KR20210047652A - 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름 및 이를 이용한 반도체 패키지 - Google Patents

반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름 및 이를 이용한 반도체 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 몰딩용 필름에 관한 것으로, 구체적으로 낮은 온도에서 경화가 가능하며, 보존안정성 및 반도체 칩과의 접착력을 향상시킨 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름, 그리고 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것이다.

Description

반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름 및 이를 이용한 반도체 패키지{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR MOLDING SEMICONDUCTOR, FILM FOR MOLDING SEMICONDUCTOR AND SEMICONDUCTOR PACKAGE USING THE SAME}
본 발명은 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 구체적으로 낮은 온도에서 경화가 가능하며, 보존안정성 및 반도체 칩과의 접착력을 향상시킨 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 칩의 제조 공정은 웨이퍼에 미세한 패턴을 형성하는 공정 및 최종 장치의 규격에 맞도록 웨이퍼를 연마하여 패키징(packaging)하는 공정을 포함한다.
상술한 패키징 공정은 반도체 칩의 불량을 검사하는 웨이퍼 검사 공정; 웨이퍼를 절단하여 낱개의 칩으로 분리하는 다이싱 공정; 분리된 칩을 회로 필름(circuit film) 또는 리드 프레임의 탑재판에 부착시키는 다이본딩 공정; 반도체 칩 상에 구비된 칩 패드와 회로 필름 또는 리드 프레임의 회로 패턴을 와이어와 같은 전기적 접속 수단으로 연결시키는 와이어 본딩 공정; 반도체 칩의 내부 회로와 그 외의 부품을 보호하기 위해 봉지재로 외부를 감싸는 몰딩 공정; 리드와 리드를 연결하고 있는 댐바를 절단하는 트림 공정; 리드를 원하는 형태로 구부리는 포밍 공정; 및 완성된 패키지의 불량을 검사하는 완성품 검사공정 등을 포함한다.
특히, 몰딩공정은 반도체 칩의 내부 회로와 그 외의 부품이 외부로 노출되어 습기, 충격, 열 등으로 인해 성능이 급격히 저하되는 것을 방지하기 위해 필수적이다. 일반적으로 몰딩 공정에서 사용되는 봉지재로는 가격이 경제적이며 성형이 용이한 에폭시 수지를 이용하고 있다.
또한, 최근 FOWLP(Fan OutWafer Level Package) 기술이 기폭제가 되어 반도체 패키지 시장이 급변하고 있다. FOWLP는 기판을 사용하지 않기 때문에 비교적 얇은 두께가 가능하며, 전기적 성능과 열 효율이 우수하고 입출력 밀도를 높일 수 있고, SiP (System in Package)가 가능한 장점을 가지고 있다. 팬아웃 패키지는 Die를 재배열한 후 에폭시 몰딩 컴파운드의 형태에 따라 압축 성형(Compression Molding) 혹은 진공 라미네이션(Vacuum Lamination)을 통해 일괄 몰딩을 실시하고, 재배선 공정 후 Singulation 공정을 거쳐 패키지로 구현하게 된다.
비용 측면에서 웨이퍼 레벨이 아닌 패널레벨(Panel Level)로 공정을 진행하고자 하는 움직임도 활발하며 점점 웨이퍼나 패널의 크기는 커지고 있는 추세이다.
다만, FOWLP에서 주로 사용되는 액상 에폭시 수지 몰딩용 조성물(Epoxy Mold Compound, EMC)은 150 ℃의 낮은 온도에서 경화가 가능한 장점이 잇지만, 보존안정성이 낮아 냉동상태에서 보관을 하며, 실온에서의 사용시간이 24시간 정도로 짧은 문제점이 있었다. 나아가, 필름형 에폭시 수지 몰딩용 조성물은 보존안정성은 우수하지만 경화가 가능한 온도가 180 ℃ 내지 200 ℃로 높은 문제점이 있었다.
이에 따라 상술한 문제점인 보존안정성을 향상시키고 저온의 경화온도를 가지며, 반도체 칩과의 접착력을 향상시킬 수 있는 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물에 대한 개발이 절실한 상태였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물에 포함되는 무기필러를 표면처리함으로써, 보존안정성을 향상시키는 동시에 경화온도를 낮출 수 있는 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물, 반도체 몰딩용 필름 및 이를 이용한 반도체 패키지를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 에폭시 수지; 유동화제; 및 이미다졸계 실란 커플링제로 표면처리된 무기필러;를 포함하는 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시상태는 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 경화물을 포함하는 반도체 몰딩용 필름을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시상태는 상기 반도체 몰딩용 필름을 포함하는 반도체 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물이 경화되는 온도를 낮춰 고온에 의한 반도체 패키지의 변성을 방지할 수 있다.
더불어, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 보존안정성을 향상시켜 오랜시간 동안 실온에서 사용이 가능하며, 상기 반도체 몰딩용 필름의 변성을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시시상태에 따르면, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물이 저온에서 경화 가능하게 함과 동시에 반도체 칩(다이)와의 접착력을 유지시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시상태에 따르면, 반도체 몰딩용 필름은 저온경화를 가능하게 하고, 보존안정성을 향상시키며, 접착력 및 몰딩특성을 유지시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일 실시상태에 따르면, 반도체 패키지는 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 중량 평균 분자량은 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 의미한다. 상기 GPC법에 의해 측정한 폴리스티렌 환산의 중량 평균 분자량을 측정하는 과정에서는, 통상적으로 알려진 분석장치와 시차 굴절 검출기(Refractive Index Detector) 등의 검출기 및 분석용 컬럼을 사용할 수 있으며, 통상적으로 적용되는 온도 조건, 용매, flow rate를 적용할 수 있다. 상기 측정 조건의 구체적인 예로, 30℃의 온도, 클로로포름 용매(Chloroform) 및 1 mL/min의 flow rate를 들 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 에폭시 수지; 유동화제; 및 이미다졸계 실란 커플링제로 표면처리된 무기필러를 포함하는 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태인 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물에 따르면, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물이 경화되는 온도를 낮춰 고온에 의한 반도체 패키지의 변성을 방지할 수 있다. 더불어, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 보존안정성을 향상시켜 오랜시간 동안 실온에서 사용이 가능하며, 상기 반도체 몰딩용 필름의 변성을 방지할 수 있으며, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물이 저온에서 경화 가능하게 함과 동시에 반도체 칩(다이)와의 접착력을 유지시킬 수 있다
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 에폭시 수지는 크레졸 노볼락 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 노볼락 에폭시 수지, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 노볼락 에폭시 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 4관능성 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 트리 페놀 메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리 페놀 메탄 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 상술한 에폭시 수지를 선택함으로써, 상기 반도체 몰딩용 필름의 제조비용을 최소화할 수 있으며, 반도체 칩의 다단적층 구조의 패키지에 적합한 물리적 특성, 내열성 및 내충격성 등의 기계적 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이미다졸계 실란 커플링제는 하기 화학식 1인 것일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄인 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄인 알콕시기, 또는 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
R3은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄인 알킬렌기이다.
R4 및 R5은 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기이다.
R6은 치환 또는 비치환된 벤젠 설포닐기, 치환 또는 비치환된 피리딘기, 치환 또는 비치환된 벤젠기, 또는 하기 화학식 2이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
X 및 Z는 각각 독립적으로 C 또는 N이며, Y는 O 또는 S이다.
보다 구체적으로 상기 이미다졸계 실란 커플링제는 하기 화학식 3 내지 화학식 6인 것일 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
[화학식 5]
Figure pat00005
[화학식 6]
Figure pat00006
상술한 이미다졸계 실란 커플링제로 무기필러를 표면처리함으로써, 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 보존안정성을 향상시키는 동시에 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 경화온도를 낮추어 반도체 패키지의 변성을 방지하며, 반도체 칩과의 접착력을 높여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기필러의 평균입경은 0.05 ㎛ 내지 100 ㎛인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 무기필러의 평균입경은 0.1 ㎛ 내지 95 ㎛, 0.2 ㎛ 내지 90 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 80 ㎛, 0.7 ㎛ 내지 70 ㎛, 1 ㎛ 내지 60 ㎛, 3 ㎛ 내지 50 ㎛, 5 ㎛ 내지 40 ㎛, 7 ㎛ 내지 30 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 20 ㎛이하일 수 있다. 보다 구체적으로 0.05 ㎛ 내지 15 ㎛의 평균입경을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 범위 내에서 상기 무기필러의 평균입경을 조절함으로써, 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 내의 무기필러의 분산도를 향상시킬 수 있으며, 상기 무기필러의 표면적을 향상시켜 상기 이미다졸계 실란 커플링제에 의한 표면처리 효과를 향상시킬 수 있고, 상기 반도체 몰딩용 필름의 두께를 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기필러는 실리카, 이산화티탄, 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 산화알루미늄, 활석, 질화알루미늄 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 상술한 것으로 무기필러를 선택함으로써, 상기 이미다졸계 실란 커플링제에 의한 표면처리 효율을 향상시킬 수 있으며, 반도체 몰딩용 필름의 열팽창계수를 낮추어 반도체 패키지의 휨정도를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 무기필러의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 100 중량부 내지 2,500 중량부인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 무기필러의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 500중량부 내지 1,800 중량부, 550 중량부 내지 1,700 중량부, 600 중량부 내지 1,800 중량부, 650 중량부 내지 1,700 중량부, 700 중량부 내지 1,600 중량부, 800 중량부 내지 1,500 중량부, 900 중량부 내지 1,400 중량부 또는 1,000 중량부 내지 1,300 중량부일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 무기필러의 함량을 조절함으로써, 반도체 몰딩용 필름의 열팽창계수가 낮아지면서, 반도체 칩과의 열팽창계수 차이가 감소하여 최종 제조되는 반도체 패키지의 휨 정도가 감소할 수 있고, 반도체 몰딩용 필름의 기계적 물성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 이미다졸계 실란 커플링제를 이용하여 표면처리된 무기필러는 구체적으로 다음의 방법으로 얻을 수 있다. 메탄올 또는 에탄올에 아세트산을 첨가하여 pH가 4 내지 5인 용액을 제조하는 단계; 상기 용액에 이미다졸 실란 커플링제를 넣고 교반하여 가수분해 시키고, 실리카를 넣어 5 시간 내지 15시간 동안 교반하는 단계; 교반 이후 상기 용액을 원심분리 및 세척하여 표면 처리된 실리카를 얻는 단계를 포함한다. 구체적으로 상기 실리카를 얻는 단계는 교반 이후 용액을 원심분리하여 상층액은 버리고, 다시 메탄올 혹은 에탄올을 넣고 교반하여 원심분리하여 미반응 실란 커플링제를 세척한 뒤 표면 처리된 실리카를 얻었다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유동화제는 니트릴부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 아크릴계 고무, 폴리이소프렌 또는 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 유동화제는 에폭시기, 무수물기, 히드록시기, 및 카르복시기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 반응성 작용기를 함유한 폴리부타디엔, 아크릴계 고무, 또는 폴리이소프렌 등이 좀 더 바람직하다. 상술한 것으로부터 상기 유동화제를 선택함으로써, 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 유연성을 높여주는 작용을 할 수 있어, 반도체 몰딩용 필름의 취급성을 향상시키고 몰딩 후 패키지의 크랙을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유동화제의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 50 중량부인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 유동화제의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 5 중량부 내지 40 중량부, 6 중량부 내지 35 중량부, 7 중량부 내지 30 중량부, 8 중량부 내지 25 중량부, 9 중량부 내지 20 중량부 또는 10 중량부 내지 15 중량부일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 유동화제의 함량을 조절함으로써, 반도체용 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 유연성을 향상시켜 상기 수지 조성물을 포함하는 반도체용 필름의 취급성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 10 내지 150 중량부의 경화제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 경화제의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 20 중량부 내지 140 중량부, 30 중량부 내지 130 중량부, 40 중량부 내지 120 중량부, 50 중량부 내지 110 중량부, 60 중량부 내지 100 중량부일 수 있다. 상술한 범위 내에서 상기 경화제를 더 포함하고, 상기 경화제의 함량을 조절함으로써, 상기 에폭시 수지의 경화도를 조절하여 반도체 몰딩용 필름의 기계적 물성을 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 경화제는 아민계 화합물, 산무수물계 화합물, 아미드계 화합물, 페놀계 화합물 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 구체적으로 상기 아민계 화합물은 디아미노디페닐메탄, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌트트라아민, 디아미노디페닐술폰, 이소포론디아민, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 상기 산무수물계 화합물은 무수 프탈산, 무수 트리멜리트산, 무수피로멜리트산, 무수말레인산, 테트라히드로 무수 프탈산, 메틸테트라히드로무수프탈산, 무수 메틸나딕산, 헥사히드로무수프탈산, 메틸헥사히드로무수프탈산 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것일 수 있다. 상기 아미드계 화합물로는 디시안디아미드, 리놀렌산의 2량체와 에틸렌디아민으로부터 합성되는 폴리아미드 수지일 수 있다. 상기 페놀계 화합물은 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 S, 플루오렌비스페놀, 테르펜디페놀 등의 다가 페놀류; 페놀류와 알데히드류, 케톤류 또는 디엔류 등의 축합에 의해 수득되는 페놀 수지; 페놀류 및/또는 페놀 수지의 변성물; 테트라브로모비스페놀 A, 브롬화 페놀 수지 등의 할로겐화 페놀류; 기타 이미다졸류, BF3-아민 착체, 구아니딘 유도체일 수 있다. 상술한 것으로부터 상기 경화제를 선택함으로써, 에폭시 수지의 경화도를 조절하는 동시에 반도체용 필름의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물은 필요에 따라 레벨링제, 분산제 또는 용매를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 용매는 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 용해시키고, 또한 조성물을 도포하기에 적절한 정도의 점도를 부여하는 목적으로 사용될 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예로는, 메틸에틸케톤(Methyl Ethyl Ketone, MEK), 시클로헥사논 등의 케톤류; 톨루엔, 크실렌, 테트라메틸벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 글리콜에테르류(셀로솔브); 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 아세트산에스테르류; 에탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 카르비톨 등의 알코올류; 옥탄, 데칸 등의 지방족 탄화수소; 석유에테르, 석유나프타, 수소 첨가 석유나프타, 용매나프타 등의 석유계 용제; 디메틸아세트아미드, 디메틸프름아미드(DMF) 등의 아미드류 등을 들 수 있다. 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로서 사용할 수 있다.
상기 용매는 상기 에폭시 수지 조성물의 분산성, 용해도 또는 점도 등을 고려하여 적절한 양으로 사용될 수 있으며, 예를 들어 상기 에폭시 수지 조성물은 상기 용매 0.1 중량% 내지 50중량%, 또는 1 중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 용매의 함량이 지나치게 적은 경우에는 에폭시 수지 조성물의 점도를 높여 코팅성을 떨어뜨릴 수 잇고, 용매의 함량이 지나치게 높을 경우에는 건조가 잘 되지 않아 형성된 필름의 끈적임이 증가할 수 있다.
한편, 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법의 예는 크게 한정되지 않고, 상술한 성분들을 다양한 방법, 예를 들어 믹서 등을 이용하여 혼합하는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시상태는 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 경화물을 포함하는 반도체 몰딩용 필름을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시상태인 반도체 몰딩용 필름 에 따르면, 저온경화를 가능하게 하고, 보존안정성을 향상시키며, 접착력 및 몰딩특성을 유지시킬 수 있다.
상기 다른 일 실시상태의 몰딩 필름에 포함된 무기 필러에 대한 내용은, 상기 일 실시상태의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물에서 상술한 내용을 모두 포함한다.
상기 다른 일 실시상태의 몰딩 필름은 상기 일 실시상태의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 도포, 건조, 및 경화공정을 통해 얻어지는 완전 경화 필름을 의미하며, 몰딩 필름에 포함된 고분자는 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물에 포함된 성분들의 가교 반응을 통해 얻어지는 반응 생성물을 포함할 수 있다.
상기 도포 단계에서는 상기 반도체 몰딩용 수지 조성물을 도포하는 데 사용될 수 있는 것으로 알려진 통상적인 방법 및 장치를 사용할 수 있으며, 예를 들어 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 그대로 혹은 적절한 유기 용매에 희석한 후 기재 필름 위에 콤마 코터, 블레이드 코터, 립 코터, 로드 코터, 스퀴즈 코터, 리버스 코터, 트랜스퍼롤 코터, 그라이바 코터, 분무 코터 등을 사용하여 도포한 후 건조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 건조 온도는 50 ℃ 내지 200 ℃일 수 있다. 구체적으로 상기 건조 온도는 60 ℃ 내지 170 ℃, 70 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다. 또한, 상기 건조 시간은 2 분 내지 30 분일 수 있다. 구체적으로 상기 건조시간은 2.5 분 내지 25 분, 3 분 내지 20 분, 3.5 분 내지 15 분일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 몰딩 필름에 대해 0 ℃ 에서부터 50 ℃까지의 온도범위에서 측정된 열팽창계수(CTE)의 평균값이 1.00 ppm/K 내지 25.00 ppm/K, 또는 3.00 ppm/K 내지 20.0 ppm/K 일 수 있다. 상기 몰딩 필름은 상술한 범위의 낮은 열팽창계수를 가짐에 따라, 반도체 패키지에 적용시 반도체 기판과의 열팽창계수 차이가 감소하여, 반도체 패키지의 휨 특성을 줄여 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시상태에 따르면, 상기 몰딩용 필름을 포함하는 반도체 패키지가 제공될 수 있다.
상술한 몰딩 필름은 반도체를 밀봉하기 위한 용도로 사용할 수 있으며, 상기 반도체는 회로기판 및 반도체 칩을 포함할 수 있다. 상기 회로기판은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board), 반도체 패키지 기판 또는 플렉시블 반도체 패키지(FPCB) 기판 등을 들 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 몰딩 필름은 반도체 패키지 기판상에 적층되어, 회로기판상에 실장된 반도체 칩 또는 회로기판을 밀봉시킬 수 있다. 또한, 팬아웃 패키지를 이용해 회로기판 없이도 밀봉될 수 있다.
이를 통해 상기 반도체 패키지는 몰딩 필름에 의해 회로기판이나 반도체 칩이 외부에 노출되는 것을 방지하여 높은 신뢰성을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[ 제조예 : 이미다졸 실란계 커플링제의 합성]
제조예 1
반응기에 이미다졸(imidazole) 51 g을 넣고 100 ℃로 승온하여 녹인 뒤, 3-글리시딜옥시프로필(디메톡시)메틸 실란(3-glycidyloxy propyl (dimethoxy)methyl silane)을 165 g을 적하하여 1차 이미다졸 실란을 얻었다. 이를 식힌 뒤에 벤젠 설폰닐이소시아네이트(benzene sulfonyl isocyanate) 137 g과 촉매로서 디부틸틴디라우레이트(Dibutyltin Dilaurate) 0.5 g을 넣고 상온에서 반응시켜 화학식 2와 같은 구조를 가진 이미다졸계 실란 커플링제를 제조하였다.
[화학식 2]
Figure pat00007
제조예 2
상기 제조예 1에서 벤젠 설폰닐이소시아네이트(Benzene sulfonyl isocyanate) 대신에 피리딘-3-이소시아네이트(pyridine-3-isocyanate) 90 g을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 같이 하여 화학식 3과 같은 구조를 가진 이미다졸계 실란 커플링제를 제조하였다.
[화학식 3]
Figure pat00008
[표면처리 예: 무기필러의 표면을 이미다졸계 실란 커플링제로 처리]
표면처리 예 1
메탄올 300 g에 아세트산을 첨가하여 pH 4 내지 5 사이로 조정하고, 상기 제조예 1에서 합성된 이미다졸계 실란 커플링제 3 g을 넣고 교반하여 가수분해 시킨 후, 평균입경 5㎛인 실리카 100g을 넣어 10시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 용액은 원심분리기를 이용하여 원심분리를 실시하고 상층액은 버리고, 다시 메탄올 혹은 에탄올을 넣고 교반하여 원심분리하여 미반응 실란 커플링제를 세척한 뒤 표면 처리된 무기필러인 실리카를 얻었다.
표면처리 예 2
제조예 2에서 합성된 이미다졸계 실란 커플링제를 이용한 것을 제외하고, 표면처리 예 1과 같은 방법으로 표면처리된 실리카를 얻었다.
표면처리 예 3
N-(트리메톡시실릴프로필)이미다졸(N-(Trimethoxysilylpropyl)imidazole)을 이용하여 표면처리를 한 것을 제외하고, 표면처리 예 1과 같은 방법으로 표면처리된 실리카를 얻었다.
[ 실시예 및 비교예 : 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름의 제조]
실시예 1
(1) 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 제조
크레졸노볼락계 에폭시 9 g, 비스페놀 A계 액상 에폭시 3 g, 경화제로서 페놀노볼락 8 g, 유동화제로서 크레이밸리사의 POLY BD 600E(수평균분자량 약 1,350) 2 g, 무기필러로서 제조예 1에서 합성된 이미다졸 실란을 이용하여 표면처리 1의 방법으로 표면처리된 실리카 65g, 레벨링제 0.5 g, 용제로서 메틸에틸케톤(MEK)을 15 g를 혼합하여 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
(2) 반도체 몰딩용 필름의 제조
상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 이형처리된 PET 필름 위에 닥터블레이드를 이용하여 약 120 ㎛의 두께로 코팅한 뒤, 랩오븐을 이용하여 1000rpm의 풍속으로 110 ℃에서 5분간 건조한 뒤 보호필름을 덮어 100㎛ 두께의 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
실시예 2
실시예 1의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조과정에서, 무기필러로서 제조예 2에서 합성된 이미다졸계 실란 커플링제를 이용하여 표면처리 예 2의 방법으로 표면처리된 무기필러인 실리카를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조과정에서, 경화제로서 메틸 테트라히드로프탈릭 안하이드라이드 6 g, 유동화제로서 네가미사의 Acryl 수지인 KG-3125(수평균분자량 100만) 3 g, 필러로서 제조예 1에서 합성된 이미다졸 실란을 이용하여 표면처리 1의 방법으로 표면처리된 무기필러인 실리카 70 g를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조과정에서, 표면처리 예 3의 방법으로 얻어진 무기필러인 실리카를 이용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조과정에서, 무기필러로서 에폭시 표면처리된 실리카를 이용하고, 촉매로서 N-(트리메톡시실릴프로필)이미다졸(N-(Trimethoxysilylpropyl) imidazole) 0.5g을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
비교예 3
비교예 2의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조과정에서, 촉매로서 제조예 1에서 제조된 이미다졸계 실란 커플링제를 이용한 것을 제외하고, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
비교예 4
비교예 2의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 제조과정에서, 촉매로서 시코쿠사의 이미다졸 촉매인 2E4MZ를 0.5g 사용한 것을 제외하고, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물 및 반도체 몰딩용 필름을 제조하였다.
시험예 1(저온 경화 평가)
동박의 광택면 (Shiny Side) 상에 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4 각각에서 제조된 몰딩 필름을 80 ℃의 온도에서 진공라미네이션 한 후, 160 ℃에서 1 시간 동안 열경화를 실시하고 동박을 박리하여 반도체 몰딩용 필름의 경화물을 얻었다.
상기 경화물을 10 mg 취하여 시차 주사 열량측정기(Differential Scanning Calorimetry, DSC)에 넣고 0 ℃부터 250 ℃까지 10 ℃/min의 속도로 승온하면서 남은 반응 피크가 나타나는 지를 확인하였다. 반응 피크가 남은 것을 NG, 반응피크가 관찰되지 않는 것을 OK로 표시하였다.
시험예 2(반도체 칩과의 접착력 측정)
Si 웨이퍼(Wafer)를 5mmⅩ5mm로 다이싱(Dicing) 한 후에 반도체 몰딩용 필름을 라미네이션하고 이를 10mmⅩ10mm 크기의 Si 웨이퍼(Wafer)에 70 ℃에서 진공 라미네이션 한 뒤, 가압오븐을 이용하여 160 ℃에서 1시간 동안 경화를 실시하였다. 경화된 샘플의 일부를 130 ℃, 85 %의 HAST chamber에서 50 시간 보관한 뒤, Dodge 4000기기를 이용하여 250 ℃에서 50um/s의 속도로 die shear test를 실시하였다. 경화 후와 흡습 후의 접착력을 비교하였다.
시험예 3(보존안정성 평가)
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에서 얻어진 100 ㎛ 두께의 반도체 몰딩용 필름을 8장을 라미네이션하여 800 ㎛ 두께로 만든 뒤, 1 인치 크기의 원모양으로 잘라 Rheometer를 이용하여 용융점도를 측정하였다. 용융점도는 10 Hz, 0.5 % strain 조건으로 30 ℃에서 180 ℃까지 10 ℃/min의 속도로 승온시키며 측정하여 필름이 나타내는 최저점도를 얻었다. 필름을 만든 뒤와 상온에서 48시간 뒤의 최저점도를 측정하여 점도의 상승여부를 판단하여 보존 안정성을 평가하였다.
시험예 4(몰딩 특성 평가)
회로기판 위에 10 mm Ⅹ 10 mm Ⅹ 80 ㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼를 10 mm의 간격을 두고 배열하여 접착시킨 뒤, 실시예 1 내지 2, 비교예 1 내지 4에서 얻어진 100 ㎛ 두께의 몰딩 필름과 필름을 상온에서 48시간동안 보관한 몰딩필름을 진공 라미네이션 방법을 이용해 100 ℃에서 몰딩 진행 후, 180 ℃에서 두 시간 동안 post-cure를 완료한 뒤에 보이드가 존재하는지 단면을 잘라 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 보이드(Void)가 관찰되지 않는 경우 OK로 평가하였으여, 보이드가 관찰되는 경우 NG로 평가하였다.
상기 시험예 1 내지 4의 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
저온경화 반도체 칩과의 접착력(MPa) 보존안전성
(최저점도 Pa.s)		 몰딩특성
경화후 흡습후 0시간 상온 48시간 0시간 상온 48시간
실시예 1 OK 12 9 1100 1400 OK OK
실시예 2 OK 10 8 1500 1600 OK OK
실시예 3 OK 14 11 800 1000 OK OK
비교예 1 OK 11 5 1200 1500 OK OK
비교예 2 OK 12 7 1200 5800 OK NG
비교예 3 OK 13 11 1100 4900 OK NG
비교예 4 NG 7 5 4100 4700 NG NG
상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 3은 저온 경화가 가능하며, 상온에서 48시간이 경과하더라도 몰딩 특성을 유지하는 것을 확인하였다. 더 나아가, 실시예 1 내지 3은 상온에서 48시간이 경과하더라도 최저 점도가 급격히 상승하지 않아 보존 안정성이 향상된 것을 확인할 수 있으며, 반도체 칩과의 접착력은 경화 후 10MPa 이상을 만족하며, 흡습후 8MPa 이상을 모두 만족하는 것을 확인하였다.
이에 비하여 비교예 1은 반도체 칩과의 접착력이 흡습후 과도하게 저하되는 문제점이 발생하였으며, 비교예 2는 반도체 칩과의 접착력이 흡습후 과도하게 저하되었으며, 상온에서 48 시간 경과 후에의 최저점도가 급격히 상승하여 보존안정성이 저하되고 몰딩특성을 유지하는 문제점이 있음을 확인하였다. 비교예 3은 상온에서 48 시간 경과 후에의 최저점도가 급격히 상승하여 보존안정성이 저하되고 몰딩특성을 유지하는 문제점이 있음을 확인아였으며, 비교예 4는 저온경화가 불가능하며, 반도체 칩과의 접착력, 보존안정성 및 몰딩 특성을 모두 만족하지 못하는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 이미다졸계 실란 커플링제로 표면처리된 무기필러를 포함함으로써, 상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물을 저온에서 경화가 가능한 동시에 보존안정성을 향상시키고, 몰딩특성을 유지하며, 반도체 칩과의 접착력을 유지할 수 있다.

Claims (11)

  1. 에폭시 수지; 유동화제; 및 이미다졸계 실란 커플링제로 표면처리된 무기필러;를 포함하는
    반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미다졸계 실란 커플링제는 하기 화학식 1인 것인
    반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00009

    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄인 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄인 알콕시기, 또는 탄소수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
    R3은 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄인 알킬렌기이고,
    R4 및 R5은 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기이며,
    R6은 치환 또는 비치환된 벤젠 설포닐기, 치환 또는 비치환된 피리딘기, 치환 또는 비치환된 벤젠기, 또는 하기 화학식 2이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00010

    X 및 Z는 각각 독립적으로 C 또는 N이며, Y는 O 또는 S이다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기필러의 평균입경은 0.05 ㎛ 내지 100 ㎛인 것인 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기필러는 실리카, 이산화티탄, 수산화알루미늄, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 산화알루미늄, 활석, 질화알루미늄 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것인
    반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기필러의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 100 중량부 내지 2,500 중량부인 것인 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동화제는 니트릴부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 아크릴계 고무, 폴리이소프렌 또는 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것인 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동화제의 함량은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 50 중량부 인 것인
    반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물은 상기 에폭시 수지 100 중량부 대비 10 중량부 내지 150 중량부의 경화제를 더 포함하는 것인
    반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 경화제는 아민계 화합물, 산무수물계 화합물, 아미드계 화합물, 페놀계 화합물 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나인 것인
    반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 반도체 몰딩용 에폭시 수지 조성물의 경화물을 포함하는
    반도체 몰딩용 필름.
  11. 청구항 10의 반도체 몰딩용 필름을 포함하는
    반도체 패키지.
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