KR20220150705A - 액상 에폭시 수지 혼합물 및 이를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

고연신성의 유연한 언더필 형성이 가능한 액상 에폭시 수지 혼합물 및 이를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물이 제안된다. 본 발명에 따른 액상 에폭시 수지 혼합물은 에폭시 수지; 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머;를 포함한다.

Description

액상 에폭시 수지 혼합물 및 이를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물{LIQUID EPOXY RESIN MIXTURE AND EPOXY RESIN COMPOSITION FOR UNDERFILLING COMPRISING THE SAME}
본 발명은 액상 에폭시 수지 혼합물 및 이를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고연신성의 유연한 언더필 형성이 가능한 액상 에폭시 수지 혼합물 및 이를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
최근 전자부품과 모바일 기기 등의 급속한 박형화, 고밀도화, 고기능화 및 초고속화 경향에 의해, 반도체 소자를 기판에 실장하는 패키징 기술도 점점 미세화, 박형화, 고집적화 성능이 요구되고 있다. 솔더링(Soldering)은 전자제품 제조시, 기판과 반도체 칩 간에 사용되는 일반적인 접합법이다. 솔더링은 약 500 ℃이하의 온도에서 저융점 삽입 금속을 녹여 2이상의 부품을 접합하는 공정이다. 솔더링은 비교적 저온에서 접합이 이루어져 열에 민감한 전자 부품에 필수적으로 사용되고 있다.
솔더링 후, 솔더접합부에서 발생하는 크랙(crack)은 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE) 차이에 의해 발생하는 열적 피로 스트레스에 의한 균열과 기계적인 크립(creep) 및 진동 스트레스에 의한 균열에 의해 발생될 수 있다.
언더필 공정(underfill process)은 기판과 반도체 소자 사이의 열팽창 계수 차이로 발생하는 응력과 변형을 재분배시키기 위하여 기판과 반도체 소자 사이를 절연수지 등으로 채우는 공정을 의미한다. 아울러, 언더필 공정에 의해 기판과 반도체 소자 사이에 외부에서의 불리한 영향, 예를 들면 습기나 전기적, 자기적 환경의 영향을 최대한 방지할 수 있다.
그러나, 절연수지 등을 이용한 언더필 공정이 수행된 반도체 패키지의 경우에도, 기판과 반도체 소자의 접합 부분에 기계적 충격이 가해지는 경우 언더필 부분에서의 유연성이 낮아 크랙이 발생하는 등의 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 고연신성의 유연한 언더필 형성이 가능한 액상 에폭시 수지 혼합물 및 이를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 에폭시 수지 혼합물은 에폭시 수지; 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머;를 포함한다.
에폭시 수지는 액체 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
에폭시 수지는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 화합물 및 비스페놀 F 디글리시딜 에테르 화합물 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머는 액체일 수 있다.
글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 분자량은 1,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다.
에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 중량비는 9:1 내지 1:9일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하는 액상 에폭시 수지 혼합물; 및 경화제;를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
경화제는 아민화합물, 티올화합물, 유기산화합물 및 무수물화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 언더필용 에폭시 수지 조성물은 언더필용 에폭시 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 하여, 액상 에폭시 수지 혼합물은 40wt% 내지 90wt%로 포함하고, 경화제는 10wt% 내지 60wt%로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 언더필용 에폭시 수지 조성물은 용매를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 기판 상에 소자를 실장하는 단계; 기판 및 소자 사이의 공간을, 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하는 액상 에폭시 수지 혼합물 및 경화제를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물로 채우는 단계; 및 언더필용 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 단계;를 포함하는 소자실장방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 기판 상에 소자를 실장하는 단계, 기판 및 소자 사이의 공간을 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하는 액상 에폭시 수지 혼합물 및 경화제를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물로 채우는 단계 및 언더필용 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 단계를 포함하는 소자실장방법에 따라 소자가 실장된 기판을 포함하는 소자패키지로서, 경화된 언더필용 에폭시 수지 조성물이 유연성을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 에폭시 수지에 액상의 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 추가하여 언더필용 에폭시 수지 조성물에 사용시 언더필 경화물의 유연성을 확보할 수 있어 외부 기계적 충격에 대한 응력 완화 특성을 가져, 솔더접합부의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 언더필 경화물이 고연신 유연성을 나타내어 반도체 소자 패키지에 외부충격이 가해지는 경우에도 내구성이 우수하여 신뢰성이 향상된 반도체 소자 패키지 제조가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자패키지의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 액상 에폭시 수지 혼합물은 에폭시 수지; 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머;를 포함한다. 에폭시 수지는 내열도가 높아 열충격시 소자 및 기판 사이의 솔더접합층이 탈착되는 것을 방지할 수 있으나, 에폭시 수지의 모듈러스가 커서, 낙하 등과 같은 외부 충격시에는 경화된 에폭시 수지에 충격이 가해지면서 크랙이 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 액상 에폭시 수지 혼합물은 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하여 경화 후에도 외부 충격시 크랙 등을 방지할 수 있는 유연성을 부여할 수 있다.
언더필용 에폭시 수지 조성물에 사용되기 위해서는 액상 수지로서 소자와 기판 사이를 채워야 하고, 적절한 점도를 나타내어 공정 중 흐르지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 액상 에폭시 수지 혼합물은 액체 에폭시 수지를 포함한다. 고체 에폭시 수지를 사용하는 경우에는 소자와 기판 사이를 채우기 공정용이성을 위해 용매에 녹여 사용하여야 하므로 용매가 필요하다. 용매는 언더필공정 후 제거되어야 하는데, 용매의 제거로 인하여 언더필층에 보이드(void)가 발생하여 접합층에 불량이 발생할 수 있다.
에폭시 수지는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 화합물 및 비스페놀 F 디글리시딜 에테르 화합물 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머는 다음과 같이 합성될 수 있다. 반응식 1과 같이 액상의 히드록시 말단 올리고머와 이소시아네이트 화합물을 반응시켜 이소시아네이트 말단 올리고머를 합성한다.
[반응식 1]
Figure pat00001
이소시아네이트 말단 올리고머를 글리시돌과 반응시켜 액상의 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 합성한다.
[반응식 2]
Figure pat00002
합성된 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머는 액체일 수 있다.
글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 분자량은 1,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다.
액상 에폭시 수지 혼합물 중 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 중량비는 9:1 내지 1:9일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하는 액상 에폭시 수지 혼합물; 및 경화제;를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물이 제공된다. 경화제는 아민화합물, 티올화합물, 유기산화합물 및 무수물화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 언더필용 에폭시 수지 조성물은 용매를 포함하지 않을 수 있다. 언더필용 에폭시 수지 조성물은 액상 에폭시 수지 혼합물에 액체 에폭시 수지를 포함하고 있어 용매의 사용이 불필요하다.
언더필용 에폭시 수지 조성물은 전체 중량을 기준으로 액상 에폭시 수지 혼합물은 40wt% 내지 90wt%로, 경화제는 10wt% 내지 60wt%로 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 기판 상에 소자를 실장하는 단계; 기판 및 소자 사이의 공간을, 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하는 액상 에폭시 수지 혼합물 및 경화제를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물로 채우는 단계; 및 언더필용 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 단계;를 포함하는 소자실장방법이 제공된다.
언더필용 에폭시 수지 조성물은 경화될 때, 액상 에폭시 수지 혼합물의 액체 에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 글리시딜 관능기가 모두 경화제에 의해 경화된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자패키지(100)의 단면도이다. 기판(110) 상에 소자(120)가 위치하고, 소자(120) 및 기판(110) 사이에는 접합층(130)이 형성된다. 접합층(130) 사이의 빈 공간을 본 발명에 따른 언더필용 에폭시 수지 조성물이 채우게 되고, 경화되어 언더필층(140)이 형성된다.
본 발명에 따른 소자실장방법에 따라 소자가 실장된 기판에 사용된 언더필용 에폭시 수지 조성물은 경화된 후에 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 특성이 반영되어 유연성을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 소자패키지는 외부 충격을 받은 경우에도 유연성 때문에 크랙발생이 방지될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
<실시예>
[글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머 합성: 합성예 1]
액상의 히드록시 말단 올리고머와 이소시아네이트 화합물을 60℃에서 반응시켜 이소시아네이트 말단 올리고머를 합성한다. 이 생성물에 글리시돌을 넣고, 60℃로 가열하여 액상의 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 얻는다.
[실시예 1]
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 화합물 (EEW = 190 g/eq), 액상 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머, 아민 경화제를 중량비 90 : 10 : 56로 혼합하여 언더필용 에폭시 수지 조성물을 얻는다.
[실시예 2]
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 화합물 (EEW = 190 g/eq), 액상 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머, 아민 경화제를 중량비 70 : 30 : 47로 혼합하여 언더필용 에폭시 수지 조성물을 얻는다.
[평가]
실시예 1 및 실시예 2의 언더필용 에폭시 수지 조성물을 dog-bone 형상의 테프론 몰드에 채운 후 160℃에서 2시간 경화하여 인장시험을 통해 기계적 물성을 측정하였다. 그 결과를 이하 표에 나타내었다.
실시예 최대인장강도(Mpa) 연신율(%)
실시예 1 42 5
실시예 2 15 75
표 1을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 언더필용 에폭시 수지 조성물의 경화물 모두 높은 최대 인장강도 및 연신율을 나타내었다. 특히 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 함량비가 높은 실시예 2의 경화물의 연신율이 높아져 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물의 경화물 유연성이 높아졌음을 확인할 수 있었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 소자패키지
110: 기판
120: 소자
130: 접합층
140: 언더필층

Claims (12)

  1. 에폭시 수지; 및
    글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머;를 포함하는 액상 에폭시 수지 혼합물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    에폭시 수지는 액체 에폭시 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 에폭시 수지 혼합물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    에폭시 수지는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 화합물 및 비스페놀 F 디글리시딜 에테르 화합물 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 에폭시 수지 혼합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머는 액체인 것을 특징으로 하는 액상 에폭시 수지 혼합물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 분자량은 1,000 내지 20,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 액상 에폭시 수지 혼합물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    에폭시 수지 및 글리시딜 말단 폴리프로필렌 옥사이드 올리고머의 중량비는 9:1 내지 1:9인 것을 특징으로 하는 액상 에폭시 수지 혼합물.
  7. 청구항 1에 따른 액상 에폭시 수지 혼합물; 및 경화제;를 포함하는 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서,
    경화제는 아민화합물, 티올화합물, 유기산화합물 및 무수물화합물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  9. 청구항 7에 있어서,
    언더필용 에폭시 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 하여, 액상 에폭시 수지 혼합물은 40wt% 내지 90wt%로 포함하고, 경화제는 10wt% 내지 60wt%로 포함하는 것을 특징으로 하는 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  10. 청구항 7에 있어서,
    용매를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 언더필용 에폭시 수지 조성물.
  11. 기판 상에 소자를 실장하는 단계;
    기판 및 소자 사이의 공간을 청구항 7에 따른 언더필용 에폭시 수지 조성물로 채우는 단계; 및
    언더필용 에폭시 수지 조성물을 경화시키는 단계;를 포함하는 소자실장방법.
  12. 청구항 11에 따라 소자가 실장된 기판을 포함하는 소자패키지로서, 경화된 언더필용 에폭시 수지 조성물이 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 소자패키지.
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