KR100474961B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는
(1)2개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 100~220인
에폭시 수지 3.5~10.0중량%,
(2)2개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인
경화제 2.0~10.0중량%,
(3)경화 촉진제 0.1~0.5중량%,
(4)무기 충전제 80.0~91.0중량%, 및
(5)기타 첨가제 3.365∼10.0중량%
를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 접착력 강화제를 0.035~3.0중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이며, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 리드프레임과의 접착강도가 향상되어 내습신뢰성이 우수하므로, 본 발명의 조성물로 반도체 소자를 밀봉하면 크랙 발생을 억제할 수 있다.
[화학식 1]
(상기 화학식중 R은 에틸기 또는 메틸기이고, n은 0∼3임)
Description
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 100~220인 에폭시 수지, 2개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인 경화제, 경화 촉진제, 무기 충전제 및 하기 화학식 1의 접착력 강화제를 포함하며 반도체 소자 리드프레임과의 접착강도 및 내습신뢰성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
(상기 화학식중 R은 에틸기 또는 메틸기이고, n은 0∼3임)
최근 반도체 소자의 집적도는 나날이 향상되고 있으며, 이에 따른 배선의 미세화, 소자크기의 대형화 및 다층 배선화가 급속히 진전되고 있다. 한편, 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하는 패키지의 경우 프린트 기판으로의 고밀도 실장, 즉 표면 실장이라는 관점에서 소형, 박형화가 가속화 되고 있다.
이와 같이 대형 반도체 소자를 소형, 박형 패키지에 밀봉한 수지 밀봉형 반도체 장치에서는 외부환경의 온도 및 습도변화에 따른 열응력에 기인하여 패키지 크랙 발생에 따른 고장 발생의 빈도가 매우 높아지게 된다. 따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 성형재료의 신뢰성을 높일 수 있는 방법을 개발하여야 할 필요성이 강하게 대두되고 있으며, 구체적인 방법으로는 저응력화를 위하여 탄성률을 낮추는 방법, 열팽창 계수를 낮추는 방법, 접착력을 향상시켜 리드프레임과 에폭시 수지 조성물과의 계면을 통한 수분 침투 및 열사이클에 따른 계면 박리를 억제시키는 방법, 무기 충전제를 고충전하여 수분 흡습량을 저하시키는 방법 등이 제안되어 왔다.
상기 제시된 방법들중 탄성률을 낮추는 방법으로서는 부타디엔 함유 고무 개질제나 열 안정성이 우수한 실리콘 중합체를 배합하여 에폭시 수지 조성물을 개질시키는 방법(참조: 일본 특허공개 소 63-1894호 및 특허공개 평 5-291436호)이 있다. 실리콘 중합체는 성형 재료의 기본 수지인 에폭시 수지 및 경화제와 상용성이 없기 때문에, 기본 수지중에 미립자 형태로 분산되어 내열성을 유지한 채 탄성률을 낮출 수 있다.
다음으로 열팽창률을 낮추는 방법으로서는 열팽창 계수가 낮은 무기 충전제의 충전량을 증가시키는 방법이 있는데, 이 경우에는 무기 충전제의 충전량을 증가시킴에 따라서 에폭시 성형 재료의 유동성이 낮아지고 탄성이 높아진다는 문제점이 있지만, 일본 특허공개 소 64-11355호에서는 구형 충전제를 사용하되 그 입도 분포와 입도를 조절하여 다량의 충전제를 배합시키는 기술을 제시하고 있다. 이 경우에는 무기 충전재의 함량을 증가시킴에 따라 흡습률도 함께 낮추어 주는 효과를 얻을 수 있다.
마지막으로 에폭시 수지 밀봉재와 리드프레임 간의 접착강도를 강화시키는 방법으로는 현재까지 제시된 것은 그리 많지 않으나, 고접착성의 에폭시 수지 또는 경화제를 적용하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 하지만 에폭시 수지와 경화제만으로는 접착강도를 향상시키는데 한계가 있어 보다 효과적인 접착력 강화제의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 에폭시 수지 조성물과 리드프레임 간의 접착력 강화제로서 하기 화학식 1의 화합물을 첨가함으로써 접착강도 및 내습신뢰성이 향상된 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은
(1)2개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 100~220인
에폭시 수지 3.5~10.0중량%,
(2)2개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인
경화제 2.0~10.0중량%,
(3)경화 촉진제 0.1~0.5중량%,
(4)무기 충전제 80.0~91.0중량%, 및(5)기타 첨가제 3.365∼10.0중량%
를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 접착력 강화제를 0.035~3.0중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
(상기 화학식중 R은 에틸기 또는 메틸기이고, n은 0∼3임)
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화 촉진제, 무기 충전제 및 접착력 강화제를 포함하는데, 이하 각각의 성분들에 대하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에서 사용된 에폭시 수지(이하 성분(1)이라 칭함)는 2개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 100~220이고 불순물 함량이 10ppm 이하인 고순도의 에폭시 수지로서, 통상의 오르쏘 크레졸 노볼락 수지, 바이페닐 에폭시 수지, 비스페놀 A 수지, 또는 그들의 혼합물이다. 상기 에폭시 수지중 2종 이상을 혼합하여 사용하는 경우에는 접착력 및 내습신뢰성 측면에서 에폭시 당량이 190~200인 바이페닐 에폭시 수지를 에폭시 수지 혼합물 전체에 대하여 40중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다.
상기 성분(1)의 함량은 전체 조성물에 대하여 3.5∼10.0 중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 3.5중량% 미만일 경우에는 본 발명에서 요구하는 정도의 물성을 얻을 수 없으므로 좋지 않고, 10.0중량%를 초과하는 경우에는 비경제적이므로 좋지 않다.
본 발명에서 사용된 경화제(이하 성분(2)라 칭함)는 2개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인 통상의 페놀 노볼락 수지, 자일록(xylok) 수지, 디사이클로펜타디엔 수지 또는 그들의 혼합물이다. 상기 경화제중 2종 이상을 혼합하여 사용하는 경우에는 접착력 및 내습신뢰성 측면에서 자일록(xylok) 수지를 경화제 혼합물 전체에 대하여 40중량% 이상 사용하는 것이 바람직하다.
상기 성분(2)의 함량은 성분(2)의 수산화기 당량에 대한 성분(1)의 에폭시 당량의 조성비가 0.8~1.3의 범위내에 들도록 결정된다. 이때, 상기 성분(2)의 함량은 전체 조성물에 대해서 2.0~10.0중량%에 해당되며, 상기 범위를 벗어날 경우 미반응 에폭시기와 페놀기가 다량 발생하여 신뢰성에 좋지 않은 결과를 주게 된다.
본 발명에서 사용된 경화촉진제(이하 성분(3)이라 칭함)는 상기 성분(1)과 성분(2)의 경화반응을 촉진하기 위해 필요한 성분으로, 예를 들어 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디메틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀 등의 3급 아민류; 2-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류; 트리페닐포스핀, 디페닐포스핀, 페닐포스핀 등의 유기 포스핀류; 및 테트라페닐포스포늄 테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트 등의 테트라페닐보론염 등이 있으며, 이 중 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 성분(3)의 함량은 전체 조성물에 대하여 0.1~0.5중량%인 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 경화 속도가 느려져서 생산성이 떨어져 좋지 않고, 0.5중량%를 초과하는 경우에는 원하는 경화 특성을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 보관 안정성이 나빠져서 좋지 않다.
본 발명에서 사용된 무기충전제(이하 성분(4)라 칭함)로서는 평균 입도가 0.1~35.0㎛인 용융 또는 합성 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 실리카의 형태는 분쇄형과 구형의 조성비가 7/3~0/10인 혼합형이 좋다.
상기 성분(4)의 함량은 전체 조성물에 대해서 80.0~91.0중량%인 것이 바람직하다. 만일 상기 함량이 80.0중량% 미만일 경우에는 충분한 강도와 고온에 대한 수치 안정성을 얻을 수 없으며 수분의 침투가 용이해져서 고온 솔더 공정에서 팝콘 크랙이 발생되어 좋지 않다. 반면 상기 함량이 91.0중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 유동 특성이 저하되어 성형성이 나빠질 우려가 있어서 좋지 않다.
본 발명에서는 반도체 소자 밀봉재와 리드 프레임 간의 접착력 강화제로서 하기 화학식 1의 화합물이 사용되며, 상기 접착력 강화제는 에폭시 수지 조성물 제조시 직접투입 또는 스프레이 방식으로 적용된다.
[화학식 1]
(상기 화학식중 R은 에틸기 또는 메틸기이고, n은 0∼3임)
상기 접착력 강화제의 함량은 상기 성분(1)의 에폭시 수지 100 중량부에 대해서 1∼30 중량부가 되도록 결정되며, 이때 상기 접착력 강화제의 함량은 전체 조성물에 대해서 0.035 내지 3.0중량%에 해당된다. 상기 함량이 에폭시 수지 100 중량부에 대해서 1 중량부 미만일 경우에는 충분한 고접착강도 및 내습신뢰성을 발현할 수 없으며, 30 중량부를 초과하는 경우에는 상온 안정성 저하, 블리드(bleed)로 인한 금형 오염 및 유동성의 저하를 가져올 수 있으므로 좋지 않다.
또한 본 발명의 에폭시 수지 조성물에는 브롬화 에폭시와 같은 난연제; 삼산화안티몬, 수산화알루미나, 오산화안티몬 등의 난연 보조제; 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 에스테르계 왁스 등의 이형제; 카본 블랙, 유기 및 무기 염료 등의 착색제; 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란 등의 커플링제 등을 필요에 따라 전체 조성물 중 3.365∼10.0중량%의 범위에서 첨가할 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상술한 성분들을 헨셀(Hanssel) 믹서 또는 뢰디게(Loedige) 믹서를 사용하여 균일하게 혼합시킨 후, 롤밀(roll mill) 또는 니이더(kneader)로 용융 혼련시키고, 냉각 및 분쇄하는 과정을 거쳐 최종 분말제품으로서 제조된다.
이와 같이 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로는 저압 트랜스퍼 성형법이 가장 일반적으로 사용되나, 인젝션 또는 캐스팅 등의 방법으로도 성형 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
1~2
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 후, 헨셀 믹서로 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하고, 믹싱 2-롤밀을 이용하여 100℃에서 7분간 용융혼련한 다음, 냉각 및 분쇄과정을 거쳐 최종 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물 각각에 대하여 물성 평가를 하였으며, 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예
1~2
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 평량한 후, 상기 실시예에서와 동일한 방법으로 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 이렇게 하여 얻어진 에폭시 수지 조성물 각각에 대하여 물성 평가를 하였으며, 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구 성 성 분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 바이페닐 에폭시 수지 | 50 | 85 | 50 | 85 | |
| o-크레졸노볼락 에폭시 수지 | 35 | - | 35 | - | |
| 브롬화 에폭시 | 15 | 15 | 15 | 15 | |
| 페놀 노볼락 수지 | 30 | - | 30 | - | |
| 자일록 수지 | 20 | 50 | 20 | 50 | |
| 트리페닐포스핀 | 2 | 4 | 2 | 4 | |
| 실리카 | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 | |
| 화학식(1)의 접착력 강화제 | 10 | 25 | - | - | |
| γ-글리시톡시프로필트리메톡시실란 | 4 | 4 | 4 | 4 | |
| 에폭시 변성 실리콘오일 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| 카본블랙 | 3 | 3 | 3 | 3 | |
| 카르나우바왁스 | 4 | 4 | 4 | 4 | |
| 삼산화안티몬 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
| 접착강도(kg/㎟) | 합금 42 | 1.28 | 1.55 | 1.10 | 1.19 |
| 구리 | 1.10 | 1.38 | 0.74 | 0.94 | |
| 흡습률(wt%) | 168시간 | 0.32 | 0.27 | 0.36 | 0.35 |
| 크랙 발생률 | 합금 42 | 0/10 | 0/10 | 3/10 | 1/10 |
| 구리 | 1/10 | 0/10 | 6/10 | 3/10 | |
[물성 평가 방법]
* 접착강도
: 시편을 제작하여 175℃에서 6시간 동안 후경화시킨 다음, 합금 42 및 구리 리드프레임과 에폭시 봉지재 사이의 인장력(UTM)을 평가하였다.
* 흡습률 및 크랙 발생률
: 합금 42 및 구리 리드프레임을 사용하여 48 QFP를 성형하여 175℃에서 6시간 동안 후경화시킨 다음, 끓는 물에서 168 시간 동안 흡습시키고 흡습률을 평가하였으며, 흡습된 48 QFP를 245℃에서 10초 동안 IR 리플로우를 3회 통과시킨 후 패키지 크랙을 관찰하였다.
상기 표 1로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 리드프레임, 특히 합금 42와의 접착강도가 높고 흡습률이 낮으며, 그 결과 크랙 발생률이 저하된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 리드프레임과의 접착강도가 향상되어 내습신뢰성이 우수하므로, 본 발명의 조성물로 반도체 소자를 밀봉하면 크랙 발생을 억제할 수 있다.
삭제
Claims (5)
- (1)2개 이상의 에폭시기를 가지며 에폭시 당량이 100~220인에폭시 수지 3.5~10.0중량%,(2)2개 이상의 수산화기를 가지며 수산화기 당량이 100~200인경화제 2.0~10.0중량%,(3)경화 촉진제 0.1~0.5중량%,(4)무기 충전제 80.0~91.0중량%, 및(5)기타 첨가제 3.365∼10.0중량%를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물에 있어서, 하기 화학식 1의 접착력 강화제를 0.035~3.0중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.[화학식 1](상기 화학식중 R은 에틸기 또는 메틸기이고, n은 0∼3임)
- 제 1항에 있어서,상기 에폭시 수지가 오르쏘 크레졸 노볼락 수지, 바이페닐 에폭시 수지, 비스페놀 A 에폭시 수지 또는 그들의 혼합물이고; 상기 경화제가 페놀 노볼락 수지, 자일록(xylok) 수지, 디사이클로펜타디엔 수지 또는 그들의 혼합물이며, 상기 경화제 혼합물중의 자일록 수지 함량이 40중량% 이상이고; 상기 경화촉진제가 3급 아민 화합물, 이미다졸 화합물, 유기 포스핀 화합물, 테트라페닐보론염 또는 그들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 2항에 있어서,상기 에폭시 수지 혼합물은 에폭시 당량이 190~200인 바이페닐 에폭시 수지를 40중량% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 무기 충전제는 평균 입도가 0.1~35.0㎛이고, 분쇄형과 구형의 조성비가 7/3~0/10인 용융 또는 합성 실리카인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항에 있어서,상기 기타 첨가제가 난연제, 난연보조제, 이형제, 착색제 또는 커플링제인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
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