KR20190062377A - 필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법 - Google Patents

필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법 Download PDF

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KR20190062377A
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미노루 모리따
노리유끼 기리까에
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후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 칩 이면이나, 기판 표면, 히트 싱크 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴되는 것을 방지할 수 있는 필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C), 열전도성 충전재(D)를 함유하고 있고, 상기 열전도성 충전제(D)는, 평균 입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5 내지 50％이며, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01 내지 2.0㎬이고, 열전도율이 30W/m·K 이상이며, (D)의 함유량은, 상기 (A) 내지 (D) 전량에 대하여 10 내지 70체적％이고, 열경화 후에 열전도율 1.0W/m·K 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법
본 발명은, 필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 칩을 다단으로 적층한 스택드 MCP(Multi Chip Package)가 보급되고 있고, 휴대 전화, 휴대 오디오 기기용의 메모리 패키지로서 탑재되어 있다. 또한, 휴대 전화 등의 다기능화에 수반하여, 패키지의 고밀도화·고집적화도 추진되고 있다. 이것에 수반하여, 칩의 다단 적층화가 진행되고 있다.
이와 같은 메모리 패키지의 제조 과정에 있어서의 배선 기판과 반도체 칩, 반도체 칩간과의 접착에는, 페이스트상, 혹은 필름상 접착제(다이 어태치 필름)가 사용되고 있지만, 수지 흐름이나 수지 기어오름 등에 의해 반도체 칩이나 와이어 패드 등의 다른 부재에의 오염을 야기하기 어려운 다이 어태치 필름이 통상 사용되고 있다.
또한, 근년, 반도체 웨이퍼의 배선 룰의 미세화가 진행되고 있어, 반도체 소자나 기판의 온도가 상승하기 쉬워지고 있다. 이 때문에, 열을 패키지 외부로 방출하기 쉽게 하기 위해, 금, 백금, 은, 구리, 니켈, 팔라듐, 철, 알루미늄, 스테인리스 등의 도전성의 분체, 산화규소, 질화알루미늄, 질화붕소, 붕산알루미늄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 다이아몬드 등의 비도전성의 분체 등의 열전도율이 높은 필러를 포함하는 다이 어태치 필름이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
이와 같은 고열 전도성의 다이 어태치 필름은, 반도체 칩을 배선 기판에 플립 칩 접속하고, 반도체 칩의 이면에 히트 싱크를 접합하기 위한 접착제로서도 사용할 수 있다.
일본 특허 공개 제2009-120826호 공보
그러나, 종래의 다이 어태치 필름에 있어서 사용되고 있는 고열전도율의 필러는 경도가 높은 것이기 때문에, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩 이면이나, 기판 표면, 히트 싱크 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴되어 버릴 우려가 있었다.
따라서, 본 발명은 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩의 이면이나, 기판의 표면, 히트 싱크의 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴되는 것을 방지할 수 있는 필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본원 발명에 의한 필름상 접착제는, 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C), 열전도성 충전재(D)를 함유하고 있고, 상기 열전도성 충전제(D)는, 평균 입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5 내지 50％이며, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01 내지 2.0㎬이고, 열전도율이 30W/m·K 이상이며, 상기 열전도성 충전재(D)의 함유량은, 상기 에폭시 수지(A), 상기 에폭시 수지 경화제(B), 상기 페녹시 수지(C) 및 상기 열전도성 충전재(D)의 전량에 대하여 10 내지 70체적％이고, 열경화 후에 열전도율 1.0W/m·K 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 필름상 접착제는, 실온으로부터 5℃/분의 승온 속도로 승온하였을 때, 80℃ 이상에 있어서 200 내지 10000㎩·s의 범위의 최저 용융 점도에 도달하는 것이 바람직하다.
상기 필름상 접착제는, 상기 열전도성 충전제(D)가, 코어재의 표면에 은이 피복되어 이루어지고, 상기 은의 피복량이 상기 열전도성 충전제(D)의 전량에 대하여 10 내지 95중량％이며, 상기 코어재가 실리콘 수지인 것이 바람직하다.
상기 필름상 접착제는, 두께가 1 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본원 발명에 의한 반도체 패키지의 제조 방법은, 표면에 적어도 하나의 반도체 회로가 형성된 웨이퍼의 이면에, 상술한 필름상 접착제 및 다이싱 테이프를 열압착하여, 상기 웨이퍼의 이면에 접착제층 및 다이싱 테이프를 설치하는 제1 공정과, 상기 웨이퍼와 상기 접착제층을 동시에 다이싱함으로써 상기 웨이퍼 및 상기 접착제층을 구비하는 접착제층이 부착된 반도체 칩을 얻는 제2 공정과, 상기 접착제층으로부터 상기 다이싱 테이프를 탈리하고, 상기 접착제층이 부착된 반도체 칩과 배선 기판을 상기 접착제층을 개재하여 열압착시키는 제3 공정과, 상기 접착제층을 열경화시키는 제4 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 필름상 접착제, 필름상 접착제를 사용한 반도체 패키지의 제조 방법은, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩의 이면이나, 기판의 표면, 히트 싱크의 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서의 제1 공정을 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서의 제2 공정을 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서의 제3 공정을 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서의 제5 공정을 설명하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제를 사용한 반도체 칩의 실장 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제를 사용한 다른 반도체 칩의 실장 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 반도체 패키지의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제를 사용한 다른 반도체 칩의 실장 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제는, 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C), 열전도성 충전재(D)를 함유하고 있고, 상기 열전도성 충전제(D)는, 평균 입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5 내지 50％이며, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01 내지 2.0㎬이고, 열전도율이 30W/m·K 이상이며, 상기 열전도성 충전재(D)의 함유량은, 상기 에폭시 수지(A), 상기 에폭시 수지 경화제(B), 상기 페녹시 수지(C) 및 상기 열전도성 충전재(D)의 전량에 대하여 10 내지 70체적％이고, 열경화 후에 열전도율 1.0W/m·K 이상이다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제는, 실온으로부터 5℃/분의 승온 속도로 승온하였을 때, 80℃ 이상에 있어서 200 내지 10000㎩·s의 범위의 최저 용융 점도에 도달하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제는, 열경화 후에 열전도율 1.0W/m·K 이상이다. 필름상 접착제의 열경화 후에 있어서의 열전도율 1.0W/m·K 미만이면, 반도체 패키지의 방열의 효과가 충분히 얻어지지 않는다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 필름상 접착제는, 실온으로부터 5℃/분의 승온 속도로 승온하였을 때, 80℃ 이상에 있어서 200 내지 10000㎩·s의 범위의 최저 용융 점도에 도달하는 것이 바람직하다. 최저 용융 점도는, 또한, 500 내지 10000㎩·s의 범위가 보다 바람직하다. 용융 점도가 10000㎩·s보다도 크면, 본 필름상 접착제를 설치한 반도체 칩을 배선 기판 상에 열압착할 때에 배선 기판 요철간에 공극이 남기 쉬워, 반도체 패키지의 신뢰성 시험에 있어서, 리플로우 크랙이 발생하기 쉬워진다. 또한, 200㎩·s보다도 작으면, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서 반도체 칩 표면이나 히트 싱크 측면까지 필름상 접착제가 기어오르거나, 혹은 흘러나와, 오염되는 문제가 발생하기 쉬워진다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 최저 용융 점도는, 레오미터를 사용하여, 온도 범위 20 내지 250℃, 승온 속도 5℃/min에서의 점성 저항의 변화를 측정하고, 얻어진 온도-점성 저항 곡선으로부터 산출한다. 또한, 해당 온도-점성 저항 곡선에 있어서 최저 용융 점도에 도달하였을 때의 온도를 최저 용융 점도 도달 온도라 한다. 최저 용융 점도 도달 온도는 필름상 접착제의 경화 속도와 상관되며, 보다 저온측이면 경화 속도가 빠른 것을 나타낸다.
(에폭시 수지(A))
본 발명에 관한 접착 필름에 포함되어 있는 에폭시 수지(A)는, 에폭시기를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
에폭시 수지(A)의 골격은, 페놀 노볼락형, 오르토크레졸 노볼락형, 디시클로펜타디엔형, 비페닐형, 플루오렌비스페놀 A형, 트리아진형, 나프톨형, 나프탈렌디올형, 트리페닐메탄형, 테트라페닐형, 비스페놀 a형, 비스페놀 F형, 비스페놀 AD형, 비스페놀 S형, 트리메틸올메탄형 등을 사용할 수 있다.
에폭시 수지(A)는, 경화체의 가교 밀도를 높게 하고, 결과적으로, 기계적 강도와 내열성을 향상시키기 때문에, 에폭시 당량이 500g/eq 이하인 것이 바람직하고, 150 내지 450g/eq인 것이 보다 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 에폭시 당량이란, 1그램 당량의 에폭시기를 포함하는 수지의 그램수(g/eq)를 말한다.
에폭시 수지(A)로서는, 1종을 단독으로 사용해도 2종 이상을 조합하여 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용하는 경우에는, 예를 들어 조성물의 점도의 조절이 쉬워, 필름상 접착제와 웨이퍼를 열압착시키는 공정(웨이퍼 라미네이트 공정)을 저온(바람직하게는 40 내지 80℃)에서 실시한 경우에 있어서도, 웨이퍼와 필름상 접착제의 밀착성이 충분히 발휘되는 경향이 있다는 관점에서, 연화점이 50 내지 100℃인 에폭시 수지(a1)와 연화점이 50℃ 미만인 에폭시 수지(a2)를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
에폭시 수지(a1)로서는, 실온에서 고체 또는 반고체이며, 연화점이 50 내지 100℃인 것이 바람직하고, 50 내지 80℃인 것이 보다 바람직하다. 연화점이 50℃ 미만이면, 얻어지는 접착제의 점도가 저하되기 때문에, 상온에서 필름 형상을 유지하는 것이 곤란해지는 경향이 있고, 한편, 100℃를 초과하면, 얻어지는 필름상 접착제에 있어서, 80℃ 이상의 범위에 있어서 200 내지 10000㎩·s의 범위의 최저 용융 점도에 도달하는 것이 곤란해지는 경향이 있다.
에폭시 수지(a1)로서는, 중량 평균 분자량이 500을 초과하고 2000 이하인 것이 바람직하고, 600 내지 1200인 것이 보다 바람직하다. 중량 평균 분자량이 500 이하이면 단량체나 이량체가 증가되어 결정성이 강해지기 때문에, 필름상 접착제가 취약해지는 경향이 있고, 한편, 2000을 초과하면 필름상 접착제의 용융 점도가 높아지기 때문에, 배선 기판에 압착할 때에 기판 상의 요철을 충분히 매립할 수 없어, 배선 기판과의 밀착성이 저하되는 경향이 있다.
이와 같은 에폭시 수지(a1)의 골격으로서는, 수지의 결정성이 낮고, 양호한 외관을 갖는 필름상 접착제가 얻어진다는 관점에서, 트리페닐메탄형, 비스페놀 A형, 크레졸 노볼락형, 오르토크레졸 노볼락형, 디시클로펜타디엔형인 것이 바람직하고, 트리페닐메탄형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지가 보다 바람직하다.
에폭시 수지(a2)로서는, 필름상 접착제와 웨이퍼를 열압착시키는 공정(웨이퍼 라미네이트 공정)을 저온(바람직하게는 40 내지 80℃)에서 실시한 경우에 있어서도 웨이퍼와 필름상 접착제의 밀착성이 충분히 발휘되도록, 연화점이 50℃ 미만인 것이 바람직하고, 연화점이 40℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 에폭시 수지(a2)로서는, 중량 평균 분자량이 300 내지 500인 것이 바람직하고, 350 내지 450인 것이 보다 바람직하다. 중량 평균 분자량이 300 미만이면 단량체가 증가되어 결정성이 강해지기 때문에, 필름상 접착제가 취약해지는 경향이 있고, 한편, 500을 초과하면 용융 점도가 높아지기 때문에, 웨이퍼 라미네이트 공정 시에 웨이퍼와 필름상 접착제의 밀착성이 저하되는 경향이 있다.
이와 같은 에폭시 수지(a2)의 골격으로서는, 수지의 결정성이 낮고, 양호한 외관을 갖는 필름상 접착제가 얻어진다는 관점에서, 올리고머 타입의 액상 에폭시 수지인 비스페놀 A형, 비스페놀 A/F 혼합형, 비스페놀 F형, 프로필렌옥시드 변성 비스페놀 A형인 것이 바람직하고, 용융 점도가 낮고 보다 결정성이 낮다는 관점에서, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 A/F 혼합형 에폭시 수지가 보다 바람직하다.
상기 에폭시 수지(a1) 및 상기 에폭시 수지(a2)의 비율로서는, 질량비(a1 : a2)가 95 : 5 내지 30 : 70인 것이 바람직하고, 70 : 30 내지 40 : 60인 것이 보다 바람직하다. 에폭시 수지(a1)의 함유량이 상기 하한 미만이면, 필름상 접착제의 필름 점착성이 강해져 커버 필름이나 다이싱 테이프로부터 박리하기 어려워지는 경향이 있고, 한편, 상기 상한을 초과하면 조성물의 점도가 높아져, 얻어지는 필름상 접착제의 성상이 취약해지는 경향이 있다.
(에폭시 수지 경화제(B))
본 발명에 사용하는 에폭시 수지 경화제(B)로서는, 아민류, 산 무수물류, 다가 페놀류 등의 공지의 경화제를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 상온 이상의 소정의 온도, 예를 들어 에폭시 수지(A)가 필요한 점착성을 나타내는 온도 이상에서 경화성을 발휘하고, 게다가 속경화성을 발휘하는 잠재성 경화제이다. 잠재성 경화제에는, 디시안디아미드, 이미다졸류, 히드라지드류, 3불화 붕소-아민 착체, 아민 이미드, 폴리아민염 및 이들의 변성물, 또한 마이크로 캡슐형의 것도 사용 가능하다. 이들은, 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 잠재성 경화제를 사용함으로써 실온에서의 장기 보존도 가능한 보존 안정성이 높은 필름상 접착제용 조성물을 제공할 수 있다. 에폭시 수지 경화제(B)의 사용량은, 통상, 에폭시 수지(A)에 대하여 0.5 내지 50질량％의 범위이다. 또한, 경화제로서 디시안디아미드 등을 사용하는 경우에는 촉매로서 이미다졸을 사용하는 것이 바람직하다.
(페녹시 수지(C))
본 발명에 사용하는 페녹시 수지(C)로서는, 필름상 접착제에 충분한 접착성 및 조막성(필름 형성성)을 부여하기 위해 사용한다. 페녹시 수지는, 에폭시 수지와 구조가 유사하기 때문에 상용성이 좋고, 수지 용융 점도도 낮고, 접착성도 좋다. 페녹시 수지는, 비스페놀 A와 같은 비스페놀과 에피클로로히드린으로부터 얻어지는 통상, 분자량이 10000 이상인 열가소성 수지이다. 페녹시 수지를 배합함으로써, 상온에서의 점착성, 취성 등을 해소하는 데 효과가 있다. 바람직한 페녹시 수지는, 1256(비스페놀 A형 페녹시 수지, 미츠비시 가가쿠 가부시키가이샤제), YP-70(비스페놀 A/F형 페녹시 수지, 신닛카 에폭시 세이조 가부시키가이샤제), FX-316(비스페놀 F형 페녹시 수지, 신닛카 에폭시 세이조 가부시키가이샤제), 및, FX-280S(카르도 골격형 페녹시 수지, 신닛카 에폭시 세이조 가부시키가이샤제) 등의 시판되는 페녹시 수지를 페녹시 수지(C)로서 사용해도 된다.
(열전도성 충전재(D))
본 발명에 사용하는 열전도성 충전재(D)는, 평균 입경이 0.1 내지 10.0㎛이다. 열전도성 충전재의 평균 입경이 0.1㎛ 미만이면, 열전도성 충전재의 비표면적이 커지기 때문에, 필름상 접착제 내부의 열전도성 충전제(D)에 의한 방열 루트가 길어져, 방열 효율이 나빠진다. 열전도성 충전재의 평균 입경이 10.0㎛ 초과이면, 롤 나이프 코터 등의 도공기로 박형의 필름상 접착제를 제작할 때에, 필러가 계기가 되어 필름상 접착제 표면에 줄무늬가 발생하기 쉬워진다.
또한, 본 발명에 있어서, 열전도성 충전재(D)의 평균 입경이란, 입도 분포에 있어서 입자의 전체 체적을 100％로 하였을 때에 50％ 누적이 될 때의 입경을 말하고, 레이저 회절·산란법(측정 조건 : 분산매-헥사메타인산나트륨, 레이저 파장 : 780㎚, 측정 장치 : 마이크로트랙 MT3300EX)에 의해 측정한 입경 분포의 입경의 체적분율의 누적 커브로부터 구할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 구상이란, 진구 또는 실질적으로 각이 없는 둥그스름한 대략 진구인 것을 말한다.
또한, 열전도성 충전재(D)는, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5 내지 50％이다. 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5％ 미만이면, 열전도성 충전재(D)가 단단하여 변형되기 어렵기 때문에, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩 이면이나, 기판 표면, 히트 싱크 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴되어 버린다. 파괴시 압축률이 평균 입경의 50％ 초과이면, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 열전도성 충전제의 형상이 변형되기 쉬워져, 필름상 접착제의 두께가 본래의 두께보다 얇아져, 필름상 접착제가 반도체 칩 상부나 히트 싱크 측면에 기어오르거나, 혹은 흘러나오기 쉬워진다.
또한, 열전도성 충전재(D)는, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01 내지 2.0㎬이다. 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01㎬ 미만이면, 필름 상 접착의 제조 공정에 있어서 플래니터리 믹서 등에 의해 열전도성 충전제를 바인더 수지에 분산하는 공정에 있어서, 열전도성 충전제가 파괴되기 쉬워져, 필름상 접착제의 열전도성이 얻어지지 않게 된다. 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 2.0㎬ 초과이면, 열전도성 충전재(D)가 단단하여 변형되기 어렵기 때문에, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩 이면이나, 기판 표면, 히트 싱크 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴되어 버린다.
열전도성 충전재(D)의 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률 및 파괴 강도는, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다. 열전도성 충전재(D)의 시료를 미소 압축 시험기의 스테이지 상에 적량 산포하고, 부속의 광학 현미경으로 입자를 관찰하면서, 시료의 평균 입경을 측정한다. 다음으로, 실온 대기 중에 있어서 다이아몬드제 평면 압자(50㎛φ)로 0.89mN/s의 부하 속도로 압축한다. 얻어진 하중-압입 변위 선도에 있어서, 급격하게 변위가 증가되는 점을 시료가 파괴되었다고 판정하고, 그 시점에서의 변위를 파괴시 변위라 하고, 하기 식 (1)에 의해 파괴시 압축률(％)을 산출한다.
Figure pct00001
또한, 그때의 파괴 하중으로부터 하기 식 (2)에 의해 파괴 강도를 산출한다.
Figure pct00002
또한, 열전도성 충전재(D)의 열전도율은 30W/m·K 이상이다. 열전도성 충전재(D)의 열전도율이 30W/m·K 이상이 아니면, 필름상 접착제가 반도체 패키지의 방열에 충분히 기여할 수 없다.
이와 같은 열전도성 충전재(D)로서는, 코어재의 표면을 금속, 혹은 세라믹으로 피복한 충전재를 사용할 수 있다.
코어재로서는, 예를 들어 실리콘 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 벤조구아나민이나 멜라민과 포름알데히드의 가교물 등을 들 수 있다.
피복하는 금속으로서는, 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 아연, 주석, 납, 땜납, 인듐, 팔라듐 등 중에서 1종 혹은 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 세라믹으로서는, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 질화붕소, 수산화알루미늄, 탄화규소 등 중에서 1종 혹은 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
열전도성 충전재(D)는, 방열성과 유연성의 관점에서, 실리콘 수지 입자를 은으로 피복한 것인 것이 바람직하다. 실리콘 수지 입자는, 메틸클로로실란, 트리메틸트리클로로실란, 디메틸디클로로실란 등의 오르가노클로로실란을 중합시킴으로써 얻어지는 오르가노폴리실록산을 포함하는 입자여도 되고, 이 오르가노폴리실록산을 또한 3차원 가교한 구조를 기본 골격으로 한 실리콘 수지를 포함하는 실리콘 수지 입자여도 된다.
또한, 실리콘 수지 입자의 구조 중에 각종 관능기를 도입하는 것이 가능하고, 도입할 수 있는 관능기로서는 에폭시기, 아미노기, 메톡시기, 페닐기, 카르복실기, 수산기, 알킬기, 비닐기, 머캅토기 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태에서는, 특성을 손상시키지 않는 범위에서 다른 저응력 개질제를 이 실리콘 수지 입자에 첨가해도 상관없다. 병용할 수 있는 다른 저응력 개질제로서는, 부타디엔스티렌 고무, 부타디엔아크릴로니트릴 고무, 폴리우레탄 고무, 폴리이소프렌 고무, 아크릴 고무, 불소 고무, 액상 오르가노폴리실록산, 액상 폴리부타디엔 등의 액상 합성 고무 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
은의 피복량은 열전도성 충전제(D)의 전량에 대하여 10 내지 95중량％인 것이 바람직하다. 은의 피복량이 10중량％ 미만이면 방열 효과가 얻어지기 어렵다. 또한, 은의 피복량이 95％ 초과이면, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률을 시료의 평균 입경의 5 내지 50％, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도를 0.01 내지 2.0㎬로 하는 것이 곤란하여, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나, 반도체 칩 상에의 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩 이면이나, 기판 표면, 히트 싱크 표면이 필러에 의해 부분적으로 파괴될 우려가 있다.
여기에서 말하는 「피복」이란, 코어재의 표면 전체를 덮고 있어도 되고 부분적으로 덮고 있어도 된다.
또한, 피복은, 수지 입자의 표면을 금속 박막으로 도금함으로써 행할 수 있다. 도금의 방법으로서는 무전해 도금, 진공 증착, 이온 스퍼터링 등의 방법이 사용된다.
열전도성 충전재(D)의 함유량은, 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C) 및 열전도성 충전재(D)의 합계량에 대하여, 10 내지 70체적％이고, 40 내지 70체적％인 것이 보다 바람직하다. 이것은, 최저 용융 점도값은 열전도성 충전재(D)의 배합량으로 제어되기 때문이다. 열전도성 충전재(D)의 배합량이 70체적％보다 많으면, 최저 용융 점도값은 커져, 본 필름상 접착제를 설치한 반도체 칩을 배선 기판 상에 열압착할 때에 배선 기판 요철간에 공극이 남기 쉬워지고, 또한 필름 취약성이 강해진다. 이 때문에, 반도체 패키지의 신뢰성 시험에 있어서, 리플로우 크랙이 발생하기 쉬워진다. 배합량이 10질량％보다 적으면, 최저 용융 점도 값은 작아져, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정이나 히트 싱크의 열압착 공정에 있어서 반도체 칩 표면이나 히트 싱크 측면까지 필름상 접착제가 기어오르거나, 혹은 흘러나와, 오염되는 문제가 발생하기 쉬워진다.
본 발명의 필름상 접착제용 조성물로서는, 상기 에폭시 수지(A), 상기 에폭시 수지 경화제(B), 상기 페녹시 수지(C) 및 열전도성 충전재(D) 외에, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에 있어서, 점도 조정제, 산화 방지제, 난연제, 착색제, 부타디엔계 고무나 실리콘 고무 등의 응력 완화제 등의 첨가제를 더 함유하고 있어도 된다.
본 발명의 필름상 접착제의 제조 방법의 적합한 일 실시 형태로서는, 필름상 접착제용 조성물을 이형 처리된 기재 필름의 한쪽의 면 상에 도공하고, 가열 건조를 실시하는 방법을 들 수 있지만, 이 방법에 특별히 제한되는 것은 아니다. 이형 처리한 기재 필름으로서는, 얻어지는 필름상 접착제의 커버 필름으로서 기능하는 것이면 되고, 공지의 것을 적절히 채용할 수 있고, 예를 들어 이형 처리된 폴리프로필렌(PP), 이형 처리된 폴리에틸렌(PE), 이형 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 들 수 있다. 상기 도공 방법으로서는, 공지의 방법을 적절히 채용할 수 있고, 예를 들어 롤 나이프 코터, 그라비아 코터, 다이 코터, 리버스 코터 등을 사용한 방법을 들 수 있다.
이와 같이 얻어진 본 발명의 필름상 접착제로서는, 두께가 1 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 두께가 1㎛ 미만이면 배선 기판, 반도체 칩 표면의 요철을 충분히 매립하지 않아, 충분한 밀착성을 담보할 수 없게 되는 경향이 있고, 한편, 100㎛를 초과하면 제조 시에 있어서 유기 용매를 제거하는 것이 곤란해지기 때문에, 잔존 용매량이 많아져, 필름 점착성이 강해지는 경향이 있다.
또한, 본 발명의 최저 용융 점도는, 상술한 바와 같은 조성이나 배합비의 조합에 의해 달성할 수 있는 것 외에, 필름 제작 후에, 의도적으로 사전 열처리를 행함으로써, 에폭시 수지의 경화 반응을 부분적으로 행하여, 용융 점도를 상승시킴으로써 달성할 수 있어, 반도체 조립 프로세스에 있어서의 고온 열경화 시의 보이드 발생을 억제할 수 있다. 이때의 사전 열처리 온도로서는 바람직하게는 80 내지 150℃이고, 보다 바람직하게는 100 내지 130℃이며, 사전 열처리 시간으로서는 바람직하게는 5 내지 300분이며, 보다 바람직하게는 30 내지 200분이다.
계속해서, 도면을 참조하면서 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 도면 중, 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 도 1 내지 도 7은 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법의 각 공정의 적합한 일 실시 형태를 도시하는 개략 종단면도이다.
본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서는, 우선, 제1 공정으로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 표면에 적어도 하나의 반도체 회로가 형성된 웨이퍼(1)의 이면에, 본 발명의 필름상 접착제를 열압착하여 접착제층(2)을 형성하고, 이어서 웨이퍼(1)와 다이싱 테이프(3)를 접착제층(2)을 개재하여 접합한다. 이때, 접착제층(2)과 다이싱 테이프(3)를 미리 일체화한 제품을 한 번에 열압착해도 된다. 다이싱 테이프(3)로서는 특별히 제한되지 않고, 적절히 공지의 다이싱 테이프를 사용할 수 있다. 웨이퍼(1)로서는, 표면에 적어도 하나의 반도체 회로가 형성된 웨이퍼를 적절히 사용할 수 있고, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼, SiC 웨이퍼, GaAs 웨이퍼를 들 수 있다. 접착제층(2)으로서는, 본 발명의 필름상 접착제를 1층으로 단독으로 사용해도 2층 이상을 적층하여 사용해도 된다. 이와 같은 접착제층(2)을 웨이퍼(1)의 이면에 형성하는 방법으로서는, 필름상 접착제를 웨이퍼(1)의 이면에 적층시키는 것이 가능한 방법을 적절히 채용할 수 있고, 웨이퍼(1)의 이면에 필름상 접착제를 접합한 후, 2층 이상을 적층하는 경우에는 원하는 두께가 될 때까지 순차적으로 필름상 접착제를 적층시키는 방법이나, 필름상 접착제를 미리 목적의 두께로 적층한 후에 웨이퍼(1)의 이면에 접합하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 이와 같은 접착제층(2)을 웨이퍼(1)의 이면에 형성할 때에 사용하는 장치로서는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 롤 라미네이터, 매뉴얼 라미네이터와 같은 공지의 장치를 적절히 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서는, 제2 공정으로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(1)와 접착제층(2)을 동시에 다이싱함으로써 반도체 칩(4)과 접착제층(2)을 구비하는 접착제층이 부착된 반도체 칩(5)을 얻는다. 다이싱에 사용하는 장치도 특별히 제한되지 않고, 적절히 공지의 다이싱 장치를 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서는, 제3 공정으로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 접착제층(2)으로부터 다이싱 테이프(3)를 탈리하고, 접착제층이 부착된 반도체 칩(5)과 배선 기판(6)을 접착제층(2)을 개재하여 열압착시켜, 배선 기판(6)에 반도체 칩(4)을 실장한다. 배선 기판(6)으로서는, 표면에 반도체 회로가 형성된 기판을 적절히 사용할 수 있고, 예를 들어, 프린트 회로 기판(PCB), 각종 리드 프레임, 및, 기판 표면에 저항 소자나 콘덴서 등의 전자 부품이 탑재된 기판을 들 수 있다.
이와 같이 반도체 칩(4)을 실장하는 방법으로서는, 특별히 제한되지 않고, 접착제층(2)을 이용하여 접착제층이 부착된 반도체 칩(5)을 배선 기판(6) 또는 배선 기판(6)의 표면 상에 탑재된 전자 부품에 접착시키는 것이 가능한 종래의 방법을 적절히 채용할 수 있다. 이와 같은 실장 방법으로서는, 상부로부터의 가열 기능을 갖는 플립 칩 본더를 사용한 실장 기술을 사용하는 방법, 하부로부터만의 가열 기능을 갖는 다이 본더를 사용하는 방법, 라미네이터를 사용하는 방법 등의 종래 공지의 가열, 가압 방법을 들 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 필름상 접착제를 포함하는 접착제층(2)을 개재하여 반도체 칩(4)을 배선 기판(6) 상에 실장함으로써, 전자 부품에 의해 발생하는 배선 기판(6) 상의 요철에 접착제층(2)(필름상 접착제)을 추종시킬 수 있기 때문에, 웨이퍼(1)와 배선 기판(6)을 밀착시켜 고정하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서는, 제4 공정으로서, 접착제층(2)을 열경화시킨다. 열경화의 온도로서는, 필름상 접착제(접착제층(2))의 열경화 개시 온도 이상이면 특별히 제한이 없고, 사용하는 수지의 종류에 따라 상이한 것이며, 일률적으로 말할 수 있는 것은 아니지만, 예를 들어 120℃ 초과 180℃ 이하인 것이 바람직하고, 보다 고온에서 경화한 쪽이 단시간에 경화 가능하다는 관점에서, 140 내지 180℃인 것이 보다 바람직하다. 온도가 열경화 개시 온도 미만이면, 열경화가 충분히 진행되지 않아, 접착층(2)의 강도가 저하되는 경향이 있고, 한편, 180℃를 초과하면 경화 과정 중에 필름상 접착제 중의 에폭시 수지, 경화제나 첨가제 등이 휘발되어 발포되기 쉬워지는 경향이 있다. 또한, 경화 처리의 시간으로서는, 예를 들어 10 내지 120분간인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 고온에서 필름상 접착제를 열경화시킴으로써 단시간에 경화시킬 수 있고, 또한 고온 온도에서 경화해도 보이드가 발생하지 않아, 배선 기판(6)과 웨이퍼(1)가 강고하게 접착된 반도체 패키지를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서는, 제5 공정으로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 배선 기판(6)과 반도체 칩(4)을 본딩 와이어(7)를 통해 접속하는 것이 바람직하다. 이와 같은 접속 방법으로서는 특별히 제한되지 않고, 종래 공지의 방법, 예를 들어 와이어 본딩 방식의 방법, TAB(Tape Automated Bonding) 방식의 방법 등을 적절히 채용할 수 있다.
또한, 탑재된 반도체 칩(4)의 표면에, 다른 접착제층이 부착된 반도체 칩(5)을 열압착, 열경화하고, 다시 와이어 본딩 방식에 의해 배선 기판(7)과 접속함으로써, 복수개 적층할 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 반도체 칩(4)을 어긋나게 하여 적층하는 방법, 혹은 도 6에 도시한 바와 같이 2층째 이후의 접착층(2)을 두껍게 함으로써, 본딩 와이어(7)를 매립하면서 적층하는 방법 등이 있다.
본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 밀봉 수지(8)에 의해 배선 기판(6)과 반도체 칩(4)을 밀봉하는 것이 바람직하고, 이와 같이 하여 본 발명의 반도체 패키지(9)를 얻을 수 있다. 밀봉 수지(8)로서는 특별히 제한되지 않고, 반도체 패키지의 제조에 사용할 수 있는 적절히 공지의 밀봉 수지를 사용할 수 있다. 또한, 밀봉 수지(8)에 의한 밀봉 방법으로서도 특별히 제한되지 않고, 적절히 공지의 방법을 채용하는 것이 가능하다.
이와 같은 본 발명의 반도체 패키지의 제조 방법에 의하면, 반도체 칩의 기판 상에의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩 이면이나 기판 표면이 열전도성 충전재(D)에 의해 부분적으로 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 필름상 접착제는, 도 8에 도시한 바와 같이, 반도체 칩(10)을 기판(11)에 플립 칩 접속하고, 반도체 칩(10)의 이면에 히트 싱크(14)를 접합하기 위한 접착제로서도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 반도체 칩(10)의 회로면측에 형성되어 있는 접속부로서의 범프(12)를 기판(11)의 접속 패드에 피착된 접합용의 도전재(13)(땜납 등)에 접촉시켜 압박하면서 범프(12) 및 도전재(13)를 용융시킴으로써, 반도체 칩(10)과 기판(11)을 플립 칩 접속한다. 그 후, 플립 칩 접속된 반도체 칩(10)의 이면에 본 발명의 필름상 접착제(15)를 접합하고, 그 위에 히트 싱크(14)를 접합하고, 필름상 접착제(15)를 경화시킨다. 이때, 반도체 칩(10) 상에의 히트 싱크(14)의 열압착 공정에 있어서, 반도체 칩(10)의 이면이나 히트 싱크(14)의 표면이 열전도성 충전재(D)에 의해 부분적으로 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
우선, 트리페닐메탄형 에폭시 수지(상품명 : EPPN-501H, 중량 평균 분자량 : 1000, 연화점 : 55℃, 고체, 에폭시 당량 : 167, 닛폰 가야쿠 가부시키가이샤제) 58질량부, 비스페놀 A형 에폭시 수지(상품명 : YD-128, 중량 평균 분자량 : 400, 연화점 : 25℃ 이하, 액체, 에폭시 당량 : 190, 신닛카 에폭시 세이조 가부시키가이샤제) 26질량부, 및, 비스페놀 A형 페녹시 수지(상품명 : YP-50, 중량 평균 분자량 : 70000, Tg : 84℃, 신닛카 에폭시 세이조 가부시키가이샤제) 15질량부, 80질량부의 메틸에틸케톤을 용매로 하여 500㎖의 세퍼러블 플라스크 내에 있어서 온도 110℃에서 2시간 가열 교반하여, 수지 바니시를 얻었다.
다음으로, 이 수지 바니시 190질량부를 800㎖의 플래니터리 믹서로 옮기고, 열전도성 충전재(D)로서 은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0280-SF, 평균 입경 2.0㎛, 은 피복량 80질량％, 비중 4.3g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 0.8㎛(파괴시 압축률 40％), 파괴 강도 0.24㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 240질량부, 이미다졸형 경화제(상품명 : 2PHZ-PW, 시코쿠 가세이 가부시키가이샤제) 2질량부를 첨가하여 실온에서 1시간 교반 혼합 후, 진공 탈포하여 혼합 바니시를 얻었다.
다음으로, 얻어진 혼합 바니시를 두께 38㎛의 이형 처리된 PET 필름 상에 도포하여 130℃에서 10분간 가열 건조하여, 두께가 15㎛인 실시예 1에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(실시예 2)
은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0280-SF, 평균 입경 2.0㎛, 은 피복량 80질량％, 비중 4.3g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 0.8㎛(파괴시 압축률 40％), 파괴 강도 0.24㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 362질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 2에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(실시예 3)
은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0280-SF, 평균 입경 2.0㎛, 은 피복량 80질량％, 비중 4.3g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 0.8㎛(파괴시 압축률 40％), 파괴 강도 0.24㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 550질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 3에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(실시예 4)
열전도성 충전재(D)로서 은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0475-SF, 평균 입경 4.0㎛, 은 피복량 75질량％, 비중 4.1g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 1.4㎛(파괴시 압축률 35％), 파괴 강도 0.26㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 240질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 4에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(실시예 5)
열전도성 충전재(D)로서 은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0475-SF, 평균 입경 4.0㎛, 은 피복량 75질량％, 비중 4.1g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 1.4㎛(파괴시 압축률 35％), 파괴 강도 0.26㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 240질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 5에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(실시예 6)
열전도성 충전재(D)로서 금-니켈 피복 수지 필러(상품명 : AU203A, 평균 입경 3.0㎛, 비중 6.0g/㎤, 열전도율 300W/m·K, 파괴시 변위 1.5㎛(파괴시 압축률 50％), 파괴 강도 0.35㎬, 세키스이 가가쿠 고교 가부시키가이샤제) 330질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실시예 6에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(비교예 1)
열전도성 충전재(D)로서 은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0475-SF, 평균 입경 4.0㎛, 은 피복량 75질량％, 비중 4.1g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 1.4㎛(파괴시 압축률 35％), 파괴 강도 0.26㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 1060질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(비교예 2)
열전도성 충전재(D)로서 은 피복 실리콘 수지 필러(상품명 : SC0475-SF, 평균 입경 4.0㎛, 은 피복량 75질량％, 비중 4.1g/㎤, 열전도율 400W/m·K, 파괴시 변위 1.4㎛(파괴시 압축률 35％), 파괴 강도 0.26㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 30질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 2에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(비교예 3)
실리카 필러(상품명 : FB-3SDX, 평균 입경 3.0㎛, 비중 2.2g/㎤, 열전도율 1.0W/m·K, 파괴시 변위 0.1㎛(파괴시 압축률 3％), 파괴 강도 2.4㎬, 덴카 가부시키가이샤제) 185질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 3에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(비교예 4)
실리콘 필러(상품명 : MSP-SN05, 평균 입경 0.5㎛, 비중 1.2g/㎤, 열전도율 0.2W/m·K, 파괴시 변위 1.5㎛(파괴시 압축률 38％), 파괴 강도 0.28㎬, 닛코 리카 가부시키가이샤제) 100질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 4에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(비교예 5)
은 필러(상품명 : Ag-4-8F, 평균 입경 2.0㎛, 비중 10.5g/㎤, 열전도율 429W/m·K, 파괴시 변위 0.4㎛(파괴시 압축률 20％), 파괴 강도 2.1㎬, 미츠비시 매터리얼 가부시키가이샤제) 600질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 5에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
(비교예 6)
질화알루미늄 필러(상품명 : HF-01, 평균 입경 1.0㎛, 비중 3.3g/㎤, 열전도율 200W/m·K, 파괴시 변위 0.1㎛(파괴시 압축률 10％), 파괴 강도 3.0㎬, 가부시키가이샤 도쿠야마제) 280질량부를 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 6에 관한 필름상 접착제를 얻었다.
실시예·비교예에 관한 필름상 접착제에 사용한 상기 각 열전도성 충전제의 파괴시 변위, 파괴시 압축률 및 파괴 강도는, 이하와 같이 하여 측정하였다. 각 열전도성 충전제를 미소 압축 시험기(상품명 : MCTW-500, 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼제)의 스테이지 상에 시료로서 적량 산포하고, 부속의 광학 현미경으로 입자를 관찰하면서, 시료의 평균 입경을 측정하였다. 다음으로, 실온 대기 중에 있어서 다이아몬드제 평면 압자(50㎛φ)로 0.89mN/s의 부하 속도로 압축하였다. 얻어진 하중-압입 변위 선도에 있어서, 급격하게 변위가 증가되는 점을 필러 입자가 파괴되었다고 판정하고, 그 시점에서의 변위를 파괴시 변위라 하고, 하기 식 (1)에 의해 파괴시 압축률(％)을 산출하였다.
Figure pct00003
또한, 그때의 파괴 하중으로부터 하기 식 (2)에 의해 파괴 강도를 산출하였다.
Figure pct00004
또한, 실시예·비교예에 관한 필름상 접착제에 대하여, 하기의 각종 측정 및 평가를 행하였다. 그 결과를 표 1, 2에 나타낸다.
(최저 용융 점도의 측정)
각 실시예 및 비교예에 관한 필름상 접착제를 5.0㎝×5.0㎝의 사이즈로 잘라내어 적층하고, 스테이지인 70℃의 열판 상에서, 핸드 롤러로 접합하여, 두께가 약 1.0㎜인 시험편을 얻었다. 이 시험편에 대하여, 레오미터(RS6000, Haake사제)를 사용하여, 온도 범위 20 내지 250℃, 승온 속도 5℃/min에서의 점성 저항의 변화를 측정하고, 얻어진 온도-점성 저항 곡선으로부터 최저 용융 점도 도달 온도와 최저 용융 점도(㎩·s)를 산출하였다.
(열전도율)
각 실시예 및 비교예에 관한 필름상 접착제를 한 변 50㎜ 이상의 사각편으로 잘라내고, 두께가 5㎜ 이상이 되도록 잘라낸 시료를 중첩하고, 직경 50㎜, 두께 5㎜의 원반상 금형 상에 놓고, 압축 프레스 성형기를 사용하여 온도 150℃, 압력 2㎫에 있어서 10분간 가열하여 취출한 후, 또한 건조기 내에 있어서 온도 180℃에서 1시간 가열함으로써 필름상 접착제를 열경화시켜, 직경 50㎜, 두께 5㎜의 원반상 시험편을 얻었다. 이 시험편에 대하여, 열전도율 측정 장치(상품명 : HC-110, 에코 세이키 가부시키가이샤제)를 사용하여, 열류계법(JIS-A1412에 준거)에 의해 열전도율(W/m·K)을 측정하였다.
(필러 대미지 평가)
우선, 더미 실리콘 웨이퍼(8inch 사이즈, 두께 625㎛)에 다이싱 테이프(상품명 : K-13, 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤제) 및 다이싱 프레임(상품명 : DTF2-8-1H001, DISCO사제)을 접합하고, 2축의 다이싱 블레이드(Z1 : NBC-ZH2030-SE(DD), DISCO사제/Z2 : NBC-ZH127F-SE(BB), DISCO사제)가 설치된 다이싱 장치(상품명 : DFD-6340, DISCO사제)에 의해 2.0×2.0㎜ 사이즈로 다이싱을 실시하였다. 이 더미 실리콘 칩 표면을 주사 전자 현미경(닛폰덴시제 JSM-7900F)으로 관찰하여, 표면에 흠집이 없는 것을 확인하였다.
다음으로, 실시예 및 비교예에 관한 필름상 접착제를 매뉴얼 라미네이터(상품명 : FM-114, 가부시키가이샤 테크노 비전제)를 사용하여 온도 70℃, 압력 0.3㎫에 있어서 더미 실리콘 웨이퍼(8inch 사이즈, 두께 100㎛)에 접합하고, 이어서 동 매뉴얼 라미네이터를 사용하여 실온, 압력 0.3㎫에 있어서 필름상 접착제의 더미 실리콘 웨이퍼와 반대의 면측에 다이싱 테이프(상품명 : K-13, 후루카와 덴키 고교제) 및 다이싱 프레임(상품명 : DTF2-8-1H001, DISCO사제)을 접합하여 시험편으로 하였다. 이 시험편에 대하여, 2축의 다이싱 블레이드(Z1 : NBC-ZH2030-SE(DD), DISCO사제/Z2 : NBC-ZH127F-SE(BB), DISCO사제)가 설치된 다이싱 장치(상품명 : DFD-6340, DISCO사제)에 의해 1.0×1.0㎜ 사이즈로 다이싱을 실시하여 필름상 접착제가 부착된 반도체 칩을 제작하였다.
다음으로, 다이 본더(상품명 : DB-800, 가부시키가이샤 히타치 하이테크놀러지즈제)에 의해 상온, 압력 1.0㎫(하중 4000gf), 시간 1.0초의 조건에 있어서 상기 필름상 접착제가 부착된 반도체 칩을 앞서 준비한 2.0×2.0㎜ 사이즈의 더미 실리콘 웨이퍼 상에 과잉 압력을 가하여 압착하였다. 압착한 반도체 칩을 메틸에틸케톤 10㎖가 들어 있는 유리 용기 중에 넣고, 초음파 세정에 의해 필름상 접착제 조성물을 용해 세정하였다. 그 후, 2.0×2.0㎜ 사이즈의 더미 실리콘 웨이퍼 표면을 다시, 주사 전자 현미경(상품명 : JSM-7900F, 닛폰덴시 가부시키가이샤제)으로 관찰하여, 표면에 흠집이 관찰되지 않는 것을 양품으로서 「○」, 표면에 압흔 등의 흠집이 관찰된 것을 불량품으로서 「×」로 평가하였다. 그 결과를, 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(흡습 리플로우 평가)
실시예 및 비교예에 관한 필름상 접착제를 매뉴얼 라미네이터(상품명 : FM-114, 가부시키가이샤 테크노 비전사제)를 사용하여 온도 70℃, 압력 0.3㎫에 있어서 더미 실리콘 웨이퍼(8inch 사이즈, 두께 100㎛)에 접합하고, 이어서 동 매뉴얼 라미네이터를 사용하여 실온, 압력 0.3㎫에 있어서 필름상 접착제의 더미 실리콘 웨이퍼와 반대의 면측에 다이싱 테이프(상품명 : K-13, 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤제) 및 다이싱 프레임(상품명 : DTF2-8-1H001, DISCO사제)을 접합하여 시험편으로 하였다. 이 시험편에 대하여, 2축의 다이싱 블레이드(Z1 : NBC-ZH2030-SE(DD), DISCO사제/Z2: NBC-ZH127F-SE(BB), DISCO사제)가 설치된 다이싱 장치(상품명 : DFD-6340, DISCO사제)에 의해 5.0×5.0㎜ 사이즈로 다이싱을 실시하여 필름상 접착제가 부착된 반도체 칩을 제작하였다.
다음으로, 다이 본더(상품명 : DB-800, 가부시키가이샤 히타치 하이테크놀러지즈제)에 의해 상온, 압력 0.1㎫(하중 400gf), 시간 1.0초의 조건에 있어서 상기 필름상 접착제가 부착된 반도체 칩을 리드 프레임 기판(42Arroy계, 도판 인사츠 가부시키가이샤제)에 열압착하고, 몰드 장치(상품명 : V1R, TOWA 가부시키가이샤제)를 사용하여, 몰드제(상품명 : KE-3000F5-2, 교세라 가부시키가이샤제)에 의해 밀봉하고, 175℃/5시간 열처리를 행하여 열경화하여, 반도체 패키지를 조립하였다. 밀봉 후의 반도체 패키지를 항온 항습기(상품명 : PR-1J, 에스펙 가부시키가이샤제)로, 85℃/85％/168시간의 조건 하에서 흡수시켜, 처리한 후, IR 리플로우로에서 260℃, 10초 가열하였다. 가열 후의 반도체 패키지를 다이아몬드 커터로 절단하고, 초음파 탐상 장치(SAT)(상품명 : FS300III, 가부시키가이샤 히타치 파워 솔루션즈제)를 사용하여, 필름상 접착제와 반도체 칩 또는 리드 프레임 기판 사이에 박리가 발생하였는지 여부를 관찰하고, 조립한 반도체 패키지 24개에 대하여 1개도 박리가 발생하지 않은 것을 양품으로서 「○」로 평가하고, 조립한 반도체 패키지 24개 중 1개라도 박리가 발생한 것을 불량품으로서 「×」로 평가하였다. 그 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
Figure pct00005
Figure pct00006
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 6은, 열전도성 충전제(D)의 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5 내지 50％이고, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01 내지 2.0㎬이며, 열전도율이 30W/m·K 이상이고, 열전도성 충전재(D)의 함유량은, 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C) 및 열전도성 충전재(D)의 전량에 대하여 10 내지 70체적％이고, 실온으로부터 5℃/분의 승온 속도로 승온하였을 때, 80℃ 이상에 있어서 200 내지 10000㎩·s의 범위의 최저 용융 점도에 도달하기 때문에, 필름상 접착제의 경화 후의 열전도율이 1W/m·K 이상으로 방열성이 우수하고, 필러 대미지 평가, 흡습 리플로우 평가에 있어서도 양호한 결과가 되었다.
한편, 표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 1은, 열전도성 충전재(D)의 함유량이 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C) 및 열전도성 충전재(D)의 전량에 대하여 75％로 청구항 1에 규정한 상한인 70체적％를 초과하여, 필름상 접착제가 취약해져, 흡습 리플로우 평가에 있어서 떨어지는 결과가 되었다. 또한, 비교예 2는, 열전도성 충전재(D)의 함유량이 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C) 및 열전도성 충전재(D)의 전량에 대하여 8체적％로 청구항 1에 규정한 하한인 10체적％를 하회하기 때문에, 필름상 접착제의 경화 후의 열전도율이 0.5W/m·K로 방열성이 떨어지는 결과가 되었다. 비교예 3은, 열전도성 충전제(D)의 열전도율이 1W/m·K로 청구항 1에 규정한 하한인 30W/m·K를 하회하기 때문에, 필름상 접착제의 경화 후의 열전도율이 0.6W/m·K로 방열성이 떨어지는 결과가 되었다. 또한, 비교예 3은 열전도성 충전재(D)의 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 2.4㎬로 청구항 1에 규정한 상한인 2.0㎬를 초과하기 때문에 필러 대미지 평가에 있어서도 떨어지는 결과가 되었다. 비교예 4는, 열전도성 충전제(D)의 열전도율이 0.2W/m·K로 청구항 1에 규정한 하한인 30W/m·K를 하회하기 때문에, 필름상 접착제의 경화 후의 열전도율이 0.2W/m·K로 방열성이 떨어지는 결과가 되었다. 비교예 5 및 비교예 6은, 열전도성 충전재(D)의 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 2.1㎬, 3.0㎬로 청구항 1에 규정한 상한인 2.0㎬를 초과하기 때문에 필러 대미지 평가에 있어서 떨어지는 결과가 되었다.
1 : 웨이퍼
2 : 접착제층
3 : 다이싱 테이프
4 : 반도체 칩
5 : 접착제층이 부착된 반도체 칩
6 : 배선 기판
7 : 본딩 와이어
8 : 밀봉 수지
9 : 반도체 패키지
14 : 히트 싱크
15 : 필름상 접착제

Claims (5)

  1. 에폭시 수지(A), 에폭시 수지 경화제(B), 페녹시 수지(C), 열전도성 충전재(D)를 함유하고 있고,
    상기 열전도성 충전제(D)는, 평균 입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴시 압축률이 시료의 평균 입경의 5 내지 50％이며, 미소 압축 시험에 있어서의 파괴 강도가 0.01 내지 2.0㎬이고, 열전도율이 30W/m·K 이상이며,
    상기 열전도성 충전재(D)의 함유량은, 상기 에폭시 수지(A), 상기 에폭시 수지 경화제(B), 상기 페녹시 수지(C) 및 상기 열전도성 충전재(D)의 전량에 대하여 10 내지 70체적％이고,
    열경화 후에 열전도율 1.0W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 필름상 접착제.
  2. 제1항에 있어서,
    실온으로부터 5℃/분의 승온 속도로 승온하였을 때, 80℃ 이상에 있어서 200 내지 10000㎩·s의 범위의 최저 용융 점도에 도달하는 것을 특징으로 하는 필름상 접착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열전도성 충전제(D)는, 코어재의 표면에 은이 피복되어 이루어지고,
    상기 은의 피복량이 상기 열전도성 충전제(D)의 전량에 대하여 10 내지 95중량％이며,
    상기 코어재가 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 필름상 접착제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 1 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 필름상 접착제.
  5. 표면에 적어도 하나의 반도체 회로가 형성된 웨이퍼의 이면에, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 필름상 접착제 및 다이싱 테이프를 열압착하여, 상기 웨이퍼의 이면에 접착제층 및 다이싱 테이프를 설치하는 제1 공정과,
    상기 웨이퍼와 상기 접착제층을 동시에 다이싱함으로써 상기 웨이퍼 및 상기 접착제층을 구비하는 접착제층이 부착된 반도체 칩을 얻는 제2 공정과,
    상기 접착제층으로부터 상기 다이싱 테이프를 탈리하고, 상기 접착제층이 부착된 반도체 칩과 배선 기판을 상기 접착제층을 개재하여 열압착시키는 제3 공정과,
    상기 접착제층을 열경화시키는 제4 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.
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