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KR102137549B1 - 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자 - Google Patents

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자 Download PDF

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KR102137549B1
KR102137549B1 KR1020170149038A KR20170149038A KR102137549B1 KR 102137549 B1 KR102137549 B1 KR 102137549B1 KR 1020170149038 A KR1020170149038 A KR 1020170149038A KR 20170149038 A KR20170149038 A KR 20170149038A KR 102137549 B1 KR102137549 B1 KR 102137549B1
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KR
South Korea
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epoxy resin
semiconductor device
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sealing
weight
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정경학
김소윤
나우철
이동환
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 경화 촉진제를 포함하고, 상기 에폭시 수지는 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지를 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용해 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.

Description

반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자{EPOXY RESIN COMPOSITION FOR ENCAPSULATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE ENCAPSULATED USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고온에서의 모듈러스를 낮추어 반도체 소자의 신뢰성을 높이고, 칩 또는 기판과의 접착력을 높일 수 있으며, 유동성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용하여 밀봉된 반도체 소자에 관한 것이다.
IC(integrated circuit), LSI(large scale integration) 등의 반도체 소자를 포장하고 반도체 장치를 얻는 방법으로는 에폭시 수지 조성물을 이용한 트랜스퍼 성형이 저비용, 대량 생산에 적합하다는 점에서 널리 사용되고 있다. 상기 반도체 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 등을 포함하여 이루어지는 것이 일반적이다.
그러나, 전자 제품의 소형화, 경량화, 고성능화 추세에 따라 반도체 칩이 얇아지고, 고집적화 및/또는 표면 실장화가 증가함에 따라 종래의 에폭시 수지 조성물들로는 해결할 수 없는 문제점이 발생하고 있다. 특히, 반도체 소자가 박형화되고 고온에서 방치됨에 따라 우수한 신뢰성을 갖는 반도체 소자가 요구된다.
본 발명의 목적은 고온에서의 모듈러스를 낮추어 반도체 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 칩 또는 기판과의 접착력을 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유동성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 경화 촉진제를 포함하고, 상기 에폭시 수지는 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
본 발명은 본 발명에 따른 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명은 고온에서의 모듈러스를 낮추어 반도체 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 발명은 칩 또는 기판과의 접착력을 높일 수 있는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 발명은 유동성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제공하였다.
본 발명은 본 발명의 에폭시 수지 조성물로 밀봉된 반도체 소자를 제공하였다.
본 명세서에서 "고온"은 260℃ ± 5℃, 바람직하게는 260℃를 의미할 수 있다.
본 발명자들은 고온에서의 모듈러스를 낮추어 반도체 소자의 신뢰성을 높일 수 있으며, 칩 또는 기판과의 접착력을 높일 수 있고, 유동성이 우수한 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지를 개발하기 위해, 연구를 거듭한 결과, 하기에서 상술되는 에폭시 수지를 포함함으로써, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 경화 촉진제를 포함하고, 상기 에폭시 수지는 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 하기 화학식 1의 에폭시 수지는 고온에서의 모듈러스를 낮춤으로써 반도체 소자의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 하기 화학식 1의 에폭시 수지는 극성 작용기를 포함함으로써 칩 또는 금속 기판과의 접착력을 높일 수 있고, 유동성을 높일 수 있다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 에폭시 수지를 포함할 수 있다:
<화학식 1>
Figure 112017111448292-pat00001
(상기 화학식 1에서, A는 폴리우레탄 폴리머의 잔기,
R은 단일결합, 또는 C(R1R2)이고, 상기 R1, R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, R1, R2가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 지환족 고리를 형성할 수 있고,
n,m은 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수).
상기 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 해당 작용기 중 하나 이상의 수소 원자가 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 할로겐 또는 수산기로 치환된 것을 의미한다.
바람직하게는, A는 극성 작용기를 갖는 폴리우레탄 폴리머의 잔기일 수 있다. 극성 작용기는 칩 또는 금속 기판과의 접착력을 높일 수 있다. 상기 "극성 작용기"는 수산기, 수산기를 갖는 1가의 작용기, 또는 수산기를 갖는 2가의 작용기일 수 있다.
바람직하게는, R은 단일결합 또는 C(R1R2)(이때, R1, R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다)일 수 있다.
바람직하게는, n은 1 내지 10의 정수가 될 수 있다. 상기 범위에서, 고온에서의 모듈러스도 낮아지고 점도가 낮아서 에폭시 수지 조성물의 유동성을 높일 수 있다.
바람직하게는, m은 1 내지 10의 정수가 될 수 있다. 상기 범위에서, 고온에서의 모듈러스도 낮아지고 점도가 낮아서 에폭시 수지 조성물의 유동성을 높일 수 있다.
상기 화학식 1의 에폭시 수지는 폴리우레탄을 비스페놀 에폭시 수지로 변성시킨 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 상기 화학식 1의 에폭시 수지는 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 제조되거나, 상업적으로 판매되는 상품(예: EPU-73B, ADEKA社)을 사용할 수 있다.
상기 화학식 1의 에폭시 수지는 중량평균분자량이 490g/mol 내지 3,000g/mol, 예를 들면 490g/mol 내지 1,000g/mol이 될 수 있다. 상기 범위에서, 에폭시 수지 조성물의 점도가 높지 않아서 반도체 소자 밀봉에 유리할 수 있다.
상기 화학식 1의 에폭시 수지는 에폭시 당량이 200g/eq 내지 1,000g/eq, 예를 들면 200g/eq 내지 350g/eq이 될 수 있다. 상기 범위에서, 반도체 소자 밀봉에 유리할 수 있다.
상기 화학식 1의 에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 조성물 중 0.1 중량% 내지 5 중량%, 예를 들면 0.2 중량% 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 고온에서의 모듈러스를 낮추고, 접착력을 높일 수 있으며, 유동성을 높일 수 있다.
상기 화학식 1의 에폭시 수지는 에폭시 수지 전체 중 1 중량% 내지 30 중량%, 예를 들면 3 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 고온에서의 모듈러스를 낮추고, 접착력을 높일 수 있으며, 유동성을 높일 수 있다.
에폭시 수지는 상기 화학식 1의 에폭시 수지 이외에 반도체 소자 밀봉용으 일반적으로 사용되는 에폭시 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 화학식 1의 에폭시 수지는 특별히 제한되지 않지만, 고 점도의 액상일 수 있다. 상기 화학식 1의 에폭시 수지 이외의 에폭시 수지를 더 포함함으로써, 에폭시 수지 조성물의 가공을 용이하게 할 수 있다.
구체적으로, 에폭시 수지는 분자 중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물로서, 폴리우레탄을 포함하지 않는 비-우레탄계 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 에폭시 수지는 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀Ａ/비스페놀F/비스페놀AD의 글리시딜에테르, 비스히드록시비페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지　등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 에폭시 수지는 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지 및 바이페닐형 에폭시 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들면, 에폭시 수지는 하기 화학식 2의 비페닐형 에폭시 수지, 하기 화학식 3의 페놀아랄킬형 에폭시 수지 중 하나 이상이 될 수 있다:
<화학식 2>
Figure 112017111448292-pat00002
(상기 화학식 2에서, R은 탄소수 1 내지 4의 알킬기, n의 평균치는 0 내지 7이다).
<화학식 3>
Figure 112017111448292-pat00003
(상기 화학식 3에서, n의 평균치는 1 내지 7이다).
에폭시 수지는 단독 혹은 병용하여 사용될 수 있으며, 에폭시 수지에 경화제, 경화 촉진제, 이형제, 커플링제 및 응력완화제 등의 기타 성분과 멜트 마스터배치(melt master batch)와 같은 선반응을 시켜 만든　부가 화합물 형태로 사용할 수도 있다.
에폭시 수지는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.5 중량% 내지 20 중량%, 구체적으로는 3 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
경화제
경화제는 페놀아랄킬형 페놀 수지,　페놀노볼락형 페놀 수지, 자일록형 페놀 수지, 크레졸 노볼락형 페놀 수지, 나프톨형 페놀 수지, 테르펜형 페놀 수지, 다관능형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔계 페놀 수지, 비스페놀 A와 레졸로부터 합성된 노볼락형　페놀 수지, 트리스(하이드록시페닐)메탄, 디하이드록시바이페닐을 포함하는 다가 페놀 화합물, 무수 말레인산　및　무수　프탈산을 포함하는　산무수물, 메타-페닐렌디아민, 디아미노디페닐메탄, 디아미노디페닐설폰　등의 방향족 아민　등을 들　수 있다. 경화제는 하나 이상의 수산기를 갖는 페놀 수지를 사용할 수 있다.
일 구체예에서, 경화제는 하기 화학식 4의 자일록형 페놀수지, 하기 화학식 5의 페놀아랄킬형 페놀수지 중 하나 이상이 될 수 있다:
<화학식 4>
Figure 112017111448292-pat00004
(상기 화학식 4에서 n의 평균치는 0 내지 7이다).
<화학식 5>
Figure 112017111448292-pat00005
(상기 화학식 5에서 n의 평균치는 1 내지 7이다).
경화제는 고형분 기준으로 에폭시 수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 15 중량%, 예를 들면 0.5 중량% 내지 13 중량%, 예를 들면 1 중량% 내지 10 중량%, 예를 들면 2 중량% 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
에폭시 수지와 경화제와의 배합비는 패키지에서의 기계적 성질 및 내습 신뢰성의 요구에 따라 조절될 수 있다. 예를 들면, 경화제에 대한　에폭시 수지의 화학 당량비가 0.95 내지 3일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 2, 더욱 구체적으로 1 내지 1.75일 수 있다. 에폭시 수지와 경화제의 배합비가 상기의 범위를 만족할 경우, 에폭시 수지 조성물 경화 후에 우수한 강도를 구현할 수 있다.
무기 충전제
무기 충전제는 에폭시 수지 조성물의 기계적 물성 및 저응력화를 향상시키기 위한 것이다. 무기 충전제로는 반도체 밀봉재에 사용되는 일반적인 무기 충전제들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 무기 충전제로는 용융 실리카, 결정성 실리카, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 알루미나, 마그네시아, 클레이(clay), 탈크(talc), 규산칼슘, 산화티탄, 산화안티몬, 유리섬유 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
바람직하게는 저응력화를 위해서 선팽창계수가 낮은 용융 실리카를 사용한다. 용융 실리카는 진비중이 2.3 이하인 비결정성 실리카를 의미하는 것으로 결정성 실리카를 용융하여 만들거나 다양한 원료로부터 합성한 비결정성 실리카도 포함된다. 용융실리카의 형상 및 입경은 특별히 한정되지는 않지만, 평균 입경 5 내지 30㎛의 구상용융실리카를 50 중량% 내지 99 중량%, 평균입경 0.001 내지 1㎛의 구상 용융실리카를 1 중량% 내지 50 중량%를 포함한 용융실리카 혼합물을 전체 충전제에 대하여 40 중량% 내지 100 중량%가 되도록 포함하는 것이 좋다. 또한, 용도에 맞춰 그 최대 입경을 45㎛, 55㎛, 및 75㎛ 중 어느 하나로 조정해서 사용할 수가 있다. 상기 구상 용융실리카에는 도전성의 카본이 실리카 표면에 이물질로서 포함되는 경우가 있으므로 극성 이물질의 혼입이 적은 물질을 선택하는 것도 중요하다.
무기 충전제의 사용량은 성형성, 저응력성, 및 고온강도 등의 요구 물성에 따라 다르다. 구체예에서는 무기 충전제는 에폭시 수지 조성물 중 70 중량% 내지 95 중량%, 예를 들면 70 중량% 내지 94 중량% 또는 70 중량% 내지 93 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 유동성 및 신뢰성을 확보하는 효과가 있을 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 상기 경화 촉진제로는 예를 들면,　3급 아민, 유기금속 화합물, 유기인 화합물, 이미다졸 화합물, 및 붕소 화합물 등이 사용 가능하다. 3급 아민에는 벤질디메틸아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, 디에틸아미노에탄올, 트리(디메틸아미노메틸)페놀, 2-2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디아미노메틸)페놀과 트리-2-에틸헥실산염 등이 있다. 유기금속 화합물의 구체적인 예로는, 크로뮴아세틸아세토네이트, 징크아세틸아세토네이트, 니켈아세틸아세토네이트　등이 있다. 유기인 화합물에는 트리스-4-메톡시포스핀, 테트라부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드, 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리페닐포스핀트리페닐보란, 트리페닐포스핀-1,4-벤조퀴논　부가물 등이 있다. 이미다졸 화합물에는 2-페닐-4메틸이미다졸, 2-메틸이미다졸,　2-페닐이미다졸,　2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-헵타데실이미다졸　등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 붕소 화합물의 구체적인 예로는 테트라페닐포스포늄-테트라페닐보레이트, 트리페닐포스핀 테트라페닐보레이트, 테트라페닐보론염, 트리플루오로보란-n-헥실아민, 트리플루오로보란모노에틸아민, 테트라플루오로보란트리에틸아민, 테트라플루오로보란아민 등이 있다. 이외에도 1,5-디아자바이시클로[4.3.0]논-5-엔(1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-ene: DBN), 1,8-디아자바이시클로[5.4.0]운덱-7-엔(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene: DBU) 및　페놀노볼락 수지염　등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화 촉진제는 에폭시 수지 조성물 중 0.01 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 2 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.
상기 성분들 이외에 본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
커플링제
커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여 계면 강도를 향상시키기 위한 것으로, 예를 들면, 실란 커플링제일 수 있다. 상기 실란 커플링제는 에폭시 수지와 무기 충전제 사이에서 반응하여, 에폭시 수지와 무기 충전제의 계면 강도를 향상시키는 것이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되지 않는다. 상기 실란 커플링제의 구체적인 예로는 에폭시실란, 아미노실란, 우레이도실란, 머캅토실란 등을 들 수 있다. 상기 커플링제는 단독으로 사용할 수 있으며 병용해서 사용할 수도 있다.
커플링제는 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 2 중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 에폭시 수지 조성물 경화물의 강도가 향상될 수 있다.
이형제
이형제로는 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 고급 지방산, 고급 지방산 금속염, 천연 지방산 및 천연 지방산 금속염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 이형제는 에폭시수지 조성물 중 0.1 중량% 내지 1 중량%로 포함될 수 있다.
착색제
착색제는 반도체 소자 밀봉재의 레이저 마킹을 위한 것으로, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 착색제들이 사용될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 착색제는 카본 블랙, 티탄 블랙, 티탄 질화물, 인산수산화구리(dicopper hydroxide phosphate), 철산화물, 운모 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 착색제는 에폭시 수지 조성물 총 중량에 대해 0.01 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 2 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
이외에도, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은　본 발명의 목적을 해하지 않는 범위에서 변성 실리콘 오일, 실리콘 파우더, 및 실리콘 레진 등의 응력완화제; Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tertbutyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane 등의 산화방지제; 수산화알루미늄 등의 난연제　등을　필요에 따라 추가로 함유할 수 있다.
에폭시 수지 조성물은 상기와 같은 성분들을 헨셀　믹서(Hensel mixer)나 뢰디게 믹서(Lodige mixer)를 이용하여 소정의 배합비로 균일하게 충분히 혼합한 뒤, 롤밀(roll-mill)이나 니이더(kneader)로 용융 혼련한 후, 냉각, 분쇄 과정을 거쳐 최종 분말 제품을 얻는 방법으로 제조될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자, 특히 고수축 및 고탄성 특성이 요구되는 반도체 소자에 유용하게 적용될 수 있다. 본 발명에서 얻어진 에폭시　수지 조성물을 사용하여 반도체 소자를 밀봉하는 방법으로써는 저압 트랜스퍼 성형법이 일반적으로 사용될 수 있다. 그러나, 인젝션(injection) 성형법이나 캐스팅(casting) 등의 방법으로도 성형이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(A)에폭시 수지
(A1) 화학식 1의 에폭시 수지(EPU-73B, ADEKA社, 상기 화학식 1의 에폭시 수지로 n이 2, 에폭시 당량이 200g/eq))
(A2) 비페닐형 에폭시 수지(YX-4000H, Nippon Kayaku社)
(B) 경화제: 자일록형 페놀수지(HE100C-10, Air Water社)
(C) 무기 충전제: 평균입경 18㎛의 구상 용융실리카와 평균입경 0.5㎛의 구상 용융실리카의 9:1(중량비) 혼합물
(D) 경화 촉진제: 이미다졸 화합물(2P4MHZ, Nippon-Gosei社)
(E) 커플링제: (E1) 에폭시기 함유 트리메톡시실란인 KBM-303(신에츠社)과 (E2) 메틸트리메톡시실란인 SZ-6070(다우 코닝 케미칼社)의 혼합물
(F) 착색제: 카본블랙인 MA-600B(미츠비시 화학社)
(G) 이형제: 카르나우바 왁스
(H) 폴리우레탄
실시예 및 비교예
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성(단위: 중량부)에 따라 각 성분들을 평량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하여 분말 상태의 1차 조성물을 제조하였다. 이후 연속 니이더를 이용하여 90~110℃에서 용융 혼련한 후　냉각 및 분쇄하여 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
　 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2
(A) (A1) 0.535 1.073 0.321 1.614 0 0
(A2) 10.169 9.659 10.372 9.147 10.676 8.556
(B) 3.978 3.949 3.99 3.919 4.007 3.212
(C) 84 84 84 84 84 84
(D) 0.428 0.429 0.427 0.43 0.427 0.342
(E) (E1) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(E2) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(F) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(G) 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29
(H) 0 0 0 0 0 3
총합 100 100 100 100 100 100
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1)유동성(inch): 저압 트랜스퍼 성형기를 사용하여, EMMI-1-66에 준한 스파이럴 플로우 측정용 금형에, 성형온도 175℃, 성형압력 70kgf/cm2에서 에폭시 수지 조성물을 주입하고, 유동장(遊動長)(단위: inch)을 측정하였다. 측정값이 높을수록 유동성이 우수하다.
(2)고온 모듈러스: 에폭시 수지 조성물에 대하여 트랜스퍼 성형기를 사용하여 금형 온도 175℃±5℃, 주입 압력 1000psi±200psi, 경화시간 120초 조건에서 경화시켜 시편(길이 x 폭 x 두께, 20mm x 13mm x 1.6mm)을 성형하였다. 상기 시편을 175℃±5℃ 열풍 건조기에서 2시간 동안 후경화시킨 후 동적점탄성분석기(Dynamic Mechanical Analyzer, DMA)로 Q8000(TA사)를 이용하여 모듈러스를 측정하였다. 모듈러스 측정 시, 승온 속도는 5℃/분으로, -10℃에서 300℃까지 승온시켰으며, 260℃에서의 값을 고온 모듈러스(storage modulus)로 구하였다.
(3)신뢰성: PCB에 더미 칩을 에폭시 수지 조성물로 175℃에서 성형하여 시편을 얻었다. 얻은 시편을 175℃에서 4시간 동안 후경화(PMC: post molding cure)시켰다. 이후, PCT(Pressure cooker test) 조건인 121℃, 100RH%, 2atm에서 6시간 방치한 후에 하기 개별 조건에 따라 IR reflow를 진행하였다. 하기 표 3의 총 5가지 조건별로 IR reflow 과정까지 완료된 시편을 초음파 분석 SAT(Scanning Acoustic Tomography) 설비를 활용하여 박리 여부를 이미지로 확인하였다. 박리 발생 최저 온도(각 조건별 IR reflow Max 온도)로 신뢰도를 평가하였다.
조건 0 : 270 ~ 275℃ , Max 278℃
조건 1 : 275 ~ 280℃ , Max 283℃
조건 2 : 280 ~ 285℃ , Max 287℃
조건 3 : 285 ~ 290℃ , Max 293℃
조건 4 : 290 ~ 295℃ , Max 298℃
평가항목 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
유동성 (inch) 39 38 45 35 41 32
고온 모듈러스(MPa) 380 342 600 330 800 700
신뢰성 293℃ 298℃ 283℃ 298℃ 278℃ 283℃
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 에폭시 수지 조성물은 반도체 소자의 신뢰성을 높일 수 있고, 유동성이 우수하였다. 반면에, 비교예 1은 신뢰성이 좋지 않았고, 비교예 2는 유동성이 낮았다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함될 수 있다.

Claims (8)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 무기 충전제 및 경화 촉진제를 포함하는 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물로서,
    상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중,
    상기 에폭시 수지는 0.5 중량% 내지 20 중량%,
    상기 경화제는 0.1 중량% 내지 15 중량%,
    상기 무기 충전제는 70 중량% 내지 95 중량%,
    상기 경화 촉진제는 0.01 중량% 내지 5 중량%로 포함되고,
    상기 에폭시 수지는 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지를 포함하고, 상기 폴리우레탄으로 변성된 비스페놀 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 에폭시 수지를 포함하고:
    <화학식 1>
    Figure 112020054475539-pat00007

    (상기 화학식 1에서, A는 폴리우레탄 폴리머의 잔기,
    R은 단일결합, 또는 C(R1R2)이고, 상기 R1, R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고, R1, R2가 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 지환족 고리를 형성할 수 있고,
    n,m은 각각 독립적으로 1 내지 100의 정수),
    상기 화학식 1의 에폭시 수지는 상기 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물 중 0.2 중량% 내지 2 중량%로 포함되는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 폴리머의 잔기는 극성 작용기를 갖는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 비-우레탄계 에폭시 수지를 더 포함하는, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물은 커플링제, 이형제 및 착색제 중 하나 이상을 더 포함하는 것인, 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물.
  8. 제1항, 제3항, 제5항, 제7항 중 어느 한 항의 반도체 소자 밀봉용 에폭시 수지 조성물을 이용하여 밀봉된 반도체 소자.

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