KR20110078819A - Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor element and semiconductor element package using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자를 밀봉할 때 사용하는 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the epoxy resin composition used when sealing a semiconductor element.
일반적으로 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조함에 있어서, 레이저 마킹을 통한 패키지별 식별성, 제품번호, 제조회사를 표현하기 위해 대부분의 반도체 업체들은 흑색으로의 착색을 요구하고 있다. 따라서, 착색을 위해 종래에는 에폭시 수지 조성물 제조 시 착색제로 카본블랙을 사용하였는데, 이러한 카본블랙은 절연성이 낮아 반도체 장치 내의 골드와이어 간극이 좁아짐에 따라 전기 신호 및 전류의 누전을 발생시켜 반도체 소자 패키지의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.In general, in manufacturing an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device, most semiconductor companies require coloring in black to express package identification, product number, and manufacturing company through laser marking. Therefore, carbon black is conventionally used as a colorant in the production of an epoxy resin composition for coloring, and as the carbon black has low insulation, a shortening of the gold wire gap in the semiconductor device causes electrical leakage of electrical signals and currents. There is a problem of lowering reliability.
즉, 카본블랙은, 단일체로는 수 나노미터이지만 대기 중 수분 및 대전에 의하여 응집하게 되어 45마이크로미터에서 500마이크로미터 이상의 입자를 가지게 되는데, 이러한 카본블랙 입자들이 반도체 장치의 고집적화에 따라 좁아진 골드와이 어 간극(예를 들어, 150 ~ 100마이크로미터 거리)에 놓일 경우 절연성이 낮은 카본블랙에 의해 전기적인 쇼트 및/또는 누전이 발생하게 되어 반도체 소자 패키지의 신뢰성이 저하되는 것이다.That is, carbon black is a few nanometers as a single body, but aggregates by air and moisture in the air, and thus has particles of 45 micrometers or more and 500 micrometers or more. These carbon black particles are narrowed due to high integration of semiconductor devices. When placed in a gap (eg, 150 to 100 micrometers), electrical shorts and / or short circuits may occur due to low insulation carbon black, thereby reducing the reliability of the semiconductor device package.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위해 카본블랙 대신 티탄블랙을 사용하여 절연성을 향상시키는 기술이 개발되었으나 티탄블랙은 절연성이 완전하지 않고 불순물 함유 시 상기와 같이 전기적인 쇼트 및/또는 누전이 발생하는 문제점을 여전히 가지고 있었다.Therefore, in order to solve the above problems, a technique of improving insulation using titanium black instead of carbon black has been developed. However, titanium black is not completely insulated and electrical short and / or short circuit as described above occur when impurities are contained. Still had.
이외에도 전도성이 낮은 카본블랙을 사용하여 절연특성을 개선하거나(일본공개특허 특개2004-211100호), 표면처리되지 않은 질화 티탄블랙을 사용하는 기술(대한민국 공개특허공보 10-2004-0008461호)이 제안되었으나 여전히 절연성의 문제점과 표면활성이 높아 흐름성이 저하되는 문제점이 있기에 상기한 문제점을 해결하는 데는 한계가 있었다.In addition, the use of carbon black with low conductivity improves insulation properties (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-211100), or a technique using titanium nitride black without surface treatment (Korean Patent Publication No. 10-2004-0008461) is proposed. However, there is a limitation in solving the above problems because there is still a problem of insulation and high surface activity and the flowability is lowered.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 절연성 및 흐름성이 우수한 착색제를 포함하여 반도체 소자에서 전기적인 쇼트 및/또는 누전이 발생되는 것을 방지하고, 반도체 소자 밀봉시 성형성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the above problems, including a coloring agent having excellent insulation and flowability to prevent the electrical short and / or short circuit occurs in the semiconductor device, it is possible to improve the moldability when sealing the semiconductor device An object of the present invention is to provide an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device and a semiconductor device package using the same.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 질화 티탄블랙; 에폭시 수지; 경화제; 경화촉진제; 및 무기충전제를 포함하되, 상기 질화 티탄블랙은 페놀수지로 코팅된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is titanium nitride black represented by the following formula (1); Epoxy resins; Curing agent; Curing accelerators; And including an inorganic filler, the titanium nitride provides an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device, characterized in that coated with a phenol resin.
[화학식 1][Formula 1]
TiNxOy TiN x O y
(상기 화학식 1에서 x는 0.01 ~ 3이고, y는 1.5 ~ 10이다.)(In Formula 1, x is 0.01 to 3, and y is 1.5 to 10.)
또한, 본 발명은 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 패키지를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device package, characterized in that sealed with the epoxy resin composition for sealing the semiconductor device.
한편, 본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 질화 티탄블랙으로서, 용매에 분산시킨 후 페놀수지로 코팅된 것을 특징으로 하는 질화 티탄블랙을 제공한다.On the other hand, the present invention provides a titanium nitride black contained in the epoxy resin composition for semiconductor element sealing, it is dispersed in a solvent and provides a titanium nitride black, characterized in that coated with a phenol resin.
이상과 같은 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 착색제로 절연성 및 흐름성이 우수한 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙을 포함하기 때문에 반도체 장치 내의 골드와이어 간극에 상기 질화 티탄블랙이 놓이더라도 전기적인 쇼트 및/또는 누전의 발생을 방지할 수 있다.Since the epoxy resin composition for semiconductor element encapsulation of the present invention as described above includes titanium nitride black coated with a phenol resin having excellent insulation and flowability as a colorant, even if the titanium nitride black is placed in the gold wire gap in the semiconductor device, It is possible to prevent the occurrence of short and / or short circuit.
또한, 상기와 같은 본 발명의 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자 패키지는 전기적인 쇼트 및/또는 누전의 발생이 방지되기 때문에 반도체 소자 패키지의 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 흐름성이 우수한 에폭시 수지 조성물로 밀봉되기 때문에 반도체 소자 패키지의 성형성 및 작업성 또한 향상시킬 수 있다.In addition, the semiconductor device package sealed with the epoxy resin composition of the present invention as described above can prevent the occurrence of electrical short and / or short-circuit can improve the reliability of the semiconductor device package, with excellent epoxy resin composition Since it is sealed, the moldability and workability of the semiconductor device package can also be improved.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물><Epoxy resin composition for semiconductor element sealing>
1. 질화 티탄블랙1.Titanium Nitride
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물(이하, '조성물'이라 함)은 착색제로써 하기 화학식 1로 표시되는 질화 티탄블랙을 포함한다. 즉, 레이저 마킹을 통한 패키지별 식별성, 제품번호, 제조회사를 표현하기 위해 조성물을 착색할 필요가 있는데, 이를 위해 본 발명의 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 질화 티탄블랙을 포함하는 것이다.The epoxy resin composition (hereinafter, referred to as "composition") for sealing a semiconductor device of the present invention includes titanium black nitride represented by the following Chemical Formula 1 as a colorant. That is, it is necessary to color the composition in order to express the identification, package number, and manufacturer for each package through laser marking. For this purpose, the composition of the present invention includes titanium black nitride represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
TiNxOy TiN x O y
(상기 화학식 1에서 x는 0.01 ~ 3이고, y는 1.5 ~ 10이다.)(In Formula 1, x is 0.01 to 3, and y is 1.5 to 10.)
이러한 상기 화학식 1로 표시되는 질화 티탄블랙은 열적·화학적으로 매우 안정된 구조를 가지고 있어 고온의 열이 가해지더라도 해로운 가스를 발생하지 않으며, 인체에 해가 없어 환경 친화적으로 사용할 수 있는 것으로, 그 자체만으로도 양호한 절연성을 가지고 있지만, 절연성 및 흐름성을 향상시키기 위해 페놀 수지로 코팅하여 사용하는 것이 바람직하다.Titanium black nitride represented by the formula (1) has a thermally and chemically very stable structure does not generate harmful gases even when a high temperature heat is applied, it is harmless to the human body can be used environmentally friendly, even by itself Although it has good insulation, it is preferable to use it by coating with a phenol resin in order to improve insulation and flowability.
상기 화학식 1로 표시되는 질화 티탄블랙에 코팅되는 페놀수지의 비제한적인 예로는 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지, 나프탈렌계 페놀수지 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.Non-limiting examples of the phenol resin coated on the titanium nitride black represented by the formula (1) is a phenol aralkyl type phenol resin, phenol novolak type phenol resin, cresol novolak type phenol resin, xylox phenol resin, dicyclopentadiene Phenol resin, naphthalene type phenol resin, or a mixture thereof is mentioned.
또한, 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙은 질화 티탄블랙과 페놀수지가 1 ~ 30 : 99 ~ 70 범위의 중량 비율로 존재하는 것이 바람직하다. 즉, 코팅된 질화 티탄블랙을 100중량부로 할 때, 질화 티탄블랙이 1중량부이면 페놀수지는 99중량부를 차지하고, 질화 티탄블랙이 30중량부이면 페놀수지는 70중량부를 차지할 수 있는 것이다. 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙에서 질화 티탄블랙이 30중량부를 초과하여 존재할 경우 페놀수지의 분산성 저하에 의해 코팅이 잘 이루어지지 않으며, 1중량부 미만이면 조성물의 착색성이 떨어질 수 있다.In addition, the titanium nitride black coated with a phenol resin is preferably present in the weight ratio of titanium black nitride and phenol resin in the range of 1 to 30:99 to 70. That is, when 100 parts by weight of coated titanium nitride black is 1 part by weight of titanium nitride black, phenolic resin occupies 99 parts by weight, and when titanium nitride black is 30 parts by weight, phenolic resin may occupy 70 parts by weight. In the case where titanium nitride is more than 30 parts by weight in titanium nitride black coated with a phenol resin, coating may not be well performed due to the dispersibility of the phenol resin, and less than 1 part by weight may impair the colorability of the composition.
여기서, 질화 티탄블랙에 페놀수지를 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않으나. 본 발명에서는 질화 티탄블랙과 페놀수지간의 코팅력을 높이고, 질화 티탄블랙 의 표면활성을 저하시켜 흐름성을 높이기 위해 질화 티탄블랙을 용매에 분산시킨 후 페놀수지로 코팅하는 것이 바람직하다.Here, the method of coating the phenol resin on titanium nitride black is not particularly limited. In the present invention, it is preferable to disperse the titanium nitride black in a solvent and then coat it with a phenolic resin in order to increase the coating power between the titanium nitride black and the phenol resin and to lower the surface activity of the titanium nitride nitride.
일반적으로 질화 티탄블랙은 미립자이기 때문에 점도가 높은 페놀수지를 질화 티탄블랙과 단순히 혼합하여 코팅할 경우 질화 티탄블랙 입자의 표면에 페놀수지가 균일하게 코팅되지 않고, 질화 티탄블랙 입자가 뭉치게 되는 형상이 나타나게 되는데, 이와 같이 페놀수지가 균일하게 코팅되지 않고 뭉쳐진 질화 티탄블랙을 조성물에 사용할 경우 절연성 효과가 떨어지게 된다. 또한, 페놀수지로 코팅되지 않은 부분이 많은 질화 티탄블랙은 표면활성이 높아져 흐름성 효과도 떨어지게 된다.In general, since titanium nitride is a fine particle, when the phenolic resin having high viscosity is simply mixed with titanium nitride and coated, the phenol resin is not uniformly coated on the surface of the titanium nitride particles, and the titanium nitride particles are agglomerated. This will appear, when the phenolic resin is not uniformly coated, but when the aggregated titanium nitride black is used in the composition, the insulating effect is reduced. In addition, titanium nitride black, which is not coated with a phenolic resin, has a high surface activity, thereby decreasing the flowability effect.
그러나, 본 발명은 미세한 질화 티탄블랙 입자 표면에 페놀수지가 높은 코팅력을 나타내면서도 균일하게 코팅될 수 있도록 질화 티탄블랙을 용매에 분산시킨 후 페놀수지로 코팅하기 때문에 절연성 및 흐름성(질화 티탄블랙이 페놀수지로 코팅됨에 따라 구형의 입자 형상을 가지게 되며, 이러한 구형의 질화 티탄블랙을 조성물에 포함할 경우 조성물의 흐름성을 향상시킬 수 있음)을 향상시킬 수 있다.However, in the present invention, since the titanium nitride black is dispersed in a solvent and coated with a phenolic resin so that the phenolic resin can be uniformly coated on the surface of the fine titanium nitride particles, the coating is coated with phenolic resin. The coated with the phenol resin will have a spherical particle shape, and when the spherical titanium nitride is included in the composition, the flowability of the composition can be improved).
이때, 질화 티탄블랙을 용매에 분산시켜 페놀수지로 코팅하는 구체적인 과정은 용매와 질화 티탄블랙을 5:5의 비율로 상온에서 혼합하여 분산시킨 후 혼합물(용매+질화 티탄블랙)을 반응기에 넣고 페놀수지를 투입하여 코팅한다. 이후 용매는 냉각장치를 이용하여 회수하며, 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙 입자 크기의 균일화를 위하여 볼밀로 파쇄하여 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙을 제조할 수 있다.At this time, the titanium nitride black is dispersed in a solvent and coated with a phenol resin, and the solvent and titanium nitride black are mixed and dispersed at room temperature in a ratio of 5: 5, and then the mixture (solvent + titanium nitride) is placed in a reactor and phenol is used. The resin is added and coated. After the solvent is recovered by using a cooling apparatus, titanium nitride black coated with a phenol resin may be crushed with a ball mill to homogenize the particle size of titanium nitride coated with phenolic resin.
여기서, 상기 용매는 질화 티탄블랙을 분산시킬 수 있는 것이면 특별히 한정 되지 않으나 환경 친화적이고 회수가 용이하도록 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone)과 아세톤이 혼합된 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 이때, 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone) : 아세톤은 4 :1의 비율로 혼합되는 것이 좋다. 이외에도 용매로는 메틸 에틸 케톤(Methly Ethly Ketone), 톨루엔(Toluen), 자일렌(Xylene) 등을 사용하여도 무방하다.Here, the solvent is not particularly limited as long as it can disperse titanium nitride, but it is preferable to use a solvent in which methyl isobutyl ketone and acetone are mixed to be environmentally friendly and easy to recover. Isobutyl ketone (Methyl isobutyl ketone): Acetone is preferably mixed at a ratio of 4: 1. In addition, as the solvent, methyl ethyl ketone (Methly Ethly Ketone), toluene (Toluen), xylene (Xylene) and the like may be used.
을 사용하여도 무방하다You can use
한편, 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙의 평균 입경은 30 ~ 200㎚인 것이 바람직하다. 평균입경이 200㎚를 초과하면, 조성물의 착색력이 떨어져 반도체 소자 패키지 표면에 착색 차이가 나타날 수 있으며, 30㎚ 미만이면 질화 티탄블랙에 코팅되는 페놀수지의 코팅도가 낮아져 높은 절연성을 유지하는데 어려울 수 있기 때문이다.On the other hand, it is preferable that the average particle diameter of titanium black nitride coated with the phenol resin is 30-200 nm. If the average particle diameter exceeds 200 nm, the coloring power of the composition may be reduced, and the coloring difference may appear on the surface of the semiconductor device package. If the average particle diameter is less than 30 nm, the coating degree of the phenol resin coated on titanium nitride black may be difficult to maintain high insulation. Because there is.
이와 같은 본 발명의 조성물에 포함되는 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙은 전체 조성물 100중량부를 기준으로, 0.05 ~ 5중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 코팅된 질화 티탄블랙이 0.05중량부 미만으로 포함되면 조성물의 착색에 어려움이 있을 수 있으며, 5중량부를 초과하면 상대적으로 사용되는 수지 분율이 낮아져 유동성 저하로 인해 성형성 및 조성물의 기계적 강도가 떨어질 수 있기 때문이다.Titanium black nitride coated with a phenol resin contained in the composition of the present invention is preferably contained in 0.05 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition. If the coated titanium nitride is less than 0.05 parts by weight, it may be difficult to color the composition, and if it exceeds 5 parts by weight, the resin fraction used may be relatively low, resulting in a decrease in fluidity and the mechanical strength of the composition. Because there is.
2. 에폭시 수지2. epoxy resin
본 발명의 조성물에 포함되는 에폭시 수지는 반도체 소자를 밀봉하는데 일반적으로 사용되는 에폭시 수지라면 특별히 한정되지 않으며, 비제한적인 예로 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 비스페놀계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지 및 나프탈렌계 에폭시 수지로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.The epoxy resin included in the composition of the present invention is not particularly limited as long as it is an epoxy resin generally used to seal semiconductor devices. Examples thereof include, but are not limited to, phenol aralkyl type epoxy resins, cresol novolak type epoxy resins, and phenol novolak type epoxy resins. , A biphenyl type epoxy resin, a bisphenol type epoxy resin, a dicyclopentadiene type epoxy resin and a naphthalene type epoxy resin can be used by selecting one or more types.
이때, 특히 바람직한 에폭시 수지로는 하기 화학식 2로 표시되는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 에폭시 수지를 들 수 있다.At this time, as a particularly preferable epoxy resin, the phenol aralkyl type epoxy resin of the novolak structure represented by following formula (2) is mentioned.
[화학식 2][Formula 2]
(상기 화학식 2에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.)(In Formula 2, the average value of n is 1 to 7.)
상기 화학식 2의 페놀아랄킬형 에폭시 수지는 페놀 골격을 바탕으로 하고 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하고 있기 때문에 본 발명의 조성물에 사용할 경우 흡습성, 인성, 내산화성 및 내크랙성을 높일 수 있으며, 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소 시 탄소층(char)을 형성하여 주위의 열 및 산소를 차단할 수 있기 때문에 조성물의 난연성 또한 높일 수 있다. 이와 같은 에폭시 수지는 조성물의 경화 반응성, 내크랙성 및 난연성을 고려할 때 전체 조성물 100중량부를 기준으로 3 ~ 15중량부로 포함되는 것이 바람직하다.Since the phenol aralkyl type epoxy resin of Formula 2 forms a structure based on a phenol skeleton and has a biphenyl in the middle, it can increase hygroscopicity, toughness, oxidation resistance, and crack resistance when used in the composition of the present invention. In addition, since the crosslinking density is low, a carbon layer (char) may be formed during combustion at a high temperature to block surrounding heat and oxygen, thereby increasing the flame retardancy of the composition. Such epoxy resin is preferably included in 3 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition in consideration of the curing reactivity, crack resistance and flame retardancy of the composition.
3. 경화제3. Curing agent
본 발명의 조성물에 포함되는 경화제는 반도체 소자를 밀봉하는데 일반적으로 사용되는 경화제라면 특별히 한정되지 않으며, 비제한적인 예로 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 디시클로펜타디엔계 페놀수지 및 나프탈렌계 페놀수지로 이루어진 군에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.The curing agent included in the composition of the present invention is not particularly limited as long as it is a curing agent generally used for sealing semiconductor devices. Examples of the curing agent include, but are not limited to, phenol aralkyl type phenol resins, phenol novolak type phenol resins, cresol novolak type phenol resins, and xyl. It can select and use 1 or more types from the group which consists of a lock type phenol resin, a dicyclopentadiene type phenol resin, and a naphthalene type phenol resin.
이때, 특히 바람직한 경화제로는 분자 중에 바이페닐 유도체를 포함하는 하기 화학식 3으로 표시되는 노볼락 구조의 페놀아랄킬형 페놀수지를 들 수 있다.At this time, as a particularly preferable hardening agent, the phenol aralkyl type phenol resin of the novolak structure represented by following formula (3) containing a biphenyl derivative in a molecule | numerator is mentioned.
[화학식 3](3)
(상기 화학식 3에서, m의 평균치는 1 내지 7이다.)(In Formula 3, the average value of m is 1 to 7.)
상기 화학식 3의 페놀아랄킬형 페놀수지는 고온에서 연소 시 탄소층을 형성하여 주변의 열 및 산소의 전달을 차단할 수 있기 때문에 본 발명의 조성물에 사용할 경우 조성물의 난연성을 높일 수 있다. 이와 같은 경화제는 경화 반응성 및 난연성을 고려할 때 전체 조성물 100중량부를 기준으로, 0.1 ~ 10중량부로 포함되는 것이 바람직하다.The phenol aralkyl type phenolic resin of Formula 3 may increase the flame retardancy of the composition when used in the composition of the present invention because it can block the transfer of surrounding heat and oxygen by forming a carbon layer upon combustion at high temperature. Such a curing agent is preferably included in 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition in consideration of curing reactivity and flame retardancy.
4. 경화촉진제4. Curing accelerator
본 발명의 조성물에 포함되는 경화촉진제는 상기 에폭시 수지와 상기 경화제의 반응을 촉진하기 위해 포함되는 것으로, 제3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸류 및 붕소화합물 등을 사용할 수 있다.The curing accelerator included in the composition of the present invention is included to promote the reaction between the epoxy resin and the curing agent, and may be used tertiary amines, organometallic compounds, organophosphorus compounds, imidazoles, and boron compounds. .
이때, 상기 제3급 아민의 예로는 벤질디메틸아민, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실 에시드의 염 등을 들 수 있다. 상기 유기 금속화합물의 예로는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등을 들 수 있다. 상기 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등을 들 수 있다. 상기 이미다졸류의 예로는 2-메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등을 들 수 있다. 상기 붕소화합물의 예로는 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다.At this time, examples of the tertiary amine include benzyldimethylamine, 2-2- (dimethylaminomethyl) phenol, salts of 2,4,6-tris (diaminomethyl) phenol and tri-2-ethylhexyl acid, and the like. Can be mentioned. Examples of the organometallic compound include chromium acetylacetonate, zinc acetylacetonate, nickel acetylacetonate, and the like. Examples of the organophosphorus compound include tris-4-methoxyphosphine, tetrabutylphosphonium bromide, butyltriphenylphosphonium bromide, triphenylphosphine, triphenylphosphine triphenylborane, triphenylphosphine-1,4-benzo And quinone adducts. Examples of the imidazoles include 2-methylimidazole, 2-aminoimidazole, 2methyl-1-vinylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole, and the like. Can be mentioned. Examples of the boron compound include trifluoroborane-n-hexylamine, trifluoroborane monoethylamine, tetrafluoroboranetriethylamine, tetrafluoroboraneamine, and the like.
여기서, 특히 바람직한 경화촉진제로는 유기인화합물, 아민계 및 이미다졸류 경화촉진제를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 들 수 있다. 또한, 상기 경화촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선 반응시켜 제조된 부가 화합물 형태로도 사용 가능하다. 이러한 본 발명의 조성물에 포함되는 경화촉진제는 경화 반응 속도 및 온도와 시간에 의한 작업성 마진을 고려할 때 전체 조성물 100중량부에 대하여 0.001 ~ 1중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 0.01 ~ 0.5중량부로 포함되는 것이 좋다.Here, as a particularly preferable hardening accelerator, organophosphorus compound, an amine type, and imidazole hardening accelerator are used individually or in mixture. In addition, the curing accelerator may be used in the form of an additive compound prepared by linear reaction with an epoxy resin or a curing agent. The curing accelerator included in the composition of the present invention is preferably included in an amount of 0.001 to 1 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total composition in consideration of the curing reaction rate and the workability margin by temperature and time, specifically 0.01 to 0.5 It is preferably included in parts by weight.
5. 무기충전제5. Inorganic filler
본 발명의 조성물에 포함되는 무기충전제는 조성물의 기계적 물성 향상 및 저 응력화를 위해 포함되는 것으로, 용융실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화안티몬, 유리섬유 등을 사용할 수 있다. 이때, 상기 용융실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로, 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카를 사용할 수 있으며, 조성물의 저응력화를 위해 선팽창계수가 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.Inorganic fillers included in the composition of the present invention are included for improving the mechanical properties and low stress of the composition, fused silica, crystalline silica, calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, oxide Antimony, glass fiber, etc. can be used. In this case, the fused silica refers to amorphous silica having a specific gravity of 2.3 or less, and may be made by melting crystalline silica or using synthetic silica synthesized from various raw materials, and having a linear expansion coefficient for lowering the composition. It is preferable to use the lower one.
또한, 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5 ~ 30㎛의 구상용융실리카 50 ~ 99중량부와 평균입경 0.001 ~ 1㎛의 구상용융실리카 1 ~ 50중량부롤 혼합한 용융실리카 혼합물을 전체 무기충전제 100중량부를 기준으로, 40 ~ 100중량부로 포함되도록 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 구상용융실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물로 포함되는 경우가 있으나, 극력 이물의 혼입이 적은 것을 선택하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45um, 55um 및 75um 등으로 조정해서 사용할 수 있다.Further, the shape and particle size of the molten silica are not particularly limited, but 50 to 99 parts by weight of spherical molten silica having an average particle diameter of 5 to 30 µm and 1 to 50 parts by weight of spherical molten silica having an average particle diameter of 0.001 to 1 µm are mixed. It is good to use the mixture to include 40 to 100 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total inorganic filler. At this time, the spherical molten silica may include conductive carbon as a foreign material on the silica surface, but it is preferable to select one having a small amount of foreign matter mixing. Moreover, according to a use, the maximum particle diameter can be adjusted to 45um, 55um, 75um, etc., and can be used.
이러한 본 발명의 조성물에 포함되는 무기충전제는 성형성, 저응력성, 고온강도 등의 물성을 고려할 때 전체 조성물 100중량부를 기준으로, 70 ~ 95중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 82 ~ 92중량부로 포함되는 것이 좋다.The inorganic filler included in the composition of the present invention is preferably included in 70 to 95 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total composition, in consideration of physical properties such as moldability, low stress, high temperature strength, specifically 82 ~ It is preferably included in 92 parts by weight.
한편, 본 발명의 조성물은 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제; 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란, 알콕시실란 등의 커플링제; 및 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 실리콘 레진 등의 응력완화제 등을 필요에 따라 포함할 수 있다.On the other hand, the composition of the present invention is a release agent such as higher fatty acids, higher fatty acid metal salts, ester waxes within the scope that does not impair the object of the present invention; Coupling agents such as epoxysilane, aminosilane, mercaptosilane, alkylsilane, alkoxysilane; And stress relaxants such as modified silicone oil, silicone powder, silicone resin, and the like, as necessary.
이상에서 설명한 본 발명의 조성물을 제조하는 방법으로는 상기에서 설명한 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙, 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제 및 기타 첨가제 각각의 사용량을 결정한 후 헨셀 믹서 또는 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀 또는 니이더로 용융 혼련한 후, 냉각 및 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품으로 얻는 방법이 사용될 수 있다.As a method for preparing the composition of the present invention described above, after determining the amount of titanium nitride nitride, epoxy resin, curing agent, curing accelerator, inorganic filler and other additives coated with the above-described phenolic resin, Henschel mixer or Rödige mixer After uniformly sufficient mixing using, melt kneading with a roll mill or kneader, and then through the cooling and grinding process to obtain a final powder product may be used.
<반도체 소자 패키지><Semiconductor Device Package>
본 발명은 상기와 같이 제조된 최종 분말 상태의 조성물로 반도체 소자를 밀봉하여 제조된 반도체 소자 패키지를 제공할 수 있는데, 이때, 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로는 특별히 한정되지 않으나 저압 트랜스퍼 성형법, 인젝션(Injection) 성형법 및 캐스팅(Casting) 성형법 중 선택된 하나의 성형법을 적용할 수 있다.The present invention can provide a semiconductor device package prepared by sealing a semiconductor device with the composition of the final powder prepared as described above, wherein the method for sealing the semiconductor device is not particularly limited, but low-pressure transfer molding method, injection ( Injection) A molding method selected from a molding method and a casting molding method may be applied.
이와 같은 본 발명의 반도체 소자 패키지는 절연성 및 흐름성이 우수해질 수 있도록 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙을 포함하는 조성물로 밀봉되기 때문에 반도체의 골드와이어 간극에 본 발명의 질화 티탄블랙이 놓이더라도 질화 티탄블랙에 의한 전기적인 쇼트 및/또는 누전의 발생이 최소화되어 신뢰도가 높은 반도체 소자 패키지를 제공할 수 있다.Since the semiconductor device package of the present invention is sealed with a composition containing titanium black nitride coated with a phenolic resin to improve insulation and flowability, even if the titanium black nitride of the present invention is placed in the gold wire gap of the semiconductor, The occurrence of electrical short and / or short circuit caused by titanium black can be minimized to provide a highly reliable semiconductor device package.
<질화티탄블랙><Titanium nitride black>
한편, 본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 사용되는 질화 티탄블랙을 제공할 수 있는데, 이와 같은 질화 티탄블랙은 용매에 분산된 후 페놀수지로 코팅된 것이다. 이러한 질화 티탄블랙을 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 포함할 경우 조성물의 절연성 및 흐름성을 향상시킬 수 있는데, 이에 대한 구체적인 설명 및 질화 티탄블랙을 페놀수지로 코팅하는 과정은 상기에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.On the other hand, the present invention can provide titanium black nitride used in the epoxy resin composition for sealing semiconductor devices, such titanium nitride black is coated with a phenol resin after being dispersed in a solvent. When the titanium nitride black is included in the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device, the insulation and flow properties of the composition may be improved. A detailed description of this and the process of coating titanium nitride black with a phenol resin are the same as described above. It will be omitted.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited by the following Examples and Comparative Examples.
[실시예1 내지 3 및 비교예1 내지 2] 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 패키지 제조[Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2] Composition and Fabrication of Semiconductor Device Package Using the Same
1. 페놀수지로 코팅된 질화 티탄블랙 제조1. Manufacture of titanium black nitride coated with phenolic resin
A 코팅물 : 질화 티탄블랙에 페놀노볼락형 페놀수지 코팅A Coating: Coating phenol novolak type phenolic resin on titanium nitride black
질화 티탄블랙(JEMCO 사)과 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone)과 아세톤이 4:1로 혼합된 용매를 5:5의 비율로 상온에서 혼합하여 용매에 질화 티탄블랙을 분산시킨 후 분산된 질화 티탄블랙에 페놀노볼락형 페놀수지(HF-1, MEIWA)를 투입하여 질화 티탄블랙에 페놀노볼락형 페놀수지를 코팅하였다. 이후 용매를 냉각장치를 이용하여 회수한 후 1차 코팅된 질화 티탄블랙의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 분산을 강화하기 위하여 볼밀로 파쇄하였다. 이때, 코팅된 질화 티탄블랙은 질화 티탄블랙이 30중량부, 페놀수지가 70중량부를 차지하였다.A mixture of titanium black nitride (JEMCO), methyl isobutyl ketone, and acetone in a 4: 1 ratio was mixed at room temperature in a ratio of 5: 5 to disperse the titanium black nitride in the solvent, followed by dispersed nitriding. Phenol novolac-type phenol resins (HF-1, MEIWA) were added to titanium black to coat phenol novolac-type phenol resins on titanium nitride black. After the solvent was recovered using a cooling apparatus, it was crushed with a ball mill to enhance dispersion of the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements of the first coated titanium nitride. At this time, the coated titanium nitride black 30 parts by weight titanium nitride black, phenol resin accounted for 70 parts by weight.
B 코팅물 : 질화 티탄블랙에 페놀아랄킬형 페놀수지 코팅B coating material: phenol aralkyl type phenolic resin coating on titanium nitride black
페놀노볼락형 페놀수지 대신에 페놀아랄킬형 페놀수지(MEH-7851S, MEIWA)를 사용한 것을 제외하고는 상기 A 코팅물 제조과정을 동일하게 적용하였다.A coating preparation process was applied in the same manner except that phenol aralkyl type phenol resin (MEH-7851S, MEIWA) was used instead of phenol novolac type phenol resin.
C 코팅물 : 질화 티탄블랙에 자일록형 페놀수지 코팅C coating: Titanium nitride black coated with xylox type phenolic resin
페놀노볼락형 페놀수지 대신에 자일록형 페놀수지(Meiwa사 MEH-7800S)를 사용한 것을 제외하고는 상기 A 코팅물 제조과정을 동일하게 적용하였다.A coating preparation process was applied in the same manner, except that xylox phenol resin (Mei-7, MEH-7800S) was used instead of the phenol novolac phenol resin.
2. 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 제조2. Preparation of epoxy resin composition for semiconductor device sealing
본 발명의 조성물을 제조하기 위해 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 뒤, 헨셀 믹서로 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였으며, 제조된 1차 조성물을 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100?에서 7분간 용융혼련한 뒤, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종 조성물을 제조하였다.To prepare the composition of the present invention, as shown in Table 1 below, each component was weighed, and then uniformly mixed with a Henschel mixer to prepare a powdery primary composition, and the prepared primary composition was mixed with a 2-roll mill. After melt kneading at 100 ° for 7 minutes, the final composition was prepared by cooling and grinding.
3. 반도체 소자 패키지 제조3. Semiconductor Device Package Manufacturing
반도체 소자를 기판(PCB)에 실장하고 제조된 최종 조성물을 MPS(Multi Plunger System)성형기를 이용하여 175?에서 60초간 성형(밀봉)한 후 175?에서 6시간 동안 후경화시켜 TQFP형 반도체 소자 패키지를 제작하였다.The semiconductor device was mounted on a substrate (PCB), and the final composition was molded (sealed) at 175 ° C. for 60 seconds using a multi-plunger system (MPS) molding machine, followed by post-curing at 175 ° C. for 6 hours. Was produced.
수지Epoxy
Suzy
에폭시수지주2) Orthocresol novolac type
Epoxy Resin Note 2)
트리메톡시실란γ-glycithoxypropyl
Trimethoxysilane
1) NC-3000, NIPPON KAYAKU
2) EOCN-1020-55, Nippon Kayaku
3) MEH-7851S, MEIWA
4) HF-1, MEIWA
5) TPP, Hokko
6) 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1 혼합물
7) JEMCO
8) Carbon Black, Mitsubishi(week)
1) NC-3000, NIPPON KAYAKU
2) EOCN-1020-55, Nippon Kayaku
3) MEH-7851S, MEIWA
4) HF-1, MEIWA
5) TPP, Hokko
6) 9: 1 mixture of spherical molten silica with an average particle diameter of 18 µm and spherical molten silica with an average particle diameter of 0.5 µm
7) JEMCO
8) Carbon Black, Mitsubishi
[시험예] 조성물의 물성 및 반도체 소자 패키지 신뢰성 평가[Test Example] Evaluation of Physical Properties and Reliability of Semiconductor Device Package
상기 실시예1 내지 3 및 비교예1 내지 2에서 제조된 조성물 및 반도체 소자 패키지를 하기와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 반도체 소자 패키지의 신뢰성 시험은 PCT 시험에서의 불량(신호동작) 발생정도로 나타내었다.The compositions and semiconductor device packages prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated in the following manner, and the results are shown in Table 2 below. At this time, the reliability test of the semiconductor device package was represented by the degree of defect (signal operation) occurrence in the PCT test.
1) 스파이럴 플로우(Spiral Flow)1) Spiral Flow
: EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70Kgf/㎠에서 트랜스퍼 몰딩 프레스를 이용하여 유동길이를 측정하였다.: Flow length was measured using a transfer molding press at 175 ° C. and 70 Kgf / cm 2 using an evaluation mold in accordance with EMMI-1-66.
2) 유리전이온도(Tg)2) Glass transition temperature (Tg)
: TMA(Thermomechanical Analyser)로 평가하였다.: It was evaluated by TMA (Thermomechanical Analyser).
3) 굴곡강도 및 굴곡 탄성율3) Flexural strength and flexural modulus
: 제조된 조성물이 경화된 성형시편(125 * 12.6 * 6.4㎜)을 준비하여 시편 중심부의 넓이와 두께를 마이크로미터(Micrometer)로 0.001㎜까지 재어 UTM(Universal Testing Machine) 시험기에서 측정하였다.: Prepared molded specimen (125 * 12.6 * 6.4㎜) cured composition was measured in a UTM (Universal Testing Machine) tester by measuring the width and thickness of the center of the specimen up to 0.001㎜ with a micrometer.
4) 체적저항4) Volume resistance
: 제조된 조성물이 경화된 성형시편(120(R) * 4.0㎜)을 준비하여 체적저항시험기로 체적저항을 측정하였다.: Prepared molded specimen (120 (R) * 4.0㎜) cured composition was measured by volume resistivity tester.
5) 성형성5) formability
: 상기에서 제조된 TQFP형 반도체 소자 패키지를 Visual Inspection으로 외관 Void검사를 하였다.: Visual inspection of the TQFP type semiconductor device package manufactured above was performed by visual inspection.
6) 신뢰성(PCT)6) Reliability (PCT)
: 상기에서 제조된 TQFP형 반도체 소자 패키지를 125℃에서 24시간 건조시킨 후, 85℃/85% 상대습도 조건 하에서 96시간 동안 방치시키고, 260℃에서 10초 동안 IR 리플로우를 3회 통과시켜 1차로 프리컨디션 조건을 인가하고 PCT(Pressure cooker test) 설비에서 121℃, 2기압의 조건으로 96시간 담지한 후 반도체 소자(칩)의 작동 이상 여부를 평가하였다.: After drying the TQFP type semiconductor device package manufactured at 125 ℃ for 24 hours, and left for 85 hours under 85 ℃ / 85% relative humidity conditions, and passes through IR reflow three times for 10 seconds at 260 ℃ 1 After preconditioning conditions were applied, and after 96 hours at 121 ° C and 2 atmospheres in a pressure cooker test (PCT) facility, the operation of the semiconductor device (chip) was evaluated.
상기 표 2를 살펴보면, 페놀 수지로 코팅된 질화 티탄블랙을 포함하는 본 발명의 조성물(실시예1 내지 3)은 표면처리되지 않은 질화 티탄블랙을 사용한 조성물(비교예1) 및 카본블랙을 사용한 조성물(비교예2)보다 체적저항이 높아 절연성이 뛰어난 것을 확인할 수 있었다.Looking at Table 2, the composition of the present invention (Examples 1 to 3) comprising titanium nitride black coated with a phenolic resin composition (Comparative Example 1) and composition using carbon black untreated titanium nitride black It was confirmed that the volume resistance was higher than that of Comparative Example 2, and the insulation was excellent.
또한, 본 발명의 조성물로 밀봉된 반도체 소자 패키지(실시예1 내지 3)는 성형성 및 신뢰성이 비교예1 내지 2보다 우수함을 확인할 수 있었다.In addition, the semiconductor device packages (Examples 1 to 3) sealed with the composition of the present invention was confirmed that the moldability and reliability are superior to Comparative Examples 1 and 2.
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