(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体回路装置が、光学的に異方性の溶融相を形成し得るポリマーから形成された異方性フィルムをその異方性を相殺するように複数枚積層するか、前記ポリマーを溶融製膜時に2方向に分子配向をキャンセルするようにして製膜された、引張特性のＭＤ/ＴＤの比が１．５以下のほぼ等方な性質を有するフィルムを介して、配線基板上に保持されていることを特徴とする半導体回路装置を搭載したプリント回路装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記半導体回路装置が前記フィルムを介して配線基板上で熱圧着により保持されるとき、このフィルムが、熱圧着前の引張り強さをＫ０、伸度をＥ０とし、熱圧着後の引張り強さをＫ、伸度をＥとすると、熱圧着の前後において以下の関係を満たすものであることを特徴とする半導体回路装置を搭載したプリント回路装置。
Ｋ＜０．９×Ｋ０、およびＥ＞１．１×Ｅ０
【請求項３】
請求項１または２おいて、
前記フィルムの吸水率が０．１％以下であることを特徴とする半導体回路装置を搭載したプリント回路装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記半導体回路装置が前記フィルムを介して配線基板上で熱圧着により保持されるとき、このフィルムが、その融点より５℃以上の温度で１００秒以内の時間に保持された状態で熱圧着されていることを特徴とする半導体回路装置を搭載したプリント回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高性能の半導体回路装置を配線基板上に搭載したプリント回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線基板上にＩＣチップのような半導体回路装置を実装する際には、半導体回路装置と配線基板間は、一般にエポキシ系、アクリル系等の熱硬化性樹脂を用いて熱圧着により接着されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記熱硬化性樹脂を接着層に用いた場合、概して半導体回路装置と配線基板間の熱圧着（接着）に長時間を要するので、製造時間が長くなるという問題があった。また、該樹脂は、接着時間とともに樹脂層全体の熱硬化が進行し、これに伴い伸度が減少し、引張り強さが増加し、弾性率が増加する。
【０００４】
このため、半導体回路装置／配線基板間に柔軟性に欠く該樹脂層が存在することとなり、後述する半導体回路装置を実装する際に加熱によってもたらせる寸法変化の相違、すなわち半導体回路装置と接着基材との寸法変化の相違により生じる応力の発生のため、配線基板／該樹脂層／半導体回路装置の各界面で破損等が発生し、製造された回路の電気信頼性が低下する場合がある。さらに、該接着樹脂層は吸水性が高く、包含された水分が実装時の加熱によりクラッシュし（ポップコーン現象）、回路製造を困難にする場合もある。
【０００５】
上記の問題は、熱硬化性ポリマー層が高い吸水率を有することに起因するものであり、製造前の乾燥により回路製造ができても、製造後に断線などを発生する原因となる場合もある。
【０００６】
一方、接着層として低吸水性の樹脂である熱可塑性ポリマーフィルムたとえばポリエチレンテレフタレートを用いることも考えられる。この場合、上記製造時間の短縮化は可能となるが、実装時の耐熱性が充分ではなく、縮んだり皺になったりするために、より耐熱性がある材料が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、半導体実装における生産性の向上、収率の改良を図ることができる半導体回路装置を搭載したプリント回路装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、電気絶縁性、低吸水性を有する液晶ポリマーフィルム層を半導体回路装置と配線基板間に挿入し、フィルムの融点より高温で熱圧着することにより容易に半導体回路装置を配線基板上に保持あるいは接着することができること、また該液晶ポリマーフィルムを加熱により柔軟化させることができ、半導体回路装置と配線基板との熱膨張率のギャップを干渉し、製造過程における熱履歴による応力集中等に起因する破損、さらには、吸水に起因する実装時の加熱による破損を少なくできることを見い出し、本発明を完成するに至った。
本発明において液晶ポリマーとは光学的に異方性の溶融相を形成するポリマーを指し、融点以上の溶融状態において９０°に交叉した偏光子を備えた光学系で光を透過させる性質を有するポリマーを意味する。
【０００９】
本発明の半導体回路装置を搭載したプリント回路装置は、半導体回路装置が、液晶ポリマー形成された異方性フィルムをその異方性を相殺するように複数枚積層するか、前記ポリマーを溶融製膜時に2方向に分子配向をキャンセルするようにして製膜された、引張特性のＭＤ/ＴＤの比が１．５以下のほぼ等方な性質を有するフィルムを介して、配線基板上に保持されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のプリント回路装置では、半導体回路装置を配線基板に保持する液晶ポリマーフィルムが、成形性、接着性、加熱時の寸法安定性、耐熱性に優れているので、防湿性、防酸素性を確保しつつ容易に半導体回路装置を配線基板上に保持でき、しかも、低吸水性であるので、製造過程における装置の破損を防止できることから、従来方法と比較して、生産性の向上、収率の改良を図ることができる。
上記液晶ポリマーフィルムによる半導体回路装置の保持には、熱圧着（接着）による保持、および接着によらない単なる支持も含まれる。
【００１１】
本発明は、実装方法により制限されるわけではないが、公知の半導体実装法たとえば、（１）半導体端子を接着層に設けた孔を通して直接配線基板に挿入し、導通を得る方法、（２）半導体を接着層により配線基板上に支持あるいは固定し、かかる後加熱状態で金線ワイヤーボンディングにより導通を得る方法、（３）半導体表面に半田ボールのような熱によって溶融する金属を持った端子を設け、直接配線基板に熱接着する方法に使用できる。また、後述するより効率的な実装方法たとえば、（４）保持あるいは接着層として用いるフィルム上に、半田ボールのような熱によって溶融する金属を保持させ、半導体端子と配線基板を熱圧着する方法にも使用できる。特に、（２）ないし（４）のように加熱により実装する方法において、上記のような加熱時の寸法安定性、耐熱性、低吸水性に優れた液晶ポリマーフィルムを用いることにより、最も効果を発揮する。
【００１２】
本発明のプリント回路装置において使用し得る液晶ポリマーは特に制限はなく、例えば、以下の表１〜表４に例示する化合物およびその誘導体（原料化合物）から導かれる公知のサーモトロピック液晶ポリエステルおよびサーモトロピック液晶ポリエステルアミドを挙げることができる。その代表例として、表５に示す構造単位を有する共重合体（ａ）〜（ｅ）を挙げることができ、好ましい液晶ポリマーとしてベクトラ（商標）が挙げられる。ただし、液晶ポリマーを形成するためには、種々の原料化合物の組合わせには適当な範囲があることは言うまでもない。
【００１３】
【表１】
0003825174.tif 000002
【００１４】
【表２】
0003825174.tif 000003
【００１５】
【表３】
0003825174.tif 000004
【００１６】
【表４】
0003825174.tif 000005
【００１７】
【表５】
0003825174.tif 000006
【００１８】
本発明で用いる液晶ポリマーの融点は２００〜４５０℃の範囲にあるのが好ましく、２７０〜３５０℃の範囲にあることが、前述の加熱によって実装する方法において形態を保持するという点でさらに好ましい。ここで、融点とは光学的異方性の溶融相への転移温度をいう。
本発明のプリント回路装置は、電気絶縁性を有する液晶ポリマーからなる、ほぼ等方な引張り性能、寸法安定性を有するフィルムを半導体回路装置／配線基板の接着層として使用し、積層し、熱圧着させることにより製造させる。
【００１９】
液晶ポリマーフィルムはＴダイ法、インフレーション法により製造されることは特公昭６３−３３４５０号公報に開示されているが、そのフィルムを、半導体回路装置実装のための保持あるいは接着剤として用いるためには、該フィルムの力学的強度および寸法安定性の製膜方向(以下、ＭＤ方向と称す)、その垂直方向(以下、ＴＤと称す)の等方化を達成することが必要である。
【００２０】
ほぼ等方な液晶性ポリマーフィルムを得る方法としては、ＭＤ方向、ＴＤ方向の力学物性、寸法安定性の異方性を相殺するように異方性を有する液晶ポリマーフィルムを複数枚積層する方法、溶融製膜時に２方向に交差する歪みをかけ、分子配向をキャンセルするように製膜する方法（特表平３−５０４９４８号公報）などが挙げられる。本発明に使用される液晶ポリマーフィルムは前述の方法を組み合わせた方法等公知の製造方法によって成形される。
【００２１】
本発明に使用するフィルムにおいては、導通信頼性に問題が生じない範囲内で滑剤、着色剤、酸化防止剤などの添加剤やガラス繊維などの無機充填物が配合されていてもよい。
【００２２】
本発明での液晶ポリマーフィルムは、引張強さは２０〜４０kg/cm2であり、伸度は５〜２０％、ヤング率は、２００〜１２００kg/mm2であり、引張特性の異方性の指標であるＭＤ／ＴＤの各物性の比が１．５以下、より好ましくは、１．３以下であることを指標として選択することができる。
【００２３】
フィルムの厚みは特に制限があるわけではないが、接着層の厚みとしては通常、２〜２００μｍであるが、１０〜６０μｍと薄くすることにより、該接着層を通して半導体端子と配線基板との導通を得る場合の信頼性の向上を図ることが可能である。
【００２４】
本発明では、液晶ポリマーフィルムが熱圧着により柔軟化することが特徴であり、引張り強さの減少、伸度の増加を柔軟化の程度の指標とすることができる。柔軟化の程度としては、半導体回路装置が液晶ポリマーフィルムを介して配線基板上で熱圧着（接着）により保持されるときに、この液晶ポリマーフィルムは、熱圧着前の引張り強さをＫ０、伸度をＥ０とし、熱圧着後の引張り強さをＫ、伸度をＥとすると、熱圧着の前後において以下の関係を満たすものであることが望ましい。
Ｋ＜０．９×Ｋ０、およびＥ＞１．１×Ｅ０
上記において、Ｋ≧０．９×Ｋ０である場合、またはＥ≦１．１×Ｅ０である場合には、液晶ポリマーフィルムの柔軟化が充分ではなく、実装時の熱履歴により発生する応力が緩和できなくなる部位で断線するという欠点を有する。
【００２５】
上記関係を満たす液晶ポリマーフィルムは、熱圧着すると、該フィルムが熱圧着前より熱圧着後に充分に柔軟になるので、半導体回路装置、配線基板の熱膨張率のギャップによる歪みを吸収することができる。
【００２６】
本発明において、半導体回路装置が液晶ポリマーフィルムを介して配線基板上で熱圧着（接着）により保持されるときに、この液晶ポリマーフィルムは、２３°Ｃ、２４時間の水中浸漬後の水分率が０．１％以下、さらに好ましくは０．０５％以下の特性を有していることが好ましい。上記特性を有する液晶ポリマーフィルムを用いると、従来の熱硬化性樹脂層のようなポップコーン現象を生じることがなくなる。水分率が０．１％を超えると、外気から水分が入りやすい部位（配線基板の端部）で部分的なポップコーン現象が生じるという欠点がある。
【００２７】
半導体回路装置を配線基板に搭載させる好ましい方法としては、該フィルムを配線基板と半導体回路装置の間にセットし、融点より５℃以上高い温度で１〜１００秒の滞在時間、０．５〜５０kg/cm２の圧力で熱圧着する。
該フィルムを短時間で熱圧着させることにより、接合時に液晶ポリマーフィルム断面方向に該層中心部ほど圧着温度が低く、配線基板、半導体回路装置と接着層界面で高い温度分布を生じさせ、引張弾性率の低下、伸度の増加はフィルム中心ほど小さく、界面程大きくなり、回路製造における熱等により生じる応力を緩和するのに適した緩衝層としての機能をより発現することができる。
【００２８】
上記熱圧着条件は、上記接着層の物性分布の付与、半導体回路装置の変形、熱による損傷の軽減、密着性の点から選択することができ、その指標としては、融点より１０℃高い圧着温度で１０〜５０秒の滞在時間、５〜３０kg/cm2の圧力で接着することがより好ましい。
【００２９】
ここで、半導体回路装置側、配線基板側の圧着温度は必ずしも等しくする必要性はなく、両面あるいは片面方向からの熱プレス、ベルトプレス等のいずれの熱圧着方式も採用できる。圧着温度、方式等は、接着層の柔軟性（引張り弾性率）をどの程度にするか、どのような断面方向の分布とするかにより設定できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体回路装置を搭載したプリント回路装置の側面図を示す。図１（ａ）のように、このプリント回路装置は、ボンディングシート（接着層）として液晶ポリマーフィルム３を用いており、ＩＣチップのような半導体回路装置２が液晶ポリマーフィルム３を介して配線基板４上で熱圧着（接着）により保持されている。半導体回路装置２の下部にＣＰＵ回路６等が位置し、配線基板４の上部にＣｕまたはＡｇの箔からなる配線パターン７が位置している。図１（ｂ）のように、液晶ポリマーフィルム３に貫通孔８が設けられている。
【００３１】
図１（ａ）のように、上記プリント回路装置の製造に際しては、まず、半導体回路装置２のＣＰＵ回路６および配線基板４の配線パターン７の位置と、上記介在させる液晶ポリマーフィルム３の貫通孔８の位置とを合わせ、かつ、図１（ｃ）のように、貫通孔８の上部に半田ボール５を載せておく。この状態で、上下の半導体回路装置２および配線基板４を熱圧着すると、図１（ａ）の半導体回路装置２全体が液晶ポリマーフィルム３を介して配線基板４上で接着されるとともに、半田ボール５が熱によって溶融して接着体９を形成し、この接着体９によりＣＰＵ回路６および配線パターン７が貫通孔８を通じて直接接着される。
【００３２】
この場合、接着層としての液晶ポリマーフィルム３は、成形性、接着性、加熱時の寸法安定性、耐熱性に優れているので、容易に半導体回路装置２を配線基板４上に保持できるとともに、半導体回路装置２と配線基板４間の防湿性、防酸素性も確保できる。また、低吸水性であるので従来の熱硬化性樹脂層のようなポップコーン現象を生じることがない。さらに熱圧着により柔軟化するので、上下の半導体回路装置２、配線基板４の熱膨張率のギャップによる歪みを吸収することができる。
【００３３】
なお、この実施形態では、半導体回路装置２の全体を液晶ポリマーフィルム３を介した熱圧着（接着）により配線基板４上に保持しているが、半導体回路装置２の全体を熱圧着しないで、半導体回路装置２と配線基板４とを、貫通孔８周辺部だけを加熱して半田ボールを溶融接着させて保持するようにしてもよい。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
〔実施例１〕
融点が２８３℃である厚さ５０μｍのベクトラ（商標）フィルムを、半導体回路装置と、片面ガラスエポキシ銅張り板から作製した配線基板の間に挿入し、プレス温度（半導体回路装置側：３２０℃、銅張り板側：３００℃）、圧力１０kg/cm2で１０秒間熱圧着した。フィルム中央部の温度は２９４℃であった。
【００３５】
フィルムの融点は示差走査熱量計を用いて測定した。２０℃／分の昇温速度でフィルムを完全に溶融させた後、溶融物を５０℃／分の速度で５０℃まで急冷し、再び２０℃／分の昇温速度で加熱したときに現れる吸熱ピークの位置を融点とした。熱圧着前後のフィルムの引張り強さ、引張り伸度、ヤング率は、引張り試験機を用い、ＪＩＳ  Ｃ  ２３１８に準じて測定した。また、製造したプリント回路装置の信頼性加速試験として、２３°Ｃで２４時間、水中に浸漬した後に、ホットオイルテスト（ＪＩＳ  Ｃ  ５０１２に準じて２０サイクル）、プレッシャークッカーテスト（１２１℃、２気圧、８時間）を行った。
【００３６】
熱圧着前後のフィルムの力学特性、プリント回路装置の信頼性加速試験結果を表６に示す。これらの結果から明らかなように、上記方法で製造した接着層は熱圧着により柔軟化している。さらにフィルムの中心部は界面付近の約１．２倍の高い弾性率を有していた。得られた装置は、信頼性加速試験後においても、導通不良は全く認められず、良好な結果であった。
【００３７】
【表６】
0003825174.tif 000007
【００３８】
〔比較例〕
種々の硬化剤、硬化促進剤等を調合したエポキシ系熱硬化接着樹脂を用い、通常行われる熱圧着条件に従い１６０℃、２０分間、１０kg／cm2 で実施例１と同様に、半導体回路装置と、片面ガラスエポキシ銅張り板から作製した配線基板とを熱圧着した。熱圧着前は柔軟性を有する樹脂であったが、熱圧着後は硬化し、ヤング率は１４５０kg／mm2 となった。
積層品はふくれがなく良好であったが、オイルテスト後にはふくれが多数みられ、導通がない部位が発生して不良となった。プレッシャークッカーテスト後には、オイルテスト後よりも更に多くのふくれが発生して、導通がない部位が多数発生して不良となった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、上記実施例から明らかな通り、半導体回路装置を配線基板に保持する液晶ポリマーフィルムが、成形性、接着性、加熱時の寸法安定性、耐熱性に優れているので、防湿性、防酸素性を確保しつつ容易に半導体回路装置を配線基板上に保持でき、しかも、低吸水性に優れているので、製造過程における装置の破損を防止できることから、生産性の向上、収率の改良を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係るプリント回路装置を示す側面図、（ｂ）は液晶ポリマーフィルムを示す斜視図、（ｃ）は半田ボールをセットした液晶ポリマーフィルムの側面図である。
【符号の説明】
２…半導体回路装置、３…液晶ポリマーフィルム、４…配線基板。
【図１】
0003825174.tif 000008