JP2009215456A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】貯蔵安定性に優れ、薄い粘接着剤層を有し、かつ高いパッケージ信頼性を有する粘接着シートおよび該粘接着シートの粘接着剤層を構成する粘接着剤組成物を提供すること。
【解決手段】エポキシ系熱硬化樹脂(A)と、熱硬化剤(B)と、硬化促進剤(C)と、金属キレート化合物(D)とを含む粘接着剤組成物および該組成物が基材上に形成されてなる粘接着シート。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体素子(半導体チップ)を有機基板やリードフレームにダイボンディングする工程、および半導体ウエハ等をダイシングし且つ半導体チップを有機基板やリードフレームにダイボンディングする工程で使用するのに特に適した粘接着剤組成物、該粘接着剤組成物からなる粘接着剤層を有する粘接着シートならびに該粘接着シートを用いた半導体装置の製造方法に関する。
シリコン、ガリウムヒ素などの半導体ウエハは大径の状態で製造され、このウエハは素子小片(半導体チップ)に切断分離(ダイシング)された後に次の工程であるボンディング工程に移される。この際、半導体ウエハは予め粘着シートに貼着された状態でダイシング、洗浄、乾燥、エキスパンディング、ピックアップの各工程が加えられた後、次工程のボンディング工程に移送される。また、半導体チップを外部環境から守る、プリント基板に実装しやすい形状にするなどの目的から、ボンディング工程の後、半導体チップがボンディングされた基板をモールド樹脂により封止して半導体パッケージを製造することも行われている。
これらの工程の中でピックアップ工程とボンディング工程のプロセスを簡略化するために、ウエハ固定機能とダイ(半導体チップ)接着機能とを同時に兼ね備えたダイシング・ダイボンド用粘接着シートが種々提案されている(たとえば特許文献1〜4)。
特許文献1〜4には、エポキシ系熱硬化樹脂とフェノール樹脂などの熱硬化剤とを含む組成物よりなる粘接着剤層と、基材とからなる粘接着シートが開示されている。この粘接着剤層は、ウエハダイシング時には、ウエハを固定する機能を有し、さらにエネルギー線照射により接着力が低下し基材との間の接着力がコントロールできるため、ダイシング終了後、チップのピックアップを行うと、粘接着剤層はチップとともに剥離する。粘接着剤層を伴った半導体チップを基板に載置し、加熱すると、粘接着剤層中の熱硬化性樹脂が接着力を発現し、半導体チップと基板との接着が完了する。
熱硬化剤としてオニウム塩を採用した粘接着シートもあり、これは、構造中のオニウム塩由来のイオンが粘接着剤層の硬化物中に残留し、その粘接着剤層により接着される電子部品の品質に悪影響を与えてしまうという問題点を有していた。この問題点を解決するため、トリスアセチルアセトナトアルミニウムなどの金属錯体化合物を粘接着剤層に含有させた粘接着シートが開発されている(特許文献5)。
上記特許文献1〜5に開示されている粘接着シートを使用すれば、いわゆるダイレクトダイボンディングが可能になり、ダイ接着用接着剤の塗布工程を省略できるようになる。
ところで近年、半導体装置に対する薄型化への要求が強くなっている。それを達成するために半導体チップおよび粘接着シートの粘接着層自体の薄型化が求められている。
さらに、近年電子部品の接続において行われている表面実装法ではパッケージ全体が半田融点以上の高温化にさらされる表面実装法が行われている。最近では環境への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℃と上昇し、表面実装の際に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。そのため、その粘接着シートを使用して製造された半導体の信頼性(以下「パッケージ信頼性」と表記)が高いことが求められている。
また、粘接着シートは製造工程上、粘接着シートが製造されてから使用されるまでに室温で数週間から1ヶ月程度の長期間保管されることがあるため、貯蔵安定性がよいものが
求められている。
以上より粘接着シートには、十分な貯蔵安定性を有すること、粘接着剤層が薄いことおよび高いパッケージ信頼性を有することが求められている。
従来の粘接着シートは粒子状の分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤を用いることで上記の要求を満たしてきた(特許文献1〜4)。しかし、これらは粒子状であるが故に粘接着剤層中に均一に分散させることが難しく、作製する粘接着剤層の厚みが粒子径が無視できないほど薄くなると、粘接着剤層に凹凸やスジが発生し、厚さが均一ではなくなり、粘接着剤層中で組成物の各成分の偏りが発生して、安定した粘接着剤層の塗工面が得られない。それゆえ従来の粒子状の分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤は、薄膜粘接着シートの作製には不向きである。また、これらは粘接着剤層中に不均一系の分散状態で存在するため、接着特性のばらつきが大きくなってしまうという点で改善の余地がある。
特開平2−32181号公報 特開平8−239636号公報 特開平10−8001号公報 特開2000−17246号公報 特開平9−202872号公報
前述のように従来の粘接着シートは粒子状の分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤を用いていた。一般に粘接着剤層は、粘接着剤層となる成分を溶剤に溶解あるいは分散させて、これを基材に塗布し、そして溶剤を乾燥させることによって作製される。前記粒子状の分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤は溶剤に溶解せず、粘接着剤層においても粒子の状態で存在している。これらは粒子状であるが故に硬化成分であるエポキシ系熱硬化樹脂との接触面積が小さいので、融解温度以下ではエポキシ系熱硬化樹脂と反応し難いため、液状または溶剤に可溶な硬化剤もしくは硬化促進剤に比べて格段に優れた貯蔵安定性を有している。しかし、これらは粒子状であるが故に、作製する粘接着剤層の厚みが、粒子径が無視できないほど薄くなると、安定した塗工面が得られないのは前述のとおりである。
一方、分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤として溶剤に可溶なものを選択すると薄膜塗工は可能であるが、加熱により硬化反応が進む熱潜在性もしくはある温度までは加熱しても反応が進まない耐熱性が失われ、粘接着シートにおいて十分な貯蔵安定性を得ることは困難であり、高いパッケージ信頼性を得ることが難しい。
つまり、従来の粒子状の分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤、または溶剤に可溶な分散型熱潜在性硬化剤もしくは硬化促進剤を用いた粘接着シートでは、上記要求を満たすことは困難である。
以上のことから本発明は、貯蔵安定性に優れ、薄い粘接着剤層を有し、かつ高いパッケージ信頼性を有する粘接着シートおよび該粘接着シートの粘接着剤層を構成する粘接着剤組成物を提供することを目的とする。
本発明は、上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、本発明者らはダイシング・ダイボンドに使用される粘接着剤に検討を加え、上記本発明の課題を解決する手段を見出した。
本発明に係る粘接着剤組成物は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)と、熱硬化剤(B)と、硬化促進剤(C)と、金属キレート化合物(D)とを含む組成物である。
前記硬化促進剤(C)はイミダゾール化合物であることが好ましい。
前記金属キレート化合物(D)の金属原子はアルミニウム原子であることが好ましい。
前記金属キレート化合物(D)は下記一般式(I)または(II)で表される化合物であ
ることが好ましい。
Figure 2009215456
Figure 2009215456
(上記式(I)中、X1、X2、Y1およびY2はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基ま
たはアリール基を表す。上記式(II)中、Z1〜Z6はそれぞれ独立にORまたはRを表す(Oは酸素原子、Rは水素原子、アルキル基またはアリール基を表す)。)。
本発明の粘接着剤組成物からなる粘接着剤層を基材上に形成することで、上記課題を解決することができる粘接着シートを得ることができる。
前記粘接着シートを使用した半導体装置の製造方法として、前記粘接着シートの粘接着剤層に半導体ウエハを貼着する工程と、該半導体ウエハをダイシングして半導体チップとする工程と、該半導体チップを、前記粘接着剤層を該半導体チップに固着残存させて、該粘接着シートの基材から剥離する工程と、剥離された半導体チップをダイパッド部または別の半導体チップ上に、該半導体チップに固着残存した粘接着剤層を介して載置する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が挙げられる。
本発明によれば、薄型化しつつある半導体チップを実装したパッケージにおいて、薄い粘接着剤層を有する粘接着シートの作製の際にも安定した塗工面を得ることが可能となる。さらに本発明によれば、高いパッケージ信頼性を有し、かつ貯蔵安定性に優れる粘接着剤組成物および該粘接着組成物からなる薄い粘接着剤層を有する粘接着シート、ならびにこの粘接着シートを用いた半導体装置の製造方法が提供される。
[粘接着剤組成物]
本発明に係る粘接着剤組成物は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)と、熱硬化剤(B)と、硬化促進剤(C)と、金属キレート化合物(D)とを含むことを特徴とする。
本発明に係る粘接着剤組成物は、各種物性を改良するため、必要に応じて他の成分を含んでいてもよい。以下、これら各成分について具体的に説明する。
(A)エポキシ系熱硬化樹脂
エポキシ系熱硬化樹脂(A)としては、従来公知の種々のエポキシ樹脂が挙げられる。
エポキシ樹脂としては、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(1)参照)、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(下記式(2)参照)、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(3)、(4)参照)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(下記式(5)参照)など、分子中に2官能以上有するエポキシ化合物があげられる。
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
Figure 2009215456
(但し、式中Rは水素原子又はメチル基を表す。)
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
これらエポキシ系熱硬化樹脂(A)は1種単独もしくは2種類以上を組み合わせて用い
ることが出来る。またエポキシ系熱硬化樹脂(A)としては、有機溶剤に可溶なものが好ましい。
(B)熱硬化剤
エポキシ系熱硬化樹脂(A)を硬化させるために熱硬化剤(B)は用いられる。熱硬化剤(B)としては、1分子中にエポキシ基と反応しうる官能基を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。
これらのうちフェノール性水酸基、アミノ基および酸無水物が好ましく、フェノール性水酸基がさらに好ましい。
熱硬化剤(B)の具体的な例としては下記式(6)に示すノボラック型フェノール樹脂、下記式(7)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(8)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(9)で表されるアラルキルフェノール樹脂、脂肪族アミン、芳香族アミン、変性アミン、ポリアミド樹脂等の一級アミン、二級アミンなどが挙げられる。
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
Figure 2009215456
(但し、式中nは0以上の整数を表す)
これら熱硬化剤(B)は、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。また熱硬化剤(B)としては、有機溶剤に可溶なものが好ましい。
熱硬化剤(B)の含有量は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)の合計100重量部に対して、0.1〜500重量部であることが好ましく、1〜200重量部であることがより好ましい。熱硬化剤(B)が少ないと硬化不足で接着性が得られないことがあり、過剰であると粘接着剤組成物の吸湿率が高まりパッケージ信頼性を低下させることがある。
(C)硬化促進剤
硬化促進剤(C)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。硬化促進剤(C)としては有機溶剤に可溶なアミン化合物が好ましく、中でも下記式(10)で
表わされるイミダゾール化合物が好ましい。
Figure 2009215456
(但し、式中、R1〜R3はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、アリール基、シアノ基またはエーテル基を表す。)
前記アルキル基は分岐を有していてもよく、その炭素数が1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。
前記アリール基の炭素数は6〜20であることが好ましく、6〜10であることがより好ましい。
上記式(10)で表わされるイミダゾール化合物としては、例えば2−メチルイミダゾール、2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾールおよび1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾールが挙げられる。
硬化促進剤(C)は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)100重量部に対して0.001〜20重量部含まれることが好ましく、0.001〜10重量部含まれることがより好ましく、0.01〜5重量部含まれることがさらに好ましい。0.001重量部以下であると硬化促進効果が得られないことがあり、20重量部以上であると粘接着剤組成物および該組成物からなる粘接着剤層を有する粘接着シートの貯蔵安定性が悪くなることがある。
硬化促進剤(C)として液状のものまたは溶剤に可溶のものを選択することにより、粘接着剤層中に粒子状のものが存在しない、安定した塗工面の粘接着剤層が得られる。また、そのような硬化促進剤(C)は粘接着剤層中に均一に分散するため、接着特性のばらつきが少なく、高いパッケージ信頼性を有する。
(D)金属キレート化合物
金属キレート化合物(D)は、粘接着剤組成物の硬化反応に潜在性を付与するために用いられる。「潜在性」とは、通常の粘接着シートの貯蔵状態あるいは半導体チップを基板に接着させる前までの半導体製造工程では粘接着剤組成物の硬化反応が進行せず、半導体チップを基板に接着させる際の加熱などのトリガーにより硬化反応が進行するようになる性質を言う。
金属キレート化合物(D)が粘接着剤組成物の硬化反応に潜在性を付与する機構は、金属キレート化合物(D)が硬化促進剤(C)に作用することで硬化促進剤(C)が化学的に安定な状態となり、硬化促進剤(C)が硬化促進剤として活性になる温度が高温になることであると考えられる。
本発明の粘接着剤組成物はこのような硬化反応の潜在性を付与する化合物を含んでいる
ので、この組成物からなる粘接着剤層を有する粘接着シートは貯蔵安定性に優れ、高いパッケージ信頼性を有する。また、半導体製造工程内で加熱(熱履歴)を受けても高いパッケージ信頼性を維持することができる。
金属キレート化合物(D)は有機溶剤に可溶であることが好ましく、半導体装置に悪影響を与えないことから金属原子がアルミニウム原子であることが好ましい。
金属原子がアルミニウム原子である金属キレート化合物(D)として例えば、下記一般式(I)で表されるキレート化合物および下記一般式(II)で表されるキレート化合物が
挙げられる。これらは市販されており、容易に入手可能である。
Figure 2009215456
(但し式(I)中、X1、X2、Y1およびY2はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基ま
たはアリール基を表す。)
Figure 2009215456
(但し式(II)中、Z1〜Z6はそれぞれ独立にORまたはRを表す(Oは酸素原子、Rは水素原子、アルキル基またはアリール基を表す)。)
前記アルキル基は分岐を有していてもよく、その炭素数が1〜10であることが好ましく、1〜5であることがより好ましい。アルキル基として特に好ましいのは、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基などである。
前記アリール基の炭素数は6〜20であることが好ましく、6〜10であることがより好ましい。
上記一般式(I)で表される化合物として例えばエチルアセトアセテートアルミニウム
ジイソプロピレートが挙げられる。また、上記一般式(II)で表される化合物として例えばアルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムモノアセチルアセトネ
ートビス(エチルアセトアセテート)およびアルミニウムトリス(アセチルアセテート)が挙げられる。
上記一般式(I)で表される化合物は水酸基を有する樹脂と反応して硬化反応を起こす
ことがあるため、金属キレート化合物(D)としては上記一般式(II)で表される化合物がより好ましい。
金属キレート化合物(D)は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)100重量部に対して0.00001〜20重量部含まれることが好ましく、0.0001〜10重量部含まれることがより好ましく、0.001〜0.1重量部含まれることがさらに好ましい。0.00001重量部未満では粘接着剤組成物に十分な潜在性を付与することができないことがあり、20重量部を超えると粘接着剤組成物の塗工性や粘接着シートの接着特性が低下することがある。
本発明に係る粘接着剤組成物は、上記エポキシ系熱硬化樹脂(A)、熱硬化剤(B)、硬化促進剤(C)および金属キレート化合物(D)を必須成分として含み、各種物性を改良するため、必要に応じ下記の成分を含んでいてもよい。下記各成分は、有機溶剤に可溶であることが好ましい。
(E)アクリル重合体
粘接着シートにおける粘接着剤層の膜強度を向上させるために、アクリル重合体(E)を本発明の粘接着剤組成物に含有させることができる。
アクリル重合体(E)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(E)の重量平均子量が低過ぎると、粘接着剤層の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の凹凸へ粘接着剤層が追従できなくなることがあり、ボイドなどの発生要因になりうる。なお、本明細書において重量平均分子量の値はすべてGPC法によるポリスチレン換算値である。
アクリル重合体(E)のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは−30℃以上50℃以下、さらに好ましくは−15℃以上40℃以下、特に好ましくは−5℃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接着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(E)のモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸や、(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。
(メタ)アクリル酸エステルモノマーあるいはその誘導体としては、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、例えばメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートおよび2−エチルヘキシルメタクリレートなどが挙げられる。
また、水酸基を有する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、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-ヒドロキシブチルメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなども、(メタ)アクリル酸エステルモノマーあるいはその誘導体として挙げられる。
さらに、環状骨格を有する(メタ)アクリル酸エステルたとえばシクロアルキルエステルアクリレート、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、ジシキ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、ベンジルアクリレートおよびベンジルメタクリレートなども、(メタ)アクリル酸エステルモノマーあるいはその誘導体として挙げられる。
アクリル重合体(E)のモノマーとしては、水酸基を有しているもののほうが、エポキシ樹脂との相溶性が良いため好ましい。
またアクリル重合体(E)には酢酸ビニル、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。
アクリル重合体(E)は、通常エポキシ系熱硬化樹脂(A)100重量部に対して1〜5000重量部含まれ、5〜3000重量部含まれることが好ましく、10〜2000重量部含まれることがより好ましい。
(F)カップリング剤
カップリング剤(F)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(F)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、その耐水性を向上させることができる。
カップリング剤(F)としては、上記(A)成分、(E)成分が有する官能基と反応する基を有する化合物が好ましい。カップリング剤(F)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およびイミダゾールシラン等が挙げられる。
これらは単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
これらカップリング剤(F)の粘接着剤組成物における含有量は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)、粘接着剤組成物にアクリル重合体(E)が含有される場合にはエポキシ系熱硬化樹脂(A)およびアクリル重合体(E)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重量部である。0.1重量部未満であると上記の効果が得られず、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。
(G)架橋剤
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(G)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などがあげられる。
上記有機多価イソシアナート化合物としては、芳香族多価イソシアナート化合物、脂肪族多価イソシアナート化合物、脂環族多価イソシアナート化合物およびこれらの有機多価イソシアナート化合物の三量体、ならびにこれら有機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をあげることができる。
有機多価イソシアナート化合物としては、たとえば2,4−トリレンジイソシアナート、2,6−トリレンジイソシアナート、1,3−キシリレンジイソシアナート、1,4−キシレンジイソシアナート、ジフェニルメタン−4,4'−ジイソシアナート、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、トリメチロールプロパンアダクトトリレンジイソシアナートおよびリジンイソシアナートが挙げられる。
上記有機多価イミン化合物としては、N,N'-ジフェニルメタン-4,4'-ビス(1-アジリジ
ンカルボキシアミド)、トリメチロールプロパン-トリ-b-アジリジニルプロピオナート、
テトラメチロールメタン-トリ-b -アジリジニルプロピオナートおよびN,N'-トルエン-2,4-ビス(1-アジリジンカルボキシアミド)トリエチレンメラミン等を挙げることができる
架橋剤(G)はアクリル重合体(E)100重量部に対して通常0.01〜10重量部、好ましくは0.1〜5重量部、より好ましくは0.5〜3重量部の比率で用いられる。
(H)エネルギー線重合性化合物
粘接着剤組成物には、エネルギー線重合性化合物(H)が配合されていてもよい。エネルギー線重合性化合物(H)をエネルギー線照射によって硬化させることで、粘接着剤層の粘着力を低下させることができるため、半導体チップのピックアップ工程における基材と粘接着剤層との層間剥離を容易に行えるようになる。
エネルギー線重合性化合物(H)は、紫外線、電子線等のエネルギー線の照射を受けると重合硬化する化合物である。このエネルギー線重合性化合物(H)として具体的には、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートあるいは1,4−ブチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、オリゴエステルアクリレート、ウレタンアクリレート系オリゴマー、エポキシ変性アクリレート、ポリエーテルアクリレートおよびイタコン酸オリゴマーなどのアクリレート系化合物が挙げられる。
このような化合物は、分子内に少なくとも1つの重合性二重結合を有し、通常は、重量平均分子量が100〜30000、好ましくは300〜10000程度である。
エネルギー線重合性化合物(H)の粘接着剤組成物における含有量は、エポキシ系熱硬化樹脂(A)の、粘接着剤組成物にアクリル重合体(E)が含有される場合にはエポキシ系熱硬化樹脂(A)およびアクリル重合体(E)の合計100重量部に対して通常1〜400重量部、好ましくは2〜300重量部、より好ましくは3〜200重量部である。400重量部を超えると、有機基板やリードフレームに対する粘接着剤層の接着性を低下させることがある。
(I)光重合開始剤
本発明の粘接着剤組成物はその使用に際して、紫外線等のエネルギー線を照射して、接着力を低下させることがある。この際、該組成物中に光重合開始剤(I)を含有させることで、重合硬化時間ならびに光線照射量を少なくすることができる。
このような光重合開始剤(I)として具体的には、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン安息香酸、ベンゾイン安息香酸メチル、ベンゾインジメチルケタール、2,4-ジエチルチオキサンソン、a-ヒドロキ
シシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルジフェニルサルファイド、テトラメチルチウラムモノサルファイド、アゾビスイソブチロニトリル、ベンジル、ジベンジル、ジアセチル、1,2-ジフェニルメタン、2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイドおよびb−クロールアンスラキノンなどが挙げられる。光重合開始剤(I)は1種類
単独で、または2種類以上を組み合わせて用いることができる。
光重合開始剤(I)の配合割合は、理論的には、粘接着剤組成物中に存在する不飽和結合量やその反応性および使用される光重合開始剤の反応性に基づいて決定されるべきであるが、複雑な混合物系においては必ずしも容易ではない。一般的な指針として、光重合開始剤(I)は、エネルギー線重合性化合物(H)の合計100重量部に対して0.1〜10重量部含まれることが望ましく、1〜5重量部含まれることがより好ましい。0.1重量部未満であると光重合の不足で満足なピックアップ性が得られないことがあり、10重量部を超えると光重合に寄与しない残留物が生成し、粘接着剤組成物の硬化性が不十分となることがある。
(J)無機充填材
無機充填材(J)を粘接着剤組成物に配合することにより、該組成物の熱膨張係数を調整することが可能となり、半導体チップや金属または有機基板に対して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信頼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、単結晶繊維およびガラス繊維等が挙げられる。これらのなかでも、シリカ粉末およびアルミナ粉末が好ましい。
上記無機充填材(J)は単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
無機充填材(J)の含有量は、粘接着剤組成物全体に対して、通常0〜80重量%の範囲で調整が可能である。
(その他の成分)
本発明の粘接着剤組成物には、上記の各成分の他に、必要に応じて各種添加剤が配合されてもよい。たとえば、粘接着剤層の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り、加熱やエネルギー線照射では実質的に硬化しないものが選択される。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系熱硬化樹脂に予め変性された変性樹脂であってもよい。
さらに他の粘接着剤組成物の各種添加剤としては、可塑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、顔料および染料等が挙げられる。
上記のような各成分からなる本発明の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十分な接着物性を保持しうる。
本発明の粘接着剤組成物は上記の金属キレート化合物(D)を含んでいるため、該組成物を用いれば、薄型化しつつある半導体チップを実装したパッケージにおいて、薄い粘接着剤層を有する粘接着シートの作製の際にも安定した塗工面を得ることが可能である。さらにそのような粘接着シートは、高いパッケージ信頼性を有し、かつ貯蔵安定性に優れている。
本発明に係る粘接着剤組成物は、上記各成分を適宜の割合で混合して得られる。混合に際しては、各成分を予め溶媒で希釈しておいてもよく、また混合時に溶媒を加えてもよい。
[粘接着シート]
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形成されてなる。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うる。
粘接着シートの基材としては、たとえば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリブテンフィルム、ポリブタジエンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、塩化ビニル共重合体フィルム、フッ素樹脂フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム、ポリウレタンフィルム、エチレン酢ビフィルム、アイオノマー樹脂フィルム、エチレン・(メタ)アクリル酸共重合体フィルム、エチレン・(メタ)アクリル酸エステル共重合体フィルム、ポリスチレンフィルム、ポリカーボネートフィルムおよびポリイミドフィルム等の透明フィルムが挙げられる。またこれらの架橋フィルムも基材として用いられる。さらにこれらの積層フィルムであってもよい。
また、上記の透明フィルムの他、これらを着色した不透明フィルム等を用いることができる。ただし、本発明の粘接着シートの使用に際して基材面側から紫外線等のエネルギー線照射を行う場合には、基材は使用するエネルギー線に対して透明であることが好ましい。
本発明に係る粘接着シートは、各種の被着体に貼付され、被着体に所要の加工を施した後、粘接着剤層は、被着体に固着残存させて基材から剥離される。すなわち粘接着剤層を、基材から被着体に転写する工程を含むプロセスに使用される。このため、基材の粘接着剤層に接する面の表面張力は、好ましくは40mN/m以下、さらに好ましくは37mN/m以下、特に好ましくは35mN/m以下である。このような表面張力が低い基材は、材質を適宜選択して得ることが可能であるし、また基材の表面に剥離剤を塗布して剥離処理を施すことで得ることもできる。
基材の剥離処理に用いられる剥離剤としては、アルキッド系、シリコーン系、フッ素系、不飽和ポリエステル系、ポリオレフィン系およびワックス系のもの等が挙げられるが、特にアルキッド系、シリコーン系およびフッ素系の剥離剤が耐熱性を有するので好ましい。
上記の剥離剤を用いて基材の表面を剥離処理するためには、剥離剤をそのまま無溶剤で、または溶剤希釈やエマルション化して、グラビアコーター、メイヤーバーコーター、エアナイフコーター、ロールコーター等により基材に塗布して、常温、加熱、紫外線照射もしくは電子線照射により硬化させたり、ウェットラミネーションやドライラミネーション、熱溶融ラミネーション、溶融押出ラミネーション、共押出加工などで積層体を形成すればよい。
基材の膜厚は、通常は10〜500μm、好ましくは15〜300μm、特に好ましくは20〜250μm程度である。
また、粘接着剤層の厚みは、通常は0.01〜150μm、好ましくは0.1〜50μm、特に好ましくは1〜10μm程度である。
従来の硬化促進剤は高い貯蔵安定性を達成するために粘接着剤層において粒子として存在し、そのため薄い粘接着剤層を形成することは困難であった。しかし本発明の粘接着剤組成物によれば、高い貯蔵安定性を達成しつつ、高いパッケージ信頼性を有し、薄い粘接着剤層を有する粘接着シートを製造することができる。
粘接着シートの製造方法は特に限定はされず、基材上に、粘接着剤層を構成する組成物を塗布乾燥することで製造してもよく、また粘接着剤層を剥離フィルム上に設け、これを上記基材に転写することで製造してもよい。なお、粘接着シートの使用前に粘接着剤層を保護するために、粘接着剤層の上面に剥離フィルムを積層しておいてもよい。また、粘接着剤層の表面外周部には、リングフレーム等の他の治具を固定するために別途感圧性接着剤層が設けられていてもよい。
[半導体装置の製造方法]
次に本発明に係る粘接着シートの利用方法について、該粘接着シートを半導体装置の製造に適用した場合を例にとって説明する。
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。粘接着剤層がエネルギー線重合性化合物(H)を含む場合には、その後粘接着剤層に、基材側からエネルギー線を照射し、粘接着剤層の凝集力を上げ、粘接着剤層と基材との間の接着力を低下させておく。照射されるエネルギー線としては、紫外線(UV)または電子線(EB)等が挙げられ、好ましくは紫外線が用いられる。
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て半導体チップを得る。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摩耗分を加味した深さにする。
なお、エネルギー線照射は、半導体ウエハの貼付後、半導体チップの剥離(ピックアップ)前のいずれの段階で行ってもよく、たとえばダイシングの後に行ってもよく、また下記のエキスパンド工程の後に行ってもよい。さらにエネルギー線照射を複数回に分けて行ってもよい。
次いで必要に応じ、粘接着シートのエキスパンドを行うと、半導体チップ間隔が拡張し、半導体チップのピックアップをさらに容易に行えるようになる。この際、粘接着剤層と基材との間にずれが発生することになり、粘接着剤層と基材との間の接着力が減少し、チップのピックアップ性が向上する。
このようにして半導体チップのピックアップを行うと、切断された粘接着剤層を半導体チップ裏面に固着残存させて基材から剥離することができる。
次いで、半導体チップ裏面に固着残存した粘接着剤層を介して半導体チップを有機基板やリードフレーム上のダイパッド部に載置する。ダイパッド部は半導体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。
半導体チップをダイパッド部にチップマウントした後、必要に応じさらに加熱を行ってもよい。この際の加熱条件は、上記加熱温度の範囲であって、加熱時間は通常1〜180分、好ましくは10〜120分である。また半導体チップはマウントされた後に封止工程にて樹脂で封止されることがある。その際には通常、封止樹脂を硬化するために150〜180℃、1〜8時間程度の加熱が行われる。この加熱を利用して前記加熱を行ってもよい。
このような工程を経ることで粘接着剤層が硬化し、半導体チップとダイパッド部とを強固に接着させることができる。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。
すなわち、得られる実装品においては、チップの固着手段である粘接着剤層が硬化し、かつダイパッド部の凹凸にも粘接着剤層が十分に埋め込まれた構成となるため、過酷な条件下にあっても、十分なパッケージ信頼性とボード実装性が達成される。
なお、本発明の粘接着剤組成物および粘接着シートは、半導体チップを該半導体チップ裏面に固着残存した粘接着剤層を介して、基板上に本発明の粘接着剤組成物または他の接着剤を用いて載置された別の半導体チップの上に載置するのに用いることもできる。
また、上記のような使用方法の他、半導体化合物、ガラス、セラミックス、金属などの接着に使用することもできる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例および比較例において、評価は次のように行った。
[長期保管後の表面実装性の評価]
下記の実施例および比較例の粘接着シートは30℃空気下に遮光した状態で1ヶ月間放置後に下記試験に用いた。
(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、前記1
ヵ月間放置後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、粘接着シートが貼付されたシリコンウエハをウエハダイ
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(株式会社ディスコ製, D
FD651)を使用して8mm×8mmのチップサイズに前記シリコンウエハをダイシン
グした。ダイシングの際の切り込み量は、粘接着シートの基材を20μm切り込むように
した。
(2)半導体パッケージの製造
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(1
8μm厚)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PSR-4000 AUS303)を有している基板(株式会社ちの技研製LN001E−0
01 PCB(Au)AUS303)を用いた。
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、それを基板のダイパッド部上に、粘接着剤層を介して120℃, 15kPa, 1秒間の条件で圧着した。その後、封止前に加熱する場合を想定した160℃で0.5時間加熱したも
の(熱履歴あり)と加熱しないもの(熱履歴なし)を、封止樹脂(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時間の加熱で封止樹脂を加熱硬化させた。
ついで、封止された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。
(3)半導体パッケージ表面実装性の評価
得られた各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℃で加熱時間1分間のIRリフロー(リフロー炉:相模理工製W
L-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。基板/半導体チップ接合部に面積が0.25mm2以上の剥離を観察した場合を基板と半導体チップとが剥離していると判断した。半導
体パッケージを25個試験に投入し、剥離が発生した個数を数えた。
[長期保管後の接着強度評価]
まず実施例および比較例の粘接着シートを30℃空気下に遮光した状態で1ヶ月間放置した。その後シリコンウエハ( 厚さ650μm)のミラー面に、その粘接着シートをラミ
ネーター(大成ラミネーター製ラミネーター)を用いて40℃、貼合速度0.5m/分、
0.1MPaで1回貼り合わせた。
その後、粘接着シートの基材を剥離して粘接着剤層上へ150μm銅板(10mm×50mm, トルエンで拭き2時間室温にて乾燥したもの)を、長さ方向50mmのうち約30mmが粘接着剤層に重なるように同じラミネーターを用いて80℃、貼合速度0.5m/分、0.1MPaで貼り合わせた。
その後175℃、5時間空気下で粘接着剤層を加熱硬化させた。接着強度の測定は万能試験機(株式会社島津製作所製オートグラフAG−IS)を用いて、ウエハ側を固定した状態で、銅板を上方向に角度90度、速度50mm/分で引き剥がした時の、引き剥がすのに必要な力(接着強度)を読み取った。
また、実施例および比較例の粘接着剤組成物を構成する各成分は下記の通りである。
(A)エポキシ系熱硬化樹脂: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)
(B)熱硬化剤:フェノール樹脂 (三井化学株式会社製ミレックスXLC−4L, フェノール性水酸基当量168g/eq)
(C)硬化促進剤
(C)−1. 2−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製2MZ)
(C)−2. 2-シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業株式会社製2E4MZ−CN)
(C)−3. 2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業
株式会社製2PHZ)
(D)金属キレート化合物
(D)−1. アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)(川研ファインケミカル株式会社製ALCH−TR)
(D)−2. アルミニウムモノアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)
(川研ファインケミカル株式会社製アルミキレートD)
(E)アクリル重合体:メチルアクリレート/2-ヒドロキシエチルアクリレート(85
/15重量%)からなるアクリル重合体(重量平均分子量:約40万、Tg:4℃)
(F)シランカップリング剤:γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越
化学工業株式会社製KBE402)
(G)架橋剤:芳香族性ポリイソシアナート(東洋インキ製造株式会社製BHS8515)
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。
(実施例および比較例)
表1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に記載の組成の粘接着剤組成物を固形分濃度40重量%となるようにメチルエチルケトンにて希釈した。より詳しく説明すると、硬化促進剤(C)と金属キレート化合物(D)をメチルエチルケトンで希釈し、予め混合溶液とした。次いで(A)、(B)、(E)、(F)、(G)の混合物に上記(C)と(D)をメチルエチルケトンで希釈した混合溶液を加え、全体で固形分濃度が40重量%となるように、さらにメチルエチルケトンを加えて希釈した。
その後、メチルエチルケトンで希釈された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30μmの厚みになるように塗布、乾燥(100℃で1分間)した後に、それを基材と貼り合せることで、粘接着剤層を基材上に転写して粘接着シートを得た。
得られた粘接着シートを用いて、長期保管後の表面実装性および接着強度の評価を行った。結果を表2に示す。
また、上記方法にて粘接着剤層が5μmの厚みになるように粘接着シートを作成した際
の、薄膜塗工性を確認した。結果を表2に示す。
実施例の粘接着シートは、熱履歴があるものも熱履歴がないものも優れた表面実装性を有し、また優れた接着強度を有しており、本発明の顕著な効果が認められた。比較例3では、硬化促進剤の粒子状物に起因する、粘接着剤層の塗工面における凹凸およびスジが確認された。
Figure 2009215456
Figure 2009215456

Claims (6)

  1. エポキシ系熱硬化樹脂(A)と、熱硬化剤(B)と、硬化促進剤(C)と、金属キレート化合物(D)とを含む粘接着剤組成物。
  2. 前記硬化促進剤(C)がイミダゾール化合物であることを特徴とする請求項1に記載の粘接着剤組成物。
  3. 前記金属キレート化合物(D)の金属原子がアルミニウム原子であることを特徴とする請求項1または2に記載の粘接着剤組成物。
  4. 前記金属キレート化合物(D)が下記一般式(I)または(II)で表される化合物であ
    ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の粘接着剤組成物:
    Figure 2009215456
    Figure 2009215456
    (上記式(I)中、X1、X2、Y1およびY2はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基ま
    たはアリール基を表す。上記式(II)中、Z1〜Z6はそれぞれ独立にORまたはRを表す(Oは酸素原子、Rは水素原子、アルキル基またはアリール基を表す)。)。
  5. 請求項1〜4のいずれか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。
  6. 請求項5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する工程と、
    該半導体ウエハをダイシングして半導体チップとする工程と、
    該半導体チップを、前記粘接着剤層を該半導体チップに固着残存させて、該粘接着シートの基材から剥離する工程と、
    剥離された半導体チップをダイパッド部または別の半導体チップ上に、該半導体チップ
    に固着残存した粘接着剤層を介して載置する工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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