KR20040090999A - 비유동성 언더필 캡슐화제 - Google Patents

비유동성 언더필 캡슐화제 Download PDF

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KR20040090999A
KR20040090999A KR10-2004-7011759A KR20047011759A KR20040090999A KR 20040090999 A KR20040090999 A KR 20040090999A KR 20047011759 A KR20047011759 A KR 20047011759A KR 20040090999 A KR20040090999 A KR 20040090999A
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flowable
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KR10-2004-7011759A
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모르가넬리폴
디배로스앤쏘니
휠록브라이언
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내쇼날 스타치 앤드 케미칼 인베스트멘트 홀딩 코포레이션
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Abstract

본 발명은 특히 비유동성 언더필 캡슐화 공정에 유용한 경화성 언더필 캡슐화제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 에폭시 수지, 용융제(fluxing agent), 선형 폴리안하이드라이드 및 촉매를 포함한다. 다른 실시예로서 상기 조성물은 선형 안하이드라이드를 포함한다. 아울러, 상기 조성물에 계면활성제 및 커플링제와 같은 각종 첨가제를 첨가할 수도 있다.

Description

비유동성 언더필 캡슐화제 {NO-FLOW UNDERFILL ENCAPSULANT}
본 발명은 마이크로전자 소자 내의 전자 부품과 기재간의 배선(interconnections)을 보호 및 강화하기 위해 에폭사이드로부터 제조된 언더필 캡슐화제 화합물을 언더필기 위한 조성물에 관한 것이다. 마이크로전자 소자는 다양한 형태의 전기 회로 부품, 주로 집적 회로(IC: integrated circuit) 칩 내에 함께 조립된 트랜지스터뿐만 아니라, 레지스터, 커패시터 및 기타 부품을 포함한다. 이들 전자 부품은 상호 연결되어 회로를 형성하고, 최종적으로는 인쇄 와이어 기판(printed wire board)과 같은 캐리어 또는 기판에 연결된다. 집적 회로 부품은 단일 베어칩(bare chip), 캡슐화된 단일 칩 또는 캡슐화된 복수 개의 칩 패키지를 포함할 수 있다. 상기 단일 베어칩은 리드 프레임에 부착된 다음, 캡슐화되어 인쇄 와이어 기판에 부착될 수 있고, 또는 직접 인쇄 와이어 기판에 부착될 수 있다.
상기 부품이 리드 프레임에 연결된 베어칩인 경우, 또는 인쇄 와이어 기판 또는 기타 기판에 연결된 패키지인 경우에도, 이들은 전자 부품 상의 전기 단자와 기판 상의 해당 전기 단자 사이에 연결된다. 전자 부품을 연결하는 방법 중 하나는, 범프(bump) 내에서 상기 부품 또는 기판 단자에 적용된 폴리머 재료 또는 금속 재료를 사용하는 것이다. 상기 단자들을 배열하고 서로 접촉시켜, 얻어진 조립체를 가열하여 상기 금속 또는 폴리머 재료를 재유동화한 다음, 연결을 고정한다.
상기 전자 조립체를 이용하는 동안, 상기 조립체에 다양한 온도 범위에서의 열 사이클 공정을 수행한다. 이 열 사이클 공정에서는 상기 전자 부품, 배선 재료 및 기판의 열 팽창 계수 차이로 인해, 상기 조립체 부품에 응력이 가해져 상기 부품이 파손될 수 있다. 이 같은 파손을 방지하기 위해, 상기 부품과 기판 사이의 갭(gap)을 폴리머 캡슐화제(이하, 언더필(underfill) 또는 언더필 캡슐화제(underfill encapsulant)로 칭함)로 충전하여, 배선 재료를 강화하고 열 사이클 공정에서 가해지는 어느 정도의 응력을 흡수할 수 있다. 아울러, 전술한 바와 같이 캡슐화제를 이용하여 충전함으로써 충격 에너지가 흡수되어, 이른바 "낙하 시험(drop test)" 성능을 향상시킬 수 있다.
이러한 언더필 기술의 주된 두 가지 용도는, 산업적으로 칩 스케일 패키지(CSP: chip scale package)로 알려져 있는 것으로서 칩 패키지가 인쇄 와이어 기판에 부착된 패키지, 및 칩이 볼(ball)과 그리드 어레이(grid array)에 의해 인쇄 와이어 기판에 부착된 플립 칩 볼 그리드 어레이(flip-chip BGA)를 강화하기 위한 것이다.
종래의 모세관형 유동성 언더필을 적용하는 경우에는 금속 재료 또는 고분자 재료의 배선을 재유동화한 다음, 상기 언더필을 공급하고 경화시킨다. 이 과정에 있어서 우선 상기 용융물(flux)을 기판 상의 금속 패드에 적용한다. 금속 재료를연결하는 경우에는 상기 재료를 용융시킨 다음, 솔더링 부위의 정상부인, 기판의 용융된 영역에 칩을 설치한다. 그런 다음, 상기 조립체를 가열하여 솔더링 접합부(soldering joint)를 재유동화한다. 이 때, 측정된 양의 언더필 캡슐화제 물질이 전자 부품 조립체의 하나 이상의 가장자리면을 따라 공급되고, 상기 부품과 기판 사이의 갭에서의 모세관 작용에 의해 상기 언더필 물질이 내부로 끌려 들어간다. 갭을 충전한 다음에는 응력의 집중을 저하시키고 조립된 구조물의 피로 수명(fatigue life)을 연장하기 위해, 완성된 조립체의 주변을 따라서 추가의 언더필 캡슐화제를 공급할 수도 있다. 언더필 캡슐화제를 공급한 다음, 상기 언더필 캡슐화제가 적절한 최종 물성을 갖도록 경화시킨다.
한편, 비유동성 언더필 캡슐화 공정은 전자 부품을 기판에 부착하여 얻어진 조립체를 언더필 캡슐화제를 이용하여 보호하는 방식의 전술한 공정에 비해 더욱 효과적이다. 상기 비유동성 언더필 캡슐화 공정에서는 부품이 실장되기 전에 조립 부위에 적용된 언더필 내에 용융물이 포함된다. 그리고, 부품을 실장한 다음에는 전자 부품, 언더필 및 기판을 포함하는 완전한 조립체를 리플로우 오븐(reflow oven)에 통과시켜, 상기 조립체를 기판 상의 금속 패드 배선에 솔더링(soldering)한다. 전술한 공정의 수행 중에 상기 언더필이 솔더(solder) 및 금속 패드를 용융시켜, 솔더링 접합부가 다시 유동화된 다음, 언더필이 경화된다. 따라서, 전술한 비유동성 언더필 캡슐화 공정을 이용하는 경우에는 별도의 용융물 적용 공정 및 언더필의 후경화 공정을 수행하지 않아도 된다.
전술한 비유동성 언더필 캡슐화 공정에서는 솔더링 및 언더필의 경화 반응이수행되기 때문에, 언더필 재료의 적절한 점도 및 경화 속도를 유지시키는 것이 관건이다. 상기 언더필은 솔더를 용융시켜 배선이 형성되도록 하기 위해 저점도 상태이어야 한다. 또한, 상기 언더필의 경화 반응은 솔더가 경화된 다음, 너무 늦게 일어나지 않도록 하는 것이 중요하다. 즉, 상기 비유동성 언더필 캡슐화 공정에서의 언더필은 솔더가 용융된 다음 신속하게 경화되는 것이 바람직하다.
본 발명은 비유동성 언더필 공정에 유용할 수 있는 언더필 캡슐화제에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 비유동성 언더필과 비선형 폴리안하이드라이드를 함유하는 비유동성 언더필의 점도 대 온도를 비교하여 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 비유동성 언더필과 비선형 폴리안하이드라이드를 함유하는 비유동성 언더필의 반응성을 비교하여 도시한 도면.
본 발명은 비유동성 언더필 캡슐화 공정에 특히 유용한 경화성 언더필 캡슐화제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 에폭시 수지, 용융제(fluxing agent), 선형 폴리안하이드라이드(linear polyanhydride) 및 촉매를 포함한다. 또한, 다른 실시예로서, 본 발명의 조성물은 환형 무수물을 포함한다. 아울러, 본 발명의 조성물에 계면활성제 및 커플링제와 같은 각종 첨가제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 언더필 캡슐화제 조성물에 사용되는 수지는 경화가 가능한 화합물, 즉, 중합 가능한 화합물을 의미한다. 본 명세서에 사용되는 경화 반응은 가교 반응을 통한 중합 반응을 의미할 수 있다. 동 기술 분야에서 이해되는 바와 같이, 가교 반응은 원소, 분자의 작용기 또는 화합물의 브릿지(bridge)에 의해 2종의 폴리머가 결합하는 반응으로서, 가교 반응은 통상적으로 가열 시에 일어난다.
본 발명에 따른 언더필 캡슐화제의 성분으로는 1종 이상의 에폭시 수지, 용융제, 선형 폴리안하이드라이드 및 촉매가 포함된다. 또한, 선택적으로 환형 무수물, 계면활성제, 반응성 희석제 및 기타 성분들이 포함될 수 있다. 특히, 전술한 성분들은 특수 수지용 용도에 이용하는데 바람직한 물성을 얻기 위해 선택된다.
본 발명의 언더필 조성물에 사용하는데 적합한 에폭시 수지를 예시하면, 비스페놀-A 및 비스페놀-F의 일관능성 및 다관능성 글리시딜에테르 및 지환식 에폭시 수지 또는 그의 조합물을 포함한다. 상기 지환식 에폭시 수지는 한 분자 당 1.2개의 이상의 에폭시기를 함유하는 비(non)글리시딜에테르 에폭사이드로부터 선택되는 것이 바람직하다. 이러한 에폭사이드는 에폭사이드기가 고리의 일부분이거나, 또는 에폭사이드기가 고리 구조에 결합될 수 있는 고리 구조인 것을 특징으로 한다. 상기 비(non)글리시딜에테르 에폭사이드를 예시하면, 고리 구조체의 일부분인 2개의 에폭사이드기와 에스테르 결합을 포함하는 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 2개의 에폭사이드기를 포함하고 그 중 하나가 고리 구조체의 일부분인 비닐사이클로헥센 디옥사이드, 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트 및 디사이클로펜타디엔 디옥사이드를 들 수 있다.
본 발명에서 상기 글리시딜에테르 에폭사이드는 상기 글리시딜에테르 에폭사이드 단독으로 또는 상기 비글리시딜에테르 에폭사이드와의 조합물로서 이용되는 것이 바람직하다. 이들 수지는 한 분자 당 1.2개의 에폭시기를 함유하는 글리시딜에테르 에폭사이드로부터 선택된다. 전술한 유형의 에폭시 수지로서는 비스페놀 A 수지가 바람직하다. 본 발명에 바람직한 비스페놀 A 수지를 예시하면 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판-에피클로로히드린 코폴리머를 들 수 있다. 본 발명에서 가장 바람직한 에폭시 수지는 비스페놀 F형 수지이다. 이들 수지는 통상적으로 1몰의 비스페놀 F형 수지와 2몰의 에피클로로히드린을 반응시켜 제조된다. 본 발명에서 더욱 바람직한 유형의 에폭시 수지로는 에폭시 노볼락 수지가 있다. 에폭시 노볼락 수지는 통상적으로 페놀 수지와 에피클로로히드린의 반응에 의해 제조된다. 본 발명에 바람직한 에폭시 노볼락 수지는 폴리(페닐글리시딜에테르)-co-포름알데히드이다. 아울러, 본 발명에서는 바이페닐형 에폭시 수지를 이용할 수 있다. 이 같은 유형의 수지는 통상적으로 바이페닐 수지와 에피클로로히드린의 반응에 의해 제조된다. 또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 추가의 에폭시 수지를 예시하면, 디사이클로펜타디엔-페놀 에폭시 수지, 나프탈렌 수지, 에폭시 관능성 부타디엔 아크릴로니트릴 코폴리머, 에폭시 관능성 폴리디메틸 실록산 및 그의 혼합물을 들 수 있다. 본 발명의 언더필 캡슐화제에 바람직한 에폭시 수지는 비스페놀 F형이다. 상업적으로 입수 가능한 비스페놀-F형 수지를 예시하면 CVC Specialty Chemicals(미국, 뉴저지주, 메이플 셰이드 소재)로부터 입수 가능한 상품명 8230E를 들 수 있다. 상업적으로 입수 가능한 비스페놀 A형 에폭시 수지를 예시하면 Resolution Technology로부터 입수 가능한 상품명 EPON 828을 들 수 있고, 비스페놀-A 및 비스페놀-F의 블렌드로서는 Nippon Chemical Company로부터 입수 가능한 상품명 ZX-1059가 있다.
본 발명의 선형 폴리안하이드라이드는 상기 솔더와 금속 패드를 연결하기 위해서, 비유동성 언더필 캡슐화제가 솔더의 융점보다 낮은 온도에서, 그리고 솔더의 융점보다 높은 온도에서 장시간 동안 저점도 상태를 유지하도록 하는데 충분한 조건에서 선택되어야 한다. 본 발명의 언더필 캡슐화제에 사용된 선형 폴리안하이드라이드는 다관능성이다. 본 발명의 수지를 이용한 개시 반응은 폴리머 무수물의사슬을 분해하는 반응으로서, 상기 반응을 통해 분자량이 감소한다. 전술한 반응은 하기의 다이어그램에 도시한다:
상기 다이어그램의 (1)단계에서는 촉매에 의해 선형 폴리안하이드라이드 사슬이 분해된다. 상기 도식에서 R은 탄소수 4 내지 10의 선형 폴리메틸렌 세그먼트(segment)이다. (2)단계에서는 통상의 카르복실레이트-에폭시 반응이 개시된다. 그리고, (3)단계에서는 상기 에폭시의 알콕사이드 이온이 다시 반응함으로써, 다른 폴리안하이드라이드 사슬이 분해된다. 이 같은 분해 반응을 통해 폴리안하이드라이드의 분자량을 감소시켜, 점도의 증가를 효과적으로 지연시킬 수 있다. 따라서, 경화 반응 시에 점도 증가를 지연시키지 않으면서, 본 발명의 조성물은 더 오랜 시간 동안 저점도 상태를 유지하게 된다. 분자량은 경화도가 증가할수록 필연적으로 증가하기 시작한다. 아울러, 상기 선형 폴리안하이드라이드는 용융제로서 작용한다. 본 발명에서는 상기 선형 폴리안하이드라이드로서, 세바스산의 탈수 반응을 통해 생성된 폴리세바스산 폴리안하이드라이드(PSPA: polysebacic polyanhydride)가 바람직하다. 상업적으로 입수 가능한 PSPA를 예시하면, Lonza, Inc.(Pasadena,Texas 소재)로부터 입수 가능한 Intermediates and Additives를 들 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 기타 선형 폴리안하이드라이드로서는 폴리아젤라산 폴리안하이드라이드 및 폴리아디프산 폴리안하이드라이드가 포함된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선형 폴리안하이드라이드를 포함하는 언더필 캡슐화제의 점도는 재유동화 중에, 경화 반응이 계속되면서 점도가 증가하는 솔더의 융점까지 감소한다. 도 2는 선형 폴리안하이드라이드를 포함하는 언더필 조성물과 비선형 폴리안하이드라이드를 포함하는 언더필 조성물을 반응성 측면에서 비교한 것으로서, 경화/재유동화 반응이 개시되는 단계에서의 점도 감소, 및 폴리안하이드라이드에 의한 솔더와 금속 패드의 용융 등과 같은 바람직한 점을 확인할 수 있다. 아울러, 도 1 및 도 2를 통해, 선형 폴리안하이드라이드를 갖는 제제는 점도가 급격히 상승하지 않으면서도 신속한 반응성을 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 이용되는 선형 폴리안하이드라이드의 바람직한 점으로는 증기압이 낮은 고체란 점을 들 수 있다. 따라서, 결정의 융점보다 높은 온도에서는 폴리안하이드라이드가 휘발하여 경화중인 언더필 내에 보이드(void)가 형성되는 경우가 거의 없다.
본 발명의 언더필 캡슐화제에는 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용되는 촉매로는 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸-이미다졸이 바람직하다. 상기 재료는 액상 이미다졸로서, 반응이 지연되도록 블로킹된 것 또는 보호된 것이 바람직하며, 상품명 CURIMID-DN으로서 Poly Organix, Inc.(Newburyport, Massachusetts 소재)로부터 상업적으로 입수 가능하다. 기타 유용한 촉매로서는 AMICURE 2PIP(Air Products & Chemicals, Allentown, Pennsylvania 소재), 알킬 치환된 이미다졸, 트리페닐포스핀, 이미다졸륨염, 이미다졸 포스페이트, 이미다졸염, 오늄 보레이트(onium borate), 금속 킬레이트 및 그의 화합물이 포함된다.
선형 폴리안하이드라이드를 포함하는 언더필 제제에서, 상기 선형 폴리안하이드라이드는 경화된 조성물에 가요성을 부여한다. 이러한 가요성은 CSP의 조립과 같은 해당 용도에 이용하는데 바람직하다. 보다 경질의 경화된 조성물은 열 충격 신뢰성 테스트에서 증가된 내구성을 필요로 하는 용도와 같은 해당 기타 용도에 바람직하다. 보다 경질인 조성물이 필요한 경우에는 높은 강성과 높은 유리 전이 온도를 얻기 위해, 제2의 무수물 또는 관능성이 큰 에폭시를 상기 제제에 배합하는 것이 바람직하다. 상기 제2 무수물로는 지환식 무수물이 바람직하고, 가장 바람직하게는 상품명 MHHPA로서 Lonza로부터 입수 가능한 메틸헥사-하이드로프탈산 무수물(MHHPAP: methylhexa-hydro phthalic anhydride)이다. 본 발명에서, 특히 유리 전이 온도를 증가시키는데 이용될 수 있는 기타 환형 무수물을 예시하면, 메틸테트라-하이드로프탈산 무수물, 나드산메틸 무수물, 헥사-하이드로프탈산 무수물, 테트라-하이드로프탈산 무수물, 프탈산 무수물, 도데실숙신산 무수물 또는 그의 혼합물을 들 수 있다. 선형 폴리안하이드라이드 및 환형 무수물을 둘 다 포함하는 언더필 캡슐화제 제제에서는 상기 선형 폴리안하이드라이드와 환형 무수물 성분의 비율이 양론비인 것이 바람직하다. 아울러, 상기 제제는 실질적으로, 너무 이른 시기에 점도가 상승함으로써, 또한 가교 반응이 가속화됨으로써 상기 선형 폴리안하이드라이드의 효과를 저해할 수 있는 반응성 종(species)을 포함하지 않아야 한다.
바람직한 물성을 갖는 조성물을 얻기 위해 상기 언더필 캡슐화제에 추가 성분을 첨가할 수 있다. 예를 들면, 일관능성의 반응성 희석제는 경화된 언더필의 물성에 바람직하지 않은 영향을 끼치지 않으면서, 점도 증가를 점진적으로 지연시킬 수 있다. 상기 희석제로서 알릴글리시딜에테르, 글리세롤디글리시딜에테르, 글리시딜에테르 또는 알킬, 부탄디오디디글리시딜에테르 및 그의 혼합물을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 p-tert-부틸-페닐글리시딜에테르가 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 상기 플립 칩 접합 공정과 후속하는 솔더 접합부의 재유동화 및 재료의 경화 반응 중에 불필요한 공정을 수행하지 않도록 하기 위해 계면활성제를 이용할 수 있다. 본 발명에 이용될 수 있는 각종 계면활성제를 예시하면, 유기 아크릴계 폴리머, 실리콘, 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머, 에틸렌디아민계 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머, 폴리올계 폴리옥시알킬렌, 지방산 알코올계 폴리옥시알킬렌, 지방산 알코올 폴리옥시알킬렌알킬에테르 및 그의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 바람직하다면, 커플링제, 폴리머 개질제(polymeric modifier) 및 기타 성분 역시 첨가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 언더필 제제는 에폭시 수지, 용융제로서 작용하는 선형 폴리안하이드라이드, 촉매 및 바람직하다면 계면활성제와 같은 기타 성분들을 포함한다. 본 발명의 언더필 제제는 약 25 내지 약 95 중량% 범위의 양으로 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 언더필 제제가 상기 에폭시 수지를 약 35 내지 약 65 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 언더필 제제는 용융제를 포함하는 선형 폴리안하이드라이드를 약 2 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 포함한다. 더욱 바람직하게는 상기 언더필 제제가 선형 폴리안하이드라이드 경화제를 약 5 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 상기 선형 폴리안하이드라이드는 50 ㎛ 미만의 입자 형태인 것이 바람직하다. 또한, 바람직하다면 본 발명의 언더필 제제에 추가 성분을 첨가할 수 있다. 본 발명의 바람직한 언더필 제제에는 약 0.05 중량% 내지 약 1.0 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 0.25 중량% 범위의 양으로 촉매가 첨가되고, 또한, 약 0 중량% 내지 약 0.75 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 0.6 중량% 범위의 양으로 계면활성제가 첨가된다.
다른 실시예로서, 상기 언더필 캡슐화제는 에폭시 수지, 선형 폴리안하이드라이드, 환형 무수물, 촉매 및 바람직하다면 계면활성제와 같은 추가 성분을 포함한다. 상기 언더필 제제는 약 25 중량% 내지 약 95 중량% 범위의 양으로 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 언더필 제제가 약 35 중량% 내지 약 65 중량% 범위의 양으로 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제제는 상기 선형 폴리안하이드라이드를 약 2 중량% 내지 약 40 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 언더필 제제가 상기 선형 폴리안하이드라이드를 약 5 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 상기 선형 폴리안하이드라이드는 50 ㎛ 미만의 입자 형태인 것이 바람직하다. 상기 언더필 제제는 상기 환형 무수물을 약 0 중량% 내지 약 45 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 언더필 제제가 상기 환형 무수물을 약 0 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 또한, 바람직하다면 본 발명의 언더필 제제에 추가 성분이 첨가될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 제제에 약 0.05 중량% 내지 약 1.0중량% 범위, 더욱 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 0.25 중량% 범위의 양으로 촉매를 첨가할 수 있고, 또한, 약 0 중량% 내지 약 0.75 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 0.6 중량% 범위의 양으로 계면활성제를 첨가할 수 있다.
이하의 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)
55 중량%의 Bis-F 에폭시 수지(8230E, CVC로부터 입수 가능함), 22 중량%의 폴리세바스산 폴리안하이드라이드(PSPA, Lonza로부터 입수 가능함), 22 중량%의 메틸헥사하이드로프탈산 무수물(MHHPA, Lonza로부터 입수 가능함), 촉매로서 0.2 중량%의 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸-이미다졸(Poly Organix,Inc.로부터 입수 가능함) 및 0.4 중량%의 계면활성제를 포함하는 언더필 제제 조성물을 제형화하였다. 스테인리스강관에 비스페놀-F 에폭시 수지를 첨가하여 상기 조성물을 제조하였다. 그런 다음, 기계적인 교반과 함께 MHHPA를 첨가하였다. 상기 PSPA를 교반하면서, 입자 크기가 20 ㎛ 미만인 미세화 분말의 형태로 첨가하였다. 상기 조성물의 온도를 약 20 내지 25℃로 조정한 다음, 상기 이미다졸 촉매를 첨가하였다. 이어서, 상기 계면활성제를 첨가하였다. 상기 조성물을 약 15분간 혼합한 뒤, 진공시켰다.
상기 조성물을 경화시키기 전에 테스트를 수행하여, 그 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1: 경화되지 않은 언더필 캡슐화제의 물성
물성 테스트 방법 수치 범위
화합물 유형 에폭시
외양 육안 관찰 가능 반투명, 회백색(off-white)
밀도 ASTM-D-792 1.18 g/㎤
브룩필드점도(Brookfield viscosity) ASTM-D-239310 rpm #4 3.5 Pa.s3,500 cP
경화된 언더필 캡슐화제의 물성을 표 2에 나타낸다.
표 2: 경화된 언더필 캡슐화제의 물성
물성 테스트 방법 수치 범위
물 흡수 24시간 끓음 ASTM-D-570-81 ＜2.0%
열팽창 계수 ASTM-D-3386 75×10-6/℃
유리 전이 온도 ASTM-D-3418 60℃
추출 가능한 이온Cl-Na+K+ 24 시간 추출, 끓는 물 ＜20 ppm＜10 ppm＜10 ppm
25℃에서의저장 탄성률 3점 굽힘 시험(1 ㎐) 2.4 ㎬
200×300 mil CSP를 60 mil 인쇄 와이어 기판에 부착하는데 이용된 상기 경화된 언더필 캡슐화제에 대한 성능 및 신뢰성 데이터를 표 3에 나타낸다. 상기 언더필 재료의 존재 하에 OSP 코팅된 구리 상에 복수 개의 구형 솔더(solder sphere)를 설치하고, 그 조립체를 150℃에서 2.25분간, 그리고 220℃에서 1분간 표준 재유동화 조건 하에 두어, 용융 및 분산을 통해 구리에 연결될 수 있는 땜납 구의 백분율을 측정하여, 솔더링 수율(soldering yield)을 구하였다.
표 3: 경화된 언더필 캡슐화제의 성능 및 신뢰성
물성 테스트 방법 수치
솔더링 수율 표준 재유동화 100%
신뢰성(200×300 CSP) -55℃ 내지 +125℃열 충격 ＞1000회의 충격 사이클
(실시예 2 내지 실시예 5)
실시예 1에 기재된 방법에 따라 실시예 2 내지 실시예 5의 언더필 조성물을 제조하였다. 각각의 언더필 재료의 조성을 표 4에 타나낸다.
표 4: 언더필 캡슐화제의 조성
재료 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
부(part)
비스페놀-F/비스페놀 A의 에폭시 블렌드 39 37 59 51
에폭시 말단화된 다이머 산 12
에폭시 관능성 CTBN 15
에폭시 관능성 CTBN(반응성 희석제를 함유함) 26
폴리세바스산 폴리안하이드라이드 18 17 36
비선형 폴리안하이드라이드 49
MHHPA 18 17 0 0
이미다졸 촉매 0.2 0.2 1 0.2
실시예 2 내지 실시예 5에 따른 각각의 언더필 캡슐화제의 물성을 표 5에 나타낸다.
표 5: 언더필 캡슐화제의 물성
물성 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
점도, cP 12,000 5,500 14,000 11,000
경화된 언더필의 저장 탄성률 (㎫) 800 1,100 200 N/D
경화 개시점 155 188 110 135
재유동화 반응 중의 수율(%) 100 100 100 0
상기 실시예를 통해 각종 상이한 에폭시 유형을 이용하여 높은 솔더링 수율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 5를 통해 퍼센트 수율에 대한 비선형 폴리안하이드라이드의 부정적 효과를 확인할 수 있다.

Claims (39)

  1. a) 1종 이상의 에폭시 수지;
    b) 1종 이상의 선형 폴리안하이드라이드; 및
    c) 1종 이상의 촉매
    를 포함하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 비닐사이클로헥산 디옥사이드, 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 디사이클로펜타디엔 디옥사이드, 비스페놀 A 수지, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판-에피클로로히드린 코폴리머, 비스페놀 F형 수지, 에폭시 노볼락 수지, 폴리(페닐글리시딜에테르)-co-포름알데히드, 바이페닐형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔-페놀 에폭시 수지, 나프탈렌 에폭시 수지, 에폭시 관능성 부타디엔 아크릴로니트릴 코폴리머, 에폭시 관능성 폴리디메틸 실록산 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가, 1분자 당 1.2개 이상의 에폭시 수지를 함유하는 비스페놀-F 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 상기 캡슐화제에 대해 약 25 중량% 내지 약 95 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 상기 캡슐화제에 대해 약 35 중량% 내지 약 65 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지와 비스페놀 F형 에폭시 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 폴리세바스산 폴리안하이드라이드, 폴리아젤라산 폴리안하이드라이드, 폴리아디프산 폴리안하이드라이드 또는 그의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 폴리세바스산 폴리안하이드라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 상기 캡슐화제에 대해 약 2 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 상기 캡슐화제에 대해 약 5 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 촉매가 이미다졸인 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이미다졸이 반응이 지연되도록 블로킹되거나 또는 보호된 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 촉매가 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸-이미다졸, 알킬 치환된 이미다졸, 트리페닐포스핀, 이미다졸륨염, 이미다졸 포스페이트, 오늄 보레이트, 금속 킬레이트 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 촉매가 상기 캡슐화제에 대해 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 촉매가 상기 캡슐화제에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 0.25 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐화제가 계면활성제, 커플링제, 반응성 희석제, 폴리머 개질제 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 계면활성제가 유기 아크릴계 폴리머, 실리콘, 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머, 에틸렌디아민계 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머, 폴리올계 폴리옥시알킬렌, 지방산 알코올계 폴리옥시알킬렌, 지방산 알코올 폴리옥시알킬렌알킬에테르 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 반응성 희석제가 p-tert-부틸-페닐-글리시딜에테르, 알릴글리시딜에테르, 글리세롤 디글리시딜에테르, 글리시딜에테르 또는 알킬, 부탄디오디글리시딜에테르 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  19. 제2항에 있어서,
    환형 무수물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 환형 무수물이 지환식 무수물인 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 환형 무수물이 메틸헥사-하이드로프탈산 무수물, 메틸테트라-하이드로프탈산 무수물, 나드산메틸 무수물, 헥사-하이드로프탈산 무수물, 테트라-하이드로프탈산 무수물, 도데실숙신산 무수물, 프탈산 무수물 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 환형 무수물이 상기 캡슐화제에 대해 약 0 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 상기 캡슐화제에 대해 약 25 중량% 내지 약 95 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 상기 캡슐화제에 대해 약 35 중량% 내지 약 65 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 비닐사이클로헥산 디옥사이드, 3,4-에폭시-6-메틸사이클로헥실메틸-3,4-에폭시사이클로헥산 카르복실레이트, 디사이클로펜타디엔 디옥사이드, 비스페놀 A 수지, 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판-에피클로로히드린 코폴리머, 비스페놀 F형 수지, 에폭시 노볼락 수지, 폴리(페닐글리시딜에테르)-co-포름알데히드, 바이페닐형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔-페놀 에폭시 수지, 나프탈렌 에폭시 수지, 에폭시 관능성 부타디엔 아크릴로니트릴 코폴리머, 에폭시 관능성 폴리디메틸 실록산 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 에폭시 수지가 비스페놀 A형 수지와 비스페놀 F형 수지의 혼합물인 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 폴리세바스산 폴리안하이드라이드, 폴리아젤라산 폴리안하이드라이드, 폴리아디프산 폴리안하이드라이드 또는 그의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 폴리세바스산 폴리안하이드라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 50 ㎛ 또는 그 미만의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 상기 캡슐화제에 대해 약 2 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 선형 폴리안하이드라이드가 상기 캡슐화제에 대해 약 5 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  32. 제20항에 있어서,
    상기 촉매가 이미다졸인 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 이미다졸이 반응성이 지연되도록 블로킹되거나 또는 보호된 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  34. 제20항에 있어서,
    상기 촉매가 1-시아노에틸-2-에틸-4-메틸-이미다졸, 알킬 치환된 이미다졸, 트리페닐포스핀, 이미다졸륨염, 이미다졸 포스페이트, 오늄 보레이트, 금속 킬레이트 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 촉매가 상기 캡슐화제에 대해 약 0.05 중량% 내지 약 1 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 촉매가 상기 캡슐화제에 대해 약 0.1 중량% 내지 약 0.25 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  37. 제20항에 있어서,
    상기 캡슐화제가 계면활성제, 커플링제, 반응성 희석제, 폴리머 개질제 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 계면활성제가 유기 아크릴계 폴리머, 실리콘, 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머, 에틸렌디아민계 폴리옥시에틸렌/폴리옥시프로필렌 블록 코폴리머, 폴리올계 폴리옥시알킬렌, 지방산 알코올계 폴리옥시알킬렌, 지방산 알코올 폴리옥시알킬렌알킬에테르 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 반응성 희석제가 p-tert-부틸-페닐-글리시딜에테르, 알릴글리시딜에테르, 글리세롤 디글리시딜에테르, 글리시딜에테르 또는 알킬, 부탄디오디글리시딜에테르 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 비유동성 언더필 캡슐화제 재료.
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