JP2012246481A - 半導体封止材組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体封止材組成物は、エポキシ樹脂9.0〜13wt%と、硬化剤6〜7wt%と、硬化触媒剤0.2〜0.3wt%と、カップリング剤、離型剤及び着色剤よりなる群から選ばれた少なくとも1種の添加剤0.60〜0.68wt%と、充填剤79〜84wt%とを含んでなり、前記充填剤はナノグラフェンプレート粉末であることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
特に充填剤としてシリカを用いる理由は、機械的耐久性が強く且つ電気的にも安定しているシリカの特性のためである。ところが、従来の半導体封止材は、半導体をPCB上に実装するとき、200℃以上の高温に晒され、封止材に含有されている水分が気化する。この際、発生した水蒸気の圧力によって半導体封止材にクラックが形成されるという欠点がある。
したがって、前述したように、耐クラック性に優れるうえ、高い熱伝導率を有し、RoHSなどの環境影響評価項目を満足させ、ハロゲン元素がなく且つ難燃性を有する環境調和型半導体封止材の必要性が大きく台頭している。
本発明の実施例に係る充填剤はナノグラフェンプレート粉末である。
本発明の実施例に係るナノグラフェンプレート粉末は、天然鱗状黒鉛を硫酸と過酸化水素(H-2-O2)の組み合わせ、硫酸と過マンガン酸カリウム(KMnO4)の組み合わせ、硫酸とピロ硫酸アンモニウム((NH4)2S2O-8)の組み合わせ、及び硫酸と硝酸のくみあわせよりなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物で処理して黒鉛層間化合物を形成し、これを高温炉で瞬間的に膨張させる段階と、膨張させた黒鉛を水溶液化した後、超音波を用いて膨張黒鉛を層間剥離させる段階によって形成できる。
本発明の実施例に係るナノグラフェンプレート粉末は、5〜40μmの粒径及び/または1〜100nmの厚さを有してもよい。
本発明の実施例に係るナノグラフェンプレート粉末は、400W/mK以上の熱伝導率を有してもよい。
本発明の実施例に係る半導体封止材組成物は、2.0〜5.5W/mKの熱伝導率を示してもよい。
本発明の実施例に係る半導体封止材組成物は、200〜2700J/m2の強靱性を示してもよい。
本発明の実施例に係るエポキシ樹脂は、ビフェニルエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエニルエポキシ樹脂、ビスフェノールエポキシ樹脂、テルペンエポキシ樹脂、アラルキルエポキシ樹脂、多機能性エポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂、及びハロゲン化エポキシ樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物である。
本発明に係る実施例は、説明の目的で例示したものに過ぎず、本発明の保護範囲を限定するものと解釈されてはならない。
次に、膨張させた黒鉛を水溶液化した後、超音波分散器に投入し、超音波を用いて膨張黒鉛を層間剥離した後、粉砕させてナノグラフェンプレートを形成させる。
この際、形成されたナノグラフェンプレートは、見掛け比容積250mL/g以上、厚さ1〜100nm、粒径5〜40μm、熱伝導率400W/mK以上の物理的特性を示す。
ナノグラフェンプレート粉末は、SiC熱分解法またはメタンガスを注入しながら行うCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによって合成方法で製造することができる。
本発明の一実施例で使用したエポキシ樹脂、硬化剤、硬化触媒剤及びカップリング剤は、当業者が一般封止材の製造に使用されている商用化された全ての材料を使用しても構わない。
充填剤としてのナノグラフェンプレートは、見掛け比容積250mL/g以上、厚さ10〜100nm及び粒径5〜40μmに粉砕する。このようなナノグラフェンプレート粉末にエポキシ樹脂、硬化剤、硬化触媒剤及びその他の添加剤をミックス機で混合した後、粉砕して粉末に製造する。前記粉末は、TWO−ROLL MILLを用いて溶融混合して常温まで急冷し、粉砕、押出過程を経て封止材組成物が製造される。
下記表1の実施例は、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化触媒剤、カップリング剤、及び粒径5〜40μmのナノグラフェンプレート微粉末充填剤の組成比である。
硬化剤は、エポキシ樹脂に使用される任意の従来の硬化剤であって、具体的には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、多機能性フェノール樹脂、アラルキルフェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、ジシクロペンタジエニルフェノール樹脂、ナフタレンフェノール樹脂及びハロゲン化フェノール樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物である。前記硬化剤の含量は6〜7wt%である。
硬化触媒剤は、従来の任意の触媒であって、トリフェニルホスフィンなどのホスフィン類やアミン類などを含む。前記硬化触媒剤の含量は0.2〜0.3重量%である。
前記カップリング剤は、ビニルトリエトキシシラン、1,3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、1,3−アミノプロピルエトキシシラン及び1,3−メルカプトプロピルトリメトキシシランよりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物である。
離型剤及び着色剤は、ワックス及びカーボンブラックよりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物である。
このような添加剤の含量は0.6〜0.7重量%である。
前記粉末をTWO−ROLL MILLを用いて溶融混合し、常温まで急冷し、粉砕、押出過程を経て封止材組成物が製造される。
強靱性及び熱伝導率の物性特性を測定した。結果をそれぞれ表2と表3に示す。
一方、表3に示すように、本発明の実施例に係る半導体封止材組成物の熱伝導率が比較例に比べて4倍〜10倍以上に向上することが分かる。
比較例の主成分であるシリカは、熱伝導率が1.38W/mK以下であって、半導体動作の際に発生する熱を効果的に外部へ伝達することができないが、これに対し、本発明の実施例に係るナノグラフェンプレートは、熱伝導率が400W/mK以上であって、熱伝導の面で大きくシリカに比べて優れた性能を示す。
したがって、表2及び表3に示すように、本発明の実施例に係る半導体封止材組成物は、優れた耐クラック性及び熱伝導率を示すから、半導体チップの内部から発生する多量の熱を外部へ迅速に伝達して冷却速度にも優れることが分かる。
Claims (10)
- 半導体封止材組成物において、
エポキシ樹脂9.0〜13wt%と、
硬化剤6〜7wt%と、
硬化触媒剤0.2〜0.3wt%と、
カップリング剤、離型剤及び着色剤よりなる群から選ばれた少なくとも1種の添加剤0.60〜0.68wt%と、
充填剤79〜84wt%とを含んでなり、
前記充填剤はナノグラフェンプレート粉末であることを特徴とする、半導体封止材組成物。 - 前記ナノグラフェンプレート粉末が5〜40μmの粒径を有することを特徴とする、請求項1に記載の半導体封止材組成物。
- 前記ナノグラフェンプレート粉末が1〜100nmの厚さを有することを特徴とする、請求項2に記載の半導体封止材組成物。
- 前記ナノグラフェンプレート粉末が400W/mK以上の熱伝導率を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。
- 熱伝導率が2.0〜5.5W/mKであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。
- 強靱性が常温で200〜2700J/m2であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。
- 前記エポキシ樹脂は、ビフェニルエポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエニルエポキシ樹脂、ビスフェノールエポキシ樹脂、テルペンエポキシ樹脂、アラルキルエポキシ樹脂、多機能性エポキシ樹脂、ナフタレンエポキシ樹脂及びハロゲン化エポキシ樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物であり、
前記硬化剤は、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、多機能性フェノール樹脂、アラルキルフェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、ジシクロペンタジエニルフェノール樹脂、ナフタレンフェノール樹脂及びハロゲン化フェノール樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。 - 前記カップリング剤は、ビニルトリエトキシシラン、1,3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、1,3−アミノプロピルエトキシシラン及び1,3−メルカプトプロピルトリメトキシシランよりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。
- 前記ナノグラフェンプレート粉末は、天然鱗状黒鉛を硫酸と過酸化水素(H2O2)の組み合わせ、硫酸と過マンガン酸カリウム(KMnO4)の組み合わせ、硫酸とピロ硫酸塩アンモニウム((NH4)2S2O8)の組み合わせ、及び硫酸と硝酸の組み合わせよりなる群から選ばれた少なくとも一つの化合物で処理して黒鉛層間化合物を形成し、これを高温炉で瞬間的に膨張させる段階と、
膨張させた黒鉛を水溶液化した後、超音波を用いて膨張黒鉛を層間剥離させる段階によって形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。 - 前記ナノグラフェンプレート粉末がSiC熱分解法またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体封止材組成物。
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