JP4462086B2 - 接着剤付き金属板製造用のプレス用金型およびこれを用いた接着剤付き金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体パッケージの製造用として用いられ、特に、シリコンチップの保護やシリコンチップの放熱性を高めるために用いられる接着剤付き金属板や、半導体パッケージの配線基板の裏面に用いるスティフナーの製造方法および、これに用いるプレス用金型に関する。

半導体素子（シリコンチップ）を内在させる半導体パッケージにおいて、シリコンチップを保護したり、シリコンチップの放熱性を高めるために、シリコンチップの裏面側に接着剤を介して金属板を貼り付けることがある。

また、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）を用いたテープＢＧＡ（Ball Grid Array）の配線基板や、フリップチップ（Flip Chip）タイプのＢＧＡ（ＦＣ−ＢＧＡ）の配線基板、あるいはチップサイズバッケージ（ＣＳＰ,Chip Size Package）といったＢＧＡの配線基板においても、端子が配列される表面に対して反対側である裏面の側に、接着剤を介して金属板を、スティフナーとして接着させることが一般的となっている。

これらの金属板とシリコンチップとの間や、金属板と配線基板との間に用いられる接着剤は、通常、金属板の片方の表面に仮接着され、その後、シリコンチップや配線基板で挟み込み、圧着および硬化させるのが、一般的である。

金属板へ接着剤を仮接着する方法においては、以下の２つの方法のいずれかを用いるのが一般的である。第１の方法は、例えば、金属板と接着剤シートとを、それぞれ所望の形状に加工したうえで、位置合わせをしながらシートラミネータ等で貼り合せる方法（以後「後貼り方式」と呼ぶ）であり、第２の方法は、最終的な製品サイズより大きいサイズの金属板と、最終的な製品サイズより大きい接着剤シートとを、フープラミネータ等で貼り合わせておき、その後、プレス加工で所望形状の接着剤付き金属板を抜き落とす方法（以後「先貼り方式」と呼ぶ）である。

後貼り方式の一例として、特開平１１−１８６３４７号公報に記載のテープ切断圧着装置がある。

半導体パッケージを組み立てて行く工程において、位置決めやハンドリング等に際して、金属板の輪郭の外側に接着剤がはみ出すことが障害となる場合、最終的な半導体パッケージの形状として金属板の輪郭の外側に接着剤がはみ出すことを、外観上および特性上、望ましくないとする場合、あるいは金属板の形状と接着剤の形状とを全く違える必要がある場合などに、後貼り方式が適している。

しかしながら、後貼り方式では、接着剤付き金属板を製造する工程は、先貼り方式に対して多く、複雑となるため、コスト的に不利である。また、技術的にも、金属板に対して接着剤を貼り合せる位置精度を、±０．１ｍｍ以内程度に安定して保つことは困難である。従って、半導体パッケージの設計段階において、位置精度の許容範囲中の最大値を、端子を配列させる間隔に加える必要性がある。あるいは、金属板の全面を接着することができないことから、金属板を必要以上に大きくして対応するというように、設計段階での制限の問題などがある。

図４は、先貼り方式による従来のプレス加工方法を示す断面図である。

金属板（１）の片面に、接着剤（２）と、保護フィルム（３）とを貼り合わせた３層構造の材料を、プレス用金型のダイ（６ａ）の上に載せ、ストリッパ（５ａ）とダイ（６ａ）とで、材料をしっかり挟み込んだ状態とし、パンチ（４ａ）を降ろし、材料を製品部分（７）、不要部分（８ａ）、および抜落とし不要部分（８ｂ）の３つに分断する。

先貼り方式を選択する理由としては、工程上、後貼り方式に対して単純であるため、コスト的に有利であるという点が挙げられる。

しかし、製品部分（７）の切断部分は、丸印で囲んだ拡大図に示されるように、金属板（１）に対して、接着剤（２）が、接着剤はみ出し量の距離（Ａ）だけ、はみ出す。

接着剤はみ出し量の距離（Ａ）は、接着剤（２）の厚み、流動性、破断伸び、パンチ（４ａ）とダイ（６ａ）のクリアランス、ストリッパ（５ａ）とダイ（６ａ）との挟み込み圧力、および材料に対するパンチ（４ａ）の摺動距離により、大きく影響される。例えば、接着剤（２）の厚みが０．１ｍｍの場合では、接着剤はみ出し量の距離（Ａ）が、０．１ｍｍ程度となる。

そのため、半導体パッケージの組立て段階で、厚み方向に複数の接着剤付き金属板を、重ねた状態のまま厚み方向に移動する工程において、ケースの内壁等やガイドと、はみ出ている接着剤が擦れあうことがある。はみ出ている接着剤は、さらに引き伸ばされることで、上下に隣り合う接着剤付き金属板同士が意図せずくっつくことにより搬送不良を起こす。また、所定の場所に位置決めするために、接着剤付き金属板の外形部分を利用する場合には、外形部分に接触したジグなどと、はみ出ている接着剤とがくっついて、位置決めの精度が得られない問題がある。そのため、接着剤に貼り付けられる配線基板などが、位置精度良く貼り付けられないという問題、さらには、最終的な半導体パッケージの形状が、外観上、良好でない問題などがある。

特開平１１−１８６３４７号公報

本発明は、従来の後貼り方式で発生する問題である、コストアップを生じる工程の複雑さの問題、貼り付け精度が低下する問題、半導体パッケージの設計が制限される問題を解決することを可能とし、かつ、従来の先貼り方式で発生する問題である、接着剤がはみ出す問題、半導体パッケージ組立て時の搬送不良の問題、位置ズレ不良の問題、および、最終的な半導体パッケージとしての外観上の問題を解決しうる接着剤付き金属板の製造方法およびこれに用いるプレス用金型を提供する。

本発明のプレス用金型は、接着剤付き金属板を打ち抜くためのプレス用金型であって、パンチと、ダイと、ストリッパとを有し、該ストリッパは、押さえ面のパンチ側端部に、前記接着剤の厚さの５０％以上の高さで、所定の幅で、該押さえ面から隆起する隆起部分が形成されたものであり、好ましくは、前記隆起部分のパンチ側とは反対の縁から傾斜面が伸長する。

前記隆起部分が、前記パンチ側端部から０．０１ｍｍ以上の幅の平坦面を有することが好ましい。

前記隆起部分の平坦面と、前記傾斜面との稜線部分には、断面形状で０．０１ｍｍ以上となるＲ加工が施されていることが好ましい。

前記傾斜面は、前記平坦面に対して８０°〜０．１°の角度であることが好ましい。

前記押さえ面の隆起部分に隣接して、所定の深さおよび幅で、該押さえ面より凹んでおり、かつ、前記傾斜面により該隆起部分と連続する凹み部分が形成されていることが好ましい。

前記押さえ面を基準とする前記凹み部分の体積が、前記押さえ面を基準とする前記隆起部分の体積よりも、大きいことが好ましい。

前記のいずれかに記載のプレス用金型を使用することにより、ヒートスプレッダー用またはスティフナー用の接着剤付き金属板を製造する方法が提供される。

前記のいずれかに記載のプレス用金型を使用することにより、平面視において、接着剤の縁が、金属板の縁に対して、−０．０５ｍｍ〜＋０．０５ｍｍの範囲内に位置する接着材付き金属板が得られる。

本発明により、従来の先貼り方式と同様に、単純な工程によって、接着剤付き金属板を、安価なコストで、生産することが可能となる。また、従来の先貼り方式では解決することができなかった問題である接着剤がはみ出す問題を解決することもできる。さらに、従来の後貼り方式では困難であったが、金属板外形に対する接着剤外形の貼合わせ位置精度を、容易に、かつ、安定的に、−０．１ｍｍ〜＋０．１ｍｍの範囲内、好ましくは、−０．０５ｍｍ〜＋０．０５ｍｍの範囲内とすることが可能となる。

図１は、一実施態様におけるプレス加工方法を示す断面図である。

プレス用金型は、パンチ（４ａ）と、ダイ（６ａ）と、材料押さえ用のストリッパ（５ｂ）とを有する。ストリッパ（５ｂ）には、金属板（１）の接着剤（２）側を押さえる押さえ面のパンチ側端部において、接着剤（２）の厚さの５０％以上の高さ（Ｃ）で、かつ、一定幅（Ｄ）で該押さえ面より隆起する隆起部分が形成される。該隆起部分の縁で、前記パンチ側端部とは反対側から傾斜面が伸長する。さらに、該傾斜面が、前記押さえ面（Ｈ）を越えて伸長し、ストリッパ（５ｂ）の前記押さえ面（Ｈ）から隆起部分とは反対側に深さ（Ｇ）で、かつ、一定幅（Ｊ）まで凹むことにより凹み部分が形成されることが好ましい。

また、前記隆起部分の平坦面と、前記傾斜面との稜線部分（Ｅ）には、断面形状で０．０１ｍｍ以上となるＲ加工を施す。また、前記傾斜面は、前記平坦面に対して８０°〜０．１°の角度（Ｆ）とする。また、前記凹み部分の幅（Ｊ）は、０．５ｍｍ以上とし、かつ、前記凹み部分の深さ（Ｇ）は、０．５ｍｍ以上とする。

以下に、本発明のプレス用金型を用いて、接着剤付き金属板を製造する方法について、説明する。

金属板（１）の片面に、接着剤（２）と、保護フィルム（３）とを貼り合わせた３層構造の材料を、プレス用金型のダイ（６ａ）の上に載せ、ストリッパ（５ｂ）とダイ（６ａ）とで、材料をしっかり挟み込んだ状態とし、パンチ（４ａ）を降ろし、材料を製品部分（７）、不要部分（８ａ）、および抜落とし不要部分（８ｂ）の３つに分断する。

得られる製品部分（７）には、丸印で囲んだ拡大図に示されるように、接着剤引きしろ量（Ｂ）が得られる。

図３は、異なる実施態様のプレス加工方法を示す断面図である。

プレス用金型は、パンチ（４ｂ）と、ダイ（６ｂ）と、材料押さえ用のストリッパ（１０）とを有する。ストリッパ（１０）は、金属板（１）の接着剤（２）側を押さえる押さえ面のパンチ側端部において、接着剤（２）の厚さの５０％以上の高さで、かつ、一定幅で該押さえ面より隆起する隆起部分が形成される。該隆起部分の縁で、前記パンチ側端部とは反対側から傾斜面が伸長する。該傾斜面が、前記押さえ面（Ｈ）を越えて伸長し、ストリッパ（１０）の前記押さえ面から隆起部分とは反対側に、一定幅まで凹むことにより凹み部分が形成される。

また、前記隆起部分の平坦面と、前記傾斜面との稜線部分には、断面形状で０．０１ｍｍ以上となるＲ加工を施す。また、前記傾斜面は、前記平坦面に対して８０°〜０．１°の角度とする。また、前記凹み部分の幅は、０．５ｍｍ以上とし、かつ、前記凹み部分の深さは、０．５ｍｍ以上とする。

以下に、本発明のプレス用金型を用いて、接着剤付き金属板を製造する方法について、説明する。

金属板（１）の片面に、接着剤（２）と、保護フィルム（３）とを貼り合わせた３層構造の材料を、プレス用金型の板押さえ（１１）およびパンチ（４ｂ）の上に載せ、いわゆる逆押さえであるストリッパ（１０）とダイ（６ｂ）とで、材料をしっかり挟み込んだ状態とし、ダイ（６ｂ）を降ろし、材料を製品部分（７）と２つの不要部分（８ｃ）の３つに分断する。

得られる製品部分（７）には、丸印で囲んだ拡大図に示されるように、接着剤引きしろ量（Ｂ）が設けられる。

図１に断面図を示した実施態様においても、図３に断面図を示した実施態様においても、隆起部分の高さは、接着剤の厚さの５０％以上とし、好ましくは、１００％以上とする。５０％未満では、十分な接着剤引きしろ量の効果が得られないこととなって好ましくない。１００％を超えると最終製品の平坦性の悪化に影響が出る可能性があるが、接着剤の引きしろを増すには効果がより大きくなる。

また、隆起部分の平坦面の幅は、０．１ｍｍ以上とした。０．１ｍｍ未満では、隆起部分が鋭利な状態となり、製品部分における保護フィルムの表面に亀裂を生じたり、あるいは保護フィルムに断裂を生じ、その後の半導体パッケージの組立て工程において、異物不具合を生じる要因となるおそれがあるので好ましくない。

また、前記隆起部分の平坦面と、前記傾斜面との稜線部分には、断面形状で０．０１ｍｍ以上となるＲ加工を施したが、Ｒ加工を施さなかったり、０．０１ｍｍ未満のＲ加工では、保護フィルム（３）に亀裂を生じるおそれがあるので、好ましくない。

また、前記傾斜面は、前記平坦面に対して８０°〜０．１°の角度とした。８０°を超えれば、前述と同様に隆起部分が鋭利な状態となるので、好ましくなく、０．１°未満では、図５にストリッパの端部の拡大図を示した従来と同様に、金属板を変形させるおそれがあるので、好ましくない。

本発明に係るプレス用金型においては、前記隆起部分を設けることで、十分に接着剤の引きしろが得られ、良好な接着剤付き金属板を製造しうる。これにかえて、さらに、前記傾斜面を押さえ面（Ｈ）を越えて伸長させ、所定の幅で、該押さえ面（Ｈ）より凹ませた凹み部分を形成することにより、さらに十分な接着剤の引きしろを設けることができる。

十分な接着剤の引きしろを得るためには、前記凹み部分の幅（Ｊ）は、０．５ｍｍ以上とし、かつ、前記凹み部分の深さ（Ｇ）は、０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。さらに、押さえ面（Ｈ）より凹んでいる部分の体積を、押さえ面（Ｈ）より隆起している部分の体積より大きくすることにより、接着剤がさらに十分に逃げることができ、接着剤を十分に潰すことができる。

本発明に係る実施例を、以下に説明する。プレス加工方法は、断面図で図１に示した。

加圧能力４０ｔのプレス機に、プレス用金型をセットした。プレス機の加圧能力は、隆起部分によって接着剤（２）を完全に押し潰す状態、すなわち、パンチ（４ａ）によって材料が抜かれ始める寸前の状態で、ストリッパ（５ｂ）の押さえ面（Ｈ）が保護フィルム（３）の表面に接するように、材料の強度に見合った十分な加圧能力を有することが好ましい。

材料については、金属板（１）は、板厚０．４０ｍｍの銅合金（Ｃ１５１５０）の表裏に、厚さ０．００３ｍｍのＮｉめっき処理が施されたコイル材を使用し、接着剤（２）には、熱硬化性のエポキシ樹脂等を主成分とする０．１ｍｍ厚の接着剤（東レ（株）製、型式ＴＳＡ−６１１０）を使用し、保護フィルム（３）には、０．０３８ｍｍ厚のＰＥＴフィルムを使用した。

ストリッパ（５ｂ）には、金属板（１）の接着剤（２）側を押さえる押さえ面（Ｈ）でパンチ側端部が、所定の高さ（Ｃ）および幅（Ｄ）で隆起する隆起部分を形成した。なお、隆起部分の縁で、前記端部とは反対側から伸長する傾斜面が、ストリッパ（５ｂ）の押さえ面（Ｈ）まで達しているが、凹み部分は形成しなかった。表１に示した高さ（Ｃ）および幅（Ｄ）の隆起部分を有する複数のストリッパ（５ｂ）を準備した。

前記隆起部分の平坦面と、前記傾斜面との稜線部分には、断面形状で０．０５ｍｍとなるＲ加工を施した。

前記材料を、プレス用金型のダイ（６ａ）の上に載せ、ストリッパ（５ｂ）とダイ（６ａ）とで材料をしっかり挟み込んだ状態で、パンチ（４ａ）を降ろし、材料を製品部分（７）、不要部分（８ａ）、および抜き落とし不要部分（８ｂ）の３つに分断した。

それぞれのストリッパ（５ｂ）を用いて、プレス加工を行った材料について、測定顕微鏡により、接着剤引きしろ量（Ｂ）を測定した。それぞれの測定結果を表１に示す。

製品部分（７）の端部の拡大写真を、図２に示した。図２において、下側が接着剤（２）であり、接着剤（２）の端から奥に位置する金属板（１）が見える。従って、中央の帯状部分が、接着剤引きしろである。

本発明に基づいて、ストリッパ（５ｂ）に隆起部分を形成することにより、接着剤引きしろ量（Ｂ）を、−０．１ｍｍ以内とすることができることがわかる。また、隆起部分の幅（Ｄ）を、隆起部分の高さ（Ｃ）に応じて、限定することにより、接着剤のはみ出しを規制したり、接着剤引きしろ量（Ｂ）を、＋０．１ｍｍ以内とすることができる。さらに、隆起部分の幅（Ｄ）と高さ（Ｃ）を適切に規制することにより、接着剤の引きしろ量（Ｂ）を−０．０５〜＋０．０５ｍｍの範囲内、すなわち平面視において、接着剤の縁が金属板の縁に対して、−０．０５〜＋０．０５ｍｍの範囲内に位置させることが容易に可能となる。

なお、図５に示す非常に緩い勾配Ｋ（例えば０．３°）でストリッパ（５ｂ）に突起を設ければ、接着剤引きしろ量（Ｂ）は得られるものの、金属板が広範囲に潰され、接着剤面側の平坦性そのものが悪化するほどの不具合を生ずる可能性が高い。

このような事態を避けるため、本発明では、突起にて押さえられたときに両脇に流れる接着剤の容積を充分受け入れるに足る容量の凹み部分（凹溝）を、その幅（Ｊ）が０以上（例えば０．５）、深さ（Ｇ）が０以上（例えば０．５）となるように設けておくことが好ましい。

ただし、面（Ｈ）にて材料をしっかり押さえる必要のない場合には、突起部分の高さ（Ｃ）を接着剤の厚みよりも大きくすることで対応できるため、上記凹み部分を設ける必要はない。

本発明によるプレス加工方法を示す断面図である。 接着剤引きしろ量を示す拡大写真である。 本発明によるプレス加工方法を示す断面図である。 先貼り方式による従来のプレス加工方法を示す断面図である。 参考例を示すストリッパの拡大断面図である。

符号の説明

１ 金属板
２ 接着剤
３ 保護フィルム
４ａ、４ｂ パンチ
５ａ、５ｂ、１０ ストリッパ
６ａ ダイ
７ 製品部分
８ａ、８ｃ 不要部分
８ｂ 抜落とし不要部分
Ａ 接着剤はみ出し量の距離
Ｂ 接着剤引きしろ量
Ｃ 隆起部分の高さ
Ｄ 隆起部分の幅
Ｅ 稜線部分
Ｆ 隆起部分の平坦面と傾斜面との角度
Ｇ 凹み部分の深さ
Ｊ 凹み部分の幅
Ｈ 主たる押さえ面
Ｋ 勾配

Claims (6)

1. 半導体パッケージのヒートスプレッダー用またはスティフナー用の接着剤付き金属板を打ち抜くためのプレス用金型であって、パンチと、ダイと、ストリッパとを有し、該ストリッパは、押さえ面のパンチ側端部に、前記接着剤の厚さの５０％以上の高さで、０．０１〜０．２２ｍｍの幅の平坦面を有するように、該押さえ面から隆起する隆起部分が形成され、該隆起部分のパンチ側とは反対の縁から前記平坦面に対して８０°〜０．１°の角度で傾斜面が伸長し、かつ、前記隆起部分の平坦面と、前記傾斜面との稜線部分には、断面形状で０．０１ｍｍ以上となるＲ加工が施されていることを特徴とするプレス用金型。
2. 前記隆起部分の高さが０．０８〜０．１０ｍｍの範囲にある、請求項１に記載のプレス用金型。
3. 前記隆起部分の平坦面の幅が０．１５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のプレス用金型。
4. 前記押さえ面の隆起部分に隣接して、所定の深さおよび幅で、該押さえ面より凹んでおり、かつ、前記傾斜面により該隆起部分と連続する凹み部分が形成されていて、前記押さえ面を基準とする前記凹み部分の体積が、前記押さえ面を基準とする前記隆起部分の体積よりも、大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のプレス用金型。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のプレス用金型を使用して、半導体パッケージのヒートスプレッダー用またはスティフナー用の接着剤付き金属板を製造する製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載のプレス用金型を使用して得られる半導体パッケージのヒートスプレッダー用またはスティフナー用の接着剤付き金属板であり、平面視において、接着剤の縁が、金属板の縁に対して、−０．０５ｍｍ〜＋０．０５ｍｍの範囲以内に位置することを特徴とする接着剤付き金属板。