KR20040008898A - 펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 100중량부의 에폭시 수지, 상기 에폭시 수지 중의 에폭시기 1당량에 대하여 0.5∼1.5당량의 페놀성 히드록시기를 함유하는 페놀 수지, 0.5∼5중량부의 실리콘 탄성체, 0.5∼5중량부의 첨가제 및 상기 수지 조성물 전체에 대하여 70∼90중량%의 충진제를 포함하는 펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 탄성체를 사용하여 내충격성을 높임으로써 펠렛 깨짐을 방지하고 스크래치 유발을 억제하여 타정깨짐으로 인한 불량성을 해결하고, 이에 따른 이송 및 취급 개선을 통해 안정적인 공급이 가능하여 생산효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부가적으로 잉크 마킹의 개선효과를 얻을 수 있는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.

Description

펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물{Epoxy resin composition for sealing semiconductor element}
본 발명은 펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 탄성체를 사용하여 펠렛 깨짐을 방지하고 스크래치 유발을 억제할 뿐만 아니라 내충격성이 향상되어 펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
종래에는 집적회로, 고집적 회로 및 발광 다이오드와 같은 전자 부품의 밀봉시 세라믹, 유리 또는 금속 등을 이용한 기밀봉지 방식이 사용되어 왔으나, 가격이 비싸고 대량생산에 적합하지 못하여 근래에는 비용이 저렴하고 대량생산이 가능한 수지 봉지 방식이 보편적으로 사용되고 있다. 특히 에폭시 수지는 전기 절연성, 기계적 특성, 내열성 및 내습성 등이 다른 수지보다 월등히 우수하기 때문에 높은 신뢰성이 요구되는 전기 전자 부품 또는 반도체 장치의 밀봉에 널리 이용되고 있다.
최근에는 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 칩의 크기가 대형화되고 있는 반면, 표면실장형 팩키지의 확산과 더불어 소형화 및 박형화가 이루어지고 있다. 이러한 반도체 소자의 표면 실장시 고온의 열이 가해지므로 내부응력이 발생할 수 있으며, 또한 팩키지 보관 중에 외부로부터 흡수된 수분의 기화 팽창으로 수지 조성물과 리드프레임(Leadframe) 및 다이패들(Die Paddle) 간의 박리로 인하여 내습성이 저하될 수 있고, 더욱 심한 경우에는 팩키지 크랙을 초래할 수 있다. 특히 칩과 수지 조성물간의 박리는 칩상에 부착된 본드와이어의 절단을 초래할 수 있어 심각한 문제점으로 대두되고 있다. 이와 같은 불량성을 방지하기 위하여 반도체 업체에서는 방습곤포 등의 엄격한 습도 관리를 함으로써 대처하고 있으나 한편 봉지제에도 박리 및 팩키지 크랙이 발생하지 않는 품질이 강하게 요구되고 있다.
한편, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로 반도체 칩을 자동화 장비에서 몰딩시 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 펠렛은 자동화된 운반장치에 의해 몰딩할 케버티의 포트에 위치하게 된다. 이 때, 불량한 펠렛은 이러한 자동 운반장치에 의한 포트로의 이송시 센서에 감지되어 분리된다. 그러나, 펠렛이 심하게 깨져 있는 경우에는 센서가 이를 감지하여 불량한 펠렛을 분리할 수 있지만, 심하게 깨어져 있지 않는 경우에는 센서가 이를 감지하지 못하고 몰딩이 진행되어 무게 손실에 의한 미충진 불량이 발생된다.
따라서, 상술한 펠렛 작업 공정 및 운반 과정에서 발생되는 펠렛의 깨짐 문제를 해결하기 위하여, 종래의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 왁스 또는 징크라이트를 도입하여 사용하였다. 그러나, 왁스를 적용할 경우에는 타정머신 및 반도체 봉지용 수지 조성물과의 이형성을 주어펠렛이 깨지는 문제를 해결할 수 있지만, 크랙이 발생하여 신뢰성 측면에서 취약한 문제점이 있으며, 또한 징크스테아레이트는 펠렛 개선에 영향을 미치지 못하여 현재는 널리 적용되지 않고 있는 실정이다.
이에 본 발명에서는 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 탄성체를 적용함으로써 타정시 실리카 및 실리카 바인더로 작용하는 수지와의 압착에 의한 스트레스를 해소시켜 펠렛이 깨지는 문제를 해결하고, 탄성체의 유연한 성질에 기인하여 타정 후 펠렛의 스크래치를 없애는 작용을 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있었으며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 내충격성을 높여 펠렛 깨짐을 방지하고 스크래치 유발을 억제하여 타정깨짐으로 인한 불량성을 해결하고, 생산효율을 향상시킨 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 잉크 마킹 개선효과를 얻을 수 있는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적 및 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조성물은 100중량부의 에폭시 수지, 상기 에폭시 수지 중의 에폭시기 1당량에 대하여 0.5∼1.5당량의 페놀성 히드록시기를 함유하는 페놀 수지, 0.5∼5중량부의 실리콘 탄성체, 0.5∼5중량부의 첨가제 및 상기 수지 조성물 전체에 대하여 70∼90중량%의 충진제를 포함한다.
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 모든 정형화된 펠렛을 요구하는 영역에서 탄성체를 적용함으로써 펠렛 깨짐을 방지하고 스크래치 유발을 억제하며 내충격성을 향상시킬 수 있는 펠렛 성형이 용이한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 탄성체를 적용하여 내충격성을 높임으로써 타정깨짐으로 인한 불량성을 해결하고, 이에 따른 이송 및 취급 개선을 통해 생산효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 탄성체를 적용한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 펠렛으로 잉크 마킹시 탄성체는 잉크 접착제와의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 잉크접착제 및 반도체 봉지용 수지 조성물과의 선명도도 높여주어 마킹 개선 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 100중량부의 에폭시 수지, 상기 에폭시 수지 중의 에폭시기 1당량에 대하여 0.5∼1.5당량의 페놀성 히드록시기를 함유하는 페놀 수지, 0.5∼5중량부의 실리콘 탄성체, 0.5∼5중량부의 첨가제 및 상기 수지 조성물 전체에 대하여 70∼90중량%의 충진제를 포함한다.
본 발명에 사용가능한 에폭시 수지로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 복소환계에폭시 수지, 및 할로겐화 에폭시 수지 등의 1분자 중에 에폭시기를 2개 이상 함유하는 수지가 포함된다. 본 발명에 따르면, 상기 에폭시 중 하나를 선택하여 단독으로 사용하거나, 또는 2개 이상 선택하여 함께 사용할 수 있으며, 사용되는 에폭시 수지 전체 중 0.1∼1.3poise를 갖는 저점도형의 비페닐형 에폭시 10∼30%를 필수적으로 사용해야 한다. 이 때, 상기 비페닐형 에폭시의 점도가 0.1poise 미만이면 작업성에 문제가 있고, 1.3poise를 초과하면 조성물간의 결합력이 약화될 수 있다. 또한, 전체 에폭시 수지 중 상기 비페닐형 에폭시의 사용량이 10% 미만이면 사용시 충분한 결합력을 기대할 수 없으며, 30%를 초과하면 경제성이 없다.
또한, 상기 페놀 수지는 상기 에폭시 수지 성분의 경화제로서 작용하며, 본 발명에 사용가능한 페놀 수지로는 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 페놀 노볼락 수지, 레졸형 페놀 수지, 비스페놀 A 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 알킬 수지, 노닐 페놀 수지, t-부틸 페놀 노볼락 수지, 및 디 사이클로 펜타 다이엔 페놀 수지 등의 1분자 중 페놀성 OH기를 2종 이상 함유하는 수지가 포함된다. 본 발명에 따르면 상기 페놀 수지 중 하나를 선택하여 단독으로 사용하거나, 또는 2개 이상 선택하여 함께 사용할 수 있다. 이 때, 상기 페놀 수지의 사용량은 상기 에폭시 수지 중의 에폭시기 1당량에 대하여 페놀성 히드록시기가 0.5∼1.5당량, 바람직하게는 0.9∼1.1당량이 되도록 조절하는 것이 좋으며, 상기 페놀 수지의 사용량이 상기 범위를 벗어날 경우 에폭시 수지 조성물의 경도 저하로 인하여 경화도가 느려져 금형이형에 문제가 발생될 수 있다.
본 발명에 사용가능한 실리콘 탄성체는 실리콘 러버 파우더, 실리콘 겔 파우더, 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있다. 한편, 상기 실리콘 탄성체는 평균 분말 크기는 1∼20㎛, 바람직하게는 3∼7㎛인 것이 좋으며, 이 때 상기 분말 크기가 1㎛ 미만이면 펠렛의 충분한 탄성효과를 기대할 수 없고, 20㎛를 초과하면 반도체 에폭시수지 조성물의 성형성을 저하시킨다.
한편, 상기 실리콘 탄성체의 사용량은 상기 에폭시 수지 100중량부에 대하여 0.5∼5중량부인 것이 바람직하며, 상기 탄성체의 사용량이 0.5중량부 미만이면 펠렛의 마모효과가 없으며, 5중량부를 초과하면 흡습에 의한 크랙이 발생하여 반도체 본지재의 신뢰성이 저하된다.
또한, 본 발명의 충진제는 봉지제의 팽창 계수를 작게 하여 반도체 소자에 가해지는 응력을 저하시키기 위하여 배합되며, 본 발명에 사용가능한 충진제로는 평균 입경이 1∼30㎛의 범위에 있는 용융 또는 합성 실리카를 사용할 수 있으며, 특히 사용되는 전체 충진제에 대하여 평균입경이 3∼10㎛인 각상 실리카 17∼25%를 필수적으로 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 각상 실리카의 평균입경이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 수지성분과의 적정한 접착강도를 유지시킬 수 없다. 또한, 상기 각상 실리카의 사용량이 전체 충진제 사용량에 대하여 17% 미만이면 충분한 접착강도를 기대할 수 없으며, 25%를 초과하면 성형성에 문제가 생긴다.
한편, 상기 전체 충진제의 사용량은 본 발명의 수지조성물 총량에 대하여 70∼90중량%인 것이 바람직하며, 상기 충진제의 사용량이 70% 미만이면 내크랙성이 취약하고, 90%를 초과하면 반도체 에폭시 수지 조성물의 성형성을 저하시킨다.
본 발명에 따르면, 상기 에폭시 수지 조성물은 필요에 따라서 삼산화 안티몬, 트리페닐 포스파인, 카본 블랙, 카나바왁스 및 에폭시 실란 등과 같은 기타 참가제들을 더욱 사용할 수 있다. 한편, 본 발명의 첨가제 중 하나로서 상기 에폭시 수지 및 상기 페놀계 경화제의 경화 반응을 촉진시키기 위하여 경화촉매를 사용할 수 있다. 이 때, 본 발명의 첨가제의 전체 사용량은 0.5∼5중량부인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 사용가능한 경화촉매로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 2-메틸 이미다졸, 2,4-디메틸 이미다졸, 2-에틸 4메틸 이미다졸, 2-페닐 이미다졸 및 2-페닐 4-메틸 이미다졸 등의 이미다졸 화합물; 트리에틸 아민, 벤질 디메틸 아민, 메틸 벤질 디메틸 아민, 2-(디메틸 아미노 메틸) 페놀, 2,4,6-트리스(디메틸 아미노 메틸) 페놀, 트리에틸 포스핀, 및 트리부틸 포스핀 등의 삼급 아민 화합물; 및 트리페닐 포스핀, 트리메틸 포스핀, 트리에틸 포스핀, 트리부틸 포스핀, 트리(p-메틸 페닐) 포스핀 및 트리(노닐 페닐) 포스핀 등의 유기 포스핀 화합물이 포함된다. 본 발명에 따르면, 상기 경화촉매 중 하나를 선택하여 단독으로 사용하거나, 또는 2개 이상 선택하여 함께 병용하여 사용할 수 있다. 이 때, 상기 경화촉매의 사용량은 상기 에폭시 수지 100중량부에 대해 0.1∼10중량부의 범위가 바람직하며, 상기 경화촉매의 사용량이 0.1중량부 미만이면 촉매로서의 효과를 기대할 수 없으며, 10중량부를 초과하면 이형성 등의 문제가 발생될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 탄성체를 사용하여 내충격성을 높임으로써 펠렛 깨짐을 방지하고 스크래치 유발을 억제하여타정깨짐으로 인한 불량성을 해결하고, 이에 따른 안정적인 공급을 통해 생산효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부가적으로 잉크 마킹의 개선효과를 얻을 수 있다.
이하 비교예 및 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1∼2 및 비교예 1∼3
반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻기 위하여, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각각의 수지 성분들을 혼합한 후, 수지와 실리카 분말간의 고른 분산을 유지시키기 위하여 각각의 에폭시 수지 조성물을 혼련기(기기명: T-2 Kurimoto사)로 혼련하여 용융 혼합하였다. 이 때, 토출물의 온도는 100∼135℃로 유지시켰다.
그 다음, 상기 용융 혼합된 각각의 에폭시 수지 조성물을 타정기를 이용하여 동일한 압력, 동일한 무게(직경: 14파이, 무게:3.7g, 압력: 13kgf, 20kgf, 30kgf)로 타정하였다. 판상의 에폭시 수지 조성물을 분쇄한 후, 일정 크기의 망체를 이용하여 동일한 입도 분포를 맞추었으므로 타정기에 의해 타정된 펠렛은 동일한 압력에서 동일한 밀도를 갖는다고 생각된다. 이와 같이 타정된 펠렛을 UTM 장비를 이용하여(UTM 사용조건: 하중속도: 100mm/분, 하중 1톤) 동일한 속도 및 하중을 이용하여 타정강도를 측정하고, 후술하는 방법에 따라 내크랙성을 측정한 후, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
※ 내크랙성 측정방법
각각의 수지 조성물을 반도체 칩 몰딩(175℃, 50초) 후, 후경화(175℃, 5시간) 및 백킹(125℃, 24시간) 시켰으며, 이후에 85℃ 85%의 챔버에 168시간 동안 방치한 다음, IR REFLOW 3CYCLE(MAX 240℃)에 흘려서 SAM INSPECTION(SONIX사 제품)을 통하여 테스트 함.
에폭시 수지 조성물의 구성
원료명 내용 비교예 실시예
1(중량부) 2(중량부) 3(중량부) 1(중량부) 2(중량부)
크레졸 노블락에폭시 수지 에폭시 당량: 199연화점: 65℃ 100 100 100 90 80
바이페닐 에폭시 수지 에폭시 당량: 192연화점: 105℃ - - - 10 20
노블락 페놀 수지 OH 당량: 106연화점: 88℃ 47 47 47 47 47
합성 실리카 비표면적: 0.8Sq.m/gm평균입경: 23.7㎛ 550 550 550 440 440
각상 실리카 비표면적: 6Sq.m/gm평균입경: 5㎛ - - - 110 110
왁스 녹는점: 95℃ 0 1.5 0 0 0
징크스테아레이트 녹는점: 80℃ 0 0 1.5 0 0
실리콘 러버 파우다 평균입경: 12㎛ 5
실리콘 겔 파우다 평균입경: 5㎛ 10
삼산화 안티몬 평균입경: 1㎛ 13 13 13 13 13
트리페닐 포스파인 1 1 1 1 1
카본 블랙 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
카나바 왁스 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
에폭시 실란 2 2 2 2 2
비교예 실시예
1 2 3 1 2
타정압력 압축강도 펠렛마모도 내크랙성 압축강도 팔렛마모도 내크랙성 압축강도 팔렛마모도 내크랙성 압축강도 팔렛마모도 내크랙성 압축강도 팔렛마모도 내크랙성
13kgf 21 양호 양호 24 양호 크랙 20 양호 양호 27 양호 양호 27 양호 양호
20kgf 25 스크래치 발생 27 양호 25 스크래치발생 29 양호 양호 30 양호
30kgf 타정불가 * 31 양호 타정불가 * 33 양호 양호 35 양호
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 탄성체를 적용하지 않은 펠렛은 강도가 저하되어 타정할 수 없거나, 펠렛에 스크레치 또는 크랙이 발생되어 내크랙성이 불량한 반면, 본 발명에 따라 탄성체를 적용한 펠렛은 타정강도가 우수하고 내크랙성도 우수함을 알 수 있었다
전술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 탄성체를 적용하여 타정강도, 내충격성 및 내크랙성이 향상된 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있어 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 불량성을 해결하고, 이에 따른 이송 및 취급 개선으로 안정적인 공급이 가능하여 높은 생산효율성을 기대할 수 있을 뿐 아니라, 잉크 마킹을 개선할 수 있는 부가적 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

100중량부의 에폭시 수지, 상기 에폭시 수지 중의 에폭시기 1당량에 대하여 0.5∼1.5당량의 페놀성 히드록시기를 함유하는 페놀 수지, 0.5∼5중량부의 실리콘 탄성체, 0.5∼5중량부의 첨가제 및 상기 수지 조성물 전체에 대하여 70∼90중량%의 충진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 0.1∼1.3poise를 갖는 저점도형의 비페닐형 에폭시 10∼30%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 탄성체의 평균 분말 크기는 1∼20㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지형 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 탄성체는 실리콘 러버 파우더, 실리콘 겔 파우더, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지형 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 첨가제는 경화촉매, 삼산화 안티몬, 트리페닐 포스파인, 카본 블랙, 카나바왁스 및 에폭시 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지형 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 충진제는 평균 입경이 1∼30㎛인 실리카이며, 상기 충진제 총량에 대하여 평균입경이 3∼10㎛인 각상 실리카 17∼25%를 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지형 에폭시 수지 조성물.
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