KR100833567B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한반도체소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시수지, 경화제, 경화촉매, 및 무기충전제를 포함하는 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시수지는 바이페닐계 에폭시수지와 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합물을 포함하고, 상기 경화촉매는 잠재성 경화촉매를 포함하며, 말단기에 1개 이상의 머캡토기를 갖는 트리아진계 수지를 더 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물을 사용하면 반도체 칩과 에폭시 봉지재 사이에서 발생하는 박리문제를 개선할 수 있고, 무연(Pb Free) 솔더 공정과 같이 가혹한 조건에서도 크랙이 거의 발생하지 않아, 반도체 소자의 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
바이페닐계 에폭시수지, 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지, 머캡토기, 트리아진계 수지
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 수지 및 접착력 강화제를 사용하여 가혹한 조건에서도 우수한 신뢰성을 달성할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 고집적화 경향에 따라, 소자 크기의 대형화, 셀 면적의 소형화 및 배선의 다층화가 급속히 진전되고 있으며, 반도체 소자를 외부환경으로부터 보호하는 패키지(Package) 또한 프린트 기판으로의 고밀도 실장(즉, 표면 실장)으로 소형·박형화가 가속화되고 있다. 한편, 환경관련 규제가 엄격해지고 납(Pb)과 주석(Sn)이 가지는 인체 유해성이 알려지면서 후공정인 솔더(Solder) 공정에서 납의 사용이 금지되고 있는 바, 무연(無鉛) 솔더 공정 개발의 연구가 활발하다.
현재 납을 대신하여 사용될 수 있는 것으로 공지된 솔더 재료로는 주석(SN), 비스무스(Bi), 은(Ag) 등이 있으나, 상기 대체 재료를 사용할 경우에는 솔더 공정의 온도가 기존 230℃에서 265℃까지 높아져야 한다. 따라서, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉한 소자를 무연 솔더 공정에 투입할 경우, 높은 온도로 인한 패키지 크랙 및 웨이퍼와 에폭시 수지 조성물 간의 스트레스로 인한 패키지 크랙 등이 발생하여 신뢰성있는 제품을 수득하기가 어려워진다. 또한, 기존 리드프레임에 니켈이나 팔라듐 등을 사전도금(Pre-Plated)함으로써 기존의 도금 공정을 없앤 공정이 등장하였으나, 니켈이나 팔라듐과 에폭시 수지 조성물과의 접착 특성이 떨어져 계면에서의 박리 현상 및 크랙 등의 신뢰도 문제가 나타나게 되었다.
통상의 에폭시 수지 조성물에 있어 내크랙성을 높이기 위하여 경화물의 흡습률을 낮추고, 접착강도 및 고온강도를 높이는 방법이 공지되어 있고, 수지 조성물의 저응력화를 위하여 충전제 양을 조절하여 열팽창계수를 낮추거나, 응력완화제를 첨가함으로써 저 탄성화를 이루는 방법 등이 알려져 있다. 즉, 충전제 조합에 따른 고충전화 기술 뿐만 아니라, 각종 고무 성분에 의한 수지 조성물의 개질(일본 특개 소63-1894 및 특개 평5-291436)이 검토되고 있으며, 열적 안정성이 우수한 실리콘 중합체를 배합한 에폭시 수지 성형재료가 폭 넓게 채택되고 있다. 상기 방법에 따르면, 실리콘 오일이 성형재료의 베이스 수지인 에폭시수지 및 경화제와의 상용성이 없기 때문에 기저 수지 중에 미립자 분산형태로(해도구조) 되므로 내열성을 유지한 채, 저 탄성률을 이룰 수 있었다. 그러나, 니켈이나 팔라듐 등이 도금된 리드프레임에 대해서는 기존 에폭시 수지 조성물로는 반도체 칩과 에폭시 밀봉재와의 접착력 저하로 인하여 신뢰성이 높은 반도체 소자를 얻기가 어려운 것이 사실이다.
따라서, 당해 기술분야에는 니켈이나 팔라듐 등이 도금된 리드프레임을 적용할 경우에도 박리 특성이 양호하고 크랙 발생이 거의 없어 반도체 소자의 높은 신뢰성을 보장할 수 있는 에폭시 수지 조성물에 대한 요구가 있어 왔다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 가혹한 조건 하에서도 칩 또는 패드 면에서의 박리나 패키지 크랙이 발생하지 않는, 우수한 신뢰성을 달성할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 바이페닐계 에폭시수지와 하기 화학식 2로 표시되는 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합물을 포함하는 에폭시수지 5 ~ 16중량%, 경화제 4 ~ 9 중량%, 잠재성 경화촉매를 포함하는 경화촉매 0.05 ~ 0.4 중량%, 무기충전제 73 ~ 90 중량% 및 말단기에 1개 이상의 머캡토기를 갖는 하기 화학식 5의 트리아진계 수지 0.01 ~ 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
(상기 식에서, R은 각각 같거나 다른 메틸기 또는 수소이다. n의 평균치는 0 내지 7이다.)
(상기 식에서, R은 각각 같거나 다른 수소 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
(상기 식에서, R1 내지 R2는 각각 같거나 다른 머캡토기 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 아민기이다.)
상기 바이페닐계 에폭시 수지와 상기 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합비는 중량 기준으로 80 : 20 내지 20 : 80의 범위인 것을 특징으로 한 다.
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상기 경화제는 하기 화학식 3의 다관능성 페놀수지 및 하기 화학식 4의 페놀노볼락 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다)
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다).
상기 다관능성 페놀수지는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2 내지 4 중량%로 포함되며, 상기 페놀노볼락수지는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
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상기 잠재성 경화촉매는 이소시아네이트계 화합물, 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 및 테트라페닐 보레이트 중에서 선택된 한 종 이상인 것을 특징으로 한다.
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상기 잠재성 경화촉매는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.01 내지 0.2 중량% 함량의 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀 및 페닐포스핀 중에서 선택된 1종 이상의 화합물과 동시에 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 무기충전제는 평균 입경 5㎛ 이상 30㎛ 이하의 구상 용융실리카를 50~99 중량%, 평균입경 1㎛ 이하의 구상용융 실리카를 1~50 중량%를 포함한 실리카를 전체 무기충전제 대비 40 중량% 이상으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상기 트리아진계 수지는 2-디부틸아미노-4,6-디머캅토-S-트리아진, 2-디부틸아미노-머캅토-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머캅토-S-트리아진, 2,4,6-트리머캅토-S-트리아진으로부터 선택된 한 종 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
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또한 본 발명은 상기 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.
상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법 또는 캐스팅(Casting) 성형법으로 밀봉한 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자는 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 사전도금된 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시수지, 경화제, 경화촉매, 및 무기충전제를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 에폭시수지로는 하기 화학식 1로 표시되는 바이페닐계 에폭시수지와 하기 화학식 2로 표시되는 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 에폭시수지 이외에도 크레졸 노볼락형 에폭시수지, 페놀 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 선형지방족 에폭시수지, 지환식 에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환을 포함하는 에폭시수지, 자일록형 에폭시수지, 및 페놀아랄킬형 에폭시수지 등을 추가로 더 사용하는 것 역시 가능하다.
[화학식 1]
(상기 식에서, R은 각각 같거나 다른 메틸기 또는 수소이다. n의 평균치는 0 내지 7이다.)
[화학식 2]
(상기 식에서, R은 각각 같거나 다른 수소 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
상기 바이페닐계 수지는 분자 내에 존재하는 바이페닐 결합에 의하여 결정성을 나타내는 물질로, 경화제와 가교 결합이 가능한 에폭시기 사이의 거리가 멀어 경화물의 가교밀도를 낮출 수 있고, 이에 따라 경화물의 흡습량과 탄성계수를 줄일 수 있어 신뢰성 측면에서 바람직한 물질이다. 상기 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지는 옥시란 고리가 한 분자 내에 최소 2개 이상 존재하는 수지로서, 구조상 종래 수지 조성물에 비해 높은 탄성률을 유지하면서도, 탄성율 향상에 따른 저수축률 및 크랙발생 증가의 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 물질이다. 상기 화학식 2의 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지는, 예를 들어 디글리시딜에테르비스페놀 수지를 옥시란기를 포함한 에피클로로히드린 화합물과 반응시켜 제조할 수 있으며, 반응 결과물인 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지는 에폭시 당량이 200 내지 360인 고순도 에폭시수지인 것이 바람직하다.
상기 바이페닐계 에폭시 수지와 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합비는 중량 기준으로 80 : 20 내지 20 : 80의 범위가 바람직하다. 총 에폭시수지의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 5 내지 16 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 경화제는 에폭시수지와 반응하여 경화물을 만들 수 있는 물질로서 구체적인 예로는 페놀노볼락수지, 크레졸노볼락수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 각종 노볼락수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐 등 다양한 다가페놀화합물, 무수말레인산, 무수프탈산 등의 산무수물 및 메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 디아미노이페닐설폰 등의 방향족아민 등을 들 수 있다. 반도체 성형용으로는 내열성, 내습성 및 보존성 측면에서 페놀계 경화제가 많이 사용되고 있으며, 용도에 따라 2종류 이상의 경화제를 병행하여 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 하기 화학식 3의 다관능성 페놀수지 및 하기 화학식 4의 페놀노볼락 수지를 사용할 수 있다.
[화학식 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다)
[화학식 4]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다).
상기 다관능성 페놀수지는 패키지의 휨(warpage) 특성에 효과적이고, 상기 페놀노볼락수지는 경화물의 경화도 확보 및 패키지 성형성에 효과적이므로 함께 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서의 경화제는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 4 내지 9 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, 상기 다관능성 페놀수지와 상기 페놀노볼락수지를 함께 사용하는 경우에는, 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 상기 다관능성 페놀수지를 2 내지 4 중량%로, 상기 페놀노볼락수지를 2 내지 5 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 경화 속도를 조절하기 위한 잠재성 경화촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 잠재성 경화촉매로서 사용 가능한 화합물의 예로서는 이소시아네이트 이미다졸과 같은 이소시아네이트계 화합물, 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 및 테트라페닐 보레이트 등을 들 수 있다. 상기 잠재성 경화촉매의 함량은 전체 수지 조성물의 중량을 기준으로 0.05 내지 0.4 중량%가 바람직하다.
그러나, 상기 잠재성 경화촉매는 단독으로 사용하는 경우, 원하는 경화특성을 얻기 어려운 문제점이 있기 때문에 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등과 같은 아민계 화합물 또는 포스핀계 화합물 중에서 선택된 한 종 이상의 화합물과 같이 사용하는 것이 더 바람직하다. 상기 아민계 화합물 또는 포스핀계 화합물은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.01 내지 0.2 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성과 저응력화를 효과적으로 향상시키는 물질이다. 일반적으로 사용되는 예로서는 용융실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 들 수 있다. 저응력화를 위해서는 선평창계수가 낮은 용융실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 용융실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형 상 및 입경은 특별히 한정하지는 않지만, 평균 입경 5㎛ 이상 30㎛ 이하의 구상 용융실리카를 50~99 중량%, 평균입경 1㎛ 이하의 구상용융 실리카를 1~50 중량%를 포함한 실리카를 전체 충전제 대비 40 중량% 이상, 좋게는 60 중량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 충전제의 비율은 성형성, 저응력성, 고온강도 등의 물성에 따라 다르지만, 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 70~95 중량%가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80~95 중량% 비율로 사용한다.
본 발명에서는 말단기에 1개 이상의 머캡토기를 갖는 하기 화학식 5의 트리아진계 수지를 포함한다. 상기 화학식 5의 트리아진계 수지로는 2-디부틸아미노-4,6-디머캅토-S-트리아진, 2-디부틸아미노-머캅토-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머캅토-S-트리아진, 2,4,6-트리머캅토-S-트리아진으로부터 선택된 한 종 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 5 ]
(상기 식에서, R1 내지 R2는 각각 같거나 다른 머캡토기 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 아민기이다.)
상기 화학식 5의 화합물은 구조 내에 함유한 N과 S 성분의 접착 특성으로 인하여 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 적용될 경우, 보다 향상된 신뢰도 결과를 얻을 수 있다. 물론 상기 화학식 5의 화합물은 단독으로 사용 가능하며, 화학식 5로 나타낼 수 있는 화합물 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
특히 상기 화학식 5의 화합물을 상기 화학식 1의 바이페닐계 에폭시 수지와 상기 화학식 2의 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지와 함께 사용할 경우에는, 반도체 칩 표면과 밀봉 재료간의 접착특성이 크게 향상되어 높은 솔더 온도에서도 패키지 크랙이 발생하지 않으며, 제조된 반도체 소자의 신뢰성이 월등히 높아진다.
상기 화학식 5로 표시되는 트리아진계 수지는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.01 내지 2 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 트리아진계 수지의 사용량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 신뢰도 개선 효과가 약하며, 2 중량%를 초과할 경우에는 반응성 및 접착력 증가에 따라 작업상 디게이트 버(Degate burr) 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 조성물에는 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 브롬화에폭시수지 등의 난연제, 삼산화안티몬 등의 난연조제, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙, 유기염료, 무기염료 등의 착색제, 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란, 머캡토실란 등의 커플링제, 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 실리콘 레진 등의 응력완화제 등이 필요에 따라 사용될 수 있다.
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시 수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 함유량을 헨셀 믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융 혼련하며, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이 사용되고 있다. 일반적으로 저압 트랜스퍼 성형법을 사용하거나, 인젝션(Injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로 본 발명에서 얻어진 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 제조할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[제조예] 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 합성
둥근 사구 플라스크 반응관에 디글리시딜에테르비스페놀A (분자량 228) 1.0몰과 에피클로로히드린 2.0몰을 넣은 후 반응온도 130∼220℃에서 2-메틸이미다졸 수용액 0.02몰을 플라스크 내에 서서히 적하시키면서 질소분위기 하에서 6시간 반응시킨 후 10℃ 이하로 냉각하여 50% 수산화나트륨 용액을 투입하였다. 이때 온도 는 10℃ 미만으로 유지하여 4시간 정도 반응시켰다. 이렇게 하여 얻어진 제조물에 메탄올과 물의 혼합 수용액을 넣은 후 강력한 교반을 통해 정제하고, 건조공정을 통하여 당량 300의 디글리시딜에테르비스페놀A 변성 에폭시수지를 제조하였다.
[실시예 1 내지 3]
상기 제조된 디글리시딜에테르비스페놀A 변성 에폭시수지를 사용하여 하기 표 1의 조성에 따라 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후 연속 니더를 이용하여 100~120℃ 범위에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 성형용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 각종 물성은 다음의 방법에 의해 평가하였다. 결과를 표 3과 표 4에 나타내었다.
(유동성/스파이럴플로우) : EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70Kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스를 이용하여 측정하였다.
(유리전이온도(Tg)): TMA(Thermomechanical Analyser)를 사용하여, 승온속도10℃/min 조건에서 평가하였다.
(열팽창계수(α1)): ASTM D696에 의해 평가하였다.
(부착력): 구리 리드프레임을 에폭시 수지 조성물로 175℃에서 120초간 경화시킨 경화물을 175℃에서 4시간 동안 후경화(post cure)한 후 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 인장력을 측정하였다.
(난연성): UL 94 V-0 규격에 준하여 1/16inch 시편으로 평가하였다.
(굴곡탄성률): ASTM D-790에 준하여 표준시편을 만든 후 175℃에서 4시간 경화시킨 시편으로 UTM을 이용하여 측정하였다.
(내크랙성 평가(신뢰성 시험)): 프리컨디션(Precondition) 후 냉열충격 시험기(Thermal Shock Tester)에서 50, 150, 200 사이클 경과 후, 비파괴 검사기인 C-SAM(Scanning Acoustic Microscopy)으로 크랙 발생유무를 평가하였다.
a) 프리컨디션조건
니켈, 팔라듐, 은이 사전도금(Pre-Plated)된 리드프레임을 포함한 반도체 소자를 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 90초간 에폭시 수지 조성물로 밀봉하여 SOP(Small Outline Package)형 반도체 소자를 제작하였다. 상기 반도체 소자를 175℃에서 4시간 후경화시킨 후, 85℃, 85% 상대습도 조건 하에서 96시간 동안 방치시킨 후 265℃, 10초 동안 IR(Infra red) 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 하에서의 패키지 크랙발생 유무를 C-SAM 을 이용하여 평가하였다. 이 단계에서 크랙이 발생되었을 경우, 다음 단계인 냉열충격 시험은 진행하지 않았다.
b) 냉열충격 시험
상기 프리컨디션 조건을 통과한 SOP형 패키지를 -65℃에서 10분, 165℃에서 10분씩 방치하는 것을 1 사이클로 하여 각각 50, 150, 200 사이클을 진행한 후, 비파괴 검사기인 C-SAM을 이용하여 내부 및 외부 크랙을 평가하였다.
| 구 성 성 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | |
| 에폭시 수지 | 1) 바이페닐계 에폭시수지 2) 디글리시딜에테르비스페놀A 변성 에폭시수지 | 8.0 3.02 | 6.3 4.8 | 4.2 6.8 |
| 3) 브롬화에폭시수지 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | |
| 삼산화 안티몬 | 0.26 | 0.25 | 0.26 | |
| 4) 페놀 노볼락 경화제 | 2.0 | 2.5 | 3.5 | |
| 5) 다관능성 페놀수지 | 3.6 | 3.04 | 2.07 | |
| 트리페닐 포스핀 | 0.17 | 0.15 | 0.17 | |
| 6) 잠재성 경화촉매 | 0.15 | 0.10 | 0.10 | |
| 7) 무기충전제 | 81 | 81 | 81 | |
| 카본 블랙 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | |
| 8) 커플링제 1 | 0.25 | 0.13 | 0.28 | |
| 9) 커플링제 2 | - | 0.15 | 0.10 | |
| 카르나우바왁스 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | |
| 10) 접착력 증가제 | 0.05 | 0.08 | 0.02 | |
주 1) YX-4000H, 유카셀
2) 제조예 참조
3) Bren-S, 일본화약
4) HF-1, 메이와
5) MEH-7500SS, 메이와
6) 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트
7) 무기충전제: 평균입경 20㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
8) 커플링제 1: γ-글리시톡시 프로필렌 메톡시실란
9) 커플링제 2: γ-머켑토 프로필렌 메톡시실란
10) 2-디부틸아미노-4,6-디머캅토-S-트리아진
[비교예 1 내지 3]
하기 표 2에 나타난 조성으로 배합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 조성물을 제조한 후, 수득한 에폭시 수지 조성물에 대해서 물성 및 신뢰성을 평가하여 이를 표 3과 표 4에 나타내었다.
| 구 성 성 분 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 에폭시 수지 | 1) 올소크레졸노볼락에폭시 2) 바이페닐계 에폭시수지 | 11.0 - | 9.0 2.0 | 6.0 5.0 |
| 3) 브롬화에폭시수지 | 1.0 | 1.0 | 0.80 | |
| 삼산화 안티몬 | 0.3 | 0.3 | 0.20 | |
| 4) 페놀 노볼락 경화제 | 3.45 | 3.87 | 5.69 | |
| 5) 다관능성 페놀수지 | 2.0 | 1.5 | - | |
| 트리페닐포스핀 | 0.2 | 0.18 | 0.16 | |
| 6) 무기 충전제 | 81 | 81 | 81 | |
| γ-글리시톡시프로필트리메톡시실란 | 0.40 | 0.40 | 0.40 | |
| 카본블랙 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | |
| 카르나우바왁스 | 0.2 | 0.20 | 0.2 | |
| 7) 커플링제 1 | 0.2 | 0.3 | 0.3 | |
주 1) YDCN-500-5P, 동도화학
2) YX-4000H, 유카셀
3) Bren-S, 일본화약
4) HF-1, 메이와
5) MEH-7500SS, 메이와
6) 무기충전제: 평균입경 20㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
7) γ-글리시톡시 프로필렌 메톡시실란
| 평 가 항 목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 스파이럴 플로우(inch) | 45 | 40 | 37 | 35 | 38 | 44 |
| 유리전이온도 Tg(℃) | 148 | 153 | 157 | 177 | 165 | 142 |
| 열팽창계수 α1 (㎛/m,℃) | 13.8 | 13.4 | 13.2 | 13.8 | 13.7 | 14.0 |
| 부착력 (Kgf) | 81 | 76 | 72 | 34 | 57 | 68 |
| 굴곡 탄성률 (kg/㎠) | 1850 | 1910 | 1980 | 2200 | 2160 | 1930 |
| 평 가 항 목 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| 크랙 | IR REFLOW 전 | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 0/128 |
| IR REFLOW 후 | 0/128 | 0/128 | 0/128 | 18/128 | 4/128 | 0/128 | |
| 박리 | 100 Cycle | 0/100 | 0/100 | 0/100 | 4/100 | 0/100 | 0/100 |
| 200 Cycle | 0/100 | 0/100 | 0/100 | - | 3/100 | 0/100 | |
| 500 Cycle | 0/100 | 0/100 | 0/100 | - | - | 1/100 | |
| 칩, 패드 박리 10% 이상 발생수 불량수 / 총 시험시료수 | |||||||
상기 표 3 및 4로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물을 이용하였을 경우, 에폭시 수지 조성물과 칩 및 리드 프레임간의 접착특성이 월등이 좋았으며, 신뢰성도 우수하였다.
본 발명에 따른 에폭시 수지조성물을 사용하면 접착특성이 향상되고, 가혹한 조건 하에서도 칩 또는 패드 면에서의 박리나 패키지 크랙이 발생하지 않는 우수한 신뢰성을 달성할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.
Claims (16)
- 하기 화학식 1로 표시되는 바이페닐계 에폭시수지와 하기 화학식 2로 표시되는 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합물을 포함하는 에폭시수지 5 ~ 16중량%, 경화제 4 ~ 9 중량%, 잠재성 경화촉매를 포함하는 경화촉매 0.05 ~ 0.4 중량%, 무기충전제 73 ~ 90 중량% 및 말단기에 1개 이상의 머캡토기를 갖는 하기 화학식 5의 트리아진계 수지 0.01 ~ 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 1]
(상기 식에서, R은 각각 같거나 다른 메틸기 또는 수소이다. n의 평균치는 0 내지 7이다.)[화학식 2]
(상기 식에서, R은 각각 같거나 다른 수소 또는 메틸기이고, G는 글리시딜기이며, n의 평균치는 1 내지 7이다.)[화학식 5 ]
(상기 식에서, R1 내지 R2는 각각 같거나 다른 머캡토기 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 아민기이다.) - 제 1항에 있어서, 상기 바이페닐계 에폭시 수지와 상기 디글리시딜에테르비스페놀 변성 에폭시수지의 혼합비가 중량 기준으로 80 : 20 내지 20 : 80의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 경화제가 하기 화학식 3의 다관능성 페놀수지 및 하기 화학식 4의 페놀노볼락 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다)[화학식 4]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다). - 제 4항에 있어서, 상기 다관능성 페놀수지는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2 내지 4 중량%로 포함되며, 상기 페놀노볼락수지는 전체 에폭시 수지 조성물 에 대하여 2 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 잠재성 경화촉매는 이소시아네이트계 화합물, 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 및 테트라페닐 보레이트 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 잠재성 경화촉매는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하 여 0.01 내지 0.2 중량% 함량의 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀 및 페닐포스핀 중에서 선택된 1종 이상의 화합물과 동시에 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 무기충전제는 평균 입경 5㎛ 이상 30㎛ 이하의 구상 용융실리카를 50~99 중량%, 평균입경 1㎛ 이하의 구상용융 실리카를 1~50 중량%를 포함한 실리카를 전체 무기충전제 대비 40 중량% 이상으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 트리아진계 수지는 2-디부틸아미노-4,6-디머캅토-S-트리아진, 2-디부틸아미노-머캅토-트리아진, 2-아닐리노-4,6-디머캅토-S-트리아진 및 2,4,6-트리머캅토-S-트리아진으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합 물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항, 제 2항, 제 4항, 제 5항, 제 7항, 제9항, 제10항 및 제 12항 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 14항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법 또는 캐스팅(Casting) 성형법으로 밀봉한 반도체 소자.
- 제 15항에 있어서, 상기 반도체 소자가 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 사전도금된 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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| JP2003321533A (ja) | 2002-02-27 | 2003-11-14 | Hitachi Chem Co Ltd | 封止用エポキシ樹脂成形材料及び電子部品装置 |
| KR100585945B1 (ko) | 2003-12-12 | 2006-06-01 | 제일모직주식회사 | 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 |
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