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包封材料、层压片材、固化产物、半导体装置以及用于制作半导体装置的方法与流程

2021-10-09 11:10:00 来源:中国专利 TAG:半导体 所述 固化 装置 层压


1.本发明总体上涉及包封材料、层压片材、固化产物、半导体装置以及用于制作半导体装置的方法。更具体地,本发明涉及用于填充在基材(base member)和半导体芯片之间的间隙的包封材料、包括所述包封材料的层压片材、所述包封材料的固化产物、包括由所述固化产物制成的包封剂的半导体装置以及用于制作包括所述包封剂的半导体装置的方法。


背景技术:

2.例如,专利文献1教导了当通过将半导体芯片安装在衬底上来制作半导体装置时,凸块电极中的焊料熔化而将凸块电极与衬底上的导体线路连接并且树脂组合物固化而形成包封剂。更具体地,专利文献1教导了将树脂组合物片放置在半导体芯片上,用接合头拾取半导体芯片,将此状态的半导体芯片布置在衬底上,然后加热接合头,由此加热树脂组合物和凸块电极。
3.引用清单
4.专利文献
5.专利文献1:jp 2011

140617 a
6.发明概述
7.本发明的一个目的是提供一种这样的包封材料:即使在已经将布置为填充在基材和半导体芯片之间的间隙的包封材料在较低温度加热成型较短时间之后形成了包封剂,该包封材料也降低产生孔隙的可能性。
8.本发明的另一个目的是提供由所述包封材料制成的层压片材、所述包封材料的固化产物、包括由所述固化产物制成的包封剂的半导体装置和用于制作这样的半导体装置的方法。
9.根据本发明的一个方面的包封材料用于填充在基材与接合到基材上的半导体芯片之间的间隙。包封材料的反应开始温度为160℃以下。当将包封材料加热到在100℃至170℃范围内的至少一个温度时,从包封材料挥发的组分的总含量为整个包封材料的0.5质量%以下。
10.根据本发明的另一个方面的层压片材包括上述包封材料和将包封材料支撑于其上的支撑片。
11.根据本发明的再一个方面的固化产物通过将上述包封材料热固化得到。
12.根据本发明的又一个方面的半导体装置包括:基材;面朝下接合到基材上的半导体芯片;和填充在基材和半导体芯片之间的间隙的包封剂。包封剂由上述包封材料制成。
13.根据本发明的又一个方面的用于制作半导体装置的方法包括:提供包括凸块电极的半导体芯片,其中所述包封材料介于凸块电极和基材的具有导体线路的表面之间,从而使得导体线路朝向凸块电极;以及通过在加热包封材料的同时向包封材料施加超声振动将包封材料固化并且将导体线路和凸块电极电连接到一起。
14.附图简述
15.图1a是示出根据本发明的一个示例性实施方案的半导体装置的示意横截面图;
16.图1b是示出根据本发明的另一个示例性实施方案的半导体装置的示意横截面图;
17.图2是示出根据本发明的一个示例性实施方案的层压片材的示意横截面图;以及
18.图3a

3d是示出根据本发明的一个示例性实施方案将半导体芯片接合到基材上的各个过程步骤的示意横截面图。
19.实施方案描述
20.1.概要
21.首先,将会说明本发明人如何获得了本发明的基本构思。
22.当用含有树脂组合物的包封材料填充在基材和半导体芯片之间的间隙时,作为用于将为基材设置的导体线路与为半导体芯片设置的焊料电极电连接的方法,已知的方法是其中在加热焊料电极的同时向焊料电极施加超声振动的方法。在该情况下,与仅通过加热将导体线路和焊料电极连接到一起的情形相比,可以在较低温度并且以较短时间将导体线路和焊料电极电连接到一起。在该情况下,可以通过在将半导体芯片接合到基材上后使包封材料固化来形成用于填充在基材和半导体芯片之间的间隙的包封剂。
23.然而,在较低温度以及较短时间进行的这种工艺通常使得难以在成型过程期间移除在包封材料中产生的气泡,这是已知工艺的一个问题。结果,如果包封材料中残留有孔隙,则被制作为包括由这种包封材料制成的包封剂的半导体装置通常将会导致其自身中的导通故障,这是已知工艺的另一个问题。
24.另外,根据jp 2011

140617 a中公开的方法,将包封材料和凸块电极加热到约180至280℃的较高温度以使凸块电极中的焊料熔化。因此,当通过将包封材料加热、成型、然后固化而形成包封剂时,由于组分从包封材料挥发,所以包封剂中通常残留有孔隙。
25.因此,本发明人进行了深入细致的研发以提供这样一种包封材料:即使在通过例如在约130℃至约150℃的较低温度进行加热处理约0.5s至约2.0s的短时间,所述包封材料也降低在其中产生孔隙或者使孔隙残留在包封剂中的可能性,由此完成了本发明。注意,上述加热处理的温度和持续时间仅是示例,并且不应被解释为限制性的。
26.接下来,将描述根据一个示例性实施方案的包封材料4。包封材料4用于填充在基材2与待接合到基材2上的半导体芯片3之间的间隙。包封材料4的反应开始温度为160℃以下。如果将包封材料4加热到在100℃至170℃范围内的至少一个温度,则从包封材料4挥发的组分的总含量为整个包封材料4的0.5质量%以下。根据本实施方案,包封材料4的反应开始温度等于或低于160℃。这使得甚至在较低温度也能够容易地由包封材料4成型包封剂。另外,当加热到在100℃至170℃范围内的至少一个温度时,从包封材料4挥发的组分的总含量为整个包封材料4的0.5质量%以下。这降低了在通过加热对包封材料4进行成型时产生气泡的可能性。因此,即使在已经在较低温度并且以较短时间对根据本实施方案的包封材料4进行成型后形成包封剂,该包封剂中也难以残留有孔隙。之后将在“2.详细内容”部分中详细描述反应开始温度。
27.即使在已经在较低温度并且以较短时间对布置在基材2和半导体芯片3之间的间隙中的包封材料4进行加热并成型后形成包封剂41,使用根据本实施方案的包封材料也减低了产生孔隙的可能性。
28.另外,根据本实施方案,还提供了由所述包封材料制成的层压片材、所述包封材料的固化产物以及包括由所述固化产物制成的包封剂的半导体装置。
29.注意,由于加热包封材料4而挥发的组分和产生的孔隙可通过调整如之后将会详细描述的包封材料4的各构成组分的组成来控制。
30.2.详细内容
31.接下来,将描述根据本实施方案的包封材料4。如本文中使用的,“(甲基)丙烯酸
‑”
是“丙烯酸
‑”
和“甲基丙烯酸
‑”
的总称。例如,(甲基)丙烯酰基是丙烯酰基和甲基丙烯酰基的总称。
32.如上所述,包封材料4的反应开始温度为160℃以下。如果反应开始温度等于或低于160℃,则包封材料4甚至在较低温度也可以容易地成型。当用于填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙的包封剂41由包封材料4形成时,这使得甚至在不加热到180℃以上的高温的情况下也能够对包封材料4进行成型。
33.在本实施方案中,反应开始温度由熔体粘度曲线得到,该熔体粘度曲线示出了在随包封材料4温度升高测量熔体粘度的情形中温度和熔体粘度之间的关系。具体地,反应开始温度在本文中是指熔体粘度曲线中熔体粘度开始升高的温度。例如,随着温度升高,包封材料4在一定温度范围内熔化并且具有降低的粘度。使包封材料4中的组分在熔体粘度开始升高的温度开始反应也导致熔体粘度开始升高。反应开始温度根据包封材料4的化学组成而变化,并且可通过适当调节包封材料4中的组分来控制。在本实施方案中,例如,反应开始温度在本文中是指比在包封材料4的熔体粘度曲线中对应于最低熔体粘度的温度高的温度,并且是在比最低熔体粘度高50pa
·
s的粘度的温度。如本文中使用的,“最低熔体粘度”是指在熔体粘度曲线中具有最小值的粘度。具体地,可以通过以下方法得到熔体粘度、最低熔体粘度和反应开始温度。
34.首先,使用流变仪在包括100℃至300℃的温度范围、60℃/min的升温速率和0.209rad/s的角速度的条件下测量包封材料4的熔体粘度的温度依赖性。以此方式,得到包封材料4的熔体粘度曲线。作为在该测量中使用的流变仪,例如,可以使用由ta instruments,inc.制造的型号ar2000ex的流变仪。从由此得到的熔体粘度曲线检测最低熔体粘度和与从最低熔体粘度已经升高50pa
·
s的熔体粘度对应的温度,这使得能够得到包封材料4的反应开始温度。
35.包封材料4的反应开始温度更优选在130℃至160℃的范围内,并且甚至更优选在140℃至150℃的范围内。
36.此外,如上所述,如果将包封材料4加热到在100℃至170℃范围内的至少一个温度,则从包封材料4挥发的组分的总含量为整个包封材料4的0.5质量%以下。因此,这降低了在对包封材料4进行加热和成型的同时在包封材料4中由于挥发性组分引起的产生气泡的可能性。
37.在此情况下,可以说“相对于总体包封材料4的从包封材料4挥发的组分的总含量”等同于由加热造成的“包封材料4的重量减少率”。因此,“相对于总体包封材料4的从包封材料4挥发的组分的总含量”在下文中有时将会被称为“包封材料4的重量减少率”。
38.例如,包封材料4的重量减少率可以通过在实施例部分的“2.评价测试”中的“(1)包封材料4的重量减少率(挥发性组分的比率)的评价”中描述的方法计算。
39.为了测量重量减少率,例如,首先,在常温测量包封材料4的重量。之后,将包封材料4在空气气氛中在常压加热15分钟。接下来,将包封材料4置于干燥气氛中达30分钟以进行冷却,然后测量包封材料4的重量。基于尚未加热的包封材料4的重量和由此得到的加热后的包封材料的重量,按如下计算重量减少率:
40.重量减少率(%)=[(加热前的重量)

(加热后的重量)]/(加热前的重量)
×
100。
[0041]
包封材料4的重量减少率更优选地等于或小于0.5质量%,并且甚至更优选等于或小于0.3质量%。特别地,至少如果包封材料4的加热温度为170℃,则包封材料4的重量减少率优选地等于或小于0.5质量%,更优选等于或小于0.4质量%,并且甚至更优选等于或小于0.3质量%。
[0042]
包封材料4在反应开始温度的熔体粘度优选地等于或小于350pa
·
s。如果在反应开始温度的熔体粘度等于或小于350pa
·
s,则即使在形成包封剂41时包封材料4的加热温度较低(例如,在130℃至160℃的范围内),也可以在成型期间容易地提高包封材料4的流动性。因此,即使包封材料4中含有孔隙比如气泡,也可以将孔隙容易地从包封材料4中移除。注意,如上所述,包封材料4的反应开始温度是通过在特定条件下的熔体粘度测量得到的测量值,并且与包封材料4的反应实际开始的温度不同。包封材料4的固化反应甚至可以在低于反应开始温度的温度进行。因此,在形成包封剂41时将加热温度设定在反应开始温度附近可以使得即使加热温度低于反应开始温度,包封材料4的固化反应也能够进行。
[0043]
包封材料4的最低熔体粘度优选地等于或小于300pa
·
s。在该情况下,当包封剂41由包封材料4形成时,在对包封材料进行加热和成型时,可以进一步提高包封材料4的流动性。因此,即使例如在包封材料4中产生了气泡,也可以更容易地移除气泡。这进一步降低了在包封剂41中产生孔隙的可能性。
[0044]
为了由包封材料4形成包封剂41,例如在包封材料4插入在基材2和半导体芯片3之间的间隙中的状态下,包封材料4被加热并且进行超声振动(参见图3a和3b)。通过加热熔化包封材料并且使其流动,并且通过超声振动将基材2的导体线路21与半导体芯片3的凸块电极31结合(参见图3c和3d)。然后,将包封材料4进一步加热并且由此固化而形成包封剂41(参见图1)。在此情况下,如上所述,以此方式将包封材料4加热并固化可以降低在包封剂41中产生孔隙的可能性。因此,即使在加热包封材料4并且通过超声振动将半导体芯片3的凸块电极31与基材2的导体线路21结合时,这也降低了在将半导体芯片3倒装接合到基材2上时在包封剂41中产生孔隙的可能性。
[0045]
如可以看到的,包封材料4可以适宜地用作用于形成填充在包括导体线路21的基材2和包括凸块电极31的半导体芯片3之间的间隙的包封剂41的材料,特别是在通过在加热包封材料4的同时向包封材料4施加超声振动以将包封材料4熔融并且将导体线路21和凸块电极31电连接到一起时。
[0046]
包封材料4的上述熔体粘度行为和重量减少率可以通过适当地选择包封材料4中包含的组分以及适当地调整包封材料4中包含的组分的含量来实现。将描述用于实现这样的熔体粘度行为和这样的重量减少率的包封材料4的一种优选组成。
[0047]
包封材料4优选地含有丙烯酸类化合物(a)、含有具有可自由基聚合的取代基(b1)的聚苯醚树脂(b)、热自由基聚合引发剂(c)和无机填充剂(d)。含有这些组分的包封材料4进一步减少了在包封材料4的固化产物中的残留孔隙的数量。另外,这也降低了由包封材料
4的固化产物形成的包封剂41从基材2剥离的可能性。因此,用该包封材料4的固化产物填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙将会提高半导体装置1的可靠度。此外,含有聚苯醚树脂(b)等的包封材料4有利于调节包封材料4的熔体粘度,使得包封材料4可以具有低熔体粘度。此外,聚苯醚树脂(b)包含具有可自由基聚合的取代基(b1)。因此,当将包封材料4热固化时,聚苯醚树脂(b)和丙烯酸类化合物(a)的聚合形成大分子。也就是说,将聚苯醚树脂(b)掺入到大分子的骨架中。这使得包封材料4的固化产物能够具有出色的耐热性和耐湿性。
[0048]
在本实施方案中,丙烯酸类化合物(a)在本文中是指具有(甲基)丙烯酰基的化合物。也就是说,丙烯酸类化合物(a)是具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基中的至少一种的化合物。丙烯酸类化合物(a)可以含有单体或低聚物中的至少一种。
[0049]
丙烯酸类化合物(a)在130℃至170℃范围内的温度的重量减少率优选为0.5%以下。如果丙烯酸类化合物(a)的重量减少率为0.5%以下,则可以容易地制备包封材料4,使得包封材料4的重量减少率将会是0.5%以下。丙烯酸类化合物(a)的重量减少率例如可以通过以下方法计算。使用热重分析仪比如由seiko instruments inc.制造的型号tg/dta7300将包封材料4在空气气氛中以5℃/min的升温速率从25℃加热到300℃,并且测量随温度的重量变化。从由此得到的示出温度和重量变化之间的关系的图读出在加热前的温度(25℃)的重量和在170℃的重量。重量减少率可以基于重量变化前后的重量差来计算。
[0050]
丙烯酸类化合物(a)在25℃的粘度优选地在200mpa
·
s至2000mpa
·
s的范围内。如果丙烯酸类化合物(a)的粘度在此范围内,则包封材料4的干燥产物可以容易地形成,因此可以适宜地用作用于由包封材料4形成包封剂41的材料。丙烯酸类化合物(a)的粘度可以基于使用合适的粘度计比如由toki sangyo co.,ltd.制造的b型粘度计(型号tvb

10)在包括25
°
的温度的条件下的测量结果得到。
[0051]
将更详细地描述丙烯酸类化合物(a)可以含有的优选组分。
[0052]
例如,丙烯酸类化合物(a)包括每分子具有两个以上(甲基)丙烯酰基的化合物。在此情况下,丙烯酸类化合物(a)可以赋予包封剂41耐热性。丙烯酸类化合物(a)更优选地含有每分子具有二至六个(甲基)丙烯酰基的化合物,并且甚至更优选地含有每分子具有两个(甲基)丙烯酰基的化合物。
[0053]
丙烯酸类化合物(a)优选地含有二(甲基)丙烯酸酯,其具有其中将氧化烯加入到双酚骨架中的结构。也就是说,丙烯酸类化合物(a)优选地含有具有由以下式(i)表示的结构的化合物。这样的化合物在下文中也将会被称为“丙烯酸类化合物(a1)”。
[0054][0055]
在式(i)中,r1和r2各自独立地为氢或甲基,r3为氢、甲基或乙基,r4为连接两个芳
基的二价有机基团,并且m和n中的每一个都优选为在0至20范围内的值,并且m n的平均值优选为在2至30范围内的值。r4的实例包括二烷基亚甲基,比如二甲基亚甲基。m n的上限和下限不限于任何特定值,但是例如,m n的下限可以是2,并且例如,m n的上限可以是30。
[0056]
如果丙烯酸类化合物(a)含有丙烯酸类化合物(a1),则可以进一步降低包封材料4的重量减少率。另外,因为丙烯酸类化合物(a1)如式(i)所示具有两个苯环,所以可以赋予包封材料4高耐热性。
[0057]
例如,丙烯酸类化合物(a1)包括由以下式(ii)表示的化合物(在下文中也被称为“丙烯酸类化合物(a11)”)或由以下式(iii)表示的化合物(在下文中也被称为“丙烯酸类化合物(a12)”)中的至少一种:
[0058][0059]
在式(ii)中,r3为氢、甲基或乙基,并且r4是连接两个芳基的二价有机基团。在此情况下,优选的是m和n中的每一个都是在0至20范围内的值,并且m n的平均值是在2至30的范围内的值。r4的实例包括二烷基亚甲基,比如二甲基亚甲基。m n的上限和下限不限于任何特定值,但是例如,m n的下限可以是2,并且例如,m n的上限可以是30。丙烯酸类化合物(a11)是当式(i)中的r1和r2均为氢原子时得到的化合物。
[0060][0061]
在式(iii)中,r3为氢、甲基或乙基,并且r4是连接两个芳基的二价有机基团。在此情况下,优选的是m和n中的每一个都是在0至20范围内的值,并且m n的平均值是在2至30的范围内的值。r4的实例包括二烷基亚甲基,比如二甲基亚甲基。m n的上限和下限不限于任何特定值,但是例如,m n的下限可以是2,并且例如,m n的上限可以是30。丙烯酸类化合物(a12)是当式(i)中的r1和r2均为甲基时得到的化合物。
[0062]
丙烯酸类化合物(a)更优选地含有丙烯酸类化合物(a12)。在该情况下,可以特别显著地降低包封材料4的重量减少率。这进一步降低了在由包封材料4形成的包封剂41中产生孔隙的可能性。
[0063]
丙烯酸类化合物(a1)的更具体的实例包括:eo改性的双酚a型二(甲基)丙烯酸酯
(其中m n=2.3至30),比如aronix m

210和m

211b(由toagosei co.,ltd.制造),和abe

300、a

bpe

4、a

bpe

6、a

bpe

10、a

bpe

20、a

bpe

30、bpe

100、bpe

200、bpe

500、bpe

900和bpe

1300n(由shin nakamura chemical co.,ltd.制造);以及eo改性的双酚f型二(甲基)丙烯酸酯,比如aronix m

208(由toagosei co.,ltd.制造)。
[0064]
如果丙烯酸类化合物(a)含有丙烯酸类化合物(a1),则相对于丙烯酸类化合物(a)总质量的丙烯酸类化合物(a1)的含量优选地在60质量%至100质量%的范围内。这有利于进一步降低包封材料4的反应开始温度。另外,在此情况下,包封材料4的重量减少率在100℃至170℃范围内的温度可以容易地为0.5%以下。特别地,如果丙烯酸类化合物(a)含有丙烯酸类化合物(a12),则丙烯酸类化合物(a12)相对于丙烯酸类化合物(a)总质量的含量优选地在60质量%至100质量%的范围内。这特别显著地降低了在由包封材料4形成的包封剂41中产生孔隙的可能性。如本文中使用的,“整个丙烯酸类化合物(a)”意指在包封材料4中作为丙烯酸类化合物(a)含有的组分的总含量。
[0065]
丙烯酸类化合物(a)可以包含每分子具有两个(甲基)丙烯酰基并且不同于上述丙烯酸类化合物(a1)的化合物(其在下文中也将会被称为“丙烯酸类化合物(a2)”)。
[0066]
丙烯酸类化合物(a2)可以包括具有交联的多环结构的(甲基)丙烯酸酯(在下文中也被称为“丙烯酸类化合物(a21)”)。具体地,丙烯酸类化合物(a21)的实例包括:由下式(iv)表示的化合物(在下文中也被称为“丙烯酸类化合物(a211)”)和由下式(v)表示的化合物(在下文中也被称为“丙烯酸类化合物(a212)”)。如果包封材料4含有丙烯酸类化合物(a211)或丙烯酸类化合物(a212)中的至少一种,则这有助于进一步降低包封材料4的粘度。另外,在该情况下,可以进一步提高包封剂41的耐热性。
[0067][0068]
在式(iv)中,r5和r6各自独立地为氢原子或甲基,a为1或2,并且b为0或1。
[0069][0070]
在式(v)中,r7和r8各自独立地为氢原子或甲基,x为氢原子、甲基、羟甲基、氨基或(甲基)丙烯酰氧甲基,并且c为0或1。
[0071]
丙烯酸类化合物(a21)的具体实例包括:具有二环戊二烯骨架并且由其中a为1且b为0的式(iv)表示的(甲基)丙烯酸酯;具有全氢

1,4∶5,8

二甲桥萘骨架并且由其中c为1的式(v)表示的(甲基)丙烯酸酯;具有降冰片烷骨架并且由其中c为0的式(v)表示的(甲基)丙烯酸酯;由其中r5和r6为氢原子、a=1且b=0的式(iv)表示的二丙烯酸二环戊二烯基酯(三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯);由其中x为丙烯酰氧甲基、r7和r8为氢原子且c为1的式(v)表示
的全氢

1,4∶5,8

二甲桥萘

2,3,7

三羟甲基三丙烯酸酯;由其中x、r7和r8为氢原子且c为0的式(v)表示的降冰片烷二羟甲基二丙烯酸酯;以及由其中x、r7和r8为氢原子且c为1的式(v)表示的全氢

1,4∶5,8

二甲桥萘

2,3

二羟甲基二丙烯酸酯。特别地,丙烯酸类化合物(a21)优选地含有二环戊二烯基二丙烯酸酯或降冰片烷二羟甲基二丙烯酸酯中的至少一种。
[0072]
丙烯酸类化合物(a2)的更具体的实例包括:乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4

丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6

己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9

壬二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3

丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、二聚体二醇二(甲基)丙烯酸酯、二羟甲基三环癸烷二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、三甘醇二(甲基)丙烯酸酯、四甘醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸锌、环己二醇二(甲基)丙烯酸酯、环己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、环己烷二乙醇二(甲基)丙烯酸酯、环己烷二烷基醇二(甲基)丙烯酸酯和二甲醇三环癸烷二(甲基)丙烯酸酯。
[0073]
丙烯酸类化合物(a2)相对于丙烯酸类化合物(a)总质量的含量优选地在0质量%至40质量%的范围内。这使得能够容易地调整包封材料4的重量减少率和熔体粘度,并且当包封剂41由包封材料4形成时,进一步降低在包封剂41中产生孔隙的可能性。丙烯酸类化合物(a2)相对于丙烯酸类化合物(a)总质量的含量更优选地在10质量%至30质量%的范围内,并且甚至更优选地在15质量%至25质量%的范围内。
[0074]
丙烯酸类化合物(a)可以含有例如:1mol双酚a、双酚f或双酚ad与2mol丙烯酸缩水甘油酯的反应产物,和1mol双酚a、双酚f或双酚ad与2mol甲基丙烯酸缩水甘油酯的反应产物。具体地,丙烯酸类化合物(a)可以包括例如:po改性的双酚a型二(甲基)丙烯酸酯(其中n=2至20),比如denacol acrylate da

250(由nagase chemtex corporation生产)和viscoat 540(由osaka organic chemical industry ltd.生产),以及po改性的邻苯二甲酸二丙烯酸酯,比如denacol acrylate da

721(由nagase chemtex corporation生产)。
[0075]
还优选的是丙烯酸类化合物(a)还含有环氧(甲基)丙烯酸酯。也就是说,丙烯酸类化合物(a)优选地含有环氧(甲基)丙烯酸酯。在此情况下,特别是在丙烯酸类化合物(a)含有环氧基时,可以提高包封材料4的反应性,并且可以提高包封剂41的耐热性和粘合性。如本文中使用的,“环氧(甲基)丙烯酸酯”是指在一个分子中具有至少一个环氧基和至少两个(甲基)丙烯酰基的化合物。另外,环氧(甲基)丙烯酸酯是上述丙烯酸类化合物(a1)和丙烯酸类化合物(a2)中均不包括的化合物。
[0076]
环氧(甲基)丙烯酸酯是作为例如环氧树脂与不饱和一元酸比如丙烯酸或甲基丙烯酸的加成反应产物的低聚物。
[0077]
作为环氧(甲基)丙烯酸酯的原料的环氧树脂包括二缩水甘油基化合物(双酚型环氧树脂),其通过作为典型的双酚比如双酚a和双酚f的双酚与表卤代醇的缩合得到。环氧树脂可以包括具有苯酚骨架的环氧树脂。具有苯酚骨架的环氧树脂可以是例如多价缩水甘油醚(苯酚

酚醛清漆型环氧树脂或甲酚

酚醛清漆型环氧树脂),其通过酚醛清漆与表卤代醇的缩合得到,所述酚醛清漆是苯酚或甲酚与醛比如福尔马林的缩合产物。环氧树脂可以包括具有环己基环的环氧树脂。
[0078]
环氧(甲基)丙烯酸酯优选地含有例如双酚a型环氧丙烯酸酯,其在25℃是固体或粘度为10pa
·
s以上的液体。双酚a型环氧丙烯酸酯例如由以下式(vi)表示:
[0079][0080]
在式(vi)中,n表示正整数。
[0081]
可商购获得的双酚a型环氧丙烯酸酯的实例是:denacol acrylate da

250(由nagase chemtex corporation生产;在25℃为60pa
·
s)、denacol acrylate da

721(由nagase chemtex corporation生产;在25℃为100pa
·
s)、ripoxy vr

60(由showa high polymer co.,ltd.生产;在常温为固体)和ripoxy vr

77(由showa high polymer co.,ltd.生产;在25℃为100pa
·
s)。
[0082]
环氧(甲基)丙烯酸酯相对于丙烯酸类化合物(a)总质量的含量优选地例如在5质量%至15质量%的范围内。在该情况下,可以进一步提高基材2和包封剂41之间的粘合性。环氧(甲基)丙烯酸酯相对于丙烯酸类化合物(a)总质量的含量更优选地在7质量%至10质量%的范围内。
[0083]
如果丙烯酸类化合物(a)包括具有三个以上(甲基)丙烯酰基的化合物,则具有三个以上(甲基)丙烯酰基的化合物的实例包括:季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇五丙烯酸酯、乙氧基化(3)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化(6)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化(9)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化(6)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化(3)甘油基三丙烯酸酯、高度丙氧基化(55)甘油基三丙烯酸酯、乙氧基化(15)三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、四甘醇二丙烯酸酯、二羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、五丙烯酸酯、1,3

金刚烷二醇二甲基丙烯酸酯、1,3

金刚烷二醇二丙烯酸酯、1,3

金刚烷二甲醇二甲基丙烯酸酯和1,3

金刚烷二甲醇二丙烯酸酯。
[0084]
还优选的是丙烯酸类化合物(a)还含有具有芴骨架的(甲基)丙烯酸酯。这将会有助于进一步提高包封材料4的耐热性。具有芴骨架的(甲基)丙烯酸酯包括选自由以下各项组成的组中的至少一种化合物:双苯氧基乙醇芴、4,4
′‑
(9

亚芴基)二苯酚、双甲酚芴和双苯胺芴。
[0085]
除了上述组分以外,丙烯酸类化合物(a)还可以含有多种乙烯基单体中的任一种。例如,丙烯酸类化合物(a)可以含有单官能乙烯基单体。
[0086]
丙烯酸类化合物(a)相对于包封材料4总固体含量的含量例如在10质量%至30质量%的范围内。注意,相对于包封材料4总固体含量的丙烯酸类化合物(a)的含量不是必需在此范围内。
[0087]
将描述聚苯醚树脂(b)。如上所述,聚苯醚树脂(b)在其末端具有可自由基聚合的取代基(b1)。聚苯醚树脂(b)具有例如聚苯醚链(b2)和与聚苯醚链(b2)的端部结合的取代基(b1)。
[0088]
取代基(b1)可以无限制地具有任何结构,只要取代基(b1)是可自由基聚合即可。取代基(b1)的实例包括具有碳

碳双键的基团。
[0089]
取代基(b1)优选为具有碳

碳双键的基团。在此情况下,使取代基(b1)与丙烯酸类化合物(a)反应导致聚苯醚树脂(b)被掺入到大分子的骨架中。结果,包封材料4的固化产物具有出色的耐热性和耐湿性。
[0090]
聚苯醚树脂(b)的重量减少率例如为0.5%以下。因此,聚苯醚树脂(b)具有出色的耐热性。因此,聚苯醚树脂(b)可以降低当加热包封材料4时在包封剂41中产生孔隙的可能性。聚苯醚树脂(b)的重量减少率可以通过与应用于丙烯酸类化合物(a)的方法相同的方法测量。
[0091]
取代基(b1)可以具有例如由以下式(1)表示的结构或由以下式(2)表示的结构:
[0092][0093]
在式(1)中,r为氢或烷基。如果r为烷基,则烷基优选为甲基。
[0094][0095]
在式(2)中,n为在0至10范围内的整数,并且例如n=1。在式(2)中,z为亚芳基,并且r1至r3各自独立地为氢或烷基。如果在式(2)中n为0,则z直接与聚苯醚树脂(c)中的聚苯醚链(c1)的端部结合。
[0096]
特别地,取代基(b1)优选地具有由式(1)表示的结构。
[0097]
聚苯醚树脂(b)可以含有例如具有由以下式(3)表示的结构的化合物:
[0098][0099]
在式(3)中,y为具有1至3个碳原子的亚烷基或直接键。例如,y可以是二甲基亚甲基。在式(3)中,x为取代基(b1),并且可以是例如具有由式(1)表示的结构的基团或具有由式(2)表示的结构的基团。特别推荐的是x为具有由式(1)表示的结构的基团。在式(3)中,s为等于或大于零的数,t为等于或大于零的数,并且s与t的和为等于或大于一的数。在式(3)中,s优选为在0至20范围内的数,t优选为在0至20范围内的数,并且s与t的和优选为在1至30范围内的数。
[0100]
相对于丙烯酸类化合物(a)、聚苯醚树脂(b)和之后描述的热塑性树脂的总量100质量份,聚苯醚树脂(b)的含量优选地在20质量%至80质量%的范围内。如果该含量为20质量%以上,则包封材料4的固化产物可以具有更高的耐热性。如果该含量为80质量%以下,则固化产物可以具有更高的柔性。该含量更优选地在25质量%至50质量%的范围内。
[0101]
除了丙烯酸类化合物(a)和聚苯醚树脂(b)以外,包封材料4还可以含有热固性化合物。这样的热固性化合物的实例包括引起与丙烯酸类化合物(a)的热固性反应的化合物。
这样的热固性化合物的具体实例包括双马来酰亚胺树脂。
[0102]
包封材料4可以含有弹性体。弹性体的实例包括异戊二烯聚合物的马来酸酐加成物。
[0103]
包封材料4可以含有热塑性树脂。优选的是热塑性树脂是在100℃至170℃范围内的温度几乎不挥发的组分。热塑性树脂的实例包括甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸正丁酯的共聚物。如果包封材料4含有热塑性树脂,则可以以提高的成型性将包封材料4成型为片状形状。相对于丙烯酸类化合物(a)、聚苯醚树脂(b)和热塑性树脂的总量100质量份,热塑性树脂的含量优选地在20质量%至80质量%的范围内。
[0104]
热自由基聚合引发剂(c)含有例如有机过氧化物。有机过氧化物的一分钟半衰期温度优选地在100℃至195℃的范围内,并且更优选地在120℃至180℃的范围内。在该情况下,在将包封材料4加热和固化的步骤的初始阶段,足够快地提高包封材料4的粘度而不损害凸块电极31和导体线路21之间的润湿性,从而减少了所产生的孔隙的数量。另外,足够快速地进行包封材料4的固化反应使得能够减少半导体芯片3和包封剂41之间的剥离。
[0105]
有机过氧化物的具体实例包括:叔丁基过氧化

单碳酸2

乙基己酯(一分钟半衰期温度为161.4℃)、过氧化苯甲酸叔丁酯(一分钟半衰期温度为166.8℃)、过氧化叔丁基枯基(一分钟半衰期温度为173.3℃)、过氧化二枯基(一分钟半衰期温度为175.2℃)、α,α
′‑
二(叔丁基过氧基)二异丙基苯(一分钟半衰期温度为175.4℃)、2,5

二甲基

2,5

二(叔丁基过氧基)己烷(一分钟半衰期温度为179.8℃)、过氧化二叔丁基(一分钟半衰期温度为185.9℃)和2,5

二甲基

2,5

双(叔丁基过氧基)己炔(一分钟半衰期温度为194.3℃)。
[0106]
相对于丙烯酸类化合物(a)和聚苯醚树脂(b)的总量100质量份,热自由基聚合引发剂(c)的含量优选地在0.25质量份至2.0质量份的范围内。这使得固化产物能够具有良好的物理性质。热自由基聚合引发剂(c)的含量更优选地在0.5质量份至1.5质量份的范围内。
[0107]
在本实施方案中,还推荐的是包封材料4还含有无机填充剂(d)。含有无机填充剂(d)的包封材料4进一步减少了当通过在加热包封材料4的同时对包封材料4施加超声振动来填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙时在包封剂41中产生的孔隙的数量。另外,这进一步降低了包封剂41从基材2或半导体芯片3剥离的可能性。除此之外,无机填充剂(d)使得能够控制由包封材料4的固化产物制成的包封剂41的热膨胀系数。此外,无机填充剂(d)提高了包封剂41的导热性,从而使得由半导体芯片3产生的热量能够通过包封剂41高效地耗散。
[0108]
无机填充剂(d)的实例可以含有选自由以下各项组成的组中的至少一种:二氧化硅粉末,比如熔融二氧化硅、合成二氧化硅和晶体二氧化硅;氧化物,比如铝和钛的氧化物;硅酸盐,比如滑石、煅烧粘土、未煅烧粘土、云母和玻璃;碳酸盐,比如碳酸钙、碳酸镁和水滑石;氢氧化物,比如氢氧化铝、氢氧化镁和氢氧化钙;硫酸盐或亚硫酸盐,比如硫酸钡、硫酸钙和亚硫酸钙;硼酸盐,比如硼酸锌、偏硼酸钡、硼酸铝、硼酸钙和硼酸钠;以及氮化物,比如氮化铝、氮化硼和氮化硅。熔融二氧化硅可以是熔融球形二氧化硅或熔融粉碎二氧化硅,无论哪种都是合适的。无机填充剂(d)特别优选地含有二氧化硅或氧化铝中的至少一种。
[0109]
无机填充剂(d)可以无限制地具有粉碎的、针状、鳞片状、球形或任何其他合适的形状。为了提高无机填充剂(d)在包封材料4中的分散性并且为了控制包封材料4的粘度,无机填充剂(d)优选地具有球形形状。
[0110]
无机填充剂(d)的平均粒度优选地比在基材2和安装到基材2上的半导体芯片3之间的间隙小。
[0111]
为了提高无机填充剂(d)在包封材料4和包封剂41中的填充密度并且为了控制包封材料4的粘度,无机填充剂(d)的平均粒度优选地在0.2μm至0.5μm的范围内,并且更优选地在0.2μm至0.4μm的范围内。注意,在本实施方案中,平均粒度是基于通过激光束衍射的粒度分布测量的结果计算的中值直径。
[0112]
为了控制包封材料4的粘度并且控制包封剂41的物理性质,无机填充剂(d)可以包含两种以上类型的具有相互不同的平均粒度的组分。
[0113]
相对于包封材料4的固体含量,无机填充剂(d)的含量可以例如在10质量%至90质量%的范围内。
[0114]
包封材料4可以含有熔剂。熔剂的实例包括有机酸。如果包封材料4含有有机酸,则有机酸的作用使得能够在回流过程期间从凸块电极31移除表面氧化物膜,由此确保在半导体芯片3和基材2之间的连接可靠性良好。有机酸可以包含选自由以下各项组成的组中的至少一种化合物:癸二酸、松香酸、戊二酸、琥珀酸、丙二酸、草酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、二甘醇酸、硫代二甘醇酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、丙烷三甲酸、柠檬酸、苯甲酸和酒石酸。相对于包封材料4的固体含量,有机酸的含量优选地在0.1质量%至20质量%的范围内,并且更优选地在0.1质量%至10质量%的范围内。
[0115]
包封材料4可以含有马来酸改性的聚丁二烯。含有马来酸改性的聚丁二烯的包封材料4特别显著地提高了包封剂41和基材2之间的粘合性。相对于丙烯酸类化合物(a),马来酸改性的聚丁二烯的含量优选地在10质量%至30质量%的范围内。
[0116]
包封材料4还可以含有适当的树脂的构成组分,比如环氧化合物和酚类化合物。环氧化合物的实例包括选自由以下各项组成的组中的至少一种组分:烷基酚

酚醛清漆型环氧树脂,比如苯酚

酚醛清漆型环氧树脂和甲酚

酚醛清漆型环氧树脂;萘酚

酚醛清漆型环氧树脂;具有亚苯基骨架、亚联苯基骨架或任何其他骨架的苯酚

芳烷基型环氧树脂;联苯

芳烷基型环氧树脂;具有亚苯基骨架、亚联苯基骨架或任何其他骨架的萘酚

芳烷基型环氧树脂;多官能环氧树脂,比如三苯酚甲烷型环氧树脂和烷基改性的三苯酚甲烷型环氧树脂;三苯基甲烷型环氧树脂;四苯酚乙烷型环氧树脂;二环戊二烯型环氧树脂;二苯乙烯型环氧树脂;双酚型环氧树脂,比如双酚a型环氧树脂和双酚f型环氧树脂;联苯型环氧树脂;萘型环氧树脂;脂环族环氧树脂;含溴环氧树脂,比如双酚a型含溴环氧树脂;通过多胺比如二氨基二苯基甲烷或异氰尿酸与表氯醇的反应得到的缩水甘油基

胺型环氧树脂;以及通过多元酸比如邻苯二甲酸或二聚酸与表氯醇的反应得到的缩水甘油酯型环氧树脂。酚类化合物的实例包括选自由以下各项组成的组中的至少一种组分:酚醛树脂,更具体地,酚醛清漆型树脂,比如苯酚

酚醛清漆树脂、甲酚

酚醛清漆树脂和萘酚

酚醛清漆树脂;二环戊二烯型苯酚

酚醛清漆树脂、二环戊二烯型萘酚

酚醛清漆树脂和其他二环戊二烯型酚醛树脂;萜烯改性的酚醛树脂;双酚型树脂,比如双酚a和双酚f;以及三嗪改性的酚醛清漆树脂。如果包封材料4含有环氧化合物,则包封材料4还可以含有促进环氧化合物的固化的固化促进剂。
[0117]
包封材料4可以含有自由基清除剂,只要不破坏本实施方案的优点即可。也就是说,包封材料4可以含有或可以不含有自由基清除剂。如果包封材料4含有自由基清除剂,则
甚至在加热包封材料4时在包封材料4中所产生的自由基也可以被自由基清除剂清除。这减缓了包封材料4中的热自由基反应的进行,由此抑制了在将包封材料4加热和熔化时的热自由基反应。这使得能够控制正在加热的包封材料4的反应性,由此使包封材料4的粘度可控。
[0118]
自由基清除剂的实例包括氮氧化物化合物和羰基硫化合物。含有氮氧化物化合物的包封材料4使得在通过加热将包封材料4熔化时能够适度减缓初始热自由基反应的进行。
[0119]
氮氧化物化合物的实例包括选自由以下各项组成的组中的至少一种组分:2,2,6,6

四甲基
‑1‑
哌啶氧自由基(tempo);4

乙酰胺基

2,2,6,6

四乙基哌啶
‑1‑
氧自由基;4

氨基

2,2,6,6

四甲基哌啶
‑1‑
氧自由基;4

羧基

2,2,6,6

四甲基哌啶
‑1‑
氧自由基;4

氧代

2,2,6,6

四甲基哌啶
‑1‑
氧自由基;4

甲基丙烯酰氧基

2,2,6,6

四甲基哌啶
‑1‑
氧自由基;和[[n,n
’‑
[金刚烷
‑2‑
亚基双(1,4

亚苯基)]双(叔丁基胺)]

n,n
’‑
二基双氧]自由基。相对于热自由基聚合引发剂(c),氮氧化物化合物的含量优选地在2.5质量%至20质量%的范围内。
[0120]
除了上述组分以外,包封材料4还可以含有添加剂,只要不损害本实施方案的优点即可。添加剂的实例包括硅烷偶联剂、消泡剂、流平剂、低应力试剂和颜料。
[0121]
包封材料4通过将上述各组分混配并且根据需要将所得混合物成型得到。例如,可以通过以下方法制备包封材料4。
[0122]
首先,将上述包封材料4的除无机填充剂(d)之外的所有组分同时或依次混配到一起以得到混合物。然后将该混合物搅拌和共混,同时根据需要进行加热或冷却处理。接下来,根据需要将无机填充剂(d)加入到混合物中。之后,将混合物再次搅拌和共混,同时根据需要进行加热或冷却处理。以此方式,可以得到包封材料4。为了搅拌混合物,例如,可以根据需要组合地使用分散机、行星式混合器、球磨机、三辊磨机、珠磨机和其他混合器。
[0123]
例如,可以将包封材料4成型为片状形状或糊状形状。推荐的是将包封材料4成型为片状形状。换言之,包封材料4优选地具有片状形状。包封材料4适合于制作半导体装置1的包封剂41(参见图1)。注意,包封材料4不一定具有这些形状中的一种。
[0124]
将参照图2详细描述片状形状的包封材料4(在下文中被称为“片材构件40”)和包括片材构件40的层压片材6。
[0125]
当形成片材构件40时,例如,首先,通过根据需要将溶剂加入到含有上述组分的混合物中来制备呈液相的组合物。溶剂的实例包括选自由以下各项组成的组中的至少一种组分:甲醇、乙醇、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、甲乙酮、丙酮、异丙基丙酮、甲苯和二甲苯。在此情况下,可以适当地设定加入的溶剂的含量。例如,相对于包封材料4的总固体含量,溶剂的含量可以在20质量%至80质量%的范围内。注意,当通过将液体组合物形成为片状形状来得到片材构件时,溶剂是可挥发的。
[0126]
另外,提供支撑片60。例如,支撑片60可以包括合适的聚对苯二甲酸乙二醇酯的塑料片61。任选地,支撑片60可以包括塑料片61和堆叠在塑料片61上的压敏粘合层62。压敏粘合层62是具有适当程度的压敏粘合力的层,并且可以用于将支撑片60紧固到合适的基底上。压敏粘合层62可以具有反应固化性。在该情况下,可以通过以下方式将支撑片60牢牢地紧固至适当的基底:在将支撑片60放置在基底上之后使压敏粘合层62固化。例如,压敏粘合层62可以由选自由以下各项组成的组中的至少一种组分制成:例如,丙烯酸树脂、合成橡胶、天然橡胶或聚酰亚胺树脂。
[0127]
将液体组合物涂布到支撑片60的一个表面上。如果支撑片60包括塑料片61和压敏粘合层62,则将液体组合物涂布到塑料片61的与压敏粘合层62相反的表面上。之后,通过加热在支撑片60上的液体组合物将液体组合物干燥或半固化。在此情况下,例如,优选地在包括60℃至120℃的加热温度和5至30分钟的加热时间的条件下加热液体组合物。这使得能够在支撑片60上形成片材构件40,并且能够得到包括片材构件40和用于将片材构件40支撑于其上的支撑片60的层压片材6。含有聚苯醚树脂(b)的包封材料4有利于将包封材料4成型为片状形状,由此使得特别容易制作片材构件40。
[0128]
例如,片材构件40的厚度可以在10μm至50μm的范围内。然而,这仅是一个示例,并且不应被解释为限制性的。备选地,片材构件40可以具有根据半导体装置1的包封剂41的厚度选择的任何其他合适的厚度。
[0129]
任选地,如图2所示,层压片材6还可以包括包覆片材构件40的保护膜64。用于保护膜64的材料没有特别限制。另外,如图2所示,如果支撑片60包括压敏粘合层62,则层压片材6还可以包括包覆压敏粘合层62的涂层片63。用于涂层片63的材料也没有特别限制。
[0130]
通过将包封材料4热固化得到包封材料4的固化产物。包封材料4的固化产物适宜地用作填充在基材2和安装到基材2上的半导体芯片3之间的间隙的包封剂41。将放置在基材2和半导体芯片3之间的间隙中的包封材料4加热并且对其进行超声振动。即使在通过将包封材料4成型和固化由包封材料4形成包封剂41时,这也降低了在包封剂41中产生孔隙的可能性。
[0131]
固化产物的玻璃化转变温度优选地等于或高于130℃。在该情况下,固化产物可以具有高耐热性,因此,包括由该固化产物制成的包封剂41的半导体装置1可以具有出色的耐热性可靠度。如果包封材料4含有聚苯醚树脂(b),则通过适当控制包封材料4的组成可容易地实现这样的玻璃化转变温度。
[0132]
包封材料4可有效地用作底部填充包封剂。可以通过以下方式制作半导体装置1:通过预施加底部填充用该包封材料4填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙。
[0133]
图1a示出了半导体装置1的一个实例。该半导体装置1包括基材2,面朝下接合到基材2上的半导体芯片3,和填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙的(底部填充)包封剂41。包封剂41是包封材料4的固化产物。半导体芯片3在其面向基材2的表面上包括凸块电极31。另一方面,基材2在其面向半导体芯片3的表面上具有导体线路21。凸块电极31和导体线路21彼此对齐并且通过焊料凸块32连接到一起。这些凸块电极31和导体线路21嵌入在包封剂41中。
[0134]
根据本实施方案的用于制作半导体装置1的方法包括提供具有导体线路21的基材2、包封材料4和具有凸块电极31的半导体芯片3。该方法还包括:提供具有凸块电极31的半导体芯片3,其中包封材料4介于凸块电极31和基材2的具有导体线路21的表面之间,使得导体线路21面向凸块电极31。该方法还包括在此状态下,在加热包封材料4的同时向包封材料4施加超声振动,以填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙并且将导体线路21电连接至凸块电极31。之后,通过进一步将包封材料4加热并且完全固化,而由包封材料4的固化产物形成包封剂41。以此方式,可以制作半导体装置1,其中用孔隙数量减少的包封剂41填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙。
[0135]
接下来,将参照图3a

3d更详细地描述一种用于制作半导体装置1的示例性方法。
[0136]
首先,提供基材2、半导体芯片3和包括包封材料4(片材构件40)的层压片材6。
[0137]
例如,基材2可以是母版、封装板或插层板(interposer board)。在本实施方案中,基材2包括由玻璃环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、陶瓷或任何其他合适的材料制成的绝缘衬底,和在其表面上形成的由导电体比如铜制成的导体线路21。
[0138]
半导体芯片3在包括:在包括已经通过适当方法比如光刻法形成的电路的硅晶片的一个表面上,与电路电连接的凸块电极31。在本实施方案中,半导体芯片3的凸块电极31包括焊料凸块32。备选地,不是凸块电极31而是基材2上的导体线路21可以包括焊料凸块32。仍备选地,凸块电极31和导体线路21中的每一种都可以包括焊料凸块32。换言之,半导体晶片的凸块电极31或基材2的导体线路21中的至少一种可以包括焊料凸块32。焊料凸块32适宜地由熔点为210℃以上的不含铅焊料比如sn

3.5ag(熔点为221℃)、sn

2.5ag

0.5cu

1bi(熔点为214℃)、sn

0.7cu(熔点为227℃)或sn

3ag

0.5cu(熔点为217℃)制成。
[0139]
半导体芯片3可以由已经从层压片材6和半导体晶片的堆叠体中切成适当尺寸的单个片材形成。具体地,可以按以下方式得到单个片材。例如,首先,可以将层压片材6的片材构件40叠置在半导体晶片的具有凸块电极31的表面上。在此工艺步骤中,在将保护膜64从层压片材6的片材构件40剥离后,将叠置在支撑片60顶上的片材构件40进一步叠置在半导体晶片的具有凸块电极31的表面上。接下来,通过在片材构件40仍附着至半导体晶片的情况下切割半导体晶片来将半导体晶片切成小块。在此情况下,例如,在将涂层片63从支撑片60的压敏粘合层62剥离后,可以将压敏粘合层62放置在基底上,然后根据需要使其固化。以此方式,在片材构件40叠置在支撑片60顶上的情况下将支撑片60固定在基底上。在此状态下,在片材构件40仍附着至半导体晶片的情况下切割半导体晶片。结果,得到多个构件(在下文中被称为“芯片构件”),每一个构件都包括从半导体晶片中切出的半导体芯片3和从片材构件40中切出的单个片材。然后,将每个芯片构件从其支撑片60移出。在每个芯片构件中,其半导体芯片3包括凸块电极31,并且单个片材叠置在半导体芯片3的具有凸块电极31的表面上。
[0140]
接下来,将半导体芯片3面朝下接合到基材2上,使片材构件40插入基材2和半导体芯片3之间。在本实施方案中,如图3a所示,使用包括接合头71和工作台72并且具有施加超声振动的能力的倒装芯片接合器70,按以下方式进行接合过程。注意,在本实施方案中,倒装芯片接合器70被配置成使得其接合头71能够施加超声振动。然而,这仅是一个示例,并且不应被解释为限制性的。备选地,倒装芯片接合器70可以具有任何其他构造,只要倒装芯片接合器70能够向导体线路21和凸块电极31施加超声振动即可。例如,工作台72可以具有施加超声振动的能力。倒装芯片接合器70的具体实例包括由panasonic corporation制造的fcb3。另外,在图3a

3d中以及在先前的描述中,包封材料4应预先设置在半导体芯片3上。然而,这仅是一个示例,并且不应被解释为限制性的。备选地,例如,在基材2被放置在工作台72上且半导体芯片3由接合头71保持的情况下,片材构件40可以插入基材2和半导体芯片3之间。在该情况下,例如,片材构件40可以通过将包封材料4涂布到基材2上而插入基材2和半导体芯片3之间。注意,在上述实施例中,包封材料应成形为片状形状(即,作为片材构件40)。然而,这仅是一个示例,并且不应被解释为限制性的。备选地,包封材料也可以成形为糊状形状。
[0141]
如图3a所示,具有导体线路21的基材2由工作台72支撑,并且半导体芯片3由接合
头71保持,使得半导体芯片3的凸块电极31面向支撑在工作台72上的基材2。另一方面,包封材料4安插在基材2和半导体芯片3之间。在此状态下,如图3b所示,使接合头71朝工作台72移动。这使得能够将半导体芯片3放置在基材2上的适当位置,并且片状构件40安插在它们之间。此时,将半导体芯片3与基材2对齐,以使得半导体芯片3的凸块电极31叠置在基材2的导体线路21上。
[0142]
在此状态下,在加热包封材料4、半导体芯片3和基材2的同时,通过接合头71和工作台72向包封材料4、半导体芯片3和基材2施加超声振动,从而加热焊料凸块32和包封材料4。可以根据焊料凸块32的组成和包封材料4的组成或包封材料4的反应开始温度适当地设定加热温度。加热包封材料4时的加热温度优选地等于或高于反应开始温度减30℃。在该情况下,将会显著地实现本实施方案的优点。加热温度更优选地等于或高于反应开始温度减30℃并且等于或低于反应开始温度加10℃,并且甚至更优选地在100℃至150℃的范围内。
[0143]
可以适当地设定施加超声振动的持续时间和振动的频率。例如,超声振动可以施加在0.1秒至5.0秒范围内的持续时间,并且振动的频率可以在10khz至80khz的范围内。
[0144]
任选地,当在加热包封材料4、半导体芯片3和基材2的同时,通过接合头71和工作台72向包封材料4、半导体芯片3和基材2施加超声振动时,可以通过接合头71将负载施加到在工作台72上的基材2、半导体芯片3和包封材料4上。例如,接合头71可以被配置成朝工作台72施加压力。这使得在包封材料4介于基材2和半导体芯片3之间的情况下能够通过将压接合头71压在半导体芯片3上施加负载。在此情况下可以适当地设定施加负载的条件。例如,所施加的负载可以在10n至200n的范围内。
[0145]
另外,通过在加热包封材料4和半导体芯片3的同时向包封材料4和半导体芯片3施加超声振动将半导体芯片3接合到基材2上所消耗的时间优选地在从加热开始0.5秒至5秒的范围内,并且更优选地在0.5秒至2.0秒的范围内。如果该时间在此范围内,则每个芯片的生产时间比例如已知的热压接合法所消耗的时间短,由此有助于提高生产效率。
[0146]
如可以看到的,在包封材料4安插在基材2和半导体芯片3之间的情况下加热焊料凸块32和包封材料4的同时,向焊料凸块32和包封材料4施加超声振动使焊料凸块32熔化,由此将凸块电极31和导体线路21电连接到一起。另外,如图3c所示,使包封材料4在一次熔化之后热固化使得能够形成包封剂41。以此方式,用包封剂41填充在半导体芯片3和基材2之间的间隙。
[0147]
之后,如图3d所示,将接合头71向上提升并且从半导体芯片3移走。
[0148]
以此方式将半导体芯片3接合到基材2上使得能够得到图1a所示的半导体装置1。可以看出,根据本实施方案,即使在将接合头71的温度设定为较低的温度时,仍可以用包封剂41填充在基材2和半导体芯片3之间的间隙。另外,在由此由包封材料4形成的包封剂41中,已经如上所述显著地减少了残留孔隙的数量。
[0149]
任选地,在如上所述制作了半导体装置1之后,可以再次使用相同的倒装芯片接合器70连续制作半导体装置1。在本实施方案中,如上所述,包封材料4的反应开始温度等于或低于160℃,表现出独特的粘度行为,并且在一定温度范围内具有低粘度。这有利于在接合过程时将加热温度设定为较低的温度,从而使得能够将接合头71的温度设定为较低的温度。这就是即使在需要通过反复地重复相同过程来连续制作多个半导体装置1时,也可以消除或显著减少用于冷却接合头71的时间的原因。这将提高半导体装置1的制造效率。
chemical co.,ltd.制造的产品号bpe

500n(在式(iii)中,r3为氢原子,r4为二甲基亚甲基,并且m n=10),重量减少率为0.25%;
[0160]
·
丙烯酸类化合物5:乙氧基化的双酚a二甲基丙烯酸酯,由shin nakamura chemical co.,ltd.制造的产品号bpe

1300n(在式(iii)中,r3为氢原子,r4为二甲基亚甲基,并且m n=30),重量减少率为0.30%;
[0161]
·
丙烯酸类化合物6:双酚a型环氧丙烯酸酯,由showa high polymer co.,ltd.制造的产品号vr

77,重量减少率为0.51%;
[0162]
·
丙烯酸类化合物7:三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯,由shin nakamura chemical co.,ltd.制造的产品号a

dcp,重量减少率为1.59%;
[0163]
·
丙烯酸类化合物8:三羟甲基丙烷三丙烯酸酯,由shin

nakamura chemical co.,ltd.制造的产品号a

tmpt,重量减少率为2.00%;
[0164]
·
聚苯醚树脂:改性聚苯醚树脂,由sabic制造的产品号sa9000,具有由式(3)表示的结构,其中x为具有由式(1)表示的结构的基团(r为甲基),并且重量减少率为0.36%;
[0165]
·
热自由基聚合引发剂:过氧化二枯基,由nof corporation制造的产品号percumyl d;
[0166]
·
无机填充剂1(填充剂):二氧化硅粉末,由tokuyama corporation制造的产品号nmh

24d,平均粒度为0.24μm;
[0167]
·
无机填充剂2(填充剂):二氧化硅粒子,由admatechs制造的产品号so

c2,平均粒度为0.5μm;
[0168]
·
改性聚丁二烯:马来酸改性的聚丁二烯,由cray valley co.,ltd.制造的产品名ricobond1756;
[0169]
·
热塑性树脂:甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸正丁酯的共聚物,由evonik japan制造的产品名dynacoll ac2740;
[0170]
·
硅烷偶联剂:3

缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷,由shin

etsu chemical co.,ltd.制造的产品号kbm

403;以及
[0171]
·
熔剂:癸二酸。
[0172]
2.评价测试
[0173]
对包封材料进行以下评价测试。这些评价测试的结果在表1中概述。
[0174]
(1)组合物的重量减少率(挥发性组分的比率)的评价
[0175]
(11)形成样品(片材构件的层压体)
[0176]
提供聚对苯二甲酸乙二醇酯膜作为支撑片。使用棒式涂布机用如关于部分1所描述制备的液体组合物涂布此支撑片,以形成湿膜厚度为100μm的膜。然后,在包括130℃和15分钟的条件下加热膜。以此方式,在支撑片上沉积厚度为50μm的包封材料(片材构件)。将多个片材构件彼此堆叠以得到200μm的总厚度,从而制作层压体。然后,将层压体从支撑片剥离。通过切割由此剥离的层压体,形成平面图中尺寸为50mm
×
50mm且厚度为200μm的样品。
[0177]
(1

2)测量方法
[0178]
首先,在室温(约25℃)测量样品的重量(在下文中被称为“干燥前的片材重量”)。之后,将样品装载到设定在163℃的干燥机中并且干燥15分钟。当经过15分钟时,将样品从干燥机取出,装载到干燥器中,并且冷却30分钟。当经过30分钟时,将样品从干燥器取出,并
且测量样品的重量(在下文中被称为“干燥后的样品重量”)。
[0179]
基于由此测得的重量,通过以下式(1)计算组合物在163℃的重量减少率(挥发性组分的比率):
[0180]
组合物的重量减少率(%)=[(干燥前的重量)

(干燥后的重量)]/(干燥前的重量)
×
100(1)
[0181]
另外,还以相同方式测量在130℃的重量减少率。代表实施例和比较例的各组合物在163℃和130℃测量的重量减少率在以下表1中概述。
[0182]
(2)熔体粘度的测量和反应开始温度的评价
[0183]
包封材料的各实施例和比较例使用由ta instruments inc.制造的流变仪(型号ar2000ex)在包括100

300℃的温度范围、60℃/min的升温速率和0.209rad/s的角速度的条件下测量它们的熔体粘度的温度依赖性。以此方式,得到熔体粘度曲线,其分别示出包封材料中相关一个的温度和熔体粘度之间的关系。各包封材料的反应开始温度通过以下方式得到:由其熔体粘度曲线读出最低熔体粘度,并且找到在熔体粘度比最低熔体粘度高50pa
·
s时的温度。最低熔体粘度、反应开始温度和在反应开始温度的熔体粘度值示出在表1的它们各自的预定栏中。
[0184]
(3)玻璃化转变温度的评价
[0185]
提供聚对苯二甲酸乙二醇酯的膜作为支撑片。使用棒式涂布机将如关于部分1所描述制备的液体树脂组合物的膜沉积在支撑片上以得到100μm的湿膜厚度,然后将其在包括80℃和30分钟的条件下加热。以此方式,在支撑片上形成厚度为50μm的片材构件。将多个片材构件彼此堆叠,用真空层压机压缩,通过在包括150℃和两小时的条件下用烘箱加热以进行固化,然后切割,从而制作平面图中尺寸为4mm
×
40mm且厚度为800μm的样品。使用由seiko instruments inc.制造的热机械分析仪(tma)(型号ss7100)在包括49mn的拉力和在30℃至300℃的温度范围内的5℃/min的温度程序的条件下测量该样品的玻璃化转变温度。
[0186]
(4)孔隙评价
[0187]
按以下方式使用包封材料制作半导体装置。
[0188]
提供由walts co.,ltd.制造的walts teg ip80(10mm
×
10mm
×
300μm)作为基材。
[0189]
提供由walts co.,ltd.制造的walts teg cc80(7.3mm
×
7.3mm
×
100μm)作为半导体晶片。半导体晶片包括1,048个凸块电极,每个凸块电极包括高度为30μm的cu柱和堆叠于其上的高度为15μm的焊料凸块,并且相邻焊料凸块之间的间距为80μm。
[0190]
提供聚对苯二甲酸乙二醇酯的膜作为支撑片。使用棒式涂布机将如部分1中所描述制备的液体组合物的膜沉积在支撑片上以得到100μm的湿膜厚度,然后将其在包括80℃和30分钟的条件下加热。以此方式,在支撑片上形成厚度为45至55μm的片材构件。
[0191]
将片材构件叠置在半导体晶片上,将组合件固定到切割框架上,并且在硅晶片仍附着至片材构件的情况下使用由disco corporation制造的切割锯(产品名:dfd6341)将片材构件切成小块,从而切出多个尺寸为7.3mm
×
7.3mm
×
100μm的芯片构件,其分别包括半导体芯片和具有包封材料的单个片材。
[0192]
作为具有施加超声振动的能力的倒装芯片接合器,使用由panasonic corporation制造的型号为fcb3的倒装芯片接合器。在加热倒装芯片接合器的工作台的情况下,将基材固定到工作台上。通过倒装芯片接合器的接合头保持芯片构件,并且将接合头
加热。在这样的状态下,使接合头更靠近工作台,并且在半导体芯片的凸块电极与在基材上的导体线路对齐的情况下将芯片构件的单个片材叠置在基材上。将工作台的温度设定为145℃并且将接合头的温度设定为115℃以使包封材料的加热温度为130℃。在此状态下,在将倒装芯片接合器压在半导体芯片上并且在半导体芯片上施加朝向基材的负载的情况下,施加超声振动。在如下条件下施加负载:从开始施加负载起,10n的负载将会施加0.1秒,在从开始施加负载起经过0.2秒的时间点,将会施加50n的负载,并且由从开始施加负载起经过0.2秒的时间点到从那时起经过1.0秒的时间点将会持续施加50n的负载。施加在从开始施加负载起经过0.5秒的时间点开始施加的超声振动,使得在从开始施加负载起经过0.6秒的时间点,输出将会达到3w,并且由从开始施加负载起经过0.6秒的时间点到从那时起经过1.0秒的时间点,其输出保持在3w。当从开始施加负载起经过1.0秒时,停止施加负载,并且从工作台移出接合头。
[0193]
之后,将安插在基材和半导体芯片之间的包封材料在150℃的温度加热一小时以使其完全固化,由此得到进行测试的半导体装置。使用扫描声学断层摄影装置(超声波探伤装置(scanning acoustic tomograph),sat)检查该半导体装置以查看半导体装置的包封剂中是否存在任何孔隙并且数出在7.3mm
×
7.3mm的范围内检测到的孔隙的数量。当未从包封剂检测到孔隙时,将进行测试的半导体装置评级为“a”。当从包封剂检测到一个至五个孔隙时,将进行测试的半导体装置评级为“b”。当从包封剂检测到超过五个孔隙时,将进行测试的半导体装置评级为“c”。
[0194]
(5)连接性的评价
[0195]
使用包封材料,通过与在(3)孔隙评价的情况中相同的方法来制作进行测试的半导体装置。按以下方式评价半导体装置的连接性。具体地,切割半导体装置,并且将其由此暴露的横截面抛光。测量在该横截面上暴露的经由焊料凸块的在半导体芯片的cu柱和基材的导体线路之间的间隙距离。当间隙距离被发现在小于5μm时,将进行测试的半导体装置评级为“a”。当间隙距离在5μm至小于10μm的范围内时,将进行测试的半导体装置评级为“b”。当间隙距离被发现等于或大于10μm时,将进行测试的半导体装置评级为“c”。
[0196]
(6)剥离性(粘合性)的评价
[0197]
使用包封材料,通过与在(3)孔隙评价的情况中相同的方法来制作进行测试的半导体装置。使用扫描声学断层摄影装置(sat)检查该半导体装置以查看在固化产物、半导体芯片和基材之间的界面处是否观察到任何剥离。当没有观察到剥离时,将进行测试的半导体装置评级为“a”。当观察到任何剥离时,将进行测试的半导体装置评级为“c”。
[0198]
[表1]
[0199][0200]
附图标记清单
[0201]
1 半导体装置
[0202]
2 基材
[0203]
21 导体线路
[0204]
3 半导体芯片
[0205]
31 凸块电极
[0206]
4 包封材料
[0207]
40 片材构件
[0208]
41 包封剂
[0209]
42 层压片材
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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