KR20130075188A - 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름 - Google Patents

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KR20130075188A
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김상진
김철수
양승용
최재원
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Abstract

본 발명은 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로 경화속도 증가를 통한 고접착 특성을 통해 PCB bake 공정, PCB plasma 공정을 생략할 수 있으며, 공정시간 단축을 위한 In-line 공정에 적용시 Wire bonding 공정 중 경화 반응이 일부 진행됨으로써, 경화공정(또는 Semi Cure 또는 B-stage)이 생략 또는 단축이 가능한 조성물에 관한 것이다. 경화공정의 생략 또는 단축이 가능하도록 경화제로 페놀수지와 아민 경화수지를 동시에 적용하며, 경화촉진제는 경화속도 증가를 위해 이미다졸계 또는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제를 적용하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름{ADHESIVE COMPOSITION FOR SEMICONDUCTOR, ADHESIVE FILM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 반도체용 접착 조성물 및 이를 포함하는 접착 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로 경화속도 증가를 통한 고접착 특성을 통해 PCB bake 공정, PCB plasma 공정을 생략할 수 있으며, 공정시간 단축을 위한 In-line 공정에 적용시 Wire bonding 공정 중 경화 반응이 일부 진행됨으로써, 경화공정(또는 Semi Cure 또는 B-stage)이 생략 또는 단축이 가능한 조성물에 관한 것이다. 경화공정의 생략 또는 단축이 가능하도록 경화제로 페놀수지와 아민 경화수지를 동시에 적용하며, 경화촉진제는 경화속도 증가를 위해 이미다졸계 또는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제를 적용하는 것을 특징으로 한다.
반도체 장치의 고용량화를 위해서는 단위면적당 셀의 갯수를 늘리는 질적인 측면의 고집적화 방법과, 여러 개의 칩을 적층하여 용량을 늘리는 양적인 측면의 패키징 기술적인 방법이 있다.
이러한 패키징 방법에 있어서 다층 칩 적층 패키지 방법(multi-chip package; 이하 MCP라 함) 방법이 주로 사용되어 왔는데, 이는 여러 개의 칩을 접착제에 의해 적층하고, 상하 칩을 와이어 본딩(wire bonding)을 이용하여 전기적으로 연결해주는 구조이다.
칩 접착 공정시 칩과 PCB 간의 충분한 접착력을 발현하기 위해서 PCB 베이킹(baking) 공정과 PCB 플라즈마(plasma) 공정을 행한다. 또한 120℃에서 수초간의 칩 접착 공정이 끝난 후, 와이어 본딩시의 충분한 접착력을 위해 경화 공정(또는 반경화 공정 또는 B-stage 공정)을 반드시 진행하였다. 150℃에서 2 내지 20분간의 와이어 본딩 공정 후에는 에폭시 몰딩(EMC Molding)을 거치고, EMC 몰딩이 끝나면 경화의 완료를 위해 175℃에서 2시간 가량 소요되는 몰딩 후 경화(post mold cure: PMC) 공정을 거쳐야 한다.
상기 PCB 베이킹(baking) 공정과 PCB 플라즈마(plasma) 공정, 경화 공정(또는 반경화 공정 또는 B-stage 공정) 및 몰딩 후 경화 공정들은 모두 개별 공정으로 시간과 인력의 단축이 어려워 생산성을 저하시키는 요인이 된다.
이에 반도체 제조시 생산성 향상을 위해 칩 접착 공정, 와이어 본딩 공정이 연결되어 있어 레일을 통해 PCB가 이송되는 In-line 공정의 요구가 증대되어 왔으며, 이에 따라 상기 In-line 공정에 적용될 수 있는 새로운 반도체 접착 필름을 개발할 필요성이 있었다. 특히, In-line 공정에 따르면 접착층이 가교구조를 충분히 형성할 열이력이 대폭 줄어들게 되므로 경화 공정(또는 반경화 공정 또는 B-stage 공정) 및/또는 PMC를 생략하거나 시간을 단축하는 조건에서도 속경화가 진행되어 와이어 본딩시 본딩 불량이 발생하지 않고 칩 분리가 발생하지 않으며 신뢰도가 저하되지 않는 조성물이 요구된다.
대한민국 특허 출원 공개 제2010-0075212호 및 제2010-0067915호에는 고분자 수지, 에폭시 수지, 페놀형 에폭시 수지 경화제, 경화촉진제, 커플링제 및 충진제를 포함하는 접착 필름 조성물이 개시되어 있으나, 당해 접착 필름 조성물은 경화제로 페놀 경화 수지만을 사용하여 경화 반응이 서서히 진행되므로 본원 발명에서와 같이 경화 공정(또는 반경화 공정 또는 B-stage 공정) 및/또는 몰딩 후 경화 공정이 생략된 공정에는 적합하지 않다.
대한민국 특허 출원 공개 제2010-0075212호 대한민국 특허 출원 공개 제2010-0067915호
없음
본 발명은 칩 접착 공정만으로 충분한 접착력을 발현하여 PCB 베이킹 공정과 PCB 플라즈마 공정을 생략할 수 있는 접착 필름을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 칩 접착 후 경화 공정(또는 반경화 공정 또는 B-stage 공정)을 생략 또는 단축하더라도 충분한 접착력 및 탄성력을 가져 In-line 공정에 적용할 수 있는 반도체용 접착 조성물, 및 이를 포함하는 접착 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 PMC 공정(175℃에서 2시간)을 생략할 수 있는 반도체용 접착 조성물, 이를 포함하는 접착 필름을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 양태는, 120℃에서 5초 동안 접착시 다이 쉐어 강도가 4 kgf/칩 이상이고, 150℃에서 20 분 경화 후 150℃에서의 저장탄성율이 2 ×106 dyne/cm2 이상인, 접착 필름 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 고분자 수지, 에폭시 수지, 페놀계 경화 수지, 아민계 경화 수지 및 경화촉진제를 포함하며, 120℃에서 5초 동안 접착시 다이 쉐어 강도가 4 kgf/칩 이상인, 접착 필름 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는 접착 필름 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해, (a) 고분자 수지 51 내지 80 중량부, (b) 에폭시 수지 5 내지 20 중량부, (c) 페놀형 경화 수지 2 내지 10 중량부, (d) 아민계 경화 수지 2 내지 10 중량부, 및 (e) 경화촉진제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 접착 필름 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물은 칩 접착 공정만으로 충분한 접착력을 발현하여 PCB 베이킹 공정, PCB 플라즈마 공정을 생략할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물은 칩 접착 후 경화 공정(또는 반경화 공정 또는 B-stage 공정) 및/또는 PMC 공정을 생략 혹은 단축할 수 있어 생산 효율성 및 생산성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물은 칩 접착 후 경화 공정 및/또는 PMC 공정의 생략에도 불구하고, 반도체 동종 칩 접착시 요구되는 공정성과 신뢰성을 동시에 만족할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적 양태를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 각 함량은 고형분 기준이다.
본 발명의 일 양태는, 120℃에서 5초 동안 칩 접착시 다이 쉐어 강도가 4 kgf/칩 이상이고, 150℃에서 20 분 경화 후 150℃에서의 저장탄성율이 2 ×106 dyne/cm2 이상인, 반도체 접착 필름에 관한 것이다. 종래에는 칩 접착 공정시 칩과 PCB 간의 충분한 접착력을 발현하기 위해 PCB 베이킹 및 PCB 플라즈마 공정을 진행하였다. 본 발명에서 상기 다이 쉐어 강도는 칩 접착 공정을 모사한 것으로 본 발명에 따른 접착 필름은 120℃에서 5초간의 칩 접착 공정만으로 4 kgf/칩 이상, 바람직하게는 5kgf/칩 이상의 다이 쉐어 강도값이 얻어지므로 칩 접착 공정만으로 충분한 접착력을 얻을 수 있어 PCB 베이킹 및 PCB 플라즈마 공정을 생략할 수 있다.
상기 다이 쉐어 강도 측정 방법은 두께 530 ㎛의 10 mm × 10 mm 크기의 웨이퍼에, 60℃ 조건에서 접착필름에 라미네이션된 5mm ×5mm 크기의 칩을 올려 놓은 후, 120℃ 핫플레이트 위에서 10kgf의 힘으로 5초 동안 눌러서 다이 쉐어 강도를 측정한 것이다
본 발명에 따른 반도체 접착 필름은 150℃에서 20분 경화 후 및 175℃에서 120초간 몰드 후 보이드 면적비가 10 % 이하, 바람직하게는 7% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이하일 수 있다. 상기 보이드 값은 본 발명의 반도체용 접착 필름이 일면에 형성된 chip(adhesive+chip)( 10mm Ⅹ 10mm )을 전처리된 PCB에 120℃, 1kgf / 1sec의 조건으로 attach하고, 이후 150℃ hot plate 에서 20분간 경화를 실시하고, 175℃에서 120초간 EMC 몰딩을 진행한 후 접착층면을 노출시키고, 이에 대하여 현미경(배율:x25)으로 촬영 후 이미지 분석을 통해 void유무를 검사하였다. Void를 수치화하기 위해, 격자 Count 방법을 사용하였다. 즉, 전체 면적을 가로 10칸, 세로 10칸의 격자로 나누고 Void가 포함된 격자의 수를 세어 %로 환산하였다(보이드 면적비).
보이드 면적비 = 보이드 면적 / 전체면적 x 100
본 발명에 따른 반도체 접착 필름은 150℃에서 20 분 경화 후 150℃에서의 저장탄성율이 2 ×106 dyne/cm2 이상인 것을 특징으로 한다. 이는 칩 접착 공정 후의 와이어 본딩 과정을 모사한 것으로 종래에는 와이어 본딩 시 충분한 접착력을 얻기 위해 120℃ 내지 150℃에서 30분 내지 1시간 정도의 경화공정(또는 반경화 또는 B-stage 공정)을 반드시 진행하였다. 본원 발명에 따른 반도체 접착 필름은 와이어 본딩 공정 모사(150℃에서 20 분 경화) 후 저장탄성율이 2 ×106 dyne/cm2 이상, 바람직하게는 3 ×106 dyne/cm2 이상, 더욱 바람직하게는 4 ×106 dyne/cm2 이상으로 높아 상기한 경화공정(또는 반경화 또는 B-stage 공정)을 생략 혹은 단축하더라도 보이드나 신뢰성 불량이 발생하지 않는다.
본원 발명에서 상기 저장탄성율은 접착 필름을 여러겹 60℃에서 합지하여 두께 400 내지 450 ㎛이고 지름이 8mm인 원형으로 컷팅하고 150℃ 핫플레이트 위에서 20분 동안 열을 가한 후 ARES로 30℃에서 200℃까지의 온도 범위에서 10℃/분의 승온조건으로 측정한다.
본 발명에 따른 접착 필름은 150℃에서 20분간 열을 가하고 250℃에서 3분간 적외선 리플로우(reflow) 후 다이 쉐어 강도가 6 kgf/칩 이상인 것을 특징으로 한다. 이는 와이어 본딩 후 PMC(Post Mold Cure) 공정을 생략하고 바로 SBA(solder ball attach)하는 공정을 모사한 것으로 150℃에서 20분간 열을 가하고 250℃에서 5분간 IR-reflow하여 6 kgf/칩 이상, 바람직하게는 7 kgf/칩 이상의 다이 쉐어 강도값이 얻어지므로 PMC 공정을 생략할 수 있다.
본 발명에 따른 접착 필름은 150℃ 핫플레이트에서 20min 열을 가한 후 250℃ peak 온도로 3분 동안 IR-reflow 진행 후 경화발열량이 경화전 DSC 상의 발열량 대비 20% 이하인 경화 잔존율을 갖는다.
본 발명에 따른 접착 필름은 당해 접착 필름의 고형분 총 100 중량부에 대해,
(a) 열가소성 수지 51 내지 80 중량부,
(b) 에폭시 수지 5 내지 20 중량부,
(c) 페놀형 경화 수지 2 내지 10 중량부,
(d) 아민계 경화 수지 2 내지 10 중량부, 및
(e) 경화촉진제 0.1 내지 10 중량부를 포함할 수 있으며, 상기 열가소성 수지(a)와, 경화부인 에폭시 수지(b), 페놀형 경화 수지 (c) 및 아민계 경화 수지 (d)의 혼합물과의 중량비인, (a):(b)+(c)+(d)가 51 내지 80 중량부: 9 내지 40 중량부일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 고분자 수지, 에폭시 수지, 페놀계 경화 수지, 아민계 경화 수지 및 경화촉진제를 포함하는 접착 필름 조성물에 관한 것으로, 상기 접착 필름 조성물은 120℃에서 5초 동안 접착시 다이 쉐어 강도가 4 kgf/칩 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 양태에 있어서 본 접착 조성물의 경화 시작 온도는 130℃ 미만, 바람직하게는 120℃ 미만이다. 경화 시작 온도는 조성물을 승온 속도 10℃/min으로 0℃에서 300℃까지 스캔하여 발열 피크가 나타나기 시작하는 온도로 정의된다.
상기 양태에서, 상기 아민계 경화 수지는 방향족 아민계 경화 수지가 바람직하며, 특히 바람직하게는 하기 화학식 1로 표시되는 방향족 아민계 경화 수지가 사용될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 식에서,
A는 단일 결합이거나, -CH2-, -CH2CH2-, -SO2-, -NHCO-, -C(CH3)2-, 또는 -O-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고, R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 탄소수 1 내지 4인 알콕시기, 또는 아민기로부터 선택되고, 단 R1 내지 R10 중 아민기를 적어도 2개 이상 포함한다.
상기 양태에서, 상기 페놀 경화 수지는 주쇄에 바이페닐기를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 하기 화학식 6의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00002
상기 식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 -6의 알킬기이며, n은 2-100이다.
상기 양태에서, 경화촉진제로 이미다졸계 또는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제, 바람직하게는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제가 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 이미다졸계 경화촉진제로는 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-언데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-페닐-4-벤질이미다졸, 2-페닐-4,5-다이하이드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-벤질-5-하이드록시메틸이미다졸, 4-4'-메틸렌비스-(2-에틸-5-메틸이미다졸), 2-아미노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐-4,5-다이(시아노에톡시메틸)이미다졸 등이 있으며, 현재 시판되고 있는 제품으로는 아사이화학주식회사의 2MZ, 2E4MZ, C11Z, C17Z, 2PZ, 2PZ-CN, 2P4MZ, 1B2MZ, 2EZ, 2IZ, 2P4BZ, 2PH2-PW, 2P4MHZ, 2P4BHZ, 2E4MZ-BIS, AMZ, 2PHZ-CN 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 이미다졸계 경화촉진제로 2-페닐-4,5-다이하이드록시메틸이미다졸 또는 2-페닐-4-메틸이미다졸을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에서 마이크로캡슐형 잠재성 경화제로는 특별한 제한없이 당업자에게 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 코어는 아민 어덕트를 포함하고, 캡슐은 이소시아네이트와 활성 수소기를 갖는 화합물 및/또는 물과의 반응 생성물을 포함하는 대한민국 특허 출원 공개 제10-2010-0072030호에 기재된 마이크로캡슐형 잠재형 경화제; 이미다졸 화합물을 함유하는 코어와, 유기 고분자, 무기 화합물 또는 그 양쪽을 함유하고, 상기 코어의 표면을 피복하는 쉘을 함유하는 대한민국 특허 출원 공개 제2011-0100235호에 기재된 마이크로캡슐 경화제; 및 대한민국 특허 출원 공개 제2008-0040793호의 마이크로캡슐 잠재정 경화제를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는 노바큐어 HX-3721, HX-3748, HX-3741, HX-3613, HX-3722, HX-3742, HX-3088, HX-3792, HX-3921HP, HX-4921HP, HX-3922HP, HX-3932HP를 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 HX-3741, HX-3088, HX-3792가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서,
접착 필름 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해,
(a) 열가소성 수지 51 내지 80 중량부,
(b) 에폭시 수지 5 내지 20 중량부,
(c) 페놀형 경화 수지 2 내지 10 중량부,
(d) 아민계 경화 수지 2 내지 10 중량부, 및
(e) 경화촉진제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 접착 필름 조성물이 제공된다. 상기 양태에서, 실란커플링제 및/또는 충진제가 추가로 포함될 수 있으며, 실란커플링제는 접착 필름 조성물의 총 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 5 중량부, 충진제는 5 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체용 접착 조성물의 고분자 수지, 에폭시 수지, 페놀형 경화 수지, 아민계 경화 수지 및 경화촉진제 등의 각 구성에 대해 상술한다.
열가소성 수지
상기 열가소성 수지의 종류로는 폴리이미드 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 부타디엔 고무, 아크릴 고무, (메타)아크릴레이트 수지, 우레탄 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 폴리 에테르 이미드 수지, 페녹시 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리페닐렌 에테르 수지, 변성 폴리페닐렌 에테르 수지 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 상기 열가소성 수지는 에폭시기를 함유할 수 있다. 구체예에서는 에폭시기 함유 (메타)아크릴 공중합체가 바람직하게 적용될 수 있다.
상기 열가소성 수지는 유리전이온도가 -30 ~ 80℃, 바람직하게는 5 ~ 60℃, 보다 바람직하게는 5 ~ 35℃일 수 있다. 상기 범위에서 고유동을 확보할 수 있어 보이드 제거 능력이 우수하고, 접착력 및 신뢰성을 얻을 수 있다.
구체예에서 상기 열가소성 수지로는 중량평균분자량이 50,000 내지 5,000,000 g/mol 인 것을 사용될 수 있다.
상기 열가소성 수지는 전체 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해 51~80 중량부, 바람직하게는 55~75 중량부, 더욱 바람직하게는 60~72 중량부로 포함될 수 있다. 특히 열가소성 수지의 함량이 51 중량부 미만인 경우 보이드 발생 및 신뢰성 측면에서 바람직하지 않다.
또한 상기 열가소성 수지(A)는 경화부인 에폭시수지(B), 페놀 경화제(C) 및 아민 경화제(D)의 혼합물과의 중량비가 (A) : (B)+(C)+(D) = 51~80 중량부: 9~40 중량부, 바람직하게는 55~75 중량부: 15~30 중량부일 수 있다. 상기 범위는 보이드 발생을 낮출 수 있으므로 바람직하다.
에폭시 수지
상기 에폭시 수지는 경화 및 접착 작용을 하는 것으로서, 액상 에폭시 수지, 고상 에폭시 수지 혹은 이들의 혼합이 모두 적용될 수 있다.
상기 액상 에폭시 수지는 예를 들면 비스페놀A형 액상 에폭시 수지, 비스페놀F형 액상 에폭시 수지, 3관능성 이상의 다관능성 액상 에폭시 수지, 고무변성 액상 에폭시 수지, 우레탄 변성 액상 에폭시 수지, 아크릴 변성 액상 에폭시 수지 및 감광성 액상 에폭시 수지를 단독 또는 혼합하여 이용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 비스페놀A형 액상 에폭시 수지이다.
상기 액상 에폭시 수지는 에폭시 당량이 약 100 내지 약 1500g/eq 이 사용될 수 있다. 바람직하게는 약 150 내지 약 800g/eq이고, 약 150 내지 약 400g/eq이다. 상기 범위에서 경화물의 접착성이 우수하고, 유리전이온도를 유지하며, 우수한 내열성을 가질 수 있다.
또한 상기 액상 에폭시 수지의 중량평균분자량은 100 내지 1,000 g/mol 인 것이 사용될 수 있다. 상기 범위에서 흐름성이 뛰어난 장점이 있다.
상기 고상 에폭시 수지는 상온에서 고상 또는 고상에 근접한 에폭시로서 하나 이상의 관능기를 가지고 있는 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 연화점(Sp)이 30 ~ 100℃인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 비스페놀계 에폭시, 페놀 노볼락(Phenol novolac)계 에폭시, o-크레졸 노볼락(Cresol novolac)계 에폭시, 다관능 에폭시, 아민계 에폭시, 복소환 함유 에폭시, 치환형 에폭시, 나프톨계 에폭시, 비페놀계(Biphenyl) 에폭시 및 이들의 유도체를 사용할 수 있다.
이러한 고상 에폭시 수지로서 현재 시판되고 있는 제품에는 비스페놀계 고상 에폭시로 국도화학의 YD-017H, YD-020, YD020-L, YD-014, YD-014ER, YD-013K, YD-019K, YD-019, YD-017R, YD-017, YD-012, YD-011H, YD-011S, YD-011, YDF-2004, YDF-2001 등이 있고, 페놀 노볼락(Phenol novolac)계로서는 유카 쉘 에폭시 주식회사의 체피코트 152, 에피코트 154, 일본화약주식회사의 EPPN-201, 다우케미컬의 DN-483, 국도화학의 YDPN-641, YDPN-638A80, YDPN-638, YDPN-637, YDPN-644, YDPN-631 등이 있고, o-크레졸 노볼락(Cresol novolac)계로서는 국도화학의 YDCN-500-1P, YDCN-500-2P, YDCN-500-4P, YDCN-500-5P, YDCN-500-7P, YDCN-500-8P, YDCN-500-10P, YDCN-500-80P, YDCN-500-80PCA60, YDCN-500-80PBC60, YDCN-500-90P, YDCN-500-90PA75 등이 있고 일본화약주식회사의 EOCN-102S, EOCN-103S, EOCN-104S, EOCN-1012, EOCN-1025, EOCN-1027, 독도화학주식회사의 YDCN-701, YDCN-702, YDCN-703, YDCN-704, 대일본 잉크화학의 에피클론 N-665-EXP 등이 있고, 비스페놀계 노볼락 에폭시로는 국도화학의 KBPN-110, KBPN-120, KBPN-115 등이 있고, 다관능 에폭시 수지로서는 유카 쉘 에폭시 주식회사 Epon 1031S, 시바스페샬리티케미칼주식회사의 아랄디이토 0163, 나가섭씨온도화성 주식회사의 데타콜 EX-611, 데타콜 EX-614, 데타콜 EX-614B, 데타콜 EX-622, 데타콜 EX-512, 데타콜 EX-521, 데타콜 EX-421, 데타콜 EX-411, 데타콜 EX-321, 국도화학의 EP-5200R, KD-1012, EP-5100R, KD-1011, KDT-4400A70, KDT-4400, YH-434L, YH-434, YH-300 등이 있으며, 아민계 에폭시 수지로서는 유카 쉘 에폭시 주식회사 에피코트 604, 독도화학주식회사의 YH-434, 미쓰비시가스화학 주식회사의 TETRAD-X, TETRAD-C, 스미토모화학주식회사의 ELM-120 등이 있고, 복소환 함유 에폭시 수지로는 시바스페샬리티케미칼주식회사의 PT-810, 치환형 에폭시 수지로는 UCC사의 ERL-4234, ERL-4299, ERL-4221, ERL-4206, 나프톨계 에폭시로는 대일본 잉크화학의 에피클론 HP-4032, 에피클론 HP-4032D, 에피클론 HP-4700, 에피클론 4701, 비페놀계 에폭시로는 Japan epoxy resin의 YX-4000H, 신일철 화학의 YSLV-120TE, GK-3207, Nippon Kayaku의 NC-3000 등이 있고, 이것들은 단독으로 또는 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 접착 필름 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부, 바람직하게는 7 내지 15 중량부이다. 상기 범위에서 우수한 신뢰성 및 기계적 물성을 얻을 수 있다.
경화제
본 발명의 경화제는 반응온도구간이 서로 다른 2종의 경화제가 사용된다.
구체예에서, 상기 경화제는 페놀 경화제 및 아민 경화제이다.
상기 페놀 경화제는 당업계에서 통상 사용되는 것이면 그 종류가 특별히 제한되지 않으나, 페놀성 수산기를 1 분자 중에 2개 이상 가지는 화합물로서 흡습시의 내전해부식성이 우수한 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S 등의 비스페놀계 수지; 페놀 노볼락계 수지; 비스페놀 A계 노볼락 수지; 자일록계, 크레졸계 노볼락, 비페닐계 등의 페놀계 수지 등을 사용할 수 있다. 이러한 페놀 경화제로서 현재 시판되고 있는 제품의 예로는, 단순 페놀계의 경화제로 메이화플라스틱산업주식회사의 H-1, H-4, HF-1M, HF-3M, HF-4M, HF-45 등이 있고, 파라 자일렌계열의 메이화플라스틱산업주식회사의 MEH-78004S, MEH-7800SS, MEH-7800S, MEH-7800M, MEH-7800H, MEH-7800HH, MEH-78003H, 코오롱 유화주식회사의 KPH-F3065, 비페닐 계열의 메이화플라스틱산업주식회사의 MEH-7851SS, MEH-7851S, MEH-7851M, MEH-7851H, MEH-78513H, MEH-78514H, 코오롱 유화주식회사의 KPH-F4500, 트리페닐메틸계의 메이화플라스틱산업주식회사의 MEH-7500, MEH-75003S, MEH-7500SS, MEH-7500S, MEH-7500H 등이 있고, 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
하기 화학식 6의 구조를 갖는 페놀 경화제가 본 발명에서 사용될 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00003
상기 식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 -6의 알킬기이며, n은 2-100이다.
상기 페놀 경화제의 예로는 상기 언급한 메이화플라스틱산업주식회사의 MEH-7851SS, MEH-7851S, MEH-7851M, MEH-7851H, MEH-78514H 등이 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 페놀 경화제는 접착 필름 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해 2 내지 10 중량부로 포함되는 것이 좋다.
본 발명에서 아민 경화제는 경화 속도 조절의 측면에서 방향족 아민계 경화제가 바람직하게 사용될 수 있으며, 이러한 방향족 아민계 경화제로 특별히 제한되는 것은 아니지만 아민기를 1분자 중에 2개 이상 갖는 방향족 화합물이 바람직하며, 예를 들면 하기 화학식 1 내지 5로 표시되는 것을 사용할 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00004
상기 식에서,
A는 단일 결합이거나, -CH2-, -CH2CH2-, -SO2-, -NHCO-, -C(CH3)2-, 또는 -O-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고, R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 탄소수 1 내지 4인 알콕시기, 또는 아민기로부터 선택되고, 단 R1 내지 R10 중 아민기를 적어도 2개 이상 포함한다.
<화학식 2>
Figure pat00005
상기 식에서 R11 내지 R18은 아민기를 적어도 1개 이상 포함하고, 탄소수 1 내지 4인 알킬기 또는 알콕시기, 수산기, 시아니드기 또는 할로겐이다.
<화학식 3>
Figure pat00006
상기 식에서, Z1은 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 알콕시기 또는 수산기이고, R19 내지 R33은 아민기를 적어도 1개 이상 포함하고, 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기 또는 알콕시기, 수산기, 시아니드기 또는 할로겐이다.
<화학식 4>
Figure pat00007
상기 식에서 R34 내지 R41은 아민기를 적어도 1개 이상 포함하고, 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기 또는 알콕시기, 수산기, 시아니드기 또는 할로겐이다.
<화학식 5>
Figure pat00008
상기 식에서 X3은 -CH2-, -NH-, -SO2-, -S-, 또는 -0-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고, R42 내지 R49는 아민기를 적어도 1개 이상 포함하고 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기 또는 알콕시기, 수산기, 시아니드기 또는 할로겐이다.
화학식 1의 경화제의 예로는 3,3'-디아미노벤지딘, 4,4'-디아미노디페닐 메탄, 4,4' 또는 3,3'-디아미노디페닐 설폰, 4,4'-디아미노벤조페논, 파라페닐렌 디아민, 메타페닐렌, 디아민, 메타톨루엔 디아민, 4,4'-디아미노디페닐 에테르, 4,4' 또는 3,3'-디아미노벤조페논, 1,4'또는 1,3'-비스(4 또는 3-아미노큐밀)벤젠, 1,4'비스(4 또는 3-아미노페녹시)벤젠, 2,2'-비스[4-(4 또는 3-아미노페녹시)페닐]프로판, 비스[4-(4 또는 3-아미노페녹시)페닐]설폰, 2,2'-비스[4-(4 또는 3-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로설폰, 2,2'-비스[4-(4 또는 3-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라부틸디페닐케톤, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라에틸디페닐케톤, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라-n-프로필렌디페닐케톤, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라이소프로필디페닐케톤, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라메틸디페닐케톤, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라-n-프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'5,5-테트라메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'5,5'-테트라이소프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'5,5'-테트라에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸-5,5'-디에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸-5,5'-디이소프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,5'-디메틸-3',5'-디에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,5-디메틸-3',5'-디이소프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,5-디에틸-3',5'-디부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,5-디이소프로필-3',5'-디부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디이소프로필-5,5'-디부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸-5',5'-디부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5',5'-디부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디-n-프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디이소프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5-트리메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5-트리에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5-트리-n-프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5-트리이소프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5-트리부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3-메틸-3'-에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3-메틸-3'-이소프로필디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3-메틸-3'-부틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3-이소프로필-3'-부틸디페닐메탄, 2,2-비스(4-아미노-3,5-디메틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-아미노-3,5-디에틸페닐)프로판, 2,2-비스(4-아미노-3,5-디-n-프로필페닐)프로판, 2,2-비스(4-아미노-3,5-디이소프로필페닐)프로판, 2,2-비스(4-아미노-3,5-디부필페닐)프로판, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라메틸디페닐벤즈아닐리드, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라에틸디페닐벤즈아닐리드, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라-n-프로필디페닐벤즈아닐리드, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라이소프로필디페닐벤즈아닐리드, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라부틸디페닐벤즈아닐리드, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라메틸디페닐설폰, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라에틸디페닐설폰, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라-n-프로필디페닐설폰, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라이소프로필디페닐설폰, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라메틸디페닐에테르, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라에틸디페닐에테르, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라-n-프로필디페닐에테르, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라이소프로필디페닐에테르, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라부틸디페닐에테르, 3,3'-디아미노벤조페논, 3,4-디아미노벤조페논, 3,3'-디아미노디페닐에테르, 3,3'-디아미노디페닐메탄, 3,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2'-디아미노-1,2-디페닐에탄 또는 4,4'-디아미노-1,2-디페닐에탄, 2,4-디아미노디페닐아민, 4,4'-디아미노옥타플루오로바이페닐, o-디아니시딘 등이 있다.
화학식 2의 경화제의 예로는 1,5-디아미노나프탈렌, 1,8-디아미노나프탈렌, 2,3-디아미노나프탈렌 등이 있다. 화학식 3의 경화제의 예로는 파라오사닐린 등이 있고, 화학식 4의 경화제의 예로는 1,2-디아미노안트라퀴논, 1,4-디아미노안트라퀴논, 1,5-디아미노안트라퀴논, 2,6-디아미노안트라퀴논, 1,4-디아미노-2,3-디클로로안트라퀴논, 1,4-디아미노-2,3-디시아노-9,10-안트라퀴논, 1,4-디아미노-4,8-디히드록시-9,10-안트라퀴논 등이 있고, 화학식 5의 경화제의 예로는 3,7-디아미노-2,8-디메틸디벤조티오펜설폰, 2,7-디아미노플루오렌, 3,6-디아미노카바졸 등이 있다.
상기 아민계 경화수지는 접착 필름 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해 2 내지 10 중량부로 포함되는 것이 좋다.
경화촉진제
상기 반도체용 접착 조성물은 경화촉진제를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 경화촉진제는 반도체 공정 동안에 에폭시 수지가 완전히 경화될 수 있도록 경화시간을 단축시키는 촉매로서 그 종류는 특별히 제한되지 않지만, 멜라민계, 이미다졸계, 마이크로캡슐형 잠재성 경화제, 트리페닐포스핀계 촉매를 사용할 수 있다. 경화촉진제로 바람직하게는 이미다졸계 또는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제를 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제가 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 이미다졸계 경화촉진제로는 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-언데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-페닐-4-벤질이미다졸, 2-페닐-4,5-다이하이드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4-벤질-5-하이드록시메틸이미다졸, 4-4'-메틸렌비스-(2-에틸-5-메틸이미다졸), 2-아미노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-페닐-4,5-다이(시아노에톡시메틸)이미다졸 등이 있으며, 현재 시판되고 있는 제품으로는 아사이화학주식회사의 2MZ, 2E4MZ, C11Z, C17Z, 2PZ, 2PZ-CN, 2P4MZ, 1B2MZ, 2EZ, 2IZ, 2P4BZ, 2PH2-PW, 2P4MHZ, 2P4BHZ, 2E4MZ-BIS, AMZ, 2PHZ-CN 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 이미다졸계 경화촉진제로 2-페닐-4,5-다이하이드록시메틸이미다졸 또는 2-페닐-4-메틸아미아졸을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 마이크로캡슐형 잠재성 경화제로는 코어는 아민 어덕트를 포함하고, 캡슐은 이소시아네이트와 활성 수소기를 갖는 화합물 및/또는 물과의 반응 생성물을 포함하는 대한민국 특허 출원 공개 제10-2010-0072030호에 기재된 마이크로캡슐형 잠재형 경화제; 이미다졸 화합물을 함유하는 코어와, 유기 고분자, 무기 화합물 또는 그 양쪽을 함유하고, 상기 코어의 표면을 피복하는 쉘을 함유하는 대한민국 특허 출원 공개 제2011-0100235호에 기재된 마이크로캡슐 경화제; 및 대한민국 특허 출원 공개 제2008-0040793호의 마이크로캡슐 잠재성 경화제를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다(상기 인용 문헌들은 참조에 의해 마이크로캡슐형 잠재성 경화제와 관련한 내용 전체가 본원에 혼입된다). 바람직하게는 노바큐어 HX-3721, HX-3748, HX-3741, HX-3613, HX-3722, HX-3742, HX-3088, HX-3792, HX-3921HP, HX-4921HP, HX-3922HP, HX-3932HP를 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 HX-3741, HX-3088, HX-3792가 사용될 수 있다.
상기 트리포스핀계 경화촉진제로 예를 들면, 호코케미칼사(HOKKO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD)의 TBP, TMTP, TPTP, TPAP, TPPO, DPPE, DPPP, DPPB) 등이 있다.
상기 경화촉진제는 접착 필름 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.3~7 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 내열성이 우수하고, 에폭시 수지의 급격한 반응이 일어나지 않으며, 우수한 유동성 및 접속성을 가질 수 있다.
실란커플링제
상기 반도체용 접착 조성물은 실란커플링제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 실란 커플링제는 조성물 배합시 충진제와 같은 무기물질의 표면과 유기물질간의 화학적 결합으로 인한 접착력을 증진시키기 위한 접착증진제의 작용을 한다.
상기 커플링제는 통상적으로 사용되는 실란 커플링제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 에폭시가 함유된 2-(3,4 에폭시 사이클로 헥실)-에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 아민기가 함유된 N-2(아미노에틸)3-아미토프로필메틸디메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 머캅토가 함유된 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 이소시아네이트가 함유된 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란 등이 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 커플링제는 전체 접착 조성물(고형분 기준)중 0.01 내지 5중량부, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 중량부이다. 상기 범위에서 접착신뢰성이 우수하고 기포발생 문제를 줄일 수 있다.
충진제
본 발명의 조성물은 충진제를 더 포함할 수 있다.
상기 충진제는 금속성분인 금분, 은분, 동분, 니켈을 사용할 수 있고, 비금속성분인 알루미나, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산칼슘, 규산마그네슘, 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 실리카, 질화붕소, 이산화티타늄, 유리, 산화철, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 이중 바람직하게는 실리카이다.
상기 충진제의 형상과 크기는 특별히 제한되지 않으나, 통상적으로 충진제 중에서는 구형 실리카와 무정형 실리카가 주로 사용되고, 그 크기는 5㎚ 내지 20㎛인 것이 바람직하다.
상기 충진제는 전체 접착 조성물(고형분 기준) 100 중량부 기준 1 내지 30 중량부, 바람직하게는 5~25 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 유동성과 필름형성성 및 접착성을 가질 수 있다.
용매
상기 접착 조성물은 용매를 추가로 포함할 수 있다. 상기 용매는 반도체용 접착 조성물의 점도를 낮게 하여 필름의 제조가 용이하도록 한다. 구체적으로 톨루엔, 자일렌, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 벤젠, 아세톤, 메틸에틸케톤, 테트라히드로 퓨란, 디메틸포름알데히드, 시클로헥사논 등의 유기용매를 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 다른 관점은 상기 접착 조성물로 형성된 반도체용 접착 필름에 관한 것이다. 본 발명의 조성물을 사용하여 반도체 조립용 접착필름을 형성하는 데에는 특별한 장치나, 설비가 필요치 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래 알려져 있는 통상의 제조방법을 제한없이 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 각 성분을 용매에 용해시킨 후 비즈밀을 이용하여 충분히 혼련시킨 후, 어플리케이터를 이용하여 이형처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름상에 도포하고 100도 오븐에서 10~30분 가열 건조하여 적당한 도막 두께를 가지는 접착필름을 얻을 수 있다.
다른 구체예에서는 상기 반도체용 접착 필름은 기재 필름, 점착층, 접착층 및 보호 필름을 포함하여 구성될 수 있으며, 기재 필름-점착층-접착층-보호 필름의 순서로 적층시켜 이용할 수 있다.
상기 접착필름의 두께는 5 내지 200um인 것이 바람직하고, 10 내지 100um인 것이 보다 바람직하다. 상기 범위에서 충분한 접착력과 경제성의 발란스를 갖는다. 더욱 바람직하게는 15 내지 60um 이다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1-2: 반도체용 접착 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 조성의 엘라스토머 수지, 에폭시 수지, 페놀형 경화 수지, 아민형 경화 수지, 경화촉진제, 충진제 및 실란 커플링제에 용매, 시클로헥사논을 전체 조액의 고형분이 20%가 되도록 투입한 다음, 비즈밀을 이용하여 충분히 혼련시켜 반도체용 접착 조성물을 제조하였다.
비교예 1-3: 반도체용 접착 조성물의 제조
상기 실시예 1 및 2에서 하기 표 1에 기재된 성분을 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법을 실시하여 반도체용 접착 조성물을 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 사용된 각 성분의 함량 및 사양은 다음 표 1과 같다:
  실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
엘라스토머수지(1) 70 70 70 70 50
에폭시수지(2) 8 8 8 8 16
에폭시수지(3) 5 5 5 5 10
페놀형 경화수지(4) 4 4   7 8
아민형 경화수지(5) 3 3 7   6
실란커플링제(6) 1 1 1 1 1
경화촉진제(7) 0.5   0.5 0.5 0.5
경화촉진제(8)   0.5      
충진제(9) 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5
중량부 합계(weight parts) 100 100 100 100 100
(1) 열가소성 수지: SG- P3 (제조원: Nagase Chemtex)
(2) 에폭시 수지: YDCN-500-90P (제조원: 국도화학)
(3) 에폭시 수지: EPPN-502H (제조원 : Nippon Kayaku)
(4) 페놀 경화 수지 : HF-1M (제조원: Meiwa 화성, 당량 106)
(5) 아민 경화 수지: DDM (제조원: Tokyo Chemical Ind.)
(6) 실란커플링제 : KBM-403 (제조원: Shinetsu)
(7) 경화촉진제 : 2PZ-CN (제조원: HOKKO)
(8) 경화촉진제 : HXA-3792 (제조원: Asahi)
(9) 충진제: R-972, (제조원: Degussa)
(10) 용매: 시클로헥사논
접착 필름 제조
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2, 3에서 제조된 반도체용 접착 조성물을 어플리케이터를 이용하여 이형처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름상에 도포하고 100℃ 오븐에서 10~30분 가열 건조하여 60um 도막 두께를 가지는 접착필름을 얻었다.
실험예 : 실시예 비교예에서 제조된 접착 조성물 필름의 물성 평가
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 접착 필름 조성물 또는 이의 접착 필름의 물성에 대해 다음 방법으로 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure pat00009
(1) 다이쉐어 강도(Die Shear Strength): 두께 530um 웨이퍼를 사용하여 5㎜ X 5㎜ 크기로 자른 후 접착필름과 함께 60℃ 조건에서 라미네이션(Lamination)하고 접착부분만 남기고 절단하였다. 10㎜ X 10㎜ 크기의 웨이퍼에 5㎜ X 5㎜ 크기인 상부칩을 올려놓은 후 온도가 120℃인 핫플레이트 위에서 10kgf의 힘으로 5초 동안 눌러서 붙여서 다이쉐어 강도를 측정(측정기계: DAGE 4000)하고 그 결과를 [표 2]에 나타내었다.
(2) 경화시작온도 : 제조된 접착제 조성물을 DSC를 이용하여 경화 발열량을 측정하였다. 승온 속도는 10℃/min 이며 0~300℃까지 스캔하여, 발열 Peak가 나타나기 시작하는 온도를 경화시작온도로 나타내었다.
(3) 저장탄성율 : 접착필름을 여러 겹 60℃에서 합지하고 지름이 8mm로 원형 컷팅하였다. 이때 두께는 400 ~ 450um정도이다. 샘플을 150℃ 핫플레이트 위에서 20분동안 열을 가한 후 ARES로 측정하였다. 온도측정범위는 30℃에서 200℃까지 측정하였고 150℃에서의 저장탄성율을 표 2에 기재하였다. 승온조건은 10℃/분이다.
(4) Reflow후 다이쉐어 강도 : 상기 (1) 샘플 제작 후 150℃ 핫플레이트 위에서 20분동안 열을 가한 후 250℃ peak온도로 3분 동안 IR-reflow 진행 후 260℃에서 다이쉐어 강도를 측정(측정기계: Dage 4000)하였다.
(5) 경화 잔존율: 제조된 접착제 조성물을 150℃ 핫플레이트에서 20min 열을 가한 후 250℃ peak 온도로 3분 동안 IR-reflow 진행 후 경화발열량을 측정(측정기계: DSC)한 다음 초기 경화발열량으로 나누어서 잔존율을 계산하였다. 상기 초기 경화발열량은 150℃ 핫플레이트에서 20min로 경화시키기 전 접착제 조성물을 DSC 측정하여 그 발열량을 측정한 것이다.
(6) Mold 후 보이드 면적비 : 연마된 Wafer를 Mounter Hot Plate 상부에 올려 놓고 이물을 이소프로필알코올(IPA)로 제거한 후 제조된 접착필름의 접착면과 Wafer Mirror면을 Mounting한다. 이 때, Mounter Setting Temperature는 실제표면온도인 60℃에서 한다. 상기 Mounting 된 접착필름+Wafer를 chip size가 10mm Ⅹ 10mm가 되도록 Sawing 하여 본 발명의 adhesive가 일면에 형성된 chip(adhesive+chip)을 하기 표 3 조건의 전처리한 PCB에 120℃, 1kgf / 1sec의 조건으로 attach하여 샘플을 제조한다.
PCB: 62mm one shot PCB
PCB baking : 120℃ oven 에서 1시간
baking후 plasma 처리
제조된 샘플에 대해 150℃ hot plate 에서 20분간 1 cycle 경화를 실시하고, 하기 표 4의 조건으로 EMC 몰딩을 진행하여 경화 시킨 후, void를 측정하였다.
mold temp. clamp 압력 transfer 압력 transfer time cure time
175℃ 30 ton 1.1 ton 18 sec 120 sec
EMC tablet : 제일모직 EMC SG-8500BC
이후, Singulation Saw를 이용해 각 Unit 별로 분리시키고 몰딩후 보이드를 측정하기 위해 PCB를 제거하고, 접착필름의 접착층 면이 드러나도록 Grinder로 연마하였다. 이 때 보이드 관찰이 용이하도록 PCB의 SR(Solder Resist)층이 약간 남아 반투명한 정도로만 연마한다.
연마 후, 노출된 상기 접착층면에 대하여 현미경(배율:x25)으로 촬영 후 이미지 분석을 통해 void유무를 검사하였다. Void를 수치화하기 위해, 격자 Count 방법을 사용하였다. 즉, 전체 면적을 가로 10칸, 세로 10칸의 격자로 나누고 Void가 포함된 격자의 수를 세어 %로 환산하였다(보이드 면적비).
보이드 면적비 = 보이드 면적 / 전체면적 x 100
(7) 용융점도 : 접착필름을 여러 겹 60℃에서 합지하고 지름이 8mm로 원형 컷팅하였다. 이때 두께는 400 ~ 450um정도이다. 샘플을 150℃ 핫플레이트 위에서 20분동안 열을 가한 후 ARES로 측정하였다.
상기 표 2의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 실시예 1 및 2의 접착제 조성물은, 120℃에서 5초간의 칩 접착 공정만으로 4 kgf/칩 이상의 다이 쉐어 강도값이 얻어지고, 와이어 본딩 공정 모사(150℃에서 20 분 경화) 후 저장탄성율이 2 ×106 dyne/cm2 이상으로 높아, 칩 접착 공정만으로 충분한 접착력을 얻을 수 있거나, PCB 베이킹 및 PCB 플라즈마 공정을 생략할 수 있다. 나아가, 경화공정(또는 반경화 또는 B-stage 공정)을 생략 혹은 단축하더라도 보이드나 신뢰성 불량이 발생하지 않는다. 또한, 150℃에서 20분간 열을 가하고 250℃에서 3분간 적외선 리플로우(reflow) 후 다이 쉐어 강도가 6 kgf/칩 이상이므로 PMC 공정을 생략할 수 있다.
반면, 비교예 1의 아민계 경화제의 단독 시스템 및 비교예 2의 페놀계 경화제 단독의 경우 150? 20분의 부족한 열이력으로는 충분한 가교구조를 형성하지 못해 낮은 저장탄성율를 나타내며 이는 내리플로우 시험에서 크랙되는 불량을 야기할 수 있다. 또한, 열가소성 수지를 51 중량% 미만으로 사용한 비교예 3은 보이드 발생 및 신뢰성 측면에서 불량을 야기한다.

Claims (14)

120℃에서 5초 동안 칩 접착시 다이 쉐어 강도가 4 kgf/칩 이상이고, 150℃에서 20 분 경화 후 150℃에서의 저장탄성율이 2 ×106 dyne/cm2 이상인, 반도체 접착 필름.
제1항에 있어서, 150℃에서 20분간 열을 가하고 250℃에서 3분간 적외선 리플로우(reflow) 후 다이 쉐어 강도가 6 kgf/칩 이상인, 반도체 접착 필름.
제1항에 있어서, 상기 반도체 접착 필름이 150℃에서 20분 경화 후 및 175℃에서 120초간 몰드후 보이드 면적비가 10 % 이하인 반도체용 접착 필름.
제1항에 있어서, 반도체 접착 필름의 고형분 총 100 중량부에 대해,
(a) 열가소성 수지 51 내지 80 중량부,
(b) 에폭시 수지 5 내지 20 중량부,
(c) 페놀형 경화 수지 2 내지 10 중량부,
(d) 아민계 경화 수지 2 내지 10 중량부, 및
(e) 경화촉진제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 반도체 접착 필름.
제4항에 있어서, 상기 열가소성 수지(a)와, 경화부인 에폭시 수지(b), 페놀형 경화 수지 (c) 및 아민계 경화 수지 (d)의 혼합물과의 중량비인, (a):(b)+(c)+(d)가 51 내지 80 중량부: 9 내지 40 중량부인 반도체 접착 필름.
고분자 수지, 에폭시 수지, 페놀계 경화 수지, 아민계 경화 수지 및 경화촉진제를 포함하는 접착 필름 조성물로, 120℃에서 5초 동안 칩 접착시 다이 쉐어 강도가 4 kgf/칩 이상인, 반도체 접착 조성물.
제6항에 있어서, 상기 접착 필름 조성물의 경화 시작 온도가 130℃ 미만인 것을 특징으로 하는, 반도체 접착 조성물.
제6항에 있어서, 상기 아민계 경화 수지가 방향족 아민계 경화 수지인, 반도체 접착 조성물.
제8항에 있어서, 상기 방향족 아민계 경화 수지가 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 반도체 접착 조성물.
[화학식 1]
Figure pat00010

상기 식에서,
A는 단일 결합이거나, -CH2-, -CH2CH2-, -SO2-, -NHCO-, -C(CH3)2-, 또는 -O-로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종이고, R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 탄소수 1 내지 4인 알콕시기, 또는 아민기로부터 선택되고, 단 R1 내지 R10 중 아민기를 적어도 2개 이상 포함한다.
제6항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 페놀 경화제가 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물인 반도체 접착 조성물.
[화학식 6]
Figure pat00011

상기 식에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 C1 -6의 알킬기이며, n은 2-100이다.
제6항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 경화촉진제가 이미다졸계 경화촉진제 및 마이크로캡슐형 잠재성 경화제 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 반도체 접착 조성물.
반도체 접착 조성물의 고형분 총 100 중량부에 대해,
(a) 열가소성 수지 51 내지 80 중량부,
(b) 에폭시 수지 5 내지 20 중량부,
(c) 페놀형 경화 수지 2 내지 10 중량부,
(d) 아민계 경화 수지 2 내지 10 중량부, 및
(e) 경화촉진제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 반도체 접착 조성물.
제12항에 있어서, 상기 경화촉진제가 이미다졸계 경화촉진제 및 마이크로캡슐형 잠재성 경화제 중 1종 이상인 반도체 접착 조성물.
제1항에 따른 반도체 접착 필름 또는 제6항 또는 제12항 에 따른 반도체 접착 조성물로 접속된 반도체 장치.
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