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技術 フィルム状半導体封止材

出願人 ナミックス株式会社
発明者 岩谷留香登坂賢市発地豊和
出願日 2018年3月1日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-036917
公開日 2019年9月12日 (9ヶ月経過) 公開番号 2019-151713
状態 未査定
技術分野 半導体又は固体装置の封緘,被覆構造と材料 高分子組成物 エポキシ樹脂
主要キーワード 濡れ性能 シリカ含有組成物 固形フェノール樹脂 平均最大径 ジグルシジルエーテル 液状エラストマー アウトガス発生 支持体付
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課題

信頼性が高く、リフロー実装に適用できるフィルム半導体封止材の提供。

解決手段

少なくとも(A)固形エポキシ樹脂、(B)液状エポキシ樹脂、(C)固形フェノール樹脂、(D)硬化促進剤、(E)液状エラストマー、(F)数平均分子量(Mn)が5000以下のフィルム形成剤を含有し、前記(A)固形エポキシ樹脂と前記(B)液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分エポキシ当量と、前記(C)固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が0.8〜1.6であり、前記(C)の含有量が、前記(A)、前記(B)前記(C)および前記(E)の合計質量に対する質量%で25質量%以上含有し、前記(D)硬化促進剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.01〜0.1質量%であり、前記(F)フィルム形成剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.1〜0.73質量%である、リフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材。

概要

背景

従来より、半導体実装においては、IC(IntegratedCircuit)チップ電極バンプ)が形成されている面と、基板の電極(電極パット)が形成された面とを対峙させ、ICチップのバンプと基板の電極パッドとを電気的に接続するフリップチップ法が行われている。
このフリップチップ法では、電極同士の接続部分を外部から保護し、ICチップと基板との線膨張係数の違いに起因する応力緩和するために、通常、電極接続後に、アンダーフィル剤と呼ばれる液状の熱硬化性接着剤半導体チップと基板との間に流し込硬化させるようにする。

近年、ICチップの微細化が急速に進んでいる。これに伴い、隣接する電極間ピッチや、半導体チップと基板との間のギャップが益々狭くなる傾向にある。このため、毛細管現象を利用してアンダーフィル剤をICチップと基板との間に流し込むと、ボイドが発生したり、アンダーフィル剤の流し込みに長時間を要する等の問題が発生してしまう。
このため、NCP(Non Conductive Paste)と呼ばれる液状の接着剤、もしくは、NCF(Non Conductive Film)と呼ばれるフィルム状の接着剤を予め基板に塗布、もしくは、貼付し、その後、フィリップチップボンダー等による、加熱圧接(Thermal Compression Bonding:TCB)で樹脂を硬化させ、ICチップのバンプと基板の電極パッドとを接続する、いわゆる先入れ法が試みられている(特許文献1参照)。

しかしながら、フリップチップボンダー等による加熱圧接は、アンダーフィル剤の使用時に従来から実施されているリフロー炉を用いた接合、すなわち、リフロー実装に比べ生産性が劣るという欠点があった。
NCFは、リフロー実装への適用も検討されているが、TCB接合に比べボイドなどの影響を受け易く、従来から実施されているアンダーフィル剤を用いた接合にくらべ歩留まりが低いという問題があった。

適用されるはんだ材質鉛フリーはんだを使用する場合が多く、従来の鉛はんだに比べて融点が高くなる傾向があり、リフロー炉の温度もそれに合わせて高くなるため、さらにボイドなどの欠陥なく、リフロー実装することはより困難になっている。

概要

信頼性が高く、リフロー実装に適用できるフィルム状半導体封止材の提供。少なくとも(A)固形エポキシ樹脂、(B)液状エポキシ樹脂、(C)固形フェノール樹脂、(D)硬化促進剤、(E)液状エラストマー、(F)数平均分子量(Mn)が5000以下のフィルム形成剤を含有し、前記(A)固形エポキシ樹脂と前記(B)液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分エポキシ当量と、前記(C)固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が0.8〜1.6であり、前記(C)の含有量が、前記(A)、前記(B)前記(C)および前記(E)の合計質量に対する質量%で25質量%以上含有し、前記(D)硬化促進剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.01〜0.1質量%であり、前記(F)フィルム形成剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.1〜0.73質量%である、リフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材。なし

目的

本発明は、上記した従来技術における問題点を解決するため、これら不具合の発生が防止でき、信頼性が高く、リフロー実装に適用できるフィルム状半導体封止材の提供を課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

少なくとも(A)固形エポキシ樹脂、(B)液状エポキシ樹脂、(C)固形フェノール樹脂、(D)硬化促進剤、(E)液状エラストマー、(F)数平均分子量(Mn)が5000以下のフィルム形成剤を含有し、前記(A)固形エポキシ樹脂と前記(B)液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分エポキシ当量と、前記(C)固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が0.8〜1.6であり、前記(C)の含有量が、前記(A)、前記(B)前記(C)および前記(E)の合計質量に対する質量%で25質量%以上含有し前記(D)硬化促進剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.01〜0.1質量%であり、前記(F)フィルム形成剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.1〜0.73質量%である、リフロー実装加圧加熱硬化用フィルム半導体封止材

請求項2

さらに(G)シリカフィラーを含有する、請求項1に記載のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材。

請求項3

さらに(H)シランカップリング剤を含有する、請求項1または2に記載のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材。

請求項4

前記(D)硬化促進剤が、窒素原子を含む化合物である、請求項1〜3のいずれかに記載のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材。

請求項5

前記(D)硬化促進剤が、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7である、請求項4に記載のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材。

技術分野

0001

本発明は、半導体実装時にNCF(Non Conductive Film)として使用されるフィルム半導体封止材に関する。

背景技術

0002

従来より、半導体実装においては、IC(IntegratedCircuit)チップ電極バンプ)が形成されている面と、基板の電極(電極パット)が形成された面とを対峙させ、ICチップのバンプと基板の電極パッドとを電気的に接続するフリップチップ法が行われている。
このフリップチップ法では、電極同士の接続部分を外部から保護し、ICチップと基板との線膨張係数の違いに起因する応力緩和するために、通常、電極接続後に、アンダーフィル剤と呼ばれる液状の熱硬化性接着剤半導体チップと基板との間に流し込硬化させるようにする。

0003

近年、ICチップの微細化が急速に進んでいる。これに伴い、隣接する電極間ピッチや、半導体チップと基板との間のギャップが益々狭くなる傾向にある。このため、毛細管現象を利用してアンダーフィル剤をICチップと基板との間に流し込むと、ボイドが発生したり、アンダーフィル剤の流し込みに長時間を要する等の問題が発生してしまう。
このため、NCP(Non Conductive Paste)と呼ばれる液状の接着剤、もしくは、NCF(Non Conductive Film)と呼ばれるフィルム状の接着剤を予め基板に塗布、もしくは、貼付し、その後、フィリップチップボンダー等による、加熱圧接(Thermal Compression Bonding:TCB)で樹脂を硬化させ、ICチップのバンプと基板の電極パッドとを接続する、いわゆる先入れ法が試みられている(特許文献1参照)。

0004

しかしながら、フリップチップボンダー等による加熱圧接は、アンダーフィル剤の使用時に従来から実施されているリフロー炉を用いた接合、すなわち、リフロー実装に比べ生産性が劣るという欠点があった。
NCFは、リフロー実装への適用も検討されているが、TCB接合に比べボイドなどの影響を受け易く、従来から実施されているアンダーフィル剤を用いた接合にくらべ歩留まりが低いという問題があった。

0005

適用されるはんだ材質鉛フリーはんだを使用する場合が多く、従来の鉛はんだに比べて融点が高くなる傾向があり、リフロー炉の温度もそれに合わせて高くなるため、さらにボイドなどの欠陥なく、リフロー実装することはより困難になっている。

先行技術

0006

特開2013−219286号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、上記した従来技術における問題点を解決するため、これら不具合の発生が防止でき、信頼性が高く、リフロー実装に適用できるフィルム状半導体封止材の提供を課題とする。

課題を解決するための手段

0008

上記の目的を達成するため、本発明は、
少なくとも
(A)固形エポキシ樹脂
(B)液状エポキシ樹脂
(C)固形フェノール樹脂
(D)硬化促進剤
(E)液状エラストマー
(F)数平均分子量(Mn)が5000以下のフィルム形成剤
を含有し、
前記(A)固形エポキシ樹脂と前記(B)液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分エポキシ当量と、前記(C)固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が0.8〜1.6であり、
前記(C)の含有量が、前記(A)、前記(B)前記(C)および前記(E)の合計質量に対する質量%で25質量%以上含有し
前記(D)硬化促進剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.01〜0.1質量%であり、
前記(F)フィルム形成剤の含有量が、前記(A)〜前記(F)の合計質量に対する質量%で0.1〜0.73質量%である、リフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材を提供する。

0009

本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材は、さらに(G)シリカフィラーを含有してもよい。

0010

本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材は、さらに(H)シランカップリング剤を含有してもよい。

0011

本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材において、前記(D)硬化促進剤が、窒素原子を含む化合物であることが好ましい。

0012

本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材において、前記(D)硬化促進剤が、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7であることが好ましい。

発明の効果

0013

本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材は、信頼性が高く、リフロー実装に適用できる。

0014

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材(以下、「本発明のリフロー実装加圧加熱硬化用フィルム状半導体封止材」と記載する。)は、以下に示す(A)〜(F)成分を必須成分として含有する。

0015

(A)固形エポキシ樹脂
(A)成分の固形エポキシ樹脂は、熱硬化性成分であり、かつフィルム形成に寄与する。本発明において固形エポキシ樹脂とは常温固形エポキシ樹脂を意味する。

0016

(A)成分の固形エポキシ樹脂としては、常温で固形のエポキシ樹脂から幅広く選択することができる。具体的には、たとえば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂フェノールノボラック型エポキシ樹脂フェノールアラルキル型エポキシ樹脂クレゾールノボラック型エポキシ樹脂ビフェニル型エポキシ樹脂ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂トリフェニルメタン型エポキシ樹脂ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を用いることができる。
上記の中でも、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が、耐熱性密着性、信頼性が優れるから好ましい。
なお、(A)成分の固形エポキシ樹脂として、上記のうちいずれか1種を使用してもよく、2種以上を併用してもよい。

0017

(A)成分の固形エポキシ樹脂は、質量平均分子量(Mn)が200〜6000であることが好ましく、300〜4000であることがより好ましい。

0018

(B)液状エポキシ樹脂
(B)成分の液状エポキシ樹脂は、熱硬化性成分であり、かつフィルムとしての取扱性向上に寄与する。本発明において液状エポキシ樹脂とは、常温で液状のエポキシ樹脂を意味する。
(B)成分として、液状エポキシ樹脂を使用することで、硬化時副次的な反応によるアウトガス発生を抑制でき、ボイド欠陥発生を緩和し、かつ(E)成分の液状エラストマーと併用することで靭性を向上させて硬化前フィルム割れ発生などを防止する。

0019

(B)成分の液状エポキシ樹脂は、室温(25℃)における粘度が100000mPa・s以下であることが好ましい。

0020

(B)成分の液状エポキシ樹脂としては、常温で液状のエポキシ樹脂から幅広く選択することができる。具体的には、たとえば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂の平均分子量が約400以下のもの;p−グリシジルオキシフェニルジメチルトリスビスフェノールAジグリシジルエーテルのような分岐状多官能ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂の平均分子量が約570以下のもの;ビニル(3,4−シクロヘキセンジオキシド、3,4−エポキシシクロヘキシルカルボン酸(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチルアジピン酸ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)5,1−スピロ(3,4−エポキシシクロヘキシル)−m−ジオキサンのような脂環式エポキシ樹脂;3,3´,5,5´−テトラメチル−4,4´−ジグリシジルオキシビフェニルのようなビフェニル型エポキシ樹脂;ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、3−メチルヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルヘキサヒドロテレフタル酸ジグリシジルのようなグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジントリグリシジル−p−アミノフェノールテトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、テトラグリシジルビス(アミノメチルシクロヘキサンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ならびに1,3−ジグリシジル−5−メチル−5−エチルヒダントインのようなヒダントイン型エポキシ樹脂;ナフタレン環含有エポキシ樹脂が例示される。また、1,3−ビス(3−グリシドキシプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンのようなシリコーン骨格をもつエポキシ樹脂も使用することができる。さらに、(ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグルシジルエーテルブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテルのようなジエポキシド化合物トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルグリセリントリグリシジルエーテルのようなトリエポキシド化合物等も例示される。
中でも好ましくは、ビスフェノール型エポキシ樹脂アミノフェノール型エポキシ樹脂シリコーン変性エポキシ樹脂である。さらに好ましくはビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂である。
(B)成分としての液状エポキシ樹脂は、単独でも、2種以上併用してもよい。

0021

(B)成分の液状エポキシ樹脂の含有量は、(A)成分の化合物100質量部に対して、0.5〜70質量部であることが好ましく、1〜67質量部であることがさらに好ましい。

0022

(C)固形フェノール樹脂
(C)成分の固形フェノール樹脂は、エポキシ樹脂硬化剤であり、かつフィルム形成およびはんだ濡れ性付与に寄与する。本発明において固形フェノール樹脂とは常温で固形のフェノール樹脂を意味する。
(C)成分として、固形フェノール樹脂を用いることで、硬化時、副次的な反応によるアウトガス発生を伴わずに、(A),(B)成分のエポキシ樹脂を硬化させることができる。加えてフィルム形状を保持することができ、金属表面の酸化膜層を除去しはんだ濡れ性を付与する。

0023

はんだ濡れ性の付与には、従来、脂肪族酸芳香族酸脂肪族アミンとその誘導体アミン塩酸塩アミン臭化水素酸塩等のフラックス剤を使用しているが、リフロー実装では、200℃以上の高温環境に数分間晒されるため、ボイドの発生源となるため好ましくない。本発明では、エポキシ樹脂の硬化剤でもある、固形フェノール樹脂、特に固形ノボラック型フェノール樹脂がはんだ濡れ性を付与するため、リフロー実装時に適用した際にボイドの発生が低減される。

0024

(C)成分の固形フェノール樹脂の含有割合は、(A)成分の固形エポキシ樹脂と(B)成分の液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分のエポキシ当量と、(C)成分の固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が0.8〜1.6であることにより、信頼性が付与される。また、架橋密度などの硬化物の状態を制御して耐久性を付与することができる。(C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量が0.8未満だと、NCFとして使用した際に、電気的接続性およびその信頼性が不十分になる。(C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量が0.8未満だと、NCFとして使用した際に、実装された半導体パッケージの信頼性が不十分になる。
(C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量が0.9〜1.6であることが好ましく、0.9〜1.5であることがより好ましい。

0025

(C)成分の固形フェノール樹脂の含有量は、(A)成分の固形エポキシ樹脂、(B)成分の液状エポキシ樹脂、(C)成分の固形フェノール樹脂、および(E)成分の液状エラストマーの合計質量に対する質量%で25質量%以上であることにより、はんだ濡れ性能が発揮させる。(C)成分の固形フェノール樹脂の含有量が25質量%未満だと、はんだ濡れ性が発揮されず、NCFとして使用した際に、電気的接続性およびその信頼性が不十分になる。
(C)成分の固形フェノール樹脂の含有量は、28質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。
(C)成分の固形フェノール樹脂の含有量が多すぎると、信頼性低下の問題が生じるおそれがある。そのため、(C)成分の固形フェノール樹脂の含有量は、80質量%以下であることが好ましく、70質量%以下であることがより好ましい。

0026

(D)硬化促進剤
(D)成分の硬化促進剤は、エポキシ樹脂の硬化促進剤である限り特に限定されないが、窒素原子を含む化合物が適度な硬化速度を付与できるため好ましい。窒素原子を含む化合物としては、イミダゾール化合物やその誘導体、3級アミン類、ジアザビシクロウンデセンやジアザビシクロウンデセン塩、イミダゾリン類、脂肪族アミン類芳香族アミン類トリアゾール類テトラゾール類ヒドラジド類などが挙げられるが、1,8−ジアザビシクロ(5.4.0)ウンデセン−7(DBU)が特に好ましい。

0027

(D)成分の硬化促進剤の含有量は、(A)成分の固形エポキシ樹脂、(B)成分の液状エポキシ樹脂、(C)成分の固形フェノール樹脂、(D)成分の硬化促進剤、(E)成分の液状エラストマー、および、(F)成分のフィルム形成剤の合計質量に対する質量%で0.01〜0.1質量%であることにより、適度な硬化性を付与することができ、フィルム特性の発揮と、生産性とを両立することができる。
(D)成分の硬化促進剤の含有量が0.01質量%未満だと、フィルム特性が不十分になる。(D)成分の硬化促進剤の含有量が0.1質量%超だと、リフロー実装時にボイドの発生が問題となる。
(D)成分の硬化促進剤の含有量は、0.01〜0.09質量%であることが好ましい。

0028

(E)液状エラストマー
(E)成分の液状エラストマーは、フィルムとしての取扱性に寄与する。(B)成分の液状エポキシ樹脂と併用することで、靭性を向上させて硬化前フィルムの割れ発生などを防止する。本発明において液状エラストマーとは常温で液状のエラストマーを意味する。

0029

(E)成分の液状エラストマーとしては、ポリブタジエン骨格を含むものが柔軟性、取扱性、相溶性の理由から好ましい。ポリブタジエン骨格を含むエラストマーとしては、エポキシ変性ポリブタジエンカルボキシル基末端アクリロニトリルブタジエンを用いることができる。

0030

(E)成分の液状エラストマーの含有量は、(B)成分の液状エポキシ樹脂100質量部に対し498.5〜22.2質量部であることが、フィルム取扱性の観点から好ましい。

0031

(F)フィルム形成剤
(F)成分のフィルム形成剤は、フィルム形成能を付与し、フィルム形成時の寄りハジキなどを防止してフィルム形成を助ける。ここで、寄りとは、フィルム形成工程中に、フィルム端部が中央部へ向かって縮んでしまうことを指し、ハジキとは、フィルム形成工程中にフィルム表面にクレータ様の凹凸が発生してしまうことを指す。

0032

NCFにフィルム形成能を付与する場合、従来、フェノキシ樹脂等の高分子樹脂材料が用いられているが、フィルム形成能を発揮させるための有効量では粘性が高すぎるため、リフロー実装に適用することができなかった。
(F)成分のフィルム形成剤としては、数平均分子量(Mn)が5000以下であるものを用いることにより、リフロー実装に適度な粘性を発揮する。

0033

(F)成分のフィルム形成剤としては、たとえば、ポリエーテル変性シリコーンポリエステル変性シリコーンアラルキル変性シリコーン等のシリコーン系のフィルム形成剤、フッ素変性アクリル共重合体極性基を含有する、エーテル系アクリル共重合体、エステル系アクリル共重合体、水酸基含有アクリル共重合体カルボキシル基含有共重合体等のアクリル系のフィルム形成剤を用いることができる。これらの中でも、シリコーン系のフィルム形成剤が、リフロー実装時に粘性がより低くなるため好ましい。これらは、1種のみ使用してもよく、2種以上の混合で用いてもよいし、単体で使用してもよいし、溶剤中へ溶解させたりディスパージョン状にしてから使用してもよい。

0034

(F)成分のフィルム形成剤の含有量は、(A)成分の固形エポキシ樹脂、(B)成分の液状エポキシ樹脂、(C)成分の固形フェノール樹脂、(D)成分の硬化促進剤、(E)成分の液状エラストマー、および、(F)成分のフィルム形成剤の合計質量に対する質量%で0.1〜0.73質量%であることにより、フィルム形成能を付与しつつ、リフロー実装時にボイドを抑制することができる。
(F)成分のフィルム形成剤の含有量が0.1質量%未満だと、フィルム特性が不十分になる。(F)成分のフィルム形成剤の含有量が0.73質量%超だと、リフロー実装時にボイドの発生が問題となる。

0035

本発明のフィルム状半導体封止材は、さらに以下の成分を任意成分として含有してもよい。

0036

(G)シリカフィラー
(G)成分のシリカフィラーは、本発明のフィルム状樹脂組成物をNCFとして使用する際に、実装された半導体パッケージの信頼性を向上させる目的で添加される。

0037

(G)成分のシリカフィラーとしては、平均粒径が1μm以下のものを用いることが、フィルムの視認性、5〜80μm程度の狭ギャップへの流れ込み性が良好になるため好ましい。
(G)成分のシリカフィラーとしては、平均粒径が0.7μm以下のものを用いることがより好ましい。

0038

(G)成分のシリカフィラーとしては、たとえば、非晶質シリカ結晶性シリカを用いることができる。非晶質の球状シリカが、透明性、化学的定性粒度調整容易性、樹脂成分への分散性の理由から好ましい。
なお、ここで言うシリカは、製造原料由来する有機基、例えば、メチル基エチル基等のアルキル基を有するものであってもよい。非晶質の球状シリカは、溶融法燃焼法ゾルゲル法など、公知の製造方法によって得られるが、所望の粒度不純物含有量表面状態などの特性に応じて、その製造方法を適宜選択することができる。
また、(G)成分のシリカフィラーとしては、特開2007−197655号公報に記載の製造方法によって得られたシリカ含有組成物を用いてもよい。

0039

なお、(G)成分のシリカフィラーの形状は特に限定されず、球状、不定形りん片状等のいずれの形態であってもよい。なお、シリカフィラーの形状が球状以外の場合、シリカフィラーの平均粒径とは該シリカフィラーの平均最大径を意味する。

0040

また、シリカフィラーとして、シランカップリング剤等で表面処理が施されたものを使用してもよい。表面処理が施されたシリカフィラーを使用した場合、シリカフィラーの凝集を防止する効果が期待される。

0041

(G)成分のシリカフィラーの含有量は本発明のフィルム状半導体封止材の各成分の合計質量に対する質量%で5〜75質量%であることが好ましく、10〜70質量%であることがより好ましい。

0042

(H)シランカップリング剤
(H)成分のシランカップリング剤は、本発明のフィルム状半導体封止材をNCFとして使用した際に、ICチップや基板に対する密着性を向上させる目的で添加される。
(H)成分のシランカップリング剤としては、エポキシ系、アミノ系、ビニル系、メタクリル系、アクリル系、メルカプト系等の各種シランカップリング剤を用いることができる。

0043

(H)成分としてシランカップリング剤を含有させる場合、シランカップリング剤の含有量は本発明のフィルム状半導体封止材の各成分の合計質量に対する質量%で0.1〜3.5質量%であることが好ましく、0.2〜3.0質量%であることがより好ましい。

0044

(その他の配合剤
本発明のフィルム状半導体封止材は、上記(A)〜(H)成分以外の成分を必要に応じてさらに含有してもよい。このような成分の具体例としては、レオロジー調整剤分散剤沈降防止剤消泡剤着色剤が挙げられる。また、本発明のフィルム状半導体封止材の粘度、靭性等を調整する目的でその他固形樹脂を含有させてもよい。また、(A)成分、(B)成分以外の熱硬化性樹脂、たとえば、ビスマレイミド樹脂シアネート樹脂アミノ樹脂イミド樹脂不飽和ポリエステル樹脂、(メタ)アクリレート樹脂ウレタン樹脂を配合してもよく、適宜、特性を損なわない範囲で熱可塑性樹脂、例えば、フェノキシ樹脂、アクリルポリマーコポリマーなども配合してもよい。各配合剤の種類、配合量は常法通りである。

0045

(フィルム状半導体封止材の製造)
本発明のフィルム状半導体封止材は、慣用の方法により製造することができる。例えば、溶剤の存在下または非存在下で、上記(A)成分〜(F)成分、さらに必要に応じて配合する上記(G)成分、(H)成分、およびその他の配合剤を加熱真空混合ニーダーにより混合して樹脂組成物を調製する。
上記(A)成分〜(F)成分、さらに必要に応じて配合する上記(G)成分、(H)成分、およびその他の配合剤が所望の含有割合となるように、所定の溶剤濃度に溶解し、それらを10〜80℃に加温された反応釜に所定量投入し、回転数100〜1000rpmで回転させながら、常圧混合を3時間行った後、真空下(最大1Torr)でさらに3〜60分混合攪拌することができる。
上記の手順で調製された樹脂組成物を溶剤で希釈してワニスとし、これを支持体の少なくとも片面に塗布し、乾燥させた後、支持体付のフィルム状半導体封止材、または、支持体から剥離したフィルム状半導体封止材として提供することができる。

0046

ワニスとして使用可能な溶剤としては、メチルエチルケトンメチルイソブチルケトン等のケトン類トルエンキシレン等の芳香族溶剤ジオクチルフタレートジブチルフタレート等の高沸点溶剤等が挙げられる。溶剤の使用量は特に限定されず、従来から使用されている量とすることができるが、好ましくは、フィルム状半導体封止材の各成分に対して20〜90質量%である。

0047

支持体は、フィルム状半導体封止材の製造方法における所望の形態により適宜選択され、特に限定されないが、例えば、銅、アルミニウム等の金属箔、ポリエステル、ポリエチレン等の樹脂のキャリアフィルム等が挙げられる。本発明のフィルム状半導体封止材を、支持体から剥離したフィルムの形態として提供する場合、支持体は、シリコーン化合物等の離型剤離型処理されていることが好ましい。

0048

ワニスを塗布する方法は、特に限定されないが、例えば、スロットダイ方式、グラビア方式ドクターコーター方式等が挙げられ、所望のフィルムの厚みなどに応じて適宜選択される。塗布は、乾燥後に形成されるフィルムの厚みが、所望の厚みになるように行われる。このような厚みは、当業者であれば、溶剤含有量から導くことができる。

0049

乾燥の条件は、ワニスに使用される溶剤の種類や量、ワニスの使用量や塗布の厚みなどに応じて適宜設計され、特に限定されるものではないが、例えば、60〜150℃であり、大気圧下で行うことができる。

0050

次に本発明のフィルム状半導体封止剤の特性について述べる。

0051

本発明のフィルム状半導体封止材は、視認性に優れており、後述する実施例において、実装性評価における視認性が良好である。そのため、NCFとして使用した際に、ウエハ上に貼付したNCFを介して、ウエハやチップの目印となる認識マークを確認できる。

0052

本発明のフィルム状半導体封止材は、折り曲げ耐性に優れており、後述する実施例において、フィルム性評価で割れが生じない。そのため、ラミネーター等の装置内または装置間での搬送や、装置への取り付けの際にハンドリング性に優れる。また、NCFとして使用する際に、ラミネーション後に実施されるダイシング工程で欠けバリが発生するおそれがない。
本発明のフィルム状半導体封止材は、NCFとして使用する際に、リフロー実装性に優れており、後述する実施例において、実装性評価でのボイド、および接続性が良好である。
本発明のフィルム状半導体封止材は、NCFとして使用した際に、耐吸湿リフロー性が良好であり、後述する実施例において、信頼性評価におけるボイド/デラミネーションが良好である。
本発明のフィルム状半導体封止材は、リフロー実装に適用できるため、生産性が高い。
本発明のフィルム状半導体封止材は、フラックス効果を併せ持っており、はんだ接続性に優れる。

0053

本発明のフィルム状半導体封止材は、上記の特性により、リフロー実装加圧加熱硬化用NCFとして好適である。

0054

次に本発明のフィルム状半導体封止材の使用手順を以下に示す。
本発明のフィルム状半導体封止材を用いて半導体パッケージを実装する場合、基板上の半導体チップを実装する位置へフィルム状半導体封止材を所望の形状にてラミネーター等で貼り付ける。
また、半導体回路が形成されたウエハ上へラミネーター等にて貼り付けた後、ダイサー等により個々のチップへ切り出すこともできる。ラミネーション条件は特に限定されないが、加熱、加圧減圧などの条件を適宜組み合わせることができる。特に微細な凹凸へボイド等の欠陥なく貼り付けるためには、加熱温度は40〜120℃、減圧度は1hPa以下、圧力は0.1MPa以上が好ましい。
フィルム状半導体封止材をラミネーション等により貼り付けた後、基板上のチップ搭載位置へ半導体チップをリフロー実装する。リフロー実装条件は特に限定されないが、加熱温度は加熱部材表面温度が230〜280℃、時間は2〜10分であることが好ましい。
リフロー実装後加圧雰囲気下で加熱硬化(以下、「加圧加熱硬化」と記載する。)させる。加圧加熱硬化条件は特に限定されないが、0.2〜0.8MPaの加圧雰囲気下で150〜200℃に加熱することが好ましい。

0055

本発明の半導体装置は、半導体装置の製造時に、本発明のフィルム状半導体封止材を使用したものである限り特に限定されない。本発明の半導体装置の具体例としては、フリップチップ構造を有する半導体装置が挙げられる。フリップチップは、バンプと呼ばれる突起状の電極を有しており、この電極を介して基板等の電極と接続される。バンプ材質としては、はんだ、金、銅等が上げられ、それぞれ単独、もしくは銅上へはんだ層を形成させた構造が例示される。フリップチップと接続される基板としてはFR−4等の単層、または積層された有機基板シリコンガラスセラミックなどの無機基板があり、銅および銅上への金メッキまたはスズメッキ、銅上へのOSP(Organic Solderability Preservative)処理、はんだ層等を形成した電極が用いられる。フリップチップ構造の半導体装置としては、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等のメモリーデバイス、CPU(Central Processing Unit)GPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサーデバイスLED(Light Emitting Diode)等の発光素子、LCD(Liquid Crystal Display)等に使用されるドライバーIC等が挙げられる。

0056

以下、実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

0057

(実施例1〜25、比較例1〜8)
下記表に示す配合割合となるように各原料を混合し、混合物が50wt%の濃度となるように溶剤中に溶解・分散させて塗工用ワニスを調製した。溶剤はメチルエチルケトン(和光純薬工業株式会社製)を使用した。
離型剤を塗布したPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム(35μm厚)上へ塗工用ワニスを約20μmまたは約35μmの乾燥厚みとなるよう塗工した。その後、塗工用ワニスを塗工した離型剤処理されたPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを乾燥機中で80℃にて10分間乾燥して溶剤を除去し、20μm厚と35μm厚の2種のフィルムを作製した。なお、表中の各組成に関する数値は質量部を表している。

0058

フィルム状樹脂組成物の作成時に使用した成分は以下の通り。
(A)固形エポキシ樹脂
(A−1)ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、商品名NC3000、日本化薬株式会社製、エポキシ当量276g/eq
(A−2)クレゾールナフトール型エポキシ樹脂、製品名NC7300L、日本化薬株式会社製、エポキシ当量214g/eq
(A−3)ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、製品名HP−7200H:DIC株式会社製、エポキシ当量278g/eq
(B)液状エポキシ樹脂
(B1)ビスフェノールF型エポキシ樹脂、製品名YDF8170、新日鐵化学株式会社製、エポキシ当量165g/eq
(C)固形フェノール樹脂
(C1)ビフェニル型フェノールノボラック樹脂、製品名MEHC7851SS、明和化成株式会社製、水酸基当量203g/eq
(C2)ノボラック型クレゾール樹脂、製品名CRG951、昭和高分子株式会社製、水酸基当量:119g/eq
(D)硬化促進剤
(D1)DBU
(E)液状エラストマー
(E1)エポキシ変性ポリブタジエン、製品名PB3600、東亜合成株式会社製
(E2)カルボキシル基末端アクリロニトリル−ブタジエン、製品名CTBN、CVC Thermoset Specialties製
(F)フィルム形成剤
(F1)ポリエーテル変性シリコーン、製品名DC57、東レ・ダウコーニング株式会社製、数平均分子量(Mn)1950
(G)シリカフィラー
(G1)製品名Sciqas、平均粒径0.05μm(堺化学工業株式会社製)
(G2)製品名Sciqas、平均粒径0.1μm(堺化学工業株式会社製)
(G3)製品名Sciqas、平均粒径0.4μm(堺化学工業株式会社製)
(G4)製品名Sciqas、平均粒径0.7μm(堺化学工業株式会社製)
(H)シランカップリング剤
(H1)3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、製品名KBM403、信越化学株式会社製
(H2)3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、製品名KBM503、信越化学株式会社製
(H3)N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、製品名KBM573、信越化学株式会社製

0059

上記の手順で作製したフィルムを用いて、以下の評価を実施した。

0060

(フィルム性)
曲げ
上記の手順でPET上に形成されたフィルムを10mm×100mmに切断して試験片を作製した。この試験片を180度折り曲げて、クラックが発生するかどうかを確認した。上記の手順を20μmと35μmの各膜厚にてN=5で実施した。各膜厚N=5の全てで両膜厚クラックが発生しなかった場合は○とし、1試験片でもクラックが発生した場合は×とした。

0061

寄り、ハジキ
上記の手順でPET上に形成されたフィルムを目視により観察し、寄り、ハジキの有無を確認した。寄り、ハジキのいずれも観察されなかった場合を○とし、寄り、ハジキのいずれかが観察された場合は×とした。

0062

(実装性)
上記の手順で作製した20μm厚フィルムをNCFとして使用し、下記手順により、基板上にテスト用チップを実装した。
使用した基板は、サイズが10mm×10mm×0.725mm(t)のシリコン基板であり、電極材料としてCu上へNiとAuでメッキ処理したものである。
テスト用チップは、サイズが7.3mm×7.3mm×0.125mm(t)であり、42μmφ×10μmのCuピラー上へはんだ層(10μm)を形成したバンプが1048個設けられている。上記サイズのテスト用チップが連なった構造のシリコンウエハ上へ20μm厚NCFを真空加圧ラミネーター(株式会社名機製作所社製、商品名MLP500/600)を用いて下記条件でラミネートした。
真空度:1hPa以下
温度:70℃
加圧:0.4MPa
時間:180sec
ラミネート後、ダイサーを用い、シリコンウエハをNCFを含め所定のサイズ(7.3mm×7.3mm)へ個片化しテスト用チップとした。その後、フリップチップボンダーを用いてテスト用チップをシリコン基板にマウント後トップ温度が260℃のリフロー炉を5分間かけて通過させてリフロー実装した。その後、加熱加圧オーブンを用い、185℃にて2.5時間硬化させ試験片を作製した。上記の手順をN=5で実施した。
視認性:位置合わせの際、N=5の全てで認識エラーが発生しなかった場合は○とし、1試験片でも認識エラーが発生した場合を×とした。
ボイド: 作製した試験片を超音波探傷装置(Scanning Acoustic Tomography、SAT)を用いて反射法にて観察した。N=5の全てで画像上、ボイドの陰影が観察されなかった場合を○とし、1試験片でも陰影が観察された場合を×とした。
接続:作製した試験片のうち、1試験片を抜き出し、研磨にて接続断面を削りだした断面にてペリフェラル部を1列断面観察した。テスト用チップのはんだと、BottomチップのPadとの界面のはんだ濡れがあるか走査型電子顕微鏡にて確認し、はんだ濡れが確認された場合を○とし、はんだ濡れが確認されなかった場合を×とした。

0063

(信頼性)
上記の手順で作製した試験片を85℃/60%RHの条件下で168時間放置した(JEDEClevel2吸湿条件)。その後、最高到達温度260℃のリフロー炉を3回通過させた。上記の手順をN=4で実施した。吸湿リフローの実施後、試験片を超音波探傷装置(Scanning Acoustic Tomography、SAT)を用いて反射法にて観察した。N=4の全てで画像上、ボイド/デラミネーションの陰影が観察されなかった場合を○とし、1試験片でも陰影が観察された場合を×とした。

0064

密着強度
150℃で20分乾燥したFR−4基板と、半導体チップとして、2mm角SiN膜付きSiチップを準備した。1mmφのフィルム状半導体封止剤を、基板上に載置して、フィルム状半導体封止剤上に、半導体チップをマウントした。この後、185℃で2.5時間、フィルム状半導体封止剤を硬化させた。アイコエンジニアリング製卓上強度試験器(型番:1605HTP)を使用して、せん断モードで密着強度(単位:N/mm2)を測定した。N=10で実施し、密着強度の平均値を求めた。

0065

0066

0067

0068

0069

実施例

0070

実施例1〜25は、いずれもフィルム性(曲げ,寄り、ハジキ)、実装性(視認性、ボイド、接続)、信頼性が良好であった。なお、実施例2〜4は、実施例1に対し、(G)成分として、平均粒径が異なるシリカフィラーを使用した実施例である。実施例5,6は、実施例1に対し、(A)成分の固形エポキシ樹脂を変えた実施例である。実施例7は、実施例1に対し、(C)成分の固形フェノール樹脂を変えた実施例である。実施例8,9は、実施例1に対し、各成分の配合割合を変えた実施例である。実施例10は、実施例1に対し、さらに(H)成分のシランカップリング剤を加えた実施例である。実施例11,12は、実施例10に対し、(H)成分のシランカップリング剤を変えた実施例である。実施例13,14は、実施例10に対し、(G)成分として、平均粒径が異なるシリカフィラーを使用し、かつ、(H)成分のシランカップリング剤の配合量を変えた実施例である。実施例15,16は、実施例1に対し、(D)成分の硬化促進剤の配合量を変えた実施例である。実施例17,18は、実施例1に対し、(A)成分の固形エポキシ樹脂、および(B)成分の液状エポキシ樹脂の配合量を変えた実施例である。実施例19,20は、実施例1に対し、各成分の配合割合を変えた実施例である。実施例21は、実施例1に対し、(C)成分の固形フェノール硬化剤、および(E)成分の液状エラストマーを変え、各成分の配合割合を変えた実施例である。実施例22,23は、実施例1に対し、各成分の配合割合を変えた実施例である。実施例24は、実施例1に対し、(C)成分の固形フェノール硬化剤を変え、各成分の配合割合を変えた実施例である。実施例25は、実施例1に対し、(G)成分のシリカフィラーを配合せず、各成分の配合割合を変えた実施例である。
比較例1は、(F)成分のフィルム形成剤を配合しなかった例であり、フィルム性(寄り、ハジキ)が×であった。そのため、実装性、信頼性、および、密着強度の評価は実施しなかった。比較例2は、(D)成分の硬化促進剤の含有量が、(A)成分〜(F)成分の合計質量に対する質量%で0.1質量%超の例であり、実装性(ボイド、接続)が×であった。そのため、信頼性の評価は実施しなかった。比較例3は、(D)成分の硬化促進剤を配合しなかった例であり、実装性(ボイド)が×であった。そのため、信頼性の評価は実施しなかった。比較例4は、(A)成分の固形エポキシ樹脂と(B)成分の液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分のエポキシ当量と、(C)成分の固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が0.8未満、かつ、(C)成分の固形フェノール樹脂の含有量が、(A)成分の固形エポキシ樹脂、(B)成分の液状エポキシ樹脂、(C)成分の固形フェノール樹脂、および(E)成分の液状エラストマーの合計質量に対する質量%で25質量%未満の例であり、実装性(接続)が×であった。そのため、信頼性の評価は実施しなかった。比較例5は、(A)成分の固形エポキシ樹脂と(B)成分の液状エポキシ樹脂からなるエポキシ成分のエポキシ当量と、(C)成分の固形フェノール樹脂の水酸基当量との比((C)水酸基当量/((A)+(B))エポキシ当量)が1.6超の例であり、信頼性が×であった。比較例6は、(F)成分のフィルム形成剤の含有量が、(A)成分〜(F)成分の合計質量に対する質量%で0.73質量%超の例であり、ボイドが×であった。そのため、信頼性の評価は実施しなかった。そのため、実装性、信頼性、および、密着強度の評価は実施しなかった。比較例7は、(B)成分の液状エポキシ樹脂を配合しなかった例であり、フィルム性(曲げ)が×であった。そのため、実装性、信頼性、および、密着強度の評価は実施しなかった。比較例8は、(E)成分の液状エラストマーを配合しなかった例であり、フィルム性(曲げ)が×であった。そのため、実装性、信頼性、および、密着強度の評価は実施しなかった。

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