JPH11199841A - 半導体装置用接着シ―ト類と面実装型半導体装置 - Google Patents

半導体装置用接着シ―ト類と面実装型半導体装置

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JPH11199841A
JPH11199841A JP10007149A JP714998A JPH11199841A JP H11199841 A JPH11199841 A JP H11199841A JP 10007149 A JP10007149 A JP 10007149A JP 714998 A JP714998 A JP 714998A JP H11199841 A JPH11199841 A JP H11199841A
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semiconductor device
adhesive
adhesive sheet
substrate
bonding
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Kazuto Hosokawa
和人 細川
Hitoshi Takahira
等 高比良
Takao Yoshikawa
孝雄 吉川
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Nitto Denko Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 常温で微粘着性を有して接着固定時の作業性
にすぐれ、かつ熱膨張係数の相違による基板や半導体チ
ツプなどのそりの発生が少なく、しかも半導体装置の組
立工程や実装工程での加熱に耐える十分な耐熱性を有し
て、上記加熱時に発泡や剥離などの不具合を生じない半
導体装置用接着シ―ト類を提供する。 【解決手段】 面実装型半導体装置における基板１と半
導体チツプ２またはサポ―トリング３を接着固定するた
めの半導体装置用接着シ―ト類４において、接着剤層の
ガラス転移温度が０℃以下であり、かつ２５０℃におけ
る剪断貯蔵弾性率が１×１０5 〜５×１０6 dyn ／cm2
であり、さらに常温での接着力が５０ｇ／cm以上である
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面実装型半導体装
置における基板と半導体チツプまたはサポ―トリングを
接着固定するための半導体装置用接着シ―ト類と、この
接着シ―ト類を用いた面実装型半導体装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩのシステム化や高機能化に
ともない、入出力端子数が増加する傾向にあり、従来の
辺利用型半導体装置（辺利用型パツケ―ジ）のフアイン
ピツチ化では対応できなくなり、面実装型（面利用型）
の構造の半導体装置（面実装型パツケ―ジ）が開発さ
れ、製造されるようになつている。
【０００３】この面実装型半導体装置には、ＢＧＡ（Ｂ
ａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、それをチツプサイズ
まで小さくしたＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋ
ａｇｅ）などがあり、また、ＢＧＡの中でも、ＴＡＢ
（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テ
―プを用いたＴＢＧＡ、プラスチツク基板を用いたＰＢ
ＧＡなど、種々のパツケ―ジ形態が考えられている。さ
らに、Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐに代表されるような、ベアチ
ツプを適宜のアンダ―フイル材（接合材）を介して面で
実装する方式も考えられている。
【０００４】このような面実装型半導体装置では、面に
バンプを設けて面実装されるため、半導体チツプや基板
にそりが発生すると、接点不良や短絡などを起こし、信
頼性を著しく低下する。このため、上記のそりを防ぐこ
とが重要である。このそりは熱膨張率の差から歪みを生
じ、これがそりとなつて現れるものであり、半導体チツ
プと基板を固定する接合材の弾性率に依存し、この弾性
率が小さいほど、歪みが吸収され、そりが小さくなる。
したがつて、面実装型半導体装置においては、低弾性率
の接合材を用いることが非常に重要である。
【０００５】また、半導体装置の組立工程や実装工程に
おいては、たとえば、ＩＲリフロ―時に２００℃以上の
耐熱性が必要である。この耐熱性は、材料中に吸湿した
水分が熱時に気化し膨張して発泡現象を引き起こすが、
これを防止するための界面での結合力に起因する耐熱性
と、接合材自体に軟化、流動、劣化などがみられない耐
熱性との両方を指している。発泡現象に関しては、水分
の気化により発生する内部応力の集中を防ぐために、低
弾性率体が有利であり、材料自体の耐熱性は、軟化、流
動を起こさない所定の弾性率を有することが望まれる。
【０００６】従来のＱＦＰなどに代表される辺利用型半
導体装置では、ＬＳＩを封止樹脂で封止し、周辺から出
たリ―ドフレ―ムで基板へ表面実装する方式を採つてい
る。この場合、リ―ドフレ―ムを基板に固定するための
接着テ―プが用いられるが、この接着テ―プとしては、
半導体装置の組立工程やプリント回路基板への実装工程
における加熱、たとえば２００℃以上で行われるＩＲリ
フロ―による加熱処理に耐える耐熱性、信頼性を確保す
る必要から、一般に、高弾性率および低吸水性に設計し
た熱硬化型接着テ―プを用いるようにしている。
【０００７】このような熱硬化型接着テ―プとしては、
たとえば、エポキシ樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、
ポリアクリル酸エステル樹脂、フエノ―ル樹脂／ニトリ
ルゴム系、フエノ―ル樹脂／ポリビニルアセタ―ル系、
フエノ―ル樹脂／エポキシ樹脂／ポリビニルアセタ―ル
系、フエノ―ル樹脂／エポキシ樹脂／ニトリルゴム系、
ビスマレイミド／シアネ―トエステル樹脂系など、１種
または２種以上の熱硬化性樹脂を主成分とした接着テ―
プが実用化されている。
【０００８】しかし、このような辺利用型半導体装置に
用いられる接着テ―プを、面実装型半導体装置における
基板と半導体チツプまたはサポ―トリング（補強板）の
接着固定に用いると、接着剤が高弾性率体であるため、
熱膨張係数の相違によるそりを緩和できず、また接着剤
自体の耐熱性にはすぐれているが、吸湿水分の気化、膨
張時の応力集中による発泡現象を防げず、剥離を生じる
ことがあつた。また、この種の接着テ―プは、接着剤の
ガラス転移温度が室温以上と高いため、接着時に加熱加
圧する必要があり、作業性が悪いという問題もあつた。
【０００９】このため、上記のような接着テ―プに代え
て、耐熱性にすぐれる低弾性率の接合材料として、液状
シリコ─ン樹脂などの使用も検討されているが、接着テ
―プとは異なり、基板と半導体チツプまたはサポ―トリ
ングとの間の介装に際して、厚み精度が出なかつたり、
取り扱いが不便となることから、半導体装置の製造作業
性や信頼性などに問題があり、実用的とはいえなかつ
た。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に照らし、面実装型半導体装置に用いられる接着シ―ト
類として、常温で微粘着性を有して接着固定時の作業性
にすぐれ、かつ熱膨張係数の相違による基板や半導体チ
ツプなどのそりの発生が少なく、しかも半導体装置の組
立工程や実装工程での加熱に耐える十分な耐熱性を有
し、上記加熱時に発泡や剥離などの不具合を生じない半
導体装置用接着シ―ト類と、これを用いた面実装型半導
体装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的に対し、鋭意検討した結果、面実装型半導体装置に用
いられる接着シ―ト類において、接着剤層のガラス転移
温度を０℃以下に規制すると、常温で微粘着性を示し仮
接着が可能となるため、基板と半導体チツプなどとの接
着作業が容易となり、また２５０℃での剪断貯蔵弾性率
を特定範囲に規制すると、熱膨張係数の相違による基板
や半導体チツプなどのそりの発生が少なく、しかも組立
工程や実装工程での高温加熱時に発泡や流動などの不具
合を生じない、すぐれた耐熱性を発揮することを知り、
本発明を完成した。
【００１２】すなわち、本発明は、面実装型半導体装置
における基板と半導体チツプまたはサポ―トリングを接
着固定するための半導体装置用接着シ―ト類において、
接着剤層のガラス転移温度が０℃以下で、２５０℃にお
ける剪断貯蔵弾性率が１×１０5 〜５×１０6 dyn ／cm
2 であり、かつ常温での接着力が５０ｇ／cm以上である
ことを特徴とする半導体装置用接着シ―ト類（請求項
１）、とくに接着剤層のガラス転移温度が−６０〜−１
０℃で、２５０℃における剪断貯蔵弾性率が２×１０5
〜１×１０6 dyn ／cm2 であり、かつ常温での接着力が
５００〜２，０００ｇ／cmである上記半導体装置用接着
シ―ト類（請求項２）に係るものである。また、本発明
は、面実装型半導体装置における基板と半導体チツプま
たはサポ―トリングを上記構成の半導体装置用接着シ―
ト類を用いて接着固定したことを特徴とする面実装型半
導体装置（請求項３）に係るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置用接着シ―ト
類は、厚さが３０〜２００μｍ、好ましくは５０〜１５
０μｍのシ―ト状やテ―プ状の形態とされた接着剤層を
有してなり、剥離ライナ上に上記の接着剤層を設けた基
材レスの両面接着シ―ト類とされたものであつてもよい
し、基材の片面または両面、通常は両面に上記の接着剤
層を設けた基材付きの接着シ―ト類とされたものであつ
てもよい。接着剤層が厚すぎると、熱ストレス時の発泡
やそりの防止に好結果が得られにくい。
【００１４】基材としては、プラスチツクフイルムや、
紙、布、不織布などの多孔質基材、金属箔などの厚さが
通常２５μｍ〜１mmの薄葉体が用いられる。上記のプラ
スチツクフイルムは、耐熱性の点より、ポリイミド、ポ
リエチレンテレフタレ―ト、ポリエチレンナフタレ―
ト、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエ―テルエ―テ
ルケトン、ポリエ―テルスルホン、ポリメチルペンテ
ン、ポリエ―テルイミド、ポリスルホン、ポリフエニレ
ンサルフアイド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミ
ド、芳香族ポリアミドなどからなるフイルムが好まし
い。
【００１５】本発明において、上記の接着剤層は、常温
で微粘着性を有し、かつ低弾性率でしかも耐熱性を有
し、さらに接合材料として所要の接着力を有するものと
して、ガラス転移温度が０℃以下、好ましくは−６０〜
−１０℃で、２５０℃における剪断貯蔵弾性率が１×１
０5 〜５×１０6 dyn ／cm2 、好ましくは２×１０5 〜
１×１０6 dyn ／cm2 であり、かつ常温での接着力が５
０ｇ／cm以上、好ましくは５００〜２，０００ｇ／cmで
あることを特徴とする。
【００１６】このような特性を備えた接着剤層は、ゴム
系、アクリル系、シリコ―ン系などの種々の接着剤から
なるものであつてよいが、耐熱性、長期安定性、経済性
などの点より、アクリル系接着剤が好ましい。アクリル
系接着剤は、炭素数２〜１４のアクリル基を有する（メ
タ）アクリル酸アルキルエステルに、必要によりアクリ
ル酸、酢酸ビニル、アクリロニトリル、アクリル酸２−
ヒドロキシエチルなどの改質用単量体を加え、これを溶
液重合法、乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法などで
重合させてアクリル系ポリマ―とし、これを通常外部架
橋剤や内部架橋剤で架橋処理することにより、またこれ
にエポキシ樹脂、フエノ―ル樹脂などの硬化性樹脂やそ
の硬化剤を加えることにより、調製される。
【００１７】接着剤の調製に際し、単量体組成、架橋処
理の程度、硬化性樹脂やその硬化剤の種類や量などを適
宜調整することにより、ガラス転移温度、２５０℃にお
ける剪断貯蔵弾性率および常温での接着力をそれぞれ前
記範囲に容易に設定できる。このように調製される接着
剤には、必要により、充填剤、軟化剤、粘着付与剤、老
化防止剤などの公知の各種の添加剤を含ませることがで
きる。
【００１８】本発明の半導体装置用接着シ―ト類は、あ
らかじめ合成したアクリル系ポリマ―などに架橋剤など
を加えた接着剤組成物を剥離ライナ上に塗布し、乾燥し
て、またその際に架橋処理や硬化処理などを施して、前
記特性を備えた接着剤層を形成することにより、製造さ
れる。光重合などの塊状重合法を採用するときは、光重
合前の組成物を剥離ライナ上に塗布したのち、これを光
重合処理し、同時に架橋処理や硬化処理などを施して、
上記同様の接着剤層を形成すればよい。また、基材付き
の半導体装置用接着シ―ト類では、上記の剥離ライナに
代えて前記した基材を用いて上記同様の処理をするか、
あるいは剥離ライナ上に上記のように形成した接着剤層
を基材上に移着するようにしてもよい。
【００１９】図１は、基板上に半導体チツプとサポ―ト
リング（補強板）を固定した面実装型半導体装置とし
て、上記リングを本発明の半導体装置用接着シ―ト類を
介して基板上に接着固定した例を示している。同図にお
いて、１は絶縁性プラスチツク層１Ａと導電性薄膜１Ｂ
とからなる銅貼り積層板などの半導体基板、２は基板１
上に載置固定された半導体チツプ、３は基板１の周縁部
に配置されたサポ―トリング、４はサポ―トリング３を
基板１に接着固定した本発明の半導体装置用接着シ―ト
類、５は基板１に設けられた面実装用のバンプである。
【００２０】このような面実装型半導体装置において、
サポ―トリング３の基板１上への接着固定は、たとえ
ば、つぎのように行われる。まず、サポ―トリング３に
これと同形のリング状に成形した本発明の半導体装置用
接着シ―ト類４を貼り合わせ、この接着シ―ト類４を介
して基板１に仮固定する。これを加圧工程に搬送して、
加圧接着することにより、基板１とサポ―トリング３と
を強固に接着固定する。このように、本発明の半導体装
置用接着シ―ト類４が常温で微粘着性を有していること
から、上記の仮固定が可能となり、搬送工程での部品脱
落などの支障を防げ、これにより組み立て作業を容易に
行うことができる。
【００２１】また、このように組み立てられた面実装型
半導体装置は、基板１およびサポ―トリング３に熱膨張
係数の相違によつてそりが発生することが少なく、基板
１に設けられたバンブ５により、プリント回路基板など
のマザ―ボ―ド（図示せず）に対し、接点不良や短絡な
どの支障を起こさずに、信頼性良好に面実装できる。し
かも、この面実装の工程や上記組み立ての工程で、ＩＲ
リフロ―などの２００℃以上の加熱処理を受けても、こ
れに十分に耐えることができ、接着界面において発泡や
剥離などの不具合を生じることもない。
【００２２】なお、上記の態様では、半導体チツプ２の
基板１上への固定はワイヤ―ボンド（金線）６で行い、
サポ―トリング３の基板１上への接着固定を本発明の半
導体装置用接着シ―ト類４を用いて行つている。しか
し、他の態様として、半導体チツプ２にバンプを設け、
Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐで基板１上に面実装する際のアンダ
―フイル材として、本発明の半導体装置用接着シ―ト類
４を用いて接着固定してもよく、この態様でも上記と同
様の効果が奏される。
【００２３】
【実施例】つぎに、本発明の実施例を記載して、より具
体的に説明する。なお、以下において、部とあるのは重
量部を意味するものとする。
【００２４】実施例１ アクリル酸イソオクチル５０部、アクリル酸ｎ−ブチル
３５部、アクリル酸１５部および２，２−ジメトキシ−
２−フエニルアセトフエノン０．０．５部を、四つ口フ
ラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、紫外線に暴露し、
部分的に光重合させて、粘度が約３０ポイズのシロツプ
とした。このシロツプ１００部に、交叉結合剤としての
１，６−ヘキサンジオ―ルジアクリレ―ト０．３部を均
一に混合して、光重合性組成物を調製した。この光重合
性組成物を、セパレ―タ上に塗布し、９００ｍｊ／cm2
の紫外線を照射して光重合させ、厚さが１００μｍの接
着剤層を形成して、半導体装置用接着シ―トを作製し
た。
【００２５】実施例２ 実施例１に準じて、厚さが４０μｍの接着剤層を形成し
たのち、これを厚さが２５μｍのポリイミドフイルムか
らなる基材の両面に移着し、総厚が１０５μｍである半
導体装置用接着シ―トを作製した。
【００２６】実施例３ 実施例１の光重合性組成物に、エポキシ樹脂（油化シエ
ルエポキシ社製の商品名「エピコ―ト８２８」）１５部
を加えた以外は、実施例１と同様にして、厚さが１００
μｍの接着剤層を形成して、半導体装置用接着シ―トを
作製した。
【００２７】実施例４ アクリル酸２−エチルヘキシル９０部とアクリル酸１０
部を、２１０部の酢酸エチル中で、２，２′−アゾビス
イソブチロニトリル０．４部を用いて、窒素ガス雰囲気
下、６０〜８０℃で攪拌しながら溶液重合し、粘度が約
１２０ポイズ、重合率が９９．２重量％、固形分３１．
４重量％の接着剤溶液を得た。これに、ポリマ―１００
部あたり、多官能イソシアネ―ト系架橋剤３部を加え
て、接着剤溶液を調製した。これをセパレ―タ上に塗布
したのち、熱風乾燥機中、４０℃で５分間乾燥後、さら
に１３０℃で５分間乾燥して、厚さが４０μｍの接着剤
層を形成した。これを厚さが２５μｍのポリイミドフイ
ルムからなる基材の両面に移着し、総厚が１０５μｍで
ある半導体装置用接着シ―トを作製した。
【００２８】比較例１ エポキシ樹脂／ニトリルゴム系（組成比：７０／３０）
の熱硬化型接着シ―トを、比較用としての半導体装置用
接着シ―トとした。
【００２９】比較例２ エポキシ樹脂／ニトリルゴム系（組成比：９０／１０）
の熱硬化型接着シ―トを、比較用としての半導体装置用
接着シ―トとした。
【００３０】上記の実施例１〜４および比較例１，２の
各半導体装置用接着シ―トにつき、下記の方法により、
ガラス転移温度、剪断貯蔵弾性率、接着力、そり、耐熱
性を調べた。これらの結果は、表１に示されるとおりで
あつた。
【００３１】＜ガラス転移温度および剪断貯蔵弾性率＞
レオメトリツク社製の粘弾性スペクトルメ―タ（ＲＳＤ
−II）を用いて、周波数１ヘルツの条件下で、接着剤層
のガラス転移温度と、２５０℃における剪断貯蔵弾性率
を測定した。
【００３２】＜接着力＞ＪＩＳ Ｃ ２１０７に準拠し
て、圧着条件：２００℃×１ＭＰａ×１秒、硬化条件：
１５０℃×２時間で、接着シ―トをポリイミドフイルム
（宇部興産社製の「ユ―ビレツクス７５Ｓ」）に貼り合
わせ、９０度剥離接着力を測定した。
【００３３】＜そり＞銅貼り積層板とＳｉチツプ（５mm
×１３mm）とを、圧着条件：２００℃×１ＭＰａ×１
秒、硬化条件：１５０℃×２時間で貼り合わせ、このと
きのＳｉチツプのそりを表面粗さ計により、測定した。
【００３４】＜耐熱性＞ＳＵＳ３０４とポリイミドフイ
ルムを、圧着条件：２００℃×１ＭＰａ×１秒、硬化条
件：１５０℃×２時間で貼り合わせ、８５℃，６０％Ｒ
Ｈに１６８時間放置後、直ちにＩＲリフロ―（ピ―ク温
度２５０℃）に通し、超音波探査により、内部発泡や剥
離の有無を観察した。結果は、発泡や剥離が全くみられ
ないものを○、発泡や剥離がみられるものを×、と評価
した。
【００３５】
【００３６】上記の表１の結果から明らかなように、実
施例１〜４の各半導体装置用接着シ―トは、ガラス転移
温度が−１０℃以下と低くて常温で微粘着性であり、ま
た、２５０℃における剪断貯蔵弾性率が２×１０5 〜１
×１０6 dyn/cm2 の範囲にあつて、接着力が８００ｇ／
cm以上を示すものであり、いずれも、そりが少なく、か
つ耐熱性にすぐれていることがわかる。これに対して、
比較例１，２の従来の熱硬化型接着シ―トは、ガラス転
移温度が４０℃以上と高くて常温で非粘着性であり、し
かも２５０℃における剪断貯蔵弾性率が６×１０6 dyn/
cm2 以上と大きいものであり、そりが大きく、耐熱性に
も劣つている。
【００３７】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、接着
剤層のガラス転移温度、２５０℃での剪断貯蔵弾性率お
よび常温での接着力を特定したことにより、半導体基板
と半導体チツプまたはサポ―トリングを接着固定する際
の作業性にすぐれており、かつ熱膨張係数の相違による
基板や半導体チツプなどのそりの発生が少ない、また組
立工程や実装工程での高温加熱時に発泡や流動などの不
具合を生じない、温度サイクルに対して信頼性の高い半
導体装置用接着シ―ト類と、これを用いた面実装型半導
体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置用接着シ―ト類を用いた面
実装型半導体装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板 １Ａ 絶縁性プラスチツク層 １Ｂ 導電性薄膜 ２ 半導体チツプ ３ サポ―トリング ４ 半導体装置用接着シ―ト類 ５ バンプ ６ ワイヤ―ボンド

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 面実装型半導体装置における基板と半導
    体チツプまたはサポ―トリングを接着固定するための半
    導体装置用接着シ―ト類において、接着剤層のガラス転
    移温度が０℃以下で、２５０℃における剪断貯蔵弾性率
    が１×１０5〜５×１０6 dyn ／cm2 であり、かつ常温
    での接着力が５０ｇ／cm以上であることを特徴とする半
    導体装置用接着シ―ト類。
  2. 【請求項２】 接着剤層のガラス転移温度が−６０〜−
    １０℃で、２５０℃における剪断貯蔵弾性率が２×１０
    5 〜１×１０6 dyn ／cm2 であり、かつ常温での接着力
    が５００〜２，０００ｇ／cmである請求項１に記載の半
    導体装置用接着シ―ト類。
  3. 【請求項３】 面実装型半導体装置における基板と半導
    体チツプまたはサポ―トリングを請求項１または２に記
    載の半導体装置用接着シ―ト類を用いて接着固定したこ
    とを特徴とする面実装型半導体装置。
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