KR100562454B1 - 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은
(A) 결정성 에폭시 수지,
(B) 하기 화학식 1로 표시되는 다관능형 페놀 수지,
(C) 유기 인계 경화 촉진제,
(D) 아미노 실란 커플링제, 및
(E) 조성물 전량에 대하여 88 중량% 이상의 무기질 충전제
를 필수 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
Figure 111999008191537-pat00001
식 중, R은 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이고, m은 1 내지 4의 정수이다.
또한, 결정성 에폭시 수지, 다관능형 페놀 수지 경화제, 유기 인계 경화 촉진제, 아미노 실란 커플링제를 사용하고, 무기질 충전제를 88 중량% 이상 함유하는 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 유동성이 양호하고, 급속 경화성이 우수함과 동시에 보존 안정성이 우수하다. 또한, 높은 유리 전이 온도를 갖고 낮은 팽창 계수를 가지며, BGA 패키지의 휘어짐 양이 작음과 동시에 솔더 마스크로의 접착성이 양호 하고, 또한 흡수율이 낮다. 또한, 무기질 충전제를 다량 함유하기 때문에 브롬화 페놀 노볼락 등의 난연제 및 삼산화안티몬 등의 난연 보조제를 함유하지 않아도 난연성을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용한 반도체 장치는 리플로우시의 내균열성 및 신뢰성도 우수한 것이다.
반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물, 반도체 장치, 결정성 에폭시 수지, 다관능형 페놀 수지, 유기 인계 경화 촉진제, 아미노 실란 커플링제, 무기질 충전제

Description

반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치{Epoxy Resin Compositions for Sealing Semiconductor and Semiconductor Devices}
본 발명은 패키지의 휘어짐 양이 적고, 와이어 흐름이 적으며, 접착성이 우수한 볼·그리드·어레이(Ball Grid Array, 이하, BGA라고 한다) 봉지용에 적합한 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치에 관한 것이다.
현재, 반도체 산업 속에서 수지 봉지형 장치가 주류가 되고 있다. 그리고, 일반적으로 에폭시 수지가 다른 열경화성 수지에 비하여 성형성, 접착성, 전기 특성, 기계 특성, 내습성 등이 우수하기 때문에 에폭시 수지 조성물로 반도체 장치를 봉지하는 것이 많이 행해지고 있다.
특히 최근에 BGA라는 패키지가 모토롤라사에서 개발되었지만, 이것은 회로 기판에 칩을 직접 실장하고, 그 위를 플라스틱으로 봉지하는 특수한 구조를 갖고 있다. 이 방법에서는 기판에 대하여 한쪽측만을 수지 봉지하기 때문에, 기판과 수지의 수축률 차에 기인하는 패키지의 휘어짐 현상이 큰 문제가 된다.
이 문제점을 극복하기 위하여, 수지의 고Tg(유리 전이 온도)화 및 저팽창화에 의해 기판과 수지의 수축률 차를 작게 하고, 패키지 휘어짐 양을 억제하는 시도 가 여러 가지로 행해져 왔다. 구체적으로는, 에폭시 수지에 다관능형 에폭시 수지, 경화제에 다관능형 페놀 수지, 경화 촉진제에 이미다졸 화합물을 사용하여 고Tg화하고, 실리카 충전제를 고충전함으로써 저팽창화하는 것이 공지된 기술이 되었다. 또한, 실리카 충전제를 고충전하고, 동시에 고유동성을 유지하기 위하여 파쇄상 실리카를 포함하지 않는 구형 실리카를 사용하여, 그의 입도 분포를 최적화하는 기술 및 커플링제에 의한 실리카 표면 처리를 최적화하는 기술도 공지되어 있다. 더욱이, 장치의 신뢰성을 평가할 때 중시하지 않으면 안되는 특성으로서, 기판 표면을 피복하고 있는 솔더 마스크와 수지의 접착성을 들 수 있다. 커플링제로서 에폭시 실란 커플링제 및 머캅토 실란 커플링제를 선택함으로써 수지와 솔더 마스크의 접착성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것도 잘 알려져 있다.
그러나, 상기의 종래 기술에는 이하에 거론할 수 있는 여러 가지 결점이 있는 것이 판명되었다. 즉, 에폭시 수지 및 페놀 수지에 다관능형을 사용하면 경화물의 분자 구조 내의 자유 체적이 커지기 때문에 흡수율이 커지고, 흡습 후의 땜납 내열성이 저하되어, 이른바 팝콘 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 다관능형을 포함하는 모든 비결정형 에폭시 수지의 점도는 비교적 높고, 에폭시 수지 조성물 중에 실리카 충전제 등의 무기질 충전제를 다량 함유하면 용융 점도가 상승하고, 그것을 사용하여 봉지한 BGA 패키지는 와이어 흐름 또는 와이어 단선이라는 부적합한 성형을 발생한다. 더욱이, 경화 촉진제에 이미다졸 화합물을 사용했을 경우, 인계 경화 촉진제에 비하여 보존 안정성이 떨어지고, 수지 봉지 공정의 관리를 엄격히 하지 않으면 급격한 점도 상승에 따른 와이어 흐름 및 미충전이 발생하기 쉬워 작업 성이 떨어진다. 게다가, 에폭시 수지 중의 가수분해성 염소가 탈락되기 쉽기 때문에 내습 신뢰성에도 문제가 발생하였다. 또한, 해마다 진행되는 패키지 대형화에 대응하기 위하여 계속적인 저팽창화가 필요해지고, 현행 실리카 고충전에서는 고점도화에 의해 와이어 흐름이 빈발해진다. 또한, 첨가하는 커플링제의 종류에 따라서는 수지 봉지시의 경화성을 저해하여 결과적으로 패키지 휘어짐 양이 증대되어 버리는 경우가 있다.
종래의 BGA 봉지용 수지 조성물은 상기와 같이 여러 가지의 문제점을 안고 있으며, 유효한 해결책은 아직 발견되지 않았다.
본 발명은 패키지 휘어짐 양이 적고 와이어 흐름 비율이 적으며, 솔더 마스크로의 접착성이 양호하고 보존 안정성이 좋기 때문에, 작업성 및 신뢰성이 우수한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 이 조성물의 경화물로 봉지된 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 검토를 행한 결과, (A) 결정성 에폭시 수지, (B) 하기 화학식 1로 표시되는 다관능형 페놀 수지, (C) 유기 인계 경화 촉진제 및 (D) 아미노 실란 커플링제를 조합하고, (E) 무기질 충전제를 조성물 전량의 88 중량% 이상 배합함으로써 패키지 휘어짐 양이 현저히 적어짐과 동시에, 접착성이 높고 흡수율이 낮은 경화물을 얻을 수 있고, 와이어 흐름 비율도 적고 보존 안정성이 우수하며 신뢰성이 높은 반도체 봉지, 특히 BGA 봉지를 가능하 게 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
<화학식 1>
Figure 111999008191537-pat00002
식 중,
R은 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이고,
m은 1 내지 4의 정수이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명하겠다.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은,
(A) 결정성 에폭시 수지,
(B) 상기 화학식 1로 표시되는 다관능형 페놀 수지,
(C) 유기 인계 경화 촉진제,
(D) 아미노 실란 커플링제 및
(E) 조성물 전량에 대하여 88 중량% 이상의 무기질 충전제를 필수 성분으로 하는 것이다.
여기에서, 본 발명에서 사용되는 수지는 결정성 에폭시 수지이고, 특히 하기 화학식 2, 3, 4 또는 5로 표시되는 분자 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이들 에폭시 수지는 각각 연화점이 100 ℃ 이상으로 높고, 온도가 연화점에 달할 때까지는 견고한 결정 구조를 유지하고 있지만, 일단 온도가 연화점에 도달하면 급격히 용융하여 매우 저점도의 액체가 된다. 따라서, 이 에폭시 수지 조성물에는 무기질 충전제를 다량 함유시킬 수 있고, 경화물의 팽창 계수를 낮추는 것이 가능하다.
Figure 111999008191537-pat00003
Figure 111999008191537-pat00004
Figure 111999008191537-pat00005
식 중,
R1 내지 R8은 수소 원자, 또는 동일하거나 또는 상이한 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
n은 0 내지 4의 정수이다.
Figure 111999008191537-pat00006
식 중,
R1 내지 R10은 수소 원자, 또는 동일하거나 또는 상이한 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,
n은 0 내지 4의 정수이다.
또한, 상기 알킬기는 직쇄상, 분지상, 환상 중 어느 것이어도 좋고, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한, n은 0 내지 4의 정수이며, 바람직하게는 0 또는 1이다.
(A) 성분의 결정성 에폭시 수지로서는 상기 각 식에서 n의 값이 0 내지 4의 정수인 2종 이상의 수지를 각각 임의의 비율로 함유하는 혼합물로서 사용해도 좋다.
본 발명에서 에폭시 수지로서는 상기 결정성 에폭시 수지에 추가하여, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 다른 에폭시 수지를 병용할 수 있다. 이 경우, 전체 에폭시 수지 중, 상기 결정성 에폭시 수지는 50 중량% 이상(즉, 50 내지 100 중량%), 특히 75 내지 95 중량%를 함유하고 있는 것이 바람직하다.
(B) 성분은 하기 화학식 1로 표시되는 다관능형 페놀 수지이며, 이것은 에폭 시 수지의 경화제로서 작용하는 것이다.
<화학식 1>
Figure 111999008191537-pat00007
식 중,
R은 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이고,
m은 1 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 1의 다관능형 페놀 수지는 분자 운동이 억제되기 때문에, 유리 전이 온도가 높아진다는 특징을 갖고 있다. 즉, BGA 패키지는 유리 섬유 적층판에 BT 수지 등 유기 수지를 함침시킨 회로 기판에 대한 편면 수지 봉지, 이른바 바이메탈 구조 때문에 크게 휘어지기 쉽고, 수지의 선택에 의해 휘어짐 양을 저감할 필요가 있다. 또한, BGA 패키지는 구조상 금선의 길이가 긴 데다가, 수도 많아 종래의 봉지재로는 금선이 치우쳐서 신뢰성이 저하된다는 문제가 있었다. 이 경우, 휘어짐 양을 저감하는 방법으로서는 그 기판과 동일한 수지율을 갖는 수지 조성물, 즉 거의 동일한 Tg와 팽창 계수의 수지 조성물로 봉지하면 된다. 따라서, Tg가 높은 에폭시 수지 조성물이 바람직하지만, 그러한 점에서 화학식 1의 다관능형 페놀 수지가 가장 바람직하다.
또한, 상기 화학식 1에서 R은 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이고, 바람직하게는 수소 원자이다. 또한, m은 1 내지 4의 정수이고, m이 1 내지 4인 경우 Tg가 충분히 올라감과 동시에 이 에폭시 수지 조성물의 유동성도 확보되기 때문에 바람직하다. 내습 신뢰성 향상을 위하여 이들 에폭시 수지 중에 함유되는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 할로겐, 또는 그 외의 이온성 불순물이 매우 적은 것이 바람직하다.
또한, (B)성분의 다관능형 페놀 수지로서는 m의 값이 0 내지 4의 정수인 2종 이상의 수지를 각각 임의의 비율로 함유하는 혼합물로서 사용할 수도 있다.
본 발명에서 상기 화학식 1의 다관능형 페놀 수지는 또한 다른 페놀 수지, 예를 들어 페놀 노볼락 수지, 파라크실릴렌 변성 페놀 수지, 메타크실릴렌 변성 페놀 수지, 오르토크실릴렌 변성 페놀 수지, 나프탈렌형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지 등과 병용해도 문제는 없지만, 전체 페놀 수지 경화제 중의 70 중량% 이상은 화학식 1의 다관능형 페놀 수지 경화제인 것이 바람직하다. 다른 페놀 수지 경화제가 30 중량%를 넘으면 Tg가 저하되고, BGA의 휘어짐 양이 증가할 가능성이 있다.
본 발명에서 사용되는 결정성 에폭시 수지 중의 전체 에폭시기 수에 대한 페놀 수지 경화제 중의 페놀성 수산기와의 비(몰 비)는 0.8 내지 1.2가 바람직하고, 특히 0.9 내지 1.1이 바람직하다. 몰 비가 0.8보다 낮던가, 1.2보다 높은 경우, 이 에폭시 수지 조성물은 충분한 경화성을 얻지 못하며, 여러 특성이 저하되어 버리는 경우가 있다.
(C) 성분의 경화 촉진제는 유기 인계의 것이면 특히 제한되지 않지만, 특히 하기 화학식 6으로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure 111999008191537-pat00008
식 중, R11은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
이러한 유기 인계 화합물로서 구체적으로는 트리페닐포스핀, 트리스-o-톨릴포스핀, 트리스-m-톨릴포스핀, 트리스-p-톨릴포스핀 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 특히 트리스-p-톨릴포스핀을 사용하면 경화성이 빨라 성형시의 사이클 시간을 단축하는 데다가 보전성도 양호하다. 또한 패키지 휘어짐도 경화가 빨라지기 때문에 작아져, 바람직한 경화 촉진제이다.
이들 경화 촉진제의 첨가량은 특히 제한되지 않지만, 에폭시 수지 및 경화제의 합계량 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1 몰, 특히 0.01 내지 0.5 몰의 범위로 하는 것이 바람직하다. 배합량이 0.001 몰 미만에서는 경화 반응이 충분히 일어나기 어렵고, 금형 이형성을 악화시키는 경우가 있으며, 1 몰을 넘으면 성형시의 점도가 높아짐과 동시에 내습성 등의 신뢰성이 나빠지는 경우가 있다.
상기에서 예시한 경화 촉진제는 필요에 따라서 2종 이상을 병용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 공지된 경화 촉진제와 병용할 수도 있다. 또한, 본 발명의 경화 촉진제는 수지 조성물 중에 분산되기 쉽기 때문에, 미리 수지 성분과 혼합하여 이것을 분쇄해도 좋다.
(D) 성분의 아미노 실란 커플링제로서는, 특히 하기 화학식 7로 표시되는 아 미노 관능성 알콕시 실란 화합물 및(또는) 그 부분 가수분해 축합물이 바람직하다.
Figure 111999008191537-pat00009
식 중,
A는 -CH3 또는 -C2H5를 나타내고,
R12는 수소 원자, -C2H4NH2 또는 -C6H5를 나타내고,
a는 0 또는 1을 나타낸다.
이러한 아미노 실란 커플링제로서 구체적으로는 하기 구조의 화합물이 예시된다.
Figure 111999008191537-pat00010
또한, 본 발명의 (D) 성분의 아미노 실란 커플링제로서는 상기한 아미노 관능성 알콕시 실란 화합물의 1종 또는 2종 이상을 병용해도 좋고, 또 이들 실란 화합물의 부분 가수분해 축합물을 사용해도 좋으며, 또는 이들 실란 화합물과 부분 가수분해 축합물이 임의의 비율로 배합된 혼합물을 사용해도 좋다.
본 발명의 결정성 에폭시 수지와 다관능형 페놀 수지를 병용한 계에서 실리카 등의 무기질 충전제를 88 중량% 이상 배합하였을 경우, 종래부터 잘 알려져 있는 에폭시계 커플링제를 사용하면, 에폭시 수지 조성물의 점도가 높아져 유동성이 저하되고 금선 흐름의 원인이 된다. 이에 대하여 상기 조성에서 본 발명의 아미노 실란 커플링제를 사용함으로서 저점도화가 달성된다. 그 중에서도 (CH3O)3SiC3H6-NHC6H5가 가장 바람직하다.
상기 아미노 실란 커플링제는 에폭시 수지 조성물 중의 결정성 에폭시 수지 및 다관능형 페놀 수지 등의 경화제, 그리고 BGA 기판상의 솔더 마스크 등과 같은 유기 성분 및 실리카 표면과 같은 무기 성분에 대하여 친화성이 높기 때문에, 수지 조성물로의 분산성이 양호하다. 따라서, 무기질 충전제에 대한 유기 수지의 습윤성을 개선하고, 수지 조성물의 유동성 향상, 유기 수지와 무기질 충전제 계면의 접착력 향상, 수지 조성물과 솔더 마스크와의 접착력 향상에 효과가 크다. 이러한 특성은 수지 조성물의 저점도화가 가능해지기 때문에 와이어 흐름을 방지하고, 접찹력 향상은 땜납 침지시의 신뢰성 향상으로 연결된다.
아미노 실란 커플링제의 첨가량은 특히 제한되지 않지만, 에폭시 수지 및 경화제의 합계량 100 중량부에 대하여 0.2 내지 3.0 중량부, 특히 0.5 내지 1.5 중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 아미노 실란 커플링제는 다른 종류의 커플링제와 병용해도 지장이 없고, 일반적으로는 다른 요구 성능과의 균형을 맞추어 병용하는 것이 바람직한 경우 가 많다. 병용하는 경우, 아미노 실란 커플링제는 전체 커플링제 중에 30 중량% 이상, 특히 50 중량% 이상 배합하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 (E) 성분으로서 사용되는 무기질 충전제로서는 용융 실리카, 결정 실리카, 알루미나, 질화 알루미늄, 삼산화안티몬 등을 들 수 있고, 유동성을 높이기 위해서는 구상 타입의 것이 바람직하다.
이들 무기질 충전제의 첨가량은 에폭시 수지 조성물 전체의 88 중량% 이상이어야 하며, 바람직하게는 90 중량% 이상, 특히 90.1 내지 91.0 중량%의 경우, 경화물의 바람직한 저팽창화와 고유동성을 유지할 수 있기 때문에 바람직하다. 88 중량% 미만에서는 팽창 계수가 커지고 패키지의 휘어짐이 커진다.
또한, 무기질 충전제는 실란 커플링제 등에 의해 미리 표면 처리한 것을 사용할 수 있는데, 이 경우 무기질 충전제를 미리 표면 처리하는데 사용하는 실란 커플링제는 상기한 아미노 실란 커플링제를 비롯하여, 에폭시 관능성 알콕시실란, 머캅토 관능성 알콕시실란 등의 실란 커플링제도 사용 가능하지만, 아미노실란 커플링제로 표면 처리하는 것이 바람직하고, 또한 이 표면 처리에는 실란 커플링제를 무기질 충전제 전량에 대하여 0.1 내지 0.8 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 0.4 중량% 사용하면, 완전한 블렌드와 마찬가지로 무기질 충전제에 대한 유기 수지의 습윤성을 개선하여 수지 조성물의 유동성 향상, 유기 수지와 무기질 충전제 계면의 접착력 향상에 효과가 있고, 이에 따라 수지 조성물의 저점도화가 가능해지기 때문에 와이어 흐름을 방지하고, 또한 접착력 향상에 의해 땜납 침지시의 신뢰성 향상이 가능해진다.
또한, 무기질 충전제의 표면 처리제로서 아미노 실란 커플링제를 사용하는 경우, 이 아미노 실란 커플링제는 (E) 성분의 무기질 충전제를 다른 (A) 내지 (D)성분과 혼합하기 전에 미리 처리하는 것이며, 조성물 중의 (D) 성분의 아미노 실란 커플링제의 배합량과는 독립적인 것이다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에는 상기 성분에 추가하여 필요에 따라서 카본 블랙 등의 착색제, 브롬화 에폭시 수지 등의 난연제, 실리콘 오일, 실리콘 고무 등의 저응력 성분을 첨가할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은 에폭시 수지, 페놀 수지 경화제, 무기질 충전제, 경화 촉진제, 그 외 첨가제를 믹서로 상온에서 혼합하고, 롤 및 압출기 등의 일반 혼련기로 혼련하여 냉각한 후, 분쇄하여 성형 재료로 할 수 있다.
또한, 와이어 흐름을 방지하기 위해서는 175 ℃에서 측정한 조성물의 용융 점도가 바람직하게는 200 포이즈 이하, 더욱 바람직하게는 180 포이즈 이하이다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물로 봉지되는 반도체 장치는 반드시 제한되는 것은 아니지만, 특히 BGA 봉지용으로서 유효하다. 또한, 성형법으로서는 공지된 방법을 채용할 수 있지만, 성형 온도는 통상 160 내지 180 ℃이다.
<실시예>
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다. 또한, 이하의 예에서 "부"는 모두 "중량부"이다.
<실시예 1 내지 9, 비교예 1 내지 8>
표 1 내지 4에 나타낸 성분을 열 이축 롤로 균일하게 용융 혼합하고, 냉각, 분쇄하여 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻었다. 또한, 사용한 에폭시 수지, 페놀 수지 경화제, 경화 촉진제, 실란 커플링제의 구조는 하기와 같다.
결정성 에폭시 수지-1
Figure 111999008191537-pat00011
결정성 에폭시 수지-2
Figure 111999008191537-pat00012
결정성 에폭시 수지-3
Figure 111999008191537-pat00013
결정성 에폭시 수지-4
Figure 111999008191537-pat00014
비결정성 다관능형 에폭시 수지
Figure 111999008191537-pat00015
(p는 평균 1.5이다.)
다관능형 페놀 수지 경화제
Figure 111999008191537-pat00016
(m은 평균 1.2이다.)
페놀 노볼락 수지 경화제
Figure 111999008191537-pat00017
(m'는 평균 4.1이다.)
유기 인계 경화 촉진제-1
Figure 111999008191537-pat00018
유기 인계 경화 촉진제-2
Figure 111999008191537-pat00019
이미다졸계 경화 촉진제-3
Figure 111999008191537-pat00020
아미노 실란 커플링제-1
(CH3O)3SiC3H6NHC6H5
아미노 실란 커플링제-2
(CH3O)3SiC3H6NHC2H4NH2
아미노 실란 커플링제-3
(CH3)3SiC3H6NH2
에폭시 실란 커플링제
Figure 111999008191537-pat00021
머캅토 실란 커플링제
(CH3O)3SiC3H6SH
이들 조성물에 대하여 다음 (a) 내지 (j)의 여러 특성을 측정하였다. 그 결과를 표 1 내지 4에 병기한다.
(a) 스파이럴 플로우 값
EMMI 규격에 준한 금형을 사용하여 175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 90 초의 조건으로 측정하였다.
(b) 겔화 시간
조성물의 겔화 시간을 175 ℃ 가열 판상에서 측정하였다.
(c) 용융 점도
고하(高下)식 플로우 테스터(시마즈 세이사꾸쇼 제품)를 사용하여 175 ℃에서 측정하였다.
(d) 열시(熱時) 경도
JIS-K6944에 준하여 175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 60 초의 조건으로 4 x 10 x 100 mm의 경화물을 성형하였을 때, 그의 열시 경도를 바콜(Barcol) 경도계로 측정하였다.
(e) 유리 전이 온도 및 선 팽창 계수
175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 90 초의 조건으로 5 x 5 x 15 mm의 시험편을 성형하고, 180 ℃에서 4시간 후경화시킨 것을 사용하여 팽창계에 의해 5 ℃/분으로 승온시킴으로써 측정하였다.
(f) 보존 안정성
에폭시 수지 조성물을 알루미늄제 밀봉 봉투에 넣고, 25 ℃에서 72시간 고온기 중에 방치하였다. 방치 후의 조성물의 스파이럴 플로우 값을 (a)와 동일하게 측정하고, 초기값에 비하여 저하된 퍼센트를 산출하였다.
(g) 패키지 휘어짐 양
35 x 35 x 0.5 mm의 기판상에 175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 90 초의 조건으로 32 x 32 x 1.2 mm의 시험 샘플을 성형 후, 몰드 수지면의 휘어짐 양을 레이저식 측정 장치(야스나가사 제품)로 측정하였다. 또한, 180 ℃에서 4시간 후경화시킨 후, 다시 동일하게 측정하였다(샘플 수 3개의 평균값으로 나타내었다.)
(h) 기재 접착성
PSR4000AUS 5 코팅 BT 기판상에 175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 90 초의 조건으로 원추대 모양의 접착성 평가용 샘플(기판과 접착하는 저면의 면적 10 ㎟)을 성형하고, 180 ℃에서 4시간 후경화시킨 후, 85 ℃, 85% RH, 72시간→IR 리플로우를 2회 행하는 열화 조건으로 열화시키고, 이어서 푸쉬 풀 게이지를 사용하여 전단 속도 1 mm/초로 전단 접착력의 측정을 행하였다(샘플 수 8개의 평균치로 나타내었다.)
(i) 흡수율
175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 90 초의 조건으로 직경 50 mm, 두께 3 mm의 원판 시험편을 성형하고, 180 ℃에서 4시간 후경화시킨 후, 초기 중량에 대한 85 ℃, 85% RH의 고온 고습의 조건하에 168시간 방치한 후의 중량 변화를 흡수율로서 측정하였다.
(j) 난연성
175 ℃, 70 kgf/㎟, 성형 시간 90 초의 조건으로 칫수가 13 x 127 mm이고 두께 0.32 cm(1/8 인치)와 두께 0.16 cm(1/16 인치)의 시험편을 성형하고, 180 ℃에서 4시간 후경화시킨 후, UL-94V-0의 시험 방법에 따라서 난연성 시험을 행하였다.
Figure 111999008191537-pat00022
Figure 112004011327596-pat00033
Figure 111999008191537-pat00024
Figure 111999008191537-pat00025
결정성 에폭시 수지, 다관능형 페놀 수지 경화제, 유기 인계 경화 촉진제, 아미노 실란 커플링제를 사용하고, 무기질 충전제를 88 중량% 이상 함유하는 본 발 명의 에폭시 수지 조성물은 유동성이 양호하고, 급속 경화성이 우수함과 동시에 보존 안정성이 우수하다. 또한, 높은 유리 전이 온도를 갖고 낮은 팽창 계수를 가지며, BGA 패키지의 휘어짐 양이 작음과 동시에 솔더 마스크로의 접착성이 양호하고, 또한 흡수율이 낮다. 또한, 무기질 충전제를 다량 함유하기 때문에 브롬화 페놀 노볼락 등의 난연제 및 삼산화안티몬 등의 난연 보조제를 함유하지 않아도 난연성을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용한 반도체 장치는 리플로우시의 내균열성 및 신뢰성도 우수한 것이다.
결정성 에폭시 수지, 다관능형 페놀 수지 경화제, 유기 인계 경화 촉진제, 아미노 실란 커플링제를 사용하고, 무기질 충전제를 88 중량% 이상 함유하는 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 유동성이 양호하고, 급속 경화성이 우수함과 동시에 보존 안정성이 우수하다. 또한, 높은 유리 전이 온도를 갖고 낮은 팽창 계수를 가지며, BGA 패키지의 휘어짐 양이 작음과 동시에 솔더 마스크로의 접착성이 양호하고, 또한 흡수율이 낮다. 또한, 무기질 충전제를 다량 함유하기 때문에 브롬화 페놀 노볼락 등의 난연제 및 삼산화안티몬 등의 난연 보조제를 함유하지 않아도 난연성을 달성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용한 반도체 장치는 리플로우시의 내균열성 및 신뢰성도 우수한 것이다.

Claims (5)

  1. (A) 결정성 에폭시 수지,
    (B) 하기 화학식 1로 표시되는 다관능형 페놀 수지,
    (C) 유기 인계 경화 촉진제,
    (D) 아미노 실란 커플링제, 및
    (E) 조성물 전량에 대하여 88 중량% 이상의 무기질 충전제
    를 필수 성분으로 하는 것을 특징으로 하며,
    상기 (B) 다관능형 페놀수지의 배합비는 (A) 성분의 결정성 에폭시 수지 중에 포함된 에폭시기 1몰에 대하여, (B) 성분의 다관능형 페놀수지 중에 포함된 페놀성 수산기의 몰비가 0.8~1.2가 되도록 하는 양이며, (C) 유기 인계 경화 촉진제는 조성물 중의 에폭시 수지 및 경화제의 총량 100 중량부에 대하여 0.001 내지 1 몰이고, (D) 아미노 실란 커플링제는 조성물 중의 에폭시 수지 및 경화제의 총량 100 중량부에 대하여 0.2 내지 3.0 중량부인
    반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
    <화학식 1>
    Figure 112005075519556-pat00026
    식 중,
    R은 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이고,
    m은 1 내지 4의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, (A) 결정성 에폭시 수지가 하기 화학식 2 내지 화학식 5로 표시되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
    <화학식 2>
    Figure 111999008191537-pat00027
    <화학식 3>
    Figure 111999008191537-pat00028
    <화학식 4>
    Figure 111999008191537-pat00029
    식 중,
    R1 내지 R8은 수소 원자, 또는 동일하거나 또는 상이한 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
    n은 0 내지 4의 정수이다.
    <화학식 5>
    Figure 111999008191537-pat00030
    식 중,
    R1 내지 R10은 수소 원자, 또는 동일하거나 또는 상이한 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,
    n은 0 내지 4의 정수이다.
  3. 제1 또는 2항에 있어서, (C) 유기 인계 경화 촉진제가 하기 화학식 6으로 표시되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
    <화학식 6>
    Figure 111999008191537-pat00031
    식 중, R11은 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
  4. 제1 또는 2항에 있어서, (D) 아미노 실란 커플링제가 하기 화학식 7로 표시되는 아미노 관능성 알콕시 실란 및(또는) 그의 부분 가수분해 축합물인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
    <화학식 7>
    Figure 112004011327596-pat00032
    식 중,
    A는 -CH3 또는 -C2H5를 나타내고,
    R12는 수소 원자, -C2H4NH2 또는 -C6H5를 나타내고,
    a는 0 또는 1을 나타낸다.
  5. 제1 또는 2항 기재의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 경화물로 봉지된 반도체 장치.
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