KR102158874B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 및 락톤계 화합물을 포함한다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치{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 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 쇼트 불량이 발생하지 않고 우수한 레이저 마킹성을 갖는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 목적으로 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 밀봉하는 방법이 상업적으로 행하여지고 있다. 이 경우, 반도체 소자 패키지에 제조 회사, 제품명, 제조 번호 등의 정보를 기록하기 위하여 성형된 에폭시 수지 밀봉재 표면에 마킹(marking)을 행하고 있다. 예전부터 사용한 마킹 방법으로는 성형된 에폭시 수지 밀봉재 표면에 자외선 경화성 잉크 등 마킹 잉크를 사용하여 마킹하는 방법이 있다. 그러나 마킹 잉크를 사용하는 방법은 경화 및 세정 공정 등으로 인해 공정 시간이 길고 비용이 많이 드는 문제가 있었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 레이저를 사용하여 반도체 소자 패키지의 밀봉재 표면에 마킹하는 방법이 도입되었다. 이 방법은 처리 속도가 빠르고, 마킹이 반영구적이며, 비용이 저렴하다는 등의 장점이 있어 사용이 급격히 증가되고 있다.
이러한 레이저 마킹에 있어서, 통상 카본블랙(carbon black) 착색제가 널리 사용되고 있다. 카본 블랙은 값이 싸고, 높은 광학 밀도, 흑도(blackness) 및 내구성을 갖는 장점이 있지만 분산성이 떨어지는 단점이 있으며, 또한 카본블랙 특유의 높은 전기 전도도로 인해 쇼트 불량이 발생하는 등 심각한 문제가 야기되고 있다.
최근에는 칩의 성능 개선으로 Bump 간격이 좁아지는 경향이 있다. 이 경우 카본블랙과 같이 높은 전기전도도를 가진 원료가 주변 solder로 통전 브릿지 역할을 하게 되고, 이로 인해 short 불량을 발생시키는 원인이 될 수 있는 것이다. 이러한 문제를 해소하기 위해 카본블랙의 함량이나 입도 분포 등을 제어하는 방안이 제시되었으나, 전기전도도를 제어하면서 원하는 선명한 마킹을 얻을 수 없는 한계가 있다.
이에 따라, 낮은 전기전도도 및 nm 사이즈의 입자 사이즈를 가지면서도 레이저 마킹이 가능한 착색제의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 쇼트 불량이 발생하지 않고 우수한 레이저 마킹성을 갖는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 및 락톤계 화합물을 포함한다.
구체예에서, 상기 락톤계 화합물은 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 락톤계 화합물은 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.5 중량% 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
상기 락톤계 화합물은 평균 입경이 0.1 내지 100nm일 수 있다.
상기 락톤계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 1의 화합물의 염, 하기 화학식 1의 화합물의 기하 이성체, 또는 그 기하 이성체의 염을 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112017131386015-pat00001
상기 화학식 1에서, R1　및 R6　은 서로 독립적으로 수소 원자, CH3, CF3, 불소 원자 또는 염소 원자이다 ; R2, R3, R4, R5, R7, R8, R9　및 R10　은 다른 모두로부터 서로 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, R11, COOH, COOR11, COO-, CONH2, CONHR11, CONR11R12, CN, OH, OR11, COCR11, OOCNH2, OOCNHR11, OOCNR11R12, NO2, NH2, NHR11, NR11R12, NHCOR12, NR11COR12, N=CH2, N=CHR11, N=CR11R12, SH, SR11, SOR11, SO2R11, SO3R11, SO3H, SO3 -, SO2NH2, SO2NHR11또는 SO2NR11R12　이다 ; 또한, R2　와 R3, R3　과 R4, R4　와 R5, R7　과 R8, R8　과 R9, 및 R9　와 R10　으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개의 조합은, 서로 직접 결합하거나, 또는 산소 원자, 황 원자, NH 혹은 NR11　브리지에 의해 서로 결합할 수도 있다 ; R11　및 R12　는 서로 독립적으로 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기, 탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알킬기, 탄소수 2 ∼ 12 의 알케닐기, 탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알케닐기 또는 탄소수 2 ∼ 12 의 알키닐기이다.
상기 락톤계 화합물은 락톤계 유기 흑색 안료일 수 있다.
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 카본블랙을 더 포함할 수 있다.
구체예에서, 상기 락톤계 화합물과 상기 카본블랙은 중량비가 2:1 내지 100:1일 수 있다.
구체예에서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 0.5 중량% 내지 20 중량%, 상기 경화제 0.1 중량% 내지 10 중량%, 상기 무기 충전제 70 중량% 내지 95 중량%, 상기 락톤계 화합물 0.1 중량% 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 반도체 장치에 관한 것이다. 상기 반도체 장치는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 것이다.
본 발명은 쇼트 불량이 발생하지 않고 우수한 레이저 마킹성을 갖는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 상기 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
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 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.
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 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.5 중량% 내지 20 중량%, 구체적으로는 3 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 있고, 예를 들면 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지,　페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록형 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, 다가 페놀 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지,　페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 다관능형 페놀수지 중 하나 이상 사용할 수 있다.
경화제는 경화성 측면을 고려할 때 수산기 당량이 90g/eq 내지 250g/eq가 될 수 있다. 상기 범위에서, 경화도를 높일 수 있다.
경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 8 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 저응력화를 향상시키기 위한 것이다. 무기 충전제로는 반도체 소자 밀봉재에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 무기 충전제로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 저응력화를 위해서는 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 사용한다. 용융 실리카는 진비중이 2.3　이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 구체예에서 상기 무기 충전제는 평균 입경 5 내지 30㎛의 구상 용융 실리카를 50 중량% 내지 99 중량%, 평균 입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융 실리카를 1 중량% 내지 50 중량%를 포함한 용융 실리카　혼합물을　전체 무기 충전제에　대하여　40 중량% 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 용융 실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물질로서 포함되는 경우가 있으므로 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.
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 75 중량% 내지 92 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
락톤계 화합물
본 발명의 락톤계 화합물은 낮은 전기전도도 및 nm 사이즈의 입자 사이즈를 가지면서도 우수한 레이저 마킹성을 부여한다.
구체예에서 상기 락톤계 화합물은 평균 입경이 0.1 내지 100nm, 바람직하게는 0.1 내지 10nm일 수 있다. 상기 범위에서 분산성과 시인성이 우수할 수 있다.
구체예에서 락톤계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 1의 화합물의 염, 하기 화학식 1의 화합물의 기하 이성체, 또는 그 기하 이성체의 염을 포함할 수 있다:
[화학식 1]
Figure 112017131386015-pat00002
상기 화학식 1에서, R1　및 R6　은 서로 독립적으로 수소 원자, CH3, CF3, 불소 원자 또는 염소 원자이다 ; R2, R3, R4, R5, R7, R8, R9　및 R10　은 다른 모두로부터 서로 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, R11, COOH, COOR11, COO-, CONH2, CONHR11, CONR11R12, CN, OH, OR11, COCR11, OOCNH2, OOCNHR11, OOCNR11R12, NO2, NH2, NHR11, NR11R12, NHCOR12, NR11COR12, N=CH2, N=CHR11, N=CR11R12, SH, SR11, SOR11, SO2R11, SO3R11, SO3H, SO3 -, SO2NH2, SO2NHR11또는 SO2NR11R12　이다 ; 또한, R2　와 R3, R3　과 R4, R4　와 R5, R7　과 R8, R8　과 R9, 및 R9　와 R10　으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개의 조합은, 서로 직접 결합하거나, 또는 산소 원자, 황 원자, NH 혹은 NR11　브리지에 의해 서로 결합할 수도 있다 ; R11　및 R12　는 서로 독립적으로 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기, 탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알킬기, 탄소수 2 ∼ 12 의 알케닐기, 탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알케닐기 또는 탄소수 2 ∼ 12 의 알키닐기이다.
상기 화학식 1로 나타내는 화합물의 기하 이성체는, 하기 화학식 2 내지 4의 코어 구조를 갖고 (단, 구조식 중의 치환기는 생략하고 있다), 트랜스-트랜스 이성체는 필시 가장 안정적이다.
[화학식 2]
Figure 112017131386015-pat00003
[화학식 3]
Figure 112017131386015-pat00004
[화학식 4]
Figure 112017131386015-pat00005
상기 화학식 1로 나타내는 화합물로 나타내는 화합물이 아니온성인 경우, 그 전하를 임의의 공지된 적합한 카티온, 예를 들어 금속, 유기, 무기 또는 금속 유기 카티온, 구체적으로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 천이 금속, 1 급 암모늄, 2 급 암모늄, 트리알킬암모늄 등의 3 급 암모늄, 테트라알킬암모늄 등의 4 급 암모늄 또는 유기 금속 착물에 의해 보상한 염인 것이 바람직하다. 또, 화학식 1 로 나타내는 화합물의 기하 이성체가 아니온성인 경우, 동일한 염인 것이 바람직하다.
화학식 1 의 치환기 및 그들의 정의에 있어서는, 차폐율이 높아지는 경향이 있으므로, 이하가 바람직하다. 이것은, 이하의 치환기는 흡수가 없어, 안료의 색상에 영향을 주지 않는다고 생각되기 때문이다.
R2, R4, R5, R7, R9　및 R10　은 서로 독립적으로 바람직하게는 수소 원자, 불소 원자, 또는 염소 원자이고, 더 바람직하게는 수소 원자이다.
R3　및 R8　은 서로 독립적으로 바람직하게는 수소 원자, NO2, OCH3, OC2H5, 브롬 원자, 염소 원자, CH3, C2H5, N(CH3)2, N(CH3)(C2H5), N(C2H5)2, α-나프틸, β-나프틸, SO3H 또는 SO3 -　이고, 더 바람직하게는 수소 원자 또는 SO3H 이다.
R1　및 R6　은 서로 독립적으로 바람직하게는 수소 원자, CH3　또는 CF3　이고, 더 바람직하게는 수소 원자이다.
바람직하게는, R1　과 R6, R2　와 R7, R3　과 R8, R4　와 R9, 및 R5　와 R10　으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개의 조합이 동일하고, 보다 바람직하게는 R1　은 R6과 동일하고, R2　는 R7　과 동일하고, R3　은 R8　과 동일하고, R4　는 R9　와 동일하며, 또한 R5　는 R10　과 동일하다.
탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 2-메틸부틸기, n-펜틸기, 2-펜틸기, 3-펜틸기, 2,2-디메틸프로필기, n-헥실기, 헵틸기, n-옥틸기, 1,1,3,3-테트라메틸부틸기, 2-에틸헥실기, 노닐기, 데실기, 운데실기 또는 도데실기이다.
탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알킬기는, 예를 들어 시클로프로필기, 시클로프로필메틸기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헥실메틸기, 트리메틸시클로헥실기, 트질기, 노르보르닐기, 보르닐기, 노르카릴기, 카릴기, 멘틸기, 노르피닐기, 피닐기, 1-아다만틸기 또는 2-아다만틸기이다.
탄소수 2 ∼ 12 의 알케닐기는, 예를 들어 비닐기, 알릴기, 2-프로펜-2-일기, 2-부텐-1-일기, 3-부텐-1-일기, 1,3-부타디엔-2-일기, 2-펜텐-1-일기, 3-펜텐-2-일기, 2-멘틸-1-부텐-3-일기, 2-메틸-3-부텐-2-일기, 3-메틸-2-부텐-1-일기, 1,4-펜타디엔-3-일기, 헥세닐기, 옥테닐기, 노네닐기, 데세닐기 또는 도데세닐기이다.
탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알케닐기는, 예를 들어 2-시클로부텐-1-일기, 2-시크로펜텐-1-일기, 2-시클로헥센-1-일기, 3-시클로헥센-1-일기, 2,4-시클로헥사디엔-1-일기, 1-p-멘텐-8-일기, 4(10)-튜젠-10-일기, 2-노르보르넨-1-일기, 2,5-노르보르나디엔-1-일기, 7,7-디메틸-2,4-노르카라디엔-3-일기 또는 캄페닐기이다.
탄소수 2 ∼ 12 의 알키닐기는, 예를 들어 1-프로핀-3-일기, 1-부틴-4-일기, 1-펜틴-5-일기, 2-메틸-3-부틴-2-일기, 1,4-펜타디인-3-일기, 1,3-펜타디인-5-일기, 1-헥신-6-일기, 시스-3-메틸-2-펜텐-4-인-1-일기, 트랜스-3-메틸-2-펜텐-4-인-1-일기, 1,3-헥사디인-5-일기, 1-옥틴-8-일기, 1-노닌-9-일기, 1-데신-10-일기 또는 1-도데신-12-일기이다.
할로겐 원자는, 예를 들어 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자이다.
바람직한 화학식 1의 유기 흑색 안료는, 하기 화학식 5로 나타내는 화합물이다.
[화학식 5]
Figure 112017131386015-pat00006
상기 락톤계 화합물은 락톤계 유기 흑색 안료일 수 있다.
이와 같은 유기 흑색 안료의 구체예로는, 상품명으로 Irgaphor (등록 상표) Black S 0100 CF (BASF 사 제조)를 들 수 있다.
상기 락톤계 화합물은 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 10 중량%, 예를 들면 0.5 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 우수한 유동성을 유지하면서 우수한 레이저 마킹성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제, 커플링제, 이형제, 및 카본블랙을 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 상기 경화 촉진제로는, 예를 들면,　3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸류, 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 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-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. 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　페놀노볼락수지염　등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선반응하여 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, 및 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.
카본블랙
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 카본블랙을 더 포함할 수 있다. 다만 카본블랙은 높은 전기 전도성으로 인해 쇼트 불량을 일으킬 수 있고, 분산성이 저하될 수 있으므로, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 2 중량% 이하, 더 바람직하게는 1 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.5 중량% 이하로 사용될 수 있다.
구체예에서 상기 락톤계 화합물과 상기 카본블랙은 중량비가 2:1 내지 100:1일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 레이저 마킹성을 나타낼 수 있으며 쇼트 불량이 발생하지 않을 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane 등의 산화 방지제; 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 제조될 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, 구리 및 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 또는 유기계 라미네이트 프레임의 반도체 장치를 제조할 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) 에폭시 수지
(a1) 오르쏘크레졸노볼락형 에폭시 수지: EOCN-1020-55, 일본화약
(a2) 바이페닐형 에폭시 수지: YX-4000, 제팬에폭시레진
(a3) 페놀아랄킬형 에폭시 수지: NC-3000, 일본화약
(b) 경화제
(b1) 페놀노볼락형 페놀 수지: HF-1, 메이와
(b2) 자일록형 페놀 수지: MEH-7800SS, 메이와
(b3) 페놀아랄킬형 페놀 수지: MEH-7851SS, 메이와
(c) 무기 충진제: 평균 입경 20㎛의 구상 용융 실리카와 평균 입경 0.5㎛의 구상 용융 실리카의 9:1 혼합물
(d) 경화 촉진제: 트리페닐포스핀(TPP), Hokko Chemical
(e) 착색제
(e1) 락톤계 화합물: Black S 0100 CF, BASF
(e2) 아진계 화합물: Spirit Black 920, Sumitomo
(e3) 카본블랙: MA-600B, 미츠비시화학
(f) 커플링제: 에폭시실란(S-510, CHISSO)과 머캡토실란(KBM-803, Shin Etsu)을 혼합 사용
(g) 이형제: 카르나우바왁스
(h) 응력 완화제: 실리콘 파우더(E-601), Toray
실시예 및 비교예
상기 각 성분들을 하기 표 1 의 조성(단위: 중량%)에 따라 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 90~110℃에서 용융 혼련한 후　냉각 및 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
　구성성분
(중량%)		 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2 비교예 3
(a) 에폭시 수지 (a1) 4 2.6 3.7 4 4 2.6 3.7
(a2) 2.6 - - 2.6 2.6 - -
(a3) - 2.7 - - - 2.7 -
(b) 경화제 (b1) 2.1 2.3 3.2 2.1 2.1 2.3 3.2
(b2) 1.7 1.5 - 1.7 1.7 1.5 -
(b3) - - - - - -
(c) 무기 충전제 87 87 87 77.5 87 87 87
(d) 경화 촉진제 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.1 0.2
(e1) 락톤계 1 2.5 4.5 10.5 - - -
(e2) 카본블랙 0.2 -　 -　 0.2 1.2 2.5 4.5
(f) 커플링제 에폭시 실란 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
머캡토 실란 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(g) 이형제 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3 0.4
(h) 응력 완화제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
총계 100 100 100 100 100 100 100
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
상기 실시예 및 비교예의 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자에 대하여 이오테크사의 펄스 타입 야그 레이저 마킹 설비(파장: 1,060㎚, 펄스 폭: 120μsec, 레이저 빔 출력: 1.3 J/pulse)를 사용하여 레이저 마킹을 실시하여 물성 평가용 시편을 제조하였다.
(1) 색차: 색차계(미놀타 CA-3600D)를 통하여 시인성을 L*와 색차 값을 정량으로 평가하였다. 색차가 클수록 시인성이 양호한 것을 의미한다.
(2) 시인성: 상기와 같이 측정된 물성 평가용의 시편의 색차를 이용하여 하기 시인성 평가 기준에 따라 시인성을 평가하였다.
시인성 평가 기준 = ○: 색차 9 이상, △: 색차 7~9, X: 7 미만
(3) Short 불량율(%): Gold wire SOP 디바이스를 준비하고 준비된 시험편에 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 35ton, 이송 압력 1.0ton, 이송 속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 디바이스 조립하여 short 평가 시편을 얻었다. 얻은 시편을 2시간 PMC 한 후, PCT (Pressure Cooker Test, 121℃/2atm) 24hr 처리하여 단품 패키지에 발생된 wire open/short 발생을 확인하였다.
야그 레이저 마킹성 색차 시인성 Short 불량율 (%)
실시예 1 10.3 ○ 0
실시예 2 12.5 ○ 0
실시예 3 15.8 ○ 0
실시예 4 9.5 ○ 0
비교예 1 13.1 ○ 0.02
비교예 2 11.4 ○ 0.35
비교예 3 7.2 △ 0.94
표 2에서와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 시인성과 색차 등의 레이저 마킹성이 모두 우수하고 쇼트 불량이 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 반면, 락톤계 화합물을 포함하지 않고 카본 블랙만을 사용한 비교예 1 내지 3은 쇼트 불량이 발생하였다.
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 0.5 중량% 내지 20 중량%;
    경화제 0.1 중량% 내지 10 중량%;
    무기 충전제 70 중량% 내지 95 중량%; 및
    락톤계 화합물 0.5 중량% 내지 10 중량%를 포함하고,
    상기 경화제는 페놀성 경화제를 포함하고,
    상기 락톤계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물, 하기 화학식 1의 화합물의 염, 하기 화학식 1의 화합물의 기하 이성체, 또는 그 기하 이성체의 염을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112020087724813-pat00008

    상기 화학식 1에서, R1　및 R6　은 서로 독립적으로 수소 원자, CH3, CF3, 불소 원자 또는 염소 원자이다 ; R2, R3, R4, R5, R7, R8, R9　및 R10　은 다른 모두로부터 서로 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, R11, COOH, COOR11, COO-, CONH2, CONHR11, CONR11R12, CN, OH, OR11, COCR11, OOCNH2, OOCNHR11, OOCNR11R12, NO2, NH2, NHR11, NR11R12, NHCOR12, NR11COR12, N=CH2, N=CHR11, N=CR11R12, SH, SR11, SOR11, SO2R11, SO3R11, SO3H, SO3 -, SO2NH2, SO2NHR11 또는 SO2NR11R12　이다 ; 또한, R2　와 R3, R3　과 R4, R4　와 R5, R7　과 R8, R8　과 R9, 및 R9　와 R10　으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 개의 조합은, 서로 직접 결합하거나, 또는 산소 원자, 황 원자, NH 혹은 NR11　브리지에 의해 서로 결합할 수도 있다 ; R11　및 R12　는 서로 독립적으로 탄소수 1 ∼ 12 의 알킬기, 탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알킬기, 탄소수 2 ∼ 12 의 알케닐기, 탄소수 3 ∼ 12 의 시클로알케닐기 또는 탄소수 2 ∼ 12 의 알키닐기이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 락톤계 화합물은 평균입경이 0.1 내지 100 nm 인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 락톤계 화합물은 락톤계 유기 흑색 안료인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 카본블랙을 더 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 락톤계 화합물과 상기 카본블랙은 중량비가 2: 1 내지 100: 1인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  8. 삭제
  9. 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치.
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