KR0136373B1 - 성형용 페놀수지 조성물, 이의 제조방법 및 이 조성물로 밀봉된 반도체 장치 - Google Patents

성형용 페놀수지 조성물, 이의 제조방법 및 이 조성물로 밀봉된 반도체 장치

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KR0136373B1
KR0136373B1 KR1019890008022A KR890008022A KR0136373B1 KR 0136373 B1 KR0136373 B1 KR 0136373B1 KR 1019890008022 A KR1019890008022 A KR 1019890008022A KR 890008022 A KR890008022 A KR 890008022A KR 0136373 B1 KR0136373 B1 KR 0136373B1
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마사쯔구 오가타
야스히데 스가와라
마사노리 세가와
히데토시 아베
오사무 호리에
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미다 가쓰시게
가부시기 가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
요꾜야마 료오지
히다찌 가세이 고교 가부시기 가이샤
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Abstract

요약없음

Description

성형용 페놀수지 조성물, 이의 제조방법 및 이 조성물로 밀봉된 반도체 장치
제 1 도는 각종 성형재료(성형품의 형태)가 금선과 알루미늄 전극 사이의 접합부의 고온에서의 접속강도 및 수명에 미치는 영향을 시험한 결과를 나타내는 그래프이고,
제 2 도는 제 1 도의 시험에 사용된 시험장치와 시험편의 단면 개략도이고,
제 3 도는 본 발명 조성물에 사용한 레졸형 페놀수지의 일예의 분자량 분포를 나타내는 겔침투 크로마토그래피이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 실리콘 칩 2 : 금선
3 : 리드 프레임 4 : 은 페이스트
5 : 경화수지 6 : 유리앰플
본 발명은 우수한 접착성, 전기특성 및 내열성을 갖는 경화된 물품을 제공하는, 성형성이 높은 성형용 페놀수지 조성물 및 상기 수지 조성물로 밀봉된 수지 성형형 반도체 장치에 관한 것이다.
전자기기 및 트랜지스터, IC, LST 및 VSLI와 같은 반도체 장치의 외장은 두 종류가 있다. 하나는 금속, 유리, 세라믹 등을 사용하는 헤어메틱 시일(Hermetic seal)형이고 다른 하나는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 사용하는 수지 밀봉형이다.
전자는 기밀성면에서 매우 우수하지만 매우 고가이다. 반대로, 후자는 매우 낮은 값으로 대량생산할 수 있다. 반도체 장치 또는 밀봉형수지 재료의 제조단가가 낮아지고 제조기술이 향상됨에 따라, 최근에는 반도체 제품의 80%이상이, 에폭시수지가 주로 사용되는, 열경화성 수지로 트랜스퍼 성형하여 제조한 수지 성형형으로 되어 있다.
그러나 반도체장치는 해를 거듭할수록 집적화되고, 그에 따라 칩사이즈가 대형화하고 배선의 미세화 및 다층화가 이루어지고 있다. 패케이지 형상에 있어서는 패케이징의 고밀도화 및 자동화의 추세에 따라, 패케이지 크기는 소형 및 박형화되고 또한 패케이지의 형상도 종래의 DIP(Dual Inline Package)로 대표되는 핀 삽입형 패케이지, QFP(Quad Flat Package), SOJ(Small Outlien J-bended Package) 및 PLSCC(Plastic Leaded Chip Carrier)를 포함하는 표면실장형 패케이지로 바뀌고 있다.
집적도의 향상, 패케이지의 사이즈와 형상 및 실장방법의 변화에 따라, 칩의 패케이지의 사이즈와 형상 및 실장방법의 변화에 따라, 칩의 표면은 미세화되고 패케이지의 밀봉수지층은 점차 박형화되고 있다. 더욱이, 핀 삽입형으로부터 표면 실장형으로 이동에 따라 패케이지는 실장시, 이전 보다도 더 고온에 노출되게 되었다.이 때문에, 밀봉장치가 격렬한 온도변화를 받을 때, 반도체 장치의 구성성분(밀봉수지, 칩, 프레임 등)의 열팽창계수의 차로 인해 열응력이 증가하게 되고, 이에 의해 칩 표면에 형성된 밀봉수지, 칩 또는 패시베이션 막이 균열되거나 칩 표면상의 배선이 절단, 단락 또는 위치가 어긋나게 된다. 이에 따라 소자특성의 변화 및 신뢰성의 저하와 같은 문제가 발생하게 된다.
이들 문제는 패케이지의 실장방법이 핀삽입형으로부터 표면 실장형으로 이동함에 따라 더욱 중요시 되었다.
종래의 핀 삽입형 패케이지의 제조방법에 있어서는, 핀을 기판의 관통공(through hole)내에 삽입시키고 기판의 뒷면에서 납땜하였다. 따라서, 기판상의 패케이지 실장 온도는 단지 약 100내지 130℃까지 상승되고 이에 따라 실장시의 열응력에 의해 밀봉품의 신뢰성이 감소되는 문제가 거의 발생하지 않게 된다. 한편, 표면실장형 패케이지의 제조방법에 있어서, 실장은 자외선 리플로우(reflow) 또는 불활성 가스를 사용한 증기의 리플로우 방법으로 수행되며, 이에 의해 모든 패케이지는 200℃이상의 고온에 노출되게 된다.
그 결과, 반도체 장치의 구성 소자간에 열응력 차가 증가되어 칩 표면상에 형성된 밀봉수지, 칩 또는 패시베이션 막이 균열되거나 배선이 절단, 단락 또는 위치가 어긋나게 된다. 따라서, 소자 특성의 변화 및 신뢰성의 저하와 같은 문제가 발생하게 된다.
수지성형형 반도체가 사용가능한 온도는 통상 최고 온도가 약 125℃인 것으로 생각되었으나, 반도체 장치의 용도가 확대됨에 따라 더 높은 온도에서 사용할 수 있는 내열성 수지 성형형 반도체 장치가 요구되게 되었다. 종래의 수지 성형형 반도체는 200℃ 이상의 고온에서 장시간 방치할 경우 금선과 알루미늄 전극 사이의 접합부에 접속불량이 발생하여 소위 고온수명이 짧아진다. 이에 따라, 반도체 밀봉용으로 높은 내열성, 접착성, 저응력성 및 내습성을 갖는 물질이 요구되게 되었다.
통상적인 반도체 밀봉용 성형재료로서는, 페놀 노보락 수지와 산 무수물과 같은 경화제를 포함한 에폭시 수지 성형재료가 광범위하게 사용되었다. 그러나, 내열성의 척도로서 예를 들어 경화물의 유리전이온도를 취하여 보면, 이렇나 에폭시 수지의 내열성은 150 내지 180℃밖에 되지 않아, 상기한 요구조건에 대해 만족스럽지 못하다. 그렇지만, 경화제로서 다기능성 에폭시 수지, 고분자량의 페놀수지 또는 다기능성 산무수물을 사용하면 내열성은 상당히 개선시킬 수 있다.
그러나, 이들 수지 조성물의 경화물은 접착성, 내습성 및 전기특성도 만족스럽지 못하여 전자부품용 재료로서 실용화 할 수 없었다. 에폭시 수지 이외의 내열성 수지로서 예를 들면 폴리이미드 수지와 폴리페닐렌설피드(PPS)가 이미 공지되어 있다. 그리고, 에폭시 수지 성형재료와 비교할 때, 종래의 폴리이미드 수지를 사용한 성형수지는 경화특성, 이형성등이 현저히 나쁘다. 또한 이들은 칩 및 리드프레임에 대한 접착성 및 내습성이 만족스럽지 못하고, PPS는 납땜 내열성이 만족스럽지 못하다. 따라서, 이들 수지는 전자장치용 성형재료로서 여전히 실용화되지 않고 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 접착성, 전기특성 및 내열성이 우수한 경화물을 제공하고, 전자 부품용으로 특히 유용한 고성형성의 페놀수지 조성물, 이 조성물의 제조방법 및 이 조성물을 이용한 수지성형형 반도체 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 레졸형 페놀 수지와 경화속도 조절제를 50:50 내지 95:5의 중량비로 포함하는 성형용페놀 수지 조성물 ; 정제된 수지를 10배량의 120℃의 열수에서 100시간 이상동안 가열시켜 추출시킨 경우, 추출물이 전기전도도 100㎲/㎝이하, pH 4 내지 7 및 할로겐 이온함량 10ppm 이하가 될 때까지 상기한 수지를 정제 처리시킨 성형용페놀 수지 조성물용으로 적합한 레졸형 페놀수지의 제조방법 ;
(A) 정제된 수지를 10배량의 120℃의 열수로 100시간 이상동안 가열시켜 추출시킨 경우, 추출물이 전기전도도가 100㎲/㎝이하, pH 4 내지 7 및 할로겐 이온함량 10ppm 이하가 될 때까지, 산으로 중화하고 이어서 수세하는 것으로 이루어지는 레졸형 페놀수지의 정제 단계와, (B) 상기 레졸형 페놀수지와 경화속도 조절제를 75:25 내지 95:5의중량비로 혼합하여 수지 조성물을 제조하는 단계와, (C) 상기 조성물의 전체 용적에 대해 55 내지 80 용적%로 충전제를 혼합하는 단계와, (D) 생성된 혼합물을 반죽하는 단계와, (E) 반죽된 혼합물을 분쇄하는 단계를 포함하여 이루어지는 성형용페놀 수지 성형 조성물의 제조방법 ; 그리고 상기한 페놀수지 조성물을 경화시켜 수득한 경화물이 제공된다.
본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 이온 불순물의 함량이 많고 전기특성이 나빠 전자부품용 재료로서는 지금까지 실용이 불가능한 것으로 여겨졌던 페놀수지를 고순도화, 전기특성의 개량 및 성형재료로의 적용방법을 광범위하게 연구하였다. 그 결과, 놀랍게도 상기한 페놀수지 조성물이 양호한 성형성, 접착성, 전기특성, 내습성 및 내열성을 갖고 금선과 알루미늄 전극사이의 접합부의 납땜 내열성 및 고온에서 장기간 방치할 때의 강도 및 수명이 우수한 밀봉품을 제공한다는 것을 알게 되어, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 특히 레졸형 페놀수지를 사용함으로써, 난연제를 혼합하지 않고도 난연성 V-O를 달성할 수 있는 우수한 특징이 있다.
본 발명의 조성물에 있어서, 레졸형 페놀 수지와 에폭시 수지로 구성된 수지성분을 10배량의 120℃의 열수에서 100시간이상 추출시킨 경우, 추출물의 전기전도도 100㎲/㎝이하, pH 4 내지 7 및 할로겐 이온의 추출량 10ppm 이하가 될 정도로 이온성불순물의 함량이 낮은 것이 바람직하다. 충전제는 임의적으로 첨가할 수 있다. 충전제는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하기는 무기입상 물질이다. 더욱 바람직하기는 용융실리카, 결정 실리카 및 알루미나에서 선택된 1종 이상의 무기입상 물질로서, 각기 평균 입경 1 내지 30㎲를 갖는 것이다. 특히 바람직하기는 구형 용융실리카이다.
본 발명에 사용된 레졸형 페놀 수지는 분자중에 반응성 메틸을 그룹과 히드록실 그룹을 갖기 때문에, 주로 그 자체에 의해 열-경화될 수 있다. 더구나, 경화제를 사용하지 않을 경우, 경화속도는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지에 비하여 상당히 빠르다. 그러나, 이와 같이 속도가 빠른 경화성 수지를 전자부품의 성형재료, 코팅재료 또는 적층재료용으로 사용할 경우, 재룡의 유동시간이 상당히 짧기 때문에, 특정 형상으로 수지를 성형하거나, 공극이 발생되지 않도록 하거나 또는 인서트에 손상을 주지 않도록 성형하기가 어렵다. 따라서, 본 발명의 경화속도 조절제는 수지의 경화성, 점도, 유동성등을 조절하기 위해 레졸형 페놀과 함께 사용된다. 경화 속도 조절제는 특별히 한정되지 않으나, 에폭시수지가 바람직하다.
레졸형 페놀수지와 경화속도 조절제의 중량비는 50:50 내지 95:5, 바람직하기는 75:25 내지 95:5, 더욱 바람직하게는 75:25 내지 90:10이다.
경화속도 조절제의 배합량을 전체수지 성분에 대해 5 내지 50 중량%로 하는 이유는, 배합량이 5중량 % 미만일 경우, 수지의 경화성, 점도, 유동성 등을 충분히 조절할 수 없는 반면, 50 중량%를 초과하면 내열성(또는 고온특성), 난연성등과 같은 레졸형 페놀수지가 본래 가지고 있는 우수한 특성이 저하되게 된다.
본 발명의 레졸형 페놀수지는 페놀 또는 크레졸과 같은 페놀을 암모니아, 헥사민 및 아민과 같은 염기촉매 존재하에 포름알데히드와 축합시켜 합성한 수지이다. 반응에 있어서는 미반응된 출발물질의 양이 감소되기에 충분히 긴 시간동안 반응을 수행하는 것이 바람직하다. 또한 분자량은 생성된 수지의 경화성 및 유동성면에서 적절히 큰 것이 바람직하다. 또한 미반응된 출발물질과 이온성 불순물을 제거하기 위해 반응 생성물을 산으로 중화시킨 후, 바람직하기는 수세하거나 스팀증류로 처리하고, 이어서 감압하에서 완전히 건조시키거나, 또는 경우에 따라, 이온 교환수지, 이온교환체등으로 처리하는 것이다. 본 발명에서 언급된 에폭시 수지는 다음과 같은 기를 함유하는 합성수지 그룹이다.
Figure kpo00001
(여기서 n은 0 내지 9이다). 이것은 예를 들면, 비스페놀 A 또는 페놀 노보락 수지를 에피클로로히드린과 축합시켜 수득된 수지이다. 상기한 에폭시 수지에 있어서도, 반응 생성물은 미반응된 출발물질과 이온성 불순물을 완전히 제거시키는 것이 바람직하다. 이들 수지 성분중에 함유된 이온성 불순물은 매우 다양하기 때문에, 각 불순물의 허용량을 규정하기는 어렵다. 그러나, 수지 성분을 10배량의 120℃의 열수에서 100시간 이상 추출시킨 경우, 추출물의 전기전도도가 100㎲/㎝이하, pH 4 내지 7 이고 추출된 할로겐 이온함량이 10ppm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 조성물은 경화물의 열팽창계수, 열전도율, 탄성률 등을 개선시키기 위해, 무기 충전제를 혼합할 수 있다. 통상, 충전제는 조성물의 전체용적에 대해 55 내지 80용적%, 바람직하기는 50 내지 70용적% 범위로 사용된다. 그 이유는 충전제의 혼합비율이 55용적% 미만인 경우, 상기한 특성을 충분히 개선하기가 어렵고, 비율이 80용적%를 초과하는 경우, 생성물질의 점도가 현저히 증가하고 유동성이 저하되는 경향이 있기 때문이다. 무기충전제의 종류는 별문제가 안되며, 여러 종류의 화합물이 사용된다. 그러나, 전자부품 재료에서는 열적 및 화학적으로 안정한 충전제를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 1종이상의 무기 입상물질은 용융실리카, 결정실리카 및 알루미나 실리카중에서 선택하는 것이 바람직하다. 특히, 구형용융실리카가 가장 바람직하다. 그 이유는 최근 공업적으로 양산되고 있으며, 그 자체의 열팽창계수가 작을 뿐만 아니라 수지와 혼합시, 생성물의 점도는 약간 상승하고 유동성은 감소되기 때문이다. 이들 충전제는 평균 입경 1 내지 30㎛의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 평균입경이 1㎛미만이면 수지조성물의 점도가 증가하고 유동성이 현저히 감소되는 경향이 있기 때문이다. 반면에, 평균입경이 30㎛을 초과하면, 수지 조성물은 성형시 충전제로부터 분리가 일어나기 쉽고, 그 결과 경화물이 비균질화되어 경화물의 물리적 특성이 변화되거나, 또는 좁은 간극으로의 충전성이 나빠지기 때문이다.
본 발명의 조성물에 있어서, 상기한 첨가제 이외의 다른 첨가제를 필요에 따라 사용할 수 있다. 상기한 첨가제는 수지의 경화반응을 촉진하기 위한 경화촉매, 경화물의 강인화나 저탄성률화를 위한 가요제, 수지성분과 충전제으 접착력을 증진시키기 위한 커플링제, 착색을 위한 염료 또는 안료 및 주형으로부터 경화물의 이형성을 개량하기 위한 이형제를 포함하며, 본 발명의 목적을 손상하지 않는 범위내에서 수요할 수 있다.
상기한 충전제 또는 각 첨가제에 이온성 불순물이 다량 함유한 경우, 최종 생성물의 신뢰성은 수지 성분의 경우에서 감소된 만큼 크게 감소된다. 따라서, 이들 각 첨가제에 있어서도, 10량의 120℃의 열수로 100시간 이상동안 가열시켜 추출시킨 경우, 추출물이 전기전도도가 100㎲/㎝이하, pH 4 내지 7이고 추출된 할로겐 이온함량이 10ppm 이하인 것이 바람직하다.
이와 같은 이온성 불순물이 최종제품의 신뢰성에 미치는 역효과를 감소시키기 위하여, 이온교환수지 또는 이온교환체의 미세입자를 수지조성물에 직접 첨가할 수 있다. 특히 바람직하기는 안티몬 또는 비스무트의 수산화물 및 함수산화물, 인 안티몬산, 안티몬산 지르코늄, 안티몬산 티타늄, 안티몬산 주석, 안티몬산 크롬 및 안티몬산 탄탈륨과 같은 소위 무기 이온교환체이다. 이온 교환수지 또는 이온 교환체의 미립자를 직접 수지조성물 100중량부에 대해 5중량 %이하, 바람직하기는 0.01 내지 5 중량부, 더욱 바람직하기는 0.1 내지 1 중량부 혼합할 수 있다. 이에 의해 수지 밀봉형 반도체의 내습성시험에서 알루미늄 배선 및 전극의 부식과 단선이 방지되고, 수지밀봉형 반도체의 고온방지시험에서 금선-알루미늄 전극 접합부의 접속불량이 방지되는 현저한 효과를 얻을 수 있었다.
본 발명의 에폭시 변성 페놀수지가 종래의 성형용 수지와 비교했을 때 바람직한 전기특성과 기타의 특성을 나타내는 것은 고도의 정제에 의해 이온성 불순물이 제거되었기 때문인 것으로 생각된다. 난연성 V-O를 얻게 된 것은 페놀 수지성분 그 자체에 기인한 것으로 생각된다.
본 조성물에서 사용된 레졸형 페놀 수지의 제조 및 정제 방법의 일실시예를 하기에 나타낸다.
제조예 1
레졸형 페놀 수지의 합성 - 3ℓ의 플라스크에 페놀 500g, 30% 포르말린 550g 및 25% 암모니아수 25g을 넣고, 혼합물을 교반하면서 서서히 가열시키고, 90℃에서 60분동안 가열시킨 후, 플라스크의 내부압력을 20㎜Hg로 감압하여 축합수와 미반응된 성분을 제거시켰다.
이어서, 반응 생성물 500g을 다른 3ℓ용량의 플라스크에 넣고, 여기에 이온교환수 1ℓ를 첨가한 후, 혼합물을 90℃에서 15분동안 격렬히 교반시켰다.
냉각한 후, 상부의 액상층을 제거하고, 이온교환수 1ℓ를 잔류 하부층에 다시 첨가하고, 혼합물을 70℃에서 15분동안 격렬하게 교반시킨 후, 냉각하고 상부 액상층을 제거하였다.
상기 조작을 5회 반복한 후, 반응 생성물을 감압하에 90℃까지 가열하여 수분을 제거하여 레졸형 페놀수지를 수득하였다.
상기 레졸형 페놀수지의 융점 및 경화특성을 표 1에 나타내었다. 다시, 이온교환수 50g을 레졸형 페놀수지 5g에 첨가하고 120℃에서 120시간동안 가열하였다. 또한 상기한 가열 후의 물의 pH와 전기전도도 및 추출된 이온불순물의 이온교환 크로마토그래피에 의한 분석결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure kpo00002
주) * : 수지중의 농도로 계산함.
다시, 분자량 분포를 겔 침투 크로마토그래피에 의해 측정하였다. 그 결과는 보유시간(횡축)과 상대강도(종축)의 관계를 그래프로 제3도에 나타내었다.
이들 결과로 정제된 레졸형 페놀수지가 이온성 불순물을 단지 매우 소량으로 함유하고 있음을 알 수 있다.
또한, 제 3 도로부터 반응 생성물은 주로 2개이상의 다핵 성분을 포함하고 미반응된 저분자량 성분을 소량 함유하고 있음을 분명히 알 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 1-3
수지 성분으로서 상기한 방법으로 정제한 레졸형 페놀수지와 비스페놀 A형 에폭시수지를, 충전제로서 평균입경 15㎛인 구형 용융실리카를, 커플링제로서 에폭시실란을, 이형제로서 몬탄산 에스테르 왁스를, 그리고 착색제로서 카본블랙을 사용하여 하기 표 2에 나타낸 배합비로 성형재료를 제조하였다. 각 출발물질을 2-축롤을 사용하여 롤 표면온도 약 60 내지 75℃에서 약 10분동안 반죽하였다.
비교예 1-3
상기와 동일한 방법으로, 상기 실시예와 동일한 출발물질을 사용하여 표 2에 나타낸 혼합비로 3종류의 성형재료를 제조하였다.
비교예 4
수지 성분으로서 미정제된 레졸형 페놀수지(연화점 : 60℃, 겔화시간 : 30초 ; 120℃에서 120시간 추출후의 액상 추출물의 pH 9.5, 전기전도도 4500㎲/㎝ 및 추출된 C1 이온함량 1450ppm을 사용하여 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 2와 동일한 혼합비의 성형재료를 제조하였다.
비교예 5
수지 성분으로서 o-크레졸 노보락형 에폭시수지(에폭시당량 : 195, 연화점 : 75 내지 80℃) 90중량부와 브롬화 비스페놀 A형 에폭시수지(에폭시당량 : 394, 연화점 : 65℃) 10중량부, 경화제로서 페놀 노보락수지(히드록실 당량 106, 경화온도 : 65℃) 55중량부, 경화촉진제로서 트리페닐포스핀 1.0중량부, 충전제로서 평균입경 15㎛의 구형 용융실리카 470중량부, 난연조제로서 삼산화안티몬 10중량부, 커플링제로서 에폭시실란 3.0중량부, 이형제로서 몬탄산 에스테르 왁스 1.0중량부 및 착색제로서 카본블랙 1.0중량부를 2-축 롤을 사용하여 상기 실시예에서와 동일한 방벙으로 반축하여 성형재료를 제조하였다.
비교예 6
수지 성분으로서 o-크레졸 노보락형 에폭시수지(에폭시당량 : 195, 연화점 : 75 내지 80℃) 100중량부와 경화제로서 페놀 노보락 수지(히드록실당량 : 106, 연화점 : 65℃)58중량부, 경화촉진제로서 트리페닐포스핀 1.0중량부, 충전제로서 평균입경 15㎛의 구형 용융실리카 480중량부, 커플링제로서 에폭시 실란 3.0중량부, 이형제로서 몬탄산 에스테르 왁스 1.0중량부 및 착색제로서 카본블랙 1.0중량부를 2-축 롤을 사용하여 혼련시켜 상기 실시예와 동일한 방법으로 비-난연형 에폭시 수지 성형재료를 제조하였다.
이와 같이 수득된 각 성형재료의 성형성을 170℃에서 시험하였다. 별도로, 성형온도 170℃, 성형압력 70㎏/㎠ 및 성형시간 90초에서 성형시킨 후, 180℃에서 15시간동안 후경화시켰다. 성형물의 여러 특성를 시험하였다.
다시, 성형물을 100-메쉬체를 통과할 수 있도록 분쇄시킨 후, 이온교환수 50g을 얻어진 분말 5g에 첨가하고, 혼합물을 120℃에서 120시간동안 가열한 후, 얻어진 물의 pH 및 전기전도도에 대해 시험하고 추출된 이온성 불순물을 분석하였다. 이들 시험결과를 표 2에 나타내었다. 표중 접착성은 두께 0.25㎜와 폭 5㎜의 42합금시료의 팁을 각 성형재료(밀봉부 : 10㎜)로 밀봉하고 드로잉 테스트를 행하여 얻은 값이다.
[표 2]
Figure kpo00003
주) * 미정제된 레졸형 페놀수지를 사용함.
** 약 62용적 %에 상당함.
*** 42 합금(두께 0.25㎜, 폭 5㎜) 밀봉품(미봉부 100㎜)의 드로잉 강도를 나타냄.
또한, 본 발명의 성형재료를 전자부품에 사용하는 경우, 반도체소자의 알루미늄 전극과 금선-알루미늄 전극 접합부의 부식 및 접속 신뢰성에 미치는 영향을 조사하기 위해 하기와 같은 시험을 하였다. 제 2 도에 나타낸 바와 같이, 내경 30㎜ 및 길이 150㎜의 유리 앰플중에 각 성형품과 금선을 벗긴 소자를 함게 넣고, 이들을 230℃에서 가열하여 이동안 금과 알루미뉴의 접합강도의 경시변화를 측정하였다. 그 결과를 제 1 도에 나타내었다.
즉, 제 1 도는 각 성형재료(성형품의 형태)가 금선과 알루미늄 전극 접합부의 고온에서의 접속강도 및 수명에 미치는 영향을 시험한 결과를 나타내는 그래프이다.
제 2 도는 제 1 도의 시험방법에 사용된 시험장치와 시험편의 단면 개략도이다. 제2도중, 번호 1은 실리콘 칩, 2는 금선, 3은 리드 프레임, 4는 은 페이스트(접착제), 5는 경화수지(성형폼) 및 6은 유리앰플이다.
표 2로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 수지성분으로서 레졸형 페놀수지를 단독으로 사용한 비교예 1의 성형재료는 용융점도가 높고 성형성이 매우 나쁜데 반해, 에폭시 수지를 함유한 본 발명의 실시예 1 내지 3의 성형재료는 성형성이 양호할 뿐만 아니라 성형품으로서 양호한 고온특성을 나타낸다. 그러나, 비교예 2와 3과 같이 에폭시수지의 배합량을 증가시키면 성형품의 고온물성이 비교예 5와 6에 나타낸 에폭시수지 성형재료와 같이 저하하고, 더욱이 성형품의 난연성이 저하하여 UL 규격의 난연 등급 V-O를 만족시킬 수 없게 된다. 더욱이, 성형품을 분쇄하여 측정한 추출물의 특성은 레졸형 페놀수지를 정제시킨 후 사용할 경우, pH는 중성 내지 약산성을 나타내며, 전기 전도도는 낮고 또한 추출된 할로겐 이온량도 낮아진다.
또한 42합금에 대한 접착특성은 종래의 에폭시 수지 성형재료와 비교할 때 실질적으로 양호하다.
제 1 도는 본 발명의 가장 중요한 특징중 하나를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 성형품은 알루미늄 전극의 부식 및 금선-알루미늄 접합부의 접속 신뢰성에 미치는 영향이 극히 적다. 부식이나 신뢰성의 저하에 미치는 이와 같은 현상은 일반적으로 성형재료에 난연제로서 혼합한 브롬화 화합물의 열분해 생성물의 영향 때문인 것으로 생각된다. 이것은 비교예 5와 비교예 6의 비교에서 입증되었다. 본 발명의 성형재료는 이와 같은 난연제를 혼합하지 않아도 난연성이 매우 높기 때문에 상기한 바와 같이 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
실시예 4
상기에서 수득된 각 성형재료를 사용하여 반도체 소자를 밀봉하고 각 신뢰성을 평가하였다. 사용된 반도체 소자는 표면에 알루미늄 배선이 되어 있고, 칩 크기 6×8㎡인 칩을 페이스트로 리드프레임의 탭에 접착시켜 칩상의 알루미늄 전극과 리드프레임이 금선과 전기적으로 접속되게 하였다. 크기 15×20㎜와 두께2㎜인 패케이지의 거의 중심에 위치하도록 반도체 소자를 밀봉하였다. 밀봉은 트랜스퍼 성형기를 사용하여 행하였다. 성형은 성형온도 170℃, 성형압력 70㎏/㎠ 및 성형시간 1.5분의 조건하에서 수행하였다. 이후, 성형품을 170℃에서 15시간동안 후경화시켰다.
이와 같이 하여 수득된 밀봉품을 121℃ 및 2 기압에서 압력 쿠거시험(PCP)을 행하여 알루미늄 배선의 부식 및 불량발생 시간을 조사하였다. 다시, 밀봉품을 225℃의 고온 조 중에 방치시켜 금선과 알루미늄 배선 접합부의 접속불량 발생시간을 조사하였다. 더욱이, 밀봉품을 65℃에서 150초동안 중기 리플로우 조에서 가열시켜 패케이지 크랙의 발생을 조사하였다. 이들 시험결과를 표 3에 나타내었다.
표 2 및 3으로부터, 본 발명의 각 성형품의 특성은 종래 성형품과 비교하여 매우 우수한 특성을 가진 것이 명확하다.
[표 3]
Figure kpo00004
주) *1) 121℃ 및 2기압 수증기중에 있어서의 내습성 시험
*2) 225℃의 고온조중에 있어서의 방치시험
*3) 65℃ 및 95% 상대습도에서 168시간 방치한 후 215℃의 증기 리플로우조중에서 150초 가열한 경우 패케이지의 크랙 발생률
(표중 각 수치는 전시료에 대한 불량시료수를 나타냄)
실시예 5 및 6
수지성분으로서 상기 제조예 1L에서 제조한 레졸형 페놀수지 100중량부에 대해, 이온교환체로서 안티몬계(IXE-300, mfd. by Toagosei Chemical Industry Co., Ltd. 제품). 비스무트계(IXE-500, 상기와 동사 제품), 또는 양자 혼합계(IXE-600, 상기와 동사 제품)의 무기이온 교환체, 충전제로서 평균입경 15㎛의 구형 용융실리카, 이형제로서 몬탄산 에스테르 왁스 및 착색제로서 카본블랙을 표 4 에 나타낸 각 혼합비를 사용하여 성형재료를 제조하였다. 각 출발물질을 직경 20인치의 2-축 롤을 사용하여 롤 표면온도 약 60℃에서 10분간 반죽하였다.
실시예 7
실시예 5에서와 동일하게, 에폭시 수지 20중량부를 혼합하여 성형재료를 제조하였다. 단 이 경우, 이온성 불순물 포착제는 혼합하지 않았다.
실시예 8
통상의 미정제 레졸형 페놀수지(120℃에서 120시간 추출한 후의 추출액은 pH 9.5, 전기전도도 4500㎲/㎝ 및 추출된 C1 이온함량 1540ppm임)를 사용하여 표 4에 나타낸 혼합비에 따라 성형재료를 제조하였다.
상기 실시예 5와 6 및 비교예 7과 8의 성형재료로 표 1 내지 3에서와 동일한 방법으로 각종 시함을 행하였다. 시험결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4]
Figure kpo00005
상기한 바와 같이, 본 발명의 수지 조성물은 내열성, 난연성 및 전기특성이 우수하고 낮은 이온성 불순물 함량이 요구되는 전자부품용 성형재료로서 유용하다.
또한, 본 발명의 수지 성형형 반도체 장치는 내습신뢰성, 금선-알루미늄의 접합의 접속신뢰성 및 흡습된 상태에서 납땜-실장된 경우의 패케이지의 내크랙성과 같은 특성이 우수하다. 따라서, 본 발명은 고신뢰서으의 반도체 장치를 제공할 수 있다.

Claims (23)

  1. 레졸형 페놀수지와 경화속도 조절제를 50:50 내지 95:5의 중량비로 함유한 수지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 성형용페놀 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기한 경화속도 조절제가 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기한 레졸형 페놀수지 대 경화속도 조절제의 중량비가 75:25 내지 95:5인 것을 특징으로 하는 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 레졸형 페놀수지는, 산으로 중화한 후 수세하는 단계를 통하여 정제된 것으로, 상기 정제된 수지는 10배량의 120℃ 열수로 100시간 이상 가열하여 추출하는 경우, 추출물의 전기전도도가 100㎲/㎝이하, pH가 4내지 7 및 할로겐 이온함량 10ppm 이하가 될 때까지 정제된 것임을 특징으로 하는 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기한 조성물이 전체 용적에 대해 55내지 80용적%의 충전제를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기한 충전제가 무기 입상물질인 것을 특징으로 하는 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기한 수지성분이, 10배량의 120℃ 열수로 100시간 이상 가열하여 추출하는 경우, 추출물의 전기전도도가 100㎲/㎝이하, pH가 4내지 7, 그리고 할로겐 이온함량이 10ppm 이하인 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기한 조성물이 수지성분 100중량부에 대해 5중량부 이하의 무기 이온교환체를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기한 조성물이 전체 용적에 대해 55내지 80용적 %의 충전제를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기한 조성물이 전체 용적에 대해 55 내지 80용적 %의 충전제를 함유하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기한 충전제가 무기 입상물질인 것을 특징으로 하는 조성물.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기한 충전제가 무기 입상물질인 것을 특징으로 하는 조성물.
  13. 제 6 항에 있어서, 상기한 무기입상물질이 각기 평균입경 1-30㎛인 용융실리카, 결정실리카 및 알루미나중에서 선택된 1종이상의 것임을 특징으로 하는 조성물.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기한 무기입상물질이 각기 평균입경 1내지 30㎛인 용융실리카, 결정실리카 및 알루미나중에서 선택된 1종이상의 것임을 특징으로 하는 조성물.
  15. 제 12항에 있어서, 상기한 무기입상물질이 각기 평균입경 1내지 30㎛인 용융실리카, 결정실리카 및 알루미나중에서 선택된 1종이상의 것임을 특징으로 하는 조성물.
  16. 레졸형 페놀수지가 10배량의 120℃의 열수로 100시간 이상동안 가열시켜 추출시킨 경우, 추출물의 전기 전도도가 100㎲/㎝이하, pH가 4 내지 7 이고 할로겐이온함량이 10ppm 이하일 때까지 정제 처리시킨 페놀수지 조성물용으로 적합한 레졸형 페놀수지의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기한 정제를 산으로 중화시키고 이어서 수세를 행하는 제조방법.
  18. (A) 정제된 수지를 10배량의 120℃의 열수로 100시간 이상동안 가열시켜 추출시킨 경우, 추출물의 전기 전도도가 100㎲/㎝이하, pH가 4 내지 7 이고 할로겐 이온함량이 10ppm 이하가 될 때까지 산으로 중화시키고 이어서 수세하는 것으로 이루어지는 레졸형 페놀수지의 정제단계와,
    (B) 상기 레졸형 페놀수지와 경화속도 조절제를 75:25 내지 95:5의 중량비로 혼합하여 수지조성물을 제조하는 단계와,
    (C) 상기 조성물의 전체 용적에 대해 55 내지 80용적%로 충전제를 혼합하는 단계와,
    (D) 생성된 혼합물을 반죽하는 단계와,
    (E) 반죽된 혼합물을 분쇄하는 단계를 포함하여 이루어지는 성형용페놀 수지조성물의 제조방법.
  19. 제 1 항에 따른 성형용페놀 수지 조성물로 밀봉된 수지성형형 전자기기.
  20. 제 1 항에 따른 성형용페놀 수지 조성물로 트랜스퍼 성형된 수지 성형형 전자기기.
  21. 제 1 항에 따른 성형용페놀 수지 조성물로 밀봉된 수지성형형 반도체 장치.
  22. 제 1 항에 따른 페놀수지 조성물을 경화시켜 수득한 경화물.
  23. 제 22 항에 있어서, 10배량의 120℃의 열수로 100시간 이상동안 가열시켜 추출시킨 경우, 추출물의 전기 전도도가 100㎲/㎝이하, pH가 4 내지 7 이고 할로겐 이온함량이 10ppm 이하인 경화물.
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