KR101176553B1 - 고내열성 및 저유전율을 갖는 복합 소재 조성물 및 이를 이용한 기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 기판 재료 또는 기판에 부착되는 테이프 재료를 구성하는 조성물로서, 고내열성의 조성물을 제조하기 위하여 본 발명에서 제안하는 조성비율에 따라 고내열성의 에폭시 수지와 경화제를 조합하며, 더욱 우수한 고내열성을 갖는 조성물을 제조하기 위하여 본 발명에서 제안하는 조성비율에 따라 혼합되는 HGM(Hollow Glass Microsphere)이 함유된 무기 필러로서 제안된다. 또한 이러한 HGM(Hollow Glass Microsphere)의 혼합에 따라 고내열성과 동시에 저유전율 특성을 갖는 복합 소재 조성물을 구현할 수 있다.

Description

고내열성 및 저유전율을 갖는 복합 소재 조성물 및 이를 이용한 기판{COMPOSITION WITH HIGH HEAT-RESISTANT AND LOW DIELECTRIC CONSTANT AND SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 고내열성 및 저유전율을 갖는 복합 소재 조성물 및 이를 갖는 기판에 관한 것으로서, 기판 재료 또는 기판에 부착되는 테이프 재료를 구성하는 고내열성 및 저유전율을 갖는 복합 소재 조성물 및 이를 갖는 기판에 관한 것이다.
일반적인 반도체 기판에 있어서 고집적 및 다층 회로 구현을 위한 용도로 미세 회로 패턴의 구현이 필요하다. 이를 위하여 기존에는 copper foil을 접착하여 에칭하는 형태로 회로 패턴을 구현하였는데 미세 회로 즉 15um 이하의 선과 폭을 구현함에 있어서 어려움이 있고, 또한 에칭 공정은 서브스트랙티브 기법(subtractive method)에 따른 공정으로 인하여 소모되는 재료의 양이 많다.
아울러 반도체 기판에 부착되는 테이프 재료에 사용되는 조성물들은 접착력 및 미세 회로 패턴 형성의 특징 이외에도 리플로우(reflow) 공정의 고온화로 인한 내열성의 증대가 요구되고 있다. 여기서, 리플로우(reflow) 공정이란 PCB에 부품을 실장하여 PCB와 부품의 전기적 접속을 행하기 위하여 고온의 열원을 가하여 솔더 크림(Solder Cream)을 용융하여 PCB에 부품을 안정되게 접합하는 기술 공정이다.
더욱이 최근에는 무연계의 솔더링이 사용(비납계의 재료 활용)되는 추세에 따라 공정 온도가 기존에 비하여 더욱 높아지고 있는 상황이다. 따라서, 테이프 재료에 사용되는 조성물들에 대한 내열성의 증대가 더욱 절실히 요구되고 있는 추세이다.
또한 최근 전자 부품은 작은 사이즈의 기판상에 고집적화가 요구되고 있으며, 이러한 고집적화에 따른 전송 속도의 증가 또한 요구되고 있다.
따라서, 상기와 같은 실장 공정 온도 변화에 견디기 위하여 고내열성 및 전자 부품의 고집적화와 전송 속도 증가에 부합하기 위한 저유전율 특정을 갖는 조합물 및 이러한 조합물로 구성된 테이프의 개발이 시급한 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 고내열성 및 저유전율을 갖는 복합 소재 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 복합 소재 조성물로 구성된 테이프를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일면에 따른 복합 소재 조성물은 반도체 기판에 부착되는 테이프의 복합 소재 조성물로서, 고내열성의 특성과 동시에 저유전율 특성을 제어하는 HGM(Hollow Glass Microsphere)이 함유된 무기 필러와, 상기 테이프의 접착력 및 고내열 특성을 제어하는 에폭시(epoxy) 계의 접착제와 상기 접착제와의 경화 반응을 통해 상기 고내열 특성을 제어하는 산무수물 계의 경화제 및 상기 테이프의 열적 특성 및 상기 경화 반응을 제어하는 경화 촉진제가 혼합된다.
본 발명의 다른 일면에 따른 기판은 상기 복합 소재의 조성물을 이용하여 형성된 층을 적어도 하나를 포함하고, 무연계의 리플로우(reflow) 공정에 따라 고온의 실장 공정 온도에서 부품이 실장된다.
본 발명에 의하면, 높은 실장 공정 온도 변화에 견딜수 있는 고내열성 및 전자 부품의 고집적화와 전송 속도 증가에 부합하는 저유전율 특정을 갖는 복합 소재 조성물을 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 소재 조성물에서 사용하는 원료들의 폴리머 구조를 보여주는 도면들이다.
본 발명에서는 기판 재료 또는 기판에 부착되는 테이프 재료를 구성하는 조성물로서, 고내열성의 조성물을 제조하기 위하여 본 발명에서 제안하는 조성비율에 따라 고내열성의 에폭시 수지와 경화제를 조합하며, 더욱 우수한 고내열성을 갖는 조성물을 제조하기 위하여 본 발명에서 제안하는 조성비율에 따라 혼합되는 HGM(Hollow Glass Microsphere)이 함유된 무기 필러로서 제안된다. 또한 이러한 HGM(Hollow Glass Microsphere)의 혼합에 따라 고내열성과 동시에 저유전율 특성을 갖는 복합 소재 조성물을 구현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 더욱 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 목적을 위한 것으로 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 소재 조성물에서 사용하는 원료들의 폴리머 구조를 보여주는 도면들이다.
본 발명의 일실시예에 따른 복합 소재 조성물에서는 고 내열 특성 및 저 유전율 특성을 제어하는 무기 필러(inorganic fillers)와, 접착성 및 고내열성 특정을 제어하는 접착제와, 경화반응에 따른 고내열성 특성을 제어하는 경화제 및 경화반응을 유도하는 경화 촉진제로 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 복합 소재 조성물을 구성하는 무기 필러에 대해 설명하기로 한다.
무기 필러는 매우 우수한 고내열성의 특성과 동시에 저유전율 특성을 제어할 수 있는 소재로서, 입자 형태 또는 그와 유사한 형태를 가질 수 있다. 본 발명에 의한 상기 무기 필러는 그 형태가 특별히 제안되지는 않는데, 예를 들어, 형태상으로 광범위하게 "입자형"으로 분류될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 즉, 고내열성 특성과 저유전율 특성을 부여하기 위하여 종래에 사용되던 소재의 형태라면 어떠한 형태라도 제한 없이 적용될 수 있다. 구체적으로, 고체 미세구(solid microsphere) 형태, 미세 공구(hollow microsphere) 형태, 탄성체 입자 형태, 탄성체 벌룬(elastomeric balloon) 형태, 조각 형태, 판 형태, 섬유 형태, 막대 형태, 부정형 등의 형태를 가질 수 있으며, 바람직하게는 중공 미소 유리구(Hollow Glass Microsphere: HGM)가 사용될 수 있으며, 3M사의 제품명 "iM30K"가 사용될 수 있다.
본 발명의 복합 소재 조성물에서 HGM의 무기 필러의 배합 방법은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 전체 중량에 대하여 14 ~ 34 중량% 범위 내인 것이 바람직하며, 본 출원인은 전체 중량에 대하여 14 ~ 34 중량% 범위 내에서 상기 HGM의 무기 필러의 함량 조절을 통해 고내열성을 더욱 높이고, 저유전율 특성을 더욱 높일 수 있음을 수 회에 걸친 실험을 통해 확인할 수 있었다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 조성물을 구성하는 상기 접착체에 대해 설명하기로 한다.
접착제는 본 발명의 복합 소재 조성물이 반도체 기판 테이프 또는 반도체 기판에 부착되는 테이프로 활용되는 경우, 고내열 특성과 더불어 접착 특성을 제어할 수 있는 도 1에 도시된 바와 같은 에폭시계의 수지 화합물이 사용될 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 에폭시계 수지 화합물로는 동일 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 것이면 그 구조는 특별히 제한되지 않는다. 그러나 배합 시 또는 본 발명의 복합 소재 조성물의 성형 가공 시의 열이력(熱履歷)을 감안하면, 글리시딜에테르 타입의 에폭시 수지(Epoxy Resin) 화합물보다 지환식(Cyclo Aliphatic) 에폭시 수지 또는 글리시딜에스테르 타입의 에폭시 수지 화합물이 바람직하다. 특히, 본 출원인은 본 발명의 조성물에 도 1에 나타나는 구조와 같은 지환식(Cyclo Aliphatic) 에폭시 수지 화합물을 사용할 때, 가장 우수한 접착력과 고내열 특성 결과를 수회에 걸친 실험을 통해 확인할 수 있었다.
본 실시예에서는, 도 1에 나타나는 지환식(Cycloaliphatic) 에폭시 수지 화합물을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES 사의 CELLOXIDE 시리즈, EHPE 시리즈(예컨대, EHPE 3150) 등을 들 수 있다.
글리시딜에스테르 타입의 에폭시 수지 화합물로는, 무수프탈산의 모노 및 디글리시딜에스테르, 메틸테트라 하이드로프탈산의 모노 및 디글리시딜에스테르, 테레프탈산의 모노 및 디글리시딜에스테르, 트리멜리트산의 모노, 디, 및 트리글리시딜에스테르, 이합체산의 모노 및 디글리시딜에스테르 등을 들 수 있다.
글리시딜에테르 타입의 에폭시 수지 화함물로는, 메틸글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜모노페닐모노글리시딜에테르, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 디에틸렌글리콜디글리시딜에테르 등이다.
본 발명의 조성물에는 필요에 따라 할로겐기를 가지는 에폭시 수지 화합물을 첨가할 수 있다. 할로겐기를 가지는 에폭시 화합물로는 동일 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지고 동시에 할로겐기를 가지는 것이면, 그 구조는 특별히 제한되지 않는다.
또한 본 발명의 조성물에서는 위에서 제시하고 있는 에폭시 수지 화합물을 1종 또는 2 종 이상 사용할 수 있다.
또한 접착제로서 사용하는 상기 에폭시 수지 화합물의 배합 방법은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 전체 중량에 대해 31 내지 51 중량% 범위 내인 것이 바람직하다. 배합량이 31 중량%보다 적으면, 내열성이나 내수성으로의 효과가 작아지고, 내열 노화성이 현저히 저하될 수 있으며, 배합량이 51 중량%를 초과하면, 미반응 에폭시 화합물의 영향에 의해 성형 가공성이 나빠지거나 완성된 성형품의 표면 상태가 조잡하게 되는 경향이 발생할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 조성물을 구성하는 경화제에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 조성물에서 사용되는 경화제로는, 상기 접착제로 사용되는 에폭시계 수지 화합물과의 경화 반응을 통해 고내열 특성을 제어하는 산무수물계(anhydrides)의 경화제가 사용될 수 있다.
산수물계의 경화제의 일례는 도 2에 도시된 바와 같은 화학식 구조를 갖는 내후성이나 내열성, 전기적 성질이 우수한 메틸테트라히드로무수프탈산(Methyl tetra hydro phthalic anhydride: MeTHPA)이 사용될 수 있다.
그러나 본 발명의 복합 소재 조성물을 구성하는 경화제가 산무수물계에 한정하는 것은 아니며, 적어도 2개의 벤젠환을 가지는 산무수물 외에, 다른 다염기산 무수물을 포함하여도 무방하다.
다른 다염기산 무수물로서는 예를 들면, 무수 말레산, 무수 호박산, 무수 이타콘산, 무수프탈산, 테트라히드로무수프탈산, 헥사히드로무수프탈산, 메틸헥사히드로무수프탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산, 벤조페논테트라카복실산 2무수물, 3－메틸헥사히드로프탈산 무수물, 4－메틸헥사히드로무수프탈산, 3－에틸헥사히드로무수프탈산, 4－에틸헥사히드로무수프탈산, 테트라히드로무수프탈산, 3－메틸테트라히드로무수프탈산, 4－메틸테트라히드로무수프탈산, 3－에틸테트라히드로무수프탈산, 4－에틸테트라히드로무수프탈산을 들 수 있다. 이들 다염기산 무수물은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수가 있다.
본 발명에서의 산무수물계 경화제의 배합 방법은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 전체 중량에 대해 23 ~ 43 중량%의 범위 내인 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어나는 경우, 내후성, 내열성 및 전기적 성질이 현저히 떨어져 필름 불량을 초래할 수 있다.
그 밖에 본 발명의 일실시예에 따른 조성물에서는, 열적 특성 및 상기 경화 반응을 제어하는 기타 첨가물이 배합될 수 있으며, 이 기타 첨가물로서, 상기 경화 반응을 유도하는 경화 촉진제(catalyst)가 배합될 수 있으며, 이 경화 촉진제의 일례로 시그마 올드리치(Sigma Aldrich) 사의 제품명 Co(Ⅱ) acetylacetonate(melting point: 165℃ ~ 170 ℃, state: solid)가 사용될 수 있다. 배합방법은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 전체 중량에 대해 0.1 내지 0.3 중량 %의 범위 내인 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 각 구성물들을 본 발명에서 제안하는 조성비율에 따라 배합으로써, 매우 우수한 고내열성을 갖는 복합 소재 조성물을 제작할 수 있고, 특히, 본 출원인은 앞서 제안한 조성비율에 따라 HGM(Hollow Glass Microsphere)이 함유된 무기 필러를 배합하하여, 더욱 우수한 고내열성을 갖는 조성물을 제조할 수 있었고, 동시에 이러한 HGM(Hollow Glass Microsphere)의 배합에 따라 매우 뛰어난 고내열성과 동시에 저유전율 특성을 갖는 복합 소재 조성물을 제조할 수 있었다.
지금까지 설명한 본 발명의 복합 소재 조성물을 구성하는 구성 원료와 전체 중량에서 각 구성 원료가 차지하는 중량%를 정리하면, 아래의 표 1과 같다.
구성원료 중량%
무기필러(HGM) 14~34 중량%
접착제 31~51 중량%
경화제 23~43 중량%
경화 촉진제 0.1~0.3 중량%
본 출원인은 위의 표 1에 나타나는 에폭시 수지계의 접착제와 산무수물계의 경화제 간의 비율 제어를 통해 고내열성 특성을 향상시키고, HGM의 무기 필러의 함량 조절을 통해 더욱 우수한 고내열 특성의 달성이 가능함을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 동시에 이러한 HGM의 무기 필러를 배합함으로써, 우수한 저유전율 특성을 달성할 수 있음을 또한 확인할 수 있었다. 이러한 우수한 특성은 본 출원인이 특정 구성 비율을 선택하고, 선택된 특정 구성 비율에 대해 반복 실험을 통해 나온 결과이며, 예컨대, 특정 구성 비율로서, 24 중량%의 HGM의 무기 필러, 41 중량%의 에폭시계 접착제, 33 중량%의 산무수물계의 경화제 및 0.2 중량%의 경화 촉진제 등을 예로 들 수 있다.
각 구성 원료는 일반적인 혼합 공정(또는 배합 공정)을 활용하여 배합하였으며, 혼합 공정 중에 경화가 진행되는 것을 억제하기 위하여 경화제와 경화 촉진제는 맨 마지막 순서에 투입된다.
위와 같은 조성물을 갖는 테이프는 널리 알려진 테입 캐스팅 고정으로 제작될 수 있으며, 미세 회로 패턴을 형성하기 위한 공정은 ABF(아지노모또 본딩 필름)의 공정과 동일한 공정을 사용할 수 있다.
한편, 본 출원인은 본 발명의 조성물에서 상기 HGM의 무기 필러의 함량을 증가시킴으로써, 저유전율 특성과 유리 전이 온도 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 사실은 아래의 표 2 및 표 3을 통해 확인할 수 있다.
HGM의 무기필러 함량(wt%) 유전율(1GHz)
0 3.22
10 2.99
20 2.5
40 2.11
위의 표 2에서 볼 수 있듯이, HGM의 무기필러의 함량을 0에서 40 중량%로 증가시킴에 따라 유전율이 3.22에서 2.11로 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 이는 HGM의 함량 증가가 저유전율 특성과 연계되어 있음을 알 수 있다.
HGM의 무기필러 함량(wt%) 유리전이온도(℃,Tg)
0 217
10 232
20 249
40 274
위의 표 3에서 볼 수 있듯이, HGM 함량을 0에서 40중량%로 증가시킬수록 유리전이온도는 217 ℃에서 274 ℃로 높아지는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 HGM의 무기필러와 사이클로알리파틱(Cycloaliphatic) 에폭시 수지로 이루어진 접착제와, 산무수물계의 경화제, 경화 촉진제를 일반적인 혼합 공정을 활용하여 혼합하고, 이때, 혼합 공정 중에 경화가 진행되는 것을 억제하기 위하여 경화 촉진제와 경화제를 맨 마지막 순서로 투입하여, 반도체 기판용 테이프의 조성물을 제조한다. 각 구성 원료들은 HGM의 무기필러가 14 ~34 중량% 범위로, 접착제가 31 ~51 중량% 범위로, 산무수물계의 경화제가 23 ~ 43 중량% 범위로, 기타 첨가물로서 Co(Ⅱ) acetylacetonate의 경화 촉진제가 0.1 ~ 0.3 중량% 범위로 바람직하게 배합하여, 우수한 접착력뿐만 아니라 특히 HGM의 무기필러의 배합으로 인해 뛰어나 고내열 특성 및 저유전율 특성을 갖는 반도체 기판용 테이프를 제조할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 자명하다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되서는 아니 되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 반도체 기판에 부착되는 테이프의 복합 소재 조성물에 있어서,
    고내열성의 특성과 동시에 저유전율 특성을 제어하는 HGM(Hollow Glass Microsphere)이 함유된 무기 필러;
    상기 테이프의 접착력 및 고내열 특성을 제어하는 에폭시(epoxy) 계의 접착제;
    상기 접착제와의 경화 반응을 통해 상기 고내열 특성을 제어하는 산무수물 계의 경화제; 및
    상기 테이프의 열적 특성 및 상기 경화 반응을 제어하는 경화 촉진제가 혼합되고,
    상기 무기 필러는 14 ~ 34 중량%, 상기 접착제는 31 ~ 51 중량%, 상기 산무수물계의 경화제는 23 ~ 43 중량%, 상기 경화 촉진제는 0.1 ~ 0.3 중량%인 것임을 특징으로 하는 복합 소재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 접착제는,
    사이클로알리파틱(Cycloaliphatic) 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 복합 소재 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 경화 촉진제는,
    Co(Ⅱ) acetylacetonate 인 것임을 특징으로 하는 본딩 필름의 조성물.
  5. 제1항에 있어서, HGM(Hollow Glass Microsphere)이 함유된 무기 필러의 함량이 증가함에 따라 유전율은 낮아지는 것을 특징으로 하는 복합 소재 조성물.
  6. 제1항에 기재된 복합 소재의 조성물을 이용하여 형성된 층을 적어도 하나를 포함하고, 무연계의 리플로우(reflow) 공정에 따라 고온의 실장 공정 온도에서 부품이 실장되는 기판.
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