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KR101376190B1 - 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질 및 이를 이용한 전자 패키징용 필름 - Google Patents

전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질 및 이를 이용한 전자 패키징용 필름 Download PDF

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KR101376190B1
KR101376190B1 KR1020120056496A KR20120056496A KR101376190B1 KR 101376190 B1 KR101376190 B1 KR 101376190B1 KR 1020120056496 A KR1020120056496 A KR 1020120056496A KR 20120056496 A KR20120056496 A KR 20120056496A KR 101376190 B1 KR101376190 B1 KR 101376190B1
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정태영
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주식회사 케이씨씨
한국과학기술원
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Abstract

본 발명은, 플립칩(flip chip) 방식의 전자 패키징을 위한 접착제에 관한 것으로서, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 잠재성경화제, 및 산발생제(TAG)를 포함하며, 전자 패키징 시 전자소자의 전극 상단에 형성된 금속솔더의 산화층을 제거시키는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질에 관한 것이다.

Description

전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질 및 이를 이용한 전자 패키징용 필름{NON-CONDUCTIVE POLYMER ADHESIVE MATERIAL FOR PACKAGING OF DEVICE AND FILM USING THE SAME}
본 발명은 플립칩(flip chip) 방식의 전자 패키징을 위한 접착제에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전자 패키징 시, 전자소자의 전극 상단에 형성된 금속솔더의 산화층을 제거시키는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질에 관한 것이다.
오늘날 전자제품의 급속한 발달을 가능케 한 4가지 핵심기술로는 전자소자(예; 반도체 등) 기술, 패키징 기술, 제조기술, 소프트웨어 기술을 들 수 있다. 전자소자 기술은 마이크론 이하의 선 폭, 백만 개 이상의 셀(cell), 고속, 많은 열 방출 등으로 발달하고 있으나, 상대적으로 이를 패키징하는 기술은 낙후되어 있어 전자소자의 전기적 성능이 전자소자 자체의 성능보다는 패키징과 이에 따른 전기 접속에 의해 결정되고 있다.
따라서, 전자소자의 패키징 기술을 향상시키기 위하여 플립칩(flip chip)방식의 전자 패키징 기술에 대한 연구가 진행되어 왔다. 플립칩 방식은 반도체 칩의 전극패드와 리드 프레임의 내부 리드를 금선 와이어를 통해 전기적으로 연결시키는 기존의 와이어 본딩 방식과는 달리, 전자소자(예; 반도체 칩)에 배치된 전극과 인쇄회로기판의 접속단자를 직접 연결시키는 방식이다.
플립칩 방식에서는 전자소자의 전극과 인쇄회로기판의 접속단자의 연결부분이 온도 및 시간의 경과 등에 따라 이종 물질 간의 팽창정도 차이에 의하여 변형되어 접속 불량을 일으키는 원인이 되므로, 전자소자의 전극과 인쇄회로기판의 접속단자의 신뢰도를 높이기 위한 노력이 이루어져 왔다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 금속솔더(solder)를 사용하여 전극을 접합시키고 전자소자와 인쇄회로기판 사이에 열경화성수지, 열가소성수지, 잠재성경화제 등을 포함하는 유전성 폴리머 물질(예; BCB, SU-8 등)을 채우는 공정이 이루어진다.
한편, 이와 같이 전자소자 또는 기판에 금속솔더를 형성할 경우, 형성된 금속솔더가 공기 중에 노출되면 산화되어 산화층이 형성된다. 이러한 산화층은 전자소자의 전극패드와 인쇄회로기판 사이의 접합을 방해하는 요인으로 작용하여 전자부품의 신뢰도를 저하시키게 되는 문제점이 발생된다.
본 발명의 목적은, 전자 패키징 시, 전자소자의 전극 상단에 형성된 금속솔더의 산화층을 제거시켜 전자소자와 기판 사이의 접착력을 향상시킬 수 있는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질을 제공하기 위한 것이다.
동시에, 상온에서 변질이 없이 보관 가능한 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질을 제공하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질은, 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질에 있어서, 산발생제(TAG)가 추가 성분으로 함유되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로는, 상기 폴리머 접합물질은 충전제를 더 포함할 수 있다.
상기 충전제는 세라믹 분말, 및 비전도성 분말 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 산발생제(TAG)는 전체 폴리머 접합물질의 중량을 기준으로 0.5 내지 50wt%가 포함될 수 있다.
상기 산발생제(TAG)는 하기 구조식으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.
Figure 112012042460351-pat00001
여기서, R1 및 R2는 alkyl, alkenyl, alkynyl, cyclo-alkyl, cyclo-alkenyl, cycl o-alkynyl, 및 aryl 그룹에서 선택되는 작용기일 수 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 전자 패키징용 필름은, 전자 패키징 공정에 사용되는 필름으로써, 상기 필름은 베이스 필름, 및 상기 베이스 필름의 어느 일면 또는 양면에 형성된 하나 이상의 접착제층을 포함하되, 상기 접착제층은 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질로 이루어지고, 상기 폴리머 접합물질에는 산발생제(TAG)가 추가 성분으로 함유되는 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로는, 상기 접착제층은 충전제가 더 포함될 수 있다.
상기 산발생제(TAG)는 전체 폴리머 접합물질의 중량을 기준으로 0.5 내지 50 wt%가 포함될 수 있다.
상기 산발생제(TAG)는 하기 구조식으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.
Figure 112012042460351-pat00002
여기서, R1 및 R2는 alkyl, alkenyl, alkynyl, cyclo-alkyl, cyclo-alkenyl, cycl o-alkynyl, 및 aryl 그룹에서 선택되는 작용기일 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질에 따르면, 전자 패키징 시, 전자소자의 전극 상단에 형성된 금속솔더의 산화층을 제거시켜 전자소자와 기판 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 첨가물질을 조절하여 금속솔더의 녹는점에 따라 금속솔더의 산화층 제거 온도 및 폴리머 접합물질의 경화 온도 시점을 조절하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질은 별도의 보관조건이 요구되지 않고 상온에서 변질이 없이 장시간 보관 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 비전도 폴리머 접합물질을 이용한 전자 패키징 과정을 순서에 따라 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 열경화성수지에 산발생제(TAG)를 혼합하여 온도에 따른 열류량을 측정한 그래프이다.
도 3은 열경화성수지와 잠재성경화제의 혼합물질에 산발생제(TAG)를 혼합하지 않은 접합물질과 산발생제(TAG)를 혼합한 접합물질의 온도에 따른 열류량을 측정하여 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들과 관련된 산발생제(TAG)의 기본 구조식을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 산발생제(TAG)의 구조식을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예인 산발생제(TAG)의 구조식을 도시한 도면이다.
도 7은 실시예1과 실시예2를 각각 열경화성수지에 혼합시킨 후 온도에 따른 열류량을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 산발생제(TAG)의 함량별로 온도에 따른 pH 값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 잠재성경화제(DICY)의 함량별로 온도에 따른 pH 값을 나타낸 그래프이다.
도 10은 산발생제(TAG)를 포함하지 않는 폴리머 접합물질을 사용하여 전자소자를 접합시킨 상태를 보여주기 위한 단면 SEM(주사전자현미경) 사진이다.
도 11은 산발생제(TAG)를 포함하는 폴리머 접합물질을 사용하여 전자소자를 접합시킨 상태를 보여주기 위한 단면 SEM(주사전자현미경) 사진이다.
도 12는 도 10의 접합소자를 150℃에서 500 시간동안 열처리 한 후의 접합 상태를 보여주기 위한 단면 SEM(주사전자현미경) 사진이다.
도 13은 도 11의 접합소자를 150℃에서 500 시간동안 열처리 한 후의 접합 상태를 보여주기 위한 단면 SEM(주사전자현미경) 사진이다.
도 14는 도 12의 접합소자를 강제 분리하여 전기소자의 전극과 인쇄회로기판의 접속단자의 표면 상태를 확인하기 위한 SEM(주사전자현미경) 사진이다.
도 15는 도 13의 접합소자를 강제 분리하여 전기소자의 전극과 인쇄회로기판의 접속단자의 표면 상태를 확인하기 위한 SEM(주사전자현미경) 사진이다.
도 16은 산발생제(TAG)를 포함하지 않는 폴리머 접합물질에 의하여 접착된 전자소자의 신뢰성 테스트(PCT; Pressure Cooker Test) 결과이다.
도 17은 산발생제(TAG)를 포함하는 폴리머 접합물질에 의하여 접착된 전자소자의 신뢰성 테스트(PCT; Pressure Cooker Test) 결과이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질 및 이를 이용한 전자 패키징용 필름에 대하여 첨부한 도면 및 사진을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일 유사한 구성에 대해서는 동일 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.
전자소자의 패키징 기술에는 크게 전자소자의 전극패드와 리드 프레임의 내부리드를 금선 와이어를 통해 전기적으로 연결시키는 방식인 와이어 본딩과 전자소자에 배치된 전극(21)과 인쇄회로기판(30)의 접속단자(31)를 직접 연결시키는 방식인 플립칩(flip chip)방식으로 구분할 수 있다.
이 중 플립칩 방식으로 전자소자를 패키징하는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속솔더(25)를 사용하여 전극(21)을 접합시키고, 전자소자 간에 폴리머 물질을 채워 전자소자(20)와 인쇄회로기판(30)을 서로 접착시킨다.
여기서 전자소자(20)는 전자회로 및 전극(21)이 형성되어 있으며, 사용 용도에 따라서 TSV 및 범프가 더 형성될 수도 있다. TSV(Through Silicon Via; 웨이퍼 관통 비아)는 전자소자(20)를 수직방향으로 관통시키는 홀에 구리, 은, 니켈 등의 금속 또는 탄소 성분의 전도성 물질을 충진시켜, 전자소자(20)의 상부와 하부를 전기적으로 직접 연결한다. 또한, 범프는 전기소자를 다른 전자소자(20) 또는 기판과 전기적으로 연결시키기 위하여 전술된 TSV의 상부 또는 하부 표면에 전도성 금속물질을 융착시켜 형성된 돌기부분이다. 범프는 전자소자(20) 간에 전기적 연결이 가능하다면, 전술된 TSV와 동종 또는 이종 재질로 형성시키는 것이 모두 가능하다.
그리고, 금속솔더(25)는 주석, 납 등을 포함하는 금속 또는 금속합금을 전자소자(20)의 전극(21) 또는 접속단자(31) 상단에 형성시킨 것으로서, 일정 온도 이상의 조건하에서 용융되어 인접된 전극(21)과 접속단자(31)를 서로 융착시킨다. 만일, 이때 TSV 및 범프가 형성된 전자소자(20)라면, TSV 또는 범프 상단에 금속솔더(25)를 형성시키는 것도 가능하다.
한편, 전자소자(20)에 금속솔더(25)의 형성시킨 후에 공기 중에 노출되면 금속솔더(25) 표면에서 공기와 반응하여 산화층(27)을 형성시키게 되는데, 이러한 산화층(27)은 접합 신뢰도를 떨어뜨리는 요인이 될 수도 있다.
또한, 전자소자(20)와 인쇄회로기판(30) 사이에는 에폭시 수지의 폴리머 접합물질(10)로 채워 상기된 전자소자(20)와 인쇄회로기판(30)을 접착시킨다. 구체적으로, 폴리머 접합물질(10)을 전자소자(20) 상단 전면에 도포시킨 후 다른 전자소자(20) 또는 인쇄회로기판(30)과 접착시킴으로써 전자 패키징이 이루어질 수 있다. 여기서 폴리머 접합물질(10)은 반고체 겔 형태 또는 반고체 필름 형태로 제조되는 것이 특징이다.
이러한 폴리머 접합물질(10)은, 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질(10)에 산발생제(TAG)가 추가 성분으로 함유되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질(10)은 열경화성수지, 열가소성수지, 잠재성경화제를 포함하는 폴리머 접합물질(10)로서, 작업 조건에 따라 배합 비율을 달리하여 실시하는 것이 가능하다.
폴리머 접합물질(10)의 열경화성수지 및 열가소성수지는 열에 의한 경화성 또는 가소성을 갖으며, 일반적으로 접착제에 다양하게 활용된다. 본 발명의 폴리머 접합물질(10) 중 열경화성수지 및 열가소성수지로 또한 다양한 종류가 사용될 수 있다. 특징적으로 열경화성수지로서 분자 내에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 에폭시수지를 활용하는 것이 바람직하다.
또한, 폴리머 접합물질(10)의 잠재성경화제는 온도 등의 일정 조건이 만족되는 경우에 폴리머 접합물질(10)의 접합능이 발현되도록 조절하기 위한 첨가물이다. 잠재성경화제는 일반적으로 폴리머 접합물질(10)에 포함된 열경화성수지 및 열가소성수지의 상온경화는 고온과 시간을 필요로 하기 때문에 폴리머 접합물질(10)의 속경화 및 저온 경화가 필요한 경우에는 필수적으로 첨가되어야 할 수 있다. 구체적으로 잠재성경화제는 초기 조건에서는 발현되지 않다가 일정 조건이 만족되면 염기성을 띄면서 열경화성수지 또는 열가소성수지와 반응하여 폴리머 접합물질(10)을 경화시키게 된다.
따라서, 잠재성경화제는 경화조건에 따라 선택적으로 사용될 수 있으며, 구체적으로는 저온경화제, 상온경화제, 중온경화제, 중-고온 잠재성 경화제, 및 고온경화제 등 중에서 선택하여 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 100℃ 이상의 조건에서 폴리머 접합물질(10)의 접합능을 구현시키기 위하여 중-고온 잠재성 경화제를 활용하는 것이 바람직하며, 구체적인 예로는 DICY(dicyandiamide) BF3 아민류(BF3-Amine complex), 이미다졸(Imidazol) 유도체 등이 있다.
또한, 폴리머 접합물질(10)에 포함된 열경화성수지, 열가소성수지, 및 잠재성경화제는, 전체 폴리머 접합물질(10)의 중량을 기준으로 열경화성수지 20 내지 60 wt%, 열가소성수지 20 내지 60 wt%, 및 잠재성경화제 1 내지 10 wt%를 포함할 수 있으며, 여기에 산발생제(TAG)가 추가성분으로 더 함유될 수 있다.
이때, 열경화성수지가 20 wt% 미만 포함되거나 열가소성수지가 20 wt% 미만 포함되면, 폴리머 접합물질(10)의 점도가 과도하게 낮아 접착력이 미미할 수 있다. 또한, 열경화성수지가 60 wt% 초과 포함되거나 열가소성수지가 60 wt% 초과 포함되면, 폴리머 접합물질(10)의 점도가 과도하게 높아져 폴리머 접합물질(10)의 퍼짐성이 좋지 않기 때문에 전자소자(20)의 표면에 균일한 도포가 어려울 수 있다. 또한, 잠재성경화제가 1 wt% 미만으로 포함되면 폴리머 접합물질(10)의 접합능의 개시가 미미하거나 이루어지지 않을 수 있고, 잠재성경화제가 10 wt% 초과로 포함되면 잠재성경화제의 염기도가 과도하게 높아 폴리머 접합물질(10)의 접합능의 개시 후 접합완료 시점까지의 시간이 매우 짧아질 수 있다.
또한, 산발생제(TAG)는 전체 폴리머 접합물질(10)의 중량을 기준으로 0.5 내지 50 wt%가 포함될 수 있다. 산발생제(TAG)가 0.5 wt% 미만으로 포함되는 경우, 산발생제(TAG)로서의 효력이 미미하여 금속솔더(25) 표면의 산화층(27)을 제거하거나 잠재성경화제의 염기성을 중화시키는 역할이 이루어지지 않을 수 있다. 한편, 산발생제(TAG)가 50 wt% 초과로 포함되는 경우, 금속솔더(25) 표면의 산화층(27) 제거는 효과적으로 이루어지는 반면에 잠재성경화제를 과도하게 중화하여 폴리머 접합물질(10)이 접착력을 잃게 될 수 있다. 여기서, 금속솔더(25) 표면의 산화층(27) 제거와 관련된 구체적인 내용은 후술한다.
이러한 산발생제(TAG)는 일정 온도 이상에서 전자쌍받개(Lewis 산)를 생성시켜 산성을 띄게 되어, 전술된 금속솔더(25) 표면에 생성된 산화층(27)을 제거할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 그래프는 열경화성수지(액상 에폭시수지; YD128)에 산발생제(TAG)를 혼합하여 온도에 따른 열류량을 측정한 것으로서, 이를 통하여 200℃이상의 온도조건인 "A"부분에서 산발생제(TAG)가 반응하기 시작하였음을 확인할 수 있다.
그리고 폴리머 접합물질(10)에 포함된 산발생제(TAG)는 도 3에서 처럼, 잠재성경화제의 발현 시에 잠재성경화제의 염기성을 중화시켜 경화 시간을 지연시킴으로써 경화 속도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 도 3의 그래프는 열경화성수지(액상 에폭시수지; YD128)과 잠재성경화제(DICY)의 혼합물질에 산발생제(TAG)를 혼합하지 않은 접합물질(검은실선)과 산발생제(TAG)를 혼합한 접합물질(빨간실선)의 온도에 따른 열류량을 측정하여 비교한 것이다. 본 그래프에서는 산발생제(TAG)를 혼합하지 않았을 경우(검은실선)의 열류량이 급격히 저하 후 급격히 회복되어 날카롭게 나타난 것에 비하여 산발생제(TAG)를 혼합한 경우(빨간실선)에는 급격히 저하 후 완만하게 회복된 것을 확인할 수 있으며, 이로써 산발생제(TAG)가 염기성을 중화시켜 경화 시간을 지연시킴으로써 경화 속도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 산발생제(TAG)는 하기 구조식(도 4)으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.
Figure 112012042460351-pat00003
여기서, R1 및 R2는 alkyl, alkenyl, alkynyl, cyclo-alkyl, cyclo-alkenyl, cyclo-alkynyl, 및 aryl 그룹에서 선택되는 작용기이다. 실시예로서 에틸 p-톨루엔설포네이트(실시예1; ethyl p-toluenesulfonate; C9H12O3S) 또는 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트(실시예2; cyclohexyl p-toluenesulfonate; C13H18O3S)등을 선택하여 산발생제(TAG)로 사용할 수 있다.
에틸 p-톨루엔설포네이트(실시예1)와 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트(실시예2)의 구조식을 살펴보면, 도 5의 "B"부분과 도6의 "C"부분에서 도 2에 도시된 형태와 같은 구조를 확인할 수 있다. 그러나, 이와 같이 같은 구조를 갖고 산발생제(TAG)로서의 역할을 한다고 하더라도, 에틸 p-톨루엔설포네이트(실시예1)와 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트(실시예2)의 산발생제(TAG)로서의 효과에는 다소 차이가 있으며, 이는 도 7에서 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 7은 에틸 p-톨루엔설포네이트(실시예1; 검은실선)와 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트(실시예2; 빨간실선)를 각각 열경화성수지(액상 에폭시; YD128)에 혼합시킨 후 온도에 따른 열류량을 측정하여 나타낸 그래프로서, 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트(실시예2; 빨간실선)를 혼합시킨 경우 에틸 p-톨루엔설포네이트(실시예1; 검은실선)를 혼합시킨 경우보다 낮은 온도인 "D"에서 분해되어 전자쌍받개(Lewis 산)가 생성되기 시작하였으며, 이후 "E" 부분에서 생성된 전자쌍받개(Lewis 산)에 의한 열경화성수지의 경화가 이루어졌음을 확인할 수 있다. 이는 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트(실시예2)가 에틸 p-톨루엔설포네이트(실시예1) 보다 분자량이 더 크고, 시클로헥실 p-톨루엔설포네이트로 존재하는 것보다 전자쌍받개(Lewis 산)와 전자쌍주개(Lewis 염기)로 분해된 상태로 존재하는 것이 더 안정하여 에틸 p-톨루엔설포네이트에 비하여 더 낮은 온도에서 전자쌍받개(Lewis 산)를 발생시키는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 산발생제(TAG)의 종류뿐만 아니라 산발생제(TAG)의 함유량에 따라서 폴리머 접합물질(10)의 경화 개시 온도 및 경화 정도가 달라질 수도 있다. 이는 폴리머 접합물질(10)의 경화 개시 온도 및 경화 정도가 산발생제(TAG)에 의하여 발생되는 전자쌍받개(Lewis 산)의 양에 따라 달라지는 것으로서, 이를 확인하기 위하여 산발생제(TAG)와 잠재성경화제(DICY)에 의한 pH의 변화를 측정하였다.
우선, 산발생제(TAG)의 함량에 따른 전자쌍받개(Lewis 산) 발생 정도의 차이를 확인하기 위하여, 액상 에폭시(YD128)와 산발생제(TAG)를 혼합하여 4개의 시료로 구분한 후, 각각의 시료를 120℃, 160℃, 200℃, 및 240℃까지 승온 되도록 열처리 한 다음, 물(증류수)에 희석하여 항온수조에서 중탕(예; 70℃, 48시간 동안)시킨 이후에, 각각의 수용액을 추출하여 pH를 측정하였다. 산발생제(TAG)의 함량별로 온도에 따른 pH 값을 도 8의 그래프에 나타내었다. 본 그래프를 참고하면 산발생제(TAG)의 함량이 클수록 온도가 증가할수록 pH 값이 더욱 큰 폭으로 낮아진 것을 알 수 있으며, 이로써 산발생제(TAG)의 함량이 증가하면 온도가 높아질수록 전자쌍받개(Lewis 산)의 발생량이 많아짐을 확인할 수 있다.
다음으로, 잠재성경화제(DICY)의 함량에 따른 전자쌍받개(Lewis 산)에 의한 pH의 차이를 확인하기 위하여, 전술된 산발생제(TAG)의 실험에서와 마찬가지로, 액상 에폭시(YD128)와 잠재성경화제(DICY)를 혼합하여 4개의 시료로 구분한 후, 각각의 시료를 120℃, 160℃, 200℃, 및 240℃까지 승온되도록 열처리 한 다음, 물(증류수)에 희석하여 항온수조에서 중탕(예; 70℃, 48시간 동안)시킨 이후에, 각각의 수용액을 추출하여 pH를 측정하였다. 잠재성경화제(DICY)의 함량별로 온도에 따른 pH 값을 도 9의 그래프에 나타내었다. 본 그래프를 참고하면 잠재성경화제(DICY)의 함량에 따른 pH 값은 큰 차이를 나타내지 않았다. 그러나, 잠재성경화제(DICY)는 온도조건에 따라 pH 값이 달라짐을 확인하였다. 특히, 파우더 상태인 잠재성경화제(DICY)가 녹는점인 210℃ 전후 부근에서 pH값이 높아짐(염기도 상승)을 확인할 수 있어, 잠재성경화제(DICY)의 경화능이 210℃ 전후에서 가장 활발함을 예측할 수 있다.
즉, 본 발명의 폴리머 접합물질(10)에는 전자 패키징을 위하여 사용되는 금속솔더(25)의 종류 및 녹는점에 따라, 도 4의 구조식으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군으로부터 산발생제(TAG)를 선택하여 첨가하거나, 산발생제(TAG)의 함량을 조절하여 폴리머 접합물질(10)의 경화 온도 및 경화 정도를 조절하는 것이 가능함을 알 수 있다.
이외, 본 발명의 폴리머 접합물질(10)에는 충전제가 더 포함될 수 있다. 충전제는 경화 시에 물성을 개량하고 기포 및 광택도를 조정하기 위하여 첨가된다. 구체적으로 충전제로는 세라믹 분말, 및 비전도성 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따라 폴리머 접합물질(10)을 제조하는 경우, 폴리머 접합물질(10)에 산발생제(TAG)가 포함되는 것이 특징이라 할 수 있으며, 산발생제(TAG)를 포함하는 폴리머 접합물질(10)의 특성에 대하여 후술한다.
도 10은 산발생제(TAG)를 포함하지 않는 폴리머 접합물질(10)을 사용하여 전자소자(20)를 접합시킨 상태를 보여주기 위한 단면 사진이고, 도 11은 산발생제(TAG)를 포함하는 폴리머 접합물질(10)을 사용하여 전자소자(20)를 접합시킨 상태를 보여주기 위한 단면 사진이다. 도 10 및 도 11에서 상부 전기소자의 전극(21)과 하부 인쇄회로기판(30)의 접속단자(31)의 접착부분(40)을 살펴보면, 도 10 보다 도 11의 접착부분(40)이 빈틈없이 촘촘한 것을 확인할 수 있으며, 이로써 도 10보다 도 11에서 금속솔더(25)에 의한 융착이 더 잘 이루어졌음을 알 수 있다. 또한, 도 10과 도 11에서 모두 융착되어 접착에 반응하지 않고 남은 금속솔더(25)가 접착부분(40) 주변에 일부 남아있음을 알 수 있다.
또한, 도 12는 도 10의 접합소자를 150℃에서 500 시간 동안 열처리한 후의 접합 상태를 보여주기 위한 단면 사진이고, 도 13은 도 11의 접합소자를 150℃에서 500 시간 동안 열처리한 후의 접합 상태를 보여주기 위한 단면 사진이다.
도 12와 도 13의 접착부분(40)을 살펴보면, 도 12의 경우 열처리 후에도 접착부분(40)의 주변에 금속솔더(25)의 잔여물이 남아있고, 전극(21)과 금속솔더(25)가 반응하여 형성된 화합물층(45)의 깊이가 약 1.44㎛임을 확인하였다. 이에 비하여, 도 13의 접착부분(40) 주변의 "F" 및 "G" 부분에서는 열처리 후에 향후 전기적 신뢰성을 저하시키는 원인 물질인 금속솔더(25)의 잔여물이 제거되었고, 전극(21)과 금속솔더(25)가 반응하여 형성된 화합물층(45)의 깊이가 약 1.51㎛임을 확인하였다. 따라서, 도 13의 접착이 도 12의 접착보다 더욱 견고하게 이루어졌음을 알 수 있다.
뿐만 아니라, 도 14는 도 12의 접합소자를 강제 분리하여 전기소자의 전극(21)과 인쇄회로기판(30)의 접속단자(31)의 표면상태를 확인하기 위한 사진이고, 도 15는 도 13의 접합소자를 강제 분리하여 전기소자의 전극(21)과 인쇄회로기판(30)의 접속단자(31)의 표면상태를 확인하기 위한 사진이다. 도 14와 도 15를 비교하여 살펴보면, 도 14의 표면이 매끄러운 상태인 반면, 도 15의 표면은 거친 상태이고 전극(21)과 금속솔더(25)가 반응하여 생성된 화합물(47)이 전극(21) 주변에 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이로써, 도 15의 접착이 도 14의 접착보다 더 견고하게 이루어져 있음을 알 수 있다.
특히, 폴리머 접합물질(10)은 필름 형태로 제작하여 사용하는 것이 좋다. 이러한 전자 패키징용 필름은 전자 패키징 공정에 사용되는 필름으로서, 필름과 접착제층을 포함한다. 이때 필름의 재질 또는 종류는 크게 제한이 없으나, 접착제층은 전술된 폴리머 접합물질(10)과 같이, 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질(10)에 산발생제(TAG)가 추가 성분으로 함유된 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질(10)은 열경화성수지, 열가소성수지, 잠재성경화제를 포함하는 폴리머 접합물질(10)로서, 작업 조건에 따라 배합 비율을 달리하여 실시하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 접착제층에는 경화 시 물성의 개량을 위하여 충전제가 더 포함될 수도 있다.
또한, 접착제층에는 전술된 폴리머 접합물질(10)에서와 마찬가지로, 전체 접착제층의 중량을 기준으로 0.5 내지 50 wt%가 포함될 수 있고, 하기 구조식으로 표시되는 화합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.
Figure 112012042460351-pat00004
이 외, 접착제층에 대한 설명은 전술된 폴리머 접합물질(10)에서의 설명과 같다.
한편, 도 16은 산발생제(TAG)를 포함하지 않는 폴리머 접합물질(10)에 의하여 접착된 전자소자(20)의 신뢰성 테스트(PCT; Pressure Cooker Test) 결과이고, 도 17은 산발생제(TAG)를 포함하는 폴리머 접합물질(10)에 의하여 접착된 전자소자(20)의 신뢰성 테스트(PCT; Pressure Cooker Test) 결과이다. 본 신뢰성 테스트(PCT; Pressure Cooker Test)는 121℃, 2기압, 100% 상대습도에 노출 조건으로 실시되었다.
본 도면들을 참조하면, 도 16에서는 테스트 12시간 후(빨간실선)에는 20개의 범프 접착부분(40) 중에 4개가 단락되어 20%의 단락률을 보였으며, 테스트 24시간 후(검은실선)에는 20개중 5개가 단락되어 25%의 단락률을 보였다. 반면에 도 17에서는 테스트 12시간 후(빨간실선)에는 20개의 범프 접착부분(40) 중에 단락된 부분이 없어 0%의 단락률을 보였으며, 테스트 24시간 후(검은실선)에는 20개중 2개가 단락되어 10%의 단락률을 보였다. 이로써, 산발생제(TAG)를 포함하지 않는 폴리머 접합물질(10)에 의하여 접착된 전자소자(20)보다 산발생제(TAG)를 포함하는 폴리머 접합물질에 의하여 접착된 전자소자(20)의 전기적 신뢰성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질에 따르면, 전자 패키징 시, 전자소자의 전극(21) 상단에 형성된 금속솔더(25)의 산화층(27)을 제거시켜 전자소자와 기판 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한, 첨가물질을 조절하여 금속솔더의 녹는점에 따라 금속솔더의 산화층 제거 온도 및 폴리머 접합물질의 경화 온도 시점을 조절하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질은 별도의 보관조건이 요구되지 않고 상온에서 변질이 없이 장시간 보관 가능할 수 있다.
상기와 같은 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질 및 이를 이용한 전자 패키징용 필름은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
10: 폴리머 접합물질 20: 전자소자
21: 전극 25: 금속솔더
27: 산화층 30: 인쇄회로기판
31: 접속단자 40: 접착부분
45: 화합물층 47: 화합물

Claims (9)

  1. 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질에 있어서,
    하기 구조식으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 산발생제(TAG)가 추가 성분으로 함유되는 것을 특징으로 하는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질.
    Figure 112013117553493-pat00024

    여기서, R1 및 R2는 alkyl, alkenyl, alkynyl, cyclo-alkyl, cyclo-alkenyl, cyclo-alkynyl, 및 aryl 그룹에서 선택되는 작용기임
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리머 접합물질은 충전제를 더 포함하는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 충전제는 세라믹 분말, 및 비전도성 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산발생제(TAG)는 전체 폴리머 접합물질의 중량을 기준으로 0.5 내지 50wt%가 포함되는 전자 패키징용 비전도 폴리머 접합물질.
  5. 삭제
  6. 전자 패키징 공정에 사용되는 필름으로써,
    상기 필름은 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 어느 일면 또는 양면에 형성된 하나 이상의 접착제층;을 포함하되,
    상기 접착제층은 전자 패키징을 위한 폴리머 접합물질로 이루어지고, 상기 폴리머 접합물질에는 하기 구조식으로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 산발생제(TAG)가 추가 성분으로 함유되는 것을 특징으로 하는 전자 패키징용 필름.
    Figure 112013117553493-pat00025

    여기서, R1 및 R2는 alkyl, alkenyl, alkynyl, cyclo-alkyl, cyclo-alkenyl, cyclo-alkynyl, 및 aryl 그룹에서 선택되는 작용기임.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 접착제층은 충전제가 더 포함되는 전자 패키징용 필름.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 산발생제(TAG)는 전체 접착제층의 중량을 기준으로 0.5 내지 50 wt%가 포함되는 전자 패키징용 필름.
  9. 삭제
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