KR102544119B1 - 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전자 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따른 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물은 바이페닐계 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시계 화합물, 및 탄소수 7 이상의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리된 제1 알루미나 입자들 및 실란으로 미처리된 제2 알루미나 입자들을 포함하는 무기필러를 포함한다. 조성물 총 중량 중 제1 알루미나 입자들의 함량은 4중량% 내지 35중량%이다.
Description
본 발명은 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전자 디바이스에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 에폭시계 수지 및 첨가제를 포함하는 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전자 디바이스에 관한 것이다.
반도체 소자를 포함하는 집적 회로(IC) 칩은 회로 기판 상에 예를 들면, 범프, 솔더 또는 볼 그리드 어레이(BGA)를 통해 표면 실장된다. 상기 반도체 소자는 상기 회로 기판 상에 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC) 계열의 수지를 이용하여 밀봉 또는 패키지화될 수 있다.
최근, 상기 반도체 소자의 집적도가 증가하며, 사이즈가 감소함에 따라, 향상된 성형성 및 경화특성을 갖는 밀봉 수지 조성물이 적용될 필요가 있다.
예를 들면, IC 칩을 BGA 기판 상에 실장한 후, 상기 EMC 조성물을 사용하여 상기 IC 칩 및 상기 BGA 기판 사이의 갭에 충진하여 IC 칩을 고정시킬 수 있다.
상기 갭의 감소할수록, 충분한 유동 길이를 갖는 EMC 조성물이 필요하다. 또한, 반도체 소자의 동작시 발생하는 열을 충분히 외부로 방출할 수 있는 방열 특성도 상기 EMC 조성물에 요구될 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자로부터 발생하는 열에 충분히 내성을 제공하며 안정적인 칩 고정특성을 제공할 수 있도록 열적 안정성이 상기 EMC 조성물로부터 제공될 필요가 있다.
예를 들면, 한국등록특허공보 제10-2340610호는 무기 필러를 포함하는 에폭시 몰딩 수지 조성물을 개시하고 있으나, 그러나, 고집적 반도체 패키지에 적합한 충분한 성형성 및 열적 특성이 제공되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 기계적 특성 및 열적 안정성을 갖는 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물을 사용하여 제조된 전자 디바이스를 제공하는 것이다.
1. 바이페닐계 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시계 화합물; 및 탄소수 7 이상의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리된 제1 알루미나 입자들 및 실란으로 미처리된 제2 알루미나 입자들을 포함하는 무기필러를 포함하고, 조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 35중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 제1 알루미나 입자들은 탄소수 7 내지 11의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리되며, 조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 35중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
3. 위 1에 있어서, 상기 제1 알루미나 입자들은 탄소수 12 내지 15의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리되며, 조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 26중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 제1 알루미나 입자들은 탄소수 16 내지 20의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리되며, 조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 17중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 제2 알루미나 입자들의 양은 상기 제1 알루미나 입자들의 양보다 큰, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
6. 위 1에 있어서, 조성물 총 중량 중 상기 무기 필러의 함량은 85중량% 내지 95중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
7. 위 1에 있어서, 상기 에폭시계 화합물의 총 중량 중 상기 바이페닐계 에폭시 화합물의 함량은 10중량% 내지 80중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
8. 위 7에 있어서, 상기 에폭시계 화합물은 바이페닐-아랄킬계 화합물을 더 포함하는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
9. 위 8에 있어서, 상기 바이페닐계 에폭시 화합물은 하기의 화학식 1로 표시되는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물:
[화학식 1]
(화학식 1 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기임)
10. 위 8에 있어서, 상기 바이페닐-아랄킬계 에폭시 화합물은 하기의 화학식 2로 표시되는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물:
[화학식 2]
(화학식 2 중, R4 및 R5는 각각 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, R7은 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, n은 1 내지 10의 정수임).
11. 위 1에 있어서, 페놀계 혹은 노볼락계 수지를 포함하는 경화제, 및 경화 촉매를 더 포함하는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
12. 위 11에 있어서, 상기 경화 촉매의 함량은 상기 조성물 총 중량 중 0.01 내지 0.5중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
13. 위 1에 있어서, 에폭시 실란계 화합물 또는 아미노 실란계 화합물을 포함하는 실란 커플링제를 더 포함하는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
14. 상술한 실시예들의 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물로 형성된 밀봉재를 포함하는, 전자 디바이스.
15. 위 14에 있어서, 회로 기판 및 상기 회로 기판 상에 실장된 반도체 칩을 더 포함하며, 상기 밀봉재는 상기 회로 기판 및 상기 반도체 칩 사이를 충진하는, 전자 디바이스.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르는 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물은 무기 필러로서 실란제로 표면 처리된 알루미나 입자들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 무기 필러의 조성물 내 분산성이 증가되어 균일한 방열 특성 및 열전도도를 제공할 수 있다. 또한, 상기 실란제에 포함된 탄소수를 조절하여 조성물의 유동 흐름성 또는 유동 길이를 증진할 수 있다.
따라서, 미세 반도체 패키지에서 안정적인 씰링이 형성될 수 있으며, 씰링재 형성을 위한 조성물 사용량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 에폭시계 화합물에 포함되는 바이페닐계 화합물 및 바이페닐-아랄킬계 화합물의 비율을 조절하여 조성물의 유동 길이를 보다 증가시킬 수 있다.
상기 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물은 고집적 반도체 패키지 밀봉 수지로 사용되어, 미세 사이즈의 집적 회로 칩의 실장 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물이 사용된 반도체 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 에폭시계 화합물 및 무기 필러를 포함하는 포함하는 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물이 제공된다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물이 사용된 전자 디바이스가 제공된다.
<전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물>
예시적인 실시예들에 따르는 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물(이하, 수지 조성물로 약칭될 수 있다)은 에폭시계 화합물 및 무기 필러를 포함할 수 있다. 상기 주시 조성물은 경화제 및 촉매를 더 포함하며, 첨가제를 더 포함할 수도 있다.
본 출원에서 사용된 용어 "수지 조성물"은 조성물에 직접 수지가 포함되거나 조성물이 경화되어 수지가 형성되는 경우를 모두 포괄하는 의미로 사용된다.
에폭시계 화합물
에폭시계 화합물은 상기 수지 조성물의 열경화성을 제공하는 베이스 수지 혹은 바인더 수지 형성을 위해 사용될 수 있다. 상기 에폭시계 화합물이 가교 혹은 경화되어 에폭시계 수지를 포함하는 전자 디바이스 밀봉재가 형성될 수 있다.
상기 에폭시계 화합물은 바이페닐계 에폭시 화합물을 포함할 수 있다. 상기 바이페닐계 에폭시 화합물은 화합물은 바이페닐기의 파라(para) 위치의 양말단들에 에테르기를 매개로 에폭시기가 결합된 화합물을 지칭할 수 있다. 예를 들면, 상기 바이페닐계 에폭시 화합물이 포함되어 상기 수지 조성물의 유동 특성을 증진시키며 성형성을 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 바이페닐계 에폭시 화합물은 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
화학식 1 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 화학식 1 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 메틸기일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 에폭시계 화합물은 바이페닐-아랄킬계 에폭시 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 바이페닐-아랄킬계 에폭시 화합물을 통해 밀봉재의 경도, 탄성과 같은 기계적 특성이 증진될 수 있다.
바이페닐-아랄킬계 에폭시 화합물은 바이페닐기의 파라(para) 위치의 양말단들에 각각 알킬렌기가 결합된 에폭시 화합물을 지칭할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 바이페닐-아랄킬계 에폭시 화합물은 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
화학식 2 중, R4 및 R5는 각각 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, R7은 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기일 수 있다.
n은 1 내지 50, 바람직하게는 1 내지 30, 1 내지 20, 또는 1 내지 10범위의 정수이다.
일 실시예에 있어서, R4 및 R5는 각각 메틸렌기(-CH2-)이고, R7은 수소일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 에폭시계 화합물의 총 중량 중 상기 바이페닐계 에폭시 화합물의 함량은 10중량% 내지 80중량%일 수 있다.
상기 바이페닐계 에폭시 화합물의 함량이 10중량% 미만인 경우, 수지 조성물의 충분한 유동길이가 확보되지 않을 수 있다. 상기 바이페닐계 에폭시 화합물의 함량이 80중량%를 초과하는 경우, 상기 수지 조성물을 사용하여 형성된 밀봉재의 경도가 저하되며, 상기 수지 조성물의 유리 전이 온도가 및 열적 안정성이 감소될수 있다.
바람직하게는, 상기 바이페닐계 에폭시 화합물의 함량은 50중량% 내지 80중량%, 보다 바람직하게는 60중량% 내지 80중량%일 수 있다.
상기 에폭시계 화합물은 상기 수지 조성물 총 중량 중(예를 들면, 고형분) 1 내지 10중량%, 바람직하게는 1 내지 8중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 7중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 상기 수지 조성물의 충분한 경화도를 확보하면서, 적절한 흐름성 및 성형 특성을 유지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 에폭시계 화합물로서 비스페놀 에폭시계 화합물은(예를 들면, 비스페놀 F 타입 수지) 포함되지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 바이페닐계 에폭시 화합물 도입을 통한 유동 길이 증가를 충분히 용이하게 구현할 수 있다.
무기 필러
상기 수지 조성물은 무기 필러를 포함할 수 있다. 상기 무기 필러에 의해 반도체 패키지에서의 방열 특성이 밀봉재를 통해 효과적으로 구현될 수 있다.
예를 들면, 상기 무기 필러는 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 무기 필러는 방열 특성을 고려하여 알루미나 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 무기 필러로서 실란제로 표면 처리된 제1 알루미나 입자들 및 실란 처리가 수행되지 않은 제2 알루미나 입자들을 포함할 수 있다.
상기 실란제는 상기 제1 알루미나 입자들 표면에 화학결합 또는 부착되어 상술한 에폭시계 화합물 또는 에폭시계 수지와 상호작용을 통해 알루미나 입자들을 안정화시킬 수 있다.
따라서, 상기 무기 필러가 수지 조성물 또는 밀봉재내에 균일하게 분산되어, 반도체 패키지 내에서의 균일한 열 전도 특성을 구현할 수 있다. 그러므로, 상대적으로 알루미나 입자들의 양을 감소시키면서 충분한 방열 특성 및 열전도도를 구현할 수 있다.
또한, 상기 실란제에 의해 무기 필러들의 뭉침이 방지되어 상기 수지 조성물의 유동 길이가 증진되며, 밀봉재의 성형 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 실란제는 규소 원자에 직접 결합된 3개의 알콕시기 및 하나의 알킬기를 포함할 수 있다. 상기 알콕시기는 메톡시기일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 7 이상일 수 있다. 이 경우, 상기 실록산계 수지와의 상호 작용을 효과적으로 촉진할 수 있다.
바람직하게는, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 8 이상, 보다 바람직하게는 12 이상일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 알킬기의 탄소수는 16 이상일 수 있다.
예를 들면, 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수가 7 미만인 경우, 표면 처리를 통한 유동 길이 증가 효과가 충분히 구현되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알루미나 입자들을 통한 열전도도 증진을 고려하여 상기 실란제에 포함된 상기 알킬기의 탄소수는 20이하일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 수지 조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 35중량%, 바람직하게는 4중량% 내지 35중량%일 수 있다. 상기 제1 알루미나 입자들의 함량이 2.5중량% 미만인 경우, 수지 조성물의 유동길이가 감소하면서 방열 특성도 감소할 수 있다. 상기 제1 알루미나 입자들의 함량이 35중량%를 초과하는 경우, 실란제의 알킬기들에 의해 열전도 특성이 저해될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 실란제에 포함된 알킬기의 탄소수를 고려하여 조절될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬기의 탄소수가 7 내지 11, 또는 8 내지 11인 경우, 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 35중량%, 바람직하게는 4중량% 내지 35중량%, 보다 바람직하게는 9중량% 내지 35중량%로 조절될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬기의 탄소수가 12 내지 15인 경우, 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 26중량%, 바람직하게는 2.5중량% 내지 20중량%, 또는 2.5중량% 내지 18중량%, 보다 바람직하게는 4중량% 내지 26중량%, 4중량% 내지 20중량%, 또는 4중량% 내지 18중량%로 조절될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 알킬기의 탄소수가 16 내지 20인 경우, 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 17중량%, 바람직하게는 2.5중량% 내지 10중량%, 보다 바람직하게는 4중량% 내지 17중량%, 바람직하게는 4중량% 내지 10중량%로 조절될 수 있다.
상기 무기 필러는 상기 수지 조성물 중 가장 많은 함량으로 포함되어 방열 효과를 증진시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 무기 필러(예를 들면, 상기 실란 미처리 알루미나 입자들의 양 및 상기 실란제로 표면처리된 알루미나 입자들의 양의 합)의 함량은 상기 수지 조성물 총 중량 중 85중량% 내지 95중량%일 수 있다.
예를 들면, 상기 무기 필러의 함량이 85중량% 미만인 경우, 밀봉재의 열전도도가 저하되어 충분한 방열 특성이 제공되지 않을 수 있다. 상기 무기 필러의 함량이 95중량%를 초과하는 경우, 밀봉재의 비중 또는 무게가 지나치게 증가하고 유동길이가 감소할 수 있다.
바람람직하게는, 상기 무기필러의 함량은 88중량% 내지 95중량%, 또는 89중량% 내지 92중량%일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 알루미나 입자들의 평균 입경(D50)은 0.1㎛ 내지 5㎛, 바람직하게는 0.2 ㎛ 내지 4㎛, 또는 0.3㎛ 내지 3㎛ 일 수 있다. 상기 입경 범위에서 알루미나 입자들의 분산성 및 열전도도를 균형있게 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 무기 필러는 상술한 실란제로 표면처리는 알루미나 입자들과 함께 실란 미처리 알루미나 입자들을 함께 포함할 수 있다. 상기 무기 필러 총 중량 중 상기 실란 미처리 알루미나 입자들(제2 알루미나 입자들)의 양이 상기 실란제로 표면처리된 알루미나 입자들(제1 알루미나 입자들)의 양보다 클 수 있다. 이 경우, 무기 필러를 통한 열전도 특성을 저해하지 않으면서 유동 길이를 효과적으로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 제2 알루미나 입자들은 상기 무기 필러 중 상기 제1 알루미나 입자들을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
경화제
상기 수지 조성물은 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 상기 에폭시계 화합물과 에폭시 개환 반응을 통해 가교되어 밀봉재의 경도를 증진시키는 성분으로 포함될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 경화제는 히드록실기를 포함하는 수지를 포함할 수 있으며, 페놀계 혹은 노볼락계 수지를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 경화제는 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 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 경화제는 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 3]
상기 경화제는 상기 수지 조성물 총 중량 중 1 내지 15중량%, 바람직하게는 1 내지 10중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 8중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 상기 에폭시계 화합물과의 충분한 가교 특성을 확보하면서, 적절한 흐름성 및 성형 특성을 유지할 수 있다.
경화 촉매
예시적인 실시예들에 따르는 수지 조성물은 상기 에폭시계 수지 및 상기 경화제의 에폭시 개환 반응을 촉진하는 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 경화 촉매는 아민계 화합물, 유기 금속 화합물, 유기 인(phosphorus) 화합물, 이미다졸계 화합물, 붕소 화합물 등을 포함할 수 있다.
상기 아민계 화합물의 비제한적인 예로서 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등을 들 수 있다.
상기 유기 금속 화합물의 비제한적인 예로서 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등을 들 수 있다.
상기 유기 인 화합물의 비제한적인 예로서 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등을 들 수 있다.
상기 이미다졸계 화합물의 비제한적인 예로서 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등을 들 수 있다.
상기 붕소 화합물의 비제한적인 예로서 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민 및 테트라플루오로보란아민 등을 들 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 경화 촉매는 상기 수지 조성물 총 중량 중 0.01 내지 0.5중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.5중량%, 보다 바람직하게는 0.06 내지 0.5중량% 범위로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 경화 속도를 증가시키면서 유동 길이를 감소시키지 않을 수 있다. 예를 들면, 상기 경화 촉매의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우 유동 길이가 지나치게 감소할 수 있다.
첨가제
상기 수지 조성물은 선택적으로 성형 특성, 밀착 특성 등을 고려하여 첨가제를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 첨가제는 커플링제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 커플링제는 수지 성분과 무기 필러의 계면 정합성을 향상시킬 수 있다.
상기 커플링제는 실란 커플링제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 커플링제는 에폭시 실란계 화합물, 아미노 실란계 화합물, 알킬 실란계 화합물 등을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 에폭시 실란계 화합물 또는 아미노 실란계 화합물이 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 실란 커플링제를 통해 수지 조성물의 유동 길이를 추가적으로 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 유동 길이 감소 방지를 위해 상기 실란 커플링제로서 아크릴레이트기 또는 아크릴로일기를 포함하는 아크릴계 실란 화합물은 사용되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 첨가제는 이형제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 이형제에 의해 몰딩 분리가 촉진될 수 있다. 상기 이형제는 실리콘 오일, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 지방산계 화합물 등을 포함할 수 있다.
상기 첨가제의 함량은 상술한 에폭시계 화합물, 경화제, 경화 촉진제 및 무기 필러의 작용을 저해하지 않는 범위에서 적절히 조절될 수 있다.
예를 들면, 상기 첨가제의 함량은 상기 수지 조성물 총 중량 중 0.01 내지 2중량%, 바람직하게는 0.05 내지 1.5중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1중량%일 수 있다.
<전자 디바이스>
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물이 사용된 반도체 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다. 예를 들면, 상기 전자 디바이스는 반도체 패키지를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전자 디바이스는 회로 기판(100) 및 반도체 칩(130)을 포함하며, 반도체 칩(130) 및 회로 기판(100) 사이를 필링 및 접합하는 밀봉재(150)를 포함할 수 있다.
회로 기판(100)은 예를 들면, 리지드 인쇄회로 기판(rigid PCB), 메인 보드, 인터포저 등을 포함할 수 있다. 회로 기판(100) 내에는 내부 배선(110)이 포함될 수 있다.
반도체 칩(130)은 표면 실장 기술(SMT)을 통해 회로 기판(100) 상에 실장될 수 있다. 반도체 칩(130)은 AP 칩, 로직 디바이스, 메모리 디바이스 등을 포함할 수 있다.
반도체 칩(130)은 도전성 중개 구조물(120)을 통해 회로 기판(100)의 내부 배선과 전기적으로 연결될 수 있다. 도전성 중개 구조물은 솔더, 범프, 볼 그리드 어레이(BGA) 등을 포함할 수 있다.
밀봉재(150)는 예시적인 실시예들에 따른 수지 조성물을 사용하여 형성되며, 반도체 칩(130) 및 회로 기판(100) 사이의 공간을 충진하며, 반도체 칩(130) 및 회로 기판(100)을 서로 접합시킬 수 있다. 예를 들면, 인젝션 성형, 캐스팅 성형 등을 통해 상기 수지 조성물을 경화 및 성형하여 밀봉재가 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예들 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예들 및 비교예들
하기 표 1 내지 표 4에 따른 성분 및 함량(중량부)으로 실시예들 및 비교예들의 수지 조성물들을 제조하였다.
| 구분 | 실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
||
| 에폭시계 화합물 |
바이페닐계 화합물(a) |
3.200 | 3.200 | 3.200 | 3.200 | 3.200 | 3.200 | 3.200 | |
| 바이페닐-아랄킬계 화합물(b) |
1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.372 | ||
| 비스페놀 F 타입(c) | - | - | - | - | - | - | - | ||
| 경화제 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | ||
| 경화촉매 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | ||
| 커플링제 | 아미노 실란계 |
0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | |
| 에폭시 실란계 |
- | - | - | - | - | - | - | ||
| 아크릴실란계 | - | - | - | - | - | - | - | ||
| 착색제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | ||
| 이형제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | ||
| 알루미나 | 실란미처리 | 81 | 72 | 63 | 85.5 | 81 | 72 | 85.5 | |
| C=6 실란제 표면처리 |
- | - | - | - | - | - | - | ||
| C=8 실란제표면처리 | 9 | 18 | 27 | - | - | - | - | ||
| C=12 실란제표면처리 | - | - | - | 4.5 | 9 | 18 | - | ||
| C=16 실란제표면처리 | - | - | - | - | - | - | 4.5 | ||
| 구분 | 실시예 8 |
실시예 9 |
실시예 10 |
실시예 11 |
실시예 12 |
실시예 13 |
실시예 14 |
||
| 에폭시계 화합물 |
바이페닐계 화합물(a) |
3.200 | 3.200 | 1.476 | 3.594 | 3.200 | 0.506 | 3.800 | |
| 바이페닐-아랄킬계 화합물(b) |
1.372 | 1.372 | 3.445 | 0.898 | 1.372 | 4.62 | 0.754 | ||
| 비스페놀 F 타입(c) | - | - | - | - | - | - | - | ||
| 경화제 | 4.549 | 4.549 | 4.195 | 4.631 | 4.549 | 3.987 | 4.568 | ||
| 경화촉매 | 0.069 | 0.069 | 0.074 | 0.067 | 0.069 | 0.077 | 0.068 | ||
| 커플링제 | 아미노 실란계 |
0.270 | - | 0.270 | 0.270 | - | 0.27 | 0.27 | |
| 에폭시 실란계 |
- | 0.270 | - | - | - | - | - | ||
| 아크릴실란계 | - | - | - | - | 0.270 | ||||
| 착색제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.27 | 0.27 | ||
| 이형제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.27 | 0.27 | ||
| 알루미나 | 실란미처리 | 81 | 81 | 81 | 81 | 81 | 81 | 81 | |
| C=6 실란제 표면처리 |
- | - | - | - | - | - | - | ||
| C=8 실란제표면처리 | - | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 | ||
| C=12 실란제표면처리 | - | - | - | - | - | - | - | ||
| C=16 실란제표면처리 | 9 | - | - | - | - | - | - | ||
| 구분 | 실시예 15 |
실시예 16 |
비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
||
| 에폭시계 화합물 |
바이페닐계 화합물(a) |
3.200 | 3.200 | 3.200 | 3.200 | 3.200 | |
| 바이페닐-아랄킬계 화합물(b) |
1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.372 | ||
| 비스페놀 F 타입(c) | - | - | - | - | - | ||
| 경화제 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | ||
| 경화촉매 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | ||
| 커플링제 | 아미노 실란계 |
0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | |
| 에폭시 실란계 |
- | - | - | - | - | ||
| 아크릴실란계 | - | - | - | - | - | ||
| 착색제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | ||
| 이형제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | ||
| 알루미나 | 실란미처리 | 63 | 72 | 90 | 88 | 54 | |
| C=6 실란제 표면처리 |
- | - | - | - | |||
| C=8 실란제표면처리 | - | - | - | 2 | 36 | ||
| C=12 실란제표면처리 | 27 | - | - | - | - | ||
| C=16 실란제표면처리 | - | 18 | - | - | - | ||
| 구분 | 비교예 4 |
비교예 5 |
비교예 6 |
비교예 7 |
||
| 에폭시계 화합물 |
바이페닐계 화합물(a) |
3.200 | 3.200 | 3.200 | - | |
| 바이페닐-아랄킬계 화합물(b) |
1.372 | 1.372 | 1.372 | 1.970 | ||
| 비스페놀 F 타입(c) | - | - | - | 4.578 | ||
| 경화제 | 4.549 | 4.549 | 4.549 | 2.460 | ||
| 경화촉매 | 0.069 | 0.069 | 0.069 | 0.182 | ||
| 커플링제 | 아미노 실란계 |
0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | |
| 에폭시 실란계 |
- | - | - | - | ||
| 아크릴실란계 | - | - | - | - | ||
| 착색제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | ||
| 이형제 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | 0.270 | ||
| 알루미나 | 실란미처리 | 88 | 88 | 81 | 81 | |
| C=6 실란제 표면처리 |
- | - | 9 | - | ||
| C=8 실란제표면처리 | - | - | - | 9 | ||
| C=12 실란제표면처리 | 2 | - | - | - | ||
| C=16 실란제표면처리 | - | 2 | - | - | ||
표 1 내지 표 4에서 사용된 구체적인 화합물들은 아래와 같다.
(1) 에폭시계 화합물
(a) 바이페닐계 화합물(YX-400H, 미쓰비시케미컬, 화학식 1-1)
[화학식 1-1]
(b) 바이페닐-아랄킬계 화합물(NC3000, 일본화약, 화학식 2-1 구조)
[화학식 2-1]
(c) 비스페놀 F 타입 에폭시 수지(YDF-2004, 국도화학)
(2) 경화제: 화학식 3 단위 함유 화합물(MEH-7851SS, 메이와)
(3) 경화 촉매: 2P4MZHZ-PW, 시코쿠
(4) 커플링제
1) 아미노실란계(Y9669, 모멘티브사)
2) 에폭시 실란계(KBM303, 신에츠)
3) 아크릴 실란계(KBM-5103, 신에츠)
(5) 착색제: 카본 블랙(MA-600, 미쓰비시케미컬)
(6) 알루미나 입자(덴카 코리아사 제품)
1) 실란미처리 알루미나 입자(제2 알루미나 입자)
DAW03(D50: 3㎛) 및 ASFP05S(D50: 0.5㎛) 각각 72중량% 및 18중량% 혼합물 사용
2) 실란제 표면처리 알루미나 입자(제1 알루미나 입자)
실란 미처리 알루미나 입자와 동일한 혼합물을 아래 실란제로 표면처리
i) C=6 실란제(아래 화학식 4-1 화합물)
[화학식 4-1]
ii) C=8 실란제(아래 화학식 4-2 화합물)
[화학식 4-2]
iii) C=12 실란제(아래 화학식 4-3 화합물)
[화학식 4-3]
iv) C=16 실란제(아래 화학식 4-4 화합물)
[화학식 4-4]
실험예
(1) 열 전도도 측정
실시예들 및 비교예들의 수지 조성물을 175℃에서 완전 경화시킨 뒤, 경화된 수지 조성물의 열 전도도를 열전도도 측정기(Laser Flash Technique, LFA)를 이용하여 ASTM D5470 규격에 따라 25℃에서 측정하였다.
(2) 유전율 측정
실시예들 및 비교예들의 수지 조성물을 175℃에서 완전 경화시킨 뒤, 경화물에 대해 온도 25℃ 및 습도 50% 조건에서 유전율 측정 장치(Anritsu 사, 제품명 MS46522B)를 사용해서 1MHz에서의 유전율을 측정하였다.
(3) 스파이럴 플로우 (Spiral flow) 평가
EMMI-1-66 규격을 기준으로 제작한 스파이럴 플로우 측정용 금형을 사용하여, 성형온도 175℃, 성형압력 70 kgf/cm2에서 120초간 유동길이를 평가하였다.
(4) 경도 측정
실시예들 및 비교예들의 수지 조성물을 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 90초 경화 후 Shore-D형 경도계로 경도를 측정하였다.
측정 결과는 하기의 표 5 내지 7에 나타낸다.
| 실시예 1 |
실시예 2 |
실시예 3 |
실시예 4 |
실시예 5 |
실시예 6 |
실시예 7 |
실시예 8 |
|
| 열전도도 (W/mK) |
3.38 | 3.51 | 3.41 | 3.57 | 3.66 | 3.48 | 3.63 | 3.15 |
| 유전율 | 6.48 | 6.53 | 6.77 | 6.65 | 6.59 | 6.35 | 6.77 | 6.48 |
| spiral flow(유동길이) (inch) |
57 | 60 | 66 | 57 | 62 | 70 | 68 | 73 |
| 경도 | 76 | 77 | 73 | 78 | 85 | 75 | 88 | 76 |
| 실시예 9 |
실시예 10 |
실시예 11 |
실시예 12 |
실시예 13 |
실시예 14 |
실시예 15 |
실시예 16 |
|
| 열전도도 (W/mK) |
3.38 | 3.35 | 3.31 | 3.21 | 3.38 | 3.38 | 3.01 | 3.00 |
| 유전율 | 6.48 | 6.55 | 6.76 | 6.48 | 6.48 | 6.48 | 6.78 | 6.8 |
| spiral flow(유동길이) (inch) |
56 | 55 | 60 | 51 | 52 | 63 | 76 | 80 |
| 경도 | 74 | 80 | 70 | 75 | 85 | 67 | 50 | 48 |
| 비교예 1 |
비교예 2 |
비교예 3 |
비교예 4 |
비교예 5 |
비교예 6 |
비교예 7 |
|
| 열전도도 (W/mK) |
3.36 | 3.39 | 2.98 | 3.33 | 3.4 | 3.35 | 3.1 |
| 유전율 | 6.67 | 6.7 | 6.57 | 6.57 | 6.65 | 6.54 | 6.87 |
| spiral flow(유동길이) (inch) |
48 | 47 | 73 | 48 | 49 | 50 | 43 |
| 경도 | 65 | 66 | 62 | 70 | 70 | 65 | 40 |
표 5 내지 7을 참조하면, 소정의 함량으로 알킬기 탄소수 7 이상의 실란제로 처리된 알루미나 입자들을 포함하고, 바이페닐계 에폭시 화합물을 포함하는 실시예들에서 전체적으로 향상된 열전도도, 유동길이 및 경도, 및 낮은 유전율이 제공되었다.
실란제 처리 알루미나 입자가 미포함되거나, 지나치게 적게 포함된 비교예 1, 2, 4 및 5에서는 유동 길이가 현저히 감소되었다. 실란제 처리 알루미나 입자가 과량 포함된 비교예 3에서는 열 전도도가 3 미만으로 저하되었다.
알킬기 탄소수 8인 실란제로 표면처리된 알루미나 입자가 사용된 비교예 6에서는 유동 길이 증가 효과가 실질적으로 구현되지 않았다. 바이페닐계 화합물 대신 비스페놀 에폭시 수지가 사용된 비교예 7에서는 유동 길이 및 경도가 현저히 저하되었다.
실란커플링제로 아크릴 실란계 화합물이 사용된 실시예 12에서는 유동 길이가 상대적으로 감소하였다.
실란처리 알루미나 입자들의 함량이 다소 증가한 실시예 15 및 16에서는 열전도도가 다른 실시예들에 비해 상대적으로 저하되었다.
100: 회로 기판 110: 내부 배선
120: 도전성 중개 구조물 130: 반도체 칩
150: 밀봉재
120: 도전성 중개 구조물 130: 반도체 칩
150: 밀봉재
Claims (15)
- 반도체 칩 및 회로 기판 사이의 밀봉재 용 수지 조성물로서,
바이페닐계 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시계 화합물; 및
탄소수 7 이상의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리된 제1 알루미나 입자들 및 실란으로 미처리된 제2 알루미나 입자들을 포함하는 무기필러를 포함하고,
조성물 총 중량 중 상기 무기 필러의 함량은 85중량% 내지 95중량%이고, 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 35중량%이고, 상기 제2 알루미나 입자들의 양은 상기 제1 알루미나 입자들의 양보다 큰, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 알루미나 입자들은 탄소수 7 내지 11의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리된, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 알루미나 입자들은 탄소수 12 내지 15의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리되며,
조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 26중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 알루미나 입자들은 탄소수 16 내지 20의 알킬기를 포함하는 실란제로 표면처리되며,
조성물 총 중량 중 상기 제1 알루미나 입자들의 함량은 2.5중량% 내지 17중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 에폭시계 화합물의 총 중량 중 상기 바이페닐계 에폭시 화합물의 함량은 10중량% 내지 80중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 7에 있어서, 상기 에폭시계 화합물은 바이페닐-아랄킬계 화합물을 더 포함하는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 8에 있어서, 상기 바이페닐계 에폭시 화합물은 하기의 화학식 1로 표시되는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물:
[화학식 1]
(화학식 1 중, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기임)
- 청구항 8에 있어서, 상기 바이페닐-아랄킬계 에폭시 화합물은 하기의 화학식 2로 표시되는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물:
[화학식 2]
(화학식 2 중, R4 및 R5는 각각 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, R7은 수소 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬기이고, n은 1 내지 10의 정수임).
- 청구항 1에 있어서, 페놀계 혹은 노볼락계 수지를 포함하는 경화제, 및 경화 촉매를 더 포함하는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 11에 있어서, 상기 경화 촉매의 함량은 상기 조성물 총 중량 중 0.01 내지 0.5중량%인, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 에폭시 실란계 화합물 또는 아미노 실란계 화합물을 포함하는 실란 커플링제를 더 포함하는, 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물.
- 청구항 1의 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물로 형성된 밀봉재를 포함하는, 전자 디바이스.
- 청구항 14에 있어서, 회로 기판 및 상기 회로 기판 상에 실장된 반도체 칩을 더 포함하며,
상기 밀봉재는 상기 회로 기판 및 상기 반도체 칩 사이를 충진하는, 전자 디바이스.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230004491A KR102544119B1 (ko) | 2023-01-12 | 2023-01-12 | 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전자 디바이스 |
| PCT/KR2024/000406 WO2024151049A1 (ko) | 2023-01-12 | 2024-01-09 | 전자 디바이스 밀봉용 수지 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전자 디바이스 |
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