KR102403586B1 - 유동성이 우수한 에폭시 접착제 조성물 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름 - Google Patents

유동성이 우수한 에폭시 접착제 조성물 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름 Download PDF

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Abstract

본 명세서에는 폭시 접착제 조성물 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름이 개시된다.

Description

유동성이 우수한 에폭시 접착제 조성물 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름 {EPOXY ADHESIVE COMPOSITION HAVING EXCELLENT FLUIDITY AND DIE ATTACH FILM INCLUDING THE SAME}
본 명세서는 유동성이 우수한 에폭시 접착제 조성물 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 등에 사용할 수 있는 에폭시 접착제 조성물 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름에 관한 것이다.
최근 전자부품과 모바일 기기 등의 급속한 소형화, 고밀도화 및 초고속화에 따라 반도체 기술들 또한 더욱더 집적화 및 박막화가 이루어지고 있다. 특히 반도체의 용량이 커지면서 협소한 공간에서 반도체 칩 평면에만 셀을 집적시키는 기존의 방식이 물리적 한계에 다다르면서 현재는 반도체 칩 평면에 셀을 쌓아 올려 집적도를 높이는 스택(stack)공법이 사용된다. 이렇게 반도체 칩을 적층함으로써 반도체의 고용량을 실현하며 이를 하나의 패키지로 구동함으로써 구동 속도를 증진시킬 수 있다. 반도체 패키지 분에서는 이를 Stacked Chip Scale Package (SCSP)라고 표현한다.
SCSP의 제조공정에서 칩의 적층에 사용되는 접착제는 핵심재료 중의 하나이다. 과거 칩 부착에는 에폭시 페이스트가 널리 쓰였으나 기술의 발전에 따라 다이어태치 필름(Die attach film, DAF)이 주로 사용된다. SCSP에 사용되는 DAF는 칩과 칩 혹은 칩과 기판을 부착하는 종류로 크게 분류될 수 있고 기공의 발생 없이 부착하는 것이 중요한 과제 중의 하나이다.
또한 칩의 본딩 와이어를 채우는 특수한 형태의 DAF인 FOW(film-over-wire)는 와이어 사이를 채울 수 있는 매우 높은 수준의 유동성과 높은 접착 특성을 요구함에 따라 이러한 요구 특성을 포함하는 소재의 개발은 필수적이다.
KR 10-2013-0033561 A (2013.04.04)
본 발명의 일 측면에서, 반도체 패키징시 요구되는 높은 접착력과 쏘잉(Sawing) 및 픽업(pick-up) 등의 가공성 및 신뢰성을 만족하는 에폭시계 접착제 및 이를 포함하는 다이 어태치 필름을 제공하고자 한다.
본 명세서의 예시적인 구현예들에서는, 열가소성 수지, 에폭시 수지, 무기 충진제 및 에폭시 경화제를 포함하고, 상기 에폭시 수지는, 2관능성 비스페놀계 에폭시 수지; 2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지; 및 3관능성 또는 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지;를 포함하는 것인, 에폭시 접착제 조성물을 제공한다.
본 명세서의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 기재; 및 전술한 에폭시 접착제 조성물을 포함하는 접착층;을 포함하는 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film)을 제공한다.
본 명세서의 에폭시 접착제 조성물은 유동성이 우수하면서도, 반도체 패키징시 요구되는 높은 접착력과 쏘잉(Sawing) 및 픽업(pick-up) 등의 가공성 및 신뢰성을 만족할 수 있다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 예시적인 구현예들을 상세히 설명한다.
본 명세서의 예시적인 구현예들에서는, 열가소성 수지, 에폭시 수지, 무기 충진제 및 에폭시 경화제를 포함하고, 상기 에폭시 수지는, 2관능성 비스페놀계 에폭시 수지; 2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지; 및 3관능성 또는 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지;를 포함하는 것인, 에폭시 접착제 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 2관능성 에폭시 수지들은 일반적인 에폭시 수지의 기본 물성을 구현하며, 3관능성 또는 4관능성 에폭시 수지는 에폭시 수지의 기본 물성을 더욱 강화하기 위해 선택된 것이다.
구체적으로, 2관능성 비스페놀계 에폭시 수지는 -OH기가 존재함에 따라 에폭시 수지의 접착 및 유동 물성에 영향을 주고, 2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지는 반복구조에 -OH가 존재하지 않아 접착 물성에 상대적으로 불리하지만, 벤젠기를 포함하고 있어 내열성 측면에서 유리하며, 3관능성 또는 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지는 내열성이 좋으며 에폭시 수지 내에 가교밀도를 상승시켜 내열 안정성 및 기계적 물성 향상에 영향을 준다.
다만 3관능성 또는 4관능성의 다관능성 에폭시 수지는 경화제와 반응이 빠르기 때문에 에폭시 수지 조성물에 있어 적정량을 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 에폭시 선정 시, 유동기능을 강화하고, 접착특성의 감소를 억제하기 위해서는 당량이 낮은 낮은 에폭시를 선정하는 것이 적합하다. 바람직하게 당량은 50~250 g/eq 수준이 적합하다. 이에 해당하는 에폭시는 3관능성 또는 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지이며, 다양한 다관능성 나프탈렌계 에폭시 수지를 혼합하여 사용할 수도 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 2관능성 비스페놀계 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 비스페놀 F형 에폭시 화합물, 비스페놀 S형 에폭시 화합물, 수첨 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 및 수첨 비스페놀 F형 에폭시 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지는 O-크레졸 노블락 또는 p-/m-크레졸 노블락을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 3관능성 또는 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지는 N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-자일렌디아민 및 트리글리시딜-p-아미노페놀 로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 에폭시 수지는 상기 에폭시 수지 전체 중량을 기준으로, 2관능성 비스페놀계 에폭시 수지 20 내지 40 중량부; 2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지 20 내지 40 중량부; 및 3관능성 또는 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지 20 내지 40 중량부;를 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 열가소성 수지는 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아미드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 페녹시, 반응성 부타디엔 아크릴로 니트릴 공중합 고무 및 (메타)아크릴레이트계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 무기충진제는 CTE(Coefficient of Thermal Expansion)값을 저하시키기 위함이다.
예시적인 구현예에서, 상기 무기충진제는 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 규산마그네슘, 산화티탄, 질화 붕소, 지르코니아, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 및 수산화 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 에폭시 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제 및 이소시아네이트계 경화제, 및 활성 에스테르 경화제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
에폭시 경화제는 수지를 경화시키는 역할을 수행하는 것으로, 경화 반응 시 내열성 및 접착 특성이 개선되는 효과를 유발할 수 있다. 주로 아민계가 통상적으로 사용되나, 반응성에 따라 페놀계 경화제나 이소시아네이트계 경화제, 활성 에스테르 경화제 등을 사용할 수 있다. 첨가량은 에폭시 수지의 당량에 활성수소량을 계산해서 첨가할 수 있다.
필요에 따라서, 에폭시 수지와 에폭시 수지용 경화제의 반응을 촉진하는 경화 촉매가 선택적으로 사용될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 에폭시 접착제 조성물은 경화 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 경화 촉매는 이미다졸계 촉매, 포스핀계 촉매, 및 보론계 촉매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 에폭시 접착제 조성물은 필요에 따라, 탈수제, 가소제, 내후제, 산화 방지제, 열 안정제, 윤활제, 대전 방지제, 표백제, 착색제, 전도제, 이형제, 표면 처리제, 점도 조절제, 인계 난연제, 난연 필러, 실리카 필러, 불소 필러 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 에폭시 접착제 조성물 전체 중량을 기준으로, 열가소성 수지 10 내지 30 중량부; 에폭시 수지 10 내지 40 중량부; 무기 충진제 30 내지 50 중량부; 및 에폭시 경화제 0.05 내지 5 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지의 중량부가 10 중량부 미만의 경우 가교 밀도 및 접착제 응집력이 약해져, 밀착력이 저하되고 내열성이 저하될 수 있고, 40 중량부 초과일 경우 유동성이 낮아질 수 있다.
상기 열가소성 수지의 함량이 너무 작으면 상기 수지 조성물의 경화후 모듈러스가 급격히 상승하여 기판과 웨이퍼간의 응력 완화 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 상기 열가소성 수지의 함량이 너무 높으면 유동성이 낮아져 경화 과정 중에 보이드 제거가 어려워져 제품의 신뢰성이 저하될 수 있다.
무기충진제 30 중량부 미만의 경우 CTE 값이 높아지며, 50 중량부 초과시 유동성이 저하되는 문제점이 있으며, 또한 분산성 및 점도 문제로 인해 작업성이 좋지 않을 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 에폭시 접착제 조성물은 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film)용일 수 있다.
본 명세서의 또다른 예시적인 구현예들에서는, 기재; 및 전술한 에폭시 접착제 조성물을 포함하는 접착층;을 포함하는 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film)을 제공한다.
예시적인 구현예에서, 상기 기재의 두께는 20 내지 75 μm 이고, 상기 접착층의 두께는 5 내지 70 μm 일 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 다이 어태치 필름은 반도체용일 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 구현예들에 따른 구체적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예들이 구현될 수 있고, 단지 하기 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 함과 동시에 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 용이하게 하고자 하는 것임이 이해될 것이다.
실시예
하기 표 1과 같은 조성으로 에폭시 접착제 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예1
에폭시 수지1 YD-011 12.5 12.5 12.5 12.5
에폭시 수지2 YDCN500-1P 13.0 13.0 13.1 26.2
에폭시 수지3 jer 630 - 12.1 5.7 -
erisys ga-240 11.0 - 6.4 -
열가소성 수지 KG-800 21.4 21.4 21.4 21.4
무기 충진제 SC-2050MB 39.7 39.7 39.7 39.7
경화 촉진제 DICY 1.5 1.5 1.5 1.5
경화촉매 0.1 0.1 0.1 0.1
YD-011 : 비스페놀 A 에폭시 수지(diglycidyl ether of bisphenol A),
YDCN500-1P : 크레졸 노볼락 에폭시 수지 (O-cresol novolac epoxy resin)
JER 630 : 트리글리시딜-p-아미노페놀 (3관능기 에폭시)
erisys ga-240 : N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-자일렌디아민 (4관능기 에폭시)
KG-8000 : 열가소성 수지
SC-2050MB : 실리카 무기충진제
경화제 : 디시안디아미드 (Dicyandiamide)
경화촉매 : 이미다졸(Imidazole)계
구체적으로, 혼합 에폭시 수지로 에폭시 수지 1인 비스페놀A 에폭시(YD-011), 에폭시 수지 2인 크레졸 노볼락 에폭시(YDCN500-1P), 에폭시 수지 3인 다관능기를 포함하는 에폭시(multi-functional epoxy)를 혼합하여 준비하였다.
상기 혼합 에폭시 수지에 열가소성 수지인 에폭시기를 포함하는 아크릴 에스터 수지(kG-8000), 무기충진제(SC-2050MB), 경화제(Dicyandiamide) 및 경화촉매(Imidazole계)를 혼합하여 상기 표 1과 같이 에폭시 접착제 조성물을 제조하였다.
이렇게 준비된 조성물을 이형 처리한 폴리에스테르 필름 상에 도포한 후, 130℃에서 3분 동안 열풍 건조기 내에서 용제를 건조 및 제거하여 두께가 60 μm 인 B-Stage 특성의 다이 어태치 필름용 접착필름을 제조하였다.
실험예
(1) Die Shear Strength 측정
상기 실시예에서 얻어진 접착필름을 고무롤 라미기를 이용하여 UV다이싱 필름과 합지를 하였다. 이 필름을 직경 8인치, 두께 50μm의 웨이퍼에 70℃로 마운팅(Mounting)하였다. 상기 시편을 Disco사의 DFD-651를 이용하여 5mm x 5mm Chip 사이즈로 웨이퍼 다이싱(Wafer dicing)을 하였다. 해당 시편을 400mJ로 UV Curing 후 Shinkawa사의 SPA-210를 이용하여 접착필름 부착된 Chip을 제작하였다. 10mm x 10mm 크기의 웨이퍼 미러를 130℃의 핫플레이트에 위치시킨 이후 제작된 시편을 2kgf 압력으로 2초간 압착하여 180℃건조 오븐에서 2시간동안 경화하였다. 이렇게 제작된 시편을 85℃및 85% 상대습도 조건의 항온항습기에 24시간 방치 전후를 시편을 만들었다. 그리고 다이 쉐어 테스터 DAGE 4000을 이용하여 웨이퍼 칩을 50μm/s의 속도로 밀면서 힘을 측정하였고 그 결과를 표 2에 기재하였다.
(2) Viscosity 측정
상기 실시예에서 얻어진 접착필름을 고무롤 라미기를 이용하여 600μm 두께가 될 때까지 적층하였다. 이 필름을 8mm 원형시편을 제조한 후에 TA사의 ARES-G2를 이용하여 점도를 측정하고, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
(3) Water Absorption 측정
상기 실시예에서 얻어진 접착필름을 고무롤 라미기를 이용하여 1000μm 두께가 될 때까지 적층하였다. 이 필름을 50mm x 50mm 크기로 절단하여 시편을 제작한다. 상기 시편을 180℃건조 오븐에서 2시간동안 경화한 후 무게(A)를 측정하였다. 또한, 상기 시편을 85℃및 85% 상대습도 조건의 항온항습기에 24시간 방치 후 무게(B)를 측정하여 하기 계산식을 이용하여 흡습율을 측정하고 그 결과를 표 2에 기재하였다.
계산식: Water Absorption(%) = ((B-A)/A)*100
(4)Sawing성
상기 실시예에서 얻어진 접착필름을 고무롤 라미기를 이용하여 UV다이싱 필름과 합지를 하였다. 이 필름을 직경 8인치, 두께 50μm의 웨이퍼에 70℃로 마운팅(Mounting)하여 시편을 제작하였다. 제작된 시편을 Disco사의 DFD-651를 이용하여 5mm x 5mm Chip 사이즈로 웨이퍼 다이싱(Wafer dicing)을 진행하였고 그 결과를 표 2에 기재하였다. 이때, Sawing성 평가 기준은 다음과 같다.
○ : Flying 및 수침으로 인한 Chip 외관불량이 전체 웨이퍼 면적의 0% 이하
△ : Flying 및 수침으로 인한 Chip 외관불량이 전체 웨이퍼 면적의 5% 이하
X : Flying 및 수침으로 인한 Chip 외관불량이 전체 웨이퍼 면적의 5% 초과
(5) 픽업성
상기 실시예에서 얻어진 접착필름을 고무롤 라미기를 이용하여 UV다이싱 필름과 합지를 하였다. 이 필름을 직경 8인치, 두께 50μm의 웨이퍼에 70℃로 마운팅(Mounting)하여 시편을 제작하였다. 상기 시편을 Disco사의 DFD-651를 이용하여 5mm x 5mm Chip 사이즈로 웨이퍼 다이싱(Wafer dicing)을 하였다. 제작된 시편을 400mJ로 UV Curing 후 Shinkawa사의 SPA-210를 이용하여 픽업을 진행하였고 그 결과를 표 2에 기재하였다.
이때 픽업성 평가 기준은 다음과 같다.
○ : 픽업 성공율 100%
△ : 픽업 성공율 90% ~ 100%
X : 픽업 성공율 90% 미만
(6) 기판메움성
상기 실시예에서 얻어진 접착필름을 10mm×10mm 사이즈로 절단한 후 커버글라스에 70℃로 라미네이션 하였다. 이 시편을 Shinkawa사의 SPA-210를 이용하여 인쇄배선회로기판(PCB)상에 130℃, 10kgf 압력으로 1초간 압착하여 시편을 제작하였다. 이후 제작된 시편을 현미경을 이용하여 기판메움성을 평가하였고 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
이때, 기판메움성 평가 기준은 다음과 같다.
○ : 기판메움성 70%이상
△ : 기판메움성 30 ~ 70%
X : 기판메움성 30% 이하
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
Die Shear 85/85*0hr 199 187 194 178
Strength 85/85*24hr 96 86 90 76
Viscosity Pa.s (@130) 1860 1943 1910 2105
Water Absorption % 0.38 0.44 0.42 0.51
Sawing성 ○ ○ ○ ○
픽업성 ○ △ ○ △
기판메움성 ○ ○ ○ Ⅹ
상기 표 2를 참조하면, 비교예 1 과 같이 2관능성 에폭시 조성물만 사용한 경우, 실시예와 비교하였을 때 기계적 물성 및 가공성이 저하는 되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예인 다관능성 에폭시 조성물의 경우, 실시예 1과 같이 4관능성 에폭시를 단독으로 사용하였을 때 가장 기계적 물성 및 가공성이 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. 열가소성 수지, 에폭시 수지, 무기 충진제 및 에폭시 경화제를 포함하고,
    상기 에폭시 수지는,
    2관능성 비스페놀계 에폭시 수지;
    2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지; 및
    3관능성 나프탈렌계 에폭시 수지 및 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지 중 하나 이상;을 포함하며,
    상기 3관능성 나프탈렌계 에폭시 수지는 트리글리시딜-p-아미노페놀이고, 상기 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지는 N,N,N',N'-테트라글리시딜-m-자일렌디아민인, 에폭시 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2관능성 비스페놀계 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 비스페놀 F형 에폭시 화합물, 비스페놀 S형 에폭시 화합물, 수첨 비스페놀 A형 에폭시 화합물, 및 수첨 비스페놀 F형 에폭시 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지는 O-크레졸 노블락 에폭시 수지, p-크레졸 노블락 에폭시 수지 및 m-크레졸 노블락 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인, 에폭시 접착제 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 상기 에폭시 수지 전체 중량을 기준으로,
    2관능성 비스페놀계 에폭시 수지 20 내지 40 중량부;
    2관능성 크레졸 노볼락계 에폭시 수지 20 내지 40 중량부; 및
    3관능성 나프탈렌계 에폭시 수지 및 4관능성 나프탈렌계 에폭시 수지 중 하나 이상 20 내지 40 중량부;를 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아미드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 페녹시, 반응성 부타디엔 아크릴로 니트릴 공중합 고무 및 (메타)아크릴레이트계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무기충진제는 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 규산마그네슘, 산화티탄, 질화 붕소, 지르코니아, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 및 수산화 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제 및 이소시아네이트계 경화제, 및 활성 에스테르 경화제로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 접착제 조성물은 경화 촉매를 더 포함하고,
    상기 경화 촉매는 이미다졸계 촉매, 포스핀계 촉매, 및 보론계 촉매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 접착제 조성물 전체 중량을 기준으로,
    열가소성 수지 10 내지 30 중량부;
    에폭시 수지 10 내지 40 중량부;
    무기 충진제 30 내지 50 중량부; 및
    에폭시 경화제 0.05 내지 5 중량부;를 포함하는, 에폭시 접착제 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 접착제 조성물은 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film)용인, 에폭시 접착제 조성물.
  12. 기재; 및
    제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 에폭시 접착제 조성물을 포함하는 접착층;을 포함하는 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기재의 두께는 20 내지 75 μm 이고,
    상기 접착층의 두께는 5 내지 70 μm인, 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film).
  14. 제12항에 있어서,
    상기 다이 어태치 필름은 반도체용인, 다이 어태치 필름(DAF; Die Attach Film).
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