JP2011119758A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線からの金属イオンの析出によるマイグレーション発生を防止できる、高信頼性の半導体装置を提供する。
【解決手段】ベースフィルム１に複数の配線９が配置されたフレキシブル配線基板１１と、上記フレキシブル配線基板１１に搭載された半導体チップ５と、フレキシブル配線基板１１と半導体チップ５との間に、少なくとも一部が配線９に接するように配置された封止樹脂６を有し、封止樹脂６に金属イオン結合剤が混合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に配線のマイグレーションを抑制する半導体装置に関するものである。

電子部品を配線基板に搭載した半導体装置として、フレキシブル配線基板上に半導体素子を接合・搭載した半導体装置（ＣＯＦ：Ｃhip On Film）や、フレキシブル配線基板上に連続して半導体素子が接続された半導体装置（ＴＣＰ：Tape Carrier Package）が知られている。ＣＯＦやＴＣＰは、主に、液晶ドライバＩＣを搭載した半導体装置に適用されている。

近年、液晶ドライバの多出力化の要求に応えるため、液晶ドライバＩＣを搭載するフレキシブル配線基板の配線パターンのファインピッチ化が急速に進んでいる。現在の所、ＴＣＰと比べ、ＣＯＦの方が配線パターンのファインピッチ化に適しているため、液晶ドライバＩＣの実装形式はＣＯＦが主流となっている。

以下に、従来のＣＯＦのアセンブリ方法を図９を参照して説明する。

初めに、フレキシブル配線基板５０を作製する方法を示す。まず、ポリイミド基材５１の上にスパッタ法でバリア機能を有する金属の層を形成し、さらにメタライジング法にて銅箔を形成する（銅メッキ処理をする）。次に、銅箔の上にフォトレジストを塗布・硬化させ、その後フォトレジストにパターン露光し、現像して所望の配線パターン形状のフォトレジストパターンを形成する。そして、フォトレジストパターンに応じて銅箔およびバリア機能を有する金属の層をエッチングしたあと、フォトレジストを剥離処理することで、所望のパターン形状を転写する。これにより、配線パターン形状のバリア層５２と銅からなる導体層５３が形成される。そして、導体パターン全面に一様に厚さ０．４〜０．６μｍのスズメッキ５８を施すことで、配線５９が完成する。さらに、配線５９の保護のために、配線５９表面における半導体チップとの接続に関与しない部分に、ソルダーレジスト５７を被覆保護する。これにより、フレキシブル配線基板５０が完成する。

作製されたフレキシブル配線基板５０は、金バンプ５４（突起電極）を形成した半導体チップと接合される。このとき、スズメッキ５８と金バンプ５４とをスズ−金共晶接合させる。なお、この接合工程はインナーリードボンディング（ＩＬＢ）と呼ばれる。

ＩＬＢ後に、半導体チップ５５の保護を目的として、半導体チップ５５とフレキシブル配線基板５０との間にアンダーフィルの（すなわち熱硬化性の）封止樹脂５６を充填し、加熱処理にて封止樹脂を硬化させる。

その後、最終的な電気的特性テストを行って、ＣＯＦのアセンブリが完了する。

特開平１１−１４４５２７（公開日：１９９９年５月２８日）

このような半導体装置において、最近では、より一層の多出力化が求められており、配線５９にかかる電圧の高圧化、配線パターンのファインピッチ化が進んでいる。しかしながら、従来の半導体装置では、この配線５９の高圧化ファインピッチ化に対応しきれず、配線５９間のマイグレーションが生じてしまっていた。マイグレーションは、高湿度下において向かい合う配線に直流電圧が印加されたときに、電気化学反応により配線材料の金属がイオン化して溶出し、配線の材料が、本来の配線配置位置でない場所に析出成長していく現象である。つまり、１つの配線５９にかかる電圧が高くなると、隣接する配線５９にかかる電圧との電位差が大きくなり、配線５９間でマイグレーションが発生しやすくなり、また、配線５９間のスペースがファイン化すると、配線５９が隣接する配線５９におよぼす電界強度が強くなり、マイグレーションが発生しやすくなるのである。

マイグレーションが発生すると、配線５９同士の間にも金属イオンが析出することにより、配線５９の間を短絡させ、絶縁破壊に至る現象を生じるので、半導体装置の信頼性が失われる。そこで、長期間にわたってマイグレーションの発生を抑えることが、半導体装置の信頼性を確保する上で、重要な課題となる。

マイグレーションの発生を抑制する方法としては、第１に、高湿度となることを防ぐために、配線間に水分の進入を防ぐ防湿手段を設けることが考えられる。防湿手段としては、配線への水分の侵入経路となるフレキシブル配線基板の基材、ソルダーレジスト及び封止樹脂に防湿性を付与することが考えられる。

しかし、これらのいずれの部材も透水性のある有機高分子材料を使用することが必要であるため、水分の進入を完全に遮断することは困難である。また、防水塗膜を施す手法もあるが、多大な手間とコストを要し、マイグレーション抑制の効果も不十分である。

第２に、配線材料の金属イオンの溶出を加速する、塩化物イオンなどのハロゲンイオンの混入を減らす方法が考えられる。しかし、ハロゲンイオンは使用する原材料自身に既に混入しており、ハロゲンイオン等の不純物イオンを完全に除去することは困難である。

第３に、配線にかかる電界強度を低減することによって、配線材料の金属イオンの溶解速度を減らす方法が考えられる。しかし、半導体装置の高密度実装及び半導体チップの高機能化を達成するために、搭載する半導体チップとフレキシブル配線基板との接続ピッチのファイン化、あるいは配線への印加電圧の高電圧化は避けられず、配線パターンにかかる電界強度が強くなることは避けられない。

このように、ＣＯＦの半導体装置では、配線をファイン化、あるいは配線に高電圧を印加した場合に、コストをかけずにマイグレーションの発生を防ぐことができず、半導体装置の高機能化の妨げとなっていた。

一方、特許文献１には、電子部品を基板に接着する導電ペーストにおいて発生する銀イオンのマイグレーションを防ぐために、導電ペーストに、イオン化した銀イオンと鎖体を形成する銀イオン結合剤を混合することが記載されている。しかし、このような導電ペーストは半導体の配線には適用できず、配線のマイグレーションを解決することはできない。

本発明は、配線からの金属イオンの析出によるマイグレーション発生を防止できる、高信頼性の半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、基材に複数の配線が配置された配線基板と、上記配線基板に搭載された半導体素子と、を含む、ＣＯＦ構造若しくはＴＣＰ構造を有する半導体装置において、上記配線基板がフィルム状のフレキシブル基板であり、上記配線基板と半導体素子との間に、少なくとも一部が配線に接するように配置された封止樹脂を有し、金属イオン結合剤が、上記封止樹脂に混合されており、上記金属イオン結合剤は、ベンゾトリアゾール類のイソシアヌル酸付加物を含むことを特徴としている。

これにより、配線から放出された材料の金属イオンが、配線と接する部材に含まれる金属イオン結合剤と接触し、金属イオンを捕捉するので、金属イオンが析出することを防げる。

配線から流出した金属イオンが析出すると、配線から金属が成長していき（マイグレーション）、最後には配線が隣接する配線に接続する。この場合、配線間の絶縁性が破壊され、半導体素子が良好に外部装置に接続できず、動作不良を起こす。

本発明によれば、このような配線からの金属の析出が防がれるので、金属の成長も防がれ、半導体装置がこのような動作不良を起こすことがなくなる。また、このような半導体装置では、特に配線のファインピッチ化、高電圧化が求められているので、本発明により、配線からの金属イオンの析出を防ぐことで、半導体装置の高性能化が可能となる。

また、本発明の半導体装置は、さらに、上記配線基板と半導体素子との間に、少なくとも一部が配線に接するように配置された封止樹脂を有し、封止樹脂が金属イオン結合剤を含んでいることを特徴としている。

ここで、封止樹脂は、配線基板、半導体素子、その接続部の保護、および接続の補強のために、一般的に設けられるものである。

これによれば、封止樹脂に金属イオン結合剤が含まれているので、封止樹脂に含まれる金属イオン結合剤が配線に作用できる。つまり、配線から流出した金属イオンが、封止樹脂中の金属イオン結合剤に接触し、捕捉されるので、金属イオンが封止樹脂中にとどめられ、析出しない。

したがって、従来の半導体装置において製造工程や部材数を増やすことなく、封止樹脂に金属イオン結合剤を添加するだけで、配線からの金属イオンの析出が防がれる。よって、配線からの金属の成長が防がれ、半導体装置の動作不良が防がれる。

本発明の半導体装置は、上記封止樹脂が、配線基板と半導体素子との間に充填されるときに、粘度５０ｍＰａ・ｓ以上１２５０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴としている。

封止樹脂は、硬化する前の流動性がある状態で、配線基板と半導体素子との間に隙間なく充填された後、硬化される。したがって、金属イオン結合剤を添加した場合も、隙間なく充填ができる程度の流動性を有していることが好ましい。

そこで、封止樹脂の硬化前、すなわち、配線基板と半導体素子との間に充填されるときに、粘度を上記範囲とすることで、容易に塗布でき、配線基板と半導体素子との間に隙間なく充填できる程度の流動性が封止樹脂に備えられる。

なお、粘度が粘度５０ｍＰａ・ｓより小さいと、流動性が高すぎ、封止樹脂が流れ出たり、半導体素子側に、特に半導体素子側面に付着できないという問題が生じる。一方、粘度が１２５０ｍＰａ・ｓより大きいと、流動性が低すぎ、ディスペンサーから流出しにくく、封止樹脂内に空隙が残る可能性がある。

また、本発明の半導体装置は、上記封止樹脂が、上記金属イオン結合剤を０．５重量％以上１０．０重量％以下含んでいることを特徴としている。

これによれば、硬化前の状態で、容易に塗布でき、配線基板と半導体素子との間に隙間なく充填できる程度の流動性を備え、かつ、金属イオン結合剤による十分なマイグレーション抑制効果も有する。

金属イオン結合剤に含有率が０．５重量％より低いと、マイグレーション抑制の効果が不十分となり、１０重量％より多いと、粘度が高くなり、塗布しにくく、充填後に封止樹脂内に空隙が残る可能性が生じる。

また、本発明の半導体装置は、上記配線が基材表面に形成されており、基材に金属イオン結合剤を含んでいることを特徴としている。

これによれば、基材に金属イオン結合剤が含まれているので、基材に含まれる金属イオン結合剤が配線に作用できる。つまり、配線から流出した金属イオンが、基材中の金属イオン結合剤に接触し、捕捉されるので、金属イオンが基材中にとどめられ、析出しない。

したがって、従来の半導体装置において製造工程や部材数を増やすことなく、基材に金属イオン結合剤を添加するだけで、配線からの金属イオンの析出が防がれる。よって、配線からの金属の成長が防がれ、半導体装置の動作不良が防がれる。

また、本発明の半導体装置は、さらに、配線表面にソルダーレジストが形成されており、ソルダーレジストに金属イオン結合剤を含んでいることを特徴としている。

ここで、ソルダーレジストとは、一般的に、配線におけるのショートや断線を防ぐために設けられているもので、配線における電気的に接続を行わない領域を覆って、ゴミの付着や機械的ストレスを受けることを防ぐものである。

これによれば、ソルダーレジストに金属イオン結合剤が含まれているので、ソルダーレジストに含まれる金属イオン結合剤が配線に作用できる。つまり、配線から流出した金属イオンが、接するソルダーレジストの金属イオン結合剤に接触し、捕捉されるので、金属イオンがソルダーレジスト中にとどめられ、析出しない。したがって、配線からの金属の成長も防がれるので、半導体装置の動作不良が防がれる。

したがって、従来の半導体装置において製造工程や部材数を増やすことなく、ソルダーレジストの材料に金属イオン結合剤を添加するだけで、配線からの金属の成長も防がれ、半導体装置の動作不良が防がれる。

また、本発明の半導体装置は、上記金属イオン結合剤が、ベンゾトリアゾール類、ベンゾトリアゾール類のイソシアヌル酸付加物、トリアジン類のイソシアヌル酸付加物から選ばれる少なくとも１つの化合物を含むことを特徴としている。

これによれば、これらの化合物が、銅イオンなどの配線から流出する金属イオンと錯体を形成することで、捕捉できるので、析出を防ぐことができる。

また、本発明の半導体装置は、半導体素子が、テープキャリア方式により配線基板に搭載されていることを特徴としている。

ここで、テープキャリア方式とは、テープ状のフレキシブル基板の長手方向に、半導体素子の搭載領域が並んでいるものである。この方式は、半導体搭載時には、搭載領域に半導体素子を機械的に連続して搭載でき、また、製品の取り扱いをリールｔｏリールで行うことができることから、半導体装置製造の自動化に対して有利な方式である。

このような半導体装置では、近年、高密度実装、高機能化、多出力化にともない、特に配線のファインピッチ化、高電圧化が求められているので、本発明により、配線からの金属イオンの析出を防ぐことが、半導体装置の高性能化が可能となる。

また、本発明の半導体装置は、液晶表示素子が搭載されていることを特徴としている。

このような半導体装置では、特に配線のファインピッチ化、高電圧化が求められているので、本発明により、配線からの金属イオンの析出を防ぐことで、半導体装置の高性能化が可能となる。

本発明の半導体装置は、以上のように、基材に複数の配線が配置された配線基板と、上記配線基板に搭載された半導体素子と、を含む、ＣＯＦ構造若しくはＴＣＰ構造を有する半導体装置において、上記配線基板がフィルム状のフレキシブル基板であり、上記配線基板と半導体素子との間に、少なくとも一部が配線に接するように配置された封止樹脂を有し、金属イオン結合剤が、上記封止樹脂に混合されており、上記金属イオン結合剤は、ベンゾトリアゾール類のイソシアヌル酸付加物を含む。

これにより、配線から放出された材料の金属イオンが、配線と接する部材に含まれる金属イオン結合剤と接触し、金属イオンを捕捉するので、金属イオンが析出することを防げる。よって、配線からの金属の成長も防がれるので、半導体装置の動作不良が防がれる。

（ａ）は本発明の実施形態にかかる半導体装置を示す平面図であり、（ｂ）はこの半導体の製造工程においてテープキャリアに搭載されている状態を示す図面である。 図１（ａ）の半導体装置のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。 図１（ａ）の半導体装置のＢ−Ｂ’断面を示す断面図である。 マイグレーションを起こした半導体装置を示す平面図である。 封止樹脂のマイグレーション抑制効果を測定するための、櫛歯配線基板を示す平面図であり、（ａ）が全体の（ｂ）がＡ部を拡大した図面である。 図５の櫛歯配線がマイグレーションを起こした場合を示す平面図である。 金属イオン結合剤を含む封止樹脂のマイグレーション抑制効果を示す図面である。 半導体装置に粘度の高い封止樹脂を充填した場合の気泡を含む封止樹脂を示す断面図である。 従来の半導体装置の断面図である。

本発明は、ＣＯＦ（Ｃhip On Film）等の方式の半導体装置において、配線材料が高湿度化でイオン化し、析出することでマイグレーションを起こすという問題を解決するために、金属イオンと錯体を形成する金属イオン結合剤を、配線に接する主要構成材料中に混合させる、または配線の表面に均一に塗布処理を行うものである。これによりマイグレーションによる金属イオンの析出を抑制させ、配線パターンのファイン化及び高電圧化にも対応出来る高信頼性のＣＯＦを提供できる。

本発明の一実施形態について図１ないし図８に基づいて説明すると以下の通りである。

図１（ａ）は、本発明の半導体装置の平面図であり、図２は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’平面の断面図であり、図３は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ’平面の断面図である。

本発明の半導体装置１１は、図２に示すように、フレキシブル配線基板１０と、半導体チップ５と、封止樹脂６と、からなる。

フレキシブル配線基板１０は、ベースフィルム（基材）１に、複数の配線９、ソルダーレジスト７をこの順に積層したもので、半導体チップ５が適切に外部機器に接続できるように配線９が形成された搭載用基板である。ベースフィルム１は、ポリイミドからなるフィルムであり、フレキシブル配線基板１０の基材となるものである。配線９は、一端を搭載する半導体チップ５に、他端を外部機器に接続できるようになっており、これにより、半導体チップ５と外部機器とを電気的に接続させている。つまり、半導体チップ５上の金バンプ４と配線９は熱圧着により金−スズ共晶合金を形成し接合されている。また、ソルダーレジスト７は、配線９のショートや断線を防ぐための、保護カバーである。

ここで、配線９は、ベースフィルム１表面において、半導体チップ５の搭載位置からベースフィルム１の辺に向かうように、線状に形成されている。また、配線９は、バリア層２と導電層３とスズメッキ８とからなる。バリア層２は、配線９のベースフィルム１側に設けられたクロム−ニッケル合金からなる層である。バリア層２は、導体層３を保護する機能、および配線９のベースフィルム１への接着性を高める機能を有する。導電層３は銅からなり、配線９において電気を良好に導く機能を有する。スズメッキ８は導電層３の表面部全面に施されている。配線９は、隣り合う配線９との間隔が３０μｍのファインピッチとなっている。

また、ソルダーレジスト７は、ベースフィルム１上に、配線９を覆うように設けられており、形成位置は、半導体チップ５の搭載位置からわずかに間隔をあけた周辺部分となっている。ソルダーレジスト７は、このように、配線９における電気的に接続を行わない領域を全てを保護することによって、ショートや断線を防いでいる。つまり、配線９間の距離（配線ピッチ）が例えば３０μｍ程度の狭ピッチになると、外部からのゴミによるショートや、外部からの機械的ストレスによる断線を発生しやすくなっているので、これを防ぐために、ソルダーレジスト７で保護しているのである。また、ソルダーレジスト７は、配線９の電気絶縁特性及びフレキシブル配線基板１０の耐折り曲げ性を向上させる働きもある。

半導体チップ５は、フレキシブル配線基板１０との接合面に、金からなる突起状のバンプ４を有している。半導体チップ５は、フレキシブル配線基板１０上にて、このバンプ４が配線９と加熱圧着により、金−スズ共晶合金を形成し接合されている。これにより、配線９の一端が半導体チップ５に接続された状態で搭載されていることになる。

封止樹脂６は、半導体チップ５の側面および接合面と、フレキシブル配線基板１０の搭載面との間に位置し、半導体チップ５を保護する機能を有する。

ここで、半導体装置１１を作製する方法を示す。

半導体装置１１は、図１（ｂ）に示すように、長尺のスプロケットホール４１つきのポリイミドフィルム４０の長手方向に一列に形成される。すなわち、ポリイミドフィルム４０に半導体チップの搭載領域を一列に形成していき、この搭載領域に半導体チップ５を搭載する。そして、使用時には、個々の半導体チップ５をポリイミドフィルム４０ごと破線部にて切り離してそれぞれが図１（ａ）に示す半導体装置１１となる。なお、以下の説明では、ポリイミドフィルム４０における破線部内の部分、および、切り離された後のポリイミドフィルムを含めてポリイミド基材１と称している。

製造方法を詳しく説明すると、図２に示すように、まず、ポリイミド基材１の上にスパッタ法で、ニッケル−クロム合金からなる金属層を形成する。そして、金属層表面にメタライジング法にて銅箔を形成する（つまり、銅メッキ処理をする）。次に、銅箔の上にフォトレジストを塗布・硬化させ、その後フォトレジストに配線パターンをパターン露光・現像して、フォトレジストを所望のパターン形状にする。そして、フォトレジストパターンに応じて金属層、および銅箔をエッチングし、そのあと、フォトレジストを剥離処理する。これにより、金属層および銅箔に所望のパターン形状が形成される。そして、形成したパターン全面に、０．４〜０．６μｍのスズ８のメッキ処理を施し、配線９が形成される。さらに、配線９における、半導体チップ５の搭載領域から間隔を置いた周辺部に、ソルダーレジスト７を被覆する。

そして、半導体チップ５上に設けられたバンプ４（突起電極）と配線９のスズメッキ８との金−スズ共晶により、半導体チップ５の搭載領域に対する半導体チップ５の接合がなされる。なお、この加熱・圧着の金−スズ共晶による接合工程はインナーリードボンディング（ＩＬＢ）と呼ばれる。

ＩＬＢ後に、半導体チップの保護を目的として、半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間にアンダーフィルの（すなわち熱硬化樹脂の）封止樹脂を充填し、加熱処理にて封止樹脂を硬化させる。

その後、最終的な接続テストを行って、半導体装置のアセンブリが完了する。

このようにして製造された半導体装置では、特に、高温高湿度環境下において、配線９に含まれる金属（つまり、バリア層２、導体層３、スズメッキ８の材料である金属）がイオン化し、金属イオン（主に銅イオン）が発生しやすくなっている。この金属イオンは、図４に示すように、配線９外に析出して配線間に析出金属２０として表れ（マイグレーション）、隣接する配線９と電気的な絶縁が破壊されてしまう原因となる。このマイグレーションによる絶縁破壊は、配線９同士の間隔が５０μｍ以下、特に３０μｍ以下のときに生じやすくなっている。そこで、この金属イオンの析出を防ぐために、発生した銅イオンが析出する前に金属イオン結合剤により捕捉できるような構成となっている。

すなわち、金属イオン結合剤を、配線９に接する部材の少なくとも１つを製造する際に、部材の材料に混合しておくか、あるいは直接配線９に塗布している。配線９に接する部材は、封止樹脂６、ベースフィルム１、ソルダーレジスト７等である。

例えば、封止樹脂６は、図２に示すとおり、半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間に充填されており、半導体チップ５のバンプ４の接続部周辺で、配線９の間に入り込んでいる。したがって、金属イオンと錯体を形成する金属イオン結合剤を、封止樹脂６に混合させておけば、配線９から封止樹脂６に流出する金属イオンが、封止樹脂６中に含まれる金属イオン結合剤に捕捉される。これにより、封止樹脂６中の金属イオン溶解度が増加する。つまり、より多くの金属イオンを封止樹脂６中に流入させて留まらせられる。したがって、配線９中の金属イオンの増加を抑制でき、配線９全体からの金属イオンの析出を遅らせられる。

同様に、ソルダーレジスト７は、図２、３に示すとおり、配線９を覆うように形成されているので、配線９同志の間に入り込んでいる。したがって、金属イオンと錯体を形成する金属イオン結合剤を、ソルダーレジスト７に混合させておけば、配線９からソルダーレジスト７に流出する金属イオンが、ソルダーレジスト７中に含まれる金属イオン結合剤に捕捉される。これにより、ソルダーレジスト７中の金属イオン溶解度が増加する。つまり、より多くの金属イオンを封止樹脂６中に流入させて留まらせられる。したがって、配線９中の金属イオンを抑制でき、配線９全体からの金属イオンの析出を遅らせられる。

また、ベースフィルム１は、表面に配線９を形成されているので、配線９のバリア層２全面と接触している。したがって、金属イオンと錯体を形成する金属イオン結合剤を、ベースフィルム１に混合させておけば、配線９から流出する金属イオンであって、ベースフィルム１上を流動するものが、金属イオン結合剤に捕捉される。これにより、ベースフィルム１中の金属イオン溶解度が増加する。つまり、より多くの金属イオンをベースフィルム１中に留まらせられる。したがって、配線９中の金属イオンの増加を抑制でき、金属イオンの析出を遅らせられる。

さらに、配線９に金属イオン結合剤を塗布することでも、配線９を流動する金属イオンが金属イオン結合剤に捕捉される。これにより、配線９中の金属イオンの増加を抑制でき、金属イオンの析出を遅らせられる。なお、配線９に金属イオン結合剤を塗布する方法としては、フレキシブル配線基板１０の製造工程における配線パターン形成直後に、フレキシブル配線基板１０を、金属イオン結合剤の溶液に浸漬する方法や、金属イオン結合剤を吹き付けにより配線９表面に塗布する方法が挙げられる。

このようにして、配線９から流出する金属イオンの析出を抑えれば、高湿度環境下でも半導体装置の各配線９間の電気絶縁性は安定し、短絡を抑制できる。

金属イオン結合剤としては、銅イオンあるいはその他の金属イオンと錯体を形成する化合物を用いればよい。これにより、発生した例えば銅イオンが金属イオン結合剤と錯体を形成することで捕捉され、配線９のパターン間に銅が析出することが防がれる。したがって、隣り合う配線９と電気的に接続することが防がれる。

金属イオン結合剤としては、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、あるいは、これらのイソシアヌル付加物類等が挙げられる。

ベンゾトリアゾール系は、化学式（１）に示される基本形のベンゾトリアゾールを始めとし、メタノールの付加物である１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノール（化学式（２））や、トリアゾール側にアルキル基を付加したもの（化学式（３））、ベンゼン側にアルキル基を付加したもの（化学式（４））が挙げられる。

トリアジン系は、化学式（５）に示されるものであり、例えば、化学式（６）に示される２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジンや、化学式（７）に示される２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル−４−メチルイミダゾール−（１）］−エチル−Ｓ−トリアジン、化学式（８）に示される２，４−ジアミノ−６−メタクリロイルオキシエチル−Ｓ−トリアジンが挙げられる。

イソシアヌル酸付加物は、上記したトリアジン系あるいはベンゾトリアゾール系の化合物に、化学式（９）に示すイソシアヌル酸を付加したものである。トリアジン系の化合物のイソシアヌル酸付加物は化学式（１０）に示され、例えば、化学式（１１）に示される２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸や、化学式（１２）に示される２，４−ジアミノ−６−メタクリロイルオキシエチル−Ｓ−トリアジンが挙げられる。

以下にこれら金属イオン結合剤のマイグレーション抑制効果を調べた実験について説明する。実験には、図５（ａ）に示す電気絶縁性測定用の櫛歯配線パターンを用いた。櫛歯配線パターンは、ポリイミドからなる基板３０に、陰極に接続した櫛歯電極３１ａと、陽極に接続した櫛歯電極３１ｂとを、互いの間隔（図５（ｂ）の距離Ｃ）が３０μｍとなるように形成したものである。また、櫛歯電極３１ａ・３１ｂは、厚さ８μｍの銅の上にスズメッキを施したものである。

この櫛歯配線パターンは、半導体装置の配線パターンと同等のものであり、半導体装置における配線のマイグレーションの発生しやすさを擬似的に観察でき、マイグレーションをリーク電流として測定できる。つまり、櫛歯電極３１ａ、３１ｂから流出した金属イオンが析出し、マイグレーションを起こすと、図６に示すように、櫛歯電極３１ａと３１ｂとの間に金属が成長し、最終的には櫛歯電極３１ａと３１ｂとが接続する。このときに、櫛歯電極３１ａ、３１ｂに電圧印加すると、リーク電流が急増することから、リーク電流を測定することで、櫛歯電極３１ａと３１ｂとの接続を観測できる。

実験では、表１に示す金属イオン結合剤について、所定の濃度となるように純水に分散させ、櫛歯配線パターンに全面・均一に所定量を滴下した。滴下後、櫛歯電極３１ａ・３１ｂに所定の直流電圧を印加し、その後に、室内環境にて放置し、所定時間毎に、リーク電流値の変化を測定した。結果を表１に示す。

これによれば、比較例の純水ではマイグレーション抑制効果が全くなく、ベンゾトリアゾール、１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノール、２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸については非常に良好なマイグレーション抑制効果があった。また、２，４−ジアミノ−６−メタクリロイルオキシエチル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸、２，４−ジアミノ−６−［２’−エチル−４−メチルイミダゾール−（１）］−エチル−Ｓ−トリアジンについてもマイグレーション抑制効果があった。さらに、２−ビニル−４、６ジアミノ−Ｓ−トリアジンにもわずかにマイグレーション抑制効果が認められた。

次に、マイグレーション抑制効果が非常に優れていた金属イオン結合剤について、樹脂との溶解（混合により凝集することなく分散できる性質）を調べたところ、ベンゾトリアゾール、１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノールは樹脂との相性がよく良好に樹脂中に分散した。一方、２，４−ジアミノ−６−メタクリロイルオキシエチル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸は樹脂との相性が悪く、樹脂中に分散しにくかった。

このような樹脂成分との相性の悪い金属イオン結合剤を樹脂成分に混合すると、封止樹脂中に分散せず、凝集して、金属イオン結合剤が不均一に存在する状態となる。特に、２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸付加物は、酸無水物等の樹脂成分と混合しにくく、凝集を起こしやすい。したがって、このような樹脂、例えば封止樹脂６として用いた場合に、部分的に金属イオンの捕捉が起こりにくい箇所が生じる。

したがって、金属イオン結合剤として、２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸付加物のような、樹脂中に分散しにくい金属イオン結合剤を使用する場合は、金属イオン結合剤を微粉砕化と均一な分散・混合が必要である。このとき、金属イオン結合剤を平均直径が０．５μｍ以下となるまで微粉砕化することが好ましく、１μｍ以下とすることがより好ましい。さらに、金属イオン結合剤の凝集を防止するために、１μｍメッシュの微細カットフィルターによるろ過処理を施すことも有効である。また、金属イオン結合剤の微粉砕、および均一な分散のための混合方法としては、封止樹脂の混練をロールミル装置又はビーズミル装置を用いて粉砕、混合処理を行うことが好ましい。

次に、金属イオン結合剤を封止樹脂６に混合させる場合を例に挙げ、金属イオン結合剤を混合した封止樹脂材料の製造について説明する。

封止樹脂６の樹脂成分としては、エポキシ樹脂や酸無水物等が用いられる。これに、微紛状の上記した金属イオン結合剤、染料、硬化促進剤を添加して、混練する。配合比としては、例えば、エポキシ樹脂および硬化剤を９９．６重量％、金属イオン結合剤を２．５重量％、染料および硬化促進剤を０．９重量％とすればよい。

ここで、封止樹脂６において、良好にマイグレーション抑制でき、かつ良好な流動性を得られる金属イオン結合剤の含有量を調べた。

まず、マイグレーション抑制機能を発揮するために必要な金属イオン結合剤の含有量を調べた。実験方法としては、エポキシ樹脂に、金属イオン結合剤としての、２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸付加物を０，０．５，１．５，２．５，５．０，１０．０、１５．０重量％となるように添加した樹脂を用意し、図５の櫛歯配線パターン全面に、均一に覆って、直流電圧４０Ｖを印加しながら、８５℃雰囲気下、８５％ＲＨの環境下に放置して、リーク電流を調べた。ここで、金属イオン結合剤と樹脂との混合には、ロールミルまたはビーズミル装置を用いた。また、これらの樹脂は、主要構成としてエポキシ樹脂と金属イオン結合剤で構成されており、金属イオン結合剤０重量％としては、エポキシ樹脂及び硬化剤が９９．３重量％、染料および硬化促進剤を０．７重量％が含まれているものを用いた。

結果を図７に示す。図７の横軸は放置時間であり、縦軸はリーク電流から計算される、櫛歯電極３１ａ、３１ｂ間の絶縁抵抗値の変化を測定した結果である。これによると、金属イオン結合剤無添加の樹脂では、５００時間後に配線から生じた銅の析出に起因するマイグレーションにより、絶縁破壊が生じた。一方、金属イオン結合剤を０．５％添加した樹脂では７００時間後まで絶縁破壊が起こらず、配線９のマイグレーションを遅らされたことが分かる。そして、金属イオン結合剤を１．５％含む樹脂では９００時間後まで良好な絶縁性が保たれたあと、絶縁性が低下していた。したがって、絶縁性の低下がさらに遅らされ、また観測した１０００時間まで絶縁性が完全に破壊されることはなかった。その他の、金属イオン結合剤の添加量が２．５重量％以上の樹脂では観測した１０００時間後でも電気絶縁性は安定していた。つまり、金属イオン結合剤の添加量が多くなるほど、高温高湿度環境下でも電気絶縁性は良好であることがわかった。従って、金属イオン結合剤を含む樹脂を塗布して、良好なマイグレーション抑制効果を得るためには、樹脂に、金属イオン結合剤を０．５重量％以上含むことが好ましく、特に、２．５重量％以上含むことが好ましい、と言える。

次に、封止樹脂に必要な流動性を保つことができる金属イオン結合剤への含有量を調べた。すなわち、上記した金属イオン結合剤は、金属イオンと錯体を形成する機能を有する一方、樹脂と混合した場合に、その分子構造から、樹脂の硬化を促進させる。したがって、金属イオン結合剤を封止樹脂６に混合し過ぎると、封止樹脂６の粘度が過度に上昇し、封止樹脂６の充填が困難になる。つまり、封止樹脂６は、ディスペンサーにより半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間に充填されるが、封止樹脂６の粘度が高いと、ディスペンサーからの安定吐出ができなくなる。また、封止樹脂はその流動性により、半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間を、隙間なく充填するものであるが、封止樹脂６の粘度が高いと、流動性が低くなり、半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間に封止樹脂を隙間無く充填することができなくなる。したがって、封止樹脂６に金属イオン結合剤を混合する場合は、粘度の上昇に考慮し、流動性が損なわれないようにする必要がある。なお、重点に適切な封止樹脂６の粘度としては、５０ｍＰａ・ｓ以上１２５０ｍＰａ・ｓ以下であり、より好ましくは、２００ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下である。

このためには、封止樹脂６において、１０重量％以下となるように混合することが好ましく、５重量％以下となるように混合することがより好ましい。

ここで、エポキシ樹脂に、金属イオン結合剤として２，４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン・イソシアヌル酸付加物を０重量％〜１５重量％添加した封止樹脂の粘度を測定した結果を表２に示す。なお、ここで用いている封止樹脂は、主要構成としてエポキシ樹脂と金属イオン結合剤で構成されている。

これによれば、金属イオン結合剤を含まない封止樹脂（０重量％）が粘度８５０ｍＰａ．ｓであるのに対し、金属イオン結合剤の添加量に相関して、封止樹脂の粘度は増大している。金属イオン結合剤が５重量％以下のときは、粘度が１０００ｍＰａ．ｓより低く、樹脂吐出性（ディスペンサーから樹脂が良好に流れ出る性質）、および充填性（半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間を隙間なく充填できる性質）が良好である。しかし、金属イオン結合剤が１０重量％では、粘度が１２５０ｍＰａ．ｓとなり、若干樹脂吐出安定性、充填性が損なわれる。そして、金属イオン結合剤が１５重量％となると、粘度が１５００ｍＰａ．ｓとなり、ディスペンサーからの樹脂吐出がスムーズにできなくなる。さらに、半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０の間に充填すると、図８に示すように部分的に充填できない箇所が生じ、この箇所に気泡２１ができてしまう。このように、半導体チップ５とフレキシブル配線基板１０との間に、気泡２１ができると、半導体チップ５が確実にフレキシブル配線基板１０に固定されず、接続不良を起こす可能性がある。また、気泡に水分が溜まり、半導体チップ保護の信頼性低下を招く可能性がある。

また、封止樹脂の粘度増加の抑制のためには、封止樹脂に使用する硬化促進剤の作用を調整する方法もある。例えば、硬化促進剤の成分をカプセルにしみ込ませることで、低温時に硬化反応を抑制したり、硬化促進剤の分子構造の調整により、低温時において硬化反応を抑えることが考えられる。

さらに、封止樹脂の粘度や添加する効果促進剤を調整することで、樹脂ライフの短縮、不純物イオン濃度の増加を防ぐようにしてもよい。

また、金属イオン結合剤をソルダーレジスト７に混合する場合は、ソルダーレジスト７の材料が硬化する前の状態の時に、０．５重量％以上の金属イオン結合剤を混ぜ、その後硬化させることで、配線９のマイグレーションを抑制できるソルダーレジストとなる。また、ソルダーレジスト７は印刷されて形成される場合は、印刷に適した特性となるよう、金属イオン結合剤の混合を１０．０重量％以下とすることが好ましい。

また、金属イオン結合剤をベースフィルム１に混合する場合は、ベースフィルム１の材料が硬化する前に、０．５重量％以上の金属イオン結合剤を混ぜ、その後硬化させることで、配線９のマイグレーションを抑制できる。また、この場合は、材料特性の確保のために、金属イオン結合剤の混合を１０．０重量％以下とすることが好ましい。

また、金属イオン結合剤を配線９に塗布する場合は、溶剤として例えば純水を用い、０．５重量％以上の金属イオン結合剤を混ぜることが好ましい。これにより、配線９のマイグレーションを抑制できる。

本発明は、以上のように、ファインにピッチの配線においても、隣接する配線との絶縁破壊を抑制できる。従って、配線のファインピッチ化や高電圧化が求められている、基材がフレキシブル基板である半導体装置、テープキャリア方式の半導体装置、液晶表示阻止を搭載した半導体装置に特に好ましく適用できる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本発明は、以下の構成とすることもできる。

配線パターンが形成されたフィルム状のフレキシブル基板に半導体素子が搭載された半導体装置において、配線パターン間の電気絶縁特性を向上させる為に、半導体チップ保護用の封止樹脂内又は、ソルダーレジスト内又は、ベース基材内にマイグレーション抑制剤（金属イオン結合剤）を添加・混合又は配線パターン表面に塗布したことを特徴とする第１の半導体装置。

上記第１の半導体装置において、使用するマイグレーション抑制剤はベンゾトリアゾール類、トリアジン類、イソシアヌル酸類、トリアジン類とイソシアヌル酸付加物の組成をもつ物質を封止樹脂又は、ソルダーレジスト又は、ベース基材内に添加・混合又は配線パターン表面に塗布したことを特徴とする第２の半導体装置。

上記第１または第２の半導体装置において、使用するマイグレーション抑制剤を添加する際に生じる樹脂の高粘度化及びマイグレーション抑制剤の凝集を抑える為に封止樹脂又は、ソルダーレジスト又は、ベース基材内に上記マイグレーション抑制剤を０．５〜１０．０重量％添加・混合した材料を使用したことを特徴とする第３の半導体装置。

上記第１の半導体装置において、保護用の封止樹脂として使用するマイグレーション抑制剤について樹脂内に添加する際に生じる高粘度化を抑える為に、増粘度抑制効果のある硬化促進剤を使用し、粘度調整を行った粘度５０〜１２５０ｍＰａ・ｓの封止樹脂にて保護されていることを特徴とする第４の半導体装置。

配線パターンが形成されたフィルム状のフレキシブル基板に半導体素子が搭載された半導体装置において、配線パターン間の電気絶縁特性を向上させる為に、フレキシブル基板上の配線パターン表面にマイグレーション抑制剤を使って、表面処理（マイグレーション抑制剤を含浸又は吹きつけ）を施し、配線パターン表面にマイグレーション抑制剤を塗布したフレキブル基板を使用したことを特徴とする第５の半導体装置。

上記第１〜５の半導体装置において、フィルム状のフレキシブル基板が長尺のテープ状であり、半導体素子が連続的にフレキシブル基板に搭載されたテープキャリア型の半導体装置であることを特徴とする第６の半導体装置。

上記第１〜５の半導体装置において、液晶表示素子や周辺部品が搭載された液晶モジュールの半導体装置であることを特徴とする第７の半導体装置。

本発明の半導体装置は、配線からの金属の析出を防ぎ、配線間の絶縁破壊を防げるので、特に配線ピッチが狭い半導体装置に好適であり、例えば、基材がフレキシブル基板である半導体装置、テープキャリア方式の半導体装置、液晶表示阻止を搭載した半導体装置に適用できる。

１ ベースフィルム（基材）
５ 半導体チップ（半導体素子）
６ 封止樹脂
７ ソルダーレジスト
８ スズメッキ
９ 配線
１０ 半導体装置
１１ フレキシブル配線基板（配線基板）

Claims (9)

1. 基材に複数の配線が配置された配線基板と、
   上記配線基板に搭載された半導体素子と、を含む、ＣＯＦ構造若しくはＴＣＰ構造を有する半導体装置において、
   上記配線基板がフィルム状のフレキシブル基板であり、
   上記配線基板と半導体素子との間に、少なくとも一部が配線に接するように配置された封止樹脂を有し、
   金属イオン結合剤が、上記封止樹脂に混合されており、
   上記金属イオン結合剤は、ベンゾトリアゾール類のイソシアヌル酸付加物を含むことを特徴とする半導体装置。
2. 上記封止樹脂が、配線基板と半導体素子との間に充填されるときに、粘度５０ｍＰａ・ｓ以上１２５０ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 上記金属イオン結合剤は、平均直径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 上記配線が基材表面に形成されており、
   基材が金属イオン結合剤を含んでいることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
5. さらに、配線表面を覆うようにソルダーレジストが形成されており、
   ソルダーレジストが金属イオン結合剤を含んでいることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
6. 上記封止樹脂が、上記金属イオン結合剤を０．５重量％以上１０．０重量％以下含んでいることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の半導体装置。
7. 半導体素子が、テープキャリア方式により配線基板に搭載されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の半導体装置。
8. 液晶表示素子が搭載されていることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の半導体装置。
9. 上記配線同士の間隔が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の半導体装置。

Images