KR900001392B1 - 에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체 장치 - Google Patents

에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체 장치 Download PDF

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가부시끼 가이샤 도시바
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Abstract

내용 없음.

Description

에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체 장치
제1도는 본 발명의 실시예를 나타낸 반도체 장치의 일부를 또다시 잘라낸 것을 나타낸 사시도.
제2도는 본 발명의 실시예에서 특성시험을 하였을때에 이용한 레이저 마 킹 방식을 나타낸 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체 장치 11 : 밀봉부
12 : 반도체 소자 13 : 리이드선
21 : 레이저 비임 22 : 마킹할 모양
23 : 마스크 24 : 렌즈
25 : 표면
본 발명은 에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 그 경화물이 우수한 내열 사이클 특성, 내습성 및 레이저 마킹 특성이 있는 에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체 장치에 관한 것이다.
최근 에폭시 수지 조성물은 그 기계적 특성이나 실내온도 근처에서의 전기적 특성이 우수하므로 접착제나 도료용 수지로서 뿐만 아니라 전기의 절연재료로서도 널리 이용되고 있다.
그러나 한편에서는 이와 같은 에폭시 수지 조성물로 된 전기 절연재료 등의 성능이 해마다 고도로 요구되어 왔으므로, 종래의 것으로는 요구를 충족시키기가 어렵게 되어졌다.
특히, 전기 절연재료 등의 온도가 상승하였을 때에, 그 전기 특성이 현저하게 저하된다는 문제점이 있어서 개량이 요구되고 있다.
종래의 에폭시 수지에 제3급 아민, 이미다졸, 삼불화 붕소 모노 에틸 아민 착체, 삼불화 붕소 트리에틸 아민착체, 또는 삼불화 붕소 피페리딘 착체 등을 경화 촉매로서 첨가하여 경화시키는 방법은 잘 알려져 있다.
그러나, 이와 같은 방법으로 경화시킨 에폭시 수지 조성물은 전기특성, 특히 고온에서의 전기 특성이 불충분하다는 결점이 있었다.
또한, 이와 같은 에폭시 수지 조성물은 흡습성이 크므로 전기 절연재료 등으로서 사용했을 경우에는 부식으로 인한 불량이 발생하는 결점이 있었다.
집적회로(IC), 대규모 집적회로(LSI), 트랜지스터, 다이오우드 등의 반도체 소자를 외부분위기나 기계적 충격으로 부터 보호하기 위한 밀봉기술로서 종래에는 금속이나 세라믹 등을 이용하는 헤르메틱 밀봉 기술이 채택되고 있었으나, 최근에는 경제적으로 유리하다는 이유로서 수지 특히 열경화성 수지에 의한 밀봉이 주류를 차지하고 있다. 그와같은 반도체 밀봉용 수지로서는 대량 생산에 적합한 저압 트랜스퍼 성형법에 사용할 수 있는 저압 성형용 에폭시 수지 조성물이 일반적으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 예를들면 에폭시 수지, 노보락형 페놀수지 경화제, 이미다졸 경화촉진제, 카아본 블랙등으로 된 에폭시 수지 조성물을 트랜스퍼 성형으로 얻어지는 종래의 수지 밀봉형 반도체 장치에는 여러가지의 결점이 있다.
예를들면 수지와 수지로 밀봉된 반도체 장치와의 열팽창 계수가 다르므로서 반도체 장치를 반복하여 고온 또는 저온으로 하였을 경우 열팽창 계수의 차에서 생기는 기계적 스트레스에 의해서 밀봉된 그 장치 중의 본딩 와이어(bonding wire)의 절단이 생기거나 접촉불량이 발생하기 쉬운 결점이 있었다.
또한, 고온 고습하에서 사용하였을 경우 공기속의 수분이 반도체 장치를 밀봉하고 있는 수지속을 침투하여 내부의 반도체 장치까지 도달되어 장치속의 알루미늄배선의 부식이 발생되어 불량이 생기기 쉽다는 문제점이 있었다.
또한 종래의 마킹 잉크에 의한 인자법(印字法) 대신에 최근에는 반도체 장치를 밀봉한 수지 표면에 레이저 광선을 단시간 투사하므로서 인자하는 레이저 마킹방식이 행해지고 있다.
그러나, 종래의 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 사용하였을 경우 마킹한 부분과 하지 않은 부분의 콘트래스트가 명료해지지 않으므로 불선명한 마킹 밖에 할 수가 없었다.
본 발명의 목적은 이와같은 종래의 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체 장치의 결점을 개량하는데 있으며 우수한 특성이 있는 밀봉형 에폭시 수지 조성물 및 그것을 사용한 수지 밀봉형 반도체 장치를 제공하는데 있다.
본 발명자들은 전술한 목적을 달성하기 위해서 연구를 거듭한 결과 유기 포스핀 화합물과 금속착염 염료를 짜 맞춰서 사용하므로서 내열 사이클 특성, 내습성 및 레이저 마킹 특성이 우수한 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 그것을 이용한 수지 밀봉형 반도체가
즉, 본 발명은 에폭시 수지/분자속에 적어도 2개의 페놀성 수산기가 있는 경화제, 유기 포스핀 화합물 및 금속착염 염료로 된 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물 및 전술한 조성물로 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 수지 밀봉형 반도체 장치에 관한 것이다.
본 발명의 조성물의 제1의 필수 성분인 에폭시 수지는 통상 알려져 있는 것이며 특히 한정되지 않는다.
예를들면 비스페닐 A형 에폭시 수지, 페놀-노블락형 에폭시 수지등 글리시길-에테르형 에폭시수지, 글리시길-에스테르형 에폭시 수지, 글리시길 아민형 에폭시수지, 곧은 사슬 지방족 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 복수 고리형 에폭시 수지, 할로겐화 에폭시 수지등/분자속에 에폭시기를 2개 이상 가지고 있는 에폭시 수지를 들 수가 있으며, 이들 에폭시 수지는 1종 또는 2종 이상의 혼합계에서 사용할 수가 있다.
또한, 바람직한 에폭시 수지는 에폭시 당량 170-300의 노볼락형 에폭시 수지로서, 예를들면 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 할로겐화 페놀 노볼락형 에폭시 수지 등이다.
이들 에폭시 수지는 염소 이온의 함유량이 10ppm이하, 가수 분해성 염소의 함유량이 0.1중량% 이하의 것이 바람직하다.
그 이유는 10ppm을 초과하는 염소이온 또는 01.중량%를 초과하는 가수분해성 염소가 포함되게 되면 밀봉된 반도체 소자의 알루미늄 전극이 부식되기 쉽게 되기 때문이다.
본 발명 조성물의 제2의 필수 성분인 1분자 속에 2개 이상의 페놀성 수산기가 있
이들 중에도 노볼락형 페놀수지, 페놀 아랄킬 수지 및 폴리옥시 스티렌이 가장 바람직하다.
또한, 이들의 경화제는 1종 또는 2종 이상의 혼합계를 사용할 수가 있다.
본 발명 조성물에서의 에폭시 수지와 전술한 경화제의 배합비율은 경화제 속의 페놀성 수산기수와 에폭시 수지 속의 에폭시 기수의 비(比)(수산기수/에폭시 기수)가 0.5-1.5의 범위내이며 바람직하게는 0.7-1.2이다.
배합비율이 전술한 범위외 일때면 경화 반응이 진행되기 어렵고 얻어진 경화물의 제특성이 약화될 수가 있다.
본 발명 조성물의 제3의 필수 성분인 유기 포스핀 화합물로서는 일반식;
[일반식 1]
Figure kpo00001
로 표시한 화합물을 사용할 수 있다.
구체적으로는 R1-R3가 모두 유기기인 제삼 포스핀 화합물, 어느 것인가 하나가 수소원자인 제이 포스핀 화합물, 또는 어느 것인가 두개가 수소원자인 제일 포스핀 화합
이것들에 해당되는 것으로서는, 예를들면 트리페닐 포스핀, 트리부틸 포스핀, 트리 사이클로 헥실 포스핀, 메틸 디페닐 포스핀, 부틸 페닐 포스핀, 디페닐 포스핀, 페닐 포스핀, 옥틸 포스핀 등을 들 수 있다.
또한, 전술한 식중, R1이 유기 포스핀을 포함하는 유기기라도 좋고, 예를들면 1,2-비스(디페닐 포스피노) 에탄, 비스(디페닐 포스피노) 메탄 등을 들 수 있다.
이들 중에서도 아릴 포스핀 화합물, 예를들면 트리페닐 포스핀, 트리톨일 포스핀, 1,2 비스(디페닐 포스피노) 메탄 등이 바람직하다.
상술한 유기 포스핀 화합물은 일종 또는 이종 이상의 혼합물계에서 사용할 수 있다.
본 발명 조성물에 있어서의 유기 포스핀 화합물의 배합 비율은 조성물 중의 수지 성분의 100중량에 대해서 0.001-20 중량부, 바람직하기는 0.01-5 중량부이다.
본 발명 조성물의 제4의 필수 성분이다. 금속 착염염료는 분자내 착염의 형으로 금속을 함유하고 있는 염료라면 특히 한정되지 않으며, 구체적으로는 산성 염료계 및 직접 염료계의 것을 들 수가 있다.
산성 염료계의 염료로서는 예를들면 금속으로서 주로 크롬을 포함하는 0.0'-디옥시 아조 염료를 들 수가 있으며 이 경우 염료분자와 크롬 원자와의 결합비가 1 : 1 또는 2 : 1의 것 등을 들 수 있다.
또한, 금속으로서 철, 코발트, 니켈, 티탄 등을 포함하는 염료라도 좋다.
직접 염료계의 염료로서는 0.0'-디옥시 아조형, 0-옥시-0'-카르복시 아조형의
본 발명 조성물에 있어서의 금속착염 염료의 배합비율은 조성물 100중량부에 대해서 0.01-20 중량부, 바람직하기는 0.05-10중량부이다.
0.01 중량부 미만에서는 착색이 불충분하여 미킹시의 콘트래스트가 불명료하게 되어서 20 중량부를 초과하게 되면 조성물의 경화후의 특성이 떨어지게 된다.
또한, 필요에 따라서 금속 착염 염료에 다른 염료, 안료를 첨가할 수도 있으나, 그 첨가량은 금속 착염 염료보다 적은량일때가 바람직하다.
본 발명 조성물에는 필요에 따라서 반도체 소자, 본딩 와이어 및 리드 프레임 등의 밀봉되는 부품과 밀봉수지의 열팽창 계수의 차이를 작게 하고, 예를들면 본딩 와이어가 끊어지는 일과 같은 열팽창 계수의 차이가 크므로 발생하는 불량을 적게 하는 목적으로 무기질 충전제를 첨가 배합 할 수도 있다.
이 경우의 무기질 충전제로서는 석영 유리분말, 결정성 실리카 분말, 유리섬유, 활석, 알루미나 분말, 규산 칼슘 분말, 탄산칼슘 분말, 마그네시아 분말 등이지만, 이들 중에서 석영 유리분말이나, 결정성 실리카 분말이 고순도와 저열팽차계수의 점에서 가장 바람직하다.
이들 무기질 충전계의 배합량은 에폭시 수지, 경화제 및 무기질 충전제의 종류에 따라서도 다르지만 예를들면 트랜스퍼 성형에 사용하는 경우에는 에폭시수지 경화제의 총량에 대하여 중량비로 1.5배-4배 정도로 좋다.
무기질 충전제의 입도 분포에 관해서는 거칠은 입자와 미세한 입자를 마주보게 해서 분포를 균일하게 함으로써 성형성을 개선할 수 있다.
본 발명 조성물에는 또한 필요에 따라서 다른 첨가제, 예를들면 천연 왁스류, 합
상술한 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 성형재료로서 조제할 경우의 일반적인 방법은 소정된 조성비로 선정된 원료 조성분을 예를들면 믹서로 충분히 혼합한 다음, 또다시 열 로울러에 의한 용융 혼합처리 또는 니이더 등에 의한 혼합처리를 함으로서 용이하게 에폭시 수지 성형 재료를 얻을 수 있다.
본 발명의 수지 밀봉형 반도체 장치는 전술한 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용해서 반도체 장치를 밀봉하므로서 용이하게 제조할 수 있다.
밀봉의 가장 일반적인 방법으로서는 저압 트랜스퍼 성형법이 있으나 사출성형, 압축성형, 주형등에 의한 밀봉도 할 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 밀봉시에 가열경화시켜서 최종적으로는 이 조성물의 경화물에 의해서 밀봉된 수지 밀봉형 반도체 장치를 얻을 수 있다.
경화할때에는 150℃ 이상으로 가열하는 것이 특히 바람직하다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
[실시예 1-3 및 비교예 1-7]
표 1에 나타낸 조성의 각 성분을 배합하고 실시예 및 비교예의 각 조성물을 제조하였다. 단, 본 발명 조성물의 필수성분 중, 에폭시 수지로서는 크레졸 노볼락형 에폭시 수지(에폭시 당량 220; 「에폭시 수지 A」라 함) 및 브롬화 에폭시 노볼락 수지 (에폭시 당량 290 : 「에폭시 수지 B」라 함)를 사용하였다.
1분자 중에 적어도 2개의 페놀성 수산기가 있는 경화제로서 페놀 노볼락 수지(수
유기 포스핀 화합물로서는 트리페닐 포스핀을 사용하고 금속 착염 염료로서는 흑색의 0,0'-디옥시아조 염료의 크롬산염(금속 착염염료(I)) 및 흑색의 0,0'-디옥시 아조 염료의 코발트 착염(금속착염 염료(II))을 사용하였다.
또한, 전술한 필수성분 이외의 첨가 성분중 DBU는 1,8-디아조-바이사이클로(5,4,0) 운데센-7의 약자이며, 아조 염료 및 유용성 염료는 어느것이나 흑색이며, 금속원자는 포함하지 않는다.
표 1에 나타낸 각 성분을 믹서로 혼합하며, 또한, 롤로 혼합반죽하여 실시예 및 비교예의 조성물을 얻었다.
얻어진 조성물을 이용해서 170℃로 2분간 트랜스퍼 성형에 의해서 MOS형 집적회로를 밀봉하였다.
밀봉한 반도체 장치에 180℃로 4시간의아프터 큐어(after cure)를 행하였다.
이와같이 하여서 얻어진 수지 밀봉형 반도체 장치에 관하여 하기의 각 평가 시험을 하였다. 이 반도체 장치는 제1도에 이루를 잘라낸 부분도로서 나타낸 바와같이 이 조성물로 된 수지의 밀봉부(11)에 의하여 MOS 집적회로의 반도체 소자(12)와 리이드선(13)의 일부 및 그것들과 접속하는 본딩 와이어(14)를 밀봉해서 반도체 장치(10)를 구성하고 있다.
더구나 부호(15)는 소자(12)에 형성되어 있는 알루미늄 배선등을 나타내며 부호(16)는 마킹된 모양을 나타낸다.
(1) 내열 사이클 특성 시험
전술한 수지 밀봉형 반도체 장치 각 100개를 +200℃의 항온조(恒溫槽)에 넣어서
(2) 내습성 시험(바이어스-PCT 시험)
121℃로 2기압의 수증기 속에서 각각 100개의 수지 밀봉형 반도체 장치에 10V의 바이어스 전압을 인가(印加)하고 전술한 장치 중의 알루미늄 배선의 부식으로 인한 단선 불량을 측정하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.
(3) 레이저 마킹특성 시험
각 수지 말봉형 반도체 장치에 대해서 탄산가스 레이저를 이용해서 레이저 마킹을 행하여 마킹 특성을 평가하였다. 이 레이저 마킹은 제2도에 나타낸 바와같이 탄산가스 레이저 발생장치(20)가 발생하는 레이저 비임(21)을 마킹할 모양(22)이 슬릿되어 있는 마스크(23)에 대고 투과된 레이저 비임을 결상(結傷) 렌자(24)로 반도체 장치(10)의 마킹 하는 위치에 결상한다. 이 레이저 비임이 반도체 장치(10)의 표면(25)에 조사되면, 그 표면의 조사부분만 변식해서 마스크(23)와 같은 모양이 마크된다. 마킹 특성의 평가는 마킹한 부분과 하지 않은 부분(즉, 바탕부분)의 색의 콘트래스트(바탕부분은 흑색이지만 레이저 광선을 조사한 부분은 백색화 한다)에 의해서 3단계로 분류하여 평가하고 기호로 나타냈다. 더구나 가열처리후의 콘트래스트 하고는 마킹한 샘플을 200℃로 10분간 가열처리를 한 다음, 그 콘트래스트를 평가하였다. 결과를 표 4에 나타내었다.
위에서 설명한 바와같이 본 발명 조성물은 유기 포스핀 화합물과 금속 착염 염료
또한, 본 발명 조성물의 필수 성분인 금속 착염 염료에 의해서 반도체 장치를 밀봉한 본 발명 조성물의 경화물에 레이저 마킹을 하였을 경우에 보다 선명한 인자(印字)를 얻을 수 있는 것이며, 그 공업적 가치는 매우 큰 것이다.
[표 1]
Figure kpo00002
[표 2]
Figure kpo00003
[표 3]
Figure kpo00004
[표 4]
Figure kpo00005
○ … 양호
△ … 약간 나쁘다
× … 나쁘다

Claims (12)

  1. 에폭시 수지, 1분자속에 적어도 2개의 페놀성 수산기가 있는 경화제, 유기 포스핀 화합물 및 금속착염 염료로 된 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 에폭시 수지가 에폭시 당량 170-300의 노볼락형 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 1분자 속에 적어도 2개의 페놀성 수산기를 가지고 있는 경화제가 노볼락형 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 유기 포스핀 화합물이 조성물 속의 수지 성분 100중량부에 대해서 0.01-5중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 금속착염 염료가 조성물 100중량부에 대해서 0.05-10중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 전술한 조성물에 또다시 용융 실리카 및/또는 결정성 실리카를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 반도체 소자(12)를 수지(11)로 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치(10)에 있어서, 전
  8. 제7항에 있어서, 에폭시 수지가 에폭시 당량 170-300의 노볼락형 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 수지 밀봉형 반도체 장치.
  9. 제7항에 있어서, 1분자 속에 적어도 2개의 페놀성 수산기를 가지고 있는 경화제가 노볼락형 페놀 수지인 것을 특징으로 하는 수지 밀봉형 반도체 장치.
  10. 제7항에 있어서, 유기포스핀 화합물이 조성물 속의 수지 성분의 100중량비에 대해서 0.01-5중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 수지 밀봉형 반도체 장치.
  11. 제7항에 있어서, 금속 착염 염료가 조성물 100중량부에 대해서 0.05-10 중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 수지 밀봉형 반도체 장치.
  12. 제7항에 있어서, 전술한 조성물에 또다시 용융 실리카 및/또는 결정성 실리카를 첨가하는 것을 특징으로 하는 수지 밀봉형 반도체 장치.
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