TW478081B - Process for producing semiconductor device - Google Patents

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TW478081B
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TW
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pressure
adhesive
condition
manufacturing
semiconductor device
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TW089106849A
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Yasushi Akutsu
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Sony Chemicals Corp
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Description

478081 A7 B7 五、發明說明（/ ) [發明之詳細說明] [發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種半導體裝置，其用熱硬化性黏著劑 將裸晶片、晶方尺寸構裝(chip size package)、1C模組等半 導體元件組裝於配線板上。 [習知技術] 當將裸1C晶片等半導體元件接合於配線板之時，係將 以環氧樹脂等爲主成分之液體狀或薄膜狀的熱硬化性絕緣 黏著劑配置於配線板與半導體元件之間，以具備加熱裝置 之接合工具對半導體元件加熱加壓以進行接合。 惟，在具有細微導體圖案之配線板上接合設有微細凸 塊之半導體元件之際，若已硬化之黏著劑中殘存有孔洞 (void)，將有黏著力降低、對耐濕試驗或耐衝擊試驗等的連 接可靠度下降的問題。從而，在加熱加壓條件的設定上， 應儘量避免此種孔洞殘存於黏著劑中，並應確保所需的黏 著力。 就上述之加熱加壓條件而言，可舉出將溫度、壓力、 以及時間因子各設定成最適且一定的數値的單步驟條件(例 如溫度= 180°C、每一個1C晶片的壓力= 10kg/cm2、時間=20 秒），或是壓力一定下變化溫度曲線的條件、特別是將溫度 以2階段上升的兩步驟條件(例如在壓力= l〇kg/cm2的情形 下，使得溫度= l〇〇°C/小時持續10秒">溫度=200°C/小時持 續10秒）。 [發明所欲解決之課題] 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱後背面之注意事項再填寫本頁) νδΊ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • n n n ϋ ϋ n I I n ϋ n ϋ ϋ ϋ I n n n ϋ I n I n I I i ϋ n ϋ . 478081 A7 Β7 五、發明說明（i ) 惟，不論是上述單步驟條件，或是於一定壓力下，變 化溫度曲線的兩步驟條件，皆有無法充分去除黏著劑中之 孔洞的問題。 本發明係用以解決上述習知技術所遭遇的課題，其目 的係當半導體元件於配線板中透過熱硬化性黏著劑進行接 合以製造半導體裝置之時，可在不會殘存孔洞的前提下來 硬化黏著劑，以實現良好的連接可靠度。 [用以解決課題之手段] 本發明者著眼於以往未曾嘗試過之壓力曲線的變化， 首先’以高於某個程度的壓力加壓來去除黏著劑中主要之 孔洞，之後再以較前述壓力爲低的壓力加壓以進行熱硬化 樹脂之正式硬化，藉此將可大幅地抑制於硬化之黏著劑中 孔洞的殘存，而可獲得良好的連接可靠度，從而完成了本 發明。 亦即，本發明係提供一種半導體裝置之製造方法，係 包含將半導體兀件透過黏著劑並經加熱加壓處理以連接於 配線板上的過程，該黏著劑係含有作爲主成分之熱硬化性 樹脂；其特徵在於，加熱加壓處理係於用以去除黏著劑中 之孔洞的第1條件(壓力，溫度tT1)下所進行，接著， 在用以將熱硬化性樹脂正式硬化的第2條件(壓力=P2，溫 度=T2)下進行，且第2條件的壓力P2係設定成較第1條件 的壓力Ρ1爲低。 [發明之實施形態] 本發明之半導體裝置之製造方法，係將半導體元件透 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一 a ϋ— mmmme ·ϋ ·1 ϋ I n I 1 Μϋ n ϋ ·ϋ ϋ I ·1_— 1__1 n n «1 n ϋν ι H ϋ i n in 478081 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3) 過以熱硬化性樹脂爲含有之主成分的黏著劑藉由加熱加壓 處理來連接於配線板上。 於本發明中，於進行加熱加壓之際的條件係由用以去 除黏著劑中之孔洞的第1條件(壓力β1，溫度tT1)，以及 之後所實施之用以將熱硬化性樹脂正式硬化的第2條件(壓 力=p2，溫度=τ2)所構成，且第2條件的壓力P2係設定成 較第1條件的壓力Ρ1爲低。如此般，主要爲去除黏著劑中 的孔洞而以高於某個程度的壓力（Ρ1)加壓，之後再以較該 壓力爲低的壓力（Ρ2)加壓，來進行熱硬化性樹脂的正式硬 化，藉此，將可大幅地抑制於硬化之黏著劑中孔洞的殘存 ，而可獲得良好的連接可靠度。將Ρ1設定成較Ρ2爲高的 理由係基於下述的考量。 亦即，當欲將殘存於配線板之微細圖案間的孔洞自配 線板與半導體元件之間的黏著劑擠出至外部，若黏著劑的 熔融黏度過低，則要擠出孔洞會變得困難，是以，.有必要 趁著黏著劑的熔融黏度較高之際將其擠出。是以，有必要 將壓力設定成較高(加熱加壓的第1條件）。另一方面，將 孔洞擠出之後對黏著劑中之熱硬化樹脂進行正式硬化之際 ，若壓力過高則樹脂硬化所造成的收縮以及集中於半導體 元件之凸塊的加壓力都會使得配線板之微細圖案產生變形 。是以，於本發明之中，乃將Ρ2設定成較Ρ1爲低。 於本發明之中，就加熱加壓之第1條件的壓力Ρ1以及 第2條件的壓力Ρ2的壓力曲線形式而言，可舉出維持著 P^pSpO)關係的階梯式形式（圖1(a))、直線狀形式（圖 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} - 訂：
-a— n n ·ϋ n ϋ I I it in n ·ϋ ϋ I ϋ n I n n ϋ ϋ n n n ϋ n ϋ. in I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格mo X 297公釐） 478081 A7 B7 五、發明說明（tf) 1(b))、曲線狀形式（圖1(C)、圖1(d))等。其中，以可有效 率地去除孔洞的觀點來看，又以階梯式形式（圖i(a))爲佳 。又，壓力的變化亦可成爲3階段以上的階梯狀形式。又 ，亦可以這些形式的組合爲壓力形式(例如參照圖Ue))。 於本發明之製造方法中，加熱加壓的條件(亦即第1條 件的T1以及第2條件的T2)亦可設定成與以往相同。例如 ，可將壓力設定成如圖2(a)所示的曲線且使得溫度一定 (Τι=Τ2)。特別是，爲了有效率地去除孔洞，則如圖2(b)所 示般，由於希望黏著劑於溫度Τ1的熔融黏度較於溫度Τ2 之正式硬化處理的初期階段的熔融黏度高出一定程度’故 較佳者可於圖2(b)所示TkT2的條件下，將壓力曲線設定 成階梯狀。 又，於本發明之製造方法中，P1、P2、T1、T2以及加 熱加壓時間的具體數値範圍，係隨所使用之黏著劑的種類 而不同，若黏著劑爲環氧樹脂系的情形，則在設定上，例 如可將第1條件設定爲P1=5〜15 kgf/cm2、TL80〜120。(：、 時間5〜15秒，而將第2條件設定爲Ρ2=0·5〜3 kgf/cm2、 T2=180〜220°C、時間 5〜15 秒。 於本發明之製造方法中，含有以熱硬化性樹脂爲主成 分的黏著劑，可使用將半導體元件搭載於配線板之際所利 用之以往一般的熱硬化性樹脂含有黏著劑。此黏著劑可使 用以液體狀、糊劑狀、或是薄膜狀所供給之物。又，亦可 使用含有導電性粒子的各向異性導電黏著劑，或是使用不 含導電性粒子的絕緣性黏著劑。 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂---------線丨^---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 478081 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（y) 又，在配線板上亦可使用與以往同樣之物。在半導體 元件上，可使用眾知之裸晶片、晶方尺寸構裝、1C模組等 〇 依據上述說明之本發明之製造方法，例如以通常的黏 著劑將裸晶片連接於配線板的情況，由於加熱加壓的初期 壓力很高，乃可在不產生孔洞的前提下進行連接。又，由 於將黏著劑正式硬化之際的壓力較加熱加壓的初期壓力相 對爲低，故可極力抑制配線圖案的變形。從而，依據本發 明之製造方法，所提供之半導體裝置將可使得半導體元件 以高連接可靠度的方式連接於配線板上。 [實施例] 以下，以實施例具體說明本發明。 實施例1〜6，比較例1以及2 依據表1的條件，使用裸晶片組裝用之薄膜狀各向異 性導電黏著劑(FP10425，新力化學公司製造），於設定爲 80 C的加壓平台上’將裸晶片（6mm X 6mm)接合至配線板( .端子銅圖案寬度100//m、圖案節距150//m)上，以製作半 導體裝置。 (評價） 關於所得到之半導體裝置，乃對黏著劑中孔洞的有無( 以顯微鏡進行目測觀察）、可保持相當於〗edec等級3的耐 濕性(30°C、70%RH、168 小時）之壓力鍋(PCT(121°C、2 大 氣壓））處理時間、以及熱衝擊處理（H/S(-55t(15分鐘 )—々125°C(15分鐘))循環數進行調查。所得之結果係示於 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂---------線» 478081 A7 ______Β7 五、發明說明（6 ) 表1。imj]_ 加熱加壓條件 Jedec等級3 壓力/溫度/時間 孔洞 PCT H/S (kgf/cm2)/(°C)/(sec) (hr) (cycle) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 比較例1 條件一定 10/180/20 具有多量 NG NG 比較例2 第1條件 10/100/10 第2條件 10/200/10 有 40 200 實施例1 第1條件 10/180/10 第2條件 1/180/10 僅有少量 60 300 實施例2 第1條件 10/100/10 第2條件 1/200/10 Μ j\w <500 <1000 實施例3 第1條件 10/100/15 第2條件 1/200/5 Μ j\w <500 <1000 實施例4 第1條件 10/100/5 第2條件 1/200/15 Μ JiW <500 <1000 實施例5 第1條件 10/30/10 第2條件 1/200/10 幾乎沒有 60 300 實施例6 第1條件 10/100/10 第2條件 5/150/10 第3條件 1/200/10 Μ 4 \\\ <500 <1000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --- 訂i ，線丨^--- 如表1所示，比較例1係加熱加壓爲一定的例子，其 無法滿足相當於Jedec等級3的耐濕性。又，比較例2係 壓力一定而溫度曲線（階梯狀上升）變化的例子，其顯示優 於比較例1的結果。 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) " ： 478081 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（^]) 另一方面，實施例1係溫度一定而壓力曲線(階梯狀下 降）變化的例子，其相較於比較例2的情形在孔洞的數量上 大幅減少，且在PCT結果以及Η/S的結果方面亦提昇了。 實施例2相同於實施例1的情形爲壓力曲線的情形， 再加上溫度曲線（階梯狀上升）變化的例子，不但孔洞消失 了，且在PCT結果以及Η/S的結果方面亦提昇了。從而， 自實施例1與實施例2的結果來看，可發現除了壓力曲線( 階梯狀下降）的變化，較佳者係再加上溫度曲線（階梯狀上 升)的變化。 實施例3與實施例4係增減實施例2中第1條件與第 2條件之時間的例子，由這些結果來看，加熱加壓50%左 右的增減對於獲得的結果並無影響。 實施例5係將第1條件的溫度設定成較實施例2的情 形爲低之例，其相較於實施例2，不論在哪一個評價項目 上，皆無實用的問題，惟，在PCT結果與Η/S結果上得到 較差的結果。從而，就加熱加壓的初期階段(第1條件）的 溫度而言，100°C會較3(TC爲佳。 實施例6係將加熱加壓條件分割成3條件(壓力呈階梯 狀的降低，溫度呈階梯狀的上升）的例子，已知可將加熱加 壓條件分割成2階段以上。 , 實施例7 除了不使用薄膜狀各向異性導電黏著劑(FP10425，新 力化學公司製造），改用液晶顯示元件用薄膜狀各向異性導 電黏著劑(CP7131，新力化學公司製造）以外，其餘與實施 10 —^—1-—^-----41^--------訂---------線丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 478081 A7 B7 五、發明說明U)) 例2相同的方式來製作半導體裝置，並進行評價。就結果 而言，於所得到之半導體裝置之黏著劑中並未觀察到孔洞 。又，PCT處理時間在500hr以上、Η/S循環數也在1000 次以上，並無實用上的問題。 實施例8 除了不使用薄膜狀各向異性導電黏著劑(FP10425，新 力化學公司製造），改用表2之液體狀環氧系絕緣性黏著劑 以外，其餘與實施例2相同的方式來製作半導體裝置，並 進行評價。就結果而言，於所得到之半導體裝置之黏著劑 中並未觀察到孔洞。又，PCT處理時間在300hr以上、H/S 循環數也在700次以上，並無實用上的問題。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # [表2] 成分 重量％ 環氧樹脂(EP630，油化殻牌環氧公司製造） 60 矽偶合劑(A187,日本尤尼卡公司製造） 3 硬化劑(HX3941HP，旭汽巴公司製造） 37 訂---------線丨表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實施例9 除了不使用薄膜狀各向異性導電黏著劑(FP10425，新 力化學公司製造），改用表3之液體狀環氧系各向異性導電 黏著劑以外，其餘與實施例2相同的方式來製作半導體裝 置’並進行評價。就結果而言，於所得到之半導體裝置之 黏著劑中並未觀察到孔洞。又，PCT處理時間在350hr以 上、Η/S循環數也在750次以上，並無實用上的問題。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 478081 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _ _B7____ 五、發明說明（？） [表 3]_ __ 成分 重量％ 系氧樹脂(EP630，油化殼牌環氧公司製造) 60 矽偶合劑(A187，日本尤尼卡公司製造） 3 硬化劑(HX3941HP，旭吉巴公司製造） 32 金屬被覆樹脂粒子(直徑5//m) 5 實施例1〇 除了不使用薄膜狀各向異性導電黏著劑(FP10425，新 力化學公司製造），改用表4所搭配之薄膜狀環氧系絕緣性 黏著劑以外，其餘與實施例2相同的方式來製作半導體裝 置，並進行評價。就結果而言，於所得到之半導體裝置之 黏著劑中並未觀察到孔洞。又，PCT處理時間在250hr以 上、Η/S循環數也在500次以上，並無實用上的問題。 [表 4]____ 成分 重量％ 環_脂斤？1009，油化殼牌環氧公司製造) 60 矽偶合劑(A187，日本尤尼卡公司製造） 3 硬化劑(HX3941HP，旭吉巴公司製造） 3' [發明之效果] 依據本發明，當半導體元件於配線板中透過熱硬化性 黏著劑進行接合以製造半導體裝置之時，可在不會殘存孔 洞的前提下來硬化黏著劑，以實現良好的連接可靠度。 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —：---^ J _--------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

  1. 478081
    申請專利範圍 A8 1·一種半導體裝置之製造方法，係包含將半導體元件 透過黏著劑並經加熱加壓處理以連接於配線板上的過程， 該黏著劑係含有作爲主成分之熱硬化性樹脂；其特徵在於 ，加熱加壓處理係於用以去除黏著劑中之孔洞的第i條件（ 壓力β1，溫度=亡)下所進行，之後，在用以將熱硬化性樹 脂正式硬化的第2條件(壓力==ρ2，溫度=τ2)下進行，且第2 條件的壓力Ρ2係設定成較第1條件的壓力Ρ1爲低。 2.如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，pi以及 P2的壓力曲線係呈不連續的階梯狀。 3·如申請專利範圍第1或第2項之製造方法，係將τ2 設定成較Τ1爲高溫。 4·如申請專利範圍第3項之製造方法，其中，τ1以及 Τ2的溫度曲線係呈階梯狀。 5.如申請專利範圍第丨或第2項之製造方法，其中， 半導體兀件係裸晶片、晶方尺寸構裝(chip size paekage；)、 或是1C模組。 6·如申請專利範圍第1或第2項之製造方法，其中， 黏者劑係各向異性導電黏著劑。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 14 本紙張尺度適财關家標準（CNS ) Α4ϋ( 2丨〇>< 297公廣丁
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