JP2013157435A - 実装用接着シート、これを用いた実装用接着シート付配線基板ならびに積層体および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を損なうことなく実装面積の極少化と信頼性を両立することが可能となる実装用接着シートを提供すること。
【解決手段】配線基板に貼り付け、該配線基板に半導体チップを接着するための実装用接着シートであって、半導体チップの貼り付け面全体を被覆し、かつ半導体チップのコーナー部に対応する部分が外側にはみ出した形状を有することを特徴とする実装用接着シート。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パソコンや携帯端末等に使用される電子部品等に関する。より詳しくは、本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ等半導体チップをフレキシブル基板、ガラスエポキシ基板、ガラス基板、セラミックス基板、シリコンインターポーザー、シリコン基板などの配線基板に接着あるいは直接電気的接合したもの、半導体チップ同士を接合したもの、３次元実装などの半導体チップ積層体などを作製するための実装用接着シートに関する。

近年、半導体装置の小型化と高密度化に伴い、半導体チップを配線基板に実装する方法としてフリップチップ実装が急速に広まってきている。フリップチップ実装においては、接合部分の接続信頼性を確保するための方法として、半導体チップ上に形成されたバンプと配線基板のパッド電極の間にエポキシ樹脂系などの接着剤を介在させてボンディングを行うことが検討されている。こうした接着剤としては接着ペーストや接着シートがあるが、接着剤量のコントロールや、フィレット量制御による実装面積の極少化、信頼性を損なうボイドの除去等の点で、接着シートを配線基板にボイドなく貼り付けたのち半導体チップを熱圧着して接着する方法が有効である。

上記方法では、半導体チップとほぼ同形状かつ同面積の接着シートを配線基板に貼り付けたのち、半導体チップを加熱加圧して接着するのが一般的である（特許文献１および２参照）。その際に接着シートが流動し、その一部が半導体チップの外側にはみ出してフィレットを形成するが、半導体チップの各辺の中央付近のフィレットは十分となるものの、半導体チップのコーナー部のフィレットが不足するという課題がある。こうしたコーナー部のフィレット不足は温度サイクル試験に於ける信頼性を低下させることが知られており（特許文献３および４参照）、上記課題の解決が求められている。これを解決するため、接着シートの貼り付け領域をあらかじめ広げておくことが提案されているが（特許文献３参照）、実装面積の極少化の点で不利となる。また、半導体チップの接着後に、コーナー部に樹脂をディスペンスする等の方法でコーナー部のフィレットを補うことも可能であるが、工程数が増加するため生産性が低下する。

特開２００７−３０５８１２号公報 特開２０１０−２５１６５２号公報 特開２００２−７６１８４号公報 特許第２８２８０２１号公報

本発明は生産性を損なうことなく実装面積の極少化と信頼性を両立することが可能となる実装用接着シートを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、配線基板に貼り付け、該配線基板に半導体チップを接着するための実装用接着シートであって、半導体チップの貼り付け面全体を被覆し、かつ半導体チップのコーナー部に対応する部分が外側にはみ出した形状を有することを特徴とする実装用接着シートを提供する。

本発明の実装用接着シートを使用することで、生産性を損なうことなく実装面積の極少化と信頼性を両立することが可能となる。

本発明の実装用接着シートの形状例 一般的な実装用接着シートの形状例 本発明の実装用接着シートを配線基板に貼り付けた例 一般的な実装用接着シートを配線基板に貼り付けた例 本発明の実装用接着シートを貼り付けた配線基板に半導体チップを実装した例 一般的な実装用接着シートを貼り付けた配線基板に半導体チップを実装した例 [図５]の（Ａ）部および[図６]の（Ｂ）部の断面図 実施例１、２で得られた本発明の実装用接着シートとベースフィルムの積層体 比較例１、２で得られた一般的な実装用接着シートとベースフィルムの積層体

本発明の実装用接着シートは、配線基板に貼り付け、該配線基板に半導体チップを接着するための実装用接着シートであって、半導体チップの貼り付け面全体を被覆し、かつ半導体チップのコーナー部に対応する部分が外側にはみ出した形状を有することを特徴とする。

本発明の実装用接着シートは、四角形の半導体チップを被覆するため、４つの辺を有することが好ましく、４つの辺より構成される四角形の４つの角の内角がいずれも８５〜９５°であることが好ましく、４つの角の内角がすべて９０°であることがより好ましい。

本発明の実装用接着シートの形状の具体例を図１に示す。いずれも、半導体チップに対応する領域に加え、各コーナー部に対応する部分が半導体チップよりも外側にはみ出した形状を有する。図１の（ａ）から（ｃ）のいずれの形状であってもよく、またこれ以外の形状であってもよい。

図１の（ｄ）に、本発明の実装用接着シートの半導体チップのコーナー部に対応する部分の拡大図を示す。半導体チップのコーナーの先端部に対応する箇所から実装用接着シートの端部までの距離ｘは、１〜５００μｍとするのが好ましく、１０〜３００μｍとするのがより好ましい。また、図中のｙはコーナー部におけるはみ出し部分の幅に相当し、１０〜３０００μｍとするのが好ましく、１００〜１０００μｍとするのがより好ましい。ｘが１〜５００μｍであり、かつｙが１０〜３０００μｍであれば、半導体コーナー部により十分にフィレットを形成することができ、信頼性をより高めることができる。また実装に要する面積がより十分小さくなり、半導体装置の小型化の点でより有利となる。またコーナー部以外の部分については、はみ出していなくてもフィレットが十分に形成されるため、はみ出していないことが好ましい。はみ出していないことにより実装に要する面積を小さくすることができる。

本発明の実装用接着シートの組成に特に制限はなく、任意の接着シートを用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、ビスマレイミド樹脂などの熱硬化性あるいは光硬化性の樹脂や、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂、あるいはこれらを混合した樹脂で形成したシートを用いることができる。熱安定性の観点から、ポリイミドを含有することが好ましい。また、実装用接着シートは、絶縁信頼性や温度サイクルに対する信頼性の観点からフィラーを含むことが好ましい。ここでいうフィラーとしては、シリカ、窒化ケイ素、アルミナ、窒化アルミ、酸化チタン、窒化チタン、チタン酸バリウムなどの無機粒子や、ゴムや樹脂などの有機粒子を用いることができる。

本発明の実装用接着シートの製造方法の例を以下に示す。まず、接着シートの原料となる樹脂、フィラー、各種添加剤および溶媒を攪拌混合してワニスあるいはペーストを作製し、これをベースフィルムに塗布する。塗布方法としては、ロールコーティングやスリットコーティングなどが挙げられる。ベースフィルムの材質の制限はなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリオレフィン、ポリエーテルスルホン、ポリイミドなど任意のものを用いることができる。塗布後、必要に応じて乾燥を行う。また、接着剤面を保護するため、塗布後あるいは乾燥後に、任意の保護フィルムを貼り付けてもよい。

得られた接着シートを、任意の方法で成形することで、本発明の実装用接着シートとベースフィルムの積層体を得ることができる。成形の方法としては、ピナクル刃やトムソン刃での切り出しや、パンチ金型による打ち抜きなどの方法が用いられる。生産性や、接着シートのハンドリングの観点から、パンチ金型による打ち抜きが好ましい。また、接着シートが保護フィルムを有している場合は、保護フィルムを剥離した後に成形を行ってもよい。このとき、半導体チップのコーナー部に対応する部分が外側にはみ出した形状の金型や刃を用いれば、本発明の実装用接着シートを得ることができる。

次に、本発明の実装用接着シートを用いた半導体装置の製造方法について説明する。まず、本発明の実装用接着シートとベースフィルムの積層体の実装用接着シート側の面を配線基板に貼り付ける。ここで用いる配線基板は、シリコンウェハ、セラミックス類、ガリウムヒ素、有機系配線基板、無機系配線基板、およびこれらの基板に回路の構成材料が配置されたものが挙げられるが、これらに限定されない。有機系配線基板の例としては、ガラス布・エポキシ銅張積層板などのガラス基材銅張積層板、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板などのコンポジット銅張積層板、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板などの耐熱・熱可塑性基板、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板などのフレキシブル基板が挙げられる。また、無機系配線基板としては、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板などのセラミック基板、アルミニウムベース基板、鉄ベース基板などの金属系基板が例として挙げられる。回路の構成材料の例は、銀、金、銅、アルミなどの金属を含有する導体、無機系酸化物などを含有する抵抗体、ガラス系材料および／または樹脂などを含有する低誘電体、樹脂や高誘電率無機粒子などを含有する高誘電体、ガラス系材料などを含有する絶縁体などが挙げられる。この配線基板に対し、任意の方法でアライメントを行って実装用接着シートを所望の位置に貼り付ける。実装用接着シートと配線基板の界面に気泡（ボイド）が存在すると、半導体チップ実装時の欠陥や信頼性の低下に繋がるので、実装用接着シートはボイドなく配線基板に貼りつけることが好ましい。このため、実装用接着シートとベースフィルムの積層体におけるベースフィルム側を吸着保持治具で保持し、接着面を配線基板に仮付着させた後、真空下で加熱押圧して貼りつけることが好ましい。実装用接着シートが加熱によりタック性が生じるものであれば、吸着保持治具や配線基板を適度な温度に加温し、シートのタック性を利用して仮付着することができる。このときの温度は、例えば、４０℃から８０℃程度である。仮付着ののちの真空下で加熱押圧には、真空ダイヤフラムラミネーターや真空ロールラミネーターなどを用いることができる。

本発明の実装用接着シートとベースフィルムの積層体を配線基板に貼り付けたのち、ベースフィルムを剥離して実装用接着シートを露出させる。こののち、実装用接着シートを介して半導体チップを配線基板に実装する。この実装工程では、フリップチップボンダーなどのボンディング装置を用いることが一般的である。実装工程は、接着シートが流動性を有する温度領域で仮固定を行う仮圧着工程と、接着シートが硬化する温度領域での本圧着工程とに分けて実施してもよいし、本圧着工程のみを行ってもよい。また、仮圧着工程と本圧着工程を分けて実施する場合、仮圧着工程と本圧着工程を連続して実施してもよいし、仮圧着工程を実施した後に室温に戻し、別途本圧着工程を行ってもよい。また、半導体チップを仮圧着した後、複数の半導体チップを一括で本圧着してもよい。

仮圧着工程での温度は６０〜１８０℃の温度範囲が好ましい。また仮圧着時の圧力は０．０１〜１０ＭＰａの範囲が好ましい。時間は０．１秒〜数分が好ましい。仮圧着は、常圧下で行ってもよいし、気泡の噛み込みなどを防ぐため減圧下で実施してもよい。

本圧着工程では、１２０℃から４００℃の温度を加えて実装用接着シートを硬化膜にする。また、半田バンプを有する半導体チップを用いる場合には、この工程で半田を加熱溶融させて接合を行う。この加熱処理は温度を選び、段階的に昇温するか、ある温度範囲を選び連続的に昇温しながら１秒から数分実施する。一例としては、１００℃から２５０℃まで５秒間で昇温し、２５０℃で２０秒間熱処理する。あるいは室温より３００℃まで３０秒かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。この際、加熱温度は１５０℃以上、３５０℃以下の温度が好ましく、１８０℃以上、２８０℃以下であることがさらに好ましい。また本圧着時の圧力は０．０１〜１０ＭＰａの範囲が好ましい。該加熱処理は、常圧下で行ってもよいし、減圧下で実施してもよい。また、空気による酸化劣化を防ぐため、窒素雰囲気下で実施してもよい。

本発明の半導体装置の製造方法では、上記の工程ののち、追加キュアを行ってもよい。追加キュアの条件は、用いる実装用接着シートに応じて任意に設定できるが、１５０℃以上３００℃以下の温度で、１０分から５時間程度とするのが一般的である。

本発明で用いられる半導体チップは、片側または両側の面に配線基板と電気的接合するためのバンプを有する。また、貫通電極を有し、両面にバンプあるいはパッドを有する半導体チップを用いることもできる。半導体チップを加熱加圧し、本発明の実装用接着シートを介して配線基板に接着する際、バンプ直下の接着シートが流動して排除され、バンプと配線基板上の電極との導通を確保することができる。

本発明の半導体チップのバンプの材質は、ニッケル、金、銅、半田などを用いることができる。また、銅ピラー上に半田バンプを設けるなどの方法でもよい。ここでいう半田バンプの材質としては、人体や環境への影響の観点から、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＣｕ系、ＳｎＡｇ系、ＳｎＡｇＣｕＢｉ系、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＡｇＩｎＢｉ系などの鉛フリー半田を用いることが好ましい。

以下、本発明の半導体装置の製造方法についてより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
１．温度サイクル試験
各実施例および比較例で得られたボンディングサンプルについて、ＪＥＤＥＣ Ｌｅｖｅｌ３の吸湿リフローを行った。次にボンディングサンプルを−４０℃から１２５℃まで１５℃／分で昇温し、その後１２５℃から−４０℃まで１５℃／分で降温することを１０００サイクル繰り返した。保持時間は１０分とした。得られたボンディングサンプルを観察し、チップコーナー部分での接着シートと半導体チップとの剥離の有無を判断した。これを同一のボンディングサンプルについて１０回行い、１０回中何回剥離が見られたかを評価した。

半導体チップ
７ｍｍ角のシリコン基板の外周部に、４０μmピッチで半径２０μmのバンプを有する、チップを用いた。バンプは高さ１５μmのＣｕピラー上に高さ７μmの半田を有する。

配線基板
上記半導体チップのバンプに対応する位置にパッドを有するプリント配線基板を用いた。パッドは半径２０μm、高さ５μmの円柱状のＣｕパッドである。

合成例１ 有機溶剤可溶性ポリイミドＡの合成
乾燥窒素気流下、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン（以下、ＢＡＨＦとする）２４．５４ｇ（０．０６７モル）、１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン（以下、ＳｉＤＡとする）４．９７ｇ（０．０２モル）、末端封止剤として、アニリン１．８６ｇ（０．０２モル）をＮＭＰ８０ｇに溶解させた。ここにビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物（以下、ＯＤＰＡとする）３１．０２ｇ（０．１モル）をＮＭＰ２０ｇとともに加えて、２０℃で１時間反応させ、次いで５０℃で４時間撹拌した。その後、キシレンを１５ｇ添加し、水をキシレンとともに共沸させながら、１８０℃で５時間攪拌した。攪拌終了後、溶液を水３Ｌに投入して白色沈殿したポリマーを得た。この沈殿をろ過して回収し、水で３回洗浄した後、真空乾燥機を用いて８０℃、２０時間乾燥した。得られたポリマー固体の赤外吸収スペクトルを測定したところ、１７８０ｃｍ^−１付近、１３７７ｃｍ^−１付近にポリイミドに起因するイミド構造の吸収ピークが検出された。このようにして有機溶剤可溶性ポリイミドＡを得た。

＜固形エポキシ化合物＞
１５７Ｓ７０（商品名、三菱化学（株）製）
ＥＰ１０３２Ｈ６０（商品名、三菱化学（株）製）
＜液状エポキシ化合物＞
ＥＰ８２８（商品名、三菱化学（株）製）硬化促進剤
＜硬化促進剤＞
イミダゾール系硬化促進剤 キュアゾール２ＰＨＺ（商品名、四国化成工業（株）製）
マイクロカプセル型硬化促進剤 ノバキュアＨＸ−３７９２（商品名、旭化成イーマテリアルズ（株）製）ノバキュアＨＸ−３７９２は、マイクロカプセル型硬化促進剤／液状ビスフェノールＡ型エポキシ化合物を重量比１／２の割合で含有する。

＜フィラー＞
ＳＯ−Ｅ２（商品名、アドマテックス（株）製、球形シリカ粒子、平均粒子径０．５μｍ）
ＳＥ６０５０（商品名、アドマテックス（株）製、球形シリカ粒子、平均粒子径２μｍ）
＜その他樹脂および添加剤＞
フェノキシ樹脂ＦＸ２９３（商品名、東都化成株式会社製）
実施例１
合成例１で得た有機溶剤可溶性ポリイミドＡを２５ｇ、固形エポキシ化合物１５７Ｓ７０を２０ｇ、硬化促進剤ＨＸ−３７９２を４５ｇ、フィラーＳＯ−Ｅ２を９０ｇ、溶剤メチルイソブチルケトン８０ｇを調合し、ボールミルを用いてフィラーおよび硬化促進剤粒子の分散処理を行った。得られた樹脂組成物ワニスを、スリットダイコーター（塗工機）を用いて剥離性基材である厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム、セラピールＨＰ２（Ｕ）（商品名、東レフィルム加工（株）製、非シリコーン系、重剥離グレード）の処理面に塗布し、８０℃で１０分間乾燥を行って積層体を得た。乾燥後の実装用接着シートの厚みは２５μｍとした。

得られた積層体を、パンチ金型を用いて打ち抜いて、図８（ａ）に示す形状の実装用接着シートとベースフィルムの積層体ａを得た。図８（ｂ）に、図８（ａ）に示す形状の実装用接着シートのコーナー部に対応する部分の拡大図を示す。

この積層体ａを、実装用接着シート面が配線基板に接するように所定の位置にセットし、真空ラミネート装置（タカトリ（株）製、ＶＴＭ−２００Ｍ）にて減圧下で温度８０℃、貼り合わせ速度１０ｍｍ／ｓにてラミネートした。そののち、ベースフィルムを剥離して実装用接着シート付配線基板を得た。

こうして得た実装用接着シート付配線基板に、フリップチップボンディング装置（東レエンジニアリング（株）製、ＦＣ−３０００ｓ）を用いて半導体チップのボンディングを行った。温度８０℃に加熱されたボンディングステージに実装用接着シート付配線基板を固定し、半導体チップと配線基板との位置あわせを行った後、温度１００℃、圧力１５Ｎ／チップ、１０秒間仮圧着したのち、温度２６０℃、圧力５５Ｎ／チップで１０秒間本圧着を行ってボンディングサンプルを得た。評価を行った結果を表１に示す。

実施例２
フェノキシ樹脂ＦＸ２９３ ２５重量部、エポキシ化合物として、固形多官能エポキシ樹脂ＥＰ１０３２Ｈ６０を３０重量部及び液状ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＥＰ８２８を４５重量部、硬化促進剤として、キュアゾール２ＰＨＺを３重量部、球状シリカフィラーとしてＳＥ６０５０を１００質量部をトルエン−酢酸エチル溶媒中に固形分濃度が６０重量％になるように調合し、ボールミルを用いてフィラーおよび硬化促進剤粒子の分散処理を行った。得られた樹脂組成物ワニスを、スリットダイコーター（塗工機）を用いて剥離性基材である厚さ７５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム、セラピールＨＰ２（Ｕ）（商品名、東レフィルム加工（株）製、非シリコーン系、重剥離グレード）の処理面に塗布し、８０℃で１０分間乾燥を行って積層体を得た。乾燥後の実装用接着シートの厚みは２５μｍとした。

得られた積層体を、パンチ金型を用いて打ち抜いて、図８（ａ）に示す形状の実装用接着シートとベースフィルムの積層体ｂを得た。
この積層体ｂを用い、実施例１と同様にラミネートおよびボンディングを行ってボンディングサンプルを得た。評価を行った結果を表１に示す。

比較例１
実施例１で得られた積層体を、パンチ金型を用いて打ち抜いて、図９に示す形状の実装用接着シートとベースフィルムの積層体ｃを得た。
この積層体ｃを用い、実施例１と同様にラミネートおよびボンディングを行ってボンディングサンプルを得た。評価を行った結果を表１に示す。

比較例２
実施例２で得られた積層体を、パンチ金型を用いて打ち抜いて、図９に示す形状の実装用接着シートとベースフィルムの積層体ｄを得た。
この積層体ｄを用い、実施例１と同様にラミネートおよびボンディングを行ってボンディングサンプルを得た。評価を行った結果を表１に示す。

１ａ 本発明の実装用接着シート
１ｂ 一般的な実装用接着シート
２ 配線基板
３ 半導体チップ
４ 銅ピラー
５ 半田バンプ
６ 配線基板上のパッド
７ 配線基板上のソルダーレジスト

Claims (4)

1. 配線基板に貼り付け、該配線基板に半導体チップを接着するための実装用接着シートであって、半導体チップの貼り付け面全体を被覆し、かつ半導体チップのコーナー部に対応する部分が外側にはみ出した形状を有することを特徴とする実装用接着シート。
2. 請求項１記載の実装用接着シートを配線基板に貼り付けた実装用接着シート付配線基板。
3. 半導体チップのコーナー部に対応する部分が外側にはみ出した形状の金型を用いて実装用接着シートとベースフィルムの積層体を成形することを特徴とする請求項１記載の実装用接着シートとベースフィルムの積層体の製造方法。
4. 配線基板と請求項１記載の実装用接着シートとベースフィルムの積層体の実装用接着シート側の面とを貼り付け、該ベースフィルムを剥がした後、該実装用接着シートの配線基板を有さない面に半導体チップを実装することを特徴とする半導体装置の製造方法。