KR20120127940A - 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 커플링제로 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란을 포함시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 금속 소자와의 부착력을 높여 패키지 크랙 또는 박리 발생과 관련되는 신뢰성이 우수하고, 멀티칩 충진시 유동성이 높고 보이드 발생이 없어 성형성이 우수하다.

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 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 커플링제로 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란을 포함시킨 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 금속 소자와의 부착력을 높여 패키지 크랙 또는 박리 발생과 관련되는 신뢰성이 우수하고, 멀티칩 충진 시 유동성이 높고, 보이드(void) 발생이 없어 성형성이 우수하다.
최근 반도체 소자의 집적도의 기술이 향상되고 있으며, 이에 따라 배선의 미세화, 소자 크기의 다양화 및 다층 배선화가 급속도로 진전되고 있다. 한편, 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하는 패키지(package)는 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점으로부터 소형화 및 박형화가 가속화 되고 있다.
이와 같이 반도체 소자를 소형 및 박형인 패키지에 밀봉하는 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 외부 환경의 온도 및 습도 변화에 따른 열 응력에 기인하여 패키지 크랙, 박리, 또는 알루미늄 패드 부식 발생 등을 포함하는 고장이 발생할 수 있다. 따라서, 이들을 해결하는 방법이 모색되고 있으며, 특히 패키지 크랙 또는 박리의 해결 방법으로서 밀봉용 에폭시 수지의 성형 재료의 고 신뢰성화가 강하게 대두되고 있다. 세부 방법으로서는 금속 소자와의 부착력을 높이는 방법, 저응력화를 위해 탄성률을 낮추는 방법, 또는 열팽창 계수를 낮추는 방법 등이 개발되고 있다. 그러나, 현재까지 개발된 방법은 패키지 크랙 또는 박리 발생을 해결하는 데에는 한계가 있었다.
한편, 최근에는 반도체 소자의 소형화, 박형화 및 고성능화의 일환으로 반도체 칩을 여러 개 수직으로 적층한 멀티칩 패키지(multichip package)가 각광을 받고 있다. 멀티칩 패키지에서는 칩과 칩 사이를 유기물 접착 필름(DAF: die attach film)을 사용하여 접착하게 된다. 이 경우, 기존의 단층 칩일 경우 에폭시 수지 성형재료가 충진될 때 충진 두께가 넓어 충진이 용이하지만, 멀티칩일 경우에는 충진 두께가 작아 충진이 용이하지 않거나 미충진성 기포 또는 내부 기포를 포함하는 보이드가 발생할 수 있다. 보이드가 발생할 경우 레어지 마킹 시 레이저가 기포 윗면을 마킹할 경우, 레이저에 의한 열이 기포를 지나 칩 윗면에 충격을 주게 되어 불량을 유발할 수 있다. 즉, 충진 면적이 작은 영역에서도 충분한 충진성이 발현되지 않으며, 패키지의 불량을 일으킬 수 있다.
따라서, 금속 소자와의 부착력을 높여 패키지 크랙 또는 박리 발생과 관련되는 신뢰성이 우수하고, 멀티칩 충진 시 유동성이 높으며 보이드 발생이 없어 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 금속 소자와의 부착력을 높여 패키지 크랙 또는 박리 발생과 관련되는 신뢰성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유동성이 높고 보이드 발생이 없어 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 및 커플링제를 포함하고, 상기 커플링제로 하기 화학식 1의 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란을 포함한다.
<화학식 1>
Figure pat00001
(상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로, 수소, 탄소수 1-10의 선형 또는 분지형의 알킬기, 탄소수 2-10의 선형 또는 분지형의 알케닐기, 탄소수 2-10의 선형 또는 분지형의 알키닐기 및 탄소수 6-20의 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고, n은 1-20의 정수이고, R5, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1-6의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, m은 1-10의 정수이다).
일 구체예에서, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로, 탄소수 1-4의 선형 또는 분지형의 알킬기이다.
일 구체예에서, 커플링제는 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.1~2 중량%로 포함된다.
일 구체예에서, 화학식 1의 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란은 상기 커플링제 중 20-100중량%로 포함된다.
일 구체예에서, 커플링제는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시수지 2~15 중량%, 경화제 0.5~12 중량%, 경화촉진제 0.01~2 중량%, 무기 충전제 70~95 중량%, 및 커플링제 0.1~2 중량%를 포함한다.
본 발명은 금속 소자와의 부착력을 높여 패키지 크랙 또는 박리 발생과 관련되는 신뢰성이 우수한 에폭시 수지 조성물을 제공하였다. 또한, 본 발명은 유동성이 높고 보이드 발생이 없어 성형성이 우수한 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 및 커플링제를 포함하는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 커플링제로 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란을 포함한다.
폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란은 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00002
(상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로, 수소, 탄소수 1-10의 선형 또는 분지형의 알킬기, 탄소수 2-10의 선형 또는 분지형의 알케닐기, 탄소수 2-10의 선형 또는 분지형의 알키닐기 및 탄소수 6-20의 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고, n은 1-20의 정수이고, R5, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1-6의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, m은 1-10의 정수이다).
바람직하게는, 상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로, 탄소수 1-4의 선형 또는 분지형의 알킬기, 더 바람직하게는 메틸기가 될 수 있다.
바람직하게는, 상기 식에서 n은 3-10의 정수이다.
바람직하게는, 상기 식에서 R5, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이다.
바람직하게는, 상기 식에서 m은 1 또는 2이다.
폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란은 그 자체로 에폭시 수지 조성물에 투입될 수도 있지만, 하기 기술된 무기 충전제에 표면 처리되어 투입될 수도 있다. 이러한 경우, 무기 충전제의 표면 개질을 통해 점도가 낮아지고 적은 충진 면적에서도 충진력이 우수해져 멀티칩 패키지 성형 시 발생하는 보이드(void) 발생을 억제함과 동시에 pH 중성화로 내약품성이 우수하고, 내습성 및 기계적 강도와 탄성을 향상시킬 수 있다.
폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란은 통상적인 합성 방법으로 합성할 수도 있고, 상업적으로 시판되는 제품을 구입하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서, 커플링제는 전체 에폭시 수지 조성물 중 0.1~2 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 기계적 물성 및 접착력을 증가시킬 수 있다.
폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란은 커플링제 중 20-100중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 금속 소자 특히 구리에 대한 부착성, 내습성, 내크랙성 등을 포함하는 신뢰성이 좋고, 성형성이 좋을 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 커플링제로서 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란 이외에도 통상적으로 사용되는 커플링제를 더 포함할 수 있다. 커플링제로는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 에폭시실란으로는 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필메틸디에톡시실란 또는 β-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸트리메톡시실란 등이 될 수 있고, 아미노실란으로는 N-β-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-감마-아미노프로필디메톡시실란, 감마-아미노프로필트리에톡시시란, 또는 N-페닐-감마-아미노프로필트리메톡시실란 등이 있을 수 있다. 머캡토실란으로는 머캡토프로필트리메톡시실란 등이 있을 수 있고, 알킬실란으로는 디메틸클로로실란, 프로필트리에톡시실란 등이 있을 수 있고, 알콕시실란으로는 (2-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸)트리메톡시실란 또는 메틸트리메톡시실란 등이 있을 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기 이외에, 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제, 무기 충전제 및 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이들을 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 반도체 밀봉용으로 통상적으로 사용되는 것으로 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들면, 비페닐형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 다방향족 변성 에폭시수지, 비스페놀 A형 에폭시수지, 오르쏘크레졸노볼락형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 나프탈렌계 에폭시 수지, 및 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합 반응물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
바람직하게는, 비페닐형 에폭시수지 및 페놀아랄킬형 에폭시수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
비페닐형 에폭시수지는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
<화학식 2>
Figure pat00003
(상기 식에서 n의 평균값은 0~7이다)
페놀아랄킬형 에폭시수지는 하기 화학식 3으로 표시되는 것을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
<화학식 3>
Figure pat00004
(상기 식에서 n의 평균값은 1-7이다)
에폭시 수지는 상기 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제 등의 첨가제와 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선 반응을 시켜 만든 부가 화합물도 사용할 수 있다.
에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물 중 2~15 중량%로 포함될 수 있다.
경화제
경화제는 반도체 밀봉용으로 통상적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 페놀성 수산기를 가진 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 모노머, 올리고머 및 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 예를 들면, 경화제는 자일록형 페놀수지, 페놀아랄킬형 페놀수지, 페놀노볼락형 페놀수지,다관능형 페놀수지, 다방향족 페놀수지, 테르펜 변성 페놀수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지, 크레졸노볼락형 페놀수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀수지, 트리스(히드록시페닐)메탄, 디히드록시비페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산 및 무수 프탈산을 포함하는 산무수물, 메타페닐렌디아민, 디아미노비페닐메탄, 디아미노비페닐술폰 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 경화제는 자일록형 페놀수지, 페놀아랄킬형 페놀수지 및 페놀노볼락형 페놀수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
자일록형 페놀수지는 하기 화학식 4로 표시될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
<화학식 4>
Figure pat00005
(상기 식에서, n의 평균값은 1 내지 7이다)
페놀아랄킬형 페놀수지는 하기 화학식 5로 표시될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
<화학식 5>
Figure pat00006
(상기 식에서, n의 평균값은 1 내지 7이다)
경화제는 에폭시 수지 조성물 중 0.5~12 중량%로 포함될 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 경화 촉진제는 통상적으로 알려진 종류를 1종 이상 사용할 수 있다. 예를 들면, 경화 촉진제는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸계 화합물 또는 붕소 화합물 등을 사용할 수 있다.
구체적으로, 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산의 염 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 유기금속화합물은 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 유기인화합물은 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 부틸트리페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 이미다졸은 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 붕소 화합물은 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 이외에도, 1,5-디아자비시클로[4.3.0]논-5-엔, 1,8-디아지비시클로[5.4.0]운데크-7-엔 및 페놀노볼락수지염 등을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 경화 촉진제로 유기인화합물을 사용할 수 있다.
또한, 경화 촉진제는 에폭시 수지 및/또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.
경화 촉진제는 에폭시 수지 조성물 중 0.01~2 중량%로 포함될 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물에서 기계적 물성을 향상시키고 응력을 낮추기 위해 사용된다. 무기 충전제의 예로는 용융성 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이, 탈크, 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리 섬유 등을 들 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
무리 충전제로 구형의 실리카를 사용할 경우, 실리카 입자의 최대 입경은 150㎛ 이하가 될 수 있다. 바람직하게는 100㎛ 이하가 될 수 있다.
무기 충전제는 폴리알킬렌글리콜 알콕시실란, 에폭시 실란, 아미노 실란, 머캡토 실란, 알킬실란, 및 알콕시 실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 커플링제로 표면 처리한 후 사용될 수도 있다.
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 70~95 중량%로 포함될 수 있다.
첨가제
에폭시 수지 조성물은 상기 성분 이외에 첨가제로 착색제, 응력 완화제, 난연제, 가교 증진제, 난연보조제, 레벨링제, 이형제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
착색제로는 카본 블랙이나, 유기 또는 무기 염료를 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 응력 완화제는 실리콘 파우더, 변성 실리콘 오일, 실리콘 엘라스토머 및 실리콘 레진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 난연제로는 브롬계 또는 인계 에폭시, 포스파젠, 삼산화안티몬, 붕산아연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 등의 유기, 무기 난연제를 사용할 수 있다. 이형제로는 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 천연 지방산 및 파라핀계 왁스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 이형제를 더 포함할 수 있다.
첨가제는 에폭시 수지 조성물 중 0.01~5 중량%로 포함될 수 있다.
에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 조성물에 포함되는 각 구성성분을 헨셀 믹서나 뢰디게 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 롤 밀이나 니이더로 90~120℃에서 용융 혼련하고, 냉각 및 분쇄 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법은 저압 트랜스퍼 성형 방법이 가장 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션 성형 방법이나 캐스팅 방법 등의 방법으로도 성형될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
1.에폭시 수지로 비페닐형 에폭시수지인 YX-4000H(JER)(에폭시 당량:190g/eq), 페놀아랄킬형 에폭시수지인 NC-3000(Nippon Kayaku)(에폭시 당량:270g/eq)을 사용하였다.
2.경화제로 자일록형 페놀수지인 MEH-7800-4S(Meiwa Chem)(수산기 당량:175g/eq), 페놀아랄킬형 페놀수지인 MEH-7851-SS(Meiwa Chem)(수산기 당량:200g/eq), 페놀노볼락형 페놀수지인 H-4(Meiwa Chem)(수산기 당량:106g/eq)를 사용하였다.
3.경화 촉진제로 트리페닐포스포니움 테트라페닐보레이트인 TPP-K(Hokko)를 사용하였다.
4.무기 충전제로 평균 입경이 20㎛인 구상의 용융 실리카 : 평균입경 0.5㎛의 구상 용융 실리카의 9:1(중량비) 혼합물을 사용하였다.
5.커플링제로 폴리에틸렌글리콜 알콕시실란인 Dynasylan-4144(Degussa), 에폭시실란으로 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란, 머캡토실란인 머캡토프로필트리메톡시실란, 알콕시실란으로 메틸트리메톡시실란을 사용하였다.
6.이형제로 카르나우바왁스를 사용하였다.
7.착색제로 카본 블랙 MA-600(Matsusita)을 사용하였다.
8.응력 완화제로 실리콘 파우더를 사용하였다.
9.난연제로 삼산화 안티몬 및 브롬화 에폭시수지 니폰카야쿠사의 BREN-S를 사용하였다.
실시예 1-5
에폭시 수지 중 비페닐형 에폭시수지 2.92중량%, 페놀아랄킬형 에폭시수지 2.72중량% 및 브롬화 에폭시수지 0.33중량%; 경화제 중 자일록형 페놀수지 2.54중량%, 페놀아랄킬형 페놀수지 1.44중량% 및 페놀노볼락형 페놀수지 1.00중량%; 경화촉진제 0.17중량%; 무기충전제 87.0중량%; 커플링제 0.80중량%; 이형제 0.16중량%; 착색제 0.22중량%; 응력 완화제 0.30중량%; 및 삼산화 안티몬 0.4중량%를 첨가하여 혼합물을 제조하였다. 다만, 커플링제에 포함되는 각 성분의 함량을 표 1과 같이 변경하였다. 얻은 혼합물을 슈퍼 믹스를 이용하여 균일하게 혼합한 후, 연속 니이더를 이용하여 90~100℃에서 용융 혼련한 후 냉각 및 분쇄하여 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
비교예 1-3
커플링제에 포함되는 각 성분의 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법을 실시하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3
폴리에틸렌글리콜알콕시실란 100 70 95 70 50 - - -
에폭시실란 - - - 10 20 20 100 10
머캡토실란 - 10 - 15 20 5 - 85
알콕시실란 - 20 5 5 10 75 - 5
＊단위:중량%
실험예 : 에폭시 수지 조성물의 물성 평가
상기 실시예와 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물에 대하여 하기 표 2에 기재된 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
1.유동성(spiral flow):EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하고 175℃에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 측정하였다.
2. 부착력:구리 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하였다. 이렇게 준비된 시험편에 상기 실시예와 비교예에서 제조된 수지 조성물을 금형 온도 170-180℃, 이송압력 1000psi, 이송속도 0.5-1cm/s, 경화시간 120초의 조건으로 성형하여 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 170-180℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC:post molding cure)시킨 직후 260℃에서 30초 동안 IR 리플로우(reflow)를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 후의 부착력을 측정하였다. 또한, PMC 후 85℃, 85% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 상기와 동일한 프리컨디션 조건 후의 부착력을 측정하였다. 이때 시편에 닿는 에폭시 수지 조성물의 면적은 40±1mm2 이고, 부착력 측정은 각 측정 공정 당 12개의 시편에 대하여 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정한 후 평균값으로 계산하였다.
3. 성형성:MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 반도체 칩 4개가 유기물 접착 필름에 의해 상하로 적층된 멀티칩으로 패키지를 제작하여 보이드 발생 개수를 육안으로 평가하였다. 패키지의 전체 두께는 0.85 mm이고, 성형재료가 충진될 두께는 160㎛로 제작하여 평가하였다. 총시험한 패키지 수는 64개로 하였다.
4. 신뢰성: 상기 성형성 평가에 사용된 멀티칩 패키지를 125℃에서 24시간 동안 건조시켜 5사이클의 열충격시험(제조된 패키지를 -65℃에서 10분, 25℃에서 5분, 150℃에서 10분씩 방치하는 것을 1사이클로 함)을 거치게 하였다. 85℃, 85% 상대습도 조건 하에서 48시간 동안 방치하였다. 260℃, 10초 동안 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 후 패키지의 크랙 발생 유무를 평가하였다. 또한, 상기 열충격시험을 수행한 후, C-SAM(Scanning Acoustic Microscopy)를 이용하여 칩과 PCB간의 박리 발생 개수를 평가하였다. 총시험한 패키지 수는 240개로 하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3
유동성(inch) 64 65 62 60 59 48 47 46
부착력
(kgf)		 PMC후 32 34 33 39 40 28 26 31
85℃, 85%에서 168시간 후 31 33 32 30 34 15 13 10
신뢰성 크랙 발생수 0 0 0 0 0 3 4 2
박리 발생수 0 0 0 0 0 13 12 14
성형성 0 0 0 0 0 12 8 10
상기 표 2에서 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 커플링제로 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란을 포함하지 않는 비교예 1-3의 조성물 대비 유동성이 높으며, 구리에 대한 부착력이 높음을 알 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 비교예 1-3 조성물 대비 패키지 크랙 발생 및 박리 발생이 적고, 보이드 발생이 적어 신뢰성과 성형성이 우수함을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제, 및 커플링제를 포함하고, 상기 커플링제로 하기 화학식 1의 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
    <화학식 1>
    Figure pat00007

    (상기 식에서, R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로, 수소, 탄소수 1-10의 선형 또는 분지형의 알킬기, 탄소수 2-10의 선형 또는 분지형의 알케닐, 탄소수 2-10의 선형 또는 분지형의 알키닐기 및 탄소수 6-20의 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고, n은 1-20의 정수이고, R5, R6, R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1-6의 선형 또는 분지형의 알킬기이고, m은 1-10의 정수이다).
  2. 제1항에 있어서, 상기 R1, R2, R3 및 R4는 서로 독립적으로, 탄소수 1-4의 선형 또는 분지형의 알킬기인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 커플링제는 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.1~2 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 폴리알킬렌글리콜계 알콕시실란은 상기 커플링제 중 20-100중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 커플링제는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시수지 2~15 중량%, 경화제 0.5~12 중량%, 경화촉진제 0.01~2 중량%, 무기 충전제 70~95 중량%, 및 커플링제 0.1~2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자.
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