KR101900552B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자

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KR101900552B1 KR1020160078906A KR20160078906A KR101900552B1 KR 101900552 B1 KR101900552 B1 KR 101900552B1 KR 1020160078906 A KR1020160078906 A KR 1020160078906A KR 20160078906 A KR20160078906 A KR 20160078906A KR 101900552 B1 KR101900552 B1 KR 101900552B1
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Abstract

본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용해 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
[화학식 8]
Figure 112018018428242-pat00035

상기 화학식 8에서 A는 수소, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기 또는 아민기이고, B는 치환 또는 비치환된 C1~10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 아미드기이며, Ra, Rb, Rb' Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기이며, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING SEMICOMDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE ENCAPSULATED USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 웨이퍼와의 접착력 및 터프니스(Toughness)가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
IC(Integrated Circuit), LSI(Large Scale Integration) 등과 같은 반도체 소자를 수분 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 밀봉하는 기술이 널리 사용되고 있다. 이러한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 일반적으로 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉매 등을 포함하는데, 종래에는 에폭시 수지나 경화제인 페놀 수지를 개량함으로써, 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 기술들이 주로 개발되었다.
한편, 최근 전자제품들이 점점 더 박형화, 소형화, 고성능화되어 감에 따라, 다수의 반도체칩들을 스택(stack)하여 고집적화된 반도체 패키지의 사용이 늘고 있다. 여기서 "스택"이란 적어도 2개 이상의 반도체 칩 또는 패키지를 수직으로 쌓아올리는 기술을 일컫는 것으로, 이러한 스택 기술을 이용하면, 반도체의 메모리 용량을 증가시킬 수 있고 실장 면적 사용의 효율성도 향상시킬 수 있다.
이 중 관통 실리콘 비아 칩 스택 패키지(Through silicon Via Chip stack pakage)는 각 칩에 관통 실리콘 비아를 형성하고, 상기 관통 실리콘 비아들이 서로 전기적으로 연결되는 3차원 구조로 이루어진다. 관통 실리콘 비아 칩 스택 패키지의 경우, 와이어 본딩을 통해 칩들을 연결하는 경우에 비해 요구되는 실장 면적이 작고, 칩 동작 속도를 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다. 한편, 상기와 같은 관통 실리콘 비아 칩 스택 패키지의 경우, 칩들 사이의 계면에서 질화규소막(Si3N4)과 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 직접 접촉하게 되고, 상대적으로 브리틀하고 스트레스에 취약한 반도체 칩과 에폭시 수지 조성물의 접촉 면적이 넓어지게 된다. 따라서, 질화규소막과의 접착력 및 터프니스(Toughness)가 반도체 패키징의 신뢰도에 큰 영향을 미치게 된다.
이에 따라 종래에는 질화규소막과의 접착력 또는 터프니스를 개선하기 위해, 에폭시 수지와 페놀 수지의 당량비를 조절하여 미반응 작용기를 증가시키거나, 특정한 종류의 커플링제를 사용하거나, 또는 커플링제의 함량을 증가시키는 등의 방법들이 시도되어 왔다. 그러나 이러한 종래의 방법들은 접착력 및 터프니스 개선 효과가 충분하지 않고, 경화성, 유동성 및 저장안정성과 같은 에폭시 수지 조성물의 다른 물성들이 저하된다는 문제점이 있었다.
따라서, 경화성, 유동성 및 저장안정성 등과 같은 물성을 저하시키지 않으면서, 질화규소막과의 접착력 및 터프니스가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 개발이 요구되고 있다.
관련 선행문헌으로 일본공개특허 제2007-262238호가 있다.
본 발명의 목적은 질화규소막과의 접착력 및 터프니스가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 경화성, 유동성 및 저장안정성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 웨이퍼와의 접착성 및 신뢰성이 우수한 반도체 소자를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 8]
Figure 112016061008129-pat00001
상기 화학식 8에서 A는 수소, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기 또는 아민기이고, B는 치환 또는 비치환된 C1~10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 아미드기이며, Ra, Rb, Rb' Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기이며, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
바람직하게는, 상기 화학식 8에서, 상기 A는 아민기이고, B는 아미드 알킬렌기이며, Rb 및 Rb'은 각각 독립적으로 히드록시 또는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기이고, Rc는 수소 또는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기이며, Rd는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기일 수 있다.
구체적으로는, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 하기 화학식 8-1 내지 화학식 8-6으로 표시되는 화합물들로부터 선택되는 것일 수 있다.
[화학식 8-1]
Figure 112016061008129-pat00002
[화학식 8-2]
Figure 112016061008129-pat00003
[화학식 8-3]
Figure 112016061008129-pat00004
[화학식 8-4]
Figure 112016061008129-pat00005
[화학식 8-5]
Figure 112016061008129-pat00006
[화학식 8-6]
Figure 112016061008129-pat00007
상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 0.1 내지 15중량%, 상기 경화제 0.1 내지 13중량%, 상기 무기 충전제 70 내지 95중량% 및 상기 화학식 8로 표시되는 화합물 0.1 내지 5중량%를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 조성물은 경화촉진제, 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물에 의해 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 특정한 구조를 갖는 실란 화합물을 포함하여, 종래의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 비해 개선된 웨이퍼 접착력 및 터프니스를 갖는다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 이용하면 우수한 신뢰성을 갖는 반도체 소자를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 명세서에 있어서, 범위를 나타내는 「X 내지 Y」는 「X 이상 Y 이하」를 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"에서 "치환된"은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 수산기, 할로겐, 아미노기, 아미드기, 아민기, 니트로기, 시아노기, 옥소기, 티올기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 할로알킬기, C6~C30의 아릴기, C3~C30의 헤테로아릴기, C3~C10의 시클로알킬기, C3~C10의 헤테로시클로알킬기, C7~C30의 아릴알킬기, C1~C30의 헤테로알킬기 등으로 치환된 것을 의미한다 이때, 상기 '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.
또한, 본 명세서에서, "Me"는 메틸기를 의미한다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 화학식 8로 표시되는 실란 화합물을 포함한다. 이하, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 각 성분에 대해 구체적으로 설명한다.
에폭시 수지
본 발명에서 사용되는 에폭시 수지로는, 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 에폭시 수지들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물을 사용할 수 있다. 이와 같은 에폭시 수지로는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지　등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 에폭시 수지는 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지 및 바이페닐형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 다관능형 에폭시 수지는, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시 수지일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016061008129-pat00008
상기 [화학식 1]에서 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1~10의 알킬기이고, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소 원자, 메틸기 또는 에틸기이고, a는 0 내지 6의 정수이다. 바람직하게는, 상기 R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기 또는 헥실기이며, R6 및 R7은 수소일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 [화학식 1]의 다관능형 에폭시 수지는 패키지의 변형을 작게 할 수 있고, 속경화성, 잠재성 및 보존성이 우수할 뿐만 아니라, 경화물 강도 및 접착성도 우수한 장점이 있다.
보다 구체적으로 상기 다관능형 에폭시 수지 조성물은 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 트리페놀프로판형 에폭시 수지 등과 같은 트리페놀알칸형 에폭시 수지일 수 있다.
상기 페놀아랄킬형 에폭시 수지는, 예를 들면, 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐(biphenyl)　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 에폭시 수지일 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016061008129-pat00009
상기 [화학식 2]에서, b의 평균치는 1 내지 7이다.
상기 [화학식 2]의 페놀아랄킬형　에폭시 수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여 흡습성, 인성,　내산화성 및 내크랙성이　우수하며, 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소 시 탄소층(char)을 형성하면서 그 자체로 어느 정도 수준의 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
상기 바이페닐형 에폭시 수지는, 예를 들면, 하기 화학식 3으로 표시되는 바이페닐형 에폭시 수지일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112016061008129-pat00010
상기 [화학식 3]에서, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14 및 R15는 각각 독립적으로 탄소수 1~4의 알킬기이며, c의 평균값은 0 내지 7이다.
상기 [화학식 3]의 바이페닐형 에폭시 수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 바람직하다.
이들 에폭시 수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물 형태로 사용할 수도 있다.　한편, 내습 신뢰성 향상을 위해 상기 에폭시 수지는 에폭시 수지 중에 함유된 염소 이온(ion), 나트륨 이온(sodium ion), 및 그 밖의 이온성 불순물이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1중량% 내지 15중량% 정도, 구체적으로는 3중량% 내지 15중량% 정도, 더욱 구체적으로 3중량% 내지 12중량% 정도의 함량으로 포함될 수 있다. 에폭시 수지의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 경화 후 에폭시 수지 조성물의 접착력 및 강도를 보다 우수하게 구현할 수 있다.
경화제
상기 경화제로는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 경화제들이 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 2개 이상의 반응기를 가진 경화제가 사용될 수 있다.
구체적으로는, 상기 경화제로는, 페놀아랄킬형 페놀수지,　페놀노볼락형 페놀수지, 자일록(xylok)형 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　등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 경화제는 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 페놀아랄킬형 페놀수지 및 다관능형 페놀수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페놀노볼락형 페놀수지는, 예를 들면, 하기 [화학식 4]로 표시되는 페놀노볼락형 패놀수지일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112016061008129-pat00011
상기 [화학식 4]에서 d는 1 내지 7이다.
상기 화학식 4로 표시되는 페놀노볼락형 페놀수지는 가교점 간격이 짧아, 에폭시 수지와 반응할 경우 가교밀도가 높아져 그 경화물의 유리전이온도를 높일 수 있고, 이에 따라 경화물 선팽창계수를 낮추어 반도체 소자 패키지의 휨을 억제할 수 있다.
상기 페놀아랄킬형 페놀수지는 예를 들면, 하기 [화학식 5]로　표시되는　분자 중에 바이페닐　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 페놀수지일 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112016061008129-pat00012
상기 [화학식 5]에서, e의 평균치는 1 내지 7이다.
상기 화학식 5로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지는 에폭시 수지와 반응하여 탄소층(char)을 형성하여 주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 달성하게 된다.
또한,　상기 자일록형 페놀수지는, 예를 들면, 하기 [화학식 6]으로　표시되는　자일록(xylok)형　페놀수지일 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112016061008129-pat00013
상기 [화학식 6]에서, f의 평균치는 0 내지 7이다.
상기 화학식 6으로 표시되는 자일록형 페놀수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 바람직하다.
상기 다관능형 페놀수지는, 예를 들면, 하기 [화학식 7]로 표시되는 반복 단위를 포함하는 다관능형 페놀수지일 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112016061008129-pat00014
상기 [화학식 7]에서 g의 평균치는 1 내지 7이다.
상기 화학식 7로 표시되는 반복단위를 포함하는 다관능형 페놀수지는 에폭시 수지 조성물의 고온 휨 특성 강화 측면에서 바람직하다.
이들 경화제는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다.
또한, 상기 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.
상기 경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 13 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 8 중량% 의 함량으로 포함될 수 있다. 경화제의 함량이 상기의 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물의 경화도 및 경화물의 강도가 우수하다.
상기 에폭시 수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 경화제에 대한　에폭시 수지의 화학 당량비가 0.95 내지 3 정도일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 2 정도, 더욱 구체적으로 1 내지 1.75 정도일 수 있다. 에폭시 수지와 경화제의 배합비가 상기의 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있다.
무기 충전제
상기 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성 및 저응력화를 향상시키기 위한 것이다. 상기 무기 충전제로는, 반도체 밀봉재에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 무기 충전제로는 용융실리카, 결정성실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 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 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.
무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 상기 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 70중량% 내지 95중량%, 예를 들면 80중량% 내지 90중량% 또는 83중량% 내지 97중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
실란 화합물
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 질화규소막과의 접착력 및 터프니스를 향상시키기 위해 하기 화학식 8로 표시되는 실란 화합물을 포함한다.
[화학식 8]
Figure 112016061008129-pat00015
상기 화학식 8에서 A는 수소, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기 또는 아민기이고, B는 치환 또는 비치환된 C1~10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 아미드기이며, Ra, Rb, Rb' Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기이며, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
바람직하게는, 상기 화학식 8에서, 상기 A는 아민기이고, B는 아미드 알킬렌기이며, Rb 및 Rb'은 각각 독립적으로 히드록시 또는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기이고, Rc는 수소 또는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기이며, Rd는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기일 수 있다.
본 발명자들의 연구에 따르면, 상기 화학식 8의 화합물을 에폭시 수지 조성물에 첨가할 경우, 접착력 및 터프니스가 향상될 뿐 아니라, 유동성, 내로우 갭 필링(narrow gap filling) 특성, 경화성, 상온에서의 저장 안정성이 향상되는 효과가 있는 것으로 나타났다.
구체적으로는, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 하기 화학식 8-1 내지 화학식 8-6으로 표시되는 화합물들로부터 선택되는 것일 수 있다.
[화학식 8-1]
Figure 112016061008129-pat00016
[화학식 8-2]
Figure 112016061008129-pat00017
[화학식 8-3]
Figure 112016061008129-pat00018
[화학식 8-4]
Figure 112016061008129-pat00019
[화학식 8-5]
Figure 112016061008129-pat00020
[화학식 8-6]
Figure 112016061008129-pat00021
상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5중량%, 바람직하게는, 0.1 내지 3중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 접착성 및 더프니스 개선 효과를 얻을 수 있다.
기타 성분
한편, 상기 성분들 이외에 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화촉진제, 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 상기 경화 촉진제로는, 예를 들면,　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.
상기 유기 금속화합물의 구체적인 예로는, 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-페닐-4메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸　등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 붕소화합물의 구체적인 예로는, 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 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로는, 상기 경화 촉진제로 유기인화합물, 붕소화합물, 아민계, 또는 이미다졸계 경화 촉진제를 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서 경화 촉진제의 사용량은 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여　0.01중량% 내지 2중량% 정도일 수 있으며, 구체적으로 0.02중량% 내지 1.5중량% 정도, 더욱 구체적으로 0.05중량% 내지 1중량% 정도일 수 있다.　상기의 범위에서 에폭시 수지 조성물의 경화를 촉진하고 또한, 경화도도 좋은 장점이 있다.
커플링제
상기 커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여 계면 강도를 향상시키기 위한 것으로, 예를 들면, 실란 커플링제일 수 있다. 상기 실란 커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여, 에폭시 수지와 무기 충전제의 계면 강도를 향상시키는 것이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 상기 실란 커플링제의 구체적인 예로는 에폭시실란, 아미노실란, 우레이도실란, 머캅토실란 등을 들 수 있다. 상기 커플링제는 단독으로 사용할 수 있으며 병용해서 사용할 수도 있다.
상기 커플링제는 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대해 0.01중량% 내지 5 중량% 정도, 바람직하게는 0.05중량% 내지 3 중량% 정도, 더욱 바람직하게는 0.1중량% 내지 2 중량% 정도의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물 경화물의 강도가 향상된다.
이형제
상기 이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 이형제는 에폭시수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
착색제
상기 착색제는 반도체 소자 밀봉재의 레이저 마킹을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 착색제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 착색제는 카본 블랙, 티탄블랙, 티탄 질화물, 인산수산화구리(dicopper hydroxide phosphate), 철산화물, 운모 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 착색제는 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대해 0.01중량% 내지 5 중량% 정도, 바람직하게는 0.05중량% 내지 3 중량% 정도, 더욱 바람직하게는 0.1중량% 내지 2 중량% 정도의 함량으로 포함될 수 있다.
이외에도, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 및 실리콘 레진 등의 응력완화제; Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane 등의 산화방지제;　등을　필요에 따라 추가로 함유할 수 있다.
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시　수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀　믹서(Hensel mixer)나 뢰디게 믹서(Lodige mixer)를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀(roll-mill)이나 니이더(kneader)로 용융 혼련한 후, 냉각, 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이 사용되고 있다.
본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이　가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 성분들의 사양은 다음과 같다.
(A) 에폭시 수지: 바이페닐형 에폭시 수지인 NC-3000(Nippon Kayaku)을 사용하였다.
(B) 경화제: 자일록형 페놀수지인 HE100C-10(Air Water)를 사용하였다.
(C) 경화촉진제: 트리페닐포스핀과 1,4-벤조퀴논의 부가생성물인 2P4MHZ(Nippon Gosei)를 사용하였다.
(D) 무기 충전제: 평균입경 20㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1(중량비) 혼합물을 사용하였다.
(E) 실란 화합물
실란 화합물로 하기 방법으로 합성된 (E1) ~ (E6)의 화합물 및 (E7), (E8)을 사용하였다.
(E1) 마이크로파 반응기 (CEM co., Discover) 에 메탄올 50g과 4-[[(4-aminophenyl)sulfonyl]amino]-2-hydroxybenzoic acid 31g과 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 20 g 을 넣고 150 W 출력으로 120˚C 에서 1분간 유지하며 반응 한 후 감압하여 하기 화학식 8-1로 표시되는 화합물(E1) 43 g(92%)을 얻었다. NMR 데이타로 하기 화학식 8-1 의 화합물임을 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.3 (s, 1H), 8.0-7.8 (m, 4H) 7.7 (m, 1H), 7.52-7,40 (m, 5H), 3.55 (s, 9H) 3.35 (m, 2H), 1.58 (m,2H), 0.68 (m, 2H) ppm;　13C NMR (100 MHz, CDCl3)　167.6, 164.8, 136.0, 134.4, 132.2, 129.1, 128.9, 127.5, 127.4, 125.5, 123.1, 117.2, 56.2, 44.1, 25.3, 7.0 ppm; LC-MS m/z　= 402　(M+); Anal. Calcd for C20H26N2O5Si: C, 59.68; H, 6.51; N, 6.96; Found: C, 59.77; H, 6.36; N, 7.14.
[화학식 8-1]
Figure 112016061008129-pat00022
(E2) 마이크로파 반응기 (CEM co., Discover) 에 메탄올 50g과 4-[[(4-aminophenyl)sulfonyl]amino]-2-hydroxy-6-methoxy-benzoic acid 34g 및 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 20 g 을 넣고 150 W 출력으로 120˚C 에서 1분간 유지하며 반응 한 후 감압하여 화학식 8-2로 표시되는 화합물(E2) 46 g(93%)을 얻었다. NMR 데이타로 하기 화학식 8-2의 화합물임을 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.01-7.94 (m, 5H) 7.52-7.40 (m, 4H), 7.20 (s, 1H), 3.72 (s, 3H), 3.55 (s, 9H) 3.35 (m, 2H), 1.68 (m, 2H), 0.63 (m,2H) ppm;　13C NMR (100 MHz, CDCl3)　167.6, 164.8, 161.0, 137.0, 135.4, 134.2, 132.2, 128.9, 127.5, 109.5, 108.2, 107.3 56.2, 55.9, 44.1, 25.3, 7.0 ppm; LC-MS m/z　= 432　(M+); Anal. Calcd for C21H28N2O6Si: C, 58.31; H, 6.52; N, 6.48; Found: C, 58.48; H, 6.37; N, 6.51.
[화학식 8-2]
Figure 112016061008129-pat00023
(E3) 마이크로파 반응기 (CEM co., Discover) 에 메탄올 50g과 5-[[(4-aminophenyl)sulfonyl]amino]-2-hydroxybenzoic acid 31g 및 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 20 g을 넣고 150 W 출력으로 120˚C 에서 1분간 유지하며 반응 한 후 감압하여 하기 화학식 8-3의 화합물(E3) 44g(93%)을 얻었다. NMR 데이타로 하기 화학식 8-3의 화합물임을 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.3 (s, 1H), 8.06-7.99 (m, 6H) 7.89 (m, 1H), 7.69 (m, 1H), 7.42 (m, 1H), 3.55 (s, 9H) 3.35 (m, 2H), 2.55 (s, 3H), 1.68 (m, 2H), 0.63 (m,2H) ppm;　13C NMR (100 MHz, CDCl3)　199.8, 167.6, 164.8, 140.2, 138.6, 136.0, 134.4, 129.1, 128.9, 127.4, 125.0, 123.1, 117.2, 56.2, 55.9, 44.1, 29.3, 25.3, 7.0 ppm; LC-MS m/z　= 444　(M+); Anal. Calcd for C22H28N2O6Si: C, 59.44; H, 6.35; N, 6.30; Found: C, 59.41; H, 6.32; N, 6.48.
[화학식 8-3]
Figure 112016061008129-pat00024
(E4) 마이크로파 반응기 (CEM co., Discover) 에 메탄올 50g과 4-[[(4-amino-N-phenylphenyl)sulfonyl]amino]-2-hydroxybenzoic acid 38g와 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 20 g 을 넣고 150 W 출력으로 120˚C 에서 1분간 유지하며 반응 한 후 감압하여 하기 화학식 8-4로 표시되는 화합물(E4) 52 g(93%)을 얻었다. NMR 데이타로 하기 화학식 8-4로 표시되는 화합물임을 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.52-8.49 (m, 2H), 8.06 (m, 2H), 8.03-7.98 (m, 5H),3.55 (s, 9H) 3.35 (m, 2H), 2.55 (s, 6H), 1.68 (m, 2H), 0.63 (m,2H) ppm;　13C NMR (100 MHz, CDCl3)　199.8, 167.6, 164.8, 140.2, 138.6, 137.1, 135.9, 134.3, 129.1, 128.9, 127.4, 122.0, 121.6, 56.2, 44.1, 29.3, 25.3, 7.0 ppm; LC-MS m/z　= 486　(M+); Anal. Calcd for C24H30N2O7Si: C, 59.24; H, 6.21; N, 5.76; Found: C, 59.48; H, 6.43; N, 6.13.
[화학식 8-4]
Figure 112016061008129-pat00025
(E5) 마이크로파 반응기 (CEM co., Discover) 에 메탄올 50g과 3-hydroxy-5-(4-(2-hydroxybenzamido)phenylsulfonamido)benzoic acid 42g 및 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 20g 을 넣고 150 W 출력으로 120˚C 에서 3분간 유지하며 반응 한 후 감압하여 하기 화학식 8-5로 표시되는 화합물(E5) 55 g(93%)을 얻었다. NMR 데이타로 하기 화학식 8-5 의 화합물임을 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.0 (br, 2H), 7.89 (s, 1H), 7.40-7.35 (m, 3H), 7.20 (s, 1H), 6.84 (s, 1H), 3.73, (s, 9H), 3.55 (s, 9H), 3.35 (m, 2H), 1.68 (m, 2H), 0.63 (m,2H) ppm;　13C NMR (100 MHz, CDCl3)　167.6, 164.8, 161.0, 153.2, 149.9, 137.0, 135.4, 127.5, 120.8, 115.4, 112.7, 109.5, 108.2, 107.3, 56.2, 55.9, 44.1, 25.3, 7.0 ppm; LC-MS m/z　= 492　(M+); Anal. Calcd for C23H32N2O8Si: C, 56.08; H, 6.55; N, 5.69; Found: C, 56.31; H, 6.39; N, 5.33.
[화학식 8-5]
Figure 112016061008129-pat00026
(E6) 마이크로파 반응기 (CEM co., Discover) 에 메탄올 50g과 2-methoxy-3-hydroxy-5-(4-(2-hydroxybenzamido)phenylsulfonamido)benzoic acid 45g 및 (3-aminopropyl)trimethoxysilane 20g을 넣고 150 W 출력으로 120˚C 에서 3분간 유지하며 반응 한 후 감압하여 하기 화학식 8-6으로 표시되는 화합물(E6) 58g(93%)을 얻었다. NMR 데이타로 하기 화학식 8-6의 화합물임을 확인하였다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3) 8.0 (br, 2H), 7.89 (s, 1H), 7.40-7.35 (m, 3H), 7.20 (s, 1H), 6.84 (s, 1H), 3.73, (s, 9H), 3.55 (s, 9H), 3.35 (m, 2H), 1.68 (m, 2H), 0.63 (m,2H) ppm;　13C NMR (100 MHz, CDCl3)　167.6, 164.8, 161.0, 153.2, 149.9, 137.0, 135.4, 127.5, 120.8, 115.4, 112.7, 109.5, 108.2, 107.3, 56.2, 55.9, 44.1, 25.3, 7.0 ppm; LC-MS m/z　= 492　(M+); Anal. Calcd for C23H32N2O8Si: C, 56.08; H, 6.55; N, 5.69; Found: C, 56.31; H, 6.39; N, 5.33.
[화학식 8-6]
Figure 112016061008129-pat00027
(E7) 에폭시실란인 A-187(Momentive Performance Materials Korea Co., Ltd.)를 사용하였다.
(E8) 아미노실란인 Y-9669(Shin Etsu)를 사용하였다.
(F) 커플링제:
(F1) 머캅토프로필트리메톡시 실란 커플링제인 KBM-803(신에츠)을 사용하였다.
(F2) 메틸트리메톡시 실란 커플링제인 SZ-6070(다우-코닝)을 사용하였다.
(G) 첨가제
(G1) 카르나우바 왁스 및 (G2) 카본블랙인 MA-100R(미츠비시 화학)을 사용하였다.
실시예 1 ~ 6, 비교예 1 ~ 2
하기 표 1의 조성에 따라 헨셀 믹서(KEUM SUNG MACHINERY CO.LTD(KSM-22))를 이용하여 25~30℃에서 30분간 균일하게 혼합한 후,　연속 니이더(Kneader)를 이용하여 Max. 110℃에서 30분간 용융 혼련 후, 10~15 ℃로 냉각하고 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2
(A) 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3
(B) 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2 5.2
(C) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
(D) 85 85 85 85 85 85 85 85
(E) (E1) 0.2
(E2) 0.2
(E3) 0.2
(E4) 0.2
(E5) 0.2
(E6) 0.2
(E7) 0.2
(E8) 0.2
(F) (F1) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(F2) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(G) (G1) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
(G2) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
[단위:중량%]
상기 실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 2의 에폭시 수지 조성물에 대하여 하기의 방법으로 물성 평가를 하여 하기 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 유동성(inch): EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 유동 길이를 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수하다.
(2) 경화 수축율 ( % ): 굴곡 강도 시편 제작용 ASTM 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 성형시편(127×12.6×6.4[mm])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]
경화 수축율 = (175℃에서의 금형 길이-시험편의 길이)÷(175℃에서의 금형 길이)×100
(3) 유리전이온도(℃): 열기계 분석기(Thermomechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 측정하였다. 이때 TMA는 25℃에서 분당 10℃씩 온도를 상승시켜 300℃까지 측정하는 조건으로 설정하였다.
(4) 흡습율 ( % ): 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 70kgf/cm2, 이송 압력 1000psi, 이송 속도 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 2에 의하여 흡습율을 계산하였다.
[식 2]
흡습율 = (흡습 후 시험편의 무게-흡습 전 시험편의 무게)÷(흡습 전 시험편의 무게)×100
(5) 접착력( kgf ): 정사각형30mm×30mm, 두께 1mm의 홈이 있는 핀 몰드(Pin mold)에 질화규소막(silicon nitride)이 5000Å 두께로 증착된 웨이퍼(wafer)를 홈 크기에 맞게 소잉(sawing)하여 몰드(mold)에 넣고 30톤 프레스에서 몰드를 진행하였다. 175℃, 이송압력 9 MPa, 이송속도 1 mm/sec, 경화시간 90초의 조건으로 성형하여 정사각형의 웨이퍼(wafer)위에 에폭시 수지 조성물이 일정한 면적을 갖는 크기로 몰딩되도록 시편을 제작하고, 175℃에서 2시간 동안 경화시킨다. 제작된 시편을 DAGE-SERIES-4000PXY를 이용하여 Pin adhesion force(kgf)를 측정하였다.
- 모델명 DAGE-SERIES-4000PXY(Dage Precision Industries LTD.)
- 측정 조건: 온도: 175℃, 시험높이(TEST OF HEIGHT): 100㎛, 시험속도(test speed): 300㎛/sec
(6) 터프니스 ( kgfmm ): ASTM D-790에 준하여 표준시편(125×12.6× 6.4mm)을 만든 후 175℃에서 4시간 경화시킨 시편으로 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 260℃에서 측정하였다. 기존 굴곡강도와 굴곡 모듈러스 측정방법과 동일하며 Toughness는 S-S Curve에서 면적으로 계산하여　값을 측정하였다.
(7) 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 50, 60, 70, 80 그리고 90초간 평가하고자 하는 에폭시 수지 조성물을 경화시킨 후 금형 위의 패키지에 직접 Shore-D형 경도계로 경화시간에 따른 경화물의 경도를 측정하였다. 값이 높을 수록 경화도가 우수하다.
(8) 저장안정성: 제조된 에폭시 수지 조성물을 25℃/50RH%로 설정된 항온항습기에 1주간 보존하면서 24시간 간격으로 상기 (1)의 유동성 측정과 같은 방법으로 유동길이를 측정하고, 제조 직후의 유동길이에 대한 백분율(%)을 구했다. 이 백분율의 수치가 클 수록 저장안정성이 양호한 것을 나타낸다.
(9) 신뢰성: 실시예 및 비교예의 에폭시 수지를 FBAG (Fine Ball-Grid Array)에 175℃, 120초의 조건으로 몰딩한 후 건조 오븐에서 175℃로 4시간 동안 후경화시켜 반도체 패키지를 제조하고, 상기 반도체 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.
평가 항목 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1 2
기본
물성		 유동성(inch) 75 71 74 73 78 77 52 58
경화수축율(%) 0.34 0.37 0.35 0.38 0.38 0.36 0.42 0.40
유리전이온도(℃) 123 123 124 124 123 124 121 122
흡습율(%) 0.25 0.25 0.24 0.24 0.25 0.24 0.25 0.26
패키지
평가 (I)		 부착력(kgf)
Pin adhesion test		 11.75 11.92 12.52 11.93 14.69 11.98 4.99 5.38
9.84 11.57 9.69 10.98 11.07 14.92 4.66 3.27
10.35 9.92 13.07 10.92 13.03 12.57 4.13 4.80
9.44 12.73 12.03 13.73 13.67 9.92 5.01 3.50
9.15 9.94 10.67 10.94 11.94 13.73 4.63 4.10
8.75 13.24 11.71 11.21 10.44 12.94 5.58 3.20
Ave. 9.9 11.5 11.6 11.6 12.5 12.7 4.8 4.0
패키지평가
(II)		 Toughness (260@kgfmm) 65 60 61 68 71 75 15 18
패키지
평가 (III)		 경화시간별 경화도 (Shore-D) 50초 72 69 71 68 68 72 52 60
60초 74 70 73 71 72 74 60 64
70초 76 73 76 74 78 76 64 66
80초 76 76 76 76 78 78 67 70
90초 78 76 78 78 79 79 67 71
저장안정성 24 hr 98% 97% 98% 97% 98% 99% 90% 92%
48 hr 94% 95% 94% 92% 96% 96% 84% 88%
72 hr 92% 93% 90% 89% 93% 94% 74% 79%
신뢰성 외관크랙 발생 수 0 0 0 0 0 0 0 0
박리발생 수 0 0 0 0 0 0 45 30
시험한 반도체 수 88 88 88 88 88 88 88 88
상기 [표 2]에 기재된 바와 같이, 화학식 8의 실란 화합물을 사용한 실시예 1 ~ 6의 경우, 유동성, 부착력, 터프니스, 경화도, 저장 안정성 및 신뢰성이 모두 우수하게 나타남을 확인할 수 있다. 이에 비해 에폭시 실란과 아미노실란을 사용한 비교예 1 및 2의 경우, 부착성 및 터프니스 특성이 실시예 1 ~ 5에 비해 현저하게 떨어질 뿐 아니라 유동성, 경화수축율, 경화도, 저장 안정성 및 신뢰성도 실시예보다 떨어짐을 확인할 수 있다.
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 (7)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 하기 화학식 8로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 8]
    Figure 112018018428242-pat00028

    상기 화학식 8에서 A는 수소, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기 또는 아민기이고,
    B는 치환 또는 비치환된 C1~10 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C2~10의 알케닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 아미드기이며,
    Ra, Rb, Rb' Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 C6~20의 아릴기이며,
    n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 A는 아민기이고, B는 아미드 알킬렌기이며, Rb 및 Rb'은 각각 독립적으로 히드록시 또는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기이고, Rc는 수소 또는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알콕시기이며, Rd는 치환 또는 비치환된 C1~10의 알킬기인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 하기 화학식 8-1 내지 화학식 8-6으로 표시되는 화합물들로부터 선택되는 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 8-1]
    Figure 112016061008129-pat00029

    [화학식 8-2]
    Figure 112016061008129-pat00030

    [화학식 8-3]
    Figure 112016061008129-pat00031

    [화학식 8-4]
    Figure 112016061008129-pat00032

    [화학식 8-5]
    Figure 112016061008129-pat00033

    [화학식 8-6]
    Figure 112016061008129-pat00034

  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 8로 표시되는 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5중량%로 포함되는 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 0.1 내지 15중량%,
    상기 경화제 0.1 내지 13중량%,
    상기 무기 충전제 70 내지 95중량% 및
    상기 화학식 8로 표시되는 화합물 0.1 내지 5중량%를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 조성물은 경화촉진제, 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물에 의해 밀봉된 반도체 소자.
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