JP3951548B2 - 半導体装置用接着剤シート及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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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）方式に用いられる半導体装置用接着剤シート（以下、ＴＡＢ用テープと称する）、およびそれを用いた半導体集積回路接続用基板なら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。有機絶縁性フィルム１上に接着剤２、導体パターン５があり、フィルムを送るためのスプロケット孔３、デバイスを設置するデバイス孔４がある。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、保護膜１１を有する半導体集積回路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ず、パターンテープの導体と半導体集積回路の金バンプとの間をワイヤーボンディングで接続する方式も採用されている。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。最後に、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】
ＴＣＰ型半導体装置、及びＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体装置用に用いられるＴＡＢ用接着剤付きテープは、前記した各工程でリールに巻いた状態から連続的に加工され製品もリールに巻き取られて次の工程に移る。これらの工程中で加熱処理、吸湿等の影響でＴＡＢテープがそり連続生産できない不具合が生じる。またテープを切断し、１枚ずつ加工する際でも工程内の搬送ライン中のガイドレールに収まらない、搬送工程に引っかかる等の不具合が生じる。
【０００５】
一方、近年の電子機器の小型・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ていた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）、が携帯機器を中心として用いられてきた。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張り合わせたものが一般的に用いられる。
【０００６】
上記のいずれのパッケージ形態では、最終的に半導体装置用接着剤付きテープの接着剤層がパッケージ内に残留するため、絶縁性、耐熱性、接着性等の諸特性を満たすことが要求される。電子機器の小型化、高密度化が進行するに伴い、半導体接続用基板のパターンピッチ（導体幅および導体間幅）が非常に狭くなってきており、狭い導体幅における銅箔接着力（以下、接着力と称する）を有する接着剤の必要性が高まっている。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）。また、アルキレングリコール鎖を分子内に有したエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂など用いられてきた（特開平１０−１０７０９０号公報、特開平９−３２１０９４号公報）。
【０００７】
また、半導体チップとインターポーザーの接続には技術的な容易さ、コスト面とすでに、ＱＦＰ、ＳＯＰ等の半導体装置の組立に多く用いられていることから、接続方法としてワイヤーボンド方式がＢＧＡ型半導体でも主流となってきている。
【０００８】
従来のＱＦＰ、ＳＯＰ型半導体装置では金属リードフレームに金線を接続していて、接続するためにリードフレームを２００℃以上の温度で加熱し、金線の線の先端を溶融させ、さらに超音波を印加しながらリードフレームと接合する。ＢＧＡ型半導体装置でも金属リードフレームの代わりにインターポーザー（有機基板）を加熱する必要がある。しかし、２００℃以上に加熱するとそりが大きくなり次の工程に搬送できない、弾性率が低下する、熱分解する等の問題がある。そこで１５０℃程度の低温加熱を行い、印加する超音波の周波数を上げるなどの工夫がなされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記工夫においても、なおそりが問題として指摘されると同時に、弾性率の低下によって超音波エネルギーが吸収されて金線とインターポーザーの接合強度も不足する。上述の特性のうち接着性とワイヤーボンディング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、接着性とワイヤーボンディング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い。接着性については、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。
【００１０】
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下では接着剤の弾性率が低下し、金線に印加した超音波を吸収するために接合強度が低下する。
【００１１】
ワイヤーボンド性を向上させるためには、高温時の弾性率を上げればよく、熱硬化性樹脂の架橋密度を上げればよいことになる。しかし、架橋密度を上げると、硬化反応に伴う硬化収縮が生じ、接着性が低下するうえにＴＡＢテープがそってしまう。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決し、接着性、そり、及びワイヤーボンド性に優れた新規なＴＡＢ用テープおよびそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は少なくとも１層以上の保護フィルム層と接着剤層からなる積層体を有する半導体装置用接着剤シートであって、前記接着剤層が熱可塑性樹脂（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）を含有し、エポキシ樹脂（Ｂ）が少なくとも下記一般式（１）で表される化合物を含有することを特徴とする半導体装置用接着剤シートおよびそれを用いた半導体装置である。
【００１４】
【化２】
【００１５】
（ただし、Ｒ １ 〜Ｒ １９ は水素原子、炭素数１から４の低級アルキル基またはハロゲン原子を示し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。）
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細の説明する。
【００１７】
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、特定の構造を有するエポキシ樹脂を用い、熱可塑性樹脂と硬化剤とを巧みに組み合わせることにより、接着性、そり及びワイヤーボンド性に優れた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。
【００１８】
本発明で使用される熱可塑性樹脂は８０℃から２００℃の温度範囲で可塑性を示すものであれば特に限定されず、このような樹脂にはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン共重合樹脂等のポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート樹脂、ポリオキシベンゾイル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテルなどがある。
【００１９】
なかでも高温時の劣化性、電気特性がよいことからポリアミド樹脂が好ましく用いられる。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、かつ低吸水の炭素数が３６であるジカルボン酸（いわゆるダイマー酸）を必須成分として含むものが好適である。ダイマー酸を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。
【００２０】
熱可塑性樹脂（Ａ）の接着剤層に含まれる割合は１〜９０重量％の範囲が好ましい。１重量％より小さいと柔軟性に問題を生じ、接着剤層が割れるおそれがある。また９０重量％より大きいと絶縁性が悪化するために信頼性が低下する。さらに好ましくは２０〜７０重量％の範囲が好ましい。
【００２１】
本発明において、接着性、低そり性を向上させるために、下記式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂を含むことが必要である。
【００２２】
【化３】
【００２３】
（ただし、Ｒ １ 〜Ｒ １９ は水素原子、炭素数１から４の低級アルキル基またはハロゲン原子を示し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。）
また本発明では一般式（１）で表されるエポキシ樹脂の他に、さらに他のエポキシ樹脂を添加することもできる。この場合のエポキシ樹脂は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。このようなエポキシ樹脂にはビスフェノール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、等が挙げられる。
【００２４】
一般式（１）で表されるエポキシ樹脂はエポキシ樹脂（Ｂ）中に１重量％以上含むことが必要である。また、エポキシ樹脂の添加量は接着剤層に占める割合が０．１から８０重量％がよく、好ましくは０．５から７０重量％がよい。０．１重量％より小さいと接着性が低下し、８０重量％より大きいと接着剤層の可撓性が損なわれ接着剤層が割れてしまう。
【００２５】
硬化剤（Ｃ）はエポキシ樹脂と反応する物であれば特に限定されずジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等のポリアミン類、ダイマー酸ポリアミド等のポリアミド、無水フタル酸、テトラヒドロメチル無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水メチルナジック酸等の酸無水物、３−アミノフェノール、レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、ピロガロール、３−ヒドロキシ安息香酸、３−シアノフェノール、２，３−ジアミノフェノール、２−アミノ−３−ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシフェニルアセトアミド、３−ヒドロキシイソフタル酸、３−ヒドロキシフェニル酢酸および３−フェノールスルホン酸、レゾール、フェノールノボラック、フェノールアラルキル、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、等のフェノール樹脂、ポリメルカプタン、２−エチル−４−メチルイミダゾール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、等の第３級アミン類、３フッ化ホウ素・エチルアミン錯体等のルイス酸錯体があげられる。
【００２６】
なかでも硬化剤（Ｃ）にはフェノール樹脂が好ましく用いられる。フェノール樹脂はポリアミドと相溶性が良好であり、かつ熱硬化により、ポリアミド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。
【００２７】
硬化剤（Ｃ）の添加量は接着剤層に占める割合が０．１から８０重量％がよく、好ましくは２０から７０重量％がよい。０．１重量％を下回ると耐熱性が低下し、８０重量％を越えると接着剤層の可撓性が損なわれ、接着剤層が割れる。
【００２８】
さらに、本発明の接着剤層に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。
【００２９】
硬化促進剤の添加量は接着剤層に占める割合が１０重量％以下の範囲がよい。
【００３０】
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。
【００３１】
本発明の接着剤層の１５０℃における弾性率は５０ＭＰａ以上であることが必須である。本発明のＴＡＢ用テープを基板に用いて、半導体チップと基板の接続をワイヤーで行うとき、弾性率が５０ＭＰａより小さい場合には接続不良が生じる。これは、ワイヤーと基板を接続するときにワイヤーに超音波を印加して金属接合を行うが、弾性率が低いと超音波を吸収するためである。
【００３２】
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。
【００３３】
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が挙げられる。
【００３４】
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。
【００３５】
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、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。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。
【００３６】
このようにして得られた半導体装置用接着剤付きテープを用いて、半導体接続用基板が製造できる。さらに半導体接続用基板を用いて半導体装置が製造できる。なお、上記に挙げた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。
【００３７】
【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。
【００３８】
評価方法
（１）接着強度（ピール強度）
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。
【００３９】
得られた銅箔付きＴＡＢ用テープの銅箔面に２ｍｍ幅の保護テープを貼り、エッチング、保護テープの剥離を行ない、その後ホウフッ酸系の無電解スズメッキ液に７０℃、５分間漬浸処理し、０．５μｍ厚のメッキを施し、接着強度の評価用サンプルを作成した。接着強度はこれを用いて導体を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。
【００４０】
接着強度は７Ｎ／ｃｍより小さいと配線パターンの脱落などが生じるため、７Ｎ／ｃｍ以上を良好とした。
（２）そりの測定
ＴＡＢ用接着剤付きテープを４８ｍｍ角に切断し、エアーオーブン中で上記条件を用いて加熱処理を行った。処理後サンプルの１角を平板の上に固定し、その対角と平板との距離をノギスで測定した。
【００４１】
そりは４ｍｍより大きいと搬送ライン上で引っかかることがわかっているため、４ｍｍ以下を良好とした。
（３）ワイヤーボンディング性（シェアー強度）
（１）でエッチングしたサンプルを厚さ１μｍでニッケルメッキし、続いて厚さ１μｍで電解金メッキを行った。作成したサンプルに５０μｍφの金線ワイヤーを超音波周波数６０ｋＨｚで印加し、１５０℃に加熱してボンディングした。その後プッシュプルゲージを用いて金線とサンプルのシェア強度を測定した。
【００４２】
シェアー強度は高い方がよいが８０ｍＮ／μｍ2以下になると、温度サイクル試験で断線不良が多発することがわかっているため、８０ｍＮ／μｍ2より大きいと良好とした。
（４）弾性率の測定
接着剤層のみのフィルムを作成して上記（１）の加熱条件で加熱硬化したものをサンプルとした。サンプルを昇温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で動的粘弾性を測定し、１５０℃における貯蔵弾性率を測定した。
【００４３】
参考例１（ポリアミド樹脂の合成）
酸としてダイマー酸ＰＲＩＰＯＬ１００９（ユニケマ社製）およびアジピン酸を用い、酸／アミン比をほぼ等量の範囲で、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、重量平均分子量２００００、酸価１０のポリアミド樹脂を取り出した。
【００４４】
実施例１〜２
半導体用接着剤付きテープの作成
参考例で得たポリアミド樹脂と表１に示した原料を表２に示した配合量にそれぞれ調合した。調合した原料を濃度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。作成したテープを用いて前記した評価方法で評価した結果を表２に示す。
【００４５】
比較例１〜３
実施例１のエポキシ樹脂（I）を表１にあるエポキシ樹脂（II）（III）に変えた他は実施例１と同様に行った。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２より本発明のエポキシ樹脂を用いた実施例が使用していない比較例に比較し接着強度、そりに優れるばかりでなくワイヤーボンディング性に優れることがわかった。
【００４９】
【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、とりわけワイヤーボンディング性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体装置用接着剤シートを用いたパターンテープの一態様
【図２】 本発明の半導体装置の一態様
【符号の説明】
１ 有機絶絶縁性フィルム
２ 接着剤
３ スプロケット孔
４ デバイス孔
５ 導体パターン
６ インナーリード部
７ アウターリード部
８ 半導体集積回路
９ 封止樹脂
１０ 金バンプ
１１ 保護膜
【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）方式に用いられる半導体装置用接着剤シート（以下、ＴＡＢ用テープと称する）、およびそれを用いた半導体集積回路接続用基板なら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。有機絶縁性フィルム１上に接着剤２、導体パターン５があり、フィルムを送るためのスプロケット孔３、デバイスを設置するデバイス孔４がある。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、保護膜１１を有する半導体集積回路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ず、パターンテープの導体と半導体集積回路の金バンプとの間をワイヤーボンディングで接続する方式も採用されている。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。最後に、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】
ＴＣＰ型半導体装置、及びＢＧＡ、ＣＳＰなどの半導体装置用に用いられるＴＡＢ用接着剤付きテープは、前記した各工程でリールに巻いた状態から連続的に加工され製品もリールに巻き取られて次の工程に移る。これらの工程中で加熱処理、吸湿等の影響でＴＡＢテープがそり連続生産できない不具合が生じる。またテープを切断し、１枚ずつ加工する際でも工程内の搬送ライン中のガイドレールに収まらない、搬送工程に引っかかる等の不具合が生じる。
【０００５】
一方、近年の電子機器の小型・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ていた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）、が携帯機器を中心として用いられてきた。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張り合わせたものが一般的に用いられる。
【０００６】
上記のいずれのパッケージ形態では、最終的に半導体装置用接着剤付きテープの接着剤層がパッケージ内に残留するため、絶縁性、耐熱性、接着性等の諸特性を満たすことが要求される。電子機器の小型化、高密度化が進行するに伴い、半導体接続用基板のパターンピッチ（導体幅および導体間幅）が非常に狭くなってきており、狭い導体幅における銅箔接着力（以下、接着力と称する）を有する接着剤の必要性が高まっている。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）。また、アルキレングリコール鎖を分子内に有したエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂など用いられてきた（特開平１０−１０７０９０号公報、特開平９−３２１０９４号公報）。
【０００７】
また、半導体チップとインターポーザーの接続には技術的な容易さ、コスト面とすでに、ＱＦＰ、ＳＯＰ等の半導体装置の組立に多く用いられていることから、接続方法としてワイヤーボンド方式がＢＧＡ型半導体でも主流となってきている。
【０００８】
従来のＱＦＰ、ＳＯＰ型半導体装置では金属リードフレームに金線を接続していて、接続するためにリードフレームを２００℃以上の温度で加熱し、金線の線の先端を溶融させ、さらに超音波を印加しながらリードフレームと接合する。ＢＧＡ型半導体装置でも金属リードフレームの代わりにインターポーザー（有機基板）を加熱する必要がある。しかし、２００℃以上に加熱するとそりが大きくなり次の工程に搬送できない、弾性率が低下する、熱分解する等の問題がある。そこで１５０℃程度の低温加熱を行い、印加する超音波の周波数を上げるなどの工夫がなされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記工夫においても、なおそりが問題として指摘されると同時に、弾性率の低下によって超音波エネルギーが吸収されて金線とインターポーザーの接合強度も不足する。上述の特性のうち接着性とワイヤーボンディング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、接着性とワイヤーボンディング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い。接着性については、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。
【００１０】
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下では接着剤の弾性率が低下し、金線に印加した超音波を吸収するために接合強度が低下する。
【００１１】
ワイヤーボンド性を向上させるためには、高温時の弾性率を上げればよく、熱硬化性樹脂の架橋密度を上げればよいことになる。しかし、架橋密度を上げると、硬化反応に伴う硬化収縮が生じ、接着性が低下するうえにＴＡＢテープがそってしまう。
【００１２】
本発明はこのような問題点を解決し、接着性、そり、及びワイヤーボンド性に優れた新規なＴＡＢ用テープおよびそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は少なくとも１層以上の保護フィルム層と接着剤層からなる積層体を有する半導体装置用接着剤シートであって、前記接着剤層が熱可塑性樹脂（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）を含有し、エポキシ樹脂（Ｂ）が少なくとも下記一般式（１）で表される化合物を含有することを特徴とする半導体装置用接着剤シートおよびそれを用いた半導体装置である。
【００１４】
【化２】
（ただし、Ｒ １ 〜Ｒ １９ は水素原子、炭素数１から４の低級アルキル基またはハロゲン原子を示し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。）
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細の説明する。
【００１７】
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、特定の構造を有するエポキシ樹脂を用い、熱可塑性樹脂と硬化剤とを巧みに組み合わせることにより、接着性、そり及びワイヤーボンド性に優れた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。
【００１８】
本発明で使用される熱可塑性樹脂は８０℃から２００℃の温度範囲で可塑性を示すものであれば特に限定されず、このような樹脂にはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン共重合樹脂等のポリオレフィン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート樹脂、ポリオキシベンゾイル、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテルなどがある。
【００１９】
なかでも高温時の劣化性、電気特性がよいことからポリアミド樹脂が好ましく用いられる。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、かつ低吸水の炭素数が３６であるジカルボン酸（いわゆるダイマー酸）を必須成分として含むものが好適である。ダイマー酸を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。
【００２０】
熱可塑性樹脂（Ａ）の接着剤層に含まれる割合は１〜９０重量％の範囲が好ましい。１重量％より小さいと柔軟性に問題を生じ、接着剤層が割れるおそれがある。また９０重量％より大きいと絶縁性が悪化するために信頼性が低下する。さらに好ましくは２０〜７０重量％の範囲が好ましい。
【００２１】
本発明において、接着性、低そり性を向上させるために、下記式（１）で表される構造を有するエポキシ樹脂を含むことが必要である。
【００２２】
【化３】
（ただし、Ｒ １ 〜Ｒ １９ は水素原子、炭素数１から４の低級アルキル基またはハロゲン原子を示し、それぞれ同じでも異なっていてもよい。）
また本発明では一般式（１）で表されるエポキシ樹脂の他に、さらに他のエポキシ樹脂を添加することもできる。この場合のエポキシ樹脂は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。このようなエポキシ樹脂にはビスフェノール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、等が挙げられる。
【００２４】
一般式（１）で表されるエポキシ樹脂はエポキシ樹脂（Ｂ）中に１重量％以上含むことが必要である。また、エポキシ樹脂の添加量は接着剤層に占める割合が０．１から８０重量％がよく、好ましくは０．５から７０重量％がよい。０．１重量％より小さいと接着性が低下し、８０重量％より大きいと接着剤層の可撓性が損なわれ接着剤層が割れてしまう。
【００２５】
硬化剤（Ｃ）はエポキシ樹脂と反応する物であれば特に限定されずジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等のポリアミン類、ダイマー酸ポリアミド等のポリアミド、無水フタル酸、テトラヒドロメチル無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水メチルナジック酸等の酸無水物、３−アミノフェノール、レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、ピロガロール、３−ヒドロキシ安息香酸、３−シアノフェノール、２，３−ジアミノフェノール、２−アミノ−３−ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシフェニルアセトアミド、３−ヒドロキシイソフタル酸、３−ヒドロキシフェニル酢酸および３−フェノールスルホン酸、レゾール、フェノールノボラック、フェノールアラルキル、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、等のフェノール樹脂、ポリメルカプタン、２−エチル−４−メチルイミダゾール、トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、等の第３級アミン類、３フッ化ホウ素・エチルアミン錯体等のルイス酸錯体があげられる。
【００２６】
なかでも硬化剤（Ｃ）にはフェノール樹脂が好ましく用いられる。フェノール樹脂はポリアミドと相溶性が良好であり、かつ熱硬化により、ポリアミド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。
【００２７】
硬化剤（Ｃ）の添加量は接着剤層に占める割合が０．１から８０重量％がよく、好ましくは２０から７０重量％がよい。０．１重量％を下回ると耐熱性が低下し、８０重量％を越えると接着剤層の可撓性が損なわれ、接着剤層が割れる。
【００２８】
さらに、本発明の接着剤層に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。
【００２９】
硬化促進剤の添加量は接着剤層に占める割合が１０重量％以下の範囲がよい。
【００３０】
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。
【００３１】
本発明の接着剤層の１５０℃における弾性率は５０ＭＰａ以上であることが必須である。本発明のＴＡＢ用テープを基板に用いて、半導体チップと基板の接続をワイヤーで行うとき、弾性率が５０ＭＰａより小さい場合には接続不良が生じる。これは、ワイヤーと基板を接続するときにワイヤーに超音波を印加して金属接合を行うが、弾性率が低いと超音波を吸収するためである。
【００３２】
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。
【００３３】
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が挙げられる。
【００３４】
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。
【００３５】
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、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。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。
【００３６】
このようにして得られた半導体装置用接着剤付きテープを用いて、半導体接続用基板が製造できる。さらに半導体接続用基板を用いて半導体装置が製造できる。なお、上記に挙げた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。
【００３７】
【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。
【００３８】
評価方法
（１）接着強度（ピール強度）
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。
【００３９】
得られた銅箔付きＴＡＢ用テープの銅箔面に２ｍｍ幅の保護テープを貼り、エッチング、保護テープの剥離を行ない、その後ホウフッ酸系の無電解スズメッキ液に７０℃、５分間漬浸処理し、０．５μｍ厚のメッキを施し、接着強度の評価用サンプルを作成した。接着強度はこれを用いて導体を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。
【００４０】
接着強度は７Ｎ／ｃｍより小さいと配線パターンの脱落などが生じるため、７Ｎ／ｃｍ以上を良好とした。
（２）そりの測定
ＴＡＢ用接着剤付きテープを４８ｍｍ角に切断し、エアーオーブン中で上記条件を用いて加熱処理を行った。処理後サンプルの１角を平板の上に固定し、その対角と平板との距離をノギスで測定した。
【００４１】
そりは４ｍｍより大きいと搬送ライン上で引っかかることがわかっているため、４ｍｍ以下を良好とした。
（３）ワイヤーボンディング性（シェアー強度）
（１）でエッチングしたサンプルを厚さ１μｍでニッケルメッキし、続いて厚さ１μｍで電解金メッキを行った。作成したサンプルに５０μｍφの金線ワイヤーを超音波周波数６０ｋＨｚで印加し、１５０℃に加熱してボンディングした。その後プッシュプルゲージを用いて金線とサンプルのシェア強度を測定した。
【００４２】
シェアー強度は高い方がよいが８０ｍＮ／μｍ2以下になると、温度サイクル試験で断線不良が多発することがわかっているため、８０ｍＮ／μｍ2より大きいと良好とした。
（４）弾性率の測定
接着剤層のみのフィルムを作成して上記（１）の加熱条件で加熱硬化したものをサンプルとした。サンプルを昇温速度１０℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で動的粘弾性を測定し、１５０℃における貯蔵弾性率を測定した。
【００４３】
参考例１（ポリアミド樹脂の合成）
酸としてダイマー酸ＰＲＩＰＯＬ１００９（ユニケマ社製）およびアジピン酸を用い、酸／アミン比をほぼ等量の範囲で、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、重量平均分子量２００００、酸価１０のポリアミド樹脂を取り出した。
【００４４】
実施例１〜２
半導体用接着剤付きテープの作成
参考例で得たポリアミド樹脂と表１に示した原料を表２に示した配合量にそれぞれ調合した。調合した原料を濃度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。作成したテープを用いて前記した評価方法で評価した結果を表２に示す。
【００４５】
比較例１〜３
実施例１のエポキシ樹脂（I）を表１にあるエポキシ樹脂（II）（III）に変えた他は実施例１と同様に行った。
【００４６】
【表１】
【表２】
表２より本発明のエポキシ樹脂を用いた実施例が使用していない比較例に比較し接着強度、そりに優れるばかりでなくワイヤーボンディング性に優れることがわかった。
【００４９】
【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、とりわけワイヤーボンディング性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体装置用接着剤シートを用いたパターンテープの一態様
【図２】 本発明の半導体装置の一態様
【符号の説明】
１ 有機絶絶縁性フィルム
２ 接着剤
３ スプロケット孔
４ デバイス孔
５ 導体パターン
６ インナーリード部
７ アウターリード部
８ 半導体集積回路
９ 封止樹脂
１０ 金バンプ
１１ 保護膜
Claims (5)
- 少なくとも１層以上の保護フィルム層と接着剤層からなる積層体を有する半導体装置用接着剤シートであって、前記接着剤層が熱可塑性樹脂（Ａ）、エポキシ樹脂（Ｂ）、硬化剤（Ｃ）を含有し、エポキシ樹脂（Ｂ）が少なくとも下記一般式（１）で表される化合物を含有することを特徴とする半導体装置用接着剤シート。
- 熱可塑性樹脂（Ａ）が炭素数３６のジカルボン酸を必須成分として含むポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用接着剤シート。
- 硬化剤（Ｃ）が少なくとも１種類以上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記載の半導体装置用接着剤シート。
- 接着剤層の１５０℃における弾性率が５０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用接着剤シート。
- 請求項１〜４のいずれか記載の半導体装置用接着剤シートを用いた半導体装置。
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