JP2006225566A - フィルム状接着剤、接着シート及びそれを使用した半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体素子を被着体に接着するため用いられるフィルム状接着剤であって、ポリウレタンアミドイミド樹脂を含有してなる接着剤層を有するフィルム状接着剤。
【選択図】 図1
Description
すなわち、本発明は、半導体素子を被着体に接着するため用いられるフィルム状接着剤であって、ポリウレタンアミドイミド樹脂を含有してなる接着剤層を有してなることを特徴とするフィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、ポリウレタンアミドイミド樹脂が、下記一般式(I)
また、本発明は、前記ポリウレタンアミドイミド樹脂が、ジイソシアネートとジオールとを反応させて得られるウレタンオリゴマーを、トリカルボン酸無水物で鎖延長して得たブロック共重合体である上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記ジイソシアネートが、下記一般式(II)
また、本発明は、前記ジオールが、下記一般式(III)
また、本発明は、前記トリカルボン酸無水物が、下記一般式(IV)
また、本発明は、前記ポリウレタンアミドイミド樹脂の重量平均分子量が1万〜30万である上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記接着剤層が、さらに熱硬化性樹脂を含有してなる上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記接着剤層が、さらにフィラーを含有してなる上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記接着剤層の主分散ピーク温度が−100〜50℃である上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記接着剤層の20℃における貯蔵弾性率が1000MPa以下である上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、前記接着剤層を180℃の熱盤上で加熱圧着したときのフロー量が50〜2000μmである上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、被着体が、配線付き有機基板である上記フィルム状接着剤に関する。
また、本発明は、上記フィルム状接着剤と、ダイシングシートとを積層した構造を有してなる接着シートに関する。
また、本発明は、前記ダイシングシートが、基材フィルム、及び基材フィルム上に設けた放射線硬化型粘着剤層を有してなる上記接着シートに関する。
さらに、本発明は、上記フィルム状接着剤により、半導体素子と半導体搭載用支持部材、及び/又は、半導体素子と半導体素子が接着された構造を有してなる半導体装置に関する。
また、本発明によれば、前記フィルム状接着剤とダイシングシートを貼りあわせた接着シートを提供することができる。本発明の接着シートによれば、ダイシング工程までの貼付工程を簡略化できる材料を提供することが可能である。
さらに、本発明によれば、前記フィルム状接着剤を用いた半導体装置を提供することができる。本発明の半導体装置は、製造工程が簡略化された、信頼性に優れる半導体装置である。本発明の半導体装置は、半導体素子搭載用支持部材に熱膨張係数の差が大きい半導体素子を実装する場合に要求される耐熱性および耐湿性を有する。
以下、本発明のフィルム状接着剤に使用する接着剤層について説明する。接着剤層は少なくともポリウレタンアミドイミド樹脂を含有してなることを特徴とし、ポリウレタンアミドイミド樹脂としては、下記一般式(I)
R2は分子量100〜10000の2価の有機基であり、好ましくはポリエーテル残基、ポリエステル残基、ポリカーボネート残基、ポリカーボネート残基、ポリカプロラクトン残基、ポリシロキサン残基が挙げられ、さらに好ましくはポリエーテル残基が挙げられる。
R3は4個以上の炭素原子を含む3価の有機基であり、好ましくは芳香族環残基、直鎖、分岐若しくは環状脂肪族炭化水素残基、エーテル残基、チオエーテル残基、カルボニル残基、スルホニル残基、シラン残基、エステル残基が挙げられ、さらに好ましくはベンゼン残基が挙げられる。
(参考文献:Tzong−Liu Wang,Fang−Jung Huang,Polymer International,46 280(1998))
本発明のフィルム状接着剤は、さらに熱硬化性樹脂を使用することができる。熱硬化性樹脂は、熱により架橋反応を起こす反応性化合物であり、このような化合物としては、例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、レゾルシノールホルムアルデヒド樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、トリアリルシアヌレート樹脂、ポリイソシアネート樹脂、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌラートを含有する樹脂、トリアリルトリメリタートを含有する樹脂、シクロペンタジエンから合成された熱硬化性樹脂、芳香族ジシアナミドの三量化による熱硬化性樹脂等が挙げられる。中でも、高温において優れた接着力を持たせることができる点で、エポキシ樹脂が好ましい。なお、これら熱硬化性樹脂は単独で又は二種類以上を組み合わせて用いることができる。
本発明のフィルム状接着剤において、接着剤層は、ポリウレタンアミドイミド樹脂、必要に応じて、熱硬化性樹脂、フィラー、及び他の成分を有機溶媒中で混合、混練してワニス(接着剤層塗工用のワニス)を調製した後、基材フィルム上に前記ワニスの層を形成させ、加熱乾燥した後に基材を除去することで得ることができる。上記の混合、混練は、通常の攪拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。上記の加熱乾燥の条件は、使用した溶媒が充分に揮散する条件であれば特に制限はないが、通常50〜200℃で、0.1〜90分間加熱して行う。
接着シートとして、より具体的には、図4に示すように、基材フィルム8、粘着剤層7及び本発明のフィルム状接着剤1とがこの順に形成されてなる接着シート5が挙げられる。この接着シートは、半導体装置製造工程を簡略化する目的で、フィルム状接着剤1とダイシングシート6とを少なくとも備える一体型の接着シートである。即ち、ダイシングシートとダイボンディングフィルムの両者に要求される特性を兼ね備える接着シートである。
なお、ラミネートは、図5又は図6に示す方法により行うことができる。
この場合、前記放射線硬化型粘着剤層を構成する粘着剤としては、アクリル系粘着剤が好ましい。より具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸エステル又はその誘導体を主たる構成単量体単位とする(メタ)アクリル酸エステル共重合体、又はこれら共重合体の混合物等が挙げられる。なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸エステルのように記載した場合、メタクリル酸エステル及びアクリル酸エステルの両方を示す。
また、複数の半導体素子を積み重ねた構造のStacked−PKGにおいて、半導体素子と半導体素子とを接着するための接着材料としても好適に用いられる。
<PUAI−1>
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を備えた300mlフラスコに、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート18.68g(和光純薬工業製)、平均分子量2,000のポリテトラメチレングリコール59.74g(和光純薬工業製)(ジイソシアネート1molに対してジオール0.4mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン(脱水グレード)130gを仕込み、窒素雰囲気下、100℃で1時間反応させ、イソシアネート末端ウレタンオリゴマー溶液を得た。次に、予め140℃のオーブン中で12時間加熱処理した無水トリメリット酸(1,2,4−ベンゼントリカルボン酸1,2−無水物)(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピーク温度の差:3℃)7.16g(ウレタンオリゴマー1molに対してトリカルボン酸無水物1mol)を添加し、さらに160℃で3時間反応させ、ポリウレタンアミドイミド溶液(PUAI−1)を得た。得られたポリウレタンアミドイミドのGPCを測定した結果、ポリスチレン換算で、Mw=92400、Mn=45200であった。
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を備えた300mlフラスコに、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン2.73g(0.02mol)、ポリシロキサンジアミン24.00g(信越シリコーン製KF−8010(分子量:900))(0.08mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン(脱水グレード)176.5gを仕込み、攪拌した。ジアミンの溶解後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸で再結晶精製したデカメチレンビストリメリテート二無水物(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピークの差:5℃)17.40g(0.1mol)を少量ずつ添加した。室温で8時間反応させたのち、キシレン117.7gを加え、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱し、水と共にキシレンを共沸除去し、ポリイミド溶液(PI−A)を得た。得られたポリイミドのGPCを測定した結果、ポリスチレン換算で、Mw=12300、Mn=28700であった。
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を備えた300mlフラスコに、1,12−ジアミノドデカン2.71g(0.045mol)、ポリエーテルジアミン(BASF製、ED2000(分子量:1923))5.77g(0.01mol)、1,3−ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(信越化学製、LP−7100)3.35g(0.045mol)、予め無水酢酸で再結晶精製した4,4´−(4,4´−イソプロピリデンジフェノキシ)ビス(フタル酸二無水物)(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピークの差:2.5℃)15.62g(0.1mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン113gを仕込み、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱しながら攪拌、反応させた。発生する水を除去し、ポリイミド溶液(PI−C)を得た。得られたポリイミドのGPCを測定した結果、ポリスチレン換算で、Mw=22600、Mn=121400であった。
温度計、攪拌機、冷却管、及び窒素流入管を備えた300mlフラスコに、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン13.67g(0.1mol)、及びN−メチル−2−ピロリドン124gを仕込み攪拌した。ジアミンの溶解後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、予め無水酢酸で再結晶精製したデカメチレンビストリメリテート二無水物(DSCによる吸熱開始温度と吸熱ピークの差:5℃)17.40g(0.1mol)を少量ずつ添加した。室温で8時間反応させたのち、キシレン83gを加え、窒素ガスを吹き込みながら180℃で加熱し、水と共にキシレンを共沸除去し、ポリイミド溶液(PI−C)を得た。得られたポリイミドのGPCを測定した結果、ポリスチレン換算で、Mw=22800、Mn=121000であった。
ESCN−195:住友化学、クレゾールノボラック型固体状エポキシ樹脂(エポキシ当量200、分子量:778)、
TrisP−PA:本州化学、トリスフェノールノボラック(OH当量:141、分子量:424)、
TPPK:東京化成、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボラート、
NMP:関東化学、N−メチル−2−ピロリドン、
HP−P1:水島合金鉄、窒化ホウ素(平均粒子径:1.0μm、最大粒子径:5.1μm)
実施例1〜2、及び比較例1〜3のフィルム状接着剤の特性評価結果を表3、表4に示す。
使用前の接着剤層について、レオメトリックス製粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、接着剤層サイズ35mm×10mm×40μm厚、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で測定したときの20℃における貯蔵弾性率を測定した。なお、「使用前」とは、「接着剤層を用いて半導体素子と被着体とを接着する前」を意味する。以下、同様である。
使用前の接着剤層について、レオメトリックス製粘弾性アナライザーRSA−2を用いて、接着剤層サイズ35mm×10mm×40μm厚、昇温速度5℃/min、周波数1Hz、測定温度−150〜300℃の条件で測定し、Tg付近のtanδピーク温度を測定し、これを接着剤層の主分散温度とした。
フィルム状接着剤1をシリコンウェハ9の裏面に、図6に示されるロール11と、支持体12とを有する装置を用いてラミネートした。その際、装置のロール温度:80℃、線圧:4kgf/cm、送り速度:0.5m/minの条件で、5inch、300μm厚のシリコンウェハ9の裏面に上記フィルム状接着剤1をラミネートした。その後、前記ウェハ付きフィルム状接着剤のウェハに対向する面の他面に、さらに基材フィルム上に放射線硬化型粘着剤層を有するダイシングシート(古河電工製UC−334EP)をラミネートした。その後、ダイサーを用いて、ダイシング速度10mm/sec、回転数30000rpmの条件で、シリコンウェハを5mm×5mmサイズにダイシングしたときのチップ飛びの有無を観測し、上記チップ飛びが全チップ数量の10%以下のときをチップ飛び「無」とし、10%を超えるときをチップ飛び「有」とした。尚、ウェハ端部のチップ切り出し残部の飛びは評価の対象外とした。
10mm×10mm×40μm厚サイズのフィルム状接着剤(使用前フィルム;50μm厚PET基材フィルム付き)をサンプルとし、2枚のスライドグラス(MATSUNAMI製、76mm×26mm×1.0〜1.2mm厚)の間に挟み、180℃の熱盤上で100kgf/cm2の荷重をかけ、90sec加熱圧着した後の上記PET基材からのはみ出し量を、目盛り付き光学顕微鏡で観測したときの最大値をフロー量とした。
表面にソルダーレジスト層(厚さ15μm)が付いた有機基板(厚さ0.1mm)にシリコンチップ(5mm×5mm×0.4mm厚)をフィルム状接着剤(5mm×5mm×40μm厚)を用いて、温度:接着剤層のTg(分散ピーク温度)+100℃、圧力:500gf/chip、時間:3secの条件でダイボンディングした後、温度:180℃、圧力:5kgf/chip、時間:90secの条件で加熱圧着した。さらに、上記フィルム状接着剤を180℃5hの条件で加熱硬化し、260℃の熱盤上で20秒加熱した後、図11に示す接着力評価装置を用いて、測定速度:0.5mm/secの条件でピール強度を測定した。
表面にソルダーレジスト層(厚さ15μm)が付いた、銅配線(配線高さ12μm)付きの有機基板(厚さ0.1mm)に、シリコンチップ(6.5mm×6.5mm×280μm厚)をフィルム状接着剤(6.5mm×6.5mm×40μm厚)を用いて、温度:接着剤層のTg(分散ピーク温度)+100℃、圧力:300gf/chip、時間:3secの条件でダイボンディングした後、トランスファモールドを行い(金型温度:180℃、キュアタイム:2min)、封止材をオーブン中で180℃5hの条件で加熱硬化して半導体装置を得た(CSP96pin、封止領域:10mm×10mm、厚み:0.8mm)。その後、日立製作所製超音波探査映像装置HYE−FOUCUSを用いて、接着剤層の状態を観測し、発泡の有無、上記基板表面の凹凸に対する充填の有無を調べた。(○:発泡及び未充填無し、×:発泡又は未充填有り)
表面に厚さ15μmのソルダーレジスト層が付いた、銅配線(配線高さ12μm)付きの有機基板(厚さ0.1mm)に、シリコンチップ(6.5mm×6.5mm×280μm厚)をフィルム状接着剤(6.5mm×6.5mm×40μm厚)で、接着剤層のTg(分散ピーク温度)+100℃×300gf/chip×3secの条件でダイボンディングした後、トランスファモールドを行い(金型温度:180℃、キュアタイム:2min)、封止材をオーブン中で180℃5hの条件で加熱硬化して半導体装置を得た(CSP96pin、封止領域:10mm×10mm、厚み:0.8mm)。この半導体装置を恒温恒湿器中で30℃60%RH192h吸湿処理した後、TAMURA製IRリフロー装置(半導体装置表面ピーク温度:265℃、温度プロファイル:半導体装置表面温度を基準にし、JEDEC規格に沿って調整)に3回繰り返し投入し、日立製作所製超音波探査映像装置HYE−FOUCUSを用いて、接着剤層の剥離、及び破壊の有無を調べた。その後、半導体装置の中心部を切断し、切断面を研磨した後、オリンパス製金属顕微鏡を用いて、半導体装置の断面を観察し、接着剤層の剥離、及び破壊の有無を調べた。これらの剥離、及び破壊が認められないことを耐リフロー性の評価基準とした。(○:剥離及び破壊無し、剥離又は破壊有り)
2 接着剤層
3 基材フィルム
4 カバーフィルム
5 接着シート
6 ダイシングシート
7 粘着剤層
8 基材フィルム
9 シリコンウェハ
11 ロール
12 支持体
21、21a、21b 半導体素子
22 半導体搭載用支持部材
23 ワイヤ
24 封止材
31 リードフレーム
32 プッシュプルゲージ
33 熱盤
Claims (17)
- 半導体素子を被着体に接着するため用いられるフィルム状接着剤であって、ポリウレタンアミドイミド樹脂を含有してなる接着剤層を有してなることを特徴とするフィルム状接着剤。
- 前記ポリウレタンアミドイミド樹脂が、ジイソシアネートとジオールとを反応させて得られるウレタンオリゴマーを、トリカルボン酸無水物で鎖延長して得たブロック共重合体である請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 前記ポリウレタンアミドイミド樹脂の重量平均分子量が1万〜30万である請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 前記接着剤層が、さらに熱硬化性樹脂を含有してなる請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項8記載のフィルム状接着剤。
- 前記接着剤層が、さらにフィラーを含有してなる請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 前記接着剤層の主分散ピーク温度が−100〜50℃である請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 前記接着剤層の20℃における貯蔵弾性率が1000MPa以下である請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 前記接着剤層を180℃の熱盤上で加熱圧着したときのフロー量が50〜2000μmである請求項1記載のフィルム状接着剤。
- 被着体が、配線付き有機基板である請求項1〜13のいずれかに記載のフィルム状接着剤。
- 請求項1〜13のいずれかに記載のフィルム状接着剤と、ダイシングシートとを積層した構造を有してなる接着シート。
- 前記ダイシングシートが、基材フィルム、及び基材フィルム上に設けた放射線硬化型粘着剤層を有してなる請求項15記載の接着シート。
- 請求項1〜13のいずれかに記載のフィルム状接着剤により、半導体素子と半導体搭載用支持部材、及び/又は、半導体素子と半導体素子が接着された構造を有してなる半導体装置。
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