KR20110139599A - 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름 - Google Patents

내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적층 CSP(chip scale package)에 사용되는 접착 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층되는 다이 간의 접착과 전기적 간섭 방지 및 와이어(wire) 공간 확보의 역할을 하는 양면 접착 필름으로서 고온 작업 시 패키지 내부에 흡습되어 있는 수분의 강한 수증기압으로 인한 패키지의 팝콘 크래킹 현상이나 계면 박리 등의 불량을 방지할 수 있는 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름은 폴리이미드 필름의 양면에 접착제 층이 코팅된 다이(Die) 간 접착 필름으로서, 상기 접착제 층은 카르복실기가 1~10 중량% 포함된 NBR 100중량 대비 에폭시 수지 5~200중량, 페놀 수지 50~200 중량 및 아민 계 혹은 산무수물 계 경화제 중 선택된 1종 이상의 경화제 2~40 중량을 함유하고, 상기 페놀 수지는 링 엔드 볼 방법(ring and ball method)에 의해 측정된 연화점이 60~120℃인 것을 특징으로 한다.

Description

내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름{THERMO-SETTING DOUBLE-SIDED ADHESIVE FILM EXCELLENT IN ADHESIVE PROPERTY AND HEAT RESISTANCE}
본 발명은 적층 CSP(chip scale package)에 사용되는 접착 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적층되는 다이 간의 접착과 전기적 간섭 방지 및 와이어(wire) 공간 확보의 역할을 하는 양면 접착 필름으로서 내열성과 접착력이 우수하고 고온 작업 시 패키지 내부에 흡습되어있는 수분의 강한 수증기압으로 인한 패키지의 팝콘 크래킹 현상이나 계면 박리 등의 불량을 방지할 수 있는 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름에 관한 것이다.
최근, 반도체 칩 사이즈(chip size)의 소형 및 고집적화에 따라 새로 개발된 것이 CSP(chip scale package)이다. 이러한 CSP(chip scale package)는 이름에서 알 수 있는 바와 같이, 칩 사이즈가 곧 패키지 사이즈(package size)와 거의 동일하다고 보아도 될 것이다.
이와 같은 현 패키지 트렌드(package trend)의 일환으로 한층 진보된 패키지 중의 하나가 stacked CSP이다. 즉 chip 위에 chip을 하나 이상 더 실장한 것으로 거의 같은 칩 사이즈의 패키지 안에 기존보다 훨씬 많은 용량을 실장할 수 있게 된 것이다. Stacked CSP 패키지는 박막 코어 기판 재료, 웨이퍼 후면절삭 기술과 기존의 BGA표면 실장 기술을 접목하여 기기의 기능을 배가하기 위해 메모리의 용량을 증가시킴과 동시에 크기도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 이 기술을 이용하면 마더 보드의 면적을 효율적으로 사용할 수 있고 크기, 무게도 함께 줄일 수 있기 때문에 궁극적으로 시스템 레벨 비용절감이라는 목표도 달성할 수 있다. 또한 Stacked CSP는 시장에 유통되는 메모리를 여러 다른 디바이스와 연결 사용할 수 있으므로 전체 시스템 비용을 더 줄일 수 있는 방법을 제시해 준다.
이와 같이 칩 사이즈의 소형화에 따라 칩과 서브스트레이트(substrate)와의 클리어런스(clearance) 또한 더욱 세밀하게 되었고 새로운 패키지에 대응할 수 있는 접착제의 개발 또한 필수 불가결하게 되었다. 이에 따라 많은 기술이 개발되고 있는데, 종래의 기술로는 페이스트(paste)가 주로 사용되었으나 생산성과 레진 블리드 아웃(resin bleed out) 문제로 인해 최근에는 접착 필름의 형태로 기술 개발이 진행되고 있다.
현재 대부분의 패키지는 서브스트레이트와 관계없이 CSP type으로 전환되고 있는 실정이며 환경 친화 제품 일환으로 대부분 조립업체들이 리드 프리(lead-free) 제품개발을 활발히 진행 중이다. 그러나 이런 제품들은 기존의 유연 솔더(solder) 보다 높은 녹는점(melting point, 약 220℃)을 가지고 있는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 조립에 사용되는 다른 제품 또한 이러한 온도에 의한 팝콘 크래킹(popcorn cracking)이나 기타 패키지 불량을 극복할 수 있는 제품이어야 하기 때문에 요구되는 신뢰성 레벨(level) 또한 점점 강화되고 있다. 예를 들면 기존의 솔더 사용 시 그 응용온도는 대략 220℃ 이하로 비교적 낮았으나 현재의 무연 솔더의 경우 응용 온도는 260℃ 정도로 높기 때문에 이와 같은 고온 작업 시 패키지 내부에 흡습되어있는 수분이 고온에 의해 강한 수증기압을 발생시키게 되고 이 수증기압은 패키지의 팝콘 크래킹 현상이나 계면 박리 등의 불량을 유발할 수 있기 때문이다.
따라서 이러한 여러 문제점들을 극복할 수 있는 접착 필름의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 내열성과 접착력이 우수하고 고온 작업 시 패키지 내부에 흡습되어있는 수분의 강한 수증기압으로 인한 패키지의 팝콘 크래킹 현상이나 계면 박리 등의 불량을 방지할 수 있는 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기 목적은, 폴리이미드 필름의 양면에 접착제 층이 코팅된 다이(Die) 간 접착 필름으로서, 상기 접착제 층은 카르복실기가 1~10 중량% 포함된 NBR 100중량 대비 에폭시 수지 5~200중량, 페놀 수지 50~200 중량 및 아민 계 혹은 산무수물 계 경화제 중 선택된 1종 이상의 경화제 2~40 중량을 함유하고, 상기 페놀 수지는 링 엔드 볼 방법(ring and ball method)에 의해 측정된 연화점이 60~120℃인 것을 특징으로 하는 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름에 의해 달성된다.
여기서, 상기 접착 필름은 다이(2cm X 2cm)와 다이(2cm X 2cm)를 125℃ / 1.5kg / 1초 조건으로 본딩한 후, 경화(175℃ / 1시간)공정을 거친 다음 상온(25℃)에서의 다이 전단응력이 5kg 이상이고, 260℃에서의 다이 전단응력이 100g 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 내열성과 접착력이 우수하고 고온 작업 시 패키지 내부에 흡습되어있는 수분의 강한 수증기압으로 인한 패키지의 팝콘 크래킹 현상이나 계면 박리 등의 불량을 방지할 수 있는 등의 효과를 가진다.
도 1은 적층 스택 칩 스케일 패키지의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 간 접착 필름의 단면도.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
도 1은 적층 스택 칩 스케일 패키지(Stack Chip Scale Package)의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 간 접착 필름의 단면도이다.
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름은 폴리이미드 필름(10)의 양 면에 접착제 층(20)이 코팅되어 있는데, 상기 접착제 층(20)은 카르복실기가 포함된 NBR 및 에폭시 수지, 페놀 수지, 경화제 등을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 접착제 층(20) 상부 면에 박리 필름(30)을 라미네이션하여 이루어져 있다.
본 발명에 따른 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름의 상기 폴리이미드 필름(10)의 두께는 요구되는 패키지의 높이에 맞추어 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름의 상기 접착제 층(20)은 NBR 100 중량에 대하여 다관능성 에폭시 수지 5~200 중량, 다관능성 페놀 수지 5~200 중량의 비율이며 여기에 경화제, 고무 가교제 및 기타 첨가제를 포함하여 이루어진다.
상기 카르복실기가 포함된 NBR은 중량 평균 분자량이 3,000~200,000의 분자량을 갖는 것으로, 아크릴로니트릴 함유율이 20~50 중량%이며, 카르복실기 함유율이 1~10 중량% 인 것으로 한다. 이 때, 중량 평균 분자량이 3,000 보다 낮으면 고온에서의 접착력이 불량해지고, 또 200,000 보다 높아지면 용매에 대한 용해성이 나빠지며 용액 제조 시 점도가 증가하여 작업성이 불량해지고, 상온 접착력 또한 저하된다. 또 아크릴로니트릴 함량이 20 중량% 보다 낮은 경우 용매 용해성이 낮아지며, 50 중량% 보다 높아지면 전기 절연성이 불량해진다. 그리고 카르복실기의 함유 율이 1~10 중량%인 경우 NBR과 다른 수지, 그리고 접착 기재와의 결합이 용이하게 되므로 접착력이 증가한다. 카르복실기가 함유되지 않은 NBR의 경우에는 접착력이 불량하게 된다.
또한 상기 에폭시 수지는 NBR 100 중량에 대하여 5~200 중량을 첨가하는 것이 바람직하며 비스페놀 에이(Bisphenol-A) 타입 에폭시, 비스페놀 에프(F) 타입 에폭시, 노블락(Novolac) 에폭시가 사용될 수 있으며 에폭시의 당량(g/eq)은 100~1000인 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 페놀 수지는 NBR 100 중량에 대하여 50~200 중량을 첨가하는 것이 바람직한데, 페놀 수지의 함량이 200 중량보다 클 경우 접착제 층이 브리틀(brittle)하게 되어 필름 형태로 제조가 불가능하게 된다. 또한 상기 페놀 수지의 분자량은 200~900인 것이 바람직하며, 링 엔드 볼 방법(ring and ball method)에 의해 측정된 연화점이 60~120℃인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 연화점이 60℃ 이하인 것을 사용하게 되면 페이스트와 같은 레진 블리드 아웃이 발생할 수 있으며, 이와는 반대로 연화점이 너무 높은 경우, 접착 필름의 다이 접착을 위해 높은 온도를 가해야 하며 접착력 또한 불량해진다. 따라서 적정 온도(60~120℃)의 연화점을 갖는 수지를 사용하여야 한다.
또한 상기 경화제는 아민 계 경화제와 산무수물 계 경화제를 단독 혹은 함께 사용할 수 있으며 NBR 100 중량 대비 2~40 중량 사용하는 것이 바람직하다. 또한 고무 가교제로 유, 무기 과산화물을 사용할 수 있으며 NBR 100 중량 대비 1~5 중량을 첨가하여 사용할 수 있다.
이상의 조성으로 이루어진 접착제 층(20)은 점도가 200 ~ 1,500CPS 이고, 폴리이미드 필름(10) 양면에 건조 후의 두께가 각각 10~30㎛가 되도록 도포하고 50~180℃에서 2~10분 동안 경화한 후에 박리 필름(30)을 붙이는 과정을 거쳐 접착 필름을 얻을 수 있다. 접착제 층의 두께는 패키지에 요구되는 높이에 따라 자유롭게 변화시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름의 상기 박리 필름(30)은 두께가 특별히 국한되진 않지만 일반적으로 38㎛인 것이 사용되며, 사용 가능한 박리 필름으로는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌 필름 및 경우에 따라서는 이들에 실리콘 수지로 박리성을 부여한 것을 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름은 상기 접착 필름은 다이(2cm X 2cm)와 다이(2cm X 2cm)를 125℃ / 1.5kg / 1초 조건으로 본딩한 후, 경화(175℃ / 1시간)공정을 거친 다음 상온(25℃)에서의 다이 전단응력이 5kg 이상이고, 260℃에서의 다이 전단응력이 100g 이상인 것이 바람직하다.
이하, 실시예와 비교예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예 1]
NBR(아크릴로니트릴 함량 27중량%, 카르복실기 함량 5중량%) 120중량에 페놀노블락 에폭시(epoxy equivalent weight 199) 수지 50중량, 하기 구조식 1로 표시되는 페놀 수지 150중량, 그리고 경화제로 헥사메톡시 메틸멜라민 10중량, 프탈릭 안하이드라이드 10중량을 첨가하고 고무 가교제로 디큐밀 퍼옥사이드를 2중량 첨가하고 아세톤 용제를 사용하여 점도가 400CPS가 되도록 아세톤의 양을 조절한다. 상온에서 모든 성분이 용해될 때까지 녹여 준 후 이 접착제 액을 두께가 25㎛인 폴리이미드 필름 양면에 건조 후의 두께가 각각 12㎛이 되도록 도포하고, 건조(150℃, 3분)한 후, 두께가 38㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 라미네이트하여, 접착 필름을 제조하였다.
(구조식 1, 연화점 : 110℃)
Figure pat00001
[실시예 2]
실시예 1과 같은 조성 중 페놀 수지만을 하기 구조식 2로 표시되는 페놀 수지로 대체하여 제조된 접착제 액을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착 필름을 제조하였다.
(구조식 2, 연화점 : 85℃)
Figure pat00002
[실시예 3]
실시예 1과 같은 조성 중 에폭시 수지만을 하기 구조식 3으로 표시되는 수지로 대체하여 제조된 접착제 액을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착 필름을 제조하였다.
(구조식 3)
Figure pat00003
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 조성 중 NBR 만을 카르복실기를 함유하지 않은 NBR로 대체하여 제조된 접착제 액을 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 접착 필름을 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 조성 중 페놀 수지만을 250중량으로 증량한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조성, 방법으로 접착 필름을 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일한 조성 중 페놀 수지만을 50중량으로 감량한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조성, 방법으로 접착 필름을 제조하였다.
[비교예 4]
실시예 1과 동일한 조성 중 페놀 수지만을 동일 구조의 연화점이 125℃인 것으로 대체한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조성, 방법으로 접착 필름을 제조하였다.
상기 제조된 본 발명에 따른 실시예의 접착필름과 비교예의 접착필름을 사용하여 하기의 실험예에 따라 그 특성를 평가하고 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
[실험예 1: 필름 형태 유지 여부 측정]
실시예와 비교예와 같이 제조된 접착 필름에 물리적인 충격을 가한 후에도 접착 필름 형태가 유지되는지를 확인하는 평가로 본 접착 필름을 이용하여 반도체 패키지 제조 시 접착 필름에 가해지는 커팅(cutting) 충격에 접착제가 깨지는지를 확인하는 평가이다.
평가 방법은 제조된 접착 필름을 1cm 두께의 유리 판 위에 5cm X 5cm 크기로 올려 놓은 후 1cm X 1cm의 크기(무게 100g)로 만들어진 추를 20cm의 높이에서 자유 낙하시키고 그 후에 접착제 층을 관찰하여 접착제 층의 깨짐 유무를 확인한다. 깨짐이 발견 되지 않을 때 "OK"로 표기하며 깨짐 발견 시 "Fail"로 표기하였다.
[실험예 2: 상온 다이 전단응력 측정]
Semi-auto die bonder 장비를 이용하여 125℃ / 1.5kg / 1초 조건으로 다이(2cm X 2cm)와 다이(2cm X 2cm)를 본딩한 후 175℃ / 1시간 동안 경화 후 상온 하에서 전단응력을 측정하였다. 통상적으로 에폭시 몰딩 컴파운딩 혹은 타 반도체 패키지 조립 공정 시, 접착된 다이의 변형을 방지하기 위해 5kg 이상의 다이 전단응력이 요구된다.
[실험예 3: 고온 다이 전단응력 측정]
상온 다이 전단응력 측정과 동일한 방법으로 본딩과 경화를 한 후 260℃에서 전단응력을 측정한다.
솔더 공정 시 가해지는 260℃ 고온에서 접착 필름으로 접착된 다이가 접착력 저하로 인해 변형되는 것을 방지하기 위해 100g 이상의 전단응력이 요구되고 있다.
[실험예 4: PCT(Pressure Cooker Test) 평가]
상온 다이 전단응력의 측정과 같이 다이와 다이를 접착한 후 85℃ / 85%RH / 84시간 동안 PCT 후 엑스레이를 이용하여 접착 필름과 다이 간 기포 혹은 디라미네이션(delamination)을 확인하였다. 기포 혹은 디라미네이션이 발견되지 않은 경우 "Pass", 반면 기포 혹은 디라미네이션 발견 시 "Fail"로 표기하였다.
한편, 상용의 다이 간 접착 필름은 상기의 4가지의 모든 평가에서 Fail이 없어야 한다.
필름 형태
유지 여부		 상온 다이
전단응력(kg)		 고온 다이
전단응력(g)		 PCT 평가
실시예 1 OK 16.1 400 Pass
실시예 2 OK 18.6 640 Pass
실시예 3 OK 9.3 150 Pass
비교예 1 OK 2.1 62 Fail
비교예 2 Fail 11.6 210 Fail
비교예 3 OK 1.3 55 Fail
비교예 4 OK 3.7 160 Pass
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다이 간 접착 필름은 기본 특성인 필름형태 유지, 상온 다이 전단응력, 고온 다이 전단응력, PCT 평가에서 우수한 결과를 나타냄을 알 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
1: 와이어 2: 몰딩 컴파운드
3: 접착필름 4: 솔더마스크
5: 패턴 6: 서브스트레이트
7: 도우터 다이(daughter die) 8: 마더 다이(mother die)
10 : 폴리이미드 필름 20 : 접착제 층
30 : 박리 필름

Claims (2)

  1. 폴리이미드 필름의 양면에 접착제 층이 코팅된 다이(Die) 간 접착 필름으로서,
    상기 접착제 층은 카르복실기가 1~10 중량% 포함된 NBR 100중량 대비 에폭시 수지 5~200중량, 페놀 수지 50~200 중량 및 아민 계 혹은 산무수물 계 경화제 중 선택된 1종 이상의 경화제 2~40 중량을 함유하고, 상기 페놀 수지는 링 엔드 볼 방법(ring and ball method)에 의해 측정된 연화점이 60~120℃인 것을 특징으로 하는, 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 필름은 다이(2cm X 2cm)와 다이(2cm X 2cm)를 125℃ / 1.5kg / 1초 조건으로 본딩한 후, 경화(175℃ / 1시간)공정을 거친 다음 상온(25℃)에서의 다이 전단응력이 5kg 이상이고, 260℃에서의 다이 전단응력이 100g 이상인 것을 특징으로 하는, 내열성과 접착력이 우수한 열경화성 양면 접착 필름.
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