JPH0969596A

JPH0969596A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0969596A
Application number: JP7193974A
Authority: JP
Inventors: Haruki Yokono; 春樹横野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体集積回路素子の多ピン化、小型化、高機
能化などの進歩に対応できる半導体集積回路素子および
半導体集積回路素子パッケージの電極端子と電子回路の
端子との接続構造を、信頼性の高い方法で実現するこ
と。【構成】半導体集積回路素子および半導体集積回路素子
パッケージの各電極端子と、少なくとも銅、銅合金およ
びそれらの酸化物からなる粗化微粒子の存在しない銅は
くを用いて製造された電子回路上の端子を半田などを介
して接続した半導体装置で、その銅はくは、接着基材と
の接着面に金属、合金、酸化物、水酸化物、および水和
物から選ばれる一層以上の被覆層を有し、その上にカッ
プリング剤の層がある。接着基材は、カップリング剤と
化学的に結合可能なラジカルを発生可能か、二重結合ま
たはエポキシ基をもつ合成樹脂で、例えば過酸化物硬化
性合成樹脂を主成分とし、銅はくと積層基材を接着す
る。半導体側の端子から数えて、少なくとも六乃至七層
の接続層構成を持つ半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路素子お
よび半導体集積回路素子パッケージと電子回路の接続構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路素子および半導体集積回
路素子パッケージの各電極端子は、所望の目的および用
途に適合するように設計された電子回路の端子にボンデ
ングワイア、半田あるいは異方導電性接着フイルムなど
によって接続された半導体装置として使用される。

【０００３】現在までの半導体集積回路素子は、パッケ
ージと称して素子をプラスチックで封止したり、セラミ
ック配線板に実装されたモジュールのかたちで使われて
きた。この代表的なものがＱＦＰである。ＱＦＰの場合
は、素子の各電極はリードフレームを介して電子回路に
接続される。現在でも、電子機器に使用される半導体集
積回路素子は、このＱＦＰが主流となっているが、ＱＦ
Ｐに対する素子の面積比率は１５〜５０％にすぎず、電
子機器の小型化や高機能化のながれの中で、この面積比
率を大幅に改善し実装密度の向上を図るとともに、さら
に高集積化の実現をはかる技術開発が活発に行われてい
る。これにともなって端子の数も飛躍的に増加し、多ピ
ン化、狭ピッチ化が図られてきたが、電子回路として主
流となっているプリント配線板の細線化、高密度化技術
に限界があることから、半導体集積回路素子パッケージ
と素子の面積比率の向上と実装密度の向上を目的として
ＴＡＢ、ＭＣＭ、ＢＧＡ、ＣＳＰあるいはＩＣペアチッ
プ実装と称される新しい実装法による半導体装置が生ま
れてきている。（日経エレクトロニクス１９５５．１．
１６号ｐ７９参照）

【０００４】ここに云う電子回路は、銅はくと積層基材
が積層接着された銅張り積層体の銅はくを、所望の回路
にプリント回路技術によって加工したプリント配線板
（“プリント回路技術便覧”１９９３年２月２４日日
刊工業新聞社刊参照）で、回路機能を満たしているも
のをいう。ここに使用される銅はくは、製造方法により
電解銅はくと圧延銅はくに分けられる。その厚さは、３
５および１８μｍのものが主である。このほか厚さの大
きいものでは７０および１０５μｍ，薄いものでは１２
および９μｍのものが実用されている。

【０００５】この銅張り積層体に使用される銅はくは、
電子回路に加工後も端子が安定的に固定されるよう積層
基材との接着を強固なものとするため、粗化と称して銅
はく表面に銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗
化微粒子が付着して凹凸状となっている。その凹凸の度
合い、すなわち粗さは、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に規定さ
れた中心線平均粗さで０．５から３．０μｍ程度であ
る。この粗化微粒子による凹凸は、銅はくが積層基材に
加熱圧着され積層体を造るとき、投錨効果による物理的
な接着力を発現させるためのもので、プリント配線板が
初めて実用されるようになった時から、この方法によっ
て全てのプリント配線板が造られて今日に至った。この
ように従来のプリント配線板は、物理的な接着を主原理
として銅はくと積層基材が積層された銅張り積層体から
造られている。従って、半導体集積回路素子およびその
パッケージの各電極端子が、ボンデングワイア、半田ま
たは異方導電性接着フイルムなどを介して電子回路の端
子と接続した構造の半導体装置は、この銅、銅合金およ
びそれらの酸化物からなる粗化微粒子が付着して凹凸状
となった面を積層基材との接着面とし、その反対面は電
解銅はくにあっては電解用の電極面、圧延銅はくにあっ
ては圧延ロール面が転写されて出来た銅はく面が半導体
集積回路素子およびそのパッケージの各電極端子と接続
された構造となっている。その接続面の粗さは、通常
０．３５μｍ以下である。銅はくの表面は電子回路の上
下の導通回路であるスルーホールやバイヤホールの電導
性付与のために銅めっきを行う時、同時に銅めっきされ
ることが多く、このような場合には半導体集積回路素子
およびそのパッケージの各電極端子は、この銅めっきさ
れた電子回路の端子上に接続されることになる。また電
子回路の端子は、接続信頼性を高めるために半田めっき
や金めっきなどがなされ、その上に半導体集積回路を接
続することもある。

【０００６】半導体集積回路素子およびそのパッケージ
の各電極端子とボンデングワイア、半田または異方導電
性接着フイルムなどを介して接続された電子回路上の端
子は接着基材層を介して積層基材と積層体を構成してい
る。銅はくと積層基材との接着基材は、エポキシ樹脂な
どの合成樹脂積層基材自体が接着基材の役割をはたすも
のと、フエノール樹脂、ポリイミド樹脂フイルムやポリ
エステル樹脂フイルムなどそれぞれに適した接着剤を用
いるものがある。フエノール樹脂は、ポリビニルブチラ
ールとフエノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂な
どの熱硬化性樹脂との複合物を主成分とする接着剤（例
えば日本特許第７１３，７８０号）、ポリイミド樹脂フ
イルムおよびポリエステル樹脂フイルムでは、例えばア
クリル系やイソシヤネート系の接着剤などが通常用いら
れる。接着基材層の厚さは、通常２０〜５０μｍであ
る。

【０００７】銅はくと積層体を構成する積層基材は、フ
エノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ＢＴレジン、ＰＰＯなどが使用されてい
る。フエノール樹脂の場合は紙、エポキシ樹脂の場合は
ガラス繊維布や不織布、ポリイミド樹脂およびＢＴレジ
ンの場合はガラス繊維布を補強基材として銅はくと積層
体を造っている。最近では、アラミド繊維布や不織布も
エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびＢＴレジンの補強
基材として用いられている。またポリイミド樹脂および
ポリエステル樹脂の場合は、紙やガラス繊維布などの補
強基材を含まないフイルム状の物が用いられることも多
い。これを用いた配線板は、フレキシブルプリント配線
板と称して、立体的な屈曲した状態で使用されたり、Ｔ
ＡＢと称する半導体集積回路素子のテープキャリアとし
て使用されている。合成樹脂積層基材の厚さは、通常
０．０５〜１．５ｍｍとなっている。このほか最近で
は、厚さ２．０ｍｍ以下の鉄板、ステンレス板やアルミ
ニウム板などの金属板も積層基材として使用されてい
る。

【０００８】以上に述べたように、半導体集積回路素子
および半導体集積回路素子のパッケージの各電極端子
は、ボンデングワイア、半田や異方導電性接着フイルム
などの接合剤によって電子回路上の銅はくから造られた
端子に接続されて、電子回路上で半導体装置となる。そ
の銅はくから出来た端子は、接着基材層を介し、あるい
は直接積層基材と積層接着された層構成となっている。
このとき銅はくの積層基材との接着面は、銅、銅合金お
よびそれらの酸化物からなる粗化微粒子による凹凸状の
面を持っていることが、半導体集積回路素子およびその
パッケージおよびプリント配線板が開発された時から行
われてきた半導体装置の接続構造となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
半導体集積回路素子およびそのパッケージの各電極端子
は、銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗化微粒
子の存在する銅はくを用いた電子回路上の端子と接合さ
れて、半導体装置を構成していた。しかしながら半導体
集積回路素子の実装密度の向上と高集積化、それに伴う
電極端子の多ピン化、狭ピッチ化のながれの中で、電子
回路の微細加工の向上が、この半導体側の進歩に追随出
来ず下記の問題点を生じ、その解決が課題となってい
た。

【００１０】（１）電子回路形成のために、銅張り積層
体の表面の銅はくは化学薬品によるエッチング加工によ
って不必要な銅はくが除去される。このとき銅はくと接
着基材との接着面にある銅、銅合金およびそれらの酸化
物からなる粗化微粒子を除去する時間は、粒子が接着基
材層に埋没しているために粗化微粒子の無い場合のエッ
チングに要する時間の１．５倍以上かかる。このために
図７に示すように銅はくの端面がえぐられて接着面の実
質的な幅は、極端な場合には設計値の約６０％となり、
さらに微粒子状の銅、銅合金およびそれらの酸化物層と
接着基材との接着面に沿ってエッチング液が染み込み、
エッチングされた銅はくの端部周辺の接着力が著しく低
下する現象がある。このために微細加工幅の限界は、厚
さ３５μｍの銅はくで導体幅１００μｍ、配線ピッチは
３００μｍ（ＴＡＢでは、１００μｍ）までとされてい
る。現在、携帯用電子機器はじめ電子計算機などの電子
機器の小型化、高機能化のながれのなかで、前述のとお
り半導体集積回路の高集積化が急速に進展し、半導体集
積回路素子およびそのパッケージの各電極端子の多ピン
化、狭ピッチ化が急速に進んでいる。ところが、プリン
ト配線板の微細加工が前述のとおり導体幅１００μｍ、
配線ピッチ３００μｍが限界となっており、更なる微細
加工が課題とされている。この解決策として最近、粗化
微粒子による凹凸を出来るだけ小さくする試みや、ビル
ドアップ基板と称する回路を無電解めっきにより形成す
る高密度回路板が開発されており、配線ピッチ１００乃
至１５０μｍが可能とされているが、価格および技術的
な点でまだ汎用化されていない。（日経エレクトロニク
ス１９９５．４．１０号ｐ１００参照）

【００１１】（２）電子回路の端子の周囲は、接着基材
に埋没した銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗
化微粒子を除去した跡が図７に示すように微少な穴とな
って存在している。この穴が禍して、隣あう端子の半田
どうしがブリッジを起こす原因となったり、塵が着きや
すく取り除きにくいという問題がある。またエッチング
液やフラックスなどの薬液も、穴の中に残りやすく洗滌
を難しくしている。

【００１２】（３）半導体集積回路に入出力される電気
信号は、高周波電気信号である。周知のように電気は、
導体の表面を伝わっていく性質がある。導体の表面が粗
であると電気信号の反射、エネルギーの損失やノイズを
生じやすく、特に超高周波電気信号の場合や音楽の録音
再生の場合に伝送信頼性が問題となっている。

【００１３】（４）高度な電子機器の発達、普及が進む
なかで、製造コストの低減が必須の事項である。半導体
装置は、いままで半導体集積回路本体のコストパーホー
マンスの向上や半田付けなどの実装工程の合理化を行っ
てコストを低減してきたが、電子回路のコストは、微細
加工の限界が壁となって、高多層化の方向や無電解めっ
きによる方法などを模索しており、逆にコスト上昇をき
たしているのが実状である。このような背景のもとに半
導体装置全体としてのコストミニマム化という観点か
ら、半導体集積回路が実用されて以来、基本的に変わっ
ていない電子回路の構成にメスをいれる必要性が要望さ
れるようになってきた。このような事から、粗化銅はく
を使用した銅張り積層体の材料費を分析すると、銅はく
のコストが約５０％を占めており、この大幅な低減が課
題となっている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を進めた結果、接着基材との接
着面に銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗化微
粒子の存在しない銅はくを銅張り積層体に使用し、これ
を回路加工して電子回路の端子とし、半導体集積回路側
の端子と接続すると、これらの課題が解決されることを
確認し、これを実現するために銅貼り積層体の銅はくと
積層基材の接着に、新しい接着原理を導入して本発明の
実現に成功した。

【００１５】即ち、（１）半導体集積回路素子の複数の
信号系端子、接地端子および電源端子または半導体集積
回路素子パッケージの複数の信号系端子、接地端子およ
び電源端子が、ボンデングワイア、半田または異方導電
性接着フイルムなどを介して、電子回路上の端子と接続
してなる半導体装置において、電子回路の端子が少なく
とも銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗化微粒
子の存在しない銅はくから形成された半導体装置。（２）、（１）記載の銅はくの半導体集積回路との接続
面の反対面にＢ，Ａｌ，Ｐ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍ
ｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，
Ｐｔから選ばれる一種以上の元素を含む金属、合金、酸
化物、水酸化物および水和物から選ばれる一層以上から
なる被覆層を有する（１）記載の半導体装置。（３）、（２）記載の被覆層の上に、シラン系カップリ
ング剤、チタネート系カップリング剤、チオール系カッ
プリング剤またはアルミニウム系カップリング剤層を有
する（１）記載の半導体装置。（４）、（１）記載の銅はくの半導体集積回路との接続
面の反対面に、チオール系カップリング剤層を有する
（１）記載の半導体装置。（５）、（３）または（４）記載のカップリング剤層を
有する銅はくが、引っ張り強さ５０ｋｇ／ｃｍ^２以上、
伸び１％以上の高強度高伸び性を有し、かつカップリン
グ剤と化学的に結合可能なラジカルを発生可能か、二重
結合またはエポキシ基をもつ合成樹脂を主成分とする接
着基材層を介して、積層基材と積層体を構成する（１）
記載の半導体装置。（６）、（５）記載の接着基材層が、過酸化物により硬
化する合成樹脂を主成分とする（１）記載の半導体装
置。以上（１）から（６）までの、半導体集積回路素子また
はそのパッケージの各電極端子から数えて、半田などに
よる接続層、銅はく端子、金属を含む被覆層、カップリ
ング剤層、接着基材層および積層基材層の少なくとも六
乃至七層構造からなる半導体装置を発明した。このうち
（１）記載の銅はく、（２）記載の被覆層、（３）記載
のカップリング剤層、（５）記載の接着基材層が従来の
半導体装置の層構成と材質および作用原理において異な
るところである。この層構成は、本発明の基本層構成
で、従来の半導体装置を、この層構成を基軸として置き
換えていく事により、前記課題が解決可能となるもので
ある。

【００１６】在来の粗化銅はくの場合は物理的な投錨効
果による接着を主体とするものであるが、本発明の銅は
くと接着基材との接着は化学的な接着を主体とするもの
である。本発明は、半導体集積回路素子またはそのパッ
ケージの各電極端子と電子回路の端子の接続層構成に関
するものであるが、その実現には、銅はくと接着基材が
良好な接着を形成し、電子回路の導体系を絶縁系が高度
な信頼性を持って支持していることが前提となるので、
本発明者は以下に述べる投錨効果によらない新しい接着
原理に基づく方法を発見し、これによって本発明の半導
体装置を完成した。先ず、銅はくは、電解法あるいは圧
延法で造られる。電解法では、電極面側の銅はく面は電
極の面が転写され、その面の粗さは電極面によって人為
的に造ることが出来る。通常その値は０．１０〜０．３
５μｍで、その反対面である電解液側の面に比べて光沢
があるのでシヤイニー面と呼ばれている。電解液側の面
はマット面と呼ばれている。この面は、全体に小さなう
ねりを有して光沢はない。その粗さは通常０．３〜１．
５μｍである。圧延法による銅はくは、圧延ロールの表
面の状態が転写される。その表面は、電解法による銅は
くに比べ平坦性で光沢があり粗さは０．１０〜０．１５
μｍである。使用する銅はくは、接着基材との接着面に
Ｂ，Ａｌ，Ｐ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｔａ，Ｗ，Ｉｒ，Ｐｔから選ば
れる一種以上の元素を含む被覆層を造る。この被覆層
は、金属または合金のほか酸化物、水酸化物、および水
和物を含んでもよい。また複数の被覆層であってもよ
い。合金の場合は、銅を含むものでもよい。厚さは、
０．０１〜５μｍの範囲がよい。これらの被覆層は、電
気めっき、化学めっき、蒸着、スパッタリング、浸せき
処理などにより形成できる。とくにＰｄ，Ｎｉ，Ｚｎ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｏなどの金属、合金、酸化物、水酸化物
および水和物が、接着には効果的である。この被覆層
は、銅はくの表面を粗化するものではないので、被覆層
の粗さは銅はくの元の粗さと同程度でよい。また電解銅
はくの場合は、シヤイニー面およびマット面のどちらで
も接着基材との接着面に採用可能である。つぎに、この
被覆層の上にシラン系カップリング剤、またはチタネー
ト系カップリング剤またはチオール系カップリング剤ま
たはアルミニウム系カップリング剤を塗布する。これら
のカップリング剤は、銅はくの上ではなく接着基材のほ
うに混合しておいても被覆層の上にカップリング剤層が
形成されるが、銅はくの上に塗布したほうが効果的であ
った。

【００１７】接着基材は、引っ張り強さ５０ｋｇ／ｃｍ
^２以上、好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ^２以上、さらに好
ましくは２００ｋｇ／ｃｍ^２、伸びは１％以上、好まし
くは５％以上、さらに好ましくは１０％以上の高強度高
伸び性の合成樹脂で、前記カップリング剤と化学的に結
合するラジカルを発生可能か、または官能基を持つもの
がよい。例えば過酸化物硬化触媒を含む合成樹脂組成物
が良好である。過酸化物硬化性樹脂としては、ポリエチ
レン、エチレン−α−オレフインコポリマー、ポリビニ
ルアルコールと脂肪族アルデヒドの誘導体、エチレン−
α−オレフインジエンターポリマー、ＰＰＯなどのエン
ジニヤリングプラスチック、ポリブタジエン、ポリイソ
プレン、各種ゴム、ＤＣＰＤ、スチレン−ブタジエン共
重合体など多くのジエン系合成樹脂やジアリルフタレー
ト、トリアリルイソシヤネートなどのアリル基を含む化
合物、アクリレートおよびその誘導体、メタクリレート
およびその誘導体、ポリステルあるいはエポキシアクリ
レート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレ
ートなどの各種アクリレートやグリシジルメタクリレー
ト−オレフイン共重合体などがあるが、過酸化物で硬化
可能な樹脂であれば使用できる。難燃化のためにハロゲ
ン化や難燃剤を添加することも従来の半導体装置と同じ
ように行われる。また、これらの合成樹脂は、単体で用
いることは少なく硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、安定
剤、相溶化剤、変性剤、塗膜形成剤などと複合して用
い、モノマーやプレポリマー、オリゴマー、あるいはポ
リマーの状態で、目的とする半導体装置の要求性能や製
造プロセスに合わせて併用または共重合させて用いるこ
とができる。接着基材層の厚さは５〜１５０μｍで、液
状のものを銅はく面に塗布乾燥して塗膜とするか、フイ
ルム状にして銅はくと積層基材とを積層接着する際に銅
はくの下に挿入したり、あるいは銅はくに貼るなどの方
法がある。過酸化物は、例えばジメチル−ジ（ｔ−ブチ
ルペルオキシ）ヘキサン、ジメチル−（ｔ−ブチルペル
オキシ）ヘキシン、ベンゾイルペルオキシド、ジ（ｔ−
ブチルペルオキシ）−ｍ−ジイソプロピルベンゼンなど
があり、それぞれの分解温度などを積層接着の条件に合
うように選択する。添加量は、合成樹脂にたいし約０．
０１モル加える。これに他のラジカル発生剤や分解助剤
などを併用することも可能である。積層基材は従来から
使われている物を使用する。接着基材と積層基材が同じ
材料であってもよい。この場合の層数は、接着基材層と
積層基材層の二層と数えるものとする。積層接着の方法
は従来から行われている定法により、平板プレス、ロー
ルあるいはオートクレープなどを用いて加熱加圧し積層
体を造る。

【００１８】以上に述べた方法を要約すると、半導体集
積回路素子および半導体集積回路素子パッケージの各電
極端子は、ボンデングワイア、半田あるいは異方導電性
接着フイルムなどによって、電子回路側の端子と接続さ
れ半導体装置となる。電子回路側の端子は、銅張り積層
体上の銅はくをエッチング加工して形成されたものであ
る。この銅はくは、電解法または圧延法によって造ら
れ、銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗化微粒
子の存在しないもので、前記の各種元素を含む層で接着
基材との接着面を被覆してある。その上にシラン系カッ
プリング剤、チタネート系カップリング剤、チオール系
カップリング剤またはアルミニウム系カップリング剤の
層を形成する。チオール系カップリング剤の場合は、直
接銅はくの上に層を形成してもよい。このような処理を
行った銅はくを、接着基材層を介して積層基材と積層接
着する。接着基材層は、例えば過酸化物硬化性樹脂複合
物のような高強度高伸び性でカップリング剤と化学的に
結合可能なラジカルを発生可能か、二重結合またはエポ
キシ基をもった合成樹脂を用いる。

【００１９】

【作用】本発明の銅、銅合金およびそれらの酸化物から
なる粗化微粒子の存在しない銅はくを用いた電子回路上
の端子は、投錨効果による接着は不可能であるので、本
発明では、化学的な結合を主とする新しい接着原理、接
着方法を銅張り積層体に適用して半導体装置を造りだし
た。本発明の接着に係る部分は、請求項２の被覆層、請
求項３のカップリング剤層それに請求項５、６、７およ
び８の接着基材層である。カップリング剤は少なくとも
一種以上の各種金属を含む請求項２の被覆層と化学的に
結合する。このとき単なる銅はくではチオール系カップ
リング剤以外では十分な接着力は得られないが、請求項
２に挙げた各種被覆層を設けると、よい接着が得られ
る。つぎに請求項５、６、７および８の接着基材層が、
積層接着の時にカップリング剤と反応し化学的に結合す
る。これらの事によって、粗化微粒子の存在しない銅は
くでも十分な接着が得られることになる。銅はくと接着
基材層との接着力は、例えば特公昭−６０−１５６５４
に記載されているようにシラン系カップリング剤によっ
て増大することが知られているが、本発明者の追試では
エポキシ樹脂のような接着剤として優れているとされて
いるものでも、粗化微粒子の存在しない銅はくでは殆ど
効果はなかった。それは、エポキシ樹脂がＢ状態となっ
ており、その官能基が少なくなっている事と活性度も低
下している事によるものと考える。しかし、例えば過酸
化物触媒の熱分解によって発生する極めて活性度の高い
ラジカルによって合成樹脂の二重結合が開いたり、ある
いは脱水素が起こり、極めて活性度の高いラジカルある
いは官能基となってカップリング剤と強力な結合を起こ
すことが分かった。また接着基材はある程度以上の強度
と伸びをもつことが、引き剥がしなどの外力による変形
に抗するために必要不可欠であった。従来の接着基剤で
は、特に伸びが１％以下と小さく、外力にたいし抵抗す
る力が小さかった。この銅はくの被覆層、カップリング
剤および極めて活性なラジカルを発生可能か、あるいは
官能基をもった高強度高伸び性接着基材の三者が、本半
導体装置の電子回路側の導体系を絶縁系が信頼性をもっ
て支持する層構成を成立させている接着システムの役割
を担っている。そしてこのシステムの場合、引き剥がし
強さは、常態、加熱処理後、塩酸浸せき処理後ともに、
実施例で述べるとおり極めて高い値が得られる。これは
従来の半導体装置に用いられた接着基材では考えられな
かったことである。本発明の銅はくは、粗化微粒子がな
いのでエッチングされた後の断面は、図６に示すように
矩形となる。従来の粗化銅はくの場合は、図７に示すよ
うにエッチング加工によって端面がえぐられた状態にな
る。これは粗化のための銅、銅合金およびそれらの酸化
物からなる粗化微粒子が、接着基材の中に埋没してお
り、これをエッチング加工によって完全に除去するのに
長時間（銅はくのエッチング時間の１．５倍以上）を要
するため銅はくが過剰にエッチングされて起こる現象で
ある。この時、銅はく表面は保護膜（エッチングレジス
ト）を有するので変化はなく、端面だけがエッチングさ
れてえぐられた状態となる。この結果、従来の粗化銅は
くの場合は実質的な接着面積は、極端な場合には回路幅
の約６０％程度となり回路幅全体の接着力は、その接着
面積に比例して低下してしまう。粗化微粒子のない銅は
くでは、このような事はない。また合成樹脂基体に埋没
している粒子状の物もないためエッチング時間は約６０
％減少できる。さらに銅はくと接着基材層の接着面は、
銅はくの接着面の被覆層、カップリング剤層および接着
基剤層が化学的な結合をしているので、エッチング液が
接着面に染み込むことも少なく、従来の粗化銅はくを使
用した時のようにエッチングによる接着力の低下も殆ど
ない。また塩酸処理あるいは熱処理を受けても接着力の
低下も少ない。それらの結果として厚さ３５μｍの銅は
くで導体幅が５０μｍ、配線間隔５０μｍ、配線ピッチ
１００μｍ（ＴＡＢでは７０μｍまで可能）、厚さ１８
μｍの銅はくで導体幅が２０μｍ、配線間隔２０μｍ、
配線ピッチ４０μｍまでの回路加工が可能となった。こ
のために、半導体集積回路素子および半導体集積回路素
子パッケージの多ピン化、狭ピッチ化の要求に対し十分
応えることが可能となった。特に、電子回路上の端子か
らの引出線の微細化が可能になり、端子周辺に密集した
回路の占める面積が縮小し、実装密度が向上する。また
銅はくがエッチング加工によって取り除かれた跡の接着
基材層の表面は、従来は粗化微粒子の理没した状態が、
そのまま微小な穴となって残っていたが、本発明の半導
体装置では、このような微粒子が無いのでエッチング加
工によって銅はくが取り除かれた跡も平坦である。その
ために端子の周辺は半田が着き難く、隣どうしの端子間
で半田がブリッジする事も少なくなる。汚れも着き難く
エッチング液やフラックス残渣の洗浄もしやすい。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の第一の実施例（実施例１）
で、ＱＦＰと称される最も標準的な半導体集積回路素子
パッケージを用いた半導体装置の例である。半導体集積
回路素子（以下半導体チップという）１はエポキシ樹脂
成型品２によってリードフレーム８とともに封止保護さ
れている。電極端子３はリードとも称され成型品２の外
に出ている。プリント配線板４（厚さ１．６ｍｍ）とこ
れを構成する積層基材であるガラス繊維布基材エポキシ
樹脂５（日立化成工業製、品番Ｅ−６７）および粗化微
粒子の存在しない電解銅はく６、その中間に厚さ５０μ
ｍの接着基材層１５。（エチレンブテンジエンターポリ
マ…三井石油化学工業製、品番Ｋ−９７２０…３５重量
部、含水シリカ…日本シリカ工業製、品番ＶＮ−３…１
０重量部、ｔ−ブチルベルオキシジイソプロピルベンゼ
ン…日本油脂製、パーブチル…０．３５重量部を均一に
混練し厚さ５０μｍのフイルムに加工）半導体の電極端
子３は半田７によってプリント配線板４の端子６と接続
されて半導体装置を形成している。粗化微粒子の存在し
ない銅はくは、厚さ１８μｍの電解銅はくで、接着面は
０．５μｍのＮｉ−Ｍｏ−Ｃｏ合金が電気メッキされ、
その上にシラン系カップリング剤（チッソ石油化学製Ｓ
−３３０，１ｇを水１リットルに溶かしたものを使用）
を１０秒間浸せき塗布し６０℃で一分間乾燥してある。
プリント配線板４の配線ピッチは１５０μｍで，端子ピ
ッチ３００μｍ、３８４ピンのＱＦＰが接続出来た。粗
化銅はくを使用した従来のプリント配線板では、配線ピ
ッチ３００μｍ、端子ピッチ５００μｍ、３０４ピンの
ＱＦＰが実用的に同等な水準であった。なお銅はくの引
き剥がし強さは常態、１８０℃４８時間加熱後ともに剥
離不可能であった。濃度１８％の塩酸に室温で１時間浸
せき後は５．１ｋＮ／ｍあった。従来の銅張り積層体の
場合は、それぞれ２．０ｋＮ／ｍ、１．９ｋＮ／ｍ、
１．３ｋＮ／ｍであった。この半導体装置は、七層構成
となっている。実施例１のシラン系カップリング剤をチ
タネート系カップリング剤に置き換えた場合について記
載する。（実施例２）チタネート系カップリング剤は，
イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル−アミノエチル）
チタネート（味の素製、品番ＴＲ４４、１ｇを水１リッ
トルに溶かしたものを使用）で、これに粗化微粒子の存
在しない銅はくのＮｉ−Ｍｏ−Ｃｏ合金被覆層を１０秒
間浸せき塗布し６０℃で一分間乾燥した。この銅はくを
用いて実施例１と同じプリント配線板を作り、端子ピッ
チ３００μｍ、３８４ピンのＱＦＰを半田で接続した。
なお銅はくの引き剥がし強さは常態、１８０℃４８時間
加熱後、濃度１８％の塩酸に室温で１時間浸せき後とも
に剥離不可能であった。実施例１のシラン系カップリン
グ剤をアルミニウム系カップリング剤に置き換えた場合
について記載する。（実施例３）用いたアルミニウム系
カップリング剤（味の素製、プレンアクトＡ１−Ｍ）は
１％メタノール溶液とし、実施例１と同じ方法でプリン
ト配線板を造り、端子ピッチ３００μｍ、３８４ピンの
ＱＦＰを半田で接続した。銅はくの引き剥がし強さは常
態、１８０℃４８時間加熱後、濃度１８％の塩酸に室温
で１時間浸せき後ともに剥離不可能であった。

【００２１】図１のＱＦＰを用いた半導体装置におい
て、積層基材として紙基材フエノール樹脂を用いた本発
明第四の実施例（実施例４）を記載する。半導体チップ
１はエポキシ樹脂成型品２によってリードフレーム８と
ともに封止保護されているＱＦＰ（電極端子ピッチ６５
０μｍ、２３２ピン）である。電極端子３はリードとも
称され成型品２の外に出ている。プリント配線板４（厚
さ１．６ｍｍ）とこれを構成する積層基材である紙基材
フエノール樹脂５（日立化成工業製、品番４３７Ｆ）お
よび粗化微粒子の存在しない電解銅はく６、その中間に
厚さ５０μｍの接着基材層１５。（エチレンブテンジエ
ンターポリマ…三井石油化学工業製、品番Ｋ−９７２０
…３５重量部、含水シリカ…日本シリカ工業製、品番Ｖ
Ｎ−３…１０重量部、ｔ−ブチルペルオキシヘキシン…
日本油脂製、パーヘキシン…１重量部を均一に混練し厚
さ５０μｍのフイルムに加工）半導体の電極端子３は半
田７によってプリント配線板４の端子６と接続されて半
導体装置を形造っている。粗化微粒子の存在しない銅は
くは、厚さ３５μｍの電解銅はくで、接着面は、厚さ
０．３μｍのクロメート処理を行った。（重クロム酸ナ
トリウム水和物２．２ｇを純水１リットルに溶解して調
整した処理液中で銅はくの接着面を陽極に向けて電流密
度０．１５Ａ／ｄｍ^２で４秒間室温で電気分解した。）
その上にシラン系カッブリング剤（チッソ石油化学製Ｓ
−３３０，１ｇを水１リットルに溶かしたものを使用）
を１０秒間浸せき塗布し６０℃で一分間乾燥した。プリ
ント配線板４は、配線ピッチ１００μｍの電子回路が加
工出来た。粗化銅はくを使用した従来のプリント配線板
では、配線ピッチ３００μｍの電子回路が実用出来る限
界水準であった。このために、約２０％電子回路の面積
を縮減出来た。なお銅はくの引き剥がし強さは常態３．
６ｋＮ／ｍ、１８０℃４８時間加熱後１．８ｋＮ／ｍで
あった。濃度１８％の塩酸に室温で１時間浸せき後は
３．２ｋＮ／ｍあった。従来の銅張り積層体の場合は、
それぞれ２．１ｋＮ／ｍ、１．６ｋＮ／ｍ、１．９ｋＮ
／ｍであった。この場合も、七層構成の半導体装置とな
る。実施例４の接着基材層をビニルエステル樹脂に置き
換えた場合を第五の実施例（実施例５）として記載す
る。用いた接着基材は、ビニルブチラール（デンカ製、
品番６０００Ｃ）７０重量部、エポキシアクリレート
（三菱レーヨン製、品番ＵＫ６１０５）３０重量部、過
酸化物硬化触媒（日本油脂製、パーブチルＰ）０．５重
量部を溶剤（ＭＥＫ５００重量部とトルエン５００重量
部の混合物）に溶解し、これを実施例４で用いたシラン
系カップリング剤を塗布乾燥した銅はくの上に、乾燥後
の厚さが３０μｍになるようにロールコータを用いて塗
布乾燥した。乾燥は、９０℃で十分間行った。この接着
基材付き銅はくと紙基材フエノール樹脂（日立化成工業
製、品番４３７Ｆ）積層基材を積層接着して、厚さ１．
６ｍｍの銅張り積層体を製造した。この銅張り積層体を
用いて実施例４と同様に配線ピッチ１００μｍのプリン
ト配線板を得て、これに実施例４で用いたＱＦＰを半田
で接続した。銅はくの引き剥がし強さは、常態３．９ｋ
Ｎ／ｍ、１８０℃４８時間加熱後２．１ｋＮ／ｍ、濃度
１８％の塩酸に常温で１時間浸せき後３．５ｋＮ／ｍで
あったこの場合の層構成は、七層の半導体装置である。
実施例５のエポキシアクリレートを（実施例６）ウレタ
ンアクリレート（東亜合成製、品番Ｍ−１１００）（実
施例７）ポリエステルアクリレーと（東亜合成製、品番
Ｍ−６４００）に置き換て配線ピッチ１００μｍの電子
回路に接続された半導体装置を製作することが出来た。
銅はくの引き剥がし強さは、常態、１８０℃４８時間加
熱後、濃度１８％の塩酸に常温で１時間浸せき後の値が
実施例６で３．５ｋＮ／ｍ、１．９ｋＮ／ｍ、２．９ｋ
Ｎ／ｍ実施例７で２．３ｋＮ／ｍ、１．５ｋＮ／ｍ、
２．１ｋＮ／ｍであった。

【００２２】図２は本発明の第八の実施例（実施例８）
で、ＢＧＡと称される半導体の接続方式における例を示
す。半導体チップ１は、金ボンデングワイア９によりプ
リント配線板４ａ（厚さ０．６ｍｍ）上の端子６と接続
されている。この状態でエポキシ樹脂２によって封止保
護されている。半導体チップ１は、裏面に放熱板１０を
置いて発熱を放散するようになっている。プリント配線
板４ａは、積層基材としてガラス繊維布基材ＢＴレジン
（三菱化学工業製、品番…ＣＣＬ−Ｈ８１０を積層基材
とした）を用い、半導体チップ１に接続する端子６のほ
かに、外部との接続用の端子１１を有し、端子６と１１
は、目的とする用途に適合するように設計された回路で
つながっている。この半導体装置を搭載した電子回路
は、さらにもう一つの電子回路と接続される。その電子
回路は、プリント配線板４ｂの上に形成された端子１１
の上で半田ボール１２によって接続されている。本発明
は、端子６が粗化微粒子の存在しない銅はくであること
を要件とするものである。銅はくは厚さ１８μｍで、そ
の接着基材層面は、チオール系カップリング剤（三協化
成製、商品名ジスネット−Ｆ）５ｇをテトラヒドロフラ
ン１リットルに溶かした溶液に室温で６０秒間浸せき
し、９０℃で一分間乾燥してある。接着基材はメタクリ
ル酸グリシジルエチレン共重合体（日本石油化学製、レ
クスバールＲＡ３０５０）１００重量部、過酸化物硬化
触媒（日本油脂製、パーブチルＰ）２重量部を１２０℃
に加熱したニーダで均一に混合した後、１２０℃のロー
ルで圧延して厚さ５０μｍのフイルムとし、これを用い
た。プリント配線板４ａの配線ピッチは、１５０μｍ、
３層回路で６２５ピンのＢＧＡに対応可能であった。従
来の粗化銅はくを用いたプリント配線板では、配線ピッ
チ３００μｍ，６層回路の配線板が必要であった。ここ
で用いた銅張り積層体の銅はくの引き剥がし強さは、常
態、塩酸浸せき後および加熱後それぞれ２．５ｋＮ／
ｍ、２．３ｋＮ／ｍ、２．５ｋＮ／ｍであった。従来の
銅張り積層体の場合は、それぞれ０．５ｋＮ／ｍ、０．
２ｋＮ／ｍ、０．２ｋＮ／ｍであった。この場合の半導
体装置の層構成は六層となっている。図３は、図２の本
発明に係る部分を図示したものである。半導体チップ１
上の電極端子３は、金ボンデングワイア９によってプリ
ント配線板４上の端子６と超音波接合法により接続され
ている。１３は半導体チップ１を固定するダイボンデン
グである。端子６は、粗化微粒子の存在しない電解銅は
くである。この半導体装置全体をエポキシ樹脂２で保護
封止する。図３は、半導体チップを図２と上下逆に示し
てある。半導体側の端子３、ポンデングワイア９、電子
回路（プリント配線板）上の端子６、チオール系カップ
リング剤層、接着基材層および積層基材層の六層構造と
なっている。放熱板１０は省略してある。

【００２３】図４は本発明の第九の実施例（実施例９）
で、ＴＡＢ方式の場合を示す。ＴＡＢは、フレキシブル
プリント配線板によって半導体チップの電極端子と外部
のプリント配線板の端子を接続する機能を有するもので
ある。１４がＴＡＢ、ｌが半導体チップ、４がプリント
配線板、１１がプリント配線板上の端子である。ＴＡＢ
１４の端子６は半導体チップ１およびプリント配線板の
端子１１と半田バンプ１２によって接続されるもので、
厚さ３５μ狙の粗化微粒子の存在しない、平坦な圧延銅
はくで、接着面に厚さ０．５μｍのクロメート処理がな
され（重クロム酸ナトリウム水和物２．２ｇを純水１リ
ットルに溶解し、この溶液を用い銅はくのＣｒ被覆をし
ようとする面を陽極に向けて電流密度０．１５Ａ／ｄｍ
^２で５秒間処理）その後、０．１％のシラン系カップリ
ング剤（チッソ石油化学製：Ｓ−３３０）に１０秒間浸
せきし６０℃で一分間乾燥したものを用いた。用いられ
た積層基材は、厚さ７５μｍのポリイミドフイルム（宇
部興産製、商品名ユーピレックス−Ｓ）を用いた。接着
剤は、エチレンブテンジエンターポリマ（三井石油化学
製：品番Ｋ−９７２０）３２重量部に含水シリカ（日本
シリカ工業製、品番ＶＮ−３）８重量部、トリアリルイ
ソシアヌレート（日本化成製、ＴＡＩＣ）０．３２重量
部、過酸化物（日本油脂製、パーブチルＰ）０．３２重
量部を均一に混練したのち１２０℃でロール圧延して厚
さ５０μｍのフイルムとしたものを用いた。端子の幅は
２０μｍ配線ピッチは５０μｍとなっている。従来の粗
化銅はくを用いたプリント配線板では１００μｍピッチ
のものが限界であった。端子１１も端子６と同じ粗化微
粒子の存在しない銅はくを使用できる。ここで用いた銅
張り積層体の銅はくの引き剥がし強さは、常態、塩酸浸
せき後、加熱後とも剥離不可能であった。従来の銅張り
積層体では、それぞれ１．２ｋＮ／ｍ、１．１ｋＮ／
ｍ、０．１ｋＮ／ｍであった。

【００２４】図５は本発明の第十の実施例（実施例１
０）で、フリップチップ方式の場合を示す。半導体チッ
プ１の各電極端子３が半田バンプ１２により電子回路で
あるプリント配線板４の上に形成された電子回路の端子
６すなわち粗化微粒子の存在しない銅はくからなる端子
と接続された状態を示したものである。プリント配線板
４は、厚さ１８μｍの電解銅はくで、端子の幅５０μ
ｍ、配線ピッチ１００μｍ、厚さ０．６ｍｍのガラス繊
維布基材ＢＴレジンを積層基材（カップリング剤、接着
基材および積層基材は実施例８と同じ）に用いたもので
ある。従来の粗化銅はくを用いたものは配線ピッチ３０
０μｍが限界であった。

【００２５】

【発明の効果】本発明による半導体装置は、電子回路上
の端子が従来より微細加工可能となるので、半導体集積
回路素子の高集積化、狭ピッチ化に対応でき特に端子周
辺の密集した引出線の微細化により、実装密度の向上に
大きく寄与する。多層回路プリント配線板の層数も低減
でき、電子装置全体の小型化、低価格化に貢献できる。
銅はくの製造工程が短縮されるため、銅はくのコストが
約３０％安くなるほか、接着基材層に埋没した銅、銅合
金およびそれらの酸化物からなる微粒子を取り除く必要
がないのでエッチング時間も約６０％短縮される。また
銅はくの回路加工後の形状が、ほぼ矩形状となり超高周
波電気信号の反射、エネルギー損失、ノイズ発生が少な
くなり伝送信頼性が向上する。エッチング後の接着基材
の表面も平坦になって、半田による実装接続において隣
あう端子間で起こる半田のブリッジが少なくなる。また
塵などの付着も軽減されるほか、エッチング液、フラッ
クス残渣などの薬液の洗浄も容易になる。さらに、従
来、銅はく表面に粗化微粒子を着けにくいため、余り使
われなかった圧延銅はくも電解銅はく並みに使用できる
ようになり、高強度銅はくが使用しやすくなる。電子部
品には、半導体集積回路の他に抵抗体、コンデンサー、
コイルなどいろいろあるが、半導体集積回路素子に比べ
て端子の数が少なく配線ピッチも５００μｍ以上あれば
よい。本発明は、半導体集積回路の高集積化ならびに端
子の狭ピッチ化、多ピン化に特に効果があり、今後開発
される超多ピンの半導体集積回路および半導体集積回路
パッケージに十分対応できる半導体装置を提供可能とす
るもので、エッチング加工によって製作されるサブトラ
クト法プリント配線板を用いた半導体装置としては、高
い接着性能を持ち、微細な回路加工が可能となり、その
コストも従来と比べて低減が可能となり、かつ従来の製
造設備をそのまま活用できる究極の半導体装置である。
また接着基材層は、従来の銅張り積層体では殆ど選択の
余地が無かったが、その選択範囲が大きく拡大されるの
で、半導体装置の目的、用途、価格、要求性能によって
適切な選択が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＱＦＰのリードフレームと粗化微粒子の存
在しない銅はくを用いた電子回路上の端子を接続した半
導体装置説明図。

【図２】ＢＧＡ方式における半導体装置の接続構造
説明図。

【図３】図２における接続部分の説明図。

【図４】ＴＡＢ方式における半導体装置の接続構造
説明図。

【図５】フリップチップ方式における半導体装置の
接続構造説明図

【図６】本発明の電子回路上の端子の断面形状とそ
の周囲の説明図。

【図７】従来の電子回路上の端子の断面形状とその
周囲の説明図。

【符号の説明】

１…半導体チップ２…エポキシ樹脂成型品３…半導体側の電極端子４…プリント配線板、複数の場合は４ａ，４ｂと区別し
た。５…積層基材６…銅、銅合金およびそれらの酸化物からなる粗化微粒
子の存在しない銅はくで出来た電子回路上の端子７…半田８…リードフレーム９…ボンデングワイア１０…放熱板１１…プリント配線板上の外部接続用端子１２…半田ボールまたは半田バンプ１３…ダイボンデング１４…ＴＡＢ１５…接着基材層１６…保護膜（エッチングレジスト）１７…粗化銅はくで出来た電子回路上の端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体集積回路素子の複数の信号系端子、
接地端子および電源端子、または半導体集積回路素子パ
ッケージの複数の信号系端子、接地端子および電源端子
が、ボンデングワイア、半田または異方導電性接着フイ
ルムなどを介して、電子回路上の端子と接続してなる半
導体装置において、電子回路の端子が少なくとも銅、銅
合金およびそれらの酸化物からなる粗化微粒子の存在し
ない銅はくから形成される半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の銅はくが、半導体集積回路
との接続面の反対面にＢ，Ａｌ，Ｐ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｚｒ，Ｓ
ｎ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｔａ，Ｗ，
Ｉｒ，Ｐｔから選ばれる一種以上の元素を含む金属、合
金、酸化物、水酸化物および水和物から選ばれる一層以
上からなる被覆層を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】請求項２記載の銅はくが、被覆層の上に、
シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング
剤、チオール系カップリング剤またはアルミニウム系カ
ップリング剤層を有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】請求項１記載の銅はくが、半導体集積回路
との接続面の反対面に、チオール系カップリング剤層を
有する請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】請求項３記載のカップリング剤層を有する
銅はくが、引っ張り強さ５０ｋｇ／ｃｍ^２以上、伸び１
％以上の高強度高伸び性を有し、かつ請求項３記載のカ
ップリング剤と化学的に結合可能なラジカルを発生可能
か、二重結合またはエポキシ基をもつ合成樹脂を主成分
とする接着基材層を介して、積層基材と積層体を構成す
る少なくとも七層以上の接続層構成を持った請求項１記
載の半導体装置。
【請求項６】請求項４記載のカップリング剤層を有する
銅はくが、引っ張り強さ５０ｋｇ／ｃｍ^２以上、伸び１
％以上の高強度高伸び性を有し、かつ請求項４記載のカ
ップリング剤と化学的に結合可能なラジカルを発生可能
か、二重結合またはエポキシ基をもつ合成樹脂を主成分
とする接着基材層を介して、積層基材と積層体を構成す
る少なくとも六層以上の接続層構成を持った請求項１記
載の半導体装置。
【請求項７】請求項５記載の接着基材層が、過酸化物に
より硬化する合成樹脂を主成分とする請求項１記載の半
導体装置。
【請求項８】請求項６記載の接着基材層が、過酸化物に
より硬化する合成樹脂を主成分とする請求項１記載の半
導体装置。