KR20200081099A - 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (A) 비스페놀계 에폭시 수지; (B) 다관능성 에폭시 수지; (C) CTBN 변성 에폭시 수지; (D) 경화제; 및 (E) 잠재성 경화제;를 포함하는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

Description

반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물 {Epoxy Resin Composition for Underfilling Semiconductor Device}
본 발명은 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
반도체 패키징이란 반도체 칩이 전기전자부품으로 작동할 수 있도록 패키지화하는 기술로서, 반도체 소자에 필요한 전력을 공급하고, 반도체 소자간의 신호를 연결하고, 반도체 소자에서 발생되는 열을 방출시키고, 자연적, 화학적, 열적인 환경 변화로부터 반도체 소자를 보호하는 역할을 한다. 최근 전자부품과 모바일 기기 등의 급속한 박형화, 고밀도화, 고기능화 및 초고속화로의 발전에 의해, 반도체 패키징 기술도 점점 더 미세화, 박형화, 고집적화 등으로 진보하고 있다.
반도체 패키징 기술의 급속한 발전에 더불어 이러한 기술을 가능하게 실현시킬 수 있는 봉지재의 기술 발전 또한 요구되고 있으며, 그 중에 하나인 언더필(underfill)은 패키징 기술의 성공을 위한 매우 중요한 요소 중에 하나이다. 언더필은 BGA(ball grid array), CSP(chip scale package), Flip chip 등의 패키지 밑을 절연 수지를 이용하여 완전히 메우는 공법을 의미한다. 언더필은 회로 기판과 반도체 소자(칩) 사이에 위치하여 반도체 소자와 회로 기판 사이의 열팽창 계수 차이로 발생하는 응력과 변형을 재분배하는 역할은 물론 습기나 다른 모듈에 끼치는 전기적, 자기적 환경의 영향을 최소화하는 역할을 한다.
이 때, BGA, CSP 등의 패키지가 불량한 경우에는 회로 기판으로부터 BGA, CSP 등의 조립체를 쉽게 제거하여 재작업을 하는 경우가 발생한다. 위와 같이 언더필 재작업에 이용될 수 있는 반도체 소자 언더필용 조성물에는 에폭시 수지를 이용하고 있으며, 재작업성을 위해서 가소제를 이용하였다. 한국 공개특허공보 제2002-0036965호에는 에폭시 수지와 가소제를 이용한 반도체 패키지에 관한 기술이 개시되어 있으나, 재작업성에 관해서는 언급하고 있지 않으며, 상온에서의 경화특성을 보이고 있지 않다. 특히, 가소제의 적용에도 불구하고, 언더필용 에폭시 수지가 충분히 제거되지 않고 기판에 잔여하는 등의 재작업성이 좋지 않은 문제가 발생할 수 있다. 또한 가소제의 적용은 언더필 도막의 내열성, 내충격성, 내습성 등에 부정적인 영향을 끼친다.
따라서 재작업성이 뛰어남과 동시에 고내열성, 고내충격성, 고내습성을 가진 반도체 소자 언더필을 위한 기술이 요구되는 실정이다.
한국 공개특허공보 제2002-0036965호
본 발명은 반도체 회로 기판으로부터 CSP, BGA 등의 조립체를 쉽게 제거할 수 있는 재작업성이 우수한 반도체 언더필용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 (A) 비스페놀계 에폭시 수지; (B) 다관능성 에폭시 수지; (C) CTBN 변성 에폭시 수지; (D) 경화제; 및 (E) 잠재성 경화제;를 포함하는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명에 의한 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물은 기존에 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 가소제 대신에 CTBN(carboxyl terminated butadiene acrylonitrile) 변성 에폭시 수지를 적용함으로써, CSP(chip scale package), BGA(ball grid array) 조립체 등의 반도체 패키지에 불량이 있는 경우에 회로 기판으로부터 위와 같은 조립체 등을 쉽게 제거할 수 있도록 하여 재작업성이 우수한 효과가 있다.
이에 더하여, 본 발명에 의한 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 이용하는 경우에는 기존의 에폭시 수지 조성물에 비하여 저온에서 단시간의 열경화로 생산성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 언더필 도막의 내열성, 내충격성 및 내습성이 개선되는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물은 (A) 비스페놀계 에폭시 수지; (B) 다관능성 에폭시 수지; (C) CTBN 변성 에폭시 수지; (D) 경화제; 및 (E) 잠재성 경화제;를 포함할 수 있다.
(A) 비스페놀계 에폭시 수지
본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 비스페놀계 에폭시 수지는 경화제와 반응하여 바인더로서의 역할을 할 수 있다.
상기 비스페놀계 에폭시 수지는 하기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단위를 적어도 하나 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 비스페놀계 에폭시 수지는 상기 화학식 1 내지 3으로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단위를 포함할 수 있다.
상기 비스페놀계 에폭시 수지는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단위를 포함할 수 있다
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 4에 있어서,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, tert-부틸기, 페틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 또는 tert-펜틸기일 수 있다.
상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기일 수 있다.
상기 R1 및 R2는 수소일 수 있다.
상기 비스페놀계 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 구체적으로는 상기 비스페놀계 에폭시 수지가 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되어 반도체 언더필 도막의 내열성, 내충격성, 내습성을 향상시킬 수 있다.
이 때, 상기 비스페놀계 에폭시 수지는 액상의 비스페놀계 에폭시 수지일 수 있다. 언더필의 경우 패키지 내의 미세한 갭(Gap)을 완전히 충진해야 하며, 충진 시에 보이드(void) 현상을 억제시켜야 하므로 낮은 점도를 가지면서도, 반도체 패키지의 제품 신뢰성 향상을 위해 충진시 반도체 패키지 외부로 언더필이 과량으로 넘쳐 흐르지 않도록 점도 컨트롤이 매우 중요하다. 따라서, 본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 이용되는 상기 비스페놀계 에폭시 수지는 액상의 비스페놀계 에폭시 수지를 이용하는 것이 바람직하다
상기 비스페놀계 에폭시 수지의 점도는 25℃에서 2,000 내지 14,000 cPs일 수 있다. 상기 비스페놀계 에폭시 수지의 점도가 2,000 cPs 미만인 경우에는 회로 기판으로부터 반도체 소자 조립체의 탈착이 용이하지 않아서 재작업성에 문제가 생길 수 있고, 점도가 14,000 cPs 초과인 경우에는 고점도로 인하여 작업성에 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 비스페놀계 에폭시 수지의 당량은(g/eq.)은 80 내지 500 g/eq.일 수 있으며, 구체적으로는 160 내지 190 g/eq.일 수 있다.
상기 비스페놀계 에폭시 수지는 다관능성 에폭시 수지 20 내지 40 중량비에 대하여 30 내지 55 중량비의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 비스페놀계 에폭시 수지의 함량이 30 중량비 미만인 경우에는 경화 후에 가소성이 떨어져서 재작업성이 불량한 문제가 발생할 수 있고, 55 중량비 초과인 경우에는 언더필 도막의 내열성에 문제가 생길 수 있다.
(B) 다관능성 에폭시 수지
본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 다관능성 에폭시 수지는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 점도를 저하시키고 비결정성을 부여하는 역할을 하는 반응성 희석제로서 작용할 수 있다.
상기 다관능성 에폭시 수지는 반복 단위를 이루는 한 단위 구조 내에 3개 이상의 관능기(functional group)를 포함할 수 있다.
상기 관능기는 히드록시기, 알콕시키, 할로겐기, 알데히드기, 카르보닐기, 카르복실기, 아민기, 니트릴기, 니트로기, 아미드기, 이미드기 또는 에폭시기일 수 있다.
상기 다관능성 에폭시 수지는 관능기로 적어도 하나의 에폭시기를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 점도를 저하시키기 위한 목적으로 3개 이상의 에폭시기를 관능기로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 다관능성 에폭시 수지는 전술한 비스페놀계 에폭시 수지를 제외한 다관능성 에폭시 수지일 수 있다.
상기 다관능성 에폭시 수지는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물로부터 유래되는 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
상기 화학식 5에 있어서,
상기 R3은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고, n, m 및 p는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다.
상기 R3은 탄소수 1 내지 6의 알킬기일 수 있다.
상기 R3은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, tert-부틸기, 페틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, 또는 tert-펜틸기일 수 있다.
상기 R3은 에틸기일 수 있다.
상기 n, m 및 p는 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수일 수 있다.
상기 n, m 및 p는 1의 정수일 수 있다.
상기 다관능성 에폭시 수지의 점도는 25℃에서 50 내지 700 cPs일 수 있고, 구체적으로 100 내지 300 cPs일 수 있다. 상기 다관능성 에폭시 수지의 점도가 50 cps 미만인 경우에는 회로 기판으로부터 반도체 소자 조립체의 탈착이 용이하지 않아서 재작업성에 문제가 생길 수 있고, 점도가 700 cPs 초과인 경우에는 고점도로 인한 작업성에 문제가 발생할 수 있고, 재작업성에 문제가 생길 수 있다.
상기 다관능성 에폭시 수지의 에폭시 당량은 105 내지 630 g/eq 일 수 있으며, 구체적으로 135 내지 150 g/eq.일 수 있다. 상기 다관능성 에폭시 수지의 에폭시 당량이 105 g/eq. 미만인 경우에는 회로 기판으로부터 반도체 소자 조립체의 탈착이 용이하지 않아서 재작업성에 문제가 생길 수 있고, 에폭시 당량이 630 g/eq. 초과인 경우에는 가교밀도가 저하되어 언더필 도막의 내열성, 내충격성, 내습성에 문제가 생길 수 있다.
상기 다관능성 에폭시 수지는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 20 내지 40 중량비의 함량으로 포함될 수 있으며, 구체적으로 20 내지 35 중량비로 포함될 수 있다. 상기 다관능성 에폭시 수지의 함량이 20 중량비 미만인 경우에는 경화 후에 가소성이 떨어져서 재작업성이 불량한 문제가 발생할 수 있고, 40 중량비 초과인 경우에는 언더필 도막의 내열성, 내충격성, 내습성에 문제가 생길 수 있다.
(C) CTBN 변성 에폭시 수지
본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 CTBN 에폭시 수지는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 유리전이온도(Tg)를 낮추어서 유연성을 부여하고, 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자 조립체를 탈착할 때 탈착을 용이하게 하여 재작업성을 우수하게 하는 역할을 한다.
특히, 상기 CTBN 변성 에폭시 수지를 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함함으로써, 기존에 이용되는 가소제를 첨가하지 않더라도, 유연성, 접착력, 내수성, 내오일성 등의 물성을 부여하여, 반도체 소자 조립체를 수정하는 패키지 과정에서의 재작업성을 개선할 수 있다.
상기 CTBN 변성 에폭시 수지는 3관능 에폭시 수지의 3관능기가 말단 카르복실산을 함유하는 부타디엔으로 변성된 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
상기 CTBN 변성 에폭시 수지의 점도는 25℃에서 1,000 내지 5,000 cPs일 수 있으며, 구체적으로 2,000 내지 3,000 cPs일 수 있다. 상기 CTBN 변성 에폭시 수지의 점도가 1,000 cPs 미만인 경우에는 회로 기판으로부터 반도체 소자 조립체의 탈착이 용이하지 않아서 재작업성에 문제가 생길 수 있고, 점도가 5,000 cPs 초과인 경우에는 고점도로 인하여 작업성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 CTBN 변성 에폭시 수지의 에폭시 당량은 110 내지 850 g/eq.일 수 있고, 구체적으로는 175 내지 205 g/eq.일 수 있다. 상기 CTBN 변성 에폭시 수지의 에폭시 당량이 110 g/eq. 미만인 경우에는 회로 기판으로부터 반도체 소자 조립체의 탈착이 용이하지 않아서 재작업성에 문제가 생길 수 있고, 고모듈러스로 인하여 내충격성에 문제가 발생할 수 있다. 에폭시 당량이 850 g/eq. 초과인 경우에는 가교밀도가 저하되어 언더필 도막의 내열성에 문제가 생길 수 있다.
상기 CTBN 변성 에폭시 수지는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 5 내지 20 중량비의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 CTBN 변성 에폭시 수지의 함량이 5 중량비 미만인 경우에는 경화 후에 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지에 유연성을 부여하지 못하여 재작업성이 불량한 문제가 발생할 수 있고, 고모듈러스로 인하여 내충경석에 문제가 발생할 수 있다. 상기 CTBN 변성 에폭시 수지의 함량이 20 중량비 초과인 경우에는 언더필 도막의 내열성에 문제가 생길 수 있다.
(D) 경화제
본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 경화제는 상기 비스페놀계 에폭시 수지와 반응하여 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 역할을 한다.
상기 경화제는 페놀계 경화제와 아민계 경화제 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 경화제는 액상의 경화제일 수 있다. 반도체 소자의 언더필용으로는 전술한 바와 같이 점도 컨트롤을 위하여 고상이 아닌 액상의 경화제를 이용하는 것이 바람직하다.
1. 페놀계 경화제
상기 페놀계 경화제는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 내화학성, 내수성 및 내열성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 페놀계 경화제는 무용제 액상의 노볼락계 수지일 수 있다. 구체적으로는 상기 페놀계 경화제는 페놀 노볼락계 수지를 포함할 수 있다.
상기 페놀계 경화제의 점도는 25℃에서 1,500 내지 3,500 cPs일 수 있다. 상기 페놀계 경화제의 점도가 3,500 cPs 초과인 경우에는 고점도로 인하여 (재)작업성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 페놀계 경화제의 수산화기 당량은 100 내지 200 g/eq.일 수 있으며, 구체적으로 139 내지 143 g/eq.일 수 있다. 상기 페놀계 경화제의 수산화기 당량이 100 g/eq. 미만인 경우에는 언더필 도막의 재작업성에 문제가 발생할 수 있고, 수산화기 당량이 200 g/eq. 초과인 경우에는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 이용한 내열성에 문제가 발생할 수 있다.
2. 아민계 경화제
상기 아민계 경화제는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 가교밀도를 높여주어서, 언더필 도막의 내화학성, 내수성 및 내열성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 아민계 경화제는 지방족 아민계 화합물(또는 중합체)을 포함할 수 있다.
상기 아민계 경화제는 양 말단에 1차 아민을 포함하는 지방족 아민계 화합물(또는 중합체)일 수 있고, 구체적으로는 양 말단에 1차 아민을 포함하는 지방족 폴리에테르 아민계 화합물(또는 중합체)일 수 있다.
상기 아민계 경화제는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 내열성, 내충격성, 내습성의 측면에서, 양 말단에 1차 아민을 포함하는 폴리옥시프로필렌디아민을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아민계 경화제는 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00006
상기 화학식 6에 있어서,
q는 10 내지 50의 수이다.
상기 q는 30 내지 40의 수이다.
상기 아민계 경화제의 아민 당량은 0.3 내지 3 meq./g일 수 있다. 상기 아민계 경화제의 아민 당량이 0.3 meq./g 미만인 경우에는 상기 비스페놀계 에폭시 수지와의 가교 반응에 의한 가교밀도가 저하되어 언더필 도막의 내화학성, 내수성, 내열성 등에 문제가 발생할 수 있고, 아민 당량이 3 meq./g 초과인 경우에는 과경화로 인해 언더필 재작업성에 문제가 발생할 수 있다.
상기 경화제는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 10 내지 20 중량비의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 경화제의 함량이 10 중량비 미만인 경우에는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 이용한 재작업성 및 내충격성에 문제가 생길 수 있고, 20 중량비 초과인 경우에는 언더필 도막의 내열성 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 언더필 도막의 우수한 물성을 위하여 상기 페놀계 경화제와 아민계 경화제를 5:1 내지 10:1의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 페놀계 경화제와 아민계 경화제의 중량비가 5:1 미만인 경우에는 저온에서의 경화성에 문제가 생겨서 언더필 도막의 내열성, 내수성, 내충격성 등의 물성에 문제가 생길 수 있고, 중량비가 10:1 초과인 경우에는 과경화로 인하여 언더필 도막이 단단해져서 재작업성이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다.
(E) 잠재성 경화제
본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 잠재성 경화제는 열, 빛, 압력, 습기 등의 외부 자극에 의하여 경화반응이 개시되는 경화제로서, 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함됨으로써 기존의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물과 대비하여 저온(60℃ 이하, 바람직하게는 상온(15~25℃)에서도 단시간의 열경화가 가능한 장점이 있다.
상기 잠재성 경화제는 분자 내에 관능기(functional group)외에도 활성 수소(active hydrogen)를 포함하고 있어서 에폭시 수지 내에 분산이 잘되고, 본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 상온에서의 저장 안정성을 높여줄 뿐만 아니라, 상온에서의 신속한 경화를 가능하게 하는 역할을 한다.
상기 잠재성 경화제는 마이크로 캡슐형 잠재성 경화제, 아민 어덕트형 잠재성 경화제, 디시안디아미드(DICYANDIAMIDE) 및 그의 유도체 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 잠재성 경화제는 액상일 수 있다. 고상의 잠재성 경화제에 비하여 본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물에 포함 시 분산성을 향상시킬 수 있다.
상기 마이크로 캡슐형 잠재성 경화제란 경화제를 핵으로 하여, 이것을 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리이미드계 수지 등의 고분자 물질이나 시클로덱스트린 등을 셸(shell)로서 피막함으로써, 에폭시 수지와 경화제와의 접촉을 감소시킨 것을 말한다. 디시안디아미드의 유도체란, 디시안디아미드에 각종 화합물을 결합시킨 것이고, 에폭시 수지와의 반응물, 비닐 화합물이나 아크릴 화합물과의 반응물 등을 들 수 있다.
마이크로캡슐형 잠재성 경화제의 시판품으로서는, "노바큐어(등록상표)" HX-3721, HX-3722(이상, 아사히 가세이 케미컬즈(주) 제조) 등을 사용할 수 있다.
상기 마이크로 캡슐형 잠재성 경화제의 경우 경화제가 캡슐에 둘러싸여 있는 것으로, 특정 온도에서 캡슐이 깨지면서 안에 있던 반응성 촉진재가 흘러나와 반응이 시작되는 매커니즘을 가진다. 따라서, 저온 속경화의 특성을 가지면서 저장 안정성이 우수한 효과가 있다.
상기 아민 어덕트형 잠재성 경화제는 본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 상온 경화를 용이하게 하려는 목적에서 아민계 화합물과 에폭시계 화합물의 반응 생성물인 아민-에폭시 어덕트형 잠재성 경화제를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 아민 어덕트형 잠재성 경화제란, 1급, 2급 또는 3급 아미노기를 갖는 화합물이나 다양한 이미다졸 유도체 등의 활성 성분을 이용하여, 이들과 반응할 수 있는 화합물과 반응시킴으로써 고분자량화하여 보존 온도에서 불용화한 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 아민 어덕트형 잠재성 경화제의 제조에 사용되는 에폭시계 화합물은 폴리글리시딜에테르, 폴리글리시딜에스테르, 폴리글리시딜에테르에스테르, 글리시딜 아민화합물, 단관능성 에폭시 화합물(부틸글리시딜에테르, 페닐글리시딜에테르 등), 또는 다관능성 에폭시 화합물(페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지 등) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 아민 어덕트형 잠재성 경화제의 제조에 사용되는 아민계 화합물은 에폭시기와 부가 반응을 할 수 있는 활성 수소를 분자 내에 적어도 하나 포함하고, 아민기를 분자 내에 적어도 하나 포함하는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로는 분자 내에 3급 아민기를 갖는 화합물이 에폭시 수지와의 상온에서의 경화 반응성을 향상시키는 점에서 바람직하다.
예를 들어, 상기 아민계 화합물은 디메틸아미노프로필아민, 디에틸아미노프로필아민, 디프로필아미노프로필아민, 디부틸아미노프로필아민, 디메틸아미노에틸아민, 디에틸아미노에틸아민, N-메틸피페라진, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-디메틸아미노에탄올, 1-메틸-2-디메틸아미노에탄올, 1-페녹시메틸-2-디메틸아미노에탄올, 2-디에틸아미노에탄올, 1-부톡시메틸-2-디메틸아미노에탄올, 1-(2-히드록시-3-페녹시프로필)-2-메틸이미다졸, 1-(2-히드록시-3-페녹시프로필)-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-(2-히드록시-3-부톡시프로필)-2-메틸이미다졸, 1-(2-히드록시-3-부톡시프로필)-2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-(2-히드록시-3-페녹시프로필)-2-페닐이미다졸린, 1-(2-히드록시-3-부톡시프로필)-2-메틸이미다졸린, 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, N-β-히드록시에틸모르폴린, 2-디메틸아미노에탄디올, 2-메르캅토피리딘, 2-벤조이미다졸, 2-메르캅토벤조이미다졸, 2-메르캅토벤조티아졸, 4-메르캅토피리딘, N,N-디메틸아미노벤조산, N,N-디메틸글리신 등을 포함할 수 있다.
아민 어덕트형 잠재성 경화제의 시판품으로서는, "후지큐어(등록상표)" FXR-1030, FXR-1081, FXR 1000, FXR 1110, FXR 1120 (이상, T&K Toka 제조) 등을 사용할 수 있다.
상기 디시안디아미드의 유도체란, 디시안디아미드에 각종 화합물을 결합시킨 것이고, 에폭시 수지와의 반응물, 비닐 화합물이나 아크릴 화합물과의 반응물 등을 들 수 있다.
상기 잠재성 경화제로 디시안디아미드를 사용할 경우, 시판품으로서는, DICY-7, DICY-15(이상 재팬 에폭시 레진(주) 제조) 등을 들 수 있다.
상기 잠재성 경화제는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 7 내지 35 중량비의 함량으로 포함될 수 있으며. 구체적으로 7 내지 30 중량비로 포함될 수 있다. 상기 잠재성 경화제의 함량이 7 중량비 미만인 경우에는 150℃ 3분 이내 미경화가 발생하여 내열성, 내충격성 등의 물성이 저하될 수 있고, 35 중량비 초과인 경우에는 상온 안정성이 좋지 않아 가사시간이 짧아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 경화제 및 상기 잠재성 경화제는 0.4:1 내지 2:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 경화제와 잠재성 경화제의 중량비가 0.4:1 미만인 경우에는 상온에서의 신속한 경화가 불가능해서 언더필 도막의 내열성, 내충격성 등의 물성이 저하될 수 있고, 2:1 초과인 경우에는 상온에서의 안정성이 좋지 않아 가사시간이 짧아질 수 있다.
(F) 그 외 첨가제
본 발명의 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물은 상온에서의 안정성, 수지 내의 기포 발생을 억제 및 제거하고, 접착력을 향상시키기 위한 목적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 안정제, 소포제, 접착력 증진제 등을 포함할 수 있다.
상기 안정제는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물의 상온에서의 안정성을 부여하여, 장기 보관성 및 재작업성을 우수하게 할 수 있으며, 상기 안정제는 위와 같은 효과를 달성하기 위하여 붕산 에스테르계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 안정제는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 1 내지 5 중량비의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 안정제의 함량이 1 중량비 미만인 경우에는 상온에서의 안정성이 저하되어 (재)작업성에 문제가 발생할 수 있고, 5 중량비 초과인 경우에는 미경화 등으로 내열성 및 내충격성이 저하되는 등의 문제가 생길 수 있다.
상기 소포제는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 내에 발생되는 기포를 억제 및 제거하는 역할을 하며, 상기 소포제는 폴리메틸알킬실록산을 포함할 수 있다.
상기 소포제는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 0.1 내지 5 중량비의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 소포제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우에 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 내의 기포를 제거하여, 언더필 도막의 내충격성, 내열성, 내습성 등의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 접착력 증진제는 상기 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물을 이용한 반도체 소자 언더필의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있으며, 위와 같은 효과를 달성하기 위하여, 상기 접착력 증진제는 에폭시 수지의 접착력을 향상시키기 위해 통상적으로 사용되는 실란 커플링제를 포함할 수 있다.
상기 접착력 증진제는 상기 비스페놀계 에폭시 수지 30 내지 55 중량비를 기준으로 0.1 내지 5 중량비의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 접착력 증진제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우에 반도체 소자 언더필의 접착력을 향상시켜서, 재작업 후에 회로 기판에 반도체 소자 언더필 작업을 원활하게 수행할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1 내지 4>
하기 표 1에 나타낸 조성으로 배합하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
하기 표 2에 나타낸 조성으로 배합하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
비스페놀계 에폭시 수지 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0
다관능성 에폭시 수지 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0
CTBN 변성 에폭시 수지 6.0 18.0 6.0 6.0 6.0
경화제 페놀계 경화제 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5
아민계 경화제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
잠재성 경화제 아민 어덕트형 11.5 11.5 23.0 11.5 -
마이크로 캡슐형 - - - - 7.5
안정제 1.5 1.5 1.5 0 1.5
소포제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
접착력 증진제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8
비스페놀계 에폭시 수지 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0 42.0
다관능성 에폭시 수지 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 25.0 15 42
CTBN 변성 에폭시 수지 - - 25 6 6 6 6 6
페녹시 레진 - 6 - - - - - -
경화제 페놀계 경화제 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5 11.5
아민계 경화제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
이미다졸 경화제 - - - 0.5 - - - -
잠재성 경화제 11.5 - - - 5 40 11.5 11.5
안정제 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
소포제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
접착력 증진제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
상기 실시예 및 비교예에 사용된 구성은 다음과 같다.
1) 비스페놀계 에폭시 수지: Formaldehyde polymer with (chloromethyl)oxirane and phenol, CAS NO. 9003-36-5
2) 다관능성 에폭시 수지: YH-300(국도화학)
3) CTBN 변성 에폭시 수지: KR-207(국도화학)
4) 페놀계 경화제: Formaldehyde polymer with 2-(2-propenyl)phenol, CAS NO. 27924-97-6
5) 아민계 경화제: Polyoxypropylenediamine, CAS NO. 9046-10-0
6) 잠재성 경화제(아민 어덕트형): T&K Toka 제조, Fujicure FXR-1081
7) 잠재성 경화제(마이크로캡슐형): Asahi Chemical 제조, NOVACURE HXA-3932HP
8) 이미다졸 경화제: 1-(2-Cyanoethyl)-2-ethyl-4-methylimidazole
Shikoku Chemicals 제조, 2E4MZ-CN, CAS NO. 23996-25-0
9) 안정제: 붕산 에스테르 화합물
10) 소포제: Polymethylalkylsiloxane
11) 접착력 증진제: (3-glycidoxypropyl)trimethoxysilane
<실험예>
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 8에서 제조된 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물 및 경화물(언더필 도막)의 물성을 하기와 같은 평가 조건으로 평가한 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
물성 평가 및 측정 조건
제조된 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물 및 경화물의 물성은 다음과 같은 방법으로 측정하였다.
1. 점도(cps): 25도씨에서 브룩필드 점도계로 측정
2. flow rate(sec): 평가용 패키지에 언더필 충진될 때까지 걸리는 시간
3. void: 평가용 패키지에 언더필 충진 후 경화 전/후로 보이드 포함 여부 확인
4. pot-life: 상온에서 초기 점도 대비 2배 상승할 때까지 걸리는 시간
5. 재작업성: 평가용 패키지에 250℃ 가열 후 언더필 제거
6. 접착력: Die Shear TEST 혹은 Lap Shear Test로 평가
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
점도(cps) 10rpm 3000 5700 4600 2900 4200
flow rate(sec) 9 12 11 9 11
void × × × × ×
Tg 56 28 67 55 62
pot-life 3 3 0.5 1 3
재작업성 ○ ○ ○ ○ ○
접착력(kgf) 5 3 7 5 5
구분 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8
점도(cps) 10rpm 1,500 7,800 5,200 2,100 2,400 4,300 4,400 1,700
flow rate(sec) 8 37 12 8 8 11 11 7
반응성 경화 경화 경화 경화 미경화 경화 경화 경화
Void × ○ × × × × × ○
Tg 92 88 41 61 - 57 65 39
pot-life 3 3 3 <1 4 <1 3 3
재작업성 × △ ○ × - ○ △ ○
접착력(kgf) 9 10 2 1 - 5 5 <1
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

  1. (A) 비스페놀계 에폭시 수지;
    (B) 다관능성 에폭시 수지;
    (C) CTBN 변성 에폭시 수지;
    (D) 경화제; 및
    (E) 잠재성 경화제;
    를 포함하는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (A) 비스페놀계 에폭시 수지, 상기 (B) 다관능성 에폭시 수지 및 상기 (C) CTBN 변성 에폭시 수지가 30 내지 55 : 20 내지 40 : 5 내지 20의 중량비로 포함되는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (B) 다관능성 에폭시 수지는 반복 단위를 이루는 한 단위 구조 내에 3개 이상의 관능기를 포함하고,
    상기 관능기는 히드록시기, 알콕시키, 할로겐기, 알데히드기, 카르보닐기, 카르복실기, 아민기, 니트릴기, 니트로기, 아미드기, 이미드기 및 에폭시기 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (D) 경화제 및 상기 (E) 잠재성 경화제가 0.4:1 내지 2:1의 중량비로 포함되는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 (D) 경화제는 페놀계 경화제 및 아민계 경화제가 5:1 내지 10:1의 중량비로 포함되는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 (E) 잠재성 경화제는 마이크로 캡슐형 잠재성 경화제, 아민 어덕트형 잠재성 경화제, 디시안디아미드 및 그의 유도체 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자 언더필용 에폭시 수지 조성물.
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