JP2007227950A - 半導体用接着フィルム、半導体用接着フィルム付きリードフレーム及びこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置において、低温接着可能な半導体用接着フィルム付きリードフレームを提供する。
【解決手段】 リードに、
ガラス転移温度が200℃以上の支持フィルムの両面に接着剤層を設けた三層構造の接着フィルムであり、
その接着剤層が、(A)ガラス転移温度が130〜300℃の耐熱熱可塑性樹脂、(B)エポキシ樹脂及び(C)エポキシ樹脂硬化剤としてトリスフェノール系化合物を含有してなる半導体用接着フィルムであって、前記三層構造の接着フィルムの吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下である半導体用接着フィルム
を貼り付けた半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
【選択図】なし
【解決手段】 リードに、
ガラス転移温度が200℃以上の支持フィルムの両面に接着剤層を設けた三層構造の接着フィルムであり、
その接着剤層が、(A)ガラス転移温度が130〜300℃の耐熱熱可塑性樹脂、(B)エポキシ樹脂及び(C)エポキシ樹脂硬化剤としてトリスフェノール系化合物を含有してなる半導体用接着フィルムであって、前記三層構造の接着フィルムの吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下である半導体用接着フィルム
を貼り付けた半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
【選択図】なし
Description
本発明は、半導体用接着フィルム、半導体用接着フィルム付きリードフレーム及びこれを用いた半導体装置に関する。
近年、半導体チップは高機能大容量化によって大型化しているが、これを収納するパッケージの大きさはプリント回路設計上の制約、電子機器小型化の要求などから、小さな外形を要求されている。この傾向に対応して、半導体チップの高密度化と高密度実装に対応した新しい実装方式がいくつか提案されている。中でも、メモリー素子に提案されているチップの上にリードを接着するLOC構造によると、チップ内配線やワイヤーボンディングの合理化、配線短縮による信号高速化とパッケージサイズの小型化を図ることができる。
この新しい実装形態では、半導体チップとリードフレームといった異種材料の接着界面が存在し、その接着信頼性が半導体パッケージの信頼性に非常に大きな影響を与える。パッケージ組立作業時の工程温度に耐える信頼性、接着作業性は勿論のこと、吸湿時、湿熱時等の接着信頼性から起因する基板実装時のはんだリフローによるパッケージクラックが起きないということも重要な項目である。
この新しい実装形態では、半導体チップとリードフレームといった異種材料の接着界面が存在し、その接着信頼性が半導体パッケージの信頼性に非常に大きな影響を与える。パッケージ組立作業時の工程温度に耐える信頼性、接着作業性は勿論のこと、吸湿時、湿熱時等の接着信頼性から起因する基板実装時のはんだリフローによるパッケージクラックが起きないということも重要な項目である。
従来、これらの接着にはペースト状の接着剤や、耐熱性基材に接着剤を塗布したものが使用されてきた。その方法の一つとして、ポリイミド樹脂を用いたホットメルト型の接着剤フィルムが提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。しかしながら、ホットメルト型の接着剤は、接着剤樹脂のTgが高いために接着に要する温度が非常に高くなり、半導体チップや特に銅製リードフレームのような被着材に熱損傷を与えるおそれが大きい。また、低温接着性を付与するためにTgを下げれば、耐熱信頼性に劣り、接着剤樹脂固有の弾性率が高く、基板実装時のはんだリフローによる熱履歴によって発生するチップとリードフレーム間の熱応力を緩和できずにパッケージクラックが発生するといった問題がある。
特開平5−105850号公報
特開平5−112760号公報
特開平5−112761号公報
本発明は、半導体装置において、低温接着可能な半導体用接着フィルムを提供するものである。
また、本発明は、この半導体用接着フィルムを打ち抜きによってリードフレームの所定位置に貼り付けた半導体用接着フィルム付きリードフレームを提供するものである。
また、本発明は、この半導体用接着フィルムを介してリードフレームと半導体素子とを接着させてなる信頼性に優れた半導体装置を提供するものである。
また、本発明は、この半導体用接着フィルムを打ち抜きによってリードフレームの所定位置に貼り付けた半導体用接着フィルム付きリードフレームを提供するものである。
また、本発明は、この半導体用接着フィルムを介してリードフレームと半導体素子とを接着させてなる信頼性に優れた半導体装置を提供するものである。
本発明は、低温接着性と半導体装置の耐リフロークラック性を両立できる半導体用接着フィルムの開発を進めた結果、その接着剤層に特定の特性を持った耐熱熱可塑性樹脂と、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤としてトリスフェノール系化合物を含有する接着剤を用いることで、前記問題を解決できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、支持フィルムの両面に接着剤層を設けた三層構造の接着フィルムにおいて、その接着剤層が、(A)ガラス転移温度が130〜300℃、吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下の耐熱熱可塑性樹脂、(B)エポキシ樹脂及び(C)エポキシ樹脂硬化剤としてトリスフェノール系化合物を含有してなる半導体用接着フィルム(第1の発明の接着フィルム)に関する。
また、本発明は、支持フィルムの両面に接着剤層を設けた三層構造の接着フィルムにおいて、その接着剤層が、(A)ガラス転移温度が130〜300℃の耐熱熱可塑性樹脂、(B)エポキシ樹脂及び(C)エポキシ樹脂硬化剤としてトリスフェノール系化合物を含有してなる半導体用接着フィルムであって、前記三層構造の接着フィルムの吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下である半導体用接着フィルム(第2の発明の接着フィルム)に関する。
また、本発明は、リードフレームに上記の半導体用接着フィルムを貼り付けた半導体用接着フィルム付きリードフレームに関する。
また、本発明は、上記の半導体用接着フィルムを用いて、半導体用接着フィルム付きリードフレームと半導体素子とを接着させてなる半導体装置に関する。
本発明の半導体用接着フィルムは低温接着可能で、特に銅製リードフレームを用いた接着フィルム付きリードフレームの製造に有用である。また、この接着フィルム付きリードフレームを用いて製造された半導体装置は耐リフロークラック性に優れ、高い信頼性を有する。
第1の発明の接着フィルムで用いる耐熱熱可塑性樹脂(A)は、ガラス転移温度が130〜300℃、吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下の耐熱性樹脂とされ、そのためには、ポリイミド樹脂及びポリアミド樹脂を用いることが好ましい。ここで、ポリイミド樹脂とは、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等のイミド基を有する樹脂を意味する。
ガラス転移温度がこの範囲をはずれたり、吸水率が3重量%を超えたり、はみ出し長さが2mmを超えたりすると、本発明の半導体用接着フィルムを用いて製造される半導体装置の耐リフロークラック性が低下することがある。
ガラス転移温度がこの範囲をはずれたり、吸水率が3重量%を超えたり、はみ出し長さが2mmを超えたりすると、本発明の半導体用接着フィルムを用いて製造される半導体装置の耐リフロークラック性が低下することがある。
本発明に使用される耐熱熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、好ましくは180〜250℃とされる。吸水率は、好ましくは2.5重量%以下、より好ましくは2.0重量%以下である。また、はみ出し長さは、好ましくは1mm以下、より好ましくは0.5mm以下である。
ここで、耐熱熱可塑性樹脂の吸水率は、耐熱熱可塑性樹脂のフィルムを130℃で1時間乾燥して重量を測定した後、25℃の蒸留水中に24時間浸漬して重量を測定し、{(浸漬後の重量−浸漬前の重量)/浸漬前の重量}×100(%)として求めることができる。耐熱熱可塑性樹脂のはみ出し長さとは、耐熱熱可塑性樹脂からなる19mm×50mm、厚さ25μmのフィルムを350℃、3MPa、1分の条件で加熱圧着した際に、もとのフィルム長辺から直角方向にはみ出た樹脂の長さを長辺方向の中央部で測定したものとした。
また、第2の発明の接着フィルムにおいて用いる耐熱熱可塑性樹脂(A)は、上記第1の発明と同様の理由により、ガラス転移温度が130〜300℃である。使用しうる耐熱熱可塑性樹脂(A)の具体例、及び好ましい例も、第1の発明について記載したと同様である。第2の発明の接着フィルムでは、耐熱熱可塑性樹脂自体の吸水率及びはみ出し長さではなく、支持フィルムの両面に接着剤層を設けた三層構造の半導体用接着フィルムとして、吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下であると規定する。それぞれの好ましい範囲は、上記の第1の発明と同様である。
なお、第2の発明における接着フィルムの吸水率は、耐熱熱可塑性樹脂(A)のフィルムの代わりに三層構造の接着フィルムを用いたこと以外は第1の発明について記載したと同様の方法で測定することにより、求めることができる。また、第2の発明における接着フィルムのはみ出し長さは、耐熱熱可塑性樹脂(A)のフィルムの代わりに三層構造の接着フィルムを用い(即ち、接着フィルムの厚さに制限はない)、それを上記と同様の大きさ(19mm×50mm)に切断し、第1の発明について記載したと同様の方法の測定を行なうことにより求めることができる。
本発明の半導体用接着フィルムとしては、上記の第1の発明の特徴と、第2の発明の特徴を兼ね備えることが好ましい。
以下、第1の発明の接着フィルム、第2の発明の接着フィルム、それらを用いた半導体用接着フィルム付きリードフレーム及び半導体装置について説明する。
本発明の接着フィルムに含まれるエポキシ樹脂は、分子内に少なくとも2個のエポキシ基を有するものであれば特に制限はない。下記の式(1)〜(3)で表される化合物等がある。
本発明の接着フィルムに含まれるエポキシ樹脂は、分子内に少なくとも2個のエポキシ基を有するものであれば特に制限はない。下記の式(1)〜(3)で表される化合物等がある。
このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールADジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、2,6−キシレノールジグリシジルエーテル、水添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、オキシジフェノールジグリシジルエーテル、エチレンオキサイド付加体ビスフェノールAジグリシジルエーテル、プロピレンオキサイド付加体ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、フェノールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、クレゾールノボラック樹脂のグリシジルエーテル、ナフタレン樹脂のグリシジルエーテル、3官能のグリシジルエーテル、4官能のグリシジルエーテル、ジシクロペンタジエンフェノール樹脂のグリシジルエーテル、ダイマー酸のグリシジルエステル、3官能のグリシジルアミン、4官能のグリシジルアミン、ナフタレン樹脂のグリシジルアミン、ポリサルファイド変性エポキシ樹脂、ポリブタジエン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。これらに1官能エポキシ体が含まれていてもよい。
エポキシ樹脂としては、エポキシ当量が50〜600のものが好ましく、150〜500のものがより好ましい。
エポキシ樹脂としては、エポキシ当量が50〜600のものが好ましく、150〜500のものがより好ましい。
本発明の接着剤層に含有されるエポキシ樹脂硬化剤は、分子内に3個のヒドロキシフェニル基を有するトリスフェノール系化合物である。そのようなトリスフェノール系化合物の好ましいものは下記一般式(a)で表される。
ただし、式(a)中、R1〜R10はそれぞれ独立に水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数5〜10のシクロアルキル基、フェニル基又は水酸基を示す。R5としては、水素、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数5〜10のシクロアルキル基又はフェニル基が好ましく、水素又は炭素数1〜10のアルキル基がより好ましい。また、Dは4価の有機基を示す。4価の有機基Dの例を下記に示す。
一般式(a)中の≡D−R5のより具体的な例を下記に示す。
このようなトリスフェノール系化合物としては、例えば、4,4′,4″−メチリデントリスフェノール、4,4′−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール、4,4′,4″−エチリジントリス[2−メチルフェノール]、4,4′,4″−エチリジントリスフェノール、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−メチルフェノール]、4,4′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−メチルフェノール]、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3−ジメチルフェノール]、4,4′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,6−ジメチルフェノール]、4,4′−[(3−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3−ジメチルフェノール]、2,2′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5−ジメチルフェノール]、2,2′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5−ジメチルフェノール]、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3,5−トリメチルフェノール]、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3,6−トリメチルフェノール]、4,4′−[(3−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3,6−トリメチルフェノール]、4,4′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3,6−トリメチルフェノール]、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシル−5−メチルフェノール]、4,4′−[(3−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシル−5−メチルフェノール]、4,4′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシル−5−メチルフェノール]、4,4′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−メチルフェノール]、4,4′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,6−ジメチルフェノール]、4,4′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2,3,6−トリメチルフェノール]、4−[ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシ−6−メチルフェニル)メチル]−1,2−ベンゼンジオール、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3−メチルフェノール]、1,3,3−トリス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−イソプロピルフェノール]、4,4′−[(3−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−イソプロピルフェノール]、4,4′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−イソプロピルフェノール]、2,2′−[(3−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5,6−トリメチルフェノール]、2,2′−[(4−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5,6−トリメチルフェノール]、4,4′−[(2−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシルフェノール]、4,4′−[(3−ヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシルフェノール]、4,4′−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビス[2,6−ジメチルフェノール]、4,4′,4″−メチリジントリス[2−シクロヘキシル−5−メチルフェノール]、4,4′−[1−[4−[1−(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビス[2−シクロヘキシルフェノール]、2,2′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5−ジメチルフェノール]、4,4′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−(イソプロピル)フェノール]、2,2′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[3,5,6−トリメチルフェノール]、4,4′−[(3,4−ジヒドロキシフェニル)メチレン]ビス[2−シクロヘキシルフェノール]、α,α′,α″−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン等がある。
本発明の接着フィルムに用いられる接着剤においては、耐熱熱可塑性樹脂100重量部に対してエポキシ樹脂を好ましくは1〜100重量部、より好ましくは2〜50重量部用い、前記のエポキシ樹脂硬化剤を好ましくは0.02〜120重量部、より好ましくは0.1〜80重量部、更に好ましくは1〜20重量部用いる。
エポキシ樹脂の使用量が100重量部を超え、エポキシ樹脂硬化剤の使用量が120重量部を超えると、フィルム形成性が悪くなる傾向がある。また、エポキシ樹脂の使用量が1重量部未満及びエポキシ樹脂硬化剤の使用量が0.02重量部未満では、低温での接着性が悪くなり接着不良となる。
エポキシ樹脂の使用量が100重量部を超え、エポキシ樹脂硬化剤の使用量が120重量部を超えると、フィルム形成性が悪くなる傾向がある。また、エポキシ樹脂の使用量が1重量部未満及びエポキシ樹脂硬化剤の使用量が0.02重量部未満では、低温での接着性が悪くなり接着不良となる。
本発明の接着フィルムに用いられる接着剤には、必要に応じて硬化促進剤を使用しても良く、エポキシ樹脂を硬化させるために用いられるものであれば特に制限はない。例えば、イミダゾール類、ジシアンジアミド誘導体、ジカルボン酸ジヒドラジド、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7−テトラフェニルボレート等が用いられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。硬化促進剤を使用する場合の添加量はエポキシ樹脂100重量部に対し、保存安定性から通常50重量部以下、例えば0.01〜50重量部、好ましくは20重量部以下の範囲とされる。
また、本発明の接着フィルムに用いられる接着剤には、支持フィルムとの密着性を向上する目的で、カップリング剤を添加しても良く、例えば、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、アミノシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、及び、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート等のチタネート系カップリング剤及びアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等のアルミニウム系カップリング剤等を使用することができる。
カップリング剤の添加量は、耐熱熱可塑性樹脂100重量部に対して耐熱性、リードフレームとの接着性から0.5〜20重量部にするのが好ましく、2〜10重量部がより好ましい。
本発明において用いられる支持フィルムとしては、ポリイミド、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリカーボネート等の絶縁性耐熱性樹脂フィルムが好ましく用いられる。支持フィルムの厚さは、特に制限するものではないが、通常5〜200μmが好ましく、20〜75μmがより好ましい。
支持フィルムのガラス転移温度としては、本発明で用いられる接着剤のガラス転移温度より高いものを使用することが好ましく、好ましくは200℃以上、より好ましくは250℃以上のものが使用される。支持フィルムの吸水率は、好ましくは3重量%以下、より好ましくは2重量%以下のものが使用される。
本発明に用いられる支持フィルムとしては、ガラス転移温度が250℃以上、吸水率が2重量%以下、熱膨張係数が3×10-5/℃以下の物性を備えた絶縁性耐熱性樹脂フィルムが好ましく、以上の点からポリイミドフィルムが特に好ましい。
本発明に用いられる支持フィルムとしては、ガラス転移温度が250℃以上、吸水率が2重量%以下、熱膨張係数が3×10-5/℃以下の物性を備えた絶縁性耐熱性樹脂フィルムが好ましく、以上の点からポリイミドフィルムが特に好ましい。
支持フィルムは、表面を処理して用いることが好ましい。これは、支持フィルムと接着剤層の接着力を高くし、支持フィルムと接着剤層間の剥離を防ぐためである。
支持フィルムの表面処理方法としては、アルカリ処理、シランカップリング処理等の化学処理、サンドマット処理等の物理的処理、プラズマ処理、コロナ処理等のいずれの処理も使用可能であるが、接着剤の種類に応じて最も適した処理を用いればよい。本発明において支持フィルムに施す表面処理としては、化学処理又はブラズマ処理が特に適している。
支持フィルムの表面処理方法としては、アルカリ処理、シランカップリング処理等の化学処理、サンドマット処理等の物理的処理、プラズマ処理、コロナ処理等のいずれの処理も使用可能であるが、接着剤の種類に応じて最も適した処理を用いればよい。本発明において支持フィルムに施す表面処理としては、化学処理又はブラズマ処理が特に適している。
支持フィルム上に接着剤層を形成する方法としては、特に制限はないが、通常、接着剤層となる耐熱熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂硬化剤を有機溶媒に溶解し、接着剤ワニスとする。ここで用いられる有機溶媒は、上記材料を均一に溶解又は混練できるものであれば特に制限はなく、そのようなものとしては例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。
上記の様にして得た接着剤ワニスを支持フィルム上に塗工した後、加熱処理して溶剤の除去やイミド化を行なう。この方法を2回行ない、三層構造の接着フィルムにすることができる。
接着剤ワニスを塗工した支持フィルムを溶剤除去のために加熱処理する場合の処理温度は、溶剤が除去できる温度であれば良い。
塗工方法は特に制限はないが、例えば、ロールコート、リバースロールコート、グラビアコート、バーコート、コンマコート等が挙げられる。また、接着剤ワニス中に支持フィルムを通して塗工しても良いが、厚みの制御が困難となる。
塗工方法は特に制限はないが、例えば、ロールコート、リバースロールコート、グラビアコート、バーコート、コンマコート等が挙げられる。また、接着剤ワニス中に支持フィルムを通して塗工しても良いが、厚みの制御が困難となる。
支持フィルム上に形成される各接着剤層の厚さとしては、1〜75μmが好ましく、10〜30μmがより好ましい。接着剤層の厚さが1μm未満では、接着性、生産性に劣り、75μmを超えるものでは、コスト高となる。
このようにして得た接着フィルムは、図1の様な構成を取る。このフィルムは、半導体用の接着剤として使用することができる。図1において1は支持フィルム、2は接着剤層である。
本発明の接着フィルムを用いると、信頼性に優れた接着フィルム付きのリードフレームを作業性、歩留まり良く簡便に製造することができる。例えば、本発明の接着フィルムを所定の大きさに切断したフィルム片をリードフレームに接着する方法がある。接着フィルムの切断方法は、フィルムを所定の形状に正確に切断する方法ならいずれの方法でも良いが、作業性を考えると、打ち抜き金型を用いて接着フィルムを切断し、打ち抜かれたフィルム片をそのままリードフレームに接着するのが好ましい。この時の接着温度としては、通常150〜300℃、好ましくは200〜250℃とされる。接着温度が150℃未満では、十分な接着力を得ることができず、300℃を超えると、接着剤層の熱劣化やリードフレームの酸化のおそれがある。接着圧力は通常0.1〜20MPa、好ましくは、0.3〜10MPaとされる。接着圧力が0.1MPa未満では、接着力が不十分である傾向があり20MPaを超えると、接着剤が所定の位置以外にはみ出し、寸法精度が悪くなるおそれがある。加圧時間は、前記の接着温度、接着圧力で接着できる時間ならよいが、作業性を考えると0.3〜60秒が好ましく、0.5〜10秒がより好ましい。
また、本発明の接着フィルムを用いると、信頼性に優れた半導体装置を作業性、歩留まりよく簡単に製造することができる。
本発明の接着フィルムは、銀ペーストを用いる従来構造のパッケージにおいて、銀ペーストの代わりに用いたり、複数チップを用いるマルチチップパッケージやCOL(Chip On Lead)構造のパッケージに用いることができるが、特にLOC(Lead On Chip)構造の半導体装置に好適に用いることができる。低温接着が可能なため、LOC構造の中でも、従来のTSOP(Thin Small Outline Package)構造だけではなく、QFP(Quad Flatpack Package)構造、スタック構造の半導体装置にも好適である。
例えば、前記のようにして作製した接着フィルム付きリードフレームを用いて、リードフレームの接着されていないもう片面の接着剤層に半導体チップを接着した後、接着フィルムの硬化処理を行い、リードフレームと半導体チップを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成形材料でトランスファ成形して封止することによりLOC構造の半導体装置を製造することができる。
半導体チップの接着温度としては、通常150〜300℃、好ましくは200〜250℃とされる。接着温度が150℃未満では、十分な接着力を得ることができず、300℃を超えると、接着剤層の熱劣化やリードフレームの酸化が問題となる。接着圧力は通常0.1〜20MPa、好ましくは、0.3〜10MPaとされる。接着圧力が0.1MPa未満では、十分な接着力を得ることができず、20MPaを超えると、接着剤が所定の位置以外にはみ出し寸法精度が悪くなるおそれがあり、半導体チップが破壊するおそれがある。
加圧時間は、前記接着温度、接着圧力で接着できる時間ならよいが、作業性を考えると0.3〜60秒が好ましく、0.5〜10秒がより好ましい。
硬化処理の温度としては、通常150〜200℃、好ましくは170〜180℃とされる。硬化処理温度が150℃未満では硬化不足となり、200℃を超えると、リードフレームの酸化のおそれがある。硬化時間は、通常15分〜75分、好ましくは30〜60分とされる。硬化時間が15分未満では硬化不足となり、75分を超えると作業性が悪くなる。ただし、接着フィルムの硬化処理は、エポキシ樹脂等の成形材料でトランスファ成形して封止した後の封止材硬化工程で兼ねることが可能である。
硬化処理の温度としては、通常150〜200℃、好ましくは170〜180℃とされる。硬化処理温度が150℃未満では硬化不足となり、200℃を超えると、リードフレームの酸化のおそれがある。硬化時間は、通常15分〜75分、好ましくは30〜60分とされる。硬化時間が15分未満では硬化不足となり、75分を超えると作業性が悪くなる。ただし、接着フィルムの硬化処理は、エポキシ樹脂等の成形材料でトランスファ成形して封止した後の封止材硬化工程で兼ねることが可能である。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらにより何ら制限されるものではない。
実施例1〜4、比較例1
下記ポリアミドイミドA〜Cを耐熱熱可塑性樹脂として用い、表2〜3の配合表に示す通り、No.1〜5のワニス(No.1〜4:各々、本発明の実施例1〜4に関するもの、No.5:比較例1に関するもの)を調合した。
ポリアミドイミドA、B及びCは、次の方法で合成したものを用いた。
下記ポリアミドイミドA〜Cを耐熱熱可塑性樹脂として用い、表2〜3の配合表に示す通り、No.1〜5のワニス(No.1〜4:各々、本発明の実施例1〜4に関するもの、No.5:比較例1に関するもの)を調合した。
ポリアミドイミドA、B及びCは、次の方法で合成したものを用いた。
・ポリアミドイミドAの合成
温度計、撹拌機、窒素導入管および分留塔をとりつけた5リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン210g(0.5モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドン1200gに溶解した。この溶液を−10℃に冷却し、この温度でトリメリット酸モノクロライド105.3g(0.5モル)を温度が−5℃を超えないように添加した。トリメリット酸モノクロライドが溶解したら、トリエチルアミン76gを温度が5℃を超えないように添加した。室温で1時間撹拌を続けた後、180℃で9時間反応させてイミド化を完結させた。得られた反応液をメタノール中に投入して重合体を単離させた。これを乾燥した後、ジメチルホルムアミドに溶解し、メタノール中に投入して再度重合体を単離した。その後、減圧乾燥して精製されたポリアミドイミドAの粉末を得た。得られたポリアミドイミドAの粉末60gをN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解して接着剤ワニスを得た。このワニスをガラス板上に90μmの厚さに流延し、100℃で10分乾燥後、ガラス板から引き剥がし、鉄枠に固定し200℃で10分、300℃で10分乾燥して厚さ25μmの接着剤フィルムを得た。得られたフィルムのガラス転移温度は230℃、吸水率1.8重量%、はみ出し長さ0.2mmであった。
温度計、撹拌機、窒素導入管および分留塔をとりつけた5リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン210g(0.5モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドン1200gに溶解した。この溶液を−10℃に冷却し、この温度でトリメリット酸モノクロライド105.3g(0.5モル)を温度が−5℃を超えないように添加した。トリメリット酸モノクロライドが溶解したら、トリエチルアミン76gを温度が5℃を超えないように添加した。室温で1時間撹拌を続けた後、180℃で9時間反応させてイミド化を完結させた。得られた反応液をメタノール中に投入して重合体を単離させた。これを乾燥した後、ジメチルホルムアミドに溶解し、メタノール中に投入して再度重合体を単離した。その後、減圧乾燥して精製されたポリアミドイミドAの粉末を得た。得られたポリアミドイミドAの粉末60gをN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解して接着剤ワニスを得た。このワニスをガラス板上に90μmの厚さに流延し、100℃で10分乾燥後、ガラス板から引き剥がし、鉄枠に固定し200℃で10分、300℃で10分乾燥して厚さ25μmの接着剤フィルムを得た。得られたフィルムのガラス転移温度は230℃、吸水率1.8重量%、はみ出し長さ0.2mmであった。
・ポリアミドイミドBの合成
温度計、撹拌機、窒素導入管および分留塔をとりつけた5リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン143.5g(0.35モル)、1,3−ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン37.2g(0.15モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドン1200gに溶解した。この溶液を−10℃に冷却し、この温度でトリメリット酸モノクロライド105.3g(0.5モル)を温度が−5℃を超えないように添加した。トリメリット酸モノクロライドが溶解したら、トリエチルアミン76gを温度が5℃を超えないように添加した。室温で1時間撹拌を続けた後、180℃で9時間反応させてイミド化を完結させた。得られた反応液をメタノール中に投入して重合体を単離させた。これを乾燥した後、ジメチルホルムアミドに溶解し、メタノール中に投入して再度重合体を単離した。その後、減圧乾燥して精製されたポリアミドイミドBの粉末を得た。得られたポリアミドイミドBの粉末60gをN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解して接着剤ワニスを得た。このワニスをガラス板上に90μmの厚さに流延し、100℃で10分乾燥後、ガラス板から引き剥がし、鉄枠に固定し200℃で10分、300℃で10分乾燥して厚さ25μmの接着剤フィルムを得た。得られたフィルムのガラス転移温度は190℃、吸水率1.5重量%、はみ出し長さ0.4mmであった。
温度計、撹拌機、窒素導入管および分留塔をとりつけた5リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン143.5g(0.35モル)、1,3−ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン37.2g(0.15モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドン1200gに溶解した。この溶液を−10℃に冷却し、この温度でトリメリット酸モノクロライド105.3g(0.5モル)を温度が−5℃を超えないように添加した。トリメリット酸モノクロライドが溶解したら、トリエチルアミン76gを温度が5℃を超えないように添加した。室温で1時間撹拌を続けた後、180℃で9時間反応させてイミド化を完結させた。得られた反応液をメタノール中に投入して重合体を単離させた。これを乾燥した後、ジメチルホルムアミドに溶解し、メタノール中に投入して再度重合体を単離した。その後、減圧乾燥して精製されたポリアミドイミドBの粉末を得た。得られたポリアミドイミドBの粉末60gをN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解して接着剤ワニスを得た。このワニスをガラス板上に90μmの厚さに流延し、100℃で10分乾燥後、ガラス板から引き剥がし、鉄枠に固定し200℃で10分、300℃で10分乾燥して厚さ25μmの接着剤フィルムを得た。得られたフィルムのガラス転移温度は190℃、吸水率1.5重量%、はみ出し長さ0.4mmであった。
・ポリアミドイミドCの合成
温度計、撹拌機、窒素導入管および分留塔をとりつけた5リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン61.5g(0.15モル)、1,3−ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン86.8g(0.35モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドン1200gに溶解した。この溶液を−10℃に冷却し、この温度でトリメリット酸モノクロライド105.3g(0.5モル)を温度が−5℃を超えないように添加した。トリメリット酸モノクロライドが溶解したら、トリエチルアミン76gを温度が5℃を超えないように添加した。室温で1時間撹拌を続けた後、180℃で9時間反応させてイミド化を完結させた。得られた反応液をメタノール中に投入して重合体を単離させた。これを乾燥した後、ジメチルホルムアミドに溶解し、メタノール中に投入して再度重合体を単離した。その後、減圧乾燥して精製されたポリアミドイミドCの粉末を得た。得られたポリアミドイミドCの粉末60gをN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解して接着剤ワニスを得た。このワニスをガラス板上に90μmの厚さに流延し、100℃で10分乾燥後、ガラス板から引き剥がし、鉄枠に固定し200℃で10分、300℃で10分乾燥して厚さ25μmの接着剤フィルムを得た。得られたフィルムのガラス転移温度は100℃、吸水率1.0重量%、はみ出し長さ3.5mmであった。
温度計、撹拌機、窒素導入管および分留塔をとりつけた5リットルの4つ口フラスコに窒素雰囲気下、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン61.5g(0.15モル)、1,3−ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン86.8g(0.35モル)を入れ、N−メチル−2−ピロリドン1200gに溶解した。この溶液を−10℃に冷却し、この温度でトリメリット酸モノクロライド105.3g(0.5モル)を温度が−5℃を超えないように添加した。トリメリット酸モノクロライドが溶解したら、トリエチルアミン76gを温度が5℃を超えないように添加した。室温で1時間撹拌を続けた後、180℃で9時間反応させてイミド化を完結させた。得られた反応液をメタノール中に投入して重合体を単離させた。これを乾燥した後、ジメチルホルムアミドに溶解し、メタノール中に投入して再度重合体を単離した。その後、減圧乾燥して精製されたポリアミドイミドCの粉末を得た。得られたポリアミドイミドCの粉末60gをN−メチル−2−ピロリドン200gに溶解して接着剤ワニスを得た。このワニスをガラス板上に90μmの厚さに流延し、100℃で10分乾燥後、ガラス板から引き剥がし、鉄枠に固定し200℃で10分、300℃で10分乾燥して厚さ25μmの接着剤フィルムを得た。得られたフィルムのガラス転移温度は100℃、吸水率1.0重量%、はみ出し長さ3.5mmであった。
なお、表2〜3において、種々の記号は下記のものを意味する。
YDCN−702:東部化成(株)製、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量220)、
ESCN−195:住友化学工業(株)製、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200)、
N865−E:大日本インキ(株)製、ビスフェノールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量208)、
BEO−60E:新日本理化学(株)製、エチレンオキサイド付加体ビスフェノール型エポキシ樹脂(エポキシ当量373)、
DEM−100:新日本理化学(株)製、シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂(エポキシ当量155)、
TrisP−TC:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量160)、化学名 α,α′,α″−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン;式(a1)、
TrisP−PA:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量141)、化学名 4,4′−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール;式(a2)、
TrisP−PHBA:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量97)、化学名 4,4′,4″−メチリジントリスフェノール;式(a3)、
TrisP−HAP:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量102)、化学名 4,4′,4″−エチリジントリスフェノール;式(a4)、
YDCN−702:東部化成(株)製、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量220)、
ESCN−195:住友化学工業(株)製、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量200)、
N865−E:大日本インキ(株)製、ビスフェノールノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量208)、
BEO−60E:新日本理化学(株)製、エチレンオキサイド付加体ビスフェノール型エポキシ樹脂(エポキシ当量373)、
DEM−100:新日本理化学(株)製、シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂(エポキシ当量155)、
TrisP−TC:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量160)、化学名 α,α′,α″−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン;式(a1)、
TrisP−PA:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量141)、化学名 4,4′−[1−[4−[1−(4−ヒドロキシフェニル)−1−メチルエチル]フェニル]エチリデン]ビスフェノール;式(a2)、
TrisP−PHBA:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量97)、化学名 4,4′,4″−メチリジントリスフェノール;式(a3)、
TrisP−HAP:本州化学(株)製、トリスフェノールノボラック(OH当量102)、化学名 4,4′,4″−エチリジントリスフェノール;式(a4)、
これらのワニスを厚さ50μmの化学処理によって表面処理を施したポリイミドフィルム(宇部興産(株)製 商品名:ユーピレックスS)の各面に100μmの厚さに塗布し、各面毎に100℃で10分、200℃で10分乾燥して、厚さ25μmの接着剤層を両面に有する図1の構成の半導体用接着フィルムを得た(実施例1〜4:各々、ワニス番号No.1〜4を使用;比較例1:ワニス番号No.5を使用)。
実施例1〜4及び比較例1の接着フィルムのフィルム形成性、接着性、耐リフロークラック性について確認を行った。評価結果を表4に示す。
また、実施例1〜4及び比較例1で作製した三層構造の接着フィルムの吸水率及びはみ出し長さを測定した。結果を表5に示す。
また、実施例1〜4及び比較例1で作製した三層構造の接着フィルムの吸水率及びはみ出し長さを測定した。結果を表5に示す。
<フィルム形成性評価法>
前記の条件で作製した接着フィルムの接着剤層のベタツキの有無を確認した。ベタツキの無いものを良好とし、有るものを不良とした。
前記の条件で作製した接着フィルムの接着剤層のベタツキの有無を確認した。ベタツキの無いものを良好とし、有るものを不良とした。
<低温接着性評価法>
接着フィルムを打ち抜き金型を用いて短冊状に打ち抜き、厚さ0.15mmの銅合金製のリードフレームの上に0.2mm間隔、0.2mm幅のインナーリードが当たるように乗せて250℃で3MPaの圧力で3秒間加圧して圧着し、接着フィルム付きリードフレームを作製した。この接着フィルム付きリードフレームを2mの高さから地面に落下させた時の接着フィルム片の脱落の有無で評価を行った。接着フィルム片の脱落の無いものを良好とし、有るものを不良とした。
接着フィルムを打ち抜き金型を用いて短冊状に打ち抜き、厚さ0.15mmの銅合金製のリードフレームの上に0.2mm間隔、0.2mm幅のインナーリードが当たるように乗せて250℃で3MPaの圧力で3秒間加圧して圧着し、接着フィルム付きリードフレームを作製した。この接着フィルム付きリードフレームを2mの高さから地面に落下させた時の接着フィルム片の脱落の有無で評価を行った。接着フィルム片の脱落の無いものを良好とし、有るものを不良とした。
<耐リフロークラック性評価法>
接着性評価で作製した接着フィルム付きリードフレームの接着剤層面に、半導体素子を250℃の温度で3MPaの圧力で3秒間加圧して圧着し、その後、リードフレームと半導体素子を金線でワイヤボンドしてビフェニル系エポキシ樹脂成形材料(日立化成工業(株)製 商品名:CEL−9200)でトランスファ成形により封止し、175℃で6時間後硬化し、図2に示すような半導体装置を作製した。図2において3は接着フィルム、4は半導体素子、5はリードフレーム、6は封止材、7はボンディングワイヤ、8はバスバーである。
接着性評価で作製した接着フィルム付きリードフレームの接着剤層面に、半導体素子を250℃の温度で3MPaの圧力で3秒間加圧して圧着し、その後、リードフレームと半導体素子を金線でワイヤボンドしてビフェニル系エポキシ樹脂成形材料(日立化成工業(株)製 商品名:CEL−9200)でトランスファ成形により封止し、175℃で6時間後硬化し、図2に示すような半導体装置を作製した。図2において3は接着フィルム、4は半導体素子、5はリードフレーム、6は封止材、7はボンディングワイヤ、8はバスバーである。
得られた半導体装置を温度85℃、湿度85%RHの高温高湿度下に168時間放置した後に、半導体装置表面の最高温度が240℃でこの温度を20秒間保持するように温度設定したIRリフロー炉に通し、室温で放置することにより冷却する処理を2回繰り返し、クラックの有無を観察した。クラックの無いものを良好とし、有るものを不良とした。
実施例1〜4は、いずれも本発明で規定した項目を満たしており、これらはフィルム形成性、低温接着性、耐リフロークラック性が良好であった。
比較例1は、耐熱熱可塑性樹脂のTg及びはみ出し長さ、並びに接着フィルムのはみ出し長さが本発明で規定した値を外れており、耐リフロークラック性に劣っている。
比較例1は、耐熱熱可塑性樹脂のTg及びはみ出し長さ、並びに接着フィルムのはみ出し長さが本発明で規定した値を外れており、耐リフロークラック性に劣っている。
Claims (12)
- リードに、
ガラス転移温度が200℃以上の支持フィルムの両面に接着剤層を設けた三層構造の接着フィルムであり、
その接着剤層が、(A)ガラス転移温度が130〜300℃の耐熱熱可塑性樹脂、(B)エポキシ樹脂及び(C)エポキシ樹脂硬化剤としてトリスフェノール系化合物を含有してなる半導体用接着フィルムであって、前記三層構造の接着フィルムの吸水率が3重量%以下、はみ出し長さが2mm以下である半導体用接着フィルム
を貼り付けた半導体用接着フィルム付きリードフレーム。 - 耐熱熱可塑性樹脂が、はみ出し長さが2mm以下である請求項1記載の半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
- 耐熱熱可塑性樹脂が、吸水率が3重量%以下である請求項1記載の半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
- 接着剤層が、耐熱熱可塑性樹脂(A)100重量部、エポキシ樹脂(B)1〜100重量部及びエポキシ樹脂硬化剤(C)0.02〜120重量部含有してなる請求項1記載の半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
- 耐熱熱可塑性樹脂(A)が、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂又はポリアミド樹脂である請求項1記載の半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
- 一般式(a)中のR5が水素又は炭素数1〜10のアルキル基である請求項7記載の半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
- 支持フィルムが、ポリイミド、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート及びポリカーボネートからなる群から選ばれる絶縁性耐熱性樹脂フィルムである請求項1記載の半導体用接着フィルム付きリードフレーム。
- リードフレームと半導体素子とを請求項1記載の半導体用接着フィルムを介して接着させてなる半導体装置。
- リードフレームと半導体素子とを請求項2記載の半導体用接着フィルムを介して接着させてなる半導体装置。
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