KR20200013385A - Epoxy resin composition for encapsulating semiconductor device and semiconductor device encapsulated using the same - Google Patents
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Abstract
Description
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.An epoxy resin composition for semiconductor element sealing and a semiconductor device sealed using the same.
반도체 소자를 수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 보호하기 위한 목적으로 에폭시 수지 조성물로 반도체 소자를 밀봉하는 방법이 상업적으로 행해지고 있다. 최근에 작고 얇은 디지털 기기들이 보편화되면서, 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되어 칩의 고적층화, 고밀도화가 이루어지고 있다. 이러한 고적층, 고밀도화 반도체 소자를 소형, 박형 패키지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 반도체 작동 시 발생하는 열로 인한 패키지 오작동 및 크랙 발생 등의 빈도가 매우 높아지게 된다. 이를 해결하기 위해 방열판 등을 사용하고 있으나, 이는 일부 패키지에서만 가능하고, 공정 추가로 인한 생산성 저하 및 고비용의 단점이 있다.The method of sealing a semiconductor element with an epoxy resin composition is commercially performed for the purpose of protecting a semiconductor element from external environments, such as moisture or a mechanical shock. In recent years, as small and thin digital devices have become commonplace, the degree of integration of semiconductor devices has improved day by day, resulting in higher stacking and higher density of chips. In a resin-sealed semiconductor device in which such a highly stacked and densified semiconductor element is sealed in a small, thin package, the frequency of package malfunction and crack generation due to heat generated during semiconductor operation becomes very high. In order to solve this problem, a heat sink is used, but this is only possible in some packages, and there are disadvantages in productivity and high cost due to additional processes.
따라서, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 열전도도를 높여 패키지의 방열 특성을 향상시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, studies to improve the heat dissipation characteristics of the package by increasing the thermal conductivity of the epoxy resin composition for semiconductor element sealing has been actively conducted.
방열 특성이 향상된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 사용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.An epoxy resin composition for sealing a semiconductor device having improved heat dissipation characteristics and a semiconductor device sealed using the same are provided.
일 측면에 따르면, 에폭시 수지; 경화제; 및 실리카 및 알루미나로부터 선택된 1종 이상으로 코팅된, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자를 포함한 제1무기 충전제;를 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.According to one aspect, an epoxy resin; Curing agent; And a first inorganic filler comprising at least one metal particle selected from copper, nickel, aluminum, silver and gold, coated with at least one selected from silica and alumina. There is provided an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device. .
상기 코팅된 금속 입자의 평균입경은 0.1 내지 50㎛일 수 있다.The average particle diameter of the coated metal particles may be 0.1 to 50㎛.
상기 코팅 두께는 1 내지 100nm일 수 있다.The coating thickness may be 1 to 100nm.
상기 제1무기 충전제는 상기 에폭시 수지 조성물 중에 50 내지 95 중량% 포함될 수 있다.The first inorganic filler may be included in the epoxy resin composition 50 to 95% by weight.
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 상기 제1무기 충전제와 상이한 제2무기 충전제를 더 포함할 수 있다.The epoxy resin composition for sealing a semiconductor device may further include a second inorganic filler different from the first inorganic filler.
상기 제2무기 충전제는 실리카 및 알루미나로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The second inorganic filler may include one or more selected from silica and alumina.
상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은, 상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%, 상기 경화제 0.1 내지 13 중량%, 상기 제1무기 충전제 50 내지 95 중량%, 및 상기 제2무기 충전제 0.1 내지 49 중량%를 포함할 수 있다.The epoxy resin composition for semiconductor element sealing, 0.5 to 20% by weight of the epoxy resin, 0.1 to 13% by weight of the curing agent, 50 to 95% by weight of the first inorganic filler, and 0.1 to 49% by weight of the second inorganic filler It may include.
다른 측면에 따르면, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 제공된다.According to another aspect, a semiconductor device sealed using the epoxy resin composition for sealing a semiconductor element is provided.
상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 밀봉된 반도체 소자는 방열 특성이 우수하다.The semiconductor element sealed using the above-mentioned epoxy resin composition for semiconductor element sealing is excellent in the heat radiation characteristic.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 제1무기 충전제인 실리카로 코팅된 구리 금속 입자의 TEM 이미지(배율: (a) 5,000배, (b) 15,000배, (c) 75,000배)를 도시한다.1 shows a TEM image (magnification: (a) 5,000 times, (b) 15,000 times, (c) 75,000 times) of a copper metal particle coated with silica as the first inorganic filler according to an embodiment of the present invention. .
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
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.The terms including or having in this specification mean that there is a feature or component described in the specification, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or components.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. used in the present specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
본 명세서 중 코팅된 금속 입자의 평균입경은 Malvern社의 Zetasizer nano-ZS 장비로 수계 또는 유기계 용매에서 측정하여 Z-average 값으로 표현되는 평균입경을 의미한다.In the present specification, the average particle diameter of the coated metal particles refers to an average particle diameter expressed as a Z-average value measured in an aqueous or organic solvent using a Zetasizer nano-ZS device manufactured by Malvern.
일 측면에 따르면, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 및 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자가 실리카, 알루미나 또는 이의 조합물로 코팅된 제1무기 충전제를 포함한다.According to one aspect, the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device is an epoxy resin, a curing agent, and a first inorganic material coated with silica, alumina or a combination of one or more metal particles selected from copper, nickel, aluminum, silver and gold. Fillers.
이하, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 각 성분에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each component of the said epoxy resin composition for semiconductor element sealing is demonstrated in detail.
에폭시 수지Epoxy resin
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 바이페닐형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 에폭시 수지는 페놀아랄킬형 에폭시 수지를 사용할 수 있다.Epoxy resins can be used epoxy resins commonly used for semiconductor device sealing, it is not particularly limited. Specifically, the epoxy resin may use an epoxy compound containing two or more epoxy groups in the molecule. For example, the epoxy resin is an epoxy resin obtained by epoxidizing a condensate of phenol or alkyl phenols with hydroxybenzaldehyde, a phenol aralkyl type epoxy resin, a phenol novolak type epoxy resin, a cresol novolak type epoxy resin, a polyfunctional epoxy Resin, naphthol novolak-type epoxy resin, novolak-type epoxy resin of bisphenol A / bisphenol F / bisphenol AD, glycidyl ether of bisphenol A / bisphenol F / bisphenol AD, bishydroxy biphenyl epoxy resin, dicyclopenta Diene epoxy resins, biphenyl epoxy resins, and the like. According to one embodiment, the epoxy resin may include at least one of a biphenyl type epoxy resin, a phenol aralkyl type epoxy resin, a cresol novolac type epoxy resin, a polyfunctional epoxy resin. According to another embodiment, the epoxy resin may use a phenol aralkyl type epoxy resin.
에폭시 수지는 경화성 측면을 고려할 때 에폭시 당량이 100 내지 500g/eq인 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 상기 범위에서 경화도를 높일 수 있다.The epoxy resin may be an epoxy resin having an epoxy equivalent of 100 to 500 g / eq when considering the curability. Hardening degree can be raised in the said range.
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.Epoxy resins can be used alone or in combination, and are added to the epoxy resin in the form of compounds by preliminary reactions such as melt master batches with other components such as hardeners, curing accelerators, release agents, coupling agents and stress relief agents. Can also be used.
에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.5 내지 20 중량%, 예를 들어 3 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.The epoxy resin may be included in the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements 0.5 to 20% by weight, for example 3 to 15% by weight. In the above range, the curability of the composition may not be lowered.
경화제Hardener
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 페놀아랄킬형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 페놀노볼락형 페놀 수지 및 다관능형 페놀 수지 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지 및/또는 자일록형 페놀 수지를 사용할 수 있다.Curing agent Curing agents generally used for sealing semiconductor devices can be used, and are not particularly limited. Specifically, the curing agent may be a phenolic curing agent, for example, the phenolic curing agent is a phenol aralkyl type phenol resin, phenol novolak type phenol resin, polyfunctional type phenol resin, xylok type phenol resin, cresol novolak Type phenol resin, naphthol type phenol resin, terpene type phenol resin, dicyclopentadiene type phenol resin, novolak type phenol resin synthesized from bisphenol A and resol, tris (hydroxyphenyl) methane, dihydroxybiphenyl It may include one or more of the polyhydric phenol compound. According to one embodiment, the phenolic curing agent may use at least one of phenol aralkyl type phenol resin, xylox phenol resin, phenol novolak phenol resin and polyfunctional phenol resin. According to another embodiment, the phenolic curing agent may use phenolaralkyl type phenol resins and / or xyloxic phenol resins.
경화제는 경화성 측면을 고려할 때 수산기 당량이 90 내지 250g/eq가 될 수 있다. 상기 범위에서 경화도를 높일 수 있다.The curing agent may have a hydroxyl equivalent of 90 to 250 g / eq given the curability aspect. Hardening degree can be raised in the said range.
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.Curing agents may be used alone or in combination, respectively. Moreover, the addition agent which made the said hardening agent and other components, such as an epoxy resin, a hardening accelerator, a mold release agent, and a stress relaxation agent, and linear reaction like melt master batch can also be used as a compound.
경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 13 중량%, 바람직하게는 1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않는 효과가 있을 수 있다.The curing agent may be included in 0.1 to 13% by weight, preferably 1 to 10% by weight of the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements. There can be an effect that the curability of the composition does not decrease in the above range.
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.The blending ratio of the epoxy resin and the curing agent can be adjusted according to the requirements of mechanical properties and moisture resistance reliability in the package. For example, the chemical equivalent ratio of the epoxy resin to the curing agent may be 0.95 to 3. According to one embodiment, the chemical equivalent ratio of the epoxy resin to the curing agent may be 1 to 2 (eg, 1 to 1.75). When the equivalence ratio of an epoxy resin and a hardening | curing agent satisfy | fills the said range, the outstanding strength can be implement | achieved after hardening of an epoxy resin composition.
무기 충전제Inorganic filler
제1무기 충전제는 실리카 및 알루미나로부터 선택된 1종 이상으로 코팅된, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자를 포함한다.The first inorganic filler comprises at least one metal particle selected from copper, nickel, aluminum, silver and gold, coated with at least one selected from silica and alumina.
제1 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 포함되어 방열 효과를 극대화시키는 효과가 있다. 에폭시 수지 조성물의 방열 효과를 높이기 위하여, 높은 열전도율을 갖는 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자를 에폭시 수지 조성물에 포함시키는 경우, 금속 입자의 높은 전기전도율로 인해 반도체의 작동 불량 등이 야기되는 문제가 있다. 알루미나, 질화알루미늄(AlN) 등을 에폭시 수지 조성물에 포함시키는 경우, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자보다 열전도율이 훨씬 낮아 에폭시 수지 조성물의 열전도도를 향상시키는 데 한계가 있고, 또한 알루미나, 질화알루미늄(AlN) 등을 포함한 에폭시 수지 조성물은 흐름성이 저하되는 문제가 있다. 전기전도율이 낮은 실리카 및 알루미나로부터 선택된 1종 이상으로 코팅된 열전도율이 높은 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자는 열전도율이 높으면서 절연 특성이 우수한 효과를 갖는다. 따라서, 에폭시 수지 조성물은 제1무기 충전제를 포함함으로써 흐름성 저하 없이 우수한 방열 효과를 얻을 수 있다.The first inorganic filler is included in the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device to have an effect of maximizing a heat radiation effect. In order to enhance the heat dissipation effect of the epoxy resin composition, when one or more metal particles selected from copper, nickel, aluminum, silver and gold having high thermal conductivity are included in the epoxy resin composition, the operation of the semiconductor due to the high electrical conductivity of the metal particles There is a problem that a defect is caused. When alumina, aluminum nitride (AlN), etc. are included in the epoxy resin composition, the thermal conductivity is much lower than at least one metal particle selected from copper, nickel, aluminum, silver, and gold, which limits the thermal conductivity of the epoxy resin composition. Moreover, the epoxy resin composition containing alumina, aluminum nitride (AlN), etc. has a problem that flowability falls. The at least one metal particle selected from copper, nickel, aluminum, silver and gold having high thermal conductivity coated with at least one selected from silica and alumina having low electrical conductivity has an excellent thermal insulation property and an excellent insulating property. Therefore, the epoxy resin composition can obtain the excellent heat dissipation effect without a flow deterioration by including a 1st inorganic filler.
코팅된 금속 입자는 0.1 내지 50㎛의 평균입경을 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅된 금속 입자의 평균입경은 2 내지 25㎛일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 코팅된 금속 입자의 평균입경은 5 내지 20㎛일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 범위에서 흐름성의 저하 없이 에폭시 수지 조성물의 방열 효과를 높일 수 있다.The coated metal particles may have an average particle diameter of 0.1 to 50 μm. For example, the average particle diameter of the coated metal particles may be 2 to 25 μm. According to one embodiment, the average particle diameter of the coated metal particles may be 5 to 20㎛, but is not limited thereto. In the above range, the heat dissipation effect of the epoxy resin composition can be enhanced without deteriorating flowability.
금속 입자의 코팅 두께는 1 내지 100nm일 수 있다. 예를 들어, 금속 입자의 코팅 두께는 10 내지 90nm일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 금속 입자의 코팅 두께는 20 내지 80nm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 범위에서 금속 입자의 높은 열전도율을 유지하면서, 우수한 절연 특성을 발휘할 수 있다.The coating thickness of the metal particles may be 1 to 100 nm. For example, the coating thickness of the metal particles may be 10 to 90 nm. According to one embodiment, the coating thickness of the metal particles may be 20 to 80nm, but is not limited thereto. It is possible to exhibit excellent insulating properties while maintaining high thermal conductivity of the metal particles in the above range.
일 구현예에 따르면, 제1무기 충전제는 실리카 또는 알루미나로 코팅된, 구리, 니켈 및 은으로부터 선택된 금속 입자를 포함할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제1무기 충전제는 실리카로 코팅된 구리 입자 또는 알루미나로 코팅된 구리 입자를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the first inorganic filler may comprise metal particles selected from copper, nickel and silver, coated with silica or alumina. According to another embodiment, the first inorganic filler may include, but is not limited to, copper particles coated with silica or copper particles coated with alumina.
제1무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 50 내지 95 중량% 포함될 수 있다. 예를 들어, 제1무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 55 내지 90 중량% 포함될 수 있다. 다른 예를 들면, 제1무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 60 내지 85 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 흐름성의 저하 없이 에폭시 수지 조성물의 방열 효과를 높일 수 있다.The first inorganic filler may be included in the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements 50 to 95% by weight. For example, the first inorganic filler may be included in the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device 55 to 90% by weight. As another example, the first inorganic filler may be included in the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements 60 to 85% by weight. In the above range, the heat dissipation effect of the epoxy resin composition can be enhanced without deteriorating flowability.
제1무기 충전제와는 상이한 제2무기 충전제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2무기 충전제는 실리카(예를 들면, 용융 실리카, 결정성 실리카 등), 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 중 하나 이상을 포함할 수 있다.It may further comprise a second inorganic filler different from the first inorganic filler. For example, the second inorganic filler may be silica (e.g., fused silica, crystalline silica, etc.), calcium carbonate, magnesium carbonate, alumina, magnesia, clay, talc, calcium silicate, titanium oxide, It may include one or more of antimony oxide, glass fiber.
일 구현예에 따르면, 제2무기 충전제는 실리카, 예를 들면 용융 실리카를 포함할 수 있다. 용융 실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균입경 5 내지 30㎛의 구상 실리카를 50 내지 99 중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 실리카를 1 내지 50 중량%를 포함한 실리카 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다. 구상 실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물질로서 포함되는 경우가 있으므로 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.According to one embodiment, the second inorganic filler may comprise silica, for example fused silica. Fused silica refers to amorphous silica having a specific gravity of 2.3 Pa or less, and includes amorphous silica made by melting crystalline silica or synthesized from various raw materials. The shape and particle diameter of the silica are not particularly limited, but may include a silica mixture including 50 to 99 wt% of spherical silica having an average particle diameter of 5 to 30 μm and 1 to 50 wt% of spherical silica having an average particle diameter of 0.001 to 1 μm. Can be. Moreover, according to a use, the maximum particle diameter can be adjusted and used in any one of 45 micrometers, 55 micrometers, and a 75 micrometers. Since spherical silica may contain conductive carbon as foreign matter on the surface of silica, it is also important to select a substance with less polar foreign matter mixed.
다른 구현예에 따르면, 제2무기 충전제는 알루미나(예를 들면, 용융 알루미나)를 포함할 수 있다. 알루미나의 형상 및 평균입경은 특별히 한정되지 않지만, 평균입경 5 내지 30㎛의 구상 알루미나를 50 내지 99 중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 알루미나를 1 내지 50 중량%를 포함한 알루미나 혼합물을 포함할 수 있다.According to another embodiment, the second inorganic filler may comprise alumina (eg, fused alumina). The shape and average particle diameter of the alumina are not particularly limited, but may include an alumina mixture containing 50 to 99 wt% of spherical alumina having an average particle diameter of 5 to 30 μm and 1 to 50 wt% of spherical alumina having an average particle diameter of 0.001 to 1 μm. Can be.
또 다른 구현예에 따르면, 제2무기 충전제는 실리카(예를 들면, 용융 실리카) 및 알루미나(예를 들면, 용융 알루미나)의 혼합물을 포함할 수 있다.According to another embodiment, the second inorganic filler may comprise a mixture of silica (eg fused silica) and alumina (eg fused alumina).
제2무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 49 중량%(예를 들면, 5 내지 45 중량%, 또는 10 내지 40 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 흐름성의 저하 없이 에폭시 수지 조성물의 방열 효과를 높일 수 있다.The second inorganic filler may be included in an amount of 0.1 to 49% by weight (eg, 5 to 45% by weight, or 10 to 40% by weight) in the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device. In the above range, the heat dissipation effect of the epoxy resin composition can be enhanced without deteriorating flowability.
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함할 수 있다.The epoxy resin composition for semiconductor element sealing may further include a curing accelerator.
경화 촉진제Curing accelerator
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. A hardening accelerator is a substance which accelerates reaction of an epoxy resin and a hardening | curing agent. As a hardening accelerator, a tertiary amine, an organometallic compound, an organophosphorus compound, an imidazole compound, a boron compound, etc. can be used, for example.
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.Tertiary amines include benzyldimethylamine, triethanolamine, triethylenediamine, diethylaminoethanol, tri (dimethylaminomethyl) phenol, 2-2- (dimethylaminomethyl) phenol, 2,4,6-tris (diaminomethyl ) Phenol and tri-2-ethylhexyl acid salt. Specific examples of the organometallic compound include chromium acetylacetonate, zinc acetylacetonate, nickel acetylacetonate, and the like. Organophosphorus compounds include tris-4-methoxyphosphine, tetrabutylphosphonium bromide, tetraphenylphosphonium bromide, phenylphosphine, diphenylphosphine, triphenylphosphine, triphenylphosphinetriphenylborane, triphenylphosphate And pin-1,4-benzoquinones adducts. The imidazole compound includes 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-methylimidazole, # 2-phenylimidazole, # 2-aminoimidazole, 2-methyl-1-vinylimidazole, 2-ethyl- 4-methylimidazole, 2-heptadecyl imidazole, and the like, but are not limited thereto. Specific examples of the boron compound include tetraphenylphosphonium-tetraphenylborate, triphenylphosphine tetraphenylborate, tetraphenylboron salt, trifluoroborane-n-hexylamine, trifluoroborane monoethylamine, tetrafluoroborane Triethylamine, tetrafluoroboraneamine and the like. In addition, 1, 5- diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene (1, 5- diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene: DBN), 1, 8- diazabicyclo [5.4. 0] undec-7-ene (1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene: DBU) and phenol novolak resin salts, and the like.
경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능하다.It is also possible to use a hardening accelerator and the adduct made by linear reaction with an epoxy resin or a hardening | curing agent.
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.The hardening accelerator may be included in an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device at 0.01 to 2% by weight, for example, 0.02 to 1.5% by weight. In the above range, the curing of the epoxy resin composition may be accelerated, and the degree of curing may also be good.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 커플링제, 이형제, 착색제 중 하나 이상을 더 포함할 수도 있다.The epoxy resin composition according to the present invention may further include at least one of a coupling agent, a release agent, and a colorant.
커플링제Coupling agent
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.The coupling agent is for improving the interfacial strength by reacting between the epoxy resin and the inorganic filler, and may be, for example, a silane coupling agent. The silane coupling agent may react between an epoxy resin and an inorganic filler, and what is necessary is just to improve the interface strength of an epoxy resin and an inorganic filler, The kind is not specifically limited. Specific examples of the silane coupling agent include epoxy silane, amino silane, ureido silane, mercapto silane, alkyl silane and the like. The coupling agent may be used alone or in combination. The coupling agent may be included in 0.01 to 5% by weight, for example, 0.05 to 3% by weight of the epoxy resin composition for sealing the semiconductor device. In the above range, the strength of the cured epoxy resin composition may be improved.
이형제Release agent
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.As the release agent, one or more selected from the group consisting of paraffin wax, ester wax, higher fatty acid, higher fatty acid metal salt, natural fatty acid and natural fatty acid metal salt can be used. The release agent may be included in an amount of 0.1 to 1% by weight in the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device.
착색제coloring agent
착색제는 반도체 소자 밀봉재의 레이저 마킹을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 착색제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 착색제는 카본 블랙, 티탄 블랙, 티탄 질화물, 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%, 예를 들면 0.05 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.The colorant is for laser marking of the semiconductor element sealing material, and colorants well known in the art may be used, and are not particularly limited. For example, the colorant may include one or more of carbon black, titanium black, titanium nitride, copper hydroxide phosphate, iron oxide, mica. The colorant may be included in an amount of 0.01 to 5% by weight, for example, 0.05 to 3% by weight, in the epoxy resin composition for sealing a semiconductor device.
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.In addition, the above-mentioned epoxy resin composition for semiconductor element sealing includes: antioxidants such as Tetrakis [methylene-3- (3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl) propionate] methane in a range that does not impair the object of the present invention; Flame retardants, such as aluminum hydroxide, may be further contained as needed.
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.The above-mentioned epoxy resin composition for sealing semiconductor elements is uniformly and sufficiently mixed with the above components at a predetermined compounding ratio using a Henschel mixer or Lodige mixer, and then roll-mill or After melt kneading with a kneader, it may be manufactured by cooling and grinding to obtain a final powder product.
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. The epoxy resin composition for sealing a semiconductor device may be usefully applied to a semiconductor device, in particular, a semiconductor device mounted on a fingerprint sensor of a mobile display or a vehicle. As a method of sealing a semiconductor element using the epoxy resin composition obtained by the present invention, a low pressure transfer molding method can be generally used. However, molding can also be performed by injection molding or casting.
다른 측면에 따르면, 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 개시된다.According to another aspect, the semiconductor device sealed using the above-mentioned epoxy resin composition for semiconductor element sealing is disclosed.
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.Hereinafter, an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described in more detail. However, this is presented as a preferred example of the present invention, and in no sense can be construed as limiting the present invention.
실시예Example
하기 실시예 및 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.Specific specifications of the components used in the following Examples and Comparative Examples are as follows.
(A) 에폭시 수지: 페놀아랄킬형 에폭시 수지인 Nippon Kayaku사의 NC-3000을 사용하였다.(A) Epoxy Resin: NC-3000 manufactured by Nippon Kayaku, which is a phenol aralkyl type epoxy resin, was used.
(B) 경화제(B) curing agent
(b1) 자일록형 페놀 수지인 코오롱 유화사의 KPH-F3065를 사용하였다.(b1) KPH-F3065 from Kolon Emulsion Co., which is a xyloxic phenol resin, was used.
(b2) 페놀아랄킬형 페놀 수지인 Meiwa사의 MEH-7851을 사용하였다.(b2) MEH-7851 of Meiwa, a phenol aralkyl type phenol resin, was used.
(C) 경화 촉진제: Hokko Chemical사의 TPP-k를 사용하였다.(C) Curing accelerator: TPP-k from Hokko Chemical was used.
(D) 제1무기 충전제(D) the first inorganic filler
(d1) 실리카로 코팅된 구리 금속 입자(평균입경: 15㎛, 코팅 두께: 30nm)를 사용하였다.(d1) Copper metal particles (average particle diameter: 15 mu m, coating thickness: 30 nm) coated with silica were used.
(d2) 알루미나로 코팅된 은 금속 입자(평균입경: 5㎛, 코팅 두께: 80nm)를 사용하였다.(d2) Silver metal particles (average particle diameter: 5 mu m, coating thickness: 80 nm) coated with alumina were used.
(d3) 실리카로 코팅된 니켈 금속 입자(평균입경: 8㎛, 코팅 두께: 50nm)를 사용하였다.(d3) Nickel metal particles (average particle diameter: 8 mu m, coating thickness: 50 nm) coated with silica were used.
(d4) 알루미나로 코팅된 구리 금속 입자(평균입경: 20㎛, 코팅 두께: 20nm)를 사용하였다.(d4) Copper metal particles (average particle diameter: 20 mu m, coating thickness: 20 nm) coated with alumina were used.
(E) 제2무기 충전제(E) Second inorganic filler
(e1) 평균입경이 20 ㎛인 구상 용융 실리카와 평균입경이 0.5 ㎛인 구상 용융 실리카를 9 대 1의 중량비로 혼합하여 사용하였다.(e1) A spherical fused silica having an average particle diameter of 20 µm and a spherical fused silica having an average particle diameter of 0.5 µm were mixed and used in a weight ratio of 9 to 1.
(e2) 평균입경이 20 ㎛인 구상 용융 알루미나와 평균입경이 0.5 ㎛인 구상 용융 알루미나를 9 대 1의 중량비로 혼합한 것을 사용하였다.(e2) A mixture of spherical molten alumina having an average particle diameter of 20 µm and spherical molten alumina having an average particle diameter of 0.5 µm was used in a weight ratio of 9 to 1.
(F) 실리카로 코팅된 질화알루미늄(AlN) 입자(평균입경: 10㎛, 코팅 두께: 40nm)(F) Aluminum nitride (AlN) particles coated with silica (average particle diameter: 10 탆, coating thickness: 40 nm)
(G) 구리 금속 입자(평균입경: 10㎛)(G) Copper metal particle (average particle diameter: 10 micrometers)
(H) 커플링제(H) coupling agent
(h1) 메틸트리메톡시실란인 Dow Corning사의 SZ-6070을 사용하였다.(h1) SZ-6070 from Dow Corning, a methyltrimethoxysilane, was used.
(h2) N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란인 Shin-Etsu사의 KBM-573을 사용하였다.(h2) KBM-573 from Shin-Etsu, which was N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, was used.
(I) 착색제: 카본 블랙인 Matsusita Chemical사의 MA-600B를 사용하였다.(I) Colorant: MA-600B manufactured by Matsusita Chemical, which is carbon black, was used.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성에 따라 평량한 후 혼합하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량%이다.Each of the components was weighed according to the composition of Table 1 and mixed to prepare an epoxy resin composition for sealing a semiconductor device. In Table 1 below, the amount of each unit used is in weight percent.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.The physical properties of the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements manufactured according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were measured according to the following physical property evaluation methods, and the results are shown in Table 2 below.
물성 평가 방법Property evaluation method
(1) 스파이럴 플로우(inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형에 금형 온도 175℃, 70kgf/cm2, 주입 압력 9MPa 및 경화 시간 90초의 조건으로 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동 길이를 측정하였다. (1) Spiral flow (inch): Using a low pressure transfer molding machine, the epoxy for spiral flow measurement according to EMMI-1-66 is epoxy with a mold temperature of 175 ° C., 70 kgf / cm 2 , injection pressure of 9 MPa and a curing time of 90 seconds. The resin composition was injected and the flow length was measured.
(2) 열전도도(W/m·K): ASTM D5470에 따라 평가용 시편을 사용하여 25℃에서 열전도도를 측정하였다.(2) Thermal Conductivity (W / m · K): The thermal conductivity was measured at 25 ° C. using an evaluation specimen according to ASTM D5470.
(3) 체적저항(Ω·cm): 에폭시 수지 조성물이 경화된 성형시편(120mm(지름) × 4.0 mm(두께))을 준비하여 체적저항시험기로 체적저항을 측정하였다.(3) Volume resistivity (Ωcm): Molded specimens (120 mm (diameter) × 4.0 mm (thickness)) in which the epoxy resin composition was cured were prepared, and the volume resistivity was measured with a volume resistivity tester.
상기 표 2로부터, 실시예 1 내지 5의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 비교예 1 내지 4의 에폭시 수지 조성물에 비하여 높은 열전도도 값을 가지며, 체적저항 역시 높게 유지됨을 확인할 수 있다.From Table 2, it can be seen that the epoxy resin composition for sealing semiconductor elements of Examples 1 to 5 has a high thermal conductivity value and the volume resistance is also maintained higher than the epoxy resin composition of Comparative Examples 1 to 4.
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.Simple modifications and changes of the present invention can be easily made by those skilled in the art, and all such modifications and changes can be seen to be included in the scope of the present invention.
Claims (8)
경화제; 및
실리카 및 알루미나로부터 선택된 1종 이상으로 코팅된, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 및 금으로부터 선택된 1종 이상의 금속 입자를 포함한 제1무기 충전제;를 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
Epoxy resins;
Curing agent; And
An epoxy resin composition for sealing a semiconductor device, comprising: a first inorganic filler comprising at least one metal particle selected from copper, nickel, aluminum, silver, and gold coated with at least one selected from silica and alumina.
상기 코팅된 금속 입자의 평균입경이 0.1 내지 50㎛인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
The method of claim 1,
The average particle diameter of the coated metal particles is 0.1 to 50㎛, epoxy resin composition for sealing semiconductor elements.
상기 코팅 두께가 1 내지 100nm인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
The method of claim 1,
Epoxy resin composition for semiconductor element sealing whose said coating thickness is 1-100 nm.
상기 제1무기 충전제가 상기 에폭시 수지 조성물 중에 50 내지 95 중량% 포함되는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
The method of claim 1,
Epoxy resin composition for semiconductor element sealing, wherein the first inorganic filler is contained in the epoxy resin composition 50 to 95% by weight.
상기 제1무기 충전제와 상이한 제2무기 충전제를 더 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
The method of claim 1,
The epoxy resin composition for semiconductor element sealing which further contains the 2nd inorganic filler different from the said 1st inorganic filler.
상기 제2무기 충전제가 실리카 및 알루미나로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
The method of claim 5,
The epoxy resin composition for semiconductor element sealing, wherein the second inorganic filler comprises at least one selected from silica and alumina.
상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%,
상기 경화제 0.1 내지 13 중량%,
상기 제1무기 충전제 50 내지 95 중량%, 및
상기 제2무기 충전제 0.1 내지 49 중량%를 포함한, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
The method of claim 5,
0.5 to 20% by weight of the epoxy resin,
0.1 to 13% by weight of the curing agent,
50 to 95 wt% of the first inorganic filler, and
Epoxy resin composition for sealing a semiconductor device comprising 0.1 to 49% by weight of the second inorganic filler.
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