JP2005251779A - 接着フィルムおよびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置に用いるシリコンスペーサより低コストでハンドリングの良いスペーサ（接着テープ）を提供する。
【解決手段】電子線照射により、260℃での貯蔵弾性率を1ＭＰａ以上に改質したポリオレフィンフィルムの少なくとも片面に接着材層が形成されている。
【選択図】図２
【解決手段】電子線照射により、260℃での貯蔵弾性率を1ＭＰａ以上に改質したポリオレフィンフィルムの少なくとも片面に接着材層が形成されている。
【選択図】図２
Description
本発明は、接着フィルムおよびそれを用いた半導体装置に関する。さらに詳しくは、素子積層ＩＣパッケージにおいてほぼ同サイズの素子を積層する場合にワイヤループの空間を確保するための接着フィルムに関する。
近年、ＩＣパッケージの高密度実装化の要請に伴い、チップを複数積層する手法が取り入れられている。このタイプのパッケージで、ほぼ同サイズの素子を積層する場合に、電気的接続に用いられる金ワイヤのループ空間上に位置するチップが金ワイヤと接触しないように、チップより小さいサイズのダミーのシリコン片をスペーサとして積層する手法がある。しかしこのシリコンスペーサは、薄削りし、ダイアタッチフィルムを貼り付けたのち、ダイシングしてマウントする必要があり、原料が高価でありかつ、作成に手間、コストがかかる。
特開2003-303937号公報特開2003-124434号公報特開2002-261233号公報
本発明は、前記の問題を解決することを課題とし、シリコンスペーサより低コストでハンドリングの良いスペーサ（接着テープ）を提供することを目的とする。
本発明者等は鋭意検討した結果、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、次の（I）または（II）に記載の内容を包含する。
（I） 260℃での貯蔵弾性率を1ＭＰａ以上に改質したポリオレフィンフィルムの少なくとも片面に接着材層が形成されていることを特徴とする接着フィルム。
（II) 電子線照射により改質したことを特徴とする（I)に記載の接着フィルム。
（III）（I）に記載の接着フィルムの接着材層を介してチップが接着されていることを特徴とする半導体装置。
すなわち、本発明は、次の（I）または（II）に記載の内容を包含する。
（I） 260℃での貯蔵弾性率を1ＭＰａ以上に改質したポリオレフィンフィルムの少なくとも片面に接着材層が形成されていることを特徴とする接着フィルム。
（II) 電子線照射により改質したことを特徴とする（I)に記載の接着フィルム。
（III）（I）に記載の接着フィルムの接着材層を介してチップが接着されていることを特徴とする半導体装置。
本発明の接着フィルムをスペーサとして用いることで、素子積層パッケージを低コストで生産できる。
スペーサとして用いる接着フィルムに要求される特性としては、半導体パッケージ材料の信頼性を確保する上で、組み立て工程を歩留まり良く流れること、長期信頼性の加速テストに耐えることなどが要求される。組み立て工程における耐吸湿リフローの面では、吸湿率が低いこと、リフロー温度で水蒸気圧以上の弾性率を有し膨れないこと、周辺材料と強い強度で接着できることなどが挙げられる。また、長期信頼性の加速テストにおける高温高湿下での電気的長期信頼性の面ではイオン性不純物量が少ないこと、などが挙げられる。パッケージ設計の面では、厚み精度に優れることが求められる。
このような材料的要求を満たす物質として、ポリオレフィンは吸湿率が低くて、フィルム形成も容易で低コストであり好ましい。しかしリフロー温度のような高温では溶融発泡する場合があり、好ましくないので、架橋密度を上げて、少なくとも260℃での貯蔵弾性率が１ＭＰａ以上、より好ましくは５MＰａ以上に改質したものを使用するのが好適である。架橋密度を上げる方法は、電子線照射が好ましい。電子線照射の条件としては、フィルム物性をほぼ均質にすることが好ましいので、電子線の平均飛程がフィルム厚より長くなるよう、また線量はフィルム物性が上記のような高温弾性率を示すように調整する。
電子線照射により表面に接着材に対して親和性の良い官能基が形成されるが、さらにコロナ処理などの表面処理を施すことで接着界面の接着性を改質しても良い。
電子線照射により表面に接着材に対して親和性の良い官能基が形成されるが、さらにコロナ処理などの表面処理を施すことで接着界面の接着性を改質しても良い。
基材の材質としては、オレフィンの共重合体であれば特に限定されない。例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。イオン性や放射性の不純物が少ないフィラーが分散されていても構わない。
スペーサ厚み（接着テープの厚み）は主にワイヤループの設計により決まる。現状では１００〜２００μｍ程度であるが、ワイヤボンディング技術の向上に伴って、スペーサ厚みはより薄くなる可能性がある。
また、ハンドリングの面では、あらかじめ接着材層が基材の片面もしくは両面に形成されているので、実装時に接着材層を形成する工程が省けて好ましい。
スペーサ厚み（接着テープの厚み）は主にワイヤループの設計により決まる。現状では１００〜２００μｍ程度であるが、ワイヤボンディング技術の向上に伴って、スペーサ厚みはより薄くなる可能性がある。
また、ハンドリングの面では、あらかじめ接着材層が基材の片面もしくは両面に形成されているので、実装時に接着材層を形成する工程が省けて好ましい。
接着材層の形成は、ダイボンディングフィルムを形成するのと類似の方法が適用でき、接着材の溶液を精密コーターで基材上にコートし、乾燥炉で溶剤を除く方法や、別途剥離性フィルム上に接着材の溶液を精密コーターでコートし、乾燥炉で溶剤を除いて形成したフィルムを基材にラミネートする方法などで形成できる。
接着材層が粘着性を有する場合は、セパレータにより保護した形態で製品化してもよい。
接着材は、公知のダイボンディングフィルムに使用する接着材で構わない。すなわち、被着体であるシリコン裏面や素子表面のポリイミド、窒化シリコン、基材表面などとの界面接着強度が強く、硬化後のリフロー温度での弾性率が１ＭＰａ以上、より好ましくは５ＭＰａ以上となる接着材が好ましい。接着材としては、例えば公知の特開2002-161250、特許3014578に開示されている熱可塑性樹脂（例えばポリイミド）と熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を組み合わせた樹脂組成物、特開平11-246829に開示されている熱可塑性樹脂（例えばアクリル系樹脂）と熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を組み合わせた樹脂組成物などが適用できる。熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂は特に限定されず、プロセス中最高温度であるリフローの２６０℃で熱分解しない耐熱性や、より低温接着できる特性（より低いＴｇ）などを備えることが好ましい。また、耐熱性を持たせるために、フィラーとして、導電性の金属粉や、非導電性の無機物質粉末を添加することもでき、これらの粒子との接着強度を増すためにカップリング剤を添加してもよい。
接着材層厚みはチップ間に使用する場合、表面凹凸が少ないので２〜５０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍ程度が好ましい。
接着材層が粘着性を有する場合は、セパレータにより保護した形態で製品化してもよい。
接着材は、公知のダイボンディングフィルムに使用する接着材で構わない。すなわち、被着体であるシリコン裏面や素子表面のポリイミド、窒化シリコン、基材表面などとの界面接着強度が強く、硬化後のリフロー温度での弾性率が１ＭＰａ以上、より好ましくは５ＭＰａ以上となる接着材が好ましい。接着材としては、例えば公知の特開2002-161250、特許3014578に開示されている熱可塑性樹脂（例えばポリイミド）と熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を組み合わせた樹脂組成物、特開平11-246829に開示されている熱可塑性樹脂（例えばアクリル系樹脂）と熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を組み合わせた樹脂組成物などが適用できる。熱可塑性樹脂や、熱硬化性樹脂は特に限定されず、プロセス中最高温度であるリフローの２６０℃で熱分解しない耐熱性や、より低温接着できる特性（より低いＴｇ）などを備えることが好ましい。また、耐熱性を持たせるために、フィラーとして、導電性の金属粉や、非導電性の無機物質粉末を添加することもでき、これらの粒子との接着強度を増すためにカップリング剤を添加してもよい。
接着材層厚みはチップ間に使用する場合、表面凹凸が少ないので２〜５０μｍ、より好ましくは５〜３０μｍ程度が好ましい。
本発明の接着フィルムをスペーサとして実装するには、例えば指定サイズに切断した個片をダイボンダーで位置決めして接着する方法、指定幅にスリットしたテープ状のスペーサを指定長さにカットしてダイボンダーで位置決めして接着する方法などが挙げられる。接着条件としては、下の素子への応力を考慮して、好ましくは0.1ＭＰａ以下の圧力、接着温度は、好ましくは樹脂が溶融して接着できる温度以上で、より好ましくは100℃以上、接着時間は、効率を考慮して5ｓ以下、より好ましくは1ｓ以下である。
本発明の接着フィルムは、シリコンスペーサのように硬くないので、反らせて貼り付けることができ、接着界面に気泡を巻き込まない工夫ができる面でも優れている。
本発明における半導体素子は、シリコン、ガリウム砒素などの半導体基板上に配線、キャパシタ、ダイオード、トランジスタ、ＩＯパッドなどを形成したものである。
本発明の接着フィルムは、シリコンスペーサのように硬くないので、反らせて貼り付けることができ、接着界面に気泡を巻き込まない工夫ができる面でも優れている。
本発明における半導体素子は、シリコン、ガリウム砒素などの半導体基板上に配線、キャパシタ、ダイオード、トランジスタ、ＩＯパッドなどを形成したものである。
本発明に係る半導体装置は、チップ間に本接着フィルムをスペーサとして用いるので、チップが２個以上搭載されたＩＣパッケージである。チップと半導体装置の外部電極の接続はワイヤボンドや直接接続（フリップチップ接続）などを用いてよく、パッケージから外部への配線構造は、従来のリードフレームでも、配線基板でもよい。
実施例１
100μｍ厚のポリエチレンフィルム（260℃の貯蔵弾性率は溶融してしまい測定不能）に電子線照射装置で、250ｋVで加速した電子を照射量200ｋＪ/ｋｇで照射した。
電子線で処理したのちのフィルムの貯蔵弾性率を、引っ張りの粘弾性測定装置（レオメトリックス社製ＲＳＡ−II）で測定したところ、260℃での貯蔵弾性率は4ＭＰａであった。
さらに、フィルム両面をコロナ処理した。
電子照射した片面に、接着材ワニスＡを乾燥厚み15μｍになるようにコートし、110〜120℃で３分乾燥した。
接着材ワニスＡの製法は下記のとおりであった。
ODPA（式１）とシリコーンジアミン（式２、中和当量（アミノ価）460）、ＡＰＢ５（式３）を102：56：44のモル比でＮＭＰ（1−メチル−２−ピロリドン）とメシチレン（1,3,5−トリメチルベンゼン）（重量比70/30）の混合溶液中に固形分が４０％になるように仕込み、160〜180℃で10時間共沸脱水縮合してポリイミドワニスＢを得た。
（化１）
100μｍ厚のポリエチレンフィルム（260℃の貯蔵弾性率は溶融してしまい測定不能）に電子線照射装置で、250ｋVで加速した電子を照射量200ｋＪ/ｋｇで照射した。
電子線で処理したのちのフィルムの貯蔵弾性率を、引っ張りの粘弾性測定装置（レオメトリックス社製ＲＳＡ−II）で測定したところ、260℃での貯蔵弾性率は4ＭＰａであった。
さらに、フィルム両面をコロナ処理した。
電子照射した片面に、接着材ワニスＡを乾燥厚み15μｍになるようにコートし、110〜120℃で３分乾燥した。
接着材ワニスＡの製法は下記のとおりであった。
ODPA（式１）とシリコーンジアミン（式２、中和当量（アミノ価）460）、ＡＰＢ５（式３）を102：56：44のモル比でＮＭＰ（1−メチル−２−ピロリドン）とメシチレン（1,3,5−トリメチルベンゼン）（重量比70/30）の混合溶液中に固形分が４０％になるように仕込み、160〜180℃で10時間共沸脱水縮合してポリイミドワニスＢを得た。
（化１）
（化２）
（化３）
三井化学製テクモアVG3101L（登録商標）２０重量部をメシチレンに固形分70％になるように溶解したエポキシ樹脂溶液を先に合成したポリイミドワニスB１００重量部（固形分換算）に添加した。硬化剤として四国化成製キュアゾール２ＭＡＯＫ−ＰＷ０.８重量部をＮＭＰで50倍に希釈してポリイミドワニスBに添加した。さらにフィラーとして龍森製１−ＦＸ（溶融シリカ）５５重量部を配合し、粘度2000ｃｐとなるようにメシチレンで希釈してプラネタリーミキサーで混合した。さらに、ビーズミルで分散し、粒子径10μｍの粒子を92％透過するフィルターでろ過したのち、プラネタリーミキサーで真空攪拌し脱泡し、接着材ワニスＡを得た。
比較例１
100μｍ厚のポリエチレンフィルムの両面をコロナ処理した。
このフィルムの貯蔵弾性率を、引っ張りの粘弾性測定装置で測定したところ、260℃での貯蔵弾性率は正確に測定できず、少なくとも１×１０４Ｐａ以下と推定された。その片面に、接着材ワニスＡを乾燥厚み15μｍになるようにコートし、110〜120℃、３分の条件で剥離性のテフロン（登録商標）板上で乾燥した。
100μｍ厚のポリエチレンフィルムの両面をコロナ処理した。
このフィルムの貯蔵弾性率を、引っ張りの粘弾性測定装置で測定したところ、260℃での貯蔵弾性率は正確に測定できず、少なくとも１×１０４Ｐａ以下と推定された。その片面に、接着材ワニスＡを乾燥厚み15μｍになるようにコートし、110〜120℃、３分の条件で剥離性のテフロン（登録商標）板上で乾燥した。
(実施例２および比較例２)
実施例１と比較例１で製造した接着フィルムをスペーサとして模擬半導体装置に組み込み、フロープロセスでの信頼性を比較した。模擬半導体装置の構造は、リードフレーム材（42アロイ）/接着材ワニスＡからなる厚み２５μｍのフィルム状接着材（8ｍｍ□）/8ｍｍ□、200μｍ厚シリコンチップ/接着フィルム（スペーサ）（5ｍｍ□）/接着材ワニスＡからなる厚み25μｍのフィルム状接着材（8ｍｍ□）/8ｍｍ□、200μｍ厚シリコンチップの積層体をそれぞれ0.1ＭＰａ、150℃、1ｓの条件で熱圧着したのち、封止材で封止した（図１）。
実施例１と比較例１で製造した接着フィルムをスペーサとして模擬半導体装置に組み込み、フロープロセスでの信頼性を比較した。模擬半導体装置の構造は、リードフレーム材（42アロイ）/接着材ワニスＡからなる厚み２５μｍのフィルム状接着材（8ｍｍ□）/8ｍｍ□、200μｍ厚シリコンチップ/接着フィルム（スペーサ）（5ｍｍ□）/接着材ワニスＡからなる厚み25μｍのフィルム状接着材（8ｍｍ□）/8ｍｍ□、200μｍ厚シリコンチップの積層体をそれぞれ0.1ＭＰａ、150℃、1ｓの条件で熱圧着したのち、封止材で封止した（図１）。
この模擬半導体装置を125℃で24ｈ乾燥し、60℃/60％ＲＨで40ｈ吸湿させ、260℃MAX10ｓホールドのリフロー炉に通した。
模擬半導体装置を超音波顕微鏡で検査したところ、実施例１で製造した接着フィルムを使用した模擬半導体装置では異常はなかったが、比較例１で製造した接着フィルムを使用した模擬半導体装置ではスペーサ部分で剥離が起きていることがわかった。
Claims (3)
- 260℃での貯蔵弾性率を1ＭＰａ以上に改質したポリオレフィンフィルムの少なくとも片面に接着材層が形成されていることを特徴とする接着フィルム。
- 電子線照射により改質したことを特徴とする請求項１に記載の接着フィルム。
- 請求項１に記載の接着フィルムの接着材層を介してチップが接着されていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2004055892A JP2005251779A (ja) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | 接着フィルムおよびそれを用いた半導体装置 |
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| JP2004055892A JP2005251779A (ja) | 2004-03-01 | 2004-03-01 | 接着フィルムおよびそれを用いた半導体装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007234713A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 部品接合方法および部品積層方法 |
-
2004
- 2004-03-01 JP JP2004055892A patent/JP2005251779A/ja active Pending
Cited By (2)
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| JP2007234713A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 部品接合方法および部品積層方法 |
| US8614118B2 (en) | 2006-02-28 | 2013-12-24 | Panasonic Corporation | Component bonding method, component laminating method and bonded component structure |
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