JP2011216619A - Laminated structure and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばIGBT素子を搭載した半導体パワーモジュールなどに使用可能な積層構造体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a laminated structure that can be used for, for example, a semiconductor power module on which an IGBT element is mounted and a method for manufacturing the same.
制御用電力素子の大容量化に伴い、制御用モーターのみならず駆動用モーターも直流モーターから交流モーターへ変化している。交流モーターを用いることで、メンテナンスフリー、大容量化、きめ細かい制御が達成される。そのため、交流モーターは、例えば高速鉄道、ハイブリッド自動車、電気自動車への利用が進展している。交流モーターを制御する電力素子の中心となるIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)モジュールに使用される絶縁基板には、絶縁性と熱伝導性を併せ持つことが必要とされており、従来は、セラミック基板が中心に使用されていた。セラミック基板は、絶縁性と熱伝導性に優れており、信頼性を有するが、価格が高い、重い、構造が複雑になるといった欠点がある。このような欠点が、IGBTモジュールを例えば自動車用途へ利用する上で問題となっている。 Along with the increase in capacity of the control power element, not only the control motor but also the drive motor is changing from a DC motor to an AC motor. By using an AC motor, maintenance-free, large capacity and fine control are achieved. For this reason, the use of AC motors for high-speed railways, hybrid cars, and electric cars is progressing. Insulating substrates used in IGBT (insulated gate bipolar transistor) modules, which are the center of power elements that control AC motors, are required to have both insulating properties and thermal conductivity. Conventionally, ceramic substrates have been used. Was used in the center. The ceramic substrate is excellent in insulation and thermal conductivity and has reliability, but has the disadvantages that it is expensive, heavy, and complicated in structure. Such a drawback is a problem when the IGBT module is used for, for example, an automobile.
これら欠点を解消するため、例えば、特許文献1では、パワーモジュールにおいて絶縁基板の材料として絶縁樹脂接着シートを用いることが提案されている。
In order to eliminate these drawbacks, for example,
絶縁基板の材料として、セラミックスの代わりに上記絶縁樹脂接着シートを使用する場合、IGBTモジュールの構造から、絶縁樹脂接着シートには、IGBT素子に電気的に接続される金属板(リードフレーム)と、放熱部材への熱伝導を媒介する金属板(スペーサー)との間の絶縁性を確保しながら、ある程度の伝熱性を有しており、さらに熱衝撃に耐える接着性が要求される。しかし、金属板であるリードフレームやスペーサーと絶縁樹脂接着シートとは、線熱膨張率が異なるため、強固な接着性を維持するためには、アンカー効果を付与させる目的で、金属板の表面をサンドブラスト処理のような機械的処理、粗化エッチングのような化学的処理により、表面粗化させておく必要がある。 When using the insulating resin adhesive sheet instead of ceramics as the material of the insulating substrate, from the structure of the IGBT module, the insulating resin adhesive sheet includes a metal plate (lead frame) electrically connected to the IGBT element, While ensuring insulation between the metal plate (spacer) that mediates heat conduction to the heat dissipating member, it has a certain degree of heat conductivity and is required to have adhesiveness to withstand thermal shock. However, the lead frame or spacer, which is a metal plate, and the insulating resin adhesive sheet have different linear thermal expansion coefficients. Therefore, in order to maintain strong adhesion, the surface of the metal plate is used for the purpose of providing an anchor effect. It is necessary to roughen the surface by mechanical treatment such as sandblasting and chemical treatment such as roughening etching.
また、IGBT素子のリードフレームのように小型で厚みのある部材と絶縁樹脂接着シートとのプレス加工による接着を行うためには、圧力むらの防止、位置決め精度の確保など、難易度の高い課題を個別の形状ごとに調整して解決する必要がある。例えば、絶縁性を確保するための沿面距離をとりながら、絶縁樹脂接着シート上にプレス加工により部分的にリードフレームを接着させる場合、リードフレームの厚みを吸収しながらプレスを行う必要があるため、圧力むらによる歪みが生じやすく、非常に難易度が高い。また、プレス圧力により、沿面距離部分への樹脂の流れ出しが起こりやすいので、加圧部分にボイド等の欠陥が発生しやすく、絶縁耐圧が低下するおそれがある。 In addition, in order to perform adhesion by pressing a small and thick member such as a lead frame of an IGBT element and an insulating resin adhesive sheet, problems such as prevention of pressure unevenness and securing of positioning accuracy are difficult. It is necessary to adjust and solve each individual shape. For example, when the lead frame is partially bonded to the insulating resin adhesive sheet by pressing while keeping a creepage distance to ensure insulation, it is necessary to press while absorbing the thickness of the lead frame. Distortion due to uneven pressure is likely to occur and is very difficult. Further, since the resin tends to flow out to the creeping distance portion due to the press pressure, defects such as voids are likely to occur in the pressurizing portion, and the withstand voltage may be reduced.
さらに、電力素子として使用する場合、絶縁樹脂接着シートとリードフレームとの接合面が長期にわたり高温にさらされる。そのため、リードフレームの材質である銅が高温で絶縁樹脂接着シート層中へ拡散し、該接着シート層が脆弱になり、接着力が低下することも懸念される。 Further, when used as a power element, the joint surface between the insulating resin adhesive sheet and the lead frame is exposed to a high temperature for a long time. Therefore, there is a concern that copper, which is the material of the lead frame, diffuses into the insulating resin adhesive sheet layer at a high temperature, the adhesive sheet layer becomes brittle, and the adhesive force is reduced.
以上のように、IGBTモジュールの製造において、絶縁基板の材料として、セラミックスの代わりに絶縁樹脂接着シートを使用し、プレス加工による積層形成を行う場合には、多くの問題があり、現在も実用化に至っていない。 As described above, in the manufacture of IGBT modules, there are many problems when using an insulating resin adhesive sheet instead of ceramics as a material for an insulating substrate and performing laminate formation by press working, and it is still practically used. It has not reached.
従って、本発明の目的は、絶縁基板の材料として絶縁樹脂接着シートを使用して、信頼性の高い半導体モジュールを簡易な手法で製造できる手法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique capable of manufacturing a highly reliable semiconductor module by a simple technique using an insulating resin adhesive sheet as a material of an insulating substrate.
本発明の積層構造体は、半導体モジュールに用いる積層構造体であって、
半導体素子と、
前記半導体素子を支持するリードフレームと、
前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された金属箔層と、
前記金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、
前記絶縁樹脂接着層に接着した、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、
を備えている。
The laminated structure of the present invention is a laminated structure used for a semiconductor module,
A semiconductor element;
A lead frame for supporting the semiconductor element;
A metal foil layer joined to the lead frame in an electrically and thermally conductive manner;
An insulating resin adhesive layer adhered to the metal foil layer;
A heat transfer metal layer that mediates heat conduction to the heat radiating member, which is adhered to the insulating resin adhesive layer;
It has.
本発明の積層構造体は、前記リードフレームと金属箔層との接合部分に、金属接合層を備えていてもよい。 The laminated structure of the present invention may include a metal bonding layer at a bonding portion between the lead frame and the metal foil layer.
また、本発明の積層構造体は、前記金属箔層の前記絶縁樹脂接着層と当接する側の面、及び前記伝熱金属層の前記絶縁樹脂接着層と当接する側の面に、それぞれ表面処理層を有していてもよい。 Further, the laminated structure of the present invention has a surface treatment on the surface of the metal foil layer in contact with the insulating resin adhesive layer and the surface of the heat transfer metal layer in contact with the insulating resin adhesive layer, respectively. It may have a layer.
また、本発明の積層構造体は、前記金属箔層と、前記絶縁樹脂接着層と、前記伝熱金属層と、が両面金属張積層体から加工されてなるものであってもよい。 Moreover, the laminated structure of this invention may be obtained by processing the metal foil layer, the insulating resin adhesive layer, and the heat transfer metal layer from a double-sided metal-clad laminate.
また、本発明の積層構造体は、前記絶縁樹脂接着層が、エポキシ樹脂フィルムから形成されてなるものであってもよい。 In the laminated structure of the present invention, the insulating resin adhesive layer may be formed from an epoxy resin film.
また、本発明の積層構造体は、前記エポキシ樹脂フィルムが、熱伝導性フィラーを含有してなるものであってもよい。 Moreover, as for the laminated structure of this invention, the said epoxy resin film may contain a heat conductive filler.
また、本発明の積層構造体の製造方法は、半導体モジュールに用いる積層構造体の製造方法であって、
絶縁樹脂フィルムの表裏それぞれの面に、金属箔と伝熱金属層とが積層された両面金属張積層体を用意し、該両面金属張積層体の金属箔をエッチングにより部分的に除去する工程と、
エッチングによって除去された部分以外の残りの金属箔に、リードフレームとなる金属板を接合する工程と、
前記リードフレームとなる金属板の外側に、さらに半導体素子を接合する工程と、
を備えていてもよい。
Moreover, the manufacturing method of the laminated structure of this invention is a manufacturing method of the laminated structure used for a semiconductor module,
Preparing a double-sided metal-clad laminate in which a metal foil and a heat transfer metal layer are laminated on the front and back surfaces of the insulating resin film, and partially removing the metal foil of the double-sided metal-clad laminate by etching; ,
Bonding a metal plate to be a lead frame to the remaining metal foil other than the portion removed by etching; and
A step of further joining a semiconductor element to the outside of the metal plate to be the lead frame;
May be provided.
本発明の積層構造体の製造方法は、前記接合する工程を、ハンダ付け又は金属系接着剤により行ってもよい。 In the method for manufacturing a laminated structure of the present invention, the joining step may be performed by soldering or a metal-based adhesive.
本発明の積層構造体及びその製造方法では、絶縁樹脂接着層の上下に金属箔層及び伝導金属層が接着した両面金属張積層体を用いることにより、他の部材との接合は、金属接合技術のみによって行うことができる。そのため、従来法でのプレス加工における技術課題を回避できるとともに、総工程数も削減できる。従って、本発明の積層構造体を組み込んだ半導体モジュールの信頼性を高めることができる。 In the laminated structure and the manufacturing method thereof according to the present invention, by using the double-sided metal-clad laminate in which the metal foil layer and the conductive metal layer are bonded to the upper and lower sides of the insulating resin bonding layer, the bonding with other members is performed by a metal bonding technique. Can only be done. Therefore, it is possible to avoid the technical problems in the press working by the conventional method and to reduce the total number of processes. Therefore, the reliability of the semiconductor module incorporating the laminated structure of the present invention can be improved.
[第1の実施の形態]
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる積層構造体を備えた半導体モジュールの概略構成例を示す断面図である。図1に示すように、パワーモジュール100は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)、還流ダイオード(FWD)などの半導体素子1を有する積層構造体3と、外部電極端子(図示せず)に接続された導電部材5a,5bと、導電部材5a,5bにそれぞれ接続する中継基板7a,7bと、隣接する半導体素子1どうし、及び半導体素子1と中継基板7a,7bとを接続するボンディングワイヤ9と、これらを収容するケース11と、積層構造体3との間で熱交換を行う放熱部材としてのヒートシンク13と、を備えている。また、ケース11の内部には、例えばシリコーンゲル等の絶縁樹脂15が必要な量で充填され、硬化させることにより封止されている。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration example of a semiconductor module including the laminated structure according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a
なお、図1に例示したパワーモジュール100では、本実施の形態の特徴的構成部分である積層構造体3以外の構成は、様々な変形が可能である。
In the
<積層構造体>
次に、第1の実施の形態にかかる積層構造体3の構成について、図2を参照しながら、詳細に説明する。積層構造体3は、半導体素子1と、接合層17を介して半導体素子1を支持するリードフレーム21と、リードフレーム21に接合層23を介して電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された金属箔層25と、この金属箔層25に接着した絶縁樹脂接着層27と、絶縁樹脂接着層27に接着して、ヒートシンク13への熱伝導を媒介する伝熱金属層としての金属板層29と、を備えている。なお、図1では、金属板層29は、ヒートシンク13に面接触して設けられているが、金属板層29とヒートシンク13との間に、さらに熱伝導性の部材が介在していてもよい。図2における符号Lは、後述する沿面距離である。
<Laminated structure>
Next, the configuration of the
図2に示す半導体素子1、リードフレーム21、金属板層29は、いずれも公知の構成である。リードフレーム21、金属板層29としては、例えば厚みが0.5mm〜3mm程度の銅板、アルミニウム板などを用いることができる。
The
リードフレーム21と金属箔層25とは、例えばハンダ、金属系接着剤等によって接合されている。リードフレーム21と金属箔層25との間には、導電性及び熱伝導性を有する金属材料からなる接合層23が設けられている。接合層23の材質としては、例えばハンダ材料として、錫を主成分とする、銀、銅、ニッケル、ゲルマニウム、アンチモン、インジウム又はビスマス等の合金が好適に使用できる。また、金属系接着剤としては、市販品を入手可能であり、例えばニホンハンダ株式会社製のMAX101(商品名)等が好適に使用できる。
The
絶縁樹脂接着層27は、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、カルド樹脂(フルオレン樹脂)、ポリシロキサン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ビニル樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性の樹脂材料によって形成することができる。また、絶縁樹脂接着層27には、出来るだけ耐熱性の高い絶縁材料を用いることが好ましい。このような観点から、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、BTレジンを用いることが好ましい。
The insulating
絶縁樹脂接着層27の厚みは、必要な絶縁耐圧性能を確保しながら、熱伝導性を損なわない観点から、例えばポリイミド樹脂では、10μm〜200μmが好ましく、12μm〜100μmがより好ましく、18μm〜75μmが更に好ましい。また、例えばエポキシ樹脂では、50μm〜300μmが好ましく、80μm〜200μmがより好ましい。
The thickness of the insulating
金属箔層25としては、例えば、銅箔、アルミニウム箔、鉄箔、ニッケル箔、ベリリウム箔、亜鉛箔、インジウム箔、銀箔、金箔、スズ箔、ジルコニウム箔、ステンレス箔、タンタル箔、チタン箔、鉛箔、マグネシウム箔、マンガン箔及びこれらの合金箔が挙げられる。これらのなかでも、銅箔が好ましい。なお、ここでいう「銅箔」には、銅以外に、銅を主成分とする銅合金からなるものも含まれる。銅箔は、好ましくは銅含有率が90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上である。銅箔には、例えばクロム、ジルコニウム、ニッケル、シリコン、亜鉛、ベリリウム等の金属を含有していてもよい。
Examples of the
金属箔層25の厚みは、原料となる両面金属張積層体を形成する場合のプレス加工性を高めるため、例えば12μm〜150μmが好ましく、12μm〜70μmがより好ましい。
The thickness of the
金属箔層25及び金属板層29において、絶縁樹脂接着層27と接している側の面には、接着力の向上を目的として、化学的な表面処理を施しておくことが好ましい。そのような表面処理としては、例えば防錆処理、ニッケルめっき処理、粗化エッチング、アルミニウムアルコラート、アルミニウムキレート、シランカップリング剤等による化学的処理を挙げることができる。この中でも、特に防錆処理を施しておくことが好ましい。防錆処理は、金属箔に例えば亜鉛めっき処理およびクロメート処理を順次施して防錆層を形成するものである(図4参照)。亜鉛めっき処理およびクロメート処理は、公知の方法で行うことができる。金属箔層25及び金属板層29に防錆処理を施しておくことにより、金属箔層25又は金属板層29から、例えばCuイオン等の金属イオンが絶縁樹脂接着層27へ拡散することが防止される。従って、Cuイオン等の金属イオンの拡散が原因で、絶縁樹脂接着層27に脆弱層が形成されて劣化し、接着力が低下することを防止できる。以上のように、金属箔層25及び金属板層29に表面処理を行なっておくことにより、絶縁樹脂接着層27の接着性が長期間に渡り維持される。従って、積層構造体3を、例えば図1のパワーモジュール100に組み込んだ場合に、パワーモジュール100の信頼性を高めることができる。このような観点から、金属箔層25に使用する銅箔は、回路配線基板等の電子材料用途に適用される銅箔を使用することが望ましい。防錆処理を施した市販の銅箔としては、例えば日本電解株式会社製のHL箔(商品名)、同USLP箔(商品名)、古河電工株式会社製のWS箔(商品名)、同GTS箔(商品名)、三井金属鉱山株式会社製のVLP箔(商品名)、日鉱金属株式会社製のHA箔(商品名)、同BHYA箔(商品名)等が挙げられ、これらは好適に利用できる。
In the
図1に示すパワーモジュール100では、絶縁樹脂接着層27を境にして、半導体素子1側と、接地電位に置かれたヒートシンク13側とが電気的に絶縁されている必要がある。このような観点から、積層構造体3においては、半導体素子1と金属板層29の間に高い絶縁耐圧性を有する絶縁樹脂接着層27を介在させている。また、半導体素子1が通電により発熱したまま放熱できないと故障の原因になるので、冷却を効率的に行う必要がある。そこで、絶縁性を確保する絶縁樹脂接着層27として比較的熱抵抗が低い樹脂材料の薄膜を用いるとともに、金属板層29を介してヒートシンク13を接続し、半導体素子1を積極的に冷却するようにしている。
In the
[積層構造体の製造方法]
図3〜図9を参照しながら、積層構造体3の製造方法について説明する。本実施の形態の積層構造体の製造方法は、例えば、両面金属張積層体を準備する工程、エッチング工程、接合工程及び実装工程を含むことができる。
[Manufacturing method of laminated structure]
A method for manufacturing the
<両面金属張積層体>
まず、図3に示すような両面金属張積層体40を準備する。図4は、積層前の状態の一例を示している。両面金属張積層体40は、樹脂フィルム27A、金属箔25A及び金属板29Aを含んでいる。樹脂フィルム27Aは、加工後に積層構造体3において上記絶縁樹脂接着層27となるものであり、絶縁樹脂接着層27と同様の材質で形成されている。金属箔25A及び金属板29Aは、加工後に積層構造体3において、それぞれ、上記金属箔層25及び上記金属板層29となるものであり、金属箔層25及び金属板層29とそれぞれ同様の材質で形成されている。金属箔25A及び金属板29Aの樹脂フィルム27Aに当接させる側の面には、図4に示すように、例えば防錆層などの表面処理層41を形成しておくことが好ましい。
<Double-sided metal-clad laminate>
First, a double-sided metal-clad
この両面金属張積層体40は、例えば図4に示すように、樹脂フィルム27Aの両面に、それぞれ金属箔25Aと金属板29Aを配置して、これらを張り合わせることにとって製造できる。樹脂フィルム27Aと金属箔25A及び金属板29Aとのラミネートは、公知の方法により行うことが出来る。例えば、通常のハイドロプレス、真空タイプのハイドロプレス、オートクレーブ加圧式真空プレス等により行うことができる。これらの中でも、十分なプレス圧力が得られ、金属箔25A及び金属板29Aの酸化を防止できる、といった利点が得られる真空ハイドロプレスを用いることが好ましい。
For example, as shown in FIG. 4, the double-sided metal-clad
樹脂フィルム27Aと金属箔25A及び金属板29Aとを張り合わせる際には、例えば、樹脂フィルム27A又はその接着面が、エポキシ樹脂で構成されている場合には、120〜250℃程度の範囲内の温度に加熱しながらプレスすることが好ましく、140〜220℃の範囲内がより好ましく、140〜200℃の範囲内の温度がさらに好ましく、プレス圧力は50〜150Kgf/cm2程度が好ましい。
When the
また、図示は省略するが、両面金属張積層体40は、例えば、樹脂フィルム27Aと金属箔25A又は金属板29Aとを積層した2層積層体の樹脂フィルム27A側に、残りの金属箔25A又は金属板29Aのうちの片方を重ね合わせ、熱圧着することによって作製することもできる。さらに、両面金属張積層体40は、樹脂フィルムと金属箔25Aとを積層した2層積層体と、樹脂フィルムと金属板29Aとを積層した2層積層体とを別々に準備し、金属箔25A及び金属板29Aが外側になるように、樹脂フィルムどうしを貼り合わせるようにして重ね合わせ、熱圧着することによって作製することもできる。この場合は、2層の樹脂フィルムが積層されて樹脂フィルム27Aとなる。以上のいずれの場合においても、熱圧着の方法は特に制限されず、上述と同様のラミネート方法、ラミネート条件を採用することが出来る。
Although not shown, the double-sided metal-clad
次に、樹脂フィルム27Aがエポキシ樹脂フィルムである場合を例に挙げて両面金属張積層体40のより具体的な構成例について説明する。エポキシ樹脂フィルムを適用する利点としては、例えば比較的低温での熱プレスによる接着が可能であることや、比較的低温での熱プレスによるものなので接着加工時の寸法安定性を維持しやすいことなどが挙げられる。
Next, a more specific configuration example of the double-sided metal-clad
エポキシ樹脂フィルムは、(a)成分のエポキシ系接着剤樹脂原料を含有する、接着剤樹脂組成物(以下、「樹脂組成物」と略称することがあるが、(a)成分のエポキシ系接着剤樹脂原料とは区別する。)から形成される。ここで、(a)成分は、(イ)エポキシ樹脂、及び(ロ)硬化促進剤を必須成分として含有する。また、絶縁樹脂接着層27とした場合の熱伝導性及び耐電圧特性を向上させるという観点から、樹脂組成物には、上記(a)成分とともに、(b)成分の熱伝導性フィラーを含有することが好ましい。
The epoxy resin film is an adhesive resin composition (hereinafter referred to as “resin composition” in some cases) containing the component (a) epoxy adhesive resin raw material. It is distinguished from the resin raw material). Here, the component (a) contains (a) an epoxy resin and (b) a curing accelerator as essential components. Further, from the viewpoint of improving the thermal conductivity and withstand voltage characteristics when the insulating
(イ)成分のエポキシ樹脂は、エポキシ樹脂フィルムとして十分な絶縁性、密着性、耐熱性、機械的強度、加工性等を備えるための有効な成分である。この(イ)成分としては、公知のエポキシ樹脂が特に制限なく使用できるが、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールS型、テトラメチルビスフェノールA型等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等のノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノールメタントリグリシジルエーテル等のような芳香族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらは単独又は2種以上混合して使用することができる。 The (a) component epoxy resin is an effective component for providing sufficient insulation, adhesion, heat resistance, mechanical strength, workability and the like as an epoxy resin film. As the component (a), known epoxy resins can be used without any particular limitation. For example, bisphenol type epoxy resins such as bisphenol A type, bisphenol F type, bisphenol S type, tetramethyl bisphenol A type, phenol novolac type, Novolak type epoxy resins such as cresol novolak type, aromatic epoxy resins such as trisphenolmethane triglycidyl ether, naphthalene type epoxy resins, fluorene type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, etc. Two or more kinds can be mixed and used.
(ロ)成分の硬化促進剤は、エポキシ樹脂に十分な硬化速度、耐熱性、機械的強度等を与えるための有効な成分である。この(ロ)成分の硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン等の有機リン系化合物や、2−フェニルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、3級アミン、ルイス酸等を用いることができる。その配合率は、求められる硬化時間に応じて適宜選定されるが、一般的には、(a)成分のエポキシ系接着樹脂原料の不揮発成分100重量部に対し、例えば0.01〜15.0重量部の範囲内で使用することが好ましい。 The (b) component curing accelerator is an effective component for imparting sufficient curing speed, heat resistance, mechanical strength, and the like to the epoxy resin. Examples of the curing accelerator for the component (b) include organic phosphorus compounds such as triphenylphosphine, imidazoles such as 2-phenylimidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole, tertiary amines, and Lewis acids. Can be used. The blending ratio is appropriately selected according to the required curing time, but is generally 0.01 to 15.0, for example, with respect to 100 parts by weight of the non-volatile component of the component (a) epoxy-based adhesive resin material. It is preferable to use within the range of parts by weight.
(a)成分のエポキシ系接着剤樹脂原料として、上記の必須成分(イ)及び(ロ)成分の他に、必要に応じて、(ハ)硬化剤を含有してもよい。硬化剤は、エポキシ樹脂フィルムが十分な絶縁性、密着性、耐熱性、機械的強度等を備えるために有効な成分である。この(ハ)成分は、(イ)成分のエポキシ樹脂の硬化剤として知られているものが適用でき、その1つとしてフェノール樹脂が挙げられる。このフェノール樹脂として、具体的には、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ナフタレンジオール等の2価のフェノール類、フェノールノボラック、o-クレゾールノボラック、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールフェニルアラルキル型樹脂、フェノールビフェニルアラルキル型樹脂、ナフトールフェニルアラルキル型樹脂、ナフトールビフェニルアラルキル型樹脂等の3価以上のフェノール類、ビスフェノールA等の2価のフェノール類とホルムアルデヒド等のアルデヒド類との縮合により得られる多価ヒドロキシ性化合物、フェノール類とトリアジン環含有化合物とアルデヒド類とから得られるトリアジン構造含有フェノールノボラック樹脂等を例示することができる。その他にも、(ハ)成分として、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジフェニルメタン等の芳香族アミン系硬化剤、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族アミン系硬化剤、あるいは塩基性活性水素化合物であるジシアンジアミド、イミダゾール類等を例示することができる。 (A) In addition to the above essential components (A) and (B), the epoxy-based adhesive resin material of the component may contain (C) a curing agent, if necessary. The curing agent is an effective component because the epoxy resin film has sufficient insulation, adhesion, heat resistance, mechanical strength, and the like. As the component (c), what is known as a curing agent for the epoxy resin of the component (a) can be applied, and one of them is a phenol resin. Specific examples of the phenol resin include divalent phenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, and naphthalene diol, phenol novolac, o-cresol novolac, triphenylmethane type phenol resin, and dicyclopentadiene type phenol resin. A phenol phenyl aralkyl type resin, a phenol biphenyl aralkyl type resin, a naphthol phenyl aralkyl type resin, a trivalent or higher phenol such as a naphthol biphenyl aralkyl type resin, a divalent phenol such as bisphenol A and an aldehyde such as formaldehyde Examples include polyhydric hydroxy compounds obtained by condensation, phenol novolac resins containing triazine structure obtained from phenols, triazine ring-containing compounds and aldehydes, etc. You can. In addition, as component (c), aromatic amine curing agents such as diaminodiphenylsulfone and diaminodiphenylmethane, aliphatic amine curing agents such as ethylenediamine and hexamethylenediamine, or dicyandiamide and imidazole which are basic active hydrogen compounds Examples can be given.
(イ)成分のエポキシ樹脂と(ハ)成分の硬化剤の好ましい割合については、硬化剤がフェノール樹脂、芳香族アミン系硬化剤、又は脂肪族アミン系硬化剤の場合は、エポキシ樹脂/硬化剤の当量比が0.7〜1.3であり、より好ましくは0.8〜1.2である。また、(ハ)成分として、イミダゾール類を使用する場合、これは(ロ)成分の硬化促進剤でもあるので、(ロ)成分としても計算される。(ハ)成分の使用量は、(イ)成分のエポキシ樹脂に対し当量比((ハ)/(イ))が0.5〜1.5となるように配合することが好ましい。一般に、フェノール樹脂系硬化剤を用いる場合は、上記当量比((ハ)/(イ))が0.8〜1.2、アミン系硬化剤を用いる場合は、上記当量比((ハ)/(イ))が0.5〜1.0となるようにすることが好ましい。 Regarding the preferred ratio of the (a) component epoxy resin and the (c) component curing agent, if the curing agent is a phenol resin, an aromatic amine curing agent, or an aliphatic amine curing agent, an epoxy resin / curing agent The equivalent ratio is 0.7 to 1.3, more preferably 0.8 to 1.2. When (imidazole) is used as the component (c), it is also calculated as the component (b) because it is a curing accelerator for the component (b). Component (C) is preferably used in such an amount that the equivalent ratio ((C) / (I)) is 0.5 to 1.5 with respect to the epoxy resin of component (A). In general, when a phenol resin curing agent is used, the equivalent ratio ((C) / (I)) is 0.8 to 1.2, and when an amine curing agent is used, the equivalent ratio ((C) / (A)) is preferably 0.5 to 1.0.
樹脂組成物に含有してもよい(b)成分の熱伝導性フィラーとしては、例えば窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、マグネシア(酸化アルミニウム)、アルミナ(酸化アルミニウム)、結晶性シリカ(酸化ケイ素)、溶融シリカ(酸化ケイ素)等の絶縁性の無機フィラーが挙げられる。これらの熱伝導性フィラーは、エポキシ樹脂フィルムの熱伝導率を向上させるために、エポキシ樹脂フィルムに対する体積充填率が50%以上となるように配合することが一般的である。 Examples of the thermally conductive filler of component (b) that may be contained in the resin composition include aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride, silicon carbide, magnesia (aluminum oxide), alumina (aluminum oxide), crystalline silica ( Insulating inorganic fillers such as silicon oxide and fused silica (silicon oxide). In order to improve the thermal conductivity of the epoxy resin film, these thermal conductive fillers are generally blended so that the volume filling rate of the epoxy resin film is 50% or more.
上記の熱伝導性フィラーがアルミナ粉末である場合を例に挙げてより具体的な構成例について説明する。アルミナ粉末の利点としては、熱伝導性フィラーの中でも、比較的安価であることや、幅広い粒子サイズのものでも市販品で対応できることなどが挙げられる。 A more specific configuration example will be described by taking as an example the case where the thermal conductive filler is an alumina powder. Advantages of the alumina powder include that it is relatively inexpensive among heat conductive fillers, and that a wide range of particle sizes can be used as a commercial product.
(b)成分の熱伝導性フィラーとしてアルミナ粉末を含有する場合、樹脂組成物の不揮発成分当たりのアルミナ粉末の含有率が好ましくは40〜95重量%、より好ましくは60〜93重量%がよい。樹脂組成物中のアルミナ粉末の含有率が多くなるほど高熱伝導化、低熱膨張化の観点から望ましく、樹脂組成物の不揮発成分におけるアルミナ粉末の含有率が40重量%より少ないと高熱伝導化が十分ではなく、十分な放熱性が発現しないのに加えて、低熱膨張化も十分でないため、半田耐熱性の低下を招く。反対に95重量%より多くなると、ワニスとした場合の粘度が増大し、または樹脂組成物を乾燥して得られる乾燥物又はフィルム状接着剤(以下、Bステージ状態組成物ともいう)としての溶融粘度が増大して、絶縁樹脂接着層27としての加工性、耐電圧特性、接着性が低下したり、表面状態が悪くなったりする。
When alumina powder is contained as the thermally conductive filler of component (b), the content of alumina powder per nonvolatile component of the resin composition is preferably 40 to 95% by weight, more preferably 60 to 93% by weight. The higher the content of alumina powder in the resin composition, the more desirable from the viewpoint of high thermal conductivity and low thermal expansion. If the content of alumina powder in the nonvolatile component of the resin composition is less than 40% by weight, high thermal conductivity is not sufficient. In addition, sufficient heat dissipation is not exhibited, and in addition, low thermal expansion is not sufficient, leading to a decrease in solder heat resistance. On the other hand, if it exceeds 95% by weight, the viscosity of the varnish increases, or the melt as a dried product or a film-like adhesive (hereinafter also referred to as B-stage state composition) obtained by drying the resin composition. As the viscosity increases, the workability, withstand voltage characteristics, and adhesiveness of the insulating
ここで、樹脂組成物の不揮発成分とは、例えば樹脂組成物が所定の溶剤を含むワニスの場合、このワニスを用いて絶縁樹脂接着層27を形成する際、乾燥や硬化によって溶剤が除去された後に最終的に残る不揮発成分を意味する。すなわち、ここでのアルミナ粉末の含有率とは、この不揮発成分当たりに含まれるアルミナ粉末の重量%を表すものである。尚、樹脂組成物には必須成分である(イ)及び(ロ)成分、並びに(b)成分のほか、(ハ)成分及び、以下で説明するように、必要に応じてその他の成分が添加される場合もあるが、その場合には別途添加された成分についても含めて考えるものとする。樹脂組成物の不揮発成分とは、ワニスの場合も包括して規定するための表記である。ワニスとは、樹脂組成物の粘度を低減することにより、加工性を向上させることを目的として溶剤を含んでいるものである。しかし最終的に絶縁樹脂接着層27を形成した際には、溶剤は乾燥、硬化により、除去されている。樹脂組成物中での成分の含有率は、溶剤が除去され、最終的に絶縁樹脂接着層27を形成した段階で発明の効果を発揮する。したがって、樹脂組成物の不揮発成分に対する成分含有率を用いて規定した。
Here, the nonvolatile component of the resin composition is, for example, when the resin composition is a varnish containing a predetermined solvent, and when the insulating
また、このアルミナ粉末の最大粒子径は、好ましくは120μm以下、より好ましくは100μm以下がよい。最大粒子径が120μmより大きくなると絶縁樹脂接着層27としての加工性が十分ではなく、絶縁樹脂接着層27の表面状態が悪くなったりする傾向になる。ここで最大粒子径とは、アルミナ粒子の全体積を100%としたとき、粒子径の体積分率の分布カーブにおいて、ある粒子径以上で粒子の分布確率が全て0となるときの粒子径の最小値を示す。
The maximum particle size of the alumina powder is preferably 120 μm or less, more preferably 100 μm or less. When the maximum particle diameter is larger than 120 μm, the processability as the insulating
更に、上記アルミナ粉末については、全アルミナ粉末中の好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上が結晶性の球状アルミナがよい。アルミナ粉末の種類としては結晶アルミナ、溶融アルミナ等が挙げられ、アルミナ粉末の形状としては球状または破砕状が挙げられるが、中でも最密充填による高熱伝導性の観点からは、結晶性の球状アルミナが最も適する。アルミナ粉末における結晶性の球状アルミナの含有率が90重量%より少ないと、ワニスとした場合の粘度、またはフィルム状接着剤としての溶融粘度が増大して、絶縁樹脂接着層27としての加工性、耐電圧特性、接着性が低下したり、表面状態が悪くなったりする傾向になる。ここで、結晶性のアルミナを用いることにより、溶融アルミナと比較して熱伝導率を高くする効果が得られる。また、球状アルミナを用いることによって、破砕アルミナと比較して、ワニスとした場合の粘度、またはフィルム状接着剤としての溶融粘度を低くする効果が得られる。
Further, the above-mentioned alumina powder is preferably a spherical alumina in which the total alumina powder is preferably 90% by weight or more, more preferably 95% by weight or more. Examples of the type of alumina powder include crystalline alumina, fused alumina, and the like, and examples of the shape of the alumina powder include a spherical shape and a crushed shape. From the viewpoint of high thermal conductivity by close-packing, crystalline spherical alumina is preferable. Most suitable. When the content of crystalline spherical alumina in the alumina powder is less than 90% by weight, the viscosity when used as a varnish, or the melt viscosity as a film adhesive increases, and the processability as the insulating
樹脂組成物は、所定の溶剤、例えばN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)等のアミド系溶剤、1−メトキシ−2−プロパノ−ル等のエーテル系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等のケトン系溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤等の1種又は2種以上を混合したものに溶解又は分散させてワニスを形成するようにしてもよい。(ロ)硬化促進剤、(ハ)硬化剤、(b)成分としてのアルミナ粉末、その他必要により添加される添加剤のうちで無機充填剤、有機充填剤、着色剤等については、溶剤中に均一分散していれば、必ずしも溶剤に溶解していなくてもよい。 The resin composition contains a predetermined solvent, for example, amide solvents such as N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 1-methoxy-2-propano Dissolve or disperse in one or a mixture of two or more of ether solvents such as benzene, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and cyclopentanone, and aromatic solvents such as toluene and xylene. You may make it form a varnish. Among (b) curing accelerator, (c) curing agent, alumina powder as component (b), and other additives added as necessary, inorganic fillers, organic fillers, colorants, etc. As long as it is uniformly dispersed, it is not necessarily dissolved in the solvent.
また、このワニスを支持材としてのベースフィルム上に塗布し、乾燥させることでフィルム状接着剤を形成してもよく、あるいはこのワニスを銅箔上又は銅板上に塗布し、乾燥させることによってフィルム状接着剤付き銅箔又は銅板を形成してもよい。ここで、硬化前のフィルム状接着剤、又は硬化前のフィルム状接着剤付き銅箔若しくは銅板のフィルム支持性については、溶剤残存率が高いほどフィルム支持性が良好な傾向にあるが、溶剤残存率が高すぎると、硬化前のフィルム状接着剤、又は硬化前のフィルム状接着剤付き銅箔若しくは銅板にタックが発生したり、硬化時に発泡が発生したりする。したがって、溶剤残存率は5重量%以下が好ましい。なお、ここでの溶剤残存率は、180℃雰囲気にて60分乾燥した際の、フィルム状接着剤部分の正味重量減少率の測定により求めた値である。また、上記フィルム状接着剤及びフィルム状接着剤付き銅箔若しくは銅板については、溶剤を含まない樹脂組成物を支持材としてのベースフィルム上に加熱溶融状態で塗布した後、冷却するようにして得てもよい。 Also, a film adhesive may be formed by applying this varnish on a base film as a support and drying it, or by applying this varnish on a copper foil or copper plate and drying it. You may form a copper foil or a copper plate with an adhesive. Here, regarding the film support before curing, or the film support of the copper foil or copper plate with a film adhesive before curing, the higher the solvent residual rate, the better the film support, the solvent remaining If the rate is too high, the film-like adhesive before curing, or the copper foil or copper plate with the film-like adhesive before curing may cause tackiness or foaming may occur during curing. Therefore, the solvent residual ratio is preferably 5% by weight or less. In addition, the solvent residual rate here is the value calculated | required by the measurement of the net weight decreasing rate of a film adhesive part at the time of drying for 60 minutes in 180 degreeC atmosphere. In addition, the film-like adhesive and the copper foil or copper plate with the film-like adhesive are obtained by applying a resin composition not containing a solvent on a base film as a support material in a heated and melted state, and then cooling it. May be.
フィルム状接着剤又はフィルム状接着剤付き銅箔若しくは銅板を形成する際に用いる支持材としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、銅箔、アルミ箔、離型紙等を挙げることができる。この支持材の厚みについては10〜100μmとするのが一般的である。また、支持材として、銅、アルミ等の金属箔若しくは金属板を用いることもでき、これらの製造方法は電解法のものでも圧延法のものであってもよい。 Examples of the support material used when forming the film adhesive or the copper foil or copper plate with the film adhesive include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene, copper foil, aluminum foil, release paper and the like. The thickness of the support material is generally 10 to 100 μm. Further, a metal foil such as copper or aluminum or a metal plate can also be used as the support material, and the manufacturing method thereof may be an electrolytic method or a rolling method.
また、フィルム状接着剤又はフィルム状接着剤付き銅箔は、支持材としてのベースフィルム上に貼り合わされた後、貼り合わされていないもう一方の面を、保護材としてのフィルムで覆い、ロール状に巻き取って保存することもできる。この際に用いられる保護材としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、離型紙等が挙げられ、この保護材の厚みについては10〜100μmとするのが一般的である。 In addition, the film-like adhesive or the copper foil with film-like adhesive is laminated on the base film as the support material, and then the other surface that is not bonded is covered with a film as the protective material to form a roll. It can also be wound and stored. Examples of the protective material used at this time include polyethylene terephthalate, polyethylene, release paper, and the like. The thickness of the protective material is generally 10 to 100 μm.
樹脂組成物は、必須成分である(イ)及び(ロ)成分及び任意成分である(ハ)及び(b)成分のほかに、フィルム状接着剤又はフィルム状接着剤付き銅箔若しくは銅板とした際の可とう性向上の観点から、必要に応じて、ビスフェノ−ル型フェノキシ樹脂を添加することができる。具体的には、ビスフェノールA型フェノキシ樹脂、ビスフェノールF型フェノキシ樹脂、ビフェニル型フェノキシ樹脂、フルオレン型フェノキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型フェノキシ樹脂、臭素化ビスフェノールF型フェノキシ樹脂等が挙げられる。使用するビスフェノ−ル型フェノキシ樹脂の重量平均分子量は10,000〜200,000、好ましくは20,000〜100,000であるのがよい。重量平均分子量が10,000より小さいと、樹脂組成物としての耐熱性、機械的強度、可とう性の低下を招くことがあり、200,000より大きいと有機溶剤への溶解性、エポキシ樹脂、硬化剤との相溶性等の作業性の低下を招くことがあり、加えて、ワニスとしての粘度、またはフィルム状接着剤としての溶融粘度が増大して、絶縁樹脂接着層27としての加工性や接着性が低下したり、表面状態が悪くなったりすることがある。尚、ここでの重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)測定によるポリスチレン換算の値である。
In addition to the essential components (A) and (B) and optional components (C) and (B), the resin composition is a film-like adhesive or a copper foil or copper plate with a film-like adhesive. From the viewpoint of improving flexibility at the time, a bisphenol type phenoxy resin can be added as necessary. Specifically, bisphenol A type phenoxy resin, bisphenol F type phenoxy resin, biphenyl type phenoxy resin, fluorene type phenoxy resin, brominated bisphenol A type phenoxy resin, brominated bisphenol F type phenoxy resin and the like can be mentioned. The weight average molecular weight of the bisphenol type phenoxy resin used is 10,000 to 200,000, preferably 20,000 to 100,000. If the weight average molecular weight is less than 10,000, the heat resistance, mechanical strength and flexibility of the resin composition may be reduced. If the weight average molecular weight is more than 200,000, solubility in organic solvents, epoxy resin, The workability such as compatibility with the curing agent may be reduced, and in addition, the viscosity as a varnish or the melt viscosity as a film adhesive increases, and the workability as the insulating
このビスフェノ−ル型フェノキシ樹脂の含有率については、樹脂組成物の不揮発成分当たり好ましくは60重量%以下、より好ましくは30重量%以下であるのがよい。60重量%より多くなると有機溶剤への溶解性が低下したり、(イ)エポキシ樹脂や(ハ)硬化剤との相溶性等の作業性の低下を招くのに加えて、ワニスとしての粘度やフィルム状接着剤としての溶融粘度が増大して、絶縁樹脂接着層27としての加工性、接着性が低下したり、表面状態が悪くなったりする。場合によっては耐熱性の低下を招く傾向になる。
The content of the bisphenol type phenoxy resin is preferably 60% by weight or less, more preferably 30% by weight or less per nonvolatile component of the resin composition. If it exceeds 60% by weight, the solubility in an organic solvent will decrease, and the workability such as compatibility with (a) an epoxy resin or (c) a curing agent will decrease, and the viscosity as a varnish The melt viscosity as a film adhesive increases, and the workability and adhesiveness as the insulating
また、樹脂組成物には、フィルム状接着剤又はフィルム状接着剤付き銅箔若しくは銅板とした際のフィルム支持性向上や絶縁樹脂接着層27としての低弾性化等の観点から、必要に応じて、ゴム成分を添加することができる。このようなゴム成分としては、例えばポリブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、変性アクリロニトリル−ブタジエンゴム、アクリルゴム等が挙げられる。使用するゴムの重量平均分子量については、例えば10,000〜1,000,000、好ましくは20,000〜500,000であるのがよい。重量平均分子量が10,000より小さいと樹脂組成物として、耐熱性、機械的強度、可とう性の低下を招くのに加えて、硬化前段階でのフィルム支持性の低下を招くことがある。重量平均分子量が1,000,000より大きいと有機溶剤への溶解性、エポキシ樹脂、硬化剤との相溶性等の作業性の低下を招くことがあるのに加えて、ワニスとしての粘度、またはフィルム状接着剤としての溶融粘度が増大して、絶縁樹脂接着層27としての加工性、接着性が低下したり、表面状態が悪くなったりする場合がある。なお、ここでの重量平均分子量は、GPC測定によるポリスチレン換算の値である。これらのゴムは1種又は2種以上を用いることができる。また、ゴム成分として用いるゴムの純度については、耐電圧特性、耐湿信頼性向上の観点から、イオン性不純物の少ないものがよい。
In addition, the resin composition has a film-like adhesive or a copper foil with a film-like adhesive or a copper plate, from the viewpoint of improving the film supportability and reducing the elasticity as the insulating
また、樹脂組成物には、ボイド低減や平滑性向上等の観点から、必要に応じて、フッ素系、シリコーン系等の消泡剤、レベリング剤等を添加することができる。また、金属箔層25及び金属板層29等の部材との密着性向上の観点から、樹脂組成物にシランカップリング剤、熱可塑性オリゴマー等の密着性付与剤を添加することができる。
In addition, a fluorine-based, silicone-based antifoaming agent, leveling agent, and the like can be added to the resin composition as necessary from the viewpoint of reducing voids and improving smoothness. Further, from the viewpoint of improving the adhesion with members such as the
更には、樹脂組成物には、(b)成分としてのアルミナ粉末以外の充填剤として、必要に応じて、アルミナ以外の無機充填剤、有機充填剤を添加してもよい。この場合の無機充填剤としては、例えばシリカ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等を例に挙げることができ、また、有機充填剤としては、例えばシリコンパウダー、ナイロンパウダー、アクリロニトリル-ブタジエン系架橋ゴム等を例に挙げることができる。これらの充填剤についてはその1種又は2種以上を用いることができる。 Furthermore, you may add inorganic fillers and organic fillers other than an alumina as needed as fillers other than the alumina powder as (b) component to a resin composition. Examples of the inorganic filler in this case include silica, boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, calcium carbonate, magnesium carbonate and the like, and examples of the organic filler include silicon powder, nylon powder, An example is acrylonitrile-butadiene-based crosslinked rubber. About these fillers, the 1 type (s) or 2 or more types can be used.
更にまた、樹脂組成物には、必要に応じて、フタロシアニン・グリーン、フタロシアニン・ブルー、カーボンブラック等の着色剤を配合することができる。 Furthermore, a coloring agent such as phthalocyanine / green, phthalocyanine / blue, or carbon black can be blended in the resin composition as necessary.
<エッチング工程>
次に、図5に示すように、両面金属張積層体40の金属箔25Aを、エッチングによって所定のパターンに加工する。すなわち、両面金属張積層体40の金属箔25Aをエッチングにより部分的に除去し、複数のパターン化金属箔25Bを形成する。エッチングは、フォトリソグラフィー技術を利用して実施できる。例えば、まず、両面金属張積層体の金属箔25Aに所定のレジストパターンを形成する。次に、塩化第二鉄又は塩化第二銅を主成分とする水溶液等のエッチング液を用いて露出した部分の金属箔25Aをエッチングし、その後レジストを剥離すればよい。
<Etching process>
Next, as shown in FIG. 5, the
エッチングは、積層構造体3に加工した場合に金属箔層25となるパターン化金属箔25Bの外側に、樹脂フィルム27Aが露出するように行う。樹脂フィルム27Aの露出部分は、次の工程で樹脂フィルム27Aと金属箔29Aを切断する際の切断部位となる。
The etching is performed so that the
<切断工程>
次に、図6に示すように、エッチングによって片側の金属箔25Aが除去された領域内で、積層された樹脂フィルム27Aと金属板29Aを切断し、少なくとも一つのパターン化金属箔25Bを含む複数の積層体50に分割する。切断の方法は、特に制限はなく、例えばプレス打ち抜き、回転ソー、ウォータージェット等を用いて行うことができる。
<Cutting process>
Next, as shown in FIG. 6, the
このようにして、小片樹脂フィルム27Bと、この小片樹脂フィルム27Bの片側の面に張り合わされた小片金属板29Bと、もう一方の面に張り合わされたパターン化金属箔25Bと、を備えた複数の積層体50が形成される。なお、一つの小片樹脂フィルム27B上には、分離した2つ以上のパターン化金属箔25Bが形成されていてもよい。
In this manner, a plurality of
また、積層構造体3をパワーモジュールに組み込んだ場合に、絶縁樹脂接着層27が十分な絶縁性能と耐圧性能を確保できるようにするために、切り出された積層体50において、パターン化金属箔25Bの端部と、小片樹脂フィルム27Bの端部との間の距離(沿面距離)Lを十分に確保することが必要である。沿面距離Lは、パワーモジュールの種類や大きさ、半導体素子1と金属板層29との間の電圧などに応じて決定することができるが、例えば1mm以上20mm以下とすることが好ましく、2mm以上10mm以下とすることがより好ましい。このように、本実施の形態では、金属箔25Aのエッチングと、樹脂フィルム27Aの切断によって、十分な絶縁性能を確保するための沿面距離Lを自由に調節できる。また、エッチングや切断は、高精度なフォトリソグラフィー技術と切断技術により可能であるため、プレス加工での位置決めにより沿面距離Lの精度が左右されていた従来方法に比べて、沿面距離Lをより高精度に規定できる。
Further, when the
<接合工程>
ここからの工程では、一つの積層体50を例に挙げて説明する。接合工程では、例えば図7に示すように、まず積層体50を形成した後、金属板21Aを接合することができる。接合方法はハンダ付け、金属系接着剤等による金属接合技術によって実施できる。
<Joint process>
In the following process, a description will be given by taking one
積層体50と、金属板21Aを接合する工程では、図7に示すように、対向する接合面のどちらかにハンダペースト23Aを塗布し、加熱して張り合わせる。この場合、ハンダ材料としては、例えば、ニホンハンダ株式会社製のPF305(商品名)(融点;220℃)、同FNS(商品名)(融点;219℃)、同O3(商品名)(融点;221℃)、同24(商品名)(融点;240℃)、タムラ化研株式会社製のTFL−204−SIS(商品名)(融点;220℃)、同TFL−204−151(商品名)(融点;220℃)、同TFL−204−MDS(商品名)(融点;213℃)、同TFL−801−17(商品名)(融点;195〜209℃)、同TFL−401−11(商品名)(融点;139℃)、株式会社日本スペリア製のSN100C P800(商品名)(融点;227℃)、同SN100CL(商品名)(融点;227℃)、株式会社日本スペリア社製のB157(商品名)(融点;139℃)、同SN88(商品名)(融点;198〜210℃)等を用いることができる。
In the step of joining the
以上のようにして、リードフレーム21と、接合層23と、金属箔層25と、絶縁樹脂接着層27と、金属板層29が、上からこの順に積層された積層体60が形成される(図8参照)。
As described above, a
<実装工程>
次に、図8に示すように、積層体60の最上部のリードフレーム21の上に、例えばIGBT素子やFWD素子などの半導体素子1を接合する。接合方法は、ハンダ付け、金属系接着剤等による金属接合技術によって実施できる。図8では、ハンダペースト17Aを半導体素子1に塗布して、リードフレーム21に接合する方法を示している。なお、半導体素子1への配線の接続は常法によって行うことができるので、ここでは説明を省略する。
<Mounting process>
Next, as shown in FIG. 8, the
以上のようにして、図2に示すように、半導体素子1、接合層17、リードフレーム21、接合層23、金属箔層25、絶縁樹脂接着層27、金属板層29が、上からこの順に積層された積層構造体3を製造することができる。以後は、常法に従い、ヒートシンク13と接合し、モジュール化することによって、例えばパワーモジュール100を製造することができる。
As described above, as shown in FIG. 2, the
<変形例>
以上の工程において、積層体60を作成せず、半導体素子1と、金属板21Aと、積層体50とを同時に接合することも可能である。すなわち、上記接合工程と実装工程とを同時に行うことができる。例えば、図9に示したように、半導体素子1、金属板21A及び積層体50を、対向する接合面のいずれかにハンダペースト17A、23Aを塗布した後、位置合わせして配置し、これら3つのパーツを同時に接合してもよい。
<Modification>
In the above steps, the
さらに、図7の状態で、金属板21Aと半導体素子1が接合したものを用いることにより、上記実装工程と接合工程を同時に実施することも可能である。すなわち、図7において、金属板21Aに接合層17を介して半導体素子1が接合されていてもよい。
Furthermore, in the state of FIG. 7, the mounting process and the bonding process can be performed simultaneously by using a
以上述べたように、本実施の形態の積層構造体の製造方法では、両面金属張積層体40を用いることにより、絶縁樹脂接着層27とその上下の金属板とのプレス加工による接着を省略できる。つまり、両面金属張積層体40を用いれば、積層構造体3における他の部材と積層は、金属接合技術のみによって行うことができる。そのため、従来法でのプレス加工の技術課題を回避できるだけでなく、総工数削減も可能となる。
As described above, in the manufacturing method of the laminated structure according to the present embodiment, by using the double-sided metal-clad
両面金属張積層体40の製造は、既に技術的に確立されているプリント基板等の電子材料用途の両面金属張積層体の製造と同じプロセスで実施が可能であり、例えばプレス加工やキャスト法など種々の方法で容易に行うことができる。この工程をプレス加工で行う場合でも、図4に示すように、薄い樹脂フィルム27Aと金属箔25A及び金属板29Aとの積層プレスとなるため、リードフレーム等の金属板の形状とは無関係に一定の条件で実施できる上、大面積でのプレスであるため、均一な接着が可能であり、圧力むらが生じにくい。また、リードフレーム等の金属板に対して個別にプレス加工を行う従来法に比べて工数も削減できる。
The production of the double-sided metal-clad
また、絶縁樹脂接着層27における沿面距離Lの確保は、両面金属張積層体40のエッチングによる金属箔25Aの部分的な除去により行うことができるので、難易度の高いプレス加工による位置ずれなどの問題は起こりえない。すなわち、従来法で個別に条件出しが必要であったプレス工程での沿面距離Lの調整は不要になる。しかも、エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術を利用できるため、沿面距離Lの精度の確保も容易である。
In addition, the creepage distance L in the insulating
また、エッチング後の積層体50と、リードフレーム21となる金属板21Aとの接合も、小片樹脂フィルム27Bにパターン化金属箔25Bが存在しているため、例えばハンダ付け、金属系接着剤等による慣用の金属接合技術により、容易に行うことが出来る。
In addition, since the patterned
以上の優れた特長により、積層構造体3を組み込んだ半導体モジュールの信頼性を高めることができる。
Due to the above excellent features, the reliability of the semiconductor module incorporating the
[第2の実施の形態]
次に、図10及び図11を参照しながら、第2の実施の形態にかかる積層構造体とパワーモジュールの構成例について説明する。なお、図10及び図11において、第1の実施の形態(図1及び図2)と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a configuration example of the laminated structure and the power module according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. 10 and 11, the same components as those of the first embodiment (FIGS. 1 and 2) are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図10は、異なる半導体素子が実装されている積層構造体3A,3Bを備えたパワーモジュール101を示している。例えば、積層構造体3AにはIGBT素子1Aが実装されており、積層構造体3BにはFWD素子1Bが実装されている。積層構造体3A,3Bは、それぞれ基本的に図1に例示したものと同様の構成と機能を有しているが、図11に拡大して示したように、二つの積層構造体3A,3Bにおいて、絶縁樹脂接着層27、金属板層29が共通化されている。換言すれば、リードフレーム21、接合層23、金属箔層25は、IGBT素子1A側とFWD素子1B側で異なる電気的制御を受ける部分であるため、別々に分離させているが、絶縁樹脂接着層27より下層は、熱伝導機能が確保できればよいので共有されている。
FIG. 10 shows a
このような構造の積層構造体3A,3Bは、エッチング工程でのパターン設計で十分な沿面距離Lが確保できるようにするとともに、切断工程で切り出される積層体50がそれぞれ2つのパターン化金属箔25Bを含むように切断する点以外は、第1の実施の形態と同様に製造することができる(図6参照)。積層構造体3A,3Bでは、最終的に一枚の小片樹脂フィルム27Bの上に、2つの半導体素子(IGBT素子1A、FWD素子1B)を実装しているが、リードフレーム21の積層に、プレス加工は必要とせず、ハンダ付けや金属系接着剤等により容易に接合を行なうことができるため、従来法のような問題は生じない。すなわち、図11のような構造を、金属板(リードフレーム21)をプレス加工により絶縁樹脂接着層27に圧着させることによって製造することは非常に難易度が高いが、両面金属張積層体40を用いることによって容易に製造できる。なお、共通化された絶縁樹脂接着層27の上には、2つに限らず、3つ以上の半導体素子でも制約なく簡単に実装できる。このように、絶縁樹脂接着層27を共有化して複数の半導体素子を容易に実装できることも、両面金属張積層体40を用いることの大きなメリットである。
The
本実施の形態にかかるパワーモジュール101及び積層構造体3A及び3Bの他の構成及び効果は、第1の実施の形態と同様である。
Other configurations and effects of the
[第3の実施の形態]
次に、図12を参照しながら、本発明の第3の実施の形態にかかる積層構造体を備えたパワーモジュールについて説明する。図12に示すように、パワーモジュール102は、2つの半導体素子として、IGBT素子1AとFWD素子1Bを備えている。IGBT素子1Aは、接合層17を介して2つの積層体60A,60Cに上下から挟持されるように実装されている。FWD素子1Bは、接合層17を介して2つの積層体60B,60Dに上下から挟持されるように実装されている。
[Third Embodiment]
Next, a power module including a laminated structure according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12, the
積層体60A,60B,60C,60Dの構成は、第1の実施の形態の図8に示したものと同様であるが、積層体60Aと60B、積層体60Cと60Dにおいて、それぞれ伝熱金属層としての金属板層29C,29Dが共通化されている。金属板層29C,29Dは、第1及び第2の実施の形態よりも大型に形成されており、互いに対向するように配置されている。金属板層29C,29Dは、図示しない放熱部材としてのヒートシンクへの熱伝導を媒介するように構成されている。なお、積層体60Aと60B、積層体60Cと60Dのそれぞれに、個別に金属板層29を設けることもできる。
The configurations of the
4つの積層体60A〜60Dの製造方法は、第1の実施の形態と同様である。そして、最終的にIGBT素子1Aを介して2つの積層体60A,60Cを、また、FWD素子1Bを介して2つの積層体60B,60Dを、上下が逆になるように配置して接合することによって図12に示すような上下対称な構造にすることができる。
The manufacturing method of four
パワーモジュール102では、IGBT素子1A、FWD素子1Bを間に挟むように、積層体60A,60B,60C,60Dを配置し、共通化された大型の金属板層29C,29Dをモールド樹脂71によって封止することにより、モジュール化されている。このような両面冷却構造のパワーモジュール102は、IGBT素子1AとFWD素子1Bの上下に設けられた放熱構造によって、素子の冷却効率に優れており、パワーモジュールとしての動作信頼性をさらに向上させることができる。
In the
本実施の形態にかかるパワーモジュール102の他の構成及び効果は、第1の実施の形態と同様である。
Other configurations and effects of the
次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例において、特にことわりのない限り各種測定、評価は下記によるものである。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited at all by these Examples. In the following examples, various measurements and evaluations are as follows unless otherwise specified.
[熱伝導率]
所定量のフィルム状接着剤を用いて、圧縮プレス成形機にて180℃で10分加熱し、プレスから取り出した後、さらに乾燥機中にて180℃で50分加熱することにより、直径50mm、厚さ5mmの円盤状試験片を得た。この試験片を、英弘精機製HC−110を用いて、定常法により熱伝導率を測定した。
[Thermal conductivity]
Using a predetermined amount of film adhesive, heated at 180 ° C. for 10 minutes in a compression press molding machine, taken out from the press, and further heated at 180 ° C. in a dryer for 50 minutes, a diameter of 50 mm, A disk-shaped test piece having a thickness of 5 mm was obtained. The thermal conductivity of this test piece was measured by a stationary method using HC-110 manufactured by Eihiro Seiki.
作製例1〜作製例5
エポキシ接着剤フィルム作製のために、樹脂組成物を得るために使用した原料と略号は以下の通りである。
Production Example 1 to Production Example 5
The raw materials and abbreviations used to obtain the resin composition for producing the epoxy adhesive film are as follows.
(A)エポキシ樹脂
エポキシ樹脂(1):ビスフェノールA型エポキシ樹脂(東都化成株式会社製、商品名;YD128、エポキシ当量189、液状)
(A) Epoxy resin Epoxy resin (1): Bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name: YD128, epoxy equivalent 189, liquid)
エポキシ樹脂(2):ビスフェノールF型エポキシ樹脂(東都化成株式会社製、商品名;YF−170、エポキシ当量170、液状) Epoxy resin (2): Bisphenol F type epoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., trade name: YF-170, epoxy equivalent 170, liquid)
エポキシ樹脂(3):o‐クレゾールノボラックエポキシ樹脂(日本化薬株式会社製、商品名;EOCN−1020−55、エポキシ当量200、軟化点55℃) Epoxy resin (3): o-cresol novolac epoxy resin (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., trade name: EOCN-1020-55, epoxy equivalent 200, softening point 55 ° C.)
(B)硬化剤
硬化剤(1):ジシアンアミド(活性水素当量21)
(B) Curing agent Curing agent (1): Dicyanamide (active hydrogen equivalent 21)
硬化剤(2):フェノールノボラック(群栄化学工業株式会社製、PSM−4261、フェノール性水酸基当量105、軟化点80℃) Curing agent (2): phenol novolak (manufactured by Gunei Chemical Industry Co., Ltd., PSM-4261, phenolic hydroxyl group equivalent 105, softening point 80 ° C.)
(C)硬化促進剤
硬化促進剤(1):2−エチル−4−イミダゾール
(C) Curing accelerator Curing accelerator (1): 2-ethyl-4-imidazole
(D)フェノキシ樹脂
フェノキシ樹脂(1):ビスフェノールA型フェノキシ樹脂(東都化成株式会社製、YP−50)
(D) Phenoxy resin Phenoxy resin (1): Bisphenol A type phenoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., YP-50)
フェノキシ樹脂(2):ビスフェノールAF型フェノキシ樹脂(東都化成株式会社製、YP−70) Phenoxy resin (2): Bisphenol AF type phenoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., YP-70)
フェノキシ樹脂(3):ビスフェノールS型フェノキシ樹脂(東都化成株式会社製、YPS−007) Phenoxy resin (3): Bisphenol S type phenoxy resin (manufactured by Toto Kasei Co., Ltd., YPS-007)
(E)アルミナ粉末
表1に示すアルミナ粉末(1)〜(3)を用いた。なお、表中の各項目については、以下に説明する通りにそれぞれ求めた。
(E) Alumina powder Alumina powders (1) to (3) shown in Table 1 were used. Each item in the table was determined as described below.
[アルミナ粉末の粒子径分布パラメータ]
測定対象のアルミナ粉末を、分散媒である0.2wt%ヘキサメタりん酸ナトリウム溶液に試料濃度が0.04wt%になるように計量して混合し、超音波ホモジナイザーを用いて3分間分散させた。このアルミナ分散液を、粒度分布測定装置マイクロトラックMT3300EX(日機装株式会社製)を用いて、波長780nmの半導体レーザの照射により得られた散乱光から粒子径分布を測定した。
[Particle size distribution parameter of alumina powder]
The alumina powder to be measured was weighed and mixed in a 0.2 wt% sodium hexametaphosphate solution as a dispersion medium so that the sample concentration was 0.04 wt%, and dispersed using an ultrasonic homogenizer for 3 minutes. The particle size distribution of this alumina dispersion was measured from the scattered light obtained by irradiation with a semiconductor laser having a wavelength of 780 nm, using a particle size distribution measuring device Microtrac MT3300EX (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
最大粒子径は、前記測定法により得られた粒子径分布において、粒子の全体積を100%としたとき、粒子径の体積分率の分布カーブにおいて、ある粒子径以上で粒子の分布確率が全て0となるときの粒子径の最小値を示す。 The maximum particle size is a particle size distribution obtained by the above measurement method. When the total particle volume is 100%, the distribution curve of the volume fraction of the particle size has all the particle distribution probabilities above a certain particle size. The minimum value of the particle diameter when 0 is shown.
平均粒子径D50は、前記測定法により得られた粒子径分布において、粒子の全体積を100%としたとき、粒子径の体積分率の累積カーブにおいて50%累積となるときの粒子径を示す。 The average particle diameter D 50 is the particle diameter when the particle volume distribution obtained by the measurement method is 50% cumulative in the cumulative curve of the volume fraction of the particle diameter, assuming that the total particle volume is 100%. Show.
上記で示した原料を用いて、表2に示す割合で配合した。まず、フェノキシ樹脂のみを、攪拌装置付きの容器中にて、メチルエチルケトン(MEK)に攪拌、溶解した。次に、この溶液に、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤を配合し、攪拌、溶解した。その後、ワニス中にアルミナ粉末を配合し、攪拌、分散させ、樹脂組成物ワニスを作製した。この樹脂組成物ワニスを、厚さ50μmの離型処理PETフィルム(三菱化学株式会社製、商品名;MR−50)に、乾燥後の樹脂層の厚さが150μmになるように塗布し、110℃で5分乾燥させた後、離型処理PETフィルムから剥離することにより、フィルム状接着シート(Bステージ状態のエポキシ樹脂フィルム)1〜5を作製した。なお、表2中の配合量の数値は、重量部を示す。 Using the raw materials shown above, they were blended in the proportions shown in Table 2. First, only the phenoxy resin was stirred and dissolved in methyl ethyl ketone (MEK) in a container equipped with a stirring device. Next, an epoxy resin, a curing agent, and a curing accelerator were blended in this solution, and stirred and dissolved. Thereafter, alumina powder was blended in the varnish, stirred and dispersed to prepare a resin composition varnish. This resin composition varnish was applied to a release-treated PET film (product name: MR-50, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) having a thickness of 50 μm so that the thickness of the resin layer after drying was 150 μm. After drying at 5 ° C. for 5 minutes, film-like adhesive sheets (epoxy resin films in a B stage state) 1 to 5 were prepared by peeling from the release-treated PET film. In addition, the numerical value of the compounding quantity in Table 2 shows a weight part.
[実施例1]
エポキシ高熱伝導樹脂接着シート(新日鐵化学株式会社製、商品名;NEX160、樹脂組成物の固形分当たりのアルミナ含有率93重量%、厚み120μm、熱伝導率6W/mk)を150mm×150mmに切断し、支持基材から剥離して、Bステージ状態のエポキシ樹脂フィルムを準備した。このフィルムを150mm×150mmに切断した銅箔1(古河電気工業株式会社製、商品名;F2WS−18、厚さ18μm、フィルムと接する面の表面粗度Rz=3.0)及び銅板1(厚さ;1mm、フィルムと接する面を防錆処理)で挟み、大気下、温度180℃、圧力4MPa、時間10分間の条件で熱圧着後、180℃、60分間の熱オーブンによる加熱硬化を行い、銅箔層201a、絶縁層201b、及び銅板層201cから構成される積層板201を作製した。
[Example 1]
Epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., trade name: NEX160, alumina content 93% by weight, solid content 120 μm, thermal conductivity 6 W / mk) of resin composition to 150 mm × 150 mm It cut | disconnected and peeled from the support base material and prepared the epoxy resin film of the B stage state. Copper foil 1 (Furukawa Electric Co., Ltd., trade name: F2WS-18, thickness 18 μm, surface roughness Rz = 3.0 of the surface in contact with the film) and copper plate 1 (thickness) obtained by cutting this film into 150 mm × 150 mm 1mm, sandwiching the surface in contact with the film with a rust preventive treatment), after thermocompression bonding in the atmosphere at a temperature of 180 ° C, a pressure of 4MPa, and a time of 10 minutes, then heat curing in a heat oven at 180 ° C for 60 minutes, The laminated board 201 comprised from the copper foil layer 201a, the insulating layer 201b, and the copper plate layer 201c was produced.
次に、積層板にエッチング加工を施し、銅箔層201a’(縦×横×厚さ=50mm×50mm×18μm)を形成した。この銅箔層201a’より縦横がそれぞれ5mmずつ大きくなるよう絶縁層201b’と銅板層201c’を切断し、銅箔層201a’(縦×横×厚さ=50mm×50mm×18μm)、絶縁層201b’(縦×横×厚さ=60mm×60mm×120μm)、及び銅板層201c’(縦×横×厚さ=60mm×60mm×18μm)から構成される積層板201’を作製した。作製した積層板201’の銅箔層201a’の表面にハンダペースト(タムラ化研株式会社製、商品名;ソルダーペーストLFSOLDER TLF−204−151)を全面に塗布した後、銅板201a’’(縦×横×厚さ=50mm×50mm×1mm)を重ね合わせ、310℃に予め設定した熱風オーブン内で20分間加熱してハンダペーストを溶解してハンダ接合し、金属張積層板201を作製した。 Next, the laminated plate was etched to form a copper foil layer 201a ′ (length × width × thickness = 50 mm × 50 mm × 18 μm). The insulating layer 201b ′ and the copper plate layer 201c ′ are cut so that the vertical and horizontal directions are 5 mm larger than the copper foil layer 201a ′, and the copper foil layer 201a ′ (vertical × horizontal × thickness = 50 mm × 50 mm × 18 μm), insulating layer A laminate 201 ′ composed of 201b ′ (length × width × thickness = 60 mm × 60 mm × 120 μm) and a copper plate layer 201c ′ (length × width × thickness = 60 mm × 60 mm × 18 μm) was produced. After applying a solder paste (trade name; Solder paste LFSOLDER TLF-204-151) on the entire surface of the copper foil layer 201a ′ of the produced laminate 201 ′, a copper plate 201a ″ (vertical) × width × thickness = 50 mm × 50 mm × 1 mm) were superposed, heated in a hot air oven preset at 310 ° C. for 20 minutes to dissolve the solder paste, and solder-bonded to produce a metal-clad laminate 201.
[実施例2]
実施例1におけるエポキシ高熱伝導樹脂接着シートの代わりに、作製例1で作製したフィルム状接着シート1(熱伝導率10W/mk)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板202を作製した。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1 except that the film-like adhesive sheet 1 (thermal conductivity 10 W / mk) prepared in Preparation Example 1 was used in place of the epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet in Example 1, metal tension was applied. A laminated plate 202 was produced.
[実施例3]
実施例1におけるエポキシ高熱伝導樹脂接着シートの代わりに、作製例2で作製したフィルム状接着シート2(熱伝導率10W/mk)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板203を作製した。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1 except that the film-like adhesive sheet 2 (thermal conductivity 10 W / mk) prepared in Preparation Example 2 was used instead of the epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet in Example 1, a metal-clad sheet was used. A laminated plate 203 was produced.
[実施例4]
実施例1におけるエポキシ高熱伝導樹脂接着シートの代わりに、作製例3で作製したフィルム状接着シート3(熱伝導率10W/mk)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板204を作製した。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1 except that the film-like adhesive sheet 3 (thermal conductivity 10 W / mk) prepared in Preparation Example 3 was used instead of the epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet in Example 1, a metal-clad sheet was used. A laminate 204 was produced.
[実施例5]
実施例1におけるエポキシ高熱伝導樹脂接着シートの代わりに、作製例4で作製したフィルム状接着シート4(熱伝導率10W/mk)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板205を作製した。
[Example 5]
In the same manner as in Example 1 except that the film-like adhesive sheet 4 (thermal conductivity 10 W / mk) prepared in Preparation Example 4 was used instead of the epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet in Example 1, a metal-clad sheet was used. A laminated plate 205 was produced.
[実施例6]
実施例1におけるエポキシ高熱伝導樹脂接着シートの代わりに、作製例5で作製したフィルム状接着シート5(熱伝導率10W/mk)を使用したこと以外は、実施例1と同様にして、金属張積層板206を作製した。
[Example 6]
In the same manner as in Example 1 except that the film-like adhesive sheet 5 (thermal conductivity 10 W / mk) prepared in Preparation Example 5 was used instead of the epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet in Example 1, a metal-clad sheet was used. A laminated plate 206 was produced.
[比較例1]
エポキシ高熱伝導樹脂接着シート(新日鐵化学株式会社製、商品名;NEX160)を60mm×60mmに切断し、支持基材から剥離して、Bステージ状態のエポキシ樹脂フィルムを準備した。このフィルムの片側の面に、市販の無酸素銅板203(JIS C1020、縦×横×厚さ=60mm×60mm×1mm、表面粗化処理なし)を配置し、2枚のPETフィルムで樹脂側及び銅箔側を挟み込んだ後、真空ラミネート装置を使用し、減圧下、温度100℃、圧力0.4MPa、時間1分間の条件で仮圧着を行った。仮貼り付けした無酸素銅板付きエポキシ樹脂フィルムの樹脂側の面の中央部に、サイズの異なる市販の無酸素銅板203’(JIS C1020、縦×横×厚さ=50mm×50mm×1mm、表面粗化処理なし)を配置し、大気下、温度180℃、圧力4MPa、時間10分間の条件で熱圧着した後、180℃、60分間の熱オーブンによる加熱硬化を行い、金属張積層板203を作製した。このときの熱圧着は、実施例1と同様にして、クッション材及び離型シートを用いることによって行った。
[Comparative Example 1]
An epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., trade name: NEX160) was cut into 60 mm × 60 mm, peeled from the support substrate, and an epoxy resin film in a B stage state was prepared. On one side of this film, a commercially available oxygen-free copper plate 203 (JIS C1020, length × width × thickness = 60 mm × 60 mm × 1 mm, no surface roughening treatment) was placed, and two PET films were used on the resin side and After sandwiching the copper foil side, using a vacuum laminating apparatus, temporary pressure bonding was performed under reduced pressure at a temperature of 100 ° C., a pressure of 0.4 MPa, and a time of 1 minute. A commercially available oxygen-free copper plate 203 ′ (JIS C1020, length × width × thickness = 50 mm × 50 mm × 1 mm, surface roughness) having a different size is provided at the center of the resin-side surface of the epoxy resin film with an oxygen-free copper plate temporarily attached. Without heat treatment), and thermocompression bonding in the atmosphere under the conditions of a temperature of 180 ° C., a pressure of 4 MPa, and a time of 10 minutes, followed by heat curing in a heat oven at 180 ° C. for 60 minutes to produce a metal-clad laminate 203 did. The thermocompression bonding at this time was performed by using a cushion material and a release sheet in the same manner as in Example 1.
[比較例2]
エポキシ高熱伝導樹脂接着シート(新日鐵化学株式会社製、商品名;NEX160)を60mm×60mmに切断し、支持基材から剥離して、Bステージ状態のエポキシ樹脂フィルムを準備した。このフィルムの片側の面に、予めサンドブラスト処理(処理条件;アルミナ#220、エア圧力0.4MPa)を施した市販の無酸素銅板204(JIS C1020、縦×横×厚さ=60mm×60mm×1mm、フィルムと接する面の表面粗度Rz=3.5)を配置し、2枚のPETフィルムで樹脂側及び銅箔側を挟み込んだ後、真空ラミネート装置を使用し、減圧下、温度100℃、圧力0.4MPa、時間1分間の条件で仮圧着を行った。仮貼り付けした無酸素銅板付きエポキシ樹脂フィルムの樹脂側の面の中央部に、上記と同様のサンドブラスト処理を施したサイズの異なる市販の無酸素銅板204’(JIS C1020、縦×横×厚さ=50mm×50mm×1mm、フィルムと接する面の表面粗度Rz=3.5)を配置し、大気下、温度180℃、圧力4MPa、時間10分間の条件で熱圧着した後、180℃、60分間の熱オーブンによる加熱硬化を行い、金属張積層板204を作製した。このときの熱圧着は、実施例1と同様にして、クッション材としてクラフト紙2枚をステンレス板で挟んだものを使用し、またクッション材及び離型シートを用いることによって行った。
[Comparative Example 2]
An epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., trade name: NEX160) was cut into 60 mm × 60 mm, peeled from the support substrate, and an epoxy resin film in a B stage state was prepared. A commercially available oxygen-free copper plate 204 (JIS C1020, length × width × thickness = 60 mm × 60 mm × 1 mm), which was previously subjected to sandblasting (treatment conditions: alumina # 220, air pressure 0.4 MPa) on one surface of the film. After placing the surface roughness Rz = 3.5) of the surface in contact with the film and sandwiching the resin side and the copper foil side with two PET films, using a vacuum laminator, the temperature is 100 ° C. under reduced pressure, Temporary pressure bonding was performed under the conditions of pressure 0.4 MPa and
[比較例3]
エポキシ高熱伝導樹脂接着シート(新日鐵化学株式会社製、商品名;NEX160)を60mm×60mmに切断し、支持基材から剥離して、Bステージ状態のエポキシ樹脂フィルムを準備した。このフィルムの片側の面に、予めウェットブラスト処理(処理条件;アルミナ#320、エア圧力0.2MPa)を施した市販の無酸素銅板205(JIS C1020、縦×横×厚さ=60mm×60mm×1mm、フィルムと接する面の表面粗度Rz=2.0)を配置し、2枚のPETフィルムで樹脂側及び銅箔側を挟み込んだ後、真空ラミネート装置を使用し、減圧下、温度100℃、圧力0.4MPa、時間1分間の条件で仮圧着を行った。仮貼り付けした無酸素銅板付きエポキシ樹脂フィルムの樹脂側の面の中央部に、上記と同様のウェットブラスト処理を施したサイズの異なる市販の無酸素銅板205’(JIS C1020、縦×横×厚さ=50mm×50mm×1mm、フィルムと接する面の表面粗度Rz=2.0)を配置し、大気下、温度180℃、圧力4MPa、時間10分間の条件で熱圧着した後、180℃、60分間の熱オーブンによる加熱硬化を行い、金属張積層板205を作製した。このときの熱圧着は、実施例1と同様にして、クッション材及び離型シートを用いることによって行った。
[Comparative Example 3]
An epoxy high thermal conductive resin adhesive sheet (manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd., trade name: NEX160) was cut into 60 mm × 60 mm, peeled from the support substrate, and an epoxy resin film in a B stage state was prepared. A commercially available oxygen-free copper plate 205 (JIS C1020, length × width × thickness = 60 mm × 60 mm ×) that has been wet-blasted (processing conditions; alumina # 320, air pressure 0.2 MPa) in advance on one surface of the film. 1 mm, the surface roughness Rz = 2.0) of the surface in contact with the film, the resin side and the copper foil side were sandwiched between two PET films, and then a vacuum laminator was used and the temperature was 100 ° C. under reduced pressure. Temporary pressure bonding was performed under the conditions of a pressure of 0.4 MPa and a time of 1 minute. A commercially available oxygen-free copper plate 205 ′ (JIS C1020, vertical × horizontal × thickness) having a different size and subjected to the same wet blasting treatment as described above at the center of the resin-side surface of the epoxy resin film with an oxygen-free copper plate temporarily attached. The surface roughness Rz = 2.0) of the surface in contact with the film is 50 mm × 50 mm × 1 mm, and after thermocompression bonding in the atmosphere at a temperature of 180 ° C., a pressure of 4 MPa, and a time of 10 minutes, 180 ° C. The metal-clad laminate 205 was produced by heat curing with a heat oven for 60 minutes. The thermocompression bonding at this time was performed by using a cushion material and a release sheet in the same manner as in Example 1.
[金属張積層板の評価]
1)熱圧着後の樹脂フロー(銅端部からの樹脂の盛り上がり)
比較例1〜3においては、いずれも各金属張積層板の製造過程において、サイズの異なる銅板を熱圧着した際に、銅板が絶縁層に押し込まれるのと同時に、絶縁層と接する銅板面の端部に樹脂のフロー(樹脂の盛り上がり)が生じていることを確認した(図13参照)。これに対し、実施例1〜6においては、樹脂のフロー又は銅箔層の沈み込みは確認されず、問題はなかった。
[Evaluation of metal-clad laminate]
1) Resin flow after thermocompression bonding (resin swell from the copper end)
In Comparative Examples 1 to 3, in the manufacturing process of each metal-clad laminate, when copper plates of different sizes are thermocompression bonded, the copper plate is pushed into the insulating layer and at the same time the end of the copper plate surface in contact with the insulating layer It was confirmed that a resin flow (resin swell) occurred in the part (see FIG. 13). On the other hand, in Examples 1-6, the flow of resin or the sinking of the copper foil layer was not confirmed, and there was no problem.
2)絶縁層と銅箔層(又は銅板層)の密着力
比較例1〜4で作製した各金属張積層板を300℃に予め設定した熱風オーブン内に20分間放置後、取り出し常温環境下にて急冷することで、チップ実装時の熱衝撃を模擬した。処理後、図14(a)に示すように、絶縁層と銅板層とを剥離し、密着力を確認したところ、比較例1〜4の金属張積層板においては、いずれも容易に引き剥がすことができた。また、引き剥がした絶縁層表面を図14(b)に示すように目視にて観察したところ、比較例1〜3では、いずれも圧着ムラと考えられる絶縁層側の接着面の変色が確認され、また、大きいサイズの銅板層側における銅板端部の圧着不足が原因と考えられる剥離が確認された。
2) Adhesive strength between insulating layer and copper foil layer (or copper plate layer) Each metal-clad laminate produced in Comparative Examples 1 to 4 is left in a hot air oven preset at 300 ° C. for 20 minutes, then taken out and placed in a room temperature environment. By rapidly cooling, the thermal shock during chip mounting was simulated. After the treatment, as shown in FIG. 14 (a), the insulating layer and the copper plate layer were peeled off and the adhesion was confirmed. As a result, in the metal-clad laminates of Comparative Examples 1 to 4, they were all easily peeled off. I was able to. Moreover, when the peeled-off insulating layer surface was visually observed as shown in FIG.14 (b), in Comparative Examples 1-3, the discoloration of the adhesive surface by the side of the insulating layer considered to be a crimping nonuniformity was confirmed. Moreover, the peeling considered to be caused by insufficient crimping of the copper plate end portion on the large size copper plate layer side was confirmed.
実施例1〜6では、各金属張積層板の製造過程におけるハンダ接合時の熱履歴が、チップ装着時の熱衝撃の模擬とできるので、得られた金属張積層板における絶縁層と銅箔層(又は銅板層)との密着力を評価した。実施例1〜6の金属張積層板においては、いずれも絶縁層と銅箔層(又は銅板層)との剥離が困難であり、剥離面はハンダ接合部であった。つまり、実施例1〜6では、絶縁層と銅箔層(又は銅板層)との密着性が極めて強固なものであることが確認された。 In Examples 1-6, since the thermal history at the time of soldering in the manufacturing process of each metal-clad laminate can simulate a thermal shock at the time of chip mounting, the insulating layer and the copper foil layer in the obtained metal-clad laminate The adhesion with the (or copper plate layer) was evaluated. In each of the metal-clad laminates of Examples 1 to 6, it was difficult to peel off the insulating layer and the copper foil layer (or copper plate layer), and the peeled surface was a solder joint. That is, in Examples 1-6, it was confirmed that the adhesiveness of an insulating layer and a copper foil layer (or copper plate layer) is very strong.
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはない。当業者は本発明の思想及び範囲を逸脱することなく多くの改変を成し得、それらも本発明の範囲内に含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail for the purpose of illustration, this invention is not restrict | limited to the said embodiment. Those skilled in the art can make many modifications without departing from the spirit and scope of the present invention, and these are also included within the scope of the present invention.
1…半導体素子、3…積層構造体、17…接合層、21…リードフレーム、23…接合層、25…金属箔層、27…絶縁樹脂接着層、29…金属板層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
半導体素子と、
前記半導体素子を支持するリードフレームと、
前記リードフレームに電気伝導可能かつ熱伝導可能に接合された金属箔層と、
前記金属箔層に接着した絶縁樹脂接着層と、
前記絶縁樹脂接着層に接着した、放熱部材への熱伝導を媒介する伝熱金属層と、
を備えている積層構造体。 A laminated structure used for a semiconductor module,
A semiconductor element;
A lead frame for supporting the semiconductor element;
A metal foil layer joined to the lead frame in an electrically and thermally conductive manner;
An insulating resin adhesive layer adhered to the metal foil layer;
A heat transfer metal layer that mediates heat conduction to the heat radiating member, which is adhered to the insulating resin adhesive layer;
A laminated structure comprising:
絶縁樹脂フィルムの表裏それぞれの面に、金属箔と伝熱金属層とが積層された両面金属張積層体を用意し、該両面金属張積層体の金属箔をエッチングにより部分的に除去する工程と、
エッチングによって除去された部分以外の残りの金属箔に、リードフレームとなる金属板を接合する工程と、
前記リードフレームとなる金属板の外側に、さらに半導体素子を接合する工程と、
を備えた積層構造体の製造方法。 A method for manufacturing a laminated structure used in a semiconductor module,
Preparing a double-sided metal-clad laminate in which a metal foil and a heat transfer metal layer are laminated on the front and back surfaces of the insulating resin film, and partially removing the metal foil of the double-sided metal-clad laminate by etching; ,
Bonding a metal plate to be a lead frame to the remaining metal foil other than the portion removed by etching; and
A step of further joining a semiconductor element to the outside of the metal plate to be the lead frame;
The manufacturing method of the laminated structure provided with.
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