KR100965360B1 - 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에폭시수지, 경화제, 및 경화촉진제를 포함하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시수지로 비스페놀계 에폭시수지를 사용하고, 상기 경화제로 티올계 화합물을 사용하며, 페녹시수지, 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 하기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명에 의해 반도체 패키지의 신뢰성 및 재작업성이 우수한 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공할 수 있다.
반도체, 언더필, 액상, 비스페놀계 에폭시수지, 티올계 화합물, 페녹시수지, 신뢰성, 재작업성
Description
본 발명은 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 패키지의 열적, 기계적 신뢰성을 향상시키기 위하여 반도체 소자가 회로 기판에 접속되는 부위에 언더필 재료로 사용되며, 불량인 반도체 소자에 대한 재작업이 가능한 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자에 관한 것이다.
반도체 소자를 언더필용 수지 조성물로 언더필하고 난 후 반도체 패키지에 대한 불량을 확인할 경우, 불량인 반도체 소자에 대하여 재작업하는 기술이 널리 적용 중에 있다.
불량 반도체 소자를 떼어 내기 위하여 용매를 이용하거나, 열분해성 수지를 언더필용 수지 조성물에 도입한 후, 열을 가하는 기술이 시도되고 있으나, 용매를 이용할 경우 재작업에 걸리는 시간이 길고 용매에 의하여 패키지의 신뢰도가 저하 되는 문제점이 있고, 열분해성 수지를 도입한 후 열을 가할 경우 정상 반도체 소자에 대한 열 분해 유발 문제, 잔류 수지 오염으로 인한 재작업시 접속 불량 문제 등이 야기되고 있다.
이에, 언더필용 수지 조성물의 경화 후 고온 탄성율을 낮추고, 국부적으로 열을 가하여 재작업하는 기술이 시도되고 있다. 그러나, 이때 종래의 산무수물계 경화제를 적용할 경우, 흡습율이 증가하고, 높은 고온 탄성율로 인하여 재작업이 어려워지는 문제점이 있어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 패키지의 신뢰성 및 재작업성이 우수한 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면 에폭시수지, 경화제, 및 경화촉진제를 포함하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시수지로 비스페놀계 에폭시수지를 사용하고, 상기 경화제로 티올계 화합물을 사용하며, 페녹시수지, 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 하기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물이 제공된다.
(상기 식에서 R은 수소 또는 메틸기이고, n의 평균값은 5 내지 15이다.)
(상기 식에서 R은 탄소 수 5 내지 15의 탄화수소기이다.)
상기 페녹시수지로 하기 화학식 3의 화합물을 사용하는 것을 특징으로 한다.
(상기 페녹시수지의 수평균 분자량은 5,000 내지 15,000이며, 질량 평균 분자량은 20,000 내지 50,000이다.)
상기 페녹시수지를 액상 에폭시수지, 고상 에폭시수지, 폴리에스테르, 고무, 실리콘 파우더에서 선택되는 1종 이상과의 혼합물 형태로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 페녹시수지, 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5 ∼ 40 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 비스페놀계 에폭시수지는 하기 화학식 4로 표시되는 비스페놀계 에폭시수지인 것을 특징으로 한다.
(상기 식에서 R은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.)
상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시 수지를 제외한 에폭시수지를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 20 ∼ 80 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 경화제를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 10 ∼ 60 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 경화촉진제를 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.1 ~ 20 중량%로 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 에폭시 수지 조성물의 점도가 25℃에서 200 ∼ 20,000cps인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물을 교반, 가열장치를 구비한 혼합분쇄기, 3축 롤밀, 볼밀, 진공유발기, 유성형 혼합기를 사용하여 혼합, 분쇄하여 얻은 제품으로 디스펜싱 공정을 통하여 패키징한 반도체 소자를 제공한다.
본 발명의 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물은 우수한 신뢰성 및 재작업성을 나타내므로, 높은 신뢰성과 재작업성을 요구하는 반도체 소자 언더필용으로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 에폭시수지, 경화제, 및 경화촉진제를 포함하는 반도체 소자 언더 필용 액상 에폭시 수지 조성물에 있어서, 상기 에폭시수지로 비스페놀계 에폭시수지를 사용하고, 상기 경화제로 티올계 화합물을 사용하며, 페녹시수지, 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 하기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자를 제공한다.
[화학식 1]
(상기 식에서 R은 수소 또는 메틸기이고, n의 평균값은 5 내지 15이다.)
[화학식 2]
(상기 식에서 R은 탄소 수 5 내지 15의 탄화수소기이다.)
상기 페녹시수지, 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지는 선형 구조로 고온에서의 탄성율을 낮추어 저응력화를 실현하고, 재작업을 용이하게 하는 필수적 구성요소이다.
상기 페녹시수지로는 하기 화학식 3의 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 3]
(상기 페녹시수지의 수평균 분자량은 5,000 내지 15,000이며, 질량 평균 분자량은 20,000 내지 50,000이다.)
상기 페녹시수지는 상온에서 액상 또는 고상일 수 있으며, 단독으로 혹은 기타 다른 화합물과 혼합하여 사용할 수 있다. 가령, 페녹시수지와 액상 에폭시수지 혼합물, 페녹시수지와 고상 에폭시수지 혼합물, 페녹시수지와 폴리에스테르 혼합물, 페녹시수지와 각종 고무 혼합물, 페녹시수지와 실리콘 파우더 혼합물 등을 사용할 수 있다.
상기 페녹시수지, 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지의 전체 함량은 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.5 ∼ 40 중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 1 ~ 30 중량%로 사용하는 것이 더 바람직하며, 2 ~ 20 중량%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 주된 에폭시수지로는 하기 화학식 4로 표시되는 비스페놀계 에폭시수지를 사용하여야 한다.
[화학식 4]
(상기 식에서 R은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 6의 알킬기이다.)
상기 비스페놀계 에폭시수지는 저점도 액상 에폭시수지로서, 에폭시 수지 조성물이 우수한 유동성을 통하여 양호한 간극 충전성을 나타내도록 하는 작용을 한 다. 상기 비스페놀계 에폭시수지로는 에폭시 당량이 150 ~ 220이고, 점도는 300 ~ 5,000cps인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 상기 화학식 4의 R이 수소 또는 메틸기인 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 AD형 에폭시수지가 바람직하며, 수소화 비스페놀 A형 에폭시수지, 수소화 비스페놀 F형 에폭시수지, 수소화 비스페놀 AD형 에폭시수지도 사용할 수 있다. 상기 물질들은 단독 혹은 2 이상의 혼합물로도 사용할 수 있으며, 유동성과 점도 조절의 관점에서 상기 비스페놀 A형 에폭시수지와 상기 비스페놀 F형 에폭시수지를 적절히 혼합하여 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 에폭시수지에는 필요에 따라 물성 향상을 목적으로 나프탈렌계, 페놀노볼락계, 사이클로 알리파틱계, 아민계 다관능성 에폭시수지 등의 다른 액상 에폭시수지가 함께 사용될 수 있다. 그러나 나프탈렌계 에폭시수지나 페놀노볼락계 에폭시수지 등을 사용할 경우에는 점도가 많이 증가할 수 있으므로 본 발명의 목적에 맞도록 적절한 점도를 유지하는 범위 내에서 다른 에폭시수지와 혼합하여 사용하여야 한다.
또한, 본 발명의 에폭시수지에는 필요에 따라 조성물의 점도를 낮추기 위한 목적으로 1 ~ 3개의 에폭시 반응기를 가지는 반응성 희석제가 혼합될 수도 있다. 그러나 반응성 희석제의 함량이 높아질수록 경화 속도가 낮아지므로, 본 발명의 목적에 맞는 범위에서 적당량을 사용하여야 한다.
본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지를 제외한 전체 에폭시수지는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 20 ∼ 80 중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 30 ~ 70 중량%로 사용하는 것이 더 바람직하며, 40 ~ 60 중량%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 경화제로는 티올계 화합물을 사용하여야 한다. 구체적으로는 트리메톡시실릴프로판티올(3-trimethoxysilyl-1-propanethiol) 등의 화합물이 사용될 수 있다. 상기 티올계 화합물은 종래의 산무수물 경화제에 비하여 경화물의 유리전이온도 및 흡습율을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 굴곡탄성율도 낮출 수 있어 바람직하다.
본 발명에서는 상기 티올계 화합물 외에 에폭시수지와 반응하여 경화물을 만들 수 있는 경화제를 추가할 수도 있다.
본 발명의 전체 경화제는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 10 ∼ 60 중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 20 ~ 50 중량%로 사용하는 것이 더 바람직하며, 30 ~ 40 중량%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 경화촉진제는 상기 에폭시수지와 상기 경화제의 반응을 촉진시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 잠재성을 나타내는 경화촉진제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 필요에 따라 열가소성 수지로 캡슐화되어 상온 안정성을 증가시킨 경화촉진제 또는 경화제로 개질된 경화촉진제를 사용할 수도 있다. 여러 다양한 경화촉진제를 같은 양으로 사용할 경우에는 각 경화촉진제가 지닌 활성 정도에 따라 겔화 시간에 있어 차이가 발생하지만, 이는 사용량의 증감을 통하여 조절할 수 있으므로 경화촉진제의 종류에 한정되는 것은 아니다.
상기 전체 경화촉진제는 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 0.1 ~ 20 중량% 로 사용하는 것이 바람직하고, 0.5 ~ 15 중량%로 사용하는 것이 더 바람직하며, 1 ~ 10 중량%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에서는 무기 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 무기 충전제는 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시키기 위한 것으로서, 사용 시에는 평균 입경이 0.5 ∼ 20㎛인 용융실리카 또는 합성실리카를 사용하는 것이 바람직하며, 적용하고자 하는 간극의 크기 및 무기 충전제의 함량에 따라 평균입경을 조정할 수 있다. 일반적으로 상기 무기 충전제의 평균 입경은 0.5 ∼ 10㎛인 것이 더 바람직하며, 1 ∼ 5㎛인 것이 가장 바람직하다. 또한, 간극 충전성 관점에서 상기 무기 충전제의 최대 입경은 80㎛ 미만인 것이 바람직하다.
상기 무기 충전제는 고유동성을 요구하고, 열팽창에 의한 영향이 적을 경우에는 사용하지 않아야 하며, 사용 시에도 작업성, 공정성, 재작업성을 고려하여 전체 에폭시 수지 조성물에 대하여 60 중량% 이하로 사용하여야 한다.
본 발명에서는 상기 성분들 이외에도 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 필요에 따라 기포의 제거를 용이하게 하기 위한 소포제, 제품 외관 등을 위한 카본블랙 등의 착색제, 기계적 물성 및 접착력을 증가시키기 위한 글리시독시프로필 트리메톡시 실란이나 2-(3,4 에폭시사이클로헥실)-에틸트리메톡시실란 등의 실란 커플링제, 침투성 개선을 위한 표면장력 조절제, 요변성과 성형성을 개선하기 위한 퓸드(fumed) 실리카 등의 요변성 조절제, 실리콘 파우더, 고무 파우더, 표면 개질된 실리콘 파우더 등의 응력 완화제 등이 추가로 사용될 수 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물의 점도는 25℃에서 200 ∼ 20,000cps인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 500 ~ 10,000cps의 범위인 것이 좋으며, 가장 바람직하게는 1,000 ∼ 5,000cps인 것이 좋다. 언더필 공정 시 패키지와 회로 기판 간의 간극 크기에 따라 다를 수 있으나, 수지 조성물의 점도가 20,000cps를 초과하는 경우에는 간극 충전 시간이 너무 길고 디스펜싱 공정에서의 작업성 또한 불량할 우려가 있다.
본 발명의 에폭시 수지 조성물은, 예를 들면 에폭시수지, 경화제, 경화촉진제, 및 기타 첨가제를 동시에 또는 원료별로 순차적으로 투입하고 필요에 따라 가열처리를 하면서 교반, 혼합, 분산시킴으로써 제조할 수 있다. 이들 혼합물의 혼합, 교반, 분산 등의 장치는 특별히 한정되지 않지만, 교반, 가열장치를 구비한 혼합분쇄기, 3축 롤밀, 볼밀, 진공유발기, 유성형 혼합기 등을 사용할 수 있으며, 또한 이들 장치를 적절하게 조합하여 사용할 수도 있다.
성형 공정은 통상의 디스펜싱 공정을 사용할 수 있으며, 경화 시에는 130℃에서 30분 전후로 오븐에서 경화하는 것이 바람직하다. 경우에 따라 경화촉진제의 조절을 통하여 경화 온도를 변화시킬 수 있으며, 경화 시간을 단축할 수도 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 2, 비교예 1 내지 4]
하기 표 1에 나타난 배합비대로 원료를 배합한 후, 세라믹 재질의 교반기와 쓰리 롤밀을 이용하여 교반 및 분산, 혼합하여 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 에폭시 수지 조성물을 사용하여 테프론 금형에서 130℃에서 60분 경화시킴으로써 W×T×L이 4mm×10mm×80mm인 시편을 제조하여 하기와 같은 방법으로 각종 물성을 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 열충격성 및 재작업성 관련 평가의 경우 W×L이 12mm×18mm인 칩을 장착한 기재에 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 4에 의하여 제조된 에폭시 수지 조성물로 언더필한 후 130℃에서 30분 경화시켜 제조된 시편을 이용하여 평가하였다.
[물성평가방법]
1) 점도
Cone & Plate형 Brookfield 점도계를 사용하여 25℃에서 측정하였다.
2) 유리전이온도
DMTA(Dynamic Mechanical Thermal Analyser)로 승온 속도 5℃/min, 1Hz 조건에서 평가하였다.
3) 굴곡 강도, 굴곡 탄성률
UTM(Universal Test Machine)을 이용하여 ASTM D190에 의거하여 평가하였다.
4) 흡습율
85℃/85% 상대습도 조건에서 500시간 흡습시킨 후 무게 변화율을 측정하였다.
5) 열충격 시험(Temperature Cycle Test)
JEDEC JESD22-A106 시험 조건 A(-40℃/+85℃)로 평가한 후 function 불량 여부를 평가하였다.
6) 재작업 시험
12mm×18mm×0.3mm의 칩을 회로 기판에 간극 300μm으로 탑재한 후 칩에 언더필재를 도포, 경화한 후 200℃ hot gun을 이용하여 재작업하고자 하는 칩을 국부적으로 10 ~20초간 가열하면서 금속 막대기를 이용하여 칩을 밀어 회로 기판으로부터 분리한다. 이때, 회로 기판의 솔더 레지스트 및 접속 부위의 손상 및 오염 여부를 확인하여 재작업성을 평가하였다.
(조성물 성분: 비스페놀A/F 혼합 에폭시수지 100 중량부 기준)
주 1) EXA-835LV, DIC corporation
2) EPICLON 726, DIC corporation
3) LEN-HB, InChem corporation
4) B-570, DIC corporation
5) 트리메톡시실릴프로판티올, Aldrich
6) EH-3366S, Shenzhen Jiadida Chemical co.
상기 표 1의 평가 결과로부터 본 발명의 조성물은 비교예의 조성물에 비하여 반도체 패키지의 신뢰성 및 재작업성이 매우 우수함을 확인할 수 있다.
Claims (10)
- 에폭시수지, 경화제, 및 경화촉진제를 포함하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물에 있어서,상기 에폭시수지로 비스페놀계 에폭시수지를 사용하고, 상기 경화제로 티올계 화합물을 사용하며, 페녹시수지, 하기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 하기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 더 포함하되,전체 에폭시 수지 조성물에 대하여,상기 페녹시수지, 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물은 0.5 ∼ 40 중량%로 사용되고,상기 화학식 1로 표시되는 에폭시수지, 및 상기 화학식 2로 표시되는 에폭시수지를 제외한 에폭시수지는 20 ∼ 80 중량%로 사용되며,상기 경화제는 10 ∼ 60 중량%로 사용되고,상기 경화촉진제는 0.1 ~ 20 중량%로 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물.[화학식 1]
(상기 식에서 R은 수소 또는 메틸기이고, n의 평균값은 5 내지 15이다.)[화학식 2]
(상기 식에서 R은 탄소 수 5 내지 15의 탄화수소기이다.) - 제 1항에 있어서, 상기 페녹시수지로 하기 화학식 3의 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물.[화학식 3]
(상기 페녹시수지의 수평균 분자량은 5,000 내지 15,000이며, 질량 평균 분자량은 20,000 내지 50,000이다.) - 제 1항에 있어서, 상기 페녹시수지를 액상 에폭시수지, 고상 에폭시수지, 폴리에스테르, 고무, 실리콘 파우더에서 선택되는 1종 이상과의 혼합물 형태로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 비스페놀계 에폭시수지는 하기 화학식 4로 표시되는 비스페놀계 에폭시수지인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물.[화학식 4]
(상기 식에서 R은 각각 독립적으로 수소 혹은 탄소 수 1 내지 6의 알킬기이다.) - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물의 점도가 25℃에서 200 ∼ 20,000cps인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물.
- 제 1항 내지 제 3항, 제 5항 및 제 9항 중 어느 한 항 기재의 반도체 소자 언더필용 액상 에폭시 수지 조성물을 교반, 가열장치를 구비한 혼합분쇄기, 3축 롤밀, 볼밀, 진공유발기, 유성형 혼합기를 사용하여 혼합, 분쇄하여 얻은 제품으로 디스펜싱 공정을 통하여 패키지한 반도체 소자.
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| WO2012138030A1 (ko) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | 제일모직 주식회사 | 유기 ｅｌ 소자용 접착 필름, 이에 포함되는 조성물, 및 이를 포함하는 유기 ｅｌ 디스플레이 장치 |
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