(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともシリコンチップ又はシリコンウエハからなる層及び接着樹脂層の２層を含む３層積層構造物の材料設計を行う方法において、温度変化による積層構造物のソリ変形量dを、下記数式（１）
d=3ΔT・A・L2／[B+6C+4D+12EbtbtpEctc(tb+tp+tc)]      （１）
但し、
A=EbtbEptp(tb+tp)(αb-αp)+EptpEctc(tp+tc)(αp-αc)+EctcEbtb(tb+2tp+tc)(αb-αc)
B=Eb2tb4+Ep2tp4+Ec2tc4
C=Ebtb2Eptp2+Eptp2Ectc2+Ectc2Ebtb2
D=EbtbEptp(tb2+tp2)+EptpEctc(tp2+tc2)+EctcEbtb(tc2+tb2)
（ΔＴ：温度変化、Ｌ：構造物の半分の長さ（1/2幅）、各層ｃ、ｐ、ｂの材料について、Ｅ：ヤング率、α：線膨張係数、ｔ：厚み、）で計算し、この計算値を利用して材料設計することを特徴とする電子部品用積層構造物の材料設計方法。
【請求項２】
積層構造物が、少なくともシリコンチップ又はシリコンウエハからなる層及び接着樹脂層及び配線板層の３層を含む請求項１記載の電子部品用積層構造物の材料設計方法。
【請求項３】
接着樹脂層が単層のフィルム接着樹脂層である請求項１又は２記載の電子部品用積層構造物の材料設計方法。
【請求項４】
積層構造物の厚さが50μｍ〜2000μｍの範囲であり、面積が0.01mm2〜0.1ｍ2の範囲であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品用積層構造物の材料設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、接着樹脂層を有する２層又は３層積層構造物、特に３層３種構造物の反りを制御した材料設計方法に関し、特に、積層構造物が電子部品に用いられる積層構造物の材料設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンチップ等の電子部品と配線基板とを接着材料を介して形成することは広く行われてきている。近年の電子機器の薄型化、軽量化の要求に対して電子デバイスの実装も高密度化が求められており、パッケージサイズがＩＣチップと同等かＩＣチップよりわずかに大きいチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が開発され利用されている。これらの技術の中で、予めフィルム接着剤をシリコンウエハにラミネートしたフィルム接着剤付きシリコンウエハとし、その後ダイシングして接着剤付きシリコンチップにする技術が着目されつつあるが、シリコンウエハとダイボンディング材料等の接着材料との異種材料の熱収縮等の差に基づくそりの発生が問題視されることがある。また、プリント配線基板は金属層と絶縁樹脂層とが接着剤を介して、又は介さずに積層された多層積層構造物の形態をとるが、この場合にも、異種材料の熱収縮等の差に基づくそりの発生が問題視されることがある。
【０００３】
そりの発生を低減させる方法の１つとして、各種材料の物性特性値、厚さ等を変化させる方法がある。複数層からなる電子材料、例えばフリップチップ-ダイボンディングシート-銅張り積層板等の積層体においては、温度変化に起因する反りを防止するため、材料の種類や厚みを制御することが重要とされている。例えば、特開2000-277683号公報には、フリップチップ構造で接合されたシリコンチップと有機基板とその間に封入された封止材からなる積層体（フリップチップ積層体という）が記載されている。ここで、シリコンチップの厚みを十分に薄くしようとすると、20mmの長さに対し1.5mm程度の反りが発生するとしている。そこで、該公報では反りを小さくするため、剛性を低下させたシリコンチップ（フレキシブルパッケージ）を使用したり、薄くしたりすることが提案されている。
【０００４】
また、他の分野においても同様の試みが検討されている。例えば、特開平8-229183号公報には、多種類の材料を積層して得られるスキー板の反りを予測して材料を選定する方法が記載されており、中立軸回りの軸力の総和が0であり、中立軸回りの曲げモーメントの総和が0である境界条件を得ることにより反り変形量を予測する方法が提案されている。
【０００５】
従来の一般的な反り変形量の予測は、まず材料を細かい要素に分割し、次いで要素毎に応力やひずみを計算し、全体の変位量を算定するという有限要素法（Finite Element Method：FEM）で行われていた。しかし、有限要素法による計算は、物体の形状入力や材料物性、温度条件、拘束条件などの設定が面倒であるだけでなく、材料や形状が変化するとその度に計算を行わなければならないなど煩雑さを有していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、接着樹脂層を有する電子部品用積層構造物について、簡便な手段により温度変化に起因する反りを計算することを目的とする。また、本発明は、電子部品用積層構造物の組立て時に発生する反りによる不具合を解消することを目的とする。更に、本発明は、電子部品の材料設計において積層構造物の材料選択を容易とすることを目的とする。また、本発明は、一般的に知られている各層材料の特性（Ｅ：ヤング率、α：線膨張係数）及び厚み（ｔ）から、簡便に反りを算定することを目的とする。他の目的は上記方法で設計された電子部品用積層構造物を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、２層積層構造物については、線膨張係数（α）の差が大であれば、反り（ｄ）も大となるのでそりの傾向は把握しやすいが、３層積層構造物については、特に、反りは複雑な挙動を示しそり発生量の予測が困難なことに着目し検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明は、少なくともシリコンチップ又はシリコンウエハからなる層及び接着樹脂層の２層を含む３層積層構造物の材料設計を行う方法において、温度変化による積層構造物のソリ変形量dを、下記数式（１）
d=3ΔT・A・L2／[B+6C+4D+12EbtbtpEctc(tb+tp+tc)]      （１）
但し、
A=EbtbEptp(tb+tp)(αb-αp)+EptpEctc(tp+tc)(αp-αc)+EctcEbtb(tb+2tp+tc)(αb-αc)
B=Eb2tb4+Ep2tp4+Ec2tc4
C=Ebtb2Eptp2+Eptp2Ectc2+Ectc2Ebtb2
D=EbtbEptp(tb2+tp2)+EptpEctc(tp2+tc2)+EctcEbtb(tc2+tb2)
（ΔＴ：温度変化、Ｌ：構造物の半分の長さ（1/2幅）、各層ｃ、ｐ、ｂの材料について、Ｅ：ヤング率、α：線膨張係数、ｔ：厚み、）で計算し、この計算値を利用して材料設計することを特徴とする電子部品用積層構造物の材料設計方法である。ここで、積層構造物としては、少なくともシリコンチップ又はシリコンウエハからなる層及び接着樹脂層及び配線板層の３層を含むものであること、接着樹脂層が単層のダイボンディング用フィルム接着樹脂層であること、又は積層構造物の厚さが50μｍ〜2000μｍの範囲であり、面積が0.01mm2〜0.1ｍ2の範囲であることは、本発明の好ましい態様の一つである。
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の電子部品用積層構造物（積層体と称されるものを含む。以下、同じ）の設計方法は、接着樹脂層を有する２層又は３層の電子部品用積層構造物に適用される。具体的には、接着樹脂層を有するプリント基板、銅箔等と樹脂フィルムを接着剤層を介して形成される銅張り積層板、半導体素子を接着剤層を介して搭載したプリント基板等の電子部品に適する。なお、本発明で電子部品という場合、一般に電子材料と称されているものも含まれ、また、その周辺に使用される部品や材料をも包含することを意味する。かかる電子部品は、樹脂、金属、シリコン等物性が大きく異なる異種材料から構成されていることが多く、反りの発生は電子材料の不良とされるクラックの原因となりやすいことから、厳しく管理される必要があり本発明の目的に合致している。
【００１０】
半導体分野でそりの発生を制御することが求められる積層構造物としては、シリコンチップ又はシリコンウエハを有する電子部品がある。この場合の積層構造物の構成を例示すると、その層構成は、２層材料の場合には、シリコンチップ／接着剤層となり、また３層材料の場合、Ｘ／シリコンチップ／Ｘ、シリコンチップ／接着樹脂層／Ｙとなり、Ｘとしては接着樹脂層が、Ｙとしては配線基板が代表的である。Ｙ又はＸを配線基板とした場合、配線基板は回路形成されているが、本発明においては、配線基板を１層として適用することができる。このように、通常、1のヤング率、線膨張係数を与え使用されているものは、その表面に非常に薄い膜状の層を形成していたとしても１層とみなして本発明を適用することができる。
【００１１】
本発明が適用される積層構造物は、その少なくとも１層に接着樹脂層を有する。接着樹脂層は、液状、ペースト状、フィルム状など種々の形態のものから構成され得る。半導体素子を配線基板に絶縁層を介して固定させる場合、フィルム状の接着樹脂層（ダイボンディング用フィルム接着樹脂層）が好ましく用いられ、本発明は、接着樹脂層がこのダイボンディング用フィルム接着樹脂層の場合にも適用することができる。
【００１２】
半導体素子は、シリコンチップとも呼ばれ、シリコンウエハを分割して得られるが、本発明は、シリコンウエハを積層構造物の1層として用いる場合にも適用し得る。
【００１３】
本発明が適用される積層構造物の形状は、２層又は３層の層状構造物を構成したものであれば特に制限はないが、積層構造物の厚さが50μｍ〜2000μｍ、面積が0.01ｍｍ2〜0.1ｍ2の範囲の電子部品が適している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１に示すフリップチップ積層体を例にとり本発明の適用例を説明する。フリップチップ積層体は、プリント配線板1、シリコンチップ2及びその間に注入される樹脂3から構成されている。プリント配線板1とシリコンチップ2とは、プリント配線板1の銅線4と金バンプ5で電気的に接続している。プリント配線板の厚みは800μmであり、プリント配線板1とシリコンチップ2の間隙は60μmであり、銅線4の幅は60μmである。そり変形量は、このシリコンチップ断面の1/2部分について、計算する。シリコンチップの1/2部分の幅は5.015mmであり、シリコンチップの厚みは400μm、200μm又は50μmとし、金バンプより外側部分のシリコンチップの長さは293μmであり、シリコンチップの端部にはフィレット部6を設ける場合がある。
【００１５】
フリップチップ積層体の各構成部分についての材料物性を表１に示す。表１において、ペーストは樹脂3を形成する圧接ペーストであり、FR-4はプリント配線板である。ペーストについては、148℃以上（上段）、未満（下段）のヤング率と線膨張係数を示し、FR-4については、140℃以上（上段）、未満（下段）のヤング率と線膨張係数を示す。
解析条件は、初期温度250℃、フィレットなしの条件とした。
【００１６】
【表１】
0004060065.tif 000002
【００１７】
上記ケースについて‐55℃における各チップ厚みに対する反り変形量を図２に示す。図２から反り変形量は、チップ厚みに関し極小値を示すことが分かる。
【００１８】
ｎ層構造を有する部材の曲げモーメントＭと曲率半径ｒ、各層のヤング率Ｅi、断面２次モーメントＩiの関係は、数式（２）で示される。ここで３層部材の曲げモーメントＭは数式（３）、曲げ剛性（各層のヤング率と断面２次モーメントからなる）は数式（４）で示される。数式（３）と数式（４）から曲率半径を求めることができ、最終的に反り変形量を表す式である前記数式（１）が導き出される。
【数１】
0004060065.tif 000003
但し、
G=Ebtb3Eptp+Ebtb3Ectc+Eptp3Ectc+EbtbEptp3+EbtbEctc3+EptpEctc3
H=Ebtb2tpEctc+Ebtbtp2Ectc+EbtbtpEctc2
Ａ、B及びCは、前記と同じである。
【００１９】
【実施例】
数式（１）で表される反り変形量dの精度が有限要素法(FEM ：Finite Element Method)と比べどの程度になるかフリップチップを使用して検討した。条件は、フィレットなし、温度２５０℃から‐５５℃に冷却、ポアソン比非考慮とし、反り変形量は中央から５mmの部分の最下端でのｙ方向の変位とした。
Ｔg以上での物性を用いた場合で、計算に用いた各層の物性を表２に示す。計算結果を図３に示す。図３から両者は近似した結果を示すことが分かる。
Ｔg以下での物性を用いた場合で、計算に用いた各層の物性を表３に示す。計算結果を図４に示す。図４から両者はより近似した結果を示すことが分かる。
【００２０】
【表２】
0004060065.tif 000004
【００２１】
【表３】
0004060065.tif 000005
【００２２】
次に、２層材料及び３層材料について、ウエハ中心からの距離と反り量の関係を式（１）で計算すると共に、実測した。使用した各層の特性を表４に、計算結果と実測結果を表５に示す。
【表４】
0004060065.tif 000006
【００２３】
実測した材料は、二層材料については、厚さ0.4ｍｍのＬＳＩ用4インチのシリコンウエハの片面に熱硬化性のフィルム状接着材料（Ａ）を貼り合わせ、８０ｍｍ×１５ｍｍに裁断した後、硬化のため180℃で１時間熱処理した試料を用い、また、三層材料については、厚さ0.4ｍｍのＬＳＩ用シリコンウエハの片面に熱硬化性のフィルム状接着材料（Ａ）を貼り合わせ、次にフィルム状接着材料（Ａ）とは物性の異なるフィルム状接着材料（Ｂ）を貼り合わせ、８０ｍｍ×１５ｍｍに裁断した後、硬化のため180℃で１時間熱処理した試料を用いた。なお、フィルム状接着材料（Ａ）層、（Ｂ）層はいずれも50μｍの厚さとした。
これら二層材料及び三層材料の積層構造物について、１２個の試料についてそり量を実測した。表５及び図５に示した値はこれらの値の平均値である。なお、そり量の計算では、フィルム状接着材料のＴｇを考慮して行った。図５から両者は近似した結果を示すことが判る。
【００２４】
【表５】
0004060065.tif 000007
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、２層又は３層材料の温度変化に伴う反り量を簡便に計算することができる。そのため、接着樹脂層を有する半導体装置等の設計や材料選択が効率化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  フリップチップの部分断面図
【図２】  チップ厚みとそり変形量の関係を示すグラフ
【図３】  チップ厚みとそり変形量の関係を示すグラフ
【図４】  チップ厚みとそり変形量の関係を示すグラフ
【図５】  ウエハ中央からの距離とそり変形量の関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  プリント配線板
２  シリコンチップ
３  樹脂
４  銅配線
５  金バンプ
６  フィレット部（樹脂）
【図１】
0004060065.tif 000008
【図２】
0004060065.tif 000009
【図３】
0004060065.tif 000010
【図４】
0004060065.tif 000011
【図５】
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