KR101505987B1 - Epoxy resin composition for sealing semiconductor device and semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 특정의 화학식 1로 표시되는 산 무수물을 포함하여 유동성의 저하가 발생하지 않으면서 내열성이 우수하여 고온의 무연 땜납에 의한 리플로우 솔더링 공정 후 크랙 및 박리가 발생하지 않고, 사전 도금된 리드프레임과 우수한 밀착성을 갖는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 상기 에폭시 수지 조성물을 이용한 반도체 장치는 리플로우 솔더링 공정 후에도 크랙 및 박리가 발생하지 않고, 반도체 장치의 신뢰성이 향상된다.The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a semiconductor device using the epoxy resin composition. The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to the present invention comprises an acid anhydride represented by the general formula (1) Cracks and peeling do not occur after the reflow soldering process by high temperature lead-free solder, and it has excellent adhesion with the pre-plated lead frame. Accordingly, the semiconductor device using the epoxy resin composition does not crack and peel even after the reflow soldering process, and reliability of the semiconductor device is improved.
반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물, 무연 땜납, 사전 도금된 리드프레임, 밀착성, 박리, 신뢰성 Epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, lead-free solder, pre-plated lead frame, adhesion, peeling, reliability
Description
본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상기 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 특정의 화학식 1로 표시되는 산무수물을 포함하여 유동성이 저하되지 않고, 내열성 및 리드 프레임과 밀착성이 향상되어 무연 땜납 조건하에서도 높은 신뢰성을 유지하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a semiconductor device using the epoxy resin composition. More particularly, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation contains an acid anhydride represented by the general formula (1) The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation and a semiconductor device which maintain high reliability even under lead-free solder conditions.
전자 기기의 소형화, 경량화, 고성능화에 따라 반도체 장치의 표면 실장화가 촉진되고 있으나, 땜납(Solder)에 포함되는 유해 물질인 납(Pb)에 대한 규제는 보다 강화되고 있다. 환경 유해 물질을 규제하는 로하스(Lohas)가 시행됨에 따라 2006년까지는 납을 특정 용도 이외에는 전폐하는 것이 요구되고 있다. 이에 따라 반도체 장치의 표면 실장은 무연(Pb-free)화가 진행되고 있다. 그러나 무연 땜납 의 융점은 종래에 사용되던 납-주석(Pb-Sn) 땜납에 비하여 높기 때문에 리플로우 솔더링(Reflow Soldering) 공정에서의 온도가 상승하게 된다. 이러한 리플로우 솔더링 공정의 온도 상승에 의하여 흡습한 수분은 폭발적으로 기화되고, 이로 인하여 반도체 소자, 리드 프레임(lead frame), 이너 리드(inner lead) 와 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC: Epoxy Molding Compound)와 같은 성형수지 사이에 박리가 발생하게 된다. 이러한 박리 현상은 반도체 장치의 신뢰성을 저하시키는 원인이 된다.As the size, weight, and performance of electronic devices have been reduced, surface mounting of semiconductor devices has been promoted. However, restrictions on lead (Pb), which is a harmful substance contained in solder, have been strengthened. With the implementation of Lohas, which regulates environmentally harmful substances, by 2006, it is required to completely eliminate lead in certain applications. As a result, lead-free (Pb-free) surface mounting of the semiconductor device is progressing. However, since the melting point of the lead-free solder is higher than that of the conventional lead-tin (Pb-Sn) solder, the temperature in the reflow soldering process is increased. Moisture absorbed by the temperature rise of the reflow soldering process is explosively vaporized, and as a result, the semiconductor device, the lead frame, the inner lead, and the epoxy molding compound (EMC) Peeling occurs between the molding resin. Such a peeling phenomenon causes the reliability of the semiconductor device to deteriorate.
또한 종래에 리드 프레임에 대한 리드 피니쉬 공정(lead finish process)에 적용되던 주석-납 도금도 점차 무연화가 진행되고 있다. 이에 따라 사전 도금된 리드 프레임(PPF: Pre Plated lead Frame)이 대안으로 제시되고 있는데, 기존 구리(Cu) 계열 또는 합금 42(Alloy 42) 계열 리드 프레임에 비하여 에폭시 몰딩 컴파운드와 같은 성형수지와의 계면 부착력이 낮아 박리가 발생하는 등 반도체 장치의 신뢰성을 저하시키고 있다.In addition, tin-lead plating, which was conventionally applied to a lead finish process for a lead frame, is gradually progressing to lead-free. As a result, a preplated lead frame (PPF) has been proposed as an alternative. As compared with a conventional copper (Cu) series or Alloy 42 series lead frame, an interface with a molding resin such as an epoxy molding compound The adhesive force is low and peeling occurs, thereby lowering the reliability of the semiconductor device.
이러한 무연 땜납을 이용하는 리플로우 솔더링 공정에서 반도체 장치의 신뢰성 저하를 개선하기 위한 기술은 에폭시 수지 조성물에 무기 충진제의 함량을 증가시켜서 저흡습화, 고강도화, 및 저열수장화를 달성하여 내솔더 리플로우성(Solder reflow resistance)을 향상시키나 저 용융 점도의 수지를 사용하여 성형 시 저 점도에 의한 유동성을 확보하는 것이 일반적이었다.A technique for improving the reliability of a semiconductor device in a reflow soldering process using such a lead-free solder is to increase the content of the inorganic filler in the epoxy resin composition to achieve low moisture absorption, high strength and low heat resistance, (Solder reflow resistance), but it is common to use a resin having a low melt viscosity to ensure fluidity due to low viscosity during molding.
하지만 리플로우 솔더링 공정 후 반도체 장치의 신뢰성은 성형수지 조성물과 반도체 장치 내부에 존재하는 반도체 소자 및 리드프레임과의 접착력이 중요한 요소로서, 접착력이 약할 때는 계면에서 박리가 발생하고, 박리에 의해 반도체 장 치에 크랙이 발생한다.However, the reliability of the semiconductor device after the reflow soldering process is an important factor in the adhesion between the molding resin composition and the semiconductor elements and the lead frame existing inside the semiconductor device. When the adhesive force is weak, peeling occurs at the interface, Cracks occur in the teeth.
또한 종래에는 내솔더 리플로우성(Solder reflow resistance)을 향상시키기 위해 에폭시 수지 조성물에 감마글리시독시프로필트리메톡시 실란 또는 감마(메타아크릴옥시프로필트리메톡시) 실란 등의 실란 커플링제를 첨가하였으나, 최근 리플로우 솔더링 공정에서의 온도 상승 및 Ni-Pd 또는 Ni-Pd-Au 등으로 사전 도금된 리드프레임(PPF) 등의 사용으로 리드프레임과의 밀착효과가 우수한 아미노 실란 등의 강력한 전자 주게 타입(Elecrtron donating type)의 커플링제를 첨가하지 않을 수 없게 되었다.Further, conventionally, in order to improve the solder reflow resistance, a silane coupling agent such as gamma glycidoxypropyltrimethoxysilane or gamma (methacryloxypropyltrimethoxy) silane was added to the epoxy resin composition , The recent rise in temperature in the reflow soldering process and the use of lead frames (PPF) pre-plated with Ni-Pd or Ni-Pd-Au, etc., (Elecrtron-donating type) coupling agent.
하지만 이러한 커플링제의 첨가는 사전 도금된 리드프레임과의 밀착성 향상에는 효과가 있지만 이러한 효과를 위해서 첨가량의 증량이 필요하고, 그 결과 조성물의 유동성의 저하로 패키지의 미충진 및 와이어 스윕(wire sweep) 등의 문제가 발생한다.However, the addition of such a coupling agent is effective for improving the adhesion with the pre-plated lead frame. However, for this effect, it is necessary to increase the addition amount, and as a result, the filling property of the package and the wire sweep, And the like.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유동성의 저하가 발생하지 않으면서 내열성이 우수하여 고온의 무연 땜납에 의한 리플로우 솔더링 공정 후 크랙 및 박리가 발생하지 않고, 사전 도금된 리드프레임과 우수한 밀착성을 갖는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 장치를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a pre- An epoxy resin composition for semiconductor encapsulation having excellent adhesion and a semiconductor device using the same.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 산 무수물을 포함하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.The present invention provides, as means for solving the above problems, an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation comprising an acid anhydride represented by the following general formula (1).
상기 식에서,In this formula,
X는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기이고, X is a single bond or an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms,
R은 카르복시기이다.R is a carboxy group.
상기 화학식로 표시되는 산 무수물은 무수트리멜리트산인 것이 바람직하고, 전체 조성물 100 중량부에 대하여 001 내지 5 중량부인 것이 바람직하다.The acid anhydride represented by the above formula is preferably anhydrous trimellitic acid, and it is preferably 001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition.
또한 상기 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 전체 조성물 100 중량부에 대하여 에폭시 수지 2 내지 10 중량부, 페놀 수지 2 내지 10 중량부, 경화 촉진제 0.1 내지 0.3 중량부, 무기 충진제 80 내지 94 중량부, 및 난연제 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation preferably comprises 2 to 10 parts by weight of an epoxy resin, 2 to 10 parts by weight of a phenol resin, 0.1 to 0.3 parts by weight of a curing accelerator, 80 to 94 parts by weight of an inorganic filler, 0.5 to 5 parts by weight.
또한 상기 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 난연제는 징크 보레이트 및/또는 하이드로 탈사이트인 것이 바람직하다.The flame retardant contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation is preferably zinc borate and / or hydrotalcite.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지한 반도체 장치를 제공한다.The present invention provides, as still another means for solving the above problems, a semiconductor device encapsulated with an epoxy resin composition according to the present invention.
본 발명에 따라 특정의 화학식 1로 표시되는 산 무수물을 포함하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 유동성이 저하되지 않고, 내열성이 우수하여 고온의 무연 땜납에 의한 리플로우 솔더링 공정 후 크랙 및 박리가 발생하지 않는다. 또한 사전 도금된 리드 프레임과의 밀착성이 우수하다. 이에 따라 상기 에폭시 수지 조성물을 이용한 반도체 장치는 리플로우 솔더링 공정 후에도 크랙 및 박리가 발생하지 않고, 반도체 장치의 신뢰성이 향상된다.According to the present invention, the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation comprising an acid anhydride represented by the general formula (1) does not deteriorate in fluidity and has excellent heat resistance, so cracks and peeling do not occur after the reflow soldering process by high temperature lead- Do not. Also, it has excellent adhesion with pre-plated lead frames. Accordingly, the semiconductor device using the epoxy resin composition does not crack and peel even after the reflow soldering process, and reliability of the semiconductor device is improved.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 산 무수물을 포함하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 하기 화학식 1로 표시되는 산 무수물을 포함하여, 유동성이 저하되지 않고 내열성 및 사전 도금된 리드 프레임과 밀착성이 향상되는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 상기 에폭시 수지 조성물을 이용하는 반도체 장치는 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.The present invention relates to an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation comprising an acid anhydride represented by the following general formula (1). The present invention is characterized by including an acid anhydride represented by the following formula (1) in an epoxy resin composition for semiconductor encapsulation, which improves the adhesiveness to heat-resistant and pre-plated lead frames without deteriorating flowability. Accordingly, the semiconductor device using the epoxy resin composition can maintain high reliability.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
상기 식에서,In this formula,
X는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기이고, X is a single bond or an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms,
R은 카르복시기이다.R is a carboxy group.
상기 화학식 1로 표시되는 산 무수물은 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되어 에폭시 수지 조성물과 리드프레임과의 밀착성을 향상시키는 역할을 한다. 따라서 고온의 무연 땜납에 의한 리플로우 솔더링 공정에 적용하는 경우 수지 조성물과 반도체 소자의 계면 박리를 방지할 수 있다. 또한 상기 화학식 1로 표시되는 산 무수물은 종래의 구리 리드 프레임뿐만 아니라 Ni, Ag, Ni-Pd, 또는 Ni-Pd-Au 등으로 사전 도금된 리드 프레임(PPF: Pre Plated lead Frame) 과의 밀착성도 향상시키는 역할을 한다.The acid anhydride represented by the formula (1) is included in the encapsulating epoxy resin composition to improve the adhesion between the epoxy resin composition and the lead frame. Therefore, when applied to a reflow soldering process using a high-temperature lead-free solder, interface separation between the resin composition and the semiconductor device can be prevented. In addition, the acid anhydride represented by the above formula (1) has good adhesion to a lead frame (PPF: Pre Plated Lead Frame) pre-plated with Ni, Ag, Ni-Pd or Ni-Pd-Au as well as a conventional copper lead frame .
이러한 에폭시 수지 조성물과 리드 프레임의 밀착성 향상에 따라 반도체 장치의 내습 신뢰성, 내솔더 리플로우성(Solder reflow resistance)이 개선되고, 이에 따라 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킨다.As the adhesion between the epoxy resin composition and the lead frame is improved, the humidity resistance reliability and solder reflow resistance of the semiconductor device are improved, thereby improving the reliability of the semiconductor device.
이에 제한되는 것은 아니나, 보다 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 산 무수물은 X가 단일 결합인 무수트리멜리트산(TMA: TriMellitic Anhydride)인 것이 바람직하다.More specifically, the acid anhydride represented by the formula (1) is preferably trimellitic anhydride (TMA: TriMellitic Anhydride) in which X is a single bond.
본 발명에 따른 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 상기 화학식 1로 표시되는 산 무수물의 함량은 특별히 한정되지 않고, 전체 조성물 100 중량부에 대하여 0.001 내지 5 중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.0041 중량부 미만인 경우 수지 조성물과 리드프레임과의 밀착성을 향상시키는 효과가 불충분하고, 5 중량부를 초과하는 경우 수지 조성물의 유동성이 저하될 우려가 있다.The content of the acid anhydride represented by the above formula (1) in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to the present invention is not particularly limited and is preferably 0.001 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition. When the content is less than 0.0041 parts by weight, the effect of improving the adhesion between the resin composition and the lead frame is insufficient. When the content is more than 5 parts by weight, the resin composition may be deteriorated in fluidity.
본 발명에 따른 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 상기 산 무수물 이외에 전체 조성물 100 중량부에 대하여 a) 에폭시 수지 2 내지 10 중량부, b) 페놀 수지 2 내지 10 중량부, c) 경화 촉진제 0.1 내지 0.3 중량부, d) 무기 충진제 80 내지 94 중량부, 및 e) 난연제 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 산 무수물 이외에 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 각 구성 성분은 하기에 의하여 보다 구체화된다.The epoxy resin composition for semiconductor encapsulation according to the present invention may contain, in addition to the acid anhydride, a) 2 to 10 parts by weight of an epoxy resin, 2 to 10 parts by weight of a phenolic resin, c) 0.1 to 0.3 parts by weight of a curing accelerator , D) 80 to 94 parts by weight of an inorganic filler, and e) 0.5 to 5 parts by weight of a flame retardant. In addition to the acid anhydride, each component contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is further specified as follows.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 a) 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 가지는 모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 또는 폴리머(polymer) 등으로 분자량 및 분자 구조는 특별히 제한 되지 않는다. 이에 한정되는 것은 아니나, 비스페놀A형 에폭시 수지, 오르쏘-오르토크레졸노보락형 에폭시 수지, 나프톨노보락형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 또는 스틸벤형 에폭시 수지 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The epoxy resin (a) contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is a monomer, oligomer, or polymer having two or more epoxy groups in the molecule, and the molecular weight and molecular structure are not particularly limited Do not. But are not limited to, bisphenol A type epoxy resins, ortho-orthocresol novolak type epoxy resins, naphthol novolak type epoxy resins, phenol aralkyl type epoxy resins, dicyclopentadiene modified phenol type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, Or a stilbene-type epoxy resin may be used alone or in combination of two or more.
상기 에폭시 수지의 함량은 전체 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부인 것이 바람직하고, 3 내지 7 중량부인 것이 보다 바람직하다. 상기 함량이 2 중량부 미만인 경우 흐름성이 저하되어 와이어 수윕의 불량(금선 쏠림)이 발생할 우려가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 흡습량의 증가로 내솔더 리플로우 성(내 납땜성)이 저하될 우려가 있다.The content of the epoxy resin is preferably 2 to 10 parts by weight, more preferably 3 to 7 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total composition. If the content is less than 2 parts by weight, the flowability may be deteriorated to cause defects in wire sweep (wire migration). If the content exceeds 10 parts by weight, the solder reflow resistance (solder resistance) There is a concern.
또한 상기 에폭시 수지는 경화성 면에서 볼 때, 에폭시 당량은 100 내지 500 g/eq인 것이 바람직하다. 또한 내습 신뢰성을 고려하여 이온성 불순물인 나트륨 이온 또는 염소 이온이 적은 편이 바람직하다.In terms of curing properties, the epoxy equivalent of the epoxy resin is preferably 100 to 500 g / eq. It is also preferable that sodium ion or chloride ion, which is an ionic impurity, is small in consideration of moisture resistance reliability.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 b) 페놀수지는 분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 가지는 모노머, 올리고머 또는 폴리머 등으로, 분자량 및 분자 구조를 특별히 제한되지 않는다. 이에 한정되는 것은 아니나, 페놀 노볼락 수지, 페놀 아랄킬 수지, 테르펜 변성 페놀수지, 또는 디시클로펜타디엔 변성 페놀수지 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The b) phenol resin contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is a monomer, an oligomer or a polymer having two or more phenolic hydroxyl groups in the molecule, and the molecular weight and the molecular structure are not particularly limited. Phenol novolak resin, phenol aralkyl resin, terpene-modified phenol resin, dicyclopentadiene-modified phenol resin, etc. may be used alone or in admixture of two or more.
상기 페놀수지는 전체 조성물 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부인 것이 바람직하고, 3 내지 7 중량부인 것이 보다 바람직하다. 상기 함량이 2 중량부 미만인 경우 흐름성이 저하되어 와이어 수윕의 불량이 발생할 우려가 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 흡습량의 증가로 내솔더 리플로우 성이 저하될 우려가 있다.The phenolic resin is preferably 2 to 10 parts by weight, more preferably 3 to 7 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total composition. If the content is less than 2 parts by weight, flowability may be deteriorated to cause defects in wire sweep. If the content is more than 10 parts by weight, there is a fear that the solder reflow resistance is lowered due to an increase in the moisture absorption amount.
또한 본 발명에서 상기 페놀수지는 경화성 면에서 볼 때, 수산기 당량은 90 내지 250g/eq인 것이 바람직하다.In the present invention, the phenolic resin preferably has a hydroxyl equivalent of 90 to 250 g / eq in terms of curability.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 c) 경화 촉진제는 상기 에폭시 수지의 에폭시기와 페놀 수지의 페놀성 수산기의 반응을 촉진하는 것이면 특별히 제한되지 않고, 당업계에서 반도체 봉지용 조성물로 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들면 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7 등의 디아자비시클로 알켄 및 그 유도체; 트리부틸아민, 또는 벤질디메틸아민 등의 아민계 화합물; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류 화합물; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류 및 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 테트라페닐포스포늄·테트라나프토익애시드보레이트, 테트라페닐포스포늄·테트라나프토익옥시보레이트, 또는 테트라페닐포스포늄·테트라나프틸옥시보레이트 등의 테트라 치환 포스포늄·테트라 치환 보레이트 등을 들 수 있으며, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The curing accelerator c) contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is not particularly limited as long as it accelerates the reaction between the epoxy group of the epoxy resin and the phenolic hydroxyl group of the phenol resin and is used as a composition for semiconductor encapsulation in the art Can be used. Specific examples thereof include diazabicycloalkenes such as 1,8-diazabicyclo (5,4,0) undecene-7 and derivatives thereof; Amine-based compounds such as tributylamine and benzyldimethylamine; Imidazole compounds such as 2-methylimidazole and 2-phenylimidazole; Organic phosphines such as triphenylphosphine, diphenylphosphine and phenylphosphine, and organic phosphines such as tetraphenylphosphonium-tetraphenylborate, tetraphenylphosphonium tetranaphthoate acid borate, tetraphenylphosphonium tetranaphthoate oxyborate, Tetra-substituted phosphonium-tetra-substituted borates such as tetraphenylphosphonium tetranaphthyloxyborate, etc. These may be used singly or in combination of two or more.
상기 경화 촉진제의 함량은 전체 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.3 중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만인 경우 경화반응의 지연에 의한 미경화의 우려가 있고, 0.3 중량부를 초과하는 경우 과 경화에 의한 흐름성이 저하될 우려가 있다.The content of the curing accelerator is preferably 0.1 to 0.3 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition. When the content is less than 0.1 part by weight, there is a fear of uncured by the delay of the curing reaction. When the content is more than 0.3 part by weight, the flowability due to curing may be lowered.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 d) 무기 충진제는 일반적으로 반도체 봉지용 조성물에 사용되고 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 예를 들면, 융점 실리카, 구상 실리카, 결정성 실리카, 알루미나, 질화규소, 또는 질화알미늄 등을 들 수 있고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 상기 무기 충진제의 입경은 금형에의 충전성을 고려하여 150㎛ 이하인 것이 바람직하다.The inorganic filler (d) contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is not particularly limited as long as it is generally used in a semiconductor encapsulating composition. Specific examples thereof include melting point silica, spherical silica, crystalline silica, alumina, silicon nitride, or aluminum nitride, and these may be used singly or in combination of two or more. In the present invention, the particle size of the inorganic filler is preferably 150 탆 or less in consideration of the filling property with the mold.
또한 상기 무기 충진제의 함량은 전체 조성물 100 중량부에 대하여 80 내지 94 중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 80 중량부 미만인 경우 에폭시 수지 조성물의 흡습량이 증가하여 강도가 저하되고, 이로 인하여 리플로우 솔더링 과정후 밀착성이 떨어질 우려가 있다. 또한 상기 함량이 94 중량부를 초과하는 경우 유동성이 손실되어 성형성에 문제를 발생시킬 우려가 있다.The content of the inorganic filler is preferably 80 to 94 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition. If the content is less than 80 parts by weight, the amount of moisture absorbed by the epoxy resin composition increases and the strength of the epoxy resin composition decreases. As a result, the adhesiveness after the reflow soldering process may deteriorate. If the content is more than 94 parts by weight, fluidity may be lost, which may cause problems in moldability.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 e) 난연제는 특별히 제한되지 않으나 징크 보레이트(Zinc borate) 또는 하이드로 탈사이트(hydro talcite) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물에 상기 징크 보레이트 및 하이드로 탈사이트를 동시에 포함하는 경우 난연 효과 가 우수하여 충진제를 낮은 함량으로 포함하더라도 난연 기준을 만족시킬 수 있는 장점이 있다.The flame retardant contained in the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is not particularly limited, but zinc borate or hydrotalcite may be used alone or in combination. When the epoxy resin composition of the present invention contains zinc borate and hydrotalcite at the same time, it has an excellent flame retardant effect and can satisfy the flame retardancy criteria even if the filler is contained in a low content.
상기 징크 보레이트는 하기 화학식 2로 나타나는 화합물을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 하이드로 탈사이트는 하기 화학식 3으로 나타나는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.The zinc borate preferably includes a compound represented by the following formula (2), and the hydrotalcite preferably includes a compound represented by the following formula (3).
상기 징크 보레이트는 녹는점이 260℃ 이고, 내열성, 전기특성 및 내습성이 우수하며, 고온에서 탈수 반응이 일어나면서 흡열 현상을 보여 난연 효과 우수한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 징크 보레이트는 나트륨 불순물 농도를 10ppm 이하로 낮추어 고순도화된 것이 특징이며, 분해된 연소물이 안정적인 탄소층(Char)를 형성하여 기존 활로겐계 난연제 보다 뛰어난 난연 효과를 나타낸다.The zinc borate has a melting point of 260 ° C. and is excellent in heat resistance, electrical characteristics and moisture resistance, and exhibits an endothermic effect as a dehydration reaction takes place at a high temperature, thereby exhibiting excellent flame retarding effect. The zinc borate is characterized by high purity by lowering the sodium impurity concentration to 10 ppm or less. The decomposed combustible forms a stable carbon layer (Char) and exhibits a better flame retardant effect than the conventional flame retardant flame retardant.
상기 난연제의 함량은 전체 조성물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부가 바람직하다. 상기 함량이 0.5 중량부 미만인 경우 난연 효과를 얻기 어려운 문제점이 있고, 5 중량부를 초과하는 경우에는 유동성의 저하로 성형성이 나빠질 우 려가 있다.The content of the flame retardant is preferably 0.5 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition. When the content is less than 0.5 parts by weight, it is difficult to obtain a flame retardant effect. When the content is more than 5 parts by weight, moldability may deteriorate due to a decrease in flowability.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 상기 성분 이외에 반도체 봉지용 수지 조성물에 포함되는 커플링제, 착색제 각종의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 커플링제의 구체적인 예로는 에폭시 실란, 메르캅토 실란, 아미노 실란, 알킬 실란, 우레이드 실란, 또는 비닐 실란 등의 실란 커플링제; 티타네이트 커플링제; 및 알루미늄/지르코늄 커플링제 등이 있고, 상기 착색제의 구체적인 예로는 카본 블랙 또는 벵갈라 등의 유·무기염료가 있다.The epoxy resin composition according to the present invention may further contain various additives such as a coupling agent and a colorant included in the resin composition for semiconductor encapsulation, in addition to the above components. Specific examples of the coupling agent include silane coupling agents such as epoxy silane, mercapto silane, aminosilane, alkyl silane, ureide silane, or vinyl silane; Titanate coupling agents; And an aluminum / zirconium coupling agent, and specific examples of the coloring agent include organic and inorganic dyes such as carbon black and spinach.
또한 이러한 첨가제 이외에 스테아린산 또는 스테아린산 아연 등의 고급 지방산 또는 그 금속 염; 카르나바 왁스 등의 천연 왁스, 폴리에틸렌 왁스 등의 합성 왁스, 또는 파라핀 등의 이형제; 실리콘 오일 또는 실리콘 고무 등의 저응력화 성분; 브롬화 에폭시 수지, 3산화 안티몬, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브덴산 아연, 포스파젠 등의 난연제; 또는 산화 비스므스(Bi2O3) 수화물 등의 무기 이온 교환체 등의 여러 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.In addition to these additives, higher fatty acids such as stearic acid or zinc stearate or metal salts thereof; Natural waxes such as carnauba wax, synthetic waxes such as polyethylene wax, and release agents such as paraffin; Low stressing components such as silicone oil or silicone rubber; Flame retardants such as brominated epoxy resin, antimony trioxide, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, zinc borate, zinc molybdate, and phosphazene; Or an inorganic ion exchanger such as bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) hydrate.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 제조방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 상술한 조성 성분 및 그 외의 첨가제 등을 상온에서 균일하게 혼합한 후, 가열 롤, 니더, 또는 압출기 등으로 용융 혼련하고, 냉각 후 분쇄하여 제조할 수 있다. The method for producing the epoxy resin composition for semiconductor encapsulation of the present invention is not particularly limited and may be carried out by, for example, uniformly mixing the above-mentioned composition components and other additives at room temperature and then melt-kneading them with a heating roll, a kneader, Followed by cooling and pulverization.
본 발명은 또한 상기 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지한 반도체 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 유동성이 저하되지 않고, 내열성이 및 리드 프레임과의 밀착성이 우수하여 이를 이용한 반도체 장치는 무연 솔더에 의한 리플로우 솔더링 공정 후에도 크랙 및 박리가 발생하지 않아 신뢰성이 향상된다.The present invention also relates to a semiconductor device encapsulated with the above epoxy resin composition. The epoxy resin composition according to the present invention does not deteriorate the fluidity, has excellent heat resistance and adhesion to the lead frame, and therefore the semiconductor device using the epoxy resin composition does not crack or peel even after the reflow soldering process by the lead-free solder, .
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않고, 트랜스퍼 몰드, 컴프레션 몰드, 인젝션 몰드 등의 성형 방법으로 반도체 소자를 봉지하여 제조할 수 있다.The method for producing a semiconductor device using the epoxy resin composition of the present invention is not particularly limited and can be produced by encapsulating a semiconductor element by a molding method such as a transfer mold, a compression mold, or an injection mold.
이하 실시예 및 비교에를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 이는 발명의 구체적인 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
화학식 1의 산 무수물(BP AMOCO ㈜, TMA, 분자량 192) 0.4 중량부 이외에 a) 비페닐형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진 ㈜제, YX-4000HK, 융점 105℃, 에폭시당량 191) 5.2 중량부; b) 페놀 아랄킬 수지(메이와 ㈜제, MEH-7800-4S 연화점 61 ℃, 수산기 당량 169) 4.8 중량부; c) 트리페닐 포스핀 0.2 중량부, d) 구상 실리카 (평균입경 15㎛) 87.0 중량부; e) 징크보레이트 1 중량부, 하이드로 탈사이트 1 중량부; 카르나바 왁스 0.2 중량부; 산화 비스마스 수화물 0.1 중량부; 및 카본 블랙 0.1 중량부를 믹서에서 상온 혼합하고, 80∼100℃의 가열롤에서 용해 혼련 후, 냉각 후 분쇄하여, 에폭시 수지 조성물을 얻었다. 평가 결과를 하기 표 1에 나타낸다.A) biphenyl type epoxy resin (YX-4000HK, Japan Epoxy Resin Co., Ltd., melting point 105 占 폚, epoxy equivalent 191) 5.2 parts by weight, in addition to 0.4 part by weight of acid anhydride (BP AMOCO Co., b) 4.8 parts by weight of phenol aralkyl resin (MEH-7800-4S, softening point 61 ° C, hydroxyl equivalent 169, manufactured by Meiwa K.K.) c) triphenylphosphine 0.2 part by weight, d) spherical silica (average particle diameter 15 占 퐉) 87.0 parts by weight; e) 1 part by weight of zinc borate, 1 part by weight of hydrotalcite; 0.2 parts by weight of carnauba wax; 0.1 part by weight of bismuth oxide hydrate; And 0.1 part by weight of carbon black were mixed at room temperature in a mixer and dissolved and kneaded in a heating roll at 80 to 100 DEG C, followed by cooling and pulverization to obtain an epoxy resin composition. The evaluation results are shown in Table 1 below.
실시예Example 2 내지 3 및 2 to 3 and 비교예Comparative Example 1 내지 3 1 to 3
하기 표 1과 같이 각 성분의 일부를 첨가하지 않거나 부분 첨가하여 실시예 1과 동일하게 에폭시 수지 조성물을 제조하여 평가하였다. 평가결과를 하기 표 1에 나타내었다. 실시예 1 이외에 사용한 성분은 다음과 같다.An epoxy resin composition was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 by adding or not adding a part of each component as shown in Table 1 below. The evaluation results are shown in Table 1 below. The components used in Example 1 were as follows.
[오르쏘-오르토크레졸 노보락형 에폭시 수지(연화점 55℃, 에폭시 당량 196), 페놀 노볼락 수지(연화점 81℃, 수산기 당량 105), 아미노 커플링제(신에쯔 ㈜제, KBM-602 분자량 206.4)](Softening point: 55 占 폚, epoxy equivalent: 196), phenol novolac resin (softening point: 81 占 폚, hydroxyl equivalent: 105), amino coupling agent (Shinetsu Co., KBM-602 molecular weight: 206.4) ]
[평가 항목][Evaluation Items]
1. 내 1. My 솔더Solder 리플로우성( Reflowability ( SolderSolder reflowreflow resistanceresistance ))
트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 9.3Mpa, 경화시간 60초에서 160pLQFP (24mm × 24mm × 1.4 mm 두께)를 성형, 175℃에서 4시간 포스트 큐어한 후, 85℃, 상대습도 85%의 항온 항습조에서 168 시간 방치, IR 리플로우 처리(260℃, 3회)하여 내 솔더 리플로우성을 조사하였다. 처리후에 크랙, 박리의 발생이 없는 것을 합격으로 하였다. (N=36)160 pLQFP (24 mm x 24 mm x 1.4 mm thick) was molded using a transfer molding machine at a mold temperature of 175 DEG C, an injection pressure of 9.3 MPa, and a curing time of 60 seconds, post cure at 175 DEG C for 4 hours, % In a constant temperature and humidity bath for 168 hours and IR reflow treatment (260 ° C, 3 times) to investigate the solder reflow resistance. Cracks and peeling did not occur after treatment. (N = 36)
2. 2. 와이어wire 스윕( Sweep WireWire sweepsweep ))
트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 9.3Mpa, 경화시간 60초에서 10mil 의 Au 금선이 장착된 160pLQFP (24mm × 24mm × 1.4 mm 두께)를 성형후 X-ray를 이용하여 판별하였으며, 불량은 금선 본딩 포스트에서의 직선간 거리를 벗어난 호의 길이가 10% 이상 되면 불량으로 판별하였다. (N=10)160 pLQFP (24 mm x 24 mm x 1.4 mm thick) equipped with a 10 mil Au wire was molded using a transfer molding machine at a mold temperature of 175 DEG C, an injection pressure of 9.3 MPa, and a curing time of 60 seconds, Defects were judged to be defective if the length of the arc exceeding the straight line distance in the gold wire bonding post was 10% or more. (N = 10)
3. 밀착 강도3. Adhesion strength
트랜스퍼 성형기를 이용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 9.3Mpa, 경화시간 60초에서 시편을 1수준당 10개 성형시켰다. 리드프레임은 Ag 사전 도금(Pre-Plated) 리드프레임(리드프레임 A), Ni-Pd-Au 사전 도금(Pre-Plated) 리드프레임(리드프레임 B)을 사용하였다.Using a transfer molding machine, 10 specimens were molded per one level at a mold temperature of 175 ° C, an injection pressure of 9.3 MPa, and a curing time of 60 seconds. The lead frame used was an Ag pre-plated lead frame (lead frame A) and a Ni-Pd-Au pre-plated lead frame (lead frame B).
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