(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板への接続のための電気端子を備えた集積回路チップを用意し、
（ｂ）チップへの接続のための電気端子を備えた集積回路チップ用基板を用意し、
（ｃ）ワイヤーボンディングに際しチップが移動するのを防ぐのに有効な未処理強度を有するエラストマー接着剤を、基板のいずれかの面に配置し、または
（ｄ）該接着剤をチップのいずれかの面に配置し、
その際、工程（ｃ）または工程（ｄ）において接着剤が配置された表面領域はチップまたは基板上の端子がない領域にあり、
（ｅ）接着剤でチップを基板に接着するのに十分な圧力および熱をかけてチップと基板を互いに接触させ、これによりチップと基板の間に接着剤の存在しない間隙が生じてもよく、
（ｆ）チップを基板にワイヤーボンディングし、
（ｇ）前記接着剤と適合する硬化化学的性質および硬化プロフィルを有する封入剤組成物を用意し、
（ｈ）この封入剤をチップの周辺に沿って、工程（ｅ）で生じた間隙を封入剤が充填するように配置し、
（ｉ）得られた半導体パッケージに、接着剤および封入剤が同時に硬化するのに十分な温度を、それに十分な時間付与する、
逐次工程を含む集積回路チップを基板に接続することによる半導体パッケージの製造方法であって、
工程（ｃ）の接着剤がエラストマー、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤を含むフィルム接着剤である、方法。
【請求項２】
工程（ｂ）の基板が、フレキシブル回路テープまたはシート、ビスマレイミドトリアジン基板、エポキシ／ガラス繊維積層品、金属リードフレームおよびセラミック基板よりなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ｇ）、（ｈ）および（ｉ）の封入剤組成物がアミン系硬化剤を含有する熱硬化性エポキシ樹脂である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
工程（ｉ）の硬化温度が１００〜１８０℃であり、期間が半時間〜２時間である、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、エレクトロニックパッケージの製造方法、より詳細には基板上の半導体チップを製造する方法に関する。
【０００２】
エレクトロニックデバイスは多数の電気回路構成部品、主として集積回路（ＩＣ）チップ中に組み込まれたトランジスタを含む。集積回路チップは、能動面（回路素子を含む表面）または受動面を基板に向けて、基板上に機械的かつ電気的に支持される。チップとそれを支持する基板との接続は、第一レベルのチップ相互連結 (first level chip interconnection)と呼ばれる。
【０００３】
第一レベルのチップ相互接続の一般的方法はワイヤーボンディングである。チップをまず一般にペースト状またはフィルム（テープ）状の接着剤で基板に接着する。個々の設計パラメーターに応じて、チップの能動面または受動面を基板の能動面または受動面に接着する。基板の能動面には電気端子および通常は電気回路部品がある。ただし回路部品は端子と反対側の基板表面にあってもよい。本発明の目的に関し基板の能動面とは、電気端子がある側を表す。
【０００４】
ワイヤーボンディングに用いる基板は金属リードフレーム、セラミック基板、積層品などの硬質基板であってもよく、ポリイミドフレキシブル回路などの軟質基板であってもよい。
【０００５】
アセンブリーを熱処理して接着剤を軟化させ、チップをかるく押し付けて接着剤と接触させ、次いでこのアセンブリーを硬化用の乾燥窒素雰囲気のオーブンに入れて、接着剤を硬化させる。エポキシ樹脂に典型的な硬化方式は、１５０℃で１時間であり、ポリイミドに典型的な硬化方式は１５０℃で３０分間であり、続いて２７５℃で３０分間である。
【０００６】
次いで、ワイヤーボンディングとして知られる自動操作により、チップ表面の能動端子を基板表面の能動端子に細い金属線または金属リボンで接続する。
チップの能動側を基板に接着する場合、接着剤を付与する表面積はチップの表面積より小さくてよい。これにより基板とチップの間に間隙が生じる。ワイヤーボンディング後、この間隙に封入剤を毛管作用により充填し、次いで封入剤を硬化させる。あるいは、チップの受動側を基板に接着する場合、封入剤を用いて、チップの露出した能動面、およびチップ上の電気端子と基板上の端子とを接続するワイヤーボンドを被覆する。封入剤の硬化温度および時間は一般に１００〜１７５℃で半時間〜２時間である。
【０００７】
封入されたチップと基板は、単一チップモジュールまたはアセンブリーとして知られる。そのほか、アセンブリーは多数のチップを独立したパッケージ内に含んでもよい。マルチチップパッケージの製造方法は個々のチップの場合と同じである。チップ規模パッケージまたはマルチチップパッケージのいずれであっても、次いでこれらのパッケージをより大型の基板、たとえばプリント回路板上に支持させ、他の電気構成部品と相互接続させる。これらの独立したアセンブリーとより大型の基板との相互接続は、第二レベルの相互接続と呼ばれる。
【０００８】
あるいは、チップ−オン−ボード(chip-on-board)として知られるアセンブリーでは、裸のＩＣチップを直接にプリント回路板に取り付ける。チップ−オン−ボードアセンブリー用として現在最も広く用いられている方法は、上記のワイヤーボンディング法である。ただし封入剤をチップ下の領域のみに付与するのではなく、環境による損傷から保護するためにチップ全体も封入剤で覆う。
【０００９】
半導体産業において材料経費のほか主な関心事のひとつは生産速度であり、それ自体が経費に換算される。最終アセンブリーの性能特性を損うことなくプロセスをより速やかに実施できれば、その利点は産業界が歓迎する改良となるであろう。
【００１０】
本発明は、集積回路チップをワイヤーボンディングにより基板に接続することによる、半導体パッケージの製造方法である。
本発明方法は、（ａ）基板への接続のための電気端子を備えた集積回路チップを用意し、（ｂ）チップ上の端子への接続のための電気端子を備えた集積回路チップ用基板を用意し、（ｃ）ワイヤーボンディングに際しチップが移動するのを防ぐのに適した未処理強度(green strength)を有するエラストマー接着剤を、基板のいずれかの面に配置し、または（ｄ）適切な未処理強度を有するエラストマー接着剤をチップのいずれかの面に配置し、その際、工程（ｃ）または工程（ｄ）において接着剤が配置された表面領域はチップまたは基板上の能動構成部品もしくは端子がない領域にあり、（ｅ）接着剤でチップを基板に接着するのに十分な圧力および熱をかけてチップと基板を互いに接触させ、これによりチップと基板の間に接着剤の存在しない間隙が生じてもよく、（ｆ）チップを基板にワイヤーボンディングし、（ｇ）前記接着剤と適合する(compatible)硬化化学的性質および硬化プロフィルを有する封入剤組成物を用意し、（ｈ）この封入剤をチップの周辺に沿って、工程（ｅ）で生じた間隙を封入剤が充填するように配置し、（ｉ）得られたアセンブリーに、接着剤および封入剤が同時に硬化するのに十分な温度を、それに十分な期間付与する、逐次工程を含む。
【００１１】
本発明の目的に関し“未処理強度”という用語は、チップを基板に付着させる短いプロセス後の、かつ接着剤にその普通の硬化条件を与える前の、接着剤の強度特性を表す。適切な未処理強度は、ワイヤーボンディングに際しチップが移動するのを防ぐのに有効な接着強度である。当業者に理解されるように、ワイヤーボンディングプロセスは自動化されており、わずかな程度の移動は許容できる。本発明の目的に関し移動とは、自動ワイヤーボンディングプロセスの位置合わせを妨げるいかなる移動をも意味する。
【００１２】
本発明方法の主な利点は、接着剤と封入剤を同時硬化させることができ、貴重なプロセス時間が節約されることである。硬化が接着剤と封入剤の両方に有効であるためには、硬化機構および硬化プロフィルが適合しなければならない。たとえば接着剤がアミン系硬化剤を含むエポキシである場合、アミンはＰｔに有毒であり、それを無効にするので、封入剤はＰｔ触媒により硬化するものであってはならない。また封入剤または接着剤は、他方を脆弱化する温度での硬化を必要とする化学的性質のものであってはならない。したがって本発明の目的に関し、適合するとは、接着剤と封入剤に関する硬化条件および硬化化学が他方を妨害してはならず、またはその性能を損なってはならないことを意味する。
【００１３】
集積回路チップの基板は、半導体パッケージの作成に用いられるいかなる硬質または軟質基板であってもよい。最もよく用いられる基板には、金または銅などの導電性金属の回路部品を含み、ポリイミドフィルム材料、たとえば日本の宇部興産が製造するウピレックス（Ｕｐｉｌｅｘ）およびデュポン社が製造するカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）をベースとする、フレキシブルテープまたはシートが含まれる。そのようなフレキシブル回路材料は日立ケーブル社から得られる。慣用される他の基板には、ビスマレイミドトリアジン基板；エポキシ／ガラス繊維積層品、たとえばＦＲ４ボード；金属リードフレーム、たとえばニッケル−鉄合金、銅被覆複合材料、およびセラミック基板が含まれる。これらの材料はすべて周知であり、工業的に用いられている。
【００１４】
接着剤はダイ接着に必要なすべての工業的特性を備え、かつ適切な未処理強度をもつ、いかなるダイ接着剤であってもよい。好ましくは接着剤の組成は、主としてエラストマー（たとえばブタジエン−アクリロニトリルゴム）、エポキシ樹脂、およびエポキシ樹脂の硬化に慣用される硬化剤（たとえばアミン）である。
【００１５】
接着剤はペースト状またはフィルム（テープ）状であってよいが、好ましくはフィルム状である。適切なフィルム接着剤は、キャリヤー、たとえばデュポン社がカプトンの商標で販売しているフィルム、または宇部社がウピレックスの商標で販売しているものの両面を、適切な接着剤組成物で被覆することにより製造できる。あるいはフィルム接着剤は支持体なしでもよい。適切なフィルム接着剤は、アブレスティク・ラボラトリーズ（カリフォルニア州ランチョー・ドミンクェツ）から製品番号５２０１で入手できるものである。
【００１６】
基板は電気端子を含み、これにチップ上の電気端子を接続する。大部分の操作に際し、接着剤は基板に付与され、かつ回路チップを受容するための端子を故意に避けて付与される。接着剤はチップの電気端子がない部分と接触する量および幾何学的形状で付与される。
【００１７】
基板を加熱してもよく、その場合、接着剤を付着させる前または後に加熱できる。一般的温度は５０〜１２０℃である。接着剤がフィルム状であれば、かるい圧力もかけてよい。熱や圧力の付与は、接着剤を軟化させ、チップをより受容しやすくするのに役立つ。
【００１８】
チップは、能動面または受動面を接着剤に向けて接着剤上に乗せることができる。能動面を接着剤に向けて配置する場合、接着剤と接触させる能動面部分は電気端子がない部分であろう。チップを接着剤に乗せ、通常は２００〜２０００ｇの圧力をかけ、かつ接着を助けるために横方向にかるく動かして、付着させる。チップを、接着剤パッドに乗せる前に加熱してもよい。
【００１９】
チップを接着剤上の適所に配置した後、チップの端子を基板の端子に接続するためのワイヤーボンディング操作を行う。ワイヤーボンディングを行うために産業界で知られているいかなる方法も使用できる。本発明において、接着剤の硬化をワイヤーボンディング前に行う必要はない。接着剤の未処理強度が強いので、チップは基板と十分な付着力で固定され、ワイヤーボンディングに際し安定な状態を維持する。
【００２０】
接着剤は電気端子を含まないチップ部分にのみ配置されるので、チップ下の接着剤を含まない領域にチップと基板の間隙が生じることは理解されるであろう。ワイヤーボンディング後、チップと基板の間隙には、通常はチップの周辺に沿って封入剤を配置し、毛管作用で封入剤を内側へ吸い込ませることにより、封入剤組成物を充填する。
【００２１】
封入剤組成物は、封入剤に要求される工業的特性を備え、かつ硬化条件および硬化化学が接着剤組成物と適合する、いかなる封入剤組成物であってもよい。エポキシベース接着剤組成物に好ましい封入剤は、アミン系硬化剤を用いた熱硬化性エポキシ組成物である。封入剤は、付与する温度でチップと基板の間隙に吸い込まれるのに十分なほど低い粘度をもつ限り、室温で液体または固体のいずれであってもよい。室温で固体のエポキシ系封入剤に一般的な注入または付与温度は約１５０℃である。室温で固体である適切な封入剤は、成形用エポキシ組成物、たとえば住友、アモコおよび日東電工が販売するものである。適切な液体封入剤は、アブレスティク・ラボラトリーズから製品番号７８５０で入手できるものであり、これは２５〜１００℃で付与できる。
【００２２】
封入剤を付与した後、アセンブリーを加熱サイクルに導入して、接着剤と封入剤を同時に硬化させる。両方が同時に硬化するように、接着剤と封入剤の両組成物の硬化温度は同じ全般的温度範囲にあることが好ましい。厳密な硬化サイクルは接着剤組成物および封入剤組成物の性質に依存するであろうが、一般には硬化温度は１００〜１８０℃で、組成物の硬化に有効な期間である。得られたアセンブリーを、本明細書および請求の範囲中では半導体パッケージと呼ぶ。
【００２３】
【実施例】
本発明方法で製造した半導体パッケージのＪＥＤＥＣ信頼度を調べるために、それぞれ３０個のシリコンチップをダイの能動面が基板の能動面に向き合うように接着した、一連の６つの軟質基板ストリップを製造した。
【００２４】
基板は、金回路の能動面を備えたウピレックスポリイミドのフレキシブル回路テープストリップ（日立ケーブル社が販売）であった。アブレスティク・ラボラトリーズ社から製品番号７８５０として入手できる三層フィルム接着剤（ポリイミドキャリヤーの両面に被覆された接着剤）を、基板に１０５℃で積層した。表１に報告する基板は、基板番号３と１４以外すべて、接着前に予備乾燥された。次いで３０個のシリコンダイを、基板ストリップそれぞれに沿って周期的に接着した。ダイをまず１７０℃に加熱し、接着剤中へ約１秒間かるく押し付けることにより接着した。
【００２５】
基板番号３についてのみワイヤーボンディングを行った。全基板を１５０℃に２分間予熱し、次いでワイヤーボンディング段階へ取り出し、ここでダイを１８５℃に加熱し、ワイヤーボンディングした。このプロセスに４５秒かかった。
【００２６】
封入前に、基板１０、１１および１４上の接着剤を１５０℃で４０秒間硬化させた。各基板を８０℃に設定した加熱段階で封入した。封入剤はアブレスティク・ラボラトリーズから７８５０シリーズの製品番号で入手できるものである。予め硬化させていない基板については、封入剤と接着剤を１００℃で３０分間部分硬化させ、その後１５０℃でさらに３０分間硬化させた。
【００２７】
基板をそれぞれ個別にし、パッケージをＪＥＤＥＣレベル１、２および３の条件下に置き、模擬はんだリフロー(simulated solder reflow)処理し、次いで離層試験した。ＪＥＤＥＣレベル１の試験は、パッケージを８５℃、相対湿度８５％に７日間置くことよりなる。ＪＥＤＥＣレベル２の試験は、パッケージを８５℃、相対湿度６０％に７日間置くことよりなる。ＪＥＤＥＣレベル３の試験は、パッケージを３０℃、相対湿度６０％に８日間置くことよりなる。模擬はんだリフローはＩＲトンネルオーブン内で下記のプロフィルを用いて行われた：周囲温度〜２２０℃、３分以内；＞２２０℃、最高２４０℃、１．５分間。
【００２８】
結果を表１に報告する。同時硬化とは、接着剤と封入剤を同時に硬化させたことを意味する。独立とは、接着剤と封入剤を前記に従って独立した工程で硬化させたことを意味する。ＪＥＤＥＣレベル１、２または３合格とは、パッケージが各加湿後の模擬はんだリフローののち離層しなかったことを意味する。比率の形で示した数値の分母は試験した全パッケージ数、分子はＪＥＤＥＣ条件に合格したものを示す。
【００２９】
これらのデータは、基板３、１２および１３についての同時硬化が、接着剤と封入剤を独立して硬化させたプロセスと少なくとも同程度に良好なＪＥＤＥＣレベル１、２および３性能を示すことを表す。結論として、本発明の同時硬化方法は半導体パッケージ製造方法において１工程を省き、時間およびエネルギーを節約し、その結果、耐湿性能の劣化を示さないパッケージを提供する。
【００３０】
【表１】
0003760063.tif 000002
ＮＴ＝試験しなかった