KR20180094882A - 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 실장용의 언더필재로서 바람직한 우라늄 함유량이 낮고, 충전성이 우수하고, 또한 보이드의 발생이 억제된 에폭시 수지 조성물을 제공한다. 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 (A) 액상 에폭시 수지, (B) 경화제, (C) 알루미나 필러를 포함하는 에폭시 수지 조성물로서, 상기 (C) 알루미나 필러의 평균 입경이 0.1∼4.9㎛이며, 또한 우라늄 함유량이 0.1∼9ppb인 것을 특징으로 한다.

Description

에폭시 수지 조성물
본 발명은 반도체 봉지재 혹은 접착제로서 사용되는 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
전자 기기의 소형화, 경량화, 고성능화에 따라 반도체의 실장 형태가 와이어 본드형으로부터 플립 칩형으로 변화해오고 있다.
플립 칩형의 반도체 장치는 범프 전극을 개재하여 기판 상의 전극부와 반도체 소자가 접속된 구조를 갖고 있다. 이 구조의 반도체 장치는 온도 사이클 등의 열 부가가 가해졌을 때, 에폭시 수지 등의 유기 재료제의 기판과 반도체 소자의 열팽창 계수 차에 의해 범프 전극에 응력이 가해져, 범프 전극에 크랙 등의 불량이 발생하는 것이 문제가 되고 있다. 이 불량 발생을 억제하기 위해, 언더필재로 불리는 액상의 반도체 봉지재를 사용하여, 반도체 소자와 기판 사이의 갭을 봉지하고, 양쪽을 서로 고정함으로써, 내열 사이클성을 향상시키는 것이 널리 행해지고 있다.
언더필재의 공급 방법으로는, 반도체 소자와 기판 상의 전극부를 접속시킨 후, 반도체 소자의 외주를 따라 언더필재를 도포(디스펜스)하고, 모세관 현상을 이용하여, 양쪽의 간격에 언더필재를 주입하는 캐필러리 플로우가 일반적이다. 언더필재의 주입 후, 당해 언더필재를 가열 경화시킴으로써 양쪽의 접속 부위를 보강한다.
언더필재는 주입성, 접착성, 경화성, 보존 안정성 등이 우수한 것이 요구된다. 또한, 언더필재로 봉지된 부위가 내습성, 내열 사이클성 등이 우수한 것이 요구된다.
상기의 요구를 만족시키기 위해, 언더필재로는 에폭시 수지를 주제로 하는 것이 널리 이용되고 있다.
언더필재에 의해 봉지된 부위의 내습성 및 내열 사이클성, 특히 내열 사이클성을 향상시키기 위해서는 무기 물질로 이루어지는 충전재(이하, 「무기 충전재」라고 한다)를 언더필재에 첨가함으로써, 에폭시 수지 등의 유기 재료제의 기판과 반도체 소자의 열팽창 계수 차의 컨트롤을 행하는 것이나, 범프 전극을 보강하는 것이 유효한 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
이 목적으로 첨가되는 무기 충전재로는, 전기 절연성이 높은 점 및 열팽창 계수가 낮은 점에서, 실리카 필러가 바람직하게 사용되고 있다.
한편, 고밀도·고기능 실장을 실현하기 위해, 통상의 평면적인 배치의 2차원 실장으로부터, 부품을 적층하여 실장을 행한 3차원 실장으로 이행해 오고 있다. 3차원 실장으로는, 베어 칩을 적층한 3차원 패키지(예를 들면, 스택형 CSP)를 사용한 것이나, 반도체 칩을 독립된 단독의 가패키지로 한 후에 이를 복수 중첩시켜 3차원화를 도모한 패키지 적층 3차원 모듈을 이용한 것 등을 들 수 있다. 나아가서는, 전자 부품(반도체 칩, 수동 부품 등)을 실장한 배선 기판을 다단화함으로써, 고밀도·고기능 실장을 실현하는 기술도 있다.
종래의 2차원 실장에서는 칩이 노출되어 있기 때문에, 칩으로부터의 발열의 방열은 문제가 되지 않았지만, 복수의 칩이 적층된 구조의 3차원 실장에서는 방열되기 어려워지기 때문에, 열 설계가 큰 문제가 된다. 열 설계를 용이하게 하기 위해서는, 언더필재의 열전도율은 높은 편이 바람직하다.
무기 충전재로서 널리 사용되는 실리카 필러는 열전도율은 결코 높지 않다. 이 때문에, 3차원 실장에 사용되는 언더필재에는, 실리카 필러보다 열전도율이 높은 무기 충전재를 사용하는 것이 바람직하다. 실리카 필러보다 열전도율이 높은 무기 충전재로는, 알루미나 필러나, 산화마그네슘, 질화붕소, 질화알루미늄, 다이아몬드 등의 필러를 들 수 있다. 이들 중에서도, 알루미나 필러가 저비용인 점, 진구도를 높게 하기 쉬운 점, 내습성이 우수한 점에서 바람직하다.
또한, α선의 영향을 받기 쉬운 디바이스에 있어서의 오작동을 방지하기 위해, 언더필재에 포함되는 무기 충전재 중의 우라늄, 토륨, 그 괴변 물질로부터 방출되는 α선을 저감하는 것이 필요하다(특허문헌 2∼4). 알루미나 필러는 상기에서 예시한 실리카 필러보다 열전도율이 높은 무기 충전재 중에서는, α선의 방출량은 적지만, α선의 방출량을 더욱 저감시키는 것이 요구된다.
특허문헌 2∼4에서는, 원료로서 사용되는 수산화알루미늄 분말 중, 혹은 수산화알루미늄 분말로 제조되는 알루미나 필러 중의 우라늄, 토륨의 합계량이 10ppb 미만으로 되어 있다.
그러나, 특허문헌 2∼4에 의해 얻어지는 종래의 알루미나 필러는 레이저 회절 산란법에 의한 평균 입경 D50이 2㎛ 이상으로 크기 때문에, 3차원 실장에 사용되는 언더필재에 첨가했을 때, 당해 언더필재의 충전성이 낮기 때문에, 충전시에 보이드가 발생되기 쉬웠다.
일본 공개특허공보 평10-173103호 일본 공개특허공보 2005-248087호 일본 공개특허공보 2014-5359호 일본 공개특허공보 2011-236118호
본 발명은 상기한 종래 기술에 있어서의 문제점을 해결하기 위해, 우라늄 함유량이 낮고, 3차원 실장용의 언더필재로서 사용할 때, 당해 언더필재의 충전성이 우수하고, 또한 보이드의 발생이 억제된 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (A) 액상 에폭시 수지, (B) 경화제, (C) 알루미나 필러를 포함하는 에폭시 수지 조성물로서,
상기 (C) 알루미나 필러의 평균 입경이 0.1∼4.9㎛이며, 또한 우라늄 함유량이 0.1∼9ppb인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 (B) 경화제는 방향족 아민 경화제인 것이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서, 방향족 아민 경화제의 함유량이 상기 (A) 액상 에폭시 수지의 에폭시 당량에 대해 0.5∼1.5당량인 것이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 (C) 알루미나 필러의 함유량은 에폭시 수지 조성물의 모든 성분의 합계 질량 100질량부에 대해 45∼90질량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 경화물에 있어서의 α선량이 0.0020count/㎠·h 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 추가로, (D) 실란 커플링제를 함유해도 된다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기 (C) 알루미나 필러의 진원도가 0.9 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 포함하는 반도체 봉지제를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 포함하는 접착제를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 가열함으로써 얻어지는 수지 경화물을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 반도체 봉지재를 사용하여 봉지된 플립 칩형 반도체 소자를 갖는 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 무기 충전재로서 알루미나 필러를 사용하고 있기 때문에, 3차원 실장의 언더필재로서 사용할 때, 열 설계가 용이하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 무기 충전재로서 우라늄 함유량이 0.1∼9ppb인 알루미나 필러를 사용하고 있기 때문에, 그 경화물에 있어서의 α선량이 0.0020count/㎠·h 이하로 낮고, 언더필재로서 사용할 때, α선의 영향을 받기 쉬운 디바이스에 있어서의 오작동을 방지할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 무기 충전재로서 평균 입경이 0.1∼4.9㎛인 알루미나 필러를 사용하고 있기 때문에, 3차원 실장의 언더필재로서 사용할 때, 충전성이 양호하고, 또한 보이드의 발생이 억제된다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 이하에 나타내는 (A)∼(C) 성분을 필수 성분으로서 함유한다.
(A) 액상 에폭시 수지
(A) 성분의 액상 에폭시 수지는 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 주제를 이루는 성분이다.
본 발명에 있어서, 액상 에폭시 수지란, 상온에서 액상인 에폭시 수지를 의미한다.
본 발명에 있어서의 액상 에폭시 수지로는, 비스페놀 A형 에폭시 수지의 평균 분자량이 약 400 이하인 것; p-글리시딜옥시페닐디메틸트리스비스페놀A디글리시딜에테르와 같은 분기상 다관능 비스페놀 A형 에폭시 수지; 비스페놀 F형 에폭시 수지; 페놀노볼락형 에폭시 수지의 평균 분자량이 약 570 이하인 것; 비닐(3,4-시클로헥센)디옥사이드, 3,4-에폭시시클로헥실카르복실산(3,4-에폭시시클로헥실)메틸, 아디프산비스(3,4-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸), 2-(3,4-에폭시시클로헥실)5,1-스피로(3,4-에폭시시클로헥실)-m-디옥산과 같은 지환식 에폭시 수지; 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디글리시딜옥시비페닐과 같은 비페닐형 에폭시 수지; 헥사히드로프탈산디글리시딜, 3-메틸헥사히드로프탈산디글리시딜, 헥사히드로테레프탈산디글리시딜과 같은 글리시딜에스테르형 에폭시 수지; 디글리시딜아닐린, 디글리시딜톨루이딘, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 테트라글리시딜-m-자일릴렌디아민, 테트라글리시딜비스(아미노메틸)시클로헥산과 같은 글리시딜아민형 에폭시 수지; 및 1,3-디글리시딜-5-메틸-5-에틸히단토인과 같은 히단토인형 에폭시 수지; 나프탈렌환 함유 에폭시 수지가 예시된다. 또한, 1,3-비스(3-글리시독시프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산과 같은 실리콘 골격을 갖는 에폭시 수지도 사용할 수 있다. 추가로, (폴리)에틸렌글리콜디글리시딜에테르, (폴리)프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 부탄디올디글리시딜에테르, 네오펜틸글리콜디글리시딜에테르, 시클로헥산디메탄올디글리시딜에테르와 같은 디에폭시드 화합물; 트리메틸올프로판트리글리시딜에테르, 글리세린트리글리시딜에테르와 같은 트리에폭시드 화합물 등도 예시된다.
그 중에서도, 바람직하게는 액상 비스페놀형 에폭시 수지, 액상 아미노페놀형 에폭시 수지, 실리콘 변성 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지이다. 더욱 바람직하게는, 액상 비스페놀 A형 에폭시 수지, 액상 비스페놀 F형 에폭시 수지, p-아미노페놀형 액상 에폭시 수지, 1,3-비스(3-글리시독시프로필)테트라메틸디실록산, 나프탈렌형 에폭시 수지이다.
(A) 성분으로서의 액상 에폭시 수지는 단독이어도, 2종 이상 병용해도 된다.
또한, 상온에서 고체인 에폭시 수지여도, 액상의 에폭시 수지와 병용함으로써, 혼합물로서 액상을 나타내는 경우는 사용할 수 있다.
(B) 경화제
(B) 성분의 경화제는 에폭시 수지의 경화제이면 특별히 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있고, 아민계 경화제, 산무수물계 경화제 및 페놀계 경화제 모두 사용할 수 있다.
아민계 경화제의 구체예로는, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타민, m-자일렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민 등의 지방족 폴리아민, 이소포론디아민, 1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 비스(4-아미노시클로헥실)메탄, 노보넨디아민, 1,2-디아미노시클로헥산 등의 지환식 폴리아민, N-아미노에틸피페라진, 1,4-비스(2-아미노-2-메틸프로필)피페라진 등의 피페라진형의 폴리아민, 디에틸톨루엔디아민, 디메틸티오톨루엔디아민, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 비스(메틸티오)톨루엔디아민, 디아미노디페닐메탄, m-페닐렌디아민, 디아미노디페닐술폰, 디에틸톨루엔디아민, 트리메틸렌비스(4-아미노벤조에이트), 폴리테트라메틸렌옥시드-디-p-아미노벤조에이트 등의 방향족 폴리아민류를 들 수 있다. 또한, 시판품으로서, T-12(상품명, 산요 화성 공업 제조)(아민 당량 116)를 들 수 있다.
산무수물계 경화제의 구체예로는, 메틸테트라히드로프탈산 무수물, 메틸헥사히드로프탈산 무수물, 메틸테트라히드로프탈산 무수물 등의 알킬화 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸하이믹산 무수물, 알케닐기로 치환된 숙신산 무수물, 메틸나딕산 무수물, 글루타르산 무수물 등이 예시된다.
페놀계 경화제의 구체예로는, 페놀성 수산기를 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머 전반을 가리키고, 예를 들면 페놀노볼락 수지 및 그 알킬화물 또는 알릴화물, 크레졸노볼락 수지, 페놀아랄킬(페닐렌, 비페닐렌 골격을 포함한다) 수지, 나프톨아랄킬 수지, 트리페놀메탄 수지, 디시클로펜타디엔형 페놀 수지 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 아민계 경화제가 내습성 및 내열 사이클성이 우수한 점에서 바람직하고, 그 중에서도, 디에틸톨루엔디아민, 디메틸티오톨루엔디아민, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄 등의 방향족 아민 경화제가 내열성, 기계적 특성, 밀착성, 전기적 특성, 내습성의 관점에서 바람직하다. 또한, 상온에서 액상을 나타내는 점도, 본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서의 에폭시 수지의 경화제로서 바람직하다.
(B) 성분의 경화제는 단독이어도, 2종 이상 병용해도 된다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, (B) 성분의 경화제의 배합 비율은 특별히 한정되지 않지만, 방향족 아민 경화제의 경우, (A) 성분의 액상 에폭시 수지의 에폭시기 1당량에 대해 0.5∼1.5당량인 것이 바람직하고, 0.7∼1.3당량인 것이 보다 바람직하다.
(C) 알루미나 필러
(C) 성분의 알루미나 필러는 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 언더필재로서 사용할 때, 봉지된 부위의 내습성 및 내열 사이클성, 특히 내열 사이클성을 향상시키는 목적으로 첨가된다. 알루미나 필러의 첨가에 의해 내열 사이클성이 향상되는 것은 선팽창 계수를 낮춤으로써, 열 사이클에 의한 에폭시 수지 조성물의 경화물의 팽창·수축을 억제할 수 있기 때문이다.
(C) 성분으로서 알루미나 필러를 사용하는 것은 상술한 바와 같이, 실리카 필러에 비해, 열전도율이 높기 때문에, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용할 때, 열 설계가 용이해지기 때문이다. 또한, 상기에서 예시한 실리카 필러보다 열전도율이 높은 다른 무기 충전재에 비해 저비용이며, 진구도를 높게 하기 쉽고, 내습성이 우수하기 때문이다.
또한, α선의 영향을 받기 쉬운 디바이스에 있어서의 오작동을 방지하기 위해, 언더필재에 포함되는 무기 충전재 중의 우라늄, 토륨, 그 괴변 물질로부터 방출되는 α선을 저감시키는 것이 필요하다(특허문헌 2∼4).
본 발명의 에폭시 수지 조성물에 있어서, (C) 성분의 알루미나 필러는 평균 입경이 0.1∼4.9㎛이다. 그 이유는 3차원 실장용의 언더필재로서 사용할 때, 충전성이 우수하고, 또한 보이드의 발생이 억제되기 때문이다. (C) 성분의 알루미나 필러의 평균 입경이 0.1㎛ 미만이면, 에폭시 수지 조성물의 점도가 매우 높아지기 때문에, 3차원 실장용의 언더필재로서 사용할 때, 충전성, 작업성이 악화된다.
한편, (C) 성분의 알루미나 필러의 평균 입경이 4.9㎛ 초과이면, 3차원 실장용의 언더필재로서 사용할 때, 큰 입자가 갭 사이에 막힘으로써, 충전 불량이 발생할 우려가 있다. 또한, 충전되었다고 해도, 충전시에 보이드를 말려 들게 하기 때문에 부적절하다.
(C) 성분의 알루미나 필러의 평균 입경은 0.1∼3.0㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.1∼1.7㎛인 것이 더욱 바람직하다.
(C) 성분의 알루미나 필러의 형상은 특별히 한정되지 않고, 입상, 분말상, 인편 등 중 어느 형태여도 된다. 또한, 알루미나 필러의 형상이 입상 이외인 경우, 알루미나 필러의 평균 입경이란 알루미나 필러의 평균 최대 직경을 의미한다.
단, (C) 성분의 알루미나 필러의 진원도가 0.9 이상인 것이 에폭시 수지 조성물 중에서의 알루미나 필러의 분산성 및 3차원 실장용의 언더필재로서 사용할 때의 주입성이 향상됨과 함께, 알루미나 필러를 보다 최밀 충전 상태에 가깝게 한다는 관점에서 바람직하다. 본 명세서에 있어서의 「진원도」는 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 2차원상에 있어서의 「입자의 최대 직경에 대한 최소 직경의 비」라고 정의한다. 즉, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 2차원상에 있어서의 최대 직경에 대한 최소 직경의 비가 0.9 이상인 것을 가리킨다.
상술한 바와 같이, 알루미나 필러는 실리카 필러에 비해, 열전도율이 높기 때문에, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용할 때, 열 설계가 용이해진다.
그러나, 알루미나 필러는 그 제조 원료인 보크사이트가 불가피 불순물로서 우라늄을 함유하고, 제조된 알루미나 필러도 불가피 불순물로서 우라늄을 함유하기 때문에, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용한 경우에, 우라늄으로부터 방출되는 α선에 의해 디바이스가 오작동할 우려가 있다.
본 발명의 수지 조성물에서는, (C) 성분의 알루미나 필러의 우라늄 함유량이 0.1∼9ppb이기 때문에, 수지 조성물의 경화물로부터의 α선량이 디바이스를 오작동시키지 않는 정도까지 저감된다. 구체적으로는, 수지 조성물의 경화물로부터의 α선량이 0.0020count/㎠·h 이하로 저감된다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, (C) 성분의 알루미나 필러의 우라늄 함유량이 0.1∼4.9ppb 이하인 것이 바람직하다.
특허문헌 2∼4에 기재된 방법에 의하면, 수산화알루미늄 분말로부터, 우라늄, 토륨의 합계량이 10ppb 미만인 알루미나 필러를 제조할 수 있지만, 이 알루미나 필러는 레이저 회절 산란법에 의한 평균 입경 D50이 2㎛ 이상이며, 평균 입경이 0.1∼4.9㎛인 알루미나 필러를 제조할 수 없었다.
평균 입경이 0.1∼4.9㎛, 또한 우라늄 함유량이 0.1∼9ppb인 알루미나 필러는 예를 들면, 일본 공개특허공보 2002-285003호, 일본 공개특허공보 2003-119019호, VMC법(Vapourized Metal Combution Method)에 의해 제조할 수 있다. VMC법이란, 산소를 포함하는 분위기 내에 있어서 버너에 의해 화학염을 형성하고, 이 화학염 중에 목적으로 하는 산화물 미립자(여기에서는, 알루미나 필러, 이하 동일)의 일부를 형성하는 금속(여기에서는, Al, 이하 동일) 분말을 분진운이 형성되는 정도의 양을 투입하고, 폭연을 일으키게 하여 산화물 미립자를 합성하는 방법이다.
VMC법의 작용에 대해 설명하면 이하와 같다. 우선, 용기 중에 반응 가스인 산소를 함유하는 가스를 충만시키고, 이 반응 가스 중 화학염을 형성한다. 이어서, 이 화학염에 금속 분말을 투입하고 고농도(500g/㎥ 이상)의 분진운을 형성한다. 그러면, 화학염에 의해 금속 분말 표면에 열에너지가 부여되고, 금속 분말의 표면 온도가 상승하고, 금속 분말 표면으로부터 금속의 증기가 주위에 퍼진다. 이 금속 증기 분말이 산소 가스와 반응하여 발화하고 화염을 발생시킨다. 이 화염에 의해 발생한 열은 더욱 금속 분말의 기화를 촉진하고, 발생한 금속 증기와 반응 가스가 혼합되어 연쇄적으로 발화 전파된다. 이 때, 금속 분말 자체도 파괴되어 비산하고, 화염 전파를 재촉한다. 연소 후에 생성 가스가 자연 냉각됨으로써, 산화물 미립자의 운이 발생한다. 얻어진 산화물 미립자는 전기 집진기 등에 의해 대전시켜 포획할 수 있다.
VMC법은 분진 폭발의 원리를 이용하는 것이며, 순식간에 대량의 산화물 미립자가 얻어지고, 그 미립자는 대략 진구의 형상을 이룬다. 투입되는 분말의 입경, 투입량, 화염 온도 등을 조정함으로써, 미립자의 입경을 조정하는 것이 가능하고, 평균 입경이 0.1∼4.9㎛인 알루미나 필러를 합성 가능하다.
본 발명의 수지 조성물에 있어서, (C) 성분의 알루미나 필러의 함유량은 수지 조성물의 모든 성분의 합계 질량 100질량부에 대해 45∼90질량부인 것이 바람직하다.
(C) 성분의 알루미나 필러의 함유량이 45질량부 미만이면, 수지 조성물의 선팽창 계수가 커지고, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용한 경우에, 봉지된 부위의 내열 사이클성이 저하된다.
한편, (C) 성분의 알루미나 필러의 함유량이 90질량부 초과이면, 수지 조성물의 점도가 증가하고, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용한 경우에, 플립 칩 패키지용 액상 봉지재로서 사용한 경우에, 반도체 소자와 기판의 갭에 대한 주입성이 저하된다.
(C) 성분의 알루미나 필러의 함유량은 수지 조성물의 모든 성분의 합계 질량 100질량부에 대해 50∼80질량부인 것이 보다 바람직하고, 55∼75질량부인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기 (A)∼(C) 성분 이외에, 이하에서 기술하는 성분을 필요에 따라 함유해도 된다.
(D) 커플링제
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용할 때의 밀착성을 향상시키기 위해, (D) 성분으로서 커플링제를 함유해도 된다.
(D) 성분의 커플링제로는 에폭시계, 아미노계, 비닐계, 메타크릴계, 아크릴계, 메르캅토계 등의 각종 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 에폭시계 실란 커플링제가 에폭시 수지 조성물을 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용할 때의 밀착성 및 기계적 강도를 향상시키는 효과가 우수한 점에서 바람직하다.
에폭시계 실란 커플링제의 구체예로는, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란(상품명: KBM-303, 신에츠 화학 주식회사 제조), 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란(상품명: KBM-402, 신에츠 화학 주식회사 제조), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(상품명: KBM-403, 신에츠 화학 주식회사 제조), 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, (상품명: KBE-402, 신에츠 화학 주식회사 제조), 3-글리시독시프로필트리에톡시실란(상품명: KBE-403, 신에츠 화학 주식회사 제조) 등을 들 수 있다.
(D) 성분으로서 실란 커플링제를 함유시키는 경우, (A) 성분의 액상 에폭시 수지 및 (B) 성분의 경화제의 합계 질량에 대한 질량 백분율로 0.1∼3.0질량％인 것이 바람직하고, 0.3∼2.0질량％인 것이 보다 바람직하고, 0.5∼1.5질량％인 것이 더욱 바람직하다.
(E) 경화 촉진제
본 발명의 액상 봉지재는 (E) 성분으로서 경화 촉진제를 함유해도 된다. (B) 성분의 경화제로서 산무수물계 경화제나 페놀계 경화제를 사용하는 경우는, (E) 성분으로서 경화 촉진제를 함유하는 것이 바람직하다.
(E) 성분으로서의 경화 촉진제는 에폭시 수지의 경화 촉진제이면 특별히 한정되지 않고, 공지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 이미다졸계 경화 촉진제(마이크로 캡슐형, 에폭시 어덕트형을 포함한다), 제3급 아민계 경화 촉진제, 인 화합물계 경화 촉진제 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 이미다졸계 경화 촉진제가 반도체 수지 봉지재의 다른 성분과의 상용성 및 반도체 수지 봉지재의 경화 속도라는 점에서 우수한 관점에서 바람직하다.
이미다졸계 경화 촉진제의 구체예로는, 2-메틸이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 마이크로 캡슐형 이미다졸이나, 에폭시 어덕트형 이미다졸로 불리는 캡슐화 이미다졸도 사용할 수 있다. 즉, 이미다졸 화합물을 요소나 이소시아네이트 화합물로 어덕트하고, 추가로 그 표면을 이소시아네이트 화합물로 블록함으로써 캡슐화한 이미다졸계 잠재성 경화제나, 이미다졸 화합물을 에폭시 화합물로 어덕트하고, 추가로 그 표면을 이소시아네이트 화합물로 블록함으로써 캡슐화한 이미다졸계 잠재성 경화제도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 노바큐어 HX3941HP, 노바큐어 HXA3042HP, 노바큐어 HXA3922HP, 노바큐어 HXA3792, 노바큐어 HX3748, 노바큐어 HX3721, 노바큐어 HX3722, 노바큐어 HX3088, 노바큐어 HX3741, 노바큐어 HX3742, 노바큐어 HX3613(모두 아사히 카세이 케미칼즈사 제조, 상품명)등, 아미큐어 PN-40J(아지노모토 파인테크노 주식회사 제조, 상품명), 후지큐어 FXR-1121 (후지 화성 공업 주식회사 제조, 상품명)를 들 수 있다.
(그 밖의 배합제)
본 발명의 액상 봉지재는 상기 (A)∼(E) 성분 이외의 성분을 필요에 따라 추가로 함유해도 된다. 이러한 성분의 구체예로는, 엘라스토머, 경화 촉진제, 금속 착체, 레벨링제, 착색제, 이온 트랩제, 소포제, 난연제 등을 배합할 수 있다. 각 배합제의 종류, 배합량은 통상의 방법과 같다.
(에폭시 수지 조성물의 조제)
본 발명의 액상 봉지재는 상기 (A)∼(C) 성분 및 함유시키는 경우에는 추가로 (D) 성분, (E) 성분, 그리고 추가로 필요에 따라 배합하는 그 밖의 배합제를 혼합하고, 교반하여 조제된다.
혼합 교반은 롤밀을 이용하여 행할 수 있지만, 물론 이에 한정되지 않는다. (A) 성분의 에폭시 수지가 고형인 경우에는, 가열 등에 의해 액상화 내지 유동화하여 혼합하는 것이 바람직하다.
각 성분을 동시에 혼합해도, 일부 성분을 먼저 혼합하고, 잔여 성분을 나중에 혼합하는 등 적절히 변경해도 지장 없다.
다음으로, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 특성에 대해 기술한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상온(25℃)에서의 점도가 200Pa·s 이하인 것이 바람직하고, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용할 때에 주입성이 양호하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상온(25℃)에서의 점도가 150Pa·s 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 가열 경화물의 유리 전이 온도(Tg)가 50℃ 이상인 것이 바람직하고, 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용한 경우에, 언더필재로 봉지된 부위가 내열 사이클성이 우수하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 가열 경화물의 유리 전이 온도(Tg)가 80℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 가열 경화물의 열전도율이 0.3W/(m·K) 이상인 것이 바람직하고, 3차원 실장의 언더필재로서 사용할 때, 열 설계가 용이하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 가열 경화물의 열전도율이 0.5W/(m·K) 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.7W/(m·K) 이상인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 경화물에 있어서의 α선량이 0.0020count/㎠·h 이하인 것이 바람직하고, 3차원 실장의 언더필재로서 사용할 때, α선의 영향을 받기 쉬운 디바이스에 있어서의 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 경화물에 있어서의 α선량이 0.0015count/㎠·h 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.0010count/㎠·h 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 3차원 실장에 사용되는 언더필재로서 사용한 경우에, 캐필러리 플로우에 의한 주입성이 양호하다. 구체적으로는, 후술하는 실시예에 기재된 순서로 갭에 대한 주입성을 평가했을 때, 20㎛ 갭에 대한 주입 시간이 800초 이하인 것이 바람직하고, 750초 이하인 것이 보다 바람직하고, 650초 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 갭의 주입시에 보이드가 발생하는 경우가 없다.
다음으로, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 사용 방법을 언더필재로서의 사용을 들어 설명한다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 언더필재로서 사용하는 경우, 이하의 순서로 기판과 반도체 소자 사이의 갭에 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 충전한다.
기판을 예를 들면, 70∼130℃에서 가열하면서, 반도체 소자의 일단에 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 도포하면, 모세관 현상에 의해 기판과 반도체 소자 사이의 갭에 본 발명의 에폭시 수지 조성물이 충전된다. 이 때, 본 발명의 에폭시 수지 조성물의 충전에 필요로 하는 시간을 짧게 하기 위해, 기판을 경사시키거나 당해 갭 내외에 압력 차를 발생시켜도 된다.
당해 갭에 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 충전시킨 후, 당해 기판을 소정 온도에서 소정 시간, 구체적으로는 80∼200℃에서 0.2∼6시간 가열하고, 에폭시 수지 조성물을 가열 경화시킴으로써, 당해 갭을 봉지한다.
본 발명의 반도체 장치는 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 언더필재로서 사용하고, 상기의 순서로 봉지 부위, 즉 기판과 반도체 소자 사이의 갭을 봉지한 것이다. 여기서 봉지를 행하는 반도체 소자로는, 집적 회로, 대규모 집적 회로, 트랜지스터, 사이리스터 및 다이오드 및 콘덴서 등으로 특별히 한정되는 것은 아니다.
단, 상술한 가열 경화물의 열전도율의 높이에 의해, 베어 칩을 적층한 3차원 패키지(예를 들면, 스택형 CSP)를 이용한 것이나, 반도체 칩을 독립된 단독의 가패키지로 한 후에 이를 복수 중첩시켜 3차원화를 도모한 패키지 적층 3차원 모듈을 이용한 것 등 3차원 실장 구조를 갖는 반도체 장치인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 접착제, 솔더 레지스트 등의 용도에도 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1∼4, 비교예 1∼2)
하기 표에 나타내는 배합 비율이 되도록, 롤밀을 이용하여 원료를 혼련하고, 실시예 1∼4, 비교예 1∼2의 에폭시 수지 조성물을 조제하였다. 또한, 표 중의 각 조성에 관한 수치는 질량부를 나타내고 있다.
(A) 에폭시 수지
에폭시 수지 A1: 비스페놀 F형 에폭시 수지, 제품명 YDF8170, 신닛테츠 화학 주식회사 제조, 에폭시 당량 158g/eq
(B) 경화제
경화제 B1: 아민계 경화제, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸디페닐메탄, 제품명 카야하드 A-A, 닛폰 카야쿠 주식회사 제조
(C) 알루미나 필러
알루미나 필러 C1: 평균 입경 0.7㎛, 우라늄 함유량 0.1ppb
알루미나 필러 C2: 평균 입경 0.7㎛, 우라늄 함유량 3ppb
알루미나 필러 C3: 평균 입경 0.7㎛, 우라늄 함유량 9ppb
알루미나 필러 C4: 평균 입경 0.7㎛, 우라늄 함유량 16ppb
알루미나 필러 C5: 평균 입경 4.9㎛, 우라늄 함유량 9ppb
알루미나 필러 C6: 평균 입경 5㎛, 우라늄 함유량 9ppb
(D) 커플링제
커플링제 D1: 에폭시계 실란 커플링제(3-글리시독시프로필트리메톡시실란), 제품명 KBM403(신에츠 화학 공업 주식회사 제조)
조제한 에폭시 수지 조성물을 평가용 시료로서 이하의 평가를 실시하였다.
(점도)
브룩필드 점도계를 이용하여, 액체의 온도 25℃, 50rpm으로 조제 직후의 평가용 시료의 점도를 측정하였다.
(유리 전이 온도(Tg))
평가용 시료를 165℃에서 120min 가열 경화시키고, 8㎜φ×200㎜의 원기둥 형상으로 성형한 경화물에 대해, 브루커 ASX 제조 TMA4000SA를 이용하고, TMA법에 의해 유리 전이 온도를 측정하였다.
(열전도율)
하기 순서로 평가용 시료의 경화물의 열전도율을 측정하였다.
평가용 시료를 165℃에서 120min 가열 경화시킨 수지 경화물을 10㎜×10㎜로 커트하고, 열전도율 측정 장치(LFA447 나노 플래시, NETZSCH사 제조)를 이용하여 열전도율의 측정을 행하였다.
(주입성)
2장의 유리 기판 사이에 알루미늄 테이프를 이용하여 20㎛의 갭을 형성하고, 반도체 소자 대신에 유리판을 고정한 시험편을 제작하였다. 이 시험편을 110℃로 설정한 핫 플레이트 상에 두고, 유리판의 일단측에 평가용 시료를 도포하고, 주입 거리가 20㎜에 달할 때까지의 시간을 측정하였다. 이 순서를 2회 실시하고, 측정값의 평균값을 주입 시간의 측정값으로 했다.
또한, 주입된 평가용 시료에 있어서의 보이드의 유무를 육안에 의해 확인하였다.
Figure pct00001
실시예 1∼4는 모두 상온(25℃)에서의 점도가 200Pa·s 이하이고, 가열 경화물의 Tg가 200℃ 이하이고, 열전도율이 0.3W/(m·K) 이상이고, α선량이 0.020count/㎠·h 이하이고, 20㎛ 갭에 대한 주입 시간이 800초 이하이고, 주입시에 보이드가 확인되지 않았다. (C) 성분의 알루미나 필러의 우라늄 함유량이 9ppb 초과인 비교예 1은 경화물에 있어서의 α선량이 0.020count/㎠·h 초과였다. (C) 성분의 알루미나 필러의 평균 입경이 4.9㎛ 초과인 비교예 2는 20㎛ 갭에 대한 주입 시간이 800초 초과이며, 주입시에 보이드가 확인되었다.

Claims (11)

  1. (A) 액상 에폭시 수지, (B) 경화제, (C) 알루미나 필러를 포함하는 에폭시 수지 조성물로서,
    상기 (C) 알루미나 필러의 평균 입경이 0.1∼4.9㎛이며, 또한 우라늄 함유량이 0.1∼9ppb인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (B) 경화제가 방향족 아민 경화제인 에폭시 수지 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방향족 아민 경화제의 함유량이 상기 (A) 액상 에폭시 수지의 에폭시 당량에 대해 0.5∼1.5당량인 에폭시 수지 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (C) 알루미나 필러의 함유량이 에폭시 수지 조성물의 모든 성분의 합계 질량 100질량부에 대해 45∼90질량부인 에폭시 수지 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    경화물에 있어서의 α선량이 0.0020count/㎠·h 이하인 에폭시 수지 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로, (D) 실란 커플링제를 함유하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (C) 알루미나 필러의 진원도가 0.8 이상인 에폭시 수지 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물을 포함하는 반도체 봉지제.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물을 포함하는 접착제.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 에폭시 수지 조성물을 가열함으로써 얻어지는 수지 경화물.
  11. 제 8 항의 반도체 봉지재를 사용하여 봉지된 플립 칩형 반도체 소자를 갖는 반도체 장치.
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