JP5596468B2 - 半導体素子の接合方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明を詳述する。
これに対し、本発明者は、バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程(1)の後、加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程(2)を行うことにより、接着剤と、基板又は半導体素子とを接触させる際に空気がかみ込まれた場合であっても、かみ込まれた空気がボイドとして接着剤中に残ることを低減できることを見出した。
本明細書中、半導体素子は、半導体ウエハであってもよく、半導体ウエハをダイシングすることにより得られる半導体チップであってもよい。また、本発明の半導体素子の接合方法においては、基板と半導体素子とを接合してもよく、また、例えば、基板に接合された半導体素子等の他の半導体素子と、半導体素子とを接合してもよい。
また、上記位置合わせ工程(1)が上記バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に上記接着剤を塗布する工程を有する場合、上記半導体素子は、半導体ウエハであることが好ましい。
このような接着剤は特に限定されないが、エポキシ化合物、該エポキシ化合物と反応可能な官能基を有する高分子化合物(以下、単に、反応可能な官能基を有する高分子化合物ともいう)、及び、必要に応じて他の添加成分を適宜配合した接着剤が好ましい。
上記軟化点が150℃以下のエポキシ樹脂として、例えば、フェノールノボラックエポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラックエポキシ樹脂、クレゾールノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルフェノールノボラックエポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、ジシクロペンタジエンフェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
上記反応可能な官能基を有する高分子化合物は特に限定されず、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等を有する高分子化合物等が挙げられる。なかでも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましい。
上記エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、得られる接着剤の硬化物は優れた靭性を発現する。即ち、得られる接着剤の硬化物は、上記エポキシ化合物に由来する優れた機械的強度、耐熱性及び耐湿性と、上記エポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備することにより、高い接合信頼性及び接続信頼性を発現することができる。
また、上記重量平均分子量が1万未満であると、得られる接着剤には低分子量化合物が多く存在するため、ボイドが発生しやすくなることがある。
上記硬化剤は特に限定されず、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられる。なかでも、酸無水物硬化剤が好ましい。
上記酸無水物硬化剤は特に限定されないが、2官能の酸無水物硬化剤が好ましい。上記2官能の酸無水物硬化剤は特に限定されず、例えば、フタル酸誘導体の無水物、無水マレイン酸等が挙げられる。
上記硬化促進剤は特に限定されないが、イミダゾール化合物が好ましい。上記イミダゾール化合物は上記エポキシ化合物との反応性が高いことから、上記イミダゾール化合物を含有することで、得られる接着剤は速硬化性が向上する。
上記無機充填材を含有することで、得られる接着剤の硬化物の線膨張率を低下させることができ、接合された半導体素子等への応力の発生及びハンダ等の導通部分のクラックの発生を良好に防止することができる。
上記無機充填材は特に限定されず、例えば、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、ガラスパウダー、ガラスフリット等が挙げられる。
上記希釈剤は特に限定されないが、接着剤の加熱硬化時に硬化物に取り込まれる反応性希釈剤が好ましい。なかでも、得られる接着剤の接着信頼性を悪化させないために、1分子中に2以上の官能基を有する反応性希釈剤がより好ましい。
上記1分子中に2以上の官能基を有する反応性希釈剤として、例えば、脂肪族型エポキシ、エチレンオキサイド変性エポキシ、プロピレンオキサイド変性エポキシ、シクロヘキサン型エポキシ、ジシクロペンタジエン型エポキシ、フェノール型エポキシ等が挙げられる。
上記フィルム化する方法は特に限定されず、例えば、溶剤としてメチルエチルケトン等の低沸点溶剤を用いて、上記接着剤を溶解して接着剤溶液を調製した後、得られた接着剤溶液を、ダイコーター、バーコーター、グラビアコーター、スリットコーター等を使用してセパレーター上に塗工し、加熱等により溶剤を乾燥する方法等が挙げられる。
本発明の半導体素子の接合方法においては、このような予備加熱工程(2)を行うことにより、空気のかみ込みによるボイドの発生を充分に低減しながら信頼性の高いバンプ接続を行うことができる。
なお、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数1Hz、歪量1radにおける複素粘度η*が10Pa・sを超えると、上記予備加熱工程(2)に時間がかかりすぎてしまうが、10秒程度の時間をかけることで空気のかみ込みによるボイドの発生を低減できることがあり、一方、短時間で上記予備加熱工程(2)を行おうとすれば、空気のかみ込みによるボイドが接着剤中に残ることがある。
なお、上記接着剤のレオメーターにより測定した周波数1Hz、歪量1radにおける複素粘度η*とは、通常のレオメーター、例えば、STRESSTECH(REOLOGICA社製)等を用いて、サンプル厚み600μm、周波数1Hz、歪量1rad、昇温速度20℃/min、測定温度範囲60℃から300℃までの条件で測定を行うことにより得られる複素粘度η*をいう。
また、上記予備加熱工程(2)において、上記接着剤の温度は、上記接着剤に熱電対を挿入することにより測定することができる。
上記バンプと上記電極部とを溶融接合する温度として、例えば、240〜280℃程度の温度が挙げられる。
(1)接着フィルムの製造
表1の組成に従って、ホモディスパーを用いて下記に示す各材料を攪拌混合し、接着剤溶液を調製した後、アプリケーターによって接着剤溶液を離型処理されたペットフィルム上に塗工し、溶剤を乾燥して100μm厚の接着フィルムを得た。
次いで、得られた接着フィルムについて、レオメーター(STRESSTECH、REOLOGICA社製)を用いて、サンプル厚み600μm、周波数1Hz、歪量1rad、昇温速度20℃/min、測定温度範囲60℃から300℃までの条件で複素粘度η*の測定を行った。
ビフェニル型エポキシ樹脂(商品名「YX−4000H」、ジャパンエポキシレジン社製)
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂(商品名「HP−7200HH」、DIC社製)
グリシジル基含有アクリル樹脂(重量平均分子量2万、商品名「G−0250SP」、日油社製)
3,4−ジメチルー6−(2−メチル−1−プロペニル)−4−シクロヘキセンー1,2−ジカルボン酸無水物、他(商品名「YH−307」、JER社製)
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塩(商品名「2MA−OK」、四国化成工業社製)
シランカップリング剤(商品名「KBM−573」、信越化学工業社製)
(2−1)冷熱サイクル試験(以下、TC試験)用接合体の製造
得られた接着フィルムを、ハンダボール(高さ85μm)が150μm間隔でチップ全面に3136個形成されたフルアレイのTEGチップ(10mm×10mm×厚み725μm)にラミネートした後、チップサイズに合わせて接着フィルムを裁断し、接着剤付TEGチップを得た。
次いで、得られた接着剤付TEGチップを、この接着剤付TEGチップのハンダと1本のデイジーチェーンとなるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシTEG基板に、接着剤付TEGチップのハンダと、ガラスエポキシTEG基板の電極部とが対応するように位置合わせした後、100〜180℃、10N、3秒のボンディングによって予備加熱工程を行った。予備加熱工程における、接着剤に熱電対を挿入することにより測定した接着剤の温度、及び、その温度における接着剤の複素粘度η*を表1に示した。
その後、荷重は10Nのままで、280℃まで2秒で昇温し、280℃に3秒保持した後、150℃まで冷却して、接着剤付TEGチップのハンダと、ガラスエポキシTEG基板の電極部とを溶融接することにより、TC試験用接合体を得た。
一方、上記(2−1)のTC試験用接合体の場合と同様にして得られた接着剤付TEGチップを、この接着剤付TEGチップのハンダと2本のデイジーチェーンを形成し、その2本のデイジーチェーンが櫛歯状となるように配線されたハンダプリコート付ガラスエポキシTEG基板に、接着剤付TEGチップのハンダと、ガラスエポキシTEG基板の電極部とが対応するように位置合わせしたこと以外は、上記(2−1)のTC試験用接合体の場合と同様にして、THB試験用接合体を得た。
実施例及び比較例で得られた接合体について、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
得られたTC試験用接合体について、予め導通抵抗値(以下、初期抵抗値とする)を測定しておき、60℃、60%RHで40時間吸湿させ、ピーク温度260℃のリフローオーブンに3回通してリフロー試験を行った後、再び導通抵抗値を測定した。リフロー試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から10%以上変化した場合を不良として、8つのTC試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が0であった場合を○、1以上であった場合を×とした。
一方、得られたTHB試験用接合体について、60℃、60%RHで40時間吸湿させ、ピーク温度260℃のリフローオーブンに3回通してリフロー試験を行った後、櫛歯状に形成された2本のデイジーチェーン間で非導通であるか否かを評価した。導通つまりショートしていた場合を不良として、8つのTHB試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が0であった場合を「無」、1以上であった場合を「有」とした。
上記(1)にてリフロー試験を行ったTC試験用接合体について、−55〜125℃(30分/1サイクル)、1000サイクルのTC試験を行った後、導通抵抗値を測定した。TC試験後の導通抵抗値が初期抵抗値から10%以上変化した場合を不良として、8つのTC試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が0であった場合を「OK」、1以上であった場合を「NG」とした。
なお、上記(1)のリフロー試験にて不良となったTC試験用接合体については、本評価は行わなかった。
上記(1)にてリフロー試験を行ったTHB試験用接合体について、85℃/85%RH/3.7V、1000hのTHB試験を行った後、櫛歯状に形成された2本のデイジーチェーン間で非導通であるか否かを評価した。導通つまりショートしていた場合を不良として、8つのTHB試験用接合体について不良個数を評価し、不良個数が0であった場合を「OK」、1以上であった場合を「NG」とした。
なお、上記(1)のリフロー試験にて不良となったTHB試験用接合体については、本評価は行わなかった。
Claims (2)
- バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して接合する半導体素子の接合方法であって、
バンプを有する半導体素子と、電極部を有する基板又は他の半導体素子とを、接着剤を介して前記バンプと前記電極部とが対応するように位置合わせする位置合わせ工程(1)と、
加熱により前記接着剤を濡れ広がらせ、前記バンプと前記電極部とを接触させる予備加熱工程(2)と、
前記バンプと前記電極部とを溶融接合する電極接続工程(3)とを有し、
前記予備加熱工程(2)において、前記接着剤のレオメーターにより測定した周波数1Hz、歪量1radにおける複素粘度η*が2〜10Pa・sとなるように前記接着剤を加熱する
ことを特徴とする半導体素子の接合方法。 - 位置合わせ工程(1)は、バンプを有する半導体素子上のバンプが形成された面に接着剤を塗布する工程を有し、前記半導体素子は、半導体ウエハであることを特徴とする請求項1記載の半導体素子の接合方法。
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