JP2004238625A - 室温印刷可能ペースト接着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】薄い材料、特に薄いシリコンチップを破損させることなく接着させるために用いることができる印刷可能な接着剤を提供する。
【解決手段】エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂およびそれらの組合せからなる群から選択される液状樹脂および樹脂用の硬化剤を含み、室温でシリコンチップを基板に接合するために十分な粘着性を有し、高温で完全に固化可能であるペースト接着剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、薄い材料、特に薄いシリコンチップを基板に接着するために用いることができる印刷可能ペースト接着剤に関する。

半導体パッケージの組立てにおける一つの設計において、シリコンチップは導電性ペースト接着剤により金属リードフレームなどの基板に接合され、次に、さらに、リードフレーム上の結合パッドにワイヤボンディングすることにより他の回路に接続される。この設計のための大方の操作において、接着剤を基板上に分配し、シリコンチップはチップを接着させるのに十分な圧力および一部の例では熱により接着剤と接触させる。この設計のために接着剤は、容易に分配されると共に、分配された後チップが接着剤中に圧入されると同時に、所定の位置にとどまることを可能とする粘度およびレオロジーを有しなければならない。

より薄く、より小さな電子素子に向けての流れが進むにつれて、チップはますます薄くなるように設計され、基板およびチップは一緒により近接して置かれ、チップの端および結合パッドは一緒により近接して置かれる。現在用いられているペースト接着剤は、それらが接着剤に接触しているダイの圧力により基板と薄いチップの間のより狭い空間から簡単に追い出されるので、これらのより薄いチップおよびより小さい空間での使用に不適当である。接着剤はより薄いダイの上およびその表面上に飛び出て、結合パッドおよび回路を損傷する。接着剤が導電性である場合、あらゆるオーバーフローは、また、チップ端と結合パッド間の短い距離を汚すと共に、あらゆる遊離導電性粒子は回路における短絡を引き起こすことができるであろう。

半導体シリコンチップがより薄くなるように設計されるので、別の問題が起こってくる。薄いダイは取扱いによりそってしまうというより大きな傾向を有し、現在のペースト接着剤は薄いダイを平らに保持することができない。ダイのそりは組立て上の問題、例えば、ダイからリードフレームへのワイヤーボンドの破損を引き起こす。さらに、より薄いダイは、細かく角切りされたシリコンチップをその基板に接着するために必要とされる圧力をかけることによりさらに容易に損傷するかまたは壊れる。

これらのより新しいパッケージの設計は、半導体チップを接着剤に接触させるために用いられる圧力を適用する際に流動に敏感でなく、且つ圧力感受性があり、室温でチップを平らに保持することにより薄いシリコンチップをそりから安定化させるための初期粘着性を有する接着剤に対する必要性を創造する。

本発明は、最終硬化温度より低温で部分的に粘着状態に硬化可能であり、粘着状態に達するために用いる温度よりもさらに高い温度で完全に固体状態に硬化可能である少なくとも一つの液体粘着性樹脂を含むペースト接着剤である。その粘着状態において、ペースト接着剤は室温において１ｋｇ重未満でシリコンチップを基板に接合するための十分な強度を有する。この能力は、より大きな力の使用により破損することがあるより薄いダイにとって決定的である。

粘着状態を形成するための組立て段階での熱の適用はB−状態化と呼ばれ、接着剤はB−状態対応と呼ばれる。これらのペースト接着剤の粘度は１０〜８００Ｐａ．ｓ（１０，０００〜８００，０００ｃｐｓ）の範囲内にある。

本発明のペースト接着剤を製造するための適当な液体樹脂には、それらが室温以下で粘着感圧状態に硬化し、室温より高い温度で完全に硬化するという条件で、脂環式エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、ビスフェノールＡおよびビスフェノールＦの単官能性および多官能性グリシジル・エーテルが挙げられる。こうしたエポキシ樹脂は、例えば、ＣＩＢＡ、住友、大日本またはレゾルーション・テクノロジー（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、ＣＶＣスペシャルティ・ケミカルズ（Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）、レゾルーション・パフォーマンス・プロダクツＬＬＣ（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＬＬＣ）およびナショナル・スターチ・アンド・ケミカル（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）から市販されている。

別の適切な樹脂には、フェノール樹脂およびエピクロルヒドリンの反応により調製されるエポキシノボラック樹脂がある。好ましいエポキシノボラック樹脂には、ポリ（フェニルグリシジルエーテル）−コ−ホルムアルデヒドがある。他の適切なエポキシ樹脂には、通常ビフェニル樹脂とエピクロルヒドリンの反応により調製されるビフェニルエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール・エポキシ樹脂、ナフタリン樹脂、エポキシ官能性ブタジエン・アクリロニトリルコポリマー、エポキシ官能性ポリジメチルシロキサンおよびこれらの混合物が挙げられる。

非グリシジルエーテルエポキシドも用いることが可能である。適切な例には、環構造の一部である二つのエポキシド基およびエステル結合を含有する３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、二つのエポキシド基を含有し、そのうちの一つが環構造の一部である二酸化ビニルシクロヘキセン、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキサンカルボキシレートおよび二酸化ジシクロペンタジエンが挙げられる。

適当なエポキシのさらなる例には以下が挙げられる：

エポキシ樹脂用の適当な触媒または硬化剤には、イミダゾールまたはイミダゾール−無水物付加物が挙げられる。単独使用または付加物形成用の好ましいイミダゾールには、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾールおよびイミダゾールなどの非Ｎ−置換イミダゾールが挙げられる。他の有用なイミダゾールには、アルキル−置換イミダゾール、Ｎ−置換イミダゾールおよびそれらの混合物がある。

付加物を形成するための好ましい無水物には、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）からＰＭＤＡとして市販されている無水ピロメリット酸などの脂環式無水物がある。他の適当な無水物には、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（ロンザ社インターミディエーツ・アンド・アクティブズ（Ｌｏｎｚａ Ｉｎｃ．Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ ａｎｄ Ａｃｔｉｖｅｓ）からＭＨＨＰＡとして市販されている）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水フタル酸、無水ドデシルコハク酸、ビスフェニル二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物およびそれらの混合物が挙げられる。

二つの好ましい付加物は、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸無水物１部と２−フェニル−４−メチルイミダゾール４部の複合体および１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物１部と２−フェニル−４−メチルイミダゾール２部の複合体である。これらの付加物は、加熱下でアセトンなどの適当な溶媒中に成分を溶解することにより調製される。冷却すると付加物は沈殿分離する。こうした付加物はあらゆる有効量において用いられるが、好ましくは組成物中で有機材料の１〜２０質量％の量で存在する。

樹脂を粘着状態に硬化するための温度は、一般に、５０°〜２００℃の範囲内である。あるいは、ＵＶ照射も、一般に、４００〜５００ｎｍの波長範囲内で用いることができる。完全硬化用の温度は粘着状態に達する硬化温度より高く、一般に、２００℃以下の範囲内にある。

いくらかの配合物がある割合の固形樹脂を用いることは可能である。その場合に、その割合は、好ましくは液体樹脂の５０質量％以下である。また、固形樹脂が液体樹脂中、または固形樹脂を溶解することができると共にB−状態加熱に用いられる温度で蒸発する溶媒中に溶解できることは好ましい。

固形樹脂を溶解するための適する溶媒の例には、１−メトキシ−２−プロパノール、酢酸プロピレングリコールメチルエーテル、グリコールエーテル、酢酸グリコールまたはアルコールが挙げられる。こうした溶媒は、また、組成物の粘度を修正する目的のために用いることが可能である。

上述のエポキシ樹脂に加えて、他の適当な樹脂には、ＣＩＢＡ ＣＹ１７９などの脂環式エポキシ化合物、フェノール系硬化剤およびホスフィン系硬化剤を有するビスフェノールＡジエポキシドなどの芳香族エポキシ化合物、光開始剤を有するサートマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ）から市販されているものなどのアクリル化合物、潜在性アミンまたはイミダゾール硬化剤を有するナショナル・スターチ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ）、ＣＩＢＡ、住友または大日本から市販されているものなどのエポキシ化合物、（電子供与体）ビニルエーテル、ビニルシラン、スチレン系化合物、シンナミル化合物を有するチバ・スペシャルテイ・ケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）またはナショナル・スターチ・アンド・ケミカルから市販されているものなどのビスマレイミド化合物（電子受容体）が挙げられる。

適する電子供与体樹脂の例には、以下の構造を有するものが挙げられる：

式中、Ｃ₃₆はリノール酸およびオレイン酸から誘導される炭素数３６個の直鎖または分岐鎖アルキル基を表し；

式中、Ｃ₃₆はリノール酸およびオレイン酸から誘導される炭素数３６個の直鎖または分岐鎖アルキル基を表す。

フリーラジカル開始剤、熱開始剤および光開始剤などの硬化剤は、組成物を硬化させるための有効量において存在する。一般に、それらの量は、組成物中の全有機材料（すなわち、あらゆる無機充填剤を除いて）の０．１〜３０質量％、好ましくは１〜２０質量％の範囲にある。実際の硬化プロフィールは成分により変化し、熟練者により過度の実験なしで決定することができる。

硬化性組成物は、非導電性または熱的または電気的に導電性の充填剤を含むことが可能である。適当な非導電性充填剤には、バーミキュライト、マイカ、珪灰石、炭酸カルシウム、チタニア、砂、ガラス、溶融シリカ、ヒュームド・シリカ、硫酸バリウム並びにテトラフルオロエチレン、トリフルオロ−エチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、塩化ビニリデンおよび塩化ビニルなどのハロゲン化エチレンポリマーの粒子が挙げられる。適当な導電性充填剤には、カーボンブラック、グラファイト、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、炭化珪素、ダイアモンドおよびアルミナが挙げられる。用いられる場合、充填剤は一般に配合物の９８質量％以下の量で存在する。

ペースト接着剤は、半導体用の選択された基板上にスクリーンまたはステンシル印刷することが可能である。こうした基板には、例えば、ＦＲ４ＢＴボード、可撓性ポリイミドフィルム、セラミックが挙げられる。半導体パッケージング操作における使用のための基板上のスクリーンおよびステンシル印刷用の技術は当業界で周知である。あるいは、ペースト接着剤は、それがチップに角切り細断される前に半導体ウエハーの受動面上にスクリーンまたはステンシル印刷することができる。この場合に、剥離ライナーまたは裏面は、あらゆる輸送または貯蔵間の保護用の粘着B−状態化接着剤の表面上に置くことが可能である。用いることができるであろう別の保護カバーは、ウエハーが個々のチップに細かく角切りされる時に接着剤の表面上に残っているであろうダイシングテープである。これらの操作はまた当業界で既知である。

さらなる実施形態において、本発明は半導体チップまたはダイ用の基板、および部分的に粘着状態に硬化して基板に被着した上述のようなB−状態対応接着剤を含む組立て品である。組成物が粘着状態に硬化する場合、半導体ダイを接着するための力はより少なくてすむ。これは、特に、薄い、例えば、７６．２μｍ（３ミル）以下であるダイに対して決定的である。

接着剤配合物を以下の表に示す成分と質量％により調製した。次に、これらの接着剤を８０×８０セラミック金型上に被着させ、粘着状態に硬化（B−状態化）させた。B−状態化のための条件を表に示す。次に、各ダイを表中で接着条件（ａｔｔａｃｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）として列挙する力と温度でセラミック基板に接着した。ダイの観察により、圧力をかけても接着剤の流動およびダイのそりは全くないことが明らかになった。ダイを基板に接触させた後に、接着剤を３０分間にわたり傾斜をつけながら１７５℃まで加熱し、次に、１時間にわたり１７５℃で保持することにより硬化させた。ダイ剪断強度を室温と２４５℃でダイエ（Ｄａｙｅ）４０００機器を用いて測定した；それらの結果を表に報告する。すべての配合物に対するチキソトロピー指数は、その範囲が商業用用途に許容可能である１．０〜１．３の範囲内であった。データは、液体樹脂から調製される配合物Ｄ、ＥおよびＦの接着剤が、室温で塗布され、粘着状態に硬化されると共に、次に、１Ｋｇ重未満の圧力をかけることにより室温で半導体ダイを接着するために用いることができることを示す。これらの接着剤は最終的に硬化されて市販許容可能なダイ剪断強度を提供し、圧力をかけても流動しなかった。

* 溶媒はジプロピレングリコール・メチル・エーテルまたはプロピレングリコール・メチル・エーテル・アセテートまたはそれらの混合物である。

Claims (3)

1. エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂およびそれらの組合せからなる群から選択される液体樹脂および樹脂用の硬化剤を含み、液体樹脂は一つの温度において粘着状態に、そしてより高い温度で固体状態に硬化することができるペースト接着剤。
2. さらに充填剤を含む請求項１に記載のペースト接着剤。
3. 基板に塗布され、粘着状態に硬化される請求項１に記載のペースト接着剤。