KR20050029114A - 전자 장치의 제조 동안의 부착력 생성 방법 - Google Patents

전자 장치의 제조 동안의 부착력 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두개의 기판을 플라즈마 처리한 다음, 기판을 접촉시키는 것을 포함하는 부착력 생성 방법에 관한 것이다. 당해 방법은 다양한 건조 표면에 사용할 수 있다. 당해 방법은 경화 실리콘과 같은 비부착력 표면을 세라믹 또는 반도체와 부착시키는 데 사용된다.

Description

전자 장치의 제조 동안의 부착력 생성 방법{Method for creating adhesion during fabrication of electronic devices}
본 발명은 일반적으로 부착 특성을 나타내지 않는 물질의 부착력 생성 방법에 관한 것이다. 당해 물질은 중합체성 물질 및 기판을 포함한다. 중합체성 물질은 전자 장치의 두개의 성분, 예를 들면, 집적 회로 칩과 칩 캐리어를 연결하는데 사용할 수 있다.
중합체는 광범위한 범위의 기술의 적용에서 발견되지만, 모든 중합체 물질이 우수한 부착력을 갖기 위해 요구되는 물리적 및 화학적 특성을 갖는 것은 아니다. 플라즈마 처리는 중합체 표면을 개질하여 부착력을 개선시키면서 벌크 물질의 목적하는 특성을 유지하는 하나의 방법이다.
중합체성 물질을 유사한 물질에 부착하는 것은 플라즈마, 코로나, 유전체 방전 배리어 또는 결합 공정 동안 연속적인 열처리를 하거나 하지 않은 화염 처리에 의해 개선될 수 있다. 이러한 예는 열 및 압력 처리하에서 자체 또는 서로 적층되어 결합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌의 필름이다. 부착 메카니즘은 런던 분산력 및 수소 결합의 물리흡착 특성이다. 이들 부착 결합은 물 또는 유기 용매와 같은 외부 제제의 효과에 민감하고, 내구성이 열악할 수 있다. 플라즈마 처리된 표면에 관련된 다른 시스템은 폴리비닐 클로라이드 및 중합체 직물과 같은 덜 습윤한 표면의 플라즈마 처리 후 표면 화학 변화에 집중시켰다.
부착력을 개선시키는 방법은 경화되지 않은 상태의 습윤성 또는 부착성 제형을 처리된 표면에 적용하고, 이후에 제형을 경화시키는 기판의 플라즈마 처리이다. 예를 들면, 실록산-폴리이미드 중합체의 두개 층을 결합시키는 하나의 방법은 제2 층에 스핀 피복을 적용하기 전에 제1 층을 플라즈마를 사용하여 에칭(또는 세척)하여 결합시킴을 포함한다. 이러한 방법은 건조 부착력이 제공되지 않는 결점이 있다. 플라즈마 처리는 염산 또는 설포 크롬산 용액으로 화학 처리하는 유사한 방법으로 기판을 표면 처리하는 선택적인 방법으로서 사용된다. 표면 화학 처리는 또한 결합을 개선하기 위해 제안되었다. 브롬수로 경화 실리콘 고무를 에칭 처리하여 낮은 에너지 표면에서 높은 에너지 표면으로 되게 하는 데, 여기서 다양한 경화 가능한 중합체성 시스템이 직접적으로 경화되고 결합될 수 있다. 이러한 방법은 취급 및 위험물과 독성 물질의 처리에 관련된 다수의 단점이 있다.
전자공학 적용에서 플라즈마 처리를 사용하는 부착력 개선 방법이 기재되어 있다. 예를 들면, 캡슐화제와 IC 칩 사이 및 캡슐화제와 칩 캐리어 사이의 부착력을 개선시키는 방법은 IC 칩 또는 칩 캐리어 중의 하나를 플라즈마 처리하는 것이다. 또다른 방법은 열가소성 기판을 플라즈마 표면 개질하여 부가 경화 가능한 실리콘 접착제에 부착력을 증진시키는 것이다. 이들은 둘 다 습윤 적용(즉, 경화되지 않은 캡슐화제 조성물을 플라즈마-개질된 표면에 적용하고 경화시킴)이다. 또다른 방법은 액정 디스플레이에서의 점착제 층의 코로나 또는 플라즈마 처리는 점착제와 극성 시이트 또는 위상 이동 시이트 사이의 부착력을 증진시킨다고 기재하고 있다. 그러나, 이들 중 어떠한 방법도 비부착성 표면 사이에 부착력을 생성시키지 못한다.
플라즈마 표면 처리는 또한 금속 침전 또는 적층화에 사용된다. 하나의 방법은 플루오로-중합체의 플라즈마 처리가 가열 증발, 무전해 침전 또는 가열 빔 증발에 의해 금속 침전을 증진시킬 수 있는 것으로 기재하고 있다. 또다른 방법은 합성 수지의 절연 기저 필름, 금속 박 및 실리콘 접착제 층으로 이루어진 적층체가 부착 결합되기 전에 기저 필름의 플라즈마 표면 처리를 적용하여 제조될 수 있는 것으로 기재되어 있다. 이들 방법은 플라즈마를 사용하여 두개의 건조 표면 사이의 부착력을 생성시키지 않는 결점이 있다.
발명의 요약
본 발명은 부착력 생성 방법에 관한 것이다. 당해 방법은 전자 장치 또는 전자 장치 패키지의 제조 동안 사용될 수 있다. 당해 방법은
(a) 중합체성 물질을 플라즈마 처리하고,
(b) 부착물을 플라즈마 처리한 다음,
(c) 중합체성 물질과 부착물을 접촉시킴으로써, 중합체성 물질과 부착물이 부착됨을 포함한다.
모든 양, 비 및 퍼센트는 달리 나타내지 않는 한 중량을 기준으로 한다. 다음은 본원에 사용되는 정의 목록이다.
정의
"하나"는 하나 또는 그 이상을 의미한다.
"배합물"은 두개 이상의 물질이 임의의 수단 또는 방법으로 함께 배합된 것을 나타낸다.
"경화"는 분자를 보다 큰 분자에 가교결합하여 함께 결합시켜 분자 이동을 제한하는 화학적 방법의 실질적인 완성이다.
"비부착력"은 중합체성 물질이 일반적으로 처리 없이 기판에 부착될 수 없는 것을 의미한다.
"플라즈마 처리"는 기판을 외부에서 적용되는 에너지 형태에 의해 활성화된 기체 상태에 노출시키는 것을 의미하고, 이에 제한되는 것은 아니지만, 코로나 방전, 유전체 배리어 방전, 화염, 저압 글로 방전(low pressure glow discharge) 및 대기 글로 방전 처리를 포함한다. 플라즈마 처리에 사용되는 기체는 공기, 암모니아, 아르곤, 이산화탄소, 일산화탄소, 헬륨, 수소, 크립톤, 네온, 질소, 일신화질소, 산소, 오존, 수증기, 이의 배합물 및 기타 물질일 수 있다. 또한, 다른 보다 반응성인 기체 또는 증기는 공정 적용 압력에서 일반적인 기체 상태로 사용할 수 있거나, 그밖의 액체(예를 들면, 헥사메틸디실록산, 사이클로폴리디메틸실록산, 사이클로폴리하이드로겐메틸실록산, 사이클로폴리하이드로겐메틸-코-디메틸실록산, 반응성 실란, 이의 배합물 및 기타 물질) 상태로부터 적합한 장치를 사용하여 증발될 수 있다.
방법
본 발명은 중합체성 물질과 기판 사이의 부착력 생성 방법에 관한 것이다. 당해 방법은 전자 장치 또는 전자 장치 패키지의 제조 동안 사용될 수 있다. 본 발명의 하나의 양태에서, 당해 방법은
(a) 중합체성 물질을 플라즈마 처리하고,
(b) 기판의 플라즈마 처리,
(c) 반도체의 플라즈마 처리,
(d) 중합체성 물질과 기판의 접촉 및
(e) 반도체와 중합체성 물질의 접촉을 포함한다.
본 발명의 하나의 양태에서, 단계(a), (b), (c), (d) 및 (e)는 하기의 임의의 순서로 수행될 수 있다: abcde, acbde, abced, acbed, bacde, baced, bcade, bcaed, cabde, cabed, cbade, cbaed, abdce, badce, acebd, caebd, abdace, badace, abdcae, badcae, aceabd, caeabd, acebad 또는 caebad. 당해 기술분야의 숙련가들은 반도체 및 기판이 둘 다 중합체성 물질에 결합되는 경우, 중합체성 물질의 플라즈마 처리가 한번 이상 수행될 수 있다는 것을, 즉 단계(a)를 반복하여 처리하여 수행할 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 예를 들면, 하나의 양태에서, 플라즈마 처리를 중합체성 물질 및 기판에서 수행하고, 중합체성 물질과 기판을 접촉시킨다. 이어서, 플라즈마 처리를, 기판과 접촉시키기 보다는, 반도체 및 중합체성 물질의 다른 표면에서 개별적으로 수행한다. 이어서, 중합체성 물질과 기판을 접촉시킨다. 플라즈마 처리를 중합체성 물질의 표면 전부 또는 일부, 기판 또는 반도체에서 수행할 수 있다.
또한, 단계(a), (b) 및 (c)는 동시에 수행할 수 있고, 이후에 단계(d) 및 (e)를 임의의 순서로 수행한다. 또한, 단계(a), (b) 및 (c)를 임의의 순서로 수행하고, 이후에 단계(d) 및 (e)를 동시에 수행한다. 또한, 단계(a), (b) 및 (c)를 동시에 수행하고, 이후에 단계(d) 및 (e)를 동시에 수행한다.
본 발명의 하나의 양태에서, 플라즈마 처리 후 가능한 신속하게 중합체성 물질을 기판 및 임의의 반도체와 접촉시킨다. 또다른 양태에서, 중합체성 물질, 기판 및 임의로 반도체를 단계(d), 단계(e) 또는 이들 단계 둘 다에서 접촉시키기 전에 임의로 각각 독립적으로 저장할 수 있다. 본 발명의 하나의 양태에서, 중합체성 물질을 0시간 이상, 선택적으로 1시간 이상, 선택적으로 2시간 이상 동안 플라즈마 처리 후 저장할 수 있다. 중합체성 물질을 48시간 이하, 선택적으로 24시간 이하, 선택적으로 8시간 이하, 선택적으로 4시간 이하 동안 플라즈마 처리 후 저장할 수 있다. 동일한 저장 조건은 기판 및 반도체에서 독립적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에서, 부착력은 단계(d) 및 (e)를 수초 동안 실온에서 수행하여 수득할 수 있다. 본 발명의 선택적인 양태에서, 단계(d), 단계(e) 또는 이들 단계 둘 다를 승온, 승압 또는 둘 다에서 수행한다. 단계(d), 단계(e) 또는 이들 단계 둘 다에서 선택되는 정확한 조건은 당해 방법의 특정 용도를 포함하는 다양한 요인에 좌우될 수 있다. 그러나, 접촉 단계 동안 온도는 15℃ 이상, 선택적으로 20℃ 이상, 선택적으로 100℃ 이상일 수 있다. 접촉 동안 온도는 400℃ 이하, 선택적으로 220℃ 이하일 수 있다. 접촉 동안 압력은 10MPa(megaPascal) 이하, 선택적으로 1MPa 이하일 수 있다. 접촉 동안 압력은 0.1MPa 이상이다. 접촉 시간은 0.1초 이상, 선택적으로 1초 이상, 선택적으로 5초 이상, 선택적으로 20초 이상일 수 있다. 접촉 시간은 24시간 이하, 선택적으로 12시간 이하, 선택적으로 30분 이하, 선택적으로 30초 이하일 수 있다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 당해 방법은
(a) 중합체성 물질을 플라즈마 처리하고,
(b) 부착물을 플라즈마 처리한 다음,
(c) 중합체성 물질과 부착물을 접촉시킴으로써, 중합체성 물질과 부착물 사이에 부착력을 생성시킨다.
이러한 양태에서, 부착물은 반도체 또는 기판일 수 있다. 이러한 양태에서, 당해 방법은 임의로 단계(a) 후 및 단계(c) 전에 중합체성 물질을 저장하거나, 단계(b) 후 및 단계(c) 전에 부착물을 저장하거나, 또는 이들 과정 둘 다에서 저장함을 추가로 포함할 수 있다.
단계(a) 및 (b)를 임의의 순서로 수행할 수 있고, 상기와 같은 동일한 플라즈마 처리 조건, 접촉 조건 및 임의의 저장 조건을 적용할 수 있다.
이러한 양태에서, 단계(a) 및 (b)는 동시에 또는 연속적으로 임의의 순서로 수행할 수 있다. 이러한 양태에서, 단계(a), (b) 및 (c)는 임의로 한번 이상 반복할 수 있다. 이러한 방법은 전자 장치 또는 전자 장치 패키지의 제조 동안 사용될 수 있거나, 이러한 방법은 다른 목적으로 보다 광범위하게 사용될 수 있다. 이러한 방법의 용도는 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 방법은 부착력을 생성하고, 예를 들면, 참조 실시예 5의 다이 전단 강도 시험에서 0.1MPa의 힘을 적용한 경우 부착물이 중합체성 물질에서 떨어지지 않는다. 부착물의 정확한 양은 중합체성 물질 및 선택되는 부착물, 선택된 플라즈마 처리 조건 및 선택된 접촉 조건에 좌우되어 가변적일 수 있다. 그러나, 하기 참조 실시예 6에 따른 다이 전단 강도에 의해 측정된 부착력은 0.2MPa 이상, 선택적으로 0.3MPa 이상, 선택적으로 0.5MPa 이상, 선택적으로 1MPa 이상, 선택적으로 1.5MPa 이상, 선택적으로 2MPa 이상, 선택적으로 2.5MPa 이상, 선택적으로 5MPa 이상일 수 있다.
중합체성 물질
본 발명에서 사용되는 중합체성 물질은 당해 방법, 예를 들면, 플라즈마 처리 직전에 사용되는 경우 비부착력이다. 중합체성 물질은 상대적으로 낮은 모듈러스를 갖는다(예를 들면, 기판 또는 반도체보다 낮은 모듈러스). 모듈러스는 선택된 정확한 중합체성 물질, 중합체성 물질에 부착될 수 있는 부착물 및 기타 물질을 포함하는 여러가지 요인에 좌우되어 가변적일 수 있다. 그러나, 모듈러스는 0.1MPa 이상, 선택적으로 1MPa 이상일 수 있다. 모듈러스는 300MPa 이하, 선택적으로 400MPa 이하, 선택적으로 1GPa(gigaPascal) 이하, 선택적으로 5GPa 이하일 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에서, 중합체성 물질은 열경화성 또는 열가소성 물질이다. 중합체성 물질은 실리콘, 유기 물질, 실리콘 유기 물질 공중합체 또는 이의 배합물일 수 있다. 열경화 물질은 유기물질인 연질 에폭시, 및 실리콘일 수 있는 탄성체, 유기 물질 또는 실리콘 유기 물질-공중합체를 포함한다. 열가소성 물질은 위상 변화 물질, 예를 들면, 실리콘-유기 물질 공중합체 왁스 및 유기 물질, 예를 들면, 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌), 폴리이미드, 페놀계 물질, 이의 배합물 또는 기타 물질을 포함한다.
본 발명의 하나의 양태에서, 중합체성 물질은 경화 실리콘, 예를 들면, 경화 실리콘 수지, 경화 실리콘 탄성체, 경화 실리콘 고무, 이의 배합물 및 기타 물질이다. 적합한 경화 실리콘 수지는 T, DT, MT, MQ 수지, 이의 배합물 및 기타 물질을 포함한다. 경화 실리콘 고무 및 이의 제조방법은, 예를 들면, 문헌[참조: W. Lynch, Handbook of Silicone Rubber Fabrication, Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1978]에 공지되어 있다. 경화 실리콘 탄성체는 당해 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제4,753,978호 및 제5,110,845호에 경화 실리콘 탄성체 및 이의 제조방법이 기재되어 있다.
경화 실리콘은 경화 가능한 실리콘 조성물을 경화하여 제조할 수 있다. 경화 가능한 실리콘 조성물은 당해 기술분야에 공지되어 있다. 경화 가능한 실리콘 조성물 및 이의 경화방법의 예는 미국 특허 제4,766,176호; 제5,017,654호; 및 제5,977,226호에 제시되고 기재되어 있는 조성물을 포함한다. 경화 실리콘은 부착 촉진제로 제형화된 실리콘 조성물로부터 제조될 수 있으나, 부착 촉진제를 필요로 하지 않는다.
조성물의 경화 방법은 중요하지 않고, 경화 메카니즘, 예를 들면, 축합 반응; 첨가 반응; 자외선 방사 개시 반응 및 자유 라디칼 개시 반응을 포함할 수 있다는 것이 당해 기술분야의 숙련가들에게 공지되어 있다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 중합체성 물질은 경화 유기 물질, 예를 들면, 경화 유기 수지, 경화 유기 탄성체, 경화 유기 중합체, 이의 배합물 및 기타 물질이다. 적합한 경화 유기 수지는 경화 에폭시 수지이다. 적합한 경화 유기 탄성체는 폴리우레탄을 포함한다. 적합한 경화 유기 중합체는 에폭시, 폴리이미드, 폴리이미드 공중합체, 이의 배합물 및 기타 물질을 포함한다. 적합한 경화 유기 중합체는 당해 기술분야에 공지되어 있고, 예를 들면, 문헌[참조: "Chip Scale Packaging for Memory Devices, "Y. Akiyama, A. Nishimura, I. Anjoh and A. Nagai, IEEE Electronic Components and Technology Conference, 1999]에 기재되어 있다.
적합한 실리콘-유기 물질 공중합체는 실라릴렌, 폴리디메틸실록산-개질된 폴리이미드 또는 폴리아미드를 사용하는 납-온-칩[Lead-on-Chip(LOC)] 테이프를 포함한다. 실리콘-유기 물질 공중합체는 당해 기술분야에 공지되어 있고, 문헌[참조: "Advances in Materials Research in Japan, "Phase IV, Report 2. Polymer materials for Advanced Microelectronics Technology, June 2000, Techno Alliance Corporation, Tokyo, Japan]에 기재되어 있다.
경화 중합체성 물질을 본 발명에서 사용할 수 있다. 습윤(비경화) 또는 부분 경화(예를 들면, B-스테이지) 물질을 사용하는 방법과 대조적으로, 당해 방법은 경화 실리콘, 경화 유기 물질 및 경화 실리콘-유기 물질 공중합체의 부착력을 다양한 부착물로 생성시킬 수 있다.
중합체성 물질은 다양한 형태를 가질 수 있다. 중합체성 물질은 연속적인 형태, 예를 들면, 시이트 또는 필름일 수 있다. 또한, 중합체성 물질은 비연속적인 형태, 예를 들면, 다수의 편평한 패드 또는 반구 덩어리 또는 울퉁불퉁한 덩어리일 수 있다.
기판
당해 방법에 사용되는 기판은 특별히 제한되지 않는다. 선택된 기판은 상기한 방법의 용도, 예를 들면, 제조되는 전자 장치 또는 전자 장치 패키지 유형을 포함하는 다양한 요인에 좌우될 수 있다. 기판은 전자 장치 또는 전자 장치 패키지의 제조에 사용되는 임의의 물질일 수 있다. 기판은, 예를 들면, 통상적으로 전자 장치 패키지에 사용되는 세라믹 기판, 연성 기판 또는 강성 기판일 수 있다. 적합한 기판의 예는 세라믹, 금속, 금속-피복 표면, 중합체(즉, 상기한 중합체 물질을 제외), 이의 배합물 및 기타 물질을 포함한다.
금속 및 금속 피복물은 알루미늄, 크롬, 구리, 금, 납, 니켈, 백금, 땜납, 스테인레스 스틸, 주석, 티타늄, 이의 합금, 이의 배합물 및 기타 물질을 포함한다.
세라믹은 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 산화규소, 규소 옥시니트라이드, 이의 배합물 및 기타 물질; 선택적으로 질화알루미늄, 산화알루미늄, 탄화규소, 규소 옥시니트라이드 및 이의 배합물을 포함한다.
중합체는 벤조사이클로부텐, 비스말레이미드, 시아네이트, 에폭시, 폴리벤즈옥사졸, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리페닐렌 에테르, 폴리비닐리덴 클로라이드, 이의 배합물 및 기타 물질을 포함한다.
반도체
반도체는 당해 기술분야에 공지되어 있고, 시판되며, 문헌[참조: J. Kroschwitz, ed.,"Electronic Materials", Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed., vol. 9, pp. 219-229, John Wiley & Sons, New York, 1994]에 기재되어 있다. 통상적인 반도체는 규소, 규소 합금 및 비소화갈륨을 포함한다. 반도체는 임의의 편리한 형태, 예를 들면, 피복되지 않은 다이, 칩, 예를 들면, IC 칩 또는 웨이퍼일 수 있다.
플라즈마 처리
비부착성 물질의 플라즈마 처리는 비부착성 물질의 표면 특성을 비부착성에서 부착성으로 변환시킨다. 다양한 유형의 플라즈마 처리는 코로나 방전 처리, 유전체 배리어 방전 처리 및 글로 방전 처리를 포함하는 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 글로 방전 처리는 저압 글로 방전 또는 대기압 글로 방전으로부터 선택된 플라즈마를 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명의 하나의 양태에서, 플라즈마 처리는 연속 또는 펄스 방법으로 저압 글로 방전 플라즈마에 의해 수행된다. 이는 본질적으로 배치식 방법이다. 또한, 플라즈마 처리는 대기압에서 적합한 대기 플라즈마 장치를 사용하는 연속 방법으로 수행될 수 있다. 다른 플라즈마 처리가 또한 사용될 수 있다. 당해 기술분야의 숙련가들은 부적절한 실험을 하지 않고도 적합한 플라즈마 처리를 선택할 수 있다. 플라즈마 처리는 당해 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 문헌[참조: 미국 특허 제4,933,060호 및 제5,357,005호 및, T. S. Sudarshan, ed., Surface Modification Technologies, An Engineer's Guide, Marcel Dekker, Inc. , New York, 1989, Chapter 5, pp. 318-332 and 345-362]에 플라즈마 처리방법이 기재되어 있다.
플라즈마 처리의 정확한 조건은 중합체성 물질, 기판 및 반도체의 선택; 플라즈마 처리와 접촉 사이의 저장 시간; 사용되는 플라즈마 처리방법; 사용되는 플라즈마 챔버 디자인; 및 기타 요인을 포함하는 다양한 요인에 좌우되어 가변적일 수 있다. 그러나, 플라즈마 처리는 대기압 이하의 압력에서 수행할 수 있다. 플라즈마 처리는 0.05torr 이상, 선택적으로 0.78torr 이상, 선택적으로 1.5torr 이상의 압력에서 수행할 수 있다. 플라즈마 처리는 10torr 이하, 선택적으로 3torr 이하의 압력에서 수행할 수 있다. 압력이 매우 높은 경우, 플라즈마 처리는 개시되지 않을 수 있다.
플라즈마 처리 시간은 처리되는 물질, 선택되는 접촉 조건, 플라즈마 처리 방법(예를 들면, 배치식 대 연속식) 및 플라즈마 장치의 설계를 포함하는 다양한 요인에 좌우된다. 플라즈마 처리는 물질의 표면을 충분히 반응성으로 처리하기에 충분한 시간 동안 수행하여 부착 결합을 형성한다. 플라즈마 처리는 0.001초 이상, 선택적으로 0.002초 이상, 선택적으로 0.1초 이상, 선택적으로 1초 이상, 선택적으로 5초 이상의 시간 동안 수행한다. 플라즈마 처리는 30분 이하, 선택적으로 1분 이하, 선택적으로 30초 이하로 수행한다. 통상적인 규모 공정의 효율을 위해 플라즈마 처리 시간을 최소로 하는 것이 바람직할 수 있다. 처리 시간이 너무 길면 처리된 물질의 일부가 비부착력 또는 덜한 부착력이 될 수 있다.
플라즈마 처리에 사용되는 기체는, 예를 들면, 공기, 암모니아, 아르곤, 이산화탄소, 일산화탄소, 헬륨, 수소, 질소, 일산화질소, 산소, 오존, 수증기, 이의 배합물 및 기타 물질일 수 있다. 또한, 기체는 공기, 아르곤, 이산화탄소, 일산화탄소, 헬륨, 질소, 일산화질소, 오존, 수증기 및 이의 배합물로부터 선택할 수 있다. 또한, 기체는 공기, 아르곤, 이산화탄소, 헬륨, 질소, 오존 및 이의 배합물로부터 선택할 수 있다. 선택적으로, 다른 보다 반응성인 유기 기체 또는 증기가 공정 적용 압력에서 기체의 정상 상태에서 사용할 수 있거나, 그밖의 액체(예를 들면, 헥사메틸디실록산, 사이클로폴리디메틸실록산, 사이클로폴리하이드로겐메틸실록산, 사이클로폴리하이드로겐메틸-코-디메틸실록산, 반응성 실록산, 이의 배합물 및 기타물질) 상태로부터 적합한 장치를 사용하여 증발될 수 있다.
당해 기술분야의 숙련가들은 부적절한 실험을 하지 않고도 상기한 지시 및 하기의 실시예에 따라 적합한 플라즈마 처리 조건을 선택할 수 있다.
사용 방법
상기한 방법은 증기 또는 액체 상태의 물의 존재 또는 부재하의 열 처리, 또는 기계적인 응력에 저항하는 부착성 결합을 제공하는 데 사용될 수 있다. 부착 특성은 서로 다른 부분을 유지하는 데 사용할 수 있고, 그렇지 않으면 다중 단계에 적용된 부착 기술이 필요하다.
또한, 당해 방법은 전자 장치 및 전자 장치 패키지의 제조 동안 사용될 수 있다. 전자 장치 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 전자 장치는 칩 온 보드(COB)일 수 있고, 여기서, 반도체는 IC 칩이고, 기판, 예를 들면, 인쇄 배선 기판(PWB) 또는 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 개시된다. COB 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있다[참조: Basic Integrated Circuit Technology Reference Manual, R. D. Skinner, ed., Integrated Circuit Engineering Corporation, Scottsdale, Arizona, Chapter 3].
본 발명의 하나의 양태에서, 당해 방법은 임의의 전자 장치 패키치를 제조하는 데 사용될 수 있고, 여기서 IC 칩과 같은 반도체를 기판, 예를 들면, 칩 캐리어에 부착한다. 예를 들면, 당해 방법은 칩 캐리어를 중합체성 물질에 결합하여 삽입물을 형성하는 데 사용될 수 있다. 당해 방법은 또한 중합체성 물질을 칩 캐리어에 결합하기 전 또는 후에 IC 칩을 중합체성 물질에 결합하는 데 사용할 수 있다. 또한, 당해 방법은 IC 칩을 중합체성 물질에만 결합하는 데 사용할 수 있고, 선택적인 방법은 중합체성 물질을 칩 캐리어에 결합하는 데 사용할 수 있다. 예를 들면, 경화되지 않은 물질을 통상적인 방법, 예를 들면, 스텐실 또는 스크린 프린팅, 스핀 피복 및 기타 방법으로 칩 캐리어에 적용할 수 있다. 이어서, 경화되지 않은 물질을 경화시켜 중합체성 물질을 형성할 수 있다. 이어서, 중합체성 물질과 IC 칩을 본 발명의 방법에 의해 결합할 수 있다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 당해 방법은 편평한 패드, 테이프, 필름 또는 기타 형태의 중합체성 물질을 사용할 수 있다. 예를 들면, 조성물을 경화하여 중합체성 물질을 형성할 수 있다. 이후에, 중합체성 물질 및 부착 물질을 플라즈마 처리하고 상기한 방법에 따라 접촉시킨다.
전자 장치 패키지 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 상기한 방법은 영역 배열 패키지 및 납 프레임 패키지의 제조에 사용될 수 있다. 영역 배열 패키지는 볼 그리드 배열, 핀 그리드 배열, 칩 스케일 패키지 및 기타 배열을 포함한다. 납 프레임 패키지는 칩 스케일 패키지 및 다른 패키지를 포함한다. 영역 배열 패키지 및 납 프레임 패키지 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있고, 미국 특허 제5,858,815호에 기재되어 있다.
상기한 방법은 칩 스케일 패키지의 제조방법을 사용할 수 있다. 칩 스케일 패키지 및 이의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있고, 미국 특허 제5,858,815호에 기재되어 있다.
본 발명은 단일 칩 모듈(SCM), 다중 모듈(MCM) 또는 적재 칩 모듈의 제조방법에 사용할 수 있고, 이의 제조방법은 당해 기술분야에 공지되어 있고, 문헌[참조: Basic Integrated Circuit Technology Reference Manual, R. D. Skinner, ed., Integrated Circuit Engineering Corporation, Scottsdale, Arizona, Chapter 3]에 기재되어 있다.
상기한 방법은 또한 웨이퍼-레벨 패키지 방법을 사용할 수 있다. 당해 발명은 웨이퍼-레벨 패키지 방법에서 참조로 예시될 수 있다. 임의의 웨이퍼-레벨 패키지 방법은 다음 단계를 포함한다.
다이 부착 물질(중합체성 물질)을 기판, 예를 들면, 테이프 자동화 결합(TAB) 또는 PCB에서 사용되는 테이프에 부착시킨다. 다이 부착 물질을 상기한 방법을 사용하여 기판에 부착시킬 수 있다. 당해 방법은 제조 공정에서 경화되지 않은 물질 대신에 경화 다이 부착 물질을 사용하고, 다이 부착 물질을 정확하게 정해지고 목적하는 위치로 한정하게 한다. 실리콘 탄성체가 본 발명의 방법에 적용되는 경우, 변환된 테이프가 제조되고, 용이하게 제조하기 위한 어셈블러에 공급할 수 있는 데, 이는 어셈블러가 습윤(경화되지 않은) 다이 부착 접착제로 처리될 필요가 없고 부착력은 요구되는 즉시 생성될 수 있기 때문이다.
또한, 다이 부착 물질을 통상적인 방법에 의해 기판에 부착시킬 수 있다. 이러한 통상적인 방법은 경화되지 않은 다이 부착 물질을 기판에 적용하고, 이후에 경화되지 않은 다이 부착 물질을 경화시키는 것을 포함한다. 경화되지 않은 부착 물질을, 예를 들면, 프린팅 방법, 댐 앤 필(dam and fill) 방법 또는 스핀 피복 방법으로 적용할 수 있다. 이후에, 다이 부착 물질이 부착된 기판을 변환된 기판으로 지칭한다.
결합 윈도우는 변환된 테이프를, 예를 들면, 펀칭, 톱질 또는 레이저 절단하여 제조할 수 있다. 중심이 결합되거나 가장자리가 결합될 수 있다.
이어서, 웨이퍼 형태의 반도체를 상기한 방법을 사용하여 다이 부착 물질에 부착시킨다.
웨이퍼는 통상적인 방법을 사용하여, 예를 들면, 통상적인 와이어 결합기 또는 대량 와이어 결합을 사용하여 와이어 결합시킬 수 있다. 선택적인 플라즈마 세척을 각각의 와이어 결합 전에 수행할 수 있다.
와이어 결합 후, 와이어를 보호하기 위한 캡슐화를 수행한다. 플라즈마 세척을 임의로 캡슐화 전에 수행할 수 있다. 통상적으로, 경화되지 않은 캡슐이 제조되고, 사출 성형되거나 프린팅된 다음, 경화된다.
임의로, 보호 피복물은 웨이퍼의 뒷면에 적용될 수 있다.
이어서, 땝납 볼을 변환된 기판의 아랫면에 부착할 수 있다.
통상적으로, 웨이퍼 레벨 시험 또는 마킹(marking) 또는 이들 둘 다를 수행할 수 있다.
패키지 웨이퍼의 단일화는 톱질 또는 절단과 같은 통상적인 방법으로 수행할 수 있다.
웨이퍼 레벨 패키지 방법은 당해 기술분야에 공지되어 있고, 미국 특허 제5,858,815호에 기재되어 있다. 그러나, 당해 기술분야의 숙련가들은 본 발명의 방법이 웨이퍼 레벨 패키지의 용도에 한정되는 것이 아니라 다른 패키지 방법, 예를 들면, 칩 레벨 패키지도 사용할 수 있다는 것을 인지할 수 있다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 당해 방법은 마이크로 장치를 제조하기 위해 사용할 수 있다. 임의의 이러한 마이그로 장치는 결합된 복합체이고, 여기서, 중합체성 물질은, 예를 들면, 경화 실리콘일 수 있고, 기판은, 예를 들면, 경화 실리콘, 다른 물질 및 이의 배합물일 수 있다. 이들 복합물은 적층물 또는 3차원(3-D) 물질을 포함하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 하나의 양태에서, 중합체성 물질로서 경화 실리콘 및 기판으로서 고체 물질을 포함하는 복합물 구조가 제조되고, 여기서, 단지 고체 물질의 일부 표면이 경화 실리콘으로 피복되고, 나머지 주변부는 저분자량 오가노폴리실록산으로 오염시키지 않는다. 3-D 물질은 특수한 충전제를 가하여 열 또는 전기 이동과 같은 작용성을 부가할 수 있다. 당해 방법은 어셈블리 전 또는 어셈블리 동안 복합물의 성분을 전처리하거나, 광섬유에서 섬유 중간 상 부착력을 생성시키기 위해 사용될 수 있다. 플라즈마 처리에 의해 생성된 얇은 결합선은 부착력 및 전기 및 열 전도성을 갖게 한다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 당해 방법은 광학전자 및 포토닉스 분야에서 사용할 수 있다. 당해 방법은 광학 성분을 낮은 반사 손실률로 부착할 수 있다. 광학 성분은 광범위한 물질을 포함할 수 있고, 이의 다수는 광학 전달 손실률이 낮다. 광학 물질을 실리콘 탄성체, 실리카 광학 성유, 실리콘 겔, 실리콘 수지 렌즈, 규소 및 기타 물질을 포함한다. 이들 물질은 포토닉스 장치, 예를 들면, 원거리 통신 시스템에서 사용할 수 있다. 당해 방법은 동일계내의 범위의 물질을 낮은 반사 손실률로 부착할 수 있도록 한다. 플라즈마 부착 계면은 열 유도 응력이 보다 낮은 경향이 있고, 온도 순환 동안 개선된 신뢰성을 나타낸다(즉, 감소된 응력 형성 및 탈층화). 플라즈마 처리는 복잡한 표면에 균일한 결합을 제공할 수 있다. 당해 방법은 또한 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display)에서의 광 효율을 개선시키는 데 사용할 수 있다(색 필터 어셈블리의 결합). 본 발명의 방법은 이들 적용에서 접착제가 필요하지 않기 때문에 개별적인 굴절률을 도입하고, 반사 계면을 도입하고 흡광을 증가시키는 이점이 있다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 중합체성 물질은 광 투과성으로 될 수 있는 경화 실리콘 탄성체이다. 플라즈마 처리는 경화 실리콘 탄성체와 기판 사이의 부착력을 생성시킬 뿐만 아니라, 경화 실리콘 탄성체와 기판의 계면 영역이 광투과성이 되도록 한다. 이는 광범위한 범위의 파장에서 광 에너지 손실을 작게 한다. 이러한 양태는 광학전자 통신 및 변환 장치에 유용하다. 이론에 결부시키려고 하는 것은 아니지만, 계면은 경화 실리콘 탄성체의 벌크 보다 다양한 굴절률을 가질 수 있다. 몇몇의 예에서, 플라즈마 처리에 의해 생성된 부착 계면 영역 및 결합 선은 10 내지 100nm 두께이다. 이러한 두께 범위는 광학전자 분야에서 유용한 광의 파장보다 작다. 이론에 결부시키려고 하는 것은 아니지만, 당해 계면은 작용화되거나 플라즈마 개질되어 광학전자 분야에서 유용한 굴절률을 가질 수 있다.
본 발명의 선택적인 양태에서, 상기한 당해 방법은 건강 보호 산업에서 유용하다. 이러한 양태에서 사용되는 중합체성 물질은 경화 실리콘이다. 수득한 플라즈마 처리된 실리콘은 의학적 적용을 위한 다양한 제품에서 다양한 부착물에 적용할 수 있는 부착 특성을 갖는다. 플라즈마 처리는 생물학적 표면 세척을 제공한다.
이들 실시예는 본 발명을 당해 기술분야의 숙련가들에게 설명하려는 의도이고, 당해 청구의 범위에 나타낸 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
참조 실시예 1-저압 글로 방전 플라즈마(LPGD)
브라슨(Branson)/IPC 플라즈마 단위는 저압(0.05 내지 3.0torr), 무선 주파수(RF) 냉 플라즈마를 생성한다. 이 단위는 연속적인 기체 유동의 존재 또는 부재하에 가능한 결합 플라즈마 처리 방법을 통해 반응기 내로 작동된다. 당해 시스템은 조절 단위, 석영 그리드 선반을 갖는 플라즈마 챔버(24,500cm3), RF 생성기(연속 조절하여 출력 전력 0 내지 500watt의 범위에서 13.56MHz에서 작동된다), 및 진공 펌프를 갖는다. 당해 챔버 직경은 25cm이다. 당해 챔버 길이는 50cm이다. 이 시스템은 PM119 RF 생성기, PM11020 반응기 센터 및 PM4000C 조절기를 포함하는 모델 번호 IPC54005-11020ST이다. 이러한 단위는 브라슨 인터내셔널 플라즈마 코포레이션[Branson International Plasma Corporation; 미국 캘리포니아주 94544 헤이워드 피 오 박스 4136 헌트우드 애비뉴 31172 소재]에서 시판된다.
참조 실시예 2-저압 글로 방전 플라즈마(LPGD)
해릭(Harrick) PDC-32G 플라즈마 클리너는 저압, 무선 주파수 냉 플라즈마를 생성한다. 이러한 클리너는 연속적인 기체의 유동의 존재 또는 부재하에 유도 결합 플라즈마 처리 방법을 통해 반응기 내로 작동된다. 당해 시스템은 실린더형 플라즈마 챔버(800cm3), RF 생성기(3개의 출력 전력 40, 60 내지 100watt로 8 내지 12MHz에서 작동된다), 및 진공 펌프를 갖는다. 당해 챔버 직경은 7.5cm이다. 당해 챔버 길이는 18cm이다.
참조 실시예 3-대기압 글로 방전(APGD) 플라즈마
대기압 글로 방전(APGD) 플라즈마 단위는 대기압 또는 대기압 근처에서 작동되어 표면을 처리하는 데 사용된다. 플라즈마는 He, He/O2(99%/1%) 및 He/N2(99%/1%) 기체로부터 기본 압력 1020mbar에서 생성된다.
처리는 1초 내지 8분의 다양한 처리 시간으로 수행한다. 상호전극 간격은 기판의 두께에 좌우되어 6 내지 10mm에서 선택된다.
참조 실시예 4-스투드 다이 당김 시험(Stud Die Pull Test)
스투드 (다이) 당김 시험은 편평한 헤드 스크류(1032-1 1/4 쓰레드)를 다이의 상부 표면에 부착시키고, 스크류를 분석기에 부착된 스투드 내로 쓰레딩(threading)하고, 파괴될 때까지 스투드에서 밀어서 수행한다. 샘플을 제조하는 경우, 부착체가 다이의 상부 가장자리를 '유동'하는 경우, 샘플은 스크류를 기판에 직접 부착해야 하기 때문에 시험에서 불필요하다. 편평한 헤드 스크류를 톨루엔/아세톤으로 세척하여 오일을 제거하는 데, 이는 스크류가 다이로 부착되는 것을 방지할 수 있다. 본디니(Bondini)TM[제조원: 에브리씽 겔(Everything Gel)] 가정용 고급 풀을 이러한 목적으로 사용한다.
참조 실시예 5-다이 전단 강도 시험
다이 전단 강도 시험은 다이의 가장자리에 대항하여 전단 장치[로이스(Royce) 5520]를 위치시켜 수행하고, 다이를 부착물로부터 전단하는 데 필요한 힘을 기록한다. 샘플(다이가 부착된 폴리이미드(PI) 시이트)의 크기를 조절(절단)하여 샘플 받침 틀(10mm x 10mm)을 가로질러 치수를 재고 적절하게 안정되게 한다. 로이스 552R 다이 전단 시험 장치는 미세 전기 구조를 평가하기 위한 정밀한 일반적인 강도 시험 시스템이고, 이는 다이 위에 전단 시험을 수행하여 다이 결합 강도를 측정한다.
참조 실시예 6-개질된 JKR 시험
반구형 실리콘 렌즈 및 존슨 켄달 로버츠 연구(Johnson Kendall Roberts(JKR) study)에 기초한 편평한 부착물 시스템을 사용하는 개념을, 플라즈마 처리에 의해 제공된 부착의 부착 강도를 측정하는 데 사용된다. 높은 탄성 모듈러스의 실리콘 렌즈[제품명: 실가르드(SYLGARDO)R 184, 제조원: 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation); 미국 미시간 주 미들랜드 소재] 및 부착물은 선택된 기체 분위기에서 플라즈마 처리된다. 처리된 렌즈와 부착물은 함께 하중하에 친밀하게 접촉된다. 렌즈는 이의 원래 형태를 회복하려는 경향이 있고, 이에 따라 원형 결합 선에 응력을 가한다. 평형 상태에서, 렌즈와 부착물 사이의 제한된 원형 접촉 영역이 수득되고, m2당 Joule로 표현되는 파괴 에너지를 야기한다.
참조 실시예 7-원료 물질
물질 A는 경화후 모듈러스가 0.30MPa인 경화가능한 실리콘 탄성체 조성물이다. 모듈러스는 ASTM D638에 나타낸 바와 같이 1분당 20인치의 크로스-헤드 속도로 인스트론즈 유니버설 테스터(Instrons's universal tester)에 의해 측정된 덤벨형 표본을 사용하는 100% 응력에서의 할선(secant) 모듈러스이다.
물질 B는 경화 후 100% 응력에서 할선 모듈러스가 0.36MPa인 경화 가능한 실리콘 탄성체 조성물이다. 할선 모듈러스는 물질 A와 동일한 방법으로 측정한다.
비교 실시예 1
패시베이션(passivation) 층이 없는 간략한 시험 비히클(TV-46) IC 칩은 치수가 7.4mm x 5.3mm이다.
칩 스케일 스페이서는 구경 직경이 0.008in이고 두께가 0.004in인 스텐실을 사용하여 두께가 0.001in인 유필렉스(Upilex) S-25 폴리이미드 시이트에 프린팅된다. 칩 스케일 스페이서의 모듈러스는 ASTM D638로 측정하여 5MPas이다.
구경 배열의 피치(pitch)는 0.75mm이다. 수득된 프린팅 덩어리는 150℃에서 30분 동안 경화한다. 다이 부착 부착물은 구경 직경이 0.016in이고 두께가 0.005in인 스텐실을 사용하여 경화 스페이서의 상부에서 프린팅된다. 다이 부착 부착물의 모듈러스는 ASTM D638로 측정하여 5MPa이다.
실시예 1
물질 A를 유필렉스 25S 폴리이미드(PI) 시이트에서 두께 0.005in로 연신하고, 150℃에서 30분 동안 경화시킨다. 처리 시간 70초, 압력 0.78torr, RF 전력 187.5watt, RF 주파수 13.56MHz로 하여 공기를 플라즈마 기체로 사용하는 거대 브라슨/IPC/플라즈마를 사용한다. 부착 패드 및 TV-46 둘 다를 플라즈마로 처리한다.
실시예 1과 비교 실시예 1의 생성물을 참조 실시예 5의 방법에 따라 평가한다. 수득한 결과를 표 1에 나타낸다.
물질 다이 전단 강도(kgf)
비교 실시예 1 습윤계 공정 3.0
실시예 1 물질 A 10 초과(*)
(*) PI 시이트가 파괴되고 부착되지 않음 .
실시예 2 및 비교 실시예 2 내지 4
물질 A의 10 mil 필름을 폴리이미드 유필렉스 25S에서 프린팅하고, 150℃에서 30분 동안 경화시켜 실리콘 패드를 형성한다. TV-46 규소 다이의 표면 및 실리콘 패드를 브라슨 플라즈마 챔버를 사용하여 0.05torr, 100watt 및 처리 시간 30초로 하여 공기 플라즈마 조건으로 처리한다. 처리된 다이와 패드를 부착 결합을 위해 친밀히 부착시킨다. 수득한 생성물을 표 2에 기재하고, 참조 실시예 4의 방법으로 평가한다. 수득한 결과를 표 2에 나타낸다.
다이 당김 강도(gf)
비교 실시예 2 실리콘 패드만 플라즈마 처리 152
비교 실시예 3 TV-46만 플라즈마 처리 34
비교 실시예 4 플라즈마 처리하지 않음 다이는 패드에서 떨어진다
실시예 2 TV-46과 실리콘 패드 둘 다 처리 1000 초과
실시예 2 및 비교 실시예 2 내지 4는 이러한 시험 프로토콜에서 중합체성 물질 및 부착물 둘 다를 플라즈마 처리하는 것이 둘 중 단지 하나를 처리하는 것보다 부착력이 보다 강하게 생성되는 상승효과를 나타낸다.
실시예 3 내지 36
물질 A을 0.001in의 유필렉스 25S 폴리이미드 시이트에서 0.005in 두께로 연신하고, 150℃에서 30분 동안 경화시켜 실리콘 패드를 형성한다. TV-46 실리콘 다이의 표면 및 실리콘 패드를 플라즈마 처리한다. 실시예 3 내지 36을 다양한 플라즈마 공정 조건, 즉 처리 압력, 처리 시간 및 공기 또는 RF 전력을 가변적으로 하여 산소를 사용하는 브라슨 플라즈마 챔버를 사용하여 수행한다. 샘플을 참조 실시예 5에 따라 시험한다. 조건은 표 3에 나타낸다.
실시예 기체 압력(torr) 시간(초) RF 전력(watt)
3 공기 1.5 70 75
4 공기 0.05 20 187.5
5 공기 1.5 120 187.5
6 공기 0.78 20 75
7 공기 0.78 120 300
8 공기 0.78 120 75
9 공기 1.5 70 300
10 공기 0.05 70 75
11 공기 0.05 70 300
12 공기 0.78 70 187.5
13 공기 0.78 70 187.5
14 공기 0.05 120 187.5
15 공기 0.78 20 300
16 공기 1.5 20 187.5
17 공기 0.78 70 187.5
18 공기 0.78 70 187.5
19 공기 0.78 70 187.5
20 산소 1.5 70 75
21 산소 0.05 20 187.5
22 산소 1.5 120 187.5
23 산소 0.78 20 75
24 산소 0.78 120 300
25 산소 0.78 120 75
26 산소 1.5 70 300
27 산소 0.05 70 75
28 산소 0.05 70 300
29 산소 0.78 70 187.5
30 산소 0.78 70 187.5
31 산소 0.05 120 187.5
32 산소 0.78 20 300
33 산소 1.5 20 187.5
34 산소 0.78 70 187.5
35 산소 0.78 70 187.5
36 산소 0.78 70 187.5
실시예 3 내지 36 각각에서, 폴리이미드 시이트는 파괴되고 부착되지 않는 다. 실시예 3 내지 36은 여러가지 플라즈마 처리 조건은 당해 방법에 사용된 실리콘 탄성체 및 다이의 부착력을 효과적으로 생성시킨다는 것을 나타낸다.
참조 실시예 8
피복되지 않은 규소 웨이퍼, 및 폴리이미드 피복물[PIX 3400-8, 제조원: 에이치디 마이크로시스템즈(HD MicroSystems)]로 피복된 규소 웨이퍼를 5mm x 5 mm의 다이에 단일화한다. 단일화된 다이를 절단한 후 800psi에서 탈이온수로 세척한다.
피복되지 않은 규소 다이 및 폴리이미드-피복된 다이를 이들 표면 둘 다를 플라즈마에 의해 시험한 후 실리콘 탄성체 패드에 부착한다. 플라즈마 기체는 공기이다. 로이스 552 장치를 사용하여, 다이 전단 강도를 5개의 샘플에 대해 측정하고, 평균을 기록한다. 다이 크기는 5mm x 5mm이고, 실리콘 패드 상의 다이의 접촉 면적은 약 20mm2이다.
실시예 37 내지 40
물질 B를 두께가 0.004in인 스텐실을 사용하여 0.003in의 캡톤(KAPTON) 폴리이미드 시이트 상에 프린팅하고, 여기서, 6mm x 13mm의 직사각형 구경이 다수 도안되고, 두 구경 사이의 간격은 1.19mm이다. 두개의 구경 사이의 피치는 5mm이다. 프린팅된 패드는 150℃에서 30분 동안 경화된다. 참조 실시예 8에서 제조된 실리콘 패드 및 피복되지 않거나 PI-피복된 다이스(dice) 둘 다를 해릭 PDC-32G를 사용하는 플라즈마로 처리한다. 플라즈마 조건은 기체로서 공기를 사용하고, 60watt, 5초의 처리시간 및 0.3torr의 압력이다. 각각의 다이는 플라즈마 처리를 1.25kg하에서 220℃에서 5초 동안 한 후 패드에 부착된다. 플라즈마에 의해 실리콘 패드에 결합된 다이는 85℃/85% 상대 습도(RH)의 챔버내에 위치하고, 1, 2 내지 3주 후 습도에 대한 부착력을 나타낸다. 샘플은 참조 실시예 5의 방법에 따라 시험한다. 당해 조건 및 결과를 표 4에 나타낸다.
실시예 평균 주 다이 전단 강도(kgf)PI-피복 다이 전단 강도(kgf)피복되지 않은 Si
37 0 1.8 2.2
38 1 2.5 1.9
39 2 2.3 1.6
40 3 2.4 2.3
이들 실시예는 내구성 있는 부착력(예를 들면, 강도의 상당한 감소 없이 적어도 수주 동안 지속되는 부착력)이 당해 시험 프로토콜의 방법에 따라 생성될 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 41 내지 43
실시예 37에서 패드에 결합된 동일한 다이를 150℃ 대류 오븐에서 저장하여 부착력의 고온 저장 효과를 나타낸다. 당해 샘플을 참조 실시예 5의 방법에 따라 시험한다. 당해 조건 및 결과를 표 5에 나타낸다. .
실시예 주 다이 전단 강도(kgf)PI-피복 다이 전단 강도(kgf)피복되지 않은 Si
41 1 3.8 2.6
42 2 3.5 4.2
43 3 4.8 3.4
이들 실시예는 본 발명의 방법에 의해 부착력은 당해 시험 프로토콜을 사용하여 상기한 바와 같이 제조된 장치의 저장이 3주 이하 동안 상대적으로 고온에서 저장한 후에도 유지될 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 44 내지 47
실시예 37에서 사용한 동일한 패드 및 다이를 사용한다. 플라즈마 활성화된 표면의 효과적인 부착 기간을 나타내기 위해, 다이 부착을 표면의 플라즈마 처리 후 1, 4, 8 및 24시간 동안 수행한다. 플라즈마 조건 및 다이 부착 공정을 실시예 37과 동일하게 한다. 수득한 결과를 표 6에 나타낸다.
실시예 경과 시간(hr) 다이 전단 강도(kgf)PI-피복 다이 전단 강도(kgf)피복되지 않은 Si
44 1 1.8 2.2
45 4 1.8 1.8
46 8 2.0 1.2
47 24 1.8 0.5
이들 실시예는 몇몇의 반도체를 플라즈마 처리 후 실리콘 다이 부착 물질로 접촉하기 전 약 24시간 이상 동안 저장할 수 있고, 당해 시험 프로토콜을 사용하여도 부착력이 여전히 생성된다는 것을 나타낸다. .
실시예 48 내지 71 및, 비교 실시예 5 및 6
실시예 37의 PI-피복된 다이 및 프린팅된 물질 B를 사용한다. 여러가지 플라즈마 조건 및 다이 부착 온도를 적용하고, 그밖의 조건을 실시예 37과 동일하게 한다. 처리되지 않은 어셈블리를 시험한 경우 강한 부착력을 위한 플라즈마 효과를 나타낸다. 당해 조건 및 결과를 표 7에 나타낸다.
실시예 플라즈마 형태 처리 시간(초) 다이 부착 온도(℃) 다이 전단 강도(kgf)
비교 실시예 5 처리되지 않음 - 220 0.1(*)
48 압축 공기 5 220 3.1
49 O2 5 220 3.3
50 Ar 5 220 2.7
51 He 5 220 2.2
52 CO2 5 220 1.9
53 N2 5 220 2.9
비교 실시예 6 처리되지 않음 - 실온 0.2(*)
54 압축 공기 5 실온 1.1
55 O2 5 실온 1.5
56 Ar 5 실온 1.1
57 He 5 실온 0.3
58 CO2 5 실온 0.4
59 N2 5 실온 0.3
60 압축 공기 20 220 2.5
61 O2 20 220 2.5
62 Ar 20 220 3.4
63 He 20 220 3.0
64 CO2 20 220 3.3
65 N2 20 220 3.1
66 압축 공기 20 실온 2.1
67 O2 20 실온 1.9
68 Ar 20 실온 0.1(*)
69 He 20 실온 0.3
70 CO2 20 실온 0.6
71 N2 20 실온 0.7
(*) 다이는 패드에서 떨어진다.
실시예 48 내지 71에서는 일반적인 시험은 플라즈마 처리 조건, 접촉 조건 또는 몇몇의 부착물에 대한 당해 방법의 둘 다를 최적화하는 데 필요할 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 72 내지 95, 비교 실시예 7 및 8
실시예 37에서와 같이 피복되지 않은 규소 다이 및 프린팅된 물질 B가 사용된다. 다양한 플라즈마 조건 및 다이 부착 온도가 적용되고, 그밖의 다른 조건은 실시예 37과 동일하다. 또한, 처리되지 않은 어셈블리를 시험하여 강한 부착력을 위한 플라즈마 효과를 나타낸다.
당해 조건 및 결과를 표 8에 나타낸다.
실시예 플라즈마 형태 처리 시간(초) 다이 부착 온도(℃) 다이 전단 강도(kgf)
비교 실시예 7 처리되지 않음 - 220 0.1(*)
72 압축 공기 5 220 4.1
73 O2 5 220 3.8
74 Ar 5 220 4.2
75 He 5 220 2.9
76 CO2 5 220 2.4
77 N2 5 220 3.2
비교 실시예 8 처리되지 않음 - 실온 0.1(*)
78 압축 공기 5 실온 2.7
79 O2 5 실온 3.8
80 Ar 5 실온 0.8
81 He 5 실온 1.1
82 CO2 5 실온 0.5
83 N2 5 실온 0.6
84 압축 공기 20 220 4.3
85 O2 20 220 4.2
86 Ar 20 220 4.7
87 He 20 220 4.1
88 CO2 20 220 4.4
89 N2 20 220 4.3
90 압축 공기 20 실온 3.7
91 O2 20 실온 3.9
92 Ar 20 실온 3.5
93 He 20 실온 3.5
94 CO2 20 실온 4.0
95 N2 20 실온 1.0
(*) 다이는 패드에서 떨어진다.
실시예 96 및 97(APGD 1% 산소/헬륨:부착력)
실리콘 렌즈 및 유리 슬라이드 둘 다의 표면을 02/He(1%/99%) 플라즈마 리트로 대기압에서 30초 동안 처리한다. 실리콘 렌즈 및 유리 슬라이드를 실온에서 60초 동안 2kgf하에서 친밀히 접촉시킨다. 접촉 직경은 6 내지 8mm이 된다. 파쇄 하중을 제거하면 탄성 실리콘 렌즈의 탄성 모듈러스에 의해 자연스럽게 구동되어 평형에 이른다. 파괴는 실리콘 단계에서 부착성이 된다. 실리콘 탄성체와 유리 사이의 직경 및 접촉 면적은 약 4 내지 6mm이다. 파쇄 에너지는 개질된 JKR 모델로 계산한다. 당해 결과를 표 9에 나타낸다.
기판
실시예 97 유리 강한 부착력
실시예 98 실리콘 강한 부착력
실시예 99 내지 104
3개의 상이한 영 모듈러스(Young's modulus)를 갖는 3개의 경화 가능한 실리콘 물질을 웨이퍼 상에 스피닝(spinning)하고 경화시킨다. 영 모듈러스는 각각 약 10MPa, 300MPa 및 1.1GPa이다. 영 모듈러스는 동력학 분석기[Dynamic Mechanical Analyzer(DMA), 제조원: 티에이 인스트루먼츠(TA Instruments)]를 사용하여 ASTM D4065-95 텐실 방법으로 측정한다. 플라즈마 조건은 해릭 PDC-32G를 사용하여 공기, 처리 시간 5초 및 RF 전력 60watt이다. 다이(5mm x 5mm)는 5초 동안 190℃에서 1.25kgf하에서 경화 실리콘에 부착된다. 당해 결과를 표 10에 나타낸다.
비교 실시예 9 내지 14
실시예 99 내지 104를 플라즈마 처리를 하지 않고 반복하여 수행한다. 플라즈마 처리 없이는 어떠한 부착력도 발견되지 않는다.
실리콘 피복물의 영 모듈러스(MPa) 다이 표면 부착력
실시예 99 10 PI-피복 강함
실시예 100 10 피복되지 않은 Si 강함
실시예 101 300 PI-피복 강함
실시예 102 300 피복되지 않은 Si 강함
실시예 103 1100 PI-피복 강함
실시예 104 1100 피복되지 않은 Si 강함
실시예 99 내지 104는 강한 부착력이 당해 시험 프로토콜에 의해 광범위한 모듈러스 범위를 갖는 중합체성 물질에서 생성될 수 있다는 것을 나타낸다.
실시예 105 내지 109
실시예 37에서의 경화 물질 A 및 다양한 기판을 다양한 플라즈마 조건으로 처리하고 나머지는 실시예 99와 동일하게 하여 처리한다. 다이 부착 조건은 실시예 99에서와 동일하다. 기판, 플라즈마 처리 조건 및 결과를 표 11에 기재하였다.
비교 실시예 15 내지 19
실시예 105 내지 109를 플라즈마 처리를 하지 않고 반복하여 수행한다. 플라즈마 처리 없이 어떠한 부착력도 발견되지 않는다.
기판 기체 처리 시간(초) RF 전력(watt) 부착력
실시예 105 산화규소패시베이션웨이퍼 공기 5 60 강함
실시예 106 산화규소패시베이션웨이퍼 공기 5 60 강함
실시예 107 FR-4 보드 공기 5 60 강함
실시예 108 땜납 마스크 공기 5 60 강함
실시예 109 PI 테이프 상도금 Au 산소 20 60 강함
실시예 105 내지 109는 당해 시험 프로토콜을 사용하여 강한 부착력을 다양한 기판을 사용하여 생성할 수 있다는 것을 나타낸다.
비교 실시예 16
모듈러스가 1MPa 미만인 실리콘 탄성체 및 모듈러스가 0.5 내지 1.5GPa인 실리콘 수지의 편평한 조각을 30초 동안 고순도 압축 공기를 사용하여 플라즈마 기체로서 공기를 사용하여 29.6watt에서 해릭 PDC-002 플라즈마 클리너에서 플라즈마 처리한다. 2kgf하에서 접촉 시간은 1분이다. 파괴 에너지는 참조 실시예 6의 개질된 JKR 방법에 따라 계산한다. 결과를 표 12에 나타낸다.
실시예 110
비교 실시예 16을 접촉 시간이 12시간인 것을 제외하고는 반복한다. 다이 전단 강도는 참조 실시예 5의 방법에 따라 측정한다. 당해 결과를 표 12에 나타낸다.
J/m2
비교 실시예 16 0
실시예 110 30
0은 부착력이 없음을 의미한다.
비교 실시예 16 및 실시예 110은 부착력이 다른 물질에 비해 몇몇의 부착물을 사용하여 증가시키는 데 보다 오랜 시간이 필요하다는 것을 나타낸다. 또한, 실시예 110은 상대적으로 모듈러스가 높은 수지를 생성할 수 있다.

Claims (12)

  1. (a) 중합체성 물질을 플라즈마 처리하고,
    (b) 부착물을 플라즈마 처리한 다음,
    (c) 중합체성 물질과 부착물을 접촉시킴으로써, 중합체성 물질과 부착물이 부착됨을 특징으로 하는, 전자 장치, 전자 장치 패키지, 포토닉스 장치 또는 광학전자 장치의 제조 동안의 부착력 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 중합체성 물질을 단계(a) 후 및 단계(c) 전에 저장하거나, 부착물을 단계(b) 후 및 단계(c) 전에 보관하거나, 이들 과정 둘 다를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계(a), (b) 및 (c)를 한 번 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 단계(a), (b) 및 (c)를 한번 반복하여 제2 부착물을 중합체성 물질에 가하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 중합체성 물질이 다이 부착 점착제를 포함하고, 부착물이 반도체 다이 또는 반도체 기판을 포함하고, 제2 부착물이 반도체 다이 또는 반도체 기판을 포함하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 중합체성 물질의 모듈러스가 0.1MPas 내지 5GPas인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 중합체성 물질이 실리콘, 유기 물질, 실리콘-유기 물질 공중합체 또는 이의 배합물을 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 실리콘이 경화 실리콘 수지, 경화 실리콘 탄성체, 경화 실리콘 고무 또는 이의 배합물을 포함하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계(a) 및 단계(b)가 서로 독립적으로 코로나 방전 처리, 유전체 배리어 방전 처리 및 글로 방전 처리로부터 선택된 플라즈마 처리가 사용되어 수행되는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계(a) 및 단계(b)가 서로 독립적으로 0.001초 내지 30분의 시간 동안 수행되는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계(c)가 15℃ 내지 400℃의 온도에서 수행되는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 단계(c)가 0.1초 내지 12시간의 시간 동안 수행되는 방법.
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