KR100708956B1 - 반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키징 공정에 사용될 수 있는 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착필름에 관한 것으로서, 고상 에폭시 수지, 액상 에폭시 수지, 고무 수지 및 필러를 포함하되, 상기 필러의 함량은 수지성분 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 10 중량부인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 접착제 조성물은 커팅성 등 공정성이 우수할 뿐만 아니라 점착력이 저하되지 않으므로 반도체 패키징 공정에 유용하게 사용될 수 있다.

반도체, 필러, 커팅성

Description

반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착필름{Adhesive composition for semiconductor and adhesive film using the same}

본 발명은 반도체 제조공정에서 사용될 수 있는 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착필름에 관한 것이다.

전자산업이 발전함에 따라 반도체의 고집적화와 더불어 얇고 작은 크기로 반도체를 효과적으로 패키징할 수 있는 패키지 방법에 대한 요구가 증가하고 있다. 예를 들면, CSP(Chip Size Package) 방법 등이 개발되어 사용되고 있으며, 높은 신뢰도를 구현하기 위하여 반도체가 실장되는 보드와의 물리적 연결에 솔더볼(solder ball)을 사용하는 BGA(Ball Grid Array) 타입이 등이 개발되어 사용되고 있다.

이러한 반도체 패키징 공정 중에는 칩과 서브스트레이트 사이의 열팽창계수(CTE) 차이에 의해 생성된 내부 응력을 완화시키기 위해 열응력 완충 접착층을 도입하여 패키지의 열변형을 완화할 수 있다. 현재 사용되어 지고 있는 접착층으로는 페이스트 타입 및 필름 타입이 있으나 제조공정 및 관리의 효율성을 위해서 필름타입의 접착제가 요구되어 지고 있다.

반도체 제조 공정 중에 필름타입 접착제가 적용되는 방법은 웨이퍼 백사이드 라미네이션 공정(WBL), 펀칭공정(Punching), 컷 앤 플래이스(Cut and Place)등이 있으며, 이후 다이 본딩(Die bonding), 와이어 본딩(Wire bonding), 가열 경화하여 접착시키는 공정으로 진행된다.

그런데, 종래의 접착필름은 반도체 제조 공정중 다이싱 공정시 실리콘 더스트와 마찰열에 의해 연질화된 접착필름이 복합되어 가늘고 긴 형태의 버(burr)를 생성하여 와이어 본딩시 불량을 생성시킬 가능성이 다수존재한다. 또한 펀칭공정이나 컷 앤 플래이스 공정중에 에지(edge)부분에 테이프 버가 발생하여 다이 본딩 및 와이어 본딩공정 중에 이물질로 인해 불량이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 접착제 내에 필러의 양을 증가시키는 시도가 이루어져왔다. 그러나, 필러의 양이 너무 많으면 전체 수지 양 대비 필러 양이 증가하여 필름 자체의 점착력이 떨어지고 필름 제조 공정시 점도 상승 및 코팅 불량 등이 발생하는 반면, 필러의 양이 너무 적으면 내부 강도 및 커팅성이 나빠지는 등 그 함량에 있어서 접착제의 물성이 달라지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 점착력이 저하되지 않으면서도 커팅성 등 공정성이 우수한 반도체용 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착필름을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착제 조성물로서 고상 에폭시 수지, 액상 에폭시 수지, 고무 수지 및 필러 를 포함하되, 상기 필러의 함량은 수지성분 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 10 중량부인 것을 특징으로 하는 커팅성이 향상된 반도체용 접착제 조성물을 제공한다.

이 때, 상기 고상 에폭시 수지, 액상 에폭시 수지, 고무 수지의 함량은 각각 30 ~ 50중량부, 20 ~ 40중량부, 50 ~ 10중량부인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 접착제 조성물은 애쉬 함량이 조성물 총 중량을 기준으로 5 ~ 40중량%인 것이 바람직하며, 상온 저장 탄성율이 100 ~ 10,000MPa이고, 고온 저장 탄성율(280℃)이 1,000MPa 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 접착제 조성물의 상온 점착성 값이 5 ~ 50gf/Ø5mm인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 어느 일면 또는 양면에 형성된 하나 이상의 접착층을 구비하되, 상기 접착층이 전술한 접착제 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 접착필름을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 반도체 제조 공정 중 접착필름의 버 현상을 방지하여 반도체의 패키징 공정에서의 불량 발생율을 감소시키고자 반도체용 접착필름의 커팅성 등 공정성 향상을 위하여 연구를 거듭하여 오던 중, 접착필름을 구성하는 접착제 조성물에 필러량을 최적화함으로써 버 발생을 최소화하고 커팅성이 우수할 뿐만 아니라 점착력이 저하되지 않는 접착제 조성물에 대한 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 접착제 조성물은 커팅성이 양호한데, 통상적으로 커팅성이 양호하다고 하는 것은 반도체 제조 공정 중 WBL 공정 후 다이싱 공정시, 실리콘 더스트와 접착필름 잔유물에 의한 버(burr)가 50㎛ 이하에서 조정되는 것을 의미하며, 또한 펀팅 및 컷 앤 플레이스 공정시 테이프 에지 버가 50㎛ 이하에서 조정되는 것을 의미한다.

본 발명의 접착제 조성물은 고상 에폭시 수지, 액상 에폭시 수지, 고무수지, 필러를 포함하는데, 여기서 필러의 함량은 수지성분 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 10 중량부이다. 본 발명에 있어서 필러는 접착층의 내부강도(내부응력)을 증가시키고, 커팅성을 향상시키며, 점착력을 감소시켜서 공정성을 향상시켜줄 수 있다. 그런데 필러의 함량이 0.2 중량부 미만이면 견고성(rigidity) 및 점착력(tack성)을 조절하기 어렵고, 10 중량부를 초과하면, 스트레스(stress)를 효과적으로 흡수하지 못한다.

이러한 필러로서는 예를 들면 실리카, 그래파이트(graphite)(흑연), 알루미늄(aluminium), 카본블랙(Carbon black) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 사용될 수 있는 고상 에폭시 수지로서는 비스페놀A형 페녹시, 비스페놀F형 페녹시, 당량이 400에서 6000범위를 가지는 비스페놀A형 고체 에폭시, 당량이 400에서 6000범위를 가지는 비스페놀F형 고체 에폭시 수지 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 고상 에폭시 수지는 30 내지 50중량부 포함되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 액상 에폭시 수지로서는 비스페놀A형 액체 에폭시 수지, 비스페놀F형 액체 에폭시 수지, 3관능성 이상의 다관능성 액체 에폭시 수지, 고무변성 액체 에폭시 수지, 우레탄 변성 액체 에폭시 수지, 아크릴 변성 액체 에폭시 수지, 감광성 액체 에폭시 수지 등이 사용될 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있는데 이에 한정되지는 않는다. 이러한 액상 에폭시 수지는 20 내지 40 중량부 포함되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 고무수지로는 아크릴로니트릴 함량이 15 내지 40중량%이고 100℃에서의 무니점도(Mooney viscosity)가 20 내지 80인 NBR(butadiene-acrylonitrile rubber), 아크릴로니트릴 함량이 15 내지 40중량%이고 100℃에서의 무니점도가 20 내지 80인 HNBR(hydrogenated butadiene-acrylonitrile rubber), 스티렌 함량이 10 내지 30중량%인 SBR(styrene-butadiene rubber), 스티렌 함량이 10 내지 60중량%인 SBS(polystyrene-co-butadiene-co-styrenee), 스티렌 함량이 10 내지 60중량%인 SEBS(hydrogenated polystyrene-co-butadiene-co-styrenee) 등을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 고무수지의 함량은 50 내지 10중량부인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명의 접착제 조성물은 계면 접착력을 향상시키기 위하여 커플링제를 더 포함하는 것이 바람직한데, 예를 들면 실란 커플링제, 알루미늄 커플링제, 티타네이트 커플링제 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 커플링제는 필러 등으로 이루어진 분산상과 수지성분 등으로 이루어진 연속상을 결합시킬 수 있는 보조제로서 역할을 할 뿐만 아니라, 반도체 칩이나 서브스트레이트와 같은 접착기재에 대한 접착력을 증진시켜주는 접착 증진제로서의 역할도 한다. 이러한 커플링제의 함량은 0.1 내지 10중량부인 것이 바람직하다.

이 외에도 본 발명의 접착제 조성물에는 본 발명의 효과를 저해하지 않으며 본 발명의 목적 범위 내에서 적절한 첨가제들을 더 포함할 수 있는데, 예를 들면 경화제, 경화촉진제, 광개시제 등이 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 접착제 조성물은 애쉬(Ash) 함량, 저장 탄성율, 점착력 등을 제어함으로써 커팅성 등 공정성을 향상시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 애쉬 함량은 5 ~ 40중량%으로서, 5 ~ 25중량%인 것이 바람직하다. 이것은 그 함량이 증가함에 따라 접착필름의 조성물 중 무기 또는 금속물질의 증가로 인해 접착기재에 대한 점착력(Tackiness)의 감소를 나타낼 수 있으므로, 이로 인하여 커팅성이 저하될 수 있으므로 적절한 범위 내로 조절되는 것이 바람직하다. 또한 그 함량이 5중량% 미만인 경우에는 커팅성이 저해되는 문제가 있다. 이러한 애쉬 함량은 열분석 장비인 TGA(Thermogravimetric Analysis)를 통해서 최종적으로 남겨진 물질의 중량을 측정함으로써 얻어질 수 있는데, 약 1000℃ 까지 시료를 가열한 후 남아 있는 중량을 표시한다. 이러한 애쉬 함량은 다음과 같은 식으로 표시할 수 있다.

애쉬 함량(%) = M_f/M_i×100

상기 수학식 1에서, M_f는 TGA 분석 후 최종 샘플의 중량을 나타내고, M_i는 TGA 분석 전 샘플의 중량을 나타낸다.

본 발명의 접착제 조성물에 있어서 상온 저장 탄성율(Storage modulus)은 100 ~ 10,000MPa이고, DMTA를 통해 280℃에서 측정된 고온 저장 탄성율은 1,000MPa 이하인 것이 바람직하다. 이러한 조건 하에서 접착제 조성물의 버 발생이 낮고 커팅성이 더욱 향상될 수 있다. 이러한 범위는 상온 저장 탄성율이 높을 수록 커팅성의 향상을 나타내는 반면, 낮으면 블레이드(blade) 또는 나이프(knife)에 의한 커팅시 접착필름의 늘어남에 따라 버 발생 가능성이 높아지는 특성이 있다는 점을 고려한 것이다. 그러나 저장 탄성율이 과도하게 높으면 상대적으로 낮은 접착력을 나타내어 접착필름이 접착 계면에서 박리가 발생하여 버 발생 가능성이 높아진다. 이러한 저장 탄성율의 측정법은 통상적으로 UTM(Universal Tensile Machine) 또는 DMTA를 통해 측정가능하다.

점착력(tackiness)은 Tackiness tester를 이용하여 측정할 수 있으며, 점착력이 높을 수록 접착필름과 접착기재의 밀착성을 향상시켜서 커팅 공정시 버 발생을 줄일 수 있으나, 과도하게 높은 경우에는 공정 및 관리가 어려우며 향후 재작업(rework)도 곤란하다. 반면, 점착력이 낮으면 접착필름의 박리현상에 의해 커팅시 버가 발생할 가능성이 높아진다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명의 접착제 조성물의 점착력(Tackiness)은 5 ~ 50gf/Ø5mm인 것이 바람직한데, 이러한 범위에서 커팅에 의한 버 발생을 저하시키며 또한 공정성에서도 양호한 특성을 나타낸다. 특히, WBL 공정의 경우 점착력이 50gf 이상인 경우에는 다이싱 공정 후 픽업 공정시 높은 점착력으로 인하여 마운트 필름(mount film)과의 접착력이 강해져서 칩과의 박리현상이 발생할 수도 있다.

이러한 본 발명의 접착제 조성물은 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착필름의 필름형 접착층을 형성하는데 사용될 수 있는데, 페이스트형 접착제로서의 사용 을 배제하는 것은 아니다.

이하 본 발명에 따른 접착필름에 대하여 설명한다.

본 발명의 접착필름은 박리성 필름, 절연성 필름, 박리종이 등 베이스 필름의 적어도 일면에 접착층을 구비하며, 이러한 접착층이 상기 접착제 조성물로부터 형성되어 이루어진 것이다. 본 발명의 접착필름의 접착층은 본 발명의 접착제 조성물로부터 형성된 접착층을 포함하되 이 외에 다른 접착층을 더 포함할 수도 있는 다층구조일 수도 있다.

상기 박리성 필름 및 절연성 필름으로서 이용될 수 있는 필름재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르류, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀류, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르케톤, 트리아세틸셀룰로오스 등이 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.

박리성 필름은 이들 재질로 이루어진 필름에 실리콘 등의 이형제로 박리처리한 것이 바람직하게 사용된다.

한편, 베이스 필름 상에 도포되어 접착층을 형성하는 접착제 조성물은 앞서 설명한 바와 같으므로 여기에서는 설명을 생략하기로 한다.

이러한 접착필름은 당업계에 잘 알려진 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 이들 베이스 필름의 한면 또는 양면에 본 발명의 접착제 조성물을 유기용매에 용해, 분산시켜 접착제 도료로 만든 다음 이것을 도포하고 건조시켜 접착제층을 형성시킨다. 이 때 접착제층의 열압착시의 보이드 억제나 유동성 억제를 위해 반경화 상태로 한다. 접착제층의 건조후의 두께는 3∼200㎛, 바람직하게는 5∼100 ㎛이다. 이러한 접착필름은 접착층을 보호하기 위하여 필요에 따라 보호필름을 붙이고 사용시에는 벗겨서 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실험예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실험예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실험예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실험예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예 및 비교예

하기 표 1에 나타낸 조성과 함량에 따라 접착제 조성물을 MEK에 용해, 분산시켜 접착제 도료를 만든 다음, 이것을 PET 필름 위에 도포하고 용매를 제거하여 접착필름을 제조하였다.

	실시예	비교예 1	비교예 2
고상 에폭시 수지	40	40	40
액상 에폭시 수지	25	25	25
고무 수지	29	29	29
에폭시 경화제	4phr	4phr	4phr
UV 경화제	6phr	6phr	6phr
UV 경화조제	6	6	6
필러	6phr	40phr	60phr
커플링제	1phr	1phr	1phr

상기 표 1에서, 고상 에폭시 수지로는 BPA형 에폭시(고상), 액상 에폭시 수지로는 BPA형 에폭시(액상), 고무 수지로는 NBR, 에폭시 경화제로는 아민경화제, UV 경화조제로는 다이아크릴레이트, 필러로는 실리카, 커플링제로는 실란커플링제를 사용하였다.

얻어진 접착필름에 대하여 애쉬 함량, 저장 탄성율, 점착력, 버 발생유무, 필 강도에 대하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.

Ash 함량

TGA를 이용하여 분석하였으며, 10mg의 시료를 채취하고 질소환경 내에서 25℃∼100℃까지 10℃/min 간격으로 측정하였다.

저장 탄성율

DMTA를 이용하여 400㎛ 두께의 제품을 측정하였으며, -5℃∼400℃까지 측정하여 상온(25℃) 저장 탄성율 및 고온(280℃) 저장 탄성율를 측정하였다.

점착력

Tackiness tester를 이용하여 상온에서 측정하였으며 샘플 두께는 25㎛, 프루브(Probe) 크기는 직경 5.1mm이었다.

버 발생 유무

WBL 공정을 통해 접착필름과 웨이퍼를 라미네이션 하였으며, 이후 다이싱 공정을 한 후 현미경으로 육안관찰 하였다(접착층의 두께: 25㎛).

필 강도(Peel strength)

푸시 풀 게이지(Push pull gauge)를 이용하여 90도 필 강도를 측정하였으며 경화 후 데이터는 175℃ 1시간 가열 경화 후 필 강도를 측정하였다(접착층의 두께: 25㎛).

항목		실시예	비교예 1	비교예 2
애쉬 함량(%)		12.8	41.5	45.8
저장 탄성율 (MPa)	25℃	381	400	405
	280℃	0.8	1.0	1.0
점착력(gf)		25.0	5.0	3.0
버 발생 유무		양호	불량	불량
필 강도 (gf/cm)	경화전	150	80	60
	경화후	1150	1200	1180

표 2를 참조하면, 필러의 함량을 최적화한 실시예의 경우, 애쉬 함량, 저장 탄성율, 점착력이 적절하게 조절되며, 버 발생이 최소화 되는 등 커팅성이 향상되는 반면, 비교예의 경우에는 그렇지 못함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 접착제 조성물은 필러의 양을 최적화함으로써 점착력이 저하되지 않으면서도 커팅성 등 공정성이 향상되므로, 이러한 접착제 조성물과 접착필름은 반도체용 접착필름의 접착제로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착제 조성물로서 고상 에폭시 수지, 액상 에폭시 수지, 고무수지 및 필러를 포함하되,

   상기 고상 에폭시 수지, 액상 에폭시 수지, 고무 수지의 함량은 각각 30 ~ 50중량부, 20 ~ 40중량부, 50 ~ 10중량부이며,

   상기 필러의 함량은 수지성분 100중량부에 대하여 0.2 ~ 10중량부인 것을 특징으로 하는 커팅성이 향상된 반도체용 접착제 조성물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 조성물의 애쉬 함량이 조성물 총 중량을 기준으로 5 ~ 40중량%인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착제 조성물.
4. 제1항에 있어서,

   상기 접착제 조성물의 상온 저장 탄성율이 100 ~ 10,000MPa이고, 고온 저장 탄성율(280℃)이 1,000MPa 이하인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착제 조성물.
5. 제1항에 있어서,

   상기 접착제 조성물의 상온 점착성 값이 5 ~ 50 gf/Ø5mm인 것을 특징으로 하는 반도체용 접착제 조성물.
6. 반도체 패키징 공정에 사용되는 접착필름으로서,

   상기 접착필름은 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 어느 일면 또는 양면에 형성된 하나 이상의 접착층을 구비하되,

   상기 접착층은 제1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 접착제 조성물로부터 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 접착필름.