專利名稱：粘接劑及電氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于粘接劑，特別是關(guān)于在基板上連接半導(dǎo)體晶片用的粘接劑。
背景技術(shù)：
過去，為了在襯底上粘接半導(dǎo)體晶片，一直使用由熱固性或熱塑性樹脂構(gòu)成的粘接劑。
圖4表示用粘接劑112將半導(dǎo)體晶片111附著在襯底113上的狀態(tài)，半導(dǎo)體晶片111所具有的凸起狀端子121被連接在由在基板113上布線圖形中的一部分形成的端子122上。在這種狀態(tài)時，半導(dǎo)體晶片111內(nèi)的電子元件通過端子121、122與基板113上的布線圖形電連接。
但是，由于半導(dǎo)體晶片的線膨漲系數(shù)為3ppm/℃的程度，而粘接劑112的線膨漲系數(shù)為25-60ppm/℃，比半導(dǎo)體晶片的線膨漲系數(shù)大，所以由于線膨漲系數(shù)之差，在粘接界面上殘留應(yīng)力。特別地，由于在半導(dǎo)體晶片周圍，晶片尺寸越大，殘留應(yīng)力就越大，所以在使熱固性粘接劑112固化以后，如果進行溫度循環(huán)試驗和加壓蒸煮試驗的話，就會發(fā)生半導(dǎo)體晶片111剝離的問題。
另外，使用以往技術(shù)的粘接劑，由于吸濕條件，連接半導(dǎo)體晶片111以后的可靠性降低顯著，因此有必要在附著半導(dǎo)體芯片111以后，在將其通過反射爐，使粘接劑112固化前，預(yù)先升溫至100℃左右，進行脫水處理。
本發(fā)明要解決的問題本發(fā)明是為解決上述以往技術(shù)中的問題而完成的，其目的在于提供可靠性高的粘接劑。
為解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明是關(guān)于用于連接半導(dǎo)體晶片和基板的粘接劑。該粘接劑包含可聚合的主樹脂成分、使前述主樹脂成分自行聚合反應(yīng)的主固化劑、以及對前述主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑。
本發(fā)明是關(guān)于如權(quán)利要求1所述的粘合劑，其特征在于，在固化后物性方面，隨著溫度的升高，彈性模量降低，在比30℃高、比150℃低的第1溫度，以及在130℃以上、250℃以下的溫度范圍內(nèi)，而且在作為比前述第1溫度高的第2溫度的雙方，彈性模量的下降率急劇增加。
本發(fā)明是關(guān)于前述第1溫度和前述第2溫度之間的溫度差為40℃以上的粘接劑。
本發(fā)明是關(guān)于前述主樹脂成分是環(huán)氧樹脂的粘接劑。
本發(fā)明是關(guān)于包含導(dǎo)電性粒子的粘接劑。
本發(fā)明是關(guān)于包含與前述主樹脂成分不同地進行聚合反應(yīng)的副樹脂成分的粘接劑。
本發(fā)明是關(guān)于預(yù)先半固化、成形成片狀的粘接劑。
發(fā)明的實施方式將半導(dǎo)體晶片連接在基板上的粘接劑，有熱塑性樹脂和熱固性樹脂。在熱固性樹脂的情況時，為了防止半導(dǎo)體晶片的剝離，有必要將粘接劑的玻璃轉(zhuǎn)變點置于比使用半導(dǎo)體晶片的溫度范圍更高的高溫側(cè)。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在熱固性樹脂的情況時，如果形成三維網(wǎng)狀構(gòu)造的主鏈?zhǔn)菃我坏脑挘驗閺椥阅Ａ康臏囟纫来嫘允軉我恢麈溨?，且彈性模量單調(diào)變化，所以使半導(dǎo)體晶片受到的應(yīng)力變大。因而，在維持三維網(wǎng)狀構(gòu)造的同時，如果在使用溫度范圍內(nèi)，設(shè)定粘接劑的彈性模量降低急劇變大的溫度的話，就能夠減輕應(yīng)力。
本發(fā)明是基于上述見解的發(fā)明，本發(fā)明是關(guān)于用于連接半導(dǎo)體晶片和基板的粘接劑，該粘接劑包含可聚合的主樹脂成分、使前述主樹脂成分自行聚合反應(yīng)的主固化劑和對前述主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑。
在本發(fā)明的上述構(gòu)成當(dāng)中，由于主固化劑使得主樹脂成分自行聚合，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織。然后，副固化劑對該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組織加成聚合，結(jié)果，出現(xiàn)了彈性模量變化在網(wǎng)狀構(gòu)造部分和因加成聚合而形成的網(wǎng)狀構(gòu)造部分不同的玻璃轉(zhuǎn)變點，所以彈性模量的變化率在第1溫度和比第1溫度高的第2溫度的二個溫度下急劇變化。
在第1、第2溫度附近以外的溫度范圍內(nèi)，彈性模量的變化率大致一定，隨著溫度的增加，彈性模量降低。
在升溫時，隨著溫度上升，彈性模量降低，一旦達到比第1溫度更高的溫度，加成聚合部分就變成膠狀，彈性模量急劇減少。因而，在第1溫度以上的溫度，應(yīng)力的增加就變少。
即使升溫至比第1溫度更高的高溫，如果比第2溫度低的話，由于自行聚合所形成的三維網(wǎng)狀構(gòu)造的部分維持玻璃狀態(tài)，所以不使粘接力降低，半導(dǎo)體晶片不會從基板上剝離。
另外，將本發(fā)明粘接劑配置于半導(dǎo)體晶片、基板、前述半導(dǎo)體晶片和基板之間，通過熱處理使之固化，就能夠構(gòu)成具有半導(dǎo)體晶片和基板的電氣裝置。
以下說明本發(fā)明的實施方式。
首先將可聚合的主樹脂成分、能使該主樹脂成分自行聚合反應(yīng)的主固化劑和對主樹脂成分進行加成聚合反應(yīng)的副固化劑配合，制作本發(fā)明的粘接劑。此粘接劑呈糊狀。


圖1(a)中的符號13是表面上配置了銅配線的基板，由該銅配線的一部分形成連接端子22。在此連接端子22上涂敷一定量的粘接劑。圖1(b)中的符號12表示被涂敷狀態(tài)的粘接劑。
圖1(c)中的符號11是半導(dǎo)體晶片。在此半導(dǎo)體晶片11的一面形成與內(nèi)部電路連接的凸起狀連接端子21。將半導(dǎo)體芯片11的連接端子21所處位置的那一面壓接在粘接劑12上，而且使基板13中的連接端子22與半導(dǎo)體晶片11的連接端子21接觸，同時加熱，使粘接劑12固化，在使半導(dǎo)體晶片11與基板13的連接端子21、22彼此之間電連接的狀態(tài)下將半導(dǎo)體晶片11固定在基板13上，得到本發(fā)明的電氣裝置5。
上述粘接劑呈糊狀，而本發(fā)明粘接劑也包括以顯示自己支撐性程度的半固化膜狀的粘接劑和添加固態(tài)樹脂呈薄膜狀的粘接劑。
圖2(a)的符號15表示本發(fā)明中一個例子的膜狀粘接劑，如圖2(b)所示，首先將此粘接劑15貼合在形成基板13的連接端子22一側(cè)的表面上，然后如圖2(c)所示，在粘接劑15的表面上貼合半導(dǎo)體晶片11，使基板13的連接端子22與半導(dǎo)體晶片11中的連接端子21接觸。加熱處理使粘接劑15固化，就得到本發(fā)明的電氣裝置6。
圖3是表示本發(fā)明一例的粘接劑相對于溫度的彈性模量、彈性模量損失和tanδ的關(guān)系的圖，此粘接劑各自包含20重量份作為可聚合的主樹脂成分環(huán)氧樹脂(大日本インキ化學(xué)工業(yè)(株)制造「HP4032D」)、15重量份作為使該主樹脂成分自行聚合反應(yīng)的主固化劑環(huán)氧分散咪唑類固化劑(旭化成(株)制造「HX 3941HP」)、5重量份作為與主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑酚類固化劑(大日本インキ化學(xué)工業(yè)(株)制造「VH4170」)、10重量份作為不與環(huán)氧樹脂反應(yīng)的副樹脂成分苯氧基樹脂(東都化成(株)制造「YP50」)和45重量份作為填充劑的二氧化硅。
在加熱此粘接劑的時候，首先在大約100℃的第1溫度P1時，彈性模量的降低率(表示彈性模量隨溫度變化的曲線的坡度)急劇變大，然后在大約160℃的第2溫度P2時，彈性模量的降低率進一步變大。在從室溫至第1溫度P1期間、在從第1溫度P1到第2溫度P2之間、在從第2溫度P2到200℃之間，彈性模量降低率大致是一定的。
在主樹脂成分使用環(huán)氧樹脂的時候，除咪唑類固化劑以外，可以使用叔胺、路易斯酸類催化劑作為使主樹脂成分自行聚合的主固化劑。可以使用具有活性氫的胺類固化劑、酚類固化劑、酰肼類固化劑、巰基類固化劑、雙氰胺類固化劑等作為對主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑。
本發(fā)明中的樹脂，從生產(chǎn)效率方面考慮希望能夠使其在短時間內(nèi)固化，因此在180℃以上、250℃以下的溫度范圍內(nèi)加熱5秒以上、20秒鐘以下。因而，希望第2溫度P2至少在130℃以上。另外，為了在反射爐中使固化后不殘留殘余應(yīng)力，在加熱中的最高溫度下，希望彈性模量在0.5GPa以下。作為目標(biāo)，希望在250℃下彈性模量在0.5GPa以下且0.1GPa以上。
以下，按下面表1所示的配合制作實施例1至實施例6以及比較例1的粘接劑。
表1使用的樹脂和固化劑

YP50……苯氧基樹脂東都化成(株)HP4032D……環(huán)氧樹脂環(huán)氧當(dāng)量140g/eq大日本インキ化學(xué)工業(yè)(株)EP828……環(huán)氧樹脂環(huán)氧當(dāng)量190g/eq油化シエルイポキシ(株)DICY……雙氰胺固化劑活性氫當(dāng)量21g/eq日本カ一バイド(株)VH4170……酚類固化劑活性氫當(dāng)量118g/eqHX3941HP……環(huán)氧分散咪唑類固化劑環(huán)氧當(dāng)量280g/eq旭化成(株)20GNR……金屬涂層樹脂粒子日本化學(xué)工業(yè)(株)HP 4032D和EP 828是本發(fā)明中的可聚合主樹脂成分，HX 3941HP是能使主樹脂成分自行聚合反應(yīng)的主固化劑。另外，DICY和VH41 70是與主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑。YP50是與主樹脂成分不同、另外聚合反應(yīng)的副樹脂成分。比較例1不含有副固化劑。
上述實施例1-6和比較例1中的粘接劑呈膜狀，如圖1(a)～(c)所示，將特別用于連接試驗所制作的半導(dǎo)體晶片11置于作為玻璃環(huán)氧基板的基板13上，在180℃×20秒條件下連接。此時施加的負(fù)荷相當(dāng)于半導(dǎo)體晶片11的每1個連接端子21為100g。所用半導(dǎo)體晶片11的大小是10mm正方形的硅片。
與上述不同，在200℃溫度下加熱實施例1-6和比較例1的粘接膜5分鐘，使其固化后，切取2mm×5cm、厚50μm大小，制作試驗片。用該試驗片將半導(dǎo)體晶片11貼合在基板13上，在30℃、RH70％氣氛中放置192小時以后，使其通過反射爐，在最高溫度240℃下加熱，使粘接劑固化。
對試驗片測量損失正切(tanδ)與250℃的彈性模量，以及測量在彈性模量的變化率增加方向急劇變化的第1、2溫度P1、P2與在該第1、第2溫度P1、P2、時的彈性模量。損失正切(tanδ)、損失彈性模量、彈性模量的測定方法按照J(rèn)IS K7198-1991(現(xiàn)在轉(zhuǎn)成JIS K7244-41999)執(zhí)行。
還有，對于連接半導(dǎo)體晶片11的基板13，施行溫度循環(huán)試驗(TCT)和加壓蒸煮試驗(PCT)。
測量結(jié)果列于表2。
表2測量結(jié)果

試驗片……2mm×5cm厚50μm損失正切測量頻率……11Hz吸濕條件……30℃，RH70％，192時間反射溫度……最大240℃TCT條件……-55℃/125℃PCT條件……121℃，2.1atmRH100％正如從上述表2中所理解的那樣，實施例1-6與比較例1相比較，在溫度循環(huán)試驗方面能夠得到數(shù)十倍的可靠性，而且300小時加壓蒸煮試驗結(jié)果，在比較例1中，半導(dǎo)體晶片11與基板13的連接端子21、22之間的電連接失掉，變得不好，而使用本發(fā)明中粘接劑的實施例1-6能夠保持電氣連接，全部是合格品。
如果試著求出在第1溫度P1時的彈性模量E1與在第2溫度P2時的彈性模量E2之比E1/E2的話，從表2可以看出，本發(fā)明粘接劑的E1/E2值為2.8以上。如果E1/E2值為2.8以上的話，就能預(yù)料對溫度循環(huán)試驗(TCT)能夠合格。
在上述各實施例當(dāng)中，金屬涂膜樹脂粒子用作導(dǎo)電性粒子，但也可以使用金屬粒子。另外，如實施例3所示，也可以不含導(dǎo)電性粒子。
更進一步地，在上述實施例當(dāng)中，二氧化硅用作填料，但也可以使用氧化鋁和氧化鈦等其他填料。用苯氧基樹脂作為與主樹脂成分不同地進行聚合反應(yīng)的副樹脂成分，但也可使用聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂等其他種類的樹脂。另外，也可以不包含副樹脂成分。還可以配合偶聯(lián)劑等添加劑。
為了將本發(fā)明的粘接劑形成到薄膜上，可將本發(fā)明的粘接劑涂敷在平板等上，加熱并以10％-40％的固化率使之半固化即可。
發(fā)明的效果由于彈性模量的降低率分二階段變化，所以就能得到施加于半導(dǎo)體晶片的應(yīng)力小而且可靠性高的電裝置。
附圖的簡單說明[圖1](a)-(c)是表示本發(fā)明粘接劑使用方法的一個例子的圖。
(a)-(c)是表示本發(fā)明粘接劑使用方法的另一例子的圖。
是表示溫度變化彈性模量、損失彈性模量、損失正切隨溫度變化的關(guān)系圖。
是用以說明過去粘接劑的圖。
11-半導(dǎo)體晶片12.15-粘接劑13-基板5.6-電裝置P1-第1溫度P2-第2溫度
權(quán)利要求
1.一種用于連接半導(dǎo)體晶片和基板的粘接劑，其特征在于，該粘合劑包含可聚合的主樹脂成分、使前述主樹脂成分自行聚合反應(yīng)的主固化劑、以及對前述主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的粘合劑，其特征在于，在固化后物性方面，隨著溫度的升高，彈性模量降低，在比30℃高、比150℃低的第1溫度，以及在130℃以上、250℃以下的溫度范圍內(nèi)且比前述第1溫度高的第2溫度的雙方，彈性模量的下降率急劇增加。
3.如權(quán)利要求2所述的粘接劑，其特征在于，前述第1溫度與第2溫度之間的溫度差為40℃以上。
4.如權(quán)利要求1所述的粘接劑，其特征在于，主樹脂成分是環(huán)氧樹脂。
5.如權(quán)利要求1所述的粘接劑，其特征在于，包含導(dǎo)電性粒子。
6.如權(quán)利要求1所述的粘接劑，其特征在于，包含與前述主樹脂成分進行不同聚合反應(yīng)的副樹脂成分。
7.如權(quán)利要求1所述的粘接劑，其特征在于，預(yù)先半固化，成形為片狀。
全文摘要
本發(fā)明提供可靠性高的半導(dǎo)體晶片連接用樹脂。粘接劑12包含能聚合的主樹脂成分,使主樹脂成分自行聚合的主固化劑和對主樹脂成分加成聚合反應(yīng)的副固化劑。在基板13上涂敷此粘接劑12,貼合半導(dǎo)體晶片11,一旦加熱的話,對由于主樹脂成分自行聚合反應(yīng)而形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的主鏈,副固化劑進行加成聚合反應(yīng)。由加成聚合反應(yīng)部分呈膠狀結(jié)構(gòu)的第1溫度比主鏈呈膠狀結(jié)構(gòu)的第2溫度低,所以在第1溫度中的彈性模量降低率急劇變大,能夠減輕半導(dǎo)體晶片11與基板13之間的應(yīng)力。
文檔編號C09J163/00GK1350045SQ0114253
公開日2002年5月22日 申請日期2001年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月6日
發(fā)明者武市元秀, 小西美佐夫, 筱崎潤二, 阿久津恭志 申請人:索尼化學(xué)株式會社