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JP3779601B2 - Mask sheet for semiconductor device assembly - Google Patents

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JP3779601B2
JP3779601B2 JP2001363221A JP2001363221A JP3779601B2 JP 3779601 B2 JP3779601 B2 JP 3779601B2 JP 2001363221 A JP2001363221 A JP 2001363221A JP 2001363221 A JP2001363221 A JP 2001363221A JP 3779601 B2 JP3779601 B2 JP 3779601B2
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mask sheet
adhesive layer
semiconductor device
heat
pressure
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
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  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)
  • Lead Frames For Integrated Circuits (AREA)
  • Adhesive Tapes (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a masking sheet with which a semiconductor package of QFN, or the like, can be stably produced while controlling a failure in wire bonding, squeeze-out of a molding resin, and glue remainders of an adhesive when a semiconductor device is assembled. <P>SOLUTION: The masking sheet for assembling the semiconductor device comprises an adhesive layer formed on a heat resistant base, the layer comprising, per 100 parts by volume of the adhesive, 5-50 parts by volume of a filler being applied releasably to a lead frame. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、QFN(Quad Flat Non-lead)タイプの半導体装置の製造に使用されるマスクシートに関する。すなわち、本発明は半導体チップを金属のリードフレームに搭載し樹脂封止して半導体装置を組み立てる際に、リードフレームをモールド樹脂からマスクするために使用する半導体装置組立用マスクシートに関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯型パソコン、携帯電話の普及が進む今日、電子機器には更なる小型化、薄型化、多機能化が要求されている。この要求を実現するには、電子部品の小型化、高集積化は必須のことであるが、さらに電子部品の高密度実装技術が必要となる。そこで従来のQFP(Quad Flat Package)およびSOP(Small Outline Package)等の周辺実装型に代わって、CSP(Chip Size Package)と呼ばれる面実装型のものが高密度実装可能なICパッケージとして脚光を浴びている。またその中でも、特にQFN(Quad Flat Non-lead)と呼ばれるタイプのものは、従来のリードフレーム、ワイヤーボンディング、樹脂封止(モールド)の技術および装置によって作製できるために、主に100ピン以下の小端子型パッケージの作製に使用されている。このQFNは次のようにして作製される。すなわち、図1に示したようにリードフレーム1の片面に、耐熱性基材3上に粘着剤層2が形成されたマスクシートを、例えば加熱下に圧着して貼着する。ついで、そのリードフレームの反対面に半導体チップ5を搭載し、金ワイヤー4によりリードと半導体チップを接続する(図2)。次にモールド樹脂6によって樹脂封止した後(図3)、リードフレームからマスクシートを剥がし(図4)、最後に切断して個片化する(図5)。このようにQFNの製造工程は、リードフレームに半導体チップを搭載する「ダイアタッチ工程」、半導体チップとリードフレームを金ワイヤーで接合する「ワイヤーボンド工程」、半導体チップを保護するためにエポキシ系樹脂で封止する「樹脂封止(モールド)工程」、マスクシートをリードフレームから剥がす「剥離工程」、上記封止物をブレードカッターにて個片化する「ダイシング工程」に別れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上記QFN製造用のマスクシートとしては、耐熱性フィルムにアクリル系粘着剤または天然ゴムやSBR等のゴムを主体としたゴム系粘着剤を塗布したものが使用されている。しかしながら、アクリル系粘着剤の場合は、半導体チップをリードフレームに接合するダイアタッチ工程において高温処理されるため、該粘着剤が熱により分解をはじめ、その分解物がリードフレームを汚染し金ワイヤー接合不良の原因になり、また樹脂封止(モールド)工程においては、粘着剤とリードフレームとの接着力が弱くなり、外部接続リード部分にモールド樹脂がはみ出す現象である「モールドフラッシュ」が発生するという問題があった。またゴム系粘着剤の場合は、該粘着剤とモールド樹脂及び/又はリードフレームとの接着力が強く、マスクシートをパッケージから剥がし難くなり、そのためゴム系粘着剤がリードフレームに残ってしまう現象である「糊残り」が発生するという問題およびリードフレームが変形する問題があった。また、従来はシリコーン粘着剤も使用されていた。 しかしシリコーン粘着剤は高温で処理されるワイヤーボンド及び樹脂封止工程において弾性率及び接着力が低くなる傾向にあった。ワイヤーボンド工程においては150〜250℃の熱と60〜120kHzの超音波を併用して金ワイヤーを半導体チップのパッド部及びリードフレームにそれぞれ融着している。しかしリードフレームに接しているシリコーン粘着剤が150〜250℃の温度下では低弾性化するために超音波を吸収しやすくなり、リードフレームと金ワイヤーの接続不良を起こしていた。また、150〜200℃の熱と5〜10GPaの圧力が付与される樹脂封止工程においては、シリコーン粘着剤はリードフレームとの接着力の低下が著しく、樹脂封止の圧力で粘着剤がリードフレームから剥がれ、モールドフラッシュが発生し、それにより個片化されたパッケージとそれを搭載する基板との接続不良が発生していた。
【0004】
本発明は、従来の技術における上記のような問題を解決することを目的としてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、半導体装置の組み立てに際して、ワイヤーボンディング不良、モールド樹脂のはみ出し、粘着剤の糊残りを抑制し、安定してQFN等の半導体パッケージを生産することができるマスクシートを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討を行った結果、特定の粘着剤を用いてマスクシートを作製することによって、上記の問題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の半導体装置組立用マスクシートは、耐熱性基材上に粘着剤層を設けてなり、該粘着剤層が粘着剤100体積部に対してフィラーを5〜50体積部含有することを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体装置組立用マスクシート(以下、マスクシートと略す)は、支持体となる耐熱性基材上に粘着剤層を積層したものである。QFN等の半導体装置を作製する際、マスクシートは、ダイアタッチ工程、ワイヤーボンド工程および樹脂封止工程等で150〜250℃の雰囲気に曝され、耐熱性基材の線膨張係数が急激に増加するため、金属よりなるリードフレームとの熱膨張差が大きくなる。その場合、室温に戻したときに耐熱性基材とリードフレームとの熱膨張差により反りが発生し、それが原因となって、ダイアタッチ工程の後、反りが発生し、後工程である樹脂封止工程においてモールド金型の位置決めピンにリードフレームをセットできず、位置ずれ不良を起こすという問題が生じやすい。したがって、耐熱性基材の150〜250℃における線膨張係数は、5〜50ppm/℃が好ましく、特に10〜40ppm/℃であることが好ましい。
【0007】
また、本発明のマスクシートは、モールド工程後にモールド樹脂及びリードフレームから剥離するが、その際に粘着剤層がモールド樹脂及びリードフレームに残らないようにするため、耐熱性基材と粘着剤層との接着力をSa、モールド樹脂及びリードフレームと粘着剤層との接着力をSbとした場合にSa/Sb≧1.5であることが好ましい。Sa/Sbが1.5より小さい場合は剥離した際に粘着剤層がリードフレーム側に残り糊残りが発生しやすくなる。なお、耐熱性基材に粘着剤層を形成する前に、耐熱性基材の粘着剤層を設ける面にコロナ処理、プラズマ処理、プライマー処理等の耐熱性基材と粘着剤層との接着力Saを高くするような処理を予め施すことが好ましい。
このような耐熱性基材としては耐熱性フィルムおよび金属箔などが挙げられる。
耐熱性基材として耐熱性フィルムを用いた場合は、前記リードフレームとの熱膨張差から生じるリードフレームとの位置ずれ不良の問題を防ぐため、該耐熱性フィルムのガラス転移温度(以下、Tgと略す)は150℃以上であることが好ましい。これらの耐熱条件を満たす具体的な耐熱性フィルムとしては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、トリアセチルセルロース等のフィルムがあげられる。
【0008】
また、耐熱性基材として金属箔を用いた場合は、前記リードフレームとの熱膨張差から生じる問題が生じにくいため好ましく、このような金属箔としては、金、銀、銅、白金、アルミ、マグネシウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、パラジウム、カドミウム、インジウム、錫、鉛等、及びこれらの金属を主成分とした合金等が使用でき、圧延金属箔でも電解金属箔でもよい。また、これらの金属及び合金上にメッキを施したものも使用できる。この中でも特に銅箔が前記線膨張係数を満足するために好ましい。銅箔としては特に粘着剤層との接着力が大きいために電解銅箔が好ましく、電解銅箔の粗化面側に粘着剤層を設ける方が好ましい。
【0009】
本発明における耐熱性基材の線膨張係数は次のようにして求めることができる。すなわち、耐熱性基材を250℃で1時間加熱した後、加熱後の耐熱性基材を5×25mmにカットし、TMA(Thermal Mechanical AnlayZer 、真空理工社製;TM9300)に装着する。次に荷重1gで150から250℃までを3℃/minの昇温速度で昇温したときのサンプルの伸びを計測し、下記式により求めることができる。
線膨張係数=ΔL/L・Δt
[ΔL:サンプルの伸びた長さ(250℃のときの長さ−150℃のときの長さ)、L:サンプルのもとの長さ、Δt:測定温度差(250℃−150℃)]
【0010】
本発明のマスクシートにおける粘着剤層は、上記耐熱性基材と同様に、ダイアタッチ工程、ワイヤーボンド工程、樹脂封止工程における熱履歴に対して、分解、劣化等の変化が少なく、安定した粘着力を持つことが必要である。また、マスクシートがリードフレームから剥離可能であるためには、マスクシートにおける粘着剤層の耐熱性基材に対する接着力が、モールド樹脂およびリードフレームに対する接着力よりも大きいことが必要である。このような条件を満足する粘着剤層を構成する粘着剤としては、アクリル系粘着剤または天然ゴムやSBR等のゴムを主体としたゴム系粘着剤でもよいが、シリコーン系粘着剤が耐環境特性にすぐれているため好ましい。
【0011】
シリコーン系粘着剤としては、硬化反応形態から過酸化物を使用する有機過酸化物硬化タイプと白金触媒を用いる付加反応タイプに分かれるが、有機過酸化物は、その反応過程でラジカルの残査である低分子の有機物が発生し、リードフレームを汚染するため、付加反応タイプのシリコーン系粘着剤の方が本発明において好ましく用いられる。具体的なシリコーン系粘着剤としては、ポリジメチルシロキサンを主成分とするもの、およびポリアルキルアルケニルシロキサンとポリアルキル水素シロキサンを主成分とするもの等が好ましいものとしてあげられる。さらに、例えば、ポリオルガノシロキサンを主体とするシリコーン生ゴムとトリメチルシロキシケイ酸を主体とするシリコーンレジンとを結合させて得られるものをあげることができる。
【0012】
また、本発明においては、粘着剤層中に粘着剤100体積部に対して5〜50体積部のフィラーを含有させる。更にフィラーの含有量は10〜40体積部が好ましい。含有量が5体積部未満である場合は、弾性率、接着力の向上が少ないため、ワイヤーボンド不良やモールドフッラシュが発生する。一方50体積部を超える場合は逆に粘着剤層の凝集力が低下し接着力が低下してモールドフッラシュが発生する。
フィラーとしては、無機または有機フィラーが挙げられる。無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、窒化チタン、窒化珪素、窒化棚素、硼化チタン、硼化タングステン、炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化モリブデン、マイカ、酸化亜鉛、カーボンブラック、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン又はこれ等の表面をトリメチルシロキシル基等で処理したもの等があげられ、有機フィラーとしては、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ナイロン、シリコーン等があげられる。これらのフィラーの中でも特にシリカが粘着剤の弾性率を制御してワイヤーボンド不良やモールドフッラシュの発生を防ぐことができるため好ましい。
【0013】
本発明のマスクシートにおける粘着剤層は、150〜250℃における弾性率が0.05MPa以上、好ましくは0.07MPa以上、更に好ましくは0.1MPa以上である。0.05MPaより低い場合では、ワイヤーボンド工程において金ワイヤーの接続不良を生じるという問題が発生しやすい。この場合の弾性率の測定は後述する実施例の条件にて弾性率測定装置(haake社製 商品名:レオストレス)で測定した値である。
【0014】
耐熱性基材の上に粘着剤層を積層する方法としては、耐熱性基材上に直接粘着剤の溶液を塗布し、乾燥させるキャスティング方法、および離型性フィルム上に一旦粘着剤の溶液を塗布し、乾燥させ、形成された粘着剤層を耐熱性基材上に転写するラミネート方法が使用される。粘着剤層の膜厚は、3〜30μmであることが好ましい。
【0015】
粘着剤層の上には、これを保護するために必要に応じて保護フィルムを設けることができる。保護フィルムとしては、離型性を有するフィルム、例えばポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム、及びその表面をシリコーン樹脂またはフッ素化合物で離型処理したフィルムが使用できる。該保護フィルムはリードフレームに貼着する際に剥離される。
【0016】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
[実施例1]
(粘着剤層形成用塗布液の調製)
ポリアルキルアルケニルシロキサン(GE東芝シリコーン社製 商品名:TSR−1512、重量平均分子量500000、固形分濃度60%)とポリアルキル水素シロキサン(GE東芝シリコーン社製 商品名:CR−51、重量平均分子量1300)を重量比100:1で混合し粘着剤を得た。次にフィラーとしてシリカ(日本シリカ工業社製 商品名:Nipsil LP)を上記粘着剤100体積部に対して20体積部添加し、サンドミルで分散を行い粘着剤層形成用塗布液を得た。
(マスクシートの作製)
耐熱性基材として、Tgが490℃、150〜250℃における線膨張係数が16ppm/℃のポリイミドフィルム(厚さ25μm)を使用し、その上に上記粘着剤層形成用塗布液を乾燥後の厚さが8μmになるように塗布し、160℃で15分間乾燥後、140℃で24時間硬化させて本発明のマスクシートを得た。
【0017】
[実施例2]
(粘着剤層形成用塗布液の調製)
ポリアルキルアルケニルシロキサン(GE東芝シリコーン社製 商品名:TSR−1512、重量平均分子量500000、固形分濃度60%)とポリアルキル水素シロキサン(GE東芝シリコーン社製 商品名:CR−51、重量平均分子量1300)を重量比100:1で混合し粘着剤を得た。次にフィラーとしてアルミナを上記粘着剤100体積部に対して20体積部添加し、サンドミルで分散を行い粘着剤層形成用塗布液を得た。
(マスクシートの作製)
耐熱性基材として、Tgが490℃、150〜250℃における線膨張係数が16ppm/℃のポリイミドフィルム(厚さ25μm)を使用し、その上に上記粘着剤層形成用塗布液を乾燥後の厚さが8μmになるように塗布し、160℃で15分間乾燥後、140℃で24時間硬化させて本発明のマスクシートを得た。
【0018】
[実施例3]
(粘着剤層形成用塗布液の調製)
ポリアルキルアルケニルシロキサン(GE東芝シリコーン社製 商品名:TSR−1512、重量平均分子量500000、固形分濃度60%)とポリアルキル水素シロキサン(GE東芝シリコーン社製 商品名:CR−51、重量平均分子量1300)を重量比100:1で混合し粘着剤を得た。次にフィラーとしてシリカ(日本シリカ工業社製 商品名:Nipsil LP)を上記粘着剤100体積部に対して20体積部添加し、サンドミルで分散を行い粘着剤層形成用塗布液を得た。
(マスクシートの作製)
耐熱性基材として、3/4オンスの電解銅箔(三井金属鉱業社製 商品名:3EC−VLP、厚さ:25μm)を使用し、該電解銅箔の粗化面側に上記粘着剤層形成用塗布液を乾燥後の厚さが8μmになるように塗布し、160℃で15分間乾燥後、140℃で24時間硬化させて本発明のマスクシートを得た。
【0019】
[比較例1]
実施例1においてフィラーを含有させない以外は同様にして比較用のマスクシートを得た。
【0020】
[比較例2]
(粘着剤層形成用塗布液の調製)
エポキシ樹脂(大日本インキ社製 商品名:エピクロンHP−7200)、エポキシ硬化剤(日本化薬社製 商品名:カヤハードTPM)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(日本合成ゴム社製 商品名:PNR−1H)を重量比で45:15:40で混合し、フィラーを含有しない粘着剤層形成用塗布液を得た。
(マスクシートの作製)
耐熱性基材として、Tgが490℃、150〜250℃における線膨張係数が16ppm/℃のポリイミドフィルム(厚さ25μm)を使用し、その上に上記粘着剤層形成用塗布液を乾燥後の厚さが8μmになるように塗布し、130℃で5分間乾燥させて、比較用のマスクシートを作製した。
【0021】
[比較例3]
実施例1においてフィラーの含有量を、粘着剤100体積部に対して55体積部にした以外は同様にして比較用のマスクシートを得た。
【0022】
次に前記実施例1〜3及び比較例1〜3で作製したマスクシートを下記の通り評価した。
[弾性率の測定]
実施例1〜3及び比較例1〜3で得た粘着剤層形成用塗布液を離型性フィルム上に塗布し上記実施例、比較例と同様な乾燥条件にて乾燥後、厚さ1mmになるように積層して粘着剤層を得た。次にダイアタッチ工程の接着条件である175℃で2時間熱処理した。そのサンプルを7mmφにカットし、離型性フィルムを剥離後、弾性率測定装置(haake社製 商品名:レオストレス)で周波数:1Hz、昇温速度:3℃/min、温度範囲:150〜300℃、荷重:10Nの条件で測定した。
【0023】
[接着力の測定]
実施例1〜3及び比較例1〜3で作成したマスクシートを1cm幅にカットし、銅材(三菱メテックス社製 商品名:MF−202)及びそれに金メッキした50mm×100mm×0.25mmtの平板に圧着した。そして、180℃の雰囲気下で圧着したサンプルについて一方を平板に対して90°方向に引き剥がした時の接着力を測定した。この場合、実用上必要とされる銅材への接着力は、金メッキの有無を問わず10g/cm以上である。
【0024】
[ワイヤーボンド]
上記実施例1〜3、比較例1〜3で作製したマスクシートを外寸200×60mmのQFN用リードフレーム(Au−Pd−NiメッキCuリードフレーム、4×16個の64個マトリックス配列、パッケージサイズ10×10mm、84ピン)にラミネートした。その後エポキシ系ダイアタッチ材でアルミ蒸着のダミーチップ(3mm□、厚さ0.4mm)をリードフレームのダイパット部に接着し、ワイヤーボンダー(カイジョー社製 商品名:FB131)で温度:210℃、周波数:100kHz、荷重:150gf、時間:10msec/ピンの条件にてリードピン先端とダミーチップを金ワイヤーで接続したときのリード側接続不良数を確認した。
【0025】
[モールドフラッシュ]
上記ワイヤーボンドしたリードフレームをエポキシ系モールド樹脂(ビフェニルエポキシ系、フィラー量:88重量%)で温度:180℃、圧力:10MPa、時間:3分間の条件でトランスファーモールド(金型成型)した。その後マスクシート面を顕微鏡で観察しリードピン、ダイパッドの部分にモールド材が漏れているパッケージの数量を計測した。
【0026】
【表1】

Figure 0003779601
【0027】
なお、表1中の弾性率は150〜250℃における弾性率の最小値を示し、ワイヤーボンドはパッケージ1個分のリードピン84本についてチップとワイヤーボンディングした時の発生した接続不良数を示し、モールドフラッシュは64個のパッケージ中、モールド樹脂の漏れにより不良の発生した個数を示す。
表1から明らかなように、本発明のマスクシートは、金メッキの有無を問わず銅材への接着力が強く、ワイヤーボンドやモールドフラッシュにおける評価についても問題がなかった。また、リードフレーム及びモールド樹脂からマスクシートを剥離してもリードフレーム及びモールド樹脂に糊残りは生じていなかった。これに対して比較例1〜3の全てにおいて銅や金メッキに対して接着力が弱く、ワイヤーボンドにおける接続不良、モールドフラッシュにおけるモールド樹脂の漏れが発生していた。
【0028】
【発明の効果】
本発明のマスクシートは、耐熱性に優れ、ワイヤーボンド時の弾性率が高いため不良が殆ど発生せず、またモールド時の粘着剤層の接着力が強いためモールド封止時の樹脂漏れを防ぐ事ができる。また粘着剤層が高分子樹脂を多く含有しており、粘着剤層の凝集力が強く、剥離時に糊残りを発生しにくく、そのためQFNタイプの半導体装置のマスクシートとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 リードフレームにマスクシートを貼着した状態を示す断面図である。
【図2】 半導体チップを搭載して金ワイヤーで接続した状態を示す断面図である。
【図3】 樹脂封止した状態を示す断面図である。
【図4】 マスクシートを剥がした状態を示す断面図である。
【図5】 半導体装置を個片化した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 リードフレーム
2 粘着剤層
3 耐熱性基材
4 金ワイヤー
5 半導体チップ
6 モールド樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mask sheet used for manufacturing a QFN (Quad Flat Non-lead) type semiconductor device. That is, the present invention relates to a mask sheet for assembling a semiconductor device used for masking a lead frame from a mold resin when a semiconductor device is assembled by mounting a semiconductor chip on a metal lead frame and sealing with resin.
[0002]
[Prior art]
With the spread of portable personal computers and mobile phones, electronic devices are required to be further reduced in size, thickness and functionality. In order to realize this requirement, it is indispensable to reduce the size and increase the integration of electronic components, but further requires a high-density mounting technology for electronic components. Therefore, instead of the conventional peripheral mounting types such as QFP (Quad Flat Package) and SOP (Small Outline Package), the surface mounting type called CSP (Chip Size Package) has been spotlighted as an IC package capable of high-density mounting. ing. Among them, in particular, the type called QFN (Quad Flat Non-lead) can be manufactured by conventional lead frame, wire bonding, and resin sealing (molding) technology and equipment, and is mainly less than 100 pins. Used to make small terminal type packages. This QFN is manufactured as follows. That is, as shown in FIG. 1, a mask sheet in which the pressure-sensitive adhesive layer 2 is formed on the heat-resistant substrate 3 is bonded to one surface of the lead frame 1 by, for example, pressing under heat. Next, the semiconductor chip 5 is mounted on the opposite surface of the lead frame, and the lead and the semiconductor chip are connected by the gold wire 4 (FIG. 2). Next, after sealing with the mold resin 6 (FIG. 3), the mask sheet is peeled off from the lead frame (FIG. 4), and finally cut into individual pieces (FIG. 5). As described above, the manufacturing process of QFN includes a “die attach process” in which a semiconductor chip is mounted on a lead frame, a “wire bond process” in which the semiconductor chip and the lead frame are bonded with a gold wire, and an epoxy resin for protecting the semiconductor chip. It is divided into a “resin sealing (molding) step” for sealing with a “peeling step” for peeling off the mask sheet from the lead frame, and a “dicing step” for separating the above-mentioned sealing material into pieces with a blade cutter.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as the mask sheet for QFN production, a heat-resistant film coated with an acrylic pressure-sensitive adhesive or a rubber pressure-sensitive adhesive mainly composed of natural rubber or SBR is used. However, in the case of an acrylic adhesive, since it is processed at a high temperature in the die attach process for joining the semiconductor chip to the lead frame, the adhesive starts to decompose by heat, and the decomposed product contaminates the lead frame and joins the gold wire. In the resin sealing (molding) process, the adhesive force between the adhesive and the lead frame is weakened, and “mold flash”, a phenomenon in which the mold resin protrudes from the external connection lead portion, occurs. There was a problem. In the case of a rubber-based adhesive, the adhesive force between the adhesive and the mold resin and / or the lead frame is strong, making it difficult to remove the mask sheet from the package, so that the rubber-based adhesive remains on the lead frame. There was a problem that some “glue residue” was generated and a problem that the lead frame was deformed. In the past, silicone adhesives have also been used. However, the silicone pressure-sensitive adhesive tends to have a low elastic modulus and adhesive force in the wire bonding and resin sealing process processed at high temperature. In the wire bonding step, heat of 150 to 250 ° C. and ultrasonic waves of 60 to 120 kHz are used in combination to fuse the gold wire to the pad portion of the semiconductor chip and the lead frame, respectively. However, since the silicone adhesive in contact with the lead frame has a low elasticity at a temperature of 150 to 250 ° C., it becomes easy to absorb ultrasonic waves, resulting in poor connection between the lead frame and the gold wire. In addition, in the resin sealing process where heat of 150 to 200 ° C. and pressure of 5 to 10 GPa are applied, the silicone adhesive has a significant decrease in adhesive strength with the lead frame, and the adhesive is lead by the pressure of resin sealing. Peeling from the frame and mold flashing occurred, which resulted in poor connection between the singulated package and the substrate on which it was mounted.
[0004]
The present invention has been made for the purpose of solving the above-described problems in the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a mask sheet capable of stably producing a semiconductor package such as QFN by suppressing wire bonding failure, protrusion of mold resin, adhesive residue of an adhesive during assembly of a semiconductor device. There is to do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the present inventor has found that the above problem can be solved by preparing a mask sheet using a specific pressure-sensitive adhesive, and has completed the present invention.
That is, the mask sheet for assembling a semiconductor device of the present invention comprises a pressure-sensitive adhesive layer on a heat-resistant substrate, and the pressure-sensitive adhesive layer contains 5 to 50 parts by volume of filler with respect to 100 parts by volume of the pressure-sensitive adhesive. It is characterized by.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor device assembly mask sheet of the present invention (hereinafter abbreviated as “mask sheet”) is obtained by laminating an adhesive layer on a heat-resistant substrate serving as a support. When manufacturing a semiconductor device such as QFN, the mask sheet is exposed to an atmosphere of 150 to 250 ° C. in a die attach process, a wire bonding process, a resin sealing process, etc., and the linear expansion coefficient of the heat-resistant substrate increases rapidly. Therefore, the difference in thermal expansion from the lead frame made of metal increases. In that case, warpage occurs due to the difference in thermal expansion between the heat-resistant substrate and the lead frame when the temperature is returned to room temperature, and this causes warpage after the die attach process, which is a post-process resin. In the sealing process, the lead frame cannot be set on the positioning pins of the mold, and there is a problem that a misalignment is caused. Therefore, the linear expansion coefficient at 150 to 250 ° C. of the heat resistant substrate is preferably 5 to 50 ppm / ° C., particularly preferably 10 to 40 ppm / ° C.
[0007]
In addition, the mask sheet of the present invention is peeled off from the mold resin and the lead frame after the molding process, but in order to prevent the adhesive layer from remaining on the mold resin and the lead frame at that time, the heat resistant substrate and the adhesive layer It is preferable that Sa / Sb ≧ 1.5, where Sa is the adhesive strength between and the mold resin and the lead frame and the adhesive layer is Sb. When Sa / Sb is smaller than 1.5, the adhesive layer remains on the lead frame side when peeled, and adhesive residue tends to occur. Before forming the pressure-sensitive adhesive layer on the heat-resistant substrate, the adhesive strength between the heat-resistant substrate and the pressure-sensitive adhesive layer such as corona treatment, plasma treatment, and primer treatment on the surface of the heat-resistant substrate where the pressure-sensitive adhesive layer is provided It is preferable to perform in advance a process for increasing Sa.
Examples of such a heat-resistant substrate include a heat-resistant film and a metal foil.
When a heat resistant film is used as the heat resistant substrate, the glass transition temperature (hereinafter referred to as Tg) of the heat resistant film is used in order to prevent the problem of misalignment with the lead frame due to the difference in thermal expansion from the lead frame. (Abbreviated) is preferably 150 ° C. or higher. Specific examples of the heat resistant film satisfying these heat resistance include films of polyimide, polyamide, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyether ketone, polyether ether ketone, triacetyl cellulose and the like.
[0008]
In addition, when a metal foil is used as a heat-resistant substrate, it is preferable because a problem caused by a difference in thermal expansion from the lead frame is less likely to occur. As such a metal foil, gold, silver, copper, platinum, aluminum, Magnesium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, palladium, cadmium, indium, tin, lead, etc., and alloys based on these metals can be used, either rolled metal foil or electrolytic metal foil Good. Moreover, what plated these metals and alloys can also be used. Among these, copper foil is particularly preferable in order to satisfy the linear expansion coefficient. As the copper foil, an electrolytic copper foil is preferable because of particularly high adhesive strength with the pressure-sensitive adhesive layer, and it is preferable to provide the pressure-sensitive adhesive layer on the roughened surface side of the electrolytic copper foil.
[0009]
The linear expansion coefficient of the heat resistant substrate in the present invention can be determined as follows. That is, after the heat-resistant substrate is heated at 250 ° C. for 1 hour, the heated heat-resistant substrate is cut into 5 × 25 mm, and mounted on TMA (Thermal Mechanical AnnaryZer, manufactured by Vacuum Riko Co., Ltd .; TM9300). Next, the elongation of the sample when the temperature is increased from 150 to 250 ° C. at a temperature increase rate of 3 ° C./min with a load of 1 g can be obtained by the following formula.
Linear expansion coefficient = ΔL / L · Δt
[ΔL: Length of sample stretched (length at 250 ° C.−length at 150 ° C.), L: Original length of sample, Δt: Measurement temperature difference (250 ° C.-150 ° C.)]
[0010]
The pressure-sensitive adhesive layer in the mask sheet of the present invention is stable with little change in decomposition, deterioration, etc., with respect to the thermal history in the die attach process, wire bond process, and resin sealing process, as in the heat resistant substrate. It is necessary to have adhesive strength. Further, in order for the mask sheet to be peelable from the lead frame, the adhesive force of the pressure-sensitive adhesive layer on the mask sheet to the heat-resistant substrate needs to be larger than the adhesive force to the mold resin and the lead frame. The pressure-sensitive adhesive constituting the pressure-sensitive adhesive layer satisfying such conditions may be an acrylic pressure-sensitive adhesive or a rubber-based pressure-sensitive adhesive mainly composed of natural rubber, SBR, or the like. It is preferable because it is excellent.
[0011]
Silicone adhesives are divided into organic peroxide curing types that use peroxides and addition reaction types that use platinum catalysts, depending on the type of curing reaction. Since a certain low molecular weight organic substance is generated and the lead frame is contaminated, an addition reaction type silicone adhesive is preferably used in the present invention. Specific examples of the silicone-based pressure-sensitive adhesive include those having polydimethylsiloxane as a main component and those having polyalkylalkenylsiloxane and polyalkylhydrogensiloxane as main components. Furthermore, for example, there can be mentioned those obtained by bonding a silicone raw rubber mainly composed of polyorganosiloxane and a silicone resin mainly composed of trimethylsiloxysilicic acid.
[0012]
Moreover, in this invention, 5-50 volume parts filler is contained in an adhesive layer with respect to 100 volume parts of adhesives. Furthermore, the content of the filler is preferably 10 to 40 parts by volume. When the content is less than 5 parts by volume, there is little improvement in the elastic modulus and adhesive force, so that wire bond failure and mold flash occur. On the other hand, when it exceeds 50 parts by volume, the cohesive force of the pressure-sensitive adhesive layer is lowered, the adhesive force is lowered, and mold flash occurs.
Examples of the filler include inorganic or organic fillers. Inorganic fillers include silica, alumina, titanium oxide, beryllium oxide, magnesium oxide, calcium carbonate, titanium nitride, silicon nitride, silicon nitride, titanium boride, tungsten boride, silicon carbide, titanium carbide, zirconium carbide, molybdenum carbide , Mica, zinc oxide, carbon black, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, antimony trioxide or those whose surfaces are treated with a trimethylsiloxyl group, etc. , Polyamideimide, polyetheretherketone, polyetherimide, polyesterimide, nylon, silicone and the like. Among these fillers, silica is particularly preferable because it can control the elastic modulus of the pressure-sensitive adhesive and prevent the occurrence of wire bond failure and mold flash.
[0013]
The adhesive layer in the mask sheet of the present invention has an elastic modulus at 150 to 250 ° C. of 0.05 MPa or more, preferably 0.07 MPa or more, more preferably 0.1 MPa or more. When the pressure is lower than 0.05 MPa, there is a tendency that a connection failure of the gold wire occurs in the wire bonding step. The measurement of the elastic modulus in this case is a value measured with an elastic modulus measuring device (trade name: Leo Stress, manufactured by Haake Co., Ltd.) under the conditions of Examples described later.
[0014]
As a method of laminating the pressure-sensitive adhesive layer on the heat-resistant substrate, a method of casting by directly applying the pressure-sensitive adhesive solution on the heat-resistant substrate and drying, and once the pressure-sensitive adhesive solution on the release film A laminating method is used in which the pressure-sensitive adhesive layer that has been applied and dried is transferred onto a heat-resistant substrate. The thickness of the pressure-sensitive adhesive layer is preferably 3 to 30 μm.
[0015]
A protective film can be provided on the pressure-sensitive adhesive layer as necessary in order to protect it. As the protective film, a film having releasability, for example, a film of polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, or the like, and a film whose surface is subjected to a release treatment with a silicone resin or a fluorine compound can be used. The protective film is peeled off when attached to the lead frame.
[0016]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these Examples.
[Example 1]
(Preparation of adhesive layer forming coating solution)
Polyalkylalkenyl siloxane (trade name: TSR-1512, manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., weight average molecular weight 500000, solid content concentration 60%) and polyalkyl hydrogen siloxane (trade name: CR-51 manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., weight average molecular weight 1300) ) Was mixed at a weight ratio of 100: 1 to obtain an adhesive. Next, 20 parts by volume of silica (trade name: Nipsil LP, manufactured by Nippon Silica Kogyo Co., Ltd.) as a filler was added to 100 parts by volume of the above-mentioned pressure-sensitive adhesive, and dispersed with a sand mill to obtain a coating solution for forming a pressure-sensitive adhesive layer.
(Manufacture of mask sheet)
A polyimide film (thickness 25 μm) having a linear expansion coefficient of 16 ppm / ° C. at 490 ° C. and 150 to 250 ° C. is used as the heat-resistant substrate, and the pressure-sensitive adhesive layer-forming coating solution is dried thereon. It was applied to a thickness of 8 μm, dried at 160 ° C. for 15 minutes, and then cured at 140 ° C. for 24 hours to obtain a mask sheet of the present invention.
[0017]
[Example 2]
(Preparation of adhesive layer forming coating solution)
Polyalkylalkenyl siloxane (trade name: TSR-1512, manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., weight average molecular weight 500000, solid content concentration 60%) and polyalkyl hydrogen siloxane (trade name: CR-51 manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., weight average molecular weight 1300) ) Was mixed at a weight ratio of 100: 1 to obtain an adhesive. Next, 20 parts by volume of alumina as a filler was added to 100 parts by volume of the above-mentioned pressure-sensitive adhesive, and dispersed with a sand mill to obtain a coating solution for forming a pressure-sensitive adhesive layer.
(Manufacture of mask sheet)
A polyimide film (thickness 25 μm) having a linear expansion coefficient of 16 ppm / ° C. at 490 ° C. and 150 to 250 ° C. is used as the heat-resistant substrate, and the pressure-sensitive adhesive layer-forming coating solution is dried thereon. It was applied to a thickness of 8 μm, dried at 160 ° C. for 15 minutes, and then cured at 140 ° C. for 24 hours to obtain a mask sheet of the present invention.
[0018]
[Example 3]
(Preparation of adhesive layer forming coating solution)
Polyalkylalkenyl siloxane (trade name: TSR-1512, manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., weight average molecular weight 500000, solid content concentration 60%) and polyalkyl hydrogen siloxane (trade name: CR-51 manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., weight average molecular weight 1300) ) Was mixed at a weight ratio of 100: 1 to obtain an adhesive. Next, 20 parts by volume of silica (trade name: Nipsil LP, manufactured by Nippon Silica Kogyo Co., Ltd.) as a filler was added to 100 parts by volume of the above-mentioned pressure-sensitive adhesive, and dispersed with a sand mill to obtain a coating solution for forming a pressure-sensitive adhesive layer.
(Manufacture of mask sheet)
3/4 oz electrolytic copper foil (trade name: 3EC-VLP, manufactured by Mitsui Kinzoku Mining Co., Ltd., thickness: 25 μm) was used as the heat-resistant substrate, and the adhesive layer was placed on the roughened surface side of the electrolytic copper foil. The forming coating solution was applied so that the thickness after drying was 8 μm, dried at 160 ° C. for 15 minutes, and then cured at 140 ° C. for 24 hours to obtain a mask sheet of the present invention.
[0019]
[Comparative Example 1]
A mask sheet for comparison was obtained in the same manner as in Example 1 except that no filler was contained.
[0020]
[Comparative Example 2]
(Preparation of adhesive layer forming coating solution)
Epoxy resin (Dainippon Ink Co., Ltd., trade name: Epicron HP-7200), Epoxy curing agent (Nippon Kayaku Co., Ltd., trade name: Kayahard TPM), Acrylonitrile-butadiene copolymer (Nihon Synthetic Rubber Co., Ltd., trade name: PNR- 1H) was mixed at a weight ratio of 45:15:40 to obtain a coating solution for forming an adhesive layer containing no filler.
(Manufacture of mask sheet)
A polyimide film (thickness 25 μm) having a linear expansion coefficient of 16 ppm / ° C. at 490 ° C. and 150 to 250 ° C. is used as the heat-resistant substrate, and the pressure-sensitive adhesive layer-forming coating solution is dried thereon. The film was applied to a thickness of 8 μm and dried at 130 ° C. for 5 minutes to prepare a comparative mask sheet.
[0021]
[Comparative Example 3]
A mask sheet for comparison was obtained in the same manner as in Example 1 except that the filler content was 55 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the adhesive.
[0022]
Next, the mask sheets prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated as follows.
[Measurement of elastic modulus]
The adhesive layer forming coating solutions obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were coated on a releasable film, dried under the same drying conditions as in the above Examples and Comparative Examples, and then 1 mm in thickness. It laminated | stacked so that it might become, and obtained the adhesive layer. Next, it heat-processed for 2 hours at 175 degreeC which is the adhesion conditions of a die-attach process. The sample was cut to 7 mmφ, and the release film was peeled off. Then, the frequency was 1 Hz, the heating rate was 3 ° C./min, and the temperature range was 150 to 300 using an elastic modulus measuring device (trade name: rheostress manufactured by Haake). It measured on the conditions of (degreeC) and load: 10N.
[0023]
[Measurement of adhesive strength]
The mask sheets prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 were cut to a width of 1 cm, a copper material (trade name: MF-202 manufactured by Mitsubishi Metex), and a gold-plated 50 mm × 100 mm × 0.25 mmt flat plate Crimped to. And the adhesive force when one side was peeled off to the 90 degree direction with respect to the flat plate about the sample crimped | bonded in 180 degreeC atmosphere was measured. In this case, the adhesive force to the copper material that is practically required is 10 g / cm or more regardless of the presence or absence of gold plating.
[0024]
[Wire bond]
The QFN lead frame (Au-Pd-Ni plated Cu lead frame of 4 × 16, 64 matrix arrangement, package) with the mask sheets prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 having an outer size of 200 × 60 mm (Size 10 × 10 mm, 84 pins). Then, an aluminum vapor-deposited dummy chip (3 mm square, thickness 0.4 mm) was bonded to the die pad part of the lead frame with an epoxy die attach material, and the temperature: 210 ° C., frequency with a wire bonder (trade name: FB131, manufactured by Kaijo Corporation) : 100 kHz, load: 150 gf, time: 10 msec / pin Under the conditions of the lead pin tip and the dummy chip, the number of defective connections on the lead side was confirmed.
[0025]
[Mold flash]
The wire-bonded lead frame was transfer molded (molded) with an epoxy mold resin (biphenyl epoxy, filler amount: 88 wt%) under the conditions of temperature: 180 ° C., pressure: 10 MPa, time: 3 minutes. Thereafter, the mask sheet surface was observed with a microscope, and the number of packages in which the molding material leaked to the lead pins and die pads was measured.
[0026]
[Table 1]
Figure 0003779601
[0027]
The elastic modulus in Table 1 indicates the minimum value of the elastic modulus at 150 to 250 ° C., and the wire bond indicates the number of defective connections generated when wire bonding is performed with the chip for 84 lead pins for one package. The flash indicates the number of defects in 64 packages due to mold resin leakage.
As is clear from Table 1, the mask sheet of the present invention has a strong adhesive force to a copper material regardless of the presence or absence of gold plating, and there was no problem with the evaluation in wire bonding or mold flash. Further, even if the mask sheet was peeled from the lead frame and the mold resin, no adhesive residue was generated on the lead frame and the mold resin. On the other hand, in all of Comparative Examples 1 to 3, the adhesive strength with respect to copper and gold plating was weak, and connection failure in wire bonding and mold resin leakage in mold flash occurred.
[0028]
【The invention's effect】
The mask sheet of the present invention is excellent in heat resistance, has almost no defect because of its high elastic modulus at the time of wire bonding, and prevents the resin leakage at the time of mold sealing due to the strong adhesive force of the adhesive layer at the time of molding. I can do things. In addition, the pressure-sensitive adhesive layer contains a large amount of polymer resin, and the pressure-sensitive adhesive layer has a strong cohesive force and hardly generates adhesive residue at the time of peeling. Therefore, it is suitable as a mask sheet for a QFN type semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which a mask sheet is attached to a lead frame.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which semiconductor chips are mounted and connected by gold wires.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a resin-sealed state.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where a mask sheet is peeled off.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where a semiconductor device is separated into pieces.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lead frame 2 Adhesive layer 3 Heat resistant base material 4 Gold wire 5 Semiconductor chip 6 Mold resin

Claims (8)

耐熱性基材上に粘着剤層を設けてなり、該粘着剤層が粘着剤100体積部に対してフィラーを5〜50体積部含有することを特徴とするリードフレームに剥離可能に貼着する半導体装置組立用マスクシート。A pressure-sensitive adhesive layer is provided on a heat-resistant substrate, and the pressure-sensitive adhesive layer contains 5 to 50 parts by volume of filler with respect to 100 parts by volume of the pressure-sensitive adhesive. Mask sheet for semiconductor device assembly. 前記耐熱性基材の150〜250℃における線膨張係数が5〜50ppm/℃であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。2. The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein a linear expansion coefficient of the heat-resistant substrate at 150 to 250 ° C. is 5 to 50 ppm / ° C. 3. 前記耐熱性基材が耐熱性フィルムであって、該耐熱性フィルムのガラス転位温度が150℃以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat resistant substrate is a heat resistant film, and the glass transition temperature of the heat resistant film is 150 ° C. or higher. 前記耐熱性基材が金属箔であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat-resistant substrate is a metal foil. 前記耐熱性基材が粗化面を有する電解銅箔であり、且つ粗化面側に粘着剤層を設けることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。2. The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat-resistant substrate is an electrolytic copper foil having a roughened surface, and an adhesive layer is provided on the roughened surface side. 前記フィラーがシリカであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein the filler is silica. 前記粘着剤層の150〜250℃における弾性率が0.05MPa以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。2. The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein the adhesive layer has an elastic modulus at 150 to 250 [deg.] C. of 0.05 MPa or more. 前記粘着剤層の厚さが3〜30μmであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置組立用マスクシート。The mask sheet for assembling a semiconductor device according to claim 1, wherein the pressure-sensitive adhesive layer has a thickness of 3 to 30 μm.
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