JP3989398B2 - 放熱板付きリードフレーム固定用接着基材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐湿熱性に優れた熱可塑性ポリイミドを有し、リードフレーム先端を固定する放熱板付きリードフレーム固定用接着基材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体チップの高集積化にともない、リードフレームとチップのワイヤーボンディングの際に高い位置精度が要求され、これを解決するためにインナーリードの外枠を熱硬化性接着剤を用いた耐熱性テープで固定するという方法が用いられている。しかしながら、この方法ではワイヤーボンディングの際に接着剤よりアウトガスが発生し、リードフレームを汚染する問題があった。また、更なるチップの他ピン化に伴い、リードフレーム先端の狭いピッチ化へ適応する、つまり、インナーリードがばらつかないように先端を固定する必要がある場合、この方法ではリードフレームの先端固定には適用が困難であった。
【０００３】
一方、チップの発熱による回路の誤動作や信頼性低下が問題となっており、これらを防止する方法として、熱伝導率の良い金属等を放熱板としてダイパッド、及びインナーリードの裏面に接着し、チップで発生する熱を外部に放熱させる、ヒートスプレッダー付きパッケージが開発され実用化されている。
【０００４】
放熱板の接着は、両面接着剤付きフィルム、もしくは塗布タイプの接着剤を用い、ダイパッド裏面やインナーリードのボンディング面と反対面に貼り付けられている。しかしながら、両面接着剤付きフィルムを用いる方法では、接着フィルムを放熱板に接着させてからリードフレームに貼り合わせる工程も必要となるため、生産コストが高く、通常の半導体装置には適用し難かった。一方塗布タイプの接着剤を用いる方法では、スクリーン印刷等の特殊な方法で接着剤層を塗工するため作業が煩雑になり、各工程での汚染の問題が発生し、生産コストの面のみならず品質上の問題点もあった。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として、放熱板用の金属箔に接着剤層を形成し、その後所定の形状に加工し、インナーリードフレームに圧着する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この方法は製造工程は簡略化されるものの、接着剤を開示するものではなく、通常の熱硬化接着剤を用いた場合は、接着剤層付き銅箔をリードフレームに接着する時やワイヤーボンディングの際には、接着剤よりアウトガスが発生し、リードフレームを汚染する問題が発生する。また、一般的な熱可塑性樹脂を用いた場合は、耐リフロー性が悪いばかりか、ワイヤーボンド時に接着剤層が軟らかくなり、インナーリードとワイヤーの接続不良が起きる原因となるという問題点があった。そのため、これらの接着剤はインナーリード材料である銅合金からの銅イオンのマイグレーションを引き起こし易く、長期信頼性という点でも問題を抱えているため、大幅な改善が望まれている。
【０００６】
一方、特許文献２には接着層としてポリイミドを用いているが、吸湿後の耐熱性JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL1:８５℃・８５%RHで１６８時間処理後、２２０℃リフローソルダー３サイクル後の基板の異常があるものもあり、信頼性の面で問題もあった。
上述の信頼性とは、樹脂封止型半導体装置内の吸湿水分がはんだ付け時の加熱により急激に気化し、その蒸気圧で発生する応力で樹脂にクラックが入ることである。この問題に対して、特許文献３には、半導体チップ表面の保護や封止樹脂からのα線による半導体チップ保護の誤動作防止のために、半導体チップ表面に封止樹脂との密着が良いポリイミド系樹脂から成る保護膜を形成し、樹脂封止を行なっているが、リードフレーム先端を固定する機能は持ち合わせていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２１８２８４号公報
【特許文献２】
特開平７−２３５６２６号公報
【特許文献３】
特開平７−２７８３０１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、耐湿熱性(吸水後の耐熱性)に優れた熱可塑性ポリイミドを有し、リードフレーム先端を固定する放熱板付き接着基材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、放熱板となる金属板の片面に非熱可塑性ポリイミド層、熱可塑性ポリイミド層の順に、または熱可塑性ポリイミド層のみを積層する放熱板付きリードフレーム固定用接着基材において、熱可塑性ポリイミドが、特定ジアミン及び特定酸二無水物を含むものであって、その割合が特定割合である場合に、温度８５℃、湿度８５％ＲＨ環境下で１６８ｈｒ放置した後の半田耐熱温度が２２０℃以上であることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
即ち、本発明は、放熱板となる金属板の片面に非熱可塑性ポリイミド層、熱可塑性ポリイミド層の順に、または熱可塑性ポリイミド層のみを積層する放熱板付きリードフレーム固定用接着基材において、熱可塑性ポリイミド層を形成する樹脂のジアミン成分として、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル（以下ｍ−ＢＰと略記することがある）、テトラカルボン酸二無水物成分として、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（以下ＢＴＤＡと略記することがある）を含有するものを用い、その使用モル比（ＢＴＤＡ／ｍ−ＢＰ）が１．００５〜１．０７０であることを特徴とする放熱板付きリードフレーム固定用接着基材に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、放熱板となる金属板の片面に非熱可塑性ポリイミド層、熱可塑性ポリイミド層の順に、または熱可塑性ポリイミド層のみを積層する放熱板付きリードフレーム固定用接着基材において、熱可塑性ポリイミド層を形成する樹脂のジアミン成分として、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、テトラカルボン酸二無水物成分として、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含有するものを用いることが必須であり、その使用モル比（ＢＴＤＡ／ｍ−ＢＰ）が１．００５〜１．０７０であることを必須とするものである。
【００１２】
本発明における熱可塑性ポリイミドは、ジアミン成分として、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル、テトラカルボン酸二無水物成分として、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を含有するものを用いることが必須であるが、使用する全ジアミンに対し好ましくは０〜５０モル％未満、より好ましくは０〜３０モル％の割合で、上記記載以外のジアミン化合物を添加してもよく、また同様に使用する全酸二無水物に対して好ましくは０〜５０モル％未満、より好ましくは０〜２０モル％、更に好ましくは０〜１０モル％の割合でＢＴＤＡ以外の他の酸二無水物を混合して用いても構わない。
【００１３】
他に共重合できるジアミンとしては、特に限定はなく、公知のジアミンが混合可能であり、酸二無水物としては、公知の酸二無水物が混合可能であり、特に制限されないが、好ましくは３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（以下、ＢＰＤＡと略記することがある）、ピロメリット酸二無水物（以下、ＰＭＤＡと略記することがある）、４，４’−オキシジフタル酸二無水物（以下、ＯＤＰＡと略記することがある）等が挙げられる。
【００１４】
本発明において熱可塑性ポリミドの製造方法の一例を挙げると、先ず撹拌機、還流冷却機および窒素導入管を備えた容器中で、ジアミンを有機溶剤に溶解する。次に、この溶液に窒素雰囲気下において芳香族テトラカルボン酸二無水物をジアミンに対し、１．００５〜１．０７０当量になるように添加し、０〜９０℃程度で約２４時間撹拌して、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸溶液を得る。このポリアミド酸溶液を１００〜２００℃程度で撹拌、反応脱水することによりポリイミド溶液を得る。これらのポリアミド酸溶液およびポリイミド溶液は粘度調節のために、有機溶剤にて希釈しても差し支えない。
【００１５】
本発明で用いる熱可塑性ポリイミドは、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニルに対して１．００５〜１．０７０モル当量用いることが重要である。好ましくは、１．０１０〜１．０６０、より好ましくは１．０２０〜１．０４０である。この範囲内であると、分子量が増大して重合時の粘度が高くなったり、重合不良が生ずることがなく、更に、ガラス転移点以上での分子量が向上したり、つまり、弾性率が向上するため、リードフレームとの貼り付けが困難になる等の問題点が起きないため好ましい。また、フィルム形成が困難になる等の不都合が生じず、好ましい。
【００１６】
本発明に用いる熱可塑性ポリイミドの製造において使用できる有機溶媒としてはポリイミド製造に用いられる公知の有機溶媒が使用可能であり、好ましくは、Ｎ−メチル−２ピロリドン等である。また、その有機溶媒の使用量は、モノマー濃度に対して好ましくは１０〜４０ｗｔ％、より好ましくは１５〜３０ｗｔ％である。
【００１７】
本発明に用いる熱可塑性ポリミドの厚みは、リードフレーム固定用接着基材とした場合、好ましくは５〜１００μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。
【００１８】
本発明のリードフレーム固定用接着基材を作製するには、上述した熱可塑性ポリイミド系樹脂を含有する溶液、あるいは、その前駆体であるポリアミド酸を含有する溶液を、放熱板となる金属に塗布し、溶剤を乾燥除去する、また非熱可塑性ポリイミドフィルム等に上述した熱可塑性ポリイミド系樹脂を含有する溶液、あるいは、その前駆体であるポリアミド酸を含有する溶液を塗布し、放熱板となる金属と加熱圧着する等の方法により、製造することができる。
【００１９】
本発明において、非熱可塑性ポリイミド層を有する放熱板付きリードフレーム固定用接着基材の場合に用いる非熱可塑性ポリミド層としては、例えばジアミン成分として、ｐ−フェニレンジアミン、４，４-ジアミノジフェニルエーテル、ｍ−ＢＰを使用し、テトラカルボン酸成分として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物を使用して製造できる非熱可塑性ポリイミド等が挙げられる。
【００２０】
また、非熱可塑性ポリイミド層としては、市販品も使用可能であり、使用できる市販品としては、具体的には、宇部興産株式会社製：ポリイミドフィルムＵｐｉｌｅｘ（登録商標）シリーズ、鐘淵化学株式会社製：ポリイミドフィルムＡｐｉｃａｌ（登録商標）シリーズ、東レ・デュポン株式会社製：ポリイミドフィルムＫａｐｔｏｎ（登録商標）シリーズ、東レ株式会社製：アミドフィルムアラミカ（登録商標）シリーズ等が挙げられる。
【００２１】
本発明に使用される非熱可塑性ポリイミド層の厚みは、接着テープ時の反りを制御するものであり、熱可塑性ポリイミド層の厚み次第で決定されるが、おおよそ熱可塑性ポリイミド層の厚みと同じであれば、実用上、支障のない程度の反り量である。好ましくは、５〜１００μｍ、より好ましくは１５〜４０μｍである。
【００２２】
本発明において用いる放熱板となる金属の種類としては特に制限はないが、好ましくは銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼、またはそれらの合金からなる群から選ばれるものであり、圧延銅箔、電解銅箔、銅合金箔、ステンレス箔が、コスト面、熱伝導性、剛性等の観点からより好ましい。
【００２３】
本発明において用いる放熱板となる金属板の厚みは、好ましくは５〜２００μｍ、より好ましくは５０〜１５０μｍである。上記範囲内のものが放熱板としての機能を備え、またポリイミド系樹脂を連続的に塗布するために好ましい。
【００２４】
放熱板となる金属板において、ポリアミド酸溶液又はポリイミド溶液を塗工する金属板の面は、粘着力を向上させるために、銅箔の表面処理などでよく行なわれる電解メッキにより粒子を付着させたり、交流エッチングなどを行なうことが好ましい。
【００２５】
金属板上あるいは非熱可塑性ポリイミドフィルム上に熱可塑性ポリイミド溶液またはポリアミド酸溶液を塗布・乾燥させる方法には特に限定はなく、従来公知のコンパコーター、Ｔダイ、ロールコーター、ナイフコーター、リバースコーターなどの塗布装置を使用して、塗布し、十分な時間と温度をかけて加熱乾燥し、硬化させればよい。
【００２６】
乾燥後のイミド化方法は、イナートオーブンによるバッチ法でも、イミド化炉による連続式でも、公知の方法が用いられ、特にその方法、条件に制限はないが、好ましくはイミド化炉による連続式である。イミド化は通常２００〜４５０℃で行われ、溶剤含有量がポリイミド１００重量部に対して０．５重量部を超えない範囲までイミド化する。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例により、さらに詳細に本発明を説明する。
合成例１
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成＞
ジアミン成分としてｍ−ＢＰ１０モル、テトラカルボン酸二無水物としてＢＴＤＡ１０．０５モルをそれぞれ秤量し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒中で混合し、５０℃において６時間反応した。反応後の固形分濃度は２３重量％であった。
【００２８】
合成例２
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成＞
ジアミン成分としてｍ−ＢＰ１０モル、テトラカルボン酸二無水物としてＢＴＤＡ１０．３０をそれぞれ秤量し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒中で混合し、５０℃において６時間反応した。反応後の固形分濃度は２３重量％であった。
【００２９】
合成例３
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成＞
ジアミン成分としてｍ−ＢＰ１０モル、テトラカルボン酸二無水物としてＢＴＤＡ１０．７０モルをそれぞれ秤量し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒中で混合し、５０℃において６時間反応した。反応後の固形分濃度は２３重量％であった。
【００３０】
合成例４
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成＞
ジアミン成分としてｍ−ＢＰ１０モル、テトラカルボン酸二無水物としてＢＴＤＡ９．５モルをそれぞれ秤量し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒中で混合し、５０℃において６時間反応した。反応後の固形分濃度は２３重量％であった。
【００３１】
合成例５
＜熱可塑性ポリイミド前駆体の合成＞
ジアミン成分としてｍ−ＢＰ１０モル、テトラカルボン酸二無水物として、ＢＰＤＡ１０．８０モルをそれぞれ秤量し、Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒中で混合し、５０℃において６時間反応した。反応後の固形分濃度は３０重量％であった。
【００３２】
合成例６
＜非熱可塑性ポリイミド前駆体の合成＞
ジアミン成分として、p-フェニレンジアミンを７．７モル、４，４-ジアミノジフェニルエーテルを１．１５モル、ｍ−ＢＰを１．１５モル秤量した。テトラカルボン酸成分として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物 ５．４モル、ピロメリット酸二無水物を４．４５モル秤量した。N，N’−ジメチルアセトアミドとN−メチル−２−ピロリドン混合溶媒に溶解し混合した。溶媒の比率は、前者２３重量％、後者７７重量％であった。反応温度、時間は、２３℃、６時間であった。また、反応時の固形分濃度は、２０重量％である。得られたポリアミック酸ワニスの粘度は２５℃において２００００ｃｐｓであり、塗工に適したものであった。
【００３３】
実施例１
市販の銅箔（ジャパンエナジー（株）製、商品名：ＢＨＹ−２２Ｂ−Ｔ、厚み：１８μｍ）の片面に、コータードライヤーを用いて、合成例１のポリアミック酸を塗布し、６０℃〜２００℃で６分間乾燥し、次いで、２００〜２７０℃で２分間キュアを行い、ポリイミド層を形成し、片面銅張積層板を作製した。塗布厚みは、乾燥・キュア後に３０μｍとなるようにした。得られた片面銅張積層板とリードフレーム材として、４２アロイ（日立金属株式会社製、ＹＥＦ４２）を、パルスボンダー（ケル株式会社製、ＴＣ−１３２０ＵＤ）を用いて、３００℃、３０ｋｇ／ｃｍ^２、１秒で加熱圧着した。得られた試験片を用い、ＩＰＣ−ＴＭ−６５０ｍｅｔｈｏｄ、２，４，９に従って９０°剥離試験を行った。その結果、４２アロイとの剥離接着強度は十分な強度が得られた。一方、得られた試験片を用い、エポキシ系封止樹脂でトランスファーモールドし、試料を作製した。このようにして得られた試験片は、吸湿後の耐熱性JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL1:８５℃・８５%RHで１６８時間処理後、２２０℃リフローソルダー３サイクル後の基板の異常有無について、断面観察によって確認したところ、異常は確認されなかった。試料の異常有無について、結果を表１に示す。
【００３４】
実施例２
市販の銅箔を日本電解製、商品名：ＳＬＰ−１０５ＷＢ、厚み：１０５μｍにし、合成例２のポリアミック酸を使用し、塗布厚みが乾燥・キュア後に２０μｍとなるようにした以外は実施例１と同様に封止樹脂付き片面銅張積層板を作製した。このようにして得られた封止樹脂付き片面銅張積層板は、吸湿後の耐熱性JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL1:８５℃・８５%RHで１６８時間処理後、２２０℃リフローソルダー３サイクル後の基板の異常有無について、断面観察によって確認したところ、異常は確認されなかった。試料の異常有無について、結果を表１に示す。
【００３５】
実施例３
実施例２における銅箔の代わりにステンレス箔（日本金属株式会社製、商品名：ＳＵＳ３０１ＥＨ−ＴＡ、厚み：６０μｍ厚）にし、その上に、合成例６のポリアミック酸を塗布し、乾燥厚みが１０μｍとなるように乾燥し、さらにその上に、合成例３のポリアミック酸を使用し、塗布厚みが乾燥・キュア後に１０μｍとなるようにした以外は実施例１と同様に封止樹脂付き片面銅張積層板を作製した。このようにして得られた封止樹脂付き片面銅張積層板は、吸湿後の耐熱性JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL1:８５℃・８５%RHで１６８時間処理後、２２０℃リフローソルダー３サイクル後の基板の異常有無について、断面観察によって確認したところ、異常は確認されなかった。試料の異常有無について、結果を表１に示す。
【００３６】
比較例１
合成例４のポリアミック酸を使用した以外は実施例３と同様に封止樹脂付き片面銅張積層板を作製した。このようにして得られた封止樹脂付き片面銅張積層板は、吸湿後の耐熱性JEDEC STANDARD TEST METHOD A113-A LEVEL1:８５℃・８５%RHで１６８時間処理後、２２０℃リフローソルダー３サイクル後の基板の異常有無について、断面観察によって確認したところ、異常は確認されなかった。試料の異常有無について、結果を表１に示す。
一方、４２アロイとの剥離接着強度は、接着ができなかった。
【００３７】
比較例２
合成例５のポリアミック酸を使用した以外は実施例１と同様に封止樹脂付き片面銅張積層板を作製した。しかしながら、塗工、乾燥後のフィルムが脆く、使用できなかった。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【発明の効果】
本発明は、放熱板付きリードフレーム固定用接着基材において、リードフレーム先端を固定するとともに、加湿後における耐熱性試験において、ポリイミドと金属箔間、熱可塑性ポリイミド層内あるいは封止樹脂とポリイミド間において、膨れや剥がれが発生しないようにできる。

Claims (2)

1. 放熱板となる金属板の片面に非熱可塑性ポリイミド層、熱可塑性ポリイミド層の順に、または熱可塑性ポリイミド層のみを積層する放熱板付きリードフレーム固定用接着基材において、熱可塑性ポリイミド層を形成する樹脂のジアミン成分として、４，４’−ビス（３−アミノフェノキシ）ビフェニル（以下ｍ−ＢＰと略すことがある）、テトラカルボン酸二無水物成分として、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（以下ＢＴＤＡと略すことがある）を含有するものを用い、その使用モル比（ＢＴＤＡ／ｍ−ＢＰ）が１．００５〜１．０７０であることを特徴とする放熱板付きリードフレーム固定用接着基材。
2. 放熱板となる金属板が、銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼、またはそれらの合金からなる群から選ばれるものである請求項１記載の放熱板付きリードフレーム固定用接着基材。