KR950015142B1 - 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물의 제조방법 - Google Patents

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Description

반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물의 제조방법

본 발명은 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 크레졸노볼락형 에폭시수지와 페놀계노볼락형 수지경화제 및 무기충전제를 주성분으로 하는 반도체소자 밀봉용 수지 조성물을 제조함에 있어서, 소량 사용되는 이형제 및 경화촉진제를 미리 페놀계경화제에 용융 분산시킨 후 냉각 분쇄하여 얻은 혼합물을 제조하여 반응시키므로써 이형제 및 촉매의 균일분산성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

집적회로(IC) 및 고밀도집적회로(LSI)등의 반도체소자 밀봉에 사용되는 에폭시수지 조성물을 제조하는 종래의 방법에서는, 초기혼합단계에서 에폭시, 경화제, 실리카등의 모든 원재료를 한번에 투입하여 진행시키기 때문에 소량 사용되는 경화촉진제, 이형제 등의 분산효과가 저하되어 반도체소자 성형시 미분산에 의한 불완전 성형이 빈번히 발생하거나 성형 후 불균일 상태로 인해 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다. 특히, 고집적화될수록 촉매 및 이형제등의 소량첨가물의 균일 분산이 문제점으로 대두되고 있다.

따라서, 종래의 제조방법으로 제조한 수지 조성물로서 반도체소자를 밀봉하는 경우 수지 조성물 자체의 부분적인 불균일 특성으로 인해 불완전성형 및 반도체소자 성형시 이형제의 미분산으로 인해 작업성이 저하되는 문제점이 있고, 또한 반도체소자 성형후 신뢰성 평가시 열충격에 의한 크랙이 빈번히 발생하며, 내습특성이 저하됨으로써 고온에서의 기계적, 전기적 특성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명에서는 소량첨가물의 균일분산을 위해 전처리 방법을 이용하여 소량 첨가물의 분산효과를 증가시키므로써, 수지 조성물을 저응력화시켜서 반도체소자 성형시의 불완전성형이나 신뢰성 특성을 개선하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 에폭시수지, 충전재, 변성제, 경화제, 이형제 및 경화촉진제를 사용하여 반도체소자의 밀봉에 유용한 에폭시수지 조성물을 제조함에 있어서, 경화제, 이형제, 경화촉진제를 진처리하여 1차 조성물을 제조한 후 이를 에폭시수지, 충전재, 변성제등의 원재료와 반응시키는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 반도체소자의 밀봉에 유용한 에폭시수지 조성물을 제조함에 있어서, 크레졸노볼락형 에폭시수지를 기본으로 하여 페놀노볼락형 수지를 경화제로 하고 경화촉진제로서 유기포스핀계 화합물을, 충전재로서 용융실리카를 사용하면서 저응력화를 위해 실리콘오일을 첨가하고, 그외 이형제, 착색제, 표면처리제, 난연제 등의 첨가물로 구성된 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 수지 조성물의 바람직한 구성은 아래와 같다.

크레졸노볼락형 에폭시수지 10.0-15.0중량%

페놀노볼락형 수지 5.0-10.0중량%

유기난연제 1.0-5.0중량%

무기난연제 0.5-2.0중량%

경화촉진제(촉매) 0.1-0.5중량%

표면처리제 0.5-1.5중량%

이형제 0.1-0.5중량%

착색제 0.1-0.5중량%

무기충전재 65.0-75.0중량%

가소성부여제 1.0-5.0중량%

본 발명에 사용하는 에폭시수지로는 크레졸노볼락형 에폭시수지를 사용하는데 에폭시 당량이 205-300이고, 연화점이 70-85℃이며, 염소와 나트륨이온 함량이 10ppm 이하인 고순도 에폭시수지이어야 하며 사용량은 10.0-15.0중량%가 적합하다.

또한, 경화제는 페놀노볼락형수지로서 연화점이 75-85℃, 하이드록시 당량이 100-110이며 염소와 나트륨이온이 10ppm 이하의 수지를 사용해야하는데, 이는 만일 염소이온함유량이 기준치를 초과하면 회로내의 알루미늄 전극표면을 부식시키기 때문이다. 그 사용량은 5.0-10.0중량%가 적합한데, 이 사용량은 에폭시 당량과 이론적으로 반응할 수 있는 양을 약간 초과한 양이다.

그리고, 무기충전재로서는 고순도 용융실리카를 사용하는데, 이는 용융실리카가 열팽창계수가 낮고 불순물 함량이 적기 때문이다. 본 발명에 사용하는 실리카의 최대입경은 149㎛ 이하이고 평균입경 5∼30㎛의 실리카를 65-75중량% 사용하는 것이 좋다.

또한, 실리카의 성상면에서도 구형 및 각형을 혼합하여 사용하는데, 이는 구형실리카의 혼합으로 인해 유동성 및 내부 응력면에서 유리하기 때문이다.

본 발명에 따르면 일반적으로 무기충전재인 실리카의 사용량을 증가시킴으로서 수지 조성물의 열팽창계수를 낮출 수 있으나, 사용량이 상기의 기준량을 초과하면 수지 조성물의 유동성 저하로 인해 소자의 접합선 파괴 및 개재물과의 접착력 저하가 발생한다.

또한, 상기의 기준량 보다 적게 사용할 경우에는 열팽창계수의 상승 및 곡률강도의 저하로 인해 수지 조성물의 기계적 특성을 저하시킨다.

한편, 경화촉진제로는 통상 아민류, 이미다졸유도체 및 유기포스핀 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀 화합물로서 트리페닐포스핀을 0.1-0.5중량%를 사용하며, 무기충전재의 표면처리에 사용하는 커플링제로서는 실란계커플링제를 사용하는데, 본 발명에서는 말단기가 에폭시관능기로 구성된

-글리시독시프로필트리메톡시실란을 0.5-1.5중량%로 사용한다.

표면처리제는 충전재에 대해 1.0-3.0중량%를 사용하는 것이 적합한데, 만일 표면처리제를 상기 기준량 이상 사용할시에는 오히려 수지 조성물의 곡률강도를 저하시킨다.

특히, 본 발명에서는 저응력화 실현을 위해 사용하는 가소성 부여제로서는 에폭시 변성 실리콘오일을 사용하는데, 사용량은 1.0-5.0중량%가 적합하며, 사용방법으로는 액상의 실리콘오일을 직접 투입할 수도 있으며, 또는 에폭시수지나 페놀수지에 블렌딩하여 사용할 수 있다.

그러나 가소성 부여제의 사용량을 기준량이상 사용할시에는 탄성율은 저하시킬 수 있으나 상대적으로 곡률강도가 급격히 감소할 뿐만 아니라 글라스전이온도도 감소하게 되어 수지 조성물의 열적, 기계적 특성을 저하시키게 된다.

이외에 이형제로서 카르나우바왁스나 훽스트왁스를 0.1-0.5중량%, 착색제로서 카본블랙을 0.1-0.5중량%를 사용하며, 난연제로서는 브롬화 에폭시수지 1.0-3.0중량%와 삼산화안티몬을 0.5-2.0중량%로 사용한다.

본 발명의 수지 조성물을 제조하기 위해서는 먼저 이형제와 경화촉진제를 경화제인 페놀노볼락형 수지에 롤밀이나 니이더를 이용하여 80-100℃에서 용융혼합한 후 상온으로 냉각시켜 분쇄기를 이용해 분쇄시켜 분말상태의 1차 조성물을 얻거나 뢰디게믹서를 이용하여 분말상태로 혼합한 후 용융 혼합시키고 상온으로 냉각분쇄하여 분말상태의 1차 조성물을 얻는다.

이후 이형제, 경화촉진제 및 경화제를 제외한 나머지 원재료와 상기 1차 조성물을 헨셀이나 뢰디게믹서로 충분히 혼합하여 2차 분말 조성물을 제조한 후, 니이더나 롤밀을 이용하여 80-110℃에서 용융 혼련하고, 냉각벨트를 이용해 상온으로 냉각시켜 분쇄기를 이용하여 분말상의 최종 에폭시수지 조성물을 제조한다.

반도체 성형작업시에는 분말상태의 수지 조성물을 타정기(Tablet Machine)에 넣어 타정(Tableting)한후 고주파예열기를 이용하여 예열시킨 후 170-180℃에서 90-120초간 이동식 모울딩 프레스에서 성형시켜 반도체소자를 성형시킨다.

이와같이 본 발명의 방법에 따라 제조된 에폭시수지 조성물은 첨가제의 분산효과가 커서 반도체소자의 밀봉에 매우 유용한 장점이 있는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하겠는바, 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

-크레졸노볼락 에폭시수지 90중량부

(에폭시 당량 205-300, 연화점 70-85℃)

-페놀노볼락수지 55중량부

(하이드록시 당량 100-106, 연화점 75-85℃)

-에폭시 변성 실리콘오일 10중량부

(점도 : 1000-4000CP, 에폭시당량 : 1,000-4,000)

-트리페닐스포핀 2중량부

-

-글리시톡시프로필트리메톡시실란 7중량부

- 브롬화 에폭시수지 8중량부

-카르나우바 왁스 2중량부

-카본 블랙 2중량부

-삼산화안티몬 5중량부

-용융실리카 490중량부

상기 약제중에 먼저 이형제인 카르나우바왁스와 경화촉진제인 트리페닐포스핀을 경화제인 페논노볼락수지에 분산시키기 위해 니이더나 롤밀을 이용해 80-100℃에서 용융혼합시킨 후 상온으로 냉각시켜 분쇄기를 이용해 분말상 1차 조성물을 제조한다.

그리고, 상기 이형제, 경화촉진제 및 경화제를 제외한 나머지 악제들과 상기 1차 조성물을 헨셀믹서로 혼합하여 2차 분말조성물을 제조한 후 니이더를 이용하여 80-100℃에서 용융혼련하고 상온으로 냉각시켜 분쇄기를 이용해 분쇄시켜 최종분말상의 에폭시수지 조성물을 제조하였다.

[실시예 2]

원료사용 배합은 상기 실시예 1과 동일하나 첨가제인 이형제와 경화촉진제를 페놀노볼락수지에 분산시킬때 니이더나 롤밀을 이용한 용융혼합공정이전에 뢰디게믹를 이용하여 분말상태의 혼합공정을 추가하는 것을 제외하고 이후공정은 실시예 1과 동일한 제조방법으로 에폭시수지 조성물을 제조하였다.

[비교예]

원료배합은 실시예 1과 동일하나 제조방법에 있어서, 이형제, 경화촉진제 및 경화제를 사전처리하는 공정을 거치지 않고 모든 원재료를 한번에 투입하여(즉 실시예 1의 2차 분말 제조공정부터 시작하여) 에폭시수지 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예로서 얻어진 수지 조성물의 물성을 평가하기 위해 다음의 방법으로 물성을 비교평가하였다.

(1) 곡률강도 및 탄성율

시편은 이동식 모울딩플레스에서 180±5℃, 성형 압력 30㎏+/㎠에서 90초간 성형시킨 후 4시간 동안 성형시켜 제조하였다. 측정방법은 ASTM-D-790에 의거 UTM(ZWICK사제)을 이용하여 평가하였다.

(2) 글라스전이온도 및 열팽창계수

TMA를 이용하여 측정(영국 STANTON REDCROFT사 제품)

(3) 나사형 FLOW

EMMI-I-66 규격 금형을 이용하여 시료량 20㎏을 180℃, 70㎏+/㎠에서 90초간 성형하여 흘러나간 길이를 측정하였다.

(4) 열전도도

KYOTO ELECTRONICS 사제 열전도도 검출기를 이용하였다.(QTM D3 Method)

(5) 미충진 소자수

16 DIP 반도체 소자를 BOOK MOLD를 이용하여 성형시킨 후 미충진 소자갯수를 육안으로 검사하였다.

(6) 열충격시험

반도체소자(16Pin DIP)를 에폭시수지 조성물을 이용하여 성형시킨 후 4시간 동안 후경화시킨 후 시험에 사용하였다.

-시험조건 : -55℃에서 30분 처리 후 다시 200℃에서 30분 처리하는 것을 1주기로 하여 1000회 처리한 후 크랙발생수를 구하였다.

상기 실시예 및 비교예의 평가결과를 아래표에 나타내었다.

* 미충진소자발생수 : 300개의 반도체소자를 성형시켜 미충진 소자 발생수를 구하였다.

* * 크랙발생수 : 300개의 반도체소자중에서의 열충격시험에 의한 크랙발생수를 구하였다.

Claims (2)

1. 크레졸노볼락형 에폭시수지와 페놀계경화제 및 무기충전재를 주성분으로 하는 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제조함에 있어서, 상기 조성물 제조시 사용되는 경화제, 이형제 및 경화촉진제를 전처리하여 1차 조성물을 제조한 후, 이를 나머지 원재료와 반응시키는 것을 특징으로 하는 에폭시수지 조성물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 경화제, 이형제 및 경화촉진제의 전처리는 이들 세성분을 직접 용융, 혼련시키거나 분말상태로 혼합한 후 용융, 혼련시켜서 냉각, 분쇄하는 것을 특징으로 하는 에폭시수지 조성물의 제조방법.