KR940008333B1 - 반도체 봉지용 열경화성 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 봉지용 열경화성 수지 조성물

본 발명은 경화물의 표면상태, 내열성 등을 우수하게 유지하면서 저응력화를 실현하여, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제조할 수 있는 반도체 봉지용 열경화성 수지 조성물에 관한 것이다.

열경화성 수지중 에폭시수지는 전기절연특성, 기계적특성, 내약품성등이 우수하고, 신뢰성이 높은 전기절연재료로 IC, VLSI, 트란지스터, 다이오드 등이 반도체 장치의 봉지재료로 광범위하게 응용되어 왔다.

일반적으로 수지 봉지된 반도체 장치는 성형중 체적의 변화에 따르는 잔류응력 및 사용시 외부의 온도변화와 금속매입물과 수지경화물간의 선팽창계수의 차이에 의해 발생하는 내부응력에 의하여 반도체 장치의 수지 경화층에 균열이 발생하거나, 반도체소자 또는 결속선이 손상을 받는 경우가 있어 반도체 봉지용 수지조성물의 저응력화가 요구되고 있다.

특히, 최근에 들어서는 전자부품의 소형 경량화 경향에 따라, 반도체 소자는 대용량화, 고집적화 되고 봉지형태는 상대적으로 축소화되고 있다.

따라서, 반도체 봉지용 재료의 저응력화는 더 강하게 요구되게 되었다. 봉지재료의 저응력화를 위해서는 탄성율의 저하, 봉지재료와 금속매입물의 선팽창계수 차이의 감소, 유리전이온도의 저하등이 요구되나 고온에서의 내습성, 내열충격성, 고온에서의 전기절연성 등의 이유로 유리전이온도는 일정수준을 유지하여야 한다.

이러한 요구를 충족시키기 위하여, 종래에는 에폭시수지를 기재로 하는 수지조성물에 가소제를 첨가하는 기술이 알려져 왔으나, 이 방법을 이용하는 경우, 탄성율의 저하에 있어서, 효과를 얻을 수 있으나, 유리전이온도가 큰폭으로 저하되어 고온에서의 전기특성, 내습성에 악영향을 주는 단점이 있었다.

또한, 유리전이온도 등의 열적 성질을 양호한 수준으로 유지시키면서, 탄성율저하, 저응력화를 기대할 수 있는 첨가제로는 실리콘계화합물을 예로 들 수 있으나, 이 실리콘계 화합물을 함유하는 에폭시 수지 조성물은 금속매입물과의 접착력 불량과 이에 따르는 내습성 불량의 문제가 있다.

본 발명은 종래의 반도체 봉지용 수지 조성물의 이러한 문제를 해결하여 제반특성의 저하없이 저응력화의 효과를 얻을 수 있어서 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제조할 수 있는 반도체 봉지용 열경화성 수지를 제공하기 위하여 안출된 것이다.

즉, 본 발명에서는 노볼락형 에폭시 수지와 페놀수지계 경화제를 기본 성분으로 하고, 경화촉진제, 무기물충진제 등의 표준 첨가제를 함유하는 열경화성 수지 조성물에 저응력화의 효과를 얻기 위한 변성제로 분자중 활성 히드록시기를 2개이상 지니는 폴리부타디엔계 화합물과 일반식(Ⅰ)의 구조를 지니는 에폭시화 실리콘화합물의 반응물 및 변성제의 분산성 향상을 위해 비스페놀 A를 함께 첨가하여 반도체 봉지용 열경화성 수지 조성물을 제조하였다.

본 발명에서 변성제로서 첨가되는 분자중에 활성 히드록시기를 2개 이상 지니는 폴리 부타디엔계 화합물과 일반식(Ⅰ)의 에폭시화 실리콘화합물간의 반응물은 변성제로서 폴리 부타디엔 단독첨가의 경우에 비해 분자크기의 향상에 따른 입체장애에 의해 경화물내에서 분자 이동도가 극히 저하되어 변성제의 표면침출의 문제가 없고, 경화물 내에서 미세한 입자로 존재하게 되어 기계적 강도, 내열성 등의 저하없이 응력흡수에 한 저응력화의 효과 실현이 가능하다.

또한, 변성제가 경화구조내에 미세한 입자로 존재하여 표면 침출하지 않는 경우 경화물의 표면특성인 접착력에 영향을 주지않으므로 실리콘계 화합물에 의한 내습성의 문제도 해결이 가능하게 되었다.

또한, 동시에 첨가하는 비스페놀 A는 조성물 성형시 용융상태의 유동 특성을 양호하게하여 상기 변성제인 활성 히드록시기를 2개 이상 지니는 폴리 부타디엔계 화합물과 일반식(Ⅰ)의 구조를 지니는 에폭시화 실리콘 화합물간의 반응물의 분산상태를 양호하게하여, 응력 흡수효과를 극대화 시키며, 상기 변성제의 분산불량에 의하여 발생되는 품질의 불균일, 변성제의 표면침출, 성형시 플래쉬의 발생 등의 문제를 해결할 수 있었다.

또한, 양호한 분산상태에 의해 제반특성의 저하를 극소화하면서 저응력화의 효과를 얻을 수 있게 하는데 기여한다.

본 발명의 열경화성 수지 조성물을 제조하는데 사용한 노볼락형 에폭시 수지는 페놀노볼락형 에폭시수지 및 크레졸노볼락형 에폭시수지로 연화점 60℃∼120℃ 범위인 것이 적당하다.

연화점 60℃이하의 경우에는 성형재료의 제조작업 및 내습성 불량의 문제가 있을 수 있으며, 연화점 120℃이상의 수지를 사용하는 경우에는 성형시 유동특성이 불량한 문제가 있다.

페놀수지계 경화제로는 페놀, 크레졸, 레조시놀, 클로로페놀, 페닐페놀, 비스페놀 A중 1종 또는 2종 이상의 혼합물과 포름알데히드, 또는 파라포름 알데히드를 산촉매하에서 반응시켜 얻게되는 화합물로 1분자중 2개 이상의 페놀성 수산기를 지니는 화합물인데, 본 발명의 목적상 미반응 단량체가 적은 것일수록 유리히다.

페놀수지계 경화제의 배합량은 에폭시수지 1당량에 대하여 히드록시 당량비로 0.5∼1.3당량의 범위가 제반특성면에서 가장 유리하다.

본 발명의 경화촉진제는 공지의 촉매가 사용가능하다.

구체적으로 예를들면 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2, 4, 6-트리스-(디메틸 아미미노 메틸)페놀, 벤질 디메틸 아민등 제3급 아민류, 2메틸. 이미다졸, 2페닐. 이미다졸, 2펜타데실. 이미다졸, 2메틸. 4메틸. 이미다졸 등 이미다졸류 및 트리페닐 포스핀 등의 포스핀류가 적당하며, 첨가량은 전체 조성물의 0.1∼1.0중량%의 범위가 적당하다.

무기물충진제로는 용융산화규소, 결정성 산화규소, 산화알루미늄, 수산화 알루미늄, 마이카, 탄산칼슘, 산화마그네슘, 황산바륨, 활석 등의 분말이 사용가능하며, 첨가량은 전체 조성물의 50∼80중량%의 범위가 적당하다.

첨가량이 50중량% 이하인 경우에는 경화물의 선팽창계수가 커지는 문제가 발생하며, 80중량% 이상의 경우에는 조성물의 유동성이 현저하게 저하되어 가공성이 불량한 문제가 있다.

본 발명의 저응력화를 위해 배합하는 변성제인 활성히드록시를 2개 이상 지니는 폴리 부타디엔계 화합물과 일반식(Ⅰ)의 구조를 지니는 에폭시화 실리콘 화합물의 반응물제조에 이용되는 폴리부타디엔계 화합물은 분자내 2중 결합 위치가 트란스-1 ,4형, 시스-1, 4형, 비닐-1, 2형 및 이들의 혼합물이 사용가능하나, 저응력화 효과면에서 비닐-1, 2형의 함량이 40% 이하인 것이 적당하며, 분자량 1500-3000범위인 것이 유용하다.

일반식 (Ⅰ)의 에폭시화 실리콘 화합물중에는

R₁, R₂, R₃, R₄가 각각 독립적으로 같거나 다를 수 있으며, -CH₃, -H, -O-CH₃또는 를 의미하며, n은 1이상의 정수로 에폭시 당량 1500∼4000범위의 것이 가장 적당하다.

이 2화합물의 반응에 의한 변성제를 제조하기 위한 배합비는 폴리부타디엔계 화합물 100중량부에 대하여 에폭시화 실리콘 화합물 150∼400중량부의 범위가 반응물과 에폭시 수지간의 혼합을 위한 작업성, 경화물의 기계적 특성, 내열성, 경화후 성형품 표면상태 등의 면에서 가장 유리하다.

반응은 130∼160℃ 온도에서 1∼8시간 반응시켜 원하는 반응물을 얻을 수 있으며, 이때 반응촉매 또는 중합금지제 등을 첨가할 수도 있다.

이 변성제의 첨가량은 노볼락형 에폭시 수지와 페놀 수지계 경화제를 합한 무게 100중량부에 대하여 1∼10중량부의 범위가 적당하다.

1중량부 이하에서는 저응력화의 효과가 불충분하며, 10중량부 이상의 경우에는 기계적 특성, 내열성 등에 악영향을 준다.

이 변성제의 조성물내의 균일한 분산을 위해 배합하는 비스페놀 A의 첨가량은 변성제의 양 100중량부에 대하여 1∼5중량부 정도로 충분하다.

그밖의 본 발명의 조성물에는 무기물 표면처리제, 이형제, 안료 등을 배합할 수도 있다.

본 발명의 조성물을 제조하는 방법은 특정한 방법에 국한되지 않으며, 공지의 연속식 혼련장치를 이용하는 방법 및 가열가능한 혼합물 등을 이용하는 방법등이 적용가능하며, 이때의 온도조건은 에폭시 수지의 종류 및 조성에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 60∼100℃의 범위가 적당하다.

본 발명의 조성물을 이용하여 반도체 장치를 성형하는 방법은 압축성형, 이송성형 등의 방법이 적용 가능하고, 이송성형의 경우 가공 조건은 성형품의 크기, 형태, 요구특성 등에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 150∼180℃, 50∼150㎏/㎠에서 60∼200초 동안 성형한 후 160-200℃에서 5∼15시간후 경화하여, 목적하는 성형품을 얻는다.

다음의 실시예에서 본 발명의 구체적인 적용방법 및 그 효과에 대하여 설명한다.

그러나 다음의 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. (폴리부타디엔계 화합물과 에폭시화 실리콘계 화합물간의 반응물인 변성제 제조) 폴리부타디엔계 화합물중 분자내 2중결합 형태가 트란스-1, 4형 60%, 시스-1, 4형이 20%, 비닐-1, 2형이 20%인 폴리 부타디엔중 분자량이 2800, 수산기 함량 0.85m.eq/g이 폴리 부타디엔계 화합물 100중량부와 일반식(Ⅰ)에서 R₁, R₂, R₃, R₄가 모두 -CH₃이고, 에폭시 당량이 2000인 에폭시화 실리콘 250중량부를 산성촉매, 질소분위기하에서 160℃ 온도로 5.0시간 반응시켜 고점도의 반응생성물을 얻는다. 반응의 확인은 수산기 함량의 감소에 의해 판단한다. (이후 변성제 A로 표시한다.)

[실시예 1]

에폭시 당량 220의 크레졸 노볼락형 에폭시수지 100중량부, 수산기 당량 105의 페놀노볼락수지 50중량부, 이미다졸계 경화촉매 2.5중량부, 스테아린산 아연 2중량부, 실란계 무기물 표면처리제 2중량부, 용융실리카분말 350중량부, 카본블랙 2중량부에 변성제 A 3중량부, 테트라 브로모 비스페놀 A 0.5중량부를 배합하여 100㎏/㎠의 성형압력으로 시송성형하여 굴곡강도 측정용 시편 및 MOS형 IC소자를 함유하는 수지봉지 형태의 반도체 장치를 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1의 조성중에서 변성제 A 3중량부 대신에 5중량부 사용한 이외에는 동일한 방법으로 측정용 시편 및 수지 봉지 형태의

[비교예 1]

실시예 1의 조성중 변성제 A와 테트라 브로모 비스페놀 A를 사용하지 않은 것 이외에는 동일한 방법으로 측정용 시편 및 수지 봉지 형태의 반도체 장치를 제조하였다.

[비교예 2]

비교예 1의 조성에 변성제 A를 중량부 첨가하여 동일한 방법으로 측정용 시편 및 수지 봉지 형태의 반도체 장치를 제조하였다.

[비교예 3]

비교예 1의 조성중에 테트라 브로모 비스페놀 A를 0. 중량부 첨가하여 동일한 방법으로 측정용 시편 및 수지봉지 형태의 반도체 장치를 제조하였다.

상기의 [비교예]와 [실시예]에서 제조한 굴곡강도 측정용 시편과 MOS형 IC소자를 함유하는 수지봉지 형태의 반도체 장치를 내열 충격성 시험 및 증가압력조 시험(PRESSURE COOKER TEST : PCT)를 실시하였으며, 제품의 표면상태는 성형후 육안관찰에 의해 판단하였다.

1) D. S. C 법에 의한 시험

2) 155℃ 열매 욕조에서 2분, -175℃액체 질소중에 2분간 50회 반복시 시제품 50개중 불량품수.

3) 2기압(수중기압), 120℃에서 1000시간 처리후 시제품 100개중 불량품수, 윗표의 결과에 의하여 본 발명의 조성물은 내열성 및 성형품의 표면상태를 우수하게 유지하면서 저응력화를 실현하여 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제조할 수 있었다.

Claims (2)

1. 노볼락형 에폭시 수지와 페놀수지계 경화제를 기본성분으로 하고 경화촉진제, 무기물 충진제 등의 표준 첨가제를 함유하고, 저응력화 변성제로서 분자중 활성 히드록시기를 2개 이상 지닌 폴리 부타디엔계 화합물과 일반식(Ⅰ)의 구조를 갖는 에폭시화 실리콘 화합의 반응생성물을 기본성분 100중량부에 대하여 1-10중량부 함유하고, 비스페놀 A를 상기 변성제 100중량부에 대하여 1-5중량부로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 주시 조성물.

   

   여기서 R₁, R₂, R₃, R₄는 각각 독립적으로 같거나 다를 수 있으며, -CH₃, -H, -OCH₃또는

   

   를 의미하고, n은 1이상의 정수다.
2. 제1항에 있어서 폴리부타디엔계 화합물이 분자내 2중 결합의 위치가 1, 4 결합 형태가 60% 이상이며, 분자량 1500∼3000이고, 일반식(Ⅰ)의 에폭시화 실리콘 화합물의 에폭시당량이 1500∼4000이고, 폴리부타디엔계 화합물 100중량부에 대하여 일반식(Ⅰ)의 에폭시화 실리콘 화합물 150∼400중량부의 비율로 배합하여 반응물을 제조하여 구성시킴을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 수지 조성물.