KR101355853B1

KR101355853B1 - 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름

Info

Publication number: KR101355853B1
Application number: KR1020110079682A
Authority: KR
Inventors: 최재원; 김성민; 김진만
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2014-01-29
Also published as: KR20130017319A

Abstract

본 발명은 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 경화제로 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제와 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제를 배합하여 사용함으로써 EMC(epoxy molding compound) 몰딩 후 보이드가 5% 이하이고, 전단강도가 5 내지 20 kgf 인 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름에 관한 것이다.

Description

반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름{Adhesive composition for semiconductors, adhesive film comprising the same}

본 발명은 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 경화제로 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제와 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제를 배합하여 사용함으로써 EMC(epoxy molding compound) 몰딩 후 보이드(void)가 5% 이하이고, 전단강도가 5 내지 20 kgf인 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름에 관한 것이다.

최근의 반도체 소자의 소형화 또는 대용량화의 경향에 따라 반도체 소자와 소자 또는 소자와 지지 부재의 접합에 접착 필름이 사용되고 있다. 반도체 조립에 사용되는 접착 필름은 다이싱 공정에서 반도체 웨이퍼를 고정시키기 위해 사용되는 다이싱 필름과 함께 사용된다.

반도체 웨이퍼의 조립 공정은 다이싱 공정, 익스팬딩 공정 및 픽업 공정으로 구성된다. 그 중에서도 다이싱 공정은 다이싱 필름과 접착 필름을 서로 합지시켜 하나의 필름으로 만든 뒤 그 위에 반도체 웨이퍼를 부착하고 다이아몬드 원형 블레이드를 이용하여 조각하는 공정이다. 최근에는 반도체 웨이퍼에 레이저를 조사하여 반도체 웨이퍼 내부의 일 부분만 선택적으로 조각화하고 그 후 필름과 함께 익스팬딩하여 웨이퍼와 접착 필름을 동시에 파단시켜 조각화하는 공정으로 변화되고 있다.

또한 조각화된 반도체 웨이퍼를 다이 어태치 공정을 통해 고온 조건에서 적층시킨다. 특히, MCP(Multi-chip packaging)의 다이 본딩은 100℃ 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것이 일반적이며 이후 125℃ 정도에서 1시간 정도의 경화를 기본적으로 실시하고 있으며, 적층이 완료된 반도체 소자는 EMC 몰딩 과정을 거치게 된다. 상기 다이 본딩 공정에서도 PCB와 DAF(Die Attach Adhesive Film) 또는 칩과 DAF 계면 사이에 보이드가 발생할 수 있는데 이때 발생한 보이드를 몰딩 공정에서 제거하고 있으나 완전히 제거되지 않아 제품의 신뢰성에 악영향을 끼치고 있다. 상기 보이드가 완전히 제거되지 않으면 EMC 몰딩 공정에서 PCB 기판의 스웰링(swelling；배부름 현상)이 발생되거나 소자내의 터짐(explosion)으로 인하여 적층된 웨이퍼 간의 단선을 초래할 수 있다.

위와 같이 DAF 공정(접착 공정 및 경화 공정)에서 발생하는 보이드는 EMC(Epoxy Molding Compound)로 몰딩하는 공정에서 제거될 수 있는 데 이 공정에서 접착 조성물의 모듈러스가 높을 경우 원할한 보이드의 제거가 어려운 문제가 있다. 또한, 고유동 접착제를 사용하는 경우, 접착면의 평탄도가 불량하거나, 접착되는 기재의 표면 요철이 있는 경우 접착층과 기재 표면의 경계면에 보이드가 형성된다. 일단 형성된 보이드는 접착제의 경화 공정이나 에폭시 몰딩(EMC Molding) 공정을 거치는 동안 제거되지 않고 고착화됨으로써 반도체 칩 패키지의 불량을 유발하고 가혹 조건 신뢰도를 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.

종래 기술에서는 상기한 보이드의 문제점을 해결하기 위해 어탯치(attach)시 보이드 발생을 최소화하는 것에 중점을 두었다. 어탯치시 보이드 발생을 최소화시키기 위해 열가소성 수지, 혹은 페녹시 수지와 같은 저점도 수지를 적용하는 방법을 채택하였다. 그러나, 위와 같은 조성물은 경화 공정에서 발생하는 보이드는 제거하지 못하며, 나아가 경화 밀도를 조절하여 필름 자체에 연성을 부여하는 것이 아니므로 EMC 몰딩시 잔존하는 경화율이 낮아 EMC 몰딩시 보이드 제거가 잘 안 되는 한계가 있다.

일본 특허 출원 공개 제2007-157758호 일본 특허 출원 공개 제2007-088489호

없음

본 발명의 하나의 목적은 EMC 몰딩 후 보이드를 제거하거나 최소화할 수 있는 반도체용 접착 조성물, 이를 포함하는 접착 필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 보이드를 제거 혹은 최소화함과 동시에 외부의 충격에 잘 견딜 수 있는 신뢰도 특성이 우수한 반도체용 접착 조성물, 이를 포함하는 접착 필름을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다이 접착 후 실시하는 다양한 경화공정 후에도 잔존 경화율을 부여하여 EMC 몰딩시 원할한 보이드 제거가 가능한 반도체용 접착 조성물, 및 이를 포함하는 접착 필름을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 접착제 조성물의 경화 밀도를 조절함으로써 EMC 몰딩시 보이드가 원활히 제거될 수 있도록 함과 동시에 외부의 충격에 잘 견딜 수 있어 신뢰도 특성이 개선된 반도체용 접착제 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 리플로우 공정 후 접착제의 박리, 크랙 등이 발생하지 않는 반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 예의 노력을 거듭한 결과, 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제와 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제를 일정 배합으로 사용한 접착 조성물이 반도체에 신뢰성을 부여하는 적당한 전단 강도를 제공하며, 동시에 EMC 몰딩시 원할하게 보이드를 제거할 수 있음을 밝혀내고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 한 양태에서, 수지와 경화제를 포함하는 반도체용 접착 조성물은, 상기 경화제가 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제(a) 및 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제(b) 둘 다를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 접착 조성물의 보이드가 5% 이하이고, 전단강도가 5 내지 20 kgf인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 양태에서, 상기 페놀 경화제 (a)와 (b)의 혼합비는 1:4 내지 4:1이며, 바람직하게는 1:3 내지 3:1, 특히 바람직하게는 1:3 내지 3:2이다.

본 발명의 한 양태에서, 본 발명의 수지는 열가소성 수지 및 에폭시 수지를 포함하고, 상기 수지 및 경화제 외에 경화촉진제 및 충진제를 추가로 포함한다.

본 발명의 한 양태에서, 반도체용 접착 조성물의 전체 중량을 기준으로 열가소성 수지가 45 내지 75 중량%, 에폭시 수지가 5 내지 25 중량%, 경화제가 7 내지 20 중량%, 경화촉진제가 0.01 내지 10 중량%, 충진제가 5 내지 25중량%로 포함하는 반도체용 접착 조성물이 제공된다. 본 발명의 한 양태에서, 상기 반도체용 접착 조성물은 실란커플링제를 추가로 포함할 수 있으며, 추가로 포함되는 실란커플링제의 양은 전체 접착 조성물을 기준으로 0.01 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%로 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 한 양태에서, 상기 반도체용 접착 조성물의 저장 모듈러스(storage modulus) 특성은 3×10⁶dyne/cm² 내지 7×10⁶dyne/cm²의 범위이고, 바람직하게는 3.5×10⁶dyne/cm² 내지 6×10⁶dyne/cm²의 범위이다.

본 발명은 또한 상기한 반도체용 접착 조성물을 포함하는 접착 필름 및 반도체 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물의 바람직한 용도는 다이싱 다이본딩 접착용이다.

본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물은 어태치 및 경화 공정에서 발생하는 보이드를 EMC 몰딩시 효과적으로 제거하거나 최소화시켜 보이드로 인한 반도체 칩 패키지의 불량 유발 및 가혹 조건 신뢰도 저하를 개선시키는 효과를 갖는다. 또한, 리플로우 공정 후 접착제의 박리, 크랙 등이 발생하지 않고 외부의 충격에도 잘 견딜 수 있는 반도체용 접착 조성물이 제공된다. 이로써, 본 발명은 신뢰성이 높은 반도체 및 이를 포함한 전자제품을 제공한다.

본 발명 반도체 접착 필름용 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 수지와 경화제를 포함하는 반도체용 접착 조성물에 있어서, 경화제는 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제와 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제의 배합을 사용하는 것을 특징으로 한다.

페놀 경화제

본 발명에 따른 페놀 경화제는 수산기가 상기 값을 만족하는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용될 수 있는 페놀 경화제의 예로는 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S 등의 비스페놀계 수지; 페놀 노볼락계 수지; 비스페놀 A계 노볼락 수지; 자일록계, 크레졸계 노볼락, 비페닐계 등의 페놀계 수지 등을 들 수 있다. 이러한 페놀형 에폭시 수지 경화제로서 현재 시판되고 있는 제품의 예로는, 단순 페놀계의 경화제로 메이화 플라스틱산업 주식회사의 H-1, H-4, HF-1M(수산기 당량: 106), HF-3M, HF-4M, HF-45 등이 있고, 파라 자일렌계열의 메이화 플라스틱산업 주식회사의 MEH-78004S(수산기 당량: 175), MEH-7800SS, MEH-7800S, MEH-7800M, MEH-7800H, MEH-7800HH, MEH-78003H, 코오롱유화주식회사의 KPH-F3065, 비페닐 계열의 메이화 플라스틱산업 주식회사의 MEH-7851SS, MEH-7851S, MEH7851M, MEH-7851H, MEH-78513H, MEH-78514H, 코오롱유화주식회사의 KPH-F4500, 트리페닐메틸계의 메이화 플라스틱산업 주식회사의 MEH-7500, MEH-75003S, MEH-7500SS, MEH-7500S, MEH-7500H 등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

다만, 내열성 및 흡습성의 관점에서, 하기 화학식 1로 표시되는 페놀 경화제를 사용하는 것이 좋다.

[화학식 1]

상기 식에서,

R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 수소 원자이고, a, b는 각각 0 내지 4이며, n은 0 내지 7의 정수이다.

상기 화학식 1로 표시되는 페놀형 경화제 중 수산기 당량이 150 g/eq 이상인 것과, 150g/eq 미만인 것을 조합하여 사용함으로써 DAF 공정에서 발생할 수 있는 보이드를 EMC 몰딩시 효과적으로 제거할 수 있으며, 동시에 경화 후에도 외부의 충격에 잘 견디는 전단 강도 특성을 나타낼 수 있다.

본 발명에서, 수산기 당량이 150g/eq 미만인 페놀 경화제 (a)와 수산기 당량이 150g/eq 이상 (b)인 페놀 경화제의 배합비(중량비 기준), (a):(b)는 1:4 내지 4:1인 것이 좋고, 바람직하게는 1:3 내지 3:1, 특히 바람직하게는 1:3 내지 3:2이다. 페놀 경화제의 혼합비가 상기 범위를 벗어나는 경우 경화구조가 조밀하여 외부 충격에 잘 견딜 수 있으나 몰딩 후 보이드 특성이 나쁘거나, 보이드 특성은 양호하나 외부의 충격에 잘 버티지 못하므로 신뢰도 특성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.

열가소성 수지

본 발명에서 사용되는 열가소성 고분자 수지로는 고분자 수지로는 중량평균분자량이 50,000 내지 5,000,000g/mol인 폴리이미드 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 부타디엔 고무, 아크릴 고무, (메타)아크릴 수지, 우레탄 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 폴리 에테르 이미드 수지, 페녹시 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 변성 폴리페닐렌 에테르 수지 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 열가소성 수지는 예를 들어 글리시딜 아크릴레이트 또는 글리시딜 메타크릴레이트 등과 같이 관능성 모노머를 함유하는 에폭시기 함유 (메타)아크릴 공중합체를 사용할 수 있다. 상기 에폭시기 함유 (메타)아크릴 공중합체로는 (메타)아크릴 에스테르 공중합체, 아크릴 고무 등이 있다.

상기 열가소성 수지는 유리전이온도가 -30 내지 80℃, 바람직하게는 5 내지 60℃, 보다 바람직하게는 5 내지 35℃일 수 있다. 상기 범위에서 고유동을 확보할 수 있어 보이드 제거 능력이 우수하고 접착성 및 신뢰성을 얻을 수 있다.

상기 열가소성 수지는 전체 조성물 중 45 내지 75 중량%, 바람직하게는 50 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 60 내지 68 중량%를 포함할 수 있다.

상기 열가소성 수지(A)는 에폭시 수지(B), 페놀 경화제(C)의 혼합물과의 중량비가 (A):(B)+(C)= 50 내지 75 중량%: 20 내지 30중량%일 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 68 중량%: 22 내지 28 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 보이드 제거가 양호할 수 있다.

에폭시 수지

본 발명에 사용되는 에폭시계 수지는 경화 및 접착 작용을 나타내는 것이면 특별히 한정되지 않고, 액상 에폭시 수지, 고상 에폭시 수지 혹은 이들의 혼합이 모두 적용될 수 있다.

상기 액상 에폭시 수지는 예를 들면 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀A형 액상 에폭시 수지, 비스페놀F형 액상 에폭시 수지, 3관능성 이상의 다관능성 액상 에폭시 수지, 고무변성 액상 에폭시 수지, 우레탄 변성 액상 에폭시 수지, 아크릴 변성 액상 에폭시 수지 및 감광성 액상 에폭시 수지를 단독 또는 혼합하여 이용할 수 있다. 이중 바람직하게는 비스페놀A형 액상 에폭시 수지이다.

상기 액상 에폭시 수지는 에폭시 당량이 약 100 내지 약 1500g/eq 이 사용될 수 있다. 바람직하게는 약 150 내지 약 800g/eq이고, 더욱 바람직하게는 약 150 내지 약 400g/eq이다. 상기 범위에서 경화물의 접착성이 우수하고, 유리전이온도를 유지하며, 우수한 내열성을 가질 수 있다.

또한 상기 액상 에폭시 수지의 중량평균분자량은 100 내지 1,000 g/mol 인 것이 사용될 수 있다. 상기 범위에서 흐름성이 뛰어난 장점이 있다.

상기 고상 에폭시 수지는 상온에서 고상 또는 고상에 근접한 에폭시로서 하나 이상의 관능기를 가지고 있는 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 연화점(Sp)이 30 ~ 100℃인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 비스페놀계 에폭시, 페놀 노볼락(Phenol novolac)계 에폭시, o-크레졸 노볼락(Cresol novolac)계 에폭시, 다관능 에폭시, 아민계 에폭시, 복소환 함유 에폭시, 치환형 에폭시, 나프톨계 에폭시 및 이들의 유도체를 사용할 수 있다.

이러한 고상 에폭시 수지로서 현재 시판되고 있는 제품에는 비스페놀계 고상 에폭시로 국도화학의 YD-017H, YD-020, YD020-L, YD-014, YD-014ER, YD-013K, YD-019K, YD-019, YD-017R, YD-017, YD-012, YD-011H, YD-011S, YD-011, YDF-2004, YDF-2001 등이 있고, 페놀 노볼락(Phenol novolac)계로서는 유카 쉘 에폭시 주식회사의 체피코트 152, 에피코트 154, 일본화약주식회사의 EPPN-201, EPPN-501H, 다우케미컬의 DN-483, 국도화학의 YDPN-641, YDPN-638A80, YDPN-638, YDPN-637, YDPN-644, YDPN-631 등이 있고, o-크레졸 노볼락(Cresol novolac)계로서는 국도화학의 YDCN-500-1P, YDCN-500-2P, YDCN-500-4P, YDCN-500-5P, YDCN-500-7P, YDCN-500-8P, YDCN-500-10P, YDCN-500-80P, YDCN-500-80PCA60, YDCN-500-80PBC60, YDCN-500-90P, YDCN-500-90PA75 등이 있고 일본화약주식회사의 EOCN-102S, EOCN-103S, EOCN-104S, EOCN-1012, EOCN-1025, EOCN-1027, 독도화학주식회사의 YDCN-701, YDCN-702, YDCN-703, YDCN-704, 대일본 잉크화학의 에피클론 N-665-EXP 등이 있고, 비스페놀계 노볼락 에폭시로는 국도화학의 KBPN-110, KBPN-120, KBPN-115 등이 있고, 다관능 에폭시 수지로서는 유카 쉘 에폭시 주식회사 Epon 1031S, 시바스페샬리티케미칼주식회사의 아랄디이토 0163, 나가섭씨온도화성 주식회사의 데타콜 EX-611, 데타콜 EX-614, 데타콜 EX-614B, 데타콜 EX-622, 데타콜 EX-512, 데타콜 EX-521, 데타콜 EX-421, 데타콜 EX-411, 데타콜 EX-321, 국도화학의 EP-5200R, KD-1012, EP-5100R, KD-1011, KDT-4400A70, KDT-4400, YH-434L, YH-434, YH-300 등이 있으며, 아민계 에폭시 수지로서는 유카 쉘 에폭시 주식회사 에피코트 604, 독도화학주식회사의 YH-434, 미쓰비시가스화학 주식회사의 TETRAD-X, TETRAD-C, 스미토모화학주식회사의 ELM-120 등이 있고, 복소환 함유 에폭시 수지로는 시바스페샬리티케미칼주식회사의 PT-810, 치환형 에폭시 수지로는 UCC사의 ERL-4234, ERL-4299, ERL-4221, ERL-4206, 나프톨계 에폭시로는 대일본 잉크화학의 에피클론 HP-4032, 에피클론 HP-4032D, 에피클론 HP-4700, 에피클론 4701, 비페닐계 에폭시로는 Japan epoxy resin의 YX-4000H, 신일철 화학식의 YSLV-120TE, GK-3207, Nippon Kayaku의 NC-3000 등이 있고, 이것들은 단독으로 또는 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 에폭시 수지는 전체 조성물 중 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 12 내지 17 중량%이다.

경화촉진제

본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물은 경화촉진제를 추가로 포함할 수 있다. 경화촉진제는 반도체 공정 동안에 에폭시 수지가 완전히 경화될 수 있도록 경화시간을 단축시키는 촉매로서, 그 종류는 특별히 제한되지 않으나, 멜라민계, 이미다졸계, 트리페닐포스핀계 촉매 등으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.

현재 시판되고 있는 제품의 예로는, 이미다졸계로서 아지노모토 정밀기술주식회사의 PN-23, PN-40, 사국화학주식회사의 2P4MZ, 2MA-OK, 2MAOK-PW, 2P4MHZ 등이 있고, 호코케미칼사(HOKKO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD)의 TPP, TPP-K, TPP-MK 등이 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 경화촉진제는 조성물 전체에 대해 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%이다. 상기 범위에서 내열성이 우수하고, 에폭시 수지의 급격한 반응이 일어나지 않으며, 우수한 유동성 및 접속성을 가질 수 있다.

충진제

본 발명의 조성물은 틱소트로픽성을 발현하여 용융점도를 조절하기 위하여 충진제를 포함할 수 있다. 충진제는 무기 또는 유기 충진제를 사용할 수 있다. 무기 충진제는 금속 성분인 금가루, 은가루, 동분, 니켈 등을 사용할 수 있고, 비금속성분인 알루미나, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산칼슘, 규산마그네슘, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 실리카, 질화 붕소, 이산화티타늄, 유리, 산화철, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 유기 충진제는 탄소, 고무계 충진제, 폴리머계 등을 사용할 수 있다. 충진제의 형상과 크기는 특별히 제한되지 않으나, 통상적으로 무기충진제 중에서는 구형 실리카와 무정형 실리카가 주로 사용되고 평균 입경은 5nm - 10㎛가 바람직하다.

충진제는 접착 조성물 전체에 대하여 5-25중량%, 바람직하게는 7-20중량%로 포함되는 것이 좋다. 5중량% 미만인 경우, 접착필름 경화 시 내부응집력이 저하되어 신뢰도에 악영향을 줄 수 있으며, 25중량% 초과인 경우, 접착필름의 인장특성이 저하될 수 있다.

실란 커플링제

실란 커플링제는 조성물 배합시 실리카와 같은 충진제의 표면과 접착 필름의 수지 간의 접착력을 증진시키기 위한 접착 증진제로서 특별히 제한은 없고, 통상적으로 사용되는 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 실란 커플링제는 예를 들면, 에폭시가 함유된 2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 아민기가 함유된 N-2(아미노에틸)3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실릴-N-(1,3-디메틸부틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 머캡토가 함유된 3-머캡토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캡토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란을 예로 들 수 있다.

실란 커플링제는 접착 필름 조성물 전체에 대하여 0.01 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 범위인 경우, 접착력 및 필름의 인장강도가 우수하다.

용매

본 발명의 반도체용 접착 조성물은 유기 용매를 추가로 포함할 수 있다. 유기 용매는 반도체용 접착 조성물의 점도를 낮게 하여 필름 제조를 용이하게 하는 것으로서, 특별히 제한되지는 않지만, 시클로헥사논, 톨루엔, 자일렌, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 벤젠, 아세톤, 메틸에틸케톤, 테트라히드로푸란, 디메틸포름알데히드 등을 사용할 수 있다. 유기 용매는 반도체 조립용 접착 필름 조성물 전체에서 나머지 성분들의 함량을 제외한 잔량으로서 포함하며, 바람직하게는 30-85 중량%로 포함될 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 반도체용 접착 필름은 상기 접착 필름 조성물로 형성된다. 본 발명의 조성물을 사용하여 반도체용 접착 필름을 형성하는 데는 특별한 장치나 설비가 필요하지 않으며 당업자들에게 통상적으로 알려진 제조 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 열가소성 수지, 에폭시 수지, 페놀 경화수지(수산기 당량 150g/eq 초과인 것과 수산기 당량 150g/eq 이하인 것의 조합), 경화촉진제, 실란커플링제, 충진제 등을 메틸에틸케톤 또는 시클로헥사논 등과 같은 용매에 용해시킨 후 비즈밀을 이용하여 충분히 혼련시킨 후, 어플리케이터를 이용하여 이형처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 상에 도포하고 100℃ 오븐에서 10 내지 30분간 가열 건조하여 적당한 도막 두께를 갖는 접착 필름을 얻을 수 있다. 상기 접착 필름의 두께는 5 내지 200 μm인 것이 바람직하고, 10 내지 100μm인 것이 보다 바람직하다. 5μm 미만인 것은 충분한 접착력을 얻기 어렵고 200μm을 넘는 것은 경제성이 떨어진다.

본 발명의 접착 필름 조성물은 기존의 반도체 웨이퍼 조립 공정을 모사한 조건을 거친 후 EMC 몰딩 과정에서도 보이드를 제거함과 동시에 경화 후 외부의 충격에도 견딜 수 있는 전단강도 특성을 나타내어 높은 신뢰성을 확보하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물은 보이드가 5% 이하이고, 전단강도가 5 내지 20 kgf의 범위, 바람직하게는 8 내지 17 kgf의 범위인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용된 "보이드 %"는 본 발명의 접착 조성물로 제조된 필름을 웨이퍼에 부착시키고 125℃ 오븐에서 1시간 및 175℃ 핫플레이트에서 1시간 반경화, 175℃의 60초간 EMC 몰딩 후 눈금격자표로 측정했을 때 전체 면적에 대한 보이드의 백분율을 말한다. 보이드가 5%를 초과하면 보이드에 의해 저장될 수 있는 수분이 생길 수 있어 제품의 신뢰도가 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 조성물의 전단 강도는 본 발명의 접착 조성물로 제조된 필름을 웨이퍼에 부착시키고 125℃ 오븐에서 60분 및 175℃에서 핫플레이트에서 2시간 동안 경화시킨 후 측정한 것으로, 5 내지 20 kgf 범위, 바람직하게는 8 내지 17 kgf 범위, 더욱 바람직하게는 9 내지 12 kgf 범위이다. 상기 전단 강도가 5 kgf 미만이면 경화 후 외부의 충격에 버티지 못하기 때문에 신뢰도 특성이 저하될 수 있으며, 20 kgf를 초과하는 경우에는 경화구조나 너무 조밀하여 몰딩후 보이드 특성이 나쁜 경향이 있다.

본 발명의 반도체용 접착 조성물은 125℃ 오븐에서 60분 및 150℃ 핫플레이트에서 10분으로 구성되는 반경화 사이클을 8 사이클 진행한 후 170℃에서 측정된 저장 모듈러스가 3×10⁶dyne/cm² 내지 7×10⁶dyne/cm² 범위이고, 바람직하게는 3.5×10⁶내지 6×10⁶ dyne/cm²일 수 있다. 상기 저장 모듈러스 특성이 3×10⁶dyne/cm² 미만인 경우, 외부 충격에 영향을 받기 쉽고 필름의 내리플로우성이 불량이 되기 쉬우므로 바람직하지 않고, 7×10⁶dyne/cm²을 초과하는 경우에는 보이드 특성이 불량하거나 내리플로우성이 불량일 수 있어 바람직하지 않다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

실시예 1-2: 반도체용 접착 조성물의 제조

아크릴계 수지, 에폭시 수지, 경화제, 충진제 및 실란 커플링제를 하기 표 1에 기재된 조성으로 시클로헥사논 300 중량부에 용해하여 준비하였다. 고속 교반봉을 포함하는 1L 원통형 플라스크에 첨가하고 30분 동안 5000rpm에서 고속으로 분산시켜 반도체용 접착 조성물을 제조하였다.

비교예 1-2: 반도체용 접착 조성물의 제조

상기 실시예 1에서 하기 표 1에 기재된 성분을 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법을 실시하여 반도체용 접착 조성물을 제조하였다.

<표 1>(단위: 중량부, 고형분 기준)

1. 엘라스토머 수지(아크릴계 수지): SG-P3(중량평균분자량: 85만 g/mol, Tg 15℃, Nagase Chemtex)

2. 에폭시 수지: EPPN-501H(제조원: Nippon Kayaku)

3. 페놀형 경화수지 1: MEH-7851 S (수산기 당량 206g/eq, 제조원: Meiwa 화성)

4. 페놀형 경화수지 2: HF-1M (수산기 당량 106g/eq, 제조원: Meiwa 화성)

5. 실란커플링제: KBM-403 (제조원: Shinetsu)

6. 경화촉진제: TPP, (제조원: HOKKO chemical)

7. 충진제: R-972 (제조원: Degussa)

실험예 : 실시예 및 비교예에서 제조된 접착 조성물 필름의 물성 평가

상기 실시예와 비교예에서 제조된 접착 조성물을 어플리케이터로 20㎛ 두께로 코팅하여 접착 필름을 제조하였으며, 100℃, 오븐에서 20분 건조시켜 접착 필름을 제조하였다.

위와 같이 하여 제조된 반도체용 접착 필름의 물성에 대해서 저장 모듈러스, 몰딩 후 보이드 상태, 전단 강도, 및 내리플로우성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

상기한 저장 모듈러스, 몰딩 후 보이드 상태, 전단 강도, 및 내리플로우성 각각의 측정 방법은 다음과 같다:

1. 저장 모듈러스: 제조된 접착 필름을 60℃에서 400 내지 500μm로 라미네이션(lamination)한 후 125℃ 오븐에서 60분 및 150℃ 핫 플레이트 위에서 10분 반경화하는 것을 1 사이클로 하여 총 8 사이클을 진행한 후, ARES 장비를 이용하여 승온 속도는 50℃/분, strain은 5%, 및 frequency는 1 rad/s로 하여 측정하였고, 170℃에서의 모듈러스 데이터를 취하였다.

2. 몰딩 후 보이드 : 상기 제조된 접착 필름을 이산화막으로 코팅되어 있는 10mm × 10mm 크기 및 두께 150μm 웨이퍼에 마운팅한 후에 PCB에 1kg 1sec의 압력으로 부착시키고, 이후 125℃ 오븐에서 1시간 및 175℃ 핫 플레이트에서 1시간 반경화를 실시한 다음, 제일모직 EMC(제품명 SG-8500B)를 이용하여 175℃에서 60초 동안 몰딩한 후에 폴리셔를 이용하여 PCB를 폴리싱한 후 PCB와 접착제층 경계면의 보이드 유무를 조사하였다. 보이드 유무는 눈금 격자표를 이용하여 전체 면적의 보이드가 5% 이하인 경우를 보이드 제거로 양호 판정하고 5% 이상일 경우 미제거로 불량 판정하였다.

3. 전단강도 (Die Shear Strength): 이산화막으로 코팅되어 있는 두께 720 μm 웨이퍼를 사용하여 5㎜ X 5㎜ 크기로 자른 후 접착필름과 함께 60℃ 조건에서 라미네이션(Lamination)하고 접착부분만 남기고 절단하였다. 10㎜ X 10㎜ 크기의 웨이퍼에 5㎜ X 5㎜ 크기인 상부칩을 올려 놓은 후 온도가 120℃인 핫플레이트 위에서 10kgf의 힘으로 5초 동안 눌러서 붙인 뒤에 125℃ 오븐에서 60분, 175℃ 핫 플레이트에서 2시간 동안 경화하였다. 상기와 같이 제작된 시험편의 전단강도 값을 Dyse 400 설비를 이용하여 측정하였다. 구체적 측정 조건은 100N bar를 이용하여 10μm의 높이에서 100mm/s의 속도로 전단강도 값을 250℃에서 측정하였다.

4. 내리플로우성: 상기 제조된 각각의 필름을 이산화막이 코팅되어 있는 두께 150㎛의 10mm x 10mm 크기 웨이퍼에 마운팅한 후 PCB에 1kg 1sec의 압력으로 부착한 후 125℃ 오븐에서 1시간 및 175℃ 핫 플레이트에서 1시간 반경화를 실시한 다음 제일모직 EMC(제품명: SG-8500B)를 이용하여 175℃에서 60초간 몰딩한 후에 175℃에서 2시간 동안 PMC 진행후 85℃/85% 상대 습도의 항온 항습 챔버를 이용하여 24시간 동안 흡습시킨 후 최고온도 260℃의 IR 리플로우를 3회 통과시킨 후 박리여부를 SAT(Sonix quantum 350) 설비의 t-scan 기법을 이용하여 비파괴 검사법으로 확인하여 박리가 없으면 양호, 박리가 발생했으면 불량 판정을 하였다.

상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 반도체용 접착 조성물은 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제와 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제를 일정 배합으로 사용함으로써, 다이 어탯치 후 실시하는 장시간의 반경화(semi cure) 공정 후에도 접착 필름이 적당한 전단 강도를 가지며, EMC 몰딩시 원활하게 보이드를 제거할 수 있다. 반면, 150g/eq 이상의 페놀 경화제를 사용한 비교예 1은 1.58kgf의 낮은 전단 강도 및 2.07×10⁶dyne/cm²의 낮은 저장 모듈러스로 인해 내리플로우성이 불량이 되어 제품의 신뢰도가 저하되었고, 또한, 150g/eq 초과의 페놀 경화제를 사용한 비교예 2는 몰딩 후 보이드가 10% 이상으로 불량이었으며, 내리플로우성도 불량이었다.

상기 결과는, 본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물이 보이드 제거 특성, 전단 강도, 저장 모듈러스 및 내리플로우성의 모든 특성 면에서 비교예 1 혹은 비교예 2에 비해 유의하게 개선됨을 보여준다.

Claims

수지와 경화제를 포함하는 반도체용 접착 조성물에 있어서, 상기 경화제가 수산기 150g/eq 이하의 페놀 경화제(a) 및 수산기 150g/eq 초과의 페놀 경화제(b)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 접착 조성물의 EMC(에폭시 몰딩 컴파운드) 몰딩 후 보이드가 5% 이하이고, 전단강도가 5 내지 20 kgf인 반도체용 접착 조성물.
제1항에 있어서, 상기 페놀 경화제 (a)와 (b)의 혼합비가 1:4 내지 4:1인 반도체용 접착 조성물.
제2항에 있어서, 상기 페놀 경화제 (a)와 (b)의 혼합비가 1:3 내지 3:1인 반도체용 접착 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수지가 열가소성 수지 및 에폭시 수지를 포함하고, 상기 수지 및 경화제 외에 경화촉진제, 충진제 및 실란 커플링제를 추가로 포함하는 반도체용 접착 조성물.
제4항에 있어서, 상기 반도체용 접착 조성물이 다이싱 다이본딩 접착용인, 반도체용 접착 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반도체용 접착 조성물의 저장 모듈러스 특성이 3×10⁶dyne/cm² 내지 7×10⁶dyne/cm²의 범위인, 반도체용 접착 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 따른 반도체용 접착 조성물을 포함하는 반도체용 접착 필름.
제7항에 따른 반도체용 접착 필름을 포함하는 반도체 장치.