(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルムであって、
前記接着フィルムが、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤とエポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体とを含み、
圧着温度での溶融粘度が５×１０〜１×１０５Ｐａ・ｓの範囲にあり、
３．０％以下の残存揮発分を有し、
圧着圧力０．２ＭＰａ、圧着温度１８０℃、圧着時間１秒で半導体チップを熱圧着し得ることを特徴とする接着フィルム。
【請求項２】
前記接着フィルムであって、圧着圧力（Ｆ）、圧着時間（ｔ）、および圧着温度での溶融粘度（η）が、下記式（１）の関係を満たす条件で熱圧着し得る請求項１記載の接着フィルム。
１×１０≦Ｆ（Ｐａ）・ｔ（ｓ）／η（Ｐａ・ｓ）≦５×１０３          （１）
【請求項３】
前記接着フィルムが、さらに、１００℃以下で１×１０４Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度を有する、請求項１又は２記載の接着フィルム。
【請求項４】
前記接着フィルムの１００℃と１８０℃での溶融粘度の比が、１×１０〜１×１０３の範囲にある、請求項１〜３のいずれか１項記載の接着フィルム。
【請求項５】
前記接着フィルムが、プローブタック試験法で測定した２５℃でのタック荷重が２〜２０ｇｆの範囲にある請求項１〜４のいずれか１項記載の接着フィルム。
【請求項６】
前記接着フィルムが、２５℃で２０〜２０００ＭＰａおよび２６０℃で３〜５０ＭＰａの貯蔵弾性率と、−６５〜１５０℃の温度域で２００ｐｐｍ／℃以下の平均熱膨張係数を有する、請求項１〜５のいずれか１項記載の接着フィルム。
【請求項７】
前記接着フィルムが、１０〜２００μｍの厚さを有する、請求項１〜６のいずれか１項記載の接着フィルム。
【請求項８】
エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤とエポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体と、を含む接着剤組成物を用いて、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップと、を接続する接着フィルムを作製する方法であって、
前記接着フィルムの１４０〜１８０℃での溶融粘度が１×１０２〜１×１０４Ｐａ・ｓの範囲にあるように、
基材に塗布した前記接着剤組成物のワニスを８０〜１００℃の範囲で加熱乾燥し、ついで１１０〜１５０℃の範囲で加熱乾燥することを特徴とする接着フィルムの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の製造方法で得られる、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルム。
【請求項１０】
請求項１〜７及び９のいずれか１項記載の接着フィルムを介して、半導体チップを、配線付き外部接続用部材または別の半導体チップに接着した半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをその支持部材に接着する接着フィルムに関し、特に小さな圧着圧力で優れた接着性を発揮する接着フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンや携帯電話などの電子機器の小型化、高性能化に伴い、半導体パッケージは、半導体チップとほぼ同じ大きさまで小型化したものまで開発、実用化されている。これら半導体パッケージは、チップサイズパッケージ（以下「ＣＳＰ」という。）と称され、その一般的な構造は、接着材を用いて、半導体チップを配線層を有する外部接続部材に接着保持させ、チップと外部接続端子をワイヤーボンディングまたはＴＡＢ（Tape Automated Bonding）のインナーリードボンディングなどの各種方法により、電気的に接続し、さらに必要に応じてパッケージの一部又は全体を樹脂封止している。また近年では、外部接続部材に接着した半導体チップの上に、さらに別の半導体チップを接着材で接着することによって、半導体チップが積層された構造の半導体パッケージも提案、実用化されている。
【０００３】
半導体チップと外部接続部材または半導体チップ同士の接着に、フィルム状の接着材、すなわち接着フィルムを用いると、短時間で接着が可能となるので、接着フィルムを用いる方法が増加している。接着フィルムを用いる接着方法としては、個片圧着方法またはウェハ裏面貼付圧着方法などがある。個片圧着方法は、フィルム打ち抜き機構と熱圧着機構とを兼備したフィルム圧着機を用い、まず金型でシート状またはリール状の接着フィルムを所定の大きさに打ち抜き、これを外部接続部材の所定位置に仮圧着する。次に圧着治具を用いて、接着フィルムを熱圧着する。さらに、半導体チップを接着フィルムの上に位置合せした後、熱圧着することによって、外部接続部材と半導体チップとを接着する。
【０００４】
一方、ウェハ裏面貼付圧着方式は、半導体素子が形成されたウエハの裏面に、接着フィルムを加熱加圧ラミネート法などにより貼り付け、次ぎにダイシングテープをラミネートした後、ウエハおよび接着フィルムを一体に切断する。さらに、ダイシングテープを剥離し、接着フィルム付き半導体チップとし、これを配線付き外部接続部材や別の半導体チップへ熱圧着する。
【０００５】
いずれの圧着方式においても、チップ裏面が外部接続部材側に位置するフェイスアップ構造の場合、チップ素子面側から治具を用いて加圧圧着するので、素子の破壊を防ぐために小さな圧着圧力で圧着する必要がある。特に近年、半導体チップの薄型化、積層化の傾向に伴い、従来よりも小さな圧着圧力および低い温度で圧着する必要がある。
【０００６】
一方、外部接続部材は、ポリイミドなどのフィルム基板やＢＴ樹脂などのリジッド基板からなる基材に配線層が形成された構造である。配線層が半導体チップ側または外部接続端子部側に配置されている構造と、基板両面側に配置されている構造とに分類される。配線層が半導体チップ側に配置されているサーキットイン構造では、接着フィルムを圧着する外部接続部材表面に、配線層のパターンによる５〜２０μm程度の凹凸が存在する。
【０００７】
しかし、従来の接着フィルム、たとえば、特開２０００−２５６６２８号公報に開示された接着フィルムでは、圧着圧力が０．５〜３．０MPaにおいては、凹凸への充填性が良好であるが、圧着圧力が０．５MPaを下回ると、接着フィルムの充填が十分に行なわれず、接着界面に空隙（ボイド）が残存する。接着界面に空隙が存在すると、耐熱性および耐湿性などの信頼性が低下するという問題が発生するので、圧着圧力が０．５MPa以下の圧着圧力での圧着は、これまで採用されていなかった。
【０００８】
圧着時の空隙の発生は接着フィルムの流動性に依存するので、圧着温度での溶融粘度を小さくすることにより、空隙の発生を防止することができる。しかし溶融粘度が小さ過ぎると、チップ圧着時に、接着フィルム端部から接着組成物の過剰なはみ出しが生じ、リード端子部のボンディング不良を引き起こす問題がある。また、ウエハ裏面貼付圧着方法の場合、接着フィルムをウエハへラミネートする際にも、過剰なはみ出しが生じて、ウエハ表面やラミネート装置を汚染させることになる。さらに、圧着プロセスでの作業性に関しても、個片圧着方式では、接着フィルムが打ち抜き金型や搬送路へ付着したり、また、ウェハ裏面貼付圧着方式では、ダイシングテープとの剥離性が困難な問題があった。したがって、従来の接着フィルムでは、小さな圧着圧力での圧着性と作業性を両立させることができなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、半導体チップとこれを支持する配線付き外部接続部材または半導体チップ同士を接続する接着フィルムにおいて、０．０１〜０．５MPaの圧着圧力で熱圧着し得る、圧着性および圧着プロセスでの作業性に優れる半導体チップ接続用接着フィルムを提供することを目的とする。また本発明は、この接着フィルムを用いた信頼性に優れる半導体搭載用接続部材および半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明者らは、接着フィルムのウエハ裏面へのラミネートおよび外部接続部材へ圧着する際の空隙やはみ出しの支配因子を調査し、その結果、小さな圧着圧力で熱圧着しても、圧着時に空隙を発生することがなく、半導体チップとこれを支持する配線付き外部接続部材または半導体チップ同士を接続できる接着フィルムの発明を完成させた。
【００１１】
すなわち、本発明は、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルムであって、０．０１〜０．５MPaの圧着圧力で熱圧着し得ることを特徴とする接着フィルムである。
【００１２】
また本発明は、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルムであって、圧着温度での溶融粘度が５×１０〜１×１０5 Pa・sの範囲にあることを特徴とする接着フィルムである。
【００１３】
さらに本発明は、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルムであって、圧着圧力（Ｆ）、圧着時間（ｔ）、および圧着温度での溶融粘度（η）が、下記式（１）の関係を満たす条件で、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを熱圧着し得ることを特徴とする接着フィルムである。
１×１０≦Ｆ（Pa）・ｔ（s）／η（Pa・s）≦５×１０3          （１）
【００１４】
また本発明は、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルムであって、プローブタック試験法で測定した２５℃でのタック荷重が２〜２０gfの範囲にあることを特徴する接着フィルムである。
【００１５】
さらに本発明の、エポキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化剤とエポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体とを含む接着剤組成物を用いて、半導体チップと、これを搭載する配線付き外部接続用部材または別の半導体チップとを接続する接着フィルムを作製する方法は、基材に塗布した前記接着剤組成物のワニスを８０〜１００℃の範囲で加熱乾燥し、ついで１１０〜１５０℃の範囲で加熱乾燥することを特徴とする接着フィルムの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】接着フィルムの圧着性に及ぼす圧着圧力（Ｆ）と圧着温度での溶融粘度（η）との関係を示す図である。
【図２】接着フィルムの圧着性およびはみ出し性に及ぼす、圧着圧力（Ｆ）、圧着時間（ｔ）と圧着温度での溶融粘度（η）との関係を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明による接着フィルム単体からなる接着フィルムを示す断面図、（ｂ）は本発明によるコア材の両面に接着フィルムを備えた接着フィルムを示す断面図である。
【図４】本発明による接着フィルムを用いた半導体搭載用外部接続部材を示す断面図である。
【図５】本発明による接着フィルム付き半導体搭載用外部接続部材に半導体チップが接着された半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の接着フィルムは、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤およびエポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体を含む熱硬化性樹脂が挙げられる。しかし、樹脂組成は、熱硬化性樹脂に限定されず、たとえば、ポリイミド、ポリエーテルアミドなどの熱可塑性樹脂を使用することもできる。エポキシ樹脂としては、たとえば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。
【００１８】
熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合は、硬化剤として、たとえば、フェノール性水酸基を１分子中に２個以上有する化合物である、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳなどのビスフェノール類を使用することができる。そのなかで、吸湿時の耐電食性に優れる点から、フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂などのフェノール樹脂が好ましい。
【００１９】
エポキシ樹脂と硬化剤としてフェノール樹脂を使用する場合の配合量は、接着フィルムにしたときの硬化性の観点から、それぞれエポキシ当量と水酸基当量の当量比が、好ましくは０．７０／０．３０〜０．３０／０．７０、より好ましくは０．６５／０．３５〜０．３５／０．６５、さらに好ましくは０．６０／０．４０〜０．４０／０．６０、特に好ましくは０．５５／０．４５〜０．４５／０．５５である。
【００２０】
エポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体を使用する場合は、−１０℃以上のガラス転移温度（Ｔｇ）を有し、重量平均分子量が１０万以上の共重合体が挙げられ、なかでもアクリルゴムが好ましい。アクリルゴムは、エポキシ樹脂と非相溶であるグリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートを官能性モノマーとし、接着力の確保とゲル化の防止の点から、このエポキシ基含有反復単位の量が、エポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体に０．５〜６．０重量％含有されることが好ましい。このようなアクリルゴムとして、グリシジルを３重量％含有する帝国化学産業（株）製のＨＴＲ―８６０Ｐ−３が市販されている。
【００２１】
アクリルゴムを使用する場合は、エポキシ基含有（メタ）アクリル共重合体の配合量ｂは、エポキシ樹脂とその硬化剤の合計量ａに対して、ａ／ｂの比率が１〜１０の範囲にあることが好ましい。この範囲にあると、圧着温度でのηが１×１０5Pa・s以下を満たすことができる。
【００２２】
接着フィルムの特性値は、接着フィルムの圧着性やラミネート性に極めて大きな影響を及ぼす。すなわち、空隙の有無やはみ出しの大小で評価される接着フィルムの圧着性やラミネート性の支配因子は、圧着温度、接着フィルムの溶融粘度、圧着圧力、圧着時間および接着フィルムの厚みなどが挙げられる。しかし、圧着時間および接着フィルムの厚みは、生産効率、フィルムに対する要求値によって定められるので、限定された範囲で運用されているおり、自由度は少ない。したがって、主な支配因子は、圧着温度およびラミネート温度での接着フィルムの溶融粘度および圧着圧力である。そこで、溶融粘度の異なる接着フィルムを用いて、圧着性やラミネート性に及ぼす溶融粘度の影響を定量的に調査したところ、接着フィルムは、１００℃以下で約１×１０4 Pa・s以上の溶融粘度を有し、かつ圧着温度での約５×１０〜１×１０5 Pa・sの範囲の溶融粘度を有する場合に、良好な圧着性およびラミネート性が得られることが明らかになった。
【００２３】
ここでの接着フィルムの溶融粘度は、平行平板プラストメータ法により測定、算出した値で評価される。すなわち、接着フィルムの溶融粘度（η）は、半径ｒの接着フィルムに荷重を一定時間加え、接着フィルムの厚さの変化を測定することにより、下記式（２）からηについて解いて算出した。
【００２４】
【数１】
0005585542.tif 000002
【００２５】
ここでｚ0は荷重を加える前の接着フィルムの厚さ、ｚは荷重を加えた後の接着フィルムの厚さ、Ｖは接着フィルムの体積、Ｆは加えた荷重、ｔは荷重を加えた時間である。
【００２６】
数種類の樹脂組成を変化させた接着フィルムを用意し、圧着温度を、また一部は圧着時間も変化させて、接着フィルムを凹凸部のある外部接続部材へ圧着し、溶融粘度と圧着圧力が接着フィルムの圧着性およびラミネート性、すなわち空隙やはみ出しに与える影響を調べた。その結果、０．５MPa以下の小さな圧着圧力で空隙なく圧着するためには、圧着温度での接着フィルムの溶融粘度を約１×１０5 Pa・s以下とする必要があった。はみ出し量に関しても、はみ出し量を５０μm以下にするためには、圧着温度での接着フィルムの溶融粘度を約５×１０ Pa・s以上にする必要があった。
【００２７】
ここで、圧力範囲を０．５MPa以下としたのは、チップ素子面側から治具を用いて加圧する方式の場合では、圧着圧力がこれより大きいと、素子を破壊する恐れがあるからである。またはみ出し量を５０μm以下としたのは、近年、高密度化が進み、チップ端部と外部接続部材側リードボンディング端子の距離が小さくなり、接着フィルムのはみ出しが５０μm以上になると端子部まで達し、リードボンディングできなくなるからである。したがって、圧着温度での接着フィルムの溶融粘度を、約５×１０〜１×１０5 Pa・sの範囲、特に好ましくは、１４０〜１８０℃での溶融粘度を約１×１０2〜１×１０4 Pa・sの範囲に設定することにより、空隙や過剰なはみ出しがなく、圧着できることを見いだした。
【００２８】
また、接着フィルムが、上記範囲内の溶融粘度において、実施例および比較例のデータを整理すると、図１に示すように、溶融粘度が小さくなるにつれて、圧着圧力が小さくなっても熱圧着し得ることを知見した。
【００２９】
さらに、圧着温度における溶融粘度（η）、圧着圧力（Ｆ）および圧着時間（ｔ）を用いたＦ（Pa）・ｔ（s）／η（Pa・s）というパラメータと圧着性の関係を整理すると、図２に示すように、下記式（１）の関係にある接着フィルムが、空隙や過剰なはみ出しがなく、圧着できることを見いだした。
１×１０≦Ｆ（Pa）・ｔ（s）／η（Pa・s）≦５×１０3          （１）
【００３０】
また、ウエハ裏面貼付圧着方法では、接着フィルムのウエハ裏面へのラミネートは、外部接続部材とは異なり表面の凹凸がないので、圧着温度より低温の１００℃前後、線圧０．１〜１０MPaの条件で行われる。この場合も、接着フィルムの溶融粘度とラミネート後のウエハ端からの接着フィルムのはみ出しとの関係を調べたところ、接着フィルム樹脂のウエハ表面への廻りこみなくラミネートするためには、ラミネート温度での接着フィルムの溶融粘度を、約１×１０4 Pa・s以上とする必要があった。
【００３１】
以上の結果から、接着フィルムの１００℃と１８０℃での溶融粘度の比を、１×１０〜１×１０3 の範囲にすることが好ましい。溶融粘度の比がこの範囲にあると、溶融粘度の温度依存性が適切であるため、圧着可能な温度範囲が十分広くとることができ、また上記１００℃以下と圧着温度である１４０〜１８０℃での溶融粘度の上記の好適な範囲を達成することができるからである。
【００３２】
さらに、打ち抜き金型または搬送路などへの接着フィルムの付着やダイシングテープとの剥離についても、接着フィルムの物性との相関を調べたところ、室温での粘着性と相関があることが分かった。粘着性、すなわちタック性の指標としては、ＪＩＳＺ０２３７に記載のプローブタック試験法を用いた。プローブタック試験法とは、プローブを接着フィルムに一定荷重をかけながら一定時間接触させた後、接着フィルムから垂直方向にプローブを引きはがすのに要する力を求める方法である。金型への付着やダイシングテープとの剥離性は、プローブタック法によって２５℃で測定したタック荷重が２〜２０gfの範囲にあると、金型への付着は見られず、またダイシングテープとの剥離も可能であり、作業性に優れ、さらに、接着フィルムと保護フィルムとの密着性が良好であるからである。
【００３３】
さらに、接着フィルムとしては、半導体チップと実装基板の熱膨張係数差から生ずる熱応力を低減するために、低弾性率であることが好ましい。動的粘弾性測定装置を用いて測定した場合の熱硬化後の接着フィルムの貯蔵弾性率は、２５℃で２０〜２０００MPa、２６０℃で３〜５０MPaであり、また−６５〜１５０℃での平均熱膨張係数は２００ppm／℃以下であることが好ましい。なお、貯蔵弾性率の測定は、硬化させた接着フィルムに引張り荷重をかけて、周波数１０Hz、昇温速度５〜１０℃／分の条件で行った。平均熱膨張係数が２００ppm／℃以下であると、接着フィルムに発生する熱応力が小さく、また貯蔵弾性率が、２５℃で２０００MPa以下および２６０℃で５０MPa以下であると、半導体チップと配線基板であるインターポーザとの熱膨張係数の差によって発生する熱応力を緩和させる効果が十分維持でき、剥離やクラックの発生を回避できる。一方、貯蔵弾性率が、２５℃で２０MPa以上あると接着フィルムの取扱性は良好であり、２６０℃で３MPa以上あるとリフロークラックの発生も抑制できる。
【００３４】
接着フィルムは、上記物性値の範囲にあれば、単独フィルムの構造でも、またはコア材の両面に接着フィルムを形成した構造でもよい。接着フィルムの厚みは、接着フィルム単独の場合は１０〜２００μm、コア材を用いる場合はコア材両面に形成した状態で５０〜２５０μm程度が好ましい。また、コア材の両面に形成する接着フィルムの厚みは、各々が同じ厚みであっても、また異なる厚みであってもよい。外部接続部材の配線層への埋込性を向上するために、外部接続部材側の接着フィルムの厚みを、半導体チップ側の接着フィルムの厚みよりも厚くすることもできる。さらに、コア材両面に形成する接着フィルムの種類が異なっていることもできる。
【００３５】
コア材は、ガラス転移温度が２００℃以上のポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタンなどの耐熱性熱可塑フィルム、またはこれらの耐熱性熱可塑多孔質フィルムが好ましい。
【００３６】
接着フィルムは、半硬化状態（Ｂステージ）で外部接続部材へ圧着し、その後硬化させる。このとき、接着フィルム中の残存揮発成分が多いと、硬化時にフィルム自身が発泡し、フィルム内部に空隙が生じ、信頼性の低下原因となる。そこで、硬化時の発泡と残存揮発分量の関係を調べた結果、残存揮発分を３．０％以下とすることによって、硬化時の発泡を低減することができる。
【００３７】
接着フィルムの溶融粘度（η）の制御は、樹脂組成のほかに、樹脂組成の配合に基づく接着フィルム作製時の塗工条件、すなわちＢステージ化度によって行なうことができる。
【００３８】
樹脂ワニスをフィルム化するときの塗工条件は、塗工温度および塗工時間などにより、フィルムの半硬化状態を調整することによって、接着フィルムの溶融粘度を制御することができる。特に、樹脂ワニスを塗布した後、８０〜１００℃の比較的低温度で加熱乾燥させ、次いで樹脂の組成に応じて、１１０〜１５０℃の範囲で、適切な加熱温度と加熱時間を選択することにより、接着フィルムの溶融粘度を本発明の範囲に制御する。
【００３９】
また後述する無機フィラーの添加も、接着フィルムの溶融粘度の微調整に寄与する。
【００４０】
接着フィルムのタック荷重の制御も、溶融粘度の制御と同様に、樹脂組成物の配合とフィルム作製時の塗工条件で制御することができる。なお、タック荷重には、樹脂組成物中の残存揮発分の量も影響を及ぼす因子である。
【００４１】
接着フィルムの樹脂には、溶融粘度の微調整に加えて、難燃化および吸湿率の低減を目的として、無機フィラーを配合することができる。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、窒化アルミニウム、ホウ酸アルミウィスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、アンチモン酸化物などが挙げられる。さらに、異種材料界面での接着を向上するために、カップリング剤を配合することもできる。また、イオン性不純物を吸着して吸湿時の絶縁信頼性をよくするために、イオン捕捉剤を配合することもできる。
【００４２】
接着フィルムを用いた半導体チップと配線付き外部接続部材の接続方法は、個片圧着方法またはウェハ裏面貼付圧着方法などがある。個片圧着方法は、フィルム打ち抜き機構と熱圧着機構とを兼備した接着フィルム圧着機を用いて、まずシート状またはリール状の接着フィルムを所定の大きさに金型で打ち抜き、外部接続部材の所定位置に仮圧着する。次に、圧着治具を用い接着フィルムを熱圧着する。さらに、半導体チップを接着フィルムの上に位置合せした後、熱圧着することによって、外部接続部材と半導体チップとを接着する。一方、ウェハ裏面貼付圧着方式は、半導体素子が形成されたウエハの裏面に、接着フィルムを加熱加圧ラミネート法などで貼り付け、さらにダイシングテープをラミネートした後、ウエハおよび接着フィルムを一体に切断する。さらに、ダイシングテープを剥離し、接着フィルム付き半導体チップとし、これを配線付き外部接続部材や他の半導体チップへ熱圧着する。
【００４３】
いずれの圧着方法でも、半導体素子の破壊を防ぐため、圧着圧力は０．５MPa以下が必要である。ラミネートまたは圧着温度と圧着時間は、接着界面に空隙や過剰なはみ出しがなく接着できれば、特に限定されないが、ラミネート温度は１００℃前後、圧着温度は外部接続部材の耐熱性の点から１００〜２００℃、特に１４０〜１８０℃が好ましい。また、圧着時間は生産性を考慮すると０．５〜５秒が好ましい。
【００４４】
本発明の半導体搭載用外部接続基板に用いる基板材料は、セラミック基板または有機基板を用いることができる。セラミック基板としては、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板などを用いることができる。有機基板としては、ポリイミドフィルムを基材として用いたポリイミドフィルム基板、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたＦＲ−４基板、ビスマレイミド−トリアジン樹脂を含浸させたＢＴ基板などを用いることができる。配線層は、片面配線、両面配線または多層配線のいずれかの構造であることができる。また、基板には、リフロー時に発生する蒸気圧を半導体パッケージ外へ逃がすための微小な貫通孔を設けることもできる。
【００４５】
本発明の接着フィルムの構造は、図３（ａ）に示すように、単独の接着フィルム１でも、図３（ｂ）に示すように、コア材２の両面に接着フィルム１を備えた接着フィルムでも良い。また、本発明の半導体搭載用外部接続部材は、図４に示すように、配線３を形成した外部接続部材４の上に、上記接着フィルム１が接着された構造である。さらに、本発明の半導体装置の例としては、図５に示すように、図４に示した半導体搭載用外部接続部材と半導体チップ５、さらにその上の別の半導体チップ５が接着フィルム１で接着され、半導体チップのパッドと外部接続部材とをボンディングワイヤ６で接続し、半導体チップ５および外部接続部材を封止材７で封止、外部接続端子８にはんだボールを設けた構造などがある。
【実施例】
【００４６】
実施例１
エポキシ樹脂としてクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（東都化成株式会社製、商品名：ＹＤＣＮ−７０３）４２重量部、エポキシ樹脂の硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製，商品名：プライオーフェンＬＦ２８８２）１２重量部およびフェノール樹脂（三井化学工業株式会社製、商品名：ＸＬＣ−ＬＬ）１８重量部、エポキシ基含有アクリルゴム（帝国化学産業株式会社製、商品名：ＨＴＲ−８６０Ｐ−３）４４重量部、硬化促進剤として１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：キュアゾール２ＰＺ−ＣＮ）０．０２５重量部、カップリング剤として３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン１重量部および３−ウレイドプロピルトリメトキシシラン２重量部、フィラーとして平均粒径０．０１６μmの煙霧質シリカ（日本アエロジル（株）製、商品名：アエロジルＲ９７２）５．３重量部に、溶剤としてメチルエチルケトンを加えて、撹拌溶解し、樹脂ワニスとした。このワニスを、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で２０分間加熱乾燥し、次いで１２０℃で５分間加熱乾燥し、厚み約５０μmのＢステージの接着フィルムＡを作製した。
【００４７】
実施例２
実施例１のエポキシ基含有アクリルゴム（ＨＴＲ−８６０Ｐ−３）の配合量を４４重量部から３１重量部に変更した以外は、実施例１と同様にして樹脂ワニスを作製した。このワニスをポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で５分間加熱乾燥し、次いで１４０℃で５分間加熱乾燥し、厚み約５０μmの接着フィルムＢを作製した。
【００４８】
比較例１
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名：エピコート８２８）３０重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学工業株式会社製、商品名：ＥＳＣＮ１９５）１０重量部、フェノールノボラック樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製，商品名：プライオーフェンＬＦ２８８２）２５重量部、エポキシ基含有アクリルゴム（帝国化学産業株式会社製、商品名：ＨＴＲ−８６０Ｐ−３）１５０重量部、硬化促進剤として１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール（四国化成工業株式会社製、商品名：２ＰＺ−ＣＮ）０．５重量部、カップリング剤として３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリメトキシシランを各々２重量部に、溶剤としてメチルエチルケトンを加えて、撹拌溶解し樹脂ワニスとした。このワニスを、ポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で２０分間加熱乾燥し、次いで１４０℃で５分間加熱乾燥し、厚み約５０μｍの接着フィルムＣを作製した。
【００４９】
比較例２
実施例１で作製した樹脂ワニスをポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で２０分間加熱乾燥し、次いで１６０℃で５分間加熱乾燥し、厚み約５０μmの接着フィルムＤを作製した。
【００５０】
比較例３
実施例１で作製した樹脂ワニスをポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で２０分間加熱乾燥し、次いで１００℃で５分間加熱乾燥し、厚み約５０μmの接着フィルムＥを作製した。
【００５１】
比較例４
実施例２で作製した樹脂ワニスをポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で２０分間加熱乾燥し、次いで１００℃で５分間加熱乾燥し、厚み約５０μmの接着フィルムＦを作製した。
【００５２】
比較例５
実施例２で作製した樹脂ワニスをポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、９０℃で２５分間加熱乾燥し、厚み約５０μmの接着フィルムＧを作製した。
【００５３】
作製した接着フィルムについて、Ｂステージでのフィルムの物性、硬化物の物性、圧着性と作業性の評価、および信頼性の評価を行った。結果を、表１〜表４に示す。なお、フィルムおよび加熱硬化物の物性値の測定方法ならびに圧着性、作業性の評価および信頼性の評価は、以下の方法で行った。
【００５４】
Ｂステージの接着フィルムの溶融粘度は以下の方法で測定した。
接着フィルムを８枚ラミネートし、厚み約４００μmの接着フィルムを作製した。この接着フィルムを直径１１．３mmの円形に打ち抜き、設定温度において荷重２．５kgfで５秒間加圧し、加圧前後の接着フィルムの厚みから、前述の式（２）を用いて、溶融粘度を算出した。接着フィルムのタック荷重は、ＲＨＥＳＣＡ社製タッキング試験機を用いて、ＪＩＳ Ｚ０２３７−１９９１参考欄に記載の方法により２５℃で測定した。測定条件は、プローブ径５．１φmm、引きはがし速度１０mm／秒、接触荷重１００gf/cm2、接触時間１．０秒で行った。接着フィルムの残存揮発分は、接着フィルムの１７０℃／１ｈの硬化前後での重量から、下記式（３）を用いて算出した。
【００５５】
残存揮発分（％）＝［（硬化前のフィルム重量−硬化後のフィルム重量）
／硬化前のフィルム重量］×１００          （３）
【００５６】
接着フィルム硬化物の物性は、Ｂステージの接着フィルムを１７０℃で１時間加熱硬化させたサンプルを用いて測定した。貯蔵弾性率は、動的粘弾性測定装置（レオロジ社製、ＤＶＥ−Ｖ４）を用いて、サンプルサイズ：長さ２０mm、幅４mm、膜厚６０μm、昇温速度５℃／分、引張りモード、１０Hz、自動静荷重の条件で測定した。また熱膨張係数熱は、熱膨張率測定機（真空理工（株）製、ＴＭ−７０００）を用いて測定し、−６５〜１５０℃の平均熱膨張係数を求めた。
【００５７】
接着フィルムのラミネート性、圧着性は以下の方法で評価した。
接着フィルムを２８０μm厚のウエハの裏面に、温度１００℃、線圧１MPa、速度０．２ｍ／分の条件でラミネートした。この時、接着フィルムがウエハ端部からはみ出しウエハ表面まで達した場合を、ラミネート性不良と判断した。さらにダイシングテープ（古河電工株式会社製、商品名：ＵＣ−３３４ＥＰ）を室温でラミネートした後、接着フィルム付きウエハを７．０×９．０mmに切断し、紫外線（高圧水銀灯）をダイシングテープに５００mJ/cm2照射した後、ダイシングテープを剥離して接着フィルム付き半導体チップとした。これを表２に示した条件で配線付き外部接続部材へ熱圧着し、空隙が接着フィルム全体の面積に対して１０％以内、またはチップ端からのはみ出しが５０μm以内の場合を、圧着性良好と判断した。
【００５８】
また硬化時の発泡は、接着フィルムを外部接続部材へ圧着し、オーブンで１７０℃／１時間硬化した後に、顕微鏡でフィルム断面を観察し、微細な空隙がある場合を発泡ありと判断した。外部接続部材には、配線層の配線幅３０μm、最狭配線間幅４０μm、配線層厚み２０μm、厚み５０μmのポリイミド系フィルムからなる貫通孔付きのＴＡＢテープを用いた。圧着条件は加圧時間を１秒間および３秒間とし、温度を１４０〜１８０℃、圧着圧力を０．０５〜０．２MPaの範囲で行った。ダイシングテープとの剥離性は、接着フィルムと露光後のダイシングテープとの室温でのピール強度を測定し、４０gf/cm以上の場合を剥離困難と判断した。
【００５９】
信頼性は、上記の半導体チップ付き外部接続部材を封止用樹脂（日立化成工業株式会社製、商品名：ＣＥＬ−９１２０）で封止して作製した半導体パッケージを用いて評価した。信頼性項目としては、耐リフロー性、耐ＰＣＴ性および耐温度サイクル性を評価した。耐リフロー性は、作製した半導体パッケージを８５℃、８５％の雰囲気で２４時間吸湿した後、赤外線リフロー装置で半導体パッケージ表面の最大到達温度が２６５℃で１０秒間となる条件で３回処理を行った後、超音波探査探傷装置で半導体パッケージ内部を検査し、接着界面の剥離やクラックなどを評価した。耐ＰＣＴ性は、リフロー処理した半導体パッケージを、１２１℃、１００％の雰囲気で２００時間処理した後、同様に接着界面の剥離や外部接続部材の貫通孔から接着フィルム樹脂のしみ出しの有無を評価した。耐温度サイクル性は、半導体パッケージを−５５℃〜１２５℃で１５分間の雰囲気で処理した後、超音波探査探傷装置で半導体パッケージ内部を検査し、接着界面の剥離やクラックなどを評価した。
【００６０】
【表１】
0005585542.tif 000003
【００６１】
【表２】
0005585542.tif 000004
【００６２】
【表３】
0005585542.tif 000005
【００６３】
【表４】
0005585542.tif 000006
【００６４】
［発明の効果］
表１〜４より、本発明の接着フィルムは、１００℃以下での溶融粘度が１×１０4Pa・s以上、圧着温度での溶融粘度が５×１０〜１×１０5Pa・s、タック荷重が２〜２０gf、残存揮発分が３％以下を有し、０．０１〜０．５MPaの小さな圧着圧力で、半導体チップとこれを塔載する配線付き外部接続用部材を接続することができる。したがって、本発明は、圧着性、作業性および信頼性に優れた接着フィルムを提供することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  接着フィルム
２  コア材
３  配線
４  外部接続部材
５  半導体チップ
６  ボンディングワイヤ
７  封止用樹脂
８  外部接続端子
【図１】
0005585542.tif 000007
【図２】
0005585542.tif 000008
【図３】
0005585542.tif 000009
【図４】
0005585542.tif 000010
【図５】
0005585542.tif 000011