KR20080062440A - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한반도체 소자 Download PDF

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KR20080062440A
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박현진
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Abstract

본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는　에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제, 및　무기충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는　트리아졸(triazole)계 화합물을 더 포함하며, 상기 무기충전제로 구상 결정성 실리카를 포함하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.
[화학식 1]　
Figure 112006098346415-PAT00001
(R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 하이드록시기, 탄소수 1~8의 탄화수소쇄 중 어느 하나이다.)
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 은 도금을 한 구리 리드 프레임, 또는 니켈/팔라듐 도금 후 은 및/또는 금 도금을 한 구리 리드 프레임과의 부착력을 향상시켜 신뢰도를 높일 수 있어 수지 밀봉형 반도체 소자 제조에 유용하다.
반도체 소자, 부착력, 신뢰도, 니켈/팔라듐 도금, 트리아졸(triazole)계 화합물, 구상 결정성 실리카

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자 {Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor device　and semiconductor device　using the same}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 내크랙성을 가짐과 동시에 은 도금을 한 구리 리드 프레임, 또는 니켈/팔라듐 도금 후 은 및/또는 금 도금을 한 구리 리드 프레임과의 부착성이 우수하며, 파워 반도체 소자의 개발 기술의 발전에 의해 발생하는 파워 모듈 패키지에 있어서 그 최대의 특징인 방열과 내부 절연을 유지하기 위한 반도체 소자 밀봉용　에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
근래 폐기되는 전기/전자　제품 내의 납　성분의 인체에의　치명적인 영향이 밝혀짐에 따라 국가별로 지하수 1리터 당 납 용출량을 0.05~0.3mg으로 규제하고 있다. 특히 유럽을 중심으로 납 규제에 대한 법제화가 활발히 진행되고 있으며, RoHS(Restriction of Hazardous Substances) 규정을 통하여　납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬　등의 무기 원소　및　브롬계 유기 난연제 규제법이　곧　시행될　예정이다.
따라서 규제법이 시행되기 이전에 전기/전자 제품 내 유해물질이 함유된 부품 전부를 환경 친화적으로 교체하여야 하므로 무연화(Pb free) 제품에 대한　활발한 개발이 필요한 실정이다. 전기/전자 부품 메이커(Maker)　및 세트(Set)　메이커에서 전자 부품　내 무연화하여야 할 대상은 다음과 같다.
현재 솔더(Solder)의 경우 해외에서는 거의 무연화 솔더로 진행되고 있으며, Sn-Pb Plating도 점차 무연화가 진행되고 있는 단계이다. 기존의 주석-납(Sn-Pb) 플레이팅(Plating)을 대체하기 위하여　현재 개발되고 있는 무연화 방법으로는　순수주석도금(Pure Sn plating)과 니켈-팔라듐(Ni-Pd) 프리플레이팅(Pre-plating)을 들 수 있다.
일부 대형 반도체 메이커에서는 알로이합금(Alloy42)　리드프레임(lead frame) 또는 구리(Cu) 리드프레임에 순수주석도금을 하는　방법을 적극적으로 검토하고 있는 단계이나 휘스커(whisker)　문제를 극복하여야 하는 과제가 남아 있어 양산까지는 상당 시간이 소요될 것으로 예상된다. 니켈-팔라듐-은(Ni-Pd-Ag) 또는 니켈-팔라듐-은/금(Ni-Pd-Ag/Au) 프리플레이팅　(일명 PPF: Pre-Plated Frame)이　이러한 문제점 극복을 위한 대안으로 제시되고 있는데, 특히 유럽을 중심으로 구리 리드프레임에 대한 PPF　리드프레임으로의　대체가 활발히 진행되고 있으며 PPF 리드프레임의 사용량이 큰 폭으로 증가할 것으로 예상되고 있다.
그러나 PPF 리드프레임은 기존의　알로이합금 및 구리 재질의 리드프레임에 비하여 에폭시 수지 조성물과의 계면 부착력이 굉장히　낮아 후경화 및 신뢰도 실험 후 박리가 발생하는 등 신뢰도가 현저하게 저하되는 문제를 안고 있었다.
일반적으로 용접 후의 신뢰도 저하를 개선하기 위해서는　무기충전제의 충전량을 증가시켜 저흡습 및 저열팽창화를 달성하여 내크랙성을 향상시킴과 동시에 저점도 수지를 사용하여 고유동성을 유지하는 방법을 적용하나, 용접 처리 후의 신뢰성은 에폭시 수지 조성물의 경화물과 반도체 장치 내부에 존재하는 반도체 소자나 리드프레임 등의 기재와의 계면에서의 부착력에 더 크게 의존하게 된다. 만약 이러한　계면에서의 부착력이 약하다면 용접 처리 후, 기재와의 계면에서 박리가 발생하고 나아가서는 이 박리에 의하여 반도체 소자에 크랙이 발생하게 되는 것이다.
따라서,　계면에서의　접착력을　향상시킬　목적으로 아민계 커플링제　등이 수지 조성물에 첨가되어 왔으나(일본특허공개 제　2002-105172호, 일본특허공개 제　2002-155130호), 무연화에 의한 용접 처리 온도의 상승 (215~240℃ → 260℃)과　PPF　리드프레임 등의 출현으로 충분한　부착　성능을 발휘하는 데에는　한계에 도달하게 되었다.
또한 최근 에너지 산업과 더불어 시스템 및 산업 설비의 자동화와 다기능화 경향에 맞추어 인텔리전트 파워 IC 기술도 현저하게 발전하였으나, 파워 IC의 인텔리전트화 기술은 고내압, 대용량 반도체 소자의 발전과 더불어 구동 및 보호회로의 설계와 이들 소자 간의 열적, 전기적 문제를 조화시킨 새로운 재료의 개발과 적용 그리고 회로 설계 및 레이아웃 설계 기술의 개발에 초점이 맞춰지면서, 파워 IC는 점점 다기능화, 고품질화 되고 활용 분야가 날로 확대되고 있다. 이와 같은 파워 반도체 칩을 용도와 목적에 따라 결선하고 하나의 패키지로 제작한 파워 모듈 패키지 기술은, 파워 모듈 패키지에 있어서의 그 최대의 특징인 방열과 내부 절연을 유 지하기 위하여 알루미늄 세라믹(Al2O3) 절연기판 등과 다양한 무기 필러를 충전하는 등의 방법(일본공개특허 제 1993-283559호, 일본공개특허 제 2004-292515호, 한국공개특허 제 2006-0073074호)을 이용하고 있으나, 신뢰성 향상을 위한 필러 고충전 등의 한계와 충전제에 의한 성형 유동성의 저하 등 한계가 있는 실정이다. 또한 최근 고부가 제품에 사용되는 용융 실리카는 성형성 등은 개선되었으나 매우 작은 열팽창 계수를 가지므로 선도금 프레임의 기저 물질인 구리가 프레임 재료로 사용될 경우에 발생하는 팽창계수의 차이에 의한 응력 집중으로 크랙이 발생하는 등 한계를 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자, 리드프레임 등의 각종 부재와의 부착성을 향상시키고, 기판 실장　시의 내크랙성을 향상시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를　이용한 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 인체나 기기에 유해한 할로겐계 난연제 및 인계 난연제를 일절 사용하지 않아도 우수한 난연성이 확보되는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 구형 결정성 실리카의 사용으로 성형성의 저하없이 열팽창 계수 제어와, 고열전도도를 가질 수 있는 수지 밀봉형 반도체 소자 제조할 수 있도록 하는 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면, 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제, 및　무기충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는　트리아졸(triazole)계 화합물을 더 포함하며, 상기 무기충전제로 구상 결정성 실리카를 포함하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
[화학식 1]
Figure 112006098346415-PAT00002
(R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 하이드록시기, 탄소수 1~8의 탄화수소쇄 중 어느 하나이다.)
상기 화학식 1의 트리아졸(triazole)계 화합물이 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　0.01　∼　2　중량%로　포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 무기충전제로 구상 결정성 실리카를　전체 충전제에　대하여　40~100 중 량%가 되도록　포함하는 것을 특징으로 한다.　
상기 에폭시수지가 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지　또는 하기　화학식 3으로 나타낼 수 있는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 포함하는　것을 특징으로 한다.
[화학식 2]
Figure 112006098346415-PAT00003
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
[화학식 3]
Figure 112006098346415-PAT00004
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)　
상기 경화제가 하기　화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지　또는 하기　화학식 5로 나타낼 수 있는 자일록형 페놀수지를 포함하는　것을 특징으로 한다.
[화학식 4]
Figure 112006098346415-PAT00005
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 5]
Figure 112006098346415-PAT00006
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
또한, 본 발명은 상기　에폭시 수지 조성물을 헨셀믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자를 제공한다.
상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법　또는　캐스팅(Casting) 성형법으로　밀봉한 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자는 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된　리드 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제, 및　무기충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는　트리아졸(triazole)계 화합물을 더 포함하며, 상기 무기충전제로 구상 결정성 실리카를 포함하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112006098346415-PAT00007
(R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 하이드록시기, 탄소수 1~8의 탄화수소쇄 중 어느 하나이다.)
상기 트리아졸계 화합물은 금속의 부식 억제제이다. 반도체 패키지 흡습 신뢰도 평가　시 발생하는 리드 프레임의 부식이 계면 간의 결합을 방해하여 부착력을 저하시키고 이후 신뢰도에 악영향을 미칠 수 있으므로 본 발명에서는 리드프레임의 부식을 막고 기재와의 계면 부착력을 유지하기 위하여 상기 물질을 적용한다. 　　
일반적으로 부식은 금속이 접하고 있는 주위 환경에 존재하는 성분과 반응하여 화합물로 변해 소모됨으로써 금속 제품의 성능이 저하되는 현상이다. 일반적으로 부식을 억제하기 위해 산/염기 부식액 중에 용해시킨 후 금속에 표면 처리하는 방법이 사용된다. 즉, 부식 억제제의 흡착기는 부식액과 금속 표면과의 사이에서 활성을 나타내는 물질(흡착기는 친금속성 및 친무기성, 탄화 수소기는 소금속성 및 친유기성)로 금속에 부착하기 이전의 단계에서는 부식액 중에 잘 분산되어 흡착이 용이하고, 금속면에 강하게 흡착한 후에는 쉽게 금속으로부터 탈착되지 않는 성질을 이용한 것이다. 따라서 본 발명에서는 부식액 대신 에폭시 수지 조성물에 상기 트리아졸계 화합물을 원할히 분산시켜, 금속면에 부착된 후 금속으로부터의 탈착을 막을 수 있도록 하였다. 이를 통하여 기재와 금속간의 부착력의 저하를 막아 고 신뢰성의 반도체 봉지재료를 제공하고자 한 것이다. 또한, 이러한 흡착의 강도는 흡착에 관여하는 원자에 따른 영향이 크나 흡착 중심이 되는 원자에 따르는 다른 원자의 영향도 무시할 수 없다. 흡착기 중심원자가 금속에 전자를 공여하는 것이 흡착이기 때문에 부식 억제에 사용되는 물질의 흡착기는 전자 밀도가 높은 원소가 중심이 된다. 따라서 부식 억제에 사용되는 물질의 흡착기는 전자 밀도가 높은 주기유표의 제 V족 및 제 VI족의 원소가 중심이 되며 특히 N이 포함된 화학식 1의 트리아졸(triazole)계 화합물은 높은 전기음성도를 가지고 있어 금속(Cu, Alloy, Ag　등)의 부식을 억제하여 금속과 에폭시 수지 조성물 간의 계면에서의 부착력의 저하를 방지하게 된다.
상기 트리아졸계 화합물은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　0.01 ~ 2 중량%로　사용되는데, 그 함량이 전체 조성물의 0.01 중량% 미만인 경우에는 PPF 등 금속과의 부착성 향상효과를 충분히 가질 수 없는 반면, 2 중량%를 초과하여 사용할 경우에는 원재료 혼합　문제의 발생 및 경화반응 저하를 초래할 수 있다.
상기 트리아졸계 화합물은　에폭시 수지 조성물 제조　시에　직접 투입하거나, 멜트마스터배치(Melt Master Batch; MMB)와 같은 방법을 통하여 에폭시 또는 경화제의 용융물에 미리 녹여 분산하여 조성물에 투입하여 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 무기충전제는 에폭시 수지 조성물의　기계적 물성의 향상과 저　응력화를 위하여 사용되는 물질이다. 일반적으로 사용되는 예로서는 용융실리카, 결정성　실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 고열전도도 특성을 부여하기 위하여 구상 결정성 실리카를　사용하는 것이 바람직하다.　상기의 구상 결정성 실리카의 특성을 용융실리카와 구분하여 비교표에 기술해 놓았다. 하기의 내용과 같이 기존의 용융실리카와는 달리 10배 이상의 열전도도를 가지므로 고열 전도성을 가질 수 있어 파워 모듈 패키지 등에 적용이 가능하며 높은 열팽창계수를 가지므로 선도금 프레임의 기저 물질인 구리가 프레임 재료로 사용될 경우에 발생하는 팽창계수(16ppm/K)와의 차이가 작아 패키지 내부에 응력이 감소하여 신뢰도 향상에 효과가 있다. 또한 구상이므로 성형성의 제어에도 효과적이다.　상기 구상 결정성 실리카는 전체 무기충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되 도록　포함되는 것이 바람직하다. 본 발명의 무기충전제는 상기 구상 결정성 실리카 이외에 용융실리카를 포함하는 것도 가능하다. 용융실리카는 진비중이 2.3　이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지 않으며, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45um, 55um　및　75um　중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다.　본 발명에서 전체 무기충전제의 함량은 성형성, 저응력성, 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르지만, 전체 에폭시 수지　조성물에　대하여　70　~　95 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 82 ~　92 중량% 비율로　사용하는 것이 더욱 바람직하다.
[비교표] 결정성 실리카와 용융실리카
Figure 112006098346415-PAT00008
본 발명의 에폭시 수지는 예를 들면, 크레졸 노볼락형 에폭시수지, 페놀 노볼락형 에폭시수지, 바이페닐형 에폭시수지, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 선형지방족 에폭시수지, 지환식 에폭시수지, 복소환식 에폭시수지, 스피로환을 포함하는 에폭시수지 및 자일록형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지 등을 들 수 있으며, 이 중 두 가지 이상을 사용할 수 있다. 예를 들어 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지와 화학식 3으로 나타낼 수 있는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 들 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112006098346415-PAT00009
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
[화학식 3]
Figure 112006098346415-PAT00010
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)　
바람직한 에폭시수지로는 상기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지를 들 수 있으며, 이를 전체 에폭시수지에 대하여 40 중량% 이상, 특히 70 중량% 이상 사용하는 것이 좋다. 상기 바이페닐형 에폭시 수지는 단독 혹은 혼합물로도 충분한 효과를 발휘할 수 있으며, 상기 바이페닐형 에폭시 수지에 일부 반응을 시킨 부가 화합물로도 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 전체 에폭시수지는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 3~15 중량%가 바람직하며, 보다 바람직하기로는 3~12 중량%가 사용된다.　　
본 발명에 사용되는 경화제는 에폭시수지와 반응하여 경화물을 만들 수 있는 물질로서 구체적인 예로는 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 자일록형 페놀 수지, 페놀아랄킬형 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 각종 노볼락 수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐 등 다양한 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산, 무수프탈산 등의 산무수물 및 메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 디아미노이페닐설폰 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다. 반도체 성형용으로는 내열성, 내습성 및 보존성 측면에서 페놀계 경화제가 많이 사용되고 있으며, 용도에 따라 2종류 이상의 경화제를　병행하여 사용되는 것이 좋다. 예를 들어 화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지와 화학식 5로 나타낼 수 있는 자일록형 페놀수지를 들 수 있다.
　
[화학식 4]
Figure 112006098346415-PAT00011
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 5]
Figure 112006098346415-PAT00012
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
바람직한 페놀수지로는 화학식 4와　같은 페놀아랄킬형 페놀수지를 들 수 있으며, 이를 전체 페놀수지에 대하여 20 중량% 이상 특히 30 중량% 이상 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서 사용되는 전체 경화제는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.1~10 중량%가 바람직하며, 보다 바람직하기로는 0.5~7 중량%를 사용한다. 에폭시 수지와 경화제의 비는 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 에폭시수지에 대해 경화제의 화학 당량비가 0.5~2　특히 0.8~1.6　범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 경화촉진제는 에폭시수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 예를 들면,　제　3급아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 제　3급 아민에는 벤질디메틸아민, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실 에시드의 염 등이 있다. 유기 금속화합물에는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸　등이 있다. 붕소화합물에는 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도 1,,5-디아자바이시클로[4.3.0]논-5-엔(1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene: DBN), 　1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운덱-7-엔(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene: DBU) 및　페놀노볼락 수지염　등을 사용할 수 있다.　특히 바람직한　경화촉진제로는 아민계 및 이미다졸계와 같은 염기성 경화촉진제를 단독 혹은 혼합하여 사용하는 것을 들 수 있다. 상기 경화촉진제는 에폭시수지 또는　경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다. 본 발명에서 사용되는 경화촉진제의 배합량은 전체　에폭시 수지 조성물에 대하여　0.001~1　중량%가 바람직하며, 0.01~0.5　중량%가 보다 바람직하다.　　
본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 고 급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제, 카본블랙, 유기염료, 무기염료 등의 착색제, 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란, 알콕시실란　등의 커플링제 및 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 실리콘 레진 등의 응력완화제, 브롬화 에폭시 수지, 산화 안티몬, 포스파젠, 붕산아연, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 등의 유, 무기 난연제 등을　필요에 따라 함유할 수 있다.
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시　수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법이 사용되고 있다. 본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되는 방법이나, 인젝션(Injection) 성형법이나 캐스팅(Casting) 등의 방법으로도 성형이　가능하다.
상기 방법에 의해 리드프레임　또는　유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 근거하여 자세히 설명하겠으나 본 발명이 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1　내지 2, 비교예 1 내지 3]
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하기 위해 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀 믹서를 이용, 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였으며,　연속 니더를 이용하여 100　~　120℃ 범위에서　용융 혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.　이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성 및 신뢰성을 평가하였으며, 신뢰성 시험을 위해 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 70초간 성형시킨 후, 175℃에서 4시간 동안 후경화시켜, Cu 금속 소자에 니켈-팔라듐-금이　프리플레이팅된　리드프레임으로 구성된 MQFP(Medium　Quad Flat Package)형 반도체 소자를 제작하였다.　본 발명에 의한 에폭시수지 조성물의 물성 및　신뢰성 시험결과를 하기 표 2에 나타내었다. 신뢰성 시험은 열충격 시험에서의 박리 및 패키지 크랙 발생　정도로 나타내었다.
* 부착력 : 측정하고자 하는 구리 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하고, 준비된 구리 금속 시편에 니켈-팔라듐-금　및 니켈-팔라듐-금/은을　프리플레이팅한　시험편을 준비하였다. 이렇게 준비된 금속 시험편에 표 1의 에폭시 수지 조성물을 금형온도 170~180℃, 이송압력 1000psi, 이송속도 0.5~1.0cm/sec, 경화시간 120초의 조건으로 성형하여 경화　시편을 얻은 후, 시편을 170~180℃의 오븐에 넣어 4시간　동안 후경화시킨 직후와, 60℃,　60% 상대습도 조건　하에서 120시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시 키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 하에서의　부착력을 각각 측정하였다. 이때 금속 시편에 닿는 에폭시 수지 조성물의 면적은 33 ~ 40mm2이며 부착력 측정은 각 측정 공정 당 10개 이상의 시편에 대하여 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정하였다.
* 내박리성 평가(신뢰성 시험): 구리　금속 소자에 니켈-팔라듐-금이　프리플레이팅된 리드프레임으로 구성된 MQFP형 반도체 소자를 표 1의　에폭시 수지 조성물을 이용하여 조립한 후 175℃에서 4시간　동안 후경화하였다. 이러한 MQFP형 반도체 소자를 125℃에서 24시간 건조시킨 후, 60℃, 60% 상대습도 조건 하에서 120시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 하에서의　패키지 외관 크랙 발생 유무를 광학현미경으로 평가하였다. 또한 비파괴 검사기인 C-SAM(Scanning Acoustical Microscopy)을　이용하여 에폭시 수지 조성물과 리드프레임간의 크랙　발생 유무를 평가하였다.
구성성분(단위:중량%) 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
에폭시수지 페놀아랄킬형 에폭시수지주1) 4.57
바이페닐형 에폭시수지주2) 2.10
경화제 자일록형 페놀수지주3) 4.26
페놀아랄킬형 페놀수지주4) 0.60
경화촉진제 트리페닐포스핀계주5) 0.20
무기충전제 구상 결정성 실리카 87 60 　 　 　
용융 실리카 　 27 　 87 27
알루미나 　 　 87 　 60
커플링제 머캡토프로필트리메톡시 실란주6) 0.10 0.10 0.10 0.10 0.40
메틸트리메톡시 실란　 주7) 0.10 0.14 0.24 0.24 0.20
아민계 실란주8) 0.14 0.20 0.20 0.40 0.14
첨가제 트리아졸계 화합물주9) 0.40 0.30 0.20 - -
척색제 카본블랙 0.27
왁스 카르나우바왁스 0.26
　주 1) NC-3000, Nippon Kayaku
　주 2) YX-4000, Japan Epoxy Resin
　주 3) KPH-F3060, Kolon 유화
　주 4) MEH-7851, Meiwa
　주 5) TPP-k, Hokko Chemical
　주 6) KBM-803, Shin Etsu Silicon
　주 7) SZ-6070, Dow corning chemical
　주 8) KBM-573, Shin Etsu Silicon
　주 9) 1,2,3-벤조트리아졸, Aldrich
평가항목 실시예1 실시예2 비교예1 비교예2 비교예3
스파이럴 플로우(inch) 40 43 31 46 37
Tg(℃) 124 125 122 122 123
CTE (α1) 16 14 10 10 10
부착력 (kgf) Cu After PMC 120 120 120 120 120
After 60℃/60%+120hrs 115 115 115 115 115
Alloy 42 After PMC 80 80 80 80 80
After 60℃/60%+120hrs 78 76 78 78 78
Ag After PMC 65 63 60 30 45
After 60℃/60%+120hrs 60 57 55 5 26
PPF After PMC 80 76 72 34 58
After 60℃/60%+120hrs 78 73 70 25 35
난연성 UL 94 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
열전도도 Cal/cm·S·℃ 60 40 60 15 40
신뢰성 내크랙성 평가 크랙발생수 0 0 80 180 120
총시험한 반도체 소자수 200 200 200 200 200
상기 표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물이 기존의 비교예에 비하여 후경화 직후 및 IR 리플로우를 3회 통과시킨 후의 부착력을 충분히 확보하였음과 동시에, CTE(α1) 값이 구리와 비슷한 수준을 만족하여 열응력을 줄여줌으로써 신뢰도의 향상을 보여주었다. 또한 무기충전제로 기존의 알루미나 등을 사용했을 경우보다 우수한 유동성을 가지며, 별도의 난연제를 적용하지 않으면서도 우수한 난연성을 확보하였다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 따르면, 사전 도금된 프레임에 있어서의 향상된 부착력으로 인하여　신뢰도가　높으며,　동시에 별도의 할로겐계, 삼산화 안티몬 등의 난연제를 사용하지 않아도 우 수한 난연성이 확보되고 또한, 구상　결정성 실리카의 사용으로 성형성의 저하　없이 열팽창 계수 제어와, 고열전도성을 갖는 수지 밀봉형 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Claims (8)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 커플링제, 및　무기충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는　트리아졸(triazole)계 화합물을 더 포함하며, 상기 무기충전제로 구상 결정성 실리카를 포함하는 것을　특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
    [화학식 1]
    Figure 112006098346415-PAT00013
    (R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 하이드록시기, 탄소수 1~8의 탄화수소쇄 중 어느 하나이다.)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1의 트리아졸(triazole)계 화합물이 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　0.01　∼　2　중량%로　포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 무기충전제로 구상 결정성 실리카를　전체 충전제에　대하여　40~100 중량%가 되도록　포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.　
  4. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지가 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지　또는 하기　화학식 3으로 나타낼 수 있는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 포함하는　것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 2]
    Figure 112006098346415-PAT00014
    (상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
    [화학식 3]
    Figure 112006098346415-PAT00015
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)　
  5. 제 1항에 있어서,　상기 경화제가 하기　화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지　또는 하기　화학식 5로 나타낼 수 있는 자일록형 페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 4]
    Figure 112006098346415-PAT00016
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    [화학식 5]
    Figure 112006098346415-PAT00017
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법　또는　캐스팅(Casting) 성형법으로　밀봉한 반도체 소자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 반도체 소자가 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된　리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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