KR20010049725A - 접착제 및 반도체 장치 - Google Patents

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KR20010049725A
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curable
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semiconductor chip
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야마카와기미오
잇시키미노루
미네가츠토시
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다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니 리미티드
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Abstract

본 발명은, 평균 입자 크기가 100 초과 내지 1,000μm이고 종횡비가 1 내지 1.5인 구형 충전재를 함유하는 경화성 중합체 조성물을 포함하는, 반도체 칩을 칩 탑재 부품에 접착시키기 위한 접착제 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명에 따르는 반도체 장치는, 내장 반도체 칩이 상술한 접착제 조성물에 의해 칩 탑재 부품에 접착되어 있음을 특징으로 한다.

Description

접착제 및 반도체 장치{Adhesive and semiconductor devices}
본 발명은 반도체 칩이 부착되는 부재(이후, 칩 탑재 부품이라고 한다)에 반도체 칩을 접착시키기 위한 접착제, 및 내장 반도체 칩이 접착제에 의해 칩 탑재 부품에 접착되어 있는 반도체 장치에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 발명은 충분한 거리의 일정한 간격을 통해 반도체 칩을 칩 탑재 부품에 접착시킬 수 있으며 칩에 작용하는 기계적 응력을 완전히 완화시킬 수 있는 접착제에 관한 것이다. 본 발명은 또한 신뢰성이 높은 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 칩을 칩 탑재 부품에 접착시키기 위한 접착제의 범주 내에서, 일본 공개특허공보 제(평)7-14859호(제14,859/1995호)는 유리, 금속 질화물 및 금속 산화물과 같은 무기 절연재로부터 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어지며 입자 크기가 50 내지 100μm인 절연재 분말을 5중량% 이상을 함유함을 특징으로 하는 접착제를 교시한다. 일본 공개특허공보 제(평)7-292343호(제292,343/1995호)는 백금 화합물, 입자 크기가 10 내지 100μm이고 장축 대 단축 비(이후, 종횡비라고 함)가 1.0 내지 1.5인 구형 무기 또는 유기 충전재, 규소 결합된 알콕시를 함유하는 유기 규소 화합물, 각 분자 내에 2개 이상의 규소 결합된 수소를 함유하는 오가노폴리실록산 및 각 분자 내에 2개 이상의 규소 결합된 알케닐을 함유하는 오가노폴리실록산를 포함하는 접착제를 교시한다.
그러나, 일본 공개특허공보 제(평)7-14859호 및 제(평)7-292343호에 교시되어 있는 접착제는 여러 가지 문제가 있다. 이들 접착제가 반도체 칩과 칩 탑재 부품 사이에 넓은 일정한 간격 또는 공간을 제공하기는 매우 어려우며, 넓은 간격이 생성될 수 있다 하더라도 간격의 거리가 일정하지 않다. 이들 접착제는 또한 반도체 칩에 작용하는 기계적 응력을 완전히 완화시킬 수 없다.
본 발명자들은 상술한 문제들에 대한 집중적인 연구를 수행한 결과 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 상세하게는, 본 발명의 목적은 반도체 칩을 칩 탑재 부품에 충분한 거리의 일정한 간격을 두고 접착시킬 수 있으며 반도체 칩에 작용하는 기계적 응력을 완전히 완화시킬 수 있는 접착제를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 반도체 장치의 한 예인 집적 회로의 단면도이고,
도 2는 역시 본 발명에 따르는 반도체 장치의 한 예인 집적 회로의 단면도이다.
도면의 부호
1 - 반도체 칩
2 - 반도체 칩 탑재 부품
3 - 접착제
4 - 전도체
5 - 리드
6 - 밀봉제/접착제
7 - 땜납 볼
8 - 프레임
9 - 범프
본 발명은 평균 입자 크기가 100 초과 내지 1,000μm이고 종횡비가 1 내지 1.5인 구형 충전재를 함유하는 경화성 중합체 조성물을 포함하는, 반도체 칩을 칩 탑재 부품에 접착시키기 위한 접착제에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 반도체 장치는 내장 반도체 칩이 상술한 접착제에 의해 칩 탑재 부품에 접착되어 있음을 특징으로 한다.
본 발명의 접착제는 반도체 칩을 칩 부착 부품에 접착시키기 위해 사용되며, 평균 입자 크기가 100 초과 내지 1,000μm이고 종횡비가 1 내지 1.5인 구형 충전재를 함유하는 경화성 중합체 조성물을 포함한다. 본 발명에 따르는 반도체 장치는 내장 반도체 칩이 칩 탑재 부품에 접착되어 있음을 특징으로 한다.
우선, 본 발명의 접착제에 대해 상세하게 기술하고자 한다. 접착제 중의 구형 충전재는 반도체 칩과 칩 탑재 부품 사이에 충분한 거리의 일정한 간격을 두면서 이들을 접착시키는 성분이다. 당해 구형 실리카의 평균 입자 크기는 100 초과 내지 1,000μm(100μm의 평균 입자 크기는 배제됨)이어야 한다. 이와 같이 범위가 한정되는 근거는 다음과 같다. 반도체 칩과 칩 탑재 부품 사이에 넓은 간격이 형성되면 평균 입자 크기가 100μm 이하인 구형 실리카를 사용하는 접착제의 경우 많은 문제가 발생한다. 더우기, 이러한 접착제를 사용하여 넓은 간격을 형성시킬 수 있다 하더라도 그 간격의 거리가 일정하지 않은 경향이 나타날 것이다. 반대로, 평균 입자 크기가 1000μm를 초과하는 구형 충전재를 사용하는 접착제의 경우에는 칩 대 칩 탑재 부품 사이의 간격이 필요 이상 넓어질 것이다. 고려되는 구형 충전재의 종횡비는 1 내지 1.5, 바람직하게는 1.0 내지 1.1의 범위이어야 한다. 종횡비가 소정의 상한을 초과하는 구형 충전재를 사용하는 접착제의 경우에는 칩 대 칩 탑재 부품 사이의 간격을 일정하게 유지시키기가 점점 더 어려워진다. 특히 바람직한 양태에서, 구형 충전재의 입자 크기 분포에 대한 표준 편차는 충전재의 평균 입자 크기의 10%를 초과하지 않는다.
고려되는 구형 충전재로는 실리카, 유리, 알루미나, 알루미노실리케이트, 질화규소, 질화붕소, 탄화규소, 탄소, 산화티탄, 알루미늄, 알루마이트, 구리, 은 및 스테인레스 강으로 구성되는 무기 구형 충전재와, 탄소, 불소 수지, 실리콘 수지, 실리콘 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리페닐렌 설파이드 수지 및 폴리에테르에테르케톤 수지로 구성되는 유기 구형 충전재가 예시된다. 당해 구형 충전재는 중공형이거나 표면 및/또는 내부에 기공을 갖는 다공성일 수 있다. 무기 구형 충전재가 바람직하다.
본 발명의 접착제 조성물에서 구형 충전재의 함량은, 경화성 중합체 조성물의 1중량ppm 내지 5중량%, 바람직하게는 1중량ppm 내지 2중량%, 특히 바람직하게는 1중량ppm 내지 1중량%이어야 한다. 접착제에서 구형 충전재 함량이 상술한 하한보다 적은 경우 칩 대 칩 탑재 부품 사이의 간격을 일정하게 유지시키기가 점점 더 어려워진다. 반대로, 상술한 상한을 초과하는 경우에는 반도체 칩에 작용하는 기계적 응력을 완전히 완화시키는 능력이 점점 더 불량해진다. 또한, 바람직한 양태에서, 구형 충전재는 반도체 칩과 칩 탑재 부품 사이의 공간에서 인접한 구형 충전재 입자가 다른 입자 위에 적층되는 것을 피하는 양으로 접착제에 존재한다. 예를 들면, 구형 충전재는 피복된 단위 면적당 구형 충전재 입자수가 3 이상이면서 {피복된 면적/(구형 충전재)2} × 0.9 이하이도록 하는 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 접착제 중의 구형 충전재 함량이 피복된 단위 면적당 구형 충전재 입자수가 3 미만이거나 {피복된 면적/(구형 충전재)2} × 0.9를 초과하여 구형 충전재의 인접 입자가 서로 적층되는 경우에는, 반도체 칩과 칩 탑재 부품 사이에 일정한 간격을 유지시키기가 점점 더 어려워질 것이다.
본 발명의 접착제 조성물에 사용되는 경화성 중합체 조성물로는 경화성 에폭시 수지 조성물, 경화성 실리콘 조성물, 경화성 아크릴 수지 조성물 및 경화성 폴리이미드 수지 조성물이 예시된다. 경화성 에폭시 수지 조성물로는 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화성 실리콘 개질된 에폭시 수지 조성물이 예시되며, 경화성 실리콘 조성물로는 경화성 실리콘 조성물, 경화성 에폭시 개질된 실리콘 조성물, 경화성 아크릴 개질된 실리콘 조성물 및 경화성 폴리이미드 개질된 실리콘 조성물이 예시되며, 경화성 아크릴 수지 조성물로는 경화성 아크릴 수지 조성물 및 경화성 실리콘 개질된 아크릴 수지 조성물이 예시되고, 경화성 폴리이미드 수지 조성물로는 경화성 폴리이미드 수지 조성물 및 경화성 실리콘 개질된 폴리이미드 수지 조성물이 예시된다. 경화성 에폭시 수지 조성물 및 경화성 실리콘 조성물이 바람직하다. 특히 바람직한 양태에서, 경화성 중합체 조성물로 경화성 실리콘 조성물이 사용되는데, 그 이유는 경화성 실리콘 조성물이 반도체 칩에 작용하는 기계적 응력을 완전히 완화시킬 수 있으며 내열성 또한 탁월하기 때문이다. 경화성 실리콘 조성물로는 축합반응에 의해 경화 가능한 조성물, 부가반응에 의해 경화 가능한 조성물, 자외선 조사에 의해 경화 가능한 조성물 및 유기 과산화물이 매개된 라디칼 반응에 의해 경화 가능한 조성물이 예시되며, 부가반응에 의해 경화 가능한 실리콘 조성물이 바람직하다. 부가 반응에 의해 경화 가능한 실리콘 조성물은, 예를 들면, 각 분자 내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 갖는 오가노폴리실록산(A), 각 분자 내에 2개 이상의 규소 결합된 수소원자를 갖는 오가노폴리실록산(B), Si-결합된 알콕시를 갖는 유기 규소 화합물(C) 및 백금 촉매(D)를 포함할 수 있다.
부가반응 경화성 실리콘 조성물에서 기본 성분인 오가노폴리실록산(A)은 각 분자 내에 2개 이상의 알케닐 그룹을 함유해야 한다. 알케닐로는 비닐, 알릴, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐 및 헵테닐이 예시되며, 비닐이 바람직하다. 성분(A)에서 알케닐이 아닌 규소 결합된 그룹으로는 알케닐을 배제한 1가 탄화수소 그룹이 예시되며, 예를 들면, 알킬 그룹(예: 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸), 아릴 그룹(예: 페닐, 톨릴 및 크실릴), 아르알킬 그룹(예: 벤질 및 페네틸) 및 할로겐화 알킬 그룹(예: 3-클로로프로필 및 3,3,3-트리플루오로프로필)이다. 알케닐이 아닌 규소 결합된 그룹으로는 메틸 및 페닐이 바람직하다. 성분(A)에서 전체 규소 결합된 유기 그룹 중의 페닐의 비율은 1 내지 30몰%의 범위가 저온 내성이 탁월한 조성물을 제공한다는 점에서 바람직하다. 성분(A)는, 예를 들면, 직쇄, 부분적으로 분지된 직쇄, 측쇄, 사이클릭 또는 수지상(resin-like) 분자 구조를 갖는 단일 중합체이거나 이러한 분자 구조를 갖는 중합체의 혼합물일 수 있다. 성분(A)는 바람직하게는 25℃에서의 점도가 10 내지 1,000,000mPa·s의 범위이다.
오가노폴리실록산(B)는 부가반응 경화성 실리콘 조성물용 가교결합제이며, 각 분자 내에 2개 이상의 규소 결합된 수소원자를 함유해야 한다. 수소 이외에 성분(B)에서 규소 결합된 그룹으로는 알킬 그룹(예: 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸), 아릴 그룹(예: 페닐, 톨릴 및 크실릴), 아르알킬 그룹(예: 벤질 및 페네틸) 및 할로겐화 알킬 그룹(예: 3-클로로프로필 및 3,3,3-트리플루오로프로필)과 같은 1가 탄화수소 그룹이 예시된다. 수소가 아닌 규소 결합된 그룹으로 메틸 및 페닐이 바람직하다. 성분(B)는, 예를 들면, 직쇄, 부분적으로 분지된 직쇄, 측쇄, 사이클릭 또는 수지상 분자 구조를 갖는 단일 중합체이거나 이러한 분자 구조를 갖는 중합체의 혼합물일 수 있다. 성분(B)는 바람직하게는 25℃에서의 점도가 1 내지 10,000mPa·s의 범위이다.
부가반응 경화성 실리콘 조성물은 바람직하게는 성분(A) 중의 알케닐 1몰에 대해 성분(B)로부터의 규소 결합된 수소 0.3 내지 10몰을 제공하는 양으로 성분(B)를 함유한다. 성분(A) 내에서의 알케닐 1몰에 대해 규소 결합된 수소를 소정 범위의 하한보다 적게 제공하는 양으로 성분(B)를 첨가하는 경우 조성물의 경화는 만족스럽지 않다. 성분(A) 내에서의 알케닐 1몰에 대해 규소 결합된 수소를 소정 범위의 상한보다 많이 제공하는 양으로 성분(B)를 첨가하는 경우, 경화 생성물의 기계적 강도가 약화될 것이다.
유기 규소 화합물(C)은 부가반응 경화성 실리콘 조성물의 부착성을 개선시키는 작용을 하며, 분자당 1개 이상의 규소 결합된 알콕시 그룹을 함유해야 하며, 바람직하게는 분자당 3개 이상의 규소 결합된 알콕시 그룹을 함유해야 한다. 성분(C) 내의 알콕시는, 예를 들면, 메톡시, 에톡시, 프로폭시 또는 부톡시이며, 메톡시가 바람직하다. 성분(C) 내의 기타 규소 결합된 그룹으로는 수소원자; 하이드록실 그룹; 3-글리시독시프로필, 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸 및 3-메타크릴옥시프로필과 같은 작용성 유기 그룹; 및 알킬 그룹(예: 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸), 알케닐 그룹(예: 비닐, 알릴, 부테닐, 펜테닐 및 헥세닐), 아릴 그룹(예: 페닐, 톨릴 및 크실릴), 아르알킬 그룹(예: 벤질 및 페네틸) 및 할로겐화 알킬 그룹(예: 3-클로로프로필 및 3,3,3-트리플루오로프로필)과 같은 1가 탄화수소 그룹이 예시될 수 있다. 성분(C)는 바람직하게는 비닐 그룹, 규소 결합된 수소 또는 에폭시 작용성 유기 그룹[예: 3-글리시독시프로필 또는 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸]을 함유한다.
성분(C)로는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란; 3-글리시독시프로필트리에톡시실란; 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란; 비닐트리메톡시실란; 각 분자가 규소 결합된 알콕시, SiH 및 3-글리시독시프로필 또는 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸을 함유하는 오가노실록산 올리고머; 및 각 분자가 규소 결합된 알콕시, 규소 결합된 알케닐 및 3-글리시독시프로필 또는 2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸을 함유하는 오가노실록산 올리고머가 예시된다.
부가반응 경화성 실리콘 조성물은 성분(A) 100중량부 당 성분(C)를 0 내지 20중량부 함유하는 것이 바람직하다. 성분(C)를 소정 범위의 상한보다 많이 함유하는 조성물은 기계적 강도가 약화된 경화 생성물을 제공한다.
백금 촉매(D)는 부가반응 경화성 실리콘 조성물의 부가반응 매개된 경화를 유도하는 촉매이다. 성분(D)로는 백금 블랙, 실리카 미세분말에 담지된 백금, 활성탄에 담지된 백금, 알루미나 분말에 담지된 백금, 염화백금수소산, 염화백금수소산의 알콜 용액, 백금의 올레핀 착화합물, 백금의 알케닐실록산 착화합물, 백금의 카보닐 착화합물, 및 상기 백금 촉매 중의 하나 이상을 함유하는 평균 입자 크기가 10㎛ 이하인 열가소성 수지 분말이 예시될 수 있다. 마지막에 언급한 열가소성 수지로는 폴리스티렌 수지, 나일론 수지, 폴리카보네이트 수지 및 실리콘 수지 등을 예로 들 수 있다.
성분(D)는 상기 조성물의 경화가 유도되도록 하기 위해 충분한 양으로 부가반응 경화성 실리콘 조성물에 첨가되어야 한다. 특히, 성분(D)는 백금 금속 1 내지 1000중량ppm을 제공하는 양으로 당해 조성물에 첨가된다.
바람직하게는, 본 발명의 조성물은, 임의의 성분으로, 부가반응 억제제를 함유한다. 이러한 부가반응 억제제로는 3-메틸-1-부틴-3-올, 3,5-디메틸-1-헥신-3-올 및 3-페닐-1-부틴-3-올과 같은 알킨 알콜; 3-메틸-3-펜텐-1-인 및 3,5-디메틸-3-헥센-1-인과 같은 엔-인 화합물; 및 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐사이클로테트라실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라헥세닐사이클로테트라실록산 및 벤조트리아졸이 예시될 수 있다. 바람직하게는, 상기 조성물은 부가반응 억제제를 10 내지 50,000중량ppm 함유한다.
본 발명의 접착제 조성물은, 임의의 성분으로, 각각의 경우에 평균 입자 크기가 100㎛ 이하인 유기 수지 분말, 금속 분말 또는 무기 분말을 함유할 수 있다. 유기 수지 분말은, 예를 들면, 불소 수지 또는 실리콘 수지로 구성될 수 있으며; 금속 분말은, 예를 들면, 은, 니켈 또는 구리로 구성될 수 있으며; 무기 분말은, 예를 들면, 실리카, 산화티탄, 카본 블랙, 알루미나, 석영 분말 및 유리로 구성될 수 있다. 보다 특정하게는, 비표면적이 50 내지 500 ㎡/g인 무기 분말을 함유하는 본 발명의 접착제 조성물은 열호변성이며, 상술한 구형 충전재의 침강 및 분리를 억제한다. 또한, 본 발명의 접착제 조성물은, 예를 들면, 열안정화제, 난연제, 착색제 및 유기 용매를 함유할 수 있다.
본 발명의 접착제 조성물은, 예를 들면, 비교적 점도가 낮은 유체, 비교적 점도가 높은 유체, 그리스 또는 페이스트의 형태를 취할 수 있다. 이러한 형태가 디스펜서와 같은 사출형 또는 압출형 장치에 의해 도포될 수 있다. 게다가, 본 발명의 접착제는 접착제를 부분적으로 가교결합시킴으로써 시트 또는 필름 형태로 도포시키거나, 경화성 중합체 조성물이 열용융형 접착제의 유형을 이루는 경우에는 조성물을 시트 또는 필름으로 전환시킴으로써 접착제를 시트 또는 필름 형태로 도포시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 접착제 조성물은 고무 또는 겔로 경화된다. 당해 접착제는 실온에서 또는 가열에 의하여 경화될 수 있다. 가열하는 경우, 당해 접착제 조성물은, 예를 들면, 가열 램프, 열판, 가열된 벽돌 또는 강제 열풍 대류 오븐에 의해 바람직하게는 50 내지 200 ℃로 가열된다.
본 발명에 따르는 반도체 장치를 이제 상세히 설명하고자 한다. 본 발명에 따르는 반도체 장치의 특징은 내장 반도체 칩이 상술한 접착제에 의하여 당해 칩 탑재 부품에 접착된다는 것이다. 상기 반도체 장치는, 예를 들면, 집적 회로, 대규모 집적 회로 또는 초대규모 집적 회로일 수 있다. 본 발명에 따르는 반도체 장치를 본 명세서에 첨부되어 있는 도면을 참고로 하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1에 도시한 반도체 장치에서, 반도체 칩(1)은 접착제(3)에 의하여 반도체 칩 탑재 부품(2)(도 1에서는 칩 캐리어)에 접착된다. 이 경우에, 반도체 칩(1)은 반도체 칩 탑재 부품(2)에 마주보게 접착된다. 전도체(4)는 반도체 칩(1)에 마주한 반도체 칩 탑재 부품(2)의 표면 위에 형성된다. 이들 전도체(4)와 반도체 칩(1)은 리드(5)에 의하여 전기적으로 접속된다. 상기 리드(5)는 밀봉제/충전재(6)에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 밀봉되거나 충전된다. 도 1에 나타낸 반도체 장치에서 반도체 칩 탑재 부품(2)은 기판 상의 반도체 장치에 탑재할 수 있도록 땜납 볼(7)을 구비한다. 도 1의 반도체 장치는 외부의 기계적 응력으로부터 반도체 칩(1)을 보호하기 위하여 프레임(8)을 구비한다. 이러한 프레임(8)은 본 발명에 따르는 반도체 장치의 임의 양태이다.
도 2에 도시한 반도체 장치에서, 반도체 칩(1)은 접착제(3)에 의하여 반도체 칩 탑재 부품(2)(도 2에서는 회로 기판)의 표면에 접착된다. 이 경우에, 다시, 상기 반도체 칩(1)은 반도체 칩 탑재 부품(2)에 마주하여 접착된다. 전도체(4)는 반도체 칩(1)에 마주하는 반도체 칩 탑재 부품(2)의 표면 위에 형성된다. 이들 전도체(4) 및 반도체 칩(1)은 범프(9)에 의하여 전기적으로 접속된다. 이들 범프(9)는 밀봉제/충전재(6)에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 밀봉되거나 충전된다. 도 2의 반도체 장치를 회로 기판 위에 탑재시키기 위하여, 전도체(4)에 전기적으로 접속된 리드가 제공된다. 비록 도 2에는 도시하지 않았지만, 반도체 칩(1)은 수지 밀봉제로 밀봉될 수 있다.
반도체 칩과 반도체 칩 탑재 부품은 둘 다 본 발명의 반도체 장치에서 중요하지 않다. 반도체 칩 탑재 부품으로는, 세라믹계 칩 탑재 부품(예: 알루미나 또는 유리), 유기 수지계 칩 탑재 부품(예: 에폭시 수지, 유리섬유 강화 에폭시 수지, 폴리이미드 수지 또는 비스말레이미드 트리아진 수지), 금속계 칩 탑재 부품(예: 스테인레스 스틸 또는 구리)일 수 있으며, 이들은 경질 회로 기판 또는 칩 캐리어이거나 가요성 회로 기판 또는 칩 캐리어일 수 있다. 상기 전도체는 프린팅, 증착, 고착, 적층 및 도금 등과 같은 방법으로 반도체 칩 탑재 부품의 표면 또는 내부에 형성될 수 있다. 또한, 볼 격자(예를 들면, 땜납 볼) 또는 핀 격자 및 다른 전기 부재 또는 부품과 같은 외부 접속 단말기가 제공되거나 탑재될 수 있다. 반도체 칩 탑재 부품의 전도체로 반도체 칩에 전기적으로 접속된 부품은, 예를 들면, 본딩 와이어, 리드 또는 범프일 수 있다. 반도체 장치가 이의 본딩 와이어 및 리드 설비에 열적 충격을 받는 경우, 이러한 부품에 대해 작용하는 응력을 완화시키기 위하여, 바람직하게 이들 부품을 구부리거나 휠 수 있으며, 이의 범프 설비에서는 영률(Young's modulus)이 낮은 물질로 제조하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 밀봉제/충전재가 본 발명에 따르는 반도체 장치의 신뢰성을 개선시킬 목적으로 사용된다. 상기 밀봉제/충전재로는 에폭시 수지 밀봉제/충전재 및 실리콘 개질된 에폭시 수지 밀봉제/충전재와 같은 에폭시 수지 밀봉제/충전재; 실리콘 밀봉제/충전재, 에폭시 개질된 실리콘 밀봉제/충전재, 아크릴 개질된 실리콘 밀봉제/충전재 및 폴리이미드 개질된 실리콘 수지 밀봉제/충전재와 같은 실리콘 밀봉제/충전재; 아크릴 수지 밀봉제/충전재 및 실리콘 개질된 아크릴 수지 밀봉제/충전재와 같은 아크릴 수지 밀봉제/충전재; 및 폴리이미드 수지 밀봉제/충전재 및 실리콘 개질된 폴리이미드 수지 밀봉제/충전재와 같은 폴리이미드 수지 밀봉제/충전재를 예로 들 수 있다. 실리콘 밀봉제/충전재가 바람직하다. 전도체와 함께 반도체 칩에 전기적으로 접속된 상기 부품을 상응하는 칩 탑재 부품의 전도체로 밀봉 또는 충전시키기 위해서는, 상기 밀봉제/충전재는 바람직하게는 페이스트 또는 액체이며, 특히, 액체가 바람직하다. 전기적으로 접속된 부품을 밀봉제/충전재로 밀봉 또는 충전시키는 절차를 고려해 볼 때, 이들 밀봉제/충전재를, 예를 들면, 고온의 기류 또는 열 방사로 가열하거나 습기와 접촉시키거나 자외선 또는 전자 빔에 노출시킬 수 있다. 본 발명의 반도체 장치의 경우에, 밀봉제/충전재 조성물의 밀봉 또는 충전을 위한 바람직한 접근 방법은 가열에 의한 열경화성 밀봉제/충전재의 경화로 이루어진다. 이러한 밀봉제/충전재는 바람직하게는 가열시 경화 생성물을 형성하고 대기 온도에서는 겔 또는 고무인 밀봉제/충전재이다.
본 발명에 따르는 반도체 장치를 제조하는 특정 방법은 중요하지 않다. 도 1의 반도체 장치를 제조할 수 있는 방법의 한 예로서, 반도체 칩(1)과 반도체 칩 탑재 부품(2)을 우선 상술한 접착제를 사용하여 서로 마주보게 부착한 다음, 접착제가 경화되면 반도체 칩(1)과 반도체 칩 탑재 부품(2)의 전도체(4)를 리드(5)에 의하여 전기적으로 접속시킨다. 그러나, 또한 이러한 전기적 접속은 접착제 경화에 앞서 수행된다. 또한, 이들 리드(5)가 밀봉제/충전재에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 밀봉되거나 또는 충전된 다음, 밀봉제/충전재가 경화된다. 도 2의 반도체 장치를 제조할 수 있는 방법의 한 예로서, 반도체 칩(1)과 반도체 칩 탑재 부품(2)을 우선 상술한 접착제를 사용하여 서로 마주보게 부착시킨 다음, 접착제가 경화되면 반도체 칩(1)과 반도체 칩 탑재 부품(2)의 전도체(4)를 범프(9)에 의하여 전기적으로 접속시킨다. 이러한 전기적 접속 역시 접착제 경화에 앞서 수행된다. 이들 범프(9)가 밀봉제/충전재에 의하여 전체적으로 또는 부분적으로 밀봉되거나 또는 충전된 다음, 밀봉제/충전재가 경화된다. 프레임은 상기 단계 중에 밀봉제/접착제 유출을 방지하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 금속 또는 플라스틱 프레임이 이러한 목적으로 사용될 수 있지만, 프레임은 또한 경화성, 열호변성 액체 형태 또는 그리스 형태의 유기 수지 조성물로부터 형성될 수 있다. 고무 또는 겔 형태의 프레임이 특히 바람직하다.
실시예
본 발명에 따르는 접착제 및 반도체 장치를 아래의 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 실시예에 보고된 점도 값은 회전식 점도계(실린더를 하나 갖는 형태, 제조원: Shibaura System Co., 상표명: Vismetron V)를 사용하여 측정한 값이다. 반도체 장치 제조 절차 및 측정 방법을 아래에 기재하였다.
반도체 장치의 제조
도 1에 도시한 반도체 장치는 다음과 같이 제조된다. 접착제를 칩 캐리어 위에 피복시킨 다음, 반도체 칩(면적 = 50㎟)을 접착제 위에 붙인다. 이어서, 반도체 칩을 가열압착식 접착기로 압착시키면서, 150 ℃에서 30분 동안 경화시켜 당해 칩 캐리어에 접착시킨다. 이어서, 칩 캐리어 위에 형성된 반도체 칩과 전도체를 리드에 의해 전기적으로 접속시킨다. 마지막으로, 리드를 열경화성 실리콘 밀봉제/충전재로 10torr에서 완전히 진공 함침시킨 다음, 150 ℃에서 30분 동안 가열하여 밀봉제/충전재를 경화시킨다. 20개의 반도체 장치가 이러한 절차에 따라 제조된다.
반도체 장치의 접착층의 필름 두께 측정
20개의 반도체 장치 위의 접착층의 평균 두께, 최소 두께 및 최대 두께는 당해 반도체 장치의 전체 두께에서 반도체 칩 및 이의 탑재 부품의 두께(반도체 칩 및 이의 탑재 부품의 두께는 미리 측정해 둔다)를 뺌으로서 측정한다.
반도체 장치의 접착층의 구형 충전재 수의 측정
피복된 면적당 구형 충전재 입자 수는 현미경으로 접착제가 피복된 면을 검사하여 측정한다.
반도체 장치의 신뢰도 시험
한 사이클이 －55 ℃에서 30분간 유지와 ＋150 ℃에서 30분간 유지로 이루어지는 열 사이클 시험을 각각의 반도체 장치에 실시한다. 1000사이클 후와 3000사이클 후에, 반도체 장치 위의 전도체의 단말기를 사용하여 전기 연속성 시험을 수행한다. 결함율은 불완전한 연속성을 나타내는 장치의 수로서 결정된다.
실시예 1
점도가 13,000mPa·s인 접착제는 다음 물질들을 균질하게 혼합하여 제조한다: 점도가 10,000mPa·s이고 비닐 함량이 0.12중량％인 디메틸비닐실록시 말단차단된 디메틸폴리실록산 100중량부, 점도가 20mPa·s이고 규소 결합된 수소 함량이 0.7중량％인 트리메틸실록시 말단차단된 디메틸실록산메틸하이드로겐실록산 3중량부, 점도가 20mPa·s이고 비닐 함량이 31중량％인 디메틸하이드록시실록시 말단차단된 메틸비닐폴리실록산 0.5 중량부, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 0.5중량부, 이소프로판올성 염화백금수소산 1중량% 용액 0.1중량부, 평균 입자 크기가 160㎛(입자 크기 분포에 대한 표준 편차 = 5㎛)이고 종횡비가 1.1인 구형 실리카 미세 분말 1중량부, 3-페닐-1-부틴-3-올 0.01 중량부, 및 표면이 헥사메틸디실라잔으로 처리된 열분해법 실리카(평균 입자 크기 = 30㎛, BET 비표면적 = 200 ㎡/g) 2 중량부. 150 ℃에서 30분 동안 가열하면, 당해 접착제는 JIS K-6253으로 규정된 A형 경도계 값이 20인 실리콘 고무를 생성한다. 상기 접착제를 사용하여 반도체 장치를 제조하고, 이들 반도체 장치에 대한 평가 결과는 표 1에 제시하였다.
비교 실시예 1
점도가 12,000 mPa·s인 접착제를 실시예 1과 같이 제조하되, 이 경우에는 실시예 1에서 사용된 구형 실리카 미세 분말(평균 입자 크기 = 160㎛, 입자 크기 분포에 대한 표준 편차 = 5㎛, 종횡비 = 1.1)은 사용하지 않는다. 150 ℃에서 30분 동안 가열하면, 상기 접착제는 JIS K-6253으로 규정된 A형 경도계 값이 20인 실리콘 고무를 생산한다. 상기 접착제를 사용하여 반도체 장치를 제조하며, 이들 반도체 장치에 대한 평가 결과는 표 1에 제시하였다.
비교 실시예 2
점도가 13,000 mPa·s인 접착제를 실시예 1과 같이 제조하되, 이 경우에는 실시예 1에서 사용된 구형 실리카 미세 분말(평균 입자 크기 = 160㎛, 입자 크기 분포에 대한 표준 편차 = 5㎛, 종횡비 = 1.1) 대신, 평균 입자 크기가 160㎛이고 종횡비가 2.0이며 입자 크기 분포에 대한 표준 편차가 25㎛인 실리카 미세 분말을 등량으로 사용한다. 150 ℃에서 30분 동안 가열하면, 당해 접착제는 JIS K-6253으로 규정된 A형 경도계 값이 20인 실리콘 고무를 생성한다. 상기 접착제를 사용하여 반도체 장치를 제조하며, 이들 반도체 장치에 대한 평가 결과는 표 1에 제시하였다.
실시예 2
점도가 21,000mPa·s인 접착제는, 점도가 20,000mPa·s인 열경화성 에폭시 수지 조성물(평균 입자 크기가 2μm이고 최대 입자 크기가 8㎛인 구형 실리카 분말 50중량％를 함유하는 다우 코닝 도레이 실리콘 캄파니의 TXEP-100) 100중량부와, 평균 입자 크기가 160㎛이고 종횡비가 1.05이며 입자 크기 분포에 대한 표준 편차가 3㎛인 구형 실리카 미세 분말 1중량부를 균질하게 혼합하여 제조한다. 150 ℃에서 2시간 동안 가열하면, 상기 접착제는 JIS K-6253으로 규정된 A형 경도계 값이 95인 경화된 에폭시 수지를 생성한다. 상기 접착제를 사용하여 반도체 장치를 제조하며, 이들 반도체 장치의 측정 결과는 표 1에 제시하였다.
실시예 1 실시예 2 비교 실시예 1 비교 실시예 2
접착층의 두께(㎛)평균 값최대 값최소 값 170174165 171174164 144156112 181202167
구형 충전재 수 17 16 0 16
반도체 장치결함율(％)1000사이클3000사이클 0 0 2560 10
본 발명의 접착제는 충분한 거리의 일정한 간격을 통해 반도체 칩을 칩 탑재 부품에 접착시킬 수 있으며 칩에 작용하는 기계적 응력을 완전히 완화시킬 수 있어서 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공한다.

Claims (16)

  1. 평균 입자 크기가 100 초과 내지 1,000μm이고 장축 대 단축 비가 1 내지 1.5인 구형 충전재를 함유하는 경화성 중합체 조성물을 포함하는, 반도체 칩을 반도체 칩 부착 부품에 접착시키기 위한 접착제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 구형 충전재의 입자 크기 분포에 대한 표준 편차가 충전재의 평균 입자 크기의 10%를 초과하지 않는 접착제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 구형 충전재의 함량이 1중량ppm 내지 5중량%인 접착제 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 구형 충전재가 무기 구형 충전재인 접착제 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 경화성 중합체 조성물이 경화성 실리콘 조성물인 접착제 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 경화성 중합체 조성물이 경화성 에폭시 수지 조성물인 접착제 조성물.
  7. 평균 입자 크기가 100 초과 내지 1,000μm이고 장축 대 단축 비가 1 내지 1.5인 구형 충전재를 함유하는 경화성 중합체를 포함하는 접착제 조성물에 의해 반도체 칩이 칩 부착 부재에 접착되어 있는 반도체 장치.
  8. 제7항에 있어서, 경화성 중합체 조성물이 경화성 실리콘 조성물인 반도체 장치.
  9. 제7항에 있어서, 경화성 중합체 조성물이 경화성 에폭시 수지 조성물인 반도체 장치.
  10. 제1항에 있어서, 구형 충전재의 장축 대 단축 비가 1.0 내지 1.1인 접착제 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 구형 충전재가 경화성 중합체 조성물의 1중량ppm 내지 2중량%인 접착제 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 구형 충전재가 경화성 중합체 조성물의 1중량ppm 내지 1중량%인 접착제 조성물.
  13. 제5항에 있어서, 경화성 실리콘 조성물이 부가반응 경화성 실리콘 조성물인 접착제 조성물.
  14. 제7항에 있어서, 구형 충전재의 장축 대 단축 비가 1.0 내지 1.1인 반도체 장치.
  15. 제7항에 있어서, 구형 충전재가 경화성 중합체 조성물의 1중량ppm 내지 1중량%인 반도체 장치.
  16. 제7항에 있어서, 경화성 중합체 조성물이 부가반응 경화성 실리콘 조성물인 반도체 장치.
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