JP2012074715A

JP2012074715A - 接着シート

Info

Publication number: JP2012074715A
Application number: JP2011248901A
Authority: JP
Inventors: Teiichi Inada; 禎一稲田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2011-11-14
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】ダイシング工程ではダイシングテープとして、半導体素子と支持部材の接合工程では接続信頼性に優れる接着剤として使用することができ、また、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性および耐湿性を有し、かつ作業性に優れる接着シートを提供する。
【解決手段】基材フィルム上に接着剤を付設した接着剤層を有する接着シートであって、接着剤層または基材フィルム上にウエハ位置合わせ用の位置合わせ手段を有し、予め切断されたウエハ、または切断予定部に切断しやすくなる加工が施されたウエハの回路面もしくは裏面のいずれか、あるいは両方に１〜多数回積層後、切断予定部に切断しやすくなる加工を施したウエハについては、ウエハの分割を行い、接着シート付きチップを得る工程に使用され、接着剤層が切断されたチップの寸法に対して小さくなるように予め切断加工されている接着シート。
【選択図】図２

Description

本発明は、接着シートに関する。

従来、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材との接合には銀ペーストが主に使用されていた。しかし、近年の半導体素子の小型化・高性能化に伴い、使用される支持部材にも小型化・細密化が要求されるようになってきているところ、銀ペーストでは、はみ出しや半導体素子の傾きに起因するワイヤボンディング時における不具合の発生、接着剤層の膜厚の制御困難性、および接着剤層のボイド発生などによりこれらの要求に対処しきれなくなってきている。そのため、これらの要求に対処するべく、近年、シート状の接着剤が使用されるようになってきた。

このシート状の接着剤は、個片貼付け方式、あるいはウエハ裏面貼付け方式において使用されている。前者の個片貼付け方式の接着シートを用いて半導体装置を製造する場合には、リール状の接着シートをカッティングまたはパンチングによって個片に切り出した後、その個片を支持部材に接着し、得られた接着シート付き支持部材にダイシング工程によって個片化された半導体素子を接合して半導体素子付き支持部材を作製し、その後必要に応じてワイヤボンディング工程、封止工程などを経ることによって半導体装置が得られることとなる。
しかし、個片貼付け方式の接着シートを用いるためには、接着シート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であることから、銀ペーストを使用する方法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、後者のウエハ裏面貼付け方式の接着シートを用いて半導体装置を製造する場合には、まず半導体ウエハの裏面に接着シートを貼付け、さらに接着シートの他面にダイシングテープを貼り合わせる。その後、半導体ウエハからダイシングによって半導体素子に個片化し、個片化した接着シート付き半導体素子をピックアップしそれを支持部材に接合する。その後の加熱、硬化、ワイヤボンディングなどの工程を経ることにより半導体装置が得られることとなる。

このウエハ裏面貼付け方式の接着シートは、接着シート付き半導体素子を支持部材に接合するため、個片貼付け方式と異なり接着シートを個片化する装置を必要とせず、従来の銀ペースト用の組立装置をそのまま、あるいは熱盤を付加するなどの装置の一部を改良することにより使用することができる。そのため、接着シートを用いた半導体装置の組立方法の中で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。

しかしながら、ウエハ裏面貼付け方式の接着シートを用いる方法にあっては、ダイシング工程に至るまでに、接着シートとダイシングテープとを貼付する２つの貼付工程が必要であったことから、作業工程の簡略化が求められており、接着シートをダイシングテープ上に付設し、これをウエハに貼り付ける方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００２−２２６７９６号公報特開２００２−１５８２７６号公報特開平２−３２１８１号公報特開２００２−１９２３６７号公報特開２００３−１４５７号公報

接着シートをダイシングテープ上に付設し、これをウエハに貼り付ける方法はウエハへの貼付工程が１回であり、ウエハのダイシング時に接着剤も同時に切断できる点で好ましいが、接着剤を同時に切断するためには、切断速度を遅くする必要があり、コストの上昇を招いていた。また、ウエハのダイシング時に接着剤も同時に切断するため、ウエハと接着剤は同形状のものしか得られないため、例えば、チップ下部にパッドがあり、そこから、ワイヤボンディングにより接続する必要がある場合には、予め切断されたチップに個別に、やはり予め切断された接着シートを貼り付ける必要があり、工程に時間を要していた。一方、チップの切断方法として、チップを完全に切断せずに、折り目となる溝を加工する方式であるハーフダイシング、レーザ照射によりウエハ内部に選択的に改質層を形成することで、容易に切断することができる方法であるレーザ加工方法（ステルスダイシング）などの技術（特許文献４、特許文献５参照）は、特にウエハの厚さが薄い場合にチッピングなどの不良を低減する効果があるが、これらの切断方法では、接着剤を同時に切断することができないため、上記の工程をとることはできなかった。
以上のように、接着シートをダイシングテープ上に付設し、これをウエハに貼り付ける方法はウエハへの貼付工程が一回であり、接着剤も同時に切断できるという利点を有するが、ダイシング方法に制限があり、ハーフダイシングやステルスダイシングの手法が用いることができないなどの課題があった。

本発明は、ダイシング工程ではダイシングテープとして、半導体素子と支持部材の接合工程では接続信頼性に優れる接着剤として使用することができ、また、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性、耐湿性を有し、かつ作業性に優れる接着シートを提供することを目的する。

本発明は、上記課題を解決するため、次の構成を有している。
（１）基材フィルム上に接着剤を付設した接着剤層を有する接着シートであって、接着剤層または基材フィルム上にはウエハ位置合わせ用の位置合わせ手段を有し、接着剤シートは、予め切断されたウエハ、または切断予定部に切断しやすくなる加工が施されたウエハの回路面もしくは裏面のいずれか、あるいは両方に１〜多数回接着剤層を積層後、切断予定部に切断しやすくなる加工を施したウエハについては、ウエハの分割を行い、接着シート付きチップを得る工程に使用され、接着剤層が切断されたチップの寸法に対して小さくなるように予め切断加工されていることを特徴とする接着シート。
（２）接着剤層の切断加工が、基材フィルム上にチップ寸法より小さい形状に接着剤層を印刷により形成する方法、またはシート状接着剤をエッチングもしくは金型による打ち抜きでチップ寸法より小さい形状に除去して形成する方法のいずれかにより形成されていることを特徴とする項（１）に記載の接着シート。
（３）ウエハの位置合わせ用の位置合わせ手段が、エッチング、金型による打ち抜き、印刷、またはレーザ光による接着剤層と基材フィルムとの改質により形成された印であることを特徴とする項（１）または（２）に記載の接着シート。
（４）ウエハの切断予定部の切断しやすくなる加工が、ハーフダイシングまたはレーザ光による改質によることを特徴とする項（１）〜（３）のいずれかに記載の接着シート。

本発明の接着シートは、ダイシング工程ではダイシングテープとして、半導体素子と支持部材の接合工程では接続信頼性に優れる接着剤として使用することができ、また、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性、耐湿性を有し、かつ作業性に優れるものである。

本発明の接着シートを用いて接着剤付き半導体チップを製造することにより、ダイシング時に接着剤を切断する必要がなくなるため、ダイシングの速度を速くすることができる。また、ハーフダイシング、ステルスダイシングなどを行った後にウエハを分割してチップを得る場合には、チップ毎に接着シートが切断された状態になるため、接着剤付き半導体チップを容易に得ることができる。

接着シートの一例を示す断面図である。本発明に係る接着シートを所定形状に加工した状態の一例を示す断面図である。本発明に係る接着シートに半導体素子を貼着した状態を示す模式図である。半導体素子をピックアップする状態を示す模式図である。半導体素子を半導体素子搭載用支持部材に熱圧着した状態を示す模式図である。ウエハ位置合わせ用の位置合わせ手段を有する接着シートの外観を示す模式図である。様々な形状の接着剤層を有する半導体素子の例を示す模式図である。

本発明の接着シートは、基材フィルム上に接着剤層を付設するとともに、基剤フィルムおよび／または接着剤層にウエハ位置合わせ手段を設け、接着剤層を切断されるチップの寸法より小さくなるように予め切断加工がされている接着シートである。
本発明に使用する基材フィルムとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルム等が挙げられるが、これらに限定されない。また、必要に応じてプライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理等の表面処理を行っても良い。

また、基材フィルムは、基剤フィルム上に付設する接着剤との密着性を向上させるため、粘着性を有することが好ましく、基材フィルム自体が粘着性を有するものであっても、あるいは、基剤フィルムの片面に粘着剤層を設けた、いわゆる粘着テープのようなものであっても良い（図１参照）。この粘着剤層は、樹脂組成物において特に液状成分の比率、高分子量成分のガラス転移温度（Ｔｇ）を調整することによって得られる適度なタック強度を有する樹脂組成物を塗布乾燥することで形成可能であり、例えば、アクリル系の粘着剤、ウレタン系粘着剤、シリコーン系粘着剤等を用いることができるが、これらに限定されない。

一方、接着剤層が適当な粘着性を有する場合には、基材フィルムは粘着性を有しなくても良い。このような適当な粘着性を有する接着剤層として、接着剤層の片面に別途粘着剤層を設けても良い。このように接着剤層が適当な粘着性を有する場合には、基材フィルムに粘着剤層を設ける工程を省くことができるため、低コストで接着シートを製造することが可能となる。また、接着剤層自体が粘着性を有するような接着剤層については、液状エポキシ樹脂などの液状樹脂比率の増加、高分子量成分のＴｇの低下により、タック強度を増加させることにより、可能となる。

本発明の接着シートは、ウエハの回路面もしくは裏面のいずれかまたは両方に貼り付ける。回路面に貼り付ける場合には位置あわせを行い、接着シートが電極パッドを覆うことがないようにする必要がある。また、ウエハの回路面および裏面の両方に貼り付ける場合には、接着シートは基板とチップ、チップとチップとの接着の役目を果たすことができ、これにより他のチップや基板に接着剤層を設ける必要がなく、工程を簡略化できる。
また、接着剤層が切断されたチップの寸法に対して小さくなるように予め切断加工されていることにより、以下の効果を得ることができる。
１）電極パッドを接着シートが覆うことがない。
２）接着剤層に、凹凸面への充てん性の高い流動性の大きい樹脂を使用した場合でも、チップの外縁部から樹脂がしみ出すことがない。また、中心部から、周辺部に樹脂が流動しながら、接着されるので、気泡を巻き込むことなく接着できる。
３）接着剤の使用量を低減できる。
４）ワイヤボンディング以外の部分のみ接着し、ワイヤボンディング部を封止材のモールド工程において充てんすることができる。
また、従来のブレードダイシング法では、ウエハと接着剤層とを切断するため、接着シートやウエハに切りくずが残存し易いが、金型プレスなどにより接着剤層が予め切断加工されている場合には、切りくずが残存せず、また、レーザーダイシングなどの方法で切断する場合には、切りくずが発生しないため、組立工程中の不良品の発生を低減することができる。

本発明の接着シートは、半導体素子搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に要求される耐熱性および耐湿性を有するものであることが好ましい。
また、半導体装置を製造する際に用いる場合、ダイシング時には半導体素子が飛散しない接着力を有し、その後ピックアップ時には基材フィルムから剥離することが必要である。例えば、接着剤の粘着性が高すぎると樹脂が融着して、チップ間相互の分離が困難になることがある。そのため、適宜、接着シートのタック強度を調節することが好ましい。その方法としては、接着剤の室温（２５℃）における流動性を上昇させれば、接着強度およびタック強度は上昇する傾向があり、流動性を低下させれば接着強度およびタック強度も低下する傾向があることを利用すればよい。流動性を上昇させる方法には、例えば、可塑剤の含有量の増加、粘着付与剤含有量の増加等の方法がある。逆に流動性を低下させるためには、可塑剤や粘着付与剤の含有量を減らせばよい。用いることのできる可塑剤としては、例えば、単官能アクリルモノマー、アクリル系樹脂、単官能エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂などの、いわゆるアクリル系ないしはエポキシ系の希釈剤が挙げられる。

本発明の接着シートは上記特性を満足するものであれば特に制限はないが、適当なタック強度を有しシート状での取扱い性が良好である点を利用すべく、熱硬化性成分および高分子量成分の他、硬化促進剤、触媒、添加剤、フィラー、カップリング剤等を含んでも良い。
高分子量成分としては、例えばポリイミド、（メタ）アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノキシ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

熱硬化性成分としては、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂およびその硬化剤等があるが、耐熱性が高い点で、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を有するものであれば特に限定されず、例えばビスフェノールＡ型エポキシなどの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。また、多官能エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環含有エポキシ樹脂、または脂環式エポキシ樹脂など、一般に知られているものを適用することもできる。一方、エポキシ樹脂の硬化剤としては、例えば、ビスフェノールＡやノボラック型フェノール樹脂、各種アミン類、酸無水物、ジシアンジアミドなどが使用できる。

接着剤層および基材フィルムの厚みは、特に制限はないが、接着剤層、基材フィルムともに５〜２５０μｍが好ましい。接着剤層の厚みが５μｍより薄いと応力緩和効果が乏しくなる傾向があり、２５０μｍより厚いと経済的でなくなる上に、半導体装置の小型化の要求に応えられない。

なお、基材フィルム上に接着剤層を積層・付設する方法としては、印刷する方法、予め作製した接着シートを基材フィルム上にプレスする方法、ホットロールラミネート法が挙げられるが、これらに限定されない。連続的に製造でき、効率が良い点では、ホットロールラミネートによる方法が好ましい。

粘着性を有する基材フィルム上において接着剤層を所定の形状、すなわちチップの寸法より小さな形状に形成する方法としては、基材フィルム上に接着剤層を印刷する方法、あるいは、シート状に接着剤を印刷またはラミネートした後、エッチングまたは金型で接着剤層を切断し、基材フィルムの途中まで切断する打ち抜き法などの方法で不要部を除去する方法が挙げられる。これらの方法により、様々な形状の接着剤層を有する半導体チップを得ることができる（図７参照）。

予め半導体ウエハを切断する方法としては、ダイヤモンドソーによる切断、レーザ光による切断などが挙げられる。半導体ウエハを半切断（チップが個片に完全に切断されていない状態）する方法としては、ダイヤモンドソーによるハーフダイシング、ステルスダイシングによる切断が挙げられる。

本発明の接着シートをチップの所定位置に設置するには、粘着性を有する基材フィルム上に接着剤層を付設した接着シートと半導体ウエハとを位置合わせすることが必要である。この場合、接着剤層または基材フィルム上にウエハの位置合わせ用の印を有することが好ましく、位置合わせ用の印と半導体ウエハの外周部の数点とを位置合わせした後、貼り付けることで、位置ずれを小さくすることができる。例えば半導体ウエハの外周の一部の直線部分（オリエンテーションフラット）と円部分との２つの交点を利用し、その交点と接着剤層または基材フィルム上に設けた位置合わせ用の印とを位置合わせするなどの方法がある。
ここで、接着シート１０とウエハＡとの位置合わせ用の位置合わせ手段（印）の形成方法を、図６を参照して説明する。
接着シート１０上に載置するウエハＡの外形上の丸形状Ａ２０とオリエンテーションフラット（直線部）Ａ１０との交点に対応する位置に第一の印２０を、第一の印２０に対応するウエハＡの丸形状Ａ２０との交点に対応する接着シート１０位置に第二の印２２を形成する。第一の印２０および第二の印２２は、エッチングまたは金型による打ち抜きにより接着シート１０に形成された穴、印刷により形成された印、またはレーザ光による接着剤層２および基材フィルム１の改質により形成された印である。

以下、本発明の実施例を用いてより詳細に説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。図１〜図７を参照しながら説明するが、図中同一の機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
図１は基材フィルム（粘着フィルム）１と接着剤層２とを備える接着シート１０の断面説明図である。
粘着剤層１’を設けた基材フィルム（粘着フィルム）１には古河電工株式会社製のフィルム（商品名：ＵＣ３００４Ｈ−８０、膜厚：１００μｍ）を用いた。接着剤層２は日立化成工業株式会社製の接着シート（商品名：ＨＳ−２３２）を用いた。これらをホットロールラミネータ（Ｒｉｓｔｏｎ、ＤｕＰｏｎｔ社製）でラミネートした。これを４０℃で一定時間保持して接着シート１０を形成した。

この接着シート１０に金型でプレスを行い、半導体素子より小さいサイズに形状を形成した（図２参照）。

次に、図３に示すようにして、この接着シート１０の接着剤層２の上面に、ダイシング加工済みであり、かつ回路面に保護テープ３を有する半導体素子Ａ１をラミネートにより貼着した。この際のラミネート温度は通常２０℃〜２００℃の間で行われる。ラミネート温度としては半導体素子のそりが少ない点で、２０℃〜１３０℃が好ましく、基材フィルム１の伸びが小さい点で、２０℃〜８０℃がさらに好ましい。なお、上記のラミネートは６０℃、線圧１ｋｇ／ｃｍの条件で行った。
続いて、図４に示すようにこの貼着状態で回路面の保護テープ３を剥がすことにより、完全にチップに切断することができる。この際、接着剤層２により半導体素子Ａ１は接着シート１０に充分に粘着保持されているので、上記各工程の間にチップが脱落することはない。

図４に示されるようにして、ピックアップすべき半導体素子Ａ１を、例えば吸引コレット４によりピックアップした。この際、吸引コレット４に換えて又は吸引コレット４と併用するようにして、ピックアップすべき半導体素子Ａ１を基材フィルム１の下面から、例えば針扞等により突き上げることもできる。
半導体素子Ａ１と接着剤層２との間の粘着力は、接着剤層２と基材フィルム１との間の粘着力よりも大きいため、半導体素子Ａ１のピックアップを行うと、接着剤層２は半導体素子Ａ１の下面に付着した状態で基材フィルム１から剥離する（図４参照）。

次いで、半導体素子Ａ１を、接着剤層２を介して半導体素子搭載用支持部材５に載置し加熱した。加熱により接着剤層２は接着力が発現され、半導体素子Ａ１と半導体素子搭載用支持部材５との接着が完了する（図５参照）。

上記のような方法で、半導体素子、接着シート、および基材フィルムとして厚み２５μｍのポリイミドフィルムを用いて配線基板を貼り合せた半導体装置サンプル（片面にはんだボールを形成）を作製し、耐熱性および耐湿性を調べた。
耐熱性と耐湿性の評価方法には、耐リフロークラック性と耐温度サイクル性の試験を適用した。耐リフロークラック性の評価は、８５℃／８５％Ｒ．Ｈ．の条件で４８時間放置した後のサンプルを、サンプル表面の最高温度が２４０℃でこの温度を２０秒間保持するように温度設定したＩＲリフロー炉に通した後、室温（２５℃）で放置することにより冷却する処理を２回繰り返した。そして、サンプル中のクラックを目視と超音波顕微鏡で観測した。試料サンプル１０個のすべてでクラックの発生していないものを「○」とし、１個以上発生していたものを「×」とした。

耐温度サイクル性は、サンプルを−５５℃雰囲気下に３０分間放置し、その後１２５℃の雰囲気下に３０分間放置する工程を１サイクルとして、１０００サイクル後のサンプルについて超音波顕微鏡を用いて観察した。剥離やクラック等の破壊が、試料サンプル１０個のすべてで発生していないものを「○」、１個以上発生したものを「×」とした。
その結果は、耐リフロークラック性の評価では、試料サンプル１０個のすべてでクラックは発生していなかった（評価結果：○）。
また、耐温度サイクル性の評価では、試料サンプル１０個のすべてで剥離やクラック等の破壊は発生していなかった（評価結果：○）。

以上のように、本発明の接着シートは耐熱性および耐湿性に優れ、またダイシング時の半導体素子飛びも無く、ピックアップ性も良好であった。

本発明の接着シートは、ダイシング工程ではダイシングテープとして、半導体素子と支持部材との接合工程では接続信頼性に優れる接着剤として使用することができ、また、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性および耐湿性を有し、かつ作業性に優れるものである。また、本発明の接着シートを使用することにより、半導体チップ（素子）の製造工程を簡略化することができ、しかも製造した半導体装置は、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性、耐湿性、および作業性を兼ね備えるものである。

１基材フィルム（粘着フィルム）
１’ 粘着剤層
２接着剤層
３ウエハ保持テープ（保護テープ）
４吸引コレット
５半導体素子搭載用支持部材
１０接着シート
１１溝
２０第一の印
２２第二の印
Ａ半導体ウエハ
Ａ１半導体素子
Ａ１０オリエンテーションフラット（直線部分）
Ａ２０ウエハの外形上の丸形状

Claims

基材フィルム上に接着剤を付設した接着剤層を有する接着シートであって、
前記接着剤層または前記基材フィルム上にウエハ位置合わせ用の位置合わせ手段を有し、
前記接着シートは、予め切断されたウエハ、または切断予定部に切断しやすくなる加工が施されたウエハの回路面もしくは裏面のいずれか、あるいは両方に１〜多数回接着剤層を積層後、切断予定部に切断しやすくなる加工を施したウエハについては、ウエハの分割を行い、接着シート付きチップを得る工程に使用され、
前記接着剤層が切断されたチップの寸法に対して小さくなるように予め切断加工されていることを特徴とする接着シート。