JP6138259B2 - 接着フィルムおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
このパッケージの作製方法では、半導体チップを支持基板上に接着フィルムを用いて貼着し、その半導体チップを封止する手法が取られる。
特許文献2には、支持フィルムの片面又は両面に樹脂層Aが形成されており、支持フィルムは、20〜200℃における線熱膨張係数が3.0×10−5/℃以下である半導体用接着フィルムを、リードフレーム裏面に貼り付けて保護し、封止後に引き剥がす方法が開示されている。この支持フィルムは、200℃で2時間加熱した際の加熱収縮率が0.15%以下であると記載されている。
[1] 基材層と、自己剥離性接着層とが積層されてなり、
前記基材層は、流れ方向の熱収縮率(MD方向の熱収縮率)と、流れ方向に直交する方向の熱収縮率(TD方向の熱収縮率)とが以下の条件を満たす、接着フィルム:
(1)150℃で30分間加熱後
0.4 ≦ |MD方向の熱収縮率/TD方向の熱収縮率| ≦2.5
MD方向の熱収縮率とTD方向の熱収縮率の平均 ≦2%
(2)200℃で10分間加熱後
0.4 ≦ |MD方向の熱収縮率/TD方向の熱収縮率| ≦2.5
MD方向の熱収縮率とTD方向の熱収縮率の平均 ≧3%
[2] 前記自己剥離性接着層は、熱により接着力が低下する、[1]に記載の接着フィルム。
[3] 前記基材層の、前記自己剥離性接着層に対向する面の裏面上に、さらに接着層が積層されてなる、[1]または[2]に記載の接着フィルム。
[4] 前記基材層の180℃における貯蔵弾性率E'が、1.0E+6以上、2.0E+8以下である、[1]乃至[3]のいずれかに記載の接着フィルム。
[5] 前記基材層は、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂またはポリアミド系樹脂からなる、[1]乃至[4]のいずれかに記載の接着フィルム。
[6] 支持基板上に、[1]乃至[5]のいずれかに記載の接着フィルムを、前記自己剥離性接着層が該支持基板側となるように貼着する工程と、
前記接着フィルムの前記基材層上に半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップと前記接着フィルムを覆うように封止材を塗布し、150℃以下の温度で該封止材を硬化させて、支持基材付き半導体チップモールドを形成する工程と、
150℃を超える温度に加熱して、前記自己剥離性接着層の接着力を低下させ、前記支持基材付き半導体チップモールドから前記支持基板を除去する工程と、
前記接着フィルムを除去し、半導体チップモールドを得る工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
本実施形態の接着フィルム10は、図1に示すように、基材層12と、自己剥離性接着層14とが積層されてなる。
基材層12は、流れ方向の熱収縮率(MD方向の熱収縮率)と、流れ方向に直交する方向の熱収縮率(TD方向の熱収縮率)とが以下の条件を満たす。
0.4 ≦ |MD方向の熱収縮率/TD方向の熱収縮率| ≦2.5
MD方向の熱収縮率とTD方向の熱収縮率の平均 ≦2%
(2)200℃で10分間加熱後
0.4 ≦ |MD方向の熱収縮率/TD方向の熱収縮率| ≦2.5
MD方向の熱収縮率とTD方向の熱収縮率の平均 ≧3%
半導体装置の製造方法において、封止工程での温度は最大150℃程度であり、樹脂フィルムの熱収縮は、ある程度の加熱時間で収束する。150℃における基材層である樹脂フィルムの熱収縮は、30分間加熱することによりほぼ収束する。したがって、150℃で30分間加熱したときの基材層12である樹脂フィルムの熱収縮率が、前記(1)の条件を満たすことにより、半導体チップの封止工程において、支持基板から接着フィルム10が剥離することを抑制していると判断することができる。
半導体装置の製造方法において、封止工程での温度は最大150℃程度であるため、本実施形態では、支持基板からの剥離工程では150℃を超える温度で加熱する。封止工程と異なり、支持基板からの剥離は短時間で行われることが望ましい。したがって、封止工程よりも高温である200℃で10分間加熱したときの基材層12である樹脂フィルムの熱収縮率が、前記(2)の条件を満たすことにより、支持基板からパッケージを剥離する際に、支持基板から接着フィルム10が容易に剥離すると判断することができる。
等方性であることにより、基材層12の収縮率の異方性による応力が発生し難いため、封止工程において、反りが少なく、封止樹脂の漏れ及び反りを抑制することができる。また、剥離工程において、反りが少なく、パッケージの損傷を防止することができるほか、剥離も容易になる。
また、基材層12が熱収縮し、基材層12の端部の接着強度が低下すれば剥離しやすくなる効果もある。さらに、基材層12が熱収縮する際に発生する応力で、剥離を促進することもできる。
この範囲であれば、基材としての適切な剛性を備え、さらに端部から自己剥離性接着層14の剥離が可能となり、これらのバランスに優れる。
基材層12は樹脂フィルムの形態で用いることができる。
基材層12の層厚は、通常500μm以下(例えば、1〜500μm)を選択し、好ましくは1〜300μm程度、より好ましくは5〜250μm程度である。基材層に用いる樹脂フィルムは単層であってもよく多層体であってもよい。
本実施形態において、自己剥離性接着層14に含まれる接着剤は、熱を与えることで接着力が低下ないし喪失する接着剤である。150℃以下では剥離せず、150℃を超える温度で剥離する材料を選択することができる。例えば、半導体装置の製造工程中に半導体素子が支持板から剥離しない程度の接着力を有していることが好ましい。
例えば、気体発生成分としては、アゾ化合物、アジド化合物、メルドラム酸誘導体などが好適に用いられる。また、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、亜硝酸アンモニウム等の無機系発泡剤や、塩フッ化アルカン、ヒドラジン系化合物、セミカルバジド系化合物、トリアゾール系化合物、N−ニトロソ系化合物等の有機系発泡剤を含むものも用いられる。気体発生成分は、接着剤(樹脂)に添加されていてもよく、樹脂に直接結合されていてもよい。
気体が発生する温度、熱膨張性の微小球が熱膨張する温度、架橋反応する温度が、150℃を超える温度になるように設計すればよい。
接着剤を構成する樹脂としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等を挙げることができる。
接着層16を構成する接着剤としては、従来公知の接着剤が使用できる。本実施形態の接着フィルムを、ウエハサポートシステムやセラミックコンデンサや半導体装置の製造に用いる場合、支持基板を再利用する観点から糊残りが少ない接着剤が好ましい。特に、感圧接着剤を用いると、接着工程や剥離工程の作業性に優れ、さらに糊残りが少ないことから、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
以下、図1(i)の接着フィルム10を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
本実施形態の半導体装置の製造方法は以下の工程を有する。
工程(a):支持基板20上に、接着フィルム10を、自己剥離性接着層14が支持基板20側となるように貼着する(図2(a))。
工程(b):接着フィルム10の基材層12上に半導体チップ22を搭載する(図2(b))。
工程(c):半導体チップ22と接着フィルム10を覆うように封止層24を形成し、150℃以下の温度で封止層24を硬化させて、支持基材付き半導体チップモールドを形成する(図2(c))。
工程(d):150℃を超える温度に加熱して、自己剥離性接着層14の接着力を低下させ、支持基材付き半導体チップモールドから支持基板20を除去する(図3(d))。
工程(e):接着フィルム10を除去し、半導体チップモールドを得る(図3(e))。
工程(f):最外面に形成されたパッド(不図示)と、露出した半導体チップ22と該パッドとを電気的に接続する配線(不図示)と、を備える配線層26を、半導体チップモールドの露出面に形成する(図3(f))。
工程(g):パッド上にバンプ28を形成する(図3(g))。
以下、工程順に説明する。
まず、支持基板20上に、接着フィルム10を、自己剥離性接着層14が支持基板20側となるように貼着する(図2(a))。自己剥離性接着層14面上には保護フィルムが貼付けられていてもよく、当該保護フィルムを剥がし、自己剥離性接着層14の露出面を支持基板20表面に貼着することができる。
支持基板12としては石英基板、ガラス基板等を挙げることができる。
次いで、支持基板20上に貼着された、接着フィルム10の基材層12上に半導体チップ22を搭載する(図2(b))。
なお、本実施形態においては基材層12上に半導体チップ22を搭載する態様によって示すが、基材層12上に積層された接着層16上に半導体チップ22を搭載することもできる。
半導体チップ22と接着フィルム10を覆うように封止層24を形成し、150℃以下の温度で封止層24を硬化させて、支持基材付き半導体チップモールドを形成する(図2(c))。
封止層24の形成に用いる封止材は、特に限定されず、エポキシ樹脂を主成分として、シリカ充填材等を加えた熱硬化性成形材料等の一般的に使用されるものを用いることができる。
半導体チップ22を封止した後、150℃を超える温度に加熱して、自己剥離性接着層14の接着力を低下させ、支持基材付き半導体チップモールドから支持基板20を除去する(図3(d))。
支持基板20を除去した後、さらに接着フィルム10を除去し、半導体チップモールドを得る(図3(e))。
接着フィルム10から、半導体チップモールドを剥離する場合には、基材層12の材質にあわせて適宜選択できる。機械的に剥離してもよいし、基材層12表面の接着力を低下させて剥離してもよい。
次いで、得られた半導体チップモールドの露出面に、配線層26を形成する(図3(f))。
その後、ダイシングにより個片に切断される。
支持基板20として、100mm正方の角板(SUS304)、接着フィルム10として製造例で得られた両面接着フィルム、半導体チップ22として直径80mmの円板(Niメッキ付鉄製)からなる積層体を用い、支持基板20の自己剥離性評価を行った。
100mm正方の角板(SUS304)(支持基板20)に、接着フィルム10の、自己剥離性接着層14面側を貼り付けた。そして、半導体チップ22としての直径80mmの円板(Niメッキ付鉄製)を両面接着テープ(接着フィルム10)の別の接着層に貼り付け、積層体とした。この積層体に測定用治具を取り付け、支持基板20の剥離性評価を行った。なお、実施例においては、支持基板20と接着フィルム10との界面の自己剥離性の試験中に、半導体チップ22と接着フィルム10との界面で剥離が生じるのを防ぐため、測定用として補強用両面テープ(製品名:P-223、日東電工社製)を用いた。
測定用サンプルをヒートブロックの上に設置し、所定の時間加熱した後、引張試験機にて自己剥離性評価を行った。
図4のように治具を用いて積層体を固定し、実施例に記載の処理を施した後、引張試験機にてフックを上方へ引っ張ることで自己剥離性の評価を下記基準にしたがって行った。引張試験機は磁石付きL字治具を用いており、引張強度が50N以上で磁石が外れる構造である。磁石が外れた場合は、剥離しないと評価した。
○:剥離(加熱60秒以内)、△:剥離(加熱180秒以内)、×:剥離しない
半導体ウェハ表面保護用粘着フィルムの基材フィルム層部分を切断し、長方形(MD方向:30mm、TD方向:10mm)の試料を作製した。動的粘弾性測定装置(レオメトリックス社製:形式:RSA−III)を用いて、0〜300℃までの貯蔵弾性率(機械方向)を測定した。測定周波数は、1Hzとし、歪みは0.01〜0.3%とした。
基材フィルムを正方形(MD方向:15cm、TD方向:15cm)に切断し、パンチでスポット(MD方向:10cm、TD方向:10cm)を基材フィルムに開け、試料を作製した。2次元測定機((株)ミツトヨ製:形式:CRYSTAL*μV606)を用いて、基材フィルムに開けられたスポット間隔を測定した。測定後、試料を所定温度のオーブン内にサンプルを静置した。所定時間後に該サンプルをオーブンから取り出し、スポット間隔を測定した。加熱前後での熱収縮率(%)を以下の式に基づいて、MD方向、TD方向について算出した。試料10枚について測定しその基材フィルムの熱収縮率とした。但し式中のL0は加熱前のスポット間隔、Lは加熱後のスポット間隔を示す。
熱収縮率(%)=100×(L−L0)/L0
500mL4口フラスコにメチルマロン酸(東京化成工業(株)製)100g及び無水酢酸100gを装入した。98%硫酸0.5gを続けて装入した後、滴下漏斗にてメチルエチルケトン75gを1時間かけて滴下した。室温にて24時間攪拌した後、酢酸エチル200g及び蒸留水300gを加えて分液ロートで有機層の抽出を行った。得られた有機層をエバポレーターで溶媒を留去することで、2−エチル−2,5−ジメチル−1,3−ジオキサン−4,6−ジオンが75g得られた。H1NMR(300MHz)を測定したところ、以下のようなピークが得られた。δ=1.04−1.12(m,3H),1.57−1.61(m,3H),1.71(s,1.12H),1.77(s,1.92H),1.95−2.16(m,2H),3.53−5.65(m,1H)
500mL4口フラスコに製造例1で合成した2−エチル−2,5−ジメチル−1,3−ジオキサン−4,6−ジオン92g及びジメチルホルムアミド100gを装入した。炭酸カリウム95gを続けて装入した後、滴下漏斗にて4−クロロメチルスチレン97gを1時間かけて滴下した。40℃にて24時間攪拌した後、酢酸エチル400gを加えヌッチェで生成した固体を濾別した。蒸留水300mLを用いて、分液ロートで2回洗浄を行った後、エバポレーターで溶媒を留去することで、5−(p−スチリルメチル)−2−エチル−2,5−ジメチル−1,3−ジオキサン−4,6−ジオンが132g得られた。H1NMR(300MHz)を測定したところ、以下のようなピークが得られた。δ=0.43(t,8.1Hz,1.6H),0.83(s,1.3H),0.94(t,8.1Hz,1.4H),1.27(q,8.1Hz,1.2H),1.57(s,1.7H),1.75(s,3H),1.80(q,8.1Hz,0.8H),3.31(s,2H),5.22(d,12.0Hz,1H),5.70(d,19.5Hz,1H),6.65(dd,12.0,19.5Hz,1H),7.16(d,9.0Hz,2H),7.31(d,9.0Hz,2H)
重合反応機に脱イオン水150重量部、重合開始剤として4,4'−アゾビス−4−シアノバレリックアシッド(大塚化学(株)製、商品名:ACVA)を0.625重量部、アクリル酸−2−エチルヘキシル62.25重量部、アクリル酸−n−ブチル18重量部、及びメタクリル酸メチル12重量部、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル3重量部、メタクリル酸2重量部、及びアクリルアミド1重量部、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート〔日本油脂(株)製、商品名:ADT−250〕1重量部、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(エチレンオキサイドの付加モル数の平均値:約20)の硫酸エステルのアンモニウム塩のベンゼン環に重合性の1−プロペニル基を導入したもの〔第一工業製薬(株)製、商品名:アクアロンHS−10〕0.75重量部を装入し、攪拌下で70〜72℃において8時間乳化重合を実施し、アクリル系樹脂エマルションを得た。これを9重量%アンモニア水で中和(pH=7.0)し、固形分42.5重量%のアクリル系接着剤Sとした(アクリル系接着剤Sは感圧接着剤)。
500mLの4口フラスコに、製造例2で合成した5−(p−スチリルメチル)−2−エチル−2,5−ジメチル−1,3−ジオキサン−4,6−ジオン15g、アクリル酸ブチル20g、アクリル酸2−エチルヘキシル63g、メタクリル酸2g及び酢酸エチル100gを加えて室温にて混合した。さらに、2,2'−アゾビスバレロニトリル0.2gを加えて、75℃まで昇温した後、10時間攪拌を続けることで、分子量30万のアクリル系接着剤Aを得た(アクリル系接着剤Aは自己剥離性の接着剤)。示差走査熱量分析((株)島津製作所製、DSC−60)によりガラス転移点を測定したところ、14℃であった。
製造例3で得られたアクリル系接着剤S100重量部を採取し、さらに9重量%アンモニア水を加えてpH9.5に調整した。次いで、エポキシ系架橋剤〔日本触媒化学工業(株)製、商品名:ケミタイトPz−33〕0.8重量部を添加して接着剤塗工液を得た。
さらに60℃にて3日間養生することで両面接着フィルム1とした(離型フィルム/感圧接着層/基材フィルム/感圧接着層/離型フィルム)。
製造例4で得られたアクリル系接着剤A 100重量部及びエポキシ化合物(三菱ガス化学(株)製、TETRAD−C)2重量部、酢酸エチル50重量部を加えて接着剤塗工液とした。
得られた接着剤塗工液を、表面が離形処理されたPETフィルム(離型フィルム)上にアプリケータを用いて乾燥皮膜の厚さが10μmの厚みになるように塗工した後、120℃で5分間加熱して塗工液を乾燥させ、自己剥離性接着層付きPETフィルムを得た。次いで、基材層12である収縮性PETフィルム(テフレックスFT−50、厚さ50μm、帝人デュポンフィルム株式会社製)の一方の面に、自己剥離性接着層が収縮性PETフィルム側となるように貼り付けた。
さらに、製造例3で得られたアクリル系接着剤S100重量部を採取し、さらに9重量%アンモニア水を加えてpH9.5に調整した。次いで、エポキシ系架橋剤〔日本触媒化学工業(株)製、商品名:ケミタイトPz−33〕0.8重量部を添加して接着剤塗工液を得た。
得られた接着剤塗工液を、表面が離形処理されたPETフィルム(離型フィルム)上にアプリケータを用いて乾燥皮膜の厚さが10μmの厚みになるように塗工した後、120℃で5分間加熱して塗工液を乾燥させ、感圧接着層付きPETフィルムを得た。次いで、収縮性PETフィルム上の、自己剥離性接着層を備える面とは反対側の面に、感圧接着層が収縮性PETフィルム側となるように貼り付けた。
さらに60℃にて3日間養生することで両面接着フィルム2とした(離型フィルム/自己剥離性接着層/基材フィルム/感圧接着層/離型フィルム)。
基材フィルムをPETフィルム(ルミラー、厚さ50μm、東レ株式会社製)に変更した以外は、製造例6と同様にして、両面接着フィルム3を得た(離型フィルム/自己剥離性接着層/基材フィルム/感圧接着層/離型フィルム)。
基材フィルムをPETフィルム(AD−50、厚さ50μm、帝人デュポンフィルム株式会社製)に変更した以外は、製造例6と同様にして、両面接着フィルム4を得た(離型フィルム/自己剥離性接着層/基材フィルム/感圧接着層/離型フィルム)。
基材フィルムをPETフィルム(テイジンテトロンフィルムG2−50、厚さ50μm、帝人デュポンフィルム株式会社製)に変更した以外は、製造例6と同様にして、両面接着フィルム5を得た(離型フィルム/自己剥離性接着層/基材フィルム/感圧接着層/離型フィルム)。
100mm正方の角板(SUS304)に、直径84mmの円形に切った両面接着フィルム2から離型フィルムを剥離し、自己剥離性接着層側を貼り付けた。その後、直径80mmの円板(Niメッキ付鉄製)を両面接着フィルム2の感圧接着層に貼り付け、積層体とした。
この積層体に図4のように測定用治具を取り付け、測定用サンプルとした。
図4のようにヒートブロックにて210℃で60秒間加熱を行い、自己剥離性接着層と100mm正方の角板とが接着している部分が剥離しているのを確認した後、引張試験機にて剥離性評価を行った。評価結果を表1に示す。
100mm正方の角板(SUS304)に、直径86mmの円形に切った両面接着フィルム2から離型フィルムを剥離し、自己剥離性接着層側を貼り付けた。その後、直径80mmの円板(Niメッキ付鉄製)を両面接着フィルム2の感圧接着層に貼り付け、積層体とした。
この積層体に図4のように測定用治具を取り付け、測定用サンプルとした。
図4のようにヒートブロックにて210℃で60秒間加熱を行い、自己剥離性接着層と100mm正方の角板とが接着している部分が剥離しているのを確認した後、引張試験機にて剥離性評価を行った。評価結果を表1に示す。
両面接着フィルム3を用いた以外は実施例1と同様にして測定用サンプルを得た。図4のようにヒートブロックにて210℃で60秒間加熱したが、自己剥離性接着層と100mm正方の角板とが接着している部分は剥離していなかった。さらに120秒間加熱し(合計180秒間加熱)、自己剥離性接着層と100mm正方の角板とが接着している部分が剥離しているのを確認した。その後、引張試験機にて剥離性評価を行った。評価結果を表1に示す。
100mm正方の角板(SUS304)に、直径84mmの円形に切った両面接着フィルム1から離型フィルムを剥離し、一方の感圧接着層側を貼り付けた。その後、直径80mmの円板(Niメッキ付鉄製)を両面接着フィルム1の他方の面に貼り付け、積層体とした。
この積層体に図4のように測定用治具を取り付け測定用サンプルとした。
図4のようにヒートブロックにて210℃で60秒間加熱したが、感圧接着層と100mm正方の角板とが接着している部分は剥離していなかった。さらに120秒間加熱したが(合計180秒間加熱)、感圧接着層と100mm正方の角板とが接着している部分は剥離していなかった。その後、引張試験機にて剥離性評価を行った。評価結果を表1に示す。
両面接着フィルム4〜6を用い、自己剥離性接着層を100mm正方の角板(SUS304)に貼り付けた以外は比較例1と同様にして評価した。評価結果を表1に示す。
Claims (6)
- 基材層と、自己剥離性接着層とが積層されてなり、
前記基材層は、流れ方向の熱収縮率(MD方向の熱収縮率)と、流れ方向に直交する方向の熱収縮率(TD方向の熱収縮率)とが以下の条件を満たす、接着フィルム:
(1)150℃で30分間加熱後
0.4 ≦ |MD方向の熱収縮率/TD方向の熱収縮率| ≦2.5
MD方向の熱収縮率とTD方向の熱収縮率の平均 ≦2%
(2)200℃で10分間加熱後
0.4 ≦ |MD方向の熱収縮率/TD方向の熱収縮率| ≦2.5
MD方向の熱収縮率とTD方向の熱収縮率の平均 ≧3% - 前記自己剥離性接着層は、熱により接着力が低下する、請求項1に記載の接着フィルム。
- 前記基材層の、前記自己剥離性接着層に対向する面の裏面上に、さらに接着層が積層されてなる、請求項1または2に記載の接着フィルム。
- 前記基材層の180℃における貯蔵弾性率E'が、1.0E+6以上、2.0E+8以下である、請求項1乃至3のいずれかに記載の接着フィルム。
- 前記基材層は、ポリエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂またはポリアミド系樹脂からなる、請求項1乃至4のいずれかに記載の接着フィルム。
- 支持基板上に、請求項1乃至5のいずれかに記載の接着フィルムを、前記自己剥離性接着層が該支持基板側となるように貼着する工程と、
前記接着フィルムの前記基材層上に半導体チップを搭載する工程と、
前記半導体チップと前記接着フィルムを覆うように封止材を塗布し、150℃以下の温度で該封止材を硬化させて、支持基材付き半導体チップモールドを形成する工程と、
150℃を超える温度に加熱して、前記自己剥離性接着層の接着力を低下させ、前記支持基材付き半導体チップモールドから前記支持基板を除去する工程と、
前記接着フィルムを除去し、半導体チップモールドを得る工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
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