KR20020056072A - 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에폭시 수지 또는 경화제 성분으로 하기 화학식 3으로 표시되는 수지를 단독으로 사용하거나, 또는 에폭시 수지 또는 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 수지와 혼합하여 사용하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물을 반도체 소자 봉지용으로 사용하면 리드 프레임과 에폭시 수지 조성물간의 부착력이 향상되고, 솔더 리플로우 공정후 계면 박리가 감소하여 팩키지의 신뢰성이 월등이 향상된다.
<화학식 3>

Description

반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 {Epoxy resin composition for sealing semiconductor element}
본 발명은 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 특정 구조의 에폭시 수지 또는 경화제를 포함하여 리드 프레임(lead frame)과 에폭시 수지 조성물간의 부착력이 향상되고, 솔더 리플로우(solder reflow) 공정후에도 계면 박리가 감소하여 팩키지의 신뢰성을 월등이 향상시키는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 소자의 제조단계는 패턴설계단계, 기판제작단계, 부품삽입단계, 솔더링(soldering)단계, 컷팅단계 및 세척단계로 크게 나누어 볼 수 있다. 상기 솔더링 단계의 솔더 리플로우 공정은 다른 단계의 온도보다 20℃이상 높은 고온의 납용액으로 급속히 처리되기 때문에 반도체 소자의 봉지재(sealing material)의 신뢰성이 특히 요구되며 이러한 품질이 최종 반도체 소자의 품질을 좌우하는 큰 요인이 되고 있다.
이러한 경향에 따라 기존의 반도체 봉지재 대신 260℃ 이상의 솔더 리플로우 공정에서도 크랙(crack)이나 계면 박리현상을 발생시키지 않는 고신뢰성 봉지재가 요구되고 개발되어 오고 있다.
예를 들어, 종래에는 에폭시 수지와 하기 화학식 1로 표시되는 페놀 노블락형 경화제를 포함하는 조성물과, 하기 화학식 2로 표시되는 자일록형 경화제를 포함하는 조성물이 공지되어 있지만, 이들 종래기술의 조성물을 적용할 경우에는 260℃ 이상의 솔더 리플로우 공정에서는 크랙이 심하게 생기거나 리드 프레임과 봉지재 간의 계면박리 현상이 심하게 일어나는 문제점이 있었다.
여기서, n은 0 내지 10의 정수이다.
여기서, n은 0 내지 10의 정수이다.
이에 본 발명자들은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하고, 고온의 솔더 리플로우 공정후에도 봉지재의 고신뢰성을 유지할 수 있는 조성물을 연구검토한 결과, 특정구조를 갖는 에폭시 수지 또는 페놀 수지를 사용함으로써 신뢰성이 월등히 향상되는 것을 발견하였으며, 이를 기초로 하여 본 발명이 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 제조단계의 260℃ 이상의 고온의 솔더 리플로우 공정에서도 크랙이나 계면 박리현상을 발생시키지 않는 고신뢰성 봉지재로서 에폭시 수지 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충진제, 난연제, 착색제 및 기타 첨가제로 이루어진 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지 또는 경화제 성분으로 하기 화학식 3으로 표시되는 수지를 단독으로 사용하거나, 또는 오르소 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 노블락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 나프탈렌형 페놀 수지 및 디시글로페타디엔형 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 수지와 혼합하여 사용하며, 하기 화학식 3로 표시되는 수지가 전체 에폭시 수지 또는 경화제의 함량 중 적어도 10중량%로 사용된다.
여기서, R1은 OH 또는이고,
R2는,,,,,로 이루어진 군으로부터 선택되며 이 때 X는 O 또는 S이고, Y는 N 또는 P이며, R3는 H, 또는 탄소수가 1∼18인 알킬기 및 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고, n은 1 내지 10의 정수이다.
도 1은 본 발명에 따른 조성물의 프레임과의 부착성을 실험하기 위한 장치이다.
* 부호의 간단한 설명 *
1) 에폭시 수지 조성물, 2) 구리 프레임
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물은 상기 화학식 3로 표시되는 수지를 단독으로 사용하거나, 또는 오르소 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 노블락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 나프탈렌형 페놀 수지 및 디시글로페타디엔형 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 통상의 수지와 혼합하여 사용하는데, 이때 상기 화학식 3로 표시되는 수지가 전체 에폭시 수지 또는 경화제의 함량 중 적어도 10중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 화학식 3으로 표시되는 수지의 함량이 전체 에폭시 수지 또는 경화제 함량의 10중량% 미만인 경우에는 본 발명에서 목적으로 하는 고신뢰성을 달성할 수 없게 되며, 더욱 바람직하게는 20중량% 이상을 적용한다.
상기 화학식 3에 있어서, R1은 OH 또는이며,
R1이 OH인 경우에는 이 수지는 경화제로서 단독으로 사용되거나, 노블락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 나프탈렌형 페놀 수지, 및 디시클로펜타디엔형 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 페놀 수지와 혼합하여 사용가능하며, R1이 OH인 경우의 화학식 3의 수지의 함량은 전술한 바와 같이 전체 경화제 함량의 적어도 10중량%, 바람직하게는 20중량%이상이다.
또한, R1이인 경우에는 이 수지는 에폭시 수지로서 단독으로 사용되거나, 오르소 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 및 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 에폭시 수지와 혼합하여 사용가능하며, R1이인 경우의 화학식 3의 수지의 함량은 전술한 바와 같이 전체 에폭시 수지 함량의 적어도 10중량%, 바람직하게는 20중량%이상이다.
한편, R2는,,,,,로 이루어진 군으로부터 선택되며 이 때 X는 O 또는 S이고, Y는 N 또는 P이며,
여기서 R3는 H, 또는 탄소수가 1∼18인 알킬기 및 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고,
n은 1 내지 10의 정수이다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 5 내지 15중량%의 에폭시 수지, 3 내지 15중량%의 경화제, 0.1 내지 1.0중량%의 경화 촉진제, 70 내지 90중량%의 무기 충진제, 1.0중량% 이내의 착색제, 2중량% 이내의 난연제, 1 내지 5중량%의 기타 첨가제를 포함한다.
본 발명에서 사용되는 무기 충진제로는 고순도의 천연실리카, 합성실리카,용융실리카, 알루미나 등을 들 수 있으며, 성상은 구상 및 각상을 모두 적용할 수 있다. 본 발명에서 목적하는 고신뢰성을 달성하기 위해서는 70 내지 90중량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 90중량%를 적용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 일반적으로 적용되는 착색제, 난연제, 경화촉진제 및 이형제, 탁색제, 커플링제 및 개질제등의 기타 첨가제를 사용할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물은 각 원료들을 믹싱한 후 용융 혼합기(Kneader)를 이용하여 100℃ 내지 130℃의 온도에서 용융 혼합하여 상온으로 냉각시키고 분말상태로 분쇄한 후 블렌딩 공정을 거치는 일반적인 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 화학식 4로 표시되는 에폭시 수지(Ukashell사제품, 제품명: YX 4000, 수산화기 당량=185g/eq)를 사용하고, 하기 화학식 5로 표시되는 경화제(수산화기 당량=182g/eq)를 하기 표 1의 조성비로 계량하여 브롬에폭시, 실리카, 첨가제 및 경화촉진제 등의 기타의 구성 원료들과 함께 믹싱한 후 용융 혼합, 냉각, 분쇄, 블렌딩 공정을 거치고 일정크기로 타정하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
여기서, n은 1 내지 10의 정수이다.
이렇게 제조된 에폭시 수지 조성물을 이용하여 가열이송 성형기(압력=70㎏/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 부착력 측정용 시편을 제작하여 항온항습(85℃/85% RH) 조건에서 흡습시키기 전후에 부착력을 측정하였고, SiN 칩이 부착된 TQFP 팩키지(바디사이즈: 24㎜×24㎜, 패드사이즈: 12.5㎜×12.5㎜, 다이사이즈: 11㎜×11㎜, 176 리드, 더블링 플랫팅(double ring plating))에 몰딩한 다음, 175℃에서 6시간동안 후경화시키고, 항온항습(85℃/85% RH)조건에서 흡습시킨 후 IR-리플로우(최고온도 260℃)를 3회 연속 인가한 후에 초음파 탐상기(SAT)를 이용하여 리드 프레임과 봉지재 간의 계면 박리현상을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
상기 화학식 4로 표시되는 에폭시 수지(Ukashell사제품, 제품명: YX 4000, 수산화기 당량=185g/eq), 상기 화학식 1로 표시되는 수지(Meiwba사 제품, HF, 수산화기 당량=106g/eq)와 상기 화학식 5로 표시되는 수지(수산화기 당량=182g/eq)의 경화제를 하기 표 1의 조성비로 계량한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.
실시예 3
상기 화학식 4로 표시되는 에폭시 수지(Ukashell사제품, 제품명: YX 4000, 수산화기 당량=185g/eq), 상기 화학식 2로 표시되는 수지(Meiwba사 제품, MEH7800SS, 수산화기 당량=175g/eq)와 상기 화학식 5로 표시되는 수지(수산화기 당량=182g/eq)의 경화제를 하기 표 1의 조성비로 계량한 것을 제외하고는 상기 실시예1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1∼3
상기 화학식 4로 표시되는 에폭시 수지(Ukashell사제품, 제품명: YX 4000, 수산화기 당량=185g/eq), 상기 화학식 1로 표시되는 수지(수산화기 당량=106g/eq), 및 상기 화학식 2의 수지(수산화기 당량=175g/eq)의 경화제를 하기 표 1의 조성비로 계량한 것을 제외하고는 상기 실시예 1∼3과 동일하게 실시하였다.
구분 단위 실싱예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
화학식 1 중량% 2.7 4.5 2.65
화학식 2 중량% 3.05 6 2.65
화학식 4 중량% 5.9 6.6 5.9 7.5 6 6.7
화학식 5 중량% 6.1 2.7 3.05
브롬에폭시 중량% 1 1 1 1 1 1
실리카 중량% 84 84 84 84 84 84
첨가제 중량% 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8 2.8
경화촉진제 중량% 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
물성 평가 결과
부착력(흡습전) MPa 3.9 3.4 3.6 2.9 3.2 2.9
부착력(흡습후) MPa 3.6 3.1 3.5 2.5 2.7 2.6
계면 박리*(페드상부) % 8 12 0 100 80 80
계면 박리(페드하부) % 0 7 5 55 12 36
계면박리*: EMC와 L/F 사이의 부착력
실시예 4∼5
상기 화학식 4로 표시되는 에폭시 수지(에폭시 당량=185g/eq) 및 하기 화학식 6로 표시되는 에폭시 수지(에폭시 당량=220g/eq)와 함께, 상기 화학식 1의 수지(수산화기 당량=106g/eq)의 경화제를 하기 표 2의 조성비로 계량하고 기타의 구성 원료들과 함께 믹싱한 후 용융 혼합, 냉각, 분쇄, 블렌딩 공정을 거치고 일정크기로 타정하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
여기서,n은 1 내지 10의 정수이다.
이렇게 제조된 에폭시 수지 조성물을 이용하여 가열이송 성형기(압력=70㎏/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 부착력 측정용 시편을 제작하여 항온항습(85℃/85% RH) 조건에서 흡습시키기 전후에 부착력을 측정하였고, SiN 칩이 부착된 MQFP 팩키지(바디사이즈: 28㎜×28㎜, 208 리드)에 몰딩한 다음, 175℃에서 6시간동안 후경화시키고, 항온항습(85℃/85% RH)조건에서 흡습시킨 후 IR-리플로우(최고온도 260℃)를 3회 연속 인가한 후에 초음파 탐상기(SAT)를 이용하여 리드 프레임과 봉지재 간의 계면 박리현상을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 4
상기 화학식 4로 표시되는 에폭시 수지(에폭시 당량=185g/eq) 및 상기 화학식 1의 수지(수산화기 당량=106g/eq)의 경화제를 하기 표 2의 조성비로 계량한 것을 제외하고는 상기 실시예 4∼5와 동일하게 실시하였다.
구분 단위 실시예 4 실시예 5 비교예 4
화학식 1 중량% 8 4 4.5
화학식 4 중량% 4 7.5
화학식 6 중량% 4 4
브롬에폭시 중량% 1 1 1
실리카 중량% 84 84 84
첨가제 중량% 2.8 2.8 2.8
경화촉진제 중량% 0.2 0.2 0.2
물성 평가 결과
부착력(흡습전) MPa 3.8 3.7 2.8
부착력(흡습후) MPa 3.6 3.4 2.3
팩키지 박리(패드상부) % 10 30 50
팩키지 박리(패드하부) % 0 10 34
각 물성의 측정 방법은 다음과 같다.
※ 부착력 측정
도 1과 같은 형태의 시편을 제작하기 위해 구리 프레임과 몰드를 이용하여 가열이송 성형기(압력=70kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 몰딩한 후 175℃의 오븐에서 6시간동안 후경화시킨 다음, 85℃/85% RH 조건에서 48시간동안 방치하기 전과 후에 UTM(Universal Testing Machine)으로 도 1의 화살표 방향으로 인장력을 가하면서 구리 프레임이 에폭시 수지 조성물과 떨어지는 지점의 부하를 측정하여 부착력 값(MPa)으로 환산한다.
※ 팩키지 박리 측정
SiN 칩이 부착된 MQFP 팩키지(바디 사이즈: 28㎜×28㎜, 208 리드)몰드를 이용하여 가열이송 성형기(압력=70㎏/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 몰딩한 다음, 175℃에서 6시간동안 후경화시키고 항온항습(85℃/85% RH) 조건에서 48시간동안 흡습시킨 후, IR-리플로우(최고온도=260℃)를 3회 연속 인가한 후에 초음파 탐상기(SAT)를 이용하여 팩키지 패드부분의 박리율(%), 즉 봉지재와 패드 상부 및 SiN칩 표면간의 계면 봉지재와 패드하부의 리드 프레임 간의 계면박리율(%)을 각각 10 캐비티(cavity)씩 측정하여 평균값을 얻는다.
상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 봉지할 경우, 리드 프레임과 에폭시 수지 조성물과의 부착력이 향상되고, 솔더 리플로우 공정 후에도 계면 박리가 감소하여 팩키지의 신뢰성이 월등이 향상됨을 볼 수 있다.

Claims (2)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충진제, 난연제, 착색제 및 기타 첨가제로 이루어진 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시 수지 또는 경화제 성분으로 하기 화학식 3으로 표시되는 수지를 단독으로 사용하거나, 또는 오르소 크레졸 노블락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 노블락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 나프탈렌형 페놀 수지 및 디시글로페타디엔형 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 수지와 혼합하여 사용하며, 하기 화학식 3로 표시되는 수지가 전체 에폭시 수지 또는 경화제의 함량 중 적어도 10중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물:
    <화학식 3>
    여기서, R1은 OH 또는이고,
    R2는,,,,,로 이루어진 군으로부터 선택되며 이 때 X는 O 또는 S이고, Y는 N 또는 P이며, R3는 H, 또는 탄소수가 1∼18인 알킬기 및 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이고, n은 1 내지 10의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물이 5 내지 15중량%의 에폭시 수지, 3 내지 15중량%의 경화제, 0.1 내지 1.0중량%의 경화 촉진제, 70 내지 90중량%의 무기 충진제, 1.0중량% 이내의 착색제, 2중량% 이내의 난연제, 1 내지 5중량%의 기타 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.
KR1020000085357A 2000-12-29 2000-12-29 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물 KR20020056072A (ko)

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