KR100729468B1 - 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 충진제로서 실리카 분말에 알루미나 보론 파이버를 더욱 첨가한 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 알루미나 보론 파이버를 보강제로서 더욱 첨가함으로써 내충격성 및 내크랙성이 향상된다.
반도체 봉지, 에폭시 수지, 페놀수지, 충진제, 실리카 분말, 알루미나 보론 파이버
Description
본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 충진제로서 사용되는 실리카 분말에 알루미나 보론 파이버(alumina boron fiber)를 더욱 첨가하여 내충격성 및 내크랙성이 향상된 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
통상적인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 페놀수지, 충진제를 포함하며, 이러한 예들은 많은 문헌들에서 찾아볼 수 있다. 그러나, 통상적인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 사용되는 반도체 봉지용 충진제는 정형화된 입자인 실리카를 전량 사용하기 때문에, 실리카와 실리카의 바인더로 작용하는 수지와 결합할 수 있는 비표면적이 한정되어 납땜 온도인 245℃에서의 고온 강도가 매우 낮아 내크랙성 및 내충격성이 취약한 문제가 있었다.
본 발명자들은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고 내크랙성 및 내충격성이 향상된 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제조하기 위해 연구검토한 결과, 알루미나 보론 파이버를 충진제의 보강재로서 사용할 수 있음을 발견하였으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하고, 내크랙성 및 내충격성이 우수한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조성물은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 에폭시 수지의 에폭시 1당량에 대하여, 0.5∼1.5의 -OH 당량을 갖는 페놀수지; 및 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2.20∼2.45의 비중을 갖는 실리카 분말 500∼1,200중량부, 비중이 2.9∼3.1이며 40∼60㎛의 평균길이를 갖는 유리섬유 5∼500중량부, 및 5∼500㎛의 평균길이를 갖는 알루미나 보론 파이버 5∼500중량부를 필수적으로 포함한다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은, 에폭시 수지, 페놀수지, 실리카, 및 알루미나 보론 파이버를 필수적으로 포함한다.
상기 에폭시 수지는 1분자 중에 에폭시기를 2개 이상 함유하는 통상적인 수지로, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 복소환계 에폭시 수지 및 할로겐화 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 하나 또는 그이상 선택되며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 에폭시 수지 성분의 경화제로서 사용하는 페놀수지는 1분자중 페놀성 -OH기를 2종이상 함유하는 페놀수지가 바람직하고, 예를 들어 페놀 노볼락 수지, 레졸형 페놀수지, 비스페놀 A 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 알킬 수지, 노닐 페놀 수지, t-부칠 페놀 노볼락 수지 및 디 사이클로 펜타 다이엔 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 하나 또는 선택되며, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 에폭시 수지의 에폭시 1당량에 대하여, 0.5∼1.5의 -OH 당량을 갖는 페놀수지가 사용되며, 더욱 바람직하게는 0.9∼1.1이다. 상기 페놀수지의 -OH 당량비가 에폭시 1당량에 대해 0.5∼1.5를 벗어날 경우에는, 에폭시 수지 조성물의 경도 저하로 인하여 경화도가 느려지기 때문에 금형이형에 문제가 발생할 수 있다.
전술한 바와 같이, 통상적으로 에폭시 수지 봉지제에는 실리카가 충진제로서 전량 사용되었는데, 통상적으로 실리카는 0.5∼5.0 Sq.m/gm의 비표면적을 갖는다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 알루미나 보론 파이버는 10.0∼20.0 Sq.m/gm의 비표면적으로 갖기 때문에, 수지와 접촉면적이 증대하여 강도가 향상되며 섬유상의 형상으로 크랙이 전진할 경우 이러한 크랙을 분산, 차단하는 작용을 하게 되며, 알루미나 보론 파이버 표면에 실란을 코팅하여 수지와 결합을 높임으로써 고온 강도가 높아져서 크랙이 방지된다.
따라서, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2.20∼2.45의 비중을 갖는 실리카 분말 500∼1,200중량부를 가지며, 이 사용량이 500중량부 미만이면 반도체 봉지제가 갖는 봉지후 칩을 보호하는 신뢰도 특성이 저하되며, 1,200중량부를 초과하면 반도체 봉지제의 혼련제조가 불가능해지는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 있어서 충진제로 더욱 첨가되어 유리섬유는 Al2O3 및 SiO2의 화합물로서, 비중이 2.9∼3.1이며 40∼60㎛의 평균길이를 갖는 것이며, 5∼500중량부가 사용되는데, 그 사용량이 5중량부 미만이면 복합재료에서 유리섬유의 특성을 살필 수 없는 문제가 있으며, 500중량부를 초과하면 각각의 원재료의 건조혼합시 유리섬유의 비표면적이 높은 관계로 건조혼합이 이루어지지 않는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 충진제의 보강제로서, 5∼500㎛의 평균길이를 갖는 알루미나 보론 파이버 5∼500중량부를 필수적으로 포함하는데, 이 때 알루미나 보론 파이버가 B2O3 1∼100중량% 및 Al2O3 0∼99중량%로 이루어진다. 또한, 상기 알루미나 보론 파이버는 5∼500㎛의 평균길이를 갖는데, 상기 길이가 5㎛ 미만이면 공기중의 수분과 결합하여 응집이 발생하여 용융 혼련시 부분적으로 혼련이 안되는 상황을 유발하는 문제가 있으며, 500㎛를 초과하면 반도체 봉지시 금형 입구를 막게 되어 성형이 불완전하게 되는 문제가 있다.
또한, 상기 알루미나 보론 파이버는 에폭시 수지 100중량부에 대하여 5∼500중량부가 사용된다. 이 사용량이 5중량부 미만이면 복합재료에서 알루미나 보론 파이버의 특성을 살필 수 없는 문제가 있으며, 500중량부를 초과하면 각 원재료의 건조 혼합시 알루미나 보론 파이버의 비표면적이 높은 관계로 건조혼합이 이루어지지 않는 문제가 있다.
또한, 상기 알루미나 보론 파이버는 알루미나 보론 파이버 100중량부에 대해 각각 1∼50중량부인 에폭시 실란, 아미노 실란, 및 머캡토 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이상의 실란화합물, 180∼220중량부의 에틸알콜 및 0.01∼0.5중량부의 아세트산을 25∼60℃에서 1∼24시간 동안 10∼200rpm의 속도로 교반하여 섞은 용액에 침적하여 50∼150℃에서 1∼24시간동안 건조하여 에틸알콜을 완전히 제거하여 실란 화합물을 코팅시킨다.
이 때, 각각의 실란 화합물의 첨가량이 1중량부 미만이면 복합재료에 있어서 실란의 효과를 측정할 수 없는 문제가 있으며, 50중량부를 초과하면 알루미나 보론 파이버를 건조하기가 어려우며 또한 알루미나 보론 파이버를 응집하여 용융 혼련이 부분적으로 이루어지지 않게 수지 점도를 떨어뜨려 성형이 불가능한 문제가 있다.
또한 반응온도가 25℃ 미만인 경우 아세트산을 촉매로 한 실라놀 반응이 일어나지 않아 알루미나 보론 파이버에 코팅되는 강도가 저하되며, 60℃를 초과하면 실리놀 반응이 가속화되어 알루미나 보론 파이버가 서로 응집되는 경우가 있고, 교반시간이 1시간 미만이면 교반이 충분하지 못하며 24시간을 초과하면 알루미나 보론 파이버가 응집이 되는 문제가 있다. 또한 교반 속도가 10rpm 미만이면 교반이 어렵고, 200rpm을 초과하면 알루미나 보론 파이버의 조직이 파괴는 현상이 일어난다.
전술한 바와 같이, 에폭시수지, 페놀수지, 실리카, 비표면적이 큰 유리섬유, 및 알루미나 보론 파이버를 혼합하고, 수지와 실리카 분말간의 균일한 분산을 유지하기 위해 혼련기(T-2, 쿠리모토사 제품)에서 상기 조성물을 혼련하고 용융 혼합하며, 이 때 토출물의 온도는 100∼135℃이고, 바람직하게는 115∼125℃이다. 이렇게 제조된 조성물은 충진제를 보강하기 위해 첨가한 유리섬유가 수지와 접촉면적을 증가시키기 때문에, 강도가 향상되며 섬유상의 형상으로 크랙이 전진할 경우 이러한 크랙을 분산, 차단하여 우수한 내크랙성 및 내충격성을 갖는다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4
하기 표 1에 따른 조성비(모든 성분의 수치는 중량부를 의미함)로 에폭시 수지 조성물을 혼합하고, 수지와 실리카 분말간의 균일한 분산을 위해 상기 에폭시 수지 조성물은 혼련기(T-2, 크리모토사)에서 혼련하여 용융 혼합하였다. 이 때 토출물의 온도는 125℃이었다.
상기 용융 혼합된 에폭시 수지 조성물을 이용하여 와선 흐름성과 고온 굴곡강도를 ASTM-D-790(인스크론사의 Universal Test Machine)을 이용하여 측정하였고, 24X24의 정방형 팩키지(두께 1.4mm: QFP)용 금형을 이용하여 해당 팩키지의 성형물 시편을 85℃, 85 상대습도하에서 168시간 인가한 후 아이알 리플로우(Infra Red Reflow) 240℃에서 3회 통과시켜서 고습을 함유한 시편을, 고온에서 팽윤할 때의 내크랙성을 실험하는 방법과 -65℃에서 5분간 방치한 후 10초동안 이동하여 150℃에서 5분간을 방치하는 것을 1회로 하였을 때, 200회에 걸쳐 반복하여 열충격성을 실험하는 방법으로 나누어 실험한 후, 비파괴 검사장비인 초음파 영상장치로 크랙여부를 측정하여 하기 표 2와 같이 비교하였다.
비교예 1 내지 3
하기 표 1의 비교예 1 내지 3의 조성비를 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 4와 동일하게 실시하여 분석한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 성분 | 조성 | 비교예1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 |
| 크레졸 노볼락 에폭시수지 | 에폭시 당량:199 연화점: 65℃ | 100 | ||||||
| 할로겐화 에폭시 수지 | 에폭시 당량: 460 Br 49% 연화점: 87℃ | 10 | ||||||
| 노볼락 페놀 수지 | OH당량: 106 연화점: 88℃ | 47 | ||||||
| 실리카 분말 | 비표면적: 0.8 Sq.m/gm 평균입경: 23.82㎛ | 850 | 550 | 550 | 550 | 550 | 550 | 550 |
| 실리카 분말 | 비표면적: 3.5 Sq.m/gm 평균입경: 4.6㎛ | 300 | 200 | 200 | 200 | 200 | 200 | |
| 유리섬유 | 비표면적: 19.5 Sq.m/gm 평균길이: 50㎛ | 100 | ||||||
| 알루미나 보론 파이버 | 비표면적: 11.6 Sq.m/gm 평균길이: 50㎛ | 100 | ||||||
| 알루미나 보론 파이버 | 에폭시실란 코팅 | 100 | ||||||
| 알루미나 보론 파이버 | 아미노실란 코팅 | 100 | ||||||
| 알루미나 보론 파이버 | 머캡토실란 코팅 | 100 | ||||||
| 삼산화 안티몬 | 평균입경: 1㎛ | 13 | ||||||
| 트리페닐 포스파인 | 1 | |||||||
| 카본 블랙 | 1.5 | |||||||
| 카나바왁스 | 1.5 | |||||||
| 에폭시 실란 | 2 | |||||||
| 내용 | 조건 | 단위 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 |
| 와선 흐름성 | 인치 | 30 | 28 | 31 | 26 | 25 | 25 | 24 | |
| 고온 강도 | Kg/mm2 | 1.38 | 1.53 | 1.69 | 2.28 | 3.07 | 2.88 | 2.76 | |
| 크랙발생시편수/ 투입시편수 | 85℃X85RH/ 168Hr | EA | 154/160 | 132/160 | 103/160 | 131/160 | 0/160 | 13/160 | 44/160 |
| -65~150℃/ 200회 | EA | 99/160 | 84/160 | 54/160 | 4/160 | 0/160 | 0/160 | 1/160 | |
상기 표 1 및 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물을 이용하여 크랙성을 측정하여본 결과, 종래기술에 비해 본 발명의 조성물이 고온강도가 우수하며 내크랙성이 향상된 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있었고, 강도의 향상으로 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 경도가 향상되어 몰딩후 트리밍, 포밍시 팩키지의 깨짐으로 인한 불량이 현저히 감소하며, 고열방출용 트랜지스터를 위하여 실리카와 복합적으로 사용하여 봉지재 몰딩 후 트랜지스터의 칩에서 신호처리시 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 부가적 효과를 얻을 수 있다.
Claims (3)
- 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 있어서,에폭시 수지의 에폭시 1당량에 대하여, 0.5∼1.5의 -OH 당량을 갖는 페놀수지; 및 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2.20∼2.45의 비중을 갖는 실리카 분말 500∼1,200중량부, 비중이 2.9∼3.1이며 40∼60㎛의 평균길이를 갖는 유리섬유 5∼500중량부, 및 5∼500㎛의 평균길이를 갖는 알루미나 보론 파이버 5∼500중량부를 필수적으로 포함하며,여기서, 상기 알루미나 보론 파이버는 B2O3 1∼100중량% 및 Al2O3 0∼99중량%로 이루어지며, 알루미나 보론 파이버 100중량부에 대해 각각 1∼50중량부인 에폭시 실란, 아미노 실란, 및 머캡토 실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이상의 실란화합물, 180∼220중량부의 에틸알콜 및 0.01∼0.5중량부의 아세트산을 25∼60℃에서 1∼24시간 동안 10∼200rpm의 속도로 교반하여 섞은 용액에 침적하여 50∼150℃에서 1∼24시간동안 건조하여 에틸알콜을 완전히 제거하여 실란 화합물을 코팅시킨 것임을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10130468A (ja) * | 1996-10-29 | 1998-05-19 | Nitto Denko Corp | 半導体封止用エポキシ樹脂組成物 |
| JPH10245474A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-09-14 | Yuka Shell Epoxy Kk | エポキシ樹脂組成物 |
-
1999
- 1999-12-31 KR KR1019990067915A patent/KR100729468B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| JPH10245474A (ja) * | 1997-03-03 | 1998-09-14 | Yuka Shell Epoxy Kk | エポキシ樹脂組成物 |
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|---|---|
| KR20010066315A (ko) | 2001-07-11 |
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