KR102423310B1 - 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 및 소정의 폴리실록산을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자가 개시된다.

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}
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 소정의 폴리실록산을 포함한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 집적도의 기술이 향상되고 있으며, 이에 따라 배선의 미세화, 소자 크기의 다양화 및 다층 배선화가 급속도로 진전되고 있다. 한편, 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하는 패키지는 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점으로부터 소형화 및 박형화가 가속화되고 있다.
반도체 소자를 소형 및 박형인 패키지에 밀봉하는 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 외부 환경의 온도 및 습도 변화에 따른 열 응력에 기인하여 패키지 크랙, 박리, 또는 금속 패드 부식 발생 등을 포함하는 고장이 발생할 수 있다. 잘 알려져 있다시피, 반도체 패키지는 제조가 완료된 후 몇 가지 신뢰성 검사를 거치게 되는데, 이러한 신뢰성 검사 중 하나로 내습성 시험이 있다. 내습성 시험(pressure cooker test: PCT)은 패키지의 내습성을 평가하는 시험으로서, 121±2℃, 습도 100%, 2기압의 조건에서 이루어진다. 상기 내습성 시험은 패키지에 대하여 상당히 가혹한 환경을 제공하는데, 이와 같은 시험을 거치는 동안 패키지에는 갖가지 불량들이 발생할 수 있으며, 그 중의 하나가 칩 계면(예를 들면, 구리 배선, Si3N4 절연막, 폴리이미드 보호막 등)과 밀봉 수지 사이의 박리 현상이다. 칩 계면과 밀봉 수지의 접착력 저하로 말미암아 둘 사이가 벌어지는 박리 현상은 외부로부터 패키지 내부로 수분이 침투하는 경로를 제공한다. 그리고 패키지 내부로 유입된 수분은 금속 패드의 부식 등과 같이 심각한 불량을 일으킨다. 따라서, 이들의 해결 방법이 지속적으로 모색되고 있다.
본 발명의 목적은 칩 계면과의 접착력을 향상시켜 신뢰도를 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 표면 장력을 낮추어 젖음성을 증가시켜 성형성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면, 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다:
<화학식 1>
Figure 112019111909038-pat00001
상기 화학식 1 중,
L1 및 L2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴렌기 중에서 선택되고,
R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 및 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기 중에서 선택되고,
R7 및 R8은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기 중에서 선택되고,
n의 평균값은 1 내지 500이고,
x1, x2, y1 및 y2는 서로 독립적으로 1 내지 500의 정수 중에서 선택된다.
2. 상기 1에서, L1 및 L2는 서로 독립적으로, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 및 부틸렌기 중에서 선택될 수 있다.
3. 상기 1 또는 2에서, R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기 및 부틸기 중에서 선택될 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, L1 및 L2는 n-프로필렌기이고, R1 내지 R6은 메틸기일 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 폴리실록산은 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
6. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 에폭시 수지 조성물은
상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%;
상기 경화제 0.1 내지 13 중량%;
상기 무기 충전제 70 내지 95 중량%; 및
상기 폴리실록산 0.01 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
7. 다른 측면에 따르면, 상기 1 내지 6 중 어느 하나의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자가 제공된다.
본 발명은 칩 계면과의 접착력을 향상시켜 신뢰도를 높일 수 있고, 표면 장력을 낮추어 젖음성을 증가시켜 성형성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 효과를 가질 수 있다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 명세서에서 수치 범위를 나타내는 "a 내지 b" 에서 "내지"는 a 이상 b 이하로 정의한다.
본 명세서 중 C1-C10알킬기는, 탄소수 1 내지 10의 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, iso-프로필기, 부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, ter-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C1-C10알킬렌기는 상기 C1-C10알킬기와 동일한 구조를 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알킬렌기는, 탄소수 3 내지 10의 2가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는 시클로프로필렌기, 시클로부틸렌기, 시클로펜틸렌기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C6-C30아릴기는 탄소수 6 내지 30개의 카보시클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 상기 C6-C30아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 등이 포함된다. 본 명세서 중 C6-C30아릴렌기는 상기 C6-C30아릴기와 동일한 구조를 갖는 2가 그룹을 의미한다.
본 명세서 중 치환된 C1-C10알킬렌기, 치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 치환된 C6-C30아릴렌기, 치환된 C1-C10알킬기, 및 치환된 C6-C30아릴기의 치환기 중 적어도 하나는 C1-C10알킬기, C3-C10시클로알킬기 및 C6-C30아릴기 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서 중 * 및 *'은 이웃한 원자와의 결합 사이트를 의미한다.
일 측면에 따르면, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산을 포함할 수 있다.
이하, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 각 성분에 대해 보다 상세히 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, 비스히드록시바이페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 일 구현예에 따르면, 에폭시 수지는 페놀아랄킬형 에폭시 수지 및/또는 바이페닐형 에폭시 수지를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지는 경화성 측면을 고려할 때 에폭시 당량이 100 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 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물 형태로 사용할 수도 있다.
에폭시 수지의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.5 내지 20 중량%(예를 들어, 1 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, 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(히드록시페닐)메탄, 디히드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 경화제는 자일록형 페놀 수지 및/또는 페놀아랄킬형 페놀 수지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화제는 경화성 측면을 고려할 때 히드록시기 당량이 90 내지 250g/eq가 될 수 있다. 상기 범위에서, 경화도를 높일 수 있다.
경화제는 각각 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다. 또한, 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제 및 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 사용할 수 있다.
경화제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 13 중량%(예를 들면, 1 내지 10 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
에폭시 수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 경화제에 대한 에폭시 수지의 화학 당량비는 0.95 내지 3, 예를 들면 1 내지 2, 다른 예를 들면 1 내지 1.75일 수 있다. 에폭시 수지와 경화제의 당량비가 상기 범위를 만족할 경우, 조성물의 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 충전제로서 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 사용할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 저응력화를 위하여 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 사용할 수 있다. 용융 실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로, 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함될 수 있다. 용융 실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지 않으나, 평균 입경(D50) 5 내지 30㎛의 구상 용융 실리카를 50 내지 99 중량%, 평균 입경(D50) 0.001 내지 1㎛의 구상 용융 실리카를 1 내지 50 중량%를 포함한 용융 실리카　혼합물을　전체 충전제에　대하여 40 내지 100 중량%가 되도록　포함할 수 있다. 여기서, 평균 입경(D50)은 입도 분석기를 사용하여 측정될 수 있다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛　및　75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수 있다.
무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온 강도 등의 요구 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 70 내지 95 중량%, 예를 들면 80 내지 95 중량%, 다른 예를 들면 85 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
폴리실록산
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산을 포함할 수 있다:
<화학식 1>
Figure 112019111909038-pat00002
.
상기 화학식 1 중, L1 및 L2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴렌기 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, L1 및 L2는 서로 독립적으로, 단일 결합 및 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, L1 및 L2는 서로 독립적으로, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 및 부틸렌기 중에서 선택될 수 있다. 다른 구현예에 따르면, L1 및 L2는 n-프로필렌기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 및 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 및 C1-C6알킬기 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기 및 부틸기 중에서 선택될 수 있다. 다른 구현예에 따르면, R1 내지 R6은 메틸기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, R7 및 R8은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, R7 및 R8은 서로 독립적으로, C6-C30아릴기 중에서 선택될 수 있다. 일 구현예에 따르면, R7 및 R8은 서로 독립적으로, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 및 페난트레닐기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, n의 평균값은 1 내지 500(예를 들면, 1, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500)일 수 있다. n은 *-O-Si(R3)(R4)-*'의 개수를 나타낸 것으로, n이 0이면 *-O-Si(R3)(R4)-*'은 단일 결합이 되고, n이 2 이상이면 2개 이상의 *-O-Si(R3)(R4)-*'은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 구현예에 따르면, n의 평균값은 1 내지 300일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, x1 및 x2는 서로 독립적으로 1 내지 500(예를 들면, 1, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500)의 정수 중에서 선택될 수 있다. x1 및 x2는 각각 *-CH2-CH2-O-*'의 개수를 나타낸 것이다. 일 구현예에 따르면, x1 및 x2는 서로 독립적으로 1 내지 300의 정수 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, y1 및 y2는 서로 독립적으로 1 내지 500(예를 들면, 1, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 또는 500)의 정수 중에서 선택될 수 있다. y1 및 y2는 각각 *-CH2-CH(CH3)-O-*'의 개수를 나타낸 것이다. 일 구현예에 따르면, y1 및 y2는 서로 독립적으로 1 내지 300의 정수 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 말단에 *-[CH2-CH2-O]x1-[CH2-CH(CH3)-O]y1-*' 및 *-[CH2-CH2-O]x2-[CH2-CH(CH3)-O]y2-*'를 포함하는 폴리실록산을 포함함으로써, 무기물질에의 결합력이 강화되어 접착력 혹은 신뢰성이 향상되는 효과를 가질 수 있다. 따라서, 상기 폴리실록산을 포함한 에폭시 수지 조성물은 젖음성 향상에 의한 접착력, 나아가 신뢰성 강화 효과를 가질 수 있다.
폴리실록산의 사용량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 폴리실록산은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.02 내지 3 중량%, 다른 예를 들면 0.05 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 젖음성 향상에 의한 접착력 향상에 의한 신뢰성 강화 효과가 있을 수 있다.
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질을 일컬을 수 있다. 경화 촉진제로는, 예를 들어 3급 아민, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 이미다졸 화합물, 붕소 화합물 등이 사용될 수 있다.
3급 아민의 예로는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기금속 화합물의 예로는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인 화합물의 예로는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있다. 이미다졸 화합물의 예로는 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소화합물의 예로는 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도, 경화 촉진제의 예로는 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), 페놀노볼락 수지염 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
경화 촉진제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 경화 촉진제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중　0.01 내지 2 중량%(예를 들면, 0.02 내지 1.5 중량%)로 포함될 수 있다.　상기 범위에서, 조성물의 경화를 촉진하고, 경화도도 좋은 장점이 있을 수 있다.
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 커플링제, 이형제 및 착색제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
커플링제
커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여 계면 강도를 향상시키기 위한 것으로, 커플링제의 예로는 실란 커플링제를 들 수 있다. 실란 커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여, 에폭시 수지와 무기 충전제의 계면 강도를 향상시키는 것이면 되고, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 실란 커플링제의 예로는 에폭시 실란, 아미노 실란, 우레이도 실란, 머캅토 실란, 알킬 실란 등을 들 수 있다. 커플링제는 단독으로 사용할 수 있으며 병용해서 사용할 수도 있다.
커플링제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 커플링제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%(예를 들면, 0.05 내지 3 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.
이형제
이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염 중 1종 이상을 사용할 수 있다.
이형제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 이형제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 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 및 운모 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
착색제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 착색제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%(예를 들면, 0.05 내지 3 중량%)로 포함될 수 있다.
이외에도, 반도체 소자 밀봉용 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.
상술한 반도체 소자 밀봉용 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.
상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자, 특히 모바일 디스플레이 또는 자동차의 지문 인식 센서에 장착되는 반도체 소자에 유용하게 적용될 수 있다. 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로서는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이 가능할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 개시된다.
이하, 실시예를 들어 본 발명의 일 구현예를 따르는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 예시로 제시된 것이며, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(A) 에폭시수지
(a1) NC-3000(일본화약社)
(a2) YX-4000(제팬에폭시레진社)
(B) 경화제
(b1) MEH-7800SS(메이와社)
(b2) MEH-7851SS(메이와社)
(C) 무기 충전제: 평균 입경(D50) 20㎛의 구상 용융실리카와 평균입경(D50) 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
(D) 폴리실록산: SL-3288(BASF社)
(D') 폴리실록산: E601(Toray社)
(D") 폴리실록산: GR-630S(Techneglas社)
(D"') 폴리실록산: KMP-594(한국신에츠社)
(E) 경화촉진제: triphenylphosphine(Hokko Chemica社l)
(F) 커플링제
(f1) S-510(CHISSO社)
(f2) KBM-803(Shin Etsu社)
(G) 착색제: MA-600B(미츠비시화학社)
(H) 이형제: 카르나우바왁스(Kato社)
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성에 따라 평량한 후 혼합하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량%이다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
(A) (a1) 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67 4.67
(a2) 2.00 2.00 2.02 2.00 2.00 2.00
(B) (b1) 2.89 2.89 2.91 2.89 2.89 2.89
(b2) 1.24 1.24 1.25 1.24 1.24 1.24
(C) 88.00 88.00 88.00 88.00 88.00 88.00
(D) 0.05 0.15 - - - -
(D') - - - 0.05 - -
(D") - - - - 0.05 -
(D"') - - - - - 0.05
(E) 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27
(F) (f1) 0.15 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15
(f2) 0.15 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15
(G) 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30
(H) 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 유동성(inch): C-02-001(EMMI-1-66)에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 유동 길이를 측정하였다.
(2) 유리전이온도(Tg, ℃): 기계 분석기(Thermomechanical Analyzer, TMA)를 이용하여 측정하였다. 이때 TMA는 25℃에서 분당 10℃씩 온도를 상승시켜 300℃까지 측정하는 조건으로 설정하였다.
(3) 접착력(kgf): 구리 시편, 또는 PSPI(photosensitive polyimide) 또는 Si3N4로 코팅한 구리 시편을 접착력 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하고, 준비된 시편에 상기 실시예와 비교예에서 제조한 에폭시 수지 조성물을 금형 온도 170 내지 180℃, 클램프 압력 70kgf/cm2, 이송 압력 1,000psi, 이송 속도 0.5 내지 1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 성형하여 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 170 내지 180℃의 오븐에 넣어 2시간 동안 후경화(post molding cure: PMC)시킨 직후 상온에서 접착력을 측정하였다. 또한, PMC 후 PCT(Pressure cooker test) 조건인 121℃, 100RH%, 2atm에서 24시간 방치한 후의 상온 접착력을 측정하였다. 이때 시편에 닿는 에폭시 수지 조성물의 면적은 40±1mm2이고, 접착력 측정은 각 측정 공정 당 12개의 시편에 대하여 UTM(universal testing machine)을 이용하여 측정한 후 평균값으로 계산하였다.
(4) 신뢰성(%) 및 성형성(%): PSPI 또는 Si3N4를 코팅한 칩을 0.13mm 두께의 PCB에 붙여 준비하고, 준비된 시편에 상기 실시예와 비교예에서 제조한 에폭시 수지 조성물을 금형 온도 170 내지 180℃, 클램프 압력 30ton, 이송 속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 디바이스 조립하여 신뢰성 및 성형성 평가 시편을 얻었다. 얻은 시편을 2시간 PMC한 후, PCT(pressure cooker test, 121℃/100RH%/2atm)에서 24시간 방치한 후, SAT(scanning acoustic tomography)를 이용하여 20개 단품 패키지에 발생된 크랙과 보이드 수를 확인하였다.
실시예 비교예
1 2 1 2 3 4
유동성(inch) 53 54 48 38 42 40
유리전이온도(Tg, ℃) 140 143 140 140 143 138
접착력(kgf) Cu After PMC 66 66 45 38 55 43
PCT 24hr 54 54 43 21 41 38
PSPI After PMC 68 68 50 34 48 40
PCT 24hr 53 53 40 16 28 30
Si3N4 After PMC 63 60 39 34 49 43
PCT 24hr 48 48 32 19 37 12
신뢰성(%) 크랙 발생 PSPI PCT 24hr 0 0 10 10 3 10
Si3N4 PCT 24hr 0 0 10 10 8 10
성형성(%) 보이드 발생 PSPI - 0 0 30 0 0 20
상기 표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 폴리실록산을 포함하는 실시예 1, 2의 조성물은 폴리실록산을 비포함하거나 본 발명의 폴리실록산이 아닌 폴리실록산을 포함하는 비교예 1 내지 4의 조성물에 비해 구리, PSPI, Si3N4 층에 대한 접착력, 신뢰성 및 성형성이 모두 우수한 것을 알 수 있다.
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 (7)

  1. 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%, 경화제 0.1 내지 13 중량%, 무기 충전제 70 내지 95 중량% 및 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실록산 0.01 내지 5 중량%를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    <화학식 1>
    Figure 112022027125803-pat00003

    상기 화학식 1 중,
    L1 및 L2는 서로 독립적으로, 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알킬렌기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴렌기 중에서 선택되고,
    R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 및 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기 중에서 선택되고,
    R7 및 R8은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기 중에서 선택되고,
    n의 평균값은 1 내지 500이고,
    x1, x2, y1 및 y2는 서로 독립적으로 1 내지 500의 정수 중에서 선택된다.
  2. 제1항에 있어서,
    L1 및 L2는 서로 독립적으로, 메틸렌기, 에틸렌기, 프로필렌기 및 부틸렌기 중에서 선택되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    R1 내지 R6은 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기 및 부틸기 중에서 선택되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    L1 및 L2는 n-프로필렌기이고, R1 내지 R6은 메틸기인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자.

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JP2014201617A (ja) * 2013-04-02 2014-10-27 ナガセケムテックス株式会社 電子部品封止用接着剤

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