KR102668660B1 - 반도체 다이 이송용 흡착 부재 - Google Patents

반도체 다이 이송용 흡착 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내블로킹 코팅액 및 반도체 다이 이송용 흡착 부재를 제공한다. 본 발명의 내블로킹 코팅액은, 탄소나노튜브 분산액, 변성폴리실록산, 반응성 실리콘 불소수지 및 경화제를 유기 용매에 분산하여 이루어짐으로써 실리콘고무에 대한 부착력이 우수하며 내블로킹성과 대전방지성능을 동시에 만족시킬 수 있는 내블로킹 코팅액 및 반도체 다이 이송용 흡착부재에 관한 것이다.

Description

반도체 다이 이송용 흡착 부재{Adsorption apparatus for semiconductor die}
본 발명은 우수한 블로킹방지 성능을 가지며 대전방지 성능을 동시에 포함하는 내블로킹 코팅액 및 반도체 다이 이송용 흡착 부재에 관한 것이다
반도체 조립 공정 중에서 다이(die, 또는 개별 소자)를 반도체 패키지 본체에 붙이는 공정을 소자 부착공정이라 한다. 반도체 패키지 공정은 복수의 소자가 형성된 웨이퍼를 개별 소자(다이) 단위로 절단하고 절단된 소자를 패키지 본체에 접착하는 소자 부착 공정을 위해 절단된 개별 소자를 픽업하여 패키지 본체로 이송하는 공정이 요구된다. 이때 웨이퍼로부터 반도체 소자와 직접 접촉하여 픽업하는 부분을 콜렛(COLLET)이라고 한다.
일반적으로 콜렛은 다이 픽업장치와 연결되는 생크(Shank) 부분에 결합되며 플레이트와 흡착러버로 이루어진다. 특히 흡착러버는 완충을 위해 실리콘고무 같은 완충형 재질로 구성된다. 재질의 특성상 표면에서 실리콘올리고머의 마이그레이션(migration)에 의해 Tacky 현상이 발생할 수 있다, 이로 인해 다이를 픽업하여 반도체 패키지 본체에 이송하여 붙이는 과정에서, 소자가 흡착러버에 붙어 다이가 떨어지지 않아 부착불량이 발생하거나 소자표면으로 실리콘성분이 전이되어 소자표면을 오염시키는 문제가 있다. 또한 실리콘고무는 정전기가 발생하기 쉬운데, 발생된 정전기는 흡착러버에 이물질이 흡착되어 표면을 오염시키는 문제가 있으며 다이 픽업 시 표면을 훼손시킬 우려가 있다.
이에 흡착러버 표면의 Tacky와 전이를 방지하며 동시에 실리콘고무의 정전기를 방지할 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-2014-0030524호는 메탈하이드로젠 변성 폴리실록산, 비반응성 폴리실록산, 실란 유도체, 폴리에틸렌 왁스, 실리카를 포함하는 고무용 코팅 조성물을 개시하고 있다. 그러나 상기의 코팅조성물은 본 발명의 조성물에는 포함되지 않는 실란유도체, 폴리에틸렌 왁스, 실리카를 추가로 더 포함하고 있다. 이 발명은 고무 소재에 슬립성, 내마모성, 내후성을 증가시킬 수 있지만, 상대물의 이형성에 관계된 내블로킹성에는 효과가 없다는 단점이 있다
대한민국 등록특허 제10-1622727호는 하나 이상의 바인더, 표면 개질된 실리콘비드 및 폴리머 입자를 포함하는 PET표면처리제를 개시하고 있다. 그러나 상기의 표면처리제는 본 발명의 조성물에는 포함되지 않는 실리콘비드 및 폴리머 입자를 추가로 더 포함하고 있다. 이 발명은 실리콘 고무의 표면에서 부착성이 부족하여 쉽게 코팅층이 벗겨지는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제20-2014-0030524호 대한민국 공개특허 제10-1622727호
본 발명의 기술적 과제는 실리콘고무에 뛰어난 부착성을 가지며 우수한 내블로킹성과 동시에 대전방지 기능을 포함하는 내블로킹 코팅막을 제공하는 것이며, 다른 기술적 과제는 상기 내블로킹 코팅액이 일면에 코팅되어 형성된 코팅막을 포함하는 반도체 다이 이송용 흡착부재를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 내블로킹 코팅액은 반응성 실리콘불소수지와 탄소나노튜브 분산액을 혼합하여 탄소나노튜브 혼합액을 제조한다. 상기 탄소나노튜브 혼합액과, 변성폴리실록산을 유기용매에 혼합 하여 내블로킹 코팅액을 제조한다. 탄소나노튜브 분산액은 비이온계면활성제 및 실록산계면활성제를 이용하여 분산한다.
상기 반응성실리콘불소수지는 상기 내블로킹용 코팅액 100중량% 대비, 10중량% 내지 30중량%이며, 상기 변성폴리실록산은 상기 내블로킹용 코팅액 100중량% 대비, 0.5중량% 내지 10중량%이고 상기 탄소나노튜브 분산액은 상기 변성폴리실록산 100중량% 대비, 10 내지 150중량%일 수 있다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브 분산액은: 탄소나노튜브와; 에틸알코올, 이소프로필알코올, 노말프로필알코올 중 적어도 하나의 용제와; 비이온 계면활성제 및 실록산 계면 활성제 중 적어도 하나의 분산제;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 용매는, 전체 조성물의 30 내지 70중량%의 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 분산제는 소듐도데실설페이트, 트리톤-X, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리비닐피롤리돈, 포피린실록산, 피렌실록산 중 적어도 하나일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 측면에서의 반도체 다이 이송용 흡착 부재는, 전술한 내블로킹 코팅막을 흡착러버의 일면에 형성하여 정전기에 의한 이물 흡착을 방지하고 다이 픽업 시 흡착러버 표면에서 떨어지지 않는 불량을 방지한다.
반도체 다이 이송용 흡착 부재는, 반도체 소자를 흡착하는 실리콘 고무 재질의 흡착 러버와, 탄소나노튜브 분산액, 변성폴리실록산, 실리콘 불소수지를 포함하며, 상기 흡착러버 표면 상에 코팅되는 내블로킹 코팅층을 구비한다.
상기 실리콘 불소수지의 실리콘 성분과 상기 변성폴리실록산과 결합하여서 강한 결합력을 가지고 상기 흡착 러버와 결합된다.
상기 내블로킹 코팅층의 표면조도(Ra)는 0.5㎛ 내지 2.0㎛일 수 있다.
상기 내블로킹 코팅층의 면저항은 105Ω/□ 내지 109Ω/□일 수 있다.
본 발명의 내블로킹 코팅액 및 이를 구비한 반도체 다이 이송용 흡착 부재는 실리콘 불소수지의 실리콘 성분과 상기 변성폴리실록산과 결합하여서 강한 결합력을 가지고 상기 흡착 러버에 결합되어 표면의 Tacky와 실리콘성분의 전이를 방지하며 흡착러버의 표면저항을 105Ω/□~109Ω/□으로 낮추어 정전기의 발생을 감소시켜 흡착러버의 내블로킹성과 대전방지성을 동시에 만족시킬 수 있는 실리콘고무용 내블로킹 코팅액을 제공할 수 있다.
이하 바람직한 실시예에 의한 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명인 내블로킹 코팅액은, 실리콘 불소수지, 변성폴리실록산, 탄소나노튜브 분산액 및 경화제를 유기 용매에 혼합하여 이루어진다.
이 경우, 내블로킹 코팅액은 실리콘 고무 부재 상면에 코팅된다.
상기 실리콘 고무 부재는 예를 들어서 반도체 다이를 이동시키는 흡착러버를 들 수 있다.(이하 설명의 편의상 실리콘 고무 부재를 “흡착러버”로 통칭하여 설명한다.),
상기 내블로킹 코팅막이 코팅된 흡착러버는 반도체 다이를 흡착 및 탈착시킬 때 마찰에 의하여 정전기가 발생하는 것을 방지하며 다이가 흡착러버 표면에 붙어 떨어지지 않는 것을 방지할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 분산액은, 탄소나노튜브와, 용제와, 분산제를 포함한다.
상기 탄소나노튜브는 높은 전도성을 가지므로 정전기 방지효과가 있다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 1종 이상의 조합으로 선택될 수 있다.
상기 용제는 에틸알코올, 이소프로필알코올, 노말프로필알코올 중 적어도 하나 이상을 조합하여서 이루어질 수 있다.
분산제는 탄소나노튜브를 효과적으로 분산하기 위한 성분으로 탄소나노튜브및 후술하는 수지와 잘 결합되어 코팅액 내에서 탄소나노튜브가 잘 분산된 상태로 존재할 수 있도록 한다. 분산제의 구체적인 예로 비이온 계면활성제 및 실록산 계면 활성제 중 1종 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 비이온 계면활성제는 소듐도데실설페이트, 트리톤-X, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리비닐피롤리돈일 수 있다. 실록산 계면활성제는 포피린실록산, 피렌실록산 일 수 있다.
상기 반응성 실리콘불소수지는 흡착러버의 내블로킹성을 부여한다. 또한, 반응성 실리콘수지는 불소 수지중에 실리콘이 함유되어 상기 변성폴리실록산과 결합하여 흡착러버 표면에 강하게 부착되도록 한다. 상기 반응성 실리콘불소수지는 내블로킹 코팅액 총 중량%에 대해 10중량% 내지 30중량%로 포함할 수 있다. 10중량% 이하면 내블로킹성이 저하될 수 있으며 30중량% 이상이면 코팅막의 유연성이 저하되어 내구성이 저하될 수 있다.
변성폴리실록산은 러버표면에 부착성을 부여하며, 실리콘고무와 반응성 실리콘불소수지간의 부착력을 향상시켜서 러버표면에 부착이 잘되도록 한다. 상기 변성폴리실록산은 내블로킹 코팅액 총 중량%에 대해 0.5중량% 내지 10중량%로 포함할 수 있다. 10중량% 이상일 경우 점도가 높아져 코팅막의 분균일이 발생할 수 있으며 0.5중량% 이하일 경우 흡착러버의 표면 부착성이 저하될 수 있다.
이때 탄소나노튜브 분산액은 변성폴리실록산 100중량%에 대해 10 내지 150중량%로 포함될 수 있다. 탄소나노튜브분산액이 150중량%를 초과할 경우 코팅층의 경화도, 부착성이 저하될 수 있으며 10중량% 미만이면 면저항이 너무 높아 대전방지 성능이 나타나지 않을 수 있다.
상기 유기 용매는, 전체 조성물의 30 내지 70중량%의 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 내블로킹 코팅액 제조방법은 먼저 반응성 실리콘불소수지와 탄소나노튜브 분산액을 혼합하여 탄소나노튜브 혼합액을 제조한다. 상기 탄소나노튜브 혼합액에 유기용매를 첨가하여 혼합하고 변성폴리실록산과 경화제를∨첨가하여 내블로킹 코팅액을 제조한다.
상기 흡착러버에 코팅된 내블로킹 코팅액은 면저항이 105Ω/□ 내지 109Ω/□인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에서의 제1실시예의 반도체 다이 이송용 흡착 부재는, 흡착러버와, 내블로킹 코팅층을 포함한다.
흡착러버는 반도체 소자를 흡착하는 것으로 실리콘 고무 재질로 이루어진다. 상기 흡착러버는 반도체 조립 공정 중에서 반도체 소자를 반도체 패키지 본체에 붙이는 공정을 행할 때, 웨이퍼를 단위 소자 단위로 절단하고 절단된 소자를 패키지 본체에 접착하기 위하여, 절단된 개별 소자를 픽업하여 패키지 본체로 이송시키기 위한 흡착러버일 수 있다.
내블로킹 코팅층은 내블로킹 코팅액이 상기 흡착러버에 코팅되어서 이루어진다.
내블로킹 코팅액은 탄소나노튜브 분산액, 변성폴리실록산, 반응성 실리콘 불소수지 및 경화제를 유기 용매에 분산하여 이루어진다.
상기 탄소나노튜브 분산액은, 탄소나노튜브와, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 노말프로필알코올 중 적어도 하나의 용제와, 비이온 계면활성제 및 실록산 계면 활성제 중 적어도 하나의 분산제를 포함하여 이루어진다.
상기 유기 용매는, 전체 조성물의 30 내지 70중량%의 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 분산제는 소듐도데실설페이트, 트리톤-X, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리비닐피롤리돈, 포피린실록산, 피렌실록산 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 반응성실리콘불소수지는 상기 내블로킹 코팅액 100중량% 대비, 10중량% 내지 30중량%이며,상기 변성폴리실록산은 상기 내블로킹 코팅액 100중량% 대비, 0.5중량% 내지 10중량%이고 상기 탄소나노튜브 분산액은 상기 변성폴리실록산 100중량% 대비, 10 내지 150중량%일 수 있다.
상기 내블로킹 코팅액은 상술한 본 발명의 바람직한 실시예의 내블로킹 코팅액과 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 내블로킹 코팅층의 면저항은 105Ω/□ 내지 109Ω/□인 것이 바람직하다. 이는 면저항이 105Ω/□보다 작으면 정전기방전현상이 발생할 수 있고, 면저항이 109Ω/□보다 크면 대전방지성능이 저하되기 때문이다.
상기 내블로킹 코팅층의 표면조도(Ra)는 0.5㎛ 내지 2.0㎛인 것이 바람직하다. 이는 상기 표면조도(Ra)가 0.5㎛ 보다 작으면 내블로킹성이 저하될 수 있으며, 표면조도(Ra)가 2.0㎛ 초과하면 흡착러버의 평탄도가 악화되기 때문이다.
한편 본 발명의 또 다른 측면에서의 반도체 다이 이송용 흡착 부재는 흡착러버 및 내블로킹 코팅층을 포함한다.
흡착러버는 본발명의 제1실시예에 따른 반도체 다이 이송용 흡착 부재에 구비된 흡착러버와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
내블로킹 코팅층은 탄소나노튜브 분산액, 변성폴리실록산, 실리콘 불소수지를 포함하며, 상기 흡착러버 표면 상에 코팅된다.
상기 내블로킹 코팅층은 상기 실리콘 불소수지의 실리콘 성분과 상기 변성폴리실록산과 결합하여서 강한 결합력을 가지고 상기 흡착러버와 결합된다.
상기 변성폴리실록산은 러버 표면에 부착이 잘 되도록 한다. 상기 변성폴리실록산은 헥사메틸디실록산, 옥타메틸트리실록산, 옥타메틸시클로테트라실록산, 데카메틸시클로트리실록산, 도데카메틸시클로헥사실록산, 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성폴리디메틸실록산, 폴리메틸알킬실록산 중 적어도 1종 이상의 조합으로 선택될 수 있다.
상기 반응성 실리콘불소수지의 수지성분이 변성폴리실록산과 결합하여 흡착러버의 표면에 강하게 부착된다.
또한 상기 반응성 실리콘불소수지의 불소 성분은 흡착러버의 내 블로킹성을 향상시킨다.
탄소나노튜브 분산액은 본 발명의 내블로킹 코팅액에 포함된 탄소나노튜브 분산액과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 내블로킹 코팅층의 면저항은 105Ω/□ 내지 109Ω/□일 수 있다.
상기 내블로킹 코팅층의 표면조도(Ra)는 0.5㎛ 내지 2.0㎛일 수 있다. 표면조도(Ra)가 0.5㎛보다 작은 경우 내블로킹 효과가 좋지 않으며, 2.0㎛를 초과하는 경우, 평탄도가 악화될 수 있다.
상기 내블로킹 코팅층은 흡착러버 일면에 1 내지 100 ㎛의 두께로 형성되는 것일 수 있다. 내블로킹 코팅층의 두께를 상기 범위내로 함으로써, 내블로킹성과 대전방지성을 동시에 만족시킬 수 있는 흡착러버를 얻을 수 있다. 두께가 1㎛ 미만이면 내블로킹성이 약할 수 있으며, 두께가 100㎛를 초과하면 표면에 유연성이 저하되어 외부충격에 내구성이 저하될 수 있다.
이하, 실시예를 비교예와 비교하여 면저항, 부착성, 및 픽업 불량률을 시험한 결과는 다음과 같다.
<실시예1>
흡착러버 일면에 내블로킹 코팅층을 형성하기 위하여 반응성실리콘불소수지 100중량부에 대하여, 탄소나노뷰트분산액 100중량부를 혼합하여 탄소나노튜브 혼합액을 제조하였다. 제조된 탄소나노튜브혼합액과 옥타메틸시클로테트라실록산 50중량부, 경화제 1.5중량부를 유기용매에 혼합하여 내블로킹 코팅조성물을 제조하였다. 스프레이를 이용하여 흡착러버에 도포 후 70℃에서 180분간 경화하여 내블로킹 코팅층이 형성된 반도체 다이 이송용 흡착부재를 제조하였다.
<시험방법>
1. 부착성 평가
코팅층이 형성된 반도체 다이 이송용 흡착부재를 상온에서 12시간 방치 후 1mm 크로스 컷(cross cut) 테이프 부착 시험을 실시하였고, 절단면이 분리되는 형태를 검사하였다.
<평가기준>
5B: 격작의 사각형이 분리되지 않음
4B: 격자 면적의 5% 미만이 분리됨
3B: 격자 면적의 5~15% 분리됨
2B: 격자 면적의 15~35% 분리됨
1B: 격자 면적의 35~65% 분리됨
0B: 격자 면적의 65% 이상 분리됨
2. 픽업 불량률 평가
코팅층이 형성된 반도체 다이 이송용 흡착부재를 이용하여 1kg 하중으로 반도체 다이 픽업을 수행하였으며 100회 실시하여 반도체 다이가 붙어서 떨어지지 않는 불량률을 검사하였다.
<비교예1>
옥타메틸시클로테트라실록산을 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 과정을 통해 내블로킹 코팅층이 형성된 반도체 다이 이송용 흡착부재를 제조하였다
<비교예2>
반응성실리콘불소수지를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예1과 동일한 과정을
면저항 (Ω/□) 부착성 픽업 불량률
실시예1 107 5B 0%
비교예1 107 0B 0%
비교예2 107 5B 5%
통해 내블로킹 코팅층이 형성된 반도체 다이 이송용 흡착부재를 제조하였다
실시예의 경우, 면저항이 107Ω/□으로서 비교예1 및 비교예2와 동일하며, 따라서 대전방지효과가 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 부착성은 5B로 옥타메틸시클로테트라실록산을 사용하지 않은 비교예1보다 우수하고, 픽업 불량률은 0%로서, 반응성실리콘불소수지를 사용하지 않은 비교예2보다 우수한 것을 알 수 있다.
이를 통하여 실시예의 경우, 면저항이 우수함과 동시에, 부착성 및 픽업 불량률이 우수한 것을 알 수 있다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (9)

  1. 반도체 소자를 흡착하는 실리콘 고무 재질의 흡착 러버; 및
    내블로킹 코팅액이 상기 흡착 러버 표면에 코팅되어 이루어진 내블로킹 코팅층;을 포함하고,
    상기 내블로킹 코팅액은, 탄소나노튜브 혼합액과 변성폴리실록산, 경화제가 유기용매에 혼합된 내블로킹 코팅액으로서,
    상기 탄소나노튜브 혼합액은 탄소나노튜브 분산액, 반응성 실리콘 불소수지가 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응성 실리콘 불소수지는 상기 내블로킹 코팅액 100중량% 대비, 10중량% 내지 30중량%이며,
    상기 변성폴리실록산은 상기 내블로킹 코팅액 100중량% 대비, 0.5중량% 내지 10중량%이고
    상기 탄소나노튜브 분산액은 상기 변성폴리실록산 100중량% 대비, 10 내지 150중량%인 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 분산액은:
    탄소나노튜브와;
    에틸알코올, 이소프로필알코올, 노말프로필알코올 중 적어도 하나의 용제와;
    비이온 계면활성제 및 실록산 계면 활성제 중 적어도 하나의 분산제;
    를 포함하는 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 용매는, 전체 조성물의 30 내지 70중량%의 톨루엔, 크실렌, 헥산, 헵탄, 옥탄, 아세톤, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 중 적어도 하나인 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분산제는 소듐도데실설페이트, 트리톤-X, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리비닐피롤리돈, 포피린실록산, 피렌실록산 중 적어도 하나인 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내블로킹 코팅층의 면저항은 105Ω/□ 내지 109Ω/□인 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내블로킹 코팅층의 표면조도(Ra)는 0.5㎛ 내지 2.0㎛인 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내블로킹코팅층은:
    상기 실리콘 불소수지의 실리콘 성분과 상기 변성폴리실록산과 결합하여서 강한 결합력을 가지고 상기 흡착 러버와 결합되는 반도체 다이 이송용 흡착 부재.
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