KR20200013384A

KR20200013384A - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자

Info

Publication number: KR20200013384A
Application number: KR1020180088535A
Authority: KR
Inventors: 권기혁
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2020-02-07
Also published as: KR102194875B1

Abstract

에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제, 소정의 실리콘계 화합물, 및 실리콘계 수지를 포함한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용해 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.

Description

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

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 반도체 소자를 포장하고 반도체 장치를 얻는 방법으로는 에폭시 수지 조성물의 트랜스퍼(transfer) 성형이 저비용, 대량 생산에 적합하다는 점에서 널리 사용되고 있다. 에폭시 수지나 경화제인 페놀 수지의 개량에 의하여 반도체 장치의 특성 및 신뢰성의 향상이 도모될 수 있다.

그러나, 요즘 전자기기가 점차 소형화, 경량화, 고성능화되는 추세에 따라 반도체의 고집적화도 매년 가속화되고 있다. 또한, 반도체 장치의 표면 실장화에 대한 요구도 늘어감에 따라 종래의 에폭시 수지 조성물로는 해결할 수 없는 문제들이 발생하고 있다. 기판과 조성물 사이의 열팽창, 열수축에 의한 패키지의 휨(warpage) 현상으로 인한 문제와 고탄성 경화물에 의한 칩 파손 및 불량 문제 개선을 위한 저수축, 저탄성 물성을 필요로 하고 있다.

기판상의 편면만을 수지 조성물로 밀봉한 패키지에서 휨을 감소시키는 방법으로는 수지 조성물의 경화 수축을 적게 하는 방법이 알려져 있다. 유기 기판에서는 BT(bismaleimide triazine) 수지나 폴리이미드 수지와 같이 높은 유리전이온도(T_g)의 수지가 널리 이용되고 있다. 이들은 수지 조성물의 성형 온도인 170℃ 부근보다 높은 T_g를 가진다. 이 경우, 성형 온도로부터 실온까지의 냉각 과정에서는 수지 조성물의 선팽창계수가 α1의 영역만으로 수축한다. 따라서, 수지 조성물도 T_g가 높고, 또한 그 α1이 회로 기판과 같고, 또한 경화 수축이 제로이면 휨은 거의 제로가 된다고 생각된다.

또, 휨을 감소시키기 위해서 기판의 선팽창계수와 수지 경화물의 선팽창계수를 근접시키는 방법이 알려져 있다. 용융 점도가 낮은 수지를 이용해 무기 충전제의 배합량을 높임으로써 α1을 기판에 근접시키거나 선팽창계수를 낮출 수 있다고 알려진 나프탈렌 골격을 수지에 도입하는 방법도 제안되고 있다.

그러나, 이러한 수지 조성물에서도 해결해야 할 문제들이 나타나고 있다. 무기 충전제의 비율이 높아지면 유동성 및 성형성이 저하되기 쉽고, 탄성률(modulus)을 증가시키며, 경화 수축을 감소시키기 위해 높은 T_g를 갖는 수지 조성물을 사용하게 되면 일반적으로 탄성률이 크게 증가하여 열이나 충격에 의한 외부 스트레스에 취약하게 된다.

본 발명의 목적은 탄성률이 낮으며 휨 특성을 개선한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것이다.

일 측면에 따르면, 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제, 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘계 화합물 및 실리콘계 수지를 포함한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다:

<화학식 1>

상기 화학식 1 중,

R₁ 및 R₂는 서로 독립적으로 C₁-C₃알킬기 중에서 선택되고,

n1은 4 내지 10의 정수 중에서 선택된다.

상기 화학식 1 중, R₁ 및 R₂는 메틸기일 수 있다.

상기 화학식 1 중, n1은 5일 수 있다.

상기 실리콘계 수지는 하기 화학식 2 내지 5 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위; 및 하기 화학식 6 내지 8 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위를 포함할 수 있다:

<화학식 2>

(R¹¹R¹²R¹³SiO_1/2)

(상기 화학식 2 중, R¹¹ 내지 R¹³은 서로 독립적으로 유기기이다)

<화학식 3>

(R¹⁴R¹⁵SiO_2/2)

(상기 화학식 3 중, R⁴ 및 R⁵는 서로 독립적으로 유기기이다)

<화학식 4>

(R¹⁶SiO_3/2)

(상기 화학식 4 중, R¹⁶은 유기기이다)

<화학식 5>

(SiO_4/2)

<화학식 6>

(R¹⁷ _a(OH)_3-aSiO_1/2)

(상기 화학식 6 중, a는 0, 1 또는 2이고, R¹⁷은 유기기이고, R¹⁷이 복수 개 포함될 경우 R¹⁷은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)

<화학식 7>

(R¹⁸ _b(OH)_2-bSiO_2/2)

(상기 화학식 7 중, b는 0 또는 1이고, R¹⁸은 유기기이고, R¹⁸이 복수 개 포함될 경우 R¹⁸은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)

<화학식 8>

((OH)SiO_3/2).

상기 실리콘계 수지는 상기 화학식 4의 구성 단위; 및 상기 화학식 6 내지 8 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위를 포함할 수 있다.

상기 화학식 2 내지 화학식 4, 화학식 6 및 화학식 7 중, R¹¹ 내지 R¹⁸은 서로 독립적으로 메틸기 또는 페닐기일 수 있다.

상기 실리콘계 화합물 대 상기 실리콘계 수지의 중량비는 4:1 내지 1:4일 수 있다.

상기 실리콘계 화합물 대 상기 실리콘계 수지의 중량비는 1:2 내지 1:4일 수 있다.

상기 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.5 내지 3 중량%의 함량으로 존재할 수 있다.

상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%, 상기 경화제 0.1 내지 13 중량%, 상기 무기 충전제 70 내지 95 중량%, 상기 실리콘계 화합물 0.1 내지 2.5 중량% 및 상기 실리콘계 수지 0.1 내지 2.5 중량%를 포함할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자가 제공된다.

본 발명은 탄성률이 낮으며 휨 특성을 개선할 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.

본 발명은 상기와 같은 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하였다.

본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

일 측면에 따르면, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제, 실리콘계 화합물 및 실리콘계 수지를 포함한다. 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 실리콘계 화합물 및 실리콘계 수지를 동시에 포함함으로써 탄성률을 낮추고 휨 특성을 개선할 수 있다.

이하, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 각 성분에 대해 보다 상세히 설명한다.

에폭시 수지

에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 에폭시 수지들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 에폭시 수지는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시바이페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 일 구현예에 따르면, 에폭시 수지는 페놀아랄킬형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.

에폭시 수지는 경화성 측면을 고려할 때 에폭시 당량이 100 내지 500g/eq인 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 상기 범위에서 경화도를 높일 수 있다.

에폭시 수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제 및 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물 형태로 사용할 수도 있다.

에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.5 내지 20 중량%, 예를 들어 1 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다

경화제

경화제는 반도체 소자 밀봉용으로　일반적으로 사용되는 경화제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 경화제는 페놀성 경화제를 사용할 수 있고, 예를 들면 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지,　페놀노볼락형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 자일록(xylok)형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형　페놀 수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 페놀성 경화제는 다관능형 페놀 수지를 사용할 수 있다.

경화제는 경화성 측면을 고려할 때 수산기 당량이 90 내지 250g/eq가 될 수 있다. 상기 범위에서 경화도를 높일 수 있다.

경화제는 각각 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제 및 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물로도 사용할 수 있다.

경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 13 중량%, 예를 들면 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않는 효과가 있을 수 있다.

에폭시 수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 경화제에 대한　에폭시 수지의 화학 당량비가 0.95 내지 3일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 경화제에 대한　에폭시 수지의 화학 당량비는 1 내지 2(예를 들면, 1 내지 1.75)일 수 있다. 에폭시 수지와 경화제의 당량비가 상기의 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물의 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있다.

무기 충전제

무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성 및 저응력화를 향상시키기 위한 것이다. 무기 충전제는 반도체 밀봉에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 충전제로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.

일 구현예에 따르면, 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 사용할 수 있다. 용융 실리카는 진 비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다.

무기 충전제의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경(D₅₀) 10 내지 70㎛, 예를 들어 15 내지 55㎛가 될 수 있다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛ 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다. 상기 평균 입경(D₅₀)은 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 평가할 수 있다.

무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온 강도 등의 요구 물성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 70 내지 95 중량%(예를 들면, 80 내지 90 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 유동성 및 신뢰성을 확보하는 효과가 있을 수 있다.

실리콘계 화합물과 실리콘계 수지

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘계 화합물과 실리콘계 수지를 동시에 포함함으로써 탄성률을 저감시키고 휨 특성을 개선할 수 있다.

실리콘계 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다:

<화학식 1>

.

상기 화학식 1 중, R₁ 및 R₂는 서로 독립적으로 C₁-C₃알킬기 중에서 선택된다. 일 구현예에 따르면, 상기 R₁ 및 R₂는 메틸기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 화학식 1 중, n1은 4 내지 10의 정수 중에서 선택된다. 일 구현예에 따르면, 상기 n1은 5일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

실리콘계 화합물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.1 내지 2.5 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 화합물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.2 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 실리콘계 화합물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.3 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.

실리콘계 수지는 유기폴리실록산 수지일 수 있다. 실리콘계 수지는 하기 화학식 2 내지 5 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위; 및 하기 화학식 6 내지 8 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위를 포함할 수 있다:

<화학식 2>

(R¹¹R¹²R¹³SiO_1/2)

<화학식 3>

(R¹⁴R¹⁵SiO_2/2)

<화학식 4>

(R¹⁶SiO_3/2)

(상기 화학식 4 중, R¹⁶은 유기기이다)

<화학식 5>

(SiO_4/2)

<화학식 6>

(R¹⁷ _a(OH)_3-aSiO_1/2)

<화학식 7>

(R¹⁸ _b(OH)_2-bSiO_2/2)

<화학식 8>

((OH)SiO_3/2).

일 구현예에 따르면, 실리콘계 수지는 상기 화학식 4의 구성 단위(T 단위); 및 상기 화학식 6 내지 8 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위를 포함할 수 있다.

상기 화학식 2 내지 화학식 4, 화학식 6, 및 화학식 7 중, R¹¹ 내지 R¹⁸에서 유기기는 탄화수소기일 수 있다. 예를 들어, 상기 R¹¹ 내지 R¹⁸에서 유기기는 C₁-C₁₂탄화수소기(예를 들면, C₁-C₈탄화수소기)일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 R¹¹ 내지 R¹⁸은 서로 독립적으로 알킬기 및 아릴기 중에서 선택될 수 있다. 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기 등이 있고, 아릴기의 예로는 페닐기 등이 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 R¹¹ 내지 R¹⁸은 서로 독립적으로 메틸기 또는 페닐기일 수 있다.

실리콘계 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.1 내지 2.5 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 1 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 실리콘계 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 1.5 내지 2 중량%로 포함될 수 있다.

실리콘계 수지는 중량평균분자량이 4,000 초과 20,000 이하, 예를 들면 4,250 초과 17,500 이하, 또 다른 예를 들면 4,500 초과 15,000 이하가 될 수 있다.

실리콘계 수지는 25℃에서 고상으로서, 경화 반응 시 경화 수축을 효과적으로 억제할 수 있다.

실리콘계 수지는 상업적으로 판매되는 제품을 사용할 수 있는데, 예를 들면 KR-220L, KR-480 등을 사용할 수 있다.

실리콘계 화합물 대 실리콘계 수지의 중량비는 4:1 내지 1:4일 수 있다. 예를 들어, 실리콘계 화합물 대 실리콘계 수지의 중량비는 1:1 내지 1:4일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 실리콘계 화합물 대 상기 실리콘계 수지의 중량비는 1:2 내지 1:4일 수 있다. 상기 범위에서 탄성률을 낮추고 휨 특성을 개선할 수 있다

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 실리콘계 화합물과 실리콘계 수지의 총합은 0.5 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 실리콘계 화합물과 실리콘계 수지의 총합은 1 내지 2.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 탄성률을 낮추고 휨 특성을 개선할 수 있다

에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제, 커플링제, 이형제, 착색제, 산화방지제, 난연제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

경화 촉진제

경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 경화 촉진제로는 예를 들면,　3급 아민, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 이미다졸 화합물, 및 붕소 화합물 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 금속 화합물의 구체적인 예로는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인 화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸 화합물에는 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸　등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 붕소화합물의 구체적인 예로는 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 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.

경화 촉진제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중　0.01 내지 2 중량%, 예를 들면 0.02 내지 1.5 중량%로 포함될 수 있다.　상기의 범위에서 에폭시 수지 조성물의 경화를 촉진하고, 경화도도 좋은 장점이 있을 수 있다.

커플링제

커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여 계면 강도를 향상시키기 위한 것으로, 예를 들면 실란 커플링제일 수 있다. 실란 커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여, 에폭시 수지와 무기 충전제의 계면 강도를 향상시키는 것이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 실란 커플링제의 구체적인 예로는 에폭시 실란, 아미노 실란, 우레이도 실란, 머캅토 실란, 및 알킬 실란 등을 들 수 있다. 커플링제는 단독으로 사용할 수 있으며 병용해서 사용할 수도 있다.

커플링제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.05 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.

이형제

이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

이형제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.

착색제

착색제는 반도체 소자 밀봉재의 레이저 마킹을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 착색제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 착색제는 카본블랙, 티탄블랙, 티탄질화물, 인산수산화구리(dicopper hydroxide phosphate), 철산화물, 운모 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

착색제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.

이외에도, 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane 등의 산화방지제; 수산화알루미늄 등의 난연제　등을　필요에 따라 추가로 함유할 수 있다.

상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 상기와 같은 성분들을 헨셀　믹서(Hensel mixer)나 뢰디게 믹서(Lodige mixer)를 이용하여 소정의 배합비로 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀(roll-mill)이나 니이더(kneader)로 용융 혼련한 후, 냉각, 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법으로 제조될 수 있다.

상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자, 특히 모바일 디스플레이 또는 자동차의 지문 인식 센서에 장착되는 반도체 소자에 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이　가능하다.

다른 측면에 따르면, 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 개시된다.

이하, 실시예를 들어 본 발명의 일 구현예를 따르는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예

하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.

(A) 에폭시수지: 페놀아랄킬형 에폭시 수지, NC-3000(Nippon Kayaku社)

(B) 경화제: 다관능형 페놀 수지, MEH-7500-3S(Meiwa社)

(C) 무기 충전제: 평균 입경(D₅₀) 55㎛의 구상 용융 실리카

(D) 경화 촉진제: 트리페닐포스핀, Hokko Chemical社

(E) 실리콘계 화합물: 데카메틸시클로펜타실록산, SID2650.0(Gelest社)

(F) 실리콘계 수지: KR-480(Shin-Etsu社)

(G) 커플링제: 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, A-187(Momentive社)

(H) 이형제: 카르나우바왁스

(I) 착색제: 카본블랙, MA-100R(미츠비시화학社)

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3

상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성(단위: 중량%)에 따라 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 90℃ 내지 110℃에서 용융 혼련한 후　냉각 및 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
(A)	6.7	6.4	6.7	6.4	6.4	8.2
(B)	2.4	2.2	2.4	2.2	2.2	2.9
(C)	88	88	88	88	88	88
(D)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
(E)	0.5	0.5	1.5	2.5	0	0
(F)	1.5	2.0	0.5	0	2.5	0
(G)	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
(H)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
(I)	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

물성 평가 방법

(1) 유동성(단위: inch): EMMI-1-66에 준하여 평가용 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm²에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 유동 길이를 측정하였다.

(2) 선팽창 계수(단위: ppm/℃): ASTM D696에 의해 평가하였다. 유리전이온도 이하의 온도에서의 선팽창계수를 CTE1, 유리전이온도 초과의 온도에서의 선팽창계수를 CTE2로 나타냈다.

(3) 수축률(단위: %): 굴곡 강도 시편 제작용 ASTM 금형을 사용하여 175℃, 70kgf/cm²에서 트랜스퍼 몰딩 프레스(transfer molding press)를 이용하여 성형 시편(125mm×12.6mm×6.4mm)을 얻었다. 얻은 시편을 175℃의 오븐에 넣어 600초 동안 후경화(PMC: post molding cure)시킨 다음 냉각한 후 시험편의 길이를 캘리퍼스로 측정하였다. 수축률은 다음과 같은 식 1로부터 계산하였다.

<식 1>

수축률(%) = (175℃에서의 금형 길이 - 시험편의 길이) ÷ (175℃에서의 금형 길이) × 100

(4) 탄성률(단위: 25℃에서는 GPa, 260℃에서는 MPa): 에폭시 수지 조성물에 대하여 트랜스퍼 성형기를 사용하여 금형 온도 175℃±5℃, 주입 압력 1,000psi±200psi, 경화시간 120초 조건에서 경화시켜 시편(20mm×13mm×1.6mm)을 성형하였다. 상기 시편을 175℃±5℃ 열풍 건조기에서 2시간 동안 후 경화시킨 후 동적점탄성분석기(Dynamic Mechanical Analyzer, DMA)로 Q8000(TA사)을 이용하여 탄성률을 측정하였다. 탄성률 측정 시, 승온 속도는 5℃/분으로, -10℃에서 300℃까지 승온시켰으며, 25℃, 260℃에서의 값을 탄성률로 구하였다.

(5) 휨(단위: ㎛): 실시예와 비교예에서 제조된 조성물로 8" wafer molding 성형기를 이용하여 135℃에서 600초 동안 Compression molding으로 성형시켜 8" Wafer 두께 700㎛, EMC Molding 두께 600㎛인 Bilayer로 제작하였다. 이후 제작된 패키지를 150℃에서 2시간 동안 후경화시킨 후 25℃로 냉각하였다. 이후 Bilayer로 Molding된 Wafer를 Shadow Moire를 사용하여 상면의 대각선 방향의 중심과 모서리 끝의 높이 차를 측정하였다.

		실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
유동성		48	46	53	61	29	54
선팽창 계수	CTE1	6.9	6.3	7.3	9.8	7.5	11
선팽창 계수	CTE2	27.3	25.3	30.2	44.8	33.1	48.2
수축률		0.07	0.04	0.09	0.23	0.08	0.25
탄성률	＠25℃	14.6	13.8	14.9	14.6	12.3	17.6
탄성률	＠260℃	943	883	823	974	738	1274
휨		1,236	1,082	1,256	1,424	1,212	1,836

상기 표 2로부터, 실시예 1 내지 3의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 탄성률이 낮고 휨 특성이 개선됨을 확인할 수 있었다. 반면에, 실리콘계 화합물 및 실리콘계 수지 중 하나 이상을 포함하지 않는 비교예 1 내지 비교예 3은 유동성이 너무 낮거나 휨 특성이 나쁜 결과를 나타냄을 확인할 수 있었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제, 하기 화학식 1로 표시되는 실리콘계 화합물, 및 실리콘계 수지를 포함한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
<화학식 1>

상기 화학식 1 중,
R₁ 및 R₂는 서로 독립적으로 C₁-C₃알킬기 중에서 선택되고,
n1은 4 내지 10의 정수 중에서 선택된다.
제1항에 있어서,
상기 R₁ 및 R₂는 메틸기인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 n1은 5인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 실리콘계 수지는 하기 화학식 2 내지 5 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위; 및 하기 화학식 6 내지 8 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
<화학식 2>
(R¹¹R¹²R¹³SiO_1/2)
(상기 화학식 2 중, R¹¹ 내지 R¹³은 서로 독립적으로 유기기이다)
<화학식 3>
(R¹⁴R¹⁵SiO_2/2)
(상기 화학식 3 중, R⁴ 및 R⁵는 서로 독립적으로 유기기이다)
<화학식 4>
(R¹⁶SiO_3/2)
(상기 화학식 4 중, R¹⁶은 유기기이다)
<화학식 5>
(SiO_4/2)
<화학식 6>
(R¹⁷ _a(OH)_3-aSiO_1/2)
(상기 화학식 6 중, a는 0, 1 또는 2이고, R¹⁷은 유기기이고, R¹⁷이 복수 개 포함될 경우 R¹⁷은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)
<화학식 7>
(R¹⁸ _b(OH)_2-bSiO_2/2)
(상기 화학식 7 중, b는 0 또는 1이고, R¹⁸은 유기기이고, R¹⁸이 복수 개 포함될 경우 R¹⁸은 서로 동일하거나 상이할 수 있다)
<화학식 8>
((OH)SiO_3/2).
제4항에 있어서,
상기 실리콘계 수지는 상기 화학식 4의 구성 단위; 및 상기 화학식 6 내지 8 중에서 선택된 1종 이상의 구성 단위를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제4항에 있어서,
상기 R¹¹ 내지 R¹⁸은 서로 독립적으로 메틸기 또는 페닐기인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 실리콘계 화합물 대 상기 실리콘계 수지의 중량비가 4:1 내지 1:4인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제4항에 있어서,
상기 실리콘계 화합물 대 상기 실리콘계 수지의 중량비가 1:2 내지 1:4인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 실리콘계 화합물과 상기 실리콘계 수지가 상기 에폭시 수지 조성물 중에 0.5 내지 3 중량%의 함량으로 존재하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%,
상기 경화제 0.1 내지 13 중량%,
상기 무기 충전제 70 내지 95 중량%,
상기 실리콘계 화합물 0.1 내지 2.5 중량%, 및
상기 실리콘계 수지 0.1 내지 2.5 중량%를 포함한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자.