JP5191627B2 - フィルム状接着剤およびこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(a)重量平均分子量が10000より大きく、常温(25℃)において固形である樹脂、
(b)絶縁性球状無機フィラー、
(c)エポキシ樹脂、
(d)硬化剤
請求項2に記載の発明は、請求項1において、重量平均分子量が10000より大きく、常温(25℃)において固形である樹脂がフルオレン骨格を有していることを特徴とするフィルム状接着剤である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のフィルム状接着剤において、絶縁性球状無機フィラーの充填量が25〜80重量%であることを特徴とするフィルム状接着剤である。
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のフィルム状接着剤において、50〜250℃のいずれかの温度で200Pa・s以下の最低溶融粘度を30秒以上保持することを特徴とするフィルム状接着剤である。
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のフィルム状接着剤を配線パターンの形成された基板に貼り付ける工程、突出した接続端子を有する半導体チップの接続端子と基板の配線パターンとを位置合わせする工程、加熱・加圧した状態で超音波振動を印加することによって半導体チップの突出した接続端子と基板の配線パターンを金属接合によって電気的に接続するとともに半導体チップと基板をフィルム状接着剤にて接着する工程、フィルム状接着剤の硬化反応率を80%以上にするために加熱処理を行なう工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のフィルム状接着剤を突出した接続端子を有する半導体チップの接続端子が形成された面に貼り付ける工程、半導体チップの接続端子と基板の配線パターンとを位置合わせする工程、加熱・加圧した状態で超音波振動を印加することによって半導体チップの突出した接続端子と基板の配線パターンを金属接合によって電気的に接続するとともに半導体チップと基板をフィルム状接着剤にて接着する工程、フィルム状接着剤の硬化反応率を80%以上にするために加熱処理を行なう工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
請求項7に記載の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のフィルム状接着剤を突出した接続端子を有する半導体ウエハに貼り付ける工程、ダイシングによって個片の半導体チップに分割する工程、半導体チップの接続端子と基板の配線パターンとを位置合わせする工程、加熱・加圧した状態で超音波振動を印加することによって半導体チップの突出した接続端子と基板の配線パターンを金属接合によって電気的に接続する工程、フィルム状接着剤の硬化反応率を80%以上にするために加熱処理を行なう工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
また、基板が、半導体チップの場合、配線パターンは通常アルミニウムで構成されるが、その表面に、金、銀、銅、ニッケル、インジウム、パラジウム、スズ、鉛、ビスマスなどの金属層をめっきによって形成してもよい。
フィルム状接着剤を貼り付ける位置や面積は半導体チップが搭載される領域内では任意であるが、半導体チップの突出した接続端子と電気的に接続される配線パターンの少なくとも一部を覆うように貼り付けることが好ましい。
加熱処理を行なう際には、使用するフィルム状接着剤の硬化反応開始温度より低い温度あるいは反応開始時間よりも短い時間で処理することが望ましい。
硬化反応開始温度は、DSC(Differential Scanning Calorimeter、示差走査熱分析)で得られるチャートにおいて、発熱ピークに到達する前の発熱曲線の接線とベースラインの交点から求めてもよいし、粘度と加熱温度の関係をプロットして粘度が上昇し始める温度を求めてもよい。
硬化反応開始時間は、所定の温度で加熱処理した試料の処理時間とDSCで得られる発熱量の関係をプロットして、発熱量が減少し始めるまでの時間を求めてもよいし、粘度と処理時間の関係をプロットして、粘度が上昇し始めるまでの時間を求めてもよい。
半導体チップと基板を接続する際の条件は、接続温度:50〜250℃、圧力:0.1〜10MPa、超音波の周波数:20〜200kHz、振動の振幅:0.01μm以上、加圧時間:0.1秒以上、超音波の印加時間:0.05秒以上の範囲内であり、加圧と超音波印加のタイミングは加圧時間内に超音波印加を開始し、加圧時間内に超音波印加を終了することを満たしていれば、任意のタイミングで印加すればよい。
接続温度が50℃未満であると、バンプと配線パターンの間に接着樹脂が残存し、未接続となったり、接続抵抗が高くなるおそれがある。接続温度が250℃を超えると、半導体チップと基板との熱膨張係数差に由来する熱応力が増大し、接続部にダメージが発生するおそれがある。また樹脂基板の場合、基板が軟化して、超音波振動が吸収されてしまい金属接合できなくなるおそれがある。より好ましくは50〜200℃の範囲である。
圧力が0.1MPa未満であると、対向する接続端子間に樹脂が残存し、未接続となったり、あるいは接続抵抗が高くなるおそれがあり、圧力が10MPaを超えると、接続端子や配線が破壊されるおそれがある。より好ましくは、0.3〜4.0MPaの範囲である。
超音波の周波数が20kHz未満であると、接続端子や配線が破壊されるおそれがあり、周波数が200kHzを超えると、接続部に超音波振動が伝達されず、対向する接続端子間に樹脂が残存し、未接続となったり、あるいは金属接合が不充分なために接続抵抗が高くなるおそれがある。より好ましくは、40〜100kHzの範囲である。
超音波振動の振幅が0.01μm未満であると、対向する接続端子間に樹脂が残存し、未接続となったり、あるいは金属の拡散が不充分なために接続抵抗が高くなったり、接続信頼性が低下するおそれがある。より好ましくは、0.1〜10μmの範囲である。
加圧時間が0.1秒未満であると、対向する接続端子間に樹脂が残存し、未接続となったり、あるいは接続抵抗が高くなったり、接続信頼性が低下するおそれがあり、加圧時間が長くなると生産性が低下することから、加圧時間の短縮が必要である。好ましくは10秒以内がよい。
超音波の印加時間が0.05秒未満であると、金属表面の有機物や酸化物の除去が不充分のため、金属接合が不充分であり、接続抵抗が高くなったり、接続信頼性が低下する場合がある。また、振幅を大きくした場合や周波数を低くした場合、印加時間を長くすると、接続端子や配線が破壊されるおそれがある。より好ましくは5秒以内であり、さらに5秒を越えると生産性が低下するおそれもある。
硬化反応率が80%以上になるように加熱処理するには、ヒートステージ上に放置してもよいし、加熱オーブン中に放置してもよい。この加熱処理工程は複数の半導体装置について一括で行なうことが可能である。
加熱処理は硬化開始温度よりも高い温度で行なうことが好ましいが、半導体チップと基板を接続した直後ではフィルム状接着剤の硬化反応率が80%以下であるために、高温雰囲気下に急激に放置すると、半導体チップと基板との熱膨張係数差に由来する熱応力が接続部に集中して接続部にダメージが発生する恐れがある。硬化開始温度よりも低い温度から加熱を開始して、少なくとも2段階以上の加熱温度で処理することがより好ましい。
熱硬化性樹脂の硬化反応率はDSC(示差走査熱分析)による測定方法を用いることができる。DSCは測定温度範囲内で、発熱、吸熱のない標準試料との温度差を打ち消すように熱量を供給または除去するゼロ位法を測定原理とするものであり、測定装置が市販されており、全自動で測定を行なうことができる。エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の硬化反応は発熱反応であり、一定の昇温速度で試料を加熱していくと、試料が反応し反応熱が発生する。その発熱量をチャートに出力し、ベースラインを基準として発熱曲線とベースラインで囲まれた領域の面積を発熱量とする。測定は室温から硬化反応が完了する温度を充分カバーする範囲で行なう。例えば、エポキシ樹脂の場合、室温から250℃まで5〜20℃/分の昇温速度で測定し、上記した発熱量を求める。熱硬化性樹脂の硬化反応率は次のようにして求める。まず、未硬化試料の全発熱量を測定し、これをA(J/g)とする。次に、測定試料の発熱量を測定し、これをBとする。測定試料の硬化度C(%)は次の数3で与えられる。
重量平均分子量が10000より大きく、常温(25℃)において固形でフルオレン骨格を有する樹脂として、次のフェノキシ樹脂を用いた。フェノキシ樹脂は、4,4’−(9−フルオレニリデン)−ジフェノールと各ジグリシジルエーテル誘導体(2,5−ビス(t−ブチル)ハイドロキノンジグリシジルエーテル、または2,2’−ジメチル−5,5’−ビス(t−ブチル)−ジフェノールスルフィドジグリシジルエーテル、または3,3’,5,5’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテル)をN−メチルピロリドン中に溶解し、溶液中に炭酸カリウムを加えて110℃で3時間攪拌した後、多量のメタノール中に滴下することによって生成した沈殿物をろ取することによって合成した。2,5−ビス(t−ブチル)ハイドロキノンジグリシジルエーテルを用いたフェノキシ樹脂を(A)、2,2’−ジメチル−5,5’−ビス(t−ブチル)−ジフェノールスルフィドジグリシジルエーテルを用いたフェノキシ樹脂を(B)、3,3’,5,5’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテルを用いたフェノキシ樹脂を(C)としてフィルム状接着剤の作製に用いた。なお、フェノキシ樹脂(A)は、FX281S(東都化成株式会社製 商品名)、フェノキシ樹脂(C)はFX293S(東都化成株式会社製 商品名)として入手することができる。
フィルム状接着剤は以下の手順で作製した。
重量平均分子量が10000より大きく、常温(25℃)で固形である樹脂としてフェノキシ樹脂YP50S(東都化成株式会社製 製品名)、フルオレン骨格を有するフェノキシ樹脂(C)(FX293S、東都化成株式会社製 製品名)、エポキシ樹脂として多官能エポキシ樹脂EP1023H60(ジャパンエポキシレジン株式会社製 製品名)、ビスフェノールA型固形エポキシ樹脂EP1007(ジャパンエポキシレジン株式会社製 製品名)、ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂EP828(ジャパンエポキシレジン株式会社製 製品名)、固形イミダゾールとして2P4MHZ、2PHZ(いずれも四国化成工業株式会社製 製品名)、マイクロカプセル型硬化剤としてHX−3941HP(旭化成株式会社製 製品名)、絶縁性無機フィラーとしてシリカフィラーSE2050(株式会社アドマテックス社製 製品名 平均粒径0.4〜0.6μm)を用いて、表1に示す組成でトルエン−酢酸エチル混合溶媒中に溶解してワニスを作製し、このワニスをセパレータフィルム(PETフィルム)上にロールコータを用いて塗布した後、70℃のオーブンで10分間乾燥させることによって、フィルム状接着剤を作製した。
2、11.配線パターン
3、12.フィルム状接着剤
4、13.ツール
5、14.ステージ
6、15.半導体チップ
7、16.アルミ電極
8、17.金スタッドバンプ
9.シェアツール
Claims (6)
- 下記(a)〜(d)を必須成分とするフィルム状接着剤であって、
前記(a)成分の配合量が、前記(a)成分、前記(b)成分及び前記(c)成分の総量100重量部に対して5〜30重量部であり、
前記(b)成分の配合量が、前記(a)成分、前記(b)成分及び前記(c)成分の総量100重量部に対して25〜80重量部であり、
前記(c)成分の配合量が、前記(a)成分、前記(b)成分及び前記(c)成分の総量100重量部に対して10〜50重量部であり、
50〜250℃のいずれかの温度で最低溶融粘度が200Pa・s以下であり、且つ、前記最低溶融粘度を30秒以上保持でき、
硬化物の25〜260℃における平均線膨張係数が200×10−6/℃以下であることを特徴とするフィルム状接着剤。
(a)重量平均分子量が10000より大きく、常温(25℃)において固形である樹脂、
(b)絶縁性球状無機フィラー、
(c)エポキシ樹脂、
(d)イミダゾール類を含む硬化剤 - 請求項1において、重量平均分子量が10000より大きく、常温(25℃)において固形である樹脂がフルオレン骨格を有していることを特徴とするフィルム状接着剤。
- 請求項1または請求項2に記載のフィルム状接着剤において、50〜200℃のいずれかの温度で最低溶融粘度が200Pa・s以下であり、且つ、前記最低溶融粘度を30秒以上保持できることを特徴とするフィルム状接着剤。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のフィルム状接着剤を配線パターンの形成された基板に貼り付ける工程、突出した接続端子を有する半導体チップの接続端子と基板の配線パターンとを位置合わせする工程、加熱・加圧した状態で超音波振動を印加することによって半導体チップの突出した接続端子と基板の配線パターンを金属接合によって電気的に接続するとともに半導体チップと基板をフィルム状接着剤にて接着する工程、フィルム状接着剤の硬化反応率を80%以上にするために加熱処理を行なう工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のフィルム状接着剤を突出した接続端子を有する半導体チップの接続端子が形成された面に貼り付ける工程、半導体チップの接続端子と基板の配線パターンとを位置合わせする工程、加熱・加圧した状態で超音波振動を印加することによって半導体チップの突出した接続端子と基板の配線パターンを金属接合によって電気的に接続するとともに半導体チップと基板をフィルム状接着剤にて接着する工程、フィルム状接着剤の硬化反応率を80%以上にするために加熱処理を行なう工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のフィルム状接着剤を突出した接続端子を有する半導体ウエハに貼り付ける工程、ダイシングによって個片の半導体チップに分割する工程、半導体チップの接続端子と基板の配線パターンとを位置合わせする工程、加熱・加圧した状態で超音波振動を印加することによって半導体チップの突出した接続端子と基板の配線パターンを金属接合によって電気的に接続する工程、フィルム状接着剤の硬化反応率を80%以上にするために加熱処理を行なう工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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