JP2021093412A - アンダーフィル用のシート状樹脂組成物、及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、フリップチップ実装においては、熱圧着により、アンダーフィル材を流動させて基板の凹凸部へ充填する工程と、半導体チップ上に形成されたバンプと基板のパッド電極とをハンダを用いて接合する工程を連続して行う。これらの工程では、熱圧着により半導体チップは基板との間に介在するアンダーフィル材を半導体チップ外部に流出させながら基板に接近する。
本発明の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、無機充填材を含む。熱可塑性樹脂は高分子化合物を用いることにより、フィルム状にする際の製膜性に優れる。高分子化合物とは、一般的に重量平均分子量で5,000以上500,000以下のものを言う。
次に、半導体チップを、半導体チップ上のバンプと、回路基板の対応する配線パターンとが対向するように配置し、ボンディング装置を用いて、両者を加熱加圧する。加熱加圧条件は、電気的接続が良好に得られる範囲であれば特に限定されるものではないが、樹脂組成物の硬化を行うためには、温度100℃以上、圧力0.10MPa以上、時間0.1秒以上の加熱加圧が必要であるが、好ましい温度は120℃以上300℃以下、より好ましくは150℃以上260℃以下、好ましい荷重は0.10MPa以上4.00MPa以下、より好ましくは0.20MPa以上2.00MPa以下、好ましい圧着時間は1秒以上60秒以下、より好ましくは、2秒以上20秒以下でのボンディング条件で行う。また、ボンディング時に、仮圧着として、温度50℃以上、荷重0.10MPa以上、時間0.1秒以上の加熱加圧により、半導体チップ上のバンプと回路基板上の配線パターンとを接触させた後、上記の条件でボンディングを行ってもよい。
加熱時間はボイドを十分に排除しつつ、熱硬化性樹脂が硬化しすぎないため、0.1〜10秒であることが好ましい。最も好ましい加熱加圧条件は150℃、1.0秒、0.50MPaである。
高分子化合物をテトラヒドロフランに溶解して濃度0.1重量%の溶液を調整して、測定サンプルとした。下に示す構成のGPC装置Waters e2695(Waters(株)製)を用いて、ポリスチレン換算の重量平均分子量を算出した。GPC測定条件は、移動相をテトラヒドロフランとし、流量を1.0mL/分とした。また、カラムはカラムオーブンを用いて30℃に加温した。
検出器:Waters2998PDA
システムコントローラー:Waters2690
カラム:TSKgel GguardcolimnHXL−L
カラム:TSKgel G4000HXL
カラム:TSKgel G1000HXL
<飽和反力の評価>
1.2mm厚のガラス板上に、表1に示される組成に従って調合され、得られた厚さ30μmの樹脂シートをラミネートし、ボンディング装置(東レエンジニアリング(株)製FC3000WS)のステージにセットする。次に7mm□にダイシングされた150μm厚のベアシリコンチップを80℃のボンダーヘッドに吸着させ、シリコンチップ全体が前記樹脂シート上を覆うように位置を合わせて熱圧着した。圧着条件は接触前の降下速度0.3mm/秒、コンタクト温度180℃、接触後の第一の加圧工程では10N、温度180℃、1.0秒押下した。次いで第二の加圧工程では80℃/秒で昇温して250℃まで加熱し、250℃に達した1.0秒後、ボンダーヘッドをZ位置制御により0.3秒間で10μm押下した。この時、ヘッドで検知される反力による荷重の値は、10μmの押下完了直後にピークを取り、その後樹脂の流動による応力緩和に伴い一定値もしくは最小値をとる。10μmの押下完了直後の2.0秒以内の一定値もしくは最小値を飽和反力とした。
飽和反力の評価同様の資材及び構成を用いて熱圧着条件のみを変更して熱圧着した。圧着条件は接触前の降下速度0.3mm/秒、コンタクト温度180℃、接触後の第一の加圧工程では10N、温度180℃、1.0秒押下した。次いで第二の加圧工程では180℃を1.0秒保持後、ボンダーヘッドをZ位置制御により0.3秒間で10μm押下した。この時、ヘッドで検知される反力による荷重の値は、10μmの押下完了直後にピークを取り、その後樹脂の流動による応力緩和に伴い一定値もしくは最小値をとる。荷重ピーク値をフィッティング範囲の開始点として、2.0秒以内で、一定値もしくは最小値に至った点を終点とするフィッティング範囲を定義し、このフィッティング範囲を関数Ae−(t−T)/τ+B(A、Bはそれぞれ任意の係数、定数、tは時間、Tは時間方向のシフトを与える任意の定数)を用いてフィッティングさせたときのτを流動時定数とした。なお、荷重の変化が1秒間に2%未満となった時点で一定値に至ったと判断した。フィッティングの手順としては、荷重がピークとなった時刻が(t−T)=0となるように設定し、この時の関数Ae−(t−T)/τ+Bの値がピーク値と同一となるようA,Bを設定する。前記フィッティング範囲において、関数Ae−(t−T)/τ+Bとヘッドで検知される反力による荷重の値との差の積分値が最小となるτを流動時定数とする。 <実装性評価用半導体装置の作製>
樹脂組成物の実装性の評価は、以下のようにして行った。各実施例および比較例で作製した樹脂フィルムから保護フィルムを剥離した後、該接着剤組成物フィルムを、ラミネート装置((株)ニッコーマテリアルズ、CVP−300T)を用いて、銅ピラーバンプ付きTEGチップ((株)ウォルツ製、WALTS−TEG CC80−0101JY)の銅ピラーバンプ形成面に貼り合せた。そして、基材フィルムを剥離し、接着剤組成物付きの評価用半導体チップを作製した。その後、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−3000WS)を用いて、被着体となる基板((株)ウォルツ製、WALTS−KIT CC80−0102JY[MAP]_ModelI(Cu+OSP仕様))にフリップチップボンディングを行った。フリップチップボンディングの条件は、80℃に加熱されたステージ上に基板を置き、温度140℃、荷重25N、時間1秒の条件で仮圧着した後、温度250℃、圧力100N、時間10秒にして本圧着を行った。
実装性評価用半導体装置の作製の手順に従い得られた半導体装置をX線非破壊検査装置(松定プレシジョン(株)、μnRAY7600)を用いて、はんだフローの観察を行った。はんだフローの評価は、流出したはんだの距離が10μm以下である場合を◎とし、20μm以上を×、その間を○とした。流出したはんだの距離はそのはんだが形成されたバンプから最も離れているはんだの端部とバンプの中心との距離である。
実装性評価用半導体装置の作製の手順に従い得られた半導体装置を超音波映像装置((株)日立パワーソリューションズ製、FS300III)を用いて、ボイドの観察を行った。ボイドの評価は、チップ面積に占めるボイドの割合を測定し、2%以下である場合を◎とし、5%以上を×、その間を○とした
<樹脂組成物の構成成分>
各実施例および比較例で用いたポリイミドは以下のとおり合成した。
乾燥窒素気流下、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン 4.82g(0.0165モル)、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン 3.08g(0.011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 4.97g(0.02モル)、および、末端封止剤としてアニリン0.47g(0.005モル)をNMP130gに溶解した。ここに2,2−ビス{4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル}プロパン二無水物 26.02g(0.05モル)をNMP20gとともに加えて、25℃で1時間反応させ、次いで50℃で4時間撹拌した。その後、180℃で5時間撹拌した。撹拌終了後、溶液を水3Lに投入し、ろ過して沈殿を回収し、水で3回洗浄した後、真空乾燥機を用いて150℃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。また、得られたポリイミドの重量平均分子量は18000であった。
洗浄後の乾燥条件を80℃20時間とした以外はポリイミド合成例1と同様に合成を行った。得られたポリイミドの重量平均分子量は9000であった。
jER1256(商品名、フェノキシ樹脂、重量平均分子量50000、三菱化学(株)製)
jER4110P(商品名、フェノキシ樹脂、重量平均分子量30000、三菱化学(株)製)
jER4007P(商品名、フェノキシ樹脂、重量平均分子量20000、三菱化学(株)製)
jERYL−980(商品名、液状エポキシ化合物、重量平均分子量370、三菱化学(株)製)
jER1032H60(商品名、固形状エポキシ化合物、重量平均分子量525、三菱化学(株)製)
KR−120(商品名、酸変性ロジン100%、荒川化学工業(株)製)
Sciqas0.15μmフェニルシラン処理(商品名、シリカ、平均粒子径150nm、フェニルシランカップリング表面処理、堺化学工業(株)製)
2MAOK−PW(商品名、イミダゾール系硬化促進剤粒子、四国化成工業(株)製)
実施例1〜4および比較例1〜5
(1)樹脂組成物フィルムの作製方法
表1に示される成分を表1に記載の組成比で混合して、樹脂組成物ワニスを作製した。有機溶剤として、シクロヘキサノンを使用し、溶媒以外の添加物を固形分として、固形分濃度が53%である樹脂組成物ワニスとした。作製し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38μmのポリエチレンテレフタレートフィルムの表面処理面に塗布し、100℃で10分間乾燥を行った。これにより得られた乾燥後の厚みが30μmのシート状樹脂組成物上にダイシングテープ(G−64H、ポリオレフィン基材、リンテック(株)製)の粘着面を貼り合わせ、基材フィルムと保護フィルムに挟まれた構造の樹脂組成物フィルムを得た。この際、ダイシングテープが基材フィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルムが保護フィルムとして機能する。得られた樹脂組成物フィルムを用いて、前記のようにはんだフローの評価、ボイドの評価を実施した。結果を表1に示す。
2 バンプ
3a はんだ
3b はんだフローによりショートしたはんだ
4 アンダーフィルシート
5 基板
6 パッド
7 ヒートツール
8 ステージ
9 ボンダーヘッド
10 ボイド
11 ボンダーヘッドで検出される荷重
12 フィッティング関数
Claims (5)
- 基板と電気的に接続された半導体素子との間を充填するためのアンダーフィル用のシート状樹脂組成物であって、250℃における飽和反力が0.20MPa以上であるシート状樹脂組成物。
- 180℃における流動時定数が20未満である請求項1に記載のシート状樹脂組成物。
- 熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂および無機充填材を含有し、樹脂組成物全体を100重量部としたとき、該無機充填材の含有量が50重量部以上である請求項1〜2に記載のシート状樹脂組成物。
- 前記熱可塑性樹脂が複数の樹脂成分からなり、いずれの成分も重量平均分子量が10000以上かつ、60000以下である請求項1に記載のシート状樹脂組成物。
- 基板と電気的に接続された半導体素子とを備える半導体製造装置の製造方法であって、請求項1〜4のいずれかに記載のシート状樹脂組成物を用いて、該基板と該半導体素子の間を充填するための工程を含む半導体装置の製造方法。
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