KR102659602B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 옥세탄 화합물을 포함하며, 상기 옥세탄 화합물은 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
일반적인 반도체 소자의 제조 시, 반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 반도체 소자를 밀봉한다. 종래에는 반도체 소자의 밀봉 방법으로, 웨이퍼를 절단하여 반도체 칩을 제조한 후, 반도체 칩 단위로 패키징을 하였으나, 최근에 절단되지 않은 웨이퍼 상태에서 패키징을 먼저 수행한 뒤, 반도체 칩으로 절단하는 공정이 개발되었다. 이에 따라, 제조 공정이 단순화되고, 반도체 패키지의 두께가 얇아져 반도체 실장 공간이 감소된다는 장점이 있으나, 반도체 패키지를 기판에 실장하는 과정에서 반도체 패키지가 고온에 노출되는 면적이 증가된다는 문제가 있다.
반도체 패키지가 고온도 노출되는 경우, 반도체 소자의 밀봉 시 사용되는 에폭시 수지 조성물이 포함하는 등에 의해 반도체 패키지 내부에 존재하는 수분이, 고온에 의해 급격하게 부피 팽창하면, 반도체 패키지 내부의 박리 또는 반도체 패키지 외부의 크랙을 발생시킬 수 있다. 이를 개선하기 위하여 에폭시 수지 조성물의 유리전이 온도를 높이는 방법도 연구된 바 있으나, 이 경우 에폭시 수지 조성물의 흡습율이 높아지게 되므로 필연적으로 패키지의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0000630호 및 제10-2016-0066505호는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 발명으로, 새로운 구조를 갖는 에폭시 수지를 사용하여 반도체 소자 밀봉 시 발생되는 문제점들을 개선시키는 기술을 개시하고 있으나, 조성물의 유동성 저하, 가교 밀도 저하, 반도체 패키지의 외부 크랙 발생 문제 등을 해결하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 종래 기술적 문제점을 개선하기 위한 것으로, 유동성 및 가교 밀도의 저하 문제가 없으며, 흡습율이 낮고, 땜납 내열성, 경화도, 휨 강도가 향상되어, 반도체 패키지의 내부 박리 및 외부 크랙 발생이 방지된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 옥세탄 화합물을 포함하며, 상기 옥세탄 화합물은 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명은, 화학식 1로 표시되는 옥세탄 화합물을 포함하여, 유동성 및 가교 밀도의 저하 문제가 없으며, 흡습율이 낮고, 땜납 내열성, 경화도, 휨 강도가 향상된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 밀봉하는 경우, 반도체 패키지의 내부 박리 및 외부 크랙 발생이 방지될 수 있다.
본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 옥세탄 화합물을 포함하며, 상기 옥세탄 화합물은 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
< 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 >
이하, 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 구성하는 각 성분에 대하여 자세히 설명한다. 그러나 본 발명이 이들 성분들에 의해 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지
상기 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용으로 사용되는 일반적인 에폭시 수지로서, 한 분자 내 2개 이상의 에폭시기를 포함하며, 바람직하게는 한 분자 내에 2 내지 8개의 에폭시기를 포함할 수 있다.
일 실시예를 들어, 상기 에폭시 수지는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀 A/F형 에폭시 수지, 테트라메틸비스페놀 F형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지, 트리페놀메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀메탄형 에폭시 수지 등의 다관능 에폭시 수지, 페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬형 에폭시 수지 등의 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 디히드록시나프탈렌형 에폭시 수지, 디히드록시나프탈렌의 2량체를 글리시딜에테르화하여 얻어지는 에폭시 수지 등의 나프톨형 에폭시 수지, 트리글리시딜이소시아누레이트, 모노알릴디글리시딜이소시아누레이트 등의 트리아진 핵 함유 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등의 유교 환상 탄화 수소 화합물 변성 페놀형 에폭시 수지로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 비스페놀형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 및 트리페놀메탄형 에폭시 수지는 내습성, 성형성을 향상시키기에 바람직하며, 그 중 비페닐형 에폭시 수지는 유동성성을 향상시키기에 특히 바람직하며, 페놀아랄킬형 에폭시 수지 및 노볼락형 에폭시 수지는 반도체 소자의 휨을 억제하기에 바람직하며, 그 중 페놀아랄킬형 에폭시 수지는 고온의 탄성률을 제어하기에 특히 바람직하다.
상기 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 15 중량%, 바람직하게는 3 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 12 중량%로 포함될 수 있다. 상기 에폭시 수지의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 경화 후 에폭시 수지 조성물의 접착력 및 강도를 보다 우수하게 구현할 수 있다.
경화제
상기 경화제는 반도체 소자 밀봉용으로 사용되는 일반적인 경화제들이 제한없이 사용될 수 있으며, 구체적으로 2개 이상의 관능기를 가진 경화제가 사용될 수 있다.
일 실시예를 들어, 상기 경화제는 페놀계 경화제, 아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 머캅탄계 경화제를 포함할 수 있으며, 내연성, 내습성, 전기 특성, 경화성, 보존 안정성 등의 밸런스의 점에서 페놀계 경화제가 바람직하다.
상기 페놀계 경화제로는, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지를 비롯한 페놀, 크레졸, 레조신, 카테콜, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 페닐페놀, 아미노페놀, α-나프톨, β-나프톨, 디히드록시나프탈렌 등의 페놀류와 포름알데히드나 케톤류를 산성 촉매하에서 축합 또는 공축합시켜 얻어지는 노볼락 수지, 상기한 페놀류와 디메톡시파라자일렌 또는 비스(메톡시메틸)비페닐로 합성되는 비페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지, 페닐렌 골격을 갖는 페놀아랄킬 수지 등의 페놀아랄킬 수지, 트리스페놀메탄 골격을 갖는 페놀 수지 등을 예로 들 수 있다.
상기 아민계 경화제로는, 디에틸렌트리아민(DETA)이나 메타자일렌디아민(MXDA), 트리에틸렌테트라민(TETA) 등의 지방족 폴리아민, 디아미노디페닐메탄(DDM)이나 m-페닐렌디아민(MPDA)이나 디아미노디페닐설폰(DDS) 등의 방향족 폴리아민 외에, 디시안디아마이드(DICY)나 유기산 디히드라지드 등을 포함하는 폴리아민 화합물 등을 예로 들 수 있다.
상기 산무수물계 경화제로는, 헥사하이드로 무수 프탈산(HHPA)이나 메틸테트라하이드로 무수 프탈산(MTHPA)이나 무수 말레산 등의 지환족 산무수물, 무수 트리멜리트산(TMA)이나 무수 피로멜리트산(PMDA)이나 벤조페논테트라카복실산(BTDA), 무수 프탈산 등의 방향족 산무수물 등을 예로 들 수 있다.
상기 머캅탄계 경화제로서는 트리메틸올에탄트리스(3-머캅토부틸레이트), 트리메틸올프로판트리스(3-머캅토부틸레이트) 등을 예로 들 수 있다.
이 외에도, 상기 경화제로서 이소시아네이트 프리폴리머나 블록화 이소시아네이트 등의 이소시아네이트 화합물, 카복실산 함유 폴리에스테르 수지 등의 유기산류 등을 사용할 수 있다.
상기 경화제는 상술한 경화제들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 경화제와 상기 에폭시 수지와의 배합비는 반도체 소자 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 경화제에 대한 상기 에폭시 수지의 화학 당량비가 1 : 0.95~3 일 수 있으며, 구체적으로 1 : 1~2, 더욱 구체적으로 1 : 1~1.75 일 수 있다. 상기 경화제와 상기 에폭시 수지의 배합비가 상기의 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있다.
상기 경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 13 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 7 중량%로 포함될 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 경화 후 에폭시 수지 조성물의 강도를 보다 우수하게 구현할 수 있다.
무기 충전제
상기 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성 및 저응력화를 향상시키기 위한 것으로, 반도체 밀봉용으로 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
일 실시예를 들어, 상기 무기 충전제는 용융 실리카, 결정 실리카, 미분 실리카 등의 실리카, 알루미나, 질화 규소, 질화 알루미늄, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 몰리브덴산 아연, 붕산 아연 등을 포함할 수 있으며, 이들 중 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 무기 충전제는 범용성이 우수하다는 관점에서, 실리카를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 무기 충전제는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 붕산 아연, 몰리브덴산 아연 등의 난연성을 부여할 수 있는 성분을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 사용할 수 있다. 상기 용융 실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함할 수 있다.
상기 용융 실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5 내지 30㎛의 구상 용융 실리카를 50 내지 99 중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융 실리카를 1 내지 50 중량%를 포함하는 용융 실리카 혼합물을 전체 무기 충전제에 대하여 40 내지 100 중량%가 되도록 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 용도에 따라 구상 용융 실리카의 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다.
상기 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 70 내지 95 중량%, 바람직하게는 80 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 83 내지 87 중량%로 포함될 수 있으나, 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 조절하여 사용할 수 있다. 상기 무기 충전제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
옥세탄 화합물
상기 옥세탄 화합물은 상기 에폭시 수지에 비해 작은 분자 크기를 가지며, 상기 옥세탄 화합물이 포함하는 작용기가 열 경화 시 미반응된 에폭시 수지를 추가적으로 가교시켜 반도체 소자 밀봉 시 에폭시 수지 조성물의 가교 밀도를 높일 수 있다. 이에 따라 반도체 소자의 내습성과 내크랙성이 향상되고 고온에서의 부피 팽창을 감소시켜 패키지의 휨(Warpage) 현상이 개선될 수 있다.
상기 옥세탄 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 하이드록시기(Hydroxy group), 아민기(Amine group) 또는 티올기(Thiol group)로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, R1 내지 R6 중 적어도 어느 하나 이상은 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
구체적으로, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, R1 내지 R6 중 적어도 어느 하나 이상은 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기인 것이 바람직하며, R1 내지 R6이 각각 독립적으로 수소 원자 또는 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 메틸기이며, R1 내지 R6 중 적어도 어느 하나 이상은 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 메틸기인 것이 더욱 바람직하다.
일 실시예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 및 3에서, X1 내지 X3은 각각 독립적으로 하이드록시기, 아민기 또는 티올기이다.
상기 옥세탄 화합물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 옥세탄 화합물의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물의 가교 밀도를 향상시키고 고온에서의 부피 팽창을 억제하여, 내습성과 내크랙성이 향상될 수 있다.
첨가제
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 필요에 따라 실란 커플링제, 이형제 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 실란 커플링제는 상기 에폭시 수지와 상기 무기 충전제 사이에서 반응하여, 상기 에폭시 수지와 상기 무기 충전제의 계면 강도를 향상시킬 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 상기 실란 커플링제의 구체적인 예로서 에폭시실란, 아미노실란, 머캅토실란 등을 들 수 있으며, 단독으로 또는 2종 이상을 병용해서 사용할 수도 있다.
상기 실란 커플링제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 상기 실란 커플링제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.
상기 이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 특별히 제한되지 않는다.
상기 이형제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다. 상기 이형제의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물과 반도체 기판 간 접착성 저하 없이 금형과의 우수한 이형성을 갖게 되어 성형 불량을 방지할 수 있다.
상기 착색제는 반도체 소자 밀봉 시 레이저 마킹을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 착색제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 착색제는 카본 블랙, 티탄블랙, 티탄 질화물, 인산수산화구리(dicopper hydroxide phosphate), 철산화물, 운모 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 착색제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.
< 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자 >
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자는 반도체 패키지로 이해될 수 있으며, 기판, 반도체 소자, 밀봉층 및 접속 단자를 포함할 수 있다.
상기 기판은 상기 반도체 소자를 지지하고, 상기 반도체 소자에 전기 신호를 부여하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 반도체 실장용 기판들이 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판은 회로 기판, 리드 프레임 기판 또는 재배선층(redistribution layer)을 포함하는 기판일 수 있다.
상기 기판 상에는 상기 반도체 소자가 실장된다. 이때, 상기 반도체 소자 실장 방법은, 특별히 한정되지 않으며, 당해 기술 분야에 알려진 반도체 칩 실장 기술이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 소자는 플립 칩(flip chip) 또는 와이어 본딩(wire bonding) 등의 방법으로 기판에 실장될 수 있으며, 하나의 반도체 칩으로 이루어질 수도 있고, 다수의 반도체 칩이 관통 실리콘 비아(Through silicon Via, TSV)를 통해 통전 가능하게 적층되어 있는 적층형 반도체 소자와 같이 다수의 반도체 칩들을 포함할 수도 있다.
상기 밀봉층은 상기 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 것으로, 상기한 본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 포함한다. 상기 밀봉층은 기판 상부에 반도체 소자의 적어도 일부를 봉지하도록 형성된다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여, 반도체 장치 등의 전자 부품 장치를 밀봉하는 방법으로서는, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 방법들이 사용될 수 있으며, 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적이지만, 주입 성형법, 압축 성형법 등도 들 수 있으며, 디스펜스 방식, 주형 방식, 인쇄 방식 등을 이용할 수도 있다.
상기 기판의 하면, 즉, 상기 반도체 소자가 실장된 면의 반대면에는 상기 기판과 외부 전원을 전기적으로 연결하기 위한 상기 접속 단자가 형성된다. 상기 접속 단자는 당해 기술 분야에 잘 알려진 다양한 구조의 접속 단자들, 예를 들면, 리드(lead), 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array) 등이 제한없이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 질량 기준이다.
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 제조
하기 표 1을 참조하여, 각 구성 성분을 상온에서 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 90 ℃에서 용융 혼련한 후 냉각 및 분쇄하여 실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | ||
| (A) | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | |
| (B) | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | |
| (C) | 85 | 85 | 85 | 85 | 85 | 85 | 85 | 85 | 85 | |
| (D) | 화학식 2a | 0.5 | ||||||||
| 화학식 2b | 0.5 | |||||||||
| 화학식 2c | 0.5 | |||||||||
| 화학식 3a | 0.5 | |||||||||
| 화학식 3b | 0.5 | |||||||||
| 화학식 3c | 0.5 | |||||||||
| 화학식 4 | 0.5 | |||||||||
| 화학식 5 | 0.5 | |||||||||
| (E) | 0.5 | |||||||||
| (F) | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | |
| (G) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| (H) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
(A) 에폭시 수지: 바이페닐형 에폭시 수지 (Nippon Kayaku社, NC-3000)
(B) 경화제: 자일록형 페놀수지 (Meiwa Kasei社, MEH-7800SS)
(C) 무기 충전제: 평균입경 15㎛의 구상 용융실리카
(D) 옥세탄 화합물:
[화학식 2a]
[화학식 2b]
[화학식 2c]
[화학식 3a]
[화학식 3b]
[화학식 3c]
[화학식 4]
[화학식 5]
(E) 경화 촉진제: 트리페닐포스핀
(F) 실란 커플링제: 머캡토프로필트리메톡시실란 (Shin-etsu社, KBM-803)
(G) 이형제: 카르나우바왁스
(H) 착색제: 카본블랙 (Mitsubishi Chemical社, MA-600)
시험예 1: 스파이럴 플로우 평가
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 타정(Pelletizing)하여 제조된 시험편에 대하여, EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm2 조건으로 저압 트랜스퍼 몰딩 프레스 (transfer molding press)를 이용하여 유동 길이를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 측정값(유동 길이)이 높을수록 유동성이 우수한 것으로 볼 수 있다.
시험예 2: 유리전이온도 측정
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 타정(Pelletizing)하여 제조된 시험편에 대하여, DMA(Dynamic Mechancal Analyzer)를 사용하여 유리전이온도(glass transition temperature)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
시험예 3: 흡습율 측정
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 타정(Pelletizing)하여 제조된 시험편을 온도 85℃, 습도 85％의 조건에서 168시간 동안 방치하여 물 흡수처리를 수행한 뒤, 하기 계산식 1을 통해 흡습율을 계산하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[계산식 1]
흡습율(%) = (흡습 후 시험편의 무게 - 흡습 전 시험편의 무게)χ(흡습 전 시험편의 무게)Х100
시험예 4: 땜납 내열성 평가
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 타정(Pelletizing)하여 제조된 시험편을 260℃의 땜납조에서 10초간 침지시킨 뒤, 현미경으로 관찰하여, 땜납 내열성을 하기 평가 기준으로 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<크랙 발생률 평가 기준>
○: 크랙이 발생하지 않음
Х: 크랙이 발생함
시험예 5: 경화도 측정
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 175℃에서 40, 60, 80초간 경화시킨 후 Shore-D형 경도계로 경화시간에 따른 경화물의 경화도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 측정값(경화도)이 높을수록 경화도 우수한 것으로 볼 수 있다.
시험예 6: 휨(Warpage) 평가
실시예 및 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 폭 90mm, 길이 110mm, 높이 2mm의 형틀 내로 유입하고, 150℃에서 1시간 프레스 성형한 후, 추가로 3시간 가열하여 경화물을 얻었다. 얻어진 경화물의 휨 강도를, JIS K6911에 준거하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | ||
| 스파이럴 플로우 (inch) | 72 | 70 | 71 | 68 | 67 | 67 | 72 | 54 | 70 | |
| 유리전이온도(Tg)(℃) | 125 | 126 | 123 | 125 | 127 | 126 | 124 | 126 | 125 | |
| 흡습율(%) | 0.19 | 0.17 | 0.17 | 0.15 | 0.12 | 0.13 | 0.29 | 0.14 | 0.27 | |
| 땜납 내열성 | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | × | ○ | × | |
| 경화도(Shore-D) | 40초 | 63 | 66 | 67 | 71 | 75 | 74 | 52 | 77 | 54 |
| 60초 | 68 | 71 | 71 | 75 | 80 | 78 | 59 | 83 | 60 | |
| 80초 | 73 | 74 | 76 | 79 | 82 | 81 | 64 | 86 | 63 | |
| 휨 강도(MPa) | 127 | 133 | 134 | 138 | 144 | 142 | 116 | 137 | 119 | |
상기 표 2를 참조하면, 실시예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 흡습율이 낮고, 땜납 내열성, 경화도, 휨 강도가 우수한 것을 확인할 수 있으며, 또한 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 결과와 비교하여, 옥세탄 화합물을 포함함에 따른 유동성 감소(스파이럴 플로우)나 유리전이온도의 감소가 발생되지 않은 것도 확인할 수 있다.
반면, 비교예에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 흡습율이 높아, 열 경화 시 부피 팽창에 의한 크랙이 발생하는 것을 확인할 수 있으며(땜납 내열성), 경화도, 휨 강도 또한 저하된 것을 확인할 수 있으며, 옥세탄 화합물이 아닌 화학식 3 또는 5로 표시되는 화합물을 포함하는 경우에도 유동성, 흡습율, 땜납 내열성, 휨 강도가 저하된 것을 확인할 수 있다.
Claims (7)
- 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 옥세탄 화합물을 포함하며,
상기 옥세탄 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소 원자 또는 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
R1 내지 R6 중 적어도 어느 하나 이상은 하이드록시기, 아민기 또는 티올기로 치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 및 3에서, X1 내지 X3은 각각 독립적으로 하이드록시기, 아민기 또는 티올기이다.
- 청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 수지는 한 분자 내에 2 내지 8개의 에폭시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
실란 커플링제, 이형제 및 착색제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대하여,
상기 에폭시 수지는 0.1 내지 15 중량%로 포함되고,
상기 경화제는 0.1 내지 13 중량%로 포함되고,
상기 무기 충전제는 70 내지 95 중량%로 포함되고,
상기 옥세탄 화합물은 0.01 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 청구항 1 및 3 내지 6 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물에 의해 밀봉된 반도체 소자.
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| KR1020190028145A KR102659602B1 (ko) | 2019-03-12 | 2019-03-12 | 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자 |
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| JP2003292568A (ja) * | 2002-04-03 | 2003-10-15 | Daicel Chem Ind Ltd | 熱硬化型エポキシ樹脂組成物の硬化方法、硬化物及びその用途 |
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|---|---|---|---|---|
| CN1203150C (zh) * | 1999-08-12 | 2005-05-25 | 三井化学株式会社 | 密封剂用光固化型树脂组合物及密封方法 |
| JP2016108367A (ja) | 2014-12-02 | 2016-06-20 | 信越化学工業株式会社 | 半導体封止用樹脂組成物及び該樹脂組成物を用いた半導体封止方法 |
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