JP7223090B1 - 接着剤用組成物及びフィルム状接着剤、並びに、フィルム状接着剤を用いた半導体パッケージ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
配線基板表面や半導体素子表面は必ずしも平滑な面状態ではないため、上記の熱圧着時にフィルム状接着剤と被着体との界面に空気を巻き込むことがある。巻き込まれた空気(ボイド)は熱硬化後の接着力を低下させる。それゆえ、半導体パッケージの信頼性試験において、ボイドの発生は接着剤と被着体との界面で剥離を生じる原因となる。
また、ピックアップ工程におけるニードルやスライダー等の治具痕がフィルム状接着剤表面に残る場合がある。このような治具痕も、上記の熱圧着の際にボイドを生じる原因となる。治具痕によるボイドは、フィルム状接着剤の薄膜化(例えば、20μm未満)により顕在化する傾向にある。
本発明は上記知見に基づきさらに検討を重ねて完成されるに至ったものである。
〔1〕
エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)及び無機充填材(D)を含有し、
前記ポリウレタン樹脂(C)が、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度が0℃以上であり、
前記エポキシ樹脂(A)と前記ポリウレタン樹脂(C)の各含有量の合計に占める前記ポリウレタン樹脂(C)の割合が2~50質量%である、接着剤用組成物。
〔2〕
前記接着剤用組成物を用いて形成した、硬化前のフィルム状接着剤を、25℃から5℃/分の昇温速度で昇温したとき、120℃における溶融粘度が100~10000Pa・sの範囲にある、〔1〕に記載の接着剤用組成物。
〔3〕
〔1〕又は〔2〕に記載の接着剤用組成物により得られてなるフィルム状接着剤。
〔4〕
厚みが1~20μmである、〔3〕に記載のフィルム状接着剤。
〔5〕
半導体パッケージの製造方法であって、
表面に少なくとも1つの半導体回路が形成された半導体ウェハの裏面に、〔3〕又は〔4〕に記載のフィルム状接着剤を熱圧着して接着剤層を設け、前記接着剤層を介してダイシングフィルムを設ける第1の工程と、
前記半導体ウェハと前記接着剤層とを一体にダイシングすることにより、ダイシングフィルム上に、フィルム状接着剤片と半導体チップとを備える接着剤層付き半導体チップを得る第2の工程と、
前記接着剤層付き半導体チップを前記ダイシングフィルムから剥離して、前記接着剤層付き半導体チップと配線基板とを前記接着剤層を介して熱圧着する第3の工程と、
前記接着剤層を熱硬化する第4の工程と、
を含む、半導体パッケージの製造方法。
〔6〕
半導体チップと配線基板、又は、半導体チップ間が、〔3〕又は〔4〕に記載のフィルム状接着剤の熱硬化体により接着されてなる、半導体パッケージ。
本発明の接着剤用組成物は、上記フィルム状接着剤を得るのに好適である。
本発明の半導体パッケージは、厳しい信頼性試験においても半導体チップと被着体との間の十分な接着力を維持でき、信頼性に優れる。
本発明の半導体パッケージの製造方法によれば、厳しい信頼性試験においても半導体チップと被着体との間の十分な接着力を維持でき、高信頼性の半導体パッケージを得ることができる。
本発明の接着剤用組成物は、本発明のフィルム状接着剤の形成に好適な組成物である。
本発明の接着剤用組成物は、エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)及び無機充填材(D)を含有する。ポリウレタン樹脂(C)は、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度(すなわちガラス転移温度、Tg)が0℃以上である。また、エポキシ樹脂(A)と前記ウレタン樹脂(C)の各含有量の合計に占める前記ポリウレタン樹脂(C)の割合は2~50質量%に制御される。
以下、接着剤用組成物に含まれる各成分について説明する。
上記エポキシ樹脂(A)は、エポキシ基を持つ熱硬化型の樹脂であり、エポキシ当量は500g/eq以下であることが好ましい。エポキシ樹脂(A)は液体、固体または半固体のいずれであってもよい。本発明において液体とは、軟化点が25℃未満であることをいい、固体とは、軟化点が60℃以上であることをいい、半固体とは、軟化点が上記液体の軟化点と固体の軟化点との間(25℃以上60℃未満)にあることをいう。本発明で使用するエポキシ樹脂(A)としては、好適な温度範囲(例えば60~120℃)で低溶融粘度に到達することができるフィルム状接着剤を得る観点から、軟化点が100℃以下であることが好ましい。なお、本発明において、軟化点とは、軟化点試験(環球式)法(測定条件:JIS-K7234:1986に準拠)により測定した値である。
エポキシ樹脂(A)の量平均分子量は、通常、10000未満が好ましく、5000以下がより好ましい。下限値に特に制限はないが、300以上が実際的である。
質量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)分析による値である。
上記エポキシ樹脂硬化剤(B)としては、アミン類、酸無水物類、多価フェノール類等の任意の硬化剤を用いることができる。本発明では、低溶融粘度で、かつある温度を超える高温で硬化性を発揮し、速硬化性を有し、さらに、室温での長期保存が可能な保存安定性の高いフィルム状接着剤とする観点から、潜在性硬化剤を用いることが好ましい。
潜在性硬化剤としては、ジシアンジアミド化合物、イミダゾール化合物、硬化触媒複合系多価フェノール化合物、ヒドラジド化合物、三弗化ホウ素-アミン錯体、アミンイミド化合物、ポリアミン塩、およびこれらの変性物やマイクロカプセル型のものを挙げることができる。これらは1種を単独で用いても、もしくは2種以上を組み合わせて用いてもよい。より優れた潜在性(室温での安定性に優れ、かつ、加熱により硬化性を発揮する性質)を有し、硬化速度がより速い観点から、イミダゾール化合物を用いることがより好ましい。
ポリウレタン樹脂(C)は、主鎖中にウレタン(カルバミド酸エステル)結合を持つ重合体である。ポリウレタン樹脂(C)は、ポリオール由来の構成単位と、ポリイソシアネート由来の構成単位とを有し、さらにポリカルボン酸由来の構成単位を有していてもよい。ポリウレタン樹脂は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリウレタン樹脂(C)は、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度(ガラス転移温度と同義、Tgとも称す。)が0℃以上である。ポリウレタン樹脂(C)のTgは2℃以上が好ましく、3℃以上がより好ましい。また、ポリウレタン樹脂(C)のTgは通常は100℃以下であり、60℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましく、45℃以下であることも好ましい。Tgが上記範囲内にあることにより、フィルム状接着剤を形成したときに、エポキシ樹脂や無機充填材と一体となってフィルム状接着剤の貯蔵弾性率が高まるなどして、ピックアップ後の治具痕を生じにくく、半導体パッケージの厳しい信頼性試験も十分にクリアする特性を実現することができる。
Tgは後述する実施例に記載の方法により決定されるものである。すなわち、ポリウレタン樹脂を有機溶媒に溶解してなるワニスを用いて塗膜を形成し、次いで乾燥し、得られたポリウレタン樹脂からなるフィルムを、動的粘弾性測定装置(商品名:Rheogel-E4000F、(株)ユービーエム製)を用いて、測定温度範囲20~300℃、昇温速度5℃/min、及び周波数1Hzの条件下で測定し、tanδピークトップ温度(tanδが極大を示す温度)をガラス転移温度(Tg)とする。
無機充填材(D)は、通常、接着剤用組成物に使用される無機充填材を特に制限なく用いることができる。
無機充填材(D)としては、例えば、シリカ、クレー、石膏、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等のセラミック類、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、クロム、鈴、錫、亜鉛、パラジウム、半田等の金属、又は合金類、カーボンナノチューブ、グラフェン等のカーボン類等の種々の無機粉末が挙げられる。
熱伝導性を有する無機充填材(D)は、熱伝導性材料からなる粒子または熱伝導性材料で表面被覆されてなる粒子であって、これらの熱伝導性材料の熱伝導率が12W/m・K以上であることが好ましく、30W/m・K以上であることがより好ましい。
上記熱伝導性材料の熱伝導率が上記好ましい下限値以上であると、目的の熱伝導率を得るために配合する無機充填材(D)の量を低減することができ、ダイアタッチフィルムの溶融粘度の上昇が抑制されて、基板に圧着する際に基板の凹凸部への埋め込み性をより向上させることができる。結果、ボイドの発生をより確実に抑制できる。
本発明において、上記熱伝導性材料の熱伝導率は、25℃における熱伝導率を意味し、各材料の文献値を用いることができる。文献に記載がない場合にも、例えば、セラミックスであればJIS R 1611:2010により測定される値、金属であれば、JIS H 7801:2005により測定される値を代用することができる。
特にアルミナ粒子は高熱伝導率を有し、分散性、入手容易性の点で好ましい。また、窒化アルミニウム粒子や窒化ホウ素粒子は、アルミナ粒子よりもさらに高い熱伝導率を有する観点で好ましい。本発明では、なかでもアルミナ粒子と窒化アルミニウム粒子が好ましい。
また、セラミックより高い熱伝導性を有する金属粒子、もしくは金属で表面被覆された粒子も挙げられる。例えば、銀(熱伝導率:429W/m・K)、ニッケル(熱伝導率:91W/m・K)及び金(熱伝導率:329W/m・K)等の単一金属フィラーや、これら金属により表面被覆された、アクリルやシリコーン樹脂等の高分子粒子が好ましく挙げられる。
本発明では、なかでも高熱伝導率と耐酸化劣化の観点で金、もしくは銀粒子等がより好ましい。
また、シランカップリング剤により無機充填材(D)を処理する方法としては特に限定されず、溶媒中で無機充填材(D)とシランカップリング剤を混合する湿式法、気相中で無機充填材(D)とシランカップリング剤を混合する乾式法、上記インテグラルブレンド法などが挙げられる。
シランカップリング剤は、例えば、2-(3,4-エポキシシクロへキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシジルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロイルオキプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロイルオキプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロイルオキプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロイルオキプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
シランカップリング剤や界面活性剤の含有量を上記好ましい範囲とすることにより、無機充填材(D)の凝集を抑制しながら、過剰なシランカップリング剤や界面活性剤の半導体組立加熱工程(例えばリフロー工程)における揮発による接着界面での剥離を抑制することができ、ボイドの発生が抑えられ、ダイアタッチ性を向上させることができる。
エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)および無機充填材(D)の各含有量の合計に占める無機充填材(D)の割合は、30~70体積%が好ましく、20~60体積%がより好ましく、20~50体積%がさらに好ましい。
上記無機充填材(D)の含有量(体積%)は、エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)および無機充填材(D)の含有質量と比重から算出することができる。
本発明の接着剤用組成物は、エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)および無機充填材(D)の他に、本発明の効果を損なわない範囲で、これら以外の高分子化合物を含有してもよい。
上記高分子化合物としては、例えば、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、エチレン-酢酸ビニル共重合体、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共重合体、ポリブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、6-ナイロンや6,6-ナイロン等のポリアミド樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂等が挙げられる。これらの高分子化合物は単独で用いてもよく、また2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、本発明の接着剤用組成物は、有機溶媒(メチルエチルケトン等)、イオントラップ剤(イオン捕捉剤)、硬化触媒、粘度調整剤、酸化防止剤、難燃剤、着色剤等をさらに含有していてもよい。例えば、国際公開第2017/158994号のその他の添加物を含むことができる。
本発明の接着剤用組成物は、本発明のフィルム状接着剤を得るために好適に用いることができる。ただし、フィルム状接着剤に限定されず、液状の接着剤を得るためにも好適に用いることができる。
本発明のフィルム状接着剤は、本発明の接着剤用組成物より得られてなるフィルム状の接着剤である。したがって、上述の、エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)および無機充填材(D)を含有してなる。また、ポリウレタン樹脂(C)は、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度(ガラス転移温度、Tg)が0℃以上であり、エポキシ樹脂(A)と前記ポリウレタン樹脂(C)の各含有量の合計に占める前記ポリウレタン樹脂(C)の割合は2~50質量%である。
有機溶媒を含有する接着剤用組成物を用いて本発明のフィルム状接着剤を形成する場合は、溶媒は通常、乾燥により接着剤用組成物から除去される。したがって、本発明のフィルム状接着剤中の溶媒の含有量は1000ppm(ppmは質量基準)以下であり、通常は0.1~1000ppmである。
ここで、本発明において「フィルム」とは、厚み200μm以下の薄膜を意味する。形状、大きさ等は、特に制限されず、使用態様にあわせて適宜調整することができる。
本発明のフィルム状接着剤は、半導体製造工程においてダイアタッチフィルムとして好適に用いることができる。この場合、本発明のフィルム状接着剤はピックアップ工程において治具痕を生じにくく、ダイアタッチ性にも優れ、半導体パッケージの高度な信頼性も実現することが可能となる。
溶融粘度は、後述する実施例に記載の方法により決定することができる。
溶融粘度は、無機充填材(D)の含有量、さらには、無機充填材(D)の種類に加え、エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)及びポリウレタン樹脂(C)等の、共存する化合物もしくは樹脂の種類やこれらの含有量により適宜に制御できる。
本発明において、硬化前のフィルム状接着剤とは、エポキシ樹脂(A)が熱硬化する前の状態にあるものをいう。熱硬化前のフィルム状接着剤とは、具体的には、フィルム状接着剤を調製後、25℃以上の温度条件下に曝されていないフィルム状接着剤を意味する。一方、硬化後のフィルム状接着剤とは、エポキシ樹脂(A)が熱硬化した状態にあるものをいう。なお、上記の説明は、本発明の接着剤組成物の特性を明確にするためのものであり、本発明のフィルム状接着剤が、25℃以上の温度条件下に曝されていないものに限定されるものではない。
フィルム状接着剤の厚みは、接触・リニアゲージ方式(卓上型接触式厚み計測装置)により測定することができる。
離型処理された基材フィルムとしては、得られるフィルム状接着剤のカバーフィルムとして機能するものであればよく、公知のものを適宜採用することができる。例えば、離型処理されたポリプロピレン(PP)、離型処理されたポリエチレン(PE)、離型処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)が挙げられる。
塗工方法としては、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、ロールナイフコーター、グラビアコーター、ダイコーター、リバースコーター等を用いた方法が挙げられる。
乾燥は、エポキシ樹脂(A)を硬化せずに、接着剤用組成物から有機溶媒を除去してフィルム状接着剤とできればよく、例えば、80~150℃の温度で1~20分保持することにより行うことができる。
上記の算術平均粗さRaは、2.0μm以下であることがより好ましく、1.5μm以下であることがさらに好ましい。下限値は特に制限はないが、0.1μm以上であることが実際的である。
次いで、図面を参照しながら本発明の半導体パッケージおよびその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明および図面中、同一または相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図1~図7は、本発明の半導体パッケージの製造方法の各工程の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
半導体ウェハ1としては、表面に少なくとも1つの半導体回路が形成された半導体ウェハを適宜用いることができ、例えば、シリコンウェハ、SiCウェハ、GaAsウェハ、GaNウェハが挙げられる。本発明のダイシングダイアタッチフィルムを半導体ウェハ1の裏面に設けるには、例えば、ロールラミネーター、マニュアルラミネーターのような公知の装置を適宜用いることができる。
このような配線基板6に接着剤層付き半導体チップ5を実装する方法としては特に制限されず、従来の熱圧着による実装方法を適宜に採用することができる。
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(商品名:E0CN-104S、重量平均分子量:5000、軟化点:92℃、固体、エポキシ当量:218、日本化薬(株)製)56質量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:YD-128、重量平均分子量:400、軟化点:25℃以下、液体、エポキシ当量:190、新日化エポキシ製造(株)製)49質量部、及び、ポリウレタン樹脂溶液(商品名:ダイナレオVA-9320M、ポリウレタン樹脂の重量平均分子量:120000、Tg:39℃、25℃における貯蔵弾性率:594MPa、溶媒:MEK/IPA混合溶媒、トーヨーケム(株)製)120質量部(ポリウレタン樹脂として30質量部)を1000mLのセパラブルフラスコ中に入れて、温度110℃で2時間加熱攪拌し、樹脂ワニスを得た。
次いで、この樹脂ワニス225質量部を800mLのプラネタリーミキサーに移し、アルミナフィラー(商品名:AO-502、平均粒径(d50):0.6μm(株)アドマテックス製)196質量部を添加して、イミダゾール型硬化剤(商品名:2PHZ-PW、四国化成(株)製)2.0質量部、シランカップリング剤(商品名:S-510、JNC株式会社製)3.0質量部を加えて室温において1時間攪拌後、真空脱泡して混合ワニス(接着剤用組成物)を得た。
次いで、得られた混合ワニスを厚み38μmの離型処理されたPETフィルム(剥離フィルム)上に塗布して、130℃で10分間加熱乾燥し、縦300mm、横200mm、厚みが10μmのフィルム状接着剤が剥離フィルム上に形成された2層積層フィルム(剥離フィルム付きフィルム状接着剤)を得た。
上記乾燥後にエポキシ樹脂は硬化しておらず、このことは下記の各実施例及び比較例においても同様である。
ポリウレタン樹脂として、ポリウレタン樹脂溶液(商品名:ダイナレオVA-9310MF、重量平均分子量:110000、Tg:27℃、25℃における貯蔵弾性率:289MPa、溶媒:MEK/IPA混合溶媒、トーヨーケム(株)製)120質量部(ポリウレタン樹脂として30質量部)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂として、ポリウレタン樹脂溶液(商品名:ダイナレオVA-9303MF、重量平均分子量:105000、Tg:4℃、25℃における貯蔵弾性率:100MPa、溶媒:MEK/IPA混合溶媒、トーヨーケム(株)製)120質量部(ポリウレタン樹脂として30質量部)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂溶液の配合量を200質量部(ポリウレタン樹脂として50質量部)とし、アルミナフィラーの配合量を224質量部としたこと以外は、実施例2と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂溶液の配合量を40質量部(ポリウレタン樹脂として10質量部)とし、アルミナフィラーの配合量を168質量部としたこと以外は、実施例2と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
アルミナフィラーの配合量を305質量部としたこと以外は、実施例2と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂として、ポリウレタン樹脂(商品名:T-8175N、重量平均分子量:80000、Tg:-23℃、25℃における貯蔵弾性率:3.4MPa、ディーアイシーコベストロポリマー(株)製)30質量部を用い、さらにシクロヘキサノン90質量部を配合したこと以外は、実施例1と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂として、ポリウレタン樹脂溶液(商品名:ダイナレオVA-9302MF、重量平均分子量:95000、Tg:-5℃、25℃における貯蔵弾性率:8.7MPa、溶媒:MEK/IPA混合溶媒、トーヨーケム(株)製)120質量部(ポリウレタン樹脂として30質量部)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂に代えて、アクリル樹脂(商品名:SG-280EK23、重量平均分子量:800000、Tg:-29℃、25℃における貯蔵弾性率:6.5MPa、ナガセケムテックス(株)製)30質量部を配合し、さらにシクロヘキサノン90質量部を配合したこと以外は、実施例1と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂に代えて、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(商品名:YP-50、重量平均分子量:70000、Tg:85℃、25℃における貯蔵弾性率1700MPa、新日化エポキシ製造(株)製)30質量部を配合し、さらにMEK90質量部を配合したこと以外は、実施例1と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂溶液の配合量を520質量部(ポリウレタン樹脂として130質量部)とし、アルミナフィラーの配合量を337質量部としたこと以外は、実施例2と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
ポリウレタン樹脂の配合量を8質量部(ポリウレタン樹脂として2質量部)とし、アルミナフィラーの配合量を157質量部としたこと以外は、実施例2と同様にして接着剤用組成物及び2層積層フィルムを得た。
<樹脂の動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度(ガラス転移温度(Tg))の測定>
ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂及びフェノキシ樹脂の各溶液を、厚み38μmの離型処理されたPETフィルム(剥離フィルム)上に塗布して、130℃で10分間の加熱により乾燥し、縦300mm、横200mm、厚みが30μmの樹脂フィルムが剥離フィルム上に形成された2層積層フィルムを得た。得られた樹脂フィルムを5mm×17mmのサイズに切り取り、剥離フィルムを剥がして、動的粘弾性測定装置(商品名:Rheogel-E4000F、(株)ユービーエム製)を用いて、測定温度範囲20~300℃、昇温速度5℃/min、及び周波数1Hzの条件下で測定し、tanδピークトップ温度(tanδが極大を示す温度)をガラス転移温度(Tg)とした。
各実施例及び比較例において得られた剥離フィルム付フィルム状接着剤から縦5.0cm×横5.0cmのサイズの正方形を切り取り、剥離フィルムを剥離した状態で切り取ったフィルム状接着剤を積層した。この積層物を、70℃のステージ上で、ハンドローラーにて貼り合わせて、厚さが約1.0mmである試験片を得た。この試験片について、レオメーター(RS6000、Haake社製)を用い、温度範囲25~250℃、昇温速度5℃/分での粘性抵抗の変化を測定した。得られた温度-粘性抵抗曲線から、硬化前のフィルム状接着剤の120℃における溶融粘度(Pa・s)を算出した。
各実施例及び比較例において得られた剥離フィルム付フィルム状接着剤を、先ず、マニュアルラミネーター(商品名:FM-114、テクノビジョン社製)を用いて温度70℃、圧力0.3MPaにてダミーシリコンウェハ(8inchサイズ、厚さ100μm)の一方の面に接着させた。その後、フィルム状接着剤から剥離フィルムを剥離した後、同マニュアルラミネーターを用いて室温、圧力0.3MPaにてフィルム状接着剤の前記ダミーシリコンウェハとは反対側の面上にダイシングテープ(商品名:K-13、古河電気工業(株)製)及びダイシングフレーム(商品名:DTF2-8-1H001、DISCO社製)を接着させた。次いで、2軸のダイシングブレード(Z1:NBC-ZH2050(27HEDD)、DISCO社製/Z2:NBC-ZH127F-SE(BC)、DISCO社製)が設置されたダイシング装置(商品名:DFD-6340、DISCO社製)を用いて5mm×5mmのサイズになるようにダミーシリコンウェハ側からダイシングを実施して、フィルム状接着剤片付きダミーチップを得た。
次いで、ダイボンダー(商品名:DB-800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)にて、前記フィルム状接着剤付きダミーチップをダイシングテープから下記条件にてピックアップし、ピックアップ後のフィルム状接着剤上のニードル痕状態を観察し、下記評価基準に当てはめ評価した。
ニードル本数4本、ニードルR150(μm)、ニードルピッチ3.5mm、突き上げ速度5mm/秒、突き上げ高さ200μm、ピックアップ時間100m秒
AA:ピックアップした半導体チップ24個のすべてにおいて、フィルム状接着剤表面にニードル痕が観察されない。
A:ピックアップした半導体チップ24個のうち1~3個においてフィルム状接着剤表面にニードル痕が観察され、かつ、当該ニードル痕が観察されたフィルム状接着剤表面におけるニードル痕の数が1~3である。
B:ピックアップした半導体チップ24個のうち1~3個においてフィルム状接着剤表面にニードル痕が観察され、かつ、当該ニードル痕が観察されたフィルム状接着剤表面におけるニードル痕の数が4つのものがある。
C:ピックアップした半導体チップ24個のうち4個以上においてフィルム状接着剤表面にニードル痕が観察される。
各実施例及び比較例において得られた剥離フィルム付きフィルム状接着剤を、先ず、マニュアルラミネーター(商品名:FM-114、テクノビジョン社製)を用いて温度70℃、圧力0.3MPaにてダミーシリコンウェハ(8inchサイズ、厚さ100μm)の一方の面に接着させた。その後、フィルム状接着剤から剥離フィルムを剥離した後、同マニュアルラミネーターを用いて室温、圧力0.3MPaにてフィルム状接着剤の前記ダミーシリコンウェハとは反対側の面上にダイシングテープ(商品名:K-13、古河電気工業(株)製)及びダイシングフレーム(商品名:DTF2-8-1H001、DISCO社製)を接着させた。次いで、2軸のダイシングブレード(Z1:NBC-ZH2050(27HEDD)、DISCO社製/Z2:NBC-ZH127F-SE(BC)、DISCO社製)が設置されたダイシング装置(商品名:DFD-6340、DISCO社製)を用いて10mm×10mmのサイズになるようにダミーシリコンウェハ側からダイシングを実施して、フィルム状接着剤片付きダミーチップを得た。
次いで、ダイボンダー(商品名:DB-800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)にて、前記フィルム状接着剤付きダミーチップをダイシングテープからピックアップし、120℃、圧力0.1MPa(荷重400gf)、時間1.0秒の条件にて、前記フィルム状接着剤片付きダミーチップのフィルム状接着剤側と、リードフレーム基板(42Alloy系、凸版印刷(株)製)の実装面側とを貼り合わせるように、熱圧着した。ここで、上記リードフレーム基板の実装面は、僅かな表面粗さを持つ金属面である。
基板上に熱圧着したフィルム状接着剤付きダミーチップについて、超音波探傷装置(SAT)(日立パワーソリューションズ製 FS300III)を用いて、フィルム状接着剤とリードフレーム基板実装面との界面におけるボイドの有無を観察し、下記評価基準に基づいて、ダイアタッチ性を評価した。
A:実装した24個のダミーチップの全てにおいてボイドが観察されない。
B:実装した24個のダミーチップのうち1個以上3個以下のダミーチップにおいてボイドが観察される。
C:実装した24個のダミーチップのうち4個以上のダミーチップにおいてボイドが観察される。
各実施例及び比較例において得られた剥離フィルム付フィルム状接着剤を、先ず、マニュアルラミネーター(商品名:FM-114、テクノビジョン社製)を用いて温度70℃、圧力0.3MPaにてダミーシリコンウェハ(8inchサイズ、厚さ400μm)の一方の面に接着させた。その後、フィルム状接着剤から剥離フィルムを剥離した後、同マニュアルラミネーターを用いて室温、圧力0.3MPaにてフィルム状接着剤の前記ダミーシリコンウェハとは反対側の面上にダイシングテープ(商品名:K-13、古河電気工業(株)製)及びダイシングフレーム(商品名:DTF2-8-1H001、DISCO社製)を接着させた。次いで、2軸のダイシングブレード(Z1:NBC-ZH2050(27HEDD)、DISCO社製/Z2:NBC-ZH127F-SE(BC)、DISCO社製)が設置されたダイシング装置(商品名:DFD-6340、DISCO社製)を用いて2mm×2mmのサイズになるようにダミーシリコンウェハ側からダイシングを実施して、フィルム状接着剤片付きダミーチップを得た。
次いで、ポリイミド膜付きシリコンウェハ(ポリイミド種;パイメル、旭化成エレクトロニクス(株)製、ポリイミド膜;約8μm、シリコンウェハ700μm厚、ウェハサイズ8インチ)を、マニュアルラミネーターを用いて、室温、圧力0.3MPaにてシリコンウェハ側(ポリイミド膜とは反対側)の面上にダイシングテープ(商品名:K-8、古河電気工業(株)製)及びダイシングフレーム(商品名:DTF2-8-1H001、DISCO社製)を接着させた。次いで、2軸のダイシングブレード(Z1:NBC-ZH2050(27HEDD)、DISCO社製/Z2:NBC-ZH127F-SE(BC)、DISCO社製)が設置されたダイシング装置(商品名:DFD-6340、DISCO社製)を用いて12mm×12mmのサイズになるようにポリイミド膜付きシリコンウェハ側からダイシングを実施して、ポリイミド膜付きシリコンチップを得た。
次いで、ダイボンダー(商品名:DB-800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)にて、前記フィルム状接着剤片付きダミーチップをダイシングテープからピックアップし、120℃、圧力0.5MPa(荷重200gf)、時間1.0秒の条件において、前記フィルム状接着剤片付きダミーチップのフィルム状接着剤側と、12×12mmサイズのポリイミド膜付きシリコンチップの実装面側(ポリイミド膜)とを貼り合わせるように、熱圧着した。これを乾燥機中に配置して温度120℃で2時間加熱することによりフィルム状接着剤を熱硬化させた。その後、恒温恒湿器(商品名:PR-1J、エスペック(株)製)を用いて、得られたサンプルを、半導体技術協会JEDECが定める吸湿リフロー試験のMoisutre sensitive level(MSL) Lv1の水準(温度85℃、相対湿度85%RH、168時間)にて168時間吸湿させた後、前記フィルム状接着剤片付きダミーチップのポリイミド表面に対するダイシェア強度(MPa)をボンドテスター(商品名:4000万能型ボンドテスター、デージ(株))を用いて測定した。8回の試験回数の平均値を吸湿後ダイシェア強度として算出した。また、上記吸湿前のダイシェア強度(8回の試験回数の平均値)に対する上記吸湿後ダイシェア強度の割合(100×吸湿後/吸湿前)をダイシェア強度維持率(%)とした。
各実施例及び比較例において得られた剥離フィルム付きフィルム状接着剤を、先ず、マニュアルラミネーター(商品名:FM-114、テクノビジョン社製)を用いて温度70℃、圧力0.3MPaにてポリイミド膜付きシリコンウェハ(ポリイミド種;パイメル、旭化成エレクトロニクス(株)製、ポリイミド膜;約8μm、シリコンウェハ100μm厚)のシリコンウェハ側に接着させた。その後、フィルム状接着剤から剥離フィルムを剥離した後、同マニュアルラミネーターを用いて室温、圧力0.3MPaにてフィルム状接着剤面上にダイシングテープ(商品名:K-13、古河電気工業(株)製)及びダイシングフレーム(商品名:DTF2-8-1H001、DISCO社製)を接着させた。次いで、2軸のダイシングブレード(Z1:NBC-ZH2050(27HEDD)、DISCO社製/Z2:NBC-ZH127F-SE(BC)、DISCO社製)が設置されたダイシング装置(商品名:DFD-6340、DISCO社製)を用いて8mm×9mmのサイズになるようにポリイミド付きシリコンウェハ側からダイシングを実施して、フィルム状接着剤片付きのポリイミド膜付きシリコンチップを得た。
次いで、ダイボンダー(商品名:DB-800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)にて、前記フィルム状接着剤片付きのポリイミド膜付きシリコンチップをダイシングテープからピックアップし、120℃、圧力0.1MPa(荷重720gf)、時間1.5秒の条件において、前記フィルム状接着剤片付きのポリイミド膜付きシリコンチップのフィルム状接着剤側と、リードフレーム基板(42Alloy系、凸版印刷(株)製)の実装面側とを貼り合わせるように、熱圧着した。更に、同条件にて別のフィルム状接着剤片付きのポリイミド膜付きシリコンチップのフィルム状接着剤側を、先に搭載したフィルム状接着剤片付きのポリイミド膜付きシリコンチップのポリイミド膜表面に貼り合わせるように、熱圧着した。これを乾燥機中に配置して温度120℃で2時間加熱することによりフィルム状接着剤を熱硬化させて試験片を得た。
次に、モールド装置(商品名:V1R、TOWA(株)製)を用いて、モールド剤(京セラ製、KE-3000F5-2)により試験片を封止し、温度180℃において5時間加熱して熱硬化させ、半導体パッケージを得た。恒温恒湿器(商品名:PR-1J、エスペック(株)製)を用いて、得られた半導体パッケージを半導体技術協会JEDECが定める吸湿リフロー試験のMoisutre sensitive level(MSL) Lv1の水準(温度85℃、相対湿度85%、168時間)、又はLv2の水準(温度85℃、相対湿度60%、168時間)にて吸湿させた後、IRリフロー炉で温度260℃において10秒間加熱処理した。加熱後の半導体パッケージをダイヤモンドカッターで切断し、光学顕微鏡で観察して、リードフレームとフィルム状接着剤片との界面、及びポリイミド膜とフィルム状接着剤片との界面に、剥離が発生しているか否かを観察し、信頼性を評価した。半導体パッケージは24個組立て、以下の基準で信頼性を評価した。
AA:温度85℃、相対湿度85%において168時間吸湿させた後、24個全ての半導体パッケージにおいて剥離不良の発生が認められない
A:上記AAには該当しないが、温度85℃、相対湿度60%において168時間吸湿させた後、24固全ての半導体パッケージにおいて剥離不良の発生が認められない
B:温度85℃、相対湿度60%RHにおいて168時間吸湿させた後、1個以上の半導体パッケージにおいて剥離不良が発生し、剥離箇所が全てフィルム状接着剤とリードフレーム間で発生
C:温度85℃、相対湿度60%RHにおいて168時間吸湿させた後、1個以上の半導体パッケージにおいて剥離不良が発生し、フィルム状接着剤とポリイミド膜間で少なくとも1つの剥離不良が発生
また、エポキシ樹脂に組み合わせる樹脂としてポリウレタン樹脂以外の樹脂を適用した場合、ダイシェア強度維持率が低く、信頼性にも劣る結果となった(比較例3、4)
また、本発明で規定するポリウレタン樹脂を用いた場合でも、含有量が本発明で規定するよりも多いと、実装においてボイドを生じやすく、また、ダイシェア強度とその維持率がいずれも低く、半導体パッケージの信頼性にも劣る結果となった(比較例5)。逆にポリウレタン樹脂の含有量が本発明で規定するよりも少ないと、比較例5に比べて、さらにニードル痕も残りやすいものとなった(比較例6)。
これに対し、本発明で規定する成分組成のフィルム状接着剤は、いずれもピックアップ工程においてニードル痕を生じにくく、実装においてはボイドを生じにくく、ダイシェア強度も十分に高く、高温高湿条件下でもダイシェア強度を十分に維持でき、半導体パッケージの信頼性にも優れていた(実施例1~6)。
2 接着剤層(フィルム状接着剤)
3 ダイシングフィルム(ダイシングテープ)
4 半導体チップ
5 フィルム状接着剤片付き半導体チップ
6 配線基板
7 ボンディングワイヤー
8 封止樹脂
9 半導体パッケージ
Claims (9)
- エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)及び無機充填材(D)を含有し、
前記ポリウレタン樹脂(C)が、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度が0℃以上であり、
前記エポキシ樹脂(A)と前記ポリウレタン樹脂(C)の各含有量の合計に占める前記ポリウレタン樹脂(C)の割合が2~50質量%である、ダイアタッチフィルム用接着剤用組成物。 - 前記ダイアタッチフィルム用接着剤用組成物を用いて形成した、硬化前のフィルム状接着剤を、25℃から5℃/分の昇温速度で昇温したとき、120℃における溶融粘度が100~10000Pa・sの範囲にある、請求項1に記載のダイアタッチフィルム用接着剤用組成物。
- 請求項1又は2に記載のダイアタッチフィルム用接着剤用組成物により得られてなるダイアタッチフィルム用フィルム状接着剤。
- 厚みが1~20μmである、請求項3に記載のダイアタッチフィルム用フィルム状接着剤。
- 半導体パッケージの製造方法であって、
表面に少なくとも1つの半導体回路が形成された半導体ウェハの裏面に、請求項3又は4に記載のダイアタッチフィルム用フィルム状接着剤を熱圧着して接着剤層を設け、前記接着剤層を介してダイシングフィルムを設ける第1の工程と、
前記半導体ウェハと前記接着剤層とを一体にダイシングすることにより、ダイシングフィルム上に、フィルム状接着剤片と半導体チップとを備える接着剤層付き半導体チップを得る第2の工程と、
前記接着剤層付き半導体チップを前記ダイシングフィルムから剥離して、前記接着剤層付き半導体チップと配線基板とを前記接着剤層を介して熱圧着する第3の工程と、
前記接着剤層を熱硬化する第4の工程と、
を含む、半導体パッケージの製造方法。 - 半導体チップと配線基板、又は、半導体チップ間が、請求項3又は4に記載のダイアタッチフィルム用フィルム状接着剤の熱硬化体により接着されてなる、半導体パッケージ。
- エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)及び無機充填材(D)を含有し、
前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ当量が500g/eq以下であり、
前記ポリウレタン樹脂(C)が、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度が0℃以上60℃以下であり、
前記エポキシ樹脂(A)と前記ポリウレタン樹脂(C)の各含有量の合計に占める前記ポリウレタン樹脂(C)の割合が4~40質量%である、接着剤用組成物。 - エポキシ樹脂(A)、エポキシ樹脂硬化剤(B)、ポリウレタン樹脂(C)及び無機充填材(D)を含有し、
前記ポリウレタン樹脂(C)が、動的粘弾性測定におけるtanδのピークトップ温度が0℃以上60℃以下であり、
前記エポキシ樹脂(A)と前記ポリウレタン樹脂(C)の各含有量の合計に占める前記ポリウレタン樹脂(C)の割合が4~40質量%である、接着剤用組成物(ただし、重量平均分子量が50万以上、100万以下で、エポキシ基を有するアクリル系樹脂を含む接着剤用組成物を除く)。 - 請求項7又は8に記載の接着剤用組成物により得られてなるフィルム状接着剤。
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