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KR102565249B1 - Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름 - Google Patents

Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름 Download PDF

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KR102565249B1
KR102565249B1 KR1020210073962A KR20210073962A KR102565249B1 KR 102565249 B1 KR102565249 B1 KR 102565249B1 KR 1020210073962 A KR1020210073962 A KR 1020210073962A KR 20210073962 A KR20210073962 A KR 20210073962A KR 102565249 B1 KR102565249 B1 KR 102565249B1
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KR
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bonding
powder
sintering
weight
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전영환
오상진
송용설
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주식회사 아모그린텍
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Abstract

본 발명은 Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름에 관한 것으로, 제1 대상물에 코팅하고, 상기 제1 대상물을 제2 대상물측으로 가압 소결하여 상기 제1 대상물과 상기 제2 대상물의 사이에 소결 접합층을 형성하는 Ag 페이스트 조성물이며, Ag 분말 90~99 중량%와 유기물 바인더 1~10 중량%를 포함한다. 본 발명은 나노입자 구형 분말을 적용하지 않고도 Ag 분말의 비표면적과 입형을 제어하여 접합 온도를 낮추고 접합 밀도를 높여 접합 강성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름{SILVER PASTE COMPOSITION, AND BONDING FILM USING THEREOF}
본 발명은 Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름에 관한 것으로, 반도체 칩과 기판의 접합에 사용하는 Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름에 관한 것이다.
반도체 칩은 기판을 통하여 외부의 다른 요소와 전기적으로 접속되며, 이 접속 경로를 제공하기 위해 와이어 본딩 기술이 사용된다. 그러나 와이어 본딩 기술은 초고속 및 고성능 반도체 칩의 필요성이 증가함에 따라 한계에 이르게 되었고, 이에 대한 대안으로 플립칩 또는 칩 직접 실장기술이 대두되고 있다.
잘 알려져 있는 플립칩 기술은 솔더 페이스트를 이용해 기판에 반도체 칩을 솔더링 접합하는 방법이 있다.
솔더링 접합은 반도체 칩을 기판에 접합할 때 솔더 페이스트를 이용해 접합함에 따라 공정성이 우수하다. 그러나 솔더링 접합은 고온에 노출되었을 때 신뢰성이 저하되어 접합이 분리되는 문제점이 있다.
또한, 반도체 칩을 기판에 접합할 때 기판에 크림상의 솔더를 인쇄하고 그 위에 부품을 붙인 다음 고온의 열원으로 솔더를 녹여 기판에 반도체 칩을 접합하는 리플로우(reflow) 방법이 있다. 리플로우 방법은 접합 신뢰성이 우수한 이점이 있다. 그러나 리플로우 방법은 조건에 따라 솔더 내에 보이드(void)가 발생하거나 기판의 휨에 의해 솔더가 들뜨게 되어 접합 불량이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 반도체 칩을 기판에 접합할 때 은(Ag) 소결 페이스트를 이용해 접합하는 신터링 방법이 있다. 신터링 방법은 고온에 노출되었을 때 솔더링 방법 보다 반도체 칩을 기판에 안정적으로 접합할 수 있는 이점이 있다. 그러나 신터링 방법은 은(Ag) 소결 페이스트를 균일하게 도포하기 어렵고, 공정이 복잡하고 공정 시간이 길며 고가의 장비가 필요한 문제점이 있다.
특허문헌 : 등록특허공보 제0783102호(2007.11.30 등록)
따라서, 본 발명의 목적은 리플로우 방법 및 솔더링 방법을 대신하여 반도체 칩을 기판에 안정적으로 접합할 수 있는 Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접합 온도를 낮추고 접합 밀도를 높여 접합 강성과 신뢰성을 향상시키며, 인쇄성을 향상시키고 접합 소결시 수축으로 인한 공정 불량을 방지하고 작업성을 개선할 수 있도록 한 Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 Ag 페이스트 조성물은 제1 대상물에 코팅하고, 제1 대상물을 제2 대상물측으로 가압 소결하여 제1 대상물과 상기 제2 대상물의 사이에 소결된 접합층을 형성하는 Ag 페이스트 조성물이며, Ag 분말 90~99 중량%과 유기물 바인더 1~10 중량%를 포함한다.
Ag 분말은 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이다.
Ag 분말은 비표면적(BET)이 1.3~1.8㎡/g 범위이다.
Ag 분말의 입형은 장축의 길이가 0.80㎛~1.3㎛ 범위이고, 두께가 0.04㎛~0.08㎛ 범위이다.
Ag 페이스트 조성물은 전체 유기물 함량이 2 중량% 이하이고, 가압 소결 후 전체 유기물의 함량이 0.1 중량% 이하이다.
Ag 페이스트 조성물은 가압 소결시 소결 온도가 200℃~300℃ 범위일 수 있다.
Ag 페이스트 조성물을 이용하여 제조된 접합 필름이며, 베이스 필름과 베이스 필름 상에 형성된 점착층과 점착층 상에 형성되고 Ag 페이스트 조성물로 이루어진 접합층을 포함한다.
베이스 필름은 PET 필름, PI 필름, PU 필름 중 하나로 이루어질 수 있다.
점착층은 OCA(Optically Clear Adhesive) 또는 OCR(Optically Clear Resin)로 이루어질 수 있다.
접합층을 형성하는 Ag 페이스트 조성물은 Ag 분말 90~99 중량%와 유기물 바인더 1~10 중량%를 포함한다.
접합 필름은 Ag 페이스트 조성물로 이루어지는 접합층을 제1 대상물에 전사하고, 제1 대상물을 제2 대상물측으로 가압 소결하여 제1 대상물과 제2 대상물의 사이에 소결된 접합층을 형성하며, 가압 소결시 소결 온도가 200℃~300℃ 범위일 수 있다.
본 발명은 Ag 벌크를 입자의 표면이 깨끗한 Ag 분말로 제조하고 Ag 분말의 입도를 제어하여 표면적을 크게 증가시키지 않고 접합 온도를 낮추며, Ag 분말의 입형을 제어하여 접합 밀도를 높여 접합 강성과 신뢰성이 향상된 Ag 페이스트 조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다.
상기한 Ag 페이스트 조성물은 나노입자 구형 분말을 적용하지 않고도 저온 소결이 가능하고, 소결 공정 중 접합면에 과도한 수축이 발생하는 것을 방지할 수 있으며 공정 불량을 방지할 수 있어 불량이 최소화되며 높은 접합 강도를 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 Ag 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 접합 필름은 가압 소결 방식을 적용하여 반도체 칩 및 스페이서 등과 같은 부품을 기판에 접합하는 경우 기공을 최소화하여 높은 열전도율을 확보할 수 있고, 소결시간을 짧게 할 수 있어 공정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물이 반도체 칩과 기판의 사이에 접합층을 형성한 상태를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물을 접합 필름으로 제조한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로 건식 플라즈마 분말 합성하는 단계를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로 분급 후 Ag 분말의 입도분포를 보여주는 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예로 비드 밀링 공정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로 비드 밀링 공정을 수행한 Ag 분말의 입형을 보여주는 SEM 사진이다.
도 8은 도 7의 Ag 분말의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 분급과 비드 밀링 공정을 통하여 Ag 분말의 비표면적과 입형 및 수축율을 제어한 예를 보여주는 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물의 접합 강도를 타사 제품(비교예)과 비교한 그래프이다.
도 11은 도 10의 실시예와 비교예의 파단 표면을 촬영한 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예의 접합층과 비교예(타사 제품)의 수축율, 휨 발생, 미세조직을 비교한 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예와 비교예의 수축율을 비교한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시예로 대상물을 기판에 접합한 접합층의 소결 후 수축된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 Ag 페이스트 조성물을 SiC 전력 반도체 칩과 DBC 기판의 사이에 배치하고 무가압 소결한 다음 소결된 접합층의 조직을 촬영한 사진이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 Ag 페이스트 조성물은 제1 대상물과 제2 대상물의 접합에 사용되고 제1 대상물과 상기 제2 대상물의 사이에 접합층을 형성한다. 일 예로, Ag 페이스트 조성물은 제1 대상물에 코팅하고, 제1 대상물을 제2 대상물측으로 가압 소결하여 제1 대상물과 제2 대상물의 사이에 소결된 접합층을 형성한다. 제1 대상물은 반도체 칩이고 제2 대상물은 기판인 것을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물이 반도체 칩과 기판의 사이에 접합층을 형성한 상태를 보인 단면도이다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 Ag 페이스트 조성물(30)은 반도체 칩(20)과 기판(10)의 접합에 사용할 수 있다. 기판(10)에 반도체 칩(20)을 Ag 페이스트 조성물(30)로 접합하며, Ag 페이스트 조성물(30)은 반도체 칩의 방열 특성을 양호하게 하기 위해 Ag를 사용한다.
Ag 페이스트 조성물(30)은 반도체 칩(20)과 기판(10)의 사이에 접합층(30')을 형성한다. 반도체 칩(20)은 초고속 및 고성능 반도체 칩일 수 있다. 또는 반도체 칩(20)은 전력 반도체 칩일 수 있으며, 일 예로 SiC, GaN 반도체 칩일 수 있다. 기판(10)은 세라믹 기재(11)와 세라믹 기재(11)의 적어도 일면에 브레이징 접합된 금속층(12,13)을 포함하는 세라믹 기판일 수 있다. 일 예로, 기판(10)은 AMB(Active Metal Brazing) 기판, DBC(Direct Bonded Copper) 기판, TPC(Thick Printing Copper) 기판 및 DBA 기판 중 하나일 수 있다.
기존 Si 소재 기반에서 성능이 우수한 SiC, GaN으로 적용되면서 반도체 칩의 구동온도가 300℃로 높아지게 되어, 융점이 230℃ 정도인 솔더링 페이스트는 반도체 칩과 기판의 접합에 적용이 어렵다. 따라서 반도체 칩(20)의 안정적인 구동을 위해 반도체 칩(20)과 기판(10)의 접합에 융점이 높은 Ag 페이스트 조성물(30)을 사용한다.
Ag 페이스트 조성물(30)은 Ag 분말 90~99 중량%와 유기물 바인더 1~10 중량%를 포함한다. 유기물 바인더는 유기물과 용매를 포함한다.
Ag는 높은 열전도율로 방열 특성을 양호하게 하고, 접합층(30')이 전도성을 갖도록 한다.
Ag 페이스트 조성물(30)은 Ag 분말을 입자의 표면이 깨끗한 Ag 분말로 제조하고, Ag 분말의 입도를 제어하여 표면적을 크게 증가시키지 않고 접합 온도를 낮춘다. 또한, Ag 페이스트 조성물(30)은 Ag 분말의 입형을 제어하여 접합 밀도를 높여 접합 강성과 신뢰성을 향상시킨다.
기판(10)에 반도체 칩(20)을 접합시 반도체 칩(20)의 파괴없는 안정적인 접합을 위해 주로 200℃~300℃에서 짧은 시간에 접합 공정을 마치는 형태로 진행된다. 그런데 Ag는 벌크(bulk) 형태에서 약 800℃의 소결 온도가 필요하므로 저온 소결 접합이 어렵다. 따라서 Ag 페이스트 조성물(30)은 약 250℃에서 소결 접합하기 위하여 Ag 분말의 함량을 최대로 하고 Ag 분말을 나노입자로 형성할 수 있다. Ag 페이스트 조성물(30)은 균일 도포 가능한 범위에서 Ag 분말의 함량을 최대로 하고 유기물의 함량을 최소로 하여 접합 온도를 낮출 수 있다. 또한 Ag 페이스트 조성물(30)은 Ag 분말을 나노입자로 형성하면 접합 온도를 낮출 수 있다.
그러나, Ag 분말을 나노입자로 형성하면 실제 양산공정에서 나노입자의 높은 표면적으로 휘발이 빠르게 발생하여 점도가 상승하게 되므로 연속인쇄 작업성이 원활하지 못하다. 그리고 이를 해결하기 위해 Ag 페이스트 조성물에서 유기물 바인더의 함량을 증가시키면 유기물이 증가되어 소결성의 문제가 발생한다. 유기물이 증가되면 소결 온도가 높아진다.
또한, 나노입자로 이루어진 Ag 분말이 다량 사용되면 소결 공정 중 접합면에 과도한 수축이 발생할 수 있고, 반도체 칩(20)과 기판(10) 간의 접합면의 수축으로 인한 잔류응력이 발생되어 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 본 발명의 Ag 페이스트 조성물(30)은 나노입자의 높은 표면적을 이용하여 접합 온도를 낮추는 방법이 아닌, Ag 분말 입자의 표면을 깨끗하게 제어하고 분급 및 밀링 공정을 통해 Ag 분말의 입도와 입형(입자 형상)을 제어하여 Ag 분말의 표면적을 크게 증가시키지 않고 접합 밀도를 높인다.
Ag 페이스트 조성물의 접합 온도를 낮추기 위해 나노입자의 표면적을 이용하지 않으므로 양산공정에서 휘발이 크게 발생하지 않아 연속인쇄 작업성을 향상시킬 수 있고, 소결 공정 중 접합면에 과도한 수축이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
나노입자 Ag 분말을 적용하는 Ag 페이스트 조성물은 비표면적이 높아 Ag 분말의 함량을 98~99 중량%로 높여 열전도성을 높일 수 있다.
그러나 본 발명의 Ag 페이스트 조성물은 나노입자 Ag 분말을 적용한 것에 비해 비표면적이 낮아서 90중량% 수준의 고밀도 Ag 페이스트 조성물로 제작이 가능하다.
Ag 분말은 90중량% 미만이면 Ag의 함량이 낮아 열전도율이 낮아지고, 상대적인 유기물 바인더의 함량 증가로 유기물이 증가되어 소결 온도가 높아진다. Ag 분말은 99중량%를 초과하면 상대적인 유기물 바인더의 함량 감소로 연속인쇄 작업이 어렵다.
Ag 분말은 비표면적이 1.3~1.8㎡/g(BET 입경 320㎛~420㎛)이다. 그리고, Ag 분말은 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이다. 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형은 구형 나노입자의 수축율 문제와 연속인쇄 작업의 어려움을 개선하고 플레이크상의 소결시 치밀성이 부족한 문제를 개선한 것이다.
구형 나노입자의 Ag 분말은 열전도율이 높은 장점이 있는 반면 양산시 나노입자의 높은 표면적으로 휘발이 빠르게 발생하여 연속인쇄작업이 어려운 단점과 높은 비표면적으로 인해 소결 공정에서 과도한 수축이 발생하는 단점이 있다. 플레이크상은 구형 나노입자의 Ag 분말에 비해 소결시 수축율이 적고 접합력이 좋은 장점이 있는 반면 소결시 구형 나노입자에 비해 치밀성이 부족한 단점이 있다. 따라서 본 발명의 Ag 페이스트 조성물(30)은 구형 나노입자와 플레이크상 각각의 단점을 보완한 구형 나노입자와 플레이크상의 중감 입형의 Ag 분말을 사용한다.
유기물은 Ag가 높은 접착력을 갖고 균일 도포되도록 한다.
유기물 바인더는 1~10 중량%를 포함한다. 유기물 바인더는 1중량% 미만이면 연속인쇄 작업이 어렵고, 10중량%를 초과하면 유기물의 함량이 높아져 소결 온도(접합 온도)가 높아진다. 유기물의 함량이 10 중량% 이하로 낮아지면 Ag 페이스트 조성물(30)의 열분해 및 접합 온도를 낮출 수 있다. 낮은 접합 온도는 Ag 페이스트 조성물(30)의 빠른 소결을 가능하게 한다. Ag 페이스트 조성물(30)의 빠른 소결은 소결시 수축율을 줄이고 소결된 접합층(30")의 균열을 방지하여 불량률을 낮춘다.
Ag 페이스트 조성물(30)에서 Ag 분말의 입형은 장축의 길이가 0.8㎛~1.3㎛ 범위이고, 두께가 40nm~80nm 범위이다.
Ag 페이스트 조성물(30)은 전체 유기물 함량이 0.5 중량% 이하이고, 가압 소결 후 전체 유기물의 함량이 0.1 중량% 미만이다.
또는, Ag 페이스트 조성물(30)은 전체 유기물 함량이 2 중량% 이하이고, 가압 소결 후 전체 유기물의 함량이 0.1 중량% 이하이다. Ag 페이스트 조성물(30)의 전체 유기물 함량이 2 중량% 이하이면 200㎛ 이상의 두께가 두꺼운 필름 접합에도 적용 가능하다.
Ag 페이스트 조성물(30)은 접합을 위한 소결 온도가 200℃~300℃ 범위이다. 소결 온도는 기판(10)에 반도체 칩(20)을 접합시 반도체 칩(20)의 파괴없는 안정적인 접합이 가능한 온도이다.
상술한 Ag 페이스트 조성물(30)은 반도체 칩(20)의 저면에 도포 또는 연속인쇄 방법으로 코팅할 수 있으며, Ag 페이스트 조성물(30)이 코팅된 반도체 칩(20)은 기판(10)측으로 가열 가압하여 기판(10)에 접합할 수 있다.
또는, 상술한 Ag 페이스트 조성물(30)은 기판(10)에 도포 또는 연속인쇄 방법으로 코팅할 수 있으며, 반도체 칩(20)은 Ag 페이스트 조성물(30)이 코팅된 기판(10)측으로 가열 가압하여 기판(10)에 접합할 수 있다.
가열 가압은 200~300℃, 바람직하게는 250℃에서 2분~5분 동안 수행할 수 있다. 가압은 8~15MPa 범위로 수행할 수 있다. 가압은 보이드(Void) 발생을 방지하기 위한 것이다. 가압 소결하면 접합층(30')이 구멍이 없이 조밀하게 되어 열전도도가 높아지고 방열 특성이 우수해진다. 또한 가압은 빠른 소결을 가능하게 한다.
소결 온도 및 시간은 양산 시간을 단축하기 위해 전술한 범위 내에서 조정가능하다. 일 예로, 소결은 250℃에서 가압을 5분 수행하는 것이 바람직하나, 양산성 향상을 위해 300℃에서 가압을 2분 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물을 접합 필름으로 제조한 단면도이다.
도 2에 도시된 바에 의하면, 상술한 Ag 페이스트 조성물(30)은 접합하고자 하는 대상에 코팅할 수도 있으나, 접합 필름(40)으로 제조한 다음 접합하고자 하는 대상에 전사하여 사용할 수도 있다.
접합 필름(40)은 베이스 필름(41)과 베이스 필름(41) 상에 형성된 점착층(sticky layer)(42)과 점착층(42) 상에 형성된 접합층(Bonding layer)(30")을 포함할 수 있다. 접합층(30")은 전술한 Ag 페이스트 조성물(30)을 점착층(42) 상에 도포 또는 인쇄하고 건조하여 형성할 수 있다. 인쇄는 스크린 인쇄 또는 스텐실 인쇄일 수 있다. 점착층(42)은 베이스 필름(41)에 대한 접합층(30")의 이형성을 좋게한다.
베이스 필름(41)은 PET(Polyethylene) 필름, PI(Polyimide) 필름, PU(Polyurethane) 필름 중 하나를 사용하고, 점착층(42)은 OCA(Optically Clear Adhesive) 또는 OCR(Optically Clear Resin)를 사용할 있다. 바람직하게는, 베이스 필름(41)은 PET 필름을 사용하고, 점착층(42)은 OCA 필름을 사용한다.
Ag 페이스트 조성물(30)을 필름 형태로 제조하면 접합층(30")의 높이를 굉장히 균일하게 할 수 있다. 두 기판 사이에 대상물을 접합하는 경우 접합층(30")의 높이가 균일해야 두 기판의 사이에 공차가 발생하지 않고 최종 제품에 문제가 발생하지 않는다.
더욱이, 두 기판의 사이에 대상물을 접합시 접합 필름(40)을 사용하면 대상물에 Ag 페이스트 조성물(30)을 도포하고 기판에 접합하는 방법 대비 보이드(Void) 및 스탠드 오프 등의 결함을 줄일 수 있다. 보이드는 소결 후 접합층에 기공이 발생하는 것이고 스탠드 오프 결함은 대상물이 기판에 평평하게 접합하지 않고 어느 일측으로 기울어진 것을 의미한다. 대상물은 반도체 칩 또는 두 기판 사이에 이격 거리를 유지하기 위한 스페이서일 수 있다.
베이스 필름(41)은 두께가 75㎛~100㎛일 수 있다. 접합층(30")의 두께는 40㎛~200㎛일 수 있으며, 바람직하게는 50㎛일 수 있다. 접합 필름(40)은 접합층(30")의 두께와 보이드의 조절이 가능하다.
한편, 상술한 Ag 페이스트 조성물의 제조방법은 Ag 분말을 제조하는 단계와 제조한 Ag 분말 90~99 중량%와 바인더 1~10 중량%을 혼합하여 조성물로 만드는 단계를 포함한다.
도 3에는 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물의 제조방법을 설명하기 위한 순서도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바에 의하면, Ag 분말을 제조하는 단계는 Ag 벌크를 건식 플라즈마로 분말 합성하여 Ag 분말로 제조하는 단계(S10)와, 습식 분급공정을 통해 Ag 분말의 입도를 제어하는 단계(S20)와 비드 밀링(bead milling) 공정을 수행하여 Ag 분말의 입형을 제어하는 단계(S30)를 포함한다.
Ag 벌크를 건식 플라즈마로 분말 합성하여 Ag 분말로 제조하는 단계(S10)는 건식 플라즈마 분말 합성(PVD)하는 단계이며, Ag 벌크를 입자의 표면이 깨끗한 Ag 분말로 제조한다.
도 4는 본 발명의 실시예로 건식 플라즈마 분말 합성하는 단계를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4에 도시된 바에 의하면, Ag 벌크를 건식 플라즈마 분말 합성하여 Ag 분말로 제조하는 단계(S10)는 챔버 내에 Ag 벌크를 주입하면서 챔버 내로 N2 기체를 분사한 후 챔버 내에 전원을 인가하여 기체를 플라즈마화시킨다. 이 과정에서 Ag 기체를 포함한 Ag 분말이 제조되고, 이를 냉각시키면 Ag 기체가 제거된 표면이 깨끗한 Ag 분말이 제조된다.
표면이 깨끗한 Ag 분말은 습식 분급공정을 통해 Ag 분말의 입도를 제어한다.
습식 분급공정을 통해 Ag 분말의 입도를 제어하는 단계(S20)는 원심분리(원심분급)를 이용한다. 원심분리는 입자의 입도분포제어가 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예로 분급 후 Ag 분말의 입도분포를 보여주는 SEM 사진이다.
도 5에 도시된 바에 의하면, 분급 후 Ag 분말은 입도분포가 균일하게 제어된다. 분급 후 Ag 분말은 비표면적이 1.3~1.8㎡/g(BET 입경 320㎛~420㎛)이다. Ag 분말은 구형 입자이다.
습식 분급공정을 통해 Ag 분말의 입도를 제어하는 단계(S20) 후, 비드 밀링(bead milling) 공정을 수행하여 Ag 분말의 입형을 제어한다.
도 6은 본 발명의 실시예로 비드 밀링 공정을 설명하기 위한 구성도이다.
도 6에 도시된 바에 의하면, 비드 밀링(bead milling) 공정을 수행하여 Ag 분말의 입형을 제어하는 단계(S30)는 Ag 분말의 입형을 제어하는 것이다. 구형 입자의 Ag 분말을 비드 밀링 장치에 주입하면, 회전체의 회전에 의해 비드와 Ag 분말이 함께 회전하면서 비드에 의해 Ag 분말이 밀링되어 납작한 플레이크 입자로 된다. Ag 분말은 비드 밀링 장치의 하부로 주입되고 상부로 이동하는 과정에서 비드에 의해 밀링되며 상부측 배출구로 빠져나갈때 분리기에 의해 Ag 분말만 배출될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예로 비드 밀링 공정을 수행한 Ag 분말의 입형을 보여주는 SEM 사진이다.
도 7에 도시된 바에 의하면, 비드 밀링 공정을 수행한 Ag 분말은 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형으로 제조된다. Ag 분말의 입형은 장축의 길이가 0.80㎛~1.3㎛ 범위이고, 두께가 40nm~80nm 범위이다.
도 8은 도 7의 Ag 분말의 열분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 바에 의하면, 비드 밀링 공정을 수행한 Ag 분말의 열분석 결과 표면이 깨끗한 입자로 구현되며, 전체 유기물 함량이 0.5% 이하이고, 가압 소결 후 전체 유기물의 함량이 0.1% 수준이다.
도 9는 분급과 비드 밀링 공정을 통하여 Ag 분말의 비표면적과 입형 및 수축율을 제어한 예를 보여주는 SEM 사진 및 수축율을 보여주는 사진이다.
도 9에 도시된 바에 의하면, 분급과 비드 밀링 공정을 통하여 비표면적과 입형 및 수축율의 제어가 가능함을 확인할 수 있다. 비표면적(SSA)이 1.3~1.8㎡/g인 Ag 분말에서 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이 확인되었으며, 비표면적이 작은 Ag 분말의 수축율이 비표면적이 상대적으로 큰 Ag 분말에 비해 수축율이 작았다.
상술한 Ag 페이스트 조성물은 접합 필름으로 제조할 수 있다.
Ag 페이스트 조성물을 접합 필름으로 제조하는 방법은 베이스 필름을 준비하는 단계와 베이스 필름의 상에 점착층을 형성하는 단계와 점착층 상에 Ag 페이스트 조성물을 인쇄 또는 도포의 방법으로 코팅하여 접합층을 형성하는 단계를 포함한다.
아래의 표 1은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물의 물성치를 나타낸 것이다.
구분 Ag 페이스트 조성물의
Ag 분말 물성치
비고
BET(㎡/g) 1.3~1.8 구형 입자로 환산시 325~420㎛ 수준
입경 D50(㎛) 장축-길이 0.80~1.30㎛
단축-두께 0.04~0.08㎛ 표면적 환산시 7~14
C 함량(ppm) 1500~2000 유기물 0.01~0.2%
O 함량 200~400
밀도(g/cc) 10.2 이상
표 1에 의하면, Ag 페이스트 조성물은 Ag 분말의 비표면적(BET)이 1.3~1.8㎡/g이고, 장축의 길이가 0.80㎛~1.3㎛이며, 단축의 두께가 0.04㎛~0.08㎛이다. Ag 분말의 단축의 두께는 표면적 환산시 7~14이다. Ag 페이스트 조성물은 C 함량(ppm)은 1500~2000이고(유기물 0.01~0.2%), O 함량은 200~400이며, 밀도(g/cc)는 10.2 이상이다.
상술한 Ag 페이스트 조성물은 비표면적이 낮음에도 불구하고 고밀도 저유기물 함량이 구현된다. 또한 입경 두께가 0.04㎛~0.08㎛(40nm~80nm) 수준으로 나노입자의 성질도 구현한다. 구형 나노입자 100nm급의 비표면적은 약 5.5~6.0㎡/g으로 본 발명의 Ag 페이스트 조성물의 비표면적 1.3~1.8㎡/g의 비표면적 차이가 3~4배 수준이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 Ag 페이스트 조성물의 접합 강도를 타사 제품(비교예)과 비교한 그래프이다.
도 10에 도시된 바에 의하면, 실시예는 290℃의 짧은 소결 조건에서도 충분한 접합 강도 확보가 가능하고, 접합 강도는 15MPa 가압조건에서 65MPa로 매우 높게 형성되었다.
도 11은 도 10의 실시예와 비교예의 파단 표면을 촬영한 사진이다.
도 11에 도시된 바에 의하면, 실시예는 Ag 접합층의 일부가 떨어져 분리된 반면, 비교예는 접합층과 기판의 접합면이 파단되었다. 실시예는 Ag 접합층이 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이다. 비교예는 Ag 접합층이 구형 나노입자로 구성된 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예의 접합층과 비교예(타사 제품)의 수축율, 휨 발생, 미세조직을 비교한 사진이다.
도 12에 도시된 바에 의하면, 접합강도 측정 후 SEM 사진에서 파단면의 형상을 비교하면 Ag 접합층은 중간에 파열이 발생하고, 비교예(타사 제품)는 접합층 전체가 기판에서 분리되었다. 이러한 현상은, 실시예의 경우 Ag 접합층의 소결이 상대적으로 잘되어 접합층의 강도가 높은 것으로 확인된다. 이는 Ag 분말 입자가 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이기 때문으로 확인된다. 비교예는 Ag 분말 입자가 구상에 가깝다.
더욱이 실시예는 약 65MPa에서 파열되고 비교예는 약 23MPa에서 파열되었다.
아래의 표 2는 실시예 및 비교예를 가압 소결 및 무가압 소결하고 수축율을 나타낸 것이다. 도 13에는 본 발명의 실시예와 비교예의 수축율을 비교한 사진이 도시되어 있다.
구분 실시예
Ag 페이스트 조성물
비교예
구형 나노입자 100nm

소결조건
압력(Mpa) 15 Pressure-less 15 Pressure-less
온도(℃),
시간(Time)
250/5 270/60 250/5 270/60
소결 후 수축율(%) 두께 43.8 11.48 62.5 20.54
0.64 5.68 4.71 23.83
표 2 및 도 13에 도시된 바에 의하면, 가압 소결 및 무가압 소결에서도 큰 수축율 차이를 보이고 있으며, 무가압 소결시 약 20%의 수축율을 보이고 가압 소결시 약 5%의 수축율 차이를 보이고 있다. 이는 소결시 잔류응력 발생에 큰 이점이 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시예의 Ag 페이스트 조성물이 비교예에 비해 수축율이 20% 정도 적고, 소결 후 지그 공차로 인한 결함이 상대적으로 적으며, 소결 공정 중 접합층의 균열이 방지되어 결함을 줄이는데 기여할 수 있음을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예로 대상물을 기판에 접합한 접합층의 소결 후 수축된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 14에 도시된 바에 의하면, 소결된 접합층(30')은 수축율이 발생하나 약 6% 정도로 작다. 더욱이 소결된 접합층(30')은 상하로 잘 수축하지 않고 양측으로 작은 수축이 발생하는데, 이는 접합층(30')을 구성하는 Ag 분말이 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이기 때문이다. 구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형은 소결된 접합층(30')의 결합력을 높여 파괴 강도를 향상시킨다.
아래의 표 3은 실시예와 비교예의 접합 온도를 나타낸 것이다.
구분 유기물 바인더 타는 개시온도(℃) 감량 종료(℃) Ag 반응온도(℃)
실시예 160 313 307
비교예 165 315 319
표 3에 의하면, 실시예와 비교예는 약 250℃에서 소결 접합이 가능하다. 또한 과전압 발생으로 인해 350~400℃의 온도로 상승시 유기물 최소화로 크랙의 시발점이 되는 기체가 없으므로 접합층의 크랙을 방지할 수 있다. 또한, 실시예는 Ag 분말이 90 중량% 이상을 유지하므로 높은 열전도율을 가져 방열 특성을 향상시킨다.
아래의 표 4는 실시예 및 비교예의 열전도율(W/mk)을 측정한 것이다.
소결 조건 무가압 소결
가압 소결
270℃/30min 270℃/60min 240℃/5min/
15MPa
250℃/5min/
10MPa
250℃/5min/
15MPa
실시예
(Ag 페이스트 조성물)
152.92 151.01 265.82 236.20 288.08
비교예
(구형 나노입자 100nm)
76.80 109.19 - - 280.96
표 4에 의하면, 실시예의 열전도율이 구형 나노입자를 적용한 비교예 보다 상대적으로 높다. 무가압 소결시 실시예는 약 150W/mk의 열전도율을 보이고, 비교예는 70~100W/mk의 열전도율을 보인다.
가압 소결시 실시예는 280W/mk 이상의 열전도율을 보이고 구형 나노입자를 적용한 경우보다 동등 이상이다. 위 실험 결과로부터, Ag 입자의 표면적 및 입자 형상을 제어하여 열전도율을 높일 수 있음을 알 수 있다. 또한 가압 소결은 기공을 최소화시켜 열전도율을 높임을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 Ag 페이스트 조성물을 SiC 전력 반도체 칩과 DBC 기판의 사이에 배치하고 무가압 소결한 다음 소결된 접합층의 조직을 촬영한 사진이다.
도 15에 도시된 바에 의하면, 250℃에서 30min 무가압 소결하여 EDX 성분 분석한 결과, 반도체 칩의 Au와 소결된 접합층의 이온 교환이 잘되어 있고, DBC 기판의 Pd와 Ag 소결된 접합층의 이온교환 문제는 없음을 확인할 수 있다.
이를 통해, 나노입자로 이루어진 Ag 분말을 사용하지 않더라도 표면이 깨끗한 Ag 입자를 적용한 고밀도 Ag 페이스트 조성물을 사용하면 접합층의 충분한 이온 교환이 발생하여 접합 강도를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 본 발명은 높은 비표면적을 사용하지 않아 양산시 휘발이 적고, 접합 소결시 수축으로 인한 공정 불량이 방지되므로 작업성이 향상된다.
또한, 본 발명은 표면이 깨끗한 Ag 분말을 사용하므로 나노입자가 아니어도 약 250℃에서 소결이 가능하다.
또한, 본 발명은 나노입자 사용시 발생되는 프레스 가압 전 나노입자가 미리 소결되어 접합강성을 낮추는 불량을 줄여 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명은 필름 형태의 제품으로 제작 가능하다.
상술한 본 발명은 리플로우 방법 및 솔더링 방법을 대신하여 반도체 칩을 기판에 안정적으로 접합할 수 있다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 기판 11: 세라믹 기재
12,13: 금속층 20: 반도체 칩
30: Ag 페이스트 조성물 30': (소결된) 접합층
30": (소결전) 접합층 40: 접합 필름
41: 베이스 필름 41: 점착층

Claims (15)

  1. 제1 대상물에 코팅하고, 상기 제1 대상물을 제2 대상물측으로 가압 소결하여 상기 제1 대상물과 상기 제2 대상물의 사이에 소결된 접합층을 형성하는 Ag 페이스트 조성물이며,
    Ag 분말 90~99 중량%; 및
    유기물 바인더 1~10 중량%;
    를 포함하고,
    상기 Ag 분말은,
    구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이고,
    비표면적(BET)이 1.3~1.8㎡/g 범위이며,
    그 입형의 장축의 길이가 0.80㎛~1.3㎛ 범위이고,
    그 입형의 단축의 길이가 0.04㎛~0.08㎛ 범위인,
    Ag 페이스트 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Ag 페이스트 조성물은
    전체 유기물 함량이 2 중량% 이하이고,
    가압 소결 후 전체 유기물의 함량이 0.1 중량% 이하인 Ag 페이스트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Ag 페이스트 조성물은 가압 소결시 소결 온도가 200℃~300℃ 범위인 Ag 페이스트 조성물.
  7. 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 상에 형성된 점착층; 및
    상기 점착층 상에 형성되고 Ag 페이스트 조성물로 이루어진 접합층;
    을 포함하고,
    Ag 분말 90~99 중량%; 및
    유기물 바인더 1~10 중량%;
    를 포함하고,
    상기 Ag 분말은,
    구형 나노입자와 플레이크상의 중간 입형이고,
    비표면적(BET)이 1.3~1.8㎡/g 범위이며,
    그 입형의 장축의 길이가 0.80㎛~1.3㎛ 범위이며,
    그 입형의 단축의 길이가 0.04㎛~0.08㎛ 범위인,
    접합 필름.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 필름은 PET 필름, PI 필름, PU 필름 중 하나로 이루어지는 접합 필름.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 점착층은 OCA(Optically Clear Adhesive) 또는 OCR(Optically Clear Resin)로 이루어지는 접합 필름.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제7항에 있어서,
    상기 Ag 페이스트 조성물은
    전체 유기물 함량이 2 중량% 이하이고,
    가압 소결 후 전체 유기물의 함량이 0.1 중량% 이하인 접합 필름.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 접합층을 제1 대상물에 전사하고, 상기 제1 대상물을 제2 대상물측으로 가압 소결하여 상기 제1 대상물과 상기 제2 대상물의 사이에 소결된 접합층을 형성하며,
    가압 소결시 소결 온도가 200℃~300℃ 범위인 접합 필름.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020241739A1 (ja) * 2019-05-29 2020-12-03 国立大学法人大阪大学 接合構造体の製造方法、及び接合構造体
KR102895392B1 (ko) * 2023-01-27 2025-12-04 주식회사 아모그린텍 전도성 페이스트 및 이를 이용한 접합 방법
KR20240146476A (ko) * 2023-03-29 2024-10-08 (주)에버텍엔터프라이즈 건조수축 제어를 위한 소결 페이스트 조성물

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003147317A (ja) * 2001-11-16 2003-05-21 Hitachi Chem Co Ltd 接着用樹脂ペースト組成物及びこれを用いた半導体装置
JP2007254845A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd フレーク銀粉及びその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3541070B2 (ja) * 1994-11-15 2004-07-07 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 自動車ガラスの厚膜導電体ペースト
JP3991218B2 (ja) * 2002-12-20 2007-10-17 信越化学工業株式会社 導電性接着剤及びその製造方法
JP4212035B2 (ja) * 2003-06-05 2009-01-21 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 銀粉末を主体とする導体ペースト及びその製造方法
KR100783102B1 (ko) 2005-01-14 2007-12-07 삼성전자주식회사 솔더 기둥을 이용한 반도체 패키지의 기판 접합 구조 및방법
JP2010236039A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Dowa Electronics Materials Co Ltd フレーク状銀粉及びその製造方法、並びに導電性ペースト
US20130192671A1 (en) * 2011-08-11 2013-08-01 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive metal paste and use thereof
KR101357592B1 (ko) * 2011-09-28 2014-02-04 엘지이노텍 주식회사 터치윈도우
KR101800605B1 (ko) * 2015-09-30 2017-11-23 엘에스니꼬동제련 주식회사 은 분말의 제조방법
EP3608947A4 (en) * 2017-03-29 2020-12-16 Nitto Denko Corporation THERMAL BONDING SHEET AND DICE CUTTING STRIP ATTACHED TO A THERMAL BONDING SHEET
EP3667707A4 (en) * 2017-09-15 2021-09-08 Lintec Corporation FILM-SHAPED BURN-ON MATERIAL AND FOIL-SHAPED BURN-IN MATERIAL EQUIPPED WITH BACKING FOIL

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003147317A (ja) * 2001-11-16 2003-05-21 Hitachi Chem Co Ltd 接着用樹脂ペースト組成物及びこれを用いた半導体装置
JP2007254845A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd フレーク銀粉及びその製造方法

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