KR20150138766A - 시트형 봉지재 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (A) 에폭시 수지, (B) 반응형 강인화제, (C) 요변성 부여제, (D) 점착부여제, (E) 무기 충전제, 및 (F)열경화제를 포함하는, 전자 부품 패키지용 조성물을 시트 위에 도입하여 미세회로를 갖는 전자부품을 보호 및 봉지하기 위한 시트형 봉지재 조성물에 관한 것이다.

Description

시트형 봉지재 조성물{SHEET-SHAPED ENCAPSULATION COMPOSITION}
본 발명은 시트형 봉지재 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자 부품 패키지용 조성물을 시트 위에 도입하여 미세회로를 갖는 전자부품을 보호 및 실링하기 위한 시트형 봉지재 조성물에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에서는 기판에 반도체 칩을 탑재한 후, 반도체 칩이나 회로 기판 등의 전자 부품을 덮도록 수지 밀봉이 행해진다. 이러한 반도체 칩 패키징은 반도체 장치를 외부의 응력으로부터 보호하고, 습기나 오염 물질로부터 보호하기 위해서 행해지는 것으로, 소형박형화 및 고집적화되고 있는 반도체 칩의 신뢰도 향상에 대한 요구가 커짐에 따라 그 중요성이 점증하고 있다.
반도체 소자의 패키징법으로서는, 장치를 실장한 리드 프레임을 금형에 세팅하고, 금형 내에 용융된 수지를 충전 고화하여 봉지를 행하는 방법이 일반적이었다. 그러나, 두께 정밀도가 높은 금형의 제작이 곤란하고, 설령 이와 같은 금형을 작성할 수 있다고 해도, 좁은 공간에 압입되는 수지의 유동압력에 의해, 장치의 미세 구조가 파손될 우려가 있기 때문에, 이 방법에서는 패키지의 박형화에 한계가 있고, 금형을 사용하기 때문에 크기나 형태 변화에 대응하기 어렵고 수지의 낭비가 많은 문제가 있다. 따라서 액상봉지재를 이용하는 종래의 방법은 수율 저하를 일으키는 요인이 되고 있고, 디바이스의 소형화, 저비용화를 저해하는 요인도 되고 있기 때문에, 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 얇은 두께에서도 성형성 및 신뢰성 향상이 탁월한 시트형 봉지재 조성물, 이를 이용하여 제조된 시트형 봉지재 및 이를 이용하여 밀봉된 전자 부품 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 봉지재 조성물에 점착력을 부여하여 필름 상에서 회로에 바로 이형하여 봉지 공정을 수행하는 방법으로 봉지재가 필름에서 칩에 대한 이동성과 이형성을 높이고 미세 회로 사이로 봉지재가 침투하지 않게 하여 제품의 품질의 균일성 및 제조공정성을 높이고 제조 비용을 저감할 수 있는 시트형 봉지재 조성물, 이를 이용하여 제조된 시트형 봉지재 및 이를 이용하여 밀봉된 전자 부품 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
(A) 에폭시 수지 25 wt%~50 wt%;
(B) 반응형 강인화제 15 wt%~35 wt%;
(C)요변성 부여제 0.1 wt%~4 wt%;
(D) 점착부여제 0.1 wt%~3 wt%;
(E) 무기 충전제 20 wt%~45 wt%; 및
(F) 열경화제 0.5 wt%~2.5 wt% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물에 관한 것이다.
상기 반응형 강인화제는 말단이 안하이드라이드, 옥사졸린(oxazoline), 이소시아네이트, 카바메이트, 페놀, 수산기, 메르캅탄, 아민, 및 카르복실기로 구성되는 군에서 선택되는 관능기에 의해서 관능화된 반응형 탄성체이다. 상기 탄성체는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 폴리실록산, 플루오로엘라스토머, 및 아크릴레이트 엘라스토머 및 티오콜(thiokol)합성고무로 구성되는 군에서 선택되는 탄성체일 수 있다.
상기 요변성 부여제는 표면이 치환되거나 또는 치환되지 않은 실리카, 탈크, 클레이, 아크릴계 화합물(MODAFLOW®), 실리카젤(Silica Aerogel®), 카본젤(Carbon Aerogel®) 및 벤토나이트 화합물 (Tixogel®)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 상기 조성물로 구성되는 봉지용 수지층을 1층 이상 포함하고, 두께가 30~300 ㎛인 전자 부품 장치 봉지용 시트에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 상기 시트형 봉지재 조성물을 이용하여 밀봉된 전자 부품 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 전자 부품을 밀봉하기 위한 시트형 봉지재 조성물로서, 전자소자의 실장 기판과 이것에 실장된 전자소자를 구비한 회로 부품 장치에, 간단하고 쉬운 조작에 의해 전자 회로 부품을 밀봉할 수 있는 시트형 봉지재 조성물 및 그것을 이용하여 밀봉된 전자 부품 장치를 제공할 수 있다.
이 봉지재 시트를 이용하는 경우에는, 봉지재 시트를 전자소자 상에 적층하여 가열하는 것으로 용이하게 전자 부품을 밀봉할 수 있기 때문에 밀봉 공정을 간략화하여 제조를 간편하게 실시할 수 있다. 또, 대대적인 설비를 필요로 하지 않고 전자 소자의 기능을 저해하지 않고 밀봉할 수 있기 때문에, 제조 비용의 감소를 달성할 수 있다. 본 발명의 조성물에 의해서 밀봉된 제품은 특히 봉지후 내부에 공간을 갖는 디바이스의 반도체 소자 제작 후, 성형성 및 신뢰성이 탁월한 효과를 갖는다.
본 발명의 시트형 봉지재는 액상 봉지재를 시트형으로 만들어 요변성이 조절된 결과 봉지 후에 내부 공간을 확보하여 미세 피치 사이의 단락이 없고, 수지의 낭비를 줄여 비용을 절감하고, 도포 두께를 균일하게 조절하여 전자 소자를 경박 단소한 형태로 유지하면서도 간편한 방법으로 신뢰성 있게 밀봉할 수 있다.
이하에서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
최근 모바일향 제품이 급격하게 증가하면서, 여기에 사용되는 패키지가 다기능화, 고성능화, 박형화 및 고집적화되고 있다. 다기능화를 위해 칩을 여러 개 적층하는 멀티칩 패키지 형태나, 고성능화, 박형화를 위해 플립칩 패키지 형태가 신규로 개발되거나 생산량이 증가하고 있다. 본 발명의 조성물은 박형화되는 반도체 소자 등의 전자 장치를 간편하게 밀봉하기 위한 시트형 봉지재 조성물이다.
본 발명의 시트형 봉지재 조성물은
(A) 에폭시 수지 25 wt%~50 wt%;
(B) 반응형 강인화제 15 wt%~35 wt%;
(C)요변성 부여제 0.1 wt%~4 wt%;
(D) 점착부여제 0.1 wt%~3 wt%;
(E) 무기 충전제 20 wt%~45 wt%; 및
(F) 열경화제 0.5 wt%~2.5 wt% 를 포함한다.
본 발명의 조성물은 액상 재료를 유동성 콘트롤을 하여 시트 위에 균일하게 도포 건조한 결과 액상 재료에서 발생하는 기포, 두께의 불균형 문제를 해결하여 균일한 두께를 갖는 시트형 조성물로 패키지의 박막화를 가능하게 한다.
본 발명의 조성물의 각 구성성분에 대해서 설명하면 다음과 같다.
(A) 에폭시 수지
본 발명에 있어서 이용되는 (A) 에폭시 수지는1분자 중에 에폭시기를 2개 이상 함유하는 수지로, 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 일반적으로 사용되고 있는 것이면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 오르토크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 트리페닐메탄 골격을 갖는 에폭시 수지를 비롯한 페놀, 크레졸, 크실레놀, 레조르신, 카테콜, 비스페놀 A, 비스페놀 F, α-나프톨, β-나프톨, 디히드록시나프탈렌 등의 페놀류와, 포름알데하이드, 아세트알데하이드, 프로피온알데하이드, 벤즈알데하이드, 살리실알데하이드 등의 알데하이드기를 갖는 화합물을 산성 촉매 하에서 축합 또는 공축합시켜 얻어지는 노볼락 수지를 에폭시화한 것; 알킬 치환, 방향환치환 또는 비치환된 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S, 비페놀, 티오디페놀 등의 디글리시딜에테르; 스틸벤형 에폭시 수지; 히드로퀴논형 에폭시 수지; 프탈산, 다이머산 등의 다염기산과, 에피클로로히드린과의 반응에 의해 얻어지는 글리시딜에스테르형 에폭시 수지; 디아미노디페닐메탄, 이소시아누르산 등의 폴리아민과, 에피클로로히드린과의 반응에 의해 얻어지는 글리시딜아민형 에폭시 수지; 디시클로펜타디엔과 페놀류의 공축합 수지의 에폭시화물; 나프탈렌환을 갖는 에폭시 수지; 페놀류와 디메톡시파라크실렌 또는 비스(메톡시메틸)비페닐로부터 합성되는 페놀ㆍ아르알킬 수지; 나프톨ㆍ아르알킬 수지 등의 아르알킬형 페놀 수지의 에폭시화물; 트리메틸올프로판형 에폭시 수지; 테르펜 변성 에폭시 수지; 올레핀 결합을 과아세트산 등의 과산에 의해 산화하여 얻어지는 선상 지방족 에폭시 수지; 지환족 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들 1종을 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다.
그 중에서도 유동성과 경화성의 양립의 관점에서는 알킬 치환, 방향환 치환 또는 비치환된 비페놀의 디글리시딜에테르인 비페닐형 에폭시 수지를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 경화성의 관점에서는 노볼락형 에폭시 수지를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 내열성 및 저휨성의 관점에서는 나프탈렌형 에폭시 수지 및/또는 트리페닐메탄형 에폭시 수지를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 유동성과 난연성의 양립의 관점에서는 알킬 치환, 방향환 치환 또는 비치환된 비스페놀 F의 디글리시딜에테르인 비스페놀 F형 에폭시 수지를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 유동성과 리플로우성의 양립의 관점에서는 알킬 치환, 방향환 치환 또는 비치환된 티오디페놀의 디글리시딜에테르인 티오디페놀형 에폭시 수지를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 경화성과 난연성의 양립의 관점에서는 알킬 치환, 방향환 치환 또는 비치환된 페놀과 비스(메톡시메틸)비페닐로부터 합성되는 페놀ㆍ아르알킬 수지의 에폭시화물을 함유하고 있는 것이 바람직하고, 보존 안정성과 난연성의 양립의 관점에서는 알킬 치환, 방향환 치환 또는 비치환된 나프톨류와 디메톡시파라크실렌으로부터 합성되는 나프톨ㆍ아르알킬 수지의 에폭시화물을 함유하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 시트형 봉지재 조성물에서 에폭시 수지의 함량은, 에폭시 수지 중량을 합쳐서 25 중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 25~50 중량% 이 더욱 바람직하다. 그 중에서도 비페닐형 에폭시 수지를 에폭시 수지 전량 중 10 중량% ~80중량% 포함시키는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 조성물은 액상 에폭시 수지와 고상 에폭시 수지를 병용할 수 있다. 이와 같이 액상 에폭시 수지와 고상 에폭시 수지를 병용함으로써, 즉. 융점이 다른 2종의 에폭시 수지를 배합함으로써, 실온에서 시트형, 고온에서 액상의 거동을 나타내는 시트상 수지 조성물을 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서는, 상기 액상 에폭시 수지와 고상 에폭시 수지의 중량비는10:90~80:20로 사용하는 것이 좋다.
(B) 반응형 강인화제
본 발명에서는 에폭시 수지의 낮은 강인성을 해결하기 위한 방법으로 반응형 강인화제로 고무에 반응성 작용기를 도입한 반응형 탄성체(합성고무 또는 천연고무)를 사용한다. 이때 에폭시 수지와 고무간의 분자간 우수한 혼화성(compatibilization)을 부여하기 위해 반응성을 갖는 반응형 액상 탄성체를 사용한다. 고분자 블렌드가 유용성을 가지기 위해서는 두 고분자가 서로 상용성(miscibility)이 있거나, 비상용성인 경우 상분리가 어느 수준으로 제어되어 요구되는 최소의 기계적 성능을 가지는 것이 필요하다.
두 고분자가 비록 서로 혼화성이 없으나 물리적 화학적 상용화제를 사용하여 실용성이 있는 수준으로 상분리가 충분히 조절된 경우 알로이(alloy)라고 부른다. 물리적 알로이 제조 방법은 고분자간의 상용성을 향상시키기 위하여 블록 공중합체 또는 그라프트공중합체를 첨가하는 방법이 많이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 에폭시와 고무 성분 사이의 계면에서 화학적인 반응을 이용하는 반응성 혼화제(reactive compatibilizer)로 반응형 탄성체를 사용한다. 반응성 상용화는 계면 접착력이 상대적으로 우수하고 쉽게 상용화 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 에폭시 수지와 반응성이 좋은 혼화제의 반응성 작용기로는 안하이드라이드, 옥사졸린(oxazoline), 이소시아네이트, 카바메이트, 페놀, 수산기, 메르캅탄, 아민, 또는 카르복실기 등을 도입한다. 반응형 탄성체로 고무 개질을 위해 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 폴리실록산, 플루오로엘라스토머, 아크릴레이트 엘라스토머와 같은 합성고무 또는 개질 천연고무 또는 티오콜(thiokol)합성고무를 사용한다.
반응형 강인화제의 구체적인 예들은 CTBN(Carboxyl Terminated Butadiene Acrylonitrile), ATBN(Amine Terminated Acrylonitrile Butadiene), 디아미노 실록산 (Diamino siloxane) 화합물, 디에폭시 실록산(Diepoxy silane), 상품명 Polidiemme (Solvay사)를 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이들 반응형 강인화제는 소자의 봉지 전에는 기본적인 점착성을 유지하고 있다가, 봉지 후 열경화 반응이 완료되면 인장강도를 증가시키는 기능을 한다. 또한 상기 반응기의 작용에 의해서 봉지 조성물이 과도하게 흐르는 것도 예방하여 이형성을 조절할 수 있다.
본 발명의 조성물에서 반응형 강인화제는 15 중량% 내지 35 중량% 범위 내로 사용한다. 반응형 강인화제의 함량이 15 중량% 미만이면 에폭시 수지가 취성 파괴 거동을 나타내어 시트형 봉지재의 유연성 및 강인성이 저하될 우려가 있고, 반대로 반응형 강인화제의 함량이 35 중량%를 초과하면 휨강도가 감소할 우려가 있다.
(C )요변성 부여제
본 발명에서 액상 봉지재를 박막화 필름으로 제작하여 봉지 후에 내부 공간을 확보하여 미세 피치간의 단락이 없도록, 시트형 봉지재의 침투성 조절이 필요한데, 요변성 부여제에 의해서 시트형 봉지재의 유변성을 일정하게 조절하여 확보한다. 봉지 조성물이 과도하게 흐르거나 침투되지 않을 경우 미세회로를 보호할 수 없기 때문에 요변성 부여제는 봉지 시 미세회로의 침투성을 조절한다.
본 발명에서 유변성을 조절하기 위해 사용하는 요변성 부여제는, 복합체 안에서 2차결합으로 연결된 그물구조를 형성하여 침전방지(anti-settling), 흐름방지(anti-sagging), 배향성(orientation) 향상, 점도 향상 등을 조절할 수 있다.
요변성 부여제는 종류에 따라 무기계, 복합계, 유기계로 나누어진다. 무기계 요변성 부여제로는 합성미분 실리카계, 벤토나이트계, 극미세침강성 탄산칼슘, 소수성기로 표면 치환된 실리카, 탈크, 클레이 등을 사용할 수 있다.
유기계 요변성 부여제로는 금속석검계, 수소첨가 피마자유, 폴리아미드 왁스, 산화 폴리에틸렌, 폴리비닐계, 폴리아크릴산계, 폴리에틸렌계, 아마인 중합유, 점착성 아크릴계 중합체(예컨대, MODAFLOW®, 벤토나이트 화합물 (Tixogel®, 실리카젤(Silica Aerogel®), 카본젤(Carbon Aerogel®), 커플링제 등을 사용할 수 있다. 상기 점착성 아크릴계 중합체의 일례는 아크릴 중합체에 2-에틸헥실아크릴레이트를 혼합한 MODAFLOW®를 예로 들 수 있다.
복합계 요변성 부여제로는 벤토나이트와 표면처리된 탄산칼슘계를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 층상실리게이트(phyllosilicate) 구조를 가지는 규산염계스멕타이트(smectite),광물로 몬모릴나이트(montmorilonite), 헥토라이트(hectorite), 벤토나이트(bentonite), 사포나이트(saponite) 등은 나노스케일 시트 상의 기본 단위로 박리(exfoliation)하여 고분자에 분산하거나 고분자를 삽입(intercalation)시켜 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에서 요변성 부여제의 함량은 0.1 내지 4 중량%인 것이 좋다. 상기 요변성 부여제의 함량이 0.1 중량% 미만이면 시트형 봉지재 조성물이 경화 시 너무 잘 흘러 작업성이 저하되고, 반대로 상기 요변성 부여제의 함량이 4 중량%를 초과하면 미세회로 침투성이 저하되어 미세 회로를 보호하지 못하게 될 우려가 있다.
(D) 점착부여제
본 발명에서는 시트형 봉지재 조성물이 기재 필름 위에 반고상 상태 (B stage)로 균일한 두께로 점착력을 갖고 붙어 있다가 봉지하고자 하는 디바이스에 이형이 되도록 하기 위해 점착부여제(tackifier)를 사용한다.
본 발명의 점착부여제는 낮은 분자량의 올리고머로 자체는 점착성을 갖고 있지 않으나 유동성을 부여하고 점착력을 향상시키는 역할을 하는 조성물로 상온에서 액상 또는 고상의 분자량 300~ 3000 정도의 저분자량 분자구조인 열가소성 수지 (연화점;5~150℃)로 점착성이 부족한 고무에 점착성을 부여할 뿐만 아니라 충진제의 혼합, 분산, 가공성 개선 등의 효과가 있다.
상기 점착부여제는 테르펜(terpene) 수지, 로진 에스테르, 수첨 로진 에스테르, 로진 유도체, 테르펜 , 테르펜 페놀, 코올타르, 알킬 페놀, 지방족 올레핀, 디사이클로펜타디엔 (dicyclopentadiene), 수첨 지환족계 올레핀, 방향족계 올레핀, 수첨 방향족계 올레핀, 스티렌 공중합체, 및 쿠마론 인덴으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 대표적인 점착부여제로는 로진을 들 수 있는데, 로진은 소나무로부터 채취하는 검 로진, 석유계 용제로부터 추출하여 얻어지는 우드 로진, 크래프트펄프 제조시 증해 폐액으로부터 얻어지는 톨로진(tall rosin) 등을 사용할 수 있다. 이들은 공역화된 이중결합을 갖고 있어 산화되기 쉽기 때문에 안정성이 낮아 수소화 반응, 불균등 반응, 이량체 등 변성시켜 사용한다. 이러한 로진의 예로는 수소첨가 로진에스테르(Hydrogenated ester of Resin)로 Escorez 5000, 8000 (ESSO Petroleum Co., Ltd.)를 들 수 있다.
다른 예로서 테르펜수지는 소나무로부터 얻어지는 테르펜유를 원료로 하며 이들 주성분은 α-pinene, β-pinen 등으로 루이스 산 촉매로 중합하여 테르펜-페놀 수지(terpene-phenol resin)를 얻는다. 상품명으로 Koresin (P-t-butylphenol-acetylene Resin, BASF)을 사용할 수 있다.
이외에 본 발명에서 사용할 수 있는 점착부여제는 쿠마론-인덴수지 (코오롱유화제 쿠마론수지), 폴리부텐수지로 Nisso-PB (Liquid Polybutadiene, Nippon Soda Co., Ltd)을 사용할 수 있다. 이외에 지방족 탄화수소 수지 (TACKIROL 1000, TACKIROL 5000), 알킬페놀-포름알데하이드 수지 (TACKIROL 101), 알킬페놀-알데하이드 수지 (TACKIROL 160, HITACHI CHEMICAL)를 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에서 점착부여제의 함량이 0.1 내지 3 중량%인 것이 좋다. 상기 점착부여제의 함량이 0.1 중량% 미만이면 전자 소자에 대한 점착성이 부족하여 작업성이 저할될 수 있고, 반대로 상기 점착부여제의 함량이 3 중량%를 초과하면 봉지 시트의 이형성이 저하되어 막이 균일하게 전사 되지 않는다.
(E) 무기 충전제
본 발명에서 봉지재로서 선팽창 계수의 특성 및 접착성, 경화성과 같은 특성을 향상시키기 위해 무기 충전제를 사용된다. 무기 충전제의 예는 황산 바륨, 티탄산 바륨, 산화 실리콘 분말, 미세하게 분쇄된 산화 실리콘, 무정형 실리카, 구형 실리카, 탈크, 점토, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘, 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄 및 운모 분말을 포함한다. 이들 무기 충전제는 1종을 단독으로 이용하거나, 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
사용될 수 있는 무기 충전제의 양은 본 발명의 봉지재 조성물을 기준하여 20 내지 45 중량%을 갖고, 평균 입도 크기는 0.1~10 ㎛의 것을 선택 사용할 수 있다.무기 충전제의 함량이 20 중량% 미만에서는, 시트형 봉지재 조성물을 이용하여 전자 부품 밀봉용 시트를 제조할 경우에 시트에 휨이나 뒤틀림이 발생하기 쉽고, 45 중량%를 넘으면, 시트에 분열이나 감퇴가 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
(F) 열경화제
본 발명의 시트형 봉지재 조성물에 있어서는, 에폭시 수지용 열경화제가 포함될 수 있다. 이러한 에폭시 수지용 열경화제로는 특히 제한은 없고, 종래 에폭시 수지의 경화제로서 사용되고 있는 것의 중으로부터, 임의의 것을 적의 선택하여 이용할 수 있고, 예를 들면 아민계, 페놀계, 산무수물계 등을 들 수 있다. 이들 경화제는 1종을 단독으로 이용하거나, 2종이상을 조합하여 이용할 수 있다.
(G) 기타 성분
본 발명의 시트형 봉지재 조성물에 있어서는, 다른 임의 성분으로서 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 유무기 재료간의 결합력을 향상시키기 위한 커플링제, 몰딩 작업 시 이형성을 확보하기 위한 이형제, 착색제, 난영성 부여를 위한 난연제, 실리콘 고무나 실리콘 겔 등의 분말, 실리콘 변성 에폭시 수지나 페놀 수지, 메타크릴산 메틸-부타디엔-스티렌 공중합체와 같은 열가소성 수지 등의 저응력화제; n-부틸글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르, 스티렌옥사이드, t-부틸 페닐글리시딜에테르, 디사이클로펜타디엔 디에폭사이드, 페놀, 크레졸, t-부틸 페놀 등의 점도 강하용 희석제; 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제, 실리콘 오일 등의 젖음성 향상제나 소포제 등을 적당량 함유시킬 수 있다.
본 발명의 시트형 봉지재 조성물은 각종 반도체 소자를 비롯한 전자 부품을 수지 밀봉할 때에 이용되는 시트형 밀봉 재료로서 유용하다.
〔시트형 봉지재 조성물의 조제〕
본 발명의 시트형 에폭시 수지 조성물은, 예컨대, 다음과 같이 하여 제작할 수 있다. 우선, 각 배합 성분을 혼합함으로써 에폭시 수지 조성물을 조제하지만, 각 배합 성분이 균일하게 분산 혼합되는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 그리고, 필요에 따라 각 배합 성분을 용제 등에 용해하여 바니쉬 도공에 의해 제막한다. 대안으로 각각의 배합 성분들을 직접 니더 등으로 혼련함으로써 고형 수지를 조제하고, 이와 같이 하여 얻어진 고형 수지를 시트형으로 압출하여 제막 형성하여도 좋다. 이 중에서도, 간편하게 균일한 두께의 시트를 얻을 수 있다고 하는 점에서 , 상기 바니쉬 도공법이 적합하게 이용된다.
상기 바니쉬 도공법에 의한 본 발명의 시트형 전자 부품 밀봉용 에폭시 수지의 제작에 대해서 설명한다. 즉, 상기 (A) 내지 (F) 성분 및 필요에 따라 다른 첨가제를 통상적인 방법에 따라 적절하게 혼합하고, 유기 용제에 균일하게용해 혹은 분산시켜, 도포용 바니쉬를 조제한다. 이어서 상기 바니쉬를 폴리에스테르 필름 등의 지지 시트 상에 도포하여 건조시키고, 폴리에스테르 필름 등의 필름으로 접합시킴으로써, 형성된 봉지 수지층을 필름과 함께 권취한다.
본 발명에서 상기 지지 시트로는, 예를 들면, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리메틸펜텐 필름, 폴리염화비닐 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌 나프탈레
이트 필름, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리우레탄 필름, 에틸렌초비닐 필름, 아이오노머 수지 필름(ionomer resin film), 에틸렌·(메타)아크릴산 공중합체 필름, 에틸렌·(메타)아크릴산 에스테르 공중합체 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리이미드 필름, 플루오로 수지 필름 등의 필름이 사용된다. 또한 이들의 가교 필름, 또는 이들의 적층 필름을 사용할 수도 있다.
본 발명에서 봉지 수지층을 보호하기 위한 필름으로 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리염화비닐 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리이미드 필름, 플루오로 수지 필름 등의 필름이 사용된다. 또한 이들의 가교 필름, 또는 이들의 적층 필름을 사용할 수도 있다.
상기 용제로는 특별히 한정되지 않고 종래 공지된 각종 유기 용제, 예컨대, 메틸에틸케톤, 아세톤,디옥산, 디에틸케톤, 톨루엔, 아세트산에틸 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2종 이상 병용할 수 있다.
본 발명의 조성물에 의해서 제조되는 봉지용 시트는 지지 시트와, 상기 지지 시트 상에 박리 가능하게 적층되어 되는 1층 이상의 봉지 수지층과 이를 보호하기 위한 보호필름으로 구성된다. 지지 시트 상의 봉지 수지층을, 회로 기판의 칩 탑재면에 전사하기 위해, 지지 시트와 봉지 수치층은 박리 가능하도록 적층되어 있다. 본 발명에서 상기 봉지 수지층의 두께는 약30~300 ㎛인 것이 바람직하다.
[전자 부품 장치]
본 발명의 시트형 봉지재 조성물을 이용한 밀봉 방법의 일례에 대해서 설명한다. 즉, 본 발명의 시트형 봉지재 조성물을 이용한 기판 상에 탑재된 전자 부품의 밀봉은, 예컨대, 다음과 같이 하여 행해진다. 우선, 기판 상의 소정 위치에 전자 부품이 탑재된 밀봉대상 제품을 준비한 후, 상기 탑재된 전자 부품 표면을 덮도록 시트형 봉지재 조성물을 전자 부품 표면에 배치하고, 소정의 밀봉 조건으로 시트를 가열 경화함으로써, 기판과 이러한 기판 상에 탑재한 전자 부품과의 공간을 중공으로 유지한 상태에서 전자 부품을 수지 밀봉한다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이는 단지 예시를 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
이하의 성분을 각각 하기 표 1에 나타내는 중량%비로 배합한 후 3본 롤밀로 3회 분산시켜 입도를 15㎛ 이하인 조성물을 만들었다. 조성물의 점도 조절은 메틸에틸케톤 용제로 500-1,000 cPs로 조정하고 진공탈포 후 콤마 코터(Comma Coater)를 이용하여 50 ㎛ 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 위에 350-450 ㎛ 두께로 코팅하고 80-135도로 순차적으로 가열되는 가열 영역에서 20-30분 건조하여 260±10 ㎛로 막두께로 만든 후 폴리에텔렌 80 ㎛ 보호 필름으로 합지하여 샘플 시트를 제조하였다. 이와 같이 하여 수득된 실시예 및 비교예의 시트형 봉지재 조성물을 이용하여 하기에 나타내는 방법에 따라 특성을 측정·평가하였다. 이들의 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
(A) 액상 에폭시 수지로는 Epikote 828EL를 사용하고, 고상 에폭시 수지로는 국도화학 YD-011를 사용하였다.
(B) 반응형 강인화제로서 CTBN(carboxyl terminated butadiene rubbers)은 Hypro CTBN 1300X8, CVC Thermoset Specialties사제를 사용하였고, ATBN(amine-terminated butadiene rubbers)은 Hypro ATBN 1300X16, CVC Thermoset Specialties사제를 사용하였다. 비교예에서 NBR(Nitrile Butadiene Rubber)은 Zibo Qilong Chemical Industry Co.,Ltd 의 CN-25를 사용하였다.
(C) 요변성제로서 모다플로는 MODAFLOW®9200 (CYTEC사)를 사용하였고, 벤토나이트는 층상실리케이트 구조를 갖는 벤토나이트로서 SHIRAISHI KOGYO KAISHA,LTD.사제 제품을 사용하였다.
(D) 점착부여제로서는 수소첨가 로진에스테르(Escorez 5000, ESSO Petroleum Co., Ltd.) 를 사용하였다.
(E) 무기 충전제 1로서는 평균입도 16 ㎚의 무정형 실리카(DEGUSSA)를 사용하고, 무기 충전제 2로는 평균입도 1.5 ㎛의 구형 실리카(ADMATECHS Co., Ltd.)를 사용하였다.
(F) 경화제로서는 아민 경화제를 사용하였다.
(G) 분산을 돕기 위한 용제로 Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate (PGMEA)를 사용하였다.
(H)그 밖의 첨가 성분으로서는 소포제(신월화학 KS-66), 카본블랙(안료), 아미다졸(열경화제), 디아미노실록산을 사용하였고, 추가 점도 조절을 위한 용제로는 메틸 에틸 케톤(MEK)을 사용하였다.
[물성 평가 방법]
(1) 인장강도 측정
샘플들의 인장강도는 인장시험기(Zwick Roell, Model Z010)를 사용하여 실온에서 측정하였으며, ASTM D 638-03 방법으로 10 mm/min의 속도로 파단할 때까지 인장시켜 파단 시 인장강도를 측정하였다. 실험은 샘플 10개씩을 측정하여 평균치를 구하였다.
(2) 미세회로 침투 측정
1000배 광학현미경으로 미세회로 100 ㎛을 기준으로 디바이스 위에서 진공 감압 밀착하여 열경화 후, 140 ㎛는 침투성이 큰 것을 나타내고, 미세회로침투 80 ㎛은 침투성이 약하여 실링 부분이 모자라는 결과를 나타낸다.
(3) 필름 이형후 잔사성 측정
1000배 광학현미경으로 디바이스에 전사되고 남은 필름 위에 형성된 잔사 여부(필러, 레진 등)를 확인하여 3단계로 평가하였다. ( ○: 없음 △: 조금 있음 X: 많이 있음)
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예3 비교예4
액상에폭시 수지 16.0 22.0 16.0 22.0 16.0 22.0
고상에폭시 수지 12.0 6.0 12.0 6.0 12.0 6.0
CTBN 20.0 - 20.0
ATBN 20.0 20.0
NBR 20.0 20.0
모다프로 3.0 3.0 -
벤토나이트 4.0 4.0 -
점착부여제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
무기 충전제1 15.0 12.0 15.0 12.0 15.0 12.0
무기 충전제 2 20.0 24.0 20.0 24.0 20.0 24.0
아민경화제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
PGMEA 3.0 2.0 3.0 2.0 3.0 2.0
소포제 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
카본블랙(안료) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
이미다졸 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
디아미노실록산 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
용제(MEK) 7.0 8.0 7.0 8.0 11.0 11.0
시트 물성
인장강도(MPa) 48 51 31 32 47 50
미세회로침투(㎛) 100 100 100 100 80 140
이형후 잔사성 ○ ○ △ △ ○ ○
상기 표 1의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 실시예 1-2 및 비교예 1-2의 결과를 살펴 보면, 본 발명의 반응형 강인화제를 사용한 경우에 인장강도 및 전사성이 향상된 것을 확인할 수 있고, 실시예 1-2와 비교예 3-4의 결과를 대비하여 보면, 요변성 부여제에 의해서 시트형 봉지재 조성물이 너무 흐르거나 잘흐르지 않는 문제 없이 미세 회로 침투성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 5 비교예6
액상에폭시 수지 16.0 22.0 18.0 16.0 22.0
고상에폭시 수지 12.0 6.0 10.0 12.0 6.0
CTBN 20.0 20.0
ATBN 20.0 20.0 20.0
모다프로 3.0 3.0
벤토나이트 4.0 4.0 4.0 -
점착부여제 0.1 1.0 3.0 0 4.0
무기 충전제1 15.0 12.0 15.0 15.0 15.0
무기 충전제 2 20.0 24.0 20.0 20.0 20.0
아민경화제 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
용제(PGMEA) 3.0 2.0 3.0 3.0 3.0
소포제 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
카본블랙(안료) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
이미다졸 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
디아미노실록산 1.0 1.5 1.0 1.0 1.0
용제(MEK) 7.5 7.1 4..6 7.6 7.1
시트 물성
인장강도(MPa) 49 48 50 51 49
미세회로침투(㎛) 100 100 100 100 90
이형후 잔사성 ○ ○ ○ X X
상기 표 2의 결과를 통해서 확인되는 바와 같이, 실시예 3-5 및 비교예 5-6의 결과를 살펴 보면, 본 발명의 점착부여제를 사용한 경우에 필름 전사 후에 잔사가 없이 디바이스 위로 균일한 막을 형성하고 있는 것을 확인할 수 있어, 점착부여제에 의해서 시트형 봉지재 조성물이 전사 시 균일한 이형성을 확인할 수 있다.

Claims (13)

  1. (A) 에폭시 수지 25 wt%~50 wt%;
    (B) 반응형 강인화제 15 wt%~35 wt%;
    (C)요변성 부여제 0.1 wt%~4 wt%;
    (D) 점착부여제 0.1 wt%~3 wt%;
    (E) 무기 충전제 20 wt%~45 wt%; 및
    (F) 열경화제 0.5 wt%~2.5 wt% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응형 강인화제는 말단이 안하이드라이드, 옥사졸린(oxazoline), 이소시아네이트, 카바메이트, 페놀, 수산기, 메르캅탄, 아민, 및 카르복실기로 구성되는 군에서 선택되는 관능기에 의해서 관능화된 반응형 탄성체인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 탄성체는 부타디엔-아크릴로니트릴 고무, 폴리실록산, 플루오로엘라스토머, 및 아크릴레이트 엘라스토머 및 티오콜(thiokol)합성고무로 구성되는 군에서 선택되는 탄성체인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반응형 강인화제는 CTBN(Carboxyl Terminated Butadiene Acrylonitrile), ATBN(Amine Terminated Acrylonitrile Butadiene), 디아미노 실록산 (Diamino siloxane) 화합물, 및 디에폭시 실록산(Diepoxy silane)으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 요변성 부여제는 소수성기로 표면이 치환되거나 또는 치환되지 않은 실리카, 탈크, 클레이, 아크릴계 화합물(MODAFLOW®), 벤토나이트 화합물 (Tixogel®), 실리카젤(Silica Aerogel®), 및 카본젤(Carbon Aerogel®)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 점착부여제는 테르펜(terpene) 로진, 로진 에스테르, 수첨 로진 에스테르, 로진 유도체, 테르펜 , 테르펜 페놀, 코올타르, 알킬 페놀, 지방족 올레핀, 디사이클로펜타디엔 (dicyclopentadiene), 수첨 지환족계 올레핀, 방향족계 올레핀, 수첨 방향족계 올레핀, 스티렌 공중합체, 및 쿠마론 인덴으로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 오르쏘크레졸노볼락형 에폭시수지, 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데하이드와의 축합물을 에폭시화하여 얻어지는 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 다관능형 에폭시수지, 나프톨노볼락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시수지, 비페닐형 에폭시수지, 다방향족 변성 에폭시수지, 비스페놀 A형 에폭시수지 및 나프탈렌계 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 무기 충전제는 황산 바륨, 티탄산 바륨, 산화 실리콘 분말, 미세하게 분쇄된 산화 실리콘, 무정형 실리카, 구형 실리카,탈크, 점토, 탄산 마그네슘, 탄산 칼슘, 산화 알루미늄, 수산화 알루미늄 및 운모 분말로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열경화제는 아민계, 페놀계, 및 산무수물계로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 시트형 봉지재 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 한 항에 기재된 시트상 봉지재 조성물로 이루어지고, 두께가 30~300 ㎛인 봉지 수지층을 한 층 이상 포함하는 봉지용 시트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 봉지용 시트는 지지 시트와, 상기 지지 시트 상에 박리 가능하게 적층되어 되는 1층 이상의 봉지 수지층과 이를 보호하기 위한 보호필름으로 구성되고, 상기 지지 시트는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리부텐 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리메틸펜텐 필름, 폴리염화비닐 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트 필름, 폴리부틸렌 테레프탈레이트 필름, 폴리우레탄 필름, 에틸렌초비닐 필름, 아이오노머 수지 필름(ionomer resin film), 에틸렌·(메타)아크릴산 공중합체 필름, 에틸렌·(메타)아크릴산 에스테르 공중합체 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리이미드 필름, 및 플루오로 수지 필름으로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 봉지용 시트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 보호 필름은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리염화비닐 필름, 염화비닐 공중합체 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리이미드 필름, 및 플루오로 수지 필름으로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 봉지용 시트.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 기재된 시트형 봉지재 조성물을 이용하여 전자 부품을 밀봉하여 이루어지는 전자 부품 장치.
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