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JP2002118144A - 接着剤及び電気装置 - Google Patents

接着剤及び電気装置

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Publication number
JP2002118144A
JP2002118144A JP2000306973A JP2000306973A JP2002118144A JP 2002118144 A JP2002118144 A JP 2002118144A JP 2000306973 A JP2000306973 A JP 2000306973A JP 2000306973 A JP2000306973 A JP 2000306973A JP 2002118144 A JP2002118144 A JP 2002118144A
Authority
JP
Japan
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adhesive
temperature
resin component
semiconductor chip
main
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000306973A
Other languages
English (en)
Inventor
Motohide Takechi
元秀 武市
Misao Konishi
美佐夫 小西
Junji Shinozaki
潤二 篠崎
Yasushi Akutsu
恭志 阿久津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dexerials Corp
Original Assignee
Sony Chemicals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Chemicals Corp filed Critical Sony Chemicals Corp
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Priority to TW090123328A priority patent/TWI229695B/zh
Priority to KR1020010061329A priority patent/KR100620937B1/ko
Priority to CN200610163174A priority patent/CN100583418C/zh
Priority to CNB011425369A priority patent/CN1296450C/zh
Priority to US09/971,040 priority patent/US6641928B2/en
Priority to CNA2006101631730A priority patent/CN1970671A/zh
Publication of JP2002118144A publication Critical patent/JP2002118144A/ja
Priority to HK02105709.9A priority patent/HK1044166B/zh
Priority to HK07110363.1A priority patent/HK1102341B/xx
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性の高い半導体チップ接着用樹脂を提供す
る。 【解決手段】重合可能な主樹脂成分と、主樹脂成分を自
己重合反応させる主硬化剤と、主樹脂成分に付加重合反
応する副硬化剤とを含有させ、接着剤１２を構成され
る。この接着剤１２を基板１３に塗布し、半導体チップ
１１を貼付し、加熱すると、主樹脂成分の自己重合反応
によって形成される三次元網目構造の主鎖に対し、副硬
化剤が付加重合する。付加重合による部分がゴム状構造
になる第１の温度は、主鎖がゴム状構造になる第２の温
度よりも低温なので、第１の温度で弾性率の低下率が急
激に大きくなり、半導体チップ１１と基板１３の間の応
力が緩和される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は接着剤にかかり、特
に、半導体チップを基板に接続する接着剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体チップを基板上に接着
するために熱硬化性又は熱可塑性樹脂から成る接着剤が
用いられている。
【０００３】図４は、半導体チップ１１１が、接着剤１
１２によって基板１１３に貼付された状態を示してお
り、半導体チップ１１１が有するバンプ状の端子１２１
は、基板１１３上の配線パターンの一部から成る端子１
２２上に当接されている。この状態では、半導体チップ
１１１内の電気素子は、端子１２１、１２２を介して基
板１１３上の配線パターンに電気的に接続されている。
【０００４】しかし、半導体チップの線膨張係数は３ｐ
ｐｍ／℃程度であるのに対し、接着剤１１２の線膨張係
数は２５〜６０ｐｐｍ／℃と大きいため、線膨張係数の
差から接着界面に応力が残留する。特に、半導体チップ
の周辺部では、チップサイズが大きくなるほど残留応力
が大きくなるため、熱硬化性の接着剤１１２を硬化させ
た後、温度サイクル試験やプレッシャークッカー試験を
行うと、半導体チップ１１１が剥離してしまうという問
題が発生する。
【０００５】また、従来技術の接着剤では、吸湿の条件
によって半導体チップ１１１を接着した後の信頼性の低
下が著しく、そのため、半導体チップ１１１を貼付した
後、リフロー炉を通過させて接着剤１１２を硬化させる
前に、予め１００℃前後に昇温させ、脱水処理を行う必
要があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は信頼性が高い接着剤を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】半導体チップを基板に接
続する接着剤には、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂がある
が、熱硬化性樹脂の場合、半導体チップの剥離を防止す
るために、接着剤のガラス転移点を半導体チップを使用
する温度範囲よりも高温側に置く必要がある。
【０００８】本発明の発明者等は、熱硬化性樹脂の場合
に三次元網目構造を形成する主鎖が単一であると、弾性
率の温度依存性は単一の主鎖に支配され、弾性率が単調
に変化するため、半導体チップに及ぼす応力が大きなも
のになっていることを見出した。従って、三次元網目構
造を維持しながら、使用温度範囲内で接着剤の弾性率の
低下が急激に大きくなる温度を設定すれば、応力を緩和
できることになる。
【０００９】本発明は上記知見に基づいて創作されたも
ので、請求項１記載の発明は、半導体チップと基板との
接続に用いられる接着剤であって、重合可能な主樹脂成
分と、前記主樹脂成分を自己重合反応させる主硬化剤
と、前記主樹脂成分に付加重合反応する副硬化剤とを含
有する接着剤である。請求項２記載の発明は、硬化後の
物性において温度の上昇に伴って弾性率が低下する請求
項１記載の接着剤であって、３０℃よりも高温で１５０
℃よりも低温の第１の温度と、１３０℃以上２５０℃以
下の温度範囲にあり、且つ前記第１の温度よりも高温で
ある第２の温度の両方において、弾性率の低下率が急増
する接着剤である。請求項３記載の発明は、前記第１の
温度と前記第２の温度の間の温度差は、４０℃以上ある
請求項２記載の接着剤である。請求項４記載の発明は、
前記主樹脂成分はエポキシ樹脂である請求項１乃至請求
項３のいずれか１項記載の接着剤である。請求項５記載
の発明は、導電性粒子が含有された請求項１乃至請求項
４のいずれか１項記載の接着剤である。請求項６記載の
発明は、前記主樹脂成分とは別に重合反応する副樹脂成
分を含有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載
の接着剤である。請求項７記載の発明は、予め半硬化さ
れ、シート状に成形された請求項１乃至請求項６のいず
れか１項記載の接着剤である。請求項８記載の発明は、
半導体チップと、基板と、前記半導体チップと基板の間
に配置され、熱処理によって硬化された請求項１乃至請
求項７のいずれか１項記載の接着剤とを有する電気装置
である。
【００１０】本発明は上記のように構成されており、主
硬化剤によって主樹脂成分が自己重合され、三次元網目
構造の組織を作っており、その組織に副硬化剤が付加重
合している。従って、弾性率変化には、網目構造の部分
と、付加重合によって形成された網目構造の部分とで異
なるガラス転移点が発現し、弾性率の変化率は第１、第
２の温度の２点で急変する。第１、第２の温度付近以外
の温度範囲では、弾性率の変化率は略一定であり、温度
の増加に従って弾性率は低下する。
【００１１】接着剤が昇温した場合温度上昇に伴って弾
性率が低下するが、第１の温度よりも高温になると付加
重合した部分がゴム状になり、弾性率が急激に減少す
る。従って、第１の温度以上の温度では、応力の増加が
少なくなっている。
【００１２】第１の温度よりも高温に昇温しても、第２
の温度よりも低ければ、自己重合によって形成された三
次元網目構造の部分はガラス状態を維持するので、接着
力が低下せず、半導体チップが基板から剥離することは
ない。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する。先
ず、重合可能な主樹脂成分と、その主樹脂成分を自己重
合反応させる主硬化剤と、主樹脂成分に付加重合反応す
る副硬化剤とを配合し、本発明の接着剤を作製した。こ
の接着剤はペースト状である。
【００１４】図１(ａ)の符号１３は表面に銅配線が配置
された基板であり、その銅配線の一部によって、接続端
子２２が形成されている。この接続端子２２上に、接着
剤を一定量塗布する。図１(ｂ)の符号１２は、塗布され
た状態の接着剤を示している。
【００１５】図１(ｃ)の符号１１は半導体チップであ
る。この半導体チップ１１の一面には、内部回路に接続
されたバンプ状の接続端子２１が形成されている。半導
体チップ１１の接続端子２１が位置する側の面を接着剤
１２に押し当て、基板１３の接続端子２２と半導体チッ
プ１１の接続端子２１とを当接させると共に加熱し、接
着剤１２を硬化させると、半導体チップ１１と基板１３
の接続端子２１、２２同士が電気的に接続された状態で
半導体チップ１１が基板１３に固定され、本発明の電気
装置５が得られる。
【００１６】上記接着剤はペースト状であったが、本発
明の接着剤は、自己支持性を示す程度に半硬化させたフ
ィルム状のものや、固形樹脂を添加してフィルム状にし
たものも含まれる。
【００１７】図２(ａ)の符号１５は、本発明の一例のフ
ィルム状の接着剤を示しており、図２(ｂ)に示すよう
に、この接着剤１５を、先ず、基板１３の接続端子２２
が形成された側の面に貼付し、次いで、図２(ｃ)に示す
ように、接着剤１５の表面に半導体チップ１１を貼付
し、基板１３の接続端子２２と半導体チップ１１の接続
端子２１とを当接させ、加熱処理して接着剤１５を硬化
させると、本発明の電気装置６が得られる。
【００１８】図３は、本発明の一例の接着剤の温度に対
する弾性率と損失弾性率とｔａｎδの関係を示すグラフ
である。この接着剤は、重合可能な主樹脂成分としてエ
ポキシ樹脂(大日本インキ化学工業(株)製「ＨＰ４０３
２Ｄ」)２０重量部と、その主樹脂成分を自己重合反応
させる主硬化剤として、エポキシ分散イミダゾール系硬
化剤(旭化成(株)製「ＨＸ３９４１ＨＰ」)１５重量部
と、主樹脂成分に付加重合反応する副硬化剤として、フ
ェノール系硬化剤(大日本インキ化学工業(株)製「ＶＨ
４１７０」)５重量部と、また、エポキシ樹脂とは反応
しない副樹脂成分としてフェノキシ樹脂(東都化成(株)
製「ＹＰ５０」)１０重量部と、フィラーとしてシリカ
が４５重量部それぞれ含有されている。
【００１９】この接着剤を加熱した場合、先ず、約１０
０℃の第１の温度Ｐ1で弾性率の低下率(温度変化に対す
る弾性率変化を示す曲線の勾配)が急激に大きくなり、
次いで、約１６０℃の第２の温度Ｐ2で、更に弾性率の
低下率が大きくなる。室温から第１の温度Ｐ1までの
間、第１の温度Ｐ1から第２の温度Ｐ2の間、第２の温度
Ｐ2から２００℃までの間では、弾性率低下率は略一定
である。
【００２０】主樹脂成分にエポキシ樹脂を用いた場合、
主樹脂成分を自己重合させる主硬化剤としては、イミダ
ゾール系硬化剤の他、３級アミン、ルイス酸系触媒を用
いることができる。主樹脂成分に付加重合する副硬化剤
としては、活性水素を持ったアミン系硬化剤、フェノー
ル系硬化剤、ヒドラジッド系硬化剤、メルカプト系硬化
剤、ジシアンジアミド系硬化剤等を使用することができ
る。
【００２１】なお、本発明の樹脂は、生産の効率上短時
間で硬化させることが望ましいため１８０℃以上２５０
℃以下の温度で５秒以上２０秒以下の時間加熱する。従
って、第２の温度Ｐ2は少なくとも１３０℃以上である
ことが望ましい。また、リフロー炉で硬化させた後に残
留応力が残らないためには、加熱中の最高温度におい
て、０．５ＧＰａ以下の弾性率であることが望ましい。
目安として２５０℃において、０．５ＧＰａ以下且つ
０．１ＧＰａ以上であることが望ましい。
【００２２】次に、下記表１に示す配合で、実施例１〜
実施例６、及び比較例１の接着剤を作製した。
【００２３】
【表１】
【００２４】ＨＰ４０３２ＤとＥＰ８２８が、本発明の
重合可能な主樹脂成分であり、ＨＸ３９４１ＨＰが主樹
脂成分を自己重合反応させる主硬化剤である。また、Ｄ
ＩＣＹとＶＨ４１７０が、主樹脂成分に付加重合反応す
る副硬化剤である。ＹＰ５０は、主樹脂成分とは別に重
合反応する副樹脂成分である。比較例１は、副硬化剤を
含有していない。
【００２５】上記実施例１〜６及び比較例１の接着剤は
フィルム状であり、図１(ａ)〜(ｃ)に示すように、接続
試験用に特別に作製された半導体チップ１１をガラスエ
ポキシ基板である基板１３に乗せ、１８０℃×２０秒の
条件で接続した。このとき印加した荷重は、半導体チッ
プ１１の接続端子１１の１個当たり１００ｇである。な
お、用いた半導体チップ１１の大きさは１０ｍｍ角であ
り、シリコンチップである。
【００２６】上記とは別に、実施例１〜６及び比較例１
の接着フィルムを２００℃の温度で５分間加熱して硬化
させた後、２ｍｍ×５ｃｍ、厚み５０μｍの大きさに切
り取り、試験片を作製した。その試験片によって半導体
チップ１１を基板１３に貼付し、３０℃、ＲＨ７０％の
雰囲気中に１９２時間放置した後、リフロー炉中を通過
させ、最高温度２４０℃で加熱し、接着剤を硬化させ
た。
【００２７】試験片に対し、損失正接(ｔａｎδ)と２５
０℃の弾性率、及び弾性率の変化率が増加方向に急変す
る第１、第２の温度Ｐ1、Ｐ2と、その第１、第２の温度
Ｐ1、Ｐ2での弾性率を測定した。損失正接(ｔａｎδ)の
測定方法は、ＪＩＳ Ｋ７１８９-1991に従った。
【００２８】また、半導体チップ１１が接続された基板
１３に対し、温度サイクル試験(ＴＣＴ)とプレッシャー
クッカー試験(ＰＣＴ)を行った。それらの結果を下記表
２に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】上記表２から分かるとおり、実施例１〜６
では、比較例１に比べ、温度サイクル試験で数十倍の信
頼性が得られており、また、３００時間のプレッシャー
クッカー試験の結果は、比較例１では、半導体チップ１
１と基板１３の接続端子２１、２２間の電気的接続が失
われ、不良になっているのに対し、本発明の接着剤を用
いた実施例１〜６は電気的接続が維持され、全て良品に
なっている。
【００３１】第１の温度Ｐ1での弾性率Ｅ1と第２の温度
での弾性率Ｅ2の比Ｅ1/Ｅ2を求めてみると、表２から分
かるように、本発明の接着剤では、Ｅ1/Ｅ2が２．８以
上の値になっている。Ｅ1/Ｅ2の値が２．８以上であれ
ば温度サイクル試験(ＴＣＴ)に合格できると予想され
る。
【００３２】なお、上記各実施例では、導電性粒子に金
属被膜樹脂粒子を用いたが、金属の粒子を用いることも
できる。また、実施例３のように、導電性粒子を含有さ
せなくてもよい。
【００３３】更にまた、上記実施例ではフィラーにシリ
カを用いたが、アルミナや酸化チタン等の他のフィラー
を用いてもよい。主樹脂成分とは別に重合反応する副樹
脂成分としてフェノキシ樹脂を用いたが、ポリエステル
樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の他の種類の樹脂
を用いることができる。また、副樹脂成分を含有させな
くてもよい。また、カップリング剤等の添加剤を配合す
ることもできる。
【００３４】
【発明の効果】弾性率の低下率が二段階に変化するの
で、半導体チップに加わる応力が小さく、信頼性の高い
電気装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)〜(ｃ)：本発明の接着剤の使用方法の一例
を示す図
【図２】(ａ)〜(ｃ)：本発明の接着剤の使用方法の他の
例を示す図
【図３】温度変化に対する弾性率、損失弾性率、損失正
接の関係を示すグラフ
【図４】従来の接着剤を説明するための図
【符号の説明】
１１……半導体チップ １２、１５……接着剤 １３……基板 ５、６……電気装置 Ｐ1……第１の温度 Ｐ2……第２の温度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 篠崎 潤二 栃木県鹿沼市さつき町12−３ ソニーケミ カル株式会社第２工場内 (72)発明者 阿久津 恭志 栃木県鹿沼市さつき町12−３ ソニーケミ カル株式会社第２工場内 Ｆターム(参考） 4J004 AA02 AA13 BA02 DB01 FA05 FA08 4J040 DN032 EC001 HB35 HC21 JA09 JB02 KA16 KA32 LA06 MA02 MA10 NA20 4M109 AA01 BA03 EA02 EB03 EB13 EC04 5F044 LL07 RR17

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップと基板との接続に用いられる
    接着剤であって、 重合可能な主樹脂成分と、 前記主樹脂成分を自己重合反応させる主硬化剤と、 前記主樹脂成分に付加重合反応する副硬化剤とを含有す
    る接着剤。
  2. 【請求項２】硬化後の物性において温度の上昇に伴って
    弾性率が低下する請求項１記載の接着剤であって、 ３０℃よりも高温で１５０℃よりも低温の第１の温度
    と、１３０℃以上２５０℃以下の温度範囲にあり、且つ
    前記第１の温度よりも高温である第２の温度の両方にお
    いて、弾性率の低下率が急増する接着剤。
  3. 【請求項３】前記第１の温度と前記第２の温度の間の温
    度差は、４０℃以上ある請求項２記載の接着剤。
  4. 【請求項４】前記主樹脂成分はエポキシ樹脂である請求
    項１乃至請求項３のいずれか１項記載の接着剤。
  5. 【請求項５】導電性粒子が含有された請求項１乃至請求
    項４のいずれか１項記載の接着剤。
  6. 【請求項６】前記主樹脂成分とは別に重合反応する副樹
    脂成分を含有する請求項１乃至請求項５のいずれか１項
    記載の接着剤。
  7. 【請求項７】予め半硬化され、シート状に成形された請
    求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の接着剤。
  8. 【請求項８】半導体チップと、基板と、前記半導体チッ
    プと基板の間に配置され、熱処理によって硬化された請
    求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の接着剤とを有
    する電気装置。
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