JP5439863B2 - 半導体封止用接着剤、半導体封止用フィルム状接着剤、半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の半導体封止用接着剤は、(a)エポキシ樹脂、(b)フェノール樹脂及び(c)酸化防止剤を含有するものである。半導体封止用接着剤に含まれる各成分の詳細について、以下に説明する。
(a)エポキシ樹脂は、分子内に2個以上のエポキシ基を有するものであることが好ましい。例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ナフタレン型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型、ジシクロペンタジエン型、各種多官能エポキシ樹脂が好ましい。これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本実施形態の半導体封止用接着剤は、粘度や硬化物の物性を制御するために、硬化剤として、フェノール樹脂を含有する。(b)フェノール樹脂は、分子内に2個以上のフェノール性水酸基を有するものが好ましく、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、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物、トリフェニルメタン型多官能フェノール樹脂、各種多官能フェノール樹脂を使用することができる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(c)酸化防止剤は、フェノール系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤からなる群より選ばれる1種以上の酸化防止剤であることが好ましい。
本実施形態の半導体封止用接着剤は、(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分(以下、便宜上「(d)高分子成分」という。)を含むことが好ましい。(d)高分子成分は、(a)エポキシ樹脂とは異なる樹脂であり、例えば、(a)エポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂、アクリルゴム等が挙げられる。その中でも、耐熱性及びフィルム形成性に優れるフィルム状接着剤を得る観点から、(a)エポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリカルボジイミド樹脂が好ましく、(a)エポキシ樹脂とは異なるエポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂がより好ましい。これらの高分子成分は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて、或いは2種以上の共重合体として使用することができる。
本実施形態の半導体封止用接着剤は、(e)ポリイミド樹脂を含有することが好ましく、上記(d)高分子成分として、(e)ポリイミド樹脂を用いてもよいし、ポリイミド樹脂以外の(d)高分子成分と(e)ポリイミド樹脂とを併用することもできる。(d)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とを公知の方法で縮合反応させて得ることができる。より具体的には、有機溶媒中で、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを等モルの比率又はほぼ等モルの比率で配合し(各成分の添加順序は任意)、80℃以下、好ましくは0〜60℃の温度で付加反応させる。反応が進行するにつれて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、フィルム状接着剤の諸特性の低下を抑えるため、上記のテトラカルボン酸二無水物は無水酢酸で再結晶精製処理を施しておくことが好ましい。
本実施形態において、取り扱い性及び半導体装置を作製する際の作業性を向上する観点から、上記半導体封止用接着剤をフィルム状に成形したフィルム状接着剤として用いることが好ましい。本実施形態の半導体封止用フィルム状接着剤の製造方法を以下に説明する。まず、(a)エポキシ樹脂、(b)フェノール樹脂及び(c)酸化防止剤と、必要に応じて(d)高分子成分、(e)ポリイミド樹脂、(f)硬化促進剤、フィラー及び/又はその他の添加剤とを有機溶媒中に加え、攪拌混合、混錬等により、溶解又は分散させて、樹脂ワニスを調製する。離型処理を施した基材フィルム上に、調製した樹脂ワニスをナイフコーター、ロールコーター又はアプリケーターを用いて塗布した後、加熱により有機溶媒を除去して、基材フィルム上にフィルム状接着剤を形成する。なお、ポリイミド樹脂を配合する場合、ポリイミド樹脂を合成した後に単離することなく、ポリイミド樹脂を含むワニスの状態でそのまま使用し、このワニス中に各成分を加えて樹脂ワニスを調製してもよい。
次に、半導体封止用フィルム状接着剤を用いた半導体装置の製造方法の好適な実施形態について説明する。
図1は、本発明の好適な実施形態に係る半導体装置の製造方法の第1工程を模式的に示す工程断面図である。第1工程では、まず、半導体チップ14と基板16との間に、半導体封止用フィルム状接着剤12を介在させる。
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、1,12−ジアミノドデカン2.10g(0.035モル)、ポリエーテルジアミン(BASF社製、商品名:ED2000〈分子量:1923〉)17.31g(0.03モル)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(信越化学工業株式会社製、商品名:LP−7100)2.61g(0.035モル)、及びN−メチル−2−ピロリドン(関東化学株式会社製)150gを仕込んで攪拌を行い、ジアミン溶液を調製した。
次に、フィルム状接着剤製造用の原材料として、以下の化合物を準備した。
(a)エポキシ樹脂
・クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成株式会社製、商品名:YDCN−702)
・多官能特殊エポキシ樹脂(株式会社プリンテック製、商品名:VG3101L)
(b)フェノール樹脂
・クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物(日本化薬株式会社製、商品名:カヤハードNHN、重量平均分子量:730)
(c)酸化防止剤
・ヒンダードフェノール(株式会社ADEKA製、商品名:AO−60)
(e)ポリイミド樹脂
・上記合成例1で合成したポリイミド樹脂(以下、「合成ポリイミド」という)
(f)硬化促進剤
・2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加体(四国化成工業株式会社製、商品名:2MAOK−PW)
(g)フィラー
・窒化ホウ素(水島合金鉄株式会社製、商品名:HPP1−HJ、平均粒子径:1.0μm、最大粒子径:5.1μm
・シリカフィラー(日本アエロジル株式会社製、商品名:R972、平均粒径:20nm)
<半導体封止用接着剤及びフィルム状接着剤の作製方法>
ガラス製スクリュー管20mlに合成例1にて合成したポリイミド樹脂1.62g、エポキシ樹脂(商品名:YDCN−702)0.18g、エポキシ樹脂(商品名:VG3101L)0.18g、フェノール樹脂(商品名:カヤハードNHN)0.13g、シリカフィラーR972を0.11g、窒化ホウ素HPP1−HJを0.70g、硬化促進剤0.0036g、酸化防止剤0.088g、N−メチル−2−ピロリドン(関東化学株式会社製)4.4gを仕込み、撹拌・脱泡装置「AR−250」(株式会社シンキー製、商品名)で撹拌・脱泡を行って半導体封止用接着剤を得た。
図3は、溶融粘度測定用の試料Aの作製方法を説明するための説明図である。まず、作製したフィルム状接着剤12を、所定のサイズ(直径6mm、厚み約0.1mm)に切断して厚み0.7mmのガラスチップ11(サイズ:15mm×15mm)上に貼付した。その後、図3に示すように、厚み0.12〜0.17mmのカバーガラス13(サイズ:18mm×18mm)を被せて、ガラスチップ11、フィルム状接着剤12及びカバーガラス13が順次積層された試料Aを作製した。
μ:溶融粘度(Pa・s)
F:荷重(N)
t:加熱加圧時間(秒)
Z0:初期厚み(m)
Z:加圧後厚み(m)
V:樹脂体積(m3)
作製したフィルム状接着剤をクリーンオーブン(エスペツク株式会社製)で180℃、1時間の条件で熱処理した後、2cm×2cmに切り出したものを試験片とした。上記試験片を秤量瓶に入れ、小型恒温試験機(楠本化成株式会社ETAC製)で乾燥(125℃、24時間)した後、試験片の重量(A)を測定した。次いで、上記試験片を入れた秤量瓶を低温恒温恒湿器(エスペック株式会社製、PL−2KT、条件:85℃、85%RH)に入れ、336時間吸湿させた後、取り出し、試験片の重量(B)を測定した。そして、下記式よりフィルム状接着剤の吸湿率を算出した。結果を表1に示す。
吸湿率(%)=(B−A)/A×100
作製したフィルム状接着剤を所定のサイズ(直径6mm、厚み約0.1mm)に切断し、上述のフリップチップボンダーを用いて、加熱温度:350℃、加圧圧力:1MPa、圧着時間:0.5秒間の条件で加熱及び加圧して、厚み0.7mmのガラスチップ11(サイズ:15mm×15mm)に圧着した後の面積と圧着前の面積とをスキャナGT−9300UF(EPSON製)で画像を取り込み、画像処理ソフトAdobe Photoshopを用いて、色調補正、二階調化によりフィルム部分を識別し、ヒストグラムによりフィルム部分の占める割合を算出した。上記圧着後の面積/圧着前の面積を「初期倍率」とした。結果を表1に示す。
図4(A)は接続抵抗の評価に用いた半導体装置を上方(半導体チップ側)から撮影した写真であり、図4(B)は接続抵抗の評価に用いた半導体装置の断面を撮影した写真である。接続抵抗評価用の半導体装置は次の通りにして作製した。
作製したフィルム状接着剤を所定のサイズ(2.5mm×15.5mm×厚み0.03mm)に切り出し、上述のフリップチップボンダーを用いて、上記ポリイミド基板に仮圧着した後の外観を金属顕微鏡「BX60」(OLMPUS社製、商品名)で観察することで、埋め込み性を評価した。圧着条件は、圧着温度:100℃、圧着時間:5秒間、圧力:1MPaとした。配線間に隙間(ボイド)なくフィルム状接着剤が埋め込めたものを「A」、埋め込めないものを「B」として評価した。評価結果を表1に示す。
図5は、ボイド発生率測定用の試料Bの作製方法を説明するための説明図である。作製したフィルム状接着剤を所定のサイズ(5mm×5mm×厚み0.03mm)に切断し、図5に示すように、フィルム状接着剤12をガラスチップ11(15mm×15mm×厚み0.7mm)上に貼付した。フィルム状接着剤12の上に、金バンプ15が形成されたチップ14(4.26mm×4.26mm×厚み0.27mm、バンプ高さ:0.02mm)を被せて、試料Bを作製した。
図6は、絶縁信頼性試験に用いた試料Cを上方から撮影した写真である。試料Cは以下の通りにして作製した。
使用した材料の組成を下記の表1に示したように変更したことを除いては、実施例1で作製した半導体封止用接着剤及びフィルム状接着剤の作製方法と同様にして、半導体封止用接着剤及びフィルム状接着剤を作製した。半導体封止用接着剤の原材料の配合量(質量部)と評価結果とをまとめて表1に示す。
Claims (9)
- (a)エポキシ樹脂、(b)フェノール樹脂、(c)酸化防止剤及び(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分を含有し、
前記酸化防止剤が、ヒンダードフェノール類を含み、
前記高分子成分が、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂及びアクリルゴムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む、半導体封止用接着剤。 - 前記高分子成分が、フェノキシ樹脂又はポリイミド樹脂を含む、請求項1記載の半導体封止用接着剤。
- 前記高分子成分が(e)ポリイミド樹脂を含む、請求項1又は2記載の半導体封止用接着剤。
- 前記(e)ポリイミド樹脂は、30000以上の重量平均分子量を有し、且つ、100℃以下のガラス転移温度を有する、請求項3記載の半導体封止用接着剤。
- 350℃での溶融粘度が300Pa・s以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体封止用接着剤。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体封止用接着剤をフィルム状に成形してなる、半導体封止用フィルム状接着剤。
- バンプを有する半導体チップと、金属配線を有する基板とを備える半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップと前記基板とを、請求項6記載の半導体封止用フィルム状接着剤を介して前記バンプと前記金属配線とが互いに対向するように配置し、
前記半導体チップと前記基板とを対向する方向に加圧するとともに加熱して前記半導体封止用フィルム状接着剤を硬化させ、前記バンプと前記金属配線とを電気的に接続する接続工程を有する、製造方法。 - 前記接続工程では、前記半導体チップと前記基板とを対向する方向に加圧するとともに300℃以上に加熱して、金を含有する前記バンプとスズめっき層を有する前記金属配線との間に金−スズ共晶を形成し、前記バンプと前記金属配線とを電気的に接続する、請求項7記載の製造方法。
- 請求項7又は8記載の半導体装置の製造方法によって得られる、半導体装置。
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