KR100797967B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한반도체 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 관한 것으로, 올소 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지, 2종 이상의 커플링제, 및 최소 1개 이상의 머캅토기를 포함한 트리아진계 수지인 접착력 증가제를 포함하여, 열충격, 특히 반도체 후 공정에서 납 프리(Pb Free)시 발생되는 고온의 솔더공정시, 패드 면과 칩에 발생되는 크랙 문제를 개선하고, 에폭시봉지재와 커퍼 리드프레임뿐만 아니라, 니켈, 에이지, 파랴듐의 표면접착력에 발생하는 박리를 감소시킴으로써 고신뢰성을 유지하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 관한 것이다.
에폭시, 반도체 밀봉, 내크랙성, 접착성, 고신뢰도
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 패드 면과 칩에 발생되는 크랙 문제를 개선하고, 에폭시봉지재와 표면접착력 사이에 발생하는 박리를 감소시킴으로써 고신뢰성을 유지하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 관한 것이다.
반도체 밀봉용 봉지재료로써 에폭시 수지 조성물이 채택된 이후로 최근 표면실장기술의 진보에 따라 프린터기판에 반도체 패키지를 실장할 때의 작업성, 생산성이 획기적으로 향상되었다. 또한 전자전기 부품의 단소경박화가 가속화되어, 이에 따른 에폭시수지 조성물의 저응력화, 내습성화, 고접착력의 요구는 나날이 증가되고 있는 실정이다. 여기에 환경 친화성의 문제로 인해 후 공정인 솔더(SOLDER)에서 납이 사용되지 않는 공정이 개발 중이며, 이로 인해 솔더 공정상의 온도가 230℃에서 265℃까지 높아짐에 따라 패키지 크랙 및 에폭시봉지재와 커퍼 리드프레임 뿐만 아니라, 니켈, 에이지, 파랴듐의 표면접착력와 에폭시수지 조성물간의 계면 박리 현상이 발생할 가능성이 높아져 기존 에폭시 수지 조성물로는 신뢰성 있는 제품을 기대하기 힘들다는 문제점이 발생하였다.
이와 같이 대형 반도체 소자를 소형·박형 패키지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체는 납 프리(Pb Free)공정에서 외부환경의 온도 및 습도변화에 따른 열응력에 기인하여 패키지 크랙 또는 알루미늄 패드 부식 발생 등으로 고장 발생의 빈도가 높아지게 된다. 이에 따라서 내크랙성을 향상시키기 위하여 흡습률 저하, 접착강도 및 고온강도 향상이 요구되고 있다. 저응력화를 위해서는 충전제 함량의 조절, 열팽창계수를 낮추는 방법, 개질제를 첨가함으로서 저탄성화를 이루는 방법 등이 알려져 있다.
저응력화에 따른 고충진화 기술은 이미 많이 알려져 있으며, 이 방법에 따르면 패키지 열응력이 억제된다. 또한 저탄성화하는 방법으로서는 각종고무 성분에 의한 개질(일본 특허공개 소63-1894 및 평5-291436)이 검토되어 열적 안정성이 우수한 실리콘 중합체를 배합, 개질시킨 에폭시 수지 성형 재료가 폭 넓게 채택되고 있다. 이 방법에서 혼합된 실리콘 오일은 성형 재료의 기저 수지인 에폭시 수지 및 경화제와 상용성이 없기 때문에 기저 수지 중에 미립자 분산형태로(해도구조) 되므로 내열성을 유지한 채, 저탄성률을 이룰 수 있었다. 그러나 이러한 기술은 납 프리(Pb Free) 공정에서 솔더(Solder)온도를 265℃까지 상승시키면, 에폭시 봉지재 및 리드온 칩과 에폭시 봉지재와의 접착력 저하 및 수증기압의 증대로 패키지 크랙이 발생하여 신뢰성이 높은 반도체 소자를 얻기가 어려운 단점이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지를 적용함으로써 열 충격, 특히 반도체 후 공정에서 패드면 및 칩에 발생하는 크랙 문제가 개선된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 접착력 증가제로 말단기가 최소 1개이상의 머캅토기를 포함한 트리 아진계 수지를 사용함으로써 반도체 소자 봉지 공정에서 웨이퍼 칩 표면과 에폭시 봉지재 사이에 발생하는 박리 문제를 개선하여 고신뢰성을 제공하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 2종 이상의 커플링제를 혼합사용하여 접착력을 확보하며, 무기충전제를 고충진함으로써 반도체의 성형특성과 신뢰성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지는, 하기 화학식 1로 표시되는 올소 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 하기 화학식 2로 표시되는 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 커플링제, 하기 화학식 5로 표시되는 트리아진계 수지, 경화촉진제 및 무기충전제를 포함한다.
[화학식 1]
(상기 식에서 R은 히드록시기 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.)
[화학식 2]
(상기 식에서 R은 수소원자 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.)
[화학식 4]
(상기 식에서 R은 사이클로에폭시기, 아미노기, 메타크릴기, 머캅토기, 또는 비닐기이며, 상기 복수의 X는 독립적으로 메톡시기 또는 에톡시기이다.)
삭제
[화학식 5]
(상기 식에서, R1과 R2는 서로 독립적으로 머캅토기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 및 아미노기에서 선택되는 적어도 하나 이상의 작용기를 포함한다.)
또한, 상기 조성물 전체에 대하여 상기 올소 크레졸 노볼락 에폭시 수지 3~12중량%, 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지 1~8중량%, 커플링제 0.1~2.0 중량%, 상기 트리아진계수지 0.01~1.5 중량%, 무기충진제 70~90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물 전체에 대하여 상기 올소 크레졸 노볼락 에폭시 수지 3~12중량%, 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지 1~8중량%, 커플링제 0.1~2.0 중량%, 상기 트리아진계수지 0.01~1.5 중량%, 무기충진제 70~90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 커플링제는 제1커플링제로서 조성물 전체 중량에 대하여 글리콜류 또는 증류수로 전처리된 하기 화학식 4 화합물 0.1~2.0중량% 및 제2커플링제로서 상기 전처리되지 않은 말단에 아민 또는 머캡토기를 포함하는 화합물 0.01∼0.1중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
[화학식 4]
(상기 식에서 R은 사이클로에폭시기, 아미노기, 메타크릴기, 머캅토기, 또는 비닐기이며, 상기 복수의 X는 독립적으로 메톡시기 또는 에톡시기이다.)
또한, 상기 트리아진계 수지는 2-디부틸아미노-4,6-디머컵토-S-트리아진, 2-디부틸 아미노-머컵토-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머컵토-S-트리아진 및 2,4,6트리머컵토-S-트리아진으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 한다.
삭제
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또한, 상기 경화촉진제는 트리아진 이소시아네이트 이미다졸 화합물; 트리페닐포스핀 어덕트로서 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염 등에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경화촉진제로서 이소시아네이트형 잠재성 경화촉매 및 아민형 또는 포스핀형 화합물의 보조촉매를 0.02∼0.25 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은 브롬화 에폭시 수지를 포함하며, 브롬화 에폭시 수지는 에폭시 당량 250∼300이고, 브롬 함량 35∼40%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기충전제로 평균입자크기가 0.1∼35.0㎛인 용융 또는 합성실리카를 조성물 전체에 대해 70∼90중량% 범위인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀믹서 또는 뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀 또는 니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한 반도체 소자를 제공한다.
또한, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법 또는 캐스팅(Casting) 성형법으로 밀봉한 반도체 소자를 제공한다.
이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에서 기본 수지로 올소 크레졸 노블락 수지와 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지를 혼합하여 사용하고, 여기에 페놀 노볼락계 경화제를 도입하는 것을 기본 구조로 한다.
본 발명에서 올소 크레졸 노블락 수지로는 하기 화학식 1로 표시되는 구조의 것을 전체 수지 조성물에 대하여 3∼12 중량%의 범위로 사용한다. 무기충진제를 고충진하는 에폭시 조성물에서 올소 크레졸 노브락 수지를 3중량% 미만 적용시 유동성 확보가 어렵고, 12중량% 이상 적용시 흡습량이 증가하여 고신뢰도 품질을 확보하기 어렵다.
[화학식 1]
상기 식에서 R은 히드록시기 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.
삭제
본원 발명의 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지는 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
(상기 식에서 R은 수소원자 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.)
전체 조성물 중 상기 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지의 함량은 1∼8중량%의 범위이다. 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 충분한 접착 특성 및 신뢰성개선의 효과를 얻을 수 없으며, 8중량%를 초과하는 경우 유동특성 및 제조 과정에서의 문제로 인하여 생산성을 기대할 수 없다.
상기 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시수지는 하기 화학식 3의 디글리시딜 이써 비스페놀 에폭시 모노머에 에피클로로 히드린을 혼합하여 저온에서 개환 반응을 진행시켜 제조할 수 있다.
[화학식 3]
상기 식에서 R은 수소원자 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.
이렇게 얻어진 수지는 에폭시 당량이 220∼360인 고순도의 에폭시수지이다. 이러한 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시수지는 선형구조로 우수한 탄성률을 나타내면서, 경화 구조상으로 높은 내열성을 지니게 되며, 이로 인해 저수축률 및 크랙 방지역활을 한다.
본 발명에서 경화제로는 통상적으로 사용되는 페놀 노볼락 수지로 섭씨 80 ~ 100도의 연화점과 100 ~ 120의 히드록시 당량을 가진 수지로 1.0 ∼ 8.0 중량%의 범위로 사용한다.
본원 발명에서 에폭시 수지와 경화제의 당량비는 수산기 당량에 대한 에폭시 당량이 0.9∼1.1사이가 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 에폭시 수지 조성물의 성형성 및 접착력 강화를 위해 2종 이상의 커플링제를 혼합하여 사용한다. 구체적으로는 하기 화학식 4로 표시되는 커플링제를 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등과 같은 글리콜류 또는 증류수로 전처리한 것을 전체 수지 조성물에 대하여 0.1∼2.0중량%의 범위로 사용하고, 다른 1종의 커플링제는 아민, 메켑토등으로 이루어진 말단의 구조가 반응성기를 지닌 것을 전처리를 거치지 않고, 0.01 ∼ 0.1 중량%의 범위에서 사용한다. 일반적으로 0.01중량%이하 적용시 접착력 증가를 기대할 수 없으며, 0.1중량% 이상 적용시 유동성 저하 및 성형성 불량의 우려가 있다.
[화학식 4]
(상기 식에서 R은 사이클로에폭시기, 아미노기, 메타크릴기, 머캅토기, 또는 비닐기이며, 상기 복수의 X는 독립적으로 메톡시기 또는 에톡시기이다.)
삭제
이처럼 2종이상의 커플링제를 전처리를 병행하여 사용함으로써, 높은 접착력을 갖는 장점이 있어, 납 프리(Pb Free)공정의 높은 솔더 온도하에서도 리드프레임 (커퍼, 니켈, 에이지, 파라듐등) 및 리드온 칩과 에폭시 봉지재 사이의 접착특성 및 패키지 크랙을 개선함과 동시에 반도체 조립공정에서 평가되는 신뢰성(thermal shock test, press cooker test)장기 평가 시험에서 특성이 우수한 결과를 얻을 수 있다.
접착력 증가제는 하기 화학식 5로 표시되며, 말단기로 최소 1개 이상의 머캅토기를 포함한 트리 아진계 수지를 포함한다.
[화학식 5]
(상기 식에서, R1과 R2는 서로 독립적으로 머캅토기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 및 아미노기에서 선택되는 적어도 하나 이상의 작용기를 포함한다.)
삭제
본 특허에서 적용된 상세한 예로서는 2-디부틸아미노-4,6디머캅토-S-트리아진, 2,-디부틸아미노-머컵토-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머컵토-S-트리아진, 2,4,6 트리머컵토-S-트리아진으로서 이들의 혼합물 사용할 수 있으며, 트리아진 기본 골격에 말단기 최소 1개 이상을 가진 상기 화학식 5의 화합물을 중량 0.01 ~ 1.5wt% 단독으로 또는 조합하여 사용이 가능하였다.
본 발명에서 경화촉진제로는 경화속도를 조절하기 위해 이소시아네이트형 잠재성 경화촉매를 사용하는 것이 바람직하며, 그 구체적인 예로서 트리아진 이소시아네이트 이미다졸화합물 또는 트리페닐포스핀 어덕트로서 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염 등을 들 수 있다. 상기 경화촉진제의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.02∼0.40중량%의 범위로 사용한다.
상기 경화촉진제와 더불어 보조촉매를 병용하는 경우 더욱 우수한 경화특성을 얻을 수 있으며, 그 구체적인 예로서 아민 계통의 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀과 포스핀계의 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등을 들 수 있다. 보조촉매를 사용하는 경우 그 함량은 0.02 ∼0.25 중량%의 범위이다.
본 발명에서 무기충전제로는 그 평균입자크기가 0.1∼35.0㎛인 용융 또는 합성실리카를 조성물 전체에 대해 70∼90중량% 범위가 되도록 사용한다. 무기충전제의 양이 70 중량% 미만인 경우에는 충분한 강도와 저열팽창화를 실현할 수 없으며 또한 수분의 침투가 용이해져 신뢰성 특성에 치명적이 된다. 또한 무기충전제의 양이 90 중량%를 초과하면 유동특성의 저하로 인해 성형성이 나빠질 우려가 있다.
본 발명에서는 충진재를 고충진화 함으로써 흡습율 및 열팽창계수를 저감시키고 기계적 강도를 향상시켜 반도체 성형특성과 신뢰성이 우수한 반도체 소자 밀 봉용 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서 에폭시 조성물에 난연성을 부여하기 위하여 에폭시 당량 250∼300, 브롬 함량 35∼40%인 폴리 글리시딜에테르 브롬화 페놀 에폭시와 삼산화 안티몬을 혼합하여 사용한다. 브롬화 에폭시와 삼산화 안티몬은 고온 고압 다습한 환경하에서 불순물이온에 의한 칩 부식을 발생시켜 신뢰성 저하를 가속화시키는 문제가 있다. 따라서 본 발명에 있어서 난연 UL94 V-O의 규격을 만족하는 범위에서 신뢰성을 향상시키기 위하여 상기 두성분의 함량이 전체조성물에 대하여 0.8∼1.2중량%가 되도록 하였다.
본 발명의 수지 조성물에는 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위내에서 고급 지방산, 천연지방산, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙, 유·무기염료 등의 착색제, 가교증진제, 난연보조제, 레벨링제 등을 필요에 따라서 추가적으로 더 첨가하여 사용할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 소정의 배합량을 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 분쇄하여 혼합한 뒤 1차 분말 제조물을 얻은 후 롤밀이나 니이더를 이용 100℃에서 약 10분 이내로 용융혼련한 뒤 냉각, 분쇄과정을 거쳐 제조될 수 있다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
먼저 본 발명의 실시예를 위한 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지의 제조는 다음과 같은 방법에 의한다.
제조예
둥근 사구 플라스크 반응관에 디글리시딜 이써 비스페놀에이(분자량 228) 1.0몰과 에피클로하이드린 2.0몰을 넣은후 반응온도 130∼220℃에서 2-메틸이미다졸 수용액 0.02몰을 플라스크내에 서서히 적하 시키면서 질소분위기 하에서 6시간 반응시킨 후 10℃ 이하로 냉각하여 50% 수산화나트륨 용액을 투입하였다. 이때 온도는 10℃ 미만으로 유지하여 4시간정도 반응시켰다. 이렇게 하여 얻어진 제조물에 메탄올과 물 혼합 수용액을 넣은 후 강력교반을 통해 정제하고, 건조공정을 통하여 당량 300의 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시수지를 제조하였다.
실시예 및 비교예
상기의 제조예에서 제조된 디글리시딜 이써 비스페놀에이 변성수지를 사용하여 각 구성물질의 배합비율을 달리하여 실시예 및 비교예를 완성하였다. 이를 표 1(실시예 1~3) 및 표 2(비교예 1~3)에 나타내었다. 본 조성비대로 배합한 후, 헨셀믹서를 이용하여 균일하게 분쇄, 혼합하여 1차 분말 제조물을 얻은 다음, 롤밀을 이용하여 100℃에서 약 10분이내로 용융혼련한 뒤 냉각, 분쇄과정을 거쳐 에폭시 봉지 조성물을 제조하였다.
| 구 성 성 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | |
| 에폭시수지 | 1)올소 크레졸 노블락 에폭시 수지 2)디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시수지 | 11.46 2.77 | 8.57 4.48 | 3.91 5.69 |
| 3)브롬화에폭시수지 | 0.90 | 0.90 | 0.65 | |
| 삼산화 안티몬 | 1.00 | 1.00 | 0.50 | |
| 페놀 노블락 경화제 | 6.97 | 6.95 | 3.63 | |
| 4)잠재성 경화 촉매 | 0.05 | 0.05 | 0.03 | |
| 트리페닐포스핀 | 0.19 | 0.19 | 0.10 | |
| 무기 충진재 | 75.00 | 76.00 | 83.50 | |
| 카본블랙 | 0.27 | 0.27 | 0.27 | |
| 5)커플링제 1 | 0.38 | 0.38 | 0.43 | |
| 6)카플링제 2 | 0.06 | 0.06 | 0.06 | |
| 피이 왁스 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | |
| 7)접착력 증가제 | 0.05 | 0.25 | 0.50 | |
| 카르나우바왁스 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | |
| 8)기타 | 0.60 | 0.60 | 0.43 | |
| 구 성 성 분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예3 | |
| 에폭시수지 | 1)올소크레졸 노블락 에폭시 수지 비스페놀 에폭시 수지 | 11.63 2.91 | 7.47 4.98 | 4.08 6.12 |
| 3)브롬화에폭시수지 | 0.93 | 0.80 | 0.65 | |
| 삼산화 안티몬 | 1.00 | 1.00 | 0.50 | |
| 페놀 노볼락 경화제 | 6.76 | 5.05 | 3.54 | |
| 트리페닐포스핀 | 0.20 | 0.17 | 0.14 | |
| 4)잠재성 경화 촉매 | 0.05 | 0.04 | 0.03 | |
| 무기 충진재 | 75.00 | 79.00 | 83.50 | |
| γ-글리시톡시프로필트리메톡시실란 | 0.38 | 0.40 | 0.43 | |
| 카본블랙 | 0.27 | 0.27 | 0.27 | |
| 카르나우바왁스 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | |
| 피이 왁스 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | |
| 8)기타 | 0.57 | 0.52 | 0.44 | |
1) 일본화약: EOCN-1020-65
2) 제조예
3) 일본화약: Bren-S
4) 2,4-디아미노-6-(2-2-메틸-1-이미다졸)에틸-1,3,5-트리아진
5) A-187과 폴리 프로필렌 글리콜 전처리화 제품
6) γ-머캅토 프로필렌 트리메톡시실란
7) 2-디부틸아미노-4,6디머컵토-S-트리아진
8) 실리콘 오일(SF-8421EG)
8) 실리콘 오일(SF-8421EG)
상기의 실시예 및 제조예에 의하여 얻어진 에폭시 수지 조성물에 대하여 물성 및 신뢰성을 평가하여 이를 표 3 및 표 4에 나타내었다.
| 평 가 항 목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 스파이럴 플로우(inch) | 36 | 33 | 29 | 38 | 34 | 29 |
| 유리전이온도 Tg(℃) | 173 | 156 | 149 | 164 | 155 | 141 |
| 부착력 (Kgf) | 69 | 73 | 80 | 59 | 55 | 60 |
| 난연성 (V-0 1.6mm) | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 |
[물성평가 방법]
㉠ 스파이럴 플로우(Spiral Flow)
EMMI규격을 기준으로 금형을 제작하여 성형온도(175℃), 성형압력 70Kgf/cm2에서 유동 길이를 평가하였다.
㉡ 유리전이온도(Tg)
TMA(Thermal mechanical Analyser)로 평가 (승온속도 10℃/min)하였다.
㉢ 부착력
리드프레임(Cu Lead Frame)과 에폭시 봉지재와의 인장력을 UTM 이용을 이용하여 측정하였다.
㉣ 난연성
UL 94 수직시험으로 1/16inch를 기준으로 함, 시편에 불꽃을 10초간 점촉시킨후 불꽃이 꺼지면 다시 10초간 불꽃을 점촉시키는 시험을 5회 실시하였다.
| 평 가 항 목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| 크랙 | IR REFLOW 전 | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 2/128 | 0/128 | 0/128 |
| IR REFLOW 후 | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 30/128 | 18/128 | 0/128 | |
| 박리 | 100 Cycle | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 14/128 | 0/128 | 0/128 |
| 200 Cycle | 0/128 | 0/128 | 0/128 | - | 7/100 | 0/128 | |
| 500 Cycle | 0/128 | 0/128 | 0/128 | - | - | 4/128 | |
| 칩, 패드 박리 10% 이상 발생 수 | |||||||
| 성형성 | VOID | 0/256 | 0/256 | 0/256 | 3/256 | 1/256 | 0/256 |
[물성평가방법]
㉠ 크랙성 평가
MPS(Multi Plunger System)성형기를 이용하여 175℃에서 90초간 성형시킨 후, 175℃ 4시간 후경화시킨 다음 IR REFLOW 온도를 265℃로 하여 3회 진행후 초음파(C-SAM)설비를 이용하여 크랙이 발생한 수를 C-SAM으로 평가하였다.
㉡ 박리성 평가
냉열충격시험기(Thermal Shock Tester)에서 165℃ 에서 -50℃까지 각각 100, 200, 250 사이클로 가혹시험하여 리드프레임 및 리드온 칩과 에폭시봉지재 사이에 박리가 10%이상 발생한 수를 C-SAM으로 평가하였다.
㉢ 성형성 평가
성형성 평가 항목은 외관 불량에 해당하는 보이드(Void)로 크게 게이트(Gate)와 에어 벤드(Air-vent) 및 외관에 나타나는 외관 불량을 관찰하는 것으로, 육안 관찰 시 10mil 이하로 관리하여 불량 유무를 평가하였다.
표 3 및 표 4에 나타난 바와 같이 리드 온 칩 및 리드프레임과 에폭시 봉지재와의 접착특성이 월등히 향상되었음을 알 수 있으며, 성형성 및 신뢰성 측면에서 우수한 특성을 나타낸다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 의하면, 올소 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지 등을 포함하여, 탄성률이 우수하며, 높은 내열성으로 인하여 수축이 적으며, 크랙의 발생이 방지될 수 있다.
또한, 2종 이상의 커플링제를 병행하여 사용하고, 접착력 증가제로 트리아진계 수지를 사용함으로써, 높은 접착력을 보여 납프리 공정의 높은 솔더 온도하에서도 접착이 잘 되며, 신뢰성이 우수한 반도체소자 성형용 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.
Claims (11)
- 하기 화학식 1로 표시되는 올소 크레졸 노볼락 에폭시 수지 3 ~ 12 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 디글리시딜 이써 비스페놀 변성 에폭시 수지 1 ~ 8 중량%, 경화제 1 ~ 8 중량%, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물을 포함하는 커플링제 0.11 ~ 2.1 중량%, 하기 화학식 5로 표시되는 트리아진계 수지 0.01 ~ 1.5 중량%, 경화촉진제 0.02 ~ 0.4 중량% 및 무기충전제 70 ~ 90 중량%를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 1]
(상기 식에서 R은 히드록시기 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.)[화학식 2]
(상기 식에서 R은 수소원자 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n은 0 내지 3의 정수이다.)[화학식 4]
(상기 식에서 R은 사이클로에폭시기, 아미노기, 메타크릴기, 머캅토기, 또는 비닐기이며, 상기 복수의 X는 독립적으로 메톡시기 또는 에톡시기이다.)[화학식 5]
(상기 식에서, R1과 R2는 서로 독립적으로 머캅토기, 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 및 아미노기에서 선택되는 적어도 하나 이상의 작용기를 포함한다.) - 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 커플링제는 제1커플링제로서 조성물 전체 중량에 대하여 글리콜류 또는 증류수로 전처리된 하기 화학식 4 화합물 0.1~2.0중량% 및 제2커플링제로서 상기 전처리되지 않은 말단에 아미노기 또는 머캡토기가 있는 화합물 0.01∼0.1중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 4]
(상기 식에서 R은 사이클로에폭시기, 아미노기, 메타크릴기, 머캅토기, 또는 비닐기이며, 상기 복수의 X는 독립적으로 메톡시기 또는 에톡시기이다.) - 제 1 항에 있어서,상기 트리아진계 수지는 2-디부틸아미노-4,6-디머컵토-S-트리아진, 2-디부틸 아미노-머컵토-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머컵토-S-트리아진 및 2,4,6트리머컵토-S-트리아진으로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1 항에 있어서,상기 경화촉진제는 트리아진 이소시아네이트 이미다졸 화합물; 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 5 항에 있어서, 상기 경화촉진제로 이소시아네이트형 잠재성 경화촉매 및 아민형 또는 포스핀형 화합물의 보조촉매를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.02∼0.25 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 브롬화 에폭시 수지를 포함하며, 브롬화 에폭시 수지는 에폭시 당량 250∼300이고, 브롬 함량 35∼40%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기충전제로 평균입자크기가 0.1∼35.0㎛인 용융 또는 합성실리카를 조성물 전체에 대해 70∼90중량% 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀믹서 또는 뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀 또는 니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한 반도체 소자.
- 제 9항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법 또는 캐스팅(Casting) 성형법으로 밀봉한 반도체 소자.
- 제 10항에 있어서, 상기 반도체 소자가 커퍼, 니켈, 에이지, 파라듐으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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