KR100663680B1 - 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에리어 마운팅형 반도체 장치에 적합하고 뒤틀림이 적으며 솔더링 크랙 레지스턴스가 우수한, 반도체 캡슐화용 에폭시 수지 조성물을 제공한다. 상기 에폭시 수지 조성물은 (A) 에폭시 수지, (B) 페놀 수지, (C) 경화 가속제 그리고 (D) 무기 충전제를 주요성분으로 포함하며, 에폭시 수지 조성물을 가열 및 경화하여 형성한 경화물의 특성이 식, a ≥10R (R=10×(b+c)-1), 300 ≤a ≤20000 그리고 0.15 ≤b + c ≤0.50 (여기에서 a는 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스(N/mm2)를 나타내고, b는 경화 수축(%)을 나타내며, c는 성형 온도부터 상온까지의 열 수축(%)을 나타낸다)을 만족한다.

Description

에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치{EPOXY RESIN COMPOSITION AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 인쇄 회로 보드 또는 금속 리드 프레임(metallic lead frame)의 한 면에 반도체 소자를 마운팅(mounting)하여 만들어진 소위 에리어 마운팅형(area mounting type) 반도체 장치에 적합한 반도체의 캡슐화(encapsulating), 및 실질적으로 반도체 소자가 마운트된 면만을 수지로 캡슐화하기 위한 에폭시 수지 조성물, 그리고 상기 수지 조성물을 이용하여 제조된 반도체 장치에 관한 것이다.
전자 장치의 소형화, 중량 절감 및 성능 향상의 최근 시장 경향에 따르면, 반도체 소자의 고집적이 매년 발달하고, 반도체 장치의 서피스 마운팅(surface mounting)이 가속화되어 왔다. 그러한 상황하에서, 에리어 마운팅형 반도체 장치가 새로이 개발되어, 통상적 구조의 반도체 장치가 에리어 마운팅형 반도체 장치로 바뀌어 가고 있다.
에리어 마운팅형 반도체 장치의 대표적인 것들은 BGA(ball grid array)및 더욱 소형화를 추구하는 CSP(chip scale package)인데, 이러한 것들은 QFP 및 SOP와 같은 기존의 서피스 마운팅형 반도체 장치에서 거의 한계에 이른 핀(pins)과 스피드업(speed up)의 증가에 대한 요구를 충족시키기 위해 개발되었다. 에리어 마운팅형 반도체 장치의 구조는 BT 수지/구리 호일 회로 보드(비스말레이미드ㆍ트리아진 수지/유리 클로스(cloth) 기판)와 같은 강성 회로 보드 또는 폴리이미드 수지 필름/구리 호일 회로 보드와 같은 가요성 회로 보드의 한 쪽 면에 반도체 소자가 마운트되고, 반도체 소자가 마운트된 면만이 즉, 그 보드의 한 쪽 면만이 성형되어 에폭시 수지 조성물등으로 캡슐화되어 있는 구조이다. 게다가, 그 구조는 솔더볼(solder balls)이, 반도체 장치가 마운트된 회로 보드에 대한 결합을 위해 그 보드의 다른 면에 평면으로 배열되어 있는 점에 특징이 있다. 더욱이, 반도체 소자가 마운트된 보드로서, 리드 프레임과 같은 금속 기판을 사용한 구조가 또한 상기 유기 기판에 부가하여 개발되어 왔다.
이러한 에리어 마운팅형 반도체 장치의 구조는 한 면이 캡슐화된 형태를 갖는데, 즉, 반도체 소자가 마운트된 보드의 면만이 에폭시 수지 조성물로 캡슐화되어 있고 솔더볼이 형성된 면은 캡슐화되어 있지 않다. 리드 프레임과 같은 금속 기판에 있어서, 반도체 소자가 마운트된 면에 약 수 백 ㎛ 내지 수 ㎜의 캡슐화 수지층이 형성될 때, 약 수 십 ㎛의 캡슐화 수지 층이 때때로 솔더볼 형성 면에도 또한 존재하게 되며, 결과적으로, 이것은 실질적으로 한 면이 캡슐화된 것이다. 그러므로, 이러한 반도체 장치에서, 뒤틀림(warping)은 성형 직후에 일어나기 쉬운데, 이는 유기 기판 또는 금속 기판과 에폭시 수지 조성물의 경화물(cured product)간의 열 팽창ㆍ열 수축 차이 때문이거나 에폭시 수지 조성물의 성형 및 경화할 때의 경화 수축 때문이다. 더욱이, 이러한 반도체 장치가 솔더와 회로 보드에 결합될 때, 이것은 200 ℃ 이상의 가열 단계를 거쳐 실행되는데, 그 동안 반 도체 장치의 뒤틀림이 발생하고 많은 솔더볼이 평평한 상태가 되지 않으며 회로 보드에서 분리 되어 전기 결합의 신뢰성(reliability)의 악화를 초래한다.
실질적으로 보드의 한 면만이 에폭시 수지 조성물로 캡슐화된 반도체 장치에서 뒤틀림을 줄이기 위해서, 두 가지의 중요한 방법이 있는데, 그 중의 하나는 기판의 열 팽창 계수와 경화 에폭시 수지 조성물의 열 팽창 계수를 서로 근접시키는 것을 포함하는 것이고, 다른 하나는 에폭시 수지 조성물의 경화물의 경화 수축을 감소시키는 것을 포함하는 것이다.
BT 수지 및 폴리이미드 수지와 같이 높은 유리 전이 온도(이하에서는 "Tg"라 한다)를 갖는 수지는 유기 기판에 널리 사용되고 있으며, 이러한 것들은 에폭시 수지 조성물의 성형 온도인 약 170 ℃ 보다 더 높은 Tg를 갖는다. 그러므로, 성형 온도부터 상온까지의 냉각 단계 동안, 수축은 오직 유기 기판의 α1 영역에서만 발생한다. 따라서, 에폭시 수지 조성물의 경화물이 또한 높은 Tg 및 유기 기판의 그것과 같은 동일한 α1 을 갖고, 게다가, 경화 수축이 영이라면, 뒤틀림은 거의 영일 것이라 생각된다. 그러므로, 이미 다관능 에폭시 수지 및 다관능 페놀 수지를 조합하여 Tg를 높이고, 첨가되는 무기 충전제의 양을 조정하여 α1을 충족시키는 방법이 제안되고 있다.
더구나, 적외선 리플로잉, 증기상 솔더링 그리고 솔더 디핑(solder dipping)과 같은 솔더 처리로 솔더 결합을 실행하는 경우에 있어서, 에폭시 수지 조성물의 경화물 및 유기 기판으로부터의 흡수로 인한 반도체 장치에 존재하는 물은 높은 온도에서 갑자기 증발하여 응력을 발생시키는데, 이는 반도체 장치의 크래킹(cracking) 또는 유기 기판의 반도체 소자가 마운트된 면과 에폭시 수지 조성물의 경화물간의 계면에서 분리를 일으킨다. 따라서, 응력 및 에폭시 수지 조성물의 수분 흡수를 줄이고, 부가하여, 에폭시 수지 조성물이 유기 기판에 부착될 수 있도록 하는 것이 요구된다.
더욱이, 유기 기판의 열 팽창 계수와 에폭시 수지 조성물의 경화물의 열 팽창 계수의 차이 때문에, 대표적인 신뢰성 시험인 열 사이클 시험에서 유기 기판/에폭시 수지 조성물의 경화물간의 계면에서 분리 또는 패키지 크래킹(package cracking)이 또한 발생할 수 있다.
QFP 및 SOP와 같은 통상적인 서피스 마운팅형 반도체 장치에서, 가요성 골격을 갖는 비페닐 에폭시 수지 및 페놀 수지와 같은 결정성 에폭시 수지를, 솔더로 마운팅을 할 때 크래킹 또는 재료들 간의 계면에서 분리를 막기 위해 조합하여 사용하고, 무기 충전제의 양을 Tg와 수분 흡수를 낮추기 위해 증가시킨다. 그러나, 이러한 방법은 한 면이 캡슐화된 반도체 장치에서의 뒤틀림 문제를 여전히 해결하지 못하고 있다.
본 발명은 에리어 마운팅형 반도체 장치에서 성형 또는 솔더 처리 후에 뒤틀림을 적게 일으키고 특히 유기 기판에의 부착성이 우수하여 솔더 처리 등의 신뢰성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 상기 에폭시 수지 조성물을 사용하여 제조한 반도체 장치를 제공한다.
본 발명은 (A) 에폭시 수지, (B) 페놀 수지, (C) 경화 가속제(curing accelerator) 그리고 (D) 무기 충전제를 주요성분으로 포함하는 반도체 캡슐화용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로서, 에폭시 수지 조성물을 가열 및 경화하여 만들어진 경화물의 성질이 식, a ≥10R (R=10×(b+c)-1), 300 ≤a ≤20000 그리고 0.15 ≤b + c ≤0.50 (여기에서 a는 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스(N/mm2)를 나타내고, b는 경화 수축(%)을 나타내며, c는 성형 온도부터 상온까지의 열 수축(%)을 나타낸다)을 만족하는데 특징이 있다. 특히, 본 발명은 경화물이 60 %의 상대 습도 및 85 ℃의 환경에서 168 시간 동안 처리된 후에 0.2 중량 % 이하의 수분 흡수율을 갖고 에폭시 수지 및/또는 페놀 수지가 나프탈렌 골격을 갖는 상기 에폭시 수지 조성물에 관한 것이며, 상기 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 캡슐화하여 제조한 반도체 장치에 관한 것이다.
실질적으로 기판의 한 면만이 에폭시 수지 조성물로 캡슐화된 반도체 장치에서 뒤틀림을 줄이기 위해, 두 가지의 방법이 중요하다고 생각되어졌는데, 즉, 그 중의 하나는 기판의 열 팽창 계수와 에폭시 수지 조성물의 경화물의 열 팽창 계수를 서로 근접시키는 것을 포함하는 것이고, 다른 하나는 에폭시 수지 조성물의 경화 수축을 감소시키는 것을 포함하는 것이다. 즉, 뒤틀림의 감소를 위해서는 에폭시 수지, 페놀 수지, 경화 가속제 그리고 무기 충전제를 주요 성분으로 포함하는 에폭시 수지 조성물에서 경화 수축 및 성형 온도부터 상온까지의 열 수축을 감소시키는 것이 필요하다.
그러나, 경화 수축 및 성형 온도부터 상온까지의 열 수축을 감소시키는 것만 으로는 뒤틀림의 감소가 여전히 불충분하며, 발명자의 철저한 연구의 결과로, 성분 (A) - (D)를 주요 성분으로 포함하는 에폭시 수지 조성물을 가열 및 경화하여 수득한, 성형 온도에서 측정한 경화물의 굴곡 모듈러스가 뒤틀림에 매우 큰 영향을 준다는 것이 밝혀졌다. 즉, 성형 온도에서 굴곡 모듈러스가 낮으면 뒤틀림이 크고, 굴곡 모듈러스가 높으면 뒤틀림이 작다는 것이 밝혀졌다. 더 나아가, 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스, 경화 수축 그리고 성형 온도부터 상온까지의 열 수축 모두가 조합하여 뒤틀림에 영향을 준다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 성형 온도에서 경화물의 굴곡 모듈러스(N/mm2)가 a로 표시되고, 경화물의 경화 수축(%)이 b로 표현되며, 성형 온도부터 상온까지의 열 수축(%)이 c로 표현될 때, 이러한 성질들이 식, a ≥10R (R=10×(b+c)-1), 300 ≤a ≤20000 그리고 0.15 ≤b + c ≤0.50 을 만족한다면, 실질적으로 기판의 한 면만이 에폭시 수지 조성물로 캡슐화된 반도체 장치에서 뒤틀림은 감소하고, 솔더링 크랙 레지스턴스(soldering crack resistance)가 개선된다는 것이 밝혀졌다.
본 발명에서 성형 온도는 에폭시 수지 조성물을 가열하여 경화할 때의 주형(mold)의 온도를 의미하며, 대개 160 - 190 ℃의 범위이나, 이 온도범위에 제한 되지는 않는다.
"a" 값은 JIS K 6911에 따라 측정한다.
"b+c" 값은 하기의 방법으로 얻는다. 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2의 사출 압력 그리고 90 초의 경화시간 조건 하에서 지름 100 mm, 두께 3 mm 의 디스 크 형태로 경화물을 이송 성형기(transfer molding machine)을 사용하여 성형하고, 175 ℃에서 주형 공동부(mold cavity)의 내부 지름 및 상온(25 ℃)에서의 디스크 경화물의 외부 지름을 측정한다. "b+c" 값을 식, [{(175 ℃ 에서 주형 공동부의 내부 지름)-(25 ℃에서의 디스크 경화물의 외부 지름)}/(175 ℃ 에서 주형 공동부의 내부 지름)] ×100 으로부터 계산한다.
평가에 사용된 경화물은 후-경화 처리된 적이 없는 것이다.
a, b 그리고 c의 관계에서, a가 10R ( R=10×(b+c)-1) 이상일 때, 뒤틀림은 감소하고 이는 바람직하며, a가 10R 미만일 때, 뒤틀림은 증가하고 이는 바람직하지 않다. 더욱이, a가 300 미만일 때, 경화물은 경화 및 성형시에 유연하게 되어 주형으로부터의 이탈성(releasability) 즉, 성형성(moldability)의 악화를 초래하고, a가 20000을 초과할 때는 유동성(fluidity)이 불충분하여 성형성이 악화된다. 더욱이, b+c가 0.15 미만일 때, 성형 및 경화시 경화 수축이 작고 주형으로부터의 이탈성이 불충분하여 성형성의 악화를 초래하고, b+c가 0.50을 초과할 때는, 열 수축이 크고, 내부 응력의 증가 때문에 솔더링 크랙 레지스턴스가 낮아진다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 가열 및 경화하여 수득한 경화물은 60 % 의 상대 습도 및 85 ℃ 의 환경에서 168 시간 동안 처리된 후에 0.20 중량 % 이하의 수분 흡수율을 갖는 것이 바람직하다. 수분 흡수율이 0.20 중량 % 를 초과하면, 솔더 처리로 솔더 결합을 실행하는 경우에 있어서, 에폭시 수지 조성물의 경화물 및 유기 기판에서 흡수한 반도체 장치에 존재하는 수분이 높은 온도에서 갑자기 증 발하여 응력을 발생시키는데, 이는 반도체 장치에서의 크래킹 또는 유기 기판의 반도체 소자가 마운트된 면과 에폭시 수지 조성물의 경화물간의 계면에서 분리를 일으키게 되고, 결과적으로 솔더링 크랙 레지스턴스를 악화시킨다. 수분 흡수율 측정을 위해 사용된 경화물은 주형에서 제거되어 175 ℃ 에서 2 시간 동안 후-경화된 것이다.
본 발명에서 사용된 에폭시 수지는 에폭시기를 갖는 단량체, 올리고머, 중합체 모두를 포함하는데, 예를 들면, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 에폭시 수지 그리고 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지이다. 이러한 것들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 특히, 나프탈렌 골격을 갖는 에폭시 수지를 사용할 때, 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스가 높고, 경화 수축 및 성형 온도부터 상온까지의 열 수축이 작고, 수분 흡수율이 낮아서, 이러한 에폭시 수지가 바람직하다.
본 발명에서 사용된 페놀 수지는 상기 에폭시 수지와 경화반응을 할 때 가교결합 구조를 형성할 수 있는 페놀 히드록실기를 두 개 이상 갖는 단량체, 올리고머 그리고 중합체 모두를 포함한다. 이러한 것들의 예는 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, p-크실릴렌-개질(modified) 페놀 수지 및 m-크실릴렌ㆍp-크실릴렌-개질 페놀 수지와 같은 페놀 아르알킬 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 수지, 테르펜-개질 페놀 수지 그리고 디시클로펜타디엔-개질 페놀 수지이다. 이러한 것들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 특히, 나프탈렌 골격을 갖는 수지를 사 용할 때, 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스가 크고, 경화 수축 및 성형 온도부터 상온까지의 열 수축이 작으며, 수분 흡수율이 낮아 이러한 수지가 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 경화 가속제는 에폭시 수지와 페놀 수지의 가교결합 반응에서 촉매로 작용할 수 있는 것들이다. 이러한 것들의 예는 1,8-디아자비시클로(5, 4, 0)-운데센-7, 트리부틸아민과 같은 아민 화합물, 트리페닐포스핀, 테트라페닐포스포늄ㆍ테트라페닐 보레이트와 같은 유기 인 화합물, 2-메틸이미다졸과 같은 이미다졸 화합물이다. 경화 가속제는 이러한 예에 제한되지 않는다. 이러한 것들은 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 무기 충전제는 특별한 제한이 없으며 물질을 캡슐화하는데 일반적으로 사용되는 것이면 사용가능하다. 이러한 것들의 예로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 2차 응집 실리카, 알루미나, 티타늄 화이트, 알루미늄 히드록사이드, 탈크, 점토 그리고 유리섬유이다. 특히 용융 실리카가 바람직하다. 용융 실리카는 분쇄형 또는 구형일 수 있으나, 그것의 첨가되는 양을 증가시키고 에폭시 수지 조성물의 용융 점도의 증가를 막기 위해서 주로 구형 실리카를 사용하는 것이 더 바람직하다. 첨가되는 구형 실리카의 양을 더욱 증가시키기 위해서, 구형 실리카의 입도분포가 더 넓어지도록 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있는 성분 (A) - (D)의 비율에 관해서, 에폭시 수지(A)의 100 중량부를 기준으로 페놀 수지(B)의 비율은 20 - 300 중량부, 경화 가속제(C)의 비율은 0.1 - 30 중량부 그리고 무기 충전제(D)의 비율은 200 - 2000 중량부이다. 페놀 수지(B)의 비율이 20 중량부 미만일 때, 경화는 불충분 하고, 상기 비율이 300 중량부를 초과할 때, 경화되지 않은 물질이 남는다는 문제가 생긴다. 경화 가속제(C)의 비율이 0.1 중량부 미만일 때, 경화가 완결될 때까지는 오랜 시간이 소요되고, 상기 비율이 30 중량부를 초과할 때에는 경화가 빠르게 진행되어 만족스러운 경화물을 수득할 수 없다. 무기 충전제(D)의 비율이 200 중량부 미만일 때, 솔더링 크랙 레지스턴스는 열악하며, 상기 비율이 2000 중량부를 초과할 때는 수지 조성물의 유동성이 나빠져서 불충분한 성형성을 나타낸다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 성분 (A) - (D)에 부가하여, 선택적으로 다양한 첨가제, 예를 들면, 브롬화 에폭시 수지, 안티몬 산화물, 인 화합물과 같은 난연제, 무기 이온 교환제, 결합제, 카본 블랙과 같은 착색제, 천연 왁스, 합성 왁스, 고급 지방산 그리고 그것의 금속염 및 파라핀과 같은 이형제, 실리콘 및 고무와 같은 저응력 성분 그리고 산화방지제를 포함할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 성분 (A) -(D)를 다른 첨가제와 혼합기로 혼합하고, 가열 혼련기, 열간압연기(hot roll) 그리고 압출기와 같은 혼련기를 사용하여 가열 및 혼련하고, 혼련된 생성물을 냉각 및 분쇄하여 수득된다.
반도체 소자와 같은 전자적 부품을 본 발명의 에폭시 수지 조성물로 캡슐화하여 반도체 장치를 제조하기 위해서, 그 조성물은 경화되고 이송 성형, 압축 성형 그리고 사출 성형과 같은 통상적인 성형 방법에 의해 성형될 수 있다.
본 발명을 하기의 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 여러가지 성분의 비율은 중량부로 표시된다.
도 1 은 실시예 및 비교예에서 에폭시 수지 조성물의 경화물의 굴곡 모듈러스, 경화 수축, 열 수축 사이의 관계를 보여 주는 그래프이다.
실시예 1
하기 화학식 (1)로 표현되는 10.2 중량부 에폭시 수지(Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.사가 제조한 Epikote 1032H; 연화점: 60 ℃, 에폭시 당량: 170) :
Figure 112001009751232-pct00001
하기 화학식 (2)로 표현되는 5.8 중량부 페놀 수지(Meiwa Kasei Co., Ltd.사가 제조한 MEH7500; 연화점: 105 ℃, 히드록실 당량: 97):
Figure 112001009751232-pct00002
0.15 중량부 트리페닐포스핀, 83.25 중량부 구형 용융 실리카(평균 입자 지름: 15 ㎛), 0.3 중량부 카르나우바 왁스 그리고 0.3 중량부 카본 블랙을 혼합기로 혼합하고, 그 혼합물을 90 ℃ 및 45 ℃의 표면 온도를 갖는 쌍압연기(twin roll)를 사용하여 5 분간 혼련하고, 혼련된 산물을 냉각한 다음 분쇄하여 에폭시 수지 조성물을 수득하였다. 수득한 에폭시 수지 조성물을 하기의 방법으로 평가했다. 결과는 표 1에 나타나 있다.
평가 방법:
나선형 유동(spiral flow): 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2 의 사출 압력 그리고 2 분의 경화시간 조건 하에서 EMMI-1-66에 따른 나선형 유동의 측정을 위한 주형을 사용하여 측정했다.
경화성(curability): 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2 의 사출 압력 그리고 90 초의 경화시간 조건 하에서 쇼어 "D" 듀로미터(Shore "D" durometer)를 사용하여 측정했다.
성형 온도에서 굴곡 모듈러스 "a": 상술한 바와 같은 JIS K 6911에 따라서 측정했다. 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2 의 사출 압력 그리고 90 초의 경화시간 조건 하에서 이송 성형기를 사용하여 경화물을 성형하고, 175 ℃에서 굴곡 모듈러스를 측정하였다. 단위는 N/mm2 이었다.
"b+c": 상술한 바와 같이, 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2 의 사출 압력 그리고 90 초의 경화시간 조건 하에서 경화물을 지름 100 mm, 두께 3 mm의 디스크 형 태로 이송 성형기를 사용하여 성형하고, 175 ℃에서의 주형 공동부의 내부 지름 및 상온(25 ℃)에서의 디스크 경화물의 외부 지름을 측정했다. "b+c" 값은 식, [{(175 ℃ 에서 주형 공동부의 내부 지름)-(25 ℃에서의 디스크 경화물의 외부 지름)}/(175 ℃ 에서 주형 공동부의 내부 지름)] ×100 으로부터 계산되었다. 단위는 % 이었다.
수분 흡수율: 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2 의 사출 압력 그리고 90 초의 경화시간 조건 하에서 지름 50 mm, 두께 3 mm 인 디스크를 이송 성형기를 사용하여 성형하고, 175 ℃에서 2 시간 동안 후-경화했다. 85 ℃ 및 60 % 의 상대 습도 조건하에서 경화물을 168 시간 동안 더 처리한 후 중량 변화를 측정하였다. 단위는 중량 % 이었다.
패키지의 뒤틀림 양: 175 ℃의 주형 온도, 70 kg/cm2 의 사출 압력 그리고 90 초의 경화시간 조건 하에서 225pBGA (두께 0.36 mm의 BT 수지 기판; 칩 크기: 12 mm ×12 mm ×두께 0.35 mm; 패키지 크기: 24 mm ×24 mm; 캡슐화 수지의 두께: 1.17 mm)를 이송 성형기를 사용하여 성형하고, 175 ℃에서 2 시간 동안 후-경화했다. 경화물을 상온까지 냉각시키고, 그 후에, 높이 방향으로의 변위를 패키지의 게이트로부터 대각선 방향으로 표면 조도 미터(surface roughness meter)를 사용하여 측정했다. 변위의 최대값을 뒤틀림의 양으로 취했다. 단위는 ㎛ 이었다.
솔더링 크랙 레지스턴스: 10 개의 시료(sample)를 얻기 위해 상기 225pBGA 를 성형하고 175 ℃ 에서 2 시간 동안 후-경화했다. 이것들을 60 ℃ 및 60 % 의 상대 습도 환경 또는 85 ℃ 및 60 % 의 상대 습도 환경에서 168 시간 동안 처리한 후, 10 초 동안 IR 리플로잉(240 ℃)으로 처리했다. 내부 크랙 및 여러 계면 분리가 존재하는지 검사하기 위해 이 시료들을 초음파 결함기(ultrasonic defectoscope)로 관측했다. 결함 패키지의 수가 n일 때, 이것은 n/10으로 표현되었다.
이형성: 상기 225pBGA의 성형시에 주형으로부터의 이형성을 검사했다. 주형으로부터 부드럽게 이형되지 않는 제품은 불량한 것으로 판단하였다.
실시예 2 내지 6 및 비교예 1 내지 6
표 1 및 2 에 따라 성분들을 혼합하고, 에폭시 수지 조성물을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하고 이것들을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하였다. 결과는 표 1 및 2 에 나타나 있다. 실시예 및 비교예에서 사용된 에폭시 수지 및 페놀 수지의 구조와 성질은 하기에 나타나 있다.
하기 화학식 (3)으로 표현되는 주요 성분을 포함하는 에폭시 수지(Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.사가 제조한 YX-4000H; 용융점: 105 ℃, 에폭시 당량: 195):
Figure 112001009751232-pct00003
하기 화학식 (4)로 표현되는 에폭시 수지(Nippon Kayaku Co., Ltd.사가 제조 한 NC7000; 연화점: 90 ℃, 에폭시 당량: 225):
Figure 112001009751232-pct00004
하기 화학식 (5)로 표현되는 페놀 수지(연화점: 83 ℃, 히드록실 당량: 175):
Figure 112001009751232-pct00005
하기 화학식 (6)으로 표현되는 페놀 수지(연화점: 80 ℃, 히드록실 당량: 200):
Figure 112001009751232-pct00006
페놀 노볼락 수지(연화점: 80 ℃, 히드록실 당량: 105).



실 시 예
1 2 3 4 5 6
식(1)의 에폭시 수지 10.2 10.2 7.6
식(3)의 에폭시 수지 4.2 5.9
식(4)의 에폭시 수지 6.4
식(2)의 페놀 수지 5.8 5.8 4.4
식(5)의 페놀 수지 3.8
식(6)의 페놀 수지 6.1 5.6
구형 용융 실리카 83.25 83.30 91.25 87.20 87.30 87.30
트리페닐포스핀 0.15 0.10 0.15 0.20 0.10 0.10
카본 블랙 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
카르나우바 왁스 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
나선형 유동(cm) 100 100 80 70 80 70
경화성 95 95 90 95 95 95
굴곡모듈러스 a (N/mm2) 14000 8000 1500 600 1500 10000
b + c (%) 0.28 0.42 0.40 0.28 0.20 0.20
수분흡수율 (중량%) 0.26 0.27 0.10 0.10 0.09 0.22
이형성 우수 우수 우수 우수 우수 우수
패키지의 뒤틀림 양 (㎛) 50 80 80 30 20 30
솔더링 크랙 레지스턴스(60℃) 0/10 0/10 0/10 0/10 0/10 0/10
솔더링 크랙 레지스턴스(85℃) 10/10 10/10 0/10 0/10 0/10 8/10







비 교 예
1 2 3 4 5 6
식(1)의 에폭시 수지 4.9 7.6 12.7
식(3)의 에폭시 수지 10.7 6.3 5.2
식(2)의 페놀 수지 5.3 4.4 7.3
식(5)의 페놀 수지 5.7
페놀노볼락 수지 2.8 3.1
구형 용융 실리카 83.25 87.20 91.35 91.35 87.15 79.10
트리페닐포스핀 0.15 0.20 0.05 0.05 0.25 0.30
카본 블랙 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
카르나우바 왁스 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
나선형 유동(cm) 100 80 70 70 20 140
경화성 95 85 50 85 95 100
굴곡모듈러스 a (N/mm2) 400 1000 200 1600 24000 17000
b + c (%) 0.38 0.45 0.16 0.13 0.20 0.52
수분흡수율 (중량%) 0.16 0.11 0.08 0.15 0.26 0.33
이형성 우수 우수 불량 불량 공란 우수
패키지의 뒤틀림 양 (㎛) 110 120 40 30 공란 130
솔더링 크랙 레지스턴스(60℃) 0/10 0/10 0/10 0/10 공란 10/10
솔더링 크랙 레지스턴스(85℃) 2/10 0/10 0/10 5/10 공란 10/10

상기 표 1 에서 명확한 것처럼, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 이용하여 수득한 에리어 마운팅형 반도체 장치는 성형 또는 솔더링 처리 후 뒤틀림이 적고, 솔더링 크랙 레지스턴스가 우수하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 다양한 반도체 장치의 캡슐화에 사용될 수 있고 특히 BGA(ball grid array) 및 CSP(chip scale package)에 적합하다. 본 발명의 수지 조성물로 캡슐화하여 수득한 반도체 장치는 컴퓨터, 액정표시장치, 휴대용 전화기 등에 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 반도체 소자가 인쇄 회로 보드 또는 금속 리드 프레임(metallic lead frame)의 한 면에 마운트(mount)되고 실질적으로 상기 반도체 소자가 마운트된 면만이 에폭시 수지 조성물 수지로 캡슐화되는 반도체 장치의 캡슐화용 에폭시 수지 조성물로서,
    상기 에폭시 수지 조성물은 (A) 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지로이루어진 군으로부터 선택되는 에폭시 수지, (B) 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아르알킬 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 수지, 테르펜-개질 페놀 수지 및 디시클로펜타디엔-개질 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 페놀 수지, (C) 경화 가속제 및 (D) 무기 충전제를 주요성분으로 포함하며,
    상기 에폭시 수지 조성물을 가열 및 경화하여 형성한 경화물의 특성이 식, a ≥10R (R=10×(b+c)-1), 300 ≤a ≤20000 그리고 0.15 ≤b + c ≤0.50 (여기에서 a는 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스(N/mm2)를 나타내고, b는 경화 수축(%)을 나타내며, c는 성형 온도부터 상온까지의 열 수축(%)을 나타낸다)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치의 캡슐화용 에폭시 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경화물이 85 ℃ 및 60 %의 상대 습도 환경에서 168 시간 동안 처리된 후에 0.20 중량 % 이하의 수분 흡수율을 갖는 것인, 반도체 장치 의 캡슐화용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에폭시 수지 및/또는 상기 페놀 수지가 나프탈렌 골격을 갖는 것인, 반도체 장치의 캡슐화용 에폭시 수지 조성물.
  4. 반도체 소자를 인쇄 회로 보드 또는 금속 리드 프레임의 한 면에 마운팅(mounting)하고 상기 반도체 소자가 마운트된 면만을 에폭시 수지 조성물로 실질적으로 캡슐화(encapsulating)함으로써 수득될 수 있는, 수지 캡슐화형 반도체 장치로서,
    상기 에폭시 수지 조성물이 (A) 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 에폭시 수지 및 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지로이루어진 군으로부터 선택되는 에폭시 수지, (B) 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아르알킬 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 수지, 테르펜-개질 페놀 수지 및 디시클로펜타디엔-개질 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 페놀 수지, (C) 경화 가속제 및 (D) 무기 충전제를 주요성분으로 포함하며,
    상기 에폭시 수지 조성물을 가열 및 경화하여 형성한 경화물의 특성이 식, a ≥10R (R=10×(b+c)-1), 300 ≤a ≤20000 그리고 0.15 ≤b + c ≤0.50 (여기에서 a는 성형 온도에서의 굴곡 모듈러스(N/mm2)를 나타내고, b는 경화 수축(%)을 나타내며, c는 성형 온도부터 상온까지의 열 수축(%)을 나타낸다)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 수지 캡슐화형 반도체 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 경화물이 85 ℃ 및 60 %의 상대 습도 환경에서 168 시간 동안 처리된 후에 0.20 중량 % 이하의 수분 흡수율을 갖는 것인, 수지 캡슐화형 반도체 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 에폭시 수지 및/또는 상기 페놀 수지가 나프탈렌 골격을 갖는 것인, 수지 캡슐화형 반도체 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 페놀 수지가 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아르알킬 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 수지, 테르펜-개질 페놀 수지 및 디시클로펜타디엔-개질 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 반도체 장치의 캡슐화용 에폭시 수지 조성물.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 페놀 수지가 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아르알킬 수지, 나프탈렌 골격을 갖는 수지, 테르펜-개질 페놀 수지 및 디시클로펜타디엔-개질 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 수지 캡슐화형 반도체 장치.
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