JP5376147B2 - 液状樹脂組成物、接着層付き半導体素子、その製造方法および半導体装置 - Google Patents
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そこで液状のダイアタッチ材の替わりにフィルム状のダイアタッチ材を用い、フィルム状のダイアタッチ材を支持体に貼り付けた後、加熱しながらダイ(半導体素子)を搭載する方法、半導体ウエハ裏面にフィルム状ダイアタッチ材を貼り付けた状態でさらにダイシングシートに貼り付けた後個片化することで得られたダイアタッチ材付き半導体素子を加熱しながら支持体に搭載する方法、ダイシングシート機能を有するダイアタッチフィルムに半導体ウエハを貼り付け半導体素子に個片化することで得られたダイアタッチ材付き半導体素子を加熱しながら支持体に搭載する方法などが採用されている。(例えば、特許文献1、2参照。)
ここで半導体装置または半導体素子の反りは、各構成部材の熱膨張率の差により生じるので、フィルム状のダイアタッチ材を使用する場合に半導体素子を搭載する温度を下げることが望まれる。ところが、フィルム状のダイアタッチ材の半導体素子搭載温度を下げるためにはガラス転移温度の低い熱可塑成分を使用するか、低分子量の成分を増やす必要があり、その結果室温付近においてもタック(べたつき)が発生してしまう。
ここで室温においてタックのない材料については、ウエハレベルチップサイズパッケージの封止材としていくつかの試みが提案されている(例えば、特許文献6〜8参照)。
これらの発明では半田などのバンプの付いた半導体ウエハに液状樹脂組成物を塗布し加熱処理することで室温においてタックのない状態にした後、半導体素子に個片化しているが、次の工程で封止と半田接合を同時に行うため半田の融点以上の温度で接合する必要があった。
このように低温でも搭載可能であり、室温ではべたつきのない接着層付き半導体素子の要求に対し満足のいくものはなかった。
(1)半導体ウエハまたは半導体素子に接着層が形成されており、
前記接着層が、エポキシ樹脂成分(A)及び硬化剤成分(B)を含む液状樹脂組成物であり、前記エポキシ樹脂成分(A)が、室温で液状であり、前記硬化剤成分(B)が、フェノール性水酸基を有し且つ軟化点又は融点が200℃以下である化合物(B1)と、フェノール性水酸基を有し且つ融点が200℃を超える化合物(B2)との組合せであり、以下の溶解試験において、該化合物(B1)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B1)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明となる化合物であり、該化合物(B2)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B2)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明とはならない化合物である液状樹脂組成物を半導体ウエハまたは半導体素子に塗布し、次いで、60〜150℃の加熱温度で加熱して得られた接着層であることを特徴とする接着層付き半導体ウエハまたは接着層付き半導体素子。
(2)前記化合物(B1)及び(B2)のいずれも、1分子中にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物であることを特徴とする前記(1)記載の接着層付き半導体ウエハまたは接着層付き半導体素子。
(3)前記(1)又は(2)いずれか1項に記載の接着層付き半導体ウエハをダイシングにより切断し接着層付き半導体素子に個片化して得られたことを特徴とする接着層付き半導体素子。
(4)前記(1)〜(3)いずれか1項に記載した接着層付き半導体素子を回路基板に搭載し、作製されたことを特徴とする半導体装置。
(5)エポキシ樹脂成分(A)及び硬化剤成分(B)を含む液状樹脂組成物であり、前記エポキシ樹脂成分(A)が、室温で液状であり、前記硬化剤成分(B)が、フェノール性水酸基を有し且つ軟化点又は融点が200℃以下である化合物(B1)と、フェノール性水酸基を有し且つ融点が200℃を超える化合物(B2)との組合せであり、以下の溶解試験において、該化合物(B1)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B1)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明となる化合物であり、該化合物(B2)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B2)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明とはならない化合物である液状樹脂組成物を半導体ウエハの一方の面に塗布し、液状樹脂組成物が塗布された半導体ウエハを得る塗布工程、前記液状樹脂組成物が塗布された半導体ウエハを60〜150℃の加熱温度で加熱し、接着層を形成する接着層形成工程、前記接着層付き半導体ウエハをダイシングシートに貼り付ける貼付工程、及びダイシングにより前記接着層付き半導体ウエハを切断し、接着層付き半導体素子に個片化する個片化工程を有することを特徴とする接着層付き半導体素子の製造方法。
(6)前記(5)に記載の接着層付き半導体素子の製造方法により作製した接着層付き半導体素子を加熱圧着し、回路基板に搭載する搭載工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
ここで、エポキシ樹脂成分(A)に溶解する化合物(B1)とは、使用するエポキシ樹脂成分(A)90gと化合物(B1)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察し、透明であったものを指す。一方、エポキシ樹脂成分(A)に溶解しない化合物(B2)とは、同様の操作を行った後、目視にて観察し、透明ではなかったものを指す。
一方、化合物(B1)のみを使用した場合には、第1の温度で加熱後、第1の温度以上の温度で粘着性を示さなくなり、また、化合物(B2)のみを使用した場合には、第1の温度で加熱後も、室温で粘着性を示すかまたは第1の温度以上の温度で粘着性を示さなくなる。
すなわち、本発明の液状樹脂組成物を、第1の温度で加熱することにより、エポキシ樹脂成分(A)と化合物(B1)の全部又は一部を反応させて高分子量化することで、本発明の液状樹脂組成物は、室温では粘着性を示さない程度にまで性状が変化するが、硬化反応が完結しているわけではないので、第1の温度以上では粘着性を示す。次いで、第1の温度で加熱して得られる接着層を、第2の温度で加熱することにより、残存しているグリシジル基と化合物(B2)及び未反応の化合物(B1)とを反応させて硬化させ、接着対象物の永久接着を行うことができる。
特に導電性または熱伝導性が要求される場合には銀粉を使用することが好ましい。銀粉としては、通常電子材料用として市販されている銀粉であればよく、還元粉、アトマイズ粉などが入手可能なものとして挙げられる。銀粉の平均粒径は、好ましくは1μm以上、15μm以下である。銀粉の平均粒径がこの範囲未満だと液状樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、また、この範囲を超えると上述のようにディスペンス時のノズル詰まりあるいは印刷後の平坦性悪化の原因となりうる。また、電子材料用以外の銀粉ではイオン性不純物の量が多い場合があるので注意が必要である。充填材の形状は、フレーク状、球状など特に限定されないが、好ましくはフレーク状である。銀粉の含有量は、通常、液状樹脂組成物中、70重量%以上、95重量%以下である。銀粉の含有量が、この範囲より少ない場合には導電性が低くなり易く、また、この範囲より多い場合には液状樹脂組成物の粘度が高くなりすぎる。
[塗布工程]
先ず、本発明の液状樹脂組成物を、ワイヤボンド用のボンディングパッドなどを有する半導体ウエハの裏面(回路面の裏)に塗布する。ここで、半導体ウエハとしては、表面に回路が形成されていないものが使用される場合もある。通常半導体ウエハは、厚みを制御する目的で、ダイシング前に裏面研削が行わる。そして、裏面を研削した後に液状樹脂組成物を塗布する。液状樹脂組成物の塗布方法としては、スクリーン印刷、ステンシル印刷、スピンコートなどが挙げられ、公知の方法が適用可能である。例えばバックグラインドテープ(裏面研削時に半導体ウエハの回路面を保護する目的で回路面に貼り付けるテープ)を貼り付けた状態の半導体ウエハを、半導体ウエハ裏面が上になるように印刷機にセットし、スクリーンマスクまたはステンシルマスクを使用し、金属またはポリマー製のブレードを用いて液状樹脂組成物を厚みが均一になるように塗布する方法や、スピンコーターにセットし、液状樹脂組成物を半導体ウエハの中央部に供給し、半導体ウエハを回転させることで液状樹脂組成物を半導体ウエハ裏面全体に均一に塗布する方法が挙げられる。また単一または複数のノズルを移動させることで、静止状態のウエハに塗布していく方法や、回転しているウエハにノズルを移動させながら塗布する方法が挙げられる。
次に、液状樹脂組成物を塗布した半導体ウエハを第1の温度で加熱し、液状樹脂組成物を、室温では粘着性を示さず且つ第1の温度以上では粘着性を示す接着層に変化させて、室温では粘着性を示さず且つ第1の温度以上では粘着性を示す接着層を形成させる接着層形成工程を行う。第1の温度での加熱方法としては、熱板上での加熱、オーブン中での加熱、リフロー炉での加熱などが挙げられ、加熱温度(第1の温度)は、60〜200℃が好ましく、より好ましくは80〜150℃、特に好ましくは100〜120℃である。加熱温度(第1の温度)を低温にした方が、加熱処理後の反りが小さくなる。また、加熱時間は、1時間以下が好ましい。加熱時間が、これより長い場合には、生産性が悪くなると共に加熱後に半導体ウエハに反りが起こるという面でも不利になる。特に好ましい加熱条件は、150℃以下且つ30分以下であり、更に好ましくは120℃以下且つ30分以下である。
加熱後の接着層の厚みは、200μm以下が好ましく、より好ましくは5μm以上50μm以下である。厚みの制御は、塗布条件の調整および液状樹脂組成物の粘度の調整により可能である。例えば低粘度の液状樹脂組成物を使用すればより薄い接着層を得ることが可能である。フィルム状のダイアタッチ材を用いる場合には、目的とする厚みのフィルム状のダイアタッチ材を準備しなくてはならないが、本発明の液状樹脂組成物では、塗布条件の調整および液状樹脂組成物の粘度の調整により厚みの制御が可能である。
次に得られた接着層付き半導体ウエハをダイシングシートに貼り付ける貼付工程、次いで、ダイシングにより接着層付き半導体ウエハを切断し、接着層付き半導体素子に個片化(ダイシング)する個片化工程を行う。ここでダイシングシートとしては市販のものが使用可能である。また、ダイシングシートは、ウエハリングに貼り付ける等によりウエハリングに固定される。また、通常ダイシングソーなどの専用装置を用いて個片化し、接着層付き半導体素子を得る。ここで前述のように接着層の平滑性が十分でない場合には接着層とダイシングシートの間にエアが残る場合があり、このためダイシング時にチップ欠け(半導体素子のエッジ部分が欠けてしまう現象)、チップクラック(半導体素子のエッジ部分にクラックがはいる現象)、チップ飛び(ダイシング時に半導体素子がダイシングシートから外れてしまう現象)などが起こり、接着層付き半導体素子の歩留まり悪化の原因となる場合がある。
このようにして得られた接着層付き半導体素子を、ダイシングシートに貼り付いた状態で、ダイボンダーにセットし、ダイシングシートから、接着層付き半導体素子を取るピックアップ工程、次いで、接着層付き半導体素子を加熱下で支持体に圧着して搭載する搭載工程を行う。ピックアップ時には接着層付半導体素子とダイシングシートとの界面で剥がれる必要があり、接着層が室温で粘着性を示す場合にはピックアップできない、ピックアップ時に半導体素子がずれて正しい位置に搭載できない、接着層の一部がダイシングシートに残るなどの問題が生じる可能性がある。なお、ピックアップの際には、ダイシングシートは、ウエハリングに固定されている。
樹脂封止を行ったのち、必要に応じてポストモールド硬化を行い、支持体としてリードフレームを使用する場合には必要に応じてリード加工、外装めっきなどを施し半導体装置を得る。また支持体として有機基板を用いる場合には必要に応じて半田ボールアタッチなどを行い半導体装置を得る。
エポキシ樹脂成分(A)として、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとの反応により得られるジグリシジルビスフェノールA(エポキシ当量180、常温で液体、以下ビスAエポキシ)、クレジルグリシジルエーテル(エポキシ当量185、以下CGE)、化合物(B1)として、フェノールノボラック(水酸基当量104、軟化点80〜90℃、以下フェノール系B11)、化合物(B2)として、3,3’,5,5’−テトラメチルビフェノール(本州化学工業(株)製、以下フェノール系B2)、反応触媒として2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成工業(株)製、以下2PHZ)、ジアザビシクロウンデセン、ジシアンジアミド、充填剤として粒径1〜30μmで平均粒径3μmのフレーク状銀粉(以下銀粉)を表1に示す割合で配合し、3本ロールで混練して液状樹脂組成物を得た。配合量は、重量部である。
この液状樹脂組成物を真空チャンバーにて2mmHgで30分間脱泡した後以下の方法により各種性能を評価した。
なお、エポキシ樹脂成分(A)の25℃の粘度は、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとの反応により得られるジグリシジルビスフェノールAとクレジルグリシジルエーテルだけを混合した混合物を、JIS K 7233の毛細管粘度計法にて、25℃で測定した粘度であり、14Pa・sであった。
・液状樹脂組成物の粘度:BF型粘度計(CP51コーン)を用い25℃、5.0rpmでの値を液状樹脂組成物作製後に測定した。
・エポキシ樹脂成分(A)の粘度:JIS K7233の毛細管粘度計法にて、25℃の値を測定した。
・接着層厚さ:上記液状樹脂組成物を塗布した半導体ウエハを第1の温度(110℃30分間)で加熱処理した後の接着層の厚さを求めた。塗布前の半導体ウエハと、半導体ウエハに液状樹脂組成物を塗布し加熱処理後の厚さを測定し、その差より算出した。
・揮発分、外観:上記の液状樹脂組成物を、半導体ウエハに塗布し、110℃30分間加熱処理後すぐに接着層の一部をスパチュラにてかき集め、揮発分の測定用サンプルとした。揮発分はTGA(示差熱天秤)にてサンプル重量10mg、室温から昇温速度10℃/分で測定した200℃における重量減少率の値である。加熱処理後すぐにサンプリングを行ったのは、室温まで冷却されると接着層が固形になりサンプリングが困難になる場合があるからである。またサンプリングを行った以外の部分を用いて外観を目視で観察した。外観は、ピンホール、ボイド、異物の数を数えた。ピンホール、ボイド、異物のないものは良好とした。
・接着強度:6×6mmに個片化された接着層付き半導体素子をダイボンダー上でピックアップし、ボンド加重1.0N、支持体加熱温度165℃、搭載時間8秒(支持体表面の温度が165℃まで昇温する時間7秒を含む)の条件でQFP用リードフレーム(パッケージサイズ14×20mm、ダイパッドサイズ7.5×7.5mm、パッド表面およびリードの先端を銀めっきした銅フレーム、厚み0.15mm)に搭載し、接着層付き半導体素子搭載後硬化前のサンプルの接着力を25℃で測定した。また、同様にして、接着層付き半導体素子をQFP用リードフレームに搭載したサンプルを、175℃60分間硬化し、硬化後のサンプルの接着力を175℃で測定した。接着力の測定はダイシェアテスター(Dage社製、シリーズ4000)にて行った。硬化後の175℃での接着力が30N以上の場合を合格とした。
表1に示す割合で配合し、実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製し、実施例1と同様の評価を行った。
実施例1と異なる材料は、以下のとおりである。
化合物(B1)として、フェノールアラルキル樹脂(水酸基当量180、住友ベークライト(株)製、PR−54869、以下フェノール系B12)
実施例3のエポキシ樹脂成分(A)の25℃の粘度は、ビスフェノールAとエピクロロヒドリンとの反応により得られるジグリシジルビスフェノールAとクレジルグリシジルエーテルだけを混合した混合物を、JIS K 7233の毛細管粘度計法にて測定した25℃の粘度であり、11Pa・sであった。
表1に示す割合で配合し、実施例1と同様に液状樹脂組成物を作製して、実施例1と同様に評価した。
Claims (6)
- 半導体ウエハまたは半導体素子に接着層が形成されており、
前記接着層が、エポキシ樹脂成分(A)及び硬化剤成分(B)を含む液状樹脂組成物であり、前記エポキシ樹脂成分(A)が、室温で液状であり、前記硬化剤成分(B)が、フェノール性水酸基を有し且つ軟化点又は融点が200℃以下である化合物(B1)と、フェノール性水酸基を有し且つ融点が200℃を超える化合物(B2)との組合せであり、以下の溶解試験において、該化合物(B1)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B1)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明となる化合物であり、該化合物(B2)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B2)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明とはならない化合物である液状樹脂組成物を半導体ウエハまたは半導体素子に塗布し、次いで、60〜150℃の加熱温度で加熱して得られた接着層であることを特徴とする接着層付き半導体ウエハまたは接着層付き半導体素子。 - 前記化合物(B1)及び(B2)のいずれも、1分子中にフェノール性水酸基を2個以上有する化合物であることを特徴とする請求項1記載の接着層付き半導体ウエハまたは接着層付き半導体素子。
- 請求項1又は2いずれか1項に記載の接着層付き半導体ウエハをダイシングにより切断し接着層付き半導体素子に個片化して得られたことを特徴とする接着層付き半導体素子。
- 前記請求項1〜3いずれか1項に記載した接着層付き半導体素子を回路基板に搭載し、作製されたことを特徴とする半導体装置。
- エポキシ樹脂成分(A)及び硬化剤成分(B)を含む液状樹脂組成物であり、前記エポキシ樹脂成分(A)が、室温で液状であり、前記硬化剤成分(B)が、フェノール性水酸基を有し且つ軟化点又は融点が200℃以下である化合物(B1)と、フェノール性水酸基を有し且つ融点が200℃を超える化合物(B2)との組合せであり、以下の溶解試験において、該化合物(B1)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B1)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明となる化合物であり、該化合物(B2)は、該エポキシ樹脂成分(A)90gと該化合物(B2)10gを300ccのセパラブルフラスコに入れ撹拌装置で撹拌しながらオイルバスを使用して内温が145〜155℃になるように加熱し、内温が145℃になった時点から30分間撹拌を続けた後、室温まで冷却し、その後25℃で72時間放置後に、目視にて観察したときに、透明とはならない化合物である液状樹脂組成物を半導体ウエハの一方の面に塗布し、液状樹脂組成物が塗布された半導体ウエハを得る塗布工程、前記液状樹脂組成物が塗布された半導体ウエハを60〜150℃の加熱温度で加熱し、接着層を形成する接着層形成工程、前記接着層付き半導体ウエハをダイシングシートに貼り付ける貼付工程、及びダイシングにより前記接着層付き半導体ウエハを切断し、接着層付き半導体素子に個片化する個片化工程を有することを特徴とする接着層付き半導体素子の製造方法。
- 請求項5に記載の接着層付き半導体素子の製造方法により作製した接着層付き半導体素子を加熱圧着し、回路基板に搭載する搭載工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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