KR20150015317A

KR20150015317A - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자

Info

Publication number: KR20150015317A
Application number: KR1020130091233A
Authority: KR
Inventors: 한승; 나우철
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-10
Also published as: KR102063199B1

Abstract

본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제, 및 접착력향상제를 포함하고, 상기 접착력향상제는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 상기 에폭시 수지 조성물은 리드프레임과의 부착력이 우수하고, 패키지 신뢰성이 우수하다:
[화학식 5]

상기 화학식 5에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE ENCAPSULATED BY USING THE SAME}

본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 리드프레임과의 부착력이 우수하고, 패키지 신뢰성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 목적으로 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 밀봉하는 방법이 상업적으로 행하여지고 있다.

일반적으로 반도체 업계에서는 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관하여 UL-94 V-0 난연 등급을 요구하고 있다. 이러한 난연 등급을 확보하기 위하여 주 난연제인 할로겐화 에폭시수지와 보조 난연제인 삼산화 안티몬을 혼용하여 사용한 바 있으나, 삼산화 안티몬의 경우 발암성 물질로서 인체에 매우 유해하고, 할로겐계 난연제 역시 소각하거나 화재 발생시 다이옥신(dioxin)이나 다이퓨란(difuran) 등의 유독성 발암 물질이 방출하는 것으로 알려져 있으며, 이와 더불어 연소시 발생하는 HBr 및 HCl 등의 가스로 인해 오존층이 파괴되는 등 환경에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 이에 대한 대책으로서 포스파젠(phosphazene)이나 인산 에스테르와 같은 인계 난연제 및 질소원소 함유 수지와 같은 신규 난연제 등이 검토되고 있다. 그러나, 인계 난연제가 수분과 결합시 생성하는 인산 및 폴리인산은 반도체의 신뢰성을 떨어뜨리며, 질소원소 함유 수지의 경우에는 난연성을 충분히 확보하지 못한다는 문제가 있다.

상기 할로겐화 수지 또는 인계 난연제를 일절 사용하지 않고서도 충분한 난연성을 확보하기 위하여 자기 소화성을 갖는 수지를 이용한 난연화 방법이 각광을 받고 있다. 그러나 에폭시 수지 조성물은 난연성 뿐만 아니라 리드프레임과의 우수한 부착력을 요하는데, 자기 소화성을 갖는 수지는 난연성 향상에는 매우 효과적이나, 기존의 바이페닐 수지에 비하여 구리 리드프레임과의 부착력이 떨어지는 단점이 존재하므로 이를 이용하여 밀봉한 반도체 소자의 고 신뢰도화에 걸림돌이 되고 있다.

또한, 구리 리드프레임과의 부착력을 향상시키기 위하여 트리아진계 변성 페놀 노볼락 수지를 첨가하는 방법이 시도된 바 있다. 그러나, 구리 리드프레임을 이용한 반도체 패키지의 경우 반도체 칩 부착 및 금선 본딩시 외부에서 열이 가해지기 때문에 구리의 산화는 불가피하며, 구리 리드프레임이 대기 중에서 산화되었을 경우, 부착력이 급격히 저하되는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 난연성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하기 위함이다.

본 발명의 목적은 반도체 칩, 리드프레임 등의 각종 부재와 부착성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 내크랙성 및 내박리성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하기 위함이다.

본 발명의 하나의 관점은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제, 및 접착력향상제를 포함하고, 상기 접착력향상제는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다:

[화학식 5]

상기 접착력향상제는 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 2 중량% 포함될 수 있다.

상기 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 2 내지 17 중량%, 상기 경화제 0.5 내지 13 중량%, 상기 경화촉진제 0.01 내지 2 중량%, 상기 무기충전제 70 내지 95 중량%, 및 상기 접착력향상제 0.01 내지 2 중량%를 포함할 수 있다.

상기 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지와 하기 화학식 2로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 4의 알킬기, n의 평균치는 0 내지 7이다.

[화학식 2]

상기 화학식 2에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.

상기 경화제는 하기 화학식 3으로 표시되는 자일록형 페놀수지와 하기 화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

[화학식 3]

상기 화학식 3에서 n의 평균치는 0 내지 7이다.

[화학식 4]

상기 화학식 4에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.

상기 경화촉진제는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸 및 붕소화합물을 1종 이상 포함할 수 있다.

상기 무기충전제는 평균 입경 5 내지 30㎛인 구상 용융실리카 50 내지 99 중량% 및 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융실리카 1 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.

상기 조성물은 착색제, 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제 및 레벨링제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

상기 반도체 소자는 구리 리드프레임을 포함할 수 있다.

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 구리 리드프레임을 포함하는 반도체 소자의 밀봉에 있어서, 난연성과 부착성이 우수하고, 신뢰성이 우수하다.

본 발명은 에폭시 수지(A), 경화제(B), 경화촉진제(C), 무기충전제(D), 및 접착력향상제(E)를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다. 이하, 각 성분을 구체적으로 살펴보기로 한다.

(A) 에폭시수지

에폭시수지는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 포함되는 에폭시수지라면 특별히 제한되지 않는다. 구체예에서, 에폭시수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물이 바람직할 수 있다.

예를 들면, 에폭시수지는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 바이페닐형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지　등을 들 수 있다.

바람직하게는, 에폭시수지는 오르소 크레졸 노볼락형 에폭시수지, 바이페닐형 에폭시수지, 페놀아랄킬형 에폭시수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지를 사용할 수 있다:

[화학식 1]

바람직하게는 R은 메틸기 또는 에틸기, 더욱 바람직하게는 메틸기일 수 있다.

예를 들면, 하기 화학식 2로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지를 사용할 수 있다:

[화학식 2]

상기 화학식 2에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.

상기 화학식 2의 페놀아랄킬형 에폭시수지는 페놀 골격을 바탕으로 하면서 중간에 바이페닐을 가지고 있는 구조를 형성하여 흡습성, 인성, 내산화성, 및 내크랙성이 우수하며, 가교 밀도가 낮아서 고온에서 연소시 탄소층(char)을 형성하면서 그 자체로도 어느 정도 수준의 난연성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

상기 에폭시 수지는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.

상기 에폭시수지는 단독으로 사용되거나, 경화제, 경화촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용될 수 있다.　또한 내습 신뢰성 향상을 위해 에폭시수지 중에 함유된 염소 이온, 나트륨 이온, 및 그 밖의 이온성 불순물이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 에폭시수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 2 내지 17 중량%, 바람직하게는 3 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 3 내지 12 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 유동성, 난연성, 신뢰성이 좋을 수 있다.

(B) 경화제

경화제는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 것으로 2개 이상의 반응기를 가진 것이라면 특별히 한정되지 않는다.

구체예로는 경화제는 페놀아랄킬형 페놀수지,　페놀노볼락형 페놀수지, 자일록형 페놀수지, 크레졸 노볼락형 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, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰　등의 방향족 아민　등을 들　수 있다.

예를 들면, 페놀노볼락형 수지, 자일록형 페놀수지, 페놀아랄킬형 페놀수지 중 하나 이상을 사용할 수 있다.

예를 들면, 하기 화학식 3으로 표시되는 자일록형 페놀수지를 사용할 수 있다:

[화학식 3]

상기 화학식 3에서 n의 평균치는 0 내지 7이다.

예를 들면, 하기 화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지를 사용할 수 있다:

[화학식 4]

상기 화학식 4에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.

경화제는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.

경화제는 에폭시수지, 경화촉진제, 이형제, 커플링제, 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용될 수 있다.

경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.5 내지 13 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 미반응된 에폭시기 및 페놀성 수산기가 다량 발생하지 않아 신뢰성이 우수할 수 있다.

에폭시수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 구체예에서, 경화제에 대한 에폭시수지의 화학 당량비는 0.95 내지 2일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 1.75가 될 수 있다.

(C) 경화촉진제

경화촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다.

예를 들면,　경화촉진제는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸, 및 붕소화합물 등이 사용 가능하다. 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기 금속화합물에는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸류에는 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-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, 붕소화합물, 아민계, 또는 이미다졸계 경화촉진제를 단독 혹은 혼합하여 사용하는 것을 들 수 있다. 경화촉진제는 에폭시수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.

경화촉진제는 에폭시 수지 조성물 중　0.01 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 1.5 중량%, 더 바람직하게는 0.05 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 경화 반응 시간이 지연되지 않고, 조성물의 유동성이 확보될 수 있다.

(D) 무기충전제

무기충전제는 에폭시 수지 조성물의　기계적 물성의 향상과 저응력화를 위하여 사용되는 물질이다. 일반적으로 사용되는 무기충전제의 예로는 용융실리카, 결정성실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

바람직하게는 저응력화를 위해서는 선팽창계수가 낮은 용융실리카를 사용한다. 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 내지 30㎛의 구상 용융실리카를 50 내지 99 중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융실리카를 1 내지 50 중량%를 포함한 용융실리카　혼합물을　전체 충전제에　대하여　40 내지 100 중량%가 되도록　포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛,　및　75㎛　중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다.　상기 구상 용융실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물질로서 포함되는 경우가 있으나 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.　

무기충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 무기충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 70 내지 95 중량%, 바람직하게는 75 내지 92 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.

(E) 접착력향상제

본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 구리 리드프레임의 산화 시 부착력의 저하를 방지하기 위하여 하기 화학식 5로 표시되는 티아디아졸 화합물을 포함할 수 있다.

[화학식 5]

일 구체예로서, R1 및 R2는 C2 내지 C20의 알킬기인 것이 에폭시 수지와의 상용성이 좋아 분산성 측면에서 바람직하다.

상기 접착력향상제는 에폭시 수지 조성물 제조시 단독으로 투입하여 사용할 수 있으며, 균일한 분산을 위해 에폭시 수지 조성물 제조 전에 멜트 마스터 배치(Melt Master Batch; MMB)와 같은 방법을 통하여 에폭시수지 또는 경화제의 용융물에 미리 녹여 분산한 후 조성물에 투입하여 사용할 수도 있다. 또한, 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란, 알콕시실란 등의 커플링제와 혼합한 후 사용하는 것도 가능하다.

접착력향상제는 에폭시 수지 조성물 중　0.01 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 중량%, 더 바람직하게는 0.01 내지 0.1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 부착력 향상성이 우수하고, 조성물 내에서 분산성이 충분히 확보될 수 있으며, 패키징 후의 기계적 강도 측면에서 바람직하다.

첨가제

에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지 조성물에 포함되는 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체예에서, 착색제, 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제, 레벨링제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

커플링제는 에폭시실란, 아미노실란, 머캡토실란, 알킬실란 및 알콕시실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 커플링제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.

이형제는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이형제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.

응력 완화제는 변성 실리콘 오일, 실리콘 엘라스토머, 실리콘 파우더 및 실리콘 레진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 응력 완화제는 에폭시 수지 조성물 중 0 내지 6.5 중량%, 예를 들면 0 내지 1 중량%, 예를 들면 0.1 내지 1 중량%로 함유되는 것이 바람직한데, 선택적으로 함유될 수도 있고, 양자 모두 함유될 수도 있다. 이때, 변성 실리콘 오일로는 내열성이 우수한 실리콘 중합체가 좋으며, 에폭시 관능기를 갖는 실리콘 오일, 아민 관능기를 갖는 실리콘 오일 및 카르복실 관능기를 갖는 실리콘 오일 등을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 전체 에폭시 수지 조성물에 대해 0.05 내지 1.5 중량% 사용할 수 있다. 다만, 실리콘 오일을 1.5 중량% 이상 초과할 경우에는 표면 오염이 발생하기 쉽고 레진 블리드(bleed)가 길어질 우려가 있으며, 0.05 중량% 미만으로 사용 시에는 충분한 저탄성률을 얻을 수가 없게 되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 실리콘 파우더는 중심입경이 15㎛ 이하인 것이 성형성 저하의 원인으로 작용하지 않기에 특히 바람직하며, 전체 수지 조성물에 대하여 0 내지 5 중량%, 예를 들면 0.1 내지 5 중량%로 함유될 수 있다.

상기 첨가제는 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 10 중량%, 예를 들면 0.1 내지 3 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(injection) 성형 방법이나 캐스팅(casting) 방법 등의 방법으로도 성형될 수 있다. 상기 방법에 의해 구리 리드프레임, 철 리드프레임, 또는 상기 리드프레임에 니켈 및 구리로 팔라듐으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질로 프리플레이팅된 리드프레임, 또는 유기계 라미네이트 프레임의 반도체 소자를 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 관점인 밀봉된 반도체 소자는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 것일 수 있다. 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법은 통상적으로 알려진 방법을 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 사양은 다음과 같다.

(A) 에폭시 수지

(a1) 페놀아랄킬형 에폭시수지(NC-3000, 일본화약社)

(a2) 바이페닐형 에폭시수지(YX-4000, 제팬에폭시레진社)

(B) 경화제

(b1) 페놀아랄킬형 페놀수지(MEH-7851SS, 메이와社)

(b2) 자일록형 페놀수지(MEH-7800SS, 메이와社) 　

(C) 경화촉진제

트리페닐포스핀: TPP, Hokko Chemical社

(D) 무기충전제

실리카: 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카를 9:1의 중량비로 혼합하여 사용하였다.

(E) 접착력향상제

(e1) 하기 화학식 6으로 표시되는 2,5-Bis(tert-nonyldithio)-1,3,4-thiadiazole (Yan Tai Heng Nuo Chemical社)을 사용하였다.

[화학식 6]

(e2) 하기 화학식 7로 표시되는 1,2,5-thiadiazole(Sigma-Aldrich社 시약급)을 사용하였다.

[화학식 7]

(e3) 하기 화학식 8로 표시되는 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole(Sigma-Aldrich社 시약급)을 사용하였다.

[화학식 8]

(e4) 하기 화학식 9로 표시되는 5-Amino-1,3,4-thiadiazole-2-thiol(Sigma-Aldrich社 시약급)을 사용하였다.

[화학식 9]

(e5) 하기 화학식 10으로 표시되는 1,2,5-thiadiazole-3-carboxylic acid(Sigma-Aldrich社 시약급)를 사용하였다.

[화학식 10]

(F) 커플링제

(f1) 머캡토 프로필 트리메톡시 실란: KBM-803, Shin Etsu silicon社

(f2) 메틸 트리메톡시 실란: SZ-6070, Dow Corning chemical社

(G) 착색제　

카본블랙 : Mitsubishi Chemical社 MA-600

(H) 이형제

몬탄왁스 : Clariant社 Licowax E

실시예 1-3 및 비교예 1-8

하기 표 1의 조성에 따라 헨셀 믹서(KEUM SUNG MACHINERY CO.LTD(KSM-22))를 이용하여 균일하게 혼합한 후,　연속 니이더를 이용하여 90~110℃에서 용융 혼련 후 냉각, 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 하기 물성 평가 방법에 의거하여 물성 측정 후 그 결과값은 표 2 및 표 3에 각각 나타내었다.

물성 평가 방법

(1) 부착력

측정하고자 하는 구리 금속 소자를 부착 측정용 금형에 맞는 규격으로 준비하고, 별도로 열처리를 하지 않은 구리 금속 시험편과 125℃에서 2시간 동안 방치하여 구리 표면을 산화시킨 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, 60℃, 60% 상대습도 조건 하에서 120시간 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 측정 공정 당 12개의 시편에 대하여 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정한 후 평균값을 계산하였다.

(2) 신뢰성

표 1의 에폭시 수지 조성물로 MPS(Multi Plunger System) 성형기를 이용하여 175℃에서 60초간 트랜스퍼 몰딩으로 성형시켜, 별도로 열처리를 하지 않은 구리 금속 소자 리드프레임과 125℃에서 2시간 동안 방치하여 표면을 산화시킨 구리 금속 소자 리드프레임을 각각 포함하는 256-LQFP(Low-profile Quad Flat Package)(28mm×28mm×1.4mm) 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 IR 리플로우를 1회 통과시키는 것을 3회 반복하는 프리컨디션 조건 이후에 패키지의 외관 크랙 발생 유무를 광학현미경으로 관찰하였다. 이후, 비파괴 검사기인 C-SAM(Scanning Acoustical Microscopy)을 이용하여 에폭시 수지 조성물과 리드프레임 간의 박리 발생 유무를 평가하였다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

상기 결과로부터 본 발명에 의한 에폭시 수지 조성물은 산화된 구리 리드프레임과의 부착력이 우수하며, 반도체 소자 밀봉 시 높은 신뢰성을 갖는 반도체 소자를 제작할 수 있음을 확인하였다.

이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims

에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기충전제, 및 접착력향상제를 포함하고,
상기 접착력향상제는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
[화학식 5]

상기 식에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알키닐기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.
제1항에 있어서,
상기 접착력향상제는 상기 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 2 중량% 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지 조성물은,
상기 에폭시 수지 2 내지 17 중량%;
상기 경화제 0.5 내지 13 중량%;
상기 경화촉진제 0.01 내지 2 중량%;
상기 무기충전제 70 내지 95 중량%; 및
상기 접착력향상제 0.01 내지 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 바이페닐형 에폭시수지와 하기 화학식 2로 표시되는 페놀아랄킬형 에폭시수지 중 하나 이상을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서, R은 탄소수 1 내지 4의 알킬기, n의 평균치는 0 내지 7이다,
[화학식 2]

상기 화학식 2에서, n의 평균치는 1 내지 7이다.
제1항에 있어서,
상기 경화제는 하기 화학식 3으로 표시되는 자일록형 페놀수지와 하기 화학식 4로 표시되는 페놀아랄킬형 페놀수지 중 하나 이상을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
[화학식 3]

상기 화학식 3에서 n의 평균치는 0 내지 7이다,
[화학식 4]

상기 화학식 4에서 n의 평균치는 1 내지 7이다.
제1항에 있어서,
상기 경화촉진제는 3급 아민, 유기금속화합물, 유기인화합물, 이미다졸 및 붕소화합물을 1종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 무기충전제는 평균 입경 5 내지 30㎛인 구상 용융실리카 50 내지 99 중량% 및 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융실리카 1 내지 50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 착색제, 커플링제, 이형제, 응력 완화제, 가교 증진제 및 레벨링제를 1종 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자.
제9항에 있어서,
상기 반도체 소자는 구리 리드프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.