KR100364619B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는

(1)두 개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 190 내지 220인

에폭시 수지 3.5~15.0중량%,

(2)두 개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인

경화제 2.0~12.9중량%,

(3)경화 촉진제 0.1~0.5중량%, 및

(4)무기 충전제 72.0~81.0중량%

를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 화합물을 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.1~2.0 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이며, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 이형성이 우수하므로 반도체 소자 패키지 성형시 크랙 발생을 억제할 수 있다.

[화학식 1]

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물{Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제 및 무기 충전제를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 화합물을 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 2.0 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 이형성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

최근 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되고 있으며, 이에 따른 배선의 미세화, 소자 크기의 대형화 및 다층 배선화가 급속히 진전되고 있다. 한편, 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하는 패키지의 경우 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점에서 소형, 박형화가 가속화 되고 있다. 이와 같이 대형 반도체 소자를 소형, 박형 패키지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 외부환경의 온도 및 습도변화에 따른 열응력과 그에 따른 이형성 저하에 기인하여 패키지 크랙 발생에 따른 고장 발생의 빈도가 매우 높아지게 된다.

따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 성형재료의 고신뢰성화를 위한 방법의 개발이 강하게 요구되고 있으며, 구체적인 방법으로는 에폭시 수지 조성물에 기저 수지인 에폭시 수지 및 경화제와 상용성이 없는 왁스 화합물을 첨가하여 반도체 소자 조립 금형 표면에 코팅막을 형성함으로써 패키지의 이형성을 향상시키는 방법이 제안되어 왔다. 그러나 이러한 방법만으로는 우수한 이형성 및 내크랙성을 확보하는데 한계가 있어 보다 효과적인 이형성 증가제의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자 패키지의 이형성 증가제로서 하기 화학식 1의 화합물을 첨가함으로써 이형성이 향상된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은

(1)두 개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 190 내지 220인

에폭시 수지 3.5~15.0중량%,

(2)두 개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인

경화제 2.0~12.9중량%,

(3)경화 촉진제 0.1~0.5중량%, 및

(4)무기 충전제 72.0~81.0중량%

를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 화합물을 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.1~2.0 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.

[화학식 1]

이하, 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 각 구성성분을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 사용된 에폭시 수지(이하 성분(1)이라 칭함)는 두 개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 190∼220인 에폭시 수지로서, 통상의 오르쏘 크레졸 노볼락 수지, 바이페닐 에폭시 수지, 비스페놀 A 수지, 또는 그들의 혼합물이다. 상기 에폭시 수지중 2종 이상을 혼합하여 사용하는 경우에는 오르쏘 크레졸 노볼락 수지를 에폭시 수지 혼합물 전체에 대하여 40중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다.

상기 성분(1)의 함량은 전체 조성물에 대하여 3.5∼15.0중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 3.5중량% 미만일 경우에는 본 발명에서 요구하는 정도의 물성을 얻을 수 없으므로 좋지 않고, 15.0중량%를 초과하는 경우에는 비경제적이므로 좋지 않다.

본 발명에서 사용된 경화제(이하 성분(2)라 칭함)는 2개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인 통상의 페놀 노볼락 수지, 자일록(xylok) 수지, 디사이클로펜타디엔 수지 또는 그들의 혼합물이다. 상기 경화제중 2종 이상을 혼합하여 사용하는 경우에는 페놀 노볼락 수지를 경화제 혼합물 전체에 대하여 40중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다.

상기 성분(2)의 함량은 성분(2)의 수산화기 당량에 대한 성분(1)의 에폭시 당량의 조성비가 0.8~1.3의 범위내에 들도록 결정된다. 이때, 상기 성분(2)의 함량은 전체 조성물에 대해서 2.0~12.9중량%에 해당되며, 상기 범위를 벗어날 경우 미반응 에폭시기와 페놀기가 다량 발생하여 신뢰성에 좋지 않은 결과를 주게 된다.

본 발명에서 사용된 경화 촉진제(이하 성분(3)이라 칭함)는 상기 성분(1)과 성분(2)의 경화반응을 촉진하기 위해 필요한 성분으로, 예를 들어 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류; 및 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등이 있으며, 이 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 성분(3)의 함량은 전체 조성물에 대하여 0.1~0.5중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 경화 속도가 느려져서 생산성이 떨어져 좋지 않고, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 원하는 경화 특성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 보관 안정성이 나빠져서 좋지 않다.

본 발명에서 사용된 무기충전제(이하 성분(4)라 칭함)로서는 평균 입도가 0.1~35.0㎛인 용융 또는 합성 실리카를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 성분(4)의 함량은 전체 조성물에 대해서 72.0~81.0중량%인 것이 바람직하다. 만일 상기 함량이 72.0중량% 미만일 경우에는 충분한 강도와 고온에 대한 수치 안정성을 얻을 수 없으며, 수분의 침투가 용이해져서 이형성이 감소하고 하기 성분(5)의 적용에 따른 오염이 발생되어 좋지 않다. 반면 상기 함량이 81.0중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 유동 특성이 저하되어 성형성이 나빠질 우려가 있어서 좋지 않다.

본 발명에서 반도체 소자 패키지의 이형성 증가제로서 사용되는 하기 화학식 1의 화합물(이하 성분(5)라 칭함)은 상온(25℃)에서의 점도가 약 955cs인 일종의 저점도 에폭시 변성 실리콘 오일이다.

[화학식 1]

상기 성분(5)는 에폭시 수지 조성물 제조시 직접투입 또는 스프레이 방식으로 적용되며, 상기 성분(5)의 함량은 상기 성분(1)의 에폭시 수지 100 중량부에 대해서 0.1∼2.0 중량부가 되도록 결정된다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면 본 발명에서 목적하는 이형성 향상 효과를 달성할 수 없으며, 2.0 중량부를 초과하면 오염이 발생되므로 좋지 않다.

또한 본 발명의 에폭시 수지 조성물에는 브롬화 에폭시와 같은 난연제; 삼산화안티몬, 수산화알루미나, 오산화안티몬 등의 난연 보조제; 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제; 카본 블랙, 유기 및 무기 염료 등의 착색제; 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란 등의 커플링제 등을 필요에 따라 첨가할 수 있다.

본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상술한 성분들을 헨셀(Hanssel) 믹서 또는 뢰디게(Loedige) 믹서를 사용하여 균일하게 혼합시킨 후, 롤밀(roll mill) 또는 니이더(kneader)로 용융 혼련시키고, 냉각 및 분쇄하는 과정을 거쳐 최종 분말제품으로서 제조된다.

이와 같이 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되나, 인젝션 또는 캐스팅 등의 방법으로도 성형 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 후, 헨셀 믹서로 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하고, 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100℃에서 7분간 용융혼련한 다음, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물로 이형력을 측정하는 금형에서 매회 175℃에서 120초간 40회 시편을 성형한 후, 탈형시 발생하는 힘을 푸쉬 풀게이지를 이용하여 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 후, 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하고 시편을 성형하여 이형력을 측정하였으며, 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구 성 성 분	실시예	비교예
o-크레졸 노블락 에폭시 수지	12.2	13.7
페놀 노볼락 수지	9.25	10.86
트리페닐포스핀	0.21	0.21
실리카	74	74
화학식 1의 화합물	0.24	-
에폭시 변성 실리콘 오일	1.43	0.05
γ-글리시톡시프로필트리메톡시실란	0.4	0.4
카본블랙	0.27	0.27
카르나우바왁스	2.0	0.5
이형력(kgf)	1회	3.02	3.45
	10회	3.34	4.62
	30회	4.12	8.75
	40회	6.45	11.8

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 이형성이 우수하므로 반도체 소자 패키지 성형시 크랙 발생을 억제할 수 있다.

Claims (3)

1. (1)두 개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 190 내지 220인

   에폭시 수지 3.5~15.0중량%,

   (2)두 개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인

   경화제 2.0~12.9중량%,

   (3)경화 촉진제 0.1~0.5중량%, 및

   (4)무기 충전제 72.0~81.0중량%

   를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 에폭시 변성 실리콘 오일을 상기 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 0.1~2.0 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.

   [화학식 1]
2. 제 1항에 있어서,

   상기 에폭시 수지가 오르쏘 크레졸 노볼락 수지, 바이페닐 에폭시 수지, 비스페놀 A 수지 또는 그들의 혼합물이고; 상기 경화제가 페놀 노볼락 수지,자일록(xylok) 수지, 디사이클로펜타디엔 수지 또는 그들의 혼합물이며; 상기 경화 촉진제가 3급 아민 화합물, 이미다졸 화합물, 유기 포스핀 화합물, 테트라페닐보론염 또는 그들의 혼합물이고; 및 상기 무기 충전제가 평균 입도 0.1~35.0㎛인 용융 또는 합성 실리카인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 에폭시 수지 혼합물 중의 오르쏘 크레졸 노볼락 수지 함량이 40중량% 이상이고, 상기 경화제 혼합물 중의 페놀 노볼락 수지 함량이 40중량% 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.