JP2006100784A - 半導体用接着フィルム及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体用接着フィルムは、(A)熱可塑性樹脂、(B)軟化点が40℃以上70以下70℃未満のエポキシ樹脂、(C)軟化点が70℃以上100℃以下のエポキシ樹脂、(D)軟化点が80℃以上130℃以下のフェノール樹脂を含む樹脂組成物で構成される半導体用接着フィルムである。
【選択図】図1
Description
このような要求に対応するため、例えば半導体素子の上にリードを接着するリード・オン・チップ(LOC)構造が採用されている。
しかし、ペースト状の接着剤を適量に塗布することが困難であり、半導体素子から接着剤がはみ出すことがあった。
第一に、特許文献2および3では、熱可塑性樹脂としてポリイミド樹脂、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が用いられていたが、このような接着フィルムは、耐熱性・信頼性には優れるものの、高温状態で初めて溶融粘度が低下し、さらに最低溶融粘度が高いことより、低温での濡れ性が不足しているため、低温での貼り付けが困難であり、チップが薄型かつ多段に積層されたパッケージに適用するのが困難であったという課題を有していた。
第二に、低温での濡れ性を改善するためにガラス転移温度の低い熱可塑性樹脂を用いる方法も考えられるが、このような樹脂を用いた場合、接着フィルムが室温で伸びやすくなり、搬送ロールにてフィルムを搬送する際、フィルムが伸びるといった問題が発生する。
本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは半導体素子とリードフレーム、有機基板等の半導体素子搭載用支持部材とを接着することができ低温接着性および作業性に優れた半導体用接着フィルムを提供することにある。
(A)熱可塑性樹脂、
(B)軟化点が40℃以上70℃未満のエポキシ樹脂、
(C)軟化点が70℃以上100℃以下のエポキシ樹脂、および、
(D)軟化点が80℃以上130℃以下のフェノール樹脂、
を含む樹脂組成物で構成されるものである。
エポキシ樹脂を含む半導体用接着フィルムであって、
(i)25℃においてプローブタック法で評価したときのタック値が、0gf/5mmφ以上20gf/5mmφ以下であり、かつ、
(ii)25℃から10℃/分の昇温速度で昇温したとき、100℃以上180℃以下の領域で溶融粘度が500[Pa・s]以上2000[Pa・s]以下
であることを特徴とするものである。
本発明の第一の半導体用接着フィルムは、(A)熱可塑性樹脂、(B)軟化点が40℃以上70℃未満のエポキシ樹脂、(C)軟化点が70℃以上100℃以下のエポキシ樹脂、(D)軟化点が80℃以上130℃以下のフェノール樹脂を含む樹脂組成物で構成されるものである。
具体的には、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等のポリイミド系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等のポリアミド系樹脂、アクリル酸エステル共重合体等のアクリル系樹脂等が挙げられる。
これらの中でもアクリル系樹脂が好ましい。アクリル系樹脂は、ガラス転移温度が低いため初期密着性を向上することができる。
ここで初期密着性とは、半導体用接着フィルムで半導体素子と支持部材とを接着した際の初期段階における密着性であり、すなわち半導体用接着フィルムを硬化処理する前の密着性を意味する。
また、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、ニトリル基等を持つ化合物を有するアクリル系樹脂(特に、アクリル酸共重合体)が好ましい。これにより、半導体素子等の被着体への密着性をより向上することができる。前記官能基を持つ化合物として、具体的にはグリシジルエーテル基を持つグリシジルメタクリレート、水酸基を持つヒドロキシメタクリレート、カルボキシル基を持つカルボキシメタクリレート、ニトリル基を持つアクリロニトリル等が挙げられる。
これらの中でも特にニトリル基を持つ化合物を含むアクリル酸エステル共重合体が好ましい。これにより、被着体への密着性を特に向上することができる。
本発明で使用するエポキシ樹脂は、構造が同じでも分子量の違いにより、軟化点の差がでるため、使用するエポキシ樹脂の構造は特には限定しない。
さらに充填剤シリカフィラーを含有させることで、半導体用接着フィルム表面に部分的にシリカフィラー表面を出させることで、半導体用接着フィルムをロール形態にした際、半導体用接着フィルムと基材フィルム裏面との接触面積を小さくすることで、半導体用接着フィルムと基材フィルム裏面間での摩擦力を軽減し、十分な張力をかけて半導体用接着フィルムを巻き芯に巻くことが可能になる。
前記シアネート基を有する有機化合物としては、例えばビスフェノールAジシアネート、ビスフェノールFジシアネート、ビス(4−シアネートフェニル)エーテル、ビスフェノールEジシアネート、シアネートノボラック樹脂等が挙げられる。
本発明の第二の半導体用接着フィルムは、
エポキシ樹脂を含む半導体用接着フィルムであって、
(i)25℃においてプローブタック法で評価したときのタック値が、0gf/5mmφ以上20gf/5mmφ以下であり、かつ、
(ii)25℃から10℃/分の昇温速度で昇温したとき、100℃以上180℃以下の領域で溶融粘度が500[Pa・s]以上2000[Pa・s]以下
であることを特徴とする半導体用接着フィルムである。
本発明の第二の半導体用接着フィルムは、例えば、(A)熱可塑性樹脂、(B)軟化点が40℃以上70℃未満のエポキシ樹脂、(C)軟化点が70℃以上100℃以下のエポキシ樹脂、および、(D)軟化点が80℃以上130℃以下のフェノール樹脂を含む樹脂組成物によって得られる。
測定は、(株)レスカ社製、TACKINESS TESTER、圧着時間3sec、試験速度600mm/min、プローブ径5mmφで行なった。
本発明における溶融粘度は、例えば、粘弾性測定装置であるレオメーターを用いて、フィルム状態のサンプルに10℃/分の昇温速度で、周波数1Hzのずり剪断を与えて測定することができる。
ここで、半導体用接着フィルムの降伏点応力および25℃における弾性率は、ダンベル試験片を機械強度測定器を用いて引っ張り速度100mm/分で測定した値のことである。
測定は、(株)オリエンテック社製 RTC−1250A、試験片形状はJIS K 7127記載の試験片タイプ5、試験速度100mm/分、掴み具間距離45mmにて引っ張り測定を行ない、弾性率を測定した。試験速度100mm/分は、リール・ツー・リールで搬送する際に瞬間的にフィルムにかかる荷重を想定して設定された速度である。
ここで、半導体用接着フィルムのせん断密着力は次のようにして測定される。半導体用接着フィルムとポリエチレンテレフタレートフィルム(王子製紙社製、品番RL−07、厚さ38μm)裏面とのせん断密着力は、25mm幅に両フィルムを切断し、25℃で接着面積25mm×25mmで張り合わせ、機械強度測定器にて両者を180°方向に1000mm/分で引っ張った際の強度を測定することによって得られる。ここで1000mm/分の速度は、接着フィルムを最終製品の形態であるロール状に巻き上げる際に用いられる速度のことであって、リール・ツー・リールで搬送する際よりもより高い荷重がかかるために測定の際に高い速度を用いている。
本発明の半導体用接着フィルムは、図1に示すように該半導体用接着フィルムを25℃から10℃/分の昇温速度で溶融状態までに昇温したときに初期は溶融粘度が減少し(図中矢印A)、所定の温度(t1)で最低溶融粘度(η1)に到達した後、マウント温度の温度範囲でその状態を保持した後(t2)、さらに上昇(図中矢印B)するような特性を有する。
これに対して、本発明の半導体用接着フィルムは、最低溶融粘度が低いので、熱圧着温度を低くしても半導体素子と半導体搭載用支持部材との接着を行うことが可能となる。本発明における熱圧着温度は100℃から150℃が好ましい。
前記半導体用接着フィルムの厚さは、特に限定されないが、3μm以上100μm以下が好ましく、特に5μm以上70μm以下が好ましい。厚さが前記範囲内であると、特に厚さ精度の制御を容易にできる。
(実施例1)
(1)半導体用接着フィルム樹脂ワニスの調製
熱可塑性樹脂としてアクリル酸共重合体(ブチルアクリレート−アクリロニトリル−エチルアクリレート−グリシジルメタクリレート共重合体、ナガセケムテックス(株)製、SG−80HDR、Tg:10℃、重量平均分子量:350,000)100重量部と、硬化性樹脂としてエポキシ樹脂(NC6000(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、日本化薬(株)製、軟化点60℃)36重量部、エポキシ樹脂(EOCN−1020−80(オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量200g/eq、日本化薬(株)製、軟化点80℃)24重量部と、フェノール樹脂(MEH−7500(トリフェノールメタン樹脂)、水酸基当量97g/OH基、明和化成(株)製、軟化点110℃)29重量部、硬化促進剤としてイミダゾール化合物(2PHZ−PW、四国化成(株)製)0.1重量部をメチルエチルケトン(MEK)に溶解して樹脂固形分37%の樹脂ワニスを得た。
なお、軟化点の測定は、JIS K7234に準じて、環球法において測定された値を用いた。以下同様である。
コンマコーターを用いて上述の樹脂ワニスを、保護フィルムであるポリエチレンテレフタレートフィルム(王子製紙社製、品番RL−07、厚さ38μm)に塗布した後、70℃、10分間乾燥して、厚さ25μmの半導体用接着フィルムを得た。
上述の半導体用接着フィルム面を5インチ、100μmの半導体ウエハー裏面に80℃、0.1MPa、50mm/secの条件でラミネートし、半導体用接着フィルム面をダイシングフィルム(スミライトFSL−N4003、住友ベークライト(株)製)に固定した。そして、ダイシングソーを用いて、半導体用接着フィルムが接合した半導体ウエハーをスピンドル回転数50,000rpm、切断速度50mm/secで5mm×5mm角の半導体素子のサイズにダイシング(切断)して、半導体用接着フィルムが接合した半導体素子を得た。次に、ダイシングフィルムの光透過性基材側から紫外線を20秒で250mJ/cm2の積算光量を照射した後、半導体用接着フィルムに接合しているダイシングフィルムを剥離した。そして、上述の半導体用接着フィルムが接合した半導体素子を42−アロイ合金のリードフレームに、130℃、5N、1.0秒間圧着して、ダイボンディングし、樹脂で封止し、175℃2時間熱処理を行い、封止樹脂を硬化させて10個の半導体装置を得た。
低温接着性(初期密着性)
低温接着性は、半導体素子(80ピンリードフレーム)に得られた半導体用接着フィルムを130℃、5N、1秒間の条件で接着し、その後、ダイシェア強度を測定した。
ダイシェア強度の測定は、プッシュプルゲージを用いて行った。各符号は以下の通りである。
◎:ダイシェア強度が、3.0MPa以上
○:ダイシェア強度が、2.0MPa以上3.0M未満
△:ダイシェア強度が、1.0MPa以上2.0MPa未満
×:ダイシェア強度が、1.0MPa未満
耐熱性は、180℃1時間熱処理した半導体用接着フィルムの5%重量減少温度で評価した。各符号は以下の通りである。
◎:5%重量減少温度が、300℃以上
○:5%重量減少温度が、250℃以上300℃未満
△:5%重量減少温度が、200℃以上250℃未満
×:5%重量減少温度が、200℃未満
半導体用接着フィルムのタックの有無を、プローブタック法にて評価した。各符号は、以下の通りである。
◎:タック無し(0gf/5mmφ以上20gf/5mmφ以下)
○:タック若干有るが、実用上問題なし(20gf/5mmφ以上50gf/5mmφ以下)
△:タック若干有り、実用上使用不可(50gf/5mmφ以上100gf/5mmφ以下)
×:タック有り(100gf/5mmφ以上)
幅300mm、内径77mmφの塩化ビニール製のリールに基材PETを巻きの外側、半導体用接着フィルムを内側に巻いた時の巻き外観を評価した。各符号は、以下の通りである。
◎:巻きシワの発生なし。
×:巻きシワあり。
フィルム搬送性
半導体用接着フィルムのみを巻き取りロールで巻き取った時の半導体用接着フィルムの巻き取り方向の形状変化を評価した。各符号は、以下の通りである。
◎:形状変化無し
○:形状変化が若干あるが、実用上問題なし
△:形状変化が若干有り、実用上使用不可
×:巻き取り方向に伸び切ってしまう
吸湿処理後の接着性
各実施例および比較例で得られる樹脂封止前の半導体装置を85℃/85%RH/168時間吸湿処理をした後、半導体素子とリードフレームとの260℃での剪断強度を評価した。
◎:剪断強度が、1.0MPa以上
○:剪断強度が、0.75以上1.0MPa未満
△:剪断強度が、0.5以上0.75MPa未満
×:剪断強度が、0.5MPa未満
耐クラック性は、各実施例および比較例で得られた半導体装置を85℃/85%RH/168時間吸湿処理をした後、260℃のIRリフローを3回行い走査型超音波探傷機(SAT)で評価した。各符号は、以下の通りである。
◎:発生したクラックが、10個中0個
○:発生したクラックが、10個中1個以上3個以下
△:発生したクラックが、10個中4個以上9個以下
×:発生したクラックが、10個中10個
シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(B)として、HP−7200(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂)、エポキシ当量263g/eq、大日本インキ(株)製、軟化点60℃、38重量部を用い、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(B)として、エピクロンN865(ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂)、エポキシ当量205g/eq、大日本インキ(株)製、軟化点65℃、36重量部を用い、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(C)として、ESLV−80DE(ビフェニル型エポキシ樹脂)、エポキシ当量174g/eq、新日鐵化学(株)製、軟化点78℃、24重量部を用い、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部、硬化促進剤0.05重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(C)として、NC7000(ナフトール型エポキシ樹脂)、エポキシ当量226g/eq、日本化薬(株)製、軟化点90℃、24重量部を用い、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部、硬化促進剤0.05重量部、MEH−7500を27重量部用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
フェノール樹脂(D)として、PR53647(フェノールノボラック樹脂)、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト(株)製、軟化点92℃、31重量部を用い、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
フェノール樹脂(D)として、PR51470(フェノールノボラック樹脂)、水酸基当量104g/OH基、住友ベークライト(株)製、軟化点110℃、31重量部を用い、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(B)を用いなかった以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(B)を用いず、シリカフィラー(SE5101、平均粒径1μm、アドマファイン(株)製)130重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(C)を用いなかった以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(B)として、エピクロンN868(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、エポキシ当量190g/eq、ジャパンエポキシレジン(株)製、軟化点25℃以下(室温で液状)、36重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
エポキシ樹脂(C)として、エピコート1007(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、エポキシ当量2000g/eq、ジャパンエポキシレジン(株)製、軟化点128℃、24重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
フェノール樹脂(D)として、XLC−4L(フェノールアラルキル樹脂)、水酸基当量170g/OH基、三井化学(株)製、軟化点62℃、50重量部を用いた以外は、実施例1と同様に実験を行った。配合、及び実験結果を表1に示す。
従来材のポリイミドを用いた半導体用接着フィルムを用い測定を行なった。なお、詳細な組成については不明であるので、接着フィルム物性、接着フィルム評価結果、半導体装置の評価結果のみを表1に示す。
2 半導体素子
3 半導体搭載用支持部材
Claims (11)
- (A)熱可塑性樹脂、
(B)軟化点が40℃以上70℃未満のエポキシ樹脂、
(C)軟化点が70℃以上100℃以下のエポキシ樹脂、および、
(D)軟化点が80℃以上130℃以下のフェノール樹脂、
を含む樹脂組成物で構成される半導体用接着フィルム。 - 前記(A)熱可塑性樹脂がアクリル酸エステル共重合体である請求項1記載の半導体用接着フィルム。
- 前記(B)軟化点が40℃以上70℃未満のエポキシ樹脂と前記(C)軟化点が70℃以上100℃以下のエポキシ樹脂の総重量中の、エポキシ樹脂(B)の含有量が40重量%以上70重量%以下である請求項1または2記載の半導体用接着フィルム。
- 更に(E)硬化促進剤を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体用接着フィルム。
- 更に(F)充填材を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体用接着フィルム。
- (F)充填材がシリカフィラーを含むものであることを特徴とする請求項5記載の半導体用接着フィルム。
- 前記樹脂組成物の樹脂成分100重量部に対して、前記(F)充填材の含有量が1重量部以上200重量部以下である請求項5または6記載の半導体用接着フィルム。
- エポキシ樹脂を含む半導体用接着フィルムであって、
25℃においてプローブタック法で評価したときのタック値が、0gf/5mmφ以上20gf/5mmφ以下であり、かつ、
25℃から10℃/分の昇温速度で昇温したとき、100℃以上180℃以下の領域で溶融粘度が500[Pa・s]以上2000[Pa・s]以下
であることを特徴とする半導体用接着フィルム。 - 25℃、速度100mm/分の条件で引張試験をしたときに得られる降伏点応力が15MPa以上、25℃における弾性率が1500MPa以上であることを特徴とする請求項8記載の半導体用接着フィルム。
- 半導体用接着フィルムとその基材に用いるPETフィルム裏面との25℃でのせん断密着力が20N/(25mm×25mm)以下であることを特徴とする請求項8または9記載の半導体用接着フィルム。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載の半導体用接着フィルムを用いて半導体素子と被接着部材とを接着した構造を有する半導体装置。
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