JP5067927B2 - 半導体装置製造用接着フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置製造用接着フィルムに関する。
近年、ＬＳＩ（Large Scale IC）の実装技術において、ＣＳＰ（Chip Size/Scale Package）技術が注目されている。この技術のうち、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded package）に代表されるリード端子がパッケージ内部に取り込まれた形態のパッケージは、小型化と高集積の面で特に注目されるパッケージ形態のひとつである。このようなＱＦＮの製造方法のなかでも、近年では複数のＱＦＮ用チップをリードフレームのパッケージパターン領域のダイパッド上に整然と配列し、金型のキャビティ内で、封止樹脂にて一括封止したのち、切断によって個別のＱＦＮ構造物に切り分けることにより、リードフレーム面積あたりの生産性を飛躍的に向上させる製造方法が特に注目されている。
このような、複数の半導体チップを一括封止するＱＦＮの製造方法においては、樹脂封止時のモールド金型によってクランプされる領域はパッケージパターン領域より更に外側に広がった樹脂封止領域の外側だけである。従って、パッケージパターン領域、特にその中央部においては、アウターリード面をモールド金型に十分な圧力で押さえることができず、アウターリード側への封止樹脂の漏れだしを防止することが非常に困難であり、ＱＦＮの端子等が樹脂で被覆されるという問題が生じ易い。
そこで、ＱＦＮの製造方法において、リードフレームのアウターパット面に粘着テープを貼り付け、この粘着テープのマスキングによるシール効果により、封止樹脂のアウター側への漏れだしを防止する方法が提案されている（特許文献１参照）。かかる方法において、粘着テープは、最初の段階でリードフレームのアウターパット面に貼り合わせられ、その後、半導体チップの搭載工程やワイヤーボンディングの工程を経て、封止樹脂による封止工程まで貼り合わせられる。
また、近年では、更なる薄型化を目的に基材上に銅箔を貼り合わせエッチングにより導体を形成する、いわゆるリードレスの半導体装置の製造方法や（特許文献２参照）、接着シート上に導体を形成する方法(特許文献３参照)があげられる。かかる方法では、基材上で導体を形成するため、導体の薄型化が可能であり、また、封止樹脂にて成型した半導体装置を個片化する場合、リードフレームを切断する必要が無いため、ダイシング時のブレードの磨耗等も少ない。
特開２０００−２９４５８０号公報 特開平９−２５２０１４号公報 特開２００５−１８３７３４号公報
しかしながら、特許文献３のような形式においては部分的に形成された導電部は接着剤上に固着しているだけでＱＦＮのようにアウターパッドと結束されていない。そのため、ワイヤーボンディング工程時の超音波振動を伴う衝撃に導電部が共振しワイヤーボンディング性能が低下することが問題となる。
本発明の目的は、半導体装置の製造方法において、最終的に除去される接着フィルムであって、導体の一部が封止樹脂から突出したいわゆるスタンドオフを有する半導体装置の製造に好適に用いられ、かつ良好なワイヤボンディング性能を有する半導体装置製造用接着フィルムを提供することにある。
本発明者らは、前記従来の問題点を解決すべく鋭意検討した。その結果、熱硬化性接着剤層に層状粘土鉱物を含有させることにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、
（ａ）導体の少なくとも一部を接着フィルムに埋没させる工程、
（ｂ）導体上に半導体チップを搭載する工程、
（ｃ）半導体チップと導体とを結線する工程、
（ｄ）封止樹脂により半導体チップを封止する工程、及び
（ｅ）接着フィルムを除去する工程、
を有する半導体装置の製造方法に使用される、熱硬化性接着剤層を有する接着フィルムであって、該熱硬化性接着剤層がゴム成分、エポキシ樹脂成分、及び、層状粘土鉱物を含有し、該層状粘土鉱物の含有量が前記ゴム成分１００重量部に対して５〜２０重量部であることを特徴とする半導体装置製造用接着フィルムに関する。
層状粘土鉱物はりんぺん状の形態を有しているため、層状粘土鉱物が熱硬化性接着剤層中に含有されることにより特に接着剤の平面方向に対する運動が従来の球形の充填材を含有させる系より制御され、ワイヤーボンディング時の振動に対して共振を防ぐ効果を有する。よって、このような熱硬化性接着剤層を用いた接着フィルムを用いて半導体装置を製造するとワイヤーボンディング特性に関して高い信頼性を得ることができ、歩留まりを向上することが可能となる。
本発明の接着フィルムを用いて、リードレスでかつスタンドオフを有する、実装信頼性の高い半導体装置を安定に製造することができる。
本発明の半導体装置製造用接着フィルムは、耐熱性基材層と熱硬化性接着剤層から構成され、熱硬化性接着剤層は層状粘土鉱物を含有することを特徴とする。
層状粘土鉱物とは主に二次元構造を有する粘土層が積み重なることによって結晶構造をなしている粘土鉱物をさす。また、層状粘土鉱物は溶媒中に加えることにより膨潤し、各層間の距離が広がるという特性を有するだけでなく、その構造を有したまま層間にイオンや分子を取り込むことが出来るという特性を有する。本発明に用いる層状粘土鉱物は接着剤中に分散するものであれば特に限定はされないが、例えば、スメクタイト、サポナイト、ソーコナイト、スチブンサイト、ヘクトライト、マーガライト、タルク、金雲母、クリソタイル、緑泥石、バーミキュライト、カオリナイト、白雲母、ザンソフィライト、ディッカイト、ナクライト、パイロフィライト、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、テトラシリリックマイカ、ナトリウムテニオライト、アンチゴライト、ハロイサイトなどを挙げることができる。層状粘土鉱物は、天然物または合成物のいずれであってもよく、これらの１種または２種以上を用い得る。とくに平均粒径D50は、好ましくは０．０１〜１００μｍ、より好ましくは０．０５〜１０μｍ、アスペクト比（厚さ１ｎｍ）は、好ましくは２０００〜１００００であるものを好適に用いることができる。
層状粘土鉱物の含有量は熱硬化性接着剤層中、好ましくは１〜１０重量％、より好ましくは２〜５重量％である。また、熱硬化性接着剤として、ゴム成分及びエポキシ樹脂成分を含む熱硬化性接着剤を用いるのが好ましいが、その場合、層状粘土鉱物の含有量は熱硬化性接着剤中のゴム成分１００重量部に対して好ましくは５〜２０重量部、より好ましくは５〜１０重量部である。２０重量部を超えると接着剤としてのゴム成分の特性を発揮させる上で充分でない。また５重量部未満では添加量が少ないために層状粘土鉱物を添加することによる効果が充分でない。
熱硬化性接着剤層に含有される接着剤としては、シリコーン樹脂成分、アクリル樹脂成分等の各種感圧性接着剤、エポキシ樹脂成分／ゴム成分、ポリイミド樹脂成分等の各種接着剤が挙げられるが、なかでも耐熱性及び接着性の観点より、ゴム成分及びエポキシ樹脂成分を含有した熱硬化性接着剤が好ましい。
エポキシ樹脂としては、分子内に２個以上のエポキシ基を含有する化合物が好ましく、例えば、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を混合して用いることができる。これらのうち、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が好ましい。
エポキシ樹脂の含有量は、耐熱性及び柔軟性の観点から、熱硬化性接着剤中、４０〜９５重量％が好ましく、６０〜８０重量％がより好ましい。
エポキシ樹脂のエポキシ当量は、剥離後の糊残りを防止する観点から、１０００ｇ／ｅｑ以下が好ましく、６５０ｇ／ｅｑ以下がより好ましい。
ゴム成分としては、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）、アクリルゴム等のエポキシ樹脂接着剤に従来使用されるものが挙げられるが、これらの中では、封止樹脂を成型した後の接着フィルムの剥離の容易さの観点から、アクリロニトリルを５重量％以上共重合したゴムが好ましく、またカルボキシル基で変性したゴムがより好ましい。このようなゴムとしては、「Ｎｉｐｏｌ１０７２Ｊ」（日本ゼオン（株）製）等のアクリロニトリルブタジエンゴム、「パラクロンＭＥ２０００」（根上工業（株）製）等のアクリルゴム等が挙げられる。なお、アクリロニトリルの共重合割合は、５〜３０重量％が好ましく、より好ましくは５〜２０重量％である。
ゴム成分の含有量は、柔軟性及び耐熱性の観点から、熱硬化性接着剤中、５〜４０重量％が好ましく、５〜３０重量％がより好ましい。
さらに、接着剤には、硬化成分であるエポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤が添加されていることが好ましい。かかる硬化剤としては、フェノール樹脂、各種イミダゾール系化合物及びその誘導体、ヒドラジド化合物、ジシアンジアミド及びこれらをマイクロカプセル化したもの等が挙げられ、例えば、硬化剤としてフェノール樹脂が含有されている場合は、さらに硬化促進剤としてトリフェニルフォスフィン等のリン系化合物等が併用されてもよい。
硬化剤の含有量は、その種類によって異なるために一概には決定できないが、例えば、フェノール樹脂の場合、エポキシ樹脂と当量となるように含有することが好ましい。その他の硬化剤及び硬化促進剤の含有量は、それぞれ、エポキシ樹脂１００重量部に対して、０．０５〜１０重量部が好ましく、０．１〜５重量部がより好ましい。
さらに、熱硬化性接着剤層には、接着フィルムの諸特性を劣化させない範囲で顔料、老化防止剤、シランカップリング剤、粘着付与剤等の公知の各種の添加剤が適宜含有されていてもよい。これらの添加剤のなかでも、老化防止剤は高温での劣化を防止するうえで有効な添加剤である。
熱硬化性接着剤層の厚みは、製膜性の観点から、１〜５０μｍ程度が好ましく、５〜３０μｍ程度がより好ましい。
また、本発明の接着フィルムは、後述する工程（ｅ）においては、導体を封止樹脂から剥離することなく、接着フィルムのみを半導体装置から容易に剥離できるものが好ましい。かかる観点から、例えば、導体が銅箔である場合、熱硬化性接着剤層の硬化後２３℃での銅箔に対する接着力は、１〜２０Ｎ／２０ｍｍが好ましく、３〜１０Ｎ／２０ｍｍがより好ましい。
耐熱性基材層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート等のプラスチック基材及びその多孔質基材；グラシン紙、上質紙、和紙等の紙基材；セルロース、ポリアミド、ポリエステル、アラミド等の不織布基材；銅箔、アルミ箔、ＳＵＳ箔、ニッケル箔等の金属フィルム基材等を用いた層が挙げられる。
これらの中では、取扱いの容易さの観点から、金属フィルム基材層が好ましい。
耐熱性基材層の厚みは、ハンドリング性の観点から、１０〜２００μｍ程度が好ましく、２５〜１００μｍがより好ましい。
本発明の接着フィルムは、接着剤を有機溶剤に溶解させた溶液を耐熱性基材に塗布し、加熱乾燥する方法、接着剤を水系媒体に分散させた分散液を耐熱性基材に塗布し、加熱乾燥する方法等により製造することができる。接着剤を溶解させる有機溶剤としては、溶解性の観点から、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤が好ましい。
熱硬化性接着剤層が複数層からなる接着フィルムは、耐熱性基材層の上に順次接着剤層を形成する方法や、剥離ラミネート等を用いて予め別途作製した接着剤層を他の接着剤層や耐熱性基材層上に張り合わせる方法、又はこれらの方法を適宜組み合わせて製造することができる。
本発明の接着フィルムの形状は、シート状、テープ状等、特に限定されない。
本発明の接着フィルムは、
（ａ）導体の少なくとも一部を接着フィルムに埋没させる工程、
（ｂ）導体上に半導体チップを搭載する工程、
（ｃ）半導体チップと導体とを結線する工程、
（ｄ）封止樹脂により半導体チップを封止する工程、及び
（ｅ）接着フィルムを除去する工程、
を有する半導体装置の製造方法に使用されるものであり、その製造方法は少なくとも上記工程（ａ）〜（ｅ）を有する方法であれば特に限定されないが、以下にその一実施態様を図１に従って説明する。
工程（ａ）は、熱硬化性接着剤層１と耐熱性基材層２からなる本発明の接着フィルム３上に、導体４の少なくとも一部を接着フィルム３の熱硬化性接着剤層１中に埋没させる工程である。
工程（ａ）において用いられる導体としては、例えば、開口部を設け縦横マトリックス状に導電部が配置されたリードフレームを用いることができる。リードフレームとは、銅、銅を含む合金等の金属を素材として、ＣＳＰの端子パターンが刻まれたものであり、その電気接点部分は、銀、ニッケル、パラジウム、金等の素材により被覆（めっき）されている場合もある。リードフレームの厚みは、通常、５〜３００μｍ程度が好ましい。
リードフレームは、後の切断工程にて切り分けやすいよう、個々のＱＦＮの配置パターンが整然と並べられているものが好ましい。例えば、リードフレーム上に導電部が縦横のマトリックス状に配列された形状等の、マトリックスＱＦＮあるいはＭＡＰ−ＱＦＮ等と呼ばれている形状は、本発明において好ましいリードフレームの形状の一つである。
一般的なＱＦＮの場合、リードフレーム上の各々の基板デザインは、例えば、開口部の周囲に配列された端子部と、開口部の中央に配置されるダイパッドと、ダイパッドを開口部の４角に支持させるダイバーとで構成されている。
接着フィルムに埋没させる導体の厚みは、スタンドオフを有する半導体装置の実装信頼性を高める観点から、導体全体の厚みの５〜３０％程度が好ましい。
接着フィルムにその一部を埋没させて形成した導体は、熱硬化性接着材層を加熱硬化することにより、固定することができる。
工程（ｂ）は、導体４上に半導体チップ５を搭載する工程である。半導体チップ５の搭載は、例えば、半導体チップ５の電極が形成されていない面を、導体４のダイパッド面に、接着剤６等を用いて固着させて、行うことができる。
工程（ｃ）は、半導体チップ５と導体４とを結線する工程である。これは、導体４の導電部と半導体チップ５の電極とをワイヤ７等により、電気的に接続する工程である。
工程（ｄ）は、封止樹脂８により半導体チップ５を封止する工程である。半導体チップ５を封止樹脂８による封止する方法は、特に限定されないが、例えば、通常のトランスファー成型法により、金型を用いて行うことができる。
なお、トランスファー成型後、必要に応じてモールド樹脂の後硬化加熱を行ってもよい。後硬化加熱は、続く工程（ｅ）の前であっても、後であってもよい。
工程（ｅ）は、接着フィルム３を除去する工程である。接着フィルム３を除去する方法は、特に限定されないが、ピーリング等の方法により行うことができる。
以上の工程を経て得られる半導体装置の一例を図２に示す。かかる半導体装置は、導体４の一部が封止樹脂８から突出した、いわゆるスタンドオフを有する半導体装置である。
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は当該実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
アクリロニトリルブタジエンゴム（日本ゼオン（株）製、Ｎｉｐｏｌ１０７２Ｊ、アクリロニトリルの含有量：１８重量％）３０重量部、層状粘土鉱物(コープケミカル(株)製、ソマシフＭＡＥ 膨潤性雲母、平均面間隔３２Å、平均粒径（D50）５〜７μｍ、アスペクト比（厚み１ｎｍ）５０００〜７０００)を１．５重量部、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製、エピコート８２８；エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ）６５重量部及びイミダゾール（四国化成（株）製、Ｃ１１Ｚ）５重量部を混合し、固形分濃度が３５重量％となるようにメチルエチルケトン溶媒に溶解させ、熱硬化性接着剤溶液を調製した。得られた熱硬化性接着剤溶液を、耐熱性基材として厚さ１００μｍの銅箔上に塗布した後、１５０℃で３分乾燥させることにより、耐熱性基材層上に厚さ２５μｍの熱硬化性接着剤層を形成して、接着フィルムを得た。この接着フィルムの硬化後の２３℃における銅箔に対する接着力は９．１Ｎ／２０ｍｍであった。ここでの接着力は、以下の方法により測定した値である。
〔接着力の測定方法〕
幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの接着フィルムの熱硬化性接着剤層の面に、厚さ３５μｍの銅箔（ＢＨＹ−138 Ｔ、ジャパンエナジー社製）を重ね、１２０℃×０．５ＭＰａ×０．５ｍ／ｍｉｎの条件でラミネートした後、１５０℃の熱風オーブンにて１時間放置する。放置後、温度２３℃、湿度６５％ＲＨの雰囲気条件で、接着フィルムを、速度３００ｍｍ／ｍｉｎで１８０°方向に引張り、その中心値を接着力とする。
実施例２
層状粘土鉱物の添加量を３重量部とした以外は実施例１と同様の方法にて接着フィルムを作製した。この接着フィルムの硬化後の２３℃における銅箔に対する接着力は８．８Ｎ／２０ｍｍであった。
実施例３
層状粘土鉱物の添加量を６重量部とした以外は実施例１と同様の方法にて接着フィルムを作製した。この接着フィルムの硬化後の２３℃における銅箔に対する接着力は９．５Ｎ／２０ｍｍであった。
比較例１
層状粘土鉱物を添加しない以外は実施例１と同一の配合にて熱硬化性接着剤溶液を調製し、実施例１と同様の方法で接着フィルムを得た。この接着フィルムの硬化後の２３℃における銅箔に対する接着力は８．３Ｎ／２０ｍｍであった。
リードフレームのダイパッド部分に、エポキシフェノール系の銀ペーストを接着剤として用いて半導体チップを接着し、接着剤を１８０℃にて１時間硬化させて、ダイパッド上に半導体チップを搭載した。
次に、接着フィルムと導体の積層物を、接着フィルム側から真空吸引する形で加熱したヒートブロックに固定し、さらに、積層物の周辺部分をウインドクランパーにて押さえて固定した。半導体チップの電極とリードフレームとの導電部とを、新川（株）製の１１５ＫＨｚワイヤボンダーを用いて、下記条件で温度を変化させてチップと導電部間の結線の成功の可否を確認した。
(Ｗ／Ｂ条件)
金線：太さ２５um (田中貴金属(株)製、ＧＬＤ−２５)
ボンディングフォース チップ ４０ｇｆ 導電部 ４０ｇｆ
ＵＳ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ チップ ５００ｍＷ 導電部 ５５０ｍＷ
ボンディングタイム チップ ８ｍｓ 導電部 １０ｍｓ
ボンディング温度 １７５℃、１８５℃、２００℃
成功の可否：プルストレングス ８ｇｆ以上
実施例１〜３の接着フィルムではいずれの温度においても結線が可能であった。
しかしながら比較例１の接着フィルムでは１７５℃の温度条件では結線不良が確認された。
本発明の接着フィルムは、半導体装置の製造に用いられるものである。
本発明の接着フィルムを用いた半導体装置の製造方法の一実施態様を示す概略工程図である。 本発明の接着フィルムを用いて得られる半導体装置の一実施態様の断面図である。
符号の説明
１ 熱硬化性接着剤層
２ 耐熱性基材層
３ 接着フィルム
４ 導体
５ 半導体チップ
６ 接着剤
７ ワイヤ
８ 封止樹脂

Claims (3)

  1. （ａ）導体の少なくとも一部を接着フィルムに埋没させる工程、
    （ｂ）導体上に半導体チップを搭載する工程、
    （ｃ）半導体チップと導体とを結線する工程、
    （ｄ）封止樹脂により半導体チップを封止する工程、及び
    （ｅ）接着フィルムを除去する工程、
    を有する半導体装置の製造方法に使用される、熱硬化性接着剤層を有する接着フィルムであって、該熱硬化性接着剤層がゴム成分、エポキシ樹脂成分、及び、層状粘土鉱物を含有し、該層状粘土鉱物の含有量が前記ゴム成分１００重量部に対して５〜２０重量部であることを特徴とする半導体装置製造用接着フィルム。
  2. ゴム成分がアクリロニトリルブタジエンゴム又はアクリルゴムからなる請求項１記載の半導体装置製造用接着フィルム。
  3. ゴム成分の含有量が熱硬化性接着剤中５〜４０重量％である請求項１または２記載の半導体装置製造用接着フィルム。
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