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KR101081723B1 - 에폭시 수지 조성물 및 반도체장치 - Google Patents

에폭시 수지 조성물 및 반도체장치 Download PDF

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KR101081723B1
KR101081723B1 KR1020117005937A KR20117005937A KR101081723B1 KR 101081723 B1 KR101081723 B1 KR 101081723B1 KR 1020117005937 A KR1020117005937 A KR 1020117005937A KR 20117005937 A KR20117005937 A KR 20117005937A KR 101081723 B1 KR101081723 B1 KR 101081723B1
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KR
South Korea
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epoxy resin
resin composition
semiconductor
weight
integer
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KR1020117005937A
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KR20110041577A (ko
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다카히로 고타니
히데토시 세키
마사카쯔 마에다
가즈야 시게노
요시노리 니시타니
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스미토모 베이클라이트 가부시키가이샤
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Priority claimed from JP2004368714A external-priority patent/JP2006176554A/ja
Priority claimed from JP2005002381A external-priority patent/JP4736432B2/ja
Priority claimed from JP2005039050A external-priority patent/JP2006225464A/ja
Priority claimed from JP2005099390A external-priority patent/JP4736506B2/ja
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Abstract

본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, (A) 결정성 에폭시 수지, (B) 하기 화학식 1
[화학식 1]
Figure 112011018465718-pat00062

(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)로 표시되는 페놀 수지,
(C) 부타디엔 유래의 구조단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 유도체, 및 (D) 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되는 무기 충전재를 포함한다.

Description

에폭시 수지 조성물 및 반도체장치{Epoxy resin composition and semiconductor device}
본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 반도체장치에 관한 것으로, 특히, 프린트 배선판이나 금속 리드 프레임의 편면(片面)에 반도체소자를 탑재하고, 그 탑재면측의 실질적으로 편면 만이 수지 봉지된 에어리어 실장형 반도체장치에 적합하게 사용되는 것이다.
최근의 전자가기의 소형화, 경량화, 고성능화의 시장 동향에 따라, 반도체소자의 고집적화가 매년 진행되고 있다. 또한, 반도체장치의 표면실장화가 촉진되는 가운데, 신규하게 에어리어 실장형 반도체장치가 개발되어, 종래 구조의 반도체장치로부터 이행되기 시작하고 있다.
이러한 반도체장치의 소형화, 박형화에 동반되어, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 대해서는, 저점도화, 고강도화가 보다 한층 요구되고 있다. 또한, 환경문제로부터 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 대해, 브롬화합물, 산화안티몬 등의 난연제를 사용하지 않고 난연화하는 요구가 증대되고 있다. 이러한 배경으로부터, 최근의 에폭시 수지 조성물에 있어서는, 보다 저점도의 수지를 적용하고, 보다 많은 무기 충전제를 배합하도록 되어 있다.
또한 새로운 동향으로서, 반도체장치를 실장할 때, 종래 보다도 융점이 높은 무연 납땜의 사용이 높아지고 있다. 이 납땜의 적용에 의해 실장온도를 종래에 비해 약 20℃ 높게 할 필요가 있어, 실장 후의 반도체장치의 신뢰성이 현재 상태에 비해 현저히 저하되는 경우가 있었다. 이러한 배경으로부터, 에폭시 수지 조성물의 특성을 향상시킴으로써, 반도체장치의 신뢰성을 향상시킨다고 하는 요구가 점점 강해지고 있다. 이러한 요구를 해결하기 위해, 수지의 저점도화와 무기 충전제의 고충전화에 대한 연구가 행해지고 있다.
에어리어 실장형 반도체장치로서는, 대표예로서 BGA(볼 그리드 어레이(Ball Grid Array)), 또는 추가로 소형화를 추구한 CSP(칩 스케일 패키지(Chip Scale Package)) 등을 들 수 있고, 또한, QFN, SON이라는 종래의 QFP나 SOP의 실장 에어리어 면적을 작게 한 패키지를 들 수 있다. 이들은 종래의 QFP, SOP 등으로 대표되는 표면 실장형 반도체장치에 있어서 한계에 이른 다핀화·고속화로의 요구에 대응하기 위해 개발되었다.
상기 중, BGA, CSP는 BT 수지/동박 회로기판(비스말레이미드·트리아진 수지/글래스 크로스 기판)으로 대표되는 경질 회로기판, 또는 폴리이미드 수지 필름/동박 회로기판으로 대표되는 플렉시블 회로기판의 편면 상에 반도체소자를 탑재하고, 그 반도체소자 탑재면, 즉 기판의 편면 만이 에폭시 수지 조성물 등으로 성형·봉지되어 있다. 또한, 기판의 반도체소자 탑재면의 반대 면에는, 솔더볼(solder ball)이 2차원적으로 병렬되어 형성되어 있어, 회로기판과의 접합을 행한다.
BGA, CSP의 구조는 상기한 바와 같이, 기판의 반도체소자 탑재면 만을 에폭시 수지 조성물로 봉지하고, 솔더볼 형성면측은 봉지하지 않는다고 하는 편면 봉지의 구조이다. 이 때문에, 유기 기판이나 금속 기판과, 에폭시 수지 조성물의 경화물 사이에서의 열팽창·열수축의 부정합, 또는 에폭시 수지 조성물의 성형 경화시의 경화 수축에 의한 영향으로, 이들 반도체장치에서는 성형 직후부터 휨이 발생하기 쉽다. 또한, 반도체장치의 휨에 의해, 다수의 솔더볼의 접합점이 수평하게 위치하지 않게 된다. 이 때문에, 이들 반도체장치를 회로기판 상에 납땜 접합에 의해 실장할 때, 반도체장치가 회로기판으로부터 들떠, 전기적 접합의 신뢰성이 저하되는 문제도 발생한다.
한편, QFN이나 SON은 종래의 QFP나 SOP와 동일한 설계로 제조되어 왔다. 그러나, 최근, 금속기판(예를 들면 구리 리드 프레임이나 니켈 팔라듐+금도금한 리드 프레임에 폴리이미드 필름을 겹친 것 등)의 한쪽에 반도체소자를 매트릭스상으로 탑재하고, 봉지용 에폭시 수지 조성물로 일괄 봉지한 후, 소정의 크기가 되도록 격자상으로 컷팅함으로써 개편화(個片化)된 패키지(이하, MAP-QFN, MAP-SON으로 한다)가 제조되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
MAP-QFN, MAP-SON의 구조는 BGA, CSP와 마찬가지로, 기판의 반도체소자 탑재면 만을 에폭시 수지 조성물로 봉지하는 편면 봉지 구조이다. MAP-QFN, MAP-SON의 경우, 봉지되는 면적은 통상의 패키지 성형 보다도 크고, 또한 편면이다. 이 때문에, 금속 기판과, 에폭시 수지 조성물의 경화물 사이에서의 열팽창·열수축의 부정합, 또는 에폭시 수지 조성물의 성형 경화시의 경화 수축에 의해, 이들 반도체장치에서는 성형 직후부터 휨이 발생하기 쉽다.
또한 반도체장치에 휨이 발생하면, 반도체장치를 실장하는 회로기판으로부터 들떠, 전기적 접합의 신뢰성이 저하되는 문제도 발생한다.
유기 기판이나 금속 기판 상의 실질적으로 편면 만을 에폭시 수지 조성물로 봉지한 구조를 갖는 상기의 에어리어 실장형 반도체장치에 있어서 휨을 저감시키기 위해서는, 기판의 열팽창계수와, 에폭시 수지 조성물의 경화물의 열팽창계수를 근접시키는 것, 및 에폭시 수지 조성물의 성형 경화시의 경화 수축을 작게 하는 것의 2가지 사항이 중요하다.
이들의 대책으로서, 다관능형 에폭시 수지와 다관능형 페놀 수지를 조합시켜서 사용함으로써 에폭시 수지 조성물의 Tg를 높게 하고, 또한 무기 충전제의 배합량에 따라 α1을 맞추는 수법이 이미 제안되어 있다. 그러나 다관능형 에폭시 수지와 다관능형 페놀 수지와의 조합으로는 유동성이 저하되어 미충전 보이드가 발생하는 등의 문제가 있었다.
또한, 적외선 리플로, 기상 납땜(vapor phase soldering), 납땜 침지 등의 납땜처리에 의한 납땜 접합을 행하는 경우, 에폭시 수지 조성물의 경화물(성형체)의 흡습에 의해, 반도체장치 내부에 존재하는 수분이 고온에서 급격하게 기화된다. 그 때 발생하는 응력으로, 반도체장치에 크랙이 발생하거나, 금속 기판의 반도체소자 탑재면과 에폭시 수지 조성물의 경화물과의 계면에서 박리가 발생하는 경우가 있었다. 이 때문에, 무기 충전재의 고충전화에 따른 반도체장치의 휨의 저감, 성형체의 흡습성을 저감시키는 것에 의한 저응력화가 요구되고 있다. 또한, 성형체의 내열성 향상과 함께, 경화물과 금속 기판과의 고접착성도 요구되고 있다.
종래의 QFP나 SOP 등의 표면 실장형 반도체장치에 사용되는 에폭시 수지 조성물에 있어서, 성형시에 저점도로 고유동성을 유지하는 방법이 개발되어 있다. 예를 들면, 용융점도가 낮은 수지를 사용하는 방법이나(예를 들면, 특허문헌 2 참조), 또한 무기 충전제의 배합량을 높이기 위해 무기 충전제를 실란 커플링제로 표면 처리하는 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조). 그러나 이들은 여러 요구 특성 중 어느 하나 만을 만족하는 것이다.
이와 같이, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 성형체에 있어서, 휨의 저감이나 저응력화 등의 경화물 특성을 향상시키기 위해서는, 무기 충전제를 고농도로 충전시킬 필요가 있다. 한편으로, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 충전성을 향상시키기 위해서는, 유동성을 향상시킬 필요가 있다. 그러나, 무기 충전제를 고농도로 충전하면, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성이 저하된다. 이와 같이, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성과, 성형체의 경화물 특성은 트레이드오프 관계에 있다.
이 때문에, 여전히 유동성과 성형체의 경화물 특성 모두 우수한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물, 및 해당 조성물이 사용된 반도체장치가 요구되고 있다.
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 제2003-109983호 공보
특허문헌 2 : 일본국 특허공개 제(평)7-130919호 공보
특허문헌 3 : 일본국 특허공개 제(평)8-20673호 공보
발명의 개시
본 발명은 종래의 배경기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 유동성과 성형체의 경화물 특성 모두 우수한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물, 및 해당 조성물이 사용된 반도체장치를 제공하는 것에 있다.
[1]
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은,
(A) 결정성 에폭시 수지,
(B) 하기 화학식 1
Figure 112011018465718-pat00001
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
로 표시되는 페놀 수지,
(C) 부타디엔 유래의 구조단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 유도체, 및
(D) 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되는 무기 충전재
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[2]
[1]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 페놀 수지(B)가 하기 화학식 2
Figure 112011018465718-pat00002
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
이고,
상기 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)가 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)이며,
상기 무기 충전재(D)가 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되어 있다.
[3]
[2]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)의 수평균분자량이 500 이상 4000 이하이다.
[4]
[2]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
경화촉진제(E)를 추가로 포함한다.
[5]
본 발명의 반도체장치는 [2] 내지 [4] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[6]
본 발명의 에어리어 실장형(area mounting type) 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 에어리어 실장형 반도체장치의 봉지에 사용되는 [2] 내지 [4] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
기판의 편면에 반도체소자가 탑재되고, 이 반도체소자가 탑재된 기판면측의 실질적으로 편면 만의 봉지에 사용하는 것인 것을 특징으로 한다.
[7]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체장치는 [6]의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[8]
[1]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 페놀 수지(B)가 하기 화학식 2
[화학식 2]
Figure 112011018465718-pat00003
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
이고,
상기 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)가 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)이다.
[9]
[8]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)가 화학식 3
Figure 112011018465718-pat00004
(Bu는 부타디엔 유래의 구조단위, ACN은 아크릴로니트릴 유래의 구조단위를 나타낸다. x는 1 미만의 양수, y는 1 미만의 양수이고, x+y=1이다. z는 50~80의 정수이다.)
으로 표시되는 카르복실기 말단 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체이다.
[10]
[8]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)가 전체 에폭시 수지 조성물 중에 0.05 중량% 이상, 0.5 중량% 이하 함유되어 있다.
[11]
[8]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 무기 충전재(D)가 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되어 있다.
[12]
[8]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
경화촉진제(E)를 추가로 포함한다.
[13]
본 발명의 반도체장치는 [8] 내지 [12] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[14]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 에어리어 실장형 반도체장치의 봉지에 사용되는 [8] 내지 [12] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
기판의 편면에 반도체소자가 탑재되고, 이 반도체소자가 탑재된 기판면측의 실질적으로 편면 만의 봉지에 사용하는 것인 것을 특징으로 한다.
[15]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체장치는 [14]의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 된다.
[16]
[1]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 결정성 에폭시 수지(A)가 하기 화학식 4
Figure 112011018465718-pat00005
(X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이다. R1은 탄소수 1~6의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리는 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수이다. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R2끼리는 동일해도 상이해도 된다.)
로 표시되고,
상기 페놀 수지(B)가 하기 화학식 5
Figure 112011018465718-pat00006
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
로 표시되며,
상기 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)가 옥시란 산소량 3% 이상 10% 이하인, 분자 내에 옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔(C-3)이고,
상기 무기 충전재(D)를 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하 포함하며, 또한,
(F) 하기 화학식 6
Figure 112011018465718-pat00007
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
으로 표시되는 에폭시 수지
를 포함한다.
[17]
[16]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
분자 내에 옥시란 구조를 갖는 상기 폴리부타디엔(C-3)의 25℃에서의 점도가 20 Pa·s 이상, 700 Pa·s 이하이다.
[18]
[16]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
경화촉진제(E)를 추가로 포함한다.
[19]
본 발명의 반도체장치는 [16] 내지 [18] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[20]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 에어리어 실장형 반도체장치의 봉지에 사용되는 [16] 내지 [18] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
기판의 편면에 반도체소자가 탑재되고, 이 반도체소자가 탑재된 기판면측의 실질적으로 편면 만의 봉지에 사용하는 것인 것을 특징으로 한다.
[21]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체장치는 [20]의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[22]
[1]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 결정성 에폭시 수지(A)가 하기 화학식 4
[화학식 4]
Figure 112011018465718-pat00008
(X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이다. R1은 탄소수 1~6의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리는 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수이다. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R2끼리는 동일해도 상이해도 된다.)
로 표시되고,
상기 페놀 수지(B)가 하기 화학식 5
[화학식 5]
Figure 112011018465718-pat00009
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
로 표시되며,
상기 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)가 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)이고,
상기 무기 충전재(D)를 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 94 중량% 이하 포함하며, 또한,
(F) 하기 화학식 6
[화학식 6]
Figure 112011018465718-pat00010
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
으로 표시되는 에폭시 수지
를 포함하고,
상기 에폭시 수지(F)와 화학식 4로 표시되는 결정성 에폭시 수지(A)와의 중량비[(F)/(A)]가 10/90 이상, 90/10 이하이다.
[23]
[22]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)의 수평균분자량이 500 이상 4000 이하이다.
[24]
[22]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
경화촉진제(E)를 추가로 포함한다.
[25]
본 발명의 반도체장치는 [22] 내지 [24] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[26]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 에어리어 실장형 반도체장치의 봉지에 사용되는 [22] 내지 [24] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
기판의 편면에 반도체소자가 탑재되고, 이 반도체소자가 탑재된 기판면측의 실질적으로 편면 만의 봉지에 사용하는 것인 것을 특징으로 한다.
[27]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체장치는 [26]의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[28]
[1]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 결정성 에폭시 수지(A)가 하기 화학식 4
[화학식 4]
Figure 112011018465718-pat00011
(X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이다. R1은 탄소수 1~6의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리는 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수이다. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R2끼리는 동일해도 상이해도 된다.)
로 표시되고,
상기 페놀 수지(B)가 하기 화학식 5
[화학식 5]
Figure 112011018465718-pat00012
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
로 표시되며,
상기 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)가 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)이고, 또한
(F) 하기 화학식 6
[화학식 6]
Figure 112011018465718-pat00013
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
으로 표시되는 에폭시 수지
를 포함한다.
[29]
[28]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)가 하기 화학식 3
[화학식 3]
Figure 112011018465718-pat00014
(Bu는 부타디엔 유래의 구조단위, ACN은 아크릴로니트릴 유래의 구조단위를 나타낸다. x는 1 미만의 양수, y는 1 미만의 양수이고, x+y=1이다. z는 50~80의 정수이다.)
으로 표시되는 카르복실기 말단 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체이다.
[30]
[28]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)가 전체 에폭시 수지 조성물 중에 0.05 중량% 이상, 0.5 중량% 이하 포함된다.
[31]
[28]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
상기 에폭시 수지(F)와 화학식 4로 표시되는 결정성 에폭시 수지(A)와의 중량비[(F)/(A)]가 10/90 이상, 90/10 이하이다.
[32]
[28]의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
경화촉진제(E)를 추가로 포함한다.
[33]
본 발명의 반도체장치는 [28] 내지 [32] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
[34]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 에어리어 실장형 반도체장치의 봉지에 사용되는 [28] 내지 [32] 중 어느 하나의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
기판의 편면에 반도체소자가 탑재되고, 이 반도체소자가 탑재된 기판면측의 실질적으로 편면 만의 봉지에 사용하는 것인 것을 특징으로 한다.
[35]
본 발명의 에어리어 실장형 반도체장치는 [34]의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 의하면, 종래의 기술로는 얻을 수 없었던 무기 충전재의 고충전화를 도모할 수 있고, 또한 고유동성을 실현할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 의하면, 성형체의 휨의 저감이나 저응력화 등의 경화물 특성이 우수한 동시에, 충전성도 우수하다. 이 때문에, 특히 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물 및 이것을 사용한 반도체장치로서 적합하다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 이하의 (A)~(D)성분을 포함한다.
(A) 결정성 에폭시 수지
(B) 하기 화학식 1
[화학식 1]
Figure 112011018465718-pat00015
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
로 표시되는 페놀 수지
(C) 부타디엔 유래의 구조단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 유도체
(D) 무기 충전재
무기 충전재(D)는 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유된다.
반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물이 이와 같은 조성인 것으로 인해, 무기 충전재(D)의 고충전화에 의한 열팽창의 저감과, 부타디엔 유래의 구조단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)의 배합에 의한 저탄성화를 양립시킬 수 있다. 이 때문에, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 특히 에어리어 실장형 반도체장치에 있어서 요구되고 있는, 유동성의 향상, 경화물의 휨의 억제 및 내납땜 특성 등이 우수하다. 이 때문에 반도체장치의 신뢰성이 향상된다.
이하, 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 대해서 상세하게 설명한다.
결정성 에폭시 수지(A)
본 발명에서 사용되는 결정성 에폭시 수지(A)로서는, 하이드로퀴논의 글리시딜에테르화물, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 화학식 7로 나타내어지는 비페닐형 에폭시 수지, 화학식 8로 나타내어지는 스틸벤형 에폭시 수지, 화학식 4로 나타내어지는 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
Figure 112011018465718-pat00016
(R3~R10은 수소 또는 탄소수 4 이하의 알킬기이고, 서로 동일해도 상이해도 된다.)
Figure 112011018465718-pat00017
(R11~R20는 수소 또는 탄소수 4 이하의 알킬기이고, 서로 동일해도 상이해도 된다.)
[화학식 4]
Figure 112011018465718-pat00018
(X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이다. R1은 탄소수 1~6의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리는 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수이다. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R2끼리는 동일해도 상이해도 된다.)
페놀 수지(B)
본 발명에서 사용되는 페놀 수지(B)는 하기 화학식 1
[화학식 1]
Figure 112011018465718-pat00019
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
로 표시된다.
부타디엔 유래의 구조단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)
본 발명에 있어서 사용되는 부타디엔 유래의 구조단위를 포함하는 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)(이하, 간단히 「(공)중합체 또는 그의 유도체(C)」라고도 한다.)란, 부타디엔을 단량체로서 사용해서 얻어지는 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)이다.
이 (공)중합체 또는 그의 유도체(C)로서는, 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1), 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2), 옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔(C-3)을 사용할 수 있다. 이들 화합물에 대해서는, 후술한다.
무기 충전재(D)
본 발명에서 사용되는 무기 충전재(D)로서는, 일반적으로 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다.
예를 들면 용융 실리카, 결정 실리카, 2차 응집 실리카, 알루미나, 티탄백, 수산화알루미늄, 탈크, 클레이, 유리섬유 등을 들 수 있고, 이들은 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다. 특히 용융 실리카가 바람직하다. 용융 실리카는 파쇄상, 구상 모두 사용 가능하지만, 그 배합량을 높이고, 또한 에폭시 수지 조성물의 용융점도의 상승을 억제하기 위해서는, 구상 실리카를 주로 사용하는 쪽이 보다 바람직하다. 구상 실리카의 배합량을 높이기 위해서는, 구상 실리카의 입도분포를 보다 넓게 취하도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한, 필요에 따라 무기 충전재를 커플링제나 에폭시 수지 또는 페놀 수지로 미리 표면 처리하여 사용할 수 있다. 표면처리의 방법으로서는, 용매를 사용하여 혼합한 후에 용매를 제거하는 방법이나, 직접 무기 충전재에 첨가하고, 혼합기를 사용하여 처리하는 방법 등이 있다.
본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 전술한 (A)~(D)성분 외에, 경화촉진제(E), 에폭시 수지(F), 실란 커플링제(G)를 첨가할 수 있다.
경화촉진제(E)
경화촉진제(E)로서는 에폭시기와 페놀성 수산기와의 반응을 촉진하는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7 등의 디아자비시클로알켄 및 그의 유도체;
트리페닐포스핀, 메틸디페닐포스핀 등의 유기 포스핀류 및 그의 유도체;
테트라페닐포스포늄·테트라페닐보레이트, 테트라페닐포스포늄·테트라안식향산보레이트, 테트라페닐포스포늄·테트라나프토익애시드보레이트, 테트라페닐포스포늄·테트라나프토일옥시보레이트, 테트라페닐포스포늄·테트라나프틸옥시보레이트 등의 테트라 치환 포스포늄·테트라 치환 보레이트;
등을 들 수 있고, 이들은 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다.
에폭시 수지(F)
에폭시 수지(F)로서는 화학식 6으로 표시되는 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
[화학식 6]
Figure 112011018465718-pat00020
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
실란 커플링제 (G)
실란 커플링제(G)로서는 화학식 9로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure 112011018465718-pat00021
(R3는 탄소수 1~12의 유기기이고, R4, R5, R6는 탄소수 1~12의 탄화수소기이다. R3~R6는 각각 동일해도 상이해도 된다. n은 1~3의 정수이다.)
기타 성분
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기의 (A)~(G)성분 외에, 필요에 따라 카나우바 왁스(Carnauba Wax) 등의 천연 왁스;
폴리에틸렌 왁스 등의 합성 왁스;
스테아린산이나 스테아린산아연 등의 고급 지방산 및 그의 금속염류;
파라핀 등의 이형제;
카본블랙, 벵갈라 등의 착색제;
브롬화 에폭시 수지, 삼산화안티몬, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 붕산아연, 몰리브덴산아연, 포스파젠, 인화합물 등의 난연제;
산화비스무트수화물 등의 무기 이온 교환체;
실리콘오일, 고무 등의 저응력성분;
산화방지제;
등의 각종 첨가제를 적절히 배합 가능하다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 (A)~(G)성분, 및 그 밖의 첨가제 등을 믹서 등을 사용해서 상온 혼합하고, 롤, 니더, 압출기 등의 혼련기로 가열혼련, 냉각 후 분쇄해서 얻어진다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 사용하여, 반도체소자 등의 전자부품을 봉지하고, 반도체장치를 제조하기 위해서는, 트랜스퍼 몰드, 컴프레션 몰드, 인젝션 몰드 등의 종래부터의 성형방법으로 경화 성형하면 된다. 그 밖의 반도체장치의 제조방법은 공지의 방법을 사용할 수 있다. 특히 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 에어리어 실장형 반도체장치용으로 가장 적합하다.
이하에, 바람직한 실시형태에 대해서 설명한다.
<제1 실시형태>
제1 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 이하의 (A)~(E)의 성분을 포함한다.
(A) 결정성 에폭시 수지
(B) 하기 화학식 2로 표시되는 페놀 수지
(C-1) 에폭시화 폴리부타디엔화합물
(D) 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되는 무기 충전재
(E) 경화촉진제
에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)은 전체 에폭시 수지 조성물 중에 0.05 중량% 이상, 5 중량% 이하 포함된다.
[화학식 2]
Figure 112011018465718-pat00022
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
이러한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 있어서는, 무기 충전재(D)의 고충전화에 의한 열팽창의 저감과, 에폭시화 부타디엔화합물(C-1)의 배합에 의한 저탄성화를 양립시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 유동성이 우수하기 때문에 충전성이 향상된다. 또한, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 성형체는, 휨의 저감이나 내납땜 특성 등의 경화물 특성이 우수하다. 이 때문에, 신뢰성이 향상된 반도체장치를 얻을 수 있다고 하는 현저한 효과가 얻어진다. 이와 같이, 본 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 에어리어 실장형 반도체장치에 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 제1 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
결정성 에폭시 수지(A)
제1 실시형태에서 사용되는 결정성 에폭시 수지(A)로서는, 하이드로퀴논의 글리시딜에테르화물, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 하기의 화학식 7로 나타내어지는 비페닐형 에폭시 수지, 하기의 화학식 8로 나타내어지는 스틸벤형 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112011018465718-pat00023
(R3~R10은 수소 또는 탄소수 4 이하의 알킬기이고, 서로 동일해도 상이해도 된다.)
[화학식 8]
Figure 112011018465718-pat00024
(R11~R20은 수소 또는 탄소수 4 이하의 알킬기이고, 서로 동일해도 상이해도 된다.)
이들 에폭시 수지는 상온시에는 고체로 취급 작업성이 우수하고, 또한 성형시의 용융점도가 낮다. 용융점도가 낮은 것으로 인해, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성을 향상시킬 수 있고, 또한 무기 충전재를 고농도로 충전할 수 있다. 이것에 의해, 내습성의 향상이나 선팽창률의 차를 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 성형품으로서의 특성을 향상시킬 수 있다.
화학식 7의 비페닐형 에폭시 수지로서는 작업성, 실용성이 균형잡힌 4,4'-디글리시딜비페닐, 또는 3,3',5,5'-테트라메틸-4,4'-디글리시딜비페닐 및 이 양자의 용융 혼합물이 바람직하다.
또한, 화학식 8의 스틸벤형 에폭시 수지 중에서는, 작업성, 실용성이 균형잡힌 5-터셔리부틸-4,4'-글리시딜-2,3',5'-트리메틸스틸벤, 4,4'-디글리시딜-3,3',5,5'-테트라메틸스틸벤, 또는 이 양자의 용융 혼합물이 바람직하다.
이러한 결정성 에폭시 수지(A)는 다른 에폭시 수지와 병용할 수 있다.
병용하는 경우, 결정성 에폭시 수지(A)는 전체 에폭시 수지 중의 적어도 10 중량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50 중량% 이상이다. 상기 범위 내에서 결정성 에폭시 수지(A)를 첨가함으로써, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성을 향상시킬 수 있다.
병용 가능한 에폭시 수지로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 트리페놀 메탄형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 나프톨형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀 메탄형 에폭시 수지, 트리아진핵 함유 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지 등을 들 수 있고, 이들은 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다. 병용하는 에폭시 수지는 성형시의 용융점도가 낮은 결정성 에폭시 수지의 특징을 손상시키지 않도록, 최대한 점도가 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
페놀 수지(B)
본 실시형태에서 사용되는 페놀 수지(B)로서는 상기 화학식 2로 표시되는 페놀 수지를 사용할 수 있다.
화학식 2로 표시되는 페놀 수지는, 페놀성 수산기 사이에 소수성이고 강직한 비페닐렌 골격을 가지고 있다. 이와 같이, 비페닐렌 골격을 갖는 페놀 수지(B)를 사용함으로써, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 경화물(성형체)은 휨을 저감할 수 있다. 또한, 성형체의 흡습율이 낮고, Tg를 초과한 고온역에서의 탄성률이 낮으며, 또한 반도체소자, 유기 기판 및 금속 기판과의 밀착성이 우수하다. 또한, 난연성도 우수하고, 가교밀도가 낮은 것에 비해서는 내열성이 높다고 하는 특징을 가지고 있다.
화학식 2로 표시되는 페놀 수지로서는 경화성 측면에서 하기 화학식 10으로 나타내어지는 페놀 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112011018465718-pat00025
(n은 평균값으로 0~10의 수)
화학식 2 및 화학식 10에 있어서, n이 상기 수치 범위의 경우 성형시의 수지 조성물의 유동성이 향상되어, 무기 충전재의 배합량을 높일 수 있다. 이 때문에, 경화물의 흡습성을 저하시키고, 또한 휨을 저감시킬 수 있다.
제1 실시형태에서 사용되는 화학식 2의 페놀 수지는, 다른 페놀 수지와 병용할 수 있다. 병용하는 경우, 화학식 2의 페놀 수지(B)는 전체 페놀 수지 중 적어도 10 중량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50 중량% 이상이다. 상기 범위 내에서 페놀 수지(B)를 첨가함으로써, 고온시의 저탄성이나 저흡습성이 우수하고, 또한 접착성이나 내연성도 우수한 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다.
병용하는 페놀 수지는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 나프톨 아랄킬 수지, 트리페놀 메탄 수지, 테르펜 변성 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지, 페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지 등을 들 수 있고, 이들은 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다. 무기 충전재의 고충전화를 위해서는, 에폭시 수지와 마찬가지로 저점도인 것이 바람직하다.
제1 실시형태에 사용되는 전체 에폭시 수지의 에폭시기 수와 전체 페놀 수지의 페놀성 수산기 수의 당량비는, 바람직하게는 0.5 이상 2 이하이고, 특히 0.7 이상 1.5 이하가 보다 바람직하다. 당량비가 상기 범위에 있으면, 내습성, 경화성 등이 우수한 성형체가 얻어지는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다.
에폭시화 폴리부타디엔화합물 (C-1)
제1 실시형태에서 사용되는 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)로서는 특별히 한정되지 않지만, 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
Figure 112011018465718-pat00026
(k, l, m, n은 1~50의 정수이고, R21은 CpHq로 나타내어지는 구조를 가지며, p는 0~10의 정수, q는 1~21의 정수.)
에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)의 함유량은, 전체 에폭시 수지 조성물에 대해 0.05 중량% 이상, 5 중량% 이하가 바람직하고, 특히 0.1 중량% 이상, 2 중량% 이하가 바람직하다. 상기 함유량의 범위의 경우, 에폭시 수지 조성물의 탄성률을 저하시킬 수 있고, 또한 점도를 저하시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 사용하는 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)의 수평균분자량은 500 이상, 4000 이하가 바람직하다. 수평균분자량이 상기 범위의 경우, 에폭시 수지 조성물의 탄성률을 저하시킬 수 있고, 또한 목적으로 하는 점도로 할 수 있다.
무기 충전재(D)
제1 실시형태에서 사용되는 무기 충전재(D)로서는, 상기 무기 충전재를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서 사용되는 무기 충전재의 함유량은, 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하이고, 바람직하게는 87 중량% 이상, 93 중량% 이하이다. 무기 충전재(D)의 함유량이 상기 범위 내에 있으면, 얻어지는 성형체의 흡습성 및 열팽창성을 충분히 저감시킬 수 있기 때문에, 내납땜성이 우수하고, 반도체장치의 휨을 저감시킬 수 있다. 또한, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상되기 때문에, 성형시에 확실하게 충전되어, 반도체장치 내의 금선 변형 등을 억제할 수 있다.
경화촉진제(E)
제1 실시형태에서 사용되는 경화촉진제(E)로서는 상기의 화합물을 사용할 수 있다.
기타 성분
본 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 (A), (B), (C-1), (D), (E)성분 외에, 상기의 기타 성분을 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 에폭시 실란, 메르캅토 실란, 아미노 실란, 알킬 실란, 우레이도 실란, 비닐 실란 등의 실란 커플링제나, 티타네이트 커플링제, 알루미늄 커플링제, 알루미늄/지르코늄 커플링제 등의 커플링제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합 가능하다.
제1 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 (A)~(E)성분, 및 그 밖의 첨가제 등을, 믹서 등을 사용해서 상온 혼합하고, 롤, 니더, 압출기 등의 혼련기로 가열 혼련, 냉각 후 분쇄하여 얻어진다.
제1 실시형태의 에폭시 수지 조성물을 사용하여, 반도체소자 등의 전자부품을 봉지하고, 반도체장치를 제조하기 위해서는, 트랜스퍼 몰드, 컴프레션 몰드, 인젝션 몰드 등의 종래부터의 성형방법으로 경화 성형하면 된다. 그 밖의 반도체장치의 제조방법은, 공지의 방법을 사용할 수 있다. 특히 본 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 에어리어 실장형 반도체장치용으로 가장 적합하다.
<제2 실시형태>
제2 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 이하의 (A)~(C-2)의 성분을 포함한다.
(A) 결정성 에폭시 수지
(B) 하기 화학식 2로 표시되는 페놀 수지
(C-2) 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체
[화학식 2]
Figure 112011018465718-pat00027
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~4의 정수, b는 0~4의 정수, c는 0~3의 정수이다. n은 평균값으로 0~10의 수이다.)
이러한 에폭시 수지 조성물에 있어서는, 무기 충전재의 고충전화와, 고유동성을 양립시키는 것이 가능해진다. 또한, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 성형체는, 휨의 저감이나 내납땜 특성 등의 경화물 특성이 우수하다. 이 때문에, 신뢰성이 향상된 반도체장치를 얻을 수 있다고 하는 현저한 효과가 얻어진다. 이와 같이, 본 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 에어리어 실장형 반도체장치에 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 제2 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
결정성 에폭시 수지(A)
제2 실시형태에서 사용되는 결정성 에폭시 수지(A)로서는 제1 실시형태와 동일한 결정성 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
본 실시형태의 결정성 에폭시 수지(A)는 제1 실시형태와 동일한 다른 에폭시 수지와 병용할 수 있다. 병용하는 경우, 결정성 에폭시 수지(A)는 전체 에폭시 수지 중 적어도 10 중량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50 중량% 이상이다. 상기 범위 내에서 결정성 에폭시 수지(A)를 첨가함으로써, 에폭시 수지 조성물의 유동성을 향상시킬 수 있다.
페놀 수지(B)
제2 실시형태에서 사용되는 페놀 수지(B)로서는 제1 실시형태와 동일한 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
제2 실시형태의 페놀 수지(B)는 제1 실시형태와 동일한 다른 페놀 수지와 병용할 수 있다. 병용하는 경우, 페놀 수지(B)는 전체 페놀 수지 중의 적어도 10 중량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 50 중량% 이상이다. 상기 범위 내에서 페놀 수지(B)를 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 첨가함으로써, 고온시의 저탄성이나 저흡습성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다. 또한 접착성이 우수하고, 또한 내연성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 사용되는 전체 에폭시 수지의 에폭시기 수와 전체 페놀 수지의 페놀성 수산기 수의 당량비로서는, 바람직하게는 0.5 이상, 2 이하이고, 특히 0.7 이상, 1.5 이하가 보다 바람직하다. 당량비가 상기 범위에 있으면 내습성, 경화성 등이 우수한 에폭시 수지 조성물을 얻을 수 있다.
부타디엔· 아크릴로니트릴 공중합체(C-2)
제2 실시형태에 사용하는 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)로서는 특별히 한정되지 않지만, 그 구조의 양단에 카르복실기를 갖는 화학식 3을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112011018465718-pat00028
(Bu는 부타디엔 유래의 구조단위, ACN은 아크릴로니트릴 유래의 구조단위를 나타낸다. x는 1 미만의 양수, y는 1 미만의 양수. x+y=1. z는 50~80의 정수.)
부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)에 포함되는 카르복실기에 의해, 봉지용 에폭시 수지 조성물의 원료로서 포함되는, 무기 충전재 및 에폭시 수지와, 반도체장치 부재인 반도체소자나 유기 기판을 연결시킬 수 있다.
본 실시형태에 사용하는 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)의 배합량은, 전체 에폭시 수지 조성물 중 0.05 이상, 0.5 중량% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이상, 0.3 중량% 이하이다.
상기 범위 내에 있으면, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물과 기판의 밀착성이 우수하기 때문에 내납땜성이 향상된다. 또한, 에폭시 수지 조성물은 유동성이 우수하기 때문에, 성형시에 있어서 확실하게 충전할 수 있고, 반도체장치 내의 금선 변형 등을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은, 전술한 (A)~(C-2)성분 외에, 무기 충전재(D), 경화촉진제(E)를 첨가할 수 있다.
무기 충전재(D)
제2 실시형태에 사용하는 무기 충전재(D)로서는 제1 실시형태와 동일한 충전재를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서 사용되는 무기 충전재(D)의 함유량은, 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하이고, 바람직하게는 87 중량% 이상, 93 중량% 이하이다. 무기 충전재(D)의 함유량이 상기 범위 내에 있으면, 얻어지는 성형체의 흡습성 및 열팽창성을 충분히 저감시킬 수 있기 때문에, 내납땜성이 우수하고, 반도체장치의 휨을 저감시킬 수 있다. 또한, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상되기 때문에, 성형시에 확실하게 충전되어, 반도체장치 내의 금선 변형 등을 억제할 수 있다.
경화촉진제(E)
제2 실시형태에서 사용되는 경화촉진제(E)로서는 제1 실시형태와 동일한 화합물을 사용할 수 있다.
기타 성분
제2 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 제1 실시형태와 동일한 기타 성분을 사용할 수 있다.
제2 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해 얻어진다. 또한, 이 에폭시 수지 조성물을 사용하고, 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해, 반도체소자 등의 전자부품을 봉지하여 반도체장치를 제조할 수 있다.
<제3 실시형태>
제3 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 이하의 (A)~(G)성분을 포함한다.
(A) 하기 화학식 4로 표시되는 결정성 에폭시 수지
(B) 하기 화학식 5로 표시되는 페놀 수지
(C-3) 분자 내에 옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔
(D) 경화촉진제
(E) 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되는 무기 충전제
(F) 하기 화학식 6으로 표시되는 에폭시 수지
(G) 하기 화학식 9로 표시되는 실란 커플링제
분자 내에 옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔(C-3)의 옥시란 산소량은 3% 이상, 10% 이하이다.
[화학식 4]
Figure 112011018465718-pat00029
(X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이다. R1은 탄소수 1~6의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리는 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수이다. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R2끼리는 동일해도 상이해도 된다.)
[화학식 5]
Figure 112011018465718-pat00030
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
[화학식 6]
Figure 112011018465718-pat00031
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
[화학식 9]
Figure 112011018465718-pat00032
(R3는 탄소수 1~12의 유기기이고, R4, R5, R6는 탄소수 1~12의 탄화수소기이다. R3~R6는 각각 동일해도 상이해도 된다. n은 1~3의 정수이다.)
이러한 에폭시 수지 조성물에 있어서는, 무기 충전재의 고충전화와, 고유동성을 양립시키는 것이 가능해진다. 또한, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 성형체는, 휨의 저감이나 내납땜 특성 등의 경화물 특성이 우수하다. 이 때문에, 신뢰성이 향상된 반도체장치를 얻을 수 있다고 하는 현저한 효과가 얻어진다. 이와 같이, 본 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 에어리어 실장형 반도체장치에 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 제3 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
결정성 에폭시 수지(A)
제3 실시형태에 사용되는 결정성 에폭시 수지(A)로서는, 상기 화학식 4로 나타내어지는 결정성 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 화학식 4로 나타내어지는 결정성 에폭시 수지(A)는 상온에서는 결정성의 고체이지만, 융점 이상에서는 매우 저점도의 액상으로 되어, 무기 충전제를 고충전화할 수 있다. 이 때문에, 이것을 사용한 에폭시 수지 조성물은 내납땜성이 우수한 특성을 갖는다.
화학식 4로 나타내어지는 결정성 에폭시 수지(A)로서는, 예를 들면 비스페놀 A형 에폭시 수지 등을 들 수 있는데, 화학식 4의 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
다른 에폭시 수지를 병용하는 경우의 배합량으로서는, 전체 에폭시 수지에 대해 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 합계량이 70 중량% 이상, 100 중량% 이하인 것이 바람직하다. 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 합계량이 상기 범위에 있으면, 경화물의 흡습율이 저하되고, 또한 내크랙성이 우수하다.
병용할 수 있는 에폭시 수지로서는, 분자 내에 에폭시기를 갖는 모노머, 올리고머, 및 폴리머를 사용할 수 있다. 병용할 수 있는 에폭시 수지로서는, 예를 들면 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 오르토크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지(페닐렌 골격, 비페닐 골격 등을 갖는다), 디시클로펜타디엔 변성 페놀형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, 트리페놀 메탄형 에폭시 수지, 알킬 변성 트리페놀 메탄형 에폭시 수지, 트리아진핵 함유 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 병용할 수 있는 에폭시 수지는 이들로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
페놀 수지(B)
제3 실시형태에서 사용되는 페놀 수지(B)로서는 상기 화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지를 사용할 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112011018465718-pat00033
(R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지는 페놀성 수산기 사이에 소수성이고 강직한 비페닐렌 골격을 갖고 있다. 이 페놀 수지를 사용한 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물의 흡습율은 낮고, Tg를 초과한 고온역에서의 탄성률이 낮다. 또한, 반도체소자, 유기 기판, 및 금속 기판과의 밀착성이 우수하다. 또한 가교밀도가 낮은 것에 비해서는 내열성이 높다고 하는 특징을 가지고 있다. 따라서, 이 페놀 수지를 사용한 수지 조성으로 봉지된 반도체장치는 내크랙성이 우수하다.
화학식 5 중의 n은 평균값으로 1~5의 양수, 바람직하게는 1~3의 정수이다. n이 상기 범위 내에 있으면, 에폭시 수지 조성물은 경화성이 우수한 동시에, 유동성이 향상된다. 화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지는 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다.
화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지로서는 예를 들면 페놀 비페닐 아랄킬 수지 등을 들 수 있는데, 화학식 5의 구조를 가지고 있다면 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에 있어서는, 화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지(B)를 사용하는 것에 의한 특징을 손상시키지 않는 범위에서, 다른 페놀 수지를 병용해도 된다. 다른 페놀 수지를 병용하는 경우의 배합량으로서는, 전체 페놀 수지에 대해 페놀 수지(B)의 배합량이 70 중량% 이상, 100 중량% 이하인 것이 바람직하다. 페놀 수지(B)의 배합량이 상기 범위 내의 경우 경화물의 흡습율이 저하된다. 또한, 경화물은 납땜 처리 후에 있어서 기재와의 밀착성이나 내납땜성이 우수하다.
다른 페놀 수지로서는 분자 중에 페놀성 수산기를 갖는 모노머, 올리고머, 폴리머를 들 수 있고, 최대한 저점도의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 페놀 노볼락 수지, 크레졸 노볼락 수지, 페놀 아랄킬 수지(페닐렌 골격을 갖는다), 나프톨 아랄킬 수지, 트리페놀 메탄 수지, 테르펜 변성 페놀 수지, 디시클로펜타디엔 변성 페놀 수지 등을 들 수 있고, 이들은 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다. 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서의 내습 신뢰성을 고려하면, 이온성 불순물인 Na 이온이나 Cl 이온이 최대한 적은 쪽이 바람직하다.
전체 에폭시 수지의 에폭시기와 페놀 수지의 페놀성 수산기의 당량비에 대해서는, 에폭시기 수/페놀성 수산기 수=0.7 이상 1.5 이하의 범위가 바람직하다. 이 범위 내의 경우, 반도체 봉지용 에폭시 수지의 경화성이 우수하다. 또한, 경화물의 유리전이온도가 향상되고, 내습 신뢰성이 향상된다. 에폭시 수지(F) 및 결정성 에폭시 수지(A)와, 페놀 수지(B)를 조합해서 사용한 경우에는, 흡습 후의 납땜 처리에 있어서 내크랙성, 휨 등의 측면에서 가장 높은 효과가 얻어진다.
분자 내에 옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔 (C-3)
본 실시형태에 있어서 사용되는 폴리부타디엔(C-3)은, 분자 내에 옥시란 구조를 갖는다. 이 옥시란 산소량은 밀착성에 영향을 미친다. 기준 유지 분석시험법(옥시란 산소)에 준거한 측정으로 얻어진 옥시란 산소량은 3% 이상 10% 이하, 더욱 바람직하게는 5% 이상 8% 이하이다. 옥시란 산소량이 상기 범위 내의 경우, 경화물과 기판의 밀착성이 향상된다. 또한, 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상되기 때문에 확실하게 충전된다.
분자 내에 옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔(C-3)의 점도는 반도체 봉지용 수지 조성물의 점도에 영향을 미친다. 폴리부타디엔(C-3)을 함유하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 점도는, JIS Z-8803에 준거한 25℃에서의 측정법에 있어서 20 Pa·s 이상, 700 Pa·s 이하, 더욱 바람직하게는 50 Pa·s 이상, 500 Pa·s 이하이다. 점도가 상기 범위 내에 있으면, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상된다. 또한, 얻어지는 경화물은 기판과의 밀착성이 우수하고, 또한 반도체장치의 휨이 억제된다.
옥시란 구조를 갖는 폴리부타디엔(C-3)으로서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 화학식 11에 나타내어지는 화합물과 동일한 화합물을 사용할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는 폴리부타디엔(C-3)은 필수 성분이다.
폴리부타디엔(C-3)을 사용함으로써, 에폭시 수지 조성물과 금속 기판(니켈-팔라듐이나 니켈-팔라듐-금도금 등)의 밀착성이 향상되고, 고리플로 내열성의 효과가 얻어진다.
또한, 폴리부타디엔(C-3)을 사용하는 것에 의한 효과를 손상시키지 않는 범위의 경우, 그 밖의 저응력제를 병용해도 지장 없다. 병용할 수 있는 저응력제로서는 예를 들면, 오르가노 폴리실록산이라는 실리콘오일이나, 실리콘 고무, 아크릴로니트릴 고무라는 상온에서 고형상의 고무 등을 들 수 있다.
또한 배합량에 대해서는 0.05 중량% 이상, 1.5 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량% 이상, 1 중량% 이하이다. 상기 범위 내의 경우, 얻어지는 경화물은 기판과의 밀착성이 우수하다. 또한 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상됨으로써 확실하게 충전된다.
무기 충전재(D)
제3 실시형태에서 사용되는 무기 충전제(D)로서는 제1 실시형태와 동일한 충전재를 사용할 수 있다. 무기 충전재(D)의 배합량은 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하이고, 바람직하게는 87 중량% 이상, 93 중량% 이하이다. 무기 충전재(D)의 함유량이 상기 범위 내에 있으면, 얻어지는 성형체의 흡습성 및 열팽창성을 충분히 저감시킬 수 있기 때문에, 내납땜성이 우수하고, 반도체장치의 휨을 저감시킬 수 있다. 또한, 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상되기 때문에, 성형시에 확실하게 충전되어, 반도체장치 내의 금선 변형 등을 억제할 수 있다.
경화촉진제(E)
제3 실시형태에서 사용되는 경화촉진제(E)로서는 제1 실시형태와 동일한 화합물을 사용할 수 있다.
에폭시 수지(F)
에폭시 수지(F)로서는 화학식 6으로 표시되는 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
상기 화학식 6에 나타내어지는 바와 같이, 에폭시 수지(F)는 에폭시기 사이에 소수성이고 강직한 비페닐렌 골격을 갖고 있다. 이 때문에, 에폭시 수지(F)를 함유하는 에폭시 수지 조성물의 경화물을 흡습율이 낮고, 유리전이온도(이하, Tg라고 한다)를 초과한 고온역에서의 탄성률이 낮다. 또한, 반도체소자, 유기 기판, 및 금속 기판과의 밀착성이 우수하다. 또한, 가교밀도가 낮은 것에 비해서는 내열성이 높다고 하는 특징을 가지고 있다.
에폭시 수지(F)로서는 화학식 6의 구조라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 페놀 비페닐 아랄킬형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
화학식 6에 있어서, n이 상기 범위 내의 경우 에폭시 수지 조성물의 경화성이 향상되는 동시에, 그의 유동성도 향상된다.
실란 커플링제 (G)
제3 실시형태에 있어서 사용되는 실란 커플링제(G)로서는, 화학식 9로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 본 실시형태에 있어서는 실란 커플링제(G)는 필수 성분이다.
[화학식 9]
Figure 112011018465718-pat00034
(R3는 탄소수 1~12의 유기기이고, R4, R5, R6는 탄소수 1~12의 탄화수소기이다. R3~R6는 각각 동일해도 상이해도 된다. n은 1~3의 정수이다.)
화학식 9로 표시되는 실란 커플링제(G)를 사용하면, 에폭시 수지 조성물의 점도가 저하되어, 유동성이 좋아지는 효과가 얻어진다. 실란 커플링제(G)의 배합량은 특별히 한정되지 않지만, 전체 에폭시 수지 조성물 중 0.05 중량% 이상, 1 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 이상, 0.8 중량% 이하이다. 실란 커플링제(G)의 배합량이 상기 범위 내의 경우, 경화물과 기판의 밀착성이 우수하다. 또한, 에폭시 수지 조성물은 유동성이 우수하고, 또한 경화성도 우수하다. 화학식 9로 표시되는 실란 커플링제(G)는 1종류를 단독으로 사용해도 2종류 이상을 병용해도 된다.
화학식 9로 표시되는 실란 커플링제(G)를 사용하는 것에 의한 효과를 손상시키지 않는 범위의 경우, 그 밖의 커플링제를 병용해도 지장 없다. 병용할 수 있는 커플링제로서는 예를 들면, 에폭시 실란, 메르캅토 실란, 아미노 실란, 알킬 실란, 우레이도 실란, 비닐 실란 등의 실란 커플링제나, 티타네이트 커플링제, 알루미늄 커플링제, 알루미늄/지르코늄 커플링제 등을 들 수 있다.
기타 성분
제3 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 (A)~(G)성분 외에, 상기 기타 성분을 사용할 수 있다.
제3 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해 얻어진다. 또한, 이 에폭시 수지 조성물을 사용하고, 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해, 반도체소자 등의 전자부품을 봉지하여 반도체장치를 제조할 수 있다.
<제4 실시형태>
제4 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 이하의 (A)~(F)성분을 포함한다.
(A) 하기 화학식 4로 표시되는 결정성 에폭시 수지
(B) 하기 화학식 5로 표시되는 페놀 수지
(C-1) 에폭시화 폴리부타디엔화합물
(D) 무기 충전제
(E) 경화촉진제
(F) 하기 화학식 6으로 표시되는 에폭시 수지
(F)성분과 (A)성분의 중량비[(F)/(A)]가 10/90 이상, 90/10 이하이다. 또한, (D)성분을 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 94 중량% 이하의 비율로 포함한다. 또한, 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)을 전체 에폭시 수지 조성물 중에 0.05 중량% 이상, 5 중량% 이하의 비율로 포함한다.
[화학식 4]
Figure 112011018465718-pat00035
(화학식 4 중, X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이고, R1은 탄소수 1~6의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다.)
[화학식 5]
Figure 112011018465718-pat00036
(화학식 5 중, R1, R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수. n은 평균값으로 1~5의 양수.)
[화학식 6]
Figure 112011018465718-pat00037
(화학식 6 중, R1, R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수. n은 평균값으로 1~5의 양수.)
이와 같은 에폭시 수지 조성물을 사용함으로써, 휨이 작고, 내납땜 크랙성이 우수한 반도체장치를 얻을 수 있다. 이 때문에, 에폭시 수지 조성물은 특히 에어리어 실장형 반도체 봉지용으로 적합하다.
이하, 제4 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
결정성 에폭시 수지(A)
제4 실시형태에 사용되는 결정성 에폭시 수지로서는, 제3 실시형태와 동일한 결정성 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
제4 실시형태에 있어서, 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 배합 중량비[(F)/(A)]는 10/90 이상, 90/10 이하, 바람직하게는 중량비 20/80 이상, 70/30 이하, 특히 바람직하게는 30/70 이상, 50/50 이하이다. 중량비[(F)/(A)]가 상기 범위의 경우, 에폭시 수지 조성물로부터 얻어지는 경화물의 흡습성이 저감된다. 또한, 에폭시 수지 조성물에 있어서 무기 충전재를 고충전화할 수 있다. 이와 같이, 경화물의 저흡습화 및 고강도화를 도모할 수 있다.
또한 제4 실시형태에서는, 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)를 사용하는 것에 의한 특징을 손상시키지 않는 범위에서, 제3 실시형태와 동일한 에폭시 수지를 병용해도 된다. 다른 에폭시 수지를 병용하는 경우의 배합량으로서는, 전체 에폭시 수지에 대해 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 합계량이 70 중량% 이상, 100 중량% 이하인 것이 바람직하다. 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 합계량이 상기 범위에 있으면, 경화물의 흡습율이 저하되고, 또한 내크랙성이 우수하다.
페놀 수지(B)
제4 실시형태에서 사용되는 페놀 수지(B)로서는 상기 화학식 5로 나타내어지는 제3 실시형태와 동일한 페놀 수지를 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 사용되는 화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지(B)를 사용하는 것에 의한 특징을 손상시키지 않는 범위에서, 상기 외의 페놀 수지를 병용해도 된다. 다른 페놀 수지를 병용하는 경우의 배합량으로서는, 전체 페놀 수지에 대해 화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지(B)의 배합량이 70 중량% 이상, 100 중량% 이하인 것이 바람직하다. 페놀 수지(B)의 배합량이 상기 범위 내의 경우, 경화물의 흡습율이 저하되고, 또한 납땜 처리 후의 기재와의 밀착성이나 내납땜성이 우수하다.
전체 에폭시 수지의 에폭시기와 페놀 수지의 페놀성 수산기의 당량비에 대해서는, 에폭시기 수/페놀성 수산기 수=0.7 이상 1.5 이하의 범위가 바람직하다. 이 범위 내의 경우, 수지 조성물의 경화성이 우수하고, 또한 경화물의 유리전이온도가 향상되며, 내습 신뢰성이 향상된다. 화학식 6으로 나타내어지는 에폭시 수지(F) 및 화학식 4로 나타내어지는 결정성 에폭시 수지(A), 화학식 5로 나타내어지는 페놀 수지(B)를 조합시켜 사용한 경우에는, 흡습 후의 납땜 처리에 있어서의 내크랙성, 휨의 저하 등의 측면에서 가장 높은 효과가 얻어진다.
에폭시화 폴리부타디엔화합물 (C-1)
본 실시형태에 사용하는 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)로서는, 제1 실시형태와 동일한 화합물을 사용할 수 있다. 그 배합량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대해 0.05 중량% 이상, 5 중량% 이하가 바람직하고, 특히 0.1 중량% 이상, 2 중량% 이하가 바람직하다. 배합량이 상기 범위 내에 있으면, 저탄성률화를 도모할 수 있고, 에폭시 수지 조성물의 점도를 저하시킬 수 있다.
또한 본 실시형태에서 사용하는 에폭시화 폴리부타디엔화합물(C-1)의 수평균분자량은 500 이상, 4000 이하가 바람직하다. 수평균분자량이 상기 범위 내에 있으면, 경화물은 내납땜성이 우수하다. 또한, 에폭시 수지 조성물의 점도 상승을 억제할 수 있다.
무기 충전재(D)
제4 실시형태에 사용되는 무기 충전재(D)로서는 제1 실시형태와 동일한 충전재를 사용할 수 있다. 전체 무기 충전재의 배합량으로서는, 성형성, 신뢰성의 균형으로부터 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 94 중량% 이하의 비율로 포함되는 것이 바람직하다. 배합량이 상기 범위 내에 있으면, 성형 경화시의 경화 수축, 및 성형온도부터 실온까지에 있어서의 열수축이 억제되기 때문에 휨이 감소된다. 또한, 경화물의 흡습율이 저하되기 때문에 내납땜 크랙성이 향상된다. 또한, 유동성이 향상되어 성형성이 우수하다.
경화촉진제(E)
제4 실시형태에 사용되는 경화촉진제(E)로서는 제1 실시형태와 동일한 화합물을 사용할 수 있다.
에폭시 수지(F)
제4 실시형태에서 사용되는 에폭시 수지(F)로서는 제3 실시형태와 동일한 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
기타 성분
제4 실시형태에 사용하는 에폭시 수지 조성물은 (A)~(F)성분 외에, 상기의 기타 성분을 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 등의 커플링제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합해도 된다.
본 실시형태에 사용하는 에폭시 수지 조성물은 (A)~(F)성분, 기타 첨가제 등을 믹서를 사용해서 상온 혼합하고, 롤, 니더 등의 압출기 등의 혼련기로 용융 혼련하여, 냉각 후 파쇄하여 얻어진다.
제4 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해 얻어진다. 또한, 이 에폭시 수지 조성물을 사용하고, 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해, 반도체소자 등의 전자부품을 봉지하여 반도체장치를 제조할 수 있다.
<제5 실시형태>
제5 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 이하의 (A)~(C-2),(F)성분을 포함한다.
(A) 화학식 4로 표시되는 결정성 에폭시 수지
(B) 화학식 5로 표시되는 페놀 수지
(C-2) 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체
(F) 화학식 6으로 표시되는 에폭시 수지
[화학식 4]
Figure 112011018465718-pat00038
(단, 상기 화학식 4에 있어서, X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이고, R1은 탄소수 1~6의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다.)
[화학식 5]
Figure 112011018465718-pat00039
(단, 상기 화학식 5에 있어서, R1, R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수. n은 평균값으로 1~5의 양수.)
[화학식 6]
Figure 112011018465718-pat00040
(단, 상기 화학식 6에 있어서, R1, R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기로 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수. n은 평균값으로 1~5의 양수.)
이러한 에폭시 수지 조성물에 있어서는, 무기 충전재의 고충전화와, 고유동성을 양립시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 특히 에어리어 실장형 반도체장치에 있어서 휨의 저감과 내납땜 특성 등의 고신뢰성의 양립이 가능해진다고 하는 현저한 효과가 얻어진다.
이하, 제5 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
결정성 에폭시 수지(A)
제5 실시형태에서 사용되는 결정성 에폭시 수지(A)로서는, 화학식 4로 표시되는 제3 실시형태와 동일한 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
제5 실시형태에 있어서, 후술하는 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 배합 중량비[(F)/(A)]는 10/90 이상, 90/10 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20/80 이상, 70/30 이하, 특히 바람직하게는 30/70 이상, 50/50 이하이다. 배합 중량비[(F)/(A)]가 상기 범위 내의 경우, 에폭시 수지 조성물의 성형시의 유동성을 손상시키지 않고, 에폭시 수지 조성물의 경화물의 저흡습화와 무기 충전재의 고충전화가 가능해져, 양호한 내납땜성을 얻을 수 있다.
또한 제5 실시형태에서는, 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)를 사용하는 것에 의한 특징을 손상시키지 않는 범위에서, 제3 실시형태와 동일한 다른 에폭시 수지를 병용해도 된다. 다른 에폭시 수지를 병용하는 경우의 배합량으로서는, 전체 에폭시 수지에 대해 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 합계량이 70 중량% 이상, 100 중량% 이하인 것이 바람직하다. 에폭시 수지(F)와 결정성 에폭시 수지(A)의 합계량이 상기 범위 내의 경우, 양호한 저흡습성과 내납땜성을 얻을 수 있다.
페놀 수지(B)
제5 실시형태에서 사용되는 페놀 수지(B)는 상기 화학식 5로 표시되는 페놀 수지를 사용할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는, 페놀 수지(B)를 사용하는 것에 의한 특징을 손상시키지 않는 범위에서, 제3 실시형태와 동일한 다른 페놀계 수지를 병용해도 된다. 다른 페놀계 수지를 병용하는 경우의 배합량으로서는, 전체 페놀계 수지에 대해 페놀 수지(B)의 배합량이 40 중량% 이상, 100 중량% 이하인 것이 바람직하다. 페놀 수지(B)의 배합량이 상기 범위 내의 경우, 양호한 저흡습성과 내납땜성을 얻을 수 있다.
부타디엔· 아크릴로니트릴 공중합체(C-2)
제5 실시형태에 사용하는 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)로서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 화학식 3으로 표시되는 제2 실시형태와 동일한 화합물을 사용할 수 있다. 부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(C-2)의 배합량은 전체 에폭시 수지 조성물 중 0.05 이상, 0.5 중량% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 이상, 0.3 중량% 이하이다. 배합량이 상기 범위 내의 경우, 경화물과 기재의 밀착력이 향상된다. 또한, 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상되고, 성형시에 확실하게 충전된다. 또한, 에폭시 수지 조성물의 점도가 저감되기 때문에, 반도체장치 내의 금선 변형 등의 발생을 억제할 수 있다.
에폭시 수지(F)
제5 실시형태에서 사용되는 에폭시 수지(F)로서는, 화학식 6으로 표시되는 제3 실시형태와 동일한 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
본 실시형태의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 전술한 (A)~(C-2), (F)성분 외에, 무기 충전재(D), 경화촉진제(E)를 첨가할 수 있다.
무기 충전재(D)
제5 실시형태에 사용되는 무기 충전재(D)로서는 제1 실시형태와 동일한 충전재를 사용할 수 있다. 무기 충전재(D)의 함유량은 전체 에폭시 수지 조성물 중에 80 중량% 이상, 95 중량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 86 중량% 이상, 93 중량% 이하이다. 배합량이 상기 범위 내의 경우, 흡습율, 열팽창율의 상승에 의한 내납땜성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 경화물의 휨을 억제할 수 있다. 또한, 에폭시 수지 조성물의 유동성이 향상되고, 성형시에 확실하게 충전되며, 또한 저점도화에 의해 반도체장치 내의 금선 변형 등의 발생을 억제할 수 있다.
경화촉진제(E)
제5 실시형태에서 사용되는 경화촉진제(E)로서는 제3 실시형태와 동일한 화합물을 사용할 수 있다.
본 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 (A)~(F)성분 외에, 상기의 기타 성분을 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 에폭시 실란, 메르캅토 실란, 아미노 실란, 알킬 실란, 우레이도 실란, 비닐 실란 등의 실란 커플링제나, 티타네이트 커플링제, 알루미늄 커플링제, 알루미늄/지르코늄 커플링제 등의 커플링제 등의 각종 첨가제를 적절히 배합 가능하다.
제5 실시형태의 에폭시 수지 조성물은 제1 실시형태와 동일한 방법에 의해 얻어진다. 또한, 이 에폭시 수지 조성물을 사용하고, 상기와 동일한 방법에 의해, 반도체소자 등의 전자부품을 봉지하여 반도체장치를 제조할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하에, 실험예를 들어 본 발명을 설명하는데, 이들 실험예에 한정되는 것은 아니다. 배합비율은 중량%로 한다.
<실험예 A>
실험예 a-1
에폭시 수지 1 : 비페닐형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제, YX4000K, 융점 105℃, 에폭시 당량 185)
4.13 중량%
페놀 수지 1 : 비페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지(메이와 화성(주)제, MEH7851SS, 연화점 65℃, 수산기 당량 203)
4.54 중량%
트리페닐포스핀 0.13 중량%
용융 구상 실리카(평균입경 30 ㎛) 90.00 중량%
에폭시화 폴리부타디엔화합물 1(신닛폰 석유화학(주)제, E-1800-6.5, 수평균분자량 1800, 점도(25℃) 350 Pa·s)
0.50 중량%
γ-글리시딜프로필트리메톡시실란 0.20 중량%
카나우바 왁스 0.20 중량%
카본블랙 0.30 중량%
이들 성분을 믹서로 혼합한 후, 표면온도가 90℃와 45℃인 2개의 롤을 사용하여 혼련하고, 냉각 후 분쇄하여 에폭시 수지 조성물로 하였다. 얻어진 에폭시 수지 조성물을 이하의 방법으로 평가하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
평가방법
스파이럴 플로우(spiral flow) : EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형을 사용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 2분으로 측정하였다. 단위는 ㎝.
패키지 휨량 : 트랜스퍼 성형기를 사용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 2분으로 352핀 BGA(기판은 두께 0.56 ㎜의 비스말레이미드·트리아진 수지/글래스 크로스 기판, 반도체장치의 사이즈는 30 ㎜×30 ㎜, 두께 1.17 ㎜, 반도체소자의 사이즈 10 ㎜×10 ㎜, 두께 0.35 ㎜, 반도체소자와 회로기판의 본딩 패드를 직경 25 ㎛의 금선으로 본딩하고 있다)를 성형하고, 175℃, 2시간에 걸쳐 후경화하여 샘플을 얻었다. 얻어진 반도체장치 각 10개를 실온으로 냉각 후, 패키지의 게이트로부터 대각선방향으로, 표면 조도계를 사용하여 높이방향의 변위를 측정하고, 변위차가 가장 큰 값을 휨량으로 하였다. 단위는 ㎛.
금선 변형율 : 패키지 휨량의 평가에서 성형한 352핀 BGA 패키지를 연(軟)X선 투시장치로 관찰하고, 금선 변형율을 (흐름량)/(금선길이)의 비율로 표시하였다. 단위는 %.
내납땜성 : 패키지 휨량의 평가에서 성형한 352핀 BGA 패키지를 175℃, 2시간에 걸쳐 후경화하고, 얻어진 반도체장치 각 10개를 60℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간, 85℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간, 및 85℃, 상대습도 85%의 환경하에서 72시간 처리한 후, 피크온도 260℃의 IR 리플로 처리(255℃ 이상이 10초)를 행하였다. 처리 후 내부의 박리 및 크랙의 유무를 초음파탐상기로 관찰하고, 불량 반도체장치의 개수를 세었다. 불량 반도체장치의 개수가 n개일 때, n/10으로 표시하였다.
실험예 a-2~a-11, 실험예 b-1~b-7
표 1, 표 2의 배합에 따라, 실험예 a-1과 동일하게 하여 에폭시 수지 조성물을 얻어, 동일하게 평가하였다. 이들의 평가결과를 표 1, 표 2에 나타낸다.
실험예 a-1 이외에서 사용한 성분을 이하에 나타낸다.
에폭시 수지 2 : 오르토크레졸 노볼락형 에폭시 수지(에폭시 당량 196, 연화점 55℃)
페놀 수지 2 : 페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지(미쯔이 화학(주)제, XLC-LL, 연화점 75℃, 수산기 당량 175)
페놀 수지 3 : 페놀 노볼락 수지(연화점 80℃, 수산기 당량 105)
1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7(이하, DBU라고 한다)
에폭시화 폴리부타디엔화합물 2(수평균분자량 700, 점도(25℃) 10 Pa·s)
에폭시화 폴리부타디엔화합물 3(수평균분자량 2000, 점도(25℃) 550 Pa·s)
Figure 112011018465718-pat00041
Figure 112011018465718-pat00042
<실험예 B>
실험예 a-1
에폭시 수지 1 : 비페닐형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제, YX4000K, 융점 105℃, 에폭시 당량 185)
4.29 중량부
페놀 수지 1 : 비페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지(메이와 화성(주)제, MEH7851SS, 연화점 65℃, 수산기 당량 203)
4.71 중량부
부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체(우베 흥산(주)제, HYCAR CTBN 1008-SP, x=0.82, y=0.18, z의 평균값은 62)
0.15 중량부
트리페닐포스핀 0.15 중량부
용융 구상 실리카(평균입경 30 ㎛) 90.00 중량부
γ-글리시딜프로필트리메톡시실란 0.20 중량부
카나우바 왁스 0.20 중량부
카본블랙 0.30 중량부
를 믹서로 혼합한 후, 표면온도가 90℃와 45℃인 2개의 롤을 사용하여 혼련하고, 냉각 후 분쇄하여 에폭시 수지 조성물로 하였다. 얻어진 에폭시 수지 조성물을 이하의 방법으로 평가하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
평가방법
스파이럴 플로우 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 100 ㎝ 미만을 불합격으로 판단하였다.
패키지 휨량 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 60 ㎛ 이상, 밑이 볼록한 경우를 불량으로 판단하였다.
금선 변형율 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 3% 이상을 불량으로 판단하였다.
내납땜성 : 패키지 휨량의 평가와 동일한 조건으로 성형한 352핀 BGA 패키지를 175℃, 2시간에 걸쳐 후경화하고, 얻어진 반도체장치 각 10개를 60℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간, 또는 85℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간 처리한 후, 피크온도 260℃의 IR 리플로 처리(255℃ 이상이 10초)를 행하였다. 처리 후 내부의 박리 및 크랙의 유무를 초음파탐상기로 관찰하고, 불량 반도체장치의 개수를 세었다. 불량 반도체장치의 개수가 n개일 때, n/10으로 표시하였다.
실험예 a-2~a-10, 실험예 b-1~b-4
표 3, 표 4, 표 5의 배합에 따라, 실험예 a-1과 동일하게 하여 에폭시 수지 조성물을 얻고, 동일하게 평가하였다. 이들의 평가결과를 표 3, 표 4, 표 5에 나타낸다.
실험예 a-1 이외에서 사용한 성분을 이하에 나타낸다.
에폭시 수지 2 : 트리페놀메탄형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제, E-1032H60, 연화점 59℃, 에폭시 당량 169)
페놀 수지 2 : 페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지(미쯔이 화학(주)제, XLC-LL, 연화점 75℃, 수산기 당량 175)
페놀 수지 3 : 페놀 노볼락 수지(연화점 80℃, 수산기 당량 105)
1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7(이하, DBU라고 한다)
γ-메르캅토프로필트리메톡시실란
Figure 112011018465718-pat00043
Figure 112011018465718-pat00044
Figure 112011018465718-pat00045
<실험예 C>
실험예 a-1
에폭시 수지 1 : 페놀 비페닐 아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 화약(주)제, NC3000P, 에폭시 당량 274, 연화점 58℃)
1.47 중량부
에폭시 수지 2 : 비스페놀 A형 결정성 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제, YL6810, 에폭시 당량 171, 융점 45℃)
3.41 중량부
페놀 수지 1 : 페놀 비페닐 아랄킬 수지(메이와 화성(주)제, MEH-7851SS, 수산기 당량 203, 연화점 65℃)
5.12 중량부
트리페닐포스핀 0.15 중량부
구상 용융 실리카(평균입경 30 ㎛) 88.85 중량부
폴리부타디엔 1(25℃에서의 점도: 350 Pa·s, 옥시란 산소량: 6.5%)
0.30 중량부
N페닐γ-아미노프로필트리메톡시실란 0.20 중량부
카나우바 왁스 0.20 중량부
카본블랙 0.30 중량부
를 상온에서 믹서로 혼합하고, 70~120℃에서 2개의 롤에 의해 혼련하여, 냉각 후 분쇄하여 에폭시 수지 조성물을 얻었다. 얻어진 에폭시 수지 조성물을 이하의 방법으로 평가하였다. 결과를 표 6에 나타낸다.
평가방법
스파이럴 플로우 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다.
MAP 성형(미충전 보이드) : 트랜스퍼 성형기를 사용하여, 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 90초로, MAP-QFN(금속 기판은 구리 프레임에 니켈-팔라듐-금도금을 행한 것, 봉입부분의 사이즈는 45 ㎜×62 ㎜, 두께 0.65 ㎜, 개편화한 반도체장치(QFN-16L) 사이즈는 4.0 ㎜×4.0 ㎜, 반도체소자의 사이즈 1.5 ㎜×1.5 ㎜, 두께 0.2 ㎜ 패시베이션(passivation) 종류는 SiN)을 성형하고, 미충전 보이드의 개수를 카운트한다.
패키지 휨량 : MAP 성형(미충전 보이드)의 평가로 성형한 MAP-QFN의 길이방향에 대해서, 표면 조도계를 사용하여 높이방향의 변위를 측정하고, 변위차가 가장 큰 값을 패키지 휨량으로 하였다. 단위는 ㎛.
내납땜 크랙성 : 상기 MAP-QFN을 성형하고, 175℃, 4시간에 걸쳐 후경화한 후에 개편으로 컷팅하여 반도체장치(QFN-16L) 샘플을 얻었다. 각 20개의 샘플을 각각 60℃, 상대습도 60%의 환경하에서 120시간과 85℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간 처리한 후, IR 리플로(260℃)로 10초간 처리하였다. 초음파탐상장치를 사용하여 관찰하고, 각종 계면 박리의 유무를 조사하였다. 불량 패키지(박리가 발생한 것)의 개수가 n개일 때, n/20으로 표시한다.
실험예 a-2~a-12, 실험예 b-1~b-9
표 6 및 표 7의 배합에 따라, 실험예 a-1과 동일하게 하여 에폭시 수지 조성물을 제조하고, 실험예 a-1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가결과를 표 6 및 표 7에 나타낸다. 실험예 a-1 이외에서 사용한 성분에 대해서 이하에 나타낸다.
에폭시 수지 3 : 비페닐형 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제, YX4000K, 연화점 105℃, 에폭시 당량 185)
페놀 수지 2 : 페놀 아랄킬 수지(미쯔이 화학(주)제, XLC-LL, 연화점 75℃, 수산기 당량 175)
γ-글리시딜프로필트리메톡시실란
폴리부타디엔 2~6
폴리부타디엔의 옥시란 산소량, 25℃의 점도에 대해서는 표 8에 나타낸다.
Figure 112011018465718-pat00046
Figure 112011018465718-pat00047
Figure 112011018465718-pat00048
<실험예 D>
실험예 a-1
에폭시 수지 1 : 페놀 비페닐 아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 화약(주)제 NC3000P, 에폭시 당량 274, 연화점 58℃)
1.90 중량부
에폭시 수지 2 : 비스페놀 A형 결정성 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제 YL6810, 에폭시 당량 171, 융점 45℃)
2.85 중량부
페놀 수지 1 : 페놀 비페닐 아랄킬 수지(메이와 화성(주)제, MEH-7851SS, 수산기 당량 203, 연화점 65℃)
4.65 중량부
트리페닐포스핀 0.20 중량부
구상 용융 실리카(평균입경 30 ㎛) 89.00 중량부
에폭시화 폴리부타디엔화합물 1 : 신닛폰 석유화학(주)제, E-1800-6.5, 수평균분자량 1800, 점도(25℃) 350 Pa·s
0.50 중량부
γ-메르캅토프로필트리메톡시실란 0.40 중량부
카나우바 왁스 0.20 중량부
카본블랙 0.30 중량부
를 상온에서 믹서로 혼합하고, 70~120℃에서 2개의 롤에 의해 혼련하여, 냉각 후 분쇄하여 에폭시 수지 조성물을 얻었다. 얻어진 에폭시 수지 조성물을 이하의 방법으로 평가하였다. 결과를 표 9에 나타낸다.
평가방법
스파이럴 플로우 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 스파이럴 플로우가 90 ㎝ 미만의 경우, 유동성이 낮아 패키지의 성형시에 미충전 등이 발생한다.
패키지 휨량 : 트래스퍼 성형기를 사용하여 금형온도 175℃, 주입압력 6.9 MPa, 경화시간 90초로, 352 pBGA(기판은 두께 0.56 ㎜의 비스말레이미드·트리아진 수지/글래스 크로스 기판, 반도체장치의 사이즈는 30 ㎜×30 ㎜, 두께 1.17 ㎜, 반도체소자의 사이즈 15 ㎜×15 ㎜, 두께 0.35 ㎜)를 성형하고, 175℃, 2시간에 걸쳐 후경화하였다. 실온까지 냉각 후, 패키지의 게이트로부터 대각선방향으로 표면 조도계를 사용하여 높이방향의 변위를 측정하고, 변위차가 가장 큰 값을 패키지 휨량으로 하였다. 단위는 ㎛. 이 패키지에 있어서의 패키지 휨량이 70 ㎛ 이상의 경우 편면 봉지용 봉지재에는 적합하지 않다.
금선 변형율 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 금선 변형율이 4% 이상의 경우 금선끼리 접촉하는 것에 의한 회로의 단락(短絡)이 발생하기 쉬워진다.
내납땜성 : 패키지 휨량의 평가와 동일하게 하여 352 pBGA를 성형하고, 175℃, 2시간에 걸쳐 후경화하여 샘플을 얻었다. 각 10개의 샘플을 각각 60℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간과 85℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간 가습처리한 후, IR 리플로(260℃)로 10초간 처리하였다. 초음파탐상장치를 사용하여 관찰하고, 내부 크랙 및 각종 계면 박리의 유무를 조사하였다. 불량 패키지의 개수가 n개일 때, n/10으로 표시한다. 불량 패키지의 개수가 3개 이내에서 내납땜성 평가 합격으로 하였다.
실험예 a-2~a-26
표 9, 표 10 및 표 11의 배합에 따라, 실험예 a-1과 동일하게 하여 에폭시 수지 조성물을 제조하고, 실험예 a-1과 동일하게 하여 평가하였다. 평가결과를 표 9, 표 10 및 표 11에 나타낸다. 실험예 a-1 이외에서 사용한 성분에 대해서 이하에 나타낸다.
에폭시 수지 3 : 오르토크레졸 노볼락형 에폭시 수지(닛폰 화약(주)제, EOCN-1020-55, 에폭시 당량 196, 연화점 55℃)
페놀 수지 2 : 페놀 페닐 아랄킬 수지(미쯔이 화학(주), XLC-LL, 연화점 75℃, 수산기 당량 175)
1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7(이하, DBU라고 약칭한다)
에폭시화 폴리부타디엔화합물 2 : 화학식 4로 나타내어지는 화합물(화학식 4 중, k, l, m, n은 1~3의 정수이고, R1은 CpHq로 나타내어지는 구조를 가지며, p는 0~3의 정수, q는 1~8의 정수.), 수평균분자량 400, 점도(25℃)150 Pa·s
에폭시화 폴리부타디엔화합물 3 : 화학식 4로 나타내어지는 화합물(화학식 4 중, k, l, m, n은 1~100의 정수이고, R1은 CpHq로 나타내어지는 구조를 가지며, p는 0~10의 정수, q는 1~21의 정수.), 수평균분자량 4500, 점도(25℃) 800 Pa·s
Figure 112011018465718-pat00049
Figure 112011018465718-pat00050
Figure 112011018465718-pat00051
<실험예 E>
실험예 a-1
에폭시 수지 1 : 페놀 비페닐 아랄킬형 에폭시 수지(닛폰 화약(주)제, NC3000, 에폭시 당량 274, 연화점 58℃)
2.55 중량부
에폭시 수지 2 : 비스페놀 A형 결정성 에폭시 수지(재팬 에폭시 레진(주)제, YL6810, 에폭시 당량 171, 융점 45℃)
2.56 중량부
페놀계 수지 1 : 페놀 비페닐 아랄킬 수지(메이와 화성(주)제, MEH-7851SS, 수산기 당량 203, 연화점 65℃)
4.89 중량부
부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체 1(우베 흥산(주)제, HYCAR CTBN 1008-SP, 화학식 3에 있어서 x=0.82, y=0.18, z의 평균값은 62)
0.15 중량부
[화학식 3]
Figure 112011018465718-pat00052
트리페닐포스핀 0.15 중량부
용융 구상 실리카(평균입경 30 ㎛) 89.00 중량부
γ-글리시딜프로필트리메톡시실란 0.20 중량부
카나우바 왁스 0.20 중량부
카본블랙 0.30 중량부
를 믹서로 혼합한 후, 표면온도가 90℃와 45℃인 2개의 롤을 사용하여 혼련하고, 냉각 후 파쇄하여 에폭시 수지 조성물로 하였다. 얻어진 에폭시 수지 조성물을 이하의 방법으로 평가하였다. 결과를 표 12에 나타낸다.
평가방법
스파이럴 플로우 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 90 ㎝ 미만을 불합격으로 판단하였다.
패키지 휨량 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 60 ㎛ 이상인 경우를 불량으로 판단하였다.
금선 변형율 : 실험예 A와 동일한 조건으로 측정을 행하였다. 3% 이상을 불량으로 판단하였다.
내납땜성 : 패키지 휨량의 평가와 동일한 조건으로 성형한 352핀 BGA 패키지를 175℃, 2시간에 걸쳐 후경화하고, 얻어진 반도체장치 각 10개를, 60℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간, 또는 85℃, 상대습도 60%의 환경하에서 168시간 처리한 후, 피크온도 260℃의 IR 리플로 처리(255℃ 이상이 10초)를 행하였다. 처리 후 내부의 박리 및 크랙의 유무를 초음파탐상기로 관찰하고, 불량 반도체장치의 개수를 세었다. 불량 반도체장치의 개수가 n개일 때, n/10으로 표시하였다.
실험예 a-2~a-22
표 12, 표 13, 표 14의 배합에 따라, 실험에 a-1과 동일하게 하여 에폭시 수지 조성물을 얻고, 동일하게 평가하였다. 이들의 평가결과를 표 12, 표 13, 표 14에 나타낸다.
실험예 a-1 이외에서 사용한 성분을 이하에 나타낸다.
에폭시 수지 3 : 오르토크레졸 노볼락형 에폭시 수지(닛폰 화약(주)제, EOCN-1020-55, 에폭시 당량 196, 연화점 55℃)
페놀계 수지 2 : 화학식 12로 표시되는 페놀계 수지(도토 화성(주)제, SN-485, 연화점 87℃, 수산기 당량 210)
Figure 112011018465718-pat00053
페놀계 수지 3 : 페닐렌 골격을 갖는 페놀 아랄킬 수지(미쯔이 화학(주)제, XLC-LL, 연화점 75℃, 수산기 당량 175)
페놀계 수지 4 : 페놀 노볼락 수지(연화점 80℃, 수산기 당량 105)
부타디엔·아크릴로니트릴 공중합체 2(우베 흥산(주), HYCAR CTBN 1300X13, 화학식 3에 있어서 x=0.74, y=0.26, z의 평균값은 54)
[화학식 3]
Figure 112011018465718-pat00054
1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센-7(이하, DBU라고 한다)
γ-메르캅토프로필트리메톡시실란
Figure 112011018465718-pat00055
Figure 112011018465718-pat00056
Figure 112011018465718-pat00057

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. (A) 하기 화학식 4
    Figure 112011071385123-pat00063

    (X는 단일 결합, -O-, -S-, -C(R2)2- 중에서 선택되는 기이다. R1은 탄소수 1~6의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리는 동일해도 상이해도 된다. m은 0~4의 정수이다. R2는 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R2끼리는 동일해도 상이해도 된다.)
    로 표시되는 결정성 에폭시 수지,
    (B) 하기 화학식 5
    Figure 112011071385123-pat00064

    (R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
    로 표시되는 페놀 수지,
    (C-3) 분자 내에 옥시란 구조를 가지며, 옥시란 구조 중의 산소량은 전체 폴리부타디엔을 기준으로 3중량 이상 10중량% 이하인 폴리부타디엔,
    (D) 전체 에폭시 수지 조성물 중에 85 중량% 이상, 95 중량% 이하 함유되는 무기 충전재,
    (F) 하기 화학식 6
    [화학식 6]
    Figure 112011071385123-pat00065

    (R1, R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1~4의 알킬기이고, 복수 존재하는 R1끼리 또는 복수 존재하는 R2끼리는 서로 동일해도 상이해도 된다. a는 0~3의 정수, b는 0~4의 정수이다. n은 평균값으로 1~5의 양수이다.)
    으로 표시되는 에폭시 수지, 및
    (G) 하기 화학식 9
    Figure 112011071385123-pat00066

    (R3는 탄소수 1~12의 유기기이고, R4, R5, R6는 탄소수 1~12의 탄화수소기이다. R3~R6는 각각 동일해도 상이해도 된다. n은 1~3의 정수이다.)
    로 표시되는 실란 커플링제
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  9. 제8항의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
    분자 내에 옥시란 구조를 갖는 상기 폴리부타디엔(C-3)의 옥시란 산소량이 5% 이상 8% 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  10. 제8항의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
    분자 내에 옥시란 구조를 갖는 상기 폴리부타디엔(C-3)의 25℃에서의 점도가 20 Pa·s 이상, 700 Pa·s 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  11. 제8항의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
    상기 실란 커플링제(G)가, 전체 에폭시 수지 조성물 중에 0.05 중량% 이상, 1 중량% 이하 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  12. 제8항의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
    경화촉진제(E)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  14. 에어리어 실장형 반도체장치의 봉지에 사용되는 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물로서,
    기판의 편면에 반도체소자가 탑재되고, 이 반도체소자가 탑재된 기판면측의 실질적으로 편면 만의 봉지에 사용하는 것인 것을 특징으로 하는 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
  15. 제14항의 에어리어 실장형 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 사용하여 반도체소자를 봉지해서 되는 것을 특징으로 하는 에어리어 실장형 반도체장치.
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