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Abstract

【課題】非導電性フィラー含有接着フィルムを用いて、配線基板に半導体チップをフリップチップ実装する際に、両者の間からフィラーとバインダー組成物とが十分に排除されない場合であっても、確実な導通を確保できるようにする。
【解決手段】配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装するための接着フィルムは、エポキシ化合物と硬化剤とフィラーとを含有するバインダー組成物からなる。エポキシ化合物と硬化剤とフィラーとの合計量に対するフィラーの含有量は、１０〜７０質量％である。フィラーは、０．５〜１．０μｍの平均粒子径の第１の非導電性無機粒子と、０．５〜１．０μｍの平均粒子径の第２の非導電性無機粒子を、平均粒子径が１．５μｍを超えないように無電解メッキ処理された導電性粒子とを含有しており、フィラーの１０〜６０質量％が該導電性粒子である。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装する際に使用する接着フィルムに関する。
配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装する際、導電性粒子を絶縁性のバインダー組成物に分散させてなる異方性導電フィルムが広く使用されている。このような導電性粒子としては、配線基板の接続パッドと半導体チップのバンプとの間で潰れるように、樹脂コアの表面に無電解メッキ層を形成したものが用いられている。
ところで、実装基板における配線の狭ピッチ化に連れ、バンプの狭面積化も進むため、異方性導電接着フィルムに使用する導電性粒子の粒子径も小さくすることが必要となるが、均一で小さい粒子径の樹脂粒子を製造することが非常に難しいという問題がある。このため、配線基板と半導体チップとの間に非導電性接着フィルム（ＮＣＦ）を挟持させ、配線基板の接続パッド又はバンプに半導体チップのバンプをそれが潰れるように当接させ、非導電性接着フィルムを硬化させることにより両者を接続固定すること（ＮＣＦ接合）が行われるようになっている。
ＮＣＦ接合の場合、非導電性接着フィルムの接続信頼性を向上させるために、非導電性の接着フィルムには、その貯蔵弾性率、線膨張係数、溶融粘度等の調整のために、粒子径０．００５〜０．１μｍのシリカ微粒子等の非導電性のフィラーを樹脂固形分１００体積部に対し１〜５０体積部配合することが提案されている（特許文献１、段落００４３−００４４参照）。
特開２００２−２７５４４４号公報
しかしながら、シリカ微粒子等のフィラーを配合した非導電性接着フィルムを使用することにより、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装する際、配線基板の接続パッド又はバンプと半導体チップのバンプとの間からシリカ微粒子とバインダー組成物とが十分に排除されない場合があり、そのような場合、配線基板と半導体チップとの間で導通が取れないという問題が生ずる。
本発明は、シリカ微粒子等のフィラーを配合した絶縁性接着フィルムを使用するＮＣＦ接合により、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装する際に、配線基板の接続パッド又はバンプと半導体チップのバンプとの間から、非導電性のフィラーと絶縁性のバインダー組成物とが十分に排除されない場合であっても、確実な導通を確保できるようにすることを目的とする。
本発明者らは、ＮＣＦ接合用の非導電性接着フィルムを改良すべく、バインダー組成物に配合すべきフィラーの量を特定するだけでなく、従来用いられていたフィラーの粒子径（即ち、０．００５〜０．１μｍ）よりも非常に大きな粒子径のものを使用し、しかもそのフィラーの一部を無電解メッキ処理し、従来の樹脂コアを使用する異方性導電接続用の導電性粒子の粒子径（約５μｍ）よりも大幅に小さい粒子径（１．５μｍ以下）の導電性粒子とし、それを特定の割合で使用することにより、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、エポキシ化合物と硬化剤とフィラーとを含有するバインダー組成物からなり、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装するための接着フィルムであって、
エポキシ化合物と硬化剤とフィラーとの合計量に対するフィラーの含有量が１０〜７０質量％であり、
該フィラーが、０．５〜１．０μｍの平均粒子径の第１の非導電性無機粒子と、０．５〜１．０μｍの平均粒子径の第２の非導電性無機粒子を平均粒子径が１．５μｍを超えないように無電解メッキ処理されてなる導電性粒子とを含有しており、
フィラーの１０〜６０質量％が該導電性粒子である
ことを特徴とする接着フィルムを提供する。
また、本発明は、バンプを有する半導体チップを、上述の接着フィルムを介して配線基板に接続固定されてなる接続構造体を提供する。
本発明の接着フィルムは、バインダー組成物に配合するフィラーの量を特定し、しかもフィラーとして特定の粒子径の非導電性無機粒子と導電性粒子とを、特定の割合で使用するので、配線基板の接続パッド又はバンプと半導体チップのバンプとの間から、フィラーとバインダー樹脂とが十分に排除されない場合であっても、その導電性粒子により確実な導通を確保できる。
本発明は、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装するための接着フィルムであって、バインダー組成物中にフィラーを分散させてフィルム化したものである。ここで、配線基板としては、ガラスエポキシ配線基板、ガラス配線基板、フレキシブル配線基板等の半導体装置に広く使用されている配線基板を適用することができ、半導体チップとして、集積回路チップ、発光ダイオードチップ等の半導体装置に広く使用されている半導体チップを適用することができる。また、バインダー組成物は、成膜成分となるエポキシ化合物及び硬化剤に加えてフィラーを含有し、熱硬化性を示す。
フィラーは、主に接着フィルムの線膨張係数と吸水性とを低下させるため使用されており、第１の非導電性無機粒子と、第２の非導電性無機粒子を無電解メッキ処理して得た導電性粒子とを含有する。第１の非導電性無機粒子と第２の非導電性無機粒子としては、ＮＣＦ接合の際に使用される公知の非導電性接着フィルムに用いられているフィラーを使用することができ、好ましくはシリカ微粒子、アルミナ粒子、二酸化チタン粒子等を挙げることができる。中でも、硬質な硬化物が比較的安価に得られる点でシリカ微粒子を使用する。なお、第１の非導電性無機粒子と第２の非導電性無機粒子とは、同じでも異なっていてもよい。なお、本発明におけるフィラーには、有機樹脂コアの表面に無電解メッキ処理により金属層を設けることにより得られる導電性粒子は含まれない。
第１及び第２の非導電性無機粒子の平均粒子径は、それぞれ０．５〜１．０μｍ、好ましくは０．５〜０．８μｍである。０．５μｍ未満であると半導体の実装を行う際に、含有する大きい粒子径のフィラーが半導体回路面を保護する保護膜を突き破り不良を発生させ、特に導電性粒子の場合には絶縁性劣化の原因となるからであり、他方１．０μｍを超えると絶縁特性が悪化するからである。ここで、「平均粒子径」とはレーザー回折法により測定された値である。
また、第２の非導電性無機粒子は、公知の無電解メッキ処理により表面に無電解メッキ層が形成されて導電性を付与された導電性粒子として使用される。配線基板の接続パッド又はバンプと半導体チップのバンプとの間からフィラーとバインダー組成物とが十分に排除されない場合であっても、それらの間の導通を確保するためである。無電解メッキ層としては、従来の異方性導電性粒子の無電解メッキ層を使用することができ、例えば、金、ニッケル、ニッケル／金、又はハンダ等からなる無電解メッキ層を好ましく使用できる。但し、導電性粒子の平均粒子径を、１．５μｍを超えないように、好ましくは１．１μｍ以下にする。これは、１．５μｍを超えると隣接する端子間の絶縁性を確保することが困難となるからである。
更に、導電性粒子の平均粒子径が、第１の該非導電性無機粒子の平均粒子径に対し小さすぎると半導体のバンプと基板の電極とを導通させる効力が少なくなり、大きすぎると隣接する端子間における絶縁性が劣化するので、好ましくは前者が後者の１．０〜２．０倍、より好ましくは１．０〜１．５倍とする。
フィラー中における上述した導電性粒子の含有割合は、１０〜６０質量％、好ましくは３０〜５０質量％である。１０質量％未満であると初期導通特性が著しく低下し、６０質量％を超えると絶縁性の著しい低下が生ずるからである。
本発明の接着フィルムにおいて、第１及び第２の非導電性無機粒子からなるフィラーの含有量は、バインダー組成物の固形分全体に相当するエポキシ化合物と硬化剤とフィラーとの合計量に対して１０〜７０質量％、好ましくは４０〜６０質量％、より好ましくは５０〜６０質量％である。これは、１０質量％未満であると接続構造体の寿命特性が低下し、７０質量％を超えるとフィルム成形が困難となるからである。
本発明の接着フィルムを構成するバインダー組成物は、前述したように、成膜成分となるエポキシ化合物とその硬化剤とを含有する。
エポキシ化合物としては、分子内に２つ以上のエポキシ基を有する化合物もしくは樹脂が好ましく挙げられる。これらは液状であっても、固体状であってもよい。このようなエポキシ化合物としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを例示できる。また、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３′，４′−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート等の脂環式エポキシ化合物も使用することができる。
バインダー組成物には、エポキシ化合物と相溶するフェノキシ樹脂やアクリル樹脂を併用することができる。
本発明の接着フィルムを構成する硬化剤としては、従来の異方性導電フィルムで使用されているエポキシ化合物用硬化剤を使用でき、例えば、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が挙げられる。硬化剤は潜在性であってもよい。
バインダー組成物には、必要に応じて公知の硬化促進剤、カップリング剤、金属捕捉剤等を配合することができる。
本発明の接着フィルムは、常法に従って製造することができる。エポキシ化合物にフィラーを、トルエン、酢酸エチル等の溶媒と共に均一混合し、得られた混合物を剥離フィルム上に所定乾燥膜厚となるように塗布し、乾燥することにより製造することができる。
本発明の接着フィルムは、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装する際に使用する接着フィルムとして好ましく適用できる。従って、バンプを有する半導体チップが本発明の接着フィルムを介して配線基板に接続固定されてなる接続構造体は、配線基板の接続パッド又はバンプと半導体チップのバンプとの間から、バインダー樹脂が十分に排除されない場合であっても、その導電性粒子により確実な導通が確保されたものとなる。この接続構造体は、配線基板の接続パッド又はバンプ上に接着フィルムを仮貼りし、その上にバンプを有する半導体チップを、そのバンプ面が配線基板側になるように載置し、加熱加圧することにより接続固定することにより製造することができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
なお、以下の実施例又は比較例において使用した評価用の配線基板は、表面にニッケル／金メッキが施された厚さ１２μｍの銅配線が形成された、０．６ｍｍ厚×３５ｍｍ縦×３５ｍｍ横のサイズのガラスエポキシ回路基板である。また、評価用の半導体チップは、金スタッドバンプ（５４４ピン、５０μｍピッチ）が設けられた０．４ｍｍ厚×７．３ｍｍ縦×７．３ｍｍ横のサイズのシリコンチップである。
参考例１（非導電性無機粒子コアの導電性粒子の製造）
平均粒子径０．５μｍのシリカ粒子（球状シリカ、トクヤマ社）に対し、無電解ニッケルメッキ液を用いて無電解ニッケルメッキ処理を行った。無電解ニッケルメッキ処理により得られた粒子に対し、更に無電解金メッキ液を用いて無電解金メッキ処理を施すことにより、平均粒子径０．６μｍの導電性粒子を得た。
参考例２（非導電性無機粒子コアの導電性粒子の製造）
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子に代えて、平均粒子径１．０μｍのシリカ微粒子（球状シリカ、トクヤマ社）を使用したこと以外は参考例１と同様にして平均粒子径１．１μｍの導電性粒子を得た。
参考例３（非導電性無機粒子コアの導電性粒子の製造）
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子に代えて、平均粒子径３．５μｍのシリカ微粒子（ハイプレシカ、宇部日東化成社）を使用したこと以外は参考例１と同様にして平均粒子径３．６μｍの導電性粒子を得た。
比較例１（接着フィルムの製造）
エポキシ樹脂（エポコート８２８、ジャパンエポキシレジン社）５０質量部と、潜在性硬化剤（ＨＸ３９４１ＨＰ、旭化成ケミカル社）１００質量部と、平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子（球状シリカ、トクヤマ社）５０質量部との混合物を、固形分が５０質量％となるようにトルエンに溶解・分散させてなる熱硬化型接着組成物を、剥離処理された５０μｍ厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（セパレーター、東セロ社）に、乾燥厚で４０μｍとなるように塗布し８０℃で乾燥することにより、熱硬化型の比較例１の接着フィルムを作成した。
実施例１
エポキシ樹脂（エポコート８２８、ジャパンエポキシレジン社）５０質量部と、潜在性硬化剤（ＨＸ３９４１ＨＰ、旭化成ケミカル社）１００質量部と、平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子（球状シリカ、トクヤマ社）４５質量部と、参考例１の導電性粒子５質量部との混合物を、固形分が５０質量％となるようにトルエンに溶解・分散させてなる熱硬化型接着組成物を、剥離処理された５０μｍ厚のＰＥＴフィルム（セパレーター、東セロ社社）に、乾燥厚で４０μｍとなるように塗布し８０℃で乾燥することにより、熱硬化型の実施例１の接着フィルムを作成した。全固形分（エポキシ樹脂と硬化剤とフィラーの合計）に対するフィラーの含有量は２５質量％となる。
実施例２
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子４５質量部を２５質量部とし、導電性粒子を２５質量部としたこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の実施例２の接着フィルムを作成した。
比較例２
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子４５質量部を５質量部とし、参考例１の導電性粒子５質量部を４５質量部としたこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の比較例２の接着フィルムを作成した。
実施例３
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子４５質量部を２５質量部とし、参考例１の導電性粒子５質量部に代えて参考例２の導電性粒子２５質量部使用したこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の実施例３の接着フィルムを作成した。
比較例３
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子に代えて、平均粒子径３．５μｍのシリカ粒子（ハイプレシカ、宇部日東化成社）を使用し、参考例２の導電性粒子に代えて参考例３の導電性粒子を使用したこと以外は実施例３と同様にして熱硬化型の比較例３の接着フィルムを作成した。
比較例４
平均粒子径０．５μｍのシリカ微粒子を使用せず、且つ参考例１の導電性粒子５質量部に代えて、有機粒子コアの表面に無電解ニッケル／金メッキを施した、平均粒子径４．０μｍの導電性粒子（ブライト、日本化学社）１０質量部を使用したこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の比較例４の異方性導電フィルムを作成した。
比較例５
参考例１の導電性粒子に代えて、有機粒子コアの表面に無電解ニッケル／金メッキを施した、平均粒子径４．０μｍの導電性粒子（ブライト、日本化学社）を使用したこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の比較例５の異方性導電フィルムを作成した。
比較例６
シリカ微粒子を使用しないこと以外は比較例２と同様にして熱硬化型の比較例５の異方性導電フィルムを作成した。
実施例４
シリカ微粒子４５質量部を７５質量部とし、導電性粒子５質量部を７５質量部としたこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の実施例４の異方性導電フィルムを作成した。本実施例においては、バインダー組成物の固形分全体に相当するエポキシ化合物と硬化剤とフィラーとの合計量に対してフィラーの含有量は５０質量％であった。
実施例５
シリカ微粒子４５質量部を１７５質量部とし、導電性粒子５質量部を１７５質量部としたこと以外は実施例１と同様にして熱硬化型の実施例５の異方性導電フィルムを作成した。本実施例においては、バインダー組成物の固形分全体に相当するエポキシ化合物と硬化剤とフィラーとの合計量に対してフィラーの含有量は７０質量％であった。
（評価１）
各実施例及び比較例の接着フィルム及び異方性導電フィルムのそれぞれを、評価用の配線基板の電極パッド上に仮貼りし、剥離フィルムを取り除いた後、その上に評価用の半導体チップをそのバンプ面から載置し、温度１８０℃、圧力２．５ＭＰａで２０秒間半導体チップを加熱加圧することにより、導通抵抗測定用の接続構造体サンプルを作成した。
得られた接続構造体サンプルについて、初期の導通抵抗値（Ω）（デイジーチェーン抵抗値（１３６電極接続抵抗＋配線抵抗）と絶縁抵抗値（Ω）（デイジーチェーン配線間絶縁抵抗値（Ω）（１３６電極間の最小値、１０８Ω未満がショートと判定）を測定した。続けて、前記サンプルを導通信頼性試験としてＰＣＴ試験（条件：１２１℃、飽和水蒸気圧のチャンバー中に２４時間放置）を行い、導通抵抗値を測定した、また、総合評価として、オープンもショートも生じなかった場合を「良好」と評価し、少なくともいずれかが生じた場合を「不良」と評価した。得られた結果を表１に示す。




































Figure 2009289857
表１からわかるように、シリカ微粒子とそれに無電解メッキ処理した導電性粒子とを使用した実施例１〜５の接着フィルムは、評価項目について良好な結果を示した。
他方、比較例１の接着フィルムの場合、導電性粒子を全く含有していないので、初期の導通抵抗測定でオープンであった。比較例２の接着フィルムの場合、導電性粒子の配合量が多過ぎたので、隣接電極間でショートが発生した。比較例３の接着フィルムの場合、導電性粒子径が大きすぎたので、単位体積当たりの導電性粒子個数が少なくなり、電極間に捕捉されない場合が生じ、デイジーチェーンの抵抗測定でオープンが発生し、他方電極間スペースが小さい場合にはショートも発生した。
なお、シリカ微粒子を使用せずに、従来の有機樹脂コアタイプの導電性粒子を使用した比較例４の接着フィルムの場合、初期特性は良好であったが、ＰＣＴ試験後の導通抵抗がオープンとなり、導通信頼性に欠ける結果であった。また、有機樹脂コアタイプの導電性粒子に加えてシリカ微粒子を使用した比較例５の接着フィルムの場合も、シリカ微粒子を使用せずに、シリカ微粒子を無電解メッキ処理した導電性粒子を使用した比較例６の接着フィルムの場合も、初期の導通抵抗測定でオープンであった。
（評価２）
実施例１の接着フィルム及び比較例４の異方性導電フィルムについて、比誘電率と絶縁特性とを以下に説明するように評価した。
比誘電率は、比誘電率測定装置｛ＬＦ ＩＮＰＥＤＡＮＣＥ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ４１９２Ａ、Ｈｅｗｌｅｔ Ｐａｃｈａｒｄ社； 誘電率測定用電極１６４５１Ｂ（電極Ａ、直径３８ｍｍ）使用； 周波数 １, ２, ５, １０, ２０, ５０, １００, ２００, ５００, １０００, ２０００, ５０００（ｋＨｚ）； 電圧１Ｖ｝を用いて測定した。比誘電率が低い程、絶縁性が高いことを示している。得られた結果を図１に示す。図１から、実施例１の接着フィルムの方が、比較例４の異方性導電フィルムよりも絶縁性が高いことがわかる。
絶縁特性としては、ＩＴＯパッドに半導体チップ（バンプサイズ：５０×１５０μｍ、ピッチ：８０μｍピッチ）をフリップチップ実装し、ショート（絶縁抵抗値が１０８Ω以下）の発生と隣接端子間距離との関係を調べた。得られた結果を図２と図３とに示す。これらの図から、実施例１の接着フィルムは、ショートが全く発生しなかったが、比較例４の異方性導電フィルムの場合、ショートの発生が著しいものであった。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、回路基板への半導体チップの実装と、半導体チップの封止とを、所定の厚みの熱硬化型封止樹脂層を有する封止樹脂フィルムを用いて、一回の熱圧着処理により同時に行うので、回路基板と半導体チップとの間で形成された接続部が、接続後に再び加熱加圧を受けることがない。従って、工程の短縮と歩留まりの向上を実現することができる。よって、本発明は、半導体装置の製造方法として有用である。
図１は、実施例１の接着フィルム及び比較例４の異方性導電フィルムの比誘電率の測定結果を示す図である。 図２は、実施例１の接着フィルムを使用した場合のショートの発生と隣接端子間距離との関係を示す図である。 図３は、比較例４の異方性導電フィルムを使用した場合のショートの発生と隣接端子間距離との関係を示す図である。

Claims (8)

  1. エポキシ化合物と硬化剤とフィラーとを含有するバインダー組成物からなり、配線基板にバンプを有する半導体チップをフリップチップ実装するための接着フィルムであって、
    エポキシ化合物と硬化剤とフィラーとの合計量に対するフィラーの含有量が１０〜７０質量％であり、
    該フィラーが、０．５〜１．０μｍの平均粒子径の第１の非導電性無機粒子と、０．５〜１．０μｍの平均粒子径の第２の非導電性無機粒子を平均粒子径が１．５μｍを超えないように無電解メッキ処理されてなる導電性粒子とを含有しており、
    フィラーの１０〜６０質量％が該導電性粒子である
    ことを特徴とする接着フィルム。
  2. 第１及び第２の非導電性無機粒子が、シリカ微粒子、アルミナ粒子又は二酸化チタン粒子である請求項１記載の接着フィルム。
  3. 第１及び第２の該非導電性無機粒子が、０．５〜０．８μｍの平均粒子径を有する請求項１又は２記載の接着フィルム。
  4. 該導電性粒子の粒子径が、１．１μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の接着フィルム。
  5. 該導電性粒子の平均粒子径が、第１の該非導電性無機粒子の平均粒子径の１．０〜２．０倍である請求項１〜４のいずれかに記載の接着フィルム。
  6. 該無電解メッキ処理の金属種が、金、ニッケル、ニッケル／金、又はハンダである請求項１〜５のいずれかに記載の接着フィルム。
  7. バンプを有する半導体チップが、請求項１〜６のいずれかに記載の接着フィルムを介して配線基板に接続固定されてなる接続構造体。
  8. 半導体チップのバンプと、配線基板のバンプとが接続されている請求項７記載の接続構造体。
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