KR100519656B1 - Epoxy Resin Composition for Encapsulating Semiconductor, Having Good Mold-Releasing Property - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이형성이 우수한 반도체 봉지재용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제로 이루어지는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 물질 및 하기 화학식 2로 표시되는 물질을 4:1∼6:1의 비율로 멜트 블렌딩하여 제조된 첨가제를 전체 에폭시 수지 조성물 중 0.0035 중량% 내지 2 중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물에 관한 것이며, 본 발명에 의해 우수한 이형성 및 내오염성을 실현, 결과적으로 내크랙성이 우수한 반도체 소자를 제공할 수 있다.The present invention relates to an epoxy resin composition for a semiconductor encapsulation material excellent in releasability, and more particularly, in an epoxy resin composition composed of an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, and an inorganic filler, a substance represented by the following Chemical Formula 1 and the following Chemical Formula 2 The present invention relates to an epoxy resin composition comprising 0.0035% by weight to 2% by weight of an additive prepared by melt blending a material represented by a ratio of 4: 1 to 6: 1 in the total epoxy resin composition. As a result, excellent releasability and contamination resistance can be realized, and as a result, a semiconductor device excellent in crack resistance can be provided.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서 n은 30∼450의 정수이다.In said formula, n is an integer of 30-450.
[화학식 2][Formula 2]
상기 식에서 R1은 탄소수 1∼30의 알킬기, R2는 t-부틸기이다.In the above formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, and R 2 is a t-butyl group.
Description
본 발명은 이형성이 우수한 반도체 봉지재용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 이형성 및 내오염성을 실현, 결과적으로 내크랙성이 우수한 반도체 소자를 제조하기 위한 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for a semiconductor encapsulation material having excellent release properties, and more particularly, to an epoxy resin composition for producing a semiconductor device having excellent release properties and stain resistance and consequently excellent crack resistance.
최근 반도체 소자의 집적도의 기술은 향상되고 있으며 이에 따른 배선의 미세화, 소자크기의 대형화 및 다층배선화가 급속히 진전되고 있다. 한편 반도체 소자를 외부환경으로부터 보호하는 패케이지(Package)는 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점으로부터 소형·박형화가 가속화 되고 있다.Recently, the technology of the degree of integration of semiconductor devices has been improved, and accordingly, the size of wirings, the size of devices and the size of multilayer wirings are rapidly progressing. On the other hand, packages that protect semiconductor devices from the external environment are accelerating their size and thickness from the viewpoint of high-density mounting to a printed board, that is, surface mounting.
이와 같이 대형 반도체 소자를 소형·박형 패케이지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 금형으로부터의 이형성에 기인하여 패케이지 크랙 발생에 따른 고장 발생의 빈도가 매우 높아지게 된다. 따라서 그 해결방법으로서는 밀봉용 에폭시 수지 성형재료의 고신뢰성화가 강하게 대두되고 있다.As described above, in the resin-sealed semiconductor device in which a large semiconductor element is sealed in a small and thin package, the frequency of failure due to package cracks is very high due to mold release from the mold. Therefore, as a solution, high reliability of the epoxy resin molding material for sealing has emerged strongly.
금형의 응력을 낮추는 방법으로서는, 왁스 혼합(wax compoud) 방법이 폭 넓게 채택되고 있다. 이 방법에서 왁스는 성형재료의 기저 수지인 에폭시 수지 및 경화제와 상용성이 없기 때문에 기저 수지 중에 미립자 분산되므로 내열성을 유지한채 반도체 소자 조립 금형에서 작업시 왁스의 성분이 금형표면에 입혀진다. 금형표면에 입혀진 왁스 성분은 높은 고온에서 지속성을 가져야 하는데, 기존의 왁스 혼합 제품들은 고온에서 내열지속성 및 이형성이 부족한 현상을 나타낸다. 이러한 이유로 왁스의 양을 증가시키면 패케이지 표면에 왁스의 성분이 묻어 나와 표면 오염의 주된 요인으로 작용한다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 에폭시 수지 조성물에 있어서 왁스 성분의 선택과 그 양의 조절이 중요시되고 있다.As a method of reducing the stress of a metal mold | die, the wax compoud method is widely adopted. In this method, the wax is incompatible with the epoxy resin and the curing agent, which are the base resins of the molding material, and thus the fine particles are dispersed in the base resin. Thus, the wax component is applied to the mold surface when working in the semiconductor device assembly mold while maintaining the heat resistance. The wax component coated on the mold surface has to be durable at high temperatures. Existing wax blended products exhibit poor heat resistance and release property at high temperatures. For this reason, increasing the amount of wax causes the wax component to appear on the package surface, which acts as a major source of surface contamination. Therefore, in order to solve such a problem, the selection of the wax component and the control of the amount thereof in the epoxy resin composition are important.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 이형성 및 내오염성을 실현, 결과적으로 내크랙성이 우수한 반도체 소자의 제조가 가능한 에폭시 수지 조성물을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide an epoxy resin composition capable of realizing excellent releasability and contamination resistance, as a result of the production of a semiconductor device excellent in crack resistance.
즉, 본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제로 이루어지는 에폭시 수지 조성물에 있어서,That is, this invention is an epoxy resin composition which consists of an epoxy resin, a hardening | curing agent, a hardening accelerator, and an inorganic filler,
하기 화학식 1로 표시되는 물질 및 하기 화학식 2로 표시되는 물질을 4:1∼6:1의 비율로 멜트 블렌딩하여 제조된 첨가제를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.0035 중량% 내지 2 중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.0.0035% by weight to 2% by weight of an additive prepared by melt blending the material represented by Chemical Formula 1 and the material represented by Chemical Formula 2 at a ratio of 4: 1 to 6: 1, based on the total epoxy resin composition It relates to an epoxy resin composition.
[화학식 1][Formula 1]
상기 식에서 n은 30∼450의 정수이다.In said formula, n is an integer of 30-450.
[화학식 2][Formula 2]
상기 식에서 R1은 탄소수 1∼30의 알킬기, R2는 t-부틸기이다.In the above formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, and R 2 is a t-butyl group.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.The present invention will be described in more detail below.
본 발명의 수지 조성물에 사용되는 에폭시 수지는 에폭시 당량이 190∼220인 것을 사용하며, 구체적으로 크레졸 노볼락 수지, 페놀 노볼락 수지, 바이페닐, 비스페놀 A, 디사이클로펜타디엔 수지 등을 단독 또는 2종류 이상 병용하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 크레졸 노볼락 에폭시 수지를 전체 에폭시 수지 중 40 중량% 이상 사용하는 것이 좋다.Epoxy resins used in the resin composition of the present invention is those having an epoxy equivalent of 190 to 220, specifically, cresol novolac resin, phenol novolac resin, biphenyl, bisphenol A, dicyclopentadiene resin, or the like. It can be used in combination with more than one kind. Preferably, cresol novolac epoxy resin is used at least 40% by weight of the total epoxy resin.
전체 조성물 중 상기 에폭시 수지의 함량은 3.6 ∼ 20.0 중량% 범위로 한다.The content of the epoxy resin in the total composition is in the range of 3.6 to 20.0 wt%.
본 발명의 수지 조성물에 사용되는 경화제 성분으로는 2개 이상의 수산기를 포함하며, 수산기 당량이 100∼200인 통상의 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 자일록(Xylok) 수지, 디사이클로펜타디엔 수지 등을 단독으로 또는 2종류 이상 병용하여 사용하며, 바람직하게는 페놀노볼락 수지를 전체 경화제 중 40 중량% 이상 사용하는 것이 좋다. The curing agent component used in the resin composition of the present invention includes two or more hydroxyl groups, and a conventional phenol novolac resin, cresol novolac resin, Xylok resin, dicyclopentadiene having a hydroxyl group equivalent of 100 to 200. Resin etc. are used individually or in combination of 2 or more types, Preferably it is good to use a phenol novolak resin 40 weight% or more in all the hardening | curing agents.
전체 조성물 중 상기 경화제의 함량은 2.0∼12.9 중량% 범위로 한다. 또한 상기 에폭시 수지와 경화제의 조성비는 수산기 당량에 대한 에폭시 당량이 0.8∼1.3 범위가 되도록 조절하는 것이 좋다. 경화제의 함량이 상기 함량보다 높을 경우 유동성 확보가 어렵고, 상기 함량보다 낮을 경우 경화반응 시간이 지연되는 문제점이 있다.The content of the curing agent in the total composition is in the range of 2.0 to 12.9% by weight. In addition, the composition ratio of the epoxy resin and the curing agent may be adjusted so that the epoxy equivalent to the hydroxyl equivalent is in the range of 0.8 to 1.3. When the content of the curing agent is higher than the content, it is difficult to secure fluidity, and when the content of the curing agent is lower than the content, the curing reaction time is delayed.
본 발명의 수지 조성물에 사용되는 경화촉진제는 상기 에폭시 수지와 경화제의 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, 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등이 있으며 이를 단독으로 또는 2종 이상 병용하여 사용할 수 있다.The curing accelerator used in the resin composition of the present invention is a component necessary for promoting the curing reaction of the epoxy resin and the curing agent, for example benzyldimethylamine, triethanolamine, triethylenediamine, dimethylaminoethanol, tri (dimethylaminomethyl Tertiary amines such as phenol, imidazoles such as 2-methylimidazole and 2-phenylimidazole, organic phosphines such as triphenylphosphine, diphenylphosphine and phenylphosphine, and tetraphenylphosphoni Tetraphenylboron salts such as um tetraphenylborate and triphenylphosphine tetraphenylborate, and the like, and may be used alone or in combination of two or more thereof.
전체 조성물 중 상기 경화 촉진제의 함량은 0.1∼0.5 중량%범위로 한다. 경화 촉진제의 함량이 상기 함량보다 높을 경우 경화제의 경우와 마찮가지로 유동성 확보가 어렵고, 상기 함량보다 낮을 경우 경화반응 시간이 지연되는 문제점이 있다.The content of the curing accelerator in the total composition is in the range of 0.1 to 0.5% by weight. When the content of the curing accelerator is higher than the content, as in the case of the curing agent, it is difficult to secure fluidity, and when lower than the content, there is a problem in that the curing reaction time is delayed.
본 발명의 수지조성물에 사용되는 무기충전제는 그 평균입자가 0.1∼35.0㎛인 용융 또는 합성실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 충전량은 조성물 전체에 대해 70 중량% 이상 사용하는 것이 좋다. 70 중량% 이하로 무기충전제를 사용할 경우에는 충분한 강도와 저열팽창화를 실현할 수 없으며 또한 수분의 침투가 용이해져, 본발명의 첨가제 적용에 따른 이형성 감소와 오염의 효과가 나타나게 된다. 무기충전제의 충전량 상한선은 성형성을 고려하여 선정하여야 하며, 바람직하게는 81 중량% 이하로 사용하는 것이 좋다.Inorganic fillers used in the resin composition of the present invention preferably use molten or synthetic silica having an average particle size of 0.1 to 35.0 µm, and the filling amount is preferably 70% by weight or more based on the entire composition. When the inorganic filler is used in an amount of 70 wt% or less, sufficient strength and low thermal expansion cannot be realized, and the penetration of moisture is facilitated, thereby reducing the release property and contamination by the additive of the present invention. The upper limit of the filling amount of the inorganic filler should be selected in consideration of the moldability, preferably 81% by weight or less.
본 발명의 수지 조성물에는 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 가교증진제, 브롬계 또는 인계 난연제, 난연보조제, 레벨링제, 착색제 등의 기타 첨가제가 사용될 수 있다. 또한 성형관점에서 고급 지방산, 천연 지방산, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스 등이 첨가될 수 있다. 전체 조성물 중 상기 기타 첨가제의 함량은 0.1∼5.0 중량% 범위로 한다.Other additives such as crosslinking enhancers, bromine or phosphorus flame retardants, flame retardant aids, leveling agents, colorants and the like may be used in the resin composition of the present invention without departing from the object of the present invention. In addition, from the viewpoint of molding, higher fatty acids, natural fatty acids, paraffin wax, ester wax and the like can be added. The content of the other additives in the total composition is in the range of 0.1 to 5.0% by weight.
상기 기타 첨가제 이외에도 본 발명에서 특징적으로 첨가되는 첨가제는 하기 화학식 1로 표시되는 물질과 하기 화학식 2로 표시되는 물질을 4:1∼6:1의 중량비로 멜트 블렌딩하여 제조된 것이다. 상기 범위내에서 블렌딩되어야 산화 방지제의 분산도가 높아질 수 있다.In addition to the other additives, the additives characteristically added in the present invention are prepared by melt blending a material represented by the following Chemical Formula 1 with a material represented by the following Chemical Formula 2 at a weight ratio of 4: 1 to 6: 1. Blending within the above range can increase the dispersion of the antioxidant.
상기 식에서 n은 30∼450의 정수이다.In said formula, n is an integer of 30-450.
상기 식에서 R1은 탄소수 1∼30의 알킬기, R2는 t-부틸기이다.In the above formula, R 1 is an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, and R 2 is a t-butyl group.
상기 화학식 1의 물질은 폴리 에틸렌 변형왁스로서 140℃에서 점도가 4100∼4500cpi이며, 평균 분자량이 4000∼6000인 것을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use the substance of the said Formula (1) as a polyethylene modified wax whose viscosity is 4100-4500cpi, and the average molecular weights 4000-6000 at 140 degreeC.
상기 화학식 2의 물질은 산화방지제로서 바람직하게는 R1이 탄소수 15∼17인 선형 알킬기인 물질을 사용하며, 특히 분자량이 530.8, 비중이 1.02의 값을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.As the substance of Chemical Formula 2, preferably, R 1 is a linear alkyl group having 15 to 17 carbon atoms, and in particular, a molecular weight of 530.8 and a specific gravity of 1.02 are preferably used.
상기 첨가제는 에폭시 수지 100중량부에 대해 0.1∼10중량부, 즉 전체 에폭시 수지 조성물에 대해 0.0035 중량% 내지 2 중량%를 직접 투입 또는 스프레이방식으로 적용하는 것이 바람직하다.The additive is preferably 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of epoxy resin, that is, 0.0035% by weight to 2% by weight based on the total epoxy resin composition by direct injection or spray method.
상기와 같은 성분을 이용하여 에폭시 수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융 혼련하고, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이 사용되고 있다.As a general method for producing an epoxy resin composition using the above components, a predetermined amount is uniformly mixed by using a Henschel mixer or a Rödige mixer, and then melt kneaded with a roll mill or a kneader, cooled, or pulverized. A method of obtaining the final powder product is used.
본 발명에서 얻어진 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 인젝션(Injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로도 성형가능하다.As a method of sealing a semiconductor element using the epoxy resin composition obtained in the present invention, a low pressure transfer molding method is most commonly used, or an injection molding method or a casting method can be used.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the present invention.
실시예Example
표 1에 나타난 바와 같이 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀 믹서를 이용, 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였으며, 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100℃에서 7분간 용융혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.As shown in Table 1, each component was weighed, and then uniformly mixed using a Henschel mixer to prepare a powder-based primary composition, melt-kneading at 100 ° C. for 7 minutes using a mixing 2-roll mill, and then cooled. And the final epoxy resin composition was prepared through a grinding process.
다음으로 멜라민 수지를 이용 300초간 175℃에서 3번의 성형으로 도 1에 도시된 이형력 테스트 금형을 크리닝한 후 상기와 같이 제조한 에폭시 수지 조성물을 175℃에서 120초 동안 2번 성형후 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 성형, 도 3에 도시된 측정장치를 통하여 금형과의 이형력을 측정하였다. 이형력 측정은 40번 이상 이루어졌으며, 이를 표 2 및 도 3에 나타내었다. 측정장치는 이형력 측정기(force pull gauge)를 이용하였다. Next, after using the melamine resin, the mold release force test mold shown in FIG. 1 was cleaned by three moldings at 175 ° C. for 300 seconds, and then the epoxy resin composition prepared as described above was molded twice at 120 ° C. for 120 seconds to seal the semiconductor device. The epoxy resin composition for molding, and the release force with the mold was measured through the measuring device shown in FIG. Release force measurement was made more than 40 times, which is shown in Table 2 and FIG. The measuring device used a force pull gauge.
비교예Comparative example
표 1에 나타난 바와 같이 각 성분을 주어진 조성대로 평량하여 실시예와 같은 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하였으며, 이형력을 측정하였다.As shown in Table 1, the epoxy resin composition was prepared in the same manner as in Example by weighing each component according to a given composition, and the release force was measured.
1) 에폭시 당량 : 190∼210, 분자량 100∼10001) Epoxy equivalent: 190 ~ 210, Molecular weight 100 ~ 1000
2) 수산기 당량 : 100∼200, 분자량 100∼10002) hydroxyl equivalent: 100-200, molecular weight 100-1000
상기 표 2 및 도 3에서 실시예의 조성물이 비교예보다 이형성이 우수하다는 것을 알 수 있다. In Table 2 and Figure 3 it can be seen that the composition of the Example is superior in releasability than the comparative example.
본 발명의 에폭시 수지 조성물의 경우 반도체 소자 조립용 금형과의 이형성이 우수하기 때문에 이것을 이용하는 것에 의해 금형과의 스틱킹(sticking)에 의해 발생하는 크랙의 발생을 줄일 수 있어 물성이 양호한 반도체 소자를 얻을 수 있다.In the case of the epoxy resin composition of the present invention, since the releasability with the mold for semiconductor element assembly is excellent, the use of the epoxy resin composition can reduce the occurrence of cracks caused by sticking with the mold, thereby obtaining a semiconductor element having good physical properties. Can be.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용된 이형력 테스트 금형을 나타낸 도면,1 is a view showing a release force test mold used in the embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 실시예에서 사용된 이형력 측정장치를 나타낸 도면, 및2 is a view showing a release force measuring apparatus used in an embodiment of the present invention, and
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 수지조성물을 이용하여 측정된 이형력을 비교하는 그래프이다.3 is a graph comparing the release force measured using the resin compositions of Examples and Comparative Examples of the present invention.
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2001
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