半導体用途用のダイ取付接着剤、半導体デバイスを製造する方法、およびそのような方法により製造される半導体デバイス
【課題】チップとチップ支持体の間に所定の大きさの間隔をもつ空間を創り出すことを可能にするダイ取付接着剤を提供すること。
【解決手段】ダイ取付接着剤は、硬化性高分子基材と共に、前記高分子基材中に含まれる、接着剤によって接合される基板間に平坦な接着剤層厚さを与えるのに十分な量で組成物中に存在する、平均粒径が１μｍ〜１０００μｍであり、短軸に対する長軸のアスペクト比が約１．０〜１．５である無機絶縁体粒子と、前記硬化性高分子基材の量を基準にして少なくとも５０質量％を超える量であって、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間で任意のガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の任意の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在する少なくとも１種の低熱膨張係数充填剤とを含み、１０μｍ〜１００μｍの範囲内のサイズを有する前記低熱膨張係数充填剤が０．１質量％未満の量で存在することを特徴とする硬化性接着剤組成物である。
【解決手段】ダイ取付接着剤は、硬化性高分子基材と共に、前記高分子基材中に含まれる、接着剤によって接合される基板間に平坦な接着剤層厚さを与えるのに十分な量で組成物中に存在する、平均粒径が１μｍ〜１０００μｍであり、短軸に対する長軸のアスペクト比が約１．０〜１．５である無機絶縁体粒子と、前記硬化性高分子基材の量を基準にして少なくとも５０質量％を超える量であって、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間で任意のガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の任意の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在する少なくとも１種の低熱膨張係数充填剤とを含み、１０μｍ〜１００μｍの範囲内のサイズを有する前記低熱膨張係数充填剤が０．１質量％未満の量で存在することを特徴とする硬化性接着剤組成物である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する本発明は、ダイ取付接着剤とそれらの使用方法、ならびにその方法の使用により得られるデバイスに関する。
【０００２】
一例として半導体チップを用いる場合、本発明の接着剤とそれらの使用方法は、チップ（ダイ）とチップ支持体の間の界面を提供する。この方法は、チップとチップ支持体の間に所定の大きさの間隔をもつ空間を創り出すことを伴う。
【０００３】
半導体アッセンブリの構造中に硬化性エラストマー材料を用いて半導体とその支持体の間に空間を創り出せることが分かっており、このような構造は下記で考察する従来技術の米国特許中に開示されている。最も一般的なものは、回路パネルまたはチップハウジングを含むチップキャリアパッケージの一部を形成するポリイミドフィルムなどの基板上の１個またはそれよりも多くの半導体チップのアッセンブリである。
【０００４】
チップキャリアは、一連の端子を有する誘電体層を含み、またリードも含む場合がある。このチップキャリアは、リードまたはワイヤボンドを介して半導体チップに固定される。エラストマー材料は、チップとチップキャリアの可撓性の誘電体層の間に配置される。このチップキャリアおよびエラストマー材料は、当業者によって「インターポーザ（interposer）」または「インターポーザ層」とも呼ばれている。チップキャリアのリードまたはワイヤボンドは、そのキャリアの端子がチップの接点に電気的に接続されるようにチップに結合される。次に、この構造物全体を、回路パネルすなわちチップハウジングなどの基板に装着することができる。チップキャリアの端子は基板の接点に電気的に接続される。エラストマー層が個々の端子に弾力を与えることによって、各端子は試験の間および最終的なアッセンブリ自体においてトレランスに適応するように必要に応じて動くことができる。
【背景技術】
【０００５】
今述べた情報の詳細は、チップデバイスの製造について記載した、Sweis他に対して１９９５年１２月２６日に発行された米国特許第５，４７７，６１１号の中に見られる。
【０００６】
Khandros他に対して１９９２年９月１５日に発行された米国特許第５，１４８，２６６号、Khandros他に対して１９９４年９月１３日に発行された米国特許第５，３４６，８６１号、およびKhandros他に対して１９９４年９月１３日に発行された米国特許第５，３４７，１５９号は、同じ基本的な開示に基づいており、それらはまたチップアッセンブリの構成部品およびそれらの現在の製造方法を示すのに適切である。米国特許第５，４７７，６１１号には、チップと基板の間にギャップを創り出すための液状樹脂の使用が示されている。この材料は液体として注入され、次いで硬化（キュア）される。この開示は、材料がチップの形状の縁部に到達して全ての外縁部に沿ってメニスカスを生じ、それが大気にさらされ、そのメニスカスがインターポーズ層の最終硬化に先立って硬化することを示す。メニスカスを介する縁部のこの「Ｂ段階」が、最終硬化が行われるまでチップと基板の間に液体を閉じ込めるin-situ金型を創り出す。
【０００７】
本発明により提供されるようなチップと基板の間にギャップを創り出すことについては、インターポーザ材料として硬化性液体を使用するこの開示を除いて前述の特許の中には何もない。
【０００８】
チップと基板の間にギャップを創り出すスペーサとして粒状材料を使用することについて論じた従来技術に関しては、平均粒径が１００〜１，０００μｍであり、短軸に対する長軸の比が１．０〜１．５である球状充填剤を含有する硬化性ポリマー組成物を基材とするダイ取付接着剤の使用について開示するIsshiki他の名で１９９９年７月８日に出願された特願平１１−１９３８２８号を知っておかなければならない。そこで開示され強調されていることは、特定の粒度の無機の球状充填剤を組成物中でスペーサとして使用することである。
【０００９】
同様に、Yamaka他の名で１９９９年７月８日に出願された特願平１１−１９３８２９号には、半導体チップをチップマウント部品に結合するためのダイ取付接着剤であって、平均粒径が１０〜１００μｍであり、短軸に対する長軸の比が１．０〜１．５であるスペーサ粒子としての球状充填剤を含有する硬化性ポリマー組成物を含み、これら充填剤が、それらの配合物に約１〜９００ｐｐｍの範囲の量で用いられるダイ取付接着剤について論じられている。
【００１０】
最後に特開平７−２９２３４３号には、半導体デバイス用の接着剤であって、（Ａ）１分子当たりケイ素原子と結合したアルケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、（Ｂ）１分子当たりケイ素原子と結合した水素原子を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、（Ｃ）ケイ素原子と結合したアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物、（Ｄ）平均粒径が１０〜１００μｍであり、短径に対する長径の比が１．０〜１．５である有機または無機の球状充填剤、および（Ｅ）触媒量の白金または白金化合物から構成される。
【００１１】
上記引用文献のどれも、スペーサビーズとしての無機絶縁性粒子に基づく優れたダイ取付接着剤に関する本発明について記載した重要なパラメーターは認識していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本明細書で本発明として開示するのは、硬化性ポリマーおよび／または樹脂と、半導体ダイと取付基板の間のすぐれた平坦性を可能にするのに十分な量の無機スペーサ充填剤と、低熱膨張係数充填剤とを含む接着剤組成物である。この組み合わせは、最適なダイの取り付けと、チップ接着性能の改善をもたらす。
【００１３】
このような接着剤を用いてチップデバイスを製造する方法と、このチップデバイスそれ自体についても開示する。本明細書中で開示する方法の利点は、本発明のダイ取付接着剤の性質ゆえに従来技術の製造法を用いる場合の５ステップ以上の工程段階とは対照的に２〜３ステップの工程段階を必要とするに過ぎないということである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本明細書中で開示され、また特許請求されるのは、硬化性高分子基材と共に、この高分子基材中に含められた、平均粒度が１μｍ〜１０００μｍであり、短軸に対する長軸のアスペクト比が約１．０〜１．５である無機絶縁性粒子と、硬化性高分子基材の量を基準として少なくとも５０質量％を超える量であって、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間で任意のガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在する少なくとも１種の低熱膨張係数充填剤を含み、１０〜１００μｍの範囲内のサイズを有する低熱膨張係数充填剤が０．１質量％未満の量で存在する硬化性接着剤組成物である。
【００１５】
さらに半導体デバイスである本発明の別の実施態様があり、これは上記接着剤組成物によって少なくとも２個の個別の基板を接合し結合するものである。
【００１６】
本発明のさらに別の実施態様は、少なくとも２個の個別の基板を接合する方法であり、この方法は少なくとも１個の個別の基板の少なくとも１つの表面に上記接着剤組成物を適用し、次に、別の個別の基板を上記基板の接着剤処理された側に取り付けて積層体を形成することを含む。次に、その積層体に圧力および／または温度を加えて各基板が接着剤組成物の最も大きい無機絶縁体粒子と接触するまで層間に接着剤を分散させた後、接着剤組成物を硬化させる。圧力と熱を同時に加えることも本発明の範囲内と考えており、圧力を加えること及び熱を加えることはこの方法で２ステップ以上の形態をとることもできるが好ましい方式は圧力と熱を同時に加えることである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の接着剤を使用して製造することができる完全にパッケージされたデバイスの図であって、その全体側面図である。
【図２】図２は、実施例で使用した本発明の接着剤の分散を示す図である。
【図３】図３は、スペーサビーズを含有する接着剤を基板上に有した状態の、封入前のダイの概略図である。
【図４】図４は、スペーサビーズを含有する接着剤を基板上に有した状態の、ポリマーパッケージプロセスの完了後のダイの概略図である。
【図５】図５は、本発明の方法において述べたようにダイに圧力を加えた際のダイ取付接着剤の起こり得る分散を示す概略図である。
【図６】本発明の方法の一つである予備硬化高分子スペーサ印刷ダイ法の概略図である。
【図７】図７は、本発明の別の方法である予備硬化高分子スペーサ分散ダイ法の概略図である。
【図８】図８は、本発明の別の方法である印刷または分配ダイ取付パッド法の概略図である。
【図９】図９は、本発明の別の方法である印刷または分配セグメントパッド法の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の接着剤を使用することにより製造できる本発明のさらに別のデバイスを示す図であり、パッケージ中の別の半導体ダイの上に重ねられた１つの半導体ダイが全体側面図で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に硬化性のベースの接着剤組成物を説明するが、その接着剤がチップを任意の所望の基板に結合できる限り、任意の硬化性高分子接着剤組成物を基材として提供することは本発明の範囲内と考えている。そのような硬化性高分子組成物は当業界で周知であり、硬化性シリコーン組成物、硬化性エポキシ組成物、硬化性ポリイミド組成物、または硬化性アクリル組成物のいずれでであってもよい。硬化性エポキシおよびシリコーン組成物が本発明には好ましく、硬化性シリコーン組成物が非常に好ましい。
【００１９】
Dent他に対して１９９９年１１月２日に発行された米国特許第５，９７７，２２６号、Lee他に対して１９８８年８月２３日に発行された米国特許第４，７６６，１７６号、およびAtsusi他に対して１９９１年５月２１日に発行された米国特許第５，０１７，６５４号に開示され、記述されている組成物が特に好ましく、その組成物およびそのような組成物の調製に関する教示は本明細書で援用する。
【００２０】
低熱膨張係数（ＣＴＥ）充填剤は、その配合されるものとの適合性があり、それに加えて低い熱膨張係数をもたらす任意の充填剤であることができる。そのようなＣＴＥ充填剤は、金属酸化物、例えば窒化ホウ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなど、高分子材料またはカップリング剤でコートされたそれらの材料、金属窒化物、ガラス、および他のそのような無機の電気的絶縁体粒子から選択される。粒子は、１０μｍ未満の粒度を有し、約５０質量％を超える量であって、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間でガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在することが好ましい。
【００２１】
そのような充填剤の利点は、この開示において下記に示す実施例中で提供される情報とあいまって当業者に明らかになるであろう。
【００２２】
当業者は、本発明の接着剤組成物の硬化の方式が重要ではなく、縮合反応、付加反応、紫外線開始反応、および遊離基開始反応などの硬化機構を含むことができることに注目すべきである。
【００２３】
付加反応および紫外線開始反応によって硬化されるものが本発明の接着剤組成物には好ましく、付加反応に基づくものが特に好ましく、また、ある分子のケイ素原子に結合している水素が別の分子のケイ素原子上に結合している不飽和基に付加され、その反応が白金触媒により触媒されるシリコーン組成物の付加反応に基づくものが非常に好ましい。この白金触媒は、好ましくは上記の米国特許第４，７６６，１７６号中に記載され、開示されているものである。
【００２４】
次に本発明のデバイスの説明に移るので、図１を参照されたい。図１には、本発明の接着剤組成物及び方法により製造された完全にパッケージされたデバイス１が示されており、この図には、ダイ２と、ポリイミド、エポキシ−ガラス繊維又は他の基板であることができる回路基板であって、可撓性であっても剛性であってもよい当該技術分野で周知の材料であることができる回路基板３と、スペーサ粒子４と、接着剤５と、中央リードボンド６と、カバーレイ７と、封入材８と、はんだボール９が示されている。スペーサ粒子４は、本発明の目的上、別個の異なる多数の層で実質的に全てが同じ粒度を有していても異なる粒度を有していてもよい。このデバイスの製造方法は後述する。
【００２５】
図１０には、本発明の接着剤を用いて製造することができる本発明に係るさらに別のデバイスパッケージ１１が示されている。この図では、別のデバイスパッケージ１１の全体側面図が示されており、１つの半導体ダイ１２が半導体ダイ２の上に重ねられて前記パッケージ１１を形成している。
【００２６】
すなわち、可撓性でも剛性でもよい回路基板３、ダイ２と基板３の間のスペーサビーズ４を含有するダイ取付接着剤５に加えて、リードボンド６、はんだボール９、ならびにダイ取付接着剤の別の層１３が示されている。ダイ取付接着剤１３はスペーサビーズ１４を含有し、このスペーサビーズ１４は、本発明の一態様を例示するため、ダイ取付接着剤５のスペーサビーズ６よりも粒度が小さい。このスペーサビーズ（粒子）の粒度は、製造業者の必要性に応じて様々なレベル間で異なっていてもよく、また実質的に同じであってもよいことに当業者は注目されたい。
【００２７】
そのようなデバイス１１の組立ては、予め基板回路３を搭載した回路板１５に、スペーサビーズ６を含有する接着剤５を適用することによって行われる。次に、熱いダイ２をこの接着剤５の上に置き、ダイ２の下方に接着剤５を均一に広げるのに十分な力を加える。実施例のダイ取付接着剤の粘度を検討すれば分かるように高い圧力は必要ではない。
【００２８】
熱がダイ取付接着剤５を部分的に硬化し、スペーサビーズ６が基板３の表面からのダイ２の高さを制御するための機構を提供する。次に、第１のダイ２の上に接着剤１３を適用することによって、予め装着されたダイ２の上に別のダイ１２を加えることができる。上部のダイ１２が接着剤１３上に熱した状態で置かれ、ダイ１２から基板に導くボンディング操作において後続のワイヤ６が備え付けられる所定の位置に部品を保持することを可能にするように接着剤を部分的に硬化する。ダイ取付接着剤５および１３の完全な硬化は、パッケージ１１の上でオーバーモールディングを行ったときに完了する。オーバーモールディングを適用し硬化させたら、はんだボール９を加えてパッケージ１１のパッケージングが完了する。
【００２９】
下記の実施例において本発明のダイ取付接着剤組成物をより詳しく例示する。特に断らない限り、全ての部数および百分率は質量に基づくものである。これらの実施例は本発明をさらに例示するためのもので、決して本発明を限定するものと見なされるべきではない。
【００３０】
粘度の測定は、２つの方法を用いて行なった。１つの方法は、直径４０ｍｍのアルミニウム板を備えたRDA II平行板レオメーターを使用して、特定のせん断速度で０．０５％の一定の歪を用いて２５℃で未硬化の組成物の性質を求めるものである。もう一方の方法は、デラウェア州ニューカッスル（Newcastle）所在のTA Instruments, Inc.製のＣＰ−２０圧縮レオメーターにより、２５℃、１５００ダイン定荷重で、２ｃｍのプレートを用いて、性質を求めるものである。
【００３１】
硬化発熱ピーク温度は、Seiko示差走査熱量計モデル２２０Ｃ（カリフォルニア州トレンス（Torrance）所在のSeiko Instruments）を用いて、アルミニウム製試料皿中で材料２０〜２５ｍｇを２５〜３０ｃｃ／分ヘリウムガス（高純度圧縮ヘリウムＵＮ１０４６、ペンシルベニア州ラドナー（Radnor）所在のAirgas, Inc.製）でパージしながら２５℃から２００℃まで１０℃／分で加熱することによって測定した。基準として空のアルミニウム製試料皿について測定した。
【００３２】
本明細書中で用いた充填剤の全ての粒度および表面積は、その供給業者から得た。充填剤の表面積は、Quantachrome Monosorb B.E.T.法により求めた。
【００３３】
本明細書中で用いた無機スペーサ粒子は、所定の目開きを有するTyler Goldシリーズのフルハイト（full height）８インチ径のワイヤメッシュふるいを用いて分離した。
【００３４】
破断点モジュラス、破断点伸びおよび破断点引張強さは、次のようにして求めた。すなわち、成形したスラブから引張試験片を切り出し、１ｋＮロードセルを備えたMonsanto Tensometer 2000を用いて引張速度２０インチ／分で試験した。この手順はASTM D412に詳細に記載されており、引張試験片を切り出すのに０．２５インチ幅のダイを使用する。
【００３５】
体積抵抗率は、ASTM D257-99に記載の保護電極法を用いて室温で測定した。
【００３６】
比重測定は、ASTM D792に従って湿潤／乾燥天秤法の大筋を用いて行った。試験試料を、成形し、硬化させ、約１インチ×１インチのスラブに切り分けた。
【００３７】
ジュロメーター試験は、ショアーＡジュロメーターおよび71200 Conveloader（両方ともShore Instrument Manufacturing Companyから入手）を用いてASTM D2240に従って行った。試験試料を、成形し、硬化させ、約１インチ×１インチのスラブに切り分け、次いで０．２５インチを超える厚さまで重ねてからジュロメーター測定を行なった。
【００３８】
誘電率および誘電正接は、1615-A型（Scheringタイプ）キャパシタンスブリッジ、722D型コンデンサ、1316型発振器、１６９０型固体試料ホルダ、ならびに1401型NISTエアキャパシタンス標準（これらは全てカリフォルニア州ポーウェイ（Poway）所在のGeneral Radio Co.から購入した）を用いて所定の周波数で測定した。これらの測定は、硬化した成形スラブを用いてASTM D150に従って行った。
【００３９】
試料の絶縁耐力は、110kV Hypot機型番4862M2（イリノイ州レーク・フォレスト（Lake Forest）所在のAssociated Research, Inc.から購入した）を用いてASTM D149に従って測定した。硬化した成形スラブをこの試験に用いた。
【００４０】
線熱膨張係数（ＣＴＥ）の結果は、２５℃から２００℃まで５℃／分の加熱速度で、１００ｃｃ／分の窒素パージを用いて、TA Instrumentsモデル2940 TMA（熱機械分析計）により集めた。この試験試料は、成形、硬化し、次いで０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）径のダイを用いて切り出した。
【００４１】
モジュラス、伸び、引張強さ、体積抵抗率、比重、ジュロメーター、誘電率、誘電正接、絶縁耐力、およびＣＴＥの試験試料は全て、アルミニウム製チェースモールドを用いてDake Press中で圧力１０トンで１５０℃で１時間硬化させた幅１０インチ×長さ１０インチ×厚さ０．０９０インチの成形スラブから取った。試料は、必要に応じてまたは各試験に関するＡＳＴＭ標準に従ってこれらの成形スラブから切り出した。
【００４２】
ダイ実装性能試験用の接着剤の配置は、０．２５インチ幅のステンレス鋼製スパチュラを用いて少量を基板上に分配、印刷または配置することによって行った。未硬化接着剤の分配を行う場合は、CAM/ALOT 1818ディスペンサ（マサチューセッツ州ヘイバリル（Haverhill）所在のCamalot Systems, Inc.製）を用いた。未硬化接着剤の印刷を行う場合は、Speedline MPMモデルＳＰＭプリンタ（マサチューセッツ州フランクリン（Franklin）所在のSpeedline Technologies, Inc.製）を用いた。
【実施例】
【００４３】
実施例１
この実施例は、本発明に係る組成物のうちの一つの調製を示すものである。
【００４４】
次の成分（ａ）および（ｂ）を所定の温度まで加熱し、次に、ゆっくりと冷却しながら２５℃で均一になるまで１時間混合して得たブレンドＡを６０℃とした。
ａ．９９．６６部の、１分子当たり平均５個のＨＭｅＳｉＯ2/2 単位と３個のＭｅＳｉＯ2/2 単位を含み、４．８×１０-3Ｐａ・ｓの粘度を有するトリメチルシロキシ末端ジメチルメチルハイドロジェンシロキサン、および
ｂ．１．９８部の２−フェニル−３−ブチン−２−オール。
この実施例の接着剤組成物は、次の成分からなる。
（ｃ）４６６．３９部の、｛（ＣＨ3）2ＣＨ2＝ＣＨＳｉＯ｝1/2単位、｛（ＣＨ3）3ＳｉＯ｝1/2単位およびＳｉＯ4/2単位から本質的になり、ＳｉＯ4/2に対する全トリオルガノシロキサン単位のモル比が約０．７：１である樹脂、
（ｄ）８８．８３部の、８３０の平均重合度及び５５Ｐａ・ｓの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン、
（ｅ）１０２７．５８部の、４３４の平均重合度及び２Ｐａ・ｓの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン、
（ｆ）１８．６部の、４５ｎｍの平均粒度を有するカーボンブラック粉末、
（ｇ）９２．４部の上記ブレンドＡ、
（ｈ）１８０部の、ポリジメチルシロキサン流体で処理されたヒュームドシリカ、
（ｉ）３６００部の、１．０〜１．５のアスペクト比および５μｍの平均粒度を有する球状溶融シリカ、
（ｊ）４５０部の、１２５ミクロンの篩と１０６ミクロンの篩の間で集められた０．１０ｍｍの平均粒度及び１．０〜１．５のアスペクト比を有する球状溶融シリカ、
（ｋ）７６．２部の、１，３−ジエテニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンの白金錯体。
【００４５】
成分（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）および（ｉ）をせん断ミキサーに入れ、均一にブレンドした。次に、攪拌を続けながらこの混合物を１５０℃に加熱した。混合物をこの温度に１時間保ち、次いで混合を続けながらこの混合物を５０℃未満に冷却した。次に、全成分の均質ブレンドが得られるように適切な混合を用いて２５℃〜５０℃で成分（ｇ）、（ｊ）および（ｋ）を先の成分に加え、最終的な接着剤を得た。試験結果を表Ｉに示す。
【００４６】
他のパッケージング基板では、信頼性試験のために、Tessera TV-62中央リードボンドμＢＧＡ（商標）デイジーチェーンシリコン試験ダイ（カリフォルニア州サンジョゼ（San Jose）所在のTessera Inc.）を回路基板３（この場合、ポリイミドＴＡＢテープ基板）と集成するのに上記接着剤を用いた。図２は、接着剤５を回路基板３（この場合、ポリイミドＴＡＢテープ）に堆積させようとする位置に位置する直径０．０２５インチのレーザーにより穿たれた穴を有する厚さ０．００６インチのステンレス鋼ステンシルを介して印刷した場合の接着剤パターンの概略図を示すものである。ダイ取付接着剤５の印刷されたドット１０は、直径が約０．０３０インチである。それらのドットは、ポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の上に印刷され、次に、ダイ２は、未硬化の接着剤ドット１０の上に、約２００℃で５００ミリ秒の滞留時間で十分な力（実施例のダイ取付接着剤の粘度から判るように高い圧力は必要ではない）を用いて配置され、ダイ２を接着剤５中のスペーサビーズ４と密着させる。ダイ２を図２において点線で示されている○の位置に配置した。ダイ２を配置している間の加熱によって、接着剤５は部分的に硬化し、後硬化が起こるまでダイ２を所定の位置に保持する。
【００４７】
図３は、ポリイミドＴＡＢテープ回路基板３上に配置されたダイ２の明りょうな概略図を示すものであり、充填されたシリコーン接着剤５中のスペーサ４が、ポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の表面から一定の高さにダイ２を保持している。
【００４８】
図４に、ポリマーパッケージング法の完了後のダイ２を示す。ダイ２を取り付けた後、サーモソニック・リード・ボンディングを行なって、中央リードボンド６をダイ２に結合させた。封入材８を適用するときにその封入材が流れ出るのを防止するために、取り外し可能なテープ７（カバーレイ）をポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の底部に貼り付けた。リードボンディングの次に、Dow Corning（商標）6820マイクロエレクトロニック封入材（５０℃から１５０までの線熱膨張係数（ＣＴＥ）が１９５ｐｐｍ／℃であるシリコーン封入材）を２５℃で分配してダイ２の下方及び周囲に流動させた。封入材８がダイ２の下方及び周囲を十分に流動したら、複合パッケージ（composite package）１全体を１５０℃で１時間加熱してダイ取付接着剤５を後硬化させると共に封入材８を完全に硬化させた。次に、カバーレイ７を除去した。最後に、ポリマーパッケージング材料が硬化したら、はんだボール９をポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の底部に配置して図１に示すようなパッケージを完成した。
【００４９】
図１に示すようなパッケージの環境ストレス下での試験によって、表ＩＩに示す測定結果を得た。さらに、分配は、極わずかなテーリング（tailing）を示し、印刷は、多くの様々な印刷速度及び圧力で行なうことができ、各場合に優れた結果が得られた（方法：ウレタンスキージ、２０インチ×２０インチのステンシル枠、０．００６厚のステンシル、０．０２５インチの穴、８〜３０ポンドの圧力、１インチ／分〜２インチ／秒の速度）。信頼性試験のために作製したパッケージ間での変動を０．０００５インチ未満に抑えてダイ２の高さを０．００５インチの調節した。
【００５０】
接着剤の小さなドット１０を分配又は印刷し、そしてダイ下方の残りの領域に封入材８を充填することに加えて、ダイ下方の全領域にダイ取付接着剤５を充填することができ、封入段階中にダイ下方に封入材が流れるのに要する時間の大部分をなくした。１本の斜めの線１６上にダイ取付接着剤５を施し、この最初の線１６と交差するもう１本の斜めの線１７上にダイ取付接着剤５を施すことによって図５に示すような「Ｘ」形状のパターンを作った場合に、ダイ取付接着剤５は中央部に小山を形成し、この小山は、適量の接着剤が使用された場合には、ダイ２の端部まで押し広げられる。記号「ＡＦ」の付いた矢印は、ダイ取付接着剤の２次的な流れの方向を示す。ダイの形状に応じて様々なパターンを使用できた。シリカ充填剤のレベルを調節することによって、パッケージのタイプに応じて様々なダイ適用圧力を使用することができる。
【００５１】
比較例
次の実施例は、本発明の方法を用いて従来技術のデバイスパッケージング法から除去することができるけれども、パッケージされた部品に優れた信頼性を与える重要な加工ステップを示すものである。
【００５２】
デバイスパッケージは、印刷されたシリコーンスペーサを用いて作られてきた。しかしながらダイ取付接着剤は、ダイを取り付けるためにスペーサ上に印刷するか、またはスペーサ間に分配しなければならない。パッド接着剤は、それに用いられるライナーを取り除くために余分のステップを必要とする。下記の「工程段階表」は、従来技術による標準デバイスパッケージング用製品の代わりに本発明の組成物を用いた場合に除去できる工程段階を示す。
【００５３】
ダイ取付を行うには基本的に４つの方法がある。そのうちの１つの方法は、ここでは説明しない、なぜなら、その方法はスペーサビーズを含まないダイ取付材料を使用するからである。そのような方法を用いる従来法はすべて、リードボンドの信頼性が高いままであるように回路基板からのダイの高さを調節しなければならない。リードの形状はその信頼性と直接関係があり、基板からの高さがリードの形状を支配する。下記の方法は、本発明のダイ取付接着剤を例示するものである。
【００５４】
第１の方法、すなわち予備硬化高分子スペーサ印刷ダイ取付法では、図６を参照すると、スペーサ４を印刷し、次に硬化させ、次いでその硬化したスペーサ４の上にダイ取付接着剤５を印刷する。ダイ２がダイ取付接着剤５上に装着されるようにダイ２に圧力Ｐを加える。また説明のための図６にはポリイミド基板３、ダイ２を示し、また最終製品１８を与える組立ラインの移動方向を示すために図の右側に移動する横向きの移動を表す矢印Ｌも示す。
【００５５】
第２の方法、すなわち予備硬化高分子スペーサ分配ダイ取付法は、印刷されたスペーサ４を用いるものであり、次いでダイ取付接着剤５がその上に分配され、硬化したスペーサを取り囲む。ダイ２、印刷されたスペーサ４、およびその印刷されたスペーサ４を取り囲む未硬化の分配されたダイ取付接着剤５を示す図７を参照されたい。最終製品は１９として示されている。
【００５６】
第３の方法、すなわち印刷または分配ダイ取付パッド法で、きわめて一般的な方法は、パッド接着剤を用いるものである。図８を参照するとスペーサビーズ４、接着剤のパッド５、スペーサビーズ４と平面上で整列していないスペーサ２０、ポリイミドフィルム３、および完成した製品２１が示される。
【００５７】
図９に図示されている第４の方法、すなわち印刷または分配セグメントパッド法を見ることができ、未硬化のステンシル印刷されたダイ取付ドット２２がポリイミドフィルム３上に配置される。その後、ダイ２を接着剤に押し当て、スペーサ４によりポリイミドフィルムから所定の距離で停止させる。次に、この複合体を硬化させて製品２３を得る。
【００５８】
これらの方法を従来のプロセスで用いる場合、より多くの工程段階が存在するか、またはその方法の重大な欠点が存在することが下記の工程段階表から認められ、これらの方法は実行するのにより多くの時間を費やす傾向がある。本発明の組成物は特別なステップも、ダイ取付物を得るのに必要なステップを実行するための長い時間も必要とせず、また、時間、温度、圧力および基材のレオロジーの調節を行うことに伴う複雑さがない。ダイ取付接着剤５は、ドットを分配または印刷することによってドットとして与えられるか、あるいは分配されてパッドを形成することができ、熱と圧力を同時に加えることができる。ここで、本発明の方法を工程段階表の中でＡ及びＢとして示す。本発明の組成物に対して従来技術の方法も使用できることが当然に理解されよう。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する本発明は、ダイ取付接着剤とそれらの使用方法、ならびにその方法の使用により得られるデバイスに関する。
【０００２】
一例として半導体チップを用いる場合、本発明の接着剤とそれらの使用方法は、チップ（ダイ）とチップ支持体の間の界面を提供する。この方法は、チップとチップ支持体の間に所定の大きさの間隔をもつ空間を創り出すことを伴う。
【０００３】
半導体アッセンブリの構造中に硬化性エラストマー材料を用いて半導体とその支持体の間に空間を創り出せることが分かっており、このような構造は下記で考察する従来技術の米国特許中に開示されている。最も一般的なものは、回路パネルまたはチップハウジングを含むチップキャリアパッケージの一部を形成するポリイミドフィルムなどの基板上の１個またはそれよりも多くの半導体チップのアッセンブリである。
【０００４】
チップキャリアは、一連の端子を有する誘電体層を含み、またリードも含む場合がある。このチップキャリアは、リードまたはワイヤボンドを介して半導体チップに固定される。エラストマー材料は、チップとチップキャリアの可撓性の誘電体層の間に配置される。このチップキャリアおよびエラストマー材料は、当業者によって「インターポーザ（interposer）」または「インターポーザ層」とも呼ばれている。チップキャリアのリードまたはワイヤボンドは、そのキャリアの端子がチップの接点に電気的に接続されるようにチップに結合される。次に、この構造物全体を、回路パネルすなわちチップハウジングなどの基板に装着することができる。チップキャリアの端子は基板の接点に電気的に接続される。エラストマー層が個々の端子に弾力を与えることによって、各端子は試験の間および最終的なアッセンブリ自体においてトレランスに適応するように必要に応じて動くことができる。
【背景技術】
【０００５】
今述べた情報の詳細は、チップデバイスの製造について記載した、Sweis他に対して１９９５年１２月２６日に発行された米国特許第５，４７７，６１１号の中に見られる。
【０００６】
Khandros他に対して１９９２年９月１５日に発行された米国特許第５，１４８，２６６号、Khandros他に対して１９９４年９月１３日に発行された米国特許第５，３４６，８６１号、およびKhandros他に対して１９９４年９月１３日に発行された米国特許第５，３４７，１５９号は、同じ基本的な開示に基づいており、それらはまたチップアッセンブリの構成部品およびそれらの現在の製造方法を示すのに適切である。米国特許第５，４７７，６１１号には、チップと基板の間にギャップを創り出すための液状樹脂の使用が示されている。この材料は液体として注入され、次いで硬化（キュア）される。この開示は、材料がチップの形状の縁部に到達して全ての外縁部に沿ってメニスカスを生じ、それが大気にさらされ、そのメニスカスがインターポーズ層の最終硬化に先立って硬化することを示す。メニスカスを介する縁部のこの「Ｂ段階」が、最終硬化が行われるまでチップと基板の間に液体を閉じ込めるin-situ金型を創り出す。
【０００７】
本発明により提供されるようなチップと基板の間にギャップを創り出すことについては、インターポーザ材料として硬化性液体を使用するこの開示を除いて前述の特許の中には何もない。
【０００８】
チップと基板の間にギャップを創り出すスペーサとして粒状材料を使用することについて論じた従来技術に関しては、平均粒径が１００〜１，０００μｍであり、短軸に対する長軸の比が１．０〜１．５である球状充填剤を含有する硬化性ポリマー組成物を基材とするダイ取付接着剤の使用について開示するIsshiki他の名で１９９９年７月８日に出願された特願平１１−１９３８２８号を知っておかなければならない。そこで開示され強調されていることは、特定の粒度の無機の球状充填剤を組成物中でスペーサとして使用することである。
【０００９】
同様に、Yamaka他の名で１９９９年７月８日に出願された特願平１１−１９３８２９号には、半導体チップをチップマウント部品に結合するためのダイ取付接着剤であって、平均粒径が１０〜１００μｍであり、短軸に対する長軸の比が１．０〜１．５であるスペーサ粒子としての球状充填剤を含有する硬化性ポリマー組成物を含み、これら充填剤が、それらの配合物に約１〜９００ｐｐｍの範囲の量で用いられるダイ取付接着剤について論じられている。
【００１０】
最後に特開平７−２９２３４３号には、半導体デバイス用の接着剤であって、（Ａ）１分子当たりケイ素原子と結合したアルケニル基を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、（Ｂ）１分子当たりケイ素原子と結合した水素原子を少なくとも２個有するオルガノポリシロキサン、（Ｃ）ケイ素原子と結合したアルコキシ基を有する有機ケイ素化合物、（Ｄ）平均粒径が１０〜１００μｍであり、短径に対する長径の比が１．０〜１．５である有機または無機の球状充填剤、および（Ｅ）触媒量の白金または白金化合物から構成される。
【００１１】
上記引用文献のどれも、スペーサビーズとしての無機絶縁性粒子に基づく優れたダイ取付接着剤に関する本発明について記載した重要なパラメーターは認識していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本明細書で本発明として開示するのは、硬化性ポリマーおよび／または樹脂と、半導体ダイと取付基板の間のすぐれた平坦性を可能にするのに十分な量の無機スペーサ充填剤と、低熱膨張係数充填剤とを含む接着剤組成物である。この組み合わせは、最適なダイの取り付けと、チップ接着性能の改善をもたらす。
【００１３】
このような接着剤を用いてチップデバイスを製造する方法と、このチップデバイスそれ自体についても開示する。本明細書中で開示する方法の利点は、本発明のダイ取付接着剤の性質ゆえに従来技術の製造法を用いる場合の５ステップ以上の工程段階とは対照的に２〜３ステップの工程段階を必要とするに過ぎないということである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本明細書中で開示され、また特許請求されるのは、硬化性高分子基材と共に、この高分子基材中に含められた、平均粒度が１μｍ〜１０００μｍであり、短軸に対する長軸のアスペクト比が約１．０〜１．５である無機絶縁性粒子と、硬化性高分子基材の量を基準として少なくとも５０質量％を超える量であって、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間で任意のガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在する少なくとも１種の低熱膨張係数充填剤を含み、１０〜１００μｍの範囲内のサイズを有する低熱膨張係数充填剤が０．１質量％未満の量で存在する硬化性接着剤組成物である。
【００１５】
さらに半導体デバイスである本発明の別の実施態様があり、これは上記接着剤組成物によって少なくとも２個の個別の基板を接合し結合するものである。
【００１６】
本発明のさらに別の実施態様は、少なくとも２個の個別の基板を接合する方法であり、この方法は少なくとも１個の個別の基板の少なくとも１つの表面に上記接着剤組成物を適用し、次に、別の個別の基板を上記基板の接着剤処理された側に取り付けて積層体を形成することを含む。次に、その積層体に圧力および／または温度を加えて各基板が接着剤組成物の最も大きい無機絶縁体粒子と接触するまで層間に接着剤を分散させた後、接着剤組成物を硬化させる。圧力と熱を同時に加えることも本発明の範囲内と考えており、圧力を加えること及び熱を加えることはこの方法で２ステップ以上の形態をとることもできるが好ましい方式は圧力と熱を同時に加えることである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の接着剤を使用して製造することができる完全にパッケージされたデバイスの図であって、その全体側面図である。
【図２】図２は、実施例で使用した本発明の接着剤の分散を示す図である。
【図３】図３は、スペーサビーズを含有する接着剤を基板上に有した状態の、封入前のダイの概略図である。
【図４】図４は、スペーサビーズを含有する接着剤を基板上に有した状態の、ポリマーパッケージプロセスの完了後のダイの概略図である。
【図５】図５は、本発明の方法において述べたようにダイに圧力を加えた際のダイ取付接着剤の起こり得る分散を示す概略図である。
【図６】本発明の方法の一つである予備硬化高分子スペーサ印刷ダイ法の概略図である。
【図７】図７は、本発明の別の方法である予備硬化高分子スペーサ分散ダイ法の概略図である。
【図８】図８は、本発明の別の方法である印刷または分配ダイ取付パッド法の概略図である。
【図９】図９は、本発明の別の方法である印刷または分配セグメントパッド法の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の接着剤を使用することにより製造できる本発明のさらに別のデバイスを示す図であり、パッケージ中の別の半導体ダイの上に重ねられた１つの半導体ダイが全体側面図で示されている。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に硬化性のベースの接着剤組成物を説明するが、その接着剤がチップを任意の所望の基板に結合できる限り、任意の硬化性高分子接着剤組成物を基材として提供することは本発明の範囲内と考えている。そのような硬化性高分子組成物は当業界で周知であり、硬化性シリコーン組成物、硬化性エポキシ組成物、硬化性ポリイミド組成物、または硬化性アクリル組成物のいずれでであってもよい。硬化性エポキシおよびシリコーン組成物が本発明には好ましく、硬化性シリコーン組成物が非常に好ましい。
【００１９】
Dent他に対して１９９９年１１月２日に発行された米国特許第５，９７７，２２６号、Lee他に対して１９８８年８月２３日に発行された米国特許第４，７６６，１７６号、およびAtsusi他に対して１９９１年５月２１日に発行された米国特許第５，０１７，６５４号に開示され、記述されている組成物が特に好ましく、その組成物およびそのような組成物の調製に関する教示は本明細書で援用する。
【００２０】
低熱膨張係数（ＣＴＥ）充填剤は、その配合されるものとの適合性があり、それに加えて低い熱膨張係数をもたらす任意の充填剤であることができる。そのようなＣＴＥ充填剤は、金属酸化物、例えば窒化ホウ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなど、高分子材料またはカップリング剤でコートされたそれらの材料、金属窒化物、ガラス、および他のそのような無機の電気的絶縁体粒子から選択される。粒子は、１０μｍ未満の粒度を有し、約５０質量％を超える量であって、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間でガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在することが好ましい。
【００２１】
そのような充填剤の利点は、この開示において下記に示す実施例中で提供される情報とあいまって当業者に明らかになるであろう。
【００２２】
当業者は、本発明の接着剤組成物の硬化の方式が重要ではなく、縮合反応、付加反応、紫外線開始反応、および遊離基開始反応などの硬化機構を含むことができることに注目すべきである。
【００２３】
付加反応および紫外線開始反応によって硬化されるものが本発明の接着剤組成物には好ましく、付加反応に基づくものが特に好ましく、また、ある分子のケイ素原子に結合している水素が別の分子のケイ素原子上に結合している不飽和基に付加され、その反応が白金触媒により触媒されるシリコーン組成物の付加反応に基づくものが非常に好ましい。この白金触媒は、好ましくは上記の米国特許第４，７６６，１７６号中に記載され、開示されているものである。
【００２４】
次に本発明のデバイスの説明に移るので、図１を参照されたい。図１には、本発明の接着剤組成物及び方法により製造された完全にパッケージされたデバイス１が示されており、この図には、ダイ２と、ポリイミド、エポキシ−ガラス繊維又は他の基板であることができる回路基板であって、可撓性であっても剛性であってもよい当該技術分野で周知の材料であることができる回路基板３と、スペーサ粒子４と、接着剤５と、中央リードボンド６と、カバーレイ７と、封入材８と、はんだボール９が示されている。スペーサ粒子４は、本発明の目的上、別個の異なる多数の層で実質的に全てが同じ粒度を有していても異なる粒度を有していてもよい。このデバイスの製造方法は後述する。
【００２５】
図１０には、本発明の接着剤を用いて製造することができる本発明に係るさらに別のデバイスパッケージ１１が示されている。この図では、別のデバイスパッケージ１１の全体側面図が示されており、１つの半導体ダイ１２が半導体ダイ２の上に重ねられて前記パッケージ１１を形成している。
【００２６】
すなわち、可撓性でも剛性でもよい回路基板３、ダイ２と基板３の間のスペーサビーズ４を含有するダイ取付接着剤５に加えて、リードボンド６、はんだボール９、ならびにダイ取付接着剤の別の層１３が示されている。ダイ取付接着剤１３はスペーサビーズ１４を含有し、このスペーサビーズ１４は、本発明の一態様を例示するため、ダイ取付接着剤５のスペーサビーズ６よりも粒度が小さい。このスペーサビーズ（粒子）の粒度は、製造業者の必要性に応じて様々なレベル間で異なっていてもよく、また実質的に同じであってもよいことに当業者は注目されたい。
【００２７】
そのようなデバイス１１の組立ては、予め基板回路３を搭載した回路板１５に、スペーサビーズ６を含有する接着剤５を適用することによって行われる。次に、熱いダイ２をこの接着剤５の上に置き、ダイ２の下方に接着剤５を均一に広げるのに十分な力を加える。実施例のダイ取付接着剤の粘度を検討すれば分かるように高い圧力は必要ではない。
【００２８】
熱がダイ取付接着剤５を部分的に硬化し、スペーサビーズ６が基板３の表面からのダイ２の高さを制御するための機構を提供する。次に、第１のダイ２の上に接着剤１３を適用することによって、予め装着されたダイ２の上に別のダイ１２を加えることができる。上部のダイ１２が接着剤１３上に熱した状態で置かれ、ダイ１２から基板に導くボンディング操作において後続のワイヤ６が備え付けられる所定の位置に部品を保持することを可能にするように接着剤を部分的に硬化する。ダイ取付接着剤５および１３の完全な硬化は、パッケージ１１の上でオーバーモールディングを行ったときに完了する。オーバーモールディングを適用し硬化させたら、はんだボール９を加えてパッケージ１１のパッケージングが完了する。
【００２９】
下記の実施例において本発明のダイ取付接着剤組成物をより詳しく例示する。特に断らない限り、全ての部数および百分率は質量に基づくものである。これらの実施例は本発明をさらに例示するためのもので、決して本発明を限定するものと見なされるべきではない。
【００３０】
粘度の測定は、２つの方法を用いて行なった。１つの方法は、直径４０ｍｍのアルミニウム板を備えたRDA II平行板レオメーターを使用して、特定のせん断速度で０．０５％の一定の歪を用いて２５℃で未硬化の組成物の性質を求めるものである。もう一方の方法は、デラウェア州ニューカッスル（Newcastle）所在のTA Instruments, Inc.製のＣＰ−２０圧縮レオメーターにより、２５℃、１５００ダイン定荷重で、２ｃｍのプレートを用いて、性質を求めるものである。
【００３１】
硬化発熱ピーク温度は、Seiko示差走査熱量計モデル２２０Ｃ（カリフォルニア州トレンス（Torrance）所在のSeiko Instruments）を用いて、アルミニウム製試料皿中で材料２０〜２５ｍｇを２５〜３０ｃｃ／分ヘリウムガス（高純度圧縮ヘリウムＵＮ１０４６、ペンシルベニア州ラドナー（Radnor）所在のAirgas, Inc.製）でパージしながら２５℃から２００℃まで１０℃／分で加熱することによって測定した。基準として空のアルミニウム製試料皿について測定した。
【００３２】
本明細書中で用いた充填剤の全ての粒度および表面積は、その供給業者から得た。充填剤の表面積は、Quantachrome Monosorb B.E.T.法により求めた。
【００３３】
本明細書中で用いた無機スペーサ粒子は、所定の目開きを有するTyler Goldシリーズのフルハイト（full height）８インチ径のワイヤメッシュふるいを用いて分離した。
【００３４】
破断点モジュラス、破断点伸びおよび破断点引張強さは、次のようにして求めた。すなわち、成形したスラブから引張試験片を切り出し、１ｋＮロードセルを備えたMonsanto Tensometer 2000を用いて引張速度２０インチ／分で試験した。この手順はASTM D412に詳細に記載されており、引張試験片を切り出すのに０．２５インチ幅のダイを使用する。
【００３５】
体積抵抗率は、ASTM D257-99に記載の保護電極法を用いて室温で測定した。
【００３６】
比重測定は、ASTM D792に従って湿潤／乾燥天秤法の大筋を用いて行った。試験試料を、成形し、硬化させ、約１インチ×１インチのスラブに切り分けた。
【００３７】
ジュロメーター試験は、ショアーＡジュロメーターおよび71200 Conveloader（両方ともShore Instrument Manufacturing Companyから入手）を用いてASTM D2240に従って行った。試験試料を、成形し、硬化させ、約１インチ×１インチのスラブに切り分け、次いで０．２５インチを超える厚さまで重ねてからジュロメーター測定を行なった。
【００３８】
誘電率および誘電正接は、1615-A型（Scheringタイプ）キャパシタンスブリッジ、722D型コンデンサ、1316型発振器、１６９０型固体試料ホルダ、ならびに1401型NISTエアキャパシタンス標準（これらは全てカリフォルニア州ポーウェイ（Poway）所在のGeneral Radio Co.から購入した）を用いて所定の周波数で測定した。これらの測定は、硬化した成形スラブを用いてASTM D150に従って行った。
【００３９】
試料の絶縁耐力は、110kV Hypot機型番4862M2（イリノイ州レーク・フォレスト（Lake Forest）所在のAssociated Research, Inc.から購入した）を用いてASTM D149に従って測定した。硬化した成形スラブをこの試験に用いた。
【００４０】
線熱膨張係数（ＣＴＥ）の結果は、２５℃から２００℃まで５℃／分の加熱速度で、１００ｃｃ／分の窒素パージを用いて、TA Instrumentsモデル2940 TMA（熱機械分析計）により集めた。この試験試料は、成形、硬化し、次いで０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）径のダイを用いて切り出した。
【００４１】
モジュラス、伸び、引張強さ、体積抵抗率、比重、ジュロメーター、誘電率、誘電正接、絶縁耐力、およびＣＴＥの試験試料は全て、アルミニウム製チェースモールドを用いてDake Press中で圧力１０トンで１５０℃で１時間硬化させた幅１０インチ×長さ１０インチ×厚さ０．０９０インチの成形スラブから取った。試料は、必要に応じてまたは各試験に関するＡＳＴＭ標準に従ってこれらの成形スラブから切り出した。
【００４２】
ダイ実装性能試験用の接着剤の配置は、０．２５インチ幅のステンレス鋼製スパチュラを用いて少量を基板上に分配、印刷または配置することによって行った。未硬化接着剤の分配を行う場合は、CAM/ALOT 1818ディスペンサ（マサチューセッツ州ヘイバリル（Haverhill）所在のCamalot Systems, Inc.製）を用いた。未硬化接着剤の印刷を行う場合は、Speedline MPMモデルＳＰＭプリンタ（マサチューセッツ州フランクリン（Franklin）所在のSpeedline Technologies, Inc.製）を用いた。
【実施例】
【００４３】
実施例１
この実施例は、本発明に係る組成物のうちの一つの調製を示すものである。
【００４４】
次の成分（ａ）および（ｂ）を所定の温度まで加熱し、次に、ゆっくりと冷却しながら２５℃で均一になるまで１時間混合して得たブレンドＡを６０℃とした。
ａ．９９．６６部の、１分子当たり平均５個のＨＭｅＳｉＯ2/2 単位と３個のＭｅＳｉＯ2/2 単位を含み、４．８×１０-3Ｐａ・ｓの粘度を有するトリメチルシロキシ末端ジメチルメチルハイドロジェンシロキサン、および
ｂ．１．９８部の２−フェニル−３−ブチン−２−オール。
この実施例の接着剤組成物は、次の成分からなる。
（ｃ）４６６．３９部の、｛（ＣＨ3）2ＣＨ2＝ＣＨＳｉＯ｝1/2単位、｛（ＣＨ3）3ＳｉＯ｝1/2単位およびＳｉＯ4/2単位から本質的になり、ＳｉＯ4/2に対する全トリオルガノシロキサン単位のモル比が約０．７：１である樹脂、
（ｄ）８８．８３部の、８３０の平均重合度及び５５Ｐａ・ｓの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン、
（ｅ）１０２７．５８部の、４３４の平均重合度及び２Ｐａ・ｓの粘度を有するジメチルビニルシロキシ末端ポリジメチルシロキサン、
（ｆ）１８．６部の、４５ｎｍの平均粒度を有するカーボンブラック粉末、
（ｇ）９２．４部の上記ブレンドＡ、
（ｈ）１８０部の、ポリジメチルシロキサン流体で処理されたヒュームドシリカ、
（ｉ）３６００部の、１．０〜１．５のアスペクト比および５μｍの平均粒度を有する球状溶融シリカ、
（ｊ）４５０部の、１２５ミクロンの篩と１０６ミクロンの篩の間で集められた０．１０ｍｍの平均粒度及び１．０〜１．５のアスペクト比を有する球状溶融シリカ、
（ｋ）７６．２部の、１，３−ジエテニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンの白金錯体。
【００４５】
成分（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｈ）および（ｉ）をせん断ミキサーに入れ、均一にブレンドした。次に、攪拌を続けながらこの混合物を１５０℃に加熱した。混合物をこの温度に１時間保ち、次いで混合を続けながらこの混合物を５０℃未満に冷却した。次に、全成分の均質ブレンドが得られるように適切な混合を用いて２５℃〜５０℃で成分（ｇ）、（ｊ）および（ｋ）を先の成分に加え、最終的な接着剤を得た。試験結果を表Ｉに示す。
【００４６】
他のパッケージング基板では、信頼性試験のために、Tessera TV-62中央リードボンドμＢＧＡ（商標）デイジーチェーンシリコン試験ダイ（カリフォルニア州サンジョゼ（San Jose）所在のTessera Inc.）を回路基板３（この場合、ポリイミドＴＡＢテープ基板）と集成するのに上記接着剤を用いた。図２は、接着剤５を回路基板３（この場合、ポリイミドＴＡＢテープ）に堆積させようとする位置に位置する直径０．０２５インチのレーザーにより穿たれた穴を有する厚さ０．００６インチのステンレス鋼ステンシルを介して印刷した場合の接着剤パターンの概略図を示すものである。ダイ取付接着剤５の印刷されたドット１０は、直径が約０．０３０インチである。それらのドットは、ポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の上に印刷され、次に、ダイ２は、未硬化の接着剤ドット１０の上に、約２００℃で５００ミリ秒の滞留時間で十分な力（実施例のダイ取付接着剤の粘度から判るように高い圧力は必要ではない）を用いて配置され、ダイ２を接着剤５中のスペーサビーズ４と密着させる。ダイ２を図２において点線で示されている○の位置に配置した。ダイ２を配置している間の加熱によって、接着剤５は部分的に硬化し、後硬化が起こるまでダイ２を所定の位置に保持する。
【００４７】
図３は、ポリイミドＴＡＢテープ回路基板３上に配置されたダイ２の明りょうな概略図を示すものであり、充填されたシリコーン接着剤５中のスペーサ４が、ポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の表面から一定の高さにダイ２を保持している。
【００４８】
図４に、ポリマーパッケージング法の完了後のダイ２を示す。ダイ２を取り付けた後、サーモソニック・リード・ボンディングを行なって、中央リードボンド６をダイ２に結合させた。封入材８を適用するときにその封入材が流れ出るのを防止するために、取り外し可能なテープ７（カバーレイ）をポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の底部に貼り付けた。リードボンディングの次に、Dow Corning（商標）6820マイクロエレクトロニック封入材（５０℃から１５０までの線熱膨張係数（ＣＴＥ）が１９５ｐｐｍ／℃であるシリコーン封入材）を２５℃で分配してダイ２の下方及び周囲に流動させた。封入材８がダイ２の下方及び周囲を十分に流動したら、複合パッケージ（composite package）１全体を１５０℃で１時間加熱してダイ取付接着剤５を後硬化させると共に封入材８を完全に硬化させた。次に、カバーレイ７を除去した。最後に、ポリマーパッケージング材料が硬化したら、はんだボール９をポリイミドＴＡＢテープ回路基板３の底部に配置して図１に示すようなパッケージを完成した。
【００４９】
図１に示すようなパッケージの環境ストレス下での試験によって、表ＩＩに示す測定結果を得た。さらに、分配は、極わずかなテーリング（tailing）を示し、印刷は、多くの様々な印刷速度及び圧力で行なうことができ、各場合に優れた結果が得られた（方法：ウレタンスキージ、２０インチ×２０インチのステンシル枠、０．００６厚のステンシル、０．０２５インチの穴、８〜３０ポンドの圧力、１インチ／分〜２インチ／秒の速度）。信頼性試験のために作製したパッケージ間での変動を０．０００５インチ未満に抑えてダイ２の高さを０．００５インチの調節した。
【００５０】
接着剤の小さなドット１０を分配又は印刷し、そしてダイ下方の残りの領域に封入材８を充填することに加えて、ダイ下方の全領域にダイ取付接着剤５を充填することができ、封入段階中にダイ下方に封入材が流れるのに要する時間の大部分をなくした。１本の斜めの線１６上にダイ取付接着剤５を施し、この最初の線１６と交差するもう１本の斜めの線１７上にダイ取付接着剤５を施すことによって図５に示すような「Ｘ」形状のパターンを作った場合に、ダイ取付接着剤５は中央部に小山を形成し、この小山は、適量の接着剤が使用された場合には、ダイ２の端部まで押し広げられる。記号「ＡＦ」の付いた矢印は、ダイ取付接着剤の２次的な流れの方向を示す。ダイの形状に応じて様々なパターンを使用できた。シリカ充填剤のレベルを調節することによって、パッケージのタイプに応じて様々なダイ適用圧力を使用することができる。
【００５１】
比較例
次の実施例は、本発明の方法を用いて従来技術のデバイスパッケージング法から除去することができるけれども、パッケージされた部品に優れた信頼性を与える重要な加工ステップを示すものである。
【００５２】
デバイスパッケージは、印刷されたシリコーンスペーサを用いて作られてきた。しかしながらダイ取付接着剤は、ダイを取り付けるためにスペーサ上に印刷するか、またはスペーサ間に分配しなければならない。パッド接着剤は、それに用いられるライナーを取り除くために余分のステップを必要とする。下記の「工程段階表」は、従来技術による標準デバイスパッケージング用製品の代わりに本発明の組成物を用いた場合に除去できる工程段階を示す。
【００５３】
ダイ取付を行うには基本的に４つの方法がある。そのうちの１つの方法は、ここでは説明しない、なぜなら、その方法はスペーサビーズを含まないダイ取付材料を使用するからである。そのような方法を用いる従来法はすべて、リードボンドの信頼性が高いままであるように回路基板からのダイの高さを調節しなければならない。リードの形状はその信頼性と直接関係があり、基板からの高さがリードの形状を支配する。下記の方法は、本発明のダイ取付接着剤を例示するものである。
【００５４】
第１の方法、すなわち予備硬化高分子スペーサ印刷ダイ取付法では、図６を参照すると、スペーサ４を印刷し、次に硬化させ、次いでその硬化したスペーサ４の上にダイ取付接着剤５を印刷する。ダイ２がダイ取付接着剤５上に装着されるようにダイ２に圧力Ｐを加える。また説明のための図６にはポリイミド基板３、ダイ２を示し、また最終製品１８を与える組立ラインの移動方向を示すために図の右側に移動する横向きの移動を表す矢印Ｌも示す。
【００５５】
第２の方法、すなわち予備硬化高分子スペーサ分配ダイ取付法は、印刷されたスペーサ４を用いるものであり、次いでダイ取付接着剤５がその上に分配され、硬化したスペーサを取り囲む。ダイ２、印刷されたスペーサ４、およびその印刷されたスペーサ４を取り囲む未硬化の分配されたダイ取付接着剤５を示す図７を参照されたい。最終製品は１９として示されている。
【００５６】
第３の方法、すなわち印刷または分配ダイ取付パッド法で、きわめて一般的な方法は、パッド接着剤を用いるものである。図８を参照するとスペーサビーズ４、接着剤のパッド５、スペーサビーズ４と平面上で整列していないスペーサ２０、ポリイミドフィルム３、および完成した製品２１が示される。
【００５７】
図９に図示されている第４の方法、すなわち印刷または分配セグメントパッド法を見ることができ、未硬化のステンシル印刷されたダイ取付ドット２２がポリイミドフィルム３上に配置される。その後、ダイ２を接着剤に押し当て、スペーサ４によりポリイミドフィルムから所定の距離で停止させる。次に、この複合体を硬化させて製品２３を得る。
【００５８】
これらの方法を従来のプロセスで用いる場合、より多くの工程段階が存在するか、またはその方法の重大な欠点が存在することが下記の工程段階表から認められ、これらの方法は実行するのにより多くの時間を費やす傾向がある。本発明の組成物は特別なステップも、ダイ取付物を得るのに必要なステップを実行するための長い時間も必要とせず、また、時間、温度、圧力および基材のレオロジーの調節を行うことに伴う複雑さがない。ダイ取付接着剤５は、ドットを分配または印刷することによってドットとして与えられるか、あるいは分配されてパッドを形成することができ、熱と圧力を同時に加えることができる。ここで、本発明の方法を工程段階表の中でＡ及びＢとして示す。本発明の組成物に対して従来技術の方法も使用できることが当然に理解されよう。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【表２】
【００６１】
【表３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化性高分子基材と共に、前記高分子基材中に含まれる、
（Ｉ）接着剤によって接合される基板間に平坦な接着剤層厚さを与えるのに十分な量で組成物中に存在する、平均粒度が１μｍ〜１０００μｍであり、短軸に対する長軸の比が約１．０〜１．５である無機絶縁体粒子と、
（II）前記硬化性高分子基材の質量を基準にして少なくとも５０質量％を超える量の、１０μｍ未満の平均粒度を有する少なくとも１種の低熱膨張係数充填剤、
とを含み、１０μｍ〜１００μｍの範囲内のサイズを有する前記低熱膨張係数充填剤が接着剤組成物中に存在する低熱膨張係数充填剤の全質量を基準として０．１質量％未満の量で存在することを特徴とする硬化性接着剤組成物。
【請求項２】
前記無機絶縁体粒子が溶融シリカ粒子である請求項１に記載の硬化性接着剤組成物。
【請求項３】
前記無機絶縁体粒子がアルミナ粒子である請求項１に記載の硬化性接着剤組成物。
【請求項４】
少なくとも２個の個別の基板が請求項１に記載の接着剤組成物により接合されて結合されている半導体デバイス。
【請求項５】
少なくとも２個の個別の基板を接合する方法であって、
（Ｉ）請求項１に記載の接着剤組成物を前記個別の基板のうちの少なくとも１個の少なくとも１つの表面に適用し、
（II）（Ｉ）の基板の接着剤処理された側に別の個別の基板を取り付けてそれらの積層体を形成し、
（III）前記基板のそれぞれが前記接着剤組成物の最も大きい有機絶縁体粒子と接触するまで前記積層体に圧力を加えてそれらの間に接着剤を分散させ、その後、
（IV）前記接着剤組成物を硬化させること、
を含む方法。
【請求項６】
さらにステップ（III）において熱を加える請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記２個の個別の基板が半導体ダイとその半導体ダイ用の取付基板である請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記２個の個別の基板が半導体ダイとその半導体ダイ用の取付基板である請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記接着剤の基材が、
（ａ）硬化性シリコーン組成物、
（ｂ）硬化性エポキシ組成物、
（ｃ）硬化性ポリイミド組成物、および
（ｄ）硬化性アクリル組成物、
から本質的になる群から選択される請求項１に記載の接着剤組成物。
【請求項１０】
（ii）縮合反応、
（iii）付加反応、
（iv）紫外線開始輻射線反応、および
（ｖ）遊離基開始反応、
から本質的になる群から選択される硬化機構を有する請求項９に記載の接着剤組成物。
【請求項１１】
前記接着剤の基材がシリコーン組成物である請求項９に記載の接着剤組成物。
【請求項１２】
前記シリコーン組成物が付加反応により硬化可能なシリコーン組成物である請求項１１に記載の接着剤組成物。
【請求項１３】
前記接着剤の基材がエポキシ組成物である請求項９に記載の接着剤組成物。
【請求項１４】
絶縁性粒子が、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間で任意のガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の任意の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在する接着剤組成物。
【請求項１】
硬化性高分子基材と共に、前記高分子基材中に含まれる、
（Ｉ）接着剤によって接合される基板間に平坦な接着剤層厚さを与えるのに十分な量で組成物中に存在する、平均粒度が１μｍ〜１０００μｍであり、短軸に対する長軸の比が約１．０〜１．５である無機絶縁体粒子と、
（II）前記硬化性高分子基材の質量を基準にして少なくとも５０質量％を超える量の、１０μｍ未満の平均粒度を有する少なくとも１種の低熱膨張係数充填剤、
とを含み、１０μｍ〜１００μｍの範囲内のサイズを有する前記低熱膨張係数充填剤が接着剤組成物中に存在する低熱膨張係数充填剤の全質量を基準として０．１質量％未満の量で存在することを特徴とする硬化性接着剤組成物。
【請求項２】
前記無機絶縁体粒子が溶融シリカ粒子である請求項１に記載の硬化性接着剤組成物。
【請求項３】
前記無機絶縁体粒子がアルミナ粒子である請求項１に記載の硬化性接着剤組成物。
【請求項４】
少なくとも２個の個別の基板が請求項１に記載の接着剤組成物により接合されて結合されている半導体デバイス。
【請求項５】
少なくとも２個の個別の基板を接合する方法であって、
（Ｉ）請求項１に記載の接着剤組成物を前記個別の基板のうちの少なくとも１個の少なくとも１つの表面に適用し、
（II）（Ｉ）の基板の接着剤処理された側に別の個別の基板を取り付けてそれらの積層体を形成し、
（III）前記基板のそれぞれが前記接着剤組成物の最も大きい有機絶縁体粒子と接触するまで前記積層体に圧力を加えてそれらの間に接着剤を分散させ、その後、
（IV）前記接着剤組成物を硬化させること、
を含む方法。
【請求項６】
さらにステップ（III）において熱を加える請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記２個の個別の基板が半導体ダイとその半導体ダイ用の取付基板である請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記２個の個別の基板が半導体ダイとその半導体ダイ用の取付基板である請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記接着剤の基材が、
（ａ）硬化性シリコーン組成物、
（ｂ）硬化性エポキシ組成物、
（ｃ）硬化性ポリイミド組成物、および
（ｄ）硬化性アクリル組成物、
から本質的になる群から選択される請求項１に記載の接着剤組成物。
【請求項１０】
（ii）縮合反応、
（iii）付加反応、
（iv）紫外線開始輻射線反応、および
（ｖ）遊離基開始反応、
から本質的になる群から選択される硬化機構を有する請求項９に記載の接着剤組成物。
【請求項１１】
前記接着剤の基材がシリコーン組成物である請求項９に記載の接着剤組成物。
【請求項１２】
前記シリコーン組成物が付加反応により硬化可能なシリコーン組成物である請求項１１に記載の接着剤組成物。
【請求項１３】
前記接着剤の基材がエポキシ組成物である請求項９に記載の接着剤組成物。
【請求項１４】
絶縁性粒子が、５℃／分の昇温速度で求めた場合に−５５℃から＋２００℃の間で任意のガラス転移温度前後で２４０μｍ／ｍ／℃未満の任意の線熱膨張係数を有する接着剤を得るのに十分な量で存在する接着剤組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１５７５５９（Ｐ２０１１−１５７５５９Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−９００８６（Ｐ２０１１−９００８６）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【分割の表示】特願２００３−５２９８６２（Ｐ２００３−５２９８６２）の分割
【原出願日】平成１４年８月２３日（２００２．８．２３）
【出願人】（５９０００１４１８）ダウ コーニング コーポレーション (166)
【氏名又は名称原語表記】ＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９００８６（Ｐ２０１１−９００８６）
【出願日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【分割の表示】特願２００３−５２９８６２（Ｐ２００３−５２９８６２）の分割
【原出願日】平成１４年８月２３日（２００２．８．２３）
【出願人】（５９０００１４１８）ダウ コーニング コーポレーション (166)
【氏名又は名称原語表記】ＤＯＷ ＣＯＲＮＩＮＧ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]