KR940011411B1 - 내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물

본 발명은 내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 관한 것으로서, 특히 내열성 향상제로서 다관능 말레이미드를 사용함으로서 내열성은 물론 내습성 및 초저응력화의 부여가 가능하고 열팽창계수가 적게 되도록 한 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 관한 것이다.

에폭시수지와 기타첨가제를 사용하여 경화시킨 물질은 일반적으로 열적, 역학적, 전기적성질 및 접착성 등에 있어 우수한 특성을 나타내기 때문에 현재 각종 산업분야에서 널리 이용되고 있다. 특히, 에폭시수지와 각종 충전제를 배합시킨 성형재료는 전자, 전기기기의 접착이나 절연재료 또는 구조재료로서 광범위하게 사용하고 있으며, 장치의 소형화, 신뢰성이 향상, 생산성의 향상 등의 욕구를 충족시켜 주는 중요한 역할을 하고 있다.

근래에 들어서는 반도체산업의 꾸준한 성장에 힘입어 반도체소자를 외부의 습기, 충격 등으로부터 보호하기 위한 패키지소재 또한 많은 진보를 보여주고 있는데, 일반적으로 패키지 형성방법으로는 세라믹스나 금속 등을 사용하는 것과 에폭시수지, 실리콘수지 등을 사용하는 것으로 대별되고 있다.

그러나, 생산성이나 가격 등의 면에서 볼때 에폭시수지를 사용하는 방법이 주류를 이루고 있다.

한편, 최근에 들어서 반도체가 고집적화 됨에 따라 칩(chip)크기가 커지고 배선폭이 좁아지게 됨으로 말미암아 제품으로 사용시 발생되는 열응력을 저감시키고 역류(Reflow)특성을 향상시키기 위해 내열성 및 내습성의 향상이 요구되고 있다.

이러한, 저응력화를 개선하기 위한 종래의 방법으로서는 실리콘계 변성제를 사용하거나 충전제의 양을 증가시키는 방법을 이용하여 왔다. 그러나, 실리콘계 변성제의 과다 사용은 성형물의 내열특성 및 기계적특성을 감소시키는 영향을 주며, 충전제의 과다사용은 성형성에 많은 문제를 야기시키고 있다.

또한, 전자부품의 고밀도화에 따른 내열성 향상을 위해 방향족계 아미드화합물을 사용하는 것이 고려되어 왔다(일본특허공개 소 54-142298호 58-215452호).

그러나, 이러한 방항족계의 아미드화합물은 일반적으로 산무수물을 사용하여 얻어진 방향족계 이미드화합물인데 이는 에폭시수지와 상용성이 나빠서 성능향상에 많은 문제점을 야기시키고 있다.

따라서, 본 발명은 내열성 및 열팽창계수가 우수한 다관능 말레이미드(Maleimide)를 사용함으로써 수지와의 상용성이 증대되고 내열성 및 내습성이 증대된 새로운 조성의 반도체소자 밀봉용 수지조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 에폭시수지와 경화제, 경화촉진제, 가소성부여제 및 내열향상제를 함유하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물에 있어서, 상기 내열향상제로서 다음 일반식(I)로 표시되는 다관능 말레이미드가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 식에서, MI는

를 나타내고, R은 탄소수 1 내 20개의 알킬기이거나, 페닐기, 수소원자 또는

나타내며(이때, X 및 Y는 각각 0 또는 1 내지 10의 정수이다), n은 0 또는 1 내지 100의 정수이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물에서 내열향상제로 상기 일반식(I)의 다관능 말레이미드를 사용하므로서, 내열특성과 내습성 및 열팽창계수 저감에 따른 초저응력화를 실현하여 리플로우(Reflow) 특성이 향상된 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물을 제조할 수가 있는 것이다.

이와같은 본 발명의 수지조성물의 바람직한 조성물은 다음과 같다.

· 다관능 에폭시수지 8∼15wt%

· 다관능 말레이미드 0.1∼10wt%

· 경화제 4∼10wt%

· 경화촉매 0.2∼0.8wt%

· 커플링제 0.5∼1.5wt%

· 착색제 0.1∼0.5wt%

· 충전제 65∼80wt%

· 이형제 0.1∼1.0wt%

· 난연제 0.5∼3.0wt%

· 가소성 부여제 1.0∼5.0wt%

본 발명의 수지조성물은 상기와 같은 조성으로 하는 것이 가장 좋은데, 본 발명에서 사용하는 다관능 에폭시 수지로서는 내열성이 우수한 올소크레졸노볼락(O-cresol Novolac)형 수지를 사용하며, 특히 에폭시 당량이 190∼220이고, 불순물 함량이 10ppm 이하인 고순도의 에폭시 수지이어야 한다. 또한, 경화제로서는 페놀노볼락형 수지를 사용하는데, 연화점이 80∼100℃ 이어야 하고, 하이드록실 당량이 100∼120이며, 역시 불순물 함량이 10ppm 이하인 수지를 사용해야 한다.

한편, 본 발명에서 특징적으로 사용되는 다관능성 말레이미드로는 연화점이 170∼200℃이고 이미드 당량이 210∼240인 것을 전체 수지조성물에 대해 0.1∼10wt%, 좋기로는 1∼7wt%로 사용하는 것이 좋다.

만일, 그 사용량이 0.1wt% 미만이면 내열효과가 없으며, 10wt%가 넘게 되면 레진블리드(Resin bleed) 및 금형오염 등의 형상이 나타나 성형성이 저하되고 젤화시간 및 후 경화시의 조건에 많은 문제점이 야기된다.

또한, 연화점이 170℃ 보다 낮거나 200℃ 보다 높으면 제조공정상 곤란한 점이 많게되고 에폭시와의 상용성이 저하되며, 레진블리드(Resin bleed) 및 금형 오염 등 성형성이 저하되어 좋지 않다.

그리고, 본 발명에서 사용하는 충전제로서는 고순도 용융실리카를 사용하며, 입자크기가 10∼30μm 범위의 것을 사용하는 것이 좋다. 또한, 경화촉매로서는 통상 아민류, 이미다졸유도체 및 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀계 화합물로서 트리페닐포스핀이 이미다졸 유도체로서는 2-메틸이미다졸, 2-메틸-4-에틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 무기충전제의 표면처리에 사용하는 커플링제로는 실란계 커플링제가 사용되는데, 특히 r-글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 가장 좋다. 또한, 가소성 부여제로서는 통상적으로 실리콘 고무나 에폭시변성 실리콘오일을 사용하는데, 반도체의 고집적화에 따라 상용성을 증가시키기 위해서 본 발명에 사용된 가소성 부여제는 페놀노볼락수지와 에폭시변성 실리콘오일의 어덕트(adduct)를 사용하였다.

그 외에 이형제로서는 카르나우바(carnauba)왁스나 몬탄왁스 0.1∼1.0wt%를 착색제로는 카본블랙 0.1∼0.5wt%를 각각 사용하며, 난연제로는 브롬화에폭시수지와 Sb₂O₃를 사용하였다.

상기와 같은 본 발명의 조성물을 만들기 위해서는 먼저 무기충전제를 커플링제로서 처리한 후, 나머지 약제를 한셀믹서나 기타 예비믹서기에서 균일 혼합시키고, 니이더(kneader)나 롤밀을 이용하여 90∼100℃에서 약 5∼15분간 용융혼합시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기를 이용하여 분말로 만든다.

이러한 분말조성물을 이용하여 반도체소자를 밀봉작업할 시에는 분말상태를 타정기에 넣어 타정시킨다. 이렇게 하여 제조된 태블릿(Tablet)형태의 수지조성물의 고주파 예열기를 이용하여 예열시킨 후에 170∼180℃에서 90∼120초간 이동성압착모울드(Trasfer Molding Press)로 성형시키면 반도체소자를 밀봉시킬 수 있게 된다.

상술한 바와같이 본 발명에 의해 제조한 수지조성물은 내열향상제로서 다관능 말레이미드를 사용함으로써, 종래와는 달리 내열특성과 내습성 및 열팽창계수 저감에 따른 초저응력화를 실현하고 리플로우(Reflow) 특성을 개선시켜서 반도체소자 밀봉에 매우 유용한 수지조성물을 제공할 수가 있는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같은바, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1∼6]

다음표 1에 나타낸 조성대로 조성성분들을 헨셀믹서에서 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 얻는다. 그 다음에는 니이더를 이용하여 95℃에서 10분간 혼련시킨후, 냉각공정을 거친 다음 분쇄하여 에폭시 수지 성형재료를 제조하였다.

이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지조성물에 대해서 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하고 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.

(1) 스피랄플로우(Spiral flow) : EMMI 규격에 준해 금형을 제작하여 성형온도 175℃, 성장압력 70kgf/㎠에서 측정.

(2) 유리전이온도(Tg) : TMA 측정설비이용하여 측정.

(3) 탄성율 E(kgf/㎟) : UTM을 사용하여 ASTM D190에 의해 측정.

(4) 열팽창계수 α(/℃) : ASTM D696에 의해 측정.

(5) 내습성 : IC 및 LSI 소자를 이동성 압력모울드(Transfer Molding Press)를 이용하여 성형시킨 후, 성형품을 121℃, 2기압의 수증기중에 방치시켜 시간경과에 따라 알루미늄부식에 의한 불량발생을 측정.

(6) 내크랙성 : 성형시킨 칩을 -55℃에서 30분, 150℃에서 30분을 1주기로한 시험조건에서 열충격시험을 5,000회 실시하였다. 그리고 그때의 크랙발생수를 구하여 측정.

[비교예]

다음표 1의 조성에 따라 상기 실시예 1∼6과 동일한 방법으로 실시하고 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 2 에 나타내었다.

[표 1]

(주) (1) 일반식(I)중 R이 수소원자인것

(2) 일반식(I)중 R이

인것

(3) 일반식(I)중 R이 -(CH₂)-OH인것

(4) 일반식(I)중 R이 -(CH₂)-NH₂인것

[표 2]

* 내습성 및 내크랙성에서의 숫치중 분모는 시료수를 나타내며 분자는 불량갯수를 나타낸다.

상기 표 2에서 나타난 결과에서 보듯이 본 발명에 의한 수지조성물은 비교예에 비해 뒤지지 않은 성형성을 가질 뿐아니라 비교예보다 우수한 열적특성 및 내열특성을 가지고 있으며, 그 결과 내습성과 내트랙성이 현저히 향상된 리플로우특성이 우수한 반도체소자 밀봉용 수지 조성물임을 알 수가 있다.

Claims (3)

1. 에폭시수지와 경화제, 경화촉진제, 가소성부여제 및 내열향상제를 함유하는 반도체소자 밀봉용 에폭시수지조성물에 있어서, 상기 내열향상제로서 다음 일반식(I)로 표시되는 다관능 말레이미드가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 내열성이 향상된 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물.

   

   상기 식에서, MI는

   

   를 나타내고, R은 탄소수 1내 20개의 알킬기이거나 페닐기, 수소원자 또는

   

   나타내며(이때, X 및 Y는 각각 0 또는 1 내지 10의 정수이다). n은 0 또는 1 내지 100의 정수이다.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다관능 말레이미드는 전체 수지조성물에 대해 0.1∼10wt%만큼 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 다관능 말레이미드는 그 연화점이 170∼200℃이고, 이미드당량이 210∼240인 것임을 특징으로 하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물.