KR20020079696A - 복합필름과 복합필름부착 리드프레임 - Google Patents

Abstract

기재필름 및 기재필름의 하나 이상의 측면 상에 있는 접착제 층을 포함하는 복합 필름에 있어서, 각 접착제의 유리전이온도 G가 150~200℃, 기재필름의 두께 B가 10~30㎛이며, 기재필름의 모서리인열강도 E(kgf/20 mm), 기재필름의 탄성계수 M(GPa), 접착제층 총 두께 A(㎛) 및 기재필름 두께 B(㎛)를 갖고, 기재필름의 모서리 인열강도 E는 기재필름 두께 B 및 접착제의 유리전이온도 G에 대하여 관계식 E > 0.9B +(G - 150)/B (M ≥ 6.0 일 때), 혹은 E > 0.6B +(G - 150)/B (M < 6.0 일 때)을 가지며, A/B는 1.0~2.0범위인 복합필름.

Description

복합필름과 복합필름부착 리드프레임{Composite film and lead frame adhering this film}

본 발명은 우수한 펀칭 기능을 가지며 반도체 패키지의 접착 부재로서 유용한 복합필름에 관한 것이다.

반도체 패키지에서, 기재필름의 한 측면 혹은 양 측면을 접착제로 도포하여 제조된 복합필름인 접착 부재는 칩을 리드 프레임에 접착시켜 LOC(lead on chip) 혹은 COL(chip on lead) 구조 혹은 윈도우 - 터브(window - tub) 구조를 형성하는데 사용되거나, 혹은 내부 리드를 열 스프레더에 접착시켜 히트 싱크(heat sink) 가 부착된 복합 리드 프레임을 형성하는데 사용된다. 접착 부재는 일반적으로 접착 부재를 리드 프레임 위에서 복합필름으로부터 펀칭하고 접착 부재를 리드 프레임의 소정 위치에 부착하므로서 리드 프레임에 고정된다. 그러나 복합필름의 펀칭된 모서리에 자주 흠집(flash)이 형성되기 때문에 복합 필름이 부착된 리드 프레임의 생산 수율은 낮고 반도체 패키지의 신뢰성에도 치명적인 영향을 준다.

이를 개선하기 위하여 USP 5,593,774호와 USP 5,998,020호에서는 복합필름의 기재필름으로 특정범위의 모서리인열강도(edge tearing resistance)를 지닌 필름을사용함에 의해 복합필름에서 발생하는 흠집을 최소화하는 방안을 제시하였다.

그러나 상기 발명에서는 단지 기재필름의 연부단열저항이 높은 기재필름을 사용하여 복합필름을 제조함으로써 복합필름의 펀칭시 발생하는 흠집을 억제하는 것이 행해지고 있지만, 모서리인열강도 이외의 기재필름과 접착제의 물성이 흠집에 미치는 영향을 파악하지 못하였다. 본 발명은 복합필름의 물성과 모서리인열강도 E 사이에 특정한 관계가 존재할 때 복합필름의 펀칭시 흠집이 효과적으로 방지될 수 있다는 사실을 근거로 본 발명을 완성하였다

본 발명의 목적은 펀칭시 흠집을 형성하지 않는 매우 우수한 펀칭 기능을 가지며 반도체 패키지에서 접착 필름으로서 유용한 복합필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 본 발명의 복합 필름을 펀칭하여 리드 프레임의 소정 위치에 접착된 복합필름을 갖는 리드 프레임을 제공하는 것이며 반도체 패키지에 사용될 때 높은 신뢰성을 확보할 수 있었다.

복합필름의 경우 기재필름의 두께가 25, 50, 75, 100, 125㎛가 주로 사용되고 있는데 기재필름의 두께가 50㎛이상인 경우에는 모서리인열강도가 어느 수준이상이므로 복합필름을 제조한 경우 흠집이 발생하는 경우가 적으나 기재필름의 두께가 25㎛인 경우는 복합필름을 펀칭시 흠집이 발생하는 문제점이 있었다.

본 연구는 기재필름이 30㎛이하인 복합필름의 경우에 흠집 및 복합 필름의 성질 관계를 비교 연구한 결과, 본 발명자들은 복합필름의 물성과 모서리인열강도E 사이에 특정한 관계가 존재할 때 흠집이 효과적으로 방지될 수 있다는 것을 알아 내었으며 이러한 사실을 근거로 본 발명을 완성하였다

즉, 본 발명은, 기재필름 및 기재필름의 하나 이상의 측면 상에 있는 접착제 층을 포함하는 복합 필름에 있어서, 각 접착제의 유리전이온도 G가 150~200℃, 기재필름의 두께 B가 10~30㎛이며, 기재필름의 모서리인열강도 E(kgf/20 mm), 기재필름의 탄성계수 M(GPa), 접착제층 총 두께 A(㎛) 및 기재필름 두께 B(㎛)를 갖고, 기재필름의 모서리인열강도 E는 복합필름이 기재필름 두께 B 및 접착제의 유리전이온도 G에 대하여 관계식 E > 0.9B +(G - 150)/B (M ≥ 6.0 일 때), 혹은 E > 0.6B +(G - 150)/B (M < 6.0 일 때)을 가지며, A/B는 1.0~2.0범위인 복합필름을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 리드 프레임 본체 및 리드 프레임 본체에 부착된 복합필름을 포함하며, 복합필름은 본 발명의 복합 필름으로부터 펀칭된, 복합필름이 부착된 리드 프레임을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 본 발명의 복합필름으로부터 복합필름을 펀칭하고, 리드 프레임 본체의 표면에 접촉하는 접착층으로,리드 프레임 본체에 펀칭된 복합 필름을 접착하는 것을 포함하는 복합 필름이 부착된 리드 프레임의 제조 방법을 제공하는 것이다.

여기에서, 기재필름의 모서리 인열 강도 E 는 JIS C 2318 에 따라 측정되고, 기재필름의 탄성계수 M은 ASTM D882 에 따라 상온에서 측정되고, 접착제의 유리전이온도는 시차열량 분석계로 측정하였다.

상기 식에서 알수 있듯이 접착제의 유리전이온도가 낮을수록 복합필름을 구성하는 기재필름의 모서리인열강도 E가 작아도 되는 것을 알수 있다. 따라서 양 측면의 접착제가 상이한 복합필름의 경우, 상기 식의 유리전이온도 G 는 양측면 접착제 중 유리전이온도가 높은 쪽 접착제의 유리전이온도이다

기재필름 및 기재필름의 하나 이상의 측면 상에 있는 접착제 층을 포함하는 펀칭된 복합필름에 있어서, 기재필름의 두께가 10~30㎛범위인 경우에 복합필름의 모서리에 형성되는경향이 있는 흠집은 복합필름의 물성(기재필름의 탄성계수 및 접착제의 유리전이온도) 및 기재필름의 모서리인열강도가 상기 관계식을 만족시키는 복합필름을 사용하므로서 펀칭시 흠집을 극단적으로 감소시킬 수 있다.

본 발명의 복합 필름은 기재필름의 한 측면 혹은 양 측면에 접착제를 도포한 후, 건조하여 제조된다. 기재필름의 양 측면에 도포된 접착제는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

요망되는 접착제는 주성분으로서 내열성 열가소성 수지를 함유하며 150~200 ℃의 유리전이온도, 3.0중량%이하의 흡수율 및 2.0~5.0mm의 확장 길이를 갖는 내열성 접착제이며, 따라서 폴리이미드 접착제 및 폴리아미드 접착제가 적당하다.

본 명세서에서, 폴리이미드는 폴리이미드 뿐만 아니라 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 혹은 폴리에테르이미드와 같은 이미드 결합을 포함하는 기타 수지도 의미한다.

유리전이온도가 상술한 범위를 초과하거나, 혹은 흡수율이 3.0중량%초과이거나, 혹은 확장 길이가 5.0mm를 초과하는 경우, 패키지의 리플로(reflow) 크래킹에 대한 내성은 감소되는 경향이 있었고, 2.0mm이하인 경우에는 패키지의 신뢰성이 악화되었다.

내열성 접착제의 흡수율은 더 바람직하게는 2.5 중량%이하이며, 특히 바람직하게는 2.0중량% 이하이다. 확장 길이는 더 바람직하게는 2.5~4.0mm이다.

그밖에, 필러, 예컨대 세라믹 분말, 유리 분말, 은 분말, 구리 분말, 수지 분말, 검 분말 및 커플링제가 내열성 접착제에더 가해질 수 있다. 내열성 접착제는 또한 베이스 시이트, 예컨대 유리 직물, 아라미드 직물 혹은 탄소 섬유 직물로함침시킨후에 사용될 수 있다. 커플링제로는 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란 및 γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란 등 실란 커플링제와 티타네이트, 알루미늄킬레이트 및 지르코알루미네이트 등이 사용될수 잇다.

본 명세서에서, 접착제의 확장 길이는 19×50mm 및 25㎛ 두께의 접착 필름을 1분간 350℃에서 30MPa로 압축하여 필름의 각 측면의 중앙으로부터 수직으로 확장된 폭으로 정의된다.

본 발명에서 사용될 기재필름은 바람직하게는 엔지니어링 플라스틱, 예컨대폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤 혹은 폴리아릴레이트로 만들어진다.

내열성 기재 필름의 유리전이온도는 바람직하게는 본 발명에서 사용된 접착제의 유리전이온도보다 높으며, 바람직하게는 200℃이상, 더 바람직하게는 250℃ 이상이다. 바람직하게는 내열성 필름은 3.0중량%이하, 더 바람직하게는 2.0중량% 이하의 흡수율을 갖는다.

그러므로, 폴리이미드 필름은 높은 유리전이온도, 낮은 흡수율 및 낮은 열팽창계수 때문에 본 발명에서 기재필름으로 사용하기에 적당하다. 특히 바람직한 필름은 250℃이상의 유리전이온도, 2.0중량%이하의 흡수율 및 30ppm /℃이하의 열팽창계수를 갖는다.

기재필름과 접착제 간의 접착력을 증가시키기 위하여, 기재필름을 표면처리하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 적용할 수 있는 표면 처리는 예를 들어 화학적 처리, 예컨대 알칼리 처리 및 실란 커플링제 처리, 물리적 처리, 예컨대샌드 블라스트, 플라즈마 처리 혹은 코로나 처리를 포함하며 이것으로 한정되는 것은 아니고, 사용된 접착제에 가장 적당한 하나 이상의 처리를 선택하는 것이 가능하다. 내열성 필름으로서 사용되고 내열성 접착제의 접착제 층이 도포되는 경우, 화학적 처리 혹은 플라즈마 처리가 특히 적당하다.

기재필름과 접착제 간의 접착력을 증가시키기 위하여, 접착제에 신에츠(일본국 도쿄) 및 다우코팅도레이실리콘(일본국 도쿄)사에서 분자량별로 판매되고 있는 실록산 디아민이 사용하여 접착제를 제조할수 있다. 실록산 디아민중에서비스(γ-아미노프로필)테트라메틸디실록산(GAPD), 비스(γ-아미노프로필)폴리디메틸디실록산(PSX 480(중량평균분자량=480), PSX750(중량평균분자량=750)등이 바람직하게 사용할수 있다.

기재필름 상에 접착제 층을 형성하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 적당한 방법의 예로는 기재필름에 접착제 바니스(varnish)를 도포하고 용매를 건조제거하는 방법을 포함한다. 기재필름에 접착제 바니스를 도포하는 방법은 특별히 제한되지는 않으며, 콤마(comma) 형태, 리버스(reverse) 형태, 다이(die) 형태의 코터(coater)가 사용될수 있다. 이중에서 다이 형태의 코터가 가장 선호되낟. 도포는 또한 접착제 바니스에 기재필름을 침지하여 수행될 수 있지만, 접착제 층의 두께를 조절하는 것은 어려울 수 있다.

예를 들어, 접착제 바니스는 내열성 수지의 바니스, 예컨대 내열성 열가소성 수지, 혹은 용매에 용해된 주로 내열성 수지를 함유하는 내열성 접착제일 수 있다. 접착제 바니스는 열처리 등을 한 후 도포를 하므로써 내열성 수지로 전환될 수 있는 내열성 수지 전구체의 바니스, 혹은 용매에 용해된 주로 전구체를 함유하는 접착제 조성물일 수 있다. 전구체의 예로는 열처리에 의하여 폴리이미드로 전환될 수 있는 폴리아미드산이다.

기재필름에 도포된 접착제 바니스가 용매의 제거를 위하여 혹은 아미드로 전환시키기 위하여 열처리 될 때, 폴리아미드산 바니스 및 폴리이미드 바니스는 다른 온도에서 처리된다. 폴리아미드산 바니스는 바람직하게는 폴리이미드의 유리전이온도 이상의 온도에서 처리되어 폴리이미드로의 전환을 수행하는 것이며, 반면 폴리이미드 바니스는 용매를 제거하기에 충분한 온도에서 처리될 수 있다.

접착제 층이 기재필름 상에 형성된 후, 1~30분간 250℃이상의 온도에서 열처리를 수행하여 접착제 층과 기재필름 사이의 접착력을 개선시키는 것이 바람직하다.

기재필름 상에 형성된 각각의 접착제 층의 두께는 10~60㎛이고, 더 바람직하게는 20~45㎛이다.

본 발명의 리드 프레임은 리드 프레임 본체 및 리드 프레임 본체에 도포된 복합필름을 포함하며, 복합필름은 본 발명의 복합필름으로부터 펀칭된다.

리드 프레임 본체는 어떠한 구조도 가질 수 있으며, 예를 들어, 반도체 칩에 연결된 내부 리드부, 외부 회로에 연결된 외부 리드를 포함하며 본 발명의 복합필름은 리드 프레임 본체의 소정 부위에 부착된다.

복합필름이 부착된 리드 프레임은 리드 프레임 본체 상에서 복합필름을 펀칭하므로서 복합필름을 리드 프레임 본체에 접착시켜 제조될 수 있다. 복합필름이 부착된 리드 프레임을 사용하여 제조된 반도체 패키지는 우수한 신뢰도를 갖는다.

예를 들어, 리드 프레임에 복합필름을 접착하는 방법은 리드 프레임에 직면하는 한 접착제 층으로 리드 프레임 본체 위에 복합 필름을 위치시키고, 펀칭 금속 금형을 사용하여 복합필름을 스트립으로 펀칭하고, 펀칭된 스트립을 0.1~5.0초간 0.1~100 MPa의 압력에서 리드 프레임 본체 밑의 소정 위치로 연속적으로 부착하므로서, 접착제 층으로 이들을 접착시켜 효율적으로 수행될 수 있다. 복합필름의 펀칭된 스트립의 형성은 예를 들어, 칩의 형태, 칩상의 패드의 배치 혹은 리드 프레임의 설계에 따라 변한다. 펀칭시, 리드 프레임 본체는 일반적으로 소정 온도, 예를 들어, 250~330℃의 온도로 가열된다. 펀칭될 복합필름도 또한 가열될 수 있다. 펀칭된 스트립 부근에 흠집이 형성된다면, 흠집은 리드 프레임의 접착 영역에 부착되어 와이어 접착을 방해한다.

이후, 본 발명은 실시예로 상세히 설명하겠지만, 본 발명의 범주가 이것을 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

교반기, 온도계, 질소가스도입관, 염회칼슘관을 갖춘 4구 플라스크에 1,3-비스(4-아미노페닐이소프로필)벤젠 2.63g(9밀리몰) 및 GAPD 0.25g(1밀리몰) N,N-디메틸포름아미드(DMF) 28.3g을 넣어 용해시켰다. 이어서 5℃를 넘지 않도록 냉각시키면서 3,3'4,4'-옥시디프탈산이무수물(ODPA) 3.10g(1O밀리몰)을 10회 분할하여 가한 후에 5℃를 넘지 않도록 냉각시키면서 1시간, 이어서 실온에서 6시간 반응시켜서 폴리아미드산을 합성하였다. 얻어진 폴리아미드산을 함유하는 반응액에 무수아세트산 2.55g 및 피리딘 1.98g을 가하여 실온에서 3시간 반응시켜서 폴리이미드 합성하였다.

얻어진 폴리이미드롤 함유하는 반응액을 물에 부어서 얻어지는 침전을 분리, 분쇄, 건조시켜서 195℃의 유리전이온도, 0.5중량%의 흡수율 및 2.1mm의 확장 길이를 갖는 폴리 이미드 접착제을 얻었다. 이 폴리이미드 접착제를 NMP에 녹여 폴리이미드 바니쉬를 얻었다.

27.0kgf/20mm의 모서리인열강도 및 25㎛의 두께를 갖는 폴리이미드 필름 (상품명: UPILEX-SGA, 우베 산업사(Ube Industries, Ltd.) 에서 제조, Tg ＞ 300 ℃, 흡수율: 1.2중량%, 열팽창계수: 12ppm/℃, 탄성계수 : 9.0GPa) 의 각각의 측면을 폴리이미드 접착제 바니쉬를 도포후 건조하여, 접착제의 두께가 각각 17㎛인 총 두께 59㎛ 의 복합필름을 제조한다.

복합필름을 300℃로 가열된 니켈알로이 42 합금의 리드 프레임 위에 위치시킨후 펀칭 금속 금형을 사용하여 펀칭하므로서 펀칭된스트립을 형성하고, 이어서 30MPa의 압력에서 1초 동안 펀칭 금속 금형을 사용하여 리드 프레임 밑으로 연속적으로 압축한다. 펀칭 복합필름의 모서리를 현미경을 관찰한 결과 흠집이 관측되지 않았다.

[비교실시예 1]

23.5kgf/20mm 의 모서리인열강도를 갖는 폴리이미드 필름(UPILEX-SGA)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합필름을 제조하고 평가한 결과, 펀칭 복합필름의 모서리를 현미경으로 관찰한 결과 흠집이 관찰되었다.

[실시예 2]

에틸렌글리콜비스트리멀리테이트이무수물(EBTA) 4.10g(10밀리몰), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠 2.48g(8.5밀리몰), PSX 750 1.13g(1.5밀리몰) 사용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 행하여 폴리이미드 접착제를 얻었다.

환윈 점도는 0.85d|/g, Tg는 151℃, 열분해 온도는 395℃이며, 흡수율은 0.4중량%, 밀려나온 길이는 4.5mm인 접착제를 23.5kg/20mm의 모서리인열강도를 갖는폴리이미드 필름(UPILEX-SGA)을 사용하고 복합필름을 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합필름을 제조하고 평가한 결과, 펀칭 복합필름의 모서리를 현미경으로 관찰한 결과 흠집이 관찰되지 않았다.

[실시예 3]

18.0kgf/20mm 의 모서리인열강도 및 25㎛의 두께를 갖는 폴리이미드 필름(상품명: NPI, 가네카사(Kaneka Industries, Ltd.) 에서 제조, Tg ＞ 250℃, 흡수율: 2.5중량%, 열팽창계수 : 15ppm/℃, 탄성계수 : 4.0Gpa)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1 에서와 동일한 방식으로 복합필름을 제조한다. 펀칭된 복합필름의 모서리를 현미경 관찰한 결과 흠집이 관측되지 않았다.

[비교실시예 2]

16.0kgf/20mm의 모서리인열강도를 갖는 폴리이미드 필름(NPI)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 복합필름을 제조하고 평가한 결과, 펀칭 복합필름의 모서리를 현미경으로 관찰한 결과 흠집이 관찰되었다.

[실시예 4]

18.0kgf/20mm의 모서리인열강도 및 25㎛의 두께를 갖는 폴리이미드 필름 (NPI)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 2와 동일하게 복합필름을 제작하였다. 펀칭된 복합필름의 모서리를 현미경 관찰한 결과 흠집이 관측되지 않았다.

상기 실시예 및 비교예들의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

	탄성계수(GPa)	G( ℃)	B(㎛)	A(㎛)	E(kgf/20mm)	0.9B +(G - 150)/25혹은0.6B +(G - 150)/25	흠집
실시예1	9.0	195	25	34	27.0	24.3	없음
비교실시예1	9.0	195	25	34	23.5	24.3	발생
실시예2	9.0	151	25	34	23.5	22.5	없음
실시예3	4.0	195	25	34	18.0	16.8	없음
비교실시예2	4.0	195	25	34	16.0	16.8	발생
실시예4	4.0	151	25	34	16.0	15.0	없음

상기 실시예 및 비교 예에서도 명백히 알 수 있듯이, 본 발명의 복합필름은 펀칭된 모서리에 흠집이 형성되지 않는 우수한 펀칭 기능을 가지며, 그러므로 복합 필름이 부착된 리드 프레임을 사용하여 높은 신뢰성을 지닌 반도체 패키지가 제조될 수 있다.

Claims (9)

1. 기재필름 및, 기재필름의 하나 이상의 면상에 있는 접착제 층을 포함하는 복합필름에 있어서, 각 접착제의 유리전이온도 G가 150~200℃범위, 기재필름의 두께 B가 10~30㎛범위이며, 기재필름의 모서리인열강도 E(kgf/20mm), 기재필름의 탄성계수 M (GPa), 접착제층 총 두께 A(㎛) 및 기재필름 두께 B(㎛)는 다음 관계식을 만족함을 특징으로 하는 복합필름:

   E > 0.9B +(G - 150)/B (M ≥ 6.0 일 때), 혹은

   E > 0.6B +(G - 150)/B (M < 6.0 일 때), 및

   A/B = 1.0~2.0.
2. 제 1 항에 있어서, 접착제 층이 150~200℃범위의 유리전이온도, 3.0중량%이하의 흡수율을 갖는 내열성 접착제 층이고, 기재필름은 200℃이상의 유리전이온도 및 3.0중량%이하의 흡수율을 갖는 내열성 필름이며, 기재필름의 유리전이온도는 내열성 접착제의 유리전이온도보다 높은 것을 특징으로 하는 복합필름.
3. 제 1 항에 있어서, 접착제 층이 150~200℃범위의 유리전이온도, 3.0중량%이하의 흡수율 및 2.0~5.0mm범위의 확장 길이를 갖는 내열성 접착제로 만들어진 것을 특징으로 하는 복합필름.
4. 제 2 항에 있어서, 내열성 접착제가 2.0~5.0mm범위의 확장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 필름.
5. 제 4 항에 있어서, 접착제는 폴리이미드 접착제 혹은 폴리아미드 접착제인 것을 특징으로 하는 복합필름.
6. 제 4 항에 있어서, 기재필름은 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르에테르케톤 및 폴리아릴레이트 중에서 선택된 단독 혹은 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 복합필름.
7. 제 1 항에 있어서, 기재필름의 각 측면이 접착제 층으로 도포되고, 두께 A 는 접착제 층의 총 두께인 것을 특징으로 하는 복합필름.
8. 리드프레임 본체 및 리드프레임 본체에 도포된 복합필름을 포함하여, 복합필름은 제 1항의 복합필름으로부터 펀칭된, 복합필름이 부착된 리드프레임.
9. 제 8항에 있어서, 리드프레임 본체 및 복합필름이, 복합필름의 한 접착제 층에 의해서 서로 접착된 리드프레임.