KR910008560B1

KR910008560B1 - 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물

Info

Publication number: KR910008560B1
Application number: KR1019880001572A
Authority: KR
Inventors: 박정옥; 김명중; 송주옥
Original assignee: 주식회사 럭키; 허신구
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1988-02-15
Publication date: 1991-10-19
Also published as: EP0372017B1; JPH066626B2; ATE129000T1; KR890013755A; EP0372017A4; EP0372017A1; DE68924521T2; DE68924521D1; JPH02500315A; US5041474A; WO1989007627A1

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물

본 발명은 반도체 장치를 봉지시키는데 사용되는 에폭시 수지 조성물에 관한 것으로서, 특히 생성되어지는 경화물의 응력이 낮고 성형성이 우수한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

최근에 반도체 소자 분야에 있어서, 반도체 소자들의 고밀도화, 대형화에 의해 소자의 소형화, 경량화와 함께 다기능화가 요구되고 있다. 이러한 반도체 분야에 있어서, 봉지용 수지를 사용하여 봉지하는 과정이 널리 이용되고 왔어, 또한 봉지용 수지의 여러가지 특성의 향상이 필요하게 되었다.

종래, 반도체 봉지용 수지로서 에폭시, 실리콘, 페놀, 디알릴프탈레이트(Diallyl Phthalate)와 같은 물질을 사용하여 왔고 그 중에서도 페놀형 노볼락 수지를 경화제로 사용한 에폭시 수지 조성물이 흡습성, 고온에서의 전기특성 및 성형성 등이 우수하여 봉지용 조성물로 널리 사용되어 왔다.

반도체 소자를 봉지시키는 방법으로, 이송성형방법(Transfer Molding Process)이 일반적으로 사용되는데, 이러한 수지 조성물로 미세한 표면구조를 갖는 대형의 소자 펠렛을 봉지하게 되면 성형 과정이나 성형 후에, 소자와 봉지용 수지와의 열팽창 차이에 따른 높은 열응력 왜곡현상 때문에 소자 펠렛이 벌어지는 현상이 발생되어 내부의 알루미늄 배선이나 결속와이어(Bonding wire)가 단선되거나 봉지된 후에 수지 성형물이 갈라지는 현상이 발생하게 된다.

이러한 현상으로 인해 소자 특성이 저하되고 결국 알루미늄 패턴이 부식하게 되어 봉지제로서의 기능을 잃게 된다. 따라서, 이러한 결점을 제거하기 위해서는 봉지 수지의 내부 봉지물에 대한 응력을 작게 하여야 되고, 봉지수지와 소자와의 접착성을 높게 해야할 필요가 있으며, 소자 표면에 형성되어 있는 알루미늄 패턴이 부식되는 것을 최대한으로 방지하기 위해서는 염소이온 농도가 10ppm 이하가 되어야 하며, 가수분해성 염소의 양은 0.1중량부가 넘지 않아야 한다.

상기에서 제시되고 있는 경화물의 내부응력을 낮추고 위한 방법으로는 봉지수지와 소자의 열팽창계수의 차를 줄이는 방법, 봉지수지의 탄성계수를 낮추는 방법, 유리전이 온도를 낮추는 방법 등이 있다.

상기 방법중 유리전이 온도를 낮추는 방법은 수지 조성물의 내열충격성이 저하되고 결속와이어가 단선되는 결점이 수반되기 때문에, 봉지 수지의 유리전이 온도를 150℃이상으로 유지해야 할 필요가 있다. 봉지용 수지의 열팽차계수를 낮추는 방법으로써 열팽창계수가 낮은 무기충진제를 증가시키는 경우에는 열팽창 계수는 낮아지나 탄성계수가 증가하고 점도도 높아지기 때문에 성형성이 나빠지는 단점이 있다.

또한, 탄성계수는 낮추는 방법으로서는 폴리프로필렌 글리콜 다글리시딜에테르와 같은 긴사슬의 비스에폭시(bisepoxy)나 긴 곁가지가 있는 비스페놀 A 디글리시딜에테르(Diglycidyl ether of bisphenol A, DGEBA)와 같은 가소성 부여제를 첨가함으로써 이룰 수 있으나, 이러한 가소성 부여제를 응력이 충분히 낮을때까지 첨가하게 되면 기계적 강도 및 유리전이 온도가 떨어지는 단점이 있다.

그 결과, 열충격 특성이나 고온 특성이 많은 영향을 받게 된다.

본 발명자는 상기의 문제점을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 생성되어지는 경화물이 높은 유리전이 온도를 유지하면서 탄성율과 열팽창계수가 낮고, 성형시 플래쉬(Flash)의 길이가 짧으며, 성형성이 우수한 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻기에 이르러 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 본 발명은 (1) 다관능 에폭시 화합물 7―20중량부, (2) 아민기를 함유한 폴리 실록산과 이미드를 반응시켜 제조한 이미드 변성실리콘 화합물 0.1―13중량부, (3) 노볼락형 페놀수지 2.5―15중량부, (4) 무기 충진제 60―80 중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 (1)성분의 다관능 에폭시 화합물은 1분자중에 적어도 에폭시기를 2개 이상 갖는 에폭시 수지로서 비스페놀 A형 에폭시 수지와 같은 글리시딜 에테르형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 지환형(alicyclic) 에폭시 수지, 복소환형 에폭시 수지 및 할로겐화 에폭시 수지 등이다. 상기 에폭시 수지는 단독으로 사용하거나 적어도 2종을 혼합해서 사용하여도 좋다. 상기 에폭시중에서도 연화온도가 60―110℃이며, 에폭시 당량이 180―240인 노볼락형 에폭시 수지가 가장 좋다. 상기 에폭시 수지의 배합 비율은 전체 조성물의 7―20중량부이며, 배합비율이 7미만이면 내습성이 저하되고 20이상이면 기계적 강도가 저하된다.

본 발명에서 사용되는 (2)성분의 이미디 변성실리콘 화합물은 아민기를 함유한 폴리실록산과 이미드를 반응시켜 얻는데, 구체적으로 예를들면, 아민 말단기를 갖는 폴리실록산을 반응기에 넣고 80∼150℃까지 온도를 올린 다음, N,N'―4,4'-디페닐말레이드를 부가하고, 다시 2∼5시간 교반하에서 반응시키면, 아민과 이미드의 2중결합이 반응하여 비스말레이미드가 말단기에 부착된 폴리실록산(bismaleimide terminated dimethyl polyiloxe), 즉, 이미드 실리콘 변성화합물이 얻어진다. 아민기를 함유한 폴리실록산의 예로서는 디메틸실리콘, 메틸페닐실리콘 등의 알킬 변성 실리콘, 에폭시 변성실리콘, 디메틸디페닐 공중합 실리콘, 지방산 변성 실리콘, 실리콘 폴리에테르 공중합체 등이며, 이미드는 비스말레이미드로서 N,N'-1,3―페닐렌 비스말레이드, N,N'―4,4'―디페닐메탄 비스멜레이미드, N,N'―4,4'―디페닐 에테르 비스말레이미드, N,N'―4,4'―디페닐설폰비스 말레이미드, N,N'―3,4―디페닐설폰비스말레이미드, N,N'―4,4'―디사이클로헥실 메탄 비스말레이미드, N,N'―4,4'―디메틸렌 사이클로헥산 비스말레이미드, N,N'―4,4'―디페닐사이클로헥산 비스말레이미드, N,N'―1,3―자일리렌 비스 말레이미드, 2,4―비스말레이미드 톨루엔, 2,6―비스말레이미드 톨루엔 등을 들 수 있다.

이와 배합비율은 전체 조성물의 0.1―13중량부로 0.1미만이면 저응력의 효과가 미비하고 13이상이면 성형성 및 유동성이 저하된다. 이미드 변성실리콘 화합물을 (1)항의 에폭시 수지와 미리 혼합하여 이미드―실리콘 변성 에폭시의 형태로도 사용할 수 있다. 본 발명의 이미드 변성실리콘 화합물을 사용하였을 때, 보통의 실리콘을 사용하였을 때, 보다 유동성이 좋고 성형시 플래쉬의 길이가 현저하게 짧아졌다.

본 발명에서 사용되는 (3)성분의 노볼락형 페놀수지를 연화점이 60―110℃로서 페놀노볼락수지, 크레졸노볼락수지, 테트라부틸 페놀노볼락 수지로서 배합 비율을 경화제의 산 무수물, 페놀수산기, 아미노기와 같은 활성화기의 수와 다관능 에폭시 화합물(1)의 에폭시기의 수와 그 비율이 0.5―1.5되도록 해야 하는데 0.7―1.2이면 더욱 바람직하다. 0.5미만이면 수지경화물의 기계적 강도가 저하되고 1.5이상이면 내습성 등의 물성저하를 일으킨다.

본 발명에 사용되는 (4)성분의 무기충진제로는 용융실리카, 산화지로코니움, 점토, 알루미나, 탄산칼슘, 결정성 실리카, 유리, 수산화 알루미늄, 마그네사이트, 석고, 흑연, 시멘트, 운모, 규사, 카올린, 석면, 철, 카르보닐 등에서 선택하여 사용할 수 있으며, 이들 성분을 단독 또는 2종 이상을 병행하여 사용할 수 있다. 상기 무기충진제의 배합비율은 전체조성물의 60―80중량부가 사용되는데 60중량부 미만이면 열팽창계수가 증가하여 크랙을 발생시키고 내열성도 저하되며, 80중량부 이상이면 유동성이 저하되어 봉지과정이 어렵게 된다.

본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 상기 성분이외에 공지된 경화 촉진제를 사용할 수 있는데, 예컨대, 이미다졸, 2―메틸이미다졸, 2―에틸이미다졸, 1,2―메틸이미다졸, 2―에틸―4―메틸이미다졸, 2―페닐이미다졸과 같은 이미다졸과 트리에틸아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌―테트라아민, N―아미노―에틸 피폐라진과 같은 아민형 화합물; 트리에틸아민과 3불화붕소(BF₃)의 착화합물; 트리페닐 포스핀, 트리부틸 포스핀, 메틸디페닐 포스핀, 부틸 페닐포스핀, 디메틸포스핀, 페닐포스핀, 옥티포스핀과 같은 유기포스핀 화합물 등을 들 수 있다. 이들 촉매를 단독 또는 2종 이상을 병행해서 사용할 수 있다. 경화 촉진제의 배합비율은 전체 조성물의 0.1―5중량부가 바람직하며, 0.1중량부 미만이면 경화속도가 매우 늦게 되고 5중량부 이상이면 내습성이 저하된다.

또한, 본 발명의 조성물에 착색제, 난연 조세(Flame retardant), 이형제, 커플링제 등의 첨가제를 적당히 첨가하여 사용할 수 있다. 이형제로서는 천연왁스, 합성왁스, 고급지방산과 금속염류, 산아마이드, 에스테르와 파라핀에서 선택할 수 있고, 난연 조제로는 염소화 파라핀, 브로모톨루엔, 헥사브로모벤젠, 브롬화 에폭시 수지, 삼산화 안티몬 등을 들 수 있다. 착색제로는 카본블랙으로서 아세틸렌 블랙과 퍼니스 블랙(Furnace black)이면 더욱 바람직하다. 커플링제로는 에폭시 실란, 비닐실란, 아민실란 등의 실란계 커플링제를 사용할 수 있다.

본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 롤이나 니이더와 같은 혼합장치를 이용하여 상기의 각 성분들을 균일하게 혼합하여 얻어지며, 혼합과정에 사용되는 방법은 각 성분의 균일하게 혼합되기만 하면 특별한 제한은 없다.

상기에 서술한 바와 같이 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 다관능 에폭시 화합물, 이미드 변성실리콘 화합물 또는 본 실리콘 화합물로 변성한 에폭시 화합물, 에폭시 수지의 경화제와 무기충진제를 주성분으로 하여 균일하게 혼합하여 이송성형기로 경화물을 만들었을때, 종래의 내습성, 기계적 강도, 열전도성 등의 일반적인 특성을 만족하며, 높은 유리전이온도, 낮은 열팽창계수 및 저탄력성이 우수한 결과를 얻었으며, 성형시 발생되는 플래쉬의 길이도 현저하게 짧아졌다.

이하 본 발명을 실시예 및 비교예에서 상세히 설명하면 다음과 같고, 부는 중량부를 나타낸다.

각 실시예 및 비교예에 사용되는 측정방법은 다음과 같다.

· 굴곡탄성율 : ASTM D―790

· 굴곡강도 : ASTM D―790

· 열팽창계수 : JIS K-6911

· 유리전이온도 : JIS K-6911

· 스파이랄 플로우(spiral flow) : EMMI―1―66(Epoxy Mold―ing Material Institute; Society of plastic Industry)

· 플래쉬(flash) 길이 : 0.01인치 및 0.005인치의 틈새를 갖고 있는 플래쉬 측정용 몰드를 사용하여 175℃, 압력 70kg/㎠, 150초 조건하에서 이송성형기로 성형할 때의 길이를 측정한다.

[실시예 1]

에폭시 당량이 213이고, 연화점이 79℃인 크레졸 노볼락 에폭시 수지 10.8부, 에폭시 당량이 360이고 연화온도가 92℃인 브롬화 노볼락 에폭시 수지 2.7부, 페놀노볼락 수지 7.5부, 실리콘 변성에폭시 수지 6.5부,^*1)용융실리카 68부와 경화촉진제로 트리페닐 포스핀, 이형제로 카나우바 왁스, 실란 커플링제, 난연조제로 삼산화 안티몬, 카본블랙을 표 1과 같이 혼합기에서 균일하게 혼합한 후, 85―95℃의 롤에서 혼련한 후, 실온으로 급냉시켜 잘게 분쇄하여 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 얻었다.

본 조성물을 이송성형기를 사용하여 175℃에서 150초간 경화시켜 시험편을 제작하고 다시 본 시험편을 175℃에서 8시간 후경화(postcurring)한 후에 제반 특성을 평가하였다. 시험편의 제반 특성 평가 결과를 표 1에 나타냈다.

^*1)이미드 실리콘 변성 에폭시 화합물의 제조 : 아민 말단기를 갖는 폴리실록산을 반응기에 넣고 80∼150℃까지 온도를 올린다음, N,N'―4,4'―디페닐말레이미드를 부가하고, 다시 2∼5시간 교반하에서 반응시키면, 아민과 이미드의 2중결합이 반응하여 비스말레이미드가 말단기에 부착된 폴리실록산(bismaleimide terminated dimethyl polyiloxe), 즉, 아미드 실리콘 변성화합물을 제조한 다음, 크레졸 노볼락 에폭시 수지와 혼합, 가열 반응시켜 제조한다.

[실시예 2]

실시예 1에 있어서, 크레졸 노볼락에폭시 수지를 8.5부, 실리콘 변성에폭시를 6.5부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 본 발명의 조성물을 제조하고 실시예 1과 동일한 평가시험을 실시하였으며, 이에 대한 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 3]

실시예 1에 있어서, 크레졸 노볼락에폭시 수지를 7.5부, 페놀노볼락수지를 8.5부, 실리콘 변성 에폭시를 9.8부, 용융 실리카를 67부로한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 조성물을 제조하고, 실시예 1과 동일한 평가시험을 실시 하였으며, 이에 대한 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 4]

실시예 1에 있어서, 크레졸 노볼락 수지를 5부, 페놀 노볼락 수지를 8.5부, 실리콘 변성에폭시를 12.3부, 용융실리카를 67부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 본 발명의 조성물을 제조하고 실시예 1과 동일한 평가시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타냈다.

[실시예 5]

실시예 1에 있어서, 크레졸 노볼락 수지를 16부, 페놀노볼락 수지를 8.0부, 실리콘 변성에폭시 대신에 이미드 변성 실리콘 화합물^*2)을 0.8부, 용융실리카를 6부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 본 발명의 조성물을 제조하고 실시예 1과 동일한 평가시험을 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타냈다.

^*2)이미드 변성 실리콘 화합물의 제조 : 아민 말단기를 갖는 폴리실록산을 반응기에 넣고 80∼150℃까지 온도를 올린 다음, N,N'―4,4'―디페닐말레이미드를 부가하고, 다시 2∼5시간 교반하에서 반응시키면, 아민과 이미드의 2중결합이 반응하여 비스말레이미드가 말단기에 부착된 폴리실록산(bismaleimide terminated dimethyl polyiloxe), 즉, 아미드 실리콘 변성화합물을 제조한다.

[실시예 6]

실시예 1에 있어서, 크레졸 노볼락 수지를 15.5부, 페놀노볼락수지를 8.0부, 실리콘 변성 에폭시 대신 실리콘 화합물을 1.3부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 본 발명의 조성물을 제조하고 실시예 1과 동일한 평가시험을 실시하였으며, 이에 대한 결과를 표 1에 나타냈다.

[비교예 1―4]

표 1에 나타낸 바와 같이 조성물을 제조하고 이 조성물로 실시예 1―6과 동일한 방법으로 시험편을 제조하고 실시예 1―6과 동일한 평가시험을 실시한 다음 이에 대한 결과를 표 1에 나타냈다.

[표 1]

[실시예 7―9]

표 2에 나타난 바와 같이 각 성분을 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 조성물을 제조하여 스파이랄플로우와 플래쉬 특성을 측정하였으며, 이에 대한 결과를 표 1에 나타냈다.

[비교예 5―6]

표 2에 나타난 바와 같은 성분으로 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 조성물을 제조하고 스파이랄플로우와 플래쉬 길이를 측정하였으며, 이에 대한 결과를 표 1에 나타냈다.

[표 2]

^*0.01인치 틈새를 가진 플래쉬 측정용 몰드를 사용할 때,

^**0.005인치 틈새를 가진 플래쉬 측정용 몰드를 사용할 때,

표 1과 표 2에서 알 수 있듯이 본 발명에서 기존의 에폭시 수지에 이미드―실리콘 변성에폭시와 이미드 변성실리콘 화합물을 첨가할 경우 생성 되어지는 경화물이, 높은 유리전이 온도를 유지하면서 탄성율과 열팽창계수가 낮고 성형시 플래쉬의 길이가 짧은 성형성이 우수한 조성물임을 나타내고 있다.

Claims

(1) 다관능 에폭시 화합물 7―20 중량부, (2) 아민기를 함유한 폴리 실록산과 이미드를 반응시켜 제조한 이미드 변성실리콘 화합물 0.1―13중량부, (3) 노볼락형 페놀수지 2.5―15중량부, (4) 무기충진제 60―80중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
제1항에 있어서, 다관능 에폭시 화합물이 에폭시 당량이 180―240이고, 연화점이 60―110℃임이 특징인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 또는 제2항에 있어서, 다관능 에폭시 화합물이 1분자중에 2개 이상의 에폭시기를 함유하는 에폭시 수지로서 글리시딜 에테르형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르형 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 에폭시 수지, 선형 지방족 에폭시 수지, 지환형 에폭시 수지, 복소환형 에폭시 수지 및 할로겐화 에폭시 수지임이 특징인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 아민기를 함유한 폴리실록산이 디메틸 실리콘, 메틸페닐 실리콘, 에폭시 변성실리콘, 디메틸 디페닐 공중합 실리콘, 지방산 변성실리콘, 실리콘 폴리에테르 공중합임이 특징인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 이미드가 비스말레이미드로서 N,N'―1,3―페닐렌 비스말레이미드, N,N'―1,3―페닐렌 비스말레이미드, N,N'―4,4'―디페닐메탄 비스말레이미드, N,N'―4,4' 디페닐 에테르 비스말레이미드, N,N'―4,4'―디페닐설폰 비스말레이미드, N,N'―3,4'―디페닐설폰 비스말레이미드, N,N'-4,4'―디사이클로 헥실메탄 비스말레이미드, N,N'―4,4'―디페닐 사이클로헥산 비스말레이미드, N,N'―1,3―자일리렌 비스말레이미드, 2,4―비스말레이미드 톨루엔, 2,6―비스말레이미드 톨루엔에서 선택된 것이 특징인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.
제1항에 있어서, 노볼락형 페놀수지는 페놀 노볼락수지, 크레졸 노볼락 수지, 테트라 부틸 페놀 노볼락 수지에서 선택된 것이 특징인 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물.