KR100364238B1 - 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제, 난연제, 착색제 및 첨가제로 이루어지는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지 성분으로 디사이클로펜타디엔계 에폭시 수지, 바이페닐계 에폭시 수지외에 하기 화학식 1 또는 2로 나타낼 수 있는 화합물을 단독 또는 함께 1 내지 5중량%를 사용하여 전체 에폭시 수지 조성물 5 내지 25중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지재용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물을 반도체 소자 봉지재용으로 사용하는 경우 내열성, 내크랙성 및 휨성이 양호하게 된다.
화학식 1
Figure kpo00000
여기서, n은 0 내지 3의 정수이다.
화학식 2

Description

반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물
본 발명은 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정구조의 에폭시 수지를 사용함으로써 내열성, 내크랙성 및 휨성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
최근 반도체 제조기술의 발달로 반도체 칩의 집적도가 급속하게 증가함과 아울러 반도체 실장방식이 핀삽입형에서 반도체 패키지의 소형화, 경량화가 가능한 표면실장 방식으로 변화되고 있다.
그러나, 표면실장형 패키지 방식은 실장시 고온, 약 215 내지 260℃에서 땜납(Soldering)에 의한 패키지 크랙이 발생하는 문제점이 있어, 이에 따른 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물의 물성도 다양하게 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 표면실장형의 패키지에 사용되면서 패키지 크랙을 방지할 수 있는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물을 제조하기 위한 방법들이 개발되고 있다.
예를 들면, 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 사용되는 무기충전제 의 함량을 증가시킴으로써 내크랙성과 내열성이 우수한 다기능(Multi-Fuctional) 에폭시수지를 사용하여 크랙을 방지하는 방법이 제안되어 있으나, 무기충전제의 함량을 증가시키기 위해서는, 예를 들면 일본국 특개평 8-113628 및 평 9-48839에서 사용된 화학식 3으로 나타낼 수 있는 디사이클로펜타디엔( DCPD:Dicyclopentadiene)계 에폭시나, 일본국 특개평 4-120957에서의 화학식 4로 나타낼 수 있는 바이페닐에폭시 수지와 같은 저점도의 에폭시 수지가 요구된다.
Figure kpo00002
여기서, n은 0 내지 3의 정수이다.
Figure kpo00003
그러나, 상기와 같은 점도가 낮은 수지를 사용하는 경우에는 낮은 수지점도에 의해 발생하는 성형불량 문제 및 낮은 유리전이온도(Tg)에 의한 내열성저하로 패키지 크랙이 다량 발생하고 휨성이 불량한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 패키지 크랙문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로 특정 구조를 가지는 에폭시 수지를 단독 혹은 혼합하여 사용함으로써 내열성, 내크랙성 및 휨성이 우수한 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 충전제, 난연제, 착색제 및 첨가제로 이루어지는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지 성분으로 하기 화학식 1 또는 2로 나타낼 수 있는 화합물을 단독 또는 함께 1 내지 5중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지재용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으
Figure kpo00004
여기서, n은 0 내지 3의 정수이다.
Figure kpo00005
본 발명에서 사용되는 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제, 착색제 및 기타 첨가제로 구성되는 종래의 에폭시 수지 조성물의 구성이면 가능하고 특별히 본 발명을 위하여 한정되는 것은 아니다.
따라서, 일반적인 반도체 소자 봉지재용 에폭시 수지 조성물, 예를들면, 에폭시 수지 5 내지 25중량%, 경화제 3 내지 15중량%, 경화촉진제 0.1 내지 1.0중량%, 무기충전제 60 내지 90중량%, 착색제 1.0중량%내외, 난연제 1 내지 3중량%, 무기난연제 1 내지 3중량%, 첨가제 1 내지 5중량% 등으로 조성된 것을 본 발명에 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 에폭시 수지는 화학식 3 또는 4로 나타낼 수 있는 바이페닐계 에폭시 수지와 디사이클로펜타디엔계 에폭시 수지외에 화학식 1로 나타낼 수 있는 화합물 또는 화학식 2로 나타낼 수 있는 나프탈렌계 다기능(Multi-functinal) 에폭시 수지가 바람직하고, 사용량은 1 내지 5중량%가 바람직하며, 전체 에폭시 사용량은 5 내지 25중량%이다. 화학식 1 또는 2로 나타낼 수 있는 에폭시수지의 함량이 1중량% 미만으로 첨가되면 본 발명에서 목적하고자 하는 내크랙성 및 휨성을 달성할 수 없게되고, 5중량%를 초과하는 경우에는 첨가량에 따른 상승적 효과를 기대하기 어려우므로 본 발명의 범위가 가장 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 경화제는 고순도의 노볼락형 페놀수지, 산무수물 등을 사용하며, 무기충전제로는 고순도의 천연실리카, 합성실리카, 알루미나 등을 사용하고, 난연제로는 브롬으로 치환된 에폭시수지 및 무기난연제로는 삼산화안티몬(Sb2O3) 또는 사산화안티몬(Sb2O4) 등을 사용할 수 있는 것으로, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는한 일반적으로 첨가되는 이형제, 착색제, 결합제, 개질제, 경화촉진제 등을 첨가하는 것도 가능하다.
본 발명의 반도체 소자 봉지용 액상 에폭시 수지 조성물은 상기와 같은 종래의 에폭시 수지 조성물과 본 발명에서 특징적으로 첨가되는 에폭시 수지를 믹싱한 후 니딩(Kneading), 냉각, 크러쉬(Crush)공정 및 블랜딩 공정을 거치는 일반적인 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한 되는 것은 아니다.
실시예 1
에폭시수지 조성물중 에폭시수지를 화학식 1과 같은 수지(n=2)와 화학식 2로 나타낼 수 있는 수지를 사용하고, 조성 비율을 표 1과 같이 평량하여 분쇄혼합기를 사용하여 미분쇄 상태로 만든 다음, 용융혼합기(Kneader)를 이용하여 100 내지 130℃이내에서 용융 혼합한 후 상온으로 냉각시키고 분말상태로 분쇄하여 에폭시수지조성물을 제조한다.
상기와 같이 제조된 에폭시수지 조성물을 이용하여 가열이송성형기(압력=70kg/㎠, 온도=175℃,경화시간= 120sec)에서 유동성측정(Spiral Flow), 내습성, 내열성용 시편을 제작한 다음 175℃의 오븐에서 6시간 후경화시키고, 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
실시예 2
에폭시수지 조성물중 에폭시수지를 화학식 1과 같은 수지(n=2)와 화학식 2 와 같은 수지를 사용하고, 조성비율을 표 1과 같이 평량하여 실시예 1과 같은 방법으로 실시한 후 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
비교예 1
에폭시수지 조성물중 에폭시수지를 화학식 3과 같은 수지(n=3)를 사용하고, 조성비율을 표 1과 같이 평량하여 실시예 1과 같은 방법으로 실시한 후 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
비교예 2
에폭시수지 조성물중 에폭시수지를 화학식 4와 같은 수지를 사용하고 조성비율을 표 1과 같이 평량하여 실시예 1과 같은 방법으로 실시한 후 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.
구분 조성비 실시예 비교예
1 2 1 2
구조식 1 중량% 5 3 - -
구조식 2 중량% 5 - - -
구조식 3 중량% - 7 10 -
구조식 4 중량% - - - 10
브롬에폭시 중량% 1 1 1 1
페놀수지 중량% 6 6 6 6
실 리 카 중량% 80 80 80 80
첨 가 제 중량% 2.8 2.8 2.8 2.8
경화촉진제 중량% 0.2 0.2 0.2 0.2
물성 평가 결과
스파이랄플로우 inch 32 38 38 45
수분 흡수율 wt% 0.38 0.29 0.26 0.30
Tg(TMA) ℃ 203 198 148 132
내크랙성 불량수/시편수 0 / 50 0 / 50 9 / 50 5 / 50
보이드(Void) 불량수/시편수 1 / 60 0 / 60 12 / 60 3 / 60
휨성(Warpage) 불량수/시편수 0 / 20 0 / 20 3 / 20 7 / 20
물성측정 방법
(1) 유동성 측정(Spiral Flow)
EMMI-I-66측정 방법에 준하여 가열이송성형기(압력=70Kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간= 90sec)에서 스파이랄 플로우 몰드로 측정한다.
(2) 내습성 측정
가열이송성형기(압력= 70Kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간= 120sec)에서 내습성 평가용 시편제작 몰드(가로=4㎝, 세로=2㎝, 두께=0.4㎝)로 제작한후, 175℃의 오븐에서 6시간 후경화시킨 다음, 이 시편을 가열/가압 포화수증기조(121℃, 2기압)에서 24시간 방치하여 시편에 흡수된 수분량을 측정한다.
(3) 내크랙성 측정
반도체소자 봉지용 몰드(44-SOP)로 가열이송성형기(압력=70Kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간= 120sec)에서 시편을 제작한 후, 175℃의 오븐에서 6시간 후경화시킨다음, 이 시편을 이용하여 가열/가압 포화수증기조(121℃, 2기압)에서 48시간 방치하여 시편에 수분을 흡수시킨 다음, 열충격시험기(Temperature Cycle Tester -65℃ × 15분, 150℃×15분)를 이용하여 200사이클후 패키지 크랙을 측정하여 표 1에 나타내었다.
(4)성형성 평가
반도체 소자 봉지용 BGA-153몰드로 가열 이송성형기(압력=70Kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간= 120sec)에서 시편을 60개씩 조립하여 패키지 표면의 성형불량을 평가하였다.
(5)휨성(Warpage) 평가
반도체소자 봉지용 몰드(44-SOP)로 가열이송성형기(압력=70Kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간= 120sec)에서 BGA-153 핀몰드로 성형후 175℃의 오븐에서 6시간 후경화시킨 다음 3차원 측정기를 이용하여 시편 20개의 휨성을 측정하여 Warpage가 6mil 이하 일때를 양호로 판정한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 특징적으로 첨가되는 에폭시 수지를 반도체 소자 봉지용 수지로 사용함으로써 내열성, 내크랙성 및 휨성이 우수하게 된다.

Claims (2)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제, 난연제, 착색제 및 첨가제로 이루어지는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지가 바이페닐 에폭시, 디사이클로펜타디엔계 에폭시 수지외에 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 함께 사용하여 전체 에폭시 수지 조성물 5 내지 25중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.
    화학식 1
    Figure kpo00006
    여기서, n은 0 내지 3의 정수이다.
    화학식 2
    Figure kpo00007
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1 또는 2로 나타낼 수 있는 에폭시 수지의 함량이 1 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.
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