JP3769853B2

JP3769853B2 - Ｔａｂ用接着剤付きテープおよび半導体接続基板並びに半導体装置

Info

Publication number: JP3769853B2
Application number: JP00661797A
Authority: JP
Inventors: 将次木越; 幸綱小西; 拓波多野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-01-17
Also published as: JPH09260439A

Description

【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（ＴＡＢ）方式に用いられる接着剤付きテープ（以下、ＴＡＢ用テープと称する）および半導体基板並びに半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のＴＡＢ用テープは、ポリイミドフィルム等の可撓性を有する有機絶縁性フィルム上に、接着剤層および保護フィルム層として離型性を有するポリエステルフィルム等を積層した３層構造より構成されている。
【０００３】
ＴＡＢ用テープは、（１）スプロケットおよびデバイス孔の穿孔、（２）銅箔との熱ラミネート、（３）パターン形成（レジスト塗布、エッチング、レジスト除去）、（４）スズまたは金−メッキ処理などの加工工程を経てＴＡＢテープ（パターンテープ）に加工される。図１にパターンテープの形状を示す。図２に本発明の半導体装置の一態様の断面図を示す。パターンテープのインナーリード部６を、半導体集積回路８の金バンプ１０に熱圧着（インナーリードボンディング）し、半導体集積回路を搭載する。次いで、封止樹脂９による樹脂封止工程を経て半導体装置が作成される。また、インナーリード部を有さないパターンテープを用いて、その導体と半導体集積回路の金バンプとの間をワイヤーリードボンディングで接続する半導体集積回路の搭載方法も採用されている。このような半導体装置をテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）型半導体装置と称する。ＴＣＰ型半導体装置は、他の部品を搭載した回路基板等とアウターリード７を介して接続（アウターリードボンディング）され、電子機器への実装がなされる。
【０００４】
一方、近年の電子機器の小型化・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、一部用いられるようになってきた。ＢＧＡ、ＣＳＰがＱＦＰ、ＳＯＰと構造的に最も大きく異なる点は、前者は、インターポーザーと称される基板を必要とするのに対し、後者は金属製のリードフレームを用いることにより必ずしも基板を必要としない点にある。ここでいうインターポーザーは、ガラスエポキシ基板やポリイミド等の有機絶縁性フィルムに銅箔を貼り合わせたものが、一般的に用いられる。したがって、これらＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体装置にも本発明のＴＡＢ用接着剤付きテープ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。図３および図４に本発明の半導体装置（ＢＧＡ、ＣＳＰ）の一態様の断面図を示す。
【０００５】
上記のパッケージ形態では、いずれも最終的にＴＡＢ用テープの接着剤層はパッケージ内に残留するため、絶縁性、耐熱性、接着性が要求される。近年、電子機器の小型化に伴う高密度実装化が進行するにしたがって、ＴＡＢ方式における導体幅が非常に狭くなってきており、高い絶縁信頼性を有する接着剤の必要性が高まっている。最近は、特に絶縁信頼性の加速試験として、１２５℃〜１５０℃の高温で連続した電圧印可状態における絶縁性の低下速度が重要視されるようになってきた。また、パッケージの樹脂封止に、比較的温度と圧力の高い、トランスファーモールドが使用される場合や、ワイヤーボンディングによるインナーリードボンディングがなされる場合は、耐熱変形性が重要視される。
【０００６】
このような観点から、従来のＴＡＢ用テープの接着剤層にはエポキシ樹脂および／またはフェノール樹脂とポリアミド樹脂の混合組成物が主として用いられてきた。（特開平２−１４３４４７号公報、特開平３−２１７０３５号公報等）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の特性のうち接着性と絶縁性とのバランスをとることは困難であり、従来のＴＡＢ用テープは、接着性と絶縁性のいずれかを向上させると、他方が低下し、総合的に必ずしも十分な特性とはいえなかった。接着性について言えば、導体幅が細くなるに従い、接着強度が低下し、ボンディング等の後工程で導体の剥離を生じ、集積回路、回路基板と接続できないことがある。これは接着強度の絶対値の不足と、導体と接着剤の間へのメッキ液の侵入による実効の接着面積の減少が主な原因である。
【０００８】
一般的には接着剤の弾性率を低下させることにより、破壊エネルギーを増加させて、接着力を向上させることが可能であるが、このような方法では高温、高湿下で接着剤が軟化し、絶縁性が低下するという問題が生ずる。一方、絶縁性を向上させるため、接着剤の架橋度を増加させると、接着剤が脆性破壊しやすくなるとともに、硬化収縮による内部応力の増加を招き、接着力が低下する。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決し、接着性に優れた新規なＴＡＢ用テープおよび半導体接続基板並びに半導体装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するためにＴＡＢ用テープの接着剤成分の化学構造と金属に対する接着性との関係を鋭意検討した結果、架橋フェノール樹脂とポリアミド樹脂とを巧みに組み合わせることにより、接着性および絶縁性に優れたＴＡＢ用テープが得られることを見い出し、本発明に至ったものである。
【００１１】
すなわち、本発明は可撓性を有する有機絶縁性フィルム上に、接着剤層および保護フィルム層を有する積層体より構成され、該接着剤層が、ポリアミド樹脂および少なくとも１種以上の架橋フェノール樹脂を必須成分として含み、架橋フェノール樹脂のメタノールに対する可溶分率が１００％であり、数平均分子量が３０００〜１０００００であることを特徴とするＴＡＢ用接着剤付きテープおよび半導体接続基板並びに半導体装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される架橋フェノール樹脂は、分子中に少なくとも１箇所以上の架橋点により実質的に架橋されているものであれば、フェノール核を含む構造は特に限定されない。たとえば、フェノール、クレゾール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、ノニルフェノール等のアルキル置換フェノール、ｐ−フェニルフェノール、テルペン、ジシクロペンタジエン等の環状アルキル変性フェノール、ナフタレン、アントラセン等の骨格を有するものでもよい。
【００１３】
一般に、フェノール樹脂はポリアミド樹脂と相溶性が良好であり、かつ熱硬化により、ポリアミド樹脂に適度な耐熱性と破壊強度を付与するために好適なブレンド材料である。このような耐熱性と破壊強度が、最終的に絶縁性と接着性のバランスに重要となる。しかし、従来のフェノール樹脂の場合、比較的低分子量であり、ポリアミド樹脂とのブレンド後に適度な架橋密度を得ることが必ずしも容易ではない。その結果、絶縁性と接着性のバランスを実現しにくい。
【００１４】
一方、本発明では、このような性質を有するフェノール樹脂として、あらかじめ架橋したものを用いることにより、適度な架橋密度を得ることが容易となり、絶縁性および接着性が向上したと考えられる。
【００１５】
フェノール樹脂はポリアミド樹脂とよく相溶することが重要であり、本発明の架橋フェノール樹脂は、後述の実施例の評価方法（５）に定義するメタノールに対する可溶分率が１００％である。可溶分率が３０％未満のフェノール樹脂では接着剤とした時にポリアミド樹脂と相溶する割合が少なく、耐熱性および絶縁性が向上しないので好ましくない。
【００１６】
架橋フェノール樹脂の数平均分子量は３０００〜１０００００である。数平均分量が１０００未満であれば、架橋密度の制御が難しく、接着力と絶縁性のバランスが取りにくい。一方、２０００００を越えると、ポリアミドとの相溶性および溶剤に対する溶解性が低下し、耐熱性および絶縁性が向上しないので好ましくない。
【００１７】
架橋フェノール樹脂は、メチロール基、カルボキシル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基、イソシアネート基等のポリアミド樹脂またはフェノール樹脂と架橋可能な官能基を含有してもよい。特にメチロール基は有効に自己架橋反応が進むため、架橋密度の制御に好適である。このような官能基を導入する方法は特に限定されず、フェノール樹脂の架橋するための官能基を残留させる方法、あるいは架橋フェノール樹脂生成後に別の機構の反応により導入する方法等が例示される。具体的には、数平均分子量１５００のｐ−ｔ−ブチルフェノールレゾール「“タマノル”５２６」（荒川化学（株）製）に少量の２官能エポキシ樹脂を反応させたものが例示される。これは、官能基としてメチロール基を有する架橋フェノール樹脂である。
【００１８】
本発明で使用されるポリアミド樹脂は、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、かつ低吸水率のため絶縁性にすぐれる、炭素数が３６であるジカルボン酸（いわゆるダイマー酸）を含むものが好適である。ダイマー酸を必須成分として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。
【００１９】
上記の架橋フェノール樹脂とポリアミド樹脂との配合割合は、通常ポリアミド樹脂１００重量部に対して架橋フェノール樹脂５〜５０重量部、好ましくは１０〜３０重量部である。架橋フェノール樹脂が５重量部未満では接着性および絶縁性の向上効果が十分でない。また、５０重量部を越えると接着性が低下するので好ましくない。
【００２０】
本発明において、接着剤層に公知のエポキシ樹脂を添加することにより、一層接着性および絶縁性を向上させることができる。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が、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、ビフェニル骨格を有するジグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエン骨格を有するジグリシジルエーテル等が挙げられる。エポキシ樹脂の添加量はポリアミド樹脂１００重量部に対して５〜１００重量部、好ましくは２０〜７０重量部である。
【００２１】
さらに、接着剤層にノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等の公知のフェノール樹脂を含有してもよく、絶縁性および熱変形等の耐熱性の向上に効果がある。フェノール樹脂の添加量はポリアミド樹脂１００重量部に対して５〜１００重量部であると好ましい。
【００２２】
本発明の接着剤層にエポキシ樹脂およびフェノール樹脂の硬化剤および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、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、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。添加量はポリアミド樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部であると好ましい。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明でいう可撓性を有する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２５〜１２５μｍ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。
【００２５】
本発明でいう保護フィルム層とは、銅箔を熱ラミネートする前に接着剤面からＴＡＢ用テープ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等が挙げられる。
【００２６】
次にＴＡＢ用接着剤付きテープの製造方法について説明する。
【００２７】
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１０〜２５μｍとなるように塗布することが好ましい。乾燥条件は、通常１００〜２００℃、１〜５分である。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。通常、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３５〜１５８ｍｍ程度の幅にスリットする。
【００２８】
【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。
【００２９】
評価方法
（１）評価用サンプル作成方法
ＴＡＢ用接着剤付きテープサンプルに１８μｍの電解銅箔を、１４０℃、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℃、３時間、１００℃、５時間、１５０℃、５時間の順次加熱処理を行ない、銅箔付きＴＡＢ用テープを作成した。
得られた銅箔付きＴＡＢ用テープの銅箔面に常法によりフォトレジスト膜形成、エッチング、レジスト剥離を行ない、接着強度および絶縁性の評価用サンプルをそれぞれ作成した。
【００３０】
（２）スズメッキ処理
上記（１）の方法で得られたサンプルを、ホウフッ酸系の無電解スズメッキ液に７０℃、５分浸漬処理し、０．５μｍ厚のメッキを施した。
【００３１】
（３）剥離強度
上記（１）および（２）の方法で得た導体幅５０μｍの評価用サンプルを用いて、導体を９０°方向に５０ｍｍ／min の速度で剥離し、その際の剥離力を測定した。
【００３２】
（４）絶縁信頼性
上記（１）および（２）の方法で得た導体幅２００μｍ、導体間距離５０μｍのくし型形状の評価用サンプルを用いて、不飽和プレッシャークッカー中で１３０℃，８５％ＲＨ，１００Ｖの電圧を連続的に印加した状態において、抵抗値が初期値の１／１０以下となる時間を測定した。
【００３３】
（５）架橋フェノール樹脂のメタノールに対する可溶分率
架橋フェノール樹脂約５ｇを３０℃、２４時間乾燥し、精秤する（ｗ１とする）。ついで、架橋フェノール樹脂を２５０ｍｌのメタノール中で３０分間加熱還流して溶解する。得られた溶液をテフロン製の平均孔径１０μのメンブレンフィルターにてろ過後、さらにメタノールで洗浄する。ろ液からメタノールを蒸発させ、架橋フェノール樹脂量（ｗ２とする）を精秤する。
メタノールに対する可溶分率＝（ｗ２／ｗ１）×１００（％）として算出する。
【００３４】
参考例１（ポリアミド樹脂の合成）
酸／アミン比を１．１〜０．９の範囲で表１に示すように変えて、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、約１．５時間撹拌した。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。
【００３５】
参考例２（架橋フェノール樹脂の合成）
フェノール樹脂とエポキシ樹脂を、フェノール性水酸基／エポキシ基＝１０／１となるように混合し、０．２重量％のトリフェニルホスフィンを添加後、１３０℃で５時間反応させ、架橋フェノール樹脂を得た。
【００３６】
比較例１
参考例で得た表１に示したポリアミド樹脂Ａ（アミン価５．７）、エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製、“エピコート”８２８、エポキシ当量１８６）、フェノール樹脂（ＣＫＭ１２８２（昭和高分子（株））および表２に示した架橋フェノール樹脂（鐘紡（株）製、“ベルパールＳ８９５”）をそれぞれ表３の組成比となるように配合し、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（１／１）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７５μｍのポリイミドフィルム（宇部興産（株）製“ユーピレックス”７５Ｓ）に１２０℃、０．１ＭＰａの条件でラミネートしてＴＡＢ用接着剤付きテープを作成した。特性を表３に示す。
【００３７】
上記の手順で得られたＴＡＢ用接着剤付きテープを用いて、前述の評価方法（１）および（２）と同一の方法で半導体集積回路接続用の導体回路を形成し、図１に示すパターンテープを得た。
【００３８】
さらにこのパターンテープを用いて、４５０℃，１分の条件でインナーリードボンディングを行ない、半導体集積回路を接続した。しかるのちに、エポキシ系液状封止剤（北陸塗料（株）製“チップコート”１３２０−６１７）で樹脂封止を行ない、半導体装置を得た。図２は得られた半導体装置の断面を示したものである。
【００３９】
実施例１〜３および比較例２〜４
比較例１と同様の方法で、それぞれ表１〜３に示した原料および組成比で調合した接着剤を用いてＴＡＢ用接着剤付きテープを得た。特性を表３に示す。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

【００４２】
【表３】

【００４３】
表３の実施例および比較例から本発明により得られるＴＡＢ用接着剤付きテープは、接着性および絶縁信頼性に優れることがわかる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は接着性に優れた新規なＴＡＢ用接着剤付きテープ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ＴＡＢ用接着剤付きテープによって高密度実装用の半導体装置の信頼性および経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＴＡＢ用接着剤付きテープを加工して得られた、半導体集積回路搭載前のパターンテープの一態様の斜視図。
【図２】本発明のＴＡＢ用接着剤付きテープを用いた半導体装置の一態様の断面図。
【図３】本発明のＴＡＢ用接着剤付きテープを用いた半導体装置（ＢＧＡ）の一態様の断面図。
【図４】本発明のＴＡＢ用接着剤付きテープを用いた半導体装置（ＣＳＰ）の一態様の断面図。
【符号の説明】
１，１２，２０可撓性を有する絶縁性フィルム
２，１３，２１接着剤
３スプロケット孔
４デバイス孔
５，１４，２２半導体集積回路接続用の導体
６インナーリード部
７アウターリード部
８，１５，２３半導体集積回路
９，１６，２４封止樹脂
１０，１７，２５金バンプ
１１保護膜
１８，２６ハンダボール
１９補強板
２７ソルダーレジスト

Claims

可撓性を有する有機絶縁性フィルム上に、接着剤層および保護フィルム層を有する積層体より構成され、該接着剤層が、ポリアミド樹脂および少なくとも１種以上の架橋フェノール樹脂を必須成分として含み、架橋フェノール樹脂のメタノールに対する可溶分率が１００％であり、数平均分子量が３０００〜１０００００であることを特徴とするＴＡＢ用接着剤付きテープ。
架橋フェノール樹脂が、ポリアミド樹脂またはフェノール樹脂と架橋可能な官能基を含有していることを特徴とする請求項１記載のＴＡＢ用接着剤付きテープ。
架橋フェノール樹脂が、メチロール基を含有していることを特徴とする請求項１記載のＴＡＢ用接着剤付きテープ。
接着剤層がエポキシ樹脂を含有することを特徴とする請求項１記載のＴＡＢ用接着剤付きテープ。
ポリアミド樹脂が炭素数３６のジカルボン酸を必須構成成分として含むことを特徴とする請求項１記載のＴＡＢ用接着剤付きテープ。
接着剤層が該架橋フェノール樹脂以外に、少なくとも１種のフェノール樹脂を含有することを特徴とする請求項１記載のＴＡＢ用接着剤付きテープ。
請求項１〜６のいずれか記載のＴＡＢ用接着剤付きテープを用いた半導体接続基板。
請求項１〜６のいずれか記載のＴＡＢ用接着剤付きテープを用いた半導体装置。