KR100387219B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

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

(1)하기 화학식 1의 바이페닐계 에폭시 수지 5.00~10.00중량%,

(2)분자량이 400~600이고 점도가 1.5~10 포이즈인 페놀 노볼락계 경화제,

하기 화학식 2의 자일록계 경화제

또는 그들의 혼합물 3.00~10.00중량%,

(3)경화촉진제 0.10~1.00중량%,

(4)커플링제 0.10~1.00중량% 및

(5)평균 입자크기가 0.1~35.0㎛인

분쇄형과 구형 실리카의 혼합물 80.00~90.00중량%

를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이며, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용하면 반도체 소자 패키지의 신뢰성을 저하시키지 않으면서 연속성형 작업시 벤트 오염에 의한 작업성의 저하를 막을 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

(상기 화학식중 n은 1~3임)

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 바이페닐계 에폭시 수지, 페놀 노볼락계 및/또는 자일록계 경화제, 경화촉진제, 커플링제 및 무기 충전제를 포함하며 벤트 오염에 의한 성형불량이 개선된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

최근 반도체 소자의 집적도가 나날이 향상되고 있으며, 이에 따른 배선의 미세화, 소자 크기의 대형화 및 다층 배선화가 급속히 진전되고 있다. 한편 반도체 소자를 외부환경으로부터 보호하는 패키지는 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점으로부터 소형·박형화가 가속화되고 있다.

이에 대응하기 위하여 저점도 바이페닐계 에폭시 수지 및 저점도·고인성 자일록계 경화제를 사용하고 무기 충전제를 80중량% 이상 충전하여 에폭시 성형재료의 리플로우성을 향상시켜 왔다. 그러나, 이와 같이 저점도 수지인 바이페닐계 에폭시 수지와 자일록계 경화제를 사용하면 박형 패키지의 신뢰성을 확보하는 것은 가능하나, 고점도 오르쏘 크레졸 노볼락 에폭시 수지 및 페놀계 경화제를 사용하는 경우에 비하여 반도체 연속작업시 공기가 빠져나가게 설계된 금형내의 벤트(vent)에 오염이 축적되는 속도가 빨라져 불몰이라는 성형불량이 쉽게 발생하는 문제점이 발견되었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 에폭시 조성물 중의 왁스 함량을 증가시키는 방법이 제안되었으나, 이 방법은 신뢰성의 저하를 초래한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무기 충전제의 일정량을 분쇄형으로 사용하고 커플링제를 경화제와 먼저 반응시켜 점도를 상승시킴으로써 저점도 수지 및 커플링제가 벤트로 빠져나가는 것을 방지한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은

(1)하기 화학식 1의 바이페닐계 에폭시 수지 5.00~10.00중량%,

(2)분자량이 400~600이고 점도가 1.5~10 포이즈인 페놀 노볼락계 경화제,

하기 화학식 2의 자일록계 경화제

또는 그들의 혼합물 3.00~10.00중량%,

(3)경화촉진제 0.10~1.00중량%,

(4)커플링제 0.10~1.00중량% 및

(5)평균 입자크기가 0.1~35.0㎛인

분쇄형과 구형 실리카의 혼합물 80.00~90.00중량%

를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.

(상기 화학식중 n은 1~3임)

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제 및 무기충전제를 포함하는데, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 각 구성성분을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용된 에폭시 수지(이하 성분(1)이라 칭함)는 하기 화학식 1의 구조를 가지는 바이페닐계 에폭시 수지이다.

[화학식 1]

상기 성분(1)의 함량은 전체 조성물에 대하여 5.00~10.00중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 5.00중량% 미만일 경우에는 본 발명에서 요구하는 정도의 물성을 얻을 수 없으므로 좋지 않고, 10.00중량%를 초과하는 경우에는 비경제적이므로 좋지 않다.

본 발명에서 사용된 경화제(이하 성분(2)라 칭함)는 분자량이 400~600이고 점도가 1.5~10 포이즈인 페놀 노볼락계 경화제, 하기 화학식 2의 자일록계 경화제 또는 그들의 혼합물이다.

[화학식 2]

(상기 화학식중 n은 1~3임)

상기 성분(2)의 함량은 전체 조성물에 대하여 3.00~10.00중량%인 것이 바람직하며, 상기 범위를 벗어날 경우 미반응 에폭시기 또는 페놀기가 다량 발생하여 신뢰성에 좋지 않은 결과를 주게 된다.

본 발명에서 사용된 경화촉진제(이하 성분(3)이라 칭함)는 상기 성분(1) 및성분(2)의 경화 반응을 촉진하기 위해서 사용되는 성분으로서, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류; 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염; 또는 그들의 혼합물이다.

상기 성분(3)의 함량은 전체 조성물에 대하여 0.10~1.00중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.10중량% 미만일 경우에는 경화 속도가 느려져서 생산성이 떨어져 좋지 않고, 1.00중량%를 초과하는 경우에는 원하는 경화 특성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 보관 안정성이 나빠져서 좋지 않다.

본 발명에서 사용된 커플링제(이하 성분(4)라 칭함)로서는 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란 등의 통상의 커플링제 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 성분(4)의 함량은 0.10~1.00중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.10중량% 미만이면 본 발명에서 요구하는 정도의 물성을 얻을 수 없고, 1.00중량%를 초과하면 비경제적이므로 좋지 않다.

본 발명에서는 저점도 수지 사용에 따른 벤트 오염을 방지하고자 에폭시 수지 조성물 제조시 상기 성분(4)를 상기 성분(2)와 함께 120~130℃에서 4~5시간 동안 소량의 DBU(diazacycloundecene) 타입 촉매 존재하에 반응시켜 150℃에서 코넨 플레이트로 측정한 점도가 2.5~5.0 포이즈가 되도록 한 다음 투입한다.

본 발명에서 사용된 무기 충전제(이하 성분(5)이라 칭함)로서는 평균 입자크기가 0.1~35.0㎛인 용융 또는 합성 실리카를 사용하는 것이 바람직하며 분쇄형과 구형을 혼합하여 사용하는데, 이때 벤트오염 방지 측면에서 평균 입자크기가 10~15㎛인 분쇄형 실리카를 전체 조성물에 대하여 10중량% 이상 사용하는 것이 좋다.

상기 성분(5)의 함량은 전체 조성물에 대해서 80.00~90.00중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 80.00중량% 미만이면 충분한 강도와 고온 수치안정성을 실현할 수 없으며, 수분의 침투가 용이해져 고온 솔더공정중 팝콘크랙(popcorn crack) 발생의 치명적인 원인이 된다. 반면 상기 함량이 90.00중량%를 초과하면 조성물의 유동 특성이 저하되어 성형성이 나빠질 우려가 있어서 좋지 않다.

이외에도, 본 발명의 에폭시 수지 조성물에는 브롬화 에폭시와 같은 난연제; 삼산화안티몬, 수산화알루미나, 오산화안티몬 등의 난연조제; 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제; 및 카본믈랙, 유·무기염료 등의 착색제 등을 필요에 따라 첨가할 수 있다.

본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상술한 성분들을 통상의 헨셀(Hanssel) 믹서 또는 뢰디게(Loedige) 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 후, 롤밀(roll mill) 또는 니이더(kneader)로 용융혼련하고, 냉각 및 분쇄하는 공정을 거쳐 최종 분말 제품으로 제조된다.

이와 같이 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되나, 인젝션(injection)또는 캐스팅(casting) 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 1~2

커플링제와 경화제를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 평량한 후, 125℃에서 4~5시간 동안 소량의 DBU(diazacycloundecene) 촉매 존재하에 반응시켰다. 반응이 끝난 후 150℃에서 코넨 플레이트로 상기 커플링제-경화제 반응 혼합물의 점도를 측정하였다. 나머지 다른 성분들을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 평량한 후 상기 커플링제-경화제 반응 혼합물과 함께 헨셀 믹서로 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하고, 니이더를 이용하여 100℃에서 용융혼련한 다음, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물 각각에 대하여 물성 평가를 하였으며, 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

커플링제와 경화제의 반응시간을 감소시킨 것을 제외하고는 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물 각각에 대하여 물성 평가를 하였으며, 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

무기 충전제중 분쇄형 실리카를 모두 구형 실리카로 대체한 것을 제외하고는 상기 비교예 1에서와 동일한 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물 각각에 대하여 물성 평가를 하였으며, 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구 성 성 분	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
바일페닐 에폭시 수지	7.57	7.57	7.57	7.57
브롬화 에폭시 수지	1.00	1.00	1.00	1.00
삼산화 안티몬	0.32	0.32	0.32	0.32
경화제	페놀 노볼락 수지	2.13	2.13	2.13	2.13
	자일록 수지	3.30	3.30	3.30	3.30
무기 충전제	분쇄형 실리카	10.0	10.0	10.0	0.00
	구형 실리카	75.0	75.0	75.0	85.0
트리페닐포스핀	0.13	0.13	0.13	0.13
γ-글리시톡시프로필트리메톡시실란	0.10	0.10	0.10	0.10
카본블랙	0.25	0.25	0.25	0.25
카르나우바왁스	0.20	0.20	0.20	0.20
경화제-카플링제 반응 혼합물 점도(150℃, 포이즈)	2.9	3.5	1.4	1.4
굴곡강도(240℃, ㎏/㎟)	1.6	1.6	1.5	1.4
굴곡탄성률(240℃, ㎏/㎟)	71	72	70	70
크랙 발생률	0/64	0/64	0/64	0/64
보이드 발생률	0/64	0/64	0/64	0/64
벤트막힘 발생시점(shot수)	2400	2400	800	480

[물성 평가 방법]

* 굴곡강도 및 굴곡탄성률

: ASTM D790 규격에 의거하여 측정하였다.

* 크랙 발생률

: 100LQFP-1420을 성형하여 후경화시킨 후, 30℃/60%RH의 항온항습 조건하에서 192시간 동안 흡습시키고, 240℃에서 10초 동안 IR 리플로우를 3회 통과시켜 전처리를 실시한 다음 패키지 크랙을 관찰하였다.

* 보이드 발생률

: 100LQFP-1420을 성형한 후, 현미경으로 관찰하여 보이드 사이즈가 10mil 이상인 것을 불량으로 판정하였다.

* 벤트막힘 발생시점

: 100LQFP-1420의 연속성형 작업을 진행하면서 벤트가 막히는 시점을 측정하였다.

상기 표 1의 결과로부터 경화제-커플링제 반응 혼합물의 점도가 2.5 미만인 경우 벤트막힘 발생속도가 매우 빠르며 특히 분쇄형 실리카의 함량이 전체 조성물 대비 10중량% 미만인 경우 그 속도가 더욱 빨라지는 것을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용하면 반도체 소자 패키지의 신뢰성을 저하시키지 않으면서 연속성형 작업시 벤트 오염에 의한 작업성의 저하를 막을 수 있다.

Claims (4)

1. (1)하기 화학식 1의 바이페닐계 에폭시 수지 5.00~10.00중량%:

   [화학식 1]

   ;

   (2)분자량이 400~600이고 점도가 1.5~10 포이즈인 페놀 노볼락계 경화제,

   하기 화학식 2의 자일록계 경화제:

   [화학식 2]

   (상기 화학식중 n은 1~3임),

   또는 그들의 혼합물 3.00~10.00중량%;

   (3)경화촉진제 0.10~1.00중량%;

   (4)커플링제 0.10~1.00중량%; 및

   (5)평균 입자크기가 0.1~35.0㎛인

   분쇄형과 구형 실리카의 혼합물 80.00~90.00중량%

   를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로서, 상기 경화제 (2)와 상기 커플링제 (4)를 타성분들과 혼합하기 이전에 120~130℃에서 4~5시간 동안 DBU(diazacycloundecene) 타입 촉매의 존재 하에 미리 반응시켜 150℃에서 코넨 플레이트로 측정한 점도가 2.5~5.0 포이즈인 반응혼합물의 형태로 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 커플링제가 에폭시 실란 화합물, 아미노 실란 화합물, 알킬 실란 화합물 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 실리카로 평균 입자크기가 10~15㎛인 분쇄형 실리카를 전체 조성물 대비 10중량% 이상 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
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