KR20230128206A - 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물 - Google Patents

웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물 Download PDF

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이승훈
박다빈
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물에 관한 것으로, 높은 점도, 점착성, 및 볼 전단 접착력과 웨이퍼 패시베이션 박리 최소화 면에서 우수한 효과를 나타내므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물 {Composition for Wafer Bumping Flux}
본 발명은 플럭스 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 플럭스 조성물에 관한 것이다.
각종 전자제품 및 모바일 기기에 사용되고 있는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA), 플립 칩 볼 그리드 어레이(Flip Chip Ball Grid Array; FCBGA), 실리콘 관통전극(Through Silicon Via; TSV) 패키지 기술은 반도체 처리용량 및 속도가 증가함에 따라 경량화, 박막화, 고집적화를 위해 수요가 증가하고 있다. 이러한 BGA, FCBGA 및 TSV 패키지 기술은 와이어 본딩(Wire bonding)이 아닌 솔더(Solder) 접착을 통하여 신호이동거리 및 전력소모를 최소화하고 패키지 공간을 극대화 시킬 수 있는 장점이 있어, 매년 그 수요가 증가하고 있으며 이에 따라 솔더 범핑(Solder bumping)을 위한 플럭스 소재 수요도 함께 증가하고 있다.
이때, 플럭스(Flux)는 웨이퍼 상에 솔더 표면의 산화막을 제거하고 범프를 형성시키는 역할을 하는 핵심 소재이나 대부분 수입에 의존하고 있다.
최근 웨이퍼를 보호하기 위한 패시베이션(Passivation) 소재의 트랜드가 폴리이미드(polyimide; PI) 수지에서 폴리벤조옥사졸(polybenzoxazole; PBO) 수지로 전환되고 있다. 폴리이미드 수지의 경화온도는 300℃ 내지 350℃ 범위이기 때문에, 얇고 작아지는 웨이퍼의 휨(warpage)을 유발하는 문제점이 있다. 따라서, 경화온도가 150℃ 내지 200℃ 수준인 저온 경화형 패시베이션 폴리벤조옥사졸 수지의 사용이 증가하고 있는 추세지만, 완전경화가 되지 않는 단점이 있다. 따라서, 추가 후공정 리플로우(Reflow) 과정에서 일부 플럭스(Flux) 소재에 포함된 아민(Amine)과 반응하여 박리(Delamination) 문제가 발생한다.
웨이퍼 패시베이션 층에서 박리가 발생하면 후공정 리플로우 과정에서 솔더와 기타 이물질이 웨이퍼 내부로 침투하여 신뢰성 문제를 야기시킨다.
최근 반도체 웨이퍼 범프 피치(Bump Pitch) 간격도 미세해짐에 따라 리플로우 공정이 완료된 후 플럭스 잔유물 제거에 대한 어려움이 증가하고 있기 때문에 폴리벤조옥사졸 수지와 반응하지 않고 안정적으로 플럭스 잔유물을 제거할 수 있는 제품에 대한 수요가 증가하고 있다.
KR 10-2243088 B1
본 발명자들은 플럭스 조성물에 폴리벤조옥사졸과 반응하는 아민 재료를 적용해도 반도체 패키지 공정 중 리플로우 공정 후 폴리벤조옥사졸을 포함하는 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 현상이 없는 플럭스 조성물을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 조성물의 경우, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 문제를 개선하고 높은 점도, 점착성, 볼 전단 접착력과 같은 양호한 솔더링 특성을 나타내며 리플로우 후 플럭스 잔사량 면에서 우수한 효과를 나타내어, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로 유용하게 사용될 수 있음을 규명함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 패시베이션 박리가 나타나지 않는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 플럭스 조성물에 폴리벤조옥사졸과 반응하는 아민 재료를 적용해도 반도체 패키지 공정 중 리플로우 공정 후 폴리벤조옥사졸을 포함하는 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 현상이 없는 플럭스 조성물을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명에 따른 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 조성물의 경우, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 문제를 개선하고 높은 점도, 점착성, 볼 전단 접착력과 같은 양호한 솔더링 특성을 나타내며 리플로우 후 플럭스 잔사량 면에서 우수한 효과를 나타내어, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로 유용하게 사용될 수 있음을 규명하였다.
본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 사용하는 경우, 리플로우 과정에서 상기 아민 성분은 전량 휘발되므로 폴리벤조옥사졸과 반응하지 않아 웨이퍼 패시베이션 박리가 발생하지 않고, 프리-히팅 구간에서 액체 상태인 상기 산 성분이 솔더 표면의 산화막을 제거하므로 양호한 솔더링 특성을 나타내며, 리플로우 후 잔사량이 낮아 플럭스 잔유물을 안정적으로 제거할 수 있으므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물에 상기 아민 및 산을 함께 적용함으로써 웨이퍼 박리가 나타나지 않는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 개발하게 되었다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 제공한다.
본 발명에서 용어 "웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물"은 반도체 패키지 공정에서 웨이퍼 범프(Bump)의 산화막을 안정적으로 제거하고, 솔더링 특성을 부여하는 역할을 하는 조성물을 의미한다. 상기 "웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물"은 리플로우 공정 후 웨이퍼 박리 현상이 없는 것이 바람직하다.
상기 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 웨이퍼 상에 솔더 범프를 형성시킬 수 있을 정도의 충분한 점도(Viscosity) 및 점착성(Tackiness)을 가질 수 있다. 또한, 리플로우 공정을 수행하는 동안 본 발명에 따른 아민 성분은 프리-히팅(Pre-heating) 공정 도달 전에 전량 휘발되기 때문에 폴리벤조옥사졸과 반응하지 않는다. 더욱이, 양호한 솔더링 특성을 부여하며 리플로우 후 잔사량이 낮아 필요시 세척으로 플럭스 잔유물을 안정적으로 제거할 수 있다.
본 발명에서 용어 "리플로우(reflow)"는 솔더(solder)와 플럭스(flux)를 사용하여 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB), 웨이퍼(wafer)와 같은 접촉 패드에 다수의 작은 전기 부품을 일시적으로 부착한 다음 제어된 열을 전체 조립체에 가하는 과정을 의미한다. 즉, 리플로우는 솔더 범프가 용해되어 웨이퍼와 금속 결합을 형성하도록 모듈이 가열되는 공정이다.
상기 리플로우는 최고 온도 240℃에서 수행될 수 있다. 상기 리플로우는 프리-히팅 120초, 최고 온도 240℃, 드웰 타임 60초 및 질소 농도 100 ppm의 조건으로 수행될 수 있다. 상기 리플로우는 리플로우 오븐에서 수행될 수 있다. 상기 프리-히팅은 150℃ 내지 200℃의 온도일 수 있다. 상기 프리-히팅은 체류 시간이 90초 내지 120초일 수 있다. 상기 프리-히팅은 벨트 속도가 50 cm/min일 수 있다.
본 발명에서 용어 "웨이퍼(wafer)"는 결정질 실리콘(crystalline silicon)과 같은 반도체의 얇은 슬라이스를 의미한다. 웨이퍼는 집적 회로(integrated circuit, IC)의 제조(팹, fabrication) 등에 사용된다.
본 발명에서 용어 "범핑(bumping)"은 웨이퍼가 개별 칩(chip)으로 다이싱(dicing)되기 전에 전체 웨이퍼 상에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 형성하는 진보된 웨이퍼 수준 공정 기술을 의미한다.
본 발명에서 용어 "웨이퍼 단위 패키징(Wafer Level Packaging, WLP)"은 웨이퍼를 개별 회로로 자른 다음 패키징하는 종래의 방법과 달리, 여전히 웨이퍼의 일부인 상태에서 집적 회로를 패키징하는 기술을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 최고 온도 240℃의 리플로우(Reflow) 공정 중 모두 휘발된다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 220℃ 내지 240의 리플로우 공정 중 모두 휘발된다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 220℃ 내지 240℃, 225℃ 내지 240℃, 230℃ 내지 240℃, 또는 235℃ 내지 240℃의 리플로우 공정 중 모두 휘발된다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 하나 이상의 수소가 알킬 또는 방향족 고리로 치환된 작용기를 포함한 질소 유기화합물이다.
상기 질소 유기화합물에는 아민기 외에 다른 작용기가 같이 존재할 수 있다. 수소 대신 치환된 알킬 개수에 따라 1차, 2차 및 3차 아민으로 나누어질 수 있고, 화합물 내에 존재하는 아민 작용기 수에 따라 다이아민(Diamine), 트리아민(Triamine), 폴리아민(Polyamine)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 하나 이상의 수소가 알킬로 치환된 작용기를 포함한 질소 유기화합물이고, 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다: (2-메틸부틸)아민 ((2-methylbutyl)amine), 사이클로헥실아민 (cyclohexylamine), 트리스(2-에틸헥실)아민 (tris(2-ethylhexyl)amine), 비스(2-에틸헥실)아민 (bis(2-ethylhexyl)amine), 테트라데실아민 (tetradecylamine), (3-메틸펜틸)아민 ((3-methylpentyl)amine), 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoethyl)amine), 비스(2-메톡시에틸)아민 (bis(2-methoxyethyl)amine), 트리스[2-(아이소프로필아미노)에틸]아민 (tris[2-(isopropylamino)ethyl]amine), 비스(2-하이드록시프로필)아민 (bis(2-hydroxypropyl)amine), 2,3,3,-트리메틸부탄-1-아민 (2,3,3-Trimethylbutan-1-amine), 및 비스(3-아미노프로필)아민 (bis(3-aminopropyl)amine).
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 하나 이상의 수소가 방향족 고리로 치환된 작용기를 포함한 질소 유기화합물이고, 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다: 아닐린 (aniline), N-메틸아닐인 (N-methylaniline), N,N-디메틸아닐린 (N,N-dimethylaniline), 3,5-다이메틸-4-에톡시아닐린 (3,5-dimethyl-4-ethoxyaniline), 펜에틸아민 (phenethylamine), N,N-다이메틸사이클로헥산아민 (N,N-dimethylcyclohexylamine), 4,4'-옥시디아닐린 (4,4'-oxydianiline), 4,4'-다이아미노다이페닐메테인 (4,4'-diaminodiphenylmethane), 및 m-니트로아닐린 (m-nitroaniline).
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 하기 화학식 1 내지 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다:
[화학식 1]
,
[화학식 2]
,
[화학식 3]
,
[화학식 4]
, 및
[화학식 5]
.
상기 아민은 증기압이 낮아 휘발이 잘되면서도 점도가 낮기 때문에, 상기 아민을 이용하면 솔더링(Soldering) 공정시 고점성 플럭스 재료 조성물의 점도(Viscosity) 및 점착성(Tackiness)을 조절할 수 있고, 저비점 고휘발 특성으로 인해 리플로우(Reflow) 공정 과정에서 프리-히팅 구간 도달 전에 휘발이 잘되어서 웨이퍼 패시베이션 표면과의 반응이 최소화될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 프로필아민(porpylamine)이고 IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) 명칭은 프로판-1-아민(propane-1-amine)이며, 이의 증기압은 20℃에서 4.79 psi이고, 끓는점은 48℃이다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 다이프로필아민(dipropylamine)이고 IUPAC 명칭은 N-프로필프로판-1-아민(N-propylpropan-1-amine)이며, 이의 증기압은 20℃에서 38 hPa이고, 끓는점은 105℃ 내지 110℃이다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 트리프로필아민(tripropylamine)이고 IUPAC 명칭은 N-에틸-N-프로필프로판-1-아민(N-ethyl-N-propylpropan-1-amine)이며, 이의 증기압은 20℃에서 2.9 mmHg이고, 끓는점은 155℃ 내지 158℃이다.
상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 에틸렌다이아민(ethylenediamine)이고 IUPAC 명칭은 에탄-1,2-다이아민(ethan-1,2-diamine)이며, 이의 증기압은 20℃에서 10 mmHg이고, 끓는점은 118℃이다.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 테트라키스(다이에틸아미노)에틸렌(tetrakis(dimethylamino)ethylene, TMAE)이고 IUPAC 명칭은 1-N,1-N,1-N',1-N',2-N,2-N,2-N',2-N'-옥타메틸에텐-1,1,2,2-테트라아민(1-N,1-N,1-N',1-N',2-N,2-N,2-N',2-N'-octamethylethene-1,1,2,2-tetramine)이며, 이의 증기압은 25℃에서 0.50 torr이고, 끓는점은 59℃/0.9 mmHg이다.
본 발명에서 단위 "중량부 (weight parts, parts by weight)"는 특정 성분을 기준으로 한 다른 성분의 상대적 중량 비율을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 35 중량부로 포함된다.
상술한 아민 중량부 외에서 발명을 실시하는 경우 예를 들어, 상기 중량부를 초과하여 실시하는 경우 짧은 리플로우 공정 시간 동안 불완전한 휘발로 패시베이션의 박리를 일부 발생시킬 수 있고, 상기 중량부를 미달하여 실시하는 경우 활성제인 산을 녹이지 못해 제품상 안정성 문제를 야기할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 35 중량부, 10 중량부 내지 30 중량부, 10 중량부 내지 25 중량부, 10 중량부 내지 20 중량부, 10 중량부 내지 15 중량부, 15 중량부 내지 35 중량부, 15 중량부 내지 30 중량부, 15 중량부 내지 25 중량부, 15 중량부 내지 20 중량부, 20 중량부 내지 35 중량부, 20 중량부 내지 30 중량부, 20 중량부 내지 25 중량부, 25 중량부 내지 35 중량부, 25 중량부 내지 30 중량부, 또는 30 중량부 내지 35 중량부로 포함될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 25 중량부로 포함된다.
본 발명의 구체적인 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부, 15 중량부, 20 중량부, 및/또는 25 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 리플로우 공정 전의 조성물에서 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 15 중량부 내지 20 중량부로 포함된다.
본 발명의 여전히 다른 일 구현예에 있어서, 상기 아민은 리플로우 공정 전의 조성물에서 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 25 중량부, 10 중량부 내지 20 중량부, 10 중량부 내지 15 중량부, 15 중량부 내지 25 중량부, 15 중량부 내지 20 중량부, 또는 20 중량부 내지 25 중량부로 포함된다.
상술하였듯이, 본 발명에 따른 조성물의 아민 성분은 리플로우 공정을 수행하는 동안 프리-히팅 공정 도달 전에 전량 휘발된다. 따라서, 본 발명에 따른 조성물의 아민 성분은 추가 후공정 리플로우 과정에서 폴리벤조옥사졸과 반응하지 않으므로, 박리 문제가 발생하지 않아 양호한 솔더링 특성을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산은 하기 화학식 6 내지 8로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다:
[화학식 6]
,
[화학식 7]
, 및
[화학식 8]
.
상기 화학식 6, 7 및 8로 표시되는 본 발명에 따른 산은 리플로우 공정 과정에서 아민이 휘발하더라도 낮은 녹는점을 가지기 때문에 150℃ 내지 200℃의 프리-히팅 구간에서 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물 내에 액상 상태로 존재하므로, 솔더 표면의 산화막을 잘 제거시킨다. 녹는점이 189.5℃인 옥살산 (oxalic acid), 녹는점이 190℃인 2,2-비스(하이드록시메틸)프로피온산 (2,2-bis(hydroxymethyl)propionic acid), 녹는점이 184℃인 숙신산 (Succinic acid) 등과 같은 종래의 산은 녹는점이 높아 아민이 휘발되어 없어질 경우 고체상으로 석출되는 문제가 발생하는 반면, 본 발명에 따른 산은 이러한 문제에 제한받지 않고 우수한 솔더링 특성을 부여할 수 있는 장점이 있다.
보다 구체적으로, 산이 솔더 표면의 산화막을 제거해주지 못할 경우 PCB(printed circuit board) 기판의 Cu 패드와 원활한 접합이 이루어지지 않기 때문에 솔더 볼 크랙 또는 솔더 볼 단락이 발생하는 신뢰성 불량을 야기할 수 있으나, 상기 산은 리플로우 공정 과정에서 아민이 없어도 석출되지 않고 충분한 활성력을 부여하기 때문에 신뢰성에 문제가 발생하지 않는다.
상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 말레산(maleic acid)이고 IUPAC 명칭은 (Z)-but-2-enedioic acid이며, 녹는점은 132.5℃이다.
상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 프로피온산(propionic acid)이고 IUPAC 명칭은 propanoic acid이며, 녹는점은 -20.7℃이다.
상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 수베르산(Suberic acid)이고 IUPAC 명칭은 octanedioic acid이며, 녹는점은 144℃이다.
본 발명의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물 내에서 본 발명에 따른 산(Acid)은 150℃ 내지 200℃의 프리-히팅 구간에서 액상 상태인 카르복실산이라면 비-제한적으로 사용될 수 있다. 순수 화합물의 녹는점 및 끓는점과는 달리, 혼합물에 용해된 화합물은 증기압 내림 현상에 의해 순수 화합물과 비교해 끓는점은 오르고 어는점은 낮아지게 되는, 끓는점 오름과 어는점 내림 현상에 의해 본 발명에 따른 산(acid)은 상기 조성물 내에서 순수 용액 상태의 녹는점보다 낮은 녹는점과 이의 끓는점 보다 높은 끓는점을 나타낼 것을 당업자라면 이해할 것이다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 산은 상기 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부로 포함되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 산의 중량부 외에서 발명을 실시하는 경우 예를 들어, 상기 중량부를 초과하여 실시하는 경우 솔더 표면 부식 문제가 발생할 수 있고, 상기 중량부를 미달하여 실시하는 경우 솔더링 불량이 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 산은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부, 1 중량부 내지 25 중량부, 1 중량부 내지 20 중량부, 1 중량부 내지 15 중량부, 1 중량부 내지 10 중량부, 1 중량부 내지 5 중량부, 5 중량부 내지 30 중량부, 5 중량부 내지 25 중량부, 5 중량부 내지 20 중량부, 5 중량부 내지 15 중량부, 5 중량부 내지 10 중량부, 10 중량부 내지 30 중량부, 10 중량부 내지 25 중량부, 10 중량부 내지 20 중량부, 10 중량부 내지 15 중량부, 15 중량부 내지 30 중량부, 15 중량부 내지 25 중량부, 15 중량부 내지 20 중량부, 20 중량부 내지 30 중량부, 20 중량부 내지 25 중량부, 또는 25 중량부 내지 30 중량부로 포함되어 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 산은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 1 중량부 내지 15 중량부, 1 중량부 내지 10 중량부, 1 중량부 내지 5 중량부, 5 중량부 내지 15 중량부, 5 중량부 내지 10 중량부, 또는 10 중량부 내지 15 중량부로 포함되어 있다.
본 발명의 여전히 다른 일 구현예에 있어서, 상기 산은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 5 중량부, 10 중량부 및/또는 15 중량부로 포함되어 있다.
상기 산은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 30 중량부 초과, 또는 15 중량부 초과로 포함되는 경우 산이 석출되는 문제가 있다.
본 발명의 구체적인 일 구현예에 있어서, 상기 산은 리플로우 공정 중 프리-히팅 구간에서 액체 상태이다. 상기 프리-히팅 구간은 150℃ 내지 200℃의 온도일 수 있다. 상기 프리-히팅 구간은 체류 시간이 90초 내지 120초일 수 있다. 상기 프리-히팅 구간은 벨트 속도가 50 cm/min일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 폴리에틸렌글라이콜 (polyethylene glycol), 에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드 코폴리머 (ethylene oxide/propylene oxide copolymer), 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 (polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르 (polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르 (polyoxyethylene stearyl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르 (polyoxyethylene oleyl ether), 폴리옥시에틸렌 브렌치드 데실 에테르 (polyoxyethylene branched decyl ether), 및 폴리옥시에틸렌 트라이데실 에테르 (polyoxyethylene tridecyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene Glycol)이다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 수평균분자량이 200 내지 4000이다.
본 발명에서 용어 "수평균분자량(number-average molecular weight, Mn)"은 어떤 시스템에 있는 분자의 총 중량을 시스템에 있는 총 분자 수(몰수)로 나눈 값을 의미한다. 수평균분자량은 아래 식 1을 이용하여 구할 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서 w는 물질의 총 중량, Nx는 물질 x의 수(몰수), Mx는 물질 x의 분자량을 나타낸다.
합성 고분자에는 작은 분자량의 고분자와 큰 분자량의 고분자가 혼재되어 있으므로, 다양한 크기의 분자량 분포를 가지는 고분자의 분자량을 평균으로 나타내는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 보다 중요하게는, 고분자는 분자량마다 그 물성이 상이하기 때문에, 고분자의 분자량, 즉 수평균분자량, 중량평균분자량, 점성평균분자량, 분자량분산도 등을 이의 사용 목적에 적합하게 조절해야함을 당업자라면 이해할 것이다.
본 발명의 다른 일 구체예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 수평균분자량이 200 내지 4000인 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene Glycol)이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 수평균분자량이 200, 300, 400, 600, 1000, 1500, 2000, 및 4000인 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene Glycol; PEG)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 구체적인 일 구체예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 수평균분자량이 1500인 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene Glycol)이다.
본 발명의 또 다른 일 구체예에 있어서, 상기 수지(Resin)는 폴리에틸렌글리콜1500(Polyethylene Glycol 1500; PEG 1500)이다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 수지는 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 45 중량부로 포함되어 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 수지는 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 45 중량부, 10 중량부 내지 40 중량부, 10 중량부 내지 35 중량부, 10 중량부 내지 30 중량부, 15 중량부 내지 45 중량부, 15 중량부 내지 40 중량부, 15 중량부 내지 35 중량부, 15 중량부 내지 30 중량부, 20 중량부 내지 45 중량부, 20 중량부 내지 40 중량부, 20 중량부 내지 35 중량부, 20 중량부 내지 30 중량부, 또는 25 중량부로 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 아이소프로필알코올 (isopropyl alcohol), 에탄올 (ethanol), 아세톤 (acetone), 톨루엔 (toluene), 크실렌 (xylene), 아세트산에틸 (ethyl acetate), 에틸셀로솔브 (ethyl cellosolve), 부틸셀로솔브 (butyl cellosolve), 글리콜에테르 (glycol ether), 헥실다이글리콜 (hexyldiglycol), (2-에틸헥실)다이글리콜 (2-ethylhexyl diglycol), 페닐글리콜 (phenylglycol), 부틸카르비톨 (butyl carbitol), 옥탄다이올 (octanediol), α-테르피네올 (α-Terpineol), β-테르피네올 (β-Terpineol), 테트라에틸렌글라이콜다이메틸에테르 (tetraethylene glycol dimethyl ether), 트리멜리트산트리스(2-에틸헥실) (tris(2-ethylhexyl) trimellitate), 세바스산비스(2-에틸헥실) (bis(2-ethylhexyl) sebacate), 및 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에테르 (diethylene glycol monobutyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종이나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에서 용매에는 당업계에서 플럭스를 제조하기 위하여 이용되는 어떠한 용매도 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 49 중량부로 포함될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 용매 중량부 외에서 발명을 실시하는 경우 예를 들어, 상기 중량부를 초과하여 실시하는 경우 상기 조성물의 점도가 낮아져 솔더링 부족이 발생할 수 있고, 상기 중량부를 미달하여 실시하는 경우 상기 조성물의 점도가 높아져 솔더 볼 브릿지(bridge)가 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 49 중량부, 5 중량부 내지 45 중량부, 5 중량부 내지 40 중량부, 5 중량부 내지 35 중량부, 5 중량부 내지 30 중량부, 5 중량부 내지 25 중량부, 5 중량부 내지 20 중량부, 5 중량부 내지 15 중량부, 5 중량부 내지 10 중량부, 10 중량부 내지 49 중량부, 10 중량부 내지 45 중량부, 10 중량부 내지 40 중량부, 10 중량부 내지 35 중량부, 10 중량부 내지 30 중량부, 10 중량부 내지 25 중량부, 10 중량부 내지 20 중량부, 10 중량부 내지 15 중량부, 15 중량부 내지 49 중량부, 15 중량부 내지 45 중량부, 15 중량부 내지 40 중량부, 15 중량부 내지 35 중량부, 15 중량부 내지 30 중량부, 15 중량부 내지 25 중량부, 15 중량부 내지 20 중량부, 20 중량부 내지 49 중량부, 20 중량부 내지 45 중량부, 20 중량부 내지 40 중량부, 20 중량부 내지 35 중량부, 20 중량부 내지 30 중량부, 20 중량부 내지 25 중량부, 25 중량부 내지 49 중량부, 25 중량부 내지 45 중량부, 25 중량부 내지 40 중량부, 25 중량부 내지 35 중량부, 25 중량부 내지 30 중량부, 30 중량부 내지 49 중량부, 30 중량부 내지 45 중량부, 30 중량부 내지 40 중량부, 30 중량부 내지 35 중량부, 35 중량부 내지 49 중량부, 35 중량부 내지 45 중량부, 35 중량부 내지 40 중량부, 40 중량부 내지 49 중량부, 40 중량부 내지 45 중량부, 또는 45 중량부 내지 49 중량부로 포함된다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여, 5 중량부 내지 40 중량부로 포함된다.
본 발명의 여전히 다른 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여, 40 중량부로 포함된다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 조성물은 리플로우(Reflow) 공정 동안, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리를 억제한다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 조성물은 리플로우(Reflow) 공정 동안, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 현상이 억제된다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 상기 조성물은 리플로우(Reflow) 공정 동안, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 현상이 일어나지 않는다.
본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 웨이퍼 패시베이션 층은 폴리벤조옥사졸(polybenzoxazole) 수지를 포함한다.
본 발명의 다른 일 구체예에 있어서, 상기 웨이퍼 패시베이션 층은 폴리벤조옥사졸 수지로 코팅된 층이다.
본 발명에서 용어 "패시베이션(passivation)"은 환경에 영향을 적게 받거나 부식이 덜 되도록하기 위해 어떤 물질을 코팅하는 것을 의미한다.
본 발명에서 용어 "웨이퍼 패시베이션"은 전기가 실리콘에 안정적으로 침투할 수 있도록 실리콘 웨이퍼를 절연층으로 코팅하는 과정을 의미한다.
본 발명에서 용어 "웨이퍼 패시베이션 층"은 전기가 실리콘에 안정적으로 침투할 수 있도록 코팅된 실리콘 웨이퍼의 절연층을 의미한다.
본 발명에서 용어 "폴리벤조옥사졸(polybenzoxazole, PBO)"은 벤젠이 융합된 옥사졸 고리 구조인 벤조옥사졸을 구성 반복 단위(constitutional repeating unit, CRU)로 주사슬에 포함하는 열가소성 수지를 의미한다. 폴리벤조옥사졸은 열안정성이 우수하고, 유리전이온도(Tg)가 높으며, 화염저항성이 뛰어나고 연소시 연기 발생이 적은 소재로 공지되어 있다.
상기 폴리벤조옥사졸은 폴리(파라-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole)일 수 있다. 상기 폴리벤조옥사졸은 상표명이 자일론(Zylon®)인 합성 폴리머일 수 있다.
본 발명에서 용어 "폴리이미드(polyimide, PI)"는 두 개의 아실(acyl) 작용기가 질소 원자에 결합된 이미드(imide) 작용기를 주사슬에 포함하는 폴리머를 의미한다. 폴리이미드는 주로 아민과 카복실산 무수물 사이의 축합 반응을 통해 합성되는 것으로 공지되어 있다.
상기 폴리이미드는 방향족일 수 있다. 상기 폴리이미드는 베스펠(Vespel), 피랄린(Pyralin), 캡톤(Kapton), 토를론(Torlon), 또는 울템(Ultem)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼 패시베이션을 위한 소재가 폴리이미드 수지에서 폴리벤조옥사졸 수지로 전환되고 있다. 폴리이미드와 폴리벤조옥사졸 모두 높은 내열성과 우수한 기계적 특성을 나타내므로 반도체, 우주항공, 군수 분야 등에서 이용되고 있으나, 카보닐기를 포함하지 않는 폴리벤조옥사졸은 폴리이미드 대비 비교적 낮은 유전상수(dielectric constant)와 낮은 수분 흡수를 나타내고, 경화 온도가 300℃ 내지 350℃인 폴리이미드 대비 150℃ 내지 200℃로 비교적 저온 경화가 가능하여 점차 경박 단소화되는 웨이퍼의 고온 경화 후 휨 현상(warpage)이 저해되는 장점이 있다. 다만, 완전 경화가 되지 않아 후공정인 리플로우 과정에서 플럭스 조성물에 포함된 아민과 폴리벤조옥사졸이 반응하여 박리를 유발할 수 있는 제한점이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 사용하는 경우, 플럭스 조성물 내 아민은 리플로우 과정에서 전량 휘발되어 웨이퍼 패시베이션 층의 폴리벤조옥사졸과 반응할 수 없으므로, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리를 유발하지 않는다.
본 발명에서 "박리(delamination)"는 얇은 막이 벗겨지는 것 또는 벗겨진 상태를 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 조성물의 아민 최대량은 리플로우 공정 전의 조성물에서 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 25 중량부 미만이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 조성물의 아민은 리플로우 공정 전의 조성물에서 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 25 중량부로 포함된다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 조성물의 아민 최소량은 리플로우 공정 후의 플럭스 조성물 총 중량의 5 중량부 미만이다.
본 발명의 일 구현예에 있어서 상기 아민은 리플로우 공정 후의 조성물에서 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 0.1 중량부로 포함된다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서 상기 아민은 리플로우 공정 후의 조성물에 포함되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 27,000 mPa 내지 35,000 mPa의 점도를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 27,000 mPa 내지 35,000 mPa, 27,000 mPa 내지 33,000 mPa, 27,000 mPa 내지 31,000 mPa, 27,000 mPa 내지 29,000 mPa, 29,000 mPa 내지 35,000 mPa, 29,000 mPa 내지 33,000 mPa, 29,000 mPa 내지 31,000 mPa, 31,000 mPa 내지 35,000 mPa, 31,000 mPa 내지 33,000 mPa, 또는 33,000 mPa 내지 35,000 mPa의 점도를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 POEA (Polyoxyethylene amine) 또는 2P4MZ (2-phenyl 4-methyl imidazole)를 아민으로 포함하는 종래의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물과 비교하여 높은 점도를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 160 gf 내지 180 gf의 점착성을 나타낸다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 160 gf 내지 180 gf, 160 gf 내지 175 gf, 160 gf 내지 170 gf, 160 gf 내지 165 gf, 165 gf 내지 180 gf, 165 gf 내지 175 gf, 165 gf 내지 170 gf, 170 gf 내지 180 gf, 170 gf 내지 175 gf, 또는 175 gf 내지 180 gf의 점착성을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 POEA 또는 2P4MZ를 아민으로 포함하는 종래의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물과 비교하여 높은 점착성을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 285 gf 내지 295 gf의 볼 전단 접착력(ball shear strength, BST)을 나타낸다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 285 gf 내지 295 gf, 285 gf 내지 290 gf, 또는 290 gf 내지 295 gf의 볼 전단 접착력을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 POEA 또는 2P4MZ를 아민으로 포함하는 종래의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물과 비교하여 높은 볼 전단 접착력을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 리플로우 과정 동안 웨이퍼 패시베이션 박리가 100개의 웨이퍼 중 평균 0개 내지 5개에서 나타난다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 리플로우 과정 동안 웨이퍼 패시베이션 박리가 100개의 웨이퍼 중 평균 0개 내지 5개, 0개 내지 4개, 0개 내지 3개, 0개 내지 2개, 1개 내지 5개, 1개 내지 4개, 1개 내지 3개, 4개, 3개, 2개, 1개, 또는 0개에서 나타난다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 리플로우 후 폴리벤조옥사졸(PBO) 수지를 포함하는 웨이퍼 패시베이션 층의 박리가 100개의 웨이퍼 중 평균 0개 내지 5개에서 나타난다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 리플로우 후 폴리벤조옥사졸(PBO) 수지를 포함하는 웨이퍼 패시베이션 층의 박리가 100개의 웨이퍼 중 평균 0개 내지 5개, 0개 내지 4개, 0개 내지 3개, 0개 내지 2개, 1개 내지 5개, 1개 내지 4개, 1개 내지 3개, 4개, 3개, 2개, 1개, 또는 0개에서 나타난다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 POEA 또는 2P4MZ를 아민으로 포함하는 종래의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물과 비교하여 유의하게 감소한 웨이퍼 패시베이션 층의 박리 발생 평균 수를 나타낸다.
본 발명의 여전히 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 POEA 또는 2P4MZ를 아민으로 포함하는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물과 비교하여 억제된 웨이퍼 패시베이션 박리 현상을 나타낸다.
본 발명에서 단위 "중량 백분율(weight percent, wt%)"은 혼합물의 총 질량에 대한 혼합물 내 특정 물질의 질량 비율을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 조성물은 리플로우 공정 전의 상기 조성물 총 중량에 대해 리플로우 공정 후 중량이 10 wt% 내지 70 wt%이다. 즉, 리플로우 전에 상기 조성물의 무게를 측정하고 리플로우 후에 남은 상기 조성물의 무게를 측정하여 중량 백분율로 나타내었을 때, 리플로우 후 남은 조성물의 무게는 10 wt% 내지 70 wt%이다.
본 발명의 다른 일 구현예에 있어서, 상기 조성물은 리플로우 공정 전의 상기 조성물 총 중량에 대해 리플로우 공정 후 중량이 10 wt% 내지 70 wt%, 20 wt% 내지 70 wt%, 30 wt% 내지 70 wt%, 40 wt% 내지 70 wt%, 50 wt% 내지 70 wt%, 또는 60 wt% 내지 70 wt%이다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물은 POEA 또는 2P4MZ를 아민으로 포함하는 종래의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물과 비교하여 리플로우 전 총 조성물의 중량을 기준으로 유의하게 감소한 리플로우 후 잔사량(wt%)을 나타낸다. 즉, 리플로우 전에 상기 조성물의 무게를 측정하고 리플로우 후에 남은 상기 조성물의 무게를 측정하여 중량 백분율로 나타내었을 때, 리플로우 후 남은 본 발명에 따른 조성물의 중량 백분율은 종래의 조성물보다 유의하게 낮다.
상기 리플로우는 최고 온도 240℃에서 수행될 수 있다. 상기 리플로우는 프리-히팅 120초, 피크 온도 240℃, 드웰 타임 60초 및 질소 농도 100 ppm 조건에서 수행될 수 있다. 본 발명에서 ppm (parts per million)은 대기 중 또는 공기 중 해당 성분의 농도 백만분율을 의미한다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 제공한다.
(b) 본 발명의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 이용하는 경우, 점도, 점착성, 볼 전단 접착력 및 웨이퍼 박리 개선 면에서 우수한 효과를 나타내므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물을 이용하여 PCB 상에 솔더 볼(Solder ball) 부착 후 리플로우 공정 후, 솔더 볼의 형성 여부 및 패시베이션 박리 발생 여부를 확인한 결과이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예: 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물
500 ml 비이커에 용매(다이에틸렌글라이콜 모노뷰틸 에테르, Di-ethylene glycol monobutyl ether), 수지(PEG1500, Polyethylene Glycol 1500), 산(말레산: Maleic acid), 및 아민(화학식 2로 표시되는 다이프로필아민: Dipropylamine; 또는 화학식 3으로 표시되는 트리프로필아민: Tripropylamine)을 첨가하고, 150℃에서 용해하였다. 용해 후 150 rpm으로 30분간 교반하여 혼합하고, 교반 속도를 유지하면서 30℃ 이하가 되도록 냉각하여 플럭스 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성은 하기 표 1과 같다.
비교예: 기존의 플럭스 조성물
조성물의 일부 구성을 달리하여, 실시예와 동일한 방법으로 플럭스 조성물을 제조하였다. 구체적인 조성은 하기 표 2와 같다. 비교예 1의 플럭스 조성물에서는 아민으로 POEA (Polyoxyethylene amine) 또는 2P4MZ (2-phenyl 4-methyl imidazole)를 사용하였다.
실험예 1: 점도(Viscosity) 측정
상기 실시예 및 비교예의 조성물에 대하여, 각 조성물을 0.5 ml씩 점도계(Brookfield DV-Ⅱ)에 정량하고, 스핀들(Spindle No. 51)을 사용하여 5 rpm 속도에서 점도 값을 측정하였으며, 3회 반복 측정 후 평균값을 나타내었다. 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 조성물은 비교예로 나타낸 종래의 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 웨이퍼 범핑 작업에 필요한 점도 면에서 최소 유사하거나 보다 우수한 것을 알 수 있었다.
구체적으로, 비교예 1 및 2의 평균 점도는 27,350 mPa 이었고, 실시예 1 내지 6의 평균 점도는 32,170 mPa 이었으며, 등분산 가정 두 집단의 t-test에서 단측 검정 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 점도가 높은 경향을 확인하였다(p = 0.0636).
따라서, 본 발명의 조성물은 종래의 조성물 대비 점도가 높은 경향을 나타내어 솔더링 공정을 위한 보다 우수한 점도를 나타내므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.
실험예 2: 점착성(Tackiness) 측정
상기 실시예 및 비교예의 조성물에 대하여, 만능 시험기 UTM(universal testing machine)을 이용하여 JIS-Z-3284 조건(Load: 50 g, Down Speed: 2 mm/s, Up Speed: 10 mm/s)으로 설정하고, 각 조성물을 0.2 mm 두께로 인쇄한 후 지름 5.1 mm의 프로브로 0.2초 동안 가압시켜 측정하였다. 결과는 하기 표 4에 나타내었다.
상기 표 4에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 조성물은 비교예로 나타낸 종래의 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 점착성 면에서 최소 유사하거나 보다 우수한 것을 알 수 있었다.
구체적으로, 비교예 1 및 2의 평균 점착성은 160.00 gf이었고, 실시예 1 내지 6의 평균 점착성은 169.83 gf 이었으며, 등분산 가정 두 집단의 t-test에서 단측 검정 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 점착성이 유의하게 높았음을 확인하였다(p < 0.05).
따라서, 본 발명의 조성물은 종래의 조성물 대비 유의하게 높은 점착성을 나타내어 솔더링 공정을 위한 보다 우수한 점착성을 나타내므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.
실험예 3: 솔더 볼(Solder ball) 형성 확인 및 볼 전단 접착력(Ball shear strength; BST) 측정
상기 실시예 및 비교예의 조성물에 대하여, OSP(Organic Solderability Preservative)가 코팅된 PCB 상에 각 조성물을 이용하여 솔더 볼(SAC305, 덕산하이메탈, 한국)을 부착한 후, 리플로우(최고 온도: 240℃를 실시하여 솔더 볼이 잘 형성되는지 확인하였다(도 1 참조). 그 다음, Dage 4000을 이용하여 형성된 솔더 볼의 볼 전단 접착력(BST)을 측정하였다(솔더 볼 크기: 300 μm, 측정 속도: 500 μm/s, 전단 높이: 20 μm). 결과는 하기 표 5에 나타내었다.
도 1 및 상기 표 5에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 조성물은 비교예로 나타낸 종래의 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 볼 전단 접착력 면에서 최소 유사하거나 보다 우수한 것을 알 수 있다.
구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 및 실시예 모두 솔더 볼은 잘 형성되었으나, 표 5에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 및 2의 평균 BST는 283.00 gf이었고, 실시예 1 내지 6의 평균 BST는 287.83 gf 이었으며, 등분산 가정 두 집단의 t-test에서 양측 검정 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 BST가 유의하게 높았음을 확인하였다(p < 0.05).
따라서, 본 발명의 조성물은 종래의 조성물 대비 유의하게 높은 볼 전단 접착력을 나타내어 솔더링 공정을 위한 보다 우수한 볼 전단 접착력을 나타내므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.
실험예 4: PBO 박리 평가
상기 실시예 및 비교예의 조성물에 대하여, PBO(폴리벤조옥사졸: polybenzoxazole) 웨이퍼 패시베이션 박리 영향을 확인하기 위해 0.2 mm 두께 메탈 마스크(Metal Mask)를 이용하여 웨이퍼 표면에 플럭스를 인쇄했다. 프리-히팅 120초, 피크 온도 240℃, 드웰 타임 60초, 질소 농도 100 ppm 조건으로 리플로우(reflow) 오븐 통과 후, DI-Water로 웨이퍼 표면을 세정하였다. 웨이퍼 표면을 마이크로스코프(microscope)로 확인 후 웨이퍼 패시베이션 표면 박리 결과는 하기 표 6에 나타내었다.
상기 표 6에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 조성물(실시예 1 내지 6)은 비교예로 나타낸 종래의 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 웨이퍼 패시베이션 박리 면에서 유의하게 우수한 것을 알 수 있었다. 명백하게, 종래의 조성물인 비교예 1 및 2 대비 본 발명의 조성물인 실시예 1 내지 6은 웨이퍼 패시베이션 박리 현상을 거의 나타내지 않았다.
구체적으로, 비교예 1 및 2는 100개의 웨이퍼 중 평균 62.5개의 웨이퍼에서 패시베이션 박리를 나타내었고, 실시예 1 내지 6은 100개 중 평균 1개의 웨이퍼에서 패시베이션 박리를 나타내었으며, 이분산 가정 두 집단의 t-test에서 단측 검정 결과, 본 발명의 실시예 1 내지 6의 조성물에서 패시베이션 박리 발생 횟수가 유의하게 낮았음을 확인하였다(p < 0.05).
따라서, 본 발명의 조성물은 종래의 조성물 대비 리플로우 공정 동안 웨이퍼 패시베이션 박리 현상을 유의하게 억제할 수 있으므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.
실험예 5: 리플로우 후 잔사 측정
상기 실시예 및 비교예의 조성물에 대하여, 슬라이드 글라스에 각 조성물을 50 μm 두께로 인쇄 후 시료의 무게를 측정하고, 리플로우 오븐(1707MK III, Heller)에서 리플로우(최고 온도: 240℃ 후 남아있는 각 조성물의 무게를 재측정하였다. 리플로우 전 조성물 총 중량에 대해 리플로우 후 남은 조성물의 중량, 즉 잔사의 중량을, 리플로우 후 잔사(wt%) 또는 잔류량(wt%)으로 지칭하였다. 결과는 하기 표 7에 나타내었다.
상기 표 7에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 조성물은 비교예로 나타낸 종래의 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 리플로우 후 잔사 면에서 유의하게 낮은 잔류량(wt%)을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 비교예 1 및 2에서는 리플로우 후 잔사의 양이 평균 89.95 wt%이었고, 실시예 1 내지 6에서는 리플로우 후 잔사의 양이 평균 64.95%이었으며, 등분산 가정 두 집단의 t-test에서 양측 검정 결과 본 발명의 실시예 1 내지 6의 잔류량이 유의하게 낮았음을 확인하였다(p < 0.001).
따라서, 본 발명의 조성물은 동일 공정 세척 조건에서 제거해야 할 리플로우 후 남은 조성물의 중량인 잔사의 양(잔류량)이 유의하게 적기 때문에 비교예 조성물보다 쉽게 잔사를 제거할 수 있으므로, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.
결론
본 발명의 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물(실시예 1 내지 6)은 비교예로 나타낸 종래의 아민을 사용한 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 i) 높은 점도, 점착성, 및 볼 전단 접착력, ii) 낮은 패시베이션 박리 현상 및 리플로우 후 잔사 면에서 대체적으로 우수한 것으로 나타났다.
특히, 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 본 발명에 따른 아민을 15 중량부 내지 20 중량부 포함하는 본 발명의 조성물(실시예 1, 2, 4 및 5)을 사용한 경우, 상술한 실험예 1 내지 5에서 살펴본 물성의 모든 면에서 비교예로 나타낸 종래의 아민 POEA 또는 2P4MZ 20 중량부를 사용한 조성물(비교예 1 및 2)에 비하여 유의하게 우수한 것으로 나타나 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물로의 적용에 매우 적합한 특성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. 수지(Resin), 용매(Solvent), 아민(Amine) 및 산(Acid)을 포함하는 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아민은 최고 온도 240℃의 리플로우(Reflow) 공정 중 모두 휘발되는 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 아민은 하나 이상의 수소가 알킬 또는 방향족 고리로 치환된 작용기를 포함한 질소 유기화합물인 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 아민은 하나 이상의 수소가 알킬로 치환된 작용기를 포함한 질소 유기화합물이고, 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물:
    (2-메틸부틸)아민 ((2-methylbutyl)amine), 사이클로헥실아민 (cyclohexylamine), 트리스(2-에틸헥실)아민 (tris(2-ethylhexyl)amine), 비스(2-에틸헥실)아민 (bis(2-ethylhexyl)amine), 테트라도데실아민 (tetradecylamine), (3-메틸펜틸)아민 ((3-methylpentyl)amine), 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoethyl)amine), 비스(2-메톡시에틸)아민 (bis(2-methoxyethyl)amine), 트리스[2-(아이소프로필아민미노)에틸]아민 (tris[2-(isopropylamino)ethyl]amine), 비스(2-하이드로록시프로필)아민 (bis(2-hydroxypropyl)amine), 2,3,3,-트리메톡시틸부탄-1-아민 (2,3,3-trimethylbutan-1-amine) 및 비스(3-아미노프로필)아민 (bis(3-aminopropyl)amine).
  5. 제2항에 있어서, 상기 아민은 하나 이상의 수소가 방향족 고리로 치환된 작용기를 포함한 질소 유기화합물이고, 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물:
    아닐린 (aniline), N-메틸아닐인 (N-methylaniline), N,N-디메틸아닐린 (N,N-dimethylaniline), 3,5-다이메틸-4-에톡시아닐린 (3,5-dimethyl-4-ethoxyaniline), 펜에틸아민 (phenethylamine), N,N-다이메틸사이클로헥산아민 (N,N-dimethylcyclohexylamine), 4,4'-옥시디아닐린 (4,4'-oxydianiline), 4,4'-다이아미노다이페닐메테인 (4,4'-diaminodiphenylmethane) 및 m-니트로아닐린 (m-nitroaniline).
  6. 제1항에 있어서, 상기 아민은 하기 화학식 1 내지 5로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물:
    [화학식 1]
    ,
    [화학식 2]
    ,
    [화학식 3]
    ,
    [화학식 4]
    , 및
    [화학식 5]
    .
  7. 제1항에 있어서, 상기 아민은 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 10 중량부 내지 35 중량부로 포함되는 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 산은 하기 화학식 6 내지 8으로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물:
    [화학식 6]
    ,
    [화학식 7]
    , 및
    [화학식 8]
    .
  9. 제1항에 있어서, 상기 산은 상기 수지(Resin), 용매(Solvent) 및 산(Acid)의 합 80 중량부에 대하여 1 중량부 내지 30 중량부로 포함되는 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수지(Resin)는 폴리에틸렌글라이콜 (polyethylene glycol), 에틸렌옥사이드/프로필렌옥사이드 코폴리머 (ethylene oxide/propylene oxide copolymer), 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 (polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르 (polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르 (polyoxyethylene stearyl ether), 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르 (polyoxyethylene oleyl ether), 폴리옥시에틸렌 브렌치드 데실 에테르 (polyoxyethylene branched decyl ether), 및 폴리옥시에틸렌 트라이데실 에테르 (polyoxyethylene tridecyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 용매는 아이소프로필알코올 (isopropyl alcohol), 에탄올 (ethanol), 아세톤 (acetone), 톨루엔 (toluene), 크실렌 (xylene), 아세트산에틸 (ethyl acetate), 에틸셀로솔브 (ethyl cellosolve), 부틸셀로솔브 (butyl cellosolve), 글리콜에테르 (glycol ether), 헥실다이글리콜 (hexyldiglycol), (2-에틸헥실)다이글리콜 (2-ethylhexyl diglycol), 페닐글리콜 (phenylglycol), 부틸카르비톨 (butyl carbitol), 옥탄다이올 (octanediol), α-테르피네올 (α-Terpineol), β-테르피네올 (β-Terpineol), 테트라에틸렌글라이콜다이메틸에테르 (tetraethylene glycol dimethyl ether), 트리멜리트산트리스(2-에틸헥실) (tris(2-ethylhexyl) trimellitate), 세바스산비스(2-에틸헥실) (bis(2-ethylhexyl) sebacate), 및 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에테르 (diethylene glycol monobutyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 리플로우(Reflow) 공정 동안, 웨이퍼 패시베이션 층의 박리를 억제하는 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 리플로우 공정 전의 상기 조성물 총 중량에 대해 리플로우 공정 후 중량이 10 wt% 내지 70 wt%인 것인, 웨이퍼 범핑용 플럭스 조성물.
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