KR101279967B1 - 반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 - Google Patents

반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 유기 용매, 및 첨가제를 포함하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물에 있어서, 상기 경화촉진제로 화학식 1로 표시되는 이미다졸계 촉매 및 화학식 2로 표시되는 아민계 촉매를 사용하고, 상기 첨가제로 화학식 3으로 표시되는 부타디엔아크릴로니트릴 고무를 전체 접착제 조성물에 대하여 18 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명의 반도체 칩 부착용 접착제 조성물은 칩 부착 시의 작업성과 반도체 패키지의 신뢰성이 우수하므로 칩 부착 공정을 포함하는 반도체 소자 제조에 유용하다.
반도체, 칩, 부착, 접착제, 조성물, 경화촉진제, 이미다졸계, 아민계, 부타디엔아크릴로니트릴 고무, 작업성, 패키지, 신뢰성

Description

반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자{Adhesive composition for attaching semiconductor chip and semiconductor device using the same}
본 발명은 반도체 칩 부착용 접착제 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칩 부착 시의 작업성과 반도체 패키지의 신뢰성이 우수한 반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 패키지 제조 시의 칩 부착 공정은 대부분 페이스 업 방식으로 PCB 기판 위에 칩이 부착된다. 하지만, 최근 각광받고 있는 페이스 다운 방식은 PCB 기판 밑에 칩이 부착되는 방식으로, PCB에 슬릿 형태의 홀이 나있고, 그 홀을 중심으로 칩이 PCB 밑에 부착되며 칩이 센터 패드 형태이므로 슬릿을 통해서 와이어 본딩이 이루어진다. 이 와이어 본딩 부위는 몰딩 또는 인캡슐 공정을 통해 보호된다. 보통 이 페이스 다운 방식의 패키지를 BOC(Board on Chip)라고 부른다.
칩 부착용 접착제 조성물을 기판에 도포하는 방법으로는 핀 트랜스퍼, 디스펜싱, 인쇄 등의 방법이 있으며, 디스펜싱 방법이 전체 애플리케이션에서 약 90% 이상을 차지하고 있다. 스크린 프린팅과 같은 인쇄 방법은 특수한 스텐실 또는 금속 마스크를 사용해야 하고 스퀴지의 속도와 압력, 스냅오프 거리 등 인쇄 조건을 정확하게 설정해야 하는 까다로운 공정 조건이 있지만 디스펜싱 방법보다 처리량이 매우 많고, 패턴이 일정한 기판을 대량 생산하는데 적합하므로 일정한 패턴을 보유한 PCB 기판 밑으로 칩이 부착되는 BOC 패키지 등에 주로 적용되고 있다.
이러한 스크린 프린팅 방식의 칩 부착용 접착제 조성물은 높은 칙소성과 동시에 우수한 인쇄 특성을 보유해야 하므로 점도 조절용으로 40 ~ 50% 정도의 용매를 함유하고 있다. 하지만 함유된 용매는 상온 이상에서 서서히 휘발되므로 작업 시간이 경과함에 따라 접착제 조성물의 점도가 높아져 초기 인쇄 두께와 차이를 보여 균일한 인쇄 두께의 확보가 어려우므로 반드시 장시간의 B-스테이지화 공정을 통해 완전히 휘발시켜야 한다. 상기 용매가 완전히 휘발되지 않을 경우에는 미 휘발된 용매가 잔류하여 접착층에 보이드(void)를 형성하며 반도체 패키지의 크랙을 유발하게 된다.
이때, B-스테이지화 공정 시 저온에서는 반응에 거의 참여하지 않고 고온 경화 반응에만 작용하는 경화촉진제를 사용한 접착제 조성물은 B-스테이지 마진에 있어서는 매우 우수한 특성을 나타낸다. 하지만, 칩 부착 후 신뢰도에 영향이 없을 정도의 경화도를 확보하기 위해서는 고온 경화 공정 시 오랜 시간이 필요하므로 제조 공정 효율이 심하게 떨어지는 문제점이 있다.
한편, B-스테이지화 공정 시 저온 경화 반응에 참여하는 경화촉진제만을 사용한 접착제 조성물은 용매가 휘발되는 작업 온도에서 경화촉진제가 활성화되고 반응에 참여하므로, 작업 온도의 높고 낮음에 따라 B-스테이지 상태에서 많은 차이를 나타낼 수 있다. 따라서, B-스테이지 작업 진행 시 오븐 공정에서 정확하게 온도를 유지하지 못하거나 작업 시간에 변동이 있을 경우 B-스테이지화 공정 후 반경화된 상태가 일정하지 않을 수 있으며, 극단적인 경우에는 미 경화로 인해 칩 부착 작업 또는 경화 공정 시 접착제 조성물의 유동이 발생하여 칩이 고정되지 못하고 움직이게 되어 공정 불량을 야기할 수 있다. 또한, 이와 반대로 과도한 경화로 인하여 칩과 접착제 조성물의 계면 간에 균일한 밀착이 되지 못하고 칩이 박리가 되는 문제가 발생하여 패키지의 신뢰성에 심각한 영향을 끼치기도 한다.
온도와 작업 시간에 크게 좌우되지 않을 정도의 균일한 상태의 B-스테이지화 공정 마진 및 제조 공정 효율을 확보할 수 있는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 칩 부착 시의 작업성과 반도체 패키지의 신뢰성이 우수한 반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공하고자 한다.
그러므로 본 발명에 의하면 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 유기 용매, 및 첨가제를 포함하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물에 있어서, 상기 경화촉진제로 하기 화학식 1로 표시되는 이미다졸계 촉매 및 하기 화학식 2로 표시되는 아민계 촉매를 사용하고, 상기 첨가제로 하기 화학식 3으로 표시되는 부타디엔아크릴로니트릴 고무를 전체 접착제 조성물에 대하여 18 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112008090953705-pat00001
(상기 식에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 페닐기, 시아노에틸기, 벤질기, 또는 수산기 중의 어느 하나이다.)
[화학식 2]
H2N-CH2-(NR-CH2)ｎ-CH2-NH2
(상기 식에서, R은 수소 또는 비스페놀A 에폭시기이고, n의 평균값은 50 내지 200이다.)
[화학식 3]
Figure 112008090953705-pat00002
(상기 식에서, x1, x2 , 및 y의 비율은 0.5 ~ 0.9 : 0.1 ~ 0.5 : 0 ~ 0.4이고, M의 평균값은 50 내지 80이다.)
상기 화학식 1의 이미다졸계 촉매가 전체 접착제 조성물에 대하여 0.01 ~ 2 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 2의 아민계 촉매로 평균 입경이 2 ~ 10μm이고, 아민가가 230 ~ 280mg/KOH이며, 연화점이 100 ~ 130℃인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 2의 아민계 촉매가 전체 접착제 조성물에 대하여 0.01 ~ 2 중 량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 3의 부타디엔아크릴로니트릴 고무로 부타디엔의 함량 비율이 전체 고무에 대하여 55 ~ 75 중량%이고, 아크릴로니트릴의 함량 비율이 전체 고무에 대하여 25 ~ 45 중량%이며, 중량 평균 분자량은 200,000 ~ 300,000인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시수지로 하기 화학식 4로 표시되는 크레졸노볼락계 고상 에폭시수지, 하기 화학식 5로 표시되는 고상의 디사이클로펜타디엔계 에폭시수지, 및 하기 화학식 6으로 표시되는 액상의 비스페놀계 에폭시수지로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 4]
Figure 112008090953705-pat00003
(상기 식에서, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
[화학식 5]
Figure 112008090953705-pat00004
(상기 식에서, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
[화학식 6]
Figure 112008090953705-pat00005
(상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 6의 알킬기이다.)
상기 에폭시수지가 전체 액상 에폭시 수지 조성물에 대하여 5 ∼ 40 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 경화제로 하기 화학식 7로 표시되는 알킬화 페놀노볼락 수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 7]
Figure 112008090953705-pat00006
(상기 식에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 12의 알킬기 또는 아릴기이고, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
상기 경화제가 전체 접착제 조성물에 대하여 2 ∼ 30 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 무기 충전제로 평균 입경이 0.01 ∼ 2㎛인 구상 용융실리카 또는 합성실리카를 전체 접착제 조성물에 대하여 1 ~ 20 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기 용매로 카비톨계 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기 용매가 전체 접착제 조성물에 대하여 10 ~ 60 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 접착제 조성물의 점도가 25℃에서 5,000 ∼ 30,000cps인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 접착제 조성물을 교반, 가열장치를 구비한 혼합 분쇄기, 3축 롤밀, 볼밀, 진공 유발기, 및 유성형 혼합기에서 선택되는 1종 이상의 장치를 사용하여 혼합, 분쇄하여 얻은 제품으로 스크린 프린팅 방식의 인쇄 공정을 통하여 패키지한 반도체 소자를 제공한다.
본 발명의 반도체 칩 부착용 접착제 조성물은 칩 부착 시의 작업성과 반도체 패키지의 신뢰성이 우수하므로 칩 부착 공정을 포함하는 반도체 소자 제조에 유용하다.
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 유기 용매, 및 첨가제를 포함하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물에 있어서, 상기 경화촉진제로 하기 화학식 1로 표시되는 이미다졸계 촉매 및 하기 화학식 2로 표시되는 아민계 촉매를 사용하고, 상기 첨가제로 하기 화학식 3으로 표시되는 부타디엔아크릴로니트릴 고무를 전체 접착제 조성물에 대하여 18 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112008090953705-pat00007
(상기 식에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 페닐기, 시아노에틸기, 벤질기, 또는 수산기 중의 어느 하나이다.)
[화학식 2]
H2N-CH2-(NR-CH2)ｎ-CH2-NH2
(상기 식에서, R은 수소 또는 비스페놀A 에폭시기이고, n의 평균값은 50 내지 200이다.)
[화학식 3]
Figure 112008090953705-pat00008
(상기 식에서, x1, x2 , 및 y의 비율은 0.5 ~ 0.9 : 0.1 ~ 0.5 : 0 ~ 0.4이고, M의 평균값은 50 내지 80이다.)
상기 화학식 1의 이미다졸계 촉매는 수지 조성물의 경화도 및 부착력을 향상시키고, 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키기 위하여 사용하는 물질로서, 접착제 조성물의 경화 반응 속도, 온도와 시간에 의한 작업성 마진 측면에서 전체 접착제 조성물에 대하여 0.01 ~ 2 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 0.05 ~ 1 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 0.1 ~ 0.5 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
상기 화학식 2의 아민계 촉매는 온도와 시간에 따른 B-스테이지화 공정의 공정 마진을 확보하고, 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키기 위하여 사용하는 물질로서, 평균 입경은 2 ~ 10μm이고, 아민가는 230 ~ 280mg/KOH이며, 연화점은 100 ~ 130℃인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 화학식 2의 아민계 촉매는 접착제 조성물의 경화 반응 속도, 온도와 시간에 의한 작업성 마진 측면에서 전체 접착제 조성물에 대하여 0.01 ~ 2 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 0.02 ~ 1 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 0.05 ~ 0.5 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
상기 화학식 3의 부타디엔아크릴로니트릴 고무는 수지 조성물의 탄성율 및 유리전이온도를 저감시키고, B-스테이지화 공정의 공정 마진을 확보하며, 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키기 위하여 사용하는 물질로서, 접착력, 전기절연성, 및 수지 조성물과의 상용성 측면에서 부타디엔의 함량 비율이 전체 고무에 대하여 55 ~ 75 중량%이고, 아크릴로니트릴의 함량 비율이 전체 고무에 대하여 25 ~ 45 중량%이며, 중량 평균 분자량은 200,000 ~ 300,000인 것을 사용하는 것이 바람직하 다. 상기 화학식 3의 부타디엔아크릴로니트릴 고무는 접착제 조성물의 경화 반응 속도, 온도와 시간에 의한 작업성 마진, 패키지의 신뢰성 측면에서 전체 접착제 조성물에 대하여 상기 범위로 사용되는 것이 바람직하고, 20 ~ 45 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 22 ~ 40 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
상기 에폭시수지는 반도체 소자 언더필용으로 일반적으로 사용되는 에폭시수지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물인 것이 바람직하다. 상기 에폭시수지로는 하기 화학식 4로 표시되는 크레졸노볼락계 고상 에폭시수지, 하기 화학식 5로 표시되는 고상의 디사이클로펜타디엔계 에폭시수지, 및 하기 화학식 6으로 표시되는 액상의 비스페놀계 에폭시수지로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
[화학식 4]
Figure 112008090953705-pat00009
(상기 식에서, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
[화학식 5]
Figure 112008090953705-pat00010
(상기 식에서, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
[화학식 6]
Figure 112008090953705-pat00011
(상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 6의 알킬기이다.)
또한 본 발명의 에폭시수지에는 필요에 따라 물성 향상을 목적으로 나프탈렌계 에폭시수지 또는 아민계 다관능성 에폭시수지 등의 다른 에폭시수지도 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 에폭시수지에는 필요에 따라 조성물의 점도를 낮추기 위한 목적으로 1 ~ 3개의 에폭시 반응기를 가지는 반응성 희석제가 혼합될 수도 있다.
상기 에폭시수지는 접착제 조성물의 경화 반응 속도, 작업성, 패키지의 신뢰도 측면에서 전체 액상 에폭시 수지 조성물에 대하여 5 ∼ 40 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 10 ~ 30 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 12 ~ 20 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
상기 경화제는 상기 에폭시수지와 반응하여 경화물을 만들 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 하기 화학식 7로 표시되는 알킬화 페놀노볼락 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 알킬화 페놀노볼락 수지는 수산기 당량이 120 ∼ 150인 고순도의 제품을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 7]
Figure 112008090953705-pat00012
(상기 식에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 12의 알킬기 또는 아릴기이고, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
전체 접착제 조성물의 점도, 경화물의 유리전이온도, 기계적 물성, 및 열 특성 등의 관점에서 적절하게 R1 내지 R5 치환기의 종류 및 n 값을 조절한 여러 다양한 물질을 사용할 수 있으며, 이미드 변성 등에 의해 유리전이온도 특성을 변화시킨 물질 또한 사용할 수 있다.
상기 경화제는 접착제 조성물의 경화 반응 속도, 패키지의 신뢰성 측면에서 전체 접착제 조성물에 대하여 2 ∼ 30 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 3 ~ 20 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 5 ~ 15 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서는 상기 화학식 1의 이미다졸계 촉매 및 상기 화학식 2의 아민계 촉매 이외에 에폭시수지와 경화제의 반응을 촉진시킬 수 있는 경화촉진제를 추가로 사용할 수 있다. 또한 필요에 따라 열가소성 수지로 캡슐화되어 상온 안정성을 증가시킨 경화촉진제 또는 경화제로 개질된 경화촉진제를 사용할 수도 있다. 특히, 상기 화학식 2의 아민계 촉매는 잠재성 경화제로서, 저온에서 반응이 개시되면 접착제 조성물의 점도를 상승시키는 등의 부작용을 발생시킬 수 있으므로 캡슐화 또는 개질화를 통하여 일정 온도(가령, 100℃) 이상에서 반응이 개시되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 무기 충전제는 접착제 조성물의 칙소성 및 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키기 위한 것으로서, 평균 입경이 0.01 ∼ 2㎛인 구상 용융실리카 또는 합성실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 무기 충전제의 함량에 따라 평균 입경을 조정할 수 있다. 상기 무기 충전제의 평균 입경은 0.05 ∼ 1.5㎛인 것이 보다 바람직하며, 0.1 ∼ 1㎛인 것이 가장 바람직하다.
상기 무기 충전제는 접착제 조성물의 점도, 기계적 강도, 작업성, 및 패키지 신뢰성 측면에서, 전체 접착제 조성물에 대하여 1 ~ 20 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 2 ~ 15 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 5 ~ 10 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
상기 유기 용매는 접착제 조성물의 점도 조절 및 희석을 위한 것으로서, 200 내지 250℃의 높은 비점을 갖는 비반응성 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 카비톨계 화합물을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 유기 용매는 접착제 조성물의 점도, 기계적 강도, 작업성, 및 패키지 신뢰성 측면에서, 전체 접착제 조성물에 대하여 10 ~ 60 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 20 ~ 50 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 25 ~ 45 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서는 상기 성분들 이외에도 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 필요에 따라 기포의 제거를 용이하게 하기 위한 소포제, 제품 외관 등을 위한 카본 블랙 등의 착색제, 기계적 물성 및 접착력을 증가시키기 위한 글리시독시프로필 트리메톡시 실란이나 2-(3,4 에폭시 사이클로헥실)-에틸 트리메톡시 실란 등의 실란 커플링제, 침투성 개선을 위한 표면 장력 조절제, 요변성과 성형성을 개선하기 위한 퓸드(fumed) 실리카 등의 요변성 조절제, 실리콘 파우더, 및 표면 개질된 실리콘 파우더 등의 응력 완화제 등이 추가로 사용될 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물의 점도는 수지 조성물의 접착성, 공정 작업성, 온도와 시간에 의한 작업성 마진 측면에서 25℃에서 5,000 ∼ 30,000cps인 것이 바람직하고, 7,000 ~ 27,000cps인 것이 보다 바람직하며, 9,000 ∼ 25,000cps인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 접착제 조성물은 예를 들면 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 유기 용매, 및 기타 첨가제를 동시에 또는 원료별로 순차적으로 투입하고 필요에 따라 가열 처리를 하면서 교반, 혼합, 분산시킴으로써 제조할 수 있다. 특히 고상 에폭시수지를 저점도의 액상 에폭시수지 또는 유기 용매에 혼합하여 80 ~ 100℃의 온도에서 서서히 용융시켜 수지 바인더 상태로 제조한 후, 이를 나머지 액상 또는 분말 상의 성분들과 혼합, 교반, 분산시킴으로써 제조할 수 있다. 이들 혼합물의 혼합, 교반, 분산 등의 장치는 특별히 한정되지 않지만, 교반, 가열 장치를 구비한 혼합 분쇄기, 3축 롤밀, 볼밀, 진공 유발기, 및 유성형 혼합기 등을 사용할 수 있으며, 또한 이들 장치를 적절하게 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 접착제 조성물은 스크린 프린팅 방식의 인쇄 공정에 사용할 수 있으며, B-스테이지화 공정은 100 ~ 130℃에서 1시간 전후로 오븐 또는 고온의 압착 헤드에서 진행하고 최종 경화는 150℃에서 1시간 전후로 오븐 또는 고온의 압착 헤드에서 진행할 수 있다. 경우에 따라 경화촉진제의 조절을 통하여 경화 온도를 변 화할 수 있으며, 경화 시간을 단축할 수도 있다.
다음에 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 5]
하기 표 1에 나타난 배합비대로 원료를 배합한 후, 세라믹 재질의 교반기와 쓰리 롤밀을 이용하여 교반 및 분산, 혼합하여 접착제 조성물을 제조하였다. 고상의 에폭시수지는 유기 용매에 투입 후 80 ~ 100℃로 승온시켜 교반, 용해시키며 수지 바인더를 제조한 후 투입하였다. 이렇게 제조된 접착제 조성물을 사용하여 테프론 금형에서 120℃에서 1시간 B-스테이지화 후 150℃에서 1시간 경화시킴으로써 W×T×L이 4mm×0.3mm×10mm인 시편을 제조하였고, 하기와 같은 방법으로 각종 물성을 측정한 이후, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 작업성과 신뢰성 테스트의 경우 인쇄회로 기판에 접착제를 도포한 후 W×L이 7.5mm×7.5mm인 칩을 그 위에 장착한 후 압착 헤드로 압착하며 120℃에서 1시간 B-스테이지화 진행한 후 150℃에서 2시간 경화시켜 제조된 시편을 이용하여 평가하였다.
(점도): 원뿔 및 플레이트(Cone & Plate)형 Brookfield 점도계를 사용하여 25℃에서 측정하였다.
(유리전이온도): TMA(Thermomechanical Analyser)로 승온 속도 10℃/min 조 건에서 평가하였다.
(열팽창계수): TMA(Thermomechanical Analyser)로 승온 속도 10℃/min 조건에서 평가하였다.
(탄성율): DMTA(Dynamic Mechanical Thermal Analyser)로 승온 속도 5℃/min, 1Hz 조건에서 평가하였다.
(접착력): 실시예 및 비교예의 접착제 조성물을 사용하여 PCB 기판 위에 칩(5mm×5mm)을 부착하여 경화시킨 후 25℃에서 칩 전단 응력(Die Shear Strength)을 측정하였다.
(경화 수축율): 경화 전후의 시편 무게 감소율로 측정하였다.
(흡습률): 실시예 및 비교예의 접착제 조성물을 사용하여 제조된 시편을 상온에서 96시간 방치시킨 후 시편의 무게 변화율로 측정하였다.
(경화 peak): DSC(Differential Scanning Calorimetry)로 승온 속도 10℃/min 조건에서 평가하였다.
(스크린 프린팅성): 스크린 프린팅 장비로 실시예 및 비교예의 접착제 조성물을 PCB 기판에 인쇄하여 균일한 인쇄 상태를 확인하였다. 인쇄 상태가 좋은 것을 OK로, 나쁜 것을 NG로 표기하였다.
(온도 마진(Margin)): 기판에 인쇄된 접착제를 컨백션 오븐에 넣고 작업 온도보다 10℃ 낮은 온도와 10℃ 높은 온도에서 B-스테이지 경화 상태를 평가하였다. 경화 상태가 좋은 것을 OK로, 나쁜 것을 NG로 표기하였다.
(시간 마진(Margin)): 기판에 인쇄된 접착제를 컨백션 오븐에 넣고 작업 시 간보다 10분 빠른 시간과 10분 늦은 시간에서 B-스테이지 경화 상태를 평가하였다. 경화 상태가 좋은 것을 OK로, 나쁜 것을 NG로 표기하였다.
(신뢰도): JEDEC, JESD22-A104 시험 조건 G(-40℃/+125℃)에서 열충격 시험(Temperature Cycle Test)을 수행한 후, C-SAM(Scanning Acoustical Microscopy)을 이용하여 칩과 PCB 간의 박리 발생 개수를 평가하였다.
Figure 112008090953705-pat00013
(단위: 중량%)
(주)
1) YDCN-500-90P, 국도화학
2) HP-7200H, DIC corporation
3) EXA-835LV, DIC corporation
4) MEH-8000H, Meiwa kasei
5) 2-phecyl-4.5-dihydroxymethylimidazole, Shikoku
6) 화학식 2(R은 비스페놀A 에폭시기, n의 평균값은 80)
7) R-805, Degussa
8) KBM-403, Shin Etsu silicon
9) 2-(2-Ethoxyethoxy)ethyl acetate, 삼전화학
10) HYPRO 1300×13, Emerald
상기 결과로부터 본 발명에 의한 접착제 조성물은 칩 부착 시의 작업성과 반도체 패키지의 신뢰성이 우수함을 확인하였다.

Claims (14)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 유기 용매, 및 첨가제를 포함하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물에 있어서, 상기 경화촉진제로 하기 화학식 1로 표시되는 이미다졸계 촉매 및 하기 화학식 2로 표시되는 아민계 촉매를 사용하고, 상기 첨가제로 하기 화학식 3으로 표시되는 부타디엔아크릴로니트릴 고무를 전체 접착제 조성물에 대하여 18 ~ 50 중량%로 사용하며,
    상기 화학식 3의 부타디엔아크릴로니트릴 고무는 부타디엔의 함량 비율이 전체 고무에 대하여 55 ~ 75 중량%이고, 아크릴로니트릴의 함량 비율이 전체 고무에 대하여 25 ~ 45 중량%이며, 중량 평균 분자량은 200,000 ~ 300,000인 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112013008290355-pat00014
    (상기 식에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 페닐기, 시아노에틸기, 벤질기, 또는 수산기 중의 어느 하나이다.)
    [화학식 2]
    H2N-CH2-(NR-CH2)ｎ-CH2-NH2
    (상기 식에서, R은 수소 또는 비스페놀A 에폭시기이고, n의 평균값은 50 내지 200이다.)
    [화학식 3]
    Figure 112013008290355-pat00015
    (상기 식에서, x1, x2 , 및 y의 비율은 0.5 ~ 0.9 : 0.1 ~ 0.5 : 0 ~ 0.4이고, M의 평균값은 50 내지 80이다.)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1의 이미다졸계 촉매가 전체 접착제 조성물에 대하여 0.01 ~ 2 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 2의 아민계 촉매로 평균 입경이 2 ~ 10μm이고, 아민가가 230 ~ 280mg/KOH이며, 연화점이 100 ~ 130℃인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 2의 아민계 촉매가 전체 접착제 조성물에 대 하여 0.01 ~ 2 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지로 하기 화학식 4로 표시되는 크레졸노볼락계 고상 에폭시수지, 하기 화학식 5로 표시되는 고상의 디사이클로펜타디엔계 에폭시수지, 및 하기 화학식 6으로 표시되는 액상의 비스페놀계 에폭시수지로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112008090953705-pat00016
    (상기 식에서, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
    [화학식 5]
    Figure 112008090953705-pat00017
    (상기 식에서, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
    [화학식 6]
    Figure 112008090953705-pat00018
    (상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 6의 알킬기이다.)
  7. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지가 전체 액상 에폭시 수지 조성물에 대하 여 5 ∼ 40 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 경화제로 하기 화학식 7로 표시되는 알킬화 페놀노볼락 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
    [화학식 7]
    Figure 112008090953705-pat00019
    (상기 식에서, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 12의 알킬기 또는 아릴기이고, n의 평균값은 0 내지 3이다.)
  9. 제 1항에 있어서, 상기 경화제가 전체 접착제 조성물에 대하여 2 ∼ 30 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 무기 충전제로 평균 입경이 0.01 ∼ 2㎛인 구상 용융실리카 또는 합성실리카를 전체 접착제 조성물에 대하여 1 ~ 20 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 유기 용매로 카비톨계 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 유기 용매가 전체 접착제 조성물에 대하여 10 ~ 60 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 접착제 조성물의 점도가 25℃에서 5,000 ∼ 30,000cps인 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착용 접착제 조성물.
  14. 제 1항 내지 제 4항 및 제 6항 내지 제 13항 중 어느 한 항 기재의 접착제 조성물을 교반, 가열장치를 구비한 혼합 분쇄기, 3축 롤밀, 볼밀, 진공 유발기, 및 유성형 혼합기에서 선택되는 1종 이상의 장치를 사용하여 혼합, 분쇄하여 얻은 제품으로 스크린 프린팅 방식의 인쇄 공정을 통하여 패키지한 반도체 소자.
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