JP5978725B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
チップサイズ:30mm×30mm以下
ピッチ:50μm以下
ピン数:10000ピン以上
フェノール樹脂としては、分子内に2個以上のフェノール性水酸基を有するものであれば特に制限はなく、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、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、各種多官能フェノール樹脂などを使用することができる。これらは単独で又は2種以上の混合物として使用することができる。
酸無水物としては、例えば、メチルシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート等を使用することができる。これらは単独で又は2種以上の混合物として使用することができる。
アミン化合物としては、例えば、アンモニアの水素原子を炭化水素基で1つ以上置換した化合物を用いることができ、ジシアンジアミド等を使用することができる。
イミダゾール類としては、例えば、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノ−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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、2,4−ジアミノ−6−[2’−ウンデシルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、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、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、エポキシ樹脂とイミダゾール類の付加体などが挙げられる。これらの中でも、硬化性や保存安定性、接続信頼性の観点から、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、1−シアノ−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、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、2−フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールが好ましい。更に、前述したイミダゾール類の類似構造(例えば、置換基が異なるもの等)で液状のものを用いてもよい。
ホスフィン類としては、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラ(4−メチルフェニル)ボレート、テトラフェニルホスホニウム(4−フルオロフェニル)ボレートなどが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を併用してもよい。
硬化反応率(%)=[未処理の接着剤の発熱量(J/g)−接着剤の硬化物の発熱量(J/g)]/未処理の接着剤の発熱量(J/g)×100
実施例に限定されるものではない。
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製、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(信越化学製、LP−7100)2.61g(0.035モル)及びN−メチル−2−ピロリドン(関東化学製)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製、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、ポリイミド溶液を得た(ポリイミド樹脂のTg:30℃、重量平均分子量:45000)。得られたポリイミド樹脂溶液からNMPを除去し、ポリイミド樹脂を固形分として得た。
(i)エポキシ樹脂
トリフェノールメタン骨格含有多官能固形エポキシ(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名:EP1032H60、以下「EP1032」という)
柔軟性エポキシ(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名:YL7175−500、以下「YL7175」という)
ビスフェノールF型液状エポキシ(ジャパンエポキシレジン株式会社、商品名:YL983U、以下「YL983」という)
(ii)硬化剤
2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成株式会社製、商品名:2PHZ−PW、以下「2PHZ」という)
1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール(四国化成株式会社製、商品名:2PZCN)
(iii)フラックス剤
ジフェノール酸(東京化成株式会社製)
(iv)フィラ
シリカフィラ(アドマテックス株式会社、商品名:SE2050、平均粒径:0.5μm
メタブレン型有機フィラ(三菱レイヨン社製、商品名:W5500)
(v)高分子量成分
上記ポリイミド合成にて合成したポリイミド樹脂(Tg:30℃、重量平均分子量:45000)
トルエンと酢酸エチルとの混合溶媒(質量比1:1)に、エポキシ樹脂としてEP1032を1.8g及びYL983を0.45gと、硬化剤として2PZCNを0.15gと、フラックス剤としてジフェノール酸0.5gと、フィラとしてSE2050を2.7g及びW5500を0.3gと、を固形分が65質量%になるように混合した。その後、Φ0.8mmのビーズ及びΦ2.0mmのビーズを上記固形分と同質量加え、ビーズミル(フリッチュ・ジャパン株式会社、遊星型微粉砕機P−7)で30分間撹拌した。その後、撹拌に用いたビーズをろ過によって除去し、樹脂ワニスを得た。得られた樹脂ワニスを、基材フィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、商品名「ピューレックスA53」)に小型精密塗工装置(廉井精機)で塗工し、クリーンオーブン(ESPEC製)内で、110℃で10分間乾燥して、フィルム状半導体封止用接着剤を得た。
作製例1における樹脂ワニスに2PZCNを配合しなかったこと以外は作製例1と同様にして、フィルム状半導体封止用接着剤を得た。
レオメーターMCR301(株式会社アントンパール・ジャパン製)のステージ上に接着剤を供給し、ボイドが入らないように測定治具(φ8mm)を設置し、ステージと測定治具の間隔0.5mm、振り角gamma=5%、周波数f=1Hz、ノーマルフォースFN=0μN、昇温速度10℃/分、測定範囲30℃〜180℃の条件で測定を行った。この結果から、表1に示される半導体チップ搭載時の温度(℃)における溶融粘度を求めた。
示差走査熱量計(パーキンエルマー社製、DSC−7型)を用いて、サンプル量20mg、昇温速度10℃/分、測定範囲30℃〜250℃の条件で示差走査熱量(DSC)測定を行った。DSC測定により得られる縦軸熱量(W/g)−横軸温度(℃)の関係において、最低温度の発熱ピークの立上り曲線で最もピークの勾配が急になった部分の接線と温度軸との交点における温度を反応開始温度(onset温度:平均場近似一次転移温度)とした。
250℃で10秒間加熱した後の硬化反応率を以下の手順により求めた。接着剤を250℃で10秒間加熱した後の硬化物(サンプル量10mg)について、示差走査熱量計(パーキンエルマー社製、DSC−7型)を用いて昇温速度10℃/分で昇温し、発熱量を測定した。この発熱量から、下記式により硬化反応率を算出した。
硬化反応率(%)=[未処理の接着剤の発熱量(J/g)−接着剤を250℃で10秒間加熱した後の硬化物の発熱量(J/g)]/未処理の接着剤の発熱量(J/g)×100
(実施例1、比較例1〜2)
フィルム状半導体封止用接着剤を、20.5mm×20.5mm、厚さ0.100mmに切り抜いて、下記のガラスエポキシ基板上にラミネータにより貼付した。
(ガラスエポキシ基板)大きさ35mm×35mm、厚み0.8〜1.0mm、コア:E679FGR(0.8mm)(日立化成工業(株)製)、ソルダーレジスト:PSR4000(太陽インキ社製)、ランド表面Cu無垢+SAC(高さはソルダーレジストから25μm)、ソルダーレジスト開口0.08mm(直径)、バンプピッチ150μm、14884ピン、WALTS製。
(はんだバンプ付き半導体チップ)チップサイズ20mm×20mm、厚み0.725mm、バンプ高さ:銅ピラーとはんだとの合計高さが約50μm、バンプピッチ:150μm、14884ピン、WALTS製、表面:日立化成デュポン「PL−H708」。
上記で得られた半導体装置の中央部分4箇所と四隅とを結ぶ計8箇所の接続抵抗値をマルチメータ(ADVANTEST製、商品名:R6871E)を用いて測定することにより、実装後の初期導通の可否を評価した。全ての接続抵抗値が12Ω以上17Ω以下の場合を「A」(接続性良好)、一つでも接続抵抗値が12Ω以上17Ω以下の範囲外になった場合を「B」(ハンダ濡れ不足、硬化性制御不足等により接続性が劣る)、接続不良が生じて抵抗値が表示されなかった場合を「C」として評価した。
上記接続評価と同様にして作製したサンプル(接続部の金属の融点以上の接続加熱プロセスを経たサンプル)を超音波映像診断装置(インサイト製、商品名:Insight−300)により外観画像を撮り、スキャナGT−9300UF(EPSON社製)でチップ上の接着剤の画像を取り込み、画像処理ソフトAdobe Photoshopを用いて、色調補正、二階調化によりボイド部分を識別し、ヒストグラムによりボイド部分の占める割合(ボイド発生率)を算出した。なお、チップ上の接着剤部分の面積を100%とした。ボイド発生率が1%以下である場合を「A」、1%を超え10%以下である場合を「B」、10%を超える場合を「C」として評価した。
Claims (7)
- 半導体チップと、基板又は他の半導体チップと、のそれぞれの接続部が互いに電気的に接続されているともに前記接続部が樹脂によって封止されている構造を有する半導体装置の製造方法であって、
それぞれの接続部同士が対向するように配置された前記半導体チップと前記基板又は前記他の半導体チップとの間に、エポキシ樹脂と、硬化剤と、を含有し、反応開始温度以下の温度領域に溶融粘度が50Pa・s以下となる温度が存在するフィルム状半導体封止用接着剤を介在させ、当該フィルム状半導体封止用接着剤にかかる温度が前記反応開始温度以下で且つ前記接着剤の溶融粘度が50Pa・s以下となるように加熱しながら前記半導体チップと前記基板又は他の半導体チップとを仮固定する第1工程、を有する、半導体装置の製造方法。 - 前記フィルム状半導体封止用接着剤がフラックス剤を更に含有する、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接続部が金属を含み、
前記第1工程の後に、前記接続部を前記金属の融点以上の温度で加熱して金属接合を形成する第2工程を更に有する、請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記フィルム状半導体封止用接着剤は、前記第2工程後に硬化反応率が80%以上となるものである、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体チップと、基板又は他の半導体チップと、のそれぞれの接続部が互いに電気的に接続されているともに前記接続部が樹脂によって封止されている構造を有する半導体装置の製造方法であって、
それぞれの接続部同士が対向するように配置された前記半導体チップと前記基板又は前記他の半導体チップとの間に、エポキシ樹脂と、硬化剤と、フラックス剤と、を含有し、反応開始温度以下の温度領域に溶融粘度が50Pa・s以下となる温度が存在する半導体封止用接着剤を介在させ、当該半導体封止用接着剤にかかる温度が前記反応開始温度以下で且つ前記接着剤の溶融粘度が50Pa・s以下となるように加熱しながら前記半導体チップと前記基板又は他の半導体チップとを仮固定する第1工程、を備える、半導体装置の製造方法。 - 前記接続部が金属を含み、
前記第1工程の後に、前記接続部を前記金属の融点以上の温度で加熱して金属接合を形成する第2工程を更に備える、請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体封止用接着剤は、前記第2工程後における硬化反応率が80%以上となるものである、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
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