KR101103406B1 - 반도체 패키징용 고내열 접착테이프 - Google Patents

반도체 패키징용 고내열 접착테이프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 패키징용 고내열 접착테이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기재필름과 보호필름 사이에 적어도 한 층 이상의 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층을 포함하여 도막의 내열성 및 도막밀도를 증가시켜 발포성 보이드 생성을 억제하여 신뢰도가 우수한 반도체 패키징용 고내열 접착테이프에 관한 것이다.
접착테이프, 폴리이소이미드, 고내열 접착층, 반도체 패키징

Description

반도체 패키징용 고내열 접착테이프 {HIGH-TEMPERATURE ADHESIVE TAPE FOR SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은 반도체 패키징용 고내열 접착테이프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기재필름과 보호필름 사이에 적어도 한 층 이상의 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층을 포함하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프에 관한 것이다.
근래의 전자기계 및 도구(전자 장치)의 소형화, 박형화에 따라서 반도체소자의 더 나은 고밀도 실장기술의 확립이 요구되고 있다. 반도체장치의 실장방법으로서 종래부터 이용되고 있는 리드 프레임을 이용한 방법으로는 이와 같은 고밀도 실장의 요구에는 따를 수 없었다. 이에, 반도체소자의 크기와 거의 같은 사이즈의 반도체장치를 실장하는 방법으로서 플립 칩(flip-chip) 실장이 제안되고 있다. 플립 칩 실장은, 근래의 전자기기의 소형화, 고밀도화에 대해서 반도체소자를 최소의 면적으로 실장할 수 있는 방법으로서 주목받아 왔다. 이 플립 칩 실장에 사용되는 반도체소자의 알루미늄 전극 상에는 범프가 형성되어 있고, 범프는 회로기판 상에서 배선과 전기적으로 접합한다. 이러한 범프의 조성으로서는 주로 땜납이 사용되고, 이 땜납범프는 증착이나 도금으로 칩의 내부배선에 연결되는 노출된 알루미늄 단자 상에 형성한다. 그 밖에 배선접합장치에서 형성되는 금 스터드(stud) 범프 등이 있다.
이러한 플립 칩에 의해 접속된 반도체장치는 그대로 사용되면 접속부의 전극이 공기중에 노출되어 있고, 칩과 기판의 색팽창계수의 차가 크기 때문에 땜납 리플로우 등의 후속공정의 열 이력에 의해 범프의 접속부분에 큰 응력이 걸려, 실장의 신뢰성에 문제가 있었다.
이 문제를 해결하기 위해, 범프와 기판을 접속한 후 접합부분의 신뢰성을 향상시키기 위해서, 반도체소자와 기판의 빈틈을 수지 페이스트 또는 접착필름으로 메우고 경화시켜, 반도체소자와 기판을 고정하는 방법이 채택되어 있다.
위와 같은 반도체 실장 기술에서 반도체 소자와 기판의 접착 또는 소자와 소자간의 접착에 사용되는 다이 어태치 필름이 제안되었고, 다이싱 공정으로부터 다이본딩 공정까지 사용할 수 있도록 점착(removable adhesive)과 접착(adhesion)테이프의 기능을 갖는 복층 또는 단층의 테이프가 제안되어 있다. 다이싱용 점착층과 칩을 고정하는 접착층의 기능을 동시에 갖는 테이프의 등장으로, 다이싱부터 패키징까지의 공정이 단순화되었고, 일반적으로 사용하는 기술이 되었다.
종래의 다이본딩용 접착제 필름층은 내열성 및 내습성을 가지며 발생하는 휘발분을 억제하는 접착필름으로서, 내열성이 상대적으로 높은 에폭시 및 페놀을 적용하여 휘발분의 발생을 억제하는 접착필름이 소개되어 있다. 에폭시 및 페놀 조성 물은 일반 멀티칩 패키징(multi-chip packaging)용 다이 어태치 필름(die attach film)의 다이본딩(die bonding) 공정조건인 100~120℃의 온도에서 신뢰성 및 안정성을 구현하여 반도체 패키지용 절연성 접착제 필름 조성물로 사용되고 있다.
그러나, 최근 새롭게 제안되고 있는 TSV(throung silicon via) 패키징용 비전도성 필름(non conductive film, NCF)의 다이본딩 조건은 250℃ 이상이므로, 기존 공정온도에서 안정하게 사용되던 접착제 조성물인 에폭시 및 페놀 화합물이 열분해되어 메틸렌비스페놀 등과 같은 저분자물질을 배출하고, 이러한 저분자 물질들이 기체 상태로 반도체 패키지 내부의 발포성 보이드를 형성함으로써, 접착된 부분의 파손, 칩의 손상 등 반도체 신뢰도에 악영향을 주는 문제가 발생하였다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 도막의 내열성 및 도막밀도를 증가시켜 발포성 보이드 생성을 억제하여 신뢰도가 우수한 반도체 패키징용 고내열 접착테이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 25~350℃의 승온과정에서 발생되는 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5% 이하이고, 열팽창계수(C.T.E.)가 150㎛/m℃ 이하인 고내열 접착층을 포함하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기재필름과 보호필름 사이에 하나 이상의 접착제층을 포함하여 형성되는 반도체 패키징용 접착테이프에 있어서, 상기 접착제층 중 적어도 한 층이 폴리이소이미드(polyisoimide)를 포함하는 고내열 접착층인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착 테이프를 제공한다.
상기 폴리이소이미드는 아민기를 포함한 다이아민과 다이안하이드라이드의 개환중합에 의해 합성된 폴리이미드(polyimide)의 전구체인 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 반도체 패키징용 접착 테이프는 기재필름, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층 및 보호필름 순서로 적층되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반도체 패키징용 접착 테이프는 기재필름, 광경화 점착층, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층, 보호필름 순서로 적층되는 것이 바람직하다.
뿐만 아니라, 상기 반도체 패키징용 접착 테이프는 기재필름, 광경화 점착층, 절연 접착층, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층 및 보호필름 순서로 적층되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 패키징용 고내열 접착테이프는 기재필름과 보호필름 사이에 적어도 한 층 이상의 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층을 포함하여 도막의 내열성 및 도막밀도를 증가시켜 발포성 보이드 생성을 억제할 수 있어 반도체 패키지의 신뢰도를 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 반도체 패키징용 고내열 접착테이프는 기재필름과 보호필름 사이에 하나 이상의 접착제층을 포함하여 형성되는 반도체 패키징용 접착테이프에 있어서, 상기 접착제층 중 적어도 한 층이 폴리이소이미드(polyisoimide)를 포함하는 고내열 접착층인 것을 특징으로 한다.
상기 폴리이소이미드(polyisoimide)는 아민기를 포함한 다이아민과 다이안하이드라이드의 개환중합에 의해 합성된 폴리이미드(polyimide)의 전구체인 것이 바람직하다.
상기 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층은 25~350℃의 승온과정에서 발생되는 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5% 이하 수준으로 내열성이 뛰어나 발포성 보이드의 원인물질인 열분해물이 거의 발생하지 않으며, 열팽창계수가 최대 150㎛/m℃ 이하로 도막의 열팽창계수가 낮아 경화공정시 도막의 유동이 거의 없어 절연 접착층에서 발생되는 마이크로 사이즈의 미세한 발포성 보이드가 유동에 의해 매크로 사이즈로 합쳐지는 것을 억제하여 발포성 보이드의 발현을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 고내열 접착층의 두께는 1 내지 5㎛인 것이 좋다.
상기와 같은 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층을 기재필름과 보호필름 사이에 적어도 한 층 이상 포함하는 본 발명의 반도체 패키징용 고내열 접착테 이프는 기재필름, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층 및 보호필름 순서로 적층되거나, 기재필름, 광경화 점착층, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층 및 보호필름 순서로 적층되거나, 또는 기재필름, 광경화 점착층, 절연 접착층, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층 및 보호필름 순서로 적층될 수 있다.
이하, 본 발명의 반도체 패키지용 고내열 접착테이프의 일실시예들을 도 1 및 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지용 고내열 접착테이프의 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)는 기재필름(1), 광경화 점착층(2), 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층(3), 절연 접착층(4) 및 보호필름(5)으로 이루어진다.
본 발명의 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)를 구성하는 상기 기재필름(1)은 당업계에서 사용되는 이면연삭공정(back grinding) 공정시 사용되던 테이프의 기재필름이면 그 종류가 제한되지 않는다. 예를 들어, 플라스틱 필름이 사용될 수 있으며, 그 중 익스팬딩(expanding)이 가능한 열가소성의 플라스틱 필름을 사용하는 것이 좋다. 이면연삭공정 중 발생하는 물리적 충격을 웨이퍼가 받으면 크랙이 발생하거나 깨져서 회로 설계된 웨이퍼가 손상받는다. 따라서 기재필름이 열가소성 및 익스팬딩이 가능한 필름이어야 한다는 의미는 그라인딩 공정에 의한 물리적 충격을 필름이 흡수하여 충격을 완화시킴으로 인해 웨이퍼를 보호해야 한다는 것이다.
또한 상기 기재필름(1)은 익스팬딩이 가능해야 할 뿐만 아니라 자외선 투과성인 것이 바람직하고, 특히 광경화 점착층(2)이 자외선(UV) 경화형 점착 조성물이므로 점착 조성물이 경화 가능한 파장의 자외선에 대해서 투과성이 우수한 필름인 것이 바람직하다. 따라서, 기재필름(1)에는 자외선 흡수제 등이 포함되어서는 안된다.
또한, 상기 기재필름(1)은 화학적으로 안정한 것이어야 한다. 이면연삭공정시 물리적 충격도 크지만 최종적으로 CMP 슬러리에 의해 폴리싱이 진행되므로 이에 접하는 기재필름(1)은 화학적으로 안정한 것이어야 한다.
따라서, 상기 기재필름(1)은 일반적으로 폴리머 형태, 특히 화학적으로 안정한 폴리 올레핀계 고분자를 사용하는 것이 좋다. 상기 기재필름(1)으로 사용할 수 있는 구체적인 예로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌/프로필렌 공중합체, 폴리부텐-1, 에틸렌/초산비닐 공중합체, 폴리에틸렌/스타이렌 부타디엔 고무의 혼합물, 폴리비닐클로라이드 필름 등의 폴리올레핀계 필름 등이 주로 사용될 수 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리(메틸메타크릴레이트)등의 플라스틱이나 폴리우레탄, 폴리아미드-폴리올 공중합체 등의 열가소성 엘라스토머 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 기재필름(1)은 주로 폴리올레핀 칩을 블렌딩하여 용융시켜 압출 방식으로 필름을 형성할 수도 있고, 블로잉 방식으로도 필름을 형성 할 수도 있다. 블렌딩하는 칩의 종류에 따라 형성되는 필름의 내열성 및 기계적 물성이 결정된다. 또한 상기 제조되는 기재필름(1)은 기재필름(1) 상부에 적층되는 광경화 점착층(1) 과의 접착력을 증가시키기 위하여 표면 개질을 실시할 수도 있다.
상기 기재필름(1)의 두께는 작업성, 자외선 투과성 등의 측면에서 통상 30~300㎛가 바람직하다. 그 두께가 30㎛ 미만일 경우에는 자외선 조사 시 발생하는 열에 의해 쉽게 필름의 변형이 일어나고, 백그라인딩시 발생하는 물리적 충격을 충분히 완화해주지 못하며, 300㎛를 초과할 경우에는 설비상 완제품 한 롤의 길이가 두께 대비 길지 않아 롤 교체 시간의 증가로 비용 측면에서 바람직하지 않다. 특히, 상기 기재필름(1)은 범프가 형성된 요철이 심한 웨이퍼 표면을 충진하기 위해서는 그 두께가 50~200㎛인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)를 구성하는 상기 광경화 점착층(2)은 상기 기재필름(1)의 상부에 적층된다.
상기 광경화 점착층(2)은 특별한 제한은 없으나, 자외선 조사 전에는 강한 택(Tack)으로 상부의 고내열 접착층(3), 절연 접착층(4) 및 웨이퍼를 강하게 지지하여 백그라인딩 공정 시 흔들리거나 움직여 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수 있고, 각 층의 계면으로 CMP 등의 화학 물질이 침투하는 것을 방지하며, 자외선 조사 후에는 점착층이 가교 반응에 의해 도막 응집력이 증가하고 수축하여 상부의 고내열 접착층(3)과의 계면에서 접착력이 현저히 감소함으로써 릴(reel) 형태의 접착 테이프에 의해 고내열 접착층(3)과 절연 접착층(4)이 부착된 웨이퍼로부터 광경화 점착층(2)과 기재필름(1)이 쉽게 박리되는 것이면 어느 것이나 가능하다.
구체적으로, 상기 광경화 점착층(2)은 점착 바인더, 열경화제 및 광개시제를 포함하며, 필요에 따라 그 외의 첨가제가 포함될 수 있다.
상기 점착 바인더는 점착 성분인 고분자 바인더 측쇄에 탄소-탄소 이중결합을 가지는 저분자 물질을 화학적 반응에 의해 도입하여 한 분자처럼 거동하도록 한 형태의 내재형 점착 바인더를 사용하는 것이 좋다.
상기 점착 바인더는 분자량이 100,000~1,000,000인 것이 바람직하며, 공중합한 고분자 바인더 측쇄에 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 저분자 물질(예를 들어, 이소시아네이트기가 말단에 도입된 저분자 물질)을 우레탄 반응으로 부가 반응시켜 제조할 수 있다. 상기 점착 바인더에 적용 가능한 점착 수지로는 아크릴계, 폴리에스테르계, 우레탄계, 실리콘계, 천연고무계 등의 여러 가지 수지가 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 응집력이 좋고 내열성이 우수하며 반응에 의해 측쇄에 관능기 또는 저분자 물질을 도입하기 용이한 아크릴계 점착 바인더를 사용한다.
상기 열경화제는 점착 바인더의 측쇄에 도입된 관능기와 반응하여 경화할 수 있는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다. 구체적으로, 점착 바인더의 측쇄에 도입된 관능기가 카르복실계인 경우에는 에폭시계 경화제를 사용하는 것이 좋고, 측쇄에 도입된 관능기가 히드록실계이면 이소시아네이트 경화제를 사용하는 것이 좋다. 이 외에도 멜라민계 경화제 등을 사용할 수 있으며, 에폭시계, 이소시아네이트계, 멜라민계 등을 2성분 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 열경화제는 광경화 점착층(2)에 점착 바인더 100중량부에 대하여 0.01 내지 15중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.01 중량부 미만일 경우에는 가교 반응이 나타나지 않아 기재필름에의 부착력이 불량해 코팅 후 도막층의 탈리가 일어날 수 있고, 15 중량부를 초과할 경우에는 과도한 가교 반응으로 자외선 조사 전 택(tack)을 소실하여 링프레임의 부착력이 나빠져 익스팬딩시 링프레임에서 다이싱 다이본딩 필름 및 웨이퍼의 탈착이 일어날 수 있다.
상기 광개시제는 케톤계, 아세톤페논계 등 자외선에 의해 분자 사슬이 끊겨 라디칼을 생성할 수 있는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다. 상기 광개시제를 첨가하게 되면 광경화 점착층(2) 성분 중 점착 바인더 측쇄의 탄소-탄소 이중결합이 라디칼에 의해 가교반응하고, 이 가교반응에 의해 광경화 점착층(2)의 유리전이온도가 상승해 광경화 점착층(2)은 택(tack)을 소실하게 된다. 이렇게 택을 소실하게 되면 상부의 고내열 접착층(3)으로부터 박리하는데 힘이 작게 소요된다.
상기 광개시제는 광경화 점착층(2)에 점착 바인더 100중량부에 대하여 0.01 내지 3중량부 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 0.01중량부 미만일 경우에는 자외선 조사에 의해 라디칼 생성 효율이 떨어져 자외선 조사 후 광경화 점착층(2)과 고내열 접착층(3) 계면 사이에서 충분한 접착력의 감소를 가져오지 못한다. 따라서 칩 크기에 관계 없이 원하는 픽업 성능을 가져오지 못한다. 또한 광개시제의 함량이 5 중량부를 초과할 경우에는 자외선 조사 효율은 더 이상 증가하지 않으면서 미반응 개시제의 고내열 접착층(3)으로의 전이가 발생하여 접착층의 패키징 내의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 광경화 점착층(2)은 상기 성분 이외에 당업계에서 통상적으로 사용하는 유/무기필러, 경화촉진제, 희석제 등의 성분을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 광경화 점착층(2)은 기재필름(1) 상에 직접 코팅하여 형성할 수 도 있고, 이형필름 등에 코팅한 후에 건조 완료 후 전사방식에 의해 전사시켜 형성할 수도 있다. 또한, 상기 코팅방법으로는 바 코팅, 그라비아 코팅, 콤마 코팅, 리버스 롤 코팅, 어플리케이터 코팅, 스프레이 코팅 등 도막을 형성시킬 수 있는 방식이면 어떤 방식이든 제한이 없다.
본 발명의 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)를 구성하는 상기 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층(3)은 상기 광경화 점착층(2)의 상부에 적층된다. 상기 고내열 접착층(3)은 최종적으로 칩 상하 간을 부착시키는 접착제로 사용되므로 반도체 패키징 수준의 신뢰성을 만족하기 위한 물성을 가져야 하는 동시에 패키징을 하기 위한 공정성도 양호한 형태이어야 한다.
상기 고내열 접착층(3)은 칩 본딩(chip bonding) 조건인 250~350℃ 조건에서 발포성 보이드가 발생하지 않으며, 반도체 패키징 수준의 신뢰성을 만족하면서 칩 상하 간 접착력을 유지하는 것이면 어느 것이든 사용 가능하다.
구체적으로, 상기 고내열 접착층(3)는 아민기를 포함한 다이아민과 다이안하이드라이드의 개환중합에 의해 합성된 폴리이미드(polyimide)의 전구체인 폴리이소이미드(polyisoimide)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층(3)은 25~350℃의 승온과정에서 발생되는 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5% 이하 수준으로 내열성이 뛰어나 발포성 보이드의 원인물질인 열분해물이 거의 발생하지 않으며, 열팽창계수가 최대 150㎛/m℃ 이하로 도막의 열팽창계수가 낮아 경화공정시 도막의 유동이 거의 없어 절연 접착층에서 발생되는 마이크로 사이즈의 미세한 발포성 보이드가 유 동에 의해 매크로 사이즈로 합쳐지는 것을 억제하여 발포성 보이드의 발현을 효과적으로 억제할 수 있다. 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5%를 초과할 경우에는 중량손실분의 열분해물에 의한 매크로 사이즈의 발포성 보이드가 발생하며, 열팽창계수가 150㎛/m℃를 초과할 경우에는 경화공정시 도막의 유동성이 커져 마이크로 사이즈의 미세한 발포성 보이드가 유동을 하여 매크로한 사이즈로 합쳐져 신뢰도에 문제가 발생한다.
상기 고내열 접착층(3)의 코팅 방식은 균일한 도막 두께를 형성시킬 수 있는 것이면 특별한 제한은 없으며, 그 두께는 1 내지 5㎛인 것이 좋다. 상기 코팅 두께가 1㎛ 미만일 경우에는 칩 상하간 적합한 접착력을 나타내지 못하고, 5㎛를 초과할 경우에는 저장탄성율을 18MPa 이하로 낮추어 범프 마운팅(bump mounting)성에 문제를 유발할 수 있다.
본 발명의 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)를 구성하는 상기 절연 접착층(4)은 상기 고내열 접착층(4)의 상부에 적층된다.
상기 절연 접착층(4)은 웨이퍼 표면과 직접 접착하는 접착층으로 WSP(wafer-level processed stack package)의 경우에는 범프 등이 형성된 요철이 큰 표면을 가진 웨이퍼 표면을 보이드 없이 라미네이션해야 하며, 이후 다이 어태치를 통해 칩 상하간을 강하게 접착시켜야 한다. 즉, 상기 절연 접착층(4)은 최종적으로 칩 상하 간을 부착시키는 접착제로 사용되므로 반도체 패키징 수준의 신뢰성을 만족하기 위한 물성을 가져야 하는 동시에 패키징을 하기 위한 공정성, 즉 마운팅 공정시 요철이 포함된 웨이퍼면을 보이드 없이 충진시켜 다이싱 공정시 칩핑(Chipping)이 나 칩 크랙을 방지하고 다이 어태치 이후에도 스웰링(Swelling)등으로 인한 신뢰도 저하를 발생시키지 않아야 한다. 상기 절연 접착층(4)은 통상 60℃ 근처의 온도에서 회로가 설계된 범프 형성 웨이퍼의 표면에 부착된다.
상기 절연 접착층(4)은 60℃에서의 저장탄성율이 0.1 내지 3 MPa인 것이 바람직하다. 상기 저장탄성율이 0.1 MPa 미만일 경우에는 유동성이 너무 커 접착층의 휠렛(Fillet) 등이 발생하여 주변기기를 오염시킬 우려가 있고, 3 MPa를 초과할 경우에는 마운팅 온도인 60℃에서 접착층이 범프가 형성된 굴곡면을 충분히 충진하기에 알맞은 유동성 및 점도를 갖지 못하기 때문에 좋지 않다.
상기 절연 접착층(4)은 바인더로 아크릴 수지, 경화부로 에폭시 수지 및 경화촉진제를 포함하며, 필요에 따라 그 외의 첨가제가 포함될 수도 있다.
상기 바인더인 아크릴 수지는 필름 형성능이 우수한 열가소성 수지로, 중량평균분자량이 100,000 내지 2,000,000이고, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 10℃인 것이 바람직하다. 중량평균분자량이 100,000 미만일 경우에는 접착 조성물이 기재필름에 코팅했을 때 도막 응집력이 부족해서 필름형성능이 떨어질 수 있으며, 2,000,000를 초과할 경우에는 용매 용해성이 떨어져 코팅을 하는 등의 가공성이 떨어질 수 있다.
상기 아크릴 수지는 앞서 언급한 바와 같이 60℃에서의 저장탄성율이 0.1 내지 3 MPa을 만족하기 위해서, 아크릴 수지를 제외한 나머지 조성물 100 중량부에 대하여 30 내지 150 중량부 포함되고, 유리전이온도(Tg)가 -30 내지 10℃인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 아크릴 수지의 유리전이온도가 상기 범위내이어야 60℃ 의 마운팅 온도에서 범프 형성 굴곡부를 충분히 충진할 수 있는 유동성을 가지며, 또한 상기 범위내의 유리전이온도를 가지는 아크릴 수지더라도 그 함량이 30 중량부 미만일 경우에는 바인더의 절대량이 부족하여 필름형성능이 부족해 필름상 접착제가 쉽게 깨져 롤상으로 권취하기 힘들게 되며, 150 중량부를 초과할 경우에는 100℃ 이상의 고온에서의 유동성이 작아져 칩간 접착시 기포가 발생할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 경화되어서 접착력을 나타내는 것이면 특별한 제한은 없으나, 경화반응을 하기 위해서는 관능기가 2 이상이어야 하므로, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등을 사용하는 것이 좋다.
상기 경화촉진제는 경화부인 에폭시 수지를 경화시키기 위한 경화제의 작용을 하며, 이미다졸계, 아민계, 페놀계 등의 경화촉진제를 사용할 수 있다.
상기와 같은 성분으로 이루어지는 절연 접착층(4)은 치수 안정 및 내열 특성 향상을 위해 실리카 등의 무기 입자를 더 첨가할 수 있다. 또한, 웨이퍼와의 부착력을 증가시키기 위해 다양한 실란 커플링제를 추가로 더 첨가하여 사용할 수 있다.
상기 절연 접착층(4)의 코팅 방식은 균일한 도막 두께를 형성시킬 수 있는 것이면 특별한 제한이 없으며, 그 두께는 2 내지 30 ㎛인 것이 좋다. 상기 코팅 두께가 2 ㎛ 미만일 경우에는 칩 상하간 적합한 접착력을 나타내지 못하고, 30 ㎛를 초과할 경우에는 경박단소화의 반도체 패키징 경향에 배치되므로 적용하는데 유리하지 않다.
본 발명의 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)를 구성하는 상기 보호필름(5)은 상기 절연 접착층(4)의 상부에 적층된다.
상기 보호필름(5)은 절연 접착층(4)을 외부 이물이나 충격으로부터 보호할 수 있는 것이면 어떤 것이든 사용 가능하며, 일반적으로는 최외곽 절연 접착층(4)을 코팅하기 위한 주행필름으로 사용하는 필름을 주로 사용한다.
특히, 반도체 패키징 공정 중에는 최외곽 보호 필름을 제거하여 공정을 진행하므로 제거가 용이한 필름을 사용하는데, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이나 이형성을 더 부여하기 위해서 표면을 폴리디메틸실록산이나 플루오린계 이형제 등으로 개질시킨 것을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지용 고내열 접착테이프의 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지용 고내열 접착테이프(10)는 기재필름(1), 광경화 점착층(2), 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층(3), 절연 접착층(4), 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층(3') 및 보호필름(5)으로 이루어진다.
상기 도 2에 도시한 고내열 접착테이프(10)를 이루는 각각에 대한 내용은 상술한 내용과 동일하므로, 여기에서는 자세한 언급을 생략한다.
이하에서는 제조예 및 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
제조예 1. 광경화 점착층 조성물 제조
2L 4구 플라스크에 유기용매인 에틸아세테이트 240g 및 톨루엔 120g을 먼저 넣고, 한쪽에는 환류냉각기를 설치하였고, 한쪽에는 온도계를, 다른 한쪽에는 드롭핑 판넬을 설치하였다. 플라스크 용액 온도를 60℃로 올린 후 메틸메타크릴레이트 51g, 부틸아크릴레이트모노머 54g, 2-에틸헥실아크릴레이트 285g, 2하이드록시에틸메타크릴레이트 180g, 아크릴산 30g 및 벤조일퍼옥사이드 3.9g의 혼합액을 제조한 후, 혼합액을 드롭핑 판넬을 사용하여 60~70℃에서 3시간 동안 적하 하였다. 적하 시 교반 속도는 250rpm으로 하였으며, 적하 종료 후 동 온도에서 3시간 동안 반응물을 숙성시킨 다음 메톡시프로필아세테이트 60g 및 아조비스이소부틸로나이트릴 0.2g을 투입한 후 4시간 동안 유지한 후 점도 및 고형분을 측정하고 반응을 중지시켰다. 중합 후의 점도는 10000~15000cps, 고형분의 함량은 40%로 보정하였다. 이렇게 제조된 아크릴 점착 바인더에 글리시딜 메타크릴레이트를 45g을 투입하고 50℃에서 1시간 정도 반응시켜 내재형 점착 바인더를 제조하고, 제조된 내재형 점착 바인더 100g에 2g의 열경화제 AK-75(애경화학), 1g의 광개시제 IC-184(Ciba-Geigy사)를 혼합하여 광경화 점착층 조성물을 제조하였다.
제조예 2. 고내열 접착층 조성물 제조
중합장치는 1L 4구 플라스크를 사용하여 플라스크 중앙구에 기계적 교반기(mechanical stirrer)를 장치하고 질소 유입구 및 유출구, 시료투입구를 마련하였다. 먼저 3,3'-디아미노디페닐설폰(3,3-diaminodiphenylsulfone, 3,3'-DDS) 30mmol을 용매인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP) 60ml에 용해시킨 후 얼음 배쓰(ice water bath)에서 냉각시킨 다음, 4,4'-헥사플루오로이소프로 피리디네비스(프탈릭 안하이드라이드)(4,4'-hexafluoroisopropylidinebis(phthalic anhydride), 6FDA) 30mmol을 첨가하여 상온에서 6시간 동안 반응시켰다. 이 반응물에 탈수제(dehydrating agent)인 트리에틸아민(TEA) 60mmol 및 트리플루오로아세틱-안하이드라이드(trifluoroacetic-anhydride, TFAA) 90mmol을 투입한 후 4시간 동안 반응시킨 다음, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)에 침전시켰다. 그 다음, 고비점 용매인 N-메틸-2-피롤리돈을 제거하기 위해 정제된 이소프로필 알코올을 수 차례 교환하면서 원심분리하여 폴리이소이미드(polyisoimide)를 분리한 후, 용매인 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF) 15 중량%로 용해하여 고내열 접착층 조성물을 제조하였다.
제조예 3. 절연 접착층 조성물 제조
아크릴 수지 SG-70L(중량평균분자량 900,000, 유리전이 온도 -13℃, 나가세켐텍사) 220g, 크레졸 노볼락계로 이루어진 에폭시 수지 YDCN-500-1P(분자량 10,000이하, 국도화학사) 110g, 크레졸 노볼락계 경화제 MY721(헌츠만) 110g, 이미다졸계 경화촉매로 2P4MZ(시코쿠화학사) 1g, 아미노 실란커플링제로 KBM-573(신에츠사) 1g 및 라운드 실리카 충진제 PLV-6XS (Tatsumori) 10g을 혼합한 후, 700rpm에서 2시간 정도 1차 분산시킨 다음 밀링하여 절연 접착층 조성물을 제조하였다.
실시예 1
먼저 상기 제조예 1의 광경화 점착층 조성물을 38마이크론의 PET 이형필름(SRD-T38, 새한미디어)의 편면에 어플리케이터를 사용하여 코팅하여 80℃에서 2분간 건조시킨 후, 100 마이크론 PO(Polyolefin) 필름에 60℃에서 라미네이션을 실 시한 다음, 40℃ 오븐에서 3일간 숙성(aging)하여 광경화 점착층을 제조하였다. 그 다음, 상기 제조예 2의 고내열 접착 조성물을 38마이크론의 PET 이형필름(SRD-T38, 새한미디어)의 편면에 어플리케이터를 사용하여 5 마이크론의 두께로 코팅하여 80℃에서 2분간 건조시킨 후에 38마이크론 PET 이형필름(SRD-T38, 새한미디어)에 80℃에서 라미네이션 후 25℃ 상온에서 3일간 숙성하여 고내열 접착층을 제조하였다. 또한, 같은 방법으로 상기 제조예 3의 절연 접착층 조성물을 38마이크론의 PET 이형필름(SRD-T38, 새한미디어)의 편면에 어플리케이터를 사용하여 15 마이크론의 두께로 코팅하여 80℃에서 2분간 건조시킨 후에 38마이크론 PET 이형필름(SRD-T38, 새한미디어)에 80℃의 온도에서 라미네이션 후 25℃ 상온에서 3일간 숙성하여 고내열 접착층을 제조하였다. 상기 제조된 광경화 점착층, 고내열 접착층, 절연 접착층을 라미네이터(laminator)를 사용하여 차례로 적층시켜 접착필름을 제조하였다.
실시예 2
하기 표 1과 같이 상기 실시예 1의 고내열 접착층과 동일한 고내열 접착층을 하나 더 제조하고, 이렇게 제조된 광경화 점착층, 고내열 접착층, 절연 접착층, 고내열 접착층을 라미네이터(laminator)를 사용하여 차례로 적층시켜 접착필름을 제조하였다.
비교예 1
하기 표 1과 같이 상기 실시예 1에서 고내열 접착층이 없는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법에 의해 제조하여 이들을 적층하여 접착필름을 제조하였다.
Figure 112008085693687-pat00001
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름을 이용하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정한 후, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 발포성 보이드
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름을 라미네이터(laminator)를 이용하여 18mm×18mm의 커버 글래스(cover glass) 위에 합지한 후, 60℃의 핫 플레이트(hot plate) 위에서 3분간 예열한 상태에서 18mm×18mm의 커버 글래스를 덮고 역시 라미네이터를 이용하여 기포발생이 없도록 합지하였다. 상하 커버 글래스로 합지한 최종샘플은 300℃에서 발포성 보이드 발생 유무를 육안 검사하였다. 이때, 발포성 보이드가 있다는 경우 ○로, 발포성 보이드가 없다는 경우 X로 나타내었다.
(2) 마운트 보이드(mounting Void), 칩핑(chipping), 칩 크랙(chip crack)
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름을 Aaron사 Mounter AR-08WM을 사용하여 범프가 형성된 8인치 80㎛의 웨이퍼의 표면에 60℃로 열압착시킨 후 광학 현미경(Nikon사 ME600L)을 이용하여 표면의 보이드(void) 상태를 관찰하였다. 또한 마운팅 완료된 웨이퍼를 DFD-650(Disco사)을 이용하여 10.0mm×10.0mm의 크기로 다이싱하여 100개의 칩들의 표면 및 단면을 관찰하여 칩핑 및 칩 크랙을 관찰한다. 이때, 보이드, 칩핑, 칩 크랙이 없을 경우 ○로, 보이드, 칩핑, 칩 크랙이 있을 경우 X로 나타내었다.
(3) 열팽창계수(C.T.E)
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름 중 고내열 접착층을 두께 200㎛으로 만든 후, 7mm×14mm 크기로 절단하여 TMA Q7200(TA Instrument)을 사용하여 -20~300℃로 승온속도 5℃/min으로 증가시키면서 열팽창계수를 측정하였다.
(4) 점착층-고내열 접착층 180도 평균 박리력 측정(UV 경화 전 후)
점착층-고내열 접착층의 180도 박리력은 JIS Z 0237 규격에 의거하여 측정하였다. 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름을 UV 조사한 후 25mm×150mm 크기로 절단하였다. 절단된 각 필름의 점착층과 고내열 접착층 계면을 핀셋을 이용하여 박리한 후, 박리된 부분을 인장시험 측정기(Instron Series lX/s Automated materials Tester-3343)를 사용하여 10N Load Cell에서 상하 지그에 물리고 인장속도 300mm/min의 속도로 박리하여 박리 시 필요한 하중을 측정하였다. UV 조사는 DS-MUV128-S1(대성엔지니어링)를 이용하여 70W/cm의 조도를 가진 고압수은등에서 3초간 조사하여 노광량 300mJ/㎠으로 조사하였으며, 샘플은 UV 조사 전후로 10개씩 측정하여 평균값을 측정하였다.
(5) 저장 탄성율
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름 중 절연 접착층을 두께 200㎛으로 만든 후, 7mm×14mm 크기로 절단하여 DMA Q800(TA Instrument)을 사용하여 -10~ 150℃로 승온속도 4℃/min으로 증가시키면서 탄성율을 측정하였다. 이때, 본 실험에서는 60℃의 데이터를 취하였다.
(6) 중량손실도(degree of weight loss, TGA)
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조한 접착필름 중 고내열 접착층을 10~15mg 계량하여 TGA Q5000(TA Instrument)을 사용하여 25~500℃까지 승온속도 20℃/분으로 증가시키면서 중량손실도(degree of weight loss)를 측정하였다. 본 실험에서는 350℃의 데이터를 취하였다. 이때, 실험조건은 압력이 질소가압하(질소유량(압력계로 따로 측정치 않고 질소유량으로 판별): 25ml/분), 습도가 150℃ 이상에서 거의 제로(zero) 상태였다.
Figure 112008085693687-pat00002
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 경우에는 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층이 적층되어 350℃에서 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5% 이하이며, 내열성 및 도막강도 우수하고, 발포성 보이드가 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 또한, 절연 접착층의 구성성분으로 중량평균분자량이 900,000이고 유리전이온도가 -13℃인 아크릴 수지를 사용하여 60℃ 저장 탄성율이 2.63MPa로 마운팅 보이드, 칩핑, 칩 크랙등이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1 및 2에 의한 칩 접착시 칩간 전단강도는 대략 11Kgf 정도이었다.
반면, 고내열 접착층이 없는 비교예 1의 경우에는 마운팅 보이드, 칩핑, 칩 크랙등이 발생하진 않으나, 350℃에서 중량손실도가 5% 이상이며, 열팽창계수가 경화온도인 180~270℃ 사이에서 최대 300㎛/m℃ 이상 수준인 절연 접착층의 내열성 부족으로 발포성 보이드가 발생하였다. 비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지용 고내열 접착테이프의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 패키지용 고내열 접착테이프의 단면도이다.

Claims (14)

  1. 기재필름과 보호필름 사이에 하나 이상의 접착제층을 포함하여 형성되는 반도체 패키징용 접착테이프에 있어서, 상기 접착제층 중 적어도 한 층이 폴리이소이미드(polyisoimide)를 포함하는 고내열 접착층이고, 상기 고내열 접착층은 25~350℃의 승온과정에서 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5% 이하이고, 열팽창계수(C.T.E.)가 150㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착 테이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이소이미드는 아민기를 포함한 다이아민과 다이안하이드라이드의 개환중합에 의해 합성된 폴리이미드(polyimide)의 전구체인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착 테이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고내열 접착층의 두께는 1 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착 테이프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접착테이프는 기재필름, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층 및 보호필름 순서로 적층되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착테이프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착테이프는 기재필름, 광경화 점착층, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층 및 보호필름 순서로 적층되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착테이프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착테이프는 기재필름, 광경화 점착층, 절연 접착층, 폴리아이소이미드를 포함하는 고내열 접착층 및 보호필름 순서로 적층되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착테이프.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 광경화 점착층은 점착 바인더 100중량부 대비, 열경화제 0.01내지 15중량부 및 광개시제 0.01내지 3중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착테이프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 점착 바인더는 아크릴수지, 폴리에스테르수지, 우레탄수지, 실리콘 수지 및 천연고무 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착테이프.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열경화제는 에폭시계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 멜라민계 경화제 중 선택된 어느 하나 이상이고, 상기 광개시제는 케톤계 광개시제, 아세톤페논계 광개시제 및 이들의 혼합물 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프.
  10. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 접착층은 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 경화촉진제를 포함하여 이루어지되, 상기 아크릴 수지는 아크릴 수지를 제외한 나머지 성분 100 중량부에 대하여 30 내지 150 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 아크릴 수지는 중량평균분자량이 100,000 내지 2,000,000이고, 유리전이온도가 -30 내지 10℃인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지 및 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 경화촉진제는 이미다졸계 경화촉진제, 아민계 경화촉진제 및 페놀계 경화촉진제 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 고내열 접착테이프.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 접착테이프는 기재필름, 폴리이소이미드를 포함하는 고내열 접착층, 절연 접착층 및 기재필름 순서로 적층되고,
    상기 고내열 접착층은 25~350℃의 승온과정에서 중량손실도(degree of weight loss)가 0.5% 이하이고, 열팽창계수(C.T.E.)가 150㎛/m℃ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 패키징용 접착테이프.
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JPH07179840A (ja) * 1993-12-24 1995-07-18 Nitto Denko Corp 耐熱接着フィルムを用いた接着方法
KR100804891B1 (ko) * 2006-02-14 2008-02-20 엘에스전선 주식회사 다이싱 다이 접착필름 및 이를 이용한 반도체 패키징 방법
KR20080060604A (ko) * 2006-12-27 2008-07-02 제일모직주식회사 점착필름 형성용 조성물, 이에 의한 반도체 패키지용점착필름, 다이싱 다이본드 필름

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