KR20210135136A - Adhesive transfer film and bonding method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 접착제 전사 필름에 관한 것으로, 파워모듈을 구성하는 전력 반도체 칩의 접합에서 우수한 접합강도를 얻을 수 있는 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an adhesive transfer film, to an adhesive transfer film capable of obtaining excellent bonding strength in bonding power semiconductor chips constituting a power module, and to a bonding method using the same.
파워모듈은 전기차에 사용되는 전압을 직류에서 교류로 변경하여 모터로 공급한다. 전기차의 고성능화로 인해 파워모듈에 실장되는 반도체 칩은 기존 실리콘(Si)에서 성능이 우수한 탄화규소(SiC)로 바뀌고 있다. 그런데 탄화규소 반도체를 사용하는 파워모듈은 고전압으로 인해 높은 발열이 발생하기 때문에 방열이 중요하다.The power module changes the voltage used in electric vehicles from direct current to alternating current and supplies it to the motor. Due to the high performance of electric vehicles, semiconductor chips mounted on power modules are changing from silicon (Si) to silicon carbide (SiC) with excellent performance. However, heat dissipation is important because power modules using silicon carbide semiconductors generate high heat due to high voltage.
파워모듈은 두 기판의 사이에 반도체 칩이 실장되고 반도체 칩의 방열 특성을 양호하게 하기 위해 Ag 소결 페이스트(Ag Sintering Paste)를 이용한 접합 방식을 사용한다. 그런데 Ag 소결 페이스트를 이용한 접합은 반도체 칩 또는 스페이서에 Ag 소결 페이스트를 균일하게 도포하기 어렵고, 반도체 칩에 스페이서가 올라가는 형태인 경우 추가로 접착제 도포 및 2차 소결이 요구되므로 공정 시간이 길고 고가의 장비가 필요한 문제점이 있다.The power module uses a bonding method using Ag sintering paste to mount a semiconductor chip between two substrates and to improve the heat dissipation characteristics of the semiconductor chip. However, in bonding using Ag sintering paste, it is difficult to uniformly apply Ag sintering paste to semiconductor chips or spacers. There is a problem that requires
또한, 파워모듈은 각 구성을 접합시킬 때 반도체 칩의 파손을 방지하기 위해 솔더링 접합 방식을 사용하기도 하는데, 솔더링 접합은 접합 강도가 낮아 접합이 분리되는 문제점이 있다.In addition, the power module uses a soldering bonding method to prevent damage to the semiconductor chip when bonding each component, but the soldering bonding has a problem in that the bonding is separated due to low bonding strength.
본 발명의 목적은 반도체 칩 및 스페이서를 기판에 접합하기 위한 접합 공정에서, Ag 소결 페이스트(Ag Sintering Paste)를 필름 형태로 제작하여 균일한 두께 및 보이드 없는 접합이 가능하도록 하며, 더불어 높은 열전도율 확보와 소결 후 높은 파괴 강도를 갖고 균열로 인한 불량이 최소화되도록 하는 접착제 전사 필름 및 이를 이용한 접합 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to manufacture Ag sintering paste in a film form in the bonding process for bonding semiconductor chips and spacers to a substrate to enable uniform thickness and void-free bonding, and to secure high thermal conductivity and An object of the present invention is to provide an adhesive transfer film having high breaking strength after sintering and minimizing defects due to cracking, and a bonding method using the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 베이스 필름과 베이스 필름 상에 형성된 점착층과 점착층 상에 형성된 다층 구조의 접착층을 포함한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention includes a base film, an adhesive layer formed on the base film, and an adhesive layer having a multilayer structure formed on the adhesive layer.
접착층은 Ag 접착층이고, Ag 접착층은 Ag 분말 98~99 중량%와 바인더 1~2 중량%를 포함한다.The adhesive layer is an Ag adhesive layer, and the Ag adhesive layer contains 98 to 99 wt% of Ag powder and 1 to 2 wt% of a binder.
Ag 분말은 플레이크상 나노 입자로 이루어진다.Ag powder consists of flaky nanoparticles.
접착층은 점착층의 상면에 적층되는 제1 접착층과 제1 접착층의 상면에 적층되는 제2 접착층과 제2 접착층의 상면에 적층된 제3 접착층을 포함하고, 제1 접착층 내지 제3 접착층은 플레이크상 나노 입자로 이루어진 Ag 분말을 포함하고, 제2 접착층에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경은 제1 접착층과 제3 접착층에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경에 비해 상대적으로 작다.The adhesive layer includes a first adhesive layer laminated on the upper surface of the adhesive layer, a second adhesive layer laminated on the upper surface of the first adhesive layer, and a third adhesive layer laminated on the upper surface of the second adhesive layer, and the first adhesive layer to the third adhesive layer are flaky Including Ag powder made of nanoparticles, the average particle diameter of the Ag powder particles included in the second adhesive layer is relatively smaller than the average particle diameter of the Ag powder particles included in the first adhesive layer and the third adhesive layer.
접착층은 점착층의 상면에 적층되는 제1 접착층과 제1 접착층의 상면에 적층되는 제2 접착층과 제2 접착층의 상면에 적층된 제3 접착층을 포함하고, 제1 접착층 및 제3 접착층은 나노 입자로 이루어진 Ag 분말을 포함하고, 제2 접착층은 플레이크상 나노 입자로 이루어진 Ag 분말을 포함할 수 있다. 이때, 제2 접착층에 포함된 Ag 분말의 평균입경은 제1 접착층과 제3 접착층에 포함된 Ag 분말의 평균입경에 비해 상대적으로 작다.The adhesive layer includes a first adhesive layer laminated on the upper surface of the adhesive layer, a second adhesive layer laminated on the upper surface of the first adhesive layer, and a third adhesive layer laminated on the upper surface of the second adhesive layer, the first adhesive layer and the third adhesive layer are nanoparticles Ag powder made of, and the second adhesive layer may include Ag powder made of flake-like nanoparticles. In this case, the average particle diameter of the Ag powder included in the second adhesive layer is relatively smaller than the average particle diameter of the Ag powder included in the first adhesive layer and the third adhesive layer.
접착층의 두께는 40㎛~60㎛ 범위일 수 있다.The thickness of the adhesive layer may be in the range of 40 μm to 60 μm.
베이스 필름은 PET 필름이다.The base film is a PET film.
점착층은 OCA이다.The adhesive layer is OCA.
접착층은 가압 소결 후 다공도가 7%~8% 범위이다.The adhesive layer has a porosity in the range of 7% to 8% after pressure sintering.
접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법은 접착제 전사 필름을 준비하는 준비단계와 접착제 전사 필름 상의 접착층을 대상물에 전사시키는 전사단계와 접착층이 전사된 대상물을 상기 접착층을 매개로 기판에 접합시키는 가접단계와 가접단계 후, 소결하여 상기 기판에 상기 대상물을 본접합시키는 본접단계를 포함한다.The bonding method using the adhesive transfer film includes a preparation step of preparing an adhesive transfer film, a transfer step of transferring the adhesive layer on the adhesive transfer film to an object, and a temporary bonding step and a temporary bonding step of bonding the object to which the adhesive layer is transferred to the substrate through the adhesive layer Then, it includes a bonding step of bonding the object to the substrate by sintering.
준비단계는, 베이스 필름을 준비하는 단계와 베이스 필름 상에 점착층을 형성하는 단계와 점착층 상에 Ag 소결 페이스트를 코팅하고 건조하는 과정을 3회 이상 수행하여 다층 구조의 접착층을 형성하는 단계를 포함한다.The preparation step includes the steps of preparing a base film, forming an adhesive layer on the base film, and coating the Ag sintering paste on the adhesive layer and drying the adhesive layer three or more times to form an adhesive layer having a multilayer structure. include
전사단계는, 다이에 접착제 전사 필름을 고정시키고, 진공을 이용하여 대상물을 흡착 및 고정하는 상부척에 대상물을 고정시키는 단계와 상부척을 100~170℃의 온도로 가열하고 다이를 80~100℃의 온도로 가열한 다음, 상부척에 고정된 대상물을 상기 접착제 전사 필름 측으로 가압하여 상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 상기 대상물에 전사시키는 단계를 포함한다.The transfer step includes fixing the adhesive transfer film to the die, fixing the object to the upper chuck that adsorbs and fixing the object using vacuum, and heating the upper chuck to a temperature of 100 to 170°C and heating the die to 80-100°C and then transferring the adhesive layer on the adhesive transfer film to the object by heating the object fixed to the upper chuck toward the adhesive transfer film side.
본접단계에서, 소결은 240~300℃에서 대상물과 기판의 가접합체를 가압 가열하면서 2분~5분 동안 수행한다.In the bonding step, sintering is performed for 2 to 5 minutes while heating and pressurizing the temporary bonding body of the object and the substrate at 240 ~ 300 ℃.
가접단계와 본접단계는 동시에 수행될 수 있다.The temporary bonding step and the main bonding step may be performed at the same time.
대상물은 반도체 칩, 스페이서를 포함할 수 있다.The object may include a semiconductor chip and a spacer.
본 발명은 베이스 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 3회 이상 코팅하고 건조하여, 베이스 필름 상에 다층 구조의 Ag 접착층을 형성한 접착제 전사 필름을 제작하고, 이 접착제 전사 필름을 반도체 칩 및 스페이서를 기판에 접합하는 용도로 사용한다.The present invention prepares an adhesive transfer film in which Ag sintering paste is coated on a base film three times or more and dried to form an Ag adhesive layer having a multilayer structure on the base film, and the adhesive transfer film is applied to a semiconductor chip and a spacer on a substrate Used for bonding.
상기한 Ag 접착층은 Ag 분말 입자가 플레이크상을 가지므로 소결시 수축율이 적고, Ag 접착층이 다층 구조 및 이종 분말 입자로 구성되므로 크랙의 시발점이 되는 잔류 응력의 제거에 이점이 있어 소결 후 균열로 인한 불량이 최소화되며, 50MPa 이상의 높은 파괴 강도(인장 강도)를 확보할 수 있는 효과가 있다. The Ag adhesive layer has a small shrinkage during sintering because the Ag powder particles have a flake shape, and since the Ag adhesive layer is composed of a multi-layer structure and different powder particles, there is an advantage in removing residual stress that is the starting point of cracks. Defects are minimized, and high breaking strength (tensile strength) of 50 MPa or more can be secured.
또한, 상기한 Ag 접착층은 가압 소결 방식을 적용하여 반도체 칩 및 스페이서 등을 기판에 접합하는 경우 기공을 최소화하여 높은 열전도율을 확보할 수 있고, 소결시간을 짧게 할 수 있어 공정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, the above-described Ag adhesive layer can secure high thermal conductivity by minimizing pores when bonding semiconductor chips and spacers to a substrate by applying a pressure sintering method, and can shorten the sintering time to increase process efficiency there is
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 접착제 전사 필름을 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 접착제 전사 필름의 접착층 구조와 접착층이 소결된 상태를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 접착제 전사 필름의 접착층의 미세구조를 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예로 대상물을 기판에 접합한 접착층의 소결 후 수축된 모습을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 Ag 접착층(실시예)과 Sn Solder(비교예)를 파워모듈에 적용하여 균열 특성을 비교한 반도체 및 이의 SME 사진.
도 7은 본 발명의 Ag 접착층의 바인더 함량에 따른 미세조직을 보여주는 SEM 사진 및 그래프.
도 8은 본 발명의 Ag 접착층을 250℃에서 30분동안 가압하지 않고 소결한 상태의 미세조직을 보여주는 SEM 사진.
도 9는 본 발명의 Ag 접착층을 전사한 Si 반도체 칩을 기판에 가압 소결한 다음 소결된 Ag 접착층(Ag 소결층)의 조직을 촬영한 조직 사진.
도 10은 본 발명의 Ag 접착층의 접착 강도를 타사 제품(비교예)과 비교한 그래프.
도 11은 도 10의 실시예와 비교예의 파단 표면의 일반 촬영 사진 및 SEM 사진.
도 12는 본 발명의 실시예의 Ag 접착층과 비교예(타사 제품)의 수축율, 휨 발생, 미세조직을 비교한 사진.
도 13은 본 발명의 실시예의 Ag 접착층과 비교예(타사 제품)의 무게 감소(Weightloss)를 비교한 그래프.
도 14는 본 발명의 실시예의 Ag 접착층과 비교예(타사 제품)의 열량(Calorimetric)을 측정한 그래프.1 is a cross-sectional view showing an adhesive transfer film according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the structure of the adhesive layer of the adhesive transfer film according to an embodiment of the present invention and a state in which the adhesive layer is sintered.
Figure 3 is a cross-sectional view showing the microstructure of the adhesive layer of the adhesive transfer film according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a bonding method using an adhesive transfer film according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the shrinkage state after sintering of the adhesive layer bonded to the substrate in the embodiment of the present invention.
6 is a semiconductor and its SME photograph comparing the crack characteristics by applying the Ag adhesive layer (Example) and Sn Solder (Comparative Example) of the present invention to a power module.
7 is a SEM photograph and graph showing the microstructure according to the binder content of the Ag adhesive layer of the present invention.
8 is a SEM photograph showing the microstructure of the Ag adhesive layer of the present invention in a sintered state without pressure at 250° C. for 30 minutes.
9 is a photograph of the structure of the Ag adhesive layer (Ag sintered layer) sintered after press-sintering the Si semiconductor chip to which the Ag adhesive layer of the present invention is transferred.
10 is a graph comparing the adhesive strength of the Ag adhesive layer of the present invention with a product of another company (comparative example).
11 is a general photograph and SEM photograph of the fracture surface of the Example and Comparative Example of FIG. 10 .
12 is a photograph comparing the shrinkage rate, warpage occurrence, and microstructure of the Ag adhesive layer of an embodiment of the present invention and a comparative example (manufactured by another company).
13 is a graph comparing the weight loss (weightloss) of the Ag adhesive layer of an embodiment of the present invention and a comparative example (manufactured by a third party).
14 is a graph of measuring the calorimetric of the Ag adhesive layer of an embodiment of the present invention and a comparative example (manufactured by another company).
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 접착제 전사 필름은 전력 반도체 칩(chip), 스페이서(spacer) 등의 대상물을 기판에 접합하기 위한 용도로 사용될 수 있다.The adhesive transfer film of the present invention may be used for bonding an object such as a power semiconductor chip or a spacer to a substrate.
도 1에 도시된 바에 의하면, 접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11), 베이스 필름(11) 상에 형성된 점착층(sticky layer)(12), 점착층(12) 상에 형성된 다층 구조의 접착층(Adhesive layer)(13)을 포함한다. 접착제 전사 필름(10)은 Ag 소결 페이스트를 필름 형태로 제작한 것이다. 베이스 필름(11)은 PET 필름을 적용하고, 점착층(12)은 OCA 필름을 적용하고, 접착층(13)은 Ag 접착층을 적용한다. Ag 접착층(13)은 방열 특성을 양호하기 위해 사용한다. As shown in FIG. 1 , the
Ag 접착층은 Ag 분말 98~99 중량%와 바인더 1~2 중량%를 포함한다. Ag 접착층은 Ag 분말의 함량을 높여 열전도율을 높인다. The Ag adhesive layer includes 98 to 99% by weight of Ag powder and 1 to 2% by weight of a binder. The Ag adhesive layer increases the content of Ag powder to increase thermal conductivity.
Ag는 높은 열전도율로 방열 특성을 양호하게 하고, 접착층이 전도성을 갖도록 한다. 바인더는 Ag가 높은 접착력을 갖고 균일 도포되도록 한다. Ag 접착층은 균일 도포 가능한 범위에서 Ag 분말의 함량을 최대로 하고 바인더의 함량을 최소로 하여 저온 소결이 가능하도록 한다. 저온소결 온도는 240~300℃ 범위일 수 있다. Ag has good heat dissipation properties due to its high thermal conductivity, and allows the adhesive layer to have conductivity. The binder ensures that Ag has high adhesion and is uniformly applied. The Ag adhesive layer enables low-temperature sintering by maximizing the content of Ag powder and minimizing the content of the binder in the range that can be applied uniformly. The low temperature sintering temperature may be in the range of 240 ~ 300 ℃.
바인더의 함량이 1~2 중량% 범위로 낮아지면 유기물 함량이 낮아져 Ag 접착층의 열분해 및 소결 온도를 약 60~100℃ 정도 낮출 수 있다. 낮은 소결 온도는 Ag 접착층의 빠른 소결을 가능하게 한다. Ag 접착층의 빠른 소결은 소결시 수축율을 줄이고 소결층의 균열을 방지하여 불량률을 낮춘다.When the content of the binder is lowered to 1 to 2 wt%, the organic content is lowered, so that the thermal decomposition and sintering temperature of the Ag adhesive layer can be lowered by about 60 to 100°C. The low sintering temperature enables fast sintering of the Ag adhesive layer. The rapid sintering of the Ag adhesive layer reduces the shrinkage during sintering and prevents cracking of the sintered layer, thereby lowering the defect rate.
Ag 접착층은 Ag 분말이 나노입자 형태로 포함된다. Ag 분말은 액상이 되는 온도가 900℃ 이상이므로 240~300℃ 범위에서 소결이 가능하고, Ag 솔더는 액상이 되는 온도가 200℃ 이상이므로 240~300℃ 범위에서 소결이 불가능하다. 따라서 Ag 접착층은 Ag 솔더가 아닌 Ag 분말이 나노입자 형태로 포함되어야 한다.The Ag adhesive layer contains Ag powder in the form of nanoparticles. Ag powder has a liquid phase temperature of 900° C. or higher, so it can be sintered in a range of 240 to 300° C., and Ag solder cannot be sintered in a range of 240 to 300° C. because a liquid phase temperature is 200° C. or higher. Therefore, the Ag adhesive layer should contain Ag powder, not Ag solder, in the form of nanoparticles.
Ag 접착층은 열전도율(Thermal conductivity)이 200~300W/mK로 높은 열전도율을 갖고, 전단강도(Shear strength)가 50MPa 이상이고 점도(Viscosity)가 40~100kcps로 여러 표면에 높은 접착력을 갖는다. Ag 대신 Au를 사용할 수도 있으나 비용상 Ag를 사용하는 것이 바람직하다. The Ag adhesive layer has high thermal conductivity with a thermal conductivity of 200 to 300 W/mK, a shear strength of 50 MPa or more, and a viscosity of 40 to 100 kcps, so it has high adhesion to various surfaces. It is also possible to use Au instead of Ag, but it is preferable to use Ag in view of cost.
접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11) 상에 OCA 필름을 부착하고 OCA 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 형성할 수 있다. 또는, 접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11) 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하여 형성할 수 있다. 인쇄는 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄일 수 있다.The
점착층(12)은 베이스 필름(11)에 대한 접착층(13)의 이형성을 좋게한다. Ag 소결 페이스트는 Ag 접착층과 동일하게 Ag 분말 97~99 중량%와 바인더 1~3 중량%를 포함한다. The
필름 형태로 제조된 접착제 전사 필름(10)은 접착층(13)의 높이를 굉장히 균일하게 할 수 있다. 두 기판의 사이에 대상물을 접합하는 경우, 접착층(13)의 높이가 균일해야 두 기판의 사이에 공차가 발생하지 않고 최종 제품에 문제가 발생하지 않는다.The
더불어, 두 기판의 사이에 대상물을 접합시 접착제 전사 필름(10)을 사용하면 종래 대상물에 페이스트를 도포하고 기판에 접합하는 페이스트(paste) 공정 대비 보이드(void) 및 스탠드 오프(atand off) 등의 결함을 줄일 수 있다. 보이드(void)는 소결 후 접착층(13)에 기공이 발생하는 것이고, 스탠드 오프 결함은 대상물이 기판에 평평하게 접합되지 않고 어느 일측으로 기울어진 것을 의미한다.In addition, when the
접착제 전사 필름(10)은 베이스 필름(11)의 두께가 75~100㎛일 수 있다. 접착층(13)의 두께는 40~60㎛일 수 있으며, 바람직하게는 50㎛이다. 접착제 전사 필름(10)은 접착층(13)의 두께와 보이드(void)의 조절이 가능하다.In the
이와 같이, 접착제 전사 필름(10)은 PET 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 코팅하여 건조한 Ag 코팅 건조 필름이다. As such, the
도 2에 도시된 바에 의하면, 접착제 전사 필름(10)은 접착층(13)이 다층 구조로 된다. 접착층(13)은 3층 이상일 수 있다. 접착층(13)은 점착층(12)의 상면에 적층되는 제1 접착층(13a)과, 제1 접착층(13a)의 상면에 적층되는 제2 접착층(13b)과, 제2 접착층(13b)의 상면에 적층된 제3 접착층(13c)을 포함한다. As shown in FIG. 2 , the
제1 접착층(13a)과 제3 접착층(13c)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경은 제2 접착층(13b)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경과 상이하다. 바람직하게는 제1 접착층(13a)과 제3 접착층(13c)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경에 비해 제2 접착층(13b)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경이 상대적으로 작다. 접착층(13)을 다층 구조로 형성하고 각 층에 포함되는 Ag 분말 입자의 평균입경의 크기가 상이하면 소결시 수축율이 다르게 발생한다. The average particle diameter of the Ag powder particles included in the first
실시예와 같이, 중간층인 제2 접착층(13b)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경을 제2 접착층(13b)의 상하층인 제3 접착층(13c)과 제1 접착층(13a)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경에 비해 상대적으로 작은 것을 적용하면, 소결시 평균입경이 상대적으로 작은 제2 접착층(13b)의 수축율이 제1 접착층(13a) 및 제3 접착층(13c)에 비해 더 커져 접착층(13)의 양 끝단 형상을 오목하게 제어할 수 있다. 접착층(13)의 양 끝단의 형상을 오목하게 제어하면 접착층(13)의 중심부의 응력을 완화하여 파괴 강도(인장 강도)를 높일 수 있다. As in the embodiment, the average particle diameter of the Ag powder particles included in the second
더욱이, 접착층(13)은 중심부에 평균입경이 작은 Ag 분말 입자를 적용하여 전체 두께가 두꺼운 접착층(13)을 적용하여도 치밀한 소결이 가능하도록 할 수 있다. In addition, the
열응력으로 인한 휨으로 인한 파괴 현상에서, 대부분은 이종계면의 접합면을 따라 크랙이 발생하면서 파괴가 진행된다. 그런데 접착층(13)을 다층 구조로 하면 단일 소재의 소결시 접합강도가 더 높아지게 되어, 이종계면의 접합면보다 소결된 접착층(13)의 중심부가 크랙의 시작점이 될 가능성이 높아진다.In most of the fracture phenomena due to bending due to thermal stress, fracture proceeds as cracks occur along the junctions of heterogeneous interfaces. However, if the
따라서 Ag 입자 크기가 확실하게 구분되는 Ag 소결 페이스트를 사용하여 다층 구조의 접착층(13)을 형성하여 이종계면의 크랙 발생을 방지한다. 또한 접착층(13)의 중심부에서 크랙 발생이 방지되도록 Ag 입자 크기에 따라 수축율이 다르게 발생하도록 각 층을 상이하게 구성하여 접착층(13)의 양 끝단 형상을 제어한다. 이는 접착층(13)의 중심부의 응력을 완화하여 파괴 강도를 높이게 된다. Therefore, the
도 2에 도시된 바와 같이, 접착제 전사 필름(10) 상의 다층 구조의 접착층(13)은 대상물(40)에 전사된 다음, 대상물(40)을 고정한 상부척(3)이 대상물(40)을 기판(20) 측으로 가열 가압함에 의해 대상물(40)과 기판(20)의 사이를 소결 접합한다. 소결된 접착층(13")의 양 끝단 형상은 제1 접착층(13a)과 제3 접착층(13c)에 비해 상대적인 수축이 더 많이 발생하는 제2 접착층(13b)에 의해 오목한 형상이 되고 중심부의 응력 완화가 가능하게 된다. 또한, 소결된 접착층(13")은 중심에서 다른 것보다 소결 밀도가 더 높기 때문에 열전도율이 높다. 열전도율은 최소 기공 조건에서 높아진다. As shown in FIG. 2 , the
도 3에 도시된 바에 의하면, 접착층(13)에 포함되는 Ag 분말 입자는 플레이크상 나노 입자로 이루어진다. 구체적으로, 제1 접착층(13a) 내지 상기 제3 접착층(13c)은 플레이크상 나노 입자로 이루어진 Ag 분말 입자를 포함하고, 제2 접착층(13b)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경은 제1 접착층(13a)과 제3 접착층(13c)에 포함된 Ag 분말 입자의 평균입경에 비해 상대적으로 작다. As shown in FIG. 3 , the Ag powder particles included in the
플레이크(flake)상으로 이루어진 Ag 분말 입자는 유기물인 바인더의 양을 최소화하면서 소결성을 향상시킨다. 더욱이 플레이크상으로 이루어진 Ag 분말 입자는 나노 사이즈 구(spare)상의 Ag 분말 입자에 비해 소결시 수축율이 적고, 접합력이 좋으며 전단 강도가 높다. 접착층(13)에 유기물인 바인더의 양이 많으면 과전압으로 인한 350~400℃의 온도 상승시 가스가 발생하고 접착층의 균열이 발생할 수 있다. 따라서 실시예는 유기물인 바인더의 함량이 최소화되고 Ag 분말 입자의 함량이 최대가 되도록 플레이크상 나노 입자로 이루어진 Ag 분말 입자를 포함한다. 실시예에서 플레이크상은 두께가 수 나노미터로 납작한 타원 형상을 갖는다.Ag powder particles in the form of flakes improve sinterability while minimizing the amount of the organic binder. Moreover, the Ag powder particles in the form of flakes have less shrinkage during sintering, better bonding strength, and higher shear strength than those in nano-sized spheres. If the amount of the organic binder in the
이와 같이, 접착제 전사 필름(10)은 PET 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 3회 이상 코팅하고 건조하여, 베이스 필름 상에 다층 구조의 Ag 접착층을 형성한 Ag 코팅 건조 필름이다. As described above, the
접착제 전사 필름(10)은 파워모듈용 기판에 반도체 칩, 스페이서 등의 대상물(40)을 접합하는 용도로 적용될 수 있다. The
도 4에 도시된 바에 의하면, 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법은 접착제 전사 필름(10)을 사용하여 대상물(40)에 접착층(13)을 전사하고, 접착층(13')이 전사된 대상물(40)을 기판(20)의 상면에 접합할 수 있다. As shown in FIG. 4, in the bonding method using the adhesive transfer film, the
구체적으로, 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법은 접착제 전사 필름(10)을 준비하는 준비단계(s1)와, 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 대상물(40)에 전사시키는 전사단계(s1,s2,s3)와, 접착층(13')이 전사된 대상물(40)을 접착층(13")을 매개로 기판(20)에 가접합시키는 가접단계(s4,s5,s6)와, 가접단계 후, 소결하여 기판(20)에 대상물(40)을 본접합시키는 본접단계를 포함한다. Specifically, the bonding method using the adhesive transfer film includes a preparation step (s1) of preparing the
준비단계는, 베이스 필름(11)에 접착층(13)을 사전 코팅하는 단계이다.The preparation step is a step of pre-coating the
준비단계는, 베이스 필름(11)을 준비하는 단계와 베이스 필름(11) 상에 점착층(12)을 형성하는 단계와, 점착층(12) 상에 Ag 소결 페이스트를 코팅하고 건조하는 과정을 3회 이상 수행하여 다층 구조의 접착층(13)을 형성하는 단계를 포함한다.The preparation step includes the steps of preparing the
일예로, 준비단계는, PET 필름 상에 OCA 필름을 부착하는 단계와 OCA 필름 상에 Ag 소결 페이스트를 도포 또는 인쇄하고 건조하는 과정을 3회 수행하여 3층으로 구성된 Ag 접착층을 형성하는 단계를 포함한다. For example, the preparation step includes the steps of attaching an OCA film on a PET film, applying or printing an Ag sintering paste on the OCA film, and performing drying three times to form an Ag adhesive layer composed of three layers. do.
베이스 필름(11)은 PET(Polyester) 필름외에도 PC(Polycarbonate) 필름을 사용할 수 있다. 그러나 PET 필름은 PC 필름에 비해 접착층(13)의 하면 평탄도를 잡아주는데 유리하다. 접착층(13)의 상면 평탄도는 상부척(3)의 가압력으로 잡아줄 수 있다. 접착층(13)의 평탄도가 좋지 않으면 소결시 접착층이 휘어지는 문제가 된다. Ag 접착층은 중간층을 구성하는 제2 접착층(13)의 Ag 분말 입자의 평균입경이 중간층의 상하부에 형성된 제3 접착층(13)과 제2 접착층(13)의 Ag 분말 입자의 평균입경에 비해 상대적으로 작은 것을 채용하여 소결시 Ag 접착층의 양 끝단 형상이 중간층의 응력을 제거하는 방향으로 제어되게 한다. 또한, Ag 접착층은 Ag 분말 입자가 플레이크상인 것을 사용한다. The
전사단계(s1,s2,s3)는 다이(1)에 접착제 전사 필름(10)을 고정시키고, 진공을 이용하여 대상물(40)을 흡착 및 고정하는 상부척(3)에 대상물(40)을 고정시키는 단계(s1)와, 상부척(3)과 다이(1)를 각각 가열하면서 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 접착제 전사 필름(10) 측으로 가압하여 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)을 대상물(40)에 전사시키는 단계(s2)와, 진공을 유지하면서 상부척(3)을 상승시켜 접착층(13')이 부착된 대상물(40)을 상승시키는 단계(s3)를 포함한다.In the transfer step (s1, s2, s3), the
가접단계(s4,s5,s6)는 상부척(3)을 기판(20)의 상부로 이송시키는 단계(s4)와, 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 기판(20) 측으로 가압하여 대상물(40)을 기판(20)에 가접합시키는 단계(s5)와, 상부척(3)의 진공을 해제하고 상부척(3)을 상승시키는 단계(s6)를 포함한다. (s1)에서 (s3) 단계는 접착제 전사 필름(10)에서 대상물(40)로 접착층(13)을 전사하는 단계이고, (s4)에서 (s6) 단계는 접착층(13')이 전사된 대상물(40)을 기판(20)에 가접합하는 단계이다. The temporary welding step (s4, s5, s6) is a step (s4) of transferring the
(s1) 단계는 상부척(3)이 진공으로 대상물(40)을 픽업(pick up)하는 단계이다.Step (s1) is a step in which the
(s2) 단계는 대상물(40)의 하면에 접착층(13)을 전사하는 단계이다. (s2) 단계에서, 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 100~170℃의 온도로 가열한다. 바람직하게는 다이는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 160℃의 온도로 가열한다. 가압은 1~4MPa로 수행할 수 있다. 상부척(3)의 가열 온도가 다이(1)의 가열 온도보다 높아야 접착층(13)이 온도가 높은 쪽인 대상물(40)에 강하게 접착될 수 있다. Step (s2) is a step of transferring the
(s3) 단계는 접착층(13')을 대상물(40)에 부착하여 픽업(pick up)하는 단계이다. (s3) 단계에서, 접착층(13')은 대상물(40)의 하면에 전사에 의해 부착되고 베이스 필름(11)에서 분리된다. 이때, 점착층(12)은 베이스 필름(11)에서 분리되지 않으므로 접착층(13')이 깨끗하게 분리될 수 있다.Step (s3) is a step of picking up the
(s4) 단계는 대상물(40)을 기판(20) 상에 가접합하기 위해 대상물(40)을 기판(20)의 상부로 이송하는 단계이다. 기판(20)은 AMB 기판 또는 DBC 기판일 수 있다. AMB 기판은 반도체 칩으로부터 발생하는 열의 방열 효율을 높일 수 있도록, 세라믹 기재(21)와 세라믹 기재(21)의 적어도 일면에 브레이징 접합된 금속층(22)을 포함하는 세라믹 기판이다.Step (s4) is a step of transferring the
(s5) 단계는 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 기판(20) 측으로 가압하여 대상물(40)을 기판(20) 상에 가접시키는 단계이다. Step (s5) is a step of temporarily bonding the
(s5) 단계에서, 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 100~170℃의 온도로 가열한다. 바람직하게는 다이(1)는 80~100℃의 온도로 가열하고, 상부척(3)은 160℃의 온도로 가열한다. 가압은 1~4MPa 범위로 수행할 수 있다. In step (s5), the
(s6) 단계는 진공을 해제하고 상부척(3)을 상승시켜 가접을 완료하는 단계이다. 이와 같이, 80~100℃의 온도로 가열된 다이(1)를 이용하여 접착제 전사 필름(10)을 가열하고, 100~170℃의 온도로 가열된 상부척(3)을 이용하여 대상물(40)을 가열한 다음, 대상물(40)이 접착제 전사 필름(10) 측으로 가압되도록 상부척(3)을 하강시키면 접착제 전사 필름(10) 상의 접착층(13)이 온도가 더 높은 대상물(40)의 하면에 전사될 수 있다. Step (s6) is a step of releasing the vacuum and raising the
가접단계 후, 기판(20) 상에 가접된 대상물(40)의 상부에 상부 기판(미도시)을 접합하고 소결하여 기판(20)과 상부 기판의 사이에 대상물(40)을 본접합시키는 단계를 수행할 수 있다. 소결은 240~300℃에서 가열 가압하면서 2분~5분 동안 수행할 수 있다. 가압은 8~15MPa 범위로 수행할 수 있다. After the temporary bonding step, bonding and sintering an upper substrate (not shown) on the upper portion of the
가압은 보이드(void) 발생을 방지하기 위한 것이다. 가압 소결하면 접착층(13)이 구멍이 없이 조밀하게 되어 열전도가 높아지고 방열 특성이 우수해진다. 또한 가압은 빠른 소결을 가능하게 한다.The pressurization is to prevent the occurrence of voids. When the pressure sintering is performed, the
본접합시 소결 온도 및 시간은 양산 시간을 단축하기 위해 전술한 범위 내에서 조정가능하다. 예로서, 본접합시 소결은 250℃에서 가압을 5분 수행하는 것이 바람직하나, 양산성 향상을 위해 300℃에서 가압을 2분 수행할 수 있다. 소결은 접합 강도를 향상시키기 위한 것이다.The sintering temperature and time at the time of main bonding can be adjusted within the above-mentioned range in order to shorten the mass production time. For example, for sintering during main bonding, it is preferable to pressurize at 250°C for 5 minutes, but pressurization may be performed at 300°C for 2 minutes to improve mass productivity. Sintering is intended to improve bonding strength.
가접단계와 본접단계는 각각 진행될 수도 있고 동시에 진행될 수도 있다. 동시에 진행의 의미는 가접단계에서 가접이 생략되고 본접단계를 수행할 수 있음을 의미한다. 예로서, (s5) 단계에서, 상부척(3)에 고정된 대상물(40)을 기판(20) 측으로 240~300℃의 온도, 8~15MPa의 압력으로 2분~5분 동안 가열 가압하여 대상물(40)을 기판(20) 상에 가접합하지 않고 본접합할 수 있다. The temporary bonding step and the main bonding step may be performed separately or may be performed simultaneously. At the same time, the meaning of progress means that the temporary bonding is omitted from the temporary bonding step and the main bonding step can be performed. For example, in step (s5), the
도 5에 도시된 바에 의하면, 소결된 접착층(13")은 수축율이 발생하나 약 6% 정도로 작다. 더욱이 접착층(13)은 상하로 잘 수축하지 않고 양측으로 작은 수축이 발생하는데, 이는 접착층(13)을 구성하는 Ag가 플레이크상이기 때문이다. 플레이크상은 접착층(13")의 결합력을 높여 파괴 강도를 향상시킨다.As shown in Fig. 5, the sintered
이하에서는 본 발명을 실시예와 비교예를 통해 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described by way of Examples and Comparative Examples.
아래의 표 1은 순수 Ag 대비하여 본 발명의 접착층을 소결한 Ag 접착층(실시예)과 Sn-Ag 솔더층(비교예)의 특성을 나타내었다. 실싱예의 Ag 접착층은 Ag 분말 98~99 중량%와 바인더 1~2 중량%를 포함한다.Table 1 below shows the characteristics of the Ag adhesive layer (Example) and the Sn-Ag solder layer (Comparative Example) obtained by sintering the adhesive layer of the present invention compared to pure Ag. The Ag adhesive layer of the embodiment includes 98 to 99% by weight of Ag powder and 1 to 2% by weight of a binder.
Density (g/cm3)
CTE (ppm/℃)
표 1에 의하면, 본 발명의 Ag 접착층은 열전도율(Thermal conductivity)이 200W/mK로 높은 열전도율을 갖고, 인장강도(Tensile strength)가 50MPa 이상으로 Sn-Ag 솔더층에 비해 높다. 이로부터 Ag 접착층의 열전도율과 인장강도가 Sn-Ag 솔더층에 비해 더 우수함을 알 수 있다.According to Table 1, the Ag adhesive layer of the present invention has a high thermal conductivity with a thermal conductivity of 200 W/mK, and a tensile strength of 50 MPa or more, which is higher than that of the Sn-Ag solder layer. From this, it can be seen that the thermal conductivity and tensile strength of the Ag adhesive layer are superior to those of the Sn-Ag solder layer.
도 6은 본 발명의 Ag 접착층(실시예)과 Sn Solder(비교예)를 파워모듈에 적용하여 균열 특성을 비교한 것이다.6 is a comparison of cracking properties by applying the Ag adhesive layer (Example) and Sn Solder (Comparative Example) of the present invention to a power module.
도 6에 도시된 바에 의하면, 파워모듈의 반도체 칩의 작동온도는 150~250℃이고, 냉각과 가열을 반복하는 동안 휨(빨간색 표시)이 발생한다. 그런데, 기판에 반도체 칩을 Sn Solder로 접합한 경우 작동온도 -40~125℃에서 800회 시험한 결과 SEM 사진에서 확인한 Sn Solder 접합면에서 크랙이 발생하였다. As shown in FIG. 6 , the operating temperature of the semiconductor chip of the power module is 150 to 250° C., and bending (indicated in red) occurs while cooling and heating are repeated. However, when the semiconductor chip was bonded to the substrate with Sn Solder, as a result of 800 tests at an operating temperature of -40 to 125°C, cracks occurred in the Sn Solder bonding surface confirmed in the SEM photograph.
반면, 실시예의 Ag 접착층은 작동온도 -40~125℃에서 800회 시험한 결과 크랙이 확인되지 않았다. On the other hand, the Ag adhesive layer of Example was tested 800 times at an operating temperature of -40 ~ 125 ℃, cracks were not confirmed.
도 7은 Ag 접착층의 바인더 함량에 따른 미세조직을 설명하기 위한 SEM 사진 및 그래프이다. 7 is an SEM photograph and graph for explaining the microstructure according to the binder content of the Ag adhesive layer.
도 7에 도시된 바에 의하면, 유기물인 바인더의 함량이 최소화될 수록 기공이 최소화됨을 확인할 수 있다. 이를 통해 불필요한 유기물을 최소화하는 것이 우수한 소결성을 확보할 수 있고, 소결층의 균열을 확보할 수 있음을 알 수 있다. 그러나 Ag 분말 입자의 균일 확산을 위해 유기물인 바인더의 함량은 1~2 중량% 포함하는 것이 바람직하다. Ag 분말 입자가 균일 확산되어야 균일한 접착층(13)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 7 , it can be confirmed that the pores are minimized as the content of the binder, which is an organic material, is minimized. Through this, it can be seen that by minimizing unnecessary organic matter, excellent sintering properties can be secured and cracks of the sintered layer can be secured. However, for uniform diffusion of the Ag powder particles, the content of the binder, which is an organic material, is preferably 1 to 2% by weight. The uniform
도 8은 본 발명의 Ag 접착층을 250℃에서 30분동안 가압하지 않고 소결한 것이다.8 is a sintering of the Ag adhesive layer of the present invention at 250° C. for 30 minutes without pressure.
도 8에 도시된 바에 의하면, Ag 접착층을 250℃에서 30분 동안 무압력으로 소결한 결과, 접착강도가 60MPa 이상 확보되었다. 또한, Ag 접착층은 가압하지 않고 소결하여도 유기물이 최소화되어 열전도율이 약 150W/mK 이상 확보됨을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 8 , as a result of sintering the Ag adhesive layer at 250° C. for 30 minutes without pressure, adhesive strength of 60 MPa or more was secured. In addition, it can be confirmed that the Ag adhesive layer is sintered without pressure, and the organic matter is minimized, so that thermal conductivity of about 150 W/mK or more is secured.
도 9에는 Ag 접착층을 전사한 Si 반도체 칩을 기판에 가압 소결한 다음 소결된 Ag 접착층(Ag 소결층)의 조직을 촬영한 것이다. 여기서 Ag 접착층은 두께가 200㎛로 베이스 필름에 마스크 스텐실 인쇄하여 형성한 것이다. 9 shows the structure of the sintered Ag adhesive layer (Ag sintered layer) after press-sintering the Si semiconductor chip to which the Ag adhesive layer has been transferred. Here, the Ag adhesive layer has a thickness of 200 μm and is formed by mask stencil printing on a base film.
도 9에 도시된 Ag 접착층은 240℃에서 4분 동안 15MPa로 가압 소결하였다. 가압 소결 후, 다공도가 7~8%인 조밀한 결합층이 확인되었다. 도 9의 경우, 소결 시간이 짧아도 충분한 결합이 가능하였고, 접착강도 50MPa 이상, 약 300W/mK의 열전도율이 확보되었다. 다공도는 소결 후 유기물이 최소화되어 7~8%로 확보된 것으로 확인되며, 최소 기공 조건으로 인해 열전도율이 높아진 것으로 확인된다. The Ag adhesive layer shown in FIG. 9 was pressure sintered at 240° C. for 4 minutes at 15 MPa. After pressure sintering, a dense bonding layer with a porosity of 7-8% was confirmed. In the case of FIG. 9, sufficient bonding was possible even if the sintering time was short, adhesive strength of 50 MPa or more, and thermal conductivity of about 300 W/mK were secured. The porosity is confirmed to be secured at 7-8% by minimizing organic matter after sintering, and it is confirmed that the thermal conductivity is increased due to the minimum pore condition.
도 9는 접착층을 가압 소결함에 의해 기공이 최소화되고 도 8은 무압력으로 소결함에 의해 많은 기공이 확인된다. 이를 통해, 가압 소결은 기공을 최소화시켜 열전도율을 높이는 효과가 있음을 알 수 있다.In FIG. 9, pores are minimized by sintering the adhesive layer under pressure, and in FIG. 8, many pores are confirmed by sintering without pressure. Through this, it can be seen that the pressure sintering has the effect of increasing the thermal conductivity by minimizing the pores.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 접착층의 접착 강도를 타사 제품(비교예)과 비교하였다. 10 is a comparison of the adhesive strength of the Ag adhesive layer according to an embodiment of the present invention with a product of another company (comparative example).
타사 제품은 Semipowerrex(korea)이다. 실시예와 비교예 모두 소결은 290℃에서 150sec 수행하였다.A third-party product is Semipowerrex (Korea). In both Examples and Comparative Examples, sintering was performed at 290° C. for 150 sec.
도 10에서 확인되듯이, 실시예는 290℃ 온도에서 약 2분의 짧은 시간 내에 충분한 결합강도를 얻을 수 있고, 결합강도가 65MPa 이상으로 매우 높음을 확인할 수 있다. As can be seen in FIG. 10 , it can be seen that the embodiment can obtain sufficient bonding strength within a short time of about 2 minutes at a temperature of 290° C., and the bonding strength is very high at 65 MPa or more.
도 11은 도 10의 실시예와 비교예의 파단 표면의 일반 촬영 사진 및 SEM 사진이다.11 is a general photograph and SEM photograph of the fracture surface of the Example and Comparative Example of FIG. 10 .
도 11에 도시된 바에 의하면, 실시예는 Ag 접착층의 일부가 떨어져 분리된 반면, 비교예는 접착층과 기판의 접합면이 파단되었다. 11 , in the Example, a portion of the Ag adhesive layer was separated and separated, whereas in the Comparative Example, the bonding surface between the adhesive layer and the substrate was broken.
SEM 사진에서 파단 표면의 형상을 비교하면 Ag 접착층은 Ag 접착층의 중간에 파열이 발생하고, 비교예(타사 제품)는 접착층 전체가 기판에서 분리되었다. 이러한 현상은, 실시예의 경우 Ag 접착층의 중심 부분이 다른 부분에 비해 소결밀도가 더 높고 Ag 분말 입자가 플레이크상이기 때문으로 확인된다. 비교예는 Ag 분말 입자가 구상에 가깝다. 더욱이 실시예는 약 65MPa에서 파열되고 비교예는 약 23MPa에서 파열되었다. Comparing the shape of the fractured surface in the SEM photograph, the Ag adhesive layer was ruptured in the middle of the Ag adhesive layer, and in Comparative Example (manufactured by another company), the entire adhesive layer was separated from the substrate. This phenomenon is confirmed because, in the case of Examples, the central portion of the Ag adhesive layer has a higher sintering density than other portions and the Ag powder particles are flaky. In the comparative example, the Ag powder particles are close to spherical. Moreover, the Example ruptures at about 65 MPa and the Comparative Example ruptures at about 23 MPa.
도 12는 실시예의 Ag 접착층과 비교예(타사 제품)의 수축율, 휨 발생, 미세조직을 비교한 것이다. 12 is a comparison of the shrinkage rate, warpage occurrence, and microstructure of the Ag adhesive layer of Example and Comparative Example (manufactured by another company).
실시예와 비교예는 무가압 상태로 270℃ 온도에서 60분 동안 소결하였다. Examples and Comparative Examples were sintered at a temperature of 270° C. for 60 minutes in a non-pressurized state.
도 12에 도시된 바에 의하면, 실시예는 6% 정도 수축이 발생하였고, 비교예는 24% 정도 수축이 발생하였다. 또한 실시예는 소결 후 휨이 발생하지 않은 반면, 비교예는 소결 후 휨이 발생하였다. 또한, 실시예는 SEM으로 측정한 미세조직에서 플레이크(flake)상이 확인되는 반면, 비교예는 구(sphere)상이 확인된다. As shown in FIG. 12 , in the Example, about 6% shrinkage occurred, and in the Comparative Example, about 24% shrinkage occurred. In addition, the Example did not cause warpage after sintering, while the Comparative Example showed warpage after sintering. In addition, in the Example, a flake phase was confirmed in the microstructure measured by SEM, whereas in the Comparative Example, a sphere phase was confirmed.
위 결과로부터, 실시예의 Ag 접착층은 수축율이 비교예에 비해 20% 적음이 확인되고, 반도체 칩의 본딩 후 지그 공차로 인한 결함을 줄이는데 기여할 수 있음을 알 수 있다. From the above results, it can be seen that the shrinkage rate of the Ag adhesive layer of the embodiment is 20% lower than that of the comparative example, and can contribute to reducing defects due to jig tolerance after bonding the semiconductor chip.
도 13은 실시예의 Ag 접착층과 비교예(타사 제품)의 무게 감소(Weightloss)를 비교한 그래프이고, 도 14는 Ag 접착층과 비교예(타사 제품)의 열량(Calorimetric)을 측정한 그래프이다.13 is a graph comparing the weight loss of the Ag adhesive layer of the Example and the comparative example (manufactured by another company), and FIG.
실시예의 Ag 접착층은 비교예(타사 제품)에 비해 유기 함량 1~2wt%에서 열분해 및 소결온도가 60~100℃ 낮은 것이 확인된다. 이를 통해 낮은 소결온도는 빠른 소결을 가능하게 함을 예상할 수 있다.It is confirmed that the Ag adhesive layer of the example has a thermal decomposition and sintering temperature of 60-100° C. lower at an organic content of 1 to 2 wt % compared to the comparative example (product of another company). Through this, it can be expected that the low sintering temperature enables fast sintering.
상술한 본 발명의 실시예의 Ag 접착층은 무압력 소결에서 150W/mK의 열전도율을 확보할 수 있고, 테스트 장비를 이용한 가압 소결시 280W/mK 이상, 공식적인 가압장비 사용시 300W/mK 이상의 열전도율을 확보할 수 있다.The above-described Ag adhesive layer of the embodiment of the present invention can secure thermal conductivity of 150W/mK in pressureless sintering, 280W/mK or more when pressure sintering using test equipment, and 300W/mK or more when using official pressurization equipment. have.
또한, 본 발명의 실시예의 Ag 접착층은 Ag 분말 입자가 플레이크상을 가지므로 수축율이 적고, Ag 접착층이 다층 구조 및 이종 분말 입자로 구성되어 잔류 응력의 제거에 이점이 있으므로 소결 후 균열로 인한 불량이 최소화되며, 50MPa 이상의 높은 파괴 강도(인장 강도)를 확보할 수 있다.In addition, the Ag adhesive layer of the embodiment of the present invention has a small shrinkage rate because the Ag powder particles have a flake shape, and the Ag adhesive layer has a multi-layer structure and heterogeneous powder particles, so it has an advantage in removing residual stress. It is minimized, and high breaking strength (tensile strength) of 50 MPa or more can be secured.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is disclosed in the drawings and in the specification with preferred embodiments. Here, although specific terms have been used, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments of the present invention are possible therefrom. Accordingly, the true technical scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.
10: 접착제 전사 필름
11: 베이스 필름
12: 점착제
13: 접착층
13a: 제1 접착층
13b: 제2 접착층
13c: 제3 접착층
13': 전사된 접착층
13": 가접된 접착층 또는 소결층
20: 기판
21: 세라믹 기재
22: 금속층
40: 대상물
1: 다이
3: 상부척10: adhesive transfer film 11: base film
12: adhesive 13: adhesive layer
13a: first
13c: third adhesive layer 13': transferred adhesive layer
13": glued adhesive layer or sintered layer
20: substrate 21: ceramic substrate
22: metal layer 40: object
1: Die 3: Upper chuck
Claims (15)
상기 베이스 필름 상에 형성된 점착층; 및
상기 점착층 상에 형성된 다층 구조의 접착층;
을 포함하는 접착제 전사 필름.base film;
an adhesive layer formed on the base film; and
an adhesive layer having a multilayer structure formed on the adhesive layer;
Adhesive transfer film comprising a.
상기 접착층은 Ag 접착층이고,
상기 Ag 접착층은 Ag 분말 98~99 중량%와 바인더 1~2 중량%를 포함하는 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The adhesive layer is an Ag adhesive layer,
The Ag adhesive layer is an adhesive transfer film comprising 98 to 99% by weight of Ag powder and 1 to 2% by weight of a binder.
상기 Ag 분말은 플레이크상 나노 입자로 이루어진 접착제 전사 필름.3. The method of claim 2,
The Ag powder is an adhesive transfer film made of flaky nanoparticles.
상기 접착층은
상기 점착층의 상면에 적층되는 제1 접착층;
상기 제1 접착층의 상면에 적층되는 제2 접착층; 및
상기 제2 접착층의 상면에 적층된 제3 접착층을 포함하고,
상기 제1 접착층 내지 상기 제3 접착층은 플레이크상 나노 입자로 이루어진 Ag 분말을 포함하고,
상기 제2 접착층에 포함된 Ag 분말의 평균입경은 상기 제1 접착층과 상기 제3 접착층에 포함된 Ag 분말의 평균입경에 비해 상대적으로 작은 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The adhesive layer is
a first adhesive layer laminated on an upper surface of the adhesive layer;
a second adhesive layer laminated on an upper surface of the first adhesive layer; and
A third adhesive layer laminated on the upper surface of the second adhesive layer,
The first adhesive layer to the third adhesive layer include Ag powder consisting of flaky nanoparticles,
The average particle diameter of the Ag powder included in the second adhesive layer is relatively small compared to the average particle diameter of the Ag powder included in the first adhesive layer and the third adhesive layer.
상기 접착층은
상기 점착층의 상면에 적층되는 제1 접착층;
상기 제1 접착층의 상면에 적층되는 제2 접착층; 및
상기 제2 접착층의 상면에 적층된 제3 접착층을 포함하고,
상기 제1 접착층 및 상기 제3 접착층은 나노 입자로 이루어진 Ag 분말을 포함하고, 상기 제2 접착층은 플레이크상 나노 입자로 이루어진 Ag 분말을 포함하며,
상기 제2 접착층에 포함된 Ag 분말의 평균입경은 상기 제1 접착층과 상기 제3 접착층에 포함된 Ag 분말의 평균입경에 비해 상대적으로 작은 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The adhesive layer is
a first adhesive layer laminated on an upper surface of the adhesive layer;
a second adhesive layer laminated on an upper surface of the first adhesive layer; and
A third adhesive layer laminated on the upper surface of the second adhesive layer,
The first adhesive layer and the third adhesive layer include Ag powder made of nanoparticles, and the second adhesive layer includes Ag powder made of flaky nanoparticles,
The average particle diameter of the Ag powder included in the second adhesive layer is relatively small compared to the average particle diameter of the Ag powder included in the first adhesive layer and the third adhesive layer.
상기 접착층의 두께는 40㎛~60㎛인 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The thickness of the adhesive layer is an adhesive transfer film of 40㎛ ~ 60㎛.
상기 베이스 필름은 PET 필름인 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The base film is an adhesive transfer film that is a PET film.
상기 점착층은 OCA인 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The adhesive layer is an adhesive transfer film of OCA.
상기 접착층은 가압 소결 후 다공도가 7%~8%인 접착제 전사 필름.According to claim 1,
The adhesive layer is an adhesive transfer film having a porosity of 7% to 8% after sintering under pressure.
상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 대상물에 전사시키는 전사단계;
상기 접착층이 전사된 대상물을 상기 접착층을 매개로 기판에 접합시키는 가접단계; 및
상기 가접단계 후, 소결하여 상기 기판에 상기 대상물을 본접합시키는 본접단계;
를 포함하는 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법.A preparation step of preparing an adhesive transfer film;
a transfer step of transferring the adhesive layer on the adhesive transfer film to an object;
a temporary bonding step of bonding the object to which the adhesive layer is transferred to a substrate via the adhesive layer; and
After the temporary bonding step, the main bonding step of sintering the main bonding of the object to the substrate;
A bonding method using an adhesive transfer film comprising a.
상기 준비단계는,
베이스 필름을 준비하는 단계;
상기 베이스 필름 상에 점착층을 형성하는 단계; 및
상기 점착층 상에 Ag 소결 페이스트를 코팅하고 건조하는 과정을 3회 이상 수행하여 다층 구조의 접착층을 형성하는 단계;
를 포함하는 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법.11. The method of claim 10,
The preparation step is
preparing a base film;
forming an adhesive layer on the base film; and
forming an adhesive layer having a multilayer structure by coating the Ag sintering paste on the adhesive layer and drying the adhesive layer three or more times;
A bonding method using an adhesive transfer film comprising a.
상기 전사단계는,
다이에 상기 접착제 전사 필름을 고정시키고, 진공을 이용하여 대상물을 흡착 및 고정하는 상부척에 대상물을 고정시키는 단계; 및
상기 상부척을 100~170℃의 온도로 가열하고 상기 다이를 80~100℃의 온도로 가열한 다음, 상기 상부척에 고정된 상기 대상물을 상기 접착제 전사 필름 측으로 가압하여 상기 접착제 전사 필름 상의 접착층을 상기 대상물에 전사시키는 단계;
를 포함하는 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법.11. The method of claim 10,
The transfer step is
fixing the adhesive transfer film to a die and fixing the object to an upper chuck for adsorbing and fixing the object using a vacuum; and
The upper chuck is heated to a temperature of 100 to 170° C. and the die is heated to a temperature of 80 to 100° C., and then the object fixed to the upper chuck is pressed toward the adhesive transfer film to form an adhesive layer on the adhesive transfer film. transferring to the object;
A bonding method using an adhesive transfer film comprising a.
상기 본접단계는
상기 소결은 240~300℃에서 상기 대상물과 상기 기판의 가접합체를 가압 가열하면서 2분~5분 동안 수행하는 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법.11. The method of claim 10,
The bonding step is
The sintering is a bonding method using an adhesive transfer film that is performed for 2 minutes to 5 minutes while pressurizing and heating the temporary bonding body of the object and the substrate at 240 ~ 300 ℃.
상기 가접단계와 상기 본접단계는 동시에 수행되는 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법.11. The method of claim 10,
A bonding method using an adhesive transfer film in which the temporary bonding step and the bonding step are performed simultaneously.
상기 대상물은 반도체 칩, 스페이서를 포함하는 접착제 전사 필름을 이용한 접합 방법.11. The method of claim 10,
The object is a bonding method using an adhesive transfer film including a semiconductor chip and a spacer.
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