JPH11111757A - 半導体装置とその製法および配線テープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実装信頼性および量産性に優れた半導体装置の
提供にある。 【解決手段】半導体装置と実装基板との熱応力を緩和す
るために、半導体チップ５と配線４が形成された配線層
との間に配置される応力緩衝層として、３次元的網目構
造を有するコア層１と接着層２の積層構造の緩衝層を設
ける。コア層１の厚さの比率は応力緩衝層全体の厚さの
少なくとも０.２とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度実装モジュ
ールやマルチチップモジュール等に用いられる半導体装
置と製法、および、半導体装置の作製の際に用いられる
配線テープに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子デバイスの小型化、高性能化
に伴い、用いられる半導体装置も高集積度、高密度化、
処理速度の高速化が要求されている。

【０００３】これに対応して、半導体装置の実装方法
も、実装密度を上げるためにピン挿入型から表面実装型
へ移り、また、多ピン化対応のためにＤＩＰ（Ｄual Ｉ
nlineＰackage）からＱＦＰ（Ｑuad Ｆlat Ｐackage）
やＰＧＡ（Ｐin Ｇrid Ａrray）などのパッケージが開
発されている。

【０００４】しかし、ＱＦＰは、パッケージの周辺部の
みに実装基板との接続リードが集中し、リード自体が細
く変形し易いため、多ピン化が進むに従い実装が困難に
なりつつある。また、ＰＧＡは、実装基板と接続するた
めの端子が細長く、非常に密集しているため高速化が難
しく、また、ピン挿入型であるため表面実装できず、高
密度実装に不利である。

【０００５】最近、これらの課題を解決し、高速化対応
の半導体装置を実現するため半導体チップと配線層の間
に応力緩衝層を設け、配線層の実装基板面側にボール状
の接続端子を有するＢＧＡ（Ｂall Ｇrid Ａrray）パッ
ケージが開発されている（ＵＳＰＮｏ．５１４８２６
５）。

【０００６】このパッケージは、実装基板と接続するた
めの端子がボール状はんだであることから、ＱＦＰのよ
うなリードの変形がなく、実装面全体に端子を分散で
き、端子間のピッチも大きくとれて表面実装が容易であ
る。また、ＰＧＡに比べ接続端子の長さが短いために、
インダクタンス成分が小さく信号速度も速いので高速対
応可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記ＢＧＡパッケージ
の応力緩衝層には弾性体を用いている。具体的にはポリ
イミドなどの支持体上に形成された配線層上に、シリコ
ーン等の低弾性のエラストマを形成し、さらにチップ放
熱および半導体装置支持のための基板を搭載した構造で
ある。

【０００８】この緩衝層の形成方法としては、メタルマ
スクによる印刷法とシート状のエラストマの貼付法があ
る。印刷法で行う場合、印刷、加熱硬化、接着材塗布、
チップ貼付の４工程を必要とする。また、硬化の際、熱
硬化型シリコーンエラストマ材を用いると、揮発成分等
による配線層や組立装置等への汚染が問題となる。その
結果半導体チップとリードとを接続する際に、両者の確
実な電気的接続が不可能になる。

【０００９】シート状エラストマ貼付法では、実装リフ
ロー時に吸湿した水蒸気による水蒸気爆発が発生し、パ
ッケージの膨れや配線層の剥離が問題となる。

【００１０】本発明の目的は、前記半導体パッケージ構
造の半導体装置において、量産性が高く、実装リフロー
時に不良の発生しにくい信頼性の高い半導体装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の要旨は下記のとおりである。

【００１２】（１） 半導体チップと、実装基板に接続
するためのボール状端子と、前記半導体チップ上の端子
と前記ボール状端子とを接続するための配線層と、前記
半導体チップと実装基板との間の熱応力を緩和するため
の緩衝層を備えた半導体装置において、前記緩衝層は連
続気泡構造体または３次元的網目構造体からなる層を含
むことを特徴とする半導体装置。

【００１３】（２） 半導体チップと、前記半導体チッ
プに取り付けられた放熱および支持のための基板と、実
装基板に接続するためのボール状端子と、前記半導体チ
ップ上の端子と前記ボール状端子とを接続するための配
線層と、前記半導体チップと実装基板との間の熱応力を
緩和するための緩衝層を備えた半導体装置において、前
記緩衝層は連続気泡構造体または３次元的網目構造体か
らなる層を含むことを特徴とする半導体装置。

【００１４】（３） 〔１〕配線層に連続気泡構造体ま
たは３次元的網目構造体からなる層を含む緩衝層を所定
の形状に成形し貼り付ける工程、〔２〕上記緩衝層を介
し配線層と半導体チップを貼り合わせる工程、〔３〕配
線層と半導体チップ上のパッドとを電気的に接続する工
程、〔４〕上記電気的に接続した箇所を絶縁樹脂で封止
する工程、〔５〕配線層に実装基板と電気的接続するた
めの外部端子を形成する工程を有することを特徴とする
半導体装置の製法。

【００１５】（４） 導体層，絶縁層および応力緩衝接
着層を有する配線テープにおいて、前記応力緩衝接着層
が連続気泡構造体または３次元的網目構造体よりなる層
を含むことを特徴とする配線テープ。

【００１６】即ち、半導体装置と実装基板との熱応力を
緩和するための緩衝層として、コア層の両側に接着層を
配した３層構造からなる緩衝層を用いることによって前
記目的を達成する。

【００１７】印刷法により応力緩衝層を形成する従来法
がエラストマ形成からチップ貼付まで４工程を要したの
に対し、本発明の緩衝層を用いと２工程に短縮できる。
また、コア層として、通気性を有する連続気泡構造体ま
たは３次元網目構造体を採用することにより、実装リフ
ロー時に発生する水蒸気圧がこのコア層から半導体装置
側面へ解放されるため、配線層の膨れや剥離を防止する
ことができる。

【００１８】前記緩衝層は、連続気泡構造体または３次
元的網目構造体からなるコア層と、前記コア層の両面に
設けられた接着層とを備え、緩衝層全体に占めるコア層
の厚さ比率が少なくとも０.２であることが好ましい。
連続気泡構造体または３次元的網目構造体は、繊維状化
合物が３次元に絡み合った不織布とすることができる。

【００１９】半導体チップはロジック、メモリ、ゲート
アレイ等のシリコンウエハ上に所定のプロセスにより形
成された半導体回路を持つシリコンチップである。

【００２０】放熱および半導体装置支持のための基板は
銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、タングステンおよび
その他の金属、またはこれらを組み合わせた合金、また
は、アルミナ等のセラミック材料で構成される。その一
方の面は、表面積を最大にし、熱放散性を高めるための
フィン状の加工が施されたものでもよい。

【００２１】本発明による配線テープは、導体層と、絶
縁層と、応力緩衝層とを有する配線テープにおいて、応
力緩衝層は連続気泡構造体または３次元的網目構造体よ
りなる層を含むことを特徴とする。

【００２２】また、本発明による配線テープは、緩衝層
全体に占めるコア層の厚さ比率が少なくとも０.２であ
ることが望ましい。

【００２３】配線テープの絶縁材としては、ポリイミド
等の耐熱性が高く機械的特性に優れたエンジニアリング
プラスチックが好ましく、配線層は金、銅またはアルミ
ニウム、およびそれらの最表面上に金メッキを施したも
ので形成される。この配線テープは電気的特性を考慮
し、配線の他にグランド層や電源層を形成してもよい。

【００２４】実装基板とそれに装着される半導体装置と
を電気的接続するためのボール状端子は、加熱により溶
融し電気的に接続する導電体で、具体的には錫，亜鉛，
鉛を含む半田合金、銀、銅または金あるいはそれらを金
で被覆しボール状に形成したものであれば、加熱溶融あ
るいは加熱せずに接触、振動させることで半導体装置を
電気的接続することができる。

【００２５】上記以外にモリブデン，ニッケル，銅，白
金，チタンなどの１以上を組み合わせた合金もしくは２
つ以上の多重膜とした構造のボール状端子でもよい。

【００２６】緩衝層に用いられる接着層は、エポキシ、
マレイミド、フェノール、シアネート、レゾール、ポリ
アミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステ
ル、ポリオレフィン、ポリウレタン等の樹脂やこれらの
混合物から構成される。

【００２７】上記以外にも加熱、乾燥、加圧、光照射等
により接着力を発現するものでもよい。また、接着層は
上記化合物単体のほかクロス状芯材等に含浸させ、シー
ト状に形成されたものでもよい。

【００２８】コア層はポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリビニリデンフロリド、酢酸セルロー
ス、ポリスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリアミ
ド、ポリイミドおよびこれらの化合物に中性子を照射
し、薬品でエッチングするトラックエッチング法や、結
晶性ポリマに熱を加えたり、可塑材で可塑化した後、延
伸する延伸法や、温度により溶解度の異なる溶媒を用い
た溶融層分離法や、ポリマに無機塩やシリカ等を均一混
合し成膜した後、無機塩やシリカのみを抽出する抽出法
や、ポリマ、良溶媒、貧溶媒等を混合し成膜した後、良
溶媒のみを乾燥させる層転移法などの方法により、細孔
が形成された３次元的網目構造を有する構造体がよい。

【００２９】不織布は上記化合物を溶媒中で繊維状に重
合させたものを漉いてシート状にしたものである。

【００３０】上記以外にもシートのＸＹ方向において、
通気性を有する連続気泡体であれば本発明のコア層とし
て用いることができる。

【００３１】上記のコア層の両側に接着層を塗布、また
は、シート状接着層を貼合わせることで応力緩和機構を
有する緩衝層を得ることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明におけるコア層の厚さ比率
と、半導体装置実装時の信頼性との関係を調べた結果、
緩衝層全体の厚さに占めるコア層厚さ比率は、少なくと
も０.２が望ましいことが明らかになった。

【００３３】図１はコア層の緩衝層全体に占める厚さ比
率と、実装リフロー時の不良率との関係を示すグラフで
ある。横軸はコア層１の厚さと接着層２の厚さを合わせ
た緩衝層全体厚さｂに占めるコア層１厚さａの比率（ａ
／ｂ）を表し、縦軸は実装リフロー時の不良率を表す。

【００３４】コア層と接着層の割合を変え、緩衝層全体
の厚さｂが１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍの各種
緩衝層を用いた半導体装置実装試験体を複数個用意し、
リフロー試験を行った。リフロー試験は、温度８５℃、
相対湿度８５％の環境中に１６８時間放置して吸湿させ
た各試験体を、昇温５℃／秒で１６０℃まで昇温し、１
６０℃に６０秒間保持した後、再び昇温速度５℃／秒で
２４０℃まで昇温し、２４０℃に５秒間保持した後、降
温させて行った。

【００３５】図１よりコア層比率が０.２以下におい
て、急激に不良率が増加することから、本発明の応力緩
衝層を持つ接着層のコア層の厚さ比率を少なくとも０.
２にすることで、半導体装置の実装信頼性を飛躍的に向
上させることができる。

【００３６】吸湿した半導体装置を実装リフロー時に加
熱しても、上記コア層の存在により水蒸気圧が半導体装
置側面へ解放されるため半導体装置の破壊が防止され、
実装信頼性が向上する。

【００３７】このように、本発明の特徴は半導体チップ
と配線層の間に連続気泡構造または３次元的網目構造を
有する（水蒸気圧の開放ができる）コア層と、接着層の
３層構造からなる応力緩衝機能を持つ緩衝層を設けるこ
とで半導体装置の実装信頼性が向上する。また、これに
より製造工程を簡略化できるため量産性が向上する。熱
硬化型のシリコーン材料を用いないので、加熱硬化時に
半導体チップが汚染されない。

【００３８】さらに、３次元的網目構造のコア層により
実装リフロー時の水蒸気圧が半導体装置側面へ解放さ
れ、配線層の膨れや剥離が発生しない。

【００３９】以下、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

【００４０】

【実施例】

〔実施例 １〕図２は本発明の一実施例の半導体装置を
表し、図２（ａ）は断面模式図、図２（ｂ）は底面図で
ある。この半導体装置を以下の工程に従って作製した。

【００４１】エポキシ系接着剤の着いた幅３５ｍｍ×厚
さ５０μｍの長尺状ポリイミドフィルム３（ユーピレッ
クス：宇部興産製）にパンチング加工を施し、チップと
の接続のための窓（１.５ｍｍ×９.８ｍｍ）を形成し
た。

【００４２】次いで、上記ポリイミドフィルムに厚さ１
８μｍの電解銅箔を１５０℃のローラーを用いて加熱圧
着した。

【００４３】次に、上記電解銅箔上に感光性レジスト
（Ｐ−ＲＳ３００Ｓ：東京応化製）を塗布後、９０℃／
３０分ベークし、パターンを露光現像してエッチングマ
スクを形成した。次いで、４０℃の塩化鉄水溶液（塩化
鉄濃度は４０゜ボーメ：比重約１.３８）中で銅をエッ
チングし、レジストを剥離して銅配線を形成した。この
配線部分を電気金メッキして金メッキ配線４を形成し
た。

【００４４】上記配線パターンが形成された配線基板上
に、延伸法により作製した１５０μｍの３次元網目構造
を持つポリテトラフルオロエチレンのコア層１の両面
に、３０μｍのポリエーテルアミドイミドワニス（ＨＭ
−１：日立化成工業製）を塗布し乾燥して接着層２が形
成された緩衝層を、金型にて所定の形状に打ち抜いた
後、２５０℃で２秒間加熱圧着し緩衝層を形成した。

【００４５】この緩衝層上に位置合わせを行い、半導体
チップ５を２５０℃，２秒で貼付けた。次に配線層から
突き出たリード６を、超音波をかけて半導体チップのア
ルミニウムパッド上に接続した。接続端子部をシリコー
ン系樹脂の封止材７（ＴＳＪ３１５０：東芝シリコーン
製）で封止し１５０℃，４時間加熱硬化させた。

【００４６】配線層の半田ボール接続部にフラックスを
塗布し直径０.６ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６３：
Ｓｎ３７）を載せ、２４０℃，５秒のＩＲリフロー加熱
により半田ボール接続端子８を形成した。

【００４７】以上の工程で形成された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。さらにまた、緩衝層形成からチップ貼付までに要す
る時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接合
する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【００４８】なお、本実施例で用いた緩衝層の加熱重量
減少を測定したとこと５０％減量温度が３００℃以上で
あることが確認された。

【００４９】〔実施例 ２〕図３は本発明の一実施例の
半導体装置の模式断面図である。以下の工程に従って、
本発明の半導体装置を作製した。

【００５０】前記実施例１の配線パターンが形成された
配線基板上に、層転移法により作製した３次元網目構造
を持つポリイミドのコア層（厚さ１２０μｍ）１の両面
に、メチルエチルケトン溶媒にエポキシ樹脂（ＹＸ−４
０００：油化シェル製）を溶かし、硬化剤（Ｈ−１：明
和化成製）を加え微小フィラ（Ｒ９７４：日本アエロジ
ル製）と、ニトリルブタジエンゴム（ＸＥＲ−９１：日
本合成ゴム）と、触媒（トリフェニルフォスフィン：和
光純薬製）と、難燃剤（ＥＢ９０５：マナック社製）と
三酸化アンチモン（Ｐａｔｏｘ−Ｕ：日本精鉱社製）を
配合したワニスを厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム上に塗
布，乾燥し、３０μｍのシートを作製後、ロールラミネ
ータでコア層と貼り合わせて接着層２が形成された緩衝
層を、金型にて所定の形状に打ち抜いた後、１２０℃で
２秒間加熱圧着し緩衝層を形成した。

【００５１】この緩衝層上に位置合わせを行い半導体チ
ップ５を１２０℃，２秒で貼付けた。次に、配線層から
突き出たリード６を超音波をかけて半導体チップのアル
ミニウムパッド上に接続した。接続端子部をエポキシ系
樹脂の封止材７（ＲＣ０２１Ｃ：日立化成工業製）で封
止し、８０℃３０分、１５０℃４時間加熱硬化させた。
この工程により同時に接着層も硬化した。

【００５２】配線層の半田ボール接続部にフラックスを
塗布し直径０.６ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６３：
Ｓｎ３７）を載せ、２４０℃，５秒のＩＲリフロー加熱
により半田ボール接続端子８を形成した。

【００５３】以上の工程で作製された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。さらにまた、緩衝層形成からチップ貼付までに要す
る時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接合
する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【００５４】上記緩衝層を金型にて所定の形状に打ち抜
いた後、１２０℃で２秒間加熱圧着し、配線層との接着
強度を測定したところ２００ｇ／ｃｍ以上であった。

【００５５】さらに本実施例で用いた緩衝層についてＵ
Ｌ−９４に基づき難燃性試験を実施したところＶ−０で
あった。

【００５６】〔実施例 ３〕図４は本発明の一実施例の
半導体装置を表し、図４（ａ）は断面模式図、図４
（ｂ）はその底面図である。以下の工程でこの半導体装
置を作製した。

【００５７】エポキシ系接着剤を着けた幅３５ｍｍ×厚
さ５０μｍの長尺状ポリイミドフィルム３（ユーピレッ
クス：宇部興産製）にパンチング加工を施し、チップと
の接続のための窓（１.５ｍｍ×９.８ｍｍ）を４個形成
した。

【００５８】次いで、上記ポリイミドフィルムに厚さ１
８μｍの電解銅箔を１５０℃のローラーで加熱圧着し
た。次いで、上記電解銅箔上に感光性レジスト（Ｐ−Ｒ
Ｓ３００Ｓ：東京応化製）を塗布後、９０℃／３０分ベ
ークし、パターンを露光現像しエッチングマスクを形成
した。次いで、４０℃の塩化鉄水溶液中で銅をエッチン
グし、レジストを剥離させ銅配線を形成した。この配線
部分を電気金メッキし金メッキ配線４を形成した。

【００５９】上記パターンの形成された配線基板上に、
湿式法により作製したポリイミド不織布（厚さ５０μ
ｍ）のコア層１の両面に、３０μｍずつメチルエチルケ
トン溶媒にエポキシ樹脂（ＹＸ−４０００：油化シェル
製）を溶かし、硬化剤（Ｈ−１：明和化成製）を加え微
小フィラ（Ｒ９７４：日本アエロジル製）と、ニトリル
ブタジエンゴム（ＸＥＲ−９１：日本合成ゴム）と、触
媒（トリフェニルフォスフィン：和光純薬製）を配合し
たワニスを塗布，乾燥して接着層２が形成された緩衝層
を、金型にて所定の形状に打ち抜いた後、１２０℃で２
秒間加熱圧着し緩衝層を形成した。この緩衝層上に位置
合わせを行い半導体チップ５が付いた半導体支持基板９
を１２０℃，２秒で貼付けた。

【００６０】次に、配線層から突き出たリードを超音波
をかけて半導体チップのアルミニウムパッド上に接続し
た。接続端子部をシリコーン系樹脂の封止材７（ＴＳＪ
３１５０：東芝シリコーン製）で封止し、１５０℃，４
時間加熱硬化させた。この工程により同時に接着層も硬
化した。配線層の半田ボール接続部にフラックスを塗布
し直径０.６ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６３：Ｓｎ
３７）を載せ２４０℃，５秒のＩＲリフロー加熱により
半田ボール接続端子８を形成した。

【００６１】以上の工程で作製された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。さらにまた、緩衝層形成からチップ貼付までに要す
る時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接合
する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【００６２】〔実施例 ４〕図５は本発明の一実施例の
半導体装置の模式断面図である。以下の工程で本発明の
半導体装置を作製した。

【００６３】実施例３と同じ方法で金メッキ配線４を形
成した配線基板上に、延伸法により作製した３次元網目
構造を持つポリテトラフルオロエチレンのコア層（厚さ
１００μｍ）１の両面に、コア層と同様の方法で作製し
た三次元網目構造を持つ３０μｍポリテトラフルオロエ
チレンに、メチルエチルケトン溶媒にエポキシ樹脂（Ｙ
Ｘ−４０００：油化シェル製）を溶かし硬化剤（Ｈ−
１：明和化成製）を加え、微小フィラ（Ｒ９７４：日本
アエロジル製）と、ニトリルブタジエンゴム（ＸＥＲ−
９１：日本合成ゴム）と、触媒（トリフェニルフォスフ
ィン：和光純薬製）を配合したワニスを含浸させ乾燥し
て作製した接着層を、コア層にロールラミネータにより
貼り合わせ、接着層２が形成された緩衝層を、金型にて
所定の形状に打ち抜いた後、１２０℃で２秒間加熱圧着
し緩衝層を形成した。

【００６４】この緩衝層上に位置合わせを行い、半導体
チップ５が付いた半導体支持基板９を１２０℃，２秒で
貼付けた。

【００６５】次に、配線層から突き出たリード６を超音
波をかけて半導体チップのアルミパッド上に接続した。
接続端子部をエポキシ系樹脂の封止材７（ＲＣ０２１
Ｃ：日立化成工業製）で封止し８０℃，３０分、１５０
℃，４時間加熱硬化させた。この工程により同時に接着
層も硬化した。

【００６６】配線層の半田ボール接続部にフラックスを
塗布し、直径０.６ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６
３：Ｓｎ３７）を載せ２４０℃，５秒のＩＲリフロー加
熱により半田ボール接続端子８を形成した。

【００６７】以上の工程で作製された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。さらにまた、緩衝層形成からチップ貼付までに要す
る時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接合
する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【００６８】また、この実施例で用いた緩衝層につい
て、温度８５℃、相対湿度８５％にて飽和吸湿率を測定
したところ、１％以下であった。さらに、ＰＣＴで１０
０時間抽出した後の抽出液を測定したところ、Ｋ+，Ｎ
ａ+，Ｃｌ~が全て１０ｐｐｍ以下であった。放射性不純
物についてはＵ，Ｔｈ共に１ｐｐｂ以下であった。

【００６９】〔実施例 ５〕図６に示す工程で本発明の
配線テープを作製した。

【００７０】工程ａ．エポキシ系接着剤を着けた幅３５
ｍｍ×厚さ５０μｍの長尺状ポリイミドフィルム３（ユ
ーピレックス：宇部興産製）にパンチング加工を施し、
チップとの接続のための窓を形成した。

【００７１】工程ｂ．上記ポリイミドフィルム３に厚さ
１８μｍの電解銅箔１０を１５０℃のローラーで加熱圧
着した。

【００７２】工程ｃ〜ｄ．上記電解銅箔１０上に感光性
レジスト１１（Ｐ−ＲＳ３００Ｓ：東京応化製）を塗布
後、９０℃，３０分ベークし、パターンを露光現像しエ
ッチングマスクを形成した。

【００７３】工程ｅ．４０℃の塩化鉄水溶液中で銅をエ
ッチングし、レジストを剥離させ銅配線を形成し、この
銅配線最表面上に電気金メッキして金メッキ配線４を形
成した。

【００７４】工程ｆ．このパターンが形成された配線テ
ープ１２を位置合わせした後、２５０℃に加熱されたス
テージ１７上に固定した。延伸法により作製した３次元
網目構造を持つポリテトラフルオロエチレンのコア層１
（厚さ１００μｍ）の両面に、該コア層１と同様の方法
で作製した三次元網目構造を有する３０μｍポリテトラ
フルオロエチレンに、溶媒メチルエチルケトンにエポキ
シ樹脂（ＹＸ−４０００：油化シェル製）を溶かし、硬
化剤（Ｈ−１：明和化成製）を加え、微小フィラ（Ｒ９
７４：日本アエロジル製）とニトリルブタジエンゴム
（ＸＥＲ−９１：日本合成ゴム）と触媒（トリフェニル
フォスフィン：和光純薬製）を配合したワニスを含浸，
乾燥して作製した接着層を、コア層にロールラミネータ
により貼り合わせ、接着層２が形成された長尺状応力緩
衝接着フィルム１３を、金型１４，１５で所定の形状に
打ち抜き、１秒間加熱圧着して応力緩衝接着層１６を形
成した。

【００７５】以上の工程により本発明の配線テープを作
製した。

【００７６】〔実施例 ６〕図７は、本発明の一実施例
の半導体装置の模式断面図である。この半導体装置は以
下の工程で作製した。

【００７７】エポキシ系接着剤を着けた幅３５ｍｍ×厚
さ５０μｍの長尺状ポリイミドフィルム３（ユーピレッ
クス：宇部興産製）にパンチング加工を施し、チップと
の接続のための窓（１．５ｍｍ×９．８ｍｍ）を４個形
成した。

【００７８】次いで、上記ポリイミドフィルムに厚さ１
８μｍの電解銅箔を１５０℃のローラーで加熱圧着し
た。この電解銅箔上に感光性レジスト（Ｐ−ＲＳ３００
Ｓ：東京応化製）を塗布後、９０℃，３０分ベークし、
パターンを露光現像てしエッチングマスクを形成した。
次いで、４０℃の塩化鉄水溶液中で銅をエッチングし、
レジストを剥離させ銅配線を形成した。この配線部分を
電気金メッキにより金メッキ配線４を形成した。

【００７９】このパターンの形成された配線基板上に、
熱伝導率が４２７Ｗ／ｍＫの銀粉を７０重量％を配合し
たポリテトラフルオロエチレンから延伸法により作製し
た３次元網目構造を持つ銀粉入りポリテトラフルオロエ
チレンのコア層１（厚さ１００μｍ）の両面に、延伸法
で作製した三次元網目構造の１０μｍと、５０μｍのポ
リテトラフルオロエチレンに、それぞれメチルエチルケ
トン溶媒にエポキシ樹脂（ＹＸ−４０００：油化シェル
製）を溶かし、硬化剤（Ｈ−１：明和化成製）を加え微
小フィラ（Ｒ９７４：日本アエロジル製）とニトリルブ
タジエンゴム（ＸＥＲ−９１：日本合成ゴム）と触媒
（トリフェニルフォスフィン：和光純薬製）を配合した
ワニスを含浸，乾燥して接着層を作製した。この接着層
をロールラミネータにより貼り合わせ、厚さの異なる接
着層２が形成された緩衝層を、配線層側に５０μｍの接
着層が形成できるように金型で所定の形状に打ち抜いた
後、１２０℃で２秒間加熱圧着し緩衝層を形成した。

【００８０】この緩衝層上に、位置合わせを行い半導体
チップ５を１２０℃，２秒で貼付けた。さらに半導体支
持基板９も同様の条件で貼付けた。

【００８１】次に配線層から突き出たリード６を、超音
波をかけて半導体チップのアルミパッド上に接続した。
接続端子部をエポキシ系樹脂の封止材７（ＲＣ０２１
Ｃ：日立化成工業製）で封止し８０℃３０分、１５０℃
４時間加熱硬化させた。

【００８２】この工程で同時に接着層も硬化した。配線
層の半田ボール接続部にフラックスを塗布し直径０.６
ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６３：Ｓｎ３７）を載せ
２４０℃，５秒のＩＲリフロー加熱により半田ボール接
続端子８を形成した。

【００８３】以上の工程で作製された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。

【００８４】また、緩衝層形成からチップ貼付までに要
する時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接
合する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【００８５】〔実施例 ７〕図８は本発明の一実施例の
半導体装置の模式断面図である。この半導体装置は以下
の工程で作製した。

【００８６】エポキシ系接着剤を着けた幅３５ｍｍ×厚
さ５０μｍの長尺状ポリイミドフィルム３（ユーピレッ
クス：宇部興産製）にパンチング加工を施し、チップと
の接続のための窓（１.５ｍｍ×９.８ｍｍ）を形成し
た。

【００８７】次いで、上記ポリイミドフィルムに厚さ１
８μｍの電解銅箔を１５０℃のローラーで加熱圧着し、
電解銅箔上に感光性レジスト（Ｐ−ＲＳ３００Ｓ：東京
応化製）を塗布後、９０℃，３０分ベークし、パターン
を露光現像しエッチングマスクを形成した。

【００８８】次いで、４０℃の塩化鉄水溶液中で銅をエ
ッチングし、レジストを剥離させ銅配線を形成した。こ
の配線部分を電気金メッキし金メッキ配線４を形成し
た。このパターンの形成された配線基板上にアラミド不
織布のコア層１（厚さ１００μｍ）の両面に、溶媒メチ
ルエチルケトンにエポキシ樹脂（ＹＸ−４０００：油化
シェル製）を溶かし、硬化剤（Ｈ−１：明和化成製）を
加え微小フィラ（Ｒ９７４：日本アエロジル製）とニト
リルブタジエンゴム（ＸＥＲ−９１：日本合成ゴム）と
触媒（トリフェニルフォスフィン：和光純薬製）とを配
合したワニスを３０μｍアラミド不織布の両面に１０μ
ｍ塗布，乾燥し、三次元網目構造を持つ接着層を作製
後、ロールラミネータでコア層１と貼り合わせて接着層
２が形成された緩衝層を、金型にて所定の形状に打ち抜
いた後、１２０℃で２秒間加熱圧着し、緩衝層を形成し
た。

【００８９】この緩衝層上に、位置合わせを行い半導体
チップ５を１２０℃２秒で貼付けた。次に、配線層から
突き出たリード６を超音波をかけて半導体チップのアル
ミパッド上に接続した。接続端子部をエポキシ系樹脂の
封止材７（ＲＣ０２１Ｃ：日立化成工業製）で封止し、
８０℃，３０分、１５０℃，４時間加熱硬化させた。

【００９０】この工程により同時に接着層も硬化した。
配線層の半田ボール接続部にフラックスを塗布し、直径
０.６ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６３：Ｓｎ３７）
を載せ２４０℃，５秒のＩＲリフロー加熱により半田ボ
ール接続端子８を形成した。

【００９１】以上の工程で作製された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。

【００９２】また、緩衝層形成からチップ貼付までに要
する時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接
合する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【００９３】また、この実施例で用いた緩衝層につい
て、線膨張率を測定したところ１０ｐｐｍ／Ｋであっ
た。

【００９４】〔実施例 ８〕図９は本発明の一実施例の
半導体装置の模式断面図である。この半導体装置は以下
の工程で作製した。

【００９５】エポキシ系接着剤を着けた幅３５ｍｍ×厚
さ５０μｍの長尺状ポリイミドフィルム３（ユーピレッ
クス：宇部興産製）にパンチング加工を施し、チップと
の接続のための窓（１.５ｍｍ×９.８ｍｍ）を４個形成
した。

【００９６】次いで、上記ポリイミドフィルムに厚さ１
８μｍの電解銅箔を１５０℃のローラーで加熱圧着し、
電解銅箔上に感光性レジスト（Ｐ−ＲＳ３００Ｓ：東京
応化製）を塗布後、９０℃／３０分ベークし、パターン
を露光現像しエッチングマスクを形成した。

【００９７】次いで、４０℃の塩化鉄水溶液中で銅をエ
ッチングし、レジストを剥離させ銅配線を形成した。こ
の配線部分を電気金メッキして、金メッキ配線４を形成
した。

【００９８】このパターンの形成された配線基板上に、
延伸法により作製した３次元網目構造を持つポリテトラ
フルオロエチレンのコア層１（厚さ５０μｍ）両面に、
コア層と同様の方法で作製した三次元網目構造の３０μ
ｍポリテトラフルオロエチレンに、溶媒メチルエチルケ
トンにエポキシ樹脂（ＹＸ−４０００：油化シェル製）
を溶かし、硬化剤（Ｈ−１：明和化成製）を加え、微小
フィラ（Ｒ９７４：日本アエロジル製）とニトリルブタ
ジエンゴム（ＸＥＲ−９１：日本合成ゴム）と触媒（ト
リフェニルフォスフィン：和光純薬製）とカーボンを配
合したワニスを含浸させ、乾燥後さらに上記ワニスを片
面のみに１０μｍコートして作製した接着層を、コア層
に含浸した側がコア層側となるようロールラミネータに
より貼り合わせ、黒い接着層２が形成された緩衝層を、
金型にて所定の形状に打ち抜いた後、１２０℃で２秒間
加熱圧着し緩衝層を形成した。

【００９９】この緩衝層上に位置合わせを行い、半導体
チップ５を１２０℃，２秒で貼付けた。さらに半導体支
持基板９も同様の条件で貼付けた。

【０１００】次に、配線層から突き出たリード６を超音
波をかけて半導体チップのアルミパッド上に接続した。
接続端子部をエポキシ系樹脂の封止材７（ＲＣ０２１
Ｃ：日立化成工業製）で封止し、８０℃，３０分、１５
０℃，４時間加熱硬化させた。

【０１０１】この工程により同時に接着層も硬化した。
配線層の半田ボール接続部にフラックスを塗布し、直径
０.６ｍｍφの共晶半田ボール（Ｐｂ６３：Ｓｎ３７）
を載せ２４０℃，５秒のＩＲリフロー加熱により半田ボ
ール接続端子８を形成した。

【０１０２】以上の工程で作製された半導体装置を−５
５℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。
また、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸
湿させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施し
た。

【０１０３】また、緩衝層形成からチップ貼付までに要
する時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接
合する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【０１０４】〔比較例 １〕コア層に１００μｍのポリ
イミドフィルムを用い、実施例１と同様の接着層を持つ
応力緩衝層を用いて実施例１と同じ方法で半導体装置を
作製した。

【０１０５】この半導体装置を−５５℃〜１２５℃での
実装温度サイクル試験を実施した。また、８５℃、相対
湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸湿させた後、２４０
℃，５秒のリフロー試験を実施した。

【０１０６】また、緩衝層形成からチップ貼付までに要
する時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接
合する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【０１０７】〔比較例 ２〕緩衝層として実施例２で用
いた接着層のみを用い、１５０μｍのシートを作製し、
実施例２と同じ方法で半導体装置を作製した。

【０１０８】この半導体装置を−５５℃〜１２５℃での
実装温度サイクル試験を実施した。また、８５℃、相対
湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸湿させた後、２４０
℃，５秒のリフロー試験を実施した。

【０１０９】また、緩衝層形成からチップ貼付までに要
する時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接
合する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【０１１０】〔比較例 ３〕実施例１と同様の配線層に
メタルマスクを重ね、粘度が９００Ｐａ・ｓの液状付加
型シリコーンエラストマ〔ＴＳＥ３２２：東芝シリコー
ン製〕をウレタンゴムのスキージを用いて印刷し、１５
０℃で１時間硬化し緩衝層を形成した。

【０１１１】この緩衝層上にスクリーン印刷でシリコー
ン系接着材〔ＫＥ１８２０：信越化学製〕を塗布後、位
置合わせを行い半導体チップを１８０℃，１分で貼付け
た。配線層から突き出たリードを超音波をかけて半導体
チップのアルミパッド上に接続した。

【０１１２】接続端子部をシリコーン系樹脂の封止材
〔ＴＳＪ３１５０：東芝シリコーン製〕で封止し、１５
０℃４時間加熱硬化させた。配線層の半田ボール接続部
にフラックスを塗布し直径０.６ｍｍφの共晶半田ボー
ル〔Ｐｂ６３：Ｓｎ３７〕を載せ２４０℃５秒のＩＲリ
フロー加熱により半田ボール接続端子を形成した。

【０１１３】以上の工程で作製した半導体装置を−５５
℃〜１２５℃での実装温度サイクル試験を実施した。ま
た、８５℃、相対湿度８５％の雰囲気中で４８時間吸湿
させた後、２４０℃，５秒のリフロー試験を実施した。

【０１１４】また、緩衝層形成からチップ貼付までに要
する時間を測定した。さらにリードを半導体チップに接
合する際の接合不良率も評価した。結果を表１に示す。

【０１１５】

【表１】

【０１１６】表１から分かるように、本発明の各実施例
に示す半導体装置は、比較例１，２の半導体装置に比
べ、耐温度サイクル性が良い。また、比較例３の半導体
装置と比べてリード汚染が無いため接合不良率がゼロ
で、工程所要時間も格段に短い。

【０１１７】さらにまた、比較例１、２の半導体装置の
様に、リフロー試験による不良が発生しない。

【０１１８】

【発明の効果】本発明によれば、応力緩緩衝層のコア層
が連続気泡構造体または３次元網目構造を有するため、
実装リフロー時に発生する水蒸気圧がこのコア層を介し
て半導体装置側面へ解放され、実装時に配線部の膨れや
破裂を生じることがない。

【０１１９】また、応力緩衝層を有する半導体装置は、
緩衝層に多孔質のシート状接着材料を用いているため、
半導体チップとリードの接続信頼性が高く、量産性に優
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】緩衝層全体に占めるコア層厚さ比率と実装リフ
ロー時の不良率との関係を示すグラフである。

【図２】本発明による半導体装置の一例を示し（ａ）は
模式断面図、（ｂ）は底面図である。

【図３】本発明による半導体装置の一例を示す模式断面
図である。

【図４】本発明による半導体装置の一例を示し（ａ）は
模式断面図、（ｂ）は底面図である。

【図５】本発明による半導体装置の一例を示す模式断面
図である。

【図６】本発明による配線テープの作製工程を示す模式
断面図である。

【図７】本発明による半導体装置の一例を示す模式断面
図である。

【図８】本発明による半導体装置の一例を示す模式断面
図である。

【図９】本発明による半導体装置の一例を示す模式断面
図である。

【符号の説明】

１…コア層、２…接着層、３…ポリイミドフィルム、４
…金メッキ配線、５…半導体チップ、６…リード、７…
封止材、８…半田ボール接続端子、９…半導体支持基
板、１０…電解銅箔、１１…感光性レジスト、１２…配
線テープ、１３…長尺状応力緩衝接着フィルム、１４〜
１５…金型、１６…応力緩衝接着層、１７…ステージ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 晃 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 上野 巧 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 瀬川 正則 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小角 博義 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石井 利昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 安生 一郎 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 西村 朝雄 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 宮崎 忠一 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 御田 護 茨城県日立市助川町三丁目１番１号 日立 電線株式会社電線工場内 (72)発明者 岡部 則夫 茨城県日立市助川町三丁目１番１号 日立 電線株式会社電線工場内

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップと、実装基板に接続するた
   めのボール状端子と、前記半導体チップ上の端子と前記
   ボール状端子とを接続するための配線層と、前記半導体
   チップと実装基板との間の熱応力を緩和するための緩衝
   層を備えた半導体装置において、 前記緩衝層は連続気泡構造体または３次元的網目構造体
   からなる層を含むことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体チップと、前記半導体チップに取
   り付けられた放熱および支持のための基板と、実装基板
   に接続するためのボール状端子と、前記半導体チップ上
   の端子と前記ボール状端子とを接続するための配線層
   と、前記半導体チップと実装基板との間の熱応力を緩和
   するための緩衝層を備えた半導体装置において、 前記緩衝層は連続気泡構造体または３次元的網目構造体
   からなる層を含むことを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】 前記緩衝層がコア層の両面に接着層を有
   する３層構造を有し、コア層が連続気泡構造体または３
   次元的網目構造体により構成され、緩衝層全体に占める
   コア層の厚さ比率が少なくとも０.２である請求項１ま
   たは２に記載の半導体装置。
4. 【請求項４】 前記緩衝層がコア層の両面に接着層を有
   する３層構造を有し、コア層が３次元的網目構造体によ
   り構成され、前記接着層の厚さがチップ側と接着する側
   と、配線層側と接着する側において非対称である請求項
   １または２に記載の半導体装置。
5. 【請求項５】 前記緩衝層がコア層の両面に接着層を有
   する３層構造のフィルムから成り、該フィルム全体の線
   膨張率が１００ｐｐｍ／ｋ以下である請求項１または２
   に記載の半導体装置。
6. 【請求項６】 前記緩衝層がコア層の両面に接着層を有
   する３層構造を有し、コア層および接着層が連続気泡構
   造体または３次元的網目構造体により構成される請求項
   １または２に記載の半導体装置。
7. 【請求項７】 前記連続気泡構造体または３次元的網目
   構造体は繊維状化合物が３次元に絡み合った不織布で構
   成されている請求項３に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記接着層は前記半導体装置のチップ貼
   付以降の組立工程中の最も長い時間を有する加熱工程で
   完全硬化する材料で構成された請求項３に記載の半導体
   装置。
9. 【請求項９】 前記接着層は連続気泡構造体または３次
   元的網目構造体に接着剤を含浸した層と、接着剤樹脂の
   みの層からなる２層構造を有し、連続気泡構造体または
   ３次元的網目構造体に接着剤を含浸した層がコア層側と
   なるよう貼合わせて構成された請求項３に記載の半導体
   装置。
10. 【請求項１０】 前記接着層は、１００〜２００℃，３
    ０秒以下の埋め込み接着工程で金メッキパターンを形成
    した配線層との９０度ピール強度が２００ｇ／ｃｍ以上
    である請求項３に記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 前記接着層は熱硬化性樹脂とゴム成分
    から構成されている請求項３に記載の半導体装置。
12. 【請求項１２】 前記緩衝層がＵＬ規格の９４Ｖ−０
    （消炎時間最大１０秒以内、平均５秒以内）を満足する
    もので構成されている請求項３に記載の半導体装置。
13. 【請求項１３】 前記接着層は８５℃、相対湿度８５％
    における飽和吸湿率が１％以下である請求項３記載の半
    導体装置。
14. 【請求項１４】 前記緩衝層のイオン性不純物（Ｋ+，
    Ｎａ+，Ｃｌ~）が、飽和吸湿条件（１２１℃／２気
    圧），１００時間後の抽出液中に１０ｐｐｍ以下、放射
    性不純物（Ｕ，Ｔｈ）が１ｐｐｂ以下である請求項３に
    記載の半導体装置。
15. 【請求項１５】 前記緩衝層は熱分解開始温度が３００
    ℃以上である材料で構成されている請求項に３に記載の
    半導体装置。
16. 【請求項１６】 前記緩衝層が、熱伝導率２００Ｗ／ｍ
    Ｋ以上の材料を含有している請求項に３に記載の半導体
    装置。
17. 【請求項１７】 前記接着層が着色されている請求項に
    ３に記載の半導体装置。
18. 【請求項１８】 前記接着層の接着剤が熱可塑性樹脂で
    ある請求項に３に記載の半導体装置。
19. 【請求項１９】 〔１〕配線層に連続気泡構造体または
    ３次元的網目構造体からなる層を含む緩衝層を所定の形
    状に成形し貼り付ける工程、〔２〕上記緩衝層を介し配
    線層と半導体チップを貼り合わせる工程、〔３〕配線層
    と半導体チップ上のパッドとを電気的に接続する工程、
    〔４〕上記電気的に接続した箇所を絶縁樹脂で封止する
    工程、〔５〕配線層に実装基板と電気的接続するための
    外部端子を形成する工程を有することを特徴とする半導
    体装置の製法。
20. 【請求項２０】 導体層，絶縁層および応力緩衝接着層
    を有する配線テープにおいて、前記応力緩衝接着層が連
    続気泡構造体または３次元的網目構造体よりなる層を含
    むことを特徴とする配線テープ。
21. 【請求項２１】 前記応力緩衝接着層は、連続気泡構造
    体または３次元的網目構造体からなるコア層と、該コア
    層の両面に設けた接着層を備え、前記応力緩衝層全体に
    占める前記コア層の厚さ比率が少なくとも０.２である
    請求項２０に記載の配線テープ。
22. 【請求項２２】 前記連続気泡体または３次元的網目構
    造体は繊維状化合物が３次元に絡み合った不織布である
    請求項２１に記載の配線テープ。