KR101004880B1 - 에폭시 수지 조성물 및 그것을 사용한 반도체장치 - Google Patents

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Abstract

(A) 에폭시 수지, (B) 페놀 수지, (C) 경화 촉진제, (D) 무기질 충전재, 및 (E) 적점 60~140℃, 산가 10~100 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 500~20000, 평균입경 5~100 ㎛의 산화 폴리에틸렌 왁스를 배합해서 되고, (A) 에폭시 수지, (B) 페놀 수지 중 적어도 한쪽이, 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 노볼락구조의 수지이며, 또한 (E) 산화 폴리에틸렌 왁스가 전체 에폭시 수지 조성물 중에 0.01~1 중량% 포함되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
에폭시 수지 조성물, 반도체장치, 비페닐렌기, 노볼락구조

Description

에폭시 수지 조성물 및 그것을 사용한 반도체장치{Epoxy resin composition and semiconductor device made with the same}
본 발명은 이형성(mold releasability), 연속 성형성이 우수한 특성을 갖는 에폭시 수지 조성물 및 그것을 사용한 내땜납성(solder resistance)이 우수한 반도체장치에 관한 것이다.
최근, 전자기기의 고도화, 경박단소화(輕薄短小化)가 요구되는 가운데, 반도체 소자의 고집적화, 표면 실장화(surface mountability)가 진행되고 있다. 이것에 수반하여, 반도체 봉지(packaging)용 에폭시 수지 조성물로의 요구는 점점 엄격해지고 있는 것이 현재 상태다. 특히 반도체장치의 박형화시에는, 금형(metal mold)과 에폭시 수지 조성물의 경화물 사이의 이형성 부족에 수반하는 응력의 발생에 의해, 반도체장치 내부의 반도체 소자 자체에 크랙을 발생시키거나, 경화물과 반도체 소자와의 계면(interface)에 있어서의 밀착성이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 또한, 환경문제로 발단된 유연 땜납(lead-containing solder)에서 무연 땜납(lead-free solder)으로의 이행에 수반하여, 땜납처리시의 온도가 종래 보다도 높아지고 있어, 반도체장치 중의 수분의 기화에 따른 내부응력의 발생 및 내땜납성의 저하 문제가 현저해지고 있다.
종래, 내땜납성을 향상시킬 목적으로, 에폭시 수지 또는 페놀 수지로서, 주쇄(main chain)에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 수지를 사용하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1). 이러한 수지는, 그 골격 중에 소수성 구조를 많이 포함하기 때문에, 이것을 사용한 에폭시 수지 조성물의 경화물은 흡습율이 낮고, 또한 가교밀도가 낮기 때문에 유리전이온도 이상의 고온역에서의 탄성율이 작아지는 경향이 있다. 이 때문에, 이 에폭시 수지 조성물을 사용한 반도체장치는, 땜납처리시에 있어서의 수분의 기화에 따른 폭발적인 응력을 저감할 수 있고, 또한 가열시에 저탄성율이기 때문에 땜납처리시에 발생하는 열응력이 작아져, 결과적으로 양호한 내땜납성이 얻어진다. 그러나, 후술하는 화학식 1a나 화학식 1b로 나타내어지는 골격을 갖는 수지는, 소수부를 많이 포함하기 때문에 리드 프레임(lead frame)등의 금속계 부재와의 밀착력이 떨어지고, 또한 낮은 관능기 밀도에 기인하는 경화성 부족에 의한 이형성 부족으로부터 성형 이형시에 있어서 반도체장치에 불필요한 응력이 걸리기 때문에, 추가로 금속계 부재와의 밀착력을 저하시킨다.
이형성 향상을 위해 카나우바 왁스(carnauba wax) 등의 이형제를 첨가하는 것도 생각할 수 있지만, 이렇게 해도 충분한 이형성을 얻는 것은 어렵고, 오히려 금속계 부재와의 밀착력이 저하되고, 더 나아가서는 내땜납성의 저하를 일으키는 결과로 된다.
이형성 향상의 다른 기술로서, 무기 충전재의 고충전화가 가능한 저점도형 에폭시 수지인 비페닐형 에폭시 수지와 이형성이 우수한 이형제 등을 포함하는 에폭시 수지 조성물이 제안되어 있지만(특허문헌 2, 3), 무기 충전재의 고충전화에 의한 탄성율의 현저한 상승에 의해, 내땜납성의 저하가 발생하는 경우가 있다.
또한 특허문헌 2와 동일한 이형제이지만, 수지와의 상용성이 우수한 산가(acid value)가 높은 영역의 이형제를 포함하는 에폭시 수지 조성물도 제안되어 있다(특허문헌 4).
특허문헌 1 일본국 특허공개 제(평)9-143345호 공보
특허문헌 2 일본국 특허공개 제2003-128750호 공보
특허문헌 3 일본국 특허공개 제(평)7-37041호 공보
특허문헌 4 일본국 특허공개 제(평)11-152393호 공보
발명의 개시
본 발명자가 여러 가지로 검토한 결과, 에폭시 수지 조성물의 이형성 향상에는, 에폭시 수지 조성물 중의 수지성분과 이형제와의 상용성의 균형이 중요하다는 것을, 즉 수지성분과 이형제와의 상용성이 과부족 없이, 최적 영역이 있다고 하는 사실을 얻었다. 예를 들면 특허문헌 3에서 제안되어 있는 기술에서는, 에폭시 수지 조성물 중의 수지성분과 이형제와의 상용성이 지나치게 좋기 때문에, 충분한 이형성을 달성할 수 없는 것으로 생각된다.
본 발명에 의하면,
(A) 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 에폭시 수지,
(B) 페놀 수지,
(C) 경화 촉진제,
(D) 무기질 충전재, 및
(E) 적점(drop point) 60~140℃, 산가 10~100 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 500~20000, 평균입경 5~100 ㎛의 산화 폴리에틸렌 왁스를 배합해서 되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
또한 본 발명에 의하면,
(A) 에폭시 수지,
(B) 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 페놀 수지,
(C) 경화 촉진제,
(D) 무기질 충전재, 및
(E) 적점 60~140℃, 산가 10~100 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 500~20000, 평균입경 5~100 ㎛의 산화 폴리에틸렌 왁스를 배합해서 되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물이 제공된다. 이 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 (A) 에폭시 수지를, 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 에폭시 수지로 해도 된다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서,
상기 (A) 에폭시 수지가, 하기 화학식 1a
Figure 112005037788394-pct00001
(R은, 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기로부터 선택되는 기이고, 서로 동일해도, 상이해도 된다. X는 글리시딜 에테르기이다. n은 1 이상의 수이다.)
로 표시되는 에폭시 수지로 해도 된다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서, (B) 페놀 수지가, 하기 화학식 1b
Figure 112005037788394-pct00002
(R은, 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기로부터 선택되는 기이고, 서로 동일해도, 상이해도 된다. X는 수산기이다. n은 1 이상의 수이다.)
로 표시되는 페놀 수지로 해도 된다.
또한, 상기 화학식 1a, 1b에 있어서, n은 평균값을 가리키고, 3 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서, (E) 산화 폴리에틸렌 왁스의 함유량은, 해당 에폭시 수지 조성물 전체에 대해 0.01~1 중량%로 할 수 있다.
더욱이 본 발명에 의하면, 상기 에폭시 수지 조성물에 의해 반도체 소자가 봉지되어 있는 반도체장치가 제공된다.
도면의 간단한 설명
상술한 목적 및 그 밖의 목적, 특징 및 이점은, 이하에 기술하는 적합한 실 시형태 및 그것에 부수하는 이하의 도면에 의해 더욱 명확해진다.
도 1은 이형 하중평가 금형의 중형(center mold)에, 컬(cull), 런너(runner), 성형품이 충전된 상태의 아랫면쪽에서 본 평면도이다.
도 2는 도 1의 A부의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 봉지 수지(packaging resin)를 사용한 반도체장치의 일례에 대해서 단면구조를 나타낸 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 이하의 성분으로 된다.
(A) 에폭시 수지,
(B) 페놀 수지,
(C) 경화 촉진제,
(D) 무기질 충전재, 및
(E) 산화 폴리에틸렌 왁스
에폭시 수지 조성물 전체를 기준으로 하여, (A)~(D)성분의 함유량은, 예를 들면 이하와 같이 할 수 있다.
(A): 1~40 중량%,
(B): 1~40 중량%,
(C): 0.001~5 중량%,
(D): 40~97 중량%
본 발명에서 사용되는 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 특히 화학식 1a로 나타내어지는 골격을 갖는 에폭시 수지(X는 글리시딜 에테르기)는, 수지 골격 중에 소수성 구조를 많이 포함하기 때문에, 이것을 사용한 에폭시 수지 조성물의 경화물은 흡습율이 낮고, 또한 가교밀도가 낮기 때문에, 유리전이온도 이상의 고온역에서의 탄성율이 작다고 하는 특징을 가지고 있다. 이것을 사용한 에폭시 수지 조성물의 수지 경화물은 낮은 흡습성을 가져, 땜납처리시에 있어서의 수분의 기화에 따른 폭발적인 응력을 저감할 수 있다. 또한 고온시에 저탄성율이기 때문에 땜납처리시에 발생하는 열응력이 작아져, 우수한 내땜납성을 발휘한다.
본 발명에 있어서, 화학식 1a로 나타내어지는 골격을 갖는 에폭시 수지(X는 글리시딜 에테르기)의 특성이 손상되지 않는 범위에서, 다른 에폭시 수지와 병용할 수 있다. 병용하는 경우의 다른 에폭시 수지로서는, 예를 들면 페놀 노볼락형(phenol novolac type) 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형(cresol novolac type) 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형(stilbene type) 에폭시 수지, 트리페놀메탄형(triphenolmethane type) 에폭시 수지, 페놀 아랄킬(페닐렌 골격을 포함한다)형 에폭시 수지, 나프톨형(naphthol type) 에폭시 수지, 알킬 변성(alkyl-modified) 폴리페놀메탄형 에폭시 수지, 트리아진 핵 함유 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등이 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합해서 사용해도 된다.
화학식 1a로 나타내어지는 골격을 갖는 에폭시 수지(X는 글리시딜 에테르기)의 구체예를 화학식 2에 나타내지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112005037788394-pct00003
(n은 평균값으로 1~3의 양수)
본 발명에서 사용되는 페놀 아랄킬형 페놀 수지, 특히 화학식 1b로 나타내어지는 골격을 갖는 페놀 수지(X는 수산기)는, 수지 골격 중에 소수성 구조를 많이 포함하기 때문에, 이것을 사용한 에폭시 수지 조성물의 경화물은 흡습율이 낮고, 또한 가교밀도가 낮기 때문에, 유리전이온도 이상의 고온역에서의 탄성율이 작다고 하는 특징을 가지고 있다. 이것을 사용한 에폭시 수지 조성물의 수지 경화물은 저흡습율을 나타내, 땜납처리시에 있어서의 수분의 기화에 따른 폭발적인 응력을 저감할 수 있다. 또한 가열시에 저탄성율이기 때문에 땜납처리시에 발생하는 열응력이 작아져, 결과적으로 내땜납성이 우수하다.
본 발명에서 사용되는 화학식 1b를 기본 골격으로 하는 페놀 수지(X는 수산기)의 특성이 손상되지 않는 범위에서, 다른 페놀 수지와 병용할 수 있다. 병용하는 경우의 다른 페놀 수지로서는, 예를 들면 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 트리페놀메탄 수지, 테르펜 변성(terpene-modified) 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지, 페놀 아랄킬 수지(페닐렌 골격을 포함한다), 나프톨아랄킬 수지 등이 있고, 이들은 단독으로 또는 혼합해서 사용해도 된다. 화학식 1b를 기본 골격으로 하는 페놀 수지(X는 수산기)의 구체예를 화학식 3에 나타내지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112005037788394-pct00004
(n은 평균값으로 1~3의 양수)
본 발명에 사용되는 전체 에폭시 수지의 에폭시기와 전체 페놀 수지의 페놀성 수산기의 당량비로서는, 바람직하게는 0.5~2이고, 특히 0.7~1.5가 바람직하다. 이렇게 함으로써, 내습성, 경화성 등이 양호해진다.
본 발명에서 사용되는 경화 촉진제로서는, 에폭시 수지와 페놀 수지와의 가교반응의 촉매가 될 수 있는 것을 사용하여, 예를 들면 트리부틸아민, 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7 등의 아민계 화합물, 트리페닐포스핀, 테트라페닐포스포늄·테트라페닐보레이트염 등의 유기인계(organophosphorus) 화합물, 2-메틸이미다졸 등의 이미다졸화합물 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한 이들 경화 촉진제는 단독으로 또는 혼합해서 사용해도 된다.
본 발명에서 사용되는 무기질 충전재로서는, 예를 들면 용융 실리카, 결정 실리카, 알루미나, 질화규소, 질화알루미늄 등을 들 수 있다. 무기질 충전재의 배합량을 특히 많게 하는 경우는, 용융 실리카를 사용하는 것이 일반적이다. 용융 실 리카는 파쇄형상, 구형상 중 어느 것도 사용 가능하지만, 용융 실리카의 배합량을 높이고, 또한 에폭시 수지 조성물의 점도의 상승을 억제하기 위해서는, 구형상의 것을 주로 사용하는 쪽이 바람직하다. 더욱이 구형상 실리카의 배합량을 높이기 위해서는, 구형상 실리카의 입도 분포가 보다 넓어지도록 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 산화 폴리에틸렌 왁스는, 일반적으로 카르복실산 등으로 되는 극성기(polar group)와 긴 탄소사슬로 되는 비극성기(non-polar group)를 가지고 있기 때문에, 성형시에 극성기는 수지 경화물쪽으로 향하게 배치하고, 반대로 비극성기는 금형쪽으로 향하게 배치함으로써 이형제로서 작용한다. 본 발명에서 사용되는 산화 폴리에틸렌 왁스의 적점은 60~140℃이고, 바람직하게는 100~130℃이다. 하한가 미만이면 열안정성이 충분하지 않기 때문에, 연속 성형시에 산화 폴리에틸렌 왁스의 소부(thermal stain)가 발생하여, 이형성이 악화되고, 연속 성형성을 손상시킨다. 상한가를 초과하면 에폭시 수지 조성물의 경화시, 산화 폴리에틸렌 왁스가 충분히 용융되지 않는 것으로 인해, 산화 폴리에틸렌 왁스의 분산성이 저하되어, 산화 폴리에틸렌 왁스의 경화물 표면으로의 편석(偏析)에 의한 금형 오염이나 수지 경화물 외관의 악화를 일으킨다. 산가는 10~100 ㎎ KOH/g이고, 바람직하게는 15~40 ㎎ KOH/g이다. 산가는 수지 경화물과의 상용성에 영향을 미쳐, 하한가 미만이면 산화 폴리에틸렌 왁스는 상분리를 일으켜, 금형 오염이나 수지 경화물 외관의 악화를 일으킨다. 상한가를 초과하면 에폭시 수지 매트릭스와의 상용성이 지나치게 좋기 때문에, 경화물 표면으로 스며나오는 것이 불가능하여, 충분한 이형성을 확보할 수 없다. 수평균 분자량은 500~20000이고, 바람직하게는 1000~15000이다. 수평균 분자량이 하한가 미만이면 산화 폴리에틸렌 왁스는 수지 매트릭스와의 친화성이 높아져, 충분한 이형성을 얻을 수 없다. 상한가를 초과하면 상분리를 일으켜, 금형 오염이나 수지 경화물 외관의 악화를 일으킨다. 평균입경은 5~100 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 10~50 ㎛이다. 하한가 미만이면 산화 폴리에틸렌 왁스가 에폭시 수지 매트릭스와의 상용성이 지나치게 좋기 때문에, 경화물 표면으로 스며나오는 것이 불가능하여, 충분한 이형 부여효과가 얻어지지 않는다. 상한가를 초과하면 산화 폴리에틸렌 왁스가 편석되어, 금형 오염이나 수지 경화물 외관의 악화를 일으킨다. 산화 폴리에틸렌 왁스의 함유량은 에폭시 수지 조성물 중에, 0.01~1 중량%이고, 바람직하게는 0.03~0.50 중량%이다. 하한가 미만이면 이형성 부족으로 되고, 상한가를 초과하면 리드 프레임 부재와의 밀착성이 손상되어, 땜납처리시에 부재와의 박리가 발생한다. 또한, 금형 오염이나 수지 경화물 외관의 악화를 일으킨다.
본 발명에서 사용되는 산화 폴리에틸렌 왁스의 특성을 손상시키지 않는 범위에서 다른 이형제를 병용하는 것도 가능하다. 예를 들면 카나우바 왁스 등의 천연 왁스, 스테아르산 아연(zinc stearate) 등의 고급지방산의 금속염류 등을 들 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은, (A)~(E)성분을 필수성분으로 하지만, 이것 이외에 필요에 따라 커플링제, 브롬화 에폭시 수지, 삼산화 안티몬(antimony trioxide), 인화합물 등의 난연제, 카본블랙(carbon black) 등의 착색제, 실리콘오일, 실리콘고무, 합성고무 등의 저응력제, 산화방지제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합해도 된다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은, (A)~(E)성분 및 그 밖의 첨가제 등을 믹서 등을 사용하여 혼합 후, 가열 니더(heating kneader), 열롤(heating roll), 압출기(extruder) 등을 사용하여 가열 혼련하고, 계속해서 냉각, 분쇄하여 얻어진다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자 등의 전자부품을 봉지하고, 반도체장치를 제조하기 위해서는, 트랜스퍼 몰드(transfer molding), 컴프레션 몰드(compression molding), 인젝션 몰드(injection molding) 등의 종래의 성형방법으로 경화 성형하면 된다.
도 3은 본 발명의 봉지 수지를 사용한 반도체장치의 일례에 대해서 단면구조를 나타낸 도면이다. 다이 패드(die pad)(102) 위에, 다이 본드재 경화체를 매개로 하여 반도체 소자(101)이 고정되어 있다. 반도체 소자(101)과 리드 프레임(104) 사이는 금선(gold wire)(103)에 의해 접속되어 있다. 반도체 소자(101)은 봉지 수지(105)에 의해 봉지되어 있다. 이 반도체장치는 봉지 수지(105)로서 상술한 구성의 수지 조성물을 사용하여 트랜스퍼 성형함으로써 얻어진다.
이하, 본 발명을 실시예에서 구체적으로 설명한다. 배합비율은 중량부로 한다. 실시예에 있어서, 산화 폴리에틸렌 왁스나 실리카의 입자경은 평균입경으로, 수평균값이다. 측정방법은 레이저 회절식(시마즈제작소제 입도분포 측정장치, SALD-7000)에 따랐다.
실시예 1
화학식 2의 에폭시 수지(주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 에폭시 수 지)[닛폰 가야쿠제, NC3000P, 연화점(softening point) 58℃, 에폭시 당량 273]: 8.80 중량부
[화학식 2]
Figure 112005037788394-pct00005
n=2.8
화학식 5의 페놀 수지(페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지[미쯔이 가가쿠(주)제, XLC-4L, 연화점 65℃, 수산기 당량 174]: 5.40 중량부
Figure 112005037788394-pct00006
n=3.3
1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7(이하, 「DBU」라고 한다): 0.20 중량부
구형상 용융 실리카(평균입경 30.0 ㎛): 85.20 중량부
카본블랙: 0.30 중량부
이형제①: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 2000, 평균입경 50 ㎛): 0.10 중량부
를 믹서를 사용하여 혼합한 후, 표면 온도가 95℃와 25℃인 2개의 롤을 사용하여 20회 혼련하고, 얻어진 혼련물 시트를 냉각 후 분쇄하여, 에폭시 수지 조성물로 하였다. 얻어진 에폭시 수지 조성물의 특성을 이하의 방법으로 평가하였다.
또한, 종래 사용되고 있는 산화 폴리에틸렌 왁스의 특성은, 통상, 이하와 같은 범위에 있다.
적점: 120~125℃
산화: 15~19 ㎎ KOH/g
수평균 분자량: 2000 전후
평균입경: 150 ㎛ 전후
평가방법
평가금형:
① 이형 하중평가 금형은, 상형(upper mold), 도 1에 나타내는 중형, 하형(lower mold)으로 된다. 성형 후 중형에 부착하는 성형품의 형상은, 직경 14.0 ㎜, 높이 1.5 ㎜ 두께로 한다(트랜스퍼 성형). 도 1에 있어서, (1)은 중형을 나타내고, (2)는 컬을 나타내며, (3)은 런너를 나타낸다. (4)는 성형품을 나타내고, (5)는 에어벤트(air vent)를 나타낸다. (6)은 손잡이, (7)은 푸쉬풀 게이지(push pull gauge) 삽입용 구멍을 각각 나타낸다.
② 금형 표면 오염성·내땜납성용 금형은, 100 pTQFP 반도체 봉지용 금형으로, 패키지 사이즈(package size)는 14 ㎜×14 ㎜, 두께 1.4 ㎜(트랜스퍼 성형).
금형 표면처리 방법: 상기 금형을 클리닝하기 위해, 멜라민 수지 등의 금형 용 클리닝재, 컨디셔닝 물질(conditioning material)을 성형하여, 금형에 이형성 부여처리를 행하였다. 금형온도는 175℃이고, 주입압력은 7.3 MPa이다.
이형 하중평가: ① 상기 이형성 부여처리를 행한 이형 하중평가 금형을 사용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 2분의 성형조건으로 에폭시 수지 조성물을 성형하고, 형 열림(the opening of the mold) 20초 이내에 중형에 부착한 8개의 성형품으로부터 임의로 지정한 4개를 결정된 순서대로 중형의 상부 구멍으로부터 푸쉬풀 게이지를 맞추어 대고, 성형품을 밀어내는데 소요되는 하중을 1, 10, 50, 100 쇼트(shot)째의 성형품에서 측정하였다. 이들 4개의 하중 데이터에 대해서 평균값을 산출하였다. 단위는 N이다.
연속 성형성: 100 pTQFP 반도체 봉지용 금형에 이형성 부여처리를 행한 후에, 반도체 소자를 마운트하지 않은 리드 프레임에서, 금형온도 175℃, 주입압력 7.3 MPa, 경화시간 1분의 성형조건으로 에폭시 수지 조성물을 사용하여 100 pTQPF를 500회 연속으로 성형하였다. 그 때의 성형품 표면과 금형 표면의 오염정도(특히 프로스팅(frosting)·화이트닝(whitening))의 변화를 평가하였다. 성형품이 이형시에 금형에 붙은 경우는 ×, 프로스팅·화이트닝·그리싱(greasing)이 발생한 경우는 △, 문제 없는 경우는 ○로 하였다.
스파이럴 플로우(spiral flow)(유동성): EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형을 사용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 2분으로 측정하였다. 단위는 ㎝이다.
쇼어 D 경도(shore D hardness): 16 pSOP(20 ㎜×6.5 ㎜, 두께 3.3 ㎜)의 패 키지를 175℃의 금형온도, 주입압력 7.3 MPa로 2분간 트랜스퍼 성형하고, 금형이 열리고 10초 후의 성형품의 표면경도 쇼어 D 경도계로 측정하였다.
고온 밀착성: 트랜스퍼 성형기를 사용하여 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 2분으로, 전단(剪斷) 접착력 측정용 성형품(원추의 상부를 절제한 형상, 윗면의 직경 2.5 ㎜, 아랫면의 직경 3.0 ㎜, 높이 3.0 ㎜)을 기재(길이 30 ㎜, 폭 9 ㎜, 두께 150 ㎛, 재질은 Cu) 위에 성형하고, 추가로 175℃, 8시간으로 후경화하였다. 전단 하중시험기를 사용하여 기재를 고정하고, 240℃에 1분 유지하고, 그 온도에서 성형품의 아랫면으로부터 높이 125 ㎛의 부위에 가로로부터 가중(加重)하여, 벗길 때까지 걸린 하중을 측정하였다. 전단 접착력의 단위는 N/㎟이다.
내땜납성: 상기 500회 연속 성형을 행한 후, 금형온도 175℃, 주입압력 7.3 MPa, 경화시간 1분의 성형조건으로 에폭시 수지 조성물을 100 pTQFP(반도체 소자의 사이즈는 8.0×8.0 ㎜, 리드 프레임은 42 알로이(alloy)제를 성형, 175℃, 8시간으로 후경화하고, 얻어진 패키지를 85℃, 상대습도 85%에서 168시간 방치한 후, 240℃의 땜납조(solder bath)에 10초간 침지하였다. 리드 프레임 기재(아일랜드 이면 및 인너 리드 말단부)와 에폭시 수지 조성물의 경화물의 박리면적을 초음파 탐상장치를 사용하여 측정하고, 박리율((박리면적)/(반도체 소자 면적)×100)을 계산하였다. n=10. 단위는 %.
실시예 2~10, 비교예 1~9
표 1에 나타내는 비율로 각 성분을 배합하고, 실시예 1과 동일하게 하여 에폭시 수지 조성물을 얻어, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 1 이외에서 사용한 성분에 대해서, 이하에 나타낸다.
화학식 3의 페놀 수지(주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬 수지)[메이와 가세이(주)제, MEH7851SS, 연화점 67℃, 수산기 당량 203]
[화학식 3]
Figure 112005037788394-pct00007
n=2.5
화학식 4의 에폭시 수지(비페닐형 에폭시 수지)[재팬 에폭시 레진(주)제, YX-4000H, 융점 105℃, 에폭시 당량 191]
Figure 112005037788394-pct00008
이형제②: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 70℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 750, 평균입경 50 ㎛)
이형제③: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 75 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 2000, 평균입경 50 ㎛)
이형제④: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 130℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분 자량 15000, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑤: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 2000, 평균입경 15 ㎛)
이형제⑥: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 2000, 평균입경 90 ㎛)
이형제⑦: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 50℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 1000, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑧: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 160℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 4000, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑨: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 5 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 2000, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑩: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 150 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 2000, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑪: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 55℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 350, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑫: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 150℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 30000, 평균입경 50 ㎛)
이형제⑬: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 3000, 평균입경 3 ㎛)
이형제⑭: 산화 폴리에틸렌 왁스(적점 120℃, 산가 20 ㎎ KOH/g, 수평균 분 자량 2000, 평균입경 200 ㎛)
상기 실시예에서 나타낸 에폭시 수지 조성물은, 이형성, 저흡습, 저응력성이 우수한 특성을 가지고 있다. 이 에폭시 수지 조성물을 사용함으로써, 반도체 소자를 성형 봉지할 때의 이형성, 연속 성형성이 우수하고, 또한 리드 프레임 등의 금속계 부재에 대해 밀착력이 높아, 내땜납성이 우수한 반도체장치를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 이형제(산화 폴리에틸렌 왁스)의 함유량으로서 0.02 중량%~0.80 중량%의 범위에서 유효성이 확인되었지만, 0.01 중량~1.0 중량%의 범위에서도 동일한 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.
Figure 112005037788394-pct00009
Figure 112005037788394-pct00010

Claims (7)

  1. (A) 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 에폭시 수지,
    (B) 페놀 수지,
    (C) 경화 촉진제,
    (D) 무기질 충전재, 및
    (E) 적점 60~140℃, 산가 10~100 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 500~20000, 평균입경 5~100 ㎛의 산화 폴리에틸렌 왁스
    를 배합해서 되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  2. (A) 에폭시 수지,
    (B) 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 페놀 수지,
    (C) 경화 촉진제,
    (D) 무기질 충전재, 및
    (E) 적점 60~140℃, 산가 10~100 ㎎ KOH/g, 수평균 분자량 500~20000, 평균입경 5~100 ㎛의 산화 폴리에틸렌 왁스
    를 배합해서 되는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제2항의 에폭시 수지 조성물에 있어서,
    상기 (A) 에폭시 수지가, 주쇄에 비페닐렌기를 갖는 페놀 아랄킬형 에폭시 수지인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물에 있어서,
    상기 (A) 에폭시 수지가, 하기 화학식 1a
    [화학식 1a]
    Figure 112005037788394-pct00011
    (R은, 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기로부터 선택되는 기이고, 서로 동일해도, 상이해도 된다. X는 글리시딜 에테르기이다. n은 1 이상의 수이다.)
    로 표시되는 에폭시 수지인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물에 있어서,
    (B) 페놀 수지가, 하기 화학식 1b
    [화학식 1b]
    Figure 112010068878440-pct00012
    (R은, 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기로부터 선택되는 기이고, 서로 동일해도, 상이해도 된다. X는 수산기이다. n은 1 이상의 수이다.)
    로 표시되는 페놀 수지인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물에 있어서,
    상기 (E) 산화 폴리에틸렌 왁스의 함유량이, 해당 에폭시 수지 조성물 전체에 대해서 0.01~1 중량%인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물에 의해 반도체 소자가 봉지되어 있는 반도체장치.
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