KR100882333B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자 Download PDF

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KR100882333B1
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Abstract

본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는　에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 경화제로서 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지를 사용함으로써　난연성, 휨 특성, 성형성, 및 신뢰도가 우수한 반도체 소자를 제공한다.
　
　반도체 소자, 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지, 난연성, 휨 특성, 성형성, 신뢰도

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자{Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor device　and semiconductor device　using the same}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는　패키지의 휨 특성,　성형성, 신뢰성, 및 난연 특성이　우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.
　
보통 반도체 밀봉용 에폭시 수지　조성물에 있어서 모든 반도체　업체에서는 UL-94 V-0의 난연 등급을 요구하고 있다. 이러한 난연　등급을 확보하기 위하여 기존에는 할로겐화 에폭시수지를 주 난연제로 하여 보조 난연제로서 삼산화 안티몬을 혼용 사용하여 난연성을 확보하였다.　그러나 삼산화 안티몬의 경우 발암성 물질로서 인체에 매우 유해하며 또한 할로겐계 난연제를 사용한 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 경우 소각 시나 화재 발생 시 다이옥신(dioxin)이나 다이퓨란(difuran)　등의 유독성 발암　물질이 발생되는 것으로 알려져 있고 이와 더불어 연소　시 발생하는 HBr 및 HCl　등의 가스로 인해 오존층이 파괴되는 등 환경에 치명적인 영향을 주게 된다. 이에 대한 대책으로서 포스파젠(phosphazene)이나　인산　에스테르와 같은 인계　난연제　등이 검토되고 있으나,　인계　난연제의 경우 수분과 결합하여 생성되는 인산 및 폴리인산이 반도체의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 있었다. 또한, 금속 산화물이나 수산화물은 난연 효과가 좋지 못하여 많은 양을 사용하게 됨으로써 반도체 패키징 시의 유동성 및 성형성 확보에 어려움이 있었다.
이에 대한 대책으로 포스파젠(Phosphazene)이나 인산 에스테르와 같은 유기 인계 난연제,　수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 탈크　등의 무기　함수화 난연제, 및　질소 원소 함유 수지와 같은 신규 난연제가 검토되고 있으나,　유기　인계 난연제의 경우 수분과 결합하여 생성되는 인산 및 폴리 인산이 반도체의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 있었고, 무기 함수화 난연제의 경우 반도체 패키지의 흡습이 증가하는 문제가 있었으며, 질소원소 함유 수지의 경우에도 일부 자기 소화성 난연　특성을 가지고는 있으나 반도체 회사에서 요구하는 난연　규격을 만족하기에는 난연　효과가 부족한 문제점이 있었다.
　
또한, 최근 주목을 받고 있는 표면 실장형의 BGA(Ball Grid Array)형 패키지는 편면 포장 구조로　열팽창 수축의 비대칭성으로 인하여 패키지 휘어짐이 발생하기 쉽다는 문제가 있었다. 이와 마찬가지로 BOC(Board On Chip), MCP(Multi Chip Package), uLGA(Mirco Land Grid Array) 패키지와 같은 새로운 형태의 패키지에서 는　상기 휨 문제가 발생할 뿐만 아니라　수지 조성물이　차지하는 부분의 두께가 백여 미크론까지 얇아지기도 하는데, 이로 인해 패키지 밀봉 시 기공이 생기거나 불완전 성형이 일어나는 등의 성형 불량이 빈번히 발생하고 있다.
또한 최근 환경에 대한 관심이 높아짐으로써, 반도체 패키지의 실장 과정에서 납을 제거한 용접 방법이 적용되고 있는데, 반도체 패키지 분야에서 사용 가능한 대부분의 용접은 종래의 납을 포함하는 용접에 비하여 융점이 높기 때문에 리플로우(Reflow) 온도가 매우 높아진다. 이로 인하여 패키지의 신뢰도가 저하되는 문제가 발생하며 이를 방지할 수 있는 내　리플로우성(reflow-resistant property)의 향상이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 할로겐계 난연제를 사용하지 않고도 우수한 난연성을 나타내고, 반도체 소자 패키징 시의 성형성이 우수하며, 반도체 소자 제작 후, 패키지의 휨 특성과 신뢰성이 양호한 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 데에 있다.
　
그러므로 본 발명에 의하면, 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 경화제로서 하기 화학식 1로 표시되는　하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지를 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
　
[화학식 1]
Figure 112007094405520-pat00001
(상기 식에서, R1과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소 수 1 내지 4의 알 킬기 또는 페닐기이고, m과 n의 평균치는 각각 1 내지 10이며, 상기 두 반복 단위의 순서는 화학식 1 내에서 random하게 배치될 수 있다.)
　
상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지의　수산기 당량이 100　내지 400이고, 연화점이 40　내지 120℃인 것을　특징으로 한다.
　
상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지가 전체 경화제에 대하여 5 내지 100 중량%로 사용되는 것을　특징으로 한다.
　
상기 경화제로 화학식　2로　표시되는　자일록형　페놀수지　또는 하기 화학식 3으로 표시되는 다관능형 페놀수지를 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지와 병용하는 것을　특징으로 한다.
　
[화학식 2]
Figure 112007094405520-pat00002
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
　
[화학식 3]
Figure 112007094405520-pat00003
(상기 식에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 에폭시수지로 하기 화학식　4로　표시되는 다방향족　에폭시수지 또는 하기 화학식　5로　표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 사용하는 것을　특징으로 한다.
　
[화학식 4]
Figure 112007094405520-pat00004
(상기 식에서, R1　내지 R10은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내며, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
[화학식 5]
Figure 112007094405520-pat00005
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 무기 충전제로 평균 입경 0.1 ~ 3㎛의 구상용융실리카를 3 ~　20　중량%, 평균　입경 3 ~ 10㎛의 구상용융실리카를 5 ~　30 중량%, 평균　입경 10 ~ 25㎛의 구상용융실리카를 50 ~　92　중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 무기 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　포함하는 것을 특징으로 한다.
　
또한, 본 발명은 상기　에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융　혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자를 제공한다.
　
상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자가 동계 리드프레임,　철계 리드프레임, 동계 또는 철계 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 및　유기계 라미네이트 프레임　중에서 선택되는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
　
본 발명은 난연성 및　휨 특성이 우수하고, 성형성 및 신뢰성이 우수한 반도체 소자 를 제작하는 데에 유용하다.
　
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 경화제로서 하기 화학식 1로 표시되는　하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지를 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
　
[화학식 1]
Figure 112007094405520-pat00006
(상기 식에서, R1과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기 또는 페닐기이고, m과 n의 평균치는 각각 1 내지 10이며, 상기 두 반복 단위의 순서는 화학식 1 내에서 random하게 배치될 수 있다.)
　
상기 화학식 1의　하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지는 그 자체로 난연 효과를 나타내고, 패키지의 흡습량을 낮추며, 패키지 휨 특성에 효과적인 수지이다. 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지는　수산기 당량이 100　내지 400이고, 연화점이 40　내지 120℃인 것이 바람직하다. 패키지의 난연성, 휨 특성, 흡습량, 패키징 후의 경화도, 및 수지 조성물의 유동성 측면에서, 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지는 전체 경화제에 대하여 5 내지 100 중량%로 사용되는 것이 바람직하고, 10 내지 95 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 15 내지 90 중량%로 사용되는 것이 가장 바람직하다.
　
본 발명에서, 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지와 병용하여 사용할 수 있는 경화제로는 반도체 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 반응기를 가진 것이라면 특별히 한정되지 않으며 구체적으로는 페놀아랄킬형 페놀수지,　페놀노볼락형 페놀수지, 자일록(xylok)형 페놀수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형　페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는　다가 페놀 화합물, 무수 말레인산　및　무수　프탈산을 포함하는　산무수물,　메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 디아미노이페닐설폰　등의 방향족 아민　등을 들　수 있다. 이 중 특히 바람직한　경화제로는　하기 화학식　2로　표시되는　자일록형　페놀수지　또는 하기 화학식 3으로 표시되는 다관능형 페놀수지를 들 수 있다. 상기 바이페닐 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지를 포함하는 이들 경화제는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 경화제에 에폭시수지, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치(melt master batch)와 같은 선 반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.　사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5　~ 12　중량%가 바람직하며,　1 ~　8 중량%가 보다 바람직하다.　상기 에폭시수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 경화제에 대한　에폭시수지의 화학 당량비가 0.5　~　2인 것이 바람직하며, 0.8　~　1.6　범위에서 사용하는 것이 보다 바람직하다.
　
[화학식 2]
Figure 112007094405520-pat00007
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
　
[화학식 3]
Figure 112007094405520-pat00008
(상기 식에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 화학식 2의 자일록형 페놀수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 바람직하며, 상기 화학식 3의 다관능형 페놀수지는 패키지 휨 특성 개선 측면에서 바람직하다.
　
본 발명의 에폭시수지로는 반도체 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 에폭시수지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물인 것이 바람직하다. 이와 같은 에폭시수지로는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 바이페닐형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭 시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지　등을 들 수 있다. 특히 바람직한　에폭시수지로서 하기 화학식　4로　표시되는 다방향족　에폭시수지 또는 하기 화학식　5로　표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 들 수 있다. 이들 에폭시수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시수지에 경화제, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물도 사용할 수 있다.　또한 내습 신뢰성 향상을 위해 이러한 에폭시수지 중에 함유된 염소 이온(Ion), 나트륨 이온, 및 그 밖의 이온성 불순물이 낮은 것을 사용한 것이 바람직하다. 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2　~ 15 중량%가 바람직하며,　3　~　12　중량%가 보다 바람직하다.
　
[화학식 4]
Figure 112007094405520-pat00009
(상기 식에서, R1　내지 R10은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내며, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
[화학식 5]
Figure 112007094405520-pat00010
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 화학식 4의 다방향족 에폭시수지는 패키지의 난연성 및 휨 특성, 내열성 측면에서 바람직한 효과를 나타내며, 상기 화학식 5의 페놀아랄킬형 에폭시수지는 수지 조성물의 유동성, 패키지의 난연성, 및 성형 특성에서 바람직한 효과를 나타내는 에폭시수지이다.
　
본 발명에 사용되는 경화촉진제는 에폭시수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 예를 들면,　제　3급아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 제　3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실 에시드의 염 등이 있다. 유기 금속화합물에는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이 트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸　등이 있다. 붕소화합물에는 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도 1,,5-디아자바이시클로[4.3.0]논-5-엔(1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene: DBN), 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운덱-7-엔(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene: DBU) 및　페놀노볼락 수지염　등을 사용할 수 있다.　특히 바람직한　경화촉진제로는 유기인화합물, 또는 아민계, 또는 이미다졸계 경화촉진제를 단독 혹은 혼합하여 사용하는 것을 들 수 있다. 상기 경화촉진제는 에폭시수지 또는　경화제와 선　반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다. 본 발명에서 사용되는 경화촉진제의 배합량은 전체　에폭시 수지 조성물에 대하여　0.001　~　1.5　중량%가 바람직하며, 0.01 ~　1　중량%가 보다 바람직하다.
　
본 발명에 사용되는 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의　기계적 물성의 향상과 저　응력화를 위하여 사용되는 물질이다. 일반적으로 사용되는 예로서는 용융 실리카, 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 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 0.1 ~ 3㎛의 구상용융실리카를 3 ~　20　중량%, 평균　입경 3 ~ 10㎛의 구상용융실리카를 5 ~　30 중량%, 평균　입경 10 ~ 25㎛의 구상용융실리카를 50 ~　92　중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 무기 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45um, 55um　및　75um　등으로 조정해서 사용할 수도　있다.　용융 구상 실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물로서 포함되는 경우가 있으나 극력 이물의 혼입이 적은 물질을　선택하는 것도 중요하다.　본 발명에서 무기 충전제의 비율은 성형성, 저응력성, 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르지만, 전체 에폭시 수지　조성물에　대하여　72 ~　95 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 80 ~　93 중량% 비율로　사용하는 것이 더욱 바람직하다.
　
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙, 유기염료, 무기염료 등의 착색제, 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란, 알콕시실란　등의 커플링제 및 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 실리콘 레진 등의 응력완화제　등을　필요에 따라 함유할 수 있다. 이때, 변성 실리콘 오일로는 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 좋으며, 에폭시 관능기를 갖는 실리콘 오일, 아민 관능기를 갖는 실리콘 오일 및 카르복시　관능기를 갖는 실리콘 오일 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 전체 에폭시　수지 조성물에 대하여　0.01　내지 2 중량%로　사용할 수 있다.　또한, 포스파젠, 붕산아연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 유, 무기 난연제를 필요에 따라 함유할 수 있다.
　
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시　수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀　믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이 사용되고 있다. 본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 인젝션(Injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로도 성형이　가능하다. 상기 방법에 의해 동계 리드프레임　또는　철계 리드프레임　또는 상기 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 또는　유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
　
다음에 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의하여　본 발명이 한정되는 것은 아니다.
　　
[실시예 1　내지 5, 비교예 1 또는 3]
다음 표 1의 조성에 따라 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후,　연속 니이더를 이용하여 100　~　120℃ 범위에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 각종 물성은 다음의 방법에 의해 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.
　
(유동성/스파이럴플로우): EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃,
70Kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스를 이용하여 유동길이를　측정하였다.　측정값이 높을수록 유동성이 우수한 것이다.
(유리전이온도(Tg)): TMA(Thermomechanical Analyzer)로 평가하였다.
(굴곡강도　및 굴곡탄성율): ASTM D-790에 준하여 표준시편(125×12.6×6.4 mm)을 만든 후 175℃에서　4시간 경화시킨　시편으로 UTM(Universal　Testing Machine)을 이용하여 상온에서 측정하였다.
(난연성): UL 94 V-0 규격에 준하여 1/8인치 두께를 기준으로 평가하였다.
(성형성): 표 1 및 2의 에폭시 수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 70초간 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜 FBGA(62mm×240mm×1.1mm)　패키지를 제작하였다. 175℃에서 4시간 동안 후경화(PMC; post mold cure)시킨 이후 상온으로 냉각하였다. 이후, 육안으로 패키지 표면에 관찰되는 보이드(void) 개수를 측정하였다.
(휨　특성): 상기 성형성 평가를 위하여 제작한 FBGA 패키지에 대하여 비접촉식 레이저(laser) 측정기를 사용하여 각각 상면의 대각선 방향의 중심과 끝에서의, 지면으로부터의 높이 차를　측정하였다.
(신뢰성): 상기 휨 특성 평가를 마친 FBGA 패키지를 125℃에서 24시간 건조시킨　후, 5사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 5분, 150℃에 10분씩 방치하는 것을 의미함)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후, 패키지를 30℃, 60% 상대습도 조건 하에서 120시간 동안 방치한　후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우(reflow)를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 이후에　패키지 크랙 발생 유무를 육안으로 평가하였다. 이 단계에서 크랙이 발생한 경우에는 이후 평가를 진행하지 않았다.
　　　　a) 열충격 시험: 상기 프리컨디션 조건을 통과한 FBGA 패키지에 대하여 1000
사이클의 열충격 시험을 진행한 후, 비파괴 검사기인　C-SA(Scanning Acoustical Microscopy)을　이용하여 내부 및 외부　크랙　및 내부 박리 발생 유무를　평가하였다.
구성　성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3
에폭시 수지 다방향족 에폭시수지주1) 6.5 3.8 3.8 2.8 0.7 7.8 2.7 0.8
페놀아랄킬형 에폭시수지주2) 1.5 2.5 2.5 4.2 2.8 1.9 4.1 3.1
경화제 바이페닐 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지주3) 0.6 1.3 2.2 1.8 2.1 - - -
자일록형 페놀수지주4) 4.9 3.0 2.2 - 0.2 0.4 2.0 0.2
다관능형 페놀수지주5) - - - 1.8 - 3.5 2.0 1.7
무기 충전제 평균　입경 1㎛ 4.3 5.3 4.4 4.4 4.7 4.3 5.3 4.7
평균　입경 5㎛ 8.5 8.8 8.8 6.2 9.3 8.5 8.8 9.3
평균　입경 18㎛ 72.4 74.0 74.8 77.5 78.9 72.3 73.8 78.9
경화 촉진제 트리페닐포스핀주6) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
커플링제 γ-글리시톡시 프로필 트리메톡시　실란주7) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
척색제 카본블랙 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
왁스 카르나우바왁스 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (단위: 중량 % ) 　
(주)
　　1)　YX-8800, Japan Epoxy Resin
　　2) NC-3000, Nippon kayaku
　　3) 시제품(화학식 1의 구조에서 R1과 R2은 각각 수소이며, 수산기 당량 170, 연화점 75도), Kolon
　　4) MEH-7800-4S, Meiwa kasei
　　5) MEH-7500-3S, Meiwa kasei
　　6) TPP, Hokko Chemical
　　7) KBM-403, Shin Etsu silicon
　　　　
평가항목 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3
스파이럴 플로우(inch) 70 54 68 62 35 52 48 27
Tg(℃) 130 140 145 150 150 140 145 150
굴곡강도(kgf/mm2) 13 14 14 14 16 14 14 17
굴곡탄성율(kgf/mm2) 60 70 35 50 80 90 105 130
난연성 UL 94 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
성형성 보이드 발생　개수 0/256 0/256 0/256 0/256 0/256 0/256 0/256 5/256
휨특성 휨도(㎛) 70 50 30 40 40 160 130 130
신뢰성 크랙　발생　수 0/256 0/256 0/256 2/256 0/256 0/256 2/256 1/256
박리 발생 수 0/256 0/256 0/256 5/256 0/256 8/256 3/256 1/256
　상기 결과로부터 본 발명의 반도체 수지 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 패키지의 휨 현상 개선 및 난연성, 성형성, 신뢰성 향상에 탁월한 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (9)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 경화제로서 하기 화학식 1로 표시되는　하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지를 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112007094405520-pat00011
    (상기 식에서, R1과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소 수 1 내지 4의 알킬기 또는 페닐기이고, m과 n의 평균치는 각각 1 내지 10이며, 상기 두 반복 단위의 순서는 화학식 1 내에서 random하게 배치될 수 있다.)
    　
  2. 제 1항에 있어서, 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지의　수산기 당량이 100　내지 400이고, 연화점이 40　내지 120℃인 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  3. 제 1항에 있어서, 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지가 전체 경화제에 대하여 5 내지 100 중량%로 사용되는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  4. 제 1항에 있어서, 상기 경화제로 화학식　2로　표시되는　자일록형　페놀수지　또는 하기 화학식 3으로 표시되는 다관능형 페놀수지를 상기 하이드록시 나프탈렌 함유 변성 페놀노볼락형 페놀수지와 병용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 2]
    　
    Figure 112007094405520-pat00012
    (상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
    　
    [화학식 3]
    Figure 112007094405520-pat00013
    (상기 식에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    　
  5. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지로 하기 화학식　4로　표시되는 다방향족　에폭시수지 또는 하기 화학식　5로　표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112007094405520-pat00014
    (상기 식에서, R1　내지 R10은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내며, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    　
    [화학식 5]
    Figure 112007094405520-pat00015
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    　
  6. 제 1항에 있어서, 상기 무기 충전제로 평균 입경 0.1 ~ 3㎛의 구상용융실리카를 3 ~　20　중량%, 평균　입경 3 ~ 10㎛의 구상용융실리카를 5 ~　30 중량%, 평균　입경 10 ~ 25㎛의 구상용융실리카를 50 ~　92　중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 무기 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　포함하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　　　
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이 더로 용융　혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자.
    　
  8. 제 7항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 반도체 소자.
    　
  9. 제 8항에 있어서, 상기 반도체 소자가 동계 리드프레임,　철계 리드프레임, 동계 또는 철계 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 및　유기계 라미네이트 프레임　중에서 선택되는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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JP2768088B2 (ja) 1991-10-03 1998-06-25 信越化学工業株式会社 熱硬化性樹脂組成物及び半導体装置
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KR20070039486A (ko) * 2004-07-22 2007-04-12 스미토모 베이클라이트 가부시키가이샤 반도체 밀봉용 수지 조성물 및 반도체 장치

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