(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２層又は３層積層構造物の材料設計する方法において、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、2Ｌ：構造物の長さ（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、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及びこの方法で得られた積層構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
積層フィルム、積層板等の各種積層材料、例えば積層建材、電気製品、包装材料、電子部品等においては、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である。特に、電子部品、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等にあっては微小な反りも問題となるため、反りの制御が重要である。
【０００３】
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。また、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。
【０００４】
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で行われていた。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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、簡便な手段により温度変化に起因する反りを計算する方法を提供する。また、本発明は、積層構造物（積層体と称されるものを含む）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、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。また、本発明は、上記計算方法で設計された積層構造物を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、反りは複雑な挙動（極小値あり）を示すことに着目し、本発明を完成するに到った。
【０００７】
すなわち、本発明は、２層又は３層の積層構造物の材料設計する方法において、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、各層材料について、Ｅ：ヤング率、α：線膨張係数、ｔ：厚み、Ｌ：構造物の長さの1/2）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積層構造物の材料設計方法である。
また、本発明は、２層又は３層積層構造物の材料設計するに当たり、請求項１記載の数式（１）によりソリ変形量dを計算し、この計算値を利用して材料設計することにより得られたことを特徴とする積層構造物である。
【０００８】
２層又は３層の積層構造物には格別の制限はないが、各種の積層フィルム、積層板等の各種積層材料がある。通常、これらの積層材料は、樹脂、金属、セラミックス、紙、板等の層と接着剤層（樹脂層を有する場合は、それが接着剤層を兼ねることが多い）とを有することが多く、各層の材質が異なるほど反りの問題が大きくなる。これらの積層材料は、積層建材、電気製品、包装材料、電子部品等に使用されることが多い。具体的には、多層、多色成形法で成形されたプラスチック製品、フィルム、表面にコーティングを施した黒鉛材料、多層構造を有する建築材料等が挙げられる。また、半導体素子を搭載したプリント基板、プリント基板、銅張り積層板、ダイボンディングシート等の電子材料に適する。かかる電子材料は、樹脂、金属、シリコン等の物性が大きく異なる複数の材料から構成されていることが多いだけでなく、反りの発生はクラック等の原因となり、厳しく管理される必要が多い。なお、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、その表面又は中間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。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示すフリップチップ積層体を例にとり説明する。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。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。
【００１０】
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。
【００１１】
【表１】
0004060066.tif 000002
【００１２】
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。
【００１３】
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】
0004060066.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。
【００１４】
【実施例】
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。
【００１５】
【表２】
0004060066.tif 000004
【００１６】
【表３】
0004060066.tif 000005
【００１７】
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。
【００１８】
【表４】
0004060066.tif 000006
【００１９】
【表５】
0004060066.tif 000007
【００２０】
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ェハー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用シリコンウェハー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。
【００２１】
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。
【００２２】
【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
【図１】
0004060066.tif 000008
【図２】
0004060066.tif 000009
【図３】
0004060066.tif 000010
【図４】
0004060066.tif 000011
【図５】
0004060066.tif 000012