KR20070069386A - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)계 유기충전제와 비할로겐계 난연제로서 마그네슘 징크 하이드록사이드를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 연소 시 인체 및 환경에 유해한 부산물을 발생시키는 할로겐족 난연제를 사용하지 않고서도 우수한 난연성을 달성할 수 있으며 성형성 및 신뢰성도 우수한 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.
PTFE(Polytetrafluoroethylene)계 유기충전제, 비할로겐계 난연제, 마그네슘 징크 하이드록사이드, 난연성, 성형성, 신뢰성
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)계 유기충전제와 비할로겐계 난연제로서 마그네슘 징크 하이드록사이드를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지를 제조함에 있어서 대부분의 반도체 업체에서 난연성은 UL-94 V-0를 요구하고 있다. 이러한 난연성을 확보하기 위해, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 제조 시에 난연제로는 일반적으로 브롬에폭시 또는 삼산화안티몬(Sb2O3)을 사용한다. 그러나 이러한 할로겐계 난연제 또는 삼산화안티몬을 사용하여 난연성을 확보한 반도체 봉지제용 에폭시 수지의 경우 소각 시나 화재 시 다이옥신(dioxin)이나 다이퓨란(difuran)등의 유독성 발암물질이 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한 할로겐계 난연제의 경우, 연소 시 발생하는 HBr 및 HCl 등의 가스는 인체에 유독할 뿐만 아니라 반도체 칩(chip)이나 와이어(wire) 및 리드 프레임(lead frame)의 부식(corrosion)을 발생시키는 주요한 원인으로 작용하는 점 등의 문제점이 있었다.
이에 대한 대책으로서 포스파젠(phosphazene)이나 인산 에스테르와 같은 인계 난연제 또는 질소원소 함유 수지와 같은 새로운 난연제가 검토되고 있으나, 인계 난연제 경우 수분과 결합하여 생성되는 인산 및 폴리인산이 반도체 장기 신뢰성 시험 시 패드나 칩 부분에 부식을 일으킴으로서 신뢰성에 문제를 발생시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, PTFE계 유기충전제와 비할로겐계 난연제로서 마그네슘 징크 하이드록사이드를 포함함으로써, 인체 및 환경에 유해한 부산물의 발생 우려가 없으면서 우수한 난연성을 만족하는 반도체 소자 에폭시 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 PTFE계 유기충전제와 하기 화학식 1로 나타나는 마그네슘 징크 하이드록사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Mg 1-X Zn x (OH) 2
(상기 식에서, X의 평균치는 0보다 크고 1보다 작다.)
상기 PTFE계 유기충전제와 마그네슘 징크 하이드록사이드의 총 함량은 전체 수지 조성물에 대하여 0.5 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 다방향족 에폭시 수지와 하기 화학식 3으로 표시되는 다방향족 페놀 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 2]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
이하에서, 본 발명에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 PTFE계 유기충전제와 하기 화학식 1로 나타나는 마그네슘 징크 하이드록사이드를 필수 성분으로 포함한다.
[화학식 1]
Mg 1-X Zn x (OH) 2
(상기 식에서, X의 평균치는 0보다 크고 1보다 작다.)
상기 PTFE계 충진제는 일반적인 폴리테트라플루오로에틸렌 화학구조를 가지고 있으며 열안정성, 난연성, 탄성 특성이 우수하고 고순도, 무독성의 특징을 가지고 있으며, 상기 마그네슘 징크 하이드록사이드는 열안정성, 분산성, 난연성이 우수하며 고순도, 무독성의 특징을 가지고 있다.
상기 PTFE계 유기충전제와 마그네슘 징크 하이드록사이드의 총 함량은 전체 수지 조성물에 대하여 0.5 ~ 5 중량%인 것이 바람직하며, 평균입자가 0.1 ~ 35 ㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 만약 그 양이 5 중량%를 초과시는 분산성에 영향을 미쳐 신뢰성과 성형성이 나빠질 우려가 있고, 0.5 중량% 미만 적용 시에는 난연 효과가 떨어지게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 에폭시 수지는 다방향족 에 폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐계 에폭시 수지, 비스페놀계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 나프탈렌계 에폭시 수지 등의 임의의 에폭시수지를 적어도 한 종 이상 사용한다. 그 중에 다방향족 에폭시 수지가 난연성 향상을 위하여 바람직한데, 다방향족 에폭시 수지는 하기 화학식 2의 구조를 갖는다.
[화학식 2]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
상기 다방향족 에폭시 수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여, 흡습성, 인성 내산화성, 및 내크랙성도 우수하며, 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소 시 탄소층(char)을 형성하면서 그 자체로도 어느 정도 수준의 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에서 상기 전체 에폭시 수지의 사용량은 전체 수지 조성물 중 3.5 ~ 15 중량%가 바람직하다.
본 발명의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 경화제로는 다방향족 페놀 수지, 페놀 노볼락형 수지, 크레졸 노볼락형 수지, 자일록형 수지, 디시클로펜타디 엔계 페놀 수지, 나프탈렌계 수지 등의 임의의 페놀 수지를 적어도 한 종 이상 사용한다. 그 중에 다방향족 페놀 수지가 난연성 향상을 위하여 바람직한데, 다방향족 페놀 수지는 하기 화학식 3의 구조를 갖는다.
[화학식 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
상기 다방향족 페놀 수지는 다방향족 에폭시 수지와 반응하여 탄소층(char)을 형성하면서 주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 향상시키는 장점이 있다. 본 발명에서 상기 전체 페놀 수지의 사용량은 전체 수지 조성물 중 2 ~ 10.5 중량%가 바람직하다.
본 발명의 조성물에서 사용 가능한 경화 촉진제는 상기 다방향족 에폭시 수지와 다방향족 페놀 수지의 경화반응을 촉진하기 위한 촉매 성분으로, 예를 들면 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류; 테트라페 닐포스포니움 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등이 있다. 이 중에서 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있으며, 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.1 ~ 0.3 중량%가 바람직하다.
본 발명에서 사용할 수 있는 무기충전제로서는 그 평균입자가 0.1 ~ 35 ㎛인 용융 또는 합성실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 충전량은 조성물 전체에 대해 73 ~ 90 중량%가 바람직하다.
본 발명의 성형재료에는 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙, 유·무기염료 등의 착색제, 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란과 같은 커플링제, 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 실리콘 레진 등의 응력완화제 등이 필요에 따라 사용될 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기와 같은 원재료를 소정의 배합량으로 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합하고, 롤밀 또는 니이더로 용융 혼련한 뒤, 냉각/분쇄과정을 거쳐 최종 분말 제품으로 얻어진다.
본 발명에서 수득된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 인젝션(Injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로도 성형 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 3]
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하기 위해, 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합함으로써 분말 상태의 1차 조성물을 제조하고, 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100℃에서 7분간 용융 혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
상기와 같이 수득된 에폭시 수지 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성 및 신뢰성을 평가하였으며, 신뢰성 시험을 위해, MQFP형 반도체 소자 성형 시 Auto Mold System 성형기를 이용하여 175℃에서 60초간 성형시킨 후, 175℃에서 6시간 동안 후경화시켜, MQFP형 반도체 소자를 제작하였다. 본 발명에 의한 에폭시수지 조성물의 물성 및 시험결과를 표 2에 나타내었다.
* 물성평가 방법
1) 스파이럴 플로우(Spiral Flow)
EMMI 규격을 기준으로 금형을 제작하여 성형온도 175℃, 성형압력 70Kgf/㎠에서 유동 길이를 평가하였다.
2) 유리전이온도(Tg)
TMA(Thermomechanical Analyser)로 평가하였다.
3) 전기전도도
경화된 EMC 시험편을 분쇄기에서 약 #400MESH ~ #100MESH의 입자크기로 분쇄하고 분말화한 시료 2g±0.2㎎을 평량하여 추출용 병에 넣어서 증류수 80㏄를 넣고 100℃ OVEN 내에서 24시간 추출한 다음 추출수의 상등액을 이용하여 전기전도도를 측정하였다.
4) 굴곡강도 및 굴곡 탄성율
경화된 EMC 성형시편(125 * 12.6 * 6.4 ㎜)을 준비하여 시편 중심부의 넓이와 두께를 마이크로미터(Micrometer)로 0.001㎜까지 재어 UTM 시험기에서 측정하였다.
5) 난연성
UL 94 V-0 규격에 준하여 1/8인치 두께를 기준으로 평가하였다.
6) 내크랙성 평가(신뢰성 시험)
프리컨디션(Precondition) 후 열충격 환경시험기(Temperature Cycle Test)에서 1,000 사이클 경과 후, 비파괴 검사기인 SAT(Scanning Acoustic Tomograph)로 크랙발생유무를 평가하였다.
a) 프리컨디션조건
에폭시 수지 조성물로 제조한 MQFP형 반도체 소자를 125℃에서 24시간 건조시킨 후, 5 사이클의 열충격 시험을 거쳐 다시 85℃, 85% 상대습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 235℃에서 10초 동안 IR 리플로우를 3회 통과시켜 1차로 프리컨디션 조건 하에서의 패키지 크랙발생 유무를 평가하였다. 이 단계에서 크랙이 발생되었을 경우, 다음 단계인 1,000 사이클의 열충격 시험은 진행하지 않았다.
b) 열충격 시험
프리컨디션 조건을 통과한 반도체 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 5분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 1 사이클로 하여 1,000 사이클을 진행한 후, 비파괴 검사기인 SAT를 이용하여 내부 및 외부 크랙을 평가하였다.
[비교예 1 및 2]
하기 표 1에 나타난 바와 같이 각 성분을 주어진 조성대로 평량하여 실시예와 같은 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하였으며, 각 물성 및 평가결과를 표 2에 나타내었다.
| 구 성 성 분 (단위 : 중량 %) | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 에폭시 수지 | 다방향족 에폭시 수지 | 3.5 | 5.75 | 5.76 | - | - |
| 오르소크레졸노볼락 | 3.35 | 2.07 | ||||
| 바이페닐 | 2.25 | 2.27 | 3.25 | |||
| 경화제 | 다방향족 페놀수지 | 4.73 | 2.73 | 4.73 | 4.6 | |
| 자일록 | - | 2 | - | 4.2 | ||
| 마그네슘 징크 하이드록사이드 | 1 | 2 | 2 | - | - | |
| 브롬화에폭시수지 | - | 0.3 | 1 | |||
| 삼산화안티몬 | - | 1 | 0.3 | |||
| 경화촉진제 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 실리카 | 86.94 | 85.44 | 84.43 | 87.4 | 88.1 | |
| PTFE 유기충전제 | 0.5 | 1 | 2 | - | - | |
| γ-글리시톡시프로필트리메톡시실란 | 0.42 | 0.42 | 0.42 | 0.42 | 0.42 | |
| 카본블랙 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 카르나우바왁스 | 0.26 | 0.26 | 0.26 | 0.26 | 0.26 | |
| 합 계 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 평 가 항 목 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | |
| 스파이럴 플로우(inch) | 38 | 39 | 40 | 40 | 39 | |
| Tg(℃) | 119 | 119 | 120 | 121 | 120 | |
| 전기전도도(㎲/㎝) | 13 | 12 | 13 | 12 | 13 | |
| 굴곡강도(kgf/㎟ at 25℃) | 18 | 19 | 17 | 16 | 16 | |
| 굴곡탄성율(kgf/㎟ at 25℃) | 2430 | 2380 | 2290 | 2460 | 2410 | |
| 난 연성 | UL 94 V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 |
| 성 형 성 | 보이드 발생갯수 (Visual Inspection) | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 총시험한 반도체소자수 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | |
| 신 뢰 성 | 내크랙성 평가 (열충격시험) 크랙발생수 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 총시험한 반도체소자수 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | |
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 기존의 할로겐계 난연제를 사용한 기존의 에폭시 수지 조성물과 비교하여 난연성 UL 94 V-0를 확보하면서도 성형성, 신뢰성 측면에서 보다 우수한 특성을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 연소 시에 인체 및 환경에 유해한 부산물을 발생시키지 않을 뿐만 아니라, 반도체 칩 및 리드 프레임의 부식을 초래하지 않으면서도 난연성이 확보되고, 성형성 및 신뢰성이 우수한 에폭시수지 조성물을 제공한다.
Claims (3)
- PTFE계 유기충전제와 하기 화학식 1로 나타나는 마그네슘 징크 하이드록사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 1]Mg 1-X Zn x (OH) 2(상기 식에서, X의 평균치는 0보다 크고 1보다 작다.)
- 제 1항에 있어서, 상기 PTFE계 유기충전제와 마그네슘 징크 하이드록사이드의 총 함량은 전체 수지 조성물에 대하여 0.5 ~ 5 중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서, 하기 화학식 2로 표시되는 다방향족 에폭시 수지와 하기 화학식 3으로 표시되는 다방향족 페놀 수지를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 2]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)[화학식 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
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- 2005-12-28 KR KR1020050131438A patent/KR100758881B1/ko not_active IP Right Cessation
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