KR102601431B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 무기 충전제는 1종 이상의 코어-쉘 입자를 포함하고, 상기 코어는 실리카 또는 알루미나를 포함하고, 상기 쉘은 질화붕소를 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 개시된다.
Description
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방열성, 절연성 및 흐름성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 목적으로 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 밀봉하는 방법이 상업적으로 행해지고 있다. 최근에 작고 얇은 디지털 기기들이 보편화되면서, 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되어 칩의 고적층화, 고밀도화가 이루어지고 있다. 이러한 고적층, 고밀도화 반도체 소자를 소형, 박형 패키지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 반도체 작동 시 발생하는 열로 인한 패키지 오작동 및 크랙 발생 등의 빈도가 매우 높아지게 된다. 이를 해결하기 위해 방열판 등을 사용하고 있으나, 이는 일부 패키지에서만 가능하고, 공정 추가로 인한 생산성 저하 및 고비용의 단점이 있다.
따라서, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 열전도도를 높여 패키지의 방열성을 향상시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 방열성 및 절연성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 흐름성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다. 상기 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 무기 충전제는 1종 이상의 코어-쉘 입자를 포함하고, 상기 코어는 실리카 또는 알루미나를 포함하고, 상기 쉘은 질화붕소를 포함할 수 있다.
2. 상기 1에서, 상기 코어는 입경이 0.1 내지 100㎛일 수 있다.
3. 상기 1 또는 2에서, 상기 쉘은 두께가 0.01 내지 10㎛일 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, 상기 코어-쉘 입자는 평균 입경(D50)이 0.1 내지 100㎛일 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 코어-쉘 입자는 조성물 총 중량을 기준으로 40 내지 95 중량%로 포함될 수 있다.
6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나에서, 상기 무기 충전제는 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
7. 상기 6에서, 상기 무기 충전제는 상기 코어-쉘 입자와 상기 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상을 20 : 1 내지 1 : 20의 중량비로 포함할 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나에서, 상기 조성물은 상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%; 상기 경화제 0.1 내지 13 중량%; 및 상기 무기 충전제 70 내지 95 중량%; 를 포함할 수 있다.
9. 다른 측면에 따르면, 반도체 장치가 제공된다. 상기 반도체 장치는 상기 1 내지 8 중 어느 하나의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 것일 수 있다.
본 발명은 방열성, 절연성 및 흐름성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
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.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 명세서에서 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"에서 "내지"는 ≥a이고 ≤b으로 정의한다.
본 명세서에서 '코어-쉘(core-shell) 입자'는 쉘(또는 껍질)을 형성하는 물질이 코어(또는 중심)을 이루는 물질을 둘러싼 형태를 의미한다.
본 발명의 일 측면에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 무기 충전제는 1종 이상의 코어-쉘 입자를 포함하되, 상기 코어는 실리카 또는 알루미나를 포함하고, 상기 쉘은 질화붕소를 포함할 수 있다.
이하, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물(이하, '에폭시 수지 조성물'로도 지칭됨)의 각 구성 성분에 대해 보다 상세히 설명한다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 에폭시 수지들이 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로 에폭시 수지로서 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물이 사용될 수 있다. 에폭시 수지의 예로는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화하여 얻는 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 수지로서 페놀아랄킬형 에폭시 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지로는 경화성 측면을 고려하여 에폭시 당량이 100 내지 500g/eq인 에폭시 수지가 사용될 수 있으며, 상기 범위에서 경화도를 높일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지는 단독으로 혹은 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물 형태로 사용할 수 있다.
에폭시 수지의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물 중에 3 내지 15 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화제
경화제는 반도체 소자 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 경화제들이 제한 없이 사용될 수 있다. 경화제의 예로는 페놀성 경화제를 들 수 있으며, 페놀성 경화제의 예로는 페놀아랄킬형 페놀 수지, 페놀노볼락형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀 수지, 트리스(히드록시페닐)메탄, 디히드록시바이페닐을 포함한 다가 페놀 화합물 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 혹은 병용하여 사용될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 경화제로서 자일록형 페놀 수지 및/또는 페놀아랄킬형 페놀 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화제로서 경화성 측면을 고려하여 수산기 당량이 90 내지 250g/eq인 경화제가 사용될 수 있으며, 상기 범위에서 경화도를 높일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화제는 단독으로 혹은 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제, 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물 형태로도 사용할 수 있다.
경화제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 경화제는 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 13 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 경화제는 에폭시 수지 조성물 중에 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지와 경화제의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질, 내습 신뢰성 등의 요구 조건에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 경화제에 대한 에폭시 수지의 화학 당량비는 0.95 내지 3일 수 있고, 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물의 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구현예에 따르면, 경화제에 대한 에폭시 수지의 화학 당량비는 1 내지 2, 다른 구현예에 따르면 1 내지 1.75일 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 무기 충전제는 1종 이상의 코어-쉘 입자를 포함하고, 상기 코어는 실리카 또는 알루미나를 포함하고, 상기 쉘은 질화붕소(BN)를 포함할 수 있다.
열전도율이 높은 무기 충전제를 사용하는 경우 에폭시 수지 조성물의 방열성을 높일 수 있다. 무기 충전제로 통상 사용되는 금속 산화물 입자, 예를 들면 실리카, 알루미나 등은 열전도도가 비교적 낮다. 한편, 높은 열전도율을 갖는 금속 입자는 전기전도율 또한 높아 반도체의 작동 불량 등을 야기할 수 있다. 한편, 질화붕소는 비교적 높은 열전도율 및 비교적 낮은 전기전도율을 갖지만 판상형 입자이기 때문에 에폭시 수지 조성물에 그대로 사용할 경우 흐름성이 낮아 충전율을 높이는데 한계가 있다.
본 발명의 발명자는 방열성, 절연성 및 흐름성이 모두 우수한 무기 충전제에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과, 무기 충전제로서 실리카 및/또는 알루미나 코어와 질화붕소 쉘을 포함하는 코어-쉘 입자를 사용하는 경우 상술한 문제를 해결할 수 있음을 발견하였다.
실리카 코어-질화붕소 쉘 입자 또는 알루미나 코어-질화붕소 쉘 입자는 실리카 또는 알루미나 입자를 질화붕소로 코팅함으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 구상 실리카 입자 또는 구상 알루미나 입자를 유기바인더와 혼합하고, 상기 혼합물 표면에 판상 질화붕소 입자를 도포하여 건조하거나 열압착하여 제조할 수 있다.
코어-쉘 입자에서 코어로 사용되는 실리카 또는 알루미나 입자의 입경은 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 달라질 수 있다. 코어 입자의 입경은, 예를 들면 0.1 내지 100㎛, 다른 예를 들면 1 내지 50㎛, 또 다른 예를 들면 5 내지 25㎛일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 방열성, 흐름성을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
코어-쉘 입자에서 쉘의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 두께가 달라질 수 있다. 쉘의 두께는, 예를 들면 0.01 내지 10㎛, 다른 예를 들면 0.05 내지 5㎛, 또 다른 예를 들면 0.1 내지 3㎛일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 방열성, 흐름성을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
코어-쉘 입자의 평균 입경(D50)은 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 달라질 수 있다. 코어-쉘 입자의 평균 입경(D50)은, 예를 들면 0.1 내지 100㎛, 다른 예를 들면 1 내지 50㎛, 또 다른 예를 들면 5 내지 25㎛일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 방열성, 흐름성을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, '평균 입경(D50)'은 통상의 기술자에게 알려진 통상의 입경을 의미하고, 코어-쉘 입자를 부피 기준으로 최소에서 최대 순서로 분포시켰을 때 50 부피%에 해당되는 코어-쉘 입자의 입경을 의미할 수 있다.
코어-쉘 입자의 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 달라질 수 있다. 코어-쉘 입자는 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 예를 들면 40 내지 95 중량%, 다른 예를 들면 50 내지 93 중량%, 또 다른 예를 들면 55 내지 90 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 방열성이 우수할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무기 충전제는 상술한 코어-쉘 입자 외에도 본 발명이 목적하는 범위를 해하지 않는 범위 내에서 선택적으로 실리카(예를 들면, 용융 실리카, 결정성 실리카 등), 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나(예를 들면, 용융 알루미나), 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 무기 충전제는 상술한 코어-쉘 입자 외에 실리카, 예를 들면 용융 실리카를 더 포함할 수 있다. 용융 실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경(D50)이 5 내지 30㎛인 구상 실리카 50 내지 99 중량%; 및 평균 입경(D50)이 0.001 내지 1㎛인 구상 실리카를 1 내지 50 중량%; 를 포함한 실리카 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 용도에 맞춰 최대 입경을 45, 55 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수도 있다.
다른 구현예에 따르면, 무기 충전제는 상술한 코어-쉘 입자 외에 알루미나, 예를 들면 용융 알루미나를 더 포함할 수 있다. 알루미나의 형상 및 입경은 특별히 한정되지 않지만, 평균 입경(D50)이 5 내지 30㎛인 구상 알루미나 50 내지 99 중량%; 및 평균 입경(D50)이 0.001 내지 1㎛인 구상 알루미나 1 내지 50 중량%; 를 포함한 알루미나 혼합물을 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 무기 충전제는 상술한 코어-쉘 입자 외에 실리카 및 알루미나를 더 포함할 수 있다.
실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상의 사용량은 특별히 제한되지 않으며, 요구되는 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 무기 충전제로서 코어-쉘 입자와 상기 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상은 20 : 1 내지 1 : 20, 다른 예를 들면 10 : 1 내지 1 : 10, 또 다른 예를 들면 5 : 1 내지 1 : 5, 또 다른 예를 들면 3 : 1 내지 1 : 3, 또 다른 예를 들면 3 : 1 내지 1 : 1, 또 다른 예를 들면 3 : 1 내지 2 : 1의 중량비로 사용될 수 있으며, 상기 범위에서 방열성, 흐름성이 우수할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
무기 충전제의 총 사용량은 성형성, 저응력성 및 고온 강도 등의 요구 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 70 내지 95 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 80 내지 95 중량%, 다른 구현예에 따르면 85 내지 95 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질을 일컬을 수 있다. 경화 촉진제의 예로는 3급 아민, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 이미다졸 화합물, 붕소 화합물 등을 들 수 있다.
3급 아민으로는, 예를 들어 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 화합물로는, 예를 들어 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소 화합물로는, 예를 들어 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도 경화 촉진제로, 예를 들어 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 촉진제로 에폭시 수지 또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
경화 촉진제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 경화 촉진제는 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 조성물의 경화를 촉진하고, 경화도도 좋을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 경화 촉진제는 에폭시 수지 조성물 중 0.02 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 혹은 병용하여 사용할 수 있다.
커플링제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 커플링제는 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위에서 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 커플링제는 에폭시 수지 조성물 중 0.05 내지 3 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 제한 없이 사용될 수 있다. 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%, 다른 예를 들면 0.05 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
이외에도, 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 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 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 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) 에폭시 수지: NC-3000(Nippon Kayaku社)
(B) 경화제
(b1) KPH-F3065(Kolon유화社)
(b2) MEH-7851(Meiwa社)
(C) 무기 충전제
(c1) 평균 입경(D50) 20㎛, 쉘 두께 1㎛의 실리카 코어-질화붕소 쉘 입자
(c2) 평균 입경(D50) 10㎛, 쉘 두께 2㎛의 알루미나 코어-질화붕소 쉘 입자
(c3) 평균 입경(D50) 20㎛의 구상 용융 실리카와 평균 입경(D50) 0.5㎛의 구상 용융 실리카의 9 : 1 중량비 혼합물
(c4) 평균 입경(D50) 20㎛의 구상 용융 알루미나와 평균 입경(D50) 0.5㎛의 구상 용융 알루미나의 실리카의 9 : 1 중량비 혼합물
(c5) 평균 입경(D50) 10㎛의 판상형 질화붕소 입자(MGP, Denka社)
(c6) 평균 입경(D50) 10㎛의 구상 구리 입자(CNPC-UCU100, CNPC POWDER社)
(D) 경화촉진제: TPP-k(Hokko Chemical社)
(E) 커플링제
(e1) SZ-6070(Dow-Corning社)
(e2) KBM-573(Shin-Etsu社)
(F) 착색제: MA-600B(Mitsubishi Chemical社)
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4
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 | 비교예 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| (A) | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | 5.6 | |
| (B) | (b1) | 4 | - | 4 | - | 4 | 4 | 4 | - | - |
| (b2) | - | 4 | - | 4 | - | - | - | 4 | 4 | |
| (C) | (c1) | 89 | 60 | - | - | - | - | - | - | - |
| (c2) | - | - | 89 | 60 | 40 | - | - | - | - | |
| (c3) | - | 29 | - | - | - | - | 89 | - | - | |
| (c4) | - | - | - | 29 | 49 | - | - | 89 | - | |
| (c5) | - | - | - | - | - | 89 | - | - | - | |
| (c6) | - | - | - | - | - | - | - | - | 89 | |
| (D) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| (E) | (e1) | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| (e2) | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| (F) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
물성 평가 방법
(1) 스파이럴 플로우(inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형에 금형 온도 175℃, 70kgf/cm2, 주입 압력 9MPa 및 경화 시간 90초의 조건으로 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동 길이를 측정하였다.
(2) 겔 타임(단위: sec): 에폭시 수지 조성물(고체 분말) 3g을 소수 4자리 저울로 측정하여, 유산지 위에 취하고, hot plate 온도(열전대(thermocouple)로 최종 확인)를 135℃로 설정하고, 미리 계량해 놓은 시료를 hot plate에 떨어뜨린 후, ointment spatula(스테인레스강 재질)로 압착하여 얇은 피막으로 만든 후, 탐침봉(황동 재질)으로 얇게 선을 그렸을 때 시료가 점성을 잃고 더 이상 선이 그려지지 않는 시점을 종결점으로 하여 stopwatch로 시간을 측정하였다. 3회 측정한 평균값을 취하며 편차가 2초 발생시 추가 2회 측정하여 평균값을 취하였다.
(3) 열전도도(W/m·K): ASTM D5470에 따라 평가용 시편을 사용하여 25℃에서 열전도도를 측정하였다.
(4) 체적저항(Ω·cm): 에폭시 수지 조성물이 경화된 성형시편(120mm(지름) × 4.0mm(두께))을 준비하여 체적저항시험기로 체적저항을 측정하였다.
| 실시예 | 비교예 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 스파이럴 플로우 | 68 | 79 | 61 | 67 | 75 | 3 | 71 | 78 | 80 |
| 겔 타임 | 30 | 35 | 37 | 38 | 38 | 31 | 32 | 35 | 33 |
| 열전도도 | 18 | 12 | 25 | 19 | 15 | 32 | 1 | 3 | 43 |
| 체적저항 | 8.60E+14 | 4.80E+15 | 3.80E+15 | 2.10E+15 | 2.80E+15 | 3.10E+15 | 3.90E+17 | 8.80E+16 | 2.00E-02 |
상기 표 2로부터, 본 발명의 코어-쉘 입자를 포함하는 실시예 1 내지 5의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 그렇지 않은 비교예 1 내지 4에 비해 방열성, 절연성 및 흐름성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%, 경화제 0.1 내지 13 중량%, 및 무기 충전제 70 내지 95 중량%를 포함하고,
상기 무기 충전제는 1종 이상의 코어-쉘 입자를 포함하고,
상기 코어는 실리카 또는 알루미나를 포함하고,
상기 쉘은 질화붕소를 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 코어는 입경이 0.1 내지 100㎛인 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 쉘은 두께가 0.01 내지 10㎛인 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 코어-쉘 입자는 평균 입경(D50)이 0.1 내지 100㎛인 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 코어-쉘 입자는 조성물 총 중량을 기준으로 40 내지 95 중량%로 포함되는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 충전제는 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상을 더 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 무기 충전제는 상기 코어-쉘 입자와 상기 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬 및 유리섬유 중 1종 이상을 20 : 1 내지 1 : 20의 중량비로 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치.
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