JP5569576B2 - 半導体用フィルム状接着剤、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の半導体封止用接着剤組成物は、(a)エポキシ樹脂と、(b)硬化剤と、(c)酸化防止剤とを含有するものであり、好ましくは、さらに(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分を含有するものである。また、本発明の半導体封止用フィルム状接着剤は、上記本発明の半導体封止用接着剤組成物をフィルム状に形成してなるものであって、(a)エポキシ樹脂と、(b)硬化剤と、(c)酸化防止剤とを含有するものであり、好ましくは、さらに(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分とを含有するものである。以下、各成分について説明する。
本発明において用いる(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く、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等の、各種多官能エポキシ樹脂などを使用することができる。これらは1種を単独で又は2種以上の混合体として使用することができる。また、例えば、ビスフェノールA型やビスフェノールF型の液状エポキシ樹脂は1%熱重量減少温度が250℃以下であるため、高温加熱時に分解して揮発成分が発生する恐れがあることから、室温で固形のエポキシ樹脂を用いることが望ましい。
本発明に用いる(b)硬化剤としては、例えば、フェノール化合物、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール類、ホスフィン類が挙げられる。
本発明の(c)酸化防止剤に関しては、半導体封止用接着剤組成物の組成に応じて選定すればよい。(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。
本発明で用いる(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分は、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、その中でも耐熱性およびフィルム形成性に優れるフェノキシ樹脂、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、アクリルゴム等が望ましく、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリルゴムがより好ましい。これらの高分子成分は単独または2種以上の混合体や共重合体として使用することもできる。
[式中、Q4及びQ9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、Q5、Q6、Q7、及びQ8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。]
で表される脂肪族エーテルジアミンの他、下記一般式(VI)で表される脂肪族エーテルジアミンが挙げられる。これからの中でも、低温ラミネート性と有機レジスト付き基板に対する良好な接着性を確保できる点で、下記一般式(VI)で表される脂肪族エーテルジアミンがより好ましい。
μ=8πFtZ4Z0 4/3V2(Z0 4−Z4) (1)
μ:溶融粘度(Pa・s)
F:荷重(N)
t:加圧時間(s)
Z0 4:初期厚み(m)
Z4:加圧後厚み(m)
V:樹脂体積(m3)
本発明の半導体装置の製造方法は、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200℃以上の温度で接続する際に、上記本発明の半導体封止用接着剤組成物又は半導体封止用フィルム状接着剤を介して接続し、上記半導体チップと上記基板との間の空隙を半導体封止用接着剤組成物又は半導体封止用フィルム状接着剤で封止充てんする工程を有する、方法である。
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:D2000、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(関東化学社製)150g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、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)(ALDRICH社製、商品名:BPADA)15.62g(0.10モル)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100g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、ポリイミド樹脂の溶液を得た。得られたポリイミド樹脂は、Tgが27℃、重量平均分子量が47000、SP値が10.2であった。
20mlガラス製スクリュー管に、合成例にて合成したポリイミド樹脂1.00g(固形分)、エポキシ樹脂(YDCN−702)0.11g、エポキシ樹脂(VG3101L)0.11g、硬化剤(カヤハードNHN)0.08g、シリカフィラー(R972)0.07g、窒化ホウ素(HPP1−HJ)0.46g、硬化促進剤(2MAOK−PW)0.002g、及び、酸化防止剤(AO−60)0.055gを仕込み、固形分が40質量%となるようにN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を加え、撹拌・脱泡装置(株式会社シンキー製、商品名:AR−250)で撹拌・脱泡し、樹脂ワニスを得た。得られた樹脂ワニスを、離型処理を施したフィルム(帝人デュポンフィルム(株)製、商品名:ピューレックスA53)上に、塗工機(テスター産業株式会社製、商品名:PI−1210 FILMCOATER)を用いて塗工し、クリーンオーブン(ESPEC社製)にて80℃で30分間、次いで120℃で30分間乾燥し、フィルム状接着剤を得た。
樹脂ワニスの調製において、使用した材料の組成を下記の表1、2に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例2〜3及び比較例1〜4のフィルム状接着剤を得た。なお、表1において、各材料の配合量は質量部で表す。
(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)硬化剤
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)。
(c)酸化防止剤
ヒンダードフェノール1(株式会社ADEKA製、商品名:AO−60)。
ヒンダードフェノール2(株式会社エーピーアイ コーポレーション製、商品名:ヨシノックスBB)。
(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分
合成例にて合成したポリイミド樹脂(以下、「合成ポリイミド」という)。
(e)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(四国化成株式会社製、商品名:2MAOK−PW)。
(f)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)。(g)無機イオン捕捉剤
陽イオン捕捉剤(東亞合成株式会社製、商品名:IXE100)。
陰イオン捕捉剤(東亞合成株式会社製、商品名:IXE500)。
(h)溶媒
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)(関東化学社製)。
実施例及び比較例で作製したフィルム状接着剤を切り抜き(φ6mm、厚み約0.1mm)、図1に示すように、切り抜いたフィルム状接着剤4をガラスチップ3(15mm×15mm×0.7mmt)上に貼付し、カバーガラス7(18mm×18mm×0.12〜0.17mmt)を被せ、サンプルAを作製した。サンプルAをフリップチップボンダ(FCB3、パナソニック社製)で圧着し(圧着条件:ヘッド温度350℃、ステージ温度100℃、5秒間、1MPa)、圧着前後のフィルム状接着剤の体積変化を測定した。溶融粘度は平行板プラストメータ法により体積変化から下記式(1)に基づき算出した。その結果を表2に示す。
μ=8πFtZ4Z0 4/3V2(Z0 4−Z4) (1)
μ:溶融粘度(Pa・s)
F:荷重(N)
t:加圧時間(s)
Z0 4:初期厚み(m)
Z4:加圧後厚み(m)
V:樹脂体積(m3)
実施例及び比較例で作製したフィルム状接着剤を切り抜き(5mm×5mm×0.03mmt)、図2に示すように、切り抜いたフィルム状接着剤4をガラスチップ3(15mm×15mm×0.7mmt)上に貼付し、金バンプ6付チップ5(4.26mm×4.26mm×0.27mmt、バンプ高さ0.02mm)を被せ、サンプルBを作製した。サンプルBをFCB3(パナソニック社製)で圧着し(圧着条件:ヘッド温度350℃、ステージ温度100℃、5秒間、1MPa)、圧着後のボイド発生率を測定した。ボイド発生率は、上記の金バンプ付チップの面積に対する圧着後の発生ボイド面積の比率で算出した。評価基準として、350℃、1MPaで5秒間圧着した際のボイド発生率が5%以下を「A」、5%より大きい値を「B」とした。その結果を表2に示す。
実施例及び比較例で作製したフィルム状接着剤を切り抜き(2.5mm×15.5mm×0.03mmt)、ポリイミド基板(ポリイミド基材:38μm厚、銅配線:8μm厚、配線スズめっき:0.2μm厚、株式会社日立超LSIシステムズ製、商品名:JKIT COF TEG_30−B)上に貼付し、金バンプ付きチップ(チップサイズ1.6mm×15.1mm×0.4mmt、バンプサイズ:20μm×100μm×15μmt、バンプ数726、株式会社日立超LSIシステムズ製、商品名:JTEG PHASE6_30)をFCB3(パナソニック社製)で実装した(実装条件:ヘッド温度350℃、ステージ温度100℃、5秒間、50N)。ここで、図3は、実施例3で得られた半導体装置の全体を示す写真であり、ポリイミド基板8上に半導体チップ9が実装されている状態を示している。また、図4は、実施例3で得られた半導体装置におけるチップ実装部分の断面を示す写真であり、ポリイミド基板8のスズめっきされた銅配線2と、半導体チップ9の金バンプ10とが金−スズ共晶により接続されており、半導体チップ9とポリイミド基板8との間の空隙がフィルム状接着剤の硬化物11により封止充てんされている状態を示している。
実施例及び比較例で作製したフィルム状接着剤(厚み:30μm)を、くし型電極評価TEG(新藤電子社製、perflex−S、配線ピッチ:30μm)に貼付し、クリーンオーブン(ESPEC製)中、180℃で1時間キュアした。キュア後、サンプルC(図5)を取り出し、加速寿命試験装置(HIRAYAMA社製、商品名:PL−422R8、条件:110℃/85%RH/100時間)に設置し、絶縁抵抗を測定した。なお、サンプルCは、図5に示すように、スズめっき銅配線(くし型電極評価TEG)13上に、キュア後のフィルム状接着剤12が貼り付けられたものである。評価方法としては、100時間を通して、絶縁抵抗が1×108Ω以上である場合を「A」、絶縁抵抗の最低値が1×107Ω以上1×108Ω未満である場合を「B」、絶縁抵抗の最低値が1×107Ω未満である場合を「C」とする。なお、評価結果が「C」であるものは、実用上問題がある。その結果を表2に示す。
実施例1(酸化防止剤あり)と比較例1(酸化防止剤なし)の不純物イオン濃度(酢酸イオン、ギ酸イオン)の比較として、クリーンオーブン(ESPEC製)で、180℃で1時間キュアしたフィルム状接着剤(厚み:30μm)を、5mm×5mmで約1g切り出し、ステンレスジャケット付きテフロンルツボに入れ、純水で10倍に希釈した。その後、希釈溶液を小型恒温試験機(ETAC製)に入れ、イオン抽出(121℃/20時間)を行った。抽出後、ろ過し、イオンクロマトグラフ(Dionex Corporation製)で不純物イオン濃度を測定した。その結果を表3に示す。
Claims (10)
- 半導体用接着剤組成物をフィルム状に形成してなる半導体用フィルム状接着剤であって、
前記半導体用接着剤組成物が、(a)エポキシ樹脂と、(b)硬化剤と、(c)酸化防止剤と、を含有し、
前記(c)酸化防止剤がヒンダードフェノール類を含み、
前記半導体用フィルム状接着剤の350℃での溶融粘度が2000Pa・s以下である、半導体用フィルム状接着剤。 - 材質にスズを含むバンプ又は表面がスズでめっき処理された配線を接続するためのものである、請求項1に記載の半導体用フィルム状接着剤。
- 前記半導体用接着剤組成物が、さらに(d)重量平均分子量10000以上の高分子成分を含有する、請求項1又は2に記載の半導体用フィルム状接着剤。
- 前記(d)高分子成分がポリイミド樹脂である、請求項3に記載の半導体用フィルム状接着剤。
- 前記ポリイミド樹脂は、重量平均分子量が30000以上であり、且つ、ガラス転移温度が100℃以下である、請求項4に記載の半導体用フィルム状接着剤。
- 前記(b)硬化剤がフェノール化合物である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体用フィルム状接着剤。
- 350℃、1MPaで5秒間圧着した際のボイド発生率が5%以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体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200℃以上の温度で接続する際に、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体用フィルム状接着剤を介して接続し、前記半導体チップと前記基板との間の空隙を前記半導体用フィルム状接着剤で封止充てんする工程を有する、半導体装置の製造方法。
- 前記バンプは金バンプであり、前記金属配線は表面がスズめっきされた金属配線であり、前記基板はポリイミド基板であり、前記半導体チップと前記基板とを200℃以上の温度で金−スズ共晶を形成させて接続する、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項8又は9に記載の半導体装置の製造方法によって製造される、半導体装置。
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