KR101737179B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자 - Google Patents
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Abstract
에폭시수지, 경화제, 무기충전제, 및 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 목적으로 에폭시수지 조성물로 반도체 소자를 밀봉하는 방법이 행하여지고 있다. 최근에 작고 얇은 디자인의 휴대용 디지털 기기들이 보편화되면서 내부에 실장되는 반도체 패키지의 단위 부피당 실장효율을 높이기 위하여 반도체 패키지의 경박단소(輕薄短小)화가 필수적이다. 패키지의 경박단소에 따라서 패키지를 구성하고 있는 반도체 칩, 리드프레임 및 에폭시 수지 조성물간의 열팽창계수 차이, 패키지를 밀봉하는 에폭시 수지 조성물의 열수축 및 경화 수축으로 인해 패키지가 휘어지는 휨(warpage) 문제가 발생하고 있다. 패키지의 휨 문제가 발생할 경우에는 반도체 후공정에서 납땜시의 납땜 불량 및 이에 따른 전기적 불량이 발생할 수 있기 때문에 내 휨 특성이 우수한 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 개발할 필요가 있다. 휨 문제를 개선하기 위해서는 패키지 디자인에 따라 에폭시 수지 조성물의 경화 수축율을 높이거나 낮출 필요가 있다.
에폭시 수지 조성물의 경화 수축율을 높이기 위해서는 열팽창 계수가 낮은 무기 충전제의 ?t량을 낮추는 방법이 일반적이다. 반도체 패키지를 기판에 실장하는 과정에서 고온(260℃)에 패키지가 노출되는데, 이때 패키지 내부에 존재하는 수분의 급격한 부피 팽창으로 인하여 패키지 내부의 박리 또는 패키지 외부의 깨짐이 발생되게 된다. 따라서 이를 방지하기 위하여 밀봉용 에폭시 수지 조성물 자체의 흡습율을 낮추는 것이 신뢰성을 확보하기 위한 기본 요건이다. 그런데 휨 특성을 개선하기 위하여 무기 충전제의 함량을 낮추게 되는 경우에는 필연적으로 조성물의 흡습이 높아지게 되므로 필연적으로 패키지의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 신뢰성이 취약한 패키지의 경우에는 휨 특성을 향상시키기 위하여 무기 충전제의 함량을 낮추는데 제약이 따르게 된다. 본 발명의 배경기술은 한국공개특허 제2009-0073760호에서 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉시 수축이 크게 일어나는 반도체 패키지에 사용하더라도 경화수축률이 높아 휨이 최소화되고 동시에 흡습율이 낮은 밀봉층을 형성할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉시 수축이 크게 일어나는 반도체 패키지에 사용하더라도 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물은 에폭시수지, 경화제, 무기충전제, 및 가교된 비-러버형 실리콘(silicone) 중합체 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉될 수 있다.
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉시 수축이 크게 일어나는 반도체 패키지에 사용하더라도 경화수축률이 높아 휨이 최소화되고 동시에 흡습율이 낮은 밀봉층을 형성할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제공하였다. 본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉시 수축이 크게 일어나는 반도체 패키지에 사용하더라도 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제공하였다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 반도체 소자의 단면도이다.
이하, 본 발명 일 실시예의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 설명한다.
본 발명 일 실시예의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물은 에폭시수지, 경화제, 무기충전제 및 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자를 포함할 수 있다. 본 발명 일 실시예의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물은 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자를 포함함으로써 흡습율은 유지하되 경화수축률을 높일 수 있다. 따라서, 밀봉 후 경화시 경화수축률이 크게 일어나는 반도체 소자 예를 들면 exposed MUF(exposed moldable underfill)형 반도체 소자에 사용됨으로써, 휨을 억제하고, 흡습율의 증가를 막을 수 있다. exposed MUF는 도 1과 같이 PCB 등을 포함하는 기판(10) 상에 범프(30)가 형성되고, 범프(30) 상에 반도체 칩(20)이 형성되고, 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물(40)로 밀봉되며, 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물(40)이 반도체 칩(20)을 덮지 않는 형태를 갖는 반도체 패키지를 의미할 수 있다. 기존의 무기충전제만 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 exposed MUF를 밀봉할 경우 무기충전제로 인해 수지 조성물의 경화수축률이 작아져 반도체 패키지의 휨이 발생할 수 있다. 그렇다고, 무기충전제를 포함하지 않는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉할 경우에는 경화수축률은 커지지만 흡습율이 증가하여 반도체의 밀봉에 따른 신뢰성을 기대할 수 없다.
에폭시수지
에폭시수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 포함되어 경화 후 밀봉층을 형성할 수 있다. 에폭시수지는 2개 이상의 에폭시기를 갖는 에폭시수지이고, 에폭시수지 조성물의 점도 및 용도를 고려하여 상온(예:20 내지 30℃)에서 액상의 에폭시수지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 에폭시수지는 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체예에서, 에폭시수지는 하기 화학식 1의 페놀아랄킬형 에폭시수지가 될 수 있다:
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서, n의 평균치는 1 내지 7이다).
에폭시수지는 단독으로 사용되거나, 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 사용될 수 있다. 또한 내습 신뢰성 향상을 위해 에폭시수지 중에 함유된 염소 이온(ion), 나트륨 이온(sodium ion), 및 그 밖의 이온성 불순물이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
에폭시수지는 단독 또는 2종 이상 배합하여 포함될 수 있고, 에폭시수지는 에폭시수지 조성물 중 2 내지 20중량%, 예를 들면 3 내지 18중량%, 예를 들면 3 내지 12중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 에폭시수지 조성물의 유동성, 난연성, 신뢰성이 좋을 수 있다.
경화제
경화제는 에폭시수지용 경화제로, 고상 또는 액상의 경화제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 경화제는 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸 노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 등의 방향족 아민 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 경화제는 하기 화학식 2의 페놀아랄킬형 페놀수지가 될 수 있다:
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서 n의 평균치는 1 내지 7이다)
경화제는 에폭시수지 등의 기타 성분과 멜트 마스터배치와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 사용될 수 있다. 경화제는 단독 또는 2종 이상 배합하여 포함될 수 있고, 경화제는 에폭시수지 조성물 중 0.5 내지 13중량%, 예를 들면 1 내지 10중량%, 예를 들면 2 내지 8.5중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 미반응된 에폭시기 및 페놀성 수산기가 다량 발생하지 않아 신뢰성이 우수할 수 있다.
에폭시수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 구체예에서, 경화제에 대한 에폭시수지의 화학 당량비는 0.95 내지 2, 예를 들면 1 내지 1.75가 될 수 있다.
무기충전제
무기충전제는 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 높일 수 있다. 무기충전제는 비-실리콘계 중합체로 형성된 입자로서, 예를 들면 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융실리카를 사용한다. 용융실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5 내지 30㎛의 구상용융실리카를 50 내지 99중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상용융실리카를 1내지 50중량%를 포함한 용융실리카 혼합물을 전체 충전제에 대하여 40 내지 100중량%가 되도록 포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다. 상기 구상 용융실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물질로서 포함되는 경우가 있으나 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.
무기충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 무기충전제는 에폭시수지 조성물 중 20 내지 95중량%, 예를 들면 20 내지 60중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자
가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자는 무기충전제와 함께 에폭시수지 조성물에 포함되어, 수지 조성물의 경화수축률을 높이고 흡습성 증가를 막아, 반도체 소자의 밀봉시 신뢰성을 높일 수 있다.
가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자는 무기충전제와 함께 봉지용 조성물에 포함됨으로써 봉지용 조성물의 경화수축율을 높이고 흡습율 증가를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 봉지용 조성물 중 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자: 무기충전제는 1:0.5 내지 1:10, 예를 들면 1:0.6 내지 6의 중량비로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 경화수축율을 높이는 효과가 있을 수 있다.
가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자는 형상에 특별한 제한을 두지 않는데, 예를 들면 구형, 반구형, 무정형 등의 입자가 될 수 있고, 평균입경은 1 내지 30㎛가 될 수 있고, 상기 범위에서 반도체 소자 봉지용 조성물에 사용될 수 있다. 평균입경은 PSA(Particle Size Analysis)장치를 이용하여 입자의 입경에 따른 입경누적곡선을 그렸을 때 통과 질량 백분율이 50중량%에 해당되는 입경 D50을 의미할 수 있다.
가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자는 코어-쉘 형을 갖지 않는 비 코어-쉘 형의 입자로서 고무 성질을 갖지 않는 비-러버형 중합체로 제조될 수 있고, 예를 들면 실록산 중합체로 제조될 수 있는데, 구체적으로 폴리디메틸실록산, 폴리메틸페닐실록산, 폴리디페닐실록산 등으로 형성될 수 있다.
본 발명의 비-러버형 실리콘 중합체 입자의 진비중(true specific gravity)은 1 이상이며, 구체적으로 1.2 내지 1.4 이다.
가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자는 에폭시수지 조성물 중 1 내지 50중량%, 예를 들면 5 내지 45중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 에폭시수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
에폭시수지 조성물은 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제, 착색제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 10중량%, 예를 들면 0.1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.
커플링제는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 커플링제는 에폭시수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
이형제는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이형제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
응력 완화제는 변성 실리콘 오일, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 파우더 및 실리콘 레진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 응력 완화제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 선택적으로 함유될 수도 있고, 양자 모두 함유될 수도 있다. 이때, 변성 실리콘 오일로는 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 좋으며, 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% 사용할 수 있다. 다만, 실리콘 오일을 1.5 중량% 이상 초과할 경우에는 표면 오염이 발생하기 쉽고 레진 블리드(bleed)가 길어질 우려가 있으며, 0.05 중량% 미만으로 사용 시에는 충분한 저탄성률을 얻을 수가 없게 되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 실리콘 파우더는 중심입경이 15㎛ 이하인 것이 성형성 저하의 원인으로 작용하지 않기에 특히 바람직하며, 전체 수지 조성물에 대하여 0.1 내지 5중량%로 함유될 수 있다.
착색제는 레이저 마킹 등에 사용되는 것으로 카본블랙, 티탄산화물, 티탄질화물, 철산화물, 운모 등을 사용할 수 있고, 착색제는 에폭시수지 조성물 중 0.05 내지 4.0중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물은 경화촉매를 더 포함할 수 있다. 경화촉매를 더 포함함으로써, 에폭시수지 조성물의 경화 속도를 높이는 효과를 구현할 수 있다.
경화촉매는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 및 붕소화합물 등이 사용 가능하고, 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있고, 유기 금속화합물에는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있고, 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있고,이미다졸류에는 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소화합물에는 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-7-엔(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene: DBU) 및 페놀노볼락 수지염 등을 사용할 수 있다.
경화촉매는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함될 수 있고, 경화촉매는 에폭시수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물이 될 수도 있다. 경화촉매는 에폭시수지 조성물 중 0.01 내지 2중량%, 예를 들면 0.02 내지 1.5중량%, 예를 들면 0.05 내지 1.5중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.
에폭시수지 조성물은 150℃에서 점도가 0.1 내지 2.0poise가 될 수 있다. 상기 범위에서, 좁은 갭 사이를 충분히 채울 수 있다.
에폭시수지 조성물은 경화수축률이 0.2 내지 1.5%, 바람직하게 0.81 내지 1.5%이다. 에폭시수지 조성물은 흡습율은 0.2 내지 0.5%, 바람직하게 0.2 내지 0.4%, 더 바람직하게 0.2 내지 0.36%이다. 상기 범위에서 exposed MUF 패키지에 사용시 휨을 낮추고 신뢰성을 높일 수 있다.
에폭시수지 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 조성물에 포함되는 각 구성성분을 헨셀 믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 롤 밀이나 니이더로 90 내지 120℃에서 용융 혼련하고, 냉각 및 분쇄 과정을 거쳐 제조될 수 있다. 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법은 저압 트랜스퍼 성형 방법이 가장 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형 방법이나 캐스팅(casting) 방법 등의 방법으로도 성형될 수 있다. 상기 방법에 의해 구리 리드프레임, 철 리드프레임, 또는 상기 리드프레임에 니켈 및 구리로 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 또는 유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자는 본 발명 실시예의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉될 수 있고, 특별한 제한은 없지만, exposed MUF 패키지를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명 일 실시예의 반도체 소자를 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명 일 실시예의 반도체 소자(100)는 기판(10), 기판((10) 상에 형성된 범프(30), 범프(30) 상에 반도체 칩(20), 기판(10)과 범프(30)을 밀봉하는 반도체 소자 밀봉층(40)을 포함하고, 반도체 소자 밀봉층은 본 발명 실시예의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 형성될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
(A)에폭시 수지: 페놀아랄킬형 에폭시수지(NC-3000, Nippon Kayaku)
(B)경화제: 페놀아랄킬형 페놀수지(HE200C-10, Air Water)
(C)무기충전제: 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카:평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 중량비 혼합물
(D)경화촉매: 트리페닐포스핀(TPP, Hokko)
(E)가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자: Tosperl 2000B(Momentive, 구상, 평균입경 5㎛)(진비중 1.3)
(F)커플링제: 에폭시실란(S-510, Chisso)
(G)착색제: 카본블랙, MA-600(Matsusita Chemical)
(H)이형제: 카르나우바왁스
(I)러버형 실리콘 중합체 입자: 토레필 E-601(진비중 0.99)
실시예 1-3 비교예 1-3
하기 표 1(단위: 중량부)의 조성에 따라 헨셀 믹서(KEUM SUNG MACHINERY CO.LTD(KSM-22))를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 연속 니이더를 이용하여 90 내지 110℃에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
| 구분 |
실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
| A |
17.30 |
17.30 |
17.30 |
17.30 |
23.31 |
17.30 |
| B |
11.50 |
11.50 |
11.50 |
11.50 |
15.49 |
11.50 |
| C |
60 |
50 |
30 |
70 |
60 |
60 |
| D |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
| E |
10 |
20 |
40 |
- |
- |
- |
| F |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
| G |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
| H |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
0.30 |
| I |
- |
- |
- |
- |
- |
10 |
| 총합 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
| 평가항목 |
실시예 |
비교예 |
||||||
| 1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|||
| 기본물성 |
경화수축율 (%) |
0.79 |
0.89 |
0.98 |
0.71 |
0.82 |
0.80 |
|
| 유리전이 온도 (℃) |
130 |
126 |
122 |
133 |
132 |
129 |
||
| 흡습율 (wt%) |
0.34 |
0.34 |
0.36 |
0.32 |
0.43 |
0.48 |
||
| 유동성 (inch) |
95 |
90 |
80 |
98 |
119 |
50 |
||
| 패키지 평가 |
휨 특성 (㎛) |
99 |
84 |
78 |
124 |
96 |
95 |
|
| 신뢰성 |
외관크랙 발생수 |
0/200 |
0/200 |
0/200 |
0/200 |
0/200 |
0/200 |
|
| 박리 발생수 |
0/200 |
0/200 |
0/200 |
0/200 |
23/200 |
150/200 |
||
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 수지 조성물은 경화수축률은 높이되, 흡습율 증가를 최소화할 수 있고, 반도체 패키지에 사용시 신뢰성을 높일 수 있다.
반면에, 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자를 포함하지 않는 비교예 1-2는 흡습율이 높거나 경화수축률이 떨어지는 문제점이 있었고, 러버형 실리콘 중합체 입자를 포함하는 비교예 3은 유동성이 급격히 저하되는 문제와 신뢰성이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
(1)경화 수축율(%): 굴고 강도 시편 제작용 ASTM 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 성형시편(125mm×12.6mm×6.4mm)를 얻었다. 얻은 시편을 170 내지 180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC: post molding cure)시킨 다음 냉각한 후 시험편의 길이를 캘리퍼스로 측정하였다. 경화 수축율은 다음과 같은 식 1로부터 계산하였다.
<식 1>
경화수축률 = ｜A - B｜/ A x 100
(상기 식 1에서, A는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, B는 상기 시편을 170 내지 180℃에서 4시간 후경화하고, 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다).
(2)유리전이온도(℃): 에폭시수지 조성물에 대하여 열기계 분석기(Thermomechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 측정하였다. 이 때 TMA는 25℃에서 분당 10℃씩 온도를 상승시켜 300℃까지 측정하는 조건으로 설정하였다.
(3)흡습율(%): 에폭시수지 조성물에 대하여 에폭시수지 조성물을 금형 온도 170-180℃, 이송압력 1000psi, 이송속도 0.5-1cm/s, 경화시간 120초의 조건으로 성형하여 직경 50mm, 두께 1.0mm의 디스크 형태의 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 170-180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC:post molding cure)시킨 직후 85℃, 85RH% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 흡습에 의한 무게 변화를 측정하여 하기 식 2에 의해 흡습율을 계산하였다.
<식 2>
흡습율 = ｜D - C｜/ C x 100
(상기 식 2에서, C는 흡습 전 시험편의 무게, D는 흡습 후 시험편의 무게이다)
(4)유동성(inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형에, 성형온도 175℃, 성형압력 70kgf/cm2에서 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동장(遊動長)(단위: inch)을 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수하다.
(5)휨(㎛): 에폭시수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 70초 동안 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜 구리 금속 소자의 가로 20mm, 세로 20mm, 두께 1mm인 exposed MUF(molded under fill) 패키지를 제작하였다. 이 후 제작된 패키지를 175℃에서 4시간 동안 후경화시킨 후 25℃로 냉각하였다. 이후 exposed MUF 패키지를 비접촉식 레이저 측정기를 사용하여 상면의 대각선 방향의 중심과 모서리 끝의 높이 차를 측정하였다. 휨이 작을 수록 휨 특성이 우수하다.
(6)신뢰성: 상기 휨 특성 평가용 exposed MUF 패키지를 125℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 5 사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 10분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 나타냄)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후, 패키지를 85℃, 60% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 이후에 패키지의 외관 크랙 발생 유무를 광학 현미경으로 관찰하였다. 이후 비파괴 검사인 C-SAM(Scanning Acoustic Microscopy)를 이용하여 에폭시 수지 조성물과 리드프레임 간의 박리 발생 유무를 평가하였다. 패키지의 외관 크랙이 발생하거나 에폭시 수지 조성물과 리드프레임간의 박리가 발생할 경우에는 패키지의 신뢰성을 확보할 수 없다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (8)
- 에폭시수지, 경화제, 무기충전제, 및 가교된 비-러버형 실리콘(silicone) 중합체 입자를 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물 중 상기 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자: 상기 무기충전제는 1:0.5 내지 1:10의 중량비로 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자는 폴리실록산 중합체로 형성된 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 가교된 비-러버형 실리콘 중합체는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물 중 1 내지 50중량%로 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 경화촉매를 더 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물 중 상기 에폭시수지 2 내지 20 중량%, 상기 경화제 0.5 내지 13중량%, 상기 무기충전제 20 내지 95중량%, 상기 가교된 비-러버형 실리콘 중합체 입자 1 내지 50중량%, 및 상기 경화촉매 0.01 내지 2중량%를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물은 경화수축률이 0.2 내지 1.5%이고, 흡습율이 0.1 내지 0.4%인 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자.
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