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JP2010024431A - 接着剤組成物、フィルム状接着剤、接着シート及び半導体装置 - Google Patents

接着剤組成物、フィルム状接着剤、接着シート及び半導体装置 Download PDF

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JP2010024431A JP2008300890A JP2008300890A JP2010024431A JP 2010024431 A JP2010024431 A JP 2010024431A JP 2008300890 A JP2008300890 A JP 2008300890A JP 2008300890 A JP2008300890 A JP 2008300890A JP 2010024431 A JP2010024431 A JP 2010024431A
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Abstract

【課題】製膜性、熱流動性に優れ、ピール強度等の半導体装置の信頼性を兼ね備えた接着剤組性物、並びにこれを用いたフィルム状接着剤、接着シート及び半導体装置を提供すること。
【解決手段】ポリビニルアセタール樹脂及び熱硬化性樹脂を含有する接着剤組成物であって、接着剤組成物のＢステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ａ）、Ｃステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ｂ）としたとき、（Ａ）−（Ｂ）の値が１００μｍ以上であり、Ｂステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ以上であり、かつＣステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ未満である接着剤組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、接着剤組成物、フィルム状接着剤、接着シート及びこれを用いた半導体装置に関する。
従来、半導体素子をリードフレーム等の半導体素子搭載用支持部材に接着するためのダイボンディング層を形成するダイボンディング用接着剤としては、銀ペーストが主に使用されていた。しかし、銀ペーストの場合、近年の半導体素子の大型化や、半導体パッケージの小型化及び高性能化に伴って、ぬれ広がり性によるダイボンボンディング後のはみ出し、半導体素子の傾きに起因するワイヤボンディング時の不具合の発生、ダイボンディング層の膜厚精度の不足、及びダイボンディング層におけるボイド等の問題が生じやすくなるために、半導体パッケージの小型化及び高性能化のための支持部材の小型化及び細密化の要求を満足することが困難となっていた。そこで、近年、支持部材の小型化及び細密化に対して有利な、フィルム状接着剤がダイボンディング用の接着剤として広く用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。このフィルム状接着剤は、例えば、個片貼付け方式やウエハ裏面貼付方式の半導体パッケージ（半導体装置）の製造方法において使用される。
個片貼付け方式においては、リール状のフィルム状接着剤をカッティング又はパンチングによって個片に切り出して支持部材に接着した後、支持部材上のフィルム状接着剤を介して、ダイシングによって個片化された半導体素子を支持部材に接着（ダイボンディング）する。その後、ワイヤボンド工程、封止工程などを経て半導体装置が製造される（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この個片貼付け方式の場合、フィルム状接着剤を切り出して支持部材に接着するための専用の組立装置が必要となるために、銀ペーストを使用する場合に比べて製造コストが高くなるという問題があった。
一方、ウエハ裏面貼付け方式においては、半導体ウエハの裏面にフィルム状接着剤を貼り付け、貼り付けられたフィルム状接着剤の上にダイシングテープを貼り付けた後、半導体ウエハをダイシングによって個片化することによりフィルム状接着剤付きの半導体素子を得、これをピックアップして支持部材に接着（ダイボンディング）する。その後、ワイヤボンド工程、封止工程などを経て半導体装置が製造される。このウエハ裏面貼付け方式の場合、フィルム状接着剤を切り出して支持部材に接着するための専用の組立装置を必要とせず、従来の銀ペースト用の組立装置をそのまま用いるか、又はこれに熱盤を付加するなどの部分的な改造を施した装置を用いて行うことができる。そのため、フィルム状接着剤を用いた組立方法の中では、製造コストが比較的安く抑えられる方法として注目されている（例えば、特許文献４参照。）。
ところで、最近になって、多機能化のために支持部材に複数の半導体素子が積層された、いわゆる３Ｄパッケージの半導体装置が急増している。そして、このような３Ｄパッケージの半導体装置においても、半導体装置全体の厚さを薄くすることが求められるため、半導体ウエハの更なる極薄化が進行している。
これに伴い、ウエハ裏面へダイボンディングフィルムを貼付けた時のウエハ反りが顕在化してきている。そこで、これを防止するために、１５０℃よりも低温でウエハ裏面への貼り付けが可能なダイボンディングフィルムが求められている。さらに、ダイシング後のピックアップ性、すなわち一旦貼り合せたダイボンディングフィルムとダイシングシート間の易剥離性など、半導体装置組立時の良好なプロセス特性を兼ね備えることが求められている。
さらにまた、組立プロセスの簡略化を目的に、フィルム状接着剤の一方の面に、ダイシングシートを貼り合せた接着シート、すなわちダイシングシートとダイボンディングフィルムとを一体化させたフィルム（以下、「一体型フィルム」という。）とすることによって、ウエハ裏面への貼り合せプロセスの簡略化を図った手法が提案されている。
このような一体型フィルムの形態にするためには、ダイシングテープの軟化温度が１５０℃以下であり、ウエハ裏面への貼り合せ時の熱応力によるウエハ反りの抑制のため、１５０℃よりも低温で貼り付けが可能であり、かつ上述の良好なプロセス特性を有することが求められる。
また、ダイボンディングフィルムを用いた半導体装置として、信頼性、すなわち、耐熱性、耐湿性、耐リフロー性等も求められている。耐リフロー性を確保するためには、２６０℃前後のリフロー加熱温度において、ダイボンド層の剥離又は破壊を抑制できる高い接着強度を有することが求められる。このように、低温ラミネート性を含むプロセス特性と、耐リフロー性を含む半導体装置の信頼性を高度に両立できるダイボンディングフィルムに対する要求が強くなってきている。
一方、支持部材が表面に配線を有する有機基板である場合、前記の配線段差に対する十分な充填性（埋め込み性）を確保することが、半導体装置の耐湿信頼性及び配線間の絶縁信頼性を確保する上で重要である。前記の埋め込み性が確保されなかった場合、未充填による空隙が原因で、耐湿信頼性及び耐リフロー性の低下が懸念されるようになる。
よって、このような半導体装置の最下段である半導体素子及び配線段差付き有機基板との接着に用いられるダイボンディングフィルムにおいては、半導体装置の組立工程において、発泡することなく、またボイドが発生することなく、基板表面の配線段差への埋め込み性を確保できる熱時流動性を有することが望まれる。
これまで、低温加工性と耐熱性を両立すべく、比較的Ｔｇが低い熱可塑性樹脂と、熱硬化性樹脂とを組み合わせたダイボンディングフィルムが提案されている（例えば、特許文献５参照）。
特開平０３−１９２１７８号公報 特開平０４−２３４４７２号公報 特開平０９−０１７８１０号公報 特開平０４−１９６２４６号公報 特許第３０１４５７８号
しかしながら、上述した基板表面の配線段差への埋め込みを可能にする熱時流動性の確保と、耐リフロー性を含めた高温時の耐熱性を両立できる材料、及びその設計はまだ十分ではない。
さらに、ウエハの極薄化に伴い、ダイシング後良好なピックアップ性を確保できる特性の要求が強まっている中で、これらの特性を兼ね備える材料を開発するためには、更に詳細又は精密な材料設計が必要である。
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑み、製膜性、熱流動性に優れ、ピール強度等の半導体装置の信頼性を兼ね備えた接着剤組性物、並びにこれを用いたフィルム状接着剤、接着シート及び半導体装置を提供することを目的とする。
本発明は、ポリビニルアセタール樹脂及び熱硬化性樹脂を含有する接着剤組成物であって、前記接着剤組成物のＢステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ以上であり、かつＣステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ未満であり、Ｂステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ａ）、Ｃステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ｂ）としたとき、（Ａ）−（Ｂ）の値が１００μｍ以上である接着剤組成物を提供する。
かかる接着剤組成物によれば、製膜性、熱流動性に優れ、ピール強度等の半導体装置の信頼性を兼ね備える。
なお、本明細書中、「Ｂステージ」とは後述する接着剤組成物ワニスをＰＥＴ基材上に塗工後、オーブン中で、８０℃で３０分、続いて１２０℃で３０分の条件で加熱した後の状態をいい、「Ｃステージ」とはオーブン中でさらに１８０℃で５時間の条件で加熱硬化した後の状態をいう。
また、「フロー量」は、厚さが５０μｍのＰＥＴ基材上に４０μｍの厚さのフィルム状接着剤が形成された接着シートを１０ｍｍ×１０ｍｍサイズに切断し、この接着シートを２枚のスライドグラス（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ製、７６ｍｍ×２６ｍｍ×１．０〜１．２ｍｍ厚）の間に挟み、このサンプルを１８０℃の熱盤上で１００ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重をかけ、１２０秒間加熱圧着した後の上記ＰＥＴ基材からの四辺からのはみ出し量をそれぞれ光学顕微鏡で計測したときの平均値である。
上記ポリビニルアセタール樹脂のＴｇは１５０℃以下であることが好ましく、上記ポリビニルアセタール樹脂はポリビニルブチラール樹脂であることが好ましい。
上記熱硬化性樹脂の含有量は、ポリビニルアセタール樹脂１００重量部に対して、５〜２５０重量部であることが好ましい。
上記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であることが好ましい。また、上記接着剤組成物はさらにフィラーを含有することが好ましい。
上記接着剤組成物は、半導体素子と、他の半導体素子又は半導体素子搭載用支持部材との接着に用いられることが好ましく、半導体素子搭載用支持部材は、半導体素子を搭載する面に配線段差を有する有機基板であることが好ましい。
本発明はまた、上記本発明の接着剤組成物をフィルム状に形成してなるフィルム状接着剤を提供する。かかるフィルム状接着剤は、本発明の接着剤組成物を用いているので、熱流動性に優れ、ピール強度等の半導体装置の信頼性を兼ね備える。
本発明はさらに、支持基材と、該支持基材の主面上に形成された上記本発明のフィルム状接着剤とを備えてなる接着シートを提供する。かかる接着シートは、本発明の接着剤組成物を用いているので、熱流動性に優れ、ピール強度等の半導体装置の信頼性を兼ね備える。
上記支持基材はダイシングシートであることが好ましく、ダイシングシートは、基材フィルム及び基材フィルム及び該基材フィルム上に設けられた粘着材層を有することが好ましい。
本発明はまた、上記本発明の接着剤組成物により、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接着された構造及び／又は隣接する半導体素子同士が接着された構造を有する半導体装置を提供する。かかる半導体装置は、本発明の接着剤組成物を用いているので、信頼性が高い。
本発明によれば、製膜性、熱流動性に優れ、ピール強度等の半導体装置の信頼性を兼ね備えた接着剤組性物、及びこれを用いたフィルム状接着剤を提供することができる。このような接着剤組成物及びフィルム状接着剤は、極薄ウエハ及び複数の半導体素子を積層した半導体装置に対応できるウエハ裏面貼付け方式の半導体素子の固定用に好適に用いることができる。
ウエハ裏面にフィルム状接着剤を貼り付ける際に、通常、フィルム状接着剤が溶融する温度まで加熱するが、本発明のフィルム状接着剤を使用すれば、極薄ウエハの保護テープ又は貼り合わせるダイシングテープの軟化温度よりも低い温度でウエハ裏面に貼り付けることが可能となる。これにより、熱応力も低減され、大径化薄化するウエハの反り等の問題を解決できる。
また、ダイボンド時の熱と圧力によって、基板表面の配線段差への良好な埋め込みを可能にする熱時流動性を確保でき、複数の半導体素子を積層した半導体装置の製造工程に好適に対応できる。
また、高温時の高い接着強度を確保できるため、耐熱性を向上でき、さらに半導体装置の製造工程を簡略化できる。
さらに、低温での貼り付けが可能であるため、ウエハの反り等の熱応力を低減しつつ、ダイシング時のチップ飛びを抑えることができる。
また、ダイシング時の良好な切断性及びダイシング後の良好なピックアップ性を確保できるため、半導体装置の製造時の作業性を向上できる。また、製膜性に優れ、かつ低コストの接着剤組成物を提供できる。また、本発明によれば、上述の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し、パッケージの組立熱履歴に対しても安定した特性を確保できる材料を提供することが可能である。
また、本発明によれば、ダイシングシートとダイボンドフィルムの両機能を併せ持った粘接着剤層と基材とからなる接着シートを提供することができる。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
図１は、本発明の好適な実施形態に係るフィルム状接着剤を示す模式断面図である。フィルム状接着剤１は、後述する接着剤組成物をフィルム状に成形してなるものである。フィルム状接着剤１の厚みは、１〜１００μｍ程度であることが好ましい。フィルム状接着剤１を保存及び搬送する際には、幅１〜２０ｍｍ程度のテープ状や、幅１０〜５０ｃｍ程度のシート状とし、巻き芯に巻きつけた状態とすることが好ましい。これにより、フィルム状接着剤１の保管や搬送が容易となる。
図２は、本発明の好適な実施形態に係る接着シートを示す模式断面図である。接着シート２０は、支持基材である基材フィルム２と、その両主面上に設けられた接着層としてのフィルム状接着剤１とを備える。基材フィルム２としては、フィルム状接着剤１を形成する際の加熱に耐えるものであれば特に限定されず、例えば、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等を好適に用いることができる。基材フィルム２はこれらのフィルムの２種以上を組み合わせた多層フィルムであってもよい。また、基材フィルム２の表面はシリコーン系、シリカ系等の離型剤で処理されていてもよい。
なお、本実施形態においては、基材フィルム２の両主面上に接着層としてのフィルム状接着剤１を備える態様について説明したが、基材フィルム２の片面上のみに接着層としてのフィルム状接着剤１を備える態様であってもよい。
図３は、本発明の接着シートの別の一実施形態を示す模式断面図である。図３に示す接着シート３０は、基材フィルム２の一方の主面上にフィルム状接着剤１及び保護フィルム３がこの順に積層されてなるものである。保護フィルム３は、フィルム状接着剤１の損傷や汚染を防ぐために、フィルム状接着剤１を覆うように設けられている。この場合、フィルム状接着剤１は、保護フィルムを剥離してからダイボンディングに用いられる。
フィルム状接着剤１は、本発明の接着剤組成物をフィルム状に形成することにより得られる。以下、本発明の接着剤組成物について説明する。
本発明の接着剤組成物は、ポリビニルアセタール樹脂及び熱硬化性樹脂を少なくとも含有する。
本発明におけるポリビニルアセタール樹脂は特に制限はないが、ポリビニルブチラール樹脂が好ましい。なお、上記ポリビニルブチラール樹脂とは、分子内にビニルブチラール基を有する重合体であれば特に制限されないが、下記式（Ｉ）で表されるポリビニルブチラール（ｌ）、ポリ酢酸ビニル（ｍ）、ポリビニルアルコール及び（ｎ）が分子内にランダム重合した重量平均分子量が１００００〜５０００００の重合体であることが好ましい。
上記ポリビニルブチラール樹脂の具体例としては、電気化学工業（株）製、商品名：電化ブチラール３０００−１、３０００−Ｋ、４０００−２、５０００−Ａ、６０００−Ｃ、６０００−ＥＰ、積水化学工業（株）製、エスレックＢＨシリーズ、ＢＸシリーズ、ＫＳシリーズ、ＢＬシリーズ、ＢＭシリーズ、クラレ（株）製、商品名：モビタール（Ｍｏｗｉｔａｌ）シリーズの他、ソルーシア（Ｓｏｌｕｔｉａ）社製、ビュートバー（Ｂｕｔｖａｒ）シリーズなどが挙げられる。
本発明の接着剤組成物のウエハ裏面への貼り付け可能温度は、ウエハの保護テープ及びダイシングテープの軟化温度以下であることが好ましく、また半導体ウエハの反りを抑えるという観点からも、上記の貼り付け温度は、２０〜１５０℃が好ましく、２０〜１００℃、より好ましく、２０〜８０℃がさらに好ましい。
これらの範囲の温度での貼り付けを可能にするためには、接着剤組成物のＴｇが１０〜１５０℃であることが好ましく、そのためには、ポリビニルアセタール樹脂のＴｇを１５０℃以下に調整することが望ましく、１２０℃以下が好ましく、１００℃以下がより好ましい。
ポリビニルアセタール樹脂のＴｇが１５０℃を超えると、ウエハ裏面への貼り付け温度が１５０℃を超える可能性が高くなる傾向がある。該樹脂のＴｇの下限値は特に設けないが、１０℃未満であると、Ｂステージ状態でのフィルム表面の粘着力が強くなり、取り扱い性が損なわれる他、本接着剤組成物付き半導体ウエハをダイシングした後のダイシングテープからのピックアップ性が低下する傾向がある。
上記ポリビニルアセタール樹脂のＴｇを上記の範囲内とすることにより、ウエハ裏面への貼り付け温度を低く抑えることができるだけでなく、低温でのダイボンドも確保することができ、半導体素子の反りの増大を抑制できる。
なお、上記Ｔｇとは、フィルム化したときの主分散ピーク温度であり、レオメトリックス製粘弾性アナライザーＲＳＡ−２を用いて、フィルムサイズ３５ｍｍ×１０ｍｍ×４
０μｍ厚、昇温速度５℃／分、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、これを主分散ピーク温度とした。
また、本発明における熱硬化性樹脂は、熱により架橋反応を起こす反応性化合物からなる成分であれば特に制限はなく、例えば、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、マレイミド樹脂、アリルナジイミド樹脂、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の他、多官能のアクリレート及び／又はメタクリレート化合物などが挙げられる。中でも、高温での優れた接着力をも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２種類以上を組み合わせて用いることができる。
上記熱硬化性樹脂の含有量は、ポリビニルアセタール樹脂１００重量部に対して、５〜２００重量部が好ましく、１０〜２００重量部がより好ましく、２０〜１５０重量部がさらに好ましい。上記含有量が２５０重量部を超えると、加熱時のアウトガスが多くなる他、フィルム形成性（靭性）が損なわれる傾向があり、上記含有量が５重量部未満であると、Ｂステージでの熱時流動性付与及びＣステージでの耐熱性並びに高温接着性を有効に付与できなくなる可能性が高くなる。
上記熱硬化性樹脂の硬化のために、硬化剤、触媒、過酸化物を使用することができ、必要に応じて硬化剤と硬化促進剤又は触媒と助触媒を併用することができる。上記硬化剤及び硬化促進剤、過酸化物の添加量並びに添加の有無については、後述する望ましい熱時の流動性及び硬化後の耐熱性を確保できる範囲で判断、調整する。
好ましい熱硬化性樹脂の一つであるエポキシ樹脂としては、分子内に少なくとも２個のエポキシ基を含むものがより好ましく、硬化性や硬化物特性の点からフェノールのグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂が極めて好ましい。
このような樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ＡＤ型、Ｓ型又はＦ型のグリシジルエーテル、水添加ビスフェノールＡ型のグリシジルエーテル、エチレンオキシド付加体ビスフェノールＡ型のグリシジルエーテル、プロピレンオキシド付加体ビスフェノールＡ型のグリシジルエーテル、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ビスフェノールＡノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ナフタレン樹脂のグリシジルエーテル、３官能型（又は４官能型）のグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂のグリシジルエーテル、ダイマー酸のグリシジルエステル、３官能型（又は４官能型）のグリシジルアミン、ナフタレン樹脂のグリシジルアミン等が挙げられる。これらは単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。
また、これらのエポキシ樹脂には不純物イオンである、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、ハロゲンイオン、特に塩素イオンや加水分解性塩素等を３００ｐｐｍ以下に低減した高純度品を用いることがエレクトロマイグレーション防止や金属導体回路の腐食防止のために好ましい。
上記エポキシ樹脂を使用する場合は、必要に応じて硬化剤を使用することもできる。上記硬化剤としては、例えば、フェノール系化合物、脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族ポリアミン、ポリアミド、脂肪族酸無水物、脂環族酸無水物、芳香族酸無水物、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド、三フッ化ホウ素アミン錯体、イミダゾール類、第３級アミン等が挙げられ、中でもフェノール系化合物が好ましく、分子中に少なくとも２個のフェノール性水酸基を有するフェノール系化合物がより好ましい。
このような化合物としては、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジェンクレゾールノボラック樹脂、ジシクロペンタジェンフェノールノボラック樹脂、キシリレン変性フェノールノボラック樹脂、ナフトール系化合物、トリスフェノール系化合物、テトラキスフェノールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂、ポリ−ｐ−ビニルフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等が挙げられる。
これらの中で、数平均分子量が４００〜１５００の範囲内のものが好ましい。これにより、半導体装置組立加熱時に、半導体素子、装置等の汚染の原因となるアウトガスを有効に低減できる。なお、硬化物の耐熱性を確保するためにも、これらのフェノール系化合物の配合量は、エポキシ樹脂のエポキシ当量と、フェノール系化合物のＯＨ当量の当量比が、０．９５〜１．０５：０．９５〜１．０５となることが好ましい。
また、必要に応じて、硬化促進剤を使用することもできる。
上記硬化促進剤としては、熱硬化性樹脂を硬化させるものであれば特に制限はなく、例えば、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、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、２−エチル−４−メチルイミダゾール−テトラフェニルボレート、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７−テトラフェニルボレート等が挙げられる。
本発明の接着剤組成物は、さらにフィラーを含有することが好ましい。
上記フィラーとしては、例えば、銀粉、金粉、銅粉、ニッケル粉等の金属フィラー、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、結晶性シリカ、非晶性シリカ、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化鉄、セラミック等の無機フィラー、カーボン、ゴム系フィラー等の有機フィラーなどが挙げられ、種類・形状等にかかわらず特に制限なく使用することができる。
上記フィラーは所望する機能に応じて使い分けることができる。例えば、金属フィラーは、接着剤組成物に導電性、熱伝導性、チキソ性等を付与する目的で添加され、非金属無機フィラーは、接着剤層に熱伝導性、低熱膨張性、低吸湿性等を付与する目的で添加され、有機フィラーは接着剤層に靭性等を付与する目的で添加される。これら金属フィラー、無機フィラー又は有機フィラーは、単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。
中でも、半導体装置用接着材料に求められる、導電性、熱伝導性、低吸湿特性、絶縁性等を付与できる点で、金属フィラー、無機フィラー又は絶縁性のフィラーが好ましく、無機フィラー又は絶縁性フィラーの中では、樹脂ワニスに対する分散性が良好でかつ、熱時の高い接着力を付与できる点で窒化ホウ素フィラー又はシリカフィラーがより好ましい。
上記フィラーの使用量は、付与する特性又は機能に応じて決められるが、樹脂成分とフィラーの合計に対して１０〜４０体積％、好ましくは１０〜３０体積％、より好ましくは１０〜２０体積％である。フィラーを適度に増量させることにより、フィルム表面低粘着化及び高弾性率化が図れ、ダイシング性（ダイサー刃による切断性）、ピックアップ性（ダイシングテープとの易はく離性）、ワイヤボンディング性（超音波効率）、熱時の接着強度を有効に向上できる。
フィラーを必要以上に増量させると、本発明の特徴である低温貼付性、被着体との界面接着性及び熱時流動性が損なわれ、耐リフロー性を含む信頼性の低下を招くため、フィラーの使用量は上記の範囲内に収めることが好ましい。求められる特性のバランスをとるべく、最適フィラー含量を決定する。フィラーを用いた場合の混合・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。
本発明の接着剤組成物には、異種材料間の界面結合を良くするために、各種カップリング剤を添加することもできる。カップリング剤としては、例えば、シラン系、チタン系、アルミニウム系等が挙げられ、中でも効果が高い点で、シラン系カップリング剤が好ましい。上記カップリング剤の使用量は、その効果や耐熱性及びコストの面から、ポリビニルアセタール樹脂１００重量部に対して、０．０１〜２０重量部とするのが好ましい。
また、本発明のフィルム状接着剤には、イオン性不純物を吸着して、吸湿時の絶縁信頼性を良くするために、さらにイオン捕捉剤を添加することもできる。このようなイオン捕捉剤としては、特に制限はなく、例えば、トリアジンチオール化合物、ビスフェノール系還元剤等の銅がイオン化して溶け出すのを防止するため銅害防止剤として知られる化合物、ジルコニウム系、アンチモンビスマス系マグネシウムアルミニウム化合物等の無機イオン吸着剤などが挙げられる。上記イオン捕捉剤の使用量は、添加による効果や耐熱性、コスト等の点から、ポリビニルアセタール樹脂１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部が好ましい。
本発明において、接着剤層には、適宜、軟化剤、老化防止剤、着色剤、難燃剤、テルペン系樹脂等の粘着付与剤、熱可塑系高分子成分を添加しても良い。接着性向上、硬化時の応力緩和性を付与するため用いられる熱可塑系高分子成分としては、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、キシレン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、アクリルゴム等が挙げられる。これら高分子成分は、分子量が５，０００〜５００，０００のものが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、Ｂステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ａ）、Ｃステージでのフロー量を（Ｂ）としたとき、（Ａ）−（Ｂ）が１００μｍ以上であり、２００μｍ以上であると好ましく、５００μｍ以上であるとさらに好ましい。（Ａ）−（Ｂ）が１００μｍ未満であると、Ｂステージでの熱流動による熱圧着性とＣステージでの熱流動抑制による高温接着性を両立できなくなる傾向にあり、半導体素子固定用フィルム状接着剤としての機能を備えることが困難になる。
本発明の接着剤組成物は、Ｂステージの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ以上であり、８００μｍ以上であると好ましく、１０００μｍ以上であるとより好ましい。また本発明の接着剤組成物は、Ｃステージの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ未満であり、３００μｍ未満であると好ましく、１００μｍ未満であるとより好ましい。
これにより、表面に配線などが形成されている有機基板のような表面凹凸を有する支持部材に、半導体素子を８０〜２００℃の温度で１ＭＰａ以下の圧力で圧着したときに、上記支持部材表面凹凸への良好な段差埋込を確保できる。
上記Ｂステージの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ未満であると、上述した熱流動による熱圧着性を確保できる温度が２００℃を超える可能性が高くなり、熱応力による反りの発生など熱ひずみに影響を与える可能性が高くなる他、基板上の凹凸に対する埋め込み性が低下する。
上記Ｂステージの１８０℃におけるフロー量の上限は特に限定されないが、３０００μｍを超えると、８０〜１５０℃での加熱圧着時の熱流動が大きくなりすぎて、支持部材界面に残存する空気の巻き込み又は発泡などにより、フィルム状接着剤内部にボイドが残存し易くなる傾向がある。
また、上記Ｃステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍを超えると、上述した高温接着性の確保が困難になり、はんだリフロー時の熱流動による発泡など、耐リフロー性の確保が困難になる。
（フィルム状接着剤の製造方法）
フィルム状接着剤は、上述の成分を有機溶媒中で混練してワニス（接着剤層塗工用のワニス）を調製した後、基材フィルム上に上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。
上記接着剤層の製造の際に用いる有機溶媒、即ちワニス溶剤は、材料を均一に溶解、混練又は分散できるものであれば制限はなく、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ―メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブ、ジオキサン、シクロヘキサノン、酢酸エチル等が挙げられる。
本発明のフィルム状接着剤の製造時に使用する基材フィルムは、上記の加熱、乾燥条件に耐えるものであれば特に制限するものではなく、例えば、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等が挙げられる。これらの基材としてのフィルムは２種以上組み合わせて多層フィルムとしてもよく、表面がシリコーン系、シリカ系等の離型剤などで処理されたものであってもよい。
図４は、本発明による接着シートの更に別の一実施形態を示す模式断面図である。この接着シート４０は、支持基材としての基材フィルム７の一方の主面上に粘着剤層６が設けられたダイシングシート５の粘着剤層６上にフィルム状接着剤１が積層された構成を有している。基材フィルム７は、上述の基材フィルム２と同様のものであればよい。また、接着シート４０におけるフィルム状接着剤１は、これを貼り付ける半導体ウエハに近い形状に予め形成されていることが好ましい。なお、本発明に係る接着シートは、図５に示すように、上記接着シート４０におけるダイシングシート５に代えて基材フィルム７のみからなるダイシングシート５を設けた接着シート５０であってもよい。この態様の場合には、フィルム状接着剤が予めウエハに近い形状に形成されている（プリカット）ことが好ましい。
上記接着シート４０は、ダイシングフィルムとしての機能を果たす粘着剤層６と、粘着剤層６上に積層されたダイボンディング用接着剤としてのフィルム状接着剤１とを備えていることにより、ダイシング工程においてはダイシングフィルムとして、ダイボンディング工程においてはダイボンディングフィルムとして機能することができる。例えば、半導体ウエハの裏面にフィルム状接着剤の側が半導体ウエハと密着するように接着シート４０が貼り付けられた状態でダイシングした後、フィルム状接着剤付きの半導体素子をダイシングシート５からピックアップして、これをそのままダイボンディング工程に用いることができる。
粘着剤層６は、感圧型又は放射線硬化型の粘着剤で形成されている。粘着剤層６は、放射線硬化型の粘着剤で形成されていることが好ましい。放射線硬化型の粘着剤は、ダイシングの際には高粘着力で、ダイシング後のピックアップの際にはピックアップ前の放射線照射によって低粘着力となるといったように、粘着力の制御が容易である。
粘着剤層６が放射線硬化型の粘着剤で形成されている場合、ダイシング時に半導体素子が飛散しない程度の十分な粘着力を有し、放射線照射後は半導体素子をピックアップする際に半導体素子を傷つけない程度の低い粘着力を有することが好ましい。より具体的には、半導体ウエハの裏面にフィルム状接着剤１が密着するように接着シート４０を貼り付けた場合に、半導体ウエハに対するフィルム状接着剤の２５℃での９０°ピール剥離力をＡとし、露光量５００ｍＪ／ｃｍ２の条件でＵＶ照射した後の粘着剤層のフィルム状接着剤に対する２５℃での９０°ピール剥離力をＢとしたときに、（Ａ−Ｂ）の値が１Ｎ／ｍ以上であることが好ましい。この（Ａ−Ｂ）の値は５Ｎ／ｍ以上がより好ましく、１０Ｎ／ｍ以上がさらに好ましい。（Ａ−Ｂ）の値が１Ｎ／ｍ未満であると、ピックアップ時に半導体素子を傷つけたり、ピックアップ時に半導体ウエハとフィルム状接着剤との界面において先に剥離を生じてしまい、正常にピックアップできなくなったりする傾向にある。
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又は引張テンションを加えたときの伸び（通称、エキスパンド）を確保できる基材フィルム７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。
このように基材フィルムの上にダイシングシートとしての機能を果たす粘着剤層を設け、さらに粘着剤層の上にダイボンディングフィルムとしての機能を果たす本発明のフィルム状接着剤とを積層させる又は上述のエキスパンド可能な基材フィルムとを貼り合せることにより、ダイシング時にはダイシングシートとして、ダイボンディング時にはダイボンディングフィルムとしての機能を発揮する。
そのため、上述の一体型の接着シートは、半導体ウエハの裏面に一体型接着シートのフィルム状接着剤を加熱しながらウエハ裏面にラミネートし、ダイシングした後、フィルム状接着剤付き半導体素子としてピックアップして使用することができる。
上記の粘着剤層は、感圧型又は放射線硬化型のどちらでも良く、ダイシング時には半導体素子が飛散しない十分な粘着力を有し、その後の半導体素子のピックアップ工程においては半導体素子を傷つけない程度の低い粘着力を有するものであれば特に制限することなく従来公知のものを使用することができる。
また、上記の基材フィルム７は、引張テンションを加えたときの伸び（通称、エキスパンド）を確保できるフィルムであれば特に制限はないが、材質がポリオレフィンのフィルムが好ましく用いられる。
本発明の接着剤組成物及びフィルム状接着剤は、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子と、４２アロイリードフレーム、銅リードフレーム等のリードフレーム；ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等のプラスチックフィルム；ガラス不織布等基材にポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等のプラスチックを含浸、硬化させたもの；アルミナ等のセラミックス等の半導体搭載用支持部材等の被着体とを貼り合せるためのダイボンディング用接着材料として用いることができる。
中でも、表面に有機レジスト層を具備してなる有機基板、表面に配線有する有機基板等の表面に凹凸を有する有機基板と半導体素子とを接着するためのダイボンディング用接着材料として好適に用いられる。
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。
上記フィルム状接着剤の用途のうち、このフィルム状接着剤を備える半導体装置について図面を用いて具体的に説明する。ただし、上述のフィルム状接着剤の用途は、以下に説明する実施形態に係る半導体装置に限定されるものではない。
図６は、本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。図６に示す半導体装置６０は、半導体素子９が、上述のフィルム状接着剤１を介して支持部材１０に接着され、半導体素子９の接続端子（図示せず）がワイヤ１１を介して外部接続端子（図示せず）と電気的に接続され、更に、封止材層１２によって封止された構成を有している。
図７は、本発明に係る半導体装置の別の実施形態を示す模式断面図である。図７に示す半導体装置７０は、一段目の半導体素子９ａが上記フィルム状接着剤によって形成されたダイボンディング層１を介して支持部材１０に接着され、半導体素子９ａの上に半導体素子９ｂが上記フィルム状接着剤によって形成されたダイボンディング層１を介して接着され、全体が封止材層１２によって封止された構成を有している。半導体素子９ａ及び半導体素子９ｂの接続端子（図示せず）は、それぞれワイヤ１１を介して外部接続端子と電気的に接続されている。
図６及び図７に示す半導体装置（半導体パッケージ）は、本実施形態に係るフィルム状接着剤を用いたダイボンディング工程と、これに続いてワイヤボンディング工程、封止材による封止工程等の工程を備える製造方法により製造することができる。ダイボンディング工程においては、フィルム状接着剤が積層された半導体素子を、支持部材との間にフィルム状接着剤が挟まれるように支持部材の上に載せた状態で、全体を加熱及び加圧することにより、半導体素子が支持部材に接着される。ダイボンディング工程における加熱の条件は、通常、２０〜２５０℃で０．１〜３００秒間である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに制限するものではない。
（実施例１〜５、比較例１〜５）
下記の材料をそれぞれ用い、表１及び表２の配合表に示す組成（重量部）で混合し、フィルム塗工用ワニスを調製した。
次に、得られたワニスを４０μｍの厚さに、それぞれ基材（剥離剤処理ＰＥＴ）上に塗布し、オーブン中で、８０℃で３０分、続いて１２０℃で３０分加熱し、基材付きのフィルム状接着剤を得た。
これらの実施例１〜５及び比較例１〜５のフィルム状接着剤の特性評価結果を表１及び表２にまとめて示す。
なお、表１及び２において、種々の記号は下記のものを意味する。
Ｂ−７２（Ｂｕｔｖａｒ−７２）：ソルーシア、ポリビニルブチラール樹脂（Ｔｇ：７５℃、重量平均分子量：２１００００）
Ｂ−７４（Ｂｕｔｖａｒ−７４）：ソルーシア、ポリビニルブチラール樹脂（Ｔｇ：７５℃、重量平均分子量：１３５０００）
ＺＸ−１３９５：東都化成、ビスフェノールＦ型フェノキシ樹脂（Ｔｇ：６８℃、重量平均分子量：８８０００）
ＥＳＣＮ−１９５：住友化学、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００）、
ＨＰ−８５０Ｎ：日立化成、フェノールノボラック樹脂（ＯＨ当量：１０６）
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、窒化ホウ素フィラー
ＰＩ−１：下記の方法により製造されたポリイミド樹脂
温度計、攪拌機、冷却管及び窒素流入管を装着した３００ｍＬフラスコ中に、モノマーとして、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン６．８３ｇ（０．０５モル）、４，９−ジオキサドデカン−１，１２−ジアミン３．４０ｇ（０．０５モル）及び有機溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン１１０．５ｇを仕込み撹拌して、有機溶媒中に上記各ジアミンが溶解した反応液を得た。
次いで、そこにデカメチレンビストリメリテート二無水物１７．４０ｇ（０．１モル）を少量ずつ添加すると共に、窒素ガスを吹き込みながら１８０℃で５時間加熱して反応を進行させて、発生する水を系外に除去して、ポリイミド樹脂（ＰＩ−１）の溶液を得た。
得られたポリイミド樹脂の分子量をＧＰＣにより測定したところ、ポリスチレン換算で、数平均分子量（Ｍｎ）が２８９００、重量平均分子量（Ｍｗ）が８８６００であった。 また、得られたポリイミド樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は７３℃であった。
＜製膜性＞
上述のフィルム塗工用ワニスを４０μｍの厚さに、それぞれ基材（剥離剤処理ＰＥＴ）上に塗布し、オーブン中で、８０℃で３０分、続いて、１２０℃で３０分加熱した後のフィルム状態を観察し、塗工ワニスのはじき及びムラなく均一なフィルムが得られた場合を○、塗工ワニスのはじき及びムラによって、得られたフィルム面積が５０％以下に縮小してしまった場合を×とした。
＜フロー量＞
フロー量とは、厚さが５０μｍのＰＥＴ基材上に４０μｍの厚さのフィルム状接着剤が形成された接着シートを、１０ｍｍ×１０ｍｍサイズに切断し、この接着シートを２枚のスライドグラス（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩ製、７６ｍｍ×２６ｍｍ×１．０〜１．２ｍｍ厚）の間に挟み、このサンプルを１８０℃の熱盤上で１００ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重をかけ、１２０秒間加熱圧着した後の上記ＰＥＴ基材からの四辺からのはみ出し量をそれぞれ光学顕微鏡で計測したときの平均値である。Ｂステージ状態の接着シート及びＣステージ状態の接着シートについて、このフロー量を測定した。
なお、Ｂステージとは後述する接着剤組成物ワニスをＰＥＴ基材上に塗工後、オーブン中で、８０℃で３０分、続いて１２０℃で３０分の条件で加熱した後の状態であり、Ｃステージとはオーブン中でさらに１８０℃で５時間の条件で加熱硬化した後の状態のことである。
また、フィルムの厚さは±５μｍの誤差で調整した（以下、同様）。
＜ピール強度＞
図８に示すような、プッシュプルゲージ１４に取り付けられたロッドの先端に、取っ手が支点の周りで角度可変に設けられた接着力評価装置を用い、以下のようにして、リードフレーム１３を介して熱盤１５上に設置した半導体素子（シリコンチップ）９とフィルム状接着剤１との間のピール強度を測定した。
まず、４２アロイリードフレーム上にシリコンチップ（５ｍｍ×５ｍｍ×０．４ｍｍ厚）をフィルム状接着剤（５ｍｍ×５ｍｍ×４０μｍ厚）を用いて、温度：１５０℃、圧力：１ｋｇｆ／ｃｈｉｐ、時間：５秒、又は、温度：２００℃、圧力：５ｋｇｆ／ｃｈｉｐ、時間：１０秒の条件で加熱圧着した後、オーブン中で、１８０℃で５時間の条件で加熱硬化した。
２６０℃の熱盤１５上で２０秒加熱した後、上述の接着力評価装置を用いて、測定速度：０．５ｍｍ／秒の条件でシリコンチップの引き剥がし強度を測定し、このときの値をピール強度とした。
表１及び表２に示されるように、実施例の接着剤組成物を用いたものは、比較例のものと比較して、製膜性、熱流動性に優れ、２６０℃ピール強度が十分に高いことが明らかである。
本発明の好適な実施形態に係るフィルム状接着剤を示す模式断面図である。 本発明の好適な実施形態に係る接着シートを示す模式断面図である。 本発明の接着シートの別の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明による接着シートの更に別の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明による接着シートのなおも更に別の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式断面図である。 本発明に係る半導体装置の別の実施形態を示す模式断面図である。 実施例における接着力評価装置を示す模式部分断面図である。
符号の説明
１…フィルム状接着剤、２…基材フィルム、３…保護フィルム、５…ダイシングシート、６…粘着剤層、７…基材フィルム、９，９ａ，９ｂ…半導体素子、１０…支持部材、１１…ワイヤ、１２…封止材層、１３…リードフレーム、１４…プッシュプルゲージ、１５…熱盤、２０，３０，４０，５０…接着シート、６０，７０…半導体装置。

Claims (13)

  1. ポリビニルアセタール樹脂及び熱硬化性樹脂を含有する接着剤組成物であって、
    前記接着剤組成物のＢステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ以上であり、かつＣステージでの１８０℃におけるフロー量が５００μｍ未満であり、
    前記Ｂステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ａ）、前記Ｃステージでの１８０℃におけるフロー量を（Ｂ）としたとき、（Ａ）−（Ｂ）の値が１００μｍ以上である接着剤組成物。
  2. 前記ポリビニルアセタール樹脂のＴｇが１５０℃以下である、請求項１に記載の接着剤組成物。
  3. 前記ポリビニルアセタール樹脂がポリビニルブチラール樹脂である、請求項１又は２に記載の接着剤組成物。
  4. 前記熱硬化性樹脂の含有量が、前記ポリビニルアセタール樹脂１００重量部に対して、５〜２５０重量部である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  5. 前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  6. さらにフィラーを含有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  7. 半導体素子と、他の半導体素子又は半導体素子搭載用支持部材との接着に用いられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の接着剤組成物。
  8. 前記半導体素子搭載用支持部材が、前記半導体素子を搭載する面に配線段差を有する有機基板である請求項７に記載の接着剤組成物。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の接着剤組成物をフィルム状に形成してなるフィルム状接着剤。
  10. 支持基材と、該支持基材の主面上に形成された請求項９に記載のフィルム状接着剤とを備えてなる接着シート。
  11. 前記支持基材がダイシングシートである請求項１０に記載の接着シート。
  12. 前記ダイシングシートが、基材フィルム及び該基材フィルム上に設けられた粘着剤層を有する請求項１１に記載の接着シート。
  13. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の接着剤組成物により、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とが接着された構造及び／又は隣接する半導体素子同士が接着された構造を有する半導体装置。
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