KR20180117589A - 반도체 실장용 접착제 및 반도체 센서 - Google Patents

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야스유끼 야마다
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

반도체를 실장하는 경우에, 갭을 고정밀도로 제어할 수 있고, 또한 내열성을 높일 수 있는 반도체 실장용 접착제를 제공한다. 본 발명에 따른 반도체 실장용 접착제는, 반도체의 실장에 사용되는 접착제로서, 실리콘 수지와 스페이서를 포함하고, 상기 스페이서의 함유량이, 상기 접착제 100중량％ 중, 0.1중량％ 이상 5중량％ 이하이고, 상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률이 5000N/mm2 이상 15000N/mm2 이하이고, 상기 스페이서의 평균 입자 직경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이다.

Description

반도체 실장용 접착제 및 반도체 센서
본 발명은, 반도체의 실장에 사용되는 반도체 실장용 접착제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 접착제를 사용한 반도체 센서에 관한 것이다.
근년, 반도체 장치를 기판에 접착하는 접착제에는, 고출력화 등에 대응하기 위해 내열성이 요구되고 있으며, 실리콘 수지를 사용한 접착제가 제안되어 있다. 또한, 반도체 장치 중에서도 압력 센서에서는, 내열성에 더하여, 센서 칩을 기판에 수평하게 접착시키는 성능이 요구되는 점에서, 실리콘 수지를 사용한 접착제에 스페이서가 사용되고 있다. 이러한 접착제를 사용한 센서 장치는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 실리콘계 수지로 형성되어, 패키지와 회로 칩 사이의 거리를 일정하게 유지하는 제1 접착제와, 실리콘계 수지로 형성되어, 패키지와 회로 칩을 접착하는 제2 접착제를 구비하는 센서 장치가 개시되어 있다. 상기 제1 접착제는, 스페이서로서 기능한다.
일본 특허 공개 제2011-174803호 공보
특허문헌 1에 기재된 접착제에서는, 실리콘계 수지로 형성된 제1 접착제(스페이서)가 부드럽기 때문에, 칩을 기판에 수평하게 접착할 수 없어, 충분한 갭 제어 효과를 얻지 못하는 경우가 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 접착제에서는, 내열성이 낮은 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 반도체를 실장하는 경우에, 갭을 고정밀도로 제어할 수 있고, 또한 내열성을 높일 수 있는 반도체 실장용 접착제를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 접착제를 사용한 반도체 센서를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명의 넓은 국면에 의하면, 반도체의 실장에 사용되는 접착제로서, 실리콘 수지와 스페이서를 포함하고, 상기 스페이서의 함유량이, 상기 접착제 100중량％ 중, 0.1중량％ 이상 5중량％ 이하이고, 상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률이 5000N/ mm2 이상 15000N/ mm2 이하이고, 상기 스페이서의 평균 입자 직경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하인, 반도체 실장용 접착제(이하, 접착제라고 기재하는 경우가 있음)가 제공된다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 스페이서를 150℃에서 1000시간 가열했을 때, 가열 후의 스페이서의 10％ 압축 탄성률의 가열 전의 스페이서의 10％ 압축 탄성률에 대한 비가 0.95 이상 1.05 이하이다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 접착제 중에 포함되는 상기 스페이서에 있어서, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 존재하지 않거나, 또는 상기 스페이서의 전체 개수 100％ 중, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 0.1％ 이하의 개수로 존재한다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 스페이서의 비중이 1.05 이상 1.30 미만이다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 스페이서의 압축 회복률이 50％ 이상이다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 스페이서가, 디비닐벤젠을 포함하는 중합 성분의 공중합체이다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 스페이서가, (메트)아크릴 화합물을 포함하는 중합 성분의 공중합체이며, 상기 (메트)아크릴 화합물이, (메트)아크릴로일기를 4개 이상 갖는 (메트)아크릴 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 스페이서가, 중합 성분의 중합체이며, 상기 스페이서의 중합성기의 잔존율이 1％ 미만이다.
본 발명에 따른 접착제의 어느 특정한 국면에서는, 상기 반도체 실장용 접착제는, 반도체 센서 칩의 실장에 사용되는 반도체 센서 칩 실장용 접착제이다.
본 발명의 넓은 국면에 의하면, 제1 부재와, 제2 부재인 반도체와, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접착하고 있는 접착층을 구비하고, 상기 접착층이, 상술한 반도체 실장용 접착제의 경화물인, 반도체 센서가 제공된다.
본 발명에 따른 반도체 실장용 접착제는, 실리콘 수지와 스페이서를 포함하고, 상기 스페이서의 함유량이, 상기 접착제 100중량％ 중, 0.1중량％ 이상 5중량％ 이하이고, 상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률이 5000N/mm2 이상 15000N/mm2 이하이고, 상기 스페이서의 평균 입자 직경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하이므로, 반도체를 실장하는 경우에, 갭을 고정밀도로 제어할 수 있고, 또한 내열성을 높일 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 반도체 실장용 접착제를 사용한 반도체 센서의 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 상세를 설명한다.
[반도체 실장용 접착제]
본 발명에 따른 반도체 실장용 접착제(이하, 접착제라고 기재하는 경우가 있음)는, 반도체의 실장에 사용되는 접착제이다. 본 발명에 따른 접착제는, 실리콘 수지와 스페이서를 포함한다.
본 발명에 따른 접착제에 포함되는 스페이서의 함유량은, 상기 접착제 100중량％ 중, 0.1중량％ 이상 5중량％ 이하이다.
상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률은, 5000N/mm2 이상 15000N/mm2 이하이다. 상기 스페이서의 평균 입자 직경은, 10㎛ 이상 200㎛ 이하이다.
본 발명에서는, 상술한 구성이 구비되어 있으므로, 반도체의 실장에 있어서, 갭을 고정밀도로 제어할 수 있고, 또한 내열성을 높일 수 있다. 예를 들어, 반도체 칩을 한층 더 수평하게 접착할 수 있다. 또한, 내열성으로서, 고온에서의 접착 강도를 높일 수 있다.
갭 제어의 효과를 충분히 높이는 관점에서, 상기 스페이서의 함유량은, 상기 접착제 100중량％ 중, 0.1중량％ 이상 5중량％ 이하이다. 갭 제어 효과를 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서의 함유량은, 상기 접착제 100중량％ 중, 바람직하게는 0.5중량％ 이상, 보다 바람직하게는 1중량％ 이상이며, 바람직하게는 4중량％ 이하, 보다 바람직하게는 3중량％ 이하이다.
상기 10％ 압축 탄성률은, 스페이서를 10％ 압축했을 때의 압축 탄성률이다. 갭 제어 효과를 충분히 높이는 관점에서, 상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률은, 5000N/mm2 이상 15000N/mm2 이하이다. 갭 제어 효과를 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률은, 바람직하게는 5500N/mm2 이상, 보다 바람직하게는 6000N/mm2 이상이며, 바람직하게는 10000N/mm2 이하, 보다 바람직하게는 8000N/mm2 이하이다.
상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률은, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
미소 압축 시험기를 사용하여, 원기둥(직경 50㎛, 다이아몬드제)의 평활 압자 단부면에서, 25℃, 최대 시험 하중 20mN을 60초에 걸쳐 부하하는 조건 하에서 스페이서를 압축한다. 이 때의 하중값(N) 및 압축 변위(mm)를 측정한다. 얻어진 측정값으로부터, 상기 압축 탄성률을 하기 식에 의해 구할 수 있다. 상기 미소 압축 시험기로서, 예를 들어 피셔사제 「피셔스코프 H-100」 등이 사용된다.
10％ 압축 탄성률(N/mm2)=(3/21/2)·F·S-3/2·R-1/2
F: 스페이서가 10％ 압축 변형되었을 때의 하중값(N)
S: 스페이서가 10％ 압축 변형되었을 때의 압축 변위(mm)
R: 스페이서의 반경(mm)
상기 스페이서의 평균 입자 직경은 10㎛ 이상 200㎛ 이하이다. 갭 제어 효과를 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 20㎛ 이상, 보다 바람직하게는 30㎛ 이상이며, 바람직하게는 150㎛ 이하, 보다 바람직하게는 110㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하이다.
상기 평균 입자 직경은, 스페이서를 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 관찰된 화상에 있어서의 임의로 선택한 50개의 각 스페이서의 최대 직경을 산술 평균함으로써 구해진다.
내열성을 한층 더 높이고, 계시적(繼時的)인 열 열화를 한층 더 억제하는 관점에서는, 상기 스페이서를 150℃에서 1000시간 가열했을 때, 가열 후의 스페이서의 10％ 압축 탄성률의 가열 전의 스페이서의 10％ 압축 탄성률에 대한 비(가열 후의 스페이서의 10％ 압축 탄성률/가열 전의 스페이서의 10％ 압축 탄성률)는, 바람직하게는 0.95 이상, 보다 바람직하게는 0.98 이상이며, 바람직하게는 1.05 이하, 보다 바람직하게는 1.02 이하이다.
갭 제어 효과를 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 접착제 중에 포함되는 상기 스페이서에 있어서, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 존재하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 존재하는 경우에, 갭 제어 효과를 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 접착제 중에 포함되는 상기 스페이서에 있어서, 상기 스페이서의 전체 개수 100％ 중, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 0.1％ 이하의 개수로 존재하는 것이 바람직하고, 0.05％ 이하의 개수로 존재하는 것이 보다 바람직하다.
갭 제어 효과를 한층 더 높이고, 분산성을 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서의 비중은, 바람직하게는 1.05 이상, 보다 바람직하게는 1.10 이상이며, 바람직하게는 1.30 미만, 보다 바람직하게는 1.25 미만이다. 갭 제어 효과를 한층 더 높이고, 분산성을 한층 더 높이는 관점에서는, 스페이서를 제외한 상기 접착제의 경화 후의 비중과 상기 스페이서의 비중과의 차는, 바람직하게는 0.5 이하이다.
갭 제어 효과를 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서의 압축 회복률은, 바람직하게는 50％ 이상, 보다 바람직하게는 60％ 이상이다. 상기 스페이서의 압축 회복률의 상한은 특별히 한정되지 않는다. 상기 스페이서의 압축 회복률은 100％ 이하여도 된다.
상기 스페이서의 압축 회복률은, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
시료대 상에 스페이서를 살포한다. 살포된 스페이서 1개에 대해서, 미소 압축 시험기를 사용하여, 스페이서의 중심 방향으로, 스페이서가 30％ 압축 변형될 때까지 부하(반전 하중값)를 부여한다. 그 후, 원점용 하중값(0.40mN)까지 제하를 행한다. 이 사이의 하중-압축 변위를 측정하고, 하기 식으로부터 압축 회복률을 구할 수 있다. 또한, 부하 속도는 0.33mN/초로 한다. 상기 미소 압축 시험기로서, 예를 들어 피셔사제 「피셔스코프 H-100」 등이 사용된다.
압축 회복률(％)=[(L1-L2)/L1]×100
L1: 부하를 부여할 때의 원점용 하중값으로부터 반전 하중값에 이르기까지의 압축 변위
L2: 부하를 해방할 때의 반전 하중값으로부터 원점용 하중값에 이르기까지의 제하 변위
갭 제어 효과를 한층 더 높이고, 내열성을 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서는, 중합 성분의 중합체인 것이 바람직하다.
상기 중합 성분은, 중합 가능한 성분이다. 상기 중합 성분으로서는, 에틸렌성 불포화기를 갖는 중합성 단량체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에틸렌성 불포화기를 갖는 중합성 단량체로서는, 비가교성 단량체와 가교성 단량체를 들 수 있다.
상기 비가교성 단량체로서는, 예를 들어 비닐 화합물로서, 스티렌, α-메틸스티렌, 클로르스티렌 등의 스티렌계 단량체; 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, 프로필비닐에테르, 1,4-부탄디올디비닐에테르, 시클로헥산디메탄올디비닐에테르, 디에틸렌글리콜디비닐에테르 등의 비닐에테르 화합물; 아세트산비닐, 부티르산비닐, 라우르산비닐, 스테아르산비닐 등의 산비닐에스테르 화합물; 염화비닐, 불화비닐 등의 할로겐 함유 단량체; (메트)아크릴 화합물로서, 메틸(메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, 프로필(메트)아크릴레이트, 부틸(메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메트)아크릴레이트, 라우릴(메트)아크릴레이트, 세틸(메트)아크릴레이트, 스테아릴(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 이소보르닐(메트)아크릴레이트 등의 알킬(메트)아크릴레이트 화합물; 2-히드록시에틸(메트)아크릴레이트, 글리세롤(메트)아크릴레이트, 폴리옥시에틸렌(메트)아크릴레이트, 글리시딜(메트)아크릴레이트 등의 산소 원자 함유 (메트)아크릴레이트 화합물; (메트)아크릴로니트릴 등의 니트릴 함유 단량체; 트리플루오로메틸(메트)아크릴레이트, 펜타플루오로에틸(메트)아크릴레이트 등의 할로겐 함유 (메트)아크릴레이트 화합물; α-올레핀 화합물로서, 디이소부틸렌, 이소부틸렌, 리니아렌, 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀 화합물; 공액 디엔 화합물로서, 이소프렌, 부타디엔 등을 들 수 있다.
상기 가교성 단량체로서는, 예를 들어 비닐 화합물로서, 디비닐벤젠, 1,4-디비닐옥시부탄, 디비닐술폰 등의 비닐계 단량체; (메트)아크릴 화합물로서, 테트라메틸올메탄테트라(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄트리(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 글리세롤트리(메트)아크릴레이트, 글리세롤디(메트)아크릴레이트, (폴리)에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, (폴리)테트라메틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메트)아크릴레이트 등의 다관능 (메트)아크릴레이트 화합물; 알릴 화합물로서, 트리알릴(이소)시아누레이트, 트리알릴트리멜리테이트, 디알릴프탈레이트, 디알릴아크릴아미드, 디알릴에테르; 실리콘 화합물로서, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 이소프로필트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 시클로헥실트리메톡시실란, n-헥실트리메톡시실란, n-옥틸트리에톡시실란, n-데실트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디이소프로필디메톡시실란, 트리메톡시실릴스티렌, γ-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 1,3-디비닐테트라메틸디실록산, 메틸페닐디메톡시실란, 디페닐디메톡시실란 등의 실란알콕시드 화합물; 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 디메톡시메틸비닐실란, 디메톡시에틸비닐실란, 디에톡시메틸비닐실란, 디에톡시에틸비닐실란, 에틸메틸디비닐실란, 메틸비닐디메톡시실란, 에틸비닐디메톡시실란, 메틸비닐디에톡시실란, 에틸비닐디에톡시실란, p-스티릴트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 중합성 이중 결합 함유 실란알콕시드; 데카메틸시클로펜타실록산 등의 환상 실록산; 한쪽 말단 변성 실리콘 오일, 양쪽 말단 실리콘 오일, 측쇄형 실리콘 오일 등의 변성 (반응성) 실리콘 오일; (메트)아크릴산, 말레산, 무수 말레산 등의 카르복실기 함유 단량체 등을 들 수 있다.
「(메트)아크릴레이트」의 용어는, 아크릴레이트와 메타크릴레이트를 나타낸다. 「(메트)아크릴」의 용어는, 아크릴과 메타크릴을 나타낸다. 「(메트)아크릴로일」의 용어는, 아크릴로일과 메타크릴로일을 나타낸다.
갭 제어 효과를 한층 더 높이고, 내열성을 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 중합 성분은, 비닐 화합물 또는 (메트)아크릴 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
갭 제어 효과를 한층 더 높이고, 내열성을 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서는, 디비닐벤젠을 포함하는 중합 성분의 공중합체인 것이 바람직하다. 갭 제어 효과를 한층 더 높이고, 내열성을 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서는, (메트)아크릴 화합물을 포함하는 중합 성분의 공중합체이며, 해당 (메트)아크릴 화합물이, (메트)아크릴로일기를 4개 이상 갖는 (메트)아크릴 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 (메트)아크릴로일기를 4개 이상 갖는 (메트)아크릴 화합물로서는, 예를 들어 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄테트라(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
내열성을 한층 더 높이는 관점에서는, 상기 스페이서의 중합성기의 잔존율은, 바람직하게는 1％ 미만, 보다 바람직하게는 0.5％ 미만이다.
상기 스페이서의 중합성기의 잔존율은, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
핵자기 공명 장치를 사용하여, 스페이서 0.4g을 고체용 8mm 로터에 충전한 후, Single Pulse(DD/MAS)법(측정 조건: MAS 회전수 7kHz, 스캔 횟수 1000회)으로, 13C의 측정을 실시한다. 얻어진 DD/MAS 스펙트럼의 비닐기에 귀속되는 피크로부터, 중합성기의 잔존율을 산출한다. 상기 핵자기 공명 장치로서는, 예를 들어 JEOL RESONANCE사제 「JNM-ECX400」 등이 사용된다.
상기 접착제는, 상술한 스페이서와 실리콘 수지를 포함한다. 상기 스페이서는, 실리콘 수지 중에 분산되어, 접착제로서 사용되는 것이 바람직하다. 반도체 센서에서는, 접착제에 높은 갭 성능 및 높은 내열성이 요구되므로, 상기 접착제는, 반도체 센서 칩의 실장에 적합하게 사용된다. 반도체 센서에서는, 접착제에 높은 갭 성능 및 높은 내열성이 요구되므로, 상기 접착제는, 반도체 센서 칩 실장용 접착제인 것이 바람직하다. 상기 실리콘 수지는, 유동성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 실리콘 수지는, 페이스트상인 것이 바람직하다. 상기 페이스트상에는 액상이 포함된다.
상기 접착제는, 주제 및 경화제 등이 미리 혼합되어 있는 일액형이어도 되고, 주제와 경화제가 나누어져 있는 2액형이어도 된다. 상기 접착제는, 축합 경화형이어도 되고, 부가 경화형이어도 된다. 상기 접착제는, 백금 등의 촉매를 사용하여 경화시켜도 되고, 가열이나 습기에 의해 경화시켜도 된다.
상기 실리콘 수지는 특별히 한정되지 않는다. 상기 실리콘 수지는, 오르가노폴리실록산 화합물이어도 되고, 해당 오르가노폴리실록산은, 말단에 수산기를 가져도 되고, 말단에 비닐기를 가져도 된다. 상기 실리콘 수지는, 메틸디메톡시실릴기를 갖는 폴리프로필렌옥시드여도 된다.
상기 접착제는, 상기 실리콘 수지 및 상기 스페이서 이외에도, 비닐 수지, 열가소성 수지, 경화성 수지, 열가소성 블록 공중합체, 엘라스토머 및 용제 등을 포함하고 있어도 된다. 이들 성분은, 1종만이 사용되어도 되고, 2종 이상이 병용되어도 된다.
상기 비닐 수지로서는, 예를 들어 아세트산비닐 수지, 아크릴 수지 및 스티렌수지 등을 들 수 있다. 상기 열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리올레핀 수지, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 및 폴리아미드 수지 등을 들 수 있다. 상기 경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 또한, 상기 경화성 수지는, 상온 경화형 수지, 열경화형 수지, 광경화형 수지 또는 습기 경화형 수지여도 된다. 상기 경화성 수지는, 경화제와 병용되어도 된다. 상기 열가소성 블록 공중합체로서는, 예를 들어 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물 및 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체의 수소 첨가물 등을 들 수 있다. 상기 엘라스토머로서는, 예를 들어 스티렌-부타디엔 공중합 고무 및 아크릴로니트릴-스티렌 블록 공중합 고무 등을 들 수 있다.
상기 용제로서는, 물 및 유기 용제 등을 들 수 있다. 용이하게 제거할 수 있는 점에서, 유기 용제가 바람직하다. 상기 유기 용제로서는, 에탄올 등의 알코올 화합물, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤 화합물, 톨루엔, 크실렌, 테트라메틸벤젠 등의 방향족 탄화수소 화합물, 셀로솔브, 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 카르비톨, 메틸카르비톨, 부틸카르비톨, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 글리콜에테르 화합물, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 락트산부틸, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 카르비톨아세테이트, 부틸카르비톨아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 탄산프로필렌 등의 에스테르 화합물, 옥탄, 데칸 등의 지방족 탄화수소 화합물, 및 석유 에테르, 나프타 등의 석유계 용제 등을 들 수 있다.
상기 접착제는, 상기 스페이서 및 상기 실리콘 수지 이외에도, 예를 들어 충전제, 증량제, 연화제, 가소제, 중합 촉매, 경화 촉매, 착색제, 산화 방지제, 열 안정제, 광안정제, 자외선 흡수제, 활제, 대전 방지제 및 난연제 등의 각종 첨가제를 포함하고 있어도 된다.
상기 실리콘 수지 중에 상기 스페이서를 분산시키는 방법은, 종래 공지된 분산 방법을 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 상기 실리콘 수지 중에 상기 스페이서를 분산시키는 방법으로서는, 예를 들어, 상기 실리콘 수지 중에 상기 스페이서를 첨가한 후, 플라네터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법, 상기 스페이서를 물 또는 유기 용제 중에 균질기 등을 사용하여 균일하게 분산시킨 후, 상기 실리콘 수지 중에 첨가하고, 플라네터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법, 및 상기 실리콘 수지를 물 또는 유기 용제 등으로 희석한 후, 상기 스페이서를 첨가하고, 플라네터리 믹서 등으로 혼련하여 분산시키는 방법 등을 들 수 있다.
외부 충격을 한층 더 완화하고, 크랙 및 박리를 한층 더 방지하는 관점에서는, 상기 실리콘 수지의 함유량은, 상기 접착제 100중량％ 중, 바람직하게는 70중량％ 이상, 보다 바람직하게는 80중량％ 이상이며, 바람직하게는 99중량％ 이하, 보다 바람직하게는 95중량％ 이하이다.
[반도체 센서]
본 발명에 따른 반도체 센서는, 제1 부재와, 제2 부재인 반도체와, 제1, 제2 부재를 접착하고 있는 접착층을 구비한다. 본 발명에 따른 반도체 센서에서는, 상기 접착층이, 상기 접착제의 경화물에 의해 형성되어 있다. 제2 부재인 반도체는, 반도체 센서 칩인 것이 바람직하다.
도 1은, 본 발명에 따른 반도체 실장용 접착제를 사용한 반도체 센서의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타내는 반도체 센서(1)는, 제1 부재(3)와, 제2 부재(4)인 반도체 센서 칩과, 제1 부재(3)와 제2 부재(4)를 접착하고 있는 접착층(5)을 구비한다. 접착층(5)은, 스페이서(2)와 실리콘 수지를 포함하는 접착제의 경화물이다.
제1 부재(3)와 제2 부재(4) 사이에 스페이서(2)가 존재하고 있으며, 제1 부재(3)와 제2 부재(4)가 일정한 간격(갭)으로, 수평하게 접착되어 있다.
상기 반도체 센서의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 반도체 센서의 제조 방법의 일례로서, 제1 부재와 제2 부재 사이에 상기 접착제를 배치하고, 적층체를 얻은 후, 해당 적층체를 가열 및 가압하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 제1 부재로서는, 구체적으로는, 반도체 칩, 콘덴서 및 다이오드 등의 전자 부품, 및 프린트 기판, 플렉시블 프린트 기판, 유리 에폭시 기판 및 유리 기판 등의 회로 기판 등의 전자 부품 등을 들 수 있다. 상기 제1 부재는 전자 부품인 것이 바람직하다. 상기 접착제는, 전자 부품을 접착하기 위한 접착제인 것이 바람직하다.
상기 반도체는, 센서 칩인 것이 바람직하고, 압력 센서 칩인 것이 더욱 바람직하다.
상기 제1 부재는 제1 전극을 표면에 갖고 있어도 된다. 상기 제2 부재는 제2 전극을 표면에 갖고 있어도 된다. 상기 부재에 설치되어 있는 전극으로서는, 금 전극, 니켈 전극, 주석 전극, 알루미늄 전극, 구리 전극, 은 전극, 티타늄 전극, 몰리브덴 전극 및 텅스텐 전극 등의 금속 전극을 들 수 있다. 상기 부재가 플렉시블 프린트 기판일 경우에는, 상기 전극은 금 전극, 니켈 전극, 티타늄 전극, 주석 전극 또는 구리 전극인 것이 바람직하다. 상기 부재가 유리 기판일 경우에는, 상기 전극은 알루미늄 전극, 티타늄 전극, 구리 전극, 몰리브덴 전극 또는 텅스텐 전극인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전극이 알루미늄 전극일 경우에는, 알루미늄만으로 형성된 전극이어도 되고, 금속 산화물층의 표면에 알루미늄층이 적층된 전극이어도 된다. 상기 금속 산화물층의 재료로서는, 3가의 금속 원소가 도핑된 산화인듐 및 3가의 금속 원소가 도핑된 산화아연 등을 들 수 있다. 상기 3가의 금속 원소로서는, Sn, Al 및 Ga 등을 들 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에만 한정되지 않는다.
(스페이서 1의 제작)
테트라메틸올메탄 500g과 디비닐벤젠 500g과 과산화벤조일 20g을 혼합하고, 균일하게 용해시켜 단량체 혼합액을 얻었다. 1중량％ 폴리비닐알코올 수용액 5kg을 제작하고, 반응솥에 넣었다. 이 반응솥 중에 상기 단량체 혼합액을 더 넣고, 2 내지 4시간 교반함으로써, 단량체 혼합액의 액적이 소정의 입자 직경이 되도록, 입자 직경을 조정하였다. 이 후, 85℃의 질소 분위기 하에서 10시간 반응을 행하고, 스페이서 1을 얻었다. 얻어진 스페이서 1을 열수로 수회 세정한 후, 분급 조작을 행하였다. 얻어진 스페이서 1에서는, 평균 입자 직경은 19.8㎛, 입자 직경의 CV값은 3.5％였다.
(스페이서 2의 제작)
디비닐벤젠 1000g과 과산화벤조일 56g을 혼합하고, 균일하게 용해시켜 단량체 혼합액을 얻었다. 1중량％ 폴리비닐알코올 수용액 5kg을 제작하고, 반응솥에 넣었다. 이 반응솥 중에 상기 단량체 혼합액을 더 넣고, 2 내지 4시간 교반함으로써, 단량체 혼합액의 액적이 소정의 입자 직경이 되도록, 입자 직경을 조정하였다. 이 후, 90℃의 질소 분위기 하에서 10시간 반응을 행하고, 스페이서 2를 얻었다. 얻어진 스페이서 2를 열수로 수회 세정한 후, 분급 조작을 행하였다. 얻어진 스페이서 2에서는, 평균 입자 직경은 20.1㎛, 입자 직경의 CV값은 3.2％였다.
(스페이서 3의 제작)
디비닐벤젠 800g과 아크릴로니트릴 200g, 과산화벤조일 20g을 혼합하고, 균일하게 용해시켜 단량체 혼합액을 얻었다. 1중량％ 폴리비닐알코올 수용액 5kg을 제작하고, 반응솥에 넣었다. 이 반응솥 중에 상기 단량체 혼합액을 더 넣고, 2 내지 4시간 교반함으로써, 단량체 혼합액의 액적이 소정의 입자 직경이 되도록, 입자 직경을 조정하였다. 이 후, 140℃의 질소 분위기 하에서 6시간 반응을 행하고, 스페이서 3을 얻었다. 얻어진 스페이서 3을 열수로 수회 세정한 후, 분급 조작을 행하였다. 얻어진 스페이서 3에서는, 평균 입자 직경은 20.5㎛, 입자 직경의 CV값은 2.9％였다.
(스페이서 4의 제작)
메틸트리메톡시실란 400g과 비닐트리메톡시실란 1600g을 혼합하고, 단량체 혼합액을 얻었다. 메탄올 100g과 15℃의 이온 교환수(암모니아수로 pH 10.5로 조정되어 있음) 30kg와의 혼합액 내에, 상기 단량체 혼합액 1000g을 첨가하여 교반하면서 반응하였다.
상기 단량체 혼합액 1000g을, 1회째의 상기 단량체 혼합액을 첨가하고 나서 48시간 후에 첨가하였다. 2회째의 단량체 혼합액을 첨가하고 나서, 이어서 48시간 반응시켰다. 그 후, 물 및 메탄올로 수회 세정한 후, 48시간 진공 하에 50℃에서 건조시켰다. 건조시킨 입자를 375℃ 질소 분위기 하에서 10시간 소성시킴으로써 스페이서를 얻었다. 얻어진 스페이서의 분급 조작을 행하고, 스페이서 4를 얻었다. 얻어진 스페이서 4에서는, 평균 입자 직경은 19.0㎛, 입자 직경의 CV값은 4.7㎛였다.
(스페이서 A의 제작)
에틸렌글리콜디메타크릴레이트 100g과 이소보르닐아크릴레이트 800g과 시클로헥실메타크릴레이트 100g과 과산화벤조일 35g을 혼합하고, 균일하게 용해시켜, 단량체 혼합액을 얻었다. 1중량％ 폴리비닐알코올 수용액 5kg을 제작하고, 반응솥에 넣었다. 이 반응솥 중에 상기 단량체 혼합액을 더 넣고, 2 내지 4시간 교반함으로써, 단량체 혼합액의 액적이 소정의 입자 직경이 되도록, 입자 직경을 조정하였다. 이 후, 90℃의 질소 분위기 하에서 9시간 반응을 행하고, 스페이서 A를 얻었다. 얻어진 스페이서 A를 열수로 수회 세정한 후, 분급 조작을 행하였다. 얻어진 스페이서 A에서는, 평균 입자 직경은 20.1㎛, 입자 직경의 CV값은 3.1％였다.
(스페이서 B의 제작)
실리콘 입자의 제작:
양쪽 말단 아크릴실리콘 오일 30중량부에, tert-부틸-2-에틸퍼옥시헥사노에이트(중합 개시제, 니치유사제 「퍼부틸 O」) 0.5중량부를 용해시킨 용해액 A를 준비하였다. 또한, 이온 교환수 150중량부와 라우릴황산트리에탄올아민염의 40중량％ 수용액(유화제) 0.8중량부와 폴리비닐알코올(중합도: 약 2000, 비누화도: 86.5 내지 89몰％, 닛폰 고세이 가가꾸사제 「고세놀 GH-20」)의 5중량％ 수용액 80중량부를 혼합하고, 수용액 B를 준비하였다. 온욕조 중에 설치한 세퍼러블 플라스크에, 상기 용해액 A를 넣은 후, 상기 수용액 B를 첨가하였다. 그 후, Shirasu Porous Glass(SPG)막(세공 평균 직경 약 20㎛)을 사용함으로써, 유화를 행하였다. 그 후, 85℃로 승온하여, 9시간 중합을 행하였다. 중합 후의 입자의 전량을 원심 분리에 의해 물 세정한 후, 분급 조작을 행하여 실리콘 입자를 얻었다.
스페이서 B의 제작:
온욕조 내에 설치한 500ml의 세퍼러블 플라스크에, 얻어진 실리콘 입자 6.5중량부와 헥사데실트리메틸암모늄브로마이드 0.6중량부와 증류수 240중량부와 메탄올 120중량부를 넣었다. 40℃에서 1시간 교반한 후, 디비닐벤젠 3.0중량부와 스티렌 0.5중량부를 첨가하고, 75℃까지 승온하여 0.5시간 교반을 행하였다. 그 후, 2,2'-아조비스(이소부티르산)디메틸 0.4중량부를 넣어 8시간 교반하고, 반응을 행하였다. 중합 후의 입자의 전량을 원심 분리에 의해 물 세정하고, 스페이서 B를 얻었다. 얻어진 스페이서 B에서는, 평균 입자 직경은 20.3㎛, 입자 직경의 CV값은 3.6％였다.
(실시예 1)
(실리콘 접착제의 조제)
1성분 가열 경화형 실리콘 접착제 TSE322(모멘티브 퍼포먼스 머티리얼즈사제)에 대하여, 얻어지는 접착제 중에서의 함유량이 1중량％가 되도록 스페이서 1을 첨가하고, 유성식 교반기에서 교반하고, 균일하게 분산시켜, 실리콘 접착제를 조제하였다.
(압력 센서 구조체의 제작)
상기 실리콘 접착제를 시린지에 충전하고, 디스펜서를 사용하여 프린트 기판 상에 두께가 20㎛가 되도록 도포한 후, 도포한 접착제 상에 압력 센서 칩을 배치하여, 150℃에서 10분 가열하여 경화, 접착하고, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(실시예 2)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 2를 스페이서 1 대신에 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(실시예 3)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 3을 스페이서 1 대신에 사용한 것, 및 실리콘 접착제에 대하여, 얻어지는 접착제 중에서의 함유량이 0.5중량％가 되도록, 스페이서 3을 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(실시예 4)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 3을 스페이서 1 대신에 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(실시예 5)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 3을 스페이서 1 대신에 사용한 것, 및 실리콘 접착제에 대하여, 얻어지는 접착제 중에서의 함유량이 3중량％가 되도록, 스페이서 3을 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(실시예 6)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 4를 스페이서 1 대신에 사용한 것, 및 실리콘 접착제에 대하여, 얻어지는 접착제 중에서의 함유량이 2.5중량％가 되도록, 스페이서 4를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(비교예 1)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 A를 스페이서 1 대신에 사용한 것, 및 실리콘 접착제에 대하여, 얻어지는 접착제 중에서의 함유량이 8중량％가 되도록, 스페이서 A를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(비교예 2)
실리콘 접착제의 조제 시, 스페이서 B를 스페이서 1 대신에 사용한 것, 및 실리콘 접착제에 대하여, 얻어지는 접착제 중에서의 함유량이 10중량％가 되도록, 스페이서 B를 첨가한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 압력 센서 구조체를 얻었다.
(평가)
(1) 10％ 압축 탄성률
피셔사제 「피셔스코프 H-100」을 사용하여, 상술한 방법으로, 스페이서의 10％ 압축 탄성률을 측정하였다.
(2) 평균 입자 직경
스페이서를 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하고, 관찰된 화상에 있어서의 임의로 선택한 50개의 각 스페이서의 최대 입자 직경을 산술 평균함으로써 구하였다.
(3) 압축 회복률
피셔사제 「피셔스코프 H-100」을 사용하여, 상술한 방법으로, 스페이서의 압축 회복률을 측정하였다.
(4) 열 경시 변화
피셔사제 「피셔스코프 H-100」을 사용하여, 스페이서를 150℃, 대기 중에서 1000시간 가열한 후의 10％ 압축 탄성률을 측정하였다. 스페이서의 열 경시 변화를 이하의 기준으로 판정하였다.
[열 경시 변화의 판정 기준]
○: 가열 후의 10％ 압축 탄성률의 가열 전의 10％ 압축 탄성률에 대한 비가 0.95 이상 1.05 이하
△: 가열 후의 10％ 압축 탄성률의 가열 전의 10％ 압축 탄성률에 대한 비가 0.9 이상 0.95 미만, 또는 1.05 초과 1.10 이하
×: 가열 후의 10％ 압축 탄성률의 가열 전의 10％ 압축 탄성률에 대한 비가 0.9 미만 또는 1.10 초과
(5) 갭 제어성
얻어진 압력 센서 구조체를 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하고, 접착층의 최소 두께와 최대 두께를 평가하였다. 갭 제어성을 이하의 기준으로 판정하였다.
[갭 제어성의 판정 기준]
○○: 최대 두께가 최소 두께의 1.2배 미만
○: 최대 두께가 최소 두께의 1.2배 이상 1.5배 미만
×: 최대 두께가 최소 두께의 1.5배 이상
(6) 내열성: 접속 강도
얻어진 압력 센서 구조체의 260℃에서의 전단 강도를 측정하였다. 전단 강도로부터, 내열성: 접속 강도를 판정하였다.
[내열성: 접속 강도의 판정 기준]
○○: 전단 강도가 150N/cm2 이상
○: 전단 강도가 100N/cm2 이상 150N/cm2 미만
×: 전단 강도가 100N/cm2 미만
결과를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
1… 반도체 센서
2… 스페이서
3…제1 부재
4…제2 부재(반도체 센서 칩)
5…접착층

Claims (10)

  1. 반도체의 실장에 사용되는 접착제로서,
    실리콘 수지와 스페이서를 포함하고,
    상기 스페이서의 함유량이, 상기 접착제 100중량％ 중, 0.1중량％ 이상 5중량％ 이하이고,
    상기 스페이서의 10％ 압축 탄성률이 5000N/mm2 이상 15000N/mm2 이하이고,
    상기 스페이서의 평균 입자 직경이 10㎛ 이상 200㎛ 이하인, 반도체 실장용 접착제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서를 150℃에서 1000시간 가열했을 때, 가열 후의 스페이서의 10％ 압축 탄성률의 가열 전의 스페이서의 10％ 압축 탄성률에 대한 비가 0.95 이상 1.05 이하인, 반도체 실장용 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접착제 중에 포함되는 상기 스페이서에 있어서, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 존재하지 않거나, 또는 상기 스페이서의 전체 개수 100％ 중, 상기 스페이서의 평균 입자 직경에 대하여, 평균 입자 직경이 1.5배 이상인 스페이서가 0.1％ 이하의 개수로 존재하는, 반도체 실장용 접착제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서의 비중이 1.05 이상 1.30 미만인, 반도체 실장용 접착제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서의 압축 회복률이 50％ 이상인, 반도체 실장용 접착제.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서가, 디비닐벤젠을 포함하는 중합 성분의 공중합체인, 반도체 실장용 접착제.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서가, (메트)아크릴 화합물을 포함하는 중합 성분의 공중합체이며,
    상기 (메트)아크릴 화합물이, (메트)아크릴로일기를 4개 이상 갖는 (메트)아크릴 화합물을 포함하는, 반도체 실장용 접착제.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 스페이서가, 중합 성분의 중합체이며,
    상기 스페이서의 중합성기의 잔존율이 1％ 미만인, 반도체 실장용 접착제.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 센서 칩의 실장에 사용되는 반도체 센서 칩 실장용 접착제인, 반도체 실장용 접착제.
  10. 제1 부재와,
    제2 부재인 반도체와,
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접착하고 있는 접착층을 구비하고,
    상기 접착층이, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 실장용 접착제의 경화물인, 반도체 센서.
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