KR100773640B1 - 다이 접착용 페이스트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이 접착용 페이스트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 다이 접착용 페이스트 조성물은, 50 내지 70 중량%의 액상 및 고상 에폭시, 3 내지 10 중량%의 아크릴레이트, 25 내지 40 중량%의 가요제를 포함하여 이루어지며, 상기 다이 접착용 페이스트 조성물은, 그 전체 중량 대비 1 내지 7 %의 UV 개시제를 더 포함하며, 상기 다이 접착용 페이스트 조성물은, 그 전체 중량 대비 5 내지 30 %의 수소화니트릴고무(HNBR)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 수소화니트릴고무(HNBR)가 사용되는 경우, 탄성 모듈러스가 감소되며 내수성 및 산화안정성이 증가되어 접착력이 향상되며, 기계적 강도가 증진되며, 열변형률이 감소될 수 있어 반도체 패키지 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 발현될 수 있다.

다이, 접착, 페이스트, 수소화니트릴 고무, HNBR

Description

다이 접착용 페이스트 조성물{Composition of die-attaching paste}

본 발명은 다이 접착용 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이 접착용 페이스트 조성물 내에 수소화니트릴고무(HNBR)가 적정량 더 포함되도록 함으로써, 탄성 모듈러스를 감소시키고 내수성 및 산화안정성을 증가시킬 수 있는 다이 접착용 페이스트 조성물에 관한 것이다.

반도체 패키지의 한 형태에서, 반도체 다이 또는 칩은 기판에 전기적으로 접속되는 한편 접착제에 의해 기계적으로 접합된다. 기판은 다른 전기적 소자 또는 외부 파워 소스에 연결된다. 제조 공정은 연속적인 일련의 단계로 실행될 수 있고, 그렇지 않으면 기계적 부착을 위해 접착제를 사용하여 기판을 제조한 다음 추후 일정 시간까지 유지시킬 수 있다.

제조 공정이 연속적인 일련의 단계로 실행될 경우, 기판 상에 접착제가 도포되고, 반도체 칩을 접착제와 접촉시키고, 접착제는 열 또는 열과 압력을 가함으로써 경화된다. 적합한 접착제는 무용매 액체 및 페이스트 또는 고체일 수 있다. 액체나 페이스트 형태일 경우, 접착제는 가열에 의해 경화와 함께 응고된다. 접착제를 기판에 도포한 후 제조 공정을 중단하고 최종 조립 공정을 추후 시점까지 보류 해야 할 경우, 접착제는 온전히 보존되기 위해 응고된 형태로 존재해야 한다. 고체 접착제는 블리딩(bleeding)이 최소이거나 전혀 없는 이점 및 본드라인(bondline), 즉 칩과 접착제간 계면(interface)의 두께 및 틸트(tilt)를 양호하게 제어할 수 있는 이점을 제공한다.

일부 반도체 패키지 응용에 있어서, 공정상의 이유에서 페이스트 접착제가 필름 접착제보다 바람직하지만, 고체의 본드라인 및 필렛(fillet) 제어가 요구된다. 그러한 경우에, B-스테이지 가능형(B-stageable) 접착제로 알려진 접착제가 사용될 수 있다. 원료인 접착제 물질이 고체인 경우, 상기 고체는 용매에 분산되거나 용해되어 페이스트를 형성하고, 그 페이스트가 기판에 적용된다. 이어서, 용매를 증발시키기 위해 접착제를 가열하여, 고체 상태로서 경화되지 않은 접착제를 기판에 남긴다. 원료인 접착제 물질이 액체 또는 페이스트인 경우, 접착제는 기판 상에 분배되고, 접착제가 고체 상태로 부분 경화되도록 가열된다.

종래에는 반도체 공정에서 사용되는 다이 접착용 페이스트를 사용하는 경우에는 내습성이 낮고 탄성 모듈러스가 너무 높아 궁극적으로 반도체 패키지 제품의 신뢰성이 낮아지게 되는 원인을 제공하고 있었다.

따라서, 종래의 다이 접착용 페이스트에 발생되는 전술한 여러 문제를 해결할 필요성이 인식되었으며, 관련 분야에서는 종래에 파악된 제문제를 해결하기 위한 노력을 꾸준하게 행하여 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 다이 접착용 페이스트가 갖는 높은 모듈러스를 개선하여 내습성이나 산화안정성이 취약한 점을 보강하고 기계적 강도 및 열변형성에 대한 개선을 이루고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여 다이 접착용 페이스트 조성물을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 다이 접착용 페이스트 조성물은, 50 내지 70 중량%의 액상 및 고상 에폭시, 3 내지 10 중량%의 아크릴레이트, 및 25 내지 40 중량%의 가요제를 포함하여 이루어지되, 상기 다이 접착용 페이스트 조성물은 그 전체 중량 대비 1 내지 7 %의 UV 개시제를 더 포함하며, 상기 다이 접착용 페이스트 조성물은, 그 전체 중량 대비 5 내지 30 %의 수소화니트릴고무(HNBR)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 액상 및 고상 에폭시는, 에폭시 당량이 500 이하인 액상 에폭시와 에폭시 당량이 500 이상인 에폭시 물질이 적정하게 혼합된 에폭시 물질을 의미한다. 본 발명에서는 액상 에폭시와 고상 에폭시의 혼합비율은 중량비로 3:7 내지 7:3의 범위에서 혼합사용하였다. 에폭시 물질은 에폭시 물질로는, 비스페놀A, 비스페놀F, 페녹시, 노볼락, 글리시딜 아민 에폭시 또는 러버 변성 에폭시 등이 있다.

상기 아크릴레이트는, 메틸 또는 에틸 아크릴레이트의 중합체로 모노아크릴레이트계 또는 다이아크릴레이트계가 일반적으로 사용될 수 있다.

상기 가요제로는, 폴리알코올 또는 폴리올이 사용될 수 있으며, 폴리올은 에 틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 등의 알킬렌글리콜계와 수소화비스페놀A, 사이클로헥산디올, 사이클로헥산디메탄올, 카프로락톤디올, 히드록시-알킬화 비스페놀, 폴리에트르글리콜 등의 기타의 글리콜계의 디올이나 트리에틸렌글리콜디올, 카프로락톤트리올, 폴리에테르트리올 등의 트리올이 사용될 수 있다.

상기 UV 개시제는, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone), 알파디메톡시-알파-페닐아세토페논(Alphadimethoxy-alpha-phenylacetophenone), 2-하이드록시-1[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로판온{2-Hydroxy-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2-methyl-1-propanone}, 메틸벤조일포메이트(Methylbenzoylformate), 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드[Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide], 1-하이드록시-시클로헥실-페닐-케톤(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone) 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드[Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide] 중 선택된 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합 물질이 사용될 수 있다.

상기 수소화니트릴고무(HNBR)는 상기 액상 및 고상 에폭시, 아크릴레이트, 및 가요제로 조성되어 준비된 다이 접착용 페이스트 조성물 중량 대비 5 내지 30%의 함량으로 더 포함되면 바람직하다. 이때, 상기 수소화니트릴고무(HNBR)의 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 상기 하한치에 미달하는 경우에는 페이스트의 탄성 모듈러스(E. Modulus)가 증가되어 칩(chip)과 PCB 사이에서 완충제(Compliant layer)로서의 역할을 제대로 수행하지 못하게 되어 반도체 패키지의 신뢰성을 저하 시키며, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 고분자량이 증가하면서 점도가 높아져 페이스트 프린팅 공정이 용이하지 못하게 되어 바람직하지 못하다. 보다 구체적으로는, 페이스트의 점도가 너무 높으면 스퀴지(Squeegee)가 제대로 밀리지 않게 됨은 물론, 메탈 마스크(Metal Mask)의 세척 시간까지 길어지게 되어 공정성이 현저하게 저하될 수 있다. 또한, 페이스트 도포 후, 페이스트 표면 거칠기가 증가하여 외관 기준에 미달하거나 다이 접착시 불량을 초래할 수 있어 바람직하지 못하다.

한편, 상기 수소화니트릴고무(HNBR)은 그 내부에 포함된 아크로니트릴이 상기 수소화니트릴고무(HNBR)의 전체 중량 대비 15 내지 50%이면 바람직하다. 이때, 상기 수소화니트릴고무(HNBR)의 내부에 포함된 아크로니트릴의 함량에 대한 수치 범위를 벗어나는 경우에는 탄성체로서의 성질이 결여되거나 너무 과도한 물성을 발현하여 전술한 바와 같은 문제점이 발생할 수 있다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 구체적인 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에서 종래의 다이 접착용 페이스트 조성물에 더 포함시키는 수소화니트릴고무(HNBR)은 부타디엔과 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 불포화그룹을 수소화시켜 불포화도를 감소시킨 공중합 고무로서, 이를 종래의 다이 접착용 페이스트 조성물에 적량을 포함시키는 경우 페이스트의 모듈러스를 감소시킬 수 있으며 내습 성 및 산화안정성을 증가시켜 반도체 패키지 제품의 신뢰성을 개선을 이루고자 하는 목적에서 사용되는 소재이다.

본 발명에 따르는 다이 접착용 페이스트 조성물의 각 성분을 구성하는 물질을 칭량하여 준비하고, 상기 준비된 재료들을 상온에서 48시간 동안 배합 및 교반하여 균일하게 혼합될 수 있도록 하여 페이스트를 제조한다. 이후, PCB 상에 프린팅한 다음 UV를 조사하여 B-스테이징을 구현한다.

비교예 (1-3) 및 실시예 (1, 2)

먼저, 액상 및 고상의 에폭시계 수로서 비스페놀A계의 액상 에폭시와 노볼락계의 고상 에폭시가 5:5의 중량비로 혼합된 에폭시 물질이 60.5중량%, 다이아크릴레이트 6중량%, 가요제로서 에틸렌글리콜 33.5중량%를 포함하도록 조성물을 준비하였다. 상기 준비된 조성물의 전체 중량 대비 3%의 함량으로 UV개시제인 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone)를 더 포함하도록 하며, 상기 준비된 조성물의 전체 중량 대비 더 포함되는 수소화니트릴고무(HNBR)의 함량은 하기 표 1에 나타내어 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3으로 각각 구분 설정하였다. 이들 각각에 대한 물성 평가 항목으로서, 열팽창계수, 수분흡습성, 점도 및 MRT 평가를 행하여 그 결과를 하기 표 1에 각각 나타내었다.

다이 접착(Die attach)은 PSR(Photo Solder Resist) AUS308용 PCB 에 대해서140℃에서 7kgf의 하중으로 2초간 이루어지도록 하였다. UV 조사(4J/㎠)를 통해 B-스테이징을 구현하였으며, 이때, 큐어링(Curing)은 175℃에서 1시간 동안 진행하였다.

열팽창계수( TMA ) 측정 : 열팽창계수의 측정은 그 온도 범위를 -50℃에서 200℃까지이며, 승온속도는 5℃/min로 하여 측정하였다.

수분흡습성 측정 : 온도 60℃, 상대습도(RH) 60인 조건에서 40시간 동안 방치한 후 측정하였다.

점도 측정 : 브룩필드(Brook Field) 점도계를 이용하여 상온에서 5rpm 조건하에서 측정하였다.

MRT 평가( Moisture Resistance Test )

국제반도체표준협의기구(Joint Electron Device Engineering Council, 이하 'JEDEC'라 약함)의 표준 레벨 Ⅲ(Standard Level Ⅲ, Pb-free Condition)을 통과하는 경우에 합격(○)으로 판정하였으며, 그렇지 않은 경우에는 불합격(×)으로 판정하였다.

구분	비교예 1	비교예 2	실시예 1	실시예 2	비교예 3
수소화니트릴(HNBR)	10	3	10	20	32
열팽창계수(ppm/℃)	65	90	180	250	370
수분흡습성(%)	1.5	1.2	0.7	0.35	0.21
점도(cP)	33,000	35,000	56,000	65,000	87,000 (페이스트인쇄불가)
MRT 평가	×	×	○	○	-

상기 표 1을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예(1-3) 및 실시예(1 및 2)는 수소화니트릴고무(HNBR)의 사용 함량을 기준으로 구분하였으며, 그 사용 함량이 많을수록 열팽창계수 및 점도가 증가함을 알 수 있으며, 이와 반대로 수소화니트릴고무(HNBR)의 사용 함량이 많을수록 수분흡습성이 감소하는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 3에서 알 수 있는 바와 같이 적정 범위를 벗어난 함량으로 수소화니트릴고무(HNBR)가 사용되는 경우에는 비록 다른 물성치의 개선 효과는 인정되지만, 그 점도가 과도하게 되어 페이스트 인쇄가 불가능하여 MRT 평가의 의미는 없다. 구체적으로는, 메탈 마스크 상의 페이스트를 일정한 압력과 스피드로 스퀴지(Squeegee)를 이용하여 PCB 상에 다시 도포(인쇄)하게 되는데 페이스트의 점도가 너무 높으면 스퀴지(Squeegee)가 제대로 밀리지 않음은 물론, 메탈 마스크 세척 시간이 길어지게 됨으로써 공정성이 저하될 수 있다. 또한, 페이스트 도포 후 그 표면 거칠기가 증가하여 외관 기준에 미달되거나 다이 접착시 불량이 발생할 수 있다. 한편, MRT 평가를 통해서 비교예(1, 2)의 경우에는 불합격 판정을 받았으며, 실시예(1, 2)의 경우에는 합격 판정을 받았음을 확인할 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 다이 접착용 페이스트 조성물에 포함되는 수소화니트릴고무(HNBR)와 그 적정 함량에 대한 발명적 효과를 충분하게 확인할 수 있었다.

비교예 (4, 5) 및 실시예 (3)

상기 실시예 1과 동일한 조성 및 함량을 갖는 조성물을 준비하되, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 수소화니트릴고무(HNBR)는 상기 다이 접착용 페이스트 조성물 전체 중량 대비 24 %의 함량으로 더 포함되도록 하였으며, 상기 사용된 수소화니트릴고무(HNBR)에 포함되는 아크릴로니트릴 함량에 변화를 주면서 이를 각각 구분하여 비교예(4, 5) 및 실시예(3)을 구분 설정하였다.

하기 표 2에 대한 평가자료는 하기 표 1의 평가자료를 도출하는 방법과 동일한 방법을 이용하여 각각의 평가 결과물을 나타낸 것이다.

구분		비교예 4	실시예 3	비교예 5
수소화니트릴고무(HNBR)	사용 함량	24	24	24
	아크릴로니트릴 성분의 포함량(중량%)	10	35	55
열팽창계수(ppm/℃)		110	180	220
수분흡습성(%)		0.3	0.7	0.9
점도(cP)		60,000	72,000	95,000 (페이스트 인쇄 불가)
MRT 평가		×	○	-

상기 표 2를 통해서 알 수 있는 바와 같이, 상기 수소화니트릴고무(HNBR)의 적정한 사용 함량과 그 내부에 포함된 아크릴로니트릴 함량도 적정한 범위를 가짐으로써 본 발명이 기대하는 효과를 충분하게 달성할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 종래에 알려진 다이 접착용 페이스트 조성물에 수소화니트릴고무(HNBR)가 더 포함되도록 사용하는 경우, 탄성 모듈러스가 감소되며 내수성 및 산화안정성이 증가되어 접착력이 향상되며, 기계적 강도가 증진되며, 열변형률이 감소될 수 있어 반도체 패키지 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 발현될 수 있다.

Claims (2)

1. 50 내지 70 중량%의 액상 및 고상 에폭시, 3 내지 10 중량%의 아크릴레이트, 및 25 내지 40 중량%의 가요제를 포함하여 이루어진 다이 접착용 페이스트 조성물에 있어서,

   상기 다이 접착용 페이스트 조성물은, 그 전체 중량 대비 1 내지 7 %의 UV 개시제를 더 포함하며,

   상기 다이 접착용 페이스트 조성물은, 그 전체 중량 대비 5 내지 30 %의 수소화니트릴고무(HNBR)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다이 접착용 페이스트 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수소화니트릴고무(HNBR)은 그 내부에 포함된 아크릴로니트릴이 상기 수소화니트릴고무(HNBR)의 전체 중량 대비 15 내지 50%인 것을 특징으로 하는 다이 접착용 페이스트 조성물.