KR101770505B1 - 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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KR101770505B1
KR101770505B1 KR1020160025524A KR20160025524A KR101770505B1 KR 101770505 B1 KR101770505 B1 KR 101770505B1 KR 1020160025524 A KR1020160025524 A KR 1020160025524A KR 20160025524 A KR20160025524 A KR 20160025524A KR 101770505 B1 KR101770505 B1 KR 101770505B1
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Abstract

본 발명은 에폭시 수지, 엘라스토머, 경화제, 충진제 및 용제를 포함하는 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물로서, 상기 엘라스토머는 에폭시기를 가지는 탄성체를 포함하고, 상기 경화제는 고상의 아민 화합물을 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 제조된 반도체 장치를 제공한다.

Description

다이 본딩용 에폭시 수지 조성물 {Epoxy Resin Composition for Die Bonding}
본 발명은 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패키지 내 완충 작용을 할 수 있는 탄성율을 가지면서 접착력이 높으며, 점착성(tackiness)이 낮아 후속 작업이 편리한 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 반도체 소자와 리드 프레임이나 절연성 지지 기판 등의 지지 부재를 접합하는 접합 재료, 즉 다이본딩재로서, 종래부터 Au-Si 공정 합금(eutectic alloy), 땜납, 은페이스트 등이 알려져 있다.
그러나, 최근 반도체 패키지의 소형ㆍ경량화에 따라 절연성 지지 기판의 사용이 광범해지고 있고, 또한 제조 비용의 저감을 목적으로 하여, 다이본딩재를 양산성이 높은 인쇄법으로 공급하려고 하는 방법이 주목받으면서, 인쇄법에 적합한 다이본딩재의 개발이 요구되어 왔다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0038033호에는 카본산 말단기를 갖는 부타디엔의 호모 폴리머 또는 코폴리머(A), 열경화성 수지(B), 필러(C), 및 인쇄용 용제(D)를 포함하고, 건조 경화후의 탄성율이 1∼100MPa(25℃)인 다이본딩용 수지 페이스트가 이러한 인쇄법에 의해 용이하게 공급, 도포할 수 있는 것으로 개시되어 있다.
그러나, 상기 다이본딩용 수지 페이스트는 접착력이 낮으며, B 스테이지화 후 표면 점착성(tackiness)이 높아 후속 작업에 불리한 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0038033호
본 발명은 패키지 내 완충 작용을 할 수 있는 탄성율을 가지면서 접착력이 높으며, 점착성(tackiness)이 낮아 후속 작업이 편리한 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 제조된 반도체 장치를 제공한다.
한편으로, 본 발명은 에폭시 수지, 엘라스토머, 경화제, 충진제 및 용제를 포함하는 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물로서, 상기 엘라스토머는 에폭시기를 가지는 탄성체를 포함하고, 상기 경화제는 고상의 아민 화합물을 포함하는 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 에폭시 수지 조성물은 경화촉매를 추가로 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 제조된 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물은 패키지 내 완충 작용을 할 수 있는 탄성율을 가지면서 접착력이 높으며, B 스테이지화 후 표면 점착성(tackiness)이 낮아 후속 작업이 편리하고 저점도 타입으로 인쇄법에 적합하다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 엘라스토머, 경화제, 충진제 및 용제를 포함하고, 상기 엘라스토머는 에폭시기를 가지는 탄성체를 포함하며, 상기 경화제는 고상의 아민 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 에폭시 수지는 접착력을 부여하고 내구성을 향상시키기 위한 목적으로 사용되는 성분으로서, 1분자 중에 적어도 2개 이상의 에폭시기를 가진다.
상기 에폭시 수지의 예로는 비스페놀 A, 비스페놀 E, 비스페놀 F, 비스페놀 M, 비스페놀 S 및 비스페놀 H 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 글리시딜 에테르계 에폭시 수지, 글리시딜 아민계 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 및 다이머산 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 혼합 사용시에 혼합비율에 특별한 제한은 없다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 2 내지 20 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 함량이 2 중량% 미만일 경우 부착력 약화로 신뢰성에 영향을 줄 수 있고, 20 중량% 초과일 경우 유리전이온도와 탄성율이 높아져 다이 크랙(die crack)을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 에폭시 수지는 이미드 수지와 조합하여 고온에서 우수한 접착력을 발현할 수 있다.
상기 이미드 수지로서는, 예를 들면 4,4-비스말레이미드디페닐에테르, 4,4-비스말레이미드디페닐메탄, 4,4-비스말레이미드-3,3'-디메틸디페닐메탄, 4,4-비스말레이미드디페닐술폰, 비스[4-(4-말레이미드페녹시)페닐]에테르, 비스[4-(4-말레이미드페녹시)페닐]메탄, 비스[4-(4-말레이미드페녹시)페닐]플루오로메탄, 비스[4-(4-말레이미드페녹시)페닐]술폰, 비스말레이미드 올리고머 등이 있다.
상기 이미드 수지를 사용하는 경우의 배합량은, 조성물의 보관 안정성을 유지하면서 경화 후의 접착 강도를 향상시키는 관점에서, 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 200 중량부일 수 있다.
또한, 상기 이미드 수지의 경화를 촉진시키기 위해, 라디칼 중합개시제를 사용할 수도 있다. 상기 라디칼 중합개시제로서는, 예를 들면 아세틸시클로헥실술포닐퍼옥사이드, 이소부틸릴퍼옥사이드, 벤조일퍼옥사이드, 옥타노일퍼옥사이드, 아세틸퍼옥사이드, 디큐밀퍼옥사이드, 쿠멘하이드로퍼옥사이드, 아조비스이소부티로니트릴 등이 있다. 상기 라디칼 중합개시제의 사용량은, 상기 이미드 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 3.0 중량부일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 엘라스토머는 다이본딩재에 탄성을 부여하여 내부응력 흡수를 위한 목적으로 사용되며, 에폭시기를 가지는 탄성체를 포함한다.
상기 에폭시기를 가지는 탄성체의 예로서는 B-Tough A3(epoxy functional reactive toughening agent; Croda사 제조,), KR-series(국도화학사 제조), PB3600, PB4700(Daicel Japan사 제조) 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 엘라스토머는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 30 내지 50 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 함량이 30중량% 미만일 경우 유리전이온도와 탄성율이 높아져 다이 크랙(die crack)을 발생시킬 수 있고, 50중량% 초과일 경우 점도가 높아져 작업성에 영향을 주거나, 유리전이온도가 너무 낮아져 고온으로 작업하는 후속 작업 시에 다이 시프트(die shift) 현상이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 경화제는 상기 에폭시 수지와 반응하여 조성물의 경화를 진행시키는 성분으로서, 고상의 아민 화합물을 포함한다.
상기 고상의 아민 화합물로는 상온에서 고체인 시아노구아니딘, 멜라민, 이미다졸 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 경화제는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 1 내지 3 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 함량이 1 중량% 미만일 경우 가교밀도가 낮아지면서 흡습율이 높아져 신뢰성에 영향을 줄 수 있고, 3 중량% 초과일 경우 가사시간(pot life)이 짧아지면서 용제 건조 공정에서 경화가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충진제는 조성물의 흐름성 및 점도를 조절하기 위한 성분으로, 예를 들어 티타늄 디옥사이드, 황산바륨, 탄산칼슘, 실리카, 알루미나 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 조합하여 사용가능하다. 본 발명의 일 실시형태에서는, 충진제로서 실리콘 파우더를 포함함으로써 탄성을 부여할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 충진제는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 25 내지 45 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 함량이 25 중량% 미만일 경우 점도 및 요변성이 낮아 인쇄 시에 다이본딩재가 형상을 유지 못하고 무너지는 현상이 발생될 수 있고, 45 중량% 초과일 경우 점도가 높아져 인쇄 시 표면이 매끄럽지 않게 되는 현상이 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 용제로서는, 예를 들면 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, γ-부티로락톤, 이소포론, 카르비톨, 카르비톨아세테이트, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 아세트산 2-(2-부톡시에톡시)에틸, 에틸셀로솔브, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브, 디옥산, 시클로헥사논, 아니솔 등이 있다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 용제는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 15 내지 30 중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 상기 함량이 15 중량% 미만일 경우 점도가 높아져 작업성에 영향을 줄 수 있고, 30 중량% 초과일 경우 점도가 낮아져 용제 건조 공정에 장시간이 필요하여 그 동안 에폭시 경화 반응이 진행될 수 있다
본 발명의 일 실시형태에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화촉매를 추가로 포함할 수 있다.
상기 경화촉매는 조성물의 경화속도를 향상시키기 위한 것으로서, 그 예로는 디에틸 트리아민(DETA), 에틸렌 디아민(EDA), 트리에틸렌 테트라아민(TETA), 테트라에틸렌 펜타아민(TEPA), 디에틸 아미노프로필아민(DEAPA), 메탄디아민(MDA), N-아미노에틸피페라딘(N-AEP), m-크실렌디아민(m-XDA), 1,3-비스 아미노메틸 사이클로헥산(1,3-AC), 이소포론디아민，디아미노시클로헥산，디에틸프로판디아민(N,N,-diethyl-1,3-propanediamine), 하이드록시에틸 펜탄디아민(N-(2-hydroxyethyl)-1,3-pentanediamine), 디부틸프로판디아민(N,N-di-n-butyl-1,3-propanediamine), 변성 폴리아민 등이 있다.
상기 경화촉매는 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 사용할 수 있다. 상기 함량이 1 중량부 미만이면 경화촉매의 활성도가 낮아져서 경화가 이루어지지 않고, 20 중량부를 초과하면 경화촉매의 활성도가 매우 높아져 저장안정성에 문제점이 있다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 에폭시 수지 조성물은 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위 내에서, 필요에 따라 접착증진제, 분산제, 소포제, 탈포제, 이온포착제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 에폭시 조성물은 혼합 교반기를 사용하여 각 성분을 충분히 분산한 후, 진공 탈포하는 공정을 통하여 제조할 수 있다. 제조 후 8시간 이내에 -20 내지 -40℃의 냉동고에 보관하는 것이 바람직하고, 사용할 때에는 가사시간 내에 사용하여야 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 제조된 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, 지지 기판 상에 상기 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 도포하는 공정, 도포된 수지 조성물을 건조시켜 B 스테이지화하는 공정, B 스테이지화된 수지 조성물 상에 반도체 소자를 탑재하는 공정, 및 반도체 소자가 탑재된 수지 조성물을 경화시키는 공정을 포함한다.
상기 지지 기판으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 42 앨로이 리드 프레임, 동 리드 프레임 등의 리드 프레임, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 등의 플라스틱 필름, 유리, 부직포 등의 기재에 폴리이미드 수지, 에폭시 수지 등을 포함하는 수지 조성물을 함침·경화시킨 것(프리프레그), 또는 알루미나 등의 세라믹스제의 지지 부재 등이 있다.
상기 지지 기판 상에 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 공급하여 도포하는 방법으로서는, 인쇄법이 바람직하다. 인쇄법으로서는, 예를 들면 스크린 인쇄법이 있다.
도포된 수지 조성물을 건조시켜 B 스테이지화하는 방법으로서는, 가열을 예로 들 수 있다. 본 발명의 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물은 특정 용제를 함유하고 있지만, 그 대부분은 B 스테이지화에 의해 휘발한다.
그리고, B 스테이지화에 의해, 지지 기판 상에, 보이드가 충분히 적으며, 또한 저점착성 또는 무점착성(tackiness free) 다이 본딩층이 형성된다.
반도체 소자(칩)로서는, IC, LSI 등을 예로 들 수 있다. 반도체 소자가 탑재된 것은, 예를 들면, DRAM이나 SRAM, 플래시 메모리 등이 있다. 이 때, 가열 조건 하에서 하중을 부여하여 가접착해도 되고, 또는 더욱 가열함으로써 수지 조성물의 경화까지 행할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서는, 반도체 소자가 탑재된 수지 조성물(다이 본딩층)을 후경화하는 것이 바람직하다.
이 수지 조성물층의 후경화는, 실장 조립 공정에서 문제가 없는 경우에는, 봉지재의 후경화 공정 시에 함께 행할 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 2: 다이본딩용 에폭시 수지 조성물의 제조
하기 표 1에 제시한 바와 같은 조성으로 각 성분을 혼합하여 다이본딩용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다(단위: 중량%).
　 　 실시예 1 비교예 1 비교예 2
엘라스토머 말단을 카르복실화한
부타디엔 공중합체 1) 		　 23.57 40.00
에폭시기를 가지는 탄성체 2) 32.09 　
에폭시 수지 크레졸 노볼락형-1 3) 3.76 　 18.5
크레졸 노볼락형-2 4) 　 13.4 　
비스페놀 A형 5) 3.76 7.3 5.1
경화제 페놀 수지 6) 　 28.24 12.5　
시아노구아니딘 7) 1.25 　
용제 카르비톨아세테이트 8) 18.11 5.24 9.4
충진제 흄드 실리카 9) 2.83 8.12 7.2
용융 실리카 10) 13.02 8.83 　
실리콘 파우더 11) 20.37 　
이온포착제 IXEPLAS-A1 12) 2.26 2.3
IXE-600 13) 5.2
경화촉매 LC550 14) 0.84 1.32 0.8
첨가제 분산제 15) 0.57 0.79 　0.7
소포제 16) 0.1 0.15 0.1
탈포제 17) 0.52 0.74 0.5
접착증진제 18) 0.52 　
총계 　 100 100 100
1) Hypro 1300X13NA CTBN (CVC thermoset sepcialties)
2) B-Tough A3 (Croda)
3) EOCN-1020 (Nippon kayaku)
4) YDCN-500-4P (국도화학)
5) CNE80208 (KCC)
6) MEH-7800SS (Meiwa)
7) DICY (Air product)
8) 카르비톨아세테이트 (삼전순약)
9) AEROSIL R 972 (EVONIK)
10) SFP-30M (Denka)
11) EP-2601 (Dow corning)
12) IXEPLAS-A1 (Toagosei)
13) IXE-600 (Toagosei)
14) LC550 (SHIN-A T&C)
15) BYK110 (BYK Additive & Instruments )
16) BYK-085 (BYK Additive & Instruments )
17) BYK-A501 (BYK Additive & Instruments )
18) S-510 (CHISSO)
실험예 1:
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 점도 및 요변성 지수(thixotropic index)
조성물 샘플을 약 0.5ml 취하고, Brookfield 콘/플레이트 점도계에서 스핀들 CP-51을 사용하여 25℃에서 0.5rpm 및 5rpm의 회전 속도로 각각 점도를 측정하였다. 측정된 5rpm 값을 점도로 하고, 0.5rpm 값/5rpm 값으로 요변성 지수를 구하였다.
(2) 유리전이온도(Tg) 및 탄성율(modulus)
조성물 샘플을 0.2mm 두께로 코팅하고 125℃/30분, 175℃/120분로 경화시킨 후, PerkinELmer DMA 8000을 이용하여 인장 모드(tension mode)로 측정하였다.
(3) 전단 강도(Lab shear strength)
ISO 4587 방법에 의해 20℃에서 5개의 샘플을 시험하고, 평균 값을 나타내었다. 샘플은 알루미늄 평판으로 연결된 금속이었다.
(4) 점착성(tackiness)
조성물을 100㎛ 두께로 코팅한 시편을 125℃ 오븐에서 30분 동안 용제 휘발시킨 후, Texture Analyser를 이용하여 5N의 힘으로 5초간 누른 후 떨어지는 힘을 측정하였다.
물성 실시예 1 비교예 1 비교예 2
점도 14,200 25,766 14,000
요변성 지수 2.97 2.77 3.0
유리전이온도 70 60 10
탄성율 90 163 10
전단 강도 8 5.6 1.0
점착성 (N) 4.7 13.6 15.4
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 엘라스토머로서 에폭시기를 가지는 탄성체를 포함하고, 경화제로서 고상의 아민 화합물을 포함하는 실시예 1의 에폭시 수지 조성물은 상기한 탄성체 및 아민 화합물을 사용하지 않은 비교예 1 내지 2에 비해 접착력이 높고, B 스테이지화 후 점착성(tackiness)이 낮은 것으로 확인되었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 에폭시 수지, 엘라스토머, 경화제, 충진제 및 용제를 포함하는 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물로서, 상기 엘라스토머는 에폭시기를 가지는 탄성체를 포함하고, 상기 경화제는 고상의 아민 화합물을 포함하며, 상기 충진제는 실리콘 파우더를 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 2 내지 20 중량%의 함량으로 포함되는 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 30 내지 50 중량%의 함량으로 포함되는 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고상의 아민 화합물은 시아노구아니딘을 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화제는 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 1 내지 3 중량%의 함량으로 포함되는 에폭시 수지 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 경화촉매를 추가로 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 다이 본딩용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 제조된 반도체 장치.


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