JP2011159481A - 導電接続シート、端子間の接続方法、接続端子の形成方法、半導体装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の導電接続シート1は、樹脂組成物層11、13と、この樹脂組成物層11、13に接合される金属層12とを備える積層体により構成されるものであり、樹脂組成物層11、13の金属層12に接合される接合面の表面自由エネルギーをA[mN/m]とし、金属層12の樹脂組成物層11、13に接合される接合面の表面自由エネルギーをB[mN/m]としたとき、A/Bが0.5〜1.5なる関係を満足することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
(1) 樹脂成分を含有する樹脂組成物層と、該樹脂組成物層に接合され、低融点の金属材料で構成される金属層とを備える積層体により構成される導電接続シートであって、
前記樹脂組成物層の前記金属層に接合される接合面の表面自由エネルギーをA[mN/m]とし、前記金属層の前記樹脂組成物層に接合される接合面の表面自由エネルギーをB[mN/m]としたとき、A/Bが0.5〜1.5なる関係を満足することを特徴とする導電接続シート。
HOOC−(CH2)n−COOH・・・・・(1)
(式(1)中、nは、1〜20の整数である。)
図1は、本発明の導電接続シートを用いて製造された半導体装置の一例を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<導電接続シート>
図2は、本発明の導電接続シートの実施形態を示す縦断面図、図3は、本発明の導電接続シートが備える金属層の他の構成例を示す平面図である。なお、以下の説明では、図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
樹脂組成物層11は、本実施形態では、樹脂成分を含有する樹脂組成物で構成される。
硬化性樹脂組成物は、硬化性樹脂成分を含有し、加熱することにより溶融し硬化するものである。
(i)硬化性樹脂成分
硬化性樹脂成分は、加熱することにより溶融し硬化するものであれば特に限定されないが、通常、半導体装置製造用の接着剤成分として使用できるものが用いられる。
上述したように、硬化性樹脂組成物として、固形状のものを使用する場合、硬化性樹脂組成物には、前記硬化性樹脂成分の他に、さらにフィルム形成性樹脂成分を含有する構成とするのが好ましい。
上述したように、硬化性樹脂組成物として、前記硬化性樹脂成分の他に、さらにフラックス機能を含有する構成とするのが好ましい。フラックス機能を有する化合物は、端子21、41および金属層12に形成された表面酸化膜を還元する作用を有するものである。そのため、硬化性樹脂組成物中に、かかる化合物が含まれていると、後述する、接続部および封止層の形成方法で詳述するように、たとえ、端子21、41および金属層12の表面に酸化膜が形成されていたとしても、この化合物の作用により酸化膜を確実に除去することができる。その結果、溶融状態の金属層12がより高い選択性をもって、端子21、41同士の間に凝集することとなる。
(式(1)中、nは1〜20の整数である。)
で表される脂肪族カルボン酸が好ましく用いられ、これらのうち、アジピン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸がより好ましく用いられる。
硬化剤としては、特に限定されないが、例えば、フェノール類、アミン類、チオール類等が挙げられる。このような硬化剤は、硬化性樹脂成分の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、硬化性樹脂成分としてエポキシ樹脂を使用する場合には、エポキシ樹脂との良好な反応性、硬化時の低寸法変化および硬化後の適切な物性(例えば、耐熱性、耐湿性等)が得られる点で硬化剤としてフェノール類を用いることが好ましく、硬化性樹脂成分の硬化後の物性が優れている点で2官能以上のフェノール類がより好ましく用いられる。なお、このような硬化剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。
また、上述したように、硬化性樹脂組成物には、さらに、硬化促進剤を添加することができる。これにより、硬化性樹脂組成物を、確実かつ容易に硬化させることができる。
また、上述したように、硬化性樹脂組成物には、さらに、シランカップリング剤を添加することができる。
熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂成分を含有し、所定温度により軟化するものである。
熱可塑性樹脂成分としては、特に限定されないが、例えば、酢酸ビニル系、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、塩化ビニル樹脂、(メタ)アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、イソブチレン樹脂、ビニルエーテル樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリウレタン樹脂、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル等が挙げられる。これら熱可塑性樹脂成分は、単一の重合体でもよく、これら熱可塑樹脂成分の少なくとも2種以上の共重合体でもよい。
また、熱可塑性樹脂成分の他、フラックス機能を有する化合物、フィルム形成性樹脂、シランカップリング剤や、可塑剤、安定剤、粘着付与剤、滑剤、酸化防止剤、充填剤、帯電防止剤および顔料等が配合されていてもよいが、これらのものは、前述した「(a)硬化性樹脂組成物」において説明したものと同じものを用いることができる。さらに、好ましい化合物およびその配合量等についても同様である。
金属層(金属箔層)12は、低融点の金属材料で構成される金属箔で構成される層である。
(γs d・γl d)1/2+2(γs p・γl p)1/2 ・・・ 式1
γs = γs d+γs p ・・・ 式2
[各式中、θは接触角、γsは樹脂組成物層の接合面における表面自由エネルギー、γlは液滴の表面自由エネルギー、dは分散力成分、pは極性力成分を表わす。]
次に、上述したような構成の導電接続シート1は、例えば、以下のような製造方法により、製造することができる。
第1の樹脂組成物層11および第2の樹脂組成物層13を構成する樹脂組成物が、25℃で液状をなす場合、まず、金属層12を用意する。
この金属層12は、例えば、インゴット等の塊から圧延により製造することができる。
第1の樹脂組成物層11および第2の樹脂組成物層13を構成する樹脂組成物が、25℃でフィルム状をなす場合、まず、ポリエステルシート等の剥離基材を用意する。
以下では、まず、本発明の端子間の接続方法を適用して、接続部81と封止層80とを形成する場合について詳述する。
導電接続シート1が備える樹脂組成物層11、13が硬化性樹脂組成物で構成される第1実施形態では、半導体チップ20と、配線パターン40が設けられたインターポーザー30との間に導電接続シート1を配置する配置工程と、金属層12の融点以上で、かつ、樹脂組成物層11、13を構成する硬化性樹脂組成物の硬化が完了しない温度で導電接続シート1を加熱する加熱工程と、硬化性樹脂組成物の硬化を完了させる硬化工程とを有している。
[1]配置工程
まず、半導体チップ20と、配線パターン40が設けられたインターポーザー30とを用意する。
次に、前記配置工程[1]において、半導体チップ20と、配線パターン40が設けられたインターポーザー30との間に配置された導電接続シート1を、図4(b)に示すように、金属層12の融点以上で加熱する。
次に、前記加熱工程[2]において、接続部81と封止層80とを形成した後、硬化性樹脂組成物を硬化させることにより、封止層80を固定する。
導電接続シート1が備える樹脂組成物層11、13が熱可塑性樹脂組成物で構成される第2実施形態では、半導体チップ20と、配線パターン40が設けられたインターポーザー30との間に導電接続シート1を配置する配置工程と、金属層12の融点以上で、かつ、樹脂組成物層11、13を構成する熱可塑性樹脂組成物が軟化する温度で導電接続シート1を加熱する加熱工程と、熱可塑性樹脂組成物を固化させる固化工程とを有している。
[1]配置工程
樹脂組成物層11、13が熱可塑性樹脂組成物で構成される本実施形態においても、樹脂組成物層11、13が熱硬化性樹脂組成物で構成される前記第1実施形態と同様にして、端子21と端子41とがそれぞれ対向した状態で、半導体チップ20と、配線パターン40が設けられたインターポーザー30との間に、導電接続シート1を配置する。
次に、前記配置工程[1]において、半導体チップ20と、配線パターン40が設けられたインターポーザー30との間に配置された導電接続シート1を、図4(b)に示すように、金属層12の融点以上の温度で加熱する。
次に、前記加熱工程[2]において、接続部81と封止層80とを形成した後、熱可塑性樹脂組成物を固化させることにより、封止層80を固定する。
次に、本発明の接続端子の形成方法を用いて、接続部81と封止層80とを形成する場合について説明する。
導電接続シート1が備える樹脂組成物層11、13が硬化性樹脂組成物で構成される第3実施形態では、半導体チップ20の端子21側の面に、導電接続シート1を配置する配置工程と、金属層12の融点以上で、かつ、樹脂組成物層11、13を構成する硬化性樹脂組成物の硬化が完了しない温度で導電接続シート1を加熱する加熱工程とを有している。
[1]配置工程
まず、図5(a)に示すように、下面側に端子21を備える半導体チップ20を用意する。
次に、前記配置工程[1]において、半導体チップ20の端子21側の面に配置された導電接続シート1(金属層12)を、図5(b)に示すように、金属層12の融点以上で加熱する。
導電接続シート1が備える樹脂組成物層11、13が熱可塑性樹脂組成物で構成される第4実施形態では、半導体チップ20の端子21側の面に、導電接続シート1を配置する配置工程と、金属層12の融点以上で、かつ、樹脂組成物層11、13を構成する熱可塑性樹脂組成物が軟化する温度で導電接続シート1を加熱する加熱工程とを有している。
[1]配置工程
樹脂組成物層11、13が熱可塑性樹脂組成物で構成される本実施形態においても、樹脂組成物層11、13が熱硬化性樹脂組成物で構成される前記第3実施形態と同様にして、半導体チップ20の端子21側に導電接続シート1を熱圧着(配置)させて、半導体チップ20の端子21側の面において露出する端子21に、導電接続シート1を接触させる。
次に、前記配置工程[1]において、半導体チップ20の端子21側の面に配置された導電接続シート1(金属層12)を、図5(b)に示すように、金属層12の融点以上で加熱する。
1.評価方法
各実施例および各比較例の導電接続シートを用いて、対向する端子同士を接続するために作製した端子接続体において、端子間の接続抵抗、導通路(接続部)形成性および導通路以外の領域に位置する封止層に残存する金属層の有無を以下の方法により測定または評価した。
得られた端子接続体中の対向する端子間の抵抗を4端子法(抵抗計:岩崎通信機(株)製、「デジタルマルチメータVOA7510」、測定プローブ:日置電機(株)製「ピン型リード9771」)により12点測定し、その平均値が30mΩ未満の場合を「A」、30mΩ以上の場合を「B」と判定した。
得られた端子接続体中の対向する端子10組について、その端子間の断面を走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製、「JSM−7401F」)で観察し、10組全てにおいて半田により円柱状の導通路(接続部)が形成されている場合を「A」、1組でも導通路が形成されていない端子が存在する場合を「B」、隣接している端子とショート接触している場合を「C」と判定した。
得られた端子接続体の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製、型番「JSM−7401F」)で観察し、全ての金属層(金属材料)が対向する端子間の導通路形成に寄与している場合を「A」、導通路形成に寄与せずに対向する端子間(接続部)以外の樹脂(封止層)中に金属層の一部が残存している場合を「B」と判定した。
得られた端子接続体を超音波探傷装置(SAT)(日立建機ファインテック(株)製、「mi−scope10」で観察し、ボイドの面積が接着面積に対して、10%未満の場合を「A」、10%以上の場合を「B」と判定した。
各実施例および各比較例の導電接続シートが備える樹脂組成物層の表面自由エネルギーA[mN/m]を、樹脂組成物層に対する、水およびジヨードメタンの液滴の接触角を測定し、これら測定された接触角に基づいて、Owens−Wendtの式を用いて求めた。
後述する各実施例および各比較例の導電接続シートが備える金属層の表面自由エネルギーB[mN/m]を、金属層に対する、水およびジヨードメタンの液滴の接触角を測定し、これら測定された接触角に基づいて、Owens−Wendtの式を用いて求めた。
[実施例1〜8、比較例1〜3]
まず、エポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業社製、「EPICLON−840S」、エポキシ当量185g/eq、エポキシ樹脂1)およびクレジルグリシジルエーテル(坂本薬品工業社製「m,p−CGE」、エポキシ当量185g/eq、エポキシ樹脂2)を、硬化剤として、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、フィルム形成性樹脂として、変性ビ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、「YX−6954」、フィルム形成性樹脂1)およびアクリル酸エステル共重合体(ナガセケムテックス社製、「SG−P3」、フィルム形成性樹脂2)を、フラックス機能を有する化合物として、セバシン酸(東京化成工業社製、フラックス機能を有する化合物1)およびフェノールフタリン(東京化成工業社製、フラックス機能を有する化合物2)を、シランカップリング剤として、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(信越化学工業社製、「KBM−303」)を、硬化促進剤として、2−フェニル−4−メチルイミダゾール(四国化成工業社製、「キュアゾール2P4MZ」)をそれぞれ用意した。
次に、各実施例および各比較例の導電接続シートを用いて、対向する端子間の接続を行った。
10 半導体装置
11 第1の樹脂組成物層
12 金属層
13 第2の樹脂組成物層
20 半導体チップ
21 端子
30 インターポーザー
40 配線パターン
41 端子
70 バンプ
80 封止層
81 接続部
85 接続端子
86 補強層
Claims (16)
- 樹脂成分を含有する樹脂組成物層と、該樹脂組成物層に接合され、低融点の金属材料で構成される金属層とを備える積層体により構成される導電接続シートであって、
前記樹脂組成物層の前記金属層に接合される接合面の表面自由エネルギーをA[mN/m]とし、前記金属層の前記樹脂組成物層に接合される接合面の表面自由エネルギーをB[mN/m]としたとき、A/Bが0.5〜1.5なる関係を満足することを特徴とする導電接続シート。 - 前記樹脂組成物層は、前記樹脂成分と、フラックス機能を有する化合物とを含有する樹脂組成物で構成される請求項1に記載の導電接続シート。
- 前記フラックス機能を有する化合物は、フェノール性水酸基およびカルボキシル基のうちの少なくとも一方を有する化合物を含有する請求項2に記載の導電接続シート。
- 前記フラックス機能を有する化合物は、下記一般式(1)で表わされる化合物を含有する請求項2または3に記載の導電接続シート。
HOOC−(CH2)n−COOH・・・・・(1)
(式(1)中、nは、1〜20の整数である。) - 前記樹脂組成物において、前記フラックス機能を有する化合物の含有量は、1〜50重量%である請求項2ないし5のいずれかに記載の導電接続シート。
- 前記金属層は、錫(Sn)、鉛(Pb)、銀(Ag)、ビスマス(Bi)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、アンチモン(Sb)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、金(Au)、ゲルマニウム(Ge)および銅(Cu)からなる群から選択される少なくとも2種以上の金属の合金または錫の単体である請求項1ないし6のいずれかに記載の導電接続シート。
- 前記金属層は、Sn−Pb合金、Sn−Ag−Cu合金またはSn−Ag合金を主材料として構成される請求項7に記載の導電接続シート。
- 前記金属層は、Sn−37Pb合金またはSn−3.0Ag−0.5Cu合金を主材料として構成される請求項8に記載の導電接続シート。
- 前記積層体は、2つの前記樹脂組成物層および1つの前記金属層で構成され、前記樹脂組成物層、金属層および前記樹脂組成物層がこの順で積層されたものである請求項1ないし9のいずれかに記載の導電接続シート。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の導電接続シートを対向する端子間に配置する配置工程と、前記金属材料の融点以上であり、かつ、前記樹脂組成物の硬化が完了しない温度で前記導電接続シートを加熱する加熱工程と、前記樹脂組成物を硬化させる硬化工程とを有することを特徴とする端子間の接続方法。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の導電接続シートを対向する端子間に配置する配置工程と、前記金属材料の融点以上であり、かつ、前記樹脂組成物が軟化する温度で前記導電接続シートを加熱する加熱工程と、前記樹脂組成物を固化させる固化工程とを有することを特徴とする端子間の接続方法。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の導電接続シートを電子部材の電極上に配置する配置工程と、前記金属材料の融点以上であり、かつ、前記樹脂組成物の硬化が完了しない温度で前記導電接続シートを加熱する加熱工程とを有することを特徴とする接続端子の形成方法。
- 請求項1ないし10のいずれかに記載の導電接続シートを電子部材の電極上に配置する配置工程と、前記金属箔の融点以上であり、かつ、前記樹脂組成物が軟化する温度で前記導電接続シートを加熱する加熱工程とを有することを特徴とする接続端子の形成方法。
- 対向する端子同士が、請求項1ないし10のいずれかに記載の導電接続シートを用いて形成された接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
- 対向する端子同士が、請求項1ないし10のいずれかに記載の導電接続シートを用いて形成された接続部を介して電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
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