KR0172662B1

KR0172662B1 - 반도체 소자 밀봉용 고기능 에폭시수지의 제조방법

Info

Publication number: KR0172662B1
Application number: KR1019960010883A
Authority: KR
Inventors: 김환건; 이병원; 이지윤
Original assignee: 채오병; 제일모직주식회사
Priority date: 1991-11-30
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 1999-03-30
Also published as: KR960010306B1; KR930010116A

Abstract

본 발명은 반도체소자 밀봉용 고기능 에폭시수지의 제조방법에 관한 것으로서, 하기 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지를 비극성 유기용매에 녹이고 소량의 벤조일피록사이드 촉매를 가하여 교반하면서 1-브로모-2, 5-피롤리딘디완(C H Br NO)을 적하하여 하기 구조식(Ⅲ)의 브롬이 치환된 에폭시수지를 수득하고, 이것을 디에틸에테르 또는 테트라하이드로푸란에 마그네슘과 함께 녹이고 O-메틸하이드록실아민을 넣고 교반하여 아민그룹이 치환된 하기 구조식(Ⅳ)의 에폭시수지를 수득한 후, 하기 구조식(Ⅴ)의 말레이미드와 함께 DMF에 녹여 수시간 반응시켜 수득하는 것을 특징으로 한 일반식(Ⅰ)의 반도체소자 밀봉용 고기능 에폭시수지의 제조방법을 제공하는 것이다.

(여기에서 R₁, R₂는H 또는 기이고, n은 (CH₂)nCH₃기이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)

Description

반도체 소자 밀봉용 고기능 에폭시수지의 제조방법

본 발명은 반도체의 대용량화 및 패키지의 소형, 박형화에 따라 반도체 소자 밀봉용 수지조성물에 요구하는 저응력화, 고내열화, 고내습성화를 실현하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지의 제조방법에 관한 것이다.

IC와 LSI패키지는 전기, 전자부품 및 세트가 소형, 박형화됨에 따라 매우 급속하게 다양화되고 있다. 특히 칩의 크기는 점점 커짐에도 불구하고 패키지는 점점 박형화, 소형화되고 높은 핀수를 가지는 패키지는 변화하고 있다. 실장방식도 표면실장 방식으로 변화되고 있으며, 최근에는 두께 1mm정도의 TSOJ(Thin Small Out-line J-Bend Package)가 등장, 실현되고 있다. 이것은 SOJ(Small Out-line J-Bend Package )/QFP(Quad Flat Package)와 TAB(Tape Automated Bonding)방식 사이의 중간단계 형태로서 향후 기억소자 분야의 주된 형태로 사용될 전망이다. 이러한 패키지의 변화에 대응하여 반도체소자 밀봉용 수지조성물도 또한 종래의 기술보다 더 엄격한 저응력화, 고내열화 및 고내습성화를 동시에 요구하고 있다.

종래의 저응력화 기술로서는 내부응력을 감소시키기 위해 변성 실리콘 오일이나 CTBN과 같은 가소성부여제를 첨가하는 방법과(일본공개특허 소63-230725, 62-7723, 62-106920, 62-260817) 충진제의 양을 증가시켜 열팽창계수를 낮추는 방법(일본공개특허 소62-106920)등이 알려져 있으나 상기의 방법들은 각각 내열성의 저하와 성형성 및 제조시의 설비의 마모등 제조상의 심각한 문제를 야기시키고 있다. 한편, 내열성을 향상시키기 위해서는 다기능 에폭시수지의 사용(일본공개특허 소62-477, 소62-7723, 소62-7913)과 내열성이 우수한 비스말레이미드의 사용(일본공개특허 소54-142298, 소58-215452)등이 알려져 있으나 이 기술 역시 유리전이온도 상승에 따른 내습성의 저하가 큰 문제로 대두되고 있다.

따라서 본 발명은 초박형 고집적 IC밀봉에 적합하도록 내습성, 내열성 및 저응력화 부여가 가능한 고기능 에폭시수지의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 하기 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지를 비극성 유기용매에 녹이고 소량의 벤조일피록사이드 촉매를 가하여 교반하면서 1-브로모-2, 5-피롤리딘디완(C₄H₄Br NO₂)을 적하하여 하기 구조식(Ⅲ)의 브롬이 치환된 에폭시수지를 수득하고, 이것을 디에틸에테르 또는 테트라하이드로푸란에 마그네슘과 함께 녹이고 O-메틸하이드록실아민을 넣고 교반하여 아민그룹이 치환된 하기 구조식(Ⅳ)의 에폭시수지를 수득한 후, 하기 구조식(Ⅴ)의 말레이미드와 함께 DMF에 녹여 수시간 반응시켜 수득하는 것을 특징으로 한 일반식(Ⅰ)의 반도체소자 밀봉용 고기능 에폭시수지의 제조방법을 제공하는 것이다.

(여기에서, R₁,R₂는 H 또는 (CH₂)_nCN₃기이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)

(여기에서 R₁, R₂는 H 또는, n은 (CH₂)nCH₃기이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)

본 발명의 제조방법을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉, 드롭핑펀넬(dropping funnel)과 리플럭스 콘덴사(reflux condenser)를 장치한 라운드보텀플라스크에 하기 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지(일본화학제품)와 비극성 유기용매(CCl₄또는 C₂H₄Cl₂)를 넣고 교반하여 녹이고 에폭시수지에 대해 0.1~1중량%의 벤조일피록사이드(Aldrich사 제품)를 촉매로 넣고 충분히 교반하면서 NBS(1-bromo-2, 5-pyrrolidinedione : Aldrich사 제품)를 한방울씩 적하하여 넣은후 2~6시간 리플럭스한다. 여기에서 수득된 하기 구조식(Ⅲ)의 Br 치환 에폭시수지를 잘 건조된 디에틸에테르 또는 THF (tetrahydrofuran)에 녹이고 마그네슘을 넣어 다 녹인 것을 확인한 후 O-메틸하이드록실아민(CN₃ONH₂: Aldrich사 제품)을 넣고 따뜻한 상태에서 4~8시간 교반반응시킨다.

이어서 이렇게 하여 얻은 아민그룹이 치환된 하기구조식(Ⅳ)의 에폭시수지를 하기구조식(Ⅴ)의 말레이미드(미스비시유화 제품)와 함께 DMF에 녹여 리플럭스시키며 수시간 반응하여 최종적으로 본 발명의 일반식(Ⅰ)의 고기능성 에폭시수지를 수득하게 된다.

본 발명방법에 의해 제조되는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 올소-크레졸노블락형 에폭시수지와 상기 일반식(Ⅰ)의 고기능 에폭시수지를 혼합한 에폭시 수지성분을 기본으로 하고, 페놀노블락형 경화제, 그리고 유기 포스핀계 화합물인 트라이페닐포스핀을 경화촉진제로 첨가하였으며, 또한 충진제로서는 고순도 용융실리카를, 개질제로는 에폭시변성실리콘오일을 첨가하며, 기타 이형제, 착색제, 그리고 유기 및 무기난연제등을 첨가하여 조성될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의해 제조될 수 있는 바람직한 조성예를 정리하면 다음과 같다.

본 발명에서의 수지 조성물은 상기와 같은 조성으로 하는 것이 가장 좋은데, 본 발명에서 사용하는 에폭시수지로서는 내열성이 우수한 올소크레졸노블락형 수지를 사용하며, 특히 에폭시 당량이 190-220이고, 불순물의 함량이 10ppm 이하인 고순도 에폭시수지이어야 한다. 또한, 경화제로는 페놀노블락형 수지를 사용하는데, 연화점이 80-100℃ 이어야 하고, 하이드록실 당량이 100-120이며, 역시 불순물의 함량이 10ppm 이하인 수지를 사용해야 한다.

한편, 본 발명의 일반식 (I)의 고기능성 에폭시 수지를 이용한 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물은 이미드-에폭시로서 전체 수지조성물에 대해 0.1-20.0중량%, 좋기로는 1.0-10.0중량%로 사용하는 것이좋다.

만일 그 사용량이 0.1중량% 미만이면 내열효과 및 내습효과가 없으며, 20중량%가 넘게되면 레진블리드 및 금형오염등의 현상이 나타나 성형성이 저하되고 겔화시간 및 후경화시의 조건에 많은 문제를 야기시킨다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 충진제로서는 고순도 용융실리카를 사용하며, 입자크기가 10㎛-30㎛범위를 사용하는 것이 좋다. 또한, 경화촉진제로는 통상 아민류, 이미드졸유도체 및 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀계 화합물로서 트리페놀포스핀이, 이미다졸 유도체로서는 2-메틸이미다졸, 2-메틸-에틸이미다졸등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 무기충진제의 표면처리에 사용하는 커플링제로서는 실란계 커플링제가 사용되는데, 특히 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 가장 좋다. 또한 가소성부여제로서는 통상적으로 실리콘고무나 에폭시변성실리콘오일을 사용하는데, 반도체의 고집적화에 따라 상용성을 증가시키기 위해서 본 발명에 사용된 가소성부여제는 페놀노블락수지와 에폭시변성실리콘오일의 어덕트를 사용하였다.

그외의 이형제로서는 카르나우바왁스나 몬탄왁스를 0.1-1.0중량%로, 착색제로는 카본블랙을 0.1-0.5중량%를 각각 사용하며, 유기난연제로는 브롬화 에폭시수지를, 무기난연제로는 삼산화안티몬을 사용하였다.

상기와 같은 본 발명의 조성물을 만들기 위하여 면저 무기충전제를 커플링제로서 표면처리한 후 나머지 약제를 헨셀믹서나 기타 예비믹서기에서 균일하게 혼합시키고, 니이더 또는 롤밑을 이용하여 90-110℃에서 약 5-20분간 용융혼합시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기를 이용하여 분말로 만든다.

이러한 분말조성물을 이용하여 반도체소자를 밀봉작업할 시에는 분말상태를 타정기에 넣어 타정한다. 이렇게 하여 제조된 타블렛 형태의 수지조성물을 고주파 예열기를 이용하여 예열시킨후 170-180℃에서 90-120초간 트랜스퍼 몰딩 프레스로 성형시키면 반도체소자를 밀봉시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명방법에 의해 제조되는 수지조성물은 종래에 비하여 높은 유리전이온도를 가지면서 내습성이 향상되어 초박형 고집적반도체 밀봉에 매우 적합하다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은바, 실시예에 의해 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1-4]

다음 표 1에 나타난 조성대로 조성성분들을 헨셀믹서에서 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 만든다. 그 다음에는 니이더를 이용하여 100℃에서 10분간 혼련시킨 후 냉각고정을 거친다음 분쇄하여 에폭시수지 성형재료를 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시수지 조성물에 대해서 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

1) 스피랄플로우(Spiral Flow) : EMMI 규격에 준해 금형을 제작하여 성형온도 175℃, 성형압력 70kgf/㎠에서 측정.

2) 유리전이온도(Tg) : TMA 측정설비를 이용하여 측정.

3) 탄성율 E(kgf/㎠) : UTM을 사용하여 ASTM D190에 의해 측정.

4) 열팽창계수 a(。C^-1) : ASTM D696에 의해 측정.

5) 흡수율(%) : 성형품을 121℃ 2기압 수중기중에 48시간 동안 방치한 후 포화 흡습율을 측정.

6) 내크랙성 : 성형시킨 칩을 -55℃에서 30분, 150℃에서 30분을 1주기로 한 시험조건에서 열충격시험을 2,000회 실시하였다. 그리고 그때의 크랙발생수를 구하여 측정하였다.

[비교예]

다음 표 1의 조성에 따라 상기 실시예1-4와 동일한 방법으로 실시하고 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

* 내크랙성에서의 수치중 분모는 시료수를, 분자는 불량갯수를 나타낸다.

상기 표 2에서 나타난 결과에서 보듯이 본 발명에 의한 수지조성물은 비교예에 비해 뒤지지 않는 성형성을 가질 뿐아니라 비교예보다 우수한 내열특성 및 내습성을 가지고 있어, 그 결과 내크랙성이 현저히 향상된 우수한 반도체소자 밀봉용 수지조성물임을 알 수 있다.

Claims

하기 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지를 비극성 유기용매에 녹이고, 소량의 벤조일피록사이드 촉매를 가하여 교반하면서 1-브로모-2, 5-피롤리딘디완(C₄H₄BrNO₂)을 적하하여 하기 구조식(Ⅲ)의 브롬이 치환된 에폭시수지를 수득하고, 이것을 디에틸에테르 또는 테트라하이드로푸란에 마그네슘과 함께 녹이고 O-메틸하이드록실아민을 넣고 교반하여 아민그룹이 치환된 하기 구조식(Ⅳ)의 에폭시수지를 수득한 후, 하기 구조식(Ⅴ)의 말레이미드와 함께 DMF에 녹여 수시간 반응시켜 수득하는 것을 특징으로 한 일반식(Ⅰ)의 고기능 에폭시수지의 제조방법.

(여기에서 R₁, R₂는 H 또는 (CH₂)nCH₃기이고, n은 0 또는 1 이상의 정수이다.)