KR101813758B1 - 포스포늄계 화합물, 이를 포함하는 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용하여 제조된 반도체 소자 - Google Patents

포스포늄계 화합물, 이를 포함하는 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용하여 제조된 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 포스포늄계 화합물에 관한 것이다:
[화학식 1]
Figure 112015060460523-pat00049

(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C30의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 방향족 탄화수소기, 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1~C30의 탄화수소기이고, X 및 Y는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, C1~C20의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, 또는 C1~C30의 헤테로알킬기이다).

Description

포스포늄계 화합물, 이를 포함하는 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용하여 제조된 반도체 소자{PHOSPHONIUM COMPOUND, EPOXY RESIN COMPOSITION COMPRISING THE SAME AND SEMICONDUCTOR DEVICE PREPARED FROM USING THE SAME}
본 발명은 포스포늄계 화합물, 이를 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 반도체 소자에 관한 것이다.
IC(integrated circuit), LSI(large scale integration) 등의 반도체 소자를 포장하고 반도체장치를 얻는 방법으로, 에폭시 수지 조성물을 이용한 트랜스퍼(transfer) 성형이 저비용, 대량 생산에 적합하다는 점에서 널리 사용되고 있다. 에폭시 수지나 경화제인 페놀 수지의 개량에 의하여 반도체 장치의 특성 및 신뢰성의 향상이 도모될 수 있다.
이러한 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉매 등을 포함한다. 상기 경화촉매로 통상 이미다졸계 촉매, 아민계 촉매, 포스핀계 촉매가 사용되어 왔다.
그러나 전자기기가 점차 소형화, 경량화, 고성능화되는 추세에 따라 반도체의 고집적화도 매년 가속화되고 있고 또 반도체 장치의 표면 실장화에 대한 요구도 늘어감에 따라 종래의 에폭시 수지 조성물로는 해결할 수 없는 문제들이 생기고 있다. 또한 근래의 반도체 소자의 포장에 사용되는 재료에는 생산성의 향상을 목적으로 한 속경화성과 물류, 보관시의 취급성 향상을 목적으로 한 보존 안정성이 요구되고 있다.
이와 관련하여, 일본공개특허 제2013-0166959호는 포스포늄염을 사용한 에폭시 수지 경화촉매를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 에폭시 수지의 경화를 촉진할 수 있고, 몰딩시 유동성이 우수하고, 높은 경화 강도를 나타내고, 짧은 경화시간에서도 경화가 가능한 경화촉매용 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 저온에서도 에폭시 수지의 경화를 촉진할 수 있는 경화촉매용 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원하는 경화온도가 될 때에만 경화를 촉매시키고 원하는 경화온도가 아닐 때에는 경화촉매 활성이 없게 하는 저장안정성이 높은 경화촉매용 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 포스포늄계 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015060460523-pat00001
(상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, X, 및 Y는 하기 상세한 설명에서 정의한 바와 같다).
상기 포스포늄계 화합물은 R1, R2, R3, 및 R4는 C6~C30의 아릴기일 수 있다.
R1, R2, R3, 및 R4가 C6~C30의 아릴기인 경우, 상기 R1, R2, R3, 및 R4 중 하나 이상은 하이드록시기로 치환된 것일 수 있다.
상기 포스포늄계 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1h로 표시될 수 있다.
[화학식 1a]
Figure 112015060460523-pat00002
[화학식 1b]
Figure 112015060460523-pat00003
[화학식 1c]
Figure 112015060460523-pat00004
[화학식 1d]
Figure 112015060460523-pat00005
[화학식 1e]
Figure 112015060460523-pat00006
[화학식 1f]
Figure 112015060460523-pat00007
[화학식 1g]
Figure 112015060460523-pat00008
[화학식 1h]
Figure 112015060460523-pat00009
본 발명의 포스포늄계 화합물은 하기 화학식 2의 포스포늄계 양이온 함유 화합물과 하기 화학식 3의 페닐렌비스벤자미드계 음이온 함유 화합물이 반응하는 단계를 포함하는 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015060460523-pat00010
(상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, R4, 및 M은 하기 상세한 설명에서 정의한 바와 같다),
[화학식 3]
Figure 112015060460523-pat00011
(상기 화학식 3에서, X, Y, R5, R6, 및 Z는 하기 상세한 설명에서 정의한 바와 같다).
본 발명의 다른 관점인 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기충전제 및 경화촉매를 포함하고, 상기 경화촉매는 상기 포스포늄계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 선형지방족에폭시 수지, 지환식에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 스피로환 함유 에폭시 수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시 수지, 트리메틸올형 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 경화제는 페놀수지를 포함할 수 있다.
상기 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 포함하는산무수물, 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 경화촉매는 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
상기 포스포늄계 화합물은 상기 경화촉매 중 10 내지 100중량%로 포함될 수 있다.
상기 에폭시 수지 조성물은 하기 식 1의 경화수축률이 0.40% 미만일 수 있다:
<식 1>
경화수축률= ｜C - D｜/C x 100
(상기 식 1에서, C는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/cm2의 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다).
상기 에폭시 수지 조성물은 72시간 경과 후 저장안정성이 85%이상일 수 있다.
<식 2>
저장안정성 = F1/F0 x 100
(상기 식 2에서, F1은 25℃/50RH% 에서 72 시간 경과 후 EMMI-1-66에 의해 175℃, 70kgf/㎠ 에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 측정된 유동 길이(inch)이고, F0 은 초기 유동길이(inch)임).
본 발명의 또 다른 관점인 반도체 소자는 상기 에폭시 수지 조성물로 밀봉될 수 있다.
본 발명은 에폭시 수지의 경화를 촉진할 수 있고, 저온에서도 에폭시 수지의 경화를 촉진할 수 있는 경화촉매용 화합물을 제공하며, 에폭시 수지, 경화제 등을 포함하는 혼합물에서 소정 범위의 시간 및 온도 조건에서도 점도 변화를 최소화하여 에폭시 수지 조성물을 고온에서 경화반응 시켰을 때 유동성 저하에 따른 성형성 저하, 성형 제품의 기계적, 전기적, 화학적 특성이 저하가 없게 하고, 저장안정성이 높은 경화촉매용 화합물, 이를 포함하는 에폭시 수지 조성물과 상기 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하였다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 반도체 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명 다른 실시예의 반도체 소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명 또 다른 실시예의 반도체 소자의 단면도이다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"에서 "치환된"은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 하이드록시기, 할로겐, 아미노기, 니트로기, 시아노기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 할로알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, C1~C30의 헤테로알킬기로 치환된 것을 의미하고, '할로'는 불소, 염소, 요오드 또는 브롬을 의미한다.
본 명세서에서 "아릴기"는 환형인 치환기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지며 p-오비탈이 공액을 형성하는 치환기를 의미하고, 모노 또는 융합 (즉, 탄소 원자들이 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함하고, "비치환된 아릴기"는 C6 내지 C30의 단일 또는 융합된(fused) 다환(polycyclic) 아릴기를 의미하고, 예를 들면 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 나프톨기, 안트라세닐기 등을 의미할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 "헤테로아릴기"는 C6 내지 C30의 아릴기 내에 질소, 산소, 황 및 인으로 이루어진 군에서 선택되는 원자가 1 내지 3개 포함되고 나머지는 탄소인 것을 의미하고, 예를 들면 피리디닐, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 퀴녹살리닐, 아크리디닐, 퀴나졸리닐, 신노리닐, 프탈라지닐, 티아졸릴, 벤조티아졸릴, 이속사졸릴, 벤즈이속사졸릴, 옥사졸릴, 벤즈옥사졸릴, 피라졸릴, 인다졸릴, 이미다졸릴, 벤즈이미다졸릴, 퓨리닐, 티오페닐, 벤조티오페닐, 푸라닐, 벤조푸라닐, 이소벤조푸라닐을 의미할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 '헤테로시클로알킬기', '헤테로아릴기', '헤테로시클로알킬렌기', '헤테로아릴렌기'에서 '헤테로'는 질소, 산소, 황 또는 인 원자를 의미한다.
본 발명의 포스포늄계 화합물은 포스포늄계 양이온과 하이드록시기와 아미드기를 동시에 포함할 수 있는 음이온을 포함하고, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112015060460523-pat00012
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C30의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 방향족 탄화수소기, 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1~C30의 탄화수소기이고, X 및 Y는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, C1~C20의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, 또는 C1~C30의 헤테로알킬기이다.
상기 화학식 1의 R1, R2, R3, 및 R4는 C6~C30의 아릴기일 수 있다.
상기 화학식 1의 R1, R2, R3, 및 R4 중 하나 이상은 하이드록시기로 치환될 수 있다.
본 발명의 포스포늄계 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1h 로 표시되는 화합물 일 수 있다.
[화학식 1a]
Figure 112015060460523-pat00013
[화학식 1b]
Figure 112015060460523-pat00014
[화학식 1c]
Figure 112015060460523-pat00015
[화학식 1d]
Figure 112015060460523-pat00016
[화학식 1e]
Figure 112015060460523-pat00017
[화학식 1f]
Figure 112015060460523-pat00018
[화학식 1g]
Figure 112015060460523-pat00019
[화학식 1h]
Figure 112015060460523-pat00020
포스포늄계 화합물의 녹는점은 100 내지 130℃, 예를 들면 120 내지 125℃가 될 수 있다. 포스포늄계 화합물은 수불용성 화합물이 될 수 있다. 상기 범위에서, 저온 경화의 효과가 있을 수 있다.
포스포늄계 화합물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 중 하나 이상을 포함하는 조성물에 첨가되어 잠재성 경화촉매로 사용될 수 있다.
포스포늄계 화합물은 에폭시 수지와 경화제의 경화반응을 촉매함과 동시에 저온 경화성과 저장안정성이 높고, 에폭시 수지, 경화제 등을 포함하는 혼합물에서 소정 범위의 시간 및 온도 조건에서도 점도 변화를 최소화할 수 있는 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있는 효과가 있다. 저장 안정성은 원하는 경화온도가 될 때에만 경화를 촉진시키고 원하는 경화온도가 아닐 때에는 경화촉매 활성이 없는 활성으로서, 그 결과 점도 변화 없이도 에폭시 수지 조성물을 장시간 동안 저장할 수 있게 한다. 일반적으로 경화반응의 진행은 에폭시 수지 조성물이 액체인 경우 점도의 상승, 유동성 저하를 가져올 수 있고, 에폭시 수지 조성물이 고체인 경우 점성을 발현시킬 수 있다.
포스포늄계 화합물은 하기 화학식 2의 포스포늄계 양이온 함유 화합물과 하기 화학식 3의 페닐렌비스벤자아미드계 음이온 함유 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다:
[화학식 2]
Figure 112015060460523-pat00021
상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C30의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 방향족 탄화수소기, 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1~C30의 탄화수소기이고, M은 할로겐이다,
[화학식 3]
Figure 112015060460523-pat00022
상기 화학식 3에서, X 및 Y는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, C1~C20의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, 또는 C1~C30의 헤테로알킬기이고, Z는 알칼리금속 또는 Ag이다.
할로겐은 플루오르, 염소, 브롬, 요오드이고, 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루미듐, 세슘, 프란슘 등이다.
포스포늄계 양이온 함유 화합물은 용매 하에 포스핀계 화합물과 알킬 할라이드, 아릴 할라이드 또는 아랄킬 할라이드 등을 결합시켜 제조되거나, 포스포늄계 양이온 함유 염이 될 수 있고, 아닐리드계 음이온 함유 화합물은 아닐리드계 음이온 함유 염이 될 수 있다. 포스핀계 화합물로는 트리페닐포스핀, 메틸디페닐포스핀, 디메틸페닐포스핀, 에틸디페닐포스핀, 디페닐프로필포스핀, 이소프로필디페닐포스핀, 디에틸페닐포스핀 등이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
화학식 2와 화학식 3의 반응은 메탄올, 메틸렌클로라이드, 아세토니트릴, N,N-디메틸포름아미드, 톨루엔 등의 유기 용매에서 수행될 수 있다. 상기 반응은 화학식 2와 화학식 3을 각각 혼합하여 수행될 수 있고, 또는 포스핀계 화합물과 알킬 할라이드, 아릴 할라이드 또는 아랄킬 할라이드 등을 결합시켜 포스포늄계 양이온 함유 화합물을 제조하고, 추가적인 분리 공정 없이 페닐렌비스벤자아미드계 음이온 함유 화합물을 첨가하여 반응시킬 수도 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기충전제, 경화촉매 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것으로, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 선형지방족에폭시 수지, 지환식에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 스피로환 함유 에폭시 수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시 수지, 트리메틸올형 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 등이 될 수 있고, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함될 수도 있다. 예를 들면, 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기 및 1개 이상의 하이드록시기를 갖는 에폭시 수지일 수 있다. 에폭시 수지는 고상의 에폭시 수지, 액상의 에폭시 수지, 중 하나 이상을 포함할 수 있고 바람직하게는 고상의 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 에폭시 수지는 하기 화학식 4의 비페닐형 에폭시 수지, 하기 화학식 5의 페놀 아랄킬형 에폭시 수지가 될 수 있다:
[화학식 4]
Figure 112015060460523-pat00023
(상기 화학식 4에서, R은 탄소수 1 내지 4의 알킬기, n의 평균치는 0 내지 7이다.)
[화학식 5]
Figure 112015060460523-pat00024
(상기 화학식 5에서, n의 평균치는 1 내지 7이다).
에폭시 수지는 조성물 중 고형분 기준으로 2 내지 17 중량%, 예를 들면 3 내지 15 중량%, 예를 들면 3 내지 12 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화제
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 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 경화제는 1개 이상의 하이드록시기를 갖는 페놀수지일 수 있다.
일 구체예에서, 경화제는 하기 화학식 6의 자일록형 페놀수지, 하기 화학식 7의 페놀아랄킬형 페놀수지를 사용할 수 있다:
[화학식 6]
Figure 112015060460523-pat00025
(상기 화학식 6에서 n의 평균치는 0 내지 7이다.)
[화학식 7]
Figure 112015060460523-pat00026
(상기 화학식 7에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.)
경화제는 에폭시 수지 조성물 중 고형분 기준으로 0.5 내지 13 중량%, 예를 들면 1 내지 10 중량%, 예를 들면 2 내지 8 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
무기충전제
에폭시 수지 조성물은 무기충전제를 더 포함할 수 있다. 무기충전제는 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 높일 수 있다. 무기충전제의 예로는 용융실리카, 결정성실리카, 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 구상 용융실리카를 1 내지 50 중량%를 포함한 용융실리카 혼합물을 전체 충전제에 대하여 40 내지 100 중량%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 에폭시 수지 조성물 중 70 내지 95 중량%, 예를 들면 75 내지 92 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
경화촉매
에폭시 수지 조성물은 상기 화학식 1 구조의 포스포늄계 화합물을 포함하는 경화촉매를 포함할 수 있다. 포스포늄계 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.02 내지 1.5 중량%, 예를 들면 0.05 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 포스포늄을 포함하지 않는 비-포스포늄계 경화촉매를 더 포함할 수 있다. 비-포스포늄계 경화촉매는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 및 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기 금속화합물에는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있다. 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소화합물에는 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. 특히 바람직한 경화촉매로는 유기인화합물, 붕소화합물, 아민계, 또는 이미다졸계 경화 촉진제를 단독 혹은 혼합하여 사용하는 것을 들 수 있다. 경화촉매는 에폭시 수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.
전체 경화촉매 중 본 발명의 포스포늄계 화합물은 10 내지 100 중량%, 예를 들면 60 내지 100 중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성 확보 효과가 있을 수 있다.
경화촉매는 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.02 내지 1.5 중량%, 예를 들면 0.05 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.
본 발명의 조성물은 조성물에 포함되는 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체예에서, 첨가제는 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제, 착색제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
커플링제는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 커플링제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1 중량%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 1 중량%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 내지 6.5 중량%, 예를 들면 0 내지 1 중량%, 예를 들면 0.1 내지 1 중량%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 내지 5중량%, 예를 들면 0.1 내지 5 중량%로 함유될 수 있다.
첨가제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 10 중량%, 예를 들면 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 저온에서도 경화가능하고, 예를 들면 경화개시온도는 90 내지 120℃가 될 수 있다. 상기 범위에서, 저온에서도 경화가 충분히 진행되어, 저온 경화의 효과가 있을 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 EMMI-1-66에서 175℃, 70kgf/㎠에서 트랜스퍼 몰딩 프레스에 의한 유동길이가 59 내지 78 inch, 예를 들면 71 내지 78 inch가 될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 용도로 사용될 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 하기 식 1에 의해 측정된 경화수축률이 0.40% 미만, 예를 들면 0.33% 미만, 구체적으로 0.01 내지 0.32%가 될 수 있다. 상기 범위에서, 경화수축률이 낮아 에폭시 수지 조성물의 용도로 사용될 수 있다.
<식 1>
경화수축률= ｜C - D｜/C x 100
(상기 식 1에서, C는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/㎠의 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다).
에폭시 수지 조성물은 하기 식 2에 의한 저장안정성이 85% 이상, 예를 들면 90% 이상, 구체적으로 92% 이상일 수 있다.
<식 2>
저장안정성 = F1/F0 x 100
(상기 식 2에서, F1은 25℃/50RH% 에서 72 시간 경과 후 EMMI-1-66에 의해 175℃, 70kgf/㎠에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 측정된 유동 길이(inch)이고, F0 은 초기 유동길이(inch)임).
에폭시 수지 조성물 중 에폭시 수지는 단독으로 사용되거나, 경화제, 경화촉매, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 첨가제와 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 포함될 수 있다. 에폭시 수지 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.
본 발명의 수지 조성물의 용도는 반도체 소자 밀봉용도, 접착필름, 프리프레그 등의 절연수지시트, 회로기판, 솔더레지스트, 언더필제, 다이본딩재, 부품 보충 수지 용도 등의 에폭시 수지 조성물이 필요로 하는 광범위한 용도에 적용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
반도체 소자 밀봉
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자 밀봉용도로 사용될 수 있고, 에폭시 수지, 경화제, 포스포늄계 화합물 함유 경화촉매, 무기충진제, 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자는 상기 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉될 수 있다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 반도체 소자의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명 일 실시예의 반도체 소자(100)는 배선기판(10), 배선기판(10) 위에 형성된 범프(30), 범프(30) 위에 형성된 반도체칩(20)을 포함하고, 배선기판(10)과 반도체칩(20) 간의 갭은 에폭시 수지 조성물(40)로 봉지될 수 있고, 에폭시 수지 조성물은 본 발명 실시예의 에폭시 수지 조성물이 될 수 있다.
도 2는 본 발명 다른 실시예의 반도체 소자의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명 다른 실시예의 반도체 소자(200)는 배선기판(10), 배선기판(10) 위에 형성된 범프(30), 범프(30) 위에 형성된 반도체칩(20)을 포함하고, 배선기판(10)과 반도체칩(20) 간의 갭과 반도체칩(30) 상부면 전체가 에폭시 수지 조성물(40)로 봉지될 수 있고, 에폭시 수지 조성물은 본 발명 실시예의 에폭시 수지 조성물을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명 또 다른 실시예의 반도체 소자의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명 일 실시예의 반도체 소자(300)는 배선기판(10), 배선기판(10) 위에 형성된 범프(30), 범프(30) 위에 형성된 반도체칩(20)을 포함하고, 배선기판(10)과 반도체칩(20) 간의 갭, 및 반도체칩(30)의 상부면을 제외한 반도체칩(30) 측면 전체가 에폭시 수지 조성물(40)로 봉지될 수 있고, 에폭시 수지 조성물은 본 발명 실시예의 에폭시 수지 조성물이 될 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 배선기판, 범프, 반도체 칩의 각각의 크기, 범프의 개수는 임의의 도시된 것으로서, 변경될 수 있다.
본 발명의 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.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예
제조예 1: 화학식 1a로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g에 1,2-phenylenebis(2-hydroxybenzamide) 34.8g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 tetra-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1a의 화합물을 65g 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1a의 화합물임을 확인하였다.(수율: 95%)
[화학식 1a]
Figure 112015060460523-pat00027
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 8.05-7.88 (m,4H), 7.85-7.69 (m, 18H), 7.62 (m, 2), 7.34 (t, J = 12.1 Hz, 2H), 7.01-6.98 (m, 4H), 6.91 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 4.9 (s, 1H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 164.8, 159.4, 137.4, 137.3, 133.6, 129.0, 128.9, 128.8, 128.2, 124.6 121.5, 119.9, 116.0 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z= 686(M+); Anal. Calcd for C44H35N2O4P: C, 76.95; H, 5.14; N, 4.08; Found: C, 76.49; H, 5.43; N, 4.38.
제조예 2: 화학식 1b로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g에 1,2-phenylenebis(2-hydroxybenzamide) 34.8g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g 을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 (4-Hydroxy-phenyl)-triphenyl-phosphonium bromide 43g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1b의 화합물을 63g 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1b의 화합물임을 확인하였다.(수율: 91%)
[화학식 1b]
Figure 112015060460523-pat00028
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 7.94 (m, 3H), 7.82-7.66 (m, 14H), 7.62 (m, 2), 7.48-7.41 (m, 2H), 7.34 (t, J = 12.1 Hz, 2H), 7.11-7.09 (m, 2H), 7.01-6.98 (m, 4H), 6.91 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 4.9 (s, 1H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 164.8, 159.4, 158.6, 137.7, 137.4, 137.3, 133.6, 130.0, 129.0, 128.9, 128.2, 128.1, 124.6, 121.5, 120.0, 119.9, 116.0, 115.9 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.21 ppm; LC-MS m/z= 702(M+); Anal. Calcd for C44H35N2O5P: C, 75.20; H, 5.02; N, 3.99; Found: C, 75.41; H, 5.36; N, 4.14.
제조예 3: 화학식 1c로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g에 1,2-phenylenebis(2-hydroxy-4-metyl-benzamide) 37.5g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시킨면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 tetera-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1c의 화합물을 65g 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1c의 화합물임을 확인하였다.(수율: 92%)
[화학식 1c]
Figure 112015060460523-pat00029
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 8.05-7.88 (m, 4H), 7.85-7.69 (m, 18H), 7.62 (m, 2), 7.34 (d, J = 2.8 Hz, 2H), 6.98 (m, 2H), 6,71 (s, 2H), 4.9 (s, 1H), 2.35 (s, 6H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO)　164.8, 159.3, 143.2, 137.3, 137.2, 129.0, 128.9, 128.8, 128.2, 128.0, 124.6 121.5, 116.9, 114.8, 24.6 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z = 714　(M+); Anal. Calcd for C46H39N2O4P: C, 77.29; H, 5.50; N, 3.92; Found: C, 77.14; H, 5.37; N, 3.99.
제조예 4: 화학식 1d로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g에 4,5-dimethlyl-1,2-phenylenebis(2-hydroxybenzamide) 37.5g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 tetera-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1d의 화합물을 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1d의 화합물임을 확인하였다.(수율: 92%)
[화학식 1d]
Figure 112015060460523-pat00030
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 8.05-7.88 (m, 4H), 7.85-7.69 (m, 18H), 7.34 (m, 2), 7.30 (s, 2H), 7.00 (m, 2H), 6.91 (d, J = 2.8 Hz, 2H), 5.0 (s, 1H), 2.31 (s, 6H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 164.8, 159.4, 137.3, 137.2, 133.6, 132.7, 129.0, 128.9, 128.8, 125.1, 125.0, 121.5, 121.4, 119.9, 116.0, 17.8 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z= 714　(M+); Anal. Calcd for C46H39N2O4P: C, 77.29; H, 5.50; N, 3.92; Found: C, 77.21; H, 5.39; N, 3.53.
제조예 5: 화학식 1e로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g 에 4,5-dimethlyl-1,2-phenylenebis(2-hydroxy-4-nitro-benzamide) 46.5g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g 에 미리 녹여 놓은 tetera-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응 시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1e의 화합물을 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1e의 화합물임을 확인하였다.(수율: 88%)
[화학식 1e]
Figure 112015060460523-pat00031
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.71 (s, 2H), 8.5 (br, 2H), 8.27 (d, J = 2.8 Hz, 2H), 8.05-7.88 (m, 4H), 7.85-7.69 (m, 16H), 7.30 (s, 2H), 7.17 (m, 2H), 4.8 (s, 1H), 2.35 (s, 6H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 165.5, 164.8, 141.1, 137.3, 137.2, 132.7, 128.9, 128.8, 125.9, 125.1, 123.8, 120.8, 116.9, 17.8 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z= 804(M+); Anal. Calcd for C46H37N4O8P: C, 68.65; H, 4.63; N, 6.96; Found: C, 68.45; H, 4.37; N, 6.53.
제조예 6: 화학식 1f로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g에 2,3-naphthalenebis(2-hydroxy-3-methoxy-benzamide) 45.7g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 tetera-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1f의 화합물을 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1f의 화합물임을 확인하였다.(수율: 91%)
[화학식 1f]
Figure 112015060460523-pat00032
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 8.05-7.88 (m, 4H), 7.85-7.69 (m, 16H), 7.34-7.32 (m, 4H), 7.00 (m, 2H), 6.89-6.85 (m, 4H), 6.63 (s, 2H), 5.0 (s, 1H), 3.73 (s, 6H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 164.8, 151.5, 148.4, 137.3, 137.2, 133.7, 128.9, 128.8, 126.7, 123.0, 122.6, 121.2, 120.9, 120.5, 119.1, 108.2, 56.2 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z= 796(M+); Anal. Calcd for C50H41N2O6P: C, 75.36; H, 5.19; N, 3.52; Found: C, 75.44; H, 5.37; N, 3.53.
제조예 7: 화학식 1g로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g에 1,3-phenylenebis(2-hydroxybenzamide) 34.8g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 tetra-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1g의 화합물을 66g 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1g의 화합물임을 확인하였다.(수율: 96%)
[화학식 1g]
Figure 112015060460523-pat00033
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 8.05-7.88 (m, 5H), 7.85-7.69 (m, 18H), 7.38-7.34 (m, 4H), 7.22 (m, 1h), 7.0 (m, 2H), 6.91 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 5.0 (s, 1H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 164.8, 159.4, 137.3, 137.2, 136.1, 133.6, 128.9, 128.8, 121.5, 119.9, 117.2, 116.0, 113.3 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z = 686(M+); Anal. Calcd for C44H35N2O4P: C, 76.95; H, 5.14; N, 4.08; Found: C, 76.76; H, 5.22; N, 4.30.
제조예 8: 화학식 1h로 표시되는 화합물의 제조
MeOH 50g 에 1,4-phenylenebis(2-hydroxybenzamide) 34.8g을 넣고 25% sodium methoxide solution 21.6g을 투입하여 상온에서 30분간 반응시키면서 완전히 녹인 후. MeOH 50g에 미리 녹여 놓은 tetra-phenyl phosphonium bromide 41g을 서서히 투입하고 1시간을 더 반응시킨 후 생성된 흰색 고체를 걸러내서 용액의 용매를 저압에서 제거하여 고체 화학식 1h의 화합물을 65g 얻어냈다. NMR 데이타로 하기 화학식 1h의 화합물임을 확인하였다.(수율: 95%)
[화학식 1h]
Figure 112015060460523-pat00034
1H NMR (400 MHz, DMSO) 8.5 (br, 2H), 8.05-7.88 (m, 4H), 7.85-7.69 (m, 22H), 7.34 (m, 2H), 7.0 (m, 2H), 6.91 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 5.0 (s, 1H) ppm; 13C NMR (100 MHz, DMSO) 164.8, 159.4, 137.3, 137.2, 133.6, 131.5, 128.9, 128.8, 121.8, 121.5, 119.9, 116.0 ppm; 31P NMR (166 MHz, DMSO) 24.20 ppm; LC-MS m/z= 686(M+); Anal. Calcd for C44H35N2O4P: C, 76.95; H, 5.14; N, 4.08; Found: C, 76.56; H, 5.23; N, 4.44.
실시예 및 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(A) 에폭시 수지
비페닐형 에폭시 수지인 NC-3000(Nippon Kayaku)를 사용하였다.
(B) 경화제
자일록형 페놀수지인 HE100C-10(Air Water)를 사용하였다.
(C) 경화촉매
(c1) 내지 (c8)로서, 각각 상기 제조예 1 내지 8에서 제조된 화학식 1a 내지 1h 화합물을 사용하였다.
(c9) 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 사용하였다.
[화학식 8]
Figure 112015060460523-pat00035
(c10) 트리페닐 포스핀을 사용하였다.
(c11) 트리페닐 포스핀을과 1,4-벤조퀴논(1,4-Benzoquinone)의 부가 생성물을 사용하였다.
(D) 무기 충전제: 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1(중량비) 혼합물을 사용하였다.
(E) 커플링제
(e1) 머캡토프로필트리메톡시실란인 KBM-803(Shinetsu)과 (e2) 메틸트리메톡시실란인 SZ-6070(Dow Corning chemical)을 혼합하여 사용하였다.
(F) 첨가제
(f1) 이형제로 카르나우바왁스 및 (f2) 착색제로 카본 블랙 MA-600(Matsusita Chemical)을 사용하였다.
실시예 및 비교예
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성(단위: 중량부)에 따라 각 성분들을 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 95℃에서 용융 혼련한 후 냉각 및 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
Figure 112015060460523-pat00036
(1) 유동성(inch): 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/㎠ 에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)로 유동 길이를 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수하다.
(2) 경화 수축율(%): 상기 실시예와 비교예에서 제조된 조성물을 굴곡 강도 시편 제작용 ASTM금형을 사용하여 175℃, 70kgf/㎠에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)로 성형시편(125×12.6×6.4mm)을 얻었다. 얻은 시편을 170~180℃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= ｜C - D｜/C x 100
(상기 식 1에서, ℃C는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/㎠의 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다).
(3) 유리전이온도(℃): 열기계 분석기(Thermomechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물의 유리전이온도를 측정하였다. 이 때 TMA는 25℃에서 분당 10℃씩 온도를 상승시켜 300℃까지 측정하는 조건으로 설정하였다.
(4) 흡습율(%): 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 70kgf/㎠, 이송압력 1000psi, 이송속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 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 다음 식 3에 의하여 흡습율을 계산하였다.
<식 3>
흡습율 = (흡습 후 시험편의 무게 - 흡습 전 시험편의 무게) ÷ (흡습 전 시험편의 무게)×100
(5) 부착력(kgf): 구리 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하고, 준비된 소자에 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 70kgf/㎠, 이송압력 1000psi, 이송속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 성형하여 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 170~180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC: post molding cure)시켰다. 이때 구리 금속 소자에 닿는 에폭시 수지 조성물의 면적은 40±1㎟이고, 부착력 측정은 각 측정 공정 당 12개의 시편에 대하여 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정한 후 평균값으로 계산하였다.
(6) 경화도(shore-D): 구리 금속 소자를 포함하는 가로 24mm, 세로 24mm, 두께 1mm인 eTQFP(exposed Thin Quad Flat Package) 패키지용 금형이 장착된 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 50초, 60초, 70초, 80초 그리고 90초간 평가하고자 하는 상기 실시예와 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 경화시킨 후 금형 위의 패지지에 직접 Shore-D형 경도계로 경화시간에 따른 경화물의 경도를 측정하였다. 값이 높을수록 경화도가 우수하다.
(7) 저장안정성: 상기 실시예와 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 25℃/50RH%로 설정된 항온항습기에 3일간 보존하면서 24시간 간격으로 상기 (1)의 유동성 측정과 같은 방법으로 유동길이(inch)를 측정하고, 제조 직후의 유동길이에 대한 백분율(%)을 구했다. 이 백분율의 수치가 클수록 저장안정성이 양호한 것을 나타낸다. 72시간 경과 후의 저장안정성은 하기 식 2로 표시된다.
<식 2>
저장안정성 = F1/F0 x 100
(상기 식 2에서, F1은 25℃/50RH% 에서 72 시간 경과 후 EMMI-1-66에 의해 175℃, 70kgf/㎠에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 측정된 유동 길이(inch)이고, F0은 초기 유동길이(inch)임).
(8) 신뢰성: 상기 휨 특성 평가용 eTQFP 패키지를 125℃에서 24시간 동안 건조시킨 후 5 사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25에서 10분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 나타냄)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후 패키지를 85℃, 60% 상대 습도 조건하에서 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.
Figure 112015060460523-pat00037
실시예 1 내지 8은 비교예와 비교할 때, 높은 유동성을 나타내며 경화시간별 경화도를 비교할 때 짧은 경화시간에서도 더 높은 경화도를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한 저장안정성의 경우 72hr 후의 결과에서도 유동성의 차이가 작다는 것을 확인할 수 있다. 또한 외관 크랙이 발생하지 않아 내크랙성이 양호하며 박리발생이 없어서 내습신뢰성이 우수한 것을 알 수 있었다.
반면에, 본 발명의 포스포늄계 화합물을 포함하지 않는 비교예 1 내지 3의 조성물은 유동성은 낮으며, 경화수축률은 높고, 패키지에 사용시 경화시간별 경화도 및 저장안정성이 낮고, 박리발생이 있으므로 내습신뢰성에 문제점이 있는 바, 본 발명의 효과를 구현할 수 없음을 확인하였다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 포스포늄계 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112017072255889-pat00038

    (상기 화학식 1에서, R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C30의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 방향족 탄화수소기, 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1~C30의 탄화수소기이고, X 및 Y는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, C1~C20의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, 또는 C1~C30의 헤테로알킬기이며, 여기서, 상기 치환은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 하이드록시기, 할로겐, 아미노기, 니트로기, 시아노기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 할로알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, C1~C30의 헤테로알킬기로 치환된 것을 의미한다).
  2. 제1항에 있어서, 상기 포스포늄계 화합물은 R1, R2, R3, 및 R4는 C6~C30의 아릴기인 포스포늄계 화합물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 R1, R2, R3, 및 R4 중 하나 이상은 하이드록시기로 치환된 것인 포스포늄계 화합물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포스포늄계 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1h 중 어느 하나로 표시되는 포스포늄계 화합물:
    [화학식 1a]
    Figure 112015060460523-pat00039

    [화학식 1b]
    Figure 112015060460523-pat00040

    [화학식 1c]
    Figure 112015060460523-pat00041

    [화학식 1d]
    Figure 112015060460523-pat00042

    [화학식 1e]
    Figure 112015060460523-pat00043

    [화학식 1f]
    Figure 112015060460523-pat00044

    [화학식 1g]
    Figure 112015060460523-pat00045

    [화학식 1h]
    Figure 112015060460523-pat00046

  5. 하기 화학식 2의 포스포늄계 양이온 함유 화합물과 하기 화학식 3의 페닐렌비스벤자미드계 음이온 함유 화합물이 반응하는 단계를 포함하는 포스포늄계 화합물의 제조방법:
    [화학식 2]
    Figure 112017072255889-pat00047

    (상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, 및 R4 는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1~C30의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C6~C30의 방향족 탄화수소기, 또는 헤테로 원자를 포함하는 치환 또는 비치환된 C1~C30의 탄화수소기이고, M은 할로겐이며, 여기서, 상기 치환은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 하이드록시기, 할로겐, 아미노기, 니트로기, 시아노기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 할로알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, C1~C30의 헤테로알킬기로 치환된 것을 의미한다),
    [화학식 3]
    Figure 112017072255889-pat00048

    (상기 화학식 3에서, X 및 Y는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기이고, R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소, 하이드록시기, C1~C20의 알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, 또는 C1~C30의 헤테로알킬기이고, Z는 알칼리금속 또는 Ag이며, 여기서, 상기 치환은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 하이드록시기, 할로겐, 아미노기, 니트로기, 시아노기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 할로알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, C1~C30의 헤테로알킬기로 치환된 것을 의미한다).
  6. 에폭시 수지, 경화제, 무기충전제 및 경화촉매를 포함하고,
    상기 경화촉매는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 포스포늄계 화합물을 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 선형지방족에폭시 수지, 지환식에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 스피로환 함유 에폭시 수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시 수지, 트리메틸올형 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  8. 제6항에 있어서, 상기 경화제는 페놀수지를 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  9. 제6항에 있어서, 상기 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 중 하나 이상을 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  10. 제6항에 있어서, 상기 경화촉매는 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%로 포함되는 에폭시 수지 조성물.
  11. 제6항에 있어서, 상기 포스포늄계 화합물은 상기 경화촉매 중 10 내지 100 중량%로 포함되는 에폭시 수지 조성물.
  12. 제6항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 하기 식 1의 경화수축률이 0.40% 미만인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물:
    <식 1>
    경화수축률= ｜C - D｜/C x 100
    (상기 식 1에서, C는 에폭시 수지 조성물을 175℃, 70kgf/㎠의 트랜스퍼 몰딩 프레스하여 얻은 시편의 길이, D는 상기 시편을 170~180℃에서 4시간 후경화하고 냉각시킨 후 얻은 시편의 길이이다).
  13. 제6항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 72시간 경과 후 저장안정성이 85% 이상인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물:
    <식 2>
    저장안정성 = F1/F0 x 100
    (상기 식 2에서, F1은 25℃/50RH% 에서 72 시간 경과 후 EMMI-1-66에 의해 175℃, 70kgf/㎠에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 측정된 유동 길이(inch)이고, F0 은 초기 유동길이(inch)임).
  14. 제6항의 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자.
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