專利名稱：半導(dǎo)體用粘合薄膜、及使用該薄膜的引線框和半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體用粘合薄膜、以及使用它的帶半導(dǎo)體用粘合薄膜的引線框和半導(dǎo)體裝置。
在這種新的實(shí)裝方式中，存在半導(dǎo)體芯片和引線框的粘合界面，其粘合可靠性對半導(dǎo)體組件的可靠性具有非常大的影響。不用說組件組裝作業(yè)時(shí)耐工藝溫度的可靠性和粘合的操作性，就是在半導(dǎo)體組件可靠性之一的溫度循環(huán)性試驗(yàn)中，連接半導(dǎo)體芯片和引線框的連線不產(chǎn)生斷線也是重要的項(xiàng)目。
對于它們的粘合，歷來使用糊狀的粘合劑、或是在耐熱性基材上涂布粘合劑的產(chǎn)品。作為該方法的一種，可舉出使用聚酰亞胺樹脂的后熔型粘合劑薄膜(參照特開平5-105850號、5-112760號、5-112761號公報(bào))。然而，后熔型粘合劑由于粘合劑樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度高，所以粘合所要求的溫度非常高，對于近年更加高密度化的半導(dǎo)體芯片和銅制引線框的被覆材料，造成熱損傷的危險(xiǎn)很大。
另一方面，作為為滿足半導(dǎo)體組件的溫度循環(huán)特性所要求的粘合薄膜的特性，必須線膨脹系數(shù)低，使其接近半導(dǎo)體芯片和引線框的線膨脹系數(shù)，而且為了緩和因溫度循環(huán)產(chǎn)生的應(yīng)力，必須具有低的儲存彈性系數(shù)。但是，若儲存彈性系數(shù)過低，則在半導(dǎo)體組件制造工藝中連線時(shí)，會產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片和引線框不能連接的問題。
隨著半導(dǎo)體集成度的增大，為使信號處理高速化，引線框的材質(zhì)由合金變?yōu)殂~。為了改善粘貼帶和芯片粘貼時(shí)因熱造成銅的氧化，以及銅和芯片因熱膨脹系數(shù)差造成的熱應(yīng)力，要求良好的低溫粘結(jié)性和溫度循環(huán)性。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠與半導(dǎo)體元件低溫粘合的、可靠性高的可供半導(dǎo)體裝置的帶粘合薄膜的引線框。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于，提供一種利用可低溫粘合且溫度循環(huán)性也良好的粘合薄膜粘合的、可靠性優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明人對能兼有低溫粘結(jié)性和半導(dǎo)體的溫度循環(huán)性兩者的半導(dǎo)體用粘合薄膜進(jìn)行了開發(fā)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用具有特定特性的粘合劑，并將在支持膜的兩面有該粘合劑的粘合薄膜的總厚度規(guī)定在特定范圍內(nèi)，就能解決上述問題。
因此，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，是由支持膜和在上述支持膜的兩面形成的粘合劑層構(gòu)成的半導(dǎo)體用粘合薄膜，上述粘合劑層由玻璃轉(zhuǎn)變溫度為200℃以下、線膨脹系數(shù)為70ppm以下、儲存彈性系數(shù)為3Gpa以下的粘合劑構(gòu)成，而且粘合薄膜的總厚度為43～57μm。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種帶半導(dǎo)體用粘合薄膜的引線框，其特征在于，包含引線框和在上述引線框上粘合的上述本發(fā)明的半導(dǎo)體用粘合薄膜。
按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，是包含引線框和半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置，上述引線框和上述半導(dǎo)體元件通過上述本發(fā)明的半導(dǎo)體用粘合薄膜相互粘合。
圖2是模式地表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的一個(gè)實(shí)施方式的剖面圖。
本發(fā)明的半導(dǎo)體用粘合薄膜(以下簡稱“粘合薄膜”)是由支持膜和在上述支持膜的兩面形成的粘合劑層構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)的兩面粘合薄膜，粘合薄膜的總厚度為43～57μm。該粘合薄膜的粘合劑層由具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度(以下記作Tg)為200℃以下、線膨脹系數(shù)為70ppm以下、儲存彈性系數(shù)為3Gpa以下的特性的粘合劑構(gòu)成。
粘合劑的Tg，由低溫粘結(jié)性的觀點(diǎn)出發(fā)為200℃以下，優(yōu)選為190℃以下；另一方面，由耐流變裂紋性等組件可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為120℃以上，160～185℃更佳。粘合劑的線膨脹系數(shù)，由溫度循環(huán)性(熱循環(huán)性)的觀點(diǎn)出發(fā)，為70ppm以下，由低溫粘結(jié)性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為30ppm以上，50～68ppm更佳。粘合劑的儲存彈性系數(shù)，由溫度循環(huán)性的觀點(diǎn)出發(fā)，為3GPa以下，優(yōu)選為1~2.8，1.5～2.5GPa更佳。當(dāng)儲存彈性系數(shù)過低時(shí)，有粘合劑變軟對引線結(jié)合性帶來壞影響，線膨脹系數(shù)也增大影響溫度循環(huán)性的危險(xiǎn)。
而且，由所得到的半導(dǎo)體裝置的耐流變裂紋性的觀點(diǎn)出發(fā)，粘合劑的溢出長度優(yōu)選為2mm以下，1mm以下更佳，0.5mm以下尤佳。這里所說的溢出長度，是將在厚度25μm的支持膜的兩面上形成厚度12.5μm的粘合劑層構(gòu)成的總厚度為50μm、面積為19×50mm的三層結(jié)構(gòu)的粘合薄膜的試樣，在350℃、3MPa、1分鐘的條件下加熱壓合時(shí)，在長邊方向的中央部測定由上述粘合薄膜試樣的長邊向垂直方向溢出的粘合劑的長度的值。通過將粘合劑的溢出長度取為上述值，即使在Tg低的場合，也能良好地保持作為組件重要特性的耐流變裂紋性。
作為有上述特性的粘合劑，優(yōu)選使用以聚酰亞胺樹脂或聚酰胺樹脂為代表的、耐熱性的熱塑性樹脂的一種以上作為主要成分的粘合劑(粘合劑組合物)。這里，聚酰亞胺樹脂指的是聚酰胺亞胺樹脂、聚酯亞胺樹脂、聚醚亞胺樹脂等有酰亞胺基的樹脂，是由聚酰胺酸的熱或化學(xué)閉環(huán)得到的。由粘結(jié)力的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用含酰胺基的樹脂。這里，所說的酰胺基是酰亞胺閉環(huán)后還殘存的酰胺基，是不含作為酰亞胺前驅(qū)物的酰胺酸中的酰胺基。該酰胺基相對于酰亞胺基和酰胺基(酰亞胺閉環(huán)后還殘存的酰胺基)的合計(jì)量，由粘結(jié)力的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為10摩爾％以上；由吸水率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為90％摩爾以下，20～70摩爾％更佳，30～50摩爾％尤佳。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘合劑中所含的樹脂基本上由二胺(A)和/或二異氰酸酯(A)和酸酐(B)和/或二羧酸或其酰胺形成性衍生物(C)合成，對這些反應(yīng)成分的組合，其反應(yīng)比、反應(yīng)條件、分子量、向粘合劑中有無添加劑及其種類、環(huán)氧樹脂等添加樹脂等進(jìn)行調(diào)整，使上述所定的各種特性，即Tg、線膨脹系數(shù)和儲存彈性系數(shù)達(dá)到所定的值，而且優(yōu)選的是使上述粘合劑的溢出長度達(dá)到所定的值。
作為上述二胺(A)，可舉出例如，1，6-己二胺、辛撐二胺、十二撐二胺等亞烷基二胺，對苯二胺、間苯二胺、間甲苯酯二胺等亞芳香基二胺；4，4，-二氨基二苯基醚(DDE)、4，4，-二氨基二苯基甲烷、4，4，-二氨基二苯砜、3，3，-二氨基二苯砜、4，4，-二氨基苯酮、3，3，-二氨基苯酮、4，4，-二氨基苯酰苯胺等二氨基二苯基衍生物；1，4-雙(4-氨基枯烯基)苯(BAP)、1，3-雙(4-氨基枯烯基)苯、1，3-雙(3-氨基苯氧基)苯、1，4-雙(3-氨基苯氧基)苯、1，4-雙(4-氨基苯氧基)苯、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、2，2-雙[4-(3-氨基苯氧基)苯基]丙烷、雙[4-(3-氨基苯氧基)苯基]砜(m-APPS)、雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、以及由下述通式(1)表示的二胺、下述通式(2)表示的硅氧烷二胺等。這些二胺可單獨(dú)使用，或?qū)⒍喾N組合使用。
通式(1) (式中，Y和Y，表示氨基，R1、R2、R3、R4是各自獨(dú)立的氫原子或碳原子數(shù)為1～4的烷基或烷氧基，它們中的至少2個(gè)以上是烷基或烷氧基，X是由-CH2-、-C(CH3)2-、-O-、-SO2-、-CO-或-NHCO-表示的基。)通式(2) (式中，R5和R8是各自獨(dú)立的2價(jià)有機(jī)基，R6和R7是各自獨(dú)立的1價(jià)有機(jī)基，n是1～100的整數(shù))作為上述通式(1)表示的化合物，具體可舉出4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四甲基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四-正丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基-5，5｀-二乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基-5，5｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二乙基-5，5｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，5-二甲基-3｀，5｀-二乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，5-二甲基-3｀，5｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，5-二乙基-3｀，5｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，5-二乙基3｀，5｀-二丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，5-二異丙基-3｀，5｀-二丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二異丙基-5，5｀-二丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基-5，5｀-二丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二乙基-5，5｀-二丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二正丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4-二氨基-3，3｀-二丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5-三甲基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5-三乙基二苯基甲烷，4，4｀-二氨基-3，3｀，5-三正丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5-三異丙基二苯基甲烷，4，4｀-二氨基-3，3｀，5-三丁基二苯基甲烷，4，4｀-二氨基-3-甲基-3｀-乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3-甲基-3｀-異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3-乙基-3｀-異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3-乙基-3｀-丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3-異丙基-3｀-丁基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-2，2｀-雙(3，3｀，5，5｀-四甲基二苯基)異丙烷、4，4｀-二氨基-2，2｀-雙(3，3｀，5，5｀-四乙基二苯基)異丙烷、4，4｀-二氨基-2，2｀-雙(3，3｀，5，5｀-四正丙基二苯基)異丙烷、4，4｀-二氨基-2，2｀-雙(3，3｀，5，5｀-四異丙基二苯基)異丙烷、4，4｀-二氨基-2，2｀-雙(3，3｀，5，5｀-四丁基二苯基)異丙烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四甲基二苯基醚，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙基二苯基醚，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四正丙基二苯基醚，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四異丙基二苯基醚，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四丁基二苯基醚，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四甲基二苯基砜，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙基二苯基砜，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四正丙基二苯基砜，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四異丙基二苯基砜，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四丁基二苯基砜，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四甲基二苯基酮，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙基二苯基酮，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四正丙基二苯基酮，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四異丙基二苯基酮，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四丁基二苯基酮，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四甲基苯基苯酰胺，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙基苯基苯酰胺，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四正丙基苯基苯酰胺，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙丙基苯基苯酰胺，4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四丁基苯基苯酰胺等。
作為上述通式(2)中的R5和R8，優(yōu)選各自獨(dú)立地使用三亞甲基、四亞甲基、亞苯基、亞甲苯基等，作為R6和R7，優(yōu)選各自獨(dú)立地使用甲基、乙基、苯基等，多個(gè)R6和多個(gè)R7既可以互相相同，也可以不同。通式(2)的硅氧烷二胺中，在R5和R8都是三亞甲基、R6和R7都是甲基的場合，將m為1的、平均為10左右的、平均為30左右的、平均為50左右的、以及平均為100左右的，分別按順序作為LP-7100、X-22-161AS、X-22-161A、X-22-161B、X-22-161C及X-22-161E(均為信越化學(xué)工業(yè)(株)的商品名)市售。
作為上述二異氰酸酯(A｀)，在上述示例的二胺中，可優(yōu)選使用將氨基替換成異氰酸酯基的，它們既可單獨(dú)使用，或者將多種組合使用。
作為上述酸酐(B)，可舉出偏苯三酸酐、均苯四甲酸酐、3，3｀，4，4｀-二苯甲酮四羧酸二酐 (BTDA)、3，3｀，4，4｀-聯(lián)苯四羧酸二酐(BTDA)、2，2-雙鄰苯二甲酸六氟異亞丙酯二酐、雙(3，4-二羧苯基)醚二酐、雙(3，4-二羧苯基)砜二酐、4，4｀-雙(3，4-二羧苯氧基)二苯砜二酐、2，2-雙[(4-(3，4-二羧苯氧基)苯基)]丙烷二酐、乙二醇雙偏苯三酸酯二酐(EBTA)、癸二醇雙偏苯三酸酯二酐(DBTA)、雙酚A雙偏苯三酸酯二酐(BABT)、2，2-雙[(4-(3，4-二羧基苯酸基)苯基)]六氟丙烷二酐、4，4｀-[1，4-亞苯基雙(1-甲基亞乙基)]雙苯基雙偏苯三酸酯二酐、馬來酸酐、馬來酸甲酯酐、降冰片烯二酸酐、降冰片烯二酸烯丙酯酐、降冰片烯二酸甲酯酐、四氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐甲酯等。它們可以單獨(dú)或?qū)⒍喾N組合使用。
作為上述二羧酸或其酰胺形成性衍生物(C)，可舉出對苯二甲酸、間苯二甲酸、聯(lián)苯羧酸、苯二甲酸、萘二羧酸、二苯基醚二羧酸等，作為這些二羧酸的酰胺形成性衍生物，可舉出這些羧酸的二氯化物、二烷基酯等。另外，也可將二胺(A)、二羧酸(C)的一部分用氨基苯甲酸等氨基羧酸取代。它們可以單獨(dú)或?qū)⒍喾N組合使用。作為二胺(A)更優(yōu)選作為二胺(A)更優(yōu)選使用亞烷基二胺、間苯二胺、間甲苯二胺、4，4｀-二氨基二苯基醚(DDE)、4，4｀-二氨基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基二苯砜、3，3｀-二氨基二苯砜、3，3｀-二氨基苯酮、1，3-雙(4-氨基枯烯基)苯、1，4-雙(4-氨基枯烯基)苯、1，3-雙(3-氨基苯氧基)苯、1，4-雙(3-氨基苯氧基)苯、1，4-雙(4-氨基苯氧基)苯、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、雙[4-(3-氨基苯氧基)苯基]砜(m-APPS)、雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四甲基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀，5，5｀-四異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基-5，5｀-二乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基-5，5｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二乙基-5，5｀-二異丙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二甲基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二乙基二苯基甲烷、4，4｀-二氨基-3，3｀-二異丙基二苯基甲烷，而且使用以LP-7100、X-22-161AS、X-22-161A的商品名市售的上述通式(2)的硅氧烷二胺。
作為上述酸酐(B)，更優(yōu)選使用偏苯三酸酐、3，3｀，4，4｀-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)、2，2-雙鄰苯二甲酸六氟異亞丙酯二酐、雙(3，4-二羧苯基)醚二酐、雙(3，4-二羧苯基)砜二酐、4，4｀-雙(3，4-二羧基苯氧基)二苯砜二酐、2，2-雙[(4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基)]丙烷二酐、乙二醇雙偏苯三酸酯二酐(EBTA)、癸二醇雙偏苯三酸酯二酐(DBTA)、雙酚A雙偏苯三酸酯二酐(BABT)、4，4｀-[1，4-亞苯基雙(1-甲基亞乙基)]雙苯基雙偏苯三酸酯二酐、馬來酸酐、降冰片烯二酸酐、降冰片烯二酸烯丙酯酐。
在粘合薄膜中使用的粘合劑，為了提高與支持膜的密合性，也可以含偶合劑。作為偶合劑，可以優(yōu)選使用例如，γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巰基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基乙酸基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-苯胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、六甲基二硅烷等硅烷偶合劑；異丙基三異硬脂酰鈦酸酯、異丙基三辛基鈦酸酯、異丙基十二烷基苯磺酰鈦酸酯、異丙基三(焦磷酸二辛酯)鈦酸酯等鈦酸酯系偶合劑；以及乙酰烷氧基鋁二異丙酸酯等鋁系偶合劑等。它們可以單獨(dú)或?qū)⒍喾N組合使用。偶合劑的添加量，相對于粘合劑中的耐熱熱塑性樹脂100重量份，優(yōu)選為0.5～20重量份，更佳為2～10重量份。當(dāng)添加量超過20重量份時(shí)，出現(xiàn)耐熱性和與引線框或半導(dǎo)體元件的粘結(jié)性降低的傾向。
而且，粘合劑也可以含有環(huán)氧樹脂及其硬化劑、硬化促進(jìn)劑、以及陶瓷粉、玻璃粉、銀粉、銅粉等填充物。作為該環(huán)氧樹脂，只要是每1個(gè)分子平均有2個(gè)以上環(huán)氧基即可，不作特別限制，例如可以舉出雙酚A的二縮水甘油醚、雙酚F的二縮水甘油醚、苯酚漆用酚醛型環(huán)氧樹脂、多元醇的多縮水甘油酯、多元酸的多縮水甘油酯、脂環(huán)式環(huán)氧樹脂、海因系環(huán)氧樹脂等。


圖1示出了其一種實(shí)施方式，本發(fā)明的粘合薄膜3是在支持膜1的兩面具有粘合劑層2、2的三層結(jié)構(gòu)。其總厚度(粘合劑薄膜3全體的厚度)，由與引線框和半導(dǎo)體元件的粘結(jié)性的觀點(diǎn)出發(fā)，為43μm以上；由溫度循環(huán)性的觀點(diǎn)出發(fā)，為57μm以下；更佳為45～55μm，47～53μm尤佳。粘合劑層的厚度，由粘結(jié)性、生產(chǎn)率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為1μm以上；由溫度循環(huán)性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為30μm以下，10～15μm更佳。
作為支持膜，優(yōu)選使用聚酰亞胺、聚酰胺、聚砜、聚亞苯基硫醚、聚醚醚酮、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯等絕緣性耐熱性樹脂薄膜。支持膜的厚度不作特別的限定，但通常優(yōu)選為5～50μm，20～30μm更佳。支持膜的Tg，使用比本發(fā)明的粘合劑的Tg更高的為佳，優(yōu)選為200℃以上，250℃以上更佳。支持膜的吸水率，優(yōu)選為3重量％以下，2重量％以下更佳。
在最佳實(shí)施方式中用的支持膜，是具備Tg為250℃以上、吸水率為2重量℃以下、熱膨脹系數(shù)為3×10-5/℃以下物性的絕緣性耐熱性樹脂薄膜，由上述出發(fā)，特別優(yōu)選聚酰亞胺薄膜。
支持膜希望經(jīng)表面處理后使用。這是因?yàn)槟芴岣哒澈蟿优c支持膜的粘結(jié)力，防止支持膜和粘合劑層間的剝離。作為支持膜的表面處理方法，堿處理、硅烷偶合劑處理等化學(xué)處理，沙褪光處理等物理處理，等離子處理，電暈處理等任何處理都可以使用。只要按照粘合劑的種類，采用最適宜的處理即可，但在本發(fā)明中，化學(xué)處理和等離子處理特別適宜。
作為在支持膜上形成粘合劑層的方法，不作特別限制，但可以優(yōu)選將粘合劑溶解在有機(jī)溶劑中，制成粘合劑清漆，將其涂布在支持膜的兩面來實(shí)現(xiàn)。這里所用的有機(jī)溶劑沒有特別限制，只要是能使上述粘合劑成分均勻地溶解或混煉即可，例如可以舉出二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基亞砜、二甘醇二甲醚、甲苯、苯、二甲苯、甲乙酮、四氫呋喃、二惡烷等?？梢詫⑺鼈兌喾N混合使用。涂覆方法不作特別限制，但可舉出例如，輥涂布、逆輥涂布、照相凹版涂布、點(diǎn)涂布等。此外，也可以使支持膜通過粘合劑清漆中來涂漆，但有時(shí)控制厚度困難。
將粘合劑清漆涂布到支持膜上后，進(jìn)行加熱處理除去溶劑并酰亞胺化，就能夠制造三層結(jié)構(gòu)的粘合薄膜。加熱處理時(shí)的處理溫度只要是能除去溶劑的溫度即可。涂布和干燥既可以單面進(jìn)行，也可以兩面同時(shí)進(jìn)行。
其次，本發(fā)明的半導(dǎo)體用的帶粘合薄膜的引線框包括引線框、和粘結(jié)在該引線框上的上述本發(fā)明的粘合薄膜。通過使用本發(fā)明的粘合薄膜，能夠?qū)崿F(xiàn)與半導(dǎo)體元件的低溫粘合，可以簡便地制造可靠性優(yōu)良的帶粘合薄膜的引線框，并且操作性、成品率優(yōu)良。由于本發(fā)明的粘合薄膜可以低溫粘合，所以，對制造使用易氧化的銅制引線框的帶粘合薄膜的引線框是有效的。
帶粘合薄膜的引線框，例如可以按照以下方法制造將本發(fā)明的粘合薄膜切斷成為一定的尺寸，再將得到的薄膜片粘合在引線框上。粘合薄膜的切斷方法可以是任何方法，只要是能將薄膜正確切斷成一定形狀的方法即可，但考慮操作性時(shí)，優(yōu)選使用沖壓金屬模切斷粘合薄膜、并直接將沖壓的薄膜片粘合在引線框的一定位置上。此時(shí)的粘合溫度由粘結(jié)力的觀點(diǎn)出發(fā)，通常優(yōu)選在150℃以上，而由粘合劑層熱劣化和引線框氧化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在300℃以下，更佳為200～250℃。粘合壓力通常優(yōu)選為0.1～20MPa，0.3～10MPa更佳。粘合壓力不足0.1MPa時(shí)，不能得到足夠的粘結(jié)力，當(dāng)超過20MPa時(shí)，粘合劑越出預(yù)定位置溢出，使尺寸精度變差。加壓時(shí)間只要是能在上述粘合溫度、粘合壓力下使其能夠粘合的時(shí)間即可，但考慮操作性時(shí)，優(yōu)選為0.3～60秒，0.5～10秒更佳。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包含引線框和半導(dǎo)體元件，引線框和半導(dǎo)體元件通過上述本發(fā)明的粘合薄膜互相粘合。通過使用本發(fā)明的粘合薄膜，能夠簡便地制造可靠性優(yōu)良的半導(dǎo)體裝置，而且操作性、成品率優(yōu)良。
例如，使用如上所述制作的帶粘合薄膜的引線框，能夠按照以下方法制造圖2所示的半導(dǎo)體裝置。首先，在粘貼了粘合薄膜3的引線框5(帶粘合薄膜3的引線框5)的未粘貼的粘合薄膜3的一面的粘合劑層上，粘合半導(dǎo)體元件4，然后根據(jù)需要進(jìn)行粘合薄膜3的硬化處理。接著，使用由金線等制成的連線7，將引線框5和半導(dǎo)體元件4連接。最后，用環(huán)氧樹脂等封裝材料6連續(xù)成型進(jìn)行封裝，能夠制造LOC結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體組件。雖未圖示，但也可以使用具備母線的引線框。
作為半導(dǎo)體芯片4的粘合溫度，由粘結(jié)力的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在150℃以上，而由粘合劑層熱劣化和引線框氧化的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選在300℃以下，更佳為200～250℃。粘合壓力通常優(yōu)選為0.1～20MPa，0.3～10MPa更佳。粘合壓力不足0.1MPa時(shí)，有時(shí)不能得到足夠的粘結(jié)力，當(dāng)超過20MPa時(shí)，粘合劑越出預(yù)定位置溢出，使尺寸精度變差，另外，有時(shí)還產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片發(fā)生破壞的危險(xiǎn)。加壓時(shí)間只要是能在上述粘合溫度、粘合壓力下能夠使其粘合的時(shí)間即可，但考慮操作性時(shí)，優(yōu)選為0.3～60秒，0.5～10秒更佳。
實(shí)施例以下通過實(shí)施例說明本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些的任何限制。
1.粘合劑清漆的制造(1)聚酰胺亞胺A的粘合劑清漆A在裝有溫度計(jì)、攪拌器、氮?dú)鈱?dǎo)入管和分餾塔的5升4頸燒瓶中，在氮?dú)庀卵b入2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷205.0g(0.5摩爾)，溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(以下記作“NMP”)1200g中。將該溶液冷卻到-10℃，在此溫度下添加偏苯三酸一氯化物105.3g(0.5摩爾)，同時(shí)使溫度不超過-5℃。偏苯三酸一氯化物溶解后，添加三乙胺76g，同時(shí)使溫度不超過5℃。在室溫下連續(xù)攪拌1小時(shí)，然后在180℃下反應(yīng)9小時(shí)，使酰亞胺化完結(jié)。將得到的反應(yīng)液投入甲醇中，離析聚合物。將其干燥后，溶解在二甲基甲酰胺中，投入甲醇中再次離析聚合物。然后減壓干燥得到精制的聚酰胺亞胺A的粉末。將得到的聚酰胺亞胺A的粉末60g溶于NMP200g中，得到粘合劑清漆A。
(2)聚酰胺亞胺B的粘合劑清漆B在裝有溫度計(jì)、攪拌器、氮?dú)鈱?dǎo)入管和分餾塔的5升4頸燒瓶中，在氮?dú)夥障卵b入2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷143.5g(0.35摩爾)、1，3-雙(氨基丙基)四甲基二硅氧烷37.2g(0.15摩爾)，溶解在NMP1200g中。用此溶液，使其與上述(1)制造聚酰胺亞胺A進(jìn)行同樣的反應(yīng)，得到聚酰胺亞胺B的粉末，將該粉末60g溶解于NMP200g中，得到粘合劑清漆B。
(3)聚酰胺亞胺C的粘合劑清漆C
在安裝溫度計(jì)、攪拌器、氮?dú)鈱?dǎo)入管和分餾塔的5升4頸燒瓶中，在氮?dú)夥障卵b入2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷123.0g(0.3摩爾)、1，3-雙(氨基丙基)四甲基二硅氧烷49.6g(0.2摩爾)，溶解在NMP1200g中。用此溶液，與上述(1)制造聚酰胺亞胺A同樣進(jìn)行反應(yīng)，得到聚酰胺亞胺C的粉末，將該粉末60g溶解于NMP200g中，得到粘合劑清漆C。
(4)聚酰胺亞胺D的粘合劑清漆D在裝有溫度計(jì)、攪拌器、氮?dú)鈱?dǎo)入管和分餾塔的5升4頸燒瓶中，在氮?dú)夥障卵b入2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷61.5g(0.15摩爾)、1，3-雙(氨基丙基)四甲基二硅氧烷86.8g(0.35摩爾)，溶解在NMP1200g中。用此溶液，使其與上述(1)制造聚酰胺亞胺A進(jìn)行同樣的反應(yīng)，得到聚酰胺亞胺D的粉末，將該粉末60g溶解于NMP200g中，得到粘合劑清漆D。
(5)粘合劑清漆E在上述聚酰胺亞胺A的粘合劑A85重量份中，添加硅橡膠填充物(東レ·ダゥコ—ニング社制トレフィルE-601)15重量份，制作粘合劑清漆E。
(6)粘合劑清漆F在上述聚酰胺亞胺B的粘合劑B80重量份中，添加二氧化硅填充物(龍森社制ァドマファィンSO-25R)20重量份，制作粘合劑清漆F。
將上述得到的粘合劑清漆A～F，分別在玻璃板上流延90μm厚度，在100℃下干燥10分鐘后，由玻璃板上剝離，固定在鐵框上，在200℃下干燥10分鐘，在300℃下干燥10分鐘，得到厚度25μm的粘合劑薄膜(粘合劑層)。如以下那樣，分別測定所得到的各薄膜的Tg、線膨脹系數(shù)、儲存彈性系數(shù)。將得到的結(jié)果示于表1。
使用セィコ—電子工業(yè)(株)制TMA120，在升溫速度10℃/分、拉伸加重10g的條件下，通過滲透法測定。
使用セィコ—電子工業(yè)(株)制TMA120，在升溫速度10℃/分、拉伸加重10g、溫度范圍80～120℃的條件下測定。
使用(株)レオロジ制DVEレオスペクトラ—，在頻率10Hz、振幅10μm、拉伸加重自動控制的條件下進(jìn)行測定。
表1

2.粘合薄膜的制造使用上述制造的粘合劑清漆A～F，按以下方法制作粘合薄膜。
實(shí)施例1作為支持膜，使用經(jīng)偶合劑化學(xué)處理法進(jìn)行表面處理的厚度25μm的聚酰亞胺薄膜(宇部興產(chǎn)(株)制商品名ュ—ピレックスSGA，吸水率1.3％，熱膨脹系數(shù)1×10-5/℃)，在該支持膜上，涂布聚酰胺亞胺B的粘合劑清漆B，在100℃干燥10分鐘、300℃干燥10分鐘，得到兩面有厚度12.5μm粘合劑層的圖1結(jié)構(gòu)的粘合薄膜。
實(shí)施例2除了使用經(jīng)等離子處理法進(jìn)行表面處理的厚度25μm的聚酰胺薄膜(宇部興產(chǎn)(株)制商品名ュ—ピレックスSPA，吸水率1.3％，熱膨脹系數(shù)1×10-5/℃)以外，其它與實(shí)施例1同樣，制作粘合薄膜。
實(shí)施例3除了使用聚酰胺亞胺C的粘合劑清漆C以外，其它與實(shí)施例1同樣，制作粘合薄膜。
實(shí)施例4除了使用聚酰胺亞胺C的粘合劑清漆C以外，其它與實(shí)施例2同樣，制作粘合薄膜。
比較例1除了使用聚酰胺亞胺B的粘合劑清漆B進(jìn)行涂布，使干燥后形成厚度20μm的粘合劑層以外，其它與實(shí)施例2同樣，得到兩面有厚度20μm的粘合劑層的粘合薄膜。
比較例2除了使用聚酰胺亞胺B的粘合劑清漆B進(jìn)行涂布，使干燥后形成厚度5μm的粘合劑層以外，其它與實(shí)施例2同樣，得到兩面有厚度5μm的粘合劑層的粘合薄膜。
比較例3除了使用聚酰胺亞胺A的粘合劑清漆A以外，其它與實(shí)施例2同樣，制作粘合薄膜。
比較例4除了使用聚酰胺亞胺D的粘合劑清漆D以外，其它與實(shí)施例2同樣，制作粘合薄膜。
比較例5除了使用粘合劑清漆E以外，其它與實(shí)施例2同樣，制作粘合薄膜。
比較例6除了使用粘合劑清漆F以外，其它與實(shí)施例2同樣，制作粘合薄膜。
表2匯集示出了各實(shí)施例、比較例的粘合薄膜的總厚度以及對粘合劑的溢出長度，低溫粘結(jié)性和溫度循環(huán)性的評價(jià)結(jié)果。各特性的測定方法和評價(jià)方法如下。
粘合劑的溢出長度對于實(shí)施例1～4和比較例3～6的各粘合薄膜，將各薄膜切斷成19×50mm做成測定試樣，將其于350℃、3MPa、一分鐘的條件下加熱壓合，在長邊方向的中央部，測定由試樣的長邊向垂直方向溢出的粘合劑的長度，取作溢出長度。
低溫粘結(jié)性用沖壓金屬模將得到的粘合薄膜沖壓成短冊狀，并將其放在厚度0.15mm的銅合金制引線框上使其與0.2mm間隔、0.2mm寬度的內(nèi)部導(dǎo)線接觸，在280℃、3MPa加壓3秒鐘進(jìn)行壓合，制作帶粘合薄膜的引線框。使該帶粘合薄膜的引線框由2m高度落下到地面，根據(jù)此時(shí)有無粘合薄膜片的脫落評價(jià)低溫粘結(jié)性。無脫落視為良好，有脫落視為不良。
溫度循環(huán)性使用與上述低溫粘結(jié)性評價(jià)中制作的同樣的帶粘合薄膜的引線框，將半導(dǎo)體元件于280℃、3MPa加壓3秒鐘壓合在其粘合劑層面上。然后用金線將引線框和半導(dǎo)體元件線連接，用聯(lián)苯系環(huán)氧樹脂成型材料(日立化成工業(yè)(株)制商品名CEL-9200)經(jīng)連續(xù)成型封裝，于175℃硬化6小時(shí)，制作成圖2所示的半導(dǎo)體裝置。
將所得到的半導(dǎo)體裝置在-65℃放置30分鐘，然后在175℃放置30分鐘，將該工序作為1個(gè)循環(huán)，經(jīng)1000循環(huán)處理后，觀察連接半導(dǎo)體元件和引線框的金線有無斷線。沒有斷線的視為良好，有斷線的視為不良。
表2

如表1和表2所示，實(shí)施例1～4的粘合薄膜，都滿足本發(fā)明規(guī)定的諸特性，它們的低溫粘結(jié)性、溫度循環(huán)性都良好。與此相對照，比較例1的粘合薄膜，其總厚度比本發(fā)明規(guī)定的值厚，溫度循環(huán)性差。比較例2的粘合薄膜，其總厚度比本發(fā)明規(guī)定的值薄，低溫粘結(jié)性和溫度循環(huán)性也差。比較例3的粘合薄膜，由于粘合劑的Tg比本發(fā)明規(guī)定的值高，而且儲存彈性系數(shù)也比本發(fā)明的規(guī)定值高，因此低溫粘結(jié)性差，同時(shí)溫度循環(huán)性也差。比較例4的粘合薄膜，粘合劑的線膨脹系數(shù)比本發(fā)明規(guī)定的值高，溫度循環(huán)性差。比較例5的粘合薄膜，粘合劑的Tg比本發(fā)明規(guī)定的值高，低溫粘結(jié)性差。比較例6的粘合薄膜，粘合劑的儲存彈性系數(shù)比本發(fā)明規(guī)定的值高，溫度循環(huán)性差。
本發(fā)明的半導(dǎo)體用粘合薄膜可以低溫粘合，特別是對制造使用銅制引線框的帶粘合薄膜的引線框是有效的。另外，使用帶該粘合薄膜的引線框制造的半導(dǎo)體裝置溫度循環(huán)性優(yōu)良，具有高的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體用粘合薄膜，是由支持膜和在上述支持膜的兩面形成的粘合劑層構(gòu)成的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述粘合劑層由玻璃轉(zhuǎn)變溫度為200℃以下、線膨脹系數(shù)為70ppm以下、儲存彈性系數(shù)為3GPa以下的粘合劑構(gòu)成，而且粘合薄膜的總厚度為43～57μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述粘合劑的溢出長度為2mm以下(此處，上述溢出長度是在厚度25μm的支持膜的兩面形成厚度12.5μm的粘合劑層而構(gòu)成的總厚度為50μm、面積19×50mm的粘合薄膜試樣，將該試樣于350℃、3MPa、1分鐘的條件下加熱壓合時(shí)，在長邊方向的中央部測定由上述粘合薄膜試樣的長邊向垂直方向溢出的粘合劑長度的值)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述玻璃轉(zhuǎn)變溫度為120℃以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任1項(xiàng)所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述線膨脹系數(shù)為30ppm以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任1項(xiàng)所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述儲存彈性系數(shù)為1GPa以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任1項(xiàng)所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述粘合劑層的厚度為1～30μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任1項(xiàng)所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜，其特征在于，上述支持膜的厚度為5～50μm。
8.一種帶半導(dǎo)體用粘合薄膜的引線框，其特征在于，包含引線框和粘合在上述引線框上的上述權(quán)利要求1～7中任1項(xiàng)所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜。
9.一種半導(dǎo)體裝置，是包含引線框和半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，上述引線框和上述半導(dǎo)體元件通過權(quán)利要求1～7中任1項(xiàng)所述的半導(dǎo)體用粘合薄膜互相粘合。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種半導(dǎo)體用粘合薄膜，是由支持膜和在上述支持膜的兩面形成的粘合劑層構(gòu)成的半導(dǎo)體用粘合薄膜，上述粘合劑層由玻璃轉(zhuǎn)變溫度為200℃以下、線膨脹系數(shù)為70ppm以下、儲存彈性系數(shù)為3GPa以下的粘合劑構(gòu)成，而且粘合薄膜的總厚度為43～57μm；還揭示了一種帶半導(dǎo)體用粘合薄膜的引線框，上述半導(dǎo)體用粘合薄膜粘合在引線框上；并且揭示了一種半導(dǎo)體裝置，引線框和半導(dǎo)體元件通過上述半導(dǎo)體用粘合薄膜相互粘合。
文檔編號C09J163/00GK1401720SQ0212824
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月6日
發(fā)明者田邊義行, 松浦秀一 申請人:日立化成工業(yè)株式會社