結論 - 半導体集積回路の高密度実装用粘接着テープの開発

第 4 章半導体集積回路の高密度実装用粘接着テープの開発

4.6 結論

半導体集積回路形成済みICチップの積層用粘接着剤化を検討して次の結論を得た。

1) アクリル酸エステル共重合体と、液状ならびに固形のビスフェノールＡ型エホキシオリゴマーと多官能ノボラック型エポキシオリゴマー、潜在性硬化剤を配合すると相溶性に優れたドライフィルムとなりダイシングテープとしての基本性能を満たすことができた。

2) 潜在性硬化剤としてDICY / 2PHZを併用すると、常温では安定で所定の加熱で高い剪断強度を示し熱湿促進後もその強度を維持できることが判明した。なお紫外線照射では紫外線反応型モノマーのみが反応しエポキシオリゴマーは開環しないことを確認した。すなわち、紫外線硬化反応と加熱硬化反応をそれぞれ独立反応として2段階で制御可能な組成

（粘接着剤）が得られた。

3) 粘接着剤が易剥離するフィルム基材を選定する目的で、基材の表面張力とピックアップ力を調べた。表面エネルギーが30 mN / mのLDPEを基材としたテープでは、610 g / 5 mm角のピックアップ力を示した。これは第3章2-2で述べたフルオートダイボンダーでのピックアップ可能域800 g / 5 mm角以下の条件を満たしていることからLDPEを標準基

材として研究を進めた。なお、シリコンと粘接着剤の表面エネルギーは同レベルゆえ強固に密着しており、そのままリードフレームに載置できた。

4) ICチップが接合される銅パッドを模した銅箔に対して、粘接着剤の接着性能を調べた。

その結果、400 mJ / cm²以内の紫外線照射で、かつDPHAの添加量が10 g以内で作製した試料は、6 N / 10 mm 以上の接着性を示し、従来のペースト状エポキシオリゴマーに匹敵した。

5) 加熱硬化後の接着強度の変動要因を調べる目的で、接着界面における酸素原子濃度を XPSで測定した。紫外線照射前後の炭素原子に対する酸素原子の割合を測定すると、紫外線照射後に酸素原子が減少し炭素原子が増大していた｡これはDPHAの添加量を増大させたときも同様であった。これらの結果から、接着強度には紫外線硬化反応に伴う接着界面の酸素原子量の変化が影響していることが示唆される。

6) GMAをコモノマー成分とするB’配合物について、汎用紫外線硬化型ダイシングテー

プならびペースト状エポキシオリゴマーと実用性能を比較したところ同等以上であった。

その優れた性能により、ダイシング機能とダイボンディング機能を兼備した全く新しい半導体製造用粘接着剤となり、ICチップの多段化と半導体製造工数の削減に貢献している。

参考文献

1) 朝倉博史, 日経マイクロデバイス, (8), 189 (2000).

技術情報協会編, (電子･光学部品における接着不良の原因とその対策), 70-82 (2002)．

江部和義, 近藤健, 日本接着学会誌, 33, 251(1997)．

T. Ozawa, S. Ishiwata, Y. Kano, T. Kasemura, J. Adhesion, 72, 1 (2000).

2) K. Ebe, H. Senoo, K. Horigome, J. Appl. Polymer Sci., 90, 436 (2003)．

3) Hayes B. S., Seferis J. C., Polym. Compos., 2002, 23, 418.

Nakamura Y., Tabata H., Okubo M., J. Appl. Polym. Sci., 33, 885 (1987).

4) 江部和義, 妹尾秀男, 杉野貴志, 山崎修, 日本接着学会誌, 44, 289 (2004)．

5) 日立化成テクニカルレポート, 46, 2006-1 古河電工時報, 平成12年, 106号

6) E. P. Chang, J. Adhesion, 34, 189 (1991)．

7) 加門隆, 斎藤勝義, 高分子論文集, 37, 765 (1980)．

Epoxy resinsProperty Copolymer1) Compatibility2) Film formation2) Tackiness3) Cohesion3) Bis-phenol A type #828(Liquid)

AFinePoorHighLow BFinePoorHighLow Bis-phenol A type #1055(Solid)

APoorPoorLowMiddle BPoorPoorLowMiddle Bis-phenol A type #828/#1055(Liquid/Solid)

AGoodGoodMiddle Middle BFineFineMiddle Middle Cresol-novolak type #104S(Solid)

APoorPoorLowMiddle BPoorPoorLowMiddle Epoxy resins #828/#1055/#104S

AGoodGoodMiddle Middle BFineFineMiddle High

T ab le 4 -1 Q u ali tat ive e valu at ion o f fil m f or m a tion an d ad h esio n p rop er tie s for ep oxy r esin (s) / ac ryli c cop olyme r / U V r esin b lend s

1) Copolymer A : BA / HEA, Copolymer B :BA / GMA, UV resin : DPHA 2) Compatibility and film formation: by observation 3) Tackiness and cohesion : by finger touch test

Thermal cure agent(s) CP-662PHZDICYADHDICY/2PHZ Percent retention10010010030100 CP-66:2-Butenyl tetramethylene sulfonium hexafluoroantimonate 2PHZ:2-Phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole DICY:Dicyandiamide ADH:Adipic acid di-hydrazide

T ab le 4 -2 Eff ec t of t h er m al cu re age n t on the p er ce n t r ete n tion of 18 0°p ee l str en gt h af te r 72 h ou rs at 40

℃

.

Acrylic copolymer : B, Epoxy resin : #828 / #1055, UV resin : DPHA, Initial peel strength: 2.5 N / 25 mm

T ab le 4 -3 E ff ec t of su rf ac e e n er gy on p ick u p for ce

RunFace materials Surface energya) mN / m Pick up N / 5mm□

Peel strength N / 25mm 1PET45>1000>50 2EMAA36>1000>50 3PSt 33>1000>50 4EMMA3392032 5LDPE30 61031 6PP<30 65030 Control, 1Sib) 45 ―d) ―d) Control, 2UV/heat- Tape44 / 45 c) ―― a) JIS K6768 b) dry polish c) before UV / after UVd) adhere

Die flying-off on dicing 2mm□

Pick-up force of a chip from UV cured adhensive1) N / 10 mm□

Adhesion25% Strength Initial N / 25mm

UV cured N / 25mm

MD2) N / 10mm

CD2) N / 10mm Dual-cured adhesive tape3) None 2.43.72.0 7.97.1 UV curable dicing tape4) None 4.62.90.27.86.9

T ab le 4 -4 Com p ar ison o f t h e d u al -c u rab le ad h esive w ith th ose o f a c om m er cial UV c u rab le di ci n g tape.

1) Measured with a push-pull gauge, Expantion : 8 mm 2) MD: Machine direction. CD : Cross direction. 3) Copolymer B: Epoxy resins : #828 / #1055 / #104S (30 / 30 / 10) : Thermal cure agent : DICY / 2PHZ; UV resin: DPHA; Face material: LDPE 4)Acrylic copolymer(Main component;Butylacrylate,Mw=6.0×105 ) : 100 phr, Difunctional urethane acrylate oligomer: 100 phr, UV resin: DPHA 20 phr (I-184 incuded), face material:LDPE 80 μm

Die shear strength at elevated temperature

Glass transition temperature1) ℃

Initial N / 2mm□Moisture / heat N / 2mm□ Dual-cured adhesive2)7.356.90 128 Epoxy paste3) 8.155.40 150

T ab le 4 -5 Com p ar ison of p er for m an ce s of th e d u al -c u re d ad h esiv e w ith th ose o f a the rm al cu re d p aste

1) Peek value in the tanδ thermogram. 2) Copolymer B, epoxy resins :#828 / #1055 / #104S (30 / 30 / 10), Thermal cure agent: DICY / 2PHZ, UV resin : DPHA. 3) Commercial bisphenol A type epoxy resin; thermal curing : at 200℃×5min.

Sheer strength(N) (250℃, 30 s)

Release force(N) Monomer(23℃,50% RH, 24 h)

(85℃,85% RH, 168 h) NPGDA8.045.4 (If)a 4.6 (If) TMPTA10.298.0 (Cf)b 4.0 (Cf) DPHA8.828.0 (Cf)4.4 (Cf)

T ab le 4 -6 Adh esive p rop er tie s b etw ee n S i chi p an d Copp er p ost -h eat c u rin g

a IF : Interfacial failure. b CF : Cohesive failure.

MonomerSheer strengtha) (N)

Release forceb) (N)

Water absorptionc) (%) TCDDA8.335.0 (Cf)1.48 DPHA8.824.0 (Cf)2.05

T ab le 4 -7 Adh esion an d w at er ab sorption of t h e d u al -c u re d T CD DA an d D P HA ad h esive.

Condition a): 250℃, 30 s b, c): 85℃, 85%RH, 168 h

Reaction Conditions Atom ratio O / C

C1s component Adhesion N / 10 mm

UV resin phr.

Exposure dose mJ / cm2C=O %

C-O %

C-C % 10 00.3612.4 25.5 62.1 6.25 101300.319.4 22.2 68.3 7.28 107800.276.7 20.3 73.0 3.13 25 00.3713.0 27.0 60.0 6.91 251300.269.6 19.0 71.4 0

T ab le 4 -8 Anal ysis of X P S S p ec tr a of ad h **esives* an d c om p ar ison of their p ee l st re n gt h . T ak e of f a n gle=45°**

*Copolymer / thermosetting resin / catalyst = 20 / 80 / 2 (phr.)

Fig. 4-1 Problems in the application of currently available paste adhesives to stacked CSP.

Rolling up

Inclining Wire (Gold)

Substrate

Fine pitch of wire bonding space

Squeezing out

Fig. 4-2 (a) Scheme of synthesis of acrylic esters copolymer

70°C, 8hr, N2

70°C, 7hr, N2

BA 2HEA GMA

#104S

Semiconductor tape

Sub:poly(ethylene-co-methacrylicacid)

Fig. 4-2(b) Scheme of semiconductor tape synthesis

Hardening Agent

90°C 3min ３みｎ3min

Silicon chip

Fixing plate at 250℃

Shear

Fig. 4-3 Evaluation methods of adhesive strgenth

a) Uncured b) UV cured

Fig. 4-4 Cross-sectional SEM photographs of diced silicon wafer.

Copolymer; B , UV resin: DPHA; Thermal cure agent, CP-66

Epoxy resins : #828 / #1055 (30 / 40)

Fig.4-5 Pick-up process.

Pick up process with a new tape.

Relationship between the die shear strengths at 250

C and

curing temperatures

Copolymer：B, Cure agents : DICY / 2PHZ

■:#828 / #1055 (30 / 40), ● :#828 / #1055 / #104S (30 / 30 / 10)

Fig.4-6

Curing temperature, C

Die shear strength, N / 2mm□

Fig. 4-7 Effect of latency thermal cure agent(s) on die shear strength and swelling after UV/thermal(dual) cured.

Copolymer: B, Epoxy resin : #828 / #1055 / #104S (30 / 30 / 10)

: Initial. (measurement at 23C)

: Moisture / heat (85C, 85%RH  168 hrs) : Swelling (in MEK at 23C  12 hrs)

Swelling Die shear strength

Die shear strength, N / 2mm□

Thermal cure agent(s)

Swelling, %

Fig. 4-8 ATR-FTIR spectra of a) Uncured, b) UV cured, and c)

Dual-cured composition.

Copolymer; B, Epoxy resin; #828/#1055/#104S=30/30/10, UV resin; DPHA

Wavenumber (cm

^–1

)

Absorbanc e

960 900 800

c a

HC CH₂ O

C C

_a

ν

a C-O-C

δ HC=CH₂

Wavenumber , cm^-1 δ HC－CH

Fig. 4-9 Storage modulus of the compositions using blended copolymer and thermal cure agents and UV resin.

Open symbol (△

, □, ○

): Copolymer A,

Close symbol(▲, ■, ●): Copolymer B

Thermal cure agents ; DICY / 2PHZ, UV resin ; DPHA

1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08 1.0E+09 1.0E+10

0 50 100 150 200 250

E’ , Pa

Temperature, C Control

after UV Dual-cured

Epoxy resin

#828／#1055／#104S

：30／30／8

＋

NPGDA TMPTA TCDDA DPHA

＋

20wt％

68wt％

10wt％

基材：ﾎﾟﾘｵﾚﾌｨﾝ半導体製造用粘接着ﾃｰﾌﾟ

Fig. 4-10 Scheme of synthesis of semiconductor tape

Semiconductor tape

Sub:poly(ethylene-co-methacrylicacid)

Fig. 4-11 Thermogram of UV-cured adhesives

○: NPGDA

□: TMPTA

△: DPHA

1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09

-10 40 90

Temperature, °C

E’, Pa

Fig. 4-12 Tangent delta of UV-cured adhesives

○: NPGDA

□: TMPTA

△: DPHA 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0

-10 10 30 50 70 90 110

ta n δ

Temperature, °C

UV curable monomer in the composition

Peel strength, mN / 25mm

Fig. 4-13 The effect of function on the decrease of post-UV adhesion between adhesive layer and face material.

■：Before UV irradiation, □：After UV irradiation

1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10

0 50 100 150 200 250

Temperature, °C

St or ag e m od ulu s, Pa

NPGDA TMPTA DPHA

Fig. 4-14 Thermogram of dual-cured adhesives.

●: NPGDA

■: TMPTA

▲: DPHA

Temperature, °C

E’, Pa

Water absorption, wt%

Time, h

Fig.4-15 Water absorption of dual-cured adhesives.

●

：

NPGDA, ■

：

TMPTA, ▲

：DPHA

1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10

0 50 100 150 200 250

E ', M Pa

Temperature, °C

Fig. 4-16 Thermogram comparison of NPGDA and TCDDA adhesives.

Open symbols: UV-cured adhesives;

Closed symbols: dual-cured adhesives

◇: TCDDA

○: NPGDA

E’ , Pa

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

-10 10 30 50 70 90 110

tan δ

Temperature, °C

Fig. 8 Tangent delta of dual-cured adhesives

Fig. 4-17 Tangent delta of dual-cured adhesives

. ●: NPGDA

■: TCDDA

Temperature, ℃

Semiconductor tape

Sub: poly(ethylene-co-methacrylic acid)

Fig. 4-18 Scheme of synthesis of semiconductor tape.

Silicon wafer

Face material

Fig4-19 Schematic assembling procedure for a stacked IC package by using adhesive sheets.

UV irradiation

Dicing

Die bonding

Thermal cure

W ire

bon ding

Molding I

C P a c k a g e Picking up

Adhesive sheet

Substrate

Molding compound Repeat

c o l l e t

Dicing blade

Peel strength, mN / 10mm

Exposure dose, mJ / cm²

Fig.4-20 Effect of exposure dose on the peel strength.

ドキュメント内博士論文 (ページ 108-139)

結論

第 4 章 半導体集積回路の高密度実装用粘接着テープの開発

4.6 結論

T ab le 4 -1 Q u ali tat ive e valu at ion o f fil m f or m a tion an d ad h esio n p rop er tie s for ep oxy r esin (s) / ac ryli c cop olyme r / U V r esin b lend s

T ab le 4 -2 Eff ec t of t h er m al cu re age n t on the p er ce n t r ete n tion of 18 0°p ee l str en gt h af te r 72 h ou rs at 40

.

T ab le 4 -3 E ff ec t of su rf ac e e n er gy on p ick u p for ce

T ab le 4 -4 Com p ar ison o f t h e d u al -c u rab le ad h esive w ith th ose o f a c om m er cial UV c u rab le di ci n g tape.

T ab le 4 -5 Com p ar ison of p er for m an ce s of th e d u al -c u re d ad h esiv e w ith th ose o f a the rm al cu re d p aste

T ab le 4 -6 Adh esive p rop er tie s b etw ee n S i chi p an d Copp er p ost -h eat c u rin g

T ab le 4 -7 Adh esion an d w at er ab sorption of t h e d u al -c u re d T CD DA an d D P HA ad h esive.

T ab le 4 -8 Anal ysis of X P S S p ec tr a of ad h esives* an d c om p ar ison of their p ee l st re n gt h . T ak e of f a n gle=45°

Fig. 4-1 Problems in the application of currently available paste adhesives to stacked CSP.

Fig. 4-2 (a) Scheme of synthesis of acrylic esters copolymer

Fig. 4-2(b) Scheme of semiconductor tape synthesis

Fig. 4-3 Evaluation methods of adhesive strgenth

Fig. 4-4 Cross-sectional SEM photographs of diced silicon wafer.

Copolymer; B , UV resin: DPHA; Thermal cure agent, CP-66

Epoxy resins : #828 / #1055 (30 / 40)

Fig.4-5 Pick-up process.

Relationship between the die shear strengths at 250

curing temperatures

Fig.4-6

Fig. 4-7 Effect of latency thermal cure agent(s) on die shear strength and swelling after UV/thermal(dual) cured.

Fig. 4-8 ATR-FTIR spectra of a) Uncured, b) UV cured, and c)

Wavenumber (cm

)

ν

Fig. 4-9 Storage modulus of the compositions using blended copolymer and thermal cure agents and UV resin.

, □, ○

1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07 1.0E+08 1.0E+09 1.0E+10

0 50 100 150 200 250

＋

＋

Fig. 4-10 Scheme of synthesis of semiconductor tape

Fig. 4-11 Thermogram of UV-cured adhesives

1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09

-10 40 90

Fig. 4-12 Tangent delta of UV-cured adhesives

ta n δ

Fig. 4-13 The effect of function on the decrease of post-UV adhesion between adhesive layer and face material.

St or ag e m od ulu s, Pa

Fig. 4-14 Thermogram of dual-cured adhesives.

Fig.4-15 Water absorption of dual-cured adhesives.

●

NPGDA, ■

TMPTA, ▲

E ', M Pa

Fig. 4-16 Thermogram comparison of NPGDA and TCDDA adhesives.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

-10 10 30 50 70 90 110

Fig. 4-17 Tangent delta of dual-cured adhesives

Fig. 4-18 Scheme of synthesis of semiconductor tape.

Fig4-19 Schematic assembling procedure for a stacked IC package by using adhesive sheets.

Fig.4-20 Effect of exposure dose on the peel strength.

第 4 章半導体集積回路の高密度実装用粘接着テープの開発

T ab le 4 -8 Anal ysis of X P S S p ec tr a of ad h **esives* an d c om p ar ison of their p ee l st re n gt h . T ak e of f a n gle=45°**