KR101309817B1

KR101309817B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자

Info

Publication number: KR101309817B1
Application number: KR1020100131031A
Authority: KR
Inventors: 나우철; 엄태신
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2013-09-23
Also published as: KR20120069473A

Abstract

에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 착색제를 포함하는 조성물이고, 0.05 중량 % 내지 1 중량 % 포함되는 카본 블랙(carbon black); 및 0.01 중량% 내지 3 중량% 포함되는 철산화물-운모 혼합물을 상기 착색제로 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉한 반도체 소자를 제시한다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자{EMC composition and semiconductor device by using the same}

본 발명은 반도체 패키지(package) 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 레이저 마킹(laser marking)성이 개선된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지(EMC) 조성물 및 이를 이용하여 패키지로 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

반도체 제조 과정을 통해 제조된 반도체 칩(chip)를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 밀봉용 에폭시 수지(EMC) 조성물로 반도체 소자를 밀봉하여 패키지를 형성하고 있다. 반도체 소자 패키지에 제조회사, 제품명, 제조번호 등의 제품 정보를 기록하기 위해, 성형된 에폭시 수지 밀봉재 표면에 마킹(marking)이 요구된다. 레이저(laser)를 사용하여 반도체 소자 패키지의 밀봉재 표면에 마킹이 행해지고 있다.

레이저 마킹된 형상의 식별을 위해서 마킹 콘트라스트(marking contrast)를 개선하는 것이 요구되고 있다. 이러한 마킹 콘트라스트의 개선을 위해서, EMC 조성물에 카본블랙(carbon black)을 착색제로 첨가하고 있다. 그런데, 마킹 공정의 비용절감을 위해 레이저 출력을 낮출 경우 마킹 콘트라스트 저하가 발생될 수 있다. 또한, FBGA(Fine pitch Ball Grid Array), BOC(Board On Chip) 등의 맵(map) 타입의 단면 몰딩 기판(substrate) 패키지에 레이저 마킹을 수행할 때, 기판이 휘어지는 현상에 의해 균일한 깊이로 마킹이 이루어지기 힘들어, 마킹 콘트라스트(contrast)의 저하가 유발될 수 있다.

이러한 마킹 콘트라스트의 저하를 카본블랙의 함량, 입도분포 등을 제어하여 보상하고자 노력하고 있으나, 카본블랙을 과량 첨가할 경우, EMC의 전기적인 절연성을 저감시킬 수 있고, 또한, 마킹 시 그을음 발생의 증가로 마킹 부위의 오염에 의해 마킹 형상 또는 문자의 식별이 어려워질 수 있다.

본 발명은 선명한 마킹을 제공할 수 있어 레이저 마킹 성능을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 패키지로 밀봉된 반도체 소자를 제시하고자 한다.

본 발명의 하나의 관점은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 착색제를 포함하는 조성물이고 상기 착색제는 상기 조성물에 대해 0.05 중량 % 내지 1 중량 % 포함되는 카본 블랙(carbon black); 및 상기 조성물에 대해 0.01 중량% 내지 3 중량% 포함되는 철산화물-운모 혼합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제시한다.

상기 에폭시 수지는 상기 조성물에 대해 2 중량 % 내지 15 중량 % 포함되고, 상기 경화제는 상기 조성물에 대해 0.5 중량 % 내지 12 중량 % 포함되고, 상기 무기 충전제는 상기 조성물에 대해 70 중량 % 내지 95 중량 % 포함될 수 있다.

상기 철산화물-운모의 혼합물은 상기 조성물에 대해 0.02 중량 % 내지 2.0 중량 % 포함될 수 있다.

상기 철산화물-운모의 혼합물은 상기 조성물에 대해 0.05 중량 % 내지 1.0 중량 % 포함될 수 있다.

상기 철산화물-운모의 혼합물은 상기 운모의 표면에 철산화물이 흡착된 상태의 혼합물이고, 상기 철산화물은 상기 철산화물-운모의 혼합물에 대하여 50 중량% 내지 90중량%로 포함될 수 있다.

상기 철산화물은 상기 철산화물-운모의 혼합물에 대하여 60 중량% 내지 80중량%로 포함될 수 있다.

상기 철산화물과 상기 운모는 65 : 35 중량 비 내지 77 내지 23 중량비로 혼합된 혼합물일 수 있다.

상기 카본 블랙은 상기 조성물에 대해 0.08 중량 % 내지 0.7 중량 % 포함될 수 있다.

상기 카본 블랙은 상기 조성물에 대해 0.1 중량 % 내지 0.5 중량 % 포함될 수 있다.

본 발명의 다른 일 관점은, 상기 반도체 소자 밀보용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 패키지(package)로 밀봉한 반도체 소자를 제시한다.

본 발명은 카본블랙과 함께 운모 철산화물의 혼합물을 착색제로 첨가한 EMC 조성물을 제시한다. 카본블랙의 함량을 증가시키지 않고서도, 마킹 콘트라스트의 개선을 구현할 수 있어, 마킹 시 레이저의 출력을 유효하게 감소시키고 그을름과 같은 오염원의 발생을 억제시키면서도 보다 선명한 마킹을 구현할 수 있다.

본 발명의 EMC 조성물은 우수한 레이저 마킹성을 제공하기 위해서, 에폭시 수지, 경화제, 무기충전제, 및 착색제를 포함할 수 있다. 레이저 마킹 시 마킹 콘트라스트의 개선을 위해서 착색제에 철산화물(Fe₃O₄) 및 운모의 혼합물을 0.01 중량% 내지 3 중량% 정도 첨가한다. 철산화물은 운모의 표면에 흡착된 상태로 혼합물에 포함되며, 머크사의 Lazerflairⓡ 835 제품과 같이 철산화물과 운모의 혼합물 형태로 사용될 수 있다.

철산화물과 운모의 혼합물

철산화물과 운모의 혼합물은 카본 블랙과 함께 EMC에 첨가될 수 있으며, 카본 블랙의 첨가량을 감소시키는 효과를 유도할 수 있다. 카본 블랙의 첨가량을 감소시킴에도 불구하고, 마킹 콘트라스트를 개선할 수 있고, EMC의 전기 절연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 카본 블랙의 감소에 의해 레이저 마킹 시 그을름의 발생을 억제할 수 있어, 마킹에의 오염을 유효하게 억제할 수 있다. 따라서, 출력이 강한 야그(YAG) 레이저 뿐만 아니라, 출력이 낮은 탄산가스 레이저에도 우수한 마킹성 또는 마킹 선명도를 얻을 수 있다.

철산화물과 운모의 혼합물은 수지 밀봉 시의 성형성 및 반도체 소자에의 마킹 특성 측면에서 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.01중량% 내지 3중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 0.02중량% 내지 2중량%로 사용하는 것이 보다 바람직하며, 0.05중량% 내지 1중량%로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

철산화물과 운모의 혼합물은 운모 표면에 철산화물이 흡착된 상태이게 되며, 레이저 마킹에 의해 운모 자체의 색조 및 광택이 노출되게 되어, 레이저 마킹된 부분의 색조가 백색으로 강화되게 유도한다. 이에 따라, 마킹의 콘트라스트를 높여 마킹성이 개선되도록 할 수 있다. 이러한 마킹성의 개선 효과는 운모에 대한 철산화물의 비율에 따라 달라질 수 있으며, 운모 : 철산화물의 비율이 1 : 9 내지 5 : 5 범위 내인 것이 바람직하며, 2 : 8 내지 4 : 6인 것이 보다 바람직하다. 운모의 비가 많아질 경우 운모 자체의 색조의 강화에 의해 EMC에 카본블랙을 첨가하여 검은 색조를 띄게 한 효과를 저하시켜 마킹 콘트라스트가 저하될 수 있고, 운모의 비가 적을 경우 레이저 마킹된 부분에서의 백색 강화 효과를 저하시킬 수 있다.

머크사의 Lazerflairⓡ 835 제품의 철산화물-운모 혼합물의 경우 운모가 중량 %로 23.0 내지 35 중량 % 함유되고, 철산화물은 65.0 내지 77 중량 % 함유될 수 있으며, 철산화물-운모 입자의 입경 분포는 15.0㎛ 이내의 입자들이 80% 분포를 가질 수 있다.

카본블랙

철산화물과 운모의 혼합물과 함께 착색제로 카본블랙이 EMC에 첨가된다. 카본블랙은 마킹에 사용되는 레이저 광을 흡수, 연소, 증발하여 에폭시수지, 경화제, 무기 충전제, 운모 등을 노출시켜, 레이저 광이 조사되지 않은 부분과의 색 콘트라스트를 높여 마킹된 문자를 식별하게 유도한다. 카본블랙은 EMC 조성물이 검은 색을 띄게 하여, 레이저 마킹된 부분이 백색과 같은 유색조를 띄게 될 경우, 마킹 문자가 식별되도록 하게 EMC에 첨가된다. 카본블랙은 전체 EMC 조성물에 대하여 0.05 중량% 내지 1 중량% 로　첨가될 수 있으며, 0.08 중량% 내지 0.7 중량 % 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 중량 % 내지 0.5중량%로 첨가되어 마킹된 문자의 식별을 위한 콘트라스트를 높일 수 있다.

에폭시 수지

EMC에 사용되는 에폭시 수지는 반도체 소자의 밀봉재에 적용될 수 있다. 예컨대, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 비스페놀A 형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 선형지방족 에폭시 수지, 지환족 에폭시 수지, 복소환족 에폭시 수지, 스피로환을 포함하는 에폭시 수지 및 자일록형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지 등이 적용될 수 있으며, 두 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 에폭시 수지는 2 중량 % 내지 15 중량% 첨가될 수 있다.

경화제

경화제는 에폭시 수지와 반응하여 경화물을 만드는 수지로서, 예컨대, 페놀노볼락 수지, 크레졸노볼락 수지, 자일록형 페놀 수지, 페놀아랄킬형 페놀 수지, 다관능성 페놀 수지, 비스페놀A와 크레졸로부터 합성된 각종 노볼락 수지, 트리스(하이드록시페닐) 메탄, 디하이드록시 바이페닐 등 다양한 다가페놀 화합물, 무수 말레인산, 무수 프탈산 등의 산무수물 및 메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 디아미노이페닐설폰 등의 방향족 아민 등이 사용될 수 있다. 반도체 패키지의 내열성, 내습성 및 보존성 측면에서 페놀계 경화제가 바람직하며, 두 종류 이상의 경화제를 함께 사용할 수 있다. 경화제는 0.5 중량% 내지 12중량% 첨가될 수 있다.

무기 충전제

무기 충전제는 EMC 조성물의　기계적 물성의 향상을 위해 첨가된다. 용융 실리카, 결정성　실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등이 사용될 수 있으며, 저응력화를 위해 선평창 계수가 낮은 용융 실리카가 유효하게 사용될 수 있다.

무기 충전제는 EMC의 성형성, 저응력성, 고온 강도 등의 요구 물성에 따라 달리 적용될 있지만, EMC 조성물에　대하여　70 중량% 내지 95 중량%로 사용될 수 있으며, 보다 유효하게 82 중량% 내지 98 중량% 비율로　사용될 수 있다.

본 발명에 따른 EMC 조성물은 경화 촉진제나 커플링제, 응력 완화제 또는 난연제 등을 첨가제로 더 포함할 수 있다.

이상과 같은 원재료를 이용하여 EMC 조성물을 제조한다. 예컨대, 배합량을 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융 혼련한 후, 냉각, 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻을 수 있다. 본 발명에서 얻어진 EMC 조성물을 사용하여 저압 트랜스퍼 성형법이나 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로 반도체 소자를 밀봉할 수 있다. 이러한 EMC 성형에 의해 BOC, TSOP, FBGA 등과 같은 반도체 소자 패키지를 형성할 수 있다.

실시예

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 EMC 조성물을 착색제로 사용되는 철산화물-운모 혼합물의 함량을 표 1에 따라 첨가하여 실시예들에 따른 조성물들을 제조한다. 또한, 착색제로 카본블랙만을 사용한 비교예들의 EMC 조성물들을 제조한다. BOC(Board On Chip), TSOP(Thin Small Out Package), FBGA(Fine Pitch Ball Grid Array)의 제품에 EMC 조성물들을 적용하여 결과의 패키지들에 대햐 레이저 마킹을 실시하여 마킹 콘트라스트를 측정한다. 레이저 마킹은 파장 1060nm/ 120 μsec 펄스 폭/ 1.3 J/pulse의 레이저 빔 출력을 가지는 히타치사 야그 레이저 마킹 기기를 이용하여 수행되고, 또한, 1060nm 파장/ 12W 레이저 빔 출력의 마크텍코리아사의 탄산 가스 레이저 마킹 기기를 이용하여 수행된다. EMC에폭시 수지 조성물로 반도체 패키지를 성형한 후 레이저 마킹 공정을 거친 성형품의 외관을 광학 현미경과 육안으로 관찰하여, 양호/ 불량으로 판별한다.

구분	착색제			에폭시수지^주4)	페놀수지경화제^주5)	무기 충전제 (중량%)	적용 패키지^주6)	불량 여부
구분	카본블랙^주1 ⁾	철산화물-운모 혼합물^주2)	금속착염계안료^주3)	에폭시수지^주4)	페놀수지경화제^주5)	무기 충전제 (중량%)	적용 패키지^주6)	불량 여부
실시예1	0.25	0.05	0	O/B	P/X	88	BOC	양호
실시예2	0.15	0.15	0	O/M	P/X	88	BOC	양호
실시예3	0.1	1.0	0	O	P	82	BOC	양호
실시예4	0.25	0.1	0	O/B	P	86	TSOP	양호
실시예5	0.5	0.1	0	M/B	X/M	87	FBGA	양호
비교예1	0.5	0	0	O/B	P/X	87	BOC	불량
비교예2	0.25	0	0	O/B	P/X	87	BOC	불량
비교예3	0.04	0	0	O/B	P/X	87	BOC	불량
비교예4	0.25	0	0.1	O/B	P/X	87	TSOP	불량

주 1) 카본블랙: MA-600B, 미츠비시화학

주 2) 철산화물, 운모 혼합물: Lazerflair ⓡ 835, 머크사

주 3) 금속 착염계 안료: ORIPACS B-1, 오리엔트화학

주 4) O: 오르소 크래졸 노볼락형 에폭시수지(EOCN-1020-55, 일본화약)

B: 바이페닐형 에폭시수지(YX-4000, 제팬에폭시레진)

M: 페놀아랄킬형 에폭시수지(NC-3000, 일본화약)

주 5) P: 페놀노볼락 수지(HF-1, 메이와) 　　　　

　X: 자일록형 페놀수지(MEH-7800SS, 메이와) 　

M: 페놀아랄킬형 페놀수지(MEH-7851SS, 메이와)

표 1의 측정 결과를 고려하면, 철산화물-운모 혼합물이 0.05 내지 1.0 중량% 첨가될 때, 카본 블랙의 첨가량의 증가 없이 또한 실질적으로 카본 블랙의 첨가량을 줄이면서도, 마킹 콘트라스트의 증가 효과를 구현할 수 있다. 또한, 마킹 시 레이저의 버니에 의한 그을름의 발생을 유효하게 억제할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims

에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 착색제를 포함하는 조성물이고,
상기 착색제는
상기 조성물에 대해 0.05 중량 % 내지 1 중량 % 포함되는 카본 블랙(carbon black); 및
상기 조성물에 대해 0.01 중량% 내지 3 중량% 포함되는 철산화물-운모 혼합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지는
상기 조성물에 대해 2 중량 % 내지 15 중량 % 포함되고,
상기 경화제는
상기 조성물에 대해 0.5 중량 % 내지 12 중량 % 포함되고,
상기 무기 충전제는
상기 조성물에 대해 70 중량 % 내지 95 중량 % 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 철산화물-운모의 혼합물은
상기 조성물에 대해 0.02 중량 % 내지 2.0 중량 % 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제3항에 있어서,
상기 철산화물-운모의 혼합물은
상기 조성물에 대해 0.05 중량 % 내지 1.0 중량 % 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 철산화물-운모의 혼합물은
상기 운모의 표면에 철산화물이 흡착된 상태의 혼합물이고,
상기 철산화물은 상기 철산화물-운모의 혼합물에 대하여 50 중량% 내지 90중량%로 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제5항에 있어서,
상기 철산화물은 상기 철산화물-운모의 혼합물에 대하여 60 중량% 내지 80중량%로 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제5항에 있어서,
상기 철산화물과 상기 운모는 65 : 35 중량 비 내지 77 내지 23 중량비로 혼합된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 카본 블랙은
상기 조성물에 대해 0.08 중량 % 내지 0.7 중량 % 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제8항에 있어서,
상기 카본 블랙은
상기 조성물에 대해 0.1 중량 % 내지 0.5 중량 % 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀보용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 패키지(package)로 밀봉한 반도체 소자.