JP2008277160A - 導通部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導通部材を下地部材に接続する作業を簡素化するための導通部品およびその製造方法を提供する。
【解決手段】導通部品の製造工程では、熱硬化性樹脂ロール２６ｘから熱硬化性樹脂フィルム２６ｙを巻きだして、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙの一方の面にシランカップリング剤などの粘着剤を塗布する。そして、熱風を粘着剤２４ｘに吹き付けて、粘着剤を乾燥させて、粘着層２４を形成する。そして、ピンチロール７１ａ，７１ｂにおいて、金属配線シート２３ｘを熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ上の粘着層２４に貼り付ける。導通部品は、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙと、粘着層２４と、金属配線２３とを備えており、導通部品を下地部材に設置して加熱すると、配線形成工程が完了する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスなどの電子部品の実装に用いられる導通部品およびその製造方法に関する。

従来より、特許文献１に開示されるように、半導体デバイスの実装工程において、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂などからなる樹脂シートと配線板とを重ね合わせて、下地部材上に熱圧着することにより、下地部材と配線板とを樹脂シートを介して強固に接合する技術が知られている。

エポキシ樹脂などの接着剤を用いる場合、下地部材上に塗布することも多く行われるが、エポキシシートなどの樹脂シートを用いる（たとえば、段落［００３３］参照）ことにより、取り扱いが簡単であり、製造工程の容易化を図ることができる。
特開２００６−３３９２２４号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法で、エポキシシートなどの樹脂シートを用いる際、手作業で処理しなければならないことも多く、さらなる工程の容易化が望まれる。

本発明の目的は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて導通部材を下地部材に接続する作業の簡素化を図りうる導通部品およびその製造方法を提供することにある。

本発明の導通部品は、熱硬化性樹脂フィルムの少なくとも１つの面上に粘着層を設け、粘着層の上に導通部材を貼り付けたものである。

これにより、半導体デバイスなどの電子部品の実装の際、配線板等の導通部材と熱硬化性樹脂フィルムとを一体として取り扱うことができ、配線パターンなどの導通部材パターンを形成する際には、導通部材を熱硬化性樹脂フィルムと共に打ち抜き・切断などによってパターニングすることができるので、製造工程における作業の簡素化を図ることができる。

熱硬化性樹脂フィルムの別の面上に形成されたもう１つの粘着層をさらに備えることにより、もう１つの粘着層を下地部材に貼り付けると、導通部品を下地部材上に一時的に固定することができるので、作業の容易性がより高まる。

その場合、もう１つの粘着層に貼り付けられた剥離可能なフィルムをさらに備えることにより、導通部品を保管するのに便利である。

粘着層としては、熱硬化性樹脂フィルムの表面自体に粘着性をもたせることもできるが、シランカップリング剤などの粘着剤を付着させることで、確実な粘着機能が得られる。

本発明の導通部品の製造方法は、熱硬化性樹脂フィルムの少なくとも１つの面上に粘着層を形成して、粘着層の上に、導通部材を貼り付ける方法である。

その場合、粘着層は、熱硬化性樹脂フィルムの表面自体に粘着性をもたせる処理によって形成することもできるが、上述のように、シランカップリング剤などの粘着剤を付着させることにより、確実に粘着機能をもたせることができる。

熱硬化性樹脂フィルムの別の面上に粘着剤を塗布することで、下地部材に貼り付けることが可能な導通部品が得られる。その場合、熱硬化性樹脂フィルムを粘着剤液に浸漬することで、熱硬化性樹脂フィルムの両面に、粘着剤を容易に付着させることができる。

また、別の面上の粘着剤の上にフィルムを貼り付けることにより、保管に便利な導通部品が得られる。

本発明の導通部品またはその製造方法によると、半導体デバイスなどの実装の製造コストの削減を図りつつ、接合部の信頼性を確保しうるパワーモジュールの提供を図ることができる。

（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態１に係る導通部品の製造工程を示す図、および導通部品の断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る導通部品の製造工程では、エポキシなどの熱硬化性樹脂ロール２６ｘから熱硬化性樹脂フィルム２６ｙを巻きだして、噴霧器７０により、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙの一方の面にシランカップリング剤などの粘着剤を塗布する。そして、ファン７４から熱風を粘着剤に吹き付けて、粘着剤を乾燥させて、粘着層２４を形成する。そして、ピンチロール７１ａ，７１ｂにおいて、導通部材である金属配線シート２３ｘを熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ上の粘着層２４に貼り付ける。さらに、ポンチ７２ａとダイ２ｂとによって、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ，粘着層２４および金属配線シート２３ｘを打ち抜いて、図１（ｂ）に示す導通部品を形成する。
なお、粘着剤は、噴霧器による吹きつけに限らず、印刷など、他の方法により付着させることができる。

図１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る導通部品は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂フィルム２６ｙと、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙの１つの面上に塗布された粘着剤からなる粘着層２４と、粘着層２４に貼り付けられた導通部材である金属配線２３とを備えている。

なお、図１（ｂ）に示す最終の打ち抜き工程は、必ずしも必要でない。つまり、本発明の導通部品は、金属配線シート２３ｘに、粘着層２４と熱硬化性樹脂フィルム２６ｙを貼り合わせたものであってもよい。後述する実施の形態２，３についても同様である。

図４（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１の導通部品を用いたパワーモジュールの製造方法工程を示す断面図である。
まず、図４（ａ）に示す工程で、焼結Ａｌからなり、平板部２１ａとフィン部２１ｂとを有するヒートシンク２１を準備する。そして、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上面上に、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ，粘着層２４および金属配線２３からなる導通部品を載置した後、加熱により絶縁性エポキシ樹脂などの熱効果樹脂を硬化させる。このとき、加熱によってシランカップリング剤は蒸発し、絶縁樹脂層２６によって、金属配線２３が、下地層であるヒートシンク２１の平板部２１ａの上面に固着される。

その後、図４（ｂ）に示す工程で、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上に、モジュール樹脂枠５３を取り付ける。モジュール樹脂枠５３の内部および外表面には、電極端子層５６が一体成形により形成されている。そして、モジュール樹脂枠５３の内側には、電極端子層５６の一部が露出している。

次に、図４（ｃ）に示す工程で、金属配線２３の上に、Ｐｂフリー半田を吐出，印刷等し、Ｐｂフリー半田の上に、半導体チップ１１をマウントした後、パワーモジュールをリフロー炉に投入し、半導体チップ１１と金属配線２３とを接合する半田層１４を形成する。さらに、比較的大径（たとえば４００μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行なって、半導体チップ１１の上面電極（図示せず）同士や、上面電極と金属配線２３との間、金属配線２３と電極端子層５６との間を接続する大電力用配線１８を形成する。

その後、小径（たとえば１２５μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行なって、半導体チップ１１の上面電極と電極端子層５６との間を接続する信号配線１７を形成する。

また、シリコンゲルを用いたポッティングにより、モジュール樹脂枠５３の内方を埋めるゲル層４０を形成する。これにより、ヒートシンク２１の上面に設けられている、半導体チップ１１，信号配線１７，大電力用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材が、ゲル層４０内に埋め込まれる。これにより、パワーモジュール１０が完成する。

次に、図４（ｄ）に示す工程で、準備されている容器の天板５０ａの矩形状貫通穴の周縁部に設けられた環状溝にＯリング２５を設置した後、天板５０ａの矩形状貫通穴にヒートシンク２１のフィン部２１ｂを挿通させて、パワーモジュール１０を放熱器５０にマウントし、ボルト５４により、パワーモジュール１０を天板５０ａに固定する。同様に、複数のパワーモジュールを、天板５０ａの複数の矩形状貫通穴に、それぞれ取り付ける。

ここで、金属配線２３および樹脂絶縁層２６を形成する作業について、本実施の形態の製造工程と、従来の製造工程とを比較する。
図５（ａ）〜（ｃ）は、従来の技術による金属配線の形成工程を示す断面図である。まず、図５（ａ）に示す工程で、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上面上に、エポキシ樹脂などの樹脂シートからなる絶縁樹脂層２６を配置する。次に、図５（ｂ）に示す工程で、所定形状にパターニングされた金属配線２３を絶縁樹脂層２６の上に位置合わせしてマウントし、図５（ｃ）に示す工程で、絶縁樹脂層２６を加熱・硬化させて、金属配線２３をヒートシンク２１の平板部２１ａの上面に接続する。つまり、樹脂シートの設置、金属配線２３の位置合わせ、および設置、という３つの作業が必要である。

ところが、本実施の形態の工程では、導通部品を使用することにより、図４（ａ）に示す工程で、樹脂絶縁層２６と金属配線２３とを形成する際に、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ，粘着層２４および金属配線２３からなる導通部品を設置する１つの作業で済む。しかも、金属配線２３を熱硬化性樹脂フィルム２６ｙに位置合わせする必要がないので、作業の容易化・効率化を図ることができる。

（実施の形態２）
図２（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態２に係る導通部品の製造工程を示す図、および導通部品の断面図である。
図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る導通部品の製造工程では、エポキシなどの熱硬化性樹脂ロール２６ｘから熱硬化性樹脂フィルム２６ｙを巻きだして、容器７５内の粘着剤液７６に浸漬する。これにより、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙの両面にそれぞれシランカップリング剤などの粘着剤を塗布する。そして、ファン７４ａ，７４ｂからそれぞれ熱風を両面の粘着剤に吹き付けて乾燥させ、第１粘着層２４ａおよび第２粘着層２４ｂを形成する。そして、ピンチロール７１ａ，７１ｂにおいて、導通部材である金属配線シート２３ｘを熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ上の第１粘着層２４ａに貼り付ける。このとき、少なくとも一方のピンチロール７１ｂは、表面または全体がポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂などからなる、第２粘着層２４ｂに粘着しない材料によって構成されている。
さらに、ポンチ７２ａとダイ２ｂとによって、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ，第１，第２粘着層２４ａ，２４ｂおよび金属配線シート２３ｘを打ち抜いて、図２（ｂ）に示す導通部品を形成する。

図２（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る導通部品は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂フィルムである絶縁樹脂層２６と、絶縁樹脂層２６の両面上に塗布された粘着剤からなる第１，第２粘着層２４ａ，２４ｂと、第１粘着層２４ａに貼り付けられた層通部材である金属配線２３とを備えている。

本実施の形態の導通部品を用いた場合、図４（ａ）に示す工程で、第２粘着層２４ｂを下地層であるヒートシンク２１の平面部２１ａに貼り付けることができる。したがって、図４（ｂ）に示す工程までに、金属配線２３や絶縁樹脂層２６が移動するのを確実に防ぐことができる。すなわち、実施の形態１に比べて、金属配線２３や絶縁樹脂層２６の移動を防ぐために他の処理を行う必要がないので、作業の容易性がさらに向上する。

なお、図２（ａ）に示す製造工程で、破線で示すような剥離樹脂フィルム２８を剥離樹脂ロール２８ｘから巻きだして、ピンチロール７１ａ，７１ｂで、第２粘着層２４ｂに剥離樹脂フィルム２８を貼り合わせてもよい。その場合には、図２（ｂ）の破線に示すように、第２粘着層２４ｂの上に貼り付けられた剥離樹脂フィルム２８をさらに備える導通部品が得られる。剥離樹脂フィルム２８は、たとえばフッ素樹脂フィルムである。このような構造の導通部品は、保管する際に第２粘着層２４ｂの上に異物が付着するのを確実に防止することができる利点がある。

その場合、１対のピンチロールを、ピンチロール７１ａ，７１ｂの後方に配置すれば、剥離樹脂フィルム２８の貼り合わせを、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙと金属配線シート２３ｘとの貼り合わせの後で行うことができる。また、表面または全体がフッ素樹脂などからなる（つまり、粘着層に粘着しない）１対のピンチロールを、ピンチロール７１ａ，７１ｂの前方に配置すれば、剥離樹脂フィルム２８の貼り合わせを、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙと金属配線シート２３ｘとの貼り合わせの前に行うこともできる。

なお、図２（ａ）に示すごとく粘着剤液７６に侵漬する代わりに、図１（ａ）に示す粘着剤のスプレー塗布を熱硬化性樹脂フィルム２６ｙの両面から行なってもよい。

（実施の形態３）
図３（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態３に係る導通部品の製造工程を示す図、および導通部品の断面図である。
図３（ａ）に示すように、本実施の形態に係る導通部品の製造工程では、エポキシなどの熱硬化性樹脂フィルム２６ｙと、その両面に設けられた第１粘着層２４ａおよび第２粘着層２４ｂと、第２粘着層２４ｂに貼り付けられた剥離樹脂フィルム２８とを有する貼り合わせ樹脂フィルム２９を巻き取った貼り合わせ樹脂ロール２９ｘを、予め準備しておく。そして、貼り合わせ樹脂ロール２９ｘから貼り合わせ樹脂フィルム２９を巻きだして、ピンチロール７１ａ，７１ｂにおいて、導通部材である金属配線シート２３ｘを熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ上の第１粘着層２４ａに貼り付ける。さらに、ポンチ７２ａとダイ２ｂとによって、熱硬化性樹脂フィルム２６ｙ，粘着層２４ａ，２４ｂおよび金属配線シート２３ｘを打ち抜いて、図３（ｂ）に示す導通部品を形成する。

本実施の形態の導通部材を使用する場合、図４（ａ）に示す工程で、剥離樹脂フィルム２８を剥がして、第２粘着層２４ｂをヒートシンク２１の平面部２１ａに貼り付ける。したがって、図４（ｂ）に示す工程までに、金属配線２３や絶縁樹脂層２６が移動するのを確実に防ぐことができる。すなわち、実施の形態１に比べて、金属配線２３や絶縁樹脂層２６の移動を防ぐために他の処理を行う必要がないので、作業の容易性がさらに向上する。また、保管する際に第２粘着層２４ｂの上に異物が付着するのを確実に防止することができる利点がある。

ここで、上記各実施の形態では、粘着層２４を構成する材料として、シランカップリング剤を用いているが、本発明の粘着層を構成する材料はこれに限定されるものではない。たとえば、エポキシ樹脂を半硬化状態にとどめることによって粘着性を保たせることができ、その表面領域を粘着層とすることもできる。

また、天然および合成ゴム、カゼイン、獣血、血清アルブミン（ＰＶＡ配合，グリセリン配合）、ＰＶＡ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、などを用いることができる。

また、本実施の形態のパワーモジュール１０は、Ｐｂフリー半田からなる半田層１４を備えている。本実施の形態では、低融点のＰｂフリー半田、たとえば、Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃）を用いているが、これに限定されるものではない。

絶縁樹脂層２６には、本実施の形態では、金属やセラミクスの充填剤を含むエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂の使用可能温度は、種類によって異なるが、３００℃を超えるものを選択することは容易であり、本実施の形態では、Ｐｂフリー半田の液相点よりも高いものを用いている。したがって、パワーモジュールの組み立て工程において、絶縁樹脂層２６を形成した後で、Ｐｂフリー半田のリフロー工程を行うことが可能になる。たとえば、エポキシ樹脂に、アルミナ，シリカ，アルミニウム，窒化アルミニウムなどを充填したものを用いることができ、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。また、ガラスエポキシ樹脂など、他の熱硬化性樹脂を用いてもよい。

絶縁樹脂層２６の厚みは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下、たとえば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であることがより好ましい。絶縁樹脂層２６の熱抵抗は、熱伝導率と厚みに依存して定まるが、厚みが薄いほど熱抵抗が小さくなる。したがって、厚みが０．４ｍｍ以下であることにより、放熱機能が高くなることになる。

本実施の形態では、ヒートシンク２１の材料として、Ａｌを用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、Ｃｕ，Ｃｕ合金などの金属、ＡｌＮ，ＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＷＣなどのセラミックス、或いは、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。

また、金属配線２３の厚みは約０．６ｍｍであり、大電力が流れるために電気抵抗をできるだけ抑制するようにしている。また、本実施の形態では、金属配線２３の材料として、ＣｕまたはＣｕ合金を用いている。ＣｕまたはＣｕ合金の場合、電気抵抗値がＡｌよりも小さく、熱伝導率もＡｌより大きいので、配線材料として好ましい。ただし、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金，ＤＢＡ基板，ＤＢＣ基板や、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の導通部品は、半導体デバイスを搭載したパワーモジュールだけでなく、配線（バスバ）を組み込んだ各種電子部品に利用することができる。

（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態１に係る導通部品の製造工程を示す図、および導通部品の断面図である。 （ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態２に係る導通部品の製造工程を示す図、および導通部品の断面図である。 （ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態３に係る導通部品の製造工程を示す図、および導通部品の断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１の導通部品を用いたパワーモジュールの製造方法工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の技術による金属配線の形成工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ パワーモジュール
１１ 半導体チップ
１４ 半田層
１７ 信号配線
１８ 大電力用配線
２１ ヒートシンク
２１ａ 平板部
２１ｂ フィン部
２３ 金属配線
２３ｘ 金属配線シート
２４ 粘着層
２４ａ 第１粘着層
２４ｂ 第２粘着層
２５ Ｏリング
２６ 絶縁樹脂層
２６ｘ 熱硬化性樹脂ロール
２６ｙ 熱硬化性樹脂フィルム
２８ 剥離樹脂フィルム
２８ｘ 剥離樹脂ロール
４０ ゲル層
５０ 放熱器
５０ａ 天板
５１ 空間
５３ モジュール樹脂枠
５６ 電極端子層
７０ 噴霧器
７１ａ，７１ｂ ピンチロール
７２ａ ポンチ
７２ｂ ダイ
７４ ファン
７５ 容器
７６ 粘着剤液

Claims (10)

1. 互いに対向する第１平面および第２平面を有する熱硬化性樹脂層フィルムと、
   前記熱硬化性樹脂フィルムの少なくとも前記第１平面上に形成された粘着層と、
   前記粘着層の上に貼り付けられた導通部材と、
   を備えている導通部品。
2. 請求項１記載の導通部品において、
   前記熱硬化性樹脂フィルムの第２平面上に形成されたもう１つの粘着層をさらに備えている導通部品。
3. 請求項２記載の導通部品において、
   前記もう１つの粘着層に貼り付けられた剥離可能なフィルムをさらに備えている導通部品。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の導通部品において、
   前記粘着層は、前記熱硬化性フィルムに粘着剤を付着させることにより形成されている、導通部品。
5. 互いに対向する第１平面および第２平面を有する熱硬化性樹脂フィルムを準備して、該熱硬化性樹脂フィルムの少なくとも前記第１平面上に粘着層を形成する工程(ａ)と、
   前記粘着層の上に、導通部材を貼り付ける工程（ｂ）と、
   を含む導通部品の製造方法。
6. 請求項５記載の導通部品の製造方法において、
   前記工程（ａ）では、前記熱硬化性樹脂フィルムの前記第１平面上に粘着剤を付着させることにより粘着層を形成する、導通部品の製造方法。
7. 請求項６記載の導通部品の製造方法において、
   前記工程（ａ）では、前記熱硬化性樹脂フィルムの第２平面上にも粘着剤を付着させる、導通部品の製造方法。
8. 請求項７記載の導通部品の製造方法において、
   前記工程（ａ）は、前記熱硬化性樹脂フィルムを粘着剤液に浸漬することにより行われる、導通部品の製造方法。
9. 請求項７記載の導通部品の製造方法において、
   前記工程（ｂ）と同時，その前またはその後に、前記第２平面上の粘着層に剥離が可能なフィルムを貼り付ける工程（ｃ）
   をさらに含む導通部品の製造方法。
10. 請求項５記載の導通部品の製造方法において、
    前記工程（ａ）では、前記第１および第２平面上に粘着層を有する熱硬化性樹脂フィルムと、前記第２平面上の粘着層に貼り付けられた剥離可能なフィルムとを有する樹脂シートを形成する、導通部品の製造方法。

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