KR20060043767A - 반도체용 점접착(粘接着) 시트 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

반도체용 점접착(粘接着) 시트 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

패키지 크랙 등의 발생을 방지하여 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제조할 수 있는 점접착 시트와 이것을 사용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로서, 점접착 시트는 (A)점착 성분과 (B)에폭시 수지로 형성되고, 가열 경화후의 100℃에서의 저장 탄성률이 1.0×107㎩ 이하이고, 160℃에서의 저장 탄성률이 1.0×105㎩ 이상인 점접착층을 갖는다.
점접착시트, 반도체장치, 실리콘 웨이퍼, 리드프레임

Description

반도체용 점접착(粘接着) 시트 및 반도체 장치의 제조 방법 {Adhesive sheet and the manufacturing method for a semiconductor equipment}
본 발명은 신규한 반도체용 점접착 시트 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 실리콘 웨이퍼 등을 다이싱하고, 또한 리드 프레임에 다이본딩하는 공정에서 사용하기에 적합한 점접착 시트 및 이것을 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘, 갈륨비소 등의 반도체 웨이퍼는 직경이 큰 상태에서 제조되고, 이 웨이퍼는 소자 소편(IC 칩)으로 절단 분리(다이싱)된 후에 다음 공정인 마운트 공정으로 이행된다. 이 때, 반도체 웨이퍼는 미리 점착 시트에 점착된 상태에서 다이싱, 세정, 건조, 익스팬딩, 픽업의 각 공정이 가해진 후, 다음 공정인 본딩 공정으로 이송된다.
이들 공정 중에서 픽업 공정과 본딩 공정 사이의 프로세스를 간략화하기 위해, 웨이퍼 고정 기능과 다이 접착 기능을 겸비하는 반도체용 점접착 시트가 여러 가지 제안되어 있다(예컨대, 일본 공개특허공보 평9-100450호). 상기 일본 공개특허공보 평9-100450호에는 방사선 경화형 점착 성분과 열 경화형 접착 성분을 포함 하는 조성물로 이루어진 점접착층과 기재로 이루어진 점접착 시트가 개시되어 있다. 이 점접착층은 웨이퍼 다이싱시에는 웨이퍼를 고정하는 기능을 갖는다. 다이싱 종료후 칩의 픽업을 행하면, 점접착층은 칩과 함께 박리된다. 점접착층을 수반한 IC 칩을 기판에 올려놓고 가열하면, 점접착층 중의 열 경화형 접착 성분이 접착력을 발현하여 IC 칩과 기판의 접착이 완료된다.
또한, 이 반도체용 점접착 시트는 IC 칩끼리의 접착에도 사용되는 경우가 있다.
상기 점접착 시트에 있어서, 열 경화형 접착 성분으로서 범용 에폭시 수지를 사용한 것은 접착성이 우수하기 때문에 광범위한 용도에의 적용이 기대된다. 그러나, 실리콘 칩이 얇아짐에 따라 신뢰성 시험에서의 IR 리플로 공정 등에 있어서 기판이나 칩의 휨 또는 기판-칩 사이의 박리가 발생하는 경우가 증가하였다.
이러한 문제가 발생하는 원인으로서 실리콘 칩과 이것을 실장하는 기판의 표면재(폴리이미드 등의 유기 재료)의 열팽창률의 차이를 생각할 수 있다. 열팽창 계수를 비교하면, 실리콘 웨이퍼는 3 ×10-6∼5×10-6/℃임에 비하여, 일반적인 폴리이미드는 3×10-5∼5×10-5/℃이다. 따라서, 히트 사이클 조건하에서는 팽창률의 차이에 기인하여 실리콘 칩과 기판의 사이에 끼워져 있는 점접착층에 응력이 가해진다. 특히, 점접착층의 저장 탄성률이 높은 경우에는 기판이나 칩의 휨 또는 기판-칩 사이가 박리되는 경우도 있었다.
따라서, 가열 경화후에 있어서의 에폭시 수지의 높은 접착성을 유지하면서 또한 고온하에서는 저장 탄성률이 낮고, 기판-칩 사이에 가해지는 응력을 완화할 수 있는 점접착층의 개발이 요구되고 있다.
이러한 과제를 해결하는 본 발명의 요지는 다음과 같다.
[1] 기재와, 그 위에 형성된 (A)점착 성분과 (B)에폭시 수지로 이루어진 점접착층을 갖고, 가열 경화후의 상기 점접착층의 저장 탄성률이 100℃에서는 1.0×107㎩ 이하이고, 160℃에서는 1.0×105㎩ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체용 점접착 시트.
[2] 점접착층에 방사선 경화 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 점접착 시트.
[3] [1]에 기재된 점접착 시트의 점접착층에 반도체 웨이퍼를 붙이고, 상기 반도체 웨이퍼를 다이싱하여 IC 칩으로 만들고, 상기 점접착층을 상기 IC 칩과 함께 기재로부터 박리하고, 상기 IC 칩을 리드 프레임 위에 상기 점접착층을 통해 올려놓고, 이어서 가열함으로써 상기 점접착층에 접착력을 발현시켜 상기 IC 칩과 리드 프레임을 접착하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
[4] [2]에 기재된 점접착 시트의 점접착층에 반도체 웨이퍼를 붙이고, 상기 반도체 웨이퍼를 다이싱하여 IC 칩으로 만들고, 다이싱 전 또는 다이싱 후 중의 하나에 있어서 상기 점접착층에 방사선을 조사하여 상기 점접착층을 경화시키고, 상 기 점접착층을 상기 IC 칩과 함께 기재로부터 박리하고, 상기 IC 칩을 리드 프레임 위에 상기 점접착층을 통해 올려놓고, 이어서 가열함으로써 상기 점접착층에 접착력을 발현시켜 상기 IC 칩과 리드 프레임을 접착하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
이하, 본 발명에 관한 점접착 시트 및 이것을 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명에 관한 반도체용 점접착 시트의 형상은 테이프 형상, 라벨 형상 등 모든 형상을 취할 수 있다.
본 발명에 관한 반도체용 점접착 시트는 기재와, 그 위에 형성된 (A)점착 성분과 (B)에폭시 수지로 이루어진 점접착층을 갖고 있다. 추가로 필요에 따라 점접착층에는 (C)열활성형 잠재성 경화제, (D)커플링제, (E)방사선 경화 성분, (F)가요성 성분, (G)충전제 및/또는 (H)그 외의 성분이 포함된다.
본 발명의 반도체용 점접착 시트는 점접착층의 가열 경화후의 저장 탄성률이 특정 범위에 있는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 가열 경화후의 점접착층의 100℃에서의 저장 탄성률이 1.0×107㎩ 이하이고, 바람직하게는 1.0×106 ∼ 1.0×107㎩이다. 100℃에서의 저장 탄성률이 1.0×107㎩보다 크면 IR 리플로 공정 등에 있어서 기판이나 칩에 휨이나 박리가 쉽게 발생될 수 있다.
가열 경화후의 점접착층의 160℃에서의 저장 탄성률은 1.0×105㎩ 이상이고, 바람직하게는 5.0×105 ∼1.0×107㎩이다. 160℃에서의 저장 탄성률이 1.0×105㎩ 미만이면 점접착층에 보이드가 발생하기 쉬워져서 IR 리플로 등의 공정에서 패키징 크랙을 일으킬 우려가 있다.
또한, 가열 경화후의 점접착층의 유리 전이 온도(Tg)의 상한값은 바람직하게는 120℃ 이하, 더욱 바람직하게는 90℃ 이하이고, 또한 유리 전이 온도의 하한값은 바람직하게는 40℃ 이상이다.
점착 성분 (A)로서는 종래부터 공지의 여러 점착제가 특별히 제한 없이 사용된다. 본 발명에 있어서는 아크릴계 점착제, 고무계 점착제, 폴리에스테르계 점착제가 바람직하게 사용되고, 이들 중에서도 특히 아크릴계 점착제가 바람직하게 사용된다.
아크릴계 점착제로서는, 예컨대 (메타)아크릴산에스테르 모노머 및 (메타)아크릴산 유도체로부터 유도되는 구성 단위로 이루어진 (메타)아크릴산 에스테르 공중합체를 들 수 있다. 여기서, (메타)아크릴산에스테르 모노머로서는 (메타)아크릴산시클로알킬에스테르, (메타)아크릴산벤질에스테르, 알킬기의 탄소수가 1 - 18인 (메타)아크릴산알킬에스테르가 사용된다. 이들 중에서도 특히 바람직하게는 알킬기의 탄소수가 1 - 18인 (메타)아크릴산알킬에스테르, 예컨대 아크릴산메틸, 메타크릴산메틸, 아크릴산에틸, 메타크릴산에틸, 아크릴산프로필, 메타크릴산프로필, 아크릴산부틸, 메타크릴산부틸 등이 사용된다. 또한 (메타)아크릴산 유도체로서 는, 예컨대 (메타)아크릴산, (메타)아크릴산히드록시에틸, (메타)아크릴산글리시딜 등을 들 수 있다.
(메타)아크릴산 유도체로서 (메타)아크릴산글리시딜을 사용한 경우, 후술하는 에폭시 수지와의 상용성이 향상되고, 또한 경화후의 Tg가 높아져서 내열성도 향상된다. 또한, 히드록시에틸아크릴레이트 등의 수산기 함유 모노머를 도입함으로써 피착체와의 밀착성이나 점착 물성의 컨트롤이 용이해진다.
아크릴계 점착제에 사용되는 (메타)아크릴산에스테르 공중합체의 중량 평균 분자량은 바람직하게는 100000 이상이고, 특히 바람직하게는 150000∼1000000이다. 또한, (메타)아크릴산에스테르 공중합체의 유리 전이 온도는 통상 20℃ 이하, 바람직하게는 -70 ∼0℃ 정도이고, 상온(23℃)에서는 점착성을 갖는다.
에폭시 수지 (B)는 점접착층의 가열 경화후의 저장 탄성률에 큰 영향을 미친다. 따라서, 점접착층의 가열 경화후의 저장 탄성률이 상기 범위로 되도록 에폭시 수지 (B)는 적절하게 선택된다.
이러한 에폭시 수지 (B)는 한정되는 것은 전혀 아니지만, 비스페놀 골격 및 유연성 골격을 갖는 에폭시 수지와 범용 에폭시 수지의 혼합물을 예시할 수 있다. 비스페놀 골격 및 유연성 골격을 갖는 에폭시 수지로서는 하기의 것을 예시할 수 있다.
Figure 112005014054968-PAT00001
Figure 112005014054968-PAT00002
상기 식에 있어서, 결합기 X 및 X'는 특별히 제한은 없지만, 예컨대 에테르 결합(O), 에스테르 결합(COO, OCO) 등을 들 수 있고, 비교적 저극성의 에테르 결합이 바람직하다. R 및 R'는 지방족 등 유연성이 있는 결합기이면 되고, 예컨대 측쇄를 갖거나 또는 측쇄를 갖지 않는 알킬렌, 폴리에테르 골격, 폴리부타디엔 골격, 폴리이소프렌 골격 등을 들 수 있다. n 및 n'는 1∼10의 값이다.
이하, 비스페놀 골격 및 유연성 골격을 갖는 에폭시 수지를 특별히 「유연성 에폭시 수지」라 기재하는 경우가 있다.
유연성 에폭시 수지의 에폭시 당량은 바람직하게는 100∼000g/eq, 더욱 바람직하게는 200∼600g/eq이다. 또한, 유연성 에폭시 수지는 그 경화물의 유리전이점(Tg)이 바람직하게는 100℃ 이하, 더욱 바람직하게는 80℃ 이하이다.
에폭시 수지 (B)로서 상기 유연성 에폭시 수지를 사용하면, 가열 경화후의 점접착층의 유리전이점이 저하됨과 아울러 점접착층의 저장 탄성률도 저하되는 경향이 있다.
이러한 유연성 에폭시 수지로서는 예컨대 다이닛폰잉크(주) 제조, EXA-4850-150, EXA-4850-1000, 나가세켐텍스(주) 제조, 데나콜 EX-250, EX250L 등을 들 수 있다.
유연성 에폭시 수지와 병용되는 범용 에폭시 수지로서는, 통상은 분자량 300 ∼ 2000 정도의 것이 바람직하고, 특히 분자량 300 ∼1000, 바람직하게는 330 ∼ 800의 상태 액상의 에폭시 수지, 분자량 400 ∼2500, 바람직하게는 800 ∼2000의 상태 고체의 에폭시 수지 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한, 이들 범용 에폭시 수지의 에폭시 당량은 통상 50 ∼5000g/eq이다. 이러한 에폭시 수지로서는 구체적으로는 비스페놀 A, 비스페놀 F, 레조르시놀, 페닐노볼락, 크레졸노볼락 등의 페놀류의 글리시딜에테르; 디시클로펜타디엔 골격 함유의 에폭시 수지; 프탈산, 이소프탈산, 테트라히드로프탈산 등의 카르복실산의 글리시딜에테르; 아닐린이소시아누레이트 등의 질소원자에 결합한 활성 수소를 글리시딜기로 치환한 글리시딜형 혹은 알킬글리시딜형의 에폭시 수지; 비닐시클로헥산디에폭시드, 3, 4-에폭시시클로헥실메틸-3, 4-디시클로헥산카르복실레이트, 2-(3, 4-에폭시)시클로헥실-6, 5-스피로(3, 4-에폭시)시클로헥산-m-디옥산 등과 같이 분자내의 탄소-탄소 이중결합을 예컨대 산화함으로써 에폭시가 도입된, 소위 지환형 에폭시드를 들 수 있다.
이들 중에서도 비스페놀계 글리시딜형 에폭시 수지, o-크레졸노볼락형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔 골격 함유의 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다.
이들 범용 에폭시 수지는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 범용 에폭시 수지와 후술하는 가요성 성분 (F)을 미리 변성한 변성 수지를 사용할 수도 있다. 이러한 변성 수지는, 특별히 알로이 변성 수지나 고무 블렌드 변성 수지라 불린다.
이들 범용 에폭시 수지 중에서도 저분자량, 저에폭시 당량의 것을 사용하면, 가열 경화후의 점접착층의 저장 탄성률은 증가하는 경향이 있다. 바람직한 에폭시 수지 (B)는 그 평균 에폭시 당량이 바람직하게는 200 ∼800g/eq, 더욱 바람직하게는 300 ∼ 800g/eq, 특히 바람직하게는 500 ∼700g/eq로 되도록 상기 유연성 에폭시 수지 및 범용 에폭시 수지를 혼합하여 얻어진다. 평균 에폭시 당량이 200g/eq 이하이면 가열 경화시의 수축이 커져서 접착력의 저하가 일어날 가능성이 있다. 한편, 평균 에폭시 당량이 800g/eq 이상이면, 경화후의 가교 밀도가 낮아져서 충분한 접착 강도가 나오지 않을 가능성이 있다.
또한, 에폭시 당량이 500g/eq 이하인 액상 에폭시 수지의 함유량은 에폭시 수지 (B) 중 20 ∼90중량%인 것이 바람직하고, 30 ∼80중량%인 것이 더 바람직하고, 40 ∼70중량%인 것이 가장 바람직하다. 20중량% 이하이면, 기판으로의 접착시에 매립성이 악화되는 경우가 있다.
에폭시 수지 (B)는 상기 점착 성분 (A) 100중량부에 대해 바람직하게는 50 ∼1500중량부, 더 바람직하게는 100 ∼1000중량부, 가장 바람직하게는 200 ∼800중량부의 비율로 사용된다. 50중량부 이하이면 충분한 접착 강도가 나오지 않을 가능성이 있다. 1500중량부 이상이면 경화물이 취성 물질로 되기 때문에 접착 강도가 나오지 않거나 점착성이 악화될 가능성이 있다.
열활성형 잠재성 경화제 (C)란, 실온에서는 에폭시 수지와 반응하지 않고, 어느 온도 이상의 가열에 의해 활성화되어 에폭시 수지와 반응하는 타입의 경화제이다.
열활성형 잠재성 경화제(C)의 활성화 방법에는 가열에 의한 화학 반응으로 활성종(음이온, 양이온)을 생성하는 방법; 실온 부근에서는 에폭시 수지중에 안정되게 분산되어 있고 고온에서 에폭시 수지와 상용·용해하여 경화 반응을 개시하는 방법; 분자체 봉입 타입의 경화제로 고온에서 용출하여 경화 반응을 개시하는 방법; 마이크로 캡슐에 의한 방법 등이 존재한다.
이들 열활성형 잠재성 경화제 (C)는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 예컨대 디시안디아미드, 이미다졸 화합물 또는 이들의 혼합물이 바람직하게 사용된다.
상기와 같은 열활성형 잠재성 경화제 (C)는 에폭시 수지 (B) 100중량부에 대해 바람직하게는 0.1 ∼20중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 ∼15중량부, 가장 바람직하게는 1 ∼10중량부의 비율로 사용된다.
커플링제 (D)는 상기 (A) 혹은 (B)가 갖는 관능기와 반응하는 기를 갖는 것이 바람직하다. 커플링제는 경화 반응시에 커플링제 중의 유기 관능기가 에폭시 수지와 반응한다고 생각되며, 경화물의 내열성을 해치지 않고 접착성, 밀착성을 향상시킬 수 있고 또한 내수성도 향상시킨다. 커플링제로서는 실란커플링제가 바람직하다. 이러한 커플링제는 에폭시 수지 100중량부에 대해 바람직하게는 0.1 - 20중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 - 10중량부의 비율로 사용된다.
방사선 경화 성분 (E)란, 자외선, 전자선 등의 방사선의 조사를 받으면 중합 경화하는 화합물이다. 이 방사선 중합성 화합물은 구체적으로 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 테트라메틸올메탄테트라아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리아크릴레이트, 디펜타에리스리톨모노히드록시펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트 또는 1, 4-부틸렌글리콜디아크릴레이트, 1, 6-헥산디올디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 올리고에스테르아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트계 올리고머, 에폭시 변성 아크릴레이트, 폴리에테르아크릴레이트, 이타콘산 올리고머 등의 아크릴레이트계 화합물이 사용된다. 이러한 화합물은 분자내에 적어도 1개의 중합성 이중결합을 갖고, 통상은 중량 평균 분자량이 100 ∼30000, 바람직하게는 300 ∼10000 정도이다.
그리고, 방사선 중합성 화합물의 다른 예로서 디시클로펜타디엔 골격을 갖는 화합물 등도 사용할 수 있다.
상기한 바와 같은 방사선 경화 성분 (E)을 함유하는 점접착제 조성물은 방사선 조사에 의해 경화된다. 방사선으로서는 구체적으로 자외선, 전자선 등이 사용된다.
방사선으로서 자외선을 사용하는 경우에는, 상기 조성물 중에 광중합 개시제를 혼입함으로써 중합 경화 시간 및 광선 조사량을 줄일 수 있다.
이러한 광중합 개시제로서는 구체적으로 벤조페논, 아세토페논, 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르, 벤조인벤조산, 벤조인벤조산메틸, 벤조인디메틸케탈, 2, 4-디에틸티옥산톤, 알 파-히드록시시클로헥실페닐케톤, 벤질디페닐설파이드, 테트라메틸티우람모노설파이드, 아조비스이소부틸올니트릴, 벤질, 디벤질, 디아세틸, 베타-클로르안트라퀴논, 2, 4, 6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드 등을 들 수 있다.
방사선 경화 성분 (E)의 배합비는 각 성분의 특성에 따라 설정되는데, 성분(A＋B)의 합계 100중량부에 대해 바람직하게는 1∼ 30중량부, 더욱 바람직하게는 5 ∼15중량부 정도의 비율로 사용한다.
가요성 성분 (F)란, 에폭시 성분 (B)이 경화된 후에도 가요성을 유지하는 성분으로 열가소성 수지 또는 에라스토머로 이루어진다. 이러한 가요성 성분 (F)는 에폭시 수지 (B) 100중량부에 대해 바람직하게는 1 ∼40중량부, 더욱 바람직하게는 4 ∼30중량부, 가장 바람직하게는 4 ∼25중량부의 비율로 사용된다.
가요성 성분 (F)의 유리 전이 온도(Tg)는 바람직하게는 -40 ∼80℃ 정도, 가장 바람직하게는 -30 ∼10℃ 정도이다. 가요성 성분 (F)의 분자량은 바람직하게는 10000 ∼1000000 정도, 가장 바람직하게는 20000 ∼ 600000 정도이나, 내부 가교하고 있는 가요성 성분 (F)에 대해서는 그렇지 않다.
가요성 성분 (F)은 방사선이나 가열에서는 실질적으로 경화하지 않은 성분으로서, 폴리머 또는 폴리머의 그래프트 성분, 포리머의 블록 성분이어도 된다.
가요성 성분 (F)은 경화후의 점접착층중에 균일하게 분산하여 점접착층의 취성을 개선하여 외부 응력에 대해 저항을 향상시킨다. 또한, 가요성 성분 (F)는 에폭시 수지 (B) 중에 균일하게 분산 또는 혼합되어 있는 것이 바람직하고, 이를 위해 미세 입자상이거나 또는 톨루엔, 에틸메틸케톤 등의 유기 용매에 용해 가능하거 나 혹은 용해하기 쉬운 것이 바람직하다.
미세 입자상의 가요성 성분 (F)로서는 그 입경이 0.1 ∼ 5㎛, 바람직하게는 0.1 ∼1㎛인 것을 사용한다.
유기 용매에 용해 가능하거나 혹은 용해하기 쉬운 가요성 성분 (F)에 관해서는 그 경화 과정에 가요성 성분 (F)는 에폭시 수지 (B)와 상 분리하여 구조적으로 2상계로 된다고 알려져 있다. 이러한 유기 용매에 용해 가능하거나 혹은 용해하기 쉬운 가요성 성분 (F)으로는 포화 폴리에스테르 수지, 액상 NBR, 액상 클로로프렌 고무, 우레탄 고무, 폴리올레핀 수지, 실리콘 오일 등을 들 수 있고, 이들 중에서도 포화 폴리에스테르 수지가 더 바람직하다.
미세 입자상의 가요성 성분 (F)으로서는 유화 중합에 의해 조제된 아크릴 고무 미립자, 폴리에테르폴리에스테르 등의 블록 폴리에스테르 에라스토머, 폴리에틸렌 미립자 및 실리콘 고무 미립자 등을 들 수 있고, 그 중에서도 아크릴 고무 미립자, 블록 폴리에스테르 에라스토머가 더 바람직하다.
상기한 바와 같은 미세 입자상의 가요성 성분 (F)은 에폭시 수지중에 분산된 형태로 시판되고 있는 것도 있다. 또한, 상술한 바와 같이 에폭시 수지 (B)와 가요성 성분 (F)을 미리 변성한 변성 수지를 사용할 수도 있다. 이러한 변성 수지는 특별히 알로이 변성 수지나 고무 블렌드 변성 수지라 불린다.
상기와 같은 변성물로서는, 각종 고무 변성 에폭시 수지(NBR 변성, CTBN 변성 등), 우레탄 변성 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
고무 변성 에폭시 수지로서는, 예컨대 아데카레진 EP-4023TM(아사히덴카고교사 제조), 아데카레진 EP-4024TM(아사히덴카고교사 제조), 아데카레진 EP-4026TM(아사히덴카고교사 제조), 아데카레진 EPR-20TM(아사히덴카고교사 제조) 등을 들 수 있다.
우레탄 변성 에폭시 수지로서는, 예컨대 아데카레진 EPU-6TM(아사히덴카고교사 제조), 아데카레진 EPU-73TM(아사히덴카고교사 제조), 아데카레진 EPU-78-11TM(아사히덴카고교사 제조) 등을 들 수 있다.
충전재 (G)로서는 다이본드 후의 도전성(導電性) 또는 열전도성의 부여를 목적으로 하여 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 스테인리스, 카본 또는 세라믹 또는 니켈, 알루미늄 등을 은으로 피복한 것과 같은 도전성( 導電性), 열전도성의 필러를 첨가해도 된다. 또한, 석면, 실리카, 유리, 운모, 산화크롬, 산화티탄, 안료 등의 비전도성 필러를 첨가해도 된다. 이들 필러는 점접착층을 구성하는 성분(필러를 제외함)의 합계 100질량부에 대해 0 ∼400질량부 정도의 비율로 배합되어 있어도 된다.
그 외 성분 (H)로서는 상기 점접착 조성물에는 초기 접착력 및 응집력을 조절하기 위해 유기 다가 이소시아네이트 화합물, 유기 다가 이민 화합물 등의 가교제를 첨가할 수도 있다.
상기 유기 다가 이소시아네이트 화합물로서는 방향족 다가 이소시아네이트 화합물, 지방족 다가 이소시아네이트 화합물, 지환족 다가 이소시아네이트 화합물 및 이들의 다가 이소시아네이트 화합물의 삼량체 등을 들 수 있다. 유기 다가 이소시아네이트 화합물의 더욱 구체적인 예로서는, 예컨대 2, 4-톨릴렌디이소시아네이트, 2, 6-톨릴렌디이소시아네이트, 1, 3-자일릴렌디이소시아네이트, 1, 4-자일렌디이소시아네이트, 디페닐메탄-4, 4'-디이소시아네이트, 디페닐메탄-2, 4'-디이소시아네이트, 3-메틸디페닐메탄디이소시아네이트, 헥산메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4, 4'-디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-2, 4'-디이소시아네이트, 리진이소시아네이트 등을 들 수 있다. 또한, 이들 다가 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물을 반응시켜 얻어지는 말단 이소시아네이트우레탄 프리폴리머여도 된다. 이러한 화합물로서는 트리메틸올프로판 변성 톨릴렌디이소시아네이트 등을 들 수 있다.
상기 유기 다가 이민 화합물의 구체예로서는 N, N'-디페닐메탄-4, 4'-비스(1-아지리딘카르복시아미드), 트리메틸올프로판-트리-베타-아지리디닐프로피오네이트, 테트라메틸올메탄-트리-베타-아지리디닐프로피오네이트, N, N'-톨루엔-2, 4-비스(1-아지리딘카르복시아미드)트리에틸렌멜라민 등을 들 수 있다. 이러한 가교제는 점접착제 조성물중에 0 ∼5중량%, 특히 0.1 ∼1중량%의 범위의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 점접착 조성물중에 대전방지제를 첨가할 수도 있다. 대전방지제를 첨가함으로써 익스팬드시 또는 픽업시에 발생하는 정전기를 억제할 수 있기 때문에 칩의 신뢰성이 향상된다. 대전방지제로서는 구체적으로는 음이온성, 양이온 성, 비이온성 내지 양쪽 이온성의 일반적으로 공지된 활성제 등이 사용된다. 대전방지제는 점접착 조성물중에 0 ∼50중량%, 특히 0 ∼30중량% 범위의 양으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 점접착 시트는 기재 위에 상기 성분으로 이루어진 점접착제 조성물을 콤마 코터, 그라비아 코터, 다이 코터, 리버스 코터 등 일반적으로 공지된 방법에 따라 도공하고, 건조시킴으로써 얻어진다. 또한, 본 발명의 점접착 시트는 이형 시트 위에 점접착제 조성물을 상기한 바와 동일한 방법으로 도공하고, 건조시켜 점접착층을 형성하고, 이것을 기재 위에 전사함으로써도 얻어진다.
기재로서는, 예컨대 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리메틸펜텐 필름, 폴리염화비닐 필름, 염화비닐공중합체 비닐, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리부틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리우레탄 필름, 에틸렌아세트산비닐 필름, 아이오노머 수지 필름, 에틸렌·(메타)아크릴산 공중합체 필름, 에틸렌·(메타)아크릴산에스테르 공중합체 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리카보네이트 필름, 불소 필름 등이 사용된다. 기재는 이들 필름의 단층이어도 되고 적층이어도 된다. 또한, 사용하는 방사선에 대해 투과성이 있는 재료가 기재로서 선택된다.
또한, 기재의 표면 장력은 바람직하게는 40mN/m 이하, 더욱 바람직하게는 37mN/m 이하, 특히 바람직하게는 35mN/m 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라 본 발명의 점접착 시트의 점접착층을 피착체에 전착할 수 있게 된다. 이러한 표면 장력이 낮은 기재는 재질을 적절하게 선택하여 얻을 수 있고, 또한 기재의 표면에 실 리콘 수지 등을 도포하여 이형 처리를 실시함으로써 얻을 수도 있다. 그 외에 글라신(glassine)지, 클레이 코트지나 수지 코트지 등의 코트지, 폴리에틸렌라미네이트지나 폴리프로필렌라미네이트지 등의 라미네이트지와 같은 종이 기재를 사용할 수 있다. 이러한 기재의 막두께는 통상은 10 ∼300㎛, 바람직하게는 20 ∼ 200㎛, 특히 바람직하게는 50 ∼150㎛ 정도이다. 또, 상기 점접착제 조성물은 필요에 따라 용제에 용해하거나 혹은 분산시켜 도포할 수 있다.
본 발명의 점접착 시트에 있어서의 점접착층의 두께는 통상은 3 ∼100㎛, 바람직하게는 10 ∼60㎛인 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 제조방법에 있어서는 우선 이 점접착 시트를 다이싱 장치 위에 링 프레임에 의해 고정하고, 실리콘 웨이퍼의 한 쪽 면을 이 점접착 시트의 점접착층 위에 올려놓고, 가볍게 압압하여 웨이퍼를 고정한다.
그 후, 점접착층에 방사선 경화 성분이 포함되어 있는 경우에는 기재측으로부터 방사선을 조사하여 점접착층의 응집력을 높이고 기재와의 사이의 접착력을 저하시켜 둔다. 이어서, 다이싱 소 등의 절단수단을 사용하여 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하여 IC 칩을 얻는다. 이 때의 절단 깊이는 실리콘 웨이퍼의 두께와 점접착층의 두께의 합계 및 다이싱 소의 마모분을 더한 깊이로 한다.
또, 방사선 조사는 다이싱후에 행해도 되고 또한 하기 익스팬드 공정후에 행해도 된다. 이어서, 필요에 따라 점접착 시트의 익스팬드를 행하면, IC 칩 간격이 확장되어 IC 칩의 픽업을 더욱 쉽게 행할 수 있게 된다.
이렇게 하여 IC 칩의 픽업을 행하면, 절단된 점접착층을 IC 칩 이면에 고착 잔존시켜 기재로부터 박리할 수 있다. 이어서, 점접착층을 통해 IC 칩을 다이패드부에 올려놓는다. 다이패드부는 IC 칩을 올려놓기 전에 가열하거나 올려놓은 직후에 가열된다. 가열 온도는 통상은 80 ∼200℃, 바람직하게는 100 ∼180℃이고, 가열 시간은 통상은 0.1초 ∼5분, 바람직하게는 0.5초 ∼3분이고, 칩 마운트 압력은 통상 1KPa ∼100MPa이다.
IC 칩을 다이패드부에 칩 마운트한 후 다시 가열함으로써 점접착층이 경화되어 IC 칩과 다이패드부를 강고하게 접착할 수 있다. 이 때의 가열 경화 조건으로서는 가열 온도는 통상 80 ∼200℃, 바람직하게는 100 ∼180℃이고, 가열 시간은 통상 1분 ∼120분, 바람직하게는 10분 ∼ 90분이다.
이렇게 해서 얻어지는 반도체 장치에 있어서 경화된 점접착제의 저장 탄성률은 100℃에서는 1.0×107㎩ 이하이고, 160℃에서는 1.0×105㎩ 이상으로 되어 IR 리플로 공정 등에 있어서 충분한 패키지 신뢰성이 달성된다. 또, 본 발명의 점접착 시트는 상기한 바와 같은 사용방법 외에 반도체 화합물, 유리, 세라믹스, 금속 등의 접착에 사용할 수도 있다.
(실시예)
이하 본 발명의 실시예에 의해 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[반도체용 점접착 시트의 작성]
기재: 폴리에틸렌 필름(두께 100㎛, 표면 장력 32mN/m)을 사용하였다.
점접착제: 조성을 표 1에 나타낸다. 이것을 상기 기재에 20㎛의 두께로 되도록 도포·건조시켜 반도체용 점접착 시트를 얻었다. 또, 가열 경화후의 점접착층의 저장 탄성률 및 유리 전이 온도(tanδ가 최대값으로 되는 온도)는, 상기 기재에 점접착제를 200㎛의 두께로 되도록 도포·건조시키고, (방사선 경화 성분을 포함하는 경우에는 자외선 조사후) 기재를 박리 제거하고, 160℃ 60분의 가열 경화를 행하고, 얻어진 샘플을 동적 점탄성 측정 장치(오리엔테크사 제조, RHEOVIBRON DDV-Ⅱ-EP)에 의해 주파수 11㎐로 측정함으로써 얻었다. 이것을 표 2에 나타낸다.
점접착제 조성(중량부)
A B C D E F H 합계
B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2
실시예 1 16 41 40 0.7 0.8 1 0.5 100
실시예 2 14 36.5 36.5 2.5 0.5 0.5 0.5 9 100
실시예 3 13.5 37 37 0.7 0.7 0.6 10 0.5 100
실시예 4 12 33 33 3 0.5 0.5 0.5 9 8.5 100
실시예 5 16 51 30 0.7 0.8 1 0.5 100
실시예 6 14 36.5 36.5 2.5 0.5 0.5 0.5 9 100
비교예 1 16 40 41 0.7 0.8 1 0.5 100
비교예 2 14 36.5 2.5 36.5 0.5 0.5 0.5 9 100
비교예 3 13.5 37 37 0.7 0.7 0.6 10 0.5 100
비교예 4 12 33 3 33 0.5 0.5 0.5 9 8.5 100
비교예 5 16 30 51 0.7 0.8 1 0.5 100
비교예 6 14 36.5 2.5 36.5 0.5 0.5 0.5 9 100
(A)점착 성분:아크릴산부틸 55중량부, 메타크릴산메틸 10중량부, 글리시딜메타크릴레이트 20중량부와 아크릴산 2-히드록시에틸 15중량부를 공중합하여 이루어진 중량 평균 분자량 90만, 유리 전이 온도 -28℃의 공중합체.
(B)에폭시 수지:
(B-1)비스페놀 골격 및 유연성 골격을 갖는 에폭시 수지(다이닛폰잉크가가쿠고교 제조 EXA-4850-150, 에폭시 당량 450g/eq, 경화후의 유리 전이 온도 29℃)
(B-2)비스페놀 골격 및 유연성 골격을 갖는 에폭시 수지(다이닛폰잉크가가쿠고교 제조 EXA-4850-1000, 에폭시 당량 350g/eq, 경화후의 유리 전이 온도 62℃)
(B-3)범용 에폭시 수지:고형 비스페놀 A형 에폭시 수지(에폭시 당량 800 - 900g/eq, 경화후의 유리 전이 온도 120℃)
(B-4)범용 에폭시 수지:디시클로펜타디엔 골격 함유 고형 에폭시 수지(다이닛폰잉크가가쿠고교 제조 EXA-7200HH, 에폭시 당량 275 - 280g/eq, 경화후의 유리 전이 온도 185℃)
(B-5)범용 에폭시 수지:액상 비스페놀 A형 에폭시 수지(재팬에폭시레진 제조, 에피코트 828, 에폭시 당량 184 - 194g/eq, 경화후의 유리 전이 온도 140℃)
(C)경화제:
(C-1)아사히덴카 제조, 아데카하드너 3636AS
(C-2)시코쿠가세이고교, 큐어졸 2PHZ
(D)실란커플링제:니혼유니커 제조, A-1110
(E)방사선 경화 성분:하기 2성분으로 이루어진 조성물
a. 디시클로펜타디엔 골격 함유 아크릴레이트(닛폰카야쿠 제조, 카라야드 R684)
b. 2, 4, 6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드(a 100중량부에 대해 3중량부)
(F)가용성 성분:열가소성 폴리에스테르(토요보 제조, 바이론 220)
(H)가교제:트리메틸올프로판 변성 토릴렌디이소시아네이트(닛폰폴리우레탄사 제조, 콜로네이트L)
에폭시수지의 에폭시당량평균 (g/eq) 에폭시수지함량, (A) 100중량부당 중량부 가열경화후 탄성률(㎩) 유리전이온도(℃)
100℃ 160℃
실시예 1 648 506 3.0×106 3.2×106 88
실시예 2 638 539 5.0×106 5.1×106 79
실시예 3 650 548 4.0×106 3.8×106 82
실시예 4 633 575 7.0×106 4.7×106 81
실시예 5 535 506 3.0×106 3.1×106 85
실시예 6 589 539 6.0×106 5.4×106 87
비교예 1 515 506 4.0×108 2.2×107 141
비교예 2 511 539 8.0×108 4.0×107 123
비교예 3 520 548 7.0×108 4.1×107 131
비교예 4 509 575 7.0×108 5.3×107 126
비교예 5 434 506 5.0×108 3.8×107 127
비교예 6 511 539 9.0×108 5.9×107 122
작성한 점접착 시트를 사용하여 시험 1(박리 강도), 시험 2(패키지 신뢰성) 및 시험 3(가열 경화로 인한 휨 평가)을 하기 방법에 따라 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
시험 1 시험 2 시험 3
실시예 1 7.1 A 5
실시예 2 6.9 A 7
실시예 3 6.7 B 9
실시예 4 7.5 A 7
실시예 5 7.1 A 9
실시예 6 8.3 A 7
비교예 1 5.1 C 32
비교예 2 4.9 D 41
비교예 3 5.3 E 29
비교예 4 5.5 D 38
비교예 5 3.9 C 32
비교예 6 4.7 D 35
A:플로팅·박리, 패키징 크랙 없음.
B:약간의 플로팅이 있지만 패키지 크랙 없음.
C:부분적으로 플로팅·박리, 패키지 크랙이 있음.
D:플로팅·박리, 패키지 크랙이 전체적으로 발생.
E:완전히 박리되었음.
시험 1(박리 강도)
두께 350㎛, #2000 연마의 실리콘 웨이퍼의 연마면에 실시예 및 비교예의 점접착 시트를 붙이고(방사선 경화 성분을 포함하는 경우에는 자외선 조사후), 12㎜×2㎜의 칩 사이즈로 다이싱하였다. 다이싱시의 노치량은 기재를 10㎛ 베도록 하였다. 계속해서 점접착 시트측으로부터 니들로 쳐올려서 칩과 점접착층이 기재의 계면으로부터 박리하도록 픽업하였다. 얻어진 실리콘 칩을 점접착층을 통해 두께 150㎛의 강판에 점착하고, 160℃의 고온조내에서 60분간 접착 경화하여 샘플로 하였다. 이 샘플의 실리콘 칩측을 경질 수평판 위에 접착 고정하고, 강판을 90°필, 박리 속도 50㎜/min으로 박리시켰을 때의 접착 강도(N/10㎜ 폭)를 측정하였다.
시험 2(패키지 신뢰성)
(1)반도체 칩의 제조
#2000 연마 처리한 실리콘 웨이퍼(100㎜ 직경, 두께 200㎛)의 연마면에 실시예 및 비교예의 점접착 시트를 테이프 마운터(린테크사 제조, Adwill RAD2500)에 의해 붙이고, 웨이퍼 다이싱용 링 프레임에 고정하였다. 그 후, UV 조사 장치(린테크사 제조, Adwill RAD2000)를 사용하여 기재면으로부터 자외선을 조사하였다. 이어서, 다이싱 장치(도쿄세이미츠사 제조, AWD-4000B)를 사용하여 9㎜×9㎜의 칩 사이즈로 다이싱하였다. 다이싱시의 노치량은 기재를 10㎛ 베도록 하였다. 계속해서 점접착 시트측으로부터 니들로 쳐올려서 칩과 점접착층이 기재의 계면으로부터 박리하도록 픽업하였다.
(2)IC 패키지의 제조
IC 패키지용 기판(폴리이미드 필름(50㎛)과 전해동박(20㎛)의 적층체이고, 다이패드부로서 동박 위에 팔라듐 도금 및 금 도금을 차례로 패턴 처리하고, 추가로 높이 25㎛의 솔더 레지스트를 갖는다)의 다이패드부에 상기 반도체 칩을 점접착 시트의 점접착층을 통해 120℃, 50MPa, 1초의 조건으로 압착하여 칩 마운트를 행하였다. 이 때, 160℃, 60분간의 조건으로 가열 경화를 행하였다. 또한, 몰드 수지로 기판의 칩이 부착된 측을 소정 형상으로 몰딩하고, 175℃, 6시간의 조건으로 수지를 경화시켜 고압 밀봉하였다. 이어서, 밀봉되어 있지 않은 기판측에 땜납 볼을 부착하여 BGA(Ball Grid Allay)형 IC 칩을 완성시켰다.
(3)패키지 신뢰성의 평가
얻어진 IC 패키지를 85℃, 60%RH 조건하에 168시간 방치하고 흡습시킨 후, 최고 온도 260℃의 IR 리플로를 2회 행했을 때에 접합부의 플로팅·박리의 유무, 패키지 크랙 발생의 유무를 주사형 초음파 탐상 장치 및 단면 관찰에 의해 평가하였다.
시험 3(가열 경화로 인한 휨 평가)
100㎜×100㎜의 폴리이미드 필름(우베고산 제조, 카프톤 300H)에 실시예 및 비교예의 점접착 시트를 붙인 후, UV 조사 장치(린테크사 제조, Adwill RAD2000)를 사용하여 기재면으로부터 자외선을 조사하였다. 그 후, 기재를 박리하여 160℃, 60분간의 조건으로 가열 경화하였다. 실온까지 방치한 후, 점접착 시트 부착 폴리이미드 필름을 폴리이미드 필름면측을 밑으로 하여 수평면 위에 놓고, 플로팅된 필름 단부의 높이(단위:㎜)를 측정함으로써 평가하였다.
본 발명의 점접착 시트에서는 높은 접착력을 유지하면서 고온하에서의 저장 탄성률을 낮추는 데 성공하였다. 이에 따라 습열후, 240 ∼260℃에서의 리플로 공정후의 기판-칩 사이, 칩-칩 사이의 접착 계면의 박리 등이 일어나지 않는 강도를 갖는 신뢰성이 높은 반도체 장치의 제조가 가능해진다.

Claims (4)

  1. 기재와, 그 위에 형성된 (A)점착 성분과 (B)에폭시 수지로 이루어진 점접착층을 갖고, 가열 경화후의 상기 점접착층의 저장 탄성률이 100℃에서는 1.0×107㎩ 이하이고, 160℃에서는 1.0×105㎩ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체용 점접착 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 점접착층에 방사선 경화 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 점접착 시트.
  3. 청구항 1의 점접착 시트의 점접착층에 반도체 웨이퍼를 붙이고, 상기 반도체 웨이퍼를 다이싱하여 IC 칩으로 만들고, 상기 점접착층을 상기 IC 칩과 함께 기재로부터 박리하고, 상기 IC 칩을 리드 프레임 위에 상기 점접착층을 통해 올려놓고, 이어서 가열함으로써 상기 점접착층에 접착력을 발현시켜 상기 IC 칩과 리드 프레임을 접착하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  4. 청구항 2의 점접착 시트의 점접착층에 반도체 웨이퍼를 붙이고, 상기 반도체 웨이퍼를 다이싱하여 IC 칩으로 만들고, 다이싱 전 또는 다이싱 후 중의 하나에 있어서 상기 점접착층에 방사선을 조사하여 상기 점접착층을 경화시키고, 상기 점접 착층을 상기 IC 칩과 함께 기재로부터 박리하고, 상기 IC 칩을 리드 프레임 위에 상기 점접착층을 통해 올려놓고, 이어서 가열함으로써 상기 점접착층에 접착력을 발현시켜 상기 IC 칩과 리드 프레임을 접착하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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