KR960007929B1 - 이미드 에폭시수지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 반도체소자 밀봉용 이미드 에폭시수지의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 저응력화, 고내열화, 고내습성화를 실현시킨 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물을 제조하기 위해 첨가되는 비스말레이미드류에 에폭시기를 도입한 신규 이미드-에폭시수지의 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 IC와 LSI 패키지는 전기, 전자부품 및 세트가 소형, 박형화됨에 따라 매우 급속하게 다양화되고 있다. 특히 칩의 크기는 점점 커짐에도 불구하고 패키지는 점점 박형화, 소형화되고 높은 핀수를 갖는 패키지로 변화하고 있다. 실장방식도 표면실장 방식으로 변화되고 있으며, 최근에는 두깨 1mm 정도의 TSOJ(Thin Small Out-line J-Bend Package)가 등장 실현되고 있다. 이것은 SOJ(Small Out-line J-Bend Package) QFP(Quad Flat Package)와 TAB(Tape Automated Bonding)방식 사이의 중간단계 형태로서 향후 기억소자 분야의 주된 형태로 사용될 전망이다. 이러한 패키지의 변화에 대응하는 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 대해서도 종래의 기술보다 더 엄격한 저응력화 및 고내습성화가 요구하고 있다.
종래의 저응력화 기술로서는 내부응력을 감소시키기 위해 변성 실리콘 오일이나 CTBN과 같은 가소성부여제를 첨가하는 방법과(일본공개특허 소 63-230725, 62-132961, 62-260817) 충진제의 양을 증가시켜 열팽창계수를 낮추는 방법(일본공개특허 소 62-106920)등이 알려져 있으나 상기의 방법들은 각각 내열성 및 성형성의 저하와 제조시 설비마모등 제조상의 심각한 문제를 야기시키고 있다. 한편, 내열성을 향상시키기 위해서는 다기능 에폭시수지의 사용(일본공개특허 소 62-477, 소 62-7723, 소 62-7913)과 내열성이 우수한 비스말레이미드의 사용(소 54-142298, 소 58-215452)등이 알려져 있으나, 이 기술 역시 유리전이온도 상승에 따른 내습성의 저하가 큰 문제로 대두되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 내습성, 내열성 및 저응력화가 우수하게 개선된 새로운 조성의 초박형 고집적 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 첨가되는, 말레이미드류에 에폭시기를 도입한 신규한 이미드-에폭시수지의 제조방법에 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 하기 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지를 유기용매중에서 소량의 촉매와 1-브로모-2,5-피롤리딘디온을 적하하여 브롬치환 에폭시수지를 수득하고, 이를 알콕시아민과 반응시켜, 아민이 치환된 에폭시수지를 얻은 후, 다시 하기 구조식(Ⅲ)의 말레이드와 반응시켜 하기 일반식(Ⅰ)의 이미드 에폭시수지를 얻는 것을 특징으로 하는 이미드 에폭시수지의 제조방법을 제공하는 것이다.
(여기에서, R1, R2는 H 또는 (CH2)nCH3이고, n은 0 또는 1이상의 정수이다)
더욱 상세하게, 본 발명은 에폭시화합물과 벤조일퍼옥사이드를 비극성 유기용매에 용해시키고 교반시NBS(1-브로모-2,5-피롤리디온)를 적하, 환류, 정제하여 브롬치환 에폭시수지를 수득하고, 이를 다시 디에틸에테르등의 용매에 용해시킨 다음 알콕시아민과 반응시켜 아민그룹이 치환된 아민치환 에폭시수지를 얻고, 이를 말레이미드와 반응시켜 상기 일반식(Ⅰ)의 이미드-에폭시수지를 수득하는 것이다.
이하에서 본 발명을 단계적으로 보다 상세히 설명한다.
[이미드-에폭시수지의 합성]
본 발명의 신규한 이미드-에폭시수지의 제조방법을 도식적으로 나타내면 다음과 같다 :
(여기에서, R1, R2는 상기에 정의된 바와 같다.)
즉, 구조식(Ⅱ)의 에폭시 화합물과 벤조일퍼옥사이드를 CCl4또는 C2H4Cl2의 용매에 용해시킨 후 교반하면서, NBS(1-브로모-2,5-피롤리딘디온)를 한방울씩 천천히 떨어뜨린 후, 수시간 환류시키고 정제하여 브롬치환 에폭시 화합물을 얻는다(상기 반응식()).
이를 다시 잘 건조된 디에틸에테르 또는 테트라히드로푸란(THF)에 마그네슘과 함께 넣어 다 녹은 상태에서 올소-메틸하이드록실아민과 같은 알콕시아민을 넣어 배쓰(Bath)를 따뜻하게 해주며 수시간 반응시킨다음 부산물을 제거하고 정제하여 아민기가 치환된 아민치환 에폭시 화합물을 얻는다(상기 반응식(2)).
이를 구조식(Ⅲ)의 말레이미드와 함께 디메틸포름아미드(DMF을)에 녹여 수시간 반응시킴으로써, 상기 일반식(Ⅰ)의 이미드-에폭시수지를 얻는다(상기 반응식(3)).
본 발명에서 상기 이미드-에폭시수지 제조에 사용되는 구조식(Ⅲ)의 말레이미드로는 미쓰비시 유화사의 MB3000, BM3000HM, MB7000, MP256, MP276등을 들 수 있고, 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지로는 나폰화약사의 특등품(Special Grade)이며, 기타 반응물과 용매로는 시약급의 제품을 사용한다.
[반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물]
본 발명 방법에 의해 제조되는 이미드 에폭시수지는 크레졸노볼락형 에폭시수지와 페놀노볼락형 경화제, 경화촉진제, 무기충진제 등을 함유하는 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 전체 에폭시 수지조성물에 대하여 0.1 내지 20중량% 첨가되어 저응력성, 고내열성 및 고내습성의 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물로 제조될 수 있다.
이 때 페놀노볼락형 경화제, 그리고 유기포스핀계 화합물인 트리페닐포스핀을 경화촉진제로 첨가하며, 또한 충진제로는 고순도 용융실리카를, 개질제로는 에폭시 변성 실리콘오일, 및 기타 이형제, 착색제, 그리고 유기 및 무기난연제 등을 첨가할 수 있다.
이와 같은 수지조성물의 바람직한 조성을 예로 들면 다음과 같다.
크레졸노볼락형 에폭시수지 0.1-20중량%
고기능 에폭시수지 0.1-20중량%
경화제 1.0-10.0중량%
경화촉진제 0.1-1.0중량%
커플링제 0.5-2.0중량%
착색제 0.1-0.5중량%
충진제 65.0-85.0중량%
이형제 0.1-1.0중량%
유기난연제 1.0-5.0중량%
무기난연제 0.5-3.0중량%
가소성부여제 0.5-5.0중량%
저응력성, 고내열성 및 고내습성의 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물은 상기와 같은 조성으로 하는 것이 가장 바람직한데, 본 발명에서 사용가능한 에폭시수지로서는 내열성이 우수한 올소크레졸노볼락형 에폭시수지를 사용하며, 특히 에폭시 당량이 190-220이고, 불순물의 함량이 10ppm 이하인 고순도 에폭시수지이어야 한다. 또한, 경화제로는 페놀노볼락형 수지를 사용하는데, 연화점이 80-100℃이어야 하고, 하이드록실 당량이 100-120이며, 역시 불순물의 함량이 10ppm 이하인 수지를 사용해야 한다.
한편, 본 발명에 의해 제조되는 고기능성 비스말레 이미드계인 일반식(Ⅰ)의 이미드-에폭시수지는 전체수지조성물에 대해 0.1-20.0중량%, 바람직하기기로는 1.0-10.0중량%로 사용하는 것이 좋다.
만일 그 사용량이 0.1중량% 미만이며 내열효과 및 내습효과가 없으며, 20중량%를 초과하면 레진블리드 및 금형오염등의 현상이 나타나 성형성이 저하되고 겔화시간 및 후경화시의 조건에 많은 문제를 야기시킨다.
그리고, 본 발명에서 사용하는 충진제로서는 고순도 용융실리카를 사용하며, 입자 크기가 10μm-30μm 범위의 것을 사용하는 것이 좋다. 또한, 경화촉진제로는 통상 아민류, 이미다졸 유도체 및 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀계 화합물로서 트리페닐포스핀이, 이미다졸 유도체로서는 2-메틸이미다졸, 2-메틸-4-에틸이미다졸등을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 무기충진제의 표면처리에 사용하는 커플링제로서는 실란계 커플링제가 사용되는데, 특히 감마 글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 가장 좋다.
또한 가소성부여제로서는 통상적으로 실리콘고무나 에폭시변성실리콘오일을 사용하는데, 반도체의 고집적화에 따라 상용성을 증가시키기 위해서 본 발명에 사용된 가소성부여제는 페놀노볼락수지와 에폭시변성실리콘오일의 어덕트를 사용한다.
그 이외의 이형제로서는 카르나우바왁스나 몬탄왁스를 0.1-1.0중량%로, 착색제로는 카본블랙을 0.1-0.5중량%를 각각 사용하며, 유기난연제로는 브롬화에폭시수지를, 무기난연제로는 삼산화안티몬을 사용한다.
상기와 같은 반도체 소자 밀봉용 에폭시수지의 조성물을 만들기 위하여 먼저 무기충전제를 커플링제로서 표면처리한 후 나머지 약제를 헨셀믹서나 기타 예비믹서기에서 균일하게 혼합시키고, 니이더나 롤밀을 이용하여 90-110℃에서 약 5-20분간 용융혼합시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기를 이용하여 분말로 만든다.
이러한 분말조성물을 이용하여 반도체소자를 밀봉작업할 경우에는 분말상태를 타정기에 넣어 타정한다. 이렇게 하여 제조된 타블렛 형태의 수지조성물을 고주파 예열기를 이용하여 예열시킨 후 170-180℃에서 90-120초간 트랜스퍼 몰딩 프레스로 성형시키면 반도체소자를 밀봉시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제조되는 이미드 에폭시수지를 포함하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물은, 종래에 비하여 높은 유리전이온도를 가지면서 내습성이 향상되어 초박형 고집적 반도체 밀봉에 적합한 수지조성물이다.
이하 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세히 설명하나, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-4
다음 표-1에 나타낸 조성대로 조성분들을 헨셀믹서에서 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 만든다. 그 다음에는 니이더를 이용하여 100℃에서 10분간 혼련시킨 후 냉각공정을 거친 다음 분쇄하여 에폭시수지 성형재료를 제조하였다.
이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지조성물에 대해서 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하고 그 결과를 하기 표-2에 나타내었다.
1) 스피랄플로우(Spiral Flow) : EMMI 규격에 준해 금형을 제작하여 성형온도 175℃, 성형압력 70kgf/cm2에서 측정.
2) 유리전이온도(Tg) : TMA 측정설비를 이용하여 측정.
3) 탄성율 E(kgf/mm2: UTM을 사용하여 ASTM D190에 의해 측정.
4) 열팽창계수 α(℃) : ASTM D696에 의해 측정.
5) 흡습율(%) : 성형품을 121℃ 2기압 수증기 중에 48시간 동안 방치한 후 포화흡습율을 측정.
6) 내크랙성 : 성형시킨 칩을 -55℃에서 30분, 150℃에서 30분을 1주기로 한 시험 조건에서 열충격시험을 2,000회 실시하였을 때의 크랙발생수를 구하여 측정하였다.
비교예
하기 표-1의 조성에 따라 상기 실시예 1-4와 동일한 방법으로 실시하여 이미드 에폭시수지가 첨가된 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물을 제조하고 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표-2에 함께 나타내었다.
상기 표-2를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조되는 이미드 에폭시수지가 첨가된 수지조성물은 비료예에 비해 뒤지지 않는 성형성을 가질뿐아니라 비교예보다 우수한 내열성 및 내습성을 가지고 있어, 그 결과 내크랙성이 현저히 향상된 우수한 반도체소자 밀봉용 수지조성물 임을 알 수 있다.
Claims (1)
- 하기 구조식(Ⅱ)의 에폭시수지를 유기용매중에서 소량의 촉매와 1-브로모-2,5-피롤리딘디온을 적하하여 브롬처럼 에폭시수지를 수득하고, 이를 알콕시아민과 반응시켜, 아민이 치환된 에폭시수지를 얻은 후, 다시 하기 구조식(Ⅲ)의 말레이미드와 반응시켜 하기 일반식(Ⅰ)의 이미드 에폭시수지를 얻는 것을 특징으로 하는 이미드 에폭시수지의 제조방법.(여기에서, R1, R2는 H 또는 (CH2)nCH3이고, n은 0 또는 1이상의 정수이다)
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