KR100953823B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한반도체 소자 - Google Patents

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

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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, 접착력 향상제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 티오에스테르(Thioester)계 화합물을 사용함으로써　신뢰도가 우수한 반도체 소자를 제공한다. 　
반도체 소자, 접착력, 티오에스테르(Thioester)계 화합물, 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 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각종 리드프레임과의 부착력이 우수하고, 패키지 신뢰성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.
근래 폐기되는 전기/전자　제품 내의 납　성분이　인체에　미치는　치명적인 영향이 밝혀짐에 따라 국가별로 지하수 1리터 당 납 용출량을 0.05~0.3mg으로 규제하고 있다. 특히 유럽을 중심으로 납 규제에 대한 법제화가 활발히 진행되고 있으며, RoHS(Restriction of Hazardous Substances) 규정을 통하여　납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬　등의 무기 원소　및　브롬계 유기 난연제 규제법의　시행이 진행되고 있다.
따라서 전기/전자 제품 내 유해물질이 함유된 부품 전부를 환경 친화적으로 교체하여야 하므로 무연화(Pb free) 제품에 대한　활발한 개발이 필요한 실정이다. 현재 솔더(Solder)의 경우 해외에서는 거의 무연화 솔더로 진행되고 있으며, 주석-납(Sn-Pb) 플레이팅(Plating)도 점차 무연화가 진행되고 있는 단계이다. 기존의 주석-납 플레이팅을 대체하기 위하여　현재 개발되고 있는 무연화　방법으로는　순수주석도금(Pure Sn plating)과 니켈-팔라듐(Ni-Pd) 프리플레이팅(Pre-plating)을 들 수 있다.
일부 대형 반도체 메이커에서는 알로이합금(Alloy42)　리드프레임(lead frame) 또는 구리(Cu) 리드프레임에 순수주석도금을 하는　방법을 적극적으로 검토하고 있는 단계이나 휘스커(whisker)　문제를 극복하여야 하는 과제가 남아 있어 양산까지는 상당 시간이 소요될 것으로 예상된다. 니켈-팔라듐-금(Ni-Pd-Au), 또는 니켈-팔라듐-은(Ni-Pd-Ag) 또는 니켈-팔라듐-은/금(Ni-Pd-Ag/Au) 프리플레이팅(일명 PPF: Pre-Plated Frame)이　이러한 문제점 극복을 위한 대안으로 제시되고 있는데, 특히 유럽을 중심으로 구리 리드프레임에 대한 PPF　리드프레임으로의　대체가 활발히 진행되고 있으며 PPF 리드프레임의 사용량이 큰 폭으로 증가할 것으로 예상되고 있다.
그러나 PPF 리드프레임은 기존의　알로이합금 및 구리 재질의 리드프레임에 비하여 에폭시 수지 조성물과의 계면 부착력이 굉장히　낮아 후경화 및 신뢰도 실험 후 박리가 발생하는 등 신뢰도가 현저하게 저하되는 문제를 안고 있었다.
일반적으로 용접 후의 신뢰도 저하를 개선하기 위해서는　무기　충전제의 충전량을 증가시켜 저흡습 및 저열팽창화를 달성하여 내크랙성을 향상시킴과 동시에 저점도 수지를 사용하여 고유동성을 유지하는 방법을 적용하나, 용접 처리 후의 신뢰성은 에폭시 수지 조성물의 경화물과 반도체 장치 내부에 존재하는 반도체 소자나 리드프레임 등의 기재와의 계면에서의 부착력에 더 크게 의존하게 된다. 만약 이러한　계면에서의 부착력이 약하다면 용접 처리 후, 기재와의 계면에서 박리가 발생하고 나아가서는 이 박리에 의하여 반도체 소자에 크랙이 발생하게 되는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 칩, 리드프레임 등의 각종 부재와의 부착성을 향상시키고, 기판 실장　시의 내크랙성을 향상시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를　이용한 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 인체나 기기에 유해한 할로겐계 난연제 및 인계 난연제를 일절 사용하지 않아도 우수한 난연성이 확보되는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면, 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 접착력 향상제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 하기 화학식 1로 표시되는　티오에스테르(Thioester)계 화합물을 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112007092384928-pat00001
상기 티오에스테르계 화합물이　전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　0.01 ~ 2 중량%로　사용되는 것을　특징으로 한다.
상기 에폭시수지가 하기 화학식 2로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 2]
Figure 112009076931223-pat00012
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식　3]
Figure 112009076931223-pat00013
(상기 식에서 n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 경화제가 하기 화학식　4로　표시되는　페놀아랄킬형 페놀수지 또는　하기 화학식　5로　표시되는　자일록형　페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 4]
Figure 112009076931223-pat00014
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 5]
Figure 112009076931223-pat00015
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
또한, 본 발명은 상기　에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서　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 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자가 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된　리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 각종 리드프레임과의 부착력이 향상되어 높은 신뢰성을 갖는 반도체 소자를 제작하는 데에 유용하다.
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 접착력 향상제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 하기 화학식 1로 표시되는　티오에스테르(Thioester)계 화합물을 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112007092384928-pat00006
반도체 패키지 흡습 신뢰도 평가　시 발생하는 리드프레임의 산화에 의한 부식이 계면 간의 결합을 방해하여 부착력을 저하시키고 이후 신뢰도에 악영향을 미칠 수 있으므로 본 발명에서는 리드프레임의 부식을　막고 기재와의 계면 부착력을 유지하기 위하여 상기 티오에스테르계 화합물을 적용한다.
일반적으로 부식은　금속이 접하고 있는 주위 환경에 존재하는 성분과 반응하여 산화물로 변함으로써 금속 제품의 성능이 저하되는 현상이다. 금속의 부식을　억제하기　위하여 일반적으로 산/염기 부식액 중에　부식 억제제를 용해시킨 후 금속에 표면 처리하는 방법이 사용된다. 즉, 부식 억제제의 흡착기는 부식액과 금속 표면과의 사이에서 활성을 나타내는 물질(흡착기는 친금속성 및 친무기성, 탄화 수소기는 소금속성 및 친유기성)로 금속에 부착하기 이전의 단계에서는 부식액 중에 잘 분산되어 흡착이 용이하고, 금속면에 강하게 흡착한 후에는 쉽게 금속으로부터 탈착되지 않는 성질을 이용한 것이다. 본 발명에서는 상기 부식액을　대신하여　에폭시 수지 조성물에 상기 티오에스테르계 화합물을 원할히 분산시켜 금속　면에 부착된 후 금속으로부터의 탈착을 막을 수 있도록 하였다. 이를 통하여 기재와 금속　간의 부착력 저하를 막아 고 신뢰성의 반도체 밀봉 재료를 제공하고자 한 것이다. 또한, 이러한 흡착의 강도는 흡착에 관여하는 원자에 따른 영향이 크나 흡착 중심이 되는 원자에 따르는 다른 원자의 영향도 무시할 수 없다. 흡착기 중심　원자가 금속에 전자를 공여하는 것이 흡착이기 때문에 부식 억제에 사용되는 물질의 흡착기는 전자 밀도가 높은 원소가 중심이 된다. 따라서 부식 억제에 사용되는 물질의 흡착기는 전자 밀도가 높은,　주기율표의 제 V족 및 제 VI족의 원소가 중심이 되며 특히 S가　포함된 상기 화학식 1의 티오에스테르계 화합물은 높은 전기음성도를 가지고 있어 금속(Cu, Alloy, Ag　등)의 부식을 억제하여 금속과 에폭시 수지 조성물 간 계면에서의 부착력의 저하를 방지하게 된다.
상기 티오에스테르계　화합물은　에폭시 수지 조성물 제조 시에 단독으로 투입하여 사용할 수 있으며, 균일한 분산을 위해 에폭시 수지 조성물 제조 전에 멜트마스터배치(Melt Master Batch; MMB)와 같은 방법을 통하여 에폭시수지　또는 경화제의 용융물에 미리 녹여 분산한 후　조성물에 투입하여 사용할 수도　있다.
상기 티오에스테르계 화합물은 부착력 향상 효과, 첨가제의 분산성, 패키징 후의 경화도 측면에서, 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　0.01 ~ 2 중량%로　사용되는 것이 바람직하며, 0.1 ~ 1 중량%로 사용되는 것이 보다 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, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지　등을 들 수 있다. 특히 바람직한　에폭시수지로서 하기 화학식　2로　표시되는,　분자 중에 바이페닐(biphenyl)　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는　하기 화학식　3으로　표시되는　바이페닐(biphenyl)형 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(nitrum Ion), 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 2]
Figure 112009076931223-pat00016
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식　3]
Figure 112009076931223-pat00017
(상기 식에서 n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 화학식 2의 페놀아랄킬형　에폭시수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여 흡습성, 인성,　내산화성, 및 내크랙성이　우수하며, 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소 시 탄소층(char)을 형성하면서 그 자체로도 어느 정도 수준의 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 상기 페놀아랄킬형 에폭시수지는 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 3의 바이페닐형 에폭시수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 바람직하다.
본 발명의 경화제는 반도체 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 반응기를 가진 것이라면 특별히 한정되지 않으며 구체적으로는 페놀아랄킬형 페놀수지,　페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 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. 특히 바람직한　경화제로는　하기 화학식　4로　표시되는,　분자 중에 바이페닐　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 페놀수지 또는　하기 화학식　5로　표시되는　자일록(xylok)형　페놀수지를 들 수 있다. 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 선반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.　사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5　~ 10　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 4]
Figure 112009076931223-pat00018
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 5]
Figure 112009076931223-pat00019
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 화학식 4의 페놀아랄킬형 페놀수지는 상기 페놀아랄킬형　에폭시수지와 반응하여 탄소층(char)을 형성하여 주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 달성하게 된다. 상기 페놀아랄킬형 페놀수지는 전체 경화제에 대하여 5 ~ 85 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 5의 자일록형 페놀수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 바람직하다.　　
　
　　　본 발명에 사용되는 경화촉진제는 에폭시수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 예를 들면,　제　3급아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 제　3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아 민, 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, 징크아세틸아세토네이트, 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 선반응하여 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 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 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5　~ 30㎛의 구상용융실리카를 50　~　99 중량%, 평균입경 0.001 ~ 1㎛의 구상용융실리카를 1　~　50 중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45um, 55um　및　75um　중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 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　70　~　95 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 82 ~　92 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 3, 비교예 1 또는 2]
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 유동　길이를　측정하였다.　측정값이 높을수록 유동성이 우수한 것이다.
(유리전이온도(Tg)): TMA(Thermomechanical Analyzer)로 평가하였다.
(부착력): 측정하고자 하는 구리 및 Alloy 42 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는 규격으로　준비하고, 준비된 구리 시편, Alloy 42 시편, 구리에 은을　도금한 시편, 및 구리에 니켈-팔라듐-금을 프리플레이팅한　시험편을　각각 준비하였다. 이렇게 준비된 금속 시험편에 표 1의 에폭시 수지　조성물을　금형온도 170　~　180℃, 이송압력 1000psi, 이송속도　0.5　~　1cm/sec,　경화시간 120초의 조건으로 성형하여 경화　시편을 얻은 후, 시편을 170　~　180℃의 오븐에 넣어 4시간　동안 후경화(PMC; post mold cure)시킨 직후와, 60℃,　60% 상대습도 조건　하에서　120시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우(reflow)를 1회 통과시키는 것을 3회 반 복하는 프리컨디션 조건 하에서의　부착력을 각각 측정하였다. 이때 금속 시편에 닿는 에폭시 수지　조성물의 면적은 40±1mm2이며 부착력 측정은 각 측정 공정 당 12개의 시편에 대하여　UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정한 후 평균값을 계산하였다.
(난연성): UL 94 V-0 규격에 준하여 1/8인치 두께를 기준으로 평가하였다.
(신뢰성): 표 1의 에폭시 수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를　이용하여 175℃에서 70초간 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜 Cu 금속 소자에　니켈-팔라듐-금이 프리플레이팅된 리드 프레임을 포함하는 256-LQFP(Low-profile Quad Flat Package) (28mm×28mm×1.4mm) 패키지를 제작하였다. 175℃에서 4시간 동안 후경화시킨 이후 상온으로 냉각하였다.　　이후 상기 패키지를 125℃에서 24시간 건조시킨　후, 5 사이클(1 사이클은　패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서　5분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 의미함)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후, 패키지를 60℃, 60% 상대습도 조건 하에서　120시간　동안　방치한　후 260℃에서 30초 동안 IR　리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회　반복하는 프리컨디션 조건 이후에　비파괴　검사기인　C-SAM(Scanning Acoustical Microscopy)을　이용하여 에폭시 수지 조성물과　리드프레임　간의 크랙　발생 유무를 평가하였다.
구성성분 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
에폭시수지 페놀아랄킬형 에폭시수지주1 ) 4.15
바이페닐형 에폭시수지주2 ) 1.94
경화제 페놀아랄킬형 페놀수지주3 ) 0.43
자일록형 페놀수지주4 ) 4.01
경화촉진제 트리페닐포스핀계주5 ) 0.20
무기충전제 실리카주6 ) 88.00
커플링제 머캡토프로필트리메톡시 실란주7 ) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.35
메틸트리메톡시 실란주8 ) 0.10 0.14 0.24 0.24 0.30
아민계 실란주9 ) 0.09 0.15 0.15 0.45 0.09
첨가제 티오에스테르계 화합물주10 ) 0.50 0.40 0.30 - -
착색제 카본블랙 0.25
왁스 카르나우바왁스 0.28
(단위: 중량%)
(주)
1)　NC-3000, Nippon Kayaku
2) YX-4000, Japan Epoxy Resin
3) MEH-7851, Meiwa
4) KPH-F3065, Kolon 유화
5) TPP-k, Hokko Chemical
6) 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
7) KBM-803, Shin Etsu Silicon
8) SZ-6070, Dow corning chemical
9) KBM-573, Shin Etsu Silicon
10) Distearyl 3,3-thiodipropionate
평가항목 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
스파이럴 플로우(inch) 39 41 39 36 37
Tg(℃) 124 124 123 122 122
부착력 (kgf) Cu PMC　후 120 120 120 120 120
60℃/60% 120hrs　방치 및 리플로우 후 115 115 115 115 115
Alloy 42 PMC　후 80 80 80 80 80
60℃/60% 120hrs　방치 및 리플로우 후 78 78 78 78 78
Ag PMC　후 68 67 63 26 43
60℃/60% 120hrs　방치 및 리플로우 후 60 60 58 16 29
PPF PMC　후 83 80 75 41 53
60℃/60% 120hrs　방치 및 리플로우 후 80 76 73 28 32
난연성 UL 94 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
신뢰성 크랙　발생　수 0 0 0 112 98
총시험한 반도체 소자　수 200 200 200 200 200
상기 결과로부터　본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물은 각종 리드프레임, 특히 은으로 도금된 리드프레임 및 니켈, 팔라듐 등으로 프리플레이팅된 리드프레임과의 부착력이 우수하여 반도체 소자 밀봉 시 높은 신뢰성을 갖는 반도체 소자를 제작할 수 있음을 확인하였다.

Claims (7)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 접착력 향상제, 및　무기　충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 하기 화학식 1로 표시되는　티오에스테르(Thioester)계 화합물을 사용하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112007092384928-pat00011
  2. 제 1항에 있어서, 상기 티오에스테르계 화합물이　전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　0.01 ~ 2 중량%로　사용되는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지가 하기 화학식 2로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 2]
    Figure 112009076931223-pat00020
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    　
    [화학식　3]
    Figure 112009076931223-pat00021
    (상기 식에서 n의 평균치는 0　내지 7이다.)
    　
  4. 제 1항에 있어서, 상기 경화제가 하기 화학식　4로　표시되는　페놀아랄킬형 페놀수지 또는　하기 화학식　5로　표시되는　자일록형　페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112009076931223-pat00022
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    [화학식 5]
    Figure 112009076931223-pat00023
    (상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 반도체 소자.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 반도체 소자가 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프 리플레이팅된　리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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