JP3765331B2 - 低応力のフィルム状接着剤、それを用いたリードフレーム及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージの接着部材に使われる低応力のフィルム状接着剤、それを用いたリードフレーム及び半導体装置に関する。本発明のフィルム状接着剤は、特に、大型半導体チップを用いた半導体パッケージに好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体パッケージでは、フィルム状基材の片側又は両側に接着剤を塗布した複合フィルムが、ＬＯＣ(lead on chip)構造、ＣＯＬ(chip on lead)構造又は枠タブ構造等においてリードフレームと半導体チップの接続のため、また、放熱板付き複合リードフレームにおいてはインナーリードとヒートスプレッダの接続のための接合部材として用いられている。
【０００３】
また、半導体用リードフレームと半導体チップを接合させる接着剤としては、従来、エポキシ系やゴム変成エポキシ系等の熱硬化性接着剤、あるいはポリイミドやポリアミドイミド等の耐熱性ホットメルト接着剤が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エポキシ系やゴム変成エポキシ系等の熱硬化性接着剤は、優れた接着力を有するものの耐熱性に劣り、かつ、アウトガスによる半導体チップの汚染の問題がある。
耐熱性ホットメルト接着剤はアウトガスを発生せず、半導体チップを汚染しないことから注目されているが、十分な接着強度を得るための接着温度が高く、熱応力による半導体チップの損傷や熱劣化等の問題がある。また、半導体チップの大型化に伴い接合時の温度変化によるリードフレームや半導体チップの反り、その反りによる半導体チップの損傷の問題も発生している。これらの問題は、半導体パッケージの高密度化と半導体チップの大型化につれ深刻となっている。
【０００５】
また、近年、半導体パッケージの高密度化と薄型化に伴い、はんだ接続時に接着剤が吸収した水分の気化に起因すると思われるパッケージクラック（リフロークラック）が多発しており、これも大きな問題となっている。
そこで、アウトガスを発生させず、発生応力が少なく、またリフロークラックを起こさない接着剤が望まれている。
本発明は、このような問題を解決し、アウトガスの発生がなく、低応力で、かつ耐リフロークラック性にも優れたフィルム状接着剤、それを用いたリードフレーム及び半導体装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点を解決するため種々検討した結果、特定の性能の耐熱性樹脂を用いると共に、接着剤中に所定量の弾性フィラーを存在させると、低応力接着剤が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、先ず、下記の低応力のフィルム状接着剤である。
（ａ）ガラス転移温度（Ｔｇ）５０〜２５０℃の接着剤樹脂、及び前記接着剤樹脂１００重量部に対し弾性フィラー１０〜４００重量部を含む接着剤層から成り、接着剤層に存在する溶剤の量が、接着剤樹脂１００重量部に対して０．５〜５．８重量部であるフィルム状接着剤。
（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）５０〜２５０℃の接着剤樹脂１００重量部、弾性フィラー１０〜４００重量部、及びカップリング剤０〜１０重量部を含む接着剤層から成る上記（ａ）のフィルム状接着剤。
【０００７】
ここで使用する接着剤樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５０〜２５０℃のもの、好ましくは１５０〜２３０℃のものを用いる。このような接着剤樹脂としては、耐熱性熱可塑性樹脂又はこれを主成分とする耐熱性接着剤樹脂があり、耐熱性熱可塑性樹脂としてはポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂を挙げることができる。ここでポリイミド樹脂とはポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド等のイミド基を有する樹脂を含む。
【０００８】
本発明において用いられる弾性フィラーとしては、アクリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム等のゴム粒子が挙げられる。ゴム粒子としては耐熱性の点からシリコーンゴム粒子が好ましく、特に接着剤樹脂との接着性、相溶性の点からコアシェル構造又は表面処理した粒子が好ましい。弾性フィラーの量は接着剤樹脂１００重量部に対して、１０〜４００重量部、好ましくは４０〜３００重量部である。４００重量部を越えると接着部材の表面状態が悪くなり良好な接着が得られない。１０重量部未満では応力を低減させる効果が十分でない。また、フィルム状接着剤中に存在する（残存する）溶剤の量を、接着剤樹脂１００重量部に対して０．５〜５．８重量部となるように調整してもよい。そうすれば、熱接着温度を比較的低温で行うことができるからである。
【０００９】
本発明の単層のフィルム状接着剤の製造は、次のようにして行う。まず、接着剤樹脂を有機溶剤で溶解する。用いる有機溶剤としては、接着剤樹脂を均一に溶解できるものであれば特に制限はない。例えば、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、モノグライム、ジグライム、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、シクロヘキサノン、ブチルラクトン等の溶剤が使用される。これらは、２以上の混合溶剤であってもよい。
これに、好ましくはカップリング剤を、接着剤樹脂１００重量部に対して０〜１０重量部加え、混合する。カップリング剤の添加量が１０重量部を越えると得られるフィルム状接着剤のぬれ性が悪く、接着力も低下する。
【００１０】
カップリング剤としては、シランカップリング剤、すなわち、
γ−グリシド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メチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシメトキシシラン等のビニルシラン、
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、等のメルカプトシラン、等のほかに、
チタネート、アルミキレート、ジルコアルミネート等のカップリング剤があり、これらの中でシランカップリング剤が好ましく用いられ、エポキシシラン系カップリング剤が特に好ましく用いられる。
必要に応じて更に、樹脂粒子、セラミック粉、ガラス粉、銀粉、銅粉等のフィラー、その他の添加剤を加えることもできる。
【００１１】
得られた混合液（又は混合物）を、ガラス板、ステンレス板等の平板上、あるいはポリエステル製フィルム（又はシート）等のベースフィルム上に均一に塗布する。この際の塗布方法は特に制限するものではない。例えば、ドクターブレードやナイフコーター、ダイコーター等の方法で塗布することができる。塗布後、加熱・乾燥し、その後室温に冷やしたのち、これを平板又はベースフィルムから剥がすと単層のフィルム状接着剤が得られる。ここで加熱・乾燥の条件は、接着剤樹脂ワニスがポリアミド酸ワニスであるか、ポリイミドワニスであるかで異なってくる。接着剤樹脂ワニスがポリアミド酸ワニスの場合には、樹脂をイミド化させるためＴｇ以上の温度が必要であり、ポリイミドワニスの場合には溶剤を蒸発、揮散できる温度であればよい。また、加熱・乾燥の条件を変動させることにより、接着剤中の残存溶剤の量を調節できる。
【００１２】
別の製造方法として、ガラス布、炭素繊維布、ポリアラミド布等のフィルム状（又はシート状）の通気性クロスに、前記混合液（又は混合物）を含浸させ、これを加熱・乾燥させる方法もある。得られるものは複合接着テープとも呼ばれるものであるが、本発明では単層のフィルム状接着剤に含む意味で用いる。
【００１３】
本発明は、また、（ｄ）フィルム状基材の少なくとも片面に、前記（ａ）〜（ｂ）のいずれかのフィルム状接着剤が接してなる複層（基材も一層として数える。）のフィルム状接着剤でもある。ここで、用いられる基材としては、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、ポリアリレート等のエンジニアリングプラスチックの耐熱性フィルム、銅箔、アルミ箔、ステンレス箔等の金属箔等がある。
【００１４】
前記耐熱性フィルムは、接着剤樹脂のＴｇより高いＴｇをもつフィルムが使用される。使用する接着剤樹脂のＴｇに応じ適宜選択すればよいが、通常は２００℃以上、好ましくは２５０℃以上のものを使用する。また、この耐熱性フィルムは、吸水率が２重量％以下のもの、熱膨張係数が３×１０-5／℃以下のものが更に好ましい。このような特性を満たす耐熱性フィルムの一つはポリイミドフィルムである。
【００１５】
耐熱性フィルムは接着剤樹脂との接着性を増すために表面処理を施すことが好ましい。表面処理の方法としては、アルカリ処理、シランカップリング処理等の化学処理、サンドブラスト等の物理的処理、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。接着剤樹脂の種類に応じて最も適した処理を用いればよいが、化学処理またはプラズマ処理が特に適している。
【００１６】
本発明の複層のフィルム状接着剤の製造は、次のようにして行う。まず、接着剤樹脂を有機溶剤で溶解する。用いる有機溶剤としては、単層のフィルム状接着剤の製造と同様、接着剤樹脂を均一に溶解できるものであれば特に制限はない。先に挙げたような有機溶剤の１種又は２種以上の混合溶剤を用いることができる。
この溶解液に、弾性フィラーを（接着剤樹脂１００重量部に対して）１０〜４００重量部を加えて、混合する。弾性フィラーとしては、先に挙げたアクリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム等のゴム粒子がある。
【００１７】
これに、好ましくは更にカップリング剤０〜１０重量部を加える。カップリング剤としては、先に述べたものと同じである。
必要に応じて更に、樹脂粒子、セラミック粉、ガラス粉、銀粉、銅粉等のフィラー、その他の添加剤を加え、混合することができる。
得られた混合液（又は混合物）を、前記のポリイミド等の耐熱性フィルム、又は銅箔等の金属箔の片面又は両面に均一に塗布する。塗布方法は、前記したように、例えば、ドクターブレードやナイフコーター、ダイコーター等の方法で塗布することができる。基材（耐熱性フィルム又は金属箔）をワニス液中に通すことによっても行うことができるが、接着剤樹脂の厚みの制御は難しい。塗布後、加熱・乾燥し、その後室温に冷やすと複層のフィルム状接着剤が得られる。加熱・乾燥の条件は前記単層のフィルム状接着剤の条件と同様である。
なお、基材の両面に耐熱性接着剤ワニスを塗布する場合、両側に塗布される耐熱性接着剤は同一でも異なっていてもよい。
【００１８】
本発明は更に、
（ｅ）前記の単層のフィルム状接着剤又は複層のフィルム状接着剤が接着されているリードフレーム；
（ｆ）リードフレームと半導体チップとを、直接に前記（ａ）〜（ｄ）のいずれかのフィルム状接着剤で接着させた半導体装置；及び
（ｇ）リードフレームと半導体チップとを、前記（ａ）〜（ｄ）以外のダイボンド材を介し、前記（ａ）〜（ｄ）のいずれかのフィルム状接着剤で接着させた半導体装置；にも関する。
すなわち、本発明の単層のフィルム状接着剤又は複層のフィルム状接着剤を用いて、信頼性に優れた半導体装置を製造することができる。
例えば一つの方法は、本発明のフィルム状接着剤を所定の大きさに打ち抜き、得られたフィルム片をリードフレームと半導体チップの間に挾み、１５０〜４００℃、０．０１〜１０Mpaで、０．１〜１０秒間加圧接着させ、その後リードフレームと半導体チップとを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成型材料でトランスファー成型して封止し、半導体装置を製造することができる（図１）。
別の方法は、所定の大きさに打ち抜いた本発明のフィルム状接着剤片をリードフレームに加圧接着させ、次いでこれに半導体チップを載せて加圧接着させ、その後リードフレームと半導体チップとを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成型材料で封止し、半導体装置を製造することができる（図２）。
また他の方法は、所定の大きさに打ち抜いた本発明のフィルム状接着剤片をリードフレームに加圧接着させ、次いでフィルム状接着剤の所定の部分に本発明のフィルム状接着剤以外のダイボンド材（銀ペースト、ダイボンドフィルム等）を載せ、これに半導体チップを載せて加圧接着させ、その後リードフレームと半導体チップとを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成型材料で封止し、半導体装置を製造することもできる（図３）。
図１はＬＯＣ構造の半導体パッケージの断面模式図を示し、図２は本発明のフィルム状接着剤と半導体チップの接着が直接的であるヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図を示し、図３は本発明のフィルム状接着剤と半導体チップの接着はダイボンド材を介したものであるヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図を示す。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
実施例１
トリメリット酸無水物モノクロライド／２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン／１，１２−ジアミノドデカン／１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／７５／２０／５（モル比）からなるＴｇ１９０℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇ、γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン〔以下、ＣＰＬと略す〕５ｇ及びシリコンゴムフィラー４０ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）３００ｇに溶解してワニスを作製した。
このワニスを厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの両面に乾燥後の厚さが２５μｍになるように塗工し、１７０℃で１０分乾燥し、厚さ１００μｍの三層のフィルム状接着剤（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は４．８重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して５．０重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．２ｋｇ／ｃｍ及び０．８ｋｇ／ｃｍであった。
４０ｍｍ×８ｍｍの接着テープを４５ｍｍ×１０ｍｍ×１５０μｍの４２アロイ板に３００℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けた時の中央部の反り量は６００μｍであった。このテープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図１に示すＬＯＣパッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
なお、接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は、３００℃で３０分間、乾燥し、乾燥前後の重量変化を測定し、ポリイミドフィルム（基材）の重量を補正して、算出した。
【００２０】
実施例２
実施例１のワニスをポリエステルフィルムに、乾燥後の厚さが４０μｍになるように塗工し、１００℃で１０分乾燥した後、剥がして金枠にとめ１８０℃で１０分乾燥し、単層のフィルム状接着剤（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は３．９重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して４．１重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．１ｋｇ／ｃｍ及び０．７ｋｇ／ｃｍであった。また、実施例１と同様にして測定した反り量は４５０μｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図１に示すＬＯＣパッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２１】
実施例３
シリコンゴムフィラーの量を６５ｇとする以外は実施例１と同様のワニスを厚さ１０５μｍの両面粗化銅箔の片面に、乾燥後の厚さが２０μｍになるように塗工し、１６０℃で１０分乾燥して接着剤付き銅箔（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は５．５重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して５．８重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．４ｋｇ／ｃｍ及び１．０ｋｇ／ｃｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを銀ペーストを用いて接着剤面に接着させた。リードフレームに貼り付けた時、反りは見られなかった。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図３に示すヒートスプレッダ付きパッケージを作製した。
８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２２】
実施例４
トリメリット酸無水物モノクロライド／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−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／９５／５（モル比）からなるＴｇ２２５℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇ、シリコンゴムフィラー１４０ｇをＮ−メチルピロリドン３００ｇに溶解してワニスを作製した。
このワニスを用いて実施例２と同様にして単層の接着テープを作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は４．２重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して４．４重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．０ｋｇ／ｃｍ及び０．６ｋｇ／ｃｍであった。また、実施例１と同様にして測定した反り量は２００μｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図１に示すＬＯＣパッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２３】
（比較例１）
トリメリット酸無水物モノクロライド／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−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／９５／５（モル比）からなるＴｇ２２５℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇをＮ−メチルピロリドン３００ｇに溶解してワニスを作製した。
このワニスを用いて実施例１と同様にして三層の接着テープを作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は４．５重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して４．７重量部）であった。また、反り量は１２００μｍであった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．１ｋｇ／ｃｍ及び０．７ｋｇ／ｃｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けたところ、反りが大きく、半導体チップを貼り付けようとしたが、接着テープ端部がうまく接着できなかった。
【００２４】
実施例５
トリメリット酸無水物モノクロライド／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−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／７０／３０（モル比）からなるＴｇが１８０℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇ及びシリコンゴムフィラー６５ｇをＮ−メチルピロリドン３００ｇに溶解し、ワニスを作製した。
このワニスを用い、実施例３と同様にして接着剤付き銅箔（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は５．２重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して５．５重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．５ｋｇ／ｃｍ及び１．１ｋｇ／ｃｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。リードフレームに貼り付けたとき、反りは見られなかった。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図２に示すヒートスプレッダー付き半導体パッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のフィルム状接着剤は接着時の発生応力が小さく。そのため、大型半導体チップの接着部材に有用である。
また、本発明のフィルム状接着剤を用いた半導体装置は信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＯＣ構造の半導体パッケージの断面模式図である。
【図２】ヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図である。
【図３】ダイボンド材を介して半導体チップとリードフレームとを接着させたヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図である。
【符号の説明】
１…フィルム状接着剤
１ａ…接着剤層
１ｂ…ヒートスプレッダー
２…半導体チップ
３…リードフレーム
４…ワイヤ
５…封止材
６…ダイボンド材
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体パッケージの接着部材に使われる低応力のフィルム状接着剤、それを用いたリードフレーム及び半導体装置に関する。本発明のフィルム状接着剤は、特に、大型半導体チップを用いた半導体パッケージに好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
半導体パッケージでは、フィルム状基材の片側又は両側に接着剤を塗布した複合フィルムが、ＬＯＣ(lead on chip)構造、ＣＯＬ(chip on lead)構造又は枠タブ構造等においてリードフレームと半導体チップの接続のため、また、放熱板付き複合リードフレームにおいてはインナーリードとヒートスプレッダの接続のための接合部材として用いられている。
【０００３】
また、半導体用リードフレームと半導体チップを接合させる接着剤としては、従来、エポキシ系やゴム変成エポキシ系等の熱硬化性接着剤、あるいはポリイミドやポリアミドイミド等の耐熱性ホットメルト接着剤が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エポキシ系やゴム変成エポキシ系等の熱硬化性接着剤は、優れた接着力を有するものの耐熱性に劣り、かつ、アウトガスによる半導体チップの汚染の問題がある。
耐熱性ホットメルト接着剤はアウトガスを発生せず、半導体チップを汚染しないことから注目されているが、十分な接着強度を得るための接着温度が高く、熱応力による半導体チップの損傷や熱劣化等の問題がある。また、半導体チップの大型化に伴い接合時の温度変化によるリードフレームや半導体チップの反り、その反りによる半導体チップの損傷の問題も発生している。これらの問題は、半導体パッケージの高密度化と半導体チップの大型化につれ深刻となっている。
【０００５】
また、近年、半導体パッケージの高密度化と薄型化に伴い、はんだ接続時に接着剤が吸収した水分の気化に起因すると思われるパッケージクラック（リフロークラック）が多発しており、これも大きな問題となっている。
そこで、アウトガスを発生させず、発生応力が少なく、またリフロークラックを起こさない接着剤が望まれている。
本発明は、このような問題を解決し、アウトガスの発生がなく、低応力で、かつ耐リフロークラック性にも優れたフィルム状接着剤、それを用いたリードフレーム及び半導体装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題点を解決するため種々検討した結果、特定の性能の耐熱性樹脂を用いると共に、接着剤中に所定量の弾性フィラーを存在させると、低応力接着剤が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、先ず、下記の低応力のフィルム状接着剤である。
（ａ）ガラス転移温度（Ｔｇ）５０〜２５０℃の接着剤樹脂、及び前記接着剤樹脂１００重量部に対し弾性フィラー１０〜４００重量部を含む接着剤層から成り、接着剤層に存在する溶剤の量が、接着剤樹脂１００重量部に対して０．５〜５．８重量部であるフィルム状接着剤。
（ｂ）ガラス転移温度（Ｔｇ）５０〜２５０℃の接着剤樹脂１００重量部、弾性フィラー１０〜４００重量部、及びカップリング剤０〜１０重量部を含む接着剤層から成る上記（ａ）のフィルム状接着剤。
【０００７】
ここで使用する接着剤樹脂は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が５０〜２５０℃のもの、好ましくは１５０〜２３０℃のものを用いる。このような接着剤樹脂としては、耐熱性熱可塑性樹脂又はこれを主成分とする耐熱性接着剤樹脂があり、耐熱性熱可塑性樹脂としてはポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂を挙げることができる。ここでポリイミド樹脂とはポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド等のイミド基を有する樹脂を含む。
【０００８】
本発明において用いられる弾性フィラーとしては、アクリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム等のゴム粒子が挙げられる。ゴム粒子としては耐熱性の点からシリコーンゴム粒子が好ましく、特に接着剤樹脂との接着性、相溶性の点からコアシェル構造又は表面処理した粒子が好ましい。弾性フィラーの量は接着剤樹脂１００重量部に対して、１０〜４００重量部、好ましくは４０〜３００重量部である。４００重量部を越えると接着部材の表面状態が悪くなり良好な接着が得られない。１０重量部未満では応力を低減させる効果が十分でない。また、フィルム状接着剤中に存在する（残存する）溶剤の量を、接着剤樹脂１００重量部に対して０．５〜５．８重量部となるように調整してもよい。そうすれば、熱接着温度を比較的低温で行うことができるからである。
【０００９】
本発明の単層のフィルム状接着剤の製造は、次のようにして行う。まず、接着剤樹脂を有機溶剤で溶解する。用いる有機溶剤としては、接着剤樹脂を均一に溶解できるものであれば特に制限はない。例えば、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、ジオキサン、モノグライム、ジグライム、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、シクロヘキサノン、ブチルラクトン等の溶剤が使用される。これらは、２以上の混合溶剤であってもよい。
これに、好ましくはカップリング剤を、接着剤樹脂１００重量部に対して０〜１０重量部加え、混合する。カップリング剤の添加量が１０重量部を越えると得られるフィルム状接着剤のぬれ性が悪く、接着力も低下する。
【００１０】
カップリング剤としては、シランカップリング剤、すなわち、
γ−グリシド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メチルジエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、
ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシメトキシシラン等のビニルシラン、
γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、
γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、等のメルカプトシラン、等のほかに、
チタネート、アルミキレート、ジルコアルミネート等のカップリング剤があり、これらの中でシランカップリング剤が好ましく用いられ、エポキシシラン系カップリング剤が特に好ましく用いられる。
必要に応じて更に、樹脂粒子、セラミック粉、ガラス粉、銀粉、銅粉等のフィラー、その他の添加剤を加えることもできる。
【００１１】
得られた混合液（又は混合物）を、ガラス板、ステンレス板等の平板上、あるいはポリエステル製フィルム（又はシート）等のベースフィルム上に均一に塗布する。この際の塗布方法は特に制限するものではない。例えば、ドクターブレードやナイフコーター、ダイコーター等の方法で塗布することができる。塗布後、加熱・乾燥し、その後室温に冷やしたのち、これを平板又はベースフィルムから剥がすと単層のフィルム状接着剤が得られる。ここで加熱・乾燥の条件は、接着剤樹脂ワニスがポリアミド酸ワニスであるか、ポリイミドワニスであるかで異なってくる。接着剤樹脂ワニスがポリアミド酸ワニスの場合には、樹脂をイミド化させるためＴｇ以上の温度が必要であり、ポリイミドワニスの場合には溶剤を蒸発、揮散できる温度であればよい。また、加熱・乾燥の条件を変動させることにより、接着剤中の残存溶剤の量を調節できる。
【００１２】
別の製造方法として、ガラス布、炭素繊維布、ポリアラミド布等のフィルム状（又はシート状）の通気性クロスに、前記混合液（又は混合物）を含浸させ、これを加熱・乾燥させる方法もある。得られるものは複合接着テープとも呼ばれるものであるが、本発明では単層のフィルム状接着剤に含む意味で用いる。
【００１３】
本発明は、また、（ｄ）フィルム状基材の少なくとも片面に、前記（ａ）〜（ｂ）のいずれかのフィルム状接着剤が接してなる複層（基材も一層として数える。）のフィルム状接着剤でもある。ここで、用いられる基材としては、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、ポリアリレート等のエンジニアリングプラスチックの耐熱性フィルム、銅箔、アルミ箔、ステンレス箔等の金属箔等がある。
【００１４】
前記耐熱性フィルムは、接着剤樹脂のＴｇより高いＴｇをもつフィルムが使用される。使用する接着剤樹脂のＴｇに応じ適宜選択すればよいが、通常は２００℃以上、好ましくは２５０℃以上のものを使用する。また、この耐熱性フィルムは、吸水率が２重量％以下のもの、熱膨張係数が３×１０-5／℃以下のものが更に好ましい。このような特性を満たす耐熱性フィルムの一つはポリイミドフィルムである。
【００１５】
耐熱性フィルムは接着剤樹脂との接着性を増すために表面処理を施すことが好ましい。表面処理の方法としては、アルカリ処理、シランカップリング処理等の化学処理、サンドブラスト等の物理的処理、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。接着剤樹脂の種類に応じて最も適した処理を用いればよいが、化学処理またはプラズマ処理が特に適している。
【００１６】
本発明の複層のフィルム状接着剤の製造は、次のようにして行う。まず、接着剤樹脂を有機溶剤で溶解する。用いる有機溶剤としては、単層のフィルム状接着剤の製造と同様、接着剤樹脂を均一に溶解できるものであれば特に制限はない。先に挙げたような有機溶剤の１種又は２種以上の混合溶剤を用いることができる。
この溶解液に、弾性フィラーを（接着剤樹脂１００重量部に対して）１０〜４００重量部を加えて、混合する。弾性フィラーとしては、先に挙げたアクリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム等のゴム粒子がある。
【００１７】
これに、好ましくは更にカップリング剤０〜１０重量部を加える。カップリング剤としては、先に述べたものと同じである。
必要に応じて更に、樹脂粒子、セラミック粉、ガラス粉、銀粉、銅粉等のフィラー、その他の添加剤を加え、混合することができる。
得られた混合液（又は混合物）を、前記のポリイミド等の耐熱性フィルム、又は銅箔等の金属箔の片面又は両面に均一に塗布する。塗布方法は、前記したように、例えば、ドクターブレードやナイフコーター、ダイコーター等の方法で塗布することができる。基材（耐熱性フィルム又は金属箔）をワニス液中に通すことによっても行うことができるが、接着剤樹脂の厚みの制御は難しい。塗布後、加熱・乾燥し、その後室温に冷やすと複層のフィルム状接着剤が得られる。加熱・乾燥の条件は前記単層のフィルム状接着剤の条件と同様である。
なお、基材の両面に耐熱性接着剤ワニスを塗布する場合、両側に塗布される耐熱性接着剤は同一でも異なっていてもよい。
【００１８】
本発明は更に、
（ｅ）前記の単層のフィルム状接着剤又は複層のフィルム状接着剤が接着されているリードフレーム；
（ｆ）リードフレームと半導体チップとを、直接に前記（ａ）〜（ｄ）のいずれかのフィルム状接着剤で接着させた半導体装置；及び
（ｇ）リードフレームと半導体チップとを、前記（ａ）〜（ｄ）以外のダイボンド材を介し、前記（ａ）〜（ｄ）のいずれかのフィルム状接着剤で接着させた半導体装置；にも関する。
すなわち、本発明の単層のフィルム状接着剤又は複層のフィルム状接着剤を用いて、信頼性に優れた半導体装置を製造することができる。
例えば一つの方法は、本発明のフィルム状接着剤を所定の大きさに打ち抜き、得られたフィルム片をリードフレームと半導体チップの間に挾み、１５０〜４００℃、０．０１〜１０Mpaで、０．１〜１０秒間加圧接着させ、その後リードフレームと半導体チップとを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成型材料でトランスファー成型して封止し、半導体装置を製造することができる（図１）。
別の方法は、所定の大きさに打ち抜いた本発明のフィルム状接着剤片をリードフレームに加圧接着させ、次いでこれに半導体チップを載せて加圧接着させ、その後リードフレームと半導体チップとを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成型材料で封止し、半導体装置を製造することができる（図２）。
また他の方法は、所定の大きさに打ち抜いた本発明のフィルム状接着剤片をリードフレームに加圧接着させ、次いでフィルム状接着剤の所定の部分に本発明のフィルム状接着剤以外のダイボンド材（銀ペースト、ダイボンドフィルム等）を載せ、これに半導体チップを載せて加圧接着させ、その後リードフレームと半導体チップとを金線等で接合し、エポキシ樹脂等の成型材料で封止し、半導体装置を製造することもできる（図３）。
図１はＬＯＣ構造の半導体パッケージの断面模式図を示し、図２は本発明のフィルム状接着剤と半導体チップの接着が直接的であるヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図を示し、図３は本発明のフィルム状接着剤と半導体チップの接着はダイボンド材を介したものであるヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図を示す。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
実施例１
トリメリット酸無水物モノクロライド／２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン／１，１２−ジアミノドデカン／１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／７５／２０／５（モル比）からなるＴｇ１９０℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇ、γーグリシドキシプロピルトリメトキシシラン〔以下、ＣＰＬと略す〕５ｇ及びシリコンゴムフィラー４０ｇをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）３００ｇに溶解してワニスを作製した。
このワニスを厚さ５０μｍのポリイミドフィルムの両面に乾燥後の厚さが２５μｍになるように塗工し、１７０℃で１０分乾燥し、厚さ１００μｍの三層のフィルム状接着剤（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は４．８重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して５．０重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．２ｋｇ／ｃｍ及び０．８ｋｇ／ｃｍであった。
４０ｍｍ×８ｍｍの接着テープを４５ｍｍ×１０ｍｍ×１５０μｍの４２アロイ板に３００℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けた時の中央部の反り量は６００μｍであった。このテープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図１に示すＬＯＣパッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
なお、接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は、３００℃で３０分間、乾燥し、乾燥前後の重量変化を測定し、ポリイミドフィルム（基材）の重量を補正して、算出した。
【００２０】
実施例２
実施例１のワニスをポリエステルフィルムに、乾燥後の厚さが４０μｍになるように塗工し、１００℃で１０分乾燥した後、剥がして金枠にとめ１８０℃で１０分乾燥し、単層のフィルム状接着剤（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は３．９重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して４．１重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．１ｋｇ／ｃｍ及び０．７ｋｇ／ｃｍであった。また、実施例１と同様にして測定した反り量は４５０μｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図１に示すＬＯＣパッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２１】
実施例３
シリコンゴムフィラーの量を６５ｇとする以外は実施例１と同様のワニスを厚さ１０５μｍの両面粗化銅箔の片面に、乾燥後の厚さが２０μｍになるように塗工し、１６０℃で１０分乾燥して接着剤付き銅箔（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は５．５重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して５．８重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．４ｋｇ／ｃｍ及び１．０ｋｇ／ｃｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを銀ペーストを用いて接着剤面に接着させた。リードフレームに貼り付けた時、反りは見られなかった。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図３に示すヒートスプレッダ付きパッケージを作製した。
８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２２】
実施例４
トリメリット酸無水物モノクロライド／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−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／９５／５（モル比）からなるＴｇ２２５℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇ、シリコンゴムフィラー１４０ｇをＮ−メチルピロリドン３００ｇに溶解してワニスを作製した。
このワニスを用いて実施例２と同様にして単層の接着テープを作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は４．２重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して４．４重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．０ｋｇ／ｃｍ及び０．６ｋｇ／ｃｍであった。また、実施例１と同様にして測定した反り量は２００μｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図１に示すＬＯＣパッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２３】
（比較例１）
トリメリット酸無水物モノクロライド／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−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／９５／５（モル比）からなるＴｇ２２５℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇをＮ−メチルピロリドン３００ｇに溶解してワニスを作製した。
このワニスを用いて実施例１と同様にして三層の接着テープを作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は４．５重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して４．７重量部）であった。また、反り量は１２００μｍであった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．１ｋｇ／ｃｍ及び０．７ｋｇ／ｃｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けたところ、反りが大きく、半導体チップを貼り付けようとしたが、接着テープ端部がうまく接着できなかった。
【００２４】
実施例５
トリメリット酸無水物モノクロライド／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−アミノプロピル）テトラメチルシロキサン＝１００／７０／３０（モル比）からなるＴｇが１８０℃のポリアミドイミド樹脂１００ｇ及びシリコンゴムフィラー６５ｇをＮ−メチルピロリドン３００ｇに溶解し、ワニスを作製した。
このワニスを用い、実施例３と同様にして接着剤付き銅箔（接着テープ）を作製した。この接着テープの接着剤層中の残存溶剤量は５．２重量％（ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して５．５重量部）であった。
この接着テープを銅板に３００℃又は２５０℃、３ＭＰａ、３ｓの条件で貼り付けて９０度引き剥がし強さ（ピール）を測定したところ、それぞれ１．５ｋｇ／ｃｍ及び１．１ｋｇ／ｃｍであった。
この接着テープを銅リードフレームに貼り付けた後、半導体チップを接着させた。リードフレームに貼り付けたとき、反りは見られなかった。金線を用いてワイヤボンドしたところ問題はなかった。封止材でモールドして図２に示すヒートスプレッダー付き半導体パッケージを作製した。８５℃、相対湿度８５％の条件で１６８ｈ吸湿させた後、Ｍａｘ２４５℃のＩＲ炉でリフローを行ったところ、クラックは生じなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のフィルム状接着剤は接着時の発生応力が小さく。そのため、大型半導体チップの接着部材に有用である。
また、本発明のフィルム状接着剤を用いた半導体装置は信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＯＣ構造の半導体パッケージの断面模式図である。
【図２】ヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図である。
【図３】ダイボンド材を介して半導体チップとリードフレームとを接着させたヒートスプレッダ付き半導体パッケージの断面模式図である。
【符号の説明】
１…フィルム状接着剤
１ａ…接着剤層
１ｂ…ヒートスプレッダー
２…半導体チップ
３…リードフレーム
４…ワイヤ
５…封止材
６…ダイボンド材
Claims (6)
- ガラス転移温度（Ｔｇ）５０〜２５０℃の接着剤樹脂、及び前記接着剤樹脂１００重量部に対し弾性フィラー１０〜４００重量部を含む接着剤層から成り、接着剤層に存在する溶剤の量が、接着剤樹脂１００重量部に対して０．５〜５．８重量部であるフィルム状接着剤。
- ガラス転移温度（Ｔｇ）５０〜２５０℃の接着剤樹脂１００重量部、弾性フィラー１０〜４００重量部、及びカップリング剤０〜１０重量部を含む接着剤層から成る請求項１のフィルム状接着剤。
- フィルム状基材の少なくとも片面に、請求項１または２のフィルム状接着剤が接してなる複層のフィルム状接着剤。
- 請求項１〜３のいずれかのフィルム状接着剤が接着されているリードフレーム。
- リードフレームと半導体チップとを、直接に請求項１〜３のいずれかのフィルム状接着剤で接着させた半導体装置。
- リードフレームと半導体チップとを、請求項１〜３以外のダイボンド材を介し、請求項１〜３のいずれかのフィルム状接着剤で接着させた半導体装置。
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