JP4056446B2 - 電子部品用金属板・条材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置等の電子部品に用いるＮｉ又はＮｉ合金めっき付き若しくはめっきを省略した金属板・条材（板材又は条材のこと）の製造方法に関する。特に樹脂との密着性に優れ、ＢＧＡ（Ball Grid Array）用の放熱板及びリードフレーム等に適し、さらに詳しくは樹脂系接着剤によって樹脂又は半導体素子との接着及び封止樹脂との接着を要するＢＧＡ用の放熱板や、半導体素子との接着及び封止樹脂との接着を要するリードフレーム材料等として好適な電子部品用金属板・条材の製造方法に関する。

ＬＳＩの小型化、高集積化にともない、半導体パッケージはＱＦＰ（Quad Flat Package）からＢＧＡへと変化してきている。ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の高集積半導体ではパッケージの放熱性が重要な課題となっており、放熱性を向上させるため放熱板を装着したＢＧＡが開発されてきた。この放熱板付きＢＧＡパッケージは、樹脂基板に樹脂系接着剤を用いて放熱板を接着し、半導体素子の接着にも樹脂系接着剤を使用して製造される。また、電子部品用のリードフレーム等においても、半導体素子との接着に樹脂系接着剤を使用する。
放熱板には通常、熱伝導性の高い銅又は銅合金板が使用され、その表面には変色を防止するためのＮｉめっきが施されている（下記特許文献１）。

ＢＧＡパッケージは、通常、リフローはんだ付けによってプリント基板に実装されるが、その際の熱応力による影響等により樹脂との接着界面で剥離する場合があり、放熱板と樹脂基板の間又は放熱板と半導体素子との間に生じる隙間により放熱性が低下し、部品の機能を失うことになる。そのため現状では、放熱板と樹脂接着剤の接合界面に黒化処理を施し、樹脂との密着性を向上させることで、剥離問題を回避している（下記特許文献２）。
しかし、黒化処理は処理コストが高く、処理が非常に複雑で処理皮膜の安定性が悪い。そこで、皮膜安定性に優れ、低コストかつ樹脂密着性に優れるシラン化合物を皮膜とした表面処理技術が開発された（下記特許文献３，４）。

特開平３−２９４４９４号公報 特開平３−２３６２６７号公報 特開２００１−３４２５８０号公報 特開２００２−２７０７４０号公報

前記シラン処理皮膜は無色透明であり、皮膜厚さもミクロンオーダー以下であるため、目視での付着の確認は難しく、蛍光Ｘ線等の測定器を用いて確認する必要があった。また、電子部品用の金属板・条材の信頼性の要求は高く、全長全幅方向に対する付着の確認が求められるが、このような確認は測定器を用いても精度的に困難であり、簡便な確認方法が求められていた。
従って、本発明は、樹脂密着性に優れるシラン処理皮膜を有する電子部品用金属板・条材において、シラン処理皮膜の付着の有無を簡便に確認できるようにすることを目的とする。

本発明に係る電子部品用金属板・条材は、最表面にシラン化合物と色素物質からなる皮膜を有する。
シラン化合物被膜は、通常、それ自体は無色透明であるが、本発明では皮膜中に色素物質を分散して取り込んでいるため、色素物質の種類に応じて、通常環境下での目視観察、蛍光染料等を用いた場合の暗黒化での目視観察、あるいは光照射による目視観察が可能となる。シラン化合物皮膜は、その効果を損なわない範囲で、シラン化合物及び色素物質以外の物質を含むこともできる。
本発明に用いる金属板・条材の材質としては銅又は銅合金が適し、前記皮膜の下地にＮｉ又はＮｉ合金めっき層を有することが望ましいが、前記めっき層は省略されていてもよい。

前記被膜付き電子部品用金属板・条材を製造するには、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきを有し若しくはそのめっきが省略された金属板・条材を、シランカップリング剤と色素物質を含む混合液に接触させる。色素物質としては、顔料又は染料を用いることができる。顔料としては、例えば酸化鉄又はカーボンを用いることができ、その場合、０．５％以上のシランカップリング剤と５％以上の酸化鉄又はカーボンを含む混合液に接触させる。色素物質として染料を用いる場合、０．１％以上のシランカップリング剤と２％以上の染料を含む混合液に接触させる。接触後乾燥させることにより、金属板・条材の最表面に、シラン化合物と酸化鉄又はカーボンを含む皮膜、あるいはシラン化合物と染料を含む皮膜を形成することができる。なお、本発明では、色素物質として染料を用い、皮膜形成後、染料を水洗により洗い落とす。

本発明によれば、樹脂密着性に優れた電子部品用金属板・条材を提供することが可能となると同時に、表面に形成された有機皮膜を目視で容易に確認できるようになる。従って、樹脂密着性に関して品質保証可能な、信頼性の高いリードフレームや放熱板等の電子部品を作製することができる。

シラン化合物は、下地の金属、特に銅又は銅合金母材若しくはＮｉ又はＮｉめっきと化学的な結合（共有結合）を形成することが可能であり、さらにシラン化合物皮膜がもつ有機官能基は樹脂とも共有結合を形成し得るので、結果的に樹脂と下地金属との密着性が向上する。このシラン化合物皮膜はアミノ基を有するアミノシラン化合物であるとより効果が高い。
金属板・条材の最表層にこのシラン化合物皮膜が形成されることにより、高い密着性が得られ、高いダイシェア強度値が得られ、シェア強度測定時の樹脂破壊モードが樹脂内破壊となる。さらに皮膜中に色素物質が存在することにより、金属板・条材表面への皮膜付着の有無の確認が目視で可能となる。
なお、皮膜中におけるシラン化合物のＳｉ換算付着量は０．５ｍｇ／ｍ^２ 以上が望ましい。Ｓｉ換算付着量が０．５ｍｇ／ｍ^２ に満たない場合、十分な皮膜が形成されず、樹脂との密着性が低下し、シェア強度測定時の樹脂の破壊が樹脂内破壊と界面剥離が混じった状態（一部界面剥離状態）になるおそれがある。

シラン化合物皮膜と樹脂とは化学的な結合を形成するが、結合に寄与するシランカップリング剤の有機官能基は、ビニル基、エポキシ基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、アミノ基、ウレイド基、クロロプロピル基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアーネ基のいずれでもよく、望ましくはアミノ基を有するシランカップリング剤がより効果が高い。アミノシラン化合物としては、３-アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ-（２-アミノエチル）-３-アミノプロピルトリメトキシシラン、ｐ-［Ｎ-（２-アミノエチル）アミノメチル］フェネチルトリメトキシシラン、３-［Ｎ-アリル-Ｎ（２-アミノエチル）］アミノプロピルトリメトキシシラン等を用いることができる。

色素物質には顔料と染料があり、前者は水やアルコール等に不溶な白色又は有色の粉体であり、無機顔料と有機顔料に大別される。無機顔料の例として酸化鉄及びカーボン、有機顔料の例としてアゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、ペリレン系顔料が挙げられる。染料は水やアルコール等に可溶なものと不溶なものがあり、また、蛍光染料と蛍光を発しない染料という分類も可能であり、いずれも用いることができる。なお、本発明では、色素物質として染料を用いる。
色素物質を含むシラン化合物皮膜の形成方法は、温度４０℃〜６０℃のシランカップリング剤溶液中に色素物質を混ぜて、均一分散させた混合液に対し、１秒以上浸漬させればよい。また、スプレー、塗布等、他の方法で皮膜を形成することもできる。この混合液は、シランカップリング剤の作用を損なわない範囲で、シランカップリング剤及び色素物質以外の物質を含むことも可能である。シランカップリング剤の溶媒としては、水及びアルコール等を用いることが可能である。コスト面で水が望ましく、その場合、液安定性付与のためアルコール等を添加することもできる。

シランカップリング剤の処理濃度は、混合する色素物質及び溶媒の種類にもよるが、濃度０．１％以上が適しており、これによりＳｉ換算付着量が０．５ｍｇ／ｍ^２以上の皮膜を形成することが可能となる。濃度０．１％未満では、Ｓｉ換算付着量が０．５ｍｇ／ｍ^２以上のシラン化合物皮膜を得るのが難しくなり、高いシェア強度が得られないなど、樹脂密着性が低下する。望ましくは１０％以下である。ただし、色素物質として無機顔料である酸化鉄又はカーボンを用いたとき、樹脂密着性に優れたシラン化合物皮膜で表面全体を覆うには、シランカップリング剤の濃度は０．５％以上にする必要がある。この場合、望ましくは４０％以下である。
顔料又は染料の濃度は、付着後の皮膜において目視にて着色が確認できる濃度であることが必要があり、顔料又は染料の種類によって適宜決められる。例えば染料の場合は２％以上、酸化鉄又はカーボンの場合は５％以上が望ましい。また、染料の場合は５％以下、酸化鉄又はカーボンの場合は４０％以下が望ましい。
また、処理温度が４０℃よりも低温あるいは６０℃よりも高温の場合、安定した樹脂密着性が得られない。
なお、色素物質として染料を用いたとき、皮膜の付着を確認した後、水洗により染料を洗い落とせるならこれを洗い落とす（シラン化合物は落ちない）ことが望ましい。染料が樹脂密着性を低下させる場合があり（例えば蛍光染料）、これを洗い落とすことにより樹脂密着性が改善されるからである。

Ｎｉ合金めっきは、Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｏ等の２元系、あるいはＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐなどの三元系、さらには多元系であってもよい。電子部品用金属板・条材としては、熱伝導性及び電気伝導性が必要であるため銅又は銅合金が望ましく、例えば純銅、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金など、必要とされる用途に合わせて適当なものを用いればよく、特に制限はない。

板厚０．４ｍｍのＣｕ−０．１ｗｔ％Ｆｅ−０．０３ｗｔ％Ｐ（Ｃ１９２１０）からなる銅合金板に、Ｎｉ又はＮｉ合金めっきを行い、シランカップリング剤水溶液に色素物質を混合して、この混合液に銅合金板を浸漬し、銅合金板の最表面にシラン化合物と色素物質からなる皮膜を形成した。表１に、めっきの種類（Ｎｏ．９，１６はめっき無し）、シランカップリング剤の種類及びその濃度（Ｎｏ．１５はシランカップリング剤無し）、色素物質の種類及びその濃度（Ｎｏ．１４は色素物質無し）を示す。浸漬温度は５０℃、浸漬時間は１秒とした。なお、Ｎｏ．１６は黒化処理を行った。
Ｎｏ．１〜１６のそれぞれについて、下記要領で皮膜色調観察と樹脂密着性試験を行った。なお、Ｎｏ．４は、水洗した後、樹脂密着性試験を行った。
その結果を表１にあわせて示す。

皮膜色調観察；得られた試験材について、Ｎｏ．４を除いて通常環境下（白色光の下）での目視観察を行い、Ｎｏ．４はブラックライトを照射して目視観察を行った。試験材表面の色調の変化すなわち色素物質を含む皮膜の付着が確認できたものを○、できなかったものを×と評価した。
樹脂密着性試験；得られた試験材にＳｉチップをフィルムタイプのエポキシ系接着剤（エイブルスティック社製５６１Ｋ）を用いて接着し、２００℃にてせん断強度（シェア強度）を測定した。シェア強度が１．５Ｎ／ｍｍ^２以上のものを○と評価し、それに満たないものを×と評価した。

表１に示すように、［発明を実施するための最良の形態］の欄に記載した条件で皮膜の付着を行ったＮｏ．１〜９は、いずれも目視で確認が可能で、樹脂密着性も優れていた。一方、色素物質としてカーボンを用いたＮｏ．１０，１１では、カーボン濃度が低いＮｏ．１０は目視で確認ができず、シラン化合物濃度が低いＮｏ．１１は樹脂密着性が劣っていた。色素物質として染料を用いたＮｏ．１２，１３では、染料濃度が低いＮｏ．１２は目視で確認ができず、シランカップリング剤濃度が低いＮｏ．１３は樹脂密着性が劣っていた。また、染料のみの処理液を用いたＮｏ．１５は、目視で確認はできたが密着性が劣っていた。

Claims (1)

1. 電子部品用金属板・条材を、０．１ｖｏｌ．％以上、１０ｖｏｌ．％以下のシランカップリング剤水溶液に２ｖｏｌ．％以上、５ｖｏｌ．％以下の染料を混合した混合液に接触させ、表面にシラン化合物と染料からなる皮膜を形成し、皮膜を目視で確認した後、染料を水洗により洗い落とすことを特徴とする被膜付き電子部品用金属板・条材の製造方法。