JP2017179176A - フィルム状半導体封止剤、および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 一般的な封止剤としての特性に加えて、ウエハーへのラミネーション時のボイド発生がなく、ダイシング時のフィルム状樹脂組成物の割れや欠けも発生せず、実装時に必要とされる透明性（視認性）を有しており、さらにフリップチップ実装後にボイド、接続性、フィレット形状が良好なフリップチップ実装用のフィルム状半導体封止剤を提供することを課題とする。【解決手段】 （Ａ）（メタ）アクリレート、（Ｂ）フィルム化剤、（Ｃ）シリカフィラー、および（Ｄ）重合開始剤を含むことを特徴とする、フィルム状半導体封止剤である。（Ｂ）成分が、ポリメチルメタクリレートとブチルアクリルアミドの共重合体、フェノキシ樹脂、およびスチレン−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも１種を含むと、好ましい。【選択図】 なし
Description
本発明は、フィルム状半導体封止剤に関し、詳細には、フリップチップボンディングで使用される先設置型プロセスに適したフィルム状半導体封止剤に関する。
近年、半導体装置のさらなる配線等の高密度化、高周波化に対応可能な半導体チップの実装方式として、フリップチップボンディングが利用されている。一般的に、フリップチップボンディングでは、半導体チップと基板の間隙を、アンダーフィルと呼ばれる材料で封止する。
従来、フリップチップボンディングでは、半導体チップと基板をはんだ付け等で接合した後、半導体チップと基板の間隙に、熱硬化性の液状封止樹脂組成物であるアンダーフィル剤を充填して半導体装置を製造する方法が行われていた。近年では、まず、アンダーフィル剤を基板に塗布し、半導体チップを載せた後、アンダーフィル剤の硬化と、半導体チップと基板の接続とを同時に行うことにより、工程の短縮および硬化時間の短縮を可能とし、その結果、低コストかつ低エネルギーで半導体装置を作製できる、先供給型フリップチップボンディングプロセスが注目され、このプロセス向けの液状樹脂組成物、フィルム状樹脂組成物（以下、先供給型封止樹脂組成物という）が検討されている。
従来は、先供給型封止樹脂組成物を、回路基板上へディスペンスにより供給し、次に、半導体チップを貼り付けた後、接続封止を行い、その後、ダイシングを行っていたが、半導体パッケージ構造の多様化により、実装工法が変化してきている。
近年、半導体ウエハー上へ先供給型樹脂組成物を供給した後、先供給型樹脂組成物とウエハー等を同時にダイシングし、各半導体チップサイズ等へ細分してから、回路基板等へ接続・封止を行う（以下、ウエハープロセスという）実装工法が、検討されている。ウエハープロセスでは、ハンドリング性の観点から、先供給型樹脂組成物として、フィルム状樹脂組成物が多く検討されている。
ウエハープロセスへ適用されるフィルム状樹脂組成物は、予め、ウエハーへ貼り付け（ラミネーション）されて、供給される。特に、フィルム状樹脂組成物は、液状樹脂組成物に比べ、形状保持性能が高く、ウエハーへ貼り付けた後、ダイシングも可能であるため、ウエハープロセスに適している。
しかし、フィルム状樹脂組成物を使用するウエハープロセスにおいて、面積の広いウエハーへのラミネーション時のボイドの発生、ダイシング時のフィルム状組成物の欠けや剥がれなどが、問題となってきている。また、フィルム状樹脂組成物は、接続封止時に必要な透明性、フィレットの形成性などにも、問題がある。
先設置型半導体封止用フィルムに使用可能な接着剤組成物として、（Ａ）所定のラジカル重合モノマーと、（Ｂ）極性基を有するポリマーと、（Ｃ）フィラーと、（Ｄ）熱ラジカル開始剤と、を含むプリアプライドアンダーフィル材用の接着剤組成物が、報告されている（特許文献１）。
しかしながら、この接着剤組成物を使用したフィルムは、フリップチップ実装後の超音波顕微鏡（ＳＡＴ）観察や、研磨によってフリップチップを削り取った後の顕微鏡観察により、接着剤組成物の硬化物中にボイドが、確認されやすかった。
本発明は、上記問題を解決するものである。すなわち、本発明は、一般的な封止剤としての特性に加えて、ウエハーへのラミネーション時のボイド発生がなく、ダイシング時のフィルム状樹脂組成物の割れや欠けも発生せず、実装時に必要とされる透明性（視認性）を有しており、さらにフリップチップ実装後にボイド、接続性、フィレット形状が良好なフリップチップ実装用のフィルム状半導体封止剤を提供することを課題とする。
本発明は、以下の構成を有することによって上記問題を解決したフィルム状半導体封止剤、フィルム状半導体封止剤の硬化物、および半導体装置に関する。
〔１〕（Ａ）（メタ）アクリレート、（Ｂ）フィルム化剤、（Ｃ）シリカフィラー、および（Ｄ）重合開始剤を含むことを特徴とする、フィルム状半導体封止剤。
〔２〕（Ｂ）成分が、ポリメチルメタクリレートとブチルアクリルアミドの共重合体、フェノキシ樹脂、ポリスチレン、およびスチレン−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも１種を含む、上記〔１〕記載のフィルム状半導体封止剤。
〔３〕（Ａ）成分が、ポリカプロラクトンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびエポキシメタクリレートからなる群より選択される少なくとも１種を含む、上記〔１〕または〔２〕記載のフィルム状半導体封止剤。
〔４〕さらに、（Ｅ）無水マレイン変性ブタジエンゴムを含む、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤。
〔５〕さらに、（Ｅ）成分が、化学式（１）：
〔１〕（Ａ）（メタ）アクリレート、（Ｂ）フィルム化剤、（Ｃ）シリカフィラー、および（Ｄ）重合開始剤を含むことを特徴とする、フィルム状半導体封止剤。
〔２〕（Ｂ）成分が、ポリメチルメタクリレートとブチルアクリルアミドの共重合体、フェノキシ樹脂、ポリスチレン、およびスチレン−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも１種を含む、上記〔１〕記載のフィルム状半導体封止剤。
〔３〕（Ａ）成分が、ポリカプロラクトンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびエポキシメタクリレートからなる群より選択される少なくとも１種を含む、上記〔１〕または〔２〕記載のフィルム状半導体封止剤。
〔４〕さらに、（Ｅ）無水マレイン変性ブタジエンゴムを含む、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤。
〔５〕さらに、（Ｅ）成分が、化学式（１）：
で表される構造、および化学式（２）：
で表される構造からなる群より選択される少なくとも１種を含む、上記〔４〕記載のフィルム状半導体封止剤。
〔６〕さらに、（Ｆ）ポリブタジエンを含む、上記〔１〕〜〔５〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤。
〔７〕（Ｆ）成分が、化学式（３）：
〔６〕さらに、（Ｆ）ポリブタジエンを含む、上記〔１〕〜〔５〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤。
〔７〕（Ｆ）成分が、化学式（３）：
で表される構造、および化学式（４）：
で表される構造から選択される少なくとも１種を含む、請求項６記載のフィルム状半導体封止剤。
〔８〕さらに、（Ｇ）マレイミド化合物を含む、上記〔１〕〜〔７〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤。
〔９〕上記〔１〕〜〔８〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤の硬化物。
〔１０〕上記〔１〕〜〔８〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤の硬化物を有する、半導体装置。
〔８〕さらに、（Ｇ）マレイミド化合物を含む、上記〔１〕〜〔７〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤。
〔９〕上記〔１〕〜〔８〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤の硬化物。
〔１０〕上記〔１〕〜〔８〕のいずれか記載のフィルム状半導体封止剤の硬化物を有する、半導体装置。
本発明〔１〕によれば、一般的な封止剤としての特性に加えて、ウエハーへのラミネーション時のボイド発生がなく、ダイシング時のフィルム状樹脂組成物の割れや欠けも発生せず、実装時に必要とされる透明性（視認性）を有しており、さらにフリップチップ実装後にボイド、接続性、フィレット形状が良好なフリップチップ実装用のフィルム状半導体封止剤を提供することを提供することができる。
本発明〔９〕によれば、一般的な封止剤としての特性に加えて、ウエハーへのラミネーション時のボイド発生がなく、ダイシング時のフィルム状樹脂組成物の割れや欠けも発生せず、実装時に必要とされる透明性（視認性）を有しており、さらにフリップチップ実装後にボイド、接続性、フィレット形状が良好なフリップチップ実装用のフィルム状樹脂組成物の硬化物を提供することができる。本発明〔１０〕によれば、低コストで、低エネルギーの先設置型フリップチップ実装で製造される半導体装置を得ることができる。
本発明のフィルム状半導体封止剤は、（Ａ）（メタ）アクリレート、（Ｂ）フィルム化剤、（Ｃ）シリカフィラー、および（Ｄ）重合開始剤を含むことを特徴とする。この構成により、一般的な封止剤としての特性に加えて、ウエハーへのラミネーション時のボイド発生がなく、ダイシング時のフィルム状樹脂組成物の割れや欠けも発生せず、実装時に必要とされる透明性（視認性）を有しており、さらにフリップチップ実装後にボイド、接続性、フィレット形状が良好なフリップチップ実装用のフィルム状樹脂組成物を提供することを提供することができる。
〔３〕（Ａ）成分である（メタ）アクリレートは、半導体封止用フィルムに、硬化性、耐熱性、接着性を付与し、硬化後の半導体封止用フィルムに、耐久性を付与する。（Ａ）成分は、硬化後の耐久性の観点から、ポリカプロラクトンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびエポキシメタクリレートからなる群より選択される少なくとも１種を含むと、好ましい。市販品としては、共栄社化学製ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（品名：３０００Ａ）、ダイセル製ポリカプロラクトンアクリレート（品名：プラクセルＦＡ１）、東亞合成製ポリエステルアクリレート（品名：Ｍ７１００）、共栄社化学製ビスフェノールＡ型エポキシメタクリレート（品名：３０００ＭＫ）等が挙げられる。（Ａ）成分は、単独でも２種以上を併用してもよい。
（Ｂ）成分であるフィルム化剤は、フィルム状半導体封止剤にフィルム成形性を付与する。（Ｂ）成分は、ポリメチルメタクリレートとブチルアクリルアミドの共重合体、フェノキシ樹脂、ポリスチレン、およびスチレン−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも１種を含むと、好ましい。（Ｂ）成分の市販品としては、三菱化学製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名：４２５０）、新日鉄住金製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名：Ｆｘ３１６）、新日鉄住金製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名ＹＰ５０）、アルケマ製ポリメチルメタクリレート・ブチルアクリルアミド-トリブロックコポリマー（品名：Ｍ５２Ｎ）、ジーエルサイエンス製ポリスチレン（品名：ポリスチレン２４００）、ＪＳＲ製スチレン・ブタジエンブロック共重合体（品名：ＴＲ２０００）、ＪＳＲ製スチレン・ブタジエンブロック共重合体（品名：ＴＲ２００３）等が挙げられる。（Ｂ）成分は、単独でも２種以上を併用してもよい。
（Ｃ）成分であるシリカフィラーにより、硬化後のフィルム状半導体封止剤の弾性率および熱膨張係数を、調整する。（Ｃ）成分としては、コロイダルシリカ、疎水性シリカ、微細シリカ、ナノシリカ等が挙げられる。また、（Ｃ）成分の平均粒径（粒状でない場合は、その平均最大径）は、特に限定されないが、０．０５〜５０μｍであることが、フィルム状半導体封止剤中にフィラーを均一に分散させるうえで好ましい。０．０５μｍ未満だと、実装時に半導体封止用フィルムの粘度が上昇して、流動性が悪化するおそれがある。５０μｍ超だと、半導体封止用フィルム中にフィラーを均一に存在させることが困難になり、かつ半導体と基板の接続が困難になるおそれがある。（Ｃ）成分の平均粒径は、０．１〜３０μｍであることがより好ましく、０．１〜５μｍであることがさらに好ましい。市販品としては、（Ｃ）成分としては、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ０．１μｍ、平均粒径：０．１μｍ）、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ０．４μｍ、平均粒径：０．４μｍ）、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ１μｍ、平均粒径：１μｍ等が挙げられる。ここで、（Ｃ）成分の平均粒径は、動的光散乱式ナノトラック粒度分析計により測定する。（Ｃ）成分は、単独でも２種以上を併用してもよい。
（Ｄ）成分である重合開始剤は、（Ａ）成分の硬化能を有するものであればよい。（Ｄ）成分としては、有機過酸化物が好ましく、安定性と反応性の観点から、ジクミルペルオキシド（Ｄｉｃｕｍｙｌ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、ｔｅｒｔ−ブチルα−クミルペルオキシド（ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌ（α−ｃｕｍｙｌ）ｐｅｒｏｘｉｄｅ）が、より好ましい。市販品としては、日本油脂製有機過酸化物（ジクミルペルオキシド、品名：パークミルＤ）、日本油脂製有機過酸化物（ｔｅｒｔ−ブチルα−クミルペルオキシド、品名：パーブチルＣ）等が挙げられる。（Ｄ）成分は、単独でも２種以上を併用してもよい。
半導体封止用フィルムは、（Ａ）成分を、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、１０〜４０質量部含むと好ましく、２０〜３０質量部含むと、より好ましい。１０質量部以上４０質量部以下であると、半導体封止用フィルムに、十分な硬化性、耐熱性、接着性があるからである。４０重量部を超えると、半導体封止フィルムが脆くなり易く、可撓性があるフィルム状を保つことが困難になり易い。
半導体封止用フィルムは、（Ｂ）成分を、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、５〜３０質量部含むと好ましく、１０〜２０質量部含むと、より好ましい。５質量部以上３０質量部以下であると、半導体封止用フィルムに十分な可撓性があるからである。３０重量部を超えると、半導体封止フィルムが脆くなり易く、可撓性があるフィルム状を保つことが困難になり易い。
（Ｃ）成分は、硬化後の半導体封止用フィルムの弾性率と熱膨張係数の観点から、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、３０〜８０質量部であると好ましく、４０〜７０質量部であると、より好ましい。
（Ｄ）成分は、半導体封止用フィルムの硬化速度制御の観点から、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部であると好ましく、０．５〜２．０質量部であると、より好ましい。
フィルム状半導体封止剤は、さらに、（Ｅ）無水マレイン変性ブタジエンゴムを含むと、柔軟性の観点から、好ましい。
（Ｅ）成分は、柔軟性の観点から、化学式（１）：
で表される構造、および化学式（２）：
で表される構造からなる群より選択される少なくとも１種を含むと、好ましい。（Ｅ）成分の市販品としては、巴工業製無水マレイン酸変性ブタジエンゴム（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０ＭＡ１３）、巴工業製無水マレイン酸変性ブタジエンゴム（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０ＭＡ２０）等が挙げられる。
フィルム状半導体封止剤は、さらに、（Ｆ）ポリブタジエンを含むと、フィルム成形性の観点から、好ましく、化学式（３）：
で表される構造、および化学式（４）：
で表される構造からなる群より選択される少なくとも１種を含むと、より好ましい。（Ｆ）成分の市販品としては、巴工業製ポリブタジエン（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０）等が挙げられる。
フィルム状半導体封止剤は、さらに、（Ｇ）マレイミド化合物を含むと、密着性の観点から、好ましい。（Ｇ）成分の市販品としては、日本触媒製Ｎ−フェニルマレイミド（品名：イミレックス−Ｐ）、大和化成工業製マレイミド化合物（品名：ＢＭＩ５１００）等が、挙げられる。
（Ｅ）成分は、柔軟性、透明性の観点から、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部であると好ましく、０．２〜２．０質量部であると、より好ましい。
（Ｆ）成分は、柔軟性、密着性の観点から、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部であると好ましく、０．２〜２．０質量部であると、より好ましい。
（Ｇ）成分は、密着性の観点から、半導体封止用フィルム：１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部であると好ましく、０．２〜２．０質量部であると、より好ましい。
半導体封止用フィルムには、本発明の目的を損なわない範囲で、更に必要に応じ、はんだ濡れ性促進のためのジアクリル酸、ロジン系フラックス剤、酸無水物系、ヒドラジド系、カルボン酸系、８−キノリノール等のフラックス剤、シランカップリング剤等のカップリング剤（市販品の例としては、信越シリコーン製シランカップリング剤（品名：ＫＢＭ４０３））、ベンゾキノン等の重合禁止剤、配線やバンプのマイグレーション防止のためのイオントラップ剤、消泡剤、酸化防止剤、レベリング剤、揺変剤、応力緩和剤、その他の添加剤等を配合することができる。なお、フリップチップ実装時のボイド抑制の観点から、有機溶媒、特に低沸点の有機溶媒は含有させないことが好ましい。
半導体封止用フィルムの厚さは、フリップチップと基板との間隙、ならびに半導体チップのバンプの高さと基板の配線の高さとの観点から、１０〜１００μｍであると好ましい。
半導体封止用フィルムの溶融粘度は、貼り付け時のボイド抑制、フリップチップ実装時のボイド抑制の観点から、１０，０００〜４０，０００Ｐａ・ｓであると好ましい。
半導体封止用フィルムは、支持体上に、半導体封止用フィルム形成用組成物を塗布し、次いで乾燥させて形成することができる。支持体としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が挙げられる。
半導体封止用フィルム形成用組成物は、例えば、（Ａ）成分〜（Ｄ）成分およびその他の添加剤等を同時にまたは別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶融、混合、分散させることにより得ることができる。これらの混合、撹拌、分散等の装置としては、特に限定されるものではないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、３本ロールミル、ボールミル、プラネタリーミキサー、ビーズミル等を使用することができる。また、これら装置を適宜組み合わせて使用してもよい。
支持体上に、半導体封止用フィルム形成用組成物を塗布する方法は、特に限定されないが、薄膜化・膜厚制御の点からは、マイクログラビア法、スロットダイ法、ドクターブレード法が好ましい。
支持体上に塗布された半導体封止用フィルム形成用組成物の乾燥条件は、塗布の厚み等に応じて、適宜、設定することができ、例えば、６０〜１２０℃で、１〜３０分程度とすることができる。このようにして得られた半導体封止用フィルムは、未硬化の状態である。
図２に、フィルム状半導体封止剤を用いた先設置型フリップチップ実装を説明するための断面の模式図を示す。図２（Ａ）に示すように、まず、配線１２が形成された基板１１を準備する。次に、図２（Ｂ）に示すように、配線１２が形成された基板１１上に、フィルム状半導体封止剤１０を設置し、プレヒートする。この後、図２（Ｃ）に示すように、基板１１上の配線１２に対応するように、半導体チップ１４に形成されたバンプ１３を位置合わせする。ここで、配線１２と、バンプ１３には、共に、表面にはんだ層が形成されている。最後に、図２（Ｄ）に示すように、基板１１上の配線１２と、半導体チップ１４上のバンプ１３を接触させた後、加熱し、基板１１上の配線１２と半導体チップ１４上のバンプ１３とのはんだ接合と、フィルム状半導体封止剤の硬化を同時に行う。フィルム状半導体封止剤は、硬化したフィルム状半導体封止剤１０Ａになる。
フィルム状半導体封止剤のフリップチップ実装時の硬化は、１８０〜３００℃で、５〜３０秒間行うことが好ましく、特に１５秒以内で硬化させると生産性向上の観点から好ましい。
このように、本発明のフィルム状半導体封止剤は、一般的な封止剤としての特性に加えて、視認性を有し、先設置型フリップチップ実装で使用可能である。また、実装後に加熱工程を入れ、半導体封止フィルムの硬化を促進させることもできる。
また、本発明の半導体は、上述のフィルム状半導体封止剤の硬化物を有する。
本発明について、実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例において、部、％はことわりのない限り、質量部、質量％を示す。
（Ａ）成分としては、共栄社化学製ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（品名：３０００Ａ）、ダイセル製ポリカプロラクトンアクリレート（品名：プラクセルＦＡ１）、東亞合成製ポリエステルアクリレート（品名：Ｍ７１００）、共栄社化学製ビスフェノールＡ型エポキシメタクリレート（品名：３０００ＭＫ）を、
（Ｂ）成分としては、三菱化学製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名：４２５０）、新日鉄住金製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名：Ｆｘ３１６）、新日鉄住金製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名ＹＰ５０）、アルケマ製ポリメチルメタクリレート・ブチルアクリルアミド-トリブロックコポリマー（品名：Ｍ５２Ｎ）、ＪＳＲ製スチレン・ブタジエンブロック共重合体（品名：ＴＲ２０００）、ＪＳＲ製スチレン・ブタジエンブロック共重合体（品名：ＴＲ２００３）、ジーエルサイエンス製ポリスチレン（品名：ポリスチレン２４００）を、
（Ｃ）成分としては、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ０．１μｍ、平均粒径：０．１μｍ）、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ０．４μｍ、平均粒径：０．４μｍ）、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ１μｍ、平均粒径：１μｍ）、を、
（Ｄ）成分としては、日本油脂製有機過酸化物（品名：パークミルＤ）、日本油脂製有機過酸化物（品名：パーブチルＣ）を、
（Ｅ）成分としては、巴工業製無水マレイン酸変性ブタジエンゴム（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０ＭＡ１３）、巴工業製無水マレイン酸変性ブタジエンゴム（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０ＭＡ２０）を、
（Ｆ）成分としては、巴工業製ポリブタジエン（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０）を、
（Ｇ）成分としては、日本触媒製Ｎ−フェニルマレイミド（品名：イミレックス−Ｐ）、大和化成工業製マレイミド化合物（品名：ＢＭＩ５１００）、ナミックス製ポリフェニルマレイミドを、
使用した。
（Ｂ）成分としては、三菱化学製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名：４２５０）、新日鉄住金製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名：Ｆｘ３１６）、新日鉄住金製ビスフェノールＡ型フェノキシ樹脂（品名ＹＰ５０）、アルケマ製ポリメチルメタクリレート・ブチルアクリルアミド-トリブロックコポリマー（品名：Ｍ５２Ｎ）、ＪＳＲ製スチレン・ブタジエンブロック共重合体（品名：ＴＲ２０００）、ＪＳＲ製スチレン・ブタジエンブロック共重合体（品名：ＴＲ２００３）、ジーエルサイエンス製ポリスチレン（品名：ポリスチレン２４００）を、
（Ｃ）成分としては、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ０．１μｍ、平均粒径：０．１μｍ）、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ０．４μｍ、平均粒径：０．４μｍ）、堺化学製シリカフィラー（品名：Ｓａｉｑｕｓ１μｍ、平均粒径：１μｍ）、を、
（Ｄ）成分としては、日本油脂製有機過酸化物（品名：パークミルＤ）、日本油脂製有機過酸化物（品名：パーブチルＣ）を、
（Ｅ）成分としては、巴工業製無水マレイン酸変性ブタジエンゴム（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０ＭＡ１３）、巴工業製無水マレイン酸変性ブタジエンゴム（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０ＭＡ２０）を、
（Ｆ）成分としては、巴工業製ポリブタジエン（品名：Ｒｉｃｏｎ１３０）を、
（Ｇ）成分としては、日本触媒製Ｎ−フェニルマレイミド（品名：イミレックス−Ｐ）、大和化成工業製マレイミド化合物（品名：ＢＭＩ５１００）、ナミックス製ポリフェニルマレイミドを、
使用した。
なお、ナミックス製ポリフェニルマレイミドの製造方法は、以下である。８０℃に加熱したエボニックジャパン製ビスマレイミド（品名：コンピミドＴＭ１２３）：７．６ｇを、ガラス製容器に入れ、この容器をオイルバスで浸し、１００℃になったところで、大和化成工業フェニルメタンマレイミド（品名：ＢＭＩ−２３００）：１０．４ｇを投入した。ガラス容器内の温度を、１００℃に保ちながら、２５分攪拌した後、三菱化学製イミダゾール（グレード；ＩＢＭＩ１２）：１３．５ｍｇと日油製有機過酸化物（品名：パークミルＤ）：９．９ｍｇ、エボニックジャパン製ビスマレイミド（品名：コンピミドＴＭ１２３）：１．２ｇを添加し、１００℃を維持したまま５分間攪拌した後、冷却し、作製した。
〔実施例１〜２０、比較例１〜２〕
表１〜３に示す配合で、フィルム状半導体封止剤形成用組成物を調整した。メチルエチルケトンに、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分、場合により（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）成分を混合した後、（Ｄ）成分を混合し、フィルム状半導体封止剤形成用組成物を得た。得られたフィルム状半導体封止剤形成用組成物を、ドクターブレードを用いて塗布した後、乾燥して、厚さ：３０μｍのフィルム状半導体封止剤を得た。
表１〜３に示す配合で、フィルム状半導体封止剤形成用組成物を調整した。メチルエチルケトンに、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）成分、場合により（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）成分を混合した後、（Ｄ）成分を混合し、フィルム状半導体封止剤形成用組成物を得た。得られたフィルム状半導体封止剤形成用組成物を、ドクターブレードを用いて塗布した後、乾燥して、厚さ：３０μｍのフィルム状半導体封止剤を得た。
〔タックの評価〕
（評価方法）
５ｃｍ角の測定用フィルムを用意する。レスカ製タッキング試験機（ＴＡＣ−１０００）を用い、ステージと、φ５ｍｍプローブの温度を２５℃に設定し、フィルム状半導体封止剤のタックを、測定した。プローブ押し付け速度は１ｍｍ／ｓｅｃ、荷重は１５００ｇ、保持時間は１ｓｅｃ、引き上げ速度は１０ｍｍ／ｓｅｃとした。ｎ数＝５で測定し、平均値をタック値とした。タック値は、１Ｎ以下であると、好ましい。表１〜３に、結果を示す。
（評価方法）
５ｃｍ角の測定用フィルムを用意する。レスカ製タッキング試験機（ＴＡＣ−１０００）を用い、ステージと、φ５ｍｍプローブの温度を２５℃に設定し、フィルム状半導体封止剤のタックを、測定した。プローブ押し付け速度は１ｍｍ／ｓｅｃ、荷重は１５００ｇ、保持時間は１ｓｅｃ、引き上げ速度は１０ｍｍ／ｓｅｃとした。ｎ数＝５で測定し、平均値をタック値とした。タック値は、１Ｎ以下であると、好ましい。表１〜３に、結果を示す。
〔実装後ボイドの評価〕
３０μｍのバンプが、８０μｍピッチで１０４８個形成された幅：７ｍｍ、長さ：７ｍｍ、厚さ：１２５μｍのＳｉチップを準備した。バンプは、Ｃｕピラーにはんだキャップされたバンプである。また、シリコンチップのバンプパターンに対応した配線を有する基板厚さ：３５０μｍのガラスエポキシ基板を、準備した。バンプを有するチップに、フィルム状半導体封止剤をラミネーションした。フリップチップボンダーを用いて、Ｓｉチップ上のバンプと、基板上の配線を、荷重：８０Ｎ、２６０℃で、３秒保持した後、２００℃まで冷却して、フリップチップボンダーから取り出し、評価サンプルを作製した。基板上の配線と半導体チップ上のバンプとの接続性の評価のために作製した評価サンプルを、平面研磨し、光学顕微鏡を用いて５０倍で観察し、ボイド発生の有無を行った。ボイドがない場合に、「ＯＫ」とした。表１〜３に、結果を示す。
３０μｍのバンプが、８０μｍピッチで１０４８個形成された幅：７ｍｍ、長さ：７ｍｍ、厚さ：１２５μｍのＳｉチップを準備した。バンプは、Ｃｕピラーにはんだキャップされたバンプである。また、シリコンチップのバンプパターンに対応した配線を有する基板厚さ：３５０μｍのガラスエポキシ基板を、準備した。バンプを有するチップに、フィルム状半導体封止剤をラミネーションした。フリップチップボンダーを用いて、Ｓｉチップ上のバンプと、基板上の配線を、荷重：８０Ｎ、２６０℃で、３秒保持した後、２００℃まで冷却して、フリップチップボンダーから取り出し、評価サンプルを作製した。基板上の配線と半導体チップ上のバンプとの接続性の評価のために作製した評価サンプルを、平面研磨し、光学顕微鏡を用いて５０倍で観察し、ボイド発生の有無を行った。ボイドがない場合に、「ＯＫ」とした。表１〜３に、結果を示す。
〔基板上の配線と半導体チップ上のバンプとの接続性の評価〕
実装後ボイドの評価のために作製した評価サンプルを使用した。Ｓｉチップ上のバンプと、基板上の配線間の抵抗値をアジレント・テクノロジー社製マルチメーター（型番：ＨＰ３４４０１Ａ）で測定した。ここで、抵抗値の設計値は、１５Ωであった。接続値は、１３〜１８Ωであると、好ましい。表１〜表３に、基板上の配線と半導体チップ上のバンプとの接続性の評価結果（表には、導通と記載した）を示す。
実装後ボイドの評価のために作製した評価サンプルを使用した。Ｓｉチップ上のバンプと、基板上の配線間の抵抗値をアジレント・テクノロジー社製マルチメーター（型番：ＨＰ３４４０１Ａ）で測定した。ここで、抵抗値の設計値は、１５Ωであった。接続値は、１３〜１８Ωであると、好ましい。表１〜表３に、基板上の配線と半導体チップ上のバンプとの接続性の評価結果（表には、導通と記載した）を示す。
〔フィレットの評価〕
（評価方法）
半導体チップは、４辺全ての周りにフィレットが形成され、４辺全てが封止されていなければならない。実装後ボイドの評価のために作製した評価サンプルを使用した。ＣＣＤカメラを用い１００倍でチップ角を観察し、４辺全てが、辺の端までフィルム状半導体封止剤が封止されている状態を「ＯＫ」、４辺の一部でも封止されていない場合を「ＮＧ」とした。表１〜３に、結果を示す。
（評価方法）
半導体チップは、４辺全ての周りにフィレットが形成され、４辺全てが封止されていなければならない。実装後ボイドの評価のために作製した評価サンプルを使用した。ＣＣＤカメラを用い１００倍でチップ角を観察し、４辺全てが、辺の端までフィルム状半導体封止剤が封止されている状態を「ＯＫ」、４辺の一部でも封止されていない場合を「ＮＧ」とした。表１〜３に、結果を示す。
〔ラミネート性の評価〕
（評価方法）
幅：１５ｃｍ×長さ：１５ｃｍ×厚さ：３０μｍのフィルム状半導体封止剤を用意した。名機製作所製真空加圧ラミネーター（型番：ＭＶＬＰ−５００／６００）を用い、熱板温度：７０℃、真空引き時間：２０秒、圧力：０．８ＭＰａ、加圧時間：１２０秒の条件で、８インチＳｉウエハーに、フィルム状半導体封止剤を貼りつけた。貼り付けたフィルム状半導体封止剤を剥がし、Ｓｉウエハーに貼りついていて、かつ、ボイドがない場合を「ＯＫ」とし、これ以外の場合を「ＮＧ」とした。表１〜３に、結果を示す。
（評価方法）
幅：１５ｃｍ×長さ：１５ｃｍ×厚さ：３０μｍのフィルム状半導体封止剤を用意した。名機製作所製真空加圧ラミネーター（型番：ＭＶＬＰ−５００／６００）を用い、熱板温度：７０℃、真空引き時間：２０秒、圧力：０．８ＭＰａ、加圧時間：１２０秒の条件で、８インチＳｉウエハーに、フィルム状半導体封止剤を貼りつけた。貼り付けたフィルム状半導体封止剤を剥がし、Ｓｉウエハーに貼りついていて、かつ、ボイドがない場合を「ＯＫ」とし、これ以外の場合を「ＮＧ」とした。表１〜３に、結果を示す。
〔ダイシング性の評価〕
（評価方法）
１２５μｍ厚のバンプ付きＳｉウエハーに、ラミネート性の評価と同様にラミネートさせたフィルム状半導体封止剤を、使用した。東京精密製ダイシングマシン（型番：Ａ−ＷＤ−１００Ａ）を用いた。ダイシングラインに沿って、速度：２０ｍｍ／ｓｅｃ、ブレード回転数：３００００ｒｐｍの条件で、ダイシングを行った。ダイシングした箇所を、光学顕微鏡を用い、５０倍で、観察を行い、フィルム状半導体封止剤の割れ、剥がれがない状態を「ＯＫ」とし、フィルム状半導体封止剤に割れや、剥がれが発生した状態を「ＮＧ」とした。表１〜表３に、ダイシング性の評価結果を示す。
（評価方法）
１２５μｍ厚のバンプ付きＳｉウエハーに、ラミネート性の評価と同様にラミネートさせたフィルム状半導体封止剤を、使用した。東京精密製ダイシングマシン（型番：Ａ−ＷＤ−１００Ａ）を用いた。ダイシングラインに沿って、速度：２０ｍｍ／ｓｅｃ、ブレード回転数：３００００ｒｐｍの条件で、ダイシングを行った。ダイシングした箇所を、光学顕微鏡を用い、５０倍で、観察を行い、フィルム状半導体封止剤の割れ、剥がれがない状態を「ＯＫ」とし、フィルム状半導体封止剤に割れや、剥がれが発生した状態を「ＮＧ」とした。表１〜表３に、ダイシング性の評価結果を示す。
〔視認性の評価〕
（評価方法）
２０ｕｍ厚のフィルム状半導体封止剤を準備した。紫外可視分光光度計を用いた。治具に、フィルム状半導体封止剤をセットし、波長：４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲を測定した。５５０ｎｍの波長での透過率を読み、２０％以上を「ＯＫ」、２０％未満を「ＮＧ」とした。表１〜表３に、視認性の評価結果を示す。
（評価方法）
２０ｕｍ厚のフィルム状半導体封止剤を準備した。紫外可視分光光度計を用いた。治具に、フィルム状半導体封止剤をセットし、波長：４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲を測定した。５５０ｎｍの波長での透過率を読み、２０％以上を「ＯＫ」、２０％未満を「ＮＧ」とした。表１〜表３に、視認性の評価結果を示す。
〔ゲルタイムの評価〕
ゲルタイムは、１５０℃に熱した熱板上に、フィルム状半導体封止剤：５±１ｍｇを供給し、攪拌棒によって円を描くようにして攪拌し、供給から、攪拌しながら攪拌棒を持ち上げて引き離した場合に糸引きが５ｍｍ以下となるまでの時間を測定することによって得ることができる。ゲルタイムが、５秒以下の場合に、「ＯＫ」とした。表１〜表３に、ゲルタイムの評価結果を示す。
ゲルタイムは、１５０℃に熱した熱板上に、フィルム状半導体封止剤：５±１ｍｇを供給し、攪拌棒によって円を描くようにして攪拌し、供給から、攪拌しながら攪拌棒を持ち上げて引き離した場合に糸引きが５ｍｍ以下となるまでの時間を測定することによって得ることができる。ゲルタイムが、５秒以下の場合に、「ＯＫ」とした。表１〜表３に、ゲルタイムの評価結果を示す。
〔基板と半導体チップとの密着強度の評価〕
図３に、基板と半導体チップとの密着強度の評価方法を説明する模式図を示す。基板３１として、１５０℃で２０分乾燥したＦＲ−４基板と、半導体チップ３４として、５ｍｍ角のＳｉＮ膜付きＳｉチップを準備した。１ｍｍφのフィルム状半導体封止剤を、基板３１上に載置して、フィルム状半導体封止剤上に、半導体チップ３４をマウントした。この後、１７５℃で１２０分間、フィルム状半導体封止剤を硬化させ、硬化したフィルム状半導体封止剤３０Ａを形成した。アイコ−エンジニアリング製卓上強度試験器（型番：１６０５ＨＴＰ）を使用して、剪断強度（単位：Ｎ／ｍｍ２）を測定した。剪断強度は、２．０Ｎ／ｍｍ２以上であると良好である。表１〜表３に、基板と半導体チップとの剪断強度（表には密着強度と記載した）の評価結果を示す。
図３に、基板と半導体チップとの密着強度の評価方法を説明する模式図を示す。基板３１として、１５０℃で２０分乾燥したＦＲ−４基板と、半導体チップ３４として、５ｍｍ角のＳｉＮ膜付きＳｉチップを準備した。１ｍｍφのフィルム状半導体封止剤を、基板３１上に載置して、フィルム状半導体封止剤上に、半導体チップ３４をマウントした。この後、１７５℃で１２０分間、フィルム状半導体封止剤を硬化させ、硬化したフィルム状半導体封止剤３０Ａを形成した。アイコ−エンジニアリング製卓上強度試験器（型番：１６０５ＨＴＰ）を使用して、剪断強度（単位：Ｎ／ｍｍ２）を測定した。剪断強度は、２．０Ｎ／ｍｍ２以上であると良好である。表１〜表３に、基板と半導体チップとの剪断強度（表には密着強度と記載した）の評価結果を示す。
試験結果をまとめると、実施例１〜２０の全てで、タック、実装後のボイド、導通、フィレット、ラミネート性、ダイシング性、視認性、ゲルタイム、密着強度の評価結果が良好であった。これに対して、（Ｂ）成分を含まない比較例１は、タックの測定ができず、他の評価を行わなかった。（Ｃ）成分を含まない比較例２は、タックが３．０と大きく、実装後にボイドが発生した。
本発明のフィルム状半導体封止剤は、一般的な封止剤としての特性に加えて、視認性も有し、先設置型フリップチップ実装で使用可能である。このため、本発明のフィルム状半導体封止剤を用いることにより、低コストで、低エネルギーの先設置型フリップチップ実装で製造された半導体装置を得ることができる。
１、２ 半導体装置
１０ フィルム状半導体封止剤
１０Ａ、３０Ａ 硬化した半導体封止用フィルム
１１、２１、３１ 基板
１２、２２ 配線
１３、２３ バンプ
１４、２４、３４ 半導体チップ
２０ 先供給型液状封止樹脂組成物
２０Ｂ、２０Ｃ ブリード
３５ シェアツール
１０ フィルム状半導体封止剤
１０Ａ、３０Ａ 硬化した半導体封止用フィルム
１１、２１、３１ 基板
１２、２２ 配線
１３、２３ バンプ
１４、２４、３４ 半導体チップ
２０ 先供給型液状封止樹脂組成物
２０Ｂ、２０Ｃ ブリード
３５ シェアツール
Claims (10)
- （Ａ）（メタ）アクリレート、（Ｂ）フィルム化剤、（Ｃ）シリカフィラー、および（Ｄ）重合開始剤を含むことを特徴とする、フィルム状半導体封止剤。
- （Ｂ）成分が、ポリメチルメタクリレートとブチルアクリルアミドの共重合体、フェノキシ樹脂、ポリスチレン、およびスチレン−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１記載のフィルム状半導体封止剤。
- （Ａ）成分が、ポリカプロラクトンアクリレート、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、およびエポキシメタクリレートからなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１または２記載のフィルム状半導体封止剤。
- さらに、（Ｅ）無水マレイン変性ブタジエンゴムを含む、請求項１〜３のいずれか１項記載のフィルム状半導体封止剤。
- さらに、（Ｅ）成分が、化学式（１）：
- さらに、（Ｆ）ポリブタジエンを含む、請求項１〜５のいずれか１項記載のフィルム状半導体封止剤。
- （Ｆ）成分が、化学式（３）：
で表される構造、および化学式（４）：
で表される構造からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項６記載のフィルム状半導体封止剤。 - さらに、（Ｇ）マレイミド化合物を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載のフィルム状半導体封止剤。
- 請求項１〜８のいずれか１項記載のフィルム状半導体封止剤の硬化物。
- 請求項１〜８のいずれか１項記載のフィルム状半導体封止剤の硬化物を有する、半導体装置。
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-
2016
- 2016-03-31 JP JP2016070056A patent/JP2017179176A/ja active Pending
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