JPH07283244A - 共有結合の形成によるポリイミド樹脂面への接着方法 - Google Patents

共有結合の形成によるポリイミド樹脂面への接着方法

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JPH07283244A
JPH07283244A JP10323495A JP10323495A JPH07283244A JP H07283244 A JPH07283244 A JP H07283244A JP 10323495 A JP10323495 A JP 10323495A JP 10323495 A JP10323495 A JP 10323495A JP H07283244 A JPH07283244 A JP H07283244A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子１２のポリイミド樹脂面１８は、
半導体素子と基板１０との間にあるポリイミド樹脂面と
封入剤材料との間に、硬化サイクル中に共有結合を形成
する為に、下部充填封入剤１６と反応する官能基を形成
するため、ヒドロキシル・アミン溶液を用いてポリイミ
ド樹脂面を常温より高い温度で前処理する。 【構成】 ホドロキシル・アミン溶液は、Ｎ−メチル・
ピロリディオンのような溶液に６５℃で６０秒間溶解さ
れた２（２−アミノエトキシ）エタノールのような試液
を含む。ヒドロキシル・アミン溶液は、ポリイミド樹脂
層上に噴霧または真空蒸着される。前記処理済みのポリ
イミド樹脂層を有する半導体ダイは、アセンブリ間の間
隙を残すＤＭＡ方法によって基板に接続される。封入剤
は半導体ダイと基板との間に挿入され、ポリイミド樹脂
層と共有結合しアセンブリ間の環境封止を形成するため
に硬化され、その結果接着が強化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に半導体素子に関
し、特に共有結合の形成によるポリイミド樹脂面への接
着に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子は多くの製品に広く使用され
ている。半導体素子の重要な機能は半導体素子および関
連モジュールの容器の小型化である。半導体素子を使用
する製品がますます小型化するに従って、半導体素子や
モジュール容器の寸法をできる限り小さくすることが重
要である。しかし小型化の要求にもかかわらず、半導体
素子の需要者の多機能化に対する要求は増加している。
多機能化は半導体素子の大きさと複雑性およびモジュー
ルあたりの半導体素子数を増加させる傾向にある。
【０００３】もう一つに重要な要素は、半導体素子の複
雑性と集積度の増加にもかかわらず、安い製造コストを
維持することである。半導体素子の製造における重要な
コストの一つはリードフレームである。大抵、注文生産
のリードフレームは半導体素子の型毎に製造しなければ
ならず、費用と時間がかかる。その結果、直接チップ接
続（ＤＣＡ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｈｉｐ ａｔｔａｃｈ）
型の組立が一般化してきた。ＤＣＡでは、半導体素子は
直接基板、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続さ
れる。ＤＣＡは、リードフレームを使わずにＰＣＢ上の
接点に合わせて、半導体素子のパッドを直接結合する。
従って、半導体素子に対するパッケージ自体のコストお
よび大きさは無視できる。
【０００４】ＤＣＡは、突起した金属バンプを半導体素
子パッド上に加工し、ＰＣＢや他の基板上にバンプを下
向きにして素子を搭載することによって容易にできる。
熱サイクルの間に疲労から基板と半導体素子との相互接
続を保護するため、および半導体素子自身を環境から保
護するために、絶縁体材料が半導体素子と基板との間に
加えられることが多い。絶縁体材料は通常ポリマであ
り、典型的にはエポキシ樹脂であり、半導体素子、相互
接続および基板への接着を形成する。
【０００５】従来技術では、半導体素子および／または
基板の表面パッシベーションがポリイミドである場合
は、ポリイミド面へのいかなるポリマ封入材の接着によ
っても、熱サイクルの間に分離することが判明した。化
学カップリング剤、機械粗面化（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｒｏｕｇｈｉｎｇ）およびプラズマエッチングによっ
て接着の改良が図られてきたが、接着性の問題は初期剥
離および半導体素子や相互接続の疲労破損の欠陥を引き
起こし続けている。
【０００６】
【解決すべき課題】従って、ポリイミド樹脂面への改良
された接着が望まれる。
【０００７】
【実施例】図１は、基板１０が直接チップ接続（ＤＣ
Ａ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｈｉｐ ａｔｔａｃｈ）技術によ
って接続された一つまたはそれ以上の半導体ダイのため
のプラットフォームであることを示す。基板１０は通常
セラミックまたはガラス製である。基板１０はプリント
回路基板、例えばＦＲ４系のＰＣＢでもよい。半導体ダ
イ１２は、半導体ダイ１２のパッド１１上に形成された
突起した金属バンプである金属相互接続１４を包含す
る。相互接続１４は、はんだ又は他の材質で形成され、
基板１０に電気的相互接続させるためにリフローされ
る。基板１０上のマッチングパッドに相互接続１４を接
着することによって、半導体ダイ１２は基板１０に接続
される。接続方法は、相互接続１４の材質に依存し、例
えばはんだ型の相互接続１４の場合は、半導体ダイ１２
と基板１０との電気的接続を形成するために２１５℃で
１５秒間リフローする。半導体ダイ１２のような一つま
たはそれ以上の半導体ダイが基板１０に接続され、機能
モジュールを構成するように特定の応用例毎に相互接続
される。
【０００８】下部充填封入剤１６は、半導体ダイ１２と
基板１０との間に挿入され、アセンブリ間の接着および
環境封止を形成するために硬化される。封入剤１６は、
エポキシ樹脂のような、厚さ約１００ミクロンまでのポ
リマで形成された絶縁体である。封入剤１６は、シリコ
ン・カーボン樹脂（ＳＹＣＡＲ）のような非エポキシで
あっても良い。半導体ダイ１２の底面は、パッシベーシ
ョンおよび物理的防護のため、ポリイミド樹脂層１８を
含む。ポリイミド樹脂層１８は通常５から１５ミクロン
の範囲の厚みである。
【０００９】本発明の主な特徴は、硬化サイクルの間に
ポリイミド樹脂層と封入剤材料との共有結合を形成する
ため、下部充填封入剤１６と反応するアミノ−エステル
（ａｍｉｎｏ−ｅｓｔｅｒ）およびアミド（ａｍｉｄ
ｅ）のような官能化学基を精製するため、高温でヒドロ
キシル・アミン（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ａｍｉｎｅ）のよ
うな有機塩基溶液でポリイミド樹脂層（ｐｏｌｙｉｍｉ
ｄｅ）１８を前処理することである。硬化サイクルは、
例えば１００ないし２００℃の温度に対し、２ないし４
時間の範囲の加熱工程である。封入材料は前処理された
ポリイミド樹脂面に配置され、そのアセンブリは封入剤
材料とポリイミド樹脂面との共有結合を形成するために
硬化され、改良された接着特性を提供する。例えば、封
入剤１６のエポキシ樹脂は、その硬化サイクルの間ヒド
ロキシル、アミノおよびカルボン酸（ｃａｒｂｏｘｙｌ
ｉｃ ａｃｉｄ）のような官能基で効果的に反応する。
【００１０】従来技術では、水酸化カリウム（ｐｏｔａ
ｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）（ＫＯＨ）のような
強塩基を用いた処理で、ポリイミド樹脂がポリアミック
酸（ｐｏｌｙａｍｉｃ ａｃｉｄ）に転換される。しか
し、無機性の強塩基であるＫＯＨは相互接続とも反応す
るため、基板への接続を妨げたり、接続の信頼性を大き
く減少させる損傷を引き起こす。ポリイミド樹脂層に接
続されるすべての粗大有機基は、はんだ工程中ポリアミ
ック酸からポリイミド樹脂への転化を防ぐために十分な
ステアリン抵抗を提供する。それゆえ、相互接続に反応
せず十分なステアリン抵抗を提供する有機塩基試薬が必
要とされる。さらに、溶解性で膨潤性のあるポリイミド
樹脂層を使用することが望まれる。膨潤度機能によっ
て、試薬は所望の官能基を形成するためにポリイミド樹
脂と効果的に反応する。
【００１１】従って、本発明の実施例として、相互接続
１４およびポリイミド不活性化層１８を有する半導体ダ
イ１２は、ヒドロキシル・アミンのような２０％の有機
塩基溶液にアセンブリを浸漬することによって前処理さ
れる。ヒドロキシル・アミン溶液の一例は、６５℃で６
０秒間、Ｎ−メチル・ピロリジン（ＮＭＰ：Ｎ−ｍｅｔ
ｈｙｌ ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｏｎｅ）のような溶液に溶
かされた２（２−アミノエトキシ）エタン・アルコール
のような試薬を含む。溶液の濃度は１０ないし２０％の
範囲であり、温度範囲は５０ないし９０℃で継続時間は
３０ないし６０秒である。前処理によって、ポリイミド
樹脂層１８の表面にアミノ−エステルおよびアミド官能
基が生じる。アミノ−エステルおよびアミド官能基は、
硬化サイクルの間、封入剤材料にエポキシ基の共有結合
を形成する。あるいは、ヒドロキシル・アミン溶液は、
噴霧または真空蒸着によってポリイミド樹脂層１８上に
配置される。もし封入剤１６がＳＹＣＡＲ製の場合は、
ポリイミド樹脂面１８も、メタクリロイル塩化物（ｍｅ
ｔｈａｃｒｙｌｏｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）や無水物の
溶液またはビニル基（ｖｉｎｙｌ ｇｒｏｕｐ）を包含
する他のモノマーに浸漬されなければならない。
【００１２】処理済みのポリイミド樹脂層１８を有する
半導体ダイ１２は、アセンブリ間の間隙を残す標準的な
ＤＣＡ法によって基板１０に接続される。封入剤１６は
半導体ダイ１２と基板１０との間に配置され、アセンブ
リ間に共有結合および環境封止を形成するために硬化さ
れる。このようにして、アミノ−エステルおよびアミド
官能基は、後の熱サイクルの間分離されない共有結合
で、処理済みポリイミド樹脂層とエポキシ封入剤との接
着を形成するため、下部充填封入剤１６と反応する。余
分な試薬および溶剤は、イオン除去された水やメタノー
ル槽に浸漬され、続いて乾燥されることによって除去さ
れる。
【００１３】他のヒドロキシル・アミン試薬および溶液
も使用できる。例えば、２（Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ・
エトキシ）エタノールも試薬に好適であり、Ｎ ，Ｎ−
ジメチル・ホルムアミド（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ
ｆｏｒｍａｍｉｄｅ）またはγ−ブチロラクトン（γ−
ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）は溶液に好適である。特
定の濃度、温度および使用される継続時間は、特定の試
薬、溶液およびポリイミド樹脂層の型に依存する。一般
に、常温より高い温度、例えば５０ないし９０℃で、３
０ないし６０秒の継続時間では、１０ないし２０％の範
囲の溶液濃度で十分である。ポリマ硬化温度は使用され
る封入剤材料に依存し、通常２ないし４時間で１００な
いし１４０℃の硬化温度で所望の結果が得られる。
【００１４】他の実施例では、基板１０は封入剤１６に
隣接するポリイミド樹脂層を包含する。類似の共有結合
を作るため、基板１０のポリイミド樹脂層が、同一有機
塩基ヒドロキシル・アミン溶液で前処理される。その処
理済みのポリイミド樹脂層は、その硬化サイクルの間封
入剤１６と上述のように反応する。
【００１５】ここに、ポリイミド樹脂層の表面にアミノ
−エステルおよびアミド官能基を形成するために、半導
体ダイのポリイミド樹脂層を、ヒドロキシル・アミン溶
液で前処理することによって接着面を提供する本発明が
明らかにされた。半導体ダイは、アセンブリ間の間隙を
取り除く金属相互接続を用いて基板に電気的に接続され
る。下部充填封入剤は、接着および環境封止のために前
処理されたポリイミド樹脂層と基板との間に挿入され
る。ポリイミド樹脂層への前処理のため、硬化サイクル
の間、ポリイミド樹脂層と下部充填封入剤との間に共有
結合が形成される。前処理によって、材料間の接着を改
良し、エポキシ封入剤が配合された一層湿潤な表面を提
供する。
【００１６】本発明の特定の実施例が示され述べられて
きたが、一層の変更および改良が当業者によりなされる
であろう。本発明が特定の形式に限定されるものではな
く、本発明の精神と目的から逸脱しない全ての変更を本
明細書中の請求項は網羅することを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基板に接着された半導体素子を示す図であ
る。
【符号の説明】
１０．基板 １１．パッド １２．半導体ダイ １４．相互接続 １６．下部充填封入剤 １８．ポリイミド樹脂層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリイミド樹脂面（１８）への接着方法
    であって、アミノ−エステルおよびアミド基を形成する
    ことによって前記ポリイミド樹脂面を前処理するため
    に、前記ポリイミド樹脂面上に有機塩基溶液を常温より
    高い温度で配置する段階から構成されることを特徴とす
    る接着方法。
  2. 【請求項２】 前記有機塩基溶液がヒドロキシル・アミ
    ン溶液であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ポリイミド樹脂面への接着方法であっ
    て：アミノ−エステルおよびアミド基を形成することに
    よって、前記ポリイミド樹脂面を前処理するするため
    に、前記ポリイミド樹脂面上に常温より高い温度でヒド
    ロキシル・アミン溶液を配置する段階；前記ポリイミド
    樹脂面上にエポキシ樹脂を配置する段階；および前記ポ
    リイミド樹脂面上に共有結合を形成するために前記エポ
    キシ樹脂材料を硬化する段階；から構成されることを特
    徴とするポリイミド樹脂面への接着方法。
  4. 【請求項４】 前記封入剤材料と前記共有結合を形成す
    る前記ポリイミド樹脂面上に、前記アミノ−エステルお
    よびアミド基を形成するために、前記ヒドロキシル・ア
    ミン溶液を５０ないし９０℃の範囲で加熱する段階をさ
    らに包含する請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 アミノ−エステルおよびアミド基を形成
    するために高温でヒドロキシル・アミン溶液で前処理さ
    れたポリイミド樹脂面（１８）；および前記接着面への
    共有結合を有する封入剤材料（１６）；から構成される
    ことを特徴とする半導体素子。
JP10323495A 1994-04-05 1995-04-05 共有結合の形成によるポリイミド樹脂面への接着方法 Pending JPH07283244A (ja)

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