KR102482539B1 - 액상 에폭시 수지 밀봉재 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

고온 유산소하에서 언더 필 경화물을 방치했을 때 발생하는 필렛 크랙을 억제할 수 있는 액상 에폭시 수지 밀봉재 및 이를 사용한 반도체 장치를 제공한다. (A) 액상 에폭시 수지, (B) 아민 경화제, (C) 무기 충전제 및 (D) 하기 식으로 나타내는 산화 방지제를 함유하고, (A) 에폭시 수지 및 (B) 아민 경화제의 합계 100질량부에 대해, 상기 (D) 산화 방지제를 0.5∼10질량부 포함하는 액상 에폭시 수지 밀봉재 및 이를 사용한 반도체 장치이다.

Description

액상 에폭시 수지 밀봉재 및 반도체 장치
본 개시는, 액상 에폭시 수지 밀봉재 및 반도체 장치에 관한 것이다.
전자 기기의 소형화, 경량화 및 고성능화에 수반하여, 반도체의 실장 형태가 와이어 본드형으로부터 플립 칩형으로 변화해 오고 있다.
플립 칩형 반도체 장치는 범프 전극을 개재하여, 기판 상의 전극부와 반도체 소자가 접속된 구조를 갖고 있다. 이 구조의 반도체 장치는, 온도 사이클 등의 열부가가 가해졌을 때, 에폭시 수지 등의 유기 재료제 기판과 반도체 소자의 열팽창 계수의 차이에 의해 범프 전극에 응력이 가해진다. 이 때문에 범프 전극에 크랙 등의 불량이 발생하는 것이 문제가 되고 있다. 이 불량 발생을 억제하기 위해, 언더 필로 불리는 반도체 밀봉재를 사용하여, 반도체 소자와 기판 사이의 갭을 밀봉하는 것이 널리 행해지고 있다. 이와 같이 하여, 양자를 서로 고정함으로써, 내서멀 사이클성을 향상시킬 수 있다.
언더 필재의 공급 방법으로는, 우선, 반도체 소자와 기판 상의 전극부가 접속된다. 그 후, 반도체 소자의 외주를 따라 언더 필재가 도포(디스펜스)된다. 이 때, 모세관 현상을 이용하여 양자 간극에 언더 필재를 주입하는 캐필러리 플로우로 불리는 방법이 일반적으로 채용된다. 언더 필재의 주입 후, 당해 언더 필재를 가열 경화시킴으로써, 양자의 접속 부위를 보강할 수 있다.
언더 필재에는 우수한 특성, 예를 들면, 주입성, 접착성, 경화성 및 보존 안정성이 요구된다. 또한, 언더 필재로 밀봉된 부위에도 우수한 특성, 예를 들면, 내습성 및 내서멀 사이클성이 요구된다.
상기 요구를 만족하기 위해, 언더 필로서 사용되는 액상 밀봉재로는, 에폭시 수지를 주제로 하는 액상 밀봉재가 널리 사용되고 있다.
액상 밀봉재에 의해 밀봉된 부위의 내습성 및 내서멀 사이클성, 특히 내서멀 사이클성을 향상시키기 위해서는, 실리카 필러와 같은 무기 물질로 이루어진 충전재(이하, 「필러」라고 한다)가 액상 밀봉재에 첨가된다. 이에 의해, 효과적으로 에폭시 수지 등의 유기 재료제 기판과 반도체 소자의 열팽창 계수의 차이의 컨트롤을 행하는 것 및 범프 전극을 보강할 수 있는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 평10-130374호
상술한 바와 같이, 액상 밀봉재에 의해 밀봉된 부위의 내서멀 사이클성의 향상이 과제였다. 내서멀 사이클성이 불충분하면, 반도체 소자와 기판 상의 전극부의 계면에서의 크랙이 발생하는 문제가 생긴다.
본 발명자들은 내서멀 사이클성이 향상되어도 100℃ 이상의 고온 유산소하에서 언더 필 경화물을 방치했을 때, 내서멀 사이클 시험시와는 상이한 특이한 필렛 크랙이 관찰되는 것을 알아냈다. 이 필렛 크랙은 언더 필 경화물의 표면으로부터 두께 방향으로 진행된다. 이러한 크랙이 발생하면, 언더 필로서의 기능이 저해된다는 문제가 생긴다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 상기 종래 기술에 있어서의 문제를 해결하기 위해, 고온 유산소하에서 언더 필 경화물을 방치했을 때의 필렛 크랙의 발생을 억제할 수 있는 언더 필용 액상 에폭시 수지 밀봉재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 필렛 크랙은 고온 유산소하에서 발생한다. 단, 동일한 정도의 온도로 유지해도 질소하에서는 발생하지 않는다. 이 때문에, 유산소 열 열화가 필렛 크랙 발생의 원인이라고 추측된다.
본 발명자들은 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생을 억제하기 위해, 힌더드 페놀계 산화 방지제의 첨가를 시도했다. 힌더드 페놀계 산화 방지제를 선택한 이유는 이하에 기재하는 바와 같다.
힌더드 페놀계 산화 방지제는 1차 산화 방지제로 분류된다. 자동 산화에 의해 생성된 라디칼에 직접 작용하여, 우수한 산화 방지능을 나타낸다. 1차 산화 방지제로는, 힌더드 아민계 산화 방지제를 사용할 수도 있다. 그러나, 힌더드 아민계 산화 방지제는 착색의 문제를 갖는다. 한편, 2차 산화 방지제로 구분되어 있는 인계 산화 방지제 및 황계 산화 방지제는 과산화물 분해능을 갖는다. 이는 1차 산화 방지제에 의해 라디칼로부터 변환된 과산화물에 작용한다. 이 때문에, 이들 산화 방지제는 1차 산화 방지제와 병용되는 경우가 많다.
유산소 열 열화 반응에서는, 라디칼 연쇄 반응이 진행된다. 이 연쇄 반응에서는 그 반응의 초기 단계에서 발생한 라디칼 R·로부터 반응 활성인 퍼옥시 라디칼 ROO·가 생성된다. 힌더드 페놀계 산화 방지제는, 하기 식에 나타내는 바와 같이, 이 퍼옥시 라디칼을 포착하여, 준안정한 히드로퍼옥시드 ROOH로 변환하는 작용이 있다.
Figure 112019069404018-pct00001
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생을 억제하기 위해서는, 특정 구조의 힌더드 페놀계 산화 방지제를 첨가할 필요가 있는 것을 알아냈다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 상기 지견에 기초하여 달성되었다. 본 개시에 의하면, (A) 액상 에폭시 수지, (B) 아민 경화제, (C) 무기 충전제 및 (D) 하기 식으로 나타내는 산화 방지제를 함유하는 액상 에폭시 수지 밀봉재가 제공된다. 이 밀봉재는 (A) 에폭시 수지 및 (B) 아민 경화제의 합계 100질량부에 대해, 상기 (D) 산화 방지제를 0.5∼10질량부 포함한다.
Figure 112019069404018-pct00002
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재에 있어서, (B) 아민 경화제가 바람직하게는, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민을 포함한다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재에 있어서, (C) 무기 충전제의 첨가량이 바람직하게는, 액상 에폭시 수지 밀봉재의 전체량에 대해 55∼70질량부이다. 또한, 바람직하게는, (A) 에폭시 수지와 (B) 아민 경화제의 당량비가 0.7∼1.2이다.
또한, 본 개시에 의하면, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재를 사용하여 밀봉되어 있는 플립 칩형 반도체 소자를 갖는 반도체 장치가 제공된다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재에서는, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생이 억제되고 있다.
또한, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 실온에서 양호한 보존 안정성을 갖는다.
이하, 본 개시에 대해 상세히 설명한다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 이하에 나타내는 (A)∼(D) 성분을 함유한다.
(A) 액상 에폭시 수지
(A) 성분의 액상 에폭시 수지는, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 주제가 되는 성분이다.
본 개시에 있어서 액상 에폭시 수지란, 상온에서 액상인 에폭시 수지를 의미한다.
본 개시에 있어서의 액상 에폭시 수지의 예로는, 평균 분자량이 약 400 이하인 비스페놀A형 에폭시 수지; p-글리시딜옥시페닐디메틸트리스 비스페놀A 디글리시딜에테르와 같은 분기형 다관능 비스페놀A형 에폭시 수지; 비스페놀F형 에폭시 수지; 평균 분자량이 약 570 이하인 페놀 노볼락형 에폭시 수지; 비닐(3,4-시클로헥센)디옥시드, 3,4-에폭시시클로헥실카르복실산(3,4-에폭시시클로헥실)메틸, 아디프산비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)5,1-스피로(3,4-에폭시시클로헥실)-m-디옥산과 같은 지환식 에폭시 수지; 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디글리시딜옥시비페닐과 같은 비페닐형 에폭시 수지; 헥사히드로프탈산디글리시딜, 3-메틸헥사히드로프탈산디글리시딜, 헥사히드로테레프탈산디글리시딜과 같은 글리시딜에스테르형 에폭시 수지; 디글리시딜아닐린, 디글리시딜톨루이딘, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜-m-자일릴렌디아민, 테트라글리시딜비스(아미노메틸)시클로헥산과 같은 글리시딜아민형 에폭시 수지; 및 1,3-디글리시딜-5-메틸-5-에틸히단토인과 같은 히단토인형 에폭시 수지; 나프탈렌환 함유 에폭시 수지를 들 수 있다. 또한, 1,3-비스(3-글리시독시프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산과 같은 실리콘 골격을 갖는 에폭시 수지도 사용할 수 있다. 추가적인 예로서 (폴리)에틸렌글리콜디글리시딜에테르, (폴리)프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 부탄디올디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 시클로헥산디메탄올디글리시딜에테르와 같은 디에폭시드 화합물; 및 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 글리세린트리글리시딜에테르와 같은 트리에폭시드 화합물을 들 수 있다.
이들 액상 에폭시 수지 중에서도 바람직하게는, 액상 비스페놀형 에폭시 수지, 액상 아미노페놀형 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지가 사용된다. 더욱 바람직하게는, 액상 비스페놀A형 에폭시 수지, 액상 비스페놀F형 에폭시 수지, p-아미노페놀형 액상 에폭시 수지, 1,3-비스(3-글리시독시프로필)테트라메틸디실록산이 사용된다.
(A) 성분으로서 단독의 액상 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 혹은, 2종 이상의 액상 에폭시 수지가 병용되어도 된다.
또한, 상온에서 고체인 에폭시 수지도, 그 수지가 액상의 에폭시 수지와 병용함으로써 액상의 혼합물을 형성한다면, 사용할 수 있다.
(B) 아민 경화제
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재에서는, 에폭시 수지의 경화제로서 아민 경화제가 사용된다. 그 이유는 아민 경화제가 내습성 및 내서멀 사이클성이 우수하기 때문이다.
아민 경화제는 특별히 한정되지 않는다. 사용되는 아민 경화제를 공지의 아민 경화제로부터 폭넓게 선택할 수 있다.
아민 경화제의 구체예로는, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타민, m-자일렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민 등의 지방족 폴리아민, 이소포론디아민, 1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 노르보르넨디아민, 1,2-디아미노시클로헥산 등의 지환식 폴리아민, N-아미노에틸피페라진, 1,4-비스(2-아미노-2-메틸프로필)피페라진 등의 피페라진형 폴리아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민 등의 디에틸톨루엔디아민, 디메틸티오톨루엔디아민, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 비스(메틸티오)톨루엔디아민, 디아미노디페닐메탄, m-페닐렌디아민, 디아미노디페닐술폰, 디에틸톨루엔디아민, 트리메틸렌비스(4-아미노벤조에이트), 폴리테트라메틸렌옥시드-디-p-아미노벤조에이트 등의 방향족 폴리아민류를 들 수 있다. 또한, 시판품의 예로서 T-12(상품명, 산요 화성공업 제조)(아민당량 116)를 들 수 있다.
이들 아민 경화제 중에서도, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 혹은, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민을 포함하는 아민 경화제가 바람직하다. 이러한 아민 경화제에 의하면, 첨가한 액상 수지 밀봉재의 유리 전이점(Tg)을 높게 설정할 수 있고, 또한 액상 수지 밀봉재 점도를 저감할 수 있다.
(B) 성분으로서 단독의 아민 경화제를 사용할 수 있다. 혹은, 2종 이상의 아민 경화제가 병용되어도 된다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재에 있어서, (B) 성분의 아민 경화제의 배합 비율은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 배합 비율은 (A) 성분의 에폭시 수지의 에폭시기 1당량에 대해 바람직하게는 0.7∼1.2당량, 보다 바람직하게는 0.7∼1.1당량이다.
(C): 무기 충전제
(C) 성분의 무기 충전제는 밀봉한 부위의 내습성 및 내서멀 사이클성, 특히 내서멀 사이클성을 향상시키는 목적으로, 액상 에폭시 수지 밀봉재에 첨가된다. 무기 충전제의 첨가에 의해, 내서멀 사이클성이 향상된다. 이는 선팽창 계수를 낮춤으로써, 서멀 사이클에 의한 액상 에폭시 수지 밀봉재의 경화물의 팽창 혹은 수축을 억제할 수 있기 때문이다.
(C) 성분의 무기 충전제는 첨가에 의해 선팽창 계수를 낮추는 효과를 갖는 한, 특별히 한정되지 않는다. 각종 무기 충전제를 사용할 수 있다. 구체적인 예로서 비정질 실리카, 결정성 실리카, 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄 및 질화규소를 들 수 있다.
이들 중에서도 실리카, 특히, 비정질의 구상 실리카가 바람직하다. 이들 실리카가 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재를 언더 필로서 사용하면, 우수한 유동성을 얻을 수 있고, 또한 경화물의 선팽창 계수를 저감할 수 있다.
한편, 여기서 말하는 실리카는 제조 원료에서 유래하는 유기기, 예를 들면, 메틸기, 혹은, 에틸기 등의 알킬기를 갖는 실리카여도 된다.
비정질의 구상 실리카는 용융법, 연소법, 혹은 졸겔법 등, 공지의 제조 방법에 의해 얻어진다. 원하는 입도, 불순물 함유량 및 표면 상태 등의 특성에 따라 그 제조 방법을 적절히 선택할 수 있다.
또한, 무기 충전제로서 사용하는 실리카로는, 일본 공개특허공보 2007-197655호에 기재된 제조 방법에 의해 얻어진 실리카 함유 조성물을 사용해도 된다.
또한, 무기 충전제는 실란 커플링제 등으로 표면 처리가 실시되어 있어도 된다. 표면 처리가 실시된 무기 충전제를 사용했을 경우, 무기 충전제의 응집을 방지하는 효과가 기대된다. 이에 의해, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 보존 안정성의 향상이 기대된다.
(C) 성분으로서 무기 충전제의 평균 입자 직경은, 바람직하게는 0.1∼10㎛, 보다 바람직하게는 0.2∼2㎛이다.
여기서, 무기 충전제의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 구상, 부정형 및 인편상 중 어느 형태의 무기 충전제도 사용할 수 있다. 한편, 무기 충전제의 형상이 구상 이외일 때에는, 무기 충전제의 평균 입자 직경은 당해 무기 충전제의 평균 최대 직경을 의미한다.
(C) 성분의 무기 충전제의 함유량은, 에폭시 수지 밀봉재의 전체량, 즉, 전체 성분의 합계 100질량부에 대해, 바람직하게는 55∼70질량부이다. 함유량이 55∼70질량부이면, 액상 에폭시 수지 밀봉재를 언더 필로서 사용할 때, 액상 에폭시 수지 밀봉재의 선팽창 계수를 낮출 수 있고 또한, 주입성 악화를 피할 수 있다. 보다 바람직한 함유량은 60∼70질량부이다.
(D): 하기 식으로 나타내는 산화 방지제
Figure 112019069404018-pct00003
상술한 바와 같이, 유산소 열 열화 반응에서는, 라디칼 연쇄 반응이 진행된다. 반응의 초기 단계에서 발생한 라디칼 R·로부터 반응 활성인 퍼옥시 라디칼 ROO·가 생성된다. 힌더드 페놀계 산화 방지제는, 이 퍼옥시 라디칼을 포착하여, 이를 준안정한 히드로퍼옥시드 ROOH로 변환한다는 작용을 갖는다.
본 발명자들은, 힌더드 페놀계 산화 방지제 중에서도, 상기 식으로 나타내는 산화 방지제를 첨가함으로써, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생이 보다 효과적으로 억제되는 것을 알아냈다. 이 우수한 필렛 크랙 발생 억제의 효과는, 후술하는 실시예 등에 있어서, 다른 구조의 힌더드 페놀계 산화 방지제를 포함하는 액상 에폭시 수지 조성물과의 비교에 의해 확인되고 있다.
상기 식으로 나타내는 산화 방지제를 첨가함으로써, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생이 억제되는 이유는 분명하지 않다. 그러나, 그 이유로서 이하의 메커니즘을 추측할 수 있다.
상기 식으로 나타내는 산화 방지제는, 1개의 탄소 원자에 4개의 힌더드 페놀기가 결합되어 있다. 이 때문에, 퍼옥시 라디칼을 포착하여 준안정한 히드로퍼옥시드 ROOH로 변환하는 작용이 높은 것이 추측된다. 그 결과, 유산소 열 열화의 진행을 억제하는 효과가 높다. 그에 의해, 필렛 크랙의 발생을 억제할 수 있다고 추측된다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, (A) 에폭시 수지 및 (B) 아민 경화제의 합계 100질량부에 대해, (D) 산화 방지제를 0.5∼10질량부 포함한다.
(D) 산화 방지제가 0.5질량부 미만이면, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생을 억제하기에 불충분하다. (D) 산화 방지제가 10질량부 초과하면, 상온에서의 보존 안정성이 저하하기 때문에, 포트 라이프가 짧아진다.
(D) 산화 방지제의 함유량은 바람직하게는 0.5∼5질량부이다.
(그 외의 배합제)
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 필요에 따라 상기 (A)∼(D) 성분 이외의 성분을 추가로 함유해도 된다.
이러한 배합 가능한 성분의 구체예로는, 커플링제, 레벨링제, 경화 촉진제, 표면 개질제, 소포제, 이온 트랩제, 엘라스토머 및 카본 등의 착색제를 들 수 있다. 각 배합제의 종류 및 배합량은 통상의 방법과 같다.
(액상 에폭시 수지 밀봉재의 조제)
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 조제에서는, 상기 (A)∼(D) 성분 및 필요에 따라 배합되는 그 외의 배합제가 혼합된다. 이어서, 얻어지는 혼합물을 교반함으로써, 액상 에폭시 수지 밀봉재가 조제된다. 혼합 교반에는 롤밀을 사용할 수 있다. 물론, 혼합 교반의 수단은 롤밀로 한정되지 않는다. (A) 성분의 에폭시 수지가 고형일 때에는 바람직하게는, 가열 등에 의해 액상화 혹은 유동화한 에폭시 수지가 혼합된다.
상기 각 성분을 동시에 혼합할 수 있다. 단, 성분의 일부를 먼저 혼합하고, 남은 성분을 나중에 혼합하는 등의 변경을 가해도 지장은 없다.
다음으로, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 특성에 대해 설명한다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재에서는, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생이 억제되고 있다. 후술하는 순서로 측정되는 고온 방치 시험시의 크랙 발생수는, 바람직하게는 20개 이하, 보다 바람직하게는 15개 이하이다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 실온에서 양호한 보존 안정성을 갖기 때문에 포트 라이프가 우수하다. 후술하는 실시예에 기재된 순서로 측정되는 증점률은 바람직하게는 2배 미만, 보다 바람직하게는 1.8배 이하이다.
이들 특성에 의해, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 언더 필로서 바람직하게 사용된다. 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 캐필러리 타입 언더 필(이하, "캐필러리 언더 필"이라고 한다) 및 선도포형 언더 필 중 어느 것에도 사용할 수 있다.
또한, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재는, 반도체 장치의 제조시 사용하는 접착제에도 사용할 수 있다.
다음으로, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 사용 방법을 예로서 캐필러리 언더 필로서의 사용을 언급하면서 설명한다.
본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재가 캐필러리 언더 필로서 사용될 때에는, 이하의 순서로 기판과 반도체 소자 사이의 갭에 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재가 충전된다.
기판을 예를 들면, 70∼130℃로 가열하면서 반도체 소자의 일단에 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재가 도포된다. 그러면, 모세관 현상에 의해, 기판과 반도체 소자 사이의 갭에 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재가 충전된다. 이 때, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 충전에 필요로 하는 시간을 짧게 하기 위해, 기판을 기울여도 된다. 혹은, 당해 갭 내외에 압력차를 만들어도 된다.
당해 갭에 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재가 충전된 후, 당해 기판을 소정 온도에서 소정 시간의 가열, 구체적으로는, 80∼200℃에서 0.2∼6시간의 가열에 의해, 액상 에폭시 수지 밀봉재를 가열 경화시킴으로써, 당해 갭이 밀봉된다.
본 개시의 반도체 장치에서는, 본 개시의 액상 에폭시 수지 밀봉재를 언더 필로서 사용함으로써, 상기 순서로 밀봉 부위, 즉, 기판과 반도체 소자 사이의 갭이 밀봉된다. 여기서, 밀봉이 행해지는 반도체 소자는 특별히 한정되지 않는다. 예로는, 「집적 회로, 대규모 집적 회로, 트랜지스터, 사이리스터, 다이오드 및 콘덴서」를 들 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 개시를 상세히 설명한다. 단, 본 개시는 이들에 한정되지 않는다.
(실시예 1∼12, 비교예 1∼4)
하기 표에 나타낸 배합 비율로 배합된 원료가 롤밀로 혼련되었다. 이에 의해, 실시예 1∼12 및 비교예 1∼4의 액상 에폭시 수지 밀봉재가 조제되었다. 한편, 표 중의 각 조성에 관한 수치는, 질량부를 나타내고 있다.
(A) 액상 에폭시 수지
에폭시 수지(A-1)：비스페놀F형 액상 에폭시 수지, 제품명 YDF8170, 신닛테츠 화학 주식회사 제조, 에폭시당량 158g/eq
에폭시 수지(A-2)：아미노페놀형 액상 에폭시 수지, 제품명 jER630D, 미츠비시 화학 주식회사 제조, 에폭시당량 94g/eq
(B) 아민 경화제
아민 경화제(B-1)：3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민을 함유, 제품명 에타큐어100, ALBEMARLE Co., Ltd. 제조
아민 경화제(B-2)：4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 제품명 카야하드A-A(HDAA), 닛폰 화약 주식회사 제조
아민 경화제(B-3)：디메틸티오톨루엔디아민(변성 방향족 아민을 포함한다), 제품명 EH105L, 주식회사 ADEKA 제조
(C) 무기 충전제
무기 충전제(C-1)：실란 커플링제(3-글리시독시프로필트리메톡시실란) 표면 처리 실리카 필러(평균 입자 직경 0.5㎛), 제품명 SE2200-SEE, 주식회사 아드마텍스 제조
무기 충전제(C-2)：실리카 커플링제(3-글리시독시프로필트리메톡시실란) 표면 처리 실리카 필러(평균 입자 직경 1.5㎛), 제품명 SE5200-SEE, 주식회사 아드마텍스 제조
(D) 산화 방지제
산화 방지제(D-1)： 힌더드 페놀계 산화 방지제, 제품명 IRGANOX1010
(하기 식), BASF사 제조
Figure 112019069404018-pct00004
산화 방지제(D-2)：힌더드 페놀계 산화 방지제, 제품명 IRGANOX1035
(하기 식), BASF사 제조
Figure 112019069404018-pct00005
산화 방지제(D-3)：힌더드 페놀계 산화 방지제, 제품명 IRGANOX1076
(하기 식), BASF사 제조
Figure 112019069404018-pct00006
(초기 점도, 1일 보관 후 증점률)
상기 순서로 조제된 액상 에폭시 수지 밀봉재의 25℃에 있어서의 점도(Pa·s)가 브룩필드사 제조 회전 점도계 HBDV-1(스핀들 SC4-14 사용)을 이용하여, 50rpm에서 측정되었다. 얻어진 측정값이 초기 점도로 정의되었다. 이어서, 수지 조성물의 포트 라이프의 지표가 되는 증점률(1일 보관 후 증점률)이 이하의 순서로 구해졌다. 우선, 조제된 수지 조성물이 밀폐 용기 안에서 25℃, 습도 50％의 환경에서 1일 보관되었다. 이 시점에 있어서의 그 수지 조성물의 점도가 동일한 순서로 측정되었다. 얻어진 점도의 조제 직후의 점도에 대한 배율이 산출되었다. 산출된 배율이 증점률로 정의되었다.
(고온 방치 시험)
PI 패시베이션 다이(다이 사이즈 10㎜×10㎜×두께 0.725㎜), Sn/3Ag/0.5Cu 범프(범프 피치 150㎛, 범프수 3721)를 갖는 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)이 사용되었다. 여기서, PI 패시베이션 다이는 솔더 레지스트(PSR-4000 AUS703)가 도포되어 있는 고내열(High-Tg) FR-4 기판(기판 사이즈 30㎜×30㎜×두께 0.8㎜) 상에 형성되어 있다. 상기 순서로 얻어진 액상 에폭시 수지 밀봉재가 상기 TEG의 다이 부분에 주입되었다. 150℃에서 120분간의 가열에 의해, 액상 에폭시 수지 밀봉재가 경화되었다. 이 TEG는 대기 하, 190℃로 유지한 건조기 내에 1000시간 방치되었다. 그 후, 필렛에 발생한 크랙수가 계수되었다.
Figure 112019069404018-pct00007
Figure 112019069404018-pct00008
실시예 1∼12의 액상 에폭시 수지 밀봉재의 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수는 20개 이하였다. 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생이 억제되어 있었다. 또한, 1일 보관 후 증점률이 2.0배 미만이었다. 실온에서의 보존 안정성이 양호했다. 한편, 실시예 2∼5에서는, 실시예 1의 산화 방지제(D-1)의 배합 비율이 변경되어 있다. 산화 방지제(D-1)의 배합 비율이 많아지면, 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수가 감소한다. 그러나, 1일 보관 후 증점률이 상승했다. 산화 방지제(D-1)가 배합되지 않았던 비교예 1에서는, 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수가 29개로 높았다. 한편, 산화 방지제(D-1)가 10질량부 초과 배합되어 있는 비교예 2에서는, 1일 보관 후 증점률이 2.0으로 높았다.
산화 방지제(D-1)와는 상이한 구조를 갖는 힌더드 페놀계 산화 방지제(D-2) 및 (D-3)이 사용되고 있는 비교예 3 및 4에서는, 산화 방지제(D-1)가 배합되어 있지 않은 비교예 1보다도 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수가 높았다. 이는, 유산소 열 열화에 의한 필렛 크랙의 발생을 억제하는 효과가 낮은 것에 더해, 고온 방치 시험 중에 발생한 산화 방지제(D-2) 및 (D-3)의 열분해 생성물이 악영향을 미쳤다고 추측된다.
실시예 6 및 7에서는, 실시예 3의 아민 경화제(B-1)의 에폭시당량이 변경되어 있다. 아민 경화제(B-1)의 에폭시당량의 변경에 의한 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수 및 1일 보관 후 증점률에 대한 영향은 확인되지 않았다.
실시예 8 및 9에서는, 실시예 3의 무기 충전제(C-1)의 배합 비율이 변경되어 있다. 실시예 8에서는, 실시예 1보다도 무기 충전제(C-1)의 배합 비율이 낮다. 이 실시예 8에서는, 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수가 증가했다. 이는, 고온 방치시에 있어서의 수지 경화물의 수축에 의한 영향으로 추측된다.
실시예 10 및 11에서는, 실시예 4의 아민 경화제의 종류가 변경되어 있다. 즉, 실시예 4에서는, 아민 경화제(B-1)가 사용되고 있는 것에 비해, 실시예 10에서는, 아민 경화제(B-1) 및 (B-2)가 병용되고 있다. 마찬가지로 실시예 11에서는, 아민 경화제(B-2) 및 (B-3)이 병용되고 있다. 아민 경화제의 차이에 의한 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수 및 1일 보관 후 증점률에 대한 영향은 확인되지 않았다.
실시예 12에서는, 실시예 4의 무기 충전제의 평균 입자 직경이 변경되어 있다. 구체적으로는, 평균 입자 직경이 0.5㎛인 실리카 필러(무기 충전제(C-1))가 사용되고 있는 실시예 4에 비해, 실시예 12에서는 평균 입자 직경이 1.5㎛인 실리카 필러(무기 충전제(C-2))가 사용되고 있다. 무기 충전제의 평균 입자 직경의 차이에 의한 고온 방치 시험 후의 크랙 발생수 및 1일 보관 후 증점률에 대한 영향은 확인되지 않았다.

Claims (5)

  1. (A) 상온에서 액상인 에폭시 수지, (B) 아민 경화제, (C) 무기 충전제 및 (D) 하기 식으로 나타내는 산화 방지제를 함유하고,
    (A) 상온에서 액상인 에폭시 수지, (B) 아민 경화제 및 (D) 산화 방지제의 합계 100질량부에 대해, 상기 (D) 산화 방지제를 0.5∼10질량부 포함하고,
    상기 (B) 아민 경화제가 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민, 디메틸티오톨루엔디아민 및 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 액상 에폭시 수지 밀봉재:
    Figure 112022126873005-pct00009
    .
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (B) 아민 경화제가, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민을 포함하는 액상 에폭시 수지 밀봉재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 (C) 무기 충전제의 첨가량이, 액상 에폭시 수지 밀봉재의 전체량에 대해 55∼70질량부인 액상 에폭시 수지 밀봉재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    (A) 상온에서 액상인 에폭시 수지와 (B) 아민 경화제의 당량비가 0.7∼1.2인 액상 에폭시 수지 밀봉재.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항의 액상 에폭시 수지 밀봉재를 사용하여 밀봉된 플립 칩형 반도체 소자를 갖는 반도체 장치.
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