KR960010843B1

KR960010843B1 - Resin composition for encapsulating semiconductor element having a good heat resistance

Info

Publication number: KR960010843B1
Application number: KR1019910003288A
Authority: KR
Inventors: 김환건; 남태영
Original assignee: 제일모직주식회사; 이대원
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1996-08-09
Also published as: KR920016539A

Abstract

The resin composition comprises epoxy resin, curing agent, curing accelerator, agent to reduce stress, and 0.1-30wt.% aryl modified epoxy resin of formula(I) to enhance heat resistance to total resin composite. In formula, R is alkyl of C1-C10 or H2; n is 0 or 1-100.

Description

Resin composition for semiconductor element sealing with improved heat resistance

본 발명은 내열성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 관한 것으로서, 특히 내열성 향상제로서 알릴 변성 에폭시 수지를 사용함으로서 에폭시 수지와의 상용성을 증대시켜 내열성 및 성형성을 향상시킨 반도체소자 밀봉용 수지조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a resin composition for sealing semiconductor devices with improved heat resistance. In particular, by using an allyl-modified epoxy resin as a heat resistance improving agent, the resin composition for sealing semiconductor devices has improved heat resistance and moldability by increasing compatibility with epoxy resins. It is about.

일반적으로, 에폭시 수지와 기타 첨가제를 사용하여 경화시킨 물질은 열적, 역학적, 전기적 성질 및 접착성 등에 있어 우수한 특성을 나타내기 때문에 현재 각종 산업분야에서 널리 이용되고 있다. 특히 에폭시 수지와 각종 충전제를 배합시킨 성형재료는 전자, 전기기기의 접착이나 절연재료 또는 구조재료로서 광범위하게 사용되고 있으며, 장치의 소형화, 신뢰성의 향상, 생산성의 향상등의 욕구를 충족시켜 주는 중요한 역할을 하고 있다.In general, materials cured using epoxy resins and other additives are widely used in various industrial fields because they exhibit excellent properties in thermal, mechanical, electrical properties, and adhesion. Particularly, molding materials incorporating epoxy resins and various fillers are widely used as adhesives, insulating materials, or structural materials for electronic and electrical devices, and play an important role in satisfying the needs of miniaturization of devices, improved reliability, and improved productivity. Doing

근래에 들어서 반도체 산업의 꾸준한 성장에 힘입어 반도체소자를 외부의 습기 및 충격등으로 부터 보호하기 위한 패키지 소재 또한 많은 진보를 보여주고 있는데, 일반적인 패키지방식으로는 세라믹스나 금속등을 사용하는 것과 에폭시 수지, 실리콘 수지등을 사용하는 것으로 대별되고 있다. 그러나 생산성이나 가격등의 면에서 볼때 에폭시 수지를 사용하는 플라스틱 패키지방식이 주류를 이루고 있다.In recent years, thanks to the steady growth of the semiconductor industry, package materials for protecting semiconductor devices from external moisture and shocks have also made great progress. The general packaging methods are ceramics and metals and epoxy resins. It is divided roughly by using silicone resin. However, in terms of productivity and price, plastic packaging using epoxy resin is the mainstream.

한편, 최근에 들어서 반도체가 고집적화 됨에 따라 칩크기가 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 종래의 DIP(Dual In-line Package)방식과는 달리 패키지 전체가 215℃이상의 고온에서 행하여지는 납땜공정에 견디어야 하므로 내열성의 요구가 한층 더 심화되고 있다. 이러한 문제를 충족시키기 위하여 플라스틱 패키지용 소재의 유리전이온도를 높이려는 노력이 진행되고 있다(일본 특허공개 소54-142298, 소58-215452). 그러나, 이러한 방향족계의 이미드화합물을 사용한 반도체용 수지조성물은 에폭시 수지와의 상용성이 나쁘고 성형성이 떨어져서 성능향상에 많은 문제점을 야기시키고 있다.On the other hand, in recent years, as semiconductors have been highly integrated, chip sizes have increased and wiring widths have been narrowed. Therefore, in order to reduce thermal stress generated in the product and improve reflow characteristics, heat resistance and moisture resistance are required to be improved. have. In particular, in accordance with the trend of surface mount, heat resistance is further intensified since the entire package must withstand the soldering process performed at a high temperature of 215 ° C. or higher, unlike the conventional DIP (Dual In-line Package) method. In order to satisfy this problem, efforts have been made to increase the glass transition temperature of plastic package materials (Japanese Patent Publication No. 54-142298, 58-215452). However, the resin composition for semiconductors using such an aromatic imide compound is poor in compatibility with the epoxy resin and poor in moldability, causing many problems in performance improvement.

따라서, 본 발명은 에폭시 수지와 말레이미드 수지조성물의 내열성을 향상시키고 상용성을 증대시키기 위해 알릴로 변성된 에폭시 수지를 사용함으로써 내열성 및 성형성이 우수한 새로운 조성의 반도체소자 밀봉용 수지조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a resin composition for sealing semiconductor devices having a new composition having excellent heat resistance and moldability by using an epoxy resin modified with allyl to improve heat resistance and increase compatibility of epoxy resin and maleimide resin composition. The purpose is.

즉, 본 발명은 에폭시 수지와 경화제, 경화촉진제, 저응력화제 및 내열향상제를 함유하는 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물에 있어서, 상기 내열향상제로서 다음 일반식(I)로 표시되는 알릴 변성 에폭시 수지가 함유되어 있는 것을 특징으로 한다.That is, the present invention relates to an epoxy resin composition for sealing semiconductor devices containing an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, a low stress agent and a heat improver, wherein the allyl-modified epoxy resin represented by the following general formula (I) It is characterized by containing.

(상기식에서, R은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이거나 수소원자이고, m 및 n은 0 또는 1 내지 100의 정수이다.)(Wherein R is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, and m and n are 0 or an integer of 1 to 100).

상기 일반식(I)로 표시된 알릴 변성 에폭시 수지는 먼저 에폭시 수지를 에틸에테르나 테트라히드로푸란(THF) 같은 용매에 용해시킨 후, 0~70℃의 적정온도를 유지시키면서, 질소 대기중에서 알릴마그네슘할라이드를 적하하여 반응시키고, 이 반응생성물에 남아있는 용매와 염등의 부산물은 증류수로 제거 정제하여 얻으며, 이때 에폭시기에 대한 알릴기의 비는 5~50정도이다.The allyl modified epoxy resin represented by the general formula (I) first dissolves the epoxy resin in a solvent such as ethyl ether or tetrahydrofuran (THF), and then maintains an appropriate temperature of 0 to 70 ° C., allyl magnesium halide in a nitrogen atmosphere. The reaction product was added dropwise to react by-products such as solvents and salts remaining in the reaction product. The distilled water was removed and purified.

이와 같은 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물에서 내열향상제로 상기 일반식(I)의 알릴 변성 에폭시 수지를 사용함으로써, 내열특성이 우수하고 상용성 증대에 따른 성형성이 향상된 반도체소자 밀봉용 에폭시 수지조성물을 제조하는 바, 상기 수지조성물을 제조함에 있어 다음과 같은 조성비로 함을 특징으로 한다.The present invention uses the allyl-modified epoxy resin of the general formula (I) as a heat-resistant improver in the epoxy resin composition for sealing semiconductor devices, the epoxy resin composition for sealing semiconductor devices excellent in heat resistance and improved moldability due to increased compatibility To prepare a, characterized in that the following composition ratio in preparing the resin composition.

에폭시 수지 0-15wt%,Epoxy resin 0-15wt%,

알릴변성 에폭시 수지 0.1-30wt%,Allyl modified epoxy resin 0.1-30wt%,

경화제 4-10wt%,4-10 wt% of hardener,

경화촉매 0.1-0.8wt%,Curing catalyst 0.1-0.8wt%,

커플링제 0.1-2.0wt%,Coupling agent 0.1-2.0wt%,

착색제 0.1-0.5wt%,0.1-0.5 wt% colorant,

충전제 65.0-85.0wt%,Filler 65.0-85.0wt%,

이형제 0.1-1.0wt%,0.1-1.0 wt% release agent,

난연제 0.5-3.0wt%,Flame retardant 0.5-3.0wt%,

저응력화제 1.0-10.0wt%,Low stress agent 1.0-10.0wt%,

비스말레이미드 0.1-30.0wt%,Bismaleimide 0.1-30.0wt%,

본 발명의 수지조성물은 상기와 같은 조성으로 하는 것이 가장 좋은데, 본 발명에서 사용하는 에폭시 수지로서는 내열성이 우수한 올소-크레졸노볼락형 수지를 사용하며, 특히 에폭시 당량이 190-220이고, 불순물의 함량이 10ppm이하인 고순도 에폭시 수지이어야 한다. 또한, 경화제로서는 페놀노볼락형 수지를 사용하는데, 연화점이 80-100℃이어야 하고, 하이드록실 당량이 100-120이며, 역시 불순물의 함량이 10ppm이하인 수지를 사용해야 한다.The resin composition of the present invention is best to have the composition as described above, as the epoxy resin used in the present invention is used an oxo-cresol novolak-type resin having excellent heat resistance, in particular the epoxy equivalent of 190-220, the content of impurities It should be high purity epoxy resin less than 10ppm. In addition, a phenol novolak-type resin is used as a curing agent, and a softening point of 80-100 ° C., a hydroxyl equivalent weight of 100-120, and a resin having an impurity content of 10 ppm or less should be used.

한편, 본 발명에서 특징적으로 사용되는 알릴 변성 에폭시 수지는 상기 일반식(I)에 나타낸 것과 같이 알릴기를 가진 노볼락형 에폭시 수지로서 전체 수지조성물에 대해 0.1-30wt%, 좋기로는 1-10wt%로 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, the allyl modified epoxy resin used in the present invention is a novolak-type epoxy resin having an allyl group as shown in the general formula (I), 0.1-30wt%, preferably 1-10wt% with respect to the entire resin composition. It is preferable to use as.

만일 그 사용량이 0.1wt%미만이면 내열효과 및 내습효과가 없으며, 30wt%가 넘게되면 레진블리드 및 금형오염등의 현상이 나타나 성형성이 저하되고 겔화시간 및 후경화시의 조건에 많은 문제를 야기시킨다.If the amount is less than 0.1wt%, there is no heat and moisture resistance. If it exceeds 30wt%, phenomena such as resin bleed and mold contamination may occur, resulting in deterioration of moldability and causing many problems in gelation time and post-curing conditions. Let's do it.

그리고, 본 발명에서 사용하는 충전제로서는 고순도 용융실리카를 사용하며, 입자크기가 10-30㎛범위의 것을 사용하는 것이 좋다. 또한, 경화촉매로서는 통상 아민류, 이미다졸유도체 및 유기포스핀계 화합물이 사용되고 있는데, 본 발명에서는 유기포스핀계 화합물로서 트리페닐포스핀이, 이미다졸유도체로서는 2-메틸이미다졸, 2-메틸-4-에틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸 등을 사용하는 것이 바람직하다. 말레이미드 화합물로는 미쓰비시 유화제품인 MB3000, MB3000H, MP2000X, MB7000, MP256, 276등이 있으나 본 발명의 실시예에서는 비스말레이미드 형태인 MB3000을 사용하였다.As the filler used in the present invention, high-purity molten silica is used, and a particle size of 10-30 µm is preferably used. In addition, amines, imidazole derivatives and organic phosphine compounds are generally used as curing catalysts. In the present invention, triphenylphosphine is used as the organic phosphine compound, and 2-methylimidazole and 2-methyl-4 are imidazole derivatives. Preference is given to using -ethylimidazole, 2-heptadecylimidazole and the like. Examples of the maleimide compound include MB3000, MB3000H, MP2000X, MB7000, MP256, and 276, which are Mitsubishi emulsified products, but in the embodiment of the present invention, the bismaleimide type MB3000 was used.

본 발명에서 무기충전제의 표면처리에 사용하는 커플링제로서는 실란계커플링제가 사용되는데, 특히 감마글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용하는 것이 가장 좋다. 또한 저응력화제로서는 통상적으로 실리콘 고무나 에폭시변성 실리콘오일을 사용하는데, 반도체의 고집적화에 따라 상용성을 증가시키기 위해서 본 발명에서는 에폭시변성 실리콘오일을 사용한다. 그외에 이형제로서는 카르나 우바왁스나 몬탄왁스를 0.1-1.0wt%, 착색제로는 카본블랙을 0.1-0.5wt% 각각 사용하며, 난연제로는 브롬화 에폭시 수지와 Sb₂O₃를 사용한다.As the coupling agent used for the surface treatment of the inorganic filler in the present invention, a silane coupling agent is used, and in particular, gamma glycidoxypropyl trimethoxysilane is most preferably used. In addition, as the low stress agent, silicone rubber or epoxy modified silicone oil is generally used. In order to increase compatibility with high integration of semiconductors, epoxy modified silicone oil is used in the present invention. Other Examples of the release agent to the carboxylic or Uva wax and 0.1-1.0wt% of montan wax, the colorant, and use each of the carbon black 0.1-0.5wt%, the flame retardant is a brominated epoxy resin and Sb ₂ O _3.

상기와 같은 본 발명의 조성물을 제조하기 위하여, 먼저 무기충전제를 카플링제로서 표면처리한 후, 나머지 약제를 헨셀믹서나 뢰디게믹서기에서 균일하게 혼합시키고, 니이더나롤밀을 사용하여 90-110℃에서 약 5-15분간 용융혼합시킨 다음 냉각시켜서 분쇄기를 이용하여 분말로 만든다.In order to prepare the composition of the present invention as described above, the inorganic filler is first surface-treated as a coupling agent, and then the remaining medicament is uniformly mixed in a Henschel mixer or a Rödige mixer, using a kneader narol mill at 90-110 ℃ The mixture is melt mixed for about 5-15 minutes and then cooled to a powder using a grinder.

이러한 분말조성물을 이용하여 반도체소자를 밀봉작업할 시에는 분말상태로 타정기에 넣어 타정한다. 이렇게 하여 제조된 타블렛형태의 수지조성물을 고주파예열기를 이용하여 예열시킨후 170-180℃에서 90-120초간 트랜스퍼 몰딩 프레스로 성형시키면 반도체소자를 밀봉시킬 수 있게 된다.When the semiconductor device is sealed by using the powder composition, the powder is put into a tableting machine and compressed into tablets. The resin composition in the tablet form thus prepared is preheated using a high frequency preheater, and then molded in a transfer molding press at 170-180 ° C. for 90-120 seconds to seal the semiconductor device.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제조한 수지조성물은 내열향상제로서 알릴 변성 에폭시 수지를 사용함으로써 종래와는 달리 내열성이 우수하여 리플로우 납땜시의 패키지 크랙을 방지하고, 종래의 방향족계 이미드화합물 사용시 문제점인 이형성, 금형오염 등의 성형성을 개선시켜서 반도체소자 밀봉에 매우 유용한 수지조성물을 제공할 수가 있는 것이다.As described above, the resin composition prepared according to the present invention has excellent heat resistance unlike the conventional one by using an allyl-modified epoxy resin as a heat resistance improver, thereby preventing package cracks during reflow soldering, and when using a conventional aromatic imide compound. It is possible to provide a resin composition which is very useful for sealing semiconductor devices by improving moldability such as mold release and mold contamination.

이하 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같은바, 실시예에 의거 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the Examples.

실시예 1-3Example 1-3

다음 표-1에 나타낸 조성대로 조성성분들을 헨셀믹서에서 균일하게 혼합하여 분말상태의 1차 조성물을 만든다. 그 다음에는 니이더를 이용하여 100℃에서 10분간 혼련시킨 후 냉각공정을 거친다음 분쇄하여 에폭시 수지 성형재료를 제조하였다.Next, the composition is uniformly mixed in a Henschel mixer according to the composition shown in Table-1 to form a powdery primary composition. Then, the mixture was kneaded at 100 ° C. for 10 minutes using a kneader, then subjected to a cooling process, and then ground to prepare an epoxy resin molding material.

이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지조성물에 대해서 다음과 같은 방법으로 물성을 측정하고 그 결과는 다음 표-2에 나타내었다.The physical properties of the epoxy resin composition thus obtained were measured in the following manner, and the results are shown in Table 2 below.

1) 스피랄플로우(Spiral Flow) : EMMI규격에 준해 금형을 제작하여 성형온도 175℃, 성형압력 70kgf/cm²에서 측정.1) Spiral Flow: According to EMMI standard, mold is made and measured at molding temperature of 175 ℃ and molding pressure of 70kgf / cm ² .

2) 유리전이온도(Tg) : TMA 측정설비를 이용하여 측정.2) Glass Transition Temperature (Tg): Measured using TMA measuring equipment.

3) 탄성율 E(kgf/mm²) : UTM을 사용하여 ASTM D190에 의해 측정.3) Modulus of elasticity E (kgf / mm ² ): measured by ASTM D190 using UTM.

4) 열팽창계수 α(℃^-1) : ASTM D696에 의해 측정.4) Thermal expansion coefficient α (° C ^-1 ): measured by ASTM D696.

5) 굽힘강도 F(kgf/mm²) : UTM 사용하여 ASTM D790에 의해 측정.5) Bending Strength F (kgf / mm ² ): Measured by ASTM D790 using UTM.

6) VPS에 의한 납땜내열 시험 : 215℃의 증기납땜조에 1분간 방치후 크랙 관찰.6) Heat resistance test of soldering by VPS: Crack observation after 1 minute of standing in 215 ℃ steam soldering tank.

7) 금형오염도 : 몰딩 클리너 사용시 최고 몰딩 가능회수.7) Mold contamination: Maximum molding recovery time when molding cleaner is used.

비교예 1-2Comparative Example 1-2

다음 표-1의 조성에 따라 상기 실시예 1-3과 동일한 방법으로 실시하고 물성을 측정하여 그 결과를 다음 표-2에 나타내었다.According to the composition of the following Table-1 was carried out in the same manner as in Example 1-3 and measured the physical properties and the results are shown in the following Table-2.

*1 VPS내열시험의 숫자중 분모는 시료수를 나타내며 분자는 불량갯수를 나타낸다.* 1 In the number of VPS heat test, the denominator represents the number of samples and the molecule represents the number of defects.

*2 금형세척제를 사용하지 않고 찍을 수 있는 최대 횟수.* 2 The maximum number of shots that can be taken without using a mold cleaner.

상기 표-2에서 나타난 결과에서 보듯이 본 발명에 의한 수지조성물은 알릴 변성 에폭시 수지를 첨가하지 않은 비교예 보다 우수한 성형성 및 내열특성을 가지고 있어 VPS조건의 내충격강도와 금형오염도가 현저히 향상된 우수한 반도체소자 밀봉용 수지조성물이다.As shown in the results shown in Table 2, the resin composition according to the present invention has excellent moldability and heat resistance characteristics compared to the comparative example without the addition of allyl-modified epoxy resin, thereby significantly improving the impact resistance and mold contamination under VPS conditions. Resin composition for element sealing.

Claims

An epoxy resin composition for sealing semiconductor elements containing an epoxy resin, a curing agent, a curing accelerator, a low stress agent, and a heat improver, wherein the heat improver contains an allyl-modified epoxy resin represented by the following general formula (I): Epoxy resin composition for sealing semiconductor element improved heat resistance.

(Wherein R is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, m and n are 0 or an integer of 1 to 100).

The epoxy resin composition of claim 1, wherein the allyl-modified epoxy resin is contained in an amount of 0.1-30 wt% based on the total resin composition.

The epoxy resin composition for sealing a semiconductor device according to claim 1, wherein the allyl-modified epoxy resin has a ratio of allyl groups to epoxy groups of 5-50.