JP4810836B2 - 接着剤、半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、接着剤及び接着剤を使用した半導体装置ならびに接着剤を使用して作製した半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体製品の大容量、高速処理化ならびに微細配線化に伴い半導体製品作動中に発生する熱の問題が顕著になってきており、半導体製品から熱を逃がす、いわゆるサーマルマネージメントがますます重要な課題となってきている。このため半導体製品にヒートシンク（放熱板）を取り付ける方法等が一般的に採用されているがヒートシンクを接着する材料自体の熱伝導率もより高いものが望まれてきている。一方半導体製品の形態によっては半導体素子そのものを金属製のヒートシンクに接着したり、サーマルビア等の放熱機構を有する有機基板等に接着したりする場合もある。この場合も同様に半導体素子を接着する材料に高熱伝導率が要求される。また半導体製品として良好な熱放散性を示すためには、ダイアタッチあるいはヒートシンクアタッチ用等の接着剤自体の熱伝導率が高いことも必要であるが、接着剤層のボイド、剥離等の欠陥等の影響も大きく、いかに薄く均一な接着剤層を安定して作製するかが重要なポイントとなる。

ここで液状の接着剤をディスペンス方式にて基板等に塗布、半導体素子あるいはヒートシンクを接着する場合、特に接着面積が大きい場合には安定した厚みを維持することが難しいためあらかじめフィルム状にプレフォームした接着剤も一般的に使用されている（例えば、特許文献１、２参照）が、通常フィルム状の接着剤の場合ウエハ裏面に貼り付けてからダイシングするタイプとリボン状にスリットした形状にて供給し使用するときにカットし接着部にマウントするタイプに２分される。

ウエハ裏面にラミネートするタイプではフリップチップやヒートシンクへの適用が難しく、リボンタイプでは機械的にカットするためにカットする温度である程度の強度、弾性率が必要でありこのことがその後の圧着性が悪くなる原因となり満足できるものは存在しなかった。
特開２００２−２５６２３９号公報 特開２００３−１９３０１６号公報

本発明は、大面積の接着用途に使用しても安定した厚み、良好な接着性を示す接着剤、半導体装置の製造方法ならびに半導体装置を提供することである。

このような目的は、下記［１］〜［１２］に記載の本発明により達成される。
［１］ フレキシブルな支持体上に４ｍｍ²から３０００ｍｍ²の面積に硬化性樹脂組成物を印刷した後、熱又はエネルギー線で処理してなる接着剤であって、処理後の中央部の厚みが周辺部に比較し１０％以上厚くなることを特徴とする接着剤。
［２］ １５０℃以下で支持体から被着体への転写が可能であり、かつ転写された接着剤を２００℃以下で半導体チップ又はヒートシンクへの圧着が可能であり、圧着後硬化処理する第［１］項記載の接着剤。
［３］ 印刷前の硬化性樹脂組成物がＥ型粘度計３度コーンを使用して測定した２５℃２．５ｒｐｍでの粘度が１０〜７０Ｐａ・ｓであり、０．５ｒｐｍと２．５ｐｒｍの粘度比が１〜２である第［１］又は［２］項記載の接着剤。
［４］ 被着体に転写された接着剤を半導体チップ又はヒートシンクに圧着した後、硬化処理前に加熱下機械的にリワークできるものである第［１］、［２］又は［３］項のいずれかに記載の接着剤。
［５］ 硬化性樹脂組成物が、熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ以上の無機化合物を含むものである第［１］〜［４］項のいずれかに記載の接着剤。
［６］ 無機化合物の形状が球状である第［１］〜［５］項記載の接着剤。
［７］ 無機化合物が銀粉である第［１］〜［６］項記載の接着剤。
［８］ 銀粉の配合量が硬化性樹脂組成物中７０重量％以上である第［１］〜［７］項記載の接着剤。
［９］ フレキシブルな支持体が、少なくとも硬化性樹脂組成物と接触する面を離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルムである第［１］〜［８］項のいずれか１項に記載の接着剤。
［１０］ 第［１］〜［９］項のいずれか１項に記載の接着剤をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。
［１１］ 第［１］〜［９］項記載の接着剤を用いた半導体装置の製造方法であって、熱又はエネルギー線処理後の厚みが周辺部に比較し中央部が１０％以上厚い接着剤を、１５０℃以下で被着体へ転写する工程と、転写された接着剤を２００℃以下で半導体チップ、ヒートシンクに接着する工程と、圧着後硬化処理する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
［１２］ 第［１］〜［９］項記載の接着剤を用いたリワーク方法であって、熱又はエネルギー線処理後の中央部の厚みが周辺部に比較し１０％以上厚い接着剤を、１５０℃以下で被着体へ転写した後、転写された接着剤を２００℃以下で半導体チップ、ヒートシンクに圧着した後、加熱下機械的に接着剤をリワークすることを特徴とするリワーク方法

本発明により、安定した厚み、良好な接着性を示す接着剤、該接着剤を使用する半導体の製造方法ならびに半導体装置を提供することが可能となる。

本発明では、先ずフレキシブルな支持体上に４ｍｍ²から３０００ｍｍ²の面積に硬化性樹脂組成物が印刷される。印刷される面積が４ｍｍ²より小さい場合には通常のディスペンスタイプの材料を使用しても比較的容易に安定した厚み、ボイドの少ない接着剤層を得ることができ、３０００ｍｍ²より大きい場合には半導体チップ、ヒートシンクの搭載が困難になるので実用的ではない。

本発明に用いるフレキシブルな支持体としては、フレキシブルな形態のものであれば限定されずに用いることができるが、好ましくは厚みが安定、表面が平滑で、かつ耐熱温度が１５０℃以上のフレキシブルなフィルムが用いられる。さらに好ましくは少なくとも硬化性樹脂組成物と接触する面に離型処理を施したものが用いられる。また厚みは特に限定されるわけではないが５０μｍから２００μｍが好ましい。具体的な支持体の例としては厚み２５μｍ〜１００μｍで、表面を離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルムが挙げられる。

支持体上に硬化性樹脂組成物を印刷するが、印刷方法はスクリーン印刷、ステンシル印刷などで行われる。通常パターンは正方形あるいは長方形であるが、被着体の形状により、より複雑な形状にすることも可能である。印刷厚みは特に限定されないが、次の工程である熱あるいはエネルギー線処理後、５μｍ〜１００μｍになるようにすることが好ましい。

次に印刷後熱あるいはエネルギー線による処理を行うがこれは処理により流動性をなくし厚みの安定性を持たせる目的で、処理後室温でタック（べたつき）がある状態でもない状態でもかまわない。ただしタックがある場合には表面にカバーフィルムを貼り付ける必要がある。処理中には使用する接着剤のタイプにより異なるが、たとえば溶剤等揮発成分の除去、一部官能基の反応等により印刷時に必要である硬化性樹脂組成物の流動性がなくなる。これは処理後保管する際に厚みあるいは平滑性を維持する目的で、処理なしあるいは処理後も流動性を示す場合には保管時に形状を維持することが難しく、あるいは保管／輸送が非常に複雑になるため実用的ではない。

処理後の中央部の厚みは周辺部に比較し１０％以上厚くなる事が望ましい。１０％未満の場合には、被着体への転写の際に空気を巻き込み、信頼性に悪影響を与える恐れがある。好ましい範囲は、１０〜８０％である。ここで印刷前の硬化性樹脂組成物はＥ型粘度計３度コーンを使用して測定した２５℃２．５ｒｐｍでの粘度が１０〜７０Ｐａ・ｓであり、０．５ｒｐｍと２．５ｐｒｍの粘度比が１〜２であることが望ましい。粘度がこれ以外の場合には印刷性が悪くなり、粘度比がこれ以外の場合には処理後の中央部の厚みを周辺部に比較し１０％以上厚くする事が困難となる。

印刷後熱あるいはエネルギー線による処理を行った接着剤は、リードフレーム、有機基板などの被着体と接触した状態で加圧することで被着体に転写される。転写は１５０℃以下の温度で行えなければならない。これより高い温度でしか転写が行えない場合には、半導体製品により有機基板等を使用する場合もあり熱劣化および熱履歴による基板等の反りが懸念されるためである。さらに好ましくは２５℃から１００℃にて転写が行われる。

転写方法は特に限定されない。
さらに被着体に転写された接着剤に半導体チップ、ヒートシンク等を熱圧着するが、２００℃以下で行う。これより高温では上記同様に部材の熱劣化、反り等が懸念されるためである。さらに好ましくは２５℃から１５０℃にて熱圧着される。熱圧着した状態では接着剤は加熱により流動性を示す状態であるので、必要であれば例えば１５０℃から２００℃の加熱下で半導体チップ、ヒートシンク等を機械的に脱着することも可能であり、リワーク方法として用いることができる。ここで例えばヒートシンクをフリップチップの裏面（回路と反対面）に接着する場合には、先にヒートシンクに接着剤を転写しその後フリップチップ裏面に圧着することも可能である。

最後に硬化処理により反応を完結させ永久接着を行う。硬化処理は加熱により行う場合が多いがマイクロウェーブ等により行ってもかまわない。加熱硬化の場合には１５０℃から１８０℃で６０分程度行うことが一般的である。
本発明に用いる硬化性樹脂組成物は、熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ以上の無機化合物を含むものであることが好ましい。熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫ以下だと安定した高熱放散性を得ることが出来ない。
このような無機化合物としては、銀粉、銅粉、パラジウム粉、ニッケル粉、アルミナ、チッ化ホウ素などを挙げることができるが、銀粉であることが特に好ましい。また、無機化合物の形状は球状であることが特に好ましい。

銀粉の配合量は硬化性樹脂組成物中７０重量％以上であることが好ましい。銀粉の配合量が７０重量％未満であると熱伝導性に劣るため好ましくない。
本発明の接着剤をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として用いることによって安定した高熱放散性を得ることができるので動作安定性に優れた半導体装置を製作することができる。

（１）エポキシ反応物の調整
４００ｇのビスフェノールＡ型エポキシ（ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの反応により得られるジグリシジルビスフェノールＡ、エポキシ当量１８０、室温で液体）と１００ｇのビスフェノールＦ（大日本インキ化学工業（株）製、ＤＩＣ−ＢＰＦ）をトルエン中、ＴＰＰ（トリフェニルホスフィン）触媒で還流下４時間反応を行い、室温まで冷却、ろ過を行った後、減圧によりトルエンを留去した。（ビスフェノールＡ型エポキシはビスフェノールＦに対して約２．２倍モル投入、得られた反応物は室温で流動性を示さない淡黄色で、ＧＰＣによるスチレン換算分子量は約９００であった。また１５０℃１時間加熱処理での重量減少率は０．８％。以下、エポキシ反応物）

（２）硬化性樹脂組成物の調整
１２０ｇのアクリル樹脂（エチルアクリレート（６３．３ｍｏｌ％）、アクリロニトリル（３２．３ｍｏｌ％）、グリシジルアクリレート（０．０１ｍｏｌ％）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアクリルアミド（４．４ｍｏｌ％）の共重合体、重量平均分子量が約３５万、Ｔｇが約１５℃）と８０ｇのエポキシ反応物、２ｇのエポキシシラン（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−４０３Ｅ）、２ｇのアミノシラン（信越化学工業（株）製、ＫＢＭ−５７３）、４ｇのイミダゾール（キュアゾール２ＭＺ−Ａ、四国化成工業（株）製）、３００ｇのγ−ブチロラクトン、２０ｇのシクロヘキサノンをフラスコに投入し室温１時間攪拌後の混合物５０ｇと１５０ｇの銀粉（平均粒径１．５μｍ、最大粒径６μｍの球状銀粉）を３本ロールを用いて混練し、脱泡することで硬化性樹脂組成物を得た。

［実施例１］
上記で調整した硬化性樹脂組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム（三菱ポリエステルフィルム（株）製、ＭＲＸ５０、厚み５０μｍで片面離型処理、以下ＰＥＴフィルム）の離型処理面に開口部６．５×６．５ｍｍステンシルを用いて印刷を行い、その後１２０℃６０分加熱処理を行い、カバーフィルムを貼り付けて支持体付き接着剤を得た。

［比較例１］
印刷後の加熱処理を行わない以外は実施例１と同様に接着剤を作製した。
［比較例２］
支持体として厚さ１ｍｍのガラス板を使用した以外は実施例１と同様に接着剤を作製した。
［比較例３］
銀粉（平均粒径３μｍ、最大粒径２０μｍのフレーク状銀粉）を使用する以外は実施例１と同様に接着剤を作製した。
得られた接着剤を以下の方法により評価した。評価結果を表１に示す。

評価方法
・粘度：硬化性樹脂組成物をＥ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、２．５ｒｐｍでの値を測定した。粘度が１０〜７０Ｐａ・ｓの場合を合格とした。
・粘度比：硬化性樹脂組成物をＥ型粘度計（３°コーン）を用い２５℃、０．５ｒｐｍ、２．５ｒｐｍでの粘度比を測定した。粘度比が１〜２の場合を合格とした。
・形状維持性：支持体付き接着剤のカバーフィルムの上から約０．９８Ｎの分銅を１０分間のせ、前後の厚みを測定した。変化率が１０％以下の場合を合格とした。
・処理後の形状：カバーフィルムをはずした支持体付き接着剤の厚みを表面粗さ計により測定し、周辺部に比較し中央部が１０％以上厚い場合を合格とした。
・転写性：カバーフィルムをはずした支持体付き接着剤をガラス板の上に乗せ１００℃でローラー加圧（印圧４．９Ｎ）を行った後、支持体をはがした。支持体剥離後ガラス板の裏面から転写状況を観察しぬれ面積が９５％以上の場合を合格とした。
・マウント性：有機基板に転写した接着剤（６．５×６．５ｍｍ）に６．５×６．５×０．１ｍｍのガラスチップをフリップチップボンダーを用いてマウントした（１５０℃、４．９Ｎ、１秒）。マウント後ガラスチップを通してぬれ面積を観察した。ぬれ面積が９５％以上の場合を合格とした。
・チップの傾き：有機基板に転写した接着剤（６．５×６．５ｍｍ）に６．５×６．５×０．３５ｍｍのシリコンベアチップをフリップチップボンダーを用いてマウントし（１５０℃、４．９Ｎ、１秒）、１８０℃６０分間硬化した。冷却後チップ４隅ならびに中心部の厚みを測定し最大値と最小値の差を計算しチップの傾き量とし、チップ傾き量が１μｍ未満のものを合格とした。

比較例４ではディスペンスタイプのダイアタッチペースト（住友ベークライト（株）製、ＣＲＭ−１０３３Ｂ）をラインドローにより塗布、室温にてシリコンベアチップをマウントした後１８０℃６０分間硬化しチップの傾き量を測定した。形状維持性、処理後の形状、転写性、マウント性については、評価しなかった。

本発明の接着剤を用い大面積でも安定した厚みで欠陥のない半導体装置の製造が可能となる。

Claims (8)

1. フレキシブルな支持体上に形成される接着体であって、Ｅ型粘度計３度コーンを使用して測定した２５℃２．５ｒｐｍでの粘度が１０〜７０Ｐａ・ｓであり、０．５ｒｐｍと２．５ｐｒｍの粘度比が１〜２である硬化性樹脂組成物を印刷した後、熱又はエネルギー線で処理して得られる接着体であって、前記硬化性樹脂の印刷面積が４ｍｍ²以上３０００ｍｍ²以下であり、
   前記処理後の中央部の厚みが周辺部に比較し１０％以上厚いことを特徴とする接着体。
2. 前記硬化性樹脂組成物が、熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ以上の無機化合物を含むものである請求項１に記載の接着体。
3. 前記無機化合物の形状が球状である請求項２に記載の接着体。
4. 前記無機化合物が銀粉である請求項３または４記載の接着体。
5. 銀粉の配合量が硬化性樹脂組成物中７０重量％以上である請求項４記載の接着体。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の接着体をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項１〜６記載の接着体を用いた半導体装置の製造方法であって、熱又はエネルギー線処理後の厚みが周辺部に比較し中央部が１０％以上厚い接着体を、１５０℃以下で被着体へ転写する工程と、転写された接着体を２００℃以下で半導体チップ、またはヒートシンクに接着する工程と、圧着後硬化処理する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項１〜７記載の接着体を用いたリワーク方法であって、熱又はエネルギー線処理後の中央部の厚みが周辺部に比較し１０％以上厚い接着体を、１５０℃以下で被着体へ転写した後、転写された接着体を２００℃以下で半導体チップ、またはヒートシンクに圧着した後、加熱下機械的に接着体をリワークすることを特徴とするリワーク方法。