KR20000045210A - 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제를 함유하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 있어서, 유리전이온도가 70℃∼90℃인 폴리부타디엔을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 에폭시수지 조성물은 반도체 리드프레임과의 접착강도가 우수하고 수분 흡습률이 낮을 뿐만 아니라 저응력화를 달성할 수 있어 수지 봉지형 반도체 장치의 크랙 발생을 억제할 수 있는 이점을 갖는다.
Description
본 발명은 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제를 함유하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 있어서, 유리전이온도가 70℃∼90℃인 폴리부타디엔을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되고 있으며 이에 따른 배선의 미세화, 소자 크기의 대형화 및 다층배선화가 급속히 진전되고 있다. 한편 반도체소자를 외부환경으로부터 보호하는 패키지(Package)는 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점으로부터 소형·박형화가 가속화되고 있다.
이와 같이 대형 반도체 소자를 소형·박형 패키지에 봉지한 수지 봉지형 반도체 장치에서는 외부환경의 온도 및 습도변화에 따른 열응력에 기인하여 패키지 크랙이 많이 발생하므로 고장 발생의 빈도가 매우 높아지게 된다. 따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 성형재료의 고신뢰성화가 강하게 요구되는데, 성형재료의 신뢰성을 향상시키기 위한 구체적인 방법으로는 저응력화를 위해 탄성률을 낮추는 방법, 열팽창계수를 낮추는 방법 등이 소개되어 있고, 이외에도 반도체 리드프레임과의 접착력을 향상시켜 리드프레임과 에폭시수지조성물 사이의 계면을 통한 수분 침투 및 열사이클에 따른 계면 박리를 억제시키키는 방법 및 무기충전제를 고충전하여 수분 흡습량을 저하시키는 방법 등이 사용되고 있다.
저응력화를 위해 탄성률을 낮추는 방법으로는, 일본 특개소 63-1894호 및 일본특개평 5-291463호에서와 같이 각종 고무 성분에 의한 개질이 검토되어 열적 안정성이 우수한 실리콘 중합체를 배합, 개질시킨 에폭시수지 성형재료가 폭 넓게 채택되고 있다. 이 방법에서 실리콘 오일은 성형재료의 기저 수지인 에폭시수지 및 경화제와 상용성이 없기 때문에 기저 수지중에 미립자 분산되므로 내열성을 유지한채 탄성률을 낮출 수 있다.
열팽창계수를 낮추는 방법과 관련해서는 열팽창계수가 낮은 무기 충전제의 충전량을 늘리는 방법이 최선이나, 무기충전제의 충전량을 증가시키면 에폭시수지 성형재료의 유동성이 저하되고 탄성이 높아지는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여 일본 특개소 64-11355호에는 구형 충전제의 입도 분포와 입도의 조절을 통하여 다량의 충전제를 배합할 수 있는 기술이 개시되어 있다.
에폭시수지 조성물과 리드프레임과의 접착강도를 강화시키는 방법으로 현재까지 제안된 것은 그리 많지 않으나 고접착성의 에폭시수지 또는 경화제를 적용함으로써 접착성을 향상시키는 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 한편, 열경화성 수지 조성물에 벤조트리아졸 등의 안식향산 유도체(benzoic acid derivatives)를 방청효과를 위한 첨가제로서 적용하여 금속과의 접착력을 향상시키는 방법도 있으나(예를 들어, 일본특개소 52-71543호), 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에서는 이와 같은 경우를 찾아볼 수 없다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 저탄성률화를 달성하고 리드프레임과의 접착강도를 향상시킴으로써 솔더 내크랙성이 우수한 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제를 함유하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 있어서, 유리전이온도가 70℃∼90℃인 폴리부타디엔을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물을 제공하는 것이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 에폭시수지를 기본으로 하고, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제를 함유하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 있어서, 유리전이온도가 70℃∼90℃인 폴리부타디엔을 에폭시수지 100 중량부에 대해 0.5∼5.0 중량부 함유하는 것을 특징으로 하는 에폭시수지 조성물이다.
본 발명의 조성물중 에폭시수지는 당량이 100∼200이고 불순물 함량이 10ppm 이하인 고순도의 에폭시수지로서 1분자중 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것이면 어느 것이라도 적용 가능하다. 예를 들면 일반적으로 사용되는 크레졸 노블락 수지, 페놀 노블락 수지, 바이페닐, 비스페놀 A, 디사이클로펜타디엔 등을 단독 또는 2종류 이상 병행해서 사용할 수 있지만, 내열크랙성, 성형성의 관점에서 에폭시 당량이 180∼220인 올소 크레졸 노블락형 에폭시수지를 50중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 조성물중 에폭시수지의 함량은 전체 조성물에 대해 3.5∼16.0 중량%이다.
본 발명에서 경화제로는 2개 이상의 수산기를 갖고 수산기 당량이 100-200인 통상의 페놀 노블락 수지, 크레졸 노블락 수지, 자일록(Xylok)수지, 디사이클로펜타디엔 수지 등의 수지를 단독 또는 2 종류 이상 병행하여 사용할 수 있다. 그러나 가격 및 성형성의 관점에서 페놀 노블락형 수지를 경화제 전체의 50 중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다. 에폭시수지와 경화제의 조성비는 수산기 당량에 대한 에폭시 당량이 0.8∼1.2인 것이 좋으며, 또한 경화제의 사용량은 전체 조성물에 대하여 2.0∼10.0 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에서 상기 에폭시수지와 경화제 사이의 경화반응을 촉진하기 위해 첨가되는 경화촉진제의 예들은 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류, 테트라페닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등을 포함한다. 본 발명에서 상술한 바와 같은 경화촉진제는 1종을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상을 병용해도 좋으며, 그 함량은 에폭시수지 조성물에 대하여 0.10 ∼0.35 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 무기충전제는 그 평균입도가 0.1∼35.0㎛인 고순도 용융 또는 합성 실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 충전량은 조성물 전체에 대해 72중량% 이상 사용하는 것이 좋다. 무기충전제를 72중량% 미만의 양으로 사용할 경우에는 충분한 강도와 저열팽창화를 실현할 수 없다. 다만, 무기충전제의 충전량 상한선은 성형성을 고려하여 선정하여야 하는데, 바람직하게는 88 중량% 이하를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 각형과 구형의 실리카를 각형과 구형의 조성비가 7/3 - 0/10인 혼합형태로 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 사용된 폴리부타디엔은 유리전이온도 값이 70℃∼90℃로 니이딩 공정에서 충분한 혼련이 일어날 수 있는 성질을 갖는 것으로서 에폭시수지 100 중량부에 대해 0.5∼5.0 중량부를 분말상태 또는 멜트 매스터 배치(Melt master batch)로 적용한다. 폴리부타디엔의 적용량이 에폭시수지 100 중량부에 대해 0.5 중량부 미만이면 충분한 저응력화 및 내크랙성을 실현할 수 없고, 이와 대조적으로 5.0 중량부를 초과하면 오히려 접착강도의 저하를 초래하여 내크랙성을 감소시키게 되므로, 본 발명에서 폴리부타디엔의 적용량은 상기 범위내인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 반도체 소자 봉지형 에폭시수지 조성물에는 상기 5가지 기본 성분 이외에도 난연제, 난연조제, 표면처리제, 커플링제, 착색제, 이형제, 가소성 부여제 등이 필요에 따라 첨가될 수 있다.
본 발명에서 난연제로는 브로모화 에폭시 수지를 사용할 수 있고, 난연조제로는 삼산화안티몬, 수산화알루미나, 오산화안티몬 등을 사용할 수 있다. 가소성 부여제로는 통상적으로 실리콘 고무나 에폭시 변성 실리콘 오일을 사용할 수 있고, 이형제로서는 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등을 사용할 수 있다. 이 밖에 착색제로는 카본블랙, 유·무기염료 등을 사용할 수 있고, 커플링제로는 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란 등의 실란계 커플링제가 사용되는데, 특히, γ-글리시톡시 프로필 트리메톡시실란을 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 반도체 봉지형 에폭시 수지 조성물은 일반적으로 소정의 배합량의 각 성분들을 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 1차로 균일하게 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더를 이용하여 용융 혼련하고나서 냉각시키고 분쇄기를 이용하여 분쇄함으로써 최종 분말 제품을 수득하는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 에폭시수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 봉지하는 방법으로는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 사출성형법(Injection Molding) 또는 캐스팅(Casting) 등의 방법으로도 성형할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-3
본 발명의 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물을 제조하기 위해 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하고, 이어서 상기 1차 조성물을 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100℃에서 7분간 용융혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종의 에폭시수지 조성물을 제조하였다.
이렇게 하여 수득된 에폭시수지 조성물에 대하여 시험편을 제작, 175℃에서 6시간 후경화시킨 뒤, 알로이 42 및 구리 리드프레임과의 접착강도와 굴곡계수를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한 알로이 42 및 구리의 리드프레임을 사용하여 48 리드의 QFP(Quad Flat Package) 반도체 패키지를 성형하여 후경화시킨 후 85℃, 85% RH의 조건에서 각각 168시간 동안 흡습시킨 뒤, 245℃, 10초동안 IR 리플로우를 3회 통과시켜 전처리를 실시하고 패키지 크랙을 관찰하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
[물성 평가 방법]
*접착강도; 하중속도 5㎜/min, 하중 100㎏의 사용조건에서 U.T.M을 사용하여 시편의 접착강도를 측정하였다.
* 흡습률(%); 프리컨디션 전후의 시험편의 무게를 측정하여 하기 수식에 따라 흡습률을 측정하였다.
상기 수식에서, W1은 프리컨디션 이전의 시험편의 무게이고,
W2는 프리컨디션 이후의 시험편의 무게이다.
* 크랙발생률; 프리컨디션 후 열충격 환경시험기에서 1,000 사이클 경과후 비파괴 검사기인 SAT(Scanning Acoustic Tromograph)로 크랙발생 갯수를 측정하였다.
비교예 1-3
하기 표 1에 나타난 바와 같이 최종 에폭시수지 조성물의 조성을 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 에폭시수지조성물을 제조하고 알로이 42 및 구리 리드프레임과의 접착강도 및 굴곡계수를 측정한 후 동일한 방법으로 QFP 반도체 패키지를 제작하고 흡습률 및 패키지 크랙을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
| 구 성 성 분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | |
| 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물의 조성 | |||||||
| 에폭시수지 | 15.35 | 7.62 | 7.70 | 15.38 | 7.52 | 7.85 | |
| 경화제 (페놀 노블락 수지) | 9.19 | 4.75 | 4.80 | 9.22 | 4.68 | 4.90 | |
| 경화촉진제(트리페닐포스핀) | 0.32 | 0.16 | 0.16 | 0.32 | 0.16 | 0.16 | |
| 충전제(실리카) | 72 | 85.0 | 85.0 | 72.0 | 85.0 | 85.0 | |
| 폴리부타디엔 | 0.08 | 0.38 | 0.25 | 0 | 0.55 | 0 | |
| 커플링제(γ-글리시톡시프로필 트리메톡시실란) | 0.58 | 0.68 | 0.68 | 0.58 | 0.68 | 0.68 | |
| 가소성부여제(에폭시 변성실리콘오일) | 1.53 | 0.76 | 0.76 | 1.54 | 0.76 | 0.76 | |
| 착색제(카본블랙) | 0.35 | 0.35 | 0.35 | 0.35 | 0.35 | 0.35 | |
| 이형제 (카르나우바왁스) | 0.60 | 0.30 | 0.30 | 0.61 | 0.30 | 0.30 | |
| 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물의 물성 | |||||||
| 굴곡계수(㎏f/㎟) | 1520 | 1730 | 1750 | 1610 | 1710 | 1850 | |
| 접착강도(㎏/㎟) | 알로이 42 | 1.17 | 1.71 | 1.79 | 1.10 | 1.68 | 1.59 |
| 구리 | 0.55 | 1.26 | 1.35 | 0.42 | 0.92 | 0.47 | |
| 흡습률 | 168 시간 | 0.34 | 0.29 | 0.27 | 0.37 | 0.32 | 0.33 |
| 크랙발생률(크랙수/시편수) | 알로이 42 | 0/25 | 0/25 | 0/25 | 3/25 | 0/25 | 1/25 |
| 구리 | 1/25 | 0/25 | 0/25 | 13/25 | 3/25 | 2/25 |
상기 표 1을 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 에폭시수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 봉지할 경우 리드프레임과의 접착강도가 우수하고 저흡습률을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 내크랙성이 향상된 반도체 소자를 수득할 수 있다.
본 발명의 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물은 리드프레임과의 접착강도가 우수하고 수분흡습률이 낮아 그 신뢰성이 우수하므로, 수지 봉지형 반도체 장치의 봉지에 응용시 내크랙성이 우수한 반도체 장치를 제공할 수 있다.
Claims (2)
- 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제를 함유하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 있어서, 유리전이온도가 70℃∼90℃인 폴리부타디엔을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 폴리부타디엔의 함량이 에폭시수지 총량 100중량부에 대하여 0.5∼5.0 중량부인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980061765A KR20000045210A (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 |
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|---|---|
| KR20000045210A true KR20000045210A (ko) | 2000-07-15 |
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ID=19568465
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| KR1019980061765A KR20000045210A (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 |
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| KR (1) | KR20000045210A (ko) |
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1998
- 1998-12-30 KR KR1019980061765A patent/KR20000045210A/ko not_active Application Discontinuation
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