KR20050121761A - 반도체용 접착필름, 반도체용 접착필름 부착 리드프레임 및이것을 사용한 반도체장치 - Google Patents

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KR20050121761A
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adhesive film
semiconductor
adhesive
film
resin
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KR1020057023544A
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요시유키 다나베
히데카즈 마츠우라
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

지지필름의 양면에 접착제층을 설치한 3층 구조의 접착필름에 있어서, 그 접착제층이 (A) 유리전이온도가 130∼300℃, 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하인 내열 열가소성 수지, (B) 에폭시수지 및 (C) 에폭시수지 경화제로서 트리스페놀계 화합물을 함유하여 이루어지는 반도체용 접착필름, 반도체용 접착필름 부착 리드프레임 및 이 반도체용 접착필름 부착 리드프레임과 반도체소자를 접착시켜 이루어지는 반도체장치.

Description

반도체용 접착필름, 반도체용 접착필름 부착 리드프레임 및 이것을 사용한 반도체장치{ADHESIVE FILM FOR SEMICONDUCTOR, LEAD FRAME WITH ADHESIVE FILM FOR SEMICONDUCTOR AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
기술분야
본 발명은 반도체용 접착필름, 반도체용 접착필름 부착 리드프레임 및 이것을 사용한 반도체장치에 관한 것이다.
배경기술
최근, 반도체칩은 고기능 대용량화에 따라서 대형화되고 있지만, 이것을 수납하는 패키지의 크기는 프린트회로설계상의 제약, 전자기기소형화의 요구 등으로부터 작은 외형이 요구되고 있다. 이 경향에 대응하여, 반도체칩의 고밀도화와 고밀도실장에 대응한 새로운 실장방식 몇가지가 제안되고 있다. 그 중에서도 메모리소자에 제안되고 있는 칩의 위에 리드를 접착하는 LOC구조에 의하면, 칩내 배선이나 와이어본딩의 합리화, 배선단축에 의한 신호고속화와 패키지사이즈의 소형화를 도모할 수 있다.
이러한 새로운 실장형태에서는 반도체칩과 리드프레임과 같은 이종재료의 접착계면이 존재하고, 그 접착신뢰성이 반도체패키지의 신뢰성에 상당히 큰 영향을 미친다. 패키지 조립작업시의 공정온도에 견디는 신뢰성, 접착작업성은 물론이고, 흡습시, 습열시 등의 접착신뢰성에서 기인하는 기판실장시의 땜납 리플로우에 의한 패키지크랙이 일어나지 않는다는 것도 중요한 항목이다.
종래, 이들 접착에는 페이스트상의 접착제나 내열성 기재에 접착제를 도포한 것이 사용되고 있었다. 그 방법의 하나로서, 폴리이미드수지를 사용한 핫멜트형의 접착제필름이 제안되고 있다(일본국특개평 5-105850호 공보, 일본국특개평 5-112760호 공보, 일본국특개평 5-112761호 공보 참조). 그러나, 핫멜트형의 접착제는 접착제수지의 Tg가 높기 때문에 접착에 필요한 온도가 상당히 높아지고, 반도체칩이나 특히 구리제 리드프레임과 같은 피착재에 열손상을 일으킬 염려가 크다. 또한, 저온접착성을 부여하기 위해서 Tg를 낮추면, 내열신뢰성이 나빠지고, 접착제 수지 고유의 탄성율이 높아서, 기판 실장시의 땜납 리플로우에 의한 열이력(熱履歷)에 의해 발생하는 칩과 리드프레임 사이의 열응력을 완화시킬 수 없어 패키지 크랙이 발생한다는 문제가 있다.
본 발명은 반도체장치에 있어서, 저온접착가능한 반도체용 접착필름을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 이 반도체용 접착필름을 뚫어서 리드프레임의 소정 위치에 부착시킨 반도체용 접착필름 부착 리드프레임을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 이 반도체용 접착필름을 개재시켜 리드프레임과 반도체소자를 접착시켜 이루어지는 신뢰성이 우수한 반도체장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 저온접착성과 반도체장치의 내리플로우크랙성을 양립할 수 있는 반도체용 접착필름의 개발을 진전시킨 결과, 그 접착제층에 특정의 특성을 갖는 내열 열가소성 수지와, 에폭시수지 및 에폭시수지 경화제로서 트리스페놀계 화합물을 함유하는 접착제를 사용하므로써, 상기 문제를 해결할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명은 지지필름의 양면에 접착제층을 설치한 3층 구조의 접착필름에 있어서, 그 접착제층이 (A) 유리전이온도가 130∼300℃, 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하인 내열 열가소성 수지, (B) 에폭시수지 및 (C) 에폭시수지 경화제로서 트리스페놀계 화합물을 함유하여 이루어지는 반도체용 접착필름(제 1의 발명의 접착필름)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 지지필름의 양면에 접착제층을 설치한 3층 구조의 접착필름에 있어서, 그 접착제층이 (A) 유리전이온도가 130∼300℃인 내열 열가소성 수지, (B) 에폭시수지 및 (C) 에폭시수지 경화제로서 트리스페놀계 화합물을 함유하여 이루어지는 반도체용 접착필름으로서, 상기 3층 구조의 접착필름의 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하인 반도체용 접착필름(제 2의 발명의 접착필름)에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 리드프레임에 상기의 반도체용 접착필름을 부착한 반도체용 접착필름 부착 리드프레임에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 반도체용 접착필름을 사용하여, 반도체용 접착필름 부착 리드프레임과 반도체소자를 접착시켜 이루어지는 반도체장치에 관한 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
제 1의 발명의 접착필름에서 사용되는 내열 열가소성 수지(A)는 유리전이온도가 130∼300℃, 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하인 내열성 수지로 이루어지고, 그것을 위해서는 폴리이미드수지 및 폴리아미드수지를 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 폴리이미드수지로는 폴리이미드수지, 폴리아미드이미드수지, 폴리에스테르이미드수지, 폴리에테르이미드수지 등의 이미드기를 갖는 수지를 의미한다.
유리전이온도가 이 범위를 벗어나거나, 흡수율이 3중량%를 넘거나, 비어져 나온 길이가 2mm를 넘거나 하면, 본 발명의 반도체용 접착필름을 사용하여 제조되는 반도체장치의 내리플로우크랙성이 저하하는 경우가 있다.
본 발명에 사용되는 내열 열가소성 수지의 유리전이온도는, 바람직하게는 180∼250℃로 된다. 흡수율은 바람직하게는 2.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 2.0중량% 이하이다. 또한, 비어져 나온 길이는 바람직하게는 1mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이다.
여기에서, 내열 열가소성 수지의 흡수율은 내열 열가소성 수지의 필름을 130℃에서 1시간 건조하여 중량을 측정한 후, 25℃의 증류수중에 24시간 침지하여 중량을 측정하고, {(침지후의 중량 - 침지전의 중량)/침지전의 중량}×100(%)으로 하여 구할 수 있다. 내열 열가소성 수지의 비어져 나온 길이는 내열 열가소성 수지로 이루어진 19mm ×50mm, 두께 25㎛의 필름을 350℃, 3MPa, 1분의 조건에서 가열압착한 때에, 원래의 필름 긴변으로부터 직각방향으로 비어져 나온 수지의 길이를 긴변방향의 중앙부에서 측정한 것으로 하였다.
또한, 제 2의 발명의 접착필름에 있어서 사용되는 내열 열가소성 수지(A)는 상기 제 1의 발명과 동일한 이유에 의해, 유리전이온도가 130∼300℃이다. 사용할 수 있는 내열 열가소성 수지 (A)의 구체예 및 바람직한 예도, 제 1의 발명에 관해서 기재한 것과 동일하다. 제 2의 발명의 접착필름에서는 내열 열가소성 수지 자체의 흡수율 및 비어져 나온 길이는 없고, 지지필름의 양면에 접착제층을 설치한 3층 구조의 반도체용 접착필름으로서, 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하라고 규정한다. 각각의 바람직한 범위는 상기의 제 1의 발명과 동일하다.
또, 제 2의 발명에 있어서 접착필름의 흡수율은 내열 열가소성 수지(A)의 필름 대신에 3층 구조의 접착필름을 사용한 것 이외에는 제 1의 발명에 관해서 기재한 것과 동일한 방법으로 측정하므로써 구해질 수 있다. 또한, 제 2의 발명에 있어서 접착필름의 비어져 나온 길이는 내열 열가소성 수지(A)의 필름 대신에 3층 구조의 접착필름을 사용하고(즉, 접착필름의 두께에 제한은 없다), 그것을 상기와 동일한 크기(19mm ×50mm)로 절단하고, 제 1의 발명에 관해서 기재한 것과 동일한 방법의 측정을 행하는 것에 의해 구할 수 있다.
본 발명의 반도체용 접착필름으로서는 상기의 제 1의 발명의 특징과, 제 2의 발명의 특징을 겸하여 구비되는 것이 바람직하다.
이하, 제 1의 발명의 접착필름, 제 2의 발명의 접착필름, 그들을 사용한 반도체용 접착필름 부착 리드프레임 및 반도체장치에 관해서 설명한다.
본 발명의 접착필름에 포함되는 에폭시수지는, 분자내에 적어도 2개의 에폭시기를 갖는 것이면 특별히 제한은 없다. 하기의 식 (1)∼(3)으로 표시되는 화합물 등이 있다.
(식중, Z1은 2가의 유기기, Z2는 4가의 유기기, Z3은 3가의 유기기를 나타낸다.)
이와 같은 에폭시수지로서는 예컨대, 비스페놀A디글리시딜에테르, 비스페놀F디글리시딜에테르, 비스페놀AD디글리시딜에테르, 비스페놀S디글리시딜에테르, 2,6-크실레놀디글리시딜에테르, 물첨가비스페놀A디글리시딜에테르, 1,4-시클로헥산디메탄올디글리시딜에테르, 옥시디페놀디글리시딜에테르, 에틸렌옥사이드부가체 비스페놀A디글리시딜에테르, 프로필렌옥사이드부가체 비스페놀A디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올디글리시딜에테르, 페놀노볼락수지의 글리시딜에테르, 크레졸노볼락수지의 글리시딜에테르, 나프탈렌수지의 글리시딜에테르, 3관능의 글리시딜에테르, 4관능의 글리시딜에테르, 디시클로펜타디엔페놀수지의 글리시딜에테르, 이합체산의 글리시딜에테르, 3관능의 글리시딜아민, 4관능의 글리시딜아민, 나프탈렌수지의 글리시딜아민, 폴리설파이드변성 에폭시수지, 폴리부타디엔변성 에폭시수지 등을 들 수 있다. 이들에 1관능 에폭시체가 포함되어 있어도 좋다.
에폭시수지로서는 에폭시당량이 50∼600인 것이 바람직하고, 150∼500인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 접착제층에 함유되는 에폭시수지 경화제는 분자내에 3개의 히드록시페닐기를 갖는 트리스페놀계 화합물이다. 그와 같은 트리스페놀계 화합물의 바람직한 것은 하기 일반식(a)에 나타낸다.
다만, 식(a)중, R1∼R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1∼10의 알킬기, 탄소수 5∼10의 시클로알킬기, 페닐기 또는 수산기를 나타낸다. R5로서는 수소, 탄소수 1∼10의 알킬기, 탄소수 5∼10의 시클로알킬기 또는 페닐기가 바람직하고, 수소 또는 탄소수 1∼10의 알킬기가 보다 바람직하다. 또한, D는 4가의 유기기를 나타낸다. 4가의 유기기 D의 예를 하기에 나타낸다.
일반식 (a)중 ≡D-R5의 보다 구체적인 예를 하기에 나타낸다.
이와 같은 트리스페놀계 화합물로서는 예컨대, 4,4',4"-메틸리덴트리스페놀, 4,4'-[1-[4-[1-(4-히드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀, 4,4'4"-에틸리딘트리스[2-메틸페놀], 4,4'4"-에틸리딘트리스페놀, 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-메틸페놀], 4,4'-[(4-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-메틸페놀], 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3-디메틸페놀], 4,4'-[(4-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,6-디메틸페놀], 4,4'-[(3-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3-디메틸페놀], 2,2'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[3,5-디메틸페놀], 2,2'-[(4-히드록시페닐)메틸렌]비스[3,5-디메틸페놀], 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3,5-트리메틸페놀], 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3,6-트리메틸페놀], 4,4'-[(3-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3,6-트리메틸페놀], 4,4'-[(4-히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3,6-트리메틸페놀], 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-시클로헥실-5-메틸페놀], 4,4'-[(3-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-시클로헥실-5-메틸페놀], 4,4'-[(4-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-시클로헥실-5-메틸페놀], 4,4'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[2,-메틸페놀], 4,4'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[2,6-디메틸페놀], 4,4'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[2,3,6-트리메틸페놀], 4-[비스(3-시클로헥실-4-히드록시-6-메틸페닐)메틸]-1, 2-벤젠디올, 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[3-메틸페놀], 1,3,3-트리스(4-히드록시페닐)부탄, 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-이소프로필페놀], 4,4'-[(3-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-이소프로필페놀], 4,4'-[(4-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-이소프로필페놀], 2,2'-[(3-히드록시페닐)메틸렌]비스[3,5,6-트리메틸페놀], 2,2'-[(4-히드록시페닐)메틸렌)]비스[3,5,6-트리메틸페놀], 4,4'-[(2-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-시클로헥실페놀], 4,4'-[(3-히드록시페닐)메틸렌]비스[2-시클로헥실페놀], 4,4'-[1-[4-[1-(4-히드록시-3,5-디메틸페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스[2,6-디메틸페놀], 4,4',4"-메틸리딘트리스[2-시클로헥실-5-메틸페놀], 4,4'-[1-[4-[1-(3-시클로헥실-4-히드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스[2-시클로헥실페놀], 2,2'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[3,5-디메틸페놀], 4,4'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[2-(이소프로필)페놀], 2,2'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[3,5,6-트리메틸페놀], 4,4'-[(3,4-디히드록시페닐)메틸렌]비스[2-시클로헥실페놀], α,α',α"-트리스(4-히드록시페닐)-1,3,5-트리이소프로필벤젠 등이 있다.
본 발명의 접착필름에 사용되는 접착제에 있어서는, 내열 열가소성 수지 100중량부에 대해서 에폭시수지를 바람직하게는 1∼100중량부, 보다 바람직하게는 2∼50중량부 사용하고, 상기의 에폭시수지 경화제를 바람직하게는 0.02∼120중량부, 보다 바람직하게는 0.1∼80중량부, 더욱 바람직하게는 1∼20중량부 사용한다.
에폭시수지의 사용량이 100중량부를 넘고, 에폭시수지 경화제의 사용량이 120중량부를 넘으면, 필름형성성이 악화되는 경향이 있다. 또한, 에폭시수지의 사용량이 1중량부 미만 및 에폭시수지 경화제의 사용량이 0.02중량부 미만에서는 저온에서의 접착성이 악화되어 접착불량으로 된다.
본 발명의 접착필름에 사용되는 접착제에는 필요에 따라서 경화촉진제를 사용하여도 좋고, 에폭시수지를 경화시키기 위해서 사용하는 것이면 특별히 제한은 없다. 예컨대, 이미다졸류, 디시안디아미드유도체, 디카본산디히드라지드, 트리페닐포스핀, 테트라페닐포스포늄테트라페닐볼레이트, 2-에틸-4-메틸이미다졸테트라페닐볼레이트, 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7-테트라페닐볼레이트 등이 사용된다. 이들은 1종 단독으로 사용하여도 좋고, 2종 이상을 병용하여도 좋다. 경화촉진제를 사용하는 경우의 첨가량은 에폭시수지 100중량부에 대해서 보존안정성으로부터 통상 50중량부 이하, 예컨대 0.01∼50중량부, 바람직하게는 20중량부 이하의 범위로 된다.
또한, 본 발명의 접착필름에 사용되는 접착제에는 지지필름과의 밀착성을 향상시키는 목적으로, 커플링제를 첨가하여도 좋고, 예컨대, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 헥사메틸디실라잔, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등의 실란커플링제 및 이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리옥타노일티타네이트, 이소프로필트리도데실벤젠설포닐티타네이트, 이소프로필트리스(디옥틸파이로포스페이트)티타네이트 등의 티타네이트계 커플링제 및 아세토알콕시알루미늄디이소프로필레이트 등의 알루미늄계 커플링제 등을 사용할 수 있다.
커플링제의 첨가량은 내열 열가소성 수지 100중량부에 대해서 내열성, 리드프레임과의 접착성으로부터 0.5∼20중량부로 하는 것이 바람직하고, 2∼10중량부가 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 지지필름으로서는 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트 등의 절연성 내열성 수지필름이 바람직하게 사용된다. 지지필름의 두께는 특별히 제한하는 것은 아니지만, 통상 5∼200㎛가 바람직하고, 20∼75㎛가 보다 바람직하다.
지지필름의 유리전이온도로서는 본 발명에서 사용되는 접착제의 유리전이온도보다 높은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 200℃ 이상, 보다 바람직하게는 250℃ 이상인 것이 사용된다. 지지필름의 흡수율은 바람직하게는 3중량% 이하, 보다 바람직하게는 2중량% 이하인 것이 사용된다.
본 발명에 사용되는 지지필름으로서는 유리전이온도가 250℃ 이상, 흡수율이 2중량% 이하, 열팽창계수가 3 ×10-5/℃ 이하의 특성을 구비한 절연성 내열성 수지필름이 바람직하고, 이상의 점에서 폴리이미드필름이 특히 바람직하다.
지지필름은 표면을 처리하여 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 지지필름과 접착제층의 접착력을 높게 하고, 지지필름과 접착제층 사이의 박리를 방지하기 때문이다.
지지필름의 표면처리방법으로서는 알칼리처리, 실란커플링제처리 등의 화학처리, 샌드매트처리 등의 물리적 처리, 플라즈마처리, 콜로나처리 등의 어느 처리도 사용가능하지만, 접착제의 종류에 따라서 가장 적합한 처리를 사용하면 좋다. 본 발명에 있어서 지지필름에 실시되는 표면처리로서는 화학처리 또는 플라즈마처리가 특히 적합하다.
지지필름상에 접착제층을 형성하는 방법으로서는 특별히 제한은 없지만, 통상 접착제층으로 이루어지는 내열 열가소성 수지, 에폭시수지 및 에폭시수지 경화제를 유기용매에 용해하고, 접착제 니스로 한다. 여기에서 사용되는 유기용매는 상기 재료를 균일하게 용해 또는 혼련할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 그와 같은 것으로서는 예컨대, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭시드, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 톨루엔, 벤젠, 크실렌, 메틸에틸케톤, 테트라히드로퓨란, 디옥산 등을 들 수 있다.
상기와 같이 하여 얻어진 접착제 니스를 지지필름상에 도공한 후, 가열처리하여 용제의 제거나 이미드화를 행한다. 이 방법을 2회 행하여, 3층 구조의 접착필름으로 할 수 있다.
접착제 니스를 도공한 지지필름을 용제 제거를 위해서 가열처리하는 경우의 처리온도는 용제를 제거할 수 있는 온도이면 바람직하다.
도공방법은 특별히 제한은 없지만, 예컨대 로울코트, 리버스로울코트, 그라비아코트, 바코트, 콤마코트 등을 들 수 있다. 또한, 접착제 니스중에 지지필름을 통과시켜 도공하여도 좋지만, 두께의 제어가 곤란하게 된다.
지지필름상에 형성되는 각 접착제층의 두께로서는 1∼75㎛가 바람직하고, 10∼30㎛가 보다 바람직하다. 접착제층의 두께가 1㎛ 미만에서는 접착성, 생산성이 열세하고, 75㎛를 넘는 것에서는 가격이 높아진다.
이와 같이 하여 얻어진 접착필름은 도 1과 같은 구성을 취한다. 이 필름은 반도체용 접착제로서 사용할 수 있다. 도 1에 있어서 1은 지지필름, 2는 접착제층이다.
본 발명의 접착필름을 사용하면, 신뢰성이 우수한 접착필름 부착의 리드프레임을 작업성, 수율이 양호하고, 간편하게 제조할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 접착필름을 소정의 크기로 절단한 필름편을 리드프레임에 접착하는 방법이 있다. 접착필름의 절단방법은 필름을 소정의 형상으로 정확하게 절단하는 방법이면 어떤 방법으로도 좋지만, 접착성을 고려하면, 천공 금형을 사용하여 접착필름을 절단하고, 뚫려진 필름편을 그대로 리드프레임에 접착하는 것이 바람직하다. 이때의 접착온도로서는 통상 150∼300℃, 바람직하게는 200∼250℃로 된다. 접착온도가 150℃ 미만에서는 충분한 접착력을 얻을 수 없고, 300℃를 넘으면 접착제층의 열열화(熱劣化)나 리드프레임의 산화의 염려가 있다. 접착압력은 통상 0.1∼20MPa, 바람직하게는 0.3∼10MPa로 된다. 접착압력이 0.1MPa 미만에서는 접착력이 불충분한 경향이 있고, 20MPa를 넘으면, 접착제가 소정의 위치 이외로 비어져 나와서, 치수정밀도가 악화될 염려가 있다. 가압시간은 상기의 접착온도, 접착압력에서 접착할 수 있는 시간이면 좋지만, 작업성을 고려하면 0.3∼60초가 바람직하고, 0.5∼10초가 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 접착필름을 사용하면, 신뢰성이 우수한 반도체장치를 작업성과 수율이 좋게 간단하게 제조할 수 있다.
본 발명의 접착필름은 은페이스트를 사용하는 종래 구조의 패키지에 있어서, 은페이스트 대신 사용하거나, 복수 칩을 사용하는 멀티칩패키지나 COL(Chip On Lead) 구조의 패키지에 사용될 수 있지만, 특히 LOC(Lead On Chip) 구조의 반도체장치에 적당하게 사용될 수 있다. 저온접착이 가능하므로, LOC구조중에서도 종래의 TSOP(Thin Small Outline Package) 구조 뿐만 아니라, QFP(Quad Flatpack Package) 구조, 스택구조의 반도체장치에도 적당하다.
예컨대, 상기와 같이 하여 제조된 접착필름 부착 리드프레임을 사용하여, 리드프레임이 접착되어 있지 않은 편면의 접착제층에 반도체칩을 접착한 후, 접착필름의 경화처리를 행하여, 리드프레임과 반도체칩을 금선 등으로 접합하고, 에폭시수지 등의 성형재료로 트랜스퍼성형하여 봉지하므로써 LOC 구조의 반도체장치를 제조할 수 있다.
반도체칩의 접착온도로서는 통상 150∼300℃, 바람직하게는 200∼250℃로 된다. 접착온도가 150℃ 미만에서는 충분한 접착력을 얻을 수 없고, 300℃를 넘으면 접착제층의 열열화나 리드프레임의 산화가 문제로 된다. 접착압력은 통상 0.1∼20MPa, 바람직하게는 0.3∼10MPa로 된다. 접착압력이 0.1MPa 미만에서는 충분한 접착력을 얻을 수 없고, 20MPa를 넘으면 접착제가 소정의 위치 이외로 비어져 나와서 치수정밀도가 악화될 염려가 있으며, 반도체칩이 파괴될 염려가 있다.
가압시간은 상기 접착온도, 접착압력으로 접착할 수 있는 시간이면 좋지만, 작업성을 고려하면 0.3∼60초가 바람직하고, 0.5∼10초가 보다 바람직하다.
경화처리의 온도로서는 통상 150∼200℃, 바람직하게는 170∼180℃로 된다. 경화처리온도가 150℃ 미만에서는 경화부족으로 되고, 200℃를 넘으면, 리드프레임의 산화의 염려가 있다. 경화시간은 통상 15분∼75분, 바람직하게는 30∼60분으로 된다. 경화시간이 15분 미만에서는 경화부족으로 되고, 75분을 넘으면 작업성이 악화된다. 다만, 접착필름의 경화처리는 에폭시수지 등의 성형재료로 트랜스퍼성형하여 봉지한 후의 봉지재 경화공정에서 겸하는 것이 가능하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 전혀 제한되는 것은 아니다.
실시예 1∼4, 비교예 1
하기 폴리아미드이미드 A∼C를 내열 열가소성 수지로 사용하고, 표 2∼3의 배합표에 나타난 바와 같이, No.1∼5의 니스(No.1∼4 : 각각, 본 발명의 실시예 1∼4에 관한 것, No. 5 : 비교예 1에 관한 것)를 조합하였다.
폴리아미드이미드 A, B 및 C는 다음의 방법으로 합성한 것을 사용하였다.
ㆍ폴리아미드이미드 A의 합성
온도계, 교반기, 질소도입관 및 분류탑을 구비한 5리터의 4구 플라스크에 질소분위기하, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판 210g(0.5몰)을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈 1200g에 용해하였다. 이 용액을 -10℃로 냉각하고, 이 온도에서 트리메리트산모노클로라이드 105.3g(0.5몰)을 온도가 -5℃를 넘지 않도록 첨가하였다. 트리메리트산모노클로라이드가 용해하면서, 트리에틸아민 76g을 온도가 5℃를 넘지 않도록 첨가하였다. 실온에서 1시간 교반을 계속한 후, 180℃에서 9시간 반응시켜 이미드화를 완결시켰다. 얻어진 반응액을 메탄올중에 투입하여 중합체를 분리시켰다. 이것을 건조한 후, 디메틸포름아미드에 용해하고, 메탄올중에 투입하여 다시 중합체를 분리시켰다. 그 후, 감압건조하여 정제된 폴리아미드이미드 A의 분말을 얻었다. 얻어진 폴리아미드이미드 A의 분말 60g을 N-메틸-2-피롤리돈 200g으로 용해하여 접착제 니스를 얻었다. 이 니스를 유리판 위에 90㎛의 두께로 유연(流延)하고, 100℃에서 10분 건조후, 유리판으로부터 박리하여, 철프레임에 고정하고 200℃에서 10분, 300℃에서 10분 건조시켜 두께 25㎛의 접착제 필름을 얻었다. 얻어진 필름의 유리전이온도는 230℃, 흡수율 1.8중량%, 비어져 나온 길이 0.2mm이었다.
ㆍ폴리아미드이미드 B의 합성
온도계, 교반기, 질소도입관 및 분류탑을 구비한 5리터의 4구 플라스크에 질소분위기하, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판 143.5g(0.35몰), 1,3-비스(아미노프로필)테트라메틸디실록산 37.2g(0.15몰)을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈 1200g에 용해하였다. 이 용액을 -10℃로 냉각하고, 이 온도에서 트리메리트산모노클로라이드 105.3g(0.5몰)을 온도가 -5℃를 넘지 않도록 첨가하였다. 트리메리트산모노클로라이드가 용해하면서, 트리에틸아민 76g을 온도가 5℃를 넘지 않도록 첨가하였다. 실온에서 1시간 교반을 계속한 후, 180℃에서 9시간 반응시켜 이미드화를 완결시켰다. 얻어진 반응액을 메탄올중에 투입하여 중합체를 분리시켰다. 이것을 건조한 후, 디메틸포름아미드에 용해하고, 메탄올중에 투입하여 다시 중합체를 분리시켰다. 그 후, 감압건조하여 정제된 폴리아미드이미드 B의 분말을 얻었다. 얻어진 폴리아미드이미드 B의 분말 60g을 N-메틸-2-피롤리돈 200g으로 용해하여 접착제니스를 얻었다. 이 니스를 유리판 위에 90㎛의 두께로 유연하고, 100℃에서 10분 건조후, 유리판으로부터 박리하여, 철프레임에 고정하고 200℃에서 10분, 300℃에서 10분 건조시켜 두께 25㎛의 접착제 필름을 얻었다. 얻어진 필름의 유리전이온도는 190℃, 흡수율 1.5중량%, 비어져 나온 길이 0.4mm이었다.
ㆍ폴리아미드이미드 C의 합성
온도계, 교반기, 질소도입관 및 분류탑을 구비한 5리터의 4구 플라스크에 질소분위기하, 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판 61.5g(0.15몰), 1,3-비스(아미노프로필)테트라메틸디실록산 86.8g(0.35몰)을 넣고, N-메틸-2-피롤리돈 1200g에 용해하였다. 이 용액을 -10℃로 냉각하고, 이 온도에서 트리메리트산모노클로라이드 105.3g(0.5몰)을 온도가 -5℃를 넘지 않도록 첨가하였다. 트리메리트산모노클로라이드가 용해하면서, 트리에틸아민 76g을 온도가 5℃를 넘지 않도록 첨가하였다. 실온에서 1시간 교반을 계속한 후, 180℃에서 9시간 반응시켜 이미드화를 완결시켰다. 얻어진 반응액을 메탄올중에 투입하여 중합체를 분리시켰다. 이것을 건조한 후, 디메틸포름아미드에 용해하고, 메탄올중에 투입하여 다시 중합체를 분리시켰다. 그 후, 감압건조하여 정제된 폴리아미드이미드 C의 분말을 얻었다. 얻어진 폴리아미드이미드 C의 분말 60g을 N-메틸-2-피롤리돈 200g에 용해하여 접착제 니스를 얻었다. 이 니스를 유리판 위에 90㎛의 두께로 유연하고, 100℃에서 10분 건조후, 유리판으로부터 박리하여, 철프레임에 고정하고 200℃에서 10분, 300℃에서 10분 건조하여 두께 25㎛의 접착제 필름을 얻었다. 얻어진 필름의 유리전이온도는 100℃, 흡수율 1.0중량%, 비어져 나온 길이 3.5mm이었다.
내열 열가소성 수지 유리전이온도(℃) 흡수율(중량%) 비어져 나온 길이(mm)
폴리아미드이미드 A 230 1.8 0.2
폴리아미드이미드 B 190 1.5 0.4
폴리아미드이미드 C 100 1.0 3.5
또, 표 2∼3에 있어서, 여러가지의 기호는 하기의 것을 의미한다.
YDCN-702 : 도부카세이(주)제, 크레졸노볼락형 에폭시수지(에폭시당량 220),
ESCN-195 : 스미토모가가꾸고교(주)제, 크레졸노볼락형 에폭시수지(에폭시당량 200),
N865-E : 다이닛뽄잉크(주)제, 크레졸노볼락형 에폭시수지(에폭시당량 208),
BEO-60E : 신니뽄리까가꾸(주)제, 에틸렌옥사이드부가체 비스페놀형 에폭시수지(에폭시당량 373),
DEM-100 : 신니뽄리까가꾸(주)제, 시클로헥산디메탄올형 에폭시수지(에폭시당량 155),
TrisP-TC : 혼슈가가꾸(주)제, 트리스페놀노볼락(OH당량 160), 화학명 α, α', α"-트리스(4-히드록시페닐)-1,3,5-트리이소프로필벤젠 ; 식(a1),
TrisP-PA : 혼슈가가꾸(주)제, 트리스페놀노볼락(OH당량 141), 화학명 4,4'-[1-[4-[1-(4-히드록시페닐)-1-메틸에틸]페닐]에틸리덴]비스페놀 ; 식(a2),
TrisP-PHBA : 혼슈가가꾸(주)제, 트리스페놀노볼락(OH당량 97), 화학명 4,4',4"-메틸리딘트리스페놀 ; 식(a3),
TrisP-HAP : 혼슈가가꾸(주)제, 트리스페놀노볼락(OH당량 102), 화학명 4,4',4"-에틸리딘트리스페놀 ; 식(a4),
DMAc : 디메틸아세트아미드
DMF : 디메틸포름아미드
NMP ; N-메틸-2-피롤리돈
이들 니스를 두께 50㎛의 화학처리에 의해 표면처리를 실시한 폴리이미드필름(우베고산(주)제 상품명 : 유피렉스S)의 각 면에 100㎛의 두께로 도포하고, 각 면마다 100℃에서 10분, 200℃에서 10분 건조하여, 두께 25㎛의 접착제를 양면에 갖는 도 1의 구성의 반도체용 접착필름을 얻었다(실시예 1∼4 : 각각, 니스번호 No. 1∼4를 사용 ; 비교예 1 : 니스번호 No.5를 사용).
실시예 1∼4 및 비교예 1의 접착필름의 필름형성성, 접착성, 내리플로우크랙성에 관해서 확인을 행하였다. 평가결과를 표 4에 나타낸다.
또한, 실시예 1∼4 및 비교예 1에서 제조한 3층 구조의 접착필름의 흡수율 및 비어져 나온 길이를 측정하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.
<필름형성성 평가법>
상기 조건으로 제조한 접착필름의 접착제층의 끈적임의 유무를 확인하였다. 끈적임이 없는 것을 양호한 것으로 하고, 있는 것을 불량한 것으로 하였다.
<저온접착성 평가법>
접착필름을 천공 금형을 사용하여 단책상(短冊狀)으로 뚫고, 두께 0.15mm의 구리합금제의 리드프레임의 위에 0.2mm 간격, 0.2mm 폭의 이너리드가 맞닿도록 올려서 250℃에서 3MPa의 압력으로 3초간 가압하여 압착하고, 접착필름 부착 리드프레임을 제조하였다. 이 접착필름 부착 리드프레임을 2m의 높이에서 지면에 낙하시킨 때의 접착필름편의 탈락의 유무로 평가를 행하였다. 접착필름편의 탈락이 없는 것을 양호한 것으로 하고, 있는 것을 불량한 것으로 하였다.
<내리플로우크랙성 평가법>
접착성 평가에서 제조한 접착필름 부착 리드프레임의 접착제층면에 반도체소자를 250℃의 온도에서 3MPa의 압력으로 3초간 가압하여 압착하고, 그 후, 리드프레임과 반도체소자를 금선으로 와이어본드하여 비페닐계 에폭시수지 성형재료(히다치카가쿠고교(주)제 상품명 : CEL-9200)로 트랜스퍼성형에 의해 봉지하고, 175℃에서 6시간 경화하여, 도 2에 나타낸 바와 같인 반도체장치를 제조하였다. 도 2에 있어서 3은 접착필름, 4는 반도체소자, 5는 리드프레임, 6은 봉지재, 7은 본딩와이어, 8은 버스바이다.
얻어진 반도체장치를 온도 85℃, 습도 85%RH의 고온고습도하에 168시간 방치한 후에, 반도체장치 표면의 최고온도가 240℃에서 이 온도를 20초간 유지하도록 온도설정한 IR리플로우로를 통과시키고, 실온에서 방치하는 것에 의해 냉각하는 처리를 2회 반복하여, 크랙의 유무를 관찰하였다. 크랙이 없는 것을 양호한 것으로 하고, 있는 것을 불량한 것으로 하였다.
접착필름의 특성평가 결과
특성 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1
필름 형성성 양호 양호 양호 양호 양호
저온접착성 양호 양호 양호 양호 양호
내리플로우크랙성 양호 양호 양호 양호 불량
접착필름의 흡수율(중량%) 접착필름의 비어져 나온 길이
실시예 1 1.8 0.3
실시예 2 1.7 0.4
실시예 3 1.8 0.3
실시예 4 1.7 0.5
비교예 1 1.4 3.8
3층 구조의 접착필름의 흡수율 및 비어져 나온 길이
(지지필름 : 100㎛, 접착제층 : 각 25㎛)
실시예 1∼4는 모두 본 발명에서 규정한 항목을 만족시키고 있고, 이들은 필름형성성, 저온접착성, 내리플로우크랙성이 양호하였다.
비교예 1은 내열 열가소성 수지의 Tg 및 비어져 나온 길이 및 접착필름의 비어져 나온 길이가 본 발명에서 규정한 값을 벗어나고, 내리플로우크랙성이 열세하다.
본 발명의 반도체용 접착필름은 저온접착 가능하고, 특히 구리제 리드프레임을 사용한 접착필름 부착 리드프레임의 제조에 유용하다. 또한, 이 접착필름 부착 리드프레임을 사용하여 제조된 반도체장치는 내리플로우크랙성이 우수하고, 높은 신뢰성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 반도체용 접착필름의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 반도체용 접착필름을 사용한 반도체장치의 단면도이다.

Claims (13)

  1. 지지필름의 양면에 접착제층을 설치한 3층 구조의 접착필름에 있어서, 그 접착제층이 (A) 유리전이온도가 130∼300℃, 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하인 내열 열가소성 수지, (B) 에폭시수지 및 (C) 에폭시수지 경화제로서 트리스페놀계 화합물을 함유하여 이루어지는 반도체용 접착필름.
  2. 지지필름의 양면에 접착제층을 설치한 3층 구조의 접착필름에 있어서, 그 접착제층이 (A) 유리전이온도가 130∼300℃인 내열 열가소성 수지, (B) 에폭시수지 및 (C) 에폭시수지 경화제로서 트리스페놀계 화합물을 함유하여 이루어지는 반도체용 접착필름으로서, 상기 3층 구조의 접착필름의 흡수율이 3중량% 이하, 비어져 나온 길이가 2mm 이하인 반도체용 접착필름.
  3. 제 1항에 있어서, 접착제층이 내열 열가소성 수지 (A) 100중량부, 에폭시수지 (B) 1∼100중량부 및 에폭시수지 경화제 (C) 0.02∼120중량부를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  4. 제 1항에 있어서, 내열 열가소성 수지 (A)가 폴리이미드수지, 폴리아미드이미드수지, 폴리에스테르이미드수지, 폴리에테르이미드수지 또는 폴리아미드수지인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  5. 제 1항에 있어서, 에폭시수지 경화제 (C)가 하기 일반식 (a)
    (식중, R1∼R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1∼10의 알킬기, 탄소수 5∼10의 시클로알킬기, 페닐기 또는 수산기를 나타내고, D는 4가의 유기기를 나타낸다.)
    로 표시되는 트리스페놀화합물인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  6. 제 5항에 있어서, 일반식 (a)중의 D가
    인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  7. 제 6항에 있어서, 일반식 (a)중의 R5가 수소 또는 탄소수 1∼10의 알킬기인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  8. 제 7항에 있어서, 일반식 (a)중의 ≡D-R5가
    인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  9. 제 1항에 있어서, 지지필름이 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리페닐렌설피드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴레이트 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 절연성 내열성 수지필름인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착필름.
  10. 리드프레임에 제 1항에 따른 반도체용 접착필름을 부착한 반도체용 접착필름 부착 리드프레임.
  11. 리드프레임에 제 2항에 따른 반도체용 접착필름을 부착한 반도체용 접착필름 부착 리드프레임.
  12. 리드프레임과 반도체소자를 제 1항에 따른 반도체용 접착필름을 개재하여 접착시켜 이루어지는 반도체장치.
  13. 리드프레임과 반도체소자를 제 2항에 따른 반도체용 접착필름을 개재하여 접착시켜 이루어지는 반도체장치.
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