KR102522438B1 - 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

에폭시 수지 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR102522438B1
KR102522438B1 KR1020210062858A KR20210062858A KR102522438B1 KR 102522438 B1 KR102522438 B1 KR 102522438B1 KR 1020210062858 A KR1020210062858 A KR 1020210062858A KR 20210062858 A KR20210062858 A KR 20210062858A KR 102522438 B1 KR102522438 B1 KR 102522438B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
epoxy resin
resin composition
weight
epoxy
content
Prior art date
Application number
KR1020210062858A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20220155075A (ko
Inventor
이정호
김승택
강승민
심명택
공병선
Original Assignee
주식회사 케이씨씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 케이씨씨 filed Critical 주식회사 케이씨씨
Priority to KR1020210062858A priority Critical patent/KR102522438B1/ko
Priority to PCT/KR2022/006233 priority patent/WO2022240037A1/ko
Priority to CN202280029271.2A priority patent/CN117178021A/zh
Publication of KR20220155075A publication Critical patent/KR20220155075A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102522438B1 publication Critical patent/KR102522438B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C08L83/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293—Organic, e.g. plastic
    • H01L23/295—Organic, e.g. plastic containing a filler

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 봉지된 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

에폭시 수지 조성물{Epoxy resin compositions}
본 발명은 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 봉지된 반도체 소자에 관한 것이다.
집적회로(IC), 대용량 집적회로(LSI), 트랜지스터, 다이오드 등의 반도체 소자를 밀봉하여 반도체 장치의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 물질로서 에폭시 수지 조성물이 널리 사용되고 있다. 최근 전자 기기의 소형화, 경량화, 고성능화 추세에 따라 반도체의 고집적화가 가속화되면서, 반도체 소자의 밀봉에 사용되는 재료의 성능 개선을 위한 연구가 다방면으로 지속되고 있다. 일례로, 일본특허공개 제2017-197620호는 에폭시 수지, 페놀 수지 경화제 및 충전재를 포함하는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 충전재의 함유량과 에폭시 수지 조성물의 경화물의 열시탄성률을 조절하여 전기적 접속 신뢰성을 높이는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 종래의 에폭시 수지 조성물의 경우, 해당 조성물 내에 흡수되거나 내재되어 있던 습기가 반도체 패키지 내 미세한 기공이나 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 계면에 응축되어 있다가, 리플로우 솔더링(reflow soldering)과 같은 고온 공정에서 기화되면서 압력을 발생시켜, 패키지 외부로 팽윤, 누출되는 스웰링(swelling) 현상이 발생되는 문제가 있다. 특히, 저점도 EMC(low filler content)의 경우, 스웰링 발생의 가능성이 더 높다. 이에, 스웰링 현상이 억제되어 EMC의 작업성 및 성형성이 균일하게 유지되는 에폭시 수지 조성물에 관한 개발이 요구된다.
본 발명은 스웰링 발생이 억제되어 작업성 및 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 봉지된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 소포제 및 충전재를 포함하고, 상기 소포제가 개질된 유기폴리실록산 및 환형 실록산을 포함하는 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 스웰링 발생이 억제되어 우수한 작업성 및 성형성을 발휘할 수 있다.
특히, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 저점도 EMC 및 과립(그래뉼, Granule)형 EMC에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 이를 적용하여 봉지된 반도체 소자에 높은 신뢰성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 “중량평균분자량" 및 “수평균분자량”은 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 GPC(gel permeation chromatograph) 방법으로 측정할 수 있다. “연화점”은 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 시차주사열량분석법(differential scanning calorimetry, DSC)으로 측정할 수 있다. "점도"는 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 브룩필드 점도계(brookfield viscometer)를 사용하여 측정할 수 있다. “입자 크기”는 당업계에 알려진 통상의 방법에 의해 측정된 것이며, 예를 들어 레이져 광 산란법(laser light scattering, LLS)로 측정할 수 있다.
<에폭시 수지 조성물>
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 소포제 및 충전재를 포함하고, 필요에 따라 본 발명의 물성을 저해하지 않는 범위 내에서 경화 촉매, 커플링제, 착색제, 이형제, 개질제, 난연제, 저응력화제 등의 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 다양한 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
에폭시 수지
본 발명에서 에폭시 수지는 주 수지로서 사용되고, 경화제와 반응하여 경화된 후 삼차원 망상 구조를 형성함으로써 피착체에 강하고 견고하게 접착하는 성질과 내열성을 부여할 수 있다.
상기 에폭시 수지로는 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예로는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 안트라센 에폭시 수지, 테트라메틸 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 S 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 크레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변형 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐 메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐 에탄형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 다관능성 페놀 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지 등이 있고, 이들 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 례로, 상기 에폭시 수지는 분자 구조 내에 2개 이상의 에폭시기를 포함하는 것일 수 있으며, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지 및 비페닐형 에폭시 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 에폭시 수지의 분자 구조 내의 에폭시기의 수가 전술한 범위를 만족하는 경우 에폭시 수지 및 경화제 간의 경화성이 향상될 수 있으며, 내열성을 개선시킬 수 있다.
상기 에폭시 수지의 연화점(Soft Point)은 40 내지 75 ℃, 예를 들어 50 내지 65 ℃일 수 있다. 에폭시 수지의 연화점이 전술한 범위에 해당하는 경우, 스웰링 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 특히, 그래뉼형 EMC로 컴프레션 몰딩을 하는 경우에도 스웰링을 효과적으로 억제할 수 있다. 구체적으로, 상기 에폭시 수지의 연화점이 전술한 범위를 초과하는 경우 C-Mold에서 요구하는 수준의 충진성을 확보하기 어려우며, 전술한 범위 미만인 경우 점도가 저하되어 EMC 멜팅 시 고온으로 인하여 몰딩재 넘어로 EMC가 넘쳐 흘러 성형성이 저하되고, 이로 인해 스웰링 현상을 억제하기 어려워 EMC 누설(leakage)이 발생할 수 있다.
상기 에폭시 수지로는 에폭시 당량(EEW)이 100 내지 400 g/eq, 예를 들어 180 내지 350 g/eq, 다른 예로 250 내지 300 g/eq이고, 점도(150 ℃ 기준)가 0.01 내지 50 poise, 예를 들어 0.01 내지 10 poise, 다른 예로 0.01 내지 3 poise인 것을 사용할 수 있다. 전술한 물성을 만족하는 에폭시 수지는 상대적으로 낮은 점도 특성을 가지므로, 고함량의 충전재가 포함되더라도 흐름성을 확보할 수 있으며, 혼련이 용이하다.
에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 에폭시 수지의 함량은 2 내지 20 중량%, 예를 들어 5 내지 15 중량%일 수 있다. 에폭시 수지의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 접착성, 흐름성 및 성형성이 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 흡습량 증가로 반도체의 신뢰성이 불량해지고, 충전재 함량의 상대적 감소로 인해 강도가 저하될 수 있다.
경화제
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화제를 포함한다. 경화제는 상기 에폭시 수지와 반응하여 조성물의 경화를 진행시키는 역할을 한다.
상기 경화제로는 에폭시 수지와 경화 반응을 하는 것으로 해당 기술분야에 공지된 경화제를 사용할 수 있으며, 일례로 상기 경화제는 한 분자 내에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀계 화합물일 수 있다. 예를 들어, 상기 경화제는 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아랄킬 수지 및 다관능 페놀 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있고, 일례로 비페닐과 페놀의 중합체, 예컨대 4,4'-비스(메톡시메틸) 1,1'-비페닐과 페놀의 중합체를 사용할 수 있다.
상기 경화제의 연화점은 50 내지 85 ℃, 예를 들어 55 내지 77 ℃, 다른 예로 60 내지 74 ℃일 수 있다. 경화제의 연화점이 전술한 범위에 해당하는 경우, 스웰링 현상을 효과적으로 억제할 수 있고, 특히, 그래뉼형 EMC로 컴프레션 몰딩을 하는 경우에도 스웰링을 효과적으로 억제할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제의 연화점이 전술한 범위를 초과하는 경우 C-Mold에서 요구하는 수준의 충진성을 확보하기 어려우며, 전술한 범위 미만인 경우 EMC 멜팅 시 스웰링을 억제하기 어려워 EMC 누설(leakage)이 발생할 수 있다.
상기 경화제로는 수산기 당량이 150 내지 300 g/eq, 예를 들어 190 내지 230 g/eq이고, 점도(150 ℃ 기준)가 0.01 내지 10 poise, 예를 들어 0.01 내지 1 poise인 것을 사용할 수 있다.
에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 경화제의 함량은 2 내지 20 중량%, 예를 들어 5 내지 10 중량%일 수 있다. 경화제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 경화성 및 성형성이 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 흡습량 증가로 반도체의 신뢰성이 불량해지고 강도가 저하될 수 있다.
상기 에폭시 수지 및 경화제는 에폭시 수지의 에폭시기 및 경화제의 페놀성 수산기의 당량비가 1 : 0.3 내지 2, 예를 들어 1 : 0.6 내지 1.3인 혼합비로 포함될 수 있다. 에폭시기 당량에 대한 페놀성 수산기의 당량비가 전술한 범위 미만인 경우 에폭시 수지 조성물의 경화 속도가 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 최종 경화 후의 경화물의 강도가 저하될 수 있다.
소포제
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 소포제를 포함한다. 상기 소포제는 에폭시 수지 조성물의 스웰링(swelling) 현상을 억제하는 역할을 한다.
상기 소포제로는 실리콘계 소포제를 사용할 수 있다. 일례로, 상기 소포제는 개질된 유기폴리실록산 및 환형 실록산을 포함할 수 있다. 상기 2종의 실록산을 적절한 비율로 혼합하여 사용할 경우, EMC 멜팅 시 EMC의 표면 장력에 영향을 주어 기포의 형성 및 성장을 효과적으로 억제할 수 있으며, 이로 인해 EMC 몰드의 안티-스웰링성(anti-swelling)을 개선할 수 있다.
상기 개질된 유기폴리실록산은 에폭시기 및 폴리에스터기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상으로 개질된 것일 수 있다. 상기 에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 개질된 유기폴리실록산은 중량평균분자량이(Mw)이 10,000 내지 20,000 g/mol, 예를 들어 13,000 내지 16,000 g/mol일 수 있고, 수평균분자량이(Mn)이 5,700 내지 9,000 g/mol, 예를 들어 6,000 내지 7,500 g/mol일 수 있다. 상기 에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 개질된 유기폴리실록산의 중량평균분자량 및 수평균분자량이 전술한 범위 미만일 경우 낮은 분자량으로 인해 몰딩 시 누설(leakage)이 발생될 수 있고, 전술한 범위를 초과할 경우 조성물 점도의 상승에 따른 유동성 저하로 인해 패키지 내 에폭시 조성물이 미충진될 수 있다.
또한, 상기 에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 개질된 유기폴리실록산은 개질 시 화학 반응 사이트(active site), 반응 속도(kinetic isotope effect), 부반응(side effect)에 따라 분자 내 에폭시기, 폴리프로필렌 옥사이드(PO), 에틸렌 옥사이드(EO)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 개질된 유기폴리실록산의 분자 내 에폭시기 함량(몰비)은 Si-CH3 대비 0.015 내지 0.03일 수 있고, 분자 내 상기 에폭시기의 고리가 끊어져 생성된 폴리프로필렌 옥사이드(PO)의 함량(몰비)은 Si-CH3 대비 0.05 내지 0.45일 수 있고, 분자 내 에틸렌 옥사이드(EO)의 함량(몰비)은 Si-CH3 대비 0.05 내지 0.54일 수 있다.
상기 환형 실록산은 하기 식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112021056148821-pat00001
상기 식에서,
R1 및 R2는 독립적으로 수소(H), 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고,
n은 2 내지 10의 정수이다.
일 례로, 상기 식에서 n은 4 내지 6의 정수이다.
일 례로, 상기 환형 실록산은 사이클로테트라실록산, 사이클로펜타실록산, 사이클로헥사실록산, 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 예를 들어 옥타메틸사이클로테트라실록산, 데카메틸사이클로펜타실록산, 도데카메틸시클로헥사실록산일 수 있다.
상기 환형 실록산은 휘발성으로 경화 과정에서 증발되어 에폭시 수지 조성물의 경화된 성분들이 표면 상에 얇은 막을 형성하여 표면에 평활성을 부여하고, 경화 과정에서 표면에 약간의 탄성을 부여하여 성형성을 향상시키고, 경화 후 경화물 표면에 얇은 보호막을 형성하여 내화학성을 부여할 수 있다.
상기 소포제는 에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 개질된 유기폴리실록산을 환형 실록산보다 과량으로 포함할 수 있다. 휘발성이 있는 환형 실록산이 개질된 유기폴리실록산보다 과량으로 포함될 경우, EMC 표면 불량이 발생되어 성형성이 저하될 수 있고, EMC 경화물 내부에 기포가 형성되어 스웰링 현상이 발생될 수 있다. 일 례로, 에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 개질된 유기폴리실록산과 환형 실록산은 1 : 0.001 내지 0.9, 예를 들어 1 : 0.01 내지 0.5의 중량비로 혼합될 수 있다.
에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 소포제의 함량은 0.01 내지 5 중량%, 예를 들어 0.005 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 소포제 함량이 전술한 범위 미만인 경우 EMC 성형 시 스웰링 현상이 발생될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 EMC의 유동성 저하로 인해 패키지 미충진이 발생될 수 있다.
충전재
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 충전재를 포함한다. 상기 충전재는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성(예컨대, 강도)을 향상시키고, 흡습량을 낮추는 역할을 한다.
상기 충전재로는 통상적으로 전자소재 분야에서 사용되는 무기 충전재이면 제한없이 사용 가능하며, 예를 들어 실리카, 실리카 나이트라이드, 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 보론 나이트라이드 등의 무기 충전재를 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 충전재의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 각상 및 구상 형태를 모두 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 충전재의 비제한적인 예로는 천연 실리카, 합성 실리카, 용융 실리카 등이 있으며, 예를 들어 구상 실리카 입자를 사용할 수 있다.
상기 충전재는 입경이 상이한 2종 이상의 충전제를 포함할 수 있다. 이 경우, 에폭시 수지 조성물의 성형성 및 작업성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 충전재는 평균입경(D50)이 3.5 내지 20 um, 예를 들어 3.5 내지 15 um인 제1 충전재 및 평균입경(D50)이 0.1 내지 3 um, 예를 들어 1 내지 3 um인 제2 충전재를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 충전재는 D50이 3.5 내지 20 um, 예를 들어 3.5 내지 15 um인 제1 실리카 및 D50이 0.1 내지 3 um, 예를 들어 1 내지 3 um인 제2 실리카를 포함할 수 있다. 상기 제1 충전재와 상기 제2 충전재는 2 내지 25 : 1의 중량비로 혼용될 수 있다.
에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 충전재의 함량은 50 내지 90 중량%, 예를 들어 70 내지 85 중량%일 수 있다. 충전재의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 경화물의 흡습량이 증가되어 반도체 장치의 신뢰성을 저하시킬 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 유동성이 저하되어 성형성이 불량해질 수 있다.
경화 촉매
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 경화 촉매를 포함할 수 있다. 경화 촉매는 경화 반응 촉진과 더불어 고온 신뢰성 및 연속 작업성의 주기를 향상시키는 역할을 한다.
경화 촉매로는 해당 기술분야에서 경화 반응을 촉진하기 위해 사용되는 통상의 촉매를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 이미다졸계 화합물, 나프탈렌계 잠재성 촉매, 아민계 화합물, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 붕소 화합물 등을 사용할 수 있다.
이미다졸계 화합물로는 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸,　2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸-[1']]-에틸-s-트리아진 이소시아누릭 애씨드 어덕트 등을 사용할 수 있다. 나프탈렌계 잠재성 촉매로는 2,3-나프탈렌디올등을 사용할 수 있다. 아민계 화합물로는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀, 트리-2-에틸헥실 애씨드 등을 사용할 수 있다. 유기금속 화합물로는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등을 사용할 수 있다. 유기인 화합물로는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄 브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄 브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀 트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 등을 사용할 수 있다. 붕소 화합물로는 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등을 사용할 수 있다.
상기 경화 촉매는 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어 2종의 이미다졸 촉매를 포함하거나, 이미다졸 촉매와 나프탈렌계 잠재성 촉매를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 경화 촉매는 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸과 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸-[1']]-에틸-s-트리아진 이소시아누릭 애씨드 어덕트의 혼합물일 수 있다. 다른 예로, 상기 경화 촉매는 2-페닐-4-메틸-5-하이드록시메틸이미다졸과 2,3-나프탈렌디올의 혼합물일 수 있다.
에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 경화 촉매의 함량은 0.05 내지 5 중량%, 예를 들어 0.1 내지 2 중량%일 수 있다. 상기 경화 촉매의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 겔화 시간(gelation time)의 증가로 작업성이 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 겔화 시간이 과도하게 단축되어 성형성이 저하될 수 있다.
첨가제
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 특정 기능 또는 효과를 부여하고, 그 목적을 벗어나지 않고, 본 발명의 물성을 저해하지 않는 범위에서 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 첨가제들을 추가적으로 포함할 수 있다. 사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예를 들면, 커플링제, 착색제, 이형제, 개질제, 난연제, 저응력화제 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다.
커플링제는 유기물과 무기물의 안정적인 분산을 위해 첨가되며, 상기 커플링제로는 에폭시 실란, 아미노 실란, 메르캅토 실란, 아크릴 실란, 비닐 실란 등을 사용할 수 있다. 착색제는 수지 조성물에 색상을 부여하기 위해 첨가되며, 상기 착색제로는 카본블랙, 벵갈라 등을 사용할 수 있다. 이형제로는 파라핀 왁스, 카르나우바 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스 등을 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 해당 기술분야에 공지된 함량 범위 내에서 첨가될 수 있으며, 일례로 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대하여, 각각 0.01 내지 5 중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 해당 기술분야에 알려진 통상적인 방법, 예를 들어 반바리 믹서, 니더, 롤, 단축 또는 이축의 압출기 및 코니더 등을 이용하는 용융 혼련 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같은 각 성분들을 균일하게 섞은 후, 용융 혼합기(heat kneader)를 이용하여 80 내지 130 ℃의 온도에서 용융 혼합하고, 상온으로 냉각시킨 다음, 분말 상태로 분쇄한 후, 체 분리(sieving) 공정을 거쳐 에폭시 수지 조성물을 수득할 수 있다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 스파이럴 플로우 몰드를 이용하여 가열이송성형기(압력 70 kg/㎠, 온도 175 ℃, 경화 시간 120초)에서 몰딩한 후 측정된 흐름성이 83 내지 140 inch, 예를 들어 85 내지 130 inch일 수 있다. 스파이럴 플로우가 전술한 범위 미만인 경우 흐름성 및 유동성이 저하되어 성형체가 원하는 형태로 성형되지 않거나, 표면이 매끄럽게 형성되지 못할 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 압축 성형 시 몰딩 외부로 에폭시 수지 조성물의 누출되어 EMC 누설(leakage)이 발생될 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 사용되는 양태에 따라, 액상형, 파우더형, 과립형(그래뉼, granule), 시트형의 반도체 소자 밀봉재(EMC, epoxy moding compound)로 제조될 수 있다. 특히, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 반도체 패키징 크기가 커지고 두께가 얇아지는 대면적의 밀봉용으로 적용 가능하며, C-몰딩(C-molding) 공정 또는 라미네이션(lamination) 공정에 적용 가능한 과립(granule)형 EMC로 제조될 수 있다.
<반도체 소자>
본 발명은 전술한 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지된 반도체 소자를 제공한다. 상기 반도체 소자는 트랜지스터, 다이오드, 마이크로프로세서, 반도체 메모리, 전력 반도체 등일 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 봉지하는 방법은 당해 분야에서 통상적인 방법, 예컨대 트랜스퍼 몰드, 컴프레션 몰드, 인젝션 몰드 등의 성형 방법에 따라 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 소포제로 2종의 실록산(에폭시기 및/또는 폴리에스터기로 기재된 유기폴리실록산 및 환형실록산)을 적절한 비율로 포함함으로써, 반도체 제조 공정 시 상기 에폭시 수지 조성물이 멜팅될 경우 내부의 기포의 형성 및 성장이 효과적으로 억제된다. 따라서, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 다양한 양태의 EMC(반도체 소자 봉지재)로 적용하여 제조된 반도체 소자의 경우 EMC 몰드의 안티-스웰링성(anti-swelling)이 향상되어, 몰딩재의 성형성 및 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1-15]
하기 표 1 및 표 2에 기재된 조성에 따라 각 성분을 배합한 후, 용융 혼련기(Kneader)를 이용하여 100 내지 130 ℃의 온도에서 용융 혼합하여 상온으로 냉각시키고 분말 상태로 분쇄한 후 체 분리(sieving) 공정을 거쳐 각 실험예의 에폭시 수지 조성물을 수득하였다.
Figure 112021056148821-pat00002
Figure 112021056148821-pat00003
에폭시 수지 1: Biphenyl novolac epoxy resin(연화점(℃) 57, 당량(g/eq.) 277, Vis.(poise, @150 ℃) 0.08)
에폭시 수지 2: Biphenyl novolac epoxy resin(연화점(℃) 45, 당량(g/eq.) 272, Vis.(poise, @150 ℃) 0.04)
에폭시 수지 3: Biphenyl novolac epoxy resin(연화점(℃) 73, 당량(g/eq.) 290, Vis.(poise, @150 ℃) 0.3)
페놀 수지 1: Polymer with 4,4'Bis(methoxymethyl) 1,1'-Biphenyl and phenol(연화점(℃) 67, 당량(g/eq.) 202, Vis.(poise, @150 ℃) 0.07)
페놀 수지 2: Polymer with 4,4'Bis(methoxymethyl) 1,1'-Biphenyl and phenol(연화점(℃) 75, 당량(g/eq.) 206, Vis.(poise, @150 ℃) 0.15)
페놀 수지 3: Polymer with 4,4'Bis(methoxymethyl) 1,1'-Biphenyl and phenol(연화점(℃) 79, 당량(g/eq.) 210, Vis.(poise, @150 ℃) 0.26)
소포제 1: 개질된 유기폴리실록산(Mw 14,725, Mn 6,735, 에폭시(Si-CH3 대비 Mole ratio) 0.02, PO/EO(Si-CH3 대비 Mole ratio) 0.23/0.29)
소포제 2: 개질된 유기폴리실록산(Mw 9,064, Mn 1,955, 에폭시(Si-CH3 대비 Mole ratio) 0.02, PO/EO(Si-CH3 대비 Mole ratio) 0.46/0.55)
소포제 3: 개질된 유기폴리실록산(Mw 20,727, Mn 5,569, 에폭시(Si-CH3 대비 Mole ratio) 0.01, PO/EO(Si-CH3 대비 Mole ratio) 0.80/1.12)
소포제 4: 옥타메틸사이클로테트라실록산
실리카 1: SiO2(D50 3.6-15.0 um)
실리카 2: SiO2(D50 1-3 um)
경화 촉진제: 2-phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazole
[물성 평가]
각 실험예에서 제조된 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기와 같이 측정하였으며, 이의 결과를 하기 표 3, 4에 나타내었다.
스파이럴 플로우(spiral flow)
각 실험예에 따라 제조된 에폭시 수지 조성물을 스파이럴 플로우 몰드를 이용하여 가열이송성형기(압력 70 kg/㎠, 온도 175 ℃, 경화 시간 120초)에서 몰딩한 후 제조물의 흐름성을 측정하였다.
겔 타임(gelation time)
각 실험예에 따라 제조된 에폭시 수지 조성물 소량을 겔 타이머에 넓고 고르게 편 후, 조성물의 겔화 소요시간을 측정하였다.
점도
각 실험예에 따라 제조된 에폭시 수지 조성물의 점도를 Rheometer로 140 ℃및 3 rpm 조건에서 측정하였다.
EMC 성형체의 물성
PCB 기판(240 x 77.5 mm)에 Si Wafer(7.5 x 7.5 x 0.4 mm) 28개를 일정한 간격으로 부착한 후, 각 실험예에 따라 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 EMC 두께 0.6 mm로 압축 성형하였다. 각 실험예 당 3회씩 상기 성형을 실시한 후, 각 성형체의 EMC Leakage, 패키지 미충진(200 ㎛ 이상), 패키지 외관 불량(오염, 이색 등) 발생 여부를 관찰하였다.
[평가 기준]
O: EMC leakage 미발생, 패키지 완전 충진(200 ㎛ 미만), 외관 불량 미발생
△: EMC leakage 미세 발생(육안 미관찰, 현미경 관찰), 패키지 미충진(200 ㎛ 이상), 외관 불량 미세 발생(현미경 관찰, 육안 미관찰)
X: EMC leakage 발생(육안 관찰 가능), 패키지 미충진(300 ㎛ 이상), 외관 불량 발생(육안 관찰 가능)
Figure 112021056148821-pat00004
Figure 112021056148821-pat00005
상기 표 3 및 표 4의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물의 경우 측정한 물성 항목 전반적으로 우수한 물성을 나타낸 반면, 본 발명의 조성을 벗어나는 에폭시 수지 조성물의 경우 전반적으로 열세한 물성을 나타내었다.
구체적으로, 본 발명에 따른 실험예 1-4, 6, 9-13의 에폭시 수지 조성물은 측정 항목 모두에서 전반적으로 우수한 물성을 나타내었다. 다만, 본 발명에 따른 2종의 소포제를 모두 포함하되 소포제의 함량이 낮은 실험예 6의 에폭시 수지 조성물의 경우, 현미경으로 관찰 시 EMC 누설(leakage)이 미세하게 발생하였고, 소포제의 함량이 높은 실험예 9의 에폭시 수지 조성물의 경우, 현미경으로 관찰 시 패키지 미충진이 미세하게 발생함을 확인할 수 있었다. 또한, 에폭시 수지 및 페놀 수지의 종류에 따라, 현미경으로 관찰 시 EMC 누설(leakage) 또는 패키지 미충진이 미세하게 발생함을 확인할 수 있었다(실험예 10-13). 한편, 본 발명에 따른 2종의 소포제를 모두 포함하되 개질된 유기폴리실록산 분자 내 폴리프로필렌 옥사이드(PO) 및 에틸렌 옥사이드(EO) 함량이 높은 실험예 14와 에폭시기 함량이 낮고 폴리프로필렌 옥사이드(PO) 및 에틸렌 옥사이드(EO) 함량이 높은 실험예 15의 에폭시 수지 조성물의 경우, 현미경으로 관찰 시 EMC 누설(leakage)이 미세하게 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
반면, 소포제를 포함하지 않은 실험예 5의 에폭시 수지 조성물은 측정 항목 모두에서 열세한 물성을 나타내었다. 또한, 본 발명에 따른 2종의 소포제를 모두 포함하되 소포제 간의 혼합비가 본 발명의 범위를 벗어나는 실험예 7의 에폭시 수지 조성물의 경우, 육안으로도 관찰 가능한 외관 불량이 발생하였고, 본 발명에 따른 소포제 중 1종(환형 실록산)만 포함하는 실험예 8의 에폭시 수지 조성물의 경우, 육안으로도 관찰 가능한 EMC 누설(leakage) 및 외관 불량이 발생됨을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 소포제 및 충전재를 포함하고,
    상기 소포제가 개질된 유기폴리실록산 및 환형 실록산을 포함하되,
    상기 개질된 유기폴리실록산 및 상기 환형 실록산의 중량비가 1 : 0.001 내지 0.9이고,
    상기 개질된 유기폴리실록산은 에폭시기 및 폴리에스터기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 개질된 것인 에폭시 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지의 연화점이 40 내지 75 ℃이고, 에폭시 당량(EEW)이 100 내지 400 g/eq이고, 점도(150 ℃ 기준)가 0.01 내지 50 poise인 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 경화제의 연화점이 50 내지 85 ℃이고, 수산기 당량이 150 내지 300 g/eq이고, 점도(150 ℃ 기준)가 0.01 내지 10 poise인 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 유기폴리실록산의 분자 내 에폭시기 함량(몰비)이 Si-CH3 대비 0.015 내지 0.03이고, 폴리프로필렌 옥사이드(PO) 함량(몰비)이 Si-CH3 대비 0.05 내지 0.45이고, 에틸렌 옥사이드(EO) 함량(몰비)이 Si-CH3 대비 0.05 내지 0.54인 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 유기폴리실록산은 중량평균분자량이(Mw)이 10,000 내지 20,000 g/mol이고, 수평균분자량이(Mn)이 5,700 내지 9,000 g/mol 인 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여, 상기 에폭시 수지 2 내지 20 중량%, 상기 경화제 2 내지 20 중량%, 상기 소포제 0.01 내지 5 중량% 및 상기 충전재 50 내지 90 중량%를 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    스파이럴 플로우 몰드를 이용하여 가열이송성형기(압력 70 kg/㎠, 온도 175 ℃, 경화 시간 120초)에서 몰딩한 후 측정된 흐름성이 83 내지 140 inch인 에폭시 수지 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지된 반도체 소자.
KR1020210062858A 2021-05-14 2021-05-14 에폭시 수지 조성물 KR102522438B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210062858A KR102522438B1 (ko) 2021-05-14 2021-05-14 에폭시 수지 조성물
PCT/KR2022/006233 WO2022240037A1 (ko) 2021-05-14 2022-05-02 에폭시 수지 조성물
CN202280029271.2A CN117178021A (zh) 2021-05-14 2022-05-02 环氧树脂组合物

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210062858A KR102522438B1 (ko) 2021-05-14 2021-05-14 에폭시 수지 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220155075A KR20220155075A (ko) 2022-11-22
KR102522438B1 true KR102522438B1 (ko) 2023-04-17

Family

ID=84029269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210062858A KR102522438B1 (ko) 2021-05-14 2021-05-14 에폭시 수지 조성물

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102522438B1 (ko)
CN (1) CN117178021A (ko)
WO (1) WO2022240037A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117467243B (zh) * 2023-12-05 2024-04-09 昆山兴凯半导体材料有限公司 一种高导热、高绝缘性的环氧组合物及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001233931A (ja) * 2000-02-22 2001-08-28 Matsushita Electric Works Ltd 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2018012083A (ja) * 2016-07-22 2018-01-25 サンノプコ株式会社 消泡剤

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6109569B2 (ja) * 2010-05-07 2017-04-05 住友ベークライト株式会社 回路基板用エポキシ樹脂組成物、プリプレグ、積層板、樹脂シート、プリント配線板用積層基材、プリント配線板、及び半導体装置
WO2013029831A1 (en) * 2011-08-31 2013-03-07 Huntsman Advanced Materials (Switzerland) Gmbh Use of hydrophobic epoxide resin system for encapsulation of a instrument transformer
CN113088036A (zh) * 2013-08-05 2021-07-09 日立化成株式会社 环氧树脂组合物及电子部件装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001233931A (ja) * 2000-02-22 2001-08-28 Matsushita Electric Works Ltd 封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2018012083A (ja) * 2016-07-22 2018-01-25 サンノプコ株式会社 消泡剤

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220155075A (ko) 2022-11-22
WO2022240037A1 (ko) 2022-11-17
CN117178021A (zh) 2023-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3388537B2 (ja) 半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2019203122A (ja) 半導体封止用熱硬化性マレイミド樹脂組成物及び半導体装置
CN110819068B (zh) 半导体封装用热固性树脂组合物和半导体装置
KR102522438B1 (ko) 에폭시 수지 조성물
JP2018104683A (ja) 封止成形材料用組成物及び電子部品装置
KR100617287B1 (ko) 반도체 캡슐화용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 장치
TWI717109B (zh) 高頻用密封材料樹脂組合物及半導體裝置
JP7420559B2 (ja) 封止用樹脂組成物
JP2004307545A (ja) エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
JP2012007004A (ja) 実装用封止材及びそれを用いて封止した半導体装置
KR100429363B1 (ko) 반도체소자밀봉용에폭시수지조성물
JP2018193505A (ja) シリコーン変性エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
JP2011132337A (ja) エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
TWI782155B (zh) 用於包封半導體裝置的環氧樹脂組成物及使用其包封的半導體裝置
KR101997349B1 (ko) 에폭시 수지 조성물
CN108864413B (zh) 环氧树脂组合物和半导体器件
JP2006249139A (ja) 半導体封止用エポキシ樹脂組成物
KR102643484B1 (ko) 과립형 반도체 소자 봉지용 수지 조성물
JP7460025B2 (ja) 半導体封止用樹脂組成物および半導体装置
KR102228914B1 (ko) 에폭시 수지 조성물
JP2004256729A (ja) エポキシ樹脂組成物および半導体封止装置
KR20230101332A (ko) 과립형 에폭시 수지 조성물
JP2005336329A (ja) 表面処理無機充填材、半導体封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置
KR102549224B1 (ko) 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물
WO2005054331A1 (ja) エポキシ樹脂組成物及びそれを用いた半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant