(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱性を向上させるためのヒートスプレッダーを有するチップサイズパッケージにおいて、半導体チップとヒートスプレッダーを接着させるための接着フィルムであって、（１）エポキシ樹脂及びその硬化剤１００重量部に対し、（２）グリシジル（メタ）アクリレート２〜６重量％を含むＴｇ（ガラス転移温度）が−１０℃以上でかつ重量平均分子量が８０万以上であるエポキシ基含有アクリル系共重合体１００重量部を超えて３００重量部まで、硬化促進剤０．１〜５重量部を含む接着剤をベースフィルム上に形成して得られる接着フィルム。
【請求項２】
接着剤が、さらにエポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂を、エポキシ樹脂及びその硬化剤１００重量部に対し、１０〜４０重量部含む請求項１記載の接着フィルム。
【請求項３】
エポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂接着フィルムがフェノキシ樹脂である請求項２記載の接着フィルム。
【請求項４】
硬化剤がフェノール樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の接着フィルム。
【請求項５】
接着剤が、ＤＳＣを用いて測定した場合の全硬化発熱量の１０〜４０％の発熱を終えた状態である請求項１〜４のいずれかに記載の接着フィルム。
【請求項６】
接着剤が、動的粘弾性測定装置を用いて測定した場合の接着剤硬化物の貯蔵弾性率が２５℃で２０〜２，０００ＭＰａであり、２６０℃で３〜５０ＭＰａのものである請求項１〜５のいずれかに記載の接着フィルム。
【請求項７】
接着剤が、無機フィラーを、接着剤１００体積部に対して１〜６０体積部含有してなる請求項１〜６のいずれかに記載の接着フィルム。
【請求項８】
無機フィラーがアルミナ、シリカ、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも１以上である請求項７に記載の接着フィルム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着フィルムを用いて半導体チップとヒートスプレッダーを接着させた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達に伴い電子部品の搭載密度が高くなり、半導体装置の小型化が進められ、半導体チップとほぼ同等な大きさであるチップサイズパッケージまたはチップスケールパッケージ（ＣＳＰ、以下ＣＳＰと称することがある）が用いられている。
【０００３】
ＣＳＰは半導体チップをインターポーザーと呼ばれる半導体チップと外部端子をつなぐ基板に実装して成形されたもので、半導体ベアチップと異なり、良品検査を終えた信頼性のある電子部品である。これらのＣＳＰに使われるインターポーザーとしては、半導体チップの熱膨張係数約４ｐｐｍ／℃に近い熱膨張係数を有するアルミナ等のセラミック基板や柔軟性のあるポリイミドテープまたは厚いポリイミド基板などが用いられていることが日経エレクトロニクス１９９６年  Ｎｏ．６６８号に記載されている。また、ＣＳＰでは、半導体チップをインタポーザーに固定する際に接着剤を用いており、セラミック基板をインターポーザーに用いた場合は、銀ペーストに代表される液状の接着剤が使われている。
【０００４】
また、フィルム状接着剤は、フレキシブルプリント配線板等で用いられ、アクリロニトリルブタジエンゴムを主成分とする系が多い。
特開昭６０−２４３１８０号公報には、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソシアネート及び無機フィラーを含む接着剤が記載され、特開昭６１ー１３８６８０号公報には、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、分子中にウレタン結合を有する両末端が第１級アミン化合物及び無機フィラーを含む接着剤が記載されている。
【０００５】
近年の半導体装置の高集積化に伴い、動作時の発熱量が多くなってきており、半導体装置の発熱を抑制するために、動作電圧の低減やロスの少ない設計等の本質的な改善とともに、ファンを設置した強制冷却や放熱のためのヒートスプレッダー及び放熱フィンの設置等の対策が取られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
セラミック基板インターポーザーへの半導体チップ実装に銀ペースト接着剤を使用すると、銀フィラーの沈降があるため分散が均一ではないこと、ペーストの保存安定性に留意しなければならないこと、半導体チップ実装の作業性がＬＯＣ等に比較して劣ることなどの問題があった。  また、フィルム状接着剤は、アクリロニトリルブタジエンゴムを主成分とする系が多く用いられているものの、高温で長時間処理した後の接着力の低下が大きいことや、耐電食性に劣ることなどの欠点があった。特に、半導体関連部品の信頼性評価で用いられるＰＣＴ（プレッシャークッカーテスト）処理等の厳しい条件下で耐湿性試験を行った場合の劣化が大きかった。
特開昭６０ー２４３１８０号公報、特開昭６１ー１３８６８０号公報に示されるものでは、ＰＣＴ処理等の厳しい条件下での耐湿性試験を行った場合には、劣化が大きく不十分であった。
【０００７】
これらプリント配線板関連材料としての接着剤を用いて半導体チップをインターポーザーに実装する場合には、半導体チップとインターポーザーの熱膨張係数の差が大きくリフロー時にクラックが発生したり、温度サイクルテストやＰＣＴ処理等の厳しい条件下での耐湿性試験を行った場合の劣化が大きいため使用できなかった。
【０００８】
同様に、ヒートスプレッダー等に用いるアルミニウムや銅と半導体チップの接着剤にプリント配線板関連材料としての接着剤を用いた場合には、部品間の熱膨張係数が大きく、リフロー時や温度サイクルテストの際に発生するクラックおよび剥離が発生したり、ＰＣＴ処理等の厳しい条件下での耐湿性試験を行った場合の劣化が大きく、使用できなかった。
【０００９】
本発明は、放熱用のヒートスプレッダーを有するＣＳＰにおいて、ヒートスプレッダーとの熱膨張係数の差が大きい半導体チップを接着する場合に必要な耐熱性、耐電食性、耐湿性を有し、特に、ＰＣＴ処理等、厳しい条件下での耐湿性試験を行った場合の劣化が小さくなる接着フィルムを用いて構成した半導体装置の提供を課題とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、放熱性を向上させるためのヒートスプレッダーを有するチップサイズパッケージにおいて、半導体チップとヒートスプレッダーを接着させるための接着フィルムであって、（１）エポキシ樹脂及びその硬化剤１００重量部に対し、（２）グリシジル（メタ）アクリレート２〜６重量％を含むＴｇ（ガラス転移温度）が−１０℃以上でかつ重量平均分子量が８０万以上であるエポキシ基含有アクリル系共重合体１００重量部を超えて３００重量部まで、硬化促進剤０．１〜５重量部を含む接着剤をベースフィルム上に形成して得られる接着フィルムに関する。
本発明は、また、接着剤が、さらにエポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂を、エポキシ樹脂及びその硬化剤１００重量部に対し、１０〜４０重量部含む上記接着フィルムに関する。
本発明は、また、エポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂接着フィルムがフェノキシ樹脂である上記接着フィルムに関する。
本発明は、また、硬化剤がフェノール樹脂である上記接着フィルムに関する。
本発明は、また、接着剤が、ＤＳＣを用いて測定した場合の全硬化発熱量の１０〜４０％の発熱を終えた状態である上記接着フィルムに関する。
本発明は、また、接着剤が、動的粘弾性測定装置を用いて測定した場合の接着剤硬化物の貯蔵弾性率が２５℃で２０〜２，０００ＭＰａであり、２６０℃で３〜５０ＭＰａのものである上記接着フィルムに関する。
本発明は、また、接着剤が、無機フィラーを、接着剤１００体積部に対して１〜６０体積部含有してなる上記接着フィルムに関する。
本発明は、また、無機フィラーがアルミナ、シリカ、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウムから選ばれる少なくとも１以上である上記接着フィルムに関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において使用するエポキシ樹脂は、硬化して接着作用を呈するものであればよい。二官能以上で、好ましくは分子量が５０００未満、より好ましくは３０００未満のエポキシ樹脂が使用される。特に、分子量が５００以下のビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型液状樹脂を用いると積層時の流動性を向上することができて好ましい。分子量が５００以下のビスフェノールＡ型またはビスフェノールＦ型液状樹脂は、油化シェルエポキシ株式会社から、エピコート８０７、エピコート８２７、エピコート８２８という商品名で市販されている。また、ダウケミカル日本株式会社からは、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３０、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３３１、Ｄ．Ｅ．Ｒ．３６１という商品名で市販されている。さらに、東都化成株式会社から、ＹＤ１２８、ＹＤＦ１７０という商品名で市販されている。
【００１２】
エポキシ樹脂としては、高Ｔｇ化を目的に多官能エポキシ樹脂を加えてもよく、多官能エポキシ樹脂としては、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が例示される。
フェノールノボラック型エポキシ樹脂は、日本化薬株式会社から、ＥＰＰＮ−２０１という商品名で市販されている。また、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、住友化学工業株式会社から、ＥＳＣＮ−００１、ＥＳＣＮ−１９５という商品名で、また、前記日本化薬株式会社から、ＥＯＣＮ１０１２、ＥＯＣＮ１０２５、ＥＯＣＮ１０２７という商品名で市販されている。
【００１３】
エポキシ樹脂の硬化剤は、エポキシ樹脂の硬化剤として通常用いられているものを使用でき、アミン、ポリアミド、酸無水物、ポリスルフィッド、三弗化硼素及び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等が挙げられる。特に吸湿時の耐電食性に優れるためフェノール樹脂である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またはクレゾールノボラック樹脂等を用いるのが好ましい。
【００１４】
このような好ましいとした硬化剤は、大日本インキ化学工業株式会社から、フェノライトＬＦ２８８２、フェノライトＬＦ２８２２、フェノライトＴＤ−２０９０、フェノライトＴＤ−２１４９、フェノライトＶＨ４１５０、フェノライトＶＨ４１７０という商品名で市販されている。
【００１５】
硬化剤とともに硬化促進剤を用い、硬化促進剤としては、各種イミダゾール類を用いるのが好ましい。イミダゾールとしては、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾリウムトリメリテート等が挙げられる。
イミダゾール類は、四国化成工業株式会社から、２Ｅ４ＭＺ、２ＰＺ−ＣＮ、２ＰＺ−ＣＮＳという商品名で市販されている。
【００１６】
エポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂としては、フェノキシ樹脂、高分子量エポキシ樹脂、超高分子量エポキシ樹脂、極性の大きい官能基含有ゴム、極性の大きい官能基含有反応性ゴムなどが挙げられる。Ｂステージにおける接着剤のタック性の低減や硬化時の可撓性を向上させるため重量平均分子量が３万以上とされる。前記極性の大きい官能基含有反応性ゴムは、アクリルゴムにカルボキシル基のような極性が大きい官能基を付加したゴムが挙げられる。ここで、エポキシ樹脂と相溶性があるとは、硬化後にエポキシ樹脂と分離して二つ以上の相に分かれることなく、均質混和物を形成する性質を言う。
【００１７】
フェノキシ樹脂は、東都化成株式会社から、フェノトートＹＰ−４０、フェノトートＹＰ−５０、フェノトートＹＰ−６０等の商品名で市販されている。高分子量エポキシ樹脂は、分子量が３万〜８万の高分子量エポキシ樹脂、さらには、分子量が８万を超える超高分子量エポキシ樹脂（特公平７−５９６１７号、特公平７−５９６１８号、特公平７−５９６１９号、特公平７−５９６２０号、特公平７−６４９１１号、特公平７−６８３２７号公報参照）があり、何れも日立化成工業株式会社で製造している。極性の大きい官能基含有反応性ゴムとして、カルボキシル基含有アクリルゴムは、帝国化学産業株式会社から、ＨＴＲ−８６０Ｐという商品名で市販されている。
上記エポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂の添加量は、エポキシ樹脂を主成分とする相（以下エポキシ樹脂相という）の可撓性の不足、タック性の低減やクラック等による絶縁性の低下を防止するため１０重量部以上、エポキシ樹脂相のＴｇの低下を防止するため４０重量部以下とされる。
【００１８】
グリシジル（メタ）アクリレート２〜６重量％を含むＴｇが−１０℃以上でかつ重量平均分子量が８０万以上であるエポキシ基含有アクリル系共重合体は、帝国化学産業株式会社から市販されている商品名ＨＴＲ−８６０Ｐ−３を使用することができる。官能基モノマーが、カルボン酸タイプのアクリル酸や、水酸基タイプのヒドロキシメチル（メタ）アクリレートを用いると、架橋反応が進行しやすく、ワニス状態でのゲル化、Ｂステージ状態での硬化度の上昇による接着力の低下等の問題があるため好ましくない。また、官能基モノマーとして用いるグリシジル（メタ）アクリレートの量は、２〜６重量％の共重合体比とする。接着力を得るため、２重量％以上とし、ゴムのゲル化を防止するために６重量％以下とされる。残部はエチル（メタ）アクリレートやブチル（メタ）アクリレートまたは両者の混合物を用いることができるが、混合比率は、共重合体のＴｇを考慮して決定する。Ｔｇが−１０℃未満であるとＢステージ状態での接着フィルムのタック性が大きくなり取扱性が悪化するので、−１０℃以上とされる。重合方法はパール重合、溶液重合等が挙げられ、これらにより得ることができる。
【００１９】
エポキシ基含有アクリル系共重合体の重量平均分子量は、８０万以上とされ、この範囲では、シート状、フィルム状での強度や可撓性の低下やタック性の増大が少ないからである。
【００２０】
上記エポキシ基含有アクリル系共重合体の添加量は、フィルムの強度の低下やタック性が大きくなるのを防止するため１００重量部以上とされ、エポキシ基含有アクリルゴムの添加量が増えると、ゴム成分の相が多くなり、エポキシ樹脂相が少なくなるため、高温での取扱い性の低下が起こるため、３００重量部以下とされる。
【００２１】
接着剤には、異種材料間の界面結合をよくするために、カップリング剤を配合することもできる。カップリング剤としては、シランカップリング剤が好ましい。  シランカップリング剤としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【００２２】
前記したシランカップリング剤は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランがＮＵＣ  Ａ−１８７、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランがＮＵＣ  Ａ−１８９、γ−アミノプロピルトリエトキシシランがＮＵＣ  Ａ−１１００、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシランがＮＵＣ  Ａ−１１６０、Ｎ−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランがＮＵＣ  Ａ−１１２０という商品名で、いずれも日本ユニカ−株式会社から市販されており、好適に使用することができる。
【００２３】
カップリング剤の配合量は、添加による効果や耐熱性およびコストから、樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量部を添加するのが好ましい。
【００２４】
さらに、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ができる。イオン捕捉剤の配合量は、添加による効果や耐熱性、コストより、５〜１０重量部が好ましい。イオン捕捉剤としては、銅がイオン化して溶け出すのを防止するため銅害防止剤として知られる化合物例えば、トリアジンチオール化合物、ビスフェノール系還元剤を配合することもできる。ビスフェノール系還元剤としては、２，２’−メチレン−ビス−（４−メチル−６−第３−ブチルフェノール）、４，４’−チオ−ビス−（３−メチル−６−第３−ブチルフェノール）等が挙げられる。
トリアジンチオール化合物を成分とする銅害防止剤は、三協製薬株式会社から、ジスネットＤＢという商品名で市販されている。またビスフェノール系還元剤を成分とする銅害防止剤は、吉富製薬株式会社から、ヨシノックスＢＢという商品名で市販されている。
【００２５】
さらに、接着剤の取扱い性や熱伝導性をよくすること、難燃性を与えること、溶融粘度を調整すること、チクソトロピック性を付与すること、表面硬度の向上などを目的として、無機フィラーを接着剤１００体積部に対して１体積部以上で６０体積部を超えない範囲で配合することが好ましい。配合量が少ないと配合効果に乏しく、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６０体積部以下とされる。
【００２６】
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、ほう酸アルミニウムウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、炭化ケイ素などが挙げられる。
【００２７】
熱伝導性をよくするために、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、炭化ケイ素等が特に好ましい。
この内、アルミナは、放熱性が良く、耐熱性、絶縁性が良好な点で好適である。また、結晶性シリカまたは非晶性シリカは、放熱性の点ではアルミナより劣るが、イオン性不純物が少ないため、ＰＣＴ処理時の絶縁性が高く、銅箔、アルミ線、アルミ板等の腐食が少ない点で好適である。
難燃性を与えるためには、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等が好ましい。
溶融粘度の調整やチクソトロピック性の付与の目的には、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、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。
表面硬度の向上に関しては、短繊維アルミナ、ほう酸アルミニウムウイスカ等が好ましい。
【００２８】
本発明で用いる接着フィルムは、接着剤の各成分を溶剤に溶解ないし分散してワニスとし、ベースフィルム上に塗布、加熱し溶剤を除去することにより、接着剤層をベースフィルム上に形成して得られる。ベースフィルムとしては、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルムが使用できる。ベースフィルムは、使用時に剥離して接着フィルムのみを使用することもできるし、ベースフィルムとともに使用し、後で除去することもできる。
本発明で用いるプラスチックフィルムとしては、例えば、カプトン（東レ、デュポン株式会社製商品名）、アピカル（鐘淵化学工業株式会社製商品名）等のポリイミドフィルム、ルミラー（東レ、デュポン株式会社製商品名）、ピューレックス（帝人株式会社製商品名）等のポリエチレンテレフタレートフィルムなどを使用することができる。
【００２９】
ワニス化の溶剤は、比較的低沸点の、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、２−エトキシエタノール、トルエン、ブチルセルソルブ、メタノール、エタノール、２−メトキシエタノールなどを用いるのが好ましい。また、塗膜性を向上するなどの目的で、高沸点溶剤を加えても良い。高沸点溶剤としては、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、メチルピロリドン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。
ワニスの製造は、無機フィラーの分散を考慮した場合には、らいかい機、３本ロール及びビーズミル等により、またこれらを組み合わせて行なうことができる。フィラーと低分子量物をあらかじめ混合した後、高分子量物を配合することにより、混合に要する時間を短縮することも可能となる。また、ワニスとした後、真空脱気によりワニス中の気泡を除去することが好ましい。
【００３０】
上記プラスチックフィルム等のベースフィルム上に接着剤ワニスを塗布し、加熱乾燥して溶剤を除去するが、これにより得られる接着剤は、ＤＳＣを用いて測定した全硬化発熱量の１０〜４０％の発熱を終えた状態とされる。溶剤を除去する際に加熱するが、この時、接着剤組成物の硬化反応が進行しゲル化してくる。その際の硬化状態が接着剤の流動性に影響し、接着性や取扱い性を適正化する。ＤＳＣ（示差走査熱分析）は、測定温度範囲内で、発熱、吸熱の無い標準試料との温度差をたえず打ち消すように熱量を供給または除去するゼロ位法を測定原理とするものであり、測定装置が市販されておりそれを用いて測定できる。樹脂組成物の反応は、発熱反応であり、一定の昇温速度で試料を昇温していくと、試料が反応し熱量が発生する。その発熱量をチャートに出力し、ベースラインを基準として発熱曲線とベースラインで囲まれた面積を求め、これを発熱量とする。室温から２５０℃まで５〜１０℃／分の昇温速度で測定し、上記した発熱量を求める。これらは、全自動で行なうものもあり、それを使用すると容易に行なうことができる。  上記ベースフィルムに塗布し、乾燥して得た接着剤の発熱量は、つぎのようにして求める。まず、２５℃で真空乾燥器を用いて溶剤を乾燥させた未硬化試料の全発熱量を測定し、これをＡ（Ｊ／ｇ）とする。つぎに、塗工、乾燥した試料の発熱量を測定し、これをＢとする。試料の硬化度Ｃ（％）（加熱乾燥により発熱を終えた状態）は、つぎの数１で与えられる。
【００３１】
【数１】
Ｃ（％）＝（Ａ−Ｂ）×１００／Ａ
【００３２】
本発明で用いる接着フィルムの動的粘弾性測定装置で測定した貯蔵弾性率は、２５℃で２０〜２，０００ＭＰａで、２６０℃で３〜５０ＭＰａという低弾性率であることが好ましい。貯蔵弾性率の測定は、接着剤硬化物に引張り荷重をかけて、周波数１０Ｈｚ、昇温速度５〜１０℃／分で−５０℃から３００℃まで測定する温度依存性測定モードで行った。２５℃での貯蔵弾性率が２，０００ＭＰａを超えるものでは、半導体チップとヒートスプレッダーの熱膨張係数の差によってリフロー時に発生する応力を緩和させる効果が小さくなるためクラックを発生させてしまう。一方、貯蔵弾性率が２０ＭＰａ未満では、接着フィルムの取扱性が悪くなる。
【００３３】
本発明は、半導体チップとヒートスプレッダーを接着させる際の接着フィルムが、エポキシ基含有アクリル系共重合体とエポキシ樹脂系接着剤を用いているため接着フィルムの室温付近での弾性率が低いことにより、エポキシ基含有アクリル系共重合体の混合比を大きくすることで、半導体チップとヒートスプレッダーの熱膨張係数の差に起因してリフロー時の加熱冷却過程で発生する応力を緩和する効果によりクラックや剥離を抑制することができ、優れた信頼性を示す半導体パッケージを得るものである。また、エポキシ基含有アクリル系共重合体はエポキシ樹脂との反応性に優れるため、接着剤硬化物が化学的、物理的に安定するためＰＣＴ処理に代表される耐湿性試験に優れた性能を示す。また、下記の方法により、従来の接着フィルムの強度の低下、可撓性の低下、タック性の増大等取り扱い性の点での問題を解決し、半導体装置の信頼性を高くすることができた。
１）本発明で規定したエポキシ基含有アクリル系共重合体を使用することにより、リフロー時のクラック発生を抑制できる。
２）分子量の大きいアクリル系共重合体を使用することで共重合体の添加量が少ない場合でも、接着フィルムのフィルム強度、可撓性を確保できる。
３）エポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量３万以上の高分子量樹脂を加えることで、タック性を低減することができる。
【００３４】
さらに、本発明で用いる接着フィルムは、エポキシ樹脂と高分子量樹脂とが相溶性が良く均一になる接着剤を用いており、エポキシ基含有アクリル系共重合体に含まれるエポキシ基がそれらと部分的に反応し、未反応のエポキシ樹脂を含んで全体が架橋してゲル化するために、それが流動性を抑制し、エポキシ樹脂等を多く含む場合においても取扱い性を損なうことがない。また、未反応のエポキシ樹脂がゲル中に多数残存しているため、圧力がかかった場合、ゲル中より未反応成分がしみだすため、全体がゲル化した場合でも、接着性の低下が少なくなる。接着剤の乾燥時には、エポキシ基含有アクリル系共重合体に含まれるエポキシ基やエポキシ樹脂がともに反応するが、エポキシ基含有アクリル系共重合体は分子量が大きく、１分子鎖中にエポキシ基が多く含まれるため、反応が若干進んだ場合でもゲル化する。通常、ＤＳＣを用いて測定した場合の全硬化発熱量の１０から４０％の発熱を終えた状態、すなわちＡまたはＢステージ前半の段階でゲル化がおこる。そのため、エポキシ樹脂等の未反応成分を多く含んだ状態でゲル化しており、溶融粘度がゲル化していない場合に比べて、大幅に増大しており、取扱性を損なうことがない。また圧力がかかった場合、ゲル中より未反応成分がしみだすため、ゲル化した場合でも、接着性の低下が少ない。さらに、接着剤がエポキシ樹脂等の未反応成分を多く含んだ状態でフィルム化できるため、接着フィルムのライフ（有効使用期間）が長くなるという利点がある。
【００３５】
従来のエポキシ樹脂系接着剤ではＢステージの後半から、Ｃステージ状態で初めてゲル化が起こり、ゲル化が起こった段階でのエポキシ樹脂等の未反応成分が少ないため、流動性が低く、圧力がかかった場合でも、ゲル中よりしみだす未反応成分が少ないため、接着性が低下する。
なお、エポキシ基含有アクリル系共重合体に含まれるエポキシ基と低分子量のエポキシ樹脂のエポキシ基の反応しやすさについては明らかではないが、少なくとも同程度の反応性を有していればよく、アクリル系共重合体に含まれるエポキシ基のみが選択的に反応するものである必要はない。
なおこの場合、Ａ、Ｂ、Ｃステージは、接着剤の硬化の程度を示す。Ａステージはほぼ未硬化でゲル化していない状態であり、ＤＳＣを用いて測定した場合の全硬化発熱量の０〜２０％の発熱を終えた状態である。Ｂステージは若干硬化、ゲル化が進んだ状態であり全硬化発熱量の２０〜６０％の発熱を終えた状態である。Ｃステージはかなり硬化が進み、ゲル化した状態であり、全硬化発熱量の６０〜１００％の発熱を終えた状態である。
ゲル化の判定については、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）等の浸透性の大きい溶剤中に接着剤を浸し、２５℃で２０時間放置した後、接着剤が完全に溶解しないで膨潤した状態にあるものをゲル化したと判定した。なお、実験的には、以下のように判定した。
ＴＨＦ中に接着剤（重量Ｗ１）を浸し、２５℃で２０時間放置した後、非溶解分を２００メッシュのナイロン布で濾過し、これを乾燥した後の重量を測定（重量Ｗ２）した。ＴＨＦ抽出率（％）をつぎの数２のように算出した。ＴＨＦ抽出率が８０重量％を越えるものをゲル化していないとし、８０重量％以下のものをゲル化していると判定した。
【００３６】
【数２】
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【００３７】
本発明で用いるヒートスプレッダーとしては、アルミニウム、銅、アルミニウム合金及び銅合金などが用いられるが、熱伝導性に優れるものであれば特に制限されるものではない。また、接着フィルムとの密着性を良好にするために、ヒートスプレッダーの接着フィルムに接する表面を改質することが好ましい。アルミニウムの場合は、表面粗化やカップリング剤等の表面処理が特に好ましい。また、銅または銅合金の場合は、配線板の内層回路表面処理として一般的な黒化処理することが好適である。また、酸化処理または酸化還元処理などや、サンドブラストによる表面粗化処理なども好ましい。
【００３８】
本発明で用いる接着フィルムは、接着剤にフィラーを添加することにより、溶融粘度が大きくでき、さらにチクソトロピック性を発現できるために、上記効果をさらに大きくすることが可能となる。
さらに、上記の効果に加えて、接着剤の放熱性向上、接着剤に難燃性を付与、接着時の温度において適正な粘度をもたせること、表面硬度の向上等の特性も付与できる。本発明の半導体装置は、接着フィルムを用いて半導体チップと表面処理が施されたヒートスプレッダーを接着させており、耐リフロー性、温度サイクルテスト、耐電食性、耐湿性（耐ＰＣＴ性）等に優れる。
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００３９】
【実施例】
（実施例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（エポキシ当量２００、油化シェルエポキシ株式会社製商品名のエピコート８２８を使用）４５重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量２２０、住友化学工業株式会社製商品名のＥＳＣＮ００１を使用）１５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のフェノライトＬＦ２８８２を使用）４０重量部、エポキシ樹脂と相溶性がありかつ重量平均分子量が３万以上の高分子量樹脂としてフェノキシ樹脂（分子量５万、東都化成株式会社製商品名のフェノトートＹＰ−５０を使用）１５重量部、エポキシ基含有アクリル共重合体としてエポキシ基含有アクリルゴム（分子量１００万、帝国化学産業株式会社製商品名のＨＴＲ−８６０Ｐ−３を使用）１５０重量部、硬化促進剤として硬化促進剤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のキュアゾール２ＰＺ−ＣＮ）０．５重量部、シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ユニカー株式会社製商品名のＮＵＣ  Ａ−１８７を使用）０．７重量部からなる組成物に、メチルエチルケトンを加えて撹拌混合し、真空脱気した。得られたワニスを、厚さ７５μｍの離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルム上に塗布し、１４０℃で５分間加熱乾燥して、膜厚が５０μｍのＢステージ状態の塗膜を形成し接着フィルムを作製した。
なおこの状態での接着剤の硬化度は、ＤＳＣ（デュポン社製商品名、９１２型ＤＳＣ）を用いて測定（昇温速度、１０℃／分）した結果、全硬化発熱量の１５％の発熱を終えた状態であった。また、ＴＨＦ中に接着剤（重量Ｗ１）を浸し、２５℃で２０時間放置した後、非溶解分を２００メッシュのナイロン布で濾過し、これを乾燥した後の重量を測定（重量Ｗ２）し、ＴＨＦ抽出率（＝（Ｗ１−Ｗ２）×１００／Ｗ１）を求めたところ、ＴＨＦ抽出率は３５重量％であった。さらに、接着剤硬化物の貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置（レオロジ社製商品名、ＤＶＥ−Ｖ４）を用いて測定（サンプルサイズ  長さ２０ｍｍ、幅４ｍｍ、膜厚５０μｍ、昇温速度５℃／分、引張りモード  自動静荷重）した結果、２５℃で３６０ＭＰａ、２６０℃で４ＭＰａであった。
また、ヒートスプレッダーとして、厚さ１．５ｍｍのアルミニウム板の接着フィルムに接する表面を＃６００番手のブラシで研磨し、清浄化した後γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（日本ユニカー株式会社製のＮＵＣ  Ａ−１８７を使用）のメチルエチルケトン溶液で表面処理したものを作製した。  半導体装置は、厚み２５μｍのポリイミドフィルムを基材に用いたフレキシブルプリント配線板をインターポーザーに用い、これと半導体チップを一体化させた１２ｍｍ角のＣＳＰを用い、半導体チップと接する部分に接着フィルムを介してヒートスプレッダーを貼り合せることにより作製した。、１５０℃、０．５ＭＰａで３０秒間加熱圧着した。これを１７０℃で６０分間乾燥機中で後硬化させた。
【００４０】
（実施例２）
実施例１で用いたアルミニウム板を、配線板の内層回路表面処理として一般的な酸化処理を施し引き続き還元処理を施した銅板に変更したヒートスプレッダーを作製したほかは、実施例１と同様にして材料を作製した。
（実施例３）
実施例１で用いたフェノキシ樹脂を、カルボキシル基含有アクリロニトリルブタジエンゴム（分子量４０万、日本合成ゴム株式会社製商品名のＰＮＲ−１を使用）に変更したほか、実施例１と同様にして接着フィルムを作製した。なお、この状態での接着剤の硬化度は、ＤＳＣを用いて測定した結果、全硬化発熱量の２０％の発熱を終えた状態であった。ＴＨＦ抽出率は、３５重量％であった。さらに、接着剤硬化物の貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置を用いて測定した結果、２５℃で３００ＭＰａ、２６０℃で３ＭＰａであった。
【００４１】
（実施例４）
実施例１の接着剤ワニスの接着剤固形分１００体積部に対してアルミナを１０体積部添加し、ビーズミルで６０分間混練したワニスを用いて実施例１と同様にして接着フィルムを作製した。ＤＳＣを用いて測定した結果、全硬化発熱量の１５％の発熱を終えた状態であった。ＴＨＦ抽出率は、３０重量％であった。さらに、接着剤硬化物の貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置を用いて測定した結果、２５℃で１，８００ＭＰａ、２６０℃で１０ＭＰａであった。
【００４２】
（実施例５）
実施例１で用いたフェノキシ樹脂を用いないこと以外実施例１と同様にして接着フィルムを作製した。ＤＳＣを用いて測定した結果、全硬化発熱量の１５％の発熱を終えた状態であった。ＴＨＦ抽出率は、３５重量％であった。さらに、接着剤硬化物の貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置を用いて測定した結果、２５℃で３５０ＭＰａ、２６０℃で４ＭＰａであった。
【００４３】
（比較例１）
実施例１のエポキシ基含有アクリルゴムの量を１５０重量部から５０重量部にしたこと以外は実施例１と同様にして接着フィルムを作製した。ＤＳＣを用いて測定した結果、全硬化発熱量の２０％の発熱を終えた状態であった。ＴＨＦ抽出率は、４０重量％であった。さらに、接着剤硬化物の貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置を用いて測定した結果、２５℃で３，０００ＭＰａ、２６０℃で５ＭＰａであった。
【００４４】
（比較例２）
実施例１のエポキシ基含有アクリルゴムの量を１５０重量部から４００重量部にしたこと以外は実施例１と同様にして接着フィルムを作製した。ＤＳＣを用いて測定した結果、全硬化発熱量の２０％の発熱を終えた状態であった。ＴＨＦ抽出率は、３０重量％であった。さらに、接着剤硬化物の貯蔵弾性率を動的粘弾性測定装置を用いて測定した結果、２５℃で２００ＭＰａ、２６０℃で１ＭＰａであった。
【００４５】
（比較例３）
実施例１のエポキシ基含有アクリルゴムの１５０重量部をフェノキシ樹脂に変更（フェノキシ樹脂１６５重量部）した他、実施例１と同様にして接着フィルムを作製した。この接着フィルムの全硬化発熱量は２０％であり、ＴＨＦ抽出率は、９０重量％であった。また、貯蔵弾性率は、２５℃で３，４００ＭＰａ、２６０℃で３ＭＰａであった。
【００４６】
得られた接着フィルムを用いて半導体チップにヒートスプレッダーを接着することにより作製した半導体装置の耐熱性および耐湿性を調べた。耐熱性の評価方法には、耐リフロークラック性と温度サイクル試験を適用した。
半導体装置サンプルの耐リフロー性の評価は、サンプル表面の最高温度が２４０℃でこの温度を２０秒間保持するように温度設定したＩＲリフロー炉にサンプルを通し、室温で放置することにより冷却する処理を２回繰り返したサンプル中の半導体チップとヒートスプレッダーの間の剥離の観察で行った。剥離の発生していないものを良好とし、発生していたものを不良とした。
【００４７】
温度サイクル試験は、サンプルを−５５℃雰囲気に３０分間放置し、その後１２５℃の雰囲気に３０分間放置する工程を１サイクルとして、耐リフロー性評価と同様な半導体チップとヒートスプレッダーの間の剥離が起きるまでのサイクル数を測定し、そのサイクル数が２０００回以上のものを良好とし、２０００回未満のものを不良とした。
また、耐湿性評価は、半導体装置サンプルをプレッシャークッカーテスター中で９６時間処理（ＰＣＴ処理）後半導体チップとヒートスプレッダーの間の剥離及び接着フィルムの変色を観察することにより行った。半導体チップとヒートスプレッダーの間の剥離及び接着フィルムの変色の認められなかったものを良好とし、剥離のあったもの又は変色のあったものを不良とした。その結果を表１に示した。
【００４８】
【表１】
0003675072.tif 000003
【００４９】
実施例１、２、３及び４は、何れも、エポキシ樹脂及びその硬化剤、エポキシ樹脂と相溶性の高分子量樹脂、エポキシ基含有アクリル系共重合体、硬化促進剤をともに含む接着剤であり、実施例５は、エポキシ樹脂及びその硬化剤、エポキシ基含有アクリル系共重合体、硬化促進剤をともに含む接着剤であり、本発明で規定した２５℃及び２６０℃での貯蔵弾性率を示す接着フィルムを用いて半導体チップと本発明で規定したヒートスプレッダーを貼り合せた半導体装置である。これらは、耐リフロー性、温度サイクル試験、耐ＰＣＴ性が良好であった。
比較例１は、本発明で規定した接着フィルム中のエポキシ基含有アクリル系共重合体の量が少ないため貯蔵弾性率が高く応力を緩和できずに耐リフロー性、温度サイクル試験での結果が悪く信頼性に劣る。また、比較例２は、本発明で規定した接着フィルム中のエポキシ基含有アクリル系共重合体の量が多すぎるため貯蔵弾性率が低く良好であるが、接着フィルムの取扱性が悪い。比較例３は、本発明で規定したエポキシ基含有アクリル系共重合体を含まない接着フィルム組成であるため貯蔵弾性率が高く比較例１と同様、応力を緩和できずに耐リフロー性、温度サイクル試験での結果が悪い。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接着フィルムを用いて半導体チップとヒートスプレッダーを貼り合せた半導体装置は、接着フィルムの室温付近での弾性率が低いために、半導体チップとヒートスプレッダーの間の熱膨張係数の差がもとで起きる加熱冷却時の熱応力を緩和させることができる。そのため、リフロー時の半導体チップとヒートスプレッダーの間の剥離の発生が認められず、耐熱性に優れている。また、エポキシ基含有アクリル系共重合体を低弾性率成分として含んでおり、耐湿性、特にＰＣＴ処理等厳しい条件下で耐湿試験を行なった場合の劣化が少なく優れた特徴を有する放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。