JP7032477B2 - バンプ根元補強用シート - Google Patents
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Description
前記基材シートの厚みt[μm]と前記熱硬化性樹脂シートの50~180℃における最低溶融粘度η[Pa・s]とが下記関係式を満たす。
150≦t・η≦100000
まず、バンプ根元補強用シートについて説明した後、これを用いる二次実装半導体装置の製造方法について説明する。第1実施形態では、一次実装半導体装置として半導体チップがインターポーザーにフリップチップ実装されたパッケージを用いる。
図1に示すように、バンプ根元補強用シート(以下、単に「補強用シート」ともいう。)8は、基材シート1と、基材シート1上に積層された熱硬化性樹脂シート2とを備える。なお、熱硬化性樹脂シート2は、一次実装半導体装置10(図2A参照)の樹脂封止集合体との貼り合わせに十分なサイズで設けられている限り、基材シート1の全面に積層されていてもよく、基材シート1の一部に積層されていてもよい。
150≦t・η≦100000
200≦t・η≦80000
基材シート1は、補強用シート8の強度母体となる部材である。基材シート1の形成材料は、柔軟性と剛性とを付与可能であれば特に限定されない。基材シート1はフッ素系シートであることが好ましい。フッ素系シートとしては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニールエーテルの共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(FEP)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)、ポリビニルフルオライド(PVF)等により形成されたシートが挙げられる。中でも、柔軟性と剛性とのバランスの観点から、フッ素含有モノマーとエチレンモノマーとの共重合体が好ましく、テトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体(ETFE)がより好ましい。フッ素系シートであるとそれ自体が離型性を有することから、特段離型剤を用いる必要がない。これにより、補強用シートの製造プロセスの簡素化やコストダウンを図ることができる。
本実施形態における熱硬化性樹脂シート2は、表面二次実装された一次実装半導体装置の半田バンプの一次実装基板側の根元部分を補強する補強用フィルムとして好適に用いることができる。
A成分:エポキシ樹脂
B成分:フェノール樹脂
C成分:エラストマー
D成分:無機充填剤
E成分:硬化促進剤
熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂(A成分)としては、特に限定されるものではない。例えば、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂、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、変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等の各種のエポキシ樹脂を用いることができる。これらエポキシ樹脂は単独で用いてもよいし2種以上併用してもよい。
フェノール樹脂(B成分)は、熱硬化性樹脂として用いることができるとともに、エポキシ樹脂(A成分)との間で硬化反応を生起するものであれば特に限定されるものではない。例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂、等が用いられる。これらフェノール樹脂は単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
エポキシ樹脂(A成分)及びフェノール樹脂(B成分)とともに用いられるエラストマー(C成分)は特に限定するものではなく、例えば、各種アクリル系共重合体やゴム成分等を用いることができる。エポキシ樹脂(A成分)への分散性や、得られる熱硬化性樹脂シートの耐熱性、可撓性、強度を向上させることができるという観点から、ゴム成分を含むことが好ましい。このようなゴム成分としては、ブタジエン系ゴム、スチレン系ゴム、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴムからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併せて用いてもよい。
無機質充填剤(D成分)は、特に限定されるものではなく、従来公知の各種充填剤を用いることができ、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ(溶融シリカや結晶性シリカ等)、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素の粉末が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
硬化促進剤(E成分)は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化を進行させるものであれば特に限定されるものではないが、硬化性と保存性の観点から、トリフェニルホスフィンやテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等の有機リン系化合物や、イミダゾール系化合物が好適に用いられる。これら硬化促進剤は、単独で用いても良いし、他の硬化促進剤と併用しても構わない。
エポキシ樹脂組成物には、A成分からE成分に加えて、難燃剤成分を加えてもよい。難燃剤組成分としては、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄、水酸化カルシウム、水酸化スズ、複合化金属水酸化物等の各種金属水酸化物を用いることができる。また、難燃剤成分としては上記金属水酸化物のほか、ホスファゼン化合物を用いることができる。ホスファゼン化合物としては、例えばSPR-100、SA-100、SP-100(以上、大塚化学株式会社)、FP-100、FP-110(以上、株式会社伏見製薬所)等が市販品として入手可能である。環状ホスファゼンオリゴマーは、例えばFP-100、FP-110(以上、株式会社伏見製薬所)等が市販品として入手可能である。少量でも難燃効果を発揮するという観点から、ホスファゼン化合物に含まれるリン元素の含有率は、12重量%以上であることが好ましい。
熱硬化性樹脂シートの作製方法としては、混練押出法や塗工法を好適に採用することができる。以下それぞれ説明する。
混練押出法は、混練物を調製する混練工程、及び前記混練物をシート状に成形して熱硬化性樹脂シートを得る成形工程を含む。
塗工法では、熱硬化性樹脂シートの各成分を有機溶剤等に溶解又は分散したワニスを塗工してシート状に形成する。
本発明の一実施形態において、二次実装半導体装置の製造方法は、第1主面に半田バンプが形成された一次実装半導体装置が、該半田バンプを介して配線基板に電気的に接続された二次実装半導体装置の製造方法であって、(A)前記一次実装半導体装置の第1主面に当該バンプ根元補強用シートを、熱硬化性樹脂シートから半田バンプを露出させながら貼り合わせる工程、(B)前記バンプ根元補強用シートにおける熱硬化性樹脂シートと基材シートとを剥離して前記熱硬化性樹脂シート付きの一次実装半導体装置を得る工程、(C)前記熱硬化性樹脂シートを加熱処理する工程、及び(D)前記熱硬化性樹脂層付きの一次実装半導体装置を配線基板に前記半田バンプを介して電気的に接続する工程を含む。
工程(A)では、一次実装半導体装置の第1主面(半田バンプ形成面)に所定の補強用シートを貼り合わせる。このとき、半田バンプの頭頂部は熱硬化性樹脂シートから露出している。
図2Aに示すように、本実施形態に係る一次実装半導体装置10は、第1主面3aに半田バンプ4が形成された半導体装置であればよい。例えば、半導体チップ又は半導体素子5が、いわゆるインターポーザー又は基板3を介して、半田バンプ4(ハンダボール、導電性ボールなどともいう。)と接続された形態の半導体装置を指し、通常は、封止樹脂6により封止されてパッケージを構成している。従って、厳密には、図2Aに示されているのは複数の一次実装半導体装置が樹脂封止された封止集合体ということになるが、本明細書では両者を区別せずに一次実装半導体装置ということがある。また、マルチ・チップ・モジュール(MCM)やチップ・サイズ・パッケージ(CSP)、ボール・グリッド・アレイ(BGA)等も一次実装半導体装置に含まれる。
図2Aに示すように、一次実装半導体装置10の半田バンプ4が形成された第1主面3aに、補強用シート8を貼り合わせる。貼り合わせは、汎用性および生産性の観点から加熱加圧条件下で行うことが好ましく、ロール圧着又はプレス圧着方式等が好適に用いられる。
貼り合わせ工程後、熱硬化性樹脂シート2を貼り付けた状態で一次実装半導体装置10を基材シート1から剥離する(図2B)。基材シート1がフッ素系シートである場合、それ自体の離型性により基材シート1をスムーズに剥離することができる。
加熱処理工程では、熱硬化性樹脂シート2に加熱処理を施して硬化させる。熱硬化性樹脂シート2の加熱処理の条件は、加熱温度として好ましくは100℃から200℃、より好ましくは110℃から180℃、加熱時間として好ましくは3分から200分、より好ましくは30分から120分の間、必要に応じて加圧しても良い。加圧の際は、好ましくは0.1MPaから10MPa、より好ましくは0.5MPaから5MPaを採用することができる。基材シート1が耐熱性を有し、かつ加熱処理後でも離型性を維持するのであれば、熱硬化性樹脂シート2の加熱処理後に基材シート1を剥離してもよい。
本実施形態のように、半導体素子5が基板3を介して半田バンプ4と接続された一次実装半導体装置が封止樹脂6により複数封止されたパッケージが構成されている場合、1つの一次実装半導体装置を1単位とするパッケージに個片化するダイシング工程を行うことができる。
上記基材層11aはダイシングテープ11の強度母体となるものである。例えば、低密度ポリエチレン、直鎖状ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、ランダム共重合ポリプロピレン、ブロック共重合ポリプロピレン、ホモポリプロレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン-(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル(ランダム、交互)共重合体、エチレン-ブテン共重合体、エチレン-ヘキセン共重合体、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、全芳香族ポリアミド、ポリフェニルスルフイド、アラミド(紙)、ガラス、ガラスクロス、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、セルロース系樹脂、シリコーン樹脂、金属(箔)、紙等が挙げられる。粘着剤層11bが紫外線硬化型である場合、基材層11aは紫外線に対し透過性を有するものが好ましい。
粘着剤層11bの形成に用いる粘着剤は、ダイシングの際に一次実装半導体装置10の封止体をしっかり保持するとともに、ダイシング後に熱硬化性樹脂シート付きの一次実装半導体装置を剥離可能に制御できるものであれば特に制限されない。例えば、アクリル系粘着剤、ゴム系粘着剤等の一般的な感圧性接着剤を用いることができる。上記感圧性接着剤としては、半導体ウェハやガラス等の汚染をきらう電子部品の超純水やアルコール等の有機溶剤による清浄洗浄性などの点から、アクリル系ポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤が好ましい。
工程(D)では、熱硬化性樹脂シート2付きの一次実装半導体装置10を配線基板23に半田バンプ4を介して電気的に接続する(図2E参照)。具体的には、一次実装半導体装置10の第1主面3aが配線基板23と対向する形態で、配線基板23に常法に従い固定させる。例えば、一次実装半導体装置10に形成されている半田バンプ4を、配線基板23の接続パッドに被着された接合用の導電材(図示せず)に接触させて押圧しながら導電材を溶融させることにより、一次実装半導体装置10と配線基板23との電気的接続を確保することができる。一次実装半導体装置10の第1主面3a側には熱硬化性樹脂シート2が貼り付けられているので、半田バンプ4の根元部分を補強しつつ、半田バンプ4と配線基板23との電気的接続を図ることができる。
次に、当該補強用シートを用いて得られる二次実装半導体装置について図面を参照しつつ説明する(図2F参照)。本実施形態に係る半導体装置20では、一次実装半導体装置10と配線基板23とが、一次実装半導体装置10上に形成された半田バンプ4及び配線基板23上に設けられた導電材(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、半田バンプ4の根元部分には、当該部分を補強するように熱硬化性樹脂シート2が配置されていることから、優れた耐衝撃性を発揮することができる。
第1実施形態では、一次実装半導体装置として、半導体チップがインターポーザーにフリップチップ実装されたパッケージを用いたが、第2実施形態では、ウェハ・レベル・チップ・サイズ・パッケージ(WS-CSP。以下、「CSP」ともいう。)を用いる。
エポキシ樹脂1:新日鐵化学(株)製のYSLV-80XY(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキン当量200g/eq.、軟化点80℃)
エポキシ樹脂2:三菱化学社製のJER828(エポキシ当量185g/eq.、室温で液状)
エポキシ樹脂3:日本化薬社製のEPPN-501HY(エポキシ当量169g/eq.、軟化点60℃)
エポキシ樹脂4:DIC社製のHP7200(エポキシ当量259g/eq.、軟化点61℃)
エポキシ樹脂5:三菱化学社製のYX4000H(エポキシ当量193g/eq.、軟化点105℃)
フェノール樹脂1:明和化成社製のMEH7500-3S(水酸基当量103g/eq.、軟化点83℃)
フェノール樹脂2:群栄化学工業社製のLVR8210DL(水酸基当量104g/eq.、軟化点69℃)
無機充填剤1:電気化学工業社製のFB-5SDC(溶融球状シリカ、平均粒子径5μm)
無機充填剤2:(株)アドマテックス製のSO-25R(溶融球状シリカ、平均粒子径0.5μm)
無機充填剤3:電気化学工業社製のFB-9454FC(溶融球状シリカ、平均粒子径20μm)
エラストマー1:東レダウコーニング社製のEP-2601(シリコーン系粒子)
エラストマー2:(株)カネカ製のSIBSTER 072T(スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体)
硬化促進剤:四国化成工業社製の2PHZ-PW(2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール)
シランカップリング剤:信越化学社製のKBM-403(3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
カーボンブラック:三菱化学社製の#20
基材シートとして、表1に示す厚みのフッ素系シート(エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)含有)を準備した。フッ素系シートにプラズマ処理を施した。
作製したそれぞれのバンプ根元補強用シートについて以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
各熱硬化性樹脂シートの50~180℃の範囲内での最低溶融粘度を次の手順で測定した。バンプ根元補強用シートから直径25mmの円状の小片を複数切り出した。小片から基材シート及び剥離ライナーを剥離しながら、厚みが約1mmとなるまで熱硬化性樹脂シートを積層させて測定サンプルとした。この測定サンプルについて、Rheometric Scientific社製の粘弾性測定装置「ARES」(測定条件:測定温度範囲50~180℃、昇温速度10℃/min、周波数1Hz、歪み量10%)で粘度変化を追跡した際、粘度の最低値を読み取ることで最低溶融粘度を求めた。
評価チップとほぼ同サイズとした熱硬化性樹脂シート上の剥離ライナーを剥離した後、貼り合わせ装置(ミカドテクノス社製のVS008-1515)を用い、補強用シートの熱硬化性樹脂シートを平板真空プレス(10秒陰圧とし、その後60秒プレス)によりチップの半田バンプ形成面へ貼り合わせて補強用シート付きチップを作製した。
<評価チップ>
平面視サイズ:4.3mm×4mm
チップ厚み:700μm
半田バンプ高さ:200μm
<貼り合わせ条件>
温度:175℃
圧力:2MPa
減圧雰囲気:-100kPa(ゲージ圧力)
2 熱硬化性樹脂シート
3、43 インターポーザー
3a インターポーザーの第1主面
3b インターポーザーの第1主面とは反対側の第2主面
4、44 半田バンプ
5、45 半導体チップ(半導体素子)
6 封止樹脂
8 バンプ根元補強用シート
11 ダイシングテープ
10 一次実装半導体装置
20、40 二次実装半導体装置
Claims (5)
- 基材シートと該基材シートに隣接して積層された熱硬化性樹脂シートとを備えるバンプ根元補強用シートであって、
前記熱硬化性樹脂シートの厚みは、バンプの高さより薄く、
熱硬化前の前記熱硬化性樹脂シートの50~180℃における最低溶融粘度ηは、3Pa・s以上500Pa・s以下(ただし、500Pa・sを除く。)であり、
前記基材シートの厚みt[μm]と前記熱硬化性樹脂シートの50~180℃における最低溶融粘度η[Pa・s]とが下記関係式を満たすバンプ根元補強用シート。
150≦t・η≦100000 - 前記基材シートの厚みが50~100μmである請求項1に記載のバンプ根元補強用シート。
- 前記基材シートの175℃における貯蔵弾性率E’が5×106Pa以上5×107Pa以下である請求項1又は2に記載のバンプ根元補強用シート。
- 前記基材シートがフッ素系シートである請求項1~3のいずれか1項に記載のバンプ根元補強用シート。
- 前記フッ素系シートが、フッ素含有モノマーとエチレンモノマーとの共重合体を含む請求項4に記載のバンプ根元補強用シート。
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