[논문]반도체 패키징용 에폭시 소재 기술

전현애; 탁상용; 김윤주; 박수진; 박숙연; 강경남; 박성환

반도체 패키징용 에폭시 소재 기술
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전현애 (한국생산기술연구원 경기기술본부) , 탁상용 (한국생산기술연구원 경기기술본부) , 김윤주 (한국생산기술연구원 경기기술본부) , 박수진 (한국생산기술연구원 경기기술본부) , 박숙연 (한국생산기술연구원 경기기술본부) , 강경남 (한국생산기술연구원 경기기술본부) , 박성환 (한국생산기술연구원 경기기술본부)

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문제 정의

이에 따라서 본 특집에서는 반도체 패키징용 에폭시 소재 및 최근 기술동향에 대한 소개를 통하여 반도체 패키징용 핵심 소재 기술에 대한 이해를 돕고자 한다.

이론/모형

재료의 유전율은 Clausius-Mosotti 식에 의해, 분자구조로부터 계산할 수 있다. 즉 유전율은 구성화학구조의 몰체적(V_m) 및 몰분극률(P_m)의 함수로써(P_m/V_m) 값이 클수록 증가하는데, 예를 들어 몰체적비는 작으면서 몰분극이 큰 OH기의 존재는 시스템의 유전율을 높이는 주요 요인으로 알려져 있다.

성능/효과

2 ppm/℃으로 CTE=20 ppm/℃의 HP-4032D 보다 훨씬 우수한 물성을 보여주었다(그림 9). 또한 KITECH-Naph에폭시는 레진경화물에서는 T_g=130 ℃가 관찰되었으나, 복합화하면서 유리전이온도가 상승하여(좀더 정확히 T_g-less transition) 250 ℃ 이상 구간까지 유리전이온도가 관찰되지 않았다.
실리카입자가 80wt% 충진된 에폭시 복합체의 물성을 보면, 생기원 에폭시 필러복합체는 CTE= 5~7 ppm/℃으로 매우 우수한 물성을 보여줄 뿐만 아니라, Tg>250 ℃으로 매우 우수한 내열특성을 보여준다.
실리카입자가 80wt% 충진된 에폭시 복합체의 물성을 보면, 생기원 에폭시 필러복합체는 CTE= 5~7 ppm/℃으로 매우 우수한 물성을 보여줄 뿐만 아니라, T_g>250 ℃으로 매우 우수한 내열특성을 보여준다. 저CTE 에폭시로 알려진 나프탈렌 에폭시(일본 DIC사, HP-4032D)와 생기원에서 합성한 나프탈렌계 에폭시(KITECH-Naph)와 필러복합체를 동일한 조건에서 제조하여 물성을 비교해 보면, KITECH-Naph의 필러복합체는 5.2 ppm/℃으로 CTE=20 ppm/℃의 HP-4032D 보다 훨씬 우수한 물성을 보여주었다(그림 9). 또한 KITECH-Naph에폭시는 레진경화물에서는 T_g=130 ℃가 관찰되었으나, 복합화하면서 유리전이온도가 상승하여(좀더 정확히 T_g-less transition) 250 ℃ 이상 구간까지 유리전이온도가 관찰되지 않았다.
ROHS등 친환경 규제에 의해 출연한 무연솔더(pb-free) 기술은 단순이 솔더의 타입만이 바뀐 것이 아니고, 유기소재 입장에서 보면, 물성이 크게 향상되어야 함을 의미하는 것이다. 즉 기존의 솔더(융점 183 ℃)에 비해 20~40 ℃ 정도 높은 융점을 가진 무연 솔더로 인하여, 리플로시 기판의 휨이나, 기판중의 휘발물의 가스화에 의한 delamination이 더 쉽게 발생하게 되었다. 이에 따라 매트릭스 에폭시 수지의 T_g를 높이고, 리플로 공정에서 열분해를 줄이고, CTE 특성이 더 우수하며, 기재/동박등과의 더 우수한 접착성을 가진 절연소재가 요구된다.

후속연구

즉 기존의 솔더(융점 183 ℃)에 비해 20~40 ℃ 정도 높은 융점을 가진 무연 솔더로 인하여, 리플로시 기판의 휨이나, 기판중의 휘발물의 가스화에 의한 delamination이 더 쉽게 발생하게 되었다. 이에 따라 매트릭스 에폭시 수지의 T_g를 높이고, 리플로 공정에서 열분해를 줄이고, CTE 특성이 더 우수하며, 기재/동박등과의 더 우수한 접착성을 가진 절연소재가 요구된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

반도체 패키징이란 무엇인가?

반도체 패키징이란 반도체 칩이 전기전자부품으로 작동할 수 있도록 패키징화하는 기술로서, (1) 반도체 소자에 필요한 전력을 공급하고, (2) 반도체 소자간의 신호를 연결하고, (3) 반도체 소자에서 발생되는 열을 방출시키고 (4) 자연적, 화학적, 열적 환경 변화로부터 소자를 보호하는 역할을 한다. 최근 전자부품과 모바일 기기 등의 급속한 박형·단소화, 고밀도화, 고기능화 및 초고속화로의 발전에 의해, 반도체 패키징 기술도 점점 더 미 세화, 박형화, 다핀화, 고집적화화 등으로 진보하고 있다.

차세대 패키징용 신규 에폭시 소재 개발에 대한 관심에는 어떠한 것들이 있는가?

그러나 최근의 급속한 반도체 패키징 기술의 발전으로 인하여 기존 에폭시 소재의 한계가 인식되면서, 차세대 패키징용 신규 에폭시 소재의 개발에 대한 관심이 증대 되고 있다. 예를 들어 박형화·고기능화를 위해 여러 개의 박형 칩을 적층하는 패키징의 경우, 박형 기판에 부과되는 응력발생이 크게 문제가 되므로 응력발생을 효율적으로 저감할 수 있는 재료개발이 요구되고 있고, pb-free 솔더링에 의한 실장온도증가는 더 우수한 내열특성 및 흡습성 등을 가진 에폭시소재 기술을 요구하고 있다.1-4

에폭시는 어떠한 분야

에폭시는 실리콘 칩이 실장 되는 패키지기판(IC substrate), EMC 봉지재, 언더필, 칩과 기판을 접착하는 다이본딩재, 솔더레지스트, 전도성 페이스트, PCB 등 다양한 분야에 응용되고 있는 반도체 패키징의 핵심유기소재로써, 우수한 내열특성·절연특성·내화학성·기계적 물성 등으로 인하여 현재까지 널리 이용되고 있다(그림 1). 그러나 최근의 급속한 반도체 패키징 기술의 발전으로 인하여 기존 에폭시 소재의 한계가 인식되면서, 차세대 패키징용 신규 에폭시 소재의 개발에 대한 관심이 증대 되고 있다.

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