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핫멜트 점ㆍ접착제는 우수한 적용특성과 용제형 접착제의 환경적인 문제 때문에 중요성이 부각되고 있습니다.
핫멜트 점ㆍ접착제는 일반적으로 폴리머와 점착부여수지에 오일, 왁스, 산화방지제 등의 첨가물을 고온에서 용융시켜 제조하고, 이를 용융상태에서 필름에 도포하여 점착필름을 생산하는 것으로써, 제조공정 중 유기용제를 포함하지 않는 완전 무용제형 점ㆍ접착제이기 때문에 환경 친화적이며, 용융 상태에서 취급 가능 하므로 설비비 및 기기 설치 면적이 적고, 생산성이 좋습니다.
핫멜트 점ㆍ접착제는 상온에서 고체상의 물질로 용매에 용해 또는 분산시키지 않고 100% 고형분으로만 이루어져 열로 용융시켜 액상으로 만들어 사용하는 접착제입니다. 또한, 용융상태에서 피착재에 도포되고 냉각-고화되므로 고속조립공정과 같은 빠른 초기접착력을 요구하는 공정에서 널리 사용되고 있습니다.
핫멜트 점ㆍ착제의 물성 중 가장 중요한 접착력과 응집력에 큰 영향을 주는 것이 고분자입니다. 일반적으로 핫멜트 점착제에 활용하는 고분자에는 Styrene-Isoprene-Styrene(SIS), Styrene-Butadiene-Styrene(SBS), Styrene-Ethylene-Butadiene-Styrene(SEBS) 등이 있고 핫멜트 접착제에 활용하는 고분자에는 polyester, polyamide, polyurethane, EVA, polyethylene 등이 활용되고 있습니다.
핫멜트 분야에서는 배합을 통해 물성을 조절하고 있으나 배합을 통한 물성 조절에는 한계가 있으며, 조성물 선택 및 사용량 등도 기본 수지와의 상용성 등을 고려해야하기 때문에 이에 따른 많은 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
핫멜트 점착제의 단점은 고온 저항성이 부족하다는 것입니다. 그렇기 때문에 내부적인 가교를 통하여 점착제의 응집력을 향상시키고 고온저항성을 높여줄 필요가 있습니다.
UV 가교형아크릴 핫멜트 점착제는 고분자주 사슬에 benzophenon 유도체가 공중합이 되어 광개시제의 첨가 없이 UV 조사만으로도 충분한 물성을 나타낼 수 있게 제조된 시스템입니다. 이의기교는 유효파장영역이 UV-C에 속하는 200~280nm 의 빛을 조사하여 가교가 진행됩니다. 이에 따라 접착물성은 UV조사량과 코팅 두께에 의해서 조절되며 점착부여수지의 첨가 등으로 추가적인 물성 향상이 가능합니다.

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(1) 에폭시계 접착제
에폭시 수지의 습기경화에 대해서는 아민화합물을 중심으로 검토되고 있으며, 실용적으로는 아직 불충분한 상태입니다. 에폭시 수지의 습기경화제로서는 케티민, 옥사졸리딘3,4 등이 사용되고 있습니다. 키티민의 아민화합물에 1,3-비스아미노메틸시클로헥산을 사용하여, 블록제의 케톤을 카르보닐탄소의 α위치의 알킬기를 변화 시킵니다. 알킬기의 분자량이 커질수록 키티민5의 질소 근방에 입체장해가 생김으로써 저장안정성은 양호해집니다. 또한 습기경화성은 일정 분자량까지는 저하되지 않기 때문에 습기경화성과 저장안정성의 양립이 가능해집니다.

(2) 변성 실리콘계 접착제
변성실리콘 수지는 폴리옥시플로필렌글리콜의 양말단에 디알콕시실릴기를 도입한 것이며, 경화촉매의 선택에 따라 일성분형, 이성분형으로 나눌 수 있습니다. 변성실리콘수지의 특징으로서는 분자량이 큼에도 불구하고 재료의 점도가 낮기 때문에 용제를 사용하지 안아도 접착제로서의 작업성을 확보할 수 있고, 각종 수지와의 상용성도 우수합니다.
습기경화는 주석촉매와 공기중의 수분에 의해 개시됩니다. 즉 변성실리콘의 경화반응은 경화촉매인 주석과 수분이 공존하여야만 합니다. 경화촉매나 수분만의 경우에는 습기경화는 개시되지 않기 때문에 저장 안정성은 양호하다고 할수 있습니다. 변성실리콘의 습기경화반응은 주석촉매의 존재 하에서 수분에 의해 말단의 디메톡시실릴기가 가수분해하여 실라놀기로 되고, 이실라놀기가 다른 실라놀기와 메톡시실릴기와 반응하여 실록산 결합으로 되어 경화합니다.
습기경화 변성 실리콘계 접착제는 촉매의 선택에 따라 습기경화가 비교적 빠르게 할 수 있고, 내후성 내구성, 내열성, 내한성이 우수합니다.
특히 접착성은 각종 피착제에 대하여 양호하기 때문에 논프라이머형 범용 접착제로서 사용되고 있습니다. 또한 변성 실리콘계 접착제는 변성실리콘 수지가 각종 수지와 상용성이 양호하기 때문에 고탄성 에폭시 수지와 병용하는 등 신규 접착제가 개발되고 있으며, 앞으로 전개가 기대되는 접착제입니다.

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여러 가지 플립칩 결함의 예

플립칩 결합에는 많은 다양한 공정들이 사용되는데, 결합 구조의 공통적인 특성은 칩이 기판에 면을 마주하고 놓인다는 것과 칩과 기판과의 연결이 전도성 물질의 범프를 통해 이루어진다는 것입니다. 여러 종류의 플립칩 결합에 대한 개략도를 상기그림에 도시하였습니다.
플립칩 기술은 범프의 재질과 형상 및 접속방식에 따라 다음과 같이 정리될 수 있습니다.

플립칩 솔더링 공정

언더필 주입 과정

(1) 솔더 결합에 의한 플립칩 공정
플립칩 솔더링 공정에서 범핑된 칩은 회로기판에 납땜됩니다. 솔더는 예외는 있지만 일반적으로 기판의 패드 영역에 놓여집니다. 미세 피치에 적용하기 위해 솔더는 전기도금, 솔더 잉크젯 또는 solid solder deposition 등에 의해 놓여집니다. 칩을 액체에 담그거나 기판 위의 솔더 접속영역에 액체를 분사하여 점액을 도포합니다. 거친 피치(>0.4mm)에 적용하는 경우는 스텐실 방법에 의해 솔더 페이스트를 위치시킵니다. 칩의 범프는 점액성 페이스트에 잠기고 오븐 속에서 리플로우 되며, 리플로우 공정 후에는 점액을 씻어냅니다. 칩의 한쪽 또는 양쪽 사이드를 따라 칩과 기판 사이의 모세관 현상을 이용해 점성도가 낮은 에폭시인 언더필 물질을 주입합니다. 끝으로 열을 가해 언더필을 경화시킵니다. 언더필 공정 후에 플립칩 결합을 수리하는 것은 일반적으로 불가능하므로, 리플로우 이후 언더필을 하기 전에 테스트를 수행하여야 합니다. 플립칩 솔더링 공정은 다음과 같은 단계로 이루어집니다.
․다이 준비(테스팅, 범핑, 다이싱)
․기판 준비(flux application 또는 solder paste printing)
․pick, alignment 및 place
․점액 클리닝
․언더필 주입
․언더필 경화

열압축과 열초음파 공정에서의 플립칩 결합의 원리

(2) 열압축에 의한 플립칩 결합
열압축 본딩공정에서는, 칩의 범프가 열과 압력에 의해 기판 위의 패드에 본딩됩니다. 이러한 공정에는 칩 또는 기판 상의 골드 범프와 금이나 알루미늄 등의 본딩 가능한 표면이 요구됩니다. 본딩 온도는 골드 본딩의 경우 재료를 무르게 하고 확산본딩 공정을 촉진시키기 위해 보통 300℃ 정도로 높게 합니다. 본딩 압력은 80㎛ 범프 직경에 대해 1N까지 가할 수 있습니다. 높은 본딩 압력과 온도가 요구되기 때문에, 공정은 알루미나나 실리콘 같은 단단한 기판에 한정되며, 아울러 높은 편평도가 요구됩니다. 평행 배열된 높은 정밀도의 본더가 요구됩니다. 반도체 물질이 조기 손상되는 것을 피하기 위해 본딩 압력을 단계적으로 증가시킬 필요가 있습니다.

(3) 플립칩 열초음파(thermosonic) 결합
열압축 본딩공정은 용접공정을 촉진하기 위하여 초음파를 이용할 경우 보다 효율적으로 될 수 있습니다. 초음파 에너지는 픽업(pick-up) 기구로부터 칩 뒷면을 통해 본딩 영역으로 전달됩니다. 열초음파 본딩은 본딩 물질을 무르게 하고 변형되기 쉽게 만들기 위해 초음파를 사용합니다. 열압축과 비교하여 이 방법은 중요한 장점은 낮은 온도와 짧은 시간으로 본딩이 가능하다는 것입니다. 열초음파 본딩의 문제점 중 하나는 실리콘 구멍이 발생할 수 있다는 것인데, 이는 지나친 초음파 진동에 기인한다고 판단됩니다.

전도성 접착제를 이용한 플립칩 결합의 개략도

(4) 접착제(등방성, 비등방성, 비전도성)를 사용한 플립칩 결합
전도성 접착제가 플립칩 결합에서 주석-납 솔더의 대안으로 사용되기도 합니다. 접착제로 본딩된 플립칩은 얇은 두께와 비용 효율성을 갖습니다. 전도성 접착제는 공정이 용이하고, 경화 온도가 낮으며, 본딩공정후 클리닝이 필요없다는 장점을 갖습니다. 비등방성 전도성 접착제는 미세피치 결합을 가능하게 합니다. 상기그림은 등방성 및 비등방성 접착제(ICAs and ACAs)를 사용한 플립칩 본딩의 개략도입니다. 비전도성 점착제가 플립칩 본딩에 사용되기도 하는데, 이 경우에는 결합 표면이 구성요소와 기판 사이의 접착제에 의해 밀착됩니다.
등방성 전도성 접착제는 모든 방향으로 전도가 가능할 정도의 전도성 입자로 채워진 고분자 합성수지 페이스트입니다. 일반적으로 고분자 합성수지는 에폭시이고 전도성 입자는 은이 됩니다. 비등방성 전도성 접착제는 열가소성 플라스틱 또는 b-stage 에폭시의 페이스트 또는 필름입니다. 이것들은 본딩 전에 모든 방향으로 절연이 될 정도의 금속 입자 또는 금속 코팅된 고분자 구체(sphere)로 채워집니다. 본딩 후에 접착제는 z축 방향으로 전도성을 띠게 됩니다. 금속 입자 또는 고분자의 코팅에는 니켈이나 금이 사용됩니다.

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