JP3752372B2 - ポリイミド接着フィルム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、打抜き加工性に優れたポリイミド接着フィルムに関する。詳しくは、電子部品、電子回路基板等の固定又は絶縁用等の機械的強度と耐熱性を要求されるフィルム又はテープに用いられるポリイミドフィルムの片面又は両面に熱可塑性フィルムからなる接着層を設けた、打抜き加工時に打抜き切断不良(バリ)を改善したポリイミド接着フィルムに関する。特に、多層FPC(フレキシブルプリント基板)や半導体装置のダイパッドボンディング用、半導体装置のリード固定用、或いはCOL(Chip on Lead)、LOC(Lead on Chip)、TAB(Tape Automated bonding)用等の実装用材料として好適に用いることのできるポリイミド接着フィルムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の高機能化、高性能化、小型化が進んでおり、それらに伴って用いられる電子部品に対する小形化、軽量化が求められてきている。そのため半導体素子パッケージ方法やそれらを実装する配線材料又は配線部品も、より高密度、高機能かつ高性能のものが求められるようになってきた。特に、半導体パッケージ、COL又はLOCパッケージ、或いはTABパッケージやMCM(マルチチップモジュール)等の高密度実装材料や多層FPC等のプリント配線板材料、更には超伝導コイル被覆材料や航空宇宙材料として好適に用いることができる良好な機械的特性や耐熱特性、絶縁特性を示す接着材料が求められている。
【0003】
このような要求を満たす接着材料としてポリイミドフィルムの片面又は両面に熱可塑性ポリイミドからなる接着層を設けたポリイミド接着フィルムが多く用いられている。
【0004】
ポリイミド接着フィルムをリードフレーム固定用テープとして用いる場合、ポリイミド接着フィルムに打抜き加工を施して所望の形状とした後、リードフレームに配置し、加熱圧着してリードフレームに接着フィルムを貼り付けることができる。その他の用途に用いる際にも同様な方法によって貼付け加工ができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
然しながら、従来のポリイミド接着フィルムは、打抜き加工時に打抜き切断面が均一でなかったり、切断屑が発生する等の打抜き切断不良、所謂バリが多発することが問題となっていた。機械的特性の大きく異なった層を有する積層体であるポリイミド接着フィルムは、打抜き加工時にバリが発生しやすい。打抜き切断不良が多発すると打抜き時に凹金型と凸金型との間に屑が詰まってしまい、連続的な打抜き加工ができないという製造上の問題や、貼付け加工時に貼付け位置ずれが生じたり、切断屑がリードフレームを汚染する等の品質上の問題となる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点を解決することを目的に鋭意研究を重ねた結果、機械的特性や耐熱性、絶縁性に優れる、打抜き加工性が改善された接着フィルムを提供することに成功し、本発明に至ったのである。
【0007】
上記の課題は、次のそれぞれの手段によって解決することができる。
本発明のポリイミド接着フィルムは、ポリイミドフィルムからなるコア層の片面又は両面に熱可塑性ポリイミドからなる接着層を設け、コア層の厚みを55〜90μm とし、かつ接着層の厚みを5〜25μm とする。
【0008】
更に、本発明のポリイミド接着フィルムでは、コア層のポリイミドフィルムの弾性率を400kgf/mm2 以上とする。
また、本発明のポリイミド接着フィルムでは、コア層を、一般式(1)
【0009】
【化5】
[式中、R1 は次の
【0010】
【化6】
からなる群から選択される基であり、R2 は2価の有機基である。]
で示される構造を含み、吸水率が1.5%以下のポリイミドフィルムとする。
更に、本発明のポリイミド接着フィルムでは、接着層を、一般式(2)
【0011】
【化7】
[式中、R3 は次の
【0012】
【化8】
からなる群から選択される基であり、R4 は2価の有機基である。]
で示される構造を含み、吸水率が1.0%以下の熱可塑性ポリイミドフィルムとする。
このようにすることによって、従来問題とされていた打抜き加工時の打抜き切断不良(バリ)を大幅に改善することができたのである。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明のポリイミド接着フィルムは、ポリイミドフィルムからなるコア層の片面又は両面に熱可塑性ポリイミドからなる接着層を設けている。
コア層はポリイミドフィルムからなるが、このコア層は厚みを55〜90μm の範囲内に選定することが好ましく、60〜80μm の範囲であることが更に好ましく、65〜75μm の範囲であることが特に好ましい。
【0014】
コア層の厚みが55μm よりも薄いとバリが多発し、90μm より厚くなると打抜き加工に高い圧力を必要とし、フィルムが変形したり、コア層に割れ欠けが生じるからである。
【0015】
接着層は熱可塑性ポリイミドからなるが、接着層は厚みを5〜25μm の範囲内に選定することが好ましく、10〜20μm の範囲であることが更に好ましく、12.5〜17.5μm の範囲であることが特に好ましい。
【0016】
接着層の厚みが5μm よりも薄いと充分な接着力が得られないので信頼性を損ねることになり、25μm より厚くなると打抜き切断時にバリが多発することになるからである。
【0017】
バリの発生メカニズムについては明らかではないが、打抜き時にコア層が接着層よりも先に完全に切断してしまうと、接着層が伸びて千切れるように切断してしまい、接着層の伸びた部分がバリになってしまうと推定される。特に、接着層として好適に用いられる熱可塑性ポリイミドは、コア層として好適に用いられているポリイミドフィルムよりも伸び易いという性質を有しているからである。
【0018】
従って、バリの発生を防ぐためには打抜き時に切断し易い範囲でコア層を厚くし、接着層を貼付け信頼性を損なわない程度に薄くなるようにすることが好ましい。具体的には、コア層が全体の厚みの50%より大きく90%より小さくなる範囲、特に60%〜80%にすることが一層好ましい。
【0019】
本発明におけるコア層のポリイミドフィルムとしては、弾性率が400kgf/mm2 以上とすることが好適であり、450kgf/mm2 以上であることが更に好ましく、500kgf/mm2 以上であることが特に好ましい。
【0020】
弾性率が400kgf/mm2 より低いと、接着フィルムに腰がなくなり、打抜き加工性や貼付け加工時にテープ全体にだれを生じ易く、加工性に劣ることになるからである。
【0021】
本発明におけるコア層となるポリイミドフィルムのポリイミドとしては、耐熱性、電気特性、機械的特性に優れる一般的なポリイミドフィルムとなるものであれば特に限定されるものではないが、一般に弾性率が高く吸水率が低いものが好ましい。
【0022】
コア層のポリイミドフィルムの吸水率は1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることが特に好ましい。接着層の熱可塑性ポリイミドフィルムの吸水率についても同様である。
【0023】
吸水率の高いポリイミドフィルムを用いた接着フィルムは、半導体パッケージ等を組立てる工程で空気中の水分を多量に含んでしまい、パッケージを組立てた後にテープから水分が蒸発することによってパッケージクラックを発生させるので、信頼性を損ねることになる。
このポリイミドフィルムとして用いられるポリイミドは、一般に芳香族テトラカルボン酸とジアミンとを用いて得られるもので、一般式(1)
【0024】
【化9】
[式中、R1 は次の
【0025】
【化10】
からなる群から選択される基であり、R2 は2価の有機基である。]
で示される構造を含むポリイミドが好適に用いられる。
【0026】
前記一般式(1)で示されるポリイミドを合成する際の酸成分としては、3,3',4,4'-オキシジフタル酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-ハイドロキノンジベンゾエートテトラカルボン酸二無水物等が好ましく、またジアミン成分としてはp-フェニレンジアミン、 4,4'-オキシジアニリン、 4,4'-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン等が好ましい。
【0027】
この構造を含むポリイミドフィルムは、弾性率が高くて吸水率が低いので、400kgf/mm2 以上の弾性率を有すると共に1.5%以下という低い吸水率とを併せ有する条件を満たすことができる。
【0028】
本発明に用いることができるポリイミドフィルムとして具体的に市販されているものには、アピカルシリーズ(鐘淵化学製)、ユーピレック(宇部興産製)、カプトンシリーズ(デュポン社製)等が挙げられ、これらを好適に用いることができる。
【0029】
本発明における接着層となる熱可塑性ポリイミドは、加熱圧着により充分な接着力が発現するものであれば、特に限定されるものではないが、半導体分野では接着フィルム以外の材料の耐熱性の制約上、貼付け加工時の加熱温度を400℃以下に設定する必要があるため、接着層のガラス転移温度は300℃以下とすることが好ましい。ガラス転移温度が300℃を超えると貼付け加工時の加熱温度が400℃より高い温度が必要となるからである。
この接着層として用いられる熱可塑性ポリイミドは、一般に芳香族テトラカルボン酸とジアミンとを用いて得られるもので、一般式(2)
【0030】
【化11】
[式中、R1 は次の
【0031】
【化12】
からなる群から選択される基であり、R2 は2価の有機基である。]
で示される構造を含む熱可塑性ポリイミドが好適に用いられる。
【0032】
前記一般式(2)で示されるポリイミドを合成する際の酸成分としては、3,3',4,4'-オキシジフタル酸二無水物、3,3',4,4'-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'-エチレングリコールベンゾエートテトラカルボン酸二無水物、 2,2'-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンジベンゾエート−3,3',4,4'-テトラカルボン酸二無水物等が好ましく、またジアミン成分としては2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,2-ビス(2-(4-アミノフェノキシ)エトキシ)エタン、1,2-ビス(2-(3-アミノフェノキシ)エトキシ)エタン等が好ましい。
【0033】
この構造を含む熱可塑性ポリイミドは、150〜300℃のガラス転移温度と1.0%の低い吸水率とを併せ有することができるからである。
本発明のポリイミド接着フィルムの製造方法としては、コア層のポリイミドフィルムに熱可塑性ポリイミド溶液、又はその前駆体であるポリアミック酸溶液を流延し、又はロールコーターやバーコーター等で塗布し加熱乾燥させることによって接着層を積層させる方法や、コア層のポリイミドフィルムに熱可塑性ポリイミドフィルムを加熱、加圧装置とエンドレスベルトを備えた所謂ダブルベルトプレス機を用いて連続的に加熱圧着することによって積層させる方法等を採用することができるが、特に限定されるものではない。
【0034】
【実施例】
次に例を挙げて本発明のポリイミド接着フィルムを具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。なお、例5及び例7は比較例として示すものである。
【0035】
まず、コア層となるポリイミドフィルムと、接着層となる熱可塑性ポリイミドフィルムの作成方法について説明する。
コアフィルムの作成:
コア層となるポリイミドフィルムを次のようにして作成した。
4,4'-ジアミノジフェニルエーテル(以下、ODAという)10.01g (0.05モル)とp-フェニレンジアミン(以下、p-PDAという)5.40g (0.05モル)とをN,N-ジメチルアセトアミド(以下、DMAcという)270.0g に溶解した溶液に、3,3',4,4'-ハイドロキノンジベンゾエートテトラカルボン酸二無水物(以下、TMHQという)44.45g (0.097モル)を粉体のまま加え、40〜50℃で2時間撹拌した後、0〜5℃に冷却した。得られた溶液にTMHQ1.37g (0.003モル)をDMAc25.00g に溶解した溶液を増粘に気を付けながらゆっくりと添加し続け、溶液の粘度が2500ポイズとなった時点で添加を終了し、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸溶液を得た。
このポリアミック酸溶液200g に無水酢酸20g とイソキノリン20g を混合し撹拌した。得られた溶液をバーコーターを用いアルミ箔上に塗布し、そのまま熱風オーブンによって100℃で10分間乾燥硬化させた後、自己支持性を有する半硬化状態のポリイミドフィルムをアルミ箔から剥がした。剥がしたフィルムの端部を固定した後、フィルムを200℃で20分間加熱して、弾性率が600kgf/mm2 、吸水率が0.8%のポリイミドフィルム(以下、フィルムAという)を得た。
【0036】
熱可塑性ポリイミドフィルムの作成:
上記のコアフィルムの作成方法において、ODAとP-PDAを、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(以下、BAPPという)に代え、TMHQを3,3',4,4'-エチレングリコールジベンゾエートテトラカルボン酸二無水物(以下、TMEGという)に代えた以外は、同様の手順でガラス転移温度が170℃、吸水率が0.4%の熱可塑性ポリイミドフィルム(以下、フィルムBという)を得た。
【0037】
得られたポリイミド接着フィルムの打抜き性評価は、次のように行った。
接着フィルムを1cm×5mmの長方形に20回打抜いて、評価試料を得た。得られた20個の試料の端部を光学顕微鏡(50倍)でバリを観察し、次の式によって打抜き切断不良率(バリ発生率)を求めて、打抜き性評価とした。
打抜き切断不良率(%)=[バリのある試料数÷20]×100
例1
厚みが55μm のフィルムAの両面に厚み22.5μm のフィルムBを配し、プレス機を用い20kgf/cm2 、250℃、5分間加熱圧着して、全厚みが100μm のポリイミド接着フィルムを得た。打抜き切断不良率は8%であった。
【0038】
同様に、表1に示すように40、50、60、80、90μm の厚みのフィルムAを用いて、全厚みが100μm のポリイミド接着フィルムを作成し、打抜き性評価を行った。打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0039】
【表1】
【0040】
例2
フィルムAの代りに弾性率が420kgf/mm2 のポリイミドフィルム(アピカルNPI、鐘淵化学製)を用いた以外は、例1と同様にしてポリイミド接着フィルムを得て、打抜き評価を行った。55、40、50、60、80、90μm の厚みのコアフィルムAについての打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0041】
例3
フィルムBの代りに熱可塑性ポリイミドフィルム(ピクシオTP−T、鐘淵化学製)を用いた以外は、例1と同様にポリイミド接着フィルムを得て、打抜き評価を行った。55、40、50、60、80、90μm の厚みのコアフィルムAについての打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0042】
例4
フィルムAの代りに弾性率が420kgf/mm2 のポリイミドフィルム(アピカルNPI、鐘淵化学製)を用い、フィルムBの代りに熱可塑性ポリイミドフィルム(ピクシオTP−T、鐘淵化学製)を用いた以外は、例1と同様にポリイミド接着フィルムを得て、打抜き評価を行った。55、40、50、60、80、90μm の厚みのコアフィルムについての打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0043】
例5
フィルムAの代りに弾性率が320kgf/mm2 のポリイミドフィルム(アピカルAH、鐘淵化学製)を用い、フィルムBの代りに熱可塑性ポリイミドフィルム(ピクシオTP−T、鐘淵化学製)を用いた以外は、例1と同様にポリイミド接着フィルムを得て、打抜き評価を行った。55、40、50、60、80、90μm の厚みのコアフィルムについての打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0044】
例6
厚みが55μm のフィルムAの片面に厚み25μm のフィルムBを配し、プレス機を用い20kgf/cm2 、250℃、5分間加熱圧着して、全厚みが80μm のポリイミド接着フィルムを得た。同様に、表1に示すように40、50、60、80、90μm の厚みのフィルムAを用いて、全厚みが100μm のポリイミド接着フィルムを作成した。同様に打抜き性評価を行った。打抜き切断不良率は、表1に示す通りである。
【0045】
例7
フィルムAの代りに弾性率が420kgf/mm2 のポリイミドフィルム(アピカルNPI、鐘淵化学製)を用い、フィルムBの代りに熱可塑性ポリイミドフィルム(ピクシオTP−T、鐘淵化学製)を用いた以外は、例6と同様にポリイミド接着フィルムを得て、打抜き評価を行った。55、40、50、60、80、90μm の厚みのコアフィルムAについての打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0046】
例8
フィルムAの代りに弾性率が320kgf/mm2 の熱可塑性ポリイミドフィルム(アピカルAH、鐘淵化学製)を用い、フィルムBの代りに熱可塑性ポリイミドフィルム(ピクシオTP−T、鐘淵化学製)を用いた以外は、例6と同様にポリイミド接着フィルムを得て、打抜き評価を行った。55、40、50、60、80、90μm の厚みのコアフィルムについての打抜き切断不良率の結果は表1に示す通りである。
【0047】
【発明の効果】
ポリイミドフィルムからなるコア層の片面又は両面に熱可塑性ポリイミドからなる接着層を設けてなる接着フィルムにおいて、コア層の厚みを55〜90μm とし、かつ接着層の厚みを5〜25μm とすることによって、ポリイミド接着フィルムの打抜き性が大幅に改善できる。
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