KR102046055B1 - 방열 필름 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;를 포함하는 접착 수지 조성물을 포함한 접착층과 상기 접착층의 일면에 형성된 금속층을 포함하는, 방열 필름과 상기 방열 필름을 포함한 반도체 장치에 관한 것이다.

Description

방열 필름 및 반도체 장치 {HEAT-RELEASING FILM AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 방열 필름 및 반도체 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 얇은 두께로도 반도체 소자와 균일하고 견고하게 결합하여 보이드(void)을 발생을 방지할 수 있고 고온 조건에 장시간 노출되어도 인장 물성 및 탄성력과 접착력이 크게 변하지 않는 방열 필름 및 상기 방열 필름을 포함한 반도체 장치에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화, 고기능화, 대용량화 추세가 확대되고 이에 따른 반도체 패키지의 고밀도화, 고집적화에 대한 필요성이 급격히 커짐에 따라 반도체 칩 크기가 점점 커지고 있으며 집적도 측면에서도 개선하기 위하여 칩을 다단으로 적층하는 스택 패키지 방법이 점차로 증가하고 있다.
최근의 반도체 패키지의 대용량화를 구현하는 과정에서 반도체 장치에서 과량이 열이 발생하고, 이에 따라 IC 칩 등을 발열로부터 보호할 목적으로 방열판 등의 구조체를 설치하거나 방열 시트를 설치하는 방법이 알려져 있다.
그런데, 금속층과 접착층을 포함하는 방열 시트는 고온에 장시간 노출되는 과정에서 반도체 소자와 상기 접착층 사이에 보이드(void)가 발생할 수 있다. 이러한 보이드(void)는 후속 과정에서 제거하기 어려우며, 또한 상기 잔존 보이드로 인하여 반도체 제조 공정의 신뢰성이나 반도체 장치의 신뢰성이 크게 저하된다. 또한, 방열 시트가 고온에 장시간 노출됨에 따라서 상기 접착층의 모듈러스가 크게 증가하거나 가교 밀도가 크게 높아져서 응력을 완화하기가 어렵게 되며, 반도체 패키지에서 휨이 발생할 수 있다.
이에 따라, 우수한 방열 특성 및 반도체 소자에 대한 견고한 접착력을 구현하면서도, 고온에 장시간 노출되어도 인장 물성 또는 탄성력 등에 큰 변화가 없는 방열 필름에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 얇은 두께로도 반도체 소자와 균일하고 견고하게 결합하여 보이드(void)을 발생을 방지할 수 있고 고온 조건에 장시간 노출되어도 인장 물성 및 탄성력과 접착력이 크게 변하지 않는 방열 필름을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방열 필름을 포함한 반도체 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;를 포함하는 접착 수지 조성물을 포함한 접착층과 상기 접착층의 일면에 형성된 금속층을 포함하는, 방열 필름이 제공된다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 방열 필름; 및 상기 방열 필름에 포함되는 금속층과 대향하도록 접착층의 일면과 접하는 반도체 소자;를 포함하는 반도체 장치가 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 방열 필름 및 반도체 장치에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, [메트]아크릴레이트는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 모두 포함하는 의미이다.
발명의 일 구현예에 따르면, 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;를 포함하는 접착 수지 조성물을 포함한 접착층과 상기 접착층의 일면에 형성된 금속층을 포함하는 방열 필름이 제공될 수 있다.
본 발명자들은, 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;를 포함하는 접착 수지 조성물로부터 형성된 접착층을 포함한 방열 필름이 얇은 두께로도 반도체 소자와 균일하고 견고하게 결합하여 보이드(void)을 발생을 방지할 수 있으며, 또한 고온 조건에 장시간 노출되어도 인장 물성 및 탄성력과 접착력이 크게 변하지 않는 특성을 갖는다는 점을 실험을 통하여 확인하여 발명을 완성하였다.
상기 금속층은 25℃에서 10 W/m*K 이상의 열전도도, 또는 20 내지 6,000 W/m*K 의 열전도도를 가질 수 있다.
상기 접착층과 접하는 금속층의 표면이 나타내는 10점 평균 거칠기(Rz)가 상기 접착층의 두께 이하일 수 있다. 상기 접착층과 접하는 금속층의 표면이 나타내는 10점 평균 거칠기(Rz)가 상기 접창층의 두께 이하임에 따라, 상기 금속층 표면의 굴곡이 보다 용이하게 매립될 수 있으며, 이에 따라 상기 접착층과 급속층 간의 접착력과 열전달 효과가 크게 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 접착층과 접하는 금속층의 표면이 나타내는 10점 평균 거칠기(Rz)가 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
상기 금속층은 구리, 철, 니켈, 티타늄, 알루미늄, 은, 금 및 이들의 2종 이상의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속층의 10점 평균 거칠기 가 너무 작으면 상기 접착층과의 접착력이 낮아질 수 있으며, 상기 금속층의 10점 평균 거칠기가 너무 크면 표면 거칠기가 증가하여 고주파 영역에서 전송손실이 커질 수 있고, 상기 접착층이 금속층의 거친 표면을 모두 메우지 못하여 접착층과 금속층 표면 사이에 미세한 보이드가 남아 있을 수 있다.
또한, 상기 접착층이 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 접착층은 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;로 이루어진 군에서 선택된 2개 이상 간의 가교 결합을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 반도체 접착용 수지 조성물에 포함되는 [메트]아크릴레이트계 수지는 고분자의 전체 반복 단위 또는 세그먼트 중 에폭시계 작용기가 도입된 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상, 또는 10 중량% 내지 35 중량%, 또는 또는 12 중량% 내지 25 중량% 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지는 상기 접착층에 포함되는 성분들이 경화시에 서로 결합될 수 있도록 하고 보다 높은 경화도를 확보하게 하며, 상기 접착층이 충분한 기계적 물성을 확보할 수 있게 한다.
구체적으로, 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 전체 반복 단위 중 에폭시계 작용기가 도입된 [메트]아크릴레이트계 반복 단위가 10 중량%이상, 또는 10 중량% 내지 35 중량%, 또는 또는 12 중량% 내지 25 중량% 임에 따라서, 상기 접착층은 경화 이후에 가교 구조를 보다 많이 형성할 수 있으며, 상기 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지 간의 상용성이 향상될 수 있고, 이에 따라 접착층이 보다 균질한 물성 및 외형 특성을 가지면서 향상된 기계적 물성, 내열성 및 내충격성을 가질 수 있다.
상기 에폭시계 작용기는 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 주쇄를 이루는 반복 단위에 1이상 치환될 수 있다.
상기 에폭시계 작용기는 에폭시기 또는 글리시딜기를 포함할 수 있다.
상기 [메트]아크릴레이트계 수지 중 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위의 함량이 너무 작은 경우, 상기 접착층의 내열성 및 내충격성이 충분하지 않을 수 있다.
상기 [메트]아크릴레이트계 수지 중 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위의 함량의 상한이 크게 제한되는 것은 아니나, 최종 제조되는 접착 필름의 탄성이나 접착성 등을 고려하여 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 전체 반복 단위 중 에폭시계 작용기가 도입된 [메트]아크릴레이트계 반복 단위가 35 중량%이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지는 -10℃ 내지 30℃, 또는 -5℃ 내지 20℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 상술한 유리 전이 온도를 갖는 [메트]아크릴레이트계 수지를 사용함에 따라서 상기 접착층이 높은 접착력을 확보할 수 있고, 상기 접착층을 박막 필름 등의 형태로 제조하기가 용이하다.
상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지의 유리 전이 온도가 너무 낮으면, 실온에서 필름의 연신율이 현저히 높아져서 박막 필름의 제조가 어려워질 수 있다. 또한, 상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지의 유리 전이 온도가 너무 높으면, 상기 접착층이 상온에서 지나치게 경화되거나 딱딱해져서 박막 필름의 제조가 용이하지 않을 수 있다.
한편, 상기 접착층에서, 상기 [메트]아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 중량의 비율이 0.48 내지 0.75일 수 있다.
상기 [메트]아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 중량의 비율이 0.48 내지 0.75, 또는 0.50 내지 0.73으로 한정됨에 따라서, 상기 접착층이 높은 모듈러스를 확보하면서 반도체 기판 등에 대하여 높은 접착력을 구현할 수 있다.
상기 접착층에서, 상기 [메트]아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 중량의 비율이 너무 낮으면, 상기 접착층이 경화된 이후에 모듈러스가 과도하게 높아지고 기판에 대한 접착력은 저하될 수 있다.
상기 접착층은 에폭시 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 에폭시 수지의 연화점은 70℃ 내지 120 ℃일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 상기 접착층이 접착력 또는 부착력을 가질 수 있도록 하며, 상기 접착층이 기계적 물성, 내열성 및 내충격성을 확보할 수 있게 한다.
상기 에폭시 수지의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니나, 하나 이상의 관능기를 가지고 있는 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 구체적으로 연화점이 70℃ 이상, 또는 70℃ 내지 120℃ 인 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 상기 에폭시 수지의 연화점이 너무 낮으면, 상기 반도체 접착용 수지 조성물이 경화 이후에 고온에서 충분하 모듈러스를 확보하기 어렵고 판에 대한 접착력 또한 온도에 따라 큰 편차를 갖게 된다.
상기 접착층은 경화제로서 연화점이 70℃ 이상, 또는 80℃ 내지 150℃인 페놀 수지를 포함할 수 있다. 연화점이 105℃ 이상 인 페놀 수지를 사용함에 따라서 상기 접착층은 경화 후 충분한 내열성, 강도 및 접착성을 가질 수 있다.
상기 페놀 수지의 연화점이 너무 낮으면 상기 접착층이 경화 후 충분한 강도의 경화물을 얻지 못할 수 있다. 또한, 상기 페놀 수지의 연화점이 너무 높으면 상기 접착층의 점도가 과다하게 높아져서 실제 반도체 제조 공정에서 접착제 내부에 빈 공간(void)가 생성되어 최종 제품의 신뢰성이나 품질을 크게 저하시킬 수 있다.
상기 페놀 수지의 종류가 크게 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 연화점이 70℃ 내지 130℃인 비스페놀 A 노볼락 수지 및 연화점이 70℃ 내지 130℃인 바이페닐노볼락 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 페놀 수지의 연화점의 하한은 70℃, 또는 80℃, 또는 90℃, 또는 105℃일 수 있다.
상기 접착층에서 상기 에폭시 수지 대비 상기 페놀 수지의 중량비가 크게 한정되는 것은 아니나, 에폭시 수지와 페놀 수지간의 당량을 고려할 때 상기 에폭시 수지 대비 상기 페놀 수지의 중량비가 0.5 내지 1.5 또는 0.8 내지 1.2인 것이 바람직하다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 상기 페놀 수지 이외로 기타 경화제를 더 포함할 수 있다.
상기 경화제로는 반도체 접착 필름 등의 제조에 사용되는 것으로 알려진 경화제를 큰 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 아민계 경화제, 페놀성 계 경화제, 및 산무수물계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화제의 사용량은 최종 제조되는 접착 필름의 물성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 500중량부, 또는 30 내지 300중량부로 사용될 수 있다.
상기 접착층은 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 경화 촉매는 상기 경화제의 작용이나 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화를 촉진 시키는 역할을 하며, 반도체 접착 필름 등의 제조에 사용되는 것으로 알려진 경화 촉매를 큰 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화 촉매로는 인계 화합물, 붕소계 화합물 및 인-붕소계 화합물 및 이미다졸계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 경화 촉매의 사용량은 최종 제조되는 접착 필름의 물성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 상기 에폭시 수지, [메트]아크릴레이트계 수지 및 페놀 수지의 총합 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10중량부로 사용될 수 있다.
한편, 상기 접착층은 무기 입자를 1중량% 이하, 또는 0.5중량%이하, 또는 0.1중량%이하로 포함할 수 있으며, 무기 입자를 실질적으로 포함하지 않을 수 있다.
상기 접착층이 무기 입자를 미량으로 포함하거나 실질적으로 포함하지 않음에 따라서, 상기 접착층 내에서 무기 입자의 뭉침 현상이 발생하지 않을 수 있으며 상기 접착층의 기계적 물성이나 접착력을 향상시킬 수 있고 접착 필름과 결합되는 반도체 또는 칩의 외관 손상을 방지하여 반도체 제조 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 무기 입자의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 금속성분인 금분, 은분, 동분, 니켈 등이나 비금속성분인 알루미나, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산칼슘, 규산마그네슘, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 실리카, 질화붕소, 이산화티타늄, 유리, 산화철, 세라믹 등이 있다.
상기 접착층은 예를 들어 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는3 ㎛ 내지 50 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
상기 접착층은 상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지와 상기 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지 간의 가교 결합; 상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지와 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지 간의 가교 결합; 및 상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지, 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지 간의 가교 결합 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 접착층의 제조에는 경화제 및 경화 촉매가 사용될 수 있다. 상기 접착층은 잔류하는 경화제 및 경화 촉매를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제 및 경화 촉매 각각은 상기 에폭시 수지, [메트]아크릴레이트계 수지 및 페놀 수지의 총합 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10중량부의 함량으로 상기 반도체용 접착 필름에 잔류할 수 있다.
상기 접착층의 제조 방법은 통상적으로 알려진 경화 방법 및 필름 제조 방법을 사용할 수 있다. 예들 들어, 상술한 반도체 접착용 수지 조성물을 소정의 기재 상에 도포하고 50℃ 내지 150℃ 의 온도에서 1분 내지 5분 동안 건조하여 상기 반도체용 접착 필름을 얻을 수 있다.
상기 수지 조성물이 도포되는 기재는 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며 통상적으로 알려진 고분자 수지 기재, 유리 기재 또는 금속 기재 등을 사용할 수 있다.
상기 기재의 구체적인 예로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리우레탄, 에틸렌-아크릴산에틸 공중합체, 에틸렌-아크릴산메틸 공중합체, 폴리부텐, 폴리부타디엔, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 에틸렌비닐 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 또는 이들의 2종류 이상을 포함하는 고분자 기재를 들 수 있다.
상기 접착층에 대하여 125℃의 온도 및 5rad/s 의 전단 속도에서 측정한 용융 점도가 150,000 Pa·s 이하, 또는 10,000 내지 100,000 Pa·s일 수 있다.
또한, 상기 접착층을 175℃에서 2시간 경화 이후에 120℃에서 측정한 저장 모듈러스가 100 Mpa 이상, 또는 100 내지 600 Mpa, 또는 200 내지 500 Mpa일 수 있다.
또한, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 방열 필름; 및 상기 방열 필름에 포함되는 금속층과 대향하도록 접착층의 일면과 접하는 반도체 소자;를 포함하는 반도체 장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 얇은 두께로도 반도체 소자와 균일하고 견고하게 결합하여 보이드(void)을 발생을 방지할 수 있고 고온 조건에 장시간 노출되어도 인장 물성 및 탄성력과 접착력이 크게 변하지 않는 방열 필름과 상기 방열 필름을 포함한 반도체 장치가 제공될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 및 비교예 : 방열 필름의 제조]
(1) 반도체 접착용 수지 조성물 용액의 제조
하기 표 1 및 2의 기재된 성분을 메틸에틸케톤에 용해시켜 반도체 접착용 수지 조성물 용액을 얻었다.
(2) 반도체용 접착 필름의 제조
상기 제조된 반도체 접착용 수지 조성물 용액을 각각 실리콘 이형 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 38㎛) 상에 도포한 후 130℃에서 2분간 건조하여 5㎛의 두께의 접착 필름을 얻었다.
(3) 방열 필름의 제조
두께 35 ㎛의 구리층 상에 상기 얻어진 접착 필름을 100℃에서 롤라미네이션을 진행하여 적층하였다.
[단위: g] 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 비교예
1		 비교예
2
페놀 수지(a) KH-6021 (BPA nov) 100 100 100 100 100 100 100
에폭시 수지(b) EOCN-104S(cresol nov) 130 130 100 100 100 130 130
아크릴계 수지
(c)		 KG-3008 (Negami) 400
KG-3023 (Negami) 400
KG-3037 (Negami) 400 450
KG-3043 (Negami) 400 450 250
c /(a+b+c) 0.63 0.63 0.63 0.69 0.55 0.63 0.63
경화 촉진제 2P4MHZ (Curesol) 5 5 5 5
2PZ (Curesol) 5 5 5
첨가제 A-1160 (GE Silquest) 5 5 5 5 5 5 5
[단위: g] 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
페놀 수지(a) KH-6021 (BPA nov)
GPH-103 100 100 100 100 100
에폭시 수지(b) EOCN-104S(cresol nov) 100 100
YD-011 100 100 100
아크릴계 수지
(c)		 KG-3008 (Negami) 450 850
KG-3023 (Negami) 450
KG-3037 (Negami) 450
KG-3043 (Negami) 450
c /(a+b+c) 0.69 0.69 0.69 0.69 0.81
경화 촉진제 2P4MHZ (Curesol)
2PZ (Curesol) 5 5 5 5 5
첨가제 A-1160 (GE Silquest) 5 5 5 5 5
1) KH-6021 :비스페놀 A 노볼락 수지(DIC사, 연화점 : 약 133℃ )
2) GPH-65 :비페놀 아르알킬 페놀 수지 (biphenyl aralkyl phenol resin, Nippon Kayaku 사 제품, 연화점: 65℃, OH 당량: 198 g/eq)
3) EOCN-104S :크레졸노볼락에폭시(당량 : 180 g/eq, 연화점 : 약 90℃)
4) YD-011 :비스페놀 A 에폭시 수지 (당량 450g/eq, 연화점 : 약 60℃)
5) KG-3008: 아크릴산 에스테르 고분자(Negami사 제품, 글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 3.5 중량% , 유리전이온도: 15℃)
6) KG-3023: 아크릴산 에스테르 고분자(Negami사 제품, 글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 7 중량% , 유리전이온도: 11℃)
7) KG-3037: 아크릴산 에스테르 고분자(Negami사 제품, 글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 13 중량% , 유리전이온도: 19.5℃)
8) KG-3043: 아크릴산 에스테르 고분자(Negami사 제품, 글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 21 중량% , 유리전이온도: -1.8 ℃)
9) A-1160 GE Silquest(versatile amino-functional coupling agent): Silane ,Gamma-Ureidopropyltrialkoxysilane in alcohol(50wt%)
[ 실험예 : 방열 필름의 물성 평가]
실험예1 : 방열 필름의 열경화 후 인장 저장 탄성률의 측정
상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 60℃의 롤라미네이터 를 이용하여 조건하에서 두께 720㎛가 될 때까지 중첩하여 적층한 후, 175℃의 온도에서 1시간 동안 열경화시켰다. 그리고, 상기 열경화 결과물을 절단하여 폭이 5.3mm 길이 30mm인 육면체의 시편을 제조하였다.
그리고, 고정 점탄성 측정 장치(DMA Q800, TA인스투르먼트사)를 사용하여 -30 내지 280℃에서 상기 상기 시편이 갖는 인장 저장 탄성률을 주파수 10Hz 및 승온 속도 10℃/분의 조건하에서 측정하였다. 측정 결과를 하기 표3에 나타내었다.
실험예2 : 방열 필름의 고온에서의 용융 점도
상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 60℃의 조건하에서 두께 720㎛가 될 때까지 중첩하여 적층한 후, 8mm 크기의 원형으로 절단하여 측정 시편을 제조하였다.
TA 인스트루먼트사의 레오미터(모델명: ARES G2)를 사용하여 5rad/s의 shear와 350g의 힘을 가하면서 20℃/분의 속도로 승온하면서 b-stage 상태의 시편의 점도를 측정한다. 이때 125℃에서 용융 점도를 측정하였다.
실험예3 : 동박 접착력 측정
두께 100㎛의 구리층(15㎝*15㎝: 가로*세로) 상에 상기 실시예 및 비교예 각각에서 얻어진 접착 필름(10㎝*10㎝: 가로*세로) 을 100℃에서 롤라미네이션을 진행하여 적층하고, 다시 두께 100㎛의 구리층(15㎝*15㎝: 가로*세로)을 100℃에서 롤라미네이션을 진행하여 동박-접착필름-동박의 샌드위치 구조의 적층체를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 동박-접착필름-동박의 샌드위치 구조의 적층체를 175℃에서 2시간 동안 경화하고, 10 mm의 폭으로 길게 잘라서, 동박-접착필름-동박의 샌드위치 부분은 가로 1㎝ 및 세로 10 ㎝가 되게 하고, 동박-동박 부분은 가로 1㎝ 및 세로 5 ㎝가 되도록 시편을 제조하였다.
이와 같이 제조된 시편을 동박-동박 부분에서 각각의 동박을 T자 형태로 10 mm/min의 속도로 잡아당겨 적용되는 힘을 측정하여(Texture Analyzer 장비) 접착제의 동박에 대한 접착력을 확인하였다.
상기 시편을 잡아당길때의 힘이 300g 이상인 경우 접착력이 양호한 것으로 판단하여 0로 평가하고, 300g미만인경우 접착력이 부족한 것으로 판단하여 X로 표기하였다.
실험예 4: 보이드 특성 평가
상기 제조된 방열 필름을 10 mm * 10 mm (가로*세로)로 자른 후, 두께 1mm 및 15mm*15mm(가로*세로)의 유리 기판 위에 130℃의 핫플레이트 위에서 2 kgf의 힘으로 2초간 눌러서 붙인 후, 125℃에서 1시간 동안 1차 경화 및 175℃에서 2시간 동안 연속 경화하였다. 상기 기판을 85℃ 및 85%RH 조건에서 168시간 노출하고 IR reflow 과정을 3회 실시하고, 육안과 Scanning Acoustic Tomography (SAT)를 통하여 기판과 접착제 사이에 발생한 보이드 개수를 확인하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
저장탄성율
(Mpa)		 300 350 250 290 450 60 85 88 90 25 35 20
점도(Pa·s) 55,000 50,000 60,000 58,000 15,000 45,000 48,000 35,000 37,000 36,000 34,000 160,000
동박접착력 0 0 0 0 0 X X 0 0 X X X
보이드 개수 0 0 0 0 0 8 6 6 3 12 13 20
상기 표3에 나타난 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 5의 방열 필름의 접착층은 125℃의 온도 및 5rad/s 의 전단 속도에서 15,000 내지 60,000 Pa·s의 점도를 나타내며, 상기 접착층을 175℃에서 2시간 경화 이후에 120℃에서 측정한 저장 모듈러스가 250 내지 450 Mpa의 범위라는 점이 확인되며, 이러한 실시예 1 내지 5의 방열 필름은 상대적으로 높은 다이쉐어 강도를 나타내며 고온 다습한 조건에서도 기판과 접착제 사이에 보이드가 발생되지 않는다는 점이 확인되었다.
즉, 실시예들의 방열 필름은 얇은 두께로도 반도체 소자와 균일하고 견고하게 결합하여 보이드(void)을 발생을 방지할 수 있고 고온 조건에 장시간 노출되어도 인장 물성 및 탄성력과 접착력이 크게 변하지 않을 수 있다.
이에 반하여, 비교예의 방열 필름의 접착층들은 175℃에서 2시간 경화 이후에 120℃에서 측정한 저장 모듈러스가 크게 낮게 나타내서 박막 필름으로의 제조가 용이하게 않을 뿐만 아니라, 반도체 소자와의 결합력이 낮으며 고온 조건에 장시간 노출되어도 인장 물성 및 탄성력과 접착력이 크게 변동하며 보이드(void)도 다수 발생한다는 점이 확인되었다.

Claims (17)

  1. 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량% 내지 35 중량% 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;를 포함하는 접착 수지 조성물을 포함한 접착층과 상기 접착층의 일면에 형성된 금속층을 포함하고,
    상기 접착층과 접하는 금속층의 표면이 나타내는 10점 평균 거칠기(Rz)는 상기 접착층의 두께 이하인, 방열 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 25℃에서 10 W/m*K 이상의 열전도도를 갖는, 방열 필름
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접착층과 접하는 금속층의 표면이 나타내는 10점 평균 거칠기(Rz)가 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛인, 방열 필름
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착층이 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 갖는, 방열 필름
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지; 70℃ 이상의 연화점을 갖는 에폭시 수지; 및 70℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지;로 이루어진 군에서 선택된 2개 이상 간의 가교 결합을 포함하는, 방열 필름
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접착층에서, 상기 [메트]아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 [메트]아크릴레이트계 수지의 중량의 비율이 0.48 내지 0.75인, 방열 필름
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시계 작용기를 포함한 [메트]아크릴레이트계 반복 단위를 10 중량%이상 포함하는 [메트]아크릴레이트계 수지는 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는, 방열 필름
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지의 연화점은 70℃ 내지 120 ℃인, 방열 필름
  11. 제1항에 있어서,
    상기 페놀 수지의 연화점은 80℃ 내지 150℃인, 방열 필름
  12. 제1항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 연화점이 70℃ 내지 130℃인 비스페놀 A 노볼락 수지 및 연화점이 70℃ 내지 130℃인 바이페닐노볼락 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 방열 필름
  13. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 대비 상기 페놀 수지의 중량비가 0.5 내지 1.5인, 방열 필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 접착층 중 무기 입자의 함량이 1중량%이하인, 방열 필름.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 접착층에 대하여 125℃의 온도 및 5rad/s 의 전단 속도에서 측정한 용융 점도가 150,000 Pa·s 이하인, 방열 필름.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 접착층을 175℃에서 2시간 경화 이후에 120℃에서 측정한 저장 모듈러스가 100 Mpa 이상인, 방열 필름.
  17. 제1항의 방열 필름; 및 상기 방열 필름에 포함되는 금속층과 대향하도록 접착층의 일면과 접하는 반도체 소자;를 포함하는 반도체 장치.
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