KR102112866B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 및 충전제를 포함하는 조성물이고, 상기 충전제는 종횡비가 10 내지 200인 메타 아라미드를 포함하고, 상기 메타 아라미드는 상기 조성물에 0.01 내지 1 중량%로 포함된다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자{COMPOSITION FOR ENCAPSULATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE ENCAPSULATED BY USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 목적으로 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 밀봉하는 방법이 상업적으로 행하여지고 있다. 최근에 작고 얇은 디지털 기기들이 보편화되면서, 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되어, 칩의 고적층화, 고밀도화가 이루어지고 있다.
소형화, 경량화, 고성능화 추세에 따라 반도체 칩이 얇아지고, 고집적화 및/또는 표면 실장화가 증가함에 따라 종래의 에폭시 수지 조성물들로는 해결할 수 없는 문제점이 발생하고 있다.
특히, 반도체 소자가 박형화되고 고온에서 방치됨에 따라 휨 현상이 개선되고, 우수한 신뢰성을 갖는 반도체 소자가 요구된다. 휨 현상 발생을 방지하기 위한 기존의 방법들은 흡습 현상이 발생하거나, 고온에서 분해되는 현상으로 인해 신뢰성이 충분하지 못하였다.
따라서, 열팽창 계수를 개선하여 휨 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 흡습 현상을 최소화하여 신뢰성도 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 필요하다.
본 발명의 목적은 열팽창 계수가 높고, 흡습 현상을 최소화할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 휨 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 신뢰성도 개선된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
일 구체예에서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 및 충전제를 포함하는 조성물이고, 상기 충전제는 종횡비가 10 내지 200인 메타 아라미드를 포함하고, 상기 메타 아라미드는 상기 조성물에 0.01 내지 1 중량%로 포함된다.
상기 메타 아라미드는 하기 화학식 1의 반복 단위를 포함할 수 있고, n은 평균값이 100 내지 1,000일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017111448337-pat00001
상기 메타 아라미드는 중량평균분자량이 50,000 내지 200,000일 수 있다.
상기 메타 아라미드는 평균 직경이 0.1㎛ 내지 5㎛이고, 평균 길이가 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다.
상기 에폭시 수지 조성물은, 상기 에폭시 수지 0.5중량% 내지 20중량%, 상기 경화제 0.1중량% 내지 13중량%, 및 상기 충전제 70중량% 내지 98중량%를 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제, 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 반도체 소자에 관한 것이다.
일 구체예에서, 상기 반도체 소자는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 것일 수 있다.
본 발명은 열팽창 계수가 높고, 흡습 현상을 최소화할 수 있으며, 휨 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 신뢰성도 개선된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 효과를 갖는다.
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.
또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 범위를 나타내는 'X 내지 Y'는 'X 이상 Y 이하'를 의미한다.
본 발명의 일 구체예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 및 충전제를 포함하는 조성물이고, 상기 충전제는 종횡비가 10 내지 200인 메타 아라미드를 포함하고, 상기 메타 아라미드는 상기 조성물에 0.01 내지 1 중량%로 포함된다.
이하, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 각 성분에 대하여 구체적으로 설명한다.
에폭시 수지
반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 에폭시 수지라면 특별히 제한되지 않는다. 구체예에서 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 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 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 또는 이들의 혼합물이 사용될 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 112017111448337-pat00002
상기 화학식 2에서, b의 평균값은 1 내지 7이다.
상기 바이페닐형 에폭시 수지는, 예를 들면, 하기 화학식 3으로 표시되는 바이페닐형 에폭시 수지일 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112017111448337-pat00003
상기 화학식 3에서, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14 및 R15는 각각 독립적으로 탄소수 1~4의 알킬기이며, c의 평균값은 0 내지 7이다.
구체예에서, 상기 에폭시 수지는 바이페닐형 에폭시 수지 및 페놀아랄킬형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체예에서, 상기 에폭시 수지는 바이페닐형 에폭시 수지 및 페놀아랄킬형 에폭시 수지를 0.5:1 내지 2:1의 중량비로 포함할 수 있다. 이 경우 메타 아라미드와 함께 사용되어 반도체 소자의 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
상기 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.5 내지 20 중량%, 구체적으로 3 내지 15 중량%, 더욱 구체적으로 3 내지 12 중량%일 수 있다.
경화제
상기 경화제로는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 경화제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 2개 이상의 반응기를 가진 경화제가 사용될 수 있다.
구체적으로는, 상기 경화제로는, 페놀아랄킬형 페놀 수지,　페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록(xylok)형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형　페놀 수지, 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 자일록형 페놀 수지 및 페놀아랄킬형 페놀 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페놀아랄킬형 페놀 수지는 예를 들면, 하기 화학식 4로　표시되는　분자 중에 바이페닐　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 페놀 수지일 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112017111448337-pat00004
(상기 화학식 4에서, e의 평균값은 1 내지 7이다).
상기 화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀 수지는 에폭시 수지와 반응하여 탄소층(char)을 형성하여 주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 달성하게 된다.
또한,　상기 자일록형 페놀 수지는, 예를 들면, 하기 화학식 5로　표시되는　자일록(xylok)형　페놀 수지일 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112017111448337-pat00005
(상기 화학식 5에서, f의 평균값은 0 내지 7이다)
상기 화학식 5로 표시되는 자일록형 페놀 수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성을　개선시킬 수 있다.
구체예에서, 상기 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지 및 자일록형 페놀 수지를 0.5:1 내지 2:1의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 중량비 범위에서, 메타아라미드를 함께 적용하는 경우 열팽창 계수를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
이들 경화제는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력 완화제 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%, 구체적으로 0.1 내지 10 중량%, 더욱 구체적으로 0.1 내지 8 중량% 의 함량으로 포함될 수 있다.
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.
충전제
충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성을 향상시키고, 저응력화를 달성하기 위한 것이다.
본 발명은 충전제로 종횡비가 10 내지 200인 메타 아라미드를 포함한다. 종횡비가 10 내지 200인 메타 아라미드를 포함하는 에폭시 수지 조성물은 경화 후 열팽창 계수가 높고, 흡습 현상이 최소화될 수 있다. 이로써, 반도체 소자의 휨 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 신뢰성도 우수한 장점이 있다. 여기서 종횡비는 메타 아라미드의 직경에 대한 길이의 비를 의미한다.
상기 메타 아라미드의 종횡비가 10 미만인 경우에는 fiber 네트워크 형성율이 낮아지는 문제가 있거나, 스트레스를 해소하는 효과가 충분하지 못하고, 종횡비가 200을 초과하는 경우에는 유동을 저하시키는 단점이 있다. 또한, 파라 아라미드는 본 발명의 메타 아라미드에 비해 내열성이 낮아 고온에서 분해되거나, 고온 신뢰성 개선의 효과가 떨어지는 문제가 있다.
상기 메타 아라미드는 하기 화학식 1의 반복 단위를 포함할 수 있고, n의 평균값은 100 내지 1,000, 구체적으로 200 내지 850일 수 있다. 상기 범위에서, 메타 아라미드는 에폭시 수지 조성물 내에 균일하게 분산될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017111448337-pat00006
상기 메타 아라미드는 중량평균분자량이 50,000 내지 200,000일 수 있다. 상기 범위에서, 메타 아라미드는 에폭시 수지 조성물 내에 다른 성분과의 상용성이 우수하다.
상기 메타 아라미드는 평균 직경이 0.1㎛ 내지 5㎛이고, 평균 길이가 50㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 상기 직경 및 길이 범위에서, 열팽창 계수 개선 및 흡습 현상 방지의 효과가 있다.
상기 메타 아라미드는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 1 중량%, 구체적으로 0.1 내지 1 중량%로 포함된다. 상기 에폭시 수지 조성물이 메타 아라미드를 1 중량% 초과로 포함하는 경우, 에폭시 수지 조성물의 유동 물성이 저하되는 단점이 있다.
또한, 충전제로, 반도체 밀봉재에 사용되는 일반적인 충전제들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 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.
상기 충전제로는 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융실리카를 사용할 수 있다. 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 구상 용융실리카를 50 중량% 내지 99 중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융실리카를 1 중량% 내지 50 중량%를 포함한 용융실리카 혼합물을 전체 충전제에 대하여 40 중량% 내지 99.9 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 있으므로 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.
충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 70 중량% 내지 98 중량%, 구체적으로 70 중량% 내지 93 중량%, 더욱 구체적으로 70 중량% 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 유동성, 및 신뢰성을 확보하는 효과가 있을 수 있다.
구체예에서, 상기 에폭시 수지 조성물은, 상기 에폭시 수지 0.5 중량% 내지 20 중량%, 상기 경화제 0.1 중량% 내지 13 중량%, 및 상기 충전제 70 중량% 내지 98 중량%를 포함할 수 있다.
한편, 상기 성분들 이외에 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제, 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　0.01 중량% 내지 2 중량% 정도일 수 있으며, 구체적으로 0.02 중량% 내지 1.5 중량% 정도, 더욱 구체적으로 0.05 중량% 내지 1 중량% 정도일 수 있다.　상기의 범위에서 에폭시 수지 조성물의 경화를 촉진하고 또한, 경화도도 좋은 장점이 있다.
커플링제
상기 커플링제는 에폭시 수지와 충전제 사이에서 반응하여 계면 강도를 향상시키기 위한 것으로, 예를 들면, 실란 커플링제일 수 있다. 상기 실란 커플링제는 에폭시 수지와 충전제 사이에서 반응하여, 에폭시 수지와 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 0.01 중량% 내지 5 중량% 정도, 구체적으로 0.05 중량% 내지 3 중량% 정도, 더욱 구체적으로 0.1 중량% 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 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1 중량%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 카본블랙, 티탄블랙, 블랙 염료(Nubian black), 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, 구체적으로 0.05중량% 내지 3 중량% 정도, 더욱 구체적으로 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 응력 완화제; Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane 등의 산화방지제　등을　필요에 따라 추가로 함유할 수 있다.
상기 에폭시 수지 조성물은 상기와 같은 성분들을 헨셀　믹서(Hensel mixer)나 뢰디게 믹서(Lodige mixer)를 이용하여 소정의 배합비로 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀(roll-mill)이나 니이더(kneader)로 용융 혼련한 후, 냉각, 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자에 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting), 압축 성형 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 실시예에서 사용된 각 성분들의 사양은 하기와 같다.
(A) 에폭시 수지
(a1) 바이페닐형 에폭시 수지: Japan Epoxy Resin에서 제조된 YX-4000H 제품(에폭시 당량 196)을 사용하였다.
(a2) 페놀아랄킬형 에폭시 수지: Nippon Kayaku에서 제조된 NC-3000 제품(에폭시 당량 270)을 사용하였다.
(B) 경화제
(b1) 페놀아랄킬형 페놀 수지: Meiwa에서 제조된 MEH-7851-SS 제품(수산기 당량 203)을 사용하였다.
(b2) 자일록형 페놀 수지: 코오롱에서 제조된 KPH-F3065 제품(수산기 당량 203)을 사용하였다.
(C) 충전제
(c1) 메타 아라미드: 도레이케미칼社에서 제조된 ARAWIN 제품(평균 직경 2㎛, 평균 길이 120㎛, 종횡비 60, 중량평균분자량 80,000)을 사용하였다.
(c2) Momnetive社의 siloxane particles tospearl 2000b 평균직경 7㎛ 구상 파우더
(c3) 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1(중량비) 혼합물
(D) 경화촉진제: 시코쿠 케미칼에서 제조된 2-페닐-4-메틸 이미다졸(2P4MHZ)을 사용하였다.
(E) 커플링제: CHISSO에서 제조된 에폭시 실란(A-187) 을 사용하였다.
(F) 착색제
(f1) 카본블랙: Mitsubishi Chemical에서 제조된 MA-600B 제품을 사용하였다.
(f2) 블랙 염료: Orient Chemical에서 제조된 Nubian Black TH-807 제품(pH 7.0)을 사용하였다.
(G) 이형제: 카르나우바 왁스를 사용하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성에 따라 각 성분들을 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 120 ℃에서 30분간 용융 혼련 후, 10~15 ℃로 냉각하고 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
(단위:
중량%)		 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2
(A) (a1) 1.79 1.79 1.79 1.79 1.79 1.79
(a2) 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80
(B) (b1) 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97
(b2) 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97
(C) (c1) 0.01 0.1 0.5 1 - -
(c2) - - - - - 0.5
(c3) 92.99 92.9 92.5 92.0 93.0 92.5
(D) 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07
(E) 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40
(F) (f1) 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20
(f2) 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
(G) 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70
합계 100 100 100 100 100 100
상기 제조된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 대하여 하기의 방법으로 물성 평가를 하여 하기 표 2에 나타내었다.
물성 평가방법
(1) 스파이럴 플로우(inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형에 금형 온도 175℃, 70kgf/cm2, 주입 압력 9MPa, 및 경화 시간 90초의 조건으로 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동 길이를 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수한 것이다.
(2) 열팽창계수 (α1, ㎛/m·℃): ASTM D696에 따라 평가하였다.
(3) 흡습률(wt%): ASTM D792에 따라 표준시편을 만든 후 175℃에서 4 시간 동안 오븐(Oven, JEIO TECH社 제조)에서 후경화시킨 시편으로 PCT (Pressure Cooker Tester)를 이용하여 121 ℃, 2기압, 100% RH에서 24시간 방치한 후, 25 ℃에서 흡습 전후의 흡습량을 통하여 흡습률을 측정하였다.
(4) 신뢰성: PCB에 더미 칩을 에폭시 수지 조성물로 175℃에서 성형하여 시편을 얻었다. 얻은 시편을 175℃에서 4시간 동안 후경화(PMC: post molding cure)시켰다. 이후, PCT(Pressure cooker test) 조건인 121℃, 100 RH%, 2atm에서 6시간 방치한 후에 하기 개별 조건에 따라 IR reflow를 진행하였다. 총 5가지 조건별로 IR reflow 과정까지 완료된 시편을 초음파 분석 SAT(Scanning Acoustic Tomography) 설비를 활용하여 박리 여부를 이미지로 확인하였다. 박리 발생 최저 온도(각 조건별 IR reflow Max 온도)로 신뢰도를 평가하였다.
조건 0 : 270 ~ 275℃ , Max 270℃
조건 1 : 275 ~ 280℃ , Max 275℃
조건 2 : 280 ~ 285℃ , Max 278℃
조건 3 : 285 ~ 290℃ , Max 293℃
조건 4 : 290 ~ 295℃ , Max 298℃
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2
스파이럴 플로우(inch) 45 44 41 36 45 40
열팽창계수
(α1, ㎛/m·℃)		 13 14 16 17 12 14
흡습률(wt%) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.45
신뢰성 278℃ 278℃ 298℃ 293℃ 270℃ 275℃
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 특정 종횡비를 갖는 메타 아라미드를 포함하는 실시예는 열팽창계수가 높고, 흡습률이 낮으며, 휨 현상을 방지하고 신뢰성이 높은 것을 알 수 있다. 반면에 본 발명의 메타 아라미드를 포함하지 않는 비교예 1은 열팽창계수 및 신뢰도가 낮고, 메타 아라미드 대신 실리콘 소재의 유기필러를 적용한 비교예 2는 흡습률이 높고 신뢰성이 낮은 문제가 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 (6)

  1. 에폭시 수지 0.5중량% 내지 20중량%, 경화제 0.1중량% 내지 13중량%, 및 충전제 70중량% 내지 98 중량%를 포함하는 조성물이고,
    상기 충전제는 종횡비가 10 내지 200인 메타 아라미드를 포함하고,
    상기 메타 아라미드는 상기 조성물에 0.01중량% 내지 1중량%로 포함되고,
    상기 메타 아라미드는 하기 화학식 1의 반복 단위를 포함하고, n의 평균값은 100 내지 1,000인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112020004677796-pat00007
    .
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메타 아라미드는 평균 직경이 0.1㎛ 내지 5㎛이고, 평균 길이가 50㎛ 내지 150㎛인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제, 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함하는 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항, 제3항 및 제5항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자.

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