KR100589097B1 - 봉지용 에폭시수지 조성물 및 전자장치 - Google Patents

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히다치 가세고교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명에서는, 에폭시수지, 경화물, 비도전성 카아본 및 무기충전재를 함유하는 봉지용(encapsulated : 封止用) 에폭시수지 조성물과, 그 조성물의 경화물을 함유하는 봉지부재(部材)를 구비하는 전자장치가 제공된다.
봉지, 에폭시, 전자장치

Description

봉지용 에폭시수지 조성물 및 전자장치{Epoxy resin for encapsulation and an electronic device}
도 1은 수지봉지형 반도체장치의 예를 표시하는 단면도이다.
본 발명은, 레이저마아크성, 전기특성, 성형성, 신뢰성 및 패키지표면 외관이 뛰어난 봉지용(encapsulation : 封止用) 에폭시수지 조성물과, 이것에 의하여 소자가 봉지된 전자장치에 관한 것이다.
IC (집적회로), LSI (대규모 집적회로) 등의 반도체소자는, 소자의 집적도의 향상과 더불어, 소자사이즈의 대형화, 반도체장치 등의 전자장치의 소형화, 박형화, 다핀화가 진행되고 있다. 또, 전자기기의 소형화, 박형화에 대응하여, 실장방법도 고밀도실장을 가능으로 하는 표면실장이, 핀삽입형에 대신하여 급속도로 보급되고 있다. 이 표면실장에서는, 전자장치를 기판에 취부할 때, 200℃ 이상의 땜질욕이라는 공정에 의하여, 전자장치 자체가 단시간 내에 고온에 노출된다. 이 때, 봉지재료중에 함유되는 수분이 기화함으로써 발생하는 증기압이, 캡슐화재료와, 소자 및 리이드프레임이라는 인서트와의 계면에서 박리응력으로서 작용하기 때문에, 봉지재 료와 인서트와의 사이에서 박리가 발생하고, 특히 박형의 전자장치에서는, 전자장치의 부풀음이나 크랙에 이르게 된다.
이와 같은 박리기인에 의한 부풀음, 크랙의 방지책으로서, 소자표면 또는 리이드프레임의 아일랜드 이면에 코오트재를 도포하여 봉지재료와의 밀착성을 향상시키는 수법, 리이드프레임의 아일랜드 이면에 딤풀가공이나 스릿트가공 등을 행하는 수법, 또는, 패키지를 LOC (Lead on Chip) 구조로 하는 것에 의하여 봉지재료와의 밀착성을 향상시키는 수법이 사용되고 있다. 그러나, 이들의 수법에는, 코스트가 높고, 효과가 불충분하다는 문제가 있다. 또, LOC구조로 하는 경우, 패키지표면에 색의 얼룩이 생기고, 외관을 손상한다.
또한, 반도체장치 등의 전자장치의 소형화, 다핀화에 따라, 인너리이드 사이나 패드 사이, 와이어 사이 등의 핏치간의 거리가 좁아져 버린다. 이 때문에, 봉지재료 중에 카아본블랙 등의 도전성물질이 큰 거친 입자로 존재하면, 이들의 도전성 입자가 인너리이드, 패드, 와이어 등의 사이에 끼이고, 전기특성 불량의 원인으로 되는 경우가 있다. 이 때문에, 착색제로서 카아본블랙 대신에 유기염료나 안료 등을 사용하는 검토가 이루어지고 있다 (특개소 63-179921호 공보, 특개평 11-60904호 공보). 그러나, 이들의 착색제에는, YAG레이저 마아크성의 저하, 신뢰성의 저하, 고코스트화 등의 문제가 있다.
본 발명은, 레이저마아크성이나 전기특성이 우수하고, 패드 사이나 와이어 사이의 거리가 좁은 반도체장치 등의 전자장치에서도 도전성물질에 의한 단락이 발생하 지 않고, 패키지 표면의 외관을 손상하는 일 없이 신뢰성이 높은 패키지를 얻을 수가 있는, 성형성이 뛰어난 봉지용 에폭시수지 조성물과, 그 조성물을 사용하여 소자가 봉지된 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 봉지용 에폭시수지 조성물에 비도전성 카아본을 배합함으로써 상술한 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명에서는, 에폭시수지, 경화제, 비도전성 카아본 및 무기충전재를 포함하는 봉지용 에폭시수지 조성물이 제공된다. 또, 본 발명에서는, 전기저항이 107Ω 이상의 비도전성 카아본을 사용하는 것이 바람직하고, 비도전성 카아본의 함유량은, 봉지용 에폭시수지 조성물의 전체의 0.1-10 중량%일 것이 바람직하다.
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물은, 성형성이 양호하고, 레이저마아크성이 뛰어나기 때문에, 이것을 사용하면, 전기특성, 신뢰성 및 패키지표면의 외관이 뛰어난 전자장치를 얻을 수가 있다. 그래서, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물의 경화물을 함유하는 봉지부재를 구비한 전자장치가 제공된다.
이하 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
1. 봉지용 에폭시수지 조성물의 성분
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물은, 에폭시수지, 경화제, 비도전성 카아본 및 무기충전재를 포함한다. 이하, 각 성분에 대하여 설명한다.
(1) 에폭시수지
본 발명에서 사용되는 에폭시수지는, 특히 제한되는 것은 아니고, 예를 들면, 봉지용 에폭시수지 조성물에서 일반적으로 사용되고 있는 것을 적의 선택할 수가 있다. 본 발명에 적용 가능한 에폭시수지로서는,
페놀류와 알데히드류에서 합성되는 노보락수지를 에폭시화한 에폭시수지 (예를 들어, 페놀노보락형 에폭시수지, 오르소 크레졸노보락형 에폭시수지, 비스페놀A노보락형에폭시수지 등),
알킬치환 또는 비치환의 비페놀형 에폭시수지,
알킬치환 또는 비치환의 글리시딜에테르형 에폭시수지,
이소시아눌산 등의 폴리아민과 에피클로로히드린과의 반응에 의하여 얻어지는 글리시딜아민형 에폭시수지,
비페닐형 에폭시수지,
디시클로펜타디엔과 페놀류 및/또는 나프톨류와의 공축합수지의 에폭시화물,
나프탈렌환을 가지는 에폭시수지,
아랄킬형 페놀수지 (예를 들면, 페놀­아랄킬수지, 나프톨­아랄킬수지 등)의 에폭시화물,
트리메티롤프로판형 에폭시수지,
테르펜변성 에폭시수지, 및,
올레핀결합을 과초산 등의 과산으로 산화하여 얻어지는 선상지방족에폭시수지 및 지환족에폭시수지
등을 들 수가 있다. 이것들은, 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
구체적으로는, 하기의 구조식 (I) ∼ (IV)의 어느 하나에 의하여 표시되는 화합물 등을 들 수가 있다.
Figure 112004012854806-pat00001
(여기서, R1∼ R4는 수소원자 및 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기로 이루어진 그룹에서 선택되고, 모두가 동일하여도 되고, 1 이상이 상이하여도 된다. n은 0 ∼ 3의 정수를 나타낸다.)
Figure 112004012854806-pat00002
(여기에서 R5 ∼ R12는 수소원자 또는 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기로 이루어진 그룹에서 선택되고, 모두가 동일하여도 좋고, 1 이상이 상이하여도 좋다. n은 0 ∼ 3의 정수이다.)
Figure 112004012854806-pat00003
(여기서, R13 - R16은 수소원자 및 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화 수소기로 이루어진 그룹에서 선택되고, 모두 동일하여도 좋고, 1 이상이 상이하여도 좋다. n은 0 ∼ 10의 정수를 나타낸다.)
Figure 112004012854806-pat00004
(여기서, R은 수소원자 및 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기 이루어진 그룹에서 선택되고, n은 0 ∼ 10의 정수를 나타낸다.)
상기 일반식 (I) 중의 R1 ∼ R4는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소프로필기, 이소부틸기 등의 알킬기,
메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등의 알콕시기,
페닐기, 톨릴기, 키실릴기등의 이릴기,
벤질기, 펜에틸기등의 아랄킬기,
메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 메톡시에틸기 등의 알콕시알킬기,
아미노메틸기, 아미노에틸기 등의 아미노기치환알킬기,
등의 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기 및 수소원자로 이루어진 그룹에서 선택된다. 이들 중, 수소원자 또는 메틸기가 바람직하다.
이 일반식 (I)로 표시되는 비페닐형 에폭시수지로서는,
4,4'-비스(2,3-에폭시프로폭시)비페닐 또는 4,4'-비스(2,3-에폭시프로폭시)-3,3',5,5'-테트라메틸비페닐을 주성분으로 하는 에폭시수지,
에피클롤로히드린과 4,4'-비페놀 또는 4,4'-(3,3',5,5'-테트라메틸)비페놀을 반응시켜서 얻어지는 에폭시수지 등을 들 수가 있으며, 이 중에서도, 4,4'-비스(2,3-에폭시프로폭시)-3,3',5,5'-테트라메틸비페닐을 주성분으로 하는 에폭시수지가 더욱 바람직하다.
상기 일반식 (II)중의 R5 ∼ R12는,
메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소프로필기, 이소부틸기 등의 알킬기,
메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 브톡시기 등의 알콕시기,
페닐기, 톨릴기, 키실릴기 등의 아릴기,
벤질기, 펜에틸기등의 아랄킬기,
메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 메톡시에틸기 등의 알콕시알킬기,
아미노메틸기, 아미노에틸기 등의 아미노기치환알킬기,
등의 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기 및 수소원자로 이루어진 그룹에서 선택된다. 이들 중, 수소원자 또는 메틸기가 바람직하다.
이 일반식 (II)로 표시되는 비스페놀F형 에폭시수지로서는, 예를 들면, R5, R7, R10 및 R12가 메틸기이며, R6, R8, R9 및 R11 이 수소원자이며, n = 0인 화합물을 주성분으로 하는 ESLV-80XY (신닛테츠카가쿠 카부시키가이샤제 상품명)가 시판품으로서 입수가 가능하다.
상기 일반식 (III)중의 R13 ∼ R16은,
* 수소원자,
메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, t-부틸기, 아밀기, 이소부틸기 등의 알킬기,
메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등의 알콕실기,
페닐기, 톨릴기, 키실릴기 등의 아릴기 및
벤질기, 펜에틸기 등의 아랄킬기,
메톡시메틸기, 에톡시메틸기, 메톡시에틸기 등의 알콕시알킬기,
아미노메틸기, 아미노에틸기 등의 아미노기치환알킬기
등의 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기 및 수소원자로 이루어진 그룹에서 선택된다. 이들 중, 알킬기가 바람직하며, 메틸기 또는 t-부틸기가 더욱 바람직하다.
이 일반식 (III)으로 표시되는 페닐설피드형 에폭시수지로서는, 입수성(入手性) 및 유동성의 관점에서, R13 및 R16이 t-부틸기이고, R14 및 R15가 메틸기이며, n이 0인 화합물을 주성분으로 하는 (2-메틸-4-히드록시-5-t-부틸)티오에테르의 에폭시화물이 바람직하다.
상기 일반식 (IV)중의 R로서는, 예를 들면,
메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소프로필기, t-부틸기 등의 알킬기,
비닐기, 아릴기, 부테닐기 등의 알케닐기,
할로겐화알킬기,
아미노기치환알킬기,
메르캅토기치환알킬기,
등의 탄소수 1 ∼ 10의 치환 또는 비치환의 1가의 탄화수소기 또는 수소원자를 들 수가 있다. 이들 중에서도 메틸기, 에틸기 등의 알킬기가 바람직하며, 메틸기가 더욱 바람직하다.
이 일반식 (IV)로 표시되는 노보락형 에폭시수지로서는, 페놀노보락형 에폭시수지, 오르소크레졸노보락형 에폭시수지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도, 오르소크레졸노보락형 에폭시수지가 바람직하다.
(2) 경화제
본 발명에서 사용되는 경화제는, 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 봉지용 에폭시수지 조성물에서 일반적으로 사용되고 있는 것을 적의 선택할 수가 있다. 본 발명에 적용 가능한 경화제로서는,
페놀류 (예를 들면, 페놀, 크레졸, 레조르신, 카테콜, 비스페놀A, 비스페놀F 등) 및/또는 나프톨류(예를 들면, α-나프톨, β-나프톨, 디히드록시나프탈렌 등)과, 포름알데히드등의 알데히드류와를, 산성촉매하에서 축합 또는 공축합시켜서 얻어지는 수지,
아랄킬형 페놀수지 (예를 들면, 페놀ㆍ아랄킬수지, 나프톨ㆍ아랄킬수지 등)등을 들 수가 있다. 이들은 단독으로 사용하여도 2종 이상 조합하여 사용하여도 좋다.
경화제는 에폭시수지의 에폭시기당량에 대하여, 페놀수산기당량이 0.5 ∼ 1.5당량이 되는 양을 배합되는 것이 바람직하며, 0.8 ∼ 1.2당량 배합하는 것이 더욱 바 람직하다. 0.5 당량 미만에서는 에폭시수지의 경화가 불충분하여 경화물의 내열성, 내습성 및 전기특성이 뒤떨어지는 경향이 있고, 1.5당량을 초과하면 경화제성분이 과잉이 되어 경화수지중에 다량의 페놀성수산기가 남기 때문에, 전기특성 및 내습성이 나빠지는 경향이 있다.
(3) 경화촉진제
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물에는, 에폭시기와 페놀성수산기와의 에테르화반응을 촉진하기 위하여, 경화촉진제를 배합하는 것이 바람직하다. 경화촉진제로서는, 에폭시수지와 경화제의 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매기능을 가지는 화합물이라면 특히 제한은 없으나, 예를 들면,
1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센-7,1,5-디아자비시클로[4.3.0]노넨, 5,6-디부틸아미노-1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데센-7, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 디메틸아미노에탄올, 트리스(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급아민류 및 이들의 유도체,
2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 류 및 이들의 유도체,
트리부틸포스핀, 메틸디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기포스핀류,
상기 유기포스핀류에 무수말레인산, 벤조퀴논, 디아조페닐메탄 등의 π결합을 가지는 화합물을 부가하여서 이루어지는 분자내 분극을 가지는 인화합물,
테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 2-에틸-4-메틸이미다졸 테트라페닐보레이트, N-메틸테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스포늄-트리페닐보란
등을 들 수가 있다. 이것들은, 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
경화촉진제의 배합량은, 에폭시수지 100중량부에 대하여 0.01 ∼ 5 중량부가 바람직하며, 0.1 ∼ 3 중량부를 배합하는 것이 더욱 바람직하다. 0.01 중량부보다 적으면 촉진효과가 작으며, 5 중량부보다 많으면 보존안정성이 나빠지는 경향이 있다.
(4) 비도전성 카아본
본 발명에서 사용되는 비도전성 카아본은, 특히 제한되는 것은 아니나,
예를 들면,
폴리머를 소성시켜 얻어지는 비도전성 폴리머소성카아본,
카아본블랙 표면에 폴리머를 그라프트시켜서 얻어지는 그라프트카아본,
카아본블랙 표면을 실리카 등의 절연무기물로 피복함으로써 얻어지는 카아본 내포필러(카아본內包filler),
산화처리 등의 표면처리를 한 카아본블랙
등을 들 수가 있다. 이것들은 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다. 또, 이들의 비전도성 카아본을 에폭시수지, 페놀수지 등으로 코오팅하여 사용할 수도 있다.
i) 비도전성 카아본의 제조방법
비도전성 폴리머소성카아본의 제조법은 특별히 제한은 없으나, 예를 들면, 나프탈렌 등의 방향족을 가지는 설폰산 폴리머를 400 ∼ 600℃에서 소성하는 방법을 들 수가 있다.
그라프트카아본의 제조법은 특별히 제한은 없으나, 예를 들면, 에폭시기, 티오에폭시기, 아지리딘기, 옥사졸린기, 이소시아네이트기 등의 카아본블랙 표면의 카르복실기와 반응성을 가지는 기를 갖는 그라프트 폴리머를, 열에 의하여 카아본블랙에 불가역적 부가반응시키는 방법을 들 수가 있다.
여기서 사용되는 그라프트 폴리머는, 특별히 제한은 없으나, 상술한 반응성기를 가지는 불포화합물을, 그것과 공중합 가능한 단량체와 공중합시켜서 얻어진다. 이와 같은 폴리머로서는, 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리에틸렌그리콜, 폴리옥사졸린, 폴리프로필렌그리콜, 폴리메타크릴산메틸, 아크릴수지, 불소수지 등 및 이들의 유도체, 폴리디메틸실록산 등의 실리콘, 왁스 등을 들 수가 있다. 이것들은, 단독으로 사용하여도 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
그리프트카아본의 제조에 사용되는 카아본블랙으로서는 특별히 제약은 없으나, 그라프트폴리머와의 반응점인 카르복실기 등의 산성관능기가 표면에 많이 존재하는 것이 바람직하며, pH 7 이하의 카아본블랙이 더욱 바람직하다.
그라프트카아본의 그라프트율은, 비도전성의 관점에서 30 중량% 이상이 바람직하며, 50 중량% 이상이 더욱 바람직하다. 여기서, 그라프트율이란 그라프트카아본 전체에 차지하는 그라프트폴리머의 비율을 말한다.
카아본내포필라의 제조법은 특별히 제한은 없으나, 예를 들면, 수용액 중에 분산 시킨 카아본블랙 표면에, 테트라에톡시실란을 가수분해시킴으로써 실리카 미립자를 침착시키는 방법, 수용액중에 분산시킨 카아본블랙에 실리카졸을 첨가하고 졸겔법에 의하여 실리카 미립자를 침착시키는 방법 등을 들 수가 있다. 카아본블랙 표면을 덮는 절연무기물로서는 특히 제한은 없으나, 예를 들면, 탄산칼슘, 탄산바륨 등의 알칼리토류금속탄산염; 규산칼슘, 규산마그네슘 등의 알칼리토류금속규산염; 산화철, 실리카, 알루미나, 산화동, 산화코발트, 산화니켈 등의 금속산화물; 탄산코발트, 탄산니켈, 염기성탄산동, 수산화알루미늄, 다이렉트블랙154칼슘레이키 등을 들 수 있으며, 단독으로 사용하여도 2종 이상 조합하여 사용하여도 좋다. 카아본내포필라에 사용되는 카아본블랙으로서는 특별히 제한은 없으나, 물에 젖기 쉽고, 부피가 높지 않은 것이 바람직하다. 카아본내포필라의 카아본내포율은, 비도전성의 관점에서 70중량% 이하가 바람직하며, 50중량% 이하가 더욱 바람직하다. 여기서, 카아본내포율이란, 카아본내포필라 전체에 차지하는 카아본블랙의 비율을 말한다.
표면처리를 한 카아본블랙의 표면처리방법으로서는, 특별히 제한은 없으나, 예를 들면, 공기산화법; 초산, 질소산화물과 공기의 혼합가스, 오존등의 산화제를 사용하는 산화처리법; 실란카프링제를 사용하는 방법을 들 수가 있다.
ii) 비도전성 카아본의 전기저항
비도전성 카아본의 전기저항은, 107Ω 이상이 바람직하고, 109Ω 이상이 더욱 바람직하다. 전기저항은, JISZ 3197에 준거한, 글라스포기재(布基材) 에폭시수지 동장(銅張)적층판 MCL-E67 (히다치가세이고교사제 상품명)을 기판으로 한 2형의 빗모 양전극 (동박두께 35㎛, 선의 폭 0.3mm, 선의 사이 0.3mm, 기판 두께 0.95mm)을 사용하고, 분말샘플 0.5g을 배선상에 셀로판테이프로 고정하여, 저항계 (타케다리켄코교샤제 TR8601)에 의하여 직류 500V로 1분 후의 저항치를 측정함으로써 구해진다.
iii) 비도전성 카아본의 평균입경
비도전성 카아본의 평균입경은, 0.3 ∼ 50㎛가 바람직하며, 0.3 ∼ 30㎛가 더욱 바람직하다. 레이저마아크성, 성형성의 관점에서는 0.3 ∼ 10㎛가 바람직하며, 0.3 ∼ 5㎛이 더욱 바람직하다.
iv) 비도전성 카아본의 함유량
비도전성 카아본의 함유량은 봉지용 에폭시수지 조성물 전체에 대하여 0.1 ∼ 10 중량%가 바람직하며, 0.3 ∼ 8 중량%가 더욱 바람직하고, 0.5 ∼ 4 중량%가 더욱 더 바람직하다. 0.1 중량% 미만에서는 패키지표면의 외관이 손상하거나, 차광성, 레이저마아크성이 불충분하게 되는 경우가 있으며, 10 중량%를 초과하면 성형성이 불충분하게 되는 경향이 있다.
(5) 충전재
충전재로서는, 흡습성의 저감 및 강도향상의 관점에서 무기충전재를 사용하는 것이 필요하다.
본 발명에서 사용되는 무기충전재는, 특별
히 제한되는 것은 아니고, 예를 들면, 봉지용 에폭시수지 조성물에서 일반적으로 사용되고 있는 것을 적의 선택할 수가 있다. 본 발명에 적용 가능한 무기충전재로 서는,
용융실리카, 결정실리카, 알루미나, 지르콘, 규산칼슘, 탄산칼슘, 탄화규소, 질화붕소, 베릴리아, 지르코니아 등의 분말 또는 이것들을 구형화한 비이드,
티탄산칼륨, 탄화규소, 질화규소, 알루미나등의 단결정섬유, 또는, 유리섬유 등을 들 수가 있으며,
수산화알루미늄, 붕산아연 등의 난연효과가 있는 무기충전재도, 본 발명에 적용 가능하다. 이것들은, 단독으로 사용하여도, 2종 이상 조합하여 사용하여도 좋다.
이것들 중에서도, 선팽장계수저감의 관점에서는 용융실리카가, 고열전도성의 관점에서는 알루미나가 바람직하고, 무기충전재의 형상은, 성형시의 유동성 및 금형마모성의 점에서 구형이 바람직하다.
무기충전재의 배합량은, 흡습성, 선팽장계수의 저감, 강도향상 및 땜질내열성의 관점에서, 봉지용 에폭시수지 조성물 전체에 대하여 70 ∼ 98중량%로 하는 것이 바람직하며, 75 ∼ 95중량%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
(6) 카플링제
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물에는, 무기충전재와 수지성분과의 친화성을 도모하는 관점에서는 카플링제를 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 카플링제는, 특히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 봉지용 에폭시수지 조성물에서 일반적으로 사용되고 있는 것을 적의 선택할 수가 있다. 본 발명에 적용 가능한 카플링제로서는,
비닐트리클로로실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스 (β-메톡시에톡시)실란, γ-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, β-(3, 4-에폭시시크로헥실)에틸트리메톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00005
-그리시독시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00006
-메르캅토프로필트리메톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00007
-아미노프로필트리에톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00008
-[비스(β-히드록시에틸)]아미노프로필트리에톡시실란, N-β-(아미노에틸)-
Figure 112004012854806-pat00009
-(β-아미노에틸)-
Figure 112004012854806-pat00010
-아미노프로필트리메톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00011
-(β-아미노에틸)아미노프로필디메톡시메틸실란, N-(트리메톡시실릴프로필)에틸렌디아민, N-(디메톡시메틸실릴이소프로필)에틸렌디아민, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, N-β-(N-비닐벤질아미노에틸)-
Figure 112004012854806-pat00012
-아미노프로필트리메톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00013
-클로로프로필트리메톡시실란, 헥사메틸디실란,
Figure 112004012854806-pat00014
-아닐리노프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란,
Figure 112004012854806-pat00015
-메르캅토프로필메틸디메톡시실란 등의 실란계카플링제,
이소프로필트리이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리스(디옥틸파이로포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리(N-아미노에틸-아미노에틸)티타네이트, 테트라옥틸비스 (디트리데실포스파이트)티타네이트, 테트라(2, 2-디아릴옥시메틸-1-부틸)비스 (디트리데실)포스파이트티타네이트, 비스(디옥틸파이로포스페이트)옥시아세테이트티타네이트, 비스(디옥틸파이로포스페이트)에틸렌티타네이트, 이소프로필트리옥타노일티타네이트, 이소프로필디메타크릴이소스테아로일티타네이트, 이소프로필트리도데실벤젠술포닐티타네이트, 이소프로필이소스테아로일디아크릴티타네이트, 이소프로필트리 (디옥틸포스페이트)티타네이트, 이소프로필트리쿠밀페닐티타네이트, 테트라이소프로필비스 (디옥틸포스파이트)티타네이트, 등의 티타네이트계 카플링제
등을 들 수 있다. 이것들은, 단독으로 사용하여도 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
(7) 기타의 첨가제
기타의 첨가제로서,
고급지방산 (예를 들어 카르나바왁스, 폴리에틸렌계왁스)등의 이형재,
실리콘오일, 실리콘고무 등의 개질재,
히드로탈사이트, 안티몬-비스무스 등의 이온트랩퍼-
등을 필요에 따라 배합할 수가 있다. 이것들은, 어느 1종류를 사용하여도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
또, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물에는, 본 발명의 효과가 달성되는 범위내라면, 상술한 비도전성 카아본에 가하여, 다시, 아진계염료, 안트라퀴논계염료, 디스아조계염료, 디이미늄계염료, 아미늄계염료, 디이모늄계염료, Cr착체, Fe착체, Co착체, Ni착체, Fe, Cu, Ni 등의 금속화합물, Al, Mg, Fe 등의 금속산화물, 운모, 근적외흡수재, 프탈로시아닌계안료, 프탈로시아닌계염료, 카아본블랙 등의 착색제를 1종 또는 2종 이상 병용할 수가 있다. 특히, 레이저마아크성, 유동성, 경화성의 점에서는 프타로시아닌계염료를 병용하는 것이 바람직하다.
카아본블랙등의 도전성입자를 병용하는 경우에는, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 분산성이 뛰어나고, 비표면적이130m²/g이하, DBP흡유량이 120cm³/100g 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 비표면적이 100㎡/g 이하, DBP흡유량이 80㎤/100g 이하의 것을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
2. 봉지용 에폭시수지의 제조방법
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물은, 상기의 각 원재료를 균일하게 분산 혼합할 수 있는 것이라면, 어떠한 수법을 써서도 조제할 수 있으나, 일반적인 방법으로서는, 소정의 배합량의 원재료를 믹서 등에 의하여 충분히 혼합한 후, 열롤, 압출기 등에 의하여 혼련하고, 냉각, 분쇄하는 방법을 들 수가 있다. 성형조건에 적합한 치수 및 중량으로 타블렛화하면 사용하기에 편리하다.
3. 전자장치
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물은, 레이저마아크성, 전기특성, 성형성, 신뢰성이 뛰어나고, 또, 스켈톤방지효과가 높기 때문에, IC, LSI등의 소자 봉지에 바람직하다. 그래서, 본 발명에서는, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물에 의하여 봉지된 전자장치, 즉, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물의 경화물을 함유하는 봉지부재를 구비하는 전자장치가 제공된다.
본 발명의 전자장치로서는, 지지부재 (예를 들면, 리드프레임, 배선필의 테이프캐리어, 배선판, 유리, 실리콘웨이퍼등)에, 소자 (예를 들면, 반도체칩, 트랜지스터, 다이오드, 사이리스터 같은 능동소자, 콘덴사, 저항체, 코일같은 수동소자 등)을 탑재하고, 필요한 부분을 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물로 봉지된, 전자장치 등을 들 수가 있다.
이와 같은 전자장치로서는, 예를 들면,
리이드프레임상에 반도체소자를 고정하고, 본딩패드등의 소자의 단자부와 리이드부를 와이어본딩이나 범프로 접속한 후, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물을 사 용하여 트랜스퍼성형 등에 의하여 봉지된, DIP (Dual Inline Package), PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier), QFP (Quad Flat Package), SOP (Small Outline Package), SOJ (Small Outline J-lead package), TSOP (Thin Small Outline Package), TQFP (Thin Quad Flat Package) 등의 일반적인 수지 봉지형 IC,
테이프캐리어에 범프로 접속한 반도체칩을, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물로 봉지된 TCP (Tape Carrier Package),
배선판이나 유리판상에 형성한 배선에, 와이어본딩, 플립칩본딩, 땜질 등으로 소자 (반도체칩, 트랜지스터, 다이오드, 사이리스터 등의 능동소자, 및/또는, 콘덴서, 저항체, 코일 등의 수동소자)를 접속하고, 이 소자를, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물로 봉지된 COB (Chip On Board) 모듈, 하이브리드IC 및 멀티칩모듈, 및, 이면에 배선판 접속용의 단자를 형성한 유기기판에 형성된 배선을 접속한 후, 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물로 소자를 봉지한 BGA (Ball Grid Array) 및 CSP (Chip Size Package) 등을 들 수가 있다. 또, 프린트회로판에도 본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물을 사용할 수가 있다.
본 발명의 봉지용 에폭시수지 조성물을 사용하여 전자장치를 봉지하는 방법으로서는, 저압트랜스퍼성형법이 가장 일반적이나, 인젝션성형, 압축성형, 주형 등의 방법을 사용하여도 된다.
[바람직한 실시의 양태]
이하에 본 발명을 실시예에 의하여 상세하게 설명하나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
1. 봉지용 에폭시수지 조성물의 조제
먼저, 표 1 및 표 2에 나타내는 배합성분을 드라이블렌드에 의하여 예비 혼합한 후, 2축롤(롤표면온도 80℃)로 10분간 혼련하고, 냉각분쇄하여 실시예 및 비교예의 봉지용 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
배합조성 1 (배합량: 중량부)
배합성분 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9
비페닐형 에폭시수지 85.0 85.0 85.0 85.0 85.0 85.0 85.0 85.0 85.0
브롬화 에폭시수지 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0 15.0
아랄킬형 페놀수지 87.0 87.0 87.0 87.0 87.0 87.0 87.0 87.0 87.0
트리페닐포스핀 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0
에폭시실란 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6
카르나바왁스 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
폴리에틸렌 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
비도전성 카아본A 55.0 - - 20.0 20.0 10.0 - - 30.0
비도전성 카아본B - 60.0 - - 30.0 20.0 - - -
비도전성 카아본C - - 65.0 - - 30.0 - - -
비도전성 카아본D - - - - - - 50.0 - -
비도전성 카아본E - - - - - - - 30.0 -
카아본블랙A - - - 2.0 - - - - -
프탈로시아닌계염료 - - - - - - - - 1.0
3산화안티몬 12 12 12 12 12 12 12 12 12
용융실리카 1550 1550 1550 1550 1550 1550 1550 1550 1550
배합조성2 (배합량 : 중량부)
배합성분 비교예
1 2 3 4
비페닐형 에폭시수지 85.0 85.0 85.0 85.0
브롬화 에폭시수지 15.0 15.0 15.0 15.0
아랄킬형 페놀수지 87.0 87.0 87.0 87.0
트리페닐포스핀 3.0 3.0 3.0 3.0
에폭시실란 7.6 7.6 7.6 7.6
카르나바왁스 1.5 1.5 1.5 1.5
폴리에틸렌왁스 1.5 1.5 1.5 0.5
카아본블랙B 3.5 1.5 - -
아진계염료 - 10.0 35.0 -
운모-흑산화철계염료 - - - 30.0
3산화안티몬 12 12 12 12
용융실리카 1550 1550 1550 1550
그리고, 표 1 및 표 2 기재의 배합성분은 다음과 같다.
비페닐형 에폭시수지 : 유화셸에폭시주식회사제 상품명 YX-4000H
브롬화에폭시수지 : 토오토카세이주식회사제 상품명 YDB-400
아랄킬형페놀수지 : 미추이카가쿠주식회사제 상품면 XL-225-3L
에폭시실란 : 닙폰유니카주식회사제 상품명 A-187
폴리에틸렌왁스 : 크라리앤트쟈팬주식회사제 상품명 PED-191
비도전성 카아본A : 미츠이광산주식회사제 상품명 CB-3-500 (평균입경 3㎛, 전기저항 109Ω)
비도전성 카아본B: 미츠이광산주식회사제 상품명 CB-7-500 (평균 입경 7㎛, 전기저항 109Ω)
비도전성 카아본C : 미츠이광산주식회사제 상품명 CB-10-500 평균 입경 10㎛, 전기저항 109 Ω )
비도전성 카아본D : 스티렌/아크릴/아크릴계그라프트폴리머를 사용한 그라프트율 90중량%의 그라프트카아본 (주식회사닙폰쇼쿠바이제, 전기저항 1010Ω)
비도전성 카아본E : 카아본내포율17중량%의 카아본내포실리카 (스즈키유시코오교주식회사제, 평균입경 7㎛, 전기저항 109 Ω)
카아본블랙A :비표면적 89m2/g, DBP흡유량 60cm3/100g 의 카아본블랙
카아본블랙B : 비표면적 140m2/g, DBP흡유량 131cm3/100g의 카아본블랙
프탈로시아닌계염료: 야마모토카세이주식회사 상품명 YKR-3080
아진계염료: 스미토모카가쿠코교주식회사제 상품명 스피릿트블랙 920
운모-흑산화철계염료: 머크쟈판주식회사제 상품명 LS835
용융실리카: 마이크론주식회사제 상품명 S-CO
2. 평가방법
각 실시예, 비교예의 봉지용 에폭시수지 조성물을, 각각, 다음에 표시하는 각 시험에 의하여 평가하였다. 또 봉지용 에폭시수지 조성물의 성형은, 트랜스퍼성형기를 사용하고, 금형온도 180℃, 성형압력 6.9MPa, 경화시간 90초의 조건에서 행하였다. 또, 후경화 (포스트큐어) 는 175℃에서 6시간 행하였다.
(1) 스파이랄 플로우
EMM 11-66에 준한 금형을 트랜스퍼 성형기에 세트하고, 상술한 조건으로 봉지용 에폭시수지 조성물을 성형하고, 유동거리 (cm)를 구하였다.
(2) 열시경도
바리측정금형 (폭 5mm, 깊이 50, 30, 20, 10, 5, 2㎛의 슬릿트를 설치한 금형)을 트랜스퍼성형기에 세트하고, 상술한 조건에서 봉지용 에폭시수지 조성물을 성형하고, 금형개방 10초 후, 수지가 고인 부분을 쇼아경도기로 측정하였다.
(3) 체적저항률
원판금형을 트랜스퍼성형기에 세트하고, 봉지용 에폭시수지 조성물을 상술한 조건으로 직경 100mm, 두께 3mm의 원판에 성형한 후, 체적저항계를 사용하여, 전압 500V, 150℃에서 측정하고, 절연성을 확인하였다.
(4) 내습성
내습성은, 각 에폭시수지 조성물을 성형, 후경화하여 SOP-28 핀의 수지봉지형반도체장치 (외형치수 18x8.4x2.6mm)를 제작하고, 이것을 85℃/85RH%에서 72시간 흡습시킨 후, 240℃/10초 (IR리플로우)의 전처리 후, PCT(121℃/0.2 MPa)에 의한 칩상배선(chip上配線)의 단선의 유무를 확인하고, 단선패키지가 시험패키지중 50%에 달할 때까지의 PCT의 시간으로 평가하였다.
또, 평가용 반도체장치는, 다음과 같이 하여 제작하였다. 우선, 9.6x5.1mm의 TEG (Test Element Group) 칩 (Al배선 10 및 20미크론 폭, 갭 10 및 20미크론, 패시베이션 없음)을 리이드프레임 (42 알로이재 (가공딤플))상에 접착제를 사용하여 접착하고, 칩의 본딩패드부와 리이드프레임을 금선에 의하여 와이어본딩한 후, 각 에폭시수지 조성물을 사용하여, 칩 전체를 덮도록, 상술한 조건으로 트랜스퍼 성형 하고, 후경화처리를 하여 봉지부재를 형성함으로써 제작하였다.
(5) 땜질내열성
땜질내열성은, 각 에폭시수지 조성물을 성형, 후경화하여 QFP-80핀의 수지봉지형반도체장치 (외형치수 20x14x2.0mm)를 제작하고, 이것을 85℃/85RH% 로 소정의 시간 흡수시킨 후, 240℃/10초의 IR리플로우 처리를 행하여, 외관을 관찰하고, 외관크랙이 발생할 때까지의 흡습시간에 의하여 평가하였다.
또, 평가용 반도체장치는, 다음과 같이 하여 제작하였다. 우선, 도 1에 표시하는 바와 같이, 8x10x0.4mm의 테스트용 IC칩 11을, 다이패드(42알로이재 (가공없음)) 12상에 접착제 13을 사용하여 접착하고, IC칩 11의 본딩패드부와 리이드 14를 금선 15에 의하여 와이어본딩하였다. 다음에, 각 에폭시수지 조성물을 사용하여, 칩 11 전체를 덮도록, 상술한 성형조건으로 트랜스퍼성형하고, 봉지부재 16를 형성하였다. 이것에 의하여, 도 1에 표시하는 QFP형 반도체장치를 얻었다.
(6) 레이저마아크
레이저마아크성은, 각 에폭시수지 조성물을 사용하여 QFP-64핀의 수지봉지형 반도체장치를 제작하고, 이것의 패키지표면에, YAG레이저마아킹 장치를 사용하고, YAG레이저파장 1064nm, 레이저파워 5J의 조건으로 인자(印字)하여, 인자결과를 눈으로 봄으로서 마아크성을 평가하였다.
(7) 전기특성
전기특성은, 각 에폭시수지 조성물을 사용하여 LQFG (Low-profile Quad Flat Package)-176핀의 수지봉지형반도체장치를 제작하고, 리크전류의 유무에 의하여 평 가하였다.
(8) 흑색도
흑색도는 원판 금형을 트랜스퍼 성형기에 세팅하고, 봉지용 에폭시수지 조성물을 상기 조건으로 표면이 체크 무늬인 직경 100 mm, 두께 2 mm의 원판에 성형하여 후경화한 후, 색차계로 측정하였다. 흑색도는 값이 작을수록 흑색을 나타낸다.
상술한 각 시험에 의한 평가결과를 표 3 및 표 4에 표시한다.
평가결과 1
항목 단위 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9
스파이랄프로 cm 84 89 94 99 97 94 81 84 94
열시경도 - 80 80 81 80 81 81 80 81 81
체적저항률 Ωcm 6x1013 7x1013 6x1013 1x1013 5x1013 4x1013 1x1013 5x1013 4x1013
내습성 h 650 650 600 720 600 650 650 600 650
땜질내열성 h 120 120 120 120 120 120 120 120 120
레이저마아크성 - 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
전기특성(리크전류의 유무) - 무 무 무 무 무 무 무 무 무
흑색도 - 26.4 28.9 29.5 26.5 27.6 28.7 28.2 28.3 27.9
종합판정 - O O O O O O O O O
평가결과 2
항목 단위 비교예
1 2 3 4
스파이랄프로 cm 97 89 64 76
열시경도 - 81 80 79 80
체적저항률 Ωcm 3x1013 9x1011 8x1011 8x1010
내습성 h 650 310 240 600
땜질내열성 h 120 96 48 96
레이저마아크성 - 양호 양호 양호 양호
전기특성(리크전류의 유무) - 유 무 무 유
흑색도 - 27.8 28.2 28.5 28.2
종합판정 - X X X X
착색제로서 비도전성 카아본을 사용하지 않은 비교예 1 ∼ 4는, 모두 만족할만한 특성을 얻을 수가 없었다. 즉, 도전성 카아본블랙을 사용한 비교예 1은 전기특성이 떨어지고, 아진계염료를 사용한 비교예 2, 3은 내습성 및 땜질내열성이 떨어진다.
이것에 대하여, 실시예 1 ∼ 9는, 내습성, 땜질내열성 등의 신뢰성 및 전기특성이 우수하고, 레이저마아크성, 흑색도도 양호하다.
본 발명은, 레이저마아크성이나 전기특성이 우수하고, 패드 사이나 와이어 사이의 거리가 좁은 반도체장치 등의 전자장치에서도 도전성물질에 의한 단락이 발생하지 않고, 패키지 표면의 외관을 손상하는 일 없이 신뢰성이 높은 패키지를 얻을 수가 있는, 성형성에 뛰어난 봉지용 에폭시수지 조성물과, 그 조성물을 사용하여 소자가 봉지된 전자장치를 제공한다.

Claims (7)

  1. 에폭시수지, 경화제, 비도전성 카아본, 무기충전제 및 착색제를 함유하는 것을 특징으로 하는 봉지용 에폭시수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 착색제가 카본 블랙을 함유하는 봉지용 에폭시수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 카본 블랙이 비표면적이 130 ㎡/g 이하이고, DBP 흡유량이 120 ㎤/100g 이하인 봉지용 에폭시수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비도전성 카아본이 에폭시수지 및 페놀수지 중 적어도 어느 하나에 의해 표면이 피복되어 있는 봉지용 에폭시수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 비도전성 카아본의 전기 저항이 107 Ω 이상인 봉지용 에폭시수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 비도전성 카아본의 함유량이 수지 조성물 전체에 대하여 0.1 내지 10 중량%인 봉지용 에폭시수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 봉지용 에폭시수지 조성물에 의해 봉지된 소자를 구비한 전자장치.
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