KR20090073760A - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 무기 충전제로 각상 크리스토발라이트(cristobalite)를　전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 1 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의해 비대칭 편면 구조를 갖는 반도체 소자의 휨 현상을 개선함과 동시에 우수한 작업성, 난연성, 성형성, 및 신뢰성을 갖는 에폭시 수지 조성물을 제공할 수 있다.　
반도체, 에폭시, 각상 크리스토발라이트(cristobalite), 휨 현상, 작업성, 난연성, 성형성, 신뢰성

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 것이다.　에폭시 수지는 내열성, 내습성, 전기특성, 접착성 등이 우수하여 도료, 접착제, 전기절연재료 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 반도체 등 전자회로부품을 성형하는 방법으로서 종래에는 금속, 세라믹　등을 이용한 허메틱 성형　방식과 페놀수지, 실리콘수지, 에폭시수지 등과 같은 수지를 이용한 수지 성형　방식이 있었다. 그　중　에폭시수지를 이용한 수지 성형　방식이　경제성, 생산성, 물성의 관점에서 가장 좋은 것으로 알려져 왔다.
최근 전자 기기의 소형화, 박형화, 경량화, 고성능화라는 시장 동향에 따라 반도체의 고집적화는 매년 놀라우리만큼 빠른 속도로 진행되고 있다. 또한 반도체　기판에의 패키지　실장　방식에 있어서도　고밀도화, 자동화가 급진전되면서 종래에 사용되었던 리드핀을 기판 구멍에 삽입하는 삽입 실장방식에서　기판 표면에 　패키지를 바로 납땜하는 표면 실장　방식으로 변경되고 있다. 이에 따라 패키지도 종래의　DIP(Dual In-line Package)에서 고밀도 실장 및 표면 실장에 적합한 박형의 FPP(Flat Plastic Package)로 바뀌고 있다. 또한, 미세 가공 기술의 진보에 따라 반도체의 집적도가 비약적으로 향상되면서 패키지 중에 반도체 칩(chip)이 차지하는 점유 면적이 증대되어 패키지도 대형화,　다핀화되고 있는 실정이다.
반도체 소자의 고집적화를 위한 다핀화의 요구에 따라　종래의 구조(예를 들어, SOP형 또는　QFP형 패키지)에서 Ball Grid Array(BGA)　및 Chip Size Package(CSP)로 대표되는,　단면을 주로 수지 봉지하는 에리아 실장형 반도체 소자로의 이행이 활발히 이루어지고 있다. 이 구조는 수지 기판(경질회로기판 및 필름회로기판）위에 접착층과 반도체 소자를 탑재하여 수지 봉지함으로써 비대칭 편면 포장 구조의 반도체 소자가 되는 것이 일반적이나, 각 부재별로 열 팽창률 등이 다르기 때문에 수지 성형 후, 반도체 소자　전체에　휨(warpage)　현상이 발생하는 점이 문제가 되고 있다.
반도체　소자에　봉지되는　수지의　두께가　0.8mm도　되지　않는　얇은　패키지　구조의　제품은　변형　특성에　특히 민감하다. 이는　사용되는　에폭시　봉지　수지의　절대량이　적어지기　때문에　기타　부재의　영향을　크게　받기 때문이다. 따라서, 이러한 얇은 패키지 구조에서도 휨 특성이 우수한 에폭시 수지 조성물에 대한 요구가 있어 왔다.
더불어, 최근 들어 반도체 제조 시의 생산성 향상과 제조 비용의 절감을 위해 에폭시 수지 조성물을 일괄 성형한 뒤 개별 패키지로 분리하는 MAP(Mold Array Package) 성형 방식이 주류로 적용되면서 칩, 에폭시 수지 조성물, 및 수지 기판 간의 수축율 차이로 인한　패키지의 휨 현상이 더욱 커져 개별 패키지로의 분리 시의 불량 및 프린트 회로기판(PCB) 실장 시의 불량 등의 문제가 발생되고 있다.
또한 최근 친환경적 추세에 따라 반도체 패키지 실장에서 무연솔더볼(Pb-free Solder ball)을 사용하면서　기존 납이 포함된 솔더볼보다 융점이 높고 리플로우(Reflow)　온도가 상대적으로 높아지고 있다. 이에 따라　패키지의 신뢰도가 저하되고　있기 때문에　이를 방지할 수 있는 내리플로우성(reflow-resistant property)의 향상이 요구되고 있다.
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 사용하였다. 그러나 이러한 할로겐계 난연제 또는 삼산화안티몬을 사용하여 난연성을 확보한 반도체 밀봉용 에폭시 수지의 경우 소각 시나 화재 시 다이옥신(dioxin)이나 다이퓨란(difuran)　등의 유독성 발암　물질이 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한 할로겐계 난연제의 경우, 연소　시 발생하는 HBr 및 HCl 등의 가스는 인체에 유독할 뿐만 아니라 반도체 칩이나 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 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인체나 기기에 유해한 할로겐계 난연제 및 인계　난연제를 사용하지 않으면서도　우수한 난연성을 확보하고, 비대칭 편면 구조를 갖는 반도체 패키지의 휨 현상을 개선함과 동시에 우수한 작업성, 성형성, 및 패키지 신뢰성을 갖는 반도체　소자　밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 무기 충전제로 각상 크리스토발라이트(cristobalite)를　전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 1 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는　반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
상기 각상 크리스토발라이트로 입경 45　~　75㎛의　비율이 0.1　~　50 중량%로 제어된, 평균　입경 0.1　∼　35㎛인 것을　사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 각상 크리스토발라이트는 평균　입경이 0.1　~　3㎛의 것을　1 ~　20 중량%, 평균　입경이 3　~　10㎛의 것을　30 ~　90 중량%, 평균　입경이 10　~　20㎛의 것을　5 ~　60　중량%의 비율로 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 각상 크리스토발라이트를 포함하는 무기 충전제 전체의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대해서　72 ~　95　중량%인 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시수지가 하기 화학식 1로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112007095169449-PAT00001
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식　2]
Figure 112007095169449-PAT00002
(상기 식에서,　n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 화학식 1의 페놀아랄킬형　에폭시수지가 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시수지의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2　~ 15 중량%인 것을 특징으로 한다.
상기 경화제가 하기 화학식　3으로　표시되는　페놀아랄킬형 페놀수지 또는　하기 화학식　4로　표시되는　자일록형　페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 3]
Figure 112007095169449-PAT00003
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 4]
Figure 112007095169449-PAT00004
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 화학식 3의 페놀아랄킬형 페놀수지가　전체 경화제에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 경화제의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5　~ 12　중량%인 것을 특징으로 한다.
상기 경화촉진제의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.001　~　1.5　중량%인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기　에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융　혼련한 후, 냉각, 분쇄　과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자를 제공한다.
상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자가 동계 리드프레임,　철계 리드프레임, 동계 또는 철계 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 및　유기계 라미네이트 프레임　중에서 선택되는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 난연 특성이 우수하고, 성형성, 작업성, 휨 특성, 및 신뢰도가 우수한 반도체 소자를 제작하는 데에 유용하다.
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 무기 충전제로 각상 크리스토발라이트를　전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 1 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
상기　무기 충전제는 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 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.
본 발명에서는 상기 무기 충전제로 각상 크리스토발라이트를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 1 ~ 50 중량%로 사용하여야 한다. 만일, 상기 각상 크리스토발라이트를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 1 중량% 미만으로 사용할 시에는 본 발명의 목적인 패키지의 휨 현상 개선이 어려울 뿐만 아니라 우수한 작업성, 성형성, 및 신뢰성을 갖는 반도체　소자　밀봉용 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 없고, 상기 각상 크리스토발라이트를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 50 중량%를 초과하여 사용할 시에는 에폭시 수지 조성물의 유동성이 저하되어 성형성 불량을 야기하고, 심할 경우 패키지 신뢰성에까지 영향을 미칠 수 있어 바람직하지 않다. 상기 각상 크리스토발라이트는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2 ~ 40 중량%로 사용되는 것이 보다 바람직하며, 3 ~ 30 중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.
상기 각상 크리스토발라이트는 입경이 45　~　75㎛인 것의　비율이 0.1　~　50 중량%로 제어된, 평균　입경이 0.1　∼　35㎛인 것을　사용하는 것이 바람직하며,　더욱　바람직하게는 평균　입경이 0.1　~　3㎛의 것을　1 ~　20 중량%, 평균　입경이 3　~　10㎛의 것을　30 ~　90 중량%, 평균　입경이 10　~　20㎛의 것을　5 ~　60　중량%의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 각상 크리스토발라이트는 에폭시실란, 아미노실란, 알킬실란, 머캡토실란, 및 알콕시실란 등의 커플링제로 표면 처리된 형태로 사용될 수도 있다.
상기 크리스토발라이트와 구상 용융실리카 및 프린트 회로 기판으로 사용되는 유기계 라미네이트 프레임의 열선팽창계수(C.T.E)를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 크리스토발라이트는 규산염 광물의 일종으로 화학 성분은 SiO2이며, 무수 규산으로서 석영 및 인규석과는 동질이상(同質異像)이다.
Figure 112007095169449-PAT00005
에폭시수지와 경화제에 구상 용융실리카의 고충전을 통해 제조되는 비할로겐(non-halogen) 난연 에폭시 수지 조성물은 구상 용융실리카와 유기계 라미네이트 프레임 간의 열선팽창율 차가 커 비대칭 편면 몰딩 구조에서의 휨 현상이 매우 심화되고, 또한 각 재료 간의 열적 거동 차이로부터 열응력이 커져 신뢰성이 저하되는 문제점이 있으나, 본 발명에서는 각상 크리스토발라이트를 사용함으로써 유기계 라미네이트 프레임과의 열선팽창율 값의 차를 줄여 상기 휨 현상을 개선하고, 동시에 각상의 형상적인 특성으로부터 내크랙성(Crack-resistant property)를 증가시킬 수 있는 것이다. 이는 구상의 경우 패키지 내부로부터 외부로 크랙이 전파되는 경로가 짧은 데에 비하여, 각상은 그 전파 경로가 길어 크랙의 전파를 지연시킬 수 있음에 기인한 것으로 사료된다. 또한 각상 크리스토발라이트는 구상 크리스토발라이트에 비해 비표면적이 크기 때문에 레진 블리드(Bleed)와 플래쉬(Flash) 등의 버(Burr)가 짧아지는 장점이 있어 작업성 측면에 유리하다. 즉, 블리드 또는 플래쉬가 길어질 경우 경화된 블리드 또는 플래쉬가 패키지의 에어 벤트(vent)를 막는 현상 등이 발생하기 때문에 불완전 몰딩 현상이 발생하거나 또는 클리닝 주기가 단축되어 생산성이 나빠질 우려가 있다.
본 발명에서 상기 각상 크리스토발라이트를 포함하는 무기 충전제 전체의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대해서　72 ~　95　중량%인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 80 ~　93 중량%로 사용할 수 있다.　이는 난연성 및 신뢰도와 수지 조성물의 유동 특성의 조화를 위해서이다.
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, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 바이페닐(biphenyl)형 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,　분자 중에 바이페닐　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는　하기 화학식　2로　표시되는　바이페닐형 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; MMB)와 같은 선 반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.　사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2　~ 15 중량%가 바람직하며,　3　~　12　중량%가 보다 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112007095169449-PAT00006
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식　2]
Figure 112007095169449-PAT00007
(상기 식에서,　n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 화학식 1의 페놀아랄킬형　에폭시수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여 흡습성, 인성,　내산화성, 및 내크랙성이　우수하며, 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소 시 탄소층(char)을 형성하면서 그 자체로도 어느 정도 수준의 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 상기 페놀아랄킬형 에폭시수지는 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 2의 바이페닐형 에폭시수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 바람직하다.
본 발명의 경화제는 반도체 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 반응기를 가진 것이라면 특별히 한정되지 않으며 구체적으로는 페놀아랄킬형 페놀수지,　페놀노볼락형 페놀수지, 자일록(xylok)형 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　자일록형　페놀수지를 들 수 있다. 이들 경화제는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 경화제에 에폭시수지, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치와 같은 선 반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.　사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5　~ 12　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.
[화학식 3]
Figure 112007095169449-PAT00008
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
[화학식 4]
Figure 112007095169449-PAT00009
(상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
상기 화학식 3의 페놀아랄킬형 페놀수지는 연소 시　주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 달성하게 된다. 상기 페놀아랄킬형 페놀수지는 전체 경화제에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 4의 자일록형 페놀수지는 수지 조성물의 유동성 및 신뢰성　강화 측면에서 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, 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.　
본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산, 파라핀계 왁스, 에틸렌계 왁스, 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.
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시　수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀　믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀이나 니이더로 용융　혼련한 후, 냉각, 분쇄　과정을 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　또는　철계 리드프레임　또는 상기 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 또는　유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
다음에 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의하여　본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 4]
다음 표 2의 조성에 따라 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후,　2축　니이더(Twin screw kneader)를 이용하여 100　~　120℃ 범위에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 성형용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 각종 물성은 다음의 방법에 의해 평가하였다. 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
(유동성/스파이럴플로우): EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70Kgf/cm2에서 트랜스퍼 몰딩 프레스를 이용하여 유동길이를　측정하였다.　측정값이 높을수록 유동성이 우수한 것이다.
(유리전이온도(Tg)): TMA(Thermo-Mechanical Analyzer)로 평가하였다.
(난연성): UL 94 V-0 규격에 준하여 1/8인치 두께를 기준으로 평가하였다.
(성형성): 표 1 및 2의 에폭시 수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 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.
(휨　특성): 상기 성형성 평가를 위하여 제작한 BGA 패키지에 대하여 비접촉식 레이저(laser) 측정기를 사용하여 각각 상면의 대각선 방향의 중심과 끝에서의, 지면으로부터의 높이 차를　측정하였다.
(신뢰성　평가): 상기 휨 특성 평가를 마친 BGA 패키지를 125℃에서 24시간 건조시킨　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 방치한　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. 　
Figure 112007095169449-PAT00010
(단위: 중량%)
(주)
　　1) NC-3000, Nippon kayaku
　　2) YX-4000H, Japan Epoxy Resin
　　3) EOCN-1020-55, Nippon Kayaku
　　4) MEH-7851-SS, Meiwa kasei
　　5) MEH-7800-4S, Meiwa kasei
　　6) HF-1, Meiwa kasei
　　7) M-4000, Sibelco
　　8) CRB-S, Tatzumori
　　9) 평균입경 20㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
　　10) TPP, Hokko chemical
　　11) KBM-403, Shin Etsu silicon
　　12) ESB-400T, Sumitomo Chemical 　
Figure 112007095169449-PAT00011
상기 결과로부터 본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물은　할로겐계 난연제를 사용하지 않으면서도 우수한 난연 특성을 나타내며, 패키징 시의 성형성, 작업성 및 패키징 후 반도체 패키지의 휨 특성 및 신뢰도가 우수한　반도체 소자를 제작할 수 있음을 확인하였다.　

Claims (14)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 무기 충전제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 무기 충전제로 각상 크리스토발라이트를　전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 1 ~ 50 중량%로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 각상 크리스토발라이트로 입경 45　~　75㎛의　비율이 0.1　~　50 중량%로 제어된, 평균　입경 0.1　∼　35㎛인 것을　사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 각상 크리스토발라이트는 평균　입경이 0.1　~　3㎛의 것을　1 ~　20 중량%, 평균　입경이 3　~　10㎛의 것을　30 ~　90 중량%, 평균　입경이 10　~　20㎛의 것을　5 ~　60　중량%의 비율로 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 각상 크리스토발라이트를 포함하는 무기 충전제 전체 의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대해서　72 ~　95　중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지가 하기 화학식 1로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 또는 하기 화학식 2로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112007095169449-PAT00012
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    [화학식　2]
    Figure 112007095169449-PAT00013
    (상기 식에서,　n의 평균치는 0　내지 7이다.)
  6. 제 5항에 있어서, 상기 화학식 1의 페놀아랄킬형　에폭시수지가 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2　~ 15 중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 경화제가 하기 화학식　3으로　표시되는　페놀아랄킬형 페놀수지 또는　하기 화학식　4로　표시되는　자일록형　페놀수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    [화학식 3]
    Figure 112007095169449-PAT00014
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    [화학식 4]
    Figure 112007095169449-PAT00015
    (상기 식에서, n의 평균치는 0　내지 7이다.)
  9. 제 8항에 있어서, 상기 화학식 3의 페놀아랄킬형 페놀수지가　전체 경화제에 대하여 10 ~ 85 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 경화제의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5　~ 12　중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 경화촉진제의 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.001　~　1.5　중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서　또는　뢰디게 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융　혼련한 후, 냉각, 분쇄　과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 반도체 소자.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 반도체 소자가 동계 리드프레임,　철계 리드프레임, 동계 또는 철계 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 및　유기계 라미네이트 프레임　중에서 선택되는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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