JPWO2019150448A1 - 半導体装置の製造方法、フィルム状接着剤及び接着シート - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係るフィルム状接着剤10を模式的に示す断面図である。フィルム状接着剤10は、熱硬化性であり、半硬化(Bステージ)状態を経て、硬化処理後に完全硬化物(Cステージ)状態となり得る接着剤組成物をフィルム状に成形してなるものである。
熱硬化性成分としては熱硬化性樹脂が挙げられる。特に、半導体素子を実装する場合に要求される耐熱性及び耐湿性の観点から、熱硬化性成分としてエポキシ樹脂、フェノール樹脂等が好ましい。
(b)熱可塑性成分としては、グリシジル基等の架橋性官能基を有する分子量が高い熱可塑性成分と、グリシジル基等以外のカルボキシル基又は水酸基等の架橋性官能基を有する分子量が低い熱可塑性成分との併用が好ましい。例えば、(b)成分は、(b1)架橋性官能基として少なくともグリシジル基を有するモノマー単位をモノマー単位全量に対し3〜15質量%有し、重量平均分子量が70万〜200万でありガラス転移温度Tgが−50〜50℃である熱可塑性成分と、(b2)架橋性官能基としてグリシジル基を有さず且つグリシジル基以外の架橋性官能基(例えばカルボキシル基及び水酸基等)を有するモノマー単位をモノマー単位全量に対し比率で1〜7質量%有し、重量平均分子量が50万〜90万でありガラス転移温度Tgが−50〜50℃である熱可塑性成分とを含むことが好ましい。
(c)成分としては、Bステージ状態におけるフィルム状接着剤10のダイシング性の向上、フィルム状接着剤10の取扱い性の向上、熱伝導性の向上、ずり粘度(溶融粘度)の調整、チクソトロピック性の付与、接着力の向上等の観点から、シリカフィラー等が好ましい。
良好な硬化性を得る目的で、(d)硬化促進剤を用いることが好ましい。(d)成分としては、反応性の観点からイミダゾール系の化合物が好ましい。なお、(d)成分の反応性が高すぎると、フィルム状接着剤10の製造工程中の加熱によりずり粘度が上昇し易くなるだけではなく、経時による劣化を引き起こし易い傾向がある。一方、(d)成分の反応性が低すぎると、フィルム状接着剤10の硬化性が低下し易い傾向がある。フィルム状接着剤10が十分硬化されないまま製品内に搭載されると、十分な接着性が得られず、半導体装置の接続信頼性を悪化させる可能性がある。
上記成分以外に、接着性向上の観点から、本技術分野において使用され得るその他の成分を更に適量用いてもよい。そのような成分としては、例えばカップリング剤が挙げられる。カップリング剤としては、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、3−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
フィルム状接着剤10は、例えば上記成分を含む接着剤組成物のワニスを基材フィルム上に塗布することによりワニスの層を形成する工程、加熱乾燥によりワニスの層から溶媒を除去する工程、基材フィルムを除去する工程、により得ることができる。
接着シート100は、図2に示すように、基材フィルム20上にフィルム状接着剤10を備えるものである。接着シート100は、フィルム状接着剤10を得る工程において、基材フィルム20を除去しないことで得ることができる。
図6は、半導体装置を示す断面図である。図6に示すように、半導体装置200は、第1の半導体素子Wa上に、第2の半導体素子Waaが積み重ねられた半導体装置である。詳細には、基板14に、第1のワイヤ88を介して1段目の第1の半導体素子Waが電気的に接続されると共に、第1の半導体素子Wa上に、第1の半導体素子Waの面積よりも大きい2段目の第2の半導体素子Waaがフィルム状接着剤10を介して実装(圧着)されることで、第1のワイヤ88及び第1の半導体素子Waがフィルム状接着剤10に埋め込まれてなるワイヤ埋込型(チップ埋込型)の半導体装置である。また、半導体装置200では、基板14と第2の半導体素子Waaとが更に第2のワイヤ98を介して電気的に接続されると共に、第2の半導体素子Waaが封止材42により封止されている。
半導体装置は、基板上に第1のワイヤを介して第1の半導体素子を電気的に接続する第1の実装工程と、第1の半導体素子の面積よりも大きい第2の半導体素子の片面に、周波数79.0Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度が300Pa・s以下であり、且つ、周波数0.1Hz、1.0Hz、10.0Hz及び79.0Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度をY(Pa・s)、周波数をX(Hz)とし、XとYとの関係を累乗近似してY=aXbで表した場合に、傾きbが−0.67以下であるフィルム状接着剤を貼付するラミネート工程と、フィルム状接着剤が貼付された第2の半導体素子を、フィルム状接着剤が第1の半導体素子を覆うように載置し、フィルム状接着剤を圧着することで、第1のワイヤ及び第1の半導体素子をフィルム状接着剤に埋め込む第2の実装工程と、を備える、半導体装置の製造方法により製造される。以下、半導体装置200の製造手順を例として、具体的に説明する。
表1及び表2に示す品名及び組成比(単位:質量部)で、各成分を下記手順により配合し、ワニスを調製した。まず、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂及びフェノール樹脂、並びに無機フィラーをそれぞれ秤量して組成物を得て、更にシクロヘキサノンを加えて撹拌混合した。これに、熱可塑性樹脂としてのアクリルゴムを加えて撹拌した後、更にカップリング剤及び硬化促進剤を加えて各成分が均一になるまで撹拌し、ワニスを得た。なお、表1及び表2中の各成分の品名は下記のものを意味する。
HP−7200L:商品名、DIC株式会社製、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、エポキシ当量242〜252、軟化点50〜60℃、25℃で固形
VG3101L:商品名、株式会社プリンテック製、多官能エポキシ樹脂、エポキシ当量210、軟化点39〜46℃、25℃で固形
YDCN−700−10:商品名、新日化エポキシ製造株式会社製、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量210、軟化点75〜85℃、25℃で固形
EXA−830CRP:DIC株式会社製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量155〜163、分子量298.3、25℃で液状
CELLOXIDE 2021P:商品名、株式会社ダイセル製、3’,4’−エポキシシクロヘキシルメチル 3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、エポキシ当量128〜145、分子量252.3、25℃で液状
HE−100C−30:商品名、エア・ウォーター株式会社製、フェノール樹脂、水酸基当量175、軟化点79℃、吸水率1質量%、加熱質量減少率4質量%、25℃で固形
SC2050−HLG:商品名、株式会社アドマテックス製、シリカフィラー分散液、平均粒径0.50μm
(有機フィラー)
EXL−2655:商品名、ロームアンドハースジャパン株式会社製、コアシェルタイプ有機微粒子、平均粒径200μm
X−52−854:商品名、信越化学工業株式会社製、シリコーンレジンパウダー、平均粒径0.7μm
X−52−7030:商品名、信越化学工業株式会社製、シリコーン複合パウダー、平均粒径0.8μm
A−189:商品名、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
A−1160:商品名、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン
2PZ−CN:商品名、四国化成工業株式会社製、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール
HTR−860P−3CSP:サンプル名、ナガセケムテックス株式会社製、重量平均分子量100万、グリシジル官能基モノマー比率3質量%、Tg15℃
SG−708−6:サンプル名、ナガセケムテックス株式会社製、重量平均分子量70万、酸価9mgKOH/g、Tg4℃
得られたダイシング・ダイボンディング一体型接着シートについて下記のとおり評価をした。評価結果を表1及び表2に示す。
フィルム状接着剤のずり粘度を下記の方法により評価した。第1のダイシング・ダイボンディング一体型接着シートから基材フィルム及びダイシングテープを剥離して第1のフィルム状接着剤(厚さ110μm)のみを取り出し、70℃に保持したホットプレート上に第1のフィルム状接着剤を置き、その上に同じ第1のフィルム状接着剤を熱ラミネートした。これを4層分繰り返し、厚さ440μmのフィルム状接着剤のラミネートサンプルを作製した。このラミネートサンプルを直径8mmの円形状に打ち抜くことで、8mmφ、厚さ440μmの測定用サンプルを得た。動的粘弾性装置ARES(TAインスツルメント社製)に直径8mmのパラレルコーンプレート治具をセットし、ここに測定用サンプルをセットした。測定は、測定用サンプルに対し、80℃で5%の歪みを与えながらdiscrete modeで0.1Hz、1.0Hz、10.0Hz、79.0Hzと周波数を変化させ、周波数毎のずり粘度を測定した。
フィルム状接着剤の埋込性及びブリード量は下記の方法により評価した。第1のダイシング・ダイボンディング一体型接着シートの第1のフィルム状接着剤側の基材フィルムを剥離し、第1のフィルム状接着剤に厚さ50μmの半導体ウェハ(シリコンウェハ)及びウェハリングをステージ温度70℃で貼付してダイシングサンプルを作製した。次に、フルオートダイサーDFD−6361(商品名、株式会社ディスコ製)を用いて、ダイシングサンプルを切断した。切断条件はブレード回転数40000rpm、切断速度50mm/sec、チップサイズ3.2mm×5.5mmで行い、切断したダイシングサンプルから小片をピックアップすることで、第1のフィルム状接着剤(厚さ20μm)付きの第1の半導体素子を得た。
上記の手法で得た評価サンプルについて、第2の半導体素子の上面を顕微鏡(株式会社キーエンス製、商品名:VHX−5000)を用いて観察した。第2の半導体素子の端部を起点とし、端部からの第2のフィルム状接着剤のはみ出し幅を測定することでブリード量(μm)を求めた。この際、はみ出し幅の最大値をブリード量とした。結果を表1及び表2に示す。
(硬化前埋込性)
上記の手法で得た評価サンプルについて、サンプル全体を超音波デジタル画像診断装置(インサイト株式会社製、商品名:IS−350)を用いて75MHz、反射モードにて観察した。第2のフィルム状接着剤の層内部に空隙が確認されるか否かで硬化前の埋込性を評価した。埋込性は以下の基準により評価した。結果を表1及び表2に示す。また、図13に、実施例4、比較例1及び5のフィルム状接着剤を用いた評価サンプルにおける空隙(ボイド)の発生状態を観察した超音波診断画像を示す。
◎:空隙(ボイド)が確認されなかった。
○:実装後の第2のフィルム状接着剤の面積から第1の半導体チップの面積を除いた面積に対して、空隙(ボイド)の面積割合が5%未満。
△:実装後の第2のフィルム状接着剤の面積から第1の半導体チップの面積を除いた面積に対して、空隙(ボイド)の面積割合が5%以上10%未満。
×:実装後の第2のフィルム状接着剤の面積から第1の半導体チップの面積を除いた面積に対して、空隙(ボイド)の面積割合が10%以上。
硬化前埋込性の評価後、評価サンプルを加圧オーブンに投入し、140℃、0.6MPaで45分間加熱処理し、第2のフィルム状接着剤を硬化させた。硬化後、上記硬化前埋込性と同様の方法で硬化後埋込性を評価した。結果を表1及び表2に示す。
Claims (13)
- 基板上に第1のワイヤを介して第1の半導体素子を電気的に接続する第1の実装工程と、
前記第1の半導体素子の面積よりも大きい第2の半導体素子の片面に、フィルム状接着剤を貼付するラミネート工程と、
前記フィルム状接着剤が貼付された第2の半導体素子を、前記フィルム状接着剤が前記第1の半導体素子を覆うように載置し、前記フィルム状接着剤を実装することで、前記第1のワイヤ及び前記第1の半導体素子を前記フィルム状接着剤に埋め込む第2の実装工程と、
を備え、
前記フィルム状接着剤は、周波数79.0Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度が300Pa・s以下であり、且つ、周波数0.1Hz、1.0Hz、10.0Hz及び79.0Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度をY(Pa・s)、周波数をX(Hz)とし、XとYとの関係を累乗近似してY=aXbで表した場合に、傾きbが−0.67以下であるものである、半導体装置の製造方法。 - 前記フィルム状接着剤は、周波数0.1Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度が25000Pa・s以上である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記フィルム状接着剤が、熱硬化性成分として、25℃で液状であるエポキシ樹脂を含む、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記フィルム状接着剤が、熱可塑性成分を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記フィルム状接着剤が、無機フィラーを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 基板上に第1のワイヤを介して第1の半導体素子が電気的に接続されると共に、前記第1の半導体素子上に、前記第1の半導体素子の面積よりも大きい第2の半導体素子が実装されてなる半導体装置において、前記第2の半導体素子を実装すると共に、前記第1のワイヤ及び前記第1の半導体素子を埋め込むために用いられるフィルム状接着剤であって、
周波数79.0Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度が300Pa・s以下であり、且つ、周波数0.1Hz、1.0Hz、10.0Hz及び79.0Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度をY(Pa・s)、周波数をX(Hz)とし、XとYとの関係を累乗近似してY=aXbで表した場合に、傾きbが−0.67以下である、フィルム状接着剤。 - 周波数0.1Hzの条件で測定される80℃でのずり粘度が25000Pa・s以上である、請求項6に記載のフィルム状接着剤。
- 熱硬化性成分として、25℃で液状であるエポキシ樹脂を含む、請求項6又は7に記載のフィルム状接着剤。
- 熱可塑性成分を含む、請求項6〜8のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- 本発明のフィルム状接着剤は、無機フィラーを含む、請求項6〜9のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- 請求項6〜10のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤を、ダイシングテープ上に積層した、ダイシング・ダイボンディング一体型接着シート。
- 前記フィルム状接着剤の厚さが20〜200μmである、請求項11に記載の接着シート。
- 前記フィルム状接着剤の前記ダイシングテープが設けられた面とは反対側の面上に設けられたカバーフィルムを有する、請求項11又は12に記載の接着シート。
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