CN1576344A - 半导体密封用片及其制法和使用该片的半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过提高片的密度可减少封装内部发生空隙的半导体密封用片的制造方法。该半导体密封用片的制造方法是：制作以下述的(A)～(C)成分为必要成分的环氧树脂组合物的混炼物以后；将所述混炼物成型为薄片密度比为98％或98％以上的薄片状；粉碎所述薄片状成型体以后，把该粉碎物打片成型为片密度比为94％或94％以上且不足98％的片状。其中(A)环氧树脂；(B)酚醛树脂；(C)无机物填充剂。

Description

半导体密封用片及其制法和 使用该片的半导体装置

发明领域

本发明是关于一种用于半导体装置的密封材料，能抑制密封树脂部分发生内部空隙的半导体密封用片的制造方法和用该法得到的半导体密封用片以及使用该片得到的高可靠性半导体装置。

背景技术

迄今为止，对于IC、LSI等半导体器件，使用配合环氧树脂、酚醛树脂和无机物填充剂等熔融混炼以后，轧制冷却后粉碎成粉末状物作为密封材料。而且，有时也把这样得到的粉末状物直接供给封装密封用成型机进行半导体装置的树脂密封，然而一般地说是，预先在要求形状的金属模具内，对于密封所需要的量加压打片而制作成片，将其供给封装密封用成型机进行半导体装置树脂密封的方法。

这样，之所以使用通过预先加压成型法打片的片作为密封材料，是因为加压成型后的片经压缩减小了密封材料中的粉碎后的粒子之间的空隙，所谓片内含有的空气量减少了的缘故。因而，通过采用这样的片作为密封材料，密封后的封装内和表面上难以残留空隙，则将显著提高密封的可靠性和密封工序中的成品率。

但是，最近，随着半导体装置的薄型化进展，在这种薄型封装方面，当然，密封树脂层的厚度也将变薄，即使是以往不成为问题的空隙，对薄型封装而言也将成了重大缺陷的原因，因此以降低空隙发生率为目的，则要求片高密度化。例如，对于片的高密度化，提出了通过限定打片前的粉碎制品的粒度分布，调整粒子填充结构，得到高密度片的方案(参照专利文献1)。或者，提出指定从混炼机吐出来的吐出物的温度，限定冷却粉碎该吐出物而获得成型材料特性的环氧树脂成型材料的制造方法(参照专利文献2)。

【专利文献1】

特开平8-39549号公报

【专利文献2】

特开2002-220475号公报

发明内容

但是，在最近的高密度片的技术领域中，几乎没有得到其效果，归根到底，实际情况可能是依赖于压制成片时外加压力的高压化。其结果是，片密度比以真比重计已经达到94％的水平，现在压力以上的高压化，既导致成型设备发生变形和损坏，而且又发生片制造时的成品率降低等问题，现状是对于片的制造设备本身求得其解决来说已经到了极限。

本发明正是鉴于这些情况而研发的，其目的在于提供一种通过使片高密度化而能够减少封装内部发生空隙的半导体密封用片的制造方法，和用该法得到的半导体密封用片以及使用该片得到的高可靠性半导体装置。

为达到上述目的，本发明的第1要点是具有下列工序的半导体密封用片的制造方法：制备以下述的(A)～(C)成分作为必要成分的环氧树脂组合物的混炼物的工序；将所述混炼物压延成型为薄片密度比为98％或98％以上的薄片状的工序；以及粉碎所述薄片状成型体以后，把该粉碎物打片成型为片密度比为94％或94％以上且不足98％的片状的工序。而且，本发明的第2要点是通过上述半导体密封用片的制造方法获得的片密度比为94％或94％以上且不足98％的半导体密封用片。

(A)环氧树脂。

(B)酚醛树脂。

(C)无机物填充剂。

并且，本发明的第3要点是以使用所述半导体密封用片进行树脂密封半导体器件构成的半导体装置。

也就是，本发明人等，为了使用现有的打片成型设备以获得曾是极限的高密度片，所以重复一连串的研究已发现，像以往那样，仅仅使用把作为半导体密封用树脂组合物的粉碎物打片成为片状时的加压力，压碎冷却固化了的粉碎粒子，去除粉末内的空气，不可能打片成为更高密度的片。根据这一发现，进一步重复研究的结果又发现，首先，对于打片成型为片之前的密封材料，将作为上述密封材料的配合成分熔融状态的混炼吐出物压延成薄片时，压延成型成为高密度比的薄片状，粉碎该压延薄片并打片成片状时，则能大幅度地除去作为粉碎物的粉末内的空气，而且在谋求降低打片时的加压力的同时，也更进一步获得更高密度的片，于是得到了用该片密封半导体器件时能够抑制封装内形成空隙的半导体密封用片，从而达到了本发明的目的。

具体实施方案

下面，详细说明有关本发明的实施方案。

按照本发明获得的半导体密封用片，是通过使用含有以环氧树脂(A成分)、酚醛树脂(B成分)、和无机物填充剂(C成分)作为必要成分的环氧树脂组合物，将其混炼并成型为指定厚度薄片状以后进行粉碎，把该粉碎物打片成型为片状而获得。

就上述环氧树脂(A成分)来说，并没有特别限定，可用现有公知的各种环氧树脂。可以举出例如，甲酚酚醛清漆型、苯酚酚醛清漆型、双酚A型、联苯型、三苯甲烷型和萘型等各种环氧树脂等。这些除可单独使用外，也可以并用二种或二种以上。

与上述环氧树脂(A成分)一起使用的酚醛树脂(B成分)，是发挥作为所述环氧树脂固化剂作用的成分，并没有特别限定，可用现有公知的材料，例如，可以举出苯酚酚醛清漆、甲酚酚醛清漆、双酚A型酚醛清漆、萘酚酚醛清漆、酚醛芳烷树脂等。这些可以单独使用或二种或二种以上并用。

上述环氧树脂(A成分)与酚醛树脂(B成分)的配比，按环氧树脂中每当量环氧基计，配合固化剂中的羟基当量为0.5～2.0当量是优选的。更优选的是0.8～1.2当量。

作为与上述环氧树脂(A成分)和酚醛树脂(B成分)一起使用的无机物填充剂(C成分)，并没有特别限定，可以举出现有公知的各种填充剂，例如，可以举出石英玻璃粉末、滑石粉、二氧化硅粉末(熔融二氧化硅粉末和结晶性二氧化硅粉末等)、氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硅粉末等。这些可以单独使用或二种或二种以上并用。其中，从可降低所得到的固化物线膨胀系数这一点来看，优选采用上述二氧化硅粉末，而在上述二氧化硅粉末中，从高填充、高流动性这一点来看，采用上述熔融二氧化硅粉末是特别令人满意的。就上述熔融二氧化硅粉末来说，可以举出球状熔融二氧化硅粉末、粉碎熔融二氧化硅粉末，然而从流动性角度出发，优选使用球状熔融二氧化硅粉末。其中，优选使用平均粒径为10～60μm范围的，最好采用1 5～45μm范围的。还有，上述平均粒径，例如，可用激光衍射散射式粒度分布测定仪来测定。

上述无机物填充剂(C成分)的含有量设定在环氧树脂组合物全体的50～95重量％的范围内是令人满意的，最好是70～90重量％。

本发明中，除上述A～C成分外，根据需要，还可以适当使用固化促进剂、溴化环氧树脂等卤素系阻燃剂或三氧化锑等阻燃剂、碳黑等颜料、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷和γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷等的硅烷偶合剂、巴西棕榈蜡(カルナバワツクス)等的脱模剂等其他的添加剂。

就上述固化促进剂来说，并没有特别限定，可以举出：2-甲基咪唑等的咪唑类、三乙醇胺、四苯基鏻·四苯基硼酸酯、和三苯基膦等的有机磷系化合物，1，8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳烯-7和1，5-二氮杂二环[4.3.0]壬烯-5等的二氮杂二环链烯系化合物等。这些化合物可以单独使用或二种或二种以上并用。而且，该固化促进剂的配比设定为环氧树脂组合物总量的0.1～1.0重量％的比率是令人满意的。

本发明的半导体密封用片采用上述各成分，例如，可如下地进行制造。即，以规定比例配合上述各成分，使用混合机等干式混料以后，采用双轴混炼机在树脂温度90～130℃进行混炼。接着，以压延辊等，把上述混炼机吐出的混炼物压延成型为薄片密度比98％或98％以上的薄片状以后，空气冷却后粉碎上述薄片。接着，通过以打片机把所得到的粉碎物压缩到所要求的片密度比那样的规定片高度并打片成型为片状，则制造出作为目的的半导体密封用片。

上述压延成型后的薄片，如前面所述那样，成型成为薄片密度比为98％或98％以上。而且，此时，优选压延制片成厚度为1.0mm或1.0mm以下。详细地说，由压延成型的现有的薄片，一般是厚度为2mm或2mm以上，这时，虽然薄片密度比为93～97％左右，但是对本发明而言，薄片厚度为1.0mm时，则可成型成薄片密度比为98～99％，而薄片厚度为0.7～0.5mm时，则可成型成薄片密度比为99～100％。因此，从薄片密度比的关系上看设定成薄片厚度为0.7mm或0.7mm以下是特别优选的。另外，所述薄片厚度的下限，一般是0.2mm。因此，通过压延成薄片厚度为1.0mm或1.0mm以下的办法则能够成型为薄片密度比为98％或98％以上和高密度，这是因为通过在熔融状态压延成薄片状，则对于用混炼机吐出的混炼物内点滴存在的空洞和到压辊的移送中卷入的气泡引起的空洞等能够更有效地进一步被除去的缘故。

还有，如上所述除把薄片密度比设定为98％或98％以上，薄片厚度设定为1.0mm或1.0mm以下外，例如可以举出，在通过提高混炼性的高温下吐出之类的方法。具体地说，可以举出在混炼机中的减压或脱气处理、延长混炼时间或提高混炼温度等方法。并且，上述薄片密度比，可如下这样加以测定和算出。即，采用由所得的薄片在空气中的质量和水中的质量求出的比重测定方法(遵照JIS K6911)求出薄片的比重，同样地根据与求出的密封材料成型物(树脂组合物的固化物)的真比重值之比算出薄片密度比。更详细地说，采用上述比重测定方法求出薄片的比重。另一方面，按成型条件：温度为175℃×2分钟、6.865MPa、后固化175℃×5小时，成型上述树脂组合物的固化物，与上述同样地，用比重测定方法求出密封材料成型物的真比重。而且，根据这些测定值，以下式，薄片密度比(％)＝[(薄片比重)/(密封材料成型物的真比重)]×100算出薄片密度比。

片的粉碎，可以使用具有所配合的填充剂以上的硬度的通常的机械式粉碎机，例如可以使用锤击式的粉碎机等。

粉碎了的树脂组合物的粒度，使用JIS标准筛确认其粒度分布。

在本发明中，优选残留在1.0mm筛上的粉碎粒子的比例为50重量％或50重量％以下。在该值以上时，即使片密度比高，粒子之间也残留空隙，相反成型时的空隙呈增加的倾向。

另外，通过0.125mm筛的粒子的比例优选的是10～40重量％，特别优选的是10～25重量％。微细粒子埋在大的粒子之间的空间，在成型片时使包入片中的气泡量减少。但是，该量超过40重量％时，密度反而下降，包入的气泡增多，片的成型变难。因此，从片的密度的波动方面的关系考虑时，压缩压力优选控制在能使0.125mm或0.125mm以下的粒子为25重量％或25重量％以下。

上述打片成型后的片密度比设定为94％或94％以上且不足98％。特别优选的是96％或96％以上且不足98％。之所以把上述打片成型后的片密度比设定为不足98％，这是因为如下理由。即，(1)即使将薄片密度设定为99～100％，为使片密度成为98％或98％以上，就必须有非常大的外加压力，则设备上成为不可能或不好，(2)在从混炼机吐出的混炼物之中残存着挥发成分，并且由于因粉碎而使表面积增大，保管过程中吸湿等，打片时刻树脂组合物中存在挥发成分。这是因为如将这种树脂组合物在98％或98％以上的高密度下打片时，以后就难以脱气脱湿，而且对成型时的树脂流动中难以从高密度层分离挥发成分等，而容易作为空隙残存的缘故。并且，上述片密度比，可如下地进行测定·算出。即，因为片是圆柱状的，所以可由片的直径、高度和重量求出片的堆积比重，根据与密封材料成型物(树脂组合物的固化物)的真比重值之比，算出片的密度比。更详细地说，如上述一样求出片的堆积比重，同时根据前面说过的方法通过所求出的密封材料成型物的真比重，以下式，片密度比(％)＝[(片的堆积比重)/(密封材料成型物的真比重)]×100算出片密度比。

进行上述压缩并打片成型为片状时的压力，并没有特别限定，然而例如，设定在245～784MPa的范围是优选的。

这样，在本发明中，由于薄片密度比和片密度比的各个值全都满足上述范围，则能够有效地抑制采用片成型的半导体装置内部空隙的形成。因此，如果上述各个值任何一个值脱离该设定范围，就不可能获得本发明的效果。例如，最终得到的片密度比即使是比如97％，粉碎前的薄片密度比是不足98％，也难以抑制半导体装置内部空隙的形成。

本发明的半导体密封用片只要大体上是圆柱状，其大小等就没有特别限定，然而通常，直径为7～30mm、高度为10～45mm范围是优选的。

使用这样制得的半导体密封用片的半导体器件的密封，并没有特别限制，可用通常的移模压铸成型法等公知模塑方法来进行。

下面，和比较例合并说明实施例。

准备好下述所示的各成分。

[联苯型环氧树脂]

环氧当量173、融点100℃

[苯酚酚醛清漆树脂]

羟基当量107、融点60℃

[固化促进剂]

三苯基膦

[巴西棕榈蜡]

[无机物填充剂]

熔融球状二氧化硅粉末(平均粒径20μm)

[炭黑]

[硅烷偶合剂]

γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷

【实施例1～6、比较例1～6】

以下列表1中所示的比率把同表中所示的各成分投入混合机，干式混料以后，将上述混合物供给双轴混炼机并在树脂温度为110℃下进行熔融混炼。接着，把从该混炼机吐出的混炼物用直径为150mm的压延机辊筒进行压延，由此成型加工成薄片状。这时，调整辊筒间距和挤压力等以使之成为后述表2中所示厚度的薄片。接着，使成型成为上述薄片状的熔融混炼物进行空气冷却以后，用锤击式磨机粉碎，进而打片成型为片状。该打片成型是使用一边转动配置多个成对设置的研钵和捣杵的转盘一边连续地进行片的打片成型的旋转式打片机(菊水制作所社制，33连动式)。而且，通过压缩使其成为所要求的片密度比，制成半导体密封用片。

【表1】

配合成分	配合份数(重量份)
		联苯型环氧树脂	6
苯酚酚醛清漆树脂	5
		固化促进剂	0.5
巴西棕榈蜡	0.5
		无机物填充剂	87
炭黑	0.5
		硅烷偶合剂	0.5

对于这样得到的各半导体密封用片，按照前面说过的方法测定并算出片密度比。并且，对于压延成型成上述各薄片状时的薄片密度比也按照前面说过的方法进行测定并算出薄片密度比。还有，使加工成型成了薄片状的薄片被空气冷却以后，用游标卡尺测量上述薄片厚度。在下列的表2和表3中合并示出这些结果。

使用这样得到的各半导体密封用片，按下列条件制造半导体装置(试样数20个)。而且，用X射线设备观察所得的半导体装置的内部，对100μm或100μm以上大小的内部空隙进行计数，算出20个半导体装置的内部空隙数的平均值。在下列的表2和表3中示出该结果。

半导体装置尺寸：144针方形扁平封装(144针

QFP)·20mm×20mm

芯片尺寸：7.5mm×7.5mm

移模压铸成型法条件：175℃×90秒钟热固化

成型压力：6.865MPa

成型机：TOWA社制多路模冲压系统

称量片成型的50个(14mmφ、目标6g)中的每1个片的重量，用下列标准考察重量波动，结果一并示于表2和表3中。

◎：(最大值-最小值)/平均值＜0.3％

○：0.3％≤(最大值-最小值)/平均值＜0.5％

△：0.5％≤(最大值-最小值)/平均值＜2.0％

×：2.0％＜(最大值-最小值)/平均值

用实施例和比较例制品测定片成型时所必须的压力，在表2和表3中一并示出以比较例的值为1时的比率。

【表2】

	实施例
							1	2	3	4	5	6
	薄片密度(％)	98	98	99	100	98							98
薄片厚度(mm)							1.0	1.0	0.7	0.5	1	1
	片密度(％)	94	96	96	97	94							94
粉碎品粒度＞1mm重量％							50	50	50	50	30	10
	粉碎品粒度≤0.125mm重量％	10	10	10	10	25							40
内部空隙数(个/20封装)							0.5	0.2	0.1	0	0.4	0.7
	重量波动	○	○	◎	○	◎							○
外加压力指数(相对于比较例1)							0.83	1.67	1.50	1.80	0.67	0.92

【表3】

	实施例
							1	2	3	4	5	6
	薄片密度(％)	96	98	100	96	96							96
薄片厚度(mm)							2.3	1.0	0.5	2.3	2.3	2.3
	片密度(％)	94	93	98	94	94							94
粉碎品粒度＞1mm重量％							50	50	50	55	50	5
	粉碎品粒度≤0.125mm重量％	10	10	10	10	5							50
内部空隙数(个/20封装)							1.3	2.0	1.3	2.2	2.0	2.0
	重量波动	○	○	△	△	△							×
外加压力指数(相对于比较例1)							1	0.75	3.17	1.17	1.17	1.33

从上述结果可知，使用将薄片密度比为98％或98％以上的压延薄片形成的粉碎物打片成型构成的片密度比为94％或94％以上且不足98％的片制成的半导体装置，或是没有形成内部空隙或即便形成也是极其少的。

与此相反，使用薄片密度比不足98％、或片密度比为94％不足98％或98％以上的任一种的片制成的半导体装置，其内部形成的空隙都比实施例多。

发明的效果

如上所述，本发明通过把环氧树脂组合物的混炼物压延成型为薄片密度比为98％或98％以上的薄片状，粉碎上述薄片状成型体以后，再将该粉碎物打片成型成薄片密度比为94％或94％以上且不足98％的片状，由此制造半导体密封用片。由此，通过如上述那样设定薄片密度比，则在使用该粉碎物时，使用现有的片的打片技术和打片设备，就能够获得以往难以实现的高密度片。因此，使用按照本发明制造方法得到的片进行树脂密封制成的半导体装置，就能降低空隙的发生，从而获得了高可靠性的半导体装置。

而且，通过设定上述压延成型的薄片厚度为1.0mm或1.0mm以下，能很容易地制成薄片密度比为98％或98％以上高密度比。

Claims (5)

1.一种半导体密封用片的制造方法，其特征在于，该方法包括以下工序：制备以下述的(A)～(C)成分作为必要成分的环氧树脂组合物的混炼物的工序；将所述混炼物压延成型为薄片密度比为98％或98％以上的薄片状的工序；以及粉碎所述薄片状成型体以后，把该粉碎物打片成型为片密度比为94％或94％以上且不足98％的片状的工序，

(A)环氧树脂；

(B)酚醛树脂；

(C)无机物填充剂。

2.按照权利要求1所述的半导体密封用片的制造方法，其中所述薄片状成型体的厚度为1.0mm或1.0mm以下。

3.按照权利要求1所述的半导体密封用片的制造方法，其中所述粉碎物的粒度超过1.0mm的粒子是50重量％或50重量％以下，粒度为0.125mm或0.125mm以下的粒子是10～40重量％。

4.一种半导体密封用片，该片是由权利要求1～3中任一项所述的半导体密封用片的制造方法得到的、片密度比为94％或94％以上且不足98％的半导体密封用片。

5.一种半导体装置，该装置是由使用权利要求4所述的半导体密封用片进行树脂密封半导体器件构成的。