JPH11217547A - 半導体用接着体 - Google Patents

半導体用接着体

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JPH11217547A
JPH11217547A JP10033705A JP3370598A JPH11217547A JP H11217547 A JPH11217547 A JP H11217547A JP 10033705 A JP10033705 A JP 10033705A JP 3370598 A JP3370598 A JP 3370598A JP H11217547 A JPH11217547 A JP H11217547A
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group
semiconductor
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stress
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Shigeru Koshibe
茂 越部
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  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】保存性、作業性及び接着力に優れるとともに、
半導体装置組立時及び組み立てた半導体装置の使用時に
発生する熱に基いて半導体にかかる応力を緩和すること
ができる、小型、かつ高性能で低コストの半導体装置を
実現するための接着体を提供する。 【解決手段】熱を受けたときに生じる応力が集中する部
分に、変形可能領域を設けたことを特徴とする、半導体
チップ、マウント、放熱基板や回路基板等を接着させる
ための半導体用接着体である。変形領域は、熱応力が特
に集中しやすい、該接着体の角部分、中央部分、半導体
チップが装着されている周辺部に設けるのが好ましい。
変形可能領域は、接着体に穴をあける、溝をつける、凹
部を設ける、等の手段により設けるとができる。接着体
を複数積層し該積層された接着体の少なくとも一層に、
変形可能領域を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、特に高密
度半導体用の接着体に関するものである。ここで接着体
というのは、半導体装置を組み立てるに際し、半導体チ
ップ、マウント、放熱板等を回路基板に取り付けるため
の複合構造を有する、異種素材同士を接着するとともに
半導体装置の衝撃緩衝の役目をする材料のことである。
【0002】
【従来の技術】最近の、情報及び通信分野の技術進歩は
目を見張るものがある。この様に、高度通信情報時代を
迎え、特に携帯電子機器の需要が増加し、それに伴い性
能の向上、小型化、軽量化及び低コスト化が強く求めら
れている。これらの要望を満たすためには、電子機器の
心臓部分である半導体装置の高密度化が欠かせないもの
となっている。
【0003】半導体装置に対する、小型で高性能しかも
低コストの要求に対応して、半導体ベアチップを基板に
直接取り付ける、フリップチップ・ボンデイングといわ
れる加工法、更には、通常の配線密度によりほぼ実装面
積をチップ単体とほぼ同等にできる、電極を面状に配置
したCSP(チップ・サイズ・パッケージ)加工法やB
GA(ボール・グリッド・アレイ)加工法が主流になっ
てきている。
【0004】一方、半導体装置を組み立てるに際し、基
板搭載方法が半導体全面が半田溶融温度まで上昇する表
面実装の方法が採られている。該表面実装に於いて、半
田付け時に半導体素子に加わる応力は、非常に大きなも
のになる。更に、半導体を封止する樹脂組成物などに水
分が含まれていると、半田付けの高温のため水分が気化
し高い圧力を発生し、それが半導体装置の機能を不充分
なものとし更には半導体装置を破壊する原因にもなる。
【0005】また、従来、加工時の応力を吸収するため
と半導体を外部から保護するため、樹脂封止が行われて
きた。即ち、半導体チップの加工時に於ける熱膨張の差
によって生じる応力を、樹脂で緩和させるのが目的であ
る。しかしながら、急速な半導体小型化の傾向の中で、
樹脂封止の考え方も自ずと変化してきている。即ち、半
導体装置全体を樹脂封止するというよりは、必要な部分
のみを樹脂封止する考えに変わってきている。これに伴
い樹脂封止自体の役割も、単なる封止という概念のみな
らず接着等の機能も考慮に入れたものになってきてい
る。
【0006】半導体装置の小型化に際しては、半導体を
精密に基板等に接着させる必要があり、接着剤の寸法精
度が要求される。接着剤は液状のものが多いので、接着
に際して寸法精度を確保するのが困難となっている。ま
た、接着剤保存性の問題、即ち、通常の接着剤は塗布す
るとすぐに硬化すること、硬化を抑えようとすれば低温
度で保存しなければならないという問題がある。この様
な観点から、室温付近の温度で、貯蔵・保存が可能で、
必要なときに熱をかけることにより硬化する接着剤が求
められる。また、半導体装置の組立に当たっては、異種
素材を接着しなければならず、接着力が必然的に不足す
るという問題がある。
【0007】応力緩和の問題は、半導体装置は半導体装
置組立時及び半導体装置の使用時に熱が発生し、これが
半導体に応力を生じさせ、この応力を緩和しなければな
らないという問題である。従来の接着剤は、硬化すると
柔軟性を失い応力緩和の役目を果たさなくなり、問題で
ある。応力緩和の問題は、半導体装置の組立に当たって
は重要な問題の一つである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、かかる応
力緩和機能を持つ接着体を発明し、特願平9−2706
46号、特願平9−309764号及び特願平9−32
5204号として特許出願した。本発明は、該発明の思
想を受け継ぎながら、更にその機能を向上させた半導体
用接着体を提供しようとするものである。
【0009】半導体装置を加熱した場合接着体のどの部
分に応力が集中しやすいかを有限要素法に基づいて解析
した。その結果、図1に示したように半導体チップ
(1)を装着した周辺部分(6)、角部分(通常半導体
装置の形状は四角形をしているので、その四隅の部分
(2〜5))及び中央部分(10)に応力が集中しやす
いことが明らかになった。図1に於いては、特に応力が
かかる部分に矢印を付し、応力がかかる状況を概念的に
示した。
【0010】即ち、半導体装置に熱がかかった場合、半
導体チップ自身の熱膨張は小さく、接着体の熱膨張が大
きい。従って、接着体は膨張しようとし、半導体チップ
がその膨張を抑えるようになる。それに基づいて、接着
体はその四隅、中央部及び半導体チップ周辺部分に大き
な応力がかかることになる。一方、半導体装置の小型化
に伴い、半導体チップよりも接着体の方が寸法的に小さ
くなる傾向にある。この場合の応力解析結果を、図2に
示した。図1とは異なり半導体チップ(1)を下側に、
接着体(9)を上側に描いている。この場合も同様に、
接着体の四隅(2、3、4、5)及び中央部(10)に
大きく応力がかかることがわかる。
【0011】本発明は、半導体装置に於ける応力の解析
結果に基づいて、半導体チップ、マウント、放熱基板や
回路基板を接着体で接着し半導体装置を組み立てるに際
し、半導体を精確に接着せしめ、かつ熱がかかった場合
に生じる応力を効果的に緩和させる機能を有する接着体
を提供しようとするものである。即ち、寸法精度、保存
性及び接着力に優れかつ半導体装置組立時及び半導体装
置の使用時に発生する熱に基づく半導体にかかる応力を
緩和することのできる、接着体を提供しようとするもの
である。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、半導体
用接着体であって、熱を受けたときに生じる応力が集中
する部分に、変形可能領域を設けたことを特徴とする、
半導体チップ、マウント、放熱基板や回路基板等を接着
させるための半導体用接着体である。変形領域は、熱応
力が集中しやすい部分に設ける。該接着体の角部分、中
央部分及び半導体チップが装着されている周辺部の少な
くとも一の部分に設けるのが好ましい。
【0013】変形可能領域を設ける手段として、請求項
3、請求項4、請求項5及び請求項6の発明を提供す
る。請求項3の発明は、接着体に穴をあける、溝をつけ
る、凹部を設ける、の少なくとも一つの手段により接着
体に変形可能領域を設けるとを特徴とする半導体用接着
体であり、請求項4の発明は、接着体を複数積層し該積
層された接着体の少なくとも一層に、変形可能領域を設
けることを特徴とする半導体用接着体であり、請求項5
の発明は、接着体が複数の積層体から構成され、その積
層体の一部が無機繊維からなる織物、編み物又は不織布
であって、該無機繊維製の織物、編み物又は不織布の繊
維密度を部分的に小さくすることにより接着体に変形可
能領域を設けることを特徴とする半導体用接着体であ
り、請求項6の発明は、接着体を構成する物質として、
熱変形量及び/又は弾性率の異なる素材を複合すること
により接着体に変形可能領域を設けるとを特徴とする半
導体用接着体である。
【0014】また、接着体を構成する基本構成物質は、
A:ビニルシリコーンゴム、接着成分及び潜在性触媒を
配合してなる組成物、B:柔軟性エポキシ樹脂、柔軟性
硬化剤、接着成分及び潜在性触媒を配合してなる組成
物、C:反応性官能基を有するエラストマー、接着成分
及び潜在性触媒を配合してなる組成物からなる群から選
ばれる少なくとも一種の組成物を使用することができ
る。ここで、潜在性触媒というのは、室温ではほとんど
その活性を示さないが、温度を高めるとその活性を示
す、高温度活性のパーオキサイド、錯化合物や複合化合
物を意味する。
【0015】接着成分としては、例えば、接着成分が、
エポキシ基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基、アルコ
キシ基、ビニル基、エステル基等の官能基を少なくとも
一種を有する化合物及びシランカップリング剤からなる
群から選ばれた少なくとも一種を使用することができ
る。
【0016】接着体を構成する基本物質は、最終的には
硬化させる。硬化させるのに、潜在性触媒を使用する。
例えば、高温度で活性を示すパーオキサイド、錯化合物
や複合化合物を使用することができる。
【0017】半導体装置を加熱した場合、有限要素法に
よる解析から、半導体チップが装着された接着体の角部
分、中央部分及び半導体チップが装着されている周辺部
分に、応力が集中することがわかった。接着体の応力が
集中する部分に於ける応力を効率的に緩和してやれば、
半導体装置の応力の問題は解決される。本発明は、半導
体装置の加熱時に接着体の応力が集中する部分に、変形
可能領域を設けることを特徴とするものである。
【0018】即ち、半導体装置を組み立てるに際して、
半導体チップ、マウント、放熱基板や回路基板等を接着
させる半導体用接着体を使用するに際し、この半導体用
接着体に於ける応力集中部分に、変形可能領域を設ける
ものである。変形可能領域は、接着体の応力が集中する
部分に、例えば、穴をあけることにより作ることができ
る。ミリオーダの大きい穴は複数個あけてもよいが1個
で充分な場合が多い。ミクロンオーダーの小さい穴は1
個では機能しないので複数個あける必要がある。半導体
装置に熱がかかり応力が発生したとき、接着体にあけた
これらの穴が収縮することにより応力を吸収するのであ
る。
【0019】接着体は、勿論1層で使用することができ
る。この場合は、該接着体の応力が集中する部分に穴を
あける。接着体は、複数層に積層して使用することもで
きる。この場合は、該積層された接着体の少なくとも一
層に穴をあける。積層された各層に穴をあけてもよい
し、積層された層の一部に穴をあけてもよい。例えば、
3層に積層した場合、真中の層のみに穴をあけてもよい
し、上下の2層に穴をあけてもよいし、また全層に穴を
あけてもよい。
【0020】接着体の応力集中部分に変形可能領域を設
ける方法として、穴をあける方法の他に溝をつける方法
がある。溝は、複数本設ける。溝は、縦、横或いは斜め
更には曲線状につけることができる。縦横に複数本設け
るのが効率的である。但し、これに限るものではない。
縦溝だけ、横溝だけ、傾斜溝だけ、或いは曲線溝だけで
もよいし、これらを組み合わせてもよい。実際には、こ
れらを適宜選択して効果的なものを選択する。勿論、溝
の場合も穴の場合と同様に、積層された接着体に適用す
ることができる。この場合、一層のみに溝を設けてもよ
いし、複数の層に溝を設けてもよい。半導体装置に熱が
かかった場合、接着体の溝の部分が縮んで熱応力を吸収
することになる。
【0021】また、接着体に凹部を設けることによって
も変形可能領域を作ることができる。接着体の熱応力が
大きくかかる部分に、凹部を設けるものである。熱応力
がかかったとき、該接着体の凹部が部分的に変形して、
応力を吸収する。勿論、接着体全体にこれら凹部を設け
てもよいし、積層した場合、一層のみに凹部を設けても
よいし、複数の層に凹部を設けてもよい。
【0022】更に、接着体が複数の積層体から構成され
る場合、その積層体の一部に無機繊維からなる織物、編
み物又は不織布を使用することができる。ここで使用す
る無機繊維製の織物、編み物又は不織布は、応力が集中
する部分の繊維密度を小さくしたものである。繊維密度
の異なる織物、編み物又は不織布は、例えば織物の場
合、経糸の密度は変化させずに、緯糸の密度を一定の織
り間隔毎に変化させることにより作ることができる。逆
に、緯糸の密度は変化させずに、経糸の密度を一定の織
り間隔毎に変化させることにより作ってもよい。また、
使用する繊維の繊度(繊維の太さ)を変えることによっ
ても得ることができる。編み物に於いては、応力がかか
る部分の繊維の量を少なくして編むことにより、又不織
布の場合も、同様に応力のかかる部分の繊維使用量を少
なくすることにより、繊維密度の異なるものを作ること
ができる。応力がかかったとき、繊維密度の小さい部分
は他の部分よりもいち早く反応して、すばやく応力を吸
収するのである。
【0023】また、接着体を熱変形量、弾性率の異なる
素材を複合して構成することによって、応力を緩和する
こともできる。例えば、接着体の中央部分に膨張率の小
さい素材を配し、その他の部分には柔軟性素材を配し組
み合わせることにより、応力を緩和することができる。
素材の組合せは、これに限るものではない。接着体の中
央部分は、中心に向かって応力が作用するので、熱膨張
率の小さい素材を配すると効果的に応力を緩和すること
ができる。
【0024】無機繊維として、ガラス繊維、金属繊維、
炭素繊維及びセラミック繊維等を使用することができ
る。ガラス繊維、金属繊維は、ガラス又は金属を溶融し
小孔を有するノズルから押し出して製造することができ
る。また、炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系繊維又
はピッチ系繊維を、焼成する事によって製造することが
できる。セラミック繊維の製造法は、その種類によって
種々の方法が採られる。溶融紡糸によるもの、湿式紡糸
後熱処理するもの、まずプレカーサの状態で糸状にしこ
れを熱処理をするもの、等々の方法がある。例えば、シ
リカ繊維は、水ガラスの水溶液を酸性浴に紡出し、得ら
れた糸を熱処理することにより得ることができる。又、
ジメチルクロルシランを脱塩素でポリシランとし更に熱
転移させて得られるカルボシランを、乾式紡糸しその後
熱処理することにより炭化ケイソ繊維を製造することが
できる。
【0025】アルミナ繊維は、例えば、酢酸のアルミニ
ウム塩水溶液にポリエチレンオキシドなどを加えて粘性
を付与しケイソ化合物を添加後ノズルから押し出して糸
状にし高温度で焼成する、アルミナ、塩化マグネシウム
等からなる粘性スラリーを紡糸し高温度で焼成する、或
いは(AlR−O)n (Rは、アルキル、アルコキシ、
有機酸基等)ポリマーを有機溶剤に溶解し紡糸し高温度
で焼成することにより、得ることができる。又、ジルコ
ニア繊維は、例えば、塩化ジルコニウム溶液に塩化イッ
トリウムを添加した溶液に、高分子繊維又は織布を浸漬
し乾燥後焼成する事により得ることができる。
【0026】本発明に於いて使用する接着体の基本構成
物質は、柔軟性を有する物質である。それは、応力の緩
和に有効に作用するからである。基本的には、シリコー
ン、柔軟性エポキシ樹脂と柔軟性硬化剤、エラストマー
を主成分とする組成物である。具体的には、(A)ビニ
ルシリコーンゴム、接着成分及び潜在性触媒を配合して
なる組成物、(B)柔軟性エポキシ樹脂、柔軟性硬化
剤、接着成分及び潜在性触媒を配合してなる組成物及び
(C)反応性官能基を有するエラストマー、接着性成分
及び潜在性触媒を配合してなる組成物からなる組成物群
から選ばれるものである。
【0027】この接着体は、最終的にはこれらの組成物
を加熱して硬化させ実用に供する。半導体装置を組み立
てる際に、半導体チップを該接着体を用いて基板に装着
し、その後加熱することにより、潜在性触媒が作用して
接着体が硬化し、半導体装置が実用に供しうるようにな
る。
【0028】シリコーンは、ミラブル型シリコーンゴム
を使用することができる。ミラブル型シリコーンゴム
は、各種添加剤を加えることができ、加硫剤の存在下に
加熱することにより、硬化させることのできるシリコー
ンゴムである。当該シリコーンゴムはゴム弾性があるた
め、半導体装置の組立或いは使用時に発生する熱による
応力を緩和することができる。
【0029】ミラブル型シリコーンゴムを硬化させるた
めに、潜在性触媒を使用する。ここで使用する潜在性触
媒は、一般的にパーオキサイドを使用する。具体的な化
合物の例としては、ベンゾイルパーオキサイド、2,4
ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキ
サイド、ジターシャリーブチルパーオキサイド、パラク
ロロベンゾイルパーオキサイド、2,5ジメチル2,5
ジターシャリーブチルパーオキシヘキサン、ターシャリ
ーブチルクミルパーオキサイド等である。ミラブル型シ
リコーンゴムに該潜在性触媒を添加し、熱を加えること
により、ゴムを硬化することができる。硬化に要する温
度は、化合物によって異なるので、接着すべき材料等の
組み合わせに従って適宜潜在性触媒を選択し、その化合
物に適した温度で処理する。潜在性触媒の所要処理温度
は、概ね100〜180℃である。
【0030】柔軟性エポキシ樹脂及び柔軟性硬化剤であ
るが、エポキシ樹脂はビスフェノール型或いはノボラッ
ク型のものが多く、一般的に硬化後は柔軟性を持たない
硬質なものである。本発明においては、柔軟性を含する
エポキシ樹脂を使用するのが好ましい。柔軟性エポキシ
樹脂として具体的には、シクロペンタジエン変性エポキ
シ樹脂やナフタレン変性エポキシ樹脂等の炭化水素変性
エポキシ樹脂、エラストマー変性エポキシ樹脂、シリコ
ーン変性エポキシ樹脂等から誘導されるものである。こ
れらのエポキシ樹脂に、各種添加剤を加えることがで
き、また触媒の存在下に加熱することにより、硬化させ
ることができる。当該エポキシはゴム弾性があるため、
半導体装置の組立或いは使用時に発生する熱による応力
を緩和することができる。
【0031】硬化剤としては、ビスフェノール、フェノ
ールノボラック、酸無水物、アミン化合物は一般的であ
るが、これらは硬質なものであり、本発明では柔軟性の
硬化剤を使用するのが好ましい。柔軟性硬化剤として
は、具体的にはシクロペンタジエン変性フェノール樹
脂、テルペン変性フェノール樹脂やキシレン変性フェノ
ール樹脂等の炭化水素変性樹脂、アクリロニトリルゴム
分散酸無水物、シリコーン変性アミン化合物、シリコー
ン樹脂等から誘導されるものである。
【0032】柔軟性エポキシ樹脂と柔軟性硬化剤を硬化
させるために、潜在性触媒を使用する。ここで使用する
潜在性触媒は、室温付近の温度では触媒としての作用は
せず、高温で触媒作用を発揮する触媒である。具体的に
は、マイクロカプセルの中に入れた触媒、燐化合物の錯
体或いは金属錯体又は複合体を使用することができる。
化合物の例としては、有機燐化合物の硼素錯体、アルミ
ニウムの錯体、マイクロカプセル型触媒が挙げられる。
この潜在性触媒は、室温付近の温度では触媒作用を示さ
ないが、少なくとも100℃以上の温度で、錯体が分解
し或いはマイクロカプセルが破れて中の触媒が系に導入
され、触媒作用を示すのである。熱を加えることによ
り、エポキシ樹脂を硬化することができる。硬化に要す
る温度は、化合物によって異なるので、接着すべき材料
等の組み合わせに従って適宜潜在性触媒を選択し、その
化合物に適した温度で処理する。潜在性触媒の所要処理
温度は、概ね100〜180℃である。
【0033】次に、エラストマーとしては、スチレン系
エラストマー、塩化ビニール系エラストマー、オレフィ
ン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリ
アミド系エラストマー、フッ素系エラストマー或いはウ
レタン系エラストマー等のエラストマー及びこれらの中
間体を使用することができる。本発明で使用する反応性
官能基を有するエラストマーは、上記エラストマーに官
能基を付与したものである。ここでいう反応性官能基
は、二重結合、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、
アルコキシ基、アミノ基やイソシアナート基等である。
【0034】本発明に使用する反応性官能基を有するエ
ラストマーに於いて、鎖伸長剤を用いることもできる。
鎖伸長剤は、該反応性官能基を有するエラストマーの官
能基と反応する官能基を有する化合物である。例えば、
エラストマーの末端にイソシアナート基を有するポリウ
レタンの場合は、ポリブタジエンジオールやポリエチレ
ングリコールのような末端に水酸基を有する化合物を使
用することができる。
【0035】エラストマーを含む組成物を硬化させるた
めに、潜在性触媒を使用する。ここで使用する潜在性触
媒は、室温付近の温度では触媒としての作用はせず、高
温で触媒作用を発揮する触媒である。具体的には、マイ
クロカプセルの中に入れた触媒、燐化合物の錯体或いは
金属錯体又は複合体を使用することができる。化合物の
例としては、有機燐化合物の硼素錯体、アルミニウムの
錯体、マイクロカプセル型触媒が挙げられる。この潜在
性触媒は、室温付近の温度では触媒作用を示さないが、
少なくとも100℃以上の温度で、錯体が分解し或いは
マイクロカプセルが破れて中の触媒が系に導入され、触
媒作用を示すのである。熱を加えることにより、エポキ
シ樹脂を硬化することができる。硬化に要する温度は、
化合物によって異なるので、接着すべき材料等の組み合
わせに従って適宜潜在性触媒を選択し、その化合物に適
した温度で処理する。潜在性触媒の所要処理温度は、概
ね100〜180℃である。
【0036】半導体装置の組立に際しては、半導体自
身、放熱板、マウントや回路基板等異種素材同士を接着
させる必要がある。これら異種素材を接着させるため
に、接着成分を柔軟性樹脂に混合する。接着成分として
は、エポキシ基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基、ア
ルコキシ基、ビニル基、エステル基等の官能基を少なく
とも一種有する化合物及びシランカップリング剤からな
る群から選ばれた少なくとも一種である。具体的な例と
して、エポキシ基、カルボン酸基、水酸基、アミノ基、
アルコキシ基、ビニル基、エステル基等の官能基を有す
るポリシロキサン、ポリブタジエン、テルペン重合体等
を挙げることができる。但し、これらに限定されるもの
ではない。
【0037】また、シランカップリング剤としては、ア
ミノ基、エポキシ基、ビニル基、メタクリル基、メルカ
プト基等の官能基とアルコキシ基を有するシリコン化合
物である。代表的な例としては、ビニルエトキシシラ
ン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、3
−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−グ
リシドキシプロピルメトキシシラン、2−(3,4−エ
ポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、N
−2−(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメ
トキシシラン、N−2−(アミノエチル)3−アミノプ
ロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキ
シシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメト
キシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラ
ン等を挙げることができる。シランカップリング剤は、
有機ポリマーと無機物や金属の界面接着性を向上させる
働きを有するものである。
【0038】シランカップリング剤は、有機ポリマーと
無機物や金属との界面接着性を向上させる働きを有する
ものである。また、エポキシ基、カルボン酸基、水酸
基、アミノ基、アルコキシ基等の官能基を有するポリシ
ロキサンは、シリコーンと他の異種素材とを接着させる
際の接着性を向上させる働きを有する。これらの官能基
を有するシポリシロキサン及びシランカップリング剤
は、基本骨格がシリコーンであるので、接着体の基本成
分であるミラブル型シリコーンゴムとの親和性がよく、
かつ異種素材との接着に威力を発揮すると共に、シリコ
ーンゴムのゴム弾性により応力を緩和することができる
という効果をもたらすものである。しかも、未加工のシ
リコーンゴムを使用するので、加工が容易という利点も
ある。それは、未加工のシリコーンゴムを、希望する形
状に加工した後硬化させることができるからである。
【0039】従来の接着剤は、保存性が悪い、接着剤の
塗布精度が悪い、シートは剥離し難いといった問題を有
している。従来の二液タイプの接着剤は、塗布後すぐに
硬化してしまうので室温では保存できないのである。保
存するには、低温度で保存する必要がある。これに対し
て、本発明の接着体は潜在性触媒を使用するので、硬化
温度が100℃以上で、室温でも充分保存が可能なもの
である。
【0040】特に、小型の半導体装置に於いては、全て
に寸法精度が要求される。従来の接着剤はこうした観点
からの寸法精度が悪く、製品の歩留まりが低い原因とも
なっている。これに対して本発明の接着体は、シート状
にして使用することができ、更には、所定の形状や大き
さに切断又は切り抜き若しくは打ち抜き等により、希望
する形状、大きさにすることができるので、必然的に寸
法精度が高くなるのである。シート状で使用するについ
て、従来知られている粘着テープ類は、接着力が小さ
く、温度が上昇すると粘着力が極度に低下し剥離してし
まう欠点がある。これに対して、本発明の接着体は、高
温度に於いても高い接着力を保持するものである。
【0041】本発明の接着体は、接着すべき素材間に該
接着体を貼り付けて、その後加熱して硬化させるもので
ある。接着体本体が未だ硬化していない状態で、半導体
装置を容易に組み立てることができる。その上で最後に
加熱することにより、接着体が硬化し、半導体装置が完
成するのである。
【0042】
【発明の実施の形態】図3は、本発明の実施形態の例を
示すものである。即ち、TAB(テープオートメイテッ
ドボンディング)に本発明の接着体を適用したものであ
る。半導体チップ17は、フイルムキャリヤテープ21
にバンプ19を介して取り付けられている。フイルムキ
ャリヤテープ21は、接着体18によって支持体20に
取り付けられている。半導体チップ17からの配線は、
フイルムキャリヤテープ21を介して、半田ボール12
に接続されている。そうしてこれら全体が、基板11に
搭載されている。支持体20と半導体チップ17は、更
に接着体23を介して接着させることもできる。勿論、
支持体20と半導体チップ17とは必ずしも接着させな
くてもよい。フイルムキャリヤテープ21と支持体20
との間の領域は、そのままでもよいが、樹脂封止22を
することもできる。
【0043】図4は、本発明の他の実施形態の例を示す
ものである。即ち、BGA(ボールグリッドアレイ)に
本発明の接着体を適用したものである。半導体チップ2
5は、接着体26を介して基板28に取り付けられてい
る。29は半田ボールである。半導体チップ25が接着
体26を介して基板28に取り付けられているが、これ
ら全体は、フレーム30で囲まれている。外部への配線
のために配線27が接続されている。接着体26は、半
導体チップ25を基板28に接着させるとともに、半導
体装置に熱がかかったときに発生する応力を緩和する機
能をもつ。
【0044】図5は、本発明の接着体を従来からのワイ
ヤー・ボンディング方式に適用したものである。半導体
チップ47は、接着体43を介して基板44に取り付け
られている。42は半田ボールである。外部への配線の
ために配線45が接続されている。接着体43は、半導
体チップ47を基板44に接着させるとともに、半導体
装置に熱がかかったときに発生する応力を緩和する機能
をもつ。
【0045】以下、本発明を実施例について具体的に説
明する。ここで、部は全て重量部である。
【実施例1】シクロペンダジエン変性エポキシ樹脂(日
本化薬株式会社製品番XD−1000)100部に、フ
ェノール樹脂(三井化学株式会社製品番XL−225)
20部、シランカップリング剤(日本ユニカー株式会社
製品番A−186)1部及び潜在性触媒(北興化学工業
株式会社製品番TPP−K)1部を2本ロールにて5分
間混練した。次にこの混練物を中央にガラス繊維からな
る特殊クロスを挟み込みプレスロールにて内厚150μ
mのシートにし、その上下より剥離紙を付した。これ
を、更に25mm角に打ち抜いた。ここで使用した特殊
ガラスクロスは、厚さ30μmで12.5mm間隔で5
mm巾に亘って繊維密度を他の部分のそれの半分とした
クロスである。即ち、緯糸の構成は変えずに、経糸の構
成を12.5mm間隔で5mm巾に亘って繊度の小さい
ガラス繊維を使用して製織したものである。
【0046】これを一週間放置後、模擬BGA(ボール
グリッドアレイ)に於いて、チップとFPC(フレキシ
ブルプリントサーキット)の間に装着し180℃で5分
加熱した。出来上がったものの厚み精度は±10μm以
下であり基板との実装は全く問題なかった。又、この模
擬BGAの吸湿半田テストAを行つたところ不良品は発
生しなかった。即ち、クッラクやポップコーン等の発生
は認められなかった。また、吸湿半田テストBに於い
て、腐食等の欠陥品は認められなかった。柔軟性接着体
の最終的な硬度は、JISAで30であった。
【0047】尚、試験方法は、以下の通りである。 吸湿半田テストA試験方法:湿度100%、温度125
℃の条件下に於いて20時間保持した後、IRリフロー
(赤外線炉)内で、240℃の温度で10秒間加熱す
る。 吸湿半田テストB試験方法:吸湿半田テストAを施した
ものにつき、更に湿度、100%、温度125℃の条件
下に、1000時間保持する(以下、PCT保管テスト
と称することがある)。
【0048】
【実施例2】シクロペンダジエン変性エポキシ樹脂(日
本化薬株式会社製品番XD−1000)100部に、フ
ェノール樹脂(三井化学株式会社製品番XL−225)
20部、シランカップリング剤(日本ユニカー株式会社
製品番A−186)1部及び潜在性触媒(北興化学工業
株式会社製品番TPP−K)1部を2本ロールにて5分
間混練した。次にこの混練物を上下より剥離紙を挟み込
みプレスロールにて内厚150μmのシートにし、更に
25mm角に打ち抜いて接着体を製造した。ここで打ち
抜いた接着体試験片は、その中央を中心として半径5m
mの範囲に亘って300メッシュ相当の穴をあけたもの
である。
【0049】これを一週間放置後、剥離紙を除いて、模
擬BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、チップと
FPCの間に装着し180℃で5分加熱した。出来上が
ったものの厚み精度は±10μm以下であり基板との実
装は全く問題なかった。又、この模擬BGAの吸湿半田
テストAを行つたところ不良品は発生しなかった。即
ち、クッラクやポップコーン等の発生は認められなかっ
た。また、吸湿半田テストBに於いて、腐食等の欠陥品
は認められなかった。柔軟性接着体の最終的な硬度は、
JISAで30であった。
【0050】
【実施例3】ナフタレン変性エポキシ樹脂(大日本イン
キ化学工業株式会社製品番HP−4032)100部
に、アミノ変性シリコーンオイル(信越化学工業株式会
社製品番KF−6001)8部、カルビノール変性シリ
コーンオイル(信越化学工業株式会社製品番X−22−
161)2部、及びアルミキレートA(川研ファインケ
ミカル株式会社製品)1部を2本ロールにて5分間混練
し、厚み50μmのシートを得た。このシートを三層に
積層し、その上下に剥離紙を張り合わせ、25mm角に
打ち抜いて接着体を製造した。この積層接着体に於い
て、打ち抜いた接着体の中間層は、その中央に半径5m
mの穴を設けたものである。
【0051】これを一週間放置後、剥離紙を除いて、模
擬BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、チップと
FPCの間に装着し180℃で5分加熱した。出来上が
ったものの厚み精度は±10μm以下であり基板との実
装は全く問題なかった。又、この模擬BGAの吸湿半田
テストAを行つたところ不良品は発生しなかった。即
ち、クッラクやポップコーン等の発生は認められなかっ
た。また、吸湿半田テストBに於いて、腐食等の欠陥品
は認められなかった。柔軟性接着体の最終的な硬度は、
JISAで34であった。
【0052】
【実施例4】通常のエポキシ樹脂(住友化学工業株式会
社製品番ESCN−220)100部に、通常のフェノ
ール樹脂(明和化成株式会社製品番HF−2)20部、
シランカップリング剤(日本ユニカー株式会社製品番A
−186)1部及び潜在性触媒(北興化学工業株式会社
製品番TPP−K)1部を2本ロールにて5分間混練し
た。次にこの混練物を中央にガラス繊維からなる特殊ク
ロスを挟み込みプレスロールにて内厚150μmのシー
トにし、その上下より剥離紙を付した。更に、これを2
5mm角に打ち抜いて接着体を製造した。ここで使用し
た特殊ガラスクロスは、厚さ30μmで12.5mm間
隔で5mm巾に亘って繊維密度を他の部分のそれの半分
としたクロスである。即ち、緯糸の構成は変えずに、経
糸の構成を12.5mm間隔で5mm巾に亘って繊度の
小さいガラス繊維を使用して製織したものである。
【0053】これを一週間放置後、剥離紙を除いて、模
擬BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、チップと
FPCの間に装着し180℃で5分加熱した。出来上が
ったものの厚み精度は±10μm以下であり基板との実
装は全く問題なかった。又、この模擬BGAの吸湿半田
テストAを行つたところ不良品は、20個につき1個の
割合で発生した。比較例に示すように、通常のエポキシ
樹脂と通常の硬化剤を使用した場合は、不良品がPCT
保管テスト100時間の時点で見出されるほど不良品の
発生率が高いが、本発明に於いては、通常のエポキシ樹
脂と通常の硬化樹脂を使用しても、かなり不良品の発生
を抑えることができる。
【0054】
【実施例5】ミラブル型シリコーン(東芝シリコーン社
製品番TSE260−3U)100部に、二重結合を有
するテルペン系重合体(ヤスハラケミカル社製品番YS
−125)5部、3−メタクリロキシプロピルトリメト
キシシラン(日本ユニカー社製品番A−174)1部及
び2.5−ジメチル2.5−ジターシャリーブチルパー
オキシヘキサン0.3部を2本ロールにて5分間混練し
た。次に上下より剥離紙を挟み込みプレスロールにて内
厚150μmのシートにし、更に25mm角に打ち抜い
て接着体を製造した。この際、プレスローラ上に凸部を
設けて、シートの長さ方向及び巾方向いずれも12.5
mm間隔に半径5mmの凹部が生じるようにした。凹部
の深みは、100μm程度とした。尚、打ち抜きの際、
打ち抜いた試験片の中心点に、設けた凹部の中心がくる
ように調整した。
【0055】これを一週間放置後、剥離紙を除いて、模
擬BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、チップと
FPCの間にその凹部がFPC側にくるよに接着体を装
着し150℃で10分加熱した。出来上がったものの厚
み精度は±10μm以下であり基板との実実装全く問題
なかった。又、この模擬BGAの吸湿半田テストAを行
つたところ不良は発生しなかった。即ち、クッラクやホ
ップコーン等の発生は認められなかった。また、吸湿半
田テストBに於いて、腐食等の欠陥品は認められなかっ
た。接着体の最終的な硬度は、JISAで30であっ
た。
【0056】
【実施例6】ミラブル型シリコーン(信越化学工業社製
品番KE−971−U)100部に、メタクリ酸変性シ
リコーン(信越化学工業社製品番X−22−2404)
10部、及び2.5−ジメチル2.5−ジターシャリー
ブチルパーオキシヘキサン0.5部を2本ロールにて5
分間混練し、厚み75μmのシートAを得た。次に、ミ
ラブル型シリコーン(信越化学工業社製品番KE−97
1−U)100部に、アミノ、アルコキシ変性シリコー
ン(信越化学工業社製品番KF−862)10部を使用
し、同様に厚み75μmのシートBを得た。ここで、シ
ートBは、該シートの長さ方向及び巾方向いずれも1
2.5mm間隔に半径5mmの穴をあけたものである。
これらシートAとシートBを張り合わせ、シートBにあ
けた穴の中心が中心点にくるようにして、25mm角の
試験片を打ち抜いて接着体を製造した。この際、シート
A及びシートBを積層した接着体の上下に剥離紙を張り
合わせた。
【0057】これを、一週間放置後、剥離紙を除いて、
模擬BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、シート
Aが半導体チップ側に、シートBが基板側にくるように
して、チップとFPCの間に装着し180℃で5分加熱
した。出来上がったものの厚み精度は±10μm以下で
あり基板との実装は全く問題なかった。又、得られた、
模擬半導体装置について、吸湿半田テストA、Bを行っ
た。いずれも不良品の発生はなく、問題は認められなか
った。
【0058】
【実施例7】シリコーン変性エポキシ樹脂(大日本イン
キ化学工業社製品番SIN−620)100部に、ポリ
ブダジエングリコール(日本曹達株式会社製品番G−1
000)10部、シランカップリング剤(チッソ株式会
社製品番S−510)2部及びマイクロカプセル潜在性
硬化触媒(旭化成工業株式会社製品番HX−3921H
P)5部を2本ロールにて5分間混練し、厚み40μm
のシートAを得た。次に、シリコーン変性エポキシ樹脂
(大日本インキ化学工業株式会社製品番SIN−62
0)100部に、ポリブダジエングリコール(日本曹達
株式会社製品番G−1000)10部、シランカップリ
ング剤(チッソ株式会社製品番S−510)2部及びマ
イクロカプセル潜在性硬化触媒(旭化成工業株式会社製
品番HX−3921HP)1部を2本ロールにて5分間
混練し、厚み70μmのシートBを得た。シートBを中
間層にしてその上下にシートAを積層し厚み150μm
のシートとし、その表面に剥離紙を付した後、25mm
角に打ち抜いて接着体を製造した。ここで、シートB
は、長さ方向、巾方向いずれも12.5mm間隔に、半
径5mmの穴をあけ、かつ、長さ方向、巾方向いずれも
25mm間隔に5mm平方にわたり300メッシュ相当
の穴をあけたものである。そして、25mm角に打ち抜
いた接着体の中央に半径5mmの中心穴がくるように、
かつ300メッシュ相当の穴をあけた部分が該接着体の
角部分にくるように調整した。
【0059】これを一週間放置後、剥離紙を除き、模擬
BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、半導体チッ
プとFPCの間に装着し180℃で5分加熱した。出来
上がったものの厚み精度は±10μm以下であり基板と
の実装は全く問題なかった。又、得られた、模擬半導体
装置について、吸湿半田テストA、Bを行った。いずれ
も不良品の発生はなく、問題は認められなかった。
【0060】
【実施例8】SIS系エラストマー(スチレンイソプレ
ンブロックコポリマー:日本合成ゴム株式会社製品番S
IS−5000.官能基として二重結合を含む)100
重量部、芳香族変性テルペン樹脂(ヤスハラケミカル株
式会社製品番YS−125.官能基として二重結合を含
む)8重量部、シランカップリング剤(日本ユニカー株
式会社製品番A−174.官能基として二重結合及びメ
トキシ基を含む)2重量部、及びベンゾイルパーオキシ
ド(東芝シリコーン株式会社製品番TC−1)0.5重
量部をへンシェルミキサーを用いて混合し均一にした。
次に、該組成物を2本ロールを使用して室温で十分に混
練した後、肉厚150μmのシート状に成形した。次い
で、プレスロールにより該シートの上下面を剥離紙で覆
い、続いて該シートを更に一辺25mmの正方形のシー
トに打ち抜いて接着体を製造した。ここで、該打ち抜い
た正方形の接着体は、その中心に半径5mmの穴をあ
け、シリカガラス円板をはめ込んだものである。
【0061】フレキシブル回路基板に模擬半導体チップ
をワイヤボンディング方式で搭載したデバイスに於い
て、フレキシブル回路基板とチップとの問に、該正方形
に打ち抜いた接着体を剥離紙を剥がして装着し15℃で
10分間加熱して接着した。接着後の該シートの厚み精
度は±10μm以下であり、かつ界面隙間の密着度も良
好であり、基坂との実装に全く問題はなかった。また、
吸湿半田試験の結果、腐食による不良は発生しなかった
(不良品20個中0個)。また、上記シートをフレキシ
ブル回路基板(p3)に装着し室温で1週間放置した後、
チップ1を上記と同一の条件で接着したものについて
も、上記と同様全く問題は生じなかった。
【0062】
【実施例9】SIS系エラストマー(シェルジャバン株
式会社製品番D−1117.官能基として二重結合を含
む)100重量部、ポリブタジエン(日本曹達株式会社
製品番B−1000.官能基として二重結合を含む)1
0重量部、シランカップリング剤(チッソ株式会社製品
番S−710.官能基として二重結合及びメトキシ基を
含む)2重量部、及び2,5−ジメチル−2,5−ジ
(ターシャリーブチルパーオキシ)へキサン(東レ・ダ
ウコーニング・シリコーン株式会社製品番RC−4)
0.5重量部を用いて、実施例8と同様にして肉厚60
μmのシートを作成した。このシートを積層しその間に
ガラス繊維からなる特種クロスを挟み込み、かつその上
下に剥離紙を貼り付けて、接着体を製造した。ここで使
用した特殊ガラスクロスは、厚さ30μmで12.5m
m間隔で5mm巾に亘って繊維密度を他の部分のそれの
半分としたクロスである。即ち、緯糸の構成は変えず
に、経糸の構成を12.5mm間隔で5mm巾に亘って
繊度の小さいガラス繊維を使用して製織したものであ
る。
【0063】実施例1と同様にして、25mm角の試験
用の接着体を得た。これを一週間放置後、剥離紙を除
き、模擬TBAに於いて、チップとFPCの間に装着し
180℃で5分加熱した。出来上がったものの厚み精度
は±10μm以下であり基板との実装は全く問題なかっ
た。又、この模擬BGAの吸湿半田テストAを行つたと
ころ不良品は発生しなかった。即ち、クッラクやポップ
コーン等の発生は認められなかった。また、吸湿半田テ
ストBに於いて、腐食等の欠陥品は認められなかった。
柔軟性接着体の最終的な硬度は、JISAで34であっ
た。
【0064】
【比較例】通常のエポキシ樹脂(住友化学工業株式会社
製品番ESCN−220)100部に、通常のフェノー
ル樹脂(明和化成株式会社製品番HF−2)20部、シ
ランカップリング剤(日本ユニカー株式会社製品番A−
186)1部及び潜在性触媒(北興化学工業株式会社製
品番TPP−K)1部を2本ロールにて5分間混練し
た。次にこの混練物を上下より剥離紙を挟み込み、内厚
150μmのシートにし、更に25mm角に打ち抜いて
接着体を製造した。
【0065】これを一週間放置後、剥離紙を除いて、模
擬BGA(ボールグリッドアレイ)に於いて、チップと
FPCの間に装着し180℃で5分加熱した。出来上が
ったものの厚み精度は±10μm以上のものとなり基板
との実装が問題であった。又、この模擬BGAの吸湿半
田テストを行つたところ全てのものが不良品となった。
特に、PCTテストでは、途中の抜き取り検査で、10
0時間から不良品が発生することが認められた。
【0066】
【発明の効果】本発明は、小型、かつ高性能で低コスト
の半導体装置を実現するための接着体技術を提供するも
のである。即ち、半導体チップ、マウント、放熱板等を
回路基板に取り付ける際に、半導体装置が熱を受けたと
きに生じる応力が集中する部分に変形可能領域を設けた
ことを特徴とする、半導体チップ、マウント、放熱基板
や回路基板等を接着させるための、半導体用接着体であ
る。半導体装置の組立時及び半導体装置の使用時に発生
する熱に基づく半導体にかかる応力を、緩和することが
できる。従って、本発明によって製造した半導体装置
は、その作動が安定ししかも信頼性が高いものである。
【0067】また、本接着体は、保存性に優れており、
室温に於いて長時間保持が可能であり、作業性に優れた
ものとなっている。更に、本接着体は、接着力に優れて
おり、必要な部品を互いに強力に接着するものである。
このため、作業性が良く、でき上がった半導体装置は構
造的に堅固なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体装置加熱時の応力集中の状況を示す図
である。
【図2】 半導体装置加熱時の応力集中の状況を示す他
の図である。
【図3】 本発明の実施形態の一例を示す図である。
【図4】 本発明の他の実施形態の例を示す図である。
【図5】 本発明をワイヤーボンディングに適用した例
である。
【符号の説明】 1、17、25、47 半導体チップ 2、3、4、5 接着体の角部分 6 接着体の半導体チ
ップ周辺部分 11、41、28、44 基板 12、29、42 半田ボール 9、18、23、26、43 接着体 10 接着体の中央部 19 バンプ 20 支持体 21 フイルムキャリヤ
テープ 22、46 樹脂封止 27、45 配線 30 フレーム

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体用接着体であって、熱を受けたとき
    に生じる応力が集中する部分に、変形可能領域を設けた
    ことを特徴とする、半導体チップ、マウント、放熱基板
    や回路基板等を接着させるための半導体用接着体。
  2. 【請求項2】変形可能領域を設ける部位が、上記接着体
    の角部分、中央部分及び半導体チップが装着されている
    周辺部分のうち少なくとも一の部分であることを特徴と
    する、請求項1に記載の半導体用接着体。
  3. 【請求項3】接着体に穴をあける、溝をつける、凹部を
    設ける、の少なくとも一つの手段により接着体に変形可
    能領域を設けるとを特徴とする、請求項1又は請求項2
    に記載の半導体用接着体。
  4. 【請求項4】接着体を複数積層し該積層された接着体の
    少なくとも一層に、変形可能領域を設けるとを特徴とす
    る、請求項1から3項のいずれか1項に記載の半導体用
    接着体。
  5. 【請求項5】接着体が複数の積層体から構成され、その
    積層体の一部が無機繊維からなる織物、編み物又は不織
    布であって、該無機繊維製の織物、編み物又は不織布の
    繊維密度を部分的に小さくすることにより接着体に変形
    可能領域を設けることを特徴とする、請求項1又は請求
    項2に記載の半導体用接着体。
  6. 【請求項6】接着体を構成する物質として、熱変形量及
    び/又は弾性率の異なる素材を複合することにより接着
    体に変形可能領域を設けるとを特徴とする、請求項1又
    は請求項2に記載の半導体用接着体。
  7. 【請求項7】接着体が、下記のA、B、Cから形成され
    る群から選ばれる少なくとも一種の組成物からなること
    を特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の
    半導体用接着体。 A:ビニルシリコーンゴム、接着成分及び潜在性触媒を
    配合してなる組成物。 B:柔軟性エポキシ樹脂、柔軟性硬化剤、接着成分及び
    潜在性触媒を配合してなる組成物。 C:反応性官能基を有するエラストマー、接着成分及び
    潜在性触媒を配合してなる組成物。
  8. 【請求項8】接着成分が、エポキシ基、カルボン酸基、
    水酸基、アミノ基、アルコキシ基、ビニル基、エステル
    基等の官能基を少なくとも一種を有する化合物及びシラ
    ンカップリング剤からなる群から選ばれた少なくとも一
    種であることを特徴とする、請求項7に記載の半導体用
    接着体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012162721A (ja) * 2012-03-21 2012-08-30 Sony Chemical & Information Device Corp 接着剤及び電気装置
JPWO2013171918A1 (ja) * 2012-05-15 2016-01-07 京セラ株式会社 圧電アクチュエータ、圧電振動装置および携帯端末

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