KR940004856B1 - 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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Description

반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물

본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 후술하는 특수 다관능 에폭시 수지, 노볼락형 페놀 수지, 경화촉진제 및 무기질 충전제를 함유하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

종래 다이오드, 트랜지스터, 집적회로 등의 전자부품을 열경화성 수지를 이용하여 봉지하는 방법이 행하여져 왔으며, 이러한 수지 봉지의 방법은 유리, 금속, 세라믹을 이용한 봉지방법에 비교하여 가격 및 생산성의 면에서 유리하기 때문에 넓게 실용화 되어 왔다. 봉지용 수지 조성물로서는 열경화성 수지 조성물이 주로 사용되고 있으며 그중에서도 에폭시 수지 조성물이 가장 일반적으로 사용되고 있다.

그리고, 에폭시 수지 조성물의 경화제로서는 산무수물, 방향족 아민, 노볼락형 페놀 수지 등이 이용되고 있으며, 그중에서도 노볼락형 페놀 수지를 경화제로서 사용한 에폭시 수지 조성물은 다른 경화제를 사용한 것에 비교하여 이형성, 내습성이 우수하고 독성이 없으며 또한 가격이 안정적이라서 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형 재료로서 가장 넓게 이용되고 있다.

반도체의 수지 봉지는 통상 트랜스퍼 성형을 하여 봉지하지만, 종래의 수지봉지에 이용되는 에폭시 수지 성형 재료에서는 성형 직후의 경화물이 비교적 유연하여서 이형성이 나쁘게 되고, 성형 작업성이 나빠 성형시간이 길어져야 하는 문제점이 있었으며, 생산성 또한 저하되었다.

이와 같은 성형 직후의 경화물의 경도는 SHORE-D 경도에 의해서 평가되고 있으며 종래 수지봉지의 성형 작업성에 있어서 SHORE-D 경도값이 70 이상이 되면 좋은 것으로 알려져 있다.

그러나, 현실적으로 많은 경우 70의 경도치를 갖는 것도 용이한 것은 아니다. 단지 성형 직후의 경화물의 경도를 증가시키려면, 성형 온도를 보다 높게 하거나, 혹은 성형시간을 길게 하는 것이 좋지만 봉지된 반도체의 온도 특성에 악영향을 미치게 되어서, 어떠한 작업성을 저하시키는 것이 된다.

한편, 종래에 이미 알고 있는 통상의 경화촉진제를 다량 수지 조성물에 첨가하게 되면 경화 시간은 단축되지만, 성형시에 수지 조성물의 유동성이 나빠지게 되고, 또한 서장 안정성이 단축되어서, 전과같이 성형작업성이 좋아지지는 않는다.

본 발명의 목적은 전기된 문제를 해결하기 위하여 에폭시 수지를 특수 다관능 에폭시 수지로 변경하여서 속경화 가능하며, Tg가 높고, 저장 안정성이 좋으며, 생산량을 향상시킬 수 있는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 신중하게 연구 검토를 계속한 결과 에폭시 수지와 경화촉진제에 착안하여, 종래에 일반적으로 사용되던 에폭시 수지를 대신하여 특수 다관능 에폭시 수지를 사용함으로써 경화촉진제의 량을 증가시키지 않고도 우수한 속경화성을 나타내며, 유리전이온도가 높은 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형 재료를 만들어 본 발명을 완성시키는데 도달할 수 있었다.

즉, 본 발명은 (A) 하기식(Ⅰ)로 표시되는 특수 다관능 에폭시 수지, (B) 노볼락형 페놀 수지, (C) 경화 촉진제, (D) 무기질 충전제 및 필요에 따라, 기타 첨가제를 함유하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

상기식에서 R₁은 수소원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 4∼18개의 분지 또는 직쇄 알킬기이고, R₂는 수소원자 또는 탄소수 4∼18개의 분지 또는 직쇄 알킬기이며, n은 1∼5 사이의 정수를 의미한다.

상기 조성물은 일반 노볼락 타입의 에폭시 수지를 사용한 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료에 비교하여 동일한 양의 경화촉진제를 첨가하여도 속경화를 이룰 수 있으며, 또한 다관능의 형태를 가지고 있기 때문에 Tg가 상승되고, 동일한 경화시간을 가진 일반 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료보다도 저장 안정성을 대폭 향상시킨 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료를 제공할 수가 있다.

상기 조성물을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 조성물은 (A) 상기식 (Ⅰ)의 에폭시 수지를 100중량부, (B) 상기식 (Ⅰ)의 에폭시 수지의 에폭시기와 상기 (B)의 페놀수지의 페놀성 수산기의 당량비가 0.1∼10의 범주를 가지는 상기 (B)의 페놀수지양, (C) 경화촉진제로 오르가노 포스핀 화합물 중 하나 또는 둘 이상을 상기 (A) 및 (B)성분의 합계량 100중량부에 대해 인원자 조성비율이 0.04∼0.50 되도록 하는 양, (D) 무기질 충전제를 전체 최종 조성물에 대해 30∼90중량% 및 필요에 따라 기타 첨가제로 구성된다.

상기식 (Ⅰ)의 특수 다관능 에폭시 수지는 에폭시 당량이 180∼250g/eq, 1,4-디옥산 50% 용액에서의 용융점도가 40∼120cst, 연화점이 50∼80℃, 추출수중의 염소이온 농도가 1,000ppm 이하의 물성을 가지는 것이 좋다.

상기와 같은 특수 다관능 에폭시 수지를 적용하게 된 이유로서는 비스페놀 A형 에폭시 수지가 노볼락형 에폭시 수지보다 내열성, 내약품성, 기계적 강도등이 약간 떨어지는 반면에 속경화성, 유동성, 탄성율이 우수하기 때문에, 이러한 성질들을 상호보완할 수 있도록 비스페놀 A형 에폭시 수지를 노볼락 형태로 연결시킴으로서 노볼락계바와 같은을 유지하면서 비스페놀 A형 에폭시계의 속경화성을 보완해 줄 수 있었다.

또한 한 분자당 4개의 에폭시 관능기를 포함시킴으로서 유리전이온도를 상승시킬 수 있었으며, 경화도를 올려주어서 성형 직후의 경도가 향상될 수 있었다.

본 발명에 사용된 (B)노볼락형 페놀 수지로서는 페놀, 알킬페놀 등의 페놀류와 포름 알데히드 혹은 파라포름 알데히드를 산성 촉매하에서 축합시켜 얻어지는 비교적 저분자량의 노볼락형 페놀 수지 및 그의변성수지, 예를 들면 에폭시화 또는 부칠화 노볼락형 페놀 수지 등을 들 수 있으며 이것은 단독 또는 2종 이상 혼합하여서 사용될 수 있다.

노볼락형 페놀 수지의 배합예를 들면 전기 (A)에폭시 수지의 에폭시기와 (B)노볼락형 페놀 수지의 페놀성 수산기와의 당량비가 0.1∼10의 범위에 있는 것이며, 더욱더 좋은 것은 0.5∼2.0의 범위가 될 수 있다. 당량비가 0.1 미만 또는 10을 넘게 되면 내습성, 성형 작업성 및 경화물의 전기적 특성이 나빠지게 되고 이러한 경우는 좋지 않으므로 상기의 범위 내에서 한정된다.

본 발명에 사용되는 (C)경화촉진제인 오르가노 포스핀 화합물로서는 제1포스핀, 제2포스핀, 제3포스핀이 포함되고 여기에는 에칠 포스핀, 프로필 포스핀, 부칠 포스핀, 더욱더 장쇄의 알킬 포스핀, 페닐 포스핀, 디 프로필 포스핀, 디 아밀 포스핀, 및 더욱이 적어도 1개 이상의 장쇄 알킬기가 있는 디 알킬 포스핀, 디 페닐 포스핀, 메칠 페닐 포스핀, 에칠 페닐 포스핀, 트리 메칠 포스핀, 트리 에칠 포스핀, 트리 부칠 포스핀, 트리 알킬 포스핀, 트리 페닐 포스핀, 알킬 디 페닐 포스핀, 디 알킬 페닐 포스핀 등을 예시할 수 있다.

상기된 오르가노 포스핀 화합물 중에서도 특히 제3포스핀이 좋으며, 또한 상기 오르가노 화합물 중 2종 이상을 사용하는 것도 가능하다.

이와 같은 오르가노 포스핀 화합물을 전기 (B)성분의 노볼락형 페놀 수지와 함께 사용하는 것이 보다 나은 조성물의 경화특성, 저장인장성, 고온시의 전기특성 및 내습특성이 함께 개선되는 효과가 있다.

이러한 효과가 유리하게 달성될 수 있으려면 (A)성분 및 (B)성분의 합계량 100중량부바와 같은해서, 인원자의 조성비율이 0.04∼0.50이 되는 량을 사용하는 것이 필요하다. 이 사용량이 0.04 이하가 되면 경화특성이 나빠지고, 또 0.50 이상이되면 조성물의 보존안정성, 고온시의 전기특성, 내습특성이 나빠지게 된다.

본 발명에 있어서 (C)의 오르가노 포스핀 화합물 대신에 종래의 경화촉진제로서 공지의 2급 아민 화합물, 불화 붕소, 포스포니움 화합물 금속 키레이트 화합물을 사용하면, 이러한 능력이 약해져서 충분한 경화촉진을 얻을 수 없고, 봉지성형품을 얻기 곤란하게 된다. 또 3급 아민, 벤질 디 메칠 아민, 트리스(디 메칠 아미노 메칠) 페놀, 피리딘 등을 사용한 경우에는 고온시의 내습특성이 나빠지고, 또 이미다졸 유도체를 사용한 경우에는 고온시의 전기특성(체적 저항률)이 나빠져서 이러한 경우에도 만족스런 결과를 얻을 수가 없다.

본 발명에 이용된 (D)의 무기질 충전제로서는 실리카 분말, 알루미나, 유리섬유, 삼산화 안티몬, 탈크, 탄산칼슘, 아스팔트, 마이카, 탄소섬유 이외에 종래 반도체 봉지형 에폭시 수지 성형 재료에 배합사용되고 있는 것이 예시되었지만, 특히 실리카 분말, 고순도 알루미나, 유리섬유 등이 요구되고 있으며, 또한 분말충전제는 평균 입자경 바와 같은0μ이하의 것이 좋다.

무기질 충전제의 배합예는 수지 조성물의 30∼90중량% 배합하는 것이 요구되며 그 배합량이 30중량% 미만에서는 내습성, 내열성, 기계적 특성 및 성형성에서 효과가 없고, 90중량% 이상에서는 성형성이 나빠져서 실용상 적용될 수 없다.

본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료는 에폭시 수지, 노볼락형 페놀 수지, 경화촉진제, 무기질 충전제들을 필수성분으로 하지만 필요에 따라서, 예를 들면 천연 왁스류, 합성 왁스류, 포화 지방산의 금속염, 산 아마이드, 에스테르류, 파라핀류 등의 이형제, 염소화 파라핀, 브롬 톨루엔, 헥사 브롬 벤젠, 삼산화 안티몬, 브롬화 노볼락형 에폭시 등의 난연제, 카본 블랙 등의 착색제, 실란계의 결합제 등 여러가지 종류의 물질을 첨가 배합할 수 있다.

본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 성형재료로서 제조하는 경우의 일반적인 방법으로서는 에폭시 수지, 노볼락형 페놀 수지, 경화촉진제, 무기질 충전제, 이형제, 난연제, 착색제, 결합제 등을 소정의 조성비에 의해서 선정된 원료를 믹서 등에 의해 충분히 균일하게 혼합한 수 가열된 롤(ROLL)에서 용융 혼합처리 또는 니더(KNEADER) 등에 의해 혼합처리를 행한 다음 냉각고화시켜서 적당한 크기로 분쇄하여 성형재료로서 사용하였다.

본 발명에 의한 봉지용 에폭시 수지 조성물에서 얻어지는 성형재료는 전자부품, 혹은 전기부품의 봉지, 피복, 절연 등에 적용하는 경우 우수한 특성과 신뢰성이 높은 부품을 얻을 수 있다.

이상 제조된 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 특수 다관능 에폭시 수지 및 오르가노 포스핀 화합물계 경화촉진제를 배합하는 것에 의해서 저장안정성 및 성형 작업성에 악영향을 주지 않으면서 빠른 시간 내에 경화되는 속경화성을 부여하여 작업시간을 단축시킬 수 있으며, 유리전이온도를 향상시켜 내열성 및 기계적 강도가 우수하여 전기, 전자부품의 봉지제, 피복용, 절연용 등에 이용되는 경우 매우 신뢰성이 높은 고급 제품을 얻을 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 이것에 의해 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다. 이하 실시예 및 비교예의 의한 "부"는 중량을 나타내는 것이다.

[실시예]

특수 다관능 에폭시 수지(에폭시 당량;210, 연화점;70℃)

(YUKA SHEEL사 상품명 157D-70)

페놀 노볼락 수지(OH당량:106, 연화점:80℃ ………………………… 50부

테트라페닐포스포니옴테트라페닐보레이트(TPP-K)………………… 4부

브롬화 노볼락형 에폭시 수지(에폭시 당량 : 300) …………………… 14부

무정형 실리카 …………………………………………………………… 380부

카본블랙 …………………………………………………………………… 2부

실란 결합제(상품명 A-187, UCC사) ………………………………… 1.8부

카나바 왁스(KARL 제품) ……………………………………………… 2부

훽스트 왁스 E(훽스트사 제품) …………………………………………… 2부

삼산화 안티몬 ……………………………………………………………… 15부

롤 하이 스피트믹서(1500rpm)에서 3분간 분쇄 혼합한 후 70∼80℃의 가열 롤에서 혼련한 다음 냉각 분쇄하여 10메쉬(MESH) 통과 품으로서 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료를 얻었다.

[비교예 1]

특수 다관능 에폭시 수지 대신 O-크레졸 노볼락 에폭시(에폭시 당량:210, 연화점:70℃)를 사용한 이외에는 실시예와 동일하게 혼합, 혼련 분쇄한 성형재료를 얻었다.

[비교예 2]

경화촉진제를 2메칠 이미다졸(2MZ) 1.5부를 사용한 이외에는 비교예1과 동일하게 혼합, 혼련 분쇄한 성형재료를 얻었다.

[비교예 3]

경화촉진제를 2메칠 이미다졸(2MZ) 1.0부를 사용한 이외에는 실시예와 동일하게 혼합, 혼련 분쇄한 성형재료를 얻었다.

상기 실시예 및 비교예에 대한 배합비율을 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기와 같은 배합으로 제조된 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료를 12TON 몰딩 프레스에서 다음의 조건으로 흐름성(SPIRAL FLOW) 및 겔화 시간, 성형 직후의 경도 등을 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

1) EMMI-I-66 규격에 의거하여 3회 측정한 평균치임.

2) 175℃의 열판 위에서 3회 측정한 평균치임.

3) 각 시간별로 성형된 직후에 SHORE-D 경도계로 3회 측정한 평균치

4) 14/16 PIN 40 CAVITY의 BOOK MOLD에서 마지막 CAVITY까지의 몰딩 정도를 육안으로 판명.

○ : 우수 ○ : 양호 × : 불량

5) -5℃에서의 저장 안정성

몰딩조건

ㄱ) 클램프 압력 : 3,000PSI

ㄴ) 트랜스퍼 압력 : 1,000PSI

ㄷ) 몰드온도 : 175±3℃

ㄹ) 성형시간 : 120초

이상 4종의 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료의 전기적, 기계적 성질을 측정하여 표 3에 나타내었다.

[표 3]

이상의 결과에서 볼 수 있듯이 본 발명에 의해 제조된 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료가 흐름성 및 저장 안정성에 악영향을 미치지 않으면서 속경화가 가능하며, 또한 전기적, 기계적 성질 및 유리전이온도가 상승되어 신뢰성을 대폭 향상시켜 줌으로서 우수한 성질을 가진 반도체 봉지용 에폭시 수지 성형재료를 얻을 수 있었다.

Claims (2)

1. (A) 하기식 (Ⅰ)로 표시되는 특수 다관능 에폭시 수지 100중량부, (B) 상기 (Ⅰ)의 에폭시 수지의 에폭시기와 페놀수지의 페놀성 수산기의 당량비가 0.1∼10의 범위를 양의 노볼락형 수지, (C) 상기 (A) 및 (B)성분의 합계량 100중량부에 대해 인원자 조성비율이 0.04∼0.50 되도록 하는 양의 경화촉진제, (D) 전체 최종 조성물에 대해 30∼90중량%의 무기질 충전제 및 필요에 따라 기타 첨가제로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.

   상기식에서 R₁은 수소원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 4∼18개의 분지 또는 직쇄 알킬기이고, R₂는 수소원자 또는 탄소수 4∼18개의 분지 또는 직쇄 알킬기이며, n은 1∼5 사이의 정수를 의미한다.
2. 제1항에 있어서, (C)의 경화촉진제가 제1포스핀, 제2포스핀 또는 제3포스핀을 포함한 오르가노 포스핀 화합물 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.