JP4415920B2 - 接着フィルム、それを用いた半導体パッケージまたは半導体装置、および半導体パッケージまたは半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明は、半導体パッケージまたは半導体装置の製造方法に関する。
近年、プリント配線板上に半導体素子を実装する方式として、BGA(Ball Grid Array)やCSP(Chip Scale Package)等のエリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。
また、BGAやCSPの作製工程における、半導体素子の電極と半導体搭載用基板の端子との電気的接続方法にも、半田接合が使われる場合が多い。
しかし、半田接合後にフラックスが残存していると、高温、多湿時に、電気絶縁性の低下やプリント配線の腐食等の問題を生じる。
そこで、現在、半田接合後、残存フラックスを洗浄除去することを行っている。しかし、洗浄剤の廃棄に関する環境問題や、洗浄工程の追加によるコストアップなどの欠点がある。
この裏面へのノンフローアンダーフィル樹脂への付着は、ヒートシンクの貼り付けの際や、半導体素子を積層する(実装面積の縮小化を目的とする半導体素子を積層したマルチチップパッケージなど)際に不具合が生じる原因となっていた。
また、本発明の目的は、製造が容易、かつ歩留まりの少ない半導体パッケージおよび半導体装置の製造方法を提供することである。
(1)半導体素子または半導体パッケージを実装する際に用いる接着フィルムであって、少なくとも1つ以上のフェノール性水酸基を有する第1の樹脂と、重量平均分子量が1,000〜10,000であるエポキシ樹脂を10〜60重量%と、重量平均分子量が200〜600であるエポキシ樹脂を10〜60重量%と、含み、 かつ該接着フィルムの軟化温度が40〜150℃であることを特徴とする接着フィルム。
(2)前記第1の樹脂は、フェノール樹脂である(1)に記載の接着フィルム。
(3)前記重量平均分子量が200〜600であるエポキシ樹脂は、常温で液状である(1)または(2)に記載の接着フィルム。
(4)溶融粘度が1〜5,000mPa・sである(1)ないし(3)のいずれかに記載の接着フィルム。
(5)厚さが3〜80μmである(1)ないし(4)のいずれかに記載の接着フィルム。(6)半導体素子とインターポーザとが(1)ないし(5)のいずれかに記載の接着フィルムで実装されていることを特徴とする半導体パッケージ。
(7)半導体パッケージとプリント配線板とが(1)ないし(5)のいずれかに記載の接着フィルムで実装されていることを特徴とする半導体装置。
(8)半導体素子とインターポーザとを実装して半導体パッケージを製造する方法であって、半導体素子とインターポーザとの間に(1)ないし(5)のいずれかに記載の接着フィルムを設置し、前記半導体素子、前記接着フィルムおよびインターポーザを圧着して実装することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
(9)前記接着フィルムを、あらかじめインターポーザに設置しているものである(8)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(10)前記接着フィルムを、あらかじめ半導体素子に設置しているものである(8)または(9)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(11)半導体パッケージとプリント配線板とを実装して半導体装置を製造する方法であって、半導体パッケージとプリント配線板との間に(1)ないし(5)のいずれかに記載の接着フィルムを設置し、前記半導体パッケージ、接着フィルムおよびプリント配線板を圧着して実装することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(12)前記接着フィルムを、あらかじめ半導体パッケージに設置しているものである(11)に記載の半導体装置の製造方法。
(13)前記接着フィルムを、あらかじめプリント配線板に設置しているものである(1
1)または(12)に記載の半導体装置の製造方法。
また、接着フィルムに特定の樹脂を使用する場合、特に半田接続信頼性に優れる半導体パッケージおよび半導体装置を得ることができる。
また、本発明によれば、製造が容易、かつ歩留まりの少ない半導体パッケージおよび半導体装置の製造方法を提供することができる。
本発明の接着フィルムは、半導体素子または半導体装置を実装する際に用いる接着フィルムであって、少なくとも1つ以上のフェノール性水酸基を有する第1の樹脂と、第2の樹脂と、前記第2の樹脂よりも重量平均分子量の低い第3の樹脂とを含むことを特徴とするものである。
本発明の接着フィルムは、半導体素子または半導体パッケージを実装するために用いるものである。これにより、従来のノンフローアンダーフィル樹脂で問題となっていた半導体素子等への樹脂の付着を防止することができる。また、フィルム状態で半導体素子等に設置できるので作業性を向上することができる。
前記半導体素子を実装する場合、例えば半導体素子をインターポーザに実装する場合等が挙げられる。
また、前記半導体パッケージを実装する場合、例えば半導体パッケージをプリント配線板に実装する場合等が挙げられる。このような場合に、本発明の接着フィルムを用いることができる。
本発明の接着フィルムは、半田接合時にフラックスとして作用し、同時に半導体素子とインターポーザや、半導体パッケージとプリント配線板などの接合面を接着・封止するものとして機能するものである。
前記フラックス助剤としては、例えばフェノール、アルキルフェノール、ビフェノール、ナフトール、ハイドロキノン、レゾルシノール、カテコール、メチリデンジフェノール、エチリデンジフェノール、イソプロピリデンジフェノール、ヒドロキシベンゾイックアシッド、ジヒドロキシベンゾイックアシッド、フェノールフタリン等が挙げられる。
前記第2の樹脂としては、例えばノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノール型シアネート樹脂等のシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの中でも、ビスフェノール型エポキシ樹脂(特に長鎖型のビスフェノール型エポキシ樹脂)が好ましい。これにより、半導体素子とインターポーザ等との接着・封止性をより向上することができる。
この様な第2の樹脂を含むことにより、フィルム状態に容易にすることができる。
前記第3の樹脂は、例えばノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ノボラック型シアネート樹脂、ビスフェノール型シアネート樹脂等のシアネート樹脂等の熱硬化性樹脂等を挙げることができる。前記第3の樹脂は、第2の樹脂と異なる種類の樹脂を使用することもできるが、硬化性の点で同じ種類の樹脂を使用することが好ましい。
なお、液状とは、常温で流動性を示すものをいう。前記第3の溶融粘度は、特に限定されないが、500Pa・s以下が好ましく、特に1〜300Pa・sが好ましい。前記溶融粘度は、E型粘度計を用いて、温度25℃、せん断速度0.5、1.0、2.5および5.0rpmの各条件で測定したものである。前記溶融粘度は、前記各条件の中で、最も低い回転数で測定可能であった値を用いるものとする。
なお、前記接着フィルムの溶融粘度は、例えば動的粘弾性装置を用いて、直径25mm、厚さ0.8mmの円盤状の治具にフィルムを挟み、240℃、周波数1Hzで測定することができる。
そのため、前記接着フィルムの厚さは、特に限定されないが、3〜80μmが好ましく、特に5〜75μmが好ましい。これにより、従来のアンダーフィル等の方法では接着・封止が困難であった厚さの範囲内においても接着・封止を可能とすることができる。
以下、本発明の半導体パッケージおよびその製造方法を図1に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図1は、半導体パッケージを概略的に示す断面図である。
半導体素子1には、半田バンプ2が接合されている。
接着フィルム3は、半導体素子1とインターポーザ4との間に設置される。なお、接着フィルム3は、あらかじめ半導体素子1またはインターポーザ4に設置されていても構わない。接着フィルム3をあらかじめ半導体素子1に設置する場合、例えば半導体素子1と接着フィルム3とを位置合わせし、ボンダーで接合することができる。また、接着フィルム3をあらかじめインターポーザ4に設置する場合、ラミネートロールを用いて接合することができる。
そして、半導体素子1、接着フィルム3およびインターポーザ4は、好ましくは加熱下で圧着され、半導体パッケージの形状となる。なお、ここで接着フィルム3は、軟化して半導体素子1とインターポーザ4との間を封止する。
次に、前記半導体パッケージ形状のものを半田リフローし、半田バンプ2をインターポーザ4のビア孔5に半田接続して最終的に図2に示す様な半導体パッケージ11を得ることができる。
また、前記半導体パッケージ11を更に150〜180℃、1〜2時間加熱処理することが好ましい。これにより、接着フィルムを完全に硬化することができる。
本発明の接着フィルムは、半田接合段階ではフラックス機能を発揮して金属表面の酸化物の除去等を行う。そして、半田接合後は、熱硬化して絶縁封止接着材として機能するため、電気絶縁性の低下やインターポーザの腐食等を生じない。
また、本発明の接着フィルムは、半田接合後に半導体素子とインターポーザとの間隙に充填されアンダーフィルとしての作用(半田接続の信頼性を向上)を有するものである。
また、本発明の接着フィルムは、フィルム状であるのでアンダーフィルで生じていた半導体素子への樹脂の付着が防止できるものである。
更に、本発明の接着フィルムは、フィルム状であるので半導体パッケージの製造に関する作業性に優れている。
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法を図3に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図3は、半導体装置を概略的に示す断面図である。
半導体パッケージ11には、半田バンプ2が接合されている。
接着フィルム3は、半導体パッケージ11とプリント配線板6との間に設置される。プリント配線板6は、多層構造で所望の回路60が形成されている。接着フィルム3は、予め半導体パッケージ11またはプリント配線板6に設置されていても構わない。接着フィルム3をあらかじめ半導体パッケージ11に設置する場合、例えば半導体パッケージ11と接着フィルム3とを位置合わせし、ボンダーで接合することができる。また、接着フィルム3をあらかじめプリント配線板6に設置する場合、ラミネートロールを用いて接合することができる。
そして、半導体パッケージ11、接着フィルム3およびプリント配線板6は、好ましくは加熱下で圧着され、半導体装置の形状となる。なお、ここで接着フィルム3は、軟化して半導体パッケージ11とプリント配線板6との間を封止する。
次に、前記半導体装置形状のものを半田リフローし、半田バンプ2をプリント配線板に半田接続して最終的に図5に示す様な半導体装置12を得ることができる。
また、前記半導体装置を更に150〜180℃、1〜2時間加熱処理することが好ましい。これにより、接着フィルムを完全に硬化することができる。
本発明の接着フィルムは、半田接合段階ではフラックス機能を発揮して金属表面の酸化物の除去等を行う。そして、半田接合後は、熱硬化して絶縁封止接着材として機能するため、電気絶縁性の低下やプリント配線の腐食等を生じない。
また、本発明の接着フィルムは、フィルム状であるのでアンダーフィルで生じていた半導体パッケージへの樹脂の付着が防止できるものである。
更に、本発明の接着フィルムは、フィルム状であるので半導体装置の製造に関する作業性に優れている。
(実施例1)
第1の樹脂としてフェノールノボラック樹脂(住友ベークライト社製、PR−53647)を20重量%、第2の樹脂としてビスフェノール型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、EP−4007P、重量平均分子量約5,000)を30重量%、第3の樹脂としてビスフェノール型エポキシ樹脂(大日本インキ化学社製、EPICLON−830S、重量平均分子量約400、溶融粘度3.5Pa・s)を40重量%、フラックス助剤としてフェノールフタリンを9.9重量%、硬化触媒として2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成社製、2PHZ)を0.1重量%用いた。
上述の各樹脂および添加剤をメチルエチルケトンにレジンコンテント約60%になるように溶解して樹脂ワニスを得た。樹脂ワニスをコンマコーターでPETフィルム上に最高温度120℃で塗布して、厚さ60μm(半導体パッケージ用接着フィルム)、150μm(半導体装置用接着フィルム)の接着フィルムを得た。
第1の樹脂として多官能フェノールノボラック樹脂(日本化薬社製、A−1476)を15重量%用い、第3の樹脂の添加量を45重量%にした以外は、実施例1と同様にした。
第2の樹脂としてビスフェノール型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、EP−4004P、重量平均分子量約700)を用いた以外は、実施例1と同様にした。
第1の樹脂を14重量%、第2の樹脂を33重量%、第3の樹脂を43重量%とした以外は、実施例1と同様にした。
第1の樹脂を36重量%、第2の樹脂を25重量%、第3の樹脂を34重量%、フラックス助剤を4.9重量%とした以外は、実施例1と同様にした。
フラックス助剤を用いずに、第1の樹脂を29.9重量%とした以外は、実施例1と同様にした。
第1の樹脂として多官能フェノールノボラック樹脂(日本化薬社製、A−1476)を24.9重量%、第3の樹脂を45重量%用いて、フラックス助剤を用いなかった以外は、実施例1と同様にした。
第1の樹脂およびフラックス助剤を用いずに、第2の樹脂を45重量%、第3の樹脂を53重量%、硬化触媒を2重量%とした以外は、実施例1と同様にした。
第2の樹脂を用いずに、第3の樹脂を70重量%とした以外は、実施例1と同様にした。
第3の樹脂を用いずに、第2の樹脂を70重量%とした以外は、実施例1と同様にした。
1.濡れ広がり率
濡れ広がり率は、半田ボール径Hと濡れ広がった半田の高さDを測定し、(H−D)/Hで計算される値を求めた。値が大きいほどフラックス機能に優れることを表す。なお、銅板上に接着フィルム(サイズ)を設置し、240℃、30秒間放置した後に測定した。比較例1における濡れずとは、半田が広がらなかったことを示す。
軟化温度は、(DMA、TAインスツルメンツ製)を用いて5℃/分で測定した。軟化温度は、弾性率の変曲点とした。
タックの有無は、接着フィルムを指触で評価した。各記号は、以下の通りである。
◎: タック無し。
○: タック少しあるが実用可能である。
△: タック少しあり実用不可能である。
×: タック有り。
半田メッキが施された導体間隔50μmのくし形パターンを有する、絶縁信頼性試験用プリント配線板を使用し、このプリント配線板に接着フィルムを設置した。
ピーク温度240℃に設定されたリフロー炉に上述のプリント配線板を通した後、180℃で60分熱処理して接着フィルムを硬化させ、試験用プリント配線板として、絶縁抵抗を測定した(処理前)。
次に、上述のプリント配線板を85℃/85%の雰囲気中で、直流電圧50Vを印加し、1000時間経過後の絶縁抵抗を測定した(処理後)。測定時の印加電圧は100Vで1分とした。
また、特に実施例1、2、4、6および7は、タックの発生が無く、作業性に優れていることが示された。
また、特に実施例1、4、5および6は、処理前後で絶縁抵抗の変化が小さく、吸湿絶縁性に優れていることが示された。
半導体パッケージの製造
(実施例1A〜7A)
接着フィルムとして実施例1〜7で得られたものを各々用いて半導体パッケージを製造した。インターポーザへの半導体素子の実装は以下のように行った。
接着フィルムは、あらかじめインターポーザに5Torrで真空ラミネートした。
マウントツールで半田バンプを有するフリップチップタイプの半導体素子を吸着して移送し、半導体素子と80℃に予熱したインターポーザ(接着フィルムを設置した)の位置合わせを行った。その後、半導体素子をインターポーザに搭載した。そして、最適温度で、3kg/cm2、10秒間熱圧着した。次に、最高温度240℃、220℃以上で30秒間の設定リフロー炉を通した。その後、180℃、60分間アフターキュアして、半導体パッケージを得た。
接着フィルムとして比較例1および3で得られたものを各々用いて半導体パッケージを製造した。インターポーザへの半導体素子の実装は以下のように行った。
接着フィルムは、あらかじめインターポーザに5Torrで真空ラミネートした。
マウントツールで半田バンプを有するフリップチップタイプの半導体素子を吸着して移送し、半導体素子と予熱したインターポーザ(接着フィルムを設置した)の位置合わせを行った。その後、半導体素子をインターポーザに搭載した。そして、最適温度で、3kg/cm2、10秒間熱圧着した。次に、最高温度240℃、220℃以上で30秒間の設定リフロー炉を通した。その後、180℃、60分間アフターキュアして、半導体パッケージを得た。
フリップチップ(テンリュウテクニクス社製 FBT500)にフラックス(九州松下電器株式会社製、MSP511)を塗布し、インターポーザに搭載して半田接続した。フラックス洗浄後にキャピラリーフローのアンダーフィル(住友ベークライト社製 CRP−4152S)を流し込み、180℃で60分間加熱して半導体パッケージを得た。
1.ダイシェア強度
ダイシェア強度は、デイジ社製万能型ボンドテスターPC2400Tで測定した。
導通抵抗は、得られたサンプルの導通抵抗を四端子法により測定した。各記号は以下の通りである。
○: 導通抵抗が10mΩ以下である。
△: 導通抵抗が10mΩを超える場合である。
×: 導通しない。
作業性は、比較例4Aの作業工数を基準(10)として、評価した。また、半導体素子への樹脂の付着については、目視で評価した。各記号は以下の通りである。
◎: 樹脂の付着全く無し。
○: 樹脂が一部付着するが実用上使用可。
△: 樹脂が一部付着し、実用上使用不可。
×: 樹脂が付着し、使用不可。
300個のバンプを介して半導体素子とインターポーザを接続するデイジーチェーン型の評価用半導体パッケージを10個作製した。
上述の評価用半導体パッケージの導通を確認後、−50℃で10分、125℃で10分を1サイクルとする温度サイクル(TC)試験を実施した。TC試験1000サイクル後の断線不良個数を評価した。
更に、実施例1A〜7Aは、高いダイシェア強度を有した状態で、作業工数が低減されているものであった。
半導体パッケージ実装基板の製造
(実施例1B〜7B)
接着フィルムとして実施例1〜7で各々得られたものを、半導体パッケージとして実施例1A〜7Aで各々得られたものを用いて半導体装置を製造した。プリント配線板への半導体パッケージの実装は、以下のように行った。
接着フィルムは、あらかじめプリント配線板に5Torrで真空ラミネートした。
実装の方法は、接着フィルム付きプリント配線板に、実施例1B〜7Bの半導体パッケージを搭載して、ピーク温度240℃に設定されたリフロー炉を通した後、160℃で60分熱処理して接着フィルムを硬化させ、半導体パッケージ実装基板を作製した。
なお、比較例1B〜3Bは、有効な半導体パッケージが得られなかったため、評価不能であった。
プリント配線板に前記市販のフラックスを塗布し、比較例4Aの半導体パッケージを搭載して、ピーク温度240℃に設定されたリフロー炉を通した。リフロー半田接合後、イソプロピルアルコールで洗浄して使用し、さらに、前記アンダーフィルを充填した。
また、実施例1B〜7Bは、前記温度サイクル試験の不良品個数が実質0であった。
2 半田バンプ
3 接着フィルム
4 インターポーザ
5 ビア孔
6 プリント配線板
60 回路
11 半導体パッケージ
12 半導体装置(半導体パッケージ実装基板)
Claims (13)
- 半導体素子または半導体パッケージを実装する際に用いる接着フィルムであって、
少なくとも1つ以上のフェノール性水酸基を有する第1の樹脂と、
重量平均分子量が1,000〜10,000であるエポキシ樹脂を10〜60重量%と、重量平均分子量が200〜600であるエポキシ樹脂を10〜60重量%と、含み、
かつ該接着フィルムの軟化温度が40〜150℃であることを特徴とする接着フィルム。 - 前記第1の樹脂は、フェノール樹脂である請求項1に記載の接着フィルム。
- 前記重量平均分子量が200〜600であるエポキシ樹脂は、常温で液状である請求項1または2に記載の接着フィルム。
- 溶融粘度が1〜5,000mPa・sである請求項1ないし3のいずれかに記載の接着フィルム。
- 厚さが3〜80μmである請求項1ないし4のいずれかに記載の接着フィルム。
- 半導体素子とインターポーザとが請求項1ないし5のいずれかに記載の接着フィルムで実装されていることを特徴とする半導体パッケージ。
- 半導体パッケージとプリント配線板とが請求項1ないし5のいずれかに記載の接着フィルムで実装されていることを特徴とする半導体装置。
- 半導体素子とインターポーザとを実装して半導体パッケージを製造する方法であって、半導体素子とインターポーザとの間に請求項1ないし5のいずれかに記載の接着フィルムを設置し、前記半導体素子、前記接着フィルムおよびインターポーザを圧着して実装することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
- 前記接着フィルムを、あらかじめインターポーザに設置しているものである請求項8に記載の半導体パッケージの製造方法。
- 前記接着フィルムを、あらかじめ半導体素子に設置しているものである請求項8または
9に記載の半導体パッケージの製造方法。 - 半導体パッケージとプリント配線板とを実装して半導体装置を製造する方法であって、半導体パッケージとプリント配線板との間に請求項1ないし5のいずれかに記載の接着フィルムを設置し、前記半導体パッケージ、接着フィルムおよびプリント配線板を圧着して実装することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記接着フィルムを、あらかじめ半導体パッケージに設置しているものである請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記接着フィルムを、あらかじめプリント配線板に設置しているものである請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。
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