JP2008133330A - 粘接着剤組成物、粘接着シートおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る粘接着剤組成物は、アクリル重合体(A)、不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化性樹脂(B)および熱硬化剤(D)を含むことを特徴としている。
【選択図】なし
Description
配慮から鉛を含まない半田への移行により実装温度が従来の240℃から260℃へと上昇し、半導体パッケージ内部で発生する応力が大きくなり、パッケージクラック発生の危険性はさらに高くなっている。
また、上記特許文献に記載の粘接着シートを使用する際には、エネルギー線照射を行う。このため、エネルギー線照射装置が必要になり、設備費の増大が忌避されることがある。また、エネルギー線照射の不可能な半導体装置の製造工程に適用できないという問題もある。
(1)アクリル重合体、不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化性樹脂および熱硬化剤を含む粘接着剤組成物。
(2)前記不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化性樹脂が、芳香環を有する樹脂である上記(1)に記載の粘接着剤組成物。
(3)上記(1)または(2)に記載の粘接着剤組成物からなる粘接着剤層が、基材上に形成されてなる粘接着シート。
(4)上記(3)に記載の粘接着シートの粘接着剤層に半導体ウエハを貼着し、前記半導体ウエハをダイシングしてICチップとし、前記ICチップ裏面に粘接着剤層を固着残存させて基材から剥離し、前記ICチップをダイパッド部上に前記粘接着剤層を介して熱圧着する工程を含む半導体装置の製造方法。
本発明に係る粘接着剤組成物は、アクリル重合体(A)(以下「(A)成分」とも言う。他の成分についても同様である。)、不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化性樹
脂(B)(以下「化合物(B)」または「(B)成分」とも言う。)および熱硬化剤(D)を必須成分として含み、各種物性を改良するため、必要に応じ他の成分を含んでいても良い。以下、これら各成分について具体的に説明する。
アクリル重合体(A)としては従来公知のアクリル重合体を用いることができる。アクリル重合体の重量平均分子量は1万以上200万以下であることが望ましく、10万以上150万
以下であることがより望ましい。アクリル重合体の重量平均分子量が低過ぎると、基材との粘着力が高くなり、ピックアップ不良が起こることがあり、200万を超えると基板凹凸
へ粘接着剤層が追従できないことがありボイドなどの発生要因になる。アクリル重合体のガラス転移温度は、好ましくは−10℃以上50℃以下、さらに好ましくは0℃以上40℃以下、特に好ましくは0℃以上30℃以下の範囲にある。ガラス転移温度が低過ぎると粘接着剤層と基材との剥離力が大きくなってチップのピックアップ不良が起こることがあり、高過ぎるとウエハを固定するための接着力が不十分となるおそれがある。また、このアクリル重合体のモノマーとしては、(メタ)アクリル酸エステルモノマーあるいはその誘導体が挙げられる。例えば、アルキル基の炭素数が1〜18である(メタ)アクリル酸ア
ルキルエステル、例えば(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等が挙げられ、環状骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルたとえば(メタ)アクリル酸シクロアルキルエステル、(メタ)アクリル酸ベンジルエステル、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、イミドアクリレート等が挙げられ、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、グリシジルメタクリレート、グリシジルアクリレート等が挙げられる。また酢酸ビニル、アクリロニトリル、スチレン等が共重合されていてもよい。また水酸基を有している方が、エポキシ樹脂との相溶性が良いため好ましい。
化合物(B)は、1分子中に不飽和炭化水素基およびエポキシ基を有している。化合物(B)は、このように不飽和炭化水素基を有することから、不飽和炭化水素基を有さないエポキシ熱硬化性樹脂と比較してアクリル重合体(A)との相溶性が高いため、本発明の粘接着剤組成物は、エポキシ熱硬化性樹脂として不飽和炭化水素基を有さないエポキシ熱硬化性樹脂のみを含む粘接着剤組成物よりも信頼性が向上している。
また、このような化合物(B)としては、たとえば、多官能のエポキシ系熱硬化性樹脂のエポキシ基の一部が不飽和炭化水素基を含む基に変換されてなる化合物が挙げられる。このような化合物は、たとえば、エポキシ基へアクリル酸を付加反応させることにより合成できる。あるいは、エポキシ系熱硬化性樹脂を構成する芳香環等に、不飽和炭化水素基を含む基が直接結合した化合物などが挙げられる。
下記式(2))、あるいは後述するエポキシ系熱硬化性樹脂(C)の一部のエポキシ基ヘアクリル酸を付加反応させて得られる化合物が挙げられる。
nは、0〜10の整数である。〕
nは、0〜10の整数である。〕
なお、エポキシ化合物とアクリル酸との反応により得られる化合物は、未反応物やエポキシ基が完全に消費された化合物との混合物となっている場合があるが、本発明においては、上記化合物が実質的に含まれているものであればよい。
エポキシ系熱硬化性樹脂(C)(以下「エポキシ樹脂(C)」とも言う。)は、化合物(B)と併用し、本発明の粘接着剤組成物の接着性や硬化性を調整するために用いることができる。上記エポキシ樹脂(C)としては、ビスフェノールAジグリシジルエーテルや
その水添物、オルソクレゾールノボラックエポキシ樹脂(下記式(3))、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(下記式(4))、ビフェニル型エポキシ樹脂もしくはビフェニル化合物(下記式(5)、(6))など、分子中に2官能以上有するエポキシ化合物が挙
げられる。これらは1種単独でもしくは2種類以上組み合わせて用いることが出来る。
(D)熱硬化剤;
熱硬化剤(D)としては、1分子中にエポキシ基と反応し得る官能基を2個以上有する化合物が挙げられ、その官能基としてはフェノール性水酸基、アルコール性水酸基、アミノ基、カルボキシル基および酸無水物などが挙げられる。これらのうち好ましくはフェノール性水酸基、アミノ基、酸無水物などが挙げられ、さらに好ましくはフェノール性水酸基、アミノ基が挙げられる。熱硬化剤(D)の具体的な例としては下記式(7)に示すノボラック型フェノール樹脂、下記式(8)で表されるジシクロペンタジエン系フェノール樹脂、下記式(9)で表される多官能系フェノール樹脂等のフェノール性硬化剤、下記式(10)で表されるザイロック型フェノール樹脂や、DICY(ジシアンジアミド)などのアミン系硬化剤が挙げられる。これら硬化剤は、1種単独でまたは2種以上混合して使用することができる。
本発明に係る粘接着剤組成物は、上記アクリル重合体(A)、化合物(B)および熱硬化剤(D)を必須成分として含み、各種物性を改良するため、必要に応じエポキシ樹脂(C)の他、下記の成分を含んでいても良い。
硬化促進剤(E)は、粘接着剤組成物の硬化速度を調整するために用いられる。好ましい硬化促進剤としては、エポキシ基とフェノール性水酸基やアミン等との反応を促進し得る化合物が挙げられ、具体的には、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の3級アミン類、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリブチルホスフィン、ジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン類、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィンテトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩等が挙げられる。これらは1種単独でまたは2種以上混合して使用することができる。
カップリング剤は、粘接着剤組成物の被着体に対する接着性、密着性を向上させるために用いられる。また、カップリング剤を使用することで、粘接着剤組成物を硬化して得られる硬化物の耐熱性を損なうことなく、その耐水性を向上することができる。カップリング剤としては、上記(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分等が有する官能基と反応する基を有する化合物が好ましく使用される。カップリング剤としては、シランカップリング剤が望ましい。このようなカップリング剤としてはγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−(3,4
−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−(メタクリロプロピル)トリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−6−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−6−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルファン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、イミダゾールシラン等が挙げられる。これらは1種単独でまたは2種以上混合して使用することができる。これらカップリング剤を使用する際には、化合物(B)およびエポキシ樹脂(C)の合計100重量部に対
して通常0.1〜20重量部、好ましくは0.2〜10重量部、より好ましくは0.3〜5重量部の割合で用いられる。0.1重量部未満だと効果が得られない可能性があり、20重量部を超えると
アウトガスの原因となる可能性がある。
粘接着剤組成物の初期接着力および凝集力を調節するために、架橋剤を添加することもできる。架橋剤としては有機多価イソシアナート化合物、有機多価イミン化合物が挙げられる。
ジフェニルメタン−2,4'−ジイソシアナート、3−メチルジフェニルメタンジイソシ
アナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−ジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタン−2,4'−ジイソシアナート、リジンイソシアナートなどが挙げられる。また、有機多価イソシナート化合物としては、これらの多価イソシアナート化合物の三量体、ならびにこれら多価イソシアナート化合物とポリオール化合物とを反応させて得られる末端イソシアナートウレタンプレポリマー等も挙げることができる。
。
(H)無機充填材;
無機充填材を粘接着剤に配合することにより、熱膨張係数を調整することが可能となり、金属や有機樹脂からなる基板と異なる熱膨張係数を有する半導体チップに対し、硬化後の粘接着剤層の熱膨張係数を最適化することでパッケージの耐熱性を向上させることができる。また、粘接着剤層の硬化後の吸湿率を低減させることも可能となる。好ましい無機充填材としては、シリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、ベンガラ、炭化珪素、窒化ホウ素等の粉末、これらを球形化したビーズ、単結晶繊維、ガラス繊維等が挙げられる。これらは1種単独でまたは2種以上混合して使用することができる。本発明においては、これらのなかでも、シリカ粉末、アルミナ粉末の使用が好ましい。
(その他の成分)
本発明の粘接着剤組成物には、上記の他に、必要に応じて各種添加剤が配合されてもよい。たとえば、硬化後の可とう性を保持するため可とう性成分を添加することができる。可とう性成分は、常温および加熱下で可とう性を有する成分である。可とう性成分は、熱可塑性樹脂やエラストマーからなるポリマーであってもよいし、ポリマーのグラフト成分、ポリマーのブロック成分であってもよい。また、可とう性成分がエポキシ樹脂に予め変性された変性樹脂であってもよい。
(粘接着剤組成物)
上記のような各成分からなる粘接着剤組成物は感圧接着性と加熱硬化性とを有し、未硬化状態では各種被着体を一時的に保持する機能を有する。そして熱硬化を経て最終的には耐衝撃性の高い硬化物を与えることができ、しかも剪断強度と剥離強度とのバランスにも優れ、厳しい熱湿条件下においても充分な接着物性を保持し得る。
本発明に係る粘接着シートは、基材上に、上記粘接着剤組成物からなる粘接着剤層が積層してなる。本発明に係る粘接着シートの形状は、テープ状、ラベル状などあらゆる形状をとり得る。
また、粘接着剤層の厚みは、通常は1〜500μm、好ましくは5〜300μm、特に好ましくは10〜150μm程度である。
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、まず、本発明に係る粘接着シートをダイシング装置上に、リングフレームにより固定し、シリコンウエハの一方の面を粘接着シートの粘接着剤層上に載置し、軽く押圧し、ウエハを固定する。次いで、ダイシングソーなどの切断手段を用いて、上記のシリコンウエハを切断しICチップを得る。この際の切断深さは、シリコンウエハの厚みと、粘接着剤層の厚みとの合計およびダイシングソーの磨耗分を加味した深さにする。
次いで粘接着剤層を介してICチップをダイパッド部に載置する。ダイパッド部はICチップを載置する前に加熱するか載置直後に加熱される。加熱温度は、通常は80〜200℃、好ましくは100〜180℃であり、加熱時間は、通常は0.1秒〜5分、好まし
くは0.5秒〜3分であり、チップマウント圧力は、通常1kPa〜200MPaである
。
固に接着することができる。粘接着剤層はダイボンド条件下では流動化しているため、ダイパッド部の凹凸にも十分に埋め込まれ、ボイドの発生を防止できる。
(実施例)
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
「表面実装性の評価」
(1)半導体チップの製造;
#2000研磨したシリコンウエハ(150mm径, 厚さ150μm)の研磨面に、実施例および比
較例の粘接着シートの貼付をテープマウンター(リンテック社製, Adwill RAD2500)により行い、ウエハダイシング用リングフレームに固定した。次いで、ダイシング装置(東京精密社製,AWD-4000B)を使用して8mm×8mmのチップサイズにダイシングした。ダイシングの際の切り込み量については、基材を20μm切り込むようにした。
基板として銅箔張り積層板(三菱ガス化学株式会社製CCL-HL830)の銅箔に回路パター
ンが形成され、パターン上にソルダーレジスト(太陽インキ製PSR4000 AUS5)を40μm厚
で有しているBT基板を用いた(株式会社ちの技研製)。上記(1)で得た粘接着シート上のチップを粘接着剤層とともに基材から取り上げ、BT基板上に、粘接着剤層を介して120℃, 100gf, 1秒間の条件で圧着した。その後、モールド樹脂(京セラケミカル株式会社製KE-1100AS3)で封止厚400μmになるようにBT基板を封止し(封止装置アピックヤマダ
株式会社製MPC-06M Trial Press)、175℃5時間でモールド樹脂を硬化させた。ついで、
封止されたBT基板をダイシングテープ(リンテック株式会社製Adwill D-510T)に貼付
して、ダイシング装置(株式会社ディスコ製,DFD651)を使用して12mm×12mmサイズにダ
イシングすることで信頼性評価用の半導体パッケージを得た。
得られた半導体パッケージを85℃,60%RH条件下に168時間放置し、吸湿させた後、最高
温度260℃、加熱時間1分間のIRリフロー(リフロー炉:相模理工製WL-15-20DNX型)を3回行なった際に、接合部の浮き・剥がれの有無、パッケージクラック発生の有無を走査型超音波探傷装置(日立建機ファインテック株式会社製Hye-Focus)および断面観察により評
価した。
また、粘接着剤組成物を構成する各成分は下記の通りであった。
(A)アクリル重合体:日本合成化学工業株式会社製 コーポニールN-4617
(B)不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化樹脂
(B)−1.アクリロイル基付加ビスフェノールA型エポキシ樹脂(日本合成化学工業株式会社製 紫光UT-4226、エポキシ当量457g/eq、数平均分子量642、不飽和基含有量:エ
ポキシ基と等量)
(B)−2.アクリロイル基付加ビスフェノールA型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製
ZAA-278、エポキシ当量675g/eq、数平均分子量1800、不飽和基含有量:エポキシ基と等量)
(B)−3.アクリロイル基付加クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製 CNN-147、エポキシ当量518g/eq、数平均分子量2100、不飽和基含有量:エポキシ基と等量)
(C)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製 エピコー
ト828, エポキシ当量189g/eq)
(D)熱硬化剤:
(D)−1.ノボラック型フェノール樹脂(昭和高分子株式会社 ショウノールBRG-556,
フェノール性水酸基当量104g/eq)
(D)−2.ザイロック型フェノール樹脂(三井化学株式会社製 ミレックスXLC−4L)
(E)硬化促進剤:イミダゾール(四国化成工業株式会社製 キュアゾール2PHZ)
(F)シランカップリング剤(三菱化学株式会社製 MKCシリケートMSEP2)
(G)架橋剤:芳香族性ポリイソシアナート(日本ポリウレタン工業株式会社製 コロネートL)
(H)無機充填材:シリカ(株式会社アドマテックス製 アドマファインSC2050)
また、粘接着シートの基材としては、ポリエチレンフィルム(厚さ100μm、表面張力33mN/m)を用いた。
表1,2に記載の組成の粘接着剤組成物を使用した。表中、数値は固形分換算の重量部を示す。表1,2に記載の組成の粘接着剤組成物をシリコーン処理された剥離フィルム(リンテック株式会社製SP-PET3811(S))上に乾燥後の膜厚が30μmになるように塗布、乾燥(乾燥条件:オーブンにて100℃、1分間)した後に基材と貼り合せて、粘接着剤層を基材上に転写することで粘接着シートを得た。
Claims (4)
- アクリル重合体、不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化性樹脂および熱硬化剤を含む粘接着剤組成物。
- 前記不飽和炭化水素基を有するエポキシ系熱硬化性樹脂が芳香環を有する樹脂である請求項1に記載の粘接着剤組成物。
- 請求項1または2に記載の粘接着剤組成物からなる粘接着剤層が、基材上に形成されてなる粘接着シート。
- 請求項3に記載の粘接着シートの粘接着剤層に半導体ウエハを貼着し、前記半導体ウエハをダイシングしてICチップとし、前記ICチップ裏面に粘接着剤層を固着残存させて基材から剥離し、前記ICチップをダイパッド部上に前記粘接着剤層を介して熱圧着する工程を含む半導体装置の製造方法。
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