JP2008260892A - 電子部品用接着剤 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば半導体チップ等の電子部品を、基板や他の半導体チップ等に接着するのに用いられたときに、電子部品が比較的薄い場合であっても、電子部品の反りを抑制することができる電子部品用接着剤を提供する。
【解決手段】半導体チップ２などの電子部品の接着に用いられる接着剤３であって、負の膨張係数を有する充填剤と、可塑性樹脂や硬化性化合物などの接着性化合物を含むバインダーとを含有する電子部品用接着剤３。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば基板上に半導体チップなどの電子部品を接着する用途に適した電子部品用接着剤に関し、より詳細には、電子部品を接着した際に、電子部品の反りを抑制することができる電子部品用接着剤に関する。

従来、半導体チップが基板上に実装されている半導体装置が広く知られている。

半導体チップを基板上に実装する際には、基板上にペースト状の接着剤を塗布し、半導体チップを搭載していた。あるいは、半導体ウェーハの下面にシート状の接着剤を貼付しておき、半導体ウェーハを個々の半導体チップにダイシングした後、ダイシングされた半導体チップを接着剤ごと取り出し、半導体チップを接着剤側から基板上に搭載していた。

上記半導体チップの実装に用いられるペースト状の接着剤は、例えば下記の特許文献１に記載されている。特許文献１には、（メタ）アクリル樹脂と、熱可塑性エラストマーと、有機過酸化物と、銀粉またはシリカフィラーとを含む接着剤が開示されている。

他方、上記半導体ウェーハの下面に貼付されるシート状の接着剤は、例えば下記の特許文献２，３に記載されている。特許文献２には、接着剤が紫外線硬化型接着成分及び熱硬化型粘着成分と、フィラーとを含む構成が開示されている。特許文献３には、接着剤が熱可塑性樹脂と、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、フィラーとを含む構成が開示されている。
特開平１０−３３０４４１号公報 特開２００３−１９７６５１号公報 特開２００６−１１７９４９号公報

接着剤を用いて、半導体チップを基板上に実装した場合には、半導体チップの反りが生じることがあった。近年、半導体装置においては、小型化及び軽量化が要求されている。そのため、使用される半導体チップにおいても、薄型化が進行している。特に、比較的薄い半導体チップを用いた場合には、半導体チップの反りがより一層生じがちであった。

半導体チップの反りが生じる要因としては、例えば熱が与えられ、冷却される過程における半導体チップ及び基板と接着剤との伸び率の温度依存性の相違や、線膨張率の相違によって生じる応力が考えられる。

上記特許文献１〜３のように、接着剤にシリカなどのフィラーを比較的多く充填した場合には、線膨張率は低下するものの、弾性率が高くなりがちであった。よって、シリカが充填された接着剤を用いた場合には、半導体チップの反りが生じ易かった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、例えば半導体チップ等の電子部品の接着に用いられたときに、電子部品が比較的薄い場合であっても、電子部品の反りを抑制することができる電子部品用接着剤を提供することにある。

本発明に係る電子部品用接着剤は、負の膨張係数を有する充填剤と、接着性化合物を含むバインダーとを含有することを特徴とする。

本発明に係る電子部品用接着剤のある特定の局面では、充填剤の膨張係数は、−４０〜−１ｐｐｍ／℃の範囲にある。

本発明に係る電子部品用接着剤の他の特定の局面では、充填剤は、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｓｃ及びＮｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物である。

本発明に係る電子部品用接着剤のさらに他の特定の局面では、バインダーは、熱硬化性化合物及び熱硬化剤を含んでいる。

本発明に係る電子部品用接着剤では、負の膨張係数を有する充填剤と、接着性化合物を含むバインダーとを含有するので、例えば半導体チップ等の電子部品の接着に用いた場合に、電子部品の反りを抑制することができる。特に、半導体チップ等の電子部品の厚みが比較的薄い場合に、電子部品の反りを著しく抑制することができる。

充填剤の膨張係数が−４０〜−１ｐｐｍ／℃の範囲にある場合には、電子部品の反りを効果的に抑制することができる。

充填剤が、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｓｃ及びＮｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物である場合には、電子部品の反りをより一層抑制することができる。

バインダーが熱硬化性化合物及び熱硬化剤を含む場合には、電子部品の反りをさらに一層抑制することができる。

以下、本発明の詳細を説明する。

本願発明者らは、上記課題を達成するために、接着性化合物を含むバインダーに負の膨張係数を有する充填剤を配合することにより、電子部品を接着した際に、電子部品が比較的薄い場合であっても、電子部品の反りを抑制し得ることを見出し、本発明をなすに至った。

本発明に係る電子部品用接着剤は、負の膨張係数を有する充填剤と、接着性化合物を含むバインダーとを含有する。電子部品用接着剤は、電子部品の接着に用いられる。

上記負の膨張係数を有する充填剤としては、３００℃以下の温度領域において、負の膨張係数を有するものであれば特に限定されない。

上記充填剤の膨張係数は特に限定されないが、−４０〜−１ｐｐｍ／℃の範囲にあることが好ましい。膨張係数が−４０ｐｐｍ／℃未満であると、充填剤の選定が限定されたり、接着剤の他の配合成分によっては電子部品の反りの抑制効果が充分に得られないことがある。膨張係数が−１ｐｐｍ／℃を超えると、膨張係数が−１ｐｐｍ／℃以下である充填剤を同量添加した場合と比較して、電子部品の反りの抑制効果が充分に得られないことがある。上記充填剤の膨張係数は、より好ましくは、−４０〜−５ｐｐｍ／℃の範囲である。

上記負の膨張係数を有する充填剤としては、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｓｃ及びＮｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物が好ましい。接着剤がこれらの酸化物を含むと、電子部品の反りをより一層抑制することができる。

上記負の膨張係数を有する充填剤としては、具体的には、ＺｒＷ_２Ｏ_８、Ｚｒ_２（ＷＯ_４）（ＰＯ_４）_２、ＬｉＡｌＳｉＯ_４、Ｓｃ_２Ｗ_３Ｏ_１２、Ｎｂ_２Ｏ_５等が挙げられ、好ましく用いられる。

電子部品用接着剤を絶縁用途で用いる場合には、充填剤は絶縁体であることが好ましい。

上記充填剤の配合量としては特に限定されないが、接着性化合物を含有するバインダー１００体積部に対して、好ましい下限は５体積部、好ましい上限は１５０体積部である。充填剤が少なすぎると、電子部品の反りの抑制効果が充分に得られない場合があり、多すぎると、接着信頼性に劣ることがある。充填剤の膨張係数が、−５〜−１ｐｐｍ／℃の範囲にある場合には、接着性化合物を含有するバインダー１００体積部に対して、充填剤のより好ましい下限は３０体積部、より好ましい上限は１３０体積部である。充填剤の膨張係数が−５ｐｐｍ／℃以下である場合には、接着性化合物１００体積部に対して、充填剤のより好ましい下限は１０体積部、より好ましい上限は５０体積部である。

上記接着性化合物としては、化合物自身が接着性を示す化合物、及び化合物自身は接着性を示さないが、硬化反応等によって接着性を発現する化合物が挙げられ、接着性化合物はこの化合物のいずれをも含む。

上記接着性化合物は特に限定されず、例えば可塑性樹脂であってもよく、硬化性化合物であってもよい。

上記可塑性樹脂としては特に限定されないが、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＳＢＢＳ樹脂、ＳＢＳ樹脂、ＳＥＢＳ樹脂、ＳＥＰＳ樹脂、ＳＩＢＳ樹脂等が挙げられる。

上記硬化性化合物は、熱硬化性化合物であってもよく、光硬化性化合物であってもよい。

上記熱硬化性化合物としては特に限定されないが、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂などのアミノ系樹脂、フェノール系樹脂、熱硬化性ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、熱硬化性ポリイミド系樹脂、アミノアルキド系樹脂等が挙げられる。なかでも、硬化後の耐熱信頼性が高められるので、エポキシ系樹脂が好ましい。

上記エポキシ系樹脂としては特に限定されないが、多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂が好ましい。多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂を含有すると、その硬化物は、剛直で分子の運動が阻害されるものとなり、優れた機械的強度や耐熱性を発現するとともに、吸水性も低くなるため優れた耐湿性を発現する。

上記多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジシクロペンタジエンジオキシド、ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノールノボラックエポキシ樹脂等のジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（以下、「ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂」と記す）、１−グリシジルナフタレン、２−グリシジルナフタレン、１，２−ジグリジジルナフタレン、１，５−ジグリシジルナフタレン、１，６−ジグリシジルナフタレン、１，７−ジグリシジルナフタレン、２，７−ジグリシジルナフタレン、トリグリシジルナフタレン、１，２，５，６−テトラグリシジルナフタレン等のナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂（以下、「ナフタレン型エポキシ樹脂」と記す）、テトラヒドロキシフェニルエタン型エポキシ樹脂、テトラキス（グリシジルオキシフェニル）エタン、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−６−メチルシクロヘキサンカルボネート等が挙げられる。なかでも、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂やナフタレン型エポキシ樹脂が好適に用いられる。これらの多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂は、単独で用いられても良いし、２種以上が併用されても良い。また、上記ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ樹脂は、それぞれ単独で用いられても良いし、両者が併用されても良い。

上記多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂の分子量は、特に限定されるものではないが、好ましい下限は５００であり、好ましい上限は１０００である。多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂の分子量が５００未満であると、硬化物の機械的強度、耐熱性、耐湿性等に劣ることがあり、分子量が１０００を超えると、硬化物が剛直になりすぎて、脆くなることがある。

また、上記熱硬化性化合物としては、エポキシ系樹脂に加えて、エポキシ基と反応する官能基を有する高分子ポリマーを含有することが好ましい。エポキシ基と反応する官能基を有する高分子ポリマーを含有すると、その硬化物は、優れた可撓性を発現する。上記エポキシ基と反応する官能基としては、エポキシ基等が挙げられる。

エポキシ基を有する高分子ポリマーとしては、末端及び／又は側鎖（ペンダント位）にエポキシ基を有する高分子ポリマーであれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ基含有アクリルゴム、エポキシ基含有ブタジエンゴム、ビスフェノール型高分子量エポキシ樹脂、エポキシ基含有フェノキシ樹脂、エポキシ基含有（メタ）アクリル樹脂、エポキシ基含有ウレタン樹脂、エポキシ基含有ポリエステル樹脂等が挙げられる。なかでも、硬化物の機械的強度や耐熱性が高められるので、エポキシ基含有（メタ）アクリル樹脂が好適に用いられる。これらのエポキシ基を有する高分子ポリマーは、単独で用いられても良いし、２種類以上が併用されても良い。

上記接着性化合物が熱硬化性化合物であり、バインダーは、熱硬化剤をさらに含むことが好ましい。

上記熱硬化剤としては特に限定されるものではないが、例えば、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の加熱硬化型酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤、カチオン系触媒型硬化剤等が挙げられる。これらの熱硬化剤は、単独で用いられても良いし、２種類以上が併用されても良い。

上記熱硬化剤のなかでも、常温で液状の加熱硬化型硬化剤や、多官能であり、当量的に添加量が少量で良いジシアンジアミド等の潜在性硬化剤が好適に用いられる。このような硬化剤を用いることにより、接着剤をシートにする場合に、硬化前には常温で柔軟であってハンドリング性が良好なシートを得ることができる。これに対し、常温で固体であって当量的に添加量の多くなるフェノール系硬化剤は、シート自体の硬化前のガラス転移温度（Ｔｇ）がかなり上昇してしまい、初期に割れが発生し易くなり、ハンドリング性に劣るシートとなることがある。

上記常温で液状の加熱硬化型硬化剤の代表的なものとしては、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルナジック酸無水物、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物系硬化剤が挙げられる。なかでも、疎水化されていることから、メチルナジック酸無水物やトリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸が好適に用いられる。これに対し、メチルテトラヒドロ無水フタル酸やメチルヘキサヒドロ無水フタル酸は、耐水性が劣ることがある。これらの酸無水物系硬化剤は、単独で用いられても良いし、２種類以上が併用されても良い。

硬化速度や硬化物の物性等を調整するために、上記熱硬化剤とともに、硬化促進剤を併用しても良い。

上記硬化促進剤としては特に限定されないが、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、３級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。なかでも、硬化速度や硬化物の物性等の調整をするための反応系の制御をしやすいことから、イミダゾール系硬化促進剤が好ましい。これらの硬化促進剤は、単独で用いられても良いし、２種類以上が併用されても良い。

上記イミダゾール系硬化促進剤としては特に限定されないが、例えば、イミダゾールの１位をシアノエチル基で保護した１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾールや、イソシアヌル酸で塩基性を保護した商品名「２ＭＡ−０Ｋ」（四国化成工業社製）等が挙げられる。これらのイミダゾール系硬化促進剤は、単独で用いられても良いし、２種類以上が併用されても良い。

上記酸無水物系硬化剤と例えばイミダゾール系硬化促進剤等の硬化促進剤とを併用する場合には、酸無水物系硬化剤の添加量をエポキシ基に対して理論的に必要な当量以下とすることが好ましい。また、アミン系硬化剤と例えばイミダゾール系硬化促進剤等の硬化促進剤とを併用する場合には、アミン系硬化剤の添加量をエポキシ基に対して理論的に必要な当量以下とすることが好ましい。

上記酸無水物系硬化剤やアミン系硬化剤の添加量が過剰であると、硬化物から水分により塩素イオンが溶出しやすくなるおそれがある。例えば、接着剤の硬化物から熱水で溶出成分を抽出した際に、抽出水のｐＨが４〜５程度まで低くなり、エポキシ系樹脂から引き抜かれた塩素イオンが多量に溶出してしまうことがある。

上記光硬化性化合物としては特に限定されないが、例えば、光カチオン重合性化合物が好適である。

上記光カチオン重合性化合物としては、分子内に少なくとも１個の光カチオン重合性の官能基を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、分子内に少なくとも１個のエポキシ基、オキセタン基、水酸基、ビニルエーテル基、エピスルフィド基、エチレンイミン基等の光カチオン重合性の官能基を有する化合物等が好適である。

電子部品用接着剤が上記光カチオン重合性化合物を含む場合には、光カチオン重合開始剤をさらに含むことが好ましい。

上記光カチオン重合開始剤としては、イオン性光酸発生タイプであってもよいし、非イオン性光酸発生タイプであってもよい。イオン性光酸発生タイプの光カチオン重合開始剤としては、例えば、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ハロニウム塩、芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩類や、鉄−アレン錯体、チタノセン錯体、アリールシラノール−アルミニウム錯体等の有機金属錯体類等が挙げられる。

電子部品用接着剤は、必要に応じて溶剤を含有してもよい。

また、電子部品用接着剤には、本発明の目的で阻害しない範囲で、必要に応じて他の添加剤を添加してもよい。このような添加剤としては、脂肪族水酸基含有化合物、密着性向上剤、補強剤、軟化剤、可塑剤、粘度調整剤、揺変剤、安定剤、酸化防止剤、着色剤、脱水剤、難燃剤、帯電防止剤、発泡剤、防黴剤などが挙げられる。これらの添加剤は１種のみが用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

電子部品用接着剤は、ペースト状であってもよく、シート状に加工されていてもよい。

上記電子部品用接着剤がペースト状である場合には、ペースト状の接着剤は、例えば電子部品に塗布したり、該電子部品を実装する被実装部材上に塗布したりして、電子部品の接着に用いることができる。

上記電子部品用接着剤がシート状である場合には、シート状の接着剤は、電子部品に貼付したり、該電子部品を実装する被実装部材上に貼付したりして、電子部品の接着に用いることができる。

上記電子部品用接着剤をシート状に加工する方法としては、例えば、押出機による押出成形法や、接着性化合物と充填剤との混合物を溶剤で希釈して接着性組成物溶液を調製し、この溶液をセパレーター上にキャスティングした後、溶剤を乾燥させる溶液キャスト法等が挙げられる。なかでも、高温処理を必要としないことから、溶液キャスト法が好適に用いられる。

電子部品用接着剤の用途としては特に限定はされず、半導体チップ等の電子部品を基板や他の半導体チップ等の被実装部材に実装するのに好適に用いることができる。また、例えば電子部品に接着され、電子部品の表面をコートする表面コート剤としても好適に用いることができる。半導体チップを基板又は他の半導体チップに積層する際に、特に好適に用いることができる。

図１に、本発明の一実施形態に係る電子部品用接着剤を用いて製造された電子部品装置の一例としての半導体装置を略図的正面断面図で示す。

図１に示す半導体装置１は、本発明に係る電子部品用接着剤３を介して、電子部品としての半導体チップ２が、被実装部材である基板４上に実装された構造を有する。基板４は、回路パターンが少なくとも上面に形成された回路基板からなる。

上記半導体チップ２は、通常、シリコン系半導体はんどの適宜の半導体材料により構成されている。半導体チップ２の上面には、外部と電気的な接続を果たすための電極２ａ，２ｂが設けられている。半導体チップ２の上面に設けられた電極２ａ，２ｂに、ボンディングワイヤー５ａ，５ｂの一端が接続されている。ボンディングワイヤー５ａ，５ｂの他端は、基板４の上面に設けられた電極パッド４ａ，４ｂに電気的に接続されている。半導体チップ２を覆うように、基板４上に樹脂モールド層６が形成されている。なお、半導体チップ２の上に、本発明に係る電子部品用接着剤を介して、他の半導体チップが積層されていてもよい。

本発明に係る電子部品用接着剤は、図１に示すような電子部品装置の製造に好適に用いることができる。本発明に係る電子部品用接着剤３を用いて、半導体チップ２を基板４上に積層した場合には、半導体チップ２が比較的薄い場合であっても、半導体チップ２の反りを著しく抑制することができる。

以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
接着性化合物としてのＧ−２０５０Ｍ（日本油脂社製、エポキシ含有アクリルポリマー、重量平均分子量Ｍｗ２０万）１５重量部、ＥＸＡ−７２００ＨＨ（大日本インキ社製、ジシクロペンタジエン型エポキシ）７０重量部、及びＨＰ−４０３２Ｄ（大日本インキ社製、ナフタレン型エポキシ）１５重量部と、ＹＨ−３０９（ジャパンエポキシレジン社製、酸無水物系硬化剤）３８重量部と、２ＭＡＯＫ−ＰＷ（四国化成社製、イミダゾール）８重量部と、Ｓ３２０（チッソ社製、アミノシラン）２重量部とを配合し、バインダーとした。上記バインダー１００体積部に対して、充填剤としてのＺＷＰ（共立マテリアル社製、リン酸タングステン酸ジルコニウム、Ｚｒ_２（ＷＯ_４）（ＰＯ_４）_２、膨張係数−３ｐｐｍ／℃）３０体積部を配合し、配合物を得た。

得られた配合物を溶剤としてのメチルエチルケトン（ＭＥＫ）に固形分６０％となるように添加し、攪拌し、塗液を得た。これを離型フィルム上に厚み４０μｍになるように塗布し、１１０℃で３分間オーブン中で加熱乾燥し、シート状の電子部品用接着剤を作製した。

（実施例２）
上記バインダー１００体積部に対して、充填剤としてのＺＷＰの配合割合を７４体積部に代えたこと以外は実施例１と同様にして、シート状の電子部品用接着剤を作製した。

（実施例３）
上記バインダー１００体積部に対して、充填剤としてのＺＷＰの配合割合を１２６体積部に代えたこと以外は実施例１と同様にして、シート状の電子部品用接着剤を作製した。

（比較例１）
充填剤をシリカ（アドマテックス社製、ＳＯ−Ｃ３）に代えて、かつ上記バインダー１００体積部に対して、充填剤としてのシリカの配合割合を３６体積部に代えたこと以外は実施例１と同様にして、シート状の電子部品用接着剤を作製した。

（比較例２）
上記バインダー１００体積部に対して、充填剤としてのシリカの配合割合を８１体積部に代えたこと以外は比較例１と同様にして、シート状の電子部品用接着剤を作製した。

（比較例３）
上記バインダー１００体積部に対して、充填剤としてのシリカの配合割合を１２６体積部に代えたこと以外は比較例１と同様にして、シート状の電子部品用接着剤を作製した。

（評価）
各シート状の電子部品用接着剤上に、電子部品としての１０ｍｍ角、８０μｍ厚に個片化されたウェハを積層し、１００℃にて熱ラミネートした。その後、１７０℃で３０分間加熱することにより、接着剤を硬化させ、電子部品用接着剤上にウェハが接着された反り試験用サンプルを作製した。

キーエンス社製ＫＳ−１１００を用いて、反り試験用サンプルの対角線について、ウェハの上面のうねりの最大高さを計測し、その値を反り量とした。

結果を下記表１に示す。

本発明の一実施形態に係る電子部品用接着剤を用いて製造された半導体装置を示す略図的正面断面図。

符号の説明

１…半導体装置
２…半導体チップ
２ａ，２ｂ…電極
３…電子部品用接着剤
４…基板
４ａ，４ｂ…電極パッド
５ａ，５ｂ…ボンディングワイヤー
６…樹脂モールド層

Claims (4)

1. 負の膨張係数を有する充填剤と、接着性化合物を含むバインダーとを含有することを特徴とする電子部品用接着剤。
2. 前記充填剤の膨張係数が−４０〜−１ｐｐｍ／℃の範囲にある、請求項１に記載の電子部品用接着剤。
3. 前記充填剤が、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｓｃ及びＮｂからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物である、請求項１または２に記載の電子部品用接着剤。
4. 前記バインダーが、熱硬化性化合物及び熱硬化剤を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子部品用接着剤。

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