KR101234842B1 - 멀티칩 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 멀티칩 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 유크립타이트 세라믹 필러(eucryptite ceramic filler)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

본 발명에서는 종래 무기 충전제에 비해 충전량을 증가시키지 않고 에폭시수지 조성물 자체의 열팽창계수 (CTE)를 효과적으로 감소시킬 수 있으므로, 에폭시 수지 조성물, 기재 (substrate), 반도체 칩과의 선팽창계수의 차이에 기인하여 발생되는 패키지가 휘는 문제를 극복하여 반도체 소자의 생산성과 품질을 높일 수 있다.

유크립타이트 세라믹 필러, 에폭시 수지, 반도체

Description

멀티칩 패키지 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 멀티칩 패키지{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING MULTICHIP PACKAGE AND THE MULTICHIP PACKAGE USING THE SAME}

본 발명은 유크립타이트 세라믹 필러를 포함하는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼그리드어레이 (BGA)형 멀티칩 적층 패키지에서 휨 특성 (warpage)을 최소화할 수 있는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

자동화 장비에서 반도체 칩을 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 몰딩할 때, 상기 에폭시 수지 조성물은 170 ~ 190℃로 성형된 후 상온까지 빠른 시간 내에 급속히 냉각이 이루어지게 된다. 이때 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 기재(substrate), 반도체 칩과의 선팽창계수의 차이에 의해 패키지가 휘는 현상이 발생한다. 이후 미반응물질의 경화를 위하여 후경화 단계를 거치게 되는데, 이때 온도는 다시 175℃로 재상승하게 되며, 솔더볼을 붙이는 공정에서는 Reflow 온도가 260℃ 이상 올라감에 따라, 패키지 휘는 현상이 더욱 극심해진다. 특히 해마다 패키지의 대형화가 이루어지는데, 이와 같이 대형화됨에 따라 패키지의 휘는 문제점 이 크게 대두되는 실정이다. 이에 따라, 에폭시수지의 높은 Tg (유리 전이 온도)화 및 저팽창화에 의해 기판과 수지의 수축률 차를 작게 하고, 패키지 휘어짐 양을 억제하려는 시도가 이루어지고 있다.

전술한 수지의 저팽창화를 도모하기 위해서, 수지의 종류 및 양의 변경, 세라믹 필러, 첨가제 사용 등을 이용하여 열팽창계수 (coefficient of thermal expansion: CTE)를 줄이는 방법이 제시되고 있다. 이중 가장 CTE를 용이하게 감소시키는 방법은 실리카 고충전 등과 같은 필러(filler)량의 증가이다. 이는 가장 경제적인 반면, 고점도화에 의해 와이어 휨 현상이 빈발해지고, 접착력 저하 및 불량의 원인이 된다. 또한 첨가하는 커플링제의 종류에 따라 수지 밀봉시의 경화성이 저해되어, 결과적으로 패키지 휘어짐 양이 오히려 증대되는 경우가 초래된다.

결과적으로 종래 BGA 밀봉용 수지 조성물은 전술한 여러 문제점을 안고 있으며, 이는 종래 기술로는 해결하기 어려운 과제였다.

본 발명자들은 에폭시수지 조성물의 구성 성분으로 유크립타이트 세라믹 필러 (eucryptite ceramic filler)를 사용하면, 종래 충전재에 비해 충전량을 증가시키지 않으면서도, 절연 복합재의 CTE를 효과적으로 줄여주므로 패키지 휘어짐 양과 와이어 휨 비율이 유의적으로 감소하고, solder joint의 접착성이 양호하게 유지된다는 것을 발견하였다.

이에, 본 발명은 전술한 유크립타이트 세라믹 필러 사용으로 인해, 우수한 작업성 및 생산성을 부여하는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 상기 조성물의 경화물로 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 유크립타이트 세라믹 필러(eucryptite ceramic filler)를 전체 에폭시 수지 조성물 100 중량% 대비 0 중량% 초과, 20 중량% 미만 범위로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 상기 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.

xLi₂O-yAl₂O₃-zSiO₂

상기 화학식 1에서, x, y 및 z는 각각 혼합 몰비로서, x 및 y는 각각 독립적으로 0.9 내지 1.1의 범위이고, z는 1.9 내지 2.1의 범위이다.

본 발명에서는 음(-)의 CTE를 가지는 유크립타이트 세라믹 필러를 사용함에 따라 에폭시수지 조성물의 CTE를 보다 효과적으로 감소시켜 reflow시 상온에서 260℃에 이르는 급격한 온도 변화 조건에서도 패키지의 warpage 변화를 저감시킬 수 있다. 또한 패키지 solder joint 실장 문제를 극복하여 패키지의 생산성 향상과 우수한 품질을 제공할 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

종래 실리카 고충전은 패키지를 저팽창화하는 방안 중 가장 용이한 방안이다. 이때 실리카는 양(+)의 CTE를 갖는 에폭시 수지와의 혼합비율에 의해서 CTE를 줄이는 것이었다. 그러나 CTE를 감소시키기 위해서 실리카의 함량을 증가시키게 되면, 고점도화에 따른 휨(warpage) 문제점 발생, 충전성, 제조 생산성 저하 등의 부작용이 발생할 뿐만 아니라, 실리카의 양(+)의 CTE로 인해 수지의 CTE를 감소시키는 것에 한계가 존재하였다.

한편, 종래 리드프레임형 패키지에서는 에폭시 수지 조성물이 상단-하단에 각각 유사한 두께로 양면 몰딩이 이루어지므로, warpage 문제가 크게 부각되지 않았다. 이에 비해, 현재 볼그리드 어레이형 멀티칩 적층 패키지(package on package: PoP)는 여러 연결방식이 사용되는데, 이중에서 솔더볼 (solder ball)을 이용하는 연결방식은 각 패키지들을 연결하기 위한 IR reflow의 고온 공정(260℃)이 필수적으로 요구되므로, 급격한 온도변화에 따라 각 패키지의 휨 특성 발생이 유의적으로 증가하게 된다.

아울러, 볼그리드 어레이 (BGA)는 상단만 에폭시 수지 조성물이 몰딩되고, 하단은 솔더볼이 달린 비대칭 구조이다. 이러한 단면 몰딩은 패키지 휨 특성에 특히 취약하므로, 종래 리드프레임형보다 패키지 warpage가 보다 더 증가하게 된다. 따라서 전술한 실리카 고충전 방법을 볼그리드 어레이형 멀티칩 패키지에 그대로 도입하는 것에는 무리가 있었다.

이에, 본 발명에서는 종래 무기 충전제와는 다른 열팽창계수 (CTE) 특성을 갖는 유크립타이트 세라믹 필러를, 반도체 밀봉용 에폭시수지 조성물, 바람직하게는 BGA형 멀티칩 적층패키지(PoP) 밀봉용 에폭시수지 조성물의 일 구성 성분으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 유크립타이트 세라믹 필러(eucryptite ceramic filler)는 종래 무기 충전제로 사용되는 물질과는 달리, 온도가 증가함에 따라 부피팽창이 감소하는 음(-)의 CTE를 가지는 물질이다. 이로 인해 무기 충전제의 사용량을 증가시키지 않으면서도, 상온 뿐만 아니라 260℃ 정도의 고온에서도 수지의 CTE를 효과적으로 감소시켜 패키지의 휨특성 방지 및 저팽창화를 도모할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 유크립타이트 세라믹 필러는, Li₂O, Al₂O₃, SiO₂ 성분으로 이루어진 결정화 유리이다. 이들은 상기 화학식 1에 기재된 x, y, z 혼합몰비가 변화됨에 따라 유크립타이트의 결정구조가 변화되므로, 최종적으로 서로 다른 열팽창계수 (CTE)를 나타낼 수 있다.

예컨대, 유크립타이트의 결정구조 중 LiAlSiO₄는 가장 낮은 열팽창계수를 나타내는 반면, LiAlO₂, Li₂SiO₃ 등의 제2의 상을 갖는 결정구조는 LiAlSiO₄에 비해 상대적으로 높은 열팽창계수를 나타내므로, 최종 유크립타이트 세라믹 필러의 열팽창계수를 증가시키게 된다. 따라서 낮은 CTE 특성을 나타내기 위해서, 화학식 1에서 x 및 y는 각각 독립적으로 0.9 내지 1.1의 범위, z는 1.9 내지 2.1의 범위가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 x=1, y=1 및 z=2이다.

상기 유크립타이트 세라믹 필러는 일반적인 분말합성법으로 제조될 수 있으 며, 일례로 Li₂O, Al₂O₃, SiO₂ 등의 각 산화물 성분을 전술한 혼합 몰비 조성으로 혼합한 뒤 소정의 온도에서 열처리하여 합성될 수 있다. 이때 합성 온도가 1000 내지 1400℃ 범위일 경우 다른 상을 갖는 결정구조를 줄이고 단일상으로 합성될 수 있으므로, 바람직하다.

이러한 유크립타이트 세라믹 필러의 열팽창계수는 -9 내지 -2 ppm/℃의 범위일 수 있다. 또한 에폭시 수지 또는 기타 다른 물질과의 혼화성을 고려할 때, 유크립타이트 세라믹 필러의 입자 크기는 0.1 내지 5㎛ 범위인 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1로 표기되는 유크립타이트 세라믹 필러는 전체 에폭시수지 조성물 100 중량% 대비 0 중량% 초과, 20 중량% 미만 범위로 포함되어야 하며, 바람직하게는 0 중량% 초과, 15 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0 중량% 초과, 10 중량% 이하이다. 유크립타이트 세라믹 필러는 분산성이 낮아서 단독 사용하거나 또는 상기 범위를 초과하는 경우 균일하게 분산되지 못하고 강한 응집력을 나타낸다. 이에 따라 에폭시수지 조성물 자체가 파우더화되기 보다는 서로 덩어리지는 클러스터(cluster)화되므로, 제품 자체를 구성하기가 어렵다. 결과적으로 에폭시 수지 조성물의 제조 생산성과 저장특성이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 비용 상승에 의해 경제성도 저하된다.

상기 유크립타이트 세라믹 필러와 동반 사용되는 본 발명의 무기 충전제는, 에폭시수지 조성물의 기계적 물성과 저응력화를 효과적으로 향상시키는 물질이다. 사용 가능한 무기 충전제의 비제한적인 예로는, 용융실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 들 수 있다. 저응력화를 위해서는 선팽창계수가 낮은 용융실리카를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용융실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로서, 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 또는 다양한 원료로부터 합성된 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지 아니하나, 평균 입경 5 내지 30㎛ 범위의 구상 용융실리카와 평균입경 1㎛ 이하의 구상 용융실리카를 각각 50:50 ~ 99:1 중량비 사용하고, 이들을 전체 무기 충전제 100 중량부 대비 40 중량부 이상, 특히 60 중량부 이상, 100 중량부 미만으로 함유하는 것이 바람직하다. 또한 용도에 맞춰 그 최대입경을 45 ㎛, 55 ㎛ 및 75 ㎛ 등으로 각각 조절하여 사용할 수도 있다. 용융구상 실리카는 실리카 표면상에 도전성 카본이 이물로서 포함되는 경우가 있으나, 극력 이물의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.

본 발명에서 무기 충전제의 사용비율은 성형성, 저응력성, 고온강도 등의 물성에 따라 적절히 조절 가능하다. 바람직하게는, 전체 에폭시 수지 조성물 100 중량%에 대하여 70~95 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 80~95 중량% 비율로 사용하는 것이다. 이때 무기 충전제에 포함되는 유크립타이트 세라믹 필러의 함량은 무기 충전제 100 중량부 대비 0 중량부 초과, 20 중량부 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0 중량부 초과, 15 중량부 이하이다.

본 발명의 에폭시 수지는 반도체 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 에폭시 수지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물인 것이 바람직하다.

사용 가능한 에폭시수지의 비제한적인 예로는, 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지, 페놀 노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 바이페닐(biphenyl)형 에폭시수지, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 선형지방족 에폭시수지, 지환식 에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환을 포함하는 에폭시수지, 자일록형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노블락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 나프탈렌계 에폭시수지 등이 있다. 바람직하게는 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지, 하기 화학식 3으로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는 이들의 혼합물 등이다.

상기 화학식 2에서 n의 평균치는 0 내지 7이며, 화학식 3에서, n 의 평균치는 1 내지 7이다.

상기 화학식 2의 바이페닐형 에폭시수지와 화학식 3의 페놀아랄킬형 에폭시수지는 기본적인 난연성과 안정적인 유동성, 신뢰성을 부여할 수 있다. 특히, 페놀아랄킬형 에폭시수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서, 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여, 흡습성, 인성, 내산화성 및 내크랙성이 우수하며, 가교밀도가 낮아서 고온에서 연소시 탄소층(char)을 형성하면서 그 자체로도 어느 정도 수준의 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 상기 바이페닐형 에폭시수지와 페놀아랄킬형 에폭시수지는 각각 전체 에폭시수지 100 중량부 대비 10~80 중량부로 사용될 수 있으며, 특히 이들을 혼용(混用)하여 전체 에폭시 수지 100 중량부 대비 80~100 중량부 범위로 사용되는 것이 바람직하다.

전술한 에폭시수지는 단독 또는 2종 이상 혼용될 수 있으며, 에폭시수지에 경화제, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치와 같은 선 반응을 시켜 만든 부가 화합물도 사용할 수 있다. 또한 내습 신뢰성 향상을 위해 전술한 에폭시수지 중에 함유된 염소 이온, 나트륨 이온, 또는 그 밖의 이온성 불순물이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 사용량은 전체 에폭시수지 조성물 100 중량% 대비 2~15 중량% 범위일 수 있으며, 바람직하게는 3 ~ 12 중량% 범위이다. 그러나 전술한 범위에 한정되지 않고, 무기 충전제, 경화제, 경화촉진제, 응력완화제, 커플링제, 기타 첨가제 등을 포함하는 전체 에폭시 수지 조성물에서 100 중량%를 만족시키는 잔량의 범위일 수 있다.

본 발명의 경화제는 반도체 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 것으로, 2개 이상의 반응기를 가진 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 이의 비제한적인 예로는, 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 나프탈렌형 페놀수지, 비스페놀A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 디아미노이페닐설폰 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼용될 수 있다. 특히, 하기 화학식 4로 표기되는 다관능형 페놀수지가 바람직하다.

상기 화학식 4에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.

상기 화학식 4로 표기되는 다관능형 페놀 수지는 물성적으로 유리 전이온도(Tg)를 향상시켜 패키지 warpag 감소 효과를 상승시킬 수 있다.

상기 다관능형 페놀수지는 전체 페놀수지 100 중량부 대비 20 중량부 이상 사용할 수 있으며, 바람직하게는 30 중량부 내지 100 중량부 범위로 사용할 수 있다.

본 발명의 경화제 함량은 전체 에폭시 수지 조성물 100 중량% 대비 0.1~10 중량% 범위를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.5~7 중량% 범위이다. 아울러, 상기 에폭시 수지와 경화제의 사용비율은 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 적절히 조절 가능하며, 일례로 에폭시수지 대비 경화제의 화학 당량비가 0.5~2 범위일 수 있다. 바람직하게는 0.8~1.6 범위이다.

본 발명의 경화촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 사용 가능한 경화촉진제의 비제한적인 예로는, 제 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 붕소화합물 등이 있다.

상기 제3급 아민의 구체적인 예를 들면, 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀, 트리-2-에틸헥실 에시드의 염 등이 있다.

상기 유기금속화합물의 구체적인 예로는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸 아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있다.

상기 유기인화합물의 구체적인 예로는 트리스-4-메톡시 포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있다.

상기 이미다졸류의 구체적인 예로는 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다.

상기 붕소화합물의 구체적인 예로는 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-7엔(1,8-diazabicyclo[5.4.0]-undec-7-ene: DBU)와 페놀노볼락 수지염 등이 있다. 상기 경화촉진제는 에폭시수지 또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 사용 가능하다. 본 발명에서 경화촉진제의 배합량은 전체 에폭시 수지 조성물 100 중량% 대비 0.1 ~ 10 중량% 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 조성물은 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산, 파라핀계 왁스, 에틸렌계 왁스, 에스테르계 왁스 등의 이형제; 카본블랙, 유기염료, 무기염료 등의 착색제; 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란, 머캡토실란, 알콕시실란 등의 커플링제, 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 실리콘 레진 등의 응력완화제 등을 필요에 따라 함유할 수 있다. 상기 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더 등의 응력완화제는 전체 에폭시 수지 조성물 100 중량%에 대하여 0.1 ~ 6.5 중량% 범위 함유되는 것이 바람직한데, 이때 이들은 선택적으로 함유될 수도 있고, 양자 모두 함유될 수도 있다.

상기 변성 실리콘 오일은 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 적절하며, 에폭시 관능기를 갖는 실리콘 오일, 아민 관능기를 갖는 실리콘 오일 및 카르복실 관능기를 갖는 실리콘 오일 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 전체 에폭시 수지 조성물에 대해 0.05 내지 1.5 중량% 범위 사용될 수 있다. 다만, 실리콘 오일의 함량이 1.5 중량%를 초과할 경우에는 표면 오염이 발생하기 쉽고, 레진 블리드(bleed)가 길어질 우려가 있으며, 0.05 중량% 미만일 경우에는 충분한 저탄성률을 얻을 수가 없게 되는 문제점이 초래될 수 있다. 또한, 실리콘 파우더는 중심입경이 15㎛ 이하인 것이 성형성 저하의 원인으로 작용하지 않기에 바람직하다. 상기 실리콘 파우더는 전체 수지 조성물 100 중량%에 대하여 0.05 ~ 5 중량%로 함유하는 것이 바람직하다. 또한 붕산아연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 유기, 무기 난연제를 필요에 따라 함유할 수 있다.

이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법은, 일반적으로 소정의 배합량을 헨셀 믹서, 뢰디게 믹서 또는 슈퍼 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융 혼련한 후 냉각, 분쇄과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이다.

또한 본 발명에서 얻어진 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적이며, 인젝션(Injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로도 성형이 가능하다.

상기와 같이 밀봉된 반도체 소자는, 전술한 바와 같이 볼그리드 어레이(ball grid arry: BGA)형 멀티칩 적층 패키지(PoP)인 반도체 소자인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~3, 비교예 1~2: 에폭시 수지 조성물 제조

하기 표 1의 조성에 따라 각 성분들을 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 100~120℃ 범위에서 용융 혼련한 뒤 냉각, 분쇄하여 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이때 실시예 1 내지 3은 유크립타이트 세라믹 필러 (CTE = -2 ppm/℃)를 전체 무기 충전제 100 중량부 대비 각각 5%, 15%, 20%를 첨가하여 혼합하였고, 비교예 1은 유크립타이트 세라믹 필러를 첨가하지 않고 에폭시 수지 조성물을 준비하였다. 비교예2는 유크립타이트 세라믹 필러를 전체 에폭시 수지 조성물 100 중량% 대비 20 중량%를 사용하여 준비하였다.

삭제

㈜

1) 바이페닐형 에폭시수지: YX-4000H, JER

2) 페놀아랄킬형 에폭시수지: NC-3000, 일본화약

3) 다관능형 에폭시 수지: MEH-7500, Meiwa chem.

4) 자일록형 페놀수지: MEH-7800-4S, Meiwa Chem.

5) TPP-K, Hokko Chemical

6) E-601, Toray

7) 충전제: 평균입경 20㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물

8) Eucryptite

9) S-510, CHISSO

10) KBM-803, Shin Etsu

실험예 1. 에폭시수지 조성물의 물성 평가

실시예 1~3 및 비교예 1의 에폭시수지 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 밀봉된 멀티칩 패키지를 사용하여 하기 방법에 따라 이들의 각종 물성을 평가하였다. 이들의 평가결과는 하기 표 2와 같다.

[물성 평가방법]

유리전이온도(Tg): TMA (Thermomechanical Analyser), TMA Q400로 평가하였다.

열팽창계수(α1, α2): ASTM D696에 의해 평가하였다.

PKG warpage: Akromatrix(USA), Shadow moire (PS-200)을 이용하여 패키지 상하부의 위치편차를 측정하여 휘는 현상을 평가하였다.

저장성 시험: 실시예 1~3 및 비교예 1~2의 에폭시 수지 조성물을 5℃ 이하의 저온에서 12 시간 방치한 후 조성물의 상태를 육안으로 관찰하였다. 에폭시수지 조성물이 파우더화되는 경우는 우수, 상기 조성물이 덩어리(cluster)져서 제품화가 어려운 경우 불량, 이들의 중간상태를 양호로 각각 구분하여, 이의 결과를 표 3에 기재하였다.

물성 평가항목	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2
저장성	우수	우수	양호	우수	불량

상기 표 1 내지 표 3의 결과에 의하면, 종래의 충전제에 비해 충전량을 증가시키지 않고서도, 유크립타이트 세라믹 필러의 함량이 증가할수록 CTE가 더 작게 나타난다는 것을 알 수 있다. 또한 reflow 온도조건에서 패키지의 휨 현상 감소, 특히 260℃ 부근의 고온에서 휨(warpage) 현상 감소 효과가 탁월할 뿐만 아니라, 아울러, 저장성과 제조 생산성이 우수하여 실제 공정에 유용하게 사용될 수 있다는 것을 알 수 있었다.

이로써 본 발명에 따라 유크립타이트 세라믹 필러를 에폭시 수지 조성물에 사용할 경우, 에폭시 수지 조성물의 CTE를 효과적으로 낮출 수 있어 고온 조건에서 PKG warpage가 유의적으로 감소한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 반도체 소자 밀봉시 우수한 품질과 생산성이 높은 반도체 소자를 제작할 수 있음을 확인할 수 있다.

Claims (11)

1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 유크립타이트 세라믹 필러를 전체 에폭시수지 조성물 100 중량% 대비 0 중량% 초과, 20 중량% 미만 범위로 포함하고,

   상기 무기 충전제는 전체 에폭시수지 조성물 100 중량% 대비 70 ~ 95 중량% 범위이며, 유크립타이트 세라믹 필러는 전체 무기 충전제 100 중량부 대비 20 중량부 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:

   [화학식 1]

   xLi₂O-yAl₂O₃-zSiO₂

   상기 식에서, x, y 및 z는 혼합 몰비로서, x 및 y는 각각 독립적으로 0.9 내지 1.1의 범위이고, z는 1.9 내지 2.1의 범위임.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 무기 충전제는 평균 입경 5~30㎛ 범위의 구상 용융실리카와 평균입경 1 ㎛ 이하의 구상용융 실리카가 50 : 50 내지 99 : 1 중량비로 포함되는 것이 특징인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지가 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지, 화학식 3으로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지, 또는 이들 모두를 포함하는 것이 특징인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.

   [화학식 2]

   

   [화학식 3]

   

   (상기 화학식 2에서 n의 평균치는 0 내지 7이며, 화학식 3에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
6. 제 5항에 있어서, 상기 바이페닐형 에폭시수지와 페놀아랄킬형 에폭시수지의 함량은 전체 에폭시수지 100 중량부 대비 80~100 중량부 범위인 것이 특징인 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
7. 제 1항에 있어서, 상기 경화제는 하기 화학식 4로 표시되는 다관능형 페놀수지를 포함하는 것이 특징인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:

   [화학식 4]

   

   (상기 화학식 4에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
8. 제7항에 있어서, 상기 다관능형 페놀수지는 전체 경화제 100 중량부 대비 20 내지 100 중량부 범위인 것이 특징인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
9. 제 1항 및 제 4항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 헨셀 믹서, 뢰디게 믹서 또는 슈퍼 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀 또는 니이더로 용융 혼련하고 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품을 사용하여 밀봉된 반도체 소자.
10. 제 9항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법 또는 캐스팅 성형법을 이용하여 밀봉된 반도체 소자.
11. 제10항에 있어서, 상기 반도체 소자는 볼그리드 어레이(BGA)형 멀티칩 적층 패키지인 반도체 소자.