KR20100051467A - 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, 무기 충전제, 및 접착력 향상제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 화학식 1로 표시되는 트리아졸(triazole)계 화합물　및 화학식 2로 표시되는 티아디아졸(thiadiazole)계 화합물을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
　
　본 발명의 에폭시 수지 조성물은 사전 도금된 프레임(Pre-Plated frame) 및 은 도금된(Ag plated) 패드 면에 있어서의　부착력을 향상시켜 반도체 소자의 신뢰도를 높임과 동시에 별도의 할로겐계, 삼산화 안티몬 등의 난연제를 사용하지 않아도 우수한 난연성이 확보되므로 수지 밀봉형 반도체 소자 제조에 유용하다.
트리아졸계 화합물, 티아디아졸계 화합물, 사전 도금, 은 도금, 부착력, 신뢰도, 난연성

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 내땜납성을 가짐과 동시에 니켈(Ni), 니켈-팔라듐(Ni-Pd), 니켈-팔라듐-금(Ni-Pd-Au), 니켈-팔라듐-금/은(Ni-Pd-Au/Ag)　등으로　사전 도금된 리드 프레임(Pre-Plated lead frame)　및 은 도금된(Ag plated) 패드 면과의 부착성이 우수하며 자기 소화성의 난연 특성을 나타내는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.
근래 폐기되는 전기/전자　제품 내의 납　성분의 인체에 대한 치명적인 영향이 현실화 됨에 따라 국가별로 지하수 1리터 당 납 용출량을 0.05　~　0.3mg으로 규제하고 있다. 특히 유럽을 중심으로 납 규제에 대한 법제화가 활발히 진행되고 있고,　환경 유해 물질로서 납, 수은, 카드뮴, 6가 크롬 등의 무기 원소와 브롬계 유기 난 연제 등 6가지를 제한하는 RoHS(Restriction of Hazardous Substances)　제도가　2006년 7월부터 전면 시행되고 있으며, 재검토를 통하여 유해 물질의 범위 및 예외사항을 갱신하고 있는 실정이다. 따라서　전기/전자 제품 내 유해물질이 함유된 부품 전부를 환경 친화적으로 교체하기 위하여 무연(Pb free)제품이 활발히 개발되고 있다. 전기/전자 부품 업체　및 세트 업체에서 전자 부품　내 무연화하여야 할 대상은 다음과 같다.
　
　현재 땜납(Solder)의 경우 해외에서는 무연 땜납(Pb　free Solder)으로 진행이 완료된 상태이며, 주석-납(Sn-Pb)　도금(Plating)도 무연화가 진행되고 있다. 기존의 주석-납　도금을 대체하여　현재 개발되고 있는 무연(Pb free)화 방법은 크게 순　주석　도금(Pure Sn plating)과 니켈-팔라듐　사전　도금(Pre-plating)을 들 수 있다. 　
　
　삼성전자, NEC, Sony 등에서는 Alloy42 및 Cu에 순　주석　도금(Pure Sn plating)을 하는 방법을 적극적으로 검토하고 있는 단계이나 휘스커(whisker)　문제를 극복하여야 하는 과제가 남아 있어 양산까지는 상당 시간이 소요될 것으로 예상된다. 니켈-팔라듐 사전 도금(Ni-Pd Pre-plating, 일명 PPF)은 이러한 문제점 극복을 위한 대안으로 제시되고 있는데, 특히 유럽을 중심으로 Cu 리드 프레임의　PPF　리드 프레임으로의　대체가 활발히 진행되고 있으며 점차 사용량이 큰 폭으로 증가하고 있다.
　
　그러나 PPF 리드 프레임은 기존 Alloy42 및 Cu 리드 프레임에 비하여 에폭시 수지 조성물과의 계면 부착력이 크게 낮아 후경화(post cure)　및 신뢰도 테스트 후 박리가 발생하는 등 반도체 소자의 신뢰도　특성이　현저하게 저하되는 문제를 안고 있다.　　
　
　일반적으로 용접 후의 신뢰도 저하를 개선하기 위하여 무기 충전제의 함량을 증가시켜 저흡습 및 저열팽창화를 달성하여 내땜납성을 향상시킴과 동시에 저점도 수지를 사용하여 고유동성을 유지하는 방법을 적용하나, 용접 처리 후의 신뢰성에 대해서는　에폭시 수지 조성물의 경화물과 반도체 장치 내부에 존재하는 반도체 소자나 리드 프레임 등의 기재와의 계면에서의 부착성이 더 큰 영향을 미치게 된다. 만약 이 계면의 부착력이 약하다면 용접 처리 후의 기재와　수지 경화물과의 계면에서 박리가 발생하고 나아가서는 이 박리에 의하여 반도체 소자에 크랙이 발생하게 되는 것이다.
　
　따라서 종래로부터 계면 접착력 향상을 목적으로 아민계 커플링제등이 수지 조성물에 첨가되어 왔으나 무연화에 의한 용접 처리 온도의 상승(215~240℃ → 260℃)이나 PPF　리드 프레임　등의 출현으로 적합한 부착력을 달성하는 데에 한계에 도달하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자, 리드 프레임 등의 각종 부재와의 부착성을 향상시키고, 기판 실장 시의 내땜납성을 향상시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공하는 것이다.
　
　또한, 본 발명은 인체나 기기에 유해한 할로겐계 난연제 및 인계 난연제를 일절 사용하지 않는 환경 친화적인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하고자 한다.
그러므로 본 발명에 의하면 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 및 접착력 향상제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 하기 화학식 1로 표시되는 트리아졸(triazole)계 화합물　및 하기 화학식 2로 표시되는 티아디아졸(thiadiazole)계 화합물을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
　
[화학식　1]
Figure 112008077364144-PAT00001
　
(상기 식에서, R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 수산기,　및　탄소　수 1　내지 8의 탄화수소기　중 어느 하나이다.)
　
[화학식　2]
Figure 112008077364144-PAT00002
(상기 식에서, R2는　수소원자, 머캅토기, 아미노기, 수산기, 아세트산기, 탄소　수 1　내지 8의 탄화수소기　중 어느 하나이다.)
　
상기 트리아졸계 화합물의　분자량은 　100　내지 200이고, 상기 티아디아졸계 화합물의　분자량은　120　내지 400인 것을 특징으로 한다.
　
상기 트리아졸계 화합물　및 티아디아졸계 화합물은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　각각 0.001 ~ 2 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
　
상기 에폭시수지로 하기 화학식　3으로　표시되는　페놀아랄킬형 에폭시수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.
　
[화학식 3]
Figure 112008077364144-PAT00003
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 페놀아랄킬형　에폭시수지가 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
　
상기 경화제로 하기 화학식　4로　표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.
　
[화학식 4]
Figure 112008077364144-PAT00004
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 페놀아랄킬형 페놀수지가 전체 경화제에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용되는 것을 특징으로 한다.
　
상기　무기 충전제로 평균 입경 5　~ 30㎛의 구상용융실리카를 50　~　99 중량%, 평균입경 0.001 ~ 1㎛의 구상용융실리카를 1　~　50 중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　사용하는 것을 특징으로 한다.
　
또한, 본 발명은 상기　에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서,　뢰디게 믹서　또는 슈퍼 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 사전 도금된 리드 프레임, 및　유기계 라미네이트 프레임　중에서 선택되는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 각종　리드 프레임과의 부착력이　향상되어 반도체 패키지의　신뢰도를 높임과 동시에 별도의 난연제를 사용하지 않아도 우수한 난연성이 확보되므로 환경 친화성 수지 밀봉형 반도체 소자 제조에 유용하다.
이하 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
　
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 및 접착력 향상제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 하기 화학식 1로 표시되는 트리아졸(triazole)계 화합물　및 하기 화학식 2로 표시되는 티아디아졸(thiadiazole)계 화합물을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물　및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
　
[화학식　1]
Figure 112008077364144-PAT00005
　
(상기 식에서, R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 수산기,　및　탄소　수 1　내지 8의 탄화수소기　중 어느 하나이다.)
　
[화학식　2]
Figure 112008077364144-PAT00006
(상기 식에서, R2는　수소원자, 머캅토기, 아미노기, 수산기, 아세트산기, 탄소　수 1　내지 8의 탄화수소기　중 어느 하나이다.)
　
상기 화학식 1의 트리아졸계 화합물은 범용적인 금속 부식 억제제이다. 반도체 패키지 흡습 신뢰도 평가 시 발생하는 리드 프레임의 부식이 계면 간의 결합을 방해하여 부착력을 저하시키고 이후 패키지의 신뢰도에 악영향을 미칠 수 있으므로 본 발명에서는 리드　프레임의 부식을 막고 기재와의 계면 부착력을 유지하기 위하여 상기 화학식 1의 물질을 적용한다. 일반적으로 부식은 금속이 접하고 있는 주위 환경에 존재하는 성분과 반응하여 화합물로 변해 소모됨으로써 금속 제품의 성능이 저하되는 현상으로 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, 금속　면에 강하게 흡착한 후에는 쉽게 금속으로부터 탈착되지 않는 성질을 이용한 것이다. 따라서 본 발명에서는 부식액 대신 에폭시 수지 조성물에 상기 트리아졸계 화합물을 원할히 분산시켜, 금속　면에 부착 된 후 금속으로부터의 탈착을 막을 수 있도록 하였다. 이를 통하여 기재와 금속간의 부착력의 저하를 막아 고 신뢰성의 반도체 밀봉　재료를 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 억제제에 사용되는 물질의 흡착기는 전자 밀도가 높은 주기유표의 제 V족 및 제 VI족의 원소가 중심이 되며 특히 N이 포함된 화학식 1의 트리아졸계 화합물은 높은 전기음성도를 가지고 있어 금속(Cu, Alloy, Ag　등)의 부식을 억제하여 금속과 에폭시 수지 조성물 간의 계면에서의 부착력 저하를 방지하게 된다.　또한 화학식 내에 N과 S를 동시에 포함하는 상기 화학식 2의 티아디아졸계 화합물은 금속 표면에 내산성을 부여하는 첨가제로서, 높은 전기음성도를 가지고 있어 금속(Cu, Alloy, Ag　등)의 부식을 억제하는 효과가 있다.
　
상기 화학식 1의 트리아졸계 화합물과 상기 화학식 2의 티아디아졸계 화합물은 함께 사용했을 경우 두 물질의 상승 작용을 통하여 반도체 소자의 신뢰도 향상에 탁월한 효과를 나타나게 된다. 　　
　
상기 화학식 1의 트리아졸계 화합물의　분자량은　100　내지 200인 것이 바람직하고, 상기 화학식 2의 티아디아졸계 화합물의　분자량은　120　내지 400인 것이 바람 직하다.
　
상기 트리아졸계 화합물　및 티아디아졸계 화합물은 부착력 향상 효과, 원 재료의 분산성, 경화 반응성 측면에서, 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　각각 0.001 ~ 2 중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 0.05 ~ 1 중량%로 사용하는 것이 보다 바람직하며, 0.01 ~ 0.5 중량%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.　
　
상기 트리아졸계 화합물　및 티아디아졸계 화합물은　에폭시 수지 조성물 제조 시에 단독으로 투입하여 사용할 수 있으며, 균일한 분산을 위해 에폭시 수지 조성물 제조 전에 멜트마스터배치(Melt Master Batch; MMB)와 같은 방법을 통하여 에폭시수지　또는 경화제의 용융물에 미리 녹여 분산한 후　조성물에 투입하여 사용할 수도　있다.　
　
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/비스페 놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 나프탈렌계 에폭시수지　등을 들 수 있다. 특히 바람직한　에폭시수지로서 하기 화학식　3으로　표시되는,　분자 중에 바이페닐　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 에폭시수지를 들 수 있다. 이들 에폭시수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시수지에 경화제, 경화촉진제, 반응 조절제, 이형제, 커플링제, 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트마스터배치와 같은 선 반응을 시켜 만든　부가 화합물도 사용할 수 있다.　또한 내습 신뢰성 향상을 위해 이러한 에폭시수지 중에 함유된 염소 이온, 나트륨 이온, 및 그 밖의 이온성 불순물이 낮은 것을 사용한 것이 바람직하다. 사용량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 2　~ 15 중량%가 바람직하며,　3　~　12　중량%가 보다 바람직하다.
　
[화학식 3]
Figure 112008077364144-PAT00007
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 화학식 3의 페놀아랄킬형　에폭시수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여 흡습성, 인성,　내산화성, 및 내크 랙성이　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 ~ 100 중량%로 사용되는 것이 바람직하다.
　
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, 나프탈렌계 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　4로　표시되는,　분자 중에 바이페닐　유도체를 포함하는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 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 4]
Figure 112008077364144-PAT00008
(상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
　
상기 화학식 4의 페놀아랄킬형 페놀수지는 고온에서 연소 시 탄소층을 형성하여 주변의 열 및 산소의 전달을 차단함으로써 난연성을 달성하게 되므로 바람직하다. 상기 페놀아랄킬형 페놀수지는 전체 경화제에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용되는 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, 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, 징크아세틸아세토네이 트, 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 선　반응하여 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 발명에 사용되는 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 있다. 저응력화를 위해서는 선평창계수가 낮은 용융실리카를 사용하는 것이 바람직하다.　상기　용융실리카는 진비중이 2.3　이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5　~ 30㎛의 구상용융실리카를 50　~　99 중량%, 평균입경 0.001 ~ 1㎛의 구상용융실리카를 1　~　50 중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45um, 55um　및　75um　등으로 조정해서 사용할 수가 있다.　용융 구상 실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물로서 포함되는 경우가 있으나 극력 이물의 혼입이 적은 물질을　선택하는 것도 중요하다.　본 발명에서 무기 충전제의 비율은 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.
　
또한, 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 좋으 며, 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.　또한, 붕산아연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 유, 무기 난연제를 필요에 따라 함유할 수 있다.
　
이상과 같은 원재료를 이용하여 에폭시　수지 조성물을 제조하는 일반적인 방법으로는 소정의 배합량을 헨셀　믹서,　뢰디게 믹서　또는 슈퍼 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 사전 도금된 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　3,　비교예 1 내지　3]
다음 표 1의 조성에 따라 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후,　연속 니이더를 이용하여 100　~　120℃ 범위에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 각종 물성은 다음의 방법에 의해 평가하였다. 평가 결과를 표 2에 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(Thermomechanical Analyzer)로 평가하였다.
(부착력): 측정하고자 하는 구리 및 Alloy42 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는　규격으로 준비하고, 준비된 구리 시편, Alloy42 시편, 구리에 은을 도금한 시편, 및 구리에 니켈-팔라듐-금을 사전 도금한　시험편을　각각　준비하였다. 이렇게 준비된 금속 시험편에 표 1의 에폭시 수지　조성물을 금형온도 170　~　180℃, 이송압력 1000psi, 이송속도　0.5　~　1cm/sec,　경화시간 120초의 조건으로 성형하여 경화　시편을 얻은 후, 시편을 170　~　180℃의 오븐에 넣어 4시간　동안 후경화(PMC; post mold cure)시킨 직후와,　85℃,　85% 상대습도 조건　하에서　168시간 동안 방치시킨 후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우(reflow)를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 하에서의　부착력을 각각 측정하였다. 이때 금속 시편에 닿는 에폭시 수지　조성물의 면적은 40±1mm2이며 부착력 측정은 각 측정공정 당 12개의 시편 에 대하여　UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정한 후 평균값을 계산하였다.
(난연성): UL 94 V-0 규격에 준하여 1/8인치 두께를 기준으로 평가하였다.
(신뢰성): 표 1의 에폭시 수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를　이용하여 175℃에서 70초간 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜 Cu 금속 소자에　니켈-팔라듐-금이 프리플레이팅된 리드 프레임을 포함하는 256-MQFP(Medium Quad Flat Package) (28mm×28mm×3.4mm) 패키지를 제작하였다. 175℃에서 4시간 동안 후경화시킨 이후 상온으로 냉각하였다.　이후 상기 패키지를 125℃에서 24시간 건조시킨　후, 5 사이클(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 IR리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회　반복하는 프리컨디션 조건 이후에　비파괴　검사기인　C-SAM(Scanning Acoustical Microscopy)을　이용하여 에폭시 수지 조성물과　리드프레임　간의 크랙　발생 유무를 평가하였다.　이후, TC(Temperature Cycle) 시험기에서 1000 사이클(1 사이클은 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서　5분, 150℃에서　10분씩 방치하는 것을 의미함)의 열충격 시험을 수행하였고, 역시 C-SAM을　이용하여　에폭시 수지 조성물과　리드프레임　간의 크랙　발생 유무를 평가하였다.　프리컨디션 조건 이후와 TC 평가 두 단계에서 크랙이 하나라도 발생한 반도체 소자 수를 측정하여 결과를 표 2에 나타내었다.　　
구성성분 실시예1 실시예2 실시예3 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 실리카주6) 87.00
커플링제 머캡토프로필트리메톡시 실란주7) 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
메틸트리메톡시 실란주8) 0.10 0.10 0.10 0.24 0.24 0.24
아민계 실란주9) 0.14 0.14 0.14 0.20 0.20 0.40
첨가제 트리아졸계 화합물주10) 0.30 0.20 0.10 0.20 - -
티아디아졸계 화합물주11) 0.10 0.20 0.30 - 0.20 -
착색제 카본블랙 0.27
왁스 카르나우바왁스 0.26
(단위: 중량%)
(주)
　　1)　NC-3000, Nippon Kayaku
　　2) YX-4000, Japan Epoxy Resin
　　3) MEH-7800, Meiwa kasei
　　4) MEH-7851, Meiwa kasei
　　5) TPP-k, Hokko Chemical
　　6) 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
　　7) KBM-803, Shin Etsu silicon
　　8) SZ-6070, Dow Corning chemical
　　9) KBM-573, Shin Etsu silicon
　　10) BTA, Aldrich
　　11) 2,5-Dimercapto-1,3,4-thiadiazole, Toyo Kasei
　　
평가항목 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예3
스파이럴 플로우(inch) 44 46 45 42 42 42
Tg(℃) 124 123 124 122 124 123
부착력 (kgf) Cu PMC　후 120 120 120 120 120 120
85℃/85% 168hrs　방치 및 리플로우 후 115 115 115 115 115 115
Alloy 42 PMC　후 80 80 80 80 80 80
85℃/85% 168hrs　방치 및 리플로우 후 78 78 78 78 78 74
Ag PMC　후 65 63 62 55 54 50
85℃/85% 168hrs　방치 및 리플로우 후 60 58 55 40 42 20
PPF PMC　후 80 78 79 49 46 36
85℃/85% 168hrs　방치 및 리플로우 후 78 77 78 25 28 5
난연성 UL 94 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
신뢰성 크랙　발생한 반도체 소자 수 0 0 0 130 120 200
총시험한 반도체 소자　수 200 200 200 200 200 200
상기 결과로부터　본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물은 각종 리드 프레임, 특히 은으로 도금된 리드 프레임 및 니켈, 팔라듐, 금으로 사전 도금된 리드 프레임과의 부착력이 우수하고 반도체 소자 밀봉 시 높은 신뢰성을 갖는 반도체 소자를 제작할 수 있음을 확인하였다.
　
　또한, 본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물은 인체나 기기에 유해한 할로겐계 난연제 및 인계 난연제를 일절 사용하지 않고도 우수한 난연성을 나타내어　환경 친화적인 반도체 소자를 제작할 수 있음을 확인하였다.

Claims (11)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 및 접착력 향상제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 접착력 향상제로 하기 화학식 1로 표시되는 트리아졸(triazole)계 화합물　및 하기 화학식 2로 표시되는 티아디아졸(thiadiazole)계 화합물을 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
    [화학식　1]
    Figure 112008077364144-PAT00009
    　
    　(상기 식에서, R1은 수소원자, 머캅토기, 아미노기, 수산기,　및　탄소　수 1　내지 8의 탄화수소기　중 어느 하나이다.)
    　
    [화학식　2]
    Figure 112008077364144-PAT00010
    　(상기 식에서, R2는　수소원자, 머캅토기, 아미노기, 수산기, 아세트산기, 탄소　수 1　내지 8의 탄화수소기　중 어느 하나이다.)
    　
  2. 제 1항에 있어서, 상기 트리아졸계 화합물의　분자량은 　100　내지 200이고, 상기 티아디아졸계 화합물의　분자량은　120　내지 400인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  3. 제 1항에 있어서, 상기 트리아졸계 화합물　및 티아디아졸계 화합물은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여　각각 0.001 ~ 2 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  4. 제 1항에 있어서, 상기 에폭시수지로 하기 화학식　3으로　표시되는　페놀아랄킬형 에폭시수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
    [화학식 3]
    Figure 112008077364144-PAT00011
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    　
  5. 제 4항에 있어서, 상기 페놀아랄킬형　에폭시수지가 전체 에폭시수지에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  6. 제 1항에 있어서, 상기 경화제로 하기 화학식　4로　표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
    [화학식 4]
    Figure 112008077364144-PAT00012
    (상기 식에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)
    　
  7. 제 6항에 있어서, 상기 페놀아랄킬형 페놀수지가 전체 경화제에 대하여 10 ~ 100 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  8. 제 1항에 있어서, 상기　무기 충전제로 평균 입경 5　~ 30㎛의 구상용융실리카를 50　~　99 중량%, 평균입경 0.001 ~ 1㎛의 구상용융실리카를 1　~　50 중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 충전제에　대하여　40　~ 100 중량%가 되도록　사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    　
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 헨셀　믹서,　뢰디게 믹서　또는 슈퍼 믹서를 이용하여 혼합한 뒤, 롤밀　또는　니이더로 용융혼련한 후, 냉각, 분쇄과정을 거쳐 얻은 최종 분말 제품으로 밀봉한　반도체 소자.
    　
  10. 제 9항에 있어서, 상기 최종 분말 제품을 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션 성형법　또는　캐스팅 성형법으로　밀봉한 반도체 소자.
    　
  11. 제 10항에 있어서, 상기 반도체 소자가 동계 리드프레임,　철계 리드프레임, 동계 또는 철계 리드프레임에 니켈과 팔라듐을 포함하는 물질로 사전 도금된 리드프레임, 및　유기계 라미네이트 프레임　중에서 선택되는 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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