KR101280277B1 - 절연성 액상 다이 결합제 및 반도체 디바이스 - Google Patents

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다우 코닝 도레이 캄파니 리미티드
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Abstract

(A) (a-1) 알케닐 그룹을 갖는 오가노폴리실록산 수지와 (a-2) 1개 분자내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 직쇄 오가노폴리실록산의 혼합물, (B) 1개 분자내에 2개 이상의 규소 결합된 수소 원자를 갖는 오가노폴리실록산, (C) 1개 분자내에 하나 이상의 규소 결합된 알콕시 그룹을 갖는 유기 규소 화합물, (D) 평균 직경이 0.1 내지 50㎛이고 JIS K 6253에 따르는 A형 듀로미터 경도가 80 이하인 절연성 구형 실리콘 고무 입자 및 (E) 하이드로실릴화 반응 촉매를 포함하는, 반도체 칩 마운팅 부재를 반도체 칩의 활성 표면에 결합하기 위한 절연성 액상 다이 결합제는, 반도체 칩의 활성 표면을 손상시키지 않고, 스크린 인쇄에 양호하게 적합하며, 반도체 칩과 다이 결합제 사이의 계면 위에 공극이 형성되는 것을 방지하고, 와이어 결합 특성이 손실되지 않는다.
다이, 결합제, 반도체, 디바이스

Description

절연성 액상 다이 결합제 및 반도체 디바이스 {Insulating liquid die-bonding agent and semiconductor device}
본 발명은 반도체 칩의 활성 표면에 반도체 칩 결합 부재를 결합(bonding)하기 위한 절연성 액상 다이 결합제(insulating liquid die-bonding agent) 및 위에서 언급한 다이 결합제가 사용된 반도체 디바이스에 관한 것이다.
절연성 액상 다이 결합제를 통하여 서로 결합하는 반도체 칩과 칩 마운팅(mounting) 부재 사이의 절연 상태를 제공하기 위해, 또는 다이 결합이 완료된 후에 반도체 칩에 대한 와이어 결합능이 손실되는 것을 방지하기 위해, 직경 50 내지 100㎛의 유리, 금속 질화물 또는 금속 산화물 입자와 같은 무기 절연체(insulating body) 형태로 제조된 절연 그레인(grain)을 5질량% 이상 함유하는 위에서 언급한 타입의 다이 결합제를 사용하는 것이 제안되었다[참조: 일본 공개특허공보 제(평)7-14859호]. 그렇지 않으면, 위에서 언급한 절연성 액상 다이 결합제는 1개 분자내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 오가노폴리실록산, 1개 분자내에 2개 이상의 규소 결합된 수소 원자를 갖는 오가노폴리실록산, 규소 결합된 알콕 시 그룹을 갖는 유기 규소 화합물, 직경이 10 내지 100㎛이고 작은 직경에 대한 큰 직경의 비가 1.0 내지 1.5인 유기 또는 무기 구형 충전제 입자, 및 백금 또는 백금형 촉매로 이루어질 수 있다[참조: 일본 공개특허공보 제(평)7-292343호].
반도체 칩과 칩 마운팅 부재 사이의 절연 상태를 제공하기 위해, 또는 다이 결합 후에 반도체 칩에 대한 와이어 결합능이 손실되는 것을 방지하기 위해, 위에서 언급한 절연성 액상 다이 결합제는 비교적 경질인 충전제를 함유해야 한다. 그러나, 열 순환 처리된 페이스 다운(face-down)형 반도체 디바이스에서 반도체 마운팅 소자를 반도체 칩의 활성면에 결합시키기 위해 당해 절연성 액상 다이 결합제를 사용하는 경우, 위에서 언급한 반도체 칩의 활성 표면이 손상될 수 있으며, 반도체 디바이스의 신뢰도가 약화될 수 있다.
반면, 구형 실리콘 고무 입자를 함유하는 실리콘 고무 조성물이 당해 기술분야에 공지되어 있다[참조: 일본 공개특허공보 제2000-38510호 및 일본 공개특허공보 제2003-292781호]. 이들 2개 문헌의 경우, 조성물은 전도성 금속 입자를 함유한다. 이들 조성물은, 반도체 칩 마운팅 부재가 반도체 칩의 활성 표면에 결합되어 있는 와이어-결합된 페이스 다운형 반도체 디바이스와 함께 사용될 수 없다.
본 발명자들은 구형 실리콘 고무 입자를 사용하지만 전도성 금속 입자를 사용하지 않는 전도성 실리콘 고무 조성물로서 절연성 다이 결합제를 제조하고자 하였다. 그러나, 반도체 칩 마운팅 부재의 표면 위에서의 스크린 인쇄(screen printing)시 당해 결합제를 사용하는 경우, 실리콘 고무 조성물은 피복면의 주변부로 유동하여, 결합 패드(bonding pad)가 오염된다. 이에 따라, 와이어 결합 상태가 손상되거나 반도체 칩과 다이 결합제 사이의 계면에 공기가 트랩되어, 공극의 형성이 용이해진다.
본 발명의 목적은, 반도체 칩의 활성 표면을 손상시키지 않고, 스크린 인쇄에 양호하게 적합하며, 반도체 칩과 다이 결합제 사이의 계면 위에 공극이 형성되는 것을 방지하고, 와이어-결합 성질이 손실되지 않는, 반도체 칩 결합 부재를 반도체 칩의 활성 표면에 결합시키기 위한 절연성 액상 다이 결합제를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 신뢰도가 높은 반도체 디바이스를 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
반도체 칩 마운팅 부재를 반도체 칩의 활성 표면에 결합하기 위한 본 발명의 절연성 액상 다이 결합제는
(A) (a-1) 화학식 R1 3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 R1 2R2SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위(여기서, R1은 알케닐 그룹을 제외한 1가 탄화수소 그룹이고, R2는 알케닐 그룹이다)로 이루어진 오가노폴리실록산 수지 및 (a-2) 1개 분자내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 직쇄 오가노폴리실록산의 혼합물 100질량부(여기서, (a-1):(a-2)의 질량 비는 (30:70) 내지 (60:40)이다),
(B) 1개 분자내에 2개 이상의 규소 결합된 수소 원자를 갖는 오가노폴리실록산{당해 성분은 성분(A)의 알케닐 그룹 1mol에 대한 당해 성분의 규소 결합된 수소 원자의 몰 비가 0.1 내지 10mol이 될 정도의 양으로 사용된다},
(C) 1개 분자내에 하나 이상의 규소 결합된 알콕시 그룹을 갖는 유기 규소 화합물 0.1 내지 10질량부,
(D) 평균 직경이 0.1 내지 50㎛이고 JIS K 6253에 따르는 A형 듀로미터(type A durometer) 경도가 80 이하인 절연성 구형 실리콘 고무 입자 5 내지 50질량부 및
(E) 촉매량의 하이드로실릴화 반응 촉매를 포함한다.
본 발명의 반도체 디바이스는 위에서 언급한 절연성 액상 다이 결합제를 사용하여 반도체 칩 마운팅 부재를 반도체 칩의 활성 표면에 결합시킴을 특징으로 한다.
[발명의 효과]
본 발명의 다이 결합제는 반도체 칩의 활성 표면을 손상시키지 않고, 스크린 인쇄에 양호하게 적합하며, 반도체 칩과 다이 결합제 사이의 계면 위에 공극이 형성되는 것을 방지하고, 와이어-결합 특성이 손실되지 않는다.
위에서 언급한 절연성 액상 다이 결합제를 사용함으로써, 본 발명의 반도체 디바이스의 신뢰성은 매우 높다.
도 1은 본 발명에 따라 제조된 반도체 디바이스의 단면도이다.
[부호 설명]
1 반도체 칩
2 폴리이미드 필름으로 제조된 회로 기판
3 절연성 액상 다이 결합제의 경화체(cured body)
4 결합 패드
5 결합 패드
6 금속 결합 와이어
다음은 본 발명의 절연성 액상 다이 결합제를 더욱 상세하게 기재한 것이다.
성분(A)는 본 발명의 다이 결합제의 주요 성분 중의 하나이다. 성분(A)는 (a-1) 알케닐 그룹을 갖는 오가노폴리실록산 수지 및 (a-2) 1개 분자내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 직쇄 오가노폴리실록산의 혼합물을 포함한다. 성분(a-1)은 수지형 분자 구조를 가지며 화학식 R1 3SiO1 /2, R1 2R2SiO1 /2 및 SiO4 /2의 실록산 단위로 이루어진다. 이들 화학식에서, R1은 알케닐 그룹 이외의 1가 탄화수소 그룹이다. 이는, 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 또는 유사한 알킬 그룹; 페닐, 톨릴, 자일릴, 나프틸 또는 유사한 아릴 그룹; 벤질, 펜에틸 또는 유사한 아르알킬 그룹; 클로로메틸, 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필 또는 유사한 할로겐 치환된 알킬 그룹일 수 있다. 상기 화학식에서, R2는 알케닐 그룹, 예를 들면, 비닐, 알릴, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐 또는 헵테닐 그룹이다.
위에서 언급한 성분(a-1)의 오가노폴리실록산 수지는 화학식 (CH3)3SiO1 /2; (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2 및 SiO4 /2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 공중합체, 및 화학식 (C6H5)(CH3)2SiO1 /2; (CH3)2(CH2=CH)SiO1 /2 및 SiO4 /2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 공중합체로 나타낼 수 있다.
성분(a-2)는 직쇄 분자 구조를 갖는 오가노폴리실록산이다. 성분(a-2)의 알케닐 그룹은 비닐, 알릴, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐 및 헵테닐 그룹으로 예시될 수 있다. 비닐 그룹이 가장 바람직하다. 위에서 언급한 알케닐 그룹의 결합 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 분자 말단 및/또는 분자 측쇄에 위치할 수 있다. 성분(a-2)에 함유된 알케닐 그룹 이외의 규소 결합된 유기 그룹은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 또는 유사한 알킬 그룹; 페닐, 톨릴, 자일릴, 나프틸 또는 유사한 아릴 그룹; 벤질, 펜에틸 또는 유사한 아르알킬 그룹; 클로로메틸, 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필 또는 유사한 할로겐 치환된 알킬 그룹일 수 있다. 메틸 및 페닐 그룹이 가장 바람직하다.
성분(a-2)의 오가노폴리실록산의 특정 예로는, 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체; 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸비닐폴리실록산; 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸페닐실록산, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체; 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 디메틸폴리실록산; 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸비닐폴리실록산; 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체; 및 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸페닐실록산, 메틸비닐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체가 있다.
성분(a-2)의 25℃에서의 점도는 특별히 한정되지 않지만, 점도가 10 내지 1,000,000mPaㆍs, 바람직하게는 100 내지 100,000mPaㆍs 범위인 것이 권고된다. 점도가 권고된 범위보다 적은 경우, 인쇄 후에 수득된 다이 결합제가 주변부 바깥으로 유동하고 와이어 결합 패드를 오염시켜 와이어 결합의 품질이 저하될 것이다. 반면, 점도가 권고된 범위보다 큰 경우, 수득된 와이어 결합제의 제조 공정에서의 취급능이 손상될 것이다.
성분(A)는 (30:70) 내지 (60:40)의 질량 비로 혼합된 성분(a-1) 및 성분(a-2)로 이루어진다. 성분(a-1)의 질량 비 점유율이 권고된 범위보다 적은 경우, 경화된 다이 결합 물질의 물리적 강도가 손상될 것이다. 반면, 성분(a-1)의 점유율이 권고된 범위보다 큰 경우, 위에서 언급한 경화된 다이 결합 물질의 연신율이 상당히 감소할 것이다.
성분(B)는 본 발명의 다이 결합제의 경화제이다. 성분(B)는 1개 분자내에 2개 이상의 규소 결합된 수소 원자를 함유하는 오가노폴리실록산이다. 수소 원자가 규소에 결합될 수 있는 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 수소 원자는 분자 말단 및/또는 분자 측쇄에 위치할 수 있다. 성분(B)에 함유될 수 있는 규소 결합된 유기 그룹의 특정 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 또는 유사한 알킬 그룹; 페닐, 톨릴, 자일릴, 나프틸 또는 유사한 아릴 그룹; 벤질, 펜에틸 또는 유사한 아르알킬 그룹; 클로로메틸, 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필, 또는 유사한 할로겐 치환된 알킬 그룹이 있다. 메틸 및 페닐 그룹이 바람직하다. 성분(B)의 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 성분(B)는 직쇄, 측쇄, 사이클릭, 넷(net)형, 또는 부분적으로 분지된 직쇄 분자 구조일 수 있다. 직쇄 구조가 바람직하다.
성분(B)의 오가노폴리실록산의 특정한 예로는 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸하이드로겐폴리실록산; 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸하이드로겐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체; 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸페닐실록산, 메틸하이드로겐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체; 디메틸하이드로겐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 디메틸폴리실록산; 디메틸하이드로겐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸페닐실록산 및 디메틸실록산의 공중합체; 디메틸하이드로겐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑된 메틸페닐폴리실록산; 화학식 R1 3SiO1/2, R1 2HSiO1/2 및 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 공중합체; 화학식 R1 2HSiO1/2 및 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 공중합체; 화학식 R1HSiO2/2, R1SiO3/2 및 HSiO3/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 공중합체; 또는 위에서 언급된 2개 이상의 혼합물인 오가노폴리실록산이 있다. 위의 화학식에서, R1은 알케닐 그룹 이외의 1가 탄화수소 그룹, 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 또는 유사한 알킬 그룹; 페닐, 톨릴, 자일릴, 나프틸 또는 유사한 아릴 그룹; 벤질, 펜에틸 또는 유사한 아르알킬 그룹; 클로로메틸, 3-클로로프로필, 3,3,3-트리플루오로프로필 또는 유사한 할로겐 치환된 알킬 그룹이다.
25℃에서의 점도는 성분(B)의 특별히 한정되지 않지만, 점도가 1 내지 500,000mPaㆍs, 바람직하게는 5 내지 100,000mPaㆍs인 것이 권고된다. 점도가 권고된 범위보다 적은 경우, 경화된 다이-결합 물질의 기계적 강도가 감소할 것이다. 반면, 점도가 권고된 범위보다 큰 경우, 수득된 와이어-결합제의 제조 공정에서의 취급능이 손상될 것이다.
성분(B)는, 성분(B)의 규소-결합된 수소 원자가 성분(A)의 알케닐 그룹 1mol당 0.1 내지 10mol, 바람직하게는 0.1 내지 5mol, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3mol이 될 정도의 양으로 첨가되는 것이 권고된다. 성분(A)의 알케닐 그룹 1mol당 성분(B)의 규소-결합된 수소 원자의 양이 권고된 양보다 적은 경우, 수득된 다이-결합제의 충분한 경화를 제공하기가 어려울 것이다. 반면, 권고된 양을 초과하는 경우, 경화된 다이-결합 물질의 물리적 특성이 시간이 경과함에 따라 변화할 수 있다.
성분(C)는 본 발명의 다이-결합제로부터 수득된 경화체의 부착을 향상시키는 데 사용된다. 성분(C)는 1개 분자내에 하나 이상의 규소-결합된 알콕시 그룹을 함유하는 유기 규소 화합물이다. 성분(C)를 이루는 유기 규소 화합물의 특정한 예로는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 메틸페닐디메톡시실란, 메틸페닐디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 및 화학식
Figure 112011052900316-pct00001
,
Figure 112011052900316-pct00002
,
Figure 112011052900316-pct00003
,
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,
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,
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또는
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의 규소 화합물(여기서, a 및 b는 1 이상의 정수이다)이 있다. 이들 중에서, 1개 분자내에 하나 이상의 규소-결합된 알콕시 그룹 및 하나 이상의 규소-결합된 알케닐 그룹 또는 규소 결합된 수소 원자를 함유하는 성분(C)의 유기 규소 화합물을 사용함으로써, 경화체의 부착 강도가 가장 양호해진다.
성분(C)는 성분(A) 100부당 0.1 내지 10질량부, 바람직하게는 0.5 내지 3.0질량부의 양으로 첨가한다. 성분(C)가 권고된 양보다 적게 첨가되는 경우, 수득된 경화된 다이-결합 물질의 부착 강도가 불충분할 것이다. 반면, 성분(C)가 권고된 양을 초과하여 첨가되는 경우, 수득된 다이-결합제의 저장 안정성이 손상될 것이다.
성분(D)는 다이-결합제를 스크린 인쇄에 적합하게 하기 위해 다이-결합제의 점도 및 요변성(thixotropic) 특성을 조절하는 데 사용된다. 성분(D)는 연성 충전제로서 작용하며 반도체 칩의 활성 표면이 손상될 위험성을 감소시키는, 절연 특성을 갖는 구형 실리콘 고무 입자를 함유한다. 위에서 언급한 성분(D)의 입자의 평균 직경은 0.1 내지 50㎛, 바람직하게는 1 내지 30㎛이다. 입자의 평균 직경이 권고된 범위보다 적은 경우, 수득된 다이-결합제를 사용하여 결합된 반도체 칩과 칩 마운팅 부재 사이의 계면에 공극이 발생할 수 있다. 반면, 성분(D)의 첨가량이 권고된 범위를 초과하는 경우, 당해 결합제의 제조가 완료된 후에 이물질을 다이-결합제로부터 제거하는 단계에서 여과능(filterability)이 손상될 것이다. 종종, 성분(D)가 응집된 상태(aggregated state)에서 첨가되는 경우 더 양호한 결과가 수득된다. 그 이유는, 응집된 절연성 구형 실리콘 고무 입자가 다이-결합제에서의 이의 응집성(cohesive) 상태를 보존하며 당해 상태는 반도체 칩의 활성 표면이 손상될 위험을 감소시키기 때문이다. 응집된 그레인의 평균 직경은 1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛인 것이 권고된다. 응집된 그레인의 평균 직경은, 실리콘 고무 그레인을 메탄올 속에 침지시키고, 초음파 에너지를 가하여 그레인을 분산시키고, 입자 크기 분포 측정기를 사용하여 크기를 측정함으로써 결정한다. 반도체 칩의 활성 표면의 손상을 성분(D)에 의해 방지하기 위해, JIS K 6253-1997에 따르는 A형 듀로미터 경도(가황 고무 또는 열가소성 고무의 경도 측정 방법)가 80 이하, 바람직하게는 50 이하여야 한다.
이와 같은 특징을 갖는 성분(D)는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 액상 실리콘 고무 조성물을 0 내지 25℃에서 표면 활성제를 사용하여 물 중에 에멀젼화시켜 수성 에멀젼을 제조한다. 수득된 에멀젼을 25℃ 이상의 온도에서 물에 분산시키고, 수득된 액상 실리콘 고무 조성물을 고형화시켜 수성 현탁액 중에 입자를 생성시킨다[참조: 일본 공개특허공보 제(소)62-243621호 및 미국 특허 제4,742,142호]. 또 다른 방법에 따르면, 1개 분자내에 2개 이상의 규소-결합된 하이드록실 그룹을 갖는 오가노폴리실록산, 1개 분자내에 2개 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 오가노폴리실록산, 경화 촉진제, 및 1개 분자내에 하나 이상의 불포화 탄화수소 그룹을 갖는 에폭시 화합물로부터 실리콘 고무 조성물을 제조하는 단계, 수득된 조성물을 표면 활성제의 수용액 중에 에멀젼화시키는 단계, 당해 에멀젼을 고온 액체 또는 기체와 접촉시키는 단계, 및 수성 현탁액 중에서 실리콘 고무 조성물을 입자 형태로 경화시키는 단계에 의해 입자를 제조한다[참조: 일본 공개특허공보 제(소)64-56735호 및 미국 특허 제4,849,564호]. 또 다른 방법은, 1개 분자내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 오가노폴리실록산 및 1개 분자내에 2개 이상의 규소-결합된 수소 원자를 갖는 오가노폴리실록산으로부터 실리콘 고무 조성물을 제조하는 단계, 수득된 조성물을 표면 활성제 수용액 중에 에멀젼화시키는 단계, 백금형 촉매를 첨가하는 단계, 및 수득된 실리콘 고무 조성물을 경화시켜 입자를 수성 현탁액 형태로 회수하는 단계로 이루어진다[참조: 일본 공개특허공보 제(평)10-298302호 및 미국 특허 제5,969,039호]. 또 다른 방법은 1개 분자내에 2개 이상의 실란올 그룹을 갖는 오가노폴리실록산 및 가교결합제로부터 축합-경화성 실리콘 고무 조성물을 제조하는 단계, 수득된 조성물을 표면 활성제 수용액 중에 에멀젼화시키는 단계, 표면 활성제 수용액 중에 에멀젼화된 축합-반응형 촉매를 첨가하는 단계, 및 실리콘 고무 조성물을 입자화(particulate)하여 실리콘 고무 입자의 수성 현탁액을 제조하는 단계로 이루어진다[참조: 일본 공개특허공보 제2001-240679호]. 위에서 언급한 현탁액을 균일하게 분무 건조시킴으로써 구형 실리콘 고무 입자를 당해 현탁액으로부터 수득하며, 수득된 구형 실리콘 고무 입자는 물 또는 알칼리성 수용액에서 교반하고, 물을 제거하고, 당해 입자를 2번째로 물 중에서 교반하고, 예를 들면, 원심 분리기로 물을 제거하고, 필요한 경우, 당해 입자를 저급 알코올의 수용액에서 교반하고, 원심 분리기 또는 유사한 장비로 알코올을 제거하고, 생성물을 건조시킨다. 또 다른 방법에 따르면, 위에서 언급한 실리콘 고무 입자의 현탁액을 여과하고, 구형 입자를 회수하고, 구형 입자를 다시 물 또는 알칼리성 수용액에서 교반하고, 물을 제거하고, 생성물을 다시 물에서 교반하고, 원심 분리하여 물을 제거하고, 필요한 경우, 생성물을 저급 알코올 용액에서 교반하고, 원심 분리하여 알코올을 분리하고, 생성물을 건조기로 건조시켜 최종 분말을 수득한다.
성분(D)가 성분(A) 100질량부당 5 내지 50질량부, 바람직하게는 15 내지 40질량부의 양으로 첨가되는 것이 권고된다. 성분(D)가 권고된 양보다 적게 첨가되는 경우, 조성물이 과다하게 확장되어 와이어-결합 패드의 오염이 발생할 수 있다. 반면, 성분(D)가 권고된 양을 초과하여 첨가되는 경우, 당해 조성물은 과다한 요변성을 수득하여, 반도체 칩과 다이-결합제 사이의 계면에 공극의 발생이 용이해질 것이다.
성분(E)는 다이-결합제의 경화를 촉진시키기 위해 사용되는 하이드로실릴화 반응 촉매이다. 성분(E)는 백금형 촉매, 로듐형 촉매 또는 팔라듐형 촉매를 포함할 수 있으며, 백금형 촉매가 바람직하다. 위에서 언급한 백금형 촉매는 미세 백금 분말, 백금 블랙, 미분된 실리카 캐리어 상의 백금, 활성탄소 캐리어 상의 백금, 염화백금산, 사염화백금, 염화백금산의 알코올 용액, 백금-올레핀 착물, 백금과 디비닐테트라메틸디실록산 또는 유사한 알케닐실록산과의 착물, 폴리스티렌 수지, 나일론 수지, 폴리카보네이트 수지, 실리콘 수지, 또는 입자 직경이 10㎛를 초과하지 않는 위에서 언급한 백금 또는 백금형 화합물을 함유하는 유사한 열가소성 수지 분말일 수 있다.
성분(E)는 촉매량으로 사용되어야 한다. 그러나, 성분(E)에 함유된 금속성 촉매의 질량 단위의 측면에서, 성분(E)가 0.1 내지 500ppm, 바람직하게는 1 내지 50ppm의 양으로 첨가되는 것이 권고된다. 성분(E)가 권고된 양보다 적게 첨가되는 경우, 수득된 다이 결합제의 경화 속도를 상당히 지연시킬 것이다. 반면, 성분(E)가 권고된 양을 초과하여 첨가되는 경우, 경화 속도가 현저하게 가속화되지는 않지만 공정이 경제적으로 비합리적이 될 것이다.
본 발명의 다이-결합제는 성분(A) 내지 성분(E)를 균일하게 혼합하여 제조할 수 있다. 본 발명의 다이-결합제의 점도는 25℃에서 100 내지 500Paㆍs, 바람직하게는 150 내지 300Paㆍs이다. 다이-결합제의 점도가 권고된 값보다 작은 경우, 도포된 결합제가 퍼짐에 따라 와이어-결합 패드가 오염될 수 있다. 반면, 점도가 권고된 값을 초과하는 경우, 공극이 형성될 수 있다.
본 발명의 목적에 반대되지 않는 범위내에서, 당해 조성물은 임의 성분, 예를 들면, 수득된 결합제의 저장 안정성 및 취급능의 향상에 필요할 수 있는 경화 억제제를 포함할 수 있다. 경화 억제제의 예로는 2-메틸-3-부틴-2-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올, 페닐부티놀 또는 유사한 알킬 알코올; 3-메틸-3-펜텐-1-인, 3,5-디메틸-3-헥센-1-인 또는 유사한 엔인(enyne) 화합물; 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐사이클로테트라실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라헥세닐사이클로테트라실록산 및 벤조트리아졸이 있다. 질량 단위의 측면에서, 이와 같은 경화 억제제는 본 발명의 다이-결합제에 10 내지 50,000ppm의 양으로 첨가되어야 한다. 필요한 경우, 본 발명의 목적에 해를 끼치지 않는 범위내에서, 당해 조성물은 안료, 내열제, 난연재 등과 같은 다른 임의 첨가제를 함유할 수도 있다.
이어서, 본 발명의 반도체 디바이스를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기재한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반도체 디바이스는, 반도체 칩 마운팅 부재(2)가 위에서 언급한 다이 결합제의 경화체(3)에 의해 반도체 칩(1)의 활성 표면에 결합되어 있는 반도체 디바이스이다. 당해 디바이스에서, 반도체 칩(1)은 규소 또는 갈륨-비소 기판 위의 전자 회로로 이루어질 수 있으며, "탭(tab)"으로 알려진 반도체 칩 마운팅 부재(2)는 구리, 제1철 합금 또는 유사한 합금으로 제조된다. 도 1의 양태에서, 위에서 언급한 반도체 칩 마운팅 부재는 회로 기판으로서 나타나 있다. 당해 회로 기판은, 금, 은, 구리 등과 같은 금속으로 제조된 배선이 표면 위에 형성된 세라믹 또는 유리 기판을 포함할 수 있다. 또한, 당해 회로 기판은 이의 표면 위에 각종 축전지, 저항기, 코일 또는 다른 전기 소자를 지지할 수 있다.
본 발명의 반도체 디바이스는, 위에서 언급한 다이-결합제에 의해 반도체 칩 마운팅 부재를 반도체 칩(1)의 활성 표면에 부착하는 단계, 수득된 유닛을 가열하여 결합제의 경화체(3)를 형성시키는 단계, 및 반도체 칩(1)의 활성 표면 위에 디바이스의 중심부에 설치된 결합 패드(4)를 결합 패드(5)에 의해 회로 기판에 접촉시키는, 금, 구리, 알루미늄 또는 또 다른 금속으로 제조된 다이 결합 와이어(6)를 사용하여 다이-결합 조작을 수행하는 단계에 의해 형성된다. 일반적으로, 결합 와이어(6)를 사용하는 와이어 결합은 초음파 압축(compression) 결합법, 열 압축 결합법, 초음파 열 압축 결합법 등의 방법으로 수행한다. 위에서 기재한 다이-결합제를 사용하여, 위에서 언급한 다이-결합제의 경화체(3)를 통해 반도체 칩 마운팅 부재(2)를 반도체 칩(1)의 활성 표면에 결합하는 것을, 예를 들면, 다음의 2가지 방법으로 수행할 수 있다: 다이-결합제를 반도체 칩 마운팅 부재(2) 위에 도포하고 반도체 칩(1)을 다이-결합제에 결합하는 방법, 또는 다이 결합제를 반도체 칩(1) 위에 도포하고 반도체 칩 마운팅 부재(2)를 반도체 칩(1) 위에 놓은 다음 다이-결합제를 가열하여 경화시키는 방법이 있다. 다이 결합제가 경화될 수 있는 온도는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 온도는 100 내지 250℃, 바람직하게는 150 내지 250℃의 범위일 수 있다. 또한, 필요한 경우, 반도체 칩의 와이어 결합을 완료한 후에, 반도체 칩(1)의 표면은 겔-유사 또는 고무-유사 실리콘 피복제로 피복될 수 있다. 필요한 경우, 반도체 칩은 에폭시-수지 실란트로 밀봉될 수 있다.
본 발명은, 절연성 액상 다이-결합제 및 반도체 디바이스의 본 발명의 실시예 및 비교 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 추가로 기재될 것이다. 점도는 25℃에서 측정하였다. 다이-결합제 및 반도체 디바이스의 특징의 측정에 다음의 방법들을 사용하였다.
[다이-결합제의 점도 및 요변성 측정]
다이-결합제의 점도는 E-타입 회전 점도계(모델 DVU-EII, 토키멕 캄파니, 리미티드(Tokimec Co., Ltd)의 제품)를 사용하여 회전 속도 0.5rpm에서 측정하였다. 다이 결합제의 요변성 특성은 위에서 언급한 회전형 점도계를 사용하여 회전 속도 0.5rpm에서의 점도를 회전 속도 2.5rpm에서의 점도와 비교하여 측정하였으며, 요변율은 수득된 데이터를 기준으로 하여 측정하였다.
[공극의 평가]
다이-결합제를 스크린 인쇄하여 두께 50㎛ 및 면적 8mm x 8mm의 피복물 형태로 폴리아미드 필름 위에 도포하였다. 크기 18mm x 18mm 및 두께 150㎛의 투명한 유리판을 반도체 칩과 함께 사용하기 위해 선택하고, 도포하고, 다이 결합제를 두께 25㎛로 압축하였다. 당해 유닛을 1분 동안 200℃에서 가열하여 다이-결합제를 경화시키고, 유리판 측면을 통해 계면을 관찰하여 유리판과 경화된 다이-결합제 사이의 계면 위의 공극(공기 기포)의 존재 여부를 확인하였다.
[반도체 디바이스 제조 및 결합능의 평가]
위에서 언급한 반도체 칩 마운팅 부재를 지지하고 있는 폴리아미드 필름 회로 기판의 후면에 반도체 칩의 활성 표면을 부착하고, 당해 유닛을 1분 동안 200℃에서 가열하여 다이 결합제를 경화시켰다. 이어서, 반도체 칩의 활성 표면의 중심부에 위치한 결합 패드를, 결합 와이어에 의해, 폴리아미드 필름 회로 기판의 가장자리에 위치한 결합 패드에 와이어-결합하였다. 결합 와이어의 와이어 결합을 초음파 열 압축 결합법(결합 온도: 160 내지 250℃; 부하량: 와이어 1개당 30 내지 100mg)으로 수행하였다. 결합 와이어 및 결합 패드의 상태 또는 결합 와이어 및 결합 패드 연결부(neck)의 모양을 현미경으로 관찰하였다. 결합 와이어를 늘리면서 결합 와이어의 결합 상태를 관찰하였으며, 와이어 결합능을 결합 와이어의 총 개수에 대한 실패된 결합 와이어의 백분율로 계산하였다.
[반도체 디바이스의 조작 실패의 백분율]
시험된 반도체 디바이스를 100회 열 순환시켰으며, 각각의 순환은 -25℃에서 15분 및 +120℃에서 15분으로 이루어졌다. 이어서, 시험된 디바이스를 열 순환 챔버로부터 제거하고, 조작 실패(operational failure)의 백분율을 계산하였다.
[실시예 1]
오가노폴리실록산 혼합물을 화학식 (CH3)3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 수지(비닐 그룹의 함량: 2.01질량%) 40질량부 및 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 2,000mPaㆍs인 디메틸폴리실록산(비닐 그룹의 함량: 0.23질량%) 60질량부로부터 제조하였다. 당해 혼합물을 평균 직경 2㎛, 응집된 입자의 평균 직경 15㎛ 및 A형 듀로미터 경도 30의 구형 실리콘 고무 입자 20질량부와 합하였다. 이들 성분을 30분 동안 실온에서 혼합하였다. 그 결과, 균일한 페이스트-유사 화합물을 수득하였다. 당해 화합물을 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 20mPaㆍs인 메틸하이드로겐폴리실록산(규소-결합된 수소 원자의 함량: 1.5질량%)(당해 메틸하이드로겐폴리실록산 중의 규소- 결합된 수소 원자의 함량은 위에서 언급한 오가노폴리실록산 혼합물 중의 비닐 그룹 1mol당 1.5mol이었다) 3.5부, 화학식
Figure 112012109083198-pct00008
의 유기 규소 화합물 1중량부 및 페닐부티놀 0.13질량부와 추가로 합하였다. 이들 성분을 10분 동안 실온에서 교반하였으며, 백금과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 착물(질량 단위의 측면에서, 다이-결합제 중의 금속 백금의 함량은 5ppm이었다) 0.45질량부를 가하고 생성물을 30분 동안 실온에서 혼합하여 절연성 액상 다이-결합제를 제조하였다. 수득된 다이 결합제의 특성을 조사하고, 위에서 언급한 다이-결합제를 사용하여 제조한 반도체 디바이스의 특징을 평가하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
[실시예 2]
오가노폴리실록산 혼합물을 화학식 (CH3)3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 수지(비닐 그룹의 함량: 2.01질량%) 45질량부 및 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 2,000mPaㆍs인 디메틸폴리실록산(비닐 그룹의 함량: 0.23질량%) 55질량부로부터 제조하였다. 당해 혼합물을 평균 직경 2㎛, 응집된 입자의 평균 직경 15㎛ 및 A형 듀로미터 경도 30의 구형 실리콘 고무 입자 10질량부와 합하였다. 이들 성분을 30분 동안 실온에서 혼합하였다. 그 결과, 균일한 페이스트형 화합물을 수득하였다. 당해 화합물을 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 20mPaㆍs인 메틸하이드로겐폴리실록산(규소-결합된 수소 원자의 함량: 1.5질량%)(본 발명의 메틸하이드로겐폴리실록산 중의 규소-결합된 수소 원자의 함량은, 위에서 언급한 오가노폴리실록산 혼합물 중의 비닐 그룹 1mol당 1.4mol이었다) 3.5부, 화학식
Figure 112012109083198-pct00009
의 유기 규소 화합물 1중량부 및 페닐부티놀 0.13질량부와 추가로 합하였다. 이들 성분을 10분 동안 실온에서 혼합하였으며, 백금과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 착물(질량 단위의 측면에서, 다이 결합제 중의 금속 백금의 함량은 5ppm이었다) 0.45질량부를 첨가하고 생성물을 30분 동안 실온에서 혼합하여 절연성 액상 다이-결합제를 제조하였다. 수득된 다이-결합제의 특성을 조사하고, 위에서 언급한 다이-결합제를 사용하여 제조한 반도체 디바이스의 특징을 평가하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
[실시예 3]
오가노폴리실록산 혼합물을 화학식 (CH3)3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 수지(비닐 그룹의 함량: 2.01질량%) 35질량부 및 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 40,000mPaㆍs인 디메틸폴리실록산(비닐 그룹의 함량: 0.08질량%) 65질량부로부터 제조하였다. 당해 혼합물을 평균 직경 2㎛, 응집된 입자의 평균 직경 15㎛ 및 A형 듀로미터 경도 30의 구형 실리콘 고무 입자 20질량부와 합하였다. 이들 성분을 30분 동안 실온에서 혼합하였다. 그 결과, 균일한 페이스트-유사 화합물을 수득하였다. 당해 화합물을 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 20mPaㆍs인 메틸하이드로겐폴리실록산(규소-결합된 수소 원자의 함량: 1.5질량%)(당해 메틸하이드로겐폴리실록산 중의 규소 결합된 수소 원자의 함량은 위에서 언급한 오가노폴리실록산 혼합물 중의 비닐 그룹 1mol당 1.9mol 이었다) 3.5부, 화학식
Figure 112012109083198-pct00010
의 유기 규소 화합물 1중량부 및 페닐부티놀 0.13질량부와 추가로 합하였다. 이들 성분을 10분 동안 실온에서 교반하였으며, 백금과 1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 착물(질량 단위의 측면에서, 다이-결합제 중의 금속 백금의 함량은 5ppm이었다) 0.45질량부를 첨가하고 생성물을 30분 동안 실온에서 혼합하여 절연성 액상 다이-결합제를 제조하였다. 수득된 다이-결합제의 특성을 조사하고, 위에서 언급한 다이-결합제를 사용하여 제조한 반도체 디바이스의 특징을 평가하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
[비교 실시예 1]
화학식 (CH3)3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 수지(비닐 그룹의 함량: 2.01질량%) 40질량부 및 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 2,000mPaㆍs인 디메틸폴리실록산(비닐 그룹의 함량: 0.23질량%) 60질량부로 이루어진 본 발명의 실시예 1의 혼합물 100질량부 대신, 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 2000mPaㆍs인 디메틸폴리실록산(비닐 그룹의 함량: 0.23질량%) 100질량부를 사용하는 것을 제외하고는, 절연성 액상 다이-결합제를 본 발명의 실시예 1에 기재된 바와 동일한 방식으로 제조하였다. 또한, 비교 실시예 1의 조성물은 트리메틸실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 20mPaㆍs인 메틸하이드로겐폴리실록산(규소-결합된 수소 원자의 함량: 1.5질량%)(당해 메틸하이드로겐폴리실록산 중의 규소-결합된 수소 원자의 함량은, 위에서 언급한 디메틸폴리실록산의 비닐 그룹 1mol당 1.6mol이었다)도 함유한다. 수득된 다이-결합제의 특성을 조사하고, 위에서 언급한 다이-결합제를 사용하여 제조한 반도체 디바이스의 특징을 평가하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
[비교 실시예 2]
구형 실리콘 고무 입자를 60질량부의 양으로 사용하는 것을 제외하고는, 절연성 액상 다이-결합제를 비교 실시예 1에 기재된 바와 동일한 방식으로 제조하였다. 수득된 다이-결합제의 특성을 조사하고, 위에서 언급한 다이-결합제를 사용하여 제조한 반도체 디바이스의 특징을 평가하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다.
[비교 실시예 3]
본 발명의 실시예 1의 조성물에서, 화학식 (CH3)3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 (CH3)2(CH2=CH)SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위로 이루어진 오가노폴리실록산 수지(비닐 그룹의 함량: 2.01질량%) 70질량부 및 디메틸비닐실록시 그룹으로 분자 말단 둘 다 캡핑되고 점도가 2,000mPaㆍs인 디메틸폴리실록산(비닐 그룹의 함량: 0.23질량%) 30질량부로부터 오가노폴리실록산 혼합물을 제조하였다. 그러나, 당해 혼합물은 균일성을 수득할 수 없었으며, 균질한 다이-결합제를 제조할 수 없었다.
Figure 112011052900316-pct00013
본 발명의 절연성 액상 다이-결합제는 반도체 칩의 활성 표면을 손상시키지 않고, 스크린 인쇄에 양호하게 적합하며, 반도체 칩과 다이-결합제 사이의 계면 위에 공극이 형성되는 것을 방지하고, 와이어-결합 특성이 손실되지 않기 때문에, 반도체 디바이스의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. (A) (a-1) 화학식 R1 3SiO1/2의 실록산 단위, 화학식 R1 2R2SiO1/2의 실록산 단위 및 화학식 SiO4/2의 실록산 단위(여기서, R1은 탄소수 2 내지 7의 알케닐 그룹을 제외한 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소 그룹이고, R2는 탄소수 2 내지 7의 알케닐 그룹이다)로 이루어진 오가노폴리실록산 수지 및 (a-2) 1개 분자내에 2개 이상의 탄소수 2 내지 7의 알케닐 그룹을 갖는 직쇄 오가노폴리실록산의 혼합물 100질량부[여기서, (a-1):(a-2)의 질량 비는 (30:70) 내지 (60:40)이다],
    (B) 성분(A)의 탄소수 2 내지 7의 알케닐 그룹 1mol에 대한 성분(B)의 규소-결합된 수소 원자의 몰 비가 0.1 내지 10mol 범위의 양으로 사용되는, 1개 분자내에 2개 이상의 규소 결합된 수소 원자를 갖는 오가노폴리실록산,
    (C) 1개 분자내에 하나 이상의 규소-결합된 탄소수 1 또는 2의 알콕시 그룹을 갖는 유기 규소 화합물 0.1 내지 10질량부,
    (D) 평균 직경이 0.1 내지 50㎛이고 JIS K 6253에 따르는 A형 듀로미터(type A durometer) 경도가 80 이하인 절연성 구형 실리콘 고무 입자 5 내지 50질량부 및
    (E) 촉매량의 하이드로실릴화 반응 촉매를 포함하는, 반도체 칩 마운팅 부재(semiconductor-chip-mounting member)를 반도체 칩의 활성 표면에 결합시키기 위한 절연성 액상 다이-결합제.
  2. 제1항에 있어서, 점도가 25℃에서 100 내지 500Paㆍs인, 절연성 액상 다이-결합제.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 절연성 액상 다이-결합제의 사용으로 반도체 칩 마운팅 부재가 반도체 칩의 활성 표면에 결합된 반도체 디바이스.
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