JP4952585B2 - 接着剤組成物、フィルム状接着剤、接着シート、並びにそれを用いた半導体装置 - Google Patents

接着剤組成物、フィルム状接着剤、接着シート、並びにそれを用いた半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、接着剤組成物、フィルム状接着剤、接着シート、並びにそれを用いた半導体装置に関する。
従来、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材の接合には、銀ペーストが主に使用されていた。しかしながら、近年の半導体素子の大型化、半導体パッケージの小型化・高性能化に伴い、使用される支持部材にも小型化、細密化が要求されるようになってきている。こうした要求に対して、銀ペーストでは、ぬれ広がり性、はみ出しや半導体素子の傾きに起因して発生するワイヤボンド時の不具合、銀ペーストの厚み制御の困難、及び銀ペーストのボイド発生などにより、前記要求に対処しきれなくなってきている。そのため、前記要求に対処するべく、近年、フィルム状の接着剤が使用されるようになってきた(例えば、特開3−192178号公報、日本国特開4−234472号公報参照)。
このフィルム状接着剤は、個片貼付け方式あるいはウェハ裏面貼付方式において使用されている。前者の個片貼付け方式のフィルム状接着剤を用いて半導体装置を製造する場合、まず、リール状のフィルム状接着剤をカッティングあるいはパンチングによって個片に切り出した後、支持部材に接着し、前記フィルム状接着剤付き支持部材に、ダイシング工程によって個片化された半導体素子を接合して、半導体素子付き支持部材を作製する。その後、ワイヤボンド工程、封止工程などを経ることによって半導体装置が得られる(例えば、日本国特開9−17810号公報参照)。しかし、前記個片貼付け方式のフィルム状接着剤を用いるためには、フィルム状接着剤を切り出して支持部材に接着する専用の組立装置が必要であることから、銀ペーストを使用する方法に比べて製造コストが高くなるという問題があった。
一方、ウェハ裏面貼付け方式のフィルム状接着剤を用いて半導体装置を製造する場合、まず半導体ウェハの裏面にフィルム状接着剤の一方の面を貼付け、さらにフィルム状接着剤の他面にダイシングシートを貼り合わせる。その後、前記ウェハからダイシングによって半導体素子を個片化し、個片化したフィルム状接着剤付き半導体素子をピックアップし、それを支持部材に接合し、その後のワイヤボンド、封止などの工程を経ることにより、半導体装置が得られる。このウェハ裏面貼付け方式のフィルム状接着剤は、フィルム状接着剤付き半導体素子を支持部材に接合するため、フィルム状接着剤を個片化する装置を必要とせず、従来の銀ペースト用の組立装置をそのまま、あるいは熱盤を付加するなどの装置の一部を改良することにより使用できる。そのため、フィルム状接着剤を用いた組立方法の中で製造コストが比較的安く抑えられる方法として注目されている(例えば、日本国特開平4−196246号公報参照)。
しかし、最近になって、半導体素子の小型薄型化・高性能化に加えて、多機能化が進み、それに伴って複数の半導体素子を積層化した半導体装置が急増している。一方で前記の半導体装置の厚みは薄化の方向に進むことから、半導体ウェハについても、さらなる極薄化が進んでいる。それに伴い、搬送時のウェハ割れ、ウェハ裏面へフィルム状接着剤を貼付けた時のウェハ割れが顕在化してきた。これを防止するため、ウェハ表面に軟質保護テープ(通称、バックグラインドテープ)を貼り合わせる手法が採用されつつある。しかし、前記バックグラインドテープの軟化温度が100℃以下であること、また、貼り合せ時の熱応力によるウェハの反りを抑制するため、ウェハ裏面に100℃よりも低い温度で貼り付けが可能なフィルム状接着剤の要求が強くなってきている。
また、組立プロセスの簡略化を目的に、フィルム状接着剤の一方の面に、ダイシングシートを貼り合せた接着シート、すなわちダイシングシートとダイボンドフィルムを一体化させたフィルム(以下、一体型フィルム)によって、ウェハ裏面への貼り合せプロセスの簡略化を図った手法が提案されている。このような一体型フィルムを作製するためには、上記のバックグラインドテープと同様、ウェハ裏面に100℃よりも低温で貼り付けが可能で、かつダイシング後のピックアップ性、すなわち一旦貼り合せたダイシングシートとの易剥離性などの半導体装置組立時の良好なプロセス特性を有するフィルム状接着剤が求めらている。
また、フィルム状接着剤を用いた半導体装置として、信頼性、すなわち、耐熱性、耐湿性、耐リフロー性なども求められている。耐リフロー性を確保するためには、260℃前後のリフロー加熱温度において、ダイボンド層の剥離または破壊を抑制できる高い接着強度を有することが求められる。このように、低温ラミネート性を含むプロセス特性と、耐リフロー性を含む半導体装置の信頼性を高度に両立できるフィルム状接着剤に対する要求が強くなってきている。
一方、支持部材が表面に配線を有する有機基板である場合、前記の配線段差に対する十分な充填性(埋め込み性)を確保することが、半導体装置の耐湿信頼性、及び配線間の絶縁信頼性を確保する上で重要である。前記の埋め込み性は、半導体装置の組立工程のうち、封止工程でのトランスファモールド時の熱と圧力を利用することによって達成できる。しかしながら、上述したように複数の半導体素子の積層化が進むにつれて、個々の半導体素子を接合し、積層化するために要する熱履歴プロセス(ダイボンド、及びワイヤボンドなど)は、半導体素子の積層数の増大と共に長時間化する傾向にある。よって、複数の半導体素子を積層した半導体装置において、最下段である半導体素子と配線段差付き有機基板間の接合に用いられるフィルム状接着剤には、ダイボンドからトランスファモールドの工程までの間に、上段の半導体素子を積層するための熱履歴を受ける。そのため、加熱硬化により流動性が低下し、基板表面の配線段差に対して、トランスファモールド工程での熱と圧力を利用した埋め込み性を確保することが困難となる。前記の埋め込み性が確保されなかった場合、未充填による空隙が原因で、耐湿信頼性及び耐リフロー性の低下が懸念されるようになる。よって、このような半導体装置の最下段である半導体素子及び配線段差付き有機基板間の接合に用いられるフィルム状接着剤においては、半導体素子を有機基板に接合する工程、すなわちダイボンドの時点で基板表面の配線段差への埋め込み性を確保できることが望まれる。ダイボンド時の熱と圧力は、熱応力による半導体素子の反り、及び半導体素子上の回路面へのダメージの抑制から、トランスファモールド時の熱と圧力よりも低温、低圧、さらに短時間の条件となるため、上記のフィルム状接着剤としては、この条件で発泡、又は未充填によるボイドが生じることなく、基板表面の配線段差への埋め込み性を確保できる熱時流動性を有することが望まれる。
これまで、低温加工性と耐熱性を両立すべく、比較的Tgが低い熱可塑性樹脂と、熱硬化性樹脂とを組み合わせたフィルム状接着剤が提案されている(例えば、日本国特許第3014578号公報参照)。しかしながら、上述した低温、低圧、及び短時間の条件での基板表面の配線段差への埋め込みを可能にする熱時流動性の確保と、耐リフロー性を含めた高温時の耐熱性を両立できる材料、及びその設計はまだ十分ではない。よって、上述した種々の特性を高度に両立できる材料を開発するためには、さらに詳細あるいは精密な材料設計が必要である。
上述したように、低温加工性と耐熱性を両立するための設計として、これまでに、比較的Tgが低いポリイミド樹脂又はアクリルゴムと、エポキシ樹脂からなる樹脂組成が提案され、さらに、低分子量、かつ低粘度のエポキシ樹脂の比率を増量した配合により、Bステージにおいて、低温、低圧、及び短時間の条件での基板表面の配線段差を埋め込む熱時流動性と、Cステージにおける耐熱性の両立を狙った設計が提案されている。しかしながら、エポキシ樹脂の増量に伴い、系全体のイオン性不純物量の増大、熱応力の増大、接着性の低下及び耐熱性の低下などの問題が顕在化してきている。
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み、被着体に対する充填性(埋め込み性)、低温ラミネート性などのプロセス特性、及び耐リフロー性などの半導体装置の信頼性を高度に両立できる接着剤組成物、及びフィルム状接着剤を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述したダイシングシートからの易剥離性などのプロセス特性に優れた接着シートを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、生産性に優れ、熱時の高い接着強度及び耐湿性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の解決手段を提供するに至った。すなわち、本発明は、以下<1>〜<19>に記載の事項をその特徴とするものである。
<1>半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着剤組成物であって、(A)熱可塑性樹脂、(B)下記一般式(I)で示されるビスアリルナジイミド、及び(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物を含有してなることを特徴とする接着剤組成物。
Figure 0004952585
(式中、Rは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基を表す。)
<2>前記(B)ビスアリルナジイミドが、下記構造式(II)および/または(III)で示されることを特徴とする上記<1>に記載の接着剤組成物。
Figure 0004952585
Figure 0004952585
<3>前記(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物が、下記構造式(IV)で示されることを特徴とする上記<1>または<2>に記載の接着剤組成物。
Figure 0004952585
(式中、Rは2価の有機基、R及びRは各々独立に水素又はメチル基を示し、m及びnは1以上の整数である)
<4>さらに、(D)マレイミド化合物および/または単官能縮合多環オキサジン化合物を含有してなることを特徴とする上記<1>〜<3>のいずれかに記載の接着剤組成物。
<5>前記マレイミド化合物が、下記一般式(V)で表されるビスマレイミド化合物、又は、下記一般式(VI)で表されるノボラック型マレイミド化合物であることを特徴とする上記<4>に記載の接着剤組成物。
Figure 0004952585
(式中、Rは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基)
Figure 0004952585
(式中、nは0〜20の整数を示す。)
<6>前記単官能縮合多環オキサジン化合物が、下記一般式(VII)で表される化合物であることを特徴とする上記<4>または<5>に記載の接着剤組成物。
Figure 0004952585
(式中[A]は隣接する炭素原子がオキサジン環を共有して縮合環を形成する単環又は縮合多環芳香族炭化水素環を示し、R及びRは各々独立に水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、すべてが同一でも異なっていてもよい。nは0又は1〜4の整数を示す。)
<7>前記一般式(VII)で表される単官能縮合多環オキサジン化合物が、下記一般式(VIII)で示される化合物であることを特徴とする上記<6>に記載の接着剤組成物。
Figure 0004952585
(式中RおよびRは各々独立に水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、すべてが同一でも異なっていてもよい。nは0又は1〜4の整数を示す。)
<8>さらに、(E)エポキシ樹脂を含有してなることを特徴とする上記<1>〜<7>のいずれかに記載の接着剤組成物。
<9>さらに、(F)フィラーを含有してなることを特徴とする上記<1>〜<8>のいずれかに記載の接着剤組成物。
<10>前記(A)熱可塑性樹脂が、ポリイミド樹脂であることを特徴とする上記<1>〜<9>のいずれかに記載の接着剤組成物。
<11>前記ポリイミド樹脂が、テトラカルボン酸二無水物と、下記式(IXb)で表される脂肪族エーテルジアミンを少なくとも含むジアミンとを反応させて得られるポリイミド樹脂であることを特徴とする上記<10>に記載の接着剤組成物。
Figure 0004952585
(式中、pは0〜80の整数を示す)
<12>前記ポリイミド樹脂のTgが、100℃以下であることを特徴とする上記<10>又は<11>に記載の接着剤組成物。
<13>さらに、(G)光開始剤を含有してなることを特徴とする上記<1>〜<12>のいずれかに記載の接着剤組成物。
<14>前記被着体が、配線段差付き有機基板であることを特徴とする上記<1>〜<13>のいずれかに記載の接着剤組成物。
<15>上記<1>〜<14>のいずれかに記載の接着剤組成物を用いて形成してなることを特徴とするフィルム状接着剤。
<16>上記<15>に記載のフィルム状接着剤とダイシングシートとを積層した構造を有してなることを特徴とする接着シート。
<17>前記ダイシングシートが、基材フィルム、および該基材フィルム上に設けた放射線硬化型粘着剤層を有してなることを特徴とする上記<16>に記載の接着シート。
<18>前記ダイシングシートが、ポリオレフィン系フィルムであることを特徴とする上記<16>に記載の接着シート。
<19>上記<1>〜<14>のいずれかに記載の接着剤組成物、又は上記<15>に記載のフィルム状接着剤により、半導体素子と半導体搭載用支持部材、および/または、半導体素子と半導体素子が接着された構造を有してなることを特徴とする半導体装置。
上記本発明によれば、極薄ウェハ及び複数の半導体素子を積層した半導体装置に対応できるウェハ裏面貼付け方式のフィルム状接着剤を提供することができる。ウェハ裏面にフィルム状接着剤を貼り付ける際に、通常、フィルム状接着剤が溶融する温度まで加熱するが、本発明のフィルム状接着剤を使用すれば、極薄ウェハの保護テープ、又は貼り合わせるダイシングテープの軟化温度よりも低い温度でウェハ裏面に貼り付けることが可能となる。これにより、熱応力も低減され、大経化薄化するウェハの反り等の問題を解決できる。また、ダイボンド時の熱と圧力によって、基板表面の配線段差への良好な埋め込みを可能にする熱時流動性を確保でき、複数の半導体素子を積層した半導体装置の製造工程に好適に対応できる。また、高温時の高い接着強度を確保できるため、耐熱性及び耐湿信頼性を向上でき、さらに半導体装置の製造工程を簡略化できる。さらに、接着剤組成を最適化することにより、ウェハの反り等の熱応力をより低減でき、ダイシング時のチップ飛びを抑え、ピックアップ性、半導体装置の製造時の作業性、及び低アウトガス性を備えることができる。
また、本発明によれば、前記フィルム状接着剤とダイシングシートを貼りあわせてなる、ダイシングシートとダイボンドフィルムの両機能を併せ持った接着シートを提供することができる。本発明の接着シートによれば、ダイシング工程までの貼付工程を簡略化し、パッケージの組立熱履歴に対しても安定した特性を確保できる材料を提供することが可能である。
さらに、本発明によれば、前記フィルム状接着剤を用いた半導体装置を提供することができる。本発明の半導体装置は、製造工程が簡略化された、信頼性に優れる半導体装置である。本発明の半導体装置は、半導体素子搭載用支持部材に熱膨張係数の差が大きい半導体素子を実装する場合に要求される耐熱性および耐湿性を有する。
なお、本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願第2006−013854号(出願日2006年1月23日)及び日本国特許出願第2006−197324号(出願日2006年7月19日)に基づく優先権主張を伴うものであって、これらの明細書を参照のためにここに組み込むものとする。
また、本発明において、用語「(メタ)アクリレート」は、メタクリレートおよびアクリレートの両方を指し示すものである。
図1は本発明のフィルム状接着剤の一形態を示す断面図である。 図2は本発明のフィルム状接着剤の一形態を示す断面図である。 図3は本発明のフィルム状接着剤の一形態を示す断面図である。 図4は本発明の接着シートの一形態を示す断面図である。 図5は本発明の接着シートの一形態を示す断面図である。 図6は本発明のフィルム状接着剤を用いた半導体装置の一形態を示す概念図である。 図7は本発明のフィルム状接着剤を用いた半導体装置の一形態を示す概念図である。 図8はピール強度測定装置を示す概略図である。
本発明の接着剤組成物は、(A)熱可塑性樹脂、(B)下記一般式(I)で示されるビスアリルナジイミド、および(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物を少なくとも含有してなることを特徴とする。
Figure 0004952585
(式中、Rは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基)
上記一般式(I)中のRは、好ましくは、ベンゼン残基、トルエン残基、キシレン残基、ナフタレン残基、直鎖、分岐、若しくは環状アルキル基、又はこれらの混合基が挙げられ、さらに好ましくは下記構造式(Ia)、(Ib)、(Ic)に示すいずれか1種以上の2価の有機基が挙げられる。
Figure 0004952585
Figure 0004952585
Figure 0004952585
(式中、nは1〜10の整数である。)
中でも、下記構造式(II)で示される液状のヘキサメチレン型ビスアリルナジイミドや下記構造(III)で示される低融点(融点:約40℃)固体状のキシリレン型ビスアリルナジイミドは、接着剤組成物を構成する異種成分間の相溶化剤としても作用し、接着剤組成物のBステージでの良好な熱時流動性を付与できる点で、より好ましい。特に、固体状のキシリレン型ビスアリルナジイミドは、良好な熱時流動性に加えて、室温におけるフィルム表面の粘着性の上昇を抑制することもでき、接着剤の取扱い性が向上する。なお、これらのビスアリルナジイミドは単独で、又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。
Figure 0004952585
Figure 0004952585
また、本発明において使用する上記(B)ビスアリルナジイミドは、無触媒下での単独硬化では、250℃以上の硬化温度が必要で、実用化に際しては大きな障害となっていた。また、触媒を用いる系においても、強酸やオニウム塩など、電子材料においては重大な欠点となる金属腐食性の触媒しか使用できず、かつ最終硬化には250℃前後の温度が必要であった。そこで、上記の硬化温度を200℃以下にすることを目的に種々検討した結果、ビスアリルナジイミドと後述する(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物、又はマレイミド化合物のいずれかを併用することによって上記目的が達せられることを見出した。これらの反応機構の詳細については明らかにされていないが、ビスアリルナジイミド中のアリル基と、(メタ)アクリレート化合物中の(メタ)アクリレート基、又はマレイミド化合物中のマレイミド基同士のEne反応、及びDiels−Alder反応による三次元化と推測されている(A.Renner,A.Kramer,“Allylnadic−Imides:A New Class of Heat−Resistant Thermosets”,J.Polym.Sci.,Part A Polym.Chem.,27,1301(1989)参照)。
また、上記(B)ビスアリルナジイミドの配合量は、本発明の接着剤組成物のBステージでの良好な熱時流動性、及びCステージでの耐熱性を有効に両立させるために、(A)熱可塑性樹脂100重量部に対して、1〜250重量部が好ましく、5〜200重量部がより好ましく、10〜100重量部が特に好ましい。この配合量が1重量部未満では、上記特性両立の効果が小さくなる傾向に進み、250重量部を超えると、フィルム形成性が損なわれる傾向に進むため、いずれも好ましくない。
本発明において使用する上記(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物としては、1分子中に含まれる(メタ)アクリル官能基の数が2個以上の化合物であれば、特に制限は無く、例えば、ペンテニルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレンオキシド変性ネオペンチルグリコールアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、トリシクロデカンジメチロールジアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリス(β−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレート、ペンテニルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、エチレンオキシド変性ネオペンチルグリコールメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、トリシクロデカンジメチロールジメタクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、トリス(β−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリメタクリレートなどが挙げられる。また、上記の他、及び下記構造式(IV)で表される2官能(メタ)アクリレートなどが挙げられ、中でも、下記構造式(IV)で示される液状の2官能(メタ)アクリレート化合物が、Bステージでの良好な熱時流動性を付与できる点で好ましい。なお、下記構造式(IV)の具体例としては、下記構造式(IVa)で示される2官能(メタ)アクリレート、又は下記構造式(IVb)で示される2官能(メタ)アクリレートなどが挙げられる。なお、以上の(メタ)アクリレート化合物は単独、又は二種類以上を併用することもできる。
Figure 0004952585
(式中、Rは2価の有機基、R及びRは各々独立に水素又はメチル基を示し、m及びnは1以上の整数である)
Figure 0004952585
(式中、Rは水素又はメチル基を示し、m及びpは1以上の整数である)
Figure 0004952585
(式中、Rは水素又はメチル基を示し、q及びrは1以上の整数である)
また、上記(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物の配合量は、前記(B)ビスアリルナジイミド100重量部に対して、1〜250重量部が好ましく、5〜200重量部がより好ましく、10〜100重量部が特に好ましい。この配合量が1重量部未満では、ビスアリルナジイミドの低温硬化性を付与できなくなる傾向にあり、また、250重量部を超えると、アウトガス量が多くなると共に、耐熱性が損なわれる傾向にある。
本発明の接着剤組成物を構成する(A)熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタンイミド樹脂、ポリウレタンアミドイミド樹脂、シロキサンポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、又はそれらの共重合体の他、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエ−テルスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエ−テルケトン樹脂、重量平均分子量が10万〜100万の(メタ)アクリル共重合体などからなる群から選ばれる少なくとも一つ以上の樹脂であり、中でもポリイミド樹脂が好ましく用いられる。
上記ポリイミド樹脂は、例えば、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを公知の方法で縮合反応させて得ることができる。すなわち、有機溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンを等モル又は、必要に応じて、前記の組成比を、テトラカルボン酸二無水物の合計1.0molに対して、ジアミンの合計0.5〜2.0mol、好ましくは、0.8〜1.0molの範囲で調整(各成分の添加順序は任意)し、反応温度80℃以下、好ましくは0〜60℃で付加反応させる。反応が進行するにつれ反応液の粘度が徐々に上昇し、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸が生成する。なお、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの組成比については、テトラカルボン酸二無水物の合計1.0molに対して、ジアミンの合計が2.0molを超えると、得られるポリイミド樹脂中にアミン末端のポリイミドオリゴマーの量が多くなる一方、ジアミンの合計が0.5molを下回ると、酸末端のポリイミドオリゴマーの量が多くなり、得られたポリイミド樹脂の重量平均分子量が低くなり、本発明の接着剤組成物の耐熱性を含む種々の特性が低下する傾向にある。また、これらの末端との反応性を有するエポキシ樹脂等の硬化成分を配合した場合、上記ポリイミドオリゴマーの量が多くなるにつれて、本発明の接着剤組成物の保存安定性が悪くなる傾向にあり、この傾向は、アミン末端のポリイミドオリゴマーの量が多くなるにつれて顕著になる。そのため、上記の組成比から外れることは好ましくない。さらに、後述するように、エポキシ樹脂はポリイミド樹脂、特にポリイミドオリゴマーの架橋剤としても作用することから、テトラカルボン酸二無水物とジアミンの組成比は、本発明の接着剤組成物の必要とされる特性を考慮して、適宜決定することが望ましい。さらに、上記ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸は、50〜80℃の温度で加熱して解重合させることによって、その分子量を調整することもできる。ポリイミド樹脂は、上記反応物(ポリアミド酸)を脱水閉環させて得ることができる。脱水閉環は、加熱処理する熱閉環法と、脱水剤を使用する化学閉環法で行うことができる。
また、本発明の接着剤組成物の諸特性の低下を抑えるため、上記酸二無水物は、使用前に、モノマーの融点よりも10〜20℃低い温度で12時間以上加熱乾燥する、又は無水酢酸で再結晶精製処理されることが好ましく、原料の純度の指標として、示差走査熱量測計(DSC)による吸熱開始温度と吸熱ピーク温度の差が10℃以内であることが好ましい。なお、上記の吸熱開始温度および吸熱ピーク温度とは、DSC(パーキンエルマー社製DSC−7型)を用いて、サンプル量5mg、昇温速度5℃/min、測定雰囲気:窒素、の条件で測定したときの値を用いる。
上記ポリイミド樹脂の原料として用いられる上記テトラカルボン酸二無水物としては、特に制限は無く、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’、4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’、3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ベンゼン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,6−ジクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、2,7−ジクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−テトラクロロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、フェナンスレン−1,8,9,10−テトラカルボン酸二無水物、ピラジン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、チオフェン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,4,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,2’,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジメチルシラン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メチルフェニルシラン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ジフェニルシラン二無水物、1,4−ビス(3,4−ジカルボキシフェニルジメチルシリル)ベンゼン二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,3,3−テトラメチルジシクロヘキサン二無水物、p−フェニレンビス(トリメリテート無水物)、エチレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、デカヒドロナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸二無水物、4,8−ジメチル−1,2,3,5,6,7−ヘキサヒドロナフタレン−1,2,5,6−テトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、ピロリジン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ビス(エキソ−ビシクロ〔2,2,1〕ヘプタン−2,3−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ−〔2,2,2〕−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2、−ビス〔4−(3,4−ジカルボキシフェニル)フェニル〕プロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2、−ビス〔4−(3,4−ジカルボキシフェニル)フェニル〕ヘキサフルオロプロパン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、1,4−ビス(2−ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピル)ベンゼンビス(トリメリット酸無水物)、1,3−ビス(2−ヒドロキシヘキサフルオロイソプロピル)ベンゼンビス(トリメリット酸無水物)、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフリル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、テトラヒドロフラン−2,3,4,5−テトラカルボン酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、下記構造式(10)で表されるテトラカルボン酸二無水物、下記構造式(11)で表されるテトラカルボン酸二無水物等が挙げられ、中でも、優れた耐湿信頼性を付与できる点で、4,4’−オキシジフタル酸二無水物、又は下記構造式(11)で示されるテトラカルボン酸二無水物が好ましい。これらテトラカルボン酸二無水物は単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。
Figure 0004952585
(式中、nは2〜20の整数を示す)
Figure 0004952585
また、上記構造式(10)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、例えば、無水トリメリット酸モノクロライド及び対応するジオールから合成することができる。無水トリメリット酸モノクロライドとしては、例えば、1,2−(エチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,3−(トリメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,4−(テトラメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,5−(ペンタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,6−(ヘキサメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,7−(ヘプタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,8−(オクタメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,9−(ノナメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,10−(デカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,12−(ドデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,16−(ヘキサデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)、1,18−(オクタデカメチレン)ビス(トリメリテート無水物)等が挙げられる。
上記ポリイミド樹脂の原料として用いられる上記ジアミンとしては、特に制限はなく、例えば、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテメタン、ビス(4−アミノ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−アミノ−3,5−ジイソプロピルフェニル)メタン、3,3’−ジアミノジフェニルジフルオロメタン、3,4’−ジアミノジフェニルジフルオロメタン、4,4’−ジアミノジフェニルジフルオロメタン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルケトン、3,4’−ジアミノジフェニルケトン、4,4’−ジアミノジフェニルケトン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)プロパン、2,2’−(3,4’−ジアミノジフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−(3,4’−ジアミノジフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、3,3’−(1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン))ビスアニリン、3,4’−(1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン))ビスアニリン、4,4’−(1,4−フェニレンビス(1−メチルエチリデン))ビスアニリン、2,2−ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン、ビス(4−(3−アミノエノキシ)フェニル)スルフィド、ビス(4−(4−アミノエノキシ)フェニル)スルフィド、ビス(4−(3−アミノエノキシ)フェニル)スルフォン、ビス(4−(4−アミノエノキシ)フェニル)スルフォン、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、3,5−ジアミノ安息香酸等の芳香族ジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン、下記式(IX)で表される脂肪族エーテルジアミン、より具体的には下記構造式(IXa)の脂肪族エーテルジアミンのいずれか、または下記式(IXb)で表される脂肪族エーテルジアミン、さらに下記構造式(X)で表される脂肪族ジアミンなどが挙げられる。
Figure 0004952585
(式中、Q、Q、及びQは、各々独立に炭素数1〜10のアルキレン基を示し、mは2〜80の整数を示す)
Figure 0004952585
(式中、nは2〜80の整数を示す)
Figure 0004952585
(式中、pは0〜80の整数を示す)
Figure 0004952585
(式中、nは5〜20の整数を示す)
上記構造式(X)で表される脂肪族ジアミンは、具体的には、1,2−ジアミノエタン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカン、1,2−ジアミノシクロヘキサンなどが挙げられる。
また、上記ポリイミド樹脂の組成を決定する際には、そのガラス転移温度(以下、Tg)が100℃以下となるように設計することが好ましく、80℃以下にすることがより好ましく、−20〜60℃にすることがさらに好ましく、−20〜40℃にすることが特に好ましい。このTgが100℃を超えると、後述するように、ウェハ裏面への貼り付け温度が80℃を超える可能性が高くなる。一方、このTgが−20℃を下回ると、本発明の接着剤組成物からなるフィルム表面の、Bステージ状態でのタック性が強くなり過ぎて、取り扱い性が悪くなる傾向にある。このTgが100℃以下となるように設計するためには、ポリイミド樹脂の原料となるジアミンとして、前記式(IXb)で表される脂肪族エーテルジアミンを用いることが好ましい。具体的には、サンテクノケミカル(株)製ジェファーミンD−230,D−400,D−2000,D−4000,ED−600,ED−900,ED−2001,EDR−148,BASF(製)ポリエーテルアミンD−230,D−400,D−2000等のポリオキシアルキレンジアミン等の脂肪族エーテルジアミンが挙げられる。前記式(IXb)で表される脂肪族エーテルジアミンは、当該式(IXb)のpが10以上である場合には、全ジアミンの1〜80モル%であることが好ましく、より好ましくは5〜60モル%である。1モル%を下回ると、本発明の接着剤組成物に低温接着性、熱時流動性を付与することが困難になる傾向にあり、一方で80モル%を超えると、ポリイミド樹脂のTgが低くなり過ぎて、フィルムの自己支持性が損なわれる可能性が高くなる傾向にある。なお、上記Tgは、本発明の接着剤組成物をフィルム化したときの主分散ピーク温度であり、レオメトリックス製、粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、フィルムサイズ35mm×10mm×40μm厚、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で測定し、Tg付近のtanδピーク温度を測定し、これを主分散温度とした。
また、上記ジアミンとして、下記一般式(12)で表されるシロキサンジアミンを用いることもできる。
Figure 0004952585
(式中、Q及びQは各々独立に炭素数1〜5のアルキレン基又は置換基を有してもよいフェニレン基を示し、Q、Q、Q、及びQは各々独立に炭素数1〜5のアルキル基、フェニル基又はフェノキシ基を示し、pは1〜5の整数を示す)
より具体的には、上記式(12)中、<pが1のとき>、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ビス(4−アミノフェニル)ジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェノキシ−1,3−ビス(4−アミノエチル)ジシロキサン、1,1,3,3−テトラフェニル−1,3−ビス(2−アミノエチル)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、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ビス(2−アミノエチル)ジシロキサン、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−テトラメチル−1,3−ビス(3−アミノブチル)ジシロキサン、1,3−ジメチル−1,3−ジメトキシ−1,3−ビス(4−アミノブチル)ジシロキサン等があり、<pが2のとき>、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチル−1,5−ビス(4−アミノフェニル)トリシロキサン、1,1,5,5−テトラフェニル−3,3−ジメチル−1,5−ビス(3−アミノプロピル)トリシロキサン、1,1,5,5−テトラフェニル−3,3−ジメトキシ−1,5−ビス(4−アミノブチル)トリシロキサン、1,1,5,5−テトラフェニル−3,3−ジメトキシ−1,5−ビス(5−アミノペンチル)トリシロキサン、1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジメトキシ−1,5−ビス(2−アミノエチル)トリシロキサン、1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジメトキシ−1,5−ビス(4−アミノブチル)トリシロキサン、1,1,5,5−テトラメチル−3,3−ジメトキシ−1,5−ビス(5−アミノペンチル)トリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサメチル−1,5−ビス(3−アミノプロピル)トリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサエチル−1,5−ビス(3−アミノプロピル)トリシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘキサプロピル−1,5−ビス(3−アミノプロピル)トリシロキサンなどのシロキサンジアミンが挙げられる。
なお、上記した各種ジアミンは単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。さらに、上記した各種の酸二無水物およびジアミンから得られる各種のポリイミド樹脂は、単独又は必要に応じて2種以上を混合(ブレンド)してもよい。
また、上記ポリイミド樹脂の重量平均分子量は、10000〜200000の範囲内で制御されていることが好ましく、10000〜100000がより好ましく、20000〜80000が特に好ましい。上記ポリイミド樹脂の重量平均分子量が10000〜200000の範囲にあると、これを含む本発明の接着剤組成物をシート状又はフィルム状としたときの強度、可とう性、及びタック性が適当であり、また、熱時流動性が適当であるため、基板表面配線段差への良好な埋込性を確保できる。なお、上記重量平均分子量が10000より小さいと、フィルム形成性が悪くなる傾向にあり、また、フィルムの強度が小さくなる傾向にある。一方、上記重量平均分子量が200000を超えると、熱時の流動性が悪くなり、基板上の凹凸に対する埋め込み性が低下する傾向にあるので、いずれも好ましくない。また、上記の重量平均分子量とは、高速液体クロマトグラフィー(島津製作所製C−R4A)を用いて、ポリスチレン換算で測定したときの重量平均分子量である。
上記したように、(A)熱可塑性樹脂として用いるポリイミド樹脂のTgが100℃以下で、かつその重量平均分子量が10000〜200000の範囲内であると、これを含む本発明の接着剤組成物からなる接着シート又はフィルム状接着剤のウェハ裏面への貼り付け温度を低く抑えることができるだけでなく、半導体素子を半導体素子搭載用支持部材に接着固定する際の加熱温度(ダイボンディング温度)をも低くすることができ、半導体素子の反りの増大を抑制できる。さらに、ダイボンディング時の流動性を有効に付与できる。また、上記半導体素子搭載用支持部材が有機基板の場合、ダイボンディング時の加熱温度での前記有機基板の吸湿水分の気化による蒸気圧を押さえ込む強度を確保でき、前記蒸気圧によるダイボンディング材層の発泡を抑制できる。
本発明の接着剤組成物は、上記必須成分(A)、(B)および(C)に加え、さらに、(D)マレイミド化合物および/または単官能縮合多環オキサジン化合物を含有してなることが好ましい。
上記マレイミド化合物としては、特に限定されないが、分子内にマレイミド基を2個以上含む化合物であることが好ましく、例えば、下記一般式(V)で表されるビスマレイミド化合物、又は、下記一般式(VI)で表されるノボラック型マレイミド化合物などが挙げられる。
Figure 0004952585
(式中、Rは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基)
Figure 0004952585
(式中、nは0〜20の整数を示す。)
前記式(V)中のRは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基であれば、特に限定されることはないが、好ましくは、ベンゼン残基、トルエン残基、キシレン残基、ナフタレン残基、直鎖、分岐、若しくは環状アルキル基、又はこれらの混合基が挙げられ、より好ましくは、前記構造式(Ia)、(Ib)、(Ic)または下記構造式(Id)に示すいずれか1種以上の2価の有機基が挙げられる。
Figure 0004952585
(式中、nは1〜10の整数である。)
中でも、本発明の接着剤組成物のCステージでの耐熱性及び高温接着力を有効に付与できる点で、下記構造式(Va)のビスマレイミド化合物および/または前記一般式(VI)のノボラック型マレイミド化合物が好ましく用いられる。
Figure 0004952585
また、上記マレイミド化合物の硬化のために、アリル化ビスフェノールA、シアネートエステル化合物などを併用したり、過酸化物などの触媒を使用することもできる。これら硬化のための化合物や触媒の添加量、及び添加の有無については、目的とする特性を確保できる範囲で適宜調整する。
また、上記単官能縮合多環オキサジン化合物は、下記一般式(VII)で示される化合物である。
Figure 0004952585
(式中[A]は隣接する炭素原子がオキサジン環を共有して縮合環を形成する単環又は縮合多環芳香族炭化水素環を示し、R及びRは各々独立に水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、すべてが同一でも異なっていてもよい。nは0又は1〜4の整数を示す。)
上記一般式(VII)中の〔A〕で示される隣接する炭素原子をオキサジン環と共有して縮合環を形成する単環又は縮合多環芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環などが挙げられ、中でもベンゼン環が好ましい。また、R及びRとしては、たとえば、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル、デシル基、ドデシル基等の鎖状アルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の環状アルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアリール基置換アルキル基、メトキシ基置換アルキル基、エトキシ基置換アルキル基、ブトキシ基置換アルキル基等のアルコキシ基置換アルキル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のアミノ基置換アルキル基、水酸基置換アルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基等の無置換アリール基、トリル基、ジメチルフェニル基、エチルフェニル基、ブチルフェニル基、t−ブチルフェニル基、ジメチルナフチル基等のアルキル基置換アリール基、メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ブトキシフェニル基、t−ブトキシフェニル基、メトキシナフチル基等のアルコキシ基置換アリール基などが挙げられ、中でも水素原子、メチル基、フェニル基、トリル基、アリル基が好ましい。また、上記一般式(VII)中のnは0又は1〜4の整数を示し、0又は1であることが好ましい。
上記単官能縮合多環オキサジン化合物の好ましい構造としては、下記一般式(VIII)で示され、更に下記構造式(1)〜(9)の化合物を例示することができる。
Figure 0004952585
(式中RおよびRは各々独立に水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、すべてが同一でも異なっていてもよい。nは0又は1〜4の整数を示す。)
Figure 0004952585
上記単官能縮合多環オキサジン化合物は、フェノール性水酸基を1分子中に1個有し、水酸基に対してオルト位の少なくとも1つが置換されていない単環又は縮合多環フェノール類、ホルムアルデヒド及びアミノ基を1分子中に1個有する1級アミン類から公知の方法で合成することができる。たとえば、ジオキサン、トルエン、メタノール、エチレングリコールジメチルエーテルなどの溶媒にフェノール類を溶解させ、1級アミン類とホルムアルデヒドをその中に添加する方法が使用できる。通常は無触媒で反応を進行させるが、触媒としてアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物、3級アミンなどを用いることもできる。原料の仕込み比は、通常、フェノール類/1級アミン類/ホルムアルデヒド=1/1/2(モル比)とし、反応温度60〜120℃で2〜24時間反応させる。所定時間経過後、反応生成物である有機層と反応で生成した縮合水とを蒸留等で系外へ除去することで目的とする単官能縮合多環オキサジン化合物を得ることができる。
上記(D)マレイミド化合物および/または単官能縮合多環オキサジン化合物を使用する場合の配合量は、(A)熱可塑性樹脂100重量部に対して、上記(D)マレイミド化合物及び単官能縮合多環オキサジン化合物の合計量が1〜200重量部であることが好ましく、5〜100重量部であることがより好ましく、10〜80重量部であることが特に好ましい。この配合量が1重量部未満では、Cステージでの耐熱性を有効に付与できなくなる傾向にあり、200重量部を超えると、フィルム形成性が損なわれる傾向にある。
さらに、本発明の接着剤組成物は、(E)エポキシ樹脂を含有してなることが好ましい。用いる(E)エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、分子内に少なくとも2個のエポキシ基を含むものがより好ましく、硬化性や硬化物特性の点からフェノールのグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂が極めて好ましい。具体的には、例えば、ビスフェノールA型(又はAD型、S型、F型)のグリシジルエーテル、水添加ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、エチレンオキシド付加体ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、プロピレンオキシド付加体ビスフェノールA型のグリシジルエーテル、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ビスフェノールAノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ナフタレン樹脂のグリシジルエーテル、3官能型(又は4官能型)のグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂のグリシジルエーテル、ダイマー酸のグリシジルエステル、3官能型(又は4官能型)のグリシジルアミン、ナフタレン樹脂のグリシジルアミン等が挙げられる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。また、これらのエポキシ樹脂は、不純物イオンである、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ハロゲンイオン、特に塩素イオンや加水分解性塩素等を300ppm以下に低減した高純度品であることがエレクトロマイグレーション防止や金属導体回路の腐食防止のために好ましい。
また、(A)熱可塑性樹脂として前述のポリイミド樹脂を使用した場合には、(E)エポキシ樹脂は、ポリイミド樹脂中に含まれるオリゴマー成分の酸、又はアミンなどの反応性末端基と熱により反応するため、ポリイミド樹脂の架橋剤としても作用する。よって、(A)熱可塑性樹脂として、ポリイミド樹脂を選択する場合は、(B)ビスアリルナジイミド、及び(C)2官能以上のアクリレート化合物に加えて、(E)エポキシ樹脂を配合することが、Cステージでの高架橋密度を達成でき、高温時の高接着力を本発明の接着剤組成物に付与できる点で好ましい。また、本発明の接着剤組成物にBステージでの良好な熱時流動性を付与するためには、(E)エポキシ樹脂として、液状のエポキシ樹脂を選択、使用することが好ましい。また、(E)エポキシ樹脂の配合量は、(A)熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.01〜200重量部が好ましく、1〜100重量部がより好ましく、5〜50重量部がさらにより好ましい。この配合量が0.01重量部を下回ると、エポキシ樹脂の添加による高温時の高接着力の効果が得られ難い傾向にあり、200重量部を超えると、フィルム形成性が損なわれ、系全体のイオン性不純物が多くなり、加熱時のアウトガス量が多くなり、また、接着性が低下する傾向にある。
また、上記(E)エポキシ樹脂を使用する場合は、必要に応じて硬化剤を使用することもでき、これにより、半導体装置組立加熱時に、半導体素子又は装置等の汚染の原因となる加熱時のアウトガスを抑制できる。この硬化剤としては、例えば、フェノール系化合物、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族ポリアミン、ポリアミド、脂肪族酸無水物、脂環族酸無水物、芳香族酸無水物、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド、三フッ化ホウ素アミン錯体、イミダゾール類、第3級アミン等が挙げられ、中でもフェノール系化合物が好ましく、分子中に少なくとも2個のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物がより好ましい。このようなフェノール系化合物としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、t−ブチルフェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジェンクレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジェンフェノールノボラック樹脂、キシリレン変性フェノールノボラック樹脂、ナフトール系化合物、トリスフェノール系化合物、テトラキスフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、ポリ−p−ビニルフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等が挙げられ、中でも、数平均分子量が400〜1500の範囲内のものが好ましい。なお、本発明の接着剤組成物の硬化物の耐熱性を確保するためにも、フェノール系化合物の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量と、フェノール系化合物のOH当量の当量比が、0.95〜1.05:0.95〜1.05となることが好ましい。
また、必要に応じて、硬化促進剤を使用することもできる。この硬化促進剤としては、熱硬化性樹脂の硬化を促進させるものであれば特に制限はなく、公知のものを使用することができ、例えば、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メチルイミダゾール−テトラフェニルボレート、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7−テトラフェニルボレート等が挙げられる。
さらに、本発明の接着剤組成物には、(F)フィラーを配合してもよい。このフィラーとしては、例えば、銀粉、金粉、銅粉、ニッケル粉等の金属フィラー、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、結晶性シリカ、非晶性シリカ、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化鉄、セラミック等の無機フィラー、カーボン、ゴム系フィラー等の有機フィラー等が挙げられ、種類・形状等にかかわらず、特に制限なく使用することができる。
上記(F)フィラーは、所望する接着剤組成物の機能に応じて使い分けることができる。例えば、金属フィラーは、接着剤組成物に導電性、熱伝導性、チキソ性等を付与する目的で添加され、非金属無機フィラーは、接着剤組成物に熱伝導性、低熱膨張性、低吸湿性等を付与する目的で添加され、有機フィラーは接着剤組成物に靭性等を付与する目的で添加される。これら金属フィラー、無機フィラー又は有機フィラーは、単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。中でも、半導体装置用接着材料に求められる、導電性、熱伝導性、低吸湿特性、絶縁性等を付与できる点で、金属フィラー、無機フィラー、又は絶縁性のフィラーを用いることが好ましく、無機フィラー又は絶縁性フィラーの中では、樹脂ワニスに対する分散性が良好で、かつ熱時の高い接着力を付与できる点で窒化ホウ素が好ましい。
また、上記(F)フィラーの平均粒子径は10μm以下、最大粒子径は25μm以下であることが好ましく、平均粒子径が5μm以下、最大粒子径が20μm以下であることがより好ましい。平均粒子径が10μmを超え、かつ最大粒子径が25μmを超えると、破壊靭性向上の効果が得られない傾向がある。下限は特に制限はないが、通常、どちらも1nm程度である。また、上記(F)フィラーは、平均粒子径10μm以下、最大粒子径は25μm以下の両方を満たすことが好ましい。最大粒子径が25μm以下であるが平均粒子径が10μmを超えるフィラーを使用すると、高い接着強度が得られない傾向がある。また、平均粒子径は10μm以下であるが最大粒子径が25μmを超えるフィラーを使用すると、粒径分布が広くなり接着強度にばらつきが出やすくなる。また、本発明において、接着剤組成物を薄膜フィルム状に加工して使用する際、表面が粗くなり接着力が低下する傾向がある。なお、上記フィラーの平均粒子径及び最大粒子径の測定方法としては、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、200個程度のフィラーの粒径を測定する方法等が挙げられる。SEMを用いた測定方法としては、例えば、接着剤組成物をフィルム状にしたものを用いて半導体素子と半導体搭載用支持部材とを接着した後、加熱硬化(好ましくは150〜200℃で1〜10時間)させたサンプルを作製し、このサンプルの中心部分を切断して、その断面をSEMで観察する方法等が挙げられる。このとき、前述の粒子径の条件を共に満たすフィラーの存在確率が全フィラーの80%以上であることが好ましい。
上記(F)フィラーの配合量は、本発明の接着剤組成物に付与する特性、又は機能に応じて決められるが、樹脂成分とフィラーの合計に対して、1〜50体積%、好ましくは2〜40体積%、さらに好ましくは5〜30体積%である。フィラーを増量させることにより、高弾性率化が図れ、ダイシング性(ダイサー刃による切断性)、ワイヤボンド性(超音波効率)、熱時の接着強度を有効に向上させることができる。ただし、フィラーを必要以上に増量させると、本発明の特徴である低温貼付性及び被着体との界面接着性が損なわれ、耐リフロー性を含む信頼性の低下を招くため、フィラーの使用量は上記の範囲内に収めることが好ましい。求められる特性のバランスをとるべく、最適フィラー含量を決定することが望まれる。また、フィラーを配合する場合の混合・混練は、通常の攪拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。
また、本発明の接着剤組成物には、必要に応じて、(G)光開始剤を配合することもできる。この(G)光開始剤とは、放射線照射によって遊離ラジカルを生成する光重合開始剤、あるいは放射線照射によって塩基を発生する光塩基発生剤などである。
上記光重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン、N,N′−テトラメチル−4,4′−ジアミノベンゾフェノン(ミヒラーケトン)、N,N′−テトラエチル−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、4−メトキシ−4′−ジメチルアミノベンゾフェノン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン−1、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−メチル−1−(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパノン−1、2,4−ジエチルチオキサントン、2−エチルアントラキノン、フェナントレンキノン等の芳香族ケトン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインフェニルエーテル等のベンゾインエーテル、メチルベンゾイン、エチルベンゾイン等のベンゾイン、ベンジルジメチルケタール等のベンジル誘導体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(o−クロロフェニル)−4,5−ジ(m−メトキシフェニル)イミダゾール二量体、2−(o−フルオロフェニル)−4,5−フェニルイミダゾール二量体、2−(o−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2−(p−メトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体、2,4−ジ(p−メトキシフェニル)−5−フェニルイミダゾール二量体、2−(2,4−ジメトキシフェニル)−4,5−ジフェニルイミダゾール二量体等の2,4,5−トリアリールイミダゾール二量体、9−フェニルアクリジン、1,7−ビス(9−アクリジニル)ヘプタン等のアクリジン誘導体などが挙げられ、これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。また、上記光重合開始剤の使用量としては、特に制限はないが、上記(C)2官能以上のアクリレート化合物100質量部に対して通常0.01〜30質量部が好ましい。
また、上記光塩基発生剤は、放射線照射時に塩基を発生する化合物であれば特に制限は受けない。発生する塩基としては、反応性、硬化速度の点から強塩基性化合物が好ましい。一般的には、塩基性の指標として酸解離定数の対数であるpKa値が使用され、水溶液中でのpKa値が7以上となる塩基が好ましく、さらに9以上となる塩基がより好ましい。このような塩基性を示す化合物の例としては、イミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、1−メチルイミダゾール等のイミダゾール誘導体、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン等のピペラジン誘導体、ピペリジン、1,2−ジメチルピペリジン等のピペリジン誘導体、プロリン誘導体、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等のトリアルキルアミン誘導体、4−メチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン等の4位にアミノ基またはアルキルアミノ基が置換したピリジン誘導体、ピロリジン、n−メチルピロリジン等のピロリジン誘導体、トリエチレンジアミン、1,8−ジアザビスシクロ(5,4,0)ウンデセン−1(DBU)等の脂環式アミン誘導体、ベンジルメチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ベンジルジエチルアミン等のベンジルアミン誘導体等が挙げられる。
塩基を放射線照射によって発生するものとしては、例えば、Journal of Photopolymer Science and Technology 12巻、313〜314項(1999年)やChemistry of Materials 11巻、170〜176項(1999年)等に記載されている4級アンモニウム塩誘導体を用いることができる。これらは、活性光線の照射により高塩基性のトリアルキルアミンを生成するため、エポキシ樹脂の硬化には最適である。また、Journal of American ChemicalSociety 118巻 12925頁(1996年)やPolymer Journal 28巻 795頁(1996年)等に記載されているカルバミン酸誘導体を用いることができる。また、活性光線の照射により1級のアミノ基を発生するオキシム誘導体、光ラジカル発生剤として市販されている2−メチル−1(4−(メチルチオ)フェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン(Ciba Speciality Chemicals社製イルガキュア907)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1(Ciba Speciality Chemicals社製イルガキュア369)、ヘキサアリールビスイミダゾール誘導体(ハロゲン、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基等の置換基がフェニル基に置換されていてもよい)、ベンゾイソオキサゾロン誘導体等を用いることができる。また、活性光線による塩基発生剤の他に、光フリース転位、光クライゼン転位(光Cleisen転位)やクルチウス転位(Curtius転位)、スチーブンス転位(Stevens転位)によって塩基性化合物を発生させ、エポキシ樹脂の硬化を行うことができる。
また、上記光塩基発生剤は、分子量500以下の低分子化合物として用いる他、高分子の主鎖及び側鎖に導入した化合物を用いても良い。この場合の分子量としては、粘接着剤としての粘接着性、流動性の観点から重量平均分子量1,000〜100,000が好ましく、より好ましくは5,000〜30,000である。これらの化合物は、室温で放射線を照射しない状態ではエポキシ樹脂と反応性を示さないため、室温での貯蔵安定性は非常に優れているという特徴を持つ。
以上の(G)光開始剤を使用することにより、半導体装置の組立工程において、ダイシング工程終了後、上記(G)光開始剤を含有する本発明のフィルム状接着剤に放射線を照射し、(C)アクリレート化合物、および/またはマレイミド化合物を重合硬化せしめ、フィルム状接着剤と基材界面の粘着力を低下させて、半導体素子のピックアップを可能にする。
本発明の接着剤組成物には、異種材料間の界面結合を良くするために、各種カップリング剤を添加することもできる。カップリング剤としては、例えば、シラン系、チタン系、アルミニウム系等が挙げられ、中でも効果が高い点で、シラン系カップリング剤が好ましい。上記カップリング剤の使用量は、その効果や耐熱性及びコストの面から、(A)熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.01〜20重量部とするのが好ましい。
本発明の接着剤組成物には、当該組成物中に含まれうるイオン性不純物を吸着して、吸湿時の絶縁信頼性を向上させるための、イオン捕捉剤を添加することもできる。このようなイオン捕捉剤としては、特に制限はなく、例えば、トリアジンチオール化合物やビスフェノール系還元剤等の、銅がイオン化して溶け出すのを防止するための銅害防止剤として知られる化合物、ジルコニウム系、アンチモンビスマス系マグネシウムアルミニウム化合物等の無機イオン吸着剤などが挙げられる。上記イオン捕捉剤の使用量は、添加による効果や耐熱性、コスト等の点から、上記(A)熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.01〜10重量部であることが好ましい。
本発明の接着剤組成物は、必要に応じて、(B)ビスアリルナジイミド、(C)2官能以上のアクリレート化合物、(D)マレイミド化合物および/または単官能縮合多環オキサジン化合物、ならびに(E)エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂を使用することができる。熱硬化性樹脂は、熱により架橋反応を起こす反応性化合物であり、このような化合物としては、例えば、シアネートエステル樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、トリアリルシアヌレート樹脂、ポリイソシアネート樹脂、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌラートを含有する樹脂、トリアリルトリメリタートを含有する樹脂、シクロペンタジエンから合成された熱硬化性樹脂、芳香族ジシアナミドの三量化による熱硬化性樹脂等が挙げられ、これら熱硬化性樹脂は単独で又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。また、上記熱硬化性樹脂の硬化のために、硬化剤や触媒を使用することができ、必要に応じて硬化剤と硬化促進剤、又は触媒と助触媒を併用することができる。
上記熱硬化性樹脂を使用する場合、その配合量は、低アウトガス性とフィルム形成性(靭性)を両立でき、かつ熱硬化による耐熱性を有効に付与する観点で、適宜調整する。好ましくは、(A)熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.01〜100重量部である。
さらに、本発明の接着剤組成物には、適宜、軟化剤、老化防止剤、着色剤、難燃剤、テルペン系樹脂等の粘着付与剤、熱可塑系高分子成分を添加しても良い。接着性向上、硬化時の応力緩和性を付与するため用いられる熱可塑系高分子成分としては、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリルゴム等が挙げられる。これら高分子成分は、分子量が5,000〜500,000のものが好ましい。
(フィルム状接着剤の製造方法)
本発明のフィルム状接着剤は、例えば、上記したような本発明の接着剤組成物を有機溶媒中で混合、混練してワニスを調製した後、基材フィルム上に当該ワニスの層を形成させ、加熱乾燥した後に基材フィルムを除去することで得ることができる。なお、上記の混合、混練は、通常の攪拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。また、上記加熱乾燥の条件は、使用した溶媒が充分に揮散する条件であれば特に制限はないが、通常50〜200℃で、0.1〜90分間加熱して行う。上記有機溶媒、即ちワニス溶剤は、本発明の接着剤組成物を均一に溶解、混練又は分散できるものであれば制限はなく、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N―メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブ、ジオキサン、シクロヘキサノン、酢酸エチル等が挙げられる。
また、上記基材フィルムは、上記の加熱、乾燥条件に耐えうるものであれば特に限定するものではなく、例えば、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等が挙げられる。また、基材フィルムは異種または同種の基材フィルムを2層以上積層した多層フィルムであってもよく、表面がシリコーン系等の離型剤などで処理されたものであってもよい。
また、本発明のフィルム状接着剤の厚みは、用途や使用方法に応じて適宜決定すればよく、特に限定されないが、1〜100μmであることが好ましい。
また、本発明のフィルム状接着剤の形態としては、図1に示すように、単層のフィルム状接着剤1が挙げられる。この形態の場合、1〜20mm幅程度のテープ状や10〜50cm幅程度のフィルム状とし、巻き芯に巻いた形態で搬送することが好ましい。また、基材フィルム2の片面(図示せず)又は両面(図2参照)にフィルム状接着剤1の層を設けてなる構造でもよい。尚、フィルム状接着剤の損傷・汚染を防ぐために適宜フィルム状接着剤にカバーフィルムを設けることなどもでき、例えば、図3に示されるように、基材フィルム2の上にフィルム状接着剤1の層を設け、さらにカバーフィルム3を設ける構造を有する形態としてもよい。
次に、好ましい態様をいくつか挙げながら本発明を説明する。
本発明の1態様としてのフィルム状接着剤は、使用前(半導体素子を被着体に接着する前)の主分散ピーク温度が100℃以下であることが好ましい。より好ましくは、主分散ピーク温度が−20℃〜80℃である。前記主分散ピーク温度とは、使用前のフィルム状接着剤について、レオメトリックス製粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、フィルム状接着剤サイズ35mm×10mm、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で、引張モードで測定したときのTg付近のtanδピーク温度である。この主分散ピーク温度(tanδピーク温度)が−20℃未満であると、フィルム状接着剤表面のタック力が強くなり過ぎて、取り扱い性が悪くなる傾向にあり、前記tanδピーク温度が100℃を超えるとウェハ裏面への貼り付け可能温度が100℃を超える可能性が高くなる。なお、本発明のフィルム状接着剤のウェハ裏面への貼り付け可能温度は、ウェハの保護テープ及びダイシングシートの軟化温度以下であることが好ましく、また、半導体ウェハの反りを抑えるという観点からも、20〜100℃であることがより好ましく、20〜80℃であることがさらに好ましく、20〜60℃であることが特に好ましい。このような温度範囲でのウェハ裏面への貼り付けを可能にするためには、前述の通り、フィルム状接着剤のTgを100℃以下にすることが好ましく、そのためには、(A)熱可塑性樹脂のTgを100℃以下にすることが好ましく、80℃以下にすることがより好ましく、−20〜80℃にすることがさらに好ましく、−20〜60℃にすることが特に好ましい。(A)熱可塑性樹脂のTgが100℃を超えると、ウェハ裏面への貼り付け温度が80℃を超える可能性が高くなり、このTgが−20℃を下回ると、Bステージ状態でのフィルム表面のタック性が強くなり過ぎて、取り扱い性が悪くなる傾向にある。
本発明の1態様としてのフィルム状接着剤は、使用前(半導体素子を被着体に接着する前)に180℃の熱盤上でこれを加熱圧着したときのフロー量が1000μm以上であることが好ましい。より好ましくは1500μm以上であり、上限は特に設けないが、4000μm以下であることが望ましい。このフロー量が1000μm未満であると、ダイボンド時の熱と圧力によって、フィルム状接着剤が配線付き有機基板上の凹凸を十分に埋め込む熱時流動性の確保が困難になる傾向がある。また、このフロー量が4000μmを超えると、ダイボンド時の熱と圧力によって、フィルム状接着剤の流動が大きくなり、半導体素子の面積からはみ出る可能性が高くなると共に、上記の基板上の凹凸間に残存する気泡を巻き込み易くなり、ボイドとなってフィルム状接着剤層に残存し、このボイドが起点となって、吸湿リフロー時に発泡し易くなる傾向にある。なお、フロー量とは、10mm×10mm×40μm厚サイズ(尚、厚みは±5μmの誤差で調整した。以下、厚みの誤差についての記載は前記と同様のため省略する。)のフィルム状接着剤が基材(50μm厚PETフィルム)上に形成されたサンプルを、2枚のスライドグラス(MATSUNAMI製、76mm×26mm×1.0〜1.2mm厚)の間に挟み、180℃の熱盤上で100kgf/cmの面圧を加え、90sec加熱圧着した後、上記サンプルの4辺からのはみ出し量を光学顕微鏡でそれぞれ計測したときの平均値である。また、上記フロー量は、例えば、フィラーの配合量を増減することにより、容易に調整することができる。
また、本発明の1態様として、ダイボンディングフィルムとしての機能を果たす本発明のフィルム状接着剤とダイシングシートとを積層した構造を有する接着シートが挙げられる。上記ダイシングシートとしては、例えば、基材フィルム上にダイシングシートとしての機能を果たす粘着剤層が積層されたものやダイシングシートとしての機能を果たす基材フィルムそのものなどが挙げられる。本発明の接着シートとして、より具体的には、図4に示すように、基材フィルム7、粘着剤層6及び本発明のフィルム状接着剤1とをこの順に積層してなる接着シート4、又は図5に示すように、基材フィルム7と本発明のフィルム状接着剤1を積層してなる接着シート4が挙げられる。このような本発明の接着シートは、ダイシングシートとダイボンディングフィルムの両者に要求される特性を兼ね備え、ダイシング時にはダイシングシートとして、ダイボンディング時にはダイボンディングフィルムとしての機能を発揮する一体型の接着シートである。つまり、半導体ウェハの裏面に、本発明の接着シートのフィルム状接着剤を加熱しながらラミネートし、ダイシングした後、フィルム状接着剤付き半導体素子としてピックアップすることができる。なお、この態様の場合、本発明のフィルム状接着剤は予めウェハに近い形状に形成されている(プリカット)ことが好ましい。
上記粘着剤層は、感圧型、又は放射線硬化型のどちらでも良いが、放射線硬化型の方が、ダイシング時には高粘着力を有し、ピックアップする前に紫外線(UV)を照射することにより、低粘着力になり、粘着力の制御がし易いという点で好ましい。上記放射線硬化型の粘着剤層としては、ダイシング時には半導体素子が飛散しない十分な粘着力を有し、その後の半導体素子のピックアップ工程においては半導体素子を傷つけない程度の低い粘着力を有するものであれば特に制限されることなく従来公知のものを使用することができる。
また、上記基材フィルムは、引張テンションを加えたときの伸び(通称、エキスパンド)を確保できるものであればよく、特に制限はないが、その材質がポリオレフィンであることが好ましい
本発明の接着剤組成物およびフィルム状接着剤は、IC、LSI等の半導体素子と、42アロイリードフレーム、銅リードフレーム等のリードフレーム;ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等のプラスチックフィルム;ガラス不織布等基材にポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等のプラスチックを含浸、硬化させたもの;半導体搭載用支持部材;などの被着体と、を貼り合せるためのダイボンディング用接着材料として用いることができる。中でも、表面に有機レジスト層を具備してなる有機基板、表面に配線有する有機基板等の表面に凹凸を有する有機基板と半導体素子とを接着するためのダイボンディング用接着材料として好適に用いられる。
また、複数の半導体素子を積み重ねた構造のStacked−PKGにおいて、半導体素子と半導体素子とを接着するための接着材料としても好適に用いられる。
本発明のフィルム状接着剤の用途について、本発明のフィルム状接着剤を備える半導体装置について図面を用いて具体的に説明する。尚、近年は様々な構造の半導体装置が提案されており、本発明のフィルム状接着剤の用途は、以下に説明する構造の半導体装置に限定されるものではない。
図6には一般的な構造の半導体装置が示されている。図6において、半導体素子9は本発明のフィルム状接着剤1を介して半導体搭載用支持部材10に接着され、半導体素子9の接続端子(図示せず)はワイヤ11を介して外部接続端子(図示せず)と電気的に接続され、封止材12によって封止されている。
また、図7には半導体素子同士を接着した構造を有する半導体装置の一例が示されている。図7において、一段目の半導体素子9aは本発明のフィルム状接着剤1を介して半導体搭載用支持部材10に接着され、一段目の半導体素子9aの上に更に本発明のフィルム状接着剤1を介して二段目の半導体素子9bが接着されている。一段目の半導体素子9a及び二段目の半導体素子9bの接続端子(図示せず)は、ワイヤ11を介して外部接続端子と電気的に接続され、封止材12によって封止されている。このように、本発明のフィルム状接着剤は、半導体素子を複数重ねる構造の半導体装置にも好適に使用できる。
尚、前記構造を備える半導体装置(半導体パッケージ)は、例えば、半導体素子と半導体搭載用支持部材との間に本発明のフィルム状接着剤を挾み、加熱圧着して両者を接着させ、その後ワイヤボンド工程、必要に応じて封止材による封止工程等の工程を経ることにより得られる。前記加熱圧着工程における加熱温度は、通常、20〜250℃、荷重は、通常、0.01〜20kgf、加熱時間は、通常、0.1〜300秒間である。
以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
<ポリイミド樹脂(PI)の合成>
(PI−1)
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した300mLフラスコ中に、1,12−ジアミノドデカン2.71g(0.045mol)、ポリエーテルジアミン(BASF製、D2000(分子量:1923))5.77g(0.01mol)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(信越化学製、LP−7100)3.35g(0.045mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン113gを仕込んだ反応液を攪拌した。1,12−ジアミノドデカン及びポリエーテルジアミンが溶解した後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸で再結晶精製した4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸二無水物)15.62g(0.1mol)(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピーク温度の差:5.0℃)を少量ずつ添加した。室温で8時間反応させた後、キシレン75.5gを加え、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱することにより、水と共にキシレンを共沸除去した。その反応液を大量の水中に注ぎ、沈澱したポリマーを濾過により採り、乾燥してポリイミド樹脂(PI−1)を得た。得られたポリイミド樹脂のGPCを測定したところ、ポリスチレン換算で、Mw=53800、Mn=17300であった。また、得られたポリイミド樹脂のTgは、22℃であった。
(PI−2)
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した300mLフラスコ中に、1,12−ジアミノドデカン2.10g(0.035mol)、ポリエーテルジアミン(BASF製、D2000(分子量:1923))17.31g(0.03mol)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(信越化学製、LP−7100)2.61g(0.035mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン113gを仕込んだ反応液を攪拌した。1,12−ジアミノドデカン、及びポリエーテルジアミンが溶解した後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸からの再結晶により精製した4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸二無水物)15.62g(0.1mol)(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピーク温度の差:5.0℃)を少量ずつ添加した。室温で8時間反応させた後、キシレン75.5gを加え、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱することにより、水と共にキシレンを共沸除去した。その反応液を大量の水中に注ぎ、沈澱したポリマーを濾過により採り、乾燥してポリイミド樹脂(PI−2)を得た。得られたポリイミド樹脂のGPCを測定したところ、ポリスチレン換算で、Mw=70000、Mn=20800であった。また、得られたポリイミド樹脂のTgは53℃であった。
(PI−3)
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を装着した300mLフラスコ中に、ポリエーテルジアミン(BASF製、D400(分子量:452.4))32.60g(0.1mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン105gを仕込んだ反応液を攪拌した。前記ポリエーテルジアミンが溶解した後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸で再結晶精製した4,4’−(4,4’−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸二無水物)37.40g(0.1mol)(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピーク温度の差:5.0℃)を少量ずつ添加した。窒素ガスを吹き込みながら170℃で5時間加熱することにより、発生する水を留去した。その反応液を大量の水中に注ぎ、沈澱したポリマーを濾過により採り、乾燥してポリイミド樹脂(PI−3)を得た。得られたポリイミド樹脂のGPCを測定したところ、ポリスチレン換算で、Mw=72000、Mn=34000であった。また、得られたポリイミド樹脂のTgは、37℃であった。
(PI−4)
温度計、攪拌機及び塩化カルシウム管を備えた300mlフラスコに、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン6.83g(0.05モル)、4,9−ジオキサデカン−1,12−ジアミン3.40g(0.05モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン110.5gを仕込み攪拌した。ジアミンの溶解後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸で再結晶精製したデカメチレンビストリメリテート二無水物17.40g(0.10モル)(DSCによる発熱開始温度と発熱ピーク温度の差:5.0℃)を少量ずつ添加した。室温で8時間反応させたのち、キシレン74gを加え、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱し、水と共にキシレンを共沸除去した。その反応液を大量の水中に注ぎ、沈澱したポリマーを濾過により採り、乾燥してポリイミド樹脂(PI−3)を得た。得られたポリイミドのGPCを測定した結果、ポリスチレン換算で、Mw=88600、Mn=28900であった。また、得られたポリイミドのTgは73℃であった。
(PI−5)
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を備えた300mlフラスコに、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン13.67g(0.1mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン124gを仕込み攪拌した。ジアミンの溶解後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸で再結晶精製したデカメチレンビストリメリテート二無水物(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピークの差:5℃)17.40g(0.1mol)(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピーク温度の差:5.0℃)を少量ずつ添加した。室温で8時間反応させたのち、キシレン83gを加え、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱し、水と共にキシレンを共沸除去した。その反応液を大量の水中に注ぎ、沈澱したポリマーを濾過により採り、乾燥してポリイミド樹脂(PI−4)を得た。得られたポリイミドのGPCを測定した結果、ポリスチレン換算で、Mw=121000、Mn=22800であった。また、得られたポリイミド樹脂のTgは120℃であった。
<接着剤組成物の調製>
上記で得た各ポリイミド樹脂PI−1〜PI−5を用い、下記表1および2の配合表に示す通り、接着剤組成物ワニスを調製した。なお、下記表1、2において、種々の記号は下記のとおりである。
ESCN−195:住友化学、クレゾールノボラック型固体状エポキシ樹脂(エポキシ当量200)
BANI−H:丸善石油化学、下記構造式(13)(ヘキサメチレン型ビスアリルナジイミド)
Figure 0004952585
BANI−X:丸善石油化学、下記構造式(14)(キシリレン型ビスアリルナジイミド)
Figure 0004952585
BMI−1000:和光純薬、下記構造式(15)(4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド)
Figure 0004952585
BMI−2000:大和化成、下記構造式(16)(ノボラック型マレイミド化合物、分子量366.26)
Figure 0004952585
R−712:日本化薬、下記構造式(17)(エトキシ化ビスフェノールFジアクリレート)
Figure 0004952585
(式中、q+r=4)
ABE−300:新中村科学、下記構造式(18)(エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート)
Figure 0004952585
(式中、m+p=3)
RO−X5:日立化成、下記構造式(19)(ベンゾオキサジン化合物)
Figure 0004952585
H−1:明和化成、フェノールノボラック(OH当量:103)
TPPK:東京化成、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラート
NMP:関東化学、N−メチル−2−ピロリドン
MEK:関東科学、メチルエチルケトン
HP−P1:水島合金鉄、窒化ホウ素(平均粒子径:1.0μm、最大粒子径:5.1μm)
Figure 0004952585
Figure 0004952585
<フィルム状接着剤の製造と評価>
上記で調製した実施例1〜9、及び比較例1〜8の各接着剤組成物ワニスを塗布厚40μmとなるように基材(50μm厚PET基材フィルム、表面剥離処理)上に塗布し、オーブン中で80℃、30分、続いて、ワニス溶媒がMEK単独、又はNMP/MEK混合溶媒の場合は120℃、30分、ワニス溶媒がNMP単独の場合は150℃、30分、それぞれ加熱し、基材付きのフィルム状接着剤を得た。各フィルム状接着剤の特性評価結果を下記表3、4に示す。なお、評価項目と評価方法は以下の通りである。
・主分散ピーク温度
使用前(硬化前、以下、Bステージという)のフィルム状接着剤(硬化前)について、レオメトリックス製粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、フィルム状接着剤サイズ35mm(長さ)×10mm(幅)×40μm(厚み)、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で、Tg付近のtanδピーク温度を測定し、これをフィルム状接着剤の主分散温度とした。
・ウェハ裏面貼付温度(ダイシング時のチップ飛び)
基材付きフィルム状接着剤を5inch、300μm厚のシリコンウェハの裏面に、ロールと支持体とを有する装置を用いて25℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃のいずれかのロール温度、線圧:4kgf/cm、送り速度:0.5m/minの条件でラミネートし、ついで、基材をフィルム状接着剤からはく離し、フィルム状接着剤付きウェハを得た。その後、フィルム状接着剤のウェハと接する面の反対面に、基材フィルム上に感圧型の粘着剤層を有する粘着再剥離型のダイシングシート(電気化学工業製AD−80H、厚み80μm)を、当該粘着剤層とフィルム状接着剤面が接するようにラミネートした。その後、ダイサーを用いて、ダイシング速度10mm/sec、回転数30000rpmの条件で、シリコンウェハを5mm×5mmサイズにダイシングしたときのチップ飛びの有無を観測し、上記チップ飛びが全チップ数量の10%以下のときをチップ飛び「無」とし、チップ飛び「無」を確保できる最も低いラミネート温度をウェハ裏面貼付温度とした。尚、ウェハ端部のチップ切り出し残部の飛びは評価の対象外とした。
・フロー量
10mm×10mm×40μm厚サイズの基材付きフィルム状接着剤(使用前フィルム)をサンプルとし、これを2枚のスライドグラス(MATSUNAMI製、76mm×26mm×1.0〜1.2mm厚)の間に挟み、180℃の熱盤上で100kgf/cmの面圧をかけ、90sec加熱圧着した後の上記基材フィルム4辺からの接着剤はみ出し量を、目盛り付き光学顕微鏡でそれぞれ計測したときの平均値をフロー量とした。
・フィルム表面タック力
Bステージ状態のフィルム状接着剤(40μm厚)の塗工した上面について、レスカ製プローブタッキング試験機を用いて、JISZ0237−1991に記載の方法(プローブ直径5.1mm、引き剥がし速度10mm/s、接触荷重100gf/cm2、接触時間1s)により、40℃におけるタック力(粘着力)を測定した。
・25℃弾性率
Bステージ状態のフィルム状接着剤について、レオメトリックス製粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、接着剤層サイズ35mm(長さ)×10mm(幅)×40μm(厚み)、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で測定し、25℃における貯蔵弾性率を見積もった。
・100℃溶融粘度
Bステージ状態の40μm厚フィルム状接着剤を3〜7枚重ねて貼り合せて、100〜300μmμ厚に調整したフィルムについて、レオメトリック サイエンティフィック製、回転型レオメーターARESを用いて、平行円板(直径8mm)に前記フィルムサンプルをサンプル厚みより2〜5μm小さなギャップ幅で挟み、周波数1Hz、歪み5%、昇温速度5/分、測定温度30℃〜300℃の条件で測定したときの100℃における複素粘度の値を100℃溶融粘度とした。
・260℃弾性率
Cステージ状態のフィルム状接着剤(フィルム調製後、オーブン中で180℃5時間の条件で加熱硬化)について、レオメトリックス製粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、接着剤層サイズ35mm(長さ)×10mm(幅)×40μm(厚み)、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で測定し、260℃における貯蔵弾性率を見積もった。
・ピール強度
表面にソルダーレジスト層(厚さ15μm)が付いた有機基板(厚さ0.1mm)にシリコンチップ(半導体素子、5mm×5mm×0.4mm厚)をフィルム状接着剤(5mm×5mm×40μm厚)を用いて、温度:フィルム状接着剤を構成するポリイミド樹脂のTg+100℃、圧力:500gf/chip、時間:3secの条件でダイボンディングした後、トランスファモールドの熱と圧力を想定した条件として、温度:180℃、圧力:5kgf/chip、時間:90secの条件で加熱圧着した。さらに、前記の試験片をオーブン中で180℃、5hの条件で加熱硬化させ、さらに、260℃の熱盤上で20秒加熱した後、図8に示す接着力評価装置(13:リードフレーム、14:プッシュプルゲージ、15:熱盤)を用いて、測定速度:0.5mm/secの条件でシリコンチップとフィルム状接着剤の引き剥がし強度を測定し、このときの値をピール強度とした。
Figure 0004952585
Figure 0004952585
表3、4に示すように、実施例1〜9の接着剤組成物を用いてなるフィルム状接着剤(接着シート)においては、ピール強度が全て10N/chip以上であり、また、ダイシング時のチップ飛びも少なく、ウェハ裏面貼付温度を低く抑えることができた。また、リフロー量が全て1000〜3000μmの範囲であるため、被着体に対する充填性(埋め込み性)に優れ、樹脂はみ出しやボイドの発生も生じ難いと考えられる。

Claims (18)

  1. 半導体素子を被着体に接着するために用いられる接着剤組成物であって、(A)熱可塑性樹脂、(B)下記一般式(I)で示されるビスアリルナジイミド、及び(C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物を含有してなり、
    (C)2官能以上の(メタ)アクリレート化合物が、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメチロールジアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、トリス(β−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、トリシクロデカンジメチロールジメタクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート、トリス(β−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリメタクリレート、及び下記構造式(IV)で表される2官能(メタ)アクリレートからなる群から選択される1種以上であることを特徴とする接着剤組成物。
    Figure 0004952585
    (式中、Rは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基)
    Figure 0004952585
    (式中、R は2価の有機基、R 及びR は各々独立に水素又はメチル基を示し、m及びnは1以上の整数である)
  2. 前記(B)ビスアリルナジイミドが、下記構造式(II)および/または(III)で示されることを特徴とする請求項1に記載の接着剤組成物。
    Figure 0004952585
    Figure 0004952585
  3. さらに、(D)マレイミド化合物および/または単官能縮合多環オキサジン化合物を含有してなることを特徴とする請求項1または2に記載の接着剤組成物。
  4. 前記マレイミド化合物が、下記一般式(V)で表されるビスマレイミド化合物、又は、下記一般式(VI)で表されるノボラック型マレイミド化合物であることを特徴とする請求項に記載の接着剤組成物。
    Figure 0004952585
    (式中、Rは芳香族環および/または直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素を含む2価の有機基)
    Figure 0004952585
    (式中、nは0〜20の整数を示す。)
  5. 前記単官能縮合多環オキサジン化合物が、下記一般式(VII)で表される化合物であることを特徴とする請求項またはに記載の接着剤組成物。
    Figure 0004952585
    (式中[A]は隣接する炭素原子がオキサジン環を共有して縮合環を形成する単環又は縮合多環芳香族炭化水素環を示し、R及びRは各々独立に水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、すべてが同一でも異なっていてもよい。nは0又は1〜4の整数を示す。)
  6. 前記一般式(VII)で表される単官能縮合多環オキサジン化合物が、下記一般式(VIII)で示される化合物であることを特徴とする請求項に記載の接着剤組成物。
    Figure 0004952585
    (式中RおよびRは各々独立に水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、すべてが同一でも異なっていてもよい。nは0又は1〜4の整数を示す。)
  7. さらに、(E)エポキシ樹脂を含有してなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の接着剤組成物。
  8. さらに、(F)フィラーを含有してなることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の接着剤組成物。
  9. 前記(A)熱可塑性樹脂が、ポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の接着剤組成物。
  10. 前記ポリイミド樹脂が、テトラカルボン酸二無水物と、下記式(IXb)で表される脂肪族エーテルジアミンを含むジアミンとを反応させて得られるポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項に記載の接着剤組成物。
    Figure 0004952585
    (式中、pは0〜80の整数を示す)
  11. 前記ポリイミド樹脂のTgが、100℃以下であることを特徴とする請求項又は10に記載の接着剤組成物。
  12. さらに、(G)光開始剤を含有してなることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の接着剤組成物。
  13. 前記被着体が、配線段差付き有機基板であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の接着剤組成物。
  14. 請求項1〜13のいずれかに記載の接着剤組成物を用いて形成してなることを特徴とするフィルム状接着剤。
  15. 請求項14に記載のフィルム状接着剤とダイシングシートとを積層した構造を有してなることを特徴とする接着シート。
  16. 前記ダイシングシートが、基材フィルム、および該基材フィルム上に設けた放射線硬化型粘着剤層を有してなることを特徴とする請求項15に記載の接着シート。
  17. 前記ダイシングシートが、ポリオレフィン系フィルムであることを特徴とする請求項15に記載の接着シート。
  18. 請求項1〜13のいずれかに記載の接着剤組成物、又は請求項14に記載のフィルム状接着剤により、半導体素子と半導体搭載用支持部材、および/または、半導体素子と半導体素子が接着された構造を有してなることを特徴とする半導体装置。
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