KR101997351B1 - 에폭시 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 충전제를 포함하며, 상기 에폭시 수지가 변성율이 5-15%인 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 제공한다.

Description

에폭시 수지 조성물{EPOXY RESIN COMPOSITION}
본 발명은 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물에 관한 것이다.
반도체 봉지재는 반도체 소자를 봉지시켜 외부의 충격 및 오염물질로부터 보호하는 역할을 하는 재료로서, 반도체의 생산성 및 신뢰성에 큰 영향을 미친다.
최근에 작고 얇은 디자인의 휴대용 디지털 기기들이 보편화됨에 따라, 반도체 패키지의 단위 부피당 실장 효율을 높이기 위한 반도체 패키지의 경박 단소화가 필수적으로 요구된다. 패키지의 경박 단소화가 이루어짐에 따라, 상기 패키지를 구성하고 있는 반도체 칩, 리드프레임 및 에폭시 수지 조성물 간의 열팽창계수(CTE) 차이, 상기 패키지를 밀봉하는 에폭시 수지 조성물의 열 수축 및 경화 수축으로 인해 패키지가 휘어지는 문제(Warpage)가 발생된다. 이와 같이 패키지의 휨 문제가 발생할 경우에는, 에폭시 수지 조성물의 경화 수축율을 높이기 위해서 열팽창 계수(CTE)가 낮은 무기 충전제의 함량을 낮추는 것이 신뢰성을 확보하기 위한 기본 요건이다. 그러나, 휨 특성을 개선하기 위하여 무기 충전제의 함량을 감소시킬 경우, 반도체 봉지용 에폭시 조성물의 흡습율이 상대적으로 높아지게 되므로, 이로 인해 패키지의 신뢰성 저하가 필연적으로 초래된다. 따라서, 신뢰성이 취약한 패키지의 경우에는 휨 특성을 향상시키기 위하여 무기 충전제의 함량을 낮추는데 제약이 따르게 된다.
본 발명은 고함량의 무기 충전제를 포함하더라도 휨 특성 및 신뢰성이 우수하게 발휘될 수 있는 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하며, 상기 에폭시 수지는 변성율이 5-15%인 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지된 반도체 소자를 제공한다.
본 발명에서는 다이머산 변성 에폭시 수지를 사용하고 이의 변성율을 특정 범위로 조절함으로써, 비(非)변성 에폭시 수지를 사용하는 종래 반도체 봉지용 조성물에 비해 유연성과 수축율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 무기 충전제의 함량을 낮추지 않아도 우수한 휨(warpage) 특성, 흡습성 및 신뢰성을 동시에 확보할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 반도체 봉지용 에폭시 수지 조성물은 반도체 패키지의 경박 단소화 추세에 맞게 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나, 하기 내용에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 구성요소가 다양하게 변형되거나 선택적으로 혼용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<에폭시 수지 조성물>
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물은 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하고, 상기 에폭시 수지는 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지를 포함한다. 필요에 따라, 커플링제, 착색제, 이형제, 개질제, 난연제, 저응력화제 등의 당 분야에서 통상적으로 사용되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 에폭시 수지 조성물의 조성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
다이머산 변성 에폭시 수지
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 다이머산 변성 에폭시 수지를 포함한다. 상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 다이머산으로 변성된 에폭시 수지, 즉 다이머산 구조 중의 적어도 하나의 카르복실기와 에폭시 수지가 반응하여 형성된 것이다. 여기서, 다이머산은 불포화 지방산을 단량체로 하여 합성되는 이량체(dimer)를 지칭한다. 본 발명에서 다이머산의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 당 분야에 공지된 환형상, 비환형상 중 어느 것도 무방하다.
본 발명에서, 상기 다이머산을 형성하는 불포화 지방산으로는 당 분야에서 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 일례로 1가 지방산, 2가 이상의 다가 지방산 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다.
사용 가능한 1가 지방산의 예를 들면, 안식향산, 아크릴산, 메타크릴산, 대두유 지방산, 톨유 지방산, 피마자유 지방산, 미강유 지방산, 아마인유 지방산, 코코넛유 지방산, 라우릴산, 리놀레익산, 올레익 펠라고닉산 또는 아비에틱산 등이 있다. 상기 2가 이상의 다가 지방산의 예를 들면, 무수프탈산, 무수말레인산, 이소프탈산, 아디핀산, 테트라하이드로 무수프탈산, 테레프탈산, 아젤레익산, 헤트산, 세바신산, 푸마르산, 석신산, 시트릭산, 디글리닉산 또는 다이머릭산 등이 있다. 예를 들어, 올레산이나 리놀산 등의 탄소수 12-18의 불포화 지방산을 주성분으로 하는 식물 유래 유지가 사용될 수 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 하기 화학식 1의 구조를 가질 수 있으나, 이 구조로 특별히 제한되지 않는다.
Figure 112017110794802-pat00001
상기 식에서,
R은 탄소수 10-40의 다이머산에서 유래된 2가 기이고,
R1, R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1-6의 알킬기이고,
n은 0-5의 정수이다.
일례로, 상기 화학식 1로 표시되는 다이머산 변성 에폭시 수지는 하기 반응식 1에 의해 제조될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112017110794802-pat00002
전술한 반응식 1을 일례로 들어 설명하면, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지를 C25 다이머산(지방산)으로 변성시켜 에폭시 말단에 다이머산이 결합된 다이머산 변성 에폭시 수지가 형성될 수 있다. 이러한 변성 에폭시 수지는 분자 내 도입된 다이머산 유래의 모이어티(예컨대, 화학식 1의 R)로 인해 분자량이 커지고 에폭시 수지 간의 가교점 거리가 커져, 경화물의 유연성 및 수축율을 향상시킬 수 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 경화 반응에 의해 경화물을 형성할 때, 다이머산 변성 부분의 구조에 의해 가요성과 유연성을 부여한 경화물을 형성하기 쉽고, 이러한 경화물에 엘라스토머적인 성질을 부여함으로써 봉지하고자 하는 대상물(예컨대, 반도체 소자)과 봉지재(EMC)와의 밀착성, 내열성 및 내습 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 첨가에 의해 경화물 중의 유연 성분이 증가하여, 무기 충전제를 86 중량% 이상으로 다량 사용하더라도 양호한 치수 변화율 및 휨 특성을 양립시킬 수 있다.
상기 변성 에폭시 수지의 다이머산 변성율은 전체 에폭시 고형분에 대하여 5-15% 범위일 수 있으며, 예를 들어 5-13% 범위일 수 있다. 다이머산 변성율이 5% 미만일 경우 원하는 수축률 향상 효과가 미미할 수 있다. 반면, 상기 다이머산 변성율이 15%를 초과할 경우 경화성이 저하되며, 이러한 다이머산 변성 에폭시 수지를 합성한 후 고상화하고 분쇄하기에 어려움이 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 ICI 점도계(Research Equip.社, TW 5NX)를 사용하여 측정된 150℃에서의 용융점도가 2 포이즈(poise) 이하, 예를 들어 0.5-1.5 poise일 수 있다. 상기 에폭시 수지의 연화점은 80℃ 이하, 예를 들어 55-65℃일 수 있다. 이와 같이 낮은 용융 점도와 연화점으로 인해 무기 충전제 함량을 80 중량% 이상, 예를 들어 85-91 중량% 범위로 높게 설정할 수 있고, 혼련이 용이할 수 있다.
상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 에폭시 당량은 특별히 제한되지 않는다. 일례로 에폭시 당량(EEW)이 200-500 g/eq 범위이고, 다른 예로 300-400 g/eq 범위일 수 있다. 전술한 에폭시 당량 범위에 해당될 경우, 유연성이 향상되어 수축률 향상 효과가 도모될 수 있다.
본 발명에 사용되는 다이머산 변성 에폭시 수지는 전술한 범위의 다이머산 변성율을 만족하기만 하면, 에폭시 종류에 특별히 제한되지 않는다.
상기 다이머산으로 변성된 에폭시 수지의 에폭시 성분으로는 당 분야에 알려진 다양한 에폭시 수지들이 사용될 수 있다. 일례로, 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 글리시딜에스테르계 에폭시 수지, 에테르에스테르형 에폭시 수지, 노볼락에폭시형 에폭시 수지, 에스테르형 에폭시 수지, 지방족형 에폭시 수지, 방향족형 에폭시 수지, 다방향족 에폭시 수지 등의 에폭시 수지를 다이머산으로 변성한 다이머산 변성 에폭시 수지를 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 비페닐형 에폭시 수지를 다이머산으로 변성한 것을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 에폭시 수지로는 1종의 에폭시 수지를 단독으로 사용할 수 있으며, 2종 이상의 에폭시 수지를 혼용할 수도 있다. 2종 이상의 에폭시 수지를 사용할 경우, 서로 다른 종류의 에폭시 수지를 혼합하여 사용하거나, 다이머산 변성율이 상이한 에폭시 수지들을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서는 불포화 지방산의 이량체 형태인 다이머산으로 변성된 에폭시 수지를 주로 설명하고 있으나, 이에 제한되지 않으며, 당 분야에 알려진 통상적인 지방산으로 변성된 에폭시 수지를 사용하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물에서, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량은 에폭시 수지 조성물 전체 중량에 대해 3-10 중량% 범위일 수 있으며, 예를 들어 3-7 중량% 범위일 수 있다. 상기 다이머산 변성 에폭시 수지의 함량이 전술한 범위에 해당되는 경우, 에폭시 수지 조성물의 유연성, 경화성 및 휨 특성 등이 양호하다.
비(非)변성 에폭시 수지
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 전술한 다이머산 변성 에폭시 수지 이외에 반도체 봉지재에 통상적으로 사용되는 에폭시 수지, 예컨대 비(非)변성 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
사용 가능한 에폭시 수지는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 통상적인 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 상기 에폭시 수지의 예로, 분자 내에 적어도 2개의 에폭시기를 포함하는 폴리머 또는 올리고머, 그 에폭시기의 개환 반응에 의해 생성되는 폴리머 또는 올리고머 등을 들 수 있다. 상기 에폭시 수지의 비제한적인 예로는 디사이클로펜타디엔형 에폭시 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 글리시딜에스테르계 에폭시 수지, 에테르에스테르형 에폭시 수지, 노볼락에폭시형 에폭시 수지, 에스테르형 에폭시 수지, 지방족형 에폭시 수지, 방향족형 에폭시 수지, 다방향족 에폭시 수지 등이 있다.
상기 에폭시 수지는 에폭시 당량(EEW)이 150-400 g/eq이고, 연화점이 50-100℃인 비(非)변성 다방향족 에폭시 수지일 수 있다.
본 발명에서, 다이머산 변성 에폭시 수지와 비변성 에폭시 수지를 혼용할 경우, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지와 비(非)변성 에폭시 수지의 혼합 비율은 1.5-7 : 1 중량비일 수 있으며, 예를 들어 2-6 :1 중량비일 수 있다.
상기 비(非)변성 에폭시 수지의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 수축율과 유연성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다. 일례로, 상기 비변성 에폭시 수지는 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대하여 0.5-3 중량% 범위로 사용될 수 있다.
경화제
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서, 경화제는 주(主)수지인 에폭시 수지와 반응하여 조성물의 경화를 진행시키는 성분이다. 상기 경화제로는 에폭시 수지와 경화반응을 하는 당 분야에 알려진 통상적인 경화제를 제한 없이 사용할 수 있으며, 반도체 봉지형 경화제로서 내습성, 내열성, 보존성 등의 물성이 우수한 페놀 수지계 경화제를 사용할 수 있다.
상기 페놀 수지계 경화제는 단량체 당 적어도 1개, 예를 들어 2개 이상의 페놀성 수산기를 가지는 단량체, 올리고머, 폴리머 전반을 지칭하는 것으로서, 그 분자량 및 분자 구조는 특별히 한정되지 않는다. 사용 가능한 페놀 수지계 경화제의 비제한적인 예를 들면, 자일록형 페놀 수지, 다방향족형 페놀 수지, 다관능성 페놀 수지, 페놀 노볼락형 페놀 수지, 나프탈렌형 페놀 수지, 디시클로펜타디엔형 페놀 수지 등을 들 수 있다. 이들을 단독 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
예를 들어, 상기 페놀 수지계 경화제로서 다방향족 페놀 수지 및 자일록형 페놀 수지를 2-3 : 1 중량비로 혼용한 것을 사용할 수 있다.
상기 페놀 수지계 경화제는 수산기(OH) 당량이 90-250 g/eq일 수 있으며, 예를 들어 150-220 g/eq일 수 있다. 또한 상기 페놀 수지계 경화제의 연화점은 100℃ 이하, 예를 들어 60-80℃일 수 있다.
상기 경화제의 함량은 주(主) 수지의 함량에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 경화제의 함량은 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대하여 3-6 중량% 범위일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 반도체 소자의 휨 특성을 만족할만한 수준으로 유지할 수 있고, 충분한 강도, 흡습성, 내열성 등의 신뢰성을 확보할 수 있다.
경화촉진제
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서, 경화촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 경화반응을 촉진시키는 성분으로서, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 경화촉진제의 비제한적인 예를 들면, 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸 화합물; 트리에틸아민, 트리부틸아민, 벤질디메틸아민 등의 아민 화합물; 2-(디메틸아미노메틸)페놀, 2,4,6-트리스(디메틸아미노메틸)페놀, 1,8-디아자비사이클로(5,4,0)운덱-7-엔 등의 삼급 아민 화합물; 및 페닐포스핀, 디페닐포스핀, 트리페닐포스핀, 트리부틸포스핀, 트리(p-메틸페닐)포스핀 등의 유기 포스핀 화합물이 있다. 전술한 성분을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 내습성 및 열시경도가 우수한 유기 포스핀 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 경화촉진제의 함량은 주(主)수지나 경화제의 반응성에 따라 적절히 조절될 수 있다. 일례로, 상기 경화촉진제의 함량은 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대하여 0.05-0.5 중량% 범위일 수 있으며, 예를 들어 0.1-0.3 중량% 범위일 수 있다. 상기 경화촉진제의 함량이 전술한 범위에 해당될 경우, 적절한 경화성을 확보할 수 있다.
무기 충전제
본 발명의 에폭시 수지 조성물에서, 무기 충전제는 봉지재의 강도를 향상시키고 흡습량을 낮추기 위한 성분으로서, 당 분야에서 적용 가능한 무기 충전제를 제한 없이 사용할 수 있다.
사용 가능한 무기 충전제의 비제한적인 예로는, 실리카, 실리카 나이트라이드, 알루미나, 알루미늄 나이트라이드, 보론 나이트라이드 등이 있다. 전술한 성분을 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼용할 수 있다. 예를 들어, 천연 실리카, 합성 실리카, 용융 실리카 등의 (고순도의) 실리카 충진제를 사용할 수 있다.
상기 무기 충전제의 평균 입경은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 1-50 ㎛일 수 있으며, 다른 예로 1-30 ㎛일 수 있다. 상기 무기 충전제의 형상은 구형, 각형 또는 무정형일 수 있으며, 이에 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 충전제로 평균 구형화도가 0.92 이상이고, 평균 입경이 1-30 ㎛인 용융 또는 합성 실리카를 사용할 수 있다.
상기 무기 충전제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대하여 80-90 중량% 범위일 수 있다. 상기 충전제의 함량이 80 중량% 미만인 경우 흡습량 증가로 강도가 저하되고 밀착성이 떨어질 수 있으며, 충전제의 함량이 90 중량%를 초과하면 점도 증가 및 흐름성 저하로 성형성이 불량해질 수 있다.
기타 첨가제
본 발명의 에폭시 수지 조성물은 상기 조성물의 고유 특성을 해하지 않는 범위 내에서, 봉지재 분야에 통상적으로 사용되는 첨가제를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
사용 가능한 첨가제의 비제한적인 예를 들면, 커플링제, 착색제, 이형제, 개질제, 난연제, 저응력화제 또는 이들의 2종 이상 혼합물 등이 있다. 이러한 첨가제의 함량은 당 기술분야에 공지된 함량 범위 내에서 적절히 첨가될 수 있으며, 일례로 에폭시 수지 조성물 전체 중량을 기준으로 하여 0.1-10 중량% 범위일 수 있다.
상기 커플링제는 사용되는 수지 성분들과 무기 충전제 간에 결합력을 부여하는 물질로서, 당 분야에 알려진 통상적인 것을 사용할 수 있다. 일례로, 에폭시 실란, 아미노 실란, 알킬 실란, 우레이드 실란, 비닐 실란 등의 실란 커플링제나 티타네이트 커플링제, 알루미늄/지르코늄 커플링제, 머캡토계 커플링제를 사용할 수 있다. 전술한 성분을 단독 또는 2종 이상 사용할 수 있다. 상기 커플링제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 에폭시 수지 조성물 전체 중량 대비 0.1-0.5 중량% 범위일 수 있다.
상기 착색제로는 카본 블랙, 벵갈라 등의 착색제 및 기타 유무기 착색제를 사용할 수 있다. 상기 착색제는 에폭시 수지 조성물 전체 중량 대비 0.1-0.5 중량% 범위로 사용될 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않는다.
상기 이형제는 몰딩 후 금형과의 부착력을 최소화하는 이형력을 확보하기 위해서 사용되는 물질이다. 사용 가능한 이형제로는, 천연 왁스, 합성 왁스 또는 이들을 혼합 사용할 수 있다. 천연 왁스로는 카르나우바 왁스 등이 있고, 합성 왁스로는 폴리에틸렌 왁스 등이 있다. 상기 이형제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 일례로 천연 및 합성 왁스를 혼합하여 에폭시 수지 조성물 전체 중량 대비 0.1-0.5 중량% 범위로 첨가될 수 있다.
상기 저응력화제로는 변성 실리콘 수지, 변성 폴리부타디엔 등을 사용할 수 있고, 상기 개질제로는 실리콘 파우더 등을 사용할 수 있다.
또한, 난연성을 부여하기 위해 당 분야의 통상적인 난연제를 사용할 수 있다. 사용 가능한 난연제의 비제한적인 예로는, 금속 수산화물, 인 및 질소 함유 유기화합물(예컨대, 레조르시놀디포스페이트(resorcinol diphosphate), 포스페이트(phosphate), 페녹시포스파젠(phenoxyphosphazene), 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate), 페놀 멜라민 수지(phenolic melamine resin)) 또는 이들의 혼합물 등이 있다. 상기 금속 수산화물의 예로는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 보론, 알루미늄 및 갈륨 중에서 선택된 금속의 수산화물을 들 수 있다.
전술한 성분을 포함하는 본 발명의 에폭시 수지 조성물을 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야의 일반적인 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 일례로, 반바리 믹서, 니더, 롤, 단축 또는 이축의 압출기, 코니더 등을 이용한 공지된 용융 혼련 방법을 사용하여 제조될 수 있다.
<반도체 소자>
본 발명은 전술한 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지된 반도체 소자를 제공한다.
상기 에폭시 수지 조성물을 적용할 수 있는 반도체 소자는 트랜지스터, 다이오드, 저항, 콘덴서 등을 반도체 칩이나 기판 위에 집적하고 배선하여 만들어지는 전자회로(집적회로)를 의미한다. 일례로, 상기 반도체 소자는 트랜지스터, 다이오드, 마이크로프로세서, 반도체 메모리 등일 수 있다.
본 발명에 따른 에폭시 수지 조성물을 이용하여 반도체 소자를 봉지 및 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다. 일례로, 트랜스퍼 몰드, 컴프레션 몰드, 인젝션 몰드 등의 성형방법으로 반도체 소자를 봉지하여 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 1-3]
본 발명의 에폭시 수지 조성물을 구성하는 원료물질의 사양은 하기 표 1과 같다. 하기 표 2에 기재된 조성에 따라 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제 및 기타 성분을 배합한 후 용융혼련기(Kneader)를 이용하여 100-130℃의 온도에서 용융혼합하여 상온으로 냉각시키고 분말상태로 분쇄한 후 블렌딩 공정을 거쳐, 실시예 1-3의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다. 하기 표 2에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량%이다.
[ 비교예 1-4]
하기 표 2에 기재된 조성에 따라 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제, 무기 충전제 및 기타 성분을 사용하여 실시예와 동일한 방법으로 비교예 1-4의 에폭시 수지 조성물을 제조하였다.
Figure 112017110794802-pat00003
Figure 112017110794802-pat00004
[ 실험예 . 물성 평가]
실시예 1-3 및 비교예 1-4에서 제조된 에폭시 수지 조성물의 물성을 하기와 같이 측정하였으며, 이들의 결과를 하기 표 3에 기재하였다.
(1) 흐름성 측정(스파이럴 플로우, spiral flow)
각 실시예 및 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 스파이럴 플로우 몰드(EMMI-I-66 규격의 Spiral Flow 몰드)를 이용하여 가열 이송 성형기 (압력=70 kg/㎠, 온도=175℃, 경화시간=120초)에서 몰딩한 후 제조물의 흐름성을 측정하였다.
(2) 겔 타임(gelation time)
각 실시예 및 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물 소량을 겔 타이머에 넓고 고르게 펴, 제조물의 겔화 소요시간을 측정하였다.
(3) 유리전이온도(Tg)
TMA(Thermomechanical Analyser)로 평가하였다.
(4) 선팽창계수(Tg)
TMA(Thermomechanical Analyser)로 평가하였다. α1은 Tg보다 낮은 온도에서의 선팽창계수를 나타내고, α2는 Tg보다 높은 온도에서의 선팽창계수를 나타낸다.
(5) 접착력
각 실시예 및 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 금형 온도 175℃, 경화시간 120초의 조건으로 성형하여 직경 30 mm, 두께 2,0 mm의 디스크 형태의 경화 시편을 얻었다. 얻은 시편을 175℃의 오븐에 넣어 4시간 동안 후경화(PMC: post molding cure)시킨 후 85℃/85% 상대 습도 조건 하에서 168시간 동안 방치시킨 후 무게 변화를 측정하여 하기 수학식 1에 따라 흡습율을 계산하였다.
<수학식 1>
흡습율(%)=(흡습 후 시편의 무게-흡습 전 시편의 무게)/흡습 전 시편의 무게 X 100
(6) 수축율
각 실시예 및 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물을 금형 온도 175℃, 경화시간 120초의 조건으로 성형하여 하기 수학식 2에 따라 경화 수축율을 계산하였다.
<수학식 2>
경화 수축율(%) = 성형품 치수/금형 캐비티 치수 X 100
(7) 휨 특성(Warpage)
225핀 BGA 패키지(기판: 0.36 mm 두께의 BT 수지 기판, 패키지 사이즈는 24x24 mm, 두께 1.17 mm, 실리콘 칩: 사이즈 9x9 mm, 두께 0.35 mm)를 사용하여, 칩과 회로 기판의 본딩 패드를 25 ㎛의 금선으로 본딩하고, 175℃의 금형 온도, 경화시간 120초의 조건으로 성형하고, 175℃에서 4시간 후경화한 뒤 실온에서 냉각하였다. 이후 패키지의 게이트에서 대각선 방향으로 표면 거칠기계를 이용하여 높이 방향의 변위를 측정하고, 변위차의 가장 큰 값을 휨량으로 하였다. 이때 휨 특성의 평가기준은, O: 0,1 mm 이하, △: 0.1-0.2 mm, X: 0.2 mm 이상으로 각각 정하였다.
(8) 박리(Delamination) 여부 평가
각 실시예 및 비교예에서 제조된 에폭시 수지 조성물에 대해 QFN 10x10 반도체 패키지를 이용하여 몰딩하여 PMC 4시간 후 항온항습기를 통해 85℃/85% RH 중에 168시간 흡습시켰으며, 260℃ X 3회 리플로우 진행 후 반도체 소자와 에폭시 수지 조성물의 경화물과의 경계면에 박리가 발생한 것을 카운트하였다(총 시험 반도체 소자 수: 30개). 경계면 박리 해석은 초음파 현미경을 이용했다.
Figure 112017110794802-pat00005
실험 결과, 다이머산 변성 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지 조성물을 적용한 실시예 1-3은 충전제를 고함량으로 사용함에도 불구하고 안정적인 흐름성을 확보할 수 있으며, 패키지의 휨(warpage) 특성과 신뢰성을 모두 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 다이머산 변성 에폭시 수지를 포함하지 않는 경우(비교예 1-4), 휨 특성 및/또는 신뢰성이 열악하게 나타남을 알 수 있었다.

Claims (7)

  1. 에폭시 수지, 경화제, 경화촉진제 및 무기 충전제를 포함하며,
    상기 에폭시 수지는 변성율이 5-15%인 다이머산(dimer acid) 변성 에폭시 수지를 포함하고,
    상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 에폭시 수지 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112019033840866-pat00006

    상기 식에서,
    R은 탄소수 10-40의 다이머산에서 유래된 2가 기이며,
    R1, R2 및 R3는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1-6의 알킬기이고,
    n은 0-5의 정수임.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지는 150℃에서의 용융점도가 0.5-1.5 poise이고, 연화점이 55-65℃이며, 에폭시 당량이 200-500 g/eq인 에폭시 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지는 연화점이 50-100℃이고, 에폭시 당량이 150-400 g/eq인 비(非)변성 에폭시 수지를 더 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다이머산 변성 에폭시 수지와 비(非)변성 에폭시 수지의 혼합 비율은 1.5-7 : 1 중량비인 에폭시 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 수지 조성물의 전체 중량에 대해, 에폭시 수지 3-10 중량%, 경화제 3-6 중량%, 경화촉진제 0.05-0.5 중량% 및 무기 충전제 80-90 중량%를 포함하는 에폭시 수지 조성물.
  7. 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 에폭시 수지 조성물을 이용하여 봉지된 반도체 소자.

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