JP2017164782A - 接合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2では、接合を加圧しながら行っている。しかしながら、250℃という高温で接合を行っている。そのため、接合工程を行う前の積層体が、急激に加熱されることになる。これにより、接合材中に含まれる有機成分や焼結性粒子の被覆材が急激に揮発する可能性がある。また、接合材中の焼結性粒子の分散は、有機成分によって保たれている。そのため、急激な加熱によって焼結性粒子の凝集が起こり、緻密な焼結構造を得られなくなることが懸念される。そして、このことに起因して、充分な接合が得られない可能性がある。
特許文献1や特許文献3では、接合材はペースト状(液状)である。従って、塗布工程、乾燥工程が必要となり、接合体が得られるまでの工程時間が長くなることが懸念される。
焼結前層を有する加熱接合用シートを介して2つの被接合物が仮接着された積層体を準備する工程Aと、
前記積層体を、下記で定義する第1の温度以下から第2の温度まで昇温する工程Bと
前記工程Bの後、前記積層体の温度を所定範囲内に保持する工程Cと、
を有し、
前記工程Bの少なくとも一部の期間、及び、前記工程Cの少なくとも一部の期間において、前記積層体を加圧することを特徴とする接合体の製造方法。
第1の温度:前記焼結前層の熱重量測定を行ったときに、前記焼結前層に含まれる有機成分の重量が10重量%減少するときの温度。
前記工程B及び前記工程Cを大気下で行う場合、前記熱重量測定は、大気下で行い、前記工程B及び前記工程Cを窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行う場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
仮接着された積層体を第1の温度以下から昇温するため、急激な加熱とはならない。従って、接合材中に含まれる有機成分等が急激に揮発することを抑制でき、剥離を防止することができる。また、焼結性粒子を含む場合は、その凝集を防ぐことができる。その結果、工程Cの後は、緻密な焼結構造を得ることができる。さらに、当該昇温中の少なくとも一部の期間において前記積層体を加圧するため、わずかに発生する揮発物によって接合が阻害されることを抑制することができる。また、焼結層中の粗大ボイドの発生を抑制することが可能となる。
なお、前記工程B及び前記工程Cを大気下で行う場合、前記熱重量測定は、大気下で行い、前記工程B及び前記工程Cを窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行う場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
工程Bや工程Cを行う際の雰囲気は、被接合物や加熱接合用シートの組成等に応じて設定される。そこで、熱重量測定は、工程B及び工程Cを行う際の雰囲気と同じ条件にして測定する必要がある。そのため、本明細書では、「前記工程B及び前記工程Cを大気下で行う場合、前記熱重量測定は、大気下で行い、前記工程B及び前記工程Cを窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行う場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。」こととしている。
例えば、被接合物が銅製である場合、高温で酸化してしまう。そのため、工程B及び工程Cは、窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行われる。この場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
また、例えば、加熱接合用シートが熱分解性バインダーを含有している場合、酸素及び窒素の有無やその比率によって分解挙動が異なる場合がある。酸素及び窒素の有無や比率によって分解挙動が異なるため、工程B及び工程Cを窒素雰囲気下で行った場合には、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行い、工程B及び工程Cを大気下で行った場合には、前記熱重量測定は、大気下で行う。例えば、熱分解性バインダーとしてアクリル樹脂が用いられている場合、アクリル樹脂の分解挙動は、酸素の有無が関与する。そのため、工程B及び工程Cは、通常、大気下で行われる。この場合、前記熱重量測定は、大気下で行う。ただし、本明細書においては、熱分解性バインダーとしてアクリル樹脂が用いられている場合であっても、一定以上の接合が得られるならば、工程B及び工程Cを、窒素雰囲気下で行うことも可能である。この場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
また、例えば、加熱接合用シートが金属微粒子として銅粒子を含有している場合、工程B及び工程Cは、窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下(好ましくは、窒素雰囲気下、又は、還元ガス雰囲気下)で行われる。この場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
本実施形態に係る接合体の製造方法は、
焼結前層を有する加熱接合用シートを介して2つの被接合物が仮接着された積層体を準備する工程Aと、
前記積層体を、下記で定義する第1の温度以下から第2の温度まで昇温する工程Bと
前記工程Bの後、前記積層体の温度を所定範囲内に保持する工程Cと、
を少なくとも有し、
前記工程Bの少なくとも一部の期間、及び、前記工程Cの少なくとも一部の期間において、前記積層体を加圧する。
第1の温度:前記焼結前層の熱重量測定を行ったときに、前記焼結前層に含まれる有機成分の重量が10重量%減少するときの温度。
前記工程B及び前記工程Cを大気下で行う場合、前記熱重量測定は、大気下で行い、前記工程B及び前記工程Cを窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行う場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
本実施形態に係る接合体の製造方法においては、まず、図1に示す積層体10を準備する。積層体10は、加熱接合用シート40を介して基板50と半導体素子22とが仮接着された構成を有する。基板50、及び、半導体素子22は、本発明における被接合物に相当する。以下、本実施形態では、本発明における被接合物が、基板50、及び、半導体素子22である場合について説明するが、本発明における被接合物は、加熱接合用シートを用いて接合し得るものであれば、この例に限定されない。
基板50を準備する工程A−1、
一方の面に加熱接合用シート40が積層されている半導体素子22を準備する工程A−2、及び、
工程A−2で準備した半導体素子22を、加熱接合用シート40を介して基板50に仮接着する工程A−3。
工程A−1では、基板50(図1参照)を準備する。
工程A−2では、一方の面に加熱接合用シート40が積層されている半導体素子22(図5)を準備する。
本実施形態に係る加熱接合用シート40は、1層の焼結前層で構成されている。焼結前層とは、所定の加熱により焼結層となる層をいう。
また、本発明の加熱接合用シートは、例えば、焼結前層と他の層との2層以上からなるシートであってもよい。例えば、本発明の加熱接合用シートは、一方の面に第1の焼結前層が露出し、他方の面に第2の焼結前層が露出したシートであってもよい。具体的には、第1の焼結前層、他の層、第2の焼結前層がこの順で積層されたシートであってもよい。例えば、この場合、第1の焼結前層と第2の焼結前層とは、同一の組成であってもよく、異なっていてもよい。
粘度測定の条件は、下記の通りである。
レオメータ:Thermo SCIENTFIC社製 MARS III
治具:パラレルプレート20mmφ、ギャップ100μm、せん断速度 1/秒)
前記脂肪族ポリカーボネートとしては、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート等が挙げられる。なかでもシート形成のためのワニス作製における有機溶剤への溶解性の観点から、ポリプロピレンカーボネートが好ましい。
前記芳香族ポリカーボネートとしては、主鎖にビスフェノールA構造を含むもの等が挙げられる。
前記ポリカーボネートの重量平均分子量は、10,000〜1,000,000の範囲内であることが好適である。なお、重量平均分子量は、GPC(ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー)により測定し、ポリスチレン換算により算出された値である。
また、アクリル樹脂のなかでも、200℃〜400℃で熱分解するアクリル樹脂が好ましい。
半導体ウエハ20の一方の面に加熱接合用シート40を形成する工程X、
前記工程Xで得られた、加熱接合用シート40が形成された半導体ウエハ20を個片化する工程Y。
工程Xでは、図2に示すように、半導体ウエハ20の一方の面に加熱接合用シート40を形成する。この工程では、加熱接合用シート40を半導体ウエハ20に貼り付ける。
より具体的には、図4に示すように、まず、一方のセパレータ40aを剥離した加熱接合用シート40の上に半導体ウエハ20を載置する。その後、加圧して貼り付ける。貼り付けは、例えば、ラミネーターや平板プレスにより行うことができる。貼り付け圧力としては、0.01〜10MPaの範囲内であることが好ましい。また、貼り付けの際の貼り付け温度は特に限定されないが、例えば23〜90℃の範囲内であることが好ましい。
工程Yでは、図5に示すように、前記工程Xで得られた、加熱接合用シート40が形成された半導体ウエハ20を個片化する。
なお、ダイシングテープとしては、従来公知のものを採用できるため、ここでの説明は省略する。また、ダイシング方法としても、従来公知のダイシング装置を用いて、従来公知の方法を採用できるからここでの説明は省略する。例えば、ダイシングブレードを用いた方法や、レーザー照射した後に割断する方法等が挙げられる。
なお、上述の実施形態では、ダイシング前にセパレータ40bを剥離する場合について説明した。しかしながら、セパレータ40bを剥離するタイミングはこの例に限定されない。例えば、ダイシング後にセパレータ40bを剥離することとしてもよい。ただし、ダイシング前にセパレータ40bを剥離する場合は、個片化される前に一括してセパレータ40bを剥離できる点で優れる。また、ダイシング後にセパレータ40bを剥離する場合は、仮接着直前まで、加熱接合用シート40を保護できる点で優れる。
工程A−3では、工程A−2で準備した半導体素子22を、加熱接合用シート40を介して基板50に仮接着する(図1参照)。この工程では、チップマウンター等を用いて、複数の半導体素子22を基板50上に仮接着する。仮接着条件としては、圧力0.01MPa〜5MPaにて仮接着することが好ましい。また、仮接着時の温度は特に限定されないが、例えば23〜150℃の範囲内であることが好ましい。また、加圧時間は、0.01〜5秒であることが好ましい。
第2の被接合物(例えば、半導体素子)を準備する工程A−12、及び、
工程A−12で準備した第2の被接合物を、加熱接合用シートを介して前記第1の被接合物に仮接着する工程A−13。
第2の被接合物(例えば、半導体素子)を準備する工程A−22、及び、
工程A−21で準備した第1の被接合物と、工程A−22で準備した第2の被接合物との間に加熱接合用シートを配置して、第1の被接合物と第2の被接合物を仮接着する(第1の被接合物と第2の被接合物とを同時に加熱接合用シートに仮接着する)工程A−23。
工程Aの後、積層体10を、下記で定義する第1の温度以下から第2の温度まで昇温する。
第1の温度:前記焼結前層の熱重量測定を行ったときに、前記焼結前層に含まれる有機成分が10重量%減少するときの温度。
前記工程B及び前記工程Cを大気下で行う場合、前記熱重量測定は、大気下で行い、前記工程B及び前記工程Cを窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行う場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。
「焼結前層に含まれる有機成分」とは、前記熱分解性バインダー、前記低沸点バインダーを含む。前記金属微粒子(例えば、焼結性金属粒子)は、含まない。前記第1の温度は、主として前記低沸点バインダーの急激な揮発を防止することを目的として設定される温度である。なお、前記第1の温度は、前記熱分解性バインダーが分解することがほとんどないと推測される温度である。
前記熱重量測定は、焼結前層を用いて測定する。有機成分のみを抜き出してでの測定ではない。焼結前層を用いて測定するのは、有機成分と金属微粒子との混合により、低沸点バインダーの沸点や熱分解性バインダーの分解温度が、単独で測定する場合と比較して異なる場合があるからである。
前記工程Bの後、積層体10の温度を所定範囲内に保持する。
その後、必要に応じて、冷却工程を行ってもよい。冷却工程は、例えば、空冷、水冷等を挙げることができる。これらは、一方のみ行ってもよく、両方を行ってもよい。適宜冷却工程を行うことにより、製造期間の短縮が可能となる。本実施形態では、工程C(焼結工程)の後、第3の温度になるまでは、空冷し、その後、水冷を行う。前記第3の温度は、前記第2の温度より低い温度であり、例えば、125〜200℃の範囲内で適宜設定することができる。先に空冷を行い、その後、水冷を行えば、効率的に冷却を行うことができる。水冷は、例えば、積層体を加熱加圧板に矜持したままの状態で、加熱加圧板内に水を循環させ、加熱加圧板を冷却し、これにより、積層体を冷却する方法が挙げられる。これにより、常温(例えば、23℃)にまで冷却することができる。ただし、冷却工程は、この例に限定されず、第2の温度と同じ温度から水冷を行うこととしてもよい。
金属微粒子含有ペーストA:応用ナノ粒子研究所製のANP−1(ナノサイズの銀微粒子が低沸点バインダーに分散されたペースト)に含まれる低沸点バインダーの量を適宜調整したもの。
熱分解性バインダーA(ポリプロピレンカーボネート樹脂):Empower社製のQPAC40、23℃で固形
有機溶剤A:メチルエチルケトン(MEK)
金属微粒子含有ペーストAを100重量部、熱分解性バインダーAを1重量部、有機溶剤Aを70重量部配合した。次に、自転・公転ミキサー(シンキー製、ARE−310)を用いて、2000rpmで8分撹拌し、ワニスを作製した。
得られたワニスを、離型処理フィルム(三菱樹脂(株)製のMRA38)上に塗布・乾燥させた。塗布は、アプリケーターを用い、乾燥後の塗膜が45μmとなるように行った。乾燥は、防爆乾燥機にて行った。乾燥条件は、110℃で3分とした。これにより、厚み45μmの加熱接合用シートを得た。
熱重量測定法による有機成分の10%重量減少温度の測定には、Rigaku製のTG8120を用いた。加熱接合用シート(焼結前層)を10mg、アルミ製の容器に入れ、大気雰囲気下、昇温速度10℃/minで、温度範囲25℃から500℃で測定を行い、試料の重量変化を測定した。その結果、有機成分の10%重量減少温度は、125℃となった。
裏面にTi層(厚さ50nm)とAg層(厚さ100nm)とがこの順で形成されたシリコンチップ(シリコンチップの厚さ350μm、縦5mm、横5mm)を準備した。準備したシリコンチップのAg層面に、準備した加熱接合用シートを重ねた。この状態で、ラミネーターに通した。ラミネーターの条件は、温度70℃、圧力0.3MPa、速度10mm/秒とした。
残接合面積率が60%以上の場合を○、60%より低い場合を×として評価した。結果を表1に示す。なお、超音波映像装置による像では、シリコンチップと基板が剥離をしている部分は白、接合が残っている部分は灰色に見える。
下記のようにして実施例3及び実施例7の評価サンプルの断面のSEM画像を撮影した。
まず、評価サンプルをエポキシ樹脂(SCANDIA社の硬化樹脂(2液タイプ、SCANDIPLEX A、SCANDIPLEX B))に包埋した。
<包埋条件>
SCANDIPLEX A:SCANDIPLEX B=9:4(体積比)
45℃で、1〜2時間放置
<粗研磨条件>
耐水研磨紙:Struers社、SiC Foil #220
円盤回転数:150rpm
<精密研磨条件>
耐水研磨紙:Struers社、SiC Foil #220, #1000
円盤回転数:100rpm
荷重:200〜500g
<イオンポリッシング条件>
加速電圧 5〜6kV
加工時間 8〜10時間
遮蔽板からの飛び出し量 25〜50μm
図7、図8から明らかな通り、実施例3では、チップとの界面付近も含めてほぼ全範囲において焼結が進行している。従って、加熱接合用シートは、チップと充分に接合している。
図9、図10から明らかな通り、実施例7では、一部に焼結性金属粒子が焼結せずに残っている部分があるものの、一定以上は、焼結している。従って、実施例7において、加熱接合用シートは、チップと充分に接合している。
40 加熱接合用シート
20 半導体ウエハ
22 半導体素子
50 基板
40a、40b セパレータ
Claims (4)
- 焼結前層を有する加熱接合用シートを介して2つの被接合物が仮接着された積層体を準備する工程Aと、
前記積層体を、下記で定義する第1の温度以下から第2の温度まで昇温する工程Bと
前記工程Bの後、前記積層体の温度を所定範囲内に保持する工程Cと、
を有し、
前記工程Bの少なくとも一部の期間、及び、前記工程Cの少なくとも一部の期間において、前記積層体を加圧することを特徴とする接合体の製造方法。
第1の温度:前記焼結前層の熱重量測定を行ったときに、前記焼結前層に含まれる有機成分が10重量%減少するときの温度。
前記工程B及び前記工程Cを大気下で行う場合、前記熱重量測定は、大気下で行い、前記工程B及び前記工程Cを窒素雰囲気下、還元ガス雰囲気下、又は、真空雰囲気下で行う場合、前記熱重量測定は、窒素雰囲気下で行う。 - 前記加圧は、5〜40MPaの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の接合体の製造方法。
- 前記工程Cにおいて保持する温度が、200℃〜400℃の範囲内であることを特徴とする請求項1又は2に記載の接合体の製造方法。
- 前記加圧は、フリップチップボンダー、又は、平行平板プレスで行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載の接合体の製造方法。
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