KR100481236B1 - 밀봉 수지, 수지-밀봉형 반도체 및 시스템-인-패키지 - Google Patents

밀봉 수지, 수지-밀봉형 반도체 및 시스템-인-패키지 Download PDF

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Abstract

밀봉 수지(11)는 수지 성분(12) 및 수지 성분(12)에 혼합된 필러를 포함하고, 필러(13)는 다수의 그레인 사이즈 피크를 갖는 그레인 사이즈 분포를 갖는다. 복잡한 내부 구조는 다수의 필러 분포 피크와 필러 분자(13)를 포함하는 밀봉 수지(11)로 채워질 수 있다.

Description

밀봉 수지, 수지-밀봉형 반도체 및 시스템-인-패키지{SEALING RESIN, RESIN-SEALED SEMICONDUCTOR AND SYSTEM-IN-PACKAGE}
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 다수의 필러 분포 피크(filler distribution peak)를 갖는 밀봉 수지용 필러를 포함하는 밀봉 수지에 관한 것으로서, 특히, 수지-밀봉형 반도체 및 수지-밀봉형 시스템-인-패키지에 관한 것이다. 필러의 각 피크는 대응하는 다수의 갭을 채운다.
종래의 기술
반도체 장치의 패키지에 사용되는 밀봉 수지는 기본 성분으로서의 에폭시 수지와 실리카 필러(silica filler)를 포함한다. 밀봉 수지는 다양한 특허 공보에 기재되어 있다.
예를 들어, JP-A-56(1981)-10947 및 JP-A-57(1982)-212225는 결정성 실리카 분말과 용융성 실리카 분말의 혼합물을 기재하고 있고, JP-A-62(1987)-261161은 필러로서 구형 실리카 및 분쇄 실리카의 혼합물을 사용하는 것을 기재하고 있다. JP-A-2(1990)-226615는 분쇄 실리카와 미세 용융 구형 실리카의 혼합물의 형태 및 특정 표면 영역을 기재하고 있고, 그레인(grain) 크기 및 형태 분포와 같은 필러의 그레인 분포는 복잡한 구조를 갖는 객체에서 간격을 채우기 위해 인식되지 않는다. 특히, 상이한 갭 또는 간격에 대응하는 다른 필러 분포의 배치는 기재되지 않고 있다.
시스템-인-패키지에 의해 나타난 수지 몰딩에 의해 밀봉되어야 하는 객체는 복잡한 구조를 하고 있는 경향이 있다. 현재, 수지를 채우는 동안 갭의 간격차는 미충전 및 보이드(void)의 문제를 발생시킨다. 그러나, 현재 단계에서, 필러 그레인 분포가 상이한 갭의 충전에 현저한 영향을 미친다고는 알려져 있지 않다.
상기의 견지에서, 본 발명의 목적은 수지 몰딩에 의해 밀봉하기 위한 상이한 간격 또는 갭에 대해 우수한 필러 분포를 갖는 밀봉 수지를 제공하는 것이다.
본 발명은 수지 구성 성분 및 수지 구성 성분에 혼합된 필러를 포함하는 밀봉 수지를 제공하는 것이다. 필러는 다수의 그레인 사이즈 피크를 갖는 그레인 사이즈 분포를 갖는다.
본 발명에 따르면, 복잡한 내부 구조는 다수의 필러 분포 피크 또는 다수의 상이한 필러 분포의 필러 분자를 포함하는 밀봉 수지로 채워질 수 있다. 내부 구조가 수지가 거의 채워지지 않은 좁은 갭과 수지가 쉽게 채워지는 넓은 갭을 포함할 때, 좁은 갭은 작은 분자 크기를 갖는 필러의 밀봉 수지로 채워지고, 넓은 갭은 큰 분자 크기를 갖는 필러의 밀봉 수지로 채워지므로, 밀봉 수지로 내부 구조를 쉽게 채울 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점 등은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 명확해진다.
본 발명을 좀더 자세히 기재한다.
수지에 사용되는 필러는 다수의 상이한 그레인 사이즈 분포 또는 다수의 그레인 사이즈 피크를 포함한다. 상이한 그레인 사이즈 분포는 분쇄 필러와 구형 필러를 사용함으로써 생성될 수 있다. 필러의 재료는 실리카인 것이 바람직하다.
구형 필러 양의 증가는 유동성을 상승시키고, 분쇄 필러 양의 증가는 실장시 리플로우로 인한 패키지 결함을 방지한다. 본 발명에서, 적절한 그레인 분포는 수지로 채워진 공간의 내부 간격에 의해 선택되어, 충전의 정도를 향상시킨다. 작은 구형 필러를 선택하는 것은 충전도가 낮은 좁은 갭을 효과적으로 채울 수 있고, 큰 분쇄 필러를 선택하는 것은 넓은 갭을 효과적으로 채울 수 있다.
필러의 최대 분자를 각 갭 폭의 70 내지 85% 내로 설정함으로써 차폐로 인한 미충전을 방지할 수 있다.
일반적으로 "분쇄 필러"는 가공하지 않은 재료를 분쇄함으로써 마련되고, "구형 필러"는 화염 용융로에서 미세하게 분쇄된 분자를 용해함으로써 구형으로 마련된다. 외관상으로는, 분쇄 필러는 분쇄된 분자가 모서리가 뾰족한 형태를 갖는 분자를 말하고, 구형 필러는 구형 분자 또는 뾰족한 각이 없는 둥근 분자의 형태이다. 필러의 형태는 전자 현미경 또는 금속 현미경을 사용하여 확인할 수 있다.
박막이 성형되어야만 하는 좁은 갭을 갖는 영역에서, 최저에서 최고 분자 사이즈 사이에서 좁은 갭보다 넓은 분자 사이즈를 갖는 필러 그레인 사이즈의 종래의 필러 분자는 좁은 갭을 차단한다. 그러나, 본 발명에서, 수지가 흐르는 좁은 갭을 필러 분자가 차단하는 것을 방지하는데 작은 사이즈의 분자가 사용되도록 필러 사이즈가 조정된다. 다시 말해, 수지가 갭으로 들어갈 때 필러는 수지가 다른 영역으로 흐를 때보다 더 작은 저항을 받는다. 저항값은 베르누이 방정식(bernoulli equation)을 사용하여 쉽게 이끌어낼 수 있다. 총 분포량에 대해 경계층에 의해 영향을 받은 필러의 비율은 비교적 작다. 큰 사이즈 필러는 유선을 따라 흐른다.
일반적으로 필러 분포를 변경하는 것은 점도를 변하게 한다. 점도 변화는 전체 특정 표면 면적과 경화제와 같은 다른 성분을 조정함으로써 억제될 수 있다.
두개의 별개의 필러 분포 또는 두개의 분포 피크를 갖는 밀봉 수지가 좁은 갭과 넓은 영역을 갖는 구조, 및 흐름을 방해하는 주 요소인 내부 본딩 배선과 같은 구조를 밀봉하는데 사용될 때, 본딩 배선은 필러의 비-분포 및 큰 필러의 영향으로 인한 점도 증가로 인해 변형될 수 있다.
이러한 내부 구조에서, 본딩 배선 사이에서 필러(필러는 인접한 배선 사이 거리의 70 내지 85%내의 최대 그레인 분포 피크를 갖는다)가 쉽게 흐르는 제 3의 필러 분포는 세 개의 필러 분포를 제공하도록 부가되어, 배선을 따른 흐름을 제어한다. 그러나, 이 경우에는, 필러의 분자 사이즈가 좁은 갭의 너비의 200% 이상이어야만 한다. 세 개의 분포 피크를 갖는 필러 분포의 예가 도 1의 그래프에 도시되어 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 자세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 용해된 수지(12) 및 다수의 필러 분자(13)를 포함하는 실시예(1)의 밀봉 수지(11)는 예를 들어, 화살표(X)로 도시된 방향으로 반도체 패키지의 빈틈에서 흐른다.
밀봉 수지(11)는 소정의 거리를 나아간 후 본딩 배선(14)과 충돌한다. 그리고, 작은 필러 분자(13b)가 본딩 배선(14)에 의해 분할된 좁은 공간을 채우고, 큰 필러(13a)는 더 넓은 공간을 채운다. 큰 필러 분자(13a)가 좁은 공간에 있더라도, 분자(13a)는 화살표(Y)로 도시된 바와 같이 넓은 공간을 향해 이동한다. 이러한 방식으로, 다수의 필러 분포를 갖는 밀봉 수지를 사용함으로써 넓은 공간과 좁은 공간을 채우는 것이 완료될 수 있다.
도 3의 A 및 B에 도시된 바와 같이, 실시예(2)의 밀봉 수지(21)는 반도체 패키지에서 패키지 벽(25)과 반도체 장치(24)에 의해 둘러싸인 공간(23)에서 입구(22)를 통해 주입된다. 본딩 배선(27)은 공간(23)에 편재한다. 작은 필러 분자(28b)는 본딩 배선(27)과 반도체 장치(24) 사이 및 본딩 배선(27) 사이와 같은 작은 공간을 채우고, 큰 필러 분자(28a)는 패키지 벽(25)과 본딩 배선(27) 사이와 같은 큰 공간을 채운다.
도 3의 B에 도시된 실시예(2)에서, 배선 간격이 150㎛일때 필러의 총단면적과 수지 성분의 단면적에 대한 필러의 단면적의 비율은 쿼드 플랫 패키지(QFP; quad flat package)로 측정된다. 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 배선 주위의 필러의 비율은 약 38%이고, 패키지의 중앙부의 필러의 비율은 43%이다. 그 결과, 작은 공간보다 큰 공간이 더 큰 양의 필러를 포함한다는 것이 증명되었다.
실시예
본 발명의 밀봉 수지의 일례를 설명한다. 그러나, 이 예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
실시예 1
실시예(1)의 밀봉 수지는 용해 수지 및 분쇄 및/또는 구형 필러 분자를 포함한다. 구형 필러 분자는 약 1.8㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.8 내지 1.4 사이의 로신-람러선도(Rosin-Rammler diagram)의 경사각의 값(n)을 갖고, 분쇄 및 구형 필러 분자는 약 20㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.6 내지 1.4 사이의 로신-람러선도의 경사각의 값(n)을 갖는다. 실시예 1의 밀봉 수지는 반도체 패키지에 대해 양호한 충전 특성을 나타낸다.
최대 그레인 분포 피크는 약 ±10%정도 채워진 공간의 내부 간격과 같은 조건에 의해 변할 수 있다.
점선으로 나타난 로신-람러선도에서 경사각의 값(n)은 필러 분자의 내부 밀도 또는 필러 분자의 빈도이다.
실시예 2
실시예(2)의 밀봉 수지는 용해 수지와 다수의 필러 분자를 포함한다.
제 1의 구형 필러 분자는 약 0.75㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.8 내지 1.4 사이의 로신-람러선도의 경사각의 값(n)을 갖고, 제 2의 구형 필러 분자는 약 2.0㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.8 내지 1.4 사이의 로신-람러선도의 경사각의 값(n)을 가지며, 제 3의 구형 필러 분자는 약 20㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.6 내지 1.4 사이의 로신-람러선도의 경사각의 값(n)을 갖는다.
실시예(2)의 밀봉 수지는 세 개의 필러 분포를 가지며, 충전을 더욱 정밀하게 제어한다. 분쇄 필러에 대응하는 가장 큰 분자 피크를 갖는 필러는 밀봉 수지의 빠른 흐름을 제어할 수 있다.
도 1의 필러 분포의 로신-람러선도는 경사각(n)이 약 0.9인 도 5의 그래프에 도시된다.
상기 실시예는 단지 예로서 기재된 것이므로, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형예 또는 대체예가 쉽게 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복잡한 내부 구조는 다수의 필러 분포 피크 또는 다수의 상이한 필러 분포의 필러 분자를 포함하는 밀봉 수지로 채워질 수 있다. 내부 구조가 수지가 거의 채워지지 않은 좁은 갭과 수지가 쉽게 채워지는 넓은 갭을 포함할 때, 좁은 갭은 작은 분자 크기를 갖는 필러의 밀봉 수지로 채워지고, 넓은 갭은 큰 분자 크기를 갖는 필러의 밀봉 수지로 채워지므로, 밀봉 수지로 내부 구조를 쉽게 채울 수 있다.
도 1은 세가지 분포 피크를 갖는 필러 분포의 일예를 도시하는 그래프.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시예를 도시하는 단면도.
도 3의 A는 본 발명의 제 2의 실시예를 도시하는 상면도.
도 3의 B는 도 3의 A의 A-A 라인을 따라 취해지는 단면도.
도 4는 패키지의 중앙 및 배선 주변의 필러의 비율을 도시하는 그래프.
도 5는 도 1의 필러 분포의 로신-람러선도를 도시하는 그래프.
♠도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명♠
11 : 밀봉 수지 12 : 수지 성분
13 : 필러 분자 13a : 큰 필러 분자
13b : 작은 필러 분자 14: 본딩 배선

Claims (10)

  1. 수지 성분(12)과 상기 수지 성분(12)과 혼합된 필러(13)를 포함하고, 상기 필러(13)는 다수의 그레인 사이즈 피크를 갖는 그레인 사이즈 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 필러(13)는 그레인 사이즈 피크를 갖는 구형 필러와 분쇄 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  3. 제 2항에 있어서,
    구형 필러는 약 1.8㎛의 최대 그레인 분포 피크와 로신-람러선도에서 0.8 내지 1.4 사이의 경사각의 값(n)을 갖고, 상기 분쇄 필러는 약 10㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.6 내지 1.4 사이의 로신-람러선도(Rosin-Rammler diagram)에서의 경사각의 값(n)을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  4. 제 2항에 있어서,
    제 1의 구형 필러는 약 0.75㎛의 최대 그레인 분포 피크와 로신-람러선도에서 0.8 내지 1.4 사이의 경사각의 값(n)을 갖고, 제 2의 구형 필러는 약 2.0㎛의 최대 그레인 분포 피크와 로신-람러선도에서 0.8 내지 1.4 사이의 경사각의 값(n)을 가지며, 제 3의 구형 필러 분자는 약 20㎛의 최대 그레인 분포 피크와 0.6 내지 1.4 사이의 로신-람러선도의 경사각의 값(n)을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 그레인 분포에 대한 로신-람러선도에서 경사각의 값(n)은 0.6 내지 1.4 사이인 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  6. 제 1항에 있어서,
    최대 그레인 분포 피크의 값은 밀봉되는 단면적이 최소인 공간에 대해 70 내지 85%내인 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  7. 제 1항에 있어서,
    최대 그레인 분포 피크의 값은 밀봉되는 단면적이 최대인 다수의 공간에 대해 70 내지 85%내인 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 수지 성분에서 상기 필러 분자(13)의 충전도는 중량대비 70 내지 90%인 것을 특징으로 하는 밀봉 수지(11).
  9. 제 1항에 정의된 상기 밀봉 수지(11)로 충전하는 수지-밀봉형 반도체 패키지를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지-밀봉형 반도체.
  10. 제 1항에 정의된 상기 밀봉 수지(11)로 충전하는 반도체 장치와 그 기능부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템-인-패키지.
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