KR0146810B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔더 내열크랙성 및 내습성, 성형성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로써, 하기의 화학구조식[1]로 표시되는 에폭시 수지와 화학구조식[2]로 표시되는 에폭시 수지를 중량비[1]/[2]=8/2-2/8로 혼합한 혼합물을 총 에폭시 양에 대해 20-100중량%포함한 에폭시수지, 경화제, 경화 촉진제, 변성 실리콘 오일 및 무기충전제를 필수성분으로 하며 무기충전제는 전체 조성물에 대하여 82-93중량%첨가하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물

본 발명은 솔더(SOLDER)내열크랙성 및 내습성, 성형성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2종류의 에폭시 수지가 중량비 8/2-2/8로 이루어진 혼합물을 총 에폭시 량에 대해 20-100중량%포함한 에폭시수지, 경화제, 변성 실리콘오일(SILICONE OIL), 무기충전제 및 경화촉진제를 필수성분으로 하며 무기충전제가 조성물 전체에 대해 82중량%-93중량%함유된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

최근 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되고 있으며 이에 따른 배선의 미세화, 다층배선화 및 소자 크기의 대형화가 급속히 진전도고 있다, 한편 반도체 소자를 외부환경으로부터 보호하는 패캐이지(PACKAGE)는, 프린트 기판의 고밀도 실장이라는 관점으로부터 소형·박형화가 이루어지고 있다.

이와 같이 대형소자를 소형·박형패캐이지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 외부환경의 온도변화에 따른 열응력에 기인하여 고장발생의 빈도가 매우 높아지게 된다. 이의 해결책으로서는 현재 밀봉용 성형재료의 저응력화가 강하게 대두되고 있으며, 이의 세부방법으로서는 탄성률을 낮추는 방법과 열팽창계수를 낮추는 방법이 소개되고 있다.

탄성률을 낮추는 방법으로서는, 일본특허 특개소 63-1894에서와 같이 각종 고무성분에 의한 개질이 검토되어 열적 안정성이 우수한 실리콘 중합체를 배합, 개질시킨 에폭시 수지 성형재료가 폭 넓게 사용되어지고 있다, 이 방법에서 실리콘 오일은 성형재료의 기저 수지인 에폭시 수지 및 경화제와 상용성이 없기 때문에 기저 수지중에 미립자로 분산되므로, 내열성을 유지한 채 저탄성률화를 이룰 수 있다.

또한 저 팽창화에 대해서는 열팽창계수가 낮은 무기충전제의 충전양을 늘림으로써, 열팽창계수를 낮추는 방법이 사용되어 왔다. 이 때 무기충전제의 충전양을 증가시키는 것은 에폭시 성형재료의 탄성률이 증가하고 유동성이 저하되는 등의 문제가 발생하기 때문에, 일본특허 소개소 64-11355에서는 구형충전제를 그 입도분포와 입자크기의 조절을 통하여 다량의 충전제로 배합하는 방법이 소개되었다.

상기와 같은 종래 기술을 통하여 에폭시 수지조성물의 특성을 향상시켜 왔으나, 실장기술의 진보, 즉 눈부시게 이루어지는 반도체 소자의 고집적화, 소자크기의 대형화등에 대응하기 위해서는 솔더 내크랙성이 우수한 고 신뢰성의 에폭시 수지조성물이 요구되고 있다, 특히 최근의 전자기기의 고밀도화의 요구로부터 표면 실장형 패캐이지의 적용비율이 증가됨에 따라 실장방법도 양산에 적합한 베이퍼 페이스 솔더(Vaporphase Solder:VPS)또는 IR 리플로우(REFLOW)가 주류를 점하고 있으며 이러한 방법으로 실장할 경우, 높은 온도하의 조건에 의해 패캐이지가 흡습한 상태에서 수분의 폭발적 기화 팽창으로 크랙이 발생하므로 저흡습성을 가진 에폭시 수지 조성물이 요구되고 있다.

본 발명은 상기에 열거한 저탄성률화, 저열팽창화 및 저흡습화를 달성하여 솔더 내열 크랙성이 우수하고 나아가 성형성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구한 결과, 하기 화학 구조식[1]의 에폭시 수지 및 하기 화학구조식[2]의 에폭시 수지를 혼합한 혼합물을 사용하는 경우 솔더 내열크랙성 및 성형성이 우수한 에폭시 수지경화물을 얻을 수 있음을 알고 본 발명은 완성하게 되었다.

즉, 본 발명은

1)화학구조식[1]과 화학구조식[2]의 에폭시 수지의 중량비가[1]/[2]=8/2-2/8로 이루어지는 혼합물(이하 혼합화합물[A]로 칭함)을 총 에폭시량에 대해 20-100중량%포함한 에폭시 수지

2)경화제

3)경화촉진제

4)변성 실리콘 오일 및

5)무기충전제

를 필수성분으로 하고 성분 5)를 조성물 전체에 대해 82중량%-93중량%함유하는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 사용한 성분 1)의 혼합화합물 [A]의 중량비는 (구조식[1])/(구조식[2])의 비율이 8/2-2/8인 것이 적당한데, 만일 중량비가 8/2보다 클 경우에는 내열크랙성이 취약해지고 2/8보다 작을 때는 무기충전제의 충전량을 93중량%까지 충전할 수 없기 때문에 최저 열팽창화를 이룰 수 없게 된다.

혼합화합물 [A]에 있어서 구조식 [1] 및 [2]의 에폭시 수지는 에폭시 당량이 170-200이며 이온성 불순물 함량이 10ppm이하인 고순도의 에폭시 수지이어야 한다. 또한 혼합화합물[A]와 병행하여 사용되는 에폭시 수지는 1분자중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 수지라면 어느 것이나 적용 가능하다. 예를 들면 일반적으로 사용되는 페놀 노블락 수지, 크레졸 노블락 수지, 비스페톨 A, 비스페톨 F등의 디글리시딜에테르, 디사이클로펜타디엔 등을 단독 또는 2종류 이상 병행해서 사용할 수 있지만 내열·내습성의 관점에서 에폭시 당량이 190-210인 올소 크레졸 노블락형 에폭시 수지를 50중량%이상 사용하는 것이 바람직하다.

한편 성분 1)의 혼합화합물 [A]는 총에폭시 량에 대하여 20-100중량%사용하여야 하며 말일 전체 에폭시 수지에서 20중량%미만의 혼합화합물 [A]를 사용할

경우에는 무기 충전제의 충전량에 한계가 있어 저열팽창화를 달성할 수 없고 솔더 내열크랙성이 크게 저하하게 되는 문제점이 생기게 된다.

본 발명의 성분 1)은 전체 조성물에 대하여 4.0-11.0중량%사용한다.

본 발명에 사용된 성분 2)의 경화제로서는 2개 이상의 수산기를 갖고 수산기 당량이 100-200인 통상의 페놀 노블락형수지, 크레졸 노블락형 수지 등이 사용될 수 있으며, 이를 단독 또는 2종류이상 병행하여 사용하는 것이 가능하나, 가격 및 특성의 관점에서 페놀 노블락형 수지를 경화제 전체의 50중량%이상 사용하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지와 경화제의 조성비는 수산기 당량에 대한 에폭시 당량이 0.8-1.2인 것이 바람직하다. 경화제의 사용량은 전체 조성물에 대하여 2.5-6.5중량%사용하는 것이 좋다.

본 발명에 사용된 성분 3)의 경화촉진제는 상기 1)과 2) 성분의 경화반응을 촉진하기 위해 필요한 성분으로, 예를들어 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탈올, 트리스(디메틸아미노메틸) 페놀 등의 3급아민류, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류, 트리페닐포스핀, 디페닐 포스핀, 페틸포핀등의 유기 포스틴류, 테트라 페닐 포스포니움 테트라 페닐 보에이트, 트리페닐 포스핀 테트라 페닐보레이트 등의 테트라 페닐 보론염 등이 있으며 이 중 1종 또는 2종 이상을 병용하여 사용해도 좋으며, 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.1-0.3중량%이다.

본 발명에 사용한 성분 4)의 변성 실리콘 오일로는 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 좋으며 에폭시 관능기를 갖는 실리콘오일, 아민 관능기를 갖는 실리콘 오일 및 카르복실 관능기를 갖는 실리콘 오일 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5-1.5중량%사용할 수 있다. 다만 실리콘 오일은 1.5중량%초과하여 사용시는 표면 오염이 발생하기 쉽고 레진 블리드가 길어질 우려가 있으며 0.5중량%미만으로 사용시에는 충분한 저탄성율을 얻을 수가 없게 된다.

본 발명에 사용된 5)성분의 무기충전제는 그 평균입자 크기가 15-25㎛인 용융 또는 합성실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 충전량은 조성물 전체에 대하여 82-93중량%가 적합하다. 만일 82중량%보다 적은 양을 충전시킬 경우에는 에폭시 수지조성물의 유동성을 좋게 할 수 있으나 저열팽창 계수화를 달성할 수 없으며, 역으로 93중량%보다 많은 양의 무기충전제를 사용하게 되면 열팽창을 저감시킬수 있는 반면 유동성이 저하하여 반도체 소자를 밀봉할 수 없게 된다.

또한 무기충전제로 각상과 구상 실리칼르 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 이 때에는 각상과 구상의 구성 중량비가 7/3-10/0인 혼합형태가 좋으며 특히 고순도의 제품이라야 한다.

일반적으로 각상 실리카는 구상실리카에 비해 유동성이 저하되는 경향이 있으나 구상실리카를 주체로 하는 전체 무기충전제 중의 각상 실리카의 구성비율, 입경 및 입도분포를 조절함으로써, 고유동성을 유지하면서 솔더 내열크랙성을 개선할 수 있다.

또한 본 발명의 성형재료에는 브로모 에폭시, 삼산화 안티몬, 또는 오산화 안티몬 등의 난연제, 고급지방산, 고급지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙 등의 착색제, 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란 등의 커플링제 등을 필요에 따라 사용할 수 있다.

이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시 수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로서는 소정의 배합량의 원재료를 헨셀 믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤 롤밀이나 용융혼련하며 냉각, 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이 사용되고 있다.

본 발명에서 얻어진 에폭시 수지조성물을 사용하여 반도체소자를 밀봉하는 방법으로서는 저압 트랜스터 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 인덱션 성형법이나 캐스팅(CASTING)등의 방법으로도 성형가능하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예1-2]

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지조성물을 제조하기 위해 표1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀 믹서를 이용, 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 제조하였으며, 믹싱 2-롤을 이용하여 110℃에서 6분간 용융혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 에폭시 수지조성물을 제조하였다.

이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지조성물에 대하여 스파이랄 플로우를 측정하였으며 시험편을 제작, 175℃에서 6시간 후경화 시킨 뒤 굴곡강도 및 굴곡탄성율, 열팽창계수를 측정하였다. 또한 160QFP를 성형하여 후경화시킨 후 85℃/85%의 항온 항습기 안에서 24시간, 72시간 흡습시켜 흡습율을 측정하였고, 초음파 탐상장치로 다이 패드 밑면의 계면박리를 관찰하였으며 260℃의 납조 속에서 10초간 담금 뒤, 패캐이지 크랙 발생율을 관찰하였다.

[비교예1-2]

표1에 나타난 바와 같이 각 성분을 주어진 조성대로 평량하여 실시예와 같은 방법으로 에폭시 수지조성물을 제조하였으며, 각 물성의 측정 및 패캐이지 크랙을 관찰하였다.

표1에 나타난 바와 같이 본 발명의 반도체 소자밀봉용 에폭시 수지 조성물은, 솔더내열 크랙성 및 성형성, 내습성이 우수하다는 것은 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 에폭시 수지조성물을 사용할 경우 솔더 내열크랙성이 우수하기 때문에 이것을 이용하는 것으로부터 크랙의 발생을 억제하는 양호한 반도체 소자를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.

Claims (2)

1. 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제, 변성 실리콘 오일, 무기충전제를 필수 성분으로 하여 이루어지는 에폭시 수지조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지는 하기의 화학구조식 [1]로 표시되는 에폭시 수지와 화학구조식 [2]로 표시되는 에폭시 수지가 중량비 [1]/[2]=8/2-2/8로 혼합된 혼합물이 총 에폭시 양에 대해 20-100중량%함유된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서, 무기충전제는 전체 조성물에 대하여 82-93중량%함유된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지조성물.