KR950005447B1 - 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지조성물(1) - Google Patents

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Description

반도체 소자 봉지용 에폭시 수지조성물(1)

본 발명은 열경화성 수지 조성물에 관한 것으로, 저점도 에폭시 수지를 사용하여 무기충전재 함량을 증가시켜 저응력성 내습특성등을 개선한 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지조성물에 관한 것이다.

최근 반도체 소자 봉지 기술의 급속한 발전으로 페케이지(package)가 경량화, 박형화 하고 있으며, 반도체 소자의 집적도 증가에 따른 소자의 크기가 증가함으로써, 상대적으로 페케이지 전체 면적에 대한 반도체 소자의 점유 면적 70~90% 정도로 증가하게 되었다.

따라서 반도체 소자(CHIP), 리이드 프레임(LEAD FRAME), 봉지재의 열선팽창계 수 차이에 의한 내부응력(INTERNAL STRESS)등의 원인으로 페케이지 크랙(CRACK), 박리(DELAMINATION), 반도체소자 크랙 등의 불량을 개선하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이에 대한 종래의 기술은 일본특허공보 소63-178126, 평2-140227, 평2-251519, 평3-79623, 평3-100015 등에서 나타난 바와같이 실리콘 변성 에폭시 수지, 실리콘 변성 페놀수지, 유기폴리실록산 화합물 등을 첨가하여 내부응력을 감소시키는 기술과, 일본특허공보 평2-208313, 평2-219814, 평3-79623, 평3-128919, 평3-128920 등에서와 같이, 다관능기를 갖는 에폭시 수지, 페놀수지와 폴리이미드 수지 등을 적용하여 내열성을 향상시켜 페케이지 크랙을 방지한 기술 등이 있다.

그러나 다관능기의 에폭시 수지를 적용할 경우에는 내열성을 향상되지만 상대적으로 경화밀도의 증가에 따른 경화물의 자유부피가 증가되어 내습성이 저하되고 페케이지 크랙이 발생하게 된다. 또한 폴리이미드 수지를 내열성이 매우 우수한 특성이 있으나, 높은 연화점을 가졌으므로 무기 충전재의 함량을 증가시킬 수 없으며, 아울러 상대적으로 높은 성형온도가 요구되는 문제점이 있다.

본 발명에서는 무기 충전재의 함량을 증가시켜 열선팽창계수를 감수시켜 내부응력을 개선하였으며, 특히 무기충전체 함량이 80wt% 이상일 경우 무기충전재의 입도분포, 평균입도등을 일정한 비율로 조절하고, 에폭시수지와 페놀수지의 연화점, 용융점도를 낮게 조절하지 않으면 유동성의 급격한 감소로 성형성이 취약하게 되므로 이와 같은 문제점을 구조식(I), (Ⅱ), (Ⅲ)과 같은 특수 에폭시 수지를 적용하여 유동성을 개선함으로써 해소하였다.

구조식 I)

[화학식 1]

(단, R1, R2는 메틸기 또는 에틸기이다)

구조식 Ⅱ)

[화학식 2]

구조식 Ⅲ)

[화학식 3]

(단,은 시클로 헥산, n은 중합도(1<n<2), R은 알킬기를 나타낸다)

또한, 일반적으로 사용되는 에폭시 수지조성물 및 그 조성비는 표 1과 같다.

[표 1]

상기 표1) 조성물의 성분을 구체적으로 설명하면, 에폭시수지는 올소 크레졸 노볼락형이나, 비스페놀 A형 에폭시 수지로서 1분자중에 적어도 에폭시기를 2개 이상을 가지는 EOCN-1020 (일본화약(주) 연화점 55~70℃, 에폭시 당량 190~210)이나, ESCN-195XL (스미토모화학(주) 연화점 60~70℃, 에폭시 당량 200~210)등을 무기충전재의 함량과 조성물의 유동성에 따라 에폭시수지의 연화점, 점도등을 조절하여 사용한다.

유기난연제는 브롬화 노볼락 에폭시 수지 BREN-S (일본화학(주) 연화점 70~100℃, 에폭시 당량 250~300), 브롬화 비스페놀 A형 에폭시 수지 ESB-400T (스미토모화학(주) 연화점65~85℃, 에폭시 당량 300~400)등을 사용하며, 경화제는 올소크레졸 노볼락형 페놀수지 PSM-4261(군영화학(주) 연화점 70~85℃, 수산기 당량 105~107)을 사용한다.

개질제는 분자량이 1,000~8,000인 에폭시, 아민, 카르복실 변성 실리콘 오일이나, 실리콘 분말, 폴리부타티엔화합물, 기타 열가소성 수지 등을 사용하며, 무기충전재는 고순도 용융 구상 실리카, 용융 파쇄형 실리카 등을 입도분포 비율에 따라서 적당한 조합비로 적용되며, 일반적으로 평균입도가 5μm~30μm인 것을 주로 사용하고 있으며, 무기난연제는 산화안티몬을 주로 사용하고 있다.

결합제는 에폭시기나 아민기를 가지는 글리시톡시 프로필 트리메톡시 실란계등의 사용되며, 이형제는 천연왁스류나 합성왁스, 기타 지방산등을 적당한 비율로 혼용하여 사용한다.

착색제는 일반적으로 카아본 블랙을 사용하며, 전기 전도도가 매우 낮은 고순도 제품의 사용이 바람직하다. 경화 촉진제는 이미다졸류, 포스핀류, 3급아민류, 테트라트리페닐 보레이트 염류 등을 반도체의 페케이지 타입에 따라 적당한 비율로 적용한다.

본 발명의 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

본 발명에 사용된 에폭시 수지는 구조식(I)과 같은 수지를 100 중량부(이하 "부"로 약칭함) 사용하였으며, 유기난연제는 BREN-S를 15부, 경화제는 PSM-4261을 50부 개질제는 에폭시 변성 실리콘 오일(분자량 : 3,000~4,000)을 15부, 무기 충전재는 고순도 용융 구상 실리카(평균입도 : 5~10μm, 20~30μm) 2종과 고순도 용융 파쇄형 실리카(평균입도 10~20μm)를 적당한 비율로 혼합하여 1,300부를 사용하였다.

무기난연제는 산화 안티몬을 30부, 결합제는 유니온 카바이드사 A-187을 8부 사용하고, 착색제는 카아본 블렉을 5부, 경화촉진제는 3급 아민류와, 포스핀류 등을 적당한 비율로 혼합하여 4부로 평량하고 분쇄혼합기에서 미세하게 분쇄혼합한 다음 용융혼합기(KNEADER, 온도=110℃)에서 용융혼합하고 상온으로 냉각시킨 다음 분쇄하여 분말 상태로 만든다.

상기와 같이 제조된 에폭시 수지 조성물을 가열이송성형기 (압력=70kg/cm2, 온도=175℃, 시간=90~120sec)를 이용하여 유동성 측정 및 열선팽창계수, 내습특성, 페케이지 크렉평가용 시편을 제작하였으며, 아래의 방법으로 측정한 결과를 표2)를 나타내었다.

* 유동성 측정

EMMI-I-66 측정방법으로 스파이럴 플로우 금형(SPIRAL FLOW MOLD)에서 가열이송 성형기(압력=70gk/cm2, 온도=175℃, 시간=90sec)로 측정한다.

* 열선팽창계수 및 유리전이온도 측정

ASTM-D-790에 준하여 가열이송성형기 (압력=70kg/cm2, 온도=175℃, 시간=120sec)로 시편을 제작한 다음 후결화공정 (온도=175℃, 시간=5hr)을 거친다음 열분석기(TMA)을 이용하여 열선팽창계수와 유리전이온도를 측정한다.

* 내습성 측정용 시편(가로4cm, 세로2cm, 두께 0.5cm)을 가열 이송성형기 (압력=70kg/cm2, 온도=175℃, 시간=120sec)로 성형하고 후경화공정 (온도=175℃, 시간=5hr)후 각 시편의 무게를 평량한 다음, 가열, 포화수증기 (121℃, 2atm) 분위기에 48시간 방치하고, 시편의 무게를 평량하여 시편에 흡수된 수분량을 측정한다.

* 내열성(package crack)측정

봉지된 반도체 소자(DIP-18pin) 시편을 가열이송 성형기로 성형하고, 후경화공정을 통과한 다음 가열, 포화수증기(121℃, 2atm) 분위기에 48시간 방치하고, 흡수된 시편을 납조(250℃)에 1분간 침적시킨 다음 액체 질소(-198℃)에 1분간 침적시킨다.

이와같은 방법으로 50회까지 반복 실시하여 시편 내부 및 외부의 크렉 및 박리 현상을 광학 현미경과 초음파 단층 촬영기로 측정한다.

[실시예 2]

실시예 1)에 사용된 에폭시 수지를 구조식(Ⅱ)와 같은 에폭시 수지로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1)과 동일한 조성물 및 조성비로 제조하여 같은 방법으로 평가시험을 실시하였다.

[실시 예3]

실시예 1)에 사용된 에폭시 수지를 구조식(Ⅲ)과 같은 에폭시 수지로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1)과 동일한 조성물 및 조성비로 제조하여, 같은 방법으로 평가시험을 실시하였다.

[비교예 1]

실시예 1)에 사용된 에폭시 수지를 올소-크레졸 노볼락형 에폭시 수지 EOCN-1020(연화점 55℃)을 적용한 것을 제외하고는 실시예 1)과 동일한 조성물 및 조성비로 제조하여, 같은 방법으로 평가 시험을 실시하였다.

[비교예 2]

비교예 1)에 사용된 무기충전재 함량을 1,200 부 적용한 것을 제외하고, 비교예 1)과 동일한 조성물 및 조성비로 제조하여 같은 방법으로 평가시험을 실시하였다.

[표 2]

상기 실시예 및 비교예에서 나타난 바와같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지를 구조식(I)~(Ⅲ)과 같은 저용융점도 성질을 갖는 수지를 적용하여 무기충전재 함량을 증가시키고, 유동성을 개선함으로써, 페케이지의 열선팽창계수 차이에 따른 내부응력을 최소화시키고, 내습성과 내열성(CRACK, DELAMINATION등)도 향상되는 효과를 나타낸다.

Claims (4)

1. 에폭시 수지, 페놀수지, 유기난연제, 무기난연제, 개질제, 무기충전재, 기타 첨가제로 구성되는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 에폭시 수지를 하기 구조식(I)-(Ⅲ)과 같은 구조를 화합물 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.

   구조식 I)

   (단, R1, R2는 메틸기 또는 에틸기이다)

   구조식 Ⅱ)

   구조식 Ⅲ)

   (단,은 시클로 헥산, n은 중합도(1<n<2), R은 알킬기를 나타낸다.
2. 제1항에 있어서, 무기충전재 함량을 80~90wt% 사용한 것을 특징으로 하는 반도체소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.
3. 제2항에 있어서, 무기충전재를 고순도 용융 구상형 실리카와 고순도 용융 파쇄형실리카를 혼합하여 사용한 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.
4. 제2항에 있어서, 무기충전재를 평균입도가 5~10μm와 20~30μm인 실리카를 혼합하여 사용한 것을 특징으로 하는 반도체 소자 봉지용 에폭시 수지 조성물.