KR960008127B1 - 내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물 - Google Patents

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내용 없음.

Description

내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물

본 발명은 내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내열성 향상제로 이미드 변성 에폭시수지를 사용함으로서 에폭시수지와의 상용성을 증대시켜 내열성 및 성형성이 향상된 반도체소자를 밀봉용 수지소성물에 관한 것이다.

에폭시수지와 기타 첨가제를 사용하여 경화시킨 물질은 일반적으로 열적, 역학적, 전기적 성질 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 사용되고 있으며, 장치의 소형화, 신뢰성의 향상, 생산성의 향상 등의 욕구를 충족시켜 주는 중요한 역할을 하고 있다.

또한, 근래에 들어서는 반도체 산업의 꾸준한 성장에 힘입어 반도체소자를 외부의 습기, 충격 등으로부터 보호하기 위한 패키지소재에 관해 많은 연구가 진행되어 있는데, 일반적으로 패키지 방식에 있어서 세라믹스나 금속 등을 사용하는 것과 에폭시수지, 실리콘수지 등을 사용하는 것으로 대별되고 있다.

그러나, 이러한 제품은 그 생산성이나 가격 등의 면에서 볼때 에폭시수지를 사용하는 플라스틱패키지 방식이 주류를 이루고 있는 실정이다.

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

특히, 표면실장화 추세에 따라 반도체칩은 종래의 DIP(Dual In-line Package) 방식과는 달리 패키지 전체가 215℃ 이상의 고온에서 행하여지는 납땜공정에 견뎌내야 하므로 내열성의 요구가 한층 더 심화되고 있다.

이러한 문제를 충족시키기 위하여 일본특허공개 소 54-142298호 및 58-215452호 등에서는 플라스틱패키지용 소재의 유리전이온도를 높이려는 노력의 일환으로 방향족계 이미드화합물을 사용한 수지조성물이 제안되어 있다.

그러나, 이러한 방향족계의 이미드화합물을 사용한 반도체용 수지 조성물은 에폭시수지와의 상용성이 나쁘고 성형성이 떨어져서 많은 문제점을 야기시키고 있다.

따라서, 본 발명은 플라스틱 패키지용 소재의 밀봉에 사용되는 수지조성물에 있어서, 내열특성을 향상시키고 상용성을 증대시키기 위해 말레이드로 변성된 에폭시수지를 사용함으로서 내열성 및 성형성이 우수하게 개선된 새로운 조성의 반도체소자 밀봉용 수지조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 에폭시수지와 경화제, 경화촉진제 및 내열향상제를 함유하는 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 있어서, 상기 내열향상제로서 다음 일반식(Ⅰ)로 표시되는 말레이미드 변성 에폭시수지가 함유되어 있는 것을 그 특성으로 한다.

상기식에서, R은 수소원자 또는 탄소수 1~10개의 알킬기를 나타내고, n과 m은 각각 0 또는 1~100의 정수이다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에서 내열향상제로서 상기 일반식(Ⅰ)의 말레이미드 변성 에폭시수지를 사용함으로서, 그 수지조성물의 내열특성이 우수하고 상용성 증대에 따른 성형성이 향상되도록 한 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 특징을 두고 있는바, 이와 같은 본 발명의 수지조성물의 바람직한 조성은 다음과 같다.

- 에폭시수지 0~15wt%

- 말레이미드 변성 에폭시 0.1~30 wt%

- 경화제 4~10 wt%

- 경화촉매 0.1~0.8 wt%

- 커플링제 0.1~2.0 wt%

- 착색제 0.1~0.5 wt%

- 충전제 65~85 wt%

- 이형제 0.1~1.0 wt%

- 난연제 0.5~3.0 wt%

- 저응력화제 1.0~10.0 wt%

본 발명의 수지조성물은 상기와 같은 조성으로 하는 것이 가장 좋은데, 본 발명에서 사용하는 에폭시수지로서는 내열성이 우수한 O-크레졸 노볼락형 수지를 사용하며, 특히 에폭시 당량이 190~220이고, 불순물의 함량이 10ppm 이하인 에폭시수지를 사용하는 것이 좋다.

또한 경화제로서는 페놀노볼락형 수지를 사용하는데, 이는 연화점이 80~100℃이어야 하고, 하이디록실 당량이 100~120이며, 역시 불순물의 함량이 10ppm 이하인 수지를 사용하는 것이 좋다.

한편, 본 발명에서 특징적으로 사용되는 말레이미드 변성 에폭시수지는 상기 일반식(Ⅰ)에 나타낸 것과 같이 말레이미드기를 가진 노볼락형 에폭시수지로서 전체 수지조성물에 대해 0.1~30 wt%, 좋기로는 1~10 wt%로 상용하는 것이 좋다.

만일, 그 사용량이 0.1 wt% 미만이면 수지의 내열효과가 없으며, 30 wt%가 넘게 되면 레진블리드(Resinbleed) 및 금형오염 등의 현상이 나타나 성형성이 저하되고 겔화시간 및 후경화 조건 등에 많은 문제점이 야기된다.

상기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 말레이미드 변성 에폭시수지의 제조방법은 예컨대 1-아미노벤조산과 무수말레익산으로부터 아믹산을 합성하고, 합성된 아믹산의 아미드화 반응을 통하여 말레이미드를 제조한다. 말레이미드와 에폭시수지와의 상용성을 증가시키기 위하여 에폭시수지의 에폭시 작용기와 말레이미드의 카르복실기를 반응시켜 말레이미드 변성 에폭시수지를 합성한다.

상기의 반응식을 나타내면 다음과 같다.

1단계

2단계

그리고, 본 발명에서 사용하는 충전제로서는 고순도 용융 실리카를 사용하는데, 평균 입자크기가 10~30㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 좋다. 또한 경화촉매로서는 통상적으로 아민류, 이미다졸유도체 및 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀계 화합물로서 트리페닐포스핀이 이미다졸유도체로서는 2-메틸이미다졸, 2-메틸-에틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 무기충전제의 표면처리에 사용하는 커플링제로는 실란계 커플링제가 사용되는데, 특히 Γ-글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 좋다. 또한 저응력화제로서는 통상적으로 실리콘고무나 에폭시변성 실리콘오일을 사용하는데, 반도체의 고집적화에 따라 상용성을 증가시키기 위해서 본 발명에서는 에폭시변성 실리콘오일을 사용하는 것이 좋다.

그외에 이형제로서는 카르나우바 왁스(Carnauba Wax)나 몬탄 왁스(Montane Wax) 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 헨셀믹서나 뢰디게믹서(L

dige Mixer)에서 균일 혼합시키고, 니이더나 롤밀을 사용하여 90~110℃에서 약 5~15분간 용융 혼합시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기를 이용하여 분말로 만든다.

이러한 분말조성물을 이용하여 반도체소자를 밀봉작업할때에는 분말상태를 타정기에 넣어 타정시킨다. 이렇게하여 제조된 타블렛 형태의 수지조성물을 고주파 예열기를 이용하여 예열시킨 후 170~180℃에서 90~120초간 이동식 모울딩 프레스(Transfer Molding Press)로 성형시키면 반도체소자를 밀봉시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제조한 수지조성물은 내열향상제로서 말레이미드 변성 에폭시수지를 사용함으로서 종래와는 달리 내열성이 우수하여 리플로우(Reflow) 납땜시의 패키지의 크랙발생을 방지하고 종래의 방향족계 이미드화합물 사용시의 문제점인 이형성 금형오염 등의 성형성을 개선시켜서 반도체소자 밀봉에 매우 유용한 수지조성물을 제공할 수가 있는 것이다.

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

[실시예 1~3]

다음 표 1에 나타낸 조성대로 조성성분들을 헨셀믹서에서 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 얻는다. 그 다음에 니이더를 사용하여 용융혼련시킨 후, 냉각공정을 거친 다음 분쇄하여 에폭시수지 성형재료를 제조하였다.

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

1)Spiral flow : EMMI 규격에 준해 금형을 제작하여 성형온도 175℃, 성형압력 70㎏f/㎠에서 측정.

2)유리전이온도(Tg) : TMA 측정설비를 이용하여 측정

3)탄성율 E(㎏f/㎟) : UTM을 사용하여 ASTM D190에 의해 측정

4)열팽창계수 α(℃1) : ASTM D696에 의해 측정

5)굽힘강도 F(㎏f/㎟) : UTM을 사용하여 ASTM D190에 의해 측정

6)VPS에 의한 납땜내열시험 : 215℃의 증기납땜조에 1분간 방치후 Crack 관찰

7)금형오염도 : 금형세척제(Molding Cleaning Agent) 미사용시 최고 모울딩 가능 횟수

[비교예 1~2]

다음 표 1의 조성에 따라 상기 실시예 1~3과 동일한 방법으로 실시하고 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.

㈜ 1) 브롬화에폭시 : 상기 표 1에서 사용된 브롬화에폭시수지는 에폭시 당량이 385g/eq이고, 브롬함량이 50%인 스미토모사의 ESB-400T를 사용하였다.

2) 커플링제 : Γ-글리시록시플로필 트리메톡시실란으로서 상품명 KSM-403(신월화학)을 사용하였다.

3) 말레이미드 변성 에폭시수지 : 에폭시수지로서 에폭시 당량이 198g/eq이고, 이온성 나트륨과 염소함량이 각각 4.5ppm과 7.0ppm인 고순도 O-크레졸노볼락형 에폭시수지를 사용하였으며, 상기 O-크레졸노볼락형 에폭시수지를 이용한 말레이미드 변성 에폭시수지를 제조하였다. 본 실시예에서는 일반식(Ⅰ)의 R은 메틸(CH3)기이며, 일반식(Ⅰ)의 n과 m 값의 비가 1 : 1이 되도록 반응시켜 얻은 말레이미드 변성 에폭시수지를 사용하였다.

4) 폴리이미드수지 : 일본 폴리이미드사 제품, 상품명 Kerimid 3561을 사용하였다.

㈜ * PVS 내열시험의 숫자중 분모는 시표수를 나타내며 분자는 불량갯수를 나타낸다.

** 금형세척제를 사용하지 않고 찍을 수 있는 최대 횟수

상기 표 2에서 나타난 결과에서 보듯이 본 발명에 의한 수지조성물이 방향족 비스말레이미드를 사용한 비교예보다 우수한 성형성 및 내열특성을 가지고 있어 VPS 조건의 내충격강도와 금형오염도가 현저히 향상된 우수한 반도체소자 밀봉용 수지조성물이다.

Claims (2)

1. 에폭시수지와 경화제, 경화촉진제, 저응력화제 및 내열향상제를 함유하는 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물에 있어서, 상기 내열향상제로서 다음 일반식(Ⅰ)로 표시되는 말레이미드 변성 에폭시수지가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 에폭시수지 조성물.

   

   상기 식에서, R은 수소원자 또는 탄소수 1~10개 알킬기를 나타내며, n, m은 0 또는 1~100의 정수이다.
2. 제1항에 있어서, 상기 말레이미드 변성 에폭시수지는 전체 수지조성물에 대해 0.1wt%만큼 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자 밀봉용 수지조성물.