KR102587322B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자 Download PDF

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Abstract

에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 및 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자가 제공된다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE ENCAPSULATED USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
근래 폐기되는 전자 제품 내의 납(Pb) 성분이 인체에 치명적인 영향을 주고 있음이 밝혀졌다. 이에 따라 전자 제품 내 유해 물질이 함유된 부품 전부를 환경 친화적으로 교체하여야 하므로 무연화(Pb free) 제품에 대한 개발이 필요하다.
현재 솔더(Solder)의 경우 해외에서는 거의 무연화 솔더로 진행되고 있다. 기존의 주석-납 플레이팅(Sn-Pb Plating)도 점차 무연화가 진행되고 있다. 주석-납 플레이팅을 대체하기 위한 방법으로서, 니켈-팔라듐-은(Ni-Pd-Ag) 또는 니켈-팔라듐-은/금(Ni-Pd-Ag/Au) 프리 플레이팅 프레임(일명 PPF: Pre-Plated Frame)이 제시되고 있다.
그러나 PPF 프레임은 기존의 알로이 합금 및 구리 재질의 리드 프레임에 비하여 에폭시 수지 조성물과의 계면 부착력이 매우 낮아 후경화 및 신뢰성 평가 후 크랙 및/또는 박리가 발생하는 등 신뢰성이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 부착성과 반도체 패키지의 신뢰성을 현저하게 개선시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지; 경화제; 무기 충전제; 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알킬렌기,
R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 할로겐, 수산기(OH), 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알콕시기, R2, R3, R4 중 하나 이상은 수산기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알콕시기,
Ar은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 7 내지 30의 아릴알킬렌기,
R5는 수산기 또는 O-M+(M+는 알칼리 금속의 1가 양이온)
R6은 치환 또는 비치환된 1가의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 1가의 지환족 탄화수소기)
n은 0 내지 10의 정수).
본 발명의 반도체 소자는 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 의해 밀봉된다.
본 발명은 부착성과 반도체 패키지의 신뢰성을 현저하게 개선시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 명세서에서 수치 범위 기재 시 "X 내지 Y"는 X 이상 Y 이하를 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 수산기, 아미노기, 니트로기, 시아노기, 탄소 수 1 내지 탄소 수 20의 알킬기, 탄소 수 1 내지 탄소 수 20의 할로알킬기, 탄소 수 6 내지 탄소 수 30의 아릴기, 탄소 수 3 내지 탄소 수 30의 헤테로아릴기, 탄소 수 3 내지 탄소 수 20의 시클로알킬기, 탄소 수 3 내지 탄소 수 20의 헤테로시클로알킬기, 탄소 수 7 내지 탄소 수 30의 아릴알킬기 또는 탄소 수 1 내지 탄소 수 30의 헤테로알킬기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "1가의 지방족 탄화수소기"는 직쇄형 또는 분지쇄형의 탄소 수 1 내지 20의 알킬기를 의미한다. 본 명세서에서 "1가의 방향족 탄화수소기"는 탄소 수 6 내지 30의 아릴기 또는 탄소 수 7 내지 30의 아릴알킬기를 의미한다. 본 명세서에서 "1가의 지환족 탄화수소기"는 탄소 수 3 내지 20의 시클로알킬기를 의미한다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다. 상기 조성물은 금속 소자 예를 들면 구리(Cu), 은 도금을 한 구리, 니켈 및/또는 팔라듐 도금을 한 구리, 니켈 및/또는 팔라듐 도금하고 은 및/또는 금 도금을 한 구리, 또는 니켈과 철의 합금 등을 포함하는 금속 소자 등에 대한 부착성을 개선하고 반도체 패키지의 신뢰성을 개선하였다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것으로, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, tert-부틸 카테콜형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 복소환식 에폭시 수지, 스피로환 함유 에폭시 수지, 시클로헥산디메탄올형 에폭시 수지, 트리메틸올형 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지 등이 될 수 있다. 에폭시 수지는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 포함될 수 있다.
바람직하게는, 에폭시 수지는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물 중 고형분 기준으로 2 내지 17중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화제
경화제는 다관능형 페놀 수지, 페놀아랄킬형 페놀 수지, 페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀 수지 등을 포함하는 페놀 수지; 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물; 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물; 메타페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 경화제는 1개 이상의 수산기를 갖는 페놀 수지로서, 자일록형 페놀 수지, 페놀아랄킬형 페놀 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
경화제는 에폭시 수지 조성물 중 고형분 기준으로 0.5 내지 13중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 높일 수 있다. 무기 충전제의 예로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리 섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는 무기 충전제는 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 포함할 수 있다. 용융 실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함할 수 있다. 용융 실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5 내지 30㎛의 구상 용융 실리카를 50 내지 99중량%, 평균 입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융 실리카를 1 내지 50중량%를 포함한 용융 실리카 혼합물을 전체 무기 충전제 중 40 내지 100중량%가 되도록 포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 등으로 조정해서 사용할 수가 있다.
무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온 강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서, 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 70 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
화학식 1의 화합물
본 발명의 조성물은 하기 화학식 1의 화합물을 포함한다:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알킬렌기,
R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 할로겐, 수산기(OH), 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알콕시기, R2, R3, R4 중 하나 이상은 수산기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알콕시기,
Ar은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 7 내지 30의 아릴알킬렌기,
R5는 수산기 또는 O-M+(M+는 알칼리 금속의 1가 양이온)
R6은 치환 또는 비치환된 1가의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 1가의 지환족 탄화수소기)
n은 0 내지 10의 정수).
상기 화학식 1에서 R6이 Ar에 2개 내지 10개 결합되는 경우, R6은 서로 동일하거나 다를 수 있다.
화학식 1의 화합물은 에폭시 수지 조성물에 포함되어 수지 조성물의 금속 소자에 대한 부착력을 개선하고 반도체 패키지의 신뢰성을 개선한다. 상기 금속 소자는 구리(Cu), 은 도금을 한 구리, 니켈 및/또는 팔라듐 도금을 한 구리, 니켈 및/또는 팔라듐 도금하고 은 및/또는 금 도금을 한 구리, 또는 니켈과 철의 합금 등을 포함하는 금속 소자를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 5의 알킬렌기가 될 수 있다. 상기 화학식 1에서, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 5의 알콕시기일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar은 모노시클릭, 비-융합형 폴리시클릭, 또는 융합형(fused) 폴리시클릭 형태를 포함할 수 있다. 상기 비-융합형은 바이페닐기, 터페닐기 또는 쿼터페닐기 등과 같이 2개 이상의 아릴기가 시그마 결합을 통해 연결된 형태를 의미한다. 상기 융합형은 나프탈렌기와 같이 탄소가 인접한 전자쌍을 나눠 가지는 고리 형태를 의미한다. 일 구체예에서, Ar은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 내지 30의 아릴렌기, 바람직하게는 페닐기, 나프탈렌기, 안트라센기, 페난트렌기 또는 바이페닐기의 2가 형태(예: 페닐렌기)가 될 수 있다.
화학식 1의 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5중량%, 구체적으로 0.05 내지 1중량%, 더 구체적으로 0.1 내지 0.3중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 금속 소자에 대한 부착성, 반도체 패키지의 내크랙성 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
일 구체예에서, 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다:
[화학식 2]
(상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, R4는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 동일하고,
Ra, Rb, Rc, Rd는 각각 수소이거나,
Ra와 Rb는 서로 연결되어 탄소 수 6 내지 10의 방향족 고리를 형성하거나,
Rb와 Rc는 서로 연결되어 탄소 수 6 내지 10의 방향족 고리를 형성하거나, 또는
Rc와 Rd는 서로 연결되어 탄소 수 6 내지 10의 방향족 고리를 형성할 수 있다)
예를 들면, 화학식 1의 화합물은 N-[3-(트리알콕시실릴)프로필]프탈라믹산, 2-[[[3-(트리알콕시실릴)프로필]아미노]카르보닐]-1-나프토산 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
화학식 1의 화합물은 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 제조되거나 상업적으로 판매되는 제품을 구입하여 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물은 경화 촉매를 더 포함할 수 있다.
경화 촉매
경화 촉매는 3급 아민 화합물, 유기 금속 화합물, 유기 인 화합물, 이미다졸계 화합물 또는 붕소 화합물 등이 될 수 있다. 3급 아민 화합물은 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기 금속 화합물은 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있다. 유기 인 화합물은 트리스-4-메톡시포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 될 수 있다. 이미다졸계 화합물은 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소 화합물은 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 페놀노볼락 수지염 등을 사용할 수 있다.
경화 촉매는 에폭시 수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.
경화 촉매는 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5중량%, 구체적으로 0.1 내지 0.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 포함될 수 있는 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체예에서, 첨가제는 실란 커플링제, 이형제, 착색제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 조성물에 포함되어 부착력을 더 높일 수 있다. 실란 커플링제는 에폭시기 함유 실란, 머캅토기 함유 실란, 알킬기 함유 실란, 아민기 함유 실란 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 에폭시기 함유 실란은 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 머캅토기 함유 실란은 머캅토프로필메틸디메톡시실란, 머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 알킬기 함유 실란은 메틸트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디에틸디에톡시실란 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 아민기 함유 실란은 N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 실란 커플링제는 머캅토기 함유 실란, 알킬기 함유 실란 및 아민기 함유 실란 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
실란 커플링제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%, 구체적으로 0.1 내지 0.5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 효과가 잘 구현될 수 있다.
일 구체예에서, 화학식 1의 화합물 : 실란 커플링제는 1:0.1 내지 1:5의 중량비, 바람직하게는 1:0.5 내지 1:3의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 부착력 개선 효과가 현저하게 높아질 수 있다.
이형제는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이형제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
착색제는 카본 블랙을 사용할 수 있다. 착색제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다.
응력 완화제는 변성 실리콘 오일, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 파우더 및 실리콘 레진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 응력 완화제는 에폭시 수지 조성물 중 0 내지 2중량%, 예를 들면 0 내지 1중량%, 예를 들면 0.1 내지 1중량%로 함유될 수도 있다.
첨가제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5중량%, 예를 들면 0.1 내지 3중량%로 포함될 수 있다.
에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 조성물에 포함되는 각 구성 성분을 헨셀 믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 롤 밀이나 니이더로 90℃ 내지 120℃에서 용융 혼련하고, 냉각 및 분쇄 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명의 반도체 소자는 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용해서 밀봉된다. 본 발명의 상기 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자 등을 밀봉하는 방법은 트랜스퍼 성형, 인젝션(injection) 성형, 캐스팅 성형, 압축 성형 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 한 구체예에서는 저압 트랜스퍼 성형 방법으로 밀봉될 수 있다. 다른 구체예에서는 압축 성형에 의해 밀봉될 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) (A1)에폭시 수지: NC-3000 (페놀아랄킬형 에폭시 수지, 일본화약)
(A2)에폭시 수지: YX-4000H (바이페닐형 에폭시 수지, 제팬에폭시레진)
(B) (B1)경화제: KPH-F3065 (자일록형 페놀 수지, 코오롱 인더스트리)
(B2)경화제: MEH-7851 (페놀아랄킬형 페놀 수지, 메이와)
(C)경화 촉매: 트리페닐 포스핀
(D)무기 충전제: 구상 용융 실리카(평균 입경 18㎛)와 구상 용용 실리카(평균 입경 0.5㎛)의 9:1 중량비의 혼합물
(E)화학식 1의 화합물
(E1)하기 화학식 3의 화합물: N-[3-(트리에톡시실릴)프로필]프탈라믹산
[화학식 3]
(상기 화학식 3에서, Et는 에틸기)
(E2)하기 화학식 4의 화합물: 2-[[[3-(트리에톡시실릴)프로필]아미노]카르보닐]-1-나프토산
[화학식 4]
(상기 화학식 4에서, Et는 에틸기)
(F)실란 커플링제
(F1)3-머캡토프로필트리메톡시실란
(F2)메틸트리메톡시실란
(F3)N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란
(G) (G1) 착색제: 카본 블랙(MA-600, Matsusita Chemical社)
(G2) 이형제: 카르나우바왁스
(H)하기 화학식 5의 화합물: 한국등록특허 제10-1992006호에서 기술된 방법을 참고하여 합성하였다
[화학식 5]
(상기 화학식 5에서, Me는 메틸기).
실시예 1 내지 실시예 4 및 비교예 1 내지 비교예 2
하기 표 1의 조성(단위: 중량부)에 따라 헨셀 믹서(KEUM SUNG MACHINERY CO.LTD, KSM-22)를 이용하여 25 내지 30℃에서 30분 동안 균일하게 혼합한 후, 연속 니이더(kneader)를 이용하여 최대 110℃에서 30분 동안 용융 혼련한 후, 10 내지 15℃로 냉각하고 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 "-"는 해당 성분이 포함되지 않음을 의미한다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2
(A) (A1) 4.94 4.83 4.98 4.94 4.99 4.94
(A2) 2.12 2.09 2.14 2.12 2.14 2.12
(B) (B1) 2.04 2.01 2.00 2.04 2.06 2.04
(B2) 1.81 1.79 1.79 1.81 1.83 1.81
(C) 0.21 0.2 0.21 0.21 0.2 0.21
(D) 88 88 88 88 88 88
(E) (E1) 0.1 0.3 0.1 - - -
(E2) - - - 0.1 - -
(F) (F1) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
(F2) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
(F3) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
(G) (G1) 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
(G2) 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28
(H) - - - - - 0.1
총합 100 100 100 100 100 100
제조한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 대하여 하기 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1)유동성(단위: inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준하여 유동성 측정용 금형에 금형 온도 175℃, 70kgf/cm2, 주입 압력 9MPa, 경화 시간 90초의 조건으로 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동 길이를 측정하였다.
(2)부착력(@25℃, 단위: kgf): 구리(Cu) 시편, 니켈과 철 합금(ALLOY 42) 시편, 은(Ag)으로 도금한 구리 시편, 또는 팔라듐 도금한 구리(PPF) 시편을 접착력 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하고, 리드 프레임에 상기 표 1의 에폭시 수지 조성물을 금형 온도 170~180℃, 클램프 압력 70kgf/m2, 이송 압력 1,000psi, 이송 속도 0.5~1cm/s, 경화 시간 120초의 조건으로 성형하여 경화물을 얻었다. 이때, 리드 프레임과 에폭시 수지 조성물의 접촉 면적은 40±1mm2이었다.
제작된 시편을 170~180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC)시키고 상온으로 냉각한 다음 접착력을 측정하였다. 제작된 시편을 60℃, 60% 상대습도 조건에서 120시간 방치한 후, 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복한 후의 접착력을 측정하였다. 접착력은 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정하였다. 접착력 측정은 각 측정 공정당 12개의 시편에 대해 수행하였으며, 측정된 12개 시편의 접착력의 평균값을 기재하였다.
(3)신뢰성: 실시예와 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 이용하여 각 실시예 및 비교예 당 200개의 eTQFP 패키지(구리 금속 소자를 포함하는 가로 24mm, 세로 24mm, 두께 1mm)를 125℃에서 24시간 동안 건조시킨 후 5 사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 10분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 나타냄)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후 패키지를 85℃, 60% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 이후에 패키지의 크랙 발생 유무를 광학 현미경으로 확인하였다.
실시예 비교예
1 2 3 4 1 2
유동성 50 35 48 47 49 46
부착력 Cu PMC 후 101 113 108 100 42 78
60℃/RH 60%/120HR 후 96 104 101 95 23 56
ALLOY 42 PMC 후 60 75 71 65 31 45
60℃/RH 60%/120HR 후 52 69 65 61 17 31
Ag PMC 후 63 69 66 59 26 42
60℃/RH 60%/120HR 후 49 54 55 45 14 28
PPF PMC 후 70 75 71 70 28 58
60℃/RH 60%/120HR 후 76 79 75 69 18 37
신뢰성 총 시험한 패키지 수 200 200 200 200 200 200
크랙 발생 패키지 수 0 0 0 0 23 8
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 금속 소자에 대한 부착성 및 반도체 패키지 신뢰성을 현저하게 개선시켰다.
그러나, 본 발명의 구성을 만족하지 못하는 비교예의 에폭시 수지 조성물은 본 발명의 효과를 만족하지 못하였다.
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; 경화제; 무기 충전제; 및 하기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 1]

    (상기 화학식 1에서,
    R1은 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알킬렌기,
    R2, R3, R4는 각각 독립적으로, 할로겐, 수산기(OH), 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알콕시기, R2, R3, R4 중 하나 이상은 수산기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 1 내지 10의 알콕시기,
    Ar은 치환 또는 비치환된 탄소 수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 수 7 내지 30의 아릴알킬렌기,
    R5는 수산기 또는 O-M+(M+는 알칼리 금속의 1가 양이온)
    R6은 치환 또는 비치환된 1가의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 1가의 지환족 탄화수소기)
    n은 0 내지 10의 정수).
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 2]

    (상기 화학식 2에서, R1, R2, R3, R4는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 동일하고,
    Ra, Rb, Rc, Rd는 각각 수소이거나,
    Ra와 Rb는 서로 연결되어 탄소 수 6 내지 10의 방향족 고리를 형성하거나,
    Rb와 Rc는 서로 연결되어 탄소 수 6 내지 10의 방향족 고리를 형성하거나,
    Rc와 Rd는 서로 연결되어 탄소 수 6 내지 10의 방향족 고리를 형성할 수 있다).
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 N-[3-(트리알콕시실릴)프로필]프탈라믹산, 2-[[[3-(트리알콕시실릴)프로필]아미노]카르보닐]-1-나프토산 중 1종 이상을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5중량%로 포함되는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 경화 촉매, 실란 커플링제, 착색제, 이형제 중 1종 이상을 더 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지 2 내지 17중량%, 상기 경화제 0.5 내지 13중량%, 상기 무기 충전제 70 내지 95중량%, 상기 화학식 1의 화합물 0.01 내지 5중량%, 경화 촉매 0.01 내지 5중량%를 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자.

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