KR101299032B1 - 반도체칩 트레이용 수지 조성물 및 이를 기본 재료로 포함하는 반도체칩 트레이 - Google Patents

반도체칩 트레이용 수지 조성물 및 이를 기본 재료로 포함하는 반도체칩 트레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반도체 칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서, 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%, 내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%, 탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 3 중량%, 탄소 섬유 4 내지 8 중량%, 글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%, 무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량% 및 분산제 0.5 중량% 내지 1 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 조성물을 기본 재료로 하여 형성된 반도체 칩 트레이를 제공한다.
본 발명의 반도체 칩 트레이용 수지 조성물은 내열성, 수치 안정성 등 기계적 물성이 우수하다.

Description

반도체칩 트레이용 수지 조성물 및 이를 기본 재료로 포함하는 반도체칩 트레이{COMPOSITION FOR IC TRAY AND METHOD FOR PREPARING AN IC TRAY USING THE SAME}
본 발명은 일정한 비율의 탄소 재료와 유리 재료를 함유하는 고분자 수지를 포함하는 반도체칩 트레이용 조성물, 상기 조성물을 기본 재질로 하여 제조된 반도체칩 트레이에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 탄소 재료는 탄소 나노 튜브 및 탄소 섬유이고, 상기 유리 재료는 글라스 버블을 사용하는 조성물 및 이를 기본 재질로 하여 제조된 트레이에 대한 것이다. 또한 본 발명은 수축 정도나 인장 강도, 사출압력, 열변형 정도, 도전성 등에 있어서 우수한 허용값을 갖도록 상기 성분을 소정의 성분비로 함유하는 상기 조성물을 이용하여 형성된 반도체칩 트레이 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
반도체 칩 운반용 트레이(이하, 반도체 칩용 트레이)는 흔히 전도성과 대전 방지성이 부여된 수지를 사용하여 왔으며, 반도체가 베이킹되는 온도에 따라서, 아크릴로부타디엔스타이렌계 수지(베이킹 온도 약 60℃~약 70℃), 폴리페닐렌옥사이드 또는 폴리페닐렌에테르계 수지(베이킹 온도 약 120℃~약 150℃), 폴리설폰계 수지(베이킹 온도 약 120℃~약 150℃), 폴리에테르설폰계 수지(베이킹 온도 약 180℃) 등이 사용되어 왔다.
반도체 칩용 트레이에 사용되는 수지들은 반도체 베이킹 온도에 따라 수지의 종류가 대략적으로 정해져 있고, 각 온도에서 이 수지들로 제조된 반도체 칩용 트레이는 치수 안정성이 보장되어야 한다.
최근, 전도성 또는 대전 방지성이 부여된 개질된 폴리페닐렌에테르 수지를 이용한, 반도체 칩의 운반과 건조를 동시에 수행할 수 있는 트레이가 개발되어 왔다. 그러나, 반도체 칩을 건조하기 위해서는 150℃이상의 고온이 필요한데, 폴리페닐렌에테르를 함유하는 트레이는 내열성, 성형품의 휨의 최소화, 성형 가공성 등의 면에서 만족스럽지 못한 문제점이 있다.
본 발명은 탄소 재료인 탄소 나노 튜브 및 탄소 섬유와 함께 글라스 버블을 첨가함으로써 도전성뿐만 아니라 내열성, 수치 안정성, 뒤틀림 방지, 높은 인장 강도 등 기계적인 특성이 우수하면서도 경량인 반도체 칩 트레이용 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 수지 조성물을 기본 재료로 하여 제조된 반도체 칩 트레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 반도체 칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서, 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%; 내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%; 탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 2 중량%; 탄소 섬유 4 내지 8 중량%; 글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%; 무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량%; 및 분산제 0.5 중량% 내지 1 중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지 조성물을 제공한다.
상기 무기 충진제는 유리 섬유, 탈크, 마이카, 점토, 탄산칼슘, 황산바륨, 세라믹 또는 이 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 수지 조성물은 상기 조성물 총 중량에 대해서 5 중량% 내지 10 중량%의 범위 내에서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 윤활제, 산화방지제, 안정제 또는 이 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서, 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%; 내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%; 탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 3 중량%; 탄소 섬유 4 내지 8 중량% 글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%; 무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량%; 및 분산제 0.5 중량% 내지 1 중량%;를 포함하는 수지 조성물을 기본 재질로 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체칩용 트레이를 제공한다.
상기 무기 충진제는 유리 섬유, 탈크, 마이카, 점토, 탄산칼슘, 황산바륨, 세라믹 또는 이 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 반도체칩용 트레이는 상기 수지 조성물의 총 중량에 대해서, 5 중량% 내지 10 중량%의 범위 내에서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 윤활제, 산화방지제, 안정제 또는 이 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
또한 본 발명은, a) 반도체칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서, 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량% 및 내충격성의 폴리스티렌 10 내지 20 중량%를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계; b) 상기 제1 혼합물에 무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량%를 첨가하고 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계; c) 상기 제2 혼합물에 탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 3 중량%, 탄소 섬유 4 중량% 내지 8 중량%, 글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%를 첨가하고 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계; d) 상기 제3 혼합물을 압출하는 단계; e) 상기 압출된 혼합물을 냉각시키는 단계; 및 f) 상기 냉각된 혼합물을 건조시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계는 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 상기 a) 단계, b) 단계, c) 및 d) 단계에서 상기 성분들의 혼합 및 압출은 정량 압출기를 이용할 수 있다. 상기 d) 단계에서, 압출 온도는 200℃ 내지 350℃의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 상기 e) 단계에서, 냉각 온도는 50℃ 내지 70℃의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 상기 e) 단계는, 상기 단계에서 압출된 압출물을 물과 접촉시켜서 냉각시키는 수냉 방법 및 공기 중에서 냉각시키는 공냉 방법을 순차적으로 시행하여 이루어질 수 있다. 상기 f) 단계는, 건조 온도는 100℃ 내지 130℃의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 상기 f) 단계는, 건조 시간은 2 내지 5 시간의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 상기 f) 단계는, 건조가 이루어지는 동안 제습이 동시에 수행될 수 있다. 상기 d) 단계 전에 첨가제를 첨가하여 혼합시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 윤활제, 산화방지제, 안정제 또는 이 중 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 칩 트레이용 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 칩 트레이는 제조 후 수축현상이 크지 않고, 인장 강도가 우수하며, 사출 압력이 우수하고, 도전성이 향상되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 수지 조성물을 기본 재질로서 사용한 트레이는 열 변형 온도가 높아 150℃ 이상의 고온에서도 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수지 조성물을 제조하기 위해서 사용하는 원료통과 압출기의 일 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수지 조성물의 제조 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 조성물을 압출한 후 이를 펠렛 형태로 성형한 것을 사진으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩용 트레이를 사진으로 나타낸 것이다.
이하 하기 실시예 및 도면을 참조로 하여 본 발명에 대해 상술한다.
본 발명은 반도체칩용 트레이로 사용되기에 적합한 수지 조성물과 그 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 반도체칩용 트레이를 제공한다.
본 발명의 수지 조성물은 수지 조성물 총 중량 대비 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%, 내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%, 탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 3 중량%, 탄소 섬유 4 중량% 내지 8 중량%, 글라스 버블 5 중량%내지 15 중량%, 무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량% 및 분산제 0.5 중량 % 내지 1 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리페닐렌에테르(polyphenyleneether, 2,6-디메틸페닐렌에테르, PPE)는 다음 화학식 1과 같은 화학식으로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112010050912394-pat00001
상기 식 중 n은 1 이상의 정수이다.
상기 폴리페닐렌에테르는 상기 폴리스티렌을 혼합하여 변성시킨 개질된 형태로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리페닐렌에테르 및 상기 폴리스티렌을 혼합하여 변성시킨 개질 폴리페닐렌에테르는 다음 화학식 2와 같이 표현될 수 있으며, 비정성 열가소성 수지로 이해된다.
[화학식 2]
Figure 112010050912394-pat00002

상기 개질된 폴리페닐렌에테르는 일반 폴리페닐렌에테르에 비해서 내열성은 다소 떨어지지만, 성형성이 개량되므로 넓은 온도범위에서 기계적인 특성이 안정되고 치수 안정성, 내열물성 등이 우수하여 전기 전자 분야나 OA 기기 분야 등에서 사용하기에 적합하다.
본 발명에 따른 개질 폴리페닐렌에테르의 제조를 위해서 사용할 수 있는 폴리페닐렌에테르는 상기 화학식 1로 나타낼 수 있는 폴리페닐렌에테르의 어떠한 상업적 유형도 가능하며, 상업화되지 않은 형태라도 이용할 수 있다.
본 명세서에서는 개질 폴리페닐렌에테르를 제조하기 위해서 폴리페닐렌에테르를 사용하는 것에 대해서만 언급하고 있지만, 본 명세서에 개시된 내용을 변형하여 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide)를 폴리스티렌과 혼합하고 반응시켜 형성된 개질 폴리페닐렌옥사이드를 이용할 수 있다.
상기 폴리페닐렌에테르를 개질하기 위해 사용할 수 있는 폴리스티렌은 내충격성을 갖도록 개질된 폴리스티렌으로 HIPS(High Impact Polystyrene)인 것이 바람직하다. 상기 내충격성의 폴리스티렌은 스티렌 모노머와 탄성체와의 혼합물을 반응기에 넣고, 자유 라디칼 중합을 통해서 제조할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 내충격성의 폴리스티렌은 상업적으로 이용할 수 있는 모든 내충격성의 폴리스티렌을 사용할 수 있으며, 스티렌 모노머와 탄성체와의 혼합물을 반응시켜서 제조해서 사용할 수도 있다. 폴리스티렌은 사출 유동성이 우수하기 때문에 개질 폴리페닐렌에테르에서 사출 양산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 상기 수지 조성물 총 중량에 대해서 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%, 내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 즉, 폴리페닐렌에테르와 내충격성의 폴리스티렌의 함량비가 대략 내충격성의 폴리스티렌의 함량 1에 대하여 폴리페닐렌에테르의 함량이 2.5 내지 6.5의 범위 이내인 것이 바람직하다. 이는 후술하는 실시예와 비교예 및 이에 의해 제조된 개질 폴리페닐렌에테르의 물성 테스트를 통해서 알 수 있는 바와 같이, 폴리페닐렌에테르와 내충격성의 폴리스티렌의 함량비가 이 범위를 벗어날 경우에는 반도체 칩 트레이로 사용하기에 적절하지 못한 물성을 나타내게 되므로 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 상기 수지 조성물에 전도성을 부여하기 위해 탄소 나노 튜브와 탄소 섬유와 같은 탄소 재료가 함유된다. 탄소 섬유만을 함유하는 반도체칩용 트레이의 경우에는, 고분자 수지 총 중량 대비 15중량% 내지 35중량% 정도의 과량을 첨가하는 것이 일반적이다. 그러나, 탄소 섬유 자체가 고가이기 때문에 상기와 같은 과다한 사용량은 반도체 칩용 트레이의 제조 단가를 상승시키는 원인 중의 하나였다. 이에 본 발명에서는 탄소 섬유의 함량을 낮추면서도 우수한 물성을 보이는 수지 조성물을 제공한다.
탄소 나노 튜브는 인장 강도가 높고 비중이 낮아 반도체 칩용 트레이를 제조하는데 전도성을 부여를 위해 사용가능하다. 원하는 수준의 전도성을 나타내려면 일반적으로 고분자 수지 총 중량대비 5 중량% 내지 10 중량%가 포함되어야 하지만, 이와 같이 과량이 함유되는 경우에는 충격강도나 굴곡 탄성율을 낮추어 최종 제품의 성형성이 좋지 않은 단점이 있다.
그러나, 본 발명자들은 탄소 섬유와 탄소 나노 튜브를 혼합하여 사용하는 경우, 상기 두 성분이 갖는 장점에 의한 상 작용으로 인해 각각 단독으로 사용시 필요량에 비해 적은 양을 사용하여도 물성이 우수한 수지 조성물을 얻을 수 있다는 점에 착안하였다. 따라서, 본 발명은 상기 고분자 수지에 상기 두 탄소 성분을 혼합하여 첨가함으로써 원하는 기계적 물성을 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 수지 조성물은 수지 조성물 총 중량 대비 4 중량% 내지 8 중량%의 범위 내에서 탄소 섬유를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 수지 조성물에서 탄소 섬유의 함량이 8 중량%를 넘어서게 되면, 도전성이 반도체의 범위를 벗어나게 되므로(표 2 참조) 반도체칩 트레이로 사용하기에 적당하지 않고, 함량이 4 중량% 미만이면 도전성을 나타내는 표면 저항값이 너무 커져 바람직한 물성을 나타내지 않는다.
본 발명에 따른 상기 수지 조성물은 상기 수지 조성물 총 중량 대비 1 중량% 내지 3 중량%의 범위 내에서 탄소 나노 튜브를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 수지 조성물에서 탄소 섬유의 함량이 3 중량%를 초과하면, 도전성이 반도체의 범위를 벗어나게 되므로(표 2 참조) 반도체 칩 트레이로 사용하기에 적당하지 않고, 그 함량이 1 중량% 미만인 경우에는, 마찬가지로 도전성을 나타내는 표면 저항값이 너무 커서 바람직하지 않다.
상기 글라스 버블은 최종 제품의 경량화를 실현하기 위해 사용하는 것이다. 상기 글라스 버블은 구의 형태를 띠고 있기 때문에 표면적이 낮아도 충진율을 향상시킬 수 있다. 즉, 다른 충진제에 비해 소량을 사용하여도 되기 때문에 제품의 경량화가 가능하며, 수축율 감소 및 비틀림 방지의 효과를 가져온다. 또한, 유리의 낮은 열 전달 특성 및 우수한 열 차단 성능으로 인해 글라스 버블을 첨가한 수지는 내열성이 증가한다. 이 외에 수지의 점성을 낮추고 성형성을 향상시켜 성형시 흐름을 원할하게 하는 등의 효과를 얻을 수 있다. 상기 글라스 버블은 상기 수지 조성물 총 중량 대비 5 중량% 내지 15 중량%을 사용한다. 상기 글라스 버블의 함량이 5 중량% 미만인 경우에는 최종 수지 조성물의 비중 감소 효과가 현저하지 않다. 만일 그라스 버블의 함량이 15 중량%를 초과하는 경우에는 최종 제품의 성형성에 부정적인 영향을 미칠 정도로 점성이 낮아지는 단점이 있다.
상기 분산제는 상기 탄소 나노 튜브, 상기 탄소 섬유 및 상기 유리 섬유 등의 고체 입자가 상기 고분자 중에 분산하여 침강이나 응집하지 않도록 하고 균일하고 안정적인 서스펜션을 형성하게 한다. 상기 분산제로는 모노알킬 황산염, 알킬폴리옥시에틸렌황산염, 알킬 벤젠 술폰산염 또는 모노알킬인산염과 같은 음이온성 계면활성제; 모노알킬트리메틸암모늄염, 디알킬디메틸암모늄염 또는 알킬벤질메틸암모늄염과 같은 양이온성 계면활성제, 알킬설포베타인 또는 알킬카르복시베타인과 같은 양쪽성 이온 계면활성제; 또는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 지방산 솔비탄에스테르, 지방산 디에탄올아민, 또는 알킬모노글리세릴에테르와 같은 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 상기 수지 조성물 총 중량 대비 0.5 중량% 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 분산제의 함량이 0.5 중량% 미만이면 수지 중 입자 성분들의 분산이 균일하지 않다. 바람직하게는 상기 분산제는 수지에 혼합되는 입자상 물질의 함량을 고려하여 0.5 중량% 내지 1 중량%의 범위 내에 적정량을 첨가한다.
상기 무기 충진제는 유리 섬유, 탈크, 마이카, 점토, 황산 바륨, 세라믹, 탄산칼슘 또는 미네랄 중 선택하여 사용하거나 상기 성분 중 둘 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 유리 섬유 또는 탈크인 것이다. 더욱 바람직하게는 유리 섬유와 탈크의 혼합물인 것이다. 무기 충진제로서 유리 섬유 및 탈크의 혼합물을 사용하는 경우, 상기 수지 조성물 총 중량 대비 유리 섬유 5 중량% 내지 10 중량% 및 탈크 5 중량% 내지 10 중량%가 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 유리 섬유는 반도체 칩 트레이의 내열 온도를 향상시키고 치수 안정성을 부여하는 데 도움이 된다. 상업적으로 이용가능한 유리 섬유라면 어떠한 것이라도 사용가능하다.
상기 유리 섬유는 인장력이 우수하여 상기 반도체 칩용 트레이의 제조시 온도 편차에 따른 수축팽창계수의 차이를 갖는 것을 상쇄시킴으로써 성형성 특히, 평활도 유지에 기여한다. 또한 상기 유리 섬유는 수축 팽창이 없고 이음새 갈라짐이 없어 뛰어난 치수 안정성을 가지며, 유연성이 뛰어나고 열변형이 없을 뿐만 아니라 인장 강도 및 찢어짐에 대한 저항성, 내구성이 우수하고, 방수시공 후 반복적이고 지속적으로 가해지는 외부 충격이나 하중으로부터 장기적으로 외부 환경 변화에 대한 스트레스로부터 상기 반도체칩 트레이를 보호할 수 있다. 그러나 상기 유리 섬유를 과량으로 첨가하는 경우에는, 최종 제품의 외관에 섬유가 표현될 수 있어 수지 조성물 총 중량 대비 10 중량% 를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 탈크는 경도나 인장 강도 또는 내마모성 등의 기계적 물성이 높이거나 변형시키지 않으면서도 수지 사용량을 낮추는 효과가 있다. 상기 무기 충진제의 함량은 상술한 폴리페닐렌에테르, 내충격성의 폴리스티렌 및 탄소섬유의 함량을 결정한 후 결정한다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 수지 조성물 총 중량 대비 5 내지 10 중량%의 범위 내에서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 예로는 윤활제, 산화방지제 또는 안정제와 같은 것을 포함하며, 상기 첨가제는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 수지 조성물의 목적 범위 내에서 바람직한 물성을 나타낼 수 있는 것이라면 어느 것이든 첨가될 수 있다.
상기 윤활제는 수지 조성물의 가공성을 향상시켜서 수지 조성물의 제조시 또는 반도체 칩 트레이의 사출시 수지의 유동성을 향상시키게 하여 수지 내의 잔유 응력을 최소화하기 위해서 사용될 수 있는 첨가제이다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 흔히 윤활제로서 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들면, 칼슘-스테아레이트, 징크-스테아레이트, 징크-옥사이드 등과 같은 것들이 있다.
상기 산화 방지제는 수지 조성물의 산화를 방지하기 위해서 수지 조성물의 제조시 사용될 수 있는 첨가제인데, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 흔히 산화 방지제로서 사용되는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들면, 페닐계 화합물 또는 아민계 화합물 등과 같은 것들이 있다.
상기 안정제는 내열 안정제, 자외선 안정제 등과 같은 것들이 있는데, 내열 안정제로는 페놀계 화합물, 아민계 화합물 등을 사용할 수 있고, 자외선 안정제로는 벤조페놀계 화합물, 벤조트리아졸계 화합물 등이 있지만, 본 발명에 사용할 수 있는 안정제가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 수지 조성물을 제조하기 위해서 사용하는 원료통과 압출기 등을 개략적으로 도시한 것이다.
원료통(111, 112, 113)에 각 해당되는 원 재료를 투입하고, 정량 계량기(140)를 세팅하여 각 재료가 압출기(120) 내부로 일정한 투입속도와 투입량으로 투입되도록 한다. 압출기(120) 내부는 두 개의 스크류(130)로 구성되어 있는데, 스크류의 날개는 각 원재료가 혼합되는 속도와 압출되는 속도 등을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다. 각 원료통은 폴리페닐렌에테르와 내충격성의 폴리스티렌이 투입되는 원료통(111), 무기충진제가 투입되는 원료통(112), 탄소 나노 뉴브, 탄소 섬유 및 글라스 버블이 투입되는 원료통(113)이다. 도시하지는 않았지만 이 외에 첨가제가 투입되는 원료통을 적절한 위치에 설계하여 배치함으로써 선택적으로 첨가제를 투입하도록 할 수 있다.
투입된 원료들은 화살표 방향으로 혼합되고 압출되는데, 1차적으로 폴리페닐렌에테르와 내충격성의 폴리스티렌에 혼합되고 반응된 후, 다른 원료통(112)을 통해서 투입된 무기충진제와 함께 다시 혼합된다. 그 다음, 또 다른 원료통(113)을 통해서 투입된 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유 및 글라스 버블과 함께 혼합된 후, 유출구(150)를 통해서 압출된 혼합물이 유출된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 수지 조성물의 제조 방법의 흐름도가 개시된다.
먼저, 원재료를 각 원료를 압출기와 연결된 해당 원료통에 각각 공급한다(S100). 압출기는 정량 압출기로서, 각 원료가 압출기 내부로 투입되는 양과 그 속도를 결정해서 세팅해 둘 수 있다.
투입된 원료들은 압출기 내부에서 혼합되면서 흘러가게 되는데, 먼저 폴리페닐렌에테르와 내충격성 폴리스티렌이 1차 혼합하고 반응하여 제1 혼합물을 형성하고(S200), 그 다음, 제1 혼합물과 무기 충진제가 혼합하여 제2 혼합물을 형성한다(S300). 그 다음, 제2 혼합물과 탄소 나노 튜브, 탄소 섬유 및 글라스 버블을 혼합하여 제3 혼합물을 형성한다(S400). 또는 상기 제1 혼합물을 형성하는 단계(S200), 제2 혼합물을 형성하는 단계(S300) 및 제3 혼합물을 형성하는 단계(S400)는 동시에 수행될 수도 있다(미도시).
그 다음, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 제3 혼합물을 형성한 후 선택적으로 첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계를 더 추가할 수도 있다.
압출기의 압출 온도는 200℃ 내지 350℃의 범위 이내인 것이 바람직한데, 압출 온도가 200℃보다 낮아지면 압출기 내부의 혼합물들이 굳어버리기 때문에 압출에 문제가 생긴다. 압출 온도가 350℃보다 커지면, 압출 이후 냉각 과정에서 냉각 시간이 길어지면서 문제가 발생할 수 있기 때문에, 압출 온도는 200℃ 내지 350℃의 범위 이내인 것이 바람직하다.
형성된 제3 혼합물은 압출기의 유출구를 통해서 압출이 되고(S500), 압출된 후 냉각 과정을 거친다(S600).
냉각시의 냉각 온도는 50℃ 내지 70℃의 범위 이내인 것이 바람직하고, 냉각은 먼저 압출된 혼합물을 물과 접촉시켜서 수냉시킨 후에 공기 중에서 공냉시켜서 냉각시키는 것이 바람직하다. 도면에는 도시하지 않았지만, 도 1의 압출기 이후 공정에서, 압출기의 유출구에 연결되도록 물이 담긴 수조를 배치하여 둠으로써, 압출된 혼합물이 압출된 즉시 수조의 물과 접촉하여 즉시 냉각되도록 한 후, 공기 중에서 서서히 냉각되도록 하는 것이 바람직하다. 수냉시간은 짧은 것이 좋은데, 이는 수냉을 길게 하면 압출물이 수분을 다량 흡수하게 되어 최종 성형공정시에 기포가 많이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 수냉없이 공기 중에서만 냉각 시킬 경우에는 냉각 시간이 너무 길어져서 공정에 바람직하지 못하다. 따라서, 적절한 수냉과 공냉을 조화시키는 것이 바람직하다.
냉각 과정을 거친 압출물은 압출물 내부에 포함되어 있는 수분을 증발시키기 위해서 건조과정을 거친다(S700). 건조 과정에서 건조 온도는 100℃ 내지 130℃의 범위 이내이고, 건조 시간은 2시간 내지 5시간의 범위 이내인 것이 바람직하며, 특히 도면에는 도시되어 있지 않지만, 건조 단계에서 제습기를 이용해서 제습과 동시에 건조를 하는 것이 바람직하다. 제습을 하지 않으면 최종 성형 제품에 수분이 함유되어 가스가 발생하거나 성형 제품이 변형하거나 휘는 현상이 발생할 수 있고 또는 성형이 되지 않는 문제점도 발생할 수 있기 때문에 건조 과정에서 제습을 하는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 수지 조성물을 압출한 후 이를 펠렛 형태로 성형한 것을 사진으로 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 수지 조성물을 압출한 후 이를 반도체 칩용 트레이로 제작한 것을 사진으로 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예 및 그의 비교예들을 상술하고, 이의 물성들을 테스트하여 본 발명에 따른 수지 조성물의 효과를 보이고자 한다.
{ 실시예 }
실시예 1
폴리페닐렌에테르(아사히, S202A), 내충격성 폴리스티렌(BASF, 576H), 탄소 나노 튜브(NANOCYL, NC7000), 탄소 섬유(ZOLTEK, 미래(3010)), 글라스 버블(3M, S60HS), 탈크(렉셈, NA1000), 유리 섬유(NEG, T289), 분산제(BYK-P 4102)를 준비하고, 첨가제로서 윤활제를 준비하였다. 준비된 성분들을 원료통인 호퍼에 투입하였다. 호퍼에 투입된 원료들은 정량공급되도록 세팅된 정량공급장치를 통해서, 최종 압출되는 조성물의 총중량에 대해서, 폴리페닐렌에테르 56중량%, 내충격성 폴리스티렌 12중량%, 탄소 나노 튜브 2 중량%, 탄소 섬유 6 중량%, 글라스 버블 13 중량%, 탈크 5 중량%, 유리 섬유 5 중량%, 분산제 1 중량%가 되도록 세팅하어 압출기로 공급하였다. 압출기는 2중 스크류 타입의 압출기로서, 각 원료들은 도 1에 도시된 바와 같은 압출기 장치를 통해서 서로 다른 곳으로 투입되고, 압출기 내부의 2개의 스크류가 서로 맞물려 돌아가면서 각 원료를 혼용시켜주었다. 압출기의 압출 조건은 헤드 부분의 온도를 210℃로 하고, 최종 압출시의 온도를 290℃로 하였으며, 압출기의 압출 속도는 시간당 300kg이 압출되도록 설정하였다. 압출기를 통해 압출된 최종 혼합물을 수조 온도 60℃인 수조에서 20cm가량 수조 내부의 물에 접촉하도록 수냉한 후 공기 중에서 공냉하여 냉각시켰다. 그 다음, 제습기를 이용해서 120℃의 온도를 유지하면서 4시간 건조시켜 최종 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
실시예 2
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 내충격성 폴리스티렌 15중량%, 글라스 버블 10 중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
실시예 3
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 탄소 섬유 8 중량%, 글라스 버블 6 중량%, 유리 섬유 7 중량%, 탈크 8 중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 개질 폴리페닐렌에테르를 펠렛 형태로 제조하였다.
비교예 1
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 폴리페닐렌에테르를 65 중량%, 내충격성 폴리스티렌 20중량%, 탄소 나노 튜브 1 중량%, 탄소 섬유 2 중량%, 글라스 버블 2 중량%, 유리 섬유 2 중량%, 분산제 1 중량%, 탈크 7 중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
비교예 2
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 폴리페닐렌에테르를 65중량%, 내충격성 폴리스티렌 15중량%, 탄소 나노 튜브 1 중량%, 탄소 섬유 4 중량%, 글라스 버블 0 중량%, 유리 섬유 4 중량%, 분산제 1 중량% 및 탈크 10 중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 개질 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
비교예 3
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 폴리페닐렌에테르를 65 중량%, 내충격성 폴리스티렌 15중량%, 탄소 나노 튜브 1 중량%, 탄소 섬유 0 중량%, 글라스 버블 3 중량%, 유리 섬유 5 중량%, 분산제 1 중량%, 탈크 10 중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
비교예 4
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 폴리페닐렌에테르를 60 중량%, 내충격성 폴리스티렌 20 중량%, 탄소 섬유 2 중량%, 탄소 섬유 0 중량%, 글라스 버블 5 중량%, 유리 섬유 6 중량%, 분산제 1 중량%, 탈크 10중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
비교예 5
압출기로 정량공급시키는 원료 성분들의 함량을 폴리페닐렌에테르를 55 중량%, 내충격성 폴리스티렌 15 중량%, 탄소 섬유 2 중량%, 탄소 섬유 15 중량%, 글라스 버블 0 중량%, 유리 섬유 2 중량%, 분산제 1 중량%, 탈크 10 중량%로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 같은 방법으로 최종 수지 조성물을 펠렛 형태로 제조하였다.
상기 제조된 개질 폴리페닐렌에테르의 원료 성분 함량비를 표로 나타내면 다음과 같다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5
폴리프로필렌에테르
(중량%)		 56 56 56 65 65 65 60 55
내충격성 폴리스티렌
(중량%)		 12 15 12 20 15 15 20 15
탄소나노튜브
(중량%)		 2 2 2 1 1 1 2 2
탄소 섬유
(중량%)		 6 6 8 2 4 0 0 15
글라스 버블
(중량%)		 13 10 6 2 0 3 5 0
유리 섬유
(중량%)		 5 5 7 2 4 5 6 2
분산제
(중량%)		 1 1 1 1 1 1 1 1
탈크
(중량%)		 5 5 8 7 10 10 10 10
테스트
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 비교예 5에 의해서 제조된 반도체 칩 트레이용 수지 조성물의 물성을 테스트 하기 위해서 다음과 같은 테스트를 하였다.
1. 후수축 테스트
버니어 캘리퍼스(vernier caliper)를 이용하여 측정하였으며, 소수점 둘째자리까지 측정하였다.
후수축 테스트는 상기 제조된 수지 조성물의 제조 과정에 있어서, 최종 건조 후 수축 정도를 측정하여, 제품으로 제조하였을 경우 변형 정도를 예상하기 위한 테스트 과정이다. 후수축 테스트에 있어서, 수축이 클수록 성형된 제품으로 사출한 이후 변형 정도가 커지는 등의 문제점이 발생하며, 그 한계 범위는 0.10mm이다.
표 2를 참조하면, 후수축 테스트의 결과, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해서 제조된 실시예 1, 2 및 3의 경우, 최종 수지 조성물의 건조 후 수축되는 정도가 각각 0.07mm, 0.09mm, 0.07mm로서 양호한 편임을 알 수 있다. 반면에 비교예 1, 4, 및 5의 수지 조성물의 경우, 후수축 허용범위인 0.1mm를 초과하므로 바람직한 조성이 아님을 알 수 있다.
2. 인장 테스트
ASTM 규격에 맞는 시편을 제작하여 UTM이라는 측정 장비로 측정하였다. UTM(Universal Testing Machine)을 이용해서 ASTM 규격에 맞는 인장시편에 서서히 인장하중을 가하여 시편의 인장강도를 측정한 결과를 N/mm2의 단위를 사용하여 표 2에 나타내었다. 인장 강도의 허용 가능한 범위는 120N/mm2이다. 표 2를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1, 2 및 3의 수지 조성물의 인장 강도는 각각 130N/mm2~140N/mm2로서 양호한 범위 내에 있음을 알 수 있다. 반면에, 비교예 1 내지 4의 경우, 최종 수지 조성물의 인장 강도는 모두 120N/mm2미만이며, 따라서 허용 범위가 아님을 알 수 있다.
3. 사출 압력 테스트
제품의 흐름성과 연관성이 있는데, 사출 피딩 압력을 결정지으며, 사출압이 높을수록 흐름성이 떨어지는 특성이 있다. 사출 피딩 압력은 kg 중 단위를 사용하고, 100kg중이 기준이 되며, 이 기준값이하이면 사출 이후 성형이 가능하지만, 이 기준값을 초과하면 사출 이후 성형이 불가능하므로 제품으로 제조하는 것이 곤란해 진다.
표 2를 참조하면, 실시예 1, 2 및 3의 경우, 사출 압력이 기준값인 100kg중에 해당되므로 허용가능함을 알 수 있다.
4. HDT(Heat Distortion Temperature) 테스트
열변형 온도는 주어진 시간 동안 화합물이 하중을 견딜 수 있는 최대 온도를 표시하는 것으로, 제품의 후수축 및 W/P를 결정 지으며, 베이크 특성을 짓는다. 본 출원인이 요구하는 특성에 부합되기 위해서는 150℃ 건조용 펠렛 형태인데, 따라서, 열변형 온도는 150℃ 보다 20℃ 내지 25℃가 높은 온도일 것이 요구되고, 안정적으로는 25℃ 이상 높은 온도로서 175℃ 이상의 높은 온도일 것이 요구된다. 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 3의 수지 조성물의 경우, 열변형 온도가 각각 175℃ 내지 180℃로서 허용 가능한 범위 이내임을 알 수 있다. 반면, 비교예 1 내지 5는 모두 기준 범위에 미치지 못함을 알 수 있다.
5. 도전성 테스트
도전성 측정기기로서 키슬리사제인 KEITHLEY 6512A를 사용하여 상기 실시예 1, 2 및 3과 비교예 1 내지 비교예 5에 따른 각 시편들의 도전성을 측정하였다. 저항측정기로 E4 내지 E10까지의 범위를 가지고 있으며, 제품 사출 트레이의 각 시편들의 양 끝부분의 표면 저항을 측정한 값으로서 단위면적당 O의 저항값을 측정한 것이다. 본 발명에 따른 수지 조성물은 반도체 칩 트레이로 사용되는 것을 목적으로 하므로, 반도전성을 띄는 E4 내지 E10의 저항값 범위 내에 있을 필요가 있으며, 이 값들 중에서는 표면 저항값이 작을수록 선호되므로, 본 출원인이 지향하는 값은 E4의 저항값을 갖는 시편이다. 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2 및 3의 수지 조성물은 E4로서 본 출원인이 필요로 하는 값에 해당함을 알 수 있다. 반면, 비교예 1 및 내지 3은 저항값이 E10 이상이며, 비교예 5는 E2로 반도전성의 측정 범위를 벗어나므로 적절하지 못함을 알 수 있다.
상기 테스트의 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예 5
후수축(㎜) 0.07 0.09 0.07 0.18 0.09 0.09 0.17 0.12
인장강도
(N/mm2)		 135 137 138 110 110 110 110 135
사출압력
(kg중)		 100 100 100 80 90 100 100 110
HDT(℃) 178 177 178 168 172 172 168 172
도전성
(Ω/square)		 E4 E5 E4 E12 E10 E12 E6 E2
상기 표 2에 나타난 결과를 참조하면, 건조 후 수축값, 인장강도, 사출압력, 열변형 온도 및 도전성 등의 5가지 테스트 모두에서 그 측정값이 허용 범위 내에 있는 것은 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 수지 조성물뿐임을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 각 성분들이 일정 성분비의 함량으로 포함되어 있는 수지 조성물이 반도체 칩 트레이용으로 사용되기에 적절한 물성, 즉, 치수 안정성, 금형 수축율, 충격 강도, 인장 강도, 굴곡 강도, 굴곡 탄성율, 비중, 신율, 열변형 온도, 도전성 등과 같은 물성에서 적절한 값을 갖는 재료임을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
111, 112, 113...원료통 120...압출기
130...스크류 140...정량 계량기
150...유출구

Claims (19)

  1. 반도체 칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서,
    폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%;
    내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%;
    탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 2 중량%;
    탄소 섬유 4 내지 8 중량%;
    글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%;
    무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량%; 및
    분산제 0.5 중량% 내지 1 중량%;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무기 충진제는 유리 섬유, 탈크, 마이카, 점토, 탄산칼슘, 황산바륨, 세라믹 또는 이 중 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 반도체 칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서,
    폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량%;
    내충격성의 폴리스티렌 10 중량% 내지 20 중량%;
    탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 3 중량%;
    탄소 섬유 4 내지 8 중량%
    글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%;
    무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량%; 및
    분산제 0.5 중량% 내지 1 중량%;
    를 포함하는 수지 조성물을 기본 재질로 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체칩용 트레이.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무기 충진제는 유리 섬유, 탈크, 마이카, 점토, 탄산칼슘, 황산바륨, 세라믹 또는 이 중 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 반도체 칩용 트레이.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. a) 반도체칩 트레이용 수지 조성물 총 중량에 대해서, 폴리페닐렌에테르 50 중량% 내지 65 중량% 및 내충격성의 폴리스티렌 10 내지 20 중량% 및 분산제 0.5 중량% 내지 1 중량%를 혼합하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
    b) 상기 제1 혼합물에 무기 충진제 10 중량% 내지 20 중량%를 첨가하고 혼합하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
    c) 상기 제2 혼합물에 탄소 나노 튜브 1 중량% 내지 3 중량%, 탄소 섬유 4 중량% 내지 8 중량%, 글라스 버블 5 중량% 내지 15 중량%를 첨가하고 혼합하여 제3 혼합물을 제조하는 단계;
    d) 상기 제3 혼합물을 압출하는 단계;
    e) 상기 압출된 혼합물을 냉각시키는 단계; 및
    f) 상기 냉각된 혼합물을 건조시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 a) 단계, b) 단계 및 c) 단계는 동시에 또는 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  11. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 a) 단계, b) 단계, c) 및 d) 단계에서 상기 성분들의 혼합 및 압출은 정량 압출기를 이용하는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  12. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계에서, 압출 온도는 200℃ 내지 350℃의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  13. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    e) 단계에서, 냉각 온도는 50℃ 내지 70℃의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  14. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 e) 단계는, 상기 단계에서 압출된 압출물을 물과 접촉시켜서 냉각시키는 수냉 방법 및 공기 중에서 냉각시키는 공냉 방법을 순차적으로 시행하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  15. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 f) 단계는, 건조 온도는 100℃ 내지 130℃의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  16. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 f) 단계는, 건조 시간은 2 내지 5 시간의 범위 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  17. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 f) 단계는, 건조가 이루어지는 동안 제습이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  18. 제9항에 또는 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계 전에 첨가제를 첨가하여 혼합시키는 단계를 더 포함하며,
    상기 첨가제는 윤활제, 산화방지제, 안정제 또는 이중 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 반도체 칩 트레이용 수지를 제조하는 방법.
  19. 삭제
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