KR100405951B1 - 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조 방법 - Google Patents

자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름에 관한 것으로, 상세하게는 코팅된 접착필름 위에 자외선 램프를 사용하여 자외선 조사공정을 실시하고 접착필름 조성물을 개량하여 접착필름의 포아송비를 낮추어 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키는 자외선 조사가교에 의한 저포아송비 접착필름 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 반도체 패키지에서 열응력 완화층으로 사용되는 접착필름의 재료에 인장력을 증가시키지 않으면서 열팽창계수와 포아송비를 낮추기 위해 접착필름 위에 자외선 개시제와 반응기를 가지는 조성물을 사용하여 100~500nm의 파장을 가지는 자외선 램프를 사용하여 자외선 조사 공정을 실시하여 접착필름의 인장도를 상온기준 500MPa 이하의 낮은 값을 유지하면서 포아송비를 0.4 이하의 값으로 낮출 수 있다.

Description

자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조 방법{Low poisson ratio elastomer by UV irradiation}
본 발명은 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름에 관한 것으로, 특히 코팅된 접착필름 위에 자외선 조사공정(UV irradiation)을 실시하고 접착필름 조성물을 개량하여 접착필름의 포아송비를 낮추어 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전자산업이 급속도로 발전하고 전자기기의 경박 단소화 및 고기능이 요구됨에 따라 전자기기의 메모리 및 구동회로를 담당하는 반도체의 고집적화와 더불어 얇고 작은 크기로 반도체를 효과적으로 패키징할 수 있는 패키지 방법에 대한 요구가 증가하고 있다.이러한 요구에 부응하는 형태의 패키지가 CSP(Chip Size Package)이며, CSP 중 반도체가 실장되는 보드와의 물리적 연결에 솔더볼을 사용하는 BGA(Ball Grid Array) 타입이 높은 신뢰도를 구현해 주는 현실적인 대안으로 받아들여지고 있다.여러가지 패키지중에서BGA 패키지는 현재까지 개발된 CSP 중 가장 높은 수준의 신뢰성을 확보해 주는 패키지 타입으로 차세대 메모리 반도체로의 채택이 유력한 램버스 DRAM의 기본 패키지 방법으로 채택되어 있다.
BGA 패키지가 다른 패키지 보다 높은 신뢰성을 갖출 수 있었던 것은 그 내부에 열응력 완충 접착층인 접착필름을 도입하였기 때문이다. 접착필름은 반도체 칩, 회로와 솔더 패드가 배선되어 있는 플렉스 기판(flex substrate(Polyimide)) 및 PCB(FR4) 사이의 열팽창 계수 차이에 의하여 발생할 수 있는 패키지의 열변형을 완화, 흡수함으로써 열반복(Temperature Cycle) 환경하에서 솔더볼 조인트(Sloder Ball Joint)의 파괴를 지연하는 역할을하여 차세대 패키지에도 널리 응용될 것이다.
포아송비는 재료가 한방향으로 압축 또는 연신의 응력을 받을 때 다른 방향으로 그 응력이 퍼져나가게 되는 정도를 나타내는 것으로, 액체처럼 재료 내부의 분자간 움직임이 완전히 자유로울 때 0.5의 값을 가지며, 세라믹처럼 재료 내부가 분자 수준으로 움직일 수 없어서 재료를 압축했을 때 재료가 퍼지지 않고 그대로압축되어 깨져버리는 경우는 0에 가까운 값을 가지게 된다. 다시 말해서 압축이나 인장변형에 대하여 부피변화가 없는 경우는 포아송비가 0.5가 되고 압축이나 인장변형에 대하여 힘이 주어지는 방향으로만 변형이 일어나서 부피변화가 수반되는 경우에는 포아송비가 0.5보다 작은 값을 가지게 되어, 힘이 주어지는 방향으로의 변형율과 부피변화율이 완전히 같아지는 경우는 포아송비가 0의 값을 가지게 된다.
한편, 반도체 패키지의 신뢰성을 평가하는 항목은 JEDEC/IPC에서 기준을 제시한 여러가지 실험적 방법이 있는데,BGA 패키지를 포함한 BGA 타입 CSP에서 주로 고려하는 평가 항목은 반도체 패키지의 보드 실장 전까지의 보관성을 규정하는 흡습 및 IR reflow 저항성 평가인 MRT(Moisture Resistance Test), 반도체 패키지의 고온, 고습, 고압하에서의 저항성을 평가하는 PCT(pressure cook test), 반도체가 실제 작동 중일 때의 신뢰성을 평가하기 위하여 바이어스(bias)를 흘리면서 고온, 고습평가를 하는 HAST(Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test), 그리고 보드에 실장된 반도체 패키지의 정상작동 수명을 예측하기 위한 열반복 평가인 TC(Temperature Cycle) 평가 등이 있다.
MRT, PCT, HAST, TC 등 네가지 평가항목에 영향을 미치는 인자는 패키지의 정확도, 인캡슐런트(encapsulant)의 인장력(modulus), 열팽창계수(CTE), 포아송비 등의 물성, 기판의 제조응력 등의 물성, 접착필름의 인장력, 열팽창계수, 포아송비 등 여러가지가 있다.
이들 물성중에서 인장도가 낮은 접착필름을 사용할 때 재료의 한계로 작용하는 점이 접착필름의 포아송비를 낮추기 어렵다는 것이다.
접착필름의 포아송비가 반도체 패키지에서 중요한 이유는 CSP 형태의 반도체 패키지에서 접착필름이 하는 역할 때문이며, 접착필름은 열팽창계수가 차이나는 반도체 칩과 기판사이의 열응력을 완화시켜주는 역할을 하기 때문에 열반복 평가인 TC에서 반도체 칩과 기판에 접착되어 있는 X, Y 방향으로의 변형은 제한 받게된다.그런데, 접착필름은 반도체 칩과 기판의 열응력을 완화시켜주기 위해서 낮은 인장력을 가지는 반면 열팽창 계수는 이들보다 몇 배 큰 값을 가지는 것이 통상적이다. 따라서 접착필름의 포아송비가 큰 경우에는 열반복 평가인 TC에서 XY 방향으로 변형이 제한된 접착필름의 변형이 모두 Z 방향으로 일어나게 되고 이러한 변형이 열반복 평가 도중에 반도체 칩과 기판을 연결하는 리드에 기계적 스트레스를 가하여 리드가 끊어지는 문제점이 발생한다.
이상과 같이, 종래의 접착필름을 적용한BGA 패키지의 문제점은 위의 반도체 패키지 신뢰성 평가항목 중에서 열반복 평가인 TC가 보드 수준에서 1000cycle을 넘지 못하며, 그 이유는 접착필름의 인장력을 줄이면서 열팽창 계수(CTE)와 포아송비를 같이 줄이는 방법에 재료적인 한계가 있는 문제점이 있기 때문이다.
따라서 접착필름 재료의 인장력을 증가시키지 않으면서 포아송비를 낮추는 방법을 고안하는 것은 접착필름을 적용하는 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키는데 매우 시급하고도 중요한 과제이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 접착필름의 재료에 인장력을 증가시키지 않으면서 열팽창계수와 포아송비를 낮추기 위해 반도체 패키지에서 열응력 완화층으로 사용되는 접착필름에 자외선 개시제와 조성물을 사용하여 100~500nm의 파장을 가지는 자외선 조사 공정을 실시하여 반도체 패키지에 적용되는 접착필름의 인장도를 낮은 값을 유지하면서 포아송비를 낮추는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 코팅된 착제필름 위에 자외선을 조사하는 개략도.
도 2는 본 발명의 코팅된 접착필름 위에 자외선을 조사하는 동작 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
20 : 회전롤 21 : 코팅된 접착필름(elestomer)
22 : 자외선램프
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 저포아송비를 가지는 접착필름을 제조하는데 있어서, 접착필름의 재료에 원하는 두께로 코팅하는 과정과, 코팅된 접착필름을 건조시키는 과정과, 코팅된 접착필름 위에 자외선을 조사하는 과정을 포함한다.
또한, 본 발명의 코팅된 접착필름 위에 조사하는 것은, 코팅된 접착필름의 이동속도와 방출되는 자외선 조사량을 조절하여 단위시간과 단위면적당 코팅된 접착필름 위에 시행하는 자외선 조사량의 제어가 가능한 것을 특징으로 하며, 자외선 조사에 사용되는 자외선 파장은 100nm ~ 500nm 사이이며, 자외선을 조사하는 것은 자외선 개시제와 자외선 개시제에 의하여 가교반응이 진행되는 반응기를 가지는 조성물을 포함하며, 자외선 개시제는 1-하이드록시 헥실 페닐 키톤, 2-하이드록시-2-메칠-1-페닐 프로판-1-온, 4-(2-하이드록시에칠)페닐-(2-하이드록시-2-메칠프로필)키톤, 포스파이트 옥사이드, 사이클로펜타디에닐 페닐 아이언 엑사풀루오르포스페이트, 디페닐키톤, 비스(2, 6-이메톡시벤조일)-티부틸-2-메틸에틸포스핀옥사이드,비스(2,4,6-트리메톡시벤조일) 페닐포스핀옥사이드를 단독 또는 혼합하여 사용하며, 조성물은 자외선 개시제에 의하여 경화반응이 진행될 수 있도록 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트 공중합체, 변성 고무, 변성 아크릴 고무, 폴리 우레탄 고무, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체를 단독 또는 혼합하여 사용한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 접착필름의 인장도를 줄이면서 열팽창계수와 포아송비를 줄여, 반도체 패키지의 신뢰성을 높이기 위해 접착필름 안에 자외선 개시제와 조성물을 사용하고 파장이 100nm~500nm를 가지는 자외선 조사 공정을 실행하여 접착필름의 인장도를 상온기준 500MPa 이하의 낮은 값을 유지시키면서 포아송비를 0.4 이하의 값으로 낮추는 것이다.
본 발명의 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름의 포아송비를 줄이는 자외선 조사공정에 사용되는 자외선은 100nm~500nm의 파장을 주로 사용하며, 200nm~350nm의 파장에서 최대값으로 광량이 나오는 자외선 램프를 사용하는 것이 효과적이다.
도 1은 본 발명에 따른 코팅된 접착필름 위에 자외선을 조사하여 가교하는개략도로 설명하면 다음과 같다.
구성은 자외선램프(22)와 회전롤(20)과 코팅된 접착필름(21)으로 이루어지며, 자외선 조사공정에 사용되는 자외선은 100nm에서 500nm사이의 파장을 사용하며, 상세하게는 200nm~350nm 사이의 파장에서 최대의 광조사량을 출력하는 자외선 램프(22)를 사용하는 것이 효율적이다.자외선 조사를 위하여 사용하는 자외선램프(22)는 발열에 의하여 바로 자외선을 방출하는 아크타입 램프와 마그네트론 등의 기기를 사용하여 전자기파를 발생하여 발생된 전자기파에 의하여 다시 자외선을 방출시키는 퓨전타입의 램프를 각각 또는 혼합하여 사용한다.
동작은 코팅된 접착필름(21) 위에 자외선을 조사하는 것으로 자외선램프(22)의 광조사량과 회전롤(20)의 속도를 제어하여 단위 시간과 단위 면적당 코팅된 접착필름(21)에 조사하는 자외선의 량의 세밀한 조절이 가능하다.
이상과 같이, 코팅된 접착필름(21)의 진행 속도를 회전롤(20)을 제어하여 조절하고 자외선 조사량을 자외선램프(22)를 사용하여 조절하여 코팅된 접착필름 (21)위에 조사함으로서 포아송비를 낮추는 것이다. 이때 접착필름(21) 위에 자외선 조사시에 자외선 개시제와 가교시에 반응기를 가지는 조성물이 사용된다.
자외선 조사 공정은 코팅된 접착필름(21) 위에 바로 행하게 되며 접착필름(21)이 정지 상태 또는 일정한 속도로 움직이는 상태에서 이루어지게 되며, 자외선 조사 공정에 의하여 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름의 포아송비를 줄이기 위해서는 자외선 램프(22)와 더불어 자외선에 의하여 반응하는 자외선 개시제 및 자외선 개시제에 의하여 가교반응이 진행되는 반응기를 가지고 있는 조성물이 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름에 함유되어 있어야 한다.
한편, 접착필름 조성물에 첨가되는 자외선 개시제는 1-하이드록시 헥실 페닐키톤, 2-하이드록시-2-메칠-1-페닐프로판-1-온, 4-(2-하이드록시에칠)페닐-(2-하이드록시 -2-메칠프로필) 키톤, 포스파이트 옥사이드, 사이클로펜타디에닐 페닐 아이언 엑사풀루오르 포스페이트, 디페닐키톤, 비스(2, 6-이메톡시벤조일)-티부틸-2-메틸에틸포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메톡시벤조일)페닐포스핀옥사이드 등을 단독 또는 혼합하여 사용한다.
자외선 개시제에 의하여 가교반응이 진행되는 반응기를 가지는 조성물로는 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트 공중합체, 변성 고무, 변성 아크릴 고무, 폴리 우레탄 고무, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체 단독 또는 이들의 혼합물을 사용한다.
도 3은 본 발명의 코팅된 접착필름 위에 자외선을 조사하는 동작 순서도로 설명하면 다음과 같다.
먼저 자외선 투과도가 좋은 필름위에 원하는 두께로 코팅후에 건조시켜 코팅된 접착필름(21)을 만든다(스텝 S31, S32).
코팅된 접착필름(21) 위에 행하는 자외선 조사는 코팅과정이 완료된 후 바로 행하게 되며 일정한 속도로 코팅된 접착필름(21)이 움직이거나, 정지 상태에서 이루어지게 된다. 이때 단위시간과 단위면적당 코팅된 접착필름(21) 위에 조사하는 광조사량을 제어하는 것은 자외선램프(22)에서 방출하는 자외선 조사량과 회전롤(20)의 속도를 변환하여 세밀하게 조절할 수 있다(스텝 S33, 스텝 S34, 스텝 S35).
또한, 자외선 조사 공정에 의하여 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름(21)의 포아송비를 줄이기 위해서는 자외선 램프(22)와 더불어 자외선에 의하여 반응하는 자외선 개시제 및 자외선 개시제에 의하여 가교반응이 진행되는 반응기를 가지고 있는 조성물이 반도체 패키지용 접착에 사용되는 접착필름에 함유되어야 한다.
다음은 본 발명에 의한 자외선 조사공정을 실행하여 시료에 대한 포아송비를 아래 표 1에 도시하였다.
시료명 자외선 조사량 포아송비
A 0 j/㎠ 0.42
A 3 j/㎠ 0.41
A 6 j/㎠ 0.38
A 9 j/㎠ 0.36
A 12 j/㎠ 0.35
A 15 j/㎠ 0.35
표 1에 도시된 결과로부터 알 수 있듯이, 시료 A를 사용하였을 경우 접착필름의 포아송비의 변화를 나타낸 것으로 자외선 조사량이 증가함에 따라 접착필름의포아송비는 감소하고 있다. 이때 사용한 자외선은 100nm~500nm의 파장을 주로 사용하며, 200nm~350nm의 파장에서 최대값의 광량이 나오는 자외선 램프를 사용하는 것이 포아송비가 감소하는 효과를 보였다.
본 발명의 자외선 조사 공정에 사용되는 자외선 개시제는 1-하이드록시 헥실 페닐 키톤, 2-하이드록시-2-메칠-1-페닐 프로판-1-온, 4-(2-하이드록시에칠)페닐-(2-하이드록시-2-메칠프로필)키톤, 포스파이트 옥사이드, 사이클로펜타디에닐 페닐 아이언 엑사풀루오르포스페이트, 디페닐키톤, 비스(2, 6-이메톡시벤조일)-티부틸-2-메틸에틸포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메톡시벤조일) 페닐포스핀옥사이드 등을 단독 또는 혼합하여 사용했다.
또한, 자외선 개시제에 의하여 반응이 진행되며 반응기를 가지는 조성물로는 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트 공중합체, 변성 고무, 변성 아크릴 고무, 폴리 우레탄 고무, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체 단독 또는 이들의 혼합물을 사용했다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 코팅된 접착필름 위에 파장이 100nm~500nm 사이의 자외선 파장을 아크타입램프 또는 퓨전타입 램프의 자외선 램프를 사용하여 자외선 조사 공정을 시행하여 단위시간과 단위면적당 조사되는 자외선량을 조절할수 있으며 반도체 패키지에 적용되는 접착필름의 인장도를 상온기준 500MPa 이하의 낮은 값을 유지하면서 포아송비가 0.4 이하로 감소시킬 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 자외선 조사 공정으로 제조된 저포아송비를 가지는 접착필름은 반도체 패키지의 신뢰성 평가항목인 열반복 평가의 수준이 향상되어 반도체 패키지의 신뢰성을 높이게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 반도체 패키지에서 열응력 완화층으로 사용되는 접착필름의 재료에 인장력을 증가시키지 않으면서 열팽창계수와 포아송비를 낮추기 위해 접착필름 위에 자외선 개시제와 반응기를 가지는 조성물을 사용하여 100~500nm의 파장을 가지는 자외선 램프를 사용하여 자외선 조사 공정을 실시하여 접착필름의 인장도를 상온기준 500MPa 이하의 낮은 값을 유지하면서 포아송비를 0.4 이하의 값으로 낮추는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 0.4 이하의 포아송비를 가지는 접착필름을 제조하는데 있어서,
    필름위에 자외선 개시제와 자외선 개시제에 의하여 가교반응이 진행되는 반응기를 가지는 조성물을 포함하는 접착필름의 재료를 일정두께로 코팅하는 과정과;
    상기 코팅된 접착필름을 건조시키는 과정과;
    상기 코팅된 접착필름 위에 파장이 100nm ~ 500nm 인 자외선을 조사하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅된 접착필름 위에 조사하는 자외선 조사는, 상기 코팅된 접착필름의 이동속도와 방출되는 자외선 조사량을 조절함으로써 접착필름의 단위시간과 단위면적 당 자외선 조사량의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 조사에서 사용되는 자외선 램프는 발열에 의하여 바로 자외선을 방출하는 아크타입 램프와 마그네트론 등의 기기를 사용하여 전자기파를 발생하여 발생된 전자기파에 의하여 다시 자외선을 방출시키는 퓨전타입의 램프를 각각 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 자외선 개시제는,
    1-하이드록시 헥실 페닐 키톤, 2-하이드록시-2-메칠-1-페닐 프로판-1-온, 4-(2-하이드록시에칠)페닐-(2-하이드록시-2-메칠프로필)키톤, 포스파이트 옥사이드, 사이클로펜타디에닐 페닐 아이언 엑사풀루오르포스페이트, 디페닐키톤, 비스(2,6-이메톡시벤조일)-티부틸-2-메틸에틸포스핀옥사이드, 비스(2, 4,6-트리메톡시벤조일) 페닐포스핀옥사이드를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 조성물은,
    상기 자외선 개시제에 의하여 경화반응이 진행될 수 있도록 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트 공중합체, 변성 고무, 변성 아크릴 고무, 폴리 우레탄 고무, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 공중합체, 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체, 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 메틸메타크릴레이트 실리콘 공중합체를 단독 또는 혼합물하여 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사가교에 의한 0.4이하의 포아송비를 갖는 접착필름의 제조방법.
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