WO2012053589A1 - 接着剤組成物、半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Definitions
- connection methods are stacked and multi-staged, such as a chip stack package, POP (Package On Package), TSV (Through-Silicon Via), etc.
- POP Package On Package
- TSV Through-Silicon Via
- Such stacking / multi-stage technology arranges semiconductor chips and the like three-dimensionally, so that the package can be made smaller than the two-dimensional arrangement technique.
- the TSV technology is effective for improving semiconductor performance, reducing noise, reducing the mounting area, and saving power, and is attracting attention as a next-generation semiconductor wiring technology.
- the gap between the semiconductor chip and the substrate is becoming narrower with the recent progress of miniaturization of semiconductor devices, and the Capillary-Flow method requires a long time for implantation and decreases productivity.
- the pre-applied method has become the mainstream as a method for manufacturing a package capable of high functionality, high integration, and high speed.
- Q 1 , Q 2 and Q 3 each independently represents an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and b represents an integer of 1 to 80.
- Q 4 , Q 5 , Q 6 and Q 7 each independently represent an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, and c, d and e each independently represents an integer of 1 to 50.
- the content of the aliphatic ether diamine represented by the general formula (III) or (IV) is preferably 1 to 50 mol% of the total diamine, and the aliphatic diamine represented by the general formula (V)
- the content of is preferably 20 to 80 mol% of the total diamine, and the content of the siloxane diamine represented by the general formula (VI) is preferably 20 to 80 mol% of the total diamine.
- the content is within the above range, the effect of imparting low temperature laminating properties and low water absorption tends to increase.
- Examples of the aliphatic diamine represented by the general formula (V) include 1,2-diaminoethane, 1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,5-diaminopentane, 1,6- Diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, 1,11-diaminoundecane, 1,12-diaminododecane and 1,2-diaminocyclohexane Is mentioned. Among these, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, 1,11-diaminoundecane and 1,12-diaminododecane are preferable.
- the substrate 20 is not particularly limited as long as it is a circuit board, and an unnecessary portion of a metal film is etched on the surface of an insulating substrate mainly composed of glass epoxy, polyimide, polyester, ceramic, epoxy, bismaleimide triazine, or the like.
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Abstract
Description
本実施形態の接着剤組成物(半導体封止用接着剤)は、半導体チップ及び配線回路基板(以下、場合により単に「基板」という。)のそれぞれの接続部が互いに電気的に接続された半導体装置、又は、複数の半導体チップのそれぞれの接続部が互いに電気的に接続された半導体装置において接続部を封止する接着剤組成物であって、エポキシ樹脂(以下、場合により「(a)成分」という。)と、硬化剤(以下、場合により「(b)成分」という。)と、ビニル系表面処理フィラー又は上記一般式(1)で表される基を有するフィラー(以下、場合により「(c)成分」という。)とを含有する。また、接着剤組成物は、必要に応じて、重量平均分子量10000以上の高分子成分(以下、場合により「(d)成分」という。)又はフラックス活性剤(以下、場合により「(e)成分」という。)を含有する。以下、本実施形態の接着剤組成物を構成する各成分について説明する。
エポキシ樹脂としては、分子内に2個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限なく用いることができる。(a)成分として、具体的には、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ナフタレン型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、フェノールアラルキル型、ビフェニル型、トリフェニルメタン型、ジシクロペンタジエン型及び各種多官能エポキシ樹脂を使用することができる。これらは単独で又は2種以上の混合物として使用することができる。
(b)成分としては、例えば、フェノール樹脂系硬化剤、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤及びホスフィン系硬化剤が挙げられる。(b)成分がフェノール性水酸基、酸無水物、アミン類又はイミダゾール類を含むと、接続部に酸化膜が生じることを抑制するフラックス活性を示し、接続信頼性・絶縁信頼性を向上させることができる。以下、各硬化剤について説明する。
フェノール樹脂系硬化剤としては、分子内に2個以上のフェノール性水酸基を有するものであれば特に制限はなく、例えば、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールナフトールホルムアルデヒド重縮合物、トリフェニルメタン型多官能フェノール及び各種多官能フェノール樹脂を使用することができる。これらは単独で又は2種以上の混合物として使用することができる。
酸無水物系硬化剤としては、例えば、メチルシクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物及びエチレングリコールビスアンヒドロトリメリテートを使用することができる。これらは単独で又は2種以上の混合物として使用することができる。
アミン系硬化剤としては、例えばジシアンジアミドを使用することができる。
イミダゾール系硬化剤としては、例えば、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノ-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加体、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール及びエポキシ樹脂とイミダゾール類の付加体が挙げられる。これらの中でも、優れた硬化性、保存安定性及び接続信頼性の観点から、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノ-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾールトリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加体、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加体、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール及び2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾールが好ましい。これらは単独で又は2種以上を併用して用いることができる。また、これらをマイクロカプセル化した潜在性硬化剤としてもよい。
ホスフィン系硬化剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラ(4-メチルフェニル)ボレート及びテトラフェニルホスホニウム(4-フルオロフェニル)ボレートが挙げられる。
(c)成分としては、上記一般式(1)で表される基を有する化合物で表面処理されたフィラーであれば特に制限はなく、例えば、絶縁性無機フィラー、ウィスカー及び樹脂フィラーを表面処理したものを用いることができる。すなわち、(c)成分としては、上記一般式(1)で表される基を有するフィラーを用いることができる。ここで、式(1)中、R1、R2及びR3はそれぞれ独立に水素原子、メチル基又はエチル基を示し、比較的嵩高くない基である方が反応性が高いことから、水素原子又はメチル基であることが好ましく、R1及びR2が水素原子であり、R3が水素原子又はメチル基であることがより好ましい。R4は炭素数1~30のアルキレン基を示し、揮発しにくいことから分子量が大きい方が好ましい。また、R1、R2、R3及びR4は、表面処理の容易さにより適宜選定することができる。
(d)成分としては、例えば、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカルボジイミド樹脂、シアネートエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ウレタン樹脂及びアクリルゴムが挙げられる。これらの中でも耐熱性及びフィルム形成性に優れる観点から、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリルゴム、シアネートエステル樹脂及びポリカルボジイミド樹脂が好ましく、フェノキシ樹脂、ポリイミド樹脂及びアクリルゴムがより好ましい。これらの(d)成分は単独で又は2種以上の混合物や共重合体として使用することもできる。但し、(d)成分には、(a)成分であるエポキシ樹脂が含まれない。
本発明の接着剤組成物には(e)成分、すなわち、フラックス活性(酸化物や不純物を除去する活性)を示す化合物であるフラックス活性剤を含有することができる。フラックス活性剤としては、イミダゾール類やアミン類のように非共有電子対を有する含窒素化合物、カルボン酸類、フェノール類及びアルコール類が挙げられる。
本実施形態の接着剤組成物には、粘度や硬化物の物性を制御するため、及び、半導体チップ及び基板を接続した際のボイドの発生や吸湿率の上昇を抑制するために、(c)成分の他に更にフィラーを配合してもよい。
本実施形態の半導体装置について、図1及び2を用いて以下説明する。図1は、本発明の半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。図1(a)に示すように、半導体装置100は、互いに対向する半導体チップ10及び基板(回路配線基板)20と、半導体チップ10及び基板20の互いに対向する面にそれぞれ配置された配線15と、半導体チップ10及び基板20の配線15を互いに接続する接続バンプ30と、半導体チップ10及び基板20間の空隙に隙間なく充填された接着剤組成物40とを有している。半導体チップ10及び基板20は、配線15及び接続バンプ30によりフリップチップ接続されている。配線15及び接続バンプ30は、接着剤組成物40により封止されており外部環境から遮断されている。
本実施形態の半導体装置の製造方法について、図4を用いて以下説明する。図4は、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態を模式的に示す工程断面図である。
温度計、攪拌機及び塩化カルシウム管を備えた300mLフラスコに、1,12-ジアミノドデカン2.10g(0.035モル)、ポリエーテルジアミン(BASF製、商品名「ED2000」、分子量:1923)17.31g(0.03モル)、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、商品名「LP-7100」)2.61g(0.035モル)及びN-メチル-2-ピロリドン(関東化学製、以下「NMP」という)150gを仕込み攪拌した。上記ジアミンの溶解後、フラスコを氷浴中で冷却しながら、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)(ALDRICH製、商品名「BPADA」)15.62g(0.10モル)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100g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、ポリイミド樹脂を得た。得られたポリイミド樹脂から溶媒(NMP)を除去し、トルエン及び酢酸エチルの混合溶媒(質量比1:1)に固形分50質量%となるように溶解したものを「ポリイミドA」とした。ポリイミドAのTgは30℃、重量平均分子量は50000、SP値(溶解度パラメーター)は10.2であった。
(a)エポキシ樹脂
・トリフェノールメタン骨格含有多官能固形エポキシ(ジャパンエポキシレジン株式会社製、商品名「EP1032H60」、以下「EP1032」という。)
(b)硬化剤
・2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成株式会社製、商品名「2PHZ-PW」、以下「2PHZ」という。)
(c)ビニル系表面処理フィラー又は上記一般式(1)で表される基を有するフィラー
・ビニル表面処理シリカフィラー(株式会社アドマテックス製、商品名「SE2050-SVJ」、平均粒径0.5μm、以下「SVシリカ」という。)
(c’)その他のフィラー
・未処理のシリカフィラー(株式会社アドマテックス製、商品名「SE2050」、平均粒径0.5μm、以下、「未処理シリカ」という。)
・アミノシラン処理シリカフィラー(株式会社アドマテックス製、商品名「SE2050-SXJ」、平均粒径0.5μm、以下「SXシリカ」という。)
・エポキシシラン処理シリカフィラー(株式会社アドマテックス製、商品名「SE2050-SEJ」、平均粒径0.5μm、以下「SEシリカ」という。)
・フェニルシラン処理シリカフィラー(株式会社アドマテックス製、商品名「SE2050-SPJ」、平均粒径0.5μm、以下「SPシリカ」という。)
・メタブレン型有機フィラー(三菱レイヨン製、商品名「W5500」、以下「W5500」という。)
(d)分子量10000以上の高分子成分
・上述の通り合成したポリイミドA
(e)フラックス活性剤
・ジフェノール酸(東京化成株式会社製)
(実施例1)
エポキシ樹脂(EP1032)100質量部、硬化剤(2PHZ)7.5質量部、フィラー(SVシリカ)175質量部、フラックス活性剤(ジフェノール酸)25質量部並びにトルエン及び酢酸エチルの混合溶媒(質量比1:1)を固形分が60質量%になるように仕込み、直径0.8mmのビーズ及び直径2.0mmのビーズを固形分と同量加え、ビーズミル(フリッチュ・ジャパン株式会社、遊星型微粉砕機「P-7」)で30分間撹拌した。次いで、ポリイミドAを100質量部(固形分換算)加え、再度ビーズミルで30分間撹拌した後、撹拌に用いたビーズをろ過によって除去し、樹脂ワニスを得た。
使用した原材料の組成を下記の表1の通りに変更したことを除いては、実施例1と同様にして、実施例2及び比較例1~5のフィルム状接着剤を作製した。
作製したフィルム状接着剤を所定のサイズ(縦8mm×横8mm×厚さ0.025mm)に切り抜いて、ガラスエポキシ基板(ガラスエポキシ基材:420μm厚、銅配線:9μm厚)上に貼付し、ハンダバンプ付き半導体チップ(チップサイズ:縦7mm×横7mm×高さ0.15mm、バンプ高さ:銅ピラー及びハンダの合計約40μm、バンプ数328)をフリップチップ実装装置「FCB3」(パナソニック製、商品名)で実装した(実装条件:フィルム状接着剤の到達温度180℃、10秒間、0.5MPa。次いで、フィルム状接着剤の到達温度245℃、10秒間、0.5MPa)。これにより、図4と同様に上記ガラスエポキシ基板と、ハンダバンプ付き半導体チップとがデイジーチェーン接続された半導体装置を得た。
フィルム状接着剤を所定のサイズ(縦37mm×横4mm×厚さ0.025mmに切り
抜き、クリーンオーブン(エスペック株式会社製)中、180℃で3時間保持して硬化した。硬化後、熱膨張率測定装置(セイコーインスツル株式会社製、熱分析システムTMASS6000)を用いて、温度範囲20~270℃、昇温速度5℃/分、荷重0.5MPaの条件下で熱膨張を測定した。熱膨張率は25~125℃までの平均熱膨張率(ppm/℃)とした。
上述の半導体装置をクリーンオーブン(エスペック株式会社製)中でアフターキュアした(180℃/3時間)。その後、冷熱サイクル試験機(ETAC製、THERMAL SHOCK CHAMBER NT1200)内に放置し、1mAの電流を流し、25℃2分間/-55℃15分間/25℃2分間/125℃で15分間/25℃2分間を1サイクルとして接続抵抗を測定した。初期の抵抗値波形と比べて300サイクル後も大きな変化がなかった場合を「A」、1Ω以上の差が100サイクル以上300サイクル未満で生じた場合を「B」、1Ω以上の差が100サイクル未満で生じた場合を「C」とした。
作製したフィルム状接着剤を所定のサイズ(縦10mm×横5mm×厚さ25μm)に切り抜き、ポリイミド基板上に配線銅配線を形成した、くし型電極基板(配線ピッチ:0.05mm)に貼付け、図5に示すように、くし型電極90が形成された基板20上にフィルム状接着剤40が積層されたサンプルを作製した。なお、図5では、便宜上フィルム状接着剤の図示を省略した。続いて、サンプルをクリーンオーブン(エスペック株式会社製)中、185℃で3時間保持して硬化した。硬化後、各サンプルを取り出し、加速寿命試験装置(HIRAYAMA社製、商品名「PL-422R8」、条件:130℃/相対湿度85%/200時間/5V印加)に設置し、絶縁抵抗を測定した。200時間を通して、絶縁抵抗が108Ω以上である場合を「A」、108Ω未満である場合を「B」として評価した。
Claims (10)
- 重量平均分子量が10000以上の高分子成分を更に含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- 前記高分子成分は、重量平均分子量が30000以上であり、ガラス転移温度が100℃以下である、請求項4に記載の接着剤組成物。
- フラックス活性剤を更に含有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- 形状がフィルム状である、請求項1~6のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
- 半導体チップ及び配線回路基板のそれぞれの接続部が互いに電気的に接続された半導体装置、又は、複数の半導体チップのそれぞれの接続部が互いに電気的に接続された半導体装置の製造方法であって、
前記接続部を、請求項1~7のいずれか一項に記載の接着剤組成物を用いて封止する工程を備える、半導体装置の製造方法。 - 前記接続部が主成分として金、銀、銅、ニッケル、スズ及び鉛からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を含有する、請求項8記載の製造方法。
- 請求項8又は9に記載の製造方法によって得られる、半導体装置。
Priority Applications (3)
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