JP5274744B2 - フィルム状接着剤及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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本発明は、接着剤による半導体チップと回路基板との電気的接続において、接続時の排除性が良好で、接続荷重が小さくチップ割れを防止できると共に接続信頼性に優れたフィルム状接着剤及びこれを用いた半導体装置を提供する。
これは、常温においてはフィルム状であって取り扱いが容易であり、加熱溶融時にペースト状の低粘度物となり十分な排除性あるいは回路充填性を有し、硬化後の線膨張係数が小さく耐熱性に優れるフィルム状接着剤を提供するものである。
また、本発明は、[2]下記(a)〜(d)を必須成分とする上記[1]に記載のフィルム状接着剤である。
(a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形である樹脂、(b)絶縁性無機フィラー、(c)エポキシ樹脂、(d)硬化剤。
上記の発明は、上記[1]に記載の発明に加えて、汎用性の高い有機・無機材料からなるフィルム状接着剤を提供するものである。
また、本発明は、[3](b)絶縁性無機フィラーの充填量が40〜80重量%である上記[1]または上記[2]に記載のフィルム状接着剤である。
上記[3]に記載の発明は、上記[1]または上記[2]に記載の発明に加えて、適当な可とう性を有するフィルム状接着剤を提供するものである。
また、本発明は、[4]揮発分が10重量%以下である上記[1]ないし上記[3]のいずれかに記載のフィルム状接着剤である。
上記[4]記載の発明は、上記[1]〜[3]のいずれかに記載の発明に加えて、硬化時のボイド発生が少ないフィルム状接着剤を提供するものである。
また、本発明は、[5]50〜250℃のいずれかの温度で粘度が200Pa・s以下である時間が30秒間以上である上記[1]ないし上記[4]のいずれかに記載のフィルム状接着剤である。
上記[5]に記載の発明は、上記[1]〜[5]のいずれかに記載の発明に加えて、接続前にボイドの原因となる揮発分を低減することができ、また一つの基板に同時に多数のチップを接続できるフィルム状接着剤を提供するものである。
また、本発明は、[6]上記[1]ないし上記[5]のいずれかに記載のフィルム状接着剤を用いて作製した半導体装置である。
上記[6]記載の発明は、従来よりも、低圧、短時間、低温での作製が可能であり、接続信頼性に優れる半導体装置を提供するものである。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(参考例1)
重量平均分子量が10,000以下であって常温(25℃)において固形である樹脂として分子量が1,600のビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製:EP1004)100重量部とシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製:SH6040)3重量部をメチルエチルケトンに溶解し、得られた樹脂ワニス中に平均粒径2μmの球状シリカ(三菱レイヨン株式会社製:QS2)を150重量部添加し、30分混練した。これに硬化剤としてイミダゾール(四国化成工業株式会社製:2P4MHZ)を5重量部添加し、均一に攪拌した後、減圧脱泡して接着剤ワニスを得た。この接着剤ワニスを離型処理された50μm厚のPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に塗工し、70℃にて10分間乾燥してメチルエチルケトンを除去し、50μm厚のフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量390の液状エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製:EP828)20重量部と分子量が1,600のエポキシ樹脂80重量部に置き換えた以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量390の液状エポキシ樹脂20重量部と分子量が1,600のエポキシ樹脂60重量部とo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(住友化学工業株式会社製:ESCN195XL)20重量部に置き換えた以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量8,100のアクリル樹脂(ジョンソンポリマー株式会社製:JC611)70重量部と分子量390の液状エポキシ樹脂30重量部に置き換えた以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量が2,900のビスフェノールA型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製:EP1007)20重量部と分子量390の液状エポキシ樹脂20重量部と分子量が1,600のエポキシ樹脂60重量部に置き換え、球状シリカを70重量部とした以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量390の液状エポキシ樹脂60重量部と分子
量が1,600のエポキシ樹脂40重量部に置き換え、球状シリカを300重郎部とした
以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量390の液状エポキシ樹脂70重量部と分子量約50,000のフェノキシ樹脂(ユニオンカーバイド株式会社製:PKHC)30重量部に置き換えた以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量390の液状エポキシ樹脂60重量部と分子量約50,000のフェノキシ樹脂40重量部に置き換えた以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
分子量が1,600のエポキシ樹脂を分子量390の液状エポキシ樹脂70重量部と分子量約70,000のポリビニルアセタール樹脂(電気化学工業株式会社製:PVB−3000K)30重量部に置き換えた以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
球状シリカの配合量を50重量部とした以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
球状シリカの配合量を500重量部とした以外は、参考例1と全て同じ条件で行いフィルム状接着剤を作製した。
(フィルム形成性)
70℃にて10分間乾燥する際に接着剤ワニスが流動することなくフィルム状の接着剤が形成され、また90°曲げに対してクラックが発生しないことを観察した。乾燥中に流動することなく、曲げに対してクラックが発生しないものを「○」とし、流動またはクラックが発生するものを「×」として評価した。
(溶融粘度測定)
ずり粘弾性測定装置(レオメトリック・サイエンティフィック・エフ・イー株式会社製)を用い直径7.9mmの平行板を使用して、サンプル厚み0.5から1.0mmで周波数10Hzにおいて150℃に設定した時のせん断粘度を測定した。また、このとき粘度が200Pa・s以下である時間を測定した。
(平均線膨張係数測定)
作製したフィルム状接着剤を200℃にて1時間硬化し、TMA測定装置(セイコーインスツルメンツ株式会社製)を用いて昇温速度5℃/分で25〜260℃における平均線膨張係数を測定した。
(接続性)
回路基板(ガラスエポキシ基板、サイズ25mm角、厚さ0.8mm、電極高さ20μm)にフィルム状接着剤を仮付けし、半導体チップ(サイズ10mm角、厚さ0.55mm、バンプ高さ30μm、バンプ数184個、保護膜窒化珪素)を位置合わせして、フリップチップボンディング装置(ミスズFA株式会社製)で接続を行った。
(冷熱サイクル試験)
フィルム状接着剤を用いて半導体チップと回路基板を接続した半導体装置を150℃のオーブン中で2時間加熱し接着剤を完全に硬化させた後、冷熱サイクル試験機(−55〜125℃、間隔30分)に投入し一端子当りの接続抵抗値が10mΩ以上となるサイクル数を求めた。
00以下であって常温(25℃)において固形である樹脂を用い球状シリカの充填量が4
0〜80重量%である場合には、溶融時の粘度が200Pa・s以下に達し、かつ硬化後
の平均線膨張係数が200ppm以下となるフィルム状接着剤が得られた。参考例1の粘
度測定結果を図6に示した。
一方、比較例1では、フィルム形成材として分子量約50,000のフェノキシ樹脂を用い低粘度化のために液状のエポキシ樹脂を多量配合しているが、粘着性が強く良好なフィルム形成性が得られない。また、比較例2では、比較例1でのフィルム形成性を改善する目的でフェノキシ樹脂を増加し液状エポキシ樹脂を減少しているが溶融時の粘度が高い。比較例2の粘度測定結果を図7に示した。
比較例3では、比較例1でのフィルム形成性を改善する目的でフェノキシ樹脂の代わりに分子量約70,000のポリビニルアセタール樹脂を使用しているが溶融時の粘度が高い。
比較例4では、絶縁性無機フィラーの配合量を減らすことによって溶融時の粘度が低いが、硬化後の線膨張係数が大きく、冷熱サイクル試験において十分な接続信頼性が得られない。比較例5では、絶縁性無機フィラーを高充填することにより、硬化後の線膨張係数は小さいが、溶融時に粘度が十分低下せず導通に要する荷重が高い。
2.突起電極
3.アンダーフィルフィルム
4.回路基板
5.電極
6.電極パッド
9.接続ツール
10.加熱装置
11.シート状封止材
Claims (9)
- フリップチップ実装用のフィルム状アンダーフィル材として使用され、半導体チップと回路基板との接続において、加熱圧接によって相対峙する電極を電気的に接続するフィルム状接着剤であって、
(a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形であるアクリル樹脂又はエポキシ樹脂、(b)絶縁性無機フィラー、(c)25℃において液状であるエポキシ樹脂及び(d)硬化剤を含有し、かつ、導電性粒子を含有せず、
(d)硬化剤が、イミダゾール類であり、
(a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形であるアクリル樹脂又はエポキシ樹脂の配合量が、(a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形であるアクリル樹脂又はエポキシ樹脂、(b)絶縁性無機フィラー及び(c)25℃において液状であるエポキシ樹脂の総量100重量部に対して、20〜50重量部であり、
(b)絶縁性無機フィラーの配合量が、(a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形であるアクリル樹脂又はエポキシ樹脂、(b)絶縁性無機フィラー及び(c)25℃において液状であるエポキシ樹脂の総量100重量部に対して、40〜60重量部であり、
前記フィルム状接着剤の150℃における最低溶融粘度が200Pa・s以下であり、 前記フィルム状接着剤を200℃にて1時間硬化させて得られる硬化物の昇温速度5℃/分での25℃〜260℃における平均線膨張係数が200ppm/℃以下である、
フィルム状接着剤。
- (b)絶縁性無機フィラーがシリカである、請求項1に記載のフィルム状接着剤。
- (d)硬化剤の含有量が、(c)25℃において液状であるエポキシ樹脂100重量部に対して、0.01〜50重量部である、請求項1又は2に記載のフィルム状接着剤。
- 揮発分が10重量%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- (b)絶縁性無機フィラーの粒径が10μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- (a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形であるアクリル樹脂又はエポキシ樹脂が、アクリル樹脂である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- (a)重量平均分子量が10,000以下で、常温(25℃)において固形であるアクリル樹脂又はエポキシ樹脂が、ビスフェノールA型エポキシ樹脂である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤をフィルム状アンダーフィル材として使用し、相対峙する半導体チップの電極と回路基板の電極とを電気的に接続する、半導体装置の製造方法。
- 請求項8に記載の製造方法によって得られる、半導体装置。
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