JP3774419B2

JP3774419B2 - 半導体装置用接着テープ

Info

Publication number: JP3774419B2
Application number: JP2002097080A
Authority: JP
Inventors: 庄司青木; 卓士塩澤; 俊雄藤井; 裕美山田
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP2003297861A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体デバイスの組立工程に用いられ、デバイスの高密度実装に適したＴＡＢ(Tape Automated Bonding)方式に用いるＴＡＢ用テープ、ＢＧＡ(Ball Grid Array)、ＣＳＰ(Chip Scale Package)等のインターポーザーに好適なＴＣＰ(Tape Carrier Package)用テープ、リードフレーム固定用テープ、及びリードフレームとフィルムキャリアテープをワイヤーボンディングにより接続する方式に用いる半導体装置用接着テープに関し、特に面実装型半導体装置に好適な接着テープに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、小型、薄型、軽量で実装密度の高い半導体製造装置の要求が高まっており、電子部品の中核を構成している多ピンのＩＣパッケージは、従来の周辺接続型からエリア接続型のＢＧＡ、ＣＳＰと呼ばれる高密度実装可能なＩＣパッケージに変わりつつある。ＢＧＡ及びＣＳＰはパッケージの裏面に面格子状の半田ボールを外部接続端子として設けている。ＩＣ（半導体集積回路）は再配線基板によりパッケージに加工され、マザーボードである硬質プリント基板等に実装される。ＢＧＡは、再配線基板の種類によりプラスチックＢＧＡ（Ｐ−ＢＧＡ）、テープＢＧＡ（Ｔ−ＢＧＡ）に大別される。Ｔ−ＢＧＡの中には従来のＴＡＢのＩＬＢ(インナーリードボンディング)を用いた方式やワイヤボンディング方式によるタイプがあり、後者は特にファインピッチＢＧＡ（ＦＢＧＡ）もしくはテープＣＳＰ（Ｔ−ＣＳＰ）と呼ばれている。
【０００３】
従来、前記ＢＧＡパッケージにおける再配線基板としてはガラスエポキシ基板等の硬質基板が主であったが、携帯電話等の普及に伴い、軽量、薄型化の要求が高まり、かつ一般的に硬質基板よりテープ基板が高密度の配線を作成し易い事から、近年ではＴ−ＢＧＡ、ＣＳＰが主流になりつつある。ＴＡＢ技術を利用したＴ−ＢＧＡは、高密度化が可能で放熱性にも優れる。ＣＳＰはＢＧＡをさらに小型化したパッケージで、その構造から低インピーダンス、周波数応答の高速性等の優れた電気特性も有するパッケージである。また、ＬＣＤドライバーに用いられる従来型のＴＡＢ方式の基板と比較して、更なる高密度化、小型化が可能なＣＯＦ(chip on film)と呼ばれるパッケージ形態もある。
【０００４】
前記ＴＡＢ方式のパッケージ（ＴＣＰ）、ＦＢＧＡ及びＣＯＦに用いられている基板は、ポリイミドフィルムに接着剤を介して金属箔を積層したものが使用されている。そして、ここで用いられる接着剤は、可とう性と接着性が要求されている。また、ワイヤーボンディング方式のＣＳＰに関しては、ボンディング時テープ上に設置したＩＣチップ上のアルミ電極部とＴＡＢテープ基板上の電極部（パッド部）とを金ワイヤ等で接続する際に、高温、且つボンディングツールからの圧力が加わる為、接着剤には高温での硬さが要求されている。つまりテープ基板がワイヤボンディン性を有するには接着剤は高温である程度の硬さを有する事が要求されている。また、リフロー工程においても近年の半田ボールの鉛フリー化に伴って、リフロー温度が従来の２３０〜２４０℃から２６５℃程度まで上がってきているため、接着剤にはより高温に耐えうる耐リフロー性の要求が高まっている。
【０００５】
従来上記接着剤としては、熱硬化性樹脂を含有したエポキシ樹脂／ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエン共重合体）系接着剤やシリコーン系接着剤が使用されてきた。しかし、エポキシ樹脂／ＮＢＲ系接着剤は長時間の温度変化や高温高湿度下において、耐リフロー性、ワイヤボンディング性及び絶縁性に問題を有するものであった。これは、ＮＢＲがジエン化合物を出発原料としているために、長時間高温に曝されると主鎖に含まれる二重結合が酸化により開裂し、次第に弾性を失ってしまうためである。その結果、応力緩和効果が無くなり、ワイヤーボンディング時にパッド部が沈み込み、ワイヤーがパッド部に付着しない等、ワイヤボンディング性に問題を有していた。また、弾性を失う結果、リフロー特性も悪化し積層構成のテープの層間剥離を生ずる問題を起こしていた。その上、配線基板のファインピッチ化が進むため高温高湿化において絶縁性に問題を有していた。また、シリコーン系接着剤は、耐温度サイクル性には優れている一方で、接着剤と配線基板やチップとの貼付の際、貼付温度が前記のエポキシ樹脂／ＮＢＲ系接着剤に比べ非常に高いことから、製造工程上で問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来の接着剤が有していた問題点、すなわち、ワイヤーボンディング性および耐リフロー性に優れ層間剥離などの問題がない半導体装置用接着テープを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置用接着テープは、絶縁性フィルムの少なくとも一面に、熱硬化性接着剤層が積層されてなる半導体装置用接着テープであって、熱硬化後における前記熱硬化性接着剤層の２００℃における損失弾性率が５ＭＰａ以上であり、前記熱硬化性接着剤層がポリアミド樹脂を含有し、該ポリアミド樹脂がリノール酸を含む炭素数３６の不飽和脂肪酸二量体を用いて得られたものであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を構成する絶縁性フィルムとしては、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン等のフィルムが使用できるが、ポリイミドフィルムが最も絶縁性に優れるので好ましい。絶縁性フィルムは２０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは２５〜１２５μｍである。絶縁性フィルムの厚さが２０μｍ未満では半導体装置用接着テープの硬さ不足によりハンドリング性が悪くなり、２００μｍより厚いと小型の半導体装置が得られにくくなる。ポリイミドフィルムは市販されており、東レ・デュポン社の商品名：カプトン、宇部興産社の商品名：ユーピレックス、鐘淵化学工業社の商品名：アピカル等が好ましく使用される。
【０００９】
本発明を構成する熱硬化性接着剤層は、熱硬化後における２００℃における損失弾性率が５ＭＰａ以上でなければならない。特に損失弾性率は５〜５０ＭＰａが好ましく、更に１０〜３０ＭＰａが好ましい。５ＭＰａ未満では、ワイヤーボンディング工程時に金ワイヤーがパッド部に付着しないか、又は金ワイヤーとパッド部とが十分に接続されないため、ワイヤーボンディング工程後金ワイヤーがパッド部から剥がれるという問題を有し、また、リフロー工程時に膨れや剥がれが生じて層間剥離の問題が生じる。なお、ここでいう熱硬化後とは、７０℃程度の低温から所定のプログラムにて温度を加え、更に１５０〜１７０℃で１〜１０時間程度処理されたものをいう。損失弾性率を５ＭＰａ以上に制御するためには、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等の低分子量の反応性物質を含有させたり、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の反応性の硬化性物質を含有させることにより可能である。
また、前記熱硬化後における熱硬化性接着剤層は、２００℃における貯蔵弾性率が２０ＭＰａ以上であることが好ましい。特に貯蔵弾性率は２０〜３００ＭＰａが好ましく、更に５０〜３００ＭＰａが好ましい。２００℃における貯蔵弾性率が２０ＭＰａ以上である熱硬化性接着剤層を用いることによって、ワイヤーボンディング性および耐リフロー性に優れ層間剥離などの問題がない半導体装置用接着テープを得ることができる。貯蔵弾性率を２０ＭＰａ以上に制御するためには、ポリアミド樹脂やフェノール樹脂等の架橋点間分子量の小さい常温で弾性率の高い樹脂を含有させることにより可能である。
損失弾性率及び貯蔵弾性率は、ＤＭＡ(Dynamic Mechanical Analyzer)により測定することができる。損失弾性率及び貯蔵弾性率の測定条件等については実施例において説明する。
【００１０】
熱硬化性接着剤層は、ポリアミド樹脂と硬化性樹脂を含有する。
ポリアミド樹脂は、炭素数４以上の脂肪族ジアミンと不飽和脂肪酸二量体との縮合により合成される。この場合の炭素数４以上の脂肪族ジアミンの具体例としてはブチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミンなどがあげられ、中でも炭素数４〜１８の脂肪族ジアミンが好ましく、炭素数４〜１２の脂肪族ジアミンがより好ましく、さらに好ましくは炭素数６〜１２の脂肪族ジアミンが用いられる。このように従来のエチレンジアミンより炭素数の長い脂肪族ジアミンを用いることで、熱硬化性接着剤層は、高温時においても高い粘度（粘着性）を示し、かつ高接着力を示すので絶縁性フィルムと良好な密着力が得られる。さらに、該ポリアミド樹脂を含む熱硬化性接着剤層は湿熱時にも優れた高絶縁性が得られるようになり、熱収縮性も低いものとなる。
【００１１】
不飽和脂肪酸二量体としては炭素数３６のものが使用される。炭素数３６の不飽和脂肪酸二量体は、炭素数１８の不飽和脂肪酸を縮合させて得ることができる。該炭素数１８の不飽和脂肪酸としては、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等が挙げられる。この中でも特にリノール酸が熱硬化性接着剤層の２００℃における損失弾性率を５ＭＰａ以上に調整しやすいので使用される。更に９９．１〜８０重量％のリノール酸と０．１〜２０重量％のオレイン酸又はリノレン酸からなるものが好ましい。また、上記ポリアミド樹脂を合成する際、上記炭素数４以上の脂肪族ジアミンと不飽和脂肪酸二量体以外に、副成分として少量の三官能以上の酸成分、三官能以上のアミン成分を用いて分岐状ポリアミド樹脂を合成することもできる。該副成分はポリアミド樹脂の２０モル％以内にすることが好ましく、１０モル％以内がより好ましい。副成分が２０モル％を超えて大きいと硬化後の熱硬化性接着剤層の可とう性が悪くなる。
【００１２】
該ポリアミド樹脂の重量平均分子量は５００〜５００００が好ましく、より好ましくは１０００〜２００００である。重量平均分子量はゲルパーミュエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）法により測定される。また、該ポリアミド樹脂のアミン価は０．５〜６０が好ましく、より好ましくは５〜６０である。アミン価が０．５未満では電気絶縁性が不良になりやすく、６０を超えて大きいと未反応のアミノ基が残り回路が汚染されやすく、ボンディング不良を引き起こすなどの問題が発生しやすい。また、アミン価の異なる２種類のポリアミド樹脂を用いると、硬化した熱硬化性接着剤層の可とう性を容易に制御できるので好ましい。ここでポリアミド樹脂のアミン価は、ポリアミド樹脂１ｇをトルエン／ｎ−ブタノール混合溶液に溶解し、指示薬としてブロムクレゾールグリーンの０．１％メタノール溶液を用い、滴定液として０．１Ｎ塩酸を用いて行われ、当量の水酸化カリウムのｍｇで表示する。
また、ポリアミド樹脂のアミド基間の分子量(酸とジアミンの分子量を合計して２で除したもの)は、２５０〜４００のものが、接着剤の常温の凝集力が下がり、平坦性が確保され、その結果半導体用接着テープの常温での熱硬化性接着剤層によるカールがなく作業性が向上するため好ましい。
【００１３】
次に本発明でいう熱硬化性接着剤層を構成する硬化性樹脂について述べる。
該硬化性樹脂は、熱硬化性、光硬化性など硬化性を有する樹脂であれば使用できるが、熱硬化性樹脂、特にフェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂が優れた電気絶縁性及び高耐熱性が得られるので好ましい。該フェノール樹脂としてはアルキルフェノール樹脂、ｐ−フェニルフェノール樹脂、ビスフェノールＡ型フェノール樹脂等のノボラックフェノール樹脂、及びレゾールフェノール樹脂、ポリフェニルパラフェノール樹脂等が挙げられる。特にレゾールフェノール樹脂は高耐熱性が得られ、下記に述べるエポキシ樹脂を硬化させる機能を有するので好ましい。フェノール樹脂は熱硬化性接着剤層の耐熱性を得るために重要な成分であり、重量平均分子量が２０００〜５００００、好ましくは２０００〜１５０００、更に好ましくは２０００〜８０００のものが耐熱性が得られるため好ましい。また、フェノール樹脂の軟化点は、１５１℃以上のものが更に耐熱性が向上するため好ましい。
【００１４】
また、エポキシ樹脂としては、エポキシ基を２個以上有する樹脂であれば使用できる。具体的にはビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラグリシジルフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ジグリシジルフェノールプロパン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂等の２官能又は多官能エポキシ樹脂があげられ、特に耐熱性に優れる多官能エポキシ樹脂が好ましく使用される。
また、イミド樹脂としてはビスマレイミド系樹脂等が好ましく使用される。
【００１５】
また、本発明を構成する熱硬化性接着剤層には、上記フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂以外の硬化性樹脂成分を併用することもできる。さらにまた、硬化促進剤として、ポリアミン、酸無水物、イミダゾール化合物を含有してもよい。また、本発明を構成する熱硬化性接着剤層は、前記ポリアミド樹脂が硬化性樹脂を含めた樹脂成分中に２０〜８０重量％であることが好ましく、３０〜７０重量％であればより好ましい。
【００１６】
また、本発明を構成する熱硬化性接着剤層には、前記ポリアミド樹脂と硬化性樹脂に加えて、熱可塑性樹脂を含有してもよい。熱可塑性樹脂を含有させることで硬化後の熱硬化性接着剤層に可とう性を付与することができる。該熱可塑性樹脂には、前記ポリアミド樹脂の組成とは異なるポリアミド樹脂（例えば、炭素数３以下の脂肪族ジアミンを縮合成分としたポリアミド樹脂）、カルボキシル基含有アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アミノ基含有アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、グリシジル基含有アクリロニトリル−ブタジエン共重合体等のアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、熱可塑性ポリエステル樹脂、アクリルゴム、スチレン−ブタジエン共重合体等があげられ、アミノ基、カルボキシル基、水酸基等の官能基を有する熱可塑性樹脂であれば可とう性の制御がより容易になるので好ましく用いられる。
【００１７】
また、本発明を構成する熱硬化性接着剤層には、平均粒径１μｍ以下のフィラーを含有させてもよい。フィラーはシリカ、酸化チタン、アルミナ、窒化ケイ素、タルク、石英粉、酸化マグネシウム等の無機フィラー、ポリシロキサン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等の樹脂粉末からなる有機フィラーのいずれでも使用でき、これらの絶縁性のフィラーが好ましく使用される。該フィラーの添加量は樹脂固型分１００重量部に対して、３０重量部までの範囲で添加することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置用接着テープを作製するには、上記した接着剤層用材料を有機溶剤を用いて溶解、混合して液状の樹脂組成物とし、該組成物を塗料として絶縁性フィルムの少なくとも一面に塗布、積層、乾燥して熱硬化性接着剤層を形成する。熱硬化性接着剤層の好ましい乾燥後の厚さは３〜１００μｍ、より好ましくは８〜４０μmである。熱硬化性接着剤層は乾燥して、半硬化状態にしておくことが好ましい。この時、該組成物を絶縁性フィルムに直接塗工してもよいし、剥離性フィルム等の仮の支持体に塗工して得られた接着シートを絶縁性フィルムに貼り合わせて本発明の半導体装置用接着テープを作製してもよい。
液状の樹脂組成物の作製に好ましく用いられる有機溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、１，４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロパノール、メチルセロソルブ等があげられる。これらの有機溶剤は２種以上を併用することもできる。
【００１９】
また、熱硬化性接着剤層には保護フィルムを設けることが好ましく、本発明の半導体装置用接着テープ使用時には剥がして使用する。保護フィルムはポリエチレンテレフタレートやポリオレフィン等のフィルムが使用でき、シリコーン等で剥離処理を施して剥離性を付与したフィルムが好ましく使用される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明する。
［実施例１］
剥離処理を施した厚さ３８μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなる保護フィルムの一面に、下記組成の接着剤層形成用塗料を乾燥後の厚さが１２μｍになるよう塗布し、１３０℃で５分間乾燥して接着フィルムを作製した。
次いで該接着フィルムに厚さ７５μｍのポリイミドフィルムからなる絶縁性フィルムを重ね合わせ、１００℃、１ｋｇ／ｃｍ^２の条件で加熱圧着して、本発明の半導体装置用接着テープを作製した。

【００２１】
［実施例２］
接着剤層形成用塗料として下記組成のものを用いた以外は、実施例１と同様にして本発明の半導体装置用接着テープを作製した。

【００２２】
［実施例３］
接着剤層形成用塗料として下記組成のものを用いた以外は、実施例１と同様にして本発明の半導体装置用接着テープを作製した。

【００２３】
［比較例１］
接着剤層形成用塗料として、下記組成のものを用いた以外は、実施例１と同様にして比較用の半導体装置用接着テープを作製した。

【００２４】
［比較例２］
接着剤層形成用塗料として、下記組成のものを用いた以外は、実施例１と同様にして比較用の半導体装置用接着テープを作製した。

【００２５】
［熱硬化性接着剤層の損失弾性率及び貯蔵弾性率］
前記実施例１〜３及び比較例１及び２の半導体装置用接着テープの保護フィルムを剥離した後、絶縁性フィルム及び熱硬化性接着剤層からなる積層体に対して８０℃に加熱しながら熱硬化性接着剤層を剥離した。次に熱硬化性接着剤層単体に対して前記試験体を作製した際に熱硬化性接着剤層を電解銅箔と接着し加熱させた条件で硬化させた。上記熱硬化後の熱硬化性接着剤層を次のＤＭＡ(Dynamic Mechanical Analyzer)を用いて損失弾性率及び貯蔵弾性率を測定し、その２００℃における結果を表１に示した。ＤＭＡとしてバイブロン測定器（オリエンテック社製、ＲＨＥＯＶＩＢＲＯＮＤＤＶ−II−ＥＰ）を用いて、周波数１１０Ｈｚ、昇温速度３℃／ｍｉｎ、荷重５．０ｇにて測定を行った。試料は幅０．５ｃｍ、長さ３ｃｍ及び厚さ１２μｍのものを使用した。
【００２６】
［半導体装置用接着テープの評価］
（１）試験体の作製
前記実施例１〜３及び比較例１及び２の半導体装置用接着テープの保護フィルムを剥離し、熱硬化性接着剤層面に１オンスの電解銅箔（平均厚さ３８μｍ）を１３０℃、１ｋｇ／ｃｍ²の条件で貼り合わせた。その後、更に７０℃から１６０℃までを８時間かけて等速昇温させ、１７０℃で６時間加熱し、熱硬化性接着剤層を硬化させた。続いて、銅箔上にフォトレジスト膜を積層し、パターン露光、エッチングして、ダイパッド部周辺にＩＬＢ（インナーリードボンディング）用のボンディングパッド部を施した回路を形成し試験体を得た。
【００２７】
（２）特性の評価
▲１▼ワイヤーボンディング性
前記実施例１〜３及び比較例１及び２の試験体におけるダイパッド部上にＩＣチップを設置した後、ＩＣチップ上のアルミ電極部とテープ上のボンディングパッド部とをボールボンディング法にて金ワイヤーで接続した。
次に接続した金ワイヤーをワイヤープルテスターにて引張り、接合強度を測定しワイヤープル強度としてワイヤーボンディング性を評価し、その結果を表１に示した。なお、実用上支障のないワイヤープル強度は８ｇｆ以上である。
【００２８】
▲２▼耐リフロー性
前記実施例１〜３及び比較例１及び２の試験体からエッチングにて銅箔を全面除去した。次に銅箔を取り去った絶縁性フィルム及び熱硬化性接着剤層からなる積層体の熱硬化性接着剤層面にモールド樹脂を２ｃｍ角状に塗布し、１７０℃で５時間にて硬化した後、８５℃で８５％ＲＨの環境下に１６８時間放置した。次にこのモールド樹脂付着積層体をＩＲリフロー装置を用いて、温度プロファイル（Ｍａｘ温度２６５℃）において、０．３ｍ／ｍｉｎの速度にて通過させた。
通過後の積層体のポリイミドフィルム面を観察し、熱硬化性接着剤層の膨れ、剥がれの有無を観察し、その結果を表１に示した。表１において、○は膨れ及び剥がれがなく、×が膨れ及び剥がれが発生した、ことを示している。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１から明らかなように、本発明の半導体装置用接着テープでは、ワイヤープル強度が９ｇｆと強く実用上問題ないレベルであり、ワイヤーボンディング性に優れていることが確認され、２６５℃のリフローにおいても膨れ及び剥がれがなくて層間剥離もなく耐熱性が優れていることが確認された。一方、損失弾性率が５ＭＰａ未満の比較例の半導体装置用接着テープでは、ワイヤープル強度が実施例に比べて弱く、膨れ及び剥がれが発生して耐熱性に劣ることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の半導体装置用接着テープは、ワイヤーボンディング性および耐リフロー性に優れ層間剥離などの問題がない。したがって、本発明の半導体装置用接着テープをＢＧＡ、ＣＳＰ等高密度化が進む半導体パッケージに使用した場合、作業性に優れ、半導体パッケージの信頼性が向上する。

Claims

絶縁性フィルムの少なくとも一面に、熱硬化性接着剤層が積層されてなる半導体装置用接着テープであって、熱硬化後における前記熱硬化性接着剤層の２００℃における損失弾性率が５ＭＰａ以上であり、前記熱硬化性接着剤層がポリアミド樹脂を含有し、該ポリアミド樹脂がリノール酸を含む炭素数３６の不飽和脂肪酸二量体を用いて得られたものであることを特徴とする半導体装置用接着テープ。
前記熱硬化後における熱硬化性接着剤層の２００℃における貯蔵弾性率が２０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置用接着テープ。