KR20130028883A - 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용한 반도체 장치 - Google Patents

반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용한 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하기 성분 (A) 내지 (E)를 포함하며, 성분 (D)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.1 내지 1.5중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다: (A) 에폭시 수지; (B) 페놀 수지; (C) 무기 충전제; (D) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물; 및 (E) (α) 수 평균 분자량 550 내지 800의 직쇄 포화 카르복실산, 및 (β) 산화 폴리에틸렌 왁스 중 적어도 1종을 포함하는 이형제.
<화학식 1>
Figure pat00013

(상기 식에서, R1은 히드록실기 또는 알콕시기를 나타내고, R2는 수소 원자 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 1 내지 7의 정수임)

Description

반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용한 반도체 장치{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR SEMICONDUCTOR ENCAPSULATION AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 휨 발생의 억제 및 성형성이 우수한 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용한 반도체 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 기판에의 본딩이 종료된 후의 반도체 소자는, 일반적으로 외부와의 접촉을 피하기 위해 열경화성 수지 등의 몰딩 수지로 밀봉된다. 몰딩 수지로서는, 예를 들어 실리카 분말을 주성분으로 포함하는 무기 충전제를 에폭시 수지에 분산시킨 것이 사용된다. 이 몰딩 수지를 사용한 밀봉 방법으로서는, 예를 들어, 기판에 본딩된 반도체 소자를 성형 금형에 놓고, 이 금형에 몰딩 수지를 압송하고, 몰딩 수지를 열경화시키고, 수지를 성형하는 것을 포함하는 트랜스퍼 성형법이 실용화되어 있다.
종래, 몰딩 수지로 밀봉된 반도체 소자를 포함하는 수지 밀봉형 반도체 장치는, 신뢰성, 양산성, 비용 등에 있어서 우수하며, 따라서 세라믹을 구성 재료로 사용하는 세라믹 밀봉형 반도체 장치와 함께 널리 사용되고 있다.
볼 그리드 어레이(BGA) 등의 편면 밀봉 구조의 반도체 장치는, 경화된 수지를 포함하는 밀봉층과 기판 사이의 수축량의 차이로 인해, 밀봉층과 기판 사이에서 응력이 발생하고, 이 응력에 의해 패키지에 휨이 발생한다는 문제점이 있다. 휨 발생을 억제하기 위해, 밀봉 수지인 경화된 수지의 유리 전이 온도를 상승시킴으로써, 경화된 수지와 기판 사이의 수축량의 차를 감소시키는 것이 검토되어 있다(특허문헌 1 참고).
일본 특허 공개 평10-112515호 공보
그러나, 상기와 같이, 경화된 수지의 유리 전이 온도를 상승시킨 밀봉용 수지 조성물은, 높은 가교점 밀도로 인해 난연성이 열화된다는 문제점이 있다. 따라서, 경화된 수지의 유리 전이 온도를 상승시키는 방법에는 한계가 있다. 이러한 이유로, 패키지의 휨 발생이 억제되고, 휨의 온도 의존성이 낮으며, 유동성, 연속 성형성 및 분말 블로킹성이 양호한, 다른 방법에 의한 밀봉 재료가 요망되고 있는 것이 실정이다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 패키지의 휨을 억제할 뿐만 아니라, 그의 온도 의존성을 감소시키고, 유동성, 연속 성형성 및 분말 블로킹성이 우수한 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은 하기 항목 1 내지 6에 관한 것이다.
1. 하기 성분 (A) 내지 (E)를 포함하며, 성분 (D)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.1 내지 1.5중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
(A) 에폭시 수지;
(B) 페놀 수지;
(C) 무기 충전제;
(D) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
Figure pat00001
(상기 식에서, R1은 히드록실기 또는 알콕시기를 나타내고, R2는 수소 원자 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 1 내지 7의 정수임); 및
(E) 하기 (α) 및 (β) 중 적어도 1종을 포함하는 이형제:
(α) 수 평균 분자량 550 내지 800의 직쇄 포화 카르복실산, 및
(β) 산화 폴리에틸렌 왁스.
2. 항목 1에 있어서, 상기 성분 (A)인 에폭시 수지가 하기 화학식 2로 표시되는 비페닐기를 갖는 에폭시 수지인, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
Figure pat00002
(상기 식에서, R11 내지 R18은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 치환 또는 비치환의 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 0 내지 3의 정수임)
3. 항목 1 또는 2에 있어서, 상기 성분 (D)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.4 내지 1.5중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
4. 항목 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 성분 (E)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.05 내지 2.0중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
5. 항목 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 상기 성분 (E)인 이형제가 수 평균 분자량 550 내지 800의 직쇄 포화 카르복실산(α)인, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
6. 항목 1 내지 5 중 어느 하나에 따른 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 포함하는 반도체 장치.
본 발명자들은, 패키지의 휨을 억제할 뿐만 아니라, 그의 휨 온도의 의존성을 감소시키고, 우수한 유동성 및 연속 성형성과 더불어 우수한 분말 블로킹성을 갖는 반도체 밀봉 재료를 얻기 위하여 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 상기 화학식 1로 표시되는 에틸렌 글리콜 화합물(성분 (D))을 특정량으로 사용하고, 또한 상기 특정 이형제(성분 (E))를 사용하는 경우, 이들 성분의 상승 효과에 의해, 휨 발생을 억제할 수 있고, 휨 온도 의존성이 감소되며, 우수한 성형성 및 분말 블로킹성이 얻어지는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 이러한 발견에 기초하여 본 발명에 도달하였다.
이와 같이, 본 발명은, 에폭시 수지(성분 (A)), 페놀 수지(성분 (B)) 및 무기 충전제(성분 (C))를 포함하며, 상기 화학식 1로 표시되는 특정 에틸렌 글리콜 화합물(성분 (D)) 및 특정 이형제(성분 (E))를 특정량 더 포함하는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 장치를 제공한다. 이 조성물은, 패키지의 휨을 억제하고, 휨 온도 의존성을 감소시킨다. 게다가, 이 조성물은 우수한 유동성 및 연속 성형성과 더불어 우수한 분말 블로킹성을 갖는다. 그 결과, 높은 신뢰성을 갖는 반도체 장치를 양호한 생산성으로 제조할 수 있다.
또한, 에폭시 수지(성분 (A))로서, 후술하는 화학식 2로 표시되는, 비페닐기를 갖는 특정 에폭시 수지를 사용하는 경우, 한층 우수한 유동성과 더불어 우수한 난연성 개선 효과가 달성된다.
도 1은 편면 수지 밀봉형 패키지를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 실시양태에 대해 설명한다.
본 발명의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물(이하, 간단히 "에폭시 수지 조성물"이라고 칭함)은, 에폭시 수지(성분 (A)), 페놀 수지(성분 (B)), 무기 충전제(성분 (C)), 특정 화합물(성분 (D)) 및 특정 이형제(성분 (E))를 사용하여 얻어지며, 일반적으로 분말 형태, 과립 형태 또는 상기 분말을 타정하여 얻어진 타블렛 형태를 갖는다.
A: 에폭시 수지
에폭시 수지(성분 (A))는 각종 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 2관능성 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 하기 화학식 2로 표시되는, 비페닐기를 갖는 에폭시 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
<화학식 2>
Figure pat00003
(상기 식에서, R11 내지 R18은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 치환 또는 비치환의 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 0 내지 3의 정수임)
상기 화학식 2에서, 탄소 원자수 1 내지 10의 치환 또는 비치환의 1가 탄화수소기는, 포화 탄화수소기일 수 있고, 불포화 탄화수소기일 수도 있다. 또한, 탄소 원자수 1 내지 10의 치환 또는 비치환의 1가 탄화수소기는, 직쇄 형태, 분지 형태 또는 환상 형태일 수 있다. R11 내지 R18은 메틸기 또는 에틸기인 것이 특히 바람직하다.
에폭시 수지(성분 (A))로서는, 상기 화학식 2로 표시되는, 비페닐기를 갖는 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 것이 바람직하지만, 구조가 상이한 그 밖의 에폭시 수지를 함께 사용할 수도 있다. 그 밖의 에폭시 수지로서는, 예를 들어 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지 및 트리스히드록시페닐메탄형 에폭시 수지 등의 각종 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 이들 에폭시 수지 중에서도, 융점 또는 연화점이 실온(25±10℃)을 초과하는 에폭시 수지가 특히 바람직하다. 예를 들어, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지로서는, 에폭시 당량이 180 내지 210이고 연화점이 60 내지 110℃인 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 와이어의 유동에 관한 요건이 엄격한 반도체 장치에서는, 2관능성 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 유동성 및 난연성의 관점에서, 상기 화학식 2로 표시되는, 비페닐기를 갖는 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 상기 화학식 2로 표시되는, 비페닐기를 갖는 에폭시 수지와 함께, 구조가 상이한 그 밖의 에폭시 수지를 사용하는 경우에는, 상기 화학식 2로 표시되는, 비페닐기를 갖는 에폭시 수지를 에폭시 수지 성분 전체의 60중량％ 이상의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.
B: 페놀 수지
페놀 수지(성분 (B))는 에폭시 수지(성분 (A))의 경화제로서 작용한다. 페놀 수지의 예로는, 디시클로펜타디엔형 페놀 수지, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아르알킬 수지, 비페닐 아르알킬형 페놀 수지 및 트리페닐메탄형 페놀 수지를 들 수 있다. 이들 페놀 수지는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
페놀 수지(성분 (B))는 에폭시 수지(성분 (A))를 경화시키는 데 충분한 양으로 에폭시 수지(성분 (A))와 배합되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 에폭시 수지(성분 (A))와 페놀 수지(성분 (B))는, 에폭시 수지(성분 (A)) 중의 에폭시기 1당량에 대하여 페놀 수지(성분 (B)) 중의 히드록실기의 합계가, 바람직하게는 0.6 내지 1.2당량이 되도록, 보다 바람직하게는 0.7 내지 1.0당량이 되도록 배합된다.
C: 무기 충전제
상기 성분 (A) 및 성분 (B)와 함께 사용되는 무기 충전제(성분 (C))의 예로는, 석영 유리, 탈크, 실리카 분말(용융 실리카 분말 또는 결정성 실리카 분말 등), 알루미나 분말, 질화알루미늄 분말 및 질화규소 분말을 들 수 있다. 이들 무기 충전제는 파쇄 형태, 구 형태 또는 마쇄 형태 등의 임의의 형태로 사용될 수 있다. 이들 무기 충전제는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용된다. 그 중에서도, 얻어지는 경화물의 선 팽창 계수를 감소시킬 수 있다는 점에서, 실리카 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 실리카 분말 중에서도, 고 충전성 및 고 유동성의 관점에서, 용융 구 형상 실리카 분말을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 유동성 개선의 관점에서, 평균 입경 5 내지 40㎛ 범위의 무기 충전제(성분 (C))를 사용하는 것이 바람직하다. 무기 충전제(성분 (C))의 평균 입경은, 예를 들어 모집단으로부터 무작위의 측정 시료를 선택하고, 시판되는 레이저 회절/산란식 입도 분포 분석기를 사용하여 그의 입경을 측정함으로써 결정할 수 있다.
무기 충전제(성분 (C))의 함유량은 바람직하게는 에폭시 수지 조성물 전체의 60 내지 93중량％, 특히 바람직하게는 70 내지 91중량％ 범위로 설정된다. 무기 충전제(성분 (C))의 함유량이 지나치게 적은 경우, 에폭시 수지 조성물의 점도가 과도하게 감소되어, 성형 시의 외관 불량(보이드 형성)이 발생하는 경향이 있다. 한편, 함유량이 지나치게 많은 경우, 에폭시 수지 조성물의 유동성이 열화되어, 와이어의 유동 및 불완전 충전이 발생하는 경향이 있다.
D: 특정 화합물
상기 성분 (A) 내지 (C)와 함께 사용되는 특정 화합물(성분 (D))은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
<화학식 1>
Figure pat00004
(상기 식에서, R1은 히드록실기 또는 알콕시기를 나타내고, R2는 수소 원자 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 1 내지 7의 정수임)
화학식 1에서, R1은 히드록실기 또는 알콕시기이고, R2는 수소 원자 또는 1가 탄화수소기이다. 휨 온도 의존성과 더불어 분말 블로킹성을 고려한 종합적인 관점에서, R1은 바람직하게는 알콕시기이고, R2는 바람직하게는 수소 원자 또는 알킬기이다. R1은 특히 바람직하게는 탄소 원자수 1 내지 5의 알콕시기이고, R2는 특히 바람직하게는 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 3의 알킬기이다. 반복수 n은 바람직하게는 2 내지 4의 정수이다.
화학식 1로 표시되는 화합물(성분 (D))은 통상의 제조 방법에 의해 합성할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜은 에틸렌 글리콜 또는 디에틸렌 글리콜과 에틸렌 옥시드를, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 알칼리 촉매의 존재 하에, 가압 및 가습 상태에서 첨가 중합시킴으로써 합성할 수 있다. 원료인 에틸렌 글리콜은 에틸렌 옥시드를 중압 하에 고온에서 물에 첨가함으로써 합성할 수 있다. 이 화합물(성분 (D))로서는, 시판품(예를 들어, 도호 가가꾸 고교사(Toho Chemical Industries, Ltd.) 제조)을 사용할 수 있다.
성분 (D)의 함유량은, 휨의 억제 효과의 관점에서, 에폭시 수지 조성물 전체의 0.1 내지 1.5중량％ 범위로 설정할 필요가 있다. 휨의 억제 효과와 더불어 분말 블로킹성을 고려하면, 함유량은 0.4 내지 1.5중량％인 것이 특히 바람직하다. 성분 (D)의 함유량이 지나치게 적은 경우, 휨 발생의 억제 효과 및 휨 온도 의존성의 감소 효과가 달성되지 않는다. 한편, 성분 (D)의 함유량이 지나치게 많은 경우, 양호한 분말 블로킹성의 확보가 곤란하다.
E: 특정 이형제
상기 성분 (A) 내지 (D)와 함께 사용되는 특정 이형제(성분 (E))는, 본 발명에서 연속 성형성의 개선을 담보하기 위하여 사용되며, 하기 (α) 및 (β) 중 적어도 1종을 포함한다. 이 특정 이형제(성분 (E)) 중에서도, 수지의 점도 열화를 발생시키지 않는다는 관점에서, 하기 (α)인 직쇄 포화 카르복실산을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 한편, 연속 성형성(오염 방지성) 개선의 관점에서, 하기 (α) 및 (β)를 병용하는 것이 바람직하다.
(α) 수 평균 분자량 550 내지 800의 직쇄 포화 카르복실산.
(β) 산화 폴리에틸렌 왁스.
직쇄 포화 카르복실산(α)은 구체적으로 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물이다.
Figure pat00005
(상기 식에서, n은 32 내지 52의 정수임)
화학식 3에서, 반복수 n은 32 내지 52이지만, 실제적으로는 수 평균 분자량이 550 내지 800을 만족시키는 값이 되도록 적절하게 선택된다. 직쇄 포화 카르복실산(α)으로서는, 구체적으로 베이커 페트로라이트(Baker Petrorite) 제조의 유니시드(Unicid) 등이 사용된다.
사용될 수 있는 직쇄 포화 카르복실산(α)은, 수 평균 분자량이 550 내지 800인 것을 사용할 필요가 있고, 특히 바람직하게는 600 내지 800이다. 수 평균 분자량이 지나치게 작은 경우, 이형제가 패키지의 표면 상으로 스며나와 패키지 표면이 오염되는 경향이 있다. 한편, 수 평균 분자량이 상기 범위를 초과하는 직쇄 포화 카르복실산은 실질적으로 입수 및 제조가 곤란하므로, 사용에 있어 현실적이지 않다.
수 평균 분자량은 예를 들어 다음과 같이 측정할 수 있다. 시료(직쇄 포화 카르복실산(α))를 테트라히드로푸란(THF) 중에 0.1중량％의 양으로 용해시키고, GPC(겔 투과 크로마토그래피)를 이용하여 폴리스티렌 환산으로 수 평균 분자량을 측정할 수 있다. 이 경우의 측정 조건을 이하에 기재한다.
측정 조건
GPC 장치: HLC-8120GPC(도소사(Tosoh Corporation) 제조)
칼럼: [(GMHHR-H)＋(GMHHR-H)＋(G2000HHR)](도소사 제조)
유량: 0.8㎖/min
농도: 0.1중량％
주입량: 100㎕
칼럼 온도: 40℃
용리액: 테트라히드로푸란(THF)
산화 폴리에틸렌 왁스(β)는 적점, 산가, 수 평균 분자량, 밀도, 평균 입경 등의 수치를 적절하게 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 적점은 100 내지 130℃ 범위, 산가는 10 내지 70mgKOH/g 범위, 수 평균 분자량은 800 내지 3,000 범위, 밀도는 0.8 내지 1.1g/cm3 범위인 것이 바람직하다. 이러한 물성을 갖는 산화 폴리에틸렌 왁스(β)로서는, 예를 들어 클라리안트(Clariant) 제조의 PED-136, PED-521 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서는, 상기 특정 이형제(성분 (E))와 함께 일반적인 이형제를 사용할 수 있다. 일반적인 이형제의 예로는, 일반적인 고급 지방산 에스테르 및 고급 지방산 칼슘 등의 화합물을 들 수 있다. 예를 들어, 카르나우바 왁스, 폴리에틸렌계 왁스 등이 사용된다. 이들은 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용된다. 이형제 성분으로서, 특정 이형제(성분 (E))는 단독으로 사용되는 것이 바람직하다. 특정 이형제(성분 (E))를 일반적인 이형제와 함께 사용하는 경우, 특정 이형제(성분 (E))는, 특정 이형제(성분 (E))의 양이 이형제 성분 전체의 20중량％ 이상이 되도록 배합되는 것이 바람직하다.
특정 이형제(성분 (E))의 함유량은 에폭시 수지 조성물 전체의 0.05 내지 2.0중량％인 것이 바람직하고, 0.1 내지 0.5중량％인 것이 특히 바람직하다. 성분 (E)의 함유량이 지나치게 적거나 지나치게 많은 경우, 난연성, 유동성 및 분말 블로킹성을 유지하면서 휨 억제에 기여하고 연속 성형성을 한층 확실하게 담보하는 것이 곤란해진다.
각종 첨가제
본 발명의 에폭시 수지 조성물은, 상기 성분 (A) 내지 (E) 이외에, 필요에 따라, 경화 촉진제, 실란 커플링제, 난연제, 이온 트랩제, 응력 감소제, 카본 블랙 등의 안료, 및 착색제 등의 각종 첨가제를 적절하게 함유할 수 있다.
경화 촉진제로서는, 경화 촉진 작용을 발휘하는 각종 화합물을 사용할 수 있다. 경화 촉진제의 예로는, 인계 화합물, 3급 아민, 4급 암모늄염, 이미다졸 및 붕소 화합물을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용된다. 그 중에서도, 성형성 및 경화성의 관점에서, 하기 화학식 4로 표시되는 이미다졸 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이미다졸 화합물의 구체예로서는, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸이 있다.
Figure pat00006
(상기 식에서, R3은 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, R4 및 R5는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며 -CH3 또는 -CH2OH를 나타내되, 단, R4 및 R5 중 적어도 하나는 -CH2OH임)
경화 촉진제의 함유량은 페놀 수지(성분 (B))의 중량을 기준으로 바람직하게는 1.0 내지 12.0중량％, 보다 바람직하게는 3.0 내지 10.0중량％ 범위로 설정된다.
상기 실란 커플링제로서는, 2개 이상의 알콕시기를 갖는 실란 커플링제를 사용하는 것이 바람직하다. 실란 커플링제의 구체예로는, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필트리메톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란, γ-머캅토프로필메틸디메톡시실란, γ-아닐리노프로필트리메톡시실란 및 헥사메틸디실라잔을 들 수 있다. 이들 실란 커플링제는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용된다.
난연제의 예로는, 노볼락형 브롬화 에폭시 수지 및 금속 수산화물을 들 수 있다. 이들 난연제는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
이온 트랩제로서는, 이온 트랩 능력을 갖는 통상의 화합물 모두를 사용할 수 있다. 사용되는 이온 트랩제의 예로는, 히드로탈사이트, 수산화비스무트 및 산화이트륨을 들 수 있다. 이들 이온 트랩제는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용된다.
응력 감소제의 예로는, 메틸 아크릴레이트-부타디엔-스티렌 공중합체 및 메틸 메타크릴레이트-부타디엔-스티렌 공중합체 등의 부타디엔 고무, 및 실리콘 화합물을 들 수 있다. 이들 응력 감소제는 단독으로 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 사용된다.
본 발명에 따른 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 예를 들어 다음과 같이 제조할 수 있다. 성분 (A) 내지 (E), 및 필요에 따라 1종 이상의 그 밖의 첨가제를 통상의 방법에 따라 적절하게 배합하고, 믹싱 롤 등의 혼련기에서 가열 하에 용융 혼련시킨다. 혼련된 혼합물을 실온으로 냉각시켜 고체를 얻는다. 이 고체를 통상의 수단에 의해 분쇄한다. 필요에 따라, 분말을 압축하여 타블렛으로 한다. 이렇게, 일련의 공정에 의해 목적으로 하는 에폭시 수지 조성물을 제조할 수 있다.
반도체 장치
이렇게 얻어지는 에폭시 수지 조성물을 사용한 반도체 소자의 밀봉 방법은 특별히 한정되지는 않는다. 트랜스퍼 성형 등의 통상의 성형 공정에 의해 밀봉을 행하여 반도체 장치를 얻을 수 있다. 타정 공정을 거치지 않고 고체를 분쇄시켜 얻어진 과립 상태의 분말을 압축 성형법에 적용할 수 있다. 이렇게 얻어지는 반도체 장치의 예로는, IC 및 LSI를 들 수 있다.
이렇게 얻어지는 본 발명의 반도체 장치로서는, 도 1에 도시한 바와 같은 편면 수지 밀봉형 패키지를 들 수 있다. 편면 수지 밀봉형 패키지는, 비스말레이미드-트리아진 수지(BT 수지) 등의 반도체 소자 탑재 기판(1), 및 이 기판 상에 탑재된 반도체 소자(Si 칩)(2)를 포함하며, 기판의 탑재면측만이 밀봉 수지(3)로 밀봉된다. 도 1에서, 부호 4는 반도체 소자(2)와 반도체 소자 탑재 기판(1) 상의 회로 부분(도시하지 않음)을 접속시키는 본딩 와이어이고, 부호 5는 및 반도체 소자 탑재 기판(1)의 다른 표면 상에 형성된 접속용 땜납 단자이다.
<실시예>
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예를 참고로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것으로 간주되어서는 안 된다.
우선, 하기 성분을 준비하였다.
에폭시 수지
화학식 2로 표시되는 비페닐형 에폭시 수지(상기 식에서, R11 내지 R18은 메틸기이고, n은 0임)(에폭시 당량: 192, 융점: 105℃)
페놀 수지 b1
비페닐 아르알킬형 페놀 수지(히드록실기 당량: 203, 연화점: 65℃)
페놀 수지 b2
페놀 노볼락 수지(히드록실기 당량: 104, 연화점: 60℃)
페놀 수지 b3
트리페닐메탄형 페놀 수지(히드록실기 당량: 97, 연화점: 111℃)
경화 촉진제
2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸
에틸렌 글리콜계 화합물 d1(실시예)
모노에틸렌 글리콜(수 평균 분자량: 62; 화학식 1에서, n=1, R1=OH 및 R2=H)
에틸렌 글리콜계 화합물 d2(실시예)
디에틸렌 글리콜(수 평균 분자량: 106, 화학식 1에서, n=2, R1=OH 및 R2=H)
에틸렌 글리콜계 화합물 d3(실시예)
폴리에틸렌 글리콜(수 평균 분자량: 194 내지 238, 화학식 1에서, n=4, R1=OH 및 R2=H)
에틸렌 글리콜계 화합물 d4(실시예)
폴리에틸렌 글리콜(수 평균 분자량: 282 내지 326, 화학식 1에서, n=6, R1=OH 및 R2=H)
에틸렌 글리콜계 화합물 d5(실시예)
트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르(수 평균 분자량: 178, 화학식 1에서, n=3, R1=CH3O 및 R2=CH3)
에틸렌 글리콜계 화합물 d6(실시예)
디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(수 평균 분자량: 162, 화학식 1에서, n=2, R1=C4H9O 및 R2=H)
에틸렌 글리콜계 화합물 d7(비교예)
폴리에틸렌 글리콜(수 평균 분자량: 370 내지 414, 화학식 1에서, n=8, R1=OH 및 R2=H)
에틸렌 글리콜계 화합물 d8(비교예)
폴리에틸렌 글리콜(수 평균 분자량: 590 내지 634, 화학식 1에서, n=13, R1=OH 및 R2=H)
무기 충전제
구 형상 용융 실리카 분말(평균 입경: 13㎛)
안료
카본 블랙
난연제
수산화마그네슘
실란 커플링제
3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란
이형제 e1(α: 실시예)
CH3-(CH2)n-COOH(n=24(평균), 베이커 페트로라이트 제조, 유니시드-700(수 평균 분자량: 789))
이형제 e2(β: 실시예)
PED-136(산화 폴리에틸렌 왁스, 산가: 60mgKOH/g), 클라리안트 제조
이형제 e3(β: 실시예)
PED-521(산화 폴리에틸렌 왁스, 산가: 17mgKOH/g), 클라리안트 제조
이형제 e4(β: 비교예)
PED-190(폴리에틸렌 왁스), 클라리안트 제조
이형제 e5(β: 비교예)
PED-520(폴리에틸렌 왁스), 클라리안트 제조
실시예 1 내지 18 및 비교예 1 내지 12
후술하는 표 1 내지 4에 나타내는 성분을 동 표에 나타내는 비율로 동시에 배합시키고, 얻어진 각 배합물을 믹싱 롤러(100℃)에 의해 3분 동안 용융 혼련시켰다. 용융물을 냉각시켰다. 얻어진 고체를 분쇄시키고, 얻어진 분말을 압축시켜 타블렛으로 하였다. 이렇게 하여, 목적으로 하는 반도체 밀봉용의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
실시예 및 비교예에서 얻어진 각 에폭시 수지 조성물에 대해, 하기 방법에 따라 측정 및 평가를 실시하였다. 얻어진 결과를 후술하는 표 1 내지 4에 나타낸다.
1) 연속 성형성
성형 금형을 미리 클리닝하였다. 실시예 및 비교예에서 얻어진 각 에폭시 수지 조성물로, 트랜스퍼 성형(성형 온도: 175℃, 성형 시간: 90초)에 의해 패키지를 밀봉하고, 이 과정을 반복하였다. 에폭시 수지 조성물이 성형 금형에 붙거나(스티킹) 또는 오염을 형성할 때까지의 성형 샷 수를 계수하고, 정지 샷 수를 기재하였다.
사용된 패키지는, 볼 그리드 어레이(BGA) 기판(35mm×35mm×두께 0.5mm)에, 반도체 소자(10mm×10mm×두께 0.3mm)를 금 와이어(직경 0.02mm×길이 4.5mm)에 의해 와이어 본딩시킴으로써 제조된 패키지이다.
2) 휨 온도 의존성
실시예 및 비교예에서 얻어진 각 에폭시 수지 조성물로, 트랜스퍼 성형(성형 온도: 175℃, 성형 시간: 90초)에 의해 패키지를 밀봉하고, 에폭시 수지 조성물을 175℃에서 3시간 동안 후경화시켰다. 이렇게 하여, 성형물(편면 밀봉형 패키지)을 얻었다. 이 패키지는, 솔더 레지스트(PSR-4000 AUS308, 다이요 잉키 세이조사(TAIYO INK MFG. Co., LTD) 제조)를 도공한 기판(50mm×50mm×두께 0.22mm, CCL-HL832, 미쯔비시 가스 가가꾸사(Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) 제조) 상에, 실리콘 칩(10mm×10mm×두께 0.37mm)을, 10mm 간격으로 3개(길이)×3개(폭)(총 9개)의 형태로, 다이 본딩 재료(EM-700J, 닛토덴코 가부시키가이샤(Nitto Denko Corporation) 제조)에 의해 탑재시킨 것이다.
얻어진 성형물의 휨을 25℃ 내지 260℃ 범위에서 10℃ 간격으로 측정하고, 이 범위에서 최대값과 최소값의 차(㎛)를 산출하였다.
3) 유동성
스파이럴 플로우(SF)값
스파이럴 플로우 측정용 성형 금형을 사용하여, 175±5℃, 120초 및 70kg/cm2의 조건 하에, EMMI 1-66의 방법에 따라 스파이럴 플로우(SF)값(cm)을 측정하였다.
겔화 시간(GT)
실시예 및 비교예에서 얻어진 각 에폭시 수지 조성물 약 0.1 내지 0.5g을 175℃의 열 평판 상에 놓고, 직경 1.5mm의 유리 막대로 교반하였다. 수지의 코브웨빙을 관찰할 수 없게 될 때까지의 시간을 겔화 시간(초)으로 하였다. 경화성을 고려하는 경우, 겔화 시간은 일반적으로 60초 이하가 적당하다.
4) 분말 블로킹성
실시예 및 비교예에서 얻어진 각 에폭시 수지 조성물을 분쇄시키고, 25℃ 및 60％RH의 조건 하에 24시간 동안 방치하였다. 얻어진 분말을 1mm 메쉬 체에 통과시켰다. 평가는 다음와 같다. 체 위에 분말이 20중량％ 이상의 양으로 잔존하는 경우, 분말 블로킹성이 양호하지 않은 것으로서 "C"로 판정하였다. 체 위에 분말이 5중량％ 미만의 양으로 잔존하는 경우, 분말 블로킹성을 "A"로 판정하였다. 체 위에 분말이 5 내지 20중량％ 미만의 양으로 잔존하는 경우, 분말 블로킹성을 "B"로 판정하였다.
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
상기 결과로부터, 실시예의 에폭시 수지 조성물은 성분 (A) 내지 (E)를 모두 사용하고 있는 것이며, 비교예의 에폭시 수지 조성물에 비하여 휨 온도 의존성이 개선되었고, 그 밖의 평가 항목(성형성, 유동성 및 분말 블로킹성)에서도 양호한 평가 결과가 얻어지며, 이 사실로부터, 실용적으로 우수한 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 얻어졌음을 알 수 있다.
또한, 성분 (D)인 에틸렌 글리콜계 화합물의 배합량은, 휨의 억제 효과를 고려하면, 에폭시 수지 조성물 전체의 0.1 내지 1.5중량％이어야 하지만, 휨의 억제 효과와 분말 블로킹성 둘 다의 관점에서, 배합량은 0.4 내지 1.5중량％인 것이 바람직함을 알 수 있다. 또한, 실시예 13 및 14의 측정 결과로부터, 성분 (D)인 에틸렌 글리콜계 화합물에 있어서, 휨 온도 의존성 및 분말 블로킹성의 관점에서, 화학식 1의 R1은 OH기가 아니라 알콕시기인 것이 보다 바람직함을 알 수 있다.
한편, 성분 (D)로서 비교예용의 에틸렌 글리콜계 화합물 d7 및 d8을 사용한 비교예 2 내지 5, 11 및 12의 에폭시 수지 조성물, 및 에틸렌 글리콜계 화합물을 사용하지 않은 비교예 1 및 10의 에폭시 수지 조성물은, 휨 온도 의존성이 높고, 휨의 억제 효과를 달성할 수 없음이 명백하다.
또한, 성분 (D)인 에틸렌 글리콜계 화합물의 배합량이 특정 범위를 벗어나고 이것이 하한 미만인 구성을 갖는 비교예 8의 에폭시 수지 조성물은, 휨의 억제 효과를 달성할 수 없고, 성분 (D)인 에틸렌 글리콜계 화합물의 배합량이 특정 범위를 벗어나고 이것이 상한을 초과하는 구성을 갖는 비교예 9의 에폭시 수지 조성물은, 양호한 분말 블로킹성을 달성할 수 없음이 명백하다.
본 발명의 성분 (E)의 (α) 및 (β) 이외의 이형제로서 작용하는 폴리에틸렌 왁스를 사용한 비교예 6 및 7의 에폭시 수지 조성물은, 연속 성형성의 측정 결과가 현저하게 낮고, 따라서 연속 성형성이 불량함이 명백하다.
본 발명을 구체적인 실시양태를 참고로 상세하게 설명하였지만, 그의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다.
또한, 본 출원은 2011년 9월 12일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-198165호에 기초하며, 그의 내용은 본원에 참고로 도입된다.
본원에 인용된 모든 참고문헌은 그의 전문이 본원에 참고로 도입된다.
본 발명의 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물은, 성형성 및 고온 고습 신뢰성에 있어서 우수한 특성을 나타내며, 따라서 편면 수지 밀봉형 패키지 등의 각종 반도체 장치에 있어서의 밀봉 재료로서 유용하다.
1: 반도체 소자 탑재 기판(BT 수지)
2: 반도체 소자(Si 칩)
3: 밀봉 수지
4: 본딩 와이어
5: 땜납 단자

Claims (6)

  1. 하기 성분 (A) 내지 (E)를 포함하며, 성분 (D)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.1 내지 1.5중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    (A) 에폭시 수지;
    (B) 페놀 수지;
    (C) 무기 충전제;
    (D) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    <화학식 1>
    Figure pat00011

    (상기 식에서, R1은 히드록실기 또는 알콕시기를 나타내고, R2는 수소 원자 또는 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 1 내지 7의 정수임); 및
    (E) 하기 (α) 및 (β) 중 적어도 1종을 포함하는 이형제:
    (α) 수 평균 분자량 550 내지 800의 직쇄 포화 카르복실산, 및
    (β) 산화 폴리에틸렌 왁스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성분 (A)인 에폭시 수지가 하기 화학식 2로 표시되는 비페닐기를 갖는 에폭시 수지인, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
    <화학식 2>
    Figure pat00012

    (상기 식에서, R11 내지 R18은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 수소 원자 또는 탄소 원자수 1 내지 10의 치환 또는 비치환의 1가 탄화수소기를 나타내고, n은 0 내지 3의 정수임)
  3. 제1항에 있어서, 상기 성분 (D)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.4 내지 1.5중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 성분 (E)가 에폭시 수지 조성물 전체의 0.05 내지 2.0중량％의 양으로 함유되는, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 성분 (E)인 이형제가 수 평균 분자량 550 내지 800의 직쇄 포화 카르복실산(α)인, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 따른 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 포함하는 반도체 장치.
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