CN102013402A - 粘接带和引线框架的层压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明总体涉及粘接带和引线框架的层压方法，并且更具体地涉及可以减小制造半导体装置的粘接带被贴附至引线框架的热层压工艺之后引线框架的翘曲的粘接带和引线框架层压方法，且其满足层压工艺所要求的所有性能，并且克服了例如来自在现有技术半导体装置制造工艺中已经被使用过的粘接带的粘接剂残留物的产生和密封树脂的泄漏的缺点。为此，根据本发明的粘接带和引线框架的层压方法的特征在于，粘接带表面的层压温度和引线框架表面的层压温度在引线框架和制造电子部件的粘接带的层压工艺中相互不同，并且优选引线框架表面的层压温度低于粘接带表面的层压温度1～200℃。

Description

粘接带和引线框架的层压方法
技术领域
本发明总体涉及粘接带和引线框架的层压方法，并且更具体地涉及可以减小加热层压工艺之后引线框架的翘曲的粘接带和引线框架的层压方法，其中制造半导体装置的粘接带被贴附于引线框架，该方法满足层压工艺所要求的所有特性，并且克服了例如来自在现有技术半导体装置制造工艺中已经被使用过的粘接带的粘接剂残留物的产生和密封树脂的泄漏的缺点。
背景技术
随着便携灵巧用品(例如蜂窝式便携无线电话，膝上型电脑，VD/CD/MP3播放器，PDA等)在现代生活中越来越多地被使用，必须使这样的产品更小更轻。因而，使得用于这样的便携电子灵巧用品的半导体封装更小更薄已经变成应予最优先考虑的事。传统半导体使用表面安装封装技术例如鸥形翼式的SO格式或者QFP(四方扁平封装)，其中从封装突出的引线用于与电路板的连接；但是，这种方法对于上述要求具有限制。具体地，利用几个GHz的高频的便携通信终端具有归因于由半导体的电介质损耗产生的热的降低的性能和效率。
近来，对于其中引线不伸出的QFN(四方扁平无引线)封装类型得到对于半导体的这样的要求的更高的反响。对于QFN封装类型，可以直接将封装焊接至电路板上，因为引线不伸出而是以裸芯周围焊盘的形式暴露于其底部。因而，QFN封装类型可以比具有从其突出的引线的封装类型制造得小得多并且薄得多，并且具有与传统技术相比减小电路板上所需要的面积大约40％的效果。考虑导半导体封装的发热，QFN封装具有杰出的散热性，因为引线框架在封装的底部上并且裸芯焊垫直接被暴露于外部，这与传统封装不同之处在于，现有技术封装的放置芯片的引线被密封树脂所封装。因而，QFN类型与具有从其突出的引线的传统封装相比具有杰出的特性并且具有传统封装一半的自感。
但是，在引线框架和密封树脂表面之间在封装的底部上产生界面，并且因而当共同的金属成型框被使用时，密封树脂容易地渗透进入引线框架和成型框之间，由此引起焊盘部分的表面或者裸芯焊垫被树脂污染。因而，必须将粘接带层压于引线框架上并且随后经受QFN制造工艺和树脂密封工艺，以便避免树脂密封工艺期间闪蒸(flash)或密封树脂的渗出(bleed out)。
通常，半导体装置制造工艺包括将粘接带接合于引线框架一侧上的带层压工艺，将半导体元件贴附于引线框架的裸芯焊垫上的裸芯贴附工艺，将半导体元件电连接至引线框架的焊盘部分的引线键合工艺，在裸芯贴附工艺之后使用成型框内部的密封树脂密封引线键合的引线框架的EMC成型工艺，和从密封的引线框架剥离半导体的粘接带的脱带工艺。
层压器被用于在带层压工艺期间将粘接带接合于铜或PPF(预镀框架)的引线框架上，并且粘接带的所要求的性能根据层压器的种类和方法而改变。存在不同的方法，例如使用辊子的情形，使用热压的情形，使用两者的情形，和仅有引线框架的框条被压的情形。根据所使用的方法，粘接层必须良好地贴附于引线框架上，并且保持粘接强度以便不引起其上具有层压的粘接带的引线框架的处理期间粘接带的层离。
如图1中所示出的在使用热压的层压工艺中，热和压力在贴附粘接带3于引线框架4上的工艺中被转移，在此期间以薄板形式的金属制成的引线框架经历热膨胀并且与粘接带3层压。层压之后，具有层压于其上的粘接带3的引线框架组件5被冷却至室温，由此引起归因于引线框架和粘接带之间热膨胀和热收缩的差别的如图2中所示出的引线框架组件5的翘曲。
这样的翘曲引起层压工艺之后的下一个工艺的裸芯贴附工艺中裸芯焊垫上半导体元件的不良接合，带来引线键合工艺中引线的不良连接，并且因而引起树脂密封工艺中树脂的泄漏，由此恶化半导体装置的可靠性。
尤其随着近来半导体封装的厚度和尺寸变得越来越小，作为安装半导体芯片的布线板的一部分的引线框架也变得越来越轻，小和薄。在这样的更轻，更小和更薄的引线框架中翘曲变得更为严重。最终，引线框架的翘曲在这样层压工艺之后变得更大，这引起裸芯贴附工艺，引线键合工艺，树脂密封工艺，和层压工艺之后的脱带工艺的可靠性的恶化，
发明内容
因而，本发明被设计用于解决上述问题，本发明的目的是提供粘接带和引线框架的层压方法，其可以减小制造半导体装置的粘接带被贴附于引线框架的加热层压工艺之后的引线框架的翘曲。
另外，本发明的另一目的是提供满足层压工艺所要求的所有性能的粘接带和引线框架的层压方法，并且克服了例如来自在现有技术半导体装置制造工艺中已经被使用过的粘接带的粘接剂残留物的产生和密封树脂的泄漏的缺点。
从本发明的下列详细描述中显见本发明的这些和其它的目的和优点。
上述目的通过粘接带和引线框架的层压方法而被实现，其特征在于在引线框架和制造电子部件的粘接带的层压工艺中，粘接带表面的层压温度和引线框架表面的层压温度相互不同。
这里，引线框架表面的层压温度低于粘接带表面的层压温度。
优选引线框架表面的层压温度低于粘接带表面的层压温度大约1～120℃。
制造电子部件的粘接带优选包括耐热基底和具有涂覆于耐热基底上的粘接剂成分的粘接层，其中粘接剂成分包括苯氧基树脂、热固化剂、能量束可固化丙烯酸树脂和光引发剂，并且粘接层通过热和能量束而被固化。
耐热基底优选具有5～100μm的厚度，110～450℃的玻璃化转变温度，在100～200℃下1～35ppm/℃的热膨胀系数，和在室温下1～10GPa的弹性模量。
粘接剂成分优选具有80～150℃的玻璃化转变温度。
优选苯氧基树脂是苯氧基树脂或者是改性的苯氧基树脂并且具有1,000～500,000的重量平均分子量。
优选粘接剂成分包括按每100重量份苯氧基树脂计算的、5～20重量份的热固化剂和5～30重量份的能量束可固化丙烯酸树脂，并且包括按每100重量份能量束可固化丙烯酸树脂计算的、0.5～10重量份的光引发剂。
因而，本发明具有减小制造半导体装置的粘接带被贴附于引线框架的热层压工艺之后引线框架的翘曲的效果。
另外，本发明具有如下的效果：通过使得在室温下不展示粘接性的粘接层可以仅在热层压工艺期间具有粘接性而使得可以层压粘接带于引线框架上；通过穿过附加的光固化粘接层而局部形成相互渗透的网络结构，而提供对于其在半导体装置制造工艺期间粘接带所承受的热的改善的耐热性；改善半导体装置制造工艺期间的装置的可靠性；避免密封材料的泄漏；以及当在工艺完成之后粘接带被剥离时，避免引线框架上或密封材料上粘接剂残留物的产生。
附图说明
图1是使用热压将制造半导体的粘接带层压于引线框架上的层压方法的截面图；
图2是示出具有贴附于其上的制造半导体装置的粘接带的引线框架的翘曲的截面图；并且
图3是示出测量引线框架的翘曲的方法的截面图。
附图的主要部件的简要描述
1a：制造半导体的粘接带侧上的热压
1b：引线框架侧上的热压
2a：制造半导体的粘接带的表面
2b：引线框架的表面
3：用于半导体的粘接带
4：引线框架
5：具有贴附于其上的制造半导体的粘接带的引线框架组件
6：测量台
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。应当理解本发明的优选实施例的详细描述仅通过示意的方式给出，并且因而对于本领域的技术人员显见在本发明的精神和范围之内的各种变更和改进。
根据本发明的粘接带和引线框架的层压方法是在引线框架和用于制造电子部件的粘接带的层压工艺中所使用的方法，并且其特征在于粘接带表面的层压温度和引线框架表面的层压温度相互不同。另外，根据本发明的粘接带和引线框架的层压方法，其特征在于引线框架表面2b的温度低于粘接带表面2a的温度，以便减小归因于制造电子部件的粘接带层压于引线框架上期间的热膨胀的引线框架的翘曲。优选通过设置引线框架表面的温度低于粘接带表面的温度1～200℃、更加优选10～120℃而层压。
根据本发明的粘接带和引线框架的层压方法可以使用，但是不局限于如图1中所示出的使用热压将制造半导体的粘接带层压于引线框架上的层压方法。
下面，将描述根据本发明的粘接带和引线框架的层压方法中所使用的制造电子部件的粘接带。
制造电子部件的粘接带在半导体装置制造工艺中是必须的并且是满足这样的工艺所要求的性能的用于掩模的粘接带。另外，对于例如引线框架的金属具有杰出的粘接强度并且具有高耐热性的热塑性苯氧基树脂被用作粘接带的主要材料。因为对于引线框架具有杰出的附着力和粘接性，粘接带避免密封树脂的渗出或闪蒸，并且可以通过改变固化程度而调整在该温度下粘接带展示与引线框架的粘接性的温度。此外，还可以解决在脱带工艺之后遗留在引线框架或密封树脂表面上的粘接剂残留物的问题，其归因于通过将能量束照射于附加的光可固化树脂上而形成的附加的交联结构的改善的附着力。
此外，在本发明中制造电子部件的粘接带参考半导体封装工艺的示例而被描述，但是，本发明不仅局限于此并且还可以应用于各种电子部件的高温制造工艺中的掩模板。
根据本发明，具有杰出的耐热性的聚合物膜可以在制造电子连接的粘接带中被用作形成具有涂覆于其上的粘接剂成分的粘接层的基底。这样的耐热基底可以以膜的形式被生产并且对于上述温度范围和时段具有足够耐热性以不展示任何物理和化学变化。另外，这样的耐热基底优选具有至少300℃的温度，在该温度下基底的重量减小5％，并且在100～200℃具有1～35ppm/℃的热膨胀系数。此外，所述基底优选具有110～450℃的玻璃化转变温度。稳定和杰出的耐热性保证了高引线键合性能，并且使得它可以通过保持基底在热处理工艺期间平整而均匀地层压。在高温下膜的尺寸稳定性帮助避免树脂的泄漏，通过避免在树脂密封工艺期间成型框内部的基底的变形。另外，基底在室温下具有1～10GPa的弹性模量，并且优选对于基底保持100～300℃的大约100～5000MPa的弹性模量。如果使用具有过低的弹性模量的基底或者如果使用容易被折叠的基底，则在带的处理期间、在带装载进入层压设备期间，或者在将带供给进入设备期间可以出现的折痕保留，且可以引起不良的层压(部分层离)，不均匀的引线键合和密封树脂的渗出。上述满足要求性能的基底包括耐热聚合物膜，并且这样的耐热聚合物膜的示例包括由耐热的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚、聚酰胺、聚醚酰亚胺等制成的膜。
此外，基底膜的厚度不受到具体的限制，并且由层压设备和树脂密封设备的应用限制而确定。通常，优选5～100μm的厚度；但是，更加优选10～40μm的厚度，从而抑制归因于外力的折痕的出现，保持合适的耐热性，并且促进膜的处理。沙垫(sand mat)工艺，电晕(corona)工艺，等离子体工艺和涂底漆(primer)工艺可应用，以便根据需要改善粘接带和基底膜之间的粘接性。
根据本发明的制造电子部件的粘接带的粘接层包括具有良好的耐热性和杰出的粘接强度的热塑性苯氧基树脂作为主要成份，并且包括光可固化树脂(能量束可固化树脂)以及光可固化树脂的光引发剂，以保持耐热性同时调整苯氧基树脂和苯氧基树脂的热固化剂的过固化收缩。
这样的作为主要成份的热塑性苯氧基树脂的示例包括双酚A型苯氧基，双酚A型/双酚F型苯氧基，溴基苯氧基，磷基苯氧基，双酚A型/双酚S型苯氧基，己内酯改性苯氧基等。在这样的苯氧基中，由于其耐热性、环境友好性、与固化剂和固化率相容性方面杰出，更加优选双酚A型苯氧基。另外，苯氧基树脂优选具有1,000～500,000的重量平均分子量。在该情形中，可以最小化脱带工艺期间粘接剂残留物的出现，这是由于通过内部附着力的增加而导致的耐热性的改善。如果重量平均分子量小于1000，由于降低的内部附着力，不能实现需要的耐热性能，而如果重量平均分子量大于500,000，则由于高粘度，可操作性恶化，涂覆的表面在涂覆之后可能是不平坦的，并且可能难于调整与其它成份的混合物。
另外，能够溶解苯氧基树脂的有机溶剂的示例包括酮基、乙醇基、乙二醇醚基和醚基溶剂。在这样的示例中，环己酮、甲己酮、苯甲醇、二甘醇3，4烷基醚、苯氧基丙醇、丙二醇甲基醚乙酸酯、四氢呋喃和N-甲基吡咯啉可以被单独使用或者二或更多种结合使用。当有机溶剂被使用时，优选使用按有机溶剂的100重量份计算的、5～40重量份、更加优选20～35重量份的苯氧基树脂。为了避免不良的涂覆并且根据需要提高与基底膜的粘接性，芳烃溶剂例如甲苯、二甲苯、芳族100或己烷可以被添加作为稀释剂。使用的稀释剂的量小于溶剂的量的40％。
此外，合适的交联剂可以被添加至上述苯氧基树脂，并且任何种类的交联剂或固化剂可以被使用，只要它们可以固化具有羟基作为官能团的树脂。示例包括三聚氰胺，尿素甲醛，异氰酸酯官能预聚合物，酚固化剂，氨基固化剂等。所使用的热固化剂的量优选是按100重量份的苯氧基树脂计算的0.1～40重量份，并且更加优选5～10重量份。当由于固化剂量不足(小于5重量份)导致交联结构不能完全产生时，粘接层可以变得这样软(相对玻璃化转变温度下降并且损耗模量增加)，使得在层压期间引线框架过于粘到粘接层，并且被这样的引线框架挤压的粘接剂向上移动至焊盘部分或引线框架的裸芯焊垫周围，由此使得粘接剂在树脂密封工艺期间粘在引线框架和密封树脂之间并且在脱带工艺期间产生粘接剂残留物。如果固化剂量过大(大于20重量份)，则由于过低的润湿性能和粘接性可以出现粘接层的层离，并且由于过于增加的强度，可能发生粘接层在层压期间破裂。另外，由于干燥和固化工艺期间过大的固化收缩，在粘接剂被涂覆于基底膜之后，带可以被翘曲，由此引起可操作性的恶化。
在苯氧基树脂的交联结构上产生另外的交联结构的能量束可固化丙烯酸化合物(树脂)可以包括丙烯酸单体，丙烯酸低聚物，或者具有碳-碳双键的丙烯酸聚合物，并且还可以具有至少一未饱和的键。该丙烯酸基作为通过自由基反应形成交联结构的官能团，并且反应性，交联结构和固化程度可以通过改变这样的官能团的数量而被调整。随着官能团的数量增加，反应(交联)率增加，玻璃化转变温度增加并且耐热性改善；但是，粘接层的柔性和粘接强度下降。当选择具有合适数量的官能团的丙烯酸树脂时，重要的是在粘接强度和刚度之间平衡，如选择固化苯氧基树脂的热固化剂的情形。用于能量束固化的这样丙烯酸化合物的示例可以包括：环氧丙烯酸酯、芳族聚氨酯丙烯酸酯，脂肪族聚氨酯丙烯酸酯，聚醚丙烯酸脂，聚酯丙烯酸脂和丙烯酸丙烯酸脂，并且可以被单独使用或者二或更多的不同种类的低聚物结合使用。此外，可以在各种类型的低聚物中根据官能团的数量选择低聚物，并且可以使用具有2～9官能团的低聚物。优选使用具有6～9官能团的低聚物以便避免密封树脂表面和引线框架上在脱带期间粘接剂残留物的出现并且保证良好的引线键合性能，且通过高固化密度具有增加的玻璃化转变温度、强度和粘接层的附着力。
使用的这样的能量束可固化丙烯酸化合物的量是按每100重量份的苯氧基树脂计算的1～40重量份，并且优选5～30重量份。
然后，通过能量束引发能量束可固化丙烯酸化合物的光引发剂可以包括苯甲酮基，噻吨酮基，阿尔法羟基酮基，阿尔法氨基酮基，苯基乙醛酸基，酰基磷化氢等。虽然光引发剂可以被单独使用，但是根据光引发剂的效率和性能也可以结合使用二或更多种的光引发剂，以便根据粘接层的厚度或者能量束的强度，形成均匀的交联结构。使用的光引发剂的量是按能量束可固化丙烯酸树脂的100重量份计算的0.5～10重量份，并且优选1～5重量份。
根据本发明的制造电子部件的粘接带的粘接剂成分优选具有80～150℃的玻璃化转变温度并且粘接层优选具有室温下对于不锈钢材料(STS)0～1gf/50mm的粘接强度。如果玻璃化转变温度低于80℃，则由于在QFN工艺期间的热量，粘接剂的性能在高温下改变得过多，并且如果高于150℃，则粘接带的层压温度越过170℃，由此引起层压之后更大的翘曲。这是因为引线框架的热膨胀变得更大，从而使粘接带和引线框架之间的热膨胀的差别更大，引起更大的引线框架和粘接带组件的翘曲。
由于上述原因，优选在引线框架上在50～170℃进行根据本发明的制造电子部件的粘接带的层压，这可以减小由于其热膨胀引起的引线框架的翘曲。
以下，本发明具有下列实施例；但是，本发明不仅局限于这样的实施例。
[实施例1]
<生产示例>
首先，作为粘接剂主要成份的100重量份苯氧基树脂(Kukdo ChemicalCo.，YP50)被溶解进入300重量份甲基乙烷基酮(methyl ethyl ketone)。然后，15重量份异氰酸基热固化剂(Dow Corning，CE138)，20重量份脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(aliphatic polyurethane acrylate)(Nippon Synthetic Chemical Industry，UV7600B80)，它是能量束可固化化合物，和2重量份酰基磷化氢基(acylphosphine-based)光引发剂(CYTEC，DAROCUR TPO)被添加至苯氧基树脂的混合物和溶剂以便制备粘接剂成分。此后，粘接剂成分被搅拌1小时。在搅拌之后，粘接剂成分被涂覆于25μm的聚酰亚胺膜(LN，来自Kolon Co.)上并且在150℃下在干燥器内被干燥3分钟。所得的厚度是大约6μm。通过干燥器之后的被干燥的带经受能量束固化工艺以通过照射紫外线产生附加的交联的结构，以便生产结果的制造电子部件的粘接带。
[实施例1至4]
对于实施例1至4，使用如在图1中所示出的热压的制造半导体的粘接带于引线框架上的层压方法被应用。
层压使用传统引线框架和根据上述生产示例所生产的制造电子部件的粘接带进行，通过改变引线框架表面的层压温度和粘接带表面的层压温度，如根据各实施例在下面的表1中所示出的。
[比较例1和2]
对于比较例1和2，层压以与实施例相同的方式进行，除了表1中引线框架表面的层压温度和粘接带表面的层压温度不同之外。
[试验示例]
具有贴附于其上的根据实施例和比较例所生产的制造半导体的粘接带的引线框架的翘曲程度被测量。翘曲程度的测量进行如下：首先，根据在图1中所示出的方法粘接带(3)被贴附至引线框架(4)；然后，具有贴附于其上的粘接带的引线框架组件(5)被放置于测量台架(6)上，如图3中所示出的；并且引线框架和底面之间的最大距离(y)被测量。结果在下面的表1中被示出。
[表1]
  范畴   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   比较例1   比较例2
  粘接带表面温度(℃)   170   170   170   170   170   170
  引线框架表面温度(℃)   50   70   140   160   170   230
  引线框架厚度(mil)   5   5   5   5   5   5
  压力(MPa)   6   6   6   6   6   6
  时间(s)   12   12   12   12   12   12
  翘曲(μm)   410   421   754   1390   1410   2570
如可以从表1看出，根据本发明的粘接带和引线框架的层压方法的实施例1至4，其中层压通过设置引线框架表面(2b)的温度低于粘接带表面(2a)的温度而进行，具有比通过对于粘接带表面(2a)和引线框架表面(2b)施加相同的温度而进行层压的比较例1低的翘曲。具体地，粘接带表面的层压温度低于引线框架表面的层压温度大约100～120℃的实施例1和2展示了最小的翘曲。另一方面，通过设置引线框架表面(2b)的温度高于粘接带表面(2a)的温度而进行层压的比较例2展示了最大的翘曲。
因而，由于来自对于引线框架(4)的较小的热施加的较小的引线框架的热膨胀/收缩，根据本发明的引线框架和粘接带的层压方法展示了具有贴附于其上的引线框架的较小的翘曲。
已经具体参考在本发明的发明人已经实施的其示例和各种实施例中的其实施例详细地描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围下，可以实现变化和改进。

Claims (8)

1.一种粘接带和引线框架的层压方法，其特征在于
所述粘接带表面的层压温度和引线框架表面的层压温度在所述引线框架和制造电子部件的所述粘接带的层压工艺中相互不同。
2.根据权利要求1的层压方法，其中所述引线框架表面的层压温度低于所述粘接带表面的层压温度。
3.根据权利要求1的层压方法，其中所述引线框架表面的层压温度低于所述粘接带的表面温度大约1～200℃。
4.根据权利要求1的层压方法，其中所述制造电子部件的粘接带包括耐热基底和具有涂覆于所述耐热基底上的粘接剂成分的粘接层，
其中所述粘接剂成分包括苯氧基树脂，热固化剂，能量束可固化丙烯酸树脂和光引发剂，并且所述粘接层通过热和能量束而被固化。
5.根据权利要求4的层压方法，其中所述耐热基底具有5～100μm的厚度，110～450℃的玻璃化转变温度，在100～200℃的1～35ppm/℃的热膨胀系数，和在室温的1～10GPa的弹性模量。
6.根据权利要求4的层压方法，其中所述粘接剂具有80～150℃的玻璃化转变温度。
7.根据权利要求4的层压方法，其中所述苯氧基树脂是苯氧基树脂或者是改性的苯氧基树脂并且具有1,000～500,000的重量平均分子量。
8.根据权利要求4至7任一项的层压方法，其中所述粘接剂包括按每100重量份的苯氧基树脂计算的、5～20重量份的热固化剂和5～30重量份的能量束可固化丙烯酸树脂，并且包括按每100重量份能量束可固化丙烯酸树脂计算的、0.5～10重量份的光引发剂。
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