KR100646481B1

KR100646481B1 - 반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착 필름

Info

Publication number: KR100646481B1
Application number: KR1020050051593A
Authority: KR
Inventors: 김재훈; 강병언; 위경태; 신동천; 성태현; 서준모
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-11-14

Abstract

본 발명은 다이 접착제 조성물 및 이를 이용한 다이 접착 필름에 관한 것으로서, 반도체 패키징 공정 중 다이를 기판에 접착하기 위한 접착제 조성물로서, 상기 조성물은 베이스 수지로서 에폭시 수지를 포함하되, 상기 에폭시 수지는 고상 에폭시 수지를 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 50중량% 이상 함유하며, 상기 고상 에폭시 수지는 연화점이 60 ~ 160℃인 고상 에폭시 수지를 고상 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 90중량% 이상 포함한다. 본 발명의 다이 접착제 조성물은 점착력과 접착력이 적절한 범위를 유지함으로써 반도체 패키지 공정 중 다이 접착 불량이 발생하더라도 재작업을 가능하게 해 주므로, 불량다이의 폐기로 인한 손실을 방지할 수 있다.

반도체, 다이, 접착제, 접착필름

Description

반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착 필름{A adhesive composition for semiconducter and a adhesive film using the same}

본 발명은 반도체 패키징 공정에 사용될 수 있는 다이 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착필름에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키징 공정은 웨이퍼를 단위 반도체 칩(또는 다이)로 절단하는 웨이퍼 다이싱(wafer dicing) 공정, 절단된 다이를 리드프레임이나 인쇄회로기판 또는 테이프 배선 기판과 같은 기판 등의 칩 실장 프레임에 부착하는 다이 본딩(die bonding)공정, 칩과 칩 실장 프레임을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩(wire bonding)공정 및 반도체 칩들과 본딩와이어를 봉지하는 에폭시 몰딩(EMC:epoxy molding compound) 공정의 단위공정을 포함한다.

이와 같은 반도체 패키징 공정에서는 반도체 칩과 기판, 리드프레임과 칩, 칩과 칩 등 대응하는 각종 소자 사이를 접착시키는데 다이 접착 필름 또는 접착제가 통상적으로 사용되고 있다. 최근에는 전자, 전기 산업의 발전에 따라 전자기기의 경박단소화 및 고지능이 요구되고 있고, 미세한 회로들 간의 접속 또는 미소부품과 미세회로 사이의 접속에 적용될 수 있도록 보다 정밀하게 제어 가능한 접착제 에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

통상적으로 반도체 패키징 공정에 있어서 다이 접착 필름은 웨이퍼의 배면에 라미네이션되며, 여기에 다시 다이싱 필름이 적층된다. 이러한 공정을 WBL(wafer backside lamination) 공정이라 한다. 이렇게 웨이퍼-다이 부착 접착 필름-다이싱 필름으로 이루어진 적층구조물은 다이싱 공정에 의해 개별 다이 단위로 절단되며, 절단된 다이는 픽업툴에 의해 픽업되어 메인보드와 같은 기판에 접착되어 고정되는 실장 공정이 진행된다. 이 때, 픽업시에는 다이싱 필름은 박리되므로, 결국 픽업되는 것은 다이와 다이 접착 필름에 한정된다.

이러한 다이를 접착하기 위한 접착필름은 다이를 메인보드와 같은 기판 등에 접착하여 고정시켜야 하므로, 접착력이 우수해야 한다.

종래에는 다이 접착 필름의 물성으로서 강력한 접착력이 중요시되어 왔으므로 다이와 기판 간의 접착성은 많은 향상되어 왔다. 그런데, 픽업된 다이를 기판 등에 부착하는 실장 공정 중에서는 기기 오류, 수치입력 오류 등으로 인하여 위치설정이나 제어가 잘못되는 경우에는 픽업된 다이가 올바른 위치에 부착되지 못하는 불량이 발생하는 경우가 빈번하다. 이러한 경우 다이와 기판이 너무 강하게 접착되어 있음으로 인하여 다이를 메인보드로부터 분리하여 올바른 위치에 재접착하는 재작업이 불가능하였다. 따라서, 이러한 패키지 공정 중 접착으로 인한 불량이 발생하는 경우에는 다이 및 기판을 모두 폐기할 수 밖에 없었으므로 경제적으로 손실이 크다는 문제점이 제기되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 일정 수준의 접착력을 유지하면서도 접착 불량 발생시 기판으로부터의 분리가 용이하여 재작업이 가능한 다이 접착제 조성물 및 이를 이용한 다이 접착 필름을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 패키징 공정 중 다이를 기판에 접착하기 위한 접착제 조성물로서, 상기 조성물은 베이스 수지로서 에폭시 수지를 포함하되, 상기 에폭시 수지는 고상 에폭시 수지를 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 50중량% 이상 함유하며, 상기 고상 에폭시 수지는 연화점이 60 ~ 160℃인 고상 에폭시 수지를 고상 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 90중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 재작업성이 향상된 다이 접착제 조성물을 제공한다.

이 때, 상기 접착제 조성물은 60℃에서의 점착력(tackiness)이 70 ~ 350gf/Ø5mm인 것이 바람직하며, 또한 접착력(peel strength)은 경화 전 0.01 ~ 1kgf/cm이고, 경화 후(175℃, 1hr) 0.5kgf/cm 이상인 것이 바람직하다.

이러한 접착제 조성물은 고상 에폭시 수지 50 ~ 60중량부, 액상 에폭시 수지 20 ~ 40 중량부 및 폴리아크릴레이트 1 ~ 20중량부를 포함하는 수지성분 100중량부; 및 상기 수지성분 100중량부에 대하여 유기필러 20 ~ 30 phr; 무기필러 5 ~ 10phr;및 경화제 5 ~ 15 phr;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착필름으로서, 상기 접착필름은 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 어느 일면 또는 양면에 형성된 하나 이 상의 접착층을 구비하되, 상기 접착층은 전술한 접착제 조성물로부터 형성된 다이 접착 필름을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 접착제 조성물에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들은 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착제 조성물과 접착필름에 대한 연구를 거듭하여 오던 중, 베이스 수지 중 적절한 연화점을 갖는 고상 에폭시 수지의 함량을 최적화함으로써 접착력이 우수하면서도 접착불량 발생 시 메인보드와 같은 기판으로부터 용이하게 분리될 수 있어 재작업이 가능한 접착제 조성물 에 대한 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 따른 다이 접착제 조성물은 에폭시 수지를 베이스 수지로 하며, 이 때 에폭시 수지에는 고상 에폭시 수지를 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 50중량% 이상 함유하는데, 이러한 고상 에폭시 수지는 연화점이 60 ~ 160℃인 고상 에폭시 수지를 고상 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 90중량% 이상 포함한다. 이러한 함량과 온도 범위는 접착력이 우수하면서도 재작업성이 용이하다는 상반된 특성을 모두 만족시키기 위한 것이다. 즉, 이러한 고상 에폭시 수지의 함량이 증가할 수록 다이 접착 후 경화 전까지의 강성(rigidity)이 향상되며, 따라서 점착력이 감소됨으로써 접착 불량 발생시 재작업을 가능하게 해 준다.

이러한 본 발명의 다이 접착제 조성물은 60℃에서의 점착력(tackiness)이 70 ~ 350gf/Ø5mm인 것이 바람직하다. 이것은 그 수치가 70gf/Ø5mm 미만인 경우에는 다이점착 불량현상(Die-flying)이 발생할 우려가 있으며, 350gf/Ø5mm를 초과하는 경우에는 점착력이 너무 높아 재작업성이 불가능할 우려가 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 다이 접착제 조성물은 박리강도(peel strength)가 경화 전 0.01 ~ 1kgf/cm이고, 경화 후(175℃, 1hr) 0.5kgf/cm 이상인 것이 바람직하다. 이러한 박리강도는 접착제의 접착력을 나타내는 수치로서, 경화전 박리강도가 0.01kgf/cm 미만이면 130 ~ 160℃의 저온공정에서의 다이본딩시 작업성이 나쁘고 칩이 비산하는 다이 플라잉(die flying) 현상이 발생하며, 1kgf/cm를 초과하면 불량 발생시 재작업이 곤란하기 때문이다. 또한, 경화 후에는 박리강도가 0.5kgf/cm 미만이면 팝콘(pop-corn) 현상이 발생할 우려가 있다.

한편, 본 발명의 다이 접착제 조성물은 고상 에폭시 수지 50 ~ 60중량부, 액상 에폭시 수지 20 ~ 40 중량부 및 폴리아크릴레이트 1 ~ 20중량부를 포함하는 수지성분 100중량부; 및 상기 수지성분 100중량부에 대하여 유기필러 20 ~ 30 phr; 무기필러 5 ~ 10phr;및 경화제 5 ~ 15 phr;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 이러한 함량은 본 발명의 효과를 최적화하기 위한 것으로서, 각각의 성분들은 다이 접착제 조성물에 사용되는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다.

예를 들면, 고상 에폭시 수지로서는 비스페놀A형 페녹시, 비스페놀F형 페녹시, 당량이 400에서 6000범위를 가지는 비스페놀A형 고체 에폭시, 당량이 400에서 6000범위를 가지는 비스페놀F형 고체 에폭시 수지 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 액상 에폭시 수지로서는 비스페놀A형 액체 에폭시 수지, 비스페놀F형 액체 에폭시수지, 3관능성 이상의 다관능성 액체 에폭시 수지, 고무변성 액체 에폭시 수지, 우레탄 변성 액체 에폭시 수지, 아크릴 변성 액 체 에폭시 수지, 감광성 액체 에폭시 수지 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 폴리아크릴레이트는 B-stage를 통하여 재료들간의 가교밀도를 일정량 향상시키는 역할을 하며, 그 종류로서는 Cyclododecane dimethanoic diacrylate, Tripropylene glycol diacrylate 등이 사용될 수 있다. 또한, 유기 필러로서는 CTBN(carboxyl terminated butadiene acrylonitrile rubber), ETBN(epoxy terminated butadiene acrylonitrile rubber), ATBN(amine terminated butadiene acrylonitrile rubber), 코어-쉘 러버(core-shell rubber) 등이 사용될 수 있고, 무기 필러로서는 실리카, 그래파이트(graphite)(흑연), 알루미나(Al2O3), 카본블랙(Carbon black) 등이 사용될 수 있으며, 경화제로서는 아민 경화제 등이 사용될 수 있다.

이 외에도, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 접착제 조성물에 통상적으로 사용되는 성분을 더 포함할 수 있는데, 예를 들면 계면활성제, 염료제 등이 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 본 발명의 다이 접착제 조성물은 웨이퍼 배면 및 다이싱 필름과의 라미네이션 공정에서의 작업 온도가 60 ~ 100℃인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다이 접착 필름에 대해서 설명하기로 한다.

이러한 본 발명의 접착제 조성물은 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착필름의 필름형 접착층을 형성하는데 사용될 수 있는데, 페이스트형 접착제로서의 사용을 배제하는 것은 아니다.

이하 본 발명에 따른 접착필름에 대하여 설명한다.

본 발명의 접착필름은 박리성 필름, 절연성 필름, 박리종이 등 베이스 필름의 적어도 일면에 접착층을 구비하며, 이러한 접착층이 상기 접착제 조성물로부터 형성되어 이루어진 것이다. 본 발명의 접착필름의 접착층은 본 발명의 접착제 조성물로부터 형성된 접착층을 포함하되 이 외에 다른 접착층을 더 포함할 수도 있는 다층구조일 수도 있다. 접착층을 형성하는 접착제 조성물에 대해서는 전술한 바와 같으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기 박리성 필름 및 절연성 필름으로서 이용될 수 있는 필름재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀류, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르케톤, 트리아세틸셀룰로오스 등이 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.

박리성 필름은 이들 재질로 이루어진 필름에 실리콘 등의 이형제로 박리처리한 것이 바람직하게 사용된다.

이러한 접착필름은 당업계에 잘 알려진 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 이들 베이스 필름의 한면 또는 양면에 본 발명의 접착제 조성물을 유기용매에 용해, 분산시켜 접착제 도료로 만든 다음 이것을 도포하고 건조시켜 접착제층을 형성시킨다. 이 때 접착제층의 열압착시의 보이드 억제나 유동성 억제를 위해 반경화 상태로 한다. 접착제층의 건조후의 두께는 3∼200㎛, 바람직하게는 5∼100㎛이다. 이러한 접착필름은 접착층을 보호하기 위하여 필요에 따라 보호필름을 붙이고 사용시에는 벗겨서 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.

실시예 및 비교예

하기 표 1에 나타낸 조성과 함량에 따라 접착제 조성물을 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 용해, 분산시켜 접착제 도료를 만든 다음, 이것을 PET 필름 위에 도포하고 용매를 제거하여 접착층의 두께가 50㎛인 접착필름을 제조하였다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2
고상 에폭시 수지 (wt%)	55	55	40
액상 에폭시 수지 (wt%)	30	30	45
폴리아크릴레이트 (wt%)	15	15	15
유기필러	28 phr	28 phr	28 phr
무기필러	8 phr	8 phr	8 phr
경화제	4 phr	4 phr	4 phr

상기 표 1에서, 실시예 1과 비교예 2에서는 고상 에폭시 수지는 연화점이 66℃인 국도화학사의 YD011(BPA형 에폭시)을 고상 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 99중량% 포함하는 것을 사용하였으며, 액상 에폭시 수지로는 YDF170 (BPF형 에폭시)를 사용하였다. 또한 폴리아크릴레이트로서는 TPGDA(Tripropylene glycol diacrylate)를 사용하였으며, 유기필러로는 Hydronated NBR을, 무기필러로는 실리카를, 경화제로는 아민경화제를 사용하였다.

또한, 비교예 1에서는 고상에폭시 수지 총 중량을 기준으로 연화점이 60 ~ 160℃를 만족하는 고상에폭시가 90중량% 미만 포함하는 것으로서, 국도화학에서 제조한 YD011(연화점 66℃) 30wt%와 YDCN500-1P (연화점 54℃) 70wt% 를 사용하였다.

<물성 평가>

점착력

상기 반경화된 접착필름을 웨이퍼의 배면에 부착시킨 다음 여기에 다이싱 필름을 부착한 다음, 다이싱 필름을 떼어내고 Tac-II(PHESCA Ltd.)을 이용하여 점착력을 측정하였다. constant load와 immersion control 두 모드로 경화전 점착력을 측정하였으며, 각각의 조건은 표 2에 나타낸 바와 같다.

측정모드	Constant load	immersion control
담금속도(immersion speed, mm/min)	120	120
측정 속도(mm/min)	120	120
거리(mm)	1	1
하중(gf)	400
담금 깊이(immersion depth, ㎛)		5
프레스 시간(sec)	5	5

박리강도(90 ^o peel strength)

상기 제조된 접착필름에 대해서 DPS-20R(IMADA Ltd.)을 이용하여 다이 접착후 경화전 시편(시편 1이라 함)과 다이 접착후 175℃에서 1시간 경화 후의 시편(시편 2라 함)에 대하여 각각의 박리강도를 측정하였다. 구체적인 조건은 하기 표 3에 정리하였다. 먼저, PET에 반경화된 상태의 다이 접착 필름들을 Cu-foil상에 접착한 다음, PET를 분리하여 다이접착제 상에 슬라이드글래스를 접착하였다. 그런 다음, 다이를 메인보드에 접착한 후 경화시키지 않은 것과 175℃에서 1시간 경화시킨 것에 대하여 각각 박리강도를 측정하였다.

시편	시편 1	시편 2
유리 크기(cm)	1×2	1×2
다이 접착제 크기(cm)	1×0.5	1×0.5
Cu-foil 크기(cm)	1×2	1×2
접착 온도(℃)/압력(kgf)/시간(s)	160 / 7 / 1	160 / 7 / 1

측정된 점착력과 박리강도를 하기 표 4에 정리하였다.

		실시예 1	비교예 1	비교예 2
점착력 (gf/Ø5mm)	Constant load	255.9±10	59.9±10	380.9±10
점착력 (gf/Ø5mm)	immersion control	250.1±10	57.1±10	372.1±10
박리강도 (kgf/cm)	경화전	0.78±0.1	0.003±0.1	0.005±0.1
박리강도 (kgf/cm)	경화후	0.88±0.1	0.7±0.1	0.6±0.1

표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 경우, 점착력과 박리강도 모두 적정 범위내로 측정되어 접착력을 유지하면서도 재작업성이 향상될 수 있다. 이에 반하여 비교예의 경우에는 이러한 물성을 나타내지 못하고 있음을 알 수 있다.

또한, 실시예와 비교예의 재작업성에 대한 테스트 결과에 따르면, 50개의 샘플에 대하여 5회에 걸친 재작업을 실시하였을 때, 실시예1의 경우 50개 모두 양호한 결과를 나타내었으나, 비교예1과 비교예2는 각각 41개, 39개의 양호한 재작업 결과를 나타내었다. 따라서, 실시예의 경우 비교예에 비하여 뛰어난 재작업성을 보여주고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 다이 접착제 조성물은 점착력과 접착력이 적절한 범위를 유지함으로써 반도체 패키지 공정 중 다이 접착 불량이 발생하더라도 재작업을 가능하게 해 주므로, 불량다이의 폐기로 인한 손실을 방지할 수 있다.

Claims

반도체 패키징 공정 중 다이를 기판에 접착하기 위한 접착제 조성물로서,

고상 에폭시 수지 50 ~ 60중량부, 액상 에폭시 수지 20 ~ 40중량부 및 폴리아크릴레이트 1 ~ 20중량부를 포함하는 수지성분 100중량부; 및

상기 수지성분 100중량부에 대하여

유기필러 20 ~ 30 phr;

무기필러 5 ~ 10 phr;및

경화제 5 ~ 15 phr;를 포함하며,

상기 고상 에폭시 수지는 연화점이 60 ~ 160℃인 고상 에폭시 수지를 고상 에폭시 수지 총 중량을 기준으로 90중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 재작업성이 향상된 반도체용 접착제 조성물.
제1항에 있어서,

상기 접착제 조성물은 60℃에서의 점착력(tackiness)이 70 ~ 350gf/Ø5mm인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착제 조성물.
제1항에 있어서,

상기 접착제 조성물의 박리강도(peel strength)는 경화 전 0.01 ~ 1kgf/cm이고, 경화 후(175℃, 1hr) 0.5kgf/cm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착제 조성물.
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반도체 패키징 공정에 사용되는 접착필름으로서,

상기 접착필름은 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 어느 일면 또는 양면에 형성된 하나 이상의 접착층을 구비하되,

상기 접착층은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 접착제 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는 반도체용 접착 필름.