KR101309811B1 - 반도체 패키지용 접착 필름 - Google Patents

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Abstract

본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서, 상부 칩 하면에 접착되고 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층, 및 제1접착층 하부에 접착되어 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 포함하고, 경화전 점도는 제1접착층이 제2접착층보다 낮은 점도를 갖는 반도체 패키지용 접착 필름을 제시한다.

Description

반도체 패키지용 접착 필름{Adhesive film for semiconductor package}
본 발명은 반도체 패키지(package) 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 칩 적층 패키지에 사용되는 접착 필름(adhesive film)에 관한 것이다.
반도체 칩을 두층 이상 적층한 적층형 패키지(stack type package)는 메모리(memory) 용량의 증가를 위해서 도입되고 있다. 리드 프레임(lead frame)이나 또는 인쇄회로기판(PCB)과 같은 기재(substrate) 상에 하부 칩을 접착제를 이용하여 접착하고, 하부 칩 상에 상부 칩을 적층한 후 적층된 반도체 칩들을 에폭시몰딩제(EMC)와 같은 봉지재로 봉지하여 패키지를 형성한다. 이때, 하부 칩과 기재를 전기적으로 연결하는 하부 본딩 와이어(bonding wire)가 위치할 공간을 확보하기 위해서, 하부 칩과 상부 칩 사이의 계면에 공간 확보용 스페이서(spacer)를 도입하고 있다. 이와 같이 공간 확보용 스페이서를 도입한 경우 패키지의 전체 두께가 두꺼워지고, 또한, 스페이서를 붙이는 별도의 공정이 추가되는 취약점이 수반된다.
따라서, 별도의 스페이서의 도입을 배제하면서도 칩 적층 시 접착 공정성과 신뢰성을 확보하기 위해서, 본딩 와이어가 쓰러지러지거 눌리는 등의 불량을 억제할 수 있으며, EMC 몰딩 시 칩과 칩 사이의 계면에서 보이드(void)와 같은 접착 불량이 억제될 수 있는 접착 필름의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 적층되는 반도체 칩들 사이에 스페이서의 도입을 배제하면서도 본딩 와이어가 쓰러지러지거 눌리는 불량을 억제할 수 있으며, 칩과 칩 사이의 계면에서 보이드(void)와 같은 접착 불량이 억제될 수 있는 접착 필름을 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서, 상기 상부 칩 하면에 접착되고 상기 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층; 및 상기 제1접착층 하부에 접착되어 상기 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 포함하고, 경화전 점도는 상기 제1접착층이 상기 제2접착층보다 낮은 점도를 갖는 반도체 패키지용 접착 필름을 제시한다.
상기 제1접착층 및 2접착층은 상호 간에 100℃ 온도에서 101 내지 103 포아즈(poise)의 점도 차이를 가질 수 있다.
상기 제1접착층은 초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘으로 인가되는 상태에서 100℃ 내지 120℃ 온도에서 103 포아즈(poise) 내지 105 포아즈의 전단 점도를 가질 수 있다.
상기 제2접착층은 초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘으로 인가되는 상태에서 100℃ 내지 120℃ 온도에서 105내지 107 포아즈(poise)의 전단 점도를 가질 수 있다.
상기 제2접착층은 100℃ 내지 120℃ 온도에서 0.1 MPa 내지 1 MPa의 모듈러스(modulus)를 가질 수 있다.
상기 제1접착층은 아크릴계 고분자 수지를 포함하는 바인더(binder) 성분 5 내지 40 중량부(wt%); 및 경화 성분 60 내지 95중량를 포함할 수 있다.
상기 경화 성분은 상기 경화 성분 100 중량부 기준으로 할 때 50 내지 80 중량부 포함되는 에폭시 수지; 및 50 내지 20 중량부 포함되는 페놀형 경화 수지를 포함할 수 있다.
상기 경화 성분 100 중량부에 대해 경화 속도 조절을 위한 0.01 중량부 내지 10 중량부 더 첨가되는 포스핀계 경화 촉매; 및 접착력 증진을 위해 0.01 중량부 내지 10 중량부 더 첨가되는 실란 커플링제를 더 포함할 수 있다.
상기 제1접착층은 상기 바인더 성분 및 경화 성분 100중량부에 대해서 10 내지 50 중량부 더 첨가되는 충진제를 포함할 수 있다.
상기 제2접착층은 아크릴계 고분자 수지를 포함하는 바인더(binder) 성분 40 내지 85 중량부; 및 경화 성분 15 내지 60중량부를 포함할 수 있다.
상기 경화 성분은 상기 경화 성분 100 중량부 기준으로 할 때 15 내지 20 중량부 포함되는 페놀 경화제; 및 잔부량의 포함되는 페녹시 수지 및 에폭시 수지를 포함하고, 상기 페녹시 수지 및 에폭시 수지는 상호 간에 4 : 1 내지 2 : 1 범위로 포함할 수 있다.
상기 경화 성분 100 중량부에 대해 경화 속도 조절을 위한 포스핀계, 이미다졸계 또는 아민계의 경화 촉매; 및 접착력 증진을 위해 실란 커플링제를 포함하는 첨가제가 0.01 중량부 내지 5중량부 더 첨가될 수 있다.
상기 제 2접착층은 상기 바인더 성분 및 경화 성분 100중량부에 대해서 5 내지 40 중량부의 더 첨가되는 충진제를 더 포함할 수 있다.
상기 제2접착층은 상기 제1 및 제2접착층들의 전체 두께에 대해 2 내지 40%의 두께를 가질 수 있다.
상기 제2접착층은 3㎛ 내지 20㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점은, 본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서, 상기 상부 칩 하면에 접착되고 상기 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층; 및 상기 제1접착층 하부에 접착되어 상기 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 구비하고, 경화 후 점도는, 상기 제1접착층이 상기 제2접착층보다 높은 점도를 갖는 반도체 패키지용 접착 필름을 제시한다.
상기 제1접착층의 경화 후 점도는 5 × 106 포아즈(poise) 내지 5 × 107 포아즈이고, 상기 제2접착층의 경화 후 점도는 2 × 106 포아즈(poise) 내지 20 × 106 포아즈일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점은, 본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서, 상기 상부 칩 하면에 접착되고 상기 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층; 및 상기 제1접착층 하부에 접착되어 상기 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 구비하고, 경화 후 모듈러스(modulus)는 상기 제 1접착층이 제 2접착층보다 높은 모듈러스를 갖는 반도체 패키지용 접착 필름을 제시할 수 있다.
상기 제1접착층의 경화 후 모듈러스는 300 내지 1000 MPa 이고, 상기 제2접착층의 경화 후 모듈러스는 점도는 1 내지 10 MPa 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적층되는 반도체 칩들 사이에 스페이서의 도입을 배제하면서도 본딩 와이어가 쓰러지러지거 눌리는 불량을 억제할 수 있으며, 칩과 칩 사이의 계면에서 보이드(void)와 같은 접착 불량이 억제될 수 있는 접착 필름을 제시할 수 있다.
접착 필름의 제 1접착제는 경화 전에 상태를 고려할 때 본딩 와이어를 감싸 덮을 수 있을 정도로 높은 유동성을 가지며, 경화 후에는 본딩 와이어의 쏠림이나 눌림이 없을 정도의 강도(hardness)를 갖는 접착층을 가질 수 있다. 제 2접착제는 경화 후에 발생될 수 있는 칩 계면과의 보이드를 미발생 및 제거가 가능할 수 있도록 소프트(soft)한 접착층으로 도입된다. 이에 따라, 접착 필름은 상하의 접착제층들의 점도가 상이한 구조를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지용 접착 필름을 설명하기 위해서 제시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 접착 필름은, 기재(10) 상에 반도체 칩(30, 70)들이 적층될 때, 상부 칩(70)과 하부 칩(30)을 접착시키는 데 사용될 수 있다. 기재(10) 상에는 기재 접착용 접착제(20)에 의해 하부 칩(30)이 접착되고, 연후에 하부 칩(30)과 기재(10)를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(50)가 형성된다. 본딩 와이어(50) 형성을 위한 와이어 본딩 과정을 수행한 후, 하부 칩(30) 상에 적층될 상부 칩(70)을 도입한다. 이때, 칩(30, 70) 접착에 사용되는 접착 필름(40, 60)은, 적어도 둘 이상의 접착층(40, 60)을 구비한다. 상부 칩(70)을 포함하는 웨이퍼에 접착 필름(40, 60)을 라미네이트 과정으로 부착한 후, 다이 소잉(die sowing)하고, 다이 소잉으로 개개 칩들로 분리된 상부 칩(70)이 접착 필름(40, 60)을 구비한 채 하부 칩(30) 상에 도입된다. 이후에, 상부 칩(70)에 압력을 가하며 가열하여, 하부 칩(30) 상에 상부 칩(70)을 적층한다. 이때, 본딩 와이어(50)를 접착 필름(40, 60) 내로 침투(penetration)되어 수용된다.
이를 위해서, 상부의 칩(70)에 라미네이트(laminate)되어 접착하는 제1접착층(60)과 하부의 칩에 접착되는 제2접착층(40) 모두는, 칩(30, 70) 접착 시에 가해지는 외부 압력과 본딩 와이어(50)의 자체 지지력에 의하여 본딩 와이어(50)에 의해 절단될 수 있게 구성된다. 제1접착층(60)은 칩(70) 접착 시 하부의 칩(30)과 기재(10)를 연결하게 와이어 본딩된 본딩 와이어(50)를 감싸 덮을 수 있는 높은 유동성을 확보하고 있으며, 제2접착층(40)은 제1접착층(60)에 비해 상당히 낮은 유동성을 가진다. 예컨대, 제2접착층(40)은 대략 0.1 MPa 내지 20 MPa 수준의 모듈러스(modulus)를 가지게 구비된다. 칩(30, 70) 접착 시 본딩 와이어(50)는 상대적으로 낮은 저 유동성의 제2접착층(40)을 절단하여 침투 통과(penetration)하여, 상대적으로 높은 고 유동성의 제1접착층(60) 내로 침투한다.
제1접착층(60) 내로 침투된 본딩 와이어(50) 부분은 고 유동성의 제1접착층(60)을 구성하는 제1접착 조성물에 의해 둘러싸이게 수용되고, 후속되는 경화 과정에서 제1접착 조성물이 경화됨에 따라 제1접착층(60) 내에 고정되게 된다. 저 유동성의 제2접착층(40)은 본딩 와이어(50)가 뚫고 지나갈 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성된다. 즉, 하부 칩(30) 상에서 기재(10)로 연결되는 본딩 와이어(50)의 최고 높이를 보이는 굴곡된 와이어 부분이 제2접착층(40) 상으로 뚫고 나와 제1접착층(60)에 수용될 수 있게, 제2접착층(40)의 두께는 제1접착층(60)에 비해 상대적으로 얇은 것이 바람직하다. 제2접착층(40)의 두께는 본딩 와이어(50)의 높이 보다 낮은 수치 범위, 예컨대 전체 접착 필름의 두께의 약 2% 내지 40 %의 범위로 형성될 수 있다.
제2접착층(40)의 두께가 이러한 두께 범위일 경우, 하부 칩(30) 표면에 접촉하여 부착될 때, 하부 칩(30) 표면과의 경계면에 보이드(void)가 억제 및 제거가 될 수 있다. 제1접착층(60)은 40㎛ ~ 100㎛의 두께를 가질 때, 제2접착층(40)은 EMC 몰딩 공정시 몰딩 압력에 의한 효과적인 보이드 제거를 유도하기 위해 3㎛ ~ 30㎛의 두께를 가질 수 있다.
따라서, 저유동성의 제2접착층(40)가 이러한 두께로 설정됨으로써, 본딩 와이어(50)가 뚫고 지나갈 수 있게 하면서도, 후속 봉지재인 EMC 몰딩 시 계면 부분에서 보이드가 제거될 수 있을 정도로의 두께를 가지게 한다. 또한, 스냅 큐어(snap cure) 후에 EMC 몰딩 시에는 제1접착층에 비해 상대적으로 낮은 모듈러스를 갖는 제2접착층(40)과 기재 표면 사이의 보이드 이동을 통해 보이드가 제거될 수 있으므로, 반도체 패키지의 고신뢰성을 구현할 수 있다. 저유동 제2접착층(40)을 통과한 본딩 와이어(50)는 고유동성의 제1접착층(60)에서 감싸주게 되므로, 본딩 와이어(50)의 눌림이나 쏠림 또는 쓰러짐과 같은 문제를 피할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제1접착층(60)은 다음과 같은 제1접착 조성물로 형성될 수 있다.
제1접착층(60)을 위한 제1접착 조성물 성분;
1) 바인더 성분:
ㄱ. 에폭시 함유 아크릴계 고분자 수지 (KLS 105a(EEW = 900), 제조원:후지쿠라 화학)는 5 중량부(wt%) 내지 40 중량부(wt%) 범위로 첨가될 수 있다. 아크릴계 고분자 수지는 중합하는 모노머들을 선정하는 것에 의해 유리전이온도나 분자량 조절이 용이하고 특히 측쇄에 관능기를 도입하기 쉬운 장점이 있다.
2) 경화 성분: 경화 성분은 60 중량부(wt%) 내지 95 중량부(wt%)를 가지며, 강한 경화 및 접착 작용을 나타낼 수 있는 강한 가교밀도를 가지고 있는 에폭시 수지가 포함한다. 제1접착층의 점도는 100℃ 온도에서 103 포아즈(poise) 내지 106 포아즈가 바람직하다. 이러한 점도 범위에서 제1접착층은 본딩 와이어(50)를 감싸 덮을 수 있으며, 와이어가 쏠림이나 쓰러짐이 방지되고, 다이 부착력이 우수하다.
ㄱ. 에폭시 수지는 경화 성분 100중량부에 대해서 50 내지 80 중량부 범위로 첨가될 수 있다. 에폭시 수지는 이관능 에폭시 수지 성분 및 다관능 에폭시 수지 성분을 혼합하여, 제 1접착제층의 경화전에 밀도를 조절하여 낮은 전단 점도가 구현되도록 유도한다.
ㄴ. 페놀형 경화수지는 경화성분 100중량부에 대해서 20 내지 50중량부 범위로 첨가될 수 있다. 페놀형 경화수지로써는 노볼락계, 자일록계, 바이페닐계 등이 있으며, 바람직하게는 노블락 페놀형 경화 수지를 사용한다.
ㄷ. 경화속도를 조절하는 첨가제로서 포스핀계 경화촉매는 포스핀계 경화촉매는 경화 성분 100중량부를 기준으로 할 때, 경화 성분 100중량부에 대해서 0.01 중량부 내지 10 중량부 범위로 첨가될 수 있다.
ㄹ. 실리카(silica)와 같은 무기물질의 표면과 접착필름의 수지간의 접착력을 증진시키기 위한 접착증진제로서 실란 커플링제는 경화 성분 100중량부에 대해서 0.01 중량부 내지 10 중량부 범위로 첨가될 수 있다.
3) 충진제
ㄱ. 실리카는 바인더 성분 및 경화 성분 총량을 100중량부를 기준으로 할 때, 바인더 성분 및 경화 성분 100중량부에 대해 10 중량부 내지 50 중량부 범위로 더 첨가될 수 있다. 실리카는 접착 조성물의 용융점도를 조절하기 위한 충진제로 첨가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제2접착층(40)은 다음과 같은 제2접착 조성물로 형성될 수 있다.
제2접착층(40)을 위한 제2접착 조성물 성분;
1) 바인더 성분
ㄱ. 에폭시 함유 아크릴계 고분자 수지는 바인더 및 경화성분의 100중량부에 대해서 40 중량부 내지 85 중량부 범위인 것이 바람직하다. 이러한 함량일 경우, EMC 몰딩 시 칩과의 계명서 보이드가 발생하기 않으며, 또한 발생 시, 제거가 가능한 효과가 있다.
2) 경화 성분
경화 성분으로는 바인더 및 경화 성분의 100중량부에 대해서 15 중량부 내지 60 중량부 범위인 것이 바람직하다.
ㄱ. 페녹시 수지 및 에폭시 수지
페녹시 수지와 에폭시 수지는 4:1 내지 2:1 범위인 것이 바람직하다. 페녹시 수지는 열가소성 수지(thermoplastic)로서 고온에서 모듈러스(modulus)를 낮춰주는 효과가 있어 채움 특성(gap fil) 개선한다. 이에 따라 페녹시 수지는 제2접착 조성물의 성분으로 포함되지만, 제1접착 조성물의 성분으로는 배제되는 것이 유효하다.
ㄴ. 페놀경화제는 경화성분의 100중량부에 대해서 5 내지 20 중량부 범위로 포함될 수 있다. 바람직하게는 비페닐계 페놀경화제를 사용한다.
ㄷ. 첨가제
경화 촉매로서는 이미다졸계, 포스핀계, 아민계 경화촉매이 바람직하며, 실란 케플링제로는 머켑토 실란 커플링제, 에폭시 실란 커플링제가 첨가된다. 경화성분의 100중량부에 대해서 0.01 내지 5 중량부 범위로 더 첨가하는 것이 바람직 하다
3) 충진제
실리카는 바인더 및 경화수지 100중량부에 대해서 5 중량부 내지 40 중량부 범위로 첨가될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제1접착층(60)을 위한 제1접착 조성물 성분; 케이스( case ) 1-1
1) 바인더 성분: 에폭시 함유 아크릴계 고분자 수지 (KLS 105a(EEW = 900), 제조원:후지쿠라 화학) 20 중량부
2) 경화 성분:
ㄱ. 다관능 에폭시 수지 (EPPN-501H, 제조원: 메이화플라스틱산업주식회사) 18 중량부가 포함된다.
ㄴ. 이관능 에폭시 수지 (YDF-170, 제조원: 국도화학) 10 중량부
ㄷ. 페놀 노블락 페놀형 경화수지 (DL-92, 제조원 : 메이와 플라스틱 산업주식회사) 18 중량부
ㄹ. 포스핀계 경화촉매(TPP, 제조원: 메이화플라스틱산업주식회사) 1중량부
ㅁ. 실란 커플링제 (KBM-303, 제조원: 신에쯔주식회사) 1중량부
3) 충진제 : 구형 실리카 (SC-4500SQ, SC-2500SQ, 제조원: 아드마텍스(Admatechs)) 32중량부
4) 용제 : 메틸에틸케톤 10 중량부
제1접착층(60)을 위한 제1접착 조성물 성분; 케이스 1-2
바인더 성분을 12중량부를 넣고 나머지 성분은 케이스 1-1과 동일하게 제조한다.
제1접착층(60)을 위한 제1접착 조성물 성분; 케이스 1-3
바인더 성분을 38중량부를 넣고 나머지 성분은 케이스1-1과 동일하게 제조한다.
이러한 상기 제1접착 조성물에 의한 제1접착층(60)의 특성을 평가하기 위한 시편을 준비하기 위해서, 상기한 성분들을 고속 교반봉을 포함하는 1L 원통형 플라스크에 첨가하고 20분간 3000 rpm에서 저속으로, 그리고, 5분간 4000rpm에서 고속으로 분산하여 제1접착 조성물을 제조한 뒤, 50um 캡슐 필터를 이용하여 여과한 뒤, 어플리케이터로 각각 30㎛, 40㎛, 50,㎛ 55㎛, 60㎛ 두께로, 이형 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 상에 코팅하여 제1접착층의 시편들을 필름 형태로 제조하였으며, 100℃ 오븐에서 20분 건조한 뒤 110 ℃에서 10분간 건조하고, 실온에서 1일간 보관하였다.
제2접착층(40)을 위한 제2접착 조성물 성분; 케이스 2-1
1) 바인더 성분
ㄱ. 에폭시 함유 아크릴계 수지 (KLS-1045, 제조원: 후지쿠라 화학) 220 중량부
2) 경화 성분
ㄱ. 열가소성 페녹시 수지 (PKHP-200, 제조원: 인켐인베스트먼트(InChemInvestment in Chemicals)) 28 중량부
ㄴ. 크레졸 노볼락계로 이루어진 에폭시 수지 (YDCN-500-90P, 제조원: 국도화학) 11 중량부
ㄷ. 크레졸 노볼락과 비페닐계로 이루어진 에폭시 수지 (CER-1020, 제조원: 닛폰가야쿠) 10 중량부
ㄹ. 비페닐계 페놀경화제 (KPH-F4500, 제조원:코오롱유화) 17 중량부
ㅁ. 이미다졸계 경화촉매 (2P4MHZ, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 제조원: 사국화학) 0.16 중량부
ㅂ. 멜라민 (제조원: 시그마 알드리치) 2 중량부
ㅅ. 머켑토 실란 커플링제 (KBM-803, 제조원: 신에쯔주식회사) 0.3g
ㅇ. 에폭시 실란 커플링제 (KBM-303, 제조원: 신에쯔주식회사) 0.2 중량부
3) 충진제
무정형 실리카 (R-972, 제조원: 대구사) 22 중량부
4) 용제
메틸에틸케톤 5중량부
제2접착층(40)을 위한 제2접착 조성물 성분; 케이스 2-2
바인더 성분만 100 중량부를 넣고 나머지는 케이스 2-1과 동일하게 제조한다.
제2접착층(40)을 위한 제2접착 조성물 성분; 케이스 2-3
바인더 성분만 44중량부를 넣고 나머지는 케이스 2-1과 동일하게 제조한다.
상기한 조성 성분들, 상기 제 2접착제 조성물을 용제에 용해시킨 후, 비즈밀을 이용하여 혼련한다. 이후에, 어플리케이터를 이용하여 이형처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름상에 도포하고 100℃ 오븐에서 10~30분 가열 건조하여 5㎛, 10㎛, 20㎛, 30㎛, 60㎛ 도막 두께를 가지는 제2접착층이 도포된 필름 형태의 시편들을 얻을 수 있다. 110 ℃에서 10분간 추가 건조하고, 실온에서 1일간 보관하였다. 본 발명의 조성물을 사용하여 반도체 조립용 접착필름을 형성하는 데에는 특별한 장치나, 설비가 필요치 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래 알려져 있는 통상의 제조방법을 제한없이 사용하여 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 접착 필름의 특성을 평가하기 위해서, 제1접착층(60) 및 제2접착층(40)의 두께들을 달리하여 다음의 표 1과 같은 실시예들 및 비교예들을 제시한다. 이때, 제1접착층(60)과 제2접착층(40)을 GMP 사의 롤(roll) 라미테이터를 사용하여 80℃의 온도, 통과 속도 3 레벨(level)의 조건에서 합지한 후, 1일간 보관한다.
실험 1
도 1에 제시된 바와 같은 접착 필름(60, 40)의 두께는 본딩 와이어(50)의 높이에 의존하여 달라질 수 있지만, 접착 필름(60, 40)이 40㎛ 내지 120㎛ 두께 범위 내의 두께를 가짐을 고려하여, 60㎛ 두께를 가지는 경우를 평가 대상으로 설정한다. 케이스 2-1로 제조된 두께가 10㎛인 제 2 접착층에 상기한 3가지 케이스로 각각 제조된 두께가 50㎛인 제 1접착층을 제조하여, 경화전 점도와 본딩 와이어의 쏠림/ 쓰러짐을 관측하여 표 1에 제시한다.

실험 세트
실시예 1
(바인더 30%)
/케이스 1-1

실시예 2
(바인더 20%)
/케이스 1-2
비교예 1
(바인더 45%)
/케이스 1-3

제1접착층 경화전
점도(100℃) (poise)
15E+4
4E+4
1E+6

쏠림/쓰러짐 현상
X
X
O
* X : 미관측 , O : 관측
실험 2
케이스 1-1 경우에 따라 제조된 두께가 50㎛인 제 1 접착층에 상기한 3가지 케이스로 제조된 두께가 10㎛인 제 2접착층을 제조한다. 각각의 경화전 점도와 본딩 와이어의 침투 평가를 관측하여 표 2에 제시한다.

실험 세트
실시예 3
(바인더 77%)
/케이스 2-1
실시예 4
(바인더 55%)
/케이스 2-2
비교예 2
(바인더 40%)
/케이스 2-3

제2접착층 경화전
모듈러스(100도) MPa
0.9
0.6
0.2

제2접착층 경화전
점도(100도) poise
3E+6
2.4E+6
0.9E+6

본딩 와이어 침투 평가
불량
양호
양호
표 1 및 2의 결과를 고려하면, 경화전 점도는 제1접착층이 제2접착층보다 낮은 점도를 갖는 것으로 확인된다. 제1접착층 및 2접착층은 상호 간에 100℃ 온도에서 101 내지 103 포아즈(poise)의 점도 차이를 가질 수 있으며, 제1접착층은100℃ 내지 120℃ 온도에서 103 포아즈(poise) 내지 105 포아즈의 전단 점도 범위 내로 측정된다. 제2접착층은 100℃ 내지 120℃ 온도에서 105내지 107 포아즈(poise)의 전단 점도 범위 내로 측정된다. 제2접착층의 경화 전 점도는 100℃ 내지 120℃ 온도에서 0.1 MPa 내지 1 MPa의 모듈러스(modulus) 범위 내로 측정된다.
실험 3
케이스 1-2로 제조된 제 1 접착층(바인더 20%)에 케이스 2-2 제조된 제 2접착층(바인더 55%)을 제조하고, 표 3과 같이 실시예 및 비교예의 두께 조건을 변화시킨다.

실험 세트
실시예5
실시예6
실시예7
비교예3
비교예4
비교예5

제1접착층 두께(㎛)
55
50
40
0
60
30

제2접착층 두께(㎛)
5
10
20
60
0
30
표 3에 제시된 실시예들 및 비교예들에 대한 특성 평가 결과를 표 4에 제시한다.

비교항목
실시예5
실시예6
실시예7
비교예3
비교예4
비교예5

온도에 따른
제품
특성
제1접착층 경화후 점도(175℃)
poise
15E+6
15E+6
15E+6
-
15E+6
15E+6

제2접착층 경화후 점도(175℃)
poise
5E+6
5E+6
5E+6
5E+6
-
5E+6

다이 부착력
kgf/chip
10
10
13
15
10
13

몰드 후 보이드
< 5%
양호
양호
양호
양호
불량
양호

본딩 와이어 침투 평가(wire penetration)
현미경 판정
양호
양호
양호
불량
양호
불량
표 4의 결과를 고려하면, 경화 이후의 접착층들의 점도는, 경화후 제1접착층의 점도가 5E+6 포아즈 내지 5E+7 포아즈 범위 내로 측정되고, 경화후 제2접착층의 점도는 2E+6 포아즈 내지 20E+6 포아즈 범위 내로 측정된다. 즉, 제1접착층의 경화 후 점도가 제2접착층 보다 더 높게 측정된다.
실험 4
두께가 50㎛인 제 1 접착층에 두께가 10㎛인 제 2접착층을 표 5에 제시된 바와 같이 제조한다.

실험 세트
실시예8
실시예9
실시예10

제1접착층 바인더 함량(wt%)
20
(케이스 1-2)
20
(케이스 1-2)
30
(케이스 1-1)

제2접착층 바인더함량(wt%)
50
(케이스 2-2)
70
(케이스 2-1)
70
(케이스 2-1)
표 5에 제시된 실시예 및 비교예에 대한 특성 평가 결과를 하기 표 6에 제시한다.

비교항목
실시예8
실시예9
실시예10

Mold 온도
특성 (175℃)
제1접착층 경화후 모듈러스
MPa
768
768
692

제2접착층 경화후 모듈러스
MPa
5.7
3.7
3.7

다이 부착력
kgf/chip
13
13
13

몰드 후 보이드
< 5%
양호
양호
양호

본딩 와이어 침투 평가(wire penetration)
현미경 판정
양호
양호
양호
표 6에 제시된 결과를 고려하면, 제1접착층의 경화 후 모듈러스는 300 내지 1000 MPa 범위 내로 측정되고, 제2접착층의 경화 후 모듈러스는 점도는 1 내지 10 MPa 범위 내로 측정되어, 제1접착층의 경화 후 모듈러스가 제2접착층 보다 높게 측정된다.
접착 필름의 실시예들 및 비교예들에 대한 특성 평가는 다음과 같이 수행된다.
(1) 경화전 점도측정 : 필름 형태의 시편들의 점도를 측정하기 위하여 각각의 제1접착층의 필름을 7겹으로 60℃에서 합지한다. 이에 따라, 두께는 400~420㎛ 정도가 된다. 연후에, 지름이 25mm로 원형 컷팅(cutting)한 후, TA 사의 아레스(ARES) 측정 장비를 사용하여 초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘(force)이 인가되는 상태에서 30℃에서 200℃까지 승온하며 전단 스트레스(shear stress)를 측정함으로써 전단 점도한다. 이때, 승온 조건은 50℃/분의 승온 속도로 설정한다. 다이 어태치(die attach) 온도인 100℃에서의 에타(eta) 값을 취득한다. 측정된 제1접착층의 점도는 100℃온도에서 4E+4 포아즈 내지 15E+4 포아즈사이 값으로 얻어진다. 이와 같이 103 내지 106 포아즈 점도 범위에서 제1접착층(도 1의 60) 내에 본딩 와이어(도 1의 50)이 수용될 때, 본딩 와이어(50)의 쏠림이나 쓰러짐 등과 같은 불량이 억제될 수 있음을 확인할 수 있다.
(2) 경화 전 모듈러스(Modulus) 측정 : 필름 형태의 시편들의 모듈러스(modulus)를 측정하기 위하여 제2접착층 필름을 60℃에서 합지(두께는 200~240㎛)하고, 15 X 5mm로 컷팅한 후, TA사의 Q800 측정 장비를 사용하여 10Hz의 주파수(frequency) 상태에서 30℃에서 200℃까지 승온하며 모듈러스를 측정한다. 이때, 승온 조건은 10℃/분의 승온 속도로 설정된다.
(3) 경화 후 점도측정 : 필름 형태의 시편들의 점도를 측정하기 위하여 각각의 제1접착층의 필름 또는 제2접착층의 필름을 7겹으로 60℃에서 합지한다. 이에 따라, 두께는 400~420㎛ 정도가 된다. 이후에, 지름이 8mm로 원형 컷팅(cutting)한 후, 컨벡션 오븐(convection oven)을 이용하여 125C 1시간 동안 경화 시킨 다음 TA 사의 아레스(ARES) 측정 장비를 사용하여 초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘(force)이 인가되는 상태에서 30℃에서 200℃까지 승온하며 전단 스트레스(shear stress)를 측정함으로써 전단 점도한다. 이때, 승온 조건은 50℃/분의 승온 속도로 설정한다. EMC 몰드(Mold) 온도인 175℃에서의 에타(eta) 값을 취득한다. 측정된 제1접착층의 점도는 175℃온도에서 5E+6 포아즈 내지 20E+6 포아즈사이 값으로 얻어진다. 제2접착층의 점도는 175℃온도에서 2E+6 포아즈 내지 5E+6 포아즈 사이 값으로 얻어진다. 이와 같이 낮은 점도 범위에서 제1접착층(도 1의 60) 내에 본딩 와이어(도 1의 50)이 수용될 때, 본딩 와이어(50)의 쏠림이나 쓰러짐 등과 같은 불량이 억제될 수 있음을 확인할 수 있다.
(4) 경화 후 모듈러스(Modulus) 측정 : 필름 형태의 시편들의 모듈러스(modulus)를 측정하기 위하여 제2접착층 필름을 60℃에서 합지(두께는 200~240㎛)하고, 15 X 5mm로 컷팅한 후, 컨벡션 오븐(convection oven)을 이용하여 125C 1시간, 175C 2시간 동안 경화 시킨 다음TA사의 Q800 측정 장비를 사용하여 10Hz의 주파수(frequency) 상태에서 30℃에서 200℃까지 승온하며 모듈러스를 측정한다. 이때, 승온 조건은 10℃/분의 승온 속도로 설정된다.
(5) 다이 부착력: 산화막(SiO2)으로 코팅되어 있는 두께 725㎛ 웨이퍼를 5mm×5mm 크기로 자른 뒤, 접착 필름 형태의 시편들과 함께 60℃ 조건에서 라미네이션(Lamination)하고, 접착 부분만 남기고 절단하였다. 온도가 100℃인 열판 위에 감광성 폴리이미드(polyimide)로 코팅되어 있는 두께 725㎛와 10mm×10mm 크기 웨이퍼를 놓고, 그 위에 접착제가 라미네이션된 웨이퍼 조각을 1.0 초 동안 1.0 kgf의 힘으로 압착한 뒤, 125℃에서 1시간 및 175℃에서 3시간을 반복한 후, 85℃／85％RH 고온 고습 조건에서 48h 흡습 후 270℃에서의 파괴 강도를 측정한다. 이러한 다이 부착력의 측정 결과는 원하는 수준으로 판정된다.
(6) EMC 몰딩(molding) 후 보이드 제거 여부: 제조된 필름 형태의 시편들을, 산화막으로 코팅되어 있는 두께 100㎛ 웨이퍼에 마운팅한 후에 10㎜ X 10㎜ 크기로 자른 후 QDP 패키지에 2층으로 부착한다. 이후에, 각각 2, 4, 6 사이클(cycle)의 반경화 과정인 세미큐어(semi cure)를 실시한다. 다음에 제일모직 EMC(제품명 SG-8500B)를 이용하여 175℃에서 60초간 몰딩한 후에 SAT 현미경을 이용하여 보이드(void) 존재 유무를 검사하여, 보이드가 5%이하일 경우 보이드가 제거된 양호한 결과로 판정하고 보이드가 5% 이상일 경우 불량으로 판정한다.
표 4에 제시된 바와 같이 실시예 5 내지 7와 비교예 3 및 비교예 5의 경우 보이드 제거 결과가 양호하게 판정되고 있지만, 비교예 4의 경우 보이드 불량으로 판정된다. 비교예 4의 경우 유동성이 높은 제1접착층만으로 이루어진 접착 필름을 사용한 패키지 시편의 경우이다. 이러한 결과는 접착 필름이 유동성이 풍부하여 본딩 와이어의 침투 수용에 불량이 유발되지 않더라도, 접착 필름과 하부 칩 계면에 보이드가 유발될 수 있음을 입증한다. 즉, 고 유동성에 의한 과도한 접착 특성으로 인해, 칩 접착 공정에서 칩의 휨 등에 의해 점착면 평탄도가 불량해지거나, 접착되는 기재의 표면 요철이 있는 경우, 접착층과 기재 표면의 경계면에 보이드(void)가 형성될 수 있다. 보이드가 형성되면, 형성된 보이드는 접착제의 스냅 큐어(snap cure) 또는 세미 큐어 경화 과정이나 EMC 몰딩 공정을 거치는 동안에 고착화되어, 반도체 칩 패키지의 불량을 유발하고 가혹 조건 신뢰도를 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.
(7) 본딩 와이어 침투(wire penetraton) 평가: 와이어 본딩이 되어있는 하부 칩과 동일한 크기의 상부 칩을 접착 필름 형태의 시편들과 함께 1kgf 인가압력으로 1 초(sec) 동안 가압하여 적층 한 후, 125℃ 오븐에 1 시간 동안 큐어(cure) 한 후 단면을 현미경으로 관찰하여 와이어 침투(wire penetration) 불량 여부를 측정한다. 비교예 1의 경우와 같이 저 유동성의 제2접착층만을 접착 필름으로 이용하는 경우는 와이어의 눌림 또는 쓰러짐과 같은 불량이 유발되고 있으며, 실시예 3와 같이 제2접착층의 두께가 전체 두께의 50% 일 때, 본딩 와이어의 절단에 저항하는 힘이 상대적으로 강화되어, 본딩 와이어에 불량이 유발될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들은 고 유동 접착층의 와이어 수용 능력과 저 유동 접착층의 EMC 몰딩 시 보이드 제거 능력특성을 결합하여, 경화 전에는 저 유동성의 하부 접착층의 두께를 본딩 와이어가 뚫고 지나갈 수 있을 정도이면서도 경화 후에는 EMC 몰딩 시 보이드가 제거될 수 있을 정도로 점도 조절을 함으로써, 보이드 발생 억제 효과와 함께 본딩 와이어의 불량을 억제할 수 있다. 저 유동 접착층을 통과한 본딩 와이어는 고 유동 접착층에서 쉽게 감싸주게 되므로, 와이어 눌림이나 쏠림과 같은 불량을 억제시킬 수 있다. 스냅 큐어 또는 세미 큐어 후 EMC 몰딩 시에는 저유동 접착층과 기재 표면 사이에서 저유동성 접착층의 특성에 따른 보이드 이동을 유도할 수 있어, 보이드를 제거될 수 있으므로 패키지의 고신뢰성을 유지할 수 있다. 저유동성 접착층과 기재의 표면 계면에 존재할 수 있는 보이드는, 접착층의 저유동성 또는 높은 점도에 따른 모듈러스를 가지는 특성에 의해, 접착층 표면에 트랩(trap)되거나 접착층 내부로 트랩되지 못하고, 몰딩 시 압력에 의해 계면을 따라 이동하여 제거되게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예는 보이드 제거와 함께 본딩 와이어 불량 억제를 함께 구현할 수 있다.
10: 기재, 20: 기재 접착용 접착제,
30: 하부 칩, 40: 제2접착층,
50: 본딩 와이어, 60: 제1접착층,
70: 상부 칩.

Claims (22)

  1. 본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서,
    상기 상부 칩 하면에 접착되고 상기 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층; 및
    상기 제1접착층 하부에 접착되어 상기 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 포함하고,
    경화전 점도는 상기 제1접착층이 상기 제2접착층보다 낮은 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1접착층 및 2접착층은 상호 간에
    100℃ 온도에서 101 내지 103 포아즈(poise)의 점도 차이를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1접착층은
    초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘으로 인가되는 상태에서 100℃ 내지 120℃ 온도에서 103 포아즈(poise) 내지 105 포아즈의 전단 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘으로 인가되는 상태에서 100℃ 내지 120℃ 온도에서 105내지 107 포아즈(poise)의 전단 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    100℃ 내지 120℃ 온도에서 0.1 MPa 내지 1 MPa의 모듈러스(modulus)를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1접착층은
    아크릴계 고분자 수지를 포함하는 바인더(binder) 성분 5 내지 40 중량부(wt%); 및
    경화 성분 60 내지 95중량를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경화 성분은
    상기 경화 성분 100 중량부 기준으로 할 때
    50 내지 80 중량부 포함되는 에폭시 수지; 및
    50 내지 20 중량부 포함되는 페놀형 경화 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 경화 성분 100 중량부에 대해
    경화 속도 조절을 위한 0.01 중량부 내지 10 중량부 더 첨가되는 포스핀계 경화 촉매; 및
    접착력 증진을 위해 0.01 중량부 내지 10 중량부 더 첨가되는 실란 커플링제를 더 포함하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1접착층은
    상기 바인더 성분 및 경화 성분 100중량부에 대해서
    10 내지 50 중량부 더 첨가되는 충진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    아크릴계 고분자 수지를 포함하는 바인더(binder) 성분 40 내지 85 중량부; 및
    경화 성분 15 내지 60중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 경화 성분은
    상기 경화 성분 100 중량부 기준으로 할 때
    15 내지 20 중량부 포함되는 페놀 경화제; 및
    잔부량의 포함되는 페녹시 수지 및 에폭시 수지를 포함하고,
    상기 페녹시 수지 및 에폭시 수지는 상호 간에 4 : 1 내지 2 : 1 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경화 성분 100 중량부에 대해
    경화 속도 조절을 위한 포스핀계, 이미다졸계 또는 아민계의 경화 촉매; 및
    접착력 증진을 위해 실란 커플링제를 포함하는 첨가제가 0.01 중량부 내지 5중량부 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제 2접착층은
    상기 바인더 성분 및 경화 성분 100중량부에 대해서
    5 내지 40 중량부의 더 첨가되는 충진제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    상기 제1 및 제2접착층들의 전체 두께에 대해
    2 내지 40%의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    3㎛ 내지 20㎛ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  16. 본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서,
    상기 상부 칩 하면에 접착되고 상기 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층; 및
    상기 제1접착층 하부에 접착되어 상기 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 구비하고,
    경화 전 점도는 상기 제1접착층이 상기 제2접착층보다 낮은 점도를 갖고,
    경화 후 점도는 상기 제1접착층이 상기 제2접착층보다 높은 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1접착층의 경화 후 점도는 5 × 106 포아즈(poise) 내지 5 × 107 포아즈이고,
    상기 제2접착층의 경화 후 점도는 2 × 106 포아즈(poise) 내지 20 × 106 포아즈인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  18. 본딩 와이어(bonding wire)가 본딩된 하부 칩 상에 상부 칩이 적층되는 적층형 패키지에서,
    상기 상부 칩 하면에 접착되고 상기 본딩 와이어가 침투되어 수용되는 제1접착층; 및
    상기 제1접착층 하부에 접착되어 상기 하부 칩 상에 접착되는 제 2 접착층을 구비하고,
    경화 후 모듈러스(modulus)는 상기 제 1접착층이 제 2접착층보다 높은 모듈러스를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1접착층의 경화 후 모듈러스는 300 내지 1000 MPa 이고,
    상기 제2접착층의 경화 후 모듈러스는 점도는 1 내지 10 MPa 인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1접착층은
    초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘으로 인가되는 상태에서 100℃ 내지 120℃ 온도에서 103 포아즈(poise) 내지 105 포아즈의 전단 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    초당 1 라이안(rad/s)의 주파수(frequency)의 힘으로 인가되는 상태에서 100℃ 내지 120℃ 온도에서 105내지 107 포아즈(poise)의 전단 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 제2접착층은
    3㎛ 내지 20㎛ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지용 접착 필름.
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