JP2012180442A - 接着フィルム及びこの接着フィルムを有する半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低温で半導体ウェハに貼り付け可能であって、熱時の弾性率が高い半導体用接着フィルムを提供する。
【解決手段】半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着フィルムにおいて、熱可塑性樹脂、3官能以上のアクリレート化合物(A)、熱硬化性樹脂、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーを含有してなり、3官能以上のアクリレート化合物(A)の含有量が、熱可塑性樹脂100質量部に対し、60〜80質量部である、接着フィルム。
【選択図】図1
【解決手段】半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着フィルムにおいて、熱可塑性樹脂、3官能以上のアクリレート化合物(A)、熱硬化性樹脂、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーを含有してなり、3官能以上のアクリレート化合物(A)の含有量が、熱可塑性樹脂100質量部に対し、60〜80質量部である、接着フィルム。
【選択図】図1
Description
本発明は、接着フィルム及びこの接着フィルムを有する半導体装置に関する。
半導体チップを支持部材に実装する際、半導体チップと支持部材とを接着するダイボンディング材として、従来は主に銀ペーストが用いられてきた。しかし、半導体チップの小型化・高性能化、並びに使用される支持部材の小型化・細密化にともなって、銀ペーストを用いる方法では、ペーストのはみ出しや、半導体チップの傾きに起因するワイヤボンド時の不具合の発生のような問題が顕在化している。そのため、近年は銀ペーストに代えて接着フィルム(半導体用接着フィルム)が使用されるようになってきた。
一方で、半導体用接着フィルムは、ダイシングテープと貼り合わせた複合シートの状態で使用されることが多くなっている。このような複合シートを用いることにより、半導体装置製造工程を簡略化することができる(特許文献1参照)。
一方で、半導体用接着フィルムは、ダイシングテープと貼り合わせた複合シートの状態で使用されることが多くなっている。このような複合シートを用いることにより、半導体装置製造工程を簡略化することができる(特許文献1参照)。
半導体製造工程においては、半導体チップと支部部材、又は半導体チップ同士を、接着フィルムを用いて接着する工程(以下ダイアタッチ)の際の、半導体チップや支部部材上に配線段差が存在するため、隙間が生じる。従来、この隙間は、封止剤を硬化するモールド封止工程に用いられる高温、高圧力によって埋め込むという方法で隙間の埋め込みが成されていた。
しかし、近年の半導体パッケージの多段化に伴い、半導体チップを重ねている際の熱履歴によって接着フィルムの硬化が進行してしまうため、モールド工程では隙間を埋め込むことが困難となっている。この解決策として、低Tgポリイミド、低融点熱硬化性樹脂を用いることで、接着工程において隙間を埋めるのに十分な柔らかさを持つ接着フィルムが使用されている(特許文献2参照)。
しかし、近年の半導体パッケージの多段化に伴い、半導体チップを重ねている際の熱履歴によって接着フィルムの硬化が進行してしまうため、モールド工程では隙間を埋め込むことが困難となっている。この解決策として、低Tgポリイミド、低融点熱硬化性樹脂を用いることで、接着工程において隙間を埋めるのに十分な柔らかさを持つ接着フィルムが使用されている(特許文献2参照)。
近年、半導体パッケージの多段化、高集積化に伴い、半導体ウェハの薄膜化が進んでいる。上記のように、ウェハが薄膜化することで、ワイヤボンド時の応力や熱による反りにウェハが耐えられず、割れや配線の断線等の不良が引き起こされる。そこで、接着フィルムの熱時弾性率を高くすることで、ウェハの支持材としてワイヤーボンディング時のウェハ割れ等を抑制する検討が行われている。一方、パッケージの多段化のため、接着フィルムにはダイアタッチ時に配線段差を埋め込むための流動性が求められる。
一般に、熱時弾性率を上げるには、接着フィルムにフィラーを多量に含ませる手法が知られているが、この場合、接着フィルムのウェハへの貼付温度が上がってしまい、耐熱性が低いダイシングテープと貼り合せて使用することができないことに加え、フィルムの流動性が低下することが明らかとなった。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温で半導体ウェハに貼り付け可能であって、熱時の弾性率が高い半導体用接着フィルムを提供することにある。また、本発明は、係る半導体用接着フィルムを用いて、ウェハをワイヤボンド時の応力から保護することを目的とする。
また、半導体素子のダイボンド用として42アロイリードフレームに用いられるばかりでなく、銅リードフレームにも使用でき、更に絶縁性支持基板にも使用できる低応力・低温接着性の接着フィルムを提供する。MCP(マルチチップパッケージ)の多段化に伴うウエハーの薄化により、ウエハーにはワイヤボンディング時の応力に耐えなければならなくなった。そこで、接着フィルムにウエハー支持の機能を付加するため、熱時の弾性率が高いフィルムが求められる。また、ダイボンディング工程の加熱、加圧で配線付き支持部材の表面段差を埋め込むため、接着フィルムに流動性が求められる。そこで、硬化後の弾性率が高く、ずり粘度が低い接着フィルムを提供する。
一般に、熱時弾性率を上げるには、接着フィルムにフィラーを多量に含ませる手法が知られているが、この場合、接着フィルムのウェハへの貼付温度が上がってしまい、耐熱性が低いダイシングテープと貼り合せて使用することができないことに加え、フィルムの流動性が低下することが明らかとなった。
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温で半導体ウェハに貼り付け可能であって、熱時の弾性率が高い半導体用接着フィルムを提供することにある。また、本発明は、係る半導体用接着フィルムを用いて、ウェハをワイヤボンド時の応力から保護することを目的とする。
また、半導体素子のダイボンド用として42アロイリードフレームに用いられるばかりでなく、銅リードフレームにも使用でき、更に絶縁性支持基板にも使用できる低応力・低温接着性の接着フィルムを提供する。MCP(マルチチップパッケージ)の多段化に伴うウエハーの薄化により、ウエハーにはワイヤボンディング時の応力に耐えなければならなくなった。そこで、接着フィルムにウエハー支持の機能を付加するため、熱時の弾性率が高いフィルムが求められる。また、ダイボンディング工程の加熱、加圧で配線付き支持部材の表面段差を埋め込むため、接着フィルムに流動性が求められる。そこで、硬化後の弾性率が高く、ずり粘度が低い接着フィルムを提供する。
本発明は以下の通りである。
(1) 半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着フィルムにおいて、熱可塑性樹脂、3官能以上のアクリレート化合物(A)、熱硬化性樹脂、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーを含有してなり、3官能以上のアクリレート化合物(A)の含有量が、熱可塑性樹脂100質量部に対し、60〜80質量部である、接着フィルム。
(2) 熱可塑性樹脂がポリイミド樹脂であり、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、さらに硬化促進剤、ラジカル開始剤を含む、(1)に記載の接着フィルム。
(3) ポリイミド樹脂100質量部に対し、エポキシ樹脂を10〜45質量部、硬化促進剤を0.1〜2質量部、ラジカル開始剤を0.1〜2質量部含み、無機フィラーの含有量が40〜70質量%である、(2)に記載の接着フィルム。
(4) 無機フィラーの最大粒子径が20μm以下であり、一方の無機フィラーの平均粒子径が0.5μm超5μm以下であり、他方の無機フィラーの平均粒子径が0.1μm以上0.5μm以下である、(1)〜(3)いずれかに記載の接着フィルム。
(5) 120℃における、ずり粘度が10000Pa・s以下である、(1)〜(4)いずれかに記載の接着フィルム。
(6) 硬化後の弾性率が、180℃において60〜300MPaである、(1)〜(5)いずれかに記載の接着フィルム。
(7) 3官能以上のアクリレート化合物(A)が、下記式(I)で示されるものである、(1)〜(6)いずれかに記載の接着フィルム。
(1) 半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着フィルムにおいて、熱可塑性樹脂、3官能以上のアクリレート化合物(A)、熱硬化性樹脂、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーを含有してなり、3官能以上のアクリレート化合物(A)の含有量が、熱可塑性樹脂100質量部に対し、60〜80質量部である、接着フィルム。
(2) 熱可塑性樹脂がポリイミド樹脂であり、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、さらに硬化促進剤、ラジカル開始剤を含む、(1)に記載の接着フィルム。
(3) ポリイミド樹脂100質量部に対し、エポキシ樹脂を10〜45質量部、硬化促進剤を0.1〜2質量部、ラジカル開始剤を0.1〜2質量部含み、無機フィラーの含有量が40〜70質量%である、(2)に記載の接着フィルム。
(4) 無機フィラーの最大粒子径が20μm以下であり、一方の無機フィラーの平均粒子径が0.5μm超5μm以下であり、他方の無機フィラーの平均粒子径が0.1μm以上0.5μm以下である、(1)〜(3)いずれかに記載の接着フィルム。
(5) 120℃における、ずり粘度が10000Pa・s以下である、(1)〜(4)いずれかに記載の接着フィルム。
(6) 硬化後の弾性率が、180℃において60〜300MPaである、(1)〜(5)いずれかに記載の接着フィルム。
(7) 3官能以上のアクリレート化合物(A)が、下記式(I)で示されるものである、(1)〜(6)いずれかに記載の接着フィルム。
(8) ポリイミド樹脂が、下記式(II)で示される酸無水物(B)と、下記一般式(III)で示される酸無水物(C)と、アミン化合物を含む溶液を反応させ合成してなるものであり、前記溶液中の酸無水物(B)と酸無水物(C)の配合モル比が、酸無水物(B)/酸無水物(C)=50〜90/50〜10である、(2)〜(7)いずれかに記載の接着フィルム。
(9) (1)〜(8)いずれかに記載の接着フィルムを有する、半導体装置。
本発明は、低温で半導体ウェハに貼り付けることができ、ダイアタッチ時の流動性に優れた柔らかい性質と、熱時弾性率が高いという硬い性質の相反する性質を両立させた半導体接着フィルムに関する。従来、フィラーを多く含ませることで弾性率を上げていたが、この方法のみでは低温でウェハに貼り付けることができず、上記2つの性質が両立できない。
本発明では、フィラーを多く用いると同時に融点の低い、もしくは常温で液体のアクリレートモノマーを用い、接着フィルムのウェハへの低温貼付性と流動性の向上を図った。
更に、上記アクリレートモノマーは加熱することで高効率に重合反応を起こすことから、アクリレートモノマーと過酸化物を用いることで上記特性とフィルムの硬化後の熱時高弾性の両立を図った。
以上のような本発明に係る半導体用接着フィルム又は複合シートは、薄ウェハを用いる際の半導体チップの製造方法において好適に用いられる。
本発明では、フィラーを多く用いると同時に融点の低い、もしくは常温で液体のアクリレートモノマーを用い、接着フィルムのウェハへの低温貼付性と流動性の向上を図った。
更に、上記アクリレートモノマーは加熱することで高効率に重合反応を起こすことから、アクリレートモノマーと過酸化物を用いることで上記特性とフィルムの硬化後の熱時高弾性の両立を図った。
以上のような本発明に係る半導体用接着フィルム又は複合シートは、薄ウェハを用いる際の半導体チップの製造方法において好適に用いられる。
本発明によれば、低温で半導体ウェハに貼り付け可能であり、ダイアタッチ時の流動性に優れ、かつワイヤボンド時の応力によって生じるウェハの反りや割れを抑制できるだけの弾性率を持つことを可能にする半導体用接着フィルムが提供される。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明の接着フィルムは、熱可塑性樹脂、熱硬化成分(3官能以上のアクリレート化合物、エポキシ樹脂及び/又はエポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂を少なくとも含有)、粒径の異なる2種の無機フィラーを含有するものである。また、接着フィルムのガラス転移温度(Tg)は、10〜80℃が好ましく、より好ましくは10〜70℃、さらに好ましくは10〜60℃である。前記ガラス転移温度が80℃を超えると、接着フィルムの硬化前(Bステージ状態)の溶融粘度が高くなり加熱時に高流動化させることが困難になる傾向がある。なお、本発明の接着フィルムは、ダイボンディングフィルムとしても使用できる。
また、3官能以上のアクリレート化合物(A)が、下記式(I)で示されるものであることが好ましい。
また、3官能以上のアクリレート化合物(A)が、下記式(I)で示されるものであることが好ましい。
熱可塑性樹脂は、2種以上の酸無水物と、アミン化合物から作製されるポリイミド樹脂であることが好ましい。また前記ポリイミド樹脂の重量平均分子量は20000〜100000が好ましい。より好ましくは20000〜70000、特に好ましくは20000〜50000である。前記重量平均分子量が20000未満であると、樹脂の流動性が増加する一方で硬化時の熱で発泡する可能性がある。また、重量平均分子量が100000を超えると、タック力が増加しピックアップ性が低下してしまう可能性がある。
また、ポリイミド樹脂が、下記一般式(II)で示される酸無水物(B)と、下記一般式(III)で示される酸無水物(C)と、アミン化合物を含む溶液を反応させ合成してなるものであり、前記溶液中の酸無水物(B)と酸無水物(C)の配合モル比が、酸無水物(B)/酸無水物(C)=50〜90/50〜10であることが好ましく、さらに、酸無水物(B)/酸無水物(C)=60〜80/40〜20であることがより好ましい。
また、ポリイミド樹脂が、下記一般式(II)で示される酸無水物(B)と、下記一般式(III)で示される酸無水物(C)と、アミン化合物を含む溶液を反応させ合成してなるものであり、前記溶液中の酸無水物(B)と酸無水物(C)の配合モル比が、酸無水物(B)/酸無水物(C)=50〜90/50〜10であることが好ましく、さらに、酸無水物(B)/酸無水物(C)=60〜80/40〜20であることがより好ましい。
熱硬化成分は、好ましくは、3官能以上のアクリレート化合物とエポキシ樹脂を併用する。アクリレート化合物は3官能以上である。3官能未満であると反応点が少ないため、熱硬化反応後の熱時弾性率が低くなる傾向がある。
上記アクリレート化合物の含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、60〜80質量部であり、好ましくは65〜70質量部である。80質量部を超えるとフィルム形成性が低下する傾向がある。
上記アクリレート化合物の含有量は、熱可塑性樹脂100質量部に対して、60〜80質量部であり、好ましくは65〜70質量部である。80質量部を超えるとフィルム形成性が低下する傾向がある。
熱硬化性樹脂として用いられるエポキシ樹脂は、2個以上のエポキシ基を有する化合物である。硬化性や硬化物特性の点から、フェノールのグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂が好ましい。フェノールのグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、ビスフェノールF若しくはハロゲン化ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの縮合物、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、及びビスフェノールAノボラック樹脂のグリシジルエーテルが挙げられる。エポキシ当量が100〜500g/eq.のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、その硬化剤としてフェノール樹脂を用いることもできる。フェノール樹脂のOH当量は50〜600g/eq.であることが好ましい。フェノール樹脂は、2個以上のフェノール性水酸基を有する化合物である。フェノール樹脂の具体例としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、ポリ−p−ビニルフェノール、及びフェノールアラルキル樹脂が挙げられる。フェノール樹脂を用いる場合、その含有量は、エポキシ樹脂100質量部に対して、好ましくは1〜300質量部、より好ましくは1〜150質量部、更に好ましくは1〜120質量部である。300質量部を超えると硬化性が低下する傾向がある。
硬化剤又は硬化促進剤としては、フェノール樹脂の他に、例えば、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メチルイミダゾール−テトラフェニルボレート、及び1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7−テトラフェニルボレートが用いられる。これらは、2種以上を併用してもよい。硬化促進剤の含有量は、エポキシ樹脂100質量部に対し、好ましくは0〜50質量部、より好ましくは0.1〜50質量部、更に好ましくは0.1〜20質量部である。硬化促進剤の量が50質量部を超えると保存安定性が低下する傾向がある。
また、本発明の接着フィルムの組成において、ポリイミド樹脂100質量部に対し、エポキシ樹脂を1〜100質量部、3官能以上のアクリレート化合物を60〜80質量部、硬化促進剤を0.1〜2質量部含むことが好ましい。さらに、ポリイミド樹脂100質量部に対し、エポキシ樹脂を10〜45質量部含むことがより好ましい。
また、本発明の接着フィルムは、一般的なイミド化合物を含んでいてもよい。イミド化合物の例としては、オルトビスマレイミドベンゼン、メタビスマレイミドベンゼン、パラビスマレイミドベンゼン、1,4−ビス(p−マレイミドクミル)ベンゼン、1,4−ビス(m−マレイミドクミル)ベンゼン、及び下記式(IV)、(V)又は(VI)で表されるイミド化合物がある。
式(IV)中、X1は−O−、−CH2−、−CF2−、−SO2−、−S−、−CO−、−C(CH3)2−又は−C(CF3)2−を示し、R11、R12、R13及びR14はそれぞれ独立に水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシ基、フッ素、塩素又は臭素を示し、Z1はエチレン性不飽和二重結合を有するジカルボン酸残基を示す。
式(V)中、X2は−O−、−CH2−、−CF2−、−SO2−、−S−、−CO−、−C(CH3)2−又は−C(CF3)2−を示し、R15、R16、R17及びR18はそれぞれ独立に水素原子、低級アルキル基、低級アルコキシ基、フッ素、塩素又は臭素を示し、Z2はエチレン性不飽和二重結合を有するジカルボン酸残基を示す。
式(VI)中、Z3はエチレン性不飽和二重結合を有するジカルボン酸残基を示し、rは0〜4の整数を示す。
式(IV)のイミド化合物としては、例えば、4,4′−ビスマレイミドジフェニルエーテル、4,4′−ビスマレイミドジフェニルメタン、4,4′−ビスマレイミド−3,3′−ジメチル−ジフェニルメタン、4,4′−ビスマレイミドジフェニルスルホン、4,4′−ビスマレイミドジフェニルスルフィド、4,4′−ビスマレイミドジフェニルケトン、2,2−ビス(4−マレイミドフェニル)プロパン、4,4′−ビスマレイミドジフェニルフルオロメタン、及び1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス(4−マレイミドフェニル)プロパンがある。
式(V)のイミド化合物としては、例えば、ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕エーテル、ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕メタン、ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕フルオロメタン、ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔4−(3−マレイミドフェノキシ)フェニル〕スルホン、ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕スルフィド、ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕ケトン、2,2−ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕プロパン、及び1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス〔4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル〕プロパンがある。
これらイミド化合物又はポリイミド樹脂の硬化を促進するため、ラジカル開始剤を使用してもよい。ラジカル開始剤としては、アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、及びアゾビスイソブチロニトリル等がある。ラジカル開始剤の含有量は、前記イミド化合物100質量部に対して概ね0.01〜2質量部が好ましく、0.1〜1質量部がより好ましい。
また、ポリイミド樹脂100質量部に対し、ラジカル開始剤を0.1〜2質量部含むことが好ましい。
また、ポリイミド樹脂100質量部に対し、ラジカル開始剤を0.1〜2質量部含むことが好ましい。
本発明では、フィラーに無機フィラーを使用する。フィラーの含有量を大きくすることにより弾性率が高まることから、フィラーの含有量は、半導体用接着フィルムの全質量に対して40質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。一方で70質量%を超えるとフィルムの製膜性が悪化し、フィルムとしての形を維持できないことから、無機フィラーの含有量は70質量%以下であることが好ましい。
本発明の接着フィルムに含まれる無機フィラーは、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーである。また、無機フィラーの最大粒子径は、好ましくは20μm以下であり、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーの一方の無機フィラーの平均粒子径が0.5μm超5μm以下であり、他方の無機フィラーの平均粒子径が0.1μm以上0.5μm以下であることが好ましい。なお、平均粒子径は、例えば、レーザー回折法を用いた粒度分布測定装置により測定可能である。
なお、本発明の接着フィルムは、前記の無機フィラー以外の無機フィラーを含んでいてもよい。
本発明の接着フィルムに含まれる無機フィラーは、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーである。また、無機フィラーの最大粒子径は、好ましくは20μm以下であり、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーの一方の無機フィラーの平均粒子径が0.5μm超5μm以下であり、他方の無機フィラーの平均粒子径が0.1μm以上0.5μm以下であることが好ましい。なお、平均粒子径は、例えば、レーザー回折法を用いた粒度分布測定装置により測定可能である。
なお、本発明の接着フィルムは、前記の無機フィラー以外の無機フィラーを含んでいてもよい。
無機フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム等の酸化物の粉末、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の窒化物、炭化ケイ素等の炭化物等が挙げられる。更に、上記以外のもの、具体的にはタルク、硫酸バリウム、チタン酸バリウム、酸化ケイ素、微粉状酸化ケイ素、無定形シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ、クレー、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウム、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、水酸化亜鉛、マイカ、雲母粉、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、中空ビーズ、ガラス繊維等が挙げられる。
本発明の接着フィルムにおいては、120℃における、ずり粘度が10000Pa・s以下であることが好ましい。また、1000Pa・s以上であることが好ましい。また、硬化後の弾性率が、180℃において60〜300MPaであることが好ましい。なお、ずり粘度や弾性率は、動的粘弾性測定装置等により測定可能である。
<接着フィルムの作製>
(1)ワニスの調製
ポリイミド樹脂溶液、熱硬化性成分(3官能以上のアクリレート化合物、エポキシ樹脂)、無機フィラー及び他の成分を有機溶媒中で混合、混練してワニスを調製する。ワニスの調製に用いる有機溶媒は、前記各成分を均一に溶解、混練又は分散できるものであれば制限はなく、従来公知のものを使用することができる。このような溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N―メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらのなかでも、乾燥速度が速く、価格が安い点でメチルエチルケトン、シクロヘキサノン等を使用することが好ましい。
ワニスの調製に用いる際の有機溶媒の使用量には特に制限はなく、有機溶媒は加熱乾燥等により接着フィルムから除去されるものであるが、接着フィルム作製後の有機溶媒量(残存揮発分)は、全質量基準で0.01〜3質量%であることが好ましく、耐熱信頼性の観点からは全質量基準で、0.01〜2質量%であることがより好ましく、0.01〜1.5質量%であることがさらに好ましい。
上記各成分の混合、混練は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。
(1)ワニスの調製
ポリイミド樹脂溶液、熱硬化性成分(3官能以上のアクリレート化合物、エポキシ樹脂)、無機フィラー及び他の成分を有機溶媒中で混合、混練してワニスを調製する。ワニスの調製に用いる有機溶媒は、前記各成分を均一に溶解、混練又は分散できるものであれば制限はなく、従来公知のものを使用することができる。このような溶剤としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N―メチルピロリドン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。これらのなかでも、乾燥速度が速く、価格が安い点でメチルエチルケトン、シクロヘキサノン等を使用することが好ましい。
ワニスの調製に用いる際の有機溶媒の使用量には特に制限はなく、有機溶媒は加熱乾燥等により接着フィルムから除去されるものであるが、接着フィルム作製後の有機溶媒量(残存揮発分)は、全質量基準で0.01〜3質量%であることが好ましく、耐熱信頼性の観点からは全質量基準で、0.01〜2質量%であることがより好ましく、0.01〜1.5質量%であることがさらに好ましい。
上記各成分の混合、混練は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。
(2)基材への塗工
上記(1)で得られたワニスを基材層上に塗工し、ワニスの層を形成する。基材としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等が挙げられる。これらのフィルムを2種以上組み合わせて多層フィルムとしてもよく、表面がシリコーン系、シリカ系等の離型剤等で処理された基材であってもよい。
塗工には、アプリケータ自動塗工機を用いることができ、塗工厚みは、最終的な接着フィルムの厚さを考慮して決定されるが、3〜100μmとすることが好ましい。
上記(1)で得られたワニスを基材層上に塗工し、ワニスの層を形成する。基材としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等が挙げられる。これらのフィルムを2種以上組み合わせて多層フィルムとしてもよく、表面がシリコーン系、シリカ系等の離型剤等で処理された基材であってもよい。
塗工には、アプリケータ自動塗工機を用いることができ、塗工厚みは、最終的な接着フィルムの厚さを考慮して決定されるが、3〜100μmとすることが好ましい。
(3)加熱乾燥
上記(2)で得られた、ワニスを塗工した基材層を加熱乾燥する。加熱乾燥の条件は、使用した溶媒が充分に揮散する条件であれば特に制限はないが、通常50℃〜200℃で、0.1〜90分間加熱して行う。
加熱乾燥後、基材層を除去して接着フィルム(Bステージ状態のフィルム)を得ることができる。
本発明では、接着フィルムの厚さは特に制限はなく、適宜、当業者の知識に基づいて定められるものであるが、3〜80μmであることが好ましい。前記厚さが3μm未満であると、成膜性、取り扱いが困難となる傾向があり、80μmを超えると、経済性が悪く、成形性が困難になる傾向がある。この観点から5〜60μmであることがより好ましく、5〜40μmであることが特に好ましい。
本発明の接着フィルムは、通常は、接着剤層と基材層とをこの順に備えた2層構造の接着フィルムとして用いられ、必要に応じ接着剤層の両面に基材層を備えた3層構造としたものであってもよい。あるいは、本発明の接着フィルムを2枚以上ラミネートしたもの、本発明の接着フィルムとそれ以外のダイボンディングフィルムを複数ラミネートしたものであってもよい。本発明の接着フィルムは、半導体装置において半導体チップと配線付き支持部材との接着、又は半導体素子同士の接着に用いることができる。
上記(2)で得られた、ワニスを塗工した基材層を加熱乾燥する。加熱乾燥の条件は、使用した溶媒が充分に揮散する条件であれば特に制限はないが、通常50℃〜200℃で、0.1〜90分間加熱して行う。
加熱乾燥後、基材層を除去して接着フィルム(Bステージ状態のフィルム)を得ることができる。
本発明では、接着フィルムの厚さは特に制限はなく、適宜、当業者の知識に基づいて定められるものであるが、3〜80μmであることが好ましい。前記厚さが3μm未満であると、成膜性、取り扱いが困難となる傾向があり、80μmを超えると、経済性が悪く、成形性が困難になる傾向がある。この観点から5〜60μmであることがより好ましく、5〜40μmであることが特に好ましい。
本発明の接着フィルムは、通常は、接着剤層と基材層とをこの順に備えた2層構造の接着フィルムとして用いられ、必要に応じ接着剤層の両面に基材層を備えた3層構造としたものであってもよい。あるいは、本発明の接着フィルムを2枚以上ラミネートしたもの、本発明の接着フィルムとそれ以外のダイボンディングフィルムを複数ラミネートしたものであってもよい。本発明の接着フィルムは、半導体装置において半導体チップと配線付き支持部材との接着、又は半導体素子同士の接着に用いることができる。
半導体用接着フィルムは、ダイシングテープと貼り合わせた複合シートの状態で保管及び使用することもできる。このような複合シートを用いることにより、半導体装置製造工程を簡略化することができる。
得られた接着フィルムは、IC、LSI等の半導体素子と、42アロイリードフレーム、銅リードフレーム等のリードフレーム、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリイミド系樹脂等のプラスチックフィルム、ガラス不織布等基材にポリイミド、エポキシ樹脂、ポリイミド系樹脂等のプラスチックを含浸・硬化させたもの、アルミナ等のセラミックス等の絶縁性支持基板等の支持部材の接合に用いることができる。すなわち、前記したような半導体素子と支持部材との間に本発明の接着フィルムを挾み、加熱圧着して、両者を接着させる。加熱温度は、通常、100〜300℃、0.1〜300秒間であり、圧力は、通常、1半導体素子あたり0.098〜98Nの荷重とする。
本発明の半導体装置は、本発明の接着フィルムを用いて製造されたものであれば特にその構造に制限はなく、例えば、上記のような半導体素子、半導体素子の支持部材、半導体素子と支持部材とを接合している本発明の接着フィルムを含有する半導体装置が挙げられる。図1に一般的な構造の半導体装置を示す。図1において、半導体素子4は本発明の接着フィルム1を介して半導体素子支持部材5に接着され、半導体素子4の接続端子(図示せず)はワイヤ6を介して外部接続端子(図示せず)と電気的に接続され、封止材7によって封止されている。近年は様々な構造の半導体装置が提案されており、本発明の接着フィルムの用途は、半導体素子の面積の大部分が接着フィルムと接触していればこの構造に限定されるものではない。
また、図2に半導体素子同士を接着した構造を有する半導体装置の一例を示す。図2において、一段目の半導体素子4は本発明の接着フィルム1を介して半導体素子支持部材5に接着され、一段目の半導体素子4の上に更に本発明の接着フィルム1′を介して二段目の半導体素子4′が接着されている。一段目の半導体素子4及び二段目の半導体素子4′の接続端子(図示せず)は、ワイヤ6を介して外部接続端子(図示せず)と電気的に接続され、封止材(図示せず)によって封止されている。このように、本発明の接着フィルムは、半導体素子を複数重ねる構造の半導体装置にも好適に使用できる。
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<ポリイミド樹脂の合成>
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した300mLフラスコ中に、酸無水物(B)として4,4′−オキシジフタル酸二無水物(マナック株式会社製商品名:ODPA−M):7.6g(0.7mol)、酸無水物(C)としてデカメチレンビストリメリテート二無水物(黒金化成株式会社製):6.5g(0.3mol)、アミン化合物としてポリオキシプロピレンジアミン(三井化学ファイン株式会社製):5.5g(0.4mol)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(東レダウコーニングシリコーン株式会社製商品名:BY16−871EG):5g(0.6mol)及びN−メチル−2−ピロリドン:30gを仕込んだ反応液を攪拌し、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱することにより、水と共にN−メチル−2−ピロリドンを50質量%と共沸除去し、ポリイミド樹脂(ベース樹脂)を得た。得られたポリイミド樹脂のGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を測定したところ、ポリスチレン換算で、Mw=53800であった。また、得られたポリイミド樹脂のTgは、38℃であった。
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した300mLフラスコ中に、酸無水物(B)として4,4′−オキシジフタル酸二無水物(マナック株式会社製商品名:ODPA−M):7.6g(0.7mol)、酸無水物(C)としてデカメチレンビストリメリテート二無水物(黒金化成株式会社製):6.5g(0.3mol)、アミン化合物としてポリオキシプロピレンジアミン(三井化学ファイン株式会社製):5.5g(0.4mol)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン(東レダウコーニングシリコーン株式会社製商品名:BY16−871EG):5g(0.6mol)及びN−メチル−2−ピロリドン:30gを仕込んだ反応液を攪拌し、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱することにより、水と共にN−メチル−2−ピロリドンを50質量%と共沸除去し、ポリイミド樹脂(ベース樹脂)を得た。得られたポリイミド樹脂のGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を測定したところ、ポリスチレン換算で、Mw=53800であった。また、得られたポリイミド樹脂のTgは、38℃であった。
(実施例1〜3及び比較例1〜6)
前記ポリイミド樹脂(ベース樹脂)と、下記に示す、熱硬化性成分(3官能アクリレート化合物、エポキシ樹脂)と、硬化促進剤と、硬化剤と、無機フィラーと、ラジカル開始剤(過酸化物)を、N―メチルピロリドン中で混合、混練して、表1及び表2に示す配合にて、接着剤組成物ワニスを調製した。
前記ポリイミド樹脂(ベース樹脂)と、下記に示す、熱硬化性成分(3官能アクリレート化合物、エポキシ樹脂)と、硬化促進剤と、硬化剤と、無機フィラーと、ラジカル開始剤(過酸化物)を、N―メチルピロリドン中で混合、混練して、表1及び表2に示す配合にて、接着剤組成物ワニスを調製した。
[熱硬化成分]
<エポキシ樹脂>
VG−3010:三井化学株式会社製商品名、下記構造式参照:多官能エポキシ樹脂
<エポキシ樹脂>
VG−3010:三井化学株式会社製商品名、下記構造式参照:多官能エポキシ樹脂
<硬化促進剤>
2P4MZ:四国化成工業株式会社製商品名、下記構造式参照:2−フェニル−4−メチルイミダゾール
2P4MZ:四国化成工業株式会社製商品名、下記構造式参照:2−フェニル−4−メチルイミダゾール
<3官能アクリレート>
NKエステル A9300:新中村化学工業株式会社製商品名、下記構造式参照:トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート
NKエステル A9300:新中村化学工業株式会社製商品名、下記構造式参照:トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート
<硬化剤>
Tris−P−PA:本州化学工業株式会社製商品名、フェノール樹脂:4,4′−〔1−{4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル}エチリデン〕ビスフェノール:下記構造式参照
Tris−P−PA:本州化学工業株式会社製商品名、フェノール樹脂:4,4′−〔1−{4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル}エチリデン〕ビスフェノール:下記構造式参照
<ラジカル開始剤;過酸化物>
トリゴノックス:化薬アクゾ株式会社製商品名、下記構造式参照:1,1−ジ−t−ブチルペルオキシシクロヘキサン
トリゴノックス:化薬アクゾ株式会社製商品名、下記構造式参照:1,1−ジ−t−ブチルペルオキシシクロヘキサン
<無機フィラー>
H26:CIKナノテック株式会社製商品名、酸化ケイ素(平均粒子径:5μm)
H27:CIKナノテック株式会社製商品名、酸化ケイ素(平均粒子径:0.5μm)
なお、H26とH27の配合質量比は、1:1である。
H26:CIKナノテック株式会社製商品名、酸化ケイ素(平均粒子径:5μm)
H27:CIKナノテック株式会社製商品名、酸化ケイ素(平均粒子径:0.5μm)
なお、H26とH27の配合質量比は、1:1である。
得られた実施例1〜3及び比較例1〜6の接着剤組成物ワニスを、それぞれ基材フィルム(剥離剤で処理したポリエチレンテレフタレートフィルム)上に7μmの厚さになるようにアプリケータ自動塗工機を用いて塗布した。次に前記ワニスを塗工した、基材フィルムをオーブン中で120℃にて10分間加熱乾燥した。加熱乾燥後、基材フィルムを除去して接着フィルム(Bステージ状態のフィルム)を得た。
また、作製した接着フィルムの評価を下記に示すように行った。結果を表1及び表2に示した。
(弾性率)
所定の条件で硬化した接着フィルムを7mm×60mmの大きさに切り出し、粘弾性測定装置RSA−II(レオメトリック社製商品名)を用いて以下の条件で粘弾性測定を行った。
周波数:1Hz、初期温度:−20℃、最終温度:302℃、昇温速度:5℃/分、過重:0.11N
(弾性率)
所定の条件で硬化した接着フィルムを7mm×60mmの大きさに切り出し、粘弾性測定装置RSA−II(レオメトリック社製商品名)を用いて以下の条件で粘弾性測定を行った。
周波数:1Hz、初期温度:−20℃、最終温度:302℃、昇温速度:5℃/分、過重:0.11N
(ずり粘度)
接着フィルムを、ローラーを用いてラミネートし、重ね合わせ総厚:300±50μmとした。得られた多層フィルムを13±1mm角の試験片になるように打ち抜き、ずり粘度の測定を行った。測定は、モジュラーコンパクトレオメーターPhysica MCR301(Anton Paar社製商品名)を用いて、上記多層フィルムを、平行円板(直径12mm)に挟み、周波数:1Hz、昇温速度:5℃/分及び測定温度:30〜200℃の条件で行い、100〜120℃における複素粘度の値(Pa・s)をずり粘度とした。
接着フィルムを、ローラーを用いてラミネートし、重ね合わせ総厚:300±50μmとした。得られた多層フィルムを13±1mm角の試験片になるように打ち抜き、ずり粘度の測定を行った。測定は、モジュラーコンパクトレオメーターPhysica MCR301(Anton Paar社製商品名)を用いて、上記多層フィルムを、平行円板(直径12mm)に挟み、周波数:1Hz、昇温速度:5℃/分及び測定温度:30〜200℃の条件で行い、100〜120℃における複素粘度の値(Pa・s)をずり粘度とした。
実施例1〜3は、上記組成において、91〜299MPaと高い弾性率を持ち、更にずり粘度1218〜4495Pa・sとずり粘度が低く、高い流動性を持つ接着フィルムを与えることを示している。
一方、比較例1〜6は、3官能アクリレート量が少なく、更に、比較例1は無機フィラーが少ないために弾性率が低く、比較例2〜5は、3官能アクリレート量に対して無機フィラー量が多いためにずり粘度の値が高い結果となっている。比較例6は、弾性率、ずり粘度は共に優れた特性を示したが、ポリイミド樹脂の割合が少ないためにフィルム形成性が悪く、接着フィルムとして用いることは困難である。
一方、比較例1〜6は、3官能アクリレート量が少なく、更に、比較例1は無機フィラーが少ないために弾性率が低く、比較例2〜5は、3官能アクリレート量に対して無機フィラー量が多いためにずり粘度の値が高い結果となっている。比較例6は、弾性率、ずり粘度は共に優れた特性を示したが、ポリイミド樹脂の割合が少ないためにフィルム形成性が悪く、接着フィルムとして用いることは困難である。
1;接着フィルム、1′;接着フィルム、4;半導体素子、4′;半導体素子、5;半導体素子支持部材、6;ワイヤ、7;封止材。
Claims (9)
- 半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着フィルムにおいて、熱可塑性樹脂、3官能以上のアクリレート化合物(A)、熱硬化性樹脂、平均粒子径の異なる二種類の無機フィラーを含有してなり、3官能以上のアクリレート化合物(A)の含有量が、熱可塑性樹脂100質量部に対し、60〜80質量部である、接着フィルム。
- 熱可塑性樹脂がポリイミド樹脂であり、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、さらに硬化促進剤、ラジカル開始剤を含む、請求項1に記載の接着フィルム。
- ポリイミド樹脂100質量部に対し、エポキシ樹脂を10〜45質量部、硬化促進剤を0.1〜2質量部、ラジカル開始剤を0.1〜2質量部含み、無機フィラーの含有量が40〜70質量%である、請求項2に記載の接着フィルム。
- 無機フィラーの最大粒子径が20μm以下であり、一方の無機フィラーの平均粒子径が0.5μm超5μm以下であり、他方の無機フィラーの平均粒子径が0.1μm以上0.5μm以下である、請求項1〜3いずれかに記載の接着フィルム。
- 120℃における、ずり粘度が10000Pa・s以下である、請求項1〜4いずれかに記載の接着フィルム。
- 硬化後の弾性率が、180℃において60〜300MPaである、請求項1〜5いずれかに記載の接着フィルム。
- 請求項1〜8いずれかに記載の接着フィルムを有する、半導体装置。
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