KR20020046941A - 사용 시 발열량이 적은 새로운 고온 언더필링 물질 - Google Patents

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카펜터닐엠.
뤼터즈미쉘
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쉬한 존 엠.
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Abstract

본 발명은 경화제 성분 및 잠재성 가속화제 성분을 함유하는 에폭시를 포함하는 경화성 언더필 조성물에 관한 것이다. 가속화제 성분은 가속화제 성분은 300 J/g 이하의 발열을 가지는 수지를 생성하는 물질을 포함한다. 또한, 상기 조성물은 에폭시를 매우 유동적인 상태로 만들어 상이한 가속화제 성분을 함유하는 에폭시 조성물 및 충전된 에폭시 조성물에 비해 언더필 가공 속도를 증가시키는 언더필링된 상태에서 이용될 수 있다.

Description

사용 시 발열량이 적은 새로운 고온 언더필링 물질 {NOVEL HIGH TEMPERATURE UNDERFILLING MATERIAL WITH LOW EXOTHERM DURING USE}
본 발명은 단일 성분 에폭시계 산물을 포함하는 언더필 캡슐화용 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 마이크로전자 소자 내의 전자 부품과 기재간의 상호연결을 보호하고 강화하기 위해 에폭사이드로부터 제조되는 언더필 캡슐제 조성물에 관한 것이다. 마이크로전자 소자는 수백만 개의 전기 회로 부품, 주로 집적 회로(IC) 칩 내에 어셈블리되는 트랜지스터뿐 아니라 레지스터, 커패시터 및 기타 부품을 함유한다. 이들 전자 부품은 상호 연결되어 회로를 형성하고, 궁극적으로는 인쇄회로기판과 같은 캐리어 또는 기재에 연결되고 탑재된다. 집적 회로 부품은 단일 나출 칩(single bare chip), 단일 캘슐화된 칩 또는 캡슐화된 다수 칩의 패키지를 포함할 수 있다. 단일 나출 칩은 리드 프레임에 부착된 후, 캡슐화되어 인쇄회로기판에 부착되거나, 인쇄회로기판에 바로 부착될 수 있다.
상기 부품이 리드 프레임에 연결된 나출 칩이거나 인쇄회로기판 또는 그 밖의 기판에 연결된 패키지이거나에 관계없이, 연결은 전자 부품 상의 전기적 단자와기판 상의 해당 전기 단자 사이에서 이루어진다. 이러한 연결을 만드는 한가지 방법은 부품 또는 기재 단자에 대해서 돌출되어 적용되는 금속 또는 폴리머 재료를 사용하는 것이다. 단자를 배열하고 서로 접촉시켜, 얻어진 어셈블리를 가열하여 금속 또는 폴리머 물질을 재유동화시키고 연결을 고정한다.
후속 제조 공정 동안, 전자 어셈블리는 온도를 높이고 낮추는 열사이클을 여러번 실시한다. 전자 부품, 상호연결 물질 및 기재에 대한 열팽창 계수가 상이하기 때문에, 이러한 열 사이클은 어셈블리 부품에 응력을 가해 이를 파손시킬 수도 있다. 파손을 방지하기 위해, 부품과 기재 사이의 갭은 이하 언더필 또는 언더필 캡슐제라 일컬어지는 폴리머 캡슐제로 충전시켜 상호연결 물질을 보강하고 열 사이클의 응력의 일부를 흡수한다.
언더필 기술의 주된 2가지 용도는 당 기술분야에 공지된 패키지 분야에서 칩 패키지가 인쇄회로기판에 부착되는 CSP(칩 스케일 패키지; chip scale package) 및 칩이 볼과 그리드 어레이에 의해 인쇄회로기판에 부착되는 플립-칩 볼 그리드 어레이로서 사용되는 것이다.
언더필 캡슐화는 금속 또는 폴리머 상호연결재의 재유동화 후에 이루어지거나, 재유동화와 동시에 이루어질 수 있다. 언더필 캡슐화가 상호연결재의 재유동화 후에 이루어지는 경우에는, 측정된 양의 언더필 캡슐제 물질이 전자 어셈블리의 하나 이상의 가장자리면을 따라 분산되고 부품-대-기판의 갭 내에서의 모세관 작용에 의해 재료를 내부로 유인된다. 필요한 경우에는 기재를 사전 가열해 캡슐제의 점도를 최적의 모세관 작용에 요구되는 수준으로 달성할 수 있다. 갭을 충전한후, 부가의 언더필 캡슐제를 완성된 어셈블리 주변을 따라 분산시킴으로써 응력 집중을 감소시키고 어셈블리된 구조의 피로 수명을 연장시킨다. 이어서, 언더필 캡슐제를 경화시켜 최적화된 최종 특성을 얻는다. 언더필 캡슐화가 땜납 또는 폴리머 상호연결재의 재유동화와 동시에 이루어지는 경우에는, 땜납이 상호연결 물질인 경우 용제를 포함할 수 있는 언더필 캡슐제를 먼저 기재 또는 부품 중 하나에 적용한 뒤, 부품 및 기재 상의 단자를 배열하고 연결시켜 어셈블리를 가열해 금속 또는 폴리머 상호연결 물질을 재유동화시킨다. 이러한 가열 과정 동안, 금속 또는 폴리머 상호연결 물질의 재유동화와 동시에 언더필 캡슐제의 경화가 이루어진다.
용량이 큰 용품들을 포함하는 단일 칩 패키지의 경우, 불량 칩은 커다란 손실 없이 폐기될 수 있다. 그러나, 불량 칩 하나만을 가지는 다수-칩 패키지를 폐기하는 데는 비용이 많이 들고, 고장난 부품을 재가공하는 능력은 제조에 유용할 것이다. 오늘날, 반도체 산업에서 우선시 되는 과제중 하나는 상호연결의 강화를 위한 모든 요건을 충족시키는 언더필 캡슐제뿐 아니라 재가공 가능한 언더필 캡슐제를 개발해 기재를 파기하지 않고도 불량 부품을 제거할 수 있도록 하는 것이다.
종래의 언더필 기술은 언더필링된 상태에서 높은 발열 반응, 통상적으로는 350 - 400 J/g 범위의 높은 발열 반응을 하는 물질을 사용한다. 300 J/g 이상의 발열량을 가지는 물질들은 항공 수송이 불가능하고 도로 운송을 통해 특수 냉장 수송해야 한다. 또한, 이러한 물질들은 최종 사용자에 의해서 특별 취급되어야 한다. 그 결과, 발열을 감소시키고 사용 및 수송의 용이성을 증대시키기 위해 종종 실리카 와 같은 충전재 또는 기타 물질들이 이들 물질에 첨가된다. 충전재는 발열을 감소시키는 반면, 긴 충전시간을 요하는 점성이 높은 언더필을 생성시킨다. 따라서, 발열이 작은 새로운 언더필 캡슐제 조성물이 요구된다.
본 발명은 발열이 작은 새로운 언더필 캡슐제 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 고형의 잠재성 경질화제 성분 및 잠재성 가속화제 성분을 함유하는 에폭시를 포함하는 경화성 언더필 조성물에 관한 것이다. 가속화제 성분은 300 J/g 이하의 발열량을 가지는 수지를 생성하는 물질을 포함한다. 또한, 상기 조성물은 에폭시를 매우 유동적인 상태로 유지시킴으로써 상이한 가속화제 성분을 함유하는 에폭시 조성물 및 충전된 에폭시 조성물에 비해 언더필의 가공 속도를 증가시키는 언더필링된 상태에서 이용될 수 있다.
본 발명의 언더필 캡슐제 조성물 및 방법에 사용되는 수지는 경화성 화합물인데, 여기서 경화성 화합물이란 가교결합 없이 또는 가교결합을 통해 중합될 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 경화란 가교결합 없이 또는 가교결합을 통해 중합되는 것을 의미한다. 가교결합은 당 기술분야에서 이해되는 바와 같이 원소, 분자 기 또는 화합물의 가교를 통해 두 폴리머 사슬이 부착되는 것을 의미하는 것으로서, 일반적으로는 가열 시 발생한다.
본 발명의 원료는 에폭시 수지, 에폭시 희석제, 고형의 잠재성 경질화제 또는 경화제 및 잠재성 가속화제 성분을 포함한다. 이들 성분은 특정한 수지의 사용을 위해 원하는 특성이 균형있게 얻어지도록 특별히 선택된다. 예를 들면, 몇몇언더필 가공의 경우에는 점도가 낮아 언더필 기간 및 경화 기간이 짧은 수지 조성물을 얻는 것이 바람직하다. 당 기술분야에는 수지 및 가속화제와 함께 아민 또는 이미다졸 경질화제가 제공되는 것으로 알려져 있다. 또한, 당 기술분야에는 실리카 또는 기타 물질과 같은 충전재가 제공될 수 있는 것으로 공지되어 있다.
본 발명의 언더필에 사용하기에 적합한 에폭시 수지의 예에는 비스페놀 A 유형, 비스페놀 F 유형, 에폭시 페놀 노발락 유형 또는 에폭시 크레솔 노발락 유형 중에서 선택되는 단일 작용성 및 다작용성 수지 또는 이들의 조합물이 포함된다. 그 밖의 적합한 에폭시 화합물로는 방향족 아민 및 에피클로로하이드린계의 폴리에폭시 화합물이 있다. 바람직한 에폭시 수지는 비스페놀 A/F이다.
충전재의 사용은 일반적으로 조성물의 발열량을 감소시키는 동시에, 조성물의 점도를 감소시킨다. 하나 이상의 충전재를 함유하는 수지 조성물은 비충전(unfilled) 조성물보다 점성이 크고, 이로 인해 비충전 조성물에 비해 언더필 과정을 완성하는 데 있어 더 긴 시간이 소요된다. 사용에 적합한 충전재는 실리카, 마이카, 알루미나 등과 같은 불활성 미네랄 물질이다. 적합한 잠재성 경질화제의 예로는 디시아니디아미드, 차단 이미다졸 및 차단 폴리아미드가 있고, 그중 디시아니디아미드가 가장 바람직하다. 적합한 가속화제의 예로는 이미다졸, 치환 우레아 등이 있다. 통상의 반응성 희석제가 사용될 수 있나, 바람직한 반응성 희석제는 p-tert 부틸 페닐글리시딜에테르이다.
수지 가속화제 성분의 선택에 있어서는 이미다졸 또는 치환 우레아와 같은 공지된 가속화제 성분이 언더필 상태에서 매우 높은 발열, 즉 약 350 - 400 J/g 이상의 발열을 가지는 수지를 생성시킨다는 점이 특히 결정적으로 중요하다. 낮은 발열을 가지는 수지를 생성시키기 위하여, 높은 유리 전이 온도를 가지는 변형 폴리아민 가속화제 성분이 사용된다. 바람직한 가속화제는 3급 아민 및 우레아 모이어티를 가지는 새로운 차단 아민이다. 이 바람직한 가속화제는 Air Products Corporation(펜실베이니아주의 알렌타운 소재)에 의해 상품명 ANCAMINE 2441로 제조 및 판매되고 있다. ANCAMINE 2441와 같은 가속화제의 사용은 200 J/g 범위의 발열량을 가지는 수지를 생성시킨다. 300 J/g 이상의 발열량을 가지는 물질은 항공 운송이 금지되고, 최종 사용자에 의한 특별한 취급이 요구된다. 300 J/g 이하로의 발열량 감소는 수지의 항공 운송을 가능하게 하는 이점을 제공할뿐 아니라, 최종 사용자에 의한 취급 용이함을 제공한다. 80℃만큼 높은 온도에서 사용될 수 있는 공지된 언더필 조성물과는 대조적으로, ANCAMINE 2441과의 낮은 반응 발열은 약 120℃ 범위의 온도에서의 수지의 효과적인 사용을 가능하게 한다. 고온에서의 수지 사용은 저온에서보다 수지의 점성을 작게하여 서로 결합되어 전자 어셈블리를 형성하는 기재와 전기 부품간의 틈으로 수지를 보다 용이하고 신속하게 흘러 들어가도록 한다. 점성 감소는 언더필 공정에 소요되는 사이클 시간을 약 10초에서 약 2-3초로 감소시킨다. 하기 실시예를 참조하면 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
실시예
디시아니디아미드 경질화제에 대하여 5종류의 공지된 가속화제를 평가하였다. 10℃/분의 등속으로 온도를 30℃에서 230℃로 상승시키는 것을 수반하는 역학적인 DSC 실험을 통해 각 제형에 대해 반응 발열을 관찰하였다. 제형을 160℃의 핫 플레이트로 완전히 경화시키는 데 소요된 시간을 기록하였다. 또한, 80℃와 120℃ 모두에서 10 mm 길이에 걸쳐 총 190 ㎛의 폭 또는 갭을 충전하는 데 소요되는 시간을 측정하여 유동 시간을 기록하였다. 평가 결과를 표 1에 정리하였다.
[ 표 1 ]
가속화제
Ancamine2441(b) Ancamine2014 AS(b) AjicurePN-23(c) AjicureMY-24(c) Diuron(d) 차단이미다졸 차단이미다졸
샘플 1 2 3 4 5 6 7
DEGBA(a) 75.51 75.51 75.51 75.51 75.51 75.51 75.36
디시안디아미드 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67
p-tert-부틸로페닐글리시딜에테르 17.50 17.50 17.50 17.50 17.50 17.50 17.50
가속화제 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00 4.00
엔탈피(J/g) 209 177 307 183 217 320 418
스트로크 경화160℃(분, 초) 3' 20" 13' 3' > 20' 16' 1' 0' 35"
유동 시간(초)80℃120℃ 5.83.2 6.34.1 6.43.9 5.93.6 7.96.9 6.24.0 8.36.4
(a) Epikote(R)828 - Shell Chemicals
(b) Air Products & Chemicals, Inc.
(c) Ajinomoto Co., Inc.
(d) Dupont
표 1에 나타난 결과는 ANCAMINE 2441을 함유하는 제형이 300 J/g 이하의 발열량 및 5분 미만의 스트로크 경화 시간을 나타내는 것으로 명확하게 기재되어 있다. 제형 1의 ANCAMINE 2441과 유사한 비율의 차단 이미다졸을 함유하는 제형은300 J/g 이상의 발열을 생성시킨다. 또한, ANCAMINE 2441을 함유하는 언더필 제형은 테스트된 제형 중 가장 짧은 언더필 시간을 제공하였다.
가속화제 성분으로서 ANCAMINE 2441과 같은 물질을 이용함으로써 얻어지는 부가의 이점은 얻어지는 언더필 조성물이 실온에서 안정성을 유지하고 0℃ 내지 6℃의 온도에서 적어도 12개월 동안 저장될 수 있다는 것이다. 통상의 공지된 언더필 조성물은 일반적으로 -18℃ 내지 -40℃ 온도의 냉장고 내에서 저장되어야 한다.
본 발명의 바람직한 구현예에서는 안료가 조성물에 첨가될 수 있다. 안료의 첨가는 기판, 언더필 및 칩간의 색상 대비를 관찰함으로써 자동적으로 수행될 수 있는 생성물의 육안 확인을 가능하게 한다. 카본 블랙 및 유기금속 착물과 같은 안료는 흔히 대조 목적으로 사용되지만, 종종 원치 않는 그리트 또는 독성 문제를 일으킨다. 조성물과 함께 사용하기에 바람직한 안료는 비-그리트성의 적색 안료 및 특히 Sandorin Red BN 안료이다. 이 안료는 기판, 언더필 및 칩간의 우수한 색상 대비를 생성시키고, 그리트 또는 독성 문제를 일으키지 않는다.
본 발명은 또한 칩과 같은 전자 부품 및 기판과 같은 기재가 폴리아민 가속화제 성분을 함유하는 수지에 의해 캡슐화되는 언더필링 캡슐화 방법을 제공한다. 수지 조성물은 높은 유리 전이 온도를 가지는 수지, 경화 성분 및 가속화제 성분을 함유하는 단일 부품으로 제조된다. 수지는 사용 전에 120℃ 이하의 온도로 가열된다. 원하는 경우, 부품의 크기에 따라 측정양의 수지, 일반적으로 약 50 - 200 mg의 수지가 기재와 전기 부품 사이에 배치된다. 수지는 모세관 작용을 통해 기재와 전기 부품 사이의 공간으로 스며든다. 이어서, 수지를 냉각시켜 기재와 전기 부품사이에 견고하고 안정된 연결을 얻는다.
본 발명은 특정한 구현예를 참조하여 설명되었으나, 당업자는 본 발명이 하기 특허청구범위의 범위 및 사상 내에서 변화 및 변형될 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은 발열이 작은 새로운 언더필 캡슐제 조성물을 제공한다.

Claims (18)

  1. 수지, 경화제, 충전재 및 가속화제를 포함하며 300 J/g 미만의 발열량을 가지는 경화성 언더필 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속화제가 250 J/g 미만의 발열을 가지는 경화성 언더필 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가속화제가 200 J/g 미만의 발열을 가지는 경화성 언더필 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가속화제가 ANCAMINE 2441을 포함하는 경화성 언더필 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조성물이 약 10 내지 90 중량%의 수지, 약 5 내지 20 중량%의 반응성 희석제, 약 1 내지 25 중량%의 경화제, 약 1 내지 10 중량%의 ANCAMINE 2441 및 약 30 내지 80 중량%의 충전재를 포함하는 경화성 언더필 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조성물이 약 70 내지 75 중량%의 에폭시 수지, 약 15 내지 20 중량%의 반응성 희석제, 약 2.5 내지 4 중량%의 경화제 및 약 3 내지 5 중량%의 ANCAMINE 2441을 포함하는 경화성 언더필 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수지가 단일 작용성 또는 다작용성 수지이거나 이들의 조합물인 경화성 언더필 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수지가 비스페놀 A, 비스페놀 F, 에폭시 페놀 노발락, 크레졸 노발락, 방향족 아민 및 에피클로로하이드린계 폴리에폭시 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 경화성 언더필 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수지가 비스페놀 A 및 비스페놀 F의 혼합물인 경화성 언더필 조성물.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 충전재가 실리카, 마이카, 알루미나 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 경화성 언더필 조성물.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 경화제가 디시아니디아미드, 차단 이미다졸, 차단 폴리아미드 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 경화성 언더필 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 경화제가 디시아니디아미드인 경화성 언더필 조성물.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 반응성 희석제가 p-tert 부틸 페닐글리시딜에테르인 경화성 언더필 조성물.
  14. 본질적으로 약 10 내지 90 중량%의 수지, 약 5 내지 20 중량%의 반응성 희석제, 약 1 내지 25 중량%의 경화제, 약 1 내지 10 중량%의 ANCAMINE 2441 및 약 30 내지 80 중량%의 충전재로 이루어지는 경화성 언더필 조성물.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 조성물이 비그리트성 안료를 추가로 포함하는 경화성 언더필 조성물.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 비그리트성 안료가 Sandorin Red BN인 경화성 언더필 조성물.
  17. 전자 부품이 기재에 접착되는 전자 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 기재 및 전기 부품을 제공하는 단계;
    b) 300 J/g 미만의 발열을 가지는 경화제, 충전재 및 가속화제를 함유하는 수지를 제공하는 단계;
    c) 상기 수지를 상기 기재와 전자 부품 사이에 배치하는 단계; 및
    d) 수지를 경화시켜 기재와 전자 부품을 부착시키는 단계
    를 포함하는 전자 어셈블리의 제조 방법.
  18. 제7항의 방법에 의해 제조된 전자 어셈블리.
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