KR19990023578A - 열경화성 수지 봉지재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열경화성 수지 봉지재(封止材)중에 실리카 분말의 함유량을 높이는 경우 봉지재의 점도가 상승하는 동시에 유동성이 저하되는 종래의 문제점을 해결하여, 실리카 분말의 함유량을 높이고 열팽창율을 저하시키면서 점도가 낮고 유동성이 양호한 열경화성 수지 봉지재를 제공한다.

구상 실리카입자를 주성분으로 하는 무기질 충전재를 함유하는 열경화성 수지 봉지재에 있어서, 평균 입자직경이 O.O1∼1O㎛ 범위이고 입도 분포의 변동 계수가 10% 이하인 구상 실리카입자군을 적어도 하나 함유시킨다.

또한, 상기 무기질 충전재는 구상 실리카입자군을 2개 이상 갖는 것이 바람직하고, 이 경우에, 각 구상 실리카입자군의 평균 입자직경은 그 부근에 있는 작은 측 입자군의 평균 입자직경에 대해 1.4배 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Description

열경화성 수지 봉지재

본 발명은 반도체의 봉지에 이용되는 열경화성 수지 봉지재에 관한 것이다.

LSI나 초LSI 등의 대형 반도체칩을 보호하기 위해 사용되는 열경화성 수지 봉지재는 봉지후 열응력에 의한 손상을 방지하기 위하여, 경화물의 열팽창율을 반도체칩의 원료인 실리콘의 열팽창율에 근접하도록 하는 것, 즉 저열팽창율로 하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지 봉지재의 열팽창율을 저하시키기 위해서는 무기질 충전재의 함유율을 높이는 것이 효과적이지만, 함유율을 높이면 봉지재의 용융점도가 상승하여 유동성이 저하되는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위하여, 무기질 충전재에 함유시키는 실리카 분말로서 구상 실리카입자를 사용하거나, 연속입도 분포의 입자를 사용하여 충전밀도를 높이려는 시도가 있었다. 그러나, 아직까지 충분한 효과는 얻지 못하였다.

본 발명은 열경화성 수지 봉지재중의 실리카 분말의 함유량을 높이면 봉지재의 점도가 상승함과 동시에 유동성도 저하되는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실리카 분말의 함유량을 높여 열팽창율을 저하시키면서도 점도가 낮고 유동성이 양호한 열경화성 수지 봉지재를 제공함을 목적으로 한다.

본 발명은 구상 실리카입자를 주성분으로 하는 무기질 충전재를 함유하는 열경화성 수지 봉지재로서 평균 입자직경이 O.O1∼1O㎛의 범위이고 입도 분포의 변동계수가 10% 이하인 구상 실리카입자군을 적어도 하나 함유시킴으로써 상기 과제를 해결하였다.

또한, 상기 무기질 충전재는 상기 구상 실리카입자군을 2개 이상 갖는 것이 바람직하고, 이 경우에는 각 구상 실리카입자군의 평균 입자직경이 그 부근에 있는 작은 측 입자군의 평균 입자직경에 대해 1.4배 이상되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 무기질 충전재의 함유량은 총중량에 대하여 60∼90중량%인 것이 바람직하고, 무기질 충전재중의 구상 실리카입자군의 함유량이 5∼100중량%인 것이 바람직하다.

열경화성 수지 봉지재의 열팽창율을 저하시키기 위해서는 무기질 충전재의 함유량을 증가시키면 되지만, 양호한 유동성을 유지하면서 무기 충전물의 함유율을 높이는 것은 어려운 것으로 생각되어져 왔다. 이에 대해 본 발명자들은 상기 무기질 충전재에 입도 분포가 좁은 구상 실리카입자군을 사용함으로써 양호한 유동성을 유지하면서 무기 충전물의 함유율을 높이는 것이 가능하다는 것을 밝혀내고 본 발명을 완성하게 되었다.

입도 분포가 좁은 것은 입도 분포의 변동계수에 의해서 표시된다. 구상 실리카입자는 입도 분포가 좁을수록 봉지재중의 함유량을 높이더라도 양호한 용융점도와 유동성를 얻을 수 있기 때문에, 본 발명에서는 입도 분포의 변동계수가 10% 이하인 구상 실리카입자군을 사용한다. 변동계수가 8% 이하인 것이 바람직하고, 6% 이하가 보다 바람직하다. 또한, 변동계수는 다음식으로 구할 수 있다.

변동계수 (%) = (표준편차/평균치) × 100

이때 상기 구상 실리카입자군의 평균입자직경은, 지나치게 작으면 얻어지는 봉지재의 강도가 약해지기 때문에 0.01㎛ 이상으로 해야 하고, 0.03㎛ 이상인 것이 바람직하며, 0.05㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편 지나치게 크면, 예를 들어 50㎛ 이하의 미소한 빈틈에 액상 열경화성 수지 봉지재를 주입하는 경우 등에는 봉지재가 빈틈에 들어가기 어렵기 때문에, 10㎛ 이하로 해야 하고, 5.0㎛이 바람직하며, 3.0㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 구상 실리카입자는 진구(眞球; 구형)에 가까운 것이 바람직하고, 입자의 진구정도는 입자의 단입자직경(최단의 입자직경)에 대한 장입자직경(최장의 입자직경)의 비율에 의해 표시된다. 원래 진구라면 그 비율은 1.00이다. 상기 비율이 1.20 보다 커지게 되면, 봉지재중의 구상 실리카입자 함유량이 높은 경우 용융점도가 높아져 유동성이 저하된다. 따라서 무기질 충전재로서 사용하는 구상 실리카입자는 상기 비율이 1.00∼1.20의 범위이어야 하고, 1.10이하인 것이 바람직하며, 1.05이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 다른 평균 입자직경을 갖는 복수의 입자군을 혼합하여 이용함으로써 강도를 높일 수 있고, 내습성도 향상시킬 수 있다. 이는, 봉지재가 필요로 하는 강도에 따라 주요 성분인 구상 실리카입자군의 평균 입자직경을 정하게 되고, 주요 성분의 입자간 간격을 보다 미소한 평균 입자직경을 갖는 구상 실리카입자군의 입자로 충전함으로써 충전 밀도가 보다 커지게 되기 때문인 것으로 판단된다. 예를 들어, 평균 입자직경이 1.5㎛인 입자가 주요 성분인 경우에, 이 입자를 단독으로 사용하는 것보다는 평균 입자직경이 0.3㎛인 입자를 첨가함으로써 보다 높은 강도를 얻을 수 있다. 또한, 이 경우에도 각 구상 실리카입자군은 입도 분포가 좁은 상기 요건을 충족시키는 것이 바람직하다. 입도 분포가 넓은 입자군을 사용하여 혼합하는 경우, 입도 분포의 저변 중합에 의해 이상적인 혼합비를 얻기 위해서는 번잡한 작업이 요구된다.

또한, 이와 같이 다른 입자군을 혼합하여 사용하는 경우에는, 각 군의 평균 입자직경을 그 부근에 있는 작은 측 입자군의 평균 입자직경에 대해 1.4배 이상, 바람직하게는 2배 이상으로 하는 것이 높은 강도를 얻기 위해 효과적이다. 예를 들어, 평균 입자직경이 1.5㎛인 입자를 주요 성분으로 하는 경우, 첨가하는 구상 실리카입자가 1.O㎛ 이하의 평균 입자직경을 갖는 군인 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 평균 입자직경이 2.5㎛인 입자를 주요 성분으로 하는 경우에는, 첨가하는 구상 실리카입자는 1.7㎛ 이하의 평균 입자직경을 갖는 군인 것이 바람직하다.

또한, 혼합하는 입자군의 군수가 많을수록 이론적으로는 높은 효과를 얻을 수 있지만, 실제로는 2∼5개 군을 혼합함으로써 충분한 효과를 얻을 수 있고, 최적 혼합비의 결정이나 품종의 관리도 용이하다.

구상 실리카입자를 주성분으로 하는 무기질 충전재의 봉지재중의 함유량은 통상50중량% 이상이지만, 본 발명에서는 낮은 열팽창율을 얻는 데에 있어서, 봉지재중의 구상 실리카입자의 함유량을 60중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 75중량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 실리카입자 단독으로는 봉지이 불가능하기 때문에 90중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 봉지재에는 본 발명의 특징을 손상시키지 않는 정도라면, 구상 실리카입자 이외의 무기질 충전재를 포함하고 있어도 지장이 없고, 용융 실리카의 분쇄물이나 실리카 이외의 무기질 충전재를 사용할 수도 있다. 또한, 입도 분포가 넓은 구상 실리카입자를 주성분으로 하고, 여기에 입도 분포가 좁은 구상 실리카입자군을 첨가하여 용융점도를 저하시켜 유동성을 향상시키는 방법도 사용할 수 있다. 따라서, 평균 입자직경이 O.O1∼1O㎛ 범위이고, 또한 입도 분포의 변동계수가 1O% 이하인 구상 실리카입자군은 필요한 특성에 따라 무기질 충전재중에 5∼100중량%의 범위로 함유시키는 것이 좋다.

또한, 구상 실리카입자를 함유하는 무기질 충전재는 봉지재속에서 충분히 분산되어 있는 상태가 바람직하고, 사용하는 열경화성 수지에 따라 각종 커플링제를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 커플링제로서 실란계, 티타네이트계, 알루미네이트계 및 지르코알루미네이트계 등의 커플링제를 사용할 수 있다. 그중에서, 실란계 및 알루미네이트계의 커플링제가 바람직하고, 특히 사용하는 열경화성 수지와 반응하는 관능기를 갖는 커플링제가 가장 바람직하다.

본 발명의 구상 실리카입자를 필수 성분으로 함유하는 열경화성 수지 봉지재는 통상 구상 실리카입자, 열경화성 수지, 경화제 및 경화촉진제를 포함하는 것으로서, 필요에 따라 이형제, 난연제, 안료, 가소제, 커플링제, 열가소성 수지류, 중합개시제, 비닐모노머류, 용제, 액상고무류 등을 첨가할 수 있다.

본 발명에 사용되는 열경화성 수지는 일반적으로 반도체 봉지재로서 사용가능한 열경화성 수지라면 아무런 지장이 없으며, 이들의 예로 에폭시수지, 페놀수지, 불포화 폴리에스테르수지, 디아릴프탈레이트수지, 폴리부타디엔수지, 시안산에스테르수지, 말레이미드화합물 등이 포함되고, 이중에서 에폭시수지가 일반적이다. 또한 이들을 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

에폭시수지는 1분자내에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 화합물이며, 이들로는 페놀노볼락 에폭시수지, 크레졸노볼락 에폭시수지, 비스페놀A형 에폭시수지, 비스페놀F형 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 나프탈렌형 에폭시수지, 지환족 에폭시수지, 비환상지방족 에폭시수지, 글리시딜에스테르형 에폭시수지, 폴리글리콜형 에폭시수지 등이 예시될 수 있고, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

또한, 에폭시수지용의 경화제로는 1급 폴리아민, 2급 폴리아민, 3급 폴리아민, 방향족 폴리아민 등의 아민 화합물 및 이들의 부가물, 산무수물, 폴리아미드수지, 폴리설파이트, 폴리설파이드, 트리페닐포스핀, 페놀수지, 멜라민수지, 요소수지 등을 들 수 있으며, 이들 중에서도 페놀수지는 얻어지는 열경화성 수지 봉지재의 내열성 및 내습성이 우수하기 때문에 바람직하다. 경화제의 사용량은 특히 한정되지 않지만, 통상 에폭시 수지의 에폭시 1당량에 대해서 경화제의 활성수소가 0.5∼1.5당량이다.

또한, 에폭시 수지용 경화 촉진제로는 이미다졸류, 아민류, 유기포스핀류, 테트라페닐보론염류, 디아자비시클로운데센 및 그 유도체 등이 예시될 수 있다. 이들 경화 촉진제는 단독으로 또는 2종 이상 병용하여 사용하여도 좋고, 배합량은 통상 에폭시수지 및 경화제의 총중량에 대하여 0.01∼10중량%이다. 한편, 언더필재료 등의 액상 봉지재로서 사용하는 경우에는, 액상 에폭시 수지와 액상 폴리아민을 조합 사용하여 액상 봉지재로 할 수 있다.

또한, 에폭시 수지 이외의 열경화성 수지를 사용하는 경우에는, 이들의 열경화성 수지에 적당한 종래 공지의 경화제나 경화 촉진제를 첨가하여 사용하면 좋다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명할 것이지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니며, 상기 및 이후 의미에 비추어 볼 때 설계 변경하는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위내에 포함되는 것이다.

실시예

구상 실리카입자로서 하기 표 1에 기재된 7종류의 입자를 사용하여 하기 표 2에 기재된 배합량으로 제조하였다. 표 1 및 2에 있어서 구상 실리카입자 A는 (주)니혼쇼쿠바이 제조품「시호스터 KE-P1O」이고, 구상 실리카입자 B는 동사 제조품「시호스터 KE-P30」이며, 구상 실리카입자 C는 동사 제조품「시호스터 KE-P50」이고, 구상 실리카입자 D는 동사 제조품「시호스터 KE-P150」이며, 구상 실리카입자 E는 동사 제조품「시호스터 KE-P250」이고, 또한 구상 실리카입자 F 및 G는 타사 제조품인 구상 실리카 분말이다.

이어서, 제조된 실리카입자 1000 중량부에 대하여

· 에폭시수지[유화쉘(주) 제조「YX-4000H」]: 170 중량부,

· 경화제[페놀계 경화제, 니혼카야쿠(주) 제조

「나프타렌노볼락수지 0CN7000」]: 125 중량부,

· 경화 촉진제[혹코Hokko화학(주) 제조「트리페닐포스핀」]: 4.3 중량부 및

· 이형제(천연칼나바왁스): 5.2 중량부

를 배합하여 90℃의 믹싱롤로 10분동안 혼련한 후, 실온까지 냉각시키고, 분쇄하여 에폭시 수지 봉지재를 제조하였다.

수득한 에폭시 수지 봉지재의 용융 점도를 플로우 테스터[시마즈제작소(주) 제조]를 사용하여 175℃의 온도 및 10kg의 하중 조건에서 측정하였다.

또한, 상기 에폭시 수지 봉지재를 175℃에서 트랜스퍼성형한 후, 175℃/6시간동안 후경화(aftercure)하여 경화물인 시험용 성형체를 얻었다. 이 성형체에 대해 JIS K-6911에 근거하여 구부림강도를 측정하였다. 결과는 표 2에 나타내었다.

상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 변동 계수 10% 이하인 입도 분포가 좁은 구상 실리카입자(A∼E)를 봉지재에 함유시키면 용융 점도가 낮아짐으로써 유동성을 향상시킬 수 있다(실시예 1∼9).

특히, 다른 평균 입자직경을 갖는 복수의 입자군을 병용함으로써 강도를 향상시킬 수도 있다(실시예 1∼6).

이에 대하여, 변동 계수가 10% 보다 큰 입도 분포가 넓은 구상 실리카입자만을 사용한 경우(비교예 1∼3)에는, 용융 점도의 저하가 작아 유동성이 나쁜 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면 무기질 충전재의 함유량을 높여도, 용융 점도가 낮아 유동성이 양호한 열경화성 수지 봉지재를 얻을 수 있다. 특히, 다른 평균 입자직경을 갖는 복수의 입자군을 사용함으로써 강도 등도 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 구상 실리카입자를 주성분으로 하는 무기질 충전재를 함유하는 열경화성 수지 봉지재로서 평균 입자직경이 O.O1∼10㎛ 범위이고 입도 분포의 변동 계수가 10% 이하인 구상 실리카입자군을 적어도 하나 함유함을 특징으로 하는 열경화성 수지 봉지재.
2. 제 1항에 있어서, 무기질 충전재가 구상 실리카입자군을 2개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 봉지재.
3. 제 2항에 있어서, 2개 이상의 구상 실리카입자군에서 각 입자군의 평균 입자직경이 그 부근에 있는 작은 측 입자군의 평균 입자직경에 대해 1.4배 이상인 열경화성 수지 봉지재.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한항에 있어서, 무기질 충전재의 함유량이 총중량에 대해 60∼90중량%인 열경화성 수지 봉지재.
5. 제 1항 내지 제 4항중의 어느 한항에 있어서, 무기질 충전재중에서 구상 실리카입자군의 함유량이 5∼100중량%인 열경화성 수지 봉지재.