KR101485659B1

KR101485659B1 - 반도체 장치 제조용 접착 시트 및 반도체 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR101485659B1
Application number: KR20130032085A
Authority: KR
Inventors: 사토루 마치이; 아츠후미 야마이; 히데마사 가스가
Original assignee: 가부시키가이샤 도모에가와 세이시쇼
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2015-01-22
Also published as: CN103360971A; CN103360971B; JP5937397B2; JP2013201402A; TW201350557A; TWI494409B; KR20130109069A

Abstract

본 발명은 박리성이 뛰어난 반도체 장치 제조용 접착 시트를 제공한다.
기재와 상기 기재의 한쪽 면에 설치된, 불소를 함유하는 첨가제를 함유하는 접착제층을 구비하며, 반도체 장치의 리드 프레임(20) 또는 배선 기판에 박리 가능하게 첩착되는 반도체 장치 제조용 접착 시트(10)에 있어서, 상기 접착제층은 하기 식 (I)으로 구해지는 표면 불소 복원율이 70% 이상이다.
표면 불소 복원율(%) = 복원 후 표면 불소 함유율α ÷ 초기 표면 불소 함유율β × 100 … (I)

Description

반도체 장치 제조용 접착 시트 및 반도체 장치의 제조 방법{ADHESIVE SHEET FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치 제조용 접착 시트 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 휴대형 PC, 휴대전화 등의 전자기기의 소형화, 다기능화에 수반해, 전자기기를 구성하는 전자 부품의 소형화, 고집적화 외에, 전자 부품의 고밀도 실장 기술이 필요하게 되었다. 이러한 배경 하에서, QFP(Quad Flat Package)나 SOP(Small Outline Package) 등의 주변 실장형의 반도체 장치 대신, 고밀도 실장이 가능한 CSP(Chip Scale Package) 등의 면실장형의 반도체 장치가 주목받고 있다. 또한, CSP 중에서도 특히, QFN(Quad Flat Non-leaded) 패키지는 종래의 반도체 장치의 제조 기술을 적용하여 제조할 수 있기 때문에 매우 적합하고, 주로 100 핀 이하의 소단자형의 반도체 장치로서 이용되고 있다.

QFN 패키지의 제조 방법으로서 개략적으로 아래와 같은 방법이 알려져 있다. 먼저, 첩착(貼着) 공정에서 리드 프레임의 한쪽 면에 접착 시트를 첩착시킨 다음, 다이아터치 공정에서 리드 프레임에 복수 개 형성된 반도체소자 탑재부(다이 패드부)에 IC 칩 등의 반도체소자를 각각 탑재한다. 다음으로, 와이어본딩 공정에서 리드 프레임의 각 반도체소자 탑재부의 외주를 따라 배설(配設)된 복수 개의 리드와 반도체소자를 본딩와이어에 의해 전기적으로 연결한다. 다음으로, 봉지 공정에서 리드 프레임에 탑재된 반도체소자를 봉지 수지에 의해 봉지한다. 그 후, 박리 공정에서 접착 시트를 리드 프레임으로부터 박리함으로써, 복수 개의 QFN 패키지가 배열된 QFN 유닛을 형성할 수 있다. 마지막으로, 다이싱 공정에서 이 QFN 유닛을 각 QFN 패키지의 외주를 따라 다이싱함으로써 복수 개의 QFN 패키지를 제조할 수 있다.

종래, QFN 패키지의 제조 방법에서는 실리콘 점착제나 아크릴 점착제를 사용한 반도체 장치 제조용 접착 시트가 사용되어 왔지만, 이러한 반도체 장치 제조용 접착 시트를 이용하면 봉지 공정에서 수지 누설(몰드 플래시)이 발생할 우려가 있었다.

더욱이, 와이어본딩 공정 전에 플라즈마를 처리하는 공정(플라즈마 클리닝 공정)을 마련하여, 반도체소자 및 예를 들어, 리드 프레임의 표면에 부착된 불순물을 제거함으로써, 와이어본딩 특성을 한층 더 높이는 것이 일반화되고 있다. 종래의 반도체 장치 제조용 접착 시트를 이용한 경우, 반도체 장치 제조용 접착 시트의 접착제 노출면표층이 플라즈마 클리닝에 의해 거칠어지게 되어 반도체 제조용 접착 시트의 박리 시에 반도체 장치의 접속 단자, 봉지 수지면에 접착제 이행(移行)(이하, 「접착제 잔류」라고 표기한다)이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이, 접착제 잔류가 발생한 경우에 봉지 수지에 의해 봉지된 부분이나 그 근방의 리드의 외부 접속 단자 부분에 접착제가 부착되기 때문에, 제조된 반도체 장치를 배선 기판 등에 실장할 때, 접속 불량이 발생할 우려가 있다.

이러한 문제에 대해, 열경화성 수지 성분, 열가소성 수지 성분 및 불소계 첨가제를 함유 한 접착제층을 구비한 반도체 장치 제조용 접착 시트가 제안되고 있다(예, 특허 문헌 1). 특허 문헌 1의 발명에 의하면, 플라즈마를 처리하지 않아도 와이어본딩 특성이 뛰어나기 때문에, 플라즈마 처리에 의한 접착제 잔류를 줄일 수 있다.

[특허 문헌 1] 특개2007-123710호 공보

그러나, 특허 문헌 1의 발명에서는, 접착제 잔류를 줄일 수 있지만, 봉지 수지에의 접착 강도가 강하고, 박리하기 어렵다는 문제가 있었다. 더욱이, 반도체 장치 제조용 접착 시트는 플라즈마 클리닝 공정을 마련한 제조 방법에서는 보다 작은 박리력으로 벗길 수 있을 정도의 박리성이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은, 박리성이 뛰어난 반도체 장치 제조용 접착 시트를 목적으로 한다.

본 발명의 반도체 장치 제조용 접착 시트는 기재와 상기 기재의 한쪽 면에 설치된, 불소를 함유하는 첨가제를 함유하는 접착제층을 구비하며, 반도체 장치의 리드 프레임 또는 배선 기판에 박리 가능하게 첩착되는 반도체 장치 제조용 접착 시트에 있어서, 상기 접착제층은 하기 식 (I)으로 구해지는 표면 불소 복원율이 70% 이상인 것을 특징으로 한다.

표면 불소 복원율(%) = 복원 후 표면 불소 함유율α ÷ 초기 표면 불소 함유율β × 100 … (I)

[식 (I)에서, 복원 후 표면 불소 함유율α은 아르곤 가스 분위기 하에서, 접착제층에 450 W의 출력 조건으로 1분간 플라즈마를 처리한 다음, 접착제층을 220℃에서 15분간 가열한 후의 접착제층 표면의 불소 함유율(atom%)이다. 초기 표면 불소 함유율β은 상기 플라즈마를 처리하기 전의 접착제층 표면의 불소 함유율(atom%)이다.]

상기 복원 후 표면 불소 함유율α은 18 atom% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 상기 본 발명의 반도체 장치 제조용 접착 시트를 이용한 반도체 장치의 제조 방법이며, 상기 리드 프레임 또는 상기 배선 기판에 상기 반도체 장치 제조용 접착 시트를 첩착하는 첩착 공정, 상기 리드 프레임 또는 상기 배선 기판에 플라즈마를 처리하는 플라즈마 클리닝 공정, 상기 플라즈마 클리닝 공정 후, 상기 접착제층을 가열하는 가열 공정, 및 상기 가열 공정 후, 상기 반도체 장치 제조용 접착 시트를 상기 리드 프레임 또는 상기 배선 기판으로부터 박리하는 박리 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체 장치 제조용 접착 시트에 의하면, 박리성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 이용되는 리드 프레임의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 공정도이다.

본 발명의 반도체 장치 제조용 접착 시트(이하, 간단히 접착 시트라고 한다)는 반도체 장치의 리드 프레임 또는 배선 기판에 박리가능하게 첩착되는 것이다.

리드 프레임이란 금속판을 에칭 또는 프레스 등으로 도체 패턴을 형성한 것이고, 배선 기판이란 전기절연성 기판의 표면(또는 내면을 포함한다)에 도체 패턴을 도전성 재료로 형성한 것이다.

본 발명의 접착 시트는 기재와 상기 기재의 한쪽 면에 설치된 접착제층을 구비한다.

기재로는 내열성이 있는 것, 예를 들어, 내열성 수지 필름이나 금속박 등을 들 수 있다.

접착 시트를 이용하여 QFN 패키지 등의 반도체 장치를 제조할 때, 접착 시트는, 다이아터치 공정, 와이어본딩 공정, 봉지 공정에서, 150~250℃의 고온에 노출된다. 내열성 수지 필름을 기재로 이용하는 경우, 유리 전이 온도(Tg) 이상이 되면 상기 내열성 필름의 열팽창 계수는 급격히 증가하여, 금속제의 리드 프레임과의 열팽창 차이가 커진다. 이 때문에, 실온으로 되돌렸을 때, 내열성 필름과 리드 프레임이 변형이 발생할 우려가 있다. 그리고, 내열성 필름과 리드 프레임에 변형이 발생한 경우에는 봉지 공정에서 금형의 위치 결정 핀에 리드 프레임을 장착하지 못하고, 위치 차이 불량을 일으킬 우려가 있다.

따라서, 내열성 필름을 기재로 이용하는 경우, 유리 전이 온도가 150℃ 이상인 내열성 필름인 것이 바람직하고, 180℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 150~250℃에서의 내열성 필름의 열팽창 계수가 5~50 ppm/℃인 것이 바람직하고, 10~30 ppm/℃인 것이 보다 바람직하다. 이에 해당하는 특성을 가지는 내열성 필름으로는, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 트리아세틸셀룰로스, 폴리에테르이미드 등으로 이루어지는 필름을 예시할 수가 있다.

또한, 금속박을 기재로 이용하는 경우에도, 상기 내열성 필름과 같은 이유로 150~250℃에서의 금속박의 열팽창 계수가 5~50 ppm/℃인 것이 바람직하고, 10~30 ppm/℃인 것이 보다 바람직하다. 금속으로는, 금, 은, 구리, 백금, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 팔라듐, 인듐, 주석으로 이루어지는 박(箔)이나, 이러한 금속을 주성분으로 하는 합금박 또는 도금박을 들 수 있다.

본 발명의 접착 시트를 이용하여 반도체 장치를 제조할 때, 후술하는 박리 공정에서의 접착제 잔류를 방지하기 위해서는, 기재와 접착제층의 접착 강도 Sa와, 봉지 수지, 리드 프레임 또는 배선 기판과 접착제층의 접착 강도 Sb의 비(접착 강도비) Sa/Sb가 1.5 이상인 것이 바람직하다. Sa/Sb가 1.5 미만의 경우에서는, 접착 시트 박리 공정에서 접착제 잔류가 발생하기 쉬워진다. 더욱이, 접착 강도비 Sa/Sb를 1.5 이상으로 하기 위해서는, 내열성 필름의 경우, 접착제층을 형성하기 전에, 내열성 필름의 접착제층을 형성하는 쪽의 표면에 코로나 처리, 플라즈마 처리, 프라이머 처리, 샌드 블레스트 등과 같이 내열성 필름과 접착제층의 접착 강도 Sa를 높이는 처리를 미리 해 두는 것이 바람직하다. 또한, 금속박의 경우에는 그 제법에 따라 압연 금속박과 전해 금속박과에 분류되지만, 접착 강도비Sa/Sb를 1.5 이상으로 하기 위해서, 전해 금속박을 이용함과 동시에 조면화된 쪽의 면에 접착제층을 마련하여 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 전해 금속박 중에서도 특히 전해 구리박을 이용하는 것이 바람직하다.

기재의 두께는 재질 등을 감안해 결정되고, 예를 들어, 10~100 ㎛로 된다.

접착제층은 불소를 함유하는 첨가제를 함유하고, 후술하는 표면 불소 복원율이 70% 이상인 것이다. 표면 불소 복원율이 70% 이상이면 우수한 박리성을 나타낼 수 있다.

접착제층은 불소를 함유하는 첨가제를 함유하고, 리드 프레임 또는 배선 기판에 대해 임의의 접착 강도를 가지는 것이면 좋고, 예를 들어, 불소를 함유하는 첨가제와 수지를 함유하는 것일 수 있다.

불소를 함유하는 첨가제로는, 예를 들어, 퍼플루오로 알킬기를 함유하는 설폰산염, 퍼플루오로 알킬기를 함유하는 카르본산염 등의 음이온 계면활성제, 퍼플루오로 알킬 알킬렌 옥사이드 부가물, 함불소기·친유성기함유 올리고머, 함불소기·친수성기함유 올리고머, 함불소기·친수성기·친유성기함유 올리고머 등의 비이온 계면활성제 등의 불소함유 계면활성제 등을 들 수 있고, 그 중에서 비이온 계면활성제가 바람직하고, 함불소기·친유성기함유 올리고머가 보다 바람직하다. 음이온 계면활성제는 이온화하는 관능기가 수지 중에서 정전기적인 상호작용을 받는 것으로, 계면활성제의 자유도가 낮아 표면에 노출되지 않게 된다. 친유성기의 예로서는, 알킬기, 알릴기, 비닐기, 알킬에테르기, 알킬에스테르기, 아크릴레이트기 등을 들 수 있다. 이러한 불소를 함유하는 첨가제는 1종 단독으로 이용될 수 있고, 2종 이상이 혼합되어 이용될 수 있다.

배합되는 불소를 함유하는 첨가제는 액체일 수 있고, 고체일 수도 있으나, 접착제층의 표면 불소 복원율을 높여 박리성을 보다 높이는 관점에서, 25℃에서 액체인 것이 바람직하다.

매우 적합한 불소를 함유하는 첨가제로는, 25℃에서 액체인 함불소기·친유성기함유 올리고머인, 메가팩(MEGAFAC) F-552, F-554, F-558(DIC 주식회사 제) 등을 들 수 있다.

접착제층 내의 불소를 함유하는 첨가제의 함유량은 불소를 함유하는 첨가제의 종류, 수지의 종류나 양 등을 감안해 적절히 결정되고, 예를 들어, 접착제 층 중 0.5~20 질량%가 바람직하고, 1~10 질량%가 보다 바람직하고, 2.5~5.0 질량%가 보다 더 바람직하다. 상기 하한치 미만에서는 박리성이 저하할 우려가 있고, 상기 상한치 초과에서는 접착 강도가 불충분하게 되어 몰드 플래시 특성이 저하하거나 후술하는 경화 전 접착 강도가 불충분하게 될 우려가 있다.

접착제층 내의 수지로는, 열가소성 수지나 열강화성 수지를 들 수 있다.

열가소성 수지로는, 폴리부타디엔, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐부티랄, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아크릴 고무 등을 들 수 있고, 그 중에서 주쇄에 반응점을 가지는 반응성 엘라스토머가 바람직하다.

반응성 엘라스토머는 카르복시기, 아미노기, 비닐기, 에폭시기 등의 관능기를 가지거나 또는 산무수물을 측쇄에 가지는 것으로, 반응성을 가진다. 반응성 엘라스토머는 탄성 수지를 제조할 때 관능기를 가지는 모노머를 공중합시킴으로써 제조할 수 있다. 또한, 비닐 결합 등의 불포화 결합을 가지는 탄성 수지를 제조한 후, 이 비닐기 등의 불포화 결합에 에폭시기 등의 관능기를 도입함으로써 제조할 수 있다. 더욱이, 관능기를 가지는 모노머로는, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산 등의 비닐 결합과 관능기를 가지는 모노머를 들 수 있다.

반응성 엘라스토머로는, 예를 들어, 카르복시기함유 스틸렌 에틸렌 부틸렌 스틸렌 공중합체, 무수말레산함유 스틸렌 에틸렌 부틸렌 스틸렌 공중합체 등의 스틸렌 에틸렌 부틸렌 스틸렌 공중합체(SEBS), 카르복시기함유 스틸렌 부타디엔 공중합체, 무수말레산함유 스틸렌 부타디엔 공중합체, 카르복시기함유 스틸렌 부타디엔 포화 공중합체 등의 스틸렌 부타디엔 공중합체, 카르복시기함유 스틸렌 이소프렌 공중합체, 카르복시기함유 스틸렌 이소프렌 포화 공중합체등의 스틸렌 이소프렌 공중합체, 에폭시기 함유 스틸렌계 블록 공중합체, 무수말레산함유 스틸렌 에틸렌 부틸렌 공중합체등의 스틸렌계 열가소성 엘라스토머; 카르복시기함유 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 아미노기 변성 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체, 수소 첨가 카르복시기함유 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체등의 아크릴로니트릴 부타디엔 공중합체(NBR); 아미노기 변성 폴리올 수지, 아미노기 변성 페녹시 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리비닐 아세탈 수지, 카르복시기함유 아크릴 고무, 히드록시기 말단 포화 공중합 폴리에스테르 수지, 카르복시기 말단 포화 공중합체 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있고, 그 중에서 내열성 등의 관점에서 스틸렌계 열가소성 엘라스토머가 바람직하고, SEBS가 보다 바람직하다. 덧붙여, 「무수말레산함유」란, 측쇄에 산무수물을 가지는 것을 나타낸다. 이러한 열가소성 수지는, 1종 단독으로 이용될 수 있고, 2종 이상이 혼합되어 이용될 수도 있다.

또한, 열가소성 수지로 불소를 함유하는 열가소성 수지(불소함유 열가소성 수지)를 이용할 수 있다.

열강화성 수지로는 종래 접착제층에 이용되는 것을 들 수 있고, 예를 들어, 요소수지, 멜라민수지, 벤조구아나민수지, 아세토구아나민수지, 페놀수지, 레조르시놀수지, 크실렌수지, 퓨란수지, 불포화 폴리에스테르수지, 디알릴프탈레이트수지, 이소시아네이트수지, 에폭시수지, 말레이미드수지, 나디이미드수지 등을 들 수 있다. 이러한 열강화성 수지는 1종 단독으로 이용될 수 있고, 2종 이상이 혼합되어 이용될 수도 있다.

또한, 열강화성 수지로 불소를 함유하는 열강화성 수지(불소함유 열강화성 수지)를 이용할 수도 있다.

접착제층 내의 수지로는 반응성 엘라스토머, 열강화성 수지가 바람직하고, 반응성 엘라스토머가 보다 바람직하다. 이러한 수지를 경화제와 병용함으로써 박리성을 보다 높이고, 몰드 플래시 특성을 높일 수 있다.

접착제층 내의 수지의 함유량은 수지의 종류 등을 감안해 결정되고, 예를 들어, 80~98 질량%가 바람직하고, 85~95 질량%가 보다 바람직하다. 상기 하한치 미만에서는 접착 강도가 불충분해져서 몰드 플래시 특성이 저하될 우려가 있고, 상기 상한치 초과에서는 불소를 함유하는 첨가제의 함유량이 너무 적게되어 박리성이 저하될 우려가 있다.

수지 중의 반응성 엘라스토머의 함유량은, 예를 들어, 50 질량% 이상이 바람직하고, 80 질량% 이상이 바람직하다.

반응성 엘라스토머나 열강화성 수지를 수지로 이용하는 경우 접착제층에는 경화제가 배합될 수 있다.

경화제로는 반응성 엘라스토머나 열강화성 수지의 종류에 따라 적절히 결정되고, 예를 들어, 폴리이소시아네이트 등일 수 있다.

접착제층 내의 경화제의 함유량은 경화제, 반응성 엘라스토머 또는 열강화성 수지의 종류를 감안해 적절히 결정되고, 예를 들어, 수지 100 질량부에 대해 0. 5~10 질량부가 바람직하다.

또한, 접착제층은 본 발명의 효과를 해하지 않는 범위에서 경화촉진제나 산화 방지제 등의 임의 성분을 함유할 수 있다.

접착제층은 하기와 같이 식 (I)에서 구해지는 표면 불소 복원율이 70% 이상의 것이다.

접착제층의 표면 불소 복원율은 80% 이상이 바람직하고, 90% 이상이 보다 바람직하고, 100% 이상일 수도 있다. 표면 불소 복원율이 상기 하한치 이상이면 우수한 박리성을 나타낼 수 있다. 또한, 표면 불소 복원율이 상기 하한치 이상이면, 접착제층에 대해 과잉의 함불소 첨가물을 배합할 필요가 없기 때문에, 경화 전 접착 강도가 적절하게 되고, 첩착 공정에서 리드 프레임 또는 배선 기판에의 첩착성이 충분하게 되어, 작업성이 양호해진다.

아울러, 표면 불소 복원율은 불소를 함유하는 첨가제의 종류나 양, 수지의 종류나 양을 조합함으로써 조절된다.

표면 불소 복원율(%) = 복원 후 표면 불소 함유율α ÷ 초기 표면 불소 함유율β × 100 ···(I)

복원 후 표면 불소 함유율α은 18 atom% 이상이 바람직하고, 20 atom% 이상이 보다 바람직하다. 상기 하한치 미만에서는 접착 시트의 박리성이 저하될 우려가 있다.

초기 표면 불소 함유율β은 50 atom% 이하가 바람직하고, 30 atom% 이하가 보다 바람직하다. 상기 상한치 초과에서는 경화 전 접착 강도가 불충분해지고, 후술하는 첩착 공정에서 리드 프레임이나 배선 기판에의 첩착성이 저하된다.

반응성 엘라스토머, 열강화성 수지 및 경화제를 함유하는 열경화형의 접착제층을 구비한 접착 시트에서, 리드 프레임 또는 배선 기판에 대한 열경화 전 접착제층의 25℃에서의 접착 강도(경화 전 접착 강도)는 0.05N/20mm 이상이 바람직하다. 경화 전접착 강도가 상기 하한치 이상이면 접착제층을 열경화시키지 않아도 리드 프레임 또는 배선 기판에 대해 적당한 접착 강도로 첩착된다. 이 때문에 후술하는 첩착 공정에서 접착제층을 가열할 필요가 없고, 첩착 공정을 간편화할 수 있다. 리드 프레임 또는 배선 기판에 대한 25℃에서의 접착 강도의 상한은 특별히 한정되지 아니한다.

접착제층의 열팽창 계수, 열전도율, 표면 주름, 접착성 등을 조정하기 위해, 접착제층에 무기 또는 유기 필러를 첨가할 수도 있다. 무기 필러로는 분쇄형 실리카, 용해형 실리카, 알루미나, 산화 티타늄, 산화 베릴륨, 산화 마그네슘, 탄산칼슘, 질화 티타늄, 질화 규소, 질화 붕소, 붕소화 티타늄, 붕소화 텅스텐, 탄화 규소, 탄화 티타늄, 탄화 지르코늄, 탄화 몰리브덴, 운모(mica), 산화 아연, 카본 블랙, 수산화 알루미늄, 수산화 칼슘, 수산화 마그네슘, 삼산화 안티몬 등으로부터 구성되는 필러, 또는 이러한 것들 표면에 트리메틸실록실기 등을 도입한 것 등을 예로 들 수 있다. 또한, 유기 필러로는 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르이미드, 나일론, 실리콘수지 등으로 이루어지는 필러를 예로 들 수 있다.

접착제층의 두께는 특별히 한정되지 아니하지만, 예를 들어, 2~20 ㎛이다.

접착 시트는 접착제층 상에 박리가능한 보호 필름이 첩착되어, 리드 프레임 또는 배선 기판 등에 첩착되기 직전에 보호 필름을 박리하도록 구성될 수 있다. 이 경우에는 접착 시트가 제조되고 나서 사용될 때까지 접착제층이 손상되는 것이 방지된다. 보호 필름으로는 이형성(離型性)을 가지는 것이면 좋고, 예를 들어, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 필름이나, 이런 필름의 표면을 실리콘수지 또는 불소 화합물로 이형처리(離型處理)한 필름 등일 수 있다.

접착 시트의 제조 방법으로는 기재 상에 접착제를 도포하여 건조시키는 캐스팅법이나, 접착제를 이형성 필름 상에 일단 도포하고, 건조시킨 후, 기재 상에 전사시키는 라미네이트법 등이 매우 적합하다. 더욱이, 접착제층을 구성하는 성분을 유기용제, 예를 들어, 톨루엔, 크실렌, 클로로벤젠 등의 방향족계, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등의 케톤계, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸피롤리돈 등의 비양성자성극성 용제, 테트라히드로퓨란 등의 단독 또는 혼합물에 용해해 접착제 도포액으로 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 접착 시트를 이용한 반도체의 제조 방법은 리드 프레임 또는 배선 기판에 접착 시트를 첩착하는 첩착 공정, 리드 프레임 또는 배선 기판에 플라즈마를 처리하는 플라즈마 클리닝 공정, 플라즈마 클리닝 공정 후 접착제층을 가열하는 가열 공정 및 가열 공정 후 접착 시트를 상기 리드 프레임 또는 상기 배선 기판으로부터 박리하는 박리 공정을 구비한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 접착 시트를 이용한 반도체 장치의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 1은 반도체소자를 탑재하는 쪽에서 본 리드 프레임의 평면도이고, 도 2(a)~(f)는 도 1에 나타낸 리드 프레임을 이용해 QFN 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 공정도이며, 도 1의 리드 프레임의 A-A’단면도이다.

또한, 이하의 설명에서는 불소를 함유하는 첨가제, 반응성 엘라스토머 및 경화제를 함유하는 열경화형의 접착제층을 구비하는 접착 시트를 이용하여, 리드 프레임을 첩착 대상으로 하는 QFN 패키지를 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다.

본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법은 리드 프레임에 접착 시트를 첩착하는 첩착 공정, 리드 프레임에 반도체소자를 탑재하는 다이아터치 공정, 리드 프레임에 플라즈마를 처리하는 플라즈마 클리닝 공정, 반도체소자와 리드 프레임의 리드를 전기적으로 접속하는 와이어본딩 공정, 접착 시트의 접착제층을 가열하는 가열 공정, 봉지 수지로 반도체소자를 봉지하는 봉지 공정, 리드 프레임으로부터 접착 시트를 박리하여 QFN 유닛을 얻는 박리 공정 및 QFN 유닛을 분할하여 QFN 패키지를 얻는 다이싱 공정을 구비한다. 더욱이 접착 시트의 접착제층을 가열하는 가열 공정은 와이어본딩 공정에 포함될 수 있다.

먼저, 도 1에 나타낸 개략적인 구성의 리드 프레임(20)을 준비한다. 리드 프레임(20)은 IC 칩 등의 반도체소자를 탑재하는 복수 개의 반도체소자 탑재부(다이 패드부)(21)가 매트릭스 형태로 형성되어, 각 반도체소자 탑재부(21)의 외주를 따라 다수의 리드(22)가 형성된 것이다.

리드 프레임(20)의 재질로는 종래 공지된 것을 들 수 있고, 예를 들어, 구리판의 표면에 니켈 도금층, 팔라듐 도금층 및 금 도금층이 순차적으로 설치된 것일 수 있다.

도 2(a)에 도시된 바와 같이, 접착제층(미도시)이 리드 프레임(20)에 당접(

)하도록 리드 프레임(20)의 한쪽 면(아래쪽 면)에 접착 시트(10)를 첩착한다(첩착 공정). 접착 시트(10)를 리드 프레임(20)에 첩착하는 방법으로는 라미네이트법 등이 매우 적합하다. 이 때, 리드 프레임(20)에 접착제층이 당접한 상태로 접착제층을 임의의 온도로 가열할 수도 있다. 이 가열에 의해 접착제층이 경화되고, 리드 프레임(20)에 접착 시트(10)가 보다 강고하게 첩착된다. 또한, 접착제층의 경화 전 접착 강도가 충분한 경우에는 첩착 공정으로 접착제층을 가열하는 대신, 후술하는 다이아터치 공정으로 가열 처리함으로써 접착제층을 경화할 수도 있다. 반도체 장치의 생산성을 높이는 관점에서는, 다이아터치 공정으로 접착제층을 경화하는 것이 바람직하다.

도 2(b)에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(20)의 반도체소자 탑재부(21)에서 접착 시트(10)가 첩착되어 있지 않은 쪽에, 다이아터치제(미도시)를 개입시켜 IC 칩 등의 반도체소자(30)를 재치(載置)한다. 그 후, 100~200℃ 정도로 가열하여, 다이아터치제를 경화하고, 반도체소자(30)를 반도체소자 탑재부(21)에 고정하여 탑재한다(다이아터치제 경화처리. 이상, 다이아터치 공정.). 여기서, 접착제층 내의 불소를 함유하는 첨가제는 첩착 공정 또는 다이아 터치 공정으로 가열되어 접착제층의 표면에 편재하게 된다.

접착 시트(10)나 다이아터치제 등으로부터 발생하는 아웃 가스 성분이 리드 프레임(20)이나 반도체소자(30)에 부착되어 있으면, 와이어본딩 공정에서 와이어의 접합 불량에 의한 보류저하를 일으키기 쉽다. 그래서, 다이아 터치 공정 후, 와이어본딩 공정 전에, 리드 프레임(20)이나 반도체소자(30)에 플라즈마를 처리한다(플라즈마 클리닝 공정). 플라즈마 처리로는, 예를 들어, 접착 시트(10)가 첩착되고, 반도체소자(30)가 탑재된 리드 프레임(20)(이하, 제작 중 제품이라 한다)을 아르곤 가스, 또는 아르곤 가스와 수소 가스의 혼합 가스 등의 분위기로 플라즈마 조사하는 방법일 수 있다. 플라즈마 처리에서의 플라즈마의 조사 출력은, 예를 들어, 150~600 W이다. 또한, 플라즈마 처리의 시간은, 예를 들어, 0.01~5분간이다.

플라즈마가 처리되면, 접착제층은 불소를 함유하는 첨가제가 편재되어 있던 표면층이 절삭되고, 접착제층 표면의 불소를 함유하는 첨가제의 양이 감소한다. 이 때, 접착제층의 표면에서는 박리성을 높이기 위한 불소를 함유하는 첨가제의 양이 불충분해지고, 접착 시트(10)의 박리성이 저하된다.

도 2(c)에 도시된 바와 같이, 반도체소자(30)와 리드 프레임(20)의 리드(22)를 금 와이어 등의 본딩와이어(31)로 전기적으로 연결한다(와이어본딩 공정). 본 공정은 히터 블록 상에서 제작 중 제품을 150~250℃ 정도로 가열함으로써 수행된다. 본 공정에서의 가열 시간은, 예를 들어, 5~30분이다. 본 실시 형태에서는 와이어본딩 공정이 접착제층을 가열하는 가열 공정을 겸하고 있다.

와이어본딩 공정으로 제작 중 제품이 가열되면, 접착제층 내에 분산되어 있는 불소를 함유하는 첨가제가 접착제층의 표면으로 이행한다. 여기서, 접착제층의 표면 불소 복원율이 70% 이상이기 때문에 접착제층의 표면의 불소를 함유하는 첨가제의 양은 박리성을 높이는데 충분한 양이 된다. 그리고, 후술되는 박리 공정에서 접착 시트(10)는 리드 프레임(20) 및 봉지 수지(40)로부터 박리되기 용이해진다.

도 2(d)에 도시된 바와 같이, 도 2(c)에 도시된 제작 중 제품을 금형 내에 재치하고, 봉지 수지(몰딩 재료)를 이용하여 트랜스퍼 몰딩(금형 성형)함으로써, 반도체소자(30)를 봉지 수지(40)로 봉지한다(봉지 공정). 봉지 수지로는 종래 공지된 것이 이용되고, 예를 들어, 에폭시 수지 및 무기 필러 등의 혼합물일 수 있다.

도 2(e)에 도시된 바와 같이, 접착 시트(10)를 봉지 수지(40) 및 리드 프레임(20)으로부터 박리함으로써, 복수 개의 QFN 패키지(50)가 배열된 QFN 유닛(60)을 얻는다(박리 공정). 이 때, 접착제층의 표면에 충분한 양의 불소를 함유하는 첨가제가 존재하기 때문에, 리드 프레임(20) 및 봉지 수지(40)로부터 접착 시트(10)를 용이하게 박리할 수 있다.

도 2(f)에 도시된 바와 같이, QFN 유닛(60)을 각 QFN 패키지(50)의 외주를 따라 다이싱함으로써, 복수 개의 QFN 패키지(50)를 얻는다(다이싱 공정).

상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 접착 시트(10)를 이용하여 QFN 패키지 등의 반도체 장치를 제조함으로써, 플라즈마 클리닝 공정을 수행함에도, 접착 시트(10)가 리드 프레임(20) 및 봉지 수지(40)로부터 용이하게 박리된다. 이 때문에, 작업 효율을 높여 반도체 장치의 생산성을 높일 수 있고, 접착제 잔류에 의한 반도체 장치의 불량품화를 방지할 수 있다.

추가적으로, 상술한 실시 형태에서는 리드 프레임을 이용한 QFN 패키지의 제조 방법을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 리드 프레임을 이용한 QFN 패키지 이외의 반도체 장치의 제조 방법, 배선 기판을 이용한 반도체 장치의 제조 방법에도 적용될 수 있다.

상술한 실시 형태에서는 와이어본딩 공정이 가열 공정을 겸하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 예를 들어, 접착제층을 가열하는 가열 공정이 플라즈마 클리닝 공정과 와이어본딩 공정의 사이, 또는 와이어본딩 공정과 봉지 공정의 사이에 독립적으로 수행될 수도 있다.

가열 공정에 있어서의 가열 온도는 불소 화합물 등의 종류 등에 따라 결정되고, 예를 들어, 150~250℃ 정도이다. 또한, 가열 공정에서의 가열 시간은 함불소 화합물의 종류 등에 따라 결정되고, 예를 들어, 5~30분이다.

[실시예]

이하에서 실시예를 이용하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(사용 원료)

＜불소를 함유하는 첨가제＞

메가팩(MEGAFAC) F-554 : 함불소기·친유성기함유 올리고머인 비이온 계면활성제, 25℃에서 액체, DIC 주식회사 제.

모디퍼(MODIPER) F600 : 메타크릴산 에스테르와 아크릴산 불화알킬의 블록 코폴리머, 25℃에서 고체(분체), 일유 주식회사 제.

＜반응성 엘라스토머＞

터프텍(TUFTEC) M-1943 : 무수말레산함유 SEBS, S/EB 비=20/80, 산가=10mg CH₃ONa/g, 욱화성 케미컬즈 주식회사 제.

터프텍 M-1911 : 무수말레산함유 SEBS, S/EB 비=30/70, 산가=2mg CH₃ONa/g, 욱화성 케미컬즈 주식회사 제.

＜그 외의 수지＞

루미플론(LUMIFLON) LF200F : 불소 함유 열경화성 수지, 욱초자 주식회사 제.

＜경화제＞

듀라네이트(DURANATE) TSA-100 : 이소시아네이트, 욱화성 케미컬즈 주식회사 제.

＜산화 방지제＞

IRGANOX 1010FF : BASF사 제.

수밀라이저(SUMILIZER) GS(F) : 주우화학 주식회사 제.

(실시예 1~3, 비교예 1~4)

표 1의 조성에 따라, 각 원료를 적당량의 톨루엔에 분산시켜 접착제 도포액을 조제하였다.

다음으로, 폴리이미드 수지 필름(토레이·듀퐁 주식회사 제, 상품명 : 캡톤(KAPTON) 100 EN, 두께 25 ㎛, 유리 전이 온도 300℃ 이상, 열팽창 계수 16 ppm/℃)을 내열성기재로 이용하여, 그 위에 건조 후의 두께가 5 ㎛가 되도록 상기 접착제 도포액을 도포하였다. 접착제 도포액을 도포한 후 150℃로 3분간 건조시켜, 각 예의 접착 시트를 수득하였다. 수득한 접착 시트에 대해, 표면 불소 함유율 및 접착 강도를 측정하고, 몰드 플래시의 유무 및 접착제 잔류의 유무를 평가하였다.

(측정 방법)

＜표면 불소 함유율의 측정＞

접착제층을 위로하여, 각 예의 접착 시트를 항온기(퍼펙트 오븐 PHH-201, 에스펙(ESPEC) 주식회사 제)에 넣고, 175℃에서 1시간 가열하여 접착제층을 경화시켰다. 경화시킨 접착제층의 표면 불소 함유율을 후술하는 《표면 불소 함유율의 측정 방법》에 따라 측정하여 초기 표면 불소 함유율β로 하였다.

다음으로, 접착제층을 위로하여, 접착 시트를 플라즈마 클리너 장치(YES-G1000, YIELD ENGINEERING SYSTEM사 제)에 배치하고, 아르곤 가스 분위기(아르곤 가스 100 질량% 분위기) 하에서, 450 W의 출력 조건으로 접착제층에 1분간의 플라즈마를 처리하였다. 플라즈마가 처리된 직후의 접착제층의 표면 불소 함유율을 후술하는 《표면 불소 함유율의 측정 방법》에 따라 측정하여 플라즈마 처리 후의 표면 불소 함유율로 하였다.

플라즈마가 처리된 접착제층을 위로하여, 접착 시트를 핫 플레이트(EC-1200, 정내성영당 제)에 넣고, 220℃에서 15분간 가열하였다. 가열 종료 후, 25℃에서 24시간 정치한 후, 접착제층의 표면 불소 함유율을 후술하는 《표면 불소 함유율의 측정 방법》에 따라 측정하여 복원 후 표면 불소 함유율α로 하였다.

《표면 불소 함유율의 측정 방법》

주사형 X선 광전자 분광 분석 장치(XPS/ESCA, Quantera SXM, ULVAC·PHI 주식회사 제)를 이용하여 하기와 같은 조건으로 접착제층의 표면을 측정하였다. 표면 불소 함유율(atom%)은 탄소, 질소, 산소, 불소, 규소 및 금의 합계 100 atom%에 대한 함유율로서 표현된 것이다. 아울러, 각 예에서의 표면 불소 함유율의 측정에서는 모두 규소 및 돈이 검출되지 않았다.

측정 조건

X선원 : 단색화 AlKα

X선 출력 : 25. 0W

X선 조사 지름 : φ100 ㎛

측정 영역 : Point100 ㎛

광전자 혼잡각 : 45deg

WideScan : 280.0e ; 1.000eV/Step

＜접착 강도의 측정＞

구리판에 니켈 도금층, 팔라듐 도금층 및 금 도금층을 순차적으로 배치한 하기와 같은 사양의 제품(32 QFN(CD194, 도금; PD2L+Au) 32 LQFNPADSIZE3. 0 SQMM, 신광전기공업 주식회사 제)을 리드 프레임으로서 이용하였다. 페이퍼 커터(지압기(紙押機) NS형, 내전양행사 제)를 이용하여, 각 예의 접착 시트를 50mm×60mm로 재단하였다. 탁상 라미네이터(MAII-700, 대성라미네이타 주식회사 제)를 이용하여, 25℃, 속도=1.0m/min, 압력=0.37N/mm의 조건으로 재단된 접착 시트를 리드 프레임에 첩착하였다(첩착 공정). 아울러, 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 4에 대해서는 25℃에서의 첩착성이 부족했기 때문에 80℃로 리드 프레임에 첩착하였다.

접착 시트가 첩착된 리드 프레임을 항온기(퍼펙트 오븐 PHH-201, 에스펙 주식회사 제)에 넣고, 175℃로 1시간 가열하여 접착제층을 경화시켰다(다이아터치 공정에서의 다이아터치제 경화 처리에 해당).

그런 다음, 접착제층을 위로하여, 접착 시트를 플라즈마 클리너 장치(YES-G1000, YIELD ENGINEERING SYSTEM사 제)에 배치하고, 아르곤 가스 분위기 하에서, 450 W의 출력 조건으로 접착제층에 1분간의 플라즈마를 처리하였다(플라즈마 클리닝 공정).

플라즈마 클리닝 공정 후, 접착 시트를 아래쪽으로 하여, 접착 시트가 첩착된 리드 프레임을 핫 플레이트(EC-1200, 정내성영당 제)에 넣고, 220℃로 15분간 가열하였다(와이어본딩 공정에 상당).

와이어본딩 공정 종료 후, 트랜스퍼 몰딩 프레스(TEP12-16, 등화정밀기계 주식회사 제)를 이용하여 가열 온도 175℃, 수지 압력 69 MPa, 금형 압력 14 MPa의 조건으로 접착 시트가 첩착된 리드 프레임을 봉지 수지(KMC-3520 L, 신활화학공업 주식회사 제)로 봉지하였다(봉지 공정). 봉지 공정 후, 25℃에서 24시간 정치시킨 후, 후술하는 《수지 봉지 후 리드 프레임과의 접착 강도의 측정 방법》에 따라 수지 봉지 후 리드 프레임과의 접착 강도를 측정하였다.

리드 프레임의 사양

외부 치수 : 55mm × 58mm

용도 : QFN 용

QFN의 배열 : 8×8개(합계 64개)의 매트릭스 배열

패키지 사이즈 : 5mm × 5mm

핀 수 : 32

《수지 봉지 후 리드 프레임과의 접착 강도의 측정 방법》

만능 인장 시험기(AGS-100 B, 주식회사 도진제작소 제)를 이용하여 측정 온도 25℃, 박리 각도 90°, 박리 속도 50 mm/min로 인장 시험을 실시하여, 수지 봉지 후 리드 프레임과의 접착 강도를 측정하였다.

＜경화 전 접착 강도의 측정 방법＞

각 예의 접착 시트(20 mm 폭)를 구리판(구리스트라이크도금판 ELA601, 25mm × 100mm, 신광전기공업 주식회사 제)에, 탁상 라미네이터(MAII-700, 대성 라미네이터 주식회사 제)를 이용하여, 25℃, 속도=1.0m/min, 압력=0.37N/mm로 첩착하여 측정 시료로 삼았다. 이 측정 시료에 대해, 만능 인장 시험기(AGS-100B, 주식회사 도진제작소 제)를 이용하여 측정 온도 25℃, 박리 각도 90°, 박리 속도 50 mm/min로 인장 시험을 실시하여, 경화 전 접착 강도를 측정하였다. 아울러, 실시예 3에 대해서는 25℃에서의 첩착성이 부족했기 때문에 80℃으로 구리판에 첩착한 것을 측정 시료로 삼았다.

＜몰드 플래시 발생의 유무＞

상기 ＜접착 강도의 측정＞에서, 접착 강도를 측정한 후, 리드 프레임에서의 접착 시트의 첩착면을 광학 현미경(디지털 현미경 VHX-500, 주식회사 KEYENCE 제)으로 관찰하여, 몰드 플래시 발생의 유무를 판단하였다. 표 중, 1개의 리드 프레임(64개의 QFN 패키지) 중에서 몰드 플래시가 인정된 QFN 패키지의 수를 기재하였다.

＜접착제 잔류의 유무＞

상기 ＜접착 강도의 측정＞에서, 접착 강도를 측정한 다음, 수지 봉지 후 리드 프레임에의 접착제 잔류의 유무를 광학 현미경(디지털 현미경 VHX-500, 주식회사 KEYENCE 제)으로 확인하였다. 표 중, 1개의 리드 프레임(64개의 QFN 패키지) 중에서 접착제 잔류가 인정된 QFN 패키지의 수를 기재하였다.

표 1에 나타난 바와 같이, 각 예 모두 표면 불소 함유율은 플라즈마 클리닝 공정을 거침으로써 감소하는 것이 확인할 수 있었다.

본 발명을 적용한 실시예 1~3은 수지 봉지 후 리드 프레임과의 접착 강도가 15N/50mm 이하이며, 용이하게 박리할 수 있는 것이었다. 더욱이, 실시예 1~3은 모두 몰드 플래시의 발생 및 접착제 잔류가 없었다.

한편, 표면 불소 복원율이 70% 미만인 비교예 1~4는 수지 봉지 후 리드 프레임과의 접착 강도가 15N/50mm보다 크며, 박리하기 어려운 것이었다.

이러한 결과로부터, 본 발명을 적용함으로써 박리 공정에서 우수한 박리성을 나타낼 수 있음이 확인되었다.

10 : 반도체 장치 제조용 접착 시트
20 : 리드 프레임
30 : 반도체소자
31 : 본딩와이어
40 : 봉지 수지
50 : QFN 패키지

Claims

기재; 및 상기 기재의 한쪽 면에 설치된, 불소를 함유하는 첨가제를 함유하는 접착제층;을 구비하며, 반도체 장치의 리드 프레임 또는 배선 기판에 박리 가능하게 첩착(貼着)되는 반도체 장치 제조용 접착 시트에 있어서,
상기 접착제층은 하기 식 (I)으로 구해지는 표면 불소 복원율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 접착 시트.
표면 불소 복원율(%) = 복원 후 표면 불소 함유율α ÷ 초기 표면 불소 함유율β × 100 … (I)
[식 (I)에서, 복원 후 표면 불소 함유율α은 아르곤 가스 분위기 하에서, 접착제층에 450 W의 출력 조건으로 1분간 플라즈마를 처리한 다음, 접착제층을 220℃에서 15분간 가열한 후의 접착제층 표면의 불소 함유율(atom%)이다. 초기 표면 불소 함유율β은 상기 플라즈마를 처리하기 전의 접착제층 표면의 불소 함유율(atom%)이다.]
청구항 1에 있어서, 상기 복원 후 표면 불소 함유율α은 18 atom% ~ 50 atom%인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 접착 시트.
청구항 1 또는 청구항 2의 반도체 장치 제조용 접착 시트를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,
상기 리드 프레임 또는 상기 배선 기판에 상기 반도체 장치 제조용 접착 시트를 첩착(貼着)하는 첩착 공정;
상기 리드 프레임 또는 상기 배선 기판에 플라즈마를 처리하는 플라즈마 클리닝 공정;
상기 플라즈마 클리닝 공정 후, 상기 접착제층을 가열하는 가열 공정; 및
상기 가열 공정 후, 상기 반도체 장치 제조용 접착 시트를 상기 리드 프레임 또는 전기 배선 기판으로부터 박리하는 박리 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.