KR102126049B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 이를 이용한 반도체 소자 밀봉 방법 및 반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 이를 이용한 반도체 소자 밀봉 방법 및 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하고, 안착각이 40도 이상이고, 입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 밀봉방법에 관한 것이다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 이를 이용한 반도체 소자 밀봉 방법 및 반도체 소자{EPOXY RESIN COMPOSITION, METHOD FOR ENCAPSULATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 이를 이용한 반도체 소자 밀봉 방법 및 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
최근에는 작고 얇은 디자인의 휴대용 디지털 기기들이 보편화되고 있다. 이에 따라, 내부에 실장되는 반도체 패키지의 단위 부피당 실장 효율을 높이기 위하여 반도체 패키지의 경량화, 박형화, 소형화가 진행되고 있다. 또한, 이와 반대로 디지털 기기의 용량을 증대하기 위해 반도체 패키지를 더욱 두껍게 형성하여 대용량화하는 기술에 대한 수요도 함께 증가하고 있다.
그러나, 반도체 패키지를 경량화, 박형화, 소형화하는 경우 반도체 패키지를 구성하고 있는 반도체 칩, 리드프레임 및 에폭시 수지 조성물 간의 열팽창계수 차이에 의해 패키지가 휘어지는 휨(warpage) 문제가 발생할 수 있다. 또한, 패키지를 밀봉하는 에폭시 수지 조성물의 열 수축 및 경화 수축 시 필러(Filler)의 불균일성에 의해 반도체 패키지의 두께 편차가 커지고, 휨(warpage)의 발생을 촉진할 수 있다.
또한, 반도체 패키지를 대용량화하는 경우 반도체 패키지의 반도체 칩과 배선기판을 연결하는 본딩 와이어의 길이와 밀도가 증가하고, 직경은 줄어들어 밀봉 시 밀봉용 수지 조성물의 흐름 방향으로 와이어가 쏠리는 와이어 스위핑(wire sweeping)이 발생할 수 있다.
이와 같이 반도체 패키지에 휨(warpage) 또는 와이어 스윕(wire sweep) 문제가 발생할 경우, 반도체 후공정에서의 납땜 불량이나 와이어 쇼트(wire short)와 같은 전기적 불량이 발생할 수 있다.
따라서, 경량화, 박형화, 소형화된 반도체 패키지 또는 대용량의 두꺼운 반도체 패키지 모두에 적용하기 유리한 특성을 구현하면서도, 반도체 패키지의 밀봉 공정에서 발생할 수 있는 휨(warpage)과 와이어 스윕(wire sweep) 등의 성형 문제를 해결할 수 있는 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 기존의 반도체 패키지 밀봉 공정에서 발생할 수 있는 휨(warpage), 와이어 스위핑(wire sweeping) 등의 성형 문제를 해결할 수 있는 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용한 반도체 소자 밀봉 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것이다
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
일 측면에서 본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하고, 안착각이 40도 이상이고 입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
구체예에서, 상기 입자 형태는 판상일 수 있다.
구체예에서, 상기 입자 형태는 다각기둥 형태 또는 직육면체 형태일 수 있다.
구체예에서, 상기 입자 형태는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
0.2 < (a/b) < 0.6
상기 식 1에서, a는 입자 단면의 단경이고, b는 입자 단면의 장경이다.
구체예에서, 상기 화학식 1에서 a는 0.1mm 내지 2mm 이고, b는 0.5mm 내지 5mm일 수 있다.
구체예에서, 상기 무기 충전제는 용융성 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리 섬유 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
구체예에서, 상기 무기 충전제는 평균입경이 40㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
구체예에서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 2 중량% 내지 15 중량%, 경화제 0.1 중량% 내지 13 중량%, 경화촉진제 0.01 중량% 내지 2 중량% 및 무기 충전제 70 중량% 내지 95 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
구체예에서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 착색제, 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제 및 난연제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 전술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 반도체 소자 상에 스프링클링한 후, 압축 성형하는 단계를 포함하는 반도체 소자 밀봉 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 전술한 반도체 소자 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 밀봉 공정에서 스프링클링 시 위치 정확성이 증대되어, 스프링클링 패턴을 형성할 수 있고, 스프링클링 패턴의 조형성이 우수하며, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 패키지의 휨(Warpage)과 와이어 스윕(Wire sweep)의 발생을 저감할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 대한 안착각의 측정 방법을 나타낸 개략도이다.
<입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물>
본 발명의 일 구현예는 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하고, 안착각(낙하각)이 40도 이상이고, 입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 안착각의 측정 방법은 일정한 부피의 시료를 이송 장치를 사용하여 일정한 진동으로 이송시킨 후, 일정한 높이에서 낙하시켜 퇴적된 시료의 바닥면의 외주점과 원뿔 정점과의 각을 측정하는 방법일 수 있다.
예를 들면, 안착각은 컴프레션(compression) 몰드 설비(PMC-1040D)를 사용하여 후술하는 실시예 및 첨부된 도 1의 안착각 측정 방법에 따라 측정할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 입자 형태를 갖고, 안착각을 40도 이상으로 제어함으로써, 밀봉 공정에서 스프링클링 시 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 원하는 지점에 위치시키는 효과(위치 정확성)를 증대시킬 수 있다. 이를 통해, 종래의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물과 달리 목적하는 형태로 퇴적된 스프링클링 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 스프링클링 패턴의 조형성이 우수하며, 이를 통해 패턴을 변경하기에 유리한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉된 반도체 패키지의 휨(Warpage)과 와이어 스윕(Wire sweep)의 발생을 저감하는 효과가 우수하다.
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 안착각이 40도 미만인 경우, 스프링클링에 의해 퇴적되는 모양 및 위치를 제어하기 어려워 패턴을 형성하기 어렵다.
상기 안착각은 예를 들면, 45도 이상, 50도 이상, 55도 이상일 수 있고, 80도 이하, 70도 이하, 60도 이하일 수 있다. 상기 범위 내에서, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 스프링클링 시 위치 정확성이 더욱 증대될 수 있다.
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 입자 형태를 갖지 않는 경우, 스프링클링에 의해 퇴적되는 모양 및 위치를 제어하기 어려워 패턴을 형성하기 어렵다.
일 실시예에서 상기 입자 형태는 판상, 다각기둥 형태 또는 직육면체 형태일 수 있다. 상기 예시들의 입자 형태에서 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 안착각을 40도 이상으로 구현하기에 유리하고, 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 더욱 저감할 수 있다. 특히, 상기 입자 형태가 판상인 경우 안착각을 40도 이상으로 구현할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 입자 형태는 하기 식 1을 만족할 수 있다. 이러한 경우, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 밀봉된 반도체 패키지의 두께 편차를 더욱 저감할 수 있다.
[식 1]
0.2 < (a/b) < 0.6
상기 식 1에서, a는 입자 단면의 단경이고, b는 입자 단면의 장경이다.
상기 식 1을 만족하는 범위에서, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 안착각을 40도 이상으로 구현하기에 유리하고, 스프링클링 패턴의 조형성이 더욱 향상될 수 있으며, 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 더욱 저감할 수 있다.
구체적으로, a는 0.1mm 내지 2mm일 수 있다.
구체적으로, b는 0.5mm 내지 5mm일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 조성물의 각 구성 성분에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
(A) 에폭시 수지
에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 포함되는 에폭시 수지라면 특별히 제한되지 않는다. 구체예에서, 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물이 바람직할 수 있다.
예를 들면, 에폭시 수지는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
구체적으로, 에폭시 수지는 비페닐형 노볼락 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 오르소 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 에폭시 수지는 비페닐형 노볼락 에폭시수지, 페놀 노볼락 수지 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉한 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 저감하는 효과가 더욱 증대되면서도 우수한 밀봉 효과를 구현할 수 있다.
상기 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 2 중량% 내지 15 중량%, 구체적으로는 3 중량% 내지 15 중량%, 3 중량% 내지 12 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉한 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 저감하는 효과가 더욱 증대되면서도 우수한 밀봉 효과를 구현할 수 있다.
(B) 경화제
경화제는 반도체 소자 밀봉용으로 통상적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 페놀성 수산기 또는 아미노기 등을 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
예를 들면, 경화제는 페놀아랄킬형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 비페닐 노볼락 수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 다방향족 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 테르펜 변성 페놀수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(히드록시페닐)메탄 및 디히드록시 비페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 및 디아미노이페닐술폰으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 경화제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 페놀 노볼락 수지, 비페닐 노볼락 수지 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉한 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 저감하는 효과가 더욱 증대되면서도 우수한 밀봉 효과를 구현할 수 있다.
상기 경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 13 중량%, 구체적으로는 0.1 중량% 내지 10 중량%, 더욱 구체적으로는 2 중량% 내지 8 중량%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉한 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 저감하는 효과가 더욱 증대되면서도 우수한 밀봉 효과를 구현할 수 있다.
(C) 경화 촉진제
상기 경화촉진제는 에폭시 수지와 페놀계 경화제의 반응을 촉진한다. 상기 경화촉진제로는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인(P)화합물, 이미다졸계 화합물, 또는 붕소화합물 등을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로는 유기인(P)화합물을 사용할 수 있다. 이러한 경우 경화 촉진 향상의 효과가 더욱 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 3급 아민은 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산의 염 등을 예로 들 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 유기금속화합물은 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 유기인화합물은 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등을 예롤 들 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 이미다졸계 화합물은 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 붕소 화합물은 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로 보란아민 등을 예로 들수 있지만 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 경화촉진제로는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인(P)화합물, 이미다졸계 화합물, 또는 붕소화합물 이외에도, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]논-5-엔, 1,8-디아자비시클로 [5.4.0]운데크-7-엔, 및 페놀노볼락 수지염 등을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 경화촉진제는 에폭시 수지 및/또는 페놀계 경화제와 선 반응시켜 제조된 부가 화합물 형태로도 사용될 수 있다.
본 발명에서 경화촉진제의 사용량은 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여　0.01 중량% 내지 2 중량%일 수 있으며, 구체적으로는 0.02 중량% 내지 1.5 중량%, 더욱 구체적으로는 0.05 중량% 내지 1 중량%이다.　상기 범위 내에서, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉한 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 저감하는 효과가 더욱 증대되면서도 우수한 밀봉 효과를 구현할 수 있고, 경화를 촉진하고 경화도를 더욱 향상시킬 수 있다.
(D) 무기 충전제
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물에서 기계적 물성을 향상시키고 응력을 낮추기 위해 사용된다. 상기 무기 충전제의 예로는 용융성 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 및 유리 섬유 등을 들 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.
구체적으로, 무기 충전제는 저응력화를 위해서는 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 사용할 수 있다. 상기 용융 실리카는 비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로서, 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 용융실리카는 구상의 평균입경 40㎛ 내지 50㎛인 것을 사용할 수 있다. 이러한 경우, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 기계적 물성이 더욱 향상되면서도 응력이 더욱 낮아질 수 있다.
상기 무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 70 중량% 내지 95 중량%, 구체적으로는 75 중량% 내지 92 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 이를 이용하여 밀봉한 반도체 패키지의 휨과 와이어 스윕의 발생을 저감하는 효과가 더욱 증대되면서도 우수한 밀봉 효과를 구현할 수 있다.
(E) 첨가제
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 상기 성분 이외에 첨가제로 착색제, 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제 및 난연제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 착색제로는 카본 블랙이나, 유기 또는 무기 염료를 사용할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 착색제는 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.05 중량% 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
상기 커플링제로는 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 상기 실란 커플링제로는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란 중 1종 이상을 사용할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
상기 커플링제는 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 5 중량%, 구체적으로는 0.05 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. 더욱 구체적으로는 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.
상기 이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 이형제는 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 5.5 중량%로 포함될 수 있다.
상기 응력 완화제로는 변성 실리콘 오일, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 파우더 및 실리콘 레진 중 1종 이상을 사용할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 상기 응력 완화제는 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 5.5 중량%로 포함될 수 있다.
상기 난연제로는 비할로겐계 유기 또는 무기 난연제를 사용할 수 있다. 비할로겐계 유기 또는 무기 난연제로는 포스파젠, 붕산아연, 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘 등의 난연제를 사용할 수 있지만 이들에 제한되지 않는다.
상기 난연제는 무기 충전제의 함량 및 페놀계 경화제의 종류 등에 따라 난연성이 달라지게 되므로 에폭시 수지 조성물의 난연성에 따라 적절한 비율로 포함될 수 있다. 상기 난연제의 함량은 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 10 중량% 이하, 구체적으로는 8 중량% 이하, 더욱 구체적으로는 5 중량% 이하로 포함될 수 있다.
<입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 제조 방법>
본 발명의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 전술한 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제, 경화촉진제 및/또는 첨가제 성분들을 혼합하여 용융 혼련하고, 원심 제분법, 분쇄 체분법 및 핫 컷법 등과 같은 방법을 이용하여 입자 형태로 제조하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 원심제분법은 원심력에 의해 용융 혼련된 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 회전하는 펀칭 철망에 통과시켜 입자형태로 제조하는 것일 수 있다. 이러한 원심제분법에서 회전자의 온도 및 속도, 펀칭 철망의 홀(hole) 사이즈 및 형태 등은 목적하는 입자 형태에 따라 조절될 수 있다.
상기 원심제분법은 용융 혼련된 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 점도에 영향에 따라 제조 조건을 변경할 수 있다. 이때 펀칭 철망의 온도가 높을 수록 단경이 줄어들고 장경은 길어지며, 회전자의 속도가 높을수록 단경이 줄어들고 장경이 줄어드는 경향이 있다. 예를 들면, 펀칭 철망의 온도는 90℃ 내지 130℃ 이고, 회전자의 속도는 2500 rpm 내지 5000 rpm 일 수 있다.
본 발명의 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자 밀봉 등과 같이 이를 필요로 하는 다양한 용도에 적용될 수 있다.
<반도체 소자 밀봉 방법>
본 발명의 다른 구현예는 전술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용한 반도체 소자 밀봉 방법에 관한 것이다.
종래의 반도체 소자를 밀봉하는 압축 성형 방법은 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 모든 캐비티 영역에 균일한 정도로 스프링클링하며, 이러한 경우 중심부에 비해 유동이 많이 발생하는 외각부에서 불균일한 와이어 스윕이 발생할 수 있다. 특히, 반도체 소자 상의 봉지재의 두께가 0.5mm 이하로 박형화되는 경우, 스프링클링 양이 적어지기 때문에 스프링클링에 의해 퇴적된 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 형성하는 이격이 증가하고 압축 성형 시 와이어 스윕의 발생률이 높아질 수 있다.
본 발명의 반도체 소자는 전술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉함으로써, 상기와 같은 밀봉된 반도체 패키지의 휨(Warpage)과 와이어 스윕(Wire sweep)의 발생을 효과적으로 저감할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자를 밀봉하는 방법은 전술한 본 발명에 따른 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 반도체 소자 상에 스프링클링한 후, 압축 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 반도체 소자를 밀봉하는 방법은 입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 높은 안착각을 통해 낙하 안정성을 향상시키고, 위치 정확성을 높일 수 있다.
구체적으로, 압축 성형은 압축 성형이 이루어지는 캐비티 안에 입자 형태의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 패턴 형상으로 스프링클링하고 캐비티 전면을 압축하여 성형하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 캐비티 안의 중심부와 외각부에서 발생하는 유동 정도의 차이를 반영하도록 패턴의 모양을 조절할 수 있으며, 또한 와이어 스윕이 발생하는 영역을 보완하도록 패턴의 모양을 쉽게 변경할 수 있다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어 서는 안 된다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(A) 에폭시 수지
(a1) 비페닐형 노볼락 에폭시수지인 NC-3000(Nippon Kayaku社)
(a2) 비페닐형 에폭시 수지 YX-4000(Japan Epoxy Resin社)
(B) 경화제
(b1) 페놀 노볼락 수지 DL-92(메이와社)
(b2) 비페닐 노볼락 수지인 MEH-7851S(메이와社)
(C) 경화촉진제
트리페닐 포스핀(Triphenyl phosphine) (Hokko Chemical社)
(D) 무기 충전제
평균입경 45㎛의 구상 용융실리카
(E) 커플링제
(e1) 에폭시 실란 KBM-303(Shin Etsu社) 및
(e2) 아미노 실란 KBM-573(Shin Etsu社)
(F) 착색제
카본 블랙 MA-600B(미츠비시 화학社)
(G) 이형제
카르나우바 왁스
실시예 1
비페닐형 노볼락 에폭시수지인 NC-3000(Nippon Kayaku社) 7.1 중량%, 비페닐형 에폭시 수지 YX-4000(Japan Epoxy Resin社) 2.3 중량%, 페놀 노볼락 수지 DL-92(메이와社) 3.5 중량% 및 비페닐 노볼락 수지인 MEH-7851S(메이와社) 0.2 중량%, 경화촉진제인 트리페닐 포스핀(Triphenyl phosphine) (Hokko Chemical社) 0.4 중량%, 무기 충전제인 평균입경 45㎛의 구상 용융실리카 85.6 중량%, 커플링제인 에폭시 실란 KBM-303(Shin Etsu社) 0.2 중량% 및 아미노 실란 KBM-573(Shin Etsu社) 0.2 중량%, 착색제 카본 블랙 MA-600B(미츠비시 화학社) 0.2 중량%, 이형제인 카르나우바 왁스 0.3 중량%를 혼련기에 투입 후 용융 혼련하여 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 제조하였다.
상기 용융 혼련된 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 2500rpm 내지 5000rpm의 회전속도로 홀 사이즈(Hole size)가 1.5mm인 펀칭 철망을 통과시켜 입자 형태로 제조하였다. 이때, 펀칭 철망의 온도는 90℃ 내지 130℃로 조절하였다.
실시예 2 내지 4, 비교예 1, 2
펀칭 철망의 홀 사이즈(Hole size)를 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 입자 형태의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
성분(중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
에폭시 수지(a1) 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1
에폭시 수지(a2) 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3
경화제(b1) 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
경화제(b2) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
경화촉진제(C) 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
무기 충전제(D) 85.6 85.6 85.6 85.6 85.6 85.6
커플링제(e1) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
커플링제(e2) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
착색제(F) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
이형제(G) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
펀칭 철망
홀 사이즈 (mm)		 1.5 1.2 0.5 0.75 3.2 1
펀칭 철망
온도(℃)		 90~130 90~130 90~130 90~130 90~130 90~130
회전 속도
(RPM)		 2500~5000 2500~5000 2500~5000 2500~5000 2500~5000 2500~5000
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예에서 제조된 입자 형태의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 안착각을 측정한 후, 하기 물성 평가 방법에 따라 물성을 평가하였다. 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
<물성 평가 방법>
(1) 입자 형태
실시예 및 비교예에서 제조된 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물 1g에 대해, 현미경을 사용하여 장축과 단축의 길이를 3회 측정하여 평균 값을 측정한다. 장축의 경우 입자에서 가장 긴 길이를 대표 값으로 하고 단축의 경우 가장 작은 길이를 대표 값으로 한다. 산출된 평균 값이 하기 식 1을 만족하는지 여부를 확인한다.
[식 1]
0.2 < (a/b) < 0.6
상기 식 1에서, a는 입자 단면의 단경이고, b는 입자 단면의 장경이다.
(2) 안착각 측정 방법
실시예 및 비교예에서 제조된 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 일정한 부피(15cm3 내지 20cm3)값을 갖는 시료에 대해 안착각을 측정한다.
도 1을 참조하면, 상기 각 시료를 이송 장치(101)를 사용하여 PMC-1040D COMPRESSION MOLD 설비의 RESIN 이송기로 이송시키고, 안착각을 측정하기 위한 평탄면(202)으로 일정한 높이(H=5cm)에서 낙하시킨 후 퇴적된 조성물 바닥면의 외주점과 원뿔 정점과의 각(θ)을 측정한다.
(3) 휨의 발생 정도 평가
회로 기판 위의 개별 유닛당 면적비율이 50%인 반도체 Chip을 Die attach film을 이용하여 기판 위에 attach하고 실시예 및 비교예에서 제조된 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물의 높이가 350μm가 될 수 있도록 압축 성형을 하고, 175℃ 2HR 열처리 공정 후, PEAK 온도 250℃의 REFLOW 공정을 거친 후 PKG의 EMC 표면에 수 μm의 Pt를 coating한 후 akrometrix 설비를 사용하여 압축 성형된 반도체 소자의 25℃에서의 휨을 측정하였다.
(4) 와이어 스윕의 발생 정도 평가
Wire sweep용 반도체 소자를 PMC-1040D로 압축 성형한 후 TOSMICRON-S의 S4090IN X-ray를 사용하여 와이어 스위핑을 측정하였다. 이때의 와이어의 직경은 0.6mil, 길이는 3mm이다.
(5) 압축 성형성 평가
실시예 및 비교예에서 제조된 입자 형태의 반도체 소자 밀봉용 수지 조성물을 압축 성형하여, 반도체 패키지 시편을 제조한 후, 하기 기준에 따라 압축 성형성을 평가하였다.
(Caking)
X: 25도 50%RH에서 에폭시 수지 조성물 1kg를 30cm x 10cm의 상자형태의 통속에 84hr 방치한 후 체눈의 크기가 2mm인 체로 최소진동을 가하였을 때 체 위에 남는 뭉쳐 있는 에폭시 수지 조성물의 무게가 1% 이하를 의미한다.
(이송 불량)
◎: Compression mold 설비에서 에폭시 수지 조성물의 계산된 무게를 Mold stage에 이송시키는 단계를 50회 반복했을 때 이송 불량이 발생하지 않음.
△: 1 내지 5회 이송 불량이 발생함
(설비오염)
X: Compression mold를 이용하여 에폭시 수지 조성물을 10g으로 하는 mold 공정을 100cylce 진행하였을 때 에폭시 수지 조성물을 운반해주는 장치의 표면에 흡착된 에폭시 수지 조성물이 없는 상태
△: Compression mold를 이용하여 에폭시 수지조성물을 10g으로 하는 mold 공정을 100cylce 진행하였을 때 에폭시 수지 조성물을 운반해주는 장치의 표면에 흡착된 에폭시 수지 조성물이 있는 상태
구성성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
입자형태 a(mm) 1.3 0.8 0.4 0.7 3.1 0.8
b(mm) 2.3 1.5 1.1 3.3 3.2 1.1
a/b 0.58 0.50 0.33 0.21 0.97 0.70
안착각 41 44 51 57 33 36
성형성
(compression)		 caking X X X X X X
이송불량 ◎ ◎ ◎ △ ◎ ◎
설비오염 X X X △ X X
휨(warpage) 발생 두께(㎛) 9.4 9.6 8.4 9.5 13.1 13.1
와이어 스윕(wire sweep) 5% 이상 발생률(%) 1 2 0 1 12 10
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예는 휨과 와이어 스윕의 발생 결함이 적은 우수한 조성물을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (11)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하고, 안착각이 44도 내지 57도이고, 입자 형태인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이며,
    상기 입자 형태는 판상, 다각기둥 형태 또는 직육면체 형태이고, 하기 식 1을 만족하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    [식 1]
    0.2 < (a/b) < 0.6
    상기 식 1에서, a는 입자 단면의 단경으로 0.1mm 내지 2mm이고, b는 입자 단면의 장경으로 0.5mm 내지 5mm이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무기 충전제는 용융성 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리 섬유 중 1종 이상을 포함하는 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무기 충전제는 평균 입경이 40㎛ 내지 50㎛인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 2 중량% 내지 15 중량%, 경화제 0.1 중량% 내지 13 중량%, 경화촉진제 0.01 중량% 내지 2 중량% 및 무기 충전제 70 중량% 내지 95 중량%를 포함하는 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 착색제, 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제 및 난연제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  10. 제1항에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 반도체 소자 상에 스프링클링한 후, 압축 성형하는 단계를 포함하는 반도체 소자 밀봉 방법.
  11. 제1항에 따른 반도체 소자 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자.
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