JP2005533169A - 紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、半導体パッケージの熱応力緩和層として使われる弾性接着剤の製造工程においてコーティングされた高分子組成物の流動性と、架橋度とを調節するために１００〜５００ｎｍの波長を有する紫外線の照射工程を行うものであり、紫外線架橋方式による弾性接着剤の製造は、加熱炉を使わなくてエネルギーの無駄使いを減らし、短時間の硬化が可能であるため、生産性を向上させることができ、紫外線の光照射量による架橋度の調節が熱架橋法に比べて容易で、紫外線照射機の設置面積が加熱炉に比べて小さく、光重合の時、エポキシ反応基が架橋反応に殆ど参加しないので、貯蔵安全性が優れ、製品寿命が長い紫外線照射架橋による半導体パッケージ用弾性接着剤の流動性制御方法である。

Description

本発明は、半導体パッケージ用接着フィルムとして使われる弾性接着剤に関し、特に、弾性接着剤の製造時、コーティング工程の後、流動性を減らすために紫外線を照射して架橋させる紫外線照射架橋による半導体パッケージ用弾性接着剤の流動性制御方法に関する。

一般的に電子産業が急速度に発展し、電子機器の軽薄短小化及び高機能が要求されることによって電子機器のメモリー及び駆動回路を担当する半導体の高集積化と共に薄くて小さな大きさで半導体を効果的にパッケージングできるパッケージ方法に対する要求が増加している。このような要求に応じる形態のパッケージがＣＳＰ（Chip Size Package）であり、ＣＳＰのうち、半導体が実装されるボードとの物理的な連結に半田ボールを使うＢＧＡ（Ball Grid Array)タイプが高い信頼度を具現してくれる現実的な代案として受け入れられている。

ＢＧＡパッケージは、現在まで開発されたＣＳＰのうち、一番高い水準の信頼性を確保してくれるパッケージタイプであって、次世代メモリー半導体への採択が有力なラムバスＤＲＡＭの基本パッケージ方法として採択されている。

ＢＧＡパッケージが他のパッケージより高い信頼性を揃えることができたことは、その内部に熱応力緩衝接着層である弾性接着剤を導入したからである。弾性接着剤は、半導体チップ、回路と半田パッドとが配線されているフレックス基板及びＰＣＢ間の熱膨脹係数差によって発生できるパッケージの熱変形を緩和、吸収することによって熱繰り返し環境下で半田ボールジョイントの破壊を引き延ばす役割をして次世代パッケージにも広く応用されるはずである。

ドイツのベイア社から紫外線用不飽和ポリエステルに関する特許を発表した以後に世界的に紫外線照射架橋方法に対する学問的、または実用的な研究が注目を引いて来たが、木材家具や家庭用品及び一部いくつかの分野にその応用分野が局限されている実情である。

従来のパッケージ工程のうちに弾性接着剤は、高温（１５０℃〜２００℃）で作用する圧力（１Ｍｐａ〜１．５Ｍｐａ）下で基板に接着されるようになる。この時、接着圧力による弾性接着剤の過多な流動は回路やリードの汚染による電気的不良が発生される問題点がある。従って、弾性接着剤の流動を最小化するために弾性接着剤の製造時、架橋工程が必要である。

従来の弾性接着剤の架橋方式は、加熱炉を利用した熱による硬化方式であって、弾性接着剤を製造するのに使われるコーティング用レジンは、接着力を得るためのエポキシ反応基を有している高分子樹脂、低弾性特性を得るためのゴム類樹脂、種々の添加剤、樹脂などを溶液化するための適切な有機溶媒から構成されている。

一方、コーティング用レジンから望む物性を有する弾性接着剤を得るために従来は溶媒を除去させた後、架橋工程のために多数の加熱炉を通過させた。このように熱を硬化反応のエネルギー源として利用し、エポキシ反応基の重合反応を起こすことである。

従来の熱硬化方式は、使用度が多様であり、作業の容易さなど様々な長所を有しているが、次のような問題点がある。

熱硬化方式は、多数の熱源を利用することによってエネルギーの無駄使いと費用とが沢山かかり、硬化装置である加熱炉が大きいから設置面積が大きく、硬化時間が数分から数時間単位であるため、生産性が落ち、エポキシの反応度が大きいと、接着剤の特性を得ることが難しいので、重合反応の細細しい調節が必要であり、エポキシの反応基が部分的に架橋反応に参加するので、貯蔵安全性が落ち、製品寿命の短い問題点がある。

発明の詳細な説明

本発明は、上述したところのような問題点を解決するためのものであって、半導体パッケージの熱応力緩和層として使用される弾性接着剤製造工程においてコーティングされた高分子組成物の流動性と架橋度とを調節するために１００〜５００ｎｍの波長を有する紫外線の照射工程を行うものであり、紫外線架橋方式による弾性接着剤の製造は、加熱炉を使わなくてエネルギー無駄使いを減らし、短時間硬化が可能であるため生産性を向上させることができ、紫外線光照射量による架橋度の調節が熱架橋法に比べて容易で、紫外線照射機の設置面積が加熱炉に比べて小さく、光重合の時エポキシ反応基が架橋反応に殆ど参加しないので、貯蔵安全性が優れ、製品寿命が長い紫外線照射架橋による半導体パッケージ用弾性接着剤の流動性制御方法をその目的にする。

上述したところのような目的を達成するための本発明の特徴は、コーティング母材に望む厚さでコーティングする過程と、コーティング母材を乾燥後にラミネイションしてコーティング母材、接着フィルム、ラミネイションフィルムの３層構造で弾性接着剤フィルムを作る過程と、弾性接着剤フィルムの上に紫外線を照射する過程と、紫外線照射の時に紫外線の照射量を調節する光重合過程とを含む。

本発明の他の特徴として、コーティング母材は、透明フィルムであり、剥離可能であり、紫外線の照射量は、弾性接着剤の移動速度を回転ロールで制御し、紫外線ランプの光照射量を制御して単位面積当たり、単位時間当りの弾性接着剤に加えられる紫外線照射量を制御することであり、紫外線ランプは、発熱によって紫外線を放出するアークタイプのランプと、発生された電磁波によって前記紫外線を放出させるフュージョンタイプのランプとを単独、または混合して使い、接着フィルムは、光重合開始剤と光重合参加物質とを使い、光重合開始剤は、１−ヒドロキシヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、４−（２−ヒドロキシエチル）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−メチルプロピル）ケトン、亜りん酸塩オキサイド、シクロペンタジエニルフェニル鉄ヘキサプルオロりん酸塩、ジフェニルケトン、ビス（２、６−ジメトキシベンゾイル）−ジブチル−２−メチルエチルホスフィンオキサイド、ビス（２、４、６−トリメトキシベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイドなどを単独、または混合して使い、光重合参加物質は、ジアクリレート系単量体と不飽和炭化水素とを含有するアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、アクリロニトリルブタジエンメチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート共重合体を混合して使い、光重合参加物質は、前記不飽和炭化水素の濃度が小さい水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンメチルメタクリレートシリコーン共重合体を混合して使う。

図１は、コーティング後に乾燥されて３層構造を有するフィルムの断面を図示したものであって、コーティング母材１０、接着フィルム１１、ラミネイションフィルム１２の構造からなる。コーティングの後に乾燥されて３層の構造を有するフィルムを製造することは、コーティングマシンで一回の工程で可能である。

本発明は、半導体パッケージ用接着フィルムとして使われる弾性接着剤の製造時、コーティング工程後、流動性を減らす目的で紫外線を照射するものであって、弾性接着剤の製造のための紫外線照射工程、紫外線による弾性接着剤組成物の改良に関する。

図２は、図１の構造から構成された弾性接着剤フィルムに紫外線を照射する概略図を図示したものであって、説明すると、次の通りである。

構成は、紫外線ランプ２２と、回転ロール２０と、弾性接着剤フィルム２１とからなり、紫外線の照射による架橋工程をより具体的に説明すると、紫外線の照射工程に使われる紫外線は１００ｎｍから５００ｎｍ間の波長を使い、主に２００ｎｍから３５０ｎｍ間の波長で最大値の光照射量が出る紫外線ランプ２２を使うのが効率的である。

紫外線照射のために使う紫外線ランプ２２は、発熱によってすぐ紫外線を放出するアークタイプのランプと、マグネトロンなどの機器を使って電磁波を発生し、発生された電磁波によって再び紫外線を放出させるフュージョンタイプのランプとをそれぞれ、または混合して使う。

３層の構造を有する弾性接着剤フィルム２１を照射するのに紫外線ランプ２２の紫外線照射量と、回転ロール２０の回転速度とを制御して単位面積と単位時間当りに弾性接着剤フィルム２１が受ける紫外線の光照射量を変化させることによって光重合開始剤の反応程度を調節し、細密な弾性接着剤フィルム２１の架橋度と流動性調節が可能である。

図３は、本発明の弾性接着剤フィルムの上に紫外線を照射する動作手順図であって、説明すると、次の通りである。

先ず、弾性接着剤フィルムを製造するために剥離が可能であり、紫外線透過度が良い透明なフィルムの上に望む厚さでブレードコーティング、グラビアコーティング、圧出式コーティング方法を使ってコーティングした後、乾燥してコーティング母材１０、接着フィルム１１、ラミネイションフィルム１２で３層の構造を有する弾性接着剤フィルムを製造する（ステップＳ３０、ステップＳ３１）。

製造された弾性接着剤フィルム２１に行う紫外線照射は、コーティング過程が完了された後、弾性接着剤フィルム２１の上にすぐ行うようになり、一定した速度で弾性接着剤フィルム２１が動く連続的な状態でなすようになる。この時、架橋度は弾性接着剤フィルム２１が移動する速度を回転ロール２０で調整し、紫外線ランプ２２の紫外線の光照射量を変化させることによって弾性接着剤フィルム２１が単位面積と単位時間当りとに受ける光照射量は、細密に流動性の調節が可能である（ステップＳ３１、ステップＳ３２）。

一方、弾性接着剤フィルムの架橋に使われた光硬化性コーティング組成物は、不飽和炭化水素を含んでいれば、ラジカル反応による開始、成長、停止反応で重合が可能である。

弾性接着剤の組成物に添加される光重合開始剤としては、一応開始剤の吸収ピークと紫外線ランプの波長とが一致しなければならないことを前提条件とする。弾性接着剤の場合、コーティングの厚さが比較的厚いので（１７５μｍ）、紫外線吸収特性が優れた１−ヒドロキシヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、４−（２−ヒドロキシエチル）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−メチルプロピル）ケトン、亜りん酸塩オキサイド、シクロペンタジエニルフェニル鉄ヘキサプルオロりん酸塩、ジフェニルケトン、ビス（２、６−ジメトキシベンゾイル）−ジブチル−２−メチルエチルホスフィンオキサイド、ビス（２、４、６−トリメトキシベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイドなどを単独、または混合して使うのが望ましい。

光重合開始剤を使って光重合に参加する物質としては、光重合性ジアクリレート系単量体を基にして不飽和炭化水素を含んでいるアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、アクロニトリルブタジエンメチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート共重合体を混合して使う。この時、コーティング材の不飽和炭化水素の濃度が極に大きくなると、重合発熱反応によるコーティング母材の損傷が憂慮されるので、不飽和炭化水素濃度がより小さい水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンメチルメタクリレートシリコーン共重合体などを使うのが更に望ましい。

このような光重合過程においてエポキシ反応基は、反応に殆ど参加しないが、これは熱硬化式の弾性接着剤との示差走査熱分析（ＤＳＣ）の結果を通じて確認することができたし、これにより、弾性接着剤の優秀な接着力、貯蔵安全性が優れた結果を見せた。

本発明による弾性接着剤の特性を実施例を通じて詳細に説明すると、次の通りである。

先ず、流動性試験であって、弾性接着剤接着マシン（温度１６０℃、圧力２Ｍｐａ、時間１８秒）を使って弾性接着剤の流動量を測定するものであり、測定に使われたサンプルの大きさは１０ｍｍ×２０ｍｍであり、この時、接着後２０ｍｍ角部に垂直で流動した量を平均したものを流動量として定めた時、流動量は３００μｍ以下で良好な結果を見せた。

接着力試験は、弾性接着剤接着マシン（温度１６０℃、圧力２Ｍｐａ、時間２秒）を用いて接着母材であるポリイミドフィルムに接着させた後、接着力をＴ−ｐｅｅｌ試験法で測定したものであって、接着力の値が１５００ｇ／ｃｍ以上であり、熱硬化方式の弾性接着剤に比べて３００ｇ以上向上された。

弾性接着剤の貯蔵安全性試験は、真空包装を解いた後、放置時間による接着力を値の変化で判断するものであって、５℃以下に放置した場合は６ヶ月まで接着力値の減少が現われなかったし、常温に放置した場合にも熱硬化方式の弾性接着剤に比べて接着力の減少が円満であった。

熱分析試験は、製造直後、測定した示差走査熱分析試験（ＤＳＣ）の結果、エポキシ反応ピークの発熱量が１００ｊｏｕｌｅ／ｇ以上であり、熱硬化方式の６０ｊｏｕｌｅ／ｇ〜７０ｊｏｕｌｅ／ｇに比べて大きいので、光重合によってエポキシ反応基が殆ど重合に参加しなかったことが確認された。

上述したところのように、本発明はパッケージ用弾性接着剤の製造においてコーティング過程が完了した後に紫外線の照射を弾性接着剤フィルムの上にすぐ行い、弾性接着剤フィルムが一定した速度で動く連続的な状態でなされ、弾性接着剤フィルムが移動する速度を回転ロールで調整することによって単位面積と単位時間当りとに弾性接着剤フィルムが受ける紫外線の照射量を変化させることができ、細密な調節が可能である。紫外線を照射する紫外線ランプは、発熱によって紫外線を放出するアークタイプのランプと、マグネトロンなどの機器を使って電磁波を発生し、発生された電磁波によって再び紫外線を放出させるフュージョンタイプのランプとをそれぞれ、または混合して使う。

一方、弾性接着剤フィルムの紫外線架橋に使われる光硬化性コーティング組成物は、不飽和炭化水素を含有していなければならず、組成物に添加される光重合開始剤は、紫外線吸収特性が優れた１−ヒドロキシヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、４−（２−ヒドロキシエチル）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−メチルプロピル）ケトン、亜りん酸塩オキサイド、シクロペンタジエニルフェニル鉄ヘキサプルオロりん酸塩、ジフェニルケトン、ビス（２、６−ジメトキシベンゾイル）−ジブチル−２−メチルエチルホスフィンオキサイド、ビス（２、４、６−トリメトキシベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイドなどを単独、または混合して使う。

また、光重合開始剤を使って光重合に参加する物質は、コーティング材の不飽和炭化水素の濃度が極に大きくなると、重合発熱反応によるコーティング母材の損傷が憂慮されるので、不飽和炭化水素濃度がより小さい水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンメチルメタクリレートシリコーン共重合体などを使うのがもっと良い結果を得る。

本発明は半導体パッケージの熱応力緩和層として使われる弾性接着剤の製造工程において、コーティングされた高分子組成物の流動性と架橋度とを調節するために１００〜５００ｎｍの波長を有する紫外線の照射工程を行って加熱炉を使わなくてエネルギー無駄使いを減らすことができ、短時間硬化が可能であって生産性を向上させることができ、紫外線光照射量による架橋度の調節が熱架橋法に比べて容易で、紫外線照射機の設置面積が加熱炉に比べて小さく、光重合時、エポキシ反応基が架橋反応に殆ど参加しないので、貯蔵安全性が優れ、製品寿命の長い効果がある。

また、本発明による紫外線架橋された弾性接着剤は、接着性、貯蔵安全性、流動性が熱硬化方式で製造された従来の弾性接着剤より卓越した効果がある。

本発明によって紫外線照射の前にコーティング後、乾燥された弾性接着剤フィルムである。 図１の構造から構成された弾性接着剤フィルムに紫外線を照射する概略図である。 本発明による弾性接着剤フィルムの上に紫外線を照射する動作手順図である。

Claims (8)

1. コーティング母材に望む厚さでコーティングする過程と;
   コーティング母材を乾燥後にラミネイションしてコーティング母材、接着フィルム、ラミネイションフィルムの３層構造で弾性接着剤フィルムを作る過程と;
   前記弾性接着剤フィルムの上に紫外線を照射する過程と;
   前記紫外線照射時に紫外線の照射量を調節する光重合過程とを含むことを特徴とする紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
2. 前記コーティング母材は、透明フィルムであり、剥離可能であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
3. 前記紫外線の照射量は、前記弾性接着剤の移動速度を回転ロールで制御し、紫外線ランプの光照射量を制御して単位面積当たり、単位時間当りに前記弾性接着剤に加えられる紫外線照射量を制御することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
4. 前記紫外線ランプは、発熱によって紫外線を放出するアークタイプのランプと、発生された電磁波によって前記紫外線を放出させるフュージョンタイプのランプとを含むことを特徴とする請求項３に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
5. 前記接着フィルムは、光重合開始剤と、光重合参加物質とを含むことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
6. 前記光重合開始剤は、１−ヒドロキシヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、４−（２−ヒドロキシエチル）フェニル−（２−ヒドロキシ−２−メチルプロピル）ケトン、亜りん酸塩オキサイド、シクロペンタジエニルフェニル鉄ヘキサプルオロりん酸塩、ジフェニルケトン、ビス（２、６−ジメトキシベンゾイル）−ジブチル−２−メチルエチルホスフィンオキサイド、ビス（２、４、６−トリメトキシベンゾイル）フェニルホスフィンオキサイドを単独、または混合して使うことを特徴とする請求項５に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
7. 前記光重合参加物質は、ジアクリレート系単量体と不飽和炭化水素を含むアクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、アクリロニトリルブタジエンメチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート共重合体とを混合して使うことを特徴とする請求項５に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。
8. 前記光重合参加物質は、前記不飽和炭化水素の濃度が小さい水素化アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、水素化アクリロニトリルブタジエンメチルメタクリレートシリコーン共重合体を混合して使うことを特徴とする請求項５に記載の紫外線照射架橋による弾性接着剤の流動性制御方法。

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