KR20090070135A - Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor device and semiconductor device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 할로겐계 난연제를 함유하지 않으면서도 우수한 난연성을 가지며, 패키지의 휨 특성 및 신뢰성 특성이 양호한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device and a semiconductor device using the same. More specifically, the epoxy for sealing a semiconductor device has excellent flame retardancy without containing a halogen-based flame retardant, and has excellent bending and reliability characteristics of a package. A resin composition and a semiconductor device sealed using the same.
보통 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공함에 있어서 모든 반도체 업체에서는 UL-94 V-0의 난연 등급을 요구하고 있다. 이러한 난연 등급을 확보하기 위하여 기존에는 할로겐화 에폭시수지를 주 난연제로 하여 보조 난연제로서 삼산화 안티몬을 혼용 사용하여 난연성을 확보하였다. 그러나 삼산화 안티몬의 경우 발암성 물질로서 인체에 매우 유해하며 또한 할로겐계 난연제를 사용한 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 경우 소각 시나 화재 발생 시 다이옥신(dioxin)이나 다이퓨란(difuran) 등의 유독성 발암 물질이 발생되는 것으로 알려져 있고 이와 더불어 연소 시 발생하는 HBr 및 HCl 등의 가스로 인해 오존층이 파괴되는 등 환경에 치명적인 영향을 주게 된다. 이에 대한 대책으로서 인산 에스테르와 같은 인계 난연제와 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘 등의 함수화 무기계 난연제 등이 검토되고 있으나, 인계 난연제의 경우 수분과 결합하여 생성되는 인산 및 폴리인산이 반도체의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 있고, 함수화 무기계 난연제의 경우에는 흡습의 증가로 인해 반도체 패키지의 금속 배선 등을 부식 시키는 문제가 발생하고 있다.Normally, in providing epoxy resin compositions for semiconductor encapsulation, all semiconductor companies require a flame retardant rating of UL-94 V-0. In order to secure the flame retardant grade, conventionally, halogenated epoxy resin was used as a main flame retardant, and antimony trioxide was used as a secondary flame retardant to secure flame retardancy. However, antimony trioxide is a carcinogenic substance, which is very harmful to the human body. Also, in the case of an epoxy resin composition for sealing a semiconductor using a halogen-based flame retardant, toxic carcinogens such as dioxin or difuran are generated during incineration or fire. In addition, the ozone layer is destroyed by gases such as HBr and HCl generated during combustion, and has a fatal effect on the environment. Phosphorus-based flame retardants such as phosphate esters and functionalized inorganic flame retardants such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide have been considered as countermeasures.However, in the case of phosphorus-based flame retardants, phosphoric acid and polyphosphoric acid produced by bonding with water deteriorate the reliability of semiconductors. In the case of the functionalized inorganic flame retardant, there is a problem of corroding the metal wiring of the semiconductor package due to the increase in moisture absorption.
최근 반도체 집적회로의 고집적화, 대형화, 다핀화가 이루어지고 있으며 반도체 패키지는 휴대정보기기를 중심으로 소형화, 박형화의 요구가 강해지고 있고, 이에 따라 표면 실장형의 BGA(Ball Grid Array)형 패키지로의 전환이 급격이 이루어지고 있다. BGA형 패키지(package)는 상하 비대칭의 편면 성형 구조이기 때문에 패키지의 휨 현상이 쉽게 발생되며, 특히 최근 들어 생산성 향상과 부재 비용의 감소를 위해 에폭시 수지 조성물을 일괄 성형한 뒤 개별 패키지로 분리하는 MAP(Mold Array Package) 성형 방식이 주류로 적용되면서 반도체칩과 에폭시 수지 조성물, 유기계 라미네이트 프레임의 수축율 차이로 인한 패키지의 휨 현상이 더욱 커져 개별 패키지 분리 불량, 프린트회로기판(PCB) 실장 불량 등 후 공정 불량이 발생되고 있다.In recent years, semiconductor integrated circuits have been highly integrated, large, and multi-pinned, and semiconductor packages have become increasingly demanding for miniaturization and thinning, mainly in portable information devices. Accordingly, the semiconductor package has been converted to a ball grid array (BGA) package. This is happening suddenly. The BGA type package is a single-sided, single-sided molding structure, which easily causes warpage of the package. In particular, in recent years, a MAP that separates an epoxy resin composition into individual packages and then separates them into individual packages in order to improve productivity and reduce member costs. (Mold Array Package) As the molding method is applied to the mainstream, the warpage of the package is increased due to the difference in shrinkage of the semiconductor chip, epoxy resin composition, and organic laminate frame, resulting in poor individual package separation and poor PCB mounting. Defects are occurring.
또한 최근 친환경적 추세에 따라 반도체 패키지의 실장에서 기존 납이 포함된 솔더볼(Solder ball)보다 융점이 높은 무연솔더볼(Pb-free Solder ball)을 사용 하면서 리플로우(Reflow) 온도가 상대적으로 높아진다. 이 때문에 패키지의 신뢰도가 저하되므로 이를 방지할 수 있는 내리플로우성(reflow-resistant property)의 향상이 요구된다.In addition, recent environmentally friendly trends lead to relatively high reflow temperatures using Pb-free solder balls with higher melting points than conventional solder balls containing lead in semiconductor package mounting. Because of this, the reliability of the package is lowered, and thus an improvement in reflow-resistant property that can prevent this is required.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 인체나 기기에 유해한 할로겐계 난연제 및 인계 난연제를 사용하지 않으면서도 우수한 난연성을 확보할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above to provide an epoxy resin composition for sealing semiconductor elements that can ensure excellent flame resistance without using a halogen-based flame retardant and phosphorus-based flame retardant harmful to humans or devices Has its purpose.
본 발명의 다른 목적은 비대칭 편면 포장 구조의 휨 현상을 개선하고, 동시에 높은 내리플로우성을 갖는 비할로겐(non-halogen) 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an epoxy resin composition for non-halogen semiconductor encapsulation that improves warpage of an asymmetric single-sided packaging structure and at the same time has high reflowability.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 조성물을 이용하여 밀봉된, 난연성, 휨 특성, 및 신뢰성이 우수한 반도체 장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device excellent in flame retardancy, warpage characteristics, and reliability sealed using the above composition.
그러므로 본 발명에 의하면 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 무기 충전제로 트리디마이트가 무기 충전제 전체에 대하여 3 내지 90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.Therefore, according to the present invention, in the epoxy resin composition comprising an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, and an inorganic filler, tridymite is contained in an amount of 3 to 90% by weight based on the entire inorganic filler. An epoxy resin composition for sealing semiconductor elements is provided.
상기 트리디마이트의 최대 입자경은 150㎛이고, 평균 입자경은 0.1 ∼ 35㎛인 것을 특징으로 한다.The maximum particle diameter of the tridymite is 150 µm, and the average particle diameter is 0.1 to 35 µm.
상기 에폭시수지가 하기 화학식 1로 표시되는 결정성 에폭시수지 또는 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐(biphenyl)형 에폭시수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.The epoxy resin is characterized in that it comprises a crystalline epoxy resin represented by the following formula (1) or a biphenyl (biphenyl) type epoxy resin represented by the following formula (2).
[화학식 1][Formula 1]
(상기 식에서 R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬치환기이고, n은 반복단위로서 그 평균치는 0 내지 10이다.)(In the above formula, R1 to R10 are each independently hydrogen or an alkyl substituent having 1 to 6 carbon atoms, n is a repeating unit, and its average value is 0 to 10.)
[화학식 2] [Formula 2]
(상기 식에서 n의 평균치는 0 내지 7이다.)(In the above formula, the average value of n is 0 to 7.)
상기 화학식 1의 결정성 에폭시수지를 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the crystalline epoxy resin of the formula (1) using 10 to 100% by weight based on the total epoxy resin.
상기 경화제가 하기 화학식 3으로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지 또는 하기 화학식 4로 표시되는 자일록(xylok)형 페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.The curing agent is characterized in that it comprises a phenol aralkyl type phenol resin represented by the following formula (3) or a xylock (xylok) type phenol resin represented by the following formula (4).
[화학식 3][Formula 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)(In the above formula, the average value of n is 1 to 7.)
[화학식 4] [Formula 4]
(상기 식에서, n의 평균치는 0 내지 7이다.)(In the above formula, the average value of n is 0 to 7.)
상기 화학식 3의 페놀아랄킬형 페놀수지를 전체 경화제에 대하여 10 ~ 90 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the phenol aralkyl type phenol resin of the formula (3) is used in 10 to 90% by weight based on the total curing agent.
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.The present invention also provides a semiconductor device in which the epoxy resin composition is mixed using a Henschel mixer or a Rodige mixer, melt kneaded with a roll mill or kneader, and then sealed with a final powder product obtained through cooling and grinding. do.
상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법 또는 캐스팅(Casting) 성형법으로 밀봉한 것을 특징으로 한다.The final powder product is sealed by a low pressure transfer molding method, an injection molding method, or a casting molding method.
상기 반도체 소자가 동계 리드프레임, 철계 리드 프레임 또는 유기계 라미네이트 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device may include a copper lead frame, an iron lead frame, or an organic laminate frame.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 난연제를 사용하지 않으면서도 우수한 난연 특성을 가짐과 동시에 비대칭 편면 포장 구조인 유기계 라미네이트 프레임용 패키지의 휨 불량을 큰 폭으로 개선하면서 우수한 성형성과 신뢰성을 확보할 수 있다.The epoxy resin composition for sealing a semiconductor device of the present invention has excellent flame retardant properties without using a flame retardant and at the same time greatly improves the bending failure of the package for an organic laminate frame, which is an asymmetric single-sided packaging structure, while ensuring excellent moldability and reliability. Can be.
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 무기 충전제로 트리디마이트가 무기 충전제 전체에 대하여 3 내지 90 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an epoxy resin composition comprising an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, and an inorganic filler, wherein the inorganic filler contains tridimite in an amount of 3 to 90% by weight based on the entire inorganic filler. It relates to an epoxy resin composition for sealing.
상기 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성의 향상과 저 응력화를 위하여 사용되는 물질이다. 일반적으로 사용되는 예로서는 용융실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 질화규소, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 규산마그네슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 들 수 있으며, 저응력화를 위해서 선평창계수가 낮은 용융실리카를 사용하는 것이 일반적이다. 상기 용융실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다.The inorganic filler is a material used for improving the mechanical properties and low stress of the epoxy resin composition. Examples of commonly used examples include fused silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, silicon nitride, magnesia, clay, talc, calcium silicate, magnesium silicate, titanium oxide, antimony oxide, glass fiber, and the like. For the sake of liquefaction, it is common to use molten silica with a low linear window coefficient. The fused silica refers to amorphous silica having a specific gravity of 2.3 or less, and includes crystalline silica made by melting crystalline silica or synthesized from various raw materials.
본 발명에서는 트리디마이트(Tridymite)를 상기 무기 충전제에 대하여 3 ~ 90 중량%로 포함한다. 트리디마이트의 화학 성분은 SiO2이다. 상기 트리디마이트를 무기 충전제 전체에 대하여 3 중량% 미만으로 사용할 경우에는 본 발명의 목적인 비대칭 편면 포장구조의 휨 현상 개선에 효과가 없으며 또한, 트리디마이트를 무기 충전제 전체에 대하여 90 중량%를 초과하여 사용한 경우에는 패키지의 휨 현상이 반대 방향으로 나타날 수 있고, 수지 조성물의 유동성이 저하될 수 있으며, 응력이 증가하여 반도체 소자에 안 좋은 영향을 미칠 가능성이 있다.In the present invention, tridymite is included in an amount of 3 to 90% by weight based on the inorganic filler. The chemical component of tridimite is SiO2. When the tridymite is used in an amount less than 3% by weight based on the whole inorganic filler, it is not effective in improving warpage phenomenon of the asymmetric single-sided packaging structure, which is the object of the present invention, and the tridimite is more than 90% by weight based on the entire inorganic filler. In the case of use, the warpage of the package may appear in the opposite direction, the fluidity of the resin composition may decrease, and the stress may increase, which may adversely affect the semiconductor device.
상기 트리디마이트는 구상 또는 각상 형태를 모두 사용할 수 있으며 혼용 역시 가능하다. 상기 트리디마이트는 150㎛ 이하의 최대 입자경을 갖으면서 평균 입자경이 0.1 ∼ 35㎛인 것이 바람직하고, 평균 입자경이 3 ~ 25㎛인 것이 더 바람직하며, 구상 또는 각상의 여러 평균 입자경을 혼용하여 사용할 수 있다.The tridymite can be used in both spherical or prismatic form and can also be mixed. The tridimite preferably has an average particle diameter of 0.1 to 35 µm while having a maximum particle diameter of 150 µm or less, more preferably 3 to 25 µm in average, and may be used by mixing various average particle diameters of spherical or each phase. Can be.
본 발명에서 무기 충전제 전체의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대해서 70 ~ 95 중량%인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 75 ~ 94 중량%로 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 80 ~ 93 중량%로 사용할 수 있다. 이는 난연성 및 신뢰도와 수지 조성물의 유동 특성의 조화를 위해서이다.In the present invention, the content of the entire inorganic filler is preferably 70 to 95% by weight, more preferably 75 to 94% by weight, and most preferably 80 to 93% by weight, based on the total epoxy resin composition. Can be. This is for harmonization of flame retardancy and reliability with the flow characteristics of the resin composition.
본 발명에서 상기 트리디마이트는 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란, 머캡토실란, 및 알콕시실란 등의 커플링제로 표면을 처리한 후 사용될 수 있다.In the present invention, the tridimite may be used after treating the surface with a coupling agent such as epoxysilane, aminosilane, alkylsilane, mercaptosilane, and alkoxysilane.
본 발명의 에폭시수지로는 반도체 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 에폭시수지라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물인 것이 바람직하다. 이와 같은 에폭시수지로는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지 등을 들 수 있다. 특히 바람직한 에폭시수지로서 하기 화학식 1로 표시되는 결정성 에폭시수지 또는 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐(biphenyl)형 에폭시수지를 들 수 있다. 이들 에폭시수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시수지에 경화제, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물도 사용할 수 있다. 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2 ~ 15 중량%가 바람직하며, 3 ~ 12 중량%가 보다 바람직하다.The epoxy resin of the present invention is not particularly limited as long as it is an epoxy resin generally used for semiconductor sealing, and is preferably an epoxy compound containing two or more epoxy groups in a molecule. Such epoxy resins include epoxy resins obtained by epoxidizing condensates of phenol or alkyl phenols with hydroxybenzaldehyde, phenol novolac epoxy resins, cresol novolac epoxy resins, polyfunctional epoxy resins and naphthol novolac epoxy resins. Resins, novolac epoxy resins of bisphenol A / bisphenol F / bisphenol AD, glycidyl ethers of bisphenol A / bisphenol F / bisphenol AD, bishydroxybiphenyl epoxy resins, dicyclopentadiene epoxy resins, and the like. Can be. Particularly preferred epoxy resins include crystalline epoxy resins represented by the following general formula (1) or biphenyl epoxy resins represented by the following general formula (2). These epoxy resins may be used alone or in combination, and are made by preliminary reaction such as a melt master batch with other components such as a curing agent, a curing accelerator, a reaction regulator, a releasing agent, a coupling agent, a stress relaxation agent, and the like. Additional compounds can also be used. 2-15 weight% is preferable with respect to the whole epoxy resin composition, and, as for the usage-amount, 3-12 weight% is more preferable.
[화학식 1][Formula 1]
(상기 식에서 R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬치환기이고, n은 반복단위로서 그 평균치는 0 내지 10이다.)(In the above formula, R1 to R10 are each independently hydrogen or an alkyl substituent having 1 to 6 carbon atoms, n is a repeating unit, and its average value is 0 to 10.)
[화학식 2][Formula 2]
(상기 식에서 n의 평균치는 0 내지 7이다.)(In the above formula, the average value of n is 0 to 7.)
상기 화학식 1의 결정성 에폭시수지는 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소 시 탄소층(char)을 형성하여 난연성을 확보하게 하는 장점이 있으며, 견고한 구조로 인하여 패키지 몰딩 후 양호한 휨 특성을 나타내게 한다. 상기 화학식 1의 결정성 에폭시수지는 그 에폭시 당량이 170 내지 190인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 15 ~ 100 중량%로 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 화학식 2의 바이페닐형 에폭시수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성 강화 측면에서 바람직하다.The crystalline epoxy resin of Chemical Formula 1 has a low crosslinking density and has the advantage of forming a carbon layer (char) when burning at high temperature to ensure flame retardancy, and exhibits good bending characteristics after package molding due to its rigid structure. It is preferable to use the epoxy equivalent of the crystalline epoxy resin of the formula (1) is 170 to 190, preferably 10 to 100% by weight relative to the total epoxy resin, it is used to use 15 to 100% by weight More preferred. In addition, the biphenyl-type epoxy resin of the formula (2) is preferred in view of enhancing the fluidity and reliability of the resin composition.
본 발명의 경화제는 반도체 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 반응기를 가진 것이라면 특별히 한정되지 않으며 구체적으로는 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 나프톨형 페놀수지, 테르펜형 페놀수지, 다관능형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타페닐렌디아민, 디아미노이페닐메탄, 디아미노이페닐설폰 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다. 특히 바람직한 경화제로는 하기 화학식 3으로 표시되는, 분자 중에 바이페닐 유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 페놀수지 또는 하기 화학식 4로 표시되는 자일록(xylok)형 페놀수지를 들 수 있다. 이들 경화제는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 경화제에 에폭시수지, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 사용할 수 있다. 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5 ~ 10 중량%가 바람직하며, 1 ~ 8 중량%가 보다 바람직하다. 상기 에폭시수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 경화제에 대한 에폭시수지의 화학 당량비가 0.5 ~ 2인 것이 바람직하며, 0.8 ~ 1.6 범위에서 사용하는 것이 보다 바람직하다.The curing agent of the present invention is generally used for semiconductor sealing and is not particularly limited as long as it has two or more reactors. Specifically, a phenol aralkyl type phenol resin, a phenol novolak type phenol resin, a xylock type phenol resin, and a cresol novolak type Phenolic resin, naphthol phenol resin, terpene phenol resin, polyfunctional phenol resin, dicyclopentadiene phenol resin, novolac phenol resin synthesized from bisphenol A and resol, tris (hydroxyphenyl) methane, dihydroxy And polyhydric phenol compounds containing biphenyl, acid anhydrides containing maleic anhydride and phthalic anhydride, aromatic amines such as metaphenylenediamine, diaminoimphenylmethane, diaminoimphenylsulfone, and the like. As a particularly preferable hardening | curing agent, the phenol aralkyl type phenol resin of the novolak structure which contains a biphenyl derivative in a molecule | numerator represented by following formula (3), or the xylok type phenol resin represented by following formula (4) is mentioned. These hardeners can be used alone or in combination, and additions made by preliminary reactions such as melt master batches with other components such as epoxy resins, hardening accelerators, reaction regulators, mold release agents, coupling agents, stress relieving agents, etc. It can also be used as a compound. 0.5-10 weight% is preferable with respect to the total epoxy resin composition, and, as for the usage-amount, 1-8 weight% is more preferable. The compounding ratio of the epoxy resin and the curing agent is preferably a chemical equivalent ratio of the epoxy resin to the curing agent is 0.5 to 2, more preferably 0.8 to 1.6, depending on the mechanical properties and moisture resistance reliability of the package.
[화학식 3][Formula 3]
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)(In the above formula, the average value of n is 1 to 7.)
[화학식 4][Formula 4]
(상기 식에서, n의 평균치는 0 내지 7이다.)(In the above formula, the average value of n is 0 to 7.)
상기 화학식 3의 페놀아랄킬형 페놀수지는 연소 시 탄소층(char)을 형성하여 주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 달성하게 된다. 상기 페놀아랄 킬형 페놀수지는 그 수산기 당량이 50 내지 250인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 전체 경화제에 대하여 10 ~ 90 중량%로 사용하는 것이 바람직하며, 15 내지 85 중량%로 사용하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 화학식 4의 자일록형 페놀수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성 강화 측면에서 바람직하다.The phenol aralkyl type phenolic resin of Formula 3 achieves flame retardancy by forming a carbon layer (char) during combustion to block the transfer of surrounding heat and oxygen. The phenol aralkyl chelate phenol resin preferably has a hydroxyl equivalent of 50 to 250, preferably 10 to 90% by weight, more preferably 15 to 85% by weight, based on the total curing agent. . In addition, the xylol-type phenol resin of the formula (4) is preferred in view of enhancing the fluidity and reliability of the resin composition.
본 발명에 사용되는 경화촉진제는 에폭시수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 예를 들면, 제 3급아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 제 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 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, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소화합물에는 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 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 유기인화합물, 또는 아민계, 또는 이미다졸계 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 ~ 1.5 중량%가 바람직하며, 0.01 ~ 1 중량%가 보다 바람직하다. The curing accelerator used in the present invention is a substance that promotes the reaction between the epoxy resin and the curing agent. For example, tertiary amines, organometallic compounds, organophosphorus compounds, imidazoles, boron compounds and the like can be used. Tertiary amines include benzyldimethylamine, triethanolamine, triethylenediamine, diethylaminoethanol, tri (dimethylaminomethyl) phenol, 2-2- (dimethylaminomethyl) phenol, 2,4,6-tris (diamino Salts of methyl) phenol and tri-2-ethylhexyl acid, and the like. Organometallic compounds include chromium acetylacetonate, zinc acetylacetonate, nickel acetylacetonate and the like. Organophosphorus compounds include tris-4-methoxyphosphine, tetrabutylphosphonium bromide, butyltriphenylphosphonium bromide, phenylphosphine, diphenylphosphine, triphenylphosphine, triphenylphosphine triphenylborane, triphenyl Phosphine-1,4-benzoquinone adducts and the like. The imidazoles include 2-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-aminoimidazole, 2methyl-1-vinylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, and 2-heptadecyl. Midazoles and the like. Boron compounds include tetraphenylphosphonium-tetraphenylborate, triphenylphosphine tetraphenylborate, tetraphenylboron salt, trifluoroborane-n-hexylamine, trifluoroborane monoethylamine, tetrafluoroboranetriethylamine And tetrafluoroboraneamine. In addition, 1,5- diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene (1, 5- diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene: DBN), 1, 8- diazabicyclo [5.4 .0] undec-7-ene (1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene: DBU), phenol novolak resin salts, and the like. Particularly preferred curing accelerators include organophosphorus compounds, amine-based or imidazole-based curing accelerators used alone or in combination. The curing accelerator may use an epoxy resin or an adduct made by linear reaction with a curing agent. As for the compounding quantity of the hardening accelerator used by this invention, 0.001-1.5 weight% is preferable with respect to the whole epoxy resin composition, and 0.01-1 weight% is more preferable.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 고급 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 등을 필요에 따라 함유할 수 있다. 이때, 변성 실리콘 오일로는 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 좋으며, 에폭시 관능기를 갖는 실리콘 오일, 아민 관능기를 갖는 실리콘 오일 및 카르복시 관능기를 갖는 실리콘 오일 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.01 내지 2 중량%로 사용할 수 있다.The epoxy resin composition of the present invention is a release agent such as higher fatty acids, higher fatty acid metal salts, ester waxes, colorants such as carbon black, organic dyes, inorganic dyes, epoxysilanes, aminosilanes, mercaptosilanes without departing from the object of the present invention. Coupling agents such as alkylsilanes and alkoxysilanes, and stress relieving agents such as modified silicone oils, silicone powders and silicone resins, and the like may be contained as necessary. At this time, the modified silicone oil is preferably a silicone polymer excellent in heat resistance, a silicone oil having an epoxy functional group, a silicone oil having an amine functional group, a silicone oil having a carboxyl functional group, or the like, or a mixture of two or more kinds thereof to the entire epoxy resin composition. It can be used in 0.01 to 2% by weight relative to the.
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시 수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀 믹서나 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 동계 리드프레임, 철계 리드 프레임 또는 유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.As a general method for producing an epoxy resin composition using the raw materials described above, a predetermined amount is uniformly mixed sufficiently using a Henschel mixer or a Roedig mixer, melt-kneaded with a roll mill or kneader, and then cooled and pulverized. The process of obtaining the final powder product is used. As a method of sealing a semiconductor element using the epoxy resin composition obtained in the present invention, the low pressure transfer molding method is most commonly used, and molding can also be carried out by a method such as injection molding or casting. By the above method, a semiconductor device of a copper lead frame, an iron lead frame or an organic laminate frame can be manufactured.
다음에 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by Examples.
[실시예 1 내지 4, 비교예 1 또는 2][Examples 1 to 4, Comparative Example 1 or 2]
다음 표 1의 조성에 따라 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 연속 니이더를 이용하여 100 ~ 120℃ 범위에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 성형용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 각종 물성은 다음의 방법에 의해 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 나타내었다.Next, the mixture was uniformly mixed using a Henschel mixer according to the composition of Table 1, and then melt-kneaded in a range of 100 to 120 ° C. using a continuous kneader, followed by cooling and grinding to prepare an epoxy resin composition for semiconductor molding. Various physical properties were evaluated by the following method. The evaluation results are shown in Table 2.
(유동성/스파이럴플로우): EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, (Liquidity / spiral flow): 175 ° C, using a mold for evaluation in accordance with EMMI-1-66
70Kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스를 이용하여 유동길이를 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수한 것이다.Flow length was measured using a transfer molding press at 70 Kgf / cm 2. The higher the measured value, the better the fluidity.
(유리전이온도(Tg)): TMA(Thermomechanical Analyser)로 평가하였다.(Glass Transition Temperature (Tg)): TMA (Thermomechanical Analyser) was evaluated.
(굴곡강도 및 굴곡탄성율): ASTM D-790에 준하여 표준시편(125 * 12.6 * 6.4 mm)을 만든 후 175℃에서 2시간 경화시킨 시편으로 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정하였다.Flexural Strength and Flexural Modulus: Standard specimens (125 * 12.6 * 6.4 mm) were prepared according to ASTM D-790, and then cured at 175 ° C for 2 hours. The results were measured using a universal testing machine (UTM).
(난연성): UL 94 V-0 규격에 준하여 1/8인치 두께를 기준으로 평가하였다.(Flame retardance): Based on the UL 94 V-0 standard was evaluated based on 1/8 inch thickness.
(성형성): 표 1 및 2의 에폭시 수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 (Forming): MPS (Multi Plunger System) molding machine with the epoxy resin composition of Tables 1 and 2
이용하여 175℃에서 70초간 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜 BGA(Ball Grid Array)(44mm×44mm×0.9mm) 패키지를 제작하였다. 175℃에서 2시간 동안 후경화시킨 이후 상온으로 냉각하였다. 이후, 육안으로 패키지 표면에 관찰되는 void의 개수를 측정하였다.It was molded by transfer molding at 175 ℃ for 70 seconds to produce a ball grid array (BGA) (44mm x 44mm x 0.9mm) package. After curing at 175 ℃ for 2 hours and then cooled to room temperature. Then, the number of voids observed on the package surface was visually measured.
(휨 특성): 상기 성형성 평가를 위하여 제작한 BGA 패키지에 대하여 비접촉식 레이 저(laser) 측정기를 사용하여 각각 상면의 대각선 방향의 중심과 끝에서의, 지면으로부터의 높이 차를 측정하였다.(Bending strength characteristic): The height difference from the ground at the center and the end of the diagonal direction of the upper surface was measured using the non-contact laser measuring machine about the BGA package produced for the said formability evaluation.
(신뢰성 평가): 상기 휨 특성 평가를 마친 BGA 패키지를 125℃에서 24시간 건조시 킨 후, 5사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 5분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 의미함)의 열충격 시험을 수행하였다. 이후, 패키지를 60℃, 60% 상대습도 조건 하에서 120시간 동안 방치 한 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우(reflow)를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 이후에 비파괴 검사기인 C-SAM(Scanning Acoustical Microscopy)을 이용하여 에폭시 수지 조성물과 리드프레임 및 칩 간의 박리 발생 유무를 평가하였다. (Reliability Evaluation): After drying the BGA package after the bending property evaluation for 24 hours at 125 ℃, 5 cycles (one cycle 10 minutes at -65 ℃, 5 minutes at 25 ℃, 10 minutes at 150 ℃ each Thermal shock test). Then, the package was left at 60 ° C. and 60% relative humidity condition for 120 hours, and then, after pre-conditioning condition of repeating three passes of IR reflow for 30 seconds at 260 ° C., the non-destructive tester C Scanning Acoustical Microscopy (SAM) was used to evaluate the presence of delamination between the epoxy resin composition, the lead frame, and the chip.
(단위: 중량%)(Unit: weight%)
(주)(week)
1) 화학식 1: YX-8800, JER, 에폭시 당량 180 1) Chemical Formula 1: YX-8800, JER, Epoxy Equivalent 180
2) 화학식 2: YX-4000H, JER, 에폭시 당량 190 2) Formula 2: YX-4000H, JER, Epoxy Equivalent 190
3) 화학식 3: MEH-7851-SS, Meiwa Chem., 수산기 당량 200 3) Formula 3: MEH-7851-SS, Meiwa Chem., Hydroxyl equivalent 200
4) 화학식 4: MEH-7800-4S, Meiwa Chem., 수산기 당량 175 4) Formula 4: MEH-7800-4S, Meiwa Chem., Hydroxyl equivalent 175
5) 구상 트리디마이트: 평균 입경 5㎛, 18㎛ 5) Spherical tridimite: average particle diameter 5㎛, 18㎛
6) 각상 트리디마이트: 평균 입경 12㎛ 6) Angular tridimite: average particle size 12㎛
7) 구상 용융 실리카: 최대 입경 75㎛, 평균 입경 12㎛ 7) Spherical fused silica: maximum particle size 75㎛, average particle diameter 12㎛
상기 결과로부터 트리디마이트를 무기 충전제 전체의 3 ~ 90 중량%로 사용한 본 발명의 반도체 수지 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 패키지의 난연성 확보, 휨 현상 개선, 성형성 및 신뢰도 향상에 탁월한 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that the epoxy resin composition for sealing a semiconductor resin of the present invention using tridimite in an amount of 3 to 90% by weight of the entire inorganic filler has an excellent effect on securing flame retardancy of the package, improving warpage phenomenon, and improving moldability and reliability. Could.
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