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KR102558125B1 - 필름상 반도체 봉지재 - Google Patents

필름상 반도체 봉지재 Download PDF

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KR102558125B1
KR102558125B1 KR1020207014834A KR20207014834A KR102558125B1 KR 102558125 B1 KR102558125 B1 KR 102558125B1 KR 1020207014834 A KR1020207014834 A KR 1020207014834A KR 20207014834 A KR20207014834 A KR 20207014834A KR 102558125 B1 KR102558125 B1 KR 102558125B1
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compound
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epoxy resin
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히로미 사이토
토요카즈 홋치
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나믹스 가부시끼가이샤
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Abstract

NCF의 요구 특성을 만족하는 필름상 반도체 봉지재의 제공을 과제로 한다. (A) 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물, (B) 실온에서 액상인 에폭시 수지, (C) 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 고분자 화합물, (D) 평균 입경 1㎛ 이하의 충전제, 및 (E) 산기를 갖는 200℃에서의 가열 감량이 30％ 이하인 화합물을 함유하는 필름상 반도체 봉지재에 의해 과제를 해결한다.

Description

필름상 반도체 봉지재
본 발명은 반도체 실장시 NCF(Non Conductive Film)로서 사용되는 필름상 반도체 봉지재에 관한 것이다.
종래부터 반도체 실장에 있어서는, IC(Integrated Circuit) 칩의 전극(범프)이 형성되어 있는 면과 기판의 전극(전극 패드)이 형성된 면을 대치시켜, IC 칩의 범프와 기판의 전극 패드를 전기적으로 접속하는 플립 칩법이 행해지고 있다.
이 플립 칩법에서는, 전극 사이의 접속 부분을 외부로부터 보호하고, IC 칩과 기판의 선팽창 계수의 차이에 기인하는 응력을 완화하기 위해, 통상, 전극 접속 후에 언더필제로 불리는 액상의 열경화성 접착제를 반도체 칩과 기판 사이에 흘려 넣어 경화시키도록 한다.
근래에는 IC 칩의 미세화가 급속히 진행되고 있다. 이에 따라, 인접하는 전극 사이의 피치나, 반도체 칩과 기판 사이의 갭이 더욱 좁아지는 경향이 있다. 이 때문에, 모세관 현상을 이용하여 언더필제를 IC 칩과 기판의 사이에 흘려 넣으면, 보이드가 발생하거나 언더필제의 유입에 장시간을 필요로 하는 등의 문제가 발생한다.
이 때문에, NCP(Non Conductive Paste)로 불리는 액상의 접착제, 혹은 NCF(Non Conductive Film)로 불리는 필름상의 접착제를 미리 기판에 도포 혹은 첩부하고, 그 후, 플립 칩 본더 등에 의한 가열 압접(Thermal Compression Bonding：TCB)으로 수지를 경화시켜, IC 칩의 범프와 기판의 전극 패드를 접속하는, 이른바 선입법이 시도되고 있다(특허문헌 1 참조).
NCF에 요구되는 특성으로서, 보이드 프리이며, 전기적 접속성 및 그 신뢰성이 우수한 것이 요구된다. 또한, 라미네이터 등의 장치 내 또는 장치 사이를 테이프 형상으로 반송시킬 필요가 있으며, 핸들링성의 확보를 위해, 구부림에 대한 내성이 요구된다. 또한, 구부림에 대한 내성이 불충분하면, TCB 공정 후에 실시되는 다이싱 공정에서 NCF에 깨짐이나 버가 발생하여 실장 불량이 될 우려가 있다.
실장 작업 개시시의 위치 결정을 행할 때, 웨이퍼 상에 첩부한 NCF를 개재하여, 웨이퍼 또는 칩의 표지가 되는 인식 마크를 확인하기 위해, 투명성이 우수한 것이 요구된다.
플립 칩법에서는 전기적 접속이 땜납을 사용하여 실시되는 경우가 많다. 적용되는 땜납 재질은 무연 땜납을 사용하는 경우가 많아, 종래의 땜납에 비해 융점이 높아지는 경향이 있다. 이에 수반하여, NCF를 사용한 플립 칩 실장시의 온도도 높아지는 경향이 있다.
고온화에 수반하여, 부반응이나 성분의 휘발에 의한 보이드 등의 결함이 발생하기 쉬워지는 경향이 있어, 보이드 등의 결함 방지와 접속성의 양립은 곤란했다.
벤조옥사진 구조를 갖는 화합물은, 경화 반응이 고온에서 진행되기 때문에, 상온 취급시 안정적이며, 땜납 융점이 되는 온도까지 반응이 개시되기 어렵고, 부차적인 반응에 의한 아웃가스의 발생을 억제할 수 있으며, 또한, 에폭시 수지 유사의 디히드로옥사진 고리의 개환 중합 반응을 이용하는 것이기 때문에, 경화 메커니즘으로서도 아웃가스의 발생을 거의 수반하지 않는다는 특징이 있다. 특허문헌 2는, 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물을 함유하는 반도체 장치용 접착제 조성물을 제안하고 있다.
그러나, 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물은, 필름 특성으로는 취약하고 깨지기 쉽다. 이 때문에, NCF의 성분으로서 사용했을 경우, 구부림에 대한 내성이 불충분하다는 것이 명확해졌다.
일본 특허 제4752107호 명세서 일본 공개특허공보 2008-231287호
본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위해, 상술한 NCF의 요구 특성을 만족하는 필름상 반도체 봉지재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
(A) 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물,
(B) 실온에서 액상인 에폭시 수지,
(C) 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 고분자 화합물,
(D) 평균 입경 1㎛ 이하의 충전제, 및
(E) 산기를 갖는 200℃에서의 가열 감량이 30％ 이하인 화합물
을 함유하는 필름상 반도체 봉지재를 제공한다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재에 있어서, 상기 (A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물이 하기 식 (1) 또는 식 (2)로 나타내는 화합물인 것이 바람직하다.
Figure 112020052167311-pct00001
Figure 112020052167311-pct00002
본 발명의 필름상 반도체 봉지재에 있어서, 상기 (B) 성분의 실온에서 액상인 에폭시 수지가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지의 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재에 있어서, 상기 (E) 성분의 화합물은 카르복실산류인 것이 바람직하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재에 있어서, 상기 (E) 성분의 화합물은 올레산, 스테아르산, 아비에트산 및 말레산 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는, 추가로 (F) 실란 커플링제를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재에 있어서, 상기 (F) 성분의 실란 커플링제가 하기 식 (3) 또는 식 (4)의 어느 하나의 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
Figure 112020052167311-pct00003
Figure 112020052167311-pct00004
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는, 추가로 (G) 엘라스토머를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는, 상기 (G) 성분의 엘라스토머가 폴리부타디엔 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 사용한 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 구부림 내성이 우수하기 때문에, 라미네이터 등의 장치 내 또는 장치 사이에서의 반송이나, 장치에 장착시 핸들링성이 우수하다. 또한, NCF로서 사용할 때, TCB 공정 후에 실시되는 다이싱 공정에서 깨짐이나 버가 발생할 우려가 없다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 시인성이 우수하기 때문에, NCF로서 사용했을 때, 웨이퍼 상에 첩부한 NCF를 개재하여 웨이퍼 또는 칩의 표지가 되는 인식 마크를 확인할 수 있다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 NCF로서 사용할 때, TCB 공정에서의 실장성이 우수하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 NCF로서 사용했을 때, 내흡습 리플로우성이 양호하다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는, 이하에 나타내는 (A)∼(E) 성분을 필수 성분으로서 함유한다.
(A) 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물
(A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물은 경화 반응이 고온에서 진행되기 때문에, 상온 취급시 안정적이며, 땜납 융점이 되는 온도까지 반응이 개시되기 어렵고, 부차적인 반응에 의한 아웃가스의 발생을 억제할 수 있으며, 또한, 에폭시 수지 유사의 디히드로옥사진 고리의 개환 중합 반응을 이용하는 것이기 때문에, 경화 메커니즘으로서도 아웃가스의 발생을 거의 수반하지 않는 특징을 갖고 있고, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 NCF로서 사용할 때, 필름의 보존 안정성과 경화 성능에 기여하는 성분이다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 (A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물이 하기 식 (1) 또는 식 (2)로 나타내는 화합물인 것이 바람직하다.
Figure 112020052167311-pct00005
Figure 112020052167311-pct00006
필름 특성의 관점에서는 (A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물은 식 (2)로 나타내는 화합물이 바람직하다.
(B) 실온에서 액상인 에폭시 수지
(B) 실온에서 액상인 에폭시 수지(이하, 「액상 에폭시 수지」라고 기재한다)는, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 NCF로서 사용할 때, 필름의 취급성에 기여하는 성분이다.
(A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물은, 상술한 NCF에 있어서 바람직한 특징을 갖고 있으나, 필름 특성으로는 취약하고 깨지기 쉽다. (B) 성분으로서 액상 에폭시 수지를 병용하여, 적당한 유연성을 부여함으로써, 필름으로서의 취급이 가능해진다.
본 발명에 있어서의 액상 에폭시 수지는, 실온(25℃)에 있어서의 점도가 100000mPa·s 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 액상 에폭시 수지로는, 비스페놀 A형 에폭시 수지의 평균 분자량이 약 400 이하인 것; p-글리시딜옥시페닐디메틸트리스비스페놀A 디글리시딜에테르와 같은 분기상 다관능 비스페놀 A형 에폭시 수지; 비스페놀 F형 에폭시 수지; 페놀 노볼락형 에폭시 수지의 평균 분자량이 약 570 이하인 것; 비닐(3,4-시클로헥센)디옥사이드, 3,4-에폭시시클로헥실카르복실산(3,4-에폭시시클로헥실)메틸, 아디프산비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)5,1-스피로(3,4-에폭시시클로헥실)-m-디옥산과 같은 지환식 에폭시 수지; 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디글리시딜옥시비페닐과 같은 비페닐형 에폭시 수지; 헥사히드로프탈산디글리시딜, 3-메틸헥사히드로프탈산디글리시딜, 헥사히드로테레프탈산디글리시딜과 같은 글리시딜에스테르형 에폭시 수지; 디글리시딜아닐린, 디글리시딜톨루이딘, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜-m-자일릴렌디아민, 테트라글리시딜비스(아미노메틸)시클로헥산과 같은 글리시딜 아민형 에폭시 수지; 및 1,3-디글리시딜-5-메틸-5-에틸히단토인과 같은 히단토인형 에폭시 수지; 나프탈렌고리 함유 에폭시 수지가 예시된다. 또한, 1,3-비스(3-글리시독시프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산과 같은 실리콘 골격을 갖는 에폭시 수지도 사용할 수 있다. 추가로, (폴리)에틸렌글리콜디글리시딜에테르, (폴리)프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 부탄디올디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 시클로헥산디메탄올디글리시딜에테르와 같은 디에폭시드 화합물; 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 글리세린트리글리시딜에테르와 같은 트리에폭시드 화합물 등도 예시된다.
그 중에서도 바람직하게는, 비스페놀형 에폭시 수지, 아미노페놀형 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지이다. 더욱 바람직하게는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지이다.
(B) 성분으로서의 액상 에폭시 수지는 단독으로도, 2종 이상 병용해도 된다.
(B) 성분의 액상 에폭시 수지의 함유량은 (A) 성분의 화합물 100질량부에 대해, 0.5∼70질량부인 것이 바람직하고, 1∼67질량부인 것이 더욱 바람직하다.
(C) 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 고분자 화합물
(C) 성분의 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 고분자 화합물(이하, 「고분자 화합물」이라고 기재한다)은, 필름 형성능을 부여하는 성분이며, 필름 형성시의 말림, 튐 등을 방지하여 필름 형성을 돕는다. 여기서, 말림이란, 필름 형성 공정 중에 필름 단부가 중앙부를 향하여 수축하는 것을 의미하며, 튐이란, 필름 형성 공정 중에 필름 표면에 크레이터 모양의 요철이 발생하는 것을 의미한다.
(C) 성분의 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 미만이면 충분한 필름 형성능을 얻지 못하고, 필름 형성시의 말림, 튐 등을 방지할 수 없다.
(C) 성분의 질량 평균 분자량(Mw)의 상한은 특별히 한정되지 않으나, 500000 이하의 것을 사용하는 것이 바니시에 대한 용해성의 점에서 바람직하고, 200000 이하의 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
(C) 성분의 고분자 화합물로는, 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 페녹시 수지, 또는, 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 아크릴 코폴리머를 사용할 수 있다.
(C) 성분으로서의 페녹시 수지는, 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 한 특별히 한정되지 않으나, 비스페놀 A형 페녹시 수지, 비스페놀 F형 페녹시 수지, 비스페놀 A-비스페놀 F 공중합형 페녹시 수지가 바람직하다.
(C) 성분으로서의 아크릴 코폴리머는, 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 한 특별히 한정되지 않으나, 소프트 블록 세그먼트와 하드 블록 세그먼트를 갖는 공중합체가 바람직하고, 소프트 블록 세그먼트로서 폴리부틸아크릴레이트 구조와 하드 블록 세그먼트로서 폴리메타크릴레이트 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다.
(C) 성분의 고분자 화합물의 함유량은, (A) 성분의 화합물 100질량부에 대해, 15∼450질량부인 것이 바람직하며, 20∼400질량부인 것이 더욱 바람직하다.
(D) 평균 입경 1㎛ 이하의 충전제
(D) 성분의 충전제는, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 NCF로서 사용할 때, 실장된 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키는 목적으로 첨가된다.
(D) 성분의 충전제로는, 평균 입경이 1㎛ 이하인 것을 사용한다. 그 이유는, 필름의 시인성, 5∼80㎛ 정도의 좁은 갭에 대한 유입성이 우수하기 때문이다. 충전제로서 평균 입경이 1㎛ 초과인 것을 사용한 경우, 필름의 시인성이 저하되고, NCF로서 사용했을 때, 웨이퍼 상에 첩부한 NCF를 개재하여, 웨이퍼 또는 칩의 표지가 되는 인식 마크를 확인할 수 없는 경우가 있다.
(D) 성분의 충전제로는, 평균 입경이 0.7㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
(D) 성분의 충전제는, 평균 입경이 1㎛ 이하인 한 특별히 한정되지 않고, 무기 충전제를 사용할 수 있다. 구체적으로는 비정질 실리카, 결정성 실리카, 알루미나, 질화 붕소, 질화 알루미늄, 탄화 규소, 질화 규소 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 실리카, 특히, 비정질의 구상 실리카가, 화학적 안정성, 입도 조정의 용이성, 수지 성분에 대한 분산성의 이유로부터 바람직하다.
한편, 여기서 말하는 실리카는 제조 원료에서 유래하는 유기기, 예를 들면, 메틸기, 에틸기 등의 알킬기를 갖는 것이어도 된다. 비정질의 구상 실리카는 용융법, 연소법, 졸겔법 등 공지의 제조 방법에 따라 얻어지나, 원하는 입도나 불순물 함유량, 표면 상태 등의 특성에 따라, 그 제조 방법을 적절히 선택할 수 있다.
또한, 충전제로서 사용하는 실리카로는, 일본 공개특허공보 2007-197655호에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 실리카 함유 조성물을 사용해도 된다.
한편, 충전제의 형상은 특별히 한정되지 않고, 구 형상, 부정형, 인편 형상 등의 어느 형태여도 된다. 한편, 충전제의 형상이 구 형상 이외인 경우, 충전제의 평균 입경은 당해 충전제의 평균 최대 직경을 의미한다.
또한, 충전제로서 실란 커플링제 등으로 표면 처리가 실시된 것을 사용해도 된다. 표면 처리가 실시된 충전제를 사용했을 경우, 충전제의 응집을 방지하는 효과가 기대된다.
(D) 성분의 충전제의 함유량은 본 발명의 필름상 반도체 봉지재의 각 성분의 합계 질량에 대한 질량％로 5∼75질량％인 것이 바람직하고, 10∼70질량％인 것이 보다 바람직하다.
(E) 산기를 갖는 200℃에서의 가열 감량이 30％ 이하인 화합물
(E) 성분의 산기를 갖는 화합물은, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 NCF로서 사용할 때, 플럭스 활성제를 이루는 성분이다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 (E) 성분을 함유함으로써, NCF로서 사용했을 때, 전기적 접속성 및 그 신뢰성이 높다.
(E) 성분의 산기를 갖는 화합물로서, 200℃에서의 가열 감량이 30％ 이하인 화합물을 사용함으로써, NCF로서 사용할 때, TCB 공정에 있어서의 보이드의 발생이 억제된다.
200℃에서의 가열 감량은 이하의 순서로 측정할 수 있다.
열중량 분석 장치를 이용하여, 저온에서 고온으로 정속 승온(예를 들면, 10℃/분)시켜, 승온 중의 온도별 가열 감량을 측정함으로써 구할 수 있다.
산기를 갖는 200℃에서의 가열 감량이 30％ 이하인 화합물로는, 올레산 또는 스테아르산을 사용할 수 있다.
(E) 성분의 산기를 갖는 화합물은, 카르복실산류인 것이 바람직하다.
(E) 성분의 산기를 갖는 화합물은, 올레산, 스테아르산, 아비에트산 및 말레산 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 보다 바람직하다. 말레산 수지로는, 시판품을 사용할 수 있다. 일 예로는, 말키드 No.32(제품명, 아라카와 화학 공업 주식회사 제조)가 있다.
(E) 성분의 산기를 갖는 화합물의 함유량은 (A) 성분의 화합물 100질량부에 대해, 0.5∼35질량부인 것이 바람직하고, 1∼32질량부인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는, 추가로 이하의 성분을 임의 성분으로서 함유해도 된다.
(F) 실란 커플링제
(F) 성분의 실란 커플링제는, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 NCF로서 사용했을 때, IC 칩이나 기판에 대한 밀착성을 향상시키는 목적으로 첨가된다.
(F) 성분의 실란 커플링제로는, 에폭시계, 아미노계, 비닐계, 메타크릴계, 아크릴계, 메르캅토계 등의 각종 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 하기 식 (3) 또는 식 (4)의 어느 하나의 화합물을 포함하는 것이 밀착성이 높다는 등의 이유에서 바람직하다.
Figure 112020052167311-pct00007
Figure 112020052167311-pct00008
(F) 성분으로서 실란 커플링제를 함유시키는 경우, 실란 커플링제의 함유량은 본 발명의 필름상 반도체 봉지재의 각 성분의 합계 질량에 대한 질량％로 0.1∼3.5질량％인 것이 바람직하며, 0.2∼3.0질량％인 것이 보다 바람직하다.
(G) 엘라스토머
(G) 성분의 엘라스토머는, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 NCF로서 사용했을 때, 탄성률이나 응력을 조정하는 목적으로 첨가된다.
(G) 성분의 엘라스토머로는, 폴리부타디엔 골격을 포함하는 것이 유연성, 취급성, 상용성의 이유에서 바람직하다. 폴리부타디엔 골격을 포함하는 엘라스토머로는, 에폭시 변성 폴리부타디엔, 카르복실기 말단 아크릴로니트릴-부타디엔을 사용할 수 있다.
(G) 성분으로서 엘라스토머를 함유시키는 경우, 엘라스토머의 함유량은 (A) 성분의 화합물 100질량부에 대해, 0.1∼25질량부인 것이 바람직하고, 0.2∼20질량부인 것이 더욱 바람직하다.
(그 밖의 배합제)
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는, 상기 (A)∼(G) 성분 이외의 성분을 필요에 따라 추가로 함유해도 된다. 이러한 성분의 구체예로는, 경화 촉진제, 레올로지 조정제, 분산제, 침강 방지제, 소포제, 착색제, 표면 조정제를 들 수 있다. 또한, 본 발명의 필름상 반도체 봉지재의 점도, 인성 등을 조정하는 목적으로 그 밖의 고형 수지를 함유시켜도 된다. 상기 고형 수지로는, 고형의 에폭시 수지를 사용해도 된다. 또한, (A) 성분, (B) 성분 이외의 열경화성 수지, 예를 들면, 페놀 수지, 비스말레이미드 수지, 시아네이트 수지, 아미노 수지, 이미드 수지, 불포화폴리에스테르 수지, (메타)아크릴레이트 수지, 우레탄 수지를 배합해도 된다. 각 배합제의 종류, 배합량은 통상의 방법과 같다.
(필름상 반도체 봉지재의 제조)
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 관용의 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 용제의 존재하 또는 비존재하에서, 상기 (A) 성분∼(E) 성분, 추가로 필요에 따라 배합하는 상기 (F) 성분, (G) 성분 및 그 밖의 배합제를 가열 진공 혼합 니더에 의해 혼합하여 수지 조성물을 조제한다.
상기 (A) 성분∼(E) 성분, 추가로 필요에 따라 배합하는 상기 (F) 성분, (G) 성분 및 그 밖의 배합제가 원하는 함유 비율이 되도록 소정의 용제 농도로 용해하고, 이들을 10∼80℃로 가온된 반응기에 소정량 투입하여, 회전수 100∼1000rpm으로 회전시키면서, 상압 혼합을 3시간 행한 후, 진공하(최대 1Torr)에서 추가로 3∼60분 혼합 교반할 수 있다.
상기 순서로 조제된 수지 조성물을 용제로 희석하여 바니시로 하고, 이를 지지체의 적어도 한쪽 면에 도포하여, 건조시킨 후, 지지체가 부착된 필름상 반도체 봉지재, 또는, 지지체로부터 박리된 필름상 반도체 봉지재로서 제공할 수 있다.
바니시로서 사용 가능한 용제로는, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류; 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 용제; 디옥틸프탈레이트, 디부틸프탈레이트 등의 고비점 용제 등을 들 수 있다. 용제의 사용량은 특별히 한정되지 않고, 종래부터 사용되고 있는 양으로 할 수 있으나, 바람직하게는, 필름상 반도체 봉지재의 각 성분에 대해 20∼90질량％이다.
지지체는, 필름상 반도체 봉지재의 제조 방법에 있어서의 원하는 형태에 따라 적절히 선택되고, 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 구리, 알루미늄 등의 금속박, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 등의 수지의 캐리어 필름 등을 들 수 있다. 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 지지체로부터 박리된 필름의 형태로서 제공하는 경우, 지지체는, 실리콘 화합물 등의 이형제로 이형 처리되어 있는 것이 바람직하다.
바니시를 도포하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 슬롯 다이 방식, 그라비아 방식, 닥터 코터 방식 등을 들 수 있고, 원하는 필름의 두께 등에 따라 적절히 선택된다. 도포는 건조 후에 형성되는 필름의 두께가 원하는 두께가 되도록 행해진다. 이러한 두께는 당업자라면, 용제 함유량으로부터 이끌어 낼 수 있다.
건조의 조건은, 바니시에 사용되는 용제의 종류나 양, 바니시의 사용량이나 도포의 두께 등에 따라 적절히 설계되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 60∼150℃이며, 대기압하에서 행할 수 있다.
이어서 본 발명의 필름상 반도체 봉지재의 특성에 대해 설명한다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 시인성이 우수하고, 후술하는 실시예에 있어서, 초기 실장 상태에서의 시인성의 평가 결과가 양호하다. 이 때문에, NCF로서 사용했을 때, 웨이퍼 상에 첩부한 NCF를 개재하여, 웨이퍼 또는 칩의 표지가 되는 인식 마크를 확인할 수 있다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 구부림 내성이 우수하고, 후술하는 실시예에 있어서, 필름성 평가에서 균열이 생기지 않는다. 이 때문에, 라미네이터 등의 장치 내 또는 장치 사이에서의 반송이나, 장치에 장착시 핸들링성이 우수하다. 또한, NCF로서 사용할 때, TCB 공정 후에 실시되는 다이싱 공정에서 깨짐이나 버가 발생할 우려가 없다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 NCF로서 사용할 때, TCB 공정에서의 실장성이 우수하며, 후술하는 실시예에 있어서, 초기 실장 상태에서의 보이드의 평가 및 접속성 평가가 양호하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 NCF로서 사용했을 때, 내흡습 리플로우성이 양호하고, 후술하는 실시예에 있어서, 흡습 리플로우시 보이드/디라미네이션 평가가 양호하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 단시간에서의 실장이 가능하며, 생산성이 높다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 플럭스 효과를 겸비하고 있어 땜납 접속성이 우수하다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재는 상기 특성에 의해, NCF로서 바람직하다.
이어서 본 발명의 필름상 반도체 봉지재의 사용 순서를 이하에 나타낸다.
본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 사용하여 반도체 패키지를 실장하는 경우, 기판 상의 반도체 칩을 실장하는 위치에 필름상 반도체 봉지재를 원하는 형상으로 라미네이터 등으로 첩부한다.
또한, 반도체 회로가 형성된 웨이퍼 상에 라미네이터 등으로 첩부한 후, 다이서 등에 의해 개개의 칩으로 잘라낼 수도 있다. 라미네이션 조건은 특별히 한정되지 않으나, 가열, 가압, 감압 등의 조건을 적절히 조합할 수 있다. 특히 미세한 요철에 보이드 등의 결함 없이 첩부하기 위해서는, 가열 온도는 40∼120℃, 감압도는 1hPa 이하, 압력은 0.1MPa 이상이 바람직하다.
필름상 반도체 봉지재를 라미네이션 등에 의해 첩부한 후, 플립 칩 본더 등에 의해 기판 상의 칩 탑재 위치에 가열 압접(TCB)에 의해 반도체 칩을 실장한다. TCB 조건은 특별히 한정되지 않으나, 반도체 칩 사이즈, 범프 재질, 범프 수 등에 의해 TCB 조건을 적절히 선택할 수 있다.
가열 온도는 50∼300℃, 시간은 1∼20초, 압력은 5∼450N인 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 장치는, 반도체 장치의 제조시 본 발명의 필름상 반도체 봉지재를 사용한 것인 한 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 반도체 장치의 구체예로는, 플립 칩 구조를 갖는 반도체 장치를 들 수 있다. 플립 칩은, 범프로 불리는 돌기 형상의 전극을 갖고 있고, 이 전극을 개재하여 기판 등의 전극과 접속된다. 범프 재질로는, 땜납, 금, 구리 등을 들 수 있으며, 각각 단독, 혹은 구리 상에 땜납층을 형성시킨 구조가 예시된다. 플립 칩과 접속되는 기판으로는 FR-4 등의 단층, 또는 적층된 유기 기판, 실리콘, 유리, 세라믹 등의 무기 기판이 있고, 구리 및 구리 상에 금 도금 또는 주석 도금, 구리 상에 OSP(Organic Solderability Preservative) 처리, 땜납층 등을 형성한 전극이 사용된다. 플립 칩 구조의 반도체 장치로는, DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 메모리 디바이스, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit) 등의 프로세서 디바이스, LED(Light Emitting Diode) 등의 발광 소자, LCD(Liquid Crystal Display) 등에 사용되는 드라이버 IC 등을 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1∼26, 비교예 1∼7)
하기 표에 나타내는 배합 비율이 되도록 각 원료를 혼합하여, 혼합물이 50wt％의 농도가 되도록 용제 중에 용해·분산시켜 도공용 바니시를 조제했다. 용제는 메틸에틸케톤(와코 순약 공업 주식회사 제조)을 사용했다.
이형제를 도포한 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름(35㎛ 두께) 상에 도공용 바니시를 약 20㎛ 또는 약 35㎛의 건조 두께가 되도록 도공했다. 그 후, 도공용 바니시를 도공한 이형제 처리된 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름을 건조기 중에서 80℃에서 10분간 건조하여 용제를 제거하고, 20㎛ 두께와 35㎛ 두께의 2종의 필름을 제작했다. 한편, 표 중 각 조성에 관한 수치는 질량부를 나타내고 있다.
필름상 수지 조성물의 작성시 사용한 성분은 이하와 같다.
(A) 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물
(A1) 하기 식 (1)로 나타내는 화합물(제품명 P-d형, 시코쿠 화성 공업 주식회사 제조)
Figure 112020052167311-pct00009
(A2) 하기 식 (2)로 나타내는 화합물(제품명 F-a형, 시코쿠 화성 공업 주식회사 제조)
Figure 112020052167311-pct00010
(B) 액상 에폭시 수지
(B1) 비스페놀 F형 액상 에폭시 수지·비스페놀 A형 액상 에폭시 수지 혼합물(제품명 EXA835LV, DIC 주식회사 제조, 점도：2000∼2500mPa·s)
(B2) 비스페놀 A형 액상 에폭시 수지(제품명 EXA850CRP, DIC 주식회사 제조, 점도：3500∼5500mPa·s)
(B3) 비스페놀 F형 액상 에폭시 수지(제품명 EXA830CRP, DIC 주식회사 제조, 점도：1100∼1500mPa·s)
(B') 비스페놀 A형 반고형 에폭시 수지(제품명 EPICRON860, DIC 주식회사 제조, 점도：1180Pa·s)
(C) 고분자 화합물
(C1) 아크릴 코폴리머(제품명 M52N, 아르케마 주식회사 제조, Mw：약 80000)
(C2) 아크릴 코폴리머(제품명 LA4258, 주식회사 쿠라레 제조, Mw：약 80000)
(C3) 비스페놀 A/비스페놀 F 공중합형 페녹시 수지, 제품명 jER4250, 미츠비시 화학 주식회사 제조, Mw：60000)
(D) 실리카 필러
(D1) 제품명 Sciqas, 평균 입경 0.05㎛(사카이 화학 공업 주식회사 제조)
(D2) 제품명 Sciqas, 평균 입경 0.1㎛(사카이 화학 공업 주식회사 제조)
(D3) 제품명 Sciqas, 평균 입경 0.4㎛(사카이 화학 공업 주식회사 제조)
(D4) 제품명 Sciqas, 평균 입경 0.7㎛(사카이 화학 공업 주식회사 제조)
(D') 제품명 SOE-5, 평균 입경 1.5㎛(주식회사 아드마텍스 제조)
(E) 산기를 갖는 화합물
(E1) 올레산(와코 순약 공업 주식회사 제조), 200℃에서의 가열 감량：1.7％
(E2) 스테아르산(와코 순약 공업 주식회사 제조), 200℃에서의 가열 감량：0.8％
(E3) 아비에트산(도쿄 화성 공업 주식회사 제조), 200℃에서의 가열 감량：0.9％
(E4) 말레산 수지(제품명 말키드 No32, 아라카와 화학 공업 주식회사 제조), 200℃에서의 가열 감량：0.8％
(E') p-톨루일산(와코 순약 공업 주식회사 제조), 200℃에서의 가열 감량：32.5％
(F) 실란 커플링제
(F1) 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 (식 (3))(제품명：KBM403, 신에츠 화학 주식회사 제조)
Figure 112020052167311-pct00011
(F2) N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란 (식 (4))(제품명：KBM573, 신에츠 화학 주식회사 제조)
Figure 112020052167311-pct00012
(G) 엘라스토머
(G1) 에폭시 변성 폴리부타디엔(제품명 PB3600, 도아 합성 주식회사 제조)
(G2) 카르복실기 말단 아크릴로니트릴-부타디엔(제품명 CTBN, CVC Thermoset Specialties 제조)
상기 순서로 제작한 필름을 사용하여, 이하의 평가를 실시했다.
(필름성)
상기 순서로 PET 상에 형성된 필름을 10㎜×100㎜로 절단하여 시험편을 제작했다. 이 시험편을 180도 구부려서, 크랙이 발생하는지 확인했다. 상기 순서를 20㎛와 35㎛의 각 막두께에서 N＝5로 실시했다. 각 막두께 N＝5의 모두에서 양막 두께 크랙이 발생하지 않은 경우는 ○로 하고, 하나의 시험편에서라도 크랙이 발생한 경우는 ×로 했다.
(초기 실장 상태)
상기 순서로 제작한 20㎛ 두께 필름을 NCF로서 사용하여, 하기 순서에 의해, 기판 상에 테스트용 칩을 실장했다.
사용한 기판은 사이즈가 10㎜×10mm×0.725㎜(t)인 실리콘 기판이고, 전극 재료로서 Cu 상에 Ni와 Au로 도금 처리한 것이다.
테스트용 칩은 사이즈가 7.3mm×7.3mm×0.125㎜(t)이며, 42㎛φ×10㎛의 Cu 필러 상에 땜납층(10㎛)을 형성한 범프가 1048개 형성되어 있다. 상기 사이즈의 테스트용 칩이 연결된 구조의 실리콘 웨이퍼 상에 20㎛ 두께 NCF를 진공 가압 라미네이터(주식회사 메이키 제작소사 제조, 상품명 MLP500/600)를 이용하여 하기 조건으로 라미네이트했다.
진공도：1hPa 이하
온도：70℃
가압：0.4MPa
시간：180sec
라미네이트 후, 다이서를 이용하여 실리콘 웨이퍼를 NCF를 포함 소정의 사이즈(7.3mm×7.3㎜)로 개편화하여 테스트용 칩으로 했다. 그 후, 플립 칩 본더(파나소닉 팩토리 솔루션즈 주식회사 제조, 상품명 FCB3)를 사용하여, 테스트용 칩과 실리콘 기판을 NCF에 260℃의 온도가 걸리도록 가열 압접(TCB)했다. 상기 순서를 N＝5로 실시했다.
시인성：플립 칩 본더에서 위치 조정 공정 중, N＝5의 모두에서 인식 에러가 발생하지 않은 경우는 ○로 하고, 하나의 시험편에서라도 인식 에러가 발생한 경우를 ×로 했다.
보이드：제작한 시험편을 초음파 탐상 장치(Scanning Acoustic Tomography, SAT)를 이용하여 반사법으로 관찰했다. N＝5의 모두에서 화상 상, 보이드의 음영이 관찰되지 않은 경우를 ○로 하고, 하나의 시험편에서라도 음영이 관찰된 경우를 ×로 했다.
접속：제작한 시험편 중, 하나의 시험편을 추출하여, 연마로 접속 단면을 깎아 낸 단면에서 주변부를 1열 단면 관찰했다. 테스트용 칩의 땜납과 Bottom 칩의 Pad와의 계면의 땜납 젖음이 있는지 주사형 전자현미경으로 확인하여, 땜납 젖음이 확인된 경우를 ○로 하고, 땜납 젖음이 확인되지 않은 경우를 ×로 했다.
(흡습 리플로우)
상기 순서로 제작한 시험편을 85℃/60％ RH의 조건하에서 168시간 방치했다(JEDEC level2 흡습 조건). 그 후, 최고 도달 온도 260℃의 리플로우로를 3회 통과시켰다. 상기 순서를 N＝4로 실시했다. 흡습 리플로우의 실시 후, 시험편을 초음파 탐상 장치(Scanning Acoustic Tomography, SAT)를 이용하여 반사법으로 관찰했다. N＝4의 모두에서 화상 상, 보이드/디라미네이션의 음영이 관찰되지 않은 경우를 ○로 하고, 하나의 시험편에서라도 음영이 관찰된 경우를 ×로 했다.
(밀착 강도)
150℃에서 20분 건조한 FR-4 기판과, 반도체 칩으로서 가로세로 2㎜의 SiN막이 부착된 Si 칩을 준비했다. 1mmφ의 필름상 반도체 봉지재를 기판 상에 재치하고, 필름상 반도체 봉지재 상에 반도체 칩을 마운트했다. 그 후, 175℃에서 2.5시간, 필름상 반도체 봉지재를 경화시켰다. 아이코 엔지니어링 제조 탁상 강도 시험기(모델명：1605HTP)를 사용하여, 전단 모드로 밀착 강도(단위：N/㎟)를 측정했다. N＝10으로 실시하여, 밀착 강도의 평균값을 구했다.
Figure 112020052167311-pct00013
Figure 112020052167311-pct00014
Figure 112020052167311-pct00015
Figure 112020052167311-pct00016
Figure 112020052167311-pct00017
실시예 1∼26은 모두 필름성(균열), 초기 실장 상태(보이드, 접속, 시인성), 흡습 리플로우(보이드/디라미네이션)가 양호했다. 한편, 실시예 2는 실시예 1에 대해, (A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물을 변경한 실시예이다. 실시예 3, 4는 실시예 2에 대해, (C) 성분의 고분자 화합물을 변경한 실시예이다. 실시예 5∼7은 실시예 2에 대해, (D) 성분으로서 평균 입경이 상이한 실리카 필러를 사용한 실시예이다. 실시예 8, 9는 실시예 2에 대해, (B) 성분의 액상 에폭시 수지를 변경한 실시예이다. 실시예 10은 실시예 2에 대해, (F) 성분의 실란 커플링제를 변경한 실시예이다. 실시예 11은 실시예 2에 대해, (F) 성분의 실란 커플링제를 배합하지 않고, (B) 성분의 액상 에폭시 수지의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 12는 실시예 2에 대해, (B') 성분의 반고형 에폭시 수지를 배합하지 않고, (B) 성분의 액상 에폭시 수지 및 (C) 성분의 고분자 화합물의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 13은 실시예 2에 대해, (D) 성분의 실리카 필러의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 14는 실시예 2에 대해, (B) 성분의 액상 에폭시 수지, (B') 성분의 반고형 에폭시 수지 및 (D) 성분의 실리카 필러의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 15는 실시예 2에 대해, (G) 성분의 엘라스토머를 배합하지 않고, (C) 성분의 고분자 화합물을 2종류 병용하여, (B) 성분의 액상 에폭시 수지의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 16은 실시예 2에 대해, (B) 성분의 액상 에폭시 수지 및 (F) 성분의 실란 커플링제의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 17은 실시예 2에 대해, (F) 성분의 실란 커플링제 및 (G) 성분의 엘라스토머의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 18은 실시예 2에 대해, (E) 성분의 화합물 및 (G) 성분의 엘라스토머의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 19는 실시예 2에 대해, (B') 성분의 반고형 에폭시 수지 및 (E) 성분의 화합물의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 20, 25, 26은 실시예 2에 대해, (E) 성분의 화합물을 변경한 실시예이다. 실시예 21은 실시예 2에 대해, (B) 성분의 액상 에폭시 수지 및 (E) 성분의 화합물의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 22는 실시예 2에 대해, (B') 성분의 반고형 에폭시 수지를 배합하지 않고, (C) 성분의 고분자 화합물을 2종류 병용하여, 각 성분의 배합 비율을 변경한 실시예이다. 실시예 23은 실시예 2에 대해, (C) 성분의 고분자 화합물 및 (G) 성분의 엘라스토머를 변경한 실시예이다. 실시예 24는 실시예 2에 대해, (G) 성분의 엘라스토머를 배합하지 않고, (B) 성분의 액상 에폭시 수지, (B') 성분의 반고형 에폭시 수지, (C) 성분의 화합물 및 (D) 성분의 실리카 필러의 배합 비율을 변경한 실시예이다.
비교예 1은 (D') 성분으로서 평균 입경 1㎛ 초과의 실리카 필러를 사용한 예이고, 초기 실장 상태에 있어서의 시인성이 ×였다. 이 때문에, 초기 실장 상태에 있어서의 다른 평가 및 흡습 리플로우 평가는 실시하지 않았다. 비교예 2는 (E) 성분의 화합물을 배합하지 않았던 예이며, 초기 실장 상태에 있어서의 접속성이 ×였다. 이 때문에, 흡습 리플로우 평가는 실시하지 않았다. 비교예 3은 (D) 성분의 실리카 필러를 배합하지 않았던 예이고, 흡습 리플로우 평가가 ×였다. 비교예 4는 (E') 성분으로서 200℃에서의 가열 감량이 30％ 초과의 화합물을 사용한 예이며, 초기 실장 상태에 있어서의 보이드가 ×였다. 이 때문에, 흡습 리플로우 평가는 실시하지 않았다. 비교예 5, 6은 (B) 성분의 액상 에폭시 수지를 배합하지 않았던 예이고, 필름성의 평가가 ×였다. 이 때문에, 초기 실장 상태에 있어서의 평가 및 흡습 리플로우 평가는 실시하지 않았다. 비교예 5, 6의 결과로부터, (G) 성분의 엘라스토머를 함유하는 경우에서도, (B) 성분의 액상 에폭시 수지를 포함하지 않는 경우는 필름 특성이 열악한 것을 확인할 수 있다. 비교예 7은 (A) 성분의 화합물을 배합하지 않은 예이며, 초기 실장 상태에 있어서의 보이드가 ×였다. 이 때문에, 흡습 리플로우 평가는 실시하지 않았다.

Claims (10)

  1. (A) 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물,
    (B) 실온에서 액상인 에폭시 수지,
    (C) 질량 평균 분자량(Mw)이 10000 이상인 고분자 화합물,
    (D) 평균 입경 1㎛ 이하의 충전제, 및
    (E) 산기를 갖는 200℃에서의 가열 감량이 30％ 이하인 화합물
    을 함유하고,
    상기 (B) 성분의 실온에서 액상인 에폭시 수지의 함유량은 상기 (A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물 100질량부에 대해, 1∼67질량부인 필름상 반도체 봉지재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A) 성분의 벤조옥사진 구조를 갖는 화합물이 하기 식 (1) 또는 식 (2)로 나타내는 화합물인 필름상 반도체 봉지재:
    Figure 112020052167311-pct00018

    Figure 112020052167311-pct00019
    .
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (B) 성분의 실온에서 액상인 에폭시 수지가, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지의 어느 하나를 포함하는 필름상 반도체 봉지재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (E) 성분의 화합물이 카르복실산류인 필름상 반도체 봉지재.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (E) 성분의 화합물은 올레산, 스테아르산, 아비에트산 및 말레산 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 필름상 반도체 봉지재.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로 (F) 실란 커플링제를 포함하는 필름상 반도체 봉지재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (F) 성분의 실란 커플링제가 하기 식 (3) 또는 식 (4)의 어느 하나의 화합물을 포함하는 필름상 반도체 봉지재:
    Figure 112021088117754-pct00020

    Figure 112021088117754-pct00021
    .
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로 (G) 엘라스토머를 포함하는 필름상 반도체 봉지재.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 (G) 성분의 엘라스토머가 폴리부타디엔 골격을 포함하는 필름상 반도체 봉지재.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항의 필름상 반도체 봉지재를 사용한 반도체 장치.
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