JP5263158B2 - 回路部材接続用接着剤及び半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回路部材接続用接着剤及びこれを用いた半導体装置に関する。
一般に、半導体チップをフェイスダウンボンディング方式により直接回路基板に実装する方法として、半導体チップの電極部分に、はんだバンプを形成し回路基板にはんだ接続する方法や、半導体チップに設けた突起電極に導電性接着剤を塗布し回路基板電極に電気的接続を行う方法が知られている。これらの方式では、各種環境下に曝した場合に、接続する半導体チップと基板との熱膨張係数の差に基づくストレスが接続界面で発生するため接続信頼性が低下するという問題がある。
これに対して、接続界面のストレスを緩和する目的で半導体チップと基板の間隙をエポキシ樹脂等の接着剤（アンダーフィル剤）で充填する方式や、基板上に接着剤を設置する方法が検討されている。接着剤の充填方法としては、半導体チップと基板とを接続した後に低粘度の液状接着剤を注入する方法や、基板上に接着剤を設置した後に半導体チップを搭載する方法等がある。また、基板上に接着剤を設置する方法としては、液状の接着剤を塗布する方法や、フィルム状接着剤を貼り付ける方法が知られている。
しかしながら、液状接着剤を塗布する方法では、ディスペンサーによる精密な塗布量のコントロールが困難である。特に、接着剤の塗布量が多すぎる場合には、ボンディング時にしみ出した接着剤がチップの側面を這い上がり、ボンディングツールを汚染するため、ツールの洗浄が必要となり、量産時の工程が煩雑となる原因となっている。
また、フィルム状接着剤を貼り付ける方法では、フィルム状接着剤の厚みをコントロールすることによって接着剤の量を調整することが可能である反面、次のようなことが問題となる。
フィルム状接着剤を基板に貼り付ける際にフィルムの貼付工程が必要となる。貼付工程においては、対象となるチップ幅よりも大きめの幅にスリットされたリール状テープが用いられ、チップサイズに応じて基板上のフィルム状接着剤をハーフカットし、接着剤が反応しない程度の温度で熱圧着し、フィルム状接着剤がチップに貼り付けられ、接着剤付チップを得る。この際、チップ搭載位置へのフィルム状接着剤の供給精度が悪いため、歩留りを確保するため、貼り付けられるフィルム状接着剤はチップサイズより大きくすることが一般的である。このため、隣接部材との距離に余裕が必要であり、高密度化実装時の妨げとなる。一方、微小チップ等に対応した細幅のリール加工は困難であり、チップサイズよりも大きなフィルム状接着剤を貼り付けて対応する必要があり、余分な実装面積が必要となる。
これに対して、チップサイズと同サイズのフィルム状接着剤を供給する方法として、例えば特許文献１に記載の方法が提案されている。すなわち、特許文献１には、粘着剤層と接着剤層を有してなるウェハ加工用テープが凸型金属電極付きウェハ回路基板に貼り合わされた状態で、該ウェハ回路基板の裏面を研削する研削工程と、該ウェハ回路基板を個片化するダイシング工程とがなされ、かつ、該個片化されたチップをピックアップする工程において、接着剤層が基材フィルムから剥離し該チップに接着した状態でピックアップされることを特徴とする方法が開示されている。
特開２００６−４９４８２号公報
しかしながら、特許文献１等で提案されているウェハ状態でウェハ加工用テープ（接着剤）を供給した後に、ダイシング等によってチップ加工と同時に接着剤の加工を行う方法は、フリップチップ実装の際に、バンプと呼ばれる端子と相対する基板側の端子とを接続するための位置合わせが困難であるという問題がある。
さらに、特許文献１に記載のウェハ加工用テープを用い、半導体装置を製造した場合における高温高湿下及び温度サイクル試験を行った場合の接続信頼性について改善の余地がある。
そこで本発明は、フリップチップ実装の際に、バンプと呼ばれる端子と相対する基板側の端子とを接続するための位置合わせが比較的容易であり、かつ半導体装置を製造して、該半導体装置について高温高湿下及び温度サイクル試験を行った場合に、優れた接続信頼性が得られる回路部材接続用接着剤、並びにこれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂用硬化剤及び硫酸バリウムを含有することを特徴とする回路部材接続用接着剤を提供する。
本発明の回路部材接続用接着剤によれば、フリップチップ実装の際に、バンプと呼ばれる端子と相対する基板側の端子とを接続するための位置合わせが容易であり、かつ半導体装置を製造して、該半導体装置について高温高湿下及び温度サイクル試験を行った場合であっても、優れた接続信頼性を得ることができる。
上記硫酸バリウムの平均粒径は０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。これにより、回路部材接続用接着剤中における硫酸バリウムの分散性が良好となり、かつ樹脂の補強効果が得られる。
本発明の回路部材接続用接着剤は、未硬化時の可視光並行透過率が１５〜９０％であることが好ましい。可視光並行透過率が１５％より小さい場合には、フリップチップボンダーでの認識マーク識別が困難となり、位置合わせ作業が難しくなる傾向にある。
本発明の回路部材接続用接着剤は、１８０℃で２０秒間加熱した後の示差走査熱量測定（ＤＳＣ測定）での反応率が、７５％以上であることが好ましい。このような反応率を有する回路部材接続用接着剤を用いて半導体装置を製造した場合には、特に安定した低接続抵抗を示す。
本発明の回路部材接続用接着剤は、硬化後の４０℃〜１００℃の線膨張係数が、７０×１０−６／℃以下であることが好ましい。硬化後の線膨張係数が７０×１０−６／℃より大きい場合は、実装後の温度変化や加熱吸湿による膨張によって半導体チップの接続端子と回路基板の配線間での電気的接続の保持が困難となる傾向にある。
なお、「硬化後の４０℃〜１００℃の線膨張係数」とは、例えば回路部材接続用接着剤を２００℃に設定したオーブンに１時間放置し、加熱硬化処理を行うことにより得られた硬化体の４０℃〜１００℃の線膨張係数をいう。
本発明の回路部材接続用接着剤は、吸湿率が０．４％〜１．２％であることが好ましい。吸湿率が１．２％より大きい場合は、はんだリフローを行う際に脱湿処理が必要となるため、作業性が低下する傾向にある。
本発明はまた、上述の回路部材接続用接着剤を用いて製造されてなる半導体装置を提供する。本発明の半導体装置によれば、上述の回路部材接続用接着剤を用いているので、高温高湿下及び温度サイクル試験を行った場合であっても、優れた接続信頼性を得ることができる。
本発明によれば、フリップチップ実装の際に、バンプと呼ばれる端子と相対する基板側の端子とを接続するための位置合わせが比較的容易であり、かつ半導体装置を製造して、該半導体装置について高温高湿下及び温度サイクル試験を行った場合に、優れた接続信頼性が得られる回路部材接続用接着剤、並びにこれを用いた半導体装置を提供することができる。
突出した接続端子を有する半導体ウェハに回路部材接続用接着剤を貼り付ける工程の断面図である。 回路部材接続用接着剤付半導体ウェハの断面図である。 バックグラインド工程後の回路部材接続用接着剤付半導体ウェハの断面図である。 ダイシング工程の模式図である。 ダイシング工程後の個片化した半導体チップの断面図である。
符号の説明
１…突出した接続端子、２…半導体ウェハ、３…回路部材接続用接着剤、４…基材フィルム、５…ダイシングテープ、６…ダイシングフレーム、７…ダイシングブレード、８…ダイシングの溝。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
本発明の回路部材接続用接着剤は、硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂用硬化剤及び硫酸バリウムを含有する。
硬化性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂が挙げられ、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シアノアクリレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フラン樹脂、レゾルシノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シロキサン変性エポキシ樹脂、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂、アクリレート樹脂、及びアクリロイル基又はメタクリロイル基を分子内に一つ以上有する樹脂が挙げられる。これらの中で、エポキシ樹脂が好ましく、特に、透過性向上と高Ｔｇ化、低線膨張係数化が望めることから、ナフトールノボラック型固形エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有の液状エポキシ樹脂、又は固形エポキシ樹脂が好ましい。硬化性樹脂は１種を単独で又は２種以上の混合物として使用することができる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリアリレート、ポリメチルメタクリレート、アクリルゴム、ポリスチレン、フェノキシ樹脂、ＮＢＲ、ＳＢＲ、ポリイミドやシリコーン変性樹脂（アクリルシリコーン、エポキシシリコーン、ポリイミドシリコーン）が挙げられ、フィルム形成性の点からフェノキシ樹脂が好ましい。これらの熱可塑性樹脂は１種を単独で又は２種以上の混合物として使用することができる。
回路部材接続用接着剤における熱可塑性樹脂の含有量は、硬化性樹脂１００質量部に対して、２０〜１００質量部であることが好ましく、４０〜７０質量部であることがより好ましい。
硬化性樹脂用硬化剤としては、例えば、熱硬化性樹脂用硬化剤、光硬化性樹脂用硬化剤が挙げられ、熱硬化性樹脂用硬化剤が好ましい。熱硬化性樹脂用硬化剤の具体例としては、フェノール系、イミダゾール系、ヒドラジド系、チオール系、ベンゾオキサジン、三フッ化ホウ素−アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド、有機過酸化物系の化合物等の硬化剤が挙げられる。これらの硬化剤は、ポリウレタン、ポリスチレン、ゼラチン及びポリイソシアネート等の高分子物質や、ケイ酸カルシウム、ゼオライト等の無機物、及びニッケルや銅等の金属薄膜等の被膜により実質的に覆われたマイクロカプセル型硬化剤であることが好ましい。マイクロカプセル型硬化剤の平均粒径は、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。
回路部材接続用接着剤における硬化性樹脂用硬化剤の含有量は、硬化性樹脂１００質量部に対して、５０〜１５０質量部であることが好ましく、８０〜１２０質量部であることがより好ましい。
本発明の回路部材接続用接着剤は硫酸バリウムを含有することで、その表面タック力を抑制できるため、ダイシングによって生じる切削粉の表面付着を防止できる。本発明で用いられる硫酸バリウムは、切削粉の表面付着防止効果を向上させることができる点から、その平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
平均粒径が０．１μｍを下回る場合、粒子の比表面積が大きく、表面エネルギーも大きくなるため、粒子同士の相互作用が大きくなり、凝集体が発生し、分散性を損なう傾向にある。また凝集体の分散が良好であったとしても、比表面積が大きいことによって、樹脂に分散した際の増粘挙動が大きくなり、成形性を損なう傾向にある。
一方、平均粒径が１０μｍより大きい場合、粒径が小さい場合とは逆に比表面積が小さくなるため、樹脂の流動性が大きくなり、成型時のボイド発生が起きやすくなる。また、粒子分散の目的の一つである、樹脂の補強効果について、同一添加量で粒子を分散させたとしても粒子数自体が少なくなるため、補強効果が小さくなる傾向にある。また粒子径が大きい場合には、チップのバンプと回路基板の電極間への硫酸バリウムのかみこみによる電気的特性の阻害発生が起きやすい傾向にある。特に低圧で実装する場合やバンプの材質がニッケル等の硬質である場合には硫酸バリウムが端子に埋め込まれず、直接接触におけるバンプと基板電極の接触の妨げや、導電粒子を添加した系においても導電粒子扁平の妨げとなり、電気的接続を阻害する傾向にある。
硫酸バリウムの平均粒径は粒度分布計又はＳＥＭを用いて測定することができる。回路部材接続用接着剤がフィルム及びリール品であれば１０００℃で焼成することで樹脂中に分散した硫酸バリウムを得ることが可能であり、粒度分布計を用いて平均粒径を知ることができる。また、圧着構造品であれば回路部材接続用接着剤の使用部分で構造品を切断し、ＳＥＭにより断面に現れた硫酸バリウムを観察することで平均粒径を求めることができる。
硫酸バリウムの線膨張係数は０℃から７００℃以下の温度範囲で７×１０−６／℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは３×１０−６／℃以下である。熱膨張係数が大きい場合は回路部材接続用接着剤の熱膨張係数を下げるために硫酸バリウムを多量に添加する必要がある。硫酸バリウムの線膨張係数は一般に使用される熱膨張率計測器により測定できる。例えば、押し棒式膨張計を用いることができる。
本発明に用いる硫酸バリウムはイオン性不純物濃度が１５００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくはイオン性不純物濃度が７００ｐｐｍ以下であり、さらに好ましくはイオン性不純物濃度が２００ｐｐｍ以下である。イオン性不純物濃度が１５００ｐｐｍより大きい場合は実装回路基板において隣接する金属電極間、配線間の電気的絶縁性を保てなくなる傾向にある。イオン性不純物濃度が１５００ｐｐｍ以下の硫酸バリウムとしては、例えば鉱物由来のバライト粉及び沈降性硫酸バリウムをソックスレー抽出等で洗浄したものを用いることができる。
回路部材接続用接着剤における硫酸バリウムの含有量は、硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂用硬化剤の合計１００質量部に対して、２０〜２５０質量部であることが好ましく、５０〜２００質量部であることがより好ましい。
硫酸バリウムの含有量が２０質量部より少ない場合には、回路部材接続用接着剤の線膨張係数の増大と、弾性率の低下を招き、圧着後の半導体チップと基板の接続信頼性が低下する傾向にある。一方、硫酸バリウムの含有量が２５０質量部より多い場合は、回路部材接続用接着剤の溶融粘度が増加するため、半導体の突出電極と基板の回路が十分に接することが困難となる傾向になる。
本発明の回路部材接続用接着剤は、分子量が１００万以下、Ｔｇ４０℃以下かつ硬化性樹脂（三次元架橋性樹脂）と反応可能な官能基を側鎖に少なくとも一箇所含む共重合性樹脂（以下、単に「共重合性樹脂」という。）を含有していてもよい。
共重合性樹脂としては、三次元架橋性樹脂と反応可能な官能基として側鎖にエポキシ基、カルボキシル基、ヒドロキシル基等を含んだアクリル共重合体が好ましい。特にアクリル共重合体の原料としてグリシジルアクリレート又はグリシジルメタアクリレート等を使用し得られたエポキシ基含有アクリル共重合体が好ましい。その他の共重合に用いる原料としてはヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート等のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート、またメチルメタクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、シクロヘキシルメタアクリレート、フルフリルメタアクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、トリメチルシクロヘキシルメタアクリレート、トリシクロデシルメタクリレート、テトラシクロドデシル−３−アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル、スチレン、ビニルトルエン、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、アクリロニトリル、ベンジルメタアクリレート、シクロヘキシルマレイミド等を適用できる。
回路部材接続用接着剤が共重合性樹脂を含む場合のその含有量は、硬化性樹脂１００質量部に対して、２０〜１００質量部であることが好ましく、４０〜７０質量部であることがより好ましい。
本発明の回路部材接続用接着剤は、さらに硫酸バリウムの表面改質の目的でシリコーンオイル、ポリシロキサン、シリコーンオリゴマー、カップリング剤を含有していてもよい。
本発明の回路部材接続用接着剤は、未硬化時の可視光並行透過率が１５〜９０％であることが好ましく、より好ましくは可視光並行透過率が１８〜９０％であり、さらに好ましくは可視光並行透過率が２５〜９０％である。可視光並行透過率が１５％より小さい場合はフリップチップボンダーでの認識マーク識別が困難となり、位置合わせ作業が難しくなる傾向にある。
可視光並行透過率は日本電色株式会社製濁度計ＮＤＨ２０００を用い、積分球式光電光度法で測定することができる。例えば、膜厚５０μｍの帝人デュポン製ＰＥＴフィルム（ピューレックス、全光線透過率９０．４５、ヘイズ４．４７）を基準物質として校正した後、ＰＥＴ基材に２５μｍ厚で回路部材接続用接着剤を塗工し、これを測定する。また、他の基材に回路部材接続用接着剤を塗工した場合には、これをＰＥＴ基材に転写して同様に測定する。測定結果からは濁度、全光線透過率、拡散透過率及び可視光並行透過率を求めることができる。
また可視光並行透過率は、日立製Ｕ−３３１０形分光光度計を用いて測定することもできる。例えば、膜厚５０μｍの帝人デュポン製ＰＥＴフィルム（ピューレックス、５５５ｎｍ透過率８６．０３％）を基準物質としてベースライン補正測定を行った後、ＰＥＴ基材に２５μｍ厚で回路部材接続用接着剤を塗工もしくは他の基材から転写し、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光領域の透過率を測定することができる。フリップチップボンダーで使用されるハロゲン光源とライトガイドの波長相対強度において５５０ｎｍ〜６００ｎｍが最も強いことから、本発明においては５５５ｎｍの透過率をもって可視光並行透過率の比較を行うことができる。
本発明の回路部材接続用接着剤はＵＶ照射後のダイシングテープへの接着力が１０Ｎ／ｍ以下かつ半導体ウェハへの接着力が７０Ｎ／ｍ以上であることが好ましい。ＵＶ照射後のダイシングテープへの接着力が１０Ｎ／ｍ以上である場合、ダイシング後の個片化した回路部材接続用接着剤付半導体チップをダイシングテープからはく離する作業において、チップ破壊の発生や接着剤層の変形が発生する傾向にある。一方、半導体ウェハへの接着力が７０Ｎ／ｍ以下である場合、ダイシング時のブレードの回転切削による衝撃と水圧の影響でチップと接着剤界面ではく離が発生する傾向にある。
回路部材接続用接着剤とＵＶ照射後のダイシングテープの接着力は次のような方法で測定することができる。
すなわち、回路部材接続用接着剤を加熱温度８０℃に設定したラミネータによってウェハにラミネートした後、ＵＶ照射前のダイシングテープの粘着面を回路部材接続用接着剤として４０℃でラミネートを行った後、ダイシングテープ側に１５ｍＷで３００ｍＪ程度のＵＶ照射を行う。ＵＶ照射後のダイシングテープに１０ｍｍ幅の切込みを入れて引張り測定用の短冊を準備する。ウェハをステージに押さえつけ、短冊にしたダイシングテープの一端を引張り測定機の引張り治具に固定して９０°ピール試験を行い、回路部材接続用接着剤とＵＶ照射後のダイシングテープを引き剥がす。この測定によって回路部材接続用接着剤とＵＶ照射後のダイシングテープの接着力が測定できる。
回路部材接続用接着剤と半導体ウェハの接着力は次のような方法で測定することができる。
すなわち、回路部材接続用接着剤を加熱温度８０℃に設定したラミネータによってウェハにラミネートした後、回路部材接続用接着剤に粘着面を向けてカプトンテープ（日東電工製、１０ｍｍ幅、２５μｍ厚）を貼付けて十分に密着させた後、カプトンテープ外形の回路部材接続用接着剤に１０ｍｍ幅に切込みを入れる。でき上がった回路部材接続用接着剤とカプトンテープの積層体の一端をウェハから引き剥がし、引張り測定機の引張り治具に固定する。ウェハをステージに押さえつけ、短冊を引き上げて９０°ピール試験を行い、回路部材接続用接着剤をウェハから引き剥がす。この測定によって回路部材接続用接着剤と半導体ウェハの接着力が測定できる。
回路部材接続用接着剤は、接続後において半導体チップと回路基板を接続した後の温度変化や、加熱吸湿による膨張等を抑制し、高接続信頼性を達成するため、硬化後の４０℃〜１００℃の線膨張係数が好ましくは７０×１０−６／℃以下であり、より好ましくは６０×１０−６／℃以下であり、さらに好ましくは５０×１０−６／℃以下である。硬化後の線膨張係数が７０×１０−６／℃より大きい場合、実装後の温度変化や加熱吸湿による膨張によって半導体チップの接続端子と回路基板の配線間での電気的接続の保持が困難となる傾向にある。
本発明の回路部材接続用接着剤においては、硫酸バリウムを除いた接着剤成分の可視光並行透過率が１５％以上であることが好ましく、可視光並行透過率５０％以上であることがより好ましく、可視光並行透過率８０％以上であることがさらに好ましい。
可視光並行透過率が８０％以上の場合は硫酸バリウムを高充填した場合であっても所定の透過率を満足することができるため好ましい。硫酸バリウムを除いた接着剤成分の可視光並行透過率が１５％より低い場合、硫酸バリウムを添加しない状態であってもフリップチップボンダーでの認識マーク識別が困難となり、位置合わせ作業が難しくなる傾向にある。可視光並行透過率が８０％以上の接着剤成分を得るためには、回路部材接続用接着剤に含まれる硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂用硬化剤、共重合性樹脂、カップリング剤等が相分離しないことが望ましい。
本発明の回路部材接続用接着剤においては、硫酸バリウムを除いた接着剤成分の未硬化状態での屈折率が１．５〜１．７であることが好ましい。
樹脂の屈折率はアッベ屈折計を用い、ナトリウムＤ線（５８９ｎｍ）を光源として測定することができる。フィラーの屈折率はベッケ法によって顕微鏡下で測定することができる。本発明における回路部材接続用接着剤の吸湿率は１．２％以下であることが好適である。回路部材接続用接着剤の吸湿率が１．２％より大きい場合は、はんだリフローを行う際に脱湿処理が必要になる。
上述の本発明の回路部材接続用接着剤を用いることにより、相対抗する回路基板（回路部材）を接続することができる。相対向する回路基板としては特に限定する組み合わせはないが、例えば（Ｉ）突出した接続端子を有する半導体チップと（ＩＩ）配線パターンの形成された基板との組み合わせが挙げられる。
このような組み合わせの相対向する回路基板を本発明の回路部材接続用接着剤により接続した場合には、半導体チップの突出した接続端子と基板の端子とが電気的に接続されるとともに半導体チップと基板とが接着される。
（Ｉ）突出した接続端子を有する半導体チップにおいて、突出した接続端子としては、例えば、金ワイヤを用いて形成される金スタッドバンプ、金属ボールを半導体チップの電極に熱圧着や超音波併用熱圧着機によって固定したもの、及びめっきや蒸着によって形成されたものが挙げられる。
突出した接続端子は単一の金属で構成されている必要はなく、金、銀、銅、ニッケル、インジウム、パラジウム、スズ、ビスマス等複数の金属成分を含んでいてもよいし、これらの金属層が積層された形をしていてもよい。また、（Ｉ）突出した接続端子を有する半導体チップは、突出した接続端子を有する半導体ウェハの状態でも構わない。
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との位置を合わせるために、半導体チップは突出した接続端子と同一面に位置合わせマークを有する。
（ＩＩ）配線パターンの形成された回路基板は通常の回路基板でもよく、また半導体チップでもよい。回路基板の場合、エポキシ樹脂やベンゾトリアジン骨格を有する樹脂をガラスクロスや不織布に含浸して形成した基板、ビルドアップ層を有する基板、ポリイミド、ガラス、セラミックス等の絶縁基板表面に形成された銅等の金属層の不要な部分をエッチング除去して配線バターンを形成することもでき、絶縁基板表面にめっきによって形成することもでき、また蒸着等によって配線パターンを形成することもできる。
また、配線パターンは単一の金属で形成されている必要はなく、金、銀、銅、ニッケル、インジウム、パラジウム、スズ、ビスマス等複数の金属成分を含んでいてもよいし、これらの金属層が積層された形をしていてもよい。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ているが、その表面に、金、銀、銅、ニッケル、インジウム、パラジウム、スズ、ビスマス等の金属層を形成してもよい。
回路部材接続用接着剤を半導体チップの突出した接続端子を有する面に貼り付けた回路部材接続用接着剤付半導体チップは次のようにして得ることができる。
すなわち、（１）図１〜３に示す工程を通して、チップ化する前の突出した接続端子１を有する半導体ウェハ２、半導体ウェハ２の突出した接続端子１面に配置した半導体ウェハ２と同等の面積の回路部材接続用接着剤３及び基材フィルム４がこの順で積層された積層体を得る。（２）この積層体の基材フィルム４を剥がし、半導体ウェハ２及び回路部材接続用接着剤３よりも大面積でありダイシングフレーム６の内寸よりも大きく外寸よりも小さい面積のダイシングテープ５上に固定する。（３）これを図４に示す通り、ダイシングブレード７を用いてダイシングの溝８に沿って個片に切断し、（４）図５に示す通りダイシングテープ５からはく離することによって、個片化した回路部材接続用接着剤付半導体チップを得ることができる。
ダイシングテープは基材テープに粘着材が塗布されたものである。ＵＶ照射によって粘着層の硬化が進行し、粘着力が減少し、粘着面に積層された被着体のはく離を容易とするような放射線反応型のダイシングテープを用いることが好ましい。このようなダイシングテープとしては市販のものを適用することができる。
本発明の回路部材接続用接着剤によれば、半導体チップの突出した接続端子を有する面に貼付けた状態で、回路部材接続用接着剤を透過してチップの回路面に形成された位置合わせマークを識別することができる。位置合わせマークは通常のフリップチップボンダーに搭載されたチップ認識用の装置で識別することができる。この認識装置は通常ハロゲンランプを有するハロゲン光源、ライトガイド、照射装置、ＣＣＤカメラから構成される。ＣＣＤカメラで取り込んだ画像は画像処理装置によってあらかじめ登録された位置合わせようの画像パターンとの整合性が判断され、位置合わせ作業が行われる。
本明細書において、「位置合わせマークを識別することができる」とはフリップチップボンダーのチップ認識用装置を用いて取り込まれた位置合わせマークの画像と、登録されている位置合わせマークの画像との整合性が良好であり、位置合わせ作業が行われることを指す。例えば、アスリートＦＡ株式会社製フリップチップボンダーＣＢ−１０５０を使用し、回路部材接続用接着剤が突出した接続端子を有する面に貼付いた積層体の接続端子面とは反対の面でフリップチップボンダーの吸着ノズルに積層体を吸引した後、装置内の認識装置で接着剤層を透過して半導体チップ表面に形成された認識マークを撮影し、あらかじめ画像処理装置に取り込んだ半導体チップの認識マークとの整合性がとれ、位置合わせできる接着剤を識別できる回路部材接続用接着剤とし、位置合わせできなかった場合を識別できない回路部材接続用接着剤として区別することができる。
（実施例１）
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂ＥＰ−１０３２−Ｈ６０（製品名、ジャパンエポキシレジン株式会社製）２０重量部及びエポキシ樹脂ＹＬ９８０（製品名、ジャパンエポキシレジン株式会社製）１５重量部、熱可塑性樹脂としてフェノキシ樹脂ＦＸ２９３（製品名、東都化成株式会社）２５重量部、硬化性樹脂用硬化剤としてマイクロカプセル型硬化剤ＨＸ−３９４１ＨＰ（製品名、旭化成株式会社製）４０重量部、シランカップリング剤ＳＨ６０４０（製品名、東レダウコーニングシリコーン製）１重量部を用い、表１記載の組成でトルエンと酢酸エチルの混合溶媒中に溶解し、接着樹脂組成物のワニスを得た。
このワニスの一部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、セパレータ上に厚み２５μｍの接着剤樹脂組成物の膜を得た。
この膜をアッベ屈折計（ナトリウムＤ線）の試料台に設置し、セパレータを剥がしマッチングオイルを１滴垂らして屈折率１．７４のテストピースを乗せて屈折率を測定した。この結果、接着剤樹脂組成物の屈折率は１．６０（２５℃）であった。
一方、ワニスを計量した後、平均粒径０．２５μｍの沈降性硫酸バリウム１（堺化学工業株式会社製、屈折率１．６４、ソックスレー抽出による洗浄済み）を１１２重量部加え、撹拌して分散した。この混合物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、セパレータ上に厚み２５μｍの透過性確認用フィルムを得た。
次に、ワニスを計量した後、平均粒径０．２５μｍの沈降性硫酸バリウム１を１１２重量部加え、撹拌して分散した。この混合物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、セパレータ上に厚み５０μｍの回路部材接続用接着剤を得た。
（実施例２）
沈降性硫酸バリウム１に代えて、平均粒径０．１μｍの沈降性硫酸バリウム２（堺化学工業株式会社製、屈折率１．６４、ソックスレー抽出による洗浄済み）を使用したこと以外は実施例１と同様にして、表１に記載の組成で透過性確認用フィルム、回路部材接続用接着剤を得た（表１中の配合単位は重量部）。
（実施例３）
沈降性硫酸バリウム１に代えて、平均粒径２．０μｍの鉱物由来硫酸バリウム３（竹原化学工業株式会社製、屈折率１．６４、バライト粉）を使用したこと以外は実施例１と同様にして、表１に記載の組成で透過性確認用フィルム、回路部材接続用接着剤を得た（表１中の配合単位は重量部）。
（比較例１）
沈降性硫酸バリウム１に代えて、平均粒径０．２μｍのシリカ粒子ＳＥ１０５０（製品名、アドマテックス社製）６５重量部を使用したこと以外は実施例１と同様にして、表２に記載の組成で透過性確認用フィルム、回路部材接続用接着剤を得た（表２中の配合単位は重量部）。
（比較例２）
沈降性硫酸バリウム１に代えて、平均粒径０．２μｍのシリカ粒子ＳＥ１０５０（製品名、アドマテックス社製）１００重量部を使用したこと以外は実施例１と同様にして、表２に記載の組成で透過性確認用フィルム、回路部材接続用接着剤を得た（表２中の配合単位は重量部）。
（比較例３）
沈降性硫酸バリウム１に代えて、平均粒径０．５μｍのシリカ粒子ＳＥ２０５０（製品名、アドマテックス社製）１００重量部を使用したこと以外は実施例１と同様にして、表２に記載の組成で透過性確認用フィルム、回路部材接続用接着剤を得た（表２中の配合単位は重量部）。
Figure 0005263158
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実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた透過性確認用フィルム及び回路部材接続用接着剤について、以下の方法で、可視光並行透過率の測定、線膨張係数の測定、反応率の測定を行った。得られた結果を表３及び表４に示す。
（可視光並行透過率の測定）
実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた透過性確認用フィルムについて、ＵＶ−ＶＩＳ分光光度計を用いて、可視光並行透過率の測定を行った。
（線膨張係数の測定）
実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた回路部材接続用接着剤をセパレータごと２００℃に設定したオーブンに１時間放置し、加熱硬化処理を行った。加熱硬化後のフィルムをセパレータからはく離し、３０ｍｍ×２ｍｍの大きさに切断した。セイコーインスツルメンツ社製ＴＭＡ／ＳＳ６１００（製品名）を用い、チャック間２０ｍｍに設定後、測定温度範囲２０℃〜３００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、断面積に対し０．５ＭＰａ圧力となる荷重条件で引張り試験モードにて熱機械分析を行い、線膨張係数を測定した。
（反応率の測定）
実施例１〜３及び比較例１〜３で得られた回路部材接続用接着剤をアルミ製測定容器に２〜１０ｍｇ計量した後、パーキンエルマー社製ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）Ｐｙｌｉｓ１（製品名）で３０〜３００℃まで２０℃／ｍｉｎの昇温速度で発熱量測定を行い、これを初期発熱量とした。
次いで、熱圧着装置の加熱ヘッドをセパレータに挟んだ熱電対で温度確認を行って２０秒後に１８０度に達する温度に設定した。この加熱ヘッド設定で、セパレータに挟んだ回路部材接続用接着剤を２０秒間加熱し、熱圧着時と同等の加熱処理が施された状態のフィルムを得た。加熱処理後のフィルムを２〜１０ｍｇ計量してアルミ製測定容器に入れ、ＤＳＣで３０〜３００℃まで２０℃／ｍｉｎの昇温速度で発熱量測定を行い、これを加熱後発熱量とした。得られた発熱量から次の式で反応率（％）を算出した。
式： （初期発熱量−加熱後発熱量）／（初期発熱量）×１００
実施例１〜３及び比較例１〜３の回路部材接続用接着剤を用い、下記の方法で半導体装置を作製し、その半導体装置について圧着後の接続抵抗、高温高圧試験２００時間後の接続抵抗、及び温度サイクル試験２００サイクル後の接続抵抗を測定した。得られた結果を表３及び表４に示す。
（回路部材接続用接着剤／半導体ウェハ／ダイシングテープ積層体の作製）
ジェイシーエム製のダイアタッチフィルムマウンターの吸着ステージを８０℃に加熱後、吸着ステージ上に金めっきバンプが形成された厚さ１５０μｍ、直径６インチの半導体ウェハをバンプ側を上に向けて搭載した。上記の回路部材接続用接着剤をセパレータごと２００ｍｍ×２００ｍｍに切断し、絶縁性接着剤層側を半導体ウェハのバンプ側に向け、エアを巻き込まないように半導体ウェハの端からダイアタッチマウンターの貼付ローラで押しつけてラミネートした。
ラミネート後、ウェハの外形に沿って接着剤のはみ出し部分を切断した。半導体ウェハと回路部材接続用接着剤の積層体を、接着剤の貼付いた面を下に向けてステージ温度を４０℃に設定したダイアタッチフィルムマウンターの吸着ステージに搭載し、さらに１２インチウェハ用のダイシングフレームをウェハ外周に設置した。ＵＶ硬化型ダイシングテープＵＣ−３３４ＥＰ−１１０（製品名、古河電工製）の粘着面を半導体ウェハ側に向け、エアを巻き込まないようにダイシングフレームの端からダイアタッチマウンターの貼付ローラで押しつけてラミネートした。
ラミネート後、ダイシングフレームの外周と内周の中間付近でダイシングテープを切断し、回路部材接続用接着剤のセパレータをはく離し、ダイシングフレームに固定された回路部材接続用接着剤／半導体ウェハ／ダイシングテープ積層体を得た。
（半導体チップ）
ダイシングフレームに固定された回路部材接続用接着剤／半導体ウェハ／ダイシングテープ積層体を、株式会社ディスコ製フルオートマチックダイシングソーＤＦＤ６３６１に回路部材接続用接着剤側をダイシングブレード側に向けて搭載した。
接着剤を透過してウェハ切断位置を合わせた後、１段目はバックグラインド面から表面から１００μｍまでを切断し、二段目で残りのウェハ及びダイシングテープ内まで長辺側１０ｍｍ間隔１０ｍｍ間隔で切断した。切断後、洗浄し、吹きつけで水分を飛ばした後、ダイシングテープ側からＵＶ照射を行った。
この後、ダイシングテープ側から半導体ウェハ側に突き上げ、回路部材接続用接着剤がバンプ側に形成された１０ｍｍ×１０ｍｍの回路部材接続用接着剤付半導体チップを得た。
（半導体装置）
回路部材接続用接着剤付半導体チップのバックグラインド面を株式会社アルテクス製超音波フリップチップボンダーＳＨ−５０ＭＰ（製品名）の吸着ヘッド側に向けてチップを吸引し、モリテックス社製のハロゲン光源及びライトガイドによって回路部材接続用接着剤層側から光を照射し、半導体チップ表面に形成されたアルミ製のチップアライメントマークを識別して位置合わせを行った。次いで位置合わせを行ったＡｕ／ＮｉめっきＣｕ回路プリント基板に接続して、半導体装置を得た。
（チップアライメントマーク認識の確認）
半導体装置の作製の際に、チップアライメントマークが認識できたものを「可能」として、認識できなかったものを「不可」として、それぞれ評価した。
（接続抵抗の測定）
得られた半導体装置の１７６バンプ連結デージーチェーンでの接続抵抗を測定した。
（高温高湿試験２００時間後の接続抵抗の測定）
得られた半導体装置を３０℃、相対湿度６０％の槽内に２００時間放置した後に、１７６バンプ連結デージーチェーンでの接続抵抗を測定した。
（温度サイクル試験２００サイクル後の接続抵抗の測定）
高温高湿試験２００時間後の接続抵抗の測定を行った後の半導体装置について、ＩＲリフロー処理（２６５℃最大）を３回行った。さらに、ＩＲリフロー後の半導体装置を温度サイクル試験機（−５５℃：３０分、室温：５分、１２５℃：３０分）内に放置し、槽内での接続抵抗の測定を行った。
（吸湿率の測定）
実施例１および比較例１〜３で得られた回路部材接続用接着剤をセパレータごと２００℃に設定したオーブンに１時間放置し、加熱硬化処理を行った。加熱硬化後のフィルムをセパレータから剥離し、１５ｍｍ×１５ｍｍの大きさに切断した。このサンプルを１６５℃のオーブンに１時間放置し、絶乾処理を行った後、秤量瓶を用いて初期重量を測定した。
次いで、上記サンプルを８５℃、８５％ＲＨの恒温槽に放置し、吸湿処理を１０００時間行った。吸湿後の重量を測定し、次の式を用いて吸湿率を算出した。
式： （吸湿後重量−初期重量）／（初期重量）×１００
Figure 0005263158
Figure 0005263158
表３に示すとおり、平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍの硫酸バリウムを用いた実施例１〜３の回路部材接続用接着剤は、１）可視光並行透過率が３０％以上であるため、フリップチップボンダーの認識システムを用いて接着剤を透過してチップ回路面のチップアライメントマークを識別することが可能であること、２）硬化後の線膨張係数が７０×１０−６／℃以下に低減されており、高温高湿試験及び温度サイクル試験において導通不良が発生しないこと、３）熱圧着時の加熱条件で７５％以上の反応率に達しているため、安定した低接続抵抗を示し、ガラス基板を対象とした異方導電性接着剤としても、またガラエポ基板を対象とした接触型の熱圧着樹脂としても優れていることが確認できた。
一方、表４に示すように、比較例１〜３の回路部材接続用接着剤では、屈折率が高いシリカを用いたことによって樹脂組成物との屈折率差が大きくなるため、散乱が発生し、可視光並行透過率が小さいためフリップチップボンダーでの認識作業が行えず、位置合わせができないため半導体装置の初期導通を確保することができなかった。
本発明の回路部材接続用接着剤によれば、狭ピッチ化及び狭ギャップ化に対応可能な先置きのアンダーフィルム工法として、ダイシング時の汚染が無く、さらにダイシング後に簡便にダイシングテープからはく離させて回路部材接続用接着剤付半導体付チップを得ることができる。さらに、本発明の回路部材接続用接着剤は、回路部材接続用接着剤付チップの高精度な位置合わせを実現する透明性と低熱膨張係数化による高接続信頼性を両立することが可能な速硬化性のウェハ貼付対応の回路部材接続用接着剤として利用できる。

Claims (4)

  1. 熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂用硬化剤及び硫酸バリウムを含有し、
    前記硫酸バリウムの平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍであり、
    未硬化時の可視光並行透過率が１５〜９０％であり、
    １８０℃で２０秒間加熱した後の示差走査熱量測定での反応率が、７５％以上であることを特徴とする回路部材接続用接着剤。
  2. 硬化後の４０℃〜１００℃の線膨張係数が、７０×１０−６／℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の回路部材接続用接着剤。
  3. 吸湿率が０．４％〜１．２％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回路部材接続用接着剤。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路部材接続用接着剤を用いて製造されてなる半導体装置。
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