KR0185210B1

KR0185210B1 - Encapsulating epoxy resin composition for semiconductor

Info

Publication number: KR0185210B1
Application number: KR1019910005153A
Authority: KR
Inventors: 박우용
Original assignee: 유현식; 제일모직주식회사
Priority date: 1991-03-30
Filing date: 1991-03-30
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR920018140A

Abstract

본 발명은 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 페놀 노블락형 경화제, 경화촉진제, 무기충진제 및 기타 첨가제등으로 이루어진 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에, 연속사용온도 220℃이상이고 연화점이 320℃인 테트라 플루오로 에틸렌, 비닐 플루오라이드, 비닐이덴 플루오라이드등으로 부터 선정된 불소계수지를 전체 조성물에 대해 2-10wt% 함유시켜 고온전기특성 및 내열성을 향상시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for sealing semiconductor elements composed of a cresol noblock type epoxy resin, a phenol noblock type curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, and other additives, and a tetrafluoroethylene having a continuous use temperature of 220 ° C. or higher and a softening point of 320 ° C. It is an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device which improves high temperature electrical properties and heat resistance by containing 2-10 wt% of a fluorine resin selected from vinyl fluoride, vinylidene fluoride and the like as a whole composition.

Description

Epoxy Resin Composition for Semiconductor Device Sealing

본 발명은 리드프레임 위에 유기접착제로서 접착된 고집적 반도체 소자를 온도, 습도, 빛, 열 및 충격등의 외부적 환경요인으로부터 보호하기 위하여 사용하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device, which is used to protect a highly integrated semiconductor device bonded as an organic adhesive on a lead frame from external environmental factors such as temperature, humidity, light, heat and impact.

IC와 LSI패키지는 전기, 전자부품 및 세트기 소형, 박형화됨에 따라 매우 급속하게 다양화 되고 있다. 특히, 칩의 크기는 점점 커짐에도 불구하고 패키지는 점점 박형화, 소형화되고 많은 핀 수를 갖는 패키지로 변화하여 가고 있다. 실장방식도 표면실장방식으로 변화되고 있으며, 최근에는 두께 1mm 정도의 TSOP(Thin Small Out-Line Package)가 등장하여 실용화되고 있다. 이것은 향후 기억소자 분야의 주된 형태로 예상되며 이러한 패키지의 변화에 대응하여 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물도 또한 종래의 기술보다 더 엄격한 저응력화, 고내열화 및 고내습성화가 동시에 요구되고 있다.IC and LSI packages are rapidly diversifying as they become smaller and thinner in electrical, electronic components and setters. In particular, although chips are getting larger, packages are becoming thinner, smaller, and have a larger number of pins. The mounting method is also being changed to the surface mounting method, and recently, a TSOP (Thin Small Out-Line Package) having a thickness of about 1 mm has been introduced and practically used. This is expected to be the main form in the field of memory devices in the future, and in response to such package changes, the resin composition for semiconductor element sealing is also required to be more stringent than the prior art in terms of low stress, high heat resistance and high moisture resistance.

일반적으로는 저압성형용 에폭시 수지 조성물이 이용되고 있으며, 에폭시 수지, 노블락형 페놀 수지 경화제, 이미다졸 또는 포스핀계의 경화촉진제등으로 구성된 종래 수지 조성물은 내습성이 나쁘기 때문에 알루미늄전극등의 부식으로 인해 특성이 열화거나, 고온시에 전기특성이 저하되어 누설전류가 증가함으로 인해서 반도체 소자의 기능이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.Generally, a low pressure epoxy resin composition is used, and a conventional resin composition composed of an epoxy resin, a noblock-type phenolic resin curing agent, an imidazole, or a phosphine-based curing accelerator is poor in moisture resistance, and therefore, due to corrosion of an aluminum electrode or the like. There is a problem that the semiconductor device is degraded due to deterioration of characteristics or an increase in leakage current due to a decrease in electrical characteristics at high temperatures.

특히, 반도체 소자를 부착시킨 기기자체는 고온의 조건하에서 사용되는 경우가 많고, 그와같은 조건하에서는 더욱 신뢰성을 보장 받을 수 없기 때문에 80-150℃에서 바이어스전압을 인가하여 신뢰성을 평가하는 가속시험이 일반적으로 행해지고 있다.In particular, since the device itself with the semiconductor device attached is often used under high temperature conditions, and the reliability cannot be guaranteed under such conditions, an accelerated test for evaluating reliability by applying a bias voltage at 80-150 ° C. is required. It is usually done.

따라서, 본 발명의 목적은 고온전기 특성 및 내열성을 향상시킨 신규한 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a novel semiconductor element sealing resin composition having improved high temperature electrical properties and heat resistance.

즉, 본 발명은 크레졸 노블락형 에폭시 수지와 페놀 노블락형 경화제, 경화촉진재, 무기충진제 및 기타 첨가제등을 함유하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 테트라 플루오르에틸렌, 비닐 플루오라이드 및 비닐이덴 플루오라이드로 부터 선정된 적어도 1종이상의 불소계수지를 파우더 상태로 첨가 혼합시키는 것을 특징으로 한다.That is, the present invention relates to an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device containing a cresol noblock type epoxy resin, a phenol noblock type curing agent, a curing accelerator, an inorganic filler, and other additives, wherein tetrafluoroethylene, vinyl fluoride, and vinylidene are used. At least one fluorine resin selected from fluoride is characterized in that the addition and mixing in powder form.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 구성은 올소-크레졸 노블락형 에폭시 수지와 불소계수지를 혼합한 에폭시 수지 성분을 기본으로 하고, 페놀 노블락형 경화제, 유기포스핀계 화합물인 트라이페닐-포스핀 경화촉진제, 고순도 용융실리카 충진제, 에폭시 변성 실리콘 오일 개질제 및 기타 이형제, 착색제 그리고 유기 및 무기 난연제등을 첨가하여 조성하되, 다음과 같은 조성비로 함을 그 특징으로 한다.The composition of the epoxy resin composition for semiconductor element sealing of the present invention is based on an epoxy resin component obtained by mixing an olso-cresol noblock type epoxy resin and a fluorine resin, and is a phenol noblock type curing agent and a triphenyl-phosphine curing agent which is an organic phosphine compound. Accelerators, high purity molten silica fillers, epoxy modified silicone oil modifiers and other release agents, colorants, and organic and inorganic flame retardants are added to the composition, characterized by the following composition ratio.

크레졸 노블락형 에폭시 수지 10-22wt%,Cresol noblock type epoxy resin 10-22wt%,

불소계수지 2-10wt%,Fluorine resin 2-10wt%,

경화제 5-10wt%,5-10 wt% of hardener,

커플링제 0.5-2wt%,Coupling agent 0.5-2wt%,

경화촉진제 0.1-1.5wt%,Curing accelerator 0.1-1.5wt%,

착색제 0.1-0.6wt%,0.1-0.6wt% colorant,

충진제 65-85wt%,Filler 65-85wt%,

이형제 0.1-1.0wt%,0.1-1.0 wt% release agent,

유기난연제 0.5-5wt%,Organic flame retardant 0.5-5wt%,

무기난연제 0.5-3wt%,Inorganic flame retardant 0.5-3wt%,

가소성부여제 0.5-5wt%,Plasticizer 0.5-5wt%,

본 발명의 수지 조성물은 상기와 같은 조성으로 하는 것이 가장 좋은데, 본 발명에 사용하는 에폭시 수지로서는 내열성이 우수한 올소 크레졸 노블락형 수지를 사용하며, 특히 에폭시 당량이 190-220이고, 불순물함량이 10ppm이하인 고순도 에폭시 수지를 사용하고, 또한 경화제로서는 페놀 노블락형 수지를 사용하는데, 연화점이 80-100℃이고, 하이드록실 당량이 100-120이며, 역시 불순물 함량이 10ppm이하인 수지를 사용한다.The resin composition of the present invention is best to have the composition as described above, as the epoxy resin used in the present invention is used an oxo cresol noblock type resin excellent in heat resistance, in particular epoxy equivalent of 190-220, impurity content of 10ppm or less A high-purity epoxy resin is used, and a phenol noblock type resin is used as a curing agent. A resin having a softening point of 80-100 ° C, a hydroxyl equivalent weight of 100-120, and an impurity content of 10 ppm or less is used.

한편, 본 발명에서 특징적으로 사용되는 불소계수지는 테트라플루오로에틸렌, 비닐플루오라이드, 비닐이덴플루오라이드로서, 연속사용온도 220℃이상이고 연화점이 320℃인 것을 특징으로 하고 있으며, 전체 수지 조성물에 대해 2-10wt%, 더욱 좋기로는 3-7wt%로 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, the fluorine resin used in the present invention is tetrafluoroethylene, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, characterized in that the continuous use temperature of 220 ℃ or more and the softening point of 320 ℃, 2-10 wt%, more preferably 3-7 wt%.

만일 그 사용량이 2wt%미만이면 고온전기특성 및 내열특성효과가 없으며, 10wt%를 넘게 되면 혼합에 어려움이 있어 수지 조성물 특성이 나빠지게 되는 문제를 야기시킨다.If the amount is less than 2wt%, there is no high temperature electrical and heat resistance effects, and if it exceeds 10wt%, there is a difficulty in mixing, which causes a problem that the resin composition is deteriorated.

그리고, 본 발명에서 사용하는 충진제로서는 고순도 용융 실리카를 사용하며, 입도 분포는 평균 10-30㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 경화촉진제로는 통상 아민계 이미다졸 유도체 및 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기 포스핀계 화합물로서 트리페닐포스핀이, 이미 다졸 유도체로서는 2-메틸이미다졸등을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, as the filler used in the present invention, high-purity fused silica is used, and the particle size distribution preferably uses an average of 10-30 µm. In addition, amine imidazole derivatives and organophosphine compounds are generally used as curing accelerators. In the present invention, triphenylphosphine is preferably used as the organic phosphine compound, and 2-methylimidazole is used as the imidazole derivative. Do.

본 발명에서 무기충진제의 표면처리에 사용하는 커플링제로서는 실란계 커플링제가 사용되는데, 특히 감마글리시독시 프로필 트리메톡시실란을 사용하는 것이 가장 좋다. 또한 가소성 부여제로서는 통상적으로 실리콘고무나 에폭시 변성 실리콘 오일을 사용하는데 반도체의 고집적화에 따라 상용성을 증가시키기 위해서 본 발명에 사용된 가소성 부여제는 페놀노블락수지와 에폭시 변성 실리콘오일의 어덕트를 사용한다.In the present invention, as the coupling agent used for the surface treatment of the inorganic filler, a silane coupling agent is used. Particularly, gamma glycidoxy propyl trimethoxysilane is best used. In addition, as the plasticizer, silicone rubber or epoxy modified silicone oil is generally used. In order to increase compatibility with high integration of semiconductors, the plasticizer used in the present invention uses ducts of phenol noblock resins and epoxy modified silicone oil. do.

그이외에 이형제로서는 카르나우바 왁스 또는 몬탄왁스를 0.1-1.0wt%, 착색제로서는 카본블랙을 0.1-0.6wt% 각각 사용하며, 유기난연제는 브롬화 에폭시 수지를, 무기난연제로는 삼산화안티몬을 사용한다.In addition, 0.1-1.0 wt% of carnauba wax or montan wax is used as a release agent, and 0.1-0.6 wt% of carbon black is used as a coloring agent, an organic flame retardant is a brominated epoxy resin, and an inorganic flame retardant is antimony trioxide.

상기와 같은 본 발명의 조성물을 제조하기 위해서는, 먼저 충진제를 커플링제로 표면처리하고 난 후 기타 첨가제등을 헨셀믹서 또는 기타 예비믹서기에서 1차로 균일하게 혼합시키고, 니더 혹은 롤밀을 이용하여 90-120℃에서 약 5-15분간 용융 혼합시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기를 이용하여 분말로 만든다.In order to prepare the composition of the present invention as described above, the surface of the filler is first treated with a coupling agent, and then other additives are uniformly mixed firstly in a Henschel mixer or other premixer, and 90-120 using a kneader or a roll mill. The mixture is melt mixed at about 5-15 minutes at room temperature and then cooled to a powder using a grinder.

이러한 분말상태의 조성물을 타블렛 형태로 타정하여 고주파 예열기를 이용하여 예열시킨 후 170-180℃에서 90-120초 동안 트랜스퍼 몰딩 프레스로 가압성형시키면 반도체 소자를 밀봉시킬 수 있게 된다.Tableting the powder composition in the form of a tablet and preheated using a high frequency preheater and press-molded with a transfer molding press at 170-180 ° C. for 90-120 seconds to seal the semiconductor device.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제조한 수지 조성물은 기존과 에폭시 수지 즉 크레졸 노블락형 에폭시 수지에 고온전기특성 및 내열성을 향상시키기 위하여 불소계수지를 첨가함으로서, 종래에 비하여 고온전기특성 및 내열성이 향상되어 초박형 고집적 반도체 밀봉에 적합한 수지 조성물을 제공할 수 있는 것이다.As described above, the resin composition prepared according to the present invention adds a fluorine resin to existing and epoxy resins, namely cresol noblock type epoxy resins, to improve the high temperature electrical properties and heat resistance, thereby improving the high temperature electrical properties and heat resistance as compared with the conventional art. It is possible to provide a resin composition suitable for ultra-thin highly integrated semiconductor sealing.

이하 본 발명을 실시에에 따라 상세히 설명하면 다음과 같은바, 실시예에 의거 본 발명의 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples, which are not intended to limit the present invention.

[실시예 1-5]Example 1-5

다음 표 1에 나타낸 조성으로 용융혼합 후, 분쇄하여 타정한 타블렛을 90℃로 예비가열하고, 175℃에서 90초의 조건으로 성형을 하여 항온조에서 4시간 후경화시켜 반도체 소자를 밀봉하였다.Next, after melt mixing with the composition shown in Table 1, the crushed and tableted tablet was preheated to 90 ° C., molded at 175 ° C. for 90 seconds, and cured in a thermostatic chamber for 4 hours to seal the semiconductor device.

상기 제조방법에 따라 각 조성의 반도체 소자를 밀봉한 후 각각 50개씩 선택하여 다음과 같은 물성측정 및 가속시험을 하고, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.After sealing the semiconductor elements of each composition according to the manufacturing method, each of the 50 selected by the following physical property measurement and acceleration test, and the results are shown in Table 2 below.

1) 스파이럴 플로우(Spiral Flow) : EMMI 규격에 의하여 금형을 제작하여 성형도 175℃, 성형압력 70kgf/cm²에서 20g을 측정한 값을 나타내었다.1) Spiral Flow (Spiral Flow): The mold was manufactured according to the EMMI standard and the measured value was 20g at the molding degree of 175 ℃ and the molding pressure of 70kgf / cm ² .

2) 용융점도(Melt Viscosity) : 고화식 플로우스 테스터(Flow-Tester)를 이용하여 2g의 시료를 175℃로 가열한 금형의 노즐(1

)를 통하여 하중 0.98MPa로서 밀어낼때 최대유속으로 부터 계산하여 얻었다.2) Melt Viscosity: A nozzle of a mold in which 2g of sample was heated to 175 ° C using a solid flow-tester (1

Calculated from the maximum flow rate when pushed out as 0.98 MPa.

3) 온도싸이클시험(Temperature Cycle Test) : 각 조성의 내열특성을 시험하기 위해 -65℃ 및 150℃를 각각 30분씩으로 하는 조건을 500회 수행하여 크랙(Crack)발생을 시험하였다.3) Temperature Cycle Test (Temperature Cycle Test): In order to test the heat resistance of each composition, the cracks were tested by performing 500 times the conditions of -65 ° C and 150 ° C for 30 minutes each.

4) 유리 전이 온도(Tg) : TMA 측정설비를 이용하여 측정하였다.4) Glass transition temperature (Tg): Measured using a TMA measuring equipment.

5) 굽힘강도(Flexural Strength) : 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 ASTM D790 방법에 의해 측정하였다.5) Flexural Strength: Measured by ASTM D790 method using Universal Testing Machine (UTM).

6) 바이어스 전기특성시험(Bias PCT) : 각각의 반도체 소자를 120℃, 2atm의 조건에서 10V를 인가한 상태로 500시간 진행시킨 후 누적되는 불량을 감시하였다.6) Bias electrical property test (Bias PCT): Each semiconductor device was subjected to 500 hours with 10V applied at 120 ° C and 2atm, and the accumulated defect was monitored.

[비교예 1-2]Comparative Example 1-2

다음 표 1의 조성에 따라 상기 실시예1-5와 동일한 방법으로 실시하고, 물성 및 각 시험을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.Following Table 1, according to the composition in the same manner as in Example 1-5, the physical properties and each test was measured and the results are shown in Table 2 below.

* 온도 싸이클 및 바이어스 PCT 시험 결과는 불량 갯수를 나타냄.* Temperature cycle and bias PCT test results show the number of defects.

상기 표 2에서 나타난 결과에서 보듯이 본 발명의 수지 조성물은 비교예에 비해 뒤지지 않는 물성을 가질 뿐아니라 비교예 보다 우수한 고온 전기 특성 및 내열성을 가지고 있고, 온도 싸이클 및 바이어스 PCT 시험에서는 더욱 우수한 특성을 나타내는 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물임을 알 수 있다.As shown in the results shown in Table 2, the resin composition of the present invention not only has inferior physical properties compared to the comparative example, but also has high temperature electrical properties and heat resistance superior to the comparative example, and further excellent characteristics in the temperature cycle and bias PCT test. It turns out that it is a resin composition for semiconductor element sealing shown.

Claims

Epoxy resin composition consisting of cresol noblock type epoxy resin, phenol noblock type curing agent, curing accelerator, inorganic filler and other additives, selected from tetrafluoro ethylene, vinyl fluoride, vinylidene fluoride and used continuously at 220 The epoxy resin composition for semiconductor element sealing characterized by adding 2 to 10 weight% of fluorine-type resin which is 320 degreeC or more and a softening point with respect to the whole epoxy resin composition.