KR102146997B1 - 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 Download PDF

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Abstract

에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물; 및 실리콘계 수지를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이고, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물: 상기 실리콘계 수지는 1:0.3 내지 1:3의 중량비로 포함되고, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지의 총합은 0.2 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용해 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE ENCAPSULATED USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 반도체 소자를 포장하고 반도체 장치를 얻는 방법으로는 에폭시 수지 조성물의 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.
그러나, 요즘 전자기기가 점차 소형화, 경량화, 고성능화되는 추세에 따라 반도체의 고집적화도 매년 가속화되고 있다. 또한, 반도체 장치의 표면 실장화에 대한 요구도 늘어감에 따라 종래의 에폭시 수지 조성물로는 해결할 수 없는 문제들이 생기고 있다. 기판과 조성물 사이의 열팽창, 열수축에 의한 패키지의 휨 현상으로 인한 문제와 고탄성 경화물에 의한 칩 파손 및 불량 문제 개선을 위한 저수축, 저탄성 물성을 필요로 하고 있다.
기판상의 편면 만을 수지 조성물로 밀봉한 패키지에서, 휨을 감소시키는 방법으로는 수지 조성물의 경화 수축을 적게 하는 방법이 알려져 있다. 유기 기판에서는 BT(Bismaleimide Triazine) 수지나 폴리이미드 수지와 같이 높은 유리전이온도(Tg)의 수지가 널리 이용되고 있다. 이들은 수지 조성물의 성형 온도인 170℃ 부근보다 높은 Tg를 가진다. 이 경우, 성형 온도로부터 실온까지의 냉각 과정에서는 유기 기판의 선팽창 계수가 α1의 영역만으로 수축한다. 따라서, 수지 조성물도 Tg가 높고, 또한 그 α1이 회로 기판과 같고, 또한 경화 수축이 제로이면 휨은 거의 제로가 된다고 생각된다.
또, 휨을 감소시키기 위해서 기판의 선팽창계수와 수지 경화물의 선팽창 계수를 근접시키는 방법이 알려져 있다. 용융 점도가 낮은 수지를 이용해 무기 충전제의 배합량을 높임으로써, α1을 기판에 근접시키거나 선팽창계수를 낮출 수 있다고 알려진 나프탈렌 골격을 수지에 도입하는 방법도 제안되고 있다.
그러나, 이러한 수지 조성물에서도 해결해야 할 문제들이 나타나고 있다. 무기 충전제의 비율이 많아지면 유동성 및 성형성이 저하되기 쉽고, 탄성률을 증가시켜 휨 개선 효과가 미약하였으며, 경화 수축을 감소시키기 위해 높은 Tg를 갖는 수지 조성물을 사용하게 되면 일반적으로 탄성률이 크게 증가하여 열이나 충격에 의한 외부 스트레스에 취약해지게 된다.
본 발명의 목적은 유동성의 저해 없이 휨(warpage)을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄성률(modulus)을 저감시켜 휨을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유리전이온도 이하에서의 선팽창계수(CTE1)와 상온에서의 탄성률을 동시에 낮춤으로써 휨을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물; 및 실리콘계 수지를 포함하고, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물: 상기 실리콘계 수지는 1:0.3 내지 1:3의 중량비로 포함되고, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지의 총합은 0.2 중량% 내지 5 중량%로 포함된다.
본 발명은 본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명은 유동성의 저해 없이 휨을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 발명은 탄성률을 저감시켜 휨을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다
본 발명은 유리전이온도 이하에서의 선팽창계수와 상온에서의 탄성률을 동시에 낮춤으로써 휨을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 발명은 상기와 같은 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하였다.
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물; 및 실리콘계 수지를 포함하고, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물: 상기 실리콘계 수지는 1:0.3 내지 1:3의 중량비로 포함되고, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지의 총합은 0.2 중량% 내지 5 중량%로 포함된다. 상기 총합 및 중량비 범위에서, 유동성과 경화 특성의 저해 없이 유리전이온도 이하에서의 선팽창계수(CTE1)와 탄성률(modulus)을 동시에 저감시켜 휨(warpage)을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물 중 구성 성분에 대해 상세하게 설명한다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 에폭시 수지들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 에폭시 수지는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 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, 바이페닐형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 에폭시 수지는 바이페닐형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 에폭시 수지는 바이페닐형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 페놀아랄킬형 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
<화학식 1>
Figure 112017131385621-pat00001
(상기 화학식 1에서, n의 평균값은 1 내지 7이다).
에폭시 수지는 경화성 측면을 고려할 때 에폭시 당량이 100g/eq 내지 500g/eq인 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 상기 범위에서, 경화도를 높일 수 있다.
에폭시 수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물 형태로 사용할 수도 있다.
에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.5 중량% 내지 20 중량%, 구체적으로는 1 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화제
경화제는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 경화제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 경화제는 페놀성 경화제를 사용할 수 있다. 예를 들면 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지,　페놀노볼락형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 자일록(xylok)형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형　페놀 수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 페놀성 경화제는 자일록형 페놀 수지를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 자일록형 페놀 수지는 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:
<화학식 2>
Figure 112017131385621-pat00002
(상기 화학식 2에서, n의 평균값은 0 내지 7이다).
경화제는 경화성 측면을 고려할 때 수산기 당량이 90g/eq 내지 250g/eq가 될 수 있다. 상기 범위에서, 경화도를 높일 수 있다.
경화제는 각각 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제 및 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.
경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 13 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않는 효과가 있을 수 있다.
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 3일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 2, 더욱 구체적으로 1 내지 1.75일 수 있다. 에폭시 수지와 경화제의 당량비가 상기의 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물의 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성 및 저 응력화를 향상시키기 위한 것이다. 무기 충전제는 반도체 밀봉에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 충전제로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 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 용융 실리카를 사용한다. 용융 실리카는 진 비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다.
무기 충전제의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경(D50) 30㎛ 내지 80㎛, 바람직하게는 40㎛ 내지 70㎛가 될 수 있다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다. 상기 "평균 입경(D50)"은 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 평가할 수 있다.
무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온 강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 70 중량% 내지 95 중량%, 예를 들면 80 중량% 내지 92 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 유동성, 및 신뢰성을 확보하는 효과가 있을 수 있다.
폴리에테르 변성 실리콘계 화합물과 실리콘계 수지
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중, 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물: 실리콘계 수지는 1:0.3 내지 1:3의 중량비로 포함되고, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지의 총합은 0.2 중량% 내지 5 중량%로 포함된다. 상기 총합 및 중량비 범위에서, 유동성과 경화 특성의 저해가 없고, 유리전이온도 이하에서의 선팽창계수와 탄성률을 동시에 저감시킴에 있어서 시너지 효과를 내어 휨을 현저하게 개선할 수 있다. 바람직하게는 중량비는 1:1 내지 1:3, 총합은 0.5 중량% 내지 4 중량%가 될 수 있다.
폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.15 중량% 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다. 실리콘계 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.35 중량% 내지 2.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 총합 및 중량비를 만족시킬 수 있다.
폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 폴리알킬실록산을 폴리에테르 사슬로 변성한 실리콘계 화합물을 포함할 수 있다. 폴리에테르 사슬로 변성되지 않은 폴리알킬실록산, 또는 에폭시기, 카르비놀기, 메르캅토기, 카르복실기, 페놀기, 실라놀기 등으로 변성된 폴리알킬실록산은 탄성률 저감 효과가 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물에 비하여 미약할 수 있다.
폴리에테르 사슬은 특별히 제한되지 않으며, 에틸렌옥사이드, 프로필렌 옥사이드 등을 들 수 있다. 상기 폴리에테르 사슬은 1종 또는 2종 이상으로 구성될 수도 있다. 폴리에테르 사슬은 폴리알킬실록산의 말단에도 가능하지만, 바람직하게는 측쇄에 있는 것을 사용할 수 있다.
폴리알킬실록산은 D 단위 구조로서 선형이며 알킬기를 갖는 폴리실록산이 될 수 있고, 이때 상기 알킬기의 탄수 개수에는 특별히 제한되지 않는다. 폴리알킬실록산은 폴리디메틸실록산이 될 수 있다. 바람직하게는, 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.
폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 중량평균분자량이 특별히 제한되지 않지만, 1,000 내지 20만, 바람직하게는 2,000 내지 10만이 될 수 있다. 상기 범위에서, 휨 개선 효과가 있을 수 있다. 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 25℃에서 액상으로서, 25℃에서 점도는 600mm2/s 이하, 바람직하게는 50 내지 500mm2/s가 될 수 있다. 상기 범위에서, 분산성 및 휨 개선 효과 효과가 있을 수 있다.
폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 상업적으로 판매되는 제품을 사용할 수 있는데, 예를 들면 KF-6013, KF-6123, KF-6011, KF-6017, KF-353 등을 사용할 수 있다.
실리콘계 수지는 오르가노폴리실록산 구조를 갖는다. 실리콘계 수지는 폴리에테르로 변성되지 않은, 폴리에테르 비 변성 실리콘계 수지를 포함할 수 있다.
실리콘계 수지는 하기 화학식 3, 하기 화학식 4, 하기 화학식 5, 하기 화학식 6 중에서 선택되는 1종 이상의 구성 단위; 그리고 하기 화학식 7, 하기 화학식 8, 하기 화학식 9 중에서 선택되는 1종 이상의 구성 단위를 가질 수 있다:
<화학식 3>
(R1R2R3SiO1 /2)
(상기 화학식 3에서, R1, R2, R3은 서로 독립적으로 유기기이다)
<화학식 4>
(R4R5SiO2 /2)
(상기 화학식 4에서, R4, R5는 서로 독립적으로 유기기이다)
<화학식 5>
(R6SiO3 /2)
(상기 화학식 5에서, R6은 유기기이다)
<화학식 6>
(SiO4 /2)
<화학식 7>
(R7 a(OH)3 - aSiO1 /2)
(상기 화학식 7에서, a는 0, 1 또는 2이고, R7은 유기기이고, R7이 복수 개 포함될 경우 R7은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)
<화학식 8>
(R8 b(OH)2 - bSiO2 /2)
(상기 화학식 8에서, b는 0 또는 1이고, R8은 유기기이고, R8이 복수 개 포함될 경우 R8은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)
<화학식 9>
((OH)SiO3 /2)
일 구체예에서, 실리콘계 수지는 상기 화학식 5의 구성 단위(T 단위); 및 상기 화학식 7, 상기 화학식 8, 상기 화학식 9 중에서 선택되는 1종 이상의 구성 단위를 가질 수 있다.
R1 내지 R8에서 유기기는 탄화수소기가 바람직하고, 탄소 수 1 내지 탄소 수 12의 탄화수소기, 탄소 수 1 내지 탄소 수 8의 탄화수소기가 바람직하다. 탄화수소기는 알킬기, 아릴기에서 선택될 수 있다. 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기가 될 수 있고, 메틸기인 것이 바람직하다. 아릴기는 페닐기가 될 수 있다.
일 구체예에서, R1 내지 R8은 각각 메틸기이거나 또는 서로 독립적으로 메틸기 또는 페닐기가 될 수 있다.
실리콘계 수지는 중량평균분자량이 4,000 초과 20,000 이하, 바람직하게는 4,250 초과 17,500 이하, 4,500 초과 15,000 이하가 될 수 있다.
실리콘계 수지는 25℃에서 고상으로서, 경화 반응 시 경화 수축을 효과적으로 억제할 수 있다.
실리콘계 수지는 상업적으로 판매되는 제품을 사용할 수 있는데, 예를 들면 KR-220L, KR-480 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제, 커플링제, 이형제, 착색제, 산화방지제, 난연제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 상기 경화 촉진제는 예를 들면,　3급 아민 화합물, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 이미다졸 화합물, 및 붕소 화합물 등이 사용 가능하다.
3급 아민 화합물에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기 금속화합물의 구체적인 예로는, 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인 화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸 화합물에는 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸　등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 붕소 화합물의 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.
경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.
경화 촉진제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중　0.01 중량% 내지 2 중량%, 구체적으로 0.02 중량% 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다.　상기의 범위에서 에폭시 수지 조성물의 경화를 촉진하고, 경화도도 좋은 장점이 있을 수 있다.
커플링제
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 또는 알킬실란 등을 들 수 있다. 상기 커플링제는 단독으로 사용할 수 있으며 병용해서 사용할 수도 있다.
커플링제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.
이형제
이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
이형제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
착색제
착색제는 반도체 소자 밀봉재의 레이저 마킹을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 착색제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 착색제는 카본블랙, 티탄블랙, 티탄질화물, 인산수산화구리(dicopper hydroxide phosphate), 철산화물, 운모 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
착색제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
이외에도, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane 등의 산화방지제; 수산화알루미늄 등의 난연제　등을　필요에 따라 추가로 함유할 수 있다.
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.
상기와 같은 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자, 특히 모바일 디스플레이 또는 자동차의 지문 인식 센서에 장착되는 반도체 소자에 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로서는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이　가능하다.
본 발명에 따른 반도체 소자는 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉될 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 장치는 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 포함할 수 있다.
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.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(A) 에폭시수지: 페놀아랄킬형 에폭시 수지, NC-3000(Nippon Kayaku社)
(B) 경화제: 자일록형 페놀 수지, HE100C-10(Air Water社)
(C) 무기 충전제: 평균 입경(D50) 45㎛의 구상 용융 실리카
(D) 경화 촉진제: 트리페닐포스핀, Hokko Chemical社
(E) 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물: KF-6123(Shin-etsu社)
(F) 실리콘계 수지: KR-480(Shin-etsu社)
(G) 커플링제: 머캡토프로필트리메톡시실란, KBM-803(Shinetsu社)
(H) 이형제: 카르나우바왁스
(I) 착색제: 카본블랙, MA-100R(미츠비시화학社)
(J) 폴리에테르 비변성 실리콘계 화합물: KF-54(Shin-etsu社)
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성(단위: 중량%)에 따라 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 90℃ 내지 110℃에서 용융 혼련한 후　냉각 및 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8
(A) 5 5 6.9 4 5 5 6.95 5 6.85 5 6.9 3.5
(B) 3 3 3.9 2 3 3 4 3 3.9 3 3.95 1.5
(C) 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88 88
(D) 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.2 0.15 0.2 0.15 0.2 0.15
(E) 1.5 1 0.1 2 3 0 0 0.6 0.17 0 0.05 3
(F) 1.5 2 0.1 3 0 3 0 2.4 0.03 2 0.05 3
(G) 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35
(H) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(I) 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
(J) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하였다. 측정 결과는 표 2, 표 3에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 유동성(단위: 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) 선팽창 계수(단위: ppm/℃): ASTM D696에 의해 평가하였다. 유리전이온도 이하의 온도에서의 선팽창계수를 CTE1, 유리전이온도 초과의 온도에서의 선팽창계수를 CTE2로 평가하였다.
(3) 경화 수축률(단위: %): 굴곡 강도 시편 제작용 ASTM 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 성형 시편(125mm×12.6mm×6.4mm)을 얻었다. 얻은 시편을 175℃의 오븐에 넣어 600초 동안 후 경화(PMC: post molding cure)시킨 다음 냉각한 후 시험편의 길이를 캘리퍼스로 측정하였다. 경화 수축률은 다음과 같은 식 1로부터 계산하였다.
<식 1>
경화 수축률(%) = (175℃에서의 금형 길이 - 시험편의 길이) ÷ (175℃에서의 금형 길이) × 100
(4) Tg(단위: ℃): 열기계 분석기(Thermomechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 측정하였다. 이 때 TMA는 25℃에서 분당 10℃씩 온도를 상승시켜 300℃까지 측정하는 조건으로 설정하였다.
(5) 탄성률(단위: 25℃에서는 GPa, 260℃에서는 MPa): 에폭시 수지 조성물에 대하여 트랜스퍼 성형기를 사용하여 금형 온도 175℃±5℃, 주입 압력 1000psi±200psi, 경화시간 120초 조건에서 경화시켜 시편(20mm×13mm×1.6mm)을 성형하였다. 상기 시편을 175℃±5℃ 열풍 건조기에서 2시간 동안 후 경화시킨 후 동적점탄성분석기(Dynamic Mechanical Analyzer, DMA)로 Q8000(TA사)을 이용하여 탄성률을 측정하였다. 탄성률 측정 시, 승온 속도는 5℃/분으로, -10℃에서 300℃까지 승온시켰으며, 25℃, 260℃에서의 값을 탄성률로 구하였다.
(6) 휨(단위:㎛): 실시예와 비교예에서 제조된 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 70초 동안 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜 구리 금속 소자를 포함하는 가로 24mm, 세로 24mm, 두께 1mm인 eTQFP(exposed Thin Quad Flat Package) 패키지를 제작하였다. 이후 제작된 패키지를 175℃에서 4시간 동안 후 경화시킨 후 25℃로 냉각하였다. 이후 eTQFP 패키지를 비접촉식 레이저 측정기를 사용하여 상면의 대각선 방향의 중심과 모서리 끝의 높이 차를 측정하였다. 높이 차가 작을수록 휨 특성이 우수하다.
실시예
1 2 3 4
유동성 48 46 50 42
선팽창
계수		 CTE1 6.4 6.1 6.6 7.0
CTE2 27.3 28.3 30.2 30.9
경화 수축률 0.08 0.06 0.10 0.04
Tg 164 167 158 168
탄성률 ＠25℃ 14.6 13.8 14.9 13.8
＠260℃ 743 783 853 723
휨 1664 1612 1693 1829
비교예
1 2 3 4 5 6 7 8
유동성 53 45 54 34 55 46 40 35
선팽창
계수		 CTE1 7.8 7.5 9.2 5.9 9.0 7.7 8.8 6.6
CTE2 33.8 30.1 33.1 27.0 32. 31.3 31.1 29.3
경화 수축률 0.17 0.18 0.21 0.04 0.20 0.14 0.06 0.09
Tg 162 158 160 167 162 163 167 164
탄성률 ＠25℃ 14.6 12.3 17.6 14.0 17.1 15.8 17.1 14.0
＠260℃ 974 738 1274 712 1182 1083 1232 846
휨 2032 1932 2245 1645 2283 1913 1896 1763
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 유동성이 저해되지 않고 유리전이온도 이하에서의 선팽창계수와 상온에서의 탄성률을 동시에 낮춤으로써 휨을 개선할 수 있었다.
반면에, 상기 표 3에서와 같이, 본 발명의 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물, 실리콘계 수지 중 하나 이상을 포함하지 않는 비교예 1 내지 비교예 3은 25℃에서의 탄성률 및/또는 CTE1의 감소 효과가 미약하였다. 그리고, 본 발명의 중량비를 벗어나는 비교예 4 또는 비교예 5는 탄성률 저감 효과가 미약하거나 유동성이 부족한 문제점이 있었다. 그리고, 폴리에테르 비변성 실리콘계 화합물을 포함하는 비교예 6 역시 탄성률 감소 효과가 미약하여 휨 특성을 개선할 수 없었다. 그리고, 본 발명의 함량 범위를 벗어나는 비교예 7 또는 비교예 8은 유동성이 부족한 문제점이 있었다.
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 (9)

  1. 에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물; 및 실리콘계 수지를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이고,
    상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물: 상기 실리콘계 수지는 1:0.3 내지 1:3의 중량비로 포함되고, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지의 총합은 0.2 중량% 내지 5 중량%로 포함되고,
    상기 조성물은 상기 에폭시 수지 0.5 중량% 내지 20 중량%, 상기 경화제 0.1 중량% 내지 13 중량%, 상기 무기 충전제 70 중량% 내지 95 중량%, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물 0.1 중량% 내지 2 중량%, 상기 실리콘계 수지 0.1 중량% 내지 3 중량%를 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 화합물은 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에테르는 에틸렌옥사이드, 프로필렌 옥사이드 중 하나 이상을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘계 수지는 하기 화학식 3, 하기 화학식 4, 하기 화학식 5, 하기 화학식 6 중에서 선택되는 1종 이상의 구성 단위; 및 하기 화학식 7, 하기 화학식 8, 하기 화학식 9 중에서 선택되는 1종 이상의 구성 단위를 갖는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    <화학식 3>
    (R1R2R3SiO1 /2)
    (상기 화학식 3에서, R1, R2, R3은 서로 독립적으로 유기기이다)
    <화학식 4>
    (R4R5SiO2 /2)
    (상기 화학식 4에서, R4, R5는 서로 독립적으로 유기기이다)
    <화학식 5>
    (R6SiO3 /2)
    (상기 화학식 5에서, R6은 유기기이다)
    <화학식 6>
    (SiO4 /2)
    <화학식 7>
    (R7 a(OH)3 - aSiO1 /2)
    (상기 화학식 7에서, a는 0, 1 또는 2이고, R7은 유기기이고, R7이 복수 개 포함될 경우 R7은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)
    <화학식 8>
    (R8 b(OH)2 - bSiO2 /2)
    (상기 화학식 8에서, b는 0 또는 1이고, R8은 유기기이고, R8이 복수 개 포함될 경우 R8은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)
    <화학식 9>
    ((OH)SiO3 /2).
  5. 제4항에 있어서, 상기 실리콘계 수지는 상기 화학식 5의 구성 단위; 및 상기 화학식 7, 상기 화학식 8, 상기 화학식 9 중에서 선택되는 1종 이상의 구성 단위를 갖는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 R1 내지 상기 R8은 각각 메틸기이거나 또는 서로 독립적으로 메틸기 또는 페닐기인 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 경화 촉진제, 커플링제, 이형제, 착색제, 산화방지제, 난연제 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  9. 제1항 내지 제6항, 제8항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자.

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