KR100524858B1 - 전자부품용 접착테이프 제조방법 - Google Patents

전자부품용 접착테이프 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리드, 다이패드, 방열판 등과 같은 반도체 장치의 리드프레임 주변의 부품들간 또는 반도체 칩의 접착에 사용되는 내열성의 전자부품용 접착테이프 제조에 관한 것으로서, 기존의 것에 비해 접착력 등의 전반적 물성과 신뢰성을 향상시키는 것을 발명의 목적으로 한 것이다.
본 발명은 특정의 아크릴 수지, 비스페놀계 에폭시수지, 크레졸노볼락계 에폭시수지, 말레이미드함유 화합물, 무기 또는 유기입자, 방향족디아민계 화합물 및 액상실리콘 수지 등으로 구성된 접착제를 폴리이미드 등의 내열성 필름의 한면 또는 양면에 도포 건조하여 제조하는 것을 특징으로 한 발명으로서, 이와 같이 하여 제조된 접착테이프는 접착력 등의 전반적인 물성과 신뢰성이 우수하기 때문에 전자 부품들간의 접착용으로 사용시 매우 유용하다.

Description

전자부품용 접착테이프 제조방법{METHOD FOR THE PREPARATION OF THE ADHESIVE TAPE FOR THE ELECTRONIC PARTS}
본 발명은 반도체 장치에서 리드, 다이패드, 방열판, 반도체 칩 등과 같은 리드프레임 주변의 부품들간이나 반도체 칩의 접착에 사용할 수 있는 내열성의 전자 부품용 접착테이프에 관한 것이다.
기존의 수지패키지형 반도체 장치에 있어서 사용되는 접착테이프에는, 리드프레임 고정용 접착테이프, 방열판 접착용 테이프, TAB 캐리어 테이프, 엘라스토머 등이 있는데, 리드 프레임 고정용 접착테이프의 경우에 있어서는, 리드 프레임의 리드를 고정하여 리드프레임 자체 및 반도체 조립 공정 전체의 수율 및 생산성 향상을 목적으로 사용되며, 일반적으로 리드프레임 메이커에서 리드프레임 위에 접착되고 반도체 조립업체에서는 이것을 이용하여 반도체 칩을 탑재한 후에 수지로 패키징한다. 리드프레임 고정용 접착테이프는 반도체 수준에서의 일반적인 신뢰성 및 테이핑시의 작업성 등은 물론, 테이핑 후의 접착력 및 반도체 장치의 조립공정에서의 가열에 견딜 수 있는 충분한 내열성을 갖추어야 한다.
이와 같은 용도에 사용되는 기존의 접착테이프로는, 예를 들어 폴리이미드 필름 등의 내열성지지 필름상에, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트 혹은 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 등의 합성 고무계 수지 등에 열경화성수지를 혼합하거나 단독으로 도포한 것이 사용되고 있다. 또한 근래들어 반도체 장치 내부에 있어서도 다핀화 하거나, 방열성의 확보에 대한 요구로 인하여 패키지 구조가 복잡화하고 있으며, 접착테이프의 유기재료에 대해서는 전기적, 물리적, 열적특성이나 취급특성에 대한 요구가 엄격해지고 있는 실정이다.
예를 들면, 수지밀봉형 반도체 장치에서 리드핀의 고정에 있어서는 정밀한 리드를 가진 리드프레임에 종래의 접착테이프를 사용한 경우에 열적특성, 치수안정성, 전기적 신뢰성이 충분치 않으며, 히트싱크와 리드핀을 접착시키거나, 반도체 칩과 리드핀을 절연 테이프로 접합시키는 공정에서는 리드프레임 등의 금속재료를 변형시키거나, 손상시킬 우려가 있어서 그 테이핑 온도나 압력, 경화조건 등을 조정하는 것이 필요하나 종래의 테이프로는 공정조건을 바꾸기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비교적 저온에서 접착, 경화할 수 있고 충분한 내열성, 신뢰성 등을 갖는 전자 부품용 접착테이프를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 내열성 필름의 한면 혹은 양면에 중량평균분자량이 100,000~2,000,000 이며 유리전이온도가 -50℃~150℃ 범위이고 관능기로서 카르복실기, 아민기, 글리시elf기, 술폰기, 알콜기, 아미노기 중 1종류 이상의 관능기를 가진 아크릴수지에 에폭시수지로서 비스페놀A계 에폭시를 아크릴수지 100중량부에 대하여 50~600중량부, 크레졸노볼락에폭시 혹은 페놀노볼락에폭시를 아크릴수지 100중량부에 대하여 10~200중량부 첨가하고, 하기 화학식 1 또는 화학식 2와 같이 한 분자 내에 2개 이상의 말레이미드기를 함유하는 화합물을 아크릴수지 100중량부에 대하여 10~200중량부를 첨가하고, 전기적 특성과 내열특성이 뛰어난 방향족디아민계 화합물을 에폭시수지와 상기 1분자 내에 2개 이상의 말레이미드기를 함유한 화합물을 합한 양 100중량부에 대하여 1~100중량부로 첨가하고, 양말단에 에폭시기를 가진 액상 실리콘수지를 에폭시수지 100중량부에 대하여 0.1~20중량부 첨가하며, 무기 또는 유기성분의 입자를 아크릴수지 100중량부에 대하여 1~50중량부를 첨가하여 제조된 접착제를 도포건조하여 제조하는 것을 특징으로하는 전자부품용 접착테이프 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 사용되는 아크릴수지는 중량평균분자량이 100,000~2,000,000의 분자량을 가지는 것으로, 단량체 조성으로는 아크릴로니트릴 함유율이 10~60중량%, 탄소수가 2~12개인 알킬기를 가진 알킬아크릴레이트가 20~80중량%, 이중결합과 카르복실기, 알콜기, 아민기, 술폰기, 아미노기중 1개 이상의 관능기를 가진 단량체 0.1~20중량%로 구성된다. 이 아크릴수지는 유화중합에 의하여 합성하며, 강알카리를 사용하여 수지를 침전시킨 후에 물을 제거하고 용제에 녹여서 사용한다.
이때 중량 평균 분자량이 100,000보다 작으면 열안정성이 불량해지고 접착력, 내열성이 저하하며, 2,000,000보다 크게 되면 용매에 대한 용해성이 나빠지며 용액제조시에 점도가 증가하여 접착제로 사용하였을 경우에 작업성이 불량해지고 접착성이 저하된다. 또, 아크릴로니트릴 함유율이 10중량% 보다 낮아지면 내열성, 내화학성이 저하되고, 60중량% 보다 높아지면 접착력이 불량해진다. 관능기를 가진 단량체가 0.1중량% 보다 낮아지면 접착력, 내열성이 저하되고 20중량% 보다 크게 되면 용액상태에서의 안정성이 떨어져 작업성이 나빠진다.
에폭시수지의 경우에는 비스페놀A계 에폭시는 아크릴수지 100중량부에 대하여 20~500중량부(보다 바람직하게는 80~200중량부), 크레졸노볼락에폭시 또는 페놀노볼락에폭시는 10~200중량부(좋기로는 40~100중량부)로 구성된 에폭시수지를 사용한다. 이 경우에 있어서, 비스페놀A계 에폭시를 20중량부 미만 사용한 경우는 접착력이 저하되며, 과다하게 사용한 경우는 내열성이 저하된다. 또 크레졸노볼락에폭시 또는 페놀노볼락에폭시가 10중량부 미만일 때는 내열성이 나빠지며, 과다하게 사용되면 접착력이 떨어진다.
1분자내에 2개 이상의 말레이미드기를 함유한 화합물은 아크릴수지 100중량부에 대하여 10~200중량부 첨가하는 것이 바람직한데, 10중량부보다 적은 경우에는 내열성 및 경화후 탄성율 및 기계적 강도가 저하되고, 과다한 경우에는 접착력이 저하된다.
또한 방향족디아민계 화합물의 경우에는 에폭시수지와 비스말레이미드수지 함량에 대하여 적합한 양이 들어가야되며, 부족하거나 과다한 경우는 내용제성, 내열성, 전기저항 등이 저하된다. 전기적 특성과 내열성, 내약품성이 우수한 방향족디아민의 화합물을 사용하고, 경화반응을 촉진하기 위하여 경화촉진제를 사용할 수 있다.
그리고 실리콘수지의 경우에는 실리콘성분을 첨가하여 접착제내에 화학결합을 시켜줌으로써 접착제의 내열성, 내흡습성, 전기절연성이 향상되어 테이프의 내구성, 신뢰성을 부여한다. 이때 과다하게 첨가되는 경우 접착력이 저하된다.
무기 또는 유기성분의 입자의 경우에는 아크릴수지 100중량부에 대하여 1~50중량부 첨가하는 것이 좋으며, 이보다 부족한 경우에는 접착성이 과다하여 작업성이 저하되며 기계적 강도 및 탄성율이 저하되고, 과다한 경우에는 접착력이 떨어진다. 이때 사용할 수 있는 무기충전제로는 분말상의 아크릴수지, 폴리아마이드수지 및 실리콘 등이 있다.
이상과 같은 조성으로 준비된 접착제는 점도가 100~2000cps(보다 좋기로는 300~1000cps)가 되도록 용제에 용해하여 사용한다.
이 접착제를 내열성 필름 위에 건조후의 두께가 10~50㎛이 되도록 도포하고 80~120℃에서 1~20분 동안 건조한 후 박리성 필름을 붙이고 80~120℃에서 5~30분 동안 반경화시키는 과정을 거쳐 원하는 내열성 접착테이프를 얻는다.
이때 사용될 수 있는 내열성 필름으로는, 예를 들면, 폴리이미드, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 내열성 수지 필름 등이 사용될 수 있으나, 그중에서도 특히 폴리이미드 수지 필름이 바람직하다.
내열성 필름의 두께는 5~100㎛(보다 바람직하게는 25~150㎛)의 것이 사용되며, 사용 가능한 박리성 필름으로는 폴리프로필렌 필름, 불소 수지계 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 종이 및 경우에 따라 이들에 실리콘 수지로 박리성을 부여한 필름을 사용할 수 있다.
이하에서 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
아크릴로니트릴 32중량부, 부틸아크릴레이트 63중량부, 메타아크릴산 5중량부를 증류수, 유화제와 함께 혼합하여 단량체 혼합액을 만든다. 중합개시제로서 KPS를 증류수에 녹여서 70℃까지 온도를 상승시킨다. 이 수용액을 교반하면서 미리 준비한 단량체 혼합액을 3.5시간동안 적하시키고 그 후에 다시 70℃에서 4.5시간동안 숙성반응을 진행한다. 반응을 마치고 온도를 상온으로 냉각시킨후에 10% NaOH 용액을 투입하여 수지를 침전시킨다. 침전된 수지를 걸른 후에 3~4회 수세한 뒤에 진공오븐에서 60℃로 건조한다. 이와 같이 하여 얻어진 아크릴수지의 중량평균분자량은 1,000,000이었다.
상기 아크릴수지 100중량부를 메틸에틸케톤에 녹여 고형분이 15중량%인 용액을 제조한 후, 비스페놀A계 에폭시(에폭시 당량 400) 100중량부, 크레졸노볼락에폭시(에폭시 당량 200)50중량부, N, N'-(4,4'-디페닐메탄)비스말레이미드 25중량부, 평균입자크기가 2.0㎛인 산화아연 6중량부를 첨가하고, 메틸에틸케톤과 톨루엔 용제를 이용하여 용액의 점도가 800~1000cps인 접착제를 제조하였다.
이 접착제를 이용하여 두께가 50㎛인 폴리이미드 필름(상품명 : KAPTON, 듀퐁사 제조)위에 건조후의 두께가 20㎛이 되도록 도포하고, 건조(120℃, 5분)한후, 두께가 38㎛ 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 라미네이트하여 접착테이프를 제조하였다.
<실시예 2>
아크릴로니트릴 30중량부, 부틸아크릴레이트 65중량부, 글리시딜아크릴레이트 5중량부를 증류수, 유화제와 함께 혼합하여 단량체 혼합액을 만든다. 중합개시제로서 KPS를 증류수에 녹여서 70℃까지 온도를 상승시킨다. 이 수용액을 교반하면서 미리 준비한 단량체 혼합액을 3.5시간 동안 적하시키고 그 후에 다시 70℃에서 4.5시간 동안 숙성반응을 진행한다. 반응을 마치고 온도를 상온으로 냉각시킨후에 10% NaOH 용액을 투입하여 수지를 침전시킨다. 침전된 수지를 걸른 후에 3~4회 수세한 뒤에 진공오븐에서 60℃로 건조한다. 이와 같이 하여 얻어진 아크릴수지의 중량 평균 분자량은 1,200,000 이었다.
상기의 아크릴수지 100중량부에 비스페놀A계 에폭시 200중량부, 크레졸노볼락에폭시 100중량부, N, N'-(4, 4'-디페닐메탄)비스말레이미드 50중량부, 디아미노디페닐메탄 50중량부, 에폭시를 가진 액상 실리콘수지 2중량부, 평균입자크기가 2.0㎛인 산화아연 6중량부를 첨가하여 실시예 1과 같이 메틸에틸케톤과 톨루엔 용제를 이용하여 용액의 점도가 800~1000cps인 접착제를 제조한 다음 이 접착제를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착테이프를 제조하였다.
<실시예 3>
아크릴로니트릴 40중량부, 부틸아크릴레이트 52중량부, 글리시딜아크릴레이트 5중량부, 하이드록시에틸메타아크릴레이트 3중량부를 증류수, 유화제와 함께 혼합하여 단량체 혼합액을 만든다. 중합개시제로서 KPS를 증류수에 녹여서 70℃까지 온도를 상승시킨다. 이 수용액을 교반하면서 미리 준비한 단량체 혼합액을 3.5시간 동안 적하시키고 그 후에 다시 70℃에서 4.5시간 동안 숙성반응을 진행한다. 침전된 수지를 걸른 후에 3~4회 수세한 후에 진공오븐에서 60℃로 건조한다. 이와 같이 하여 얻어진 아크릴수지의 중량 평균 분자량은 900,000 이었다.
상기의 아크릴수지 100중량부에 비스페놀A계 에폭시 200중량부, 크레졸노볼락에폭시 100중량부, N, N'-(4, 4'-디페닐메탄)비스말레이미드 50중량부, 디아미노디페닐메탄 50중량부, 에폭시기를 가진 액상 실리콘수지 2중량부, 평균입자크기가 2.0㎛인 산화아연 6중량부를 첨가하여 실시예 1과 같이 메틸에틸케톤과 톨루엔 용제를 이용하여 용액의 점도가 800~1000cps인 접착제를 제조 후 이 접착제를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착테이프를 제조하였다.
<비교예 4>
아크릴로니트릴 30중량부, 부틸아크릴레이트 65중량부, 메타아크릴산 5중량부를 증류수, 유화제와 함께 혼합하여 단량체 혼합액을 만든다. 중합개시제로서 KPS를 증류수에 녹여서 60℃까지 온도를 상승시킨다. 이 수용액을 교반하면서 미리 준비한 단량체 혼합액을 4.5시간 동안 적하시키고 그 후에 다시 70℃에서 4.5시간 동안 숙성반응을 진행한다. 반응을 마치고 온도를 상온으로 냉각시킨후에 10% NaOH 용액을 투입하여 수지를 침전시킨다. 침전된 수지를 걸른 후에 3~4회 수세한 후에 진공오븐에서 60℃로 건조한다. 이와 같이 하여 얻어진 아크릴수지의 중량 평균 분자량은 1,200,000 이었다.
상기 아크릴수지 100중량부에 비스페놀A계 에폭시 300중량부, 디아미노디페닐메탄 50중량부, 에폭시기를 가진 액상 실리콘수지 2중량부, 평균입자크기가 2.0㎛인 산화아연 6중량부를 첨가하여 실시예 1과 같이 메틸에틸케톤과 톨루엔 용제를 이용하여 용액의 점도가 800~1000cps인 접착제를 제조 후 이 접착제를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착테이프를 제조하였다.
<비교예 5>
아크릴로니트릴 30중량부, 부틸아크릴레이트 60중량부, 메타아크릴산 5중량부, 하이드록시에틸메타아크릴레이트 5중량부를 증류수, 유화제와 함께 혼합하여 단량체 혼합액을 만든다. 중합개시제로서 KPS를 증류수에 녹여서 60℃까지 온도를 상승시킨다. 이 수용액을 교반하면서 미리 준비한 단량체 혼합액을 4.5시간 동안 적하시키고 그 후에 다시 70℃에서 4.5시간 동안 숙성반응을 진행한다. 반응을 마치고 온도를 상온으로 냉각시킨후에 10% NaOH 용액을 투입하여 수지를 침전시킨다. 침전된 수지를 걸른 후에 3~4회 수세한 후에 진공오븐에서 60℃로 건조한다. 이와 같이 하여 얻어진 아크릴수지의 중량 평균 분자량은 1200,000 이었다.
상기 아크릴수지 100중량부에 비스페놀A계 에폭시 200중량부, 크레졸노볼락에폭시 100중량부, N, N'-(4, 4'-디페닐메탄)비스말레이미드 50중량부, 디아미노디페닐메탄 50중량부, 평균입자크기가 2.0㎛인 산화아연 6중량부를 첨가하여 실시예 1과 같이 메틸에틸케톤과 톨루엔 용제를 이용하여 용액의 점도가 800~1000cps인 접착제를 제조 후 이 접착제를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착테이프를 제조하였다.
<비교예 6>
아크릴로니트릴 40중량부, 부틸아크릴레이트 60중량부를 증류수, 유화제와 함께 혼합하여 단량체 혼합액을 만든다. 중합개시제로서 KPS를 증류수에 녹여서 70℃까지 온도를 상승시킨다. 이 수용액을 교반하면서 미리 준비한 단량체 혼합액을 3.5시간 동안 적하시키고 그 후에 다시 70℃에서 4.5시간 동안 숙성반응을 진행한다. 반응을 마치고 온도를 상온으로 냉각시킨후에 10% NaOH 용액을 투입하여 수지를 침전시킨다. 침전된 수지를 걸른 후에 3~4회 수세한 후에 진공오븐에서 60℃로 건조한다. 이와 같이 하여 얻어진 아크릴수지의 중량 평균 분자량은 1,000,000 이었다.
상기 아크릴수지 100중량부에 비스페놀A계 에폭시 50중량부, 크레졸노볼락에폭시 20중량부, N, N'-(4, 4'-디페닐메탄)비스말레이미드 50중량부, 디아미노디페닐메탄 50중량부, 에폭시기를 가진 액상 실리콘수지 2중량부, 평균입자크기가 2.0㎛인 산화아연 6중량부를 첨가하여 실시예 1과 같이 메틸에틸케톤과 톨루엔 용제를 이용하여 용액의 점도가 800~1000cps인 접착제를 제조 후 이 접착제를 이용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착테이프를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 접착테이프의 특성은 다음의 방법으로 평가하여 표 1에 나타내었다.
접착력
15O℃로 유지되고 있는 열판 위에 동박을 얹어 놓고, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 테이프를 5㎏/㎤의 압력으로 0.5초간 압착한 후, 175℃ 열풍오븐에서 1시간동안 경화시킨 후 인장강도시험기를 이용하여 T ·PEEL 강도를 측정.
열분해온도
듀퐁사 V4. 1C 2200 모델 TGA로 측정하여 질량이 5% 감소한 온도를 열분해 온도로 함.
아웃가스
건조기에서 170℃ 1시간 동안 보관한 뒤 무게변화 측정.
흡습율
23℃ 물에 24시간 동안 담근 후 무게변화 측정.
탄성률
170℃에서 5시간 동안 경화한 후의 인장강도시험기를 이용하여 탄성률을 측정.
평가항목 접착력 열분해온도 아웃가스 흡습율 탄성률
단위 (g/㎝) (℃) (%) (%) (㎏/㎟)
실시예 1 760 370 0.6 1.5 4.120
실시예 2 740 395 0.6 1.5 4.570
실시예 3 920 395 0.7 1.7 4.990
비교예 4 730 340 1.1 1.6 3.650
비교예 5 810 390 0.6 2.5 4.360
비교예 6 250 395 0.6 1.7 4.860
상기 실시예 및 비교예를 분석해 보면 본 발명에 따른 실시예들의 경우에는 접착력을 비롯한 전반적인 물성이 우수한 반면에, 비교예들의 경우에는 비교예 4의 경우는 특히 아웃가스의 발생이나 탄성율이 떨어지고 비교예 5의 경우는 흡습율이 높고 비교예 6이 경우에는 접착력이 떨어지는 등의 문제점이 존재하는데, 이와 같이 본 발명에 의해 제조된 접착테이프는 제반 성능들이 고루 우수하여 전자부품들간의 접착에 사용시 특히 유용하다.

Claims (1)

  1. 중량평균분자량이 100,000~2,000,000이고 아크릴로니트릴 10~60중량%와 탄소수가 2~12개인 알킬기를 가진 알킬아크릴레이트 20~80중량% 및 이중결합과 카르복실기, 알콜기, 아민기, 술폰기, 아미노기 중에서 선택되는 1개 이상의 관능기를 지닌 단량체 0.1~20중량%로 구성된 아크릴수지 100중량부, 비스페놀A계 에폭시수지 20~500중량부, 크레졸노볼락에폭시 또는 페놀노볼락에폭시수지 10~200중량부, 한분자내에 2개 이상의 말레이미드기가 함유된 화합물 10~200중량부, 무기 또는 유기성분의 입자 1~50중량부와 그 외에 상기 에폭시수지와 상기 말레이미드기가 함유된 화합물을 합한 양 100중량부에 대하여 0.1~20중량부의 방향족디아민계 화합물, 상기 에폭시수지 100 중량부에 대하여 0.1~20중량부의 양말단에 에폭시기를 가진 액상실리콘수지로 구성된 접착제를 내열성 필름의 한면 또는 양면에 도포 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 전자부품용 접착테이프 제조방법.
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