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JPWO2007125650A1 - 接着テープ、半導体パッケージおよび電子機器 - Google Patents

接着テープ、半導体パッケージおよび電子機器 Download PDF

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JPWO2007125650A1
JPWO2007125650A1 JP2008513084A JP2008513084A JPWO2007125650A1 JP WO2007125650 A1 JPWO2007125650 A1 JP WO2007125650A1 JP 2008513084 A JP2008513084 A JP 2008513084A JP 2008513084 A JP2008513084 A JP 2008513084A JP WO2007125650 A1 JPWO2007125650 A1 JP WO2007125650A1
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JP
Japan
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adhesive tape
resin
tape according
epoxy resin
solder powder
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Application number
JP2008513084A
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English (en)
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桂山　悟
悟 桂山
智絵 山代
智絵 山代
宮本　哲也
哲也 宮本
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.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

導電部材間を電気的に接続する接着テープが、樹脂と、半田粉と、フラックス活性を有する硬化剤と、を含み、半田粉とフラックス活性を有する硬化剤とが樹脂中に存在する構成とする。

Description

本発明は、接着テープおよびこれを用いた半導体パッケージならびに電子機器に関する。
電極等の導電部材間の接続に用いられる接着テープとして、従来、半田粒子を含む接着テープが知られている（特許文献１）。特許文献１には、導電粒子として半田粒子を含む異方導電フィルム（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ：ＡＣＦ）が記載されている。
また、特許文献２には、導電性粒子と樹脂成分とを含む導電性接着剤を用いた端子間の接続方法が記載されている。同文献に記載の方法においては、端子間に導電性接着剤を塗布した後、導電性粒子の融点より高く、かつ樹脂が硬化しない温度に加熱した後、樹脂を硬化させることが記載されている。また、同文献には、樹脂として、導電性粒子や電極表面を活性化させるエポキシ樹脂を用いてもよいことが記載されている。また、導電性接着剤中に、フラックスを含んでもよいことが記載されている。
また、特許文献３には、半田球、リンゴ酸等のフラックス剤およびエポキシ樹脂を混合して、金属化パターンが形成されたポリイミド回路板にコーティングすることが記載されている。また、同文献には、プリント回路基板の金属パターン上にリンゴ酸の溶液をスプレーし、その上に半田球で満たされたエポキシフィルムを置き、さらに接着剤上にマリック酸の溶液をスプレーした後、集積回路をフェイスダウンで載置することが記載されている。
特開昭６１−２７６８７３号公報 特開２００４−２６０１３１号公報 特開平４−２６２８９０号公報
ところが、特許文献１のように半田粒子を含む接着テープの場合、接合部分において必ずしも低い抵抗を安定的に実現できるとは限らず、接続信頼性の点で改善の余地があった。
また、半田粒子を含むものに限らず、ＡＣＦにおいては、樹脂の硬化挙動を制御することが困難であった。すなわち、樹脂の硬化が遅いと電極間の導電粒子が拡散してしまい、接続が保てない。一方、樹脂の硬化が速すぎると、導電粒子と導電部材との間に存在する樹脂が速く硬化して、これらの間に絶縁層が形成されてしまう。
また、通常、ＡＣＦの場合、導電性粒子はプラスチックコアにＮｉ／Ａｕメッキしたものであり、導電性粒子が導電部材と接触した形で上下導通が得られる。従って、周囲の樹脂が熱膨張および熱収縮してしまうと、導電性粒子の導電部材に対する接触面積が変化するため、接続抵抗が安定しない。
また、特許文献２および３に記載の導電性接着剤においては、接着剤を電極または基板表面に塗布していた。このため、接着プロセスが煩雑であった。また、接続信頼性においても、改善の余地があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、接合信頼性に優れる接着テープおよび半導体パッケージを提供する。
本発明によれば、
導電部材間を電気的に接続する接着テープであって、
樹脂と、
半田粉と、
フラックス活性を有する硬化剤と、
を含み、
前記半田粉と前記フラックス活性を有する硬化剤とが前記樹脂中に存在する、接着テープが提供される。
本発明の接着テープにおいては、半田粉およびフラックス活性を有する硬化剤が樹脂中に含まれる。このうち、樹脂中に存在する半田粉は、加熱により導電部材表面に自己整合的に移動する。
また、本発明においては、樹脂中に存在するフラックス活性を有する硬化剤が、導電部材と半田との界面に効率よく移動して、導電部材と半田とを確実に接合して電気的に接続する。
ここで、従来、フラックス活性を有する硬化剤は、半田粉に混合して用いられていた。また、背景技術の項で前述した特許文献２においては、エポキシ樹脂自体に表面活性を持たせていた。
これに対し、本発明においては、テープ状の接着剤の樹脂中にフラックス活性を有する硬化剤が存在するため、上述した構成に比べて、接着時にフラックス活性を有する硬化剤が導電部材と半田との界面に移動しやすい構成となっている。このため、本発明によれば、半田粉と導電部材を高い信頼性で安定的に電気的に接続することができる。
また、従来のＡＣＦでは、発明が解決しようとする課題の項で前述したように、樹脂の硬化挙動を制御することが困難であったのに対し、本発明においては、樹脂中にフラックス活性を有する硬化剤が存在するため、樹脂の硬化特性の制御性を向上させることができる。また、本発明の接着テープは、半田粒子がセルフアライメント効果により電極部分に集中し、安定的な金属接合を形成する。これは、本発明において、半田粉は、金属露出部分に対して濡れ性がよく、金属部分に集中するためである。
また、フラックス活性を有する硬化剤が樹脂と反応性を有するため、アウトガスが少なく、電子部品の汚染を抑制できる。また、フラックス活性剤がイオン性不純物として作用をすることがないため、導電部材の腐食を抑制できる。
また、本発明においては、接着剤の形態がテープ状であるため、被接着部材間の表面に塗布する必要がない。このため、接着プロセスを簡素化することができる。
なお、これらの各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。
たとえば、本発明によれば、上述した接着テープを用いて、電子もしくは電気部品間が電気的に接続された電子機器が提供される。
また、本発明によれば、
チップ搭載基板と、
該チップ搭載基板の一方の面に積層された第一および第二半導体チップと、
を含み、
前記第一半導体チップと前記第二半導体チップとが、請求項１に記載の接着テープで接着された、半導体パッケージが提供される。
また、本発明によれば、
半導体チップが搭載される第一基板と、
前記第一基板が搭載される第二基板と、
を含み、
前記第一基板と前記第二基板とが、請求項１に記載の接着テープで接着された、半導体パッケージが提供される。
以上説明したように、本発明の接着テープによれば、半田粉とフラックス活性を有する硬化剤とを樹脂中に含有するため、導電部材間の接続信頼性を向上させることができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
図１は、実施形態における接着テープを用いた接着方法を説明する断面図である。 図２は、実施形態における接着テープを用いた接着方法を説明する断面図である。 図３は、実施形態における接着テープを用いた接着方法を説明する断面図である。 図４は、実施形態における半導体パッケージの構成を示す断面図である。 図５は、実施形態における半導体パッケージの構成を示す断面図である。 図６は、実施形態における半導体パッケージの構成を示す断面図である。 図７は、実施例における積層体の構造を示す断面図である。 図８は、実施例における積層体の構造を示す断面図である。
符号の説明
１０１ 接着テープ
１０３ 半田粉
１０５ 第三基板
１０７ 第二基板
１０９ 第一基板
１１１ 半田領域
１１３ 第一電極
１１５ 第二電極
１１７ ビア
１１９ 第三電極
１２１ 第二電極
１３１ 第二基材
１３２ 樹脂
１３３ 第一基材
１３５ 第二電極
１３７ 第一電極
１３９ 第二ソルダーレジスト層
１４１ 第一ソルダーレジスト層
１４３ 空隙部
１５１ 第一半導体チップ
１５３ 第二半導体チップ
１５５ 実装基板
１５７ 基板
１５９ ワイヤ
１６１ バンプ電極
１６３ 封止樹脂
１６５ バンプ電極
１６７ 樹脂
１６９ ワイヤ
１７１ ワイヤ
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
本発明の接着テープは、導電部材間を電気的に接続するものであり、樹脂、半田粉およびフラックス活性を有する硬化剤を含む。このうち、半田粉とフラックス活性を有する硬化剤とは、樹脂中に存在する。以下、各成分について具体的に説明する。
樹脂としては、特に制限されるものではなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の混合系が用いられる。このうち、成膜性および樹脂の溶融粘度の観点から、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合系が好適である。
熱可塑性樹脂としては、特に制限されるものはなく、たとえば、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アクリルゴム等を用いることができる。これらは、単独または２種以上を混合して用いることができる。
また、上記熱可塑性樹脂は、接着性や他の樹脂との相溶性を向上させる目的で、ニトリル基、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基を有するものを用いてもよく、このような樹脂として、たとえばアクリルゴムを用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、特に制限されるものではないが、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、（メタ）アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂等が用いられる。中でも、硬化性と保存性、硬化物の耐熱性、耐湿性、耐薬品性に優れるエポキシ樹脂が好適に用いられる。
エポキシ樹脂は、室温で固形のエポキシ樹脂と、室温で液状のエポキシ樹脂のうち、いずれを用いてもよい。また、樹脂が室温で固形のエポキシ樹脂と、室温で液状のエポキシ樹脂とを含んでもよい。これにより、樹脂の溶融挙動の設計の自由度をさらに高めることができる。
室温で固形のエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではなく、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、３官能エポキシ樹脂、４官能エポキシ樹脂等が挙げられる。さらに具体的には、固形３官能エポキシ樹脂とクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とを含んでもよい。固形３官能エポキシ樹脂とクレゾールノボラック型エポキシ樹脂として、たとえば、後述する実施例で用いた２−［４−（２，３，エポキシプロポキシ）フェニル］−２−［４［１，１−ビス［４−（２，３−エポキシプロポキシ）フェニル］エチル］フェニル］プロパン、１，３−ビス［４−［１−［４−（２，３エポキシプロポキシ）フェニル］−１−［４−［１−［４−（２，３エポキシプロポキシ）フェニル］−１−メチル］エチル］フェニル］フェノキシ］−２−プロパノール等が挙げられる。
また、室温で液状のエポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂またはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とすることができる。また、これらを組み合わせて用いてもよい。
また、室温で固形のエポキシ樹脂が、固形３官能エポキシ樹脂とクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とを含み、室温で液状のエポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂またはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂であってもよい。
熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合系の具体例として、樹脂が、エポキシ樹脂およびアクリルゴムを含む構成が挙げられる。樹脂がアクリルゴムを含む構成とすることにより、フィルム状の接着テープを作製する際の成膜安定性を向上させることができる。また、接着テープの弾性率を低下させ、被接着物と接着テープ間の残留応力を低減できることができるため、被接着物に対する密着性を向上させることができる。
本発明の接着テープ中の樹脂の配合比は、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計に対し、たとえばアクリルゴムが１０重量％以上５０重量％以下とする。アクリルゴムの配合比を１０重量％以上とすることにより、成膜性の低下を抑制し、さらに、接着テープの硬化後の弾性率の増加が抑制されるため、被接着物との密着性をさらに向上させることができる。また、アクリルゴムの配合比を５０重量％以下とすることにより、樹脂の溶融粘度の増加を抑制し、半田粉が導電部材の表面へさらに確実に移動できるようになる。
また、エポキシ樹脂の配合比は、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計に対し、たとえば２０重量％以上８０重量％以下とする。エポキシ樹脂の配合比を２０重量％以上とすることにより、接着後の弾性率をさらに充分に確保し、接続信頼性を向上させることができる。また、エポキシ樹脂の配合比を８０重量％以下とすることにより、溶融粘度をさらに高めることができるため、半田粉が被接着物からはみ出してしまい接続信頼性が低下することを抑制できる。
また、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合系の他の例として、樹脂が、エポキシ樹脂およびフェノキシ樹脂を含む構成が挙げられる。これにより、接着テープ硬化後の耐熱性および耐湿性をさらに好適に両立することができる。
エポキシ樹脂の具体例としては、たとえば上述した材料が挙げられる。
また、フェノキシ樹脂の具体例としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＳ型、フルオレン骨格を有するものが挙げられる。
樹脂中のフェノキシ樹脂の配合比は、接着テープの成膜性を向上する観点では、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計に対するフェノキシ樹脂の割合を、たとえば１０重量％以上、好ましくは１５重量％以上とする。こうすることにより、フェノキシ樹脂に含まれる水酸基起因による接着性をさらに良好に確保することできる。また、樹脂の溶融粘度の過度の増加を抑制し、半田粉が導電部材の表面へさらに確実に移動できるようにする観点では、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計に対するフェノキシ樹脂の割合を、たとえば５０重量％以下、好ましくは４０重量％以下とする。
また、半田粉を樹脂中で確実に移動させる観点では、樹脂の硬化温度が、後述する半田粉の溶融温度よりも高い構成とするとよい。さらに具体的には、樹脂の硬化温度は、半田の融点よりも１０℃以上、好ましくは２０℃以上高い方がよい。また、接着温度における樹脂の溶融粘度が低い構成とするとよい。
ここで、樹脂の硬化温度は、たとえばＤＳＣ（Differential Scanning Calorimeter：示差走査熱量計）を用い、昇温速度１０℃／分で接着テープを測定した際の発熱ピーク温度とする。
本発明の接着テープにおいて、半田粉を構成する半田としては、たとえば鉛フリー半田を用いることができる。鉛フリー半田としては、特に限定されるものではないが、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＺｎおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも二種以上を含む合金であることが好ましい。その中でも、溶融温度や機械的な物性を考慮すると、Ｓｎ−Ｂｉの合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕの合金、Ｓｎ−Ｉｎの合金等のＳｎを含む合金であることが好ましい。
半田粉の溶融温度（融点）は、接着テープを接着する際の樹脂の流動性を充分に確保する観点では、たとえば１００℃以上、好ましくは１３０℃以上とする。また、半田粉の溶融温度は、接着時に、たとえば基板やチップ等の被接着物に設けられた素子の劣化を抑制する観点では、たとえば２５０℃以下、好ましくは２３０℃以下とする。
ここで、半田粉の溶融温度は、たとえばＤＳＣを用い、昇温速度１０℃／分で半田粉単体を測定した際の吸熱ピーク温度とする。
また、半田粉をさらに確実に導電部材の表面に移動させる観点では、半田粉の溶融温度を樹脂の硬化温度よりも低い温度とする。
また、半田粉の粒径は、導電部材の表面の面積および導電部材の間隔に応じて設定することができる。半田粉の平均粒径は、導電部材表面に半田粉を確実に集合させる観点では、たとえば、５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上とする。また、導電部材の表面に選択的に半田領域を形成するとともに、電極形成領域等の導通させたい領域以外の領域において、接着テープの絶縁性を確保する観点では、半田粉の平均粒径を、たとえば、１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下とする。ここで、半田粉の平均粒径は、たとえばレーザー回折散乱法により測定される。
また、本発明の接着テープにおいて、半田粉の配合比は、半田粉以外の成分の合計１００重量部に対して、接続信頼性を向上させる観点で２０重量部以上、好ましくは４０重量部以上とする。また、接着テープの成膜性を向上させる観点では、接着テープ中の半田粉以外の成分の合計１００重量部に対して２５０重量部以下、好ましくは２３０重量部以下とする。
本発明に用いられるフラックス活性を有する硬化剤とは、半田粉表面の酸化膜を、導電部材と電気的に接合できる程度に還元する作用を示し、かつ、樹脂と結合する官能基を有する化合物である。たとえば、樹脂がエポキシ樹脂を含む場合、フラックス活性を有する硬化剤が、カルボキシル基と、エポキシ基と反応する基と、を有していてもよい。エポキシ基と反応する基として、たとえば、カルボキシル基、水酸基、アミノ基等が挙げられる。
フラックス活性を有する硬化剤としては、接着時に半田粉の表面の酸化膜を除去する観点で、半田粉の種類に応じて適宜選択して用いることができる。
フラックス活性を有する硬化剤は、たとえば、カルボキシル基を含有する化合物である。カルボキシル基を含有する化合物としては、たとえば、直鎖状または分岐鎖を有するアルキルカルボン酸、芳香族カルボン酸等のカルボン酸類が挙げられる。
アルキルカルボン酸として、具体的には、下記式（１）で示される化合物が挙げられる。
ＨＯＯＣ−（ＣＨ2）n−ＣＯＯＨ （１）
上記式（１）において、ｎは、０以上２０以下の整数である。
また、フラックス活性、接着時のアウトガス及び接着テープの硬化後の弾性率やガラス転移温度のバランスから、上記式（１）中のｎは、４以上１０以下が好ましい。ｎを４以上とすることにより、エポキシ樹脂の架橋間距離が短すぎることによる接着テープの硬化後の弾性率の増加を抑制し、被接着物との接着性を向上させることができる。また、ｎを１０以下とすることにより、エポキシ樹脂の架橋間距離が長くなりすぎることによる弾性率の低下を抑制し、接続信頼性をさらに向上させることができる。
上記式（１）で示される化合物として、たとえば、ｎ＝４のアジピン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ2）4−ＣＯＯＨ）、ｎ＝８のセバシン酸（ＨＯＯＣ−（ＣＨ2）8−ＣＯＯＨ）およびｎ＝１０のＨＯＯＣ−（ＣＨ2）10−ＣＯＯＨが挙げられる。
芳香族カルボン酸として、さらに具体的には、一分子中に少なくとも二個のフェノール性水酸基と、芳香族に直接結合したカルボキシル基を一分子中に少なくとも一個含む化合物が挙げられる。このような化合物として、たとえば、２，３−ジヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、ゲンチジン酸（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，６−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、没食子酸（３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸）、フェノールフタリン（２−［ビス（ｐ−ヒドロキシフェニル）メチル］安息香酸）等の安息香酸誘導体；
１，４−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，５−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸、３，７−ジヒドロキシ−２−ナフトエ酸等のナフトエ酸誘導体；および
ジフェノール酸等が挙げられる。
フラックス活性を有する硬化剤として、さらに具体的には、上述したセバシン酸およびゲンチジン酸が挙げられ、これらの一方またはいずれかを含んでもよい。
本発明の接着テープにおいて、フラックス活性を有する硬化剤は、半田粉の外部に存在していればよく、たとえば半田粉とフラックス活性を有する硬化剤とがそれぞれ樹脂中に分散していてもよいし、樹脂中に分散している半田粉の表面に付着していてもよい。フラックス活性を有する硬化剤は、半田粉の外部に存在しているため、接着時に、フラックス活性を有する硬化剤が半田と被接着部材中の導電材料との界面に効率よく移動して、導電部材と半田とを直接接触させることができる。これにより、接続信頼性を向上させることができる。また、フラックス活性を有する硬化剤が樹脂中に存在するため、樹脂に効率よく付加して、樹脂の弾性率またはＴｇ（ガラス転移温度）を高めることができる。
また、本発明の接着テープにおいて、フラックス活性を有する硬化剤の配合比は、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計に対して、フラックス活性を向上させる観点では、フラックス活性を有する硬化剤の配合比をたとえば０．１重量％以上、好ましくは１重量％以上とする。また、接着時の樹脂の溶融粘度を低下させる観点では、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計に対して、フラックス活性を有する硬化剤の配合比をたとえば３０重量％以下、好ましくは１０重量％以下とする。
さらに具体的には、本発明の接着テープがエポキシ樹脂を含む場合、接着テープ中のエポキシ樹脂に対して、フラックス活性を有する硬化剤の配合比をたとえば５０重量％以下、好ましくは３０重量％以下とする。こうすることにより、硬化剤過多が解消され、硬化性が改善される。
なお、本発明の接着テープは、樹脂中にフラックス活性を有する硬化剤とは別の硬化剤をさらに含んでもよく、また、硬化剤として機能する樹脂を含んでいてもよい。
硬化剤としては、特に限定されるものではなく、フェノール類、アミン類、チオール類があげられるが、エポキシ樹脂との反応性や硬化後の物性を考えた場合、フェノール類が好適に用いられる。
フェノール類としては、特に限定されるものではないが、接着テープの硬化後の物性を考えた場合、２官能以上が好ましい。たとえば、ビスフェノールＡ、テトラメチルビスフェノールＡ、ジアリルビスフェノールＡ、ビフェノール、ビスフェノールＦ、ジアリルビスフェノールＦ、トリスフェノール、テトラキスフェノール、フェノールノボラック類、クレゾールノボラック類等が挙げられるが、溶融粘度、エポキシ樹脂との反応性および硬化後の物性を考えた場合、フェノールノボラック類およびクレゾールノボラック類を好適に用いることができる。
また、フラックス活性を有する硬化剤以外の硬化剤の配合量は、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計を１００としたときに、樹脂を確実に硬化させる観点では、たとえば５重量％以上、好ましくは１０重量％以上とする。また、接着時の樹脂の流動性を向上させる観点では、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計を１００としたときに、硬化剤の配合量をたとえば４０重量％以下、好ましくは３０重量％以下とする。
また、本発明の接着テープは、硬化触媒をさらに含んでもよい。硬化触媒を含む構成とすることにより、接着テープの作製時に、樹脂をさらに確実に硬化させることができる。
硬化触媒は、樹脂の種類に応じて適宜選択できるが、たとえば、融点が１５０℃以上のイミダゾール化合物を使用することができる。イミダゾール化合物の融点が低すぎると、半田粉が電極表面へ移動する前に接着テープの樹脂が硬化してしまい接続が不安定になったり、接着テープの保存性が低下する懸念がある。そのため、イミダゾールの融点は１５０℃以上が好ましく、１６０℃以上がさらに好ましい。融点が１５０℃以上のイミダゾール化合物として、２−フェニルヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４−メチルヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール等が挙げられる。なお、イミダゾール化合物の融点の上限に特に制限はなく、たとえば接着テープの接着温度に応じて適宜設定することができるが、たとえば２５０℃以下とすることができる。
また、硬化触媒の配合比は、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計を１００としたときに、エポキシ樹脂の硬化触媒としての機能をさらに効果的に発揮させて、接着テープの硬化性を向上させる観点では、たとえば０．００１重量％以上、好ましくは０．０１重量％以上とする。また、硬化触媒の配合比は、たとえば５重量％以下とする。こうすることにより、接着テープの保存性をさらに向上させることができる。
また、本発明の接着テープは、シランカップリング剤をさらに含んでもよい。シランカップリング剤を含む構成とすることにより、接着テープの被接着物への密着性をさらに高めることができる。シランカップリング剤の具体例としては、エポキシシランカップリング剤、芳香族含有アミノシランカップリング剤等が挙げられ、これらの少なくとも一方を含めばよい。また、たとえばこれらの両方を含む構成とすることができる。シランカップリング剤の配合比は、半田粉を除く接着テープの構成成分の合計を１００としたときに、たとえば０．０１〜５重量％程度とする。
さらに、本発明の接着テープは、上記以外の成分を含んでいてもよい。たとえば、樹脂の相溶性、安定性、作業性等の各種特性向上のため、各種添加剤を適宜添加してもよい。
次に、本発明の接着テープの作製方法について説明する。接着テープは、樹脂、半田粉、フラックス活性を有する硬化剤、および必要に応じて他の添加剤を混合し、樹脂中に半田粉およびフラックス活性を有する硬化剤を分散させる。そして、ポリエステルシート等の剥離基材上に得られた分散液を塗布し、所定の温度で乾燥することにより得られる。
得られたフィルム状の接着テープは、半田粉およびフラックス活性を有する硬化剤が樹脂中に存在している。これを被接着物の間に配置して加熱すると、樹脂中の半田粉が、被接着物中の導電部材の表面に自己整合的に移動し、金属接合が形成される。
図１を参照して、本発明の接着テープを用いた接着方法をさらに具体的に説明する。
第一基板１０９、接着テープ１０１、第二基板１０７、接着テープ１０１および第三基板１０５を下からこの順に積層する。このとき、第一基板１０９の表面に設けられた第一電極１１３と第二基板１０７の表面に設けられた第二電極１１５とを対向させる。また、第二基板１０７の表面に設けられた第二電極１２１と第三基板１０５の表面に設けられた第三電極１１９とを対向させる。
なお、第二基板１０７において、ビア１１７の内部には、所定の材料が埋設されていてもよいし、ビア１１７がスルーホールであってもよい。
そして、積層体を所定の温度で加熱して接着する。接着温度は、接着テープ１０１中の半田粉１０３の材料および樹脂の材料に応じて設定することができる。
接着温度は、半田粉１０３の溶融温度よりも高く、樹脂が溶融している温度とする。この観点では、接着温度をたとえば１００℃より高く、好ましくは１２０℃以上とする。また、接着温度において、樹脂の溶融粘度が低いことが好ましく、この観点では、接着温度をたとえば２５０℃以下、好ましくは２００℃以下とする。また、樹脂の溶融粘度が低い領域を広げる観点で、接着温度を低くするとよい。
半田粉１０３を電極表面に押し流してさらに効率よく移動させる観点では、接着時に所定の圧力で加圧するとよい。加圧圧力は、半田領域１１１をさらに確実に形成する観点では、たとえば、０ＭＰａ以上、好ましくは１ＭＰａ以上とする。なお、接着テープに意図的に加える圧力が０ＭＰａであっても、接着テープ上に配置された部材の自重により、接着テープに所定の圧力が加わっていてもよい。また、接続信頼性をさらに向上させる観点では、たとえば２０ＭＰａ以下、好ましくは１０ＭＰａ以下とする。
加熱により、接着テープ１０１中の樹脂が溶融する。また、接着テープ１０１中の半田粉１０３が溶融する。溶融した半田粉１０３は、樹脂（不図示）中から各基板の表面に設けられた電極上に自己整合的に移動する。半田粉１０３が電極の対向領域にセルフアライメントするため、第一電極１１３と第二電極１１５との間の領域、および第二電極１２１と第三電極１１９との間の領域に、それぞれ、半田領域１１１が形成される。
また、樹脂中に存在するフラックス活性を有する硬化剤（不図示）が、半田粉１０３と電極との界面に効率よく移動するとともに、半田粉１０３の表面の酸化膜を除去するため、半田領域１１１と各電極とが直接金属接合されて、電気的に接続される。その後、積層体を冷却することにより、接着テープ中の樹脂が硬化し、電極間が半田領域１１１により接合された状態が維持される。
このようにして、テープ状の接着テープ１０１を用いると、接着時に所定の単一温度に加熱処理すればよく、基板間を簡単に接着することができる。ただし、接着時の加熱処理は、単一温度での処理には限られず、たとえば、１５０℃で１００秒加熱後２００℃で１００秒加熱するステップキュアや、１８０℃で１０秒熱圧着後、２００℃で１０分オーブン硬化させるポストキュアを行ってもよい。また、半田粉１０３を構成する半田粒子の金属接合により、電極と接着テープ１０１中の半田とが接続されるため、接続抵抗が低く、接続信頼性が高い。
本発明の接着テープは、被接着物との密着性に優れるとともに、導電部材間の電気的な接続信頼性に優れた構成となっている。たとえば、一対の導体部材と、この一対の導体部材間に配置され、一対の導体部材間を電気的に接続する接着テープとを備える接合体中の接着テープを、本発明の接着テープとしてもよい。
また、電子機器に本発明の接着テープを用いて、電子もしくは電気部品間を接合するとともにこれらを電気的に接続してもよい。電子機器として、具体的にはコンピュータ、テレビ、携帯電話、ゲーム機器、各種通信機器及び測定機器が挙げられる。
また、本発明の接着テープは、被接着物中の導電部材の接合面積が小さい場合にも確実に接合することができるため、たとえば半導体パッケージ等において、基板やチップの接続等に好適に用いることができる。
たとえば、本発明の接着テープは、半導体パッケージ中の基板間の接着に用いられる。
本発明の接着テープを用いた半導体パッケージは、たとえば、第一基板、接着テープおよび第二基板がこの順に積層されており、第一基板に設けられた第一電極と第二基板に設けられた第二電極とが接着テープ中の半田領域を介して接続されている。
接着テープは、接着後の状態において、樹脂および樹脂を貫通する半田領域を有する。樹脂中には、フラックス活性を有する硬化剤が残存していてもしていなくてもよい。
なお、半田領域は、実施例において後述するように、接着テープの内部から第一電極および第二電極の側に向かって拡径している。接着テープの両面において半田領域が拡径しているため、接着テープ中の半田領域と樹脂との密着性に優れた構成であるとともに、第一および第二電極と半田領域との接触面積が大きい構成となっている。
本発明の接着テープを基板の接着に用いる際に、第一および第二基板の表面には、ソルダーレジストが設けられていてもいなくてもよい。
図２は、ソルダーレジストを有しない基板間を接続する方法を説明する断面図である。
図２において、第一基材１３３および第二基材１３１上に、それぞれ、第一電極１３７と第二電極１３５が設けられている。本発明の接着テープを基板間に配置して所定の温度に加熱することにより、樹脂１３２が基板間同士を接着するとともに、第一電極１３７と第二電極１３５の表面に半田粉が自己整合的に移動してこれらの電極間を半田領域で接続することができる。
また、図３は、ソルダーレジストを有する基板間を接続する方法を説明する断面図である。図３の基本構成は図２と同様であるが、第一基材１３３および第二基材１３１上に、それぞれ、第一ソルダーレジスト層１４１および第二ソルダーレジスト層１３９が設けられており、第一電極１３７および第二電極１３５が、それぞれ、第一ソルダーレジスト層１４１および第二ソルダーレジスト層１３９中に埋設されている点が異なる。そして、第一電極１３７と第二電極１３５との対向領域の所定の位置に、第一ソルダーレジスト層１４１および第二ソルダーレジスト層１３９を貫通する空隙部１４３が設けられる。
このような基材間を接着する場合にも、本発明の接着テープ（不図示）を基板間に配置して所定の温度に加熱する。これにより、空隙部１４３から露出する第一電極１３７と第二電極１３５の表面に半田粉が自己整合的に移動して、空隙部１４３を埋め込む。こうして、配線間が半田領域で接続される。
また、本発明の接着テープは、半導体パッケージ中の半導体チップ間の接着に用いてもよい。
図４および図５は、半導体チップ間が接着テープで接着された半導体パッケージの構成を示す断面図である。
図４においては、第二半導体チップ１５３、接着テープ１０１および第一半導体チップ１５１がこの順に積層されており、第二半導体チップ１５３の電極（不図示）と第一半導体チップ１５１の電極（不図示）とが接着テープ１０１中の半田領域１１１を介して接続されている。また、第二半導体チップ１５３の裏面に設けられた電極とチップ搭載基板（実装基板１５５）の電極とがワイヤ１５９により接続されている。第一半導体チップ１５１、第二半導体チップ１５３およびワイヤ１５９は、封止樹脂１６３により封止されている。実装基板１５５の裏面には、複数のバンプ電極１６１が設けられている。
また、図５の基本構成は図４と同様であるが、図５においては、第二半導体チップ１５３がバンプ電極１６５を介して実装基板１５５にフリップ接続されており、実装基板１５５と第二半導体チップ１５３との間に第一半導体チップ１５１が配置されている。
図４および図５においては、第一半導体チップ１５１と第二半導体チップ１５３とが本発明の接着テープ１０１により接着されている。このため、チップ間をバンプ電極で接続する構成に比べて、パッケージの厚さを薄くすることができる。また、接着テープ１０１を用いることにより、チップ間の接着を簡素なプロセスで行うとともに、チップの電極間を高い接続信頼性で安定的に接続できる。
さらに、本発明の接着テープは、半導体パッケージの実装基板をさらに他の基板上に搭載する際の基板間の接着に用いてもよい。たとえば、半導体パッケージをＰＣボード等に二次実装する際に用いることもできる。
図６は、このような半導体パッケージの構成を示す断面図である。図６において、半導体チップ（第一半導体チップ１５１および第二半導体チップ１５３）が搭載された第一基板（実装基板１５５）と、実装基板１５５が搭載される第二基板（基板１５７）とが、接着テープ１０１により接着されている。基板１５７は、たとえばＰＣボードとすることができる。第一半導体チップ１５１と第二半導体チップ１５３との間には樹脂１６７が充填されている。また、第一半導体チップ１５１および第二半導体チップ１５３に設けられた電極（不図示）は、それぞれ、ワイヤ１６９およびワイヤ１７１を介して実装基板１５５上の電極（不図示）に接続されている。
図６においては、実装基板１５５と基板１５７とが接着テープ１０１により接着されているため、基板に設けられた電極同士を高い信頼性で安定的に接続することができる。また、接着テープ１０１を用いることにより、基板の間隔を小さくすることができるため、パッケージ全体の厚さを薄くすることができる。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
（接着テープの作製）
樹脂、半田粉、およびフラックス活性を有する硬化剤を含む厚さ４０μｍの接着テープを作製した（実施例１〜２１）。また、樹脂および半田粉を含み、フラックス活性を有する硬化剤を含まない接着テープを作製した（比較例１）。
表１〜表５に、各成分の配合を重量部で示す。各実施例および比較例について、表１〜表５に示した配合で、各成分をトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系有機溶剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系有機溶剤に溶解し、得られたワニスをポリエステルシートに塗布し、上記有機溶剤が揮発する温度で乾燥させた。
実施例１〜２１について、良好な成膜性の接着テープが得られた。
（基板間の接続の評価）
実施例１〜２１および比較例１の接着テープのそれぞれを用いて、図２に示したソルダーレジスト無しの基板間の接続を行った。用いた基板は、板厚０．４ｍｍのＦＲ−４で、銅箔１２μｍ厚、Ｎｉ／Ａｕメッキ、回路幅／回路間幅３００μｍ／１００μｍ、上下回路重なり幅１００μｍであり、この基板間に接着テープを配し、さらに、２００μｍ厚のシリコンゴムを圧力が均一に掛かるように基板の上面に配し、２２０℃、２ＭＰａ、６００秒の熱圧着により接続を行った。
また、実施例１〜２１および比較例１の接着テープのそれぞれを用いて、図３に示したソルダーレジスト有りの基板間の接続も行った。用いた基板は、板厚０．４ｍｍのＦＲ−４で、銅箔１２μｍ厚、ソルダーレジスト厚み（回路上面からの厚み）１２μｍ、Ｎｉ／Ａｕメッキ、回路幅／回路間幅３００μｍ／１００μｍ、上下回路重なり幅１００μｍであり、この基板間に接着テープを配し、さらに、２００μｍ厚のシリコンゴムを圧力が均一に掛かるように基板の上面に配し、１８０℃、２ＭＰａ、６００秒の熱圧着により接続を行った。
得られた積層体の隣接端子間の接続抵抗値を４端子法により１２点測定し、平均値を測定値とした。表１〜表５において、測定値が３０ｍΩ以下の場合を「○」、３０ｍΩ以上の場合を「×」と判定した。
各実施例および比較例について、１０端子分の断面を観察し、すべての箇所で図７および図８のように半田の導電柱が形成されている場合を○、また、１箇所でも導電柱が形成されていない箇所がある場合は×として判定した。
ここで、図７は、実施例１について、ソルダーレジスト無しの積層体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察した結果を示す断面図である。図７に示したように、半田厚は２μｍとなり、良好な半田接続性を示した。
また、図８は、実施例１について、ソルダーレジスト有りの積層体のＳＥＭ観察した結果を示す断面図である。図８に示したように、端子間のギャップは約１８μｍとなった。また、半田厚は１８μｍとなり、良好な半田接続性を示した。また、電極間を接続する半田領域は、両電極側で拡径した形状となった。
Figure 2007125650
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（銅配線表面への濡れ性の評価）
本実施例では、実施例１に記載の接着テープにおいて、表１における半田粉およびフラックス活性を有する硬化剤の種類を変化させた。そして、フラックス活性を有する硬化剤と半田粉との材料の組み合わせと、銅配線表面への濡れ性への影響を評価した。
半田粉としては、Ｓｎ／Ｐｂ、Ｓｎ／Ｂｉ、Ｓｎ／Ｚｎ／Ｂｉ、およびＳｎ／Ａｇ／Ｃｕを用いた。各半田粉について、エポキシ樹脂の硬化触媒として機能するフラックス活性を有する硬化剤として、ゲンチジン酸およびセバシン酸を用いた。その結果、いずれの組み合わせにおいても、良好な濡れ性が確保された。また、Ｓｎ／Ｂｉとセバシン酸との組み合わせが最も好ましい濡れ性となった。
（半田粉の粒子径の検討）
本実施例では、接着テープ中の半田粉の粒子径を変化させて、銅配線表面への濡れ性への影響を評価した。実施例１に記載の接着テープにおいて、半田粉の平均粒径を１２μｍ、２０μｍおよび３５μｍとした。半田粉以外の成分を１００としたときの半田粉の添加量を２０重量％とした。ソルダーレジスト層を有しない基板間に、接着テープを配置して、２２０℃、２ＭＰａで６００秒間熱圧着した。また、その結果、いずれの粒子径においても、銅配線への濡れ性が確保された。また、濡れ性の高いものから順に、粒子径が、３５μｍ、２０μｍおよび１２μｍとなった。

Claims (22)

  1. 導電部材間を電気的に接続する接着テープであって、
    樹脂と、
    半田粉と、
    フラックス活性を有する硬化剤と、
    を含み、
    前記半田粉と前記フラックス活性を有する硬化剤とが前記樹脂中に存在する、接着テープ。
  2. 請求項１に記載の接着テープにおいて、前記樹脂中に存在する前記半田粉が、加熱により前記導電部材の表面に自己整合的に移動する、接着テープ。
  3. 請求項２に記載の接着テープにおいて、前記樹脂が、エポキシ樹脂およびアクリルゴムを含む、接着テープ。
  4. 請求項２に記載の接着テープにおいて、前記樹脂が、エポキシ樹脂およびフェノキシ樹脂を含む、接着テープ。
  5. 請求項２に記載の接着テープにおいて、前記フラックス活性を有する硬化剤が、カルボキシル基を含有する化合物である、接着テープ。
  6. 請求項５に記載の接着テープにおいて、前記フラックス活性を有する硬化剤が、カルボキシル基と、エポキシ基と反応する基とを含有する化合物である、接着テープ。
  7. 請求項６に記載の接着テープにおいて、前記フラックス活性を有する硬化剤が、安息香酸誘導体である、接着テープ。
  8. 請求項５に記載の接着テープにおいて、
    前記フラックス活性を有する硬化剤が、下記式（１）で示される化合物である、接着テープ。
    ＨＯＯＣ−（ＣＨ2）n−ＣＯＯＨ （１）
    （ただし、上記式（１）において、ｎは４以上１０以下の整数である。）
  9. 請求項５に記載の接着テープにおいて、前記フラックス活性を有する硬化剤が、セバシン酸およびゲンチジン酸の少なくとも一つを含む、接着テープ。
  10. 請求項２に記載の接着テープにおいて、硬化触媒として、イミダゾール化合物を含む、接着テープ。
  11. 請求項１０に記載の接着テープにおいて、前記イミダゾール化合物の融点が１５０℃以上である、接着テープ。
  12. 請求項１１に記載の接着テープにおいて、
    前記硬化触媒が、２−フェニルヒドロキシイミダゾールまたは２−フェニル−４−メチルヒドロキシイミダゾールを含有する、接着テープ。
  13. 請求項１０に記載の接着テープにおいて、
    前記硬化触媒が、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシイミダゾールまたは２−フェニル−４−メチルイミダゾールを含有する、接着テープ。
  14. 請求項２に記載の接着テープにおいて、
    前記半田粉が、Ｓｎ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｉｎ、ＺｎおよびＣｕからなる群から選択される少なくとも二種以上を含む合金である、接着テープ。
  15. 請求項１４に記載の接着テープにおいて、
    前記半田粉の融点が１００℃以上２５０℃以下である、接着テープ。
  16. 請求項２に記載の接着テープにおいて、
    前記樹脂が、
    室温で固形のエポキシ樹脂と、室温で液状のエポキシ樹脂とを含むものである、接着テープ。
  17. 請求項１６に記載の接着テープにおいて、
    前記室温で固形のエポキシ樹脂が、固形三官能エポキシ樹脂とクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とを含み、
    前記室温で液状のエポキシ樹脂が、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂またはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂である、接着テープ。
  18. 請求項２に記載の接着テープにおいて、
    シランカップリング剤をさらに含む、接着テープ。
  19. 請求項１８に記載の接着テープにおいて、
    前記シランカップリング剤が、エポキシシランカップリング剤および芳香族含有アミノシランカップリング剤の少なくとも一方を含む、接着テープ。
  20. チップ搭載基板と、
    該チップ搭載基板の一方の面に積層された第一および第二半導体チップと、
    を含み、
    前記第一半導体チップと前記第二半導体チップとが、請求項１に記載の接着テープで接着された、半導体パッケージ。
  21. 半導体チップが搭載される第一基板と、
    前記第一基板が搭載される第二基板と、
    を含み、
    前記第一基板と前記第二基板とが、請求項１に記載の接着テープで接着された、半導体パッケージ。
  22. 請求項１に記載の接着テープを用いて、電子もしくは電気部品間が電気的に接続された、電子機器。
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