KR20170111548A - 반도체 장치 - Google Patents

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    • H01L2224/13138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13147Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/16227Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a bond pad of the item
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    • H01L2224/29299Base material
    • H01L2224/293Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29301Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29313Bismuth [Bi] as principal constituent
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    • H01L2224/293Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29317Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/2932Antimony [Sb] as principal constituent
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    • H01L2224/29298Fillers
    • H01L2224/29299Base material
    • H01L2224/293Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29363Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/2937Zirconium [Zr] as principal constituent
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    • H01L2224/29299Base material
    • H01L2224/29386Base material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
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    • H01L2224/32135Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
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    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147Copper (Cu) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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Abstract

본 발명은, 피착체 상에 형성된 제1반도체 소자; 및 상기 제1반도체 소자를 매립하는 접착 필름;을 포함하고 상기 접착 필름이 고온에서의 용융 점도 및 중량 감소 비율 간의 소정의 비율을 만족하는 반도체 장치에 관한 것이다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 안정적인 구조 및 우수한 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성을 가지며, 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는 반도체 장치에 관한 것이다.
최근 전자기기의 소형화, 고기능화, 대용량화 추세가 확대되고 이에 따른 반도체 패키지의 고밀도화, 고집적화에 대한 필요성이 급격히 커짐에 따라 반도체 칩 크기가 점점 커지고 있으며 집적도 측면에서도 개선하기 위하여 칩을 다단으로 적층하는 스택패키지 방법이 점차로 증가하고 있다.
최근의 반도체 패키지 개발동향에 있어서는 상술한 반도체 칩들의 소형 박형화 및 고성능화가 급격히 진행되고 있으며 더불어 패키지 대용량화를 목적으로 동일한 패키지 내에 더 많은 칩을 적층할 수 있도록 반도체 웨이퍼의 두께가 모두 100㎛ 이하로 극박화 되었고 최근에는 반도체 웨이퍼의 두께가 모두 20㎛ 이하로 더욱 극박화되고 있다. 이렇듯 반도체 칩 및 층간 접착필름의 두께가 20㎛ 이하의 패키지를 제조함에 있어서 접착필름 또한 박형화를 요구되고 있다.
패키지의 대용량화를 구현하기 위한 방법으로는 칩의 크기를 크게 하거나 다단으로 쌓는 방식을 추구하고 있다. 반도체 칩을 다단으로 적층하는 과정에서 문제점은 기판과 맞닿아 있는 첫번째 칩에 접하는 접착층는 패키지 제조과정에서 상단의 접착제보다 보다 많은 열에 노출되게 되며 경화가 진행되게 된다. 이런 이유로 인해서 적층하는 칩의 단수가 많아질수록 첫번째 칩에 접하는 접착층은 고온 조건에 장시간 놓이게 되며, 이에 따라 접착층 내부나 도는 상기 첫번째 칩과 상기 접착층 사이에 보이드(void)가 발생할 수 있다. 이러한 보이드(void)는 후속의 경화 과정에서 제거하기 어려우며, 또한 상기 잔존 보이드로 인하여 공정의 신뢰성이나 반도체 장치의 신뢰성이 크게 저하된다.
한편, 반도체 패키지의 실장은 과정에서는 고온으로 가열하는 단계가 적용되게 되는데, 예를 들어 적외선 리플루오나 베이퍼페이즈 리플로우, 땜납 딤 등에 의하여 패키지 전체를 가열하여 실장하는 방법이 사용된다. 이러한 고온의 가열 단계에서는 반도체 패키지 전체를 200℃ 이상의 온도에 노출시키기 때문에, 반도체 패키지 내부에 존재하는 수분은 폭발적인 기화를 하게 되고, 이러한 기화에 의하여 패키지 균열 또는 리플로우 균열이 발생할 수 있다. 특히, 다이싱 다이본딩 필름 등의 접착제에 수분이 다수 포함되어 있으면, 리플로우 실장 시에 가열에 의해 상기 수분이 증기화되고, 이에 따라 발생하는 증기압에 의하여 다이싱 다이본딩 필름이 파괴되거나 박리가 되며 리플로우 균열이 발생할 수 있다.
반도체 패키징 과정에서 발생하는 불량의 대부분은 흡습 후 리플로우 과정에서 기판과 접착제 간의 박리(delamination)현상으로부터 기인하는데, 이에 따라 기판, 접착제 및 반도체 칩간의 응력을 완화하거나 내습성을 향상시키는 방법 등에 관한 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
구체적으로는 내습성을 높이기 위하여 경화제와 에폭시의 함량을 높여 경화물의 흡습성을 낮추는 경우가 있는데 이 경우에서는 경화 후의 접착제의 모듈러스가 증가하여 응력을 완화하기가 어렵게 된다. 또한 반도체의 응력을 완화하기 위하여 접착제 중에 열경화성 수지의 함량을 과도하게 높이거나 경화제의 함량을 낮출 경우, 경화 후의 기판과의 적절한 접착력을 부여하기 어렵게 되며 이런 경우 낮은 접착력으로 인한 박리(delamination)를 초래하게 된다. 접착제 또는 접착 필름 자체의 흡습 수치와 크게 낮추면서도 경화 후의 기판에 대한 접착력과 고온에서의 향상된 인장 물성 등을 확보할 수 있는 방안에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은, 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 안정적인 구조 및 우수한 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성을 가지며, 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는 반도체 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 제1반도체 소자; 및 상기 제1반도체 소자를 매립하는 접착 필름;을 포함하고, 상기 접착 필름이 하기 일반식 1을 만족하는, 반도체 장치가 제공된다.
[일반식 1]
1 ≤ {MV / [(a^5)*10]}
상기 일반식1에서, MV는 5 rad/s의 전단 속도를 적용하여 125℃에서의 측정한 상기 접착 필름의 용융 점도로, 200 Pa·s 내지 8,000 Pa·s 의 범위 수치이며, a는 상기 접착 필름을 125℃에서 1시간 노출 시간후 열중량 분석(TGA)로 확인한 중량 감소 비율(%)이다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 반도체 장치에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, '반도체 장치'는 반도체 소자를 포함한 적층체, 회로 기판, 전기 전자 장치 등을 모두 포함하는 의미이다.
상술한 바와 같이, 발명의 일 구현예에 따르면, 제1반도체 소자; 및 상기 제1반도체 소자를 매립하는 접착 필름;을 포함하고, 상기 접착 필름이 하기 일반식 1을 만족하는, 반도체 장치가 제공될 수 있다.
상기 접착 필름이 하기 일반식 1 또는 하기 일반식 2를 만족하는 경우, 상기 반도체 장치가 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 안정적인 구조 및 우수한 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성을 가지며, 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 특히 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않을 수 있다.
[일반식 1]
1 ≤ {MV / [(a^5)*10]}
상기 일반식1에서, MV는 5 rad/s의 전단 속도를 적용하여 125℃에서의 측정한 상기 접착 필름의 용융 점도로, 200 Pa·s 내지 8,000 Pa·s 의 범위 수치이며, a는 상기 접착 필름을 125℃에서 1시간 노출 시간후 열중량 분석(TGA)로 확인한 중량 감소 비율(%)이다.
[일반식 2]
3 ≤ {MV / [(a^5)*10]}
상기 일반식2에서, MV 및 a 는 각각 일반식1에서 정의한 바와 같다.
보다 구체적으로 상기 일반식 1 또는 2의 {MV / [(a^5)*10]}는 1이상이거나, 3이상이이거나, 10 이상이거나, 또는 3 내지 30,000, 또는 5 내지 5,000, 또는 10 내지 150일 수 있다.
구체적으로, 상기 접착 필름이 갖는 고온에서의 용융 점도와 고온에서 열처리 후 열중량 분석(TGA)로 확인한 중량 감소 비율의 10제곱 간의 비율은 상기 접착 필름의 유동성, 고온에서 상기 점착 필름의 질량 감소로 인한 기체 발생에 따라 증가하는 내부 압력 및 상기 접착 필름의 용융 점도의 균형과 관련될 수 있다.
상기 접착 필름은 125℃에서 200 Pa·s 내지 8,000 Pa·s 의 용융 점도를 가짐에 따라서 반도체 칩 또는 그 위에 형성된 요철을 보다 용이하게 매립할 수 있으며, 상기 일반식 1의 [(a^5)*10]과 의 비율이 상술한 바와 같이 정의됨에 따라 고온에서 발생하는 휘발 성분에 의한 내부 압력 증가를 최소화할 수 있고 보이드의 발생 및 보이의 확장을 방지할 수 있다. 즉, 상기 접착 필름이 상기 일반식 1 또는 일반식 2를 만족함에 따라서, 소정의 용융 점도 범위에서 높은 매립성을 확보하면서도 고온에서 상기 점착 필름의 질량 감소로 인한 기체 발생으로 인한 보이드 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 일반식 1 또는 일반식 2를 만족하는 접착 필름을 사용함에 따라서, 상기 제1반도체 소자를 매립 또는 고정하는 과정에서 상기 제1반도체 소자를 보다 용이하게 매립할 수 있고, 매립 후 제 1반도체 소자 주변으로 필렛의 유출을 방지하여 반도체 소자가 오염되는 것을 방지하면서 적용되는 고온 조건에 노출시 접착 필름 내에 보이드가 생성되는 현상을 최소화 할 수 있고, 이에 따라 높은 신뢰성 및 구조적 안정성 확보하면서 제 1 반도체 소자 위에 다단 스택을 용이하게 할 수 있다.
따라서 상기 제1반도체 소자를 포함하는 다단의 스택 패키지의 구조를 보다 안정하게 하여, 최종 제조되는 반도체 패키지의 신호 전달 효율 및 속도를 향상시킬 수 있으며, 다단의 스택 패키지가 보다 미세화되거나 컴팩트해질 수 있다.
상기 '매립'은 상기 접착 필름으로 반도체 소자의 외부면이 덮이거나 코팅되어 외부로의 노출 부분이 실질적으로 존재하지 않게 되는 상태를 의미한다.
상기 접착 필름이 갖는 고온에서의 용융 점도는 접착 필름의 흐름성이나 매립성에 연관되며, 또한 상기 반도체 장치의 구조의 안정성이나 형태 안정성에 연관될 수 있다.
상기 접착 필름을 125℃에서 1시간 노출 시간후 열중량 분석(TGA)로 확인한 중량 감소 비율(%)은 접착 필름에 포함된 잔존 휘발 성분의 함량에 직접적으로 연관되며, 상기 노출 시간 이후 중량 감소 비율은 열처리에 따라서 제거된 휘발 성분의 함량으로 볼 수 있다.
구체적으로, 상기 일반식 1 및 2에서 a는 상기 접착 필름을 125℃에서 1시간 노출 시간후 열중량 분석(TGA)로 확인한 중량 감소 비율(%)이며, 상기 a는 1.5% 이하, 또는 0.3 내지 1.5%일 수 있다.
상기 일반식1에서, MV는 5 rad/s의 전단 속도를 적용하여 125℃에서의 측정한 상기 접착 필름의 용융 점도이며, 200 Pa·s 내지 8,000 Pa·s 의 범위일 수 있다. 고온에서 상기 접착 필름의 갖는 용융 점도가 너무 낮으면, 상기 접착 필름을 이용하여 상기 제1반도체 소자를 고정하는 과정에서 반도체 소자 가장자리로 접착제가 유출(필렛 형성)될 수 있다. 또한, 고온에서 상기 접착 필름의 갖는 용융 점도가 너무 높으면, 흐름성이 저하되어 상기 제1반도체 소자의 고정이나 매립이 어려워지거나 추가적인 다단 적층이 어려워질 수 있다.
상기 제1반도체 소자는 10㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 접착 필름은 10㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 구현예의 반도체 장치는 제1반도체 소자; 및 상기 제1반도체 소자를 매립하는 접착 필름;을 포함하고, 상기 접착 필름이 하기 일반식 1을 만족하는데, 상기 제1반도체 소자에는 와이어가 접속될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1반도체 소자의 전극 패드가 이격되어 위치하는 단자부의 선단과 와이어(본딩 와이어)를 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 와이어(본딩 와이어)로는 통상적으로 알려진 금속 재질, 예들 들어, 금, 알루미늄 또는 구리 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1반도체 소자에 와이어를 접속시, 70 내지 240℃, 바람직하게는 80 내지 220℃의 범위의 온도에서 접속(결선)이 수행될 수 있다. 또한, 상기 온도에서 가열은 수초 내지 수분간 행해질 수 있다. 구체적으로, 상기 접속(결선)은 상기 온도 범위 내가 되도록 가열된 상태에서, 초음파에 의한 진동 에너지와 인가 가압에 의한 압착 에너지의 병용에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 구현예의 반도체 장치는 상기 접착 필름을 매개로 상기 제1반도체 소자와 결합된 제2반도체 소자를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 제1반도체 소자에는 와이어가 접속된 상태로 상기 접착 필름으로 매립되며, 상기 접착 필름의 다른 일면 상에 상기 제2반도체 소자가 결합 또는 적층될 수 있다.
또한, 상기 구현예의 반도체 장치는 제2반도체 소자와 대향되도록 상기 제1반도체 소자의 다른 일면과 결합하는 피착체를 더 포함할 수 있다. 상기 피착체는 상술한 접착 필름과 동일하거나 상이한 조성을 갖는 또 다른 하나의 접착 필름을 매개로 상기 제1반도체 소자와 결합할 수 있다. 상기 피착체의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 피착체는 회로 기판 또는 리드 프레임일 수 있다.
상기 제2반도체 소자는 상기 제1반도체 소자와 동일한 종류 또는 상이한 종류의 반도체 소자일 수 있다.
한편, 상기 구현예의 반도체 장치는 와이어 본딩 또는 플립칩 방식을 통하여 상기 제1반도체 소자와 결합하는 피착체를 더 포함할 수 있다.
상기 피착체의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 상기 피착체는 회로 기판 또는 리드 프레임일 수 있다. 구체적으로 상기 회로 기판으로는 프린트 배선 기판 등의 종래 공지된 기판을 사용할 수 있다. 또한, 상기 리드 프레임으로서는, Cu 리드 프레임, 42Alloy 리드 프레임 등의 금속 리드 프레임이나 유리 에폭시, BT(비스말레이미드-트리아진), 폴리이미드 등을 포함하여 이루어지는 유기 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1반도체 소자와 피착체의 결합은 와이어 본딩 또는 플립칩 방식과 관련하여 통상적으로 알려진 방법 및 장치를 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 반도체 소자에 통상적으로 알려진 접착 필름 등을 부착하여 피착체에 다이본드하고, 그 후 반경화 상태인 접착필름을 소정의 조건 하에서 열처리를 하여 제1반도체 소자를 피착체 위에 고정할 수 있다. 상기 열 처리를 행할 때의 50 내지 200℃의 온도에서 0.01 내지 1.0MPa의 압력으로 행하는 것이 바람직하고, 90℃ 내지 180℃ 에서 0.1 내지 0.8MPa로 행하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 열 처리 시간은 0.1 내지 10시간으로 행하는 것이 바람직하고, 0.5 내지 7시간으로 행하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제1반도체 소자의 전극 패드가 상기 피착체의 단자부의 선단과 와이어(본딩 와이어)를 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 상기 와이어(본딩 와이어)로는 통상적으로 알려진 금속 재질, 예들 들어, 금, 알루미늄 또는 구리 등을 포함할 수 있다.
상기 제1반도체 소자에 와이어를 접속시, 70 내지 240℃, 바람직하게는 80 내지 220℃의 범위의 온도에서 접속(결선)이 수행될 수 있다. 또한, 상기 온도에서 가열은 수초 내지 수분간 행해질 수 있다. 구체적으로, 상기 접속(결선)은 상기 온도 범위 내가 되도록 가열된 상태에서, 초음파에 의한 진동 에너지와 인가 가압에 의한 압착 에너지의 병용에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1반도체 소자와 피착체는 플립칩 방식을 통하여 결합될 수 있다. 상기 필립칩을 활용한 결합은 상술한 와이어를 이용한 상기 제1반도체와 피착체의 결합 단계에서 와이어를 사용하는 점 등을 제외하고 동일한 방식으로 진행될 수 있다.
상기 플립 핍을 활용하는 경우, 제1 반도체 소자를 피착체에 플립칩 접속에 의해 고정할 수 있으며, 또한 제1 반도체 소자의 회로면이 피착체와 대향하는 소위 페이스다운 실장이 될 수 있다. 상기 제1 반도체 소자에는 범프 등의 돌기 전극이 복수 설치되어 있을 수 있으며, 상기 돌기 전극과 피착체 위의 전극이 접속될 수 있다. 또한, 상기 피착체와 제1 반도체 소자 사이에는 언더필재가 충전될 수 있다.
상기 접속 방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 플립 칩 본더에 의해 접속할 수 있다. 예를 들어, 제1반도체 소자에 형성되어 있는 범프 등의 돌기 전극을, 피착체의 접속 패드에 피착된 접합용 도전재(땜납 등)에 접촉시켜서 가압하면서 도전재를 용융시킴으로써, 제1 반도체 소자와 피착체의 전기적 도통을 확보하여, 제1 반도체 소자를 피착체에 고정시킬 수 있다(플립 칩 본딩). 일반적으로, 플립 칩 접속 시의 가열 조건으로서는 240 내지 300℃이고, 가압 조건으로서는 0.5 내지 490N이다.
상기 돌기 전극으로서 범프를 형성할 때의 재질로서는, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 주석-납계 금속재, 주석-은계 금속재, 주석-은-구리계 금속재, 주석-아연계 금속재, 주석-아연-비스무트계 금속재 등의 땜납류(합금)나, 금계 금속재, 구리계 금속재 등을 들 수 있다. 언더필재로서는 종래 공지된 액상 또는 필름 형상의 언더필재를 사용할 수 있다.
또한, 상기 반도체 장치는 상술한 제1반도체 소자 또는 상기 제2반도체 소자와 동일한 종류 또는 상이한 종류의 반도체 소자를 1이상 추가로 더 포함할 수 있으며, 이와 같이 추가로 포함되는 반도체 소자는 접착 필름 등을 통하여 결합될 수 있다.
한편, 상기 접착 필름은 상기 접착 필름이 상기 일반식 1 또는 일반식 2를 만족하며, 또한 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지; 에폭시 수지; 무기 충진제; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하는 조성을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 접착 필름은 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지; 고상 에폭시 수지 및 액상 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 무기 충진제; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함할 수 있다.
상기 열가소성 수지의 예가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리에스테르 이미드, 폴리아미드, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 케톤, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 페녹시, 반응성 부타디엔 아크릴로 니트릴 공중합 고무, (메타)아크릴레이트계 수지, 이들의 2종 이상의 혼합물, 또는 이들의 2종 이상의 공중합체를 들 수 있다.
바람직하게는, 상기 열가소성 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하는 (메타)아크릴레이트계 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하고 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 (메타)아크릴레이트계 수지일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 수지는 에폭시계 작용기를 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위 0.1중량% 내지 25중량%를 포함할 수 있다. 상기 에폭시계 작용기는 에폭시기 또는 글리시딜기를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 100 내지 1,000의 평균 에폭시 당량을 가질 수 있다.
상기 에폭시 수지는 바이페닐계 에폭시 수지, 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지로 고상 에폭시 수지 및 액상 에폭시 수지를 함께 사용하는 것이 상술한 접착 필름의 특성을 구현하는데 보다 바람직하다.
상기 고상 에폭시 수지 및 액상 에폭시 수지를 함께 사용함에 따라서, 상기 접착 필름의 경화도 조절이 용이하여 접착 성능을 높일 수 있다.
또한, 상기 고상 에폭시 수지 및 액상 에폭시 수지를 함께 사용함에 따라서, 상기 접착 필름은 적정한 유동성을 가질 수 있으며, 예를 들어 상기 접착 필름은 110℃의 온도 및 5 rad/s의 전단 속도에서 500 내지 10,000 Paㆍs의 용융 점도를 가질 수 있다.
상기 고상 에폭시 수지는 100 내지 1,000의 에폭시 당량 및 50℃ 내지 120℃의 연화점을 가질 수 있다.
상기 액상 에폭시 수지는 상기 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지 및 페놀 수지를 포함한 경화제와 함께 접착 성분의 기재(또는 매트릭스)를 형성할 수 있으며, 상기 접착 필름이 상대적으로 낮은 점도를 가지면서도 우수한 접착력과 반도체에 최적화된 유동 특성을 갖도록 하며, 아울러 높은 파단 강도 및 낮은 파단 신율을 가질 수 있도록 한다.
상기 액상 에폭시 수지의 구체적인 종류 및 물성이 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 상기 액상 에폭시 수지는 25℃에서 500 mPa·s 내지 20,000 mPa·s의 점도를 가질 수 있다. 또한, 상기 액상 에폭시 수지는 100 내지 1,000의 에폭시 당량을 가질 수 있다.
상기 페놀 수지는 60℃ 이상, 또는 80℃이상, 또는 100 ℃ 초과 내지 160℃ 이하, 또는 110℃ 내지 150℃의 연화점을 가질 수 있다.
상기 접착 필름은 상대적으로 높은 연화점을 갖는 페놀 수지를 포함할 수 있으며, 이와 같이 60℃ 이상, 또는 80℃이상, 또는 100 ℃ 초과 내지 160℃ 이하, 또는 110℃ 내지 150℃의 연화점을 갖는 페놀 수지는 상기 액상 에폭시 수지 및 상기 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지와 함께 접착 성분의 기재(또는 매트릭스)를 형성할 수 있으며, 상기 접착 필름이 상온에서 보다 높은 인장 모듈러스와 우수한 접착력을 갖도록 하고 반도체에 최적화된 유동 특성을 갖도록 한다.
이에 반하여, 상기 페놀 수지의 연화점이 상술한 범위 미만인 경우, 상기 접착 필름이 갖는 상온에서의 인장 모듈러스가 낮아지거나 상온 인장율이 크게 증가할 수 있으며, 또한, 경화 온도에서 접착제가 흘러버리는 현상이나 반도체 소자 가장자리로 접착제가 유출되어 필렛을 형성하는 현상이 발생할 수 있으며, 상기 접착 필름을 결합하는 과정이나 상기 접착 필름이 고온 조건에 장시간 노출되되는 경우에 보이드(void)가 다수 발생할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 페놀 수지는 상기 액상 에폭시 수지 및 상기 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지와 함께 접착 성분의 기재(또는 매트릭스)를 형성할 수 있는데, 이때 상기 페놀 수지는 상기 접착 성분의 기재 중 일정 수준 이상의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 열가소성 수지, 페놀 수지 및 액상 에폭시 수지의 전체 중량 대비 상기 페놀 수지의 중량비가 0.25 이상, 또는 0.25 내지 0.7, 또는 0.3 내지 0.6일 수 있다.
이와 같이, 상기 페놀 수지는 상기 접착 성분의 기재 중 일정 수준 이상의 함량으로 포함됨에 따라서, 상기 접착 필름이 상술한 일반식 1을 만족하면서, 상기 구현예의 반도체 장치의 제조 과정에서 경화 온도에서 접착제가 흘러버리는 현상이나 반도체 소자 가장자리로 접착제가 유출되어 필렛을 형성하는 현상을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는다
한편, 상기 접착 필름에서 상기 페놀 수지 대비 상기 액상 에폭시 수지의 중량비가 0.3 내지 1.5일 수 있다.
상기 페놀 수지 대비 상기 액상 에폭시 수지의 중량비가 너무 높으면, 상기 접착 필름의 용융 점도가 낮아져서 상온에서 점착 특성을 갖게 되고, 상온에서의 인장 모듈러스가 낮아지고 인장율이 크게 증가하여 웨이퍼 다이싱시 상기 접착 필름의 재점착이 발생할 수 있다. 또한, 상기 페놀 수지 대비 상기 액상 에폭시 수지의 중량비가 너무 낮으면, 상온에서 신장시 발생하는 모듈러스가 너무 높아지거나 상온에서의 인장율이 크게 저하되어 최종 제품의 제조 수율이 크게 저하될 수 있으며, 또한 상기 접착 필름이 웨이퍼에 대하여 충분한 밀착력을 갖지 못하여 제조 공정 중에서 웨이퍼와 접착 필름 간의 들뜸 현상이 발생할 수 있다.
상기 경화제는 아민계 경화제, 및 산무수물계 경화제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 접착용 수지 조성물은 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
상기 경화 촉매는 상기 경화제의 작용이나 상기 반도체 접착용 수지 조성물의 경화를 촉진 시키는 역할을 하며, 반도체 접착 필름 등의 제조에 사용되는 것으로 알려진 경화 촉매를 큰 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화 촉매로는 인계 화합물, 붕소계 화합물 및 인-붕소계 화합물 및 이미다졸계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 접착 필름에 포함 가능한 무기 충진제의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
상기 무기 충진제의 구체적인 예로는 100 ㎚ 미만의 직경을 갖는 실리카(예를 들어, 100 ㎚ 미만의 직경을 갖는 건식 실리카) 등의 합성미분실리카계, 벤토나이트계, 극미세침강성 탄산칼슘, 유기 벤토나이트계, 표면처리 탄산칼슘계, 금속석검계, 수소첨가 피마자유, 폴리아마이드 왁스, 산화 폴리에틸렌계, 식물유계, 중합유계, 아마인 중합유, 지방산 2량체 또는 이들의 2종 이상의 혼합물이나, 100 ㎚ 이상의 직경을 갖는 실리카(예를 들어 100 ㎚ 이상의 직경을 갖는 습식 실리카), 알루미나, 황산바륨 등을 사용할 수 있고, 이온성 불순 불순물을 흡착하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이온흡착제를 무기 충진제로 사용할 수도 있다.
이러한 이온 흡착제로서는 특별히 제한은 없고, 수산화 마그네슘, 탄산마그네슘, 규산 마그네슘, 산화 마그네슘 같은 마그네슘계, 규산 칼슘, 탄산칼슘, 산화칼슘 같은 칼슘계, 알루미나, 수산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 붕산알루미늄 위스커 같은 알루미늄계, 그리고 지르코늄계, 안티몬 비스무트계 등을 이온흡착제로 사용할 수 있으며, 이들의 2종 이상을 혼합 해 사용할 수도 있다.
상기 접착 필름은 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지 5 내지 40 중량%; 상기 에폭시 수지 및 페놀 수지를 포함한 경화제의 총합 15 내지 80중량%; 및 무기 충진제 5 내지 70중량%;를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 접착 필름은 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지 10 내지 30 중량%; 상기 에폭시 수지 및 페놀 수지를 포함한 경화제의 총합 20 내지 75중량%; 및 무기 충진제 10 내지 55중량%;를 포함할 수 있다.
상기 접착 필름 중 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지의 함량이 5 내지 40 중량%, 또는 10 내지 30 중량%를 벗어나는 경우, 예를 들어 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지의 함량이 너무 작은 경우 상기 접착 필름의 기계적 물성이나 접착력이 저하될 수 있으며, -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지의 함량이 너무 높은 경우 상기 접착 필름이 상기 제1반도체 소자를 충분히 매립하지 못하거나 상기 반도체 장치가 고온 조건에 장시간 노출되는 경우 상기 접착 필름 내부에 보이드(void)가 과량으로 발생할 수 있다.
상기 접착 필름이 무기 충진제를 포함하는 경우, 접착 필름의 유동성 및 매립성 등을 고려하여 무기 충진제를 적정 함량으로 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 접착 필름은 무기 충진제 5 내지 70중량% 또는 10 내지 55중량%를 포함할 수 있다. 다만, 상기 접착 필름 중 무기 충진제의 함량이 과다해지는 경우 상기 접착 필름이 상온에서 쉽게 부서질 수 있으며 상기 접착 필름이 상기 제1반도체 소자를 충분히 매립하지 못할 수 있다. 또한, 상기 접착 필름 중 무기 충진제의 함량이 너무 낮은 경우, 소자 가장자리로 접착제가 과다하게 유출되어 필렛을 형성하거나 적용되는 고온 조건에 노출시 접착 필름 내에 보이드가 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 안정적인 구조 및 우수한 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성을 가지며, 리플로우 균열 등을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는 반도체 장치가 제공될 수 있다.
상기 반도체 장치에서는, 다단의 반도체 패키지에서도 제어용 반도체 소자를 보다 용이하게 매립할 수 있으며, 최종 제조되는 반도체 패키지의 신호 전달 효율 및 속도를 향상시킬 수 있으며, 다단의 스택 패키지의 구조가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 제조예 : 열가소성 아크릴레이트 수지의 제조]
톨루엔 100g에 부틸 아크릴레이트 40g, 에틸 아크릴레이트 24g, 아크릴로니트릴 30g, 글리시딜 메타크릴레이트 6g을 혼합하여 80℃에서 약 12시간 동안 반응하여 글리시딜기가 분지쇄로 도입된 아크릴레이트계 수지(중량평균분자량 약 80만, 유리전이온도 15 ℃)를 합성하였다.
[ 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3: 반도체 접착용 수지 조성물 및 반도체용 접착 필름의 제조]
(1) 반도체 접착용 수지 조성물 용액의 제조
하기 표1에 기재된 성분을 기재 함량으로 혼합하여 메틸 에틸 케톤 용매에 혼합하여 반도체 접착용 수지 조성물 용액(고형분 40중량% 농도)을 얻었다.
(2) 반도체용 접착 필름의 제조
상기 제조된 반도체 접착용 수지 조성물 용액을 이형 처리된 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 38㎛) 상에 도포한 후 110℃에서 3분간 건조하여 약 110㎛ 두께의 반도체용 접착 필름을 얻었다.
(3) 반도체 장치의 제조
실시예 1의 조성의 접착 필름을 두께 20㎛로 제작하고, 제 1반도체 소자의 접착 필름으로 하였다. 각각 온도 70℃의 조건 하에서, 한변이 10 ㎜인 사각형, 두께 80㎛의 제 1반도체 소자에 부착하였다. 또한, 접착 필름이 부착된 제 1반도체 소자를 BGA 기판에 접착하였다. 그 때의 조건은, 온도 125℃, 압력 1kg, 1초로 하였다. 또한, 제 1 반도체 소자가 접착된 BGA 기판을, 건조기로 125℃, 1시간 열 처리하여 접착 필름을 열경화시켰다. 계속해서, 와이어본더((주)신가와, 상품명 「UTC-1000」)를 사용해서 이하의 150℃ 조건으로 지금 23㎛ 와이어를 100㎛ 피치로 제1반도체 소자에 대해 와이본딩을 진행하였다.
계속해서, 각 실시예 및 비교예에서 제작한 각 접착 필름을 각각 온도 70℃의 조건 하에서, 한변이 10 ㎜인 사각형, 두께 80 ㎛의 반도체 칩에 부착하였다. 또한, 접착 필름이 부착된 제 2반도체 소자를 제 1반도체 소자 및 BGA 기판에 부착하면서 제 1 반도체 소자를 매립하였다. 그 때의 조건은, 온도 110℃, 압력 2kg, 1초로 하였다.
실시예 및 비교예의 수지 조성물의 조성 [단위: g]
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예 5 비교예1 비교예2 비교예3
페놀수지 KH-6021 70 70 70 120
KPH-3075 70
GPH-103 70 70 70
에폭시
수지
RE-310S 50 50 50 65 50 70 50
EOCN-1020-70 40 40 40 25 40 25 40 140
아크릴
수지
제조예1 45 45 45 30 80 20 110 55
경화
촉진제
2P4MHZ 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
커플링제 KBM-403 4 4 4 4 4 4 4 4
충진제 SC-2050 120 120 120 80 150 20 140 110
KH-6021: 페놀 수지 (DIC사 제품, 비스페놀A 노볼락 수지, 수산기 당량 121 g/eq, 연화점: 133 ℃) 50g
KPH-3075: 페놀 수지 (코오롱유화, 수산기당량: 175 g/eq, 연화점 75 ℃)
GPH-103: 페놀 수지 (일본화약, 수산기 당량 230 g/eq, 연화점: 103 ℃)
RE-310S: 액상 에폭시 수지 (일본 화학 제품, 비스페놀 A 에폭시 수지, 에폭시 당량 180 g/eq)
EOCN-1020-70: 고상 에폭시 수지(일본 화약 제품, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 에폭시 당량 199 g/eq, 연화점: 70℃)
2P4MHZ: 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole,
KBM-403: 실란 커플링제(신에츠 제품, 3, 3-Glycidoxypropyl trimethoxysilane)
충진제 SC-2050(아드마텍, 구상 실리카, 평균 입경 약 400㎚)
[ 실험예 : 반도체용 접착 필름의 물성 평가]
실험예 1: 용융 점도의 측정
상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 두께 660 ㎛가 될 때까지 중첩하여 적층한 후 60℃의 롤라미네이터를 이용하여 라미네이트 하였다. 이후, 각 시편을 지름 8 ㎜의 원형으로 성형한 이후, TA사의 advanced rheometric expansion system(ARES)를 이용하여 5 rad/s의 전단속에서 20℃/분의 승온 속도를 적용하여 온도에 따른 용융 점도를 측정하였다.
실험예 2: 매립성 평가(MOLD VOID TEST)
상기 실시예 및 비교예에서 기재한 반도체 장치의 제조예와 같이, 제 2 반도체 소자가 접착된 BGA 기판을, 가압 건조기로 135℃, 1시간, 7기압 조건에서 열 처리하여 접착 필름을 열경화시켜서 반도체 장치를 제작하였다.
상기 제작된 반도체 장치에 대하여 초음파영상장비SAT(Scan Acoustic Tomograph)를 이용하여 접착층 내의 보이드가 관찰되는 시편의 개수를 측정하였다. 상기 보이드의 관찰은 상기 시편을 증류수에 담근 상태에서 sonifer를 이용하여 투과 모드로 측정하여 이미지화한 결과를 바탕으로 하였다.
접착층 내에 보이드 없이 잘 매립이 되었으면 「○」, 접착층 내에 보이드가 관찰된 경우를「×」로 해석 평가하였다.
실험예 3: 본딩 와이어 몰딩 특성 측정
상기 실험예 2에서처럼 반도체 장치를 제작한 후 X-ray inspection설비를 활용하여 본딩 와이어의 데미지 여부를 판별하였다. 반도체 장치 내부 본딩 와이어가 일정한 간격으로 서로 떨어져 있으면 와이어 몰딩 특성 양호「○」, 본딩 와이어가 서로 겹쳐서 쇼트가 발생한 부분이 있으면 불량「×」으로 해서 평가하였다.
실험예 4: 필렛양 측정
상기 실험예 2에서처럼 반도체 장치를 제작한 후, 제 2반도체 소자 주변으로 퍼져 나온 접착제의 양을 측정하였고, 소자 1개당 가장 많이 나온 길이를 측정하여 200um 이내이면 필렛 특성 양호「○」, 200um 초과 이면 필렛 특성 불량「×」으로 해서 평가하였다
실험예5 : 접착 필름 중 잔존 휘발 성분 함량 측정
상기 실시예 및 비교예서 각각 얻어진 접착 필름을 125℃에서 1시간 노출 시간후 열중량 분석(TGA)로 확인하여 중량 감소 비율을 측정하고, 감소된 비율을 를 접착 필름에 포함된 잔존 휘발 성분의 함량으로 하였다.
실험예의 결과
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예 5 비교예1 비교예2 비교예 3
125℃에서
용융점도
1150 900 1000 350 6000 150 15000 1200
잔존휘발성분
함량(wt%)
1.3 1.2 1.3 0.9 1.1 1.2 1.5 2.7
Tv 31.0 36.2 26.9 59.3 373 6.0 197.5 0.84
매립성 평가 X
본딩와이어 몰딩특성 X
필렛특성 X
*Tv = {MV / [(a^5)*10]}
상기 표2에서 확인되는 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 5의 반도체 소자용 접착 필름을 이용하는 경우, 제2반도체 칩이 경화 온도에서 접착제가 흘러버리는 현상이나 반도체 소자 가장자리로 접착제가 유출되어 필렛을 형성하는 현상을 방지할 수 있으며, 아울러 반도체 제조 과정에서 적용되는 고온 조건에 장시간 노출되어도 보이드(void)가 실질적으로 발생하지 않는다는 점이 확인되었다.
이에 반하여, 비교예1 내지 3의 접착 필름은 제1반도체 소자를 매립하는 성능이 낮고 본딩 와이어가 서로 겹쳐서 쇼트가 발생한 부분이 나타나거나, 소자 가장자리로 접착제가 과다하게 유출되어 필렛을 형성하거나 적용되는 고온 조건에 노출시 접착 필름 내에 보이드가 생성된다는 점이 확인되었다.

Claims (16)

  1. 제1반도체 소자; 및 상기 제1반도체 소자를 매립하는 접착 필름;을 포함하고,
    상기 접착 필름이 하기 일반식 1을 만족하는, 반도체 장치:
    [일반식 1]
    1 ≤ {MV / [(a^5)*10]}
    상기 일반식1에서, MV는 5 rad/s의 전단 속도를 적용하여 125℃에서의 측정한 상기 접착 필름의 용융 점도로, 200 Pa·s 내지 8,000 Pa·s 의 범위 수치이며,
    a는 상기 접착 필름을 125℃에서 1시간 노출 시간후 열중량 분석(TGA)로 확인한 중량 감소 비율(%)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 필름이 하기 일반식 2을 만족하는, 반도체 장치:
    [일반식 2]
    3 ≤ {MV / [(a^5)*10]}
    상기 일반식2에서, MV 및 a 는 각각 일반식1에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 일반식1에서, 상기 a는 1.5% 이하인, 반도체 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1반도체 소자에는 와이어가 접속된, 반도체 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접착 필름을 매개로 상기 제1반도체 소자와 결합된 제2반도체 소자를 더 포함하는, 반도체 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    와이어 본딩 또는 플립칩 방식을 통하여 상기 제1반도체 소자와 결합하는 피착체를 더 포함하는, 반도체 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 피착체는 회로 기판 또는 리드 프레임인, 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접착 필름은 10㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖는, 반도체 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 접착 필름은 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지; 고상 에폭시 수지 및 액상 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지; 무기 충진제; 및 페놀 수지를 포함한 경화제;를 포함하는, 반도체 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 에폭시계 작용기를 0.1중량% 내지 25중량% 포함한 (메타)아크릴레이트계 반복 단위를 포함하는 (메타)아크릴레이트계 수지를 포함하는, 반도체 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 액상 에폭시 수지는 25℃에서 500 mPa·s 내지 20,000 mPa·s의 점도를 갖는, 반도체 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 고상 에폭시 수지는 100 내지 1,000의 에폭시 당량 및 50℃ 내지 120℃의 연화점을 갖는, 반도체 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 60℃ 이상의 연화점을 갖는, 반도체 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 페놀 수지는 80 g/eq 내지 400 g/eq의 수산기 당량을 갖는, 반도체 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 열가소성 수지, 페놀 수지 및 액상 에폭시 수지의 전체 중량 대비 상기 페놀 수지의 중량비가 0.25 이상인, 반도체 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 접착 필름은 -10℃ 내지 30℃의 유리 전이 온도를 갖는 열가소성 수지 5 내지 40 중량%; 상기 에폭시 수지 및 페놀 수지를 포함한 경화제의 총합 15 내지 80중량%; 및 무기 충진제 5 내지 70중량%;를 포함하는, 반도체 장치.
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