JPH11219980A

JPH11219980A - 電子部品装置

Info

Publication number: JPH11219980A
Application number: JP10020105A
Authority: JP
Inventors: Itsuo Watanabe; 伊津夫渡辺; Kenzo Takemura; 賢三竹村; 義之 ▲つる▼; Yoshiyuki Tsuru; Naoyuki Urasaki; 直之浦崎; Yasushi Shimada; 靖島田; Akishi Nakaso; 昭士中祖
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JP3835584B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体チップ等の電子部品と実装基板との接
続信頼性に優れる半導体装置等の電子部品装置を提供す
る。【解決手段】最外層の絶縁層が低弾性率の接着剤と無
機フィラからなる実装基板に半導体チップを接着剤を介
して搭載した電子部品装置。実装基板の最外層の絶縁層
が低弾性率の接着剤と無機フィラからなるため、実装
後、低弾性率化接着剤によってチップと基板の熱膨張係
数差に基づく界面でのストレスを緩和できる他、接着剤
中に分散した無機フィラによって基板電極が接続後基板
中に大きく埋設するのを抑制でき、回路板の接続信頼性
が大幅に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばフリップチ
ップ実装方式により半導体チップを実装基板と接着剤で
接着固定すると共に両者の電極同士を電気的に接続する
ことにより得られる電子部品装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体実装分野では、低コスト化・高精
化に対応した新しい実装形態としてICチップを直接プリ
ント基板やフレキシブル配線板に搭載するフリップチッ
プ実装が注目されている。フリップチップ実装方式とし
ては、チップの端子にはんだバンプを設け、はんだ接続
を行う方式や導電性接着剤を介して電気的接続を行う方
式が知られている。これらの方式では、接続するチップ
と基板の熱膨張係数差に基づくストレスが、各種環境下
に曝した場合、接続界面で発生し接続信頼性が低下する
という問題がある。このため、接続界面のストレスを緩
和する目的で一般にエポキシ樹脂系のアンダフィル材を
チップ／基板の間隙に注入する方式が検討されている。
しかし、このアンダフィルの注入工程は、プロセスを煩
雑化し、生産性、コストの面で不利になるという問題が
ある。このような問題を解決すべく最近では、チップと
基板の間にあらかじめ接着剤や異方導電性と封止機能を
有する異方導電性接着剤を介在し、加熱加圧してチップ
と基板をフリップチップ実装する方式が、プロセス簡易
性という観点から注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
を接着剤を介して直接基板に搭載する場合、加熱、加圧
による接続時、基板の端子電極が基板中に沈みこみ、基
板の最外層の端子電極の底部と基板の内層回路との間隙
が小さくなり、結果として高温・高湿下でのバイアス試
験で絶縁不良を発生するという問題がある。本発明は、
半導体チップ等の電子部品と実装基板との接続信頼性に
優れる半導体装置等の電子部品装置を提供するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の電子部品装置
は、第一の接続端子を有する電子部品と、第二の接続端
子を有する実装基板とを、第一の接続端子と第二の接続
端子を対向して配置し、前記対向配置した第一の接続端
子と第二の接続端子の間に接着剤を介在させ、加熱加圧
して前記対向配置した第一の接続端子と第二の接続端子
を電気的に接続させた電子部品装置であって、前記実装
基板が、最外配線層を含む複数の配線層と、前記配線層
間を電気的に接続する導体化された穴を有すると共に、
最外配線層と最外配線層に最も近い配線層との間に貯蔵
弾性率が２５℃で１０〜２，０００ＭＰａであり、１７
０℃で１〜４００ＭＰａである接着剤に無機フィラが充
填された絶縁層が形成されている多層配線板であること
を特徴とするものである。接着剤としては、少なくとも
エポキシ樹脂と、アクリルゴムと、潜在性硬化剤を含有
しているものが使用され、アクリルゴムは、その分子中
にグリシジルエーテル基を含有しているものが好まし
い。接着剤には導電粒子を０.１〜２０体積％含有する
ことができる。電子部品としては、半導体チップご使用
される。実装基板は電子部品より熱膨張係数が小さいも
のが使用出来る。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明において、電子部品として
は半導体チップ、トランジスタ、ダイオ−ド、サイリス
タ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、コイル等の受動
素子等のチップ部品が用いられる。電子部品を実装基板
に加熱加圧することにより、対向配置した接続端子どう
しは、直接接触により又は異方導電性接着剤の導電粒子
を介して電気的に接続する。半導体チップや実装基板の
電極パッド上には、めっきで形成されるバンプや金ワイ
ヤの先端をトーチ等により溶融させ、金ボールを形成
し、このボールを電極パッド上に圧着した後、ワイヤを
切断して得られるワイヤバンプなどの突起電極を設け、
接続端子として用いることができる。

【０００６】実装基板として最外配線層を含む複数の配
線層と、前記配線層間を電気的に接続する導体化された
穴を有すると共に、最外配線層と最外配線層に最も近い
配線層との間に貯蔵弾性率が２５℃で１０〜２，０００
ＭＰａであり、１７０℃で１〜４００ＭＰａである接着
剤に無機フィラが充填された絶縁層が形成されている多
層配線板を用いる。最外配線層に接する絶縁層は、２５
℃で１０〜２，０００ＭＰａであり、１７０℃で１〜４
００ＭＰａである接着剤に無機フィラが充填されてい
る。なお、ここで弾性率とは、動的粘弾性測定装置で測
定した貯蔵弾性率を指し、その測定は、接着剤硬化物に
引張り荷重をかけて、周波数１０Ｈｚ、昇温速度５〜１
０℃／分で−５０℃から３００℃まで測定する温度依存
性モードで行った。最外配線層に接する絶縁層に用いる
接着剤としては、例えば、（１）アクリロニトリル１８
〜４０重量％、（２）官能基モノマーとしてグリシジル
（メタ）アクリレート２〜６重量％、及び残部が（３）
エチル（メタ）アクリレートまたはブチル（メタ）アク
リレート、からなる共重合体で、Ｔｇ（ガラス転移点）
が−１０℃以上でかつ重量平均分子量が１０万以上であ
るエポキシ基含有アクリルゴムを含む接着剤が挙げられ
る。

【０００７】最外配線層に接する絶縁層に用いる接着剤
には、無機フィラーを接着剤（樹脂成分と無機フィラー
成分の和）１００体積部に対して、１〜５０体積部配合
される。配合の効果の点から１体積部以上、配合量が多
くなると、接着剤の貯蔵弾性率の上昇、接着性の低下、
ボイド残存による電気特性の低下等の問題を起こすので
５０体積部以下が好ましい。無機フィラーとしては、水
酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグ
ネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミ
ナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、結晶
性シリカ、非結晶性シリカなどが挙げられる。また、無
機フィラとして電気絶縁性セラミックウィスカを用いる
こともでき、接着剤（樹脂成分とウィスカ成分の和）１
００体積部に対して、５〜５０体積部配合することが好
ましい。電気絶縁性セラミックウィスカは、平均直径が
０．３〜３μｍ、平均長さが平均直径の５倍以上である
ことが好ましい。平均直径が、０．３μｍ未満である
と、接着剤へ分散させる工程において、破砕が起こりや
すく、３μｍを超えると、接着剤のフィルム化の工程で
表面に凹凸が起こりやすく、好ましくない。また、配線
間の絶縁信頼性を確保するために、１００μｍ以下であ
ることが好ましい。電気絶縁性セラミックウィスカとし
ては、ホウ酸アルミニウム、ウォラスナイト、チタン酸
カリウム、塩基性硫酸マグネシウム、窒化ケイ素、α−
アルミナ等などが挙げられる。

【０００８】実装基板の多層配線板としては、隣接する
配線層間の導体のみを接続するインタースティシャルバ
イアホール（以下、ＩＶＨという。）や、ベリードバイ
アホール（以下、ＢＶＨという。）を用いたものが好ま
しい。このＩＶＨやＢＶＨを有する多層配線板として
は、ビルドアップ多層配線板がある。このビルドアップ
多層配線板は、以下のような方法により製造できる。め
っきスルーホールと内層回路とが形成された内層回路板
のスルーホールにシルクスクリーン印刷法などによっ
て、穴が完全に塞がるように熱硬化性樹脂を埋め、加熱
して硬化した後、穴からはみ出した樹脂を研磨等により
除去し、Ｂステージ状態に硬化させた接着剤を有する
導体箔を加熱加圧し、導体箔の層間接続用穴を設ける部
分をエッチング除去し、その部分の絶縁層（硬化した前
記接着剤）を除去し、めっきなどにより、その層間接続
用穴の内壁の金属化を行い、表面の導体層の不要な部分
をエッチングすることにより回路を形成する。接着剤を
有する導体箔の代わりに接着フィルムと導体箔を用いて
もよい。この手法により、絶縁層と配線層を１層づつ形
成することができる。この回路を形成したものを内層回
路板とすれば、上記と同様の手法によりさらに１層づつ
の絶縁層と配線層が形成でき、これを繰り返すことによ
って、必要とする内層回路板を得ることができる。そし
て、最外層には、前記絶縁層を有する導体箔を用いて、
必要な回路を有する多層配線板を得ることができる。本
発明において、層間接続用穴を設ける部分の絶縁層は、
レーザ光照射により除去できる。

【０００９】本発明において用いられる接着剤として
は、エポキシ樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三
フッ化ホウ素ーアミン錯体、スルホニウム塩、アミンイ
ミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬
化剤の混合物が用いられ、回路部材の熱膨張係数差に基
づくストレスを緩和するためには、接着後の４０℃での
弾性率が５０〜２０００ＭＰａの接着樹脂組成物が好ま
しい。例えば、接続時の良好な流動性や高接続信頼性を
得られる接着樹脂組成物として、エポキシ樹脂とイミダ
ゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯
体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、
ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物に、接着後
の４０℃での弾性率が５０〜２０００ＭＰａになるよう
にアクリルゴムを配合した接着剤があげられる。接着フ
ィルム硬化物の弾性率は、例えば、レオロジ（株）製レ
オスペクトラＤＶＥ−４（引っぱりモード、周波数１０
Ｈｚ、５℃／ｍｉｎで昇温）を使用して測定できる。

【００１０】本発明の接着剤に用いるアクリルゴムとし
ては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸
エステルまたはアクリロニトリルのうち少なくともひと
つをモノマー成分とした重合体または共重合体があげら
れ、中でもグリシジルエーテル基を含有するグリシジル
アクリレートやグリシジルメタクリレートを含む共重合
体系アクリルゴムが好適に用いられる。これらアクリル
ゴムの分子量は、接着剤の凝集力を高める点から２０万
以上が好ましい。アクリルゴムの接着剤中の配合量は、
１５ｗｔ％以下であると接着後の４０℃での弾性率が２
０００ＭＰａを越えてしまい、また４０ｗｔ％以上にな
ると低弾性率化は図れるが接続時の溶融粘度が高くなり
接続電極界間、または接続電極と導電粒子界面の溶融接
着剤の排除性が低下するため、接続電極間または接続電
極と導電粒子間の電気的導通を確保できなくなる。この
ため、アクリル配合量としては１５〜４０ｗｔ％が好ま
しい。接着剤に配合されたこれらのアクリルゴムは、ゴ
ム成分に起因する

【００１１】誘電正接のピーク温度が４０〜６０℃付近
にあるため、接着剤の低弾性率化を図ることができる。
また、接着剤にはフィルム形成性をより容易にするため
にフェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を配合することも
できる。特に、フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と構造
が類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性、接着性
に優れるなどの特徴を有するので好ましい。フィルム形
成は、これら少なくともエポキシ樹脂、アクリルゴム、
フェノキシ樹脂、潜在性硬化剤からなる接着組成物と導
電粒子を有機溶剤に溶解あるいは分散により液状化し
て、剥離性基材上に塗布し、硬化剤の活性温度以下で溶
剤を除去することにより行われれる。この時用いる溶剤
は、芳香族炭化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶
解性を向上させるため好ましい。

【００１２】本発明の接着剤には、熱膨張係数を低減す
る目的で無機質充填材を配合できる。無機質充填材とし
ては、特に限定するものではなく、例えば、溶融シリ
カ、結晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナ、炭酸
カルシウム等の粉体があげられる。無機充填材の配合量
は、接着樹脂組成物に対して１０〜９０重量％であり、
熱膨張係数を低下させるには配合量が大きいほど効果的
であるが、多量に配合すると接着性や接続部での接着剤
の排除性低下に基づく導通不良が発生するため、２０〜
６０重量％が好ましい。また、その平均粒径は、接続部
での導通不良を防止する目的でミクロン以下にするのが
好ましい。また、接続時の樹脂の流動性の低下及びチッ
プのパッシベーション膜のダメージを防ぐ目的で球状フ
ィラを用いることが望ましい。

【００１３】本発明の接着剤には、チップのバンプや回
路電極の高さばらつきを吸収するために、異方導電性を
積極的に付与する目的で導電粒子を分散することもでき
る。本発明において導電粒子は例えばＡｕ、Ｎｉ、Ａ
ｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだなどの金属粒子またはこれらの金
属粒子表面に金やパラジウムなどの薄膜をめっきや蒸着
によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高
分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電
層を設けた導電粒子を用いることができる。粒径は基板
の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の
高さばらつきがある場合、高さばらつきよりも大きいこ
とが好ましく、かつ無機質充填材の平均粒径より大きい
ことが好ましく、１μｍ〜１０μｍが好ましい。また、
接着剤に分散される導電粒子量は、０．１〜３０体積％
であり、好ましくは０．１〜２０体積％である。

【００１４】

【実施例】金ワイヤから作製したワイヤバンプ（直径：
５０μｍΦ、スペース３０μｍ、高さ：３０μｍ、バン
プ数２８８）付きチップ（１０ｍｍｘ１０ｍｍ、厚
み：０．５ｍｍ）を半導体チップとして用いた。ガラス
クロス・エポキシ樹脂両面銅張り積層板であるＭＣＬ−
Ｅ−６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）の表面
銅はくを既存のサブトラクト法で内層回路加工、内層接
着処理を施す。次に、該内層回路表面に先にドリル穴加
工を施したエポキシ接着剤（貯蔵弾性率が２５℃で５０
０ＭＰａであり、１７０℃で１００ＭＰａ）に無機フィ
ラを３０体積％充填した絶縁層（膜厚：５０ミクロン）
を１７０℃、４０ｋｇｆ／ｃｍ²、６０分プレス積層接
着し、スルホール穴あけ、無電解銅めっき、サブトラク
ト法による外層回路加工及び無電解ニッケル／金めっき
を施し多層基板を得た。ニッケル粒子（直径：５μｍ）
を２ｖｏｌ％分散したエポキシ系接着フィルムからなる
異方導電フィルム（厚み：５０ミクロン）を実装基板に
８０℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ²で貼りつけた後、半導体チ
ップのバンプと実装基板（厚み：０．８ｍｍ）の位置あ
わせを行った。ついで、１８０℃、３０ｇ／バンプ、２
０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧を行い、本接続
を行った。本接続後、半導体チップのバンプと電気的に
接続された多層基板の最外配線層の電極は、接続前に比
較し、５ミクロン絶縁層中に埋設した程度であり、基板
内層回路とのショート発生は、高温・高湿試験（８５℃
／８５％ＲＨ、１０００ｈ）下でのバイアス（１００
Ｖ）下においてもなかった。また、本接続後の接続抵抗
は、１バンプあたり最高で６ｍΩ、平均で２ｍΩ、絶縁
抵抗は１０⁸Ω以上であり、これらの値は−５５〜１２
５℃の熱衝撃試験１０００サイクル処理、ＰＣＴ試験
（１２１℃、２気圧）２００時間、２６０℃のはんだバ
ス浸漬１０秒後においても変化がなく、良好な接続信頼
性を示した。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、半導体チップ等の電子部
品と実装基板との接続信頼性に優れる半導体装置等の電
子部品装置を得ることができる。本発明によれば、実装
基板の最外層の絶縁層が低弾性率の接着剤と無機フィラ
からなるため、実装後、低弾性率化接着剤によってチッ
プと基板の熱膨張係数差に基づく界面でのストレスを緩
和できる他、接着剤中に分散した無機フィラによって基
板電極が接続後基板中に大きく埋設するのを抑制でき、
回路板の接続信頼性が大幅に向上する。

フロントページの続き (72)発明者浦崎直之茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館研究所内 (72)発明者島田靖茨城県下館市大字小川1500番地日立化成工業株式会社下館研究所内 (72)発明者中祖昭士茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式会社筑波開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の接続端子を有する電子部品と、第二の接続端子を有する実装基板とを、第一の接続端子
と第二の接続端子を対向して配置し、前記対向配置した第一の接続端子と第二の接続端子の間
に接着剤を介在させ、加熱加圧して前記対向配置した第
一の接続端子と第二の接続端子を電気的に接続させた電
子部品装置であって、前記実装基板が、最外配線層を含む複数の配線層と、前
記配線層間を電気的に接続する導体化された穴を有する
と共に、最外配線層と最外配線層に最も近い配線層との
間に貯蔵弾性率が２５℃で１０〜２，０００ＭＰａであ
り、１７０℃で１〜４００ＭＰａである接着剤に無機フ
ィラが充填された絶縁層が形成されている多層配線板で
あることを特徴とする電子部品装置。
【請求項２】接着剤が、少なくともエポキシ樹脂と、
アクリルゴムと、潜在性硬化剤を含有している請求項１
記載の電子部品装置。
【請求項３】アクリルゴムが、その分子中にグリシジ
ルエーテル基を含有している請求項２記載の電子部品装
置。
【請求項４】接着剤に導電粒子が０.１〜２０体積％
含有されている請求項１〜３各項記載の電子部品装置。
【請求項５】電子部品が半導体チップである請求項１
〜４各項記載の電子部品装置。