用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物、粘合劑膜和半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體的粘合劑膜和粘合劑組合物，以及由該粘合劑膜連接的半導(dǎo)體裝置。該粘合劑膜在4次循環(huán)后的儲能模量(A)與1次循環(huán)后的儲能模量（B)之間的差為3X106達因/cm2或更小。該粘合劑膜具有7X106達因/cm2或更小的4次循環(huán)后的儲能模量(A)，并具有2X106達因/cm2或更大的1次循環(huán)后的儲能模量（B)，其中在125°C固化1小時并在150°C固化10分鐘定義為1次循環(huán)。
【專利說明】用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物、粘合劑膜和半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物、包含該組合物的粘合劑膜和由該粘合劑 膜連接的半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體裝置的高容量可在質(zhì)量方面通過電路集成而實現(xiàn)，其中每單位面積的電池 的數(shù)量是增加的，或者在數(shù)量方面通過封裝而實現(xiàn)，其中芯片一個堆疊在另一個上面。
[0003] 對于這樣的封裝技術(shù)，通常使用多芯片封裝(下文中"MCP")，多芯片封裝具有多個 芯片經(jīng)粘合劑一個堆疊在另一個上面的結(jié)構(gòu)，以上芯片和下芯片可通過導(dǎo)線接合彼此電連 接。
[0004] 為了在芯片接合工藝中確保芯片和印刷電路板（PCB)之間足夠的接合強度，進行 PCB烘烤工藝和PCB等離子體工藝。此外，在120°C芯片接合數(shù)秒完成后，必須進行固化工 藝(或半固化工藝或B-階段工藝)1小時或更久，以在導(dǎo)線接合時提供足夠的接合強度。在 150°C導(dǎo)線接合2至20分鐘完成后，順序進行環(huán)氧模塑（EMC模塑)和后成型固化（PMC)。這 里，PMC在175°C進行約2小時。
[0005] PCB烘烤工藝、PCB等離子體工藝、固化工藝(或半固化工藝或B-階段工藝）和后 成型固化工藝全部單獨進行，并且難以減少持續(xù)時間和工人的數(shù)目，從而引起生產(chǎn)率降低。
[0006] 為了提高半導(dǎo)體制造中的生產(chǎn)率，對于在線工藝（in-lineprocess)存在著漸增 的需要，其中，在軌上轉(zhuǎn)移PCB的同時連續(xù)進行芯片接合與導(dǎo)線接合，同樣對于可應(yīng)用于在 線工藝中的新的半導(dǎo)體用粘合劑膜存在著需要。具體地，在在線工藝中，由于顯著地減少 了用于使粘合劑層形成充分的交聯(lián)結(jié)構(gòu)的熱過程，對于即使在省略固化工藝(或半固化或 B-階段工藝)和/或PMC工藝或減少固化工藝時間的條件下也能快速固化的組合物存在著 需要，這樣在導(dǎo)線接合過程中不會出現(xiàn)接合故障、芯片分離和可靠性的劣化。
[0007] 在現(xiàn)有技術(shù)中，由于PCB的表面步驟，所以使用具有20μm厚的粘合劑層的粘合劑 膜。然而，為了滿足對于減小包裝厚度的持續(xù)需要，對于包含具有15μm或更小厚度的粘合 劑層的粘合劑膜存在著需要。然而，當粘合劑層的厚度小于或等于15μm時，由于粘合劑層 透明度的提高，在設(shè)備識別中存在著劣化的趨勢。因此，對于即使在15ym或更小的厚度可 確保設(shè)備識別性能，可應(yīng)用于芯片至芯片和芯片至PCB工藝，并允許多層堆疊的粘合劑膜 存在著漸增的需要。
[0008] 韓國專利公開第2010-0075212A和2010-0067915A號公開了粘合劑組合物。然 而，當應(yīng)用于多層堆疊時，這些粘合劑組合物經(jīng)重復(fù)地加熱不能保證足夠的流動性，因此經(jīng) 模塑處理時不能使空隙有效去除。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個方面提供了用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，所述粘合劑膜提高了半導(dǎo)體制 造工藝中的生產(chǎn)率。
[0010] 本發(fā)明的另一個方面提供了用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物和包含該組合物的粘合 劑膜，所述用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物即使在芯片接合后縮短固化工藝(或半固化工藝或B-階段工藝）時通過呈現(xiàn)充分的粘合性和彈性也可應(yīng)用于在線工藝。
[0011] 本發(fā)明的再一個方面提供了可用于多層堆疊的薄膜型粘合劑膜。
[0012] 本發(fā)明的又一個方面提供了具有提高的設(shè)備識別性能的薄膜型粘合劑膜。
[0013] 本發(fā)明的一個方面涉及用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中，所述粘合劑膜在4次循環(huán) 后的儲能模量（A)與1次循環(huán)后的儲能模量（B)之間的差為3XIO6達因/cm2或更小，所述 4次循環(huán)后的儲能模量（A)為7XIO6達因/cm2或更小，且所述1次循環(huán)后的儲能模量（B) 為2XIO6達因/cm2或更大，其中在125°C固化1小時并在150°C固化10分鐘定義為1次循 環(huán)。
[0014] 本發(fā)明的另一個方面涉及用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物或粘合劑膜，所述粘合劑組 合物或粘合劑膜包含熱塑性樹脂、環(huán)氧樹脂、酚固化劑、胺固化劑、固化促進劑和著色劑填 料。
[0015] 本發(fā)明的再一個方面涉及用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物或粘合劑膜，基于粘合劑層 的重量，所述粘合劑組合物或粘合劑膜包含（a) 51wt%至80wt%的熱塑性樹脂、（b) 5wt°/〇 至20wt%的環(huán)氧樹脂、（c) 2wt%至10wt%的酚固化劑、（d) 2wt%至10wt%的胺固化劑、（e) 0.lwt%至10wt%的固化促進劑和（f) 0. 05wt%至5wt%的著色劑填料。
[0016] 本發(fā)明的又一個方面涉及半導(dǎo)體裝置，所述裝置使用所述用于半導(dǎo)體的粘合劑膜 或所述用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物連接。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物通過在芯片接合后縮短固 化工藝(或半固化工藝或B-階段工藝)可應(yīng)用于在線工藝，從而提高在半導(dǎo)體制造中的效率 和生產(chǎn)率。
[0018] 此外，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物和粘合劑膜在多層堆 疊時對于重復(fù)加熱循環(huán)通過確保具有低粘度和儲能模量的足夠的流動性可提供令人滿意 的可加工性和可靠性。
[0019] 此外，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜向薄膜型粘合劑膜提供了 良好的設(shè)備識別。

【具體實施方式】
[0020] 現(xiàn)將詳細地說明本發(fā)明的實施方式。除非另外地說明，整個說明書中各組分的量 指固含量。
[0021] 本發(fā)明的一個實施方式提供了用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中，該粘合劑膜在4次 循環(huán)后的儲能模量（A)與1次循環(huán)后的儲能模量（B)之間的差為3XIO6達因/cm2或更小，4 次循環(huán)后的儲能模量（A)為7XIO6達因/cm2或更小，且1次循環(huán)后的儲能模量（B)為2XIO6 達因/cm2或更大，其中在125°C固化1小時并在150°C固化10分鐘定義為1次循環(huán)。具體 地，4次循環(huán)后的儲能模量（A)與1次循環(huán)后的儲能模量（B)之間的差可為2XIO6達因/cm2 或更小。
[0022] 用于半導(dǎo)體的粘合劑膜可包含粘合劑層和基膜。如文中使用，術(shù)語"用于半導(dǎo)體的 粘合劑膜"有時僅意味著不包括基膜的"粘合劑層"。
[0023] 當4次循環(huán)后的儲能模量（A)與1次循環(huán)后的儲能模量（B)之間的差為3X IO6達 因/cm2或更小時，在多層堆疊時對于重復(fù)加熱循環(huán)能夠確保足夠的流動性。7X IO6達因/ cm2或更小的4次循環(huán)后的儲能模量(A)關(guān)系到模塑時的空隙的有效去除。當組合物具有 2 X IO6達因/cm2或更多的1次循環(huán)后的儲能模量（B)時，在芯片結(jié)合工藝后能夠縮短接合 時的固化工藝(或半固化工藝或B-階段工藝)。
[0024] 儲能模量可通過以下方法測量。
[0025] 多個用于半導(dǎo)體的粘合劑膜在60°C堆疊，并切成具有8mm直徑的圓形樣品(厚度： 約400μπι至450μπι)。然后，樣品在125°C于烘箱中受到固化1小時，并在150°C于熱板上 受到固化10分鐘(這個工藝將被稱為1次循環(huán))，然后進行ARES測量。重復(fù)上述循環(huán)4次 后(這個循環(huán)將被稱為4次循環(huán))，然后進行ARES測量。在以30°C/分鐘的加熱速率將溫度 從30°C升高至200°C的同時測量ARES。
[0026] 為了應(yīng)用于多層堆疊，粘合劑組合物或粘合劑膜即使在受到重復(fù)加熱循環(huán)時也必 須具有快的固化速率并確保具有低粘度和儲能模量的足夠的流動性。通常，固化速率與空 隙的產(chǎn)生成反比。即，較高的固化速率趨于提供低效的空隙去除。具體地，多層堆疊時，由 于通過重復(fù)加熱循環(huán)固化，最底下的粘合劑膜層呈現(xiàn)不足的空隙去除特性。
[0027] 對于根據(jù)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，4次循環(huán)后的儲能模量（A)與1次循環(huán) 后的儲能模量（B)之間的差為3X IO6達因/cm2或更小，4次循環(huán)后的儲能模量（A)為7X IO6 達因/cm2或更小，且1次循環(huán)后的儲能模量（B)為2X IO6達因/cm2或更多，這樣粘合劑膜 通過在短的固化時間內(nèi)呈現(xiàn)足夠的粘合性可應(yīng)用于在線工藝，并通過多層堆疊時對于重復(fù) 加熱循環(huán)確保充足的流動性可在模塑工藝實現(xiàn)有效的空隙去除。
[0028] 在這個實施方式中，用于半導(dǎo)體的粘合劑膜可在1次循環(huán)后在260°C具有 lkgf/5X5mm2芯片或更大的芯片剪切強度，具體為2kgf/5X5mm2芯片或更大。當粘合劑膜 在這些條件下具有l(wèi)kgf/5X 5_2芯片或更大的芯片剪切強度時，能夠在導(dǎo)線接合時防止由 于芯片移動造成接合故障，并防止由于填料可滲入芯片和粘合劑膜之間的脆弱的界面中造 成的芯片故障。
[0029] 在這個實施方式中，用于半導(dǎo)體的粘合劑膜可在4次循環(huán)后具有10%或更小的空 隙面積?？障睹娣e可按以下方法測量：將用于半導(dǎo)體的粘合劑膜安裝在80 μ m厚的晶片上， 并切成具有IOmmXlOmm的尺寸的樣品。然后，將樣品在120°C和lkgf/Ι秒下粘附到PCB 上，并在125°C于烘箱中受到固化1小時，并在150°C于熱板上受到固化10分鐘（1次循環(huán))。 上述循環(huán)重復(fù)四次，以進行加熱四次，然后在175°C用EMC (8500BCA，第一毛織株式會社)模 塑120秒。暴露粘合劑膜的粘合劑層，并用顯微鏡(放大率：25X)拍照，并通過圖像分析檢 查空隙的存在。為了數(shù)字化處理空隙的數(shù)目，使用網(wǎng)格計數(shù)法。具體地，將樣品的總面積分 成10網(wǎng)格的行和10網(wǎng)格的列，計算包含空隙的網(wǎng)格的數(shù)目并轉(zhuǎn)換成％ (空隙面積比)。
[0030] 空隙面積比％=(空隙面積/總面積）X 100
[0031] 在根據(jù)這個實施方式的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜中，粘合劑層可具有20%或更大的 霧度值。在用于半導(dǎo)體的粘合劑膜中，粘合劑層可具有約5 μ m至約15 μ m的厚度，具體為 約7μm至約12μm，更具體為約10μm。這里，粘合劑層的厚度不包括光敏粘合劑層的厚度 或基膜的厚度。20%或更大的霧度值關(guān)系到粘合劑層的設(shè)備識別的改善。
[0032] 這里，霧度值表示根據(jù)用鹵素燈測量的粘合劑層的散射光相對于總的透光率(透 射光+散射光）的百分比。
[0033] 上述粘合劑膜可用于將芯片粘附到PCB(印刷電路板）上或?qū)⒊叽绮煌膬蓚€芯 片彼此粘附。
[0034] 本發(fā)明的另一個實施方式涉及用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物或粘合劑膜，粘合劑組 合物或粘合劑膜包含熱塑性樹脂、環(huán)氧樹脂、酚固化劑、胺固化劑、固化促進劑和著色劑填 料。
[0035] 在這個實施方式中，基于粘合劑組合物或粘合劑膜的重量，用于半導(dǎo)體的粘合劑 組合物或粘合劑膜包含（a) 51wt%至80wt%的熱塑性樹脂、（b) 5wt%至20wt%的環(huán)氧樹脂、 (c)2wt%至10wt%的酚固化劑、（d)2wt%至10wt%的胺固化劑、（e)0.lwt%至10wt%的固化 促進劑和（f) 〇. 〇5wt%至5wt%的著色劑填料。
[0036] 在粘合劑組合物或粘合劑膜中，（a)熱塑性樹脂相對于固化體系（S卩（b)環(huán)氧樹脂、 (c)酚固化劑和（d)胺固化劑的混合物）的重量比（a) : [(b) + (c) + (d)]可為（51至80): (9 至 40)。
[0037] 在這個實施方式中，胺固化劑可為，例如，芳族胺固化劑，具體為由通式1表示的 芳族胺固化劑：
[0038][通式1]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中，所述粘合劑膜在4次循環(huán)后的儲能模量(A)與I 次循環(huán)后的儲能模量（B)之間的差為3XIO6達因/cm2或更小，所述4次循環(huán)后的儲能模量 (A)為7XIO6達因/cm2或更小，且所述1次循環(huán)后的儲能模量（B)為2XIO6達因/cm2或 更大，其中在125°C固化1小時并在150°C固化10分鐘定義為1次循環(huán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，在175°C于烘箱中固化1小時后，在 260°C具有l(wèi)kgf/5X5mm2芯片或更大的芯片剪切強度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，在4次循環(huán)后具有10%或更小的空 隙面積比。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，具有20%或更大的霧度值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，包含著色劑填料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，包含具有5μm至 15μm的厚度的粘合劑層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中，所述粘合劑層包含熱塑性樹 月旨、環(huán)氧樹脂、酚固化劑、胺固化劑、固化促進劑和著色劑填料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中，所述粘合劑層包含： (a) 51wt%至80wt%的所述熱塑性樹脂； (b) 5wt%至20wt%的所述環(huán)氧樹脂； (c) 2wt%至10wt%的所述酚固化劑； (d) 2wt%至10wt%的所述胺固化劑； (e) 0.lwt%至10wt%的所述固化促進劑；和 (f) 0. 05wt%至5wt%的所述著色劑填料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中，所述（a)熱塑性樹脂相對于作 為固化體系的混合物的重量比（a):[(b) + (c) + (d)]為（51至80) : (9至40)，所述混合物 為所述（b)環(huán)氧樹脂、所述（c)酚固化劑和所述（d)胺固化劑的混合物。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜，其中所述粘合劑膜用 于將芯片粘附到印刷電路板上或?qū)⒊叽绮煌膬蓚€芯片彼此粘附。
11. 一種用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，包含熱塑性樹脂、環(huán)氧樹脂、酚固化劑、胺固化劑 固化劑、固化促進劑和著色劑填料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，其中，所述（a)熱塑性樹脂相 對于作為固化體系的混合物的重量比（a):[(b) + (c) + (d)]為（51至80) : (9至40)，所述 混合物為所述（b)環(huán)氧樹脂、所述（c)酚固化劑和所述（d)胺固化劑的混合物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，其中，所述胺固化劑為芳族 胺固化劑。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，其中，所述芳族胺固化劑由 通式1表示 [通式1]
其中，A為單鍵或選自由-CH2-、-CH2CH2-、-SO2-、-NHCO-、-C(CH3) 2-和-O-組成的組；Ri至Rltl各自獨立地選自氫、C1至C4烷基、C1至C4烷氧基和胺基，前提條件為R1至Rltl的至少 兩個為胺基。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，其中，所述酚固化劑由通式6 表示 [通式6]
其中，R1和R2各自獨立地為C1至C6烷基，并且η的范圍是2至100。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，其中，所述固化促進劑包括 選自咪唑固化促進劑和微膠囊型潛在性固化劑中的至少一種。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物，其中，所述著色劑填料為紅 色、藍色、綠色、黃色、紫色、橙色、棕色或黑色的無機或有機顏料。
18. -種半導(dǎo)體裝置，使用根據(jù)權(quán)利要求1至4的任一項所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑膜 或根據(jù)權(quán)利要求11至17的任一項所述的用于半導(dǎo)體的粘合劑組合物連接。
【文檔編號】C09J133/14GK104212372SQ201410049714
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月29日
【發(fā)明者】魏京臺, 崔裁源, 金成旻, 金振萬, 金惠珍, 李俊雨 申請人:第一毛織株式會社