KR20050071166A - Epoxy resin composition for sealing semiconductor element - Google Patents

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KR20050071166A
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조정인
진일교
윤효창
공병선
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주식회사 케이씨씨
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Abstract

본 발명은 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 에폭시 수지 5 내지 10중량%, 화학식 1로 표시되는 유기계 난연제를 포함하는 경화제 3 내지 10중량%, 무기계 난연제를 포함하는 무기 충진제 75 내지 90중량% 및 기타 첨가제를 포함하며, 상기 유기계 난연제는 총 경화제에 대해 50 ∼ 90중량%가 포함되며, 상기 무기계 난연제는 ⅡA, ⅡB, ⅢB 및 ⅥA족 금속 원소로부터 하나 이상 선택되며 평균 입자 크기가 0.2 내지 5.0㎛인 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device, and more specifically, 5 to 10% by weight of an epoxy resin, 3 to 10% by weight of a curing agent including an organic flame retardant represented by Formula 1, and an inorganic containing an inorganic flame retardant. 75 to 90% by weight of a filler and other additives, wherein the organic flame retardant comprises 50 to 90% by weight relative to the total curing agent, and the inorganic flame retardant is selected from at least one of Group IIA, IIB, IIIB and VIA metal elements and averages The present invention relates to an epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device having a particle size of 0.2 to 5.0 μm.

화학식 1Formula 1

본 발명에 따른 반도체소자 봉지용 수지 조성물은 무기물과 유기물을 충진하여 성형성을 저해하지 않으면서도 난연성을 가지게 되므로 환경 친화적인 장점이 있다.The resin composition for encapsulating semiconductor devices according to the present invention has an environmentally friendly advantage because it has flame retardancy without impairing moldability by filling inorganic and organic materials.

Description

반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물{Epoxy resin composition for sealing semiconductor element}Epoxy resin composition for sealing semiconductor element

본 발명은 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로, 브롬이나 안티몬 등의 유독성 난연제를 사용하지 않고 무기 난연제 및 일정량의 질소를 함유하는 유기 난연제를 충진함으로써, 성형성이 저해되지 않고 난연성을 부여하여 환경 친화적인 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device, and more particularly, by filling an inorganic flame retardant and an organic flame retardant containing a certain amount of nitrogen without using a toxic flame retardant such as bromine or antimony, the formability is not impaired. The present invention relates to an epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device that is flame-retardant and environmentally friendly.

종래에는 소량으로도 안정적인 난연성 확보가 가능하다는 이유로 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물의 난연제로 브롬화 에폭시 수지와 삼산화 안티몬을 혼용하여 사용하였으나 브롬과 안티몬의 환경 유해성이 밝혀지면서 사용 규제 대상으로 규정되어 브롬과 안티몬을 사용하지 않는 대체 난연화 기술을 개발하는 움직임이 활발한 상황이다.In the past, brominated epoxy resins and antimony trioxide were used as a flame retardant in epoxy resin compositions for semiconductor device encapsulation because they can secure stable flame retardancy even in a small amount. However, the environmental hazards of bromine and antimony are regulated to be regulated. There is an active movement to develop alternative flame retardant technology that does not use antimony.

일반적으로 난연제는 첨가형과 반응형으로 분류할 수 있다. 첨가형은 수지 조성물에 혼합 첨가 분산되는 타입이고, 반응형은 브롬화 에폭시 수지와 같이 분자 내에 관능기를 가지고 화학적으로 반응하는 타입이다. In general, flame retardants can be classified into additive and reactive forms. The addition type is a type that is mixed and dispersed in a resin composition, and the reaction type is a type that reacts chemically with a functional group in a molecule such as a brominated epoxy resin.

첨가형에는 유기 난연제와 무기 난연제가 있는데 유기 난연제로는 인계 및 질소계와 할로겐계가 있으나 인계와 할로겐계는 인체에 유해하기 때문에 사용규제가 예상되며 질소계의 적용가능성이 검토되고 있다. 무기 난연제로는 붕소 화합물과 삼산화 안티몬, 수산화 알루미늄, ⅥA계통 금속이나 ⅡB 족인 Zn등이 있으나 삼산화 안티몬은 인체에 유해하므로 사용이 제한되고 있으며 이외의 무기계 난연제의 적용 여부가 넓게 검토되고 있다. 특히 무기계 난연제는 분말 타입일 경우 입자 직경에 대한 문제가 상당히 중요하다. 폴리머에 대한 보강성을 고려한, 평균 입자 직경과 입도분포를 유지하면서, 더욱 작은 입자 직경일수록 표면적이 증가해 반응할 수 있는 기회가 증가되기 때문에 난연 효과가 높아진다. 관련기술을 살펴보면, 조성물의 무기물 충진제 함량을 높여서 난연성을 확보하는 경우 조성물의 점도 상승으로 인하여 반도체 공정 적용시 연속 작업성 불량 등 제반 문제점이 발생할 가능성이 있다. 반면 질소계 난연제를 단독 사용할 경우 목적하는 난연성을 얻으려면 과량을 사용해야 되고 질소의 함량이 높아짐에 따라서 에폭시 수지 봉지재의 경화거동에 영향을 미쳐 성형성을 저해하는 단점이 있다. Additional types include organic flame retardants and inorganic flame retardants. Organic flame retardants include phosphorus, nitrogen, and halogens. However, phosphorus and halogens are harmful to humans. Inorganic flame retardants include boron compounds, antimony trioxide, aluminum hydroxide, VIA metals, and Zn, which is a group IIB, but antimony trioxide is harmful to humans and its use is limited and other inorganic flame retardants have been widely considered. In particular, when the inorganic flame retardant is a powder type, the problem of particle diameter is very important. While maintaining the average particle diameter and particle size distribution in consideration of the reinforcement of the polymer, the smaller particle diameter increases the surface area and increases the chance of reaction, thereby increasing the flame retardant effect. Looking at the related art, when securing the flame retardancy by increasing the inorganic filler content of the composition there is a possibility that a variety of problems, such as poor continuous workability when applying the semiconductor process due to the viscosity of the composition increases. On the other hand, when a nitrogen-based flame retardant is used alone, an excessive amount is used to obtain the desired flame retardancy, and as the nitrogen content is increased, it affects the curing behavior of the epoxy resin encapsulant, thereby degrading moldability.

이에 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행한 결과, 일정량의 질소를 함유하는 유기물 난연제와 무기물 난연제를 혼합 사용하여 작업성을 저해하지 않으면서도 난연성을 확보할 수 있으며, 신뢰성을 증진할 수 있는 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻었고, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.Therefore, in the present invention, as a result of the research to solve the above problems, by using a mixture of an organic flame retardant and an inorganic flame retardant containing a certain amount of nitrogen can ensure flame retardancy without impairing workability, and improve the reliability An epoxy resin composition for sealing a semiconductor device was obtained, and the present invention was completed based on this.

따라서 본 발명의 목적은 무기물 난연제와 유기물 난연제의 혼합사용으로 브롬과 안티몬을 사용하지 않고도 난연성을 확보하는 동시에 작업성에 문제가 없으며 신뢰성이 우수한 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device having high flame retardancy without using bromine and antimony by using an inorganic flame retardant and an organic flame retardant, and having no problem in workability and having excellent reliability.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 5 내지 10중량%, 화학식 1로 표시되는 유기계 난연제를 포함하는 경화제 3 내지 10중량%, 무기계 난연제를 포함하는 무기 충진제 75 내지 90중량% 및 기타 첨가제를 포함하며, 상기 유기계 난연제는 총 경화제에 대해 40중량% 이상이 포함되며, 바람직하게는 50 ∼ 90중량% 포함되는 것이 고 신뢰성 획득에 유리하다. 상기 무기계 난연제는 ⅡA, ⅡB, ⅢB 및 ⅥA족 금속 원소로부터 하나 이상 선택되며 평균 입자 크기가 0.2 내지 5.0㎛이다.The epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device of the present invention for achieving the object of the present invention is 5 to 10% by weight epoxy resin, 3 to 10% by weight of a curing agent containing an organic flame retardant represented by the formula (1), including an inorganic flame retardant Including 75 to 90% by weight of inorganic filler and other additives, the organic flame retardant is included in the 40% by weight or more based on the total curing agent, preferably 50 to 90% by weight is advantageous to obtain high reliability. The inorganic flame retardant is at least one selected from Group IIA, IIB, IIIB and VIA metal elements and has an average particle size of 0.2 to 5.0 μm.

화학식 1Formula 1

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

전술한 바와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충진제, 및 기타 첨가제를 포함한다.As mentioned above, the epoxy resin composition of the present invention includes an epoxy resin, a curing agent, an inorganic filler, and other additives.

본 발명에서 사용되는 에폭시 수지는 오르소 크레졸 노볼락형, 비페닐형, 비스페놀 A형, 다관능형, 나프탈렌형, 및 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지로 부터 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용하고, 이의 사용량은 5 내지 10중량%가 바람직하다.The epoxy resin used in the present invention may be used by mixing one or two or more from ortho cresol novolak type, biphenyl type, bisphenol A type, polyfunctional type, naphthalene type, and dicyclopentadiene type epoxy resin. The amount thereof is preferably 5 to 10% by weight.

상기 경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 질소 함유 유기계 난연제와 노볼락형, 자일록형, 다관능형, 나프탈렌형, 및 디시클로펜타디엔형 페놀수지로 부터 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용한다. 상기 질소 함유 유기계 난연제는 특히 멜라민 변성 페놀 노볼락 수지가 바람직하다. 멜라민의 화학적 구조를 보면 탄소만으로 이루어진 구조보다 더 결합이 단단하여 연소시 라디칼(radical) 반응을 억제해주는 효과가 더 크다. 또한 내포하고 있는 질소함량에 따라 경화거동이 바뀔 수 있으므로 질소 함량이 5 내지 20중량%인 것을 사용한다.The curing agent is used by mixing one or two or more from a nitrogen-containing organic flame retardant represented by the following formula (1) and a novolak type, xylox type, polyfunctional type, naphthalene type, and dicyclopentadiene type phenol resin. The nitrogen-containing organic flame retardant is particularly preferably a melamine-modified phenol novolak resin. In the chemical structure of melamine, the bond is harder than the carbon-only structure, which is more effective in suppressing the radical reaction during combustion. In addition, since the curing behavior may vary depending on the nitrogen content contained, use a nitrogen content of 5 to 20% by weight.

총 경화제의 사용량은 3 내지 10중량%가 바람직하며, 하기 화학식 1로 표시되는 유기계 난연제는 총 경화제 함량 중 40중량% 이상을 적용하며, 50 ∼ 90중량% 를 사용하는 것이 난연성을 확보하고 고 신뢰성을 달성하기 위해 바람직하다. 하기 화학식 1로 표시되는 유기계 난연제의 함량이 전체 경화제중 50중량% 미만으로 첨가되면 난연성을 확보하기 어렵고, 90중량%를 초과하게 되면 경화물의 경화속도가 치나치게 단축되는 단점이 있다. The amount of the total curing agent is preferably 3 to 10% by weight, the organic flame retardant represented by the following formula (1) is applied to 40% or more by weight of the total curing agent content, using 50 to 90% by weight to ensure flame retardancy and high reliability It is desirable to achieve. When the content of the organic flame retardant represented by the following Chemical Formula 1 is less than 50% by weight of the total curing agent, it is difficult to secure flame retardancy, and when the content of the organic flame retardant exceeds 90% by weight, the curing rate of the cured product is excessively shortened.

본 발명에서 에폭시 수지 1당량에 대한 경화제의 당량 비율은 0.6 내지 1.4, 바람직하게는 0.8 내지 1.2이다.In the present invention, the equivalent ratio of the curing agent to 1 equivalent of the epoxy resin is 0.6 to 1.4, preferably 0.8 to 1.2.

여기서, R1은 탄소수 1 내지 4의 탄화수소기, R2는 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기, m은 2 내지 10의 정수, n은 1 내지 10의 정수이다.Here, R <1> is a C1-C4 hydrocarbon group, R <2> is a C1-C10 hydrocarbon group, m is an integer of 2-10, n is an integer of 1-10.

한편 본 발명에서 사용하는 무기 충진제는 무기계 난연제를 포함하며, 고순도의 천연실리카, 합성실리카, 용융실리카 또는 알루미나를 함께 사용하는데, 이의 성상은 구상 및 각상을 모두 적용할 수 있다. 난연성을 위해서 상기 무기 충진제의 전체 사용량은 70 내지 95중량%, 바람직하게는 75 내지 90중량%가 바람직하다. On the other hand, the inorganic filler used in the present invention includes an inorganic flame retardant, high purity natural silica, synthetic silica, molten silica or alumina is used together, the properties thereof can be applied to both spherical and each phase. For the flame retardancy, the total amount of the inorganic filler used is 70 to 95% by weight, preferably 75 to 90% by weight.

상기 무기물 난연제의 경우 열분해 거동을 주시하여 선택할 필요가 있다. 특히 마그네슘이나 알루미늄과 같이 결정수를 포함하고 있는 무기물 난연제의 경우는 일정 온도에서 탈수 반응에 의한 흡열 피크를 나타내는데 이 때 흡열량이 클수록 난연효과가 높아지는 장점이 있는 반면, 탈수에 의한 신뢰성 감소도 고려해야 한다. 이에 난연효과를 높이고 무기물 난연제의 충진량을 높이고, 기계적 성질을 향상 시키기 위해서 표면처리 기술이 연구되어 스테아린산이나 실란 커플링제에 의한 표면처리 타입이 일반타입으로 사용되고 있는 추세이다. 마그네슘 하이드록사이드의 경우 열분해 온도가 고온에 있는 대표적인 난연제이다. 340내지 490℃에서 흡열 반응에 의한 난연효과를 나타낸다. 수산화 알루미늄은 탈수 개시 온도가 낮은 단점이 있으므로 신뢰성에 저해되지 않도록 과량을 사용하지 않는 것이 좋다. 가공온도가 낮은 경우에는 안정적으로 사용 될 수 있다. 무기물 난연제의 경우 각 무기물마다 다른 특색을 지닌다. 재료 온도 상승의 억제효과, 표면 방산열량의 저하효과, 발화점 상승효과, 발화시간 연장효과, 산소지수 상승효과, 탄화 촉진효과 등에서 각기 가지고 있는 성질이 다르며 무기물을 두 가지 이상 선택하여 혼합 사용할 경우 이런 점들을 고려해야 한다.In the case of the inorganic flame retardant, it is necessary to observe the pyrolysis behavior and select it. In particular, inorganic flame retardants containing crystal water such as magnesium and aluminum show endothermic peaks due to dehydration reaction at a constant temperature.As the endothermic amount is higher, the flame retardant effect is increased, but the reliability reduction due to dehydration should also be considered. . In order to increase the flame retardant effect, increase the amount of inorganic flame retardant, and improve the mechanical properties, the surface treatment technology has been studied, the surface treatment type by stearic acid or silane coupling agent is a trend that is used as a general type. In the case of magnesium hydroxide, the pyrolysis temperature is a representative flame retardant at high temperatures. It exhibits a flame retardant effect by the endothermic reaction at 340 to 490 ° C. Aluminum hydroxide has a disadvantage in that the dehydration start temperature is low, so it is better not to use an excessive amount so as not to impair reliability. If the processing temperature is low, it can be used stably. Mineral flame retardants have different characteristics for each mineral. It has different properties such as the effect of suppressing the rise of material temperature, the effect of lowering the amount of heat dissipation, the increase of the ignition point, the extension of the ignition time, the increase of the oxygen index, the effect of promoting carbonization, etc. Should be considered.

본 발명에서는 평균 입자크기가 0.5 내지 5.0㎛인 전이 금속 복합물(transition metal complex)을 사용하는데, 특히 ⅡA, ⅡB, ⅢB 및 ⅥA족 원소로부터 선택된다. 특히, ⅡA족의 Mg, Ca ⅡB족의 Zn, ⅢB족의 B, Al, Ti 및 ⅥA족의 Mo, W 로부터 하나 이상이 선택되거나, 또는 상기 원소 1 내지 3종과 다른 금속을 혼합하여 사용할 수 있다.In the present invention, a transition metal complex having an average particle size of 0.5 to 5.0 mu m is used, in particular selected from Group IIA, IIB, IIIB and VIA elements. In particular, one or more may be selected from Mg of Group IIA, Zn of Ca IIB, Mo, W of Group B, Al, Ti, and VIA of Group IIIB, or may be used by mixing one or three of the above elements with another metal. have.

무기계 난연제의 사용량은 반도체 소자 에폭시 봉지재의 전체 재(ash) 중량%가 70∼90% 일 경우 전체 재(ash) 중량%의 5∼30%가 바람직하다.The amount of the inorganic flame retardant is preferably 5 to 30% of the total ash weight when the total ash weight of the semiconductor element epoxy encapsulant is 70 to 90%.

또한, 본 발명의 조성물은 일반적으로 적용되는 착색제, 난연제, 경화촉진제 이형제, 커플링제, 및 개질제와 같은 첨가제를 선택적 성분으로 더욱 포함할 수 있는 데 이때, 상기 경화 촉진제는 0.1 ∼ 1.0중량%, 착색제는 0.1 ∼ 1.0중량%, 및 기타 첨가제는 1 ∼ 5중량%의 함량으로 포함할 수 있다.In addition, the composition of the present invention may further include additives such as colorants, flame retardants, curing accelerator release agents, coupling agents, and modifiers generally applied as an optional component, wherein the curing accelerator is 0.1 to 1.0% by weight, colorant Is 0.1 to 1.0% by weight, and other additives may be included in an amount of 1 to 5% by weight.

본 발명의 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물은 상기와 같은 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. The epoxy resin composition for encapsulation of the semiconductor device of the present invention is mixed with each raw material as described above and melt mixed at a temperature of 100 ℃ to 130 ℃ using a melt mixer (Kneader) to cool to room temperature and pulverized to a powder state and blended It may be prepared by a general manufacturing method through the process.

이하 본 발명을 실시예를 통해 좀 더 구체적으로 설명하나, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1∼2Examples 1-2

에폭시 수지로는 화학식 2의 수지(에폭시 당량=184g/eq.)와 화학식 3의 수지(에폭시 당량=195g/eq.)를 사용하고, 경화제로는 화학식 4(수산화기 당량=175g/eq.)와 화학식 5의 수지(수산화기 당량=107g/eq.)를 사용하였다. 또한 무기계 난연제로 징크 몰리브레이트(Zinc molybolate)와 수산화 마그네슘 복합체(magnesium hydroxide complex)를 사용하고, 유기계 난연제로써 화학식 1a의 수지를 하기 표 1과 같이 계량하여, 기타의 구성 원료들과 함께 혼합한 후 용융 혼합, 냉각, 분쇄, 블렌딩 공정을 거쳤다.As the epoxy resin, a resin of formula 2 (epoxy equivalent = 184 g / eq.) And a resin of formula 3 (epoxy equivalent = 195 g / eq.) Were used, and a curing agent of formula 4 (hydroxyl equivalent = 175 g / eq.) And A resin of formula 5 (hydroxyl equivalent = 107 g / eq.) Was used. In addition, zinc molybolate and magnesium hydroxide complex are used as inorganic flame retardants, and the resin of Chemical Formula 1a is measured as shown in Table 1 as an organic flame retardant and mixed with other constituent raw materials. Melt mixing, cooling, grinding and blending were performed.

비교예 1∼3Comparative Examples 1 to 3

에폭시 수지로는 화학식 2의 수지(에폭시 당량=184g/eq.)와 화학식 3의 수지(에폭시 당량=195g/eq.)를 사용하고, 경화제로는 화학식 4의 수지(수산화기 당량=175g/eq.)및 화학식 5의 수지(수산화기 당량=107g/eq.)를 사용하였으며, 또한 무기계 난연제를 하기 표 2와 같이 계량하여 실시예와 동일한 과정을 수행하였다.As the epoxy resin, a resin of formula (2) (epoxy equivalent = 184 g / eq.) And a resin of formula (3) (epoxy equivalent = 195 g / eq.) Were used. As a curing agent, a resin of formula (4) (hydroxyl equivalent = 175 g / eq.). ) And a resin of Formula 5 (hydroxyl equivalent = 107 g / eq.) Were used, and the inorganic flame retardant was weighed as in Table 2, and the same procedure as in Example was performed.

특히 비교예 2 및 3에서는 종래의 할로겐계 난연수지와 난연제를 사용하여 실시예와 비교하였다. 할로겐계 난연수지로는 브롬화 에폭시 수지, 할로겐계 난연제로는 삼산화 안티몬을 사용하였다.In particular, Comparative Examples 2 and 3 were compared with Examples using conventional halogen-based flame retardant resins and flame retardants. A brominated epoxy resin was used as the halogen flame retardant resin, and antimony trioxide was used as the halogen flame retardant.

여기서, m은 2, n은 1 이다.Where m is 2 and n is 1.

상기 화학식 1a의 경우 경화제인 동시에 유기계 난연제이다. 본 발명에서 사용한 화학식 1a의 화합물은 수산화기 당량이 140g/eq이며 연화점이 82℃, 점도가 150℃에서 2.5 poise 정도이다. 포함하고 있는 질소 함유량은 18% 로 Gun-EI사 제품이다.In the case of Formula 1a, it is a curing agent and an organic flame retardant. The compound of Formula 1a used in the present invention has a hydroxyl equivalent of 140 g / eq, a softening point of 82 ° C., and a viscosity of about 2.5 poise at 150 ° C. The nitrogen content is 18%, which is manufactured by Gun-EI.

여기서, n은 1이다.Where n is 1.

여기서, n은 1이다.Where n is 1.

여기서, n은 1이다.Where n is 1.

상기와 같이 제조된 에폭시 수지 조성물을 이용하여 가열이송성형기(압력=70kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 유동성(Spiral Flow)을 측정하고, 난연성 측정용 시편을 제작하였다. 난연성 측정용 시편을 제작하기 위해서는 기본적으로 유동성 측정 결과가 최소 20인치여야 한다.Using the epoxy resin composition prepared as described above was measured the flow (Spiral Flow) in a heat transfer molding machine (pressure = 70kg / ㎠, temperature = 175 ℃, curing time = 120 seconds), to prepare a test piece for flame retardancy measurement. In order to fabricate flame retardant specimens, the flow measurement results should be at least 20 inches.

난연성 측정용 시편을 175℃에서 6시간동안 후경화 시키고 난연성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.Flame-retardant test specimens are post-cured at 175 ℃ for 6 hours and the flame retardancy is measured in Table 2 below.

신뢰성 증진을 검증하는 방법으로 리드 프레임과 접착력 평가를 하였다. 접착력이 증진되면 패키지 내부의 계면들 사이의 박리 현상이 감소하기 때문에 신뢰성에 유리하다.The lead frame and adhesion were evaluated as a method to verify the reliability improvement. The enhanced adhesion reduces the delamination between the interfaces within the package, which is advantageous for reliability.

구분division 단위unit 실시예Example 1One 22 에폭시Epoxy 화학식 2Formula 2 중량%weight% 7.447.44 -- 화학식 3Formula 3 중량%weight% -- 8.508.50 경화제Hardener 화학식 4Formula 4 중량%weight% 3.713.71 -- 화학식 5Formula 5 중량%weight% -- 2.442.44 화학식 1aFormula 1a 중량%weight% 2.972.97 3.193.19 무기계 난연제Inorganic flame retardants 중량%weight% 55 55 커플링제Coupling agent 중량%weight% 0.480.48 0.480.48 실리카Silica 중량%weight% 80.080.0 80.080.0 첨가제additive 중량%weight% 0.180.18 0.180.18 착색제coloring agent 중량%weight% 0.220.22 0.220.22 경화 촉진제Curing accelerator 중량%weight% 0.240.24 0.240.24 흐름성 평가Flow assessment 유동성liquidity 인치inch 2525 6060 경화시간Curing time second 2323 2929 난연성 평가Flame Retardant Rating UI94 테스트UI94 test V0V0 V0V0 총 화염(flamming) 시간Total flame time second 1616 2323

구분division 단위unit 비교예Comparative example 1One 22 33 에폭시Epoxy 화학식 2Formula 2 중량%weight% 6.546.54 9.479.47 9.479.47 화학식 3Formula 3 중량%weight% -- -- -- 경화제Hardener 화학식 4Formula 4 중량%weight% 7.047.04 4.654.65 4.654.65 화학식 5Formula 5 중량%weight% -- -- -- 무기계 난연제Inorganic flame retardants 중량%weight% -- 55 1515 브롬화 에폭시Brominated epoxy 중량%weight% 0.540.54 -- -- Sb203 Sb 2 0 3 중량%weight% 1.21.2 -- -- 커플링제Coupling agent 중량%weight% 0.480.48 0.480.48 0.480.48 실리카Silica 중량%weight% 83.883.8 80.080.0 70.070.0 첨가제additive 중량%weight% 0.180.18 0.180.18 0.180.18 착색제coloring agent 중량%weight% 0.220.22 0.220.22 0.220.22 경화 촉진제Curing accelerator 중량%weight% 0.240.24 0.240.24 0.240.24 흐름성 평가Flow assessment 유동성liquidity 인치inch 2727 2929 3131 경화 시간Curing time second 2929 3030 3131 난연성 평가Flame Retardant Rating UL94 테스트UL94 test V1V1 실패failure 실패failure 총 화염 시간Total flame time second 128128 -- --

구분division 접착력 테스트Adhesion test 실시예Example 비교예Comparative example 1One 22 1One 22 33 MpaMpa 63.1163.11 61.2561.25 45.3245.32 52.3552.35 53.2453.24 작업성 및 신뢰성 평가Workability and Reliability Assessment 공극(a)Void (a) 0/500/50 0/500/50 2/502/50 1/501/50 3/503/50 박리 상부(ea)Peel off top (ea) 2/502/50 3/503/50 7/507/50 13/5013/50 15/5015/50 박리 하부(ea)Peeling bottom (ea) 1/501/50 2/502/50 7/507/50 11/5011/50 12/5012/50 크랙(ea)Crack (ea) 0/500/50 0/500/50 2/502/50 1/501/50 3/503/50 신뢰성 레벨Reliability level 레벨2a 통과Pass Level 2a 레벨2a 통과Pass Level 2a 레벨2a 실패Level 2a failed 레벨2a 실패Level 2a failed 레벨2a 실패Level 2a failed

각 물성별 측정방법은 다음과 같다.The measurement method for each property is as follows.

* 난연성(UL94V) 평가* Flame Retardant (UL94V) Rating

길이125mm, 폭13mm,두께 3mm의 시편을 제작하여 UL94 수직 난연 실험법으로 측정하였다. 시편 끝과 바닥 사이의 거리는 30cm이며, 버너와 시편간의 거리는 최소한 150mm 이상이다. 하기 표 4에 자세히 나타내었다.Specimens 125 mm long, 13 mm wide, and 3 mm thick were prepared and measured by UL94 vertical flame retardant test. The distance between the end of the specimen and the bottom is 30 cm, and the distance between the burner and the specimen is at least 150 mm. It is shown in Table 4 in detail.

기준 조건Reference conditions V-0V-0 V-1V-1 V-2V-2 각각 t1 에서 t2T1 to t2 respectively ≤10초≤10 seconds ≤30초≤30 seconds ≤30초≤30 seconds ∑(t1 + t2)∑ (t1 + t2) ≤50초≤50 seconds ≤250초≤250 seconds ≤250초≤250 seconds 각각 (t2 + t3)Each (t2 + t3) ≤30초≤30 seconds ≤60초≤60 seconds ≤60초≤60 seconds 홀딩 클램프까지 표본의 화염 후또는 백열 후After flame or incandescence of specimen to holding clamp 없음none 없음none 없음none 화염 입자 또는 방울에의해연소된 코튼 표식Cotton marker burned by flame particles or drops 없음none 없음none 있음has exist

* 접착력 측정* Adhesive force measurement

도 1과 같은 형태의 시편을 제작하기 위해 구리 프레임과 몰드를 이용하여 가열이송성형기(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 2와 같은 방향으로 인장력을 가하면서 구리 프레임이 에폭시 수지 조성물과 떨어지는 지점의 부하를 측정하여 접착력 값(MPa)으로 환산한다. 상기 표3에 나타내었다.In order to fabricate the specimen as shown in Figure 1 using a copper frame and a mold using a heat transfer molding machine (pressure = 70kg / ㎠, temperature = 175 ℃, curing time = 120 seconds) and then molded for 6 hours in an oven at 175 ℃ Post-curing, and then subjected to tension in the direction shown in Figure 2 with a universal testing machine (UTM) before and after 48 hours at 85 ° C./85%RH conditions to reduce the load at the point where the copper frame falls from the epoxy resin composition. It measures and converts into adhesive force value (MPa). It is shown in Table 3 above.

* 유동성 측정* Liquidity measurement

EMMI-I-66 규격의 유동성 몰드를 이용하여 가열이송성형기(압력=70kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)로 측정한다. 상기 표 1 및 2에 각각 나타내었다.Using a flowable mold of the EMMI-I-66 standard, it is measured by a heat transfer molding machine (pressure = 70kg / cm 2, temperature = 175 ° C, curing time = 120 seconds). It is shown in Tables 1 and 2, respectively.

* 경화 시간(Gelation time) 측정* Measurement of curing time

열판에 반도체 봉지용 에폭시 수지 경화물을 얇게 도포 한 후, 얇은 핀으로 긁어주다가 경화되는 시점을 포착하여 도포한 때부터 경화될 때까지의 시간을 초시계로 측정한다. 이때 열판의 온도는 175℃이다. 상기 표 1 및 2에 각각 나타내었다.After the epoxy resin cured product for semiconductor encapsulation was applied to the hot plate thinly, the time from the time of application to the time of hardening was measured by a stopwatch. At this time, the temperature of the hot plate is 175 ℃. It is shown in Tables 1 and 2, respectively.

* 공극 측정* Pore measurement

LQFP 패키지(몸체 크기 : 20mm×20mm, 144리드) 금형에서 각각 50공동(cavity)에서 몰딩한 후 공극이 생긴 공동의 개수를 측정하여 상기 표 3에 나타내었다.After molding in 50 cavities in the LQFP package (body size: 20 mm × 20 mm, 144 lead) molds, the number of cavities in which the voids were formed is shown in Table 3 above.

* JEDEC 신뢰성 평가 및 박리 측정 * JEDEC reliability evaluation and peeling measurement

SiN 칩이 부착된 LQFP 패키지(몸체 크기 : 20mm×20mm, 144리드) 몰드를 이용하여 가열이송성형기(압력=70kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 몰딩한 다음, 60℃, 상대습도 60% 상태에서 40시간동안 흡습시킨 후, IR-리플로우를 최고 온도 240℃로 분위기 온도를 조성 한 후, 3회 인가시킨다. 초음파 탐상기(SAT)를 이용하여 패키지 패드부분의 박리, 즉 봉지재와 패드 상부 및 SiN 칩 표면간의 계면과 봉지재와 패드 하부 리드 프레임간의 계면박리 갯수 및 크랙유무를 확인하여 일정수준 이상이면 신뢰성 평가를 통과하게 된다. 박리의 정도는 봉지 된 패키지 50유니트(unit) 중 박리가 발생한 개수로 나타내었다. 하기 표 5에 JEDEC신뢰성 판정 규격을 나타내었다. 레벨(Level) 3을 통과한 것은 레벨 2a 평가를 진행하였고, 이 단계에서 통과한 것은 추가로 레벨 2 평가를 진행하였다. 신뢰성 판정 결과는 상기 표 3에 나타내었다.Molded in a heat transfer molding machine (pressure = 70kg / ㎠, temperature = 175 ℃, curing time = 120 seconds) using an LQFP package (body size: 20mm × 20mm, 144 lead) mold with SiN chip attached, and then 60 ℃. After absorbing for 40 hours at a relative humidity of 60%, IR-reflow was applied at a maximum temperature of 240 ° C. and then applied three times. Using ultrasonic flaw detector (SAT), peeling of package pad part, ie, interface between encapsulant and upper pad and SiN chip surface, and the number of interfacial peeling between encapsulant and lower lead frame and existence of cracks are checked. Will pass through. The degree of peeling was expressed as the number of peelings occurring in 50 units of sealed packages. Table 5 shows JEDEC reliability determination standards. Passing Level 3 progressed to Level 2a assessments, while passing Level 3 progressed further to Level 2 assessments. The reliability determination results are shown in Table 3 above.

*JEDEC STANDARD * JEDEC STANDARD 레벨level 시간(hours)Hours 조건Condition 22 168168 85℃/60%/RH85 ℃ / 60% / RH 2a 2a 120120 60℃/60%/RH60 ℃ / 60% / RH 33 4040 60℃/60%/RH60 ℃ / 60% / RH

상기 실시예 및 비교예에서 알수 있듯이, 본 발명의 수지 조성물은 유기 난연제와 무기계 난연제를 혼합 사용하여 반도체소자를 봉지할 경우, 작업성이 저하되지 않으며, UL94 V-0의 난연성이 확보되고, 접착력 증진 및 패키지의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다. As can be seen from the above examples and comparative examples, when the resin composition of the present invention is encapsulated by using an organic flame retardant and an inorganic flame retardant, the workability does not decrease, and the flame retardancy of UL94 V-0 is ensured, and the adhesive force There is an advantage that the promotion and reliability of the package is improved.

도 1은 본 발명에 따른 조성물의 접착성을 실험하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 shows schematically a device for testing the adhesion of a composition according to the invention.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

1 : 에폭시 수지 조성물 2 : 구리 프레임1: epoxy resin composition 2: copper frame

←, →: 인장력이 가해지는 방향←, →: direction in which tension is applied

Claims (3)

에폭시 수지 5 내지 10중량%, 화학식 1로 표시되는 유기계 난연제를 포함하는 경화제 3 내지 10중량%, 무기계 난연제를 포함하는 무기 충진제 75 내지 90중량% 및 기타 첨가제를 포함하며, 상기 유기계 난연제는 총 경화제에 대해 50 ∼ 90중량%가 포함되며, 상기 무기계 난연제는 ⅡA, ⅡB, ⅢB 및 ⅥA족 금속 원소로부터 하나 이상 선택되며 평균 입자 크기가 0.2 내지 5.0㎛인 것을 특징으로 하는 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물;5 to 10% by weight of epoxy resin, 3 to 10% by weight of a curing agent comprising an organic flame retardant represented by Formula 1, 75 to 90% by weight of an inorganic filler including an inorganic flame retardant and other additives, wherein the organic flame retardant is a total curing agent 50 to 90% by weight of the inorganic flame retardant is selected from at least one of the group IIA, IIB, IIIB and VIA metal elements, and the epoxy resin composition for semiconductor element encapsulation, characterized in that the average particle size is 0.2 to 5.0㎛ ; 화학식 1Formula 1 여기서, R1은 탄소수 1 내지 4의 탄화수소기, R2는 탄소수 1 내지 10의 탄화수소기, m은 2 내지 10의 정수, n은 1 내지 10의 정수이다.Here, R <1> is a C1-C4 hydrocarbon group, R <2> is a C1-C10 hydrocarbon group, m is an integer of 2-10, n is an integer of 1-10. 제1항에 있어서, 상기 유기계 난연제는 질소 함량이 5 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물. The epoxy resin composition for encapsulating a semiconductor device according to claim 1, wherein the organic flame retardant has a nitrogen content of 5 to 20 wt%. 제1항에 있어서, 상기 무기계 난연제는 ⅡA족의 Mg, Ca ⅡB족의 Zn, ⅢB족의 B, Al, Ti 및 ⅥA족의 Mo, W 로부터 하나 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.The method of claim 1, wherein the inorganic flame retardant is selected from the group consisting of Mg of Group IIA, Zn of Ca IIB group, B, Al, Ti of Group IIIB, Mo, W of Group VIA and W, Epoxy resin composition.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100678689B1 (en) * 2005-12-30 2007-02-02 제일모직주식회사 Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor device
KR101127934B1 (en) * 2010-04-28 2012-03-23 주식회사 케이씨씨 Epoxy resin composition for sealing semiconductor devices

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