KR20000046091A - 내크랙성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제로 이루어진 에폭시 수지 조성물에 2-머캅토벤즈이미다졸을 에폭시 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 3.0중량부 및 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 전체 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5중량부 추가로 포함하여 구성되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 반도체 소자 봉지용으로 사용하였을 때 반도체용 구리 리드프레임과의 접착강도가 우수하고 저응력화를 달성할 수 있어 반도체 패키지의 크랙발생을 억제할 수 있게된다.
Description
본 발명은 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제로 이루어진 에폭시 수지 조성물에, 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2-머캅토벤즈이미다졸(2-mercaptobenzimidazole, MBI)0.1 내지 3.0중량부 및 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 전체 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5중량부 추가로 첨가함으로써 내크랙성을 향상시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
최근 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되고 있으며, 이에 따른 배선의 미세화, 소자크기의 대형화, 셀면적의 축소 및 다층배선화가 급속히 진전되고 있다. 한편, 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하는 패키지(package)는 프린트 기판으로의 고밀도실장 즉, 표면실장이라는 관점으로부터 소형, 박형화가 가속화되고 있다.
이와 같이 대형 반도체 소자를 소형, 박형 패키지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 외부환경의 온도 및 습도변화에 따른 열응력에 기인하여 패키지 크랙 또는 알루미늄 패드 부식발생등으로 고장발생의 빈도가 높아지게 된다. 이에 따라서 밀봉용 에폭시 수지 봉지재료의 내크랙성, 저응력화를 통한 고신뢰성 반도체 소자 에폭시 봉지재가 요구되어왔다.
이와 같은 요구를 만족하기 위해 종래의 기술로 제안되어 있는 것으로는 저응력화를 달성하기 위해 탄성율을 낮추는 방법, 열팽창계수를 낮추는 방법등이 있고, 외부 수분의 흡습을 방지하기 위하여 무기충진재를 고충전하여 수분 흡습량을 저하시키는 방법과 에폭시 수지 종류 및 기타 첨가제를 이용하여 칩 또는 리드프레임과 반도체 소자 밀봉용 봉지재와의 밀착성을 증가시키는 방법등도 제안되어 있다.
저응력화를 위해 탄성율을 낮추는 방법으로, 일본국 특개소 63-1894호 및 일본국 특개평 5-291436호에서는 각종 고무성분에 의한 개질을 제안하며 열적 안정성이 우수한 실리콘 중합체를 배합하여 개질시킨 에폭시 수지 성형재료를 제시하였다. 이 방법에서 실리콘 오일은 성형재료의 기초수지인 에폭시수지 및 경화제와 상용성이 없기 때문에 기초수지중에 미립자가 분산되므로 내열성을 유지한채 저탄성율을 이룰 수 있었다.
또, 저열팽창화에 대해서는 열팽창계수가 낮은 무기충전제의 충전량을 늘리는 방법이 제안되어 있는데, 무기충전제의 충전량 증가에 따른 에폭시 수지 성형재료의 저유동성과 고탄성이 문제가 되나 일본국 특개소 64-11355호에서는 구형 충전제를 사용하고 그 입도 분포와 입자크기의 조절함으로써 다량의 충전제를 배합할 수 있는 기술을 제안하였다.
에폭시 수지 조성물과 리드프레임과의 접착강도를 강화시키는 방법으로 현재까지 제시된 것은 그다지 많지는 않으나, 고접착성의 에폭시 또는 경화제를 적용함으로써 접착성을 향상시키는 방법이 가장 일반적으로 사용되는 방법중 하나이다. 그외에 일본국 특개소 52-71543호에서는 열경화성 수지 조성물에 벤조트리아졸 등의 안식산 유도체(benzoic acid derivatives)를 방청효과를 위한 첨가제로서 적용하여 금속과의 접착력을 향상시키는 방법을 제안하고 있으나, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에서는 이와 같은 경우를 찾아볼 수 없고, 특히 구리 리드프레임에 대해서는 그 접착력이나 열선 팽창계수에 대한 개선이 이루어지지 않고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에폭시 수지 조성물에 2-머캅토벤즈이미다졸 및 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 첨가하여 구리 리드프레임과의 접착강도를 향상시킴으로써 솔더 내크랙성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충진제로 이루어진 에폭시 수지 조성물에 에폭시 수지 100중량부에 대하여 2-머캅토벤즈이미다졸을 0.1 내지 3.0중량부 및 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 전체 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5중량부 첨가하여 구성되는 고접착강도 및 내크랙성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 사용되는 에폭시 수지는 당량이 100 내지 200이며, 불순물 함량이 10ppm이하인 고순도의 에폭시 수지로서 1분자중 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고 어느 것이라도 적용가능하다. 즉, 예를 들면 일반적으로 사용되는 크레졸 노볼락수지, 페놀 노볼락수지, 바이페닐, 비스페놀A, 디사이클로펜타디엔 등을 단독 또는 2종 이상 병행하여 사용할 수 있지만 내열크랙성, 성형성의 관점에서 에폭시 당량이 180∼220인 올소크레놀 노볼락형 에폭시 수지를 50중량% 이상 사용하는 것이 바람직하고, 전체 조성물에 대하여는 3.5 내지 10.0중량%로 사용한다.
본 발명에서 사용되는 경화제로는 2개 이상의 수산기를 갖고 수산기 당량이 100∼200인 통상의 페놀 노볼락수지, 크레졸 노볼락수지, 자일록수지, 디사이클로펜타디엔 수지 등으로부터 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용할 수 있으나 가격 및 성형성 관점에서 볼 때 페놀 노볼락형 수지를 경화제 전체의 50중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지와 경화제의 조성비는 수산기 당량에 대한 에폭시 당량이 0.8 내지 1.2인 것이 바람직하며, 그 사용량은 전체 조성물에 대하여 2.0 내지 10.0중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 경화촉진제는 상기 에폭시 수지와 경화제의 경화반응을 촉진하기 위해 필요한 성분으로, 예를 들면 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류, 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기포스핀류, 테트라페닐포스포니움테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염등으로부터 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용할 수 있으며, 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.10 내지 0.35중량%이다.
본 발명에서 사용되는 무기충전제는 그 평균입자가 0.1 내지 35.0㎛인 용융 또는 합성실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 충전량은 조성물 전체에 대하여 72중량% 이상 사용하는 것이 좋은데, 이는 72중량% 미만으로 사용하는 경우에는 충분한 강도와 저열팽창화를 실현할 수 없기 때문이다. 아울러, 무기충전제의 충전량 상한선은 성형성을 고려하여 선정하는 것이 바람직하며, 88중량% 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 각형과 구형의 실리카를 구성 조성비를 7/3 내지 0/10로 하여 혼합한 형태가 좋으며 고순도의 제품일 것이 요구된다.
본 발명에서 사용되는 2-머캅토벤즈이미다졸(MBI)은 니이딩 공정에서 충분한 혼련이 일어날 수 있는 성질을 갖는 것으로써 에폭시 수지 100중량부에 대해 0.1 내지 3.0중량부를 분말상태 또는 용융 마스터 배치로 사용하고, 3-머캅토프로필트리메톡시실란은 믹싱공정에서 0.1 내지 0.5중량부의 양으로 분무하여 첨가한다. 2-머캅토벤즈이미다졸의 사용량이 0.1중량부 미만인 경우에는 충분한 내크랙성을 발현할 수 없으며, 반면에 3.0중량부를 초과하는 경우에는 오히려 접착강도의 저하를 초래하여 내크랙성이 감소하게 된다. 한편, 3-머캅토프로필트리메톡시실란의 함량이 0.1중량부 미만으로 사용하는 경우에는 2-머캅토벤즈이미다졸과의 상승효과를 기대하기 어렵고, 0.5중량부를 초과하는 경우에는 초과하는 분량만큼의 효과상승이 증가하지 않으므로 경제적 측면에서 바람직하지 못하다.
이상, 상술한 각 구성성분외에도 본 발명에서는 브로모에폭시의 난연제, 삼산화안티몬, 수산화알루미나, 오산화안티몬 등의 난연조제, 고급지방산, 고급지방산금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙, 유.무기염료 등의 착색제, 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란 등의 커플링제 등을 필요에 따라 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기와 같은 원재료를 이용하여 에폭시 수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량으로 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤 롤밀이나, 니이더로 용융 혼련하며 냉각, 분쇄과정을 거쳐 최종 분말제품을 얻는 방법을 사용할 수 있다.
상기와 같이 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 봉지하는 방법으로는 저압트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 인젝션(injection)성형법이나, 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1∼3
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하기 위해 표 1에 나타낸 것과 같이 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 제조하였으며, 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100℃에서 7분간 용융 혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
이와 같이 수득된 에폭시 수지 조성물에 대하여 시험편을 제작하여 175℃에서 6시간 후경화시킨 뒤, 얼로이 42와 구리 리드프레임과의 접착강도 및 굴곡계수를 측정하였다. 또한, 구리의 리드프레임을 사용하여 48 TQFP를 성형하였으며, 후경화시킨 후 85℃, 85%RH의 조건에서 각각 168시간 동안 흡습시킨 뒤, 245℃에서 10초동안 IR리플로우를 통과시켜 전처리를 실시하고 패키지 크랙을 관찰하여 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 1∼3
표 1에 표시한 바와 같이 각 성분을 주어진 조성대로 정량하여 실시예와 같은 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하였으며, 접착강도와 굴곡계수의 측정 및 패키지크랙을 관찰하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 봉지하는 경우 구리 리드프레임과의 접착강도가 우수하게되고, 이로 인해 크랙발생을 억제할 수 있는 양호한 반도체 소자를 수득할 수 있게된다.
Claims (3)
- 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제로 이루어진 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 조성물에 2-머캅토벤즈이미다졸 및 3-머캅토프로필트리메톡시실란을 추가로 포함하여 구성되는 내크랙성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 2-머캅토벤즈이미다졸은 에폭시 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 3.0중량부로 첨가하는 것을 특징으로 하는 내크랙성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 상기 3-머캅토 프로필트리메톡시실란은 전체 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5중량부로 첨가하는 것을 특징으로 하는 내크랙성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
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