CN111065476A - 膜状烧成材料及带支撑片的膜状烧成材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种膜状烧成材料1,其含有烧结性金属颗粒10及粘结剂成分20,烧结性金属颗粒10的含量为15~98质量%,粘结剂成分20的含量为2~50质量%,在温度为350℃、压力为10MPa的条件下进行了3分钟加压烧成时的平面方向上的收缩率相对于烧成前为10%以下,体积收缩率相对于烧成前为15~90%,在与被粘物接触的状态下,以温度为350℃、压力为10MPa的条件进行了3分钟加压烧成时的、与被粘物的接触率相对于被粘物的接触面为90%以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种膜状烧成材料及带支撑片的膜状烧成材料。
本申请以于2017年9月15日向日本提出申请的日本特愿2017-177833号为基础主张优先权,并将其内容援用于此。
背景技术
近年来,随着汽车、空调、电脑等的高电压高电流化,对其所搭载的功率用半导体元件(功率器件)的要求不断增高。由于功率用半导体元件被用于高电压高电流下的这一特征,半导体元件的发热容易成为问题。
以往,为了对由半导体元件产生的热进行散热,有时会在半导体元件的周围安装散热器。然而,若在散热器与半导体元件之间的接合部的导热性不良,则将妨碍有效的散热。
作为导热性优异的接合材料,例如专利文献1中公开了一种混合有特定的加热烧结性金属颗粒、特定的高分子分散剂、及特定的挥发性分散介质的膏状金属微颗粒组合物。认为若烧结该组合物,则会形成导热性优异的固状金属。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开第2014-111800号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而,当烧成材料如专利文献1那样为膏状时,难以将涂布的膏的厚度均匀化,存在缺乏厚度稳定性的倾向。
并且,烧成材料例如用于通过切割半导体晶圆而单颗化(singulation)的芯片与基板的烧结接合。通常,芯片与基板以被烧成前的烧成材料暂时固定的状态而被搬运,因此,若烧成材料的粘着力不充分,则芯片在烧成前的搬送时会发生错位。此外,若烧结烧成材料,则有时会发生收缩,芯片与基板的粘合性下降。其结果,在烧成后芯片有时会从基板上剥落,难以作为器件而长期使用。
本发明鉴于上述情况而完成,目的在于提供一种厚度稳定性优异,在用于基板与芯片的接合时,不易引起烧成前的芯片错位及烧成后的芯片剥落的膜状烧成材料。此外,目的还在于提供一种具备该膜状烧成材料的带支撑片的膜状烧成材料。
解决技术问题的技术手段
本发明有以下形式。
[1]一种膜状烧成材料,其含有烧结性金属颗粒及粘结剂成分,其中,
烧结性金属颗粒的含量为15~98质量%,粘结剂成分的含量为2~50质量%,
在温度为350℃、压力为10MPa的条件下进行了3分钟加压烧成时的平面方向上的收缩率相对于烧成前为10%以下,体积收缩率相对于烧成前为15~90%,
在与被粘物接触的状态下,以温度为350℃、压力为10MPa的条件进行了3分钟加压烧成时的、与被粘物的接触率相对于被粘物的接触面为90%以上。
[2]根据[1]所述的膜状烧成材料,其中,至少一个表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.5μm以下。
[3]根据[1]或[2]所述的膜状烧成材料,其中,烧成前的膜状烧成材料对硅晶圆的粘着力为0.2mN/25mm以上。
[4]一种带支撑片的膜状烧成材料,其具备[1]~[3]中任一项所述的膜状烧成材料、及设置在所述膜状烧成材料的至少一侧的支撑片。
[5]根据[4]所述的带支撑片的膜状烧成材料,其中,所述支撑片为在基材膜上设有粘着剂层的支撑片,在所述粘着剂层上设有所述膜状烧成材料。
发明效果
根据本发明,能够提供一种厚度稳定性优异,在用于基板与芯片的接合时,不易引起烧成前的芯片错位及烧成后的芯片剥落的膜状烧成材料。此外,还能够提供一种具备该膜状烧成材料且用于半导体元件等芯片的烧结接合的带支撑片的膜状烧成材料。
附图说明
图1为示意性表示本发明的一个实施方式的膜状烧成材料的截面图。
图2为示意性表示本发明的一个实施方式的膜状烧成材料层叠在被粘物上的状态的截面图。
图3为示意性表示本发明的一个实施方式的带支撑片的膜状烧成材料贴附在环形框架上的状态的截面图。
图4为示意性表示本发明的一个实施方式的带支撑片的膜状烧成材料贴附在环形框架上的状态的截面图。
图5为示意性表示本发明的一个实施方式的带支撑片的膜状烧成材料贴附在环形框架上的状态的立体图。
具体实施方式
以下,适当参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
另外,为了易于理解本发明的特征,出于方便,有时会将以下说明中使用的图的重要部分扩大显示,但各构成要素的尺寸比率等不一定与实际情况相同。
《膜状烧成材料》
本实施方式的膜状烧成材料含有烧结性金属颗粒及粘结剂成分,其中,烧结性金属颗粒的含量为15~98质量%,粘结剂成分的含量为2~50质量%,在温度为350℃、压力为10MPa的条件下进行了3分钟加压烧成时的平面方向上的收缩率相对于烧成前为10%以下,体积收缩率相对于烧成前为15~90%,在与被粘物接触的状态下,以温度为350℃、压力为10MPa的条件进行了3分钟加压烧成时的、与被粘物的接触率相对于被粘物的接触面为90%以上。其中,烧结性金属颗粒的含量及粘结剂成分的含量分别是指,相对于本实施方式的膜状烧成材料中除溶剂以外的所有成分的相对于总质量(100质量%)的含量。另外,烧结性金属颗粒的含量与粘结剂成分的含量的和不超过100质量%。
在本发明中,若无特别说明,则膜状烧成材料是指烧成前的膜状烧成材料。
图1为示意性表示本实施方式的膜状烧成材料的截面图。膜状烧成材料1含有烧结性金属颗粒10及粘结剂成分20。
膜状烧成材料可以由一层(单层)形成,也可以由2层以上的多个层构成,例如可以由2层以上10层以下的层构成。当膜状烧成材料由多个层构成时,这些多个层可相互相同,也可相互不同,只要不损害本发明的效果,那么这些多个层的组合没有特别限定。
另外,在本说明书中,不限于膜状烧成材料的情况,“多个层可相互相同,也可相互不同”是指“可以所有的层相同,也可以所有的层不同,还可以仅一部分层相同”,进一步,“多个层相互不同”是指“各个层的构成材料、构成材料的掺合比及厚度中的至少一个相互不同”。
膜状烧成材料的烧成前的厚度没有特别限制,优选为10~200μm,优选为20~150μm,更优选为30~90μm。
其中,“膜状烧成材料的厚度”是指膜状烧成材料整体的厚度,例如,由多个层构成的膜状烧成材料的厚度是指构成膜状烧成材料的所有的层的总厚度。
在本说明书中,将“厚度”设为以在任意5处测定的厚度的平均而表示的值,其能够以JIS K7130为基准并使用恒压测厚仪而得到。
(剥离膜)
膜状烧成材料能够以层叠在剥离膜上的状态而提供。在使用时,只需剥离剥离膜,并将其配置在使膜状烧成材料烧结接合的对象物上即可。剥离膜还具有作为用于防止膜状烧成材料的损伤及污垢附着的保护膜的功能。剥离膜只需设置在膜状烧成材料的至少一侧即可,也可设置在膜状烧成材料的两侧。当设置在两侧时,一个剥离膜起到作为支撑片的功能。
作为剥离膜,例如可使用聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚丁烯膜、聚丁二烯膜、聚甲基戊烯膜、聚氯乙烯膜、氯乙烯共聚物膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯膜、聚氨酯膜、乙烯乙酸乙烯酯共聚物膜、离聚物树脂膜、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物膜、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物膜、聚苯乙烯膜、聚碳酸酯膜、聚酰亚胺膜、氟树脂膜等透明膜。此外,也可使用这些膜的交联膜。进一步,也可为这些膜的层叠膜。此外,可使用对这些透明膜进行了着色的膜、非透明膜等。作为剥离剂,例如可列举出硅酮类、氟类、烯烃类、醇酸类、含长链烷基的氨基甲酸酯等剥离剂。
剥离膜的厚度通常为10~500μm,优选为15~300μm,特别优选为20~250μm左右。
<烧结性金属颗粒>
烧结性金属颗粒为可通过作为膜状烧成材料的烧成而以金属颗粒的熔点以上的温度进行加热处理,从而使颗粒彼此熔融并结合而形成烧结体的金属颗粒。通过形成烧结体,能够使膜状烧成材料与和其相接并烧成的物品进行烧结接合。具体而言,可经由膜状烧成材料而使芯片与基板烧结接合。
作为烧结性金属颗粒的金属种类,可列举出银、金、铜、铁、镍、铝、硅、钯、铂、钛、钛酸钡、这些金属的氧化物或合金等,优选银及氧化银。烧结性金属颗粒可以仅掺合一种,也可以以两种以上的组合而掺合。
优选烧结性金属颗粒为粒径为100nm以下、优选为50nm以下、进一步优选为20nm以下的银纳米颗粒。
只要能够发挥上述烧结性,则膜状烧成材料中所含有的烧结性金属颗粒的粒径没有特别限制,可以为100nm以下,可以为50nm以下,也可以为30nm以下。例如,优选具有100nm以下的粒径的金属颗粒为整体的20质量%以上。另外,膜状烧成材料所含有的烧结性金属颗粒的粒径是指使用电子显微镜观察到的、烧结性金属颗粒的粒径的投影面积等效圆直径。
属于上述粒径的范围的烧结性金属颗粒的烧结性优异,故而优选。
关于膜状烧成材料所含有的烧结性金属颗粒的粒径,对用电子显微镜观察到的烧结性金属颗粒的粒径的投影面积等效圆直径为100nm以下的颗粒而求出的粒径的数均,可以为0.1~95nm,也可以为0.3~50nm,还可以为0.5~30nm。另外,将作为测定对象的烧结性金属颗粒设为从每个膜状烧成材料中随机选择的100个以上,例如设为100个。
为了在与粘结剂成分及后文所述的其他添加剂成分混合前,预先将烧结性金属颗粒制成无凝聚物的状态,可预先使其分散在异冰片基环己醇或癸醇等沸点较高的高沸点溶剂中。作为高沸点溶剂的沸点,例如可以为200~350℃。此时,使用高沸点溶剂时,由于其在常温下几乎不挥发,因此能够防止烧结性金属颗粒的浓度变高,提高操作性,除此以外,还能够防止烧结性金属颗粒的再凝聚等,使质量也变得良好。作为分散法,可列举出捏合机、三辊磨削机、珠磨机及超声波等。
在本实施方式的膜状烧成材料中,除了粒径为100nm以下的金属颗粒(烧结性金属颗粒)以外,还可进一步掺合不属于上述烧结性金属颗粒的粒径超过100nm的金属颗粒的非烧结性的金属颗粒。另外,非烧结性的金属颗粒的粒径是指,用电子显微镜观察到的非烧结性的金属颗粒的粒径的投影面积等效圆直径。粒径例如可以超过100nm且为5000nm,优选具有100~2500nm的粒径的非烧结性的金属颗粒为整体的5质量%以上。关于粒径超过100nm的非烧结性的金属颗粒的粒径,对用电子显微镜观察到的非烧结性金属颗粒的粒径的投影面积等效圆直径超过100nm的颗粒而求出的粒径的数均,可以超过150nm且为50000nm以下,可以为150~10000nm,也可以为180~5000nm。
作为粒径超过100nm的非烧结性的金属颗粒的金属种类,可列举出与作为上述烧结性金属颗粒的金属种类而例示的金属种类相同的金属种类,优选银、铜及这些金属的氧化物。
粒径为100nm以下的烧结性金属颗粒与粒径超过100nm的非烧结性的金属颗粒可以为彼此相同的金属种类,也可以为彼此不同的金属种类。例如,粒径为100nm以下的烧结性金属颗粒可以为银颗粒,粒径超过100nm的非烧结性的金属颗粒可以为银或氧化银颗粒。例如,粒径为100nm以下的烧结性金属颗粒可以为银或氧化银颗粒,粒径超过100nm的非烧结性的金属颗粒可以为铜或氧化铜颗粒。
在本实施方式的膜状烧成材料中,相对于全部的金属颗粒的总质量(100质量%),烧结性金属颗粒的含量可以为10~100质量%,也可以为20~95质量%。
在烧结性金属颗粒和/或非烧结性的金属颗粒的表面可覆盖有机物。通过具有有机物的覆盖,能够提高与粘结剂成分的相容性,防止颗粒彼此的凝聚,使其均匀地分散。
在烧结性金属颗粒和/或非烧结性的金属颗粒的表面上覆盖有有机物时,将烧结性金属颗粒及非烧结性的金属颗粒的质量设为包含覆盖物的值。
<粘结剂成分>
通过掺合粘结剂成分,能够将烧成材料成型为膜状,对烧成前的膜状烧成材料赋予粘着性。粘结剂成分可以为通过作为膜状烧成材料的烧成而进行加热处理而被热分解的热分解性。
粘结剂成分没有特别限定,作为粘结剂成分的适宜的一个例子,可列举出树脂。作为树脂,可列举出丙烯酸类树脂、聚碳酸酯树脂、聚乳酸、纤维素衍生物聚合物等,优选丙烯酸类树脂。丙烯酸类树脂中包含(甲基)丙烯酸酯化合物的均聚物、两种以上(甲基)丙烯酸酯化合物的共聚物、及(甲基)丙烯酸酯化合物与其他共聚性单体的共聚物。
在构成粘结剂成分的树脂中,相对于结构单元的总质量(100质量%),来自(甲基)丙烯酸酯化合物的结构单元的含量优选为50~100质量%,更优选为80~100质量%,进一步优选为90~100质量%。
此处的“来自”是指所述单体经受了在进行聚合时所需的结构变化。
作为(甲基)丙烯酸酯化合物的具体例,可列举出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸庚酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸乙基己酯、(甲基)丙烯酸壬酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸十一烷基酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸硬脂酸酯、(甲基)丙烯酸异硬脂酸酯等(甲基)丙烯酸烷基酯;
(甲基)丙烯酸羟基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丁酯等(甲基)丙烯酸羟基烷基酯;
(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基-3-苯氧基丙酯等(甲基)丙烯酸苯氧基烷基酯;
(甲基)丙烯酸2-甲氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-丙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-丁氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-甲氧基丁酯等(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯;
聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯、乙氧基二乙二醇(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、壬基苯氧基聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯、甲氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯、壬基苯氧基聚丙二醇(甲基)丙烯酸酯等聚亚烷基二醇(甲基)丙烯酸酯;
(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸4-丁基环己酯、(甲基)丙烯酸二环戊酯、二环戊烯基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸二环戊二烯酯、(甲基)丙烯酸冰片酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯等(甲基)丙烯酸环烷基酯;
(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸四氢糠基酯等。优选(甲基)丙烯酸烷基酯或(甲基)丙烯酸烷氧基烷基酯,作为特别优选的(甲基)丙烯酸酯化合物,可列举出(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯及(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯。
在本说明书中,“(甲基)丙烯酸酯”为包含“丙烯酸酯”及“甲基丙烯酸酯”这两者的概念。
作为丙烯酸树脂,优选甲基丙烯酸酯。通过使粘结剂成分含有来自甲基丙烯酸酯的结构单元,能够以较低温进行烧成,容易满足为了在烧结后得到充分粘合强度的条件。
在构成粘结剂成分的树脂中,相对于结构单元的总质量(100质量%),来自甲基丙烯酸酯的结构单元的含量优选为50~100质量%,更优选为80~100质量%,进一步优选为90~100质量%。
作为其他共聚性单体,只要为能够与上述(甲基)丙烯酸酯化合物共聚的化合物,则没有特别限制,例如可列举出(甲基)丙烯酸、乙烯基苯甲酸、马来酸、乙烯基邻苯二甲酸等不饱和羧酸类;乙烯基苄基甲醚、乙烯基缩水甘油醚、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等含乙烯基的自由基聚合性化合物。
构成粘结剂成分的树脂的质均分子量(Mw)优选为1,000~1,000,000,更优选为10,000~800,000。通过使树脂的质均分子量为上述范围内,容易体现作为膜的充分的膜强度,且易于赋予柔软性。
另外,在本说明书中,若无特别说明,则“质均分子量”为通过凝胶渗透色谱(GPC)法测定的聚苯乙烯换算值。
构成粘结剂成分的树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选为-60~50℃,更优选为-30~10℃,进一步优选为-20℃以上且小于0℃。通过使树脂的Tg为上述上限值以下,膜状烧成材料与被粘物(例如芯片、基板等)的烧成前的粘着力得以提高。其结果,当芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬运时,不易引起芯片错位。此外,膜状烧成材料的柔软性变高。另一方面,通过使树脂的Tg为上述下限值以上,可维持膜形状,膜状烧成材料更容易从支撑片等上分离。
在本说明书中,“玻璃化转变温度(Tg)”是指,使用差示扫描量热仪测定试样的DSC曲线,以所得到的DSC曲线的拐点的温度进行表示。
粘结剂成分可以为通过作为膜状烧成材料的烧成而进行加热处理而被热分解的热分解性。可通过因烧成造成的粘结剂成分的质量减少来确认粘结剂成分被热分解。另外,作为粘结剂成分而掺合的成分可通过烧成而几乎热分解,但作为粘结剂成分而掺合的成分的总质量也可不会通过烧成而热分解。
相对于烧成前的粘结剂成分的总质量(100质量%),粘结剂成分的烧成后的质量可以为10质量%以下,也可以为5质量%以下,也可以为3质量%以下,还可以为0质量%。
除了上述烧结性金属颗粒、非烧结性的金属颗粒及粘结剂成分以外,在不损害本发明的效果的范围内,本实施方式的膜状烧成材料可含有不属于烧结性金属颗粒、非烧结性的金属颗粒及粘结剂成分的其他添加剂。
作为可包含在本实施方式的膜状烧成材料中的其他添加剂,可列举出溶剂、分散剂、增塑剂、增粘剂、保存稳定剂、消泡剂、热分解促进剂及抗氧化剂等。可仅含有一种添加剂,也可含有两种以上的添加剂。这些添加剂没有特别限定,可适当选择在该领域中通常所使用的添加剂。
<组成>
本实施方式的膜状烧成材料可由烧结性金属颗粒、粘结剂成分及其他添加剂构成,这些成分的含量(质量%)的和为100质量%。
当本实施方式的膜状烧成材料含有非烧结性的金属颗粒时,膜状烧成材料可由烧结性金属颗粒、非烧结性的金属颗粒、粘结剂成分、及其他添加剂构成,这些成分的含量(质量%)的和为100质量%。
在膜状烧成材料中,相对于除溶剂以外的全部成分(以下记作“固体成分”)的总质量(100质量%),烧结性金属颗粒的含量为15~98质量%,优选为15~90质量%,更优选为20~80质量%。通过使烧结性金属颗粒的含量为上述上限值以下,能够充分地确保粘结剂成分的含量,因此能够维持膜形状。另一方面,通过使烧结性金属颗粒的含量为上述下限值以上,在烧成时,烧结性金属颗粒彼此或烧结性金属颗粒与非烧结性金属颗粒发生熔融,在烧成后表现出高接合粘合强度(剪切粘合力)。
当膜状烧成材料含有非烧结性的金属颗粒时,相对于膜状烧成材料中固体成分的总质量(100质量%),烧结性金属颗粒及非烧结性的金属颗粒的总含量优选为50~98质量%,更优选为70~95质量%,进一步优选为80~90质量%。
相对于膜状烧成材料中固体成分的总质量(100质量%),粘结剂成分的含量为2~50质量%,优选为5~30质量%,更优选为5~20质量%。通过使粘结剂成分的含量为上述上限值以下,能够充分地确保烧结性金属颗粒的含量,因此膜状烧成材料与被粘物的接合粘合力得以提高,在用于基板与芯片的接合时,不易引起芯片剥落。另一方面,通过使粘结剂成分的含量为上述下限值以上,能够维持膜形状。并且当芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬运时,不易引起芯片错位。
在膜状烧成材料中,烧结性金属颗粒与粘结剂成分的质量比率(烧结性金属颗粒:粘结剂成分)优选为50:1~1:5,更优选为20:1~1:2,进一步优选为10:1~1:1。当膜状烧成材料含有非烧结性的金属颗粒时,烧结性金属颗粒及非烧结性的金属颗粒与粘结剂成分的质量比率((烧结性金属颗粒+非烧结性的金属颗粒):粘结剂成分)优选为50:1~1:1,更优选为20:1~2:1,进一步优选为9:1~4:1。
膜状烧成材料中,可含有在混合烧结性金属颗粒、非烧结性的金属颗粒、粘结剂成分及其他添加剂成分时所使用的所述高沸点溶剂。相对于膜状烧成材料的总质量(100质量%),高沸点溶剂的含量优选为20质量%以下,更优选为15质量%以下,进一步优选为10质量%以下。
<平面方向上的收缩率>
本实施方式的膜状烧成材料在温度为350℃、压力为10MPa的条件下加压烧成3分钟时的平面方向上的收缩率(A)相对于烧成前为10%以下。收缩率(A)优选为5%以下,更优选为3%以下,最优选为0%(即,即使进行加压烧成,在平面方向上也不发生收缩)。通过使收缩率(A)为上述上限值以下,在用于基板与芯片的接合时,在各种环境下不易引起芯片剥落。作为此处的“各种环境”,例如可列举出高湿度环境、高温环境、高湿度高温环境、低温环境或高温与低温反复的环境等。
收缩率(A)通过下述式(I)而求出。
收缩率(A)={1-(烧成后的膜状烧成材料的俯视形状的面积/烧成前的膜状烧成材料的俯视形状的面积)}×100···(I)
收缩率(A)可通过膜状烧成材料中所含有的烧结性金属颗粒及粘结剂成分的含量而控制。具体而言,若烧结性金属颗粒的含量变多,粘结剂成分的含量变少,则存在收缩率(A)变小的倾向。
<体积收缩率>
本实施方式的膜状烧成材料在温度为350℃、压力为10MPa的条件下加压烧成3分钟时的体积收缩率(B)相对于烧成前为15~90%。体积收缩率(B)优选为30~80%,更优选为40~70%,进一步优选为50~60%。通过使体积收缩率(B)为上述上限值以下,在用于基板与芯片的接合时,不易引起芯片剥落。另一方面,通过使体积收缩率(B)为上述下限值以上,充分地含有作为体积收缩的主要原因的粘结剂成分。
因此,当芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬运时,不易引起芯片错位。
体积收缩率(B)通过下述式(II)而求出。
体积收缩率(B)={1-(烧成后的膜状烧成材料的体积/烧成前的膜状烧成材料的体积)}×100···(II)
体积收缩率(B)可通过膜状烧成材料中所含有的烧结性金属颗粒及粘结剂成分的含量而控制。具体而言,若烧结性金属颗粒的含量变多,粘结剂成分的含量变少,则存在体积收缩率(B)变小的倾向。若烧结性金属颗粒的含量变少,粘结剂成分的含量变多,则存在体积收缩率(B)变大的倾向。
<接触率>
本实施方式的膜状烧成材料在与被粘物接触的状态下,以温度为350℃、压力为10MPa的条件加压烧成3分钟时的与被粘物的接触率(C)相对于被粘物中贴附了膜状烧成材料的面积(接触面积)为90%以上。
例如,在图2所示的层叠有本实施方式的膜状烧成材料与被粘物的层叠体中,以温度为350℃、压力为10MPa的条件加压烧成3分钟时的与被粘物的接触率(C)相对于被粘物中贴附了膜状烧成材料的面积(接触面积)为90%以上。
接触率(C)优选为95%以上,更优选为97%以上,最优选为100%(即,即使进行加压烧成,被粘物的接触面积与烧成后的膜状烧成材料(烧结体)的接触面的面积仍相同。)。
例如,在经由烧成材料贴合基板与芯片并进行烧成时,当烧成材料的收缩显著时,在芯片的背面(即,与烧成材料相接的面)或基板的表面(即,与烧成材料相接的面),例如产生框缘状的不存在烧成材料或其烧结体的部分。不存在烧成材料或其烧结体的部分的面积变得越大,则芯片与基板的粘合性下降,越容易引起芯片剥落。
接触率(C)变得越大,则表示在被粘物的接触面积中不存在烧成材料或其烧结体的部分的面积越小。通过使接触率(C)为上述下限值以上,在用于基板与芯片的接合时,不易引起芯片剥落。
另外,作为被粘物,例如可列举出芯片、基板等。
接触率(C)例如通过以下方式而求出。
首先,在经由膜状烧成材料贴合芯片与基板后,在温度为350℃、压力为10MPa的条件下加压烧成3分钟。
接着,在芯片与基板的界面上由剪切方向施加力,从基板上剥离芯片。
当在芯片与膜状烧成材料的界面上发生了剥离时,测量出现在芯片表面(即,贴附了膜状烧成材料的面)上的膜状烧成材料的粘合痕迹的面积,将其作为烧成后的膜状烧成材料的面积。
当膜状烧成材料发生凝聚破坏时,将残留在芯片表面的膜状烧成材料切削至20μm以下的厚度后,测量膜状烧成材料的面积。将其作为烧成后的膜状烧成材料的面积。
另外,对膜状烧成材料进行烧成时,有时会产生孔隙。在测量烧成后的膜状烧成材料的面积时,当确认到孔隙或其痕迹时,孔隙的面积不包含在烧成后的膜状烧成材料的面积中。
通过下述式(III)求出接触率(C)。
接触率(C)=(烧成后的膜状烧成材料(烧结体)的面积/贴附了膜状烧成材料的芯片表面的面积)×100···(III)
接触率(C)可通过膜状烧成材料中所含有的烧结性金属颗粒及粘结剂成分的含量而控制。具体而言,若烧结性金属颗粒的含量变多,粘结剂成分的含量变少,则存在接触率(C)变大的倾向。
<算术平均粗糙度>
本实施方式的膜状烧成材料优选至少一个表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.5μm以下。算术平均粗糙度(Ra)优选为0.4μm以下,更优选为0.3μm以下,进一步优选为0.25μm以下。通过使算术平均粗糙度(Ra)为上述上限值以下,与被粘物的接触面积增加,存在对被粘物的粘着力变高的倾向。算术平均粗糙度(Ra)的下限值通常为0.05μm左右。
算术平均粗糙度(Ra)例如可以为0.05~0.5μm、0.05~0.4μm、0.05~0.3μm、0.05~0.25μm。
算术平均粗糙度(Ra)以JIS B0601:2001为基准而求出,测定方法的详细内容如后文所述的试验例所示。
在将膜状烧成材料用于芯片与基板的接合时,优选将算术平均粗糙度(Ra)为0.5μm以下的表面作为与半导体晶圆或芯片相接的面。即,膜状烧成材料的与半导体晶圆或芯片相接的一侧的表面的算术平均粗糙度(Ra)优选为0.5μm以下。
若膜状烧成材料的与半导体晶圆或芯片相接的一侧的表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.5μm以下,则半导体晶圆或芯片充分粘着在膜状烧成材料上,当芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬运时,更不易引起芯片错位。
<粘着力>
本实施方式的膜状烧成材料在烧成前对硅晶圆的粘着力(D)优选为0.2mN/25mm以上。粘着力(D)更优选为0.5mN/25mm以上,进一步优选为1.0mN/25mm以上。通过使粘着力(D)为上述下限值以上,当芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬运时,更不易引起芯片错位。
粘着力(D)以JIS Z0237:2009为基准而求出,具体而言,可通过以下的方法测定。
首先,对硅晶圆的表面进行化学机械抛光处理直至算术平均粗糙度(Ra)成为0.02μm。
将在厚度为50μm的PET膜上制成的膜状烧成材料切断为宽25mm、长100mm以上,将切断的膜状烧成材料贴附在硅晶圆的处理面。在进行贴附时,可将膜状烧成材料加热至室温以上。加热温度没有特别限定,优选为100℃以下。
然后,以300mm/分钟的剥离速度从硅晶圆上剥离膜状烧成材料。此时的剥离为所谓的180°剥离,即以使硅晶圆及膜状烧成材料的相互接触的面彼此成为180°的角度的方式,将膜状烧成材料沿其长度方向剥离。然后,测定该180°剥离时的负载(剥离力),将该测定值作为粘着力(D)(mN/25mm)。
若为上述本实施方式的膜状烧成材料,由于其为膜状,因此厚度稳定性优异。此外,由于本实施方式的膜状烧成材料含有烧结性金属颗粒,因此导热性优异。进一步,本实施方式的膜状烧成材料含有特定量的烧结性金属颗粒及粘结剂成分,且收缩率(A)相对于烧成前为10%以下,体积收缩率(B)相对于烧成前为15~90%,接触率(C)相对于被粘物的接触面为90%以上。因此,当芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬运时,不易引起芯片错位。并且由于在烧成后不易引起芯片剥落,因此能够作为器件而长期使用。
膜状烧成材料可制成在至少一侧(表面)设置有支撑片的带支撑片的膜状烧成材料。
带支撑片的膜状烧成材料的详细内容如后文所述。
《膜状烧成材料的制造方法》
膜状烧成材料可使用含有其构成材料的烧成材料组合物而形成。
例如,在膜状烧成材料的形成对象面上涂布或印刷含有用于构成膜状烧成材料的各成分及溶剂的烧成材料组合物,根据需要使溶剂挥发,由此可在目标部位上形成膜状烧成材料。
作为膜状烧成材料的形成对象面,可列举出剥离膜的表面。
在涂布烧成材料组合物时,作为溶剂,优选沸点小于200℃的溶剂,例如可列举出正己烷(沸点:68℃)、乙酸乙酯(沸点:77℃)、2-丁酮(沸点:80℃)、正庚烷(沸点:98℃)、甲基环己烷(沸点:101℃)、甲苯(沸点:111℃)、乙酰丙酮(沸点:138℃)、正二甲苯(沸点:139℃)及二甲基甲酰胺(沸点:153℃)等。这些溶剂可单独使用,或者也可组合使用。
烧成材料组合物的涂布使用公知的方法进行即可,例如可列举出使用气刀涂布机、刮板涂布机(blade coater)、棒涂机、凹版涂布机、Comma涂布机(注册商标)、辊涂机、辊刀涂布机、幕涂机、模涂机、刮刀涂布机(knife coater)、丝网涂布机(screen coater)、迈耶棒涂布机、吻涂机(kiss coater)等各种涂布机的方法。
在印刷烧成材料组合物时,作为溶剂,只要能够在印刷后挥发干燥即可,沸点优选为65~350℃。作为这样的溶剂,可列举出上述例示的沸点小于200℃的溶剂或异佛尔酮(沸点:215℃)、丁基卡必醇(沸点:230℃)、1-癸醇(沸点:233℃)、丁基卡必醇乙酸酯(沸点:247℃)、异冰片基环己醇(沸点:318℃)等。
若沸点超过350℃,则可能在印刷后的挥发干燥时溶剂难以挥发,难以确保所需的形状,或可能在烧成时溶剂残留在膜内,使接合粘合性变差。若沸点低于65℃,则可能其在印刷时挥发,导致厚度的稳定性受损。若使用沸点为200~350℃的溶剂,则能够抑制因印刷时的溶剂挥发而造成粘度上升,能够得到印刷适应性。
烧成材料组合物的印刷可通过公知的印刷方法进行,例如可列举出苯胺印刷等凸版印刷、凹版印刷(gravure printing)等凹版印刷、胶版印刷等平版印刷、丝网印刷(silkscreen printing)或圆网印花印刷等丝网印刷(screen printing)、使用喷墨打印机等各种打印机的印刷等方法。
膜状烧成材料的形状只要根据烧结接合的对象的形状进行适当设定即可,优选圆形或矩形。圆形为对应于半导体晶圆形状的形状。矩形为对应于芯片形状的形状。所对应的形状可以为与烧结接合的对象的形状相同的形状或略相同的形状。
当膜状烧成材料为圆形时,圆的面积可以为3.5~1,600cm2,也可以为85~1,400cm2。当膜状烧成材料为矩形时,矩形的面积可以为0.01~25cm2,也可以为0.25~9cm2。
特别是若印刷烧成材料组合物,则容易形成所需形状的膜状烧成材料。
烧成材料组合物的干燥条件没有特别限定,但当烧成材料组合物含有溶剂时,优选加热使其干燥,此时,优选例如以70~250℃、例如以80~180℃、10秒~10分钟的条件使其干燥。
本实施方式的膜状烧成材料含有烧结性金属颗粒及粘结剂成分,其中,烧结性金属颗粒的含量为15~98质量%,粘结剂成分的含量为2~50质量%,在温度为350℃、压力为10MPa的条件下加压烧成3分钟时的平面方向上的收缩率相对于烧成前为10%以下,体积收缩率相对于烧成前为15~90%,在与被粘物接触的状态下,以温度为350℃、压力为10MPa的条件加压烧成3分钟时的、与被粘物的接触率相对于被粘物的接触面积为90%以上,膜状烧成材料优选含有作为烧结性金属颗粒的选自由银、铜及这些金属的氧化物组成的组中的至少一种、及作为粘结剂成分的(甲基)丙烯酸酯化合物与其他共聚物的共聚物。
此外,本实施方式的膜状烧成材料中,优选烧结性金属颗粒的含量为20~80质量%,粘结剂成分的含量为5~20质量%。
《带支撑片的膜状烧成材料》
本实施方式的带支撑片的膜状烧成材料具备上述膜状烧成材料与设置在所述膜状烧成材料的至少一侧(表面)的支撑片。所述支撑片优选在基材膜上的整个面或外周部上设有粘着剂层,并在所述粘着剂层上设有所述膜状烧成材料。所述膜状烧成材料可以以与粘着剂层直接接触的方式而设置,也可以以与基材膜直接接触的方式而设置。通过采用本方式,可用作将半导体晶圆单颗化为芯片时所使用的切割片。且通过使用刀片等而与半导体晶圆一同单颗化,能够加工成与芯片相同形状的膜状烧成材料,且能够制造带膜状烧成材料的芯片。
以下,对带支撑片的膜状烧成材料的一个实施方式进行说明。图3及图4表示本实施方式的带支撑片的膜状烧成材料的概要截面图。如图3及图4所示,本实施方式的带支撑片的膜状烧成材料100a、100b通过在于外周部具有粘着部的支撑片2的内周部上,以可剥离的方式暂时粘合膜状烧成材料1而成。如图3所示,支撑片2为在基材膜3的上表面具有粘着剂层4的粘着片,该粘着剂层4的内周部表面被膜状烧成材料覆盖,成为粘着部在外周部露出的构成。此外,如图4所示,支撑片2可以为在基材膜3的外周部具有环状粘着剂层4的构成。
膜状烧成材料1在支撑片2的内周部形成为与所贴附的工件(半导体晶圆等)大致相同的形状。支撑片2在外周部具有粘着部。在优选的形态中,直径小于支撑片2的膜状烧成材料1以同心圆状层叠在圆形的支撑片2上。如图所示,外周部的粘着部用于环形框架5的固定。
(基材膜)
作为基材膜3没有特别限定,例如可使用由低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯-丙烯共聚物、聚丙烯、聚丁烯、聚丁二烯、聚甲基戊烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸乙酯共聚物、聚氯乙烯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氨酯膜、离聚物等形成的膜等。另外,在本说明书中,“(甲基)丙烯酸”以包含丙烯酸及甲基丙烯酸这两者的含义而使用。
此外,对支撑片要求更高的耐热性时,作为基材膜3,可列举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯膜;聚丙烯、聚甲基戊烯等聚烯烃膜等。此外,也可使用这些膜的交联膜或通过放射线或放电等形成的改性膜。基材膜也可以为上述膜的层叠体。
此外,也可以层叠两种以上或组合使用这些膜。进一步,还可使用对这些膜进行了着色的膜、或对这些膜实施了印刷的膜等。此外,膜可以为通过挤出成型将热塑性树脂片材化的膜,可以为被拉伸的膜,也可以使用以规定手段将固化性树脂薄膜化、固化从而片材化的膜。
基材膜的厚度没有特别限定,优选为30~300μm,更优选为50~200μm。通过将基材膜的厚度设为上述范围,即使进行基于切割的切刻,也不易引起基材膜的断裂。此外,由于对带支撑片的膜状烧成材料赋予了充分的可挠性,因此对工件(例如半导体晶圆等)表现出良好的贴附性。
基材膜也可通过在表面涂布剥离剂来实施剥离处理而得到。作为用于剥离处理的剥离剂,可使用醇酸类、硅酮类、氟类、不饱和聚酯类、聚烯烃类、石蜡类等。由于醇酸类、硅酮类、氟类的剥离剂具有耐热性,因此特别优选。
为了使用上述剥离剂对基材膜的表面进行剥离处理时,只需将剥离剂直接以无溶剂的方式、或者对剥离剂进行溶剂稀释或乳化,并通过凹版涂布机、迈耶棒涂布机、气刀涂布机、辊涂机等进行涂布,将涂布有剥离剂的基材膜供于常温下或加热下而使其固化,或者通过电子束使其固化,或者通过湿式层压或干式层压、热熔融层压、熔融挤出层压、共挤出加工等形成层叠体即可。
(粘着剂层)
支撑片2至少在其外周部具有粘着部。粘着部优选具有暂时将环形框架5固定在带支撑片的膜状烧成材料100a、100b的外周部的功能,并在所需工序后能够剥离环形框架5。因此,粘着剂层4可使用弱粘着性的粘着剂,也可使用粘着力因能量射线照射而降低的能量射线固化性的粘着剂。再剥离性粘着剂层可由公知的各种粘着剂(例如,橡胶类、丙烯酸类、硅酮类、氨基甲酸乙酯类、聚乙烯醚类等通用粘着剂、具有表面凹凸的粘着剂、能量射线固化型粘着剂、含热膨胀成分的粘着剂等)形成。
如图3所示,支撑片2为在基材膜3的上侧整个面上具有粘着剂层4的通常构成的粘着片,也可以为该粘着剂层4的内周部表面被膜状烧成材料覆盖、且粘着部在外周部露出的构成。此时,粘着剂层4的外周部用于上述环形框架5的固定,膜状烧成材料以可剥离方式层叠于内周部。与上述相同,作为粘着剂层4,可使用弱粘着性的粘着剂,也可使用能量射线固化性粘着剂。
此外,在图4所示的构成中,在基材膜3的外周部形成环状的粘着剂层4作为粘着部。此时,粘着剂层4可以为由上述粘着剂形成的单层粘着剂层,也可以为将含有由上述粘着剂形成的粘着剂层的双面粘着胶带切断成环状而成的粘着剂层。
作为弱粘着剂,优选使用丙烯酸类、硅酮类。此外,考虑到膜状烧成材料的剥离性,粘着剂层4在23℃下对SUS板的粘着力优选为30~120mN/25mm,进一步优选为50~100mN/25mm,更优选为60~90mN/25mm。若该粘着力过低,则环形框架有时会脱落。此外,若该粘着力过高,则变得难以从环形框架上剥离,难以对环形框架进行再利用。
当图3的构成的支撑片中使用能量射线固化性的再剥离性粘着剂层时,可预先对层叠有膜状烧成材料的区域进行能量射线照射,降低粘着性。此时,对于其他区域,例如以粘合在环形框架5上为目的,可以不对其进行能量射线照射而将粘着力维持得较高。为了仅不对其他区域进行能量射线照射,例如只需通过印刷等在基材膜的与其他区域对应的区域上设置能量射线屏蔽层,并从基材膜侧照射能量射线即可。此外,在图3的构成的支撑片中,为了牢固地粘合基材膜3与粘着剂层4,可根据所需在基材膜3的设置有粘着剂层4的面上实施基于喷砂或溶剂处理等的凹凸化处理、或电晕放电处理、电子束照射、等离子处理、臭氧紫外线照射处理、火焰处理、铬酸处理、热风处理等氧化处理等。此外,还可实施底漆处理(primer treatment)。
粘着剂层4的厚度没有特别限定,优选为1~100μm,进一步优选为2~80μm,特别优选为3~50μm。
(带支撑片的膜状烧成材料)
在带支撑片的膜状烧成材料中,膜状烧成材料以可剥离的方式暂时粘合于支撑片的内周部,所述支撑片在外周部具有粘着部。在图3所示的构成例中,在带支撑片的膜状烧成材料100a中,膜状烧成材料1以可剥离的方式层叠在由基材膜3与粘着剂层4构成的支撑片2的内周部,粘着剂层4在支撑片2的外周部露出。在该构成例中,优选直径小于支撑片2的膜状烧成材料1以可剥离的方式以同心圆状层叠在支撑片2的粘着剂层4上。
上述构成的带支撑片的膜状烧成材料100a在支撑片2的外周部所露出的粘着剂层4处贴附在环形框架5上。
此外,可在针对环形框架的涂胶(粘着片的外周部上所露出的粘着剂层)上进一步另外设置环状的双面胶带或粘着剂层。双面胶带具有粘着剂层/芯材/粘着剂层的构成,双面胶带中的粘着剂层没有特别限定,例如可使用橡胶类、丙烯酸类、硅酮类、聚乙烯醚等粘着剂。在制造后文所述的带芯片的基板时,在粘着剂层的外周部贴附在环形框架上。作为双面胶带的芯材,例如可优选使用聚酯膜、聚丙烯膜、聚碳酸酯膜、聚酰亚胺膜、氟树脂膜、液晶聚合物膜等。
在图4所示的构成例中,在基材膜3的外周部上形成环状的粘着剂层4作为粘着部。图5中示出了图4所示的带支撑片的膜状烧成材料100b的立体图。此时,粘着剂层4可以为由上述粘着剂形成的单层粘着剂层,也可以为将含有由上述粘着剂形成的粘着剂层的双面粘着胶带切断成环状而成的粘着剂层。膜状烧成材料1以可剥离的方式层叠在被粘着部包围的基材膜3的内周部。在该构成例中,优选直径小于支撑片2的膜状烧成材料1以可剥离的方式以同心圆状层叠在支撑片2的基材膜3上。
对于带支撑片的膜状烧成材料,以用于避免与外部接触的表面保护为目的,可在直至使用之前,在膜状烧成材料及粘着部中的任意一者或两者的表面上设置剥离膜。
作为表面保护膜(剥离膜),也可通过使用剥离剂对上文中列举的聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及聚丙烯等基材膜的表面实施上述剥离处理而得到。作为用于剥离处理的剥离剂,可列举出上文的基材膜的说明中所例示的剥离剂。
带支撑片的膜状烧成材料的厚度优选为1~500μm,更优选为5~300μm,进一步优选为10~150μm。
其中,“带支撑片的膜状烧成材料的厚度”是指带支撑片的膜状烧成材料整体的厚度,例如,由多个层构成的带支撑片的膜状烧成材料的厚度是指构成带支撑片的膜状烧成材料的所有层的厚度。
《带支撑片的膜状烧成材料的制造方法》
所述带支撑片的膜状烧成材料能够通过将上述各层以成为对应位置关系的方式依次层叠而制造。
例如,在基材膜上层叠粘着剂层或膜状烧成材料时,通过在剥离膜上涂布或印刷含有用于构成该粘着剂层或膜状烧成材料的成分及溶剂的粘着剂组合物或烧成材料组合物,并根据需要使其干燥而使溶剂挥发,从而制成膜状,由此预先在剥离膜上形成粘着剂层或膜状烧成材料,将该已形成的粘着剂层或膜状烧成材料的、与同所述剥离膜相接触的一侧为相反侧的露出面与基材膜的表面贴合即可。此时,粘着剂组合物或烧成材料组合物优选涂布或印刷在剥离膜的剥离处理面上。在形成层叠结构后,根据需要去除剥离膜即可。粘着剂组合物或烧成材料组合物中,用于构成该粘着剂组合物或烧成材料组合物的各成分的含量以各成分合计可以为50~99质量%,溶剂的含量可以为1~50质量%。
例如,当制备在基材膜上层叠有粘着剂层,并在所述粘着剂层上层叠有膜状烧成材料而成的带支撑片的膜状烧成材料(支撑片为基材膜及粘着剂层的层叠物的带支撑片的膜状烧成材料)时,可通过以下方式得到带支撑片的膜状烧成材料:通过上述方法,预先在基材膜上层叠粘着剂层,另外在剥离膜上涂布或印刷含有用于构成膜状烧成材料的成分及溶剂的烧成材料组合物,并根据需要使其干燥而使溶剂挥发,从而制成膜状,由此预先在剥离膜上形成膜状烧成材料,将该膜状烧成材料的露出面与已层叠在基材上的粘着剂层的露出面贴合,从而将膜状烧成材料层叠在粘着剂层上。在剥离膜上形成膜状烧成材料时,也优选将烧成材料组合物涂布或印刷在剥离膜的剥离处理面上,在形成层叠结构后,根据需要去除剥离膜即可。
如此,构成带支撑片的膜状烧成材料的除基材以外的层均能够通过预先形成在剥离膜上,并贴合在目标层的表面上的方法进行层叠,因此只要根据需要适当选择采用上述工序的层,制造带支撑片的膜状烧成材料即可。
另外,设置了所有必需的层之后,带支撑片的膜状烧成材料可以以在与其支撑片为相反侧的最表层的表面上贴合有剥离膜的状态而进行保管。
《带芯片的基板的制造方法》
接着,对于本发明的带支撑片的膜状烧成材料的利用方法,以将该烧成材料适用于带芯片的基板的制造时的情况为例进行说明。
作为本发明的一个实施方式,在使用了带支撑片的膜状烧成材料的带芯片的基板的制造方法中,剥离带支撑片的膜状烧成材料的剥离膜,在半导体晶圆(工件)的背面上贴附带支撑片的膜状烧成材料,并可以以(1)、(2)的顺序进行以下的工序(1)~(2),也可以以(1)、(2)、(3)、(4)的顺序进行以下的工序(1)~(4)。
工序(1):对依次层叠有支撑片、膜状烧成材料及半导体晶圆(工件)而成的层叠体的半导体晶圆(工件)与膜状烧成材料进行切割的工序;
工序(2):剥离膜状烧成材料与支撑片,得到带膜状烧成材料的芯片的工序;
工序(3):在基板的表面上贴附带膜状烧成材料的芯片的工序;
工序(4):对膜状烧成材料进行烧成,将芯片与基板接合的工序。
以下,对进行上述工序(1)~(4)的情况进行说明。
半导体晶圆可以为硅晶圆及碳化硅晶圆,也可以为镓砷等的化合物半导体晶圆。在半导体晶圆的表面可形成电路。晶圆表面上的电路的形成可通过包括蚀刻法、剥离(lift-off)法等以往常用方法的各种方法而进行。接着,对半导体晶圆的电路面的相反面(背面)进行磨削。磨削方法没有特别限定,可通过使用磨床等的公知手段进行磨削。在进行背面磨削时,为了保护表面的电路,在电路面上贴附被称为表面保护片的粘着片。背面磨削中通过吸盘台(chuck table)等固定晶圆的电路面侧(即表面保护片侧),并通过磨床对未形成电路的背面侧进行磨削。晶圆磨削后的厚度没有特别限定,通常为20~500μm左右。之后,根据需要,去除在背面磨削时产生的破碎层。破碎层的去除可通过化学蚀刻或等离子体蚀刻等而进行。
然后,在半导体晶圆的背面上贴附上述带支撑片的膜状烧成材料的膜状烧成材料。然后,以(1)、(2)、(3)、(4)的顺序进行工序(1)~(4)。
对形成于晶圆表面的每个电路,切割半导体晶圆/膜状烧成材料/支撑片的层叠体,得到芯片/膜状烧成材料/支撑片的层叠体。以将半导体晶圆与膜状烧成材料一同切断的方式进行切割。根据本实施方式的带支撑片的膜状烧成材料,由于在切割时,在膜状烧成材料与支撑片之间发挥粘着力,因此能够防止崩边(chipping)及芯片飞散,切割适应性优异。切割方法没有特别限定,作为一个例子,可列举出在切割半导体晶圆时,通过环形框架固定支撑片的周边部(支撑体的外周部)后,通过使用切割刀片等旋转圆刀等公知的方法进行半导体晶圆的单颗化的方法等。通过切割而对支撑片产生的切口深度可完全切断膜状烧成材料,优选设为距膜状烧成材料与支撑片的界面0~30μm。通过减小对支撑片的切口深度,能够抑制因切割刀片的摩擦造成的构成支撑片的粘着剂层或基材膜的熔融或毛刺(burr)等的产生。
另外,将对在表面上形成有电路的半导体晶圆进行单颗化而成的部件(芯片)特别称为元件或半导体元件。
然后,可对上述支撑片进行扩张。选择伸长性优异的基材膜作为支撑片的基材膜时,支撑片具有优异的扩张性。通过使用夹头等通用手段拾取经切割的带膜状烧成材料的芯片,从而将膜状烧成材料与支撑片剥离。其结果,可得到在背面具有膜状烧成材料的芯片(带膜状烧成材料的芯片)。
接着,在基板的表面上贴附带膜状烧成材料的芯片。基板上还可包含引线框架或散热器等。
接着,对膜状烧成材料进行烧成,将基板与芯片烧结接合,此时,若将带膜状烧成材料的芯片的膜状烧成材料的露出面贴附在基板上,则能够经由膜状烧成材料而将芯片与所述基板烧结接合。
烧成膜状烧成材料的加热温度只要考虑膜状烧成材料的种类等而适当决定即可,优选100~600℃,更优选150~550℃,进一步优选250~500℃。加热时间只要考虑膜状烧成材料的种类等而适当决定即可,优选1~60分钟,更优选1~30分钟,进一步优选1~10分钟。
对于膜状烧成材料的烧成,可进行对膜状烧成材料施加压力并进行烧成的加压烧成。作为一个例子,加压条件可设为1~50MPa左右。
根据本实施方式的带芯片的基板的制造方法,能够在芯片背面简便地形成厚度均匀性高的膜状烧成材料,不易产生切割工序或封装后的裂纹。此外,根据本实施方式的带芯片的基板的制造方法,能够在无需将膜状烧成材料一个个分别贴附在被个体化的芯片的背面的情况下,得到带膜状烧成材料的芯片,能够谋求制造工序的简化。然后,通过将带膜状烧成材料的芯片配置在所需基板上并进行烧成,可制造经由膜状烧成材料将芯片与基板烧结接合而成的带芯片的基板。芯片与基板由于通过本发明的膜状烧成材料而接合,因此不易引起芯片剥落。此外,即使芯片与基板以被烧成前的膜状烧成材料暂时固定的状态而被搬送,也不易引起芯片错位。
作为一个实施方式,可得到具备芯片与本发明的膜状烧成材料的带膜状烧成材料的芯片。作为一个例子,带膜状烧成材料的芯片可通过上述带芯片的基板的制造方法而制造。
另外,在上述实施方式中,例示出了膜状烧成材料的芯片与其基板的烧结接合,但膜状烧成材料的烧结接合对象不限于上述例示的对象,可对与膜状烧成材料接触并烧结的各种物品进行烧结接合。
此外,在上述实施方式中,通过使用刀片等与半导体晶圆一同进行单颗化,能够加工成与芯片形状相同的膜状烧成材料,且能够制造带膜状烧成材料的芯片。即,在带膜状烧成材料的芯片中,膜状烧成材料的接触面与芯片的接触面的大小(面积)虽相同,但它们也可不同。例如可在膜状烧成材料的接触面大于芯片的接触面的状态下,经由膜状烧成材料贴合基板与芯片。具体而言,可预先在基板上配置所需大小的膜状烧成材料,再在膜状烧成材料上贴附接触面小于该膜状烧成材料的芯片。
实施例
以下,通过实施例等对本发明进行进一步具体说明,但本发明的范围并不限定于这些实施例等。
《实施例1~3、比较例1~2》
<烧成材料组合物的制备>
以下示出用于制备烧成材料组合物的成分。其中,将粒径为100nm以下的金属颗粒记作“烧结性金属颗粒”。
(烧结性金属颗粒内包膏材料)
·Alconano Ag Paste ANP-1(有机覆盖复合银纳米膏,NANOPARTICLELABORATORY CORPORATION制造:醇衍生物覆盖银颗粒,金属含量为70质量%以上,平均粒径为100nm以下的银颗粒(烧结性金属颗粒)为60质量%以上)
·Alconano Ag Paste ANP-4(有机覆盖复合银纳米膏,NANOPARTICLELABORATORY CORPORATION制造:醇衍生物覆盖银颗粒,金属含量为80质量%以上,平均粒径为100nm以下的银颗粒(烧结性金属颗粒)为25质量%以上)
(粘结剂成分)
·丙烯酸聚合物1(甲基丙烯酸2-乙基己酯聚合物,质均分子量为260,000,L-0818,The Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd.制造,MEK稀释品,固体成分为58.4质量%,Tg:-10℃)
以下述表1所示的配比将各成分进行混合,得到对应于实施例1~3及比较例1~2的烧成材料组合物。表1中的各成分的值表示质量份。由于烧结性金属颗粒内包膏材料以包含高沸点溶剂的形式而贩售,且其残留在涂布后或干燥后的膜状烧成用材料中,因此对于烧结性金属颗粒内包膏材料的成分,以包含这些高沸点溶剂的形式而记载。考虑到粘结剂成分中的溶剂在干燥时会挥发,因此表示去除了溶剂成分的固体成分质量份。另外,表1中括号内的数值为将烧成材料组合物的总质量设为100质量%时的、烧成材料组合物中所含有的烧结性金属颗粒的量(质量%)。
<膜状烧成材料的制备>
在作为单面实施了剥离处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯类膜的剥离膜(厚度为38μm,SP-PET381031,LINTEC CORPORATION制造)的单面上,涂布上述所得到的烧成材料组合物,并以110℃使其干燥10分钟,由此得到具有表1所示的厚度的膜状烧成材料。
<膜状烧成材料的测定及评价>
对于上述所得到的膜状烧成材料,测定并评价下述项目。
(厚度的测定)
以JIS K7130为基准,使用恒压测厚仪(TECLOCK Co.,Ltd.制造,产品名称“PG-02”)进行测定。
(收缩率的测定)
将上述所得到的带剥离膜的膜状烧成材料切成直径为5mm的圆状,并将其贴附在具有直径为10mm的截面且高度为5mm的圆柱状的铜被粘物(α)的上表面上。剥离剥离膜,以与膜状烧成材料叠合的方式,在膜状烧成材料的露出面上放置具有直径为5mm的截面且高度为2mm的圆柱状的铜被粘物(β),并在大气气氛下以下述(1)或(2)的条件进行加压烧成,得到收缩率测定用的试验片(X)。
(1)350℃,10MPa,3分钟
(2)400℃,10MPa,3分钟
测定试验片(X)烧成后的膜状烧成材料的直径(R)[mm]与厚度(H)[mm],并通过下述式(I)求出收缩率(A)[%],通过下述式(II)求出体积收缩率(B)[%]。将结果示于表1。
收缩率(A)[%]={1-(烧成后的膜状烧成材料的俯视形状的面积/烧成前的膜状烧成材料的俯视形状的面积)}×100···(I)
体积收缩率(B)[%]={1-(烧成后的膜状烧成材料的体积/烧成前的膜状烧成材料的体积)}×100···(II)
另外,烧成前的膜状烧成材料的俯视形状的面积为(5/2)2×π[mm2],体积为(5/2)2×π×0.075[mm3]。与此相比,烧成后的膜状烧成材料的面积为(R/2)2×π[mm2],体积为(R/2)2×π×H[mm3]。另外,设定π=3.14。
(接触率的测定)
以与收缩率的测定相同的方式得到试验片(X)。
在常温下以6mm/分钟的速度由剪切方向对试验片(X)的粘合面(铜被粘物(β)与铜被粘物(α)的界面)施加力,从铜被粘物(α)上剥离铜被粘物(β)。
当在铜被粘物(β)与膜状烧成材料的界面上发生了剥离时,测量出现在铜被粘物(β)的表面(即,贴附有膜状烧成材料的面)上的膜状烧成材料的粘合痕迹的面积,将其作为烧成后的膜状烧成材料的面积。
当膜状烧成材料发生凝聚破坏时,将残留在铜被粘物(β)的表面的膜状烧成材料切削至20μm以下的厚度后,测量膜状烧成材料的面积,将其作为烧成后的膜状烧成材料的面积。
另外,当确认到孔隙或其痕迹时,孔隙的面积不包含在烧成后的膜状烧成材料的面积中。
通过下述式(III)求出接触率(C)[%]。将结果示于表1。
接触率(C)[%]=(烧成后的膜状烧成材料的面积/贴附有膜状烧成材料的铜被粘物(β)的表面的面积)×100···(III)
(粘着力的测定)
将各个例的烧成材料组合物涂布在厚度为12μm的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜上,使其干燥,从而使溶剂挥发,由此制成PET膜与膜状烧成材料被牢固地贴合的层叠膜。以表面保护为目的,在层叠膜的膜状烧成材料侧的表面上贴合剥离膜(厚度为38μm,SP-PET381031,LINTEC CORPORATION制造)。将所得到的层叠膜与剥离膜一同切断,得到宽度为25mm的粘着力测定用片。
另外准备以使算术平均粗糙度(Ra)成为0.02μm以下的方式对表面进行了化学机械抛光处理的硅晶圆(科学技術研究所社制造,直径:150mm,厚度:500μm),将其作为粘着对象的被粘物。
接着,剥离宽度为25mm且长度为100mm以上的粘着力测定用片的剥离膜,在40℃下,将露出了膜状烧成材料的面贴合于硅晶圆的处理面上,得到由硅晶圆与粘着力测定用片构成的层叠体。
将所得到的层叠体在23℃、相对湿度50%的气氛下放置20分钟后,使用万能型拉伸试验机(INSTRON CORPORATION制造,5581型试验机),以JIS Z0237:2000为基准进行180°剥离试验。具体而言,以300mm/分钟的剥离速度从硅晶圆上剥离粘着力测定用片。此时的剥离中,以使硅晶圆及粘着力测定用片相互接触的面彼此成为180°的角度的方式,沿其长边方向剥离粘着力测定用片。并且,测定进行该180°剥离时的负载(剥离力),将该测定值作为粘着力(D)[mN/25mm]。将结果示于表1。
(算术平均粗糙度的测定)
使用形状测量激光显微镜(KEYENCE CORPORATION制造,3D激光显微镜VK-9700),以JIS B0601:2001为基准,以2.5mm的截止值,在700×500μm2的范围内对剥离了剥离膜的膜状烧成材料的表面的凹凸进行测量,测定算术平均粗糙度(Ra)。将结果示于表1。
(芯片错位的评价)
以与收缩率的测定相同的方式,经由膜状烧成材料贴合铜被粘物(α)与铜被粘物(β)。在常温下,以6mm/分钟的速度由剪切方向对铜被粘物(α)与铜被粘物(β)的粘合面施加力,从铜被粘物(α)上剥离铜被粘物(β)。此时,确认烧成前的膜状烧成材料与铜被粘物(β)有无错位,将其评为有无产生芯片错位。将结果示于表1。
(芯片剥落的评价(剪切粘合力的测定))
以与收缩率的测定相同的方式得到试验片(X)。在常温下,以6mm/分钟的速度由剪切方向对试验片(X)的粘合面施加力,测定粘合状态受到破坏时的强度,将其作为剪切粘合力。由于当该剪切粘合力为50MPa以上时,在各种环境下不易引起芯片剥落,因此评价为“无”芯片剥落。此外,当剪切粘合力小于50MPa时,评价为“有”芯片剥落。将结果示于表1。
(有无框缘现象)
在进行接触率的测定时,通过肉眼观察出现在铜被粘物(β)背面的膜状烧成材料的粘合痕迹、或残留在铜被粘物(β)背面的膜状烧成材料,确认有无框缘状的不存在膜状烧成材料的部分。将结果示于表1。
由表1明显可知,与比较例1~2的膜状烧成材料相比,实施例1~3的膜状烧成材料不易引起烧成前搬送时的芯片错位或烧成后的芯片剥落。
各实施方式中的各构成及这些构成的组合等为一个例子,在不脱离本发明宗旨的范围内,可进行构成的添加、省略、替换、及其他变更。此外,本发明不限定于各实施方式,仅限定于权利要求(claim)的范围。
附图标记说明
1:膜状烧成材料;2:支撑片;3:基材膜;4:粘着剂层;5:环形框架;6:被粘物;10:烧结性金属颗粒;20:粘结剂成分;100a:带支撑片的膜状烧成材料;100b:带支撑片的膜状烧成材料。
Claims (5)
1.一种膜状烧成材料,其含有烧结性金属颗粒及粘结剂成分,其中,
烧结性金属颗粒的含量为15~98质量%,粘结剂成分的含量为2~50质量%,
在温度为350℃、压力为10MPa的条件下进行了3分钟加压烧成时的平面方向上的收缩率相对于烧成前为10%以下,体积收缩率相对于烧成前为15~90%,
在与被粘物接触的状态下,以温度为350℃、压力为10MPa的条件进行了3分钟加压烧成时的、与被粘物的接触率相对于被粘物的接触面为90%以上。
2.根据权利要求1所述的膜状烧成材料,其中,至少一个表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.5μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的膜状烧成材料,其中,烧成前的膜状烧成材料对硅晶圆的粘着力为0.2mN/25mm以上。
4.一种带支撑片的膜状烧成材料,其具备权利要求1~3中任一项所述的膜状烧成材料、及设置在所述膜状烧成材料的至少一侧的支撑片。
5.根据权利要求4所述的带支撑片的膜状烧成材料,其中,
所述支撑片为在基材膜上设有粘着剂层的支撑片,
在所述粘着剂层上设有所述膜状烧成材料。
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