JP2000256628A - 接着材フィルム、半導体搭載用外部接続用部材、半導体装置及びそれらの製造法 - Google Patents
接着材フィルム、半導体搭載用外部接続用部材、半導体装置及びそれらの製造法Info
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Abstract
続部材を接着材フィルムで接続する構造の半導体装置に
おいて、接着界面のボイドや接着材の過剰なはみ出しが
発生しにくい接着材フィルムおよびそれを用いた信頼性
に優れる半導体搭載用外部接続用部材、半導体装置を提
供する。 【解決手段】 半導体チップとこれを搭載する配線付外
部接続用部材を接続する接着材フィルムであって、ガラ
ス転移温度が200℃以上のポリイミド、ポリエーテル
スルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケ
トン又はポリエーテルイミド等のコア材の両面に接着剤
層が形成されており、接着剤層の少なくとも一つが厚み
30μm以上で、圧着温度での粘度が1x105〜1x
107Pa・s接着剤層を備える。
Description
半導体搭載用外部接続用部材、半導体装置及びそれらの
製造法に関する。
化に伴い、小型、軽量化が要求され、パッケージを半導
体チップとほぼ同じ大きさまで小型化したものまで開発
されている。これら半導体パッケージ、いわゆるチップ
サイズパッケージ(以下CSPと略す)の一般的な構造
は、半導体チップを接着材により配線層を有する外部接
続用部材に接着保持させ、チップと外部接続端子をワイ
ヤーボンディングやTAB(Tape Automat
ed Bonding)のインナーリードボンディング
等各種方法により電気的に接続し、さらに必要に応じて
パッケージを一部又は全体を樹脂封止している。
ミド等のフィルム基板からなる外部接続用部材の配線層
が接着材と接する側に配置している方式はサーキットイ
ン方式と呼ばれている。このサーキットイン方式では接
着材フィルムと接着する側の外部接続用部材表面に、厚
み20μm程度の配線やはんだボールを搭載するための
ランドと呼ばれる導電層のパターンによる凹凸が存在す
る。さらにこれら導電層の上にソルダレジスト層が形成
され、凹凸の程度が低減している場合もあるが、接着材
フィルムと接する外部接続用部材表面には凹凸が存在す
る。このため外部接続用部材へ接着フィルムを熱圧着す
る場合、上記外部接続用部材の凹凸部周辺に空隙や気泡
(以下ボイドと記す)が生じ易い。
での過剰なはみ出しがあると、この部分が起点となりパ
ッケージの実装過程や温度サイクルにおいて、外部接続
用部材や半導体チップと接着材フィルム界面で大きなは
く離が発生しパッケージの信頼性が劣る問題がある。し
たがって接着材フィルムを配線層へ接着する際に、上記
ボイドや接着材の過剰なはみ出しを起こさない接着材フ
ィルムが必要となる。
接用続部材と半導体チップを接着材フィルムで熱圧着す
る際に、接着界面のボイドがなくかつ過剰な接着材のは
み出しが発生しにくい接着材フィルムを提供するもので
ある。
するボイド、すなわち接着材フィルムの配線間への埋め
込み性不足は、熱圧着温度での接着材フィルムの粘度
や、圧着圧力および圧着時間等の圧着条件に大きく依存
する。埋込性は、接着材フィルムの粘度を小さくした
り、圧着条件の圧力を大きく、時間を長くすること向上
できる。しかし粘度を小さくし過ぎたり、圧着圧力大き
くし過ぎたり、圧着時間を長くし過ぎると接着材フィル
ムが過剰に溶融するため、圧着前のフィルム形状より接
着材がはみ出し、接着材フィルムの寸法精度が劣化す
る。このはみ出しが半導体チップパッド部や外部接続用
部材のワイヤーボンディングパッド部やTABのインナ
ーリードボンディング部まで達すると、ボンディングが
不可能となる場合がある。
する配線付外部接続部材を接着材フィルムで接着する際
に生ずる、ボイドとはみ出しの支配因子を調べた。接着
材フィルムの圧着におけるパラメータは、圧着温度、圧
着温度での接着材フィルムの粘度、圧着圧力、圧着の剪
断速度、圧着時間、接着材フィルムの厚み等が考えられ
るが、実際には圧着剪断速度、圧着時間、接着材フィル
ムの厚み等は作業性やパッケージ仕様により限られた設
定範囲、運用されている。したがって、圧着における主
なパラメータは圧着温度、圧着温度での接着材フィルム
の粘度および圧着圧力である。しかし粘度は圧着温度の
関数で表されるので、独立なパラメータは接着材の粘度
と圧着圧力の二つである。そこで本発明者らは粘度の異
なる接着材フィルムを用い、接着材の粘度と圧着圧力が
ボイドとはみ出し量にあたえる影響を定量的に調べた。
とこれを搭載する配線付外部接続用部材を接続する接着
材フィルムであって、圧着温度での粘度が1x105〜
1x107Pa・sの範囲である接着剤層aを備えるこ
とを特徴とする。また、本発明の接着材フィルムは、半
導体チップとこれを搭載する配線付外部接続用部材を接
続する接着材フィルムであって、100〜180℃での
粘度が1x105〜1x107Pa・sの範囲である接着
剤層bを備えることを特徴とする。また、本発明の接着
材フィルムは、半導体チップとこれを搭載する配線付外
部接続用部材を接続する接着材フィルムであって、10
0〜180℃での粘度が1x105〜1x107Pa・s
の範囲である接着剤層cを備えることを特徴とする。ま
た、本発明の接着材フィルムは、半導体チップとこれを
支持する配線付外部接続部材を接続する接着材フィルム
において、Tを温度℃とすると接着剤層の粘度Pa・s
を η[T]=Aexp(B/(T+273)) で表したとき、Aが0〜10Pa・sでかつBが3〜8
x103℃の範囲である接着剤層dを備えることを特徴
とする。接着材フィルムの厚さは、100〜200μm
であることが好ましい。接着材フィルムは、接着剤層
a、b、c又はdで構成されることができる。また、接
着材フィルムは、コア材の両面に接着剤層を形成して得
られる接着材フィルムであり、コア材がガラス転移温度
が200℃以上の耐熱性熱可塑フ又は耐熱性熱可塑多孔
質フィルムであり、コア材の両面の接着剤層の少なくと
も一つが厚みが30μm以上の接着剤層a、b、c又は
dであることができる。コア材は、ガラス転移温度が2
00℃以上のポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリ
アミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン又はポリエ
ーテルイミドから選ばれる耐熱性熱可塑フィルムが好ま
しい。またコア材は、ポリエーテルサルホン、ポリイミ
ドポリアミドイミド、ポリエステル又はポリサルホンか
ら選ばれる耐熱性熱可塑多孔質フィルムであることが好
ましい。配線付外部接続用部材と接着する側の接着剤層
が、接着剤層a、b、c又はdであることが好ましい。
配線付外部接続部材と接着する側の接着剤層が熱硬化系
接着剤であり、半導体チップと接着する側の接着剤層が
熱可塑系接着剤または熱硬化系樹脂を含む熱可塑系接着
剤であることが好ましい。本発明の半導体搭載用外部接
続用部材は、配線付外部接続用部材の半導体チップ搭載
面に前記接着材フィルムが圧着してある。配線付外部接
続用部材の半導体チップ搭載面に前記接着材フィルムを
圧着する際、圧着圧力が0.5〜3.0MPaで5秒以
下で熱圧着し半導体搭載用外部接続用部材の製造する。
本発明の半導体装置は、半導体チップと配線付外部接続
用部材を前記接着材フィルムを介して接着したものであ
る。半導体装置は、配線付外部接続用部材の半導体チッ
プ搭載面に前記の接着材フィルムを圧着する際、圧着圧
力が0.5〜3.0MPaで5秒以下で熱圧着して製造
する。
層の粘度は1946年度のJournalof App
lied Physics 第17巻、458〜471
ページに記載されたような平行平板プラストメータ法に
よる測定、算出値で定義した。すなわち接着材フィルム
接着剤層の粘度ηは、半径rの円柱状の接着材フィルム
に荷重を加えていき、その高さ変位を測定することによ
り次式から算出される。 η=t/(3V2(1/Z4−Z04)/8πF))・・(1) ここで、Z0は荷重を加える前の接着材フィルムの厚
さ、Zは荷重を加えた後の接着材フィルムの厚さ、Vは
接着材フィルムの体積、F加えた荷重、tは荷重を加え
た時間である。
性を測定したところ、限られた圧着剪断速度範囲では接
着材フィルムはニュートン流体として扱えられ、粘度は
次式のように温度(T[℃])およびパラメータA及び
Bで表された。 η[T]=Aexp(B/(T+273))・・・(2)
ルムを用い、さらに圧着温度を変えて異なる粘度の状態
で凹凸部のある外部接続用部材へ圧着し、接着材接着剤
層の粘度と圧着圧力が圧着により生ずるボイドに与える
影響を調べた。詳しい評価条件および結果は実施例2〜
比較例2に示すが、圧着圧力範囲が0.5〜2.1MP
aでボイドなく圧着するには、接着材フィルム接着剤層
の粘度が1x107Pa・s以下の必要があった。ここ
で圧力範囲を0.5〜2.1MPaとしたのは、圧力が
0.5MPa未満であると設定圧力に対し実効圧力のば
らつきが大きく実用上好ましくなく、また圧着圧力が大
きすぎ2.1MPaを超えるとはんだボール搭載用のラ
ンド部が変形する場合があるためである。
し量に関しても、接着材接着剤層の粘度と圧着圧力が与
える影響を調べた。詳しい評価条件および結果は実施例
2〜比較例2に示すが、圧着圧力範囲が1〜2.1MP
aで接着材フィルムのはみ出し量を50μm以下にする
ためには、接着材フィルムの粘度が1x105Pa・s
以上の必要があった。ここではみ出し量を50μm以下
としたのは、通常接着材フィルム端はアウターリードの
ボンディング用開口部から50〜100μm離れた位置
に圧着されているので100μm以上接着材フィルムが
はみ出しボンディング用開口部に達すると、リードボン
ディングができなくなる場合がある。はみ出しは接着材
フィルムを外部接続部材に接着する際と、さらに半導体
チップを接着材フィルムに接着する際で生じる。したが
って、接着材フィルムを外部接続部材に圧着した時点で
のはみ出しは50μm以下とするのが望ましい。
な接着材のはみ出しを防ぐためには、接着材フィルム接
着剤層の圧着温度での粘度を1x105〜1x107Pa
・s、好ましくは1x105〜1x106Pa・sの範の
範囲に設定することにより両立できることを見いだし
た。
をとりえれば接着材フィルムは、上記粘度範囲の接着剤
の単独フィルムでも、コア材の両面に上記粘度範囲をと
りえる接着剤を形成したもでもよい。特にコア材の両面
に接着剤層を形成した接着材フィルムでは、半導体チッ
プを圧着する際には半導体チップ表面に段差がないの
で、半導体チップ側の接着剤層は上記粘度範囲以外の接
着剤を形成してもよい。
独の場合100〜200μm、コア材を用いる場合は3
0μm以上でコア材両面に形成した状態で100〜25
0μm程度が好ましい。また、コア材の両面の接着材フ
ィルムの厚みは同じでも異なっていてもよいが、外部接
続部材の配線層への接着材の埋込性を向上するために外
部接続部材側の接着材厚みを半導体チップ側接着材より
厚くしてもよい。
実装基板の熱膨張係数差から生ずる熱応力を低減するた
めに低弾性率であることが好ましく、動的粘弾性測定装
置を用いて測定した場合の貯蔵弾性率が25℃で10〜
2000MPaであり、260℃で3〜50MPaであ
ることが好ましい。具体的な組成例としてはエポキシ樹
脂、エポキシ基含有アクリル共重合体、エポキシ樹脂硬
化剤およびエポキシ樹脂硬化剤からなる半硬化状態のエ
ポキシ熱硬化系樹脂がある。しかし、接着剤は熱硬化系
樹脂に限定されることはなく、ポリイミド、ポリエーテ
ルイミド。ポリエーテルアミドイミド等の熱可塑性樹脂
であってもよい。
成の樹脂配合の調整以外に、接着剤ワニスの塗工時の温
度、時間により残存溶媒量を調整したり、熱硬化系樹脂
の場合はその半硬化状態を制御して調整することができ
る。また接着剤組成への添加剤、例えば結晶性シリカ、
非晶性シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、窒化ア
ルミニウム、窒化ホウ素、三酸化アンチモン等の無機フ
ィラーやシリコーンパウダー等の有機フィラーを入れて
調整することも可能である。
ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド、ポ
リエーテルイミド、ポリエステルポリサルフォン、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリウレタン等の耐熱性熱可
塑フィルムやポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ポ
リアミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルポリサル
フォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン等
耐熱性熱可塑多孔質フィルムが好ましい。
を支持する配線付外部接続用部材の接続方法は、まず外
部接続用部材へ所定の寸法に切断された接着材フィルム
を位置合わせを行い熱圧着する。切断方法は所定の寸法
に切断されればいづれの方法でも構わないが、作業性を
考え打ち抜き金型を用いて打ち抜くことが望ましい。さ
らに半導体チップを、外部接続部材へ接着してある接着
材フィルムへ熱圧着する。
よび半導体チップへの圧着条件は、接着材フィルムが外
部接続部材にボイドやはく離等の欠陥がなく接着できれ
ば特に限定されないが、温度は外部接続用部材の耐熱性
の点から60〜250℃、特に100〜200℃が好ま
しい。圧着圧力は0.5MPa未満であると設定圧力に
対し実際の圧力のばらつきが大きく、また3MPaを超
えるとはんだボール搭載用のランド部が変形する場合が
あるので、0.5〜3MPaの範囲が好ましい。また圧
着時間は生産性を考え0.5〜5秒が好ましい。
油化シェルエポキシ株式会社製商品名)45重量部、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂(ESCN195、
住友化学工業株式会社製諸品名)15重量部、フェノー
ルノボラック樹脂(プライオーフェンLF2882、大
日本インキ化学工業株式会社製商品名)40重量部、エ
ポキシ基含有アクリルゴム(HTR−860P−3、帝
国化学産業株式会社製商品名)150重量部、硬化促進
剤1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール(キュ
アゾール2PZ−CN、四国化成工業株式会社製商品
名)0.5重量部、γ−グリシドキシプロピルトリメト
キシシラン(NUC A−187、日本ユミカー株式会
社製商品名)0.7重量部にメチルエチルケトンを加え
て撹拌溶解し接着ワニスとした、この接着剤ワニスを、
ポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し加熱乾
燥して厚み50〜75μmの接着材フィルムを作製し
た。この時、塗布加熱の条件を変え半硬化状態の異な
る、8種類(A〜H)の熱硬化系樹脂単体のフィルムと
した。これら接着材フィルムの粘度の温度依存性を19
46年度のJournal of Applied P
hysics第17巻、458〜471ページに記載さ
れた平行平板プラストメータによる方法での測定した。
具体的な測定方法は、接着材フィルムをラミネートし厚
み500μmとし、この接着材フィルムを直径11.3
mmの円形に打ち抜き、設定温度において荷重8.5k
gfで10秒間加圧し、圧着前後の接着材フィルムの厚
みから式(1)を用いて粘度を算出した。図1の表1に
各接着材フィルムの粘度の温度依存性を示した。
して25μmのユーピレックスフィルムの両面にラミネ
ートして接着材フィルムを作製した。この接着材フィル
ム5x6mmを配線付き外部接続部材としてポリイミド
系フィルムからなるTABテープの配線層面に熱圧着を
行った。TABテープ配線層の配線幅は30μm、最狭
の配線間幅は40μmで配線層厚みは20μmの仕様を
用いた。圧着時間を2秒間とし、接着材フィルムを外部
接続部材へ圧着した際の、接着材と配線付き外部接続部
材界面のボイドを観察及び圧着後のはみ出し量を測定し
た。圧着温度120〜140℃で、圧力範囲1.05〜
1.58MPaで、ボイドが発生せず、かつはみ出し量
も50μm以下であった。
て接着材層のみから厚み180μmの接着材フィルムを
作製した。この接着材フィルムを実施例2と同様に配線
付き外部接続部材としてポリイミド系フィルムからなる
TABテープの配線層面に熱圧着を行った。圧着時間を
2秒間とした場合の接着材と配線付き外部接続部材界面
のボイドを観察及び圧着後のはみ出し量を測た。圧着温
度120〜140℃で、圧力範囲1.05〜1.58M
Paで、ボイドが発生せず、かつはみ出し量も50μm
以下であった。
して25μmのユーピレックスフィルムの両面にラミネ
ートして接着材フィルムを作製した。この接着材フィル
ムを実施例2と同様に配線付き外部接続部材としてポリ
イミド系フィルムからなるTABテープの配線層面に熱
圧着を行った。圧着時間を2秒間とした場合の接着材と
配線付き外部接続部材界面のボイドを観察及び圧着後の
はみ出し量を測定た。圧着温度120〜140℃で、圧
力範囲1.05〜1.58MPaで、ボイドが発生し、
かつはみ出し量も50μmを超えた。
て接着材層のみから厚み180μmの接着材フィルムを
作製した。この接着材フィルムを実施例2と同様に配線
付き外部接続部材としてポリイミド系フィルムからなる
TABテープの配線層面に熱圧着を行った。圧着時間を
2秒間とした場合の接着材と配線付き外部接続部材界面
のボイドを観察及び圧着後のはみ出し量を測定した。圧
着温度120〜140℃で、圧力範囲1.05〜1.5
8MPaで、ボイドが発生し、かつはみ出し量も50μ
mを超えた。
での粘度を最適化範囲に設定することにより、配線付外
部接続用部材と半導体チップとの接着の際に界面のボイ
ドおよび過剰な接着材のはみ出し無く接続することがで
き、従来の接着材フィルムを用いた半導体装置に比べて
信頼性に優れる接着材フィルムおよびそれを用いた半導
体装置を提供することができる。
表1。
Claims (15)
- 【請求項1】 半導体チップとこれを搭載する配線付外
部接続用部材を接続する接着材フィルムであって、圧着
温度での粘度が1x105〜1x107Pa・sの範囲で
ある接着剤層aを備えることを特徴とする接着材フィル
ム。 - 【請求項2】 半導体チップとこれを搭載する配線付外
部接続用部材を接続する接着材フィルムであって、10
0〜180℃での粘度が1x105〜1x107Pa・s
の範囲である接着剤層bを備えることを特徴とする接着
材フィルム。 - 【請求項3】 半導体チップとこれを搭載する配線付外
部接続用部材を接続する接着材フィルムであって、10
0〜180℃での粘度が1x105〜1x107Pa・s
の範囲である接着剤層cを備えることを特徴とする接着
材フィルム。 - 【請求項4】 半導体チップとこれを支持する配線付外
部接続部材を接続する接着材フィルムにおいて、Tを温
度℃とすると接着剤層の粘度Pa・sを η[T]=Aexp(B/(T+273)) で表したとき、Aが0〜10Pa・sでかつBが3〜8
x103℃の範囲である接着剤層dを備えることを特徴
とする接着材フィルム。 - 【請求項5】 接着材フィルムの厚さが100〜200
μmである請求項1〜4各項記載の接着材フィルム。 - 【請求項6】 接着材フィルムが接着剤層a、b、c又
はdで構成されている請求項1〜5各項記載の接着材フ
ィルム。 - 【請求項7】 接着材フィルムが、コア材の両面に接着
剤層を形成して得られる接着材フィルムであり、コア材
がガラス転移温度が200℃以上の耐熱性熱可塑フ又は
耐熱性熱可塑多孔質フィルムであり、コア材の両面の接
着剤層の少なくとも一つが厚みが30μm以上の接着剤
層a、b、c又はdである請求項1〜5各項記載の接着
材フィルム。 - 【請求項8】 コア材が、ガラス転移温度が200℃以
上のポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイ
ミド、ポリエーテルエーテルケトン又はポリエーテルイ
ミドから選ばれる耐熱性熱可塑フィルムである請求項7
記載の接着材フィルム。 - 【請求項9】 コア材が、ポリエーテルサルホン、ポリ
イミドポリアミドイミド、ポリエステル又はポリサルホ
ンから選ばれる耐熱性熱可塑多孔質フィルムである請求
項7記載の接着材フィルム。 - 【請求項10】 配線付外部接続用部材と接着する側の
接着剤層が、接着剤層a、b、c又はdである請求項7
〜9各項記載の接着材フィルム。 - 【請求項11】 請求項7記載の接着材フィルムにおい
て配線付外部接続部材と接着する側の接着剤層が熱硬化
系接着剤であり、半導体チップと接着する側の接着剤層
が熱可塑系接着剤または熱硬化系樹脂を含む熱可塑系接
着剤である請求項7〜10各項記載の接着材フィルム。 - 【請求項12】 配線付外部接続用部材の半導体チップ
搭載面に請求項1〜11各項記接着材フィルムが圧着し
てある半導体搭載用外部接続用部材。 - 【請求項13】 配線付外部接続用部材の半導体チップ
搭載面に請求項1〜11各項記載の接着材フィルムを圧
着する際、圧着圧力が0.5〜3.0MPaで5秒以下
で熱圧着することを特徴とする半導体搭載用外部接続用
部材の製造法。 - 【請求項14】 半導体チップと配線付外部接続用部材
を請求項1〜11各項記載の接着材フィルムを介して接
着した半導体装置。 - 【請求項15】 配線付外部接続用部材の半導体チップ
搭載面に請求項1〜11各項記載の接着材フィルムを圧
着する際、圧着圧力が0.5〜3.0MPaで5秒以下
で熱圧着することを特徴とする半導体装置の製造法。
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