JP7140143B2 - 半導体装置の製造方法、及びフィルム状接着剤 - Google Patents
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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、架橋性官能基を有するモノマー比率が高く分子量が低い熱可塑性成分と、架橋性官能基を有するモノマー比率が低く分子量が高い熱可塑性成分との併用が好ましい。例えば、(b)成分は、(b1)架橋性官能基を有するモノマー単位をモノマー単位全量に対し5~15モル%有し、重量平均分子量が10万~50万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モル%有し、重量平均分子量が60万~100万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。
(d)成分としては、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、ずり粘度(溶融粘度)の調整、接着力の向上、硬化後の応力緩和性等の観点から、スチレン-PMMA変性ゴムフィラー、シリコーン変性ゴムフィラー等が好ましい。(d)成分の平均粒径は、硬化後の接着力を十分に発現し易くする観点から0.2μm以下であることが好ましい。
良好な硬化性を得る目的で、(e)硬化促進剤を用いることが好ましい。(e)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、(e)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、(e)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さら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とがさらに第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のダイボンド工程と、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、150℃におけるずり弾性率が1.5MPa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のダイボンド工程と、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(単位:質量部)に従い、熱硬化性樹脂である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、さらにシクロヘキサノンを加えて撹拌混合した。これに、熱可塑性樹脂であるアクリルゴムを加えて撹拌した後、さら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中の各成分の品名は下記のものを意味する。
YDF-8170C:(商品名、新日化エポキシ製造株式会社製、ビスフェノールF型エポキシ樹脂:エポキシ当量159、常温で液体、重量平均分子量約310)
R710:(商品名、株式会社プリンテック製、ビスフェノールE型エポキシ樹脂:エポキシ当量170、常温で液体、重量平均分子量約340)
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℃)
VG-3101L:(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℃)
HE100C-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%)
HE200C-10:(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200、軟化点65~76℃、吸水率1質量%、加熱質量減少率4質量%)
HE910-10:(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101、軟化点83℃、吸水率1質量%、加熱質量減少率3質量%)。
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)
SC1030-HJA:(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0.25μm)
アエロジルR972:(商品名、日本アエロジル株式会社製、シリカ:平均粒径0.016μm)。
HTR-860P-3CSP:(サンプル名:ナガセケムテックス株式会社製、アクリルゴム:重量平均分子量80万、グリシジル官能基モノマー比率3モル%、Tg12℃)
HTR-860P-30B-CHN:(サンプル名、ナガセケムテックス株式会社製、アクリルゴム:重量平均分子量23万、グリシジル官能基モノマー比率8モル%、Tg-7℃)
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)
キュアゾール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)
得られたフィルム状接着剤について下記のとおり評価をした。評価結果を表2に示す。
フィルム状接着剤から基材フィルムを剥離除去し、厚さ方向に10mm角に打ち抜いた。これを複数枚準備して貼り合わせることで、10mm角、厚さ360μmの、フィルム状接着剤の評価用サンプルを得た。動的粘弾性装置ARES(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社製)に直径8mmの円形アルミプレート治具をセットし、この冶具で上記評価用サンプルを挟み込んだ。その後、評価用サンプルに対し5%の歪みを周波数1Hzで与えながら、5℃/分の昇温速度で室温(30℃)から125℃まで昇温して1時間保持した後、5℃/分の昇温速度でさらに150℃まで昇温して45分間保持した。そして、150℃におけるずり弾性率の値を記録した。
ずり弾性率測定と同様にして、評価用サンプルに対し5%の歪みを周波数1Hzで与えながら、5℃/分の昇温速度で室温(30℃)から140℃まで昇温させながらずり粘度を測定した。そして、80℃での測定値を記録した。
フィルム状接着剤から基材フィルムを剥離除去した後、フィルム状接着剤を4mm幅、長さ30mmに切り出した。これを、120℃で2時間、170℃で3時間加熱し、フィルム状接着剤を硬化させた評価用サンプルを得た。その後、評価用サンプルを動的粘弾性装置(製品名:Rheogel-E4000、株式会社UMB製)にセットし、引張り荷重をかけて、周波数10Hz、昇温速度3℃/分の条件で引張弾性率を測定した。そして、170~190℃での測定値を記録した。
接着シートのフィルム状接着剤を2枚貼り合わせて厚さ120μmとし、これを厚さ100μmの半導体ウェハ(8インチ)に70℃で貼り付けた。次に、それらを7.5mm角にダイシングして、接着シート付き半導体素子を得た。
一方、ダイシング・ダイボンディング一体型フィルム(日立化成株式会社製、HR-9004-10(厚さ10μm))を、厚さ50μmの半導体ウェハ(8インチ)に70℃で貼り付けた。次に、それらを3.0mm角にダイシングして、上記の一体型フィルム付きチップを得た。一体型フィルム付きチップを、表面凹凸が最大6μmである評価用基板に、120℃、0.20MPa、2秒間の条件で圧着した後、120℃で2時間加熱して一体型フィルムを半硬化させた。これによりチップ付き基板を得た。
得られたチップ付き基板に、接着シート付き半導体素子を、120℃、0.20MPa、2秒間の条件で圧着した。この際、先に圧着しているチップが、接着シート付き半導体素子の真ん中にくるように位置合わせをした。得られた構造体を、ずり弾性率測定と同様にして125℃で1時間、150℃で45分間加熱した。
加熱後室温まで自然放冷した構造体を、超音波C-SCAN画像診断装置(インサイト株式会社製、品番IS350、プローブ:75MHz)にて分析し、圧着後埋込性を確認した。圧着後埋込性は以下の基準により評価した。
○:圧着フィルム面積に対する空隙面積の割合が10%未満。
×:圧着フィルム面積に対する空隙面積の割合が10%以上。
圧着後埋込性評価にて得られた構造体の半導体素子等の搭載面を、モールド用封止材(日立化成株式会社製、商品名:CEL-9700HF)を用いて封止した。封止にはモールド成形機MH-705-1(アピックヤマダ株式会社製)を用い、封止条件は175℃、6.9MPa、120秒間とした。得られた封止サンプルを圧着後埋込性評価と同様に分析し、封止後空隙埋込性の評価を行った。評価基準は以下のとおりとした。
○:圧着フィルム面積に対する空隙面積の割合が5%未満。
×:圧着フィルム面積に対する空隙面積の割合が5%以上。
圧着後埋込性評価と同様にして構造体を作製した。この構造体を170℃で3時間加熱させて、フィルム状接着剤を硬化させた後、半導体素子の対角線方向における高低差を表面粗さ計で8mm分測定した。得られた測定値の最大値と最小値との差を、構造体の反り量として記録した。
Claims (12)
- 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のダイボンド工程と、
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、150℃におけるずり弾性率が1.5MPa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、
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圧着することで、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のダイボンド工程と、
を備える、半導体装置の製造方法。 - 前記フィルム状接着剤の、硬化後の170~190℃における引張弾性率が15MPa以下である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記フィルム状接着剤の、80℃におけるずり粘度が15000Pa・s以下である、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、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記アクリル樹脂が、重量平均分子量が10万~50万である第1のアクリル樹脂と、重量平均分子量が60万~100万である第2のアクリル樹脂とを含み、アクリル樹脂の全質量を基準として、前記第1のアクリル樹脂の含有量が50質量%以上である、請求項4に記載の製造方法。
- 前記フィルム状接着剤が、無機フィラー及び有機フィラーの少なくとも一方を含む、請求項1~5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の半導体素子が圧着されてなる半導体装置において、前記第2の半導体素子を圧着すると共に、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、150℃におけるずり弾性率が1.5MPa以下である、フィルム状接着剤。
- 硬化後における170~190℃における引張弾性率が15MPa以下である、請求項7に記載のフィルム状接着剤。
- 80℃におけるずり粘度が15000Pa・s以下である、請求項7又は8に記載のフィルム状接着剤。
- アクリル樹脂及びエポキシ樹脂を含む、請求項7~9のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
- 前記アクリル樹脂が、重量平均分子量が10万~50万である第1のアクリル樹脂と、重量平均分子量が60万~100万である第2のアクリル樹脂とを含み、アクリル樹脂の全質量を基準として、前記第1のアクリル樹脂の含有量が50質量%以上である、請求項10に記載のフィルム状接着剤。
- 無機フィラー及び有機フィラーの少なくとも一方を含む、請求項7~11のいずれか一項に記載のフィルム状接着剤。
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