JP3384357B2 - 液晶ポリマーテープの接着方法、およびリードフレームへの半導体チップの搭載方法 - Google Patents

液晶ポリマーテープの接着方法、およびリードフレームへの半導体チップの搭載方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ポリマーテー
プの接着方法、およびリードフレームへの半導体チップ
の搭載方法に関し、特に、線膨張係数の変動を抑制し得
る液晶ポリマーテープの接着方法とそれに基づいたリー
ドフレームへの半導体チップの搭載方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱溶融接着の用途に使用されるポリマー
として、液晶ポリマーが有用である。このポリマーは、
吸湿性が小さいことによって特徴づけられており、従っ
て、たとえば、半導体パッケージのような水分を嫌う用
途に適している。具体的には、リードフレームに半導体
チップを搭載するときの接着剤としての用途が好適であ
る。
【0003】この液晶ポリマーを接着剤として組み込ん
だ半導体パッケージによると、それ以前のポリイミドテ
ープなどを接着剤とした半導体パッケージに比べ、ヒー
トサイクル等の耐熱特性において優れた特質を示すこと
が知られている。
【0004】従来のポリイミドテープを使用した半導体
パッケージにおいては、リードフレームと半導体チップ
の線膨張係数が3〜5×10-6/℃であるのに対し、ポ
リイミドテープは20〜70×10-6/℃と大きく、従
って、この差が原因して、信頼性試験時のヒートサイク
ルあるいはデバイス作動時の発熱等が作用したときに、
ポリイミドテープの部分からパッケージ内に割れを発生
させることが問題視されてきたが、液晶ポリマーを使用
するときには、線膨張係数の違いを原因としたこのよう
な現象を防げるとされている。
【0005】以下に、リードフレームへの半導体チップ
の搭載手順を示す。図5(a)は、リードフレームに半
導体チップを搭載するときの設備構成の概要を示したも
ので、リードフレーム1は、予備加熱炉2において所定
の温度に加熱された後、ヒートブロック3により保温さ
れた状態でボンディングヘッド4の下方位置に送り込ま
れる。
【0006】図5(b)に示されるように、ボンディン
グヘッド4の下方には、外部において半導体チップ5を
載せられたボンディングステージ6が引き込まれ、この
状態においてボンディングステージ6が上昇する。
【0007】リードフレーム1には、その表面の所定の
位置に予め配線単位ごとに接着用テープ7が貼り付けら
れており、リードフレーム1と半導体チップ5は、この
接着用テープ7を間にした状態で同じ温度に加熱された
ボンディングヘッド4とステージ6によって加圧され
る。
【0008】予備加熱炉2における予熱、ヒートブロッ
ク3による保温、ボンディングヘッド4からの熱、およ
び半導体チップ5を介したボンディングステージ6から
の熱によって充分に加熱された接着用テープ7は、確実
に熱溶融することになり、この結果、リードフレーム1
と半導体チップ5は、溶融したテープ7を介して接合さ
れることになる。
【0009】ボンディングヘッド4とボンディングステ
ージ6による加圧は、必要によっては再度行われること
もあり、いずれにしても接着用テープ7を完全に溶融さ
せた状態で加圧が行われることから、この接合方法は、
リードフレーム1への半導体チップ5の搭載方法として
接合が確実であると同時に効率的に優れており、従っ
て、接着剤の材質に関係なく多くの場合に採用されてい
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのよ
うな半導体チップの搭載方法によると、接着用テープ7
として液晶ポリマーテープを使用するとき、線膨張係数
の増大と接着部分への空隙の発生を招くことが多い。
【0011】前者の問題は、液晶ポリマーテープの線膨
張係数をリードフレームおよび半導体チップと近似の水
準に設定することによってリードフレームと液晶ポリマ
ーテープ、および液晶ポリマーテープと半導体チップの
熱歪みを低減し、これによって割れの発生を抑制しよう
とする効果が失われることを意味する。
【0012】この原因は、液晶ポリマーテープが充分な
熱作用のもとに液晶転位温度以上に加熱されることにあ
り、これによって液晶ポリマーテープの線膨張係数が上
昇し、条件によっては、当初の5×10-6/℃程度の水
準から50〜70×10-6/℃の水準にまで上昇するこ
とがある。
【0013】図6は、後者の問題である空隙の発生状況
を示したものである。液晶ポリマーテープ7が過剰に加
熱される結果、変形に対する抵抗力が減少し、このた
め、リード9と9の間に弛み10が発生し、これが原因
となって未接着の空隙11が発生する。この空隙11
は、半導体パッケージを搭載したデバイス装置にとって
は重大欠陥であり、発生してはならない現象である。図
中、8はパッケージの樹脂モールド部を示す。
【0014】従って、本発明の目的は、液晶ポリマーテ
ープの線膨張係数を増大させることがなく、さらに、液
晶ポリマーテープの接合部に空隙を発生させることのな
い液晶ポリマーテープの接着方法と、これに基づいたリ
ードフレームへの半導体チップの搭載方法を提供するこ
とにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、熱溶融型の液晶ポリマーテープを被接着
対象物に加熱接着する液晶ポリマーテープの接着方法に
おいて、前記液晶ポリマーテープと前記被接着対象物の
うち、前記被接着対象物のみを前記液晶ポリマーテープ
の液晶転位温度以上に加熱し、加熱された前記被接着対
象物を前記液晶ポリマーテープに接触させることを特徴
とする液晶ポリマーテープの接着方法を提供するもので
ある。
【0016】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、表面に熱溶融型の液晶ポリマーテープを有するリー
ドフレームを前記液晶ポリマーテープを介して半導体チ
ップに加熱接着するリードフレームへの半導体チップの
搭載方法において、前記液晶ポリマーテープと前記半導
体チップのうち、前記半導体チップのみを前記液晶ポリ
マーテープの液晶転位温度以上に加熱し、加熱された前
記半導体チップを前記液晶ポリマーテープに接触させる
ことによって前記リードフレームと前記半導体チップを
接着することを特徴とするリードフレームへの半導体チ
ップの搭載方法を提供するものである。
【0017】上記した熱溶融型の液晶ポリマーとして
は、液晶性芳香族ポリエステル樹脂、液晶性芳香族ポリ
アミド樹脂、あるいは液晶性ポリイミド樹脂等が使用さ
れる。被接着対象物としては、金属板、金属箔、あるい
は耐熱有機材料の板、フィルム状物等が挙げられ、これ
らへの液晶ポリマーテープの接着は、液晶ポリマーの液
晶転位温度以上に加熱された被接着対象物に対して、液
晶ポリマーテープを添わせ、これに、たとえば、圧着ロ
ール、あるいはプレス等による適度な圧力を加えること
によって行われる。
【0018】リードフレームの構成材としては、銅、銅
合金、あるいは42合金等が使用される。リードフレー
ムへの半導体チップの搭載は、ボンディングヘッドとボ
ンディングステージの組み合わせによるダイアタッチに
よって行うことが好ましく、その場合、予備加熱炉は使
用しなくともよい。また、ダイアタッチ部においては、
ボンディングステージのみが液晶転位温度以上に加熱さ
れ、ボンディングヘッドの加熱は不要となる。
【0019】液晶転位温度よりも低い温度であればボン
ディングヘッドの加熱は可能であるが、搭載作業の進行
とともに昇温するのを防ぐ意味から、冷却手段を組み入
れて常に常温等の一定温度に維持することが好ましい。
昇温による作業条件の変動が防止されることになるの
で、実際的である。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明による液晶ポリマー
テープの接着方法、およびリードフレームへの半導体チ
ップの搭載方法の実施の形態を説明する。
【0021】
【準備材料および設備構成】 ・リードフレーム :材質42合金、厚さ0.125mm、54ピン TSOP 64M DRAM用。 ・液晶ポリマーテープ:厚さ50μm、液晶転移温度約350℃、表面プラズマ 処理、初期線膨張係数10〜17×10-6/℃(平均1 3.5×10-6/℃)。 ・半導体チップ :Siチップ、表面ポリアミドイミドコーティング付。 ・設備構成 :図5(b)。 ボンディングヘッド4とボンディングステージ6による 加圧力2kgf/cm2 、同加圧時間1秒、ボンディン グヘッド4の加熱なし(常に常温に維持)。
【0022】図5のダイアタッチ構成において、予め表
面に熱溶融型の液晶ポリマーテープ7を貼り付けたリー
ドフレーム1を、予備加熱炉2およびヒートブロック3
を経ずしてボンディングヘッド4とボンディングステー
ジ6の間に導入する一方、所定の温度に加熱されたボン
ディングステージ6の上に半導体チップ5を載せること
によって半導体チップ5の温度上昇が飽和するまで加熱
し、この状態でボンディングステージ6を上昇させるこ
とによってリードフレーム1と半導体チップ5を加圧し
た後、ボンディングステージ6を下降させ、これを繰り
返すことによってリードフレーム1への半導体チップ5
の搭載作業を連続して進めた。
【0023】図1は、このときの液晶ポリマーテープ7
の、リードフレーム1との接合面から半導体チップ5と
の接合面の間における各厚さ位置の温度分布を示したも
のである。液晶ポリマーテープ7の厚さ方向における温
度は、常温に維持されたボンディングヘッド4の温度
(BH温度)からボンディングステージ6の設定温度
(BS温度)まで分布する。
【0024】従って、ボンディングステージ6の温度を
一定温度に設定すれば、液晶転位温度に達する部分は、
常に液晶ポリマーテープ7の表面部のみとなり、この結
果、テープ7全体を液晶転位温度以上に加熱する従来の
搭載方法におけるような、線膨張係数の増大は防止され
ることになる。
【0025】図2は、
【0021】の条件に加えてボンディングステージ6の
温度を430℃に一律に設定し、ボンディングヘッド4
の温度を変更したときの液晶ポリマーテープ7の線膨張
係数の変動を示したものである。ボンディングヘッド4
の温度が180℃までは初期の線膨張係数が維持されて
いるのに比べ、180℃以上においては線膨張係数の増
加が認められる。
【0026】従って、ボンディングヘッド4を180℃
よりも低い温度に維持し、ボンディングステージ6を一
定の温度に設定し、さらに、これらによる加圧時間を一
定に維持すれば、線膨張係数の増大のない状態のもとに
半導体チップ5の搭載を行うことができる。
【0027】図3は、リードフレーム1と半導体チップ
5の剪断接着強度と液晶ポリマーテープ7の線膨張係数
におよぼすボンディングステージ6における設定温度の
影響をまとめたものである。ボンディングステージ6の
温度を375〜475℃に設定したときの剪断接着強度
と線膨張係数の変化を示したもので、425℃を境にし
て剪断接着強度が飽和し、一方、線膨張係数は450℃
から上昇に転じていることが認められる。
【0028】従って、このことから、
【0021】の条件のもとでボンディングステージ6の
加熱温度を425〜450℃に設定すれば、線膨張係数
の増大を招くことなく、良好なチップ接合強度を備えた
半導体パッケージを得ることができる。
【0029】図4は、ボンディングヘッド4とボンディ
ングステージ6による加圧部を拡大して示したものであ
る。液晶ポリマーテープ7は、ボンディングステージ6
に載せられて加熱された半導体チップ5に接触した表面
部Aのみが液晶転位温度以上に加熱され、この表面部A
のみによって接着が行われる。
【0030】そして、液晶転位温度に達しない部分B
は、ボンディングヘッド4に近づくほど低温になること
から、ボンディングヘッド4に近づくほど剛性を増すこ
とになり、従って、液晶ポリマーテープ7の平坦性は、
この剛性によって保たれることになる。この結果、図6
に示されるような弛み10および空隙11の発生は防止
されることになる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による液晶
ポリマーテープの接着方法、およびリードフレームへの
半導体チップの搭載方法によれば、熱溶融型の液晶ポリ
マーテープと半導体チップ等の被接着対象物の接着にお
いて、これら両者のうち、被接着対象物のみを液晶ポリ
マーテープの液晶転位温度以上に加熱し、加熱された被
接着対象物を液晶ポリマーテープに接触させることによ
って接着を行うため、液晶ポリマーテープは、その表面
部だけが液晶転位温度に達することになり、従って、従
来のように液晶ポリマーテープ全体を液晶転位温度以上
に加熱することを原因とした線膨張係数の増大による割
れの発生、あるいは接合部分における空隙の発生を未然
に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体チップの搭載方法の実施の
形態において、液晶ポリマーテープの厚さ方向における
温度分布を示す説明図。
【図2】本発明による半導体チップの搭載方法の実施の
形態において、ボンディングヘッドの温度と線膨張係数
の関係を示す説明図。
【図3】本発明による半導体チップの搭載方法の実施の
形態において、液晶ポリマーテープの線膨張係数、およ
び半導体チップとリードフレームの剪断接着強度におよ
ぼす、ボンディングステージの温度の影響を示す説明
図。
【図4】本発明による半導体チップの搭載方法の実施の
形態において、ボンディングヘッドとボンディングステ
ージによる加圧部を拡大して示した説明図。
【図5】リードフレームへの半導体チップの搭載方法を
示す説明図であり、(a)は全体図、(b)は(a)の
丸囲部の拡大図を示す。
【図6】従来の半導体チップの搭載方法における問題点
の説明図。
【符号の説明】
1 リードフレーム 4 ボンディングヘッド 5 半導体チップ 6 ボンディングステージ 7 液晶ポリマーテープ 9 リード 10 弛み 11 空隙 A 表面部(液晶転位)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱溶融型の液晶ポリマーテープを被接着対
    象物に加熱接着する液晶ポリマーテープの接着方法にお
    いて、 前記液晶ポリマーテープと前記被接着対象物のうち、前
    記被接着対象物のみを前記液晶ポリマーテープの液晶転
    位温度以上に加熱し、 加熱された前記被接着対象物を前記液晶ポリマーテープ
    に接触させることを特徴とする液晶ポリマーテープの接
    着方法。
  2. 【請求項2】表面に熱溶融型の液晶ポリマーテープを有
    するリードフレームを前記液晶ポリマーテープを介して
    半導体チップに加熱接着するリードフレームへの半導体
    チップの搭載方法において、 前記液晶ポリマーテープと前記半導体チップのうち、前
    記半導体チップのみを前記液晶ポリマーテープの液晶転
    位温度以上に加熱し、 加熱された前記半導体チップを前記液晶ポリマーテープ
    に接触させることによって前記リードフレームと前記半
    導体チップを接着することを特徴とするリードフレーム
    への半導体チップの搭載方法。
  3. 【請求項3】前記半導体チップは、ボンディングヘッド
    とボンディングステージから構成されるダイアタッチ部
    の加熱された前記ボンディングステージの上に載せられ
    ることによって加熱され、 前記液晶ポリマーテープは、前記リードフレームおよび
    半導体チップが前記ボンディングヘッドおよびボンディ
    ングステージにより加圧されることによって前記半導体
    チップに接触させられることを特徴とする請求項2項記
    載のリードフレームへの半導体チップの搭載方法。
  4. 【請求項4】前記ボンディングヘッドは、常温等の一定
    温度に保持されることを特徴とする請求項3項記載のリ
    ードフレームへの半導体チップの搭載方法。
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