树脂组合物和半导体装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种封装用的树脂组合物，其含有固化型树脂和无机填充材料，用于封装设置在基板上的半导体元件，并且填充在上述基板与上述半导体元件之间的间隙中，将上述无机填充材料所含的颗粒的体积基准粒度分布中从大粒径一侧起的累积频度达到5%处的粒径设为m)、将±述无机填充材料所含的颗粒的体积基准粒度分布的最大的峰的粒径设为R(ym)时，R<Rmax、lym<R<24yin、R/Rmax>0.45。
【专利说明】树脂组合物和半导体装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及树脂组合物和半导体装置。
【背景技术】
[0002] 伴随近年来电子设备的高性能化和轻薄短小化的要求，这些电子设备所使用的半 导体封装体的小型化和多脚化也相对于现有技术进一步发展。
[0003] 该半导体封装体具有电路基板和通过金属凸块与电路基板电连接的半导体芯片 (半导体元件），通过由树脂组合物构成的封装件将半导体芯片封装（覆盖）。另外，在封装 半导体芯片时，树脂组合物也填充在电路基板与半导体芯片之间的间隙中而得到加固（例 如参照专利文献1)。通过设置这样的封装件（模具底部填充件，mold underfill)，可以获 得可靠性高的半导体封装体。
[0004] 另外，树脂组合物含有固化型树脂和无机填充材料等，上述封装件例如通过传递 成形等将该树脂组合物成形而获得。在此，伴随着近年来半导体封装体的小型化、多脚化， 将电路基板侧与半导体芯片侧连接的金属凸块的间距减小，基板与半导体芯片之间的间隙 距离减小。因此，希望开发出不引起空隙、能够填充在基板与半导体芯片之间、流动性和填 充性优异的树脂组合物。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2004-307645号公报
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的课题
[0009] 本发明提供一种能够发挥优异的流动性和填充性的树脂组合物、以及使用该树脂 组合物的可靠性高的半导体装置。
[0010] 用于解决课题的方法
[0011] 根据本发明，提供一种封装用的树脂组合物，其含有固化型树脂（B)和无机填充 材料（C)，用于封装设置于基板上的半导体元件，并且填充在上述基板与上述半导体元件之 间的间隙中，
[0012] 将上述无机填充材料（C)所含的颗粒的体积基准粒度分布中从大粒径一侧起的 累积频度达到5%处的粒径设为R max (i! m)、
[0013] 将上述无机填充材料（C)所含的颗粒的体积基准粒度分布的最大的峰的粒径设 为 R (Ii m)时，
[0014] R < Rfflax,
[0015] I u m ^ R ^ 24u m,
[0016] R/R彡 0? 45。
[0017] 此外，根据本发明，还提供一种树脂组合物，其含有固化型树脂（B)和无机填充材 料，用于封装设置于基板上的半导体元件，并且在该封装时也填充在上述基板与上述半导 体元件之间的间隙中，
[0018] 上述树脂组合物通过将上述无机填充材料所含的第一颗粒（Cl)和上述固化型树 月旨（B)混合而得到，
[0019] 上述第一颗粒（Cl)的最大粒径为Rlniax [ i! m]，
[0020] 将上述第一颗粒（Cl)的众数径设为Rlnrode [ ii m]时，满足4. 5 ii m彡Rlnrode彡24 ii m 的关系，并且满足Rlm()de/Rlmax > 0. 45的关系。
[0021] 并且，根据本发明，还提供一种半导体装置，其具备：
[0022] 基板；
[0023] 设置于上述基板上的半导体元件；和
[0024] 封装上述半导体元件、并且也填充在上述基板与上述半导体元件之间的间隙中的 上述任一种的树脂组合物的固化物。
[0025] 发明效果
[0026] 根据本发明，能够提供一种封装半导体元件时的流动性和固化性优异的树脂组合 物。由此，利用树脂组合物封装半导体元件时的树脂组合物的成形性得以提高。并且，能 够在半导体元件与基板之间可靠地填充树脂组合物，抑制空隙的发生，因而能够提高产品 (本发明的半导体装置）的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 通过下述优选的实施方式以及以下的附图，上述目的和其它目的、特征以及优点 更加明确。
[0028] 图1是表示第一颗粒的粒度分布的图。
[0029] 图2是用于说明中值径的图。
[0030] 图3是半导体封装体的截面图。
[0031] 图4是示意性地表示粉碎装置的一例的侧面图。
[0032] 图5是示意性地表示图4所示的粉碎装置的粉碎部内部的俯视图。
[0033] 图6是示意性地表示图4所示的粉碎装置的粉碎部的腔室的截面图。
[0034] 图7(a)、（b)是表示树脂组合物所含的颗粒的体积基准粒度分布的图。
【具体实施方式】
[0035] 下面，对于本发明的树脂组合物和半导体装置的优选实施方式进行说明。
[0036] 图1是表示第一颗粒的粒度分布的图，图2是用于说明中值径的图，图3是半导体 封装体的截面图，图4是示意性地表示粉碎装置的一例的侧面图，图5是示意性地表示图4 所示的粉碎装置的粉碎部内部的俯视图，图6是示意性地表示图4所示的粉碎装置的粉碎 部的腔室的截面图。
[0037] 图7(a)和图7(b)是表示树脂组合物所含的全部颗粒的粒度分布的图。
[0038] 1.树脂组合物
[0039] 本发明的树脂组合物（A)含有固化型树脂（B)和无机填充材料（C)，并且可以根据 需要含有固化促进剂（D)和偶联剂（E)等。作为固化型树脂，例如可以列举环氧树脂等，优 选使用将酚醛树脂系固化剂用作固化促进剂的环氧树脂。
[0040][固化型树脂（B)]
[0041] 作为固化型树脂（B)，例如可以列举环氧树脂等的热固型树脂，优选将环氧树脂 (BI)与作为固化剂的酚醛树脂系固化剂（B2)并用。固化型树脂在全部树脂组合物中所占 的比例例如为3?45质量％。其中，优选固化型树脂在全部树脂组合物中所占的比例为5 质量％以上20质量％以下。
[0042] 作为环氧树脂（BI)，例如可以列举联苯型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型 环氧树脂、四甲基双酚F型环氧树脂等双酚型环氧树脂；芪型环氧树脂等的结晶性环氧树 月旨；苯酚线型酚醛型环氧树脂、甲酚线型酚醛型环氧树脂等线型酚醛型环氧树脂；三酚甲 烷型环氧树脂、烷基改性三酚甲烷型环氧树脂等多官能环氧树脂；具有亚苯基骨架的苯酚 芳烷基型环氧树脂、具有亚联苯基骨架的苯酚芳烷基型环氧树脂、具有亚苯基骨架的萘酚 芳烷基型环氧树脂、具有亚联苯基骨架的萘酚芳烷基型环氧树脂等酚芳烷基型环氧树脂； 具有二氢蒽醌结构的环氧树脂、二羟基萘型环氧树脂、将二羟基萘的二聚体缩水甘油醚化 后得到的环氧树脂等萘酚型环氧树脂；异氰脲酸三缩水甘油酯、异氰脲酸单烯丙基二缩水 甘油酯等含三嗪核的环氧树脂；二环戊二烯改性苯酚型环氧树脂等有桥环状烃化合物改性 苯酚型环氧树脂。而且可以使用上述之内的任意的一种以上。但环氧树脂并不限定于上述 示例。这些环氧树脂中，从获得的树脂组合物的耐湿可靠性的观点出发，优选尽可能不含离 子性杂质Na +离子或C厂离子。另外，从树脂组合物的固化性的观点出发，环氧树脂⑶的 环氧当量优选为l〇〇g/eq以上500g/eq以下。
[0043] 本发明的树脂组合物中的环氧树脂（BI)的配合比例的下限值，相对于树脂组合 物（A)的总质量优选为3质量％以上,更优选为5质量％以上,进一步优选为7质量％以上。 当下限值在上述范围内时，获得的树脂组合物具有良好的流动性。另外，树脂组合物中的环 氧树脂（BI)的上限值，相对于树脂组合物的总质量优选为30质量％以下，更优选为20质 量％以下。当上限值在上述范围内时，获得的树脂组合物能够获得良好的耐焊接性等的可 靠性。
[0044] 作为酚醛树脂系固化剂（B2)，是在一个分子内具有2个以上酚羟基的单体、低聚 物、聚合物全部，其分子量、分子结构没有特别限定，例如可以列举苯酚线型酚醛树脂、甲酚 线型酚醛树脂等线型酚醛树脂；萜烯改性酚醛树脂、二环戊二烯改性酚醛树脂等改性酚醛 树脂；具有亚苯基骨架或亚联苯基骨架的酚芳烷基树脂；双酚A、双酚F等双酚化合物；以 及将上述双酚化合物线型酚醛化的树脂等，这些树脂可以单独使用1种，也可以并用2种以 上。其中，从固化性的观点出发，优选使用羟基当量为90g/eq以上250g/eq以下的树脂。
[0045] 树脂组合物（A)中的酚醛树脂系固化剂（B2)的配合比例的下限值没有特别限定， 相对于树脂组合物（A)的总质量，优选为2质量％以上，更优选为3质量％以上，进一步优 选为5质量％以上。当配合比例的下限值在上述范围内时，能够获得令人满意的流动性。另 夕卜，酚醛树脂系固化剂（B2)的配合比例的上限值也没有特别限定，在树脂组合物（A)中优 选为25质量％以下，更优选为15质量％以下，进一步优选为6质量％以下。当配合比例的 上限值在上述范围内时，能够获得良好的耐焊接性等可靠性。
[0046] 其中，酚醛树脂系固化剂（B2)和环氧树脂（BI)优选以全部环氧树脂（BI)的环氧 基数（EP)与全部酚醛树脂系固化剂（B2)的酚羟基数（OH)的当量比（EPV(OH)达到0.8 以上且I. 3以下的方式配合。当量比在上述范围内时，将获得的树脂组合物（A)成形时，能 够获得令人满意的固化特性。
[0047][固化促进剂（D)]
[0048] 作为固化促进剂（D)，在使用环氧树脂（BI)作为固化型树脂、使用酚醛树脂系固 化剂（B2)作为固化剂的情况下，只要是能够促进环氧树脂（BI)的环氧基与含有两个以上 酚羟基的化合物的酚羟基之间的反应即可，能够使用通常的半导体封装用的环氧树脂组合 物所使用的固化促进剂。
[0049] 作为具体例，可以列举有机膦、四取代鱗化合物、磷酸酯甜菜碱（phosphobetaine) 化合物、膦化合物与醌化合物的加合物、鱗化合物与硅烷化合物的加合物等含有磷原子的 固化促进剂；苄基二甲胺等叔胺；1，8-二氮杂双环（5, 4, 0) i^一碳烯_7、2_甲基咪唑等脒 类，以及上述叔胺或脒的季盐等含有氮原子的固化促进剂，可以使用其中的任意的1种以 上。其中，含有磷原子的固化促进剂能够获得令人满意的固化性。
[0050] 其中，从流动性与固化性的均衡性的观点出发，优选选自四取代鱗化合物、磷酸酯 甜菜碱化合物、膦化合物与醌化合物的加合物、鱗化合物与硅烷化合物的加合物中的至少 一种的化合物。在重视流动性时，特别优选四取代鱗化合物；另外在重视树脂组合物的固化 物的热时低弹性模量时，特别优选磷酸酯甜菜碱化合物、膦化合物与醌化合物的加合物；另 外在重视潜在的固化性时，特别优选鱗化合物与硅烷化合物的加合物。
[0051] 作为能够在树脂组合物（A)中使用的有机膦，例如可以列举乙基膦、苯基膦等伯 勝；-甲基勝、-苯基勝等仲勝；二甲基勝、二乙基憐、二丁基鱗、二苯基勝等叔勝。其中，可 以使用任意的一种以上。
[0052] 作为能够在树脂组合物（A)中使用的四取代鱗化合物，例如可以列举下述通式 (1)所示的化合物等。
【权利要求】
1. 一种树脂组合物，其为封装用的树脂组合物，该树脂组合物的特征在于： 含有固化型树脂（B)和无机填充材料（C)，用于封装设置于基板上的半导体元件，并且 填充在所述基板与所述半导体元件之间的间隙中， 将所述无机填充材料（C)所含的颗粒的体积基准粒度分布中从大粒径一侧起的累积 频度达到5 %处的粒径设为Rmax ( y m)、 将所述无机填充材料（C)所含的颗粒的体积基准粒度分布的最大的峰的粒径设为 R ( U m)时， R〈 Rmax， lum^R^24iim, R/Rmax > 〇? 45。
2. 如权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于： 将所述无机填充材料（C)所含的颗粒的体积基准粒度分布中从小粒径一侧起的累积 频度达到50%处的粒径设为d5CI(iim)时， RM5tl为I. 1以上15以下。
3. 如权利要求1或2所述的树脂组合物，其特征在于： 在所述无机填充材料（C)所含的颗粒的体积基准粒度分布中，所述R(Um)的粒径的颗 粒的频度为4%以上。
4. 如权利要求1?3中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 向基于ANSI/ASTM D3123-72的旋流测定用模具中，以模具温度175°C、注入压力 6. 9MPa、保压时间120秒的条件注射时的旋流长度在70cm以上， 以下述条件测得的压力A在6MPa以下， 条件： 以模具温度175°C、注入速度177cm3/秒的条件，向形成于所述模具中的宽13mm、高 1mm、长175mm的矩形的流路中注入该树脂组合物，利用埋入设置于距流路的上游前端25mm 的位置的压力传感器测定压力随时间的变化，将树脂组合物流动时的最低压力设为压力A。
5. 如权利要求1?4中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 将所述基板与所述半导体元件之间的间隙设为G(Um)时，R/G在0.05以上0.7以下。
6. 如权利要求1?5中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 具有0. 8XR?I. 2XR(iim)的粒径的颗粒为所述无机填充材料（C)整体的体积的 10 ?60%。
7. 如权利要求1?6中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 所述无机填充材料（C)的含量为所述树脂组合物整体的50?93质量％。
8. 如权利要求1?7中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 所述颗粒是利用筛子将颗粒的原料分级而得到的。
9. 一种半导体装置，其特征在于，具备： 基板； 设置于所述基板上的半导体元件；和 覆盖并封装所述半导体元件、并且也填充在所述基板与所述半导体元件之间的间隙中 的权利要求1?8中任一项所述的树脂组合物的固化物。
10. -种树脂组合物，其特征在于： 含有固化型树脂（B)和无机填充材料，用于封装设置于基板上的半导体元件，并且在 封装时也填充在所述基板与所述半导体元件之间的间隙中， 所述树脂组合物通过将所述无机填充材料所含的第一颗粒（Cl)和所述固化型树脂 (B)混合而得到， 所述第一颗粒（Cl)的最大粒径为Rlmax [iim]， 将所述第一颗粒（Cl)的众数径设为Rlnwde [ y m]时，满足4. 5 ii m彡Rlnwde彡24 ii m的 关系，并且满足Rlm〇de/Rlma!￡ > 〇. 45的关系。
11. 如权利要求10所述的树脂组合物，其特征在于： 所述 Rlmax [ U m]为 24 [ ii m], Rlnrode 彡 20 ii m。
12. 如权利要求10或11所述的树脂组合物，其特征在于： 满足RlnrodeMmaxS 〇.9的关系。
13. 如权利要求10?12中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 添加所述无机填充材料整体的体积的10?60%的具有0. SRlnrode?1. 的粒径的 第一颗粒（Cl)。
14. 如权利要求10?13中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 所述无机填充材料的含量为所述树脂组合物整体的50?93质量％。
15. 如权利要求10?14中任一项所述的树脂组合物，其特征在于： 胶凝时间为35?80秒。
16. -种半导体装置，其特征在于，具备： 基板； 设置于所述基板上的半导体元件；和 封装所述半导体元件、并且也填充在所述基板与所述半导体元件之间的间隙中的权利 要求10?15中任一项所述的树脂组合物的固化物。
【文档编号】H01L23/31GK104221140SQ201380018061
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月14日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】作道庆一 申请人:住友电木株式会社