KR102213777B1 - 반도체용 접착 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 접착 바인더; 및 방열 필러를 포함한 제1층; 및 상기 제1층의 적어도 일면에 형성되고, 접착 바인더 및 자성 필러를 포함한 제2층;을 포함하고, 상기 제1층 및 제2층 각각에 포함되는 접착 바인더기 소정의 조성을 갖는 반도체용 접착 필름에 관한 것이다.

Description

반도체용 접착 필름 {ADHESIVE FILM FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체용 접착 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 향상된 경화 물성으로 반도체 칩의 신뢰성을 높일 수 있고 높은 내열성 및 접착력과 함께 향상된 기계적 물성을 구현할 뿐만 아니라 우수한 열전도 특성 및 전자파 흡수 성능을 구현할 수 있는 반도체용 접착 필름에 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 스택패키지 방법이 점차로 증가하고 있다.
이와 같이 다단의 반도체 스택 패키지의 사용에 따라서 칩의 두께는 얇아지고 회로의 집적도는 높아지고 있는데, 칩 자체의 모듈러스는 낮아져서 제조 공정이나 최종 제품의 신뢰성에 문제점을 야기 하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 반도체 패키징 과정에 사용되는 접착제의 물성을 강화시키는 방법들이 시도되어 왔다.
또한, 최근 반도체 칩의 두께가 얇아짐에 따라 기존의 블레이드 절삭 과정에서 칩이 손상되어 수율이 저하되는 문제가 있는데, 이를 해결하기 위하여 블레이드로 우선 반도체 칩을 절삭한 후 연마하는 제조 과정이 제시되고 있다. 이러한 제조 과정에서 접착제는 분단되어 있지 않으므로 레이저를 이용하여 접착제를 자른 후, 저온에서 기재필름의 익스펜딩 과정을 통하여 분단하고 있다. 또한 최근에는 칩 위의 회로를 보호하기 위하여 레이저를 이용하지 않고 오로지 저온 익스펜딩 과정과 열 수축과정을 통하여 접착제를 분단하는 공정을 적용하고 있다.
한편, 최근 전자 기기 및 전자 부품이 경박 단소화되는 경향에 따라 전기 소자의 집적도가 높아지고 있으며, 전기 에너지로 작동 하는 전기 소자의 발열량도 크게 증가하고 있다. 이에 따라, 전자기기 내부에서 발생된 열을 효과적으로 분산하여 발산시키는 방열 특성의 향상에 대한 요구가 높아 지고 있다. 또한, 전기 소자의 집적도가 높아짐에 따라서 전자파의 발생량도 증가하는데, 이러한 전자기파가 전자기기의 접합부, 연결부 등을 통하여 누출되어 다른 전기 소자 또는 전자 부품의 오작동을 유발하거나 인체 면역 기능을 약화시키는 등의 유해 작용을 하는 문제점이 나타났다.
본 발명은, 향상된 경화 물성으로 반도체 칩의 신뢰성을 높일 수 있고 높은 내열성 및 접착력과 함께 향상된 기계적 물성을 구현할 뿐만 아니라 우수한 열전도 특성 및 전자파 흡수 성능을 구현할 수 있는 반도체용 접착 필름을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 접착 바인더; 및 방열 필러를 포함한 제1층; 및 상기 제1층의 적어도 일면에 형성되고, 접착 바인더 및 자성 필러를 포함한 제2층;을 포함하고, 상기 제1층 및 제2층 각각에 포함되는 접착 바인더는 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위와 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위(BzMA)를 포함하는 (메트)아크릴레이트계 수지; 페놀 수지를 포함한 경화제; 및 에폭시 수지;를 포함하는, 반도체용 접착 필름이 제공된다.
발명의 구체적인 구현예의 반도체용 접착 필름에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, '필러'는 복합 시트에 열전도 특성 또는 전자파 흡수 성능 등의 특정 성질을 부여하기 위하여 충진되는 물질을 의미한다.
또한, 본 명세서에서, 중량평균분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균분자량(단위: g/mol)을 의미한다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석 장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 30℃ 의 온도, 클로로포름 용매(Chloroform) 및 1 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
발명의 일 구현예에 따르면, 접착 바인더; 및 방열 필러를 포함한 제1층; 및상기 제1층의 적어도 일면에 형성되고, 접착 바인더 및 자성 필러를 포함한 제2층;을 포함하고, 상기 제1층 및 제2층 각각에 포함되는 접착 바인더는 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위와 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위(BzMA)를 포함하는 (메트)아크릴레이트계 수지; 페놀 수지를 포함한 경화제; 및 에폭시 수지;를 포함하는, 반도체용 접착 필름이 이 제공될 수 있다.
본 발명자들은 반도체 소자의 접착 또는 패키징에 사용될 수 있는 성분에 대한 연구를 진행하여, 상기 특정 조성을 갖는 접착 바인더를 포함하고 각각 방열 필러 및 자성 필러를 포함한 2종류의 층을 포함하는 반도체용 접착 필름이 향상된 경화 물성으로 반도체 칩의 신뢰성을 높일 수 있고 높은 내열성 및 접착력과 함께 향상된 기계적 물성을 구현할 뿐만 아니라 우수한 열전도 특성 및 전자파 흡수 성능을 구현할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 제1층 및 제2층 각각에 포함되는 접착 바인더는 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위와 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위(BzMA)를 포함할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지가 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위(BzMA)를 포함함에 따라서, 상기 반도체용 접착 필름은 포함되는 성분들간의 보다 높은 상용성 및 결합력을 확보하고 높은 탄성을 가질 수 있으며, 상대적으로 향상된 초기 인장 모듈러스를 가질 수 있다.
또한, 상기 (메트)아크릴레이트계 수지가 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위를 포함함에 따라, 상기 반도체용 접착 필름은 보다 균일하고 견고한 내부 구조를 가지게 되어 극박 웨이퍼의 다단 적층시 높은 내충격성을 확보할 수 있으며 반도체 제조 이후 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 0.15 eq/kg 이하, 또는 0.10 eq/kg 이하의 수산기 당량을 나타내어 상기 수지 조성물의 다른 성분, 예를 들어 에폭시 수지 또는 페놀 수지와 상용성을 저해하지 않으면서도 에폭시와 함께 보다 원활하고 균일하게 경화되며, 특히 상기 반도체용 접착 필름이 보다 균일하고 견고한 내부 구조를 가질 수 있게 한다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지의 수산기 당량이 높은 경우, 예를 들어 0.15 eq/kg 초과하는 경우, 에폭시 수지 또는 페놀 수지 등과 상용성이 저하되어 상기 반도체용 접착 필름의 외관 특성이나 기계적 물성의 균일성이 저하될 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지 중 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 작용기의 함량이 2 내지 40중량%, 또는 3 내지 30중량% 또는 5 내지 25중량%일 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지 중 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 작용기의 함량이 너무 낮으면, 상기 에폭시 수지 또는 페놀 수지와의 상용성이 증대되는 효과가 미미할 수 있으며 또한 최종 제조되는 접착 필름의 흡습성을 낮추는 효과가 미미하다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지 중 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 작용기의 함량이 너무 높으면, 최 상기 반도체용 접착 필름의 접착력이 저하될 수 있다.
상기 방향족 작용기는 탄소수 6 내지 20의 아릴기(aryl); 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기 및 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기를 포함하는 아릴알킬렌기일 수 있다.
상기 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위는 에폭시 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬메틸 (메트)아크릴레이트 반복 단위를 포함할 수 있다. 상기 "에폭시 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬메틸"은 에폭시기가 결합된 탄소수 3 내지 30의 사이클로 알킬이 메틸기에 치환된 구조를 의미한다. 상기 에폭시 탄소수 3 내지 20의 사이클로알킬메틸 (메트)아크릴레이트의 일 예로 글리시딜 (메트)아크릴레이트 또는 3,4-에폭시시클로헥실메틸 (메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
한편, 상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 반응성 작용기를 포함한 비닐계 반복 단위 및 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 포함하는 (메트)아크릴레이트계 작용기로 이루어진 군에서 선택된 1이상의 반복 단위를 더 포함할 수 있다.
상기 반응성 작용기는 알코올, 아민, 카르복실산, 에폭사이드, 이미드, (메트)아크릴레이트, 니트릴, 노보넨, 올레핀, 폴리에틸렌글리콜, 싸이올 및 비닐기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 작용기를 포함할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지가 반응성 작용기를 포함한 비닐계 반복 단위 및 탄소수 1 내지 10의 알킬기를 포함하는 (메트)아크릴레이트계 작용기로 이루어진 군에서 선택된 1이상의 반복 단위를 더 포함하는 경우, 상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 상기 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위를 0.1 내지 20중량%, 또는 0.5 내지 10 중량% 포함할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 -10℃ 내지 20℃, 또는 -5℃ 내지 15℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 상술한 유리 전이 온도를 갖는 (메트)아크릴레이트계 수지를 사용함에 따라서 상기 상기 반도체용 접착 필름이 높은 접착력을 확보할 수 있고, 박막 필름 등의 형태로 제조하기가 용이하다.
또한, 상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 5000 내지 1,000,000, 또는 100,000 내지 900,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
한편, 상기 반도체용 접착 필름에서, 상기 (메트)아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 (메트)아크릴레이트계 수지의 중량의 비율이 0.55 내지 0.95일 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름이 상기 (메트)아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 (메트)아크릴레이트계 수지를 상술한 범위로 포함함에 따라서, 상기 반도체용 접착 필름은 초기 인장시 상대적으로 높은 모듈러스를 나타내면서도 높은 탄성, 우수한 기계적 물성 및 높은 접착력을 구현할 수 있다.
상기 (메트)아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 (메트)아크릴레이트계 수지의 중량비가 상술한 범위보다 낮은 경우, 상기 반도체용 접착 필름의 접착성이 줄어 들어 웨이퍼에서는 젖음성이 줄어들고 이는 균일한 분단성을 기대할 수 없게 하고, 신뢰성 측면에서는 웨이퍼와 접착 필름 계면 간의 밀착력 저하로 인하여 접착력 저하를 초래하여 신뢰성이 취약해질 수 있다.
그리고, 상기 상기 (메트)아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 (메트)아크릴레이트계 수지의 중량비가 상술한 범위보다 높은 경우, 상기 반도체용 접착 필름을 상온에서 5% 내지 15% 신장시 발생하는 모듈러스가 충분하지 않을 수 있고, 매우 높아지고, 상기 접착 필름이 갖는 상온에서의 인장율은 매우 크게 높아질 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름에서 에폭시 수지 및 페놀 수지의 중량비율은 최종 제조되는 제품의 특성을 고려하여 조절 가능하며, 예를 들어 10:1 내지 1:10의 중량비일 수 있다.
한편, 상기 반도체용 접착 필름에 포함되는 경화제는 100℃ 이상의 연화점을 갖는 페놀 수지를 포함할 수 있다. 상기 페놀 수지는 100℃ 이상, 또는 110℃ 내지 160℃, 또는 115℃ 내지 150℃의 연화점을 가질 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름은 상대적으로 높은 연화점을 갖는 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 이와 같이 100℃ 이상, 또는 110℃ 내지 160℃, 또는 115℃ 내지 150℃의 연화점을 갖는 페놀 수지는 상기 액상 에폭시 수지 및 상기 (메트)아크릴레이트계 수지와 함께 접착 성분의 기재(또는 매트릭스)를 형성할 수 있으며, 상기 접착 필름이 상온에서 보다 높은 인장 모듈러스와 우수한 접착력을 갖도록 하고 반도체에 최적화된 유동 특성을 갖도록 한다.
이에 반하여, 상기 페놀 수지의 연화점이 상술한 범위 미만인 경우, 상기 반도체용 접착 필름이 갖는 상온에서의 인장 모듈러스가 낮아지거나 상온 인장율이 크게 증가할 수 있으며, 또한 상기 필름이 갖는 용융 점도가 감소하거나 또는 모듈러스가 낮아질 수 있으며, 또한 상기 접착 필름을 결합하는 과정이나 상기 접착 필름이 고온 조건에 장시간 노출되는 경우에 흘러내림(bleed out)이 다수 발생할 수 있다.
또한, 상기 페놀 수지는 80 g/eq 내지 400 g/eq의 수산기 당량, 또는 90 g/eq 내지 250 g/eq의 수산기 당량, 또는 또는 100 g/eq 내지 178 g/eq의 수산기 당량, 또는 210 내지 240g/eq 수산기 당량을 가질 수 있다. 상기 페놀 수지가 상술한 수산기 당량 범위를 가짐에 따라서, 짧은 경화시간에서도 경화도를 높일 수 있으며, 이에 따라 상기 반도체용 접착 필름이 상온에서 보다 높은 인장 모듈러스와 우수한 접착력의 특성을 부여할 수 있다.
상기 페놀 수지는 비스페놀 A 노볼락 수지 및　바이페닐노볼락 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 에폭시 수지는 상기 반도체용 접착 필름의 경화도 조절이나 접착 성능 등을 높이는 역할을 할 수 있다.
상기 에폭시의 수지의 구체적인 예로는, 바이페닐계 에폭시 수지, 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 들 수 있다.
상기 에폭시 수지의 연화점은 50℃ 내지 120℃일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 연화점이 너무 낮으면 상기 반도체용 접착 필름의 점착력이 높아져서 다이싱 후 칩 픽업성이 저하될 수 있으며, 상기 에폭시 수지의 연화점이 너무 높으면 상기 반도체용 접착 필름의 고온에서의 유동성이 저하될 수 있고 상기 반도체용 접착 필름의 접착력이 저하될 수 있다.
상기 에폭시 수지의 에폭시 당량은 100 내지 300 g/eq일 수 있다.
상기 경화제는 아민계 경화제, 및 산무수물계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 더 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 700중량부, 또는 30 내지 300중량부로 사용될 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름은 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 경화 촉매는 상기 경화제의 작용이나 상기 반도체용 접착 필름 의 제조 과정에서 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 액상 및 고상 에폭시 수지, (메트)아크릴레이트계 수지 및 페놀 수지의 총합 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10중량부로 사용될 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름은 지르코늄, 안티몬, 비스무스, 마그네슘 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함한 금속 산화물; 다공성 실리케이트; 다공성 알루미노 실리케이트; 또는 제올라이트를 포함하는 이온 포착제를 더 포함할 수 있다.
상기 지르코늄, 안티몬, 비스무스, 마그네슘 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함한 금속 산화물의 예로는 산화지르코늄, 안티몬의 산화물, 비스무스의 산화물, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 안티몬 비스무스계 산화물, 지르코늄 비스무스계 산화물, 지르코늄 마그네슘계산화물, 마그네슘 알루미늄계 산화물, 안티몬 마그네슘계 산화물, 안티몬 알루미늄계 산화물, 안티몬 지르코늄계 산화물, 지르코늄 알루미늄계 산화물, 비스무스 마그네슘계 산화물, 비스무스 알루미늄계 산화물 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 이온 포착제는 상기 반도체용 접착 필름 내부에 존재하는 금속 이온 또는 할로겐 이온 등을 흡착하는 역할을 할 수 있으며, 이에 따라 상기 접착 필름과 접촉하는 배선의 전기적 신뢰성을 증진시킬 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름 중 이온 포착제의 함량이 크게 제한되는 것은 아니나, 전이 금속 이온과의 반응성, 작업성 및 상기 상기 반도체용 접착 필름 중량을 기준으로 0.01 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
한편, 상기 반도체용 접착 필름은 커플링제 및 무기 충진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 커플링제 및 무기 충진제의 구체적이 예가 한정되는 것은 아니며, 반도체 패키징용 접착제에 사용될 수 있는 것으로 알려진 성분을 큰 제한 없이 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1층은 접착 바인더; 및 방열 필러를 포함할 수 있다.
상기 방열 필러는 반도체용 접착 필름에 사용되어 전기 소자 등에서 발생하는 열을 빠르게 힛싱크로 전달하는 작용 또는 효과를 발휘할 수 있다. 이러한 방열 필러의 구체적인 예로 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO), 수산화알미늄(Al(OH)3) 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제2층은 접착 바인더 및 자성 필러를 포함할 수 있다.
상기 자성 필러는 연자성 금속 합금 입자 또는 페라이트계 자성 입자를 포함할 수 있다. 상기 연자성 금속 합금 입자는 외부에서 자기장이 인가되었을 때 신속하게 자화될 수 있는 금속합금을 포함할 수 있으며, 반도체용 접착 필름에서 특정 주파수의 전자기파 노이즈를 흡수하여 제거하는 작용 또는 효과를 구현할 수 있다. 이러한 자성 입자의 구체적인 예로 철-실리콘-알루미늄 합금, 철-실리콘 합금, 철-크롬-실리콘 합금, 철-크롬 합금, 니켈-철 합금, 카보닐 철, 이들의 혼합물 또는 이들의 합금 등을 들 수 있다. 상기 페라이트계 자성 입자는 세라믹계 물질로서 외부 자기장에 쉽게 자화가 되는 스피넬 구조의 물질을 포함할 수 있으며, 이의 구체적인 예로 니켈-아연 페라이트, 망간-아연 페라이트로, 이들의 혼합물 또는 이들의 합금 등을 들 수 있다.
상기 자성 필러의 모양에는 별 다른 제한이 없으며, 예를 들어 구형, 원형, 판상형, 다면체, 회전체 등의 모양일 수 있다.
이와 같이, 상술한 접착 바인더와 더불어 방열 필러 및 자성 필러를 각각 포함하는 반도체용 접착 필름은 상기 구조 및 조성에 따라서 특정한 열전도도 특성과 주파수에 따른 Radiated EMI 노이즈를 선택적으로 흡수할 수 있는 특징을 가질 수 있다.
한편, 상기 제1층 및 상기 제2층은 각각 1 ㎛ 내지 300 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1층 및 상기 제2층은 각각 1 ㎛ 이상, 3 ㎛ 이상, 5 ㎛ 이상, 10 ㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 제1층 및 상기 제2층은 각각 300 ㎛ 이하, 또는 100 ㎛ 이하, 또는 90 ㎛ 이하, 또는 70 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1층 및 상기 제2층 간의 두께 비율 등이 크게 한정되는 것은 아니나, 상술한 고유의 효과를 최적화하기 위해서 상기 제1층의 두께 대비 상기 제2층의 두께의 비율이 0.2 내지 5일 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름을 상온에서 0.3 ㎜/sec 의 속도로 5%까지 인장시 모듈러스가 100 MPa 이상일 수 있다. 또한, 상기 반도체용 접착 필름을 상온에서 0.3 ㎜/sec 의 속도로 10% 신장시 발생하는 모듈러스가 55 MPa 이상이며, 15% 신장시 발생하는 모듈러스가 40 MPa 이상일 수 있다.
상기 반도체용 접착 필름은 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적용되어 보다 안정적인 구조 및 우수한 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성을 구현하며, 또한 리플로우 균열 등을 방지할 수 있고, 특히 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않을 수 있다.
또한, 상기 반도체용 접착 필름은 높은 파단 강도 및 낮은 파단 신율을 가져서 칼날을 이용한 웨이퍼 절단 방법뿐만 아니라 기타 비접촉식 접착제 절단 방법, 예를 들어 DBG(Dicing Before Grinding)에도 적용 가능하며, 또한 저온에서도 분단성이 우수하여 절단 후 실온에 방치하더라도 재점착 가능성이 낮아서 반도체 제조 공정의 신뢰성 및 효율을 높일 수 있다.
상기 접착 필름은 리드프레임 또는 기판과 다이를 접착하거나 다이와 다이를 접착하는 다이 어태치 필름(DAF)으로 사용될 수 있다. 이에 따라, 상기 접착 필름은 다이 본딩 필름 또는 다이싱 다이 본딩 필름 등의 형태로 가공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 향상된 경화 물성으로 반도체 칩의 신뢰성을 높일 수 있고 높은 내열성 및 접착력과 함께 향상된 기계적 물성을 구현할 뿐만 아니라 우수한 열전도 특성 및 전자파 흡수 성능을 구현할 수 있는 반도체용 접착 필름이 제공될 수 있다.
또한, 상기 반도체용 접착 필름은 다양한 반도체 패키지 제조 방법으로 적용 가능하며, 반도체 팁과 기판이나 하층의 칩 등의 지지 부재와의 접착 공정에서 높은 신뢰성을 확보하게 하며, 반도체 패키지에서 반도체 팁을 실장시 요구되는 내열성, 내습성 및 절연성을 확보하면서 우수한 작업성을 구현할 수 있다.
발명의 구체적인 구현예를 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명의 구체적인 구현예를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[합성예1: 열가소성 수지1의 합성]
톨루엔 100g에 부틸 아크릴레이트 70g, 아크릴로니트릴 15g, 글리시딜 메타크릴레이트 5g 및 벤질메타크릴레이트 10g을 혼합하여 80에서 약 12시간 동안 반응하여 글리시딜기가 분지쇄로 도입된 아크릴레이트 수지1 (중량평균분자량 약 90만, 유리전이온도 14℃)를 합성하였다.
그리고, 상기 아크릴레이트 수지1를 디클로로메탄에 용해시킨 후, 냉각시키고 0.1N KOH 메탄올 용액으로 적정하여 수산기 당량이 약 0.03eq/kg 인 점을 확인하였다.
[합성예2: 열가소성 수지2의 합성]
톨루엔 100g에 부틸 아크릴레이트 65g, 아크릴로니트릴 15g, 글리시딜 메타크릴레이트 5g 및 벤질메타크릴레이트 15g을 혼합하여 80에서 약 12시간 동안 반응하여 글리시딜기가 분지쇄로 도입된 아크릴레이트 수지2 (중량평균분자량 약 52 만, 유리전이온도 14℃ )를 합성하였다.
그리고, 상기 아크릴레이트 수지1를 디클로로메탄에 용해시킨 후, 냉각시키고 0.1N KOH 메탄올 용액으로 적정하여 수산기 당량이 약 0.03eq/kg 인 점을 확인하였다.
[합성예3: 열가소성 수지3의 합성]
톨루엔 100g에 부틸 아크릴레이트 60g, 아크릴로니트릴 15g, 글리시딜 메타크릴레이트 5g 및 벤질메타크릴레이트 20g을 혼합하여 80에서 약 12시간 동안 반응하여 글리시딜기가 분지쇄로 도입된 아크릴레이트 수지2 (중량평균분자량 약 52 만, 유리전이온도 15℃)를 합성하였다.
그리고, 상기 아크릴레이트 수지1를 디클로로메탄에 용해시킨 후, 냉각시키고 0.1N KOH 메탄올 용액으로 적정하여 수산기 당량이 약 0.03eq/kg 인 점을 확인하였다.
[실시예 1 내지 3 : 반도체용 접착 필름의 제조]
1. 접착 바인더 및 방열 필러를 포함한 제1층의 제조
(1) 실시예1
에폭시 수지의 경화제인 페놀 수지 KA-1160(DIC사 제품, 크레졸 노볼락 수지, 수산기 당량 190 g/eq, 연화점: 65 ℃) 4g, 에폭시 수지 EOCN-103S(일본 화약 제품, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 에폭시 당량 214 g/eq, 연화점: 80 ℃) 2g, 액상 에폭시 수지 RE-310S(일본 화학 제품, 비스페놀 A 에폭시 수지, 에폭시 당량 180 g/eq) 5g, 알루미나 필러 CB-P05와 DAW-05를 혼합한 필러 85g을 메틸 에틸 케톤 용매하에서 밀링기를 이용하여 밀링한다.
이후 이 혼합물에 열가소성 아크릴레이트 수지 1(Mw: 52만, 유리전이온도: 10℃) 4g, 실란 커플링제 A-187(GE 도시바 실리콘, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란) 0.1g, 경화 촉진제 DICY 0.1g, 2MA-OK 0.1g 를 넣고 2시간 동안 추가로 밀링하여 반도체 접착용 수지 조성물 용액(고형분 80중량％ 농도)을 얻었다. 이 밀링액을 자동 도공기를 이용하여 두께 20㎛의 제1층을 얻었다,
(2) 실시예 2 내지 3
하기 표1과 같이 조성을 달리한 점을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 두께 20㎛의 제1층을 얻었다,
제1층의 조성 (단위: g)
실시예 1 실시예 2 실시예 3
KA-1160 4 3
KPH-3075 4
RE-310S 5 4 5
EOCN-103S 2 2 1
CB-P05 62 55 55
DAW-05 23 30 30
아크릴 수지 1 4
아크릴 수지 2 4
아크릴 수지 3 6
KG-3015P
KG-3096
(사용 성분의 설명)
KA-1160: 크레졸 노볼락 수지(DIC 사, 연화점 약 90, 수산기 당량: 110 g/eq)
KPH-75: 자일록 노롤락 수지(DIC 사, 연화점 약 75, 수산기 당량: 175 g/eq)
RE-310S: 비스페놀A 에폭시 수지(에폭시 당량 218 g/eq,액상)
EOCN-104S: 크레졸노볼락에폭시(일본화약㈜, 에폭시 당량: 180 g/eq, 연화점: 90)
NC-3000-H: 바이페닐 노볼락 에폭시 수지(에폭시 당량 180 g/eq, 연화점 65 )
<충진제>
CB-P05:쇼와덴코사 알루미나 필러, 평균 입경 5㎛
DAW-05:덴카사의 알루미나 필러, 평균 입경 0.5㎛
<아크릴레이트 수지>
아크릴 수지 1: 부틸아크릴에티트: 아크릴로니트릴: 글리시딜 메타크릴레이트: 벤질메타크릴레이트 = 70:15:5:10의 조성비로 합성한 아크릴 수지(중량평균분자량 약 90 만, 유리전이온도 14 ℃)
아크릴 수지 2: 부틸아크릴에티트: 아크릴로니트릴: 글리시딜 메타크릴레이트: 벤질메타크릴레이트 = 65:15:5:15의 조성비로 합성한 아크릴 수지(중량평균분자량 약 52만, 유리전이온도 14 ℃)
아크릴 수지 3: 부틸아크릴에티트: 아크릴로니트릴: 글리시딜 메타크릴레이트: 벤질메타크릴레이트 = 60:15:5:20의 조성비로 합성한 아크릴 수지(중량평균분자량 약 52만, 유리전이온도 15 ℃)
KG-3015: 아크릴레이트계 수지(글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 3 중량%, 중량평균분자량 약 87만 유리전이온도: 10 ℃)
KG-3096: 아크릴레이트계 수지(글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 3 중량%, 중량평균분자량 약 15만 유리전이온도: 17 ℃)
<첨가제>
DICY: Dicyandiamide
2MAOK: Imidazole-based hardening accelerator
2. 접착 바인더 및 자성 필러를 포함한 제2층의 제조
에폭시 수지의 경화제인 페놀 수지 KA-1160(DIC사 제품, 크레졸 노볼락 수지, 수산기 당량 190 g/eq, 연화점: 65 ℃) 4g, 에폭시 수지 EOCN-103S(일본 화약 제품, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 에폭시 당량 214 g/eq, 연화점: 80 ℃) 2g, 액상 에폭시 수지 RE-310S(일본 화학 제품, 비스페놀 A 에폭시 수지, 에폭시 당량 180 g/eq) 5g, Mn-ferrite와 MnMgSr-ferrite 필러를 혼합한 필러 85g을 메틸 에틸 케톤 용매하에서 밀링기를 이용하여 밀링한다. 이후 이 혼합물에 열가소성 아크릴레이트 수지 1(중량평균분자량 약 90만, 유리전이온도 14℃) 4g, 실란 커플링제 A-187(GE 도시바 실리콘, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란) 0.1g, 경화 촉진제 DICY 0.1g, 2MA-OK 0.1g 를 넣고 2시간 동안 추가로 밀링하여 반도체 접착용 수지 조성물 용액(고형분 80중량％ 농도)을 얻었다. 이 밀링액을 자동 도공기를 이용하여 상기 제조된 제1층 상에 20㎛의 두께로 형성하여 제2층을 제조하였다.
[실험예: 반도체용 접착 필름의 물성 평가]
실험예1: 필름의 평탄화 처리
상기 실시예에서 얻어진 반도체용 접차 필름을 70℃ SUS ROLL열라미기를 통과하여 표면을 평탄화 하고, 평탄화 정도는 Optical profiler를 이용하여 필름의 중심선 평균 거칠기(Ra)를 측정하였다.
실험예2: 제 1층 필름의 열전도도 측정
상기 실시예에서 얻어진 반도체용 접착 필름의 제1층만을 코팅 및 평탄화 처리를 하고 고무롤 라미기를 이용하여 600 ㎛ 두께가 될 때까지 적층하였다.
이렇게 얻은 필름은 경화하여 최종적으로 경화 필름을 얻었다. 이 시편을 10mm*10mme단위로 시편을 제조하고 Lazer flash 방식의 열전도도기기 LFA467를 이용하여 열전도도를 측정하였다.
실험예3: 제 2층 필름의 투자율 측정
상기 실시예에서 얻어진 반도체용 접착 필름의 제2층만을 코팅 및 평탄화 처리를 하고 고무롤 라미기를 이용하여 수 mm 두께로 적층한다. 이렇게 얻은 필름은 Toroidal shaped 모양으로 경화하여 샘플을 얻고, 이러한 샘플을 이용하여 Impedance Analyzer (E4991A) 또는 Vector Network Analyzer (E5071C)를 이용하여 주파수별 자화율과 자화손실 값을 측정하였다.
실험예4: 필름의 점도측정
상기 실시예에서 얻어진 반도체용 접착 필름을 코팅 및 평탄화 처리를 하여, 고무롤 라미기를 이용하여 600 ㎛ 두께가 될 때까지 적층하였다. 이 필름을 8mm 원형시편을 제조한 후에 TA사의 ARES-G2를 이용하여 점도를 측정하였다.
실험예5: 웨이퍼 젖음성 측정
상기 실시예에서 얻어진 반도체용 접착 필름을 코팅 및 평탄화 처리를 하여 얻은 필름을 지름 22 ㎝의 원형으로 제조하였다. 이 필름을 점착층이 코팅된 PO필름에 라미하여 다이싱 다이본딩 필름을 제조하였다. 이와는 별도로 80 ㎛ Wafer를 다이싱 필름에 라미네이션하고 8mm*8mm의 크기로 자른 이후 마운팅 기기를 이용하여 70℃에서 분단된 웨이퍼와 접착필름 열라미를 실시하면서 접착필름의 미접착 여부를 판별하였다.
실험예6: 경화 중 잔존 보이드 제거 모사실험
상기 실시예에서 얻어진 반도체용 접착 필름을 지름 22 ㎝의 원형으로 제조하였다. 이 필름을 점착층이 코팅된 PO필름에 라미하여 다이싱 다이본딩 필름을 제조하고, 마운팅 기기를 이용하여 70℃에서 웨이퍼와 열라미네이션을 실시하였다. 이후 12mm*10mm의 크기로 웨이퍼와 접착필름을 다이싱하였다.
그리고, PCB위에 방열 필름을 다이 어태치하고, 7기압, 135℃ 30분 가압 경화를 실시하고, 이후 초음파 이미지 장치를 이용하여 PCB 전체를 스캐닝하여 방열필름의 매립성을 평가하였다.
실험예의 결과
실시예 1 실시예 2 실시예 3
Roughness(Ra) nm 20 15 15
열전도도 w/mK 2.05 2.2 2.2
b-stage Viscosity Pas@70℃ 47558 33445 39445
Pas@120℃ 10700 5163 5863
웨이퍼 미접착 부분 % 0 0 0
매립성 % 100 100 100
상기 표2에서 확인되는 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 반도체용 접착 필름은 분자량과 조성이 제어된 아크릴레진을 포함하여 우수한 열전도도와 웨이퍼 부착성을 갖는다는 점이 확인되었다. 또한, 실시예들의 제2층에 적용되는 EMI 흡수 소재에 대한 주파수별 자화 손실 값이 1 내지 3GHz 사이에서 tanα = 11 을 가짐으로써 이 영역대에서 Radiated EMI 노이즈를 흡수 능력을 가짐을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 접착 바인더; 및 방열 필러를 포함한 제1층; 및
    상기 제1층의 적어도 일면에 형성되고, 접착 바인더 및 자성 필러를 포함한 제2층;을 포함하고,
    상기 제1층 및 제2층 각각에 포함되는 접착 바인더는 에폭시계 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위와 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하는 (메트)아크릴레이트계 수지; 페놀 수지를 포함한 경화제; 및 에폭시 수지;를 포함하고,
    상기 (메트)아크릴레이트계 수지의 수산기 당량이 0.15 eq/kg 이하인, 반도체용 접착 필름.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴레이트계 수지 중 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 작용기의 함량이 2 내지 40중량%인, 반도체용 접착 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열 필러는 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화알미늄(AlN), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 산화아연(ZnO) 및 수산화알미늄(Al(OH)3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 반도체용 접착 필름.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자성 필러는 철-실리콘-알루미늄 합금, 철-실리콘 합금, 철-크롬-실리콘 합금, 철-크롬 합금, 니켈-철 합금, 카보닐 철, 니켈-아연 페라이트 및 망간-아연 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 반도체용 접착 필름.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴레이트계 수지, 에폭시 수지 및 페놀 수지 총 중량 대비 상기 (메트)아크릴레이트계 수지의 중량의 비율이 0.55 내지 0.95인, 반도체용 접착 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 상기 방향족 작용기를 포함한 (메트)아크릴레이트계 작용기를 3 내지 30중량% 포함하는, 반도체용 접착 필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 작용기는 탄소수 6 내지 20의 아릴기(aryl); 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기 및 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기를 포함하는 아릴알킬렌기;인, 반도체용 접착 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 100 ℃ 이상의 연화점을 갖는, 반도체용 접착 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 비스페놀 A 노볼락 수지 및　바이페닐노볼락 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 반도체용 접착 필름.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지의 연화점은 50 ℃ 내지 120 ℃인, 반도체용 접착 필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지의 에폭시 당량은 100 내지 300 g/eq인, 반도체용 접착 필름.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1층은 1 ㎛ 내지 300 ㎛의 두께를 갖고,
    상기 제2층은 1 ㎛ 내지 300 ㎛의 두께를 가지며,
    상기 제1층의 두께 대비 상기 제2층의 두께의 비율이 0.2 내지 5인,
    반도체용 접착 필름.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 (메트)아크릴레이트계 수지는 5000 내지 1,000,000의 중량평균분자량을 갖는, 반도체용 접착 필름.
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