JP4369898B2 - 接着フィルム - Google Patents

Description

本発明は、フリップチップ型半導体パッケージ内で、チップ欠け防止を目的に用いられる接着フィルムに関する。

近年の半導体パッケージの薄型化に伴い、ＩＣやＬＳＩといったチップと回路基板とを従来のワイヤボンドではなくバンプで接続する、いわゆるフリップチップ実装が開発されている（特許文献１参照）。
フリップチップ実装においては、半導体パッケージ全体を封止するモールド樹脂は使用されず、アンダーフィルと呼ばれる樹脂でバンプ接続部分のみを封止し、チップ裏面が剥き出しになっているのが一般的である（特許文献２参照）。
チップの厚みは年々薄型化しているが、一般に、チップは薄くなると機械的強度が大きく低下する。そのため、薄いチップを搭載したフリップチップ型半導体パッケージにおいて、剥き出しになったチップに外部からの衝撃で欠けや割れが発生し問題になっていた。
特開平０５−１６６８８１ 特開平０５−３４３４７２

本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、フリップチップ型半導体パッケージにおいて、チップの欠けや割れを防止するために用いられる片面接着フィルムを提供することを目的としている。

本発明は、フリップチップ型半導体パッケージ内でチップの欠けや割れ防止を目的に使用される接着フィルムであって、該接着フィルムが、ガラス転移温度が２００℃以上かつ厚み２５μｍ以上の耐熱性樹脂層とガラス転移温度１００℃以下かつ厚み２５μｍ以下の熱硬化性樹脂層から構成された２層構造の接着フィルムである。
前記熱硬化性樹脂層がフェノール性ヒドロキシル基を主鎖内に有するポリイミドを含有することは接着性の点で好ましい態様である。

本発明の接着フィルムはフリップチップ型半導体パッケージ内でチップの欠けや割れ防止用途として好適に使用することができる。

本発明の接着フィルムは、ガラス転移温度が２００℃以上かつ厚み２５μｍ以上の耐熱性樹脂層の片面に、ガラス転移温度１００℃以下かつ厚み２５μｍ以下の熱硬化性樹脂層が積層された２層構造の接着フィルムである。
コア層である耐熱性樹脂層は、耐熱性の観点から、ガラス転移温度は２００℃以上が好ましく、より好ましくは３００℃以上である。また、支持性の観点から、厚みは２５μｍ以上であることが好ましい。材質は特に限定されないが、例えば、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。本発明の接着フィルムをフリップチップ型半導体パッケージで使用した場合、パッケージ認証のために耐熱性樹脂層表面にレーザーで製造番号等が刻印される。レーザー刻印性の観点から、耐熱性樹脂はポリイミドが好ましい。

熱硬化性樹脂層は、被着体に貼り付ける工程での作業性から低温接着性が要求され、ガラス転移温度は１００℃以下であることが好ましく、より好ましくは８０℃未満である。また、最終的な半導体パッケージの薄型化の観点から、接着層は厚み２５μｍ以下であることが好ましい。厚みの下限は特に限定されないが、作業性の観点から２μｍ厚以上が好ましい。
熱硬化性樹脂層は、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を含むものが好ましい。

硬化後は耐熱性が要求されるため、主成分は熱可塑性ポリイミドであることが好ましく、硬化性や接着性の観点から、フェノール性ヒドロキシル基を主鎖内に有するポリイミドがより好ましい。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が例示できる。
一般に、ポリイミドはジアミンと酸二無水物とを反応させて得る。フェノール性ヒドロキシル基を主鎖内に導入するためにはフェノール性ヒドロキシル基を有するジアミンを使用することが好ましい。
フェノール性ヒドロキシル基を有するジアミンとしては、特に限定なく使用できるが、一般式（１）〜（３）で表されるジアミンが好ましい。

（式中、Ｚはそれぞれ独立に直結あるいは２価の有機基を表す。）
Ｚの２価の有機基としては、炭素数２〜２７の、脂肪族基、脂環族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、さらに芳香族基が直接または架橋員によって相互に連結された非縮合環式芳香族基等が挙げられる。

一般式（１）〜（３）で表されるジアミンの具体例としては、例えば、２，３−ジアミノフェノール、２，４−ジアミノフェノール、２，５−ジアミノフェノール、２，６−ジアミノフェノール、３，４−ジアミノフェノール、３，５−ジアミノフェノール、３，６−ジアミノフェノール、４，５−ジアミノフェノール、４，６−ジアミノフェノール、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジアミノ−２，２’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジアミノ−２，２’，５，５’−テトラヒドロキシビフェニル、３，３’−ジアミノ−４，４’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−２，２’−ジヒドロキシジフェニルメタン、４，４’−ジアミノ−２，２’，５，５’−テトラヒドロキシジフェニルメタン、２，２−ビス[３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル]プロパン、２，２−ビス[４−アミノ−３−ヒドロキシフェニル]プロパン等が挙げられる。

フェノール性ヒドロキシル基を有するジアミンは全ジアミン成分中に０．１〜１０モル％であることが好ましく、更に好ましくは１〜５モル％である。０．１モル％未満では耐熱性能が充分に得られず、１０モル％を超えると低温接着性能を低下させる傾向にある。

本発明で使用できるフェノール性ヒドロキシル基を有するジアミン以外のその他のジアミンとしては、ポリイミドとした際のガラス転移温度が１００℃を超えなければ特に限定なく使用できる。例えば、ｍ−フェニレンジアミン、ｏ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、ビス（３−アミノフェニル）スルフィド、ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、ビス（３−アミノフェニル）スルホキシド、ビス（４−アミノフェニル）スルホキシド、ビス（３−アミノフェニル）スルホン、ビス（４−アミノフェニル）スルホン、２，２−ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］ブタン、１，１，３，３−テトラメチル−１，３−ビス（３−アミノプロピル）ジシロキサン、１，１，３，３−テトラフェニル−１，３−ビス（３−アミノプロピル）ジシロキサン、１，３−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｏ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｍ−アミノベンゾエート、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート、ポリトリメチレンオキシド−ジ−ｏ−アミノベンゾエート、ポリトリメチレンオキシド−ジ−ｍ−アミノベンゾエート、ポリトリメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート等が挙げられる。

また、同様に、本発明で使用できるテトラカルボン酸成分としては、ポリイミドとした際のガラス転移温度が１００℃を超えなければ特に限定なく使用できる。例えば、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、オキシ−４，４’−ジフタル酸二無水物、エチレングリコールビストリメリート二無水物、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、α，ω−ポリジメチルシロキサンテトラカルボン酸二無水物、α，ω−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ポリジメチルシロキサン二無水物等が挙げられる。

ポリイミドの製造方法としては、公知方法を含め、ポリイミドを製造可能な方法が全て適用できる。中でも、有機溶媒中で反応を行うことが好ましい。この反応において用いられる溶媒として、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、トルエン、キシレン、メシチレン、フェノール、クレゾール等が挙げられる。
また、この反応における反応原料の溶媒中の濃度は、通常、２〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％であり、テトラカルボン酸成分とジアミン成分との反応モル比は、テトラカルボン酸成分／ジアミン成分で０．８〜１．２の範囲であることが好ましい。この範囲であれば、耐熱性が低下することがなく好ましい。

ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸合成における反応温度は、通常、６０℃以下、好ましくは５０℃以下１０℃以上である。反応圧力は特に限定されず、常圧で十分実施できる。また、反応時間は反応原料の種類、溶媒の種類および反応温度によって異なるが、通常０．５〜２４時間で十分である。本発明に係るポリイミドは、このようにして得られたポリアミド酸を１００〜４００℃に加熱してイミド化するか、または無水酢酸等のイミド化剤を用いて化学イミド化することにより、ポリアミド酸に対応する繰り返し単位構造を有するポリイミドが得られる。

また、１３０℃〜２５０℃で反応を行うことにより、ポリアミド酸の生成と熱イミド化反応が同時に進行し、本発明に係るポリイミドを得ることができる。すなわち、ジアミン成分とテトラカルボン酸二無水物とを有機溶媒中に懸濁または溶解させ、１３０〜２５０℃の加熱下に反応を行い、ポリアミド酸の生成と脱水イミド化とを同時に行わせることにより、本発明に係るポリイミドを得ることができる。
ポリイミドの分子量に特に制限はなく、用途や加工方法に応じ、任意の分子量とすることができる。本発明のポリイミドは、用いるジアミン成分、テトラカルボン酸二無水物の量比を調節することにより、例えば、ポリイミドを０．５ｇ／ｄｌの濃度でＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、３５℃で測定した対数粘度の値を、０．１〜３．０ｄｌ／ｇの任意の値とすることができる。

本発明において、ポリイミドという表現は、１００％イミド化したポリイミド以外に、その前駆体であるポリアミド酸が一部共存した樹脂も含んでいる。
また、上記反応で得られたポリイミド溶液はそのまま用いても良いが、該ポリイミド溶液を貧溶媒中に投入してポリイミドを再沈析出させても良い。
本発明に関わる熱硬化性樹脂は、硬化性の観点から、上記ポリイミドに分子内に２個以上のグリシジル基を有するエポキシ樹脂を配合することが好ましい。

エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＦのグリシジルエーテル、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ化合物等が挙げられる。
エポキシ樹脂の配合量は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、１〜２００重量部、好ましくは１〜１００重量部である。この範囲であれば、耐熱性が維持され、フィルム形成能が悪くなることがない。

また、必要に応じて、硬化剤を配合しても良い。硬化剤としては、例えば、イミダゾール系硬化剤、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が挙げられる。樹脂組成物の保存安定性という観点から、好ましくは、熱潜在性及び長い可使時間を有するものが良い。
硬化剤の配合量は、エポキシ化合物１００重量部に対して、０〜２０重量部の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、樹脂溶液状態でゲルが生じにくく、樹脂溶液の保存安定性に優れる。

また、必要に応じて、フィラーを配合しても良い。フィラーとしては、例えば、有機フィラーとしては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂等の有機フィラー、アルミナ、窒化アルミ、シリカ等の無機フィラーが挙げられる。
フィラーの配合量は熱可塑性樹脂１００重量部に対して０〜５０００重量部、好ましくは０〜３０００重量部の範囲内である。この範囲内であれば、樹脂溶液状態でフィラーが沈降し難く、樹脂溶液の保存安定性に優れる。一方、フィラーが多すぎると接着性が低下することがある。

また、必要に応じて、カップリング剤を添加しても良い。カップリング剤は、本発明の目的を損なわないものであれば特に限定されるものではないが、樹脂溶解溶剤への溶解性が良好なものが好ましい。例えば、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤等が挙げられる。
カップリング剤の配合量は熱可塑性樹脂１００重量部に対して０〜５０重量部、好ましくは０〜３０重量部の範囲内である。この範囲内であれば、耐熱性が低下することはない。

上記の耐熱性樹脂層と熱硬化性樹脂層から構成される接着フィルムを製造する方法は特に制限はなく、例えば、該熱硬化性樹脂を有機溶媒に溶解させた樹脂溶液を耐熱性樹脂からなるフィルムに塗布した後、加熱して溶媒を揮発させフィルム化する方法や、あるいは、予めフィルム化しておいた熱硬化性樹脂組成物を耐熱性樹脂層の片面にラミネートするといった方法等が挙げられる。
本発明の接着フィルム製造の際に用いる有機溶媒は、材料を均一に溶解、混練または分散できるものであれば制限はなく使用でき、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、トルエン、キシレン、メシチレン、フェノール、クレゾール等が挙げられる。

本発明の接着フィルムは、フリップチップ型半導体パッケージ内で、チップの欠けや割れ防止を目的に使用される。本発明の片面接着フィルムからなる半導体パッケージの作製方法としては、特に限定されないが、例えば、バンプ付きウェーハをバックグラインドした後、バックグラインドテープを剥がす前にウェーハ裏面に本発明の接着フィルムを貼り付け、その後、バックグラインドテープを剥がし、ダイシングし、接着フィルム付きの個片チップを回路基板にフリップチップ実装する、といった方法が挙げられる。

以下、本発明を、実施例によりさら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の各物性値は以下の方法により測定した。

（対数粘度測定）
ポリイミド樹脂（固形分換算）をＮ−メチル−２−ピロリドンに０．５ｇ／ｄｌの濃度で溶液にした後、３５℃において、ウベローデ粘度計を用いて測定した。

（ガラス転移温度）
樹脂を表面処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製、Ａ５４、厚さ５０μｍ）上に塗布し、１００℃で３０分間加熱後、ＰＥＴフィルムを剥離し、厚さ７５０μｍの単層フィルムとした後、固体粘弾性測定（レオメトリックス社製、ＲＳＡ−ＩＩ、周波数：１０Ｈｚ）を行った。その測定で観測されるｔａｎδピーク温度をガラス転移温度とした。

（実施例１）
攪拌機、窒素導入管、温度計、メシチレンを満たしたディーンスターク管を備えた３００ｍｌの五つ口のセパラブルフラスコに、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−ｐ−アミノベンゾエート（イハラケミカル工業株式会社製、商品名：エラスマー１０００、平均分子量１２６８）１８．７４９４ｇ、オキシ−４，４’−ジフタル酸二無水物４５．８６８０ｇ、Ｎ−メチル−２−ピロリドン１００ｇ、メシチレン４５ｇを計り取り、窒素雰囲気下で溶解させ、そこにビスアミノプロピルテトラメチルジシロキサン（信越化学工業株式会社製、商品名：ＰＡＭ−Ｅ）３２．００００ｇを少量ずつ添加した。その後、窒素導入管を溶液内に挿入し（バブリング状態にし）、系内の温度を１７０℃〜１８０℃に加熱し、水を共沸除去しながら１２時間保持した。冷却後、メシチレン１４５ｇを加え希釈し、４，４’−ジミアノ−３，３’−ジヒドロキシビフェニル（和歌山精化工業株式会社製、商品名：ＨＡＢ）０．９３１１ｇを添加し、ポリイミドの溶液を得た。このポリイミドの対数粘度は０．８１ｄｌ／ｇであった。

得られたポリイミド固形分１００重量部に対して、エポキシ化合物（三井化学株式会社製、ＶＧ３１０１）２０重量部、シリカ系フィラー（株式会社龍森製、１−ＦＸ）４０重量部を配合し、攪拌機にて十分に混合し、熱硬化性樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物を表面処理ＰＥＴフィルム（帝人デュポンフィルム株式会社製、Ａ５４、厚さ５０μｍ）上にキャストし、１００℃で３０分間加熱後、ＰＥＴフィルムを剥離し、厚さ２５μｍの単層フィルム状の熱硬化性樹脂層を得た。ガラス転移温度は５６℃であった。
そのフィルム状熱硬化性樹脂層を、ポリイミドフィルム（宇部興産株式会社製、ユーピレックス、厚さ７５μｍ、ガラス転移温度３００℃以上）に１００℃でラミネートし、片面接着フィルムを得た。

片面接着フィルムの耐熱性とレーザー刻印性を評価するために、片面接着フィルムを熱硬化性樹脂層を介して６インチのシリコンウェーハに１００℃で貼り付け、１８０℃、無荷重、３時間加熱硬化し、１０ｍｍ角にダイシング後、試験片を作製した。
試験片を３００℃のはんだ槽に３分間浸漬させたが膨れや剥がれといった問題は見られず、耐熱性に優れていることがわかった。
また、試験片接着フィルム側表面を炭酸ガスレーザーマーカーにて刻印したところ、特に視認性に問題は見られず、レーザー刻印性に優れていることがわかった。

本発明の接着フィルムは、フリップチップ型半導体パッケージにおいて、チップの欠けや割れを防止するために好適に使用することができる。

Claims (2)

1. フリップチップ型半導体パッケージ用接着フィルムであって、ガラス転移温度が２００℃以上でかつ厚みが２５μｍ以上の耐熱性樹脂層と、ガラス転移温度が１００℃以下でかつ厚みが２５μｍ以下の熱硬化性樹脂層から構成される、２層構造の接着フィルム。
2. 前記熱硬化性樹脂層がフェノール性ヒドロキシル基を主鎖内に有するポリイミドを含有することを特徴とする請求項１記載の接着フィルム。