KR20160078275A - 반도체 접착용 수지 조성물, 접착 필름, 다이싱 다이본딩 필름 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낮은 흡습율을 갖는 열가소성 수지; 바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하고,고형분 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%인 반도체 접착용 수지 조성물과, 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화물을 포함한 접착 필름과, 기재 필름 상기 기재 필름 상에 형성되는 점착층 및 상기 점착층상에 형성되고 상기 반도체 접착용 수지 조성물을 포함한 접착층을 포함한 다이싱 다이본딩 필름과, 상기 접착 필름을 포함한 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

반도체 접착용 수지 조성물, 접착 필름, 다이싱 다이본딩 필름 및 반도체 장치{ADHESIVE COMPOSITION FOR SEMICONDUCTOR, ADHESIVE FILM, DICING DIE BONDING FILM, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 접착용 수지 조성물, 접착 필름, 다이싱 다이본딩 필름 및 반도체 장치에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화, 고기능화, 대용량화 추세가 확대되고 이에 따른 반도체 패키지의 고밀도화, 고집적화에 대한 필요성이 급격히 커짐에 따라 반도체 칩 크기가 점점 커지고 있으며 집적도 측면에서도 개선하기 위하여 칩을 다단으로 적층하는 스택패키지 방법이 점차로 증가하고 있다.
최근의 반도체 패키지 개발동향에 있어서는 상술한 반도체 칩들의 소형 박형화 및 고성능화가 급격히 진행되고 있으며 더불어 패키지 대용량화를 목적으로 동일한 패키지 내에 더 많은 칩을 적층할 수 있도록 반도체 웨이퍼의 두께가 모두 100㎛ 이하로 극박화 되었고 최근에는 반도체 웨이퍼의 두께가 모두 20㎛ 이하로 더욱 극박화되고 있다. 이렇듯 반도체 칩 및 층간 접착필름의 두께가 20㎛ 이하의 패키지를 제조함에 있어서 접착필름 또한 박형화를 요구되고 있다.
패키지의 대용량화를 구현하기 위한 방법으로는 칩의 크기를 크게 하거나 다단으로 쌓는 방식을 추구하고 있다. 반도체 칩을 다단으로 적층하는 과정에서 문제점은 기판과 맞닿아 있는 첫번째 칩에 접하는 접착층는 패키지 제조과정에서 상단의 접착제보다 보다 많은 열에 노출되게 되며 경화가 진행되게 된다. 이런 이유로 인해서 적층하는 칩의 단수가 많아질수록 첫번째 칩에 접하는 접착층은 고온 조건에 장시간 놓이게 되며, 이에 따라 접착층 내부나 도는 상기 첫번째 칩과 상기 접착층 사이에 보이드(void)가 발생할 수 있다. 이러한 보이드(void)는 후속의 경화 과정에서 제거하기 어려우며, 또한 상기 잔존 보이드로 인하여 공정의 신뢰성이나 반도체 장치의 신뢰성이 크게 저하된다.
한편, 반도체 패키지의 실장은 과정에서는 고온으로 가열하는 단계가 적용되게 되는데, 예를 들어 적외선 리플루오나 베이퍼페이즈 리플로우, 땜납 딤 등에 의하여 패키지 전체를 가열하여 실장하는 방법이 사용된다. 이러한 고온의 가열 단계에서는 반도체 패키지 전체를 200℃ 이상의 온도에 노출시키기 때문에, 반도체 패키지 내부에 존재하는 수분은 폭발적인 기화를 하게 되고, 이러한 기화에 의하여 패키지 균열 또는 리플로우 균열이 발생할 수 있다. 특히, 다이싱 다이본딩 필름 등의 접착제에 수분이 다수 포함되어 있으면, 리플로우 실장 시에 가열에 의해 상기 수분이 증기화되고, 이에 따라 발생하는 증기압에 의하여 다이싱 다이본딩 필름이 파괴되거나 박리가 되며 리플로우 균열이 발생할 수 있다.
반도체 패키징 과정에서 발생하는 불량의 대부분은 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리(delamination)현상으로부터 기인하는데, 이에 따라 기판, 접착제 및 반도체 칩간의 응력을 완화하거나 내습성을 향상시키는 방법 등에 관한 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
구체적으로는 내습성을 높이기 위하여 경화제와 에폭시의 함량을 높여 경화물의 흡습성을 낮추는 경우가 있는데 이 경우에서는 경화 후의 접착제의 모듈러스가 증가하여 응력을 완화하기가 어렵게 된다. 또한 반도체의 응력을 완화하기 위하여 접착제 중에 열경화성 수지의 함량을 과도하게 높이거나 경화제의 함량을 낮출 경우, 경화 후의 기판과의 적절한 접착력을 부여하기 어렵게 되며 이런 경우 낮은 접착력으로 인한 박리(delamination)를 초래하게 된다. 접착제 또는 접착 필름 자체의 흡습 수치와 크게 낮추면서도 경화 후의 기판에 대한 접착력과 고온에서의 향상된 인장 물성 등을 확보할 수 있는 방안에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한국특허공개 제2013-0016123호 한국등록특허 제0889101호
본 발명은, 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 갖고, 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있는 반도체 접착용 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 높은 기계적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 가지며 기판, 반도체 웨이퍼 및/또는 다이싱 다이본딩 필름 간의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지하여 보다 높은 적층 구조를 구현할 수 있는 다이싱 다이본딩 필름을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 갖고, 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는 반도체용 접착 필름을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 반도체용 접착 필름을 포함하는 반도체 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율이 1.5중량%이하인 열가소성 수지; 바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하고, 고형분 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%인, 반도체 접착용 수지 조성물이 제공된다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분은 상기 수지 조성물에 선택적으로 포함될 수 있는 물 또는 기타의 용매를 제외한 고형 성분을 의미한다.
상기 바이페닐계 에폭시 수지는 반복단위로서 바이페닐 구조를 포함하는 에폭시 수지를 의미하며, 구체적으로 상기 바이페닐계 에폭시 수지는 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 바이페닐 노볼락 에폭시 수지는 1,000 이상 10,000의 중량평균분자량을 가질 수 있으며, 또한 50℃ 내지 100℃의 연화점을 가질 수 있다.
상기 에폭시 수지는 상술한 바이페닐계 에폭시 수지 이외에 일반적인 수지를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지의 연화점은 50℃ 내지 100℃일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 100 내지 5,000의 평균 에폭시 당량을 가질 수 있다. 상기 평균 에폭시 당량은 상기 에폭시 수지에 포함되는 각각의 에폭시 수지의 중량 비율 및 에폭시 당량을 바탕으로 구할 수 있다.
상기 페놀 수지는 80 g/eq 내지 300 g/eq의 수산기 당량 및 50℃ 내지 150℃의 연화점을 가질 수 있다.
상기 열가소성 수지는 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아미드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 페녹시, 반응성 부타디엔 아크릴로 니트릴 공중합 고무 및 (메타)아크릴레이트계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하고 -10℃ 내지 20℃의 유리 전이 온도를 갖는 (메타)아크릴레이트계 수지일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위 0.1중량% 내지 10중량%를 포함할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 100중량부 대비 상기 열가소성 수지 50 내지 1,000중량부 및 상기 경화제 30 내지 700중량부를 포함할 수 있다.
상기 경화제는 아민계 경화제, 및 산무수물계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 인계 화합물, 붕소계 화합물 및 인-붕소계 화합물 및 이미다졸계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 커플링제 및 무기 충진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 유기 용매 10 내지 90중량%를 더 포함할 수 있다. 이 경우에도, 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%일 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화물을 포함한 접착 필름이 제공된다.
85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 상기 접착 필름의 흡습율이 1.5중량%이하일 수 있다.
또한, 상기 접착 필름은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 기재 필름; 상기 기재 필름 상에 형성되는 점착층; 및 상기 점착층상에 형성되고 상기 반도체 접착용 수지 조성물을 포함한 접착층;을 포함한 다이싱 다이본딩 필름이 제공된다.
85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 상기 접착층의 흡습율이 1.5중량%이하일 수 있다.
상기 점착층은 자외선 경화형 점착제 또는 열 경화형 점착제를 포함할 수 있다.
상기 기재 필름은 10 ㎛내지 200 ㎛의 두께를 갖고, 상기 점착층은 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖고, 상기 접착 필름은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는다.
또한, 본 명세서에서는, 접착 필름을 매개로 제1반도체 소자와 피착체가 결합하는 구조를 포함한, 반도체 장치가 제공될 수 있다.
상기 반도체 장치를 100℃ 내지 200℃, 또는 120 내지 180℃에서 경화시 상기 접착 필름 및 제1반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에 발생하는 보이드(void)의 면적이 1%이하일 수 있다.
또한, 상기 반도체 장치를 100℃ 내지 200℃, 또는 120 내지 180℃에서 30분 이상, 또는 30분 내지 5시간 동안 경화시 상기 접착 필름 및 제1반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에 발생하는 보이드(void)의 면적이 1%이하일 수 있다.
상기 피착체는 기판, 절연층 또는 제2반도체 소자일 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 갖고, 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있는 반도체 접착용 수지 조성물이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 높은 기계적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 가지며 기판, 반도체 웨이퍼 및/또는 다이싱 다이본딩 필름 간의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지하여 보다 높은 적층 구조를 구현할 수 있는 다이싱 다이본딩 필름과, 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 갖고, 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는 반도체용 접착 필름과, 상기 반도체용 접착 필름을 포함하는 반도체 장치가 제공될 수 있다.
발명의 구체적인 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물, 다이싱 다이본딩 필름, 반도체 웨이퍼 및 반도체 웨이퍼의 다이싱 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율이 1.5중량%이하인 열가소성 수지; 바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하고,고형분 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%인, 반도체 접착용 수지 조성물이 제공된다.
본 발명자들은 리플로우 실장 시에 증기압에 의하여 다이싱 다이본딩 필름이 파괴되거나 박리가 되며 리플로우 균열이 발생하는 문제점을 해결하기 위한 연구를 진행하여, 낮은 흡습율을 갖는 열가소성 수지와 함께 바이페닐계 에폭시 수지를 특정 함량으로 포함하는 에폭시 수지 및 페놀 수지를 포함한 경화제를 혼합하면, 높은 기계적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 가지며 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있는 반도체 접착용 수지 조성물을 제공할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 바이페닐계 에폭시 수지를 상술한 낮은 흡습율을 갖는 열가소성 수지와 함께 사용함에 따라서, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물은 고온의 경화 과정 이후에 고온 고습 조건에 장시간 노출되어도 낮은 흡습율을 가질 수 있으며, 이에 따라 반도체 제조 과정의 리플로우 공정 이후 기판과 접착제 간의 박리 현상을 방지할 수 있다.
구체적으로, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물은 100℃ 이상, 또는 120℃ 내지 180℃의 고온에서 1회 또는 2회 이상 경화되고 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 이후에 측정한 흡습율이 1.5중량% 이하일 수 있다. 상기 고온에서의 경화는 30분 이상, 또는 30분 내지 5시간 동안 수행될 수 있다.
상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%일 수 있다. 상기 바이페닐계 에폭시 수지가 특정 함량으로 포함됨에 따라서, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 저흡습 특성을 유지하면서도 경화도 및 기타의 물성을 조절하고 최종 제조되는 접착 필름의 응력을 완화하는 역할을 할 수 있으며, 이에 따라 반도체 패키징 과정에서의 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리(delamination) 현상을 방지할 수 있다.
상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분 중 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5중량% 미만이면, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 흡습율을 낮추는 역할을 충분히 할 수 없으며, 기판과 접착필름 간의 박리 현상이나 리플로우 균열이 발생 현상을 충분히 방지하기 어려울 수 있다.
또한, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분 중 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 25중량% 초과이면, 경화구조가 치밀하지 못하여 최종 제조되는 접착제나 접착층에 충분한 내열성과 강도를 부여할 수 없고 이는 기판과의 낮은 밀착력을 야기하여 기판과 접착필름 간의 박리 현상이나 리플로우 균열을 야기할 수 있다.
또한, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분 중 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 25중량% 초과이면, 상기 조성물로부터 제조된 접착 필름이 고온에서 장시간 노출시 상기 접착 필름 내부나 접착 필름과 피착체의 계면에서 보이드(void)가 다수 발생하여 제조 공정의 신뢰성 및 최종 제품의 품질을 크게 저하시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물의 고형분 중 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 25중량% 초과이면, 상기 조성물로부터 제조된 접착 필름이 반도체 장치에 포함된 상태에서 100℃ 내지 200℃, 또는 120 내지 180℃에서 30분 이상, 또는 30분 내지 5시간 동안 경화시 상기 접착 필름 및 반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에서 보이드(void)가 다수 발생할 수 있다.
상기 바이페닐계 에폭시 수지는 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
상기 바이페닐계 에폭시 수지의 연화점은 50℃ 내지 100℃일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 연화점이 너무 낮으면 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 점착력이 높아져서 다이싱 후 칩 픽업성이 저하될 수 있으며, 상기 에폭시 수지의 연화점이 너무 높으면 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 유동성이 저하될 수 있고 상기 반도체 접착용 수지 조성물로부터 제조되는 접착 필름의 접착력이 저하될 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화도 조절이나 접착 성능 등을 높이기 위해서 상기 에폭시 수지는 상기 바이페닐계 에폭시 수지와 함께 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 추가로 포함되는 에폭시 수지의 연화점 또한 50℃ 내지 100℃일 수 있다.
상기 에폭시 수지는 100 내지 1,000의 평균 에폭시 당량을 가질 수 있다. 상기 평균 에폭시 당량은 상기 에폭시 수지에 포함되는 각각의 에폭시 수지의 중량 비율 및 에폭시 당량을 바탕으로 구할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 경화제로서 연화점이 60℃ 이상, 또는 60℃ 내지 150℃, 또는 90℃ 내지 120 ℃인 페놀 수지를 포함할 수 있다. 연화점이 60℃ 이상인 페놀 수지를 사용함에 따라서 상기 반도체 접착용 수지 조성물은 경화 후 충분한 내열성, 강도 및 접착성을 가질 수 있다. 상기 페놀 수지의 연화점이 너무 낮으면 상기 반도체 접착용 수지 조성물이 경화 후 충분한 강도의 경화물을 얻지 못할 수 있다. 또한, 상기 페놀 수지의 연화점이 너무 높으면 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 유동성이 높아져서 실제 반도체 제조 공정에서 접착제 내부에 빈 공간(void)가 생성되어 최종 제품의 신뢰성이나 품질을 크게 저하시킬 수 있다.
상기 페놀 수지는 80 g/eq 내지 300 g/eq의 수산기 당량을 가질 수 있다.
한편, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물은 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율이 1.5중량%이하인 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 흡습율은 상기 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 전의 중량에 대한 비율로 구할 수 있다.
상술한 에폭시 수지 및 경화제와 함께 상기와 같은 흡습율 조건을 만족하는 열가소성 수지를 포함함에 따라서 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물은 전체적으로 보다 낮은 흡습율을 가질 수 있으며, 내부에 포함하는 수분의 양이 미미하여 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있다.
상기 열가소성 수지의 예가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아미드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 페녹시, 반응성 부타디엔 아크릴로 니트릴 공중합 고무, (메타)아크릴레이트계 수지, 이들의 2종 이상의 혼합물, 또는 이들의 2종 이상의 공중합체를 들 수 있다.
구체적으로, 상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하고 -10℃ 내지 20℃의 유리 전이 온도를 갖는 (메타)아크릴레이트계 수지일 수 있다.
상기 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하고 -10℃ 내지 20℃의 유리 전이 온도를 갖는 (메타)아크릴레이트계 수지를 사용함에 따라서, 상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물은 반도체 접착용, 반도체에 포함되는 구성 성분의 접착용 또는 반도체 패키지용으로 사용할 수 있으며, 극박 웨이퍼의 다단 적층시 높은 내충격성을 확보할 수 있으며 반도체 제조 이후 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체용 접착 필름 또는 반도체 패키지용 접착필름을 제공할 수 있다.
상기 에폭시계 작용기는 상기 (메타)아크릴레이트계 수지의 주쇄를 이루는 반복 단위에 1이상 치환될 수 있다.
상기 에폭시계 작용기는 에폭시기 또는 글리시딜기를 포함할 수 있다.
상기 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 14 중량%이상 포함하는 (메타)아크릴레이트계 수지는 -10℃ 내지 20℃, 또는 -5℃ 내지 15℃의 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 상술한 유리 전이 온도를 갖는 (메타)아크릴레이트계 수지를 사용함에 따라서 상기 반도체 접착용 수지 조성물이 충분한 유동성을 가질 수 있으며 최종 제조되는 접착 필름이 높은 접착력을 확보할 수 있고, 상기 반도체 접착용 수지 조성물을 이용하여 박막 필름 등의 형태로 제조하기가 용이하다.
상기 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 100중량부 대비 상기 열가소성 수지 50 내지 1,000중량부 및 상기 경화제 30 내지 700중량부를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지 대비 상기 열가소성 수지의 함량이 너무 작으면 상기 수지 조성물의 경화후 모듈러스가 급격히 상승하여 기판과 웨이퍼간의 응력 완화 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 상기 에폭시 수지 대비 상기 열가소성 수지의 함량이 너무 높으면 B-stage 에서 조성물의 점도가 높아져서 다이어태치 과정에서 기판과의 밀착성이 저하되고 경화 과정 중에 보이드 제거가 어려워져 공정 및 최종 제품의 신뢰성이 저하될 수 있다.
상기 에폭시 수지 대비 상기 페놀 수지를 포함한 경화제의 함량이 너무 작으면 충분한 내열성 확보가 어려울 수 있다.
상기 에폭시 수지 대비 상기 페놀 수지를 포함한 경화제의 함량이 너무 높으면 경화가 완료되더라도 미반응 상태의 페놀기가 잔류하여 흡습성을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 반도체 패키징 과정에서의 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리 현상을 야기할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지의 함량은 최종 제조되는 제품에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어 전체 조성물의 고형분 중 3 내지30중량%, 또는 5 내지 25중량%일 수 있다.
상기 경화제는 아민계 경화제, 및 산무수물계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 경화제의 사용량은 최종 제조되는 접착 필름의 물성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 상기 에폭시 수지 100 중량부를 기준으로 10 내지 700중량부, 또는 30 내지 300중량부로 사용될 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 경화 촉매는 상기 경화제의 작용이나 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화를 촉진 시키는 역할을 하며, 반도체 접착 필름 등의 제조에 사용되는 것으로 알려진 경화 촉매를 큰 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화 촉매로는 인계 화합물, 붕소계 화합물 및 인-붕소계 화합물 및 이미다졸계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 경화 촉매의 사용량은 최종 제조되는 접착 필름의 물성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 예를 들어 상기 에폭시 수지, (메타)아크릴레이트계 수지 및 페놀 수지의 총합 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10중량부로 사용될 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 유기 용매 10 내지 90중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 유기 용매의 함량은 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 물성이나 최종 제조되는 접착 필름의 물성이나 제조 공정들을 고려하여 결정할 수 있다.
한편, 상기 반도체 접착용 수지 조성물은 커플링제 및 무기 충진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 커플링제 및 무기 충진제의 구체적이 예가 한정되는 것은 아니며, 반도체 패키징용 접착제에 사용될 수 있는 것으로 알려진 성분을 큰 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 반도체 접착용 수지 조성물의 경화물을 포함한 접착 필름이 제공될 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화물을 고온, 예를 들어 50℃이상, 또는 70℃이상, 또는 70℃ 내지 250℃에서 경화(건조)하여 접착 필름으로 제조할 수 있다.
상기 접착 필름은 반도체 장치에 사용될 수 있으며, 구체적으로 상기 접착 필름은 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 갖고, 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않을 수 있다.
상기 접착 필름은 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율이 1.5중량%이하인 열가소성 수지; 바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하며, 상기 접착 필름 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%일 수 있다. 상기 열가소성 수지; 바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 및 페놀 수지를 포함한 경화제는 서로 간의 가교된 상태로 상기 접착 필름 내부에 존재할 수 있다.
85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 상기 접착 필름의 흡습율이 1.5중량%이하일 수 있다.
상기 접착 필름은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 기재 필름; 상기 기재 필름 상에 형성되는 점착층; 및 상기 점착층 상에 형성되고 상술한 반도체 접착용 수지 조성물을 포함한 접착층;을 포함한 다이싱 다이본딩 필름이 제공될 수 있다.
상기 접착층이 상술한 구현예의 반도체 접착용 수지 조성물을 포함함에 따라서, 상기 다이싱 다이본딩 필름은 높은 기계적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 가질 수 있으며, 낮은 흡습율을 나타내어 수분의 기화에 기화에 따른 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물에 관한 구체적인 내용은 상술한 바와 같다.
85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 상기 접착층의 흡습율이 1.5중량%이하 일 수 있다.
한편, 상기 다이싱 다이본딩 필름에 포함되는 기재필름의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 이 분야에서 공지된 플라스틱 필름 또는 금속박 등을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 기재 필름은 저밀도 폴리에틸렌, 선형 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 초저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 랜덤 공중합체, 폴리프로필렌의 블록 공중합체, 호모폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐(polymethylpentene), 에틸렌-초산비닐 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 에틸렌-메틸메타크릴레이트 공중합체, 에틸렌-아이오노머 공중합체, 에틸렌-비닐알코올 공중합체, 폴리부텐, 스틸렌의 공중합체 또는 이들의 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기에서 2종 이상의 고분자가 혼합물이 포함되는 기재 필름의 의미는, 전술한 고분자들을 각각 포함한 필름이 2층 이상 적층된 구조의 필름 또는 전술한 고분자들이 2이상 포함된 단일층이 필름을 모두 포함한다.
상기 기재 필름의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 통상 10 ㎛내지 200 ㎛, 바람직하게는 50 ㎛내지 180㎛의 두께로 형성된다. 상기 두께가 10 ㎛미만이면, 다이싱 공정에서 절단 깊이(cut depth)의 조절이 불안해 질 우려가 있고, 200 ㎛를 초과 하면, 다이싱 공정에서 버(burr)가 다량 발생하게 되거나, 연신률이 떨어져서 익스펜딩 공정이 정확하게 이루어지지 않을 우려가 있다.
상기 기재필름에는 필요에 따라매트처리, 코로나방전처리, 프라이머 처리 또는 가교 처리 등의 관용적인 물리적 또는 화학적 처리를 가할 수 있다.
한편, 상기 점착층은 자외선 경화형 점착제 또는 열 경화형 점착제를 포함할 수 있다. 자외선 경화형 점착제를 사용할 경우에는 기재 필름 측으로부터 자외선을 조사하여, 점착제의 응집력 및 유리전이온도를 올려 점착력을 저하시키고, 열 경화형 점착제의 경우는 온도를 가하여 점착력을 저하시킨다.
아울러, 상기 자외선 경화형 점착제는 (메타)아크릴레이트계 수지, 자외선 경화형 화합물, 광개시제, 및 가교제를 포함할 수 있다.
상기에서 (메타)아크릴레이트계 수지는 중량평균분자량이 10만 내지 150만, 바람직하게는 20만 내지 100만일 수 있다. 중량평균분자량이 10만 미만이면, 코팅성 또는 응집력이 저하되어, 박리 시에 피착체에 잔여물이 남거나, 또는 점착제 파괴 현상이 일어날 우려가 있다. 또한, 중량평균분자량이 150만을 초과하면, 베이스 수지가 자외선 경화형 화합물의 반응을 방해하여, 박리력 감소가 효율적으로 이루어지지 않을 우려가 있다.
이러한 (메타)아크릴레이트계 수지는 예를 들면, (메타)아크릴산에스테르계 단량체 및 가교성 관능기 함유 단량체의 공중합체일 수 있다. 이 때 (메타)아크릴산에스테르계 단량체의 예로는 알킬 (메타)아크릴레이트를 들 수 있으며, 보다 구체적으로는 탄소수 1 내지 12의 알킬기를 가지는 단량체로서, 펜틸 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 메틸 (메타)아크릴레이트, 헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 도데실 (메타)아크릴레이트 또는 데실 (메타)아크릴레이트의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다. 알킬의 탄소수가 큰 단량체를 사용할수록, 최종 공중합체의 유리전이온도가 낮아지므로, 목적하는 유리전이온도에 따라 적절한 단량체를 선택하면 된다.
또한, 가교성 관능기 함유 단량체의 예로는 히드록시기 함유 단량체, 카복실기 함유 단량체 또는 질소 함유 단량체의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다. 이 때 히드록실기 함유 화합물의 예로는, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트 또는 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 카복실기 함유 화합물의 예로는, (메타)아크릴산 등을 들 수 있으며, 질소 함유 단량체의 예로는 (메타)아크릴로니트릴, N-비닐 피롤리돈 또는 N-비닐 카프로락탐 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 (메타)아크릴레이트계 수지에는 또한 상용성 등의 기타 기능성 향상의 관점에서, 초산비닐, 스틸렌 또는 아크릴로니트릴 탄소-탄소 이중결합함유 저분자량 화합물 등이 추가로 포함될 수 있다.
또한, 상기 자외선 경화형 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 중량평균분자량이 500 내지 300,000 정도인 다관능성 화합물(ex. 다관능성 우레탄 아크릴레이트, 다관능성 아크릴레이트 단량체 또는 올리고머 등)을 사용할 수 있다. 이 분야의 평균적 기술자는 목적하는 용도에 따른 적절한 화합물을 용이하게 선택할 수 있다.
상기 자외선 경화형 화합물의 함량은 전술한 베이스 수지 100 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 400 중량부, 바람직하게는 10 중량부 내지 200 중량부일 수 있다. 자외선 경화형 화합물의 함량이 5 중량부 미만이면, 경화 후 점착력 저하가 충분하지 않아 픽업성이 떨어질 우려가 있고, 400 중량부를 초과하면, 자외선 조사 전 점착제의 응집력이 부족하거나, 이형 필름 등과의 박리가 용이하게 이루어지지 않을 우려가 있다.
상기 광개시제의 종류 역시 특별히 한정되지 않고, 이 분야에서 알려진 일반적인 개시제의 사용이 가능하며, 그 함량은 상기 자외선 경화형 화합물 100 중량부에 대하여 0.05 중량부 내지 20 중량부일 수 있다. 광개시제의 함량이 0.05 중량부 미만이면, 자외선 조사에 의한 경화 반응이 부족해져 픽업성이 저하될 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면 경화 과정에는 가교 반응이 짧은 단위로 일어나거나, 미반응 자외선 경화형 화합물이 발생하여 피착체 표면의 잔사에 원인이 되거나, 경화 후 박리력이 지나치게 낮아져 픽업성이 저하될 우려가 있다.
또한, 점착부에 포함되어 접착력 및 응집력을 부여하기 위한 가교제의 종류 역시 특별히 한정되지 않으며, 이소시아네이트계 화합물, 아지리딘계 화합물, 에폭시계 화합물 또는 금속 킬레이트계 화합물 등의 통상의 화합물을 사용할 수 있다. 상기 가교제는 베이스 수지 100 중량부에 대하여 2 중량부 내지 40 중량부, 바람직하게는 2 중량부 내지 20 중량부의 양으로 포함될 수 있다. 상기 함량이 2 중량부 미만이면, 점착제의 응집력이 부족할 우려가 있고, 20 중량부를 초과하면, 자외선 조사 전 점착력이 부족하여, 칩 비산 등이 일어날 우려가 있다.
상기 점착층에는 또한 로진 수지, 터펜(terpene) 수지, 페놀 수지, 스티렌 수지, 지방족 석유 수지, 방향족 석유 수지 또는 지방족 방향족 공중합 석유 수지 등의 점착 부여제가 더 포함될 수 있다.
상기와 같은 성분을 포함하는 점착층을 기재 필름 상에 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 기재 필름 상에 직접 본 발명의 점착제 조성물을 도포하여 점착층을 형성하는 방법 또는 박리성 기재 상에 일단 점착제 조성물을 도포하여 점착층을 제조하고, 상기 박리성 기재를 사용하여 점착제층을 기재 필름 상에 전사하는 방법 등을 사용할 수 있다.
이때 점착제 조성물을 도포 및 건조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 상기 각각의 성분을 포함하는 조성물을 그대로, 또는 적당한 유기용제에 희석하여 콤마 코터, 그라비아코터, 다이 코터 또는 리버스코터 등의 공지의 수단으로 도포한 후, 60℃ 내지 200℃의 온도에서 10초 내지 30분 동안 용제를 건조시키는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 상기 과정에서는 점착제의 충분한 가교 반응을 진행시키기 위한 에이징(aging) 공정을 추가적으로 수행할 수도 있다.
상기 점착층의 두께가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 접착층은 상기 점착층 상에 형성되며 상술한 구현예의 반도체용 접착 필름을 포함할 수 있다. 상기 반도체용 접착 필름에 관한 내용은 상술한 사항을 모두 포함한다.
상기 접착층의 두께가 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 3 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 다이싱 다이본딩 필름은 또한, 상기 접착층 상에 형성된 이형필름을 추가로 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 이형필름의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리테트라플루오로에틸렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 염화비닐공중합체 필름 또는 폴리이미드 필름 등의 일종 또는 이종 이상의 플라스틱 필름을 들 수 있다.
상기와 같은 이형필름의 표면은 알킬드계, 실리콘계, 불소계, 불포화에스테르계, 폴리올레핀계 또는 왁스계등의 일종 또는 이종 이상으로 이형 처리되어 있을 수 있으며, 이중 특히 내열성을 가지는 알키드계, 실리콘계 또는 불소계 등의 이형제가 바람직하다.
이형필름은 통상 10 ㎛내지 500 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛내지 200 ㎛정도의 두께로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 다이싱 다이본딩 필름을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 기재필름상에 점착부, 접착부 및 이형 필름을 순차로 형성하는 방법, 또는 다이싱필름(기재필름+점착부) 및 다이본딩 필름 또는 접착부가 형성된 이형필름을 별도로 제조한 후, 이를 라미네이션 시키는 방법 등이 사용될 수 있다.
상기에서 라미네이션 방법은 특별히 한정되지 않으며, 핫롤라미네이트 또는 적층프레스법을 사용할 수 있고, 이중 연속공정 가능성 및 효율성 측면에서 핫롤라미네이트법이 바람직하다. 핫롤라미네이트법은 10℃내지 100℃의 온도에서 0.1 Kgf/㎠내지 10 Kgf/㎠의 압력으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 다이싱 다이본딩 필름; 및 상기 다이싱 다이본딩 필름의 적어도 일면에 적층된 웨이퍼;를 포함하는 반도체 웨이퍼를 완전 분단 또는 분단 가능하게 부분 처리하는 전처리 단계; 상기 전처리한 반도체 웨이퍼의 기재 필름에 자외선을 조사하고, 상기 반도체 웨이퍼의 분단에 의해 분리된 개별 칩들을 픽업하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼의 다이싱 방법이 제공될 수 있다.
상기 다이싱 다이본딩 필름에 관한 내용을 상술한 내용을 모두 포함한다.
상기 다이싱 방법의 세부 단계에 관한 내용을 제외하고, 통상적으로 알려진 반도체 웨이퍼의 다이싱 방법에 사용되는 장치, 방법 등을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 반도체 웨이퍼의 다이싱 방법은 상기 전처리 단계 이후 반도체 웨이퍼를 익스팬딩 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우 상기 익스펜딩한 반도체 웨이퍼의 기재 필름에 자외선을 조사하고, 상기 반도체 웨이퍼의 분단에 의해 분리된 개별 칩들을 픽업하는 과정이 후행된다.
상기 다이싱 필름을 포함한 다이싱 다이본딩 필름을 사용함에 따라서, 반도체 웨이퍼의 다이싱 공정 중 발생할 수 있는 버(burr) 현상을 최소화하여 반도체 칩의 오염을 방지하고 반도체 칩의 신뢰도 및 수명을 향상시킬 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상술한 구현예의 접착 필름을 매개로 제1반도체 소자와 피착체가 결합하는 구조를 포함한 반도체 장치가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상술한 구현예의 접착 필름은 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 물성, 내열성 및 내충격성 등의 우수한 기계적 물성과 높은 접착력을 갖고, 다이싱 다이본딩 필름의 박리 현상이나 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않을 수 있다.
이에 따라 상술한 구현예의 접착 필름을 사용하는 경우, 보다 안정적이고 견고한 다단 구조의 반도체 장치를 제조할 수 있으며, 다단적층 구조의 패키지 공정에서도 상기 제1반도체 소자와 피착체 간에 견고할 결합을 확보할 수 있으며, 고온에서 장시간 노출시 상기 접착 필름 내부나 접착 필름과 피착체의 계면에서 보이드(void)의 발생을 최소화할 수 있다.
구체적으로, 상기 반도체 장치를 100℃ 내지 200℃, 또는 120 내지 180℃ 에서 경화시 상기 접착 필름 및 제1반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에 발생하는 보이드(void)의 면적이 1%이하일 수 있다.
구체적으로, 상술한 구현예의 반도체 접착용 수지 조성로부터 제조된 접착 필름이 반도체 장치에 포함된 상태에서 100℃ 내지 200℃, 또는 120 내지 180℃에서 30분 이상, 또는 30분 내지 5시간 동안 경화시에도 상기 접착 필름 및 반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에서 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않을 수 있으며, 상기 접착 필름 및 제1반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에 발생하는 보이드(void)의 면적이 1%이하일 수 있다.
상기 제1반도체 소자는 반도체 패키징 과정에서 기판와 바로 이웃하는 첫번째 반도체 소자일 수 있다.
상기 피착체는 기판, 절연층 또는 제2반도체 소자일 수 있다.
상기 기판은 기판이나 리드 피레임을 포함하며, 구체적으로 기판으로서는, 프린트 배선 기판 등의 종래 공지된 기판을 사용할 수 있고 상기 리드 프레임으로서는, Cu 리드 프레임, 42Alloy 리드 프레임 등의 금속 리드 프레임이나 유리 에폭시, BT(비스말레이미드-트리아진), 폴리이미드 등을 포함하여 이루어지는 유기 기판을 사용할 수 있다.
싱술한 반도체 장치는 상기 접착 필름을 매개로 결합한 제1반도체 소자와 피착체에 추가하여, 상기 제1 반도체 소자와 동종 또는 이종의 제2 반도체 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 반도체 장치의 제조 과정에서는 적층은 일반적으로 패키지를 제작하는 공정으로 진행하여 요구되는 층수만큼 적층 및 와이어본딩을 진행할 수 있다. 원하는 수의 반도체 소자를 적층한 후, 반도체 장치 전체를 수지 밀봉하는 밀봉 공정을 행해도 된다.
발명의 구체적인 구현예를 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명의 구체적인 구현예를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 및 비교예 : 반도체 접착용 수지 조성물 및 반도체용 접착 필름의 제조]
실시예1
(1) 반도체 접착용 수지 조성물 용액의 제조
에폭시 수지로서 바이페닐 노볼락 에폭시 수지(NC-3000-H, 일본화약사, 에폭시 당량: 288 g/eq, 연화점: 65 ℃) 50g, 비스페놀 A 노볼락 에폭시 수지(MF8080EK80, 일본JSI사, 에폭시 당량: 218 g/eq, 연화점: 65 ℃) 50g, 페놀 수지 KPH-3075 (코오롱유화, 수산기당량: 180 g/eq, 연화점 65 ℃), 열가소성 아크릴레이트 수지 KG-3015(85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율: 1.2 wt%) 482g, 경화촉진제 2-페닐-4-메틸-5-디하이드록시메틸 이미다졸(2P4MHZ, 시코쿠화성) 0.5g, 커플링제 감마-글리시독시 프로필 트리메톡시 실란(KBM-403, 센에츠 화학) 2g 및 충진제 R-972(덴카, 구상 실리카, 평균 입경 17 ㎜) 68g을 메틸에틸케톤에 용해시켜 반도체 접착용 수지 조성물 용액(고형분 20중량％ 농도)을 얻었다.
(2) 반도체용 접착 필름의 제조
상기 제조된 반도체 접착용 수지 조성물 용액을 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 38㎛) 상에 도포한 후 130℃에서 3분간 건조하여 20㎛ 두께의 접착 필름을 얻었다.
실시예 2 내지 5
하기 표1의 성분 및 함량을 사용하여 반도체 접착용 수지 조성물 용액(메틸에틸케톤 20중량％ 농도)을 제조한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체용 접착 필름을 제조하였다.
비교예 1 내지 3
하기 표1의 성분 및 함량을 사용하여 반도체 접착용 수지 조성물 용액(메틸에틸케톤 20중량％ 농도)을 제조한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체용 접착 필름을 제조하였다.
실시예의 수지 조성물의 조성 [단위: g]
성분명 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예 5
페놀
수지		 KPH-3075 60 60
SHB-1101 42 53 62
에폭시
수지		 NC-3000H 50 108 50 72 150
MF8080EK20 50 50 25
아크릴
수지		 KG-3015 482 482 482 420
KG-3047
KG-3060 482
경화
촉진제		 2P4MHZ 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
커플링제 KBM-403 2 2 2 2 2
충진제 R-972 68 68 68 68 68
비교예의 수지 조성물의 조성 [단위: g]
성분명 비교예1 비교예2 비교예3 비교예3 비교예 4
페놀
수지		 KPH-3075 60 60 60
SHB-1101 60 62
에폭시
수지		 NC-3000H 20 70 70 150
MF8080EK20 70 90 20 20
아크릴
수지		 KG-3015 482 280
KG-3047 482 482 482
KG-3060
경화
촉진제		 2P4MHZ 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
커플링제 KBM-403 2 2 2 2 2
충진제 R-972 68 68 68 68 55
KPH-3075: 자일록A 노볼락 페놀 수지 (코오롱유화, 수산기당량: 180 g/eq, 연화점 65 ℃)
SHB-1101: 비스페놀A 노볼락 페놀 수지(신아 T&C, 수산기당량: 118g/eq, 연화점 : 110℃)
NC-3000-H: 바이페닐 노볼락 에폭시 수지(에폭시 당량 180 g/eq, 연화점 65 ℃)
MF8080EK20: 비스페놀A에폭시 수지(에폭시 당량 218 g/eq, 연화점 60 ℃)
KG-3015: 아크릴레이트계 수지(글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 3 중량%, 유리전이온도: 10℃, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율: 1.2 wt%)
KG-3047: 아크릴레이트계 수지(글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 3 중량%, 유리전이온도: 30℃, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율: 1.7 wt%))
KG-3060: 아크릴레이트계 수지(글리시딜메타아크릴레이계 반복 단위 2 중량%, 유리전이온도: 5℃, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율: 0.8 wt%)
[ 실험예 : 반도체용 접착 필름의 물성 평가]
실험예1 : 반도체용 접착 필름의 열경화 후 260℃에서의 인장 저장 탄성률의 측정
상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 60℃의 조건하에서 두께 320㎛가 될 때까지 중첩하여 적층한 후, 125℃의 온도에서 1시간 동안 및 175℃의 온도에서 2시간 동안 열경화시켰다. 그리고, 상기 열경화 결과물을 절단하여 길이 20㎜ 및 폭 4 ㎜의 육면체의 시편을 제조하였다.
그리고, 고정 점탄성 측정 장치(DMA Q8000, TA인스트루먼트사)를 사용하여 -30 내지 280℃에서 상기 상기 시편이 갖는 인장 저장 탄성률을 주파수 10Hz 및 승온 속도 3℃/분의 조건하에서 측정하였다. 측정 결과를 하기 표1에 나타내었다.
실험예 2: 다이쉐어 강도 (Die Shear Strength)
(1) 다이싱 필름의 제조
2-에틸헥실 아크릴레이트 75g, 2-에틸헥실 메타아크릴레이트 10g, 및 2-하이드록시에틸 아크릴레이트 15g을 에틸아크릴레이트 용매 300g 하에서 공중합하여 중량평균분자량이 850,000 인 공중합체(유리전이온도가 10℃)를 수득한 후, 여기에 광경화 물질인 아크릴이소시아네이트 화합물 10g을 첨가하여 반응물을 얻었다. 그 후, 여기에 다관능 이소시아네이트 올리고머 10g과 광개시제로서 다로커 TPO를 1g 혼합하여 자외선 경화형 점착제 조성물을 제조하였다.
상기 자외선 경화형 점착제 조성물을 이형 처리된 두께 38um의 폴리에스테르 필름 위에 건조 후의 두께가 10um가 되도록 도포하고, 110℃에서 3분간 건조하였다. 건조된 점착층을 두께가 100 ㎛인 폴리올레핀필름에 라미네이트 하여 다이싱 필름을 제조하였다.
(2) 다이싱 다이본딩 필름의 제조
상기의 과정에서 얻은 점착층 및 상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 합지하여 다이싱 다이본딩용 다층 구조의 접착필름을 제조하였다.
(3) 다이쉐어 강도 측정
이산화막으로 코팅된 두께 500um 웨이퍼를 사용하여 5mm x 5mm 크기로 자른 후, 상기 제조된 다이싱 다이본딩 필름과 함께 60℃ 조건에서 라미네이션 하고, UV를 조사하여 다이싱 필름을 제거한 후 칩 크기의 접착필름만 남기고 절단하였다. 10mm x 10mm 크기의 하부칩에 5mm x 5mm 크기의 상부칩을 올려 놓은 후, 130℃의 핫플레이트 위에서 2kgf의 힘으로 2초 동안 눌러 붙여서 시편을 제작하고, 125℃에서 1시간 동안의 경화와 175℃에서 2시간 동안의 경화를 순차적으로 진행하여 250℃에서 DAGE 4000 DST Tester를 이용하여 상부칩의 다이쉐어 강도를 측정하였다.
실험예3 : 반도체용 접착 필름의 수분 흡습율 측정
상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 60℃의 조건하에서 두께 550㎛가 될 때까지 중첩하여 적층한 후, 각 변의 길이가 5㎝인 육면체의 시편을 제조하고 175℃의 온도에서 2시간 동안 열경화시켰다. 열경화된 시편을 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 하고 흡습 전후의 무게를 측정하여 흡습도를 측정하였다.
[흡습율 (%)]
(흡습 후의 시편의 무게 - 흡습전 시편의 무게)*100 / 흡습전 시편의 무게
실험예4 : 신뢰성 평가( Precon TEST)
이산화막으로 코팅된 두께 80㎛의 웨이퍼를 상기 실험예2에 기재된 방법으로 제조된 다이싱 다이본딩 필름과 함께 60℃ 조건에서 라미네이션 하고, 10 ㎜* 10 ㎜ (가로*세로)의 크기로 잘라서 시편을 준비하였다.
그리고, UV조사기를 이용하여 상기 시편에 대하여 300 mJ/cm2 의 광량을 조사하고 다이 어태치 과정을 통하여 FR-4 기판 위에 4단으로 적층(stacking)하였다. 이후 상기 적층체를 125℃에서 1시간 동안 및 175℃에서 2시간 동안 연속 경화하였다.
상기 경화 이후 상기 기판을 85℃ 및 85%RH 조건에서 48시간 노출 하고 IR reflow 과정을 3회 실시하고, 육안과 Scanning acoustic tomography (SAT)를 통하여 기판과 접착제 간의 박리 정도를 관찰하였다.
실험예 5: 매립성 평가(MOLD VOID TEST)
이산화막으로 코팅된 두께 80㎛의 웨이퍼를 상기 실험예2에 기재된 방법으로 제조된 다이싱 다이본딩 필름과 함께 60℃ 조건에서 라미네이션 하고, 10 ㎜* 10 ㎜ (가로*세로)의 크기로 잘라서 시편을 준비하였다.
그리고, UV조사기를 이용하여 상기 시편에 대하여 300 mJ/㎠ 의 광량을 조사하고 다이 어태치 과정을 통하여 FR-4 기판 위에 1단으로 적층(stacking)한 평가시편을 각각 50개씩 제조하였다. 이후 125℃에서 일정시간 간격으로 경화하면서 시간별 경화샘플을 10개씩 분취하였다. 이후 시간별로 경화한 샘플에 대하여 175℃의 hot plate에 정치하여 50kg을 60초 동안 가압하고(EMC몰딩 조건 모사) 175℃, 2시간을 경화하였다. 상기 경화가 종료된 후 각 시편은 초음파영상장비SAT(Scan Acoustic Tomograph)를 이용하여 접착층 내의 보이드의 면적이 1%이상 관찰되는 시편의 개수를 측정하였다. 상기 보이드의 관찰은 상기 시편을 증류수에 담근 상태에서 sonifer를 이용하여 투과 모드로 측정하여 이미지화한 결과를 바탕으로 하였다.
실시예에서 얻어진 접착 필름에 대한 실험예의 결과
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5
인장 저장 탄성률
(260℃, MPa)		 3.2 4.8 3.6 5.3 6.1
다이쉐어 강도
(260℃, Kgf/25㎟)		 7.4 8.9 7.9 9.6 10.5
흡습율
(wt%)		 1.3 1.3 1.15 1.38 1.25
박리발생율
(%)		 0 0 0 0 0
매립성평가(경화온도 125℃) 1h 0/10 0/10 0/10 0/10 0/10
2h 0/10 0/10 0/10 0/10 0/10
5h 0/10 0/10 0/10 0/10 0/10
8h 0/10 0/10 0/10 0/10 0/10
비교예에서 얻어진 접착 필름에 대한 실험예의 결과
비교예1 비교예2 비교예3 비교예 4
인장 저장 탄성률
(260℃, MPa)		 4.0 5.5 3.6 11.2
다이쉐어 강도
(260℃, Kgf/25㎟)		 8.4 12.3 7.6 11
흡습율 (wt%) 1.64 1.8 1.63 1.22
박리발생율 (%) 50 95 30 20
매립성평가(경화온도 125℃) 1h 0/10 0/10 0/10 1/10
2h 0/10 1/10 0/10 3/10
5h 0/10 5/10 0/10 7/10
8h 0/10 8/10 0/10 7/10
상기 표2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 5에서 제조된 접착 필름은 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출하여도 흡습율이 1.40wt%이하가 되며, 고온 경화 및 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리 현상이 발생하지 않는다는 점이 확인되었다.
또한, 실시예 1 내지 5에서 제조된 접착 필름은 반도체의 다단 적층 과정에서 실제 적용될 수 있는 100℃이상의 고온 조건, 예를 들어 125℃ 내지 175℃의 고온 조건에 장시간 노출되어도 기판과 접착층 간의 계면이나 접착층 내부에 보이드(void)가 발생되지 않는다는 점이 확인되었다.
이에 반해, 비교예1의 접착 필름은 낮은 흡습율을 갖는 아크릴레이트계 수지를 포함함에도 불구하고 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 이후에 흡습율이 1.64 wt%이고, 고온 경화 및 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리 현상이 발생한 점이 확인되었다. 이는 비교예1의 접착 필름이 접착제 흡습율을 조정할 수 있는 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 낮은 함량, 예를 들어 약 3중량% 미만으로 포함함에 따른 것으로 보인다.
또한, 비교예2의 접착 필름은 상대적으로 높은 흡습율을 갖는 아크릴레이트계 수지를 포함하고 에폭시 수지로서 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 포함하지 않음에 따라서, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 이후에 흡습율이 1.80 wt%에 달하고, 고온 경화 및 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리 현상이 크게 발생한 점이 확인되었다. 또한, 비교예2의 접착 필름은 다단 적층 과정에서 실제 적용될 수 있는 100℃이상의 고온 조건에 장시간 노출시 기판과 접착층 간의 계면이나 접착층 내부에 보이드(void)가 다수 발생한다는 점이 확인되었다.
그리고, 비교예3의 접착 필름은 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 포함하였으나, 상대적으로 높은 흡습율을 갖는 아크릴레이트계 수지를 포함함에 따라서, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 이후에 흡습율이 1.63 wt%이고, 고온 경화 및 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리 현상이 발생한 점이 확인되었다.
그리고, 비교예4의 접착 필름은 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 25% 초과로 포함하는데, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출 이후에 흡습율이 1.22 wt%이지만 고온 경화 및 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리 현상이 발생한 점이 확인되었다. 상기 비교예4의 접착 필름의 조성은 응력 완충재료서의 역할을 하는 성분이 충분하지 않아서, 흡습율은 낮아졌지만 경화 후 높은 모듈러스를 갖게 되어 기판과 칩간의 응력완화의 효과를 충분히 구현하지 못한 것으로 보인다. 또한, 비교예4의 접착 필름은 다단 적층 과정에서 실제 적용될 수 있는 100℃이상의 고온 조건에 장시간 노출시 기판과 접착층 간의 계면이나 접착층 내부에 보이드(void)가 다수 발생한다는 점이 확인되었다.

Claims (23)

  1. 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 흡습율이 1.5중량%이하인 열가소성 수지;
    바이페닐계 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 및
    페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하고,
    고형분 중 상기 바이페닐계 에폭시 수지의 함량이 5 중량% 내지 25중량%인, 반도체 접착용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이페닐계 에폭시 수지는 바이페닐 노볼락 에폭시 수지를 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수지를 더 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바이페닐계 에폭시 수지의 연화점은 50℃ 내지 100℃인, 반도체 접착용 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지는 100 내지 5,000의 평균 에폭시 당량을 갖는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 80 g/eq 내지 300 g/eq의 수산기 당량 및 60℃ 내지 150℃의 연화점을 갖는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아미드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 페녹시, 반응성 부타디엔 아크릴로 니트릴 공중합 고무 및 (메타)아크릴레이트계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 고분자 수지를 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하고 -10℃ 내지 20℃의 유리 전이 온도를 갖는 (메타)아크릴레이트계 수지인, 반도체 접착용 수지 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위 0.1중량% 내지 10중량%를 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 100중량부 대비 상기 열가소성 수지 50 내지 1,000중량부 및 상기 경화제 30 내지 700중량부를 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 경화제는 아민계 경화제, 및 산무수물계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 더 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    인계 화합물, 붕소계 화합물 및 인-붕소계 화합물 및 이미다졸계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 경화 촉매를 더 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    커플링제 및 무기 충진제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는, 반도체 접착용 수지 조성물.
  14. 제1항의 반도체 접착용 수지 조성물의 경화물을 포함한 접착 필름.
  15. 제14항에 있어서,
    85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 상기 접착 필름의 흡습율이 1.5중량%이하인, 접착 필름.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 접착 필름은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는, 접착 필름.
  17. 기재 필름; 상기 기재 필름 상에 형성되는 점착층; 및 상기 점착층상에 형성되고 제1의 반도체 접착용 수지 조성물을 포함한 접착층;을 포함한 다이싱 다이본딩 필름.
  18. 제17항에 있어서, 85℃ 및 85%RH 조건에서 165시간 노출시의 상기 접착층의 흡습율이 1.5중량%이하인, 다이싱 다이본딩 필름.
  19. 제17항에 있어서, 상기 점착층은 자외선 경화형 점착제 또는 열 경화형 점착제를 포함하는, 다이싱 다이본딩 필름.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 기재 필름은 10 ㎛내지 200 ㎛의 두께를 갖고,
    상기 점착층은 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖고,
    상기 접착 필름은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖는, 다이싱 다이본딩 필름.
  21. 제14항의 접착 필름을 매개로 제1반도체 소자와 피착체가 결합하는 구조를 포함한, 반도체 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 반도체 장치를 100℃ 내지 200℃에서 경화시 상기 접착 필름 및 제1반도체 소자가 접하는 면이나 상기 접착 필름 내부에 발생하는 보이드(void)의 면적이 1%이하인, 반도체 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 피착체는 기판, 절연층 또는 제2반도체 소자인, 반도체 장치.
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