JP7412555B2 - 半導体装置製造用接着シート及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
この要求に応えるCSP(Chip Size Package)技術として、QFN方式が注目され(特許文献1および特許文献2参照。)、特に100ピン以下の少ピンタイプの半導体装置の製造においては広く採用されている。
その後、剥離工程において、接着シートをリードフレームから剥離することにより、複数のQFNパッケージが配列されたQFNユニットを形成することができる。最後に、ダイシング工程において、このQFNユニットを各QFNパッケージの外周に沿ってダイシングすることにより、複数のQFNパッケージを製造できる。
特に近年は、半導体装置のコスト低減のために銅合金からなるリードフレームが使用されるようになっている。このような銅合金からなるリードフレームに対して接着シートを使用する場合には、リードフレームを構成する遷移金属である銅の、高分子材料に対する酸化劣化の触媒作用に起因して、テーピング工程後のQFNパッケージ組み立てに伴う熱履歴により高分子材料である接着剤が酸化劣化されやすく、リードフレームからの接着シート剥離時に重剥離及び糊残りしやすくなるという問題を呈する。
例えば、従来の接着シートには、耐熱性フィルムからなる基材に、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体とビスマレイミド樹脂とを含有する接着剤層が積層した形態のものがある(特許文献3参照。)。このような接着シートを使用した場合、テーピング工程後のダイアタッチキュア処理、ワイヤボンディング工程、及び樹脂封止工程で加えられる熱により、接着剤層中のアクリロニトリル-ブタジエン共重合体が劣化しやすく、剥離工程において、剥離困難となったり、接着シートが破断したり、糊残りが生じる、という問題が生じていた。
更に前記潜在型硬化剤(d)はエポキシ樹脂との反応開始温度が100℃以上の硬化剤であることが好ましい。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、
リードフレーム又は配線基板に、本発明の半導体装置製造用接着シートを貼着する貼着工程;
前記リードフレーム又は配線基板に半導体素子を搭載するダイアタッチ工程;
前記半導体素子及び外部接続端子を導通させるワイヤボンディング工程;
前記半導体素子を封止樹脂で封止する封止工程;並びに
前記封止工程の後、半導体装置製造用接着シートをリードフレーム又は配線基板から剥離する剥離工程;を備えることを特徴とする。
[半導体装置製造用接着シート]
本発明の半導体装置製造用接着シート(以下、接着シートという)は、基材、及び該基材の一方の面に設けられた熱硬化型の接着剤層を備えている。本発明の接着シートは、半導体装置のリードフレーム又は配線基板に剥離可能に貼着されるものであり、前記接着剤層は、カルボキシル基含有アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(a)と、下記構造式(1)を有するエポキシ樹脂(b)と、マレイミド基を2個以上含有する化合物(c)と、潜在型硬化剤(d)とを含有するものである。本発明の接着シートは、QFN方式により半導体装置を組み立てる際にマスクテープとして使用される。
なお、数平均分子量から算出されるカルボキシル基当量とは、数平均分子量(Mn)を1分子当たりのカルボキシル基数(官能基数)で除したものであって、下記式で示される。
カルボキシル基当量=Mn/官能基数
マレイミド基を2個以上含有する化合物(c)の具体例としては、ビスマレイミド樹脂を構成する化合物が好ましく使用され、下記式(2-1)~(2-3)のものなどが挙げられるが、中でも特に下記式(2-1)または(2-3)で示される化合物が溶媒に対する溶解性の点で有用である。
潜在型硬化剤(d)は、エポキシ樹脂との反応開始温度が100℃以上の硬化剤をいう。このような潜在型硬化剤としては、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名:キュアゾール 2PHZ-PW、反応開始温度:150℃)、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名:キュアゾール 2P4MHZ-PW、反応開始温度:130℃)などを挙げることができる。ここにおける反応開始温度とは、エポキシ樹脂と混ぜ合わせ、昇温した時に、硬化発熱がみられた温度である。DSC(示差走査熱量測定)を用いて測定した。
潜在型硬化剤(d)の含有量は、カルボキシル基含有アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(a)100質量部に対して0.05~20質量部が好ましく、より好ましくは0.1~10質量部である。潜在型硬化剤(d)の含有量が、上記範囲であれば接着剤層をより低Bステージ状態に調整できるため、低温でテーピングすることができ、なおかつ、ダイアタッチキュアなどの工程で、接着剤層を素早く硬化させることができる。
さらに、溶融粘度のコントロール、熱伝導性向上、難燃性付与などの目的のために、平均粒径1μm以下のフィラーを、接着剤層に添加してもよい。フィラーとしては、シリカ、アルミナ、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化チタン、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等の無機フィラー、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の有機フィラーなどが挙げられる。フィラーを使用する場合には、その含有量は、接着剤層中、1~40質量%とすることが好ましい。
このような接着シートを製造する場合には、まず、少なくとも上述のカルボキシル基含有アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(a)、前記構造式(1)を有するエポキシ樹脂(b)、マレイミド基を2個以上含有する化合物(c)、潜在型硬化剤(d)及び溶媒からなる接着剤塗料を調製する。ついで、この塗料を耐熱性フィルムの片面に、乾燥後の接着剤層の厚さが好ましくは1~50μm、より好ましくは3~20μmになるように塗布し、乾燥すればよい。また、接着剤層の保護のために、形成された接着剤層上には、さらに剥離性の保護フィルムを設けることが好ましく、その場合には、保護フィルム上に塗料を塗布、乾燥して接着剤層を形成し、その上に耐熱性フィルムを設ける方法で接着シートを製造してもよい。なお、保護フィルムは、接着シートの使用時には剥離されるものである。
ポリイミドフィルムの厚さは、12.5~125μmが好ましく、より好ましくは25~50μmである。上記範囲未満であると、接着シートのコシが不充分になって扱い難くなる傾向があり、上記範囲を超えると、QFN組み立て時のテーピング工程や剥離工程での作業が困難になる傾向がある。
本発明の接着シートを用いた半導体装置の製造方法は、リードフレーム又は配線基板に接着シートを貼着する貼着工程;リードフレーム又は配線基板に半導体素子を搭載するダイアタッチ工程;半導体素子及び外部接続端子を導通させるワイヤボンディング工程;半導体素子を封止樹脂で封止する封止工程;並びに封止工程の後、接着シートをリードフレーム又は配線基板から剥離する剥離工程;を備えるものである。
リードフレーム20の材質としては、従来公知のものが挙げられ、例えば、銅板及び銅合金板、またはこれらにストライクメッキを設けたもの、や銅合金板の表面に、ニッケルメッキ層とパラジウムメッキ層と金メッキ層とがこの順に設けられたものが挙げられる。
本工程でリードフレーム20に反りが生じると、ダイアタッチ工程やワイヤボンディング工程での位置決めが困難になることや、加熱炉への搬送が困難になり、QFNパッケージの生産性を低下させるおそれがある。
ワイヤボンディング工程で仕掛品が加熱されると、接着剤層中にフッ素添加剤が含有されている場合は、フッ素添加剤が接着剤層の表面に移行するため、後述の剥離工程において接着シート10は、リードフレーム20及び封止樹脂40から剥離しやすくなる。
図2Eに示すように、接着シート10を封止樹脂40及びリードフレーム20から剥離することにより、複数のQFNパッケージ50が配列されたQFNユニット60を得る(剥離工程)。
このような大きな荷重をリードフレームに加えると、リードフレーム下部に貼着されている接着シートにおける接着剤層が低弾性率であると、該接着剤層が変形しその変形された接着剤層の状態で樹脂封止される。そうすると、変形された接着剤層部分から封止樹脂の漏れが発生する。また、リードフレームから接着シートを剥離する際には、該変形された接着剤層部分から接着剤層が破断してリードフレーム表面上に接着剤が残留するという問題も生じる。加えて、ワイヤボンディング時に、接着剤が低弾性率であると、接着剤が変形してしまうことで、ワイヤ荷重が伝わりにくく、ワイヤボンディング不良も起こりやすくなる。本発明の接着シートにおける接着剤層は、上記のように高弾性率の特性を有するため、銅ワイヤまたは、パラジウム被覆された銅ワイヤを用いて、ワイヤボンディングしても、ワイヤボンディング不良や、封止樹脂の漏れや接着剤層の残留の問題が生じにくい。
[実施例1~4および比較例1~3]
(接着剤塗料の組成)
表1に示す質量比率で、(a)~(d)成分及びその他の成分と溶媒であるテトラヒドロフラン(THF)とを混合して、接着剤塗料を調製した。
ついで、この接着剤塗料を厚さ25μmのポリイミドフィルム(東レ・デュポン社製、商品名カプトン100EN)の片面に、乾燥後の接着剤層厚さが5μmとなるよう塗布後、80℃に設定した熱風循環型オーブン中で乾燥し、接着シートを得た。
なお、使用した各成分の詳細は以下の通りである。
・構造式(1)を有するエポキシ樹脂:分子量630、官能基当量210g/eq
・ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド:分子量570、官能基当量285g/eq
・2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名:キュアゾール 2PHZ-PW、反応開始温度:150℃)
・2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名:キュアゾール 2P4MHZ-PW、反応開始温度:130℃)
・2-エチル-4-メチル-イミダゾール(四国化成工業社製、商品名:キュアゾール 2E4MZ、反応開始温度:90℃)
・2-ウンデシルイミダゾール(四国化成工業社製、商品名:キュアゾール C11Z、反応開始温度:90℃)
被着体:銅板(古河製125μm64タイプ)
接着シートサイズ:幅10mm×長さ50mm
加工:ロールラミネータを使用し、各例で得られた接着シートを被着体へ貼り付けたものを、試験体とした。その際のラミネート条件は、温度80℃、圧力4N/cm、圧着速度0.5m/分とした。
保存:上記で加工した接着シートを次の2つの条件で保存し、それぞれの保存後の接着シートにおける剥離強度の測定及び評価を行った。
<条件1>
上記で加工した接着シートを60℃に設定した恒温槽に120時間保存した。
<条件2>
上記で加工した接着シートを60℃に設定した恒温槽に120時間保存した後、更に40℃に設定した恒温槽に1週間保存した。
測定:万能引張試験機を使用して、試験体の90°ピール強度を常温で測定した。銅板を固定し、接着シートを垂直方向に引っ張って測定した。引張速度は50mm/分とした。
評価:剥離強度は、ラミネートでテーピングした時の量産性を考慮すると実用上15gf/cm以上が問題ない接着強度である。15gf/cm以上をAとし、15gf/cm未満をXとした。
加工:前記で得られた各例の接着剤塗料を厚さ38μmの離型処理を施したポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)の片面に、乾燥後の接着剤層厚さが5μmとなるよう塗布後乾燥し接着シートを得た。次に該接着シートを、ダイアタッチキュア処理を想定し、通風オーブンを使用して175℃で60分間加熱した。
測定:加熱後の接着シートにおける接着剤層をPETフィルムから剥離し、引張貯蔵弾性率をDMA(DynamicMechanicalAnalyzer)を用いて測定した。DMAとしてバイブロン測定器(オリエンテック社製、RHEOVIBRONDDV-II-EP)を用いて、周波数11Hz、昇温速度10℃/min、荷重1.0gfにて測定を行った。
評価:ワイヤボンディング工程時を想定した際にかかる温度、200℃における引張貯蔵弾性率が6MPa以上のものをAとし、200℃における引張貯蔵弾性率が6MPa未満のものをXとした。
加工・測定方法:
(i)試験体の作製と熱処理
各例で得られたポリイミドフィルム上に接着剤層を有する接着シートを幅50mm×長さ60mmに裁断した後、実際のQFNの組み立てに伴う熱履歴などを想定して、まず、下記の(a)~(d)を順次実施した。
(a)各例で得られた接着シートを幅50mm×長さ60mmに裁断し、これを50mm×100mmの外寸57.5mm×53.5mm銅合金製のテスト用リードフレーム(表面ストライクメッキ、8×8個のマトリクス配列、パッケージサイズ5mm×5mm、32ピン)に、ロールラミネータを使用して貼り付けた。その際のラミネート条件は、温度80℃、圧力4N/cm、圧着速度0.5m/分とした。
(b)接着シートが貼着された銅合金製のテスト用リードフレームを通風オーブンで175℃/60分間加熱した。これは、ダイアタッチキュア処理を想定した処理である。
(c)プラズマ照射処理:Yieldエンジニアリング社製1000Pにより、ガス種にArを使用して、450W/60秒間処理した。
(d)200℃/30分加熱:ワイヤボンディング工程を想定した処理であって、ホットプレートを使用して加熱した。
ついで、(a)~(d)の熱処理が済んだ被着体の接着シートが貼り合わされた面とは逆の銅材露出面に、モールドプレス機を用いて、175℃/3分の条件で封止樹脂を積層した(樹脂封止工程)。封止樹脂としては住友ベークライト社製のエポキシモールド樹脂(EME-G631BQ)を使用した。
上述の樹脂封止工程後の試験体について、万能引張試験機を使用して、90°ピール強度を常温で測定した。なお、試験体を固定し、接着シートのコーナー部分を垂直方向に引っ張って測定した。引張速度は300mm/分とした。また、テープ剥離後の接着剤残留物の有無を、光学顕微鏡(キーエンス社製デジタルマイクロスコープVHX-500)を用いて、倍率100倍で確認した。
評価:
A:剥離強度が1000gf/50mm未満であって、剥離した接着シートが破断しておらず、リードフレーム材表面および封止樹脂表面に接着剤が残留していない。
B:剥離強度が1000gf/50mm以上であって、剥離した接着シートが破断しておらず、リードフレーム材表面および封止樹脂表面に接着剤が残留していない。
X:接着シートの破断が認められるか、リードフレーム材表面および封止樹脂表面に接着剤の残留が認められるかのいずれか少なくとも1つに該当する。
これに対して、比較例1及び比較例2の接着シートは、Cu板に対する接着強度が低く封止樹脂の漏れが生じやすい接着テープであった。また、比較例3の接着シートは、加熱後の弾性率が低く、銅ワイヤーにおけるワイヤボンディングにおいてワイヤ接続不良が生じやすい接着テープであり、且つ樹脂封止工程後の試験体に対する剥離強度の評価において、銅合金製のテスト用リードフレームに強固に接着されており、接着シートが裂けるという問題を有していた。
20 リードフレーム
30 半導体素子
31 ボンディングワイヤ
40 封止樹脂
50 QFNパッケージ
Claims (4)
- 前記カルボキシル基含有アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(a)は、アクリロニトリル含有量が5~50質量%で、かつ、数平均分子量から算出されるカルボキシル基当量が100~20000のカルボキシル基含有アクリロニトリル-ブタジエン共重合体であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置製造用接着シート。
- 前記カルボキシル基含有アクリロニトリル-ブタジエン共重合体(a)100質量部に対し、前記エポキシ樹脂(b)、前記マレイミド基を2個以上含有する化合物(c)、及び前記潜在型硬化剤(d)の合計が30~300質量部であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置製造用接着シート。
- リードフレーム又は配線基板に、請求項1に記載の半導体装置製造用接着シートを貼着する貼着工程;
前記リードフレーム又は配線基板に半導体素子を搭載するダイアタッチ工程;
前記半導体素子及び外部接続端子を導通させるワイヤボンディング工程;
前記半導体素子を封止樹脂で封止する封止工程;並びに
前記封止工程の後、半導体装置製造用接着シートをリードフレーム又は配線基板から剥離する剥離工程;
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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