KR20040072440A

KR20040072440A - 환경친화형 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물

Info

Publication number: KR20040072440A
Application number: KR1020030008921A
Authority: KR
Inventors: 서범수; 이은정
Original assignee: 주식회사 금강고려화학
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-08-18

Abstract

본 발명은 환경친화형 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 종래의 유해한 할로겐화물과 안티몬계 난연제 등을 사용하지 않고도 난연성이 좋으면서 고 유동성 확보를 통해 성형작업성을 개선시킬 수 있는 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수지조성물은, 에폭시 수지, 벤족사진 고리를 함유하는 페놀계 경화제, 실리카 등으로 이루어진다.

Description

환경친화형 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물 {Epoxy resin composition for environmental frendly sealing semiconductor element}

본 발명은 각종 반도체 디바이스의 제조 공정 중 칩을 보호하기 위해 이송 성형방식으로 패키지를 봉지하는 에폭시 수지조성물의 제반 기계적, 전기적 요구 특성 및 성형작업성을 유지하면서 환경에 유해한 종래의 할로겐화물과 안티몬을 사용하지 않고도 우수한 난연효과를 갖는 환경친화적 반도체소자 봉지용 에폭시 수지조성물에 관한 것이다.

열경화성 수지에 있어서 중요한 특성중의 하나가 난연성이며, 특히 반도체 칩 봉지용 에폭시 수지조성물의 경우 UL-94 규격의 V-0인증이 필수적이다. 종래에는 이런 난연특성을 갖기 위해 반도체 칩 봉지용 에폭시 수지조성물에 브롬화 에폭시 수지와 같은 할로겐화 수지 및 산화 안티몬이 사용되었다. 할로겐화 수지의 경우 높은 난연효과를 나타내지만, 연소시 할로겐화 수소와 같은 유독물질을 방출하게 되고, 다이옥신의 발생 등 지구 환경에 좋지 않은 영향을 끼친다. 특히 최근 환경 유해물질 사용의 규제 움직임이 전세계적으로 활발해지고 있으며, 반도체 재료 분야에서도 이에 대한 요구가 점차 강력해지고 있다. 이에 종래 환경에 유해한 난연제를 대체할 원료의 개발이 요구되고 있으며, 새로운 난연제로 적린, 유기인 화합물, 금속 수산화물 등 여러가지 대안이 제시되었다. 하지만 이와 같은 대체품들의 사용시 반도체 봉지용 에폭시 수지조성물에 필요한 신뢰성 및 작업성 등의 요구물성이 종래 수지조성물에 비해 열세한 결과를 얻게 되었다. 이에 종래의 반도체 봉지용 수지조성물의 요구물성을 만족하면서 환경친화적인 난연제의 개발이 강력하게 요구되었다.

이에 본 발명자들은 종래 문제점을 해결하기 위해 연구검토한 결과, 벤족사진 고리를 갖는 페놀계 경화제를 이용하여 우수한 난연성을 확보할 수 있음을 발견하였고, 이에 기초하여 본 발명이 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래의 유해한 할로겐화물과 안티몬계 난연제 등을 사용하지 않고도 난연성이 좋으면서 고 유동성 확보를 통해 성형작업성을 개선시킬 수 있는 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 환경친화형 반도체 봉지용 에폭시수지 조성물은, 비스페놀 A형, 지환형, 선형 지방족, 크레졸 노볼락형, 바이페닐형, 및 복소환계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 에폭시 수지 3∼15중량%; 분자 구조에 하기 화학식 1로 표시되는 벤족사진 고리를 함유하고 수산화기 당량이 100 내지 300이며, 수평균 분자량이 400 내지 600인 페놀계 경화제 4∼25중량%; 및 각상 또는 구상의 실리카 70∼90중량%;로 이루어진다.

상기 식에서, R은 C₁내지 C₅의 알킬기 및 C₆내지 C₁₂의 아릴기이다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체봉지용 에폭시수지 조성물은, 에폭시수지, 페놀계 경화제 및 무기물 충진제를 필수성분으로 함유한다.

본 발명에서 사용할 수 있는 에폭시 수지는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 및 복소환계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는, 1분자 중에 에폭시기를 2개 이상 함유하는 에폭시 수지가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 에폭시 수지는 크레졸 노볼락형 에폭시 수지를 전체 에폭시 수지 중에 70중량% 이상 사용하며, 85중량%이상의 범위가 더욱 바람직하다. 이 때 에폭시 수지 배합량은 전체 에폭시 수지 조성물 중 3∼15중량%로 함유하고, 에폭시 수지의 함량이 3중량% 미만이면 접착성 및 전기절연성과 같은 에폭시 수지의 고유물성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 미경화에 의한 금형 이형성 저하가 발생하게 된다.

또한 본 발명에서 사용할 수 있는 페놀계 경화제는, 페놀 노볼락수지, 크레졸 노볼락수지, 페놀 알킬수지, 비스페놀 A 또는 레졸신으로부터 합성된 각종 노볼락수지 및 디히드로 바이페닐로 이루어지 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는, 다가 페놀 화합물로서 분자구조내에 상기 에폭시 수지 성분과 반응하고 경화시키는 페놀성 수산기를 1분자내에 2개 이상 가지며, 구조내에 하기 화학식 1로 표시되는 벤족사진 고리를 함유하는 것을 특징으로 한다.

화학식 1

상기 벤족사진의 방향족 고리는 본 발명에 따른 반도체 소자 봉지용 에폭시수지 조성물이 산소나 화염으로부터 보호막 구조를 형성하여 난연성에 효과를 갖도록 한다.

또한 산 무수물기나 아미노기를 갖는 화합물도 에폭시 수지의 경화제로 혼용하여 사용될 수 있으나 반도체 봉지형 경화제로서는 내습성, 내열성, 보존성 등의 물성이 우수한 페놀계 경화제를 혼용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어 상기 페놀계 경화제의 배합량은 4∼25중량%이지만, 바람직하게는 5∼15중량%이다. 상기 페놀계 경화제는 수산화기 당량이 100 내지 300이며, 수평균분자량은 400 내지 600이 바람직하다. 또한 상기 에폭시 수지와 페놀계 경화제의 배합비는 내습성, 내열성, 부착성 및 기계적 물성을 감안할 때 에폭시 수지대 페놀계 경화제의 화학 당량비가 0.6∼1.3, 특히 0.8∼1.0의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 무기물 충진제는 실리카로서, 각상 및 구상의 형태를 갖는 것을 일정비율로 혼합하여 사용한다. 또한 상기 실리카는 에폭시 수지 조성물의 흐름성을 원활히 하기 위해 평균입경을 조정하여 실리카를 입경별로 나누어 혼용하는데, 20㎛ 내지 100㎛의 평균입경을 갖는 1차구 50∼80중량%, 10㎛ 내지 20㎛의 평균입경을 갖는 2차구 10∼30중량%, 및 이상적인 충진에 의한 흐름성 확보 및 브리드/프러쉬(bleed/flush) 발생의 예방을 위해 10㎛이하의 평균입경을 갖는 세립 실리카 10∼20중량%로 구성된다. 이와 같은 방법으로 충진제 함량의 증량이 가능하게 되어 난연 효과 및 신뢰성이 증대된다. 상기 실리카의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물 중에서 70∼90중량%로 함유하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서 에폭시 수지와 페놀계 경화제의 경화 반응을 촉진하기 위해 경화촉매를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 경화촉매는 경화반응을 촉진 시킬 수 있는 것이면 한정되지 않고, 예를 들어 2-메틸이미다졸, 2,4-디메틸이미다졸, 2-에틸4메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물, 트리에틸아민, 벤질디메틸아민, 메틸벤질디메틸아민, 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 1,8-디아자비시클로(5,4,0) 운데-7-엔 등의 삼급 아민 화합물 및 트리페닐포스핀, 트리메틸포스핀, 트리에틸포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀, 트리(노닐 페닐)포스핀 등의 유기 포스핀 화합물을 들 수 있다. 그 중에서 내습성 및 열시경도가 우수한 유기 포스핀류를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 경화촉매는 2종류 이상을 병용해서 사용할 수 있으며, 그 배합량은 에폭시 수지 100중량부에 대해 0.1∼10중량부의 범위가 바람직하다.

그밖에도 본 에폭시 수지 조성물에는 수지계와 무기물 충진제간의 결합력을 부여해 주는 실란계 커플링제, 카본블랙, 산화철 등의 착색제, 하이드로탈사이트계의 이온 포착제, 장쇄지방산, 장쇄지방산의 금속염, 파라핀 왁스, 카누바 왁스 등의 이형제 및 변성 실리콘 수지, 변성 폴리 부타디엔 등의 저응력화제를 필요에 따라 임의로 첨가하는 것이 가능하다.

본 발명의 에폭시 수지 조성물의 제조 방법으로는 용융 혼련법이 바람직하며, 예를 들어 밤바리 믹서, 니더, 롤, 단축 또는 이축의 압출기 및 코니더 등의 공지된 혼련방법을 사용하여 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 조성물을 적용할 수 있는 반도체 장치란 트랜지스터, 다이오드, 저항, 콘덴서 등을 반도체 칩위나 기판위에 집적하고 배선하여 만들어지는 전자회로(집적회로)를 의미한다.

하기 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 실시예 중의 각 원료의 양은 특별히 언급되지 않는 한 중량%를 나타낸다.

실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6

각 조성 및 성분을 하기 표 1에 따라 계량하여 에폭시 수지 조성물을 구하였다.

구분	원료명	특성	실시예	비교예
구분	원료명	특성	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6
에폭시수지	바이페닐에폭시 수지	에폭시 당량:193녹는점: 105℃	9.0	7.1	5.2				9.2		7.5	10.0		8.2
에폭시수지	올소 크레졸노볼락에폭시 수지	에폭시 당량:199연화점: 62℃				9.3	7.4	5.4		9.4			10.2
페놀계 경화제	노볼락페놀수지	OH당량: 106연화점: 83℃							4.8	4.6		5.0	4.8
	자이록페놀수지	OH당량: 175연화점: 75℃									6.5			6.8
	벤족사진페놀수지	OH당량: 135연화점: 70℃	10.0	7.9	5.8	9.7	7.6	5.6
무기충진제	구형 실리카(1차구)	평균입경: 30㎛	45	49	53	45	49	53	49	49	49	49	49	49
	구형 실리카(2차구)	평균입경: 10㎛	25	25	25	25	25	25	25	25	25	25	25	25
	구형 실리카(세립)	평균입경: 1㎛	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10
기타	브롬화 에폭시수지/ 삼산화안티몬	0	0.5/0.5	0
	트리페닐 포스핀(중량부)	0.1
	카본 블랙	0.25
	카누바왁스	0.25
	에폭시 실란제	0.5
작업성	외관불량율 기준	O	O	O	◎	◎	◎	△	O	△	○	△	△
난연성	UL-94 (V-0)	O	O	O	O	O	O	O	O	O	X	X	X

상기 비교예 및 실시예에서 충진재 함량별, 에폭시/페놀 수지별, 난연제 사용유무별로 수지조성물을 구성하여 그 난연성을 UL-94 규격 V-0에 따라 비교하였다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예에서는 충진재 함량 84중량%에서 반도체 봉지용 에폭시 수지조성물을 구성하는 대표적인 수지들의 난연성을 비교하였다. 종래의 난연제를 사용하였을 때 V-0의 난연성을 갖지만, 이를 제외할 경우 난연성을 갖지 못하였다.

본 발명에 따른 실시예에서는 대표적인 에폭시 수지인 바이페닐과 노볼락형에폭시수지에 경화제로 벤족사진 페놀수지를 사용하였을 때 충진재 함량 80∼88% 범위에서의 에폭시 수지조성물의 난연성을 확인하였다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 벤족사진 페놀수지를 경화제로 사용할 경우 환경에 유해한 할로겐화물이나 안티몬계 난연제를 첨가하지 않고서도 충진재 함량 80∼88% 사이에서 대표적인 에폭시 수지인 바이페닐형과 노볼락형에서 난연성을 갖는 에폭시 수지 조성물을 이루는 것이 확인되었다.

상기 실시예 및 비교예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 벤족사진 고리를 함유하는 페놀수지를 사용하여 환경에 유해한 기존의 할로겐화 수지류, 산화 안티몬계 난연제나 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 요구 물성을 해치는 각종 유, 무기난연제 대체품을 사용하지 않고도 반도체 봉지재로서 요구되는 난연 특성을 나타내며 충진제 함량의 증량을 통한 난연효과 증대 및 신뢰성 증대가 가능하다.

Claims

비스페놀 A형, 지환형, 선형 지방족, 크레졸 노볼락형, 바이페닐형, 및 복소환계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 에폭시 수지 3∼15중량%;

분자 구조에 하기 화학식 1로 표시되는 벤족사진 고리를 함유하는 페놀계 경화제 4∼25중량%; 및

각상 또는 구상의 실리카 70∼90중량%;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경친화형 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물:

화학식 1

상기 식에서, R은 C₁내지 C₅의 알킬기 및 C₆내지 C₁₂의 아릴기이다.
제1항에 있어서, 상기 실리카는 20㎛ 내지 100㎛의 평균입경을 갖는 1차구 50∼80중량%, 10㎛ 내지 20㎛의 평균입경을 갖는 2차구 10∼30중량%, 및 10㎛이하의 평균입경을 갖는 세립 실리카 10∼20중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 환경친화형 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물.
제1항에 있어서, 상기 페놀계 경화제는 수산화기 당량이 100 내지 300이며, 수평균분자량이 400 내지 600인 것을 특징으로 하는 환경친화형 반도체소자 봉지용 에폭시수지 조성물.