專利名稱：可用作半導(dǎo)體封裝材料的環(huán)氧樹脂組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及環(huán)氧樹脂組合物，尤其涉及可用作半導(dǎo)體封裝材料的環(huán)氧樹脂組合 物。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體封裝一般使用樹脂作為封裝材料，將二極管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集 成電路及超大規(guī)模集成電路等半導(dǎo)體器件與外界環(huán)境隔離，以保護半導(dǎo)體器件免于外力或 環(huán)境因素導(dǎo)致的損壞。由于環(huán)氧樹脂與其他熱固性樹脂相比能提供優(yōu)秀的可塑性、附著力、 絕緣特性、機械特性及防水特性，所以環(huán)氧樹脂作為半導(dǎo)體器件的封裝材料得到廣泛的應(yīng) 用。例如美國專利第6342309號公開了一種環(huán)氧樹脂組合物，該組合物包括線性酚醛型環(huán) 氧樹脂、溴化酚醛型環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂。該組合物的流動性指標(biāo)和反應(yīng)硬化性指標(biāo)能較 好的符合一般的半導(dǎo)體封裝需求。而在在進行TSOP 50L/54L/66L產(chǎn)品封裝時，主要是以單排為主，如果封裝設(shè)計采 用雙排或三排，則會以使封裝材料走流道(runner)的方式進行設(shè)計。但采用單排設(shè)計時， 產(chǎn)能低，而若設(shè)計成雙排或三排，則會造成封裝材料的有效使用率降低。所以既要具有高 產(chǎn)能，又要能保證封裝材料的有效使用率，采用through gate (直通門)雙排設(shè)計是最佳 的選擇，但是泛用的封裝材料使用于through gate雙排設(shè)計的模具時，會在模穴進膠口處 產(chǎn)生明顯的流痕，造成產(chǎn)品外觀不良，并在第2排模穴很容易產(chǎn)生過大的金線變彎(wire sweep)與氣孔(void)，所以目前采用through gate雙排設(shè)計的TSOP 50L/54L/66L模具無 法實際應(yīng)用于封裝產(chǎn)業(yè)。因此，目前業(yè)界迫切需要一種改進的環(huán)氧樹脂封裝材料，它在用于雙排TSOP 50L/54L/66L模具時，有優(yōu)異的流痕抑制性。并且用其封裝的產(chǎn)品在金線變彎和氣孔抑制性 及可靠性上也有良好的表現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供這樣一種環(huán)氧樹脂，用其構(gòu)成的半導(dǎo)體器件封裝材料在用 雙排TSOP 50L/54L/66L模具進行封裝時其流動痕跡、金線變彎和氣孔得到抑制。為達到上述目的，本發(fā)明提供這樣一種適于作為半導(dǎo)體器件封裝材料的環(huán)氧樹脂 組合物，它包含100重量份的每個分子中含有二至6個環(huán)氧官能團的環(huán)氧樹脂，以及30至 100重量份的每分子含有二至6個羥基官能團的酚醛樹脂，所述環(huán)氧樹脂中包含間苯二甲 酸二-1-[3，4，-氧化環(huán)己基]乙酯。所述環(huán)氧樹脂組合物在以國際半導(dǎo)體設(shè)備與材料組 織(SEMI)的G11-88標(biāo)準(zhǔn)記載的條件下測得的螺線流動度為20至45英寸，在175°C、荷重 15kgf的條件下測得的最低粘度為10至30帕·秒。175°C時的凝膠化時間為10秒至30 秒。在本發(fā)明中，使用的環(huán)氧樹脂只要其分子中含有2至6個環(huán)氧基團即可，無特別限 定，這樣的所述環(huán)氧樹脂的例子包括分子中含有2至6個環(huán)氧基的線性酚醛型環(huán)氧樹脂、鄰甲酚酚醛型環(huán)氧樹脂、雙酚型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、萘型環(huán) 氧樹脂、多環(huán)芳族型環(huán)氧樹脂。這些環(huán)氧樹脂可單獨使用，也可根據(jù)需要，將二種以上合用。在本發(fā)明中，所述酚醛樹脂的例子包括線性酚醛樹脂、芳烷型酚醛樹脂、雙茂型酚 醛樹脂、萜烯改性酚醛樹脂、聯(lián)苯型酚醛樹脂、三苯基甲烷型酚醛樹脂。這些酚醛樹脂可單 獨使用，也可二種以上合用。在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，還可包括0. 1至10重量份的催化劑、0. 1至10重 量份的離模劑、0. 1至10重量份的著色劑、10至50重量份的阻燃劑和1000至2000重量份 的填充劑。所述催化劑的例子包括環(huán)氨酯類化合物、醌類化合物、叔氨或其衍生物、咪唑或其 衍生物、磷化氫類化合物、四苯硼鹽或其衍生物。這些催化劑可單獨使用，也可二種以上合用。所述離模劑的例子包括棕櫚蠟、固體石蠟、聚乙烯蠟、單硬脂酸甘油酯、金屬硬脂 酸鹽、硅脂蠟。這些離模劑可單獨使用，也可二種以上合用。本發(fā)明還提供用上述環(huán)氧樹脂組合物制成的半導(dǎo)體器件封裝材料。所述半導(dǎo)體 器件封裝材料用在雙排TSOP 50L/54L/66L模具時，可以有效抑制流動痕跡、金線變彎和氣 孔。
具體實施例方式下面就本發(fā)明的可用作半導(dǎo)體封裝材料的環(huán)氧樹脂組合物作詳細說明。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在環(huán)氧樹脂組合物中加入適量的間苯二甲酸二 _1-[3，4，-氧化 環(huán)己基]乙酯，可以獲得合適的凝膠化時間、螺線流動度和最小粘度等較好的組合物流 動性能和反應(yīng)固化性能指標(biāo)，用該環(huán)氧樹脂組合物作為半導(dǎo)體封裝材料應(yīng)用于雙排TSOP 50L/54L/66L模具時，可以有效抑制流動痕跡、金線變彎和氣孔。本發(fā)明是在該基礎(chǔ)上完成 的。以下將詳細描述本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物的組分、配比以及制造方法和測試方法。本發(fā)明中添加的間苯二甲酸二 _1-[3，4，_氧化環(huán)己基]乙酯的制備方法和 物性可以參考 Journal of Polymer Science :Part A Polymer Chemistry, Vol. 40, 1796-1807(2002)的記載。在本發(fā)明中，將環(huán)氧樹脂組合物中的環(huán)氧樹脂的總量設(shè)為100重 量份，以此為基準(zhǔn)，所加入的間苯二甲酸二 _1-[3，4，_氧化環(huán)己基]乙酯的量為1至20重量份。在本發(fā)明中，使用的環(huán)氧樹脂只要其分子中含有2至6個環(huán)氧基團即可，無特別限 定，這樣的所述環(huán)氧樹脂的例子包括分子中含有2至6個環(huán)氧官能團的線性酚醛型環(huán)氧樹 脂、鄰甲酚酚醛型環(huán)氧樹脂、雙酚型環(huán)氧樹脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹脂、雙環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹脂、萘 型環(huán)氧樹脂、多環(huán)芳族型環(huán)氧樹脂。這些環(huán)氧樹脂可單獨使用，也可根據(jù)需要使用它們的任
思組合。在本發(fā)明中，上述環(huán)氧樹脂的優(yōu)選例子是雙酚型環(huán)氧樹脂，更優(yōu)選的例子是2， 2' -[(1-甲基亞乙基)雙(4，1_亞苯基甲醛)]雙環(huán)氧乙烷和亞甲基-雙(1，3-苯二 酚)-四縮水甘油醚。
在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，相對于上述環(huán)氧樹脂100重量份，還含有30至100 重量份每分子含有二至六個羥基官能團的酚醛樹脂。所述酚醛樹脂較好地為40-95重量 份，更好地為50-90重量份，最好為65-90重量份。可在本發(fā)明中使用的酚醛樹脂的例子包括酚醛清漆型酚醛樹脂、芳烷基酚醛樹 脂、雙戊二烯型酚醛樹脂、萜烯改性酚醛樹脂、聯(lián)苯型酚醛樹脂、三苯甲烷型酚醛樹脂。這些 酚醛樹脂可單獨使用，也可根據(jù)需要，二種以上合用。在本發(fā)明中，上述酚醛樹脂的優(yōu)選例子是線性酚醛樹脂，更優(yōu)選的例子是TD2093。在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中加入含羥基官能團的酚醛樹脂，通過一定溫度下酚 醛樹脂與環(huán)氧樹脂的反應(yīng)，可以使環(huán)氧樹脂組合物硬化，從而得到半導(dǎo)體封裝材料所需要 的適度的可塑性、附著力、絕緣特性、機械特性及防水性等諸性能。在本發(fā)明中，所述環(huán)氧樹脂組合物的螺線流動度為20inch至45inch，優(yōu)選的螺線 流動度范圍為25inch至40inch。175°C時的最小粘度為IOPa. s至30Pa. s，優(yōu)選的最小粘 度范圍為15Pa. s至25Pa. s。175°C時的凝膠化時間為10秒至30秒，優(yōu)選的凝膠化時間為 17秒至25秒。因此可以滿足雙排TS0P50L/54L/66L模具應(yīng)用。在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，相對于上述環(huán)氧樹脂100重量份，還可以包括0. 1 至10重量份的催化劑。催化劑的作用是在一定溫度下，加速環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂的反應(yīng)， 可以使環(huán)氧樹脂組合物在較短時間內(nèi)達到半導(dǎo)體封裝的特性標(biāo)準(zhǔn)。催化劑的例子包括環(huán)瞇類化合物、醌類化合物、叔胺或叔胺衍生物、咪唑或咪唑衍 生物、膦類化合物、四苯基硼酸鹽或四苯基硼酸鹽衍生物。這些催化劑可以單獨使用，也可 以二種以上合用。在本發(fā)明中，優(yōu)選的催化劑的例子是四苯基硼酸鹽，更優(yōu)選的例子是四苯基硼酸 鈉。在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，相對于上述環(huán)氧樹脂100重量份，還可以包括0. 1 至10重量份的離模劑。在環(huán)氧樹脂組合物中加入離膜劑，有利于在封裝過程的后期將封裝 材料與模具脫離，防止封裝材料與模具的粘合，保持封裝產(chǎn)品的完整性?？稍诒景l(fā)明中使用 的離模劑的例子包括棕櫚蠟、石蠟、聚乙烯蠟、單硬脂酸甘油酯、硬脂酸金屬鹽、硅酮蠟。這 些離膜劑可以單獨使用，也可以二種以上合用。在本發(fā)明中，優(yōu)選的離模劑的例子是石蠟和單硬脂酸甘油酯。為了防止光線對半導(dǎo)體器件的損傷和加速封裝材料的老化。，在本發(fā)明的環(huán)氧樹 脂組合物中，相對于上述環(huán)氧樹脂100重量份，還可以加入0. 1至10重量份的著色劑。可 在本發(fā)明中使用的著色劑的例子包括炭黑。由于環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等有機樹脂材料都是易燃的材料，為了降低封裝材料在 較高的使用溫度下的可燃性，在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，相對于上述環(huán)氧樹脂100重 量份，還可以包括10至50重量份的阻燃劑?？稍诒景l(fā)明中使用的阻燃劑的例子包括氫氧 化鋁、氫氧化鎂、氧化鋅、錫酸鋅、硼酸鋅、氧化亞鐵或氧化鐵、氧化鉬、鉬酸鋅、二茂亞鐵或 二茂鐵。前述阻燃劑可以單獨使用，也可以二種以上組合使用。 在本發(fā)明中，優(yōu)選的阻燃劑的例子是氫氧化鋁。 為了降低成本并提高封裝材料的性能，在本發(fā)明的環(huán)氧樹脂組合物中，相對于上 述環(huán)氧樹脂100重量份，還可以包括1000至2000重量份的填充劑?？稍诒景l(fā)明中使用的填充劑的例子包括二氧化硅微粉。二氧化硅微粉根據(jù)其形態(tài)的不同可以分為結(jié)晶型和熔融 型。形態(tài)的不同會導(dǎo)致不同的性能，結(jié)晶型二氧化硅微粉具有高導(dǎo)熱性和高膨脹性，而熔 融型二氧化硅微粉具有低導(dǎo)熱和低膨脹性，而且結(jié)晶型比熔融型二氧化硅微粉有更大的應(yīng) 力，所以使用兩種不同形態(tài)的二氧化硅微粉可以相應(yīng)得到具有不同性能的環(huán)氧樹脂封裝材 料。但是為了平衡二者之間的矛盾，也可以混合使用。二氧化硅微粉從形態(tài)的不同可以分 為角形和球形，兩者性能之間的差別類似于結(jié)晶型和熔融型之間的差別。另外，球形二氧化 硅微粉具有更好的填充性能、更低的吸水率和更小的模具磨損等優(yōu)良性能。在本發(fā)明中，二 氧化硅的粒徑在150μπι以下，以使作為封裝材料的環(huán)氧樹脂組合物的質(zhì)地更均勻，在使用 時具有更好的封裝效果。所述二氧化硅還可以用表面處理劑進行處理?？稍诒景l(fā)明中用于處理二氧化硅的 表面處理劑的例子包括環(huán)氧硅烷、巰基硅烷、氨基硅烷、烷基硅烷、脲基硅烷、乙烯基硅烷。 這些表面處理劑可以單獨使用，也可以二種以上合用。前述各種環(huán)氧樹脂組合物均可作為半導(dǎo)體封裝材料應(yīng)用。以下將對環(huán)氧樹脂組合 物的制造和測試進行詳細說明，并與其他環(huán)氧樹脂組合物進行性能對比。需要說明的是，下 述實施例只是為了更好地說明本發(fā)明，而不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的限定。在本發(fā)明中，對環(huán)氧樹脂組合物的性能評價方法如下凝膠化時間(Gel Time)根據(jù)ISO 8130-6記載的方法，用熱板于175°C進行測定。渦旋流動長度(Spiral Flow)根據(jù)SEMI G11-88記載的方法，在175°C和IOOOpsi 條件下進行測定。最低粘度(MinimumViscosity)應(yīng)用 SHIMADZA Flow Tester 在 175°C和荷重 15Kgf條件下進行測定。流痕(FlowMark)目測。金線變彎X射線量測。氣孔目測?？煽啃詼y試1、預(yù)處理參照JESD22-A113-D記載，在125°C的溫度下前烘24小時；在30°C、相 對濕度60%條件下濕浸192小時；回流最高溫度為260°C，回流方式參照JEDEC。預(yù)處理后的檢驗項目有兩項1)對3個批次，每個批次77個樣品在UNITEST Uni560測試設(shè)備中進行功能測試，如有1個以上樣品測試不合格，則判定不合格，反之則判 定合格；2)對樣品做超聲波掃描檢查，判斷通過的標(biāo)準(zhǔn)為關(guān)鍵區(qū)域(芯片表面，打線(wire bonding)不能有環(huán)氧樹脂組合物的脫層；其余區(qū)域(非關(guān)鍵區(qū)域)的脫層小于10%。2、高加速應(yīng)力測試參照JESD22-A101-B記載的方法，在溫度130°C、相對濕度 60 %和無偏壓的條件下進行測定。對3個批次，每個批次77個樣品在HIRAYAMA PC-422R8測試設(shè)備中進行功能測試， 如有1個以上樣品測試不合格，則判定不合格，反之則判定合格。3、溫度循環(huán)測試參照JEDEC-STD-22-A104-B, Cond. C記載的方法，通過在 1500C (15分鐘)至-65°C (15分鐘)循環(huán)進行測定。對3個批次，每個批次77個樣品在KSON KSKB-415T測試設(shè)備中進行功能測試，如 有1個以上樣品測試不合格，則判定不合格，反之則判定合格。
實施例1-3在本實施例中，將表1所示配比的各組分在25°C，相對濕度70%以內(nèi)的環(huán)境條件 下，使用混合機混合20分鐘。所述組分中的酚醛樹脂為大日本油墨化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的 TD2093線性酚醛樹脂?；旌暇鶆蛲瓿珊笥脭D出機進行混練?；炀氝^程中，將環(huán)氧樹脂組合 物的溫度控制在不超出120°C的范圍內(nèi)?；炀毢蟮玫江h(huán)氧樹脂組合物的高粘度流體。將該 高粘度流體用溫度在20°C以下的冷滾輪壓片成形。再用粉碎機將成型的環(huán)氧樹脂組合物進 行粉碎。然后再打錠成形。表 1
權(quán)利要求
一種可用作半導(dǎo)體封裝材料的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于包含100重量份每分子含有二至六個環(huán)氧官能團的環(huán)氧樹脂，以及30至100重量份每分子含有二至六個羥基官能團的酚醛樹脂，所述環(huán)氧樹脂中包含間苯二甲酸二 1 [3，4， 氧化環(huán)己基]乙酯。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于所述間苯二甲酸二_1-[3， 4，-氧化環(huán)己基]乙酯為1至20重量份。
3.如權(quán)利要求1或2所述的的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂是雙酚型環(huán) 氧樹脂，所述酚醛樹脂是線性酚醛樹脂。
4.如權(quán)利要求3所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂是2，2'-[(1-甲 基亞乙基)雙(4，1_亞苯基甲醛)]雙環(huán)氧乙烷和亞甲基-雙(1，3-苯二酚)-四縮水甘油 醚，所述酚醛樹脂是TD2093。
5.如權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于所述環(huán)氧樹脂組合物的螺線流 動長度為20英寸至45英寸，175°C時的最小粘度為IOPa. s至30Pa. s, 175°C時的凝膠化時 間為17秒至30秒。
6.如權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于還包括0.1至10重量份的催化劑。
7.如權(quán)利要求1所述的環(huán)氧樹脂組合物，其特征在于還包括0.1至10重量份的離模 劑，0. 1至10重量份的染色劑，10至50重量份的阻燃劑，1000至2000重量份的填充劑。
8.一種半導(dǎo)體封裝材料，其特征在于，用權(quán)利要求1-7中任一項所述的環(huán)氧樹脂組合 物制成。全文摘要
本發(fā)明提供可用作半導(dǎo)體封裝材料的環(huán)氧樹脂組合物，包括100重量份每分子含有二至六個環(huán)氧官能團的環(huán)氧樹脂，以及30至100重量份每分子含有二至六個羥基官能團的酚醛樹脂，所述環(huán)氧樹脂中包含間苯二甲酸二-1-[3，4，-氧化環(huán)己基]乙酯。將上述環(huán)氧樹脂組合物應(yīng)用為半導(dǎo)體器件的封裝材料，特別是用在雙排TSOP 50L/54L/66L模具時，可以有效抑制流動痕跡、金線變彎和氣孔。
文檔編號C08K13/02GK101955629SQ20091005495
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者張秀蓉, 曾增佑, 舒海波, 齊順增, 龔敏 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司;義典科技股份有限公司