KR100417668B1 - 접착제 조성물 및 이를 이용한 보호막 및 반도체 장치 - Google Patents

접착제 조성물 및 이를 이용한 보호막 및 반도체 장치 Download PDF

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KR100417668B1
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야스다마사아끼
고우사까다까시
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Abstract

(A) 열가소성 수지, (B) 에폭시 수지, (C) 결합제, (D) 분말 무기 충전재, (E) 고무 탄성을 가진 분말 및 (F) 유기 용매를 필수성분으로 포함하고, 도포되어 건조되면, 공극률이 3 부피% 이상이며, 40 ℃, 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24h 이하인 코팅막을 주는 접착제 조성물; 상기의 접착제 조성물을 반도체 부분의 표면에 도포 및 건조하여 형성되며, 공극률 3 부피% 이상 및 40 ℃ 및 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24 h 이하인 보호막; 상기의 보호막을 가진 반도체 장치.

Description

접착제 조성물 및 이를 이용한 보호막 및 반도체 장치{PASTE COMPOSITION, AND PROTECTIVE FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE BOTH OBTAINED WITH THE SAME}
최근에 전자 부분의 소형화, 박형화의 발달과 함께, 수지봉지형 패키지(package)가 인쇄 기판 삽입형(printed board-insertion), 예컨데, DIP(Dual in-line package)로부터 표면 실장형(surface mounting type), 예를 들어, 기판 위에 직접 베어 칩(bare chip)을 탑재하는 칩 온 보드(Chip on Board; COB) 및 플립 칩 장치(Flip Chip mounting), 더 나아가서는 QFD(Quad Flat Package) 및 BGA(Ball Grid Array)로 변해가고 있다. 이 분야에서는, 종래의 열경화성 에폭시 수지 액체 봉합 물질뿐만 아니라 열가소성 수지 액체 봉합 물질이 개발되어 시판되고 있다. 그런 액체 봉합 물질은 IC 나 LSI 칩을 직접 봉합하는데 사용되므로, 높은 신뢰성이 요구된다. 표면 실장의 확대는 반도체 소자의 신뢰성을 보장하기 위해, IR 리플로우(reflow)와 같은 리플로우에 대한 저항성을 요구하게 되었다. 모기판(mother board)과 같은, 회로판에 삽입형 패키지를 설치할 때, 납만이 지엽적으로 가열된다. 그러나, 표면 실장형의 패키지는 IR 리플로우, 기체 상 리플로우 또는 설치시 납땜 때문에, 전체적으로 200 내지 250 ℃ 의 고온에 노출되게 된다. 따라서, 저장기간 동안 패키지로 흡수된 수분이 증발하고 설치시 가열로 팽창하며 발생된 응력이 봉합 수지의 파쇄 강도를 초과하면, 패키지의 내부로부터 외부로 균열이 생긴다. 또한, 예를 들어 봉합 수지와 반도체 회로를 보호하는 실리콘 니트리드막과 같은 부동태막 또는 금선(gold wire)과 같은 결합 전선의 단락 사이에 분리형성층이 생기는 것과 같은 문제가 발생한다.
봉합 물질의 개질에 통한 리플로우 내성(reflow resistance)의 향상을 위한 공통적인 접근법은 충전재나 수지의 조성을 변화시켜, 흡습성이 적고, 저장기간동안 패키지의 수분 흡수를 감소시키며, 또는 기재 물질이나 그와 유사한 물질에 더 높은 결합 강도를 주는 봉합 물질을 얻는 것이다. 그러나, 이 접근법은 향상된 리플로우 내성과 양호한 가공성(workability)의 양립이 어렵기 때문에, 특히 양호한 리플로우 내성을 가진 액체 봉합 물질을 얻을 수 없었다. 예를 들어, 실리카와 같은 충전재의 양이 증가하면 봉합 물질의 흡습성이 줄어든다. 이로 인해 봉합 물질이 낮은 선형 팽창성을 나타내며, 반도체 소자에 해를 적게 미친다. 충전율은 90 % 중량부까지 증가할 수 있고, 또는 실리카 충전재의 입자 크기 분포를 최적화하여 더 높일수도 있지만, 증가된 충전율은 증가된 점도로 인한 성형성 불량과 같은 문제를 야기시킨다.
리플로우 내성을 향상시키기 위한 또다른 방법은 가열하여 설치하는 동안 반도체 패키지에서 증발된 수분을 소모하기 위한 구멍을 만드는 것이다. 예를 들어, 성형-형태(몰드형) 봉합 물질의 경우, 일본 특허 출원 공개 공보 제 9-219471호(1997)는 구멍을 만드는 것을 제안하였고, 일본 특허 출원 공개 공보 제 9-8179 호(1997)는 다공성 수지로 반도체 소자의 반대 표면을 선택적으로 봉합하는 것을 제안하였다. 그러나, 이들 방법들은 때때로 수분이 역으로 반도체 소자속으로 들어가게 되어, 리플로우 내성만큼이나 중요한 내습성(moisture resistance)을 충분히 보장하지 못한다. 다공성 수지로 반도체 소자의 반대 측면을 선택적으로 봉합하는 방법의 또다른 단점은 상기의 방법이 금형에 다공성 수지 시트(sheet)를 미리 배치하는 단계를 필요로하기 때문에 생산성이 낮다는 것이다. 또한, 상기의 방법은 반도체 패키지에 거의 적용될 수 없는데, 이것은 캐비티(cavity)형 BGA 및 μBGA 와 같이 금형을 이용한 이동(transfer) 성형의 봉합이 어렵기 때문이다.
또다른 공지된 방법은 혼성(hybrid) IC 와 같은 다공성 절연 페인트로 전기 부분이나 전자 부분을 코팅하는 것인데(일본 특허 출원 공고 공보 제 5-55197 호(1993)), 그러나 이것은 리플로우 내성을 개선시키지 못하고, 오히려 수분의 통과를 방지하기 위해 왁스와 같은 주입 물질로 2 차 수분 방지 공정을 하는 것이 필요하다.
본 발명은 열가소성 수지를 사용한 접착제(paste) 조성물, 및 이를 이용한 보호막 및 반도체 장치에 관한 것이다.
제 1 도는 본 발명에 따른 구체화의 반도체 장치의 단면도이다.
1a : 경화된 봉합 물질 1b : 댐
2 : 견본 반도체 소자 3 : 접착제
4 : 금선 5 : 칩 지지 기판
7 : 절연성 기재 물질 8 : 땜납 볼
9 : 배선부 11 : 금-판 단자
12 : 전극 부분
본 발명은 상기에 언급된 문제를 해결하기 위한 것이고, 본 발명의 목적은 양호한 리플로우 내성 및 내습 신뢰성을 가진 반도체 봉합용 접착제 조성물, 이를 이용한 보호막 및 리플로우 내성 및 내습 신뢰성이 우수한 반도체 장치를 제공하는 것이다.
상기에 설명된 문제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 본 발명의 발명자는유기 용매에 용해된 수지 용액에 무기 충전재를 분산시켜 접착제 조성물을 제조하여 IC 나 LSI 와 같은 칩에 도포하여 건조함으로써, 양호한 리플로우 내성 및 내습 신뢰성을 가진 반도체 소자가 얻어짐을 발견하였다. 그리하여, 경화된 수지 조성물의 코팅막에서, 충전재들 사이에 남아있는 공극(void)과 증발된 유기 용매가 빠져나가는 미세 공극이 코팅막내에 남아있고, 수지로 조밀하게 채워진 낮은 투습성의 층이 코팅막 표면에 형성되는 것으로 보인다.
본 발명은 (A) 열가소성 수지, (B) 에폭시 수지, (C) 결합제, (D) 분말 무기 충전재, (E) 고무 탄성을 가진 분말 및 (F) 유기 용매를 필수성분으로 포함하고, 도포되어 건조되었을때, 공극률이 3 부피% 이상이며, 40 ℃, 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24h 이하인 코팅막을 주는 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명에서, 열가소성 수지 (A) 는 바람직하게는 폴리 아미드-실리콘 공중합체 또는 폴리아미드이미드-실리콘 공중합체이며, 이것은 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들의 반응산 유도체와 필수 성분으로 디아미노실리콘을 함유한 디아민을 축중합함으로 얻어질 수 있다.
본 발명에서, 에폭시 수지 (B) 는 바람직하게는 지방족 고리 에폭시 수지이다.
본 발명에서, 결합제 (C) 는 바람직하게는 실란 결합제, 티타네이트 결합제 및 알루미네이트 결합제로부터 선택된 하나 이상의 결합제이다.
본 발명에서, 고무 탄성을 가진 분말 (E) 는 바람직하게는 실리콘 고무 분말이다.
본 발명은 반도체 부분의 표면에 접착제 조성물을 도포하고 건조하여 형성되며, 공극률이 3 부피% 이상이며 40 ℃, 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24h 이하인 보호막을 추가로 제공한다.
본 발명은 보호막을 가진 반도체 장치를 추가로 제공한다.
본 발명의 반도체 장치에서, 보호막은 바람직하게는 반도체 장치에서 칩을 봉합하는 봉합 물질이다.
본 발명의 반도체 장치에서, 봉합 물질의 1 내지 20 ㎛ 직경의 공극은 바람직하게는 봉합 물질내의 0.0032 내지 100 ㎛ 직경의 공극의 전체 부피 중 1 내지 100 부피% 를 차지한다.
상기에서 언급된 구체화의 반도체 장치에서, 칩은 칩-지지기판(chip-supporting board)에 탑재되며,상기 칩-지지기판은 칩의 단자가 접속된 칩의 내측 접속부, 반도체 장치의 외부와의 접속을 위한 외측 접속부, 및 내측 접속부와 외측 접속부를 접속하는 배선부를 포함한다. 예를 들어, 내측 접속부는 절연성 기재 물질의 한쪽 면에 형성된 배선패턴이며, 외측 접속부은 절연성 기재 물질의 다른 쪽 면에 형성되어 배선부에 의해 배선패턴에 접속된 복수의 전극을 포함하며, 칩은 반도체 소자용 접착제에 의해 배선패턴을 지닌 절연성 기재 물질의 면에 접합되고, 칩의 소자와 배선패턴은 금선에 의해 접속되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용가능한 열가소성 수지 (A) 의 비-제한적 예는 아크릴 수지, 스티렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드이미드 수지 및 폴리에테르아미드 수지를 포함한다. 이들 중에서 바람직한 것은 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들의 반응산 유도체와 디아민을 축중합함으로써 얻어지는 열가소성 수지이다. 비-제한적이지만 디아민의 바람직한 예는 하기의 일반식 (I) 의 방향족 디아민이다:
식 중, R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적인 수소, 1 내지 4 탄소 원자의 알킬기, 1 내지 4 탄소 원자의 알콕시기 또는 할로겐 원자, X 는 단일 결합,
식 중, R5및 R6는 각각 독립적인 수소, 1 내지 4 탄소 원자의 저급 알킬기, 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기 또는 페닐기이다.
본 발명에서, 열가소성 수지 (A) 는 바람직하게는 폴리아미드-실리콘 공중합체 또는 폴리아미드이미드 실리콘 공중합체이며, 이들은 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들의 반응산 유도체와 디아미노실리콘을 필수성분으로 함유하는 디아민을 축중합하여 얻어진다. 즉, 바람직하게는 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들의 반응산 유도체와 디아미노 실리콘이 있는 디아민 또는 디아미노실리콘 및 디아민으로 사용되는 방향족 디아민과 같은 다른 디아민 모두를 함유한 디아민을 축중합하여 얻어지는 폴리아미드-실리콘 공중합체 또는 폴리아미드이미드-실리콘 공중합체이다.
바람직한 디아미노실리콘은 하기 일반식 (II) 이다:
식 중, Y1은 1 내지 4 탄소원자의 알킬렌기, 5 내지 8 탄소 원자의 시클로알킬렌기 또는 6 내지 12 탄소원자의 아릴렌기와 같은 2 가 탄화수소기, Y2는 1 내지 4 탄소원자의 알킬기, 5 내지 8 탄소 원자의 시클로알킬기 또는 6 내지 12 탄소원자의 아릴기와 같은 1 가 탄화수소기, 두개의 Y1기는 서로 같거나 다르고, 과반수의 Y2기는 서로 같거나 다르며, m 은 1 이상의 정수, 바람직하게는 1 내지 50 의 정수이다.
방향족 디카르복실산은 방향족 고리에 2 개의 카르복실기를 가지고, 방향족트리카르복실산은 방향족 고리에 3개의 카르복실기를 가지며, 세개의 카르복실기 중 두개는 이웃한 탄소원자에 결합한다. 물론, 방향족 고리는 이종 원자를 포함할 수 있고, 2 개 이상의 방향족 고리는 알킬렌기, 산소 또는 카르보닐기를 통해 연결될 수 있다. 또한, 방향족 고리는 알콕시기, 알릴록시기, 알킬아미노기 또는 할로겐과 같이 축합에 참여하지 않는 치환체를 가질 수 있다.
방향족 디카르복실산의 예는 테레프탈산, 이소프탈산, 디페닐 에테르 디카르복실산-4,4', 디페닐 술폰 디카르복실산-4,4', 디페닐 디카르복실산-4,4' 및 나프탈렌 디카르복실산-1,5 를 포함하며, 바람직하게는 테레프탈산 및 이소프탈산이다. 테레프탈산 및 이소프탈산 혼합물의 사용은 결과적인 중합체의 용해도 관점에서 특히 바람직하다. 방향족 디카르복실산의 반응산 유도체의 예는 디클로리드 또는 디브로미드와 같은 디할라이드 또는 방향족 디카르복실산의 디에스테르를 포함한다.
방향족 트리카르복실산의 예는 트리멜리트산, 3,3,4'-벤조페논 트리카르복실산, 2,3,4'-디페닐 트리카르복실산, 2,3,6-피리딘 트리카르복실산, 3,3,4'-벤자닐리드 트리카르복실산, 1,4,5-나프탈렌 트리카르복실산 및 2'-클로로벤자닐리드-3,4,4'-트리카르복실산을 포함한다. 방향족 트리카르복실산의 반응산 유도체의 예는 무수산, 할로겐화물, 에스테르, 아미드 및 방향족 트리카르복실산의 암모늄염을 포함한다. 전형적인 예는 트리멜리트 무수물, 트리멜리트 무수물 모노클로리드, 1,4-디카르복시-3-N,N-디메틸카르바모일벤젠, 1,4-디카르보메톡시-3-카르복시벤젠, 1,4-디카르복시-3-카르보페녹시벤젠, 2,6-디카르복시-3-카르보메톡시피리딘, 1,6-디카르복시-5-카르바모일나프탈렌, 및 상기에 예시된 방향족 트리카르복시산 및 암모니아, 디메틸아민 또는 트리에틸아민으로부터 유도된 암모늄염을 포함한다. 이들 중, 바람직한 것은 트리멜리트 무수물 및 트리멜리트 무수물 모노클로리드이다.
(a) 에테르 결합을 가진 일반식 (I) 의 방향족 디아민의 예는 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐)]프로판, 2,2-비스[3-메틸-4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]부탄, 2,2-비스[3-메틸-4-(4-아미노페녹시)페닐]부탄, 2,2-비스[3,5-디메틸-4-(4-아미노페녹시)페닐]부탄, 2,2-비스[3,5-디브로모-4-(4-아미노페녹시)페닐]부탄, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2,2-비스[3-메틸-4-(4-아미노페녹시)페닐)]프로판, 1,1-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐)]시클로헥산, 1,1-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐)]시클로펜탄, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]술폰, 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]에테르, 4,4'-카르보닐비스(p-페닐렌옥시)디아닐린 및 4,4'-비스(4-아미노페녹시)비페닐을 포함한다. 이들 중, 바람직한 것은2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐)]프로판이다.
(b) 상기에 언급된 (a) 외의 방향족 디아민의 예는 비스[4-(3-아모노페녹시)페닐]술폰, 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠, 4,4'-[1,3-페닐렌비스(1-메틸에틸리덴)]비스아닐린, 4,4'-[1,4-페닐렌비스(1-메틸에틸리덴)]비스아닐린, 3,3'-[1,3-페닐렌비스(1-메틸에틸리덴)]비스아닐린, 4,4'-디아미노디페닐 에테르, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'5,5'-테트라메틸디페닐 에테르, 4,4'-디아미노-3,3'5,5'-테트라메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'5,5'-테트라에틸디페닐 에테르, 2,2'-[4,4'-디아노-3,3',5,5'-테트라메틸디페닐]프로판, 메타페닐렌디아민, 파라페닐렌디아민 및 3,3'-디아미노디페닐 술폰을 포함한다.
(c) 상기에 언급된 방향족 디아민 (a), (b) 및 일반식 (II) 의 디아미노실리콘 외의 디아민의 예는 피페라딘, 헥사메틸렌디아민, 헵타메틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, p-실릴렌디아민, m-실릴렌디아민 및 3-메틸헵타메틸렌디아민과 같은 지방족 디아민을 포함한다.
이들 디아민은 개별적으로도 사용될 수도 있고 2 개 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.
상기에 언급된 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들 반응산 유도체와 디아민을 축중합으로 얻을 수 있는 열가소성 수지가 사용되는 경우, 수지는 디아민의 전체 양의 몰 당 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들 반응산 유도체 0.8 내지 1.2 몰, 바람직하게는 0.95 내지 1.05 몰을 사용하여 축중합함으로써 바람직하게 제조된다. 이것이 최고의 분자량 수지를 주기 때문에, 전체 디아민과 동일한 양으로 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들 반응산 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 디아민의 몰 당 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들 반응산의 유도체가 0.8 몰 미만 또는 1.2 몰 초과이면, 더 낮은 분자량의 수지를 주고, 따라서 기계적 강도 및 코팅막의 내열성을 낮추게 된다.
본 발명에서 사용되는 에폭시 수지 (B) 는 바람직하게는 분자당 2 이상의 에폭시기이다. 특히 바람직한 에폭시 수지 (B) 는 결합 강도를 높이는 장점이 있는 하기의 일반식 (III) 또는 (IV) 와 같은 지방족 에폭시 수지이다;
식 중, R 은 3 가 유기기, s, t 및 u 는 각각 1 내지 100 의 정수이다;
식 중, R' 은 1 가 유기기, n 은 1 내지 100 의 정수이다.
에폭시 수지는 개별적으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물에 첨가된 에폭시 수지 (B) 의 함량은 열가소성 수지 (A) 100 중량부에 대해, 바람직하게는 5 내지 150 중량부, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 중량부, 더욱 더 바람직하게는 15 내지 50 중량부이다. 에폭시 수지 (B) 를 5 중량부 미만으로 첨가하면, 결합 특성이 나빠지고, 150 중량부 초과하여 첨가하면, 건조시 상당한 경화 축소가 일어나고, 탄성계수가 증가하며, 증가된 흡습성으로 인한 내습성을 악화시킨다. 본 발명의 접착제 조성물은 임의적으로 아민, 무수산 또는 다른 경화제와 같은 에폭시 수지 (B) 에 대한 하나 이상의 경화제를 적당량 함유할 수 있다. 아민 경화제의 예는 디에틸렌트리아민 및 트리에틸렌테트라아민과 같은 지방족 아민, 멘텐디아민 및 이소포로네디아민과 같은 지방족 고리 폴리아민, 메타페닐렌디아민 및 4,4'-디아미노디페닐메탄 및 그의 수지 첨가물과 같은 방향족 일차 아민을 포함한다. 무수산 경화제의 예는 메틸테트라히드로프탈릭 무수물, 메틸헥사히드로프탈릭 무수물 및 메틸하임 무수물과 같은 지방족 고리 무수산, 도데세닐 숙신 무수물 및 폴리아젤 무수물과 같은 방향족 무수산, HET 무수물 및 테트라브로모프탈릭무수물과 같은 할로겐화 무수산을 포함한다. 다른 경화제의 예는 3차 아민, 이미다졸, 폴리아미노아미드, 디시아네디아미드, 유기산 디히드라지드, 페놀 수지, 이소시아네이트 화합물, 루이스 산 및 브뢴스텐드 산을 포함한다. 이런 경화제로부터 유도된 잠재적인 경화제 또한 사용될 수 있다.
만약 경화제 (G) 가 사용된다면, 경화제의 양은 에폭시 수지 (B) 100 중량부에 대해 바람직하게는 1 내지 100 중량, 더욱 바람직하게는 5 내지 90 중량부이다.
본 발명에서 사용가능한 결합제 (C) 의 예는 γ-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, N-β(아미노에틸)- γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 γ-글리시드옥시프로필트리에톡시실란과 같은 실란 결합제, 이소프로필 트리이소스테아로일 티타네이트, 이소프로필 트리옥타노일 티타네이트, 이소프로필 트리스(디옥틸피로포스페이트)티타네이트, 이소프로필 트리큐밀페닐 티타네이트 및 테트라옥틸비스(디트리데실포스피트)티타네이트와 같은 티타네이트 결합제, 및 아세토알콕시알루미늄 디이소프로필레이트 및 알루미늄 아세틸아세토네이트와 같은 알루미네이트 결합제를 포함하며, 개별적으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 바람직한 것은 알루미네이트 결합제이다.
본 발명의 접착제 조성물에서 결합제 (C) 의 양은 열가소성 수지 (A) 100 중량부에 대해 바람직하게는 0.1 내지 30 중량부, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 5 중량부이다. 결합제를 0.1 중량부 미만으로 사용하게 되면, 접착성의 증가 및 점도의 감소가 불충분하며, 30 중량부 초과로 사용하게되면, 접착제 조성물의 점도를 증가시키거나 경화된 제품의 특성을 파괴할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 분말 무기 충전재 (D) 의 비제한적 예는 실리콘 디옥시드 분말, 보론 니트리드 분말, 티타늄 디옥시드 분말, 지르코늄 디옥시드 분말 및 알루미나 분말을 포함한다. 일반적으로, 실리콘 디옥시드 분말이 바람직하다. 실리콘 디옥시드 분말과 함께 티타늄 디옥시드 분말, 지르코늄 디옥시드분말 또는 알루미나 분말을 사용하는 것은 코팅막의 열전도성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물의 분말 무기 충전재 (D) 는 바람직하게는 0.1 내지 40 ㎛ 의 평균 입자 직경을 가진다. 0.1 ㎛ 미만의 평균 입자 직경의 분말 무기 충전재는 큰 표면적때문에 낮은 충전율을 주고, 40 ㎛ 초과의 평균 입자 직경의 분말은 시간-경과 안정성(time-elapsing stability)이 나쁜 접착제 조성물을 주어 침강하게 된다. 평균 입자 직경이 다른 둘 이상의 분말 무기 충전재를 또한 조합하여 사용할 수도 있다. 본 발명의 접착제 조성물의 젖어 퍼짐성(wetting spreadability)을 조절하기 위하여, 접착제 조성물의 전체 양을 기준으로 평균 입자 직경 0.1 ㎛ 미만의 분말 무기 충전재를 중량부 10 % 이하로 추가할 수 있다.
구형 형태, 파쇄된 형태 또는 다른 형태의 분말 무기 충전재 (D) 가 개별적으로 또는 젖어 퍼짐성 및 특성과 같은 가공성을 고려한 조합으로 사용될 수도 있다.
본 발명의 접착제 조성물에 있어서 분말 무기 충전재 (D) 의 함량은 열가소성 수지 (A) 중량부 100 에 대해 바람직하게는 100 내지 3500 중량부, 더욱 바람직하게는 200 내지 3000 중량부, 더욱 더 바람직하게는 600 내지 1200 중량부, 특히 더욱 더 바람직하게는 800 내지 1200 중량부이다. 만약 분말 무기 충전재 (D) 의 함량이 100 중량부 미만이면, 낮은 딕소트로피(thixotropy)로 인한 두꺼운 막 형성이 어렵고, 3500 중량부 초과이면, 코팅막의 강도와 내습성이 악화된다.
본 발명에서 사용되는 고무 탄성을 가진 분말 (E) 의 예는 우레탄 고무, 아크릴 고무, 실리콘 고무 및 부타디엔 고무의 분말이고, 이 중 실리콘 고무 분말이바람직하다. 고무 탄성을 가진 분말 (E) 는 바람직하게는 평균 입자 직경 0.1 내지 20 ㎛ 를 가지고, 바람직하게는 구형의 미세 입자를 포함한다. 만약 고무 탄성을 가진 분말 (E) 의 평균 입자 직경이 0.1 ㎛ 미만이면, 접착제 조성물의 시간-경과 안정성이 불충분한 발산으로인해 낮아지고, 만약 20 ㎛ 초과하면, 코팅막이 고르지못한 표면과 낮은 강도를 가지게 된다.
본 발명의 접착제 조성물에서 고무 탄성을 가진 분말 (E) 의 함량은 열가소성 수지 (A) 의 100 중량부에 대해 바람직하게는 20 내지 300 중량부, 더욱 바람직하게는 60 내지 120 중량부, 더욱 더 바람직하게는 80 내지 120 중량부이다. 만약 고무 탄성을 가진 분말 (E) 의 함량이 20 중량부 미만이면, 경화 제품은 낮은 탄성의 손실로 인해 균열이 생길 수 있고, 만약 300 중량부 초과이면, 경화 제품의 강도가 낮아질 수 있다.
본 발명에서 사용되는 유기 용매 (F) 의 예는 테트라히드로퓨란, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 디에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 에테르 및 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르와 같은 에테르 화합물, 시클로펜타논, 시클로헥사논 및 4-메틸-2-시클로헥사논과 같은 지방족 고리 케톤 화합물을 포함한다. 본 발명의 접착제 조성물의 제조에 있어서, 분말 무기 충전재 (D) 및 고무 탄성을 가진 분말 (E) 가 유기 용매 (F) 와 함께 혼합된다.
본 발명의 접착제 조성물에서 유기 용매 (F) 의 함량은 열가소성 수지 (A) 100 중량부에 대해 바람직하게는 150 내지 3500 중량부, 더욱 바람직하게는 150 1000 중량부, 더욱 더 바람직하게는 200 내지 1000 중량부, 특히 더욱 더 바람직하게는 300 내지 600 중량부이다. 만약 유기 용매의 함량이 150 중량부 미만이면, 고체의 높은 함량이 코팅능력(coatability)을 악화시키고, 일정한 두께로 코팅된 층을 형성하기 어렵다. 만약 그것이 3500 중량부를 초과하면, 불용성 성분은 낮은 점도때문에 발산되지 않고 가라않게 되고, 결합제는 시간-경과 안정성을 잃게 되어, 두꺼운 코팅막을 형성하는데 실패한다.
본 발명의 접착제 조성물이 제조될 때, 착색제가 첨가될 수 있는데, 예를 들면, 카본 블랙, 유기 염료, 유기 색소 또는 무기 색소가 있다.
본 발명의 바람직한 구체화의 접착제 조성물은 열가소성 수지 (A) 로서 방향족 디카르복실산 또는 이의 반응산 유도체와 디아민을 축중합하여 얻어진 폴리아미드 수지 100 중량부, 에폭시 수지 (B) 5 내지 150 중량부, 에폭시 수지 (B) 100 중량에 대해 에폭시 수지 (B) 용 임의의 경화제 (G) 1 내지 100 중량부, 및 결합제 (C) 0.1 내지 30 중량부를 중합체 바니시(varnish)를 형성하기 위한 유기 용매 (F) 100 내지 3500 중량부 속에 용해하고, 거기에 분말 무기 충전재 (D) 를 100 내지 3500 중량부 및 고무 탄성을 가진 분말 (E) 10 내지 700 중량부를 첨가하여, 혼합하며 반죽기, 3 개의 롤, 볼 밀(ball mill) 또는 이의 유사물로 반죽한다.
보호막은 반도체 부분의 표면 또는 그와 유사물에 본 발명의 접착제 조성물을 도포하고 건조시켜 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 접착제 조성물은 그것을 단순히 도포하고 가열하여 유기 용매를 제거하여 건조시킴으로 쉽게 코팅막을 형성할 수 있다. 에폭시 수지 (B) 는 가열 건조시키는 동안 경화되지만, 경화 반응의 크기는 일반적인 에폭시 수지-형태 봉합 물질의 크기와 비교하면 매우 작다.
본 발명의 접착제 조성물을 도포하고 건조하여 코팅막을 형성하면, 코팅막의 내부에는 수지로 채워지는 않은 분말 무기 충전재 (D) 의 분말사이에 남겨진 공극 및 증발된 용매 (F) 에 의해 생성되고 남겨진 미세한 공극들을 함유하는 층이 생기고, 한편 코팅막의 표면(외부 공기 및 칩 또는 칩-지지 기판와 같이 코팅되는 부분과 접촉되는 코팅막의 표면)에는 공극이 거의 없거나 전혀 없고, 코팅막의 내부와 비교해서 수지 성분으로 훨씬 조밀하게 채워진 층이 생긴다. 특히, 칩의 알루미늄 단자는 코팅막의 표면층의 존재하에 수지 성분으로 코팅되고 결합되어, 패키지의 내습 신뢰성을 보장한다. 수지와 충전재로 조밀하게 채워진 물질과 비교하여, 표면층에 의해 내습성과 강도를 부여받아, 코팅막의 리플로우 내성이 개선되는데, 이것은 내부에 남아있는 미세한 공극이 코팅막에서 리플로우를 발생시키는 증발된 물과 같은 기체들을 효과적으로 완충시키고 발산시키기 때문이다. 낮은 투습성의 조밀한 표면층과 미세 공극을 함유한 층 사이의 경계는 명확하거나 또는 점점 변하는 것이다.
본 발명의 접착제 조성물은 상기에 언급된 (A), (B), (C), (D), (E) 및 (F) 의 필수적인 성분을 함유하고, 도포 및 건조되면, 3 부피% 이상의 공극률과 40 ℃ 및 90 % RH(relative Humidity) 에서 측정된 500 g/m2·24 h 의 투습성을 가진 코팅막을 주게된다. 코팅막에서 공극률은 바람직하게는 전체 코팅막의 3 내지 30 부피%, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 부피%, 더욱 더 바람직하게는 5 내지 20 부피% 이다. 공극률이 3 부피% 미만이면, 기체의 완충 및 발산이 충분하지 못하여,나쁜 리플로우 내성을 나타낸다. 코팅막의 투습성은 바람직하게는 30 내지 500 g/m2·24 h 이다. 만약 투습성이 500 g/m2·24 h 을 초과하면, 외부로부터 수분의 흡수가 증가하여 코팅막의 내습 신뢰성 및 반도체 소자의 내습성을 낮추게 된다. 만약 코팅막의 투습성이 30 g/m2·24 h 미만이면, 코팅막의 내습 신뢰성은 개선되지만, 그 속에 흡수되어 증발된 수분의 소모 및 완충용 통로 부족으로 인하여 가열하여 설치시 균열이 생길 수도 있다.
반도체 부분의 보호막으로서 상기에 언급된 적당한 범위에 맞춰진 공극률 및 투습성을 가진 코팅막의 사용은 리플로우 내성 및 내습성이 우수한 반도체 장치를 준다. 상기에 언급된 범위내로 코팅막의 공극률 및 투습성을 맞추기 위해, 열가소성 수지 (A) 및 에폭시 수지 (B), 즉 (A)+(B) 로 구성되는 수지 성분 대 분말 무기 충전재 (D) 및 고무 탄성을 가진 분말 (E), 즉 (D)+(E) 로 구성되는 충전재 성분의 비는, 즉, [(A)+(B)]:[(D)+(E)] 는 바람직하게는 4:96 내지 18:82, 더욱 바람직하게는 6:94 내지 15:85 이다. 예를 들어, 수지 성분으로 폴리아미드-실리콘 공중합체:지방족 고리 에폭시 수지 8:2(중량비)의 혼합물을 함유하는 접착제 조성물의 경우, 충전재 조성으로 실리콘 디옥시드 분말:실리콘 고무 분말 9:1(중량비) 및 유기 용매로서 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르의 혼합물이 70 ℃/120℃/160℃ 의 건조단계에 의해 100 내지 1000 ㎛ 두께의 건조 (경화) 코팅막을 형성하는데 사용되고, 공극률이 3 부피% 이상이고, 40 ℃ 및 90 %RH 에서 측정된 투습성 500 g/m2·24h 이하의 코팅막은 수지 성분:충전재 성분 비를 13:87 로 맞추어 얻을 수 있다. 수지 성분: 충전재 성분의 중량비가 5:95 또는 19:81 인 접착제 조성물은 공극률이 3 부피% 미만 또는 투습성 500 g/m2·24h 초과를 지닌 코팅막을 형성하기 때문에 리플로우 내성 및 내습 신뢰성 둘 다를 가진 반도체 장치 생산에 적용되지 못한다.
본 발명의 보호막은 디스펜스(dispense) 또는 스크린 인쇄(screen printing)와 같은 공지된 방법에 의해 반도체 부분 표면에 본 발명의 접착제 조성물을 도포 및 건조하여 형성하고, 코팅되는 반도체 부분은 반도체 장치에 대한 어떤 반도체 부분도 될 수 있다. 그것들의 예는 BGA, CSP 또는 TCP 에서의 칩인데, 이것들은 칩의 단자가 접속된 내측 접속부, 반도체 장치의 외부와의 접속을 위한 외측 접속부, 및 내측 접속부와 외측 접속부를 접속하는 배선부를 포함하는 칩-지지 기판에 탑재된다. 본 발명의 보호막은 공극률이 전체 보호막의 3 부피% 이상, 바람직하게는 3 내지 30 부피%, 더욱 바람직하게는 5 내지 30 부피% 이고, 40 ℃ 및 90 %RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24h 이하, 바람직하게는 30 내지 500 g/m2·24h 이다.
본 발명의 보호막이 형성될 때, 건조 조건은 접착제 조성물에 사용되는 유기 용매의 종류에 따라 바람직하게는 적당하게 변한다. 예를 들어, 반도체 부분의 표면에 접착제 조성물을 도포하고, 50 내지 100 ℃ 에서 0.5 내지 2 시간, 101 내지 140 ℃ 에서 0.5 내지 2 시간, 및 141 내지 180 ℃ 에서 0.5 내지 2 시간 순차적으로 가열 건조한다. 예를 들어, 폴리아미드-실리콘 공중합체:지방족 고리에폭시 수지 8:2(중량비)의 수지 성분의 혼합물, 실리콘 디옥시드 분말:실리콘 고무 분말 9:1(중량비)의 충전재 성분의 혼합물 및 유기 용매로서 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르를 함유한 접착제 조성물의 경우, 70 ℃ - 1 시간/120℃ - 1 시간/160 ℃ - 1시간의 건조 단계로 건조하여, 상기에 언급된 범위의 공극률 및 투습성 및 양호한 특성을 가진 보호막이 형성될 수 있다. 160 ℃ 에서의 건조는 기포가 있는 보호막을 주어, 양호한 특성의 보호막을 얻는데 실패한다.
본 발명의 반도체 장치는 반도체 장치에서 반도체 부분에 대한 보호막으로서 본 발명의 보호막을 가진다. 예를 들어, 보호막은 반도체 장치에서 칩을 봉합하는 봉합 물질이다.
본 발명의 반도체 장치에서, 봉합 물질 속의 1 내지 20 ㎛ 직경의 공극은 봉합 물질 내에 0.0032 내지 100 ㎛ 직경의 공극의 전체 부피의 1 내지 100 부피%, 바람직하게는 10 내지 100 부피%, 더욱 바람직하게는 20 내지 100 부피%, 더욱 더 바람직하게는 30 내지 100 부피% 이다. 만약 1 내지 20 ㎛ 의 직경의 공극이 봉합 물질 내에 0.0032 내지 100 ㎛ 직경의 공극의 전체 부피의 1 부피% 미만을 가지면, 패키지(봉합 물질)는 가열하여 설치시 그곳에서 발생하는 기화된 수분을 방출하고 완충하기 위한 통로의 부족으로 균열이 생기는 경향이 있다. 50 ㎛ 직경 초과의 공극이 0.0032 내지 100 ㎛ 직경의 공극의 전체 부피의 30 부피% 를 초과하면, 가열하여 설치시 기화된 수분을 방출하고 완충시키는 통로가 충분하지만, 수분이 패키지(봉합 물질)에서 쉽게 흡수되어, 패키지의 내습 신뢰성을 낮춘다.
본 발명의 반도체의 구조의 예에서, 상기에 언급된 칩은 칩-지지 기판에 탑재되며, 상기 칩-지지 기판은 칩의 단자가 접속된 내측 연결부, 반도체 장치의 외부와의 접속을 위한 외측 접속부 및 내측 접속부와 외측 접속부를 접속하는 배선부를 포함하는 반도체 장치이다. 바람직한 구조에서, 내측 접속부는 절연성 기재 물질의 한쪽 면에 형성된 배선패턴이고, 외측 접속부은 절연성 기재 물질의 나머지 면에 형성되고, 배선부에 의해 배선패턴에 접속된 복수의 전극 부분을 포함하며, 칩은 반도체 소자의 접착용 접착제에 의해 배선패턴을 지닌 절연성 기재 물질의 면에 접합되고, 및 칩의 단자와 배선패턴은 금선으로 접속된다.
반도체 장치의 패키지는 반도체 소자가 상기에 언급된 봉합 물질로 전체적으로 또는 부분적으로 봉합되는 구조 중 어느 것이나 될 수 있고, 바람직한 예는 (1) BGA 패키지, (2) CSP 패키지(Chip Size package) 및 (3) TCP(Tape-Carrier Package) 이다.
이후부터, 본 발명은 실시예를 참조하여 설명할 것이지만, 본 발명의 범위는 여기에 제한되지 않는다.
실시예 및 비교예에서 사용되는 폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명:HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조)는 중량 평균 분자량 60000 인 열가소성 수지인데, 이것은 방향족 디카르복실산 성분으로 이소프탈 클로리드와 일반식 (I)(R1, R2, R3, R4= H, X=-C(CH3)2-)의 방향족 디아민 [2,2-비스(디아미노페녹시페닐)프로판] 및 일반식 (II)(Y1=-C3H6-, Y2=-CH3, m=38)의 디아민(몰 비 90:10)으로 구성된 디아민의 축중합으로 제조된다. 지방족 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, DaicelChemical Industries, Ltd. 제조)는 2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 첨가물 (에폭시 동일 중량: 170-200, C126H194O33)이다. 결합제(상품명:PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조)는 알루미네이트 결합제이다. 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조)는 아민 첨가물 잠재 경화제이다.
실시예 1
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 128 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조) 32 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 250 중량부 속에 용해하여 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 분말(상품명: KMP-598, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 100 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 8 중량부를 첨가하여, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
실시예 2
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 144 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel ChemicalIndustries, Ltd. 제조) 36 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 250 중량부 속에 용해시켜 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 분말(상품명: KMP-598, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 100 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 8 중량부를 첨가하여, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
비교예 1
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 40 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조) 10 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 150 중량부 속에 용해시켜 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 분말(상품명: KMP-598, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 100 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 8 중량부를 첨가하여, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
비교예 2
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 188 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조) 62 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 375 중량부 속에 용해시켜 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 분말(상품명: KMP-598, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 100 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 8 중량부를 첨가하여, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 의 접착제 조성물을 테플론(Teflon) 판에 각각 도포하고 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 오븐에서 건조 및 경화시켜서, 약 0.5 mm 두께의 경화 코팅막을 얻었다. 코팅막의 공극률은 비중을 측정하여 얻었다. 즉, 유기 용매를 제외한 접착제 조성물의 전체 성분의 이론적인 비중 "b"는 각각의 비중 "a"로부터 계산되고, 코팅막의 비중이 결정되며, 그리고 나서 공극률이 식, 공극률=(1-a/b)×100 으로부터 계산되었다. 코팅막의 투습성은 JIS Z 0208(온도 및 습도 조건 B, 즉 온도: 40 ℃, 상대 습도: 90 %RH)에 따라 얻어졌다. 결과는 표 1 에 나타나있다.
결과적으로, 도 1 에 나타난 반도체 장치가 생산되었고, 리플로우 내성 및내습성이 결정되었다. 첫번째로, 24 mm ×24 mm ×0.56 mm 두께의 칩-지지 기판 5(상품명: E-679 K, Hitachi Chemical Co., Ltd 제조)가 제조되었는데, 여기에는 금-판 단자 11 및 배선패턴(보이지 않음)이 절연성 기재 물질 7 의 한쪽면에 형성되어 외부와의 접속을 위한 절연성 기재 물질 7 의 다른쪽 면에 형성된 복수의 전극 부분 12 가 배선부 9 를 통해 연결되었다. 금-판 단자 11 및 전극 부분 12 를 제외한 표면은 약 20 ㎛ 두께의 절연 보호 레지스트(resist)로 코팅되었다(상품명: PSR 4000 AUS 5, Taiyo Ink Kabushiki Kaisha 제조). 반도체 소자용 접착제 3(상품명: EN-4500, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 약 8 mg 이 각각의 칩-지지 기판 5 에 도포되어 반도체 소자 모양과 동일한 면적에 코팅되고, 그 위에 9 mm ×9 mm ×0.48 mm 두께의 Al-패턴 칩 견본 반도체 소자 2 를 설치했다. 반도체 소자 2 와 함께 설치된 칩-지지 기판 5 는 접착제 3 을 경화시키기 위해 오븐에 두고, 그 후 반도체 소자 2 및 칩-지지 기판 5 의 금-판 단자 11 이 30 ㎛ 직경의 금선으로 선-결합됐다. 댐 1b(상품명: HIR-2500, Hitachi Chemical Co., Ltd 제조)는 접착제 조성물로 댐을 만들어 판으로부터 유출을 방지했다. 반도체 소자 2 와 함께 설치된 칩-지지 기판 5 의 설치 면에 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 의 접착제 조성물 0.8 g 부분을 두어, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 반도체 소자 2 가 설치되고 접착제 조성물이 놓여진 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 접착제 조성물을 건조시켜 응고시켰다. 그래서 경화 된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다. 이 반도체 장치가 설치될 때, 땜납 볼 8 이 부착되었다.
리플로우 내성을 시험하기 위해, 반도체 장치를 168 시간 동안 온습도계(85 ℃, 60 %RH)에 장치한 후, 그것들의 표면을 240 ℃ 에서 10 초동안 가열용 IR 리플로우 장치세트를 통과시켜, 균열 및 박리(리플로우 번호: 1)를 시험했다. 결과는 표 1 에 나타나있다.
내습성을 시험하기 위해, 반도체 장치를 온습도계(85 ℃/85 %RH)에 장치한 후 미리 언급된 반도체 장치의 단자에 10 V 전압을 걸어 반도체 소자 2 위의 알루미늄 본의 파쇄 및 알루미늄 전선 사이의 절연 실패에 요구되는 시간을 측정하였다. 결과는 표 1 에 나타나있다.
측정 항목 단위 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
공극률 부피% 9 7 35 2
투습성 g/m2·24h 83 67 1000 31
리플로우 내성1) 판의 수 0/4 0/4 0/4 4/4
내습성 시간 ≥1000 ≥1000 250 ≥1000
1)(균열 및 박리가 발생하는 기판의 수)/( 시험된 기판의 수)
접착제 조성물 A
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 128 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조) 32 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 280 중량부 속에 용해시켜 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 미세 분말(상품명: KMP-598,Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 110 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 6 중량부를 첨가하며, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
접착제 조성물 B
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 40 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조) 10 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 90 중량부 속에 용해시켜 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 미세 분말(상품명: KMP-598, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 110 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 2 중량부를 첨가하며, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
접착제 조성물 C
폴리아미드-실리콘 공중합체(상품명: HIMAL, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 320 중량부 및 지방족 고리 에폭시 수지(상품명: EHPE 3150, Daicel Chemical Industries, Ltd. 제조) 80 중량부를 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르 710 중량부 속에 용해시켜 바니시를 제조했다. 거기에 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘디옥시드 분말(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부를 첨가하고, 그 후 15 ㎛ 평균 입자 직경의 탄성 실리콘 고무 미세 분말(상품명: KMP-598, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. 제조) 110 중량부, 결합제(상품명: PRENACT AL-M, Ajinomoto Co., Inc.제조) 1 중량부 및 에폭시 경화제(상품명: AMICURE MY-H, Ajinomoto, Co., Inc.제조) 16 중량부를 첨가하며, 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
접착제 조성물 D
비페닐 형태 에폭시 수지 전체의 160 중량부 및 경화제로서 페놀 노보락 수지 및 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드(상품명: FB-74, Denki Kagaku, Kogyo K.K 제조) 970 중량부가 혼합되어 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
접착제 조성물 E: 실리콘
실리콘 수지 160 중량부, 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부가 혼합되어 3 개 롤의 반죽기로 접착제 조성물을 제조했다.
접착제 조성물 F
레졸 페놀 수지 160 중량부 및 30 ㎛ 평균 입자 직경의 구형 실리콘 디옥시드(상품명: FB-74, Denki Kagaku Kogyo K.K 제조) 970 중량부가 혼합되어, 메틸 에틸 케톤 160 중량부로 희석하여 접착제 조성물을 제조했다.
접착제 조성물의 코팅막에서 공극 직경 및 공극 분산도가 수은-공극 측정기에 의해 측정되었다. 즉, 각각의 접착제 조성물이 테플론 시트에 적당량 도포된 후, 접착제 조성물 A, B 및 C 가 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 건조되고, 접착제 조성물 D 및 E 가 100 ℃ 에서 30 분, 150 ℃ 에서 3 시간동안 순차적으로 온도를 상승시켜 건조되고, 접착제 조성물 F 가 150 ℃ 에서 두시간 동안 건조되어 0.5 mm 두께의 시트-유사 경화 코팅막을 형성했다. 각각의 코팅막은 5 mm ×20 mm 로 자르고, 0.0032 내지 100 ㎛ 의 공극 직경 범위 내의 공극 분산도가 수은 공극측정기(AUTOSCAN-33 POROSIMETER, QUANTACHROME 제조)로 측정되었다. 공극 분산도로부터, 공극 1 내지 20 ㎛ 의 공극의 비율 {(1 내지 20 ㎛ 직경의 공극의 부피)/(0.0032 내지 100 ㎛ 직경의 공극의 부피)}×100 이 계산되었다. 그렇게 얻어진 코팅막의 공극률 및 투습성은 상기에 설명된 것과 같은 방식으로 결정되었다. 즉, 유기 용매를 제외한 접착제 조성물의 전체 성분의 이론적인 비중 "b"는 각각의 비중 "a"로부터 계산되고, 코팅막의 비중이 결정되며, 그리고 나서 공극률이 식, 공극률=(1-a/b)×100 으로부터 계산되었다. 코팅막의 투습성은 JIS Z 0208(온도 및 습도 조건 B, 즉 온도: 40 ℃, 상대 습도: 90 %RH)에 따라 얻어졌다. 결과는 표 2 에 나타나있다.
반도체 장치
도 1 에 보여진 24 mm ×24 mm ×0.56 mm 두께의 칩-지지 기판 5(상품명: E-679 K, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조)가 제조되고, 금-판 단자 11 및 배선패턴(보이지않음)이 절연성 기재 물질 7 의 한쪽에 형성되고, 외부와의 연결을위한 절연성 기재 물질 7 의 다른쪽 면에 형성된 복수의 전극 부분 12 가 배선부 9 를 통과했다. 금-판 단자 11 및 전극 부분 12 를 제외하고 그것들의 표면은 약 20 ㎛ 두께의 절연성 보호 레지스트(상품명: PSR 4000 AUS 5, Taiyo Ink Kabushiki Kaisha 제조)로 코팅되었다. 반도체 소자용 접착제 3(상품명: EN-4500, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제조) 약 8 mg 이 각각의 칩-지지 기판 5 에 도포되고, 반도체 소자의 모양과 동일한 면적에 코팅되고, 9.6 mm ×10.2 mm ×0.40 mm 두께의 Al-패턴 칩 견본 반도체 소자 2 가 설치되었다. 반도체 소자 2 와 함께 설치된 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고 접착제 3 을 경화시킨 후, 반도체 소자 2 및 칩-지지 기판 5 의 금-판 단자 11 이 30 ㎛ 직경의 금선 4 로 선-결합되었다. 댐 1b(상품명: HIR-2500, Hitachi Chemical Co., Ltd 제조)는 접착제 조성물로 댐을 만들어 판으로부터 유출을 방지했다.
실시예 3
반도체 소자 2 를 상기에 설명된 대로 설치된 칩-지지 기판 5 의 면에 설치시 접착제 조성물 A 0.8 g 을 넣어서, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 놓여진 접착제 조성물과 함께 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 가열하여, 접착제 조성물을 건조하고 응고시켰다. 그리하여 경화된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다.
비교예 3
반도체 소자 2 를 상기에 설명된 대로 설치된 칩-지지 기판 5 의 면에 설치시 접착제 조성물 B 0.8 g 을 넣어서, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 놓여진 접착제 조성물과 함께 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 가열하여, 접착제 조성물을 건조하고 응고시킨다. 그리하여 경화된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다.
비교예 4
반도체 소자 2 를 상기에 설명된 대로 설치된 칩-지지 기판 5 의 면에 설치시 접착제 조성물 C 0.8 g 을 넣어서, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 놓여진 접착제 조성물과 함께 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 가열하여, 접착제 조성물을 건조하고 응고시켰다. 그리하여 경화된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다.
비교예 5
반도체 소자 2 를 상기에 설명된 대로 설치된 칩-지지 기판 5 의 면에 설치시 접착제 조성물 D 0.8 g 부분을 넣어서, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 놓여진 접착제 조성물과 함께 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 100 ℃ 에서 30 분, 150 ℃ 에서 3 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 가열하여, 접착제 조성물을 건조하고 응고시킨다. 그리하여 경화된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다.
비교예 6
반도체 소자 2 를 상기에 설명된 대로 설치된 칩-지지 기판 5 의 면에 설치시 접착제 조성물 E 0.8 g 을 넣어서, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 놓여진 접착제 조성물과 함께 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 100 ℃ 에서 30 분, 150 ℃ 에서 3 시간으로 순차적으로 온도를 상승시켜 가열하여, 접착제 조성물을 건조하고 응고시켰다. 그리하여 경화된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다.
비교예 7
반도체 소자 2 를 상기에 설명된 대로 설치된 칩-지지 기판 5 의 면에 설치시 접착제 조성물 F 0.8 g 을 넣어서, 반도체 소자 2 및 금선 4 를 완전히 덮었다. 놓여진 접착제 조성물과 함께 칩-지지 기판 5 를 오븐에 두고, 150 ℃ 에서 2 시간동안 가열하여, 접착제 조성물을 건조하고 응고시킨다. 그리하여 경화된 봉합 물질 1a 와 함께 반도체 장치 패키지가 얻어졌다.
리플로우 내성을 시험하기위해, 상기에서 얻어진 반도체 장치를 168 시간 동안 85 ℃, 60 %RH 의 대기에 장치한 후, 그것들의 표면을 240 ℃ 에서 10 초 동안 가열용 IR 리플로우 장치세트를 통과시켜, 균열 및 박리(리플로우 내성 테스트)를 시험했다.
내습 신뢰성을 시험하기 위해, 반도체 장치를 가압 용기에서 120 ℃, 2 atm 수증기압 하에서 장치한 후, 미리 서술된 간격으로 손상된 Al 전선에 대한 시험을 하여 손상율 50 % 에 도달하는데 요구되는 패키지 수명(PCT 테스트)을 결정하였다. 결과는 표 2 에 나타나있다.
항목 실시예 3 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7
접착제 조성물 A B C D E F
충전재 함량(wt %)1) 86.6 95.3 72.1 85.8 85.8 85.8
1 내지 20 ㎛ 직경의 공극 부피% 80 90 5 0.1 0.1 5
투습성(g/m2·24h) 83 1000 36 30 10000 20000
리플로우 내성85℃/60 %RH/168 h 0/4 0/4 4/4 4/4 4/4 0/4
내PCT성(h) 600 500 600 200 50 50
공극률 (부피%) 9 35 ≤1 ≤1 ≤1 30
1)봉합 물질 1a 에 함유된 실리콘 디옥시드 분말 및 탄성 실리콘 고무의 전체의 중량비 %(계산치)
본 발명의 접착제 조성물을 도포하여 건조시켜서 반도체 장치의 보호막 또는 봉합 물질로 사용함으로써 양호한 리플로우 내성 및 내습 신뢰성을 가진 반도체 장치를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 접착제 조성물의 도포 및 건조로 봉합된 반도체 장치는 공극을 함유하고 적당하게 맞춰진 투습성을 가진 봉합 물질로 봉합된다. 이것은 리플로우 동안 패키지 속에서 기화되는 수분 함량을 쉽게 방출하고 완충시키는 통로를 보장하여, 우수한 리플로우 내성을 지닌 반도체 장치를 부여한다. 낮은 투습성 및 높은 수지 밀도를 가진 층이 봉합 물질 위 및 근처, 반도체 소자의 능동면 근방에 형성되기 때문에 우수한 내습성이 달성된다. 또한, 본 발명의 반도체 장치는 추가적인 단계가 요구되지 않고 현존하는 반도체 패키지용 장치를 사용함으로 생산될 수 있기 때문에 비용면에서 유리하다.

Claims (21)

  1. (A) 열가소성 수지, (B) 에폭시 수지, (C) 결합제, (D) 분말 무기 충전재, (E) 고무 탄성을 가진 분말 및 (F) 유기 용매를 필수성분으로 포함하고, 상기 성분의 배합비 [(A)+(B)]:[(D)+(E)] (중량비) 가 5:95 내지 18:82 이며, 도포되어 건조되었을 때, 공극률이 3 부피% 이상이며, 40 ℃, 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24h 이하인 코팅막을 제공하는 접착제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 도포하고, 70 ℃ 에서 1 시간, 120 ℃ 에서 1 시간, 160 ℃ 에서 1 시간으로 순차적으로 가열 건조했을때, 공극률이 3 부피% 이상이며, 40 ℃, 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24h 이하인 코팅막을 제공하는 접착제 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 추가로 에폭시 수지 (B) 용 경화제 (G) 를 함유하는 접착제 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 열가소성 수지 (A) 는 방향족 디카르복실산, 방향족 트리카르복실산 또는 이들의 반응산 유도체와, 디아미노실리콘을 필수성분으로 함유하는 디아민을 축중합하여 얻어지는 폴리아미드-실리콘 공중합체 또는 폴리아미드이미드 실리콘 공중합체인 접착제 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 에폭시 수지 (B) 는 지방족 고리 에폭시 수지인 접착제 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 결합제 (C) 는 실란 결합제, 티타네이트 결합제 및 알루미네이트 결합제로부터 선택되는 하나 이상의 결합제인 접착제 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 분말 무기 충전재 (D) 는 실리콘 디옥시드 분말인 접착제 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서, 고무 탄성을 가진 분말 (E) 는 실리콘 고무 분말인 접착제 조성물.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 에폭시 수지 (B) 100 중량부 당 에폭시 수지 (B) 용 경화제 (G) 1 내지 100 중량부를 추가로 함유하는 접착제 조성물.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 기재의 접착제 조성물은 반도체 부분의 표면에 도포 및 건조하여 형성되며, 공극률이 3 부피% 이상, 40 ℃ 및 90 % RH 에서 측정된 투습성이 500 g/m2·24 h 이하인 보호막.
  14. 제 13 항에 있어서, 접착제 조성물을 반도체 부분의 표면에 도포하여, 50 내지 100 ℃ 에서 0.5 내지 2 시간, 101 내지 140 ℃ 에서 0.5 내지 2 시간, 및 141 내지 180 ℃ 에서 0.5 내지 2 시간동안 순차적으로 가열 건조하여 형성되는 보호막.
  15. 제 13 항에 있어서, 공극률이 3 내지 30 부피%, 40 ℃ 및 90 % RH 에서 측정된 투습성이 30 내지 500 g/m2·24 h 인 보호막.
  16. 제 13 항 기재의 보호막을 가지는 반도체 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 보호막이 반도체 장치에서 칩을 봉합하는 봉합 물질인 반도체 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 봉합 물질 속의 1 내지 20 ㎛ 직경의 공극은 봉합 물질 속의 0.0032 내지 100 ㎛ 직경의 공극의 전체 부피의 1 내지 100 부피% 를 가지는 반도체 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 봉합 물질이 공극률 3 내지 30 부피%, 40 ℃ 및 90 % RH 에서 측정된 투습성이 30 내지 500 g/m2·24 h 를 가지는 반도체 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 칩은 칩-지지 기판에 탑재되며, 상기 칩-지지 기판은 칩의 단자가 접속된 내측 접속부, 반도체 장치의 외부와의 접속을 위한 외측 접속부, 및 내측 접속부와 외측 접속부를 접속하는 배선부를 포함하는 반도체 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 내측 접속부는 절연성 기재 물질의 한쪽 면에 형성된 배선패턴이며; 외측 접속부는 절연성 기재 물질의 나머지 면에 형성되어, 배선부에의해 배선패턴에 접속된 복수의 전극 부분을 포함하며; 칩은 반도체 소자 접착용 접착제에 의해 배선패턴을 지닌 절연성 기재 물질의 면에 접합되고; 및 칩의 단자와 배선패턴은 금선으로 접속된 반도체 장치.
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