KR20230102459A - 과립형 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과립형 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 봉지된 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

과립형 에폭시 수지 조성물{Granule type epoxy resin compositions}
본 발명은 과립형 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 봉지된 반도체 소자에 관한 것이다.
다양한 형태의 반도체 소자, 일 예로 집적회로(IC), 대용량 집적회로(LSI), 트랜지스터, 다이오드 등을 보호하기 위해 밀봉하여 반도체 장치의 특성 및 신뢰성을 향상시키는 물질로 에폭시 수지 조성물(EMC, epoxy molding compound)이 사용되고 있다.
최근 전자 기기의 소형화, 경량화, 고성능화 추세에 따라 반도체의 고집적화가 가속화되면서, 반도체 소자의 밀봉에 사용되는 재료의 성능 개선을 위한 연구가 다방면으로 지속되고 있다. 특히, 반도체 소자 내 웨이퍼 칩(wafer chip)의 크기가 커지고, 반도체 소자의 두께가 얇아지면서, 반도체 소자 상의 봉지재의 두께 및 단위 소자당 봉지재의 사용량도 점차 줄어들고 있다. 반도체 소자 상의 봉지재의 두께는 반도체 소자의 리드 프레임 또는 회로 기판 탑재면의 반대측 표면을 밀봉하는 봉지재의 두께를 의미하며, 1 이상의 반도체 소자가 리드 프레임 또는 회로 기판 상에 적층하여 탑재되는 경우 리드 프레임 또는 회로 기판 탑재면의 반대측 최상면의 반도체 소자의 표면을 밀봉하는 봉지재의 두께를 의미한다.
반도체 소자의 봉지 방식은 고형의 에폭시 수지 조성물을 원통형으로 타정한 타블렛을 이용한 이송 성형(transfer molding) 방식이 주를 이루었으나, 최근 반도체의 미세화, 집적화 등의 기술발전 및 원가 절감에 대한 시장의 요구가 증가에 따라 압축 성형(compression mold) 방식이 널리 적용되고 있다.
그러나, 종래의 에폭시 수지 조성물은 압축 성형에 적합한 흐름성, 미세 갭-필링(gap filling) 특성, 부풀음(swelling)/누설(leakage) 방지 특성을 확보하기 어려운 문제가 있다. 특히, 반도체 소자의 구조가 미세화되면서, 압축 성형 시 스트립(strip) 기판의 코너 부위 패키지에 에폭시 수지 조성물이 제대로 충진되지 않아 칩이 노출되는 현상(chip exposure)이 빈번히 발생하고 있다. 또한, 용융된 에폭시 수지 조성물의 흐름성(flowability)을 평가하는 통상적인 지표인 이송 성형 방식의 스파이럴 플로우(spiral flow) 결과는 압축 성형 방식에서 에폭시 수지 조성물의 코너 부위 충진 여부의 평가 지표로 활용하기에 부족하다. 이에, 압축 성형에 적합한 작업성 및 성형성을 갖는 과립 형태의 반도체 소자 봉지용 수지 조성물 및 이의 흐름성 및 충진성을 평가하는 방법에 대한 연구가 요구된다.
또한, 실제 반도체 소자를 제조하여 에폭시 수지 조성물이 만족스러운 물성을 나타내는지를 평가하는 방식을 채택할 경우, 제품 개발에 많은 비용과 시간이 소요된다. 이에, 실제 제품으로 가공하기 전에 우수한 작업성 및 성형성을 갖는 과립형 에폭시 수지 조성물을 미리 스크리닝할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 반도체 소자 밀봉 시, 부풀음(swelling) 방지 특성이 향상되고, 흐름성 및 충진성이 우수하여 스트립(strip) 기판의 코너 부위 충진성이 향상된 과립형 에폭시 수지 조성물을 제공한다. 특히, 본 발명은 과립형 에폭시 수지 조성물의 퍼짐 면적 비율을 제어함으로써, 이를 사용하여 반도체 칩의 밀봉 시, 용융된 에폭시 수지 조성물이 금형 외부로 누출되는 현상이 현저히 줄어들어 몰딩재의 성형성이 우수하고, 신뢰성이 우수한 반도체 패키지를 제조할 수 있는 과립형 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 과립형 에폭시 수지 조성물로 봉지된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명은 에폭시 수지, 경화제 및 충전재를 포함하고, 압축 성형 후 면적이 성형 전 토출 면적의 3.6 내지 4.0 배인 과립형 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 압축 성형 후 퍼짐 면적 비율이 3.6 내지 4.0 배인 것으로 흐름성 및 충진성을 향상시켜 기판의 코너 부위 패키지에서 칩이 노출되는 현상(chip exposure)을 방지한다. 또한, 본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 고온으로 수행되는 압축 성형 시 부풀음 현상(swelling)을 방지하여, 용융된 에폭시 수지 조성물이 기판 및 금형 외부로 새어 나옴으로써 초래되는 설비 오류 발생을 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 과립형 에폭시 수지 조성물 시편으로부터 측정된 유변 물성, 즉 압축 성형 후 퍼짐 면적 비율을 3.6 내지 4.0 배로 제어함으로써, 우수한 흐름성 및 충진성을 갖는 에폭시 몰딩재를 형성할 수 있는 과립형 에폭시 수지 조성물에 해당하는지를 사전에 스크리닝할 수 있다.
또한, 본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 미세 갭 필링 특성을 향상시켜 박막형 반도체 소자, 집적화된 반도체 소자 등에 적용 시 높은 신뢰성을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<과립형 에폭시 수지 조성물>
반도체 소자 제조 공정 중 에폭시 수지 조성물을 사용하여 압축 성형 시, 고온에서 경화되어 형성되는 에폭시 몰딩재(EMC, epoxy molding compound)의 부풀음 현상이 발생하면, 용융된 에폭시 수지 조성물이 금형 외부로 새어 나와 공정 설비의 오염을 발생시키고, 압축 성형기의 고장을 초래할 수 있다. 뿐만 아니라 누출된 에폭시 수지 조성물을 제거하는 과정이 필요하여 생산성이 저하될 수 있다. 또한, 에폭시 수지 조성물의 흐름성 및 충진성이 부족하면, 스트립 기판의 코너 부위에 에폭시 수지 조성물 충진되지 않아 칩이 노출되는 문제가 발생하여 수율 저하 내지 생산성 저하를 야기한다.
그러나, 본 발명은 압축 성형 후 경화된 에폭시 수지 조성물의 퍼짐 면적 비율을 3.6 내지 4.0 배로 제어함으로써, 본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 칩 몰딩 시, 제조된 에폭시 몰딩재의 흐름성, 성형성, 충진성 및 부풀음 방지 특성을 상승시킬 수 있다. 그 결과, 압축 성형에 적용 시 상기 언급된 문제 발생을 억제, 저하시켜 반도체 칩의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 과립형 에폭시 수지 조성물은 진공, 155 ℃, 30 ton 압력 하에서 30 초 동안 압축 성형 후, 퍼짐 면적 비율이 3.6 내지 4.0 배 이다. 퍼짐 면적 비율은 하기 식으로 판정하였다.
퍼짐 면적 비율 (배) = A/A0
(A0: 압축 성형 전 에폭시 수지 조성물의 토출 면적,
A: 압축 성형 후 에폭시 수지 조성물의 면적)
과립형 에폭시 수지 조성물의 퍼짐 면적 비율이 전술한 범위 미만인 경우, 흐름성 및 퍼짐성이 불충분하여 반도체 칩 몰딩시 형성된 에폭시 몰딩재가 기판의 코너 부위까지 안정적으로 충진되지 못할 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 몰딩 시 금형 외부로 용융된 에폭시 수지 조성물이 넘쳐 흐르거나, 몰딩재의 성형성을 저하시키고 이로 인해 제품 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
과립형 에폭시 수지 조성물의 퍼짐 면적 비율이 전술한 범위를 만족하는 경우, 과립형 에폭시 수지 조성물은 압축 성형을 적용하기에 적합한 흐름성과 퍼짐성을 갖는다. 그 결과, 압축 성형 후 경화된 에폭시 수지 조성물, 즉 에폭시 몰딩재가 금형 외부로 누출되지 않는 동시에, 기판의 거의 전체 면적, 예를 들어 90 % 이상의 면적을 덮을 수 있다.
일 례로, 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 기판 전체 면적의 25 %에 해당하는 면적 및 700 μm의 높이로 토출한 경우, 압축 성형 후 경화된 과립형 에폭시 수지 조성물의 면적이 기판 면적의 90 내지 100 %일 수 있다.
일 례로, 본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 기판 상에 토출된 면적과 압축 성형 후 에폭시 수지 조성물의 면적을 대비할 때, 압축 성형 후 면적의 장축 방향 길이가 초기 길이의 1.15 배 이상이고, 단축 방향 길이가 초기 길이의 1.8 배 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 과립형 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제 및 충전재를 포함하고, 필요에 따라 본 발명의 물성을 저해하지 않는 범위 내에서 음이온성 고분자, 경화 촉매, 커플링제, 착색제, 이형제, 개질제, 난연제, 저응력화제, 소포제 등의 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
에폭시 수지
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 주 수지로서 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 상기 에폭시 수지는 경화제와 반응하여 경화된 후 삼차원 망상 구조를 형성함으로써 피착체에 강하고 견고하게 접착하는 성질과 내열성을 부여할 수 있다.
상기 에폭시 수지로는 해당 기술분야에서 통상적으로 사용되는 에폭시 수지라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예로는, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 안트라센 에폭시 수지, 테트라메틸 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 S 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 크레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지 변형 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐 메탄형 에폭시 수지, 테트라페닐 에탄형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 디사이클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 다관능성 페놀 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지 등이 있고, 이들 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 에폭시 수지로 연화점(Soft Point)이 40 내지 75 ℃, 예를 들어 50 내지 65 ℃인 것을 사용할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 에폭시 수지로는 에폭시 당량(EEW)이 100 내지 400 g/eq, 예를 들어 180 내지 350 g/eq, 다른 예로 250 내지 300 g/eq이고, 점도(150 ℃ 기준)가 0.01 내지 50 poise, 예를 들어 0.01 내지 10 poise, 다른 예로 0.01 내지 2 poise인 것을 사용할 수 있다. 전술한 과립형 에폭시 수지 조성물은 고함량의 충전재가 포함되더라도 흐름성, 유동성을 확보할 수 있으며, 혼련이 용이하여 분산성이 향상되고, 이로 인해 우수한 성형성을 가질 수 있다.
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 에폭시 수지의 함량은 2 내지 20 중량%, 예를 들어 5 내지 15 중량%일 수 있다. 에폭시 수지의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 조성물의 점도가 높아져 흐름성 및 성형성이 저하되고, 이로 인해 반도체 소자 몰딩시 제조된 에폭시 몰딩재의 미충진 문제가 발생할 수 있으며, 작업성이 저하될 수 있다. 한편, 에폭시 수지의 함량이 전술한 범위를 초과하는 경우 흡습량 증가로 인해 반도체의 신뢰성이 불량해지고, 충전재 함량의 상대적 감소로 인해 상기 에폭시 수지 조성물을 통해 제조된 에폭시 몰딩재의 강도가 저하될 수 있다.
경화제
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 경화제를 포함한다. 경화제는 상기 에폭시 수지와 반응하여 조성물의 경화를 진행시키는 역할을 한다.
상기 경화제로는 에폭시 수지와 경화 반응을 하는 것으로 해당 기술분야에 공지된 경화제를 사용할 수 있으며, 일 예로 상기 경화제는 한 분자 내에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀계 화합물일 수 있다. 사용 가능한 경화제의 비제한적인 예로는, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아랄킬 수지, 다관능 페놀 화합물 등이 있고, 이들 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 경화제로는 연화점이 50 내지 85 ℃, 예를 들어 60 내지 79 ℃, 다른 예로 64 내지 75 ℃인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 경화제로는 수산기 당량이 150 내지 300 g/eq, 예를 들어 190 내지 230 g/eq이고, 점도(150 ℃ 기준)가 0.01 내지 10 poise, 예를 들어 0.01 내지 2 poise인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 경화제의 함량은 2 내지 20 중량%, 예를 들어 2 내지 15 중량%일 수 있다. 경화제의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 경화성 및 성형성이 저하될 수 있으며, 전술한 범위를 초과하는 경우 흡습량 증가로 반도체의 신뢰성이 불량해지고 강도가 저하될 수 있다.
충전재
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 충전재를 포함한다. 충전재는 과립형 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성(예컨대, 강도)을 향상시키고, 흡습량을 낮추는 역할을 한다.
상기 충전재로는 통상적으로 전자소재 분야에서 사용되는 무기 충전재를 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 실리카, 실리카 나이트라이드, 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 보론 나이트라이드 등의 무기 충전재를 사용할 수 있고, 이들을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 상기 충전재의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 각상 및 구상 형태를 모두 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 충전재의 비제한적인 예로는 천연 실리카, 합성 실리카, 용융 실리카 등이 있으며, 예를 들어 구상 실리카 입자를 사용할 수 있다.
상기 충전재는 입경이 상이한 2종 이상의 충전재를 포함할 수 있다. 이 경우, 에폭시 수지 조성물의 성형성 및 작업성을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 충전재는 평균 입경(D50)이 상이한 2종의 충전재를 혼합하여 사용할 수 있으며, 일 예로 평균 입경(D50) 3.0 내지 20 ㎛, 예를 들어 3.0 내지 15 ㎛인 제1 충전재 및 평균 입경(D50)이 0.1 내지 3 ㎛, 예를 들어 0.1 내지 2 ㎛인 제2 충전재를 적절한 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 충전재의 함량은 50 내지 95 중량%, 예를 들어 70 내지 90 중량%일 수 있다. 충전재의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 경화물의 흡습량이 증가되어 반도체 장치의 신뢰성을 저하시킬 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 유동성이 저하되어 성형성이 불량해질 수 있다.
음이온성 고분자
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 음이온성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 음이온성 고분자는 과립형 에폭시 수지 조성물의 압축 성형 시, 우수한 흐름성, 충진성 및 부풀음/누설 방지 특성을 부여함으로써 압축 성형에 적합한 작업성을 부여하고, 이로 인해 반도체 소자 봉지재로서 우수한 성형성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 음이온성 고분자는 음의 전하를 나타내는 작용기 또는 모이어티를 갖는 고분자로, 상기 작용기 또는 모이어티는 주 골격 중에 존재하거나 측쇄의 말단 또는 도중에 존재할 수 있다. 상기 작용기는 카르복실기(-COO-), 술폰산기(-SO3-), 또는 아세톡시기(-CH2COO-) 중 하나 이상일 수 있다. 일례로, 상기 작용기는 카르복실기를 포함할 수 있다.
상기 음이온성 고분자는 직쇄형이거나, 또는 직쇄형 주 골격에 복수의 측쇄가 결합된 분기형일 수 있다. 일 예로, 상기 음이온성 고분자는 주쇄의 말단 또는 측쇄에 작용기로 카르복실기가 결합된 폴리카르복실산을 주 골격으로 하는 것으로, 탄화수소 사슬 또는 상기 탄화수소 사슬에 산소가 개재한 에테르 결합(-o-)을 가지는 것을 포함할 수 있고, 불포화 C=C 이중 결합을 포함하는 화합물일 수 있다.
상기 음이온성 고분자 내에 포함되어 음의 전하를 나타내는 카르복실기는 상기 에폭시 수지와의 가교 결합에 참여할 수 있으며, 음이온성 고분자 내 주 골격의 비극성 탄화수소는 에폭시/페놀 수지와의 상용성을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 음이온성 고분자의 음의 전하를 나타내는 카르복실기로 인해 에폭시 수지 조성물 내 충전재의 분산성이 양호해져 침강이 방지됨으로써 저장 안정성이 우수하고, 이로 인해 에폭시 수지 조성물의 성형성, 저장 안정성(포트 라이프), 내블리드성이 향상될 수 있다.
상기 음이온성 고분자가 포함됨으로써, 본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 반도체 칩 몰딩 시 압축 성형(compression molding) 공정에 적합한 흐름성, 우수한 충진성 및 부풀음(swelling)/누설(leakage) 방지 특성을 발휘할 수 있다. 특히, 상기 음이온성 고분자는 우수한 미세 갭-필링(gap filling) 특성, 예를 들어 갭 피치(gap pitch) 30 마이크론 이하에서도 우수한 충진 특성을 나타낸다. 이로 인해 상대적으로 얇은 두께의 밀봉층을 형성할 수도 있으며, 충진성도 현저히 개선시킬 수 있다.
또한, 상기 음이온성 고분자는 10 마이크론 이하 크기의 충전재를 균일하게 분산시켜 수지 매트릭스 내에 안정화시켜, 압축 성형 시 작업성 및 EMC 성형성을 현저히 향상시킨다.
일례로, 상기 음이온성 고분자는 주 골격에 카르복실산기 및 에테르기를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 다른 예로 상기 음이온성 고분자는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 식에서,
R1은 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
R2는 수소, 카르복실산, 하이드록시기, 또는 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
X는 산소, 또는 C=C 이중 결합이고,
p는 1 내지 20이다.
상기 음이온성 고분자의 산가는 10 내지 350 mgKOH/g, 예를 들어 25 내지 320 mgKOH/g일 수 있다. 산가가 전술한 범위를 벗어나는 경우 저장 안정성이 열세해 질 수 있다.
상기 음이온성 고분자의 중량평균분자량은 500 내지 10,000 g/mol, 예를 들어 4,000 내지 6,000 g/mol일 수 있다. 상기 음이온성 고분자의 중량평균분자량이 전술한 범위 미만인 경우 부풀음 특성 및 퍼짐(spreading) 특성을 제어하지 못할 수 있고, 전술한 범위를 초과할 경우 에폭시 수지 경화물의 경화 특성을 저하시켜 성형물의 장기신뢰성을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 음이온성 고분자의 함량은 0.3 내지 0.8 중량%, 예를 들어 0.4 내지 0.7 중량%일 수 있다. 상기 음이온성 고분자의 함량이 전술한 범위 미만인 경우 부풀음 특성 및 퍼짐성(spreading) 제어가 불충분할 수 있고, 전술한 범위를 초과하는 경우 저장 안정성 및 작업성이 열세해 질 수 있다.
첨가제
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물은 해당 조성물에 일반적으로 사용되는 첨가제들을 추가적으로 포함할 수 있다. 사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예로는 경화 촉매, 커플링제, 착색제, 이형제 등이 있다.
경화 촉매는 경화 반응을 촉진하는 것으로, 이미다졸계 화합물, 나프탈렌계 잠재성 촉매, 아민계 화합물, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 붕소 화합물 등을 사용할 수 있다. 커플링제는 유기물과 무기물의 안정적인 분산을 위해 첨가되며, 상기 커플링제로는 에폭시 실란, 아미노 실란, 메르캅토 실란, 아크릴 실란, 비닐 실란 등을 사용할 수 있다. 착색제는 수지 조성물에 색상을 부여하기 위해 첨가되며, 상기 착색제로는 카본블랙, 벵갈라 등을 사용할 수 있다. 이형제는 EMC와 금형과의 이형성을 확보하기 위해 첨가되며, 상기 이형제로는 파라핀 왁스, 카르나우바 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스 등을 사용할 수 있다. 이 외에, 음이온 포착제, 소포제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 해당 기술분야에 공지된 함량 범위 내에서 첨가될 수 있으며, 일례로 과립형 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대하여, 각각 0.01 내지 5 중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반도체 소자>
본 발명은 전술한 과립형 에폭시 수지 조성물을 사용하여 봉지된 반도체 소자를 제공한다. 상기 반도체 소자는 트랜지스터, 다이오드, 마이크로프로세서, 반도체 메모리, 전력 반도체 등일 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 패키지 적층형의 POP(Package On Package) 및 반도체 칩 적층형의 COC (Chip On Chip)에 적용 가능하다.
본 발명의 과립형 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 봉지하는 방법은 해당 기술 분야에서 통상적인 방법, 예컨대 이송 성형(transfer molding), 압축 성형(compression molding), 사출 성형(injection molding) 등의 성형 방법에 따라 수행될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실험예 1-7]
하기 표 1에 기재된 조성에 따라 각 성분을 배합한 후, 용융 혼련기(Kneader)를 이용하여 70 내지 130 ℃의 온도에서 용융 혼합된 혼합물을 granulator에 통과시켜 각 실험예의 과립형 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
각 실험예에 따라 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물 6.05 g을 기판(240 mm x 78 mm)의 중앙 부위에 기판 전체 면적의 1/4에 해당하는 면적(120 mm x 39 mm), 700 μm 두께로 토출(dispensing)하고, 압축 성형기(압력 30 ton, 온도 155 ℃, 진공도 70 torr, 경화 시간 30초)에서 압축 성형하여 퍼짐 면적(spreading area)을 측정하였다. 퍼짐 면적 비율은 토출 면적과 압축 성형 후 경화물의 퍼짐 면적의 비율로, 하기 식으로 판정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
퍼짐 면적 비율 (배) = A/A0
(A0: 압축 성형 전 에폭시 수지 조성물의 토출 면적,
A: 압축 성형 후 에폭시 수지 조성물의 면적)
Figure pat00002
에폭시 수지: 아랄킬형 에폭시 수지 (연화점 57 ℃, EEW 280 g/eq, 점도(150 ℃) 0.9 Pa·s)
경화제: 아랄킬형 페놀 수지 (연화점 66 ℃, 수산기 당량 205 g/eq, 점도(150 ℃) 0.8 Pa·s)
충전재 1: 실리카 1 (D50 4.8 μm, D90 9.95 μm)
충전재 2: 실리카 2 (D50 2.0 μm, D90 4.0 μm)
이온성 고분자 1: 카르복실기를 포함한 음이온성 고분자 (Hydroxystearic acid oligomers, Mw 5,500 g/mol, 산가 32 mgKOH/g)
이온성 고분자 2: 카르복실기를 포함한 음이온성 고분자 (Hydroxystearic acid oligomers, Mw 2,200 g/mol, 산가 73 mgKOH/g)
이온성 고분자 3: 카르복실기를 포함한 음이온성 고분자 (Octadecenyl succinic acid, Mw 600 g/mol, 산가 300 mgKOH/g)
이온성 고분자 4: 카르복실기를 미포함한 음이온성 고분자 (Fatty acid ethylene ester, 산가 17 mgKOH/g)
이온성 고분자 5: 양이온성 고분자 (Polyoxyalkylene amine derivative, Mw 2,600 g/mol)
이온성 고분자 6: 양이온성 고분자 (Croda 社 Hypermer KD11, Mw 1,000 - 10,000 g/mol)
[물성 평가]
각 실험예에서 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기와 같이 측정하였으며, 이의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
스파이럴 플로우(spiral flow)
각 실험예에 따라 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물을 스파이럴 플로우 몰드를 이용하여 가열이송성형기(압력 70 kg/㎠, 온도 155 ℃, 경화 시간 200초)에서 몰딩한 후 제조물의 흐름성을 측정하였다.
겔 타임(gelation time)
각 실험예에 따라 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물 소량을 겔 타이머에 넓고 고르게 편 후, 조성물의 겔화 소요시간을 측정하였다.
경도(155 ℃ x 200 sec, Shore D)
각 실험예에 따라 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물을 가열이송성형기(압력 70 kg/㎠, 온도 155 ℃, 경화 시간 200초)에서 몰딩한 후 제조물의 경도를 측정하였다.
도포 면적 비율
각 실험예에 따라 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물을 사용하여, 상기 퍼짐 면적 비율 측정 방법과 동일한 방법으로 압축 성형 후, 기판 전체 면적에 대하여 경화된 에폭시 수지 조성물이 도포된 면적 비율을 계산하였다.
미세 갭(gap) 충진성
240 x 78 mm 크기의 기판 정중앙 및 각 모서리 부분(기판 가장자리로부터 7 mm 떨어진 곳), 총 5개 부분에 반도체 칩(gap pitch 30 ㎛인 chip)을 부착하여 테스트 기판을 제조하였다.
각 실험예에 따라 제조된 과립형 에폭시 수지 조성물 24.2 g을 상기 제조된 테스트 기판 상에 적하시킨 후, 0 ton의 압력, 155 ℃ 온도, 70 torr의 진공 하에서 30초 동안 경화하여 압축 성형(몰딩 두께: 700 um)한 다음, 5개의 반도체 칩에 EMC가 제대로 충진되었는지 SEM(scanning acoustic microscopy, 주사전자현미경, 200 배율)로 관찰하였다. 5개 반도체 칩에 모두 충진된 경우 '양호'로 판정하고, 1개라도 충진이 안된 경우 '불량'으로 판정하였다.
Figure pat00003
상기 표 2의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 퍼짐 면적 비율을 갖는 실험예 1-3의 과립형 에폭시 수지 조성물은 측정 항목 모두에서 전반적으로 우수한 물성을 나타내었다. 특히, 압축 성형 후 기판 전체 면적에 대하여 에폭시 수지 조성물이 도포된 면적 비율이 높게 나타난 바, 퍼짐성이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 경도 및 미세 갭 충진성이 우수하게 나타났다. 반면, 본 발명에 따른 범위를 벗어나는 퍼짐 면적 비율을 갖는 실험예 4-7의 과립형 에폭시 수지 조성물의 경우 전반적으로 열세한 물성을 나타내었다.

Claims (4)

  1. 에폭시 수지, 경화제 및 충전재를 포함하고,
    155 ℃, 30 ton 압력 하에서 30초 동안 압축 성형 후, 하기 식으로 표시되는 퍼짐 면적 비율이 3.6 내지 4.0 배인 과립형 에폭시 수지 조성물:
    퍼짐 면적 비율 (배) = A/A0
    상기 식에서,
    A0는 압축 성형 전 에폭시 수지 조성물의 토출 면적이고,
    A는 압축 성형 후 에폭시 수지 조성물의 면적임.
  2. 제1항에 있어서,
    카르복실산기를 포함하는 음이온성 고분자를 더 포함하고,
    상기 음이온성 고분자가 하기 화학식 1로 표시되는 것인 과립형 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure pat00004

    상기 식에서,
    R1은 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
    R2는 수소, 카르복실산, 하이드록시기, 또는 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
    X는 산소, 또는 C=C 이중 결합이고,
    p는 1 내지 20임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 음이온성 고분자의 산가가 10 내지 350 mgKOH/g이고, 중량평균분자량이 500 내지 10,000 g/mol이고,
    과립형 에폭시 수지 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 에폭시 수지 2 내지 20 중량%, 상기 경화제 2 내지 20 중량%, 상기 충전재 50 내지 95 중량% 및 상기 음이온성 고분자 0.3 내지 0.8 중량%를 포함하는 과립형 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 과립형 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지된 반도체 소자.
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