KR20090042842A - 다이본딩용 수지 페이스트, 반도체장치의 제조방법 및 반도체장치 - Google Patents

다이본딩용 수지 페이스트, 반도체장치의 제조방법 및 반도체장치 Download PDF

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KR20090042842A
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die bonding
paste
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슈이치 모리
유지 하세가와
미노루 스기우라
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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
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Abstract

본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트는, 하기 일반식(I)로 표시되는 폴리우레탄이미드 수지와, 열경화성 수지와, 필러와, 인쇄용 용제를 함유하는 것이다.
[화1]
Figure 112009014617619-PCT00013
[식 중, R1은 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 2가의 유기기를 나타내고, R2는 분자량 100~10,000의 2가의 유기기를 나타내고, R3은 4개 이상의 탄소원자를 포함하는 4가의 유기기를 나타내고, n 및 m은 각각 독립하여 1~100의 정수를 나타낸다.]

Description

다이본딩용 수지 페이스트, 반도체장치의 제조방법 및 반도체장치{RESIN PASTE FOR DIE BONDING, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 다이본딩용 수지 페이스트, 반도체장치의 제조방법 및 반도체장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, IC, LSI 등의 반도체소자와 리드프레임이나 절연성 지지기판 등의 지지부재와의 접합 재료(다이본딩재)로서 이용되는 다이본딩용 수지 페이스트, 및, 그것을 이용한 반도체장치의 제조방법 및 반도체장치에 관한 것이다.
IC나 LSI와 리드프레임과의 접합 재료로서, 종래부터, Au-Si 공정합금, 땜납 혹은 은페이스트 등이 알려져 있다. 또한, 특정의 폴리이미드 수지를 이용한 접착 필름, 특정의 폴리이미드 수지에 도전성 필러 혹은 무기 필러를 가한 다이본딩용 접착 필름도 먼저 제안되어 있다(특허 문헌 1~3 참조).
특허 문헌 1:일본 특허공개공보 평07-228697호
특허 문헌 2:일본 특허공개공보 평06-145639호
특허 문헌 3:일본 특허공개공보 평06-264035호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
상기 Au-Si 공정합금은, 내열성 및 내습성은 높지만, 탄성율이 크기 때문에, 대형 칩에 적용한 경우에 갈라지기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한, Au-Si 공정합금은, 고가라는 난점도 있다. 한편, 땜납은 저렴하지만, 내열성이 뒤떨어지고, 그 탄성율은 Au-Si 공정합금과 동일하게 높으며, 대형 칩에의 적용은 어렵다.
이에 대해서 은페이스트는, 저렴하고, 내습성이 높으며, 탄성율은 Au-Si 공정합금이나 땜납보다도 낮고, 350℃의 열압착형 와이어 본더에 적용할 수 있을 정도의 내열성도 가진다. 그 때문에, 현재는, 은페이스트가 다이본딩재의 주류로 되어 있다. 그러나, IC나 LSI의 고집적화가 진행되고, 그에 수반하여 칩이 대형화되어 가는 가운데, IC나 LSI와 리드프레임을 은페이스트로 접합하도록 하는 경우, 은페이스트를 칩 전면에 넓게 도포하는데에는 곤란을 수반한다.
또한, 최근의 패키지의 소형화 및 경량화에 수반하여, 절연성 지지기판의 사용이 광범위하게 되어 있고, 또한, 제조비용의 저감을 목적으로 하여, 다이본딩재를 양산성이 높은 인쇄법으로 공급하려고 하는 방법이 주목받고 있다. 이러한 상황 중에서, 상기 특허 문헌 1~3에 기재된 바와 같은 접착 필름을 절연성 지지기판에 효율적으로 공급ㆍ첩부하려고 하면, 미리 칩 사이즈로 잘라내어(또는 구멍 뚫어) 접착 필름을 첩부할 필요가 있다.
접착 필름을 칩 사이즈로 잘라내어 기판에 첩부하는 방법에서는, 생산효율을 높이기 위한 첩부 장치가 필요하게 된다. 또한, 접착 필름을 뚫어 복수개의 칩 분을 일괄하여 첩부하는 방법에서는, 접착 필름의 낭비가 생기기 쉽다. 더욱이, 절연성 지지기판의 대부분은, 기판 내부에 내층 배선이 형성되어 있기 때문에, 접착 필름을 첩부하는 표면에는 요철이 많고, 접착 필름 첩부시에 공극이 생겨서, 신뢰성이 저하하기 쉽다.
또한, 미리 기판에 다이본딩재를 형성하고, 거기에 반도체칩을 첩부하는 방법에서는, 반도체칩을 첩부하기 전에, 기판에 도포한 다이본딩재를 건조 반경화(B 스테이지화)하고, 거기에 반도체칩을 압착하고, 후경화로서 다이본딩재를 예를 들면 180℃의 오븐에서 1시간 경화하고 있다. 그러나, 최근, 공정관리나 조립시간의 단축의 점에서 후경화 공정을 생략해도, 이후의 조립공정, 즉, 와이어본딩과 봉지가 가능한 다이본딩재가 요구되고 있다. 통상, 와이어본딩의 작업 온도는 120℃~150℃, 봉지의 작업 온도는 170℃~190℃이며, 그 후, 봉지재의 경화 공정으로서 예를 들면 180℃에서 2~5시간 가열한다. 후경화 공정을 생략했을 경우, 칩 압착 후의 다이본딩재는, 와이어본딩과 봉지의 공정 후, 봉지재의 경화 공정에서 동시에 후경화된다. 따라서, 후경화 공정을 생략한 조립공정에 있어서는, B 스테이지 상태의 다이본딩재가, 180℃ 정도에서의 내열성과 칩 접착성을 구비하고 있는 것이 필요하다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이고, 반도체칩을 첩부한 후의 수지 페이스트의 경화 공정을 생략해도, 이후의 공정이 가능한, 즉, B 스테이지 상태에서 충분한 내열성과 칩 접착성을 가질 수 있는, 다이본딩용 수지 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 상기 다이본딩용 수지 페이스트를 이용한 반도체장치의 제조방법, 및, 반도체장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 하기 일반식(I)로 표시되는 폴리우레탄이미드 수지와, 열경화성 수지와, 필러와, 인쇄용 용제를 함유하는 다이본딩용 수지 페이스트를 제공한다.
[화1]
Figure 112009014617619-PCT00001
[식 중, R1은 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 2가의 유기기를 나타내고, R2는 분자량 100~10,000의 2가의 유기기를 나타내고, R3은 4개 이상의 탄소원자를 포함하는 4가의 유기기를 나타내고, n 및 m은 각각 독립하여 1~100의 정수를 나타낸다.]
이러한 다이본딩용 수지 페이스트에 의하면, 상기 일반식(I)로 표시되는 폴리우레탄이미드 수지를, 열경화성 수지, 필러 및 인쇄용 용제와 함께 함유하는 것에 의해, B 스테이지 상태에서 충분한 내열성 및 칩 접착성을 얻을 수 있고, 반도체칩을 첩부한 후의 후경화 공정을 생략해도 이후의 조립공정이 가능하다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 구성을 가지는 다이본딩용 수지 페이스트에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 반도체칩을 첩부할 필요가 있는 기판에 대해서, 인쇄법에 의해 용이하게 공급ㆍ도포할 수 있다.
본 발명은 또한, 기판상에 상기 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트를 도포하여 도막을 형성하는 도포 공정과, 상기 도막상에 반도체칩을 탑재하는 반도체칩 탑재 공정을 포함하는, 반도체장치의 제조방법을 제공한다.
이러한 반도체장치의 제조방법에 의하면, 상기 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트를 이용하고 있기 때문에, 비교적 낮은 온도에서 반도체칩을 기판상에 첩부할 수 있고, 뛰어난 내열성 및 칩 접착성을 가지는 반도체장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체장치의 제조방법은, 상기 도포 공정 후에, 상기 도막을 건조시켜 B 스테이지화하는 건조 공정을 더 포함하고, 상기 반도체칩 탑재 공정에 있어서, B 스테이지화한 상기 도막상에 반도체칩을 탑재하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트는, B 스테이지 상태에서 충분한 내열성 및 칩 접착성을 얻을 수 있기 때문에, 상기 건조 공정을 포함하는 것에 의해, 보다 신뢰성이 뛰어난 반도체장치를 얻을 수 있다.
본 발명은 더욱이, 상기 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 의해 얻어지는 반도체장치를 제공한다. 이러한 반도체장치는, 상기 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트를 이용하여 기판상에 반도체칩이 첩부되어 있기 때문에, 뛰어난 내열성 및 칩 접착성을 얻을 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 반도체칩을 첩부할 필요가 있는 기판에 대해서, 인쇄법에 의해서 용이하게 공급ㆍ도포할 수 있는 다이본딩용 수지 페이스트를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트는, 내열성이 있고, 취급하기 쉬우며, 저응력성 및 저온 접착성이 뛰어나다. 더욱이, B 스테이지 상태에서의 내열성이 뛰어나기 때문에, 반도체칩 압착 후의 후경화 공정을 생략할 수 있고, 반도체장치 조립시의 공정관리나 조립시간의 단축에 기여한다. 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트는, 다이본드용으로서 유기기판 등의 절연성 지지기판이나 구리 리드프레임에 적절하게 사용할 수 있고 또한, 42얼로이 리드프레임에도 사용할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 의하면, 상기 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트를 이용한 반도체장치의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조되는 반도체장치를 제공할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 적절한 실시형태에 관해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 다이본딩용 수지 페이스트(이하, 경우에 따라 간단히 「수지 페이스트」라 한다)는, (A) 하기 일반식(I)로 표시되는 폴리우레탄이미드 수지(이하, 경우에 따라 「(A)성분」이라 한다)를 함유하는 것이다.
[화2]
Figure 112009014617619-PCT00002
[식 중, R1은 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 2가의 유기기를 나타내고, R2는 분자량 100~10,000의 2가의 유기기를 나타내고, R3은 4개 이상의 탄소원자를 포함하는 4가의 유기기를 나타내고, n 및 m은 각각 독립하여 1~100의 정수를 나타낸다.]
또한, 본 발명의 수지 페이스트는, 상기 (A)성분과 함께, (B) 카르복실산 말단기를 가지는 부타디엔의 폴리머(호모폴리머 또는 코폴리머)(이하, 경우에 따라 「(B)성분」이라 한다)를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 수지 페이스트는, 상기 (A)성분과 함께, (C) 열경화성 수지(이하, 경우에 따라 「(C)성분」이라 한다)와, (D) 필러(이하, 경우에 따라 「(D)성분」이라 한다)와, (E) 인쇄용 용제(이하, 경우에 따라 「(E)성분」이라 한다)를 함유하는 것이다. 이하, 각 성분에 관해서 상세하게 설명한다.
(A) 폴리우레탄이미드 수지는, 상기 일반식(I)로 표시되는 것이다. 여기에서, 상기 일반식(I) 중, R1로 표시되는 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 2가의 유기기는, 디이소시아네이트 잔기인 것이 바람직하고, 하기 일반식(II);
[화3]
Figure 112009014617619-PCT00003
로 표시되는 구조를 10~100mol% 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 나머지의 디이소시아네이트 잔기로서는, 하기식;
[화4]
Figure 112009014617619-PCT00004
등을 들 수 있고, 이들은 1종류 혹은 2종류 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
상기 일반식(I) 중의 R2로 표시되는 분자량 100~10,000의 2가의 유기기는, 디올 잔기인 것이 바람직하고, 하기 일반식(III);
[화5]
Figure 112009014617619-PCT00005
로 표시되는 반복 단위로 이루어지는 구조를 10~100mol% 포함하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 나머지의 디올 잔기로서는, 하기식;
[화6]
Figure 112009014617619-PCT00006
등의 반복 단위를 가지는 것을 들 수 있고, 이들은 1종류 혹은 2종류 이상을 조합시켜 이용할 수 있다. 이들의 중량 평균 분자량은 100~10,000인 것이 바람직하고, 500~5,000인 것이 보다 바람직하다.
상기 일반식(I) 중의 R3으로 표시되는 4개 이상의 탄소원자를 포함하는 4가의 유기기는, 테트라카르복실산 무수물 잔기인 것이 바람직하고, 하기식;
[화7]
Figure 112009014617619-PCT00007
등을 들 수 있다. 이들은 1종류 혹은 2종류 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
또한, 상기 일반식(I) 중의 n 및 m은 각각 독립하여 1~100의 정수일 필요가 있고, 1~50의 정수인 것이 보다 바람직하다.
(A) 폴리우레탄이미드 수지는, 용액중합법 등의 통상의 방법으로 합성할 수 있다. 예를 들면, 용액중합법의 경우, 생성하는 폴리우레탄이미드 수지가 용해하는 용매, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 등에 디이소시아네이트 및 디올을 용해 하고, 70℃~180℃에서 1시간~5시간 반응시켜, 우레탄 올리고머를 합성한다. 그 다음에, 테트라카르복실산 이무수물을 첨가하고, 70℃~180℃에서 1시간에서 10시간 반응시켜 폴리우레탄이미드 수지의 NMP 용액을 얻을 수 있다. 그 후, 경우에 따라, 1가의 알코올, 옥심, 아민, 이소시아네이트, 산무수물 등을 더 첨가하여 반응을 계속하고, 폴리우레탄이미드 수지의 말단을 수식할 수도 있다. 또한, 합성할 때에는, 물, 알코올, 제3급 아민 등을 촉매로서 이용할 수도 있다.
얻어진 폴리우레탄이미드 수지 용액은, 목적에 따라서, 물에 의한 재침전법등에 의해 폴리우레탄이미드 수지를 분리할 수도 있다. 우레탄 올리고머를 구성하는 디이소시아네이트와 디올과의 조성비는, 디이소시아네이트 1.0mol에 대해서, 디올 성분을 0.1~1.0mol로 하는 것이 바람직하다. 폴리우레탄이미드 수지를 구성하는 폴리우레탄 올리고머와 테트라카르복실산 이무수물과의 조성비는, 폴리우레탄 올리고머 1.0mol에 대해서, 테트라카르복실산 이무수물을 0.1~2.0mol로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 (A) 폴리우레탄이미드 수지는, 테트라하이드로푸란을 용매로 한 겔퍼미에이션크로마토그래피로 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량이 5,000~500,000인 것이 바람직하고, 10,000~100,000인 것이 보다 바람직하다. 중량 평균 분자량이 5,000 미만에서는 수지의 강도가 낮아지게 되는 경향이 있고, 500,000을 넘으면 수지의 용해성이 뒤떨어지는 경향이 있다.
수지 페이스트에 있어서의 (A)성분의 배합량은, 수지 페이스트 중의 고형분 전량을 기준으로 하여 20~60중량%인 것이 바람직하다. 이 배합량이 60중량%를 넘으면, 경화성이 저하하는 경향이 있고, 20중량% 미만이면, B 스테이지 상태에서의 칩 접착성이 저하하는 경향이 있다.
(B)성분인 카르복실산 말단기를 가지는 부타디엔의 호모폴리머 또는 코폴리머로서는, 예를 들면, 적절하게 사용할 수 있는 것으로서, 주쇄에 아크릴로니트릴을 도입한 저분자량 액상 폴리부타디엔이고, 말단에 카르복실산을 가지는, 「Hycer CTB-2009×162」, 「CTBN-1300×31」, 「CTBN-1300×8」, 「CTBN-1300×13」, 「CTBNX-1300×9」(모두 우베흥산주식회사제)나, 카르복실산기를 가지는 저분자량 액상 폴리부타디엔인, 「NISSO-PB-C-2000」(일본조달주식회사제) 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
수지 페이스트에 있어서의 (B)성분의 배합량은, 상기 (A)성분 100중량부에 대해서, 200중량부 이하인 것이 바람직하고, 100중량부 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 배합량이 200중량부를 넘으면, B 스테이지 상태에서의 칩 접착성이 저하하는 경향이 있다.
(C)성분인 열경화성 수지로서는, 예를 들면 에폭시 수지를 바람직한 것으로서 들 수 있다. 또한, (C)성분으로서는, 에폭시 수지와 페놀 수지 또는 분자 중에 페놀성 수산기를 가지는 화합물과, 경화촉진제를 포함하는 수지 혼합물을 이용하여도 좋다. (C) 열경화성 수지를 함유하는 것에 의해, 수지 페이스트는, 봉지재와의 동시 경화 후에 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
에폭시 수지는, 분자 내에 적어도 2개의 에폭시기를 포함하는 것이고, 경화성이나 경화물 특성의 점에서, 페놀의 글리시딜에테르형의 에폭시 수지가 바람직하다. 이와 같은 수지로서는, 비스페놀A, 비스페놀AD, 비스페놀S, 비스페놀F, 또는, 할로겐화비스페놀A와 에피클로르히드린과의 축합물, 페놀노볼락 수지의 글리시딜에테르, 크레졸노볼락 수지의 글리시딜에테르, 비스페놀A노볼락 수지의 글리시딜에테르 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
(C)성분으로서 에폭시 수지를 이용하는 경우, 그 배합량은, 상기 (A)성분 100중량부에 대해서 300중량부 이하인 것이 바람직하고, 200중량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 5~100중량부인 것이 특히 바람직하다. 이 배합량이 300중량부를 넘으면, 수지 페이스트의 보관 안정성이 저하하기 쉬운 경향이 있다.
페놀수지는, 분자 중에 적어도 2개의 페놀성 수산기를 가지는 것이고, 예를 들면, 페놀노볼락 수지, 크레졸노볼락 수지, 비스페놀A노볼락 수지, 폴리-p-비닐페놀, 페놀아랄킬 수지 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
(C)성분 중, 페놀수지 또는 분자 중에 페놀성 수산기를 가지는 화합물의 배합량은, 상기 에폭시 수지 100중량부에 대해서 150중량부 이하인 것이 바람직하고, 120중량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 10~120중량부인 것이 특히 바람직하다. 이 배합량이 150중량부를 넘으면, 경화성이 불충분하게 될 염려가 있다. 한편, 이 배합량이 10중량부 미만인 경우에도, 경화성이 불충분하게 될 염려가 있다.
경화 촉진제는, 에폭시 수지를 경화시키기 위해서 이용되는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 이와 같은 경화 촉진제로서는, 예를 들면, 이미다졸류, 디시안디아미드 유도체, 디카르복실산 디히드라지드, 트리페닐포스핀, 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 2-에틸-4-메틸이미다졸-테트라페닐보레이트, 1,8-디아자비시클로(5,4,0) 운데센-7-테트라페닐보레이트 등을 들 수 있다. 이들은, 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
(C)성분 중, 경화 촉진제의 배합량은, 상기 에폭시 수지 100중량부에 대해서 50중량부 이하인 것이 바람직하고, 20중량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.1~20중량부인 것이 특히 바람직하다. 이 배합량이 50중량부를 넘으면, 수지 페이스트의 보관 안정성이 저하할 염려가 있다. 한편, 이 배합량이 0.1중량부 미만이면, 충분한 경화 촉진 작용이 얻어지지 않고, 경화성이 불충분하게 될 염려가 있다.
또한, (C) 열경화성 수지로서는, 1분자 중에 적어도 2개의 열경화성 이미드기를 가지는 이미드 화합물을 사용할 수도 있다. 그와 같은 화합물의 예로서는, 오르토비스말레이미도벤젠, 메타비스말레이미도벤젠, 파라비스말레이미도벤젠, 1,4-비스(p-말레이미도쿠밀)벤젠, 1,4-비스(m-말레이미도쿠밀)벤젠 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다. 더욱이, 이미드 화합물로서는, 하기 일반식(IV)~(VI)로 표시되는 이미드 화합물 등을 이용하는 것도 바람직하다.
[화8]
Figure 112009014617619-PCT00008
[화9]
Figure 112009014617619-PCT00009
[화10]
Figure 112009014617619-PCT00010
상기 식(IV)~(VI) 중, X 및 Y는 각각 독립하여, -O-, -CH2-, -CF2-, -SO2-, -S-, -CO-, -C(CH3)2- 또는 -C(CF3)2-를 나타내고, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17 및 R18은, 각각 독립하여, 수소원자, 저급 알킬기, 저급 알콕시기, 불소 원자, 염소 원자 또는 브롬 원자를 나타내고, D는 에틸렌성 불포화 이중결합을 가지는 디카르복실산 잔기를 나타내고, p는 0~4의 정수를 나타낸다.
(D)성분인 필러로서는, 예를 들면, 은가루, 금가루, 구리가루 등의 도전성(금속) 필러; 실리카, 알루미나, 티타니아, 유리, 산화철, 세라믹 등의 무기물질 필러 등을 들 수 있다. (D) 필러를 함유하는 것에 의해, 인쇄시에 필요한 틱소성을 수지 페이스트에 부여할 수 있다.
필러 중, 은가루, 금가루, 구리가루 등의 도전성(금속) 필러는, 접착제에 도전성, 전열성 또는 틱소트로피성을 부여할 목적으로 첨가된다. 또한, 실리카, 알루미나, 티타니아, 유리, 산화철, 세라믹 등의 무기물질 필러는, 접착제에 저열팽창 성, 저흡습율, 틱소트로피성을 부여할 목적으로 첨가된다. 이들은 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
또한, 반도체장치의 전기적 신뢰성을 향상시키는 필러로서, 무기이온 교환체를 가해도 좋다. 무기이온 교환체로서는, 페이스트 경화물을 열수 중에서 추출했을 때, 수용액 중에 추출되는 이온, 예를 들면, Na+, K+, Cl-, F-, RCOO-, Br- 등의 이온 포착 작용이 확인되는 것이 유효하다. 이와 같은 이온교환체의 예로서는, 천연으로 산출되는 제올라이트, 비석류, 산성 백토, 백운석, 하이드로탈사이트류 등의 천연 광물, 인공적으로 합성된 합성제올라이트 등을 들 수 있다.
이들의 도전성 필러 또는 무기물질 필러는, 각각 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 이용할 수 있다. 또한, 물성을 손상하지 않는 범위에서, 도전성 필러의 1종 이상과 무기물질 필러의 1종 이상을 혼합하여 이용해도 좋다.
(D) 필러의 배합량은, 통상, (B)성분 100중량부에 대해서 1~100중량부인 것이 바람직하고, 2~50중량부인 것이 보다 바람직하다. 이 필러의 배합량은, 수지 페이스트에 충분한 틱소트로피성(예를 들면, 틱소트로피 지수:1.5 이상)을 부여하는 관점에서, 1중량부 이상인 것이 바람직하다. 더욱이 이 필러의 배합량은, 접착성의 관점에서 100중량부 이하인 것이 바람직하고, 배합량이 100중량부를 넘으면, 경화물의 탄성율이 높아지게 되고, 그 결과, 다이본딩재의 응력완화능이 낮아지게 되어, 반도체장치의 실장 신뢰성이 저하할 염려가 있다.
(D) 필러의 혼합ㆍ혼련은, 통상의 교반기, 혼련기, 3개 롤, 볼밀 등의 분산기를 적절히 조합시켜 행한다.
(E)성분인 인쇄용 용제는, (D) 필러를 균일하게 혼련 또는 분산 할 수 있는 용제 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 인쇄시의 용제의 휘산 방지를 고려하여, 비점 100℃ 이상의 용제를 선택하는 것이 바람직하다. (E) 인쇄용 용제에 의해, 수지 페이스트의 점도의 조정이 가능하게 된다.
상기 인쇄용 용제로서는, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리디논, 디에틸렌글리콜디메틸에테르(디글라임이라고도 한다), 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(트리글라임이라고도 한다), 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, γ-부티로락톤, 이소포론, 칼비톨, 칼비톨아세테이트, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 아세트산2-(2-부톡시에톡시)에틸, 에틸셀로솔브, 에틸셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브, 디옥산, 시클로헥사논, 아니솔 이외에, 인쇄용 잉크의 용제로서 사용되는 석유 증류물을 주체로 한 용제 등을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.
상기 (E) 인쇄용 용제의 배합량은, 수지 페이스트의 고형분이 40~90중량%가 되도록 배합하는 것이 바람직하다. 상기 고형분이 40중량% 이상이면, 페이스트 건조 후의 체적 감소에 근거하는 형상 변화 억제의 관점에서 바람직하고, 90중량% 이하이면, 페이스트의 유동성 및 인쇄 작업성 향상의 관점에서 바람직하다.
수지 페이스트의 인쇄 중에 거품, 보이드의 발생이 눈에 띄는 경우는, 상기 (E) 인쇄용 용제 중에 탈포제, 파포제, 억포제 등의 첨가제를 첨가하는 것이 효과적이다. 그들의 첨가량은, 억포 효과를 발휘시키는 관점에서, (E) 인쇄용 용제와 첨가제와의 총량을 기준으로 하여 0.01중량% 이상인 것이 바람직하고, 접착성이나 페이스트의 점도 안정성의 관점에서, 10중량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 접착력을 향상시키기 위해, 수지 페이스트 중에는, 실란 커플링제, 티탄계 커플링제, 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제, 실리콘계 첨가제 등을 적당히 가해도 좋다.
수지 페이스트의 틱소트로피 지수는, 1.0~8.0인 것이 바람직하다. 수지 페이스트의 틱소트로피 지수가 1.0 이상이면, 인쇄법에 따라 공급ㆍ도포된 페이스트에 있어서의 흘러내림 등의 발생을 억제하여, 인쇄 형상을 양호하게 유지할 수 있는 경향이 있다. 더욱이, 이 틱소트로피 지수가 8.0 이하이면, 인쇄법에 따라 공급ㆍ도포 된 페이스트에 있어서의 「결여」나 「긁힘」등의 발생을 억제할 수 있는 경향이 있다.
수지 페이스트의 점도(25℃)는, 5~1000Paㆍs인 것이 바람직하다. 수지 페이스트의 점도가 5~1000Paㆍs이면, 인쇄 작업성의 관점에서 적절하다. 또, 수지 페이스트의 점도는, 인쇄법의 종류에 따라 적절히 조정되는 것이 바람직하고, 예를 들면, 스크린 메시판 등과 같이 마스크 개구부에 메시 등이 덮여 있는 경우는, 메시부의 발출성을 고려하여 5~100Paㆍs의 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하고, 스텐실판 등의 경우는 20~500Paㆍs의 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 건조 후의 페이스트에 잔존하는 보이드가 많이 보이는 경우는, 150Paㆍs 이하의 점도로 조정하는 것이 유효하다.
상기 점도는, E형 회전점도계를 이용하여, 25℃, 회전수 0.5rpm의 조건으로 측정했을 때의 값으로 한다. 틱소트로피 지수는, E형 회전점도계로, 25℃, 회전수 1rpm의 조건으로 측정했을 때의 값과, 25℃, 회전수 10rpm의 조건에서 측정했을 때의 값과의 비로 정의하는(틱소트로피 지수=(1rpm에서의 점도)/(10rpm에서의 점도)).
얻어진 다이본딩용 수지 페이스트는, 42얼로이 리드프레임이나 구리 리드프레임 등의 리드프레임; 또는, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드계 수지 등의 플라스틱 필름; 또한, 유리 부직포 등의 기재에 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드계 수지 등의 플라스틱을 함침ㆍ경화시킨 것; 혹은, 알루미나 등의 세라믹스제의 지지부재에, 인쇄법에 따라 공급ㆍ도포하고, B 스테이지화할 수 있다. 그것에 의해, B 스테이지 접착제 부착 지지기판이 얻어진다. 이 B 스테이지 접착제 부착 지지기판에, IC, LSI 등의 반도체소자(칩)를 첩부하고, 가열하여 칩을 지지기판에 접합한다. 그 후, 수지 페이스트를 후경화시키는 공정에 의해, 칩이 지지기판에 탑재된다. 이 수지 페이스트의 후경화는, 실장조립 공정에서의 문제가 없는 경우는, 봉지재의 후경화 공정시에 함께 행하여도 좋다.
본 발명에 따른 반도체장치의 제조방법은, 기판상에 수지 페이스트를 도포하여 도막을 형성하는 도포 공정과, 상기 도막상에 반도체칩을 탑재하는 반도체칩 탑재 공정을 적어도 포함하고, 바람직하게는 도포 공정 후에 도막을 건조하여 B 스테이지화하는 건조 공정을 더 포함하는 방법이지만, 보다 구체적으로는 상술한 각 공정을 포함하는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 반도체장치는, 이상의 각 공정을 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것이다.
상기 다이본딩용 수지 페이스트는 용제를 함유하고 있지만, 반도체장치의 제조방법에 이용할 때에는, 건조 공정에서 B 스테이지화하는 것에 의해 용제의 대부분이 휘발하기 때문에, 다이본딩층에 보이드가 적은, 양호한 실장 신뢰성을 가지는 반도체장치를 조립할 수 있다.
한편, 수지 페이스트를 인쇄법에 따라 공급ㆍ도포한 후에, 패키지 신뢰성에 영향이 없으면, 건조 반경화시키지 않고 반도체소자를 첩부하고, 그 후, 가열하여 칩을 지지기판에 접합할 수도 있다.
따라서, 다른 본 발명에 따른 반도체장치의 제조방법은, 기판상에 소정량의 상기 다이본딩용 수지 페이스트를 도포하고, 수지 페이스트에 반도체칩을 탑재하는 각 공정을 포함하는 것이고, 다른 본 발명에 따른 반도체장치는, 이상의 각 공정을 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것이다.
여기에서, 도 1은, 본 발명의 반도체장치(메모리용 BOC 구조의 기판)의 일실시 형태를 나타내는 모식 단면도이다. 도 1에 나타내는 반도체장치(100)에 있어서는, IC 칩 등의 반도체칩(2)이, 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트로 이루어지는 접착제(4)를 개재하여, 땜납 볼(8)을 구비하는 기판(6)에 접착되어 있다. 여기에서, 땜납 볼(8)은, 기판(6)의 표면에 형성된 회로층(14)상에 형성되어 있다. 또한, 회로층(14)상에는 레지스트층(16)이 형성되어 있다. 그리고, 반도체장치(100)는, 반도체칩(2)의 접속 단자가 금 와이어 등의 와이어(10)를 개재하여 기판(6)과 전기적에 접속되고, 더욱이, 봉지 수지(12)에 의해서 봉지된 구성을 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 반도체장치의 일실시 형태를 나타내는 모식 단면도이다.
<부호의 설명>
2…반도체 칩, 4…접착제, 6…기판, 8…땜납 볼, 10…와이어, 12…봉지 수지, 100…반도체장치.
이하, 실시예 및 비교예에 근거하여, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1~5 및 비교예 1~4)
디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트(1.0mol), 디페닐메탄-2,4'-디이소시아네이트(1.0mol), 및, 중량 평균 분자량 1,000의 폴리테트라메틸렌글리콜(0.8mol)을, 1-메틸-2-피롤리돈(이하, 「NMP」라 한다) 중에서 질소 분위기하, 100℃에서 1시간 반응시킨 후, 거기에, 4,4'-옥시디프탈산 무수물(1.0mol), NMP(60.0mol)를 첨가하고, 100℃에서 3시간 더 교반했다. 그 다음에, 벤질알코올(0.49mol)를 더 첨가하여 100℃에서 1시간 교반하여, 반응을 종료했다. 얻어진 용액을 격렬하게 교반시킨 물에 넣고, 생성한 침전물을 여별하고, 그것을 진공 중, 80℃에서 8시간 건조시켜, 폴리우레탄이미드 수지를 얻었다. 얻어진 폴리우레탄이미드 수지를, GPC를 이용하여 측정한 결과, 폴리스티렌 환산으로, Mw=93,700, Mn=38,800이었다. 또한, 얻어진 폴리우레탄이미드 수지를 고형분 농도 40중량%로 카르비톨아세테이트(CA)에 용해하여, 폴리우레탄이미드 수지 용액을 얻었다.
또한, 폴리이미드 수지 1을 이하의 순서로 제작했다. 우선, 온도계, 교반기 및 실리카겔 튜브를 구비한 500ml의 4구 플라스크에, 4,9-디옥사데칸-1, 12-디아민 10.9g(0.05mol), 2,2-비스(4-아미노페녹시페닐)프로판 20.5g(0.05mol) 및 NMP 150g을 넣어 교반했다. 그 후, 플라스크를 빙욕 중에서 냉각하면서, 1,10-(데카메틸렌) 비스(트리메리테이트 이무수물) 52.0g(0.1mol)을 소량씩 첨가했다. 첨가 종료 후, 빙욕 중에서 3시간, 실온에서 4시간 더 반응시킨 후, 크실렌 100g을 가하고, 질소 가스를 불어넣으면서 180℃에서 3시간 가열하고, 물과 함께 크실렌을 공비 제거했다. 그 후, NMP를 더 첨가하고, 고형분 농도 40중량%의 폴리이미드 수지 1의 NMP 용액을 얻었다.
또한, 폴리이미드 수지 2를 이하의 순서로 제작했다. 우선, 온도계, 교반기 및 실리카겔 튜브를 구비한 500ml의 4구 플라스크에, 폴리옥시프로필렌디아민(상품명:D2000, BASF사제)를 60.0g(0.03mol), 1,12-디아미노도데칸 14.0g(0.07mol) 및 NMP 150g을 넣어 교반했다. 그 후, 플라스크를 빙욕 중에서 냉각하면서, 2,2-비스[4-(3,4-디카르복시페녹시)페닐]프로판 이무수물 49.4g(0.1mol)을 소량씩 첨가했다. 첨가 종료 후, 빙욕 중에서 3시간, 실온에서 4시간 더 반응시킨 후, 크실렌 100g을 가하고, 질소 가스를 불어넣으면서 180℃에서 3시간 가열하여, 물과 함께 크실렌을 공비 제거했다. 그 후, NMP를 더 첨가하고, 고형분 농도 40중량%의 폴리이미드 수지 2의 NMP 용액을 얻었다.
또한, 크레졸노볼락형 에폭시 수지(상품명:YDCN-702S, 토토화성(주)제, 에폭시 당량 200) 14.1중량부, 비스페놀A노볼락 수지(상품명:VH-4170, 다이니뽄잉크화학공업(주)제, OH당량 118) 9.9중량부의 카르비톨아세테이트(36중량부) 용액을 준비했다. 또한, 카르복실산 말단 액상 폴리부타디엔(상품명:CTBNX-1300×9, 우베흥산(주)제, 관능기 수 2.3/mol), 테트라페닐포스포늄테트라페닐보라트(상품명:TPPK, 도쿄화성공업(주)제), 및, 아에로질(상품명:AEROSIL 50, 상품명:AEROSIL 380, 일본 아에로질(주)제, 실리카의 미분말)를 각각 준비했다.
이들의 재료를, 고형 중량비로 하기 표 1에 나타내는 비율이 되도록 혼련기에 넣어 혼련한 후, 5Torr 이하에서 1시간 탈포혼련을 행하고, 실시예 1~5 및 비교예 1~4의 다이본딩용 수지 페이스트를 얻었다. 또, 표 1 중의 카르비톨아세테이트(CA)의 배합량은, 폴리우레탄이미드 수지 용액 중, 및, 에폭시 수지 및 페놀 수지의 카르비톨 아세테이트 용액 중에 용제로서 포함되어 있는 카르비톨아세테이트의 양을 나타내고 있다.
또한, 이 수지 페이스트의 특성으로서, 반도체칩 압착 후의 180℃에 있어서의 열시 다이쉐어 강도를 측정했다. 열시 다이쉐어 강도의 측정방법은 이하와 같다. 즉, 실시예 1~5 및 비교예 2~4의 수지 페이스트를 42얼로이 리드프레임상에 인쇄하고, 150℃의 오븐에서 70분간 건조하여, B 스테이지 상태의 도막(다이본딩층)을 형성했다. 비교예 1의 수지 페이스트는, 42얼로이 리드프레임상에 인쇄한 후, 140℃의 오븐에서 90분간 건조하여, B 스테이지 상태의 도막(다이본딩 층)을 형성했다. 그 후, 다이본딩층상에 5×5mm의 실리콘칩(두께 0.5mm)을, 180℃의 열반상에 서 1.5kg의 하중을 걸어 1초간 압착시켰다. 이것을, 자동 접착력 시험기(상품명:serie-4000, 데이지사제)를 이용하고, 180℃에 있어서의 전단 강도(kgf/칩)를 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112009014617619-PCT00011
표 1 중, 비교예 3에서는, 수지끼리의 상용이 되지않고 페이스트화가 불가능하며, 열시 다이쉐어 강도를 측정할 수 없었다. 또한, 비교예 4에서는, 열시 다이쉐어 강도의 측정시에 수지 페이스트가 열에서 용융하고, 측정치가 0.1kgf/칩 미만이었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 수지 페이스트(실시예 1~5)는, 인쇄, B 스테이지화, 및 칩 압착 후, 후경화하지 않고 높은 내열성을 가지고, 종래의 수지 페이스트(비교예 1~4)와 비교하여, 180℃에서의 열시 다이쉐어 강도에서 양호한 결과를 나타냈다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 비교적 낮은 온도에서 반도체칩을 첩부할 필요가 있는 기판에 대해서, 인쇄법에 의해서 용이하게 공급ㆍ도포할 수 있는 다이본딩용 수지 페이스트를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트는, 내열성이 있고, 취급하기 쉬우며, 저응력성 및 저온 접착성이 뛰어나다. 또한, B 스테이지 상태에서의 내열성이 뛰어나기 때문에, 반도체칩 압착 후의 후경화 공정을 생략할 수 있고, 반도체장치 조립시의 공정관리나 조립시간의 단축에 기여한다. 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트는, 다이본드용으로서 유기기판 등의 절연성 지지기판이나 구리 리드프레임에 적합하게 사용할 수 있고, 또한, 42얼로이 리드프레임에도 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 상기 본 발명의 다이본딩용 수지 페이스트를 이용한 반도체장치의 제조방법 및 이러한 제조방법에 의해 제조되는 반도체장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 하기 일반식(I)로 표시되는 폴리우레탄이미드 수지와, 열경화성 수지와, 필러와, 인쇄용 용제를 함유하는 다이본딩용 수지 페이스트.
    [화1]
    Figure 112009014617619-PCT00012
    [식 중, R1은 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 2가의 유기기를 나타내고, R2는 분자량 100~10,000의 2가의 유기기를 나타내고, R3은 4개 이상의 탄소원자를 포함하는 4가의 유기기를 나타내고, n 및 m은 각각 독립하여 1~100의 정수를 나타낸다.]
  2. 기판상에 제 1항에 기재된 다이본딩용 수지 페이스트를 도포하여 도막을 형성하는 도포 공정과,
    상기 도막상에 반도체칩을 탑재하는 반도체칩 탑재 공정
    을 포함하는, 반도체장치의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 도포 공정 후에, 상기 도막을 건조하여 B 스테이지화하는 건조 공정을 더 포함하고,
    상기 반도체칩 탑재 공정에 있어서, B 스테이지화한 상기 도막상에 반도체칩을 탑재하는, 반도체장치의 제조방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 기재된 반도체장치의 제조방법에 의해 얻어지는 반도체장치.
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