之線性膨脹係數之降低率(CTE2降低率；ppm/wt%)=[(每一樣品之CTE2-樹脂系統3之CTE2)/所摻和聚矽氧化合物之量]×100
    自藉由額外添加相同量之無機填料代替聚矽氧化合物製造之試件(比較實例1、比較實例11、比較實例13)之CTE2值減去由標準樹脂系統(未添加聚矽氧化合物之樹脂系統1、2及3)組成之樣品之CTE2值(減法)並用所獲得值除以所額外添加之無機填料之量(除法)獲得之值(添加無機填料所導致之CTE2降低率)，當樣品之上述值小於該值時(CTE2降低率之值為-4.5至-3.05)，將樣品評定為「A」；當極大地小於該值時(CTE2降低率之值小於-4.5)，評定為「AA」；當大於該值時(CTE2降低率之值大於-3.05至-2.0)，評定為「B」；且當極大地大於該值時(CTE2降低率之值大於-2.0)，評定為「C」。基於此等結果，判斷減小CTE2之作用。 (2)DMA量測(對高溫模數之作用之260℃高溫模數/指數之量測)
    在上文模製條件下將實例及比較實例之每一環氧樹脂組合物模製成大小為5 mm(W)×50 mm(L)×1 mm(T)之試件且然後在上文條件下後固化以製造DMA量測用試件。藉由使用由TA INSTRUMENTS製造之黏彈性量測裝置(RSA3)對試件實施三點彎曲量測。更特定而言，在0.04%震動應變、1 Hz頻率、25℃至260℃之溫度範圍及10℃/min升溫速率之條件下實施升溫量測，並讀取在260℃下之儲存模數E'之值。當上述值小於1.0 GPa時，將樣品評定為「AA」；當為1.0 GPa至小於1.7 GPa時，評定為「A」；且當為1.7 GPa或更大時，評定為「B」，並判斷對高溫模數之作用(對高溫模數之作用程度)。 (3)翹曲量(減小翹曲變化量之作用之翹曲變化量/指數之降低率之計算)
    使用實例及比較實例之每一環氧樹脂組合物，在上文條件下轉移模製半導體元件以獲得單側樹脂囊封型封裝。將所獲得單側樹脂囊封型封裝用於翹曲評價。即，如圖1中所顯示，作為半導體元件之Si晶片(大小：30 mm×30 mm×0.2 mm(厚度))2係安裝並固定於作為半導體元件安裝基板之BT樹脂(由JCI製造)(大小：49 mm×49 mm×0.21 mm(厚度))1上，且僅安裝表面側使用上文所獲得之每一環氧樹脂組合物進行樹脂囊封(囊封樹脂3之大小：49 mm×49 mm×0.7 mm(厚度))，藉此製造單側囊封型半導體裝置。在圖1中，4係連接Si晶片2與BT樹脂1上之電路部分(未顯示)之接合線，且5係形成於BT樹脂1之另一表面上之焊接端子。
    關於每一由此獲得之半導體裝置，藉由溫度可變三維輪廓量測系統(由以下三個組件組成：由Cores公司製造之回流示波器(reflow scope)/寬視角核心9055a、由Photron製造之照相機FAST CAM MH4-10K及由Correlated Solutions公司製造之翹曲分析軟體Vic-3D)在長側方向上監測後固化後之封裝，並在高度方向上量測移位。將最大值與最小值之差定義為翹曲。在25℃至260℃之溫度範圍內量測所獲得模製產物之翹曲，且將量測中之最大值-最小值計算為回流時的翹曲變化量。
    隨後，計算含有預定量之聚矽氧化合物之單側樹脂囊封型封裝之回流時的翹曲變化量與標準樹脂系統(不含聚矽氧化合物之樹脂系統1、2及3)之單側樹脂囊封型封裝之回流時的翹曲變化量相比降低至多少程度(至多少%)，且將藉由用計算值除以聚矽氧化合物之添加量獲得之值(除法)定義為「回流時的翹曲變化量之降低率」。
    即，使用所量測每一樣品(每一實例、每一比較實例)之翹曲變化量根據以下(1)至(3)計算回流時的翹曲變化量之降低率(%)： (1)在實例1至11及比較實例1至10之情形下
    回流時的翹曲變化量之降低率(%)=[(每一樣品之翹曲變化量-樹脂系統1之翹曲變化量)/所摻和聚矽氧化合物之量]×100 (2)在實例12及比較實例11及12之情形下
    回流時的翹曲變化量之降低率(%)=[(每一樣品之翹曲變化量-樹脂系統2之翹曲變化量)/所摻和聚矽氧化合物之量]×100 (3)在實例13及比較實例13及14之情形下
    回流時的翹曲變化量之降低率(%)=[(每一樣品之翹曲變化量-樹脂系統3之翹曲變化量)/所摻和聚矽氧化合物之量]×100
    當所計算回流時的翹曲變化量之降低率小於在額外添加無機填料之情形下(比較實例1、比較實例11、比較實例13)之回流時的翹曲變化量之降低率時(該值為-12%至-8.75%)，將樣品評定為「A」(減小回流時的翹曲變化量之作用較大)；當極大地小於其時(該值小於-12%)，評定為「AA」；當大於其時(該值大於-8.75%%至-5%)，評定為「B」(減小回流時的翹曲變化量之作用較小)；且當極大地大於其時(該值大於-5%)，評定為「C」。基於此等結果判斷減小回流時的翹曲變化量之作用。 <樹脂系統1(標準)中之實例>

    如自表1中之結果所瞭解，在標準樹脂系統1中，所有含有烷氧基量及比重各自處於本發明中所指定特定範圍內之聚矽氧化合物的環氧樹脂組合物(實例1至11之產物)均具有較大減小線性膨脹係數(CTE2)之作用及良好的對模數之作用程度，且進而具有較大減小的回流時翹曲變化量之作用。總之，在實例1、2、4、5、8、10及11(其係使用有機取代基含有苯基類型之聚矽氧化合物之環氧樹脂組合物)，可證實高溫模數係低模數且反映對回流時的翹曲特性提供更優異的減小作用。 <樹脂系統2(標準)中之實例>
    <樹脂系統3(標準)中之實例>

    如自表2及3中之結果看到，同樣，在樹脂系統2(表2)及樹脂系統3(表3)中(其中環氧樹脂與酚樹脂之組合自樹脂系統1中之環氧樹脂與酚樹脂之組合有所改變)，該兩種含有烷氧基量及比重各自處於本發明中所指定特定範圍內之聚矽氧化合物之環氧樹脂組合物(實例12及13)均具有較大減小線性膨脹係數(CTE2)之作用及良好的對模數之作用程度，且進而具有較大減小回流時的翹曲變化量之作用。 <樹脂系統1(標準)中之比較實例>

    如自表4中結果看到，在標準樹脂系統1中，所有含有烷氧基量及比重中之至少任一者超出本發明中所指定特定範圍之聚矽氧化合物的環氧樹脂組合物(比較實例2至10之產物)均具有較小減小線性膨脹係數(CTE2)之作用，且進而亦具有較低減小回流時的翹曲變化量之作用。 <樹脂系統2(標準)中之比較實例>
    <樹脂系統3(標準)中之比較實例>

    如自表5及6中之結果看到，同樣，在樹脂系統2(表5)及樹脂系統3(表6)中(其中環氧樹脂與酚樹脂之組合自樹脂系統1之環氧樹脂與酚樹脂之組合(參見，表4)有所改變)，該兩種含有烷氧基量及比重中之至少任一者超出本發明中所指定特定範圍之聚矽氧化合物的環氧樹脂組合物(比較實例12及14)均具有較小減小線性膨脹係數(CTE2)之作用，且亦進而具有較低減小回流時的翹曲變化量之作用。
    自表1至6應理解，在實例1至11之產物中，線性膨脹係數與藉由添加習用無機填料而獲得之比較實例1之產物或含有烷氧基量及比重中之至少任一者超出本發明中所指定特定範圍之聚矽氧化合物的比較實例2至10之產物相比有所減小；而且，高溫模數之增加程度與比較實例1之產物相比有所降低，從而揭示抑制翹曲產生，同樣，在實例12及13之產物中亦係如此，應理解，與藉由添加習用無機填料而獲得之比較實例11及13之產物或含有烷氧基量及比重中之至少任一者超出本發明中所指定特定範圍之聚矽氧化合物的比較實例12及14之產物相比抑制翹曲產生。
    以此方式，如上文實例中所證實，本發明半導體囊封用環氧樹脂組合物具有顯著減小熱應力之作用，且進而提供極大地減小回流時的翹曲變化量並顯著增強耐焊接性之作用。因此，當藉助模製陣列封裝系統之單側樹脂囊封型封裝或諸如SOP等電子組件係藉由使用本發明半導體囊封用環氧樹脂組合物進行樹脂囊封時，可獲得具有高可靠性之電子產品。
    儘管已參照其特定實施例詳細闡述本發明，但熟習此項技術者應瞭解，可在不背離本發明範圍之情況下對本發明作出各種改變及修改。
    附帶而言，本發明係基於2011年7月25日申請之日本專利申請案第2011-162305號，且該等內容以引用方式併入本文中。
    本文所引用之全部參考文獻之全文皆以引用方式併入本文中。
    本發明半導體囊封用環氧樹脂組合物可減小使用該組合物形成之經囊封樹脂之高溫模數及熱膨脹係數且有效抑制翹曲產生且(例如)可用作單側樹脂囊封型封裝之囊封材料。
    1‧‧‧半導體元件安裝基板(BT樹脂)
    2‧‧‧半導體元件/Si晶片
    3‧‧‧囊封樹脂
    4‧‧‧接合線
    5‧‧‧焊接端子
    圖1係示意性顯示單側樹脂囊封型封裝之剖視圖。
    1‧‧‧半導體元件安裝基板(BT樹脂)
    2‧‧‧半導體元件/Si晶片
    3‧‧‧囊封樹脂
    4‧‧‧接合線
    5‧‧‧焊接端子
    权利要求:
    Claims (7)
    [1] 一種半導體囊封用環氧樹脂組合物，其包含以下組份(A)至(D)：(A)環氧樹脂；(B)酚樹脂；(C)無機填料；及(D)聚矽氧化合物，其以整個該聚矽氧化合物計以10 wt%至45 wt%之量含有直接鍵結至矽原子之烷氧基且具有1.10至1.30之比重。
    [2] 如請求項1之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中以整個該環氧樹脂組合物計以0.5 wt%至5.0 wt%之量含有作為該組份(D)之該聚矽氧化合物。
    [3] 如請求項1之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中以整個該環氧樹脂組合物計以70 wt%至92 wt%之量含有作為該組份(C)之該無機填料。
    [4] 如請求項1之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中作為該組份(D)之該聚矽氧化合物中之該烷氧基至少含有甲氧基。
    [5] 如請求項1之半導體囊封用環氧樹脂組合物，其中作為該組份(D)之該聚矽氧化合物具有有機取代基，且該有機取代基含有苯基。
    [6] 一種半導體裝置，其係藉由用如請求項1之半導體囊封用環氧樹脂組合物樹脂囊封半導體元件而獲得。
    [7] 如請求項6之半導體裝置，其係單側樹脂囊封型封裝。
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    CN102898781A|2013-01-30|
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