JP2002100695A - 半導体装置用接着剤シート及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】接着性、ワイヤーボンド性及び打ち抜き加工性
に優れた新規な半導体装置用接着剤シート及びそれを用
いた半導体装置を提供する。 【解決手段】少なくとも１層以上の有機絶縁性フィルム
層と接着剤層からなる積層体を有する半導体装置用接着
剤シートであって、接着剤シートのヘイズが２０以下で
あることを特徴とする半導体装置用接着剤シート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の実
装方法であるテープオートメーテッドボンディング（Ｔ
ＡＢ）方式に用いられる半導体装置用接着剤シート（以
下、ＴＡＢ用テープと称する）、半導体集積回路を実装
するフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称す
る）、チップオンフィルム（ＣＯＦ）など少なくとも１
層以上の有機絶縁フィルム層と接着剤層からなる積層体
を有する半導体装置用接着剤シートおよびそれを用いた
半導体集積回路接続用基板ならびに半導体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の小型・軽量化に伴い、
半導体パッケージも高密度実装化を目的に、従来の接続
端子（アウターリード）をパッケージ側面に配列してい
たＱＦＰ（クワッド・フラット・パッケージ）、ＳＯＰ
（スモール・アウトライン・パッケージ）に代わり、パ
ッケージの裏面に接続端子を配列するＢＧＡ（ボール・
グリッド・アレイ）、ＣＳＰ（チップ・スケール・パッ
ケージ）、が携帯機器を中心として用いられてきてい
る。

【０００３】ＢＧＡ、ＣＳＰでは、半導体集積回路とイ
ンターポーザーと呼ばれる基板を接続する方法が各種提
案されている。半導体集積回路上のバンプと基板上のバ
ンプ（パッド）を金属接合するフリップチップ接続、半
導体集積回路上のバンプと基板上に形成したインナーリ
ードとを一括してギャングボンディングするＴＡＢ接
続、半導体集積回路上のパッドと基板上のパッドを金ワ
イヤーで接合するワイヤーボンディング接続等の方法が
ある。

【０００４】この中でも半導体集積回路のパッドと基板
パッドの位置がチップの縮小などで変化しても対応がと
りやすく、またすでに、ＱＦＰ，ＳＯＰ等従来パッケー
ジの生産において用いられていたことからＢＧＡ、ＣＳ
Ｐパッケージにおいてもワイヤーボンディング方式が主
流となっている。

【０００５】従来パッケージのＱＦＰ、ＳＯＰにおいて
半導体集積回路は４２アロイ合金や、銅などの金属製フ
レームに搭載され、金ワイヤーは半導体集積回路上に形
成された金やアルミなどの金属パッドと金属フレームの
インナーリードに接合される。接合するためには金を溶
融させる必要があるが、金の融点は１０６３℃と非常に
高温であり、この温度で金属接合を行うと半導体集積回
路が破壊される。そこでワイヤーボンディング装置では
次の工夫を行うことによって金とパッドの接合を可能に
している。（１）半導体集積回路のパッドを２５０〜３
００℃に加熱する。（２）ワイヤーボンダー装置にセッ
トした金線の先端をあらかじめスパークなどで溶融させ
る。（３）溶融した先端を加重をかけてパッドに押しつ
ける。（４）押しつけている間、６０ｋＨｚ程度の超音
波をかけて金線をパッドにすりつける。このような熱エ
ネルギー以外のエネルギー（衝撃、摩擦）を加えること
によって、金の融点以下で接合を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＢＧＡ、ＣＳ
Ｐでは金属リードフレームに変わり有機絶縁性の基板が
用いられることが多い。有機基板を用いると上記のよう
にパッド側（＝基板）を２５０〜３００℃に加熱すると
熱分解をはじめるか、もしくは基板にそりが発生して空
間が生じ、空間の部分で超音波が吸収されボンディング
が不可能になる。そこで加熱温度を１５０〜２００℃下
げてボンディングせざる得ないが、金線のボンディング
強度が下がってしまう。

【０００７】ボンディング強度を上げる目的で、接着剤
層における高温時の軟化を防ぐ目的で特開平６−２３６
９０６号公報が提案されている。ここでは２０〜３００
℃と広範囲にわたって高弾性であるＴＡＢ用テープにつ
いて記載されているが、基板の表裏の導通をとるための
穴を金型を用いて打ち抜いた際に接着剤層が割れたり、
有機絶縁性フィルムからはがれる問題が生じていた。

【０００８】さらに、近年加速している半導体装置の小
型化によりパンチングで開ける穴の径も小さくなり接着
剤層が割れる問題がますます重要視されている。

【０００９】上記問題はキャリアテープ上の接着剤層を
半硬化状態で穴を開けることによるものと考えられてい
る。

【００１０】これらを防止するには接着剤層を低弾性に
すれば効果があることはわかっているが、一方で、ワイ
ヤーボンド性との両立が困難である。ワイヤーボンド性
を向上させるためには、高温時の弾性率を上げればよ
く、熱硬化性樹脂の架橋密度を上げればよいことにな
る。しかし、架橋密度を上げると、硬化反応に伴う硬化
収縮が生じ、接着性が低下するうえに、通常常温での弾
性率も高くなり、前述したパンチングで穴を開けるとき
に接着剤が割れやすくなる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は少な
くとも１層以上の有機絶縁フィルム層と接着剤層からな
る半導体装置用接着剤シートであって、接着剤層のヘイ
ズが２０以下であり、かつ接着剤層の１５０℃における
弾性率が５０ＭＰａ以上であることを特徴とするること
を特徴とする半導体装置用接着剤シートである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細の説明
する。

【００１３】本発明者らは、上記の目的を達成するため
に半導体装置用接着剤シートの接着剤成分の化学構造と
高温時の弾性率との関係を鋭意検討した結果、接着剤層
のヘイズをコントロールすることによって、これまで両
立することの難しかったワイヤーボンド性及び打ち抜き
加工性に優れた半導体装置用接着剤シートが得られるこ
とを見い出し、本発明に至ったものである。

【００１４】本発明においてヘイズとは曇価のことであ
り、プラスチックの光学的特性の試験方法を定めたJIS7
105に従って、積分球式光線透過率測定装置を用いて測
定した値を指す。具体的には上記装置を用いて拡散透過
率及び全光線透過率を測定し、その比をヘイズとした。

【００１５】本発明においてヘイズは２０以下であるこ
とが必須である。２０を越えるとワイヤーボンド性が不
良となる。

【００１６】本発明の接着剤層の１５０℃における弾性
率は５０ＭＰａ以上であることが好ましい。本発明の半
導体装置用接着剤シートを基板に用いて、半導体チップ
と基板の接続を金線で行うとき、弾性率が５０ＭＰａよ
り小さい場合には接続不良が生じやすい。これは、金線
（ワイヤー）と基板を接続するときに金線に超音波を印
可して金属接合を行うが、弾性率が低いと超音波を吸収
するためである。

【００１７】本発明における弾性率の測定は公知の方法
ではどのような方法で行っても良い。例えば引っ張り試
験器を用いて試料両端をクランプで固定しクロスヘッド
を一定速度で引っ張ったときの加えられた応力に対する
ひずみを測定して計算する方法（引っ張り弾性率）、一
定速度で引っ張りながら高分子材料中の結晶領域の結晶
層のひずみをＸ線で測定し応力とひずみの比として求め
る方法（結晶弾性率）、引っ張り試験器を用いて１％以
下の範囲内でひずみを与え応力を測定して求める方法
（緩和弾性率）、試料の一端を固定して他端に周期的に
変化するひずみを与えて強制振動させた他で応力を測定
して求める方法（粘弾性）など各種の方法がある。

【００１８】また本発明の接着剤は、酸価が３以上のポ
リアミド樹脂を少なくとも１種類とエポキシ樹脂を含ん
でいる。ここでポリアミド樹脂は上記のように酸価が３
以上のポリアミド樹脂を少なくとも１種有していればよ
く、他のポリアミド樹脂を組み合わせても、また単独で
存在してもよい。

【００１９】本発明で使用されるポリアミド樹脂は８０
℃から２００℃の温度範囲で可塑性を示すものであれば
特に限定されず、公知の種々のものが使用できる。特
に、接着剤層に可撓性を持たせ、かつ低吸水の炭素数が
３６であるジカルボン酸（いわゆるダイマー酸）を必須
成分として含むものが好適である。ダイマー酸を含むポ
リアミド樹脂は、常法によるダイマー酸とジアミンの重
縮合により得られるが、この際にダイマー酸以外のアジ
ピン酸、アゼライン酸、セバシン酸等のジカルボン酸を
共重合成分として含有してもよい。ジアミンはエチレン
ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ピペラジン、等の
公知のものが使用でき、吸湿性、溶解性の点から２種以
上の混合でもよい。

【００２０】本発明では、ポリアミド樹脂の酸価は水酸
化カリウムでの滴定量から算出される。

【００２１】すなわち５ｇのポリアミドを計量し、トル
エンとノルマルブタノールの２対１の溶剤５０ｍｌに溶
解する。フェノールフタレイン指示薬を数滴加え０．１
Ｎの水酸化カリウムのメチルアルコール溶液で滴定す
る。滴定に要した水酸化カリウムの量から下記式（１）
から酸価が計算される。

【００２２】 Ａｖ＝（５６．１×０．１×Ｆ×（Ａ−Ｂ））／５０（１） Ａｖ：酸価 Ｆ：水酸化カリウムの力価＊１ Ａ：滴定に要した水酸化カリウム溶液の量（ｍｌ） Ｂ：空試験におけるＡに相当する量（ｍｌ） ここで、水酸化カリウムの力価はフタル酸水素カリウム
溶液を滴定する事によって下記式（２）から計算され
る。

【００２３】 Ｆ＝１０００×０．５／（２０４．２２×（Ｖ−ｂ）×０．１）（２） Ｖ：滴定に要した水酸化カリウム溶液の量（ｍｌ） ｂ：から試験におけるＶに相当する量（ｍｌ）。

【００２４】酸価が３より小さなポリアミド樹脂だけで
構成される接着剤は打ち抜き加工性に劣る。本発明では
酸価が３以上のポリアミド樹脂は接着剤層の全体量に対
して、３重量％以上が好ましい。これは打ち抜き加工性
に寄与するものである。

【００２５】本発明ではポリアミド樹脂が接着剤層に含
まれる割合は１〜９０重量％の範囲が好ましい。１重量
％より小さいと柔軟性に問題を生じ、接着剤層が割れる
おそれがある。また９０重量％より大きいと絶縁性が悪
化するために信頼性が低下する。さらに好ましくは２０
〜７０重量％の範囲が好ましい。

【００２６】本発明において、接着性、ワイヤーボンド
性及び打ち抜き加工性を向上させるために、エポキシ樹
脂を含むことが必要である。

【００２７】また本発明におけるエポキシ樹脂は１分子
内に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制
限されない。このようなエポキシ樹脂にはビスフェノー
ルＦ、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ジヒドロ
キシナフタレン等のジグリシジルエーテル、エポキシ化
フェノールノボラック、エポキシ化クレゾールノボラッ
ク、エポキシ化トリスフェニロールメタン、エポキシ化
テトラフェニロールエタン、エポキシ化メタキシレンジ
アミン、等が挙げられる。

【００２８】エポキシ樹脂の添加量は接着剤層に占める
割合が０．０１から８０重量％がよく、好ましくは０．
１から７０重量％がよい。０．０１重量％より小さいと
接着性が低下し、８０重量％より大きいと接着剤層の可
撓性が損なわれ接着剤層が割れてしまう。

【００２９】さらに、本発明の接着剤層に硬化剤、硬化
促進剤を添加することは何等制限されない。たとえば、
ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、等の
脂肪族ポリアミン、芳香族ポリアミン、三フッ化ホウ素
トリエチルアミン錯体等の三フッ化ホウ素のアミン錯
体、フェノールノボラック、フェノールアラルキルなど
のフェノール化合物、２−アルキル−４−メチルイミダ
ゾール、２−フェニル−４−アルキルイミダゾール等の
イミダゾール誘導体、無水フタル酸、無水トリメリット
酸等の有機酸、ジシアンジアミド、トリフェニルフォス
フィン等公知のものが使用できる。本発明ではイミダゾ
ール化合物が高温時の弾性率を高くすることから特に好
ましく用いられる。硬化促進剤の添加量は接着剤層に占
める割合が１０重量％以下の範囲がよい。

【００３０】以上の成分以外に、接着剤の特性を損なわ
ない範囲で酸化防止剤、イオン捕捉剤などの有機、無機
成分を添加することは何ら制限されるものではない。

【００３１】本発明でいう有機絶縁性フィルムとはポリ
イミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポ
リエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ア
ラミド、ポリカーボネート、ポリアリレート、等のプラ
スチックあるいはエポキシ樹脂含浸ガラスクロス等の複
合材料からなる厚さ１２〜１２５μｍのフィルムであ
り、これらから選ばれる複数のフィルムを積層して用い
ても良い。また必要に応じて、加水分解、コロナ放電、
低温プラズマ、物理的粗面化、易接着コーティング処理
等の表面処理を施すことができる。本発明で好ましいの
は、厚さ７０μｍｍ以下の有機絶縁性フィルム層であ
り、より好ましくは１２〜７０μｍの有機絶縁性フィル
ムが半導体装置の小型、薄型化の点で用いられる。

【００３２】本発明では、接着剤シートトに保護フィル
ム層を形成してもよく、保護フィルム層は、銅箔を熱ラ
ミネートする前に接着剤面から半導体装置用接着剤シー
トの形態を損なうことなく剥離できれば特に限定されな
いが、たとえばシリコーンあるいはフッ素化合物のコー
ティング処理を施したポリエステルフィルム、ポリオレ
フィンフィルム、およびこれらをラミネートした紙が挙
げられる。

【００３３】次に半導体装置用接着剤シートの製造方法
について説明する。可撓性を有する絶縁性フィルムに、
上記接着剤組成物を溶剤に溶解した塗料を塗布、乾燥す
る。接着剤層の膜厚は５〜１２５μｍとなるように塗布
することが好ましい。乾燥条件は、１００〜２００℃、
１〜５分であれば好ましい。溶剤は特に限定されない
が、トルエン、キシレン、クロルベンゼン等の芳香族系
とメタノール、エタノール、プロパノール等のアルコー
ル系の混合が好適である。このようにして得られたフィ
ルムに保護フィルムをラミネートし、最後に３５〜１５
８ｍｍ程度の幅にスリットする。

【００３４】このようにして得られた半導体装置用接着
剤シートを用いて、半導体接続用基板が製造できる。さ
らに半導体接続用基板を用いて半導体装置が製造でき
る。なお、上記に挙げたＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体装
置にも本発明の半導体装置用接着剤シートを使用するこ
とができ、得られたＢＧＡ、ＣＳＰも本発明の半導体装
置に含まれる。

【００３５】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実
施例の説明に入る前に評価方法について述べる。

【００３６】評価方法 （１）弾性率の測定 接着剤層のみのフィルムを作成して下記（３）の加熱条
件で加熱硬化したものをサンプルとした。サンプルを昇
温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で動的粘弾
性を測定し、１５０℃における弾性率を測定した。

【００３７】（２）ヘイズ（曇価） 厚み２５μｍのＰＥＴフィルム上に１２μｍの接着剤層
を塗工した接着剤シートを５ｃｍ角に切断して測定サン
プルとした。また、参照サンプルとして塗工していない
ＰＥＴフィルム（２５μｍ）を用い、JIS7105に従っ
て、積分球式光線透過率測定装置を用いて、拡散透過率
及び全光線透過率を測定し、参照サンプルのヘイズ（拡
散透過率と全光線透過率の比）を求め、それを０（基
準）とした。次に接着剤シートの拡散透過率及び全光線
透過率を測定し接着剤層のみのヘイズを求めた。

【００３８】（３）ワイヤーボンド性（プル強度） 半導体装置用接着剤シートサンプルに１８μｍの電解銅
箔を、１３５℃、０．１ＭＰａの条件でラミネートし
た。続いてエアオーブン中で、８０℃で３時間、１００
℃で５時間、１５０℃で５時間の順次加熱処理を行な
い、銅箔付き半導体装置用接着剤シートを作成した。得
られた銅箔付き半導体装置用接着剤シートの銅箔面に２
ｍｍ幅の保護テープを貼り、エッチング、保護テープの
剥離を行ない、その後、厚さ１μｍでニッケルメッキ
し、続いて厚さ０．５μｍで電解金メッキを行った。作
成したサンプルに３０μｍφの金線ワイヤーを超音波周
波数６０ｋＨｚで印可し、１５０℃に加熱してボンディ
ングした。その後プッシュプルゲージを用いて金線とサ
ンプルのプル強度を測定した。プル強度は高い方がよい
が７ｇ以下になると、温度サイクル試験で断線不良が多
発するため７ｇより大きいと良好とした。

【００３９】（４）打ち抜き加工性 保護フィルム／接着剤層／有機絶縁フィルムの構成の半
導体装置用接着剤シートサンプルを保護フィルム側から
金型を用いて円形（０．３ｍｍφ）の穴を開けた。次に
保護フィルムを除去した後、穴の周囲の接着剤層の様子
を観察した。接着剤層に割れや欠け、もしくは有機絶縁
フィルムからの剥離が生じた場合不良とした。

【００４０】参考例１（ポリアミド樹脂の合成） 酸としてダイマー酸ＰＲＩＰＯＬ１００９（ユニケマ社
製）およびアジピン酸を用い、酸／アミン比をほぼ等量
の範囲で、酸／アミン反応物、消泡剤および１％以下の
リン酸触媒を加え、反応体を調製した。この反応体を、
１４０℃、１時間撹拌加熱後、２０５℃まで昇温し、さ
らに所定の酸価値を有するポリアミド樹脂を形成しうる
まで攪拌し、それぞれのポリアミド樹脂を作成した。そ
の後約２ｋＰａの真空下で、０．５時間保持し、温度を
低下させた。最後に、酸化防止剤を添加し、ポリアミド
樹脂を取り出した。

【００４１】それぞれ合成したポリアミド樹脂はポリア
ミドＩ：分子量（Ｍｗ）１００，０００、酸価１、ポリ
アミドII：分子量（Ｍｗ）２０，０００、酸価９、ポリ
アミドIII：分子量（Ｍｗ）１０，０００、酸価２０、
ポリアミドIV：分子量（Ｍｗ）５，０００、酸価４０で
あった。

【００４２】実施例１〜１１、比較例１〜４ 半導体用接着剤付きテープの作成 参考例で得たポリアミド樹脂と表１に示した原料を表２
に示した配合量にそれぞれ調合した。調合した原料を濃
度２０重量％となるようにメタノール／モノクロルベン
ゼン混合溶媒に３０℃で撹拌、混合して接着剤溶液を作
成した。この接着剤をバーコータで、厚さ２５μｍのポ
リエチレンテレフタレートフィルム（東レ（株）製”ル
ミラー”）に約１８μｍの乾燥厚さとなるように塗布
し、１００℃、１分および１６０℃で５分間の乾燥を行
ない接着剤シートを作成した。さらに、得られた接着剤
シートを厚さ５０μｍｍもしくは７５μｍのポリイミド
フィルム（宇部興産（株）製“ユーピレックス”５０Ｓ
もしくは７５Ｓ）に１２０℃、０．１ＭＰａの条件でラ
ミネートして半導体装置用接着剤シートを作成した。作
成したテープを用いて前記した評価方法で評価した結果
を表２および表３に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】

【表３】

【００４６】比較例では達成できなかった打ち抜き加工
性とワイヤーボンド性両立を、本発明によって見いだし
たポリアミドを添加することによって両立できた。本発
明のポリアミドを添加することによってワイヤーボンデ
ィングが可能となったばかりでなく、打ち抜き加工性も
良好であった。

【００４７】

【発明の効果】本発明は接着性に優れた新規な半導体装
置用接着剤シートおよびそれを用いた半導体装置を工業
的に提供するものであり、本発明の半導体装置用接着剤
シートによって高密度実装用の半導体装置の信頼性、と
りわけワイヤーボンド性を向上させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J004 AA02 AA13 AA16 AB05 CA06 CA07 CB03 CC02 CC03 CD01 CD07 CD08 CD09 DA04 DB02 FA05 GA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１層以上の有機絶縁性フィルム
   層と接着剤層からなる半導体装置用接着剤シートであっ
   て、接着剤層のヘイズが２０以下であり、かつ接着剤層
   の１５０℃における弾性率が５０ＭＰａ以上であること
   を特徴とする半導体装置用接着剤シート。
2. 【請求項２】前記接着剤層は、酸価が３以上のポリアミ
   ド樹脂を少なくとも１種類とエポキシ樹脂を含むことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置用接着剤シート。
3. 【請求項３】少なくとも１層以上の有機絶縁性フィルム
   層と接着剤層からなる半導体装置用接着剤シートであっ
   て、有機絶縁性フィルム層の厚みが７０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置用
   接着剤シート。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか記載の半導体装置
   用接着剤シートを用いたことを特徴とする半導体装置。