KR20200128942A - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치 - Google Patents
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Abstract
에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 경화제는 소정의 비페놀계 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물, 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 개시된다.
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전도성이 높아 방열 효과가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치에 관한 것이다.
수분이나 기계적 충격 등의 외부 환경으로부터 반도체 소자를 보호하기 위한 목적으로 반도체 소자를 에폭시 수지 조성물로 밀봉하는 방법이 상업적으로 널리 사용되고 있다. 최근 작고 얇은 디지털 기기들이 보편화되면서, 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되고 있으며, 이에 따라 칩의 고적층화 및 고밀도화가 이루어지고 있다. 고적층 및 고밀도화된 반도체 소자는 디바이스 동작 시 높은 열이 발생하게 되는데, 이러한 열로 인하여 패키지의 오동작 및 반도체 패키지의 크랙 발생 등의 빈도가 매우 높아지고 있다. 이를 해결하기 위해 방열판 등을 사용하고 있으나, 이는 일부 패키지에서만 가능하고, 공정 추가로 인하여 생산성이 저하되고 비용이 증가하는 단점이 있다. 이에 방열 효과가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 개발이 필요한 실정이다.
에폭시 수지 조성물의 방열 효과 개선을 위해 일반적으로 널리 사용되고 있는 실리카 대비 열전도율이 높은 무기 충전제인 알루미나, 그라파이트, AlN, BN 및 SiC를 사용하는 것이 일반적이다. 알루미나는 25 내지 30 W/mK의 열전도율을 가지나 수지 밀봉형 반도체 장치에 사용되는 에폭시 수지의 열전도율이 0.20 W/mK 수준이어서 알루미나를 충전제로 사용하더라도 에폭시 수지의 단열 효과로 인하여 우수한 열전도율을 확보할 수 없다. 열전도율이 좋은 그라파이트는 절연 성능이 좋지 않으며, 절연 성능이 비교적 양호한 AlN, BN, SiC 충전제는 충전제의 흐름성이 좋지 않아서 충전율을 높이지 못하므로 복합재료의 열전도율이 높아지지 않아 충전제의 충전율이나 충전제의 종류로는 열전도율을 높이는 것이 한정적이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 매트릭스를 형성하는 에폭시 수지의 열전도율을 향상시키기 위한 노력이 진행되고 있는데, 특히 에폭시 수지에 메소겐 구조(mesogenic structure)를 도입하여 결정상을 스태킹(stacking) 시킴으로써 열전도성을 향상시키는 방법에 대한 연구가 널리 진행되고 있다. 그러나, 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 경화제로 사용되고 있는 페놀계 수지의 경우 구조 특성상 아민계 및 산무수물계 경화제 대비 스태킹이 용이하지 않은 문제점이 있어 아민계 또는 산무수물계 경화제를 사용하는 에폭시 수지 조성물 대비 페놀계 수지 경화제를 사용하는 에폭시 수지 조성물의 열전도성을 높이는 것은 다소 한계가 있다.
본 발명의 목적은 열전도성이 높아 방열 효과가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면, 에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고,
상기 경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물이 제공된다:
<화학식 1>
상기 화학식 1 중,
R1 내지 R5는 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되되, i) R1 및 R2는 히드록시기이거나, ii) R2 및 R3은 히드록시기이거나, iii) R3 및 R4는 히드록시기이거나, 또는 iv) R4 및 R5는 히드록시기이고,
R6 내지 R10은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되되, i) R6 및 R7은 히드록시기이거나, ii) R7 및 R8은 히드록시기이거나, iii) R8 및 R9는 히드록시기이거나, 또는 iv) R9 및 R10은 히드록시기이다.
2. 상기 1에서, R1 및 R10이 동일하고, R2 및 R9가 동일하고, R3 및 R8이 동일하고, R4 및 R7이 동일하고, R5 및 R6이 동일하거나; 또는
R1 및 R6이 동일하고, R2 및 R7이 동일하고, R3 및 R8이 동일하고, R4 및 R9가 동일하고, R5 및 R10이 동일할 수 있다.
3. 상기 1 또는 2에서, R2, R3, R7 및 R8은 히드록시기이고, R1, R4 내지 R6, R9 및 R10은, 서로 독립적으로 수소, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; 또는
R2, R3, R8 및 R9는 히드록시기이고, R1, R4 내지 R7 및 R10은, 서로 독립적으로 수소, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택될 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 바이페닐-2,3,2',3'-테트라올(Biphenyl-2,3,2',3'-tetraol), 바이페닐-3,4,3',4'-테트라올(Biphenyl-3,4,3',4'-tetraol), 6,6'-디메틸(1,1'-바이페닐)-3,3',4,4'-테트라올(6,6'-dimethyl(1,1'-biphenyl)-3,3',4,4'-tetraol) 및 바이페닐-2,3,3',4'-테트라올(Biphenyl-2,3,3',4'-tetraol) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다.
6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나에서, 상기 경화제는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 외에 페놀성 경화제를 더 포함할 수 있다.
7. 상기 6에서, 상기 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지, 페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀 수지, 트리스(히드록시페닐)메탄, 디히드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나에서, 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은,
상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%;
상기 경화제 0.1 내지 13 중량%; 및
상기 무기 충전제 70 내지 95 중량%를 포함할 수 있다.
9. 다른 측면에 따르면, 상기 1 내지 8 중 어느 하나의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치가 제공된다.
본 발명은 열전도성이 높아 방열 효과가 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 명세서에서 수치 범위를 나타내는 "a 내지 b" 에서 "내지"는 ≥a이고 ≤b으로 정의한다.
일 측면에 따르면, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
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 바이페닐형 에폭시 수지를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
에폭시 수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제, 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물 형태로 사용할 수도 있다.
에폭시 수지의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중에 0.5 내지 20 중량%(예를 들면, 1 내지 15 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화제
경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물(이하, 화학식 1의 화합물이라 함)을 포함할 수 있다:
<화학식 1>
상기 화학식 1 중, R1 내지 R5는 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되되, i) R1 및 R2는 히드록시기이거나, ii) R2 및 R3은 히드록시기이거나, iii) R3 및 R4는 히드록시기이거나, 또는 iv) R4 및 R5는 히드록시기이고,
R6 내지 R10은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되되, i) R6 및 R7은 히드록시기이거나, ii) R7 및 R8은 히드록시기이거나, iii) R8 및 R9는 히드록시기이거나, 또는 iv) R9 및 R10은 히드록시기이다. 예를 들어, 화학식 1 중, R1 및 R2는 히드록시기이고, R3 내지 R5는 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; R2 및 R3은 히드록시기이고, R1, R4 및 R5는 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; R3 및 R4는 히드록시기이고, R1, R2 및 R5는 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; 또는 R4 및 R5는 히드록시기이고, R1 내지 R3은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되고; 및 R6 및 R7은 히드록시기이고, R8 내지 R10은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; R7 및 R8은 히드록시기이고, R6, R9 및 R10은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; R8 및 R9는 히드록시기이고, R6, R7 및 R10은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; 또는 R9 및 R10은 히드록시기이고, R6 내지 R8은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 각 벤젠 고리에 인접한 2개 이상의 히드록시기를 각각 포함함으로써, 에폭시 수지의 스태킹의 형성을 용이하게 하며, 그 결과 에폭시 수지 조성물의 열전도성을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 중, R1 및 R10이 동일하고, R2 및 R9가 동일하고, R3 및 R8이 동일하고, R4 및 R7이 동일하고, R5 및 R6이 동일할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 중, R1 및 R6이 동일하고, R2 및 R7이 동일하고, R3 및 R8이 동일하고, R4 및 R9가 동일하고, R5 및 R10이 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 중, R2, R3, R7 및 R8은 히드록시기이고, R1, R4 내지 R6, R9 및 R10은, 서로 독립적으로 수소, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1 중, R2, R3, R7 및 R8은 히드록시기이고, R1, R4 내지 R6, R9 및 R10은 수소일 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 화학식 1 중, R2, R3, R7 및 R8은 히드록시기이고, R1, R4, R6 및 R9는 수소이고, R5 및 R10은 메틸기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 중, R2, R3, R8 및 R9는 히드록시기이고, R1, R4 내지 R7 및 R10은, 서로 독립적으로 수소, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1 중, R2, R3, R8 및 R9는 히드록시기이고, R1, R4 내지 R7 및 R10은 수소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1의 화합물은 바이페닐-2,3,2',3'-테트라올(Biphenyl-2,3,2',3'-tetraol), 바이페닐-3,4,3',4'-테트라올(Biphenyl-3,4,3',4'-tetraol), 6,6'-디메틸(1,1'-바이페닐)-3,3',4,4'-테트라올(6,6'-dimethyl(1,1'-biphenyl)-3,3',4,4'-tetraol) 및 바이페닐-2,3,3',4'-테트라올(Biphenyl-2,3,3',4'-tetraol) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1의 화합물의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 화학식 1의 화합물은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5 중량%(예를 들면, 0.5 내지 5 중량%, 다른 예를 들면, 1 내지 4 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 열전도성이 높아 우수한 방열 효과가 있을 수 있다.
경화제는 상기 화학식 1의 화합물 외에 반도체 소자 밀봉용으로 일반적으로 사용되는 경화제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 경화제는 상기 화학식 1의 화합물 외에 페놀성 경화제를 더 포함할 수 있다. 이러한 페놀성 경화제의 예로는 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(히드록시페닐)메탄, 디히드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구현예에 따르면, 경화제는 상기 화학식 1의 화합물 외에 페놀노볼락형 페놀 수지를 더 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물을 포함한 총 경화제의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 상기 화학식 1의 화합물을 포함한 총 경화제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 13 중량%(예를 들면, 0.5 내지 10 중량%, 다른 예를 들면, 1 내지 10 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물을 포함한 경화제는 각각 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있다. 또한, 경화제에 에폭시 수지, 경화 촉진제, 이형제 및 응력 완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터 배치와 같은 선반응을 시켜 만든 부가 화합물로도 사용할 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성의 향상과 저응력화를 달성하기 위해 사용될 수 있다. 무기 충전제는 반도체 소자 밀봉에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 무기 충전제로서 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등을 사용할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 열전도도를 확보하기 위하여 무기 충전제로서 알루미나를 사용할 수 있다. 알루미나의 형상 및 입경은 특별히 한정되지 않으나, 평균 입경(D50) 1 내지 30㎛(예를 들면, 5 내지 25㎛)의 구상 알루미나가 사용될 수 있다. 여기서, 평균 입경(D50)은 알루미나를 이소프로필알코올(IPA) 중에서 25℃에서 3분 동안 초음파 분산시킨 후 입도분석기(1064LD, CILAS社)를 사용하여 측정될 수 있다. 알루미나는 필요에 따라 커플링제, 에폭시 수지 또는 경화제로 미리 피복되어 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 무기 충전제로서 알루미나, 및 용융 실리카와 결정성실리카 중 1종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 알루미나에 용융 실리카 및/또는 결정성 실리카를 병용하는 경우, 용융 실리카 및/또는 결정성 실리카는 전체 무기 충전제 중 10 중량% 이하로 사용하는 것이 열전도도 측면에서 좋을 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 중 70 내지 95 중량%(예를 들면, 80 내지 92 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 난연성, 유동성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 경화 촉진제를 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질을 일컬을 수 있다. 경화 촉진제로는, 예를 들어 3급 아민, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 이미다졸 화합물, 붕소 화합물 등이 사용될 수 있다.
3급 아민의 예로는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기금속 화합물의 예로는 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트 등이 있다. 유기인 화합물의 예로는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논 부가물 등이 있다. 이미다졸 화합물의 예로는 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등이 있다. 붕소 화합물의 예로는 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도, 경화 촉진제의 예로는 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), 페놀노볼락 수지염 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화 촉진제는 에폭시 수지 또는 경화제와 선 반응하여 만든 부가물을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
경화 촉진제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 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. 상기 범위에서, 조성물의 경화를 촉진하고, 경화도도 좋은 장점이 있을 수 있다.
반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 커플링제, 이형제 및 착색제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
커플링제
커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여 계면 강도를 향상시키기 위한 것으로, 커플링제의 예로는 실란 커플링제를 들 수 있다. 실란 커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여, 에폭시 수지와 무기 충전제의 계면 강도를 향상시키는 것이면 되고, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 실란 커플링제의 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.
커플링제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 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, 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.
이형제
이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염 중 1종 이상을 사용할 수 있다.
이형제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 이형제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 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 및 운모 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
착색제의 사용량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 착색제는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.01 내지 5 중량%(예를 들면, 0.05 내지 3 중량%)로 포함될 수 있다.
이외에도, 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. 상술한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로서는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이 가능할 수 있다.
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 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: YX-4000H, Mitsubishi chemical社
(B) 경화제
(b1) 6,6'-디메틸(1,1'-바이페닐)-3,3',4,4'-테트라올, Sigma-Aldrich社
(b2) HF-1M, Meiwa社
(C) 무기 충전제: 평균 입경(D50) 15㎛의 구상 알루미나, Denka社
(D) 경화촉진제: triphenylphosphine(TPP), Hokko社
(E) 커플링제: S-510, Chisso社
(F) 착색제: MA-600, Matsusita Chemical社
(G) 이형제: 카르나우바왁스
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 및 2
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.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 | ||
| (A) | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 4.26 | |
| (B) | (b1) | 0.85 | 1.7 | 2.55 | 3.4 | - | - |
| (b2) | 2.55 | 1.7 | 0.85 | - | 3.4 | 2.64 | |
| (C) | 90 | 90 | 90 | 90 | 90 | 92 | |
| (D) | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| (E) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| (F) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
| (G) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | |
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1) 열전도도(W/mK): ASTM D5470에 의해 에폭시 수지 조성물로 평가용 시편을 제조하고 25℃에서 측정하였다.
(2) 유동성(inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형에, 성형온도 175℃, 성형압력 70kgf/cm2에서 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동장(遊動長)(단위: inch)을 측정하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 열전도도 | 0.34 | 0.40 | 0.45 | 0.54 | 0.29 | 0.35 |
| 유동성 | 65 | 64 | 60 | 58 | 68 | 35 |
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 화학식 1의 화합물을 포함한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 우수한 열전도도 및 유동성을 나타냈다.
반면에, 본 발명의 화학식 1의 화합물을 비포함한 비교예 1은 열전도도가 낮았다. 또한, 본 발명의 화학식 1의 화합물을 비포함하되, 실시예 대비 무기 충전제의 함량이 높은 비교예 2의 경우 열전도도는 실시예 1과 동등 수준을 보였으나, 유동성이 낮았다.
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 (9)
- 에폭시 수지, 경화제 및 무기 충전제를 포함하고,
상기 경화제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물:
<화학식 1>
상기 화학식 1 중,
R1 내지 R5는 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되되, i) R1 및 R2는 히드록시기이거나, ii) R2 및 R3은 히드록시기이거나, iii) R3 및 R4는 히드록시기이거나, 또는 iv) R4 및 R5는 히드록시기이고,
R6 내지 R10은 서로 독립적으로, 수소, 히드록시기, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되되, i) R6 및 R7은 히드록시기이거나, ii) R7 및 R8은 히드록시기이거나, iii) R8 및 R9는 히드록시기이거나, 또는 iv) R9 및 R10은 히드록시기이다.
- 제1항에 있어서,
R1 및 R10이 동일하고, R2 및 R9가 동일하고, R3 및 R8이 동일하고, R4 및 R7이 동일하고, R5 및 R6이 동일하거나; 또는
R1 및 R6이 동일하고, R2 및 R7이 동일하고, R3 및 R8이 동일하고, R4 및 R9가 동일하고, R5 및 R10이 동일한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
R2, R3, R7 및 R8은 히드록시기이고, R1, R4 내지 R6, R9 및 R10은, 서로 독립적으로 수소, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되거나; 또는
R2, R3, R8 및 R9는 히드록시기이고, R1, R4 내지 R7 및 R10은, 서로 독립적으로 수소, 메틸기 및 에틸기 중에서 선택되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 바이페닐-2,3,2',3'-테트라올(Biphenyl-2,3,2',3'-tetraol), 바이페닐-3,4,3',4'-테트라올(Biphenyl-3,4,3',4'-tetraol), 6,6'-디메틸(1,1'-바이페닐)-3,3',4,4'-테트라올(6,6'-dimethyl(1,1'-biphenyl)-3,3',4,4'-tetraol) 및 바이페닐-2,3,3',4'-테트라올(Biphenyl-2,3,3',4'-tetraol) 중에서 선택된 1종 이상인 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 에폭시 수지 조성물 중 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 경화제는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 외에 페놀성 경화제를 더 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제6항에 있어서,
상기 페놀성 경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지, 페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형 페놀 수지, 트리스(히드록시페닐)메탄, 디히드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물 중 1종 이상을 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지 0.5 내지 20 중량%;
상기 경화제 0.1 내지 13 중량%; 및
상기 무기 충전제 70 내지 95 중량%를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 장치.
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