KR20110108577A - 충진 조성물, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

충진 조성물, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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KR20110108577A
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Abstract

충진 조성물, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 충진 조성물은, 구리 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제1 입자, 제1 입자 사이를 전기적으로 연결하는 제2 입자 및 고분자 화합물, 경화제 및 환원제가 함유된 수지를 포함한다. 이때, 경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 환원제는 카르복실기를 포함할 수 있다.

Description

충진 조성물, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법{Filling composition, Semiconductor device including the same and Method of fabricating the semiconductor device}
본 발명은 충진 조성물, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 기판 사이를 연결하는 충진 조성물, 이를 포함하는 반도체 소자 및 반도체 소자의 제조 방법에 관련된 것이다.
반도체 소자 제조에서 다수의 기판들 사이를 전기적으로 연결하는 도전 패턴들은 통상적으로 은 조각 및 수지를 포함하는 조성물을 이용하여 형성한다. 은 조각 및 수지로만 이루어진 조성물은 수지 내 산화물 또는 다른 외부 조건들에 의해 그 저항이 커진다. 따라서, 상기와 같은 조성물을 이용하여 기판들 사이를 연결하는 도전 패턴을 형성하면, 도전 패턴의 전기 저항이 커, 그 전기적 연결에 결함이 발생될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 보다 낮은 전기 저항을 갖는 충진 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 이루고자 하는 일 기술적 과제는 상기 충진 조성물을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 이루고자 하는 일 기술적 과제는 상기 반도체 소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 충진 조성물을 제공한다. 상기 충진 조성물은, 구리 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제1 입자, 상기 제1 입자 사이를 전기적으로 연결하는 제2 입자, 그리고, 고분자 화합물, 경화제 및 환원제가 함유된 수지를 포함한다. 이때, 상기 경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 환원제는 카르복실기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 입자는 5 내지 40 체적%를 차지하며, 상기 제2 입자는 5 내지 40 체적%를 차지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 입자의 총량은 30 내지 50 체적%를 차지할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 입자는 주석(Sn), 비스무트(Bi), In(인듐), Ag(은), Pb(납) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 입자는 60Sn/40Bi, 52In/48Sn, 97In/3Ag, 57Bi/42Sn/1Ag, 58Bi/42Sn, 52Bi/32Pb/16Sn 및 96.5Sn/3Ag/0.5Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 고분자 화합물은 디글리시딜 에테르 비스페놀 A(diglycidyl ether of bisphenol A, DBEBA), 테트라글리시딜 4,4-디아미노디페닐 메탄(tertraglycidyl 4,4'-diaminodiphenyl methane, TGDDM), 트리 디아미노디페닐 메탄(tri diaminodiphenyl methane, triDDM), 이소시아네이트(isocyanate) 및 비스말레이미드(bismaleimide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 단량체로 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 경화제는 상기 고분자 화합물의 0.4 내지 1.2 범위의 당량을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 경화제는 m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine, MPDA), 디아미노디페닐 메탄(diaminodiphenyl methane, DDM), 디아미노디페닐 설폰(diaminodiphenyl sulphone, DDS), 메틸 나딕 무수물(methyl nadic anhydride, MNA), 도데세닐 숙신 무수물(dodecenyl succinic anhydride, DDSA), 말릭 무수물(maleic anhydride, MA), 숙신 무수물(succinic anhydride, SA), 메틸 테트라하이드로프탈릭 무수물(methyl tetrahydrophthalic anhydride, MTHPA), 헥사하이드로프탈릭 무수물(hexahydrophthalic Anhydride, HHPA), 테트라하이드로프탈릭 무수물(tetrahydrophthalic anhydride, THPA) 및 피로멜리틱 이무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 환원제는 상기 고분자 화합물 중량의 10phr 이하일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 환원제는 글루타르산(glutaric acid), 말산(malic acid), 아젤라산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아티프산(adipic acid), 아스크로브산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 입자의 직경은 1㎛ 내지 30㎛ 범위이고, 상기 제2 입자의 직경은 5nm 내지 100㎛ 범위일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 촉매제 및 변형제를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 촉매제는 상기 수지 중량의 30phr 이하일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 촉매제는 벤질 디메틸 아민(benzyl dimethyl amine, BDMA), 보론 트리플루오리드 모노에틸아민 착물(boron trifluoride monoethylamine complex, BF3-MEA), 디메틸아미노 메틸 페놀(dimethylamino methyl phenol, DMP) 및 디메틸 벤졸 아민(dimethyl benzol amine, DMBA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 변형제는 아크릴레이트 올리고머(acrlylate oligomer), 폴리그릴콜(polyglycols), 글리세라이드(glycerides), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 디메틸 실리콘(dimethylsilicon), 시메치콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 다른 실시예는 반도체 소자를 제공한다. 상기 반도체 소자는, 제1 도전 패턴이 형성된 제1 기판, 상기 제1 도전 패턴과 마주보도록 배치된 제2 도전 패턴이 형성된 제2 기판, 그리고, 상기 제1 및 제2 도전 패턴을 사이를 전기적으로 연결하는 연결 패턴을 포함한다. 이때, 상기 연결 패턴은 구리 또는 은을 포함하는 입자, 솔더 입자, 고분자 화합물, 경화제 및 환원제로 이루어진 수지를 포함하는 충진 조성물을 포함하며, 상기 경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 환원제는 상기 카르복실기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 솔더 입자는 주석(Sn), 비스무트(Bi), In(인듐), Ag(은), Pb(납) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이며, 상기 구리 입자 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 구리 입자는 상기 충진 조성물 중 5 내지 40 체적%를 차지하고, 상기 솔더 입자는 상기 충진 조성물 중 5 내지 40 체적%를 차지할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 또 다른 실시예는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 제1 도전 패턴이 형성된 제1 기판을 마련하고, 상기 제1 기판 상에 예비 연결 패턴을 형성하고, 제2 도전 패턴이 형성된 제2 기판을 마련하고, 상기 제2 도전 패턴이 상기 예비 연결 패턴과 접하도록 상기 제2 기판을 위치시키고, 그리고, 상기 예비 연결 패턴을 가열하여, 상기 제1 및 제2 도전 패턴을 전기적으로 연결하는 연결 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 이때, 상기 예비 연결 패턴은 구리 또는 은을 포함하는 입자, 솔더 입자, 고분자 화합물, 경화제 및 환원제로 이루어진 수지를 포함하는 충진 조성물을 포함하며, 상기 경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 환원제는 상기 카르복실기를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연결 패턴을 형성하는 것은, 상기 예비 연결 패턴을 가열하여, 상기 환원제에 의해 상기 예비 연결 패턴 내 산화물을 제거하며, 그리고, 상기 솔더 볼이 팽창되어 상기 구리 입자 사이를 전기적으로 연결하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들에 따르면, 은을 대신하여 구리를 포함하는 충진 조성물을 반도체 소자에 적용함으로써, 비용적 효율을 얻을 수 있다. 또한, 충진 조성물에 포함된 환원제가 산화물을 제거하여, 제1 및 제2 입자 내 젖음 특성이 향상될 수 있어, 반도체 소자의 방열 특성 및 전기적 전도 특성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충진 조성물을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 도면들이다.
도 3은 합성예 1 내지 3 및 비교예에 따른 충진 조성물의 접촉 저항을 나타내는 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
( 충진 조성물)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충진 조성물을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 충진 조성물(100)은 제1 입자(104), 제2 입자(102) 및 경화제와 환원제를 포함하는 수지(110)를 포함할 수 있다.
제1 입자(104)는 구리 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 입자일 수 있다. 제1 입자(104)가 구리 및 은을 모두 포함하는 경우, 제1 입자(104)는 화합물의 형태가 아니라 혼합물의 형태를 가질 수 있다. 제1 입자(104)은 판상(plate shape) 구조를 가질 수 있다. 제1 입자(104)의 크기는 약 1㎛ 내지 30㎛ 범위일 수 있다. 예컨대, 제1 입자(104)가 다수 개일 경우, 충진 조성물(100)은 서로 직경이 실질적으로 다른 제1 입자(104)들을 포함할 수 있다. 또한, 제1 입자(104)는 충진 조성물(100) 총 부피의 약 5% 내지 약 40%를 차지할 수 있다.
제2 입자(102)는 금속을 포함하는 솔더 볼(solder ball)일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 제2 입자(102)는 주석(Sn), 비스무트(Bi), In(인듐), Ag(은), Pb(납) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 예컨대, 제2 입자(102)는 60Sn/40Bi, 52In/48Sn, 97In/3Ag, 57Bi/42Sn/1Ag, 58Bi/42Sn, 52Bi/32Pb/16Sn 및 96.5Sn/3Ag/0.5Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
제2 입자(102)의 직경은 약 5nm 내지 약 50㎛ 범위일 수 있다. 예컨대, 제2 입자(102)가 다수 개일 경우, 충진 조성물(100)은 서로 직경이 실질적으로 다른 제2 입자(102)들을 포함할 수 있다. 또한, 제2 입자(102)는 충진 조성물(100) 총 부피의 약 5% 내지 약 40%를 차지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 및 제2 입자(104, 102)의 부피는 충진 조성물(100) 총 부피의 약 30% 내지 약 50%를 차지할 수 있다.
수지(110)는 고분자 화합물, 경화제 및 환원제를 포함할 수 있다.
고분자 화합물은 디글리시딜 에테르 비스페놀 A(diglycidyl ether of bisphenol A, DBEBA), 테트라글리시딜 4,4-디아미노디페닐 메탄(tertraglycidyl 4,4'-diaminodiphenyl methane, TGDDM), 트리 디아미노디페닐 메탄(tri diaminodiphenyl methane, triDDM), 이소시아네이트(isocyanate) 및 비스말레이미드(bismaleimide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 단량체로 형성될 수 있다.
경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 경화제는 m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine, MPDA), 디아미노디페닐 메탄(diaminodiphenyl methane, DDM), 디아미노디페닐 설폰(diaminodiphenyl sulphone, DDS), 메틸 나딕 무수물(methyl nadic anhydride, MNA), 도데세닐 숙신 무수물(dodecenyl succinic anhydride, DDSA), 말릭 무수물(maleic anhydride, MA), 숙신 무수물(succinic anhydride, SA), 메틸 테트라하이드로프탈릭 무수물(methyl tetrahydrophthalic anhydride, MTHPA), 헥사하이드로프탈릭 무수물(hexahydrophthalic Anhydride, HHPA), 테트라하이드로프탈릭 무수물(tetrahydrophthalic anhydride, THPA) 및 피로멜리틱 이무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
경화제는 수지(110)의 약 0.4 당량 내지 약 1.2 당량 범위를 가질 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 수지(110)를 이루는 단량체의 작용기에 대한 경화제의 작용기의 당량비가 약 0.4 내지 약 1.2 범위일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 경화제가 무수물을 포함하는 경우, 제2 입자(102)가 충진 조성물(100)의 경화촉매제의 역할을 수행할 수 있다.
환원제는 충진 조성물(100) 내 산화물을 제거하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 환원제는 제2 입자(102)의 환원 특성과 수지(110)와의 반응 특성에 따라 중량이 변화될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 환원제는 수지(110)의 10phr(per hundred resin) 이하일 수 있다. 단위 phr은 수지 100중량 당 첨가되는 물질의 중량을 나타낼 수 있다. 예를 들어 설명하면, 환원제가 수지(110) 중량의 10phr를 갖는다면, 수지(110)가 약 100g일 경우, 환원제는 약 10g일 수 있다.
환원제는 카르복실기(-COOH)를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 환원제는 글루타르산(glutaric acid), 말산(malic acid), 아젤라산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아티프산(adipic acid), 아스크로브산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
환원제가 충진 조성물(100) 내 산화물을 제거하는 기능을 가짐으로써, 충진 조성물(100)을 가열할 때, 제1 및 제2 입자(104, 102) 사이에 젖음(wetting) 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 충진 조성물(100) 내 전기 전도성이 단순히 도전물들의 물리적 접촉뿐만 아니라 향상된 젖음 특성으로, 충진 조성물(100)이 우수한 전기적인 전도 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 충진 조성물(100)은 촉매제 및 변형제를 더 포함할 수 있다.
촉매제는 그 중량에 따라 충진 조성물(100)을 가열한 후 제1 및 제2 입자(104, 102)가 경화되는 시간을 결정할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 촉매제는 수지(110) 중량의 30phr 이하일 수 있다.
촉매제는 벤질 디메틸 아민(benzyl dimethyl amine, BDMA), 보론 트리플루오리드 모노에틸아민 착물(boron trifluoride monoethylamine complex, BF3-MEA), 디메틸아미노 메틸 페놀(dimethylamino methyl phenol, DMP) 및 디메틸 벤졸 아민(dimethyl benzol amine, DMBA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
변형제는 아크릴레이트 올리고머(acrlylate oligomer), 폴리그릴콜(polyglycols), 글리세라이드(glycerides), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 디메틸 실리콘(dimethylsilicon), 시메치콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
(반도체 소자의 제조 방법)
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법을 설명하기 위한 공정 도면도들이다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 반도체 소자는 도 1에 도시된 충진 조성물을 포함하는 연결 패턴을 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면,제1 도전 패턴(202)을 포함하는 제1 기판(200)을 마련할 수 있다.
제1 기판(200)은 반도체 칩을 포함하는 기판일 수 있다. 제1 도전 패턴(202)은 반도체 칩과 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 도전 패턴(202)은 제1 기판(200) 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 도전 패턴(202)은 제1 기판(200)으로부터 돌출된 구조를 가질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 도전 패턴(202)은 제1 기판(200) 내에 형성되어, 제1 도전 패턴(202)의 상부면만이 외부로 노출될 수 있다. 이때, 제1 도전 패턴(202) 및 제1 기판(200)의 상부면은 실질적으로 동일한 레벨(level)에 있을 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1 도전 패턴(202)과 전기적으로 연결되는 예비 연결 패턴(100)을 형성할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, 예비 연결 패턴(100)의 일 면이 제1 도전 패턴(202) 및 제1 기판(200)에 접촉하며 형성될 수 있다.
예비 연결 패턴(100)은 도 1에서 설명된 충진 조성물(100)을 포함할 수 있다. 간략하게 설명하면, 충진 조성물(100)은 구리 또는 은을 포함하는 입자(104), 솔더 입자(102), 고분자 화합물, 경화제 및 환원제로 이루어진 수지(110)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 충진 조성물(100)의 구리 또는 은을 포함하는 입자(104) 및 솔더 입자(102)는 도 1에서 설명된 제1 입자(104) 및 제2 입자(102)에 각각 대응될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 제2 도전 패턴(206)을 포함하는 제2 기판(204)을 마련할 수 있다.
제2 기판(204)은 회로기판일 수 있다. 회로기판의 예로는 강화섬유유리나 에폭시수지로 된 코어(core)의 일면이나 양면에 동박의 회로 패턴이 형성된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 들 수 있다. 회로 패턴은 제1 기판(200)과 데이터(data) 주고 받기 위한 전기 신호의 경로를 제공하는 패턴, 제1 기판(200)에 파워(power)를 전달하거나 접지(ground)시키는 패턴, 외부 단자와 접속되는 패턴 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 도전 패턴(206)은 제2 기판(204) 상부에 형성될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제2 도전 패턴(206)은 제2 기판(204) 내부에 형성될 수 있다.
도 2d를 참조하면, 상기 제2 도전 패턴(206)이 상기 예비 연결 패턴(100)과 접하도록 상기 제2 기판(204)을 위치시킬 수 있다.
이로써, 예비 연결 패턴(100)의 일 면에는 제1 도전 패턴(202)이 접하며 베치되고, 예비 연결 패턴(100)의 타 면에는 제2 도전 패턴(206)이 접하며 배치될 수 있다.
도 2e를 참조하면, 예비 연결 패턴(100, 도 2d를 참조)을 가열하여, 제1 및 제2 도전 패턴(202, 206)을 전기적으로 연결시키는 연결 패턴(210)을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 예비 연결 패턴(100)을 가열하면, 충진 구조물 내 솔더 볼(212)이 용융되어 구리 또는 은을 포함하는 입자(104) 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예컨대, 솔더 볼(212)이 58Sn/42Bi를 포함하는 경우, 솔더 볼(212)의 용융 온도는 약 150℃일 수 있다. 따라서, 예비 연결 패턴(100)을 약 150℃보다 높은 온도로 가열할 경우, 솔더 볼(212)이 용융하여 구리 또는 은을 포함하는 입자(104) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 연결 패턴(210)은 상기와 같은 가열 공정과 함께 제2 기판(204)을 물리적으로 가압하여 형성될 수 있다.
또한, 예비 연결 패턴(100)을 가열하는 동안, 상기 충진 구조물 내 환원제가 예비 연결 패턴(100) 내 산화물을 제거할 수 있다. 따라서, 구리 또는 은을 포함하는 입자(104) 및 솔더 볼(212) 사이의 젖음 특성이 향상될 수 있어, 솔더 볼(212)이 구리 또는 은을 포함하는 입자(104)와 전기적으로 더욱 효율적으로 연결될 수 있다. 더불어, 연결 패턴(210) 내 산화물이 제거됨으로써 방열 특성도 향상될 수 있다.
( 합성예 )
에폭시 기반의 디글리시딜에테르 비스페놀 A(DGEBA)와 구리 입자, 58Sn/42Bi, 경화제, 촉매제, 환원제를 혼합하여 산화물 제거 기능 및 경화 반응을 위한 충진 조성물을 제조하였다.
더욱 상세하게 설명하면, 초기 충진 조성물은 약 100중량%의 DGEBA, 에폭시에 대하여 0.8의 당량비를 갖는 디아미노 디페닐 설폰(DDS), 약 0.5중량%의 보론 트리플루오리드 모노에틸 아민 착물(BF3MEA) 및 약 20중량%의 말산(malic acid)을 포함하는 수지에 약 10 체적%의 58Sn/42Bi을 혼합하여 형성하였다. 이때, 58Sn/42Bi의 직경은 약 10㎛이었다.
합성예 1은 초기 충진 조성물에, 약 20 체적%의 구리 조각을 첨가하였다. 합성예 2는 초기 충진 조성물에 약 25 체적%의 구리 조각을 첨가하였다. 합성예 3은 초기 충진 조성물에 약 27 체적%의 구리 조각을 첨가하였다. 이때, 각각의 구리 조각의 직경은 약 3㎛이었다.
비교예는 약 2㎛ 내지 약 10㎛의 은 조각 및 수지를 포함한 충진 조성물을 합성하였다. 은 조각은 약 30 체적%를 차지하고, 수지는 약 70 체적%를 차지하였다.
합성예 1 내지 3 및 비교예에 해당하는 충진 조성물들을 제1 도전 패턴을 포함하는 제1 기판 및 제2 도전 패턴을 포함하는 제2 기판 사이에 각각 삽입하여, 약 70℃/min의 가온 조건에서 160℃까지 승온한 후, 약 1분이 경과한 후, 전기적인 접촉 저항을 측정하였다.
도 3은 합성예 1 내지 3 및 비교예에 따른 충진 조성물들의 저항값을 나타내는 그래프이다. 도 3의 X축은 시료들을 나타내며, 도 3의 Y축은 저항값을 나타내며 그 단위는 밀리 옴(ohm, mΩ)이다.
도 3을 참조하면, 비교예에서, 은 조각을 포함하는 충진 조성물의 전기 저항값은 약 36mΩ로 그 값이 합성예 1 및 2의 충진 조성물의 전기 저항값보다 작다.
그리고, 합성예 1 내지 3을 살펴보면, 충진 조성물 내 구리 조각의 함량이 증가할수록 접촉 저항값이 작아진다는 것을 알 수 있다. 더욱 상세하게, 합성예 1의 충진 조성물은 약 488mΩ의 저항값을 가지며, 합성예 2의 충진 조성물은 약 286mΩ의 저항값을 가지고, 합성예 3의 충진 조성물은 약 45mΩ의 저항값을 갖는 것을 볼 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100; 충진 조성물 104; 제1 입자
102; 제2 입자 110; 수지
200; 제1 기판 202; 제1 도전 패턴
204; 제2 기판 206; 제2 도전 패턴
210; 연결 패턴 212; 용융된 제1 입자

Claims (20)

  1. 구리(Cu) 및 은(Ag)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 제1 입자;
    상기 제1 입자 사이를 전기적으로 연결하는 제2 입자; 그리고,
    상기 제1 및 제2 입자가 분산되고, 고분자 화합물, 경화제 및 환원제가 함유된 수지를 포함하는 조성물에 있어서,
    상기 경화제는 아민(amine) 및 무수물(anhydride)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고,
    상기 환원제는 카르복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입자는 상기 조성물의 5 내지 40 체적%를 차지하며,
    상기 제2 입자는 상기 조성물의 5 내지 40 체적%를 차지하는 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입자의 총량은 30 내지 50 체적%를 차지하는 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 입자는 주석(Sn), 비스무트(Bi), In(인듐), Ag(은), Pb(납) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 입자는 60Sn/40Bi, 52In/48Sn, 97In/3Ag, 57Bi/42Sn/1Ag, 58Bi/42Sn, 52Bi/32Pb/16Sn 및 96.5Sn/3Ag/0.5Cu로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 화합물은 디글리시딜 에테르 비스페놀 A(diglycidyl ether of bisphenol A, DBEBA), 테트라글리시딜 4,4-디아미노디페닐 메탄(tertraglycidyl 4,4'-diaminodiphenyl methane, TGDDM), 트리 디아미노디페닐 메탄(tri diaminodiphenyl methane, triDDM), 이소시아네이트(isocyanate) 및 비스말레이미드(bismaleimide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 단량체로 포함하는 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 상기 고분자 화합물의 0.4 내지 1.2 범위의 당량을 갖는 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 m-페닐렌디아민(m-phenylenediamine, MPDA), 디아미노디페닐 메탄(diaminodiphenyl methane, DDM), 디아미노디페닐 설폰(diaminodiphenyl sulphone, DDS), 메틸 나딕 무수물(methyl nadic anhydride, MNA), 도데세닐 숙신 무수물(dodecenyl succinic anhydride, DDSA), 말릭 무수물(maleic anhydride, MA), 숙신 무수물(succinic anhydride, SA), 메틸 테트라하이드로프탈릭 무수물(methyl tetrahydrophthalic anhydride, MTHPA), 헥사하이드로프탈릭 무수물(hexahydrophthalic Anhydride, HHPA), 테트라하이드로프탈릭 무수물(tetrahydrophthalic anhydride, THPA) 및 피로멜리틱 이무수물(pyromellitic dianhydride, PMDA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 상기 고분자 화합물 중량의 10phr(per hundred resin) 이하인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 환원제는 글루타르산(glutaric acid), 말산(malic acid), 아젤라산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아티프산(adipic acid), 아스크로브산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid) 및 시트르산(citric acid)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입자의 직경은 1㎛ 내지 30㎛ 범위이고,
    상기 제2 입자의 직경은 5nm 내지 100㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    촉매제(catalyst); 그리고,
    변형제(deforming agent)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 촉매제는 상기 수지 중량의 30phr 이하인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 촉매제는 벤질 디메틸 아민(benzyl dimethyl amine, BDMA), 보론 트리플루오리드 모노에틸아민 착물(boron trifluoride monoethylamine complex, BF3-MEA), 디메틸아미노 메틸 페놀(dimethylamino methyl phenol, DMP) 및 디메틸 벤졸 아민(dimethyl benzol amine, DMBA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 변형제는 아크릴레이트 올리고머(acrlylate oligomer), 폴리그릴콜(polyglycols), 글리세라이드(glycerides), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 디메틸 실리콘(dimethylsilicon), 시메치콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 충진 조성물.
  16. 제1 도전 패턴이 형성된 제1 기판;
    상기 제1 도전 패턴과 마주보도록 배치된 제2 도전 패턴이 형성된 제2 기판; 그리고,
    상기 제1 및 제2 도전 패턴을 사이를 전기적으로 연결하는 연결 패턴을 포함하되,
    상기 연결 패턴은 구리 또는 은을 포함하는 입자, 솔더 입자(solder powder), 고분자 화합물, 경화제 및 환원제로 이루어진 수지를 포함하는 충진 조성물을 포함하며,
    상기 경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 환원제는 상기 카르복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 솔더 입자는 주석(Sn), 비스무트(Bi), In(인듐), Ag(은), Pb(납) 및 구리(Cu)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나이며, 상기 구리 입자 사이를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 구리 입자는 상기 충진 조성물의 5 내지 40 체적%를 차지하고,
    상기 솔더 입자는 상기 충진 조성물의 5 내지 40 체적%를 차지하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
  19. 제1 도전 패턴이 형성된 제1 기판을 마련하고;
    상기 제1 기판 상에 예비 연결 패턴을 형성하고;
    제2 도전 패턴이 형성된 제2 기판을 마련하고;
    상기 제2 도전 패턴이 상기 예비 연결 패턴과 접하도록 상기 제2 기판을 위치시키고; 그리고,
    상기 예비 연결 패턴을 가열하여, 상기 제1 및 제2 도전 패턴을 전기적으로 연결하는 연결 패턴을 형성하는 것을 포함하되,
    상기 예비 연결 패턴은 구리 또는 은을 포함하는 입자, 솔더 입자, 고분자 화합물, 경화제 및 환원제로 이루어진 수지를 포함하는 충진 조성물을 포함하며,
    상기 경화제는 아민 및 무수물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 환원제는 상기 카르복실기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 연결 패턴을 형성하는 것은,
    상기 예비 연결 패턴을 가열하여, 상기 환원제에 의해 상기 예비 연결 패턴 내 산화물을 제거하며; 그리고,
    상기 솔더 볼이 팽창되어 상기 구리 입자 사이를 전기적으로 연결하는 것을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.
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