TW458998B - Liquid epoxy resin potting material - Google Patents

Description

A7 B7 經洚部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（1 ) 本發明技術領域 本發明係關於一種用於封裝半導體之液態環氧樹脂封 裝材料。 先前技藝 基於半導體封裝上之較低費用及較高集成度之趨勢， 所使用之封裝形式由習知之傳遞模型DIP(雙排直插式 包裝）至COB (板上晶片）、PPGA(塑膠梢柵陣列 )等而加以改變。液態封裝材料係用於封裝P P GA型半 導體，但相較於以陶瓷爲主之密封封裝型，其之可靠度並 不令人滿意，原因在於，例如，濕氣經由經封裝有機印刷 電路板滲透此外，不像傳遞模型D I P s，液態封裝材 料係在無壓力下流動及模製因而產生在熱應力下會導致裂 化之剩餘氣泡。再者，當液態封裝材料之線性膨脹係數與 半導體晶片或有機基板不同，則在加上熱應力時，在交接 面處會發生脫層，而此會促進濕氣之滲透》 本發明目的及槪論 爲解決先前技藝的問題進行廣泛硏究，發現到包含特 定環氧樹脂、芳族二胺及彈性體以及無機塡料之組成物可 提供在經加速測試，如P C T (加壓蒸煮器測試）或T / C (冷熱循環測試）等，具改良半導體可靠度之封裝材料， 因而產生本發明》 本發明提供之液態環氧樹脂封裝材料主要包含（A ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本页) 本紙張尺度適用中國囷家標率（CNS ) Α4说格（2丨0><297公釐） « ^ * 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 1 1 Η Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 液態環氧樹脂、（B )液態烷基化二胺二苯基甲烷' (C )環氧化聚丁二烯以及（D )無機塡料’其中各成份重量 比爲. (A)/〔（A) + (B)〕= 0- 65-0. 80 (C) /〔（A) + (B)〕= 0.01 -0.05 及 (D) /〔（A) + (B) + (C) + (D)〕= 0.50-0.80 此封裝材料可實質改良用有機印刷電路板之P p GA型半 導體之可靠度。 本發明詳細說明 本發明中，至少5 0重量％液態環氧樹脂成份在2 5 °C之黏度不超過8Pa · s。若至少50重量％環氧樹脂 成份非爲低黏度環氧樹脂，組成物黏度增加，則當使液態 封裝材料流動以封裝P P GA包裝時，會夾帶氣泡或無法 完全塡滿邊角，因而導致可靠度的降低。測量環氧樹脂黏 度之方法包括，若樣品在室溫爲液體時，則在2 5 UC下使 用E型黏度計（Toki Sangyo KK製造）測量，若樣品在室 溫爲固體時，則在1 5 0°C下使用錐形板黏度計測量。 只要滿足上述要求之環氧樹脂均可使用，並未特別限 制，而可使用之環氧樹脂例如雙酚A二縮水甘油醚型環氧 樹脂、雙酚F二縮水甘油醚型環氧樹脂、雙酚S二縮水甘 油醚型環氧樹脂、3，3·，5，5、四甲基一 4，4·— 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS) Α4规格（210X29?公釐） -5- --^-------------^------Μ I (請七閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 A7 __ B7五、發明説明（3 ) 二羥基聯苯二縮水甘油醚型環氧樹脂.1 ，6 -萘二酚二 縮水甘油醗型環氧樹脂、苯酚酚醛淸漆型環氧樹脂、甲酚 酚醛淸漆型環氧樹脂、溴化雙酚A二縮水甘油醚型環氧樹 脂、溴化甲酚酚醛淸漆型環氧樹脂等，其可單獨使用或混 合使用。 本發明所使用之液態烷基化二胺二苯基甲烷爲其中苯 環上之1 ，2或3個氫原子被如甲基、乙基等烷基取代者 ，若無此種具有4或更少碳原子之烷基則不好，因組成物 會有較高之黏度，則當使液態封裝材料流入包裝以封裝時 ，會夾帶氣泡或無法完全塡滿邊角，因而造成可靠度下降 〇 只要滿足上述要求之二胺二苯基甲烷均可使用*並未 特別限制，而可使用之二胺二苯基甲烷例如3 ，3 ’ 一二乙 基一 4 ，4，_二胺二苯基甲烷、3 ，3’，5 ，5’一四甲 基一4 ，4、二胺二苯基甲烷、3 ，3，，5 ，四乙 基一 4，4’一二胺二苯基甲烷等，其可單獨使用或混合使 用。 液態環氧樹脂（A )與液態烷基化二胺二苯基甲烷（ B)之混合重量比爲（A)/〔 （A) + (B)〕= 0.65-0.80。若（六）/〔（六）+ (8)〕的 比値超過0 · 8 0，將導致未反應環氧基增加’則熱阻（ 如玻璃態化溫度等）降低’及導致在冷熱循環測試中可靠 度的降低β另一方面，該比値低於〇 . 6 5亦不好’因爲 組成物之儲存壽命降低。 本紙張尺度適用中國國家梂率（CNS)A4規格（210Χ297公釐）·6· (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明U ) 本發明中環氧化聚丁二烯（c )具有數目平均分子量 爲1 ，000至5，000，該値低於1 ，000不好* 因爲撓曲效果降低’該値超過5，0 0 0亦不好•因爲黏 度增加及可加工性降低1^環氧基之量（接至主鏈之莫耳分 率％)爲3%至1 〇%，該莫耳分率低於3%不好，因爲 環氧化聚丁二烯將缺乏與液態環氧樹脂（A )之相容性， 該莫耳分率超過1 0%亦不好，因爲會造成環氧基與硬化 劑之交聯，及無法形成“海島Λ結構以降低應力，因而降 低撓曲效果。環氧化聚丁二烯（C )之重量比在（C ) / 〔（Α) + (Β) 〕=0.〇1-〇.〇5 之範圍內，則 可提供對抗熱應力之鬆弛效果，而此係發生於冷熱循環測 試。該比値低於0 . 0 1不好，因爲應力鬆弛之改良效果 小，該比値超過0 . 0 5亦不好，因爲將製得具有降低之 玻璃態化溫度之固化產品、組成物之黏度上升、相容性降 低*以及固化產品表面起膜（blooming)。 所使用之無機塡料（D)係包含熔凝矽石、結晶矽石 等•而通常爲球狀形式、破裂形式等，但是球狀形式塡料 最佳，因爲可倂入大量塡料以降低線性膨脹係數。無機塡 料（D)之混合重量比在（D)/〔（A) + (B) + ( C) + (D) 〕= 0 . 50 — 0 . 80之範圍內，該比値 低於0 . 5 0不好，因爲降低線性膨脹係數的效果小，該 比値超過0 . 8 0亦不好，因爲會增加組成物之黏度，因 而降低可加工性。通常小顆粒尺寸塡料會增加樹脂組成物 之黏度，因而造成流動的降低、氣泡的夾帶及不完全的塡 ---------^------訂------γ-- <請先閱讀t-面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 458998 A7 B7 經濟部中央棵準局貝工消费合作社印装 五、發明説明（5 ) 充。另一方面，大顆粒尺寸塡料會沉積，此將導致不均勻 的塡料分佈。不均勻的塡料分佈會使組成物的不同部分具 有不同的線性膨脹係數，且具有較低置塡料之上端處易裂 化。若最大顆粒尺寸大於金屬線間隔，則金屬線下方會發 生不完全塡充，及由於金屬線歪曲而造成短路問題。 爲解決上述問題所進行之硏究發現到，將（a )平均 顆粒尺寸0 . 1 — 3 · 0//m及最大顆粒尺寸不超過1〇 之球狀矽石，與（b)平均顆粒尺寸4 — 1 Oym及 最大顆粒尺寸不超過5 0 之球狀矽石在混合重量比（ a)/〔 （a)+(b) 〕=0.05-0.50下混合 ，則可在不損失流動特性下抑制沉積。任何滿足這些要求 之矽石均可使用，（a)及（b)可單獨使用或二至多種 類型混合使用。 用雷射式方法（Horiba LA—500)測量顆粒尺寸 分佈及平均顆粒尺寸，其中平均顆粒尺寸係根據中間値尺 寸。 本發明之液態封裝材料中，除了上述主要成分外，若 需要，可包含其他樹脂、用於促進反應之觸媒、稀釋劑、 顏料、偶合劑.流平劑、去沬劑等。液態封裝材料之製備 係使用三輥硏磨機將這些成份分散及硏磨，接著真空去沫 而得之。 本發明實例 現以下列實例明確描述本發明。 (請先Μ讀背面之注意ί項再填寫本頁) -4 本紙張尺度通用中國囷家橾率（CNS M4洗格（210X297公釐） ^8998 經濟部中央榡準局員工消费合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（6 ) 實例1 將下列成份用3輥硏磨機加以分散及硏磨以及加以真 空去沬以製得液態環氧樹脂封裝材料，用所得環氧樹脂封 裝材料封裝PPGA型包裝，接著在1 6 5°C爐一固化3 小時以製得半導體包裝。下列方法係用以評估在半導體晶 片及印刷基板間是否有脫層，以及是否有裂化和塡料沈積 ，結果示於表1。 *雙酚F型環氧樹脂：1 0 0重量份數（環氧基當量 161 ;在 25°C 黏度爲 1 . 5Pa · s) •3，3，一二乙基一 4，4·—二胺二苯基甲烷： 4 0重量份及 •環氧化聚丁二烯：6重量份數（數目平均分子量： 1800:環氧基當量250) •球狀溶凝矽石（1) : 340重量份數（平均顆粒 尺寸6 /zm ;最大顆粒尺寸4 8 •球狀熔凝矽石（2) : 40重量份數（平均顆粒尺 寸0.5ym;最大顆粒尺寸2"m) *組成物黏度：E型黏度計，2 · 5rpm，25t •裝塡入包裝之容易度：樣品在8 0°C裝塡入 P FGA包裝內，5分鐘後測定孔中裝塡情況 •確認脫層或裂化 (1 )正常情況（固化後） (2)在 125°C/2 _ 3a tm 進行 PCT (加壓 (请先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -歧！ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2)0X297公釐） -9 - A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 五、發明説明（7 ) 蒸煮器測試）處理1 6 8小時 (3)在一 65 °C / 30 分鐘——150 °C / 30 分 鐘進行T/C (冷熱循環測試）1 000次循環 上述樣品分別進行上述情況（1 )、 （ 2 )及（3 ) 之測試，使用聲掃瞄照像（簡稱SAT)確認在半導體晶 片及印刷基板間之脫層及裂化的形成。 •塡料沈積 切割經固化包裝及用電子掃瞄顯微鏡（下文簡稱 S E Μ )自經固化產品之上端測量沈積程度·» 結果顯示實例1樣品無脫層或裂化，但有些微塡料沈 積，此表示1良好可靠度。用於評估之封裝數爲1 〇，結果 示於表1。 實例2 - 6 比較例1 一 6 用示於表1及表2之成份及用和實例1相同之方式製 備液態環氧樹脂封裝材料，然後封裝P P GA型包裝，並 評估這些樣品之可靠度。結果示於表1及2 ^ 下列成份係用於實例1及其他實例 •雙酣 F 型環氧樹脂（Dainippon Ink Kagaku Kogyo KK 製造，EXA — 830LVP，環氧基當量161， 25°C 黏度 1 _ 5Pa · s) ，雙酚A型環氧樹脂（1) : ( Dainippon Ink I —------^ ^------訂 -------f (請4-M讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐） •10- A7 B7 五、發明説明（8 )

Kagaku KK製造’ EXA—850 CRP，環氧基當量 171，25°CPa · s)

* 雙酚 A 型環氧樹脂（2 ) : (Yuka Shell Epoxy KK 製造，Epikote/001，環氧基當量470 ’固態） • 1，6 - 萘二殷型樹脂：（Dainippon Ink Kagaku Kogyo KK製造’ HP — 4032D ’環氧基當量140 ’ 25°C 黏度 25Pa-s) •3，3’ —二乙基一 4，4’ 一二胺二苯基甲烷： (Nippon Kayaku KK 製造，Kayahard A - A ) .3，3， ，5，5, —四甲基一 4, 4， 一 二胺二 苯基甲院：（Nippon Kayaku KK製造，Kayabond C — 2 0 0 ) 、 •環氧化聚丁二烧：（Nippon SekiyuKagaku KK製 造，數目平均分子量1800，環氧基當量250) •球狀熔凝矽石（1 ) : (Denki Kgaku Kogyo KK製 造，FB — 30，平均顆粒尺寸6#m，最大顆粒尺寸 4 8 ju m ) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (锖先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) •球狀熔凝矽石（2) : ( Admatex KK製造，S 0 - 25R，平均顆粒尺寸0 _ 5vm，最大顆粒尺寸2μπι ) ，球狀熔凝矽石（3 ) : ( Admatex KK製造，S 0 - 32R，平均顆粒尺寸2 . Oiim，最大顆粒尺寸8i«m ) .球狀熔凝矽石（4):(重量比1 : 1之上述球狀 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X297公釐） -11 - A7 B7_ 五、發明説明（9 ) 熔凝矽石（2)及（3)之混合物，平均顆粒尺寸1 .〇 Mm，最大顆粒尺寸8 /im) •球狀熔凝砂石（5 ) : ( Denki Kagaku Kogyo KK製 造，平均顆粒尺寸17 . Ojum，最大顆粒尺寸75#m (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家棣準（CNS )八4规格（210X297公釐） -12- 五、發明説明（10 ) 表 A7 B7 實例

100 田骨 (重量份數） 雙酚F型環氧樹脂 雙酚A型環氧樹脂(1) 1,6-萘二酚型環氧樹月旨 3,3'-二乙基-4,4’-二胺二苯基甲烷 13,3_,5义四甲基-4/-二胺二苯基甲烷 環氧化聚丁二烯 球狀醒砂石⑴ 球狀麵矽石⑵ 球狀熔凝矽石(3) 球狀臓矽石⑷ 100 40 40 340 40 230 160 100 40 100 37 230 340 40 100 32 6 300 80 50 50 43 260 110 160 --：------iJis-—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 物理性質 組成物黏度 (Ps · s)_ 包裝裝塡容易度 20 17 35 良好 良好 良好 良好 良好 良好 訂· 脫層 固化後 PCT後 τ/c後 0 00 0 00 0 0 0 0 裂化 固化後 PCT後 τ/c後 0 0 00 0 0 0 0 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 塡料沈積 (jcz m) ,24 不超過 3 不超適 3 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS > A4洗格（210X297公釐） _ 13 _ 五、發明説明（11 ) 混合量(重量份數） 雙酚F型環氧樹脂 雙酚A型環氧樹脂⑵ 3,3'·二乙基-4,4·-二胺二苯基甲院 環氧化聚丁二烯 球狀熔凝矽石⑴ 球狀熔凝矽石(2) 球狀麵矽石(5) 物理性質 組成物黏度 包裝裝塡容易度 脫層 固化後 PCT後 τ/c後 裂化 固化後 PCT後 τ/c後 A7 B7 表 2 比較例 100 40 6 380 100 40 6 420 280 100 40 230 160 100 40 6 110 260 100 40 380 30 70 40 6 340 40 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 30 120 17 130 27 125 良好 差 良好 差 良好 差 0 0 0 0 5 0 塡料沈積 m) 80 不超過 3 100 經^部中央標準局貝工消費合作社印装 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A<4规格（2丨OX297公嫠)i . Ί4 - 458998 a? B7 五、發明説明（12 ) 如上述實例1 -6所述明，用本發明液態封裝材料所封裝 之半導體包裝可提供於加壓蒸煮器測試或冷熱循環測試下 無脫層或裂化之高度可靠度之半導體包裝，且對於流動或 可加工性無不利之影響，因此本發明液態封裝材料可提供 相當的工業上之優點。 m - 」 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國®家揉準（CNS ) Α^ί規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 公 % m 12. 22 m\ lB8 I C8 i_M! 申請專利範圍 附件1 ( a ):第8 6 1 1 7 2 8 9號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國8 9年1 2月修正 1 ‘ 一種液態環氧樹脂封裝材料，其包含（A )液態 環氧樹脂、（B)液態烷基化二胺二苯基甲烷、（c)環 氧化聚丁二烯以及（D )無機塡料，其中各成份重量比爲 (A)/〔（A) + (B)〕= 0.65-0. 80 (C) /〔（a) + (B)〕= 〇.〇l- 0.05 及 (D) /〔（a) + (B) + (C) + (D)〕= 0.5 0 — 0.8 0， 至少5 0重量％ (A)液態環氧樹脂之黏度不高於8 P a . s / 2 5 ° C，（ B )液態烷基化二胺二苯基烷是經 具有至少一個具有4碳原子之烷基取代之二胺二苯基甲院 ，及（C)環氧化聚丁二烯具有1 ，〇〇〇至5 ’ 000 之數量平均分子量。 2 .如申請專利範圍第1項之液態環氧樹脂封裝材料 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ，其中（D)無機塡料包含（a)平均粒徑尺寸0 · 1 一 3 . Οαιώ及最大顆粒尺寸不超過l〇vm之球狀砂石’ 與（b )平均粒徑尺寸4_ I 0 及最大穎粒尺寸不超 過5 0 之球狀矽石，而二者之混合重量比爲（a ) / 〔（a) + (b)〕= 〇,〇5 — 0.50° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 公 % m 12. 22 m\ lB8 I C8 i_M! 申請專利範圍 附件1 ( a ):第8 6 1 1 7 2 8 9號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國8 9年1 2月修正 1 ‘ 一種液態環氧樹脂封裝材料，其包含（A )液態 環氧樹脂、（B)液態烷基化二胺二苯基甲烷、（c)環 氧化聚丁二烯以及（D )無機塡料，其中各成份重量比爲 (A)/〔（A) + (B)〕= 0.65-0. 80 (C) /〔（a) + (B)〕= 〇.〇l- 0.05 及 (D) /〔（a) + (B) + (C) + (D)〕= 0.5 0 — 0.8 0， 至少5 0重量％ (A)液態環氧樹脂之黏度不高於8 P a . s / 2 5 ° C，（ B )液態烷基化二胺二苯基烷是經 具有至少一個具有4碳原子之烷基取代之二胺二苯基甲院 ，及（C)環氧化聚丁二烯具有1 ，〇〇〇至5 ’ 000 之數量平均分子量。 2 .如申請專利範圍第1項之液態環氧樹脂封裝材料 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 ，其中（D)無機塡料包含（a)平均粒徑尺寸0 · 1 一 3 . Οαιώ及最大顆粒尺寸不超過l〇vm之球狀砂石’ 與（b )平均粒徑尺寸4_ I 0 及最大穎粒尺寸不超 過5 0 之球狀矽石，而二者之混合重量比爲（a ) / 〔（a) + (b)〕= 〇,〇5 — 0.50° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）