KR102570038B1 - 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트, 반도체 장치, 및 그 제조방법 - Google Patents

반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트, 반도체 장치, 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 보존안정성 및 성형성도 우수한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[해결수단] (A)결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지,
(B)상기 (A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지,
(C)1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물,
(D)무기충전재, 및
(E)우레아계 경화촉진제,
를 함유하는 조성물을 시트상으로 성형한 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.

Description

반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트, 반도체 장치, 및 그 제조방법{THERMOSETTING EPOXY RESIN SHEET FOR SEALING SEMICONDUCTOR, SEMICONDUCTOR DEVICE, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은, 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트, 및 이를 이용한 반도체 장치에 관한 것이다.
전자기기에 이용되는 전자부품으로서, 반도체소자를 수지 봉지하여 얻어지는 반도체 패키지가 있다. 종래, 이 반도체 패키지는, 타블릿상의 에폭시 수지 조성물의 트랜스퍼 성형에 의해 제조되고 있는 것이 일반적이다. 한편, 최근, 전자기기의 소형화, 경량화에 수반하여, 전자부품의 배선기판으로의 고밀도 실장이 요구되게 되었고, 반도체 패키지에 있어서도 소형화, 박형화 및 경량화가 진행되고 있다.
구체적으로는, 소형화, 경량화된 CSP(Chip Size Package), BGA(Ball Grid Array) 등의 반도체 패키지가 개발되어 있다. 나아가 최근에는, 반도체소자의 회로면을 배선기판측을 향하게 하여 탑재하는, 이른바 페이스 다운형 패키지의 플립칩이나 웨이퍼 레벨 CSP 등도 개발되고 있다.
이러한 반도체 패키지의 박형화 등의 진전에 수반하여, 종래의 트랜스퍼 성형으로는 대응할 수 없는 경우가 발생하고 있다. 또 캐비티수(取り個; number of cavity)의 증가에 따른 생산성 향상을 목적으로 한 이유로부터 트랜스퍼 성형을 대신하는 성형방법이 검토되고 있다. 예를 들어, 캐비티수 증가에 따라 대형 기판으로의 성형을 행하면, 휨의 문제가 발생하기 쉽고, 휨을 개선하기 위해 봉지재 중의 무기충전재의 함유량을 많게 하는 경향이 있다. 이러한 무기충전재의 고충전에 의해, 트랜스퍼 성형시, 수지의 용융점도가 높아지고 충전성이 저하된다. 그 결과, 충전불량, 성형물 중의 보이드의 잔존, 와이어 흐름(본딩 와이어의 변형·파손) 및 다이시프트의 증대 등이 발생하여, 성형품의 품질이 저하된다.
이에, 트랜스퍼 성형에 대신하는 봉지방법으로서, 컴프레션(압축)성형법의 적용이 검토되고 있으며, 액상뿐 아니라, 시트상의 봉지재료가 다양하게 검토되고 있다(특허문헌 1, 2). 그러나, 이들 시트상의 봉지재료는 일반적인 에폭시 수지 및 페놀경화제를 사용하고 있고, 시트상으로 성형되어도 미경화 또는 반경화상태이면, 가요성이 부족하므로 용이하게 균열이나 결함이 발생하여, 핸들링성에 문제가 있다.
이들 문제를 해결하기 위해, 스티렌-이소부틸렌계 열가소 수지를 첨가한 시트재료가 보고되어 있으나, 이 스티렌-이소부틸렌계 열가소 수지는 가열용융혼합이 용이하지 않고, 분리되기 쉬우므로 시트의 제조가 어려울 뿐만 아니라, 목적의 효과도 얻기 어렵다는 문제가 있다(특허문헌 3). 또한, 경화물의 내크랙성을 향상시키는 가요성부여제를 첨가하여도, 시트의 가요성의 부여에는 효과가 없다(특허문헌 4, 5).
이들 문제를 해결하기 위해 플렉서블성을 중시한 조성으로서 결정성 에폭시 수지인 비페닐형 에폭시 수지를 사용한 조성으로 함으로써 플렉서블성을 크게 개선하는 것이 보고되어 있다(특허문헌 6). 한편으로, 시트재료는 성형시간의 제약 등으로부터, 보다 긴 가사시간, 보존안정성이 요망된다. 단순히 경화촉진제를 감량하는 것만으로는 보존안정성은 우수하지만, 경화성이 부족해진다는 점에서 이들을 양립한 시트재료도 요망되고, 상기 조성에서는 이들을 양립한 시트재료로는 불충분하다.
일본특허공개 H8-73621호 공보 일본특허공개 2006-216899호 공보 일본특허공개 2016-213391호 공보 일본특허공개 2016-108387호 공보 일본특허공개 2016-108388호 공보 일본특허공개 2016-9814호 공보
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 보존안정성 및 성형성도 우수한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명에서는,
(A)결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지,
(B)상기 (A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지,
(C)1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물,
(D)무기충전재, 및
(E)우레아계 경화촉진제,
를 함유하는 조성물을 시트상으로 성형한 것인 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 제공한다.
이러한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트이면, 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 보존안정성 및 성형성도 우수한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 할 수 있다.
또한, 상기 (A)성분의 함유량이, 상기 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해 10~25질량부이고, 상기 (E)성분의 함유량이, 상기 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해 0.05~6질량부인 것이 바람직하다.
이러한 (A)성분의 함유량이면, 가요성이 충분함과 함께, 점착성(tackiness)이 강해지거나, 시트로서의 유지력이 저하되거나, 시트를 구성하는 수지의 유리전이온도가 너무 낮아질 우려가 없다. 또한 이러한 (E)성분의 함유량이면, 조성물의 경화물의 내열성 및 내습성의 밸런스가 나빠지거나, 성형시의 경화속도가 매우 느려지거나 또는 빨라질 우려가 없다.
또한, 상기 (D)성분의 함유량이, 상기 조성물 100질량부에 대해 80~92질량부인 것이 바람직하다.
이러한 (D)성분의 함유량이면, 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트에 충분한 강도를 줄 수 있음과 함께, 증점에 의한 충전불량이나 유연성이 사라짐에 따라 반도체 장치 내에서의 박리 등의 불량이 발생할 우려가 없다.
또한, 상기 (E)성분이, 하기 일반식(1)로 표시되는 것이 바람직하다.
R1NHCONR2R3 (1)
(식 중, R1은 수소원자, 탄소수 1~18의 알킬기 및 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기 중에서 선택되는 기이고, R2 및 R3은 탄소수 1~6의 알킬기이다.)
이러한 (E)성분을 포함하는 것으로 함으로써, 보존안정성과 경화성을 더욱 밸런스 좋게 달성할 수 있다.
또한, 상기 (D)성분이, 실리카를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 (D)성분을 포함하는 것으로 함으로써, 우수한 보강효과가 얻어짐과 함께, 얻어지는 경화물의 휨을 억제할 수 있다.
또한, 상기 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트는, 미경화상태에 있어서 3점굽힘시험에 있어서의 시트의 휨량이 30mm 이상인 것이 바람직하다.
이러한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트이면, 보다 확실하게 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호한 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 반도체소자가 봉지된 것인 반도체 장치를 제공한다.
이러한 반도체 장치이면, 반도체소자가 양호하게 봉지되며, 보이드나 와이어 흐름, 다이시프트가 없는 반도체 장치가 된다.
또한, 본 발명에서는, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 이용하여 반도체소자를 봉지하는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다.
이러한 반도체 장치의 제조방법이면, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 경화온도 이하의 온도에서 가열함으로써 시트가 연화·용융하고, 반도체소자의 형상을 추수(追隨)하여 봉지할 수 있다.
또한, 상기 서술한 반도체 장치의 제조방법에서는, 반도체소자를 봉지할 때에, 가압하 및/또는 감압하에 있어서, 가열하면서 시트를 연화·용융하여 반도체소자를 봉지하는 것이 바람직하다.
이러한 반도체 장치의 제조방법이면, 연화·용융하여 반도체소자의 형상을 추수한 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트와 반도체소자 사이의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트이면, 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 보존안정성 및 성형성도 우수한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 할 수 있다. 또한, 이러한 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 반도체소자를 봉지한 본 발명의 반도체 장치이면, 반도체소자가 양호하게 봉지되며, 보이드나 와이어 흐름, 다이시프트가 없는 반도체 장치가 된다. 나아가 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 이용한 본 발명의 반도체 장치의 제조방법이면, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 경화온도 이하의 온도에서 가열함으로써 시트가 연화·용융하고, 반도체소자의 형상을 추수하여 봉지할 수 있음과 함께, 시트와 반도체소자 사이의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 시트의 휨량을 측정하기 위해 이용한 하중-휨량곡선의 일례이다.
상기 서술한 바와 같이, 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 보존안정성 및 성형성도 우수한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 개발이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의검토를 거듭한 결과, 특정 조합의 에폭시 수지 및 우레아계 경화촉진제를 함유하는 조성물로 제조한 열경화성 에폭시 수지 시트이면, 상기 과제를 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은,
(A)결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지,
(B)상기 (A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지,
(C)1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물,
(D)무기충전재, 및
(E)우레아계 경화촉진제,
를 함유하는 조성물을 시트상으로 성형한 것인 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트이다.
이하, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트 및 반도체 장치에 대하여 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
[반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트]
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트는, 상기 서술한 (A)~(E)성분을 함유하는 조성물을 시트상으로 성형한 것이다. 이하, 각 성분에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
<(A)성분>
본 발명에 이용하는 (A)성분은, 결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지이다. 이러한 (A)성분을 사용함으로써, 조성물을 시트상으로 성형했을 때에 시트에 유연성을 부여할 수 있을 뿐 아니라, 후술하는 (D)성분인 무기충전재를 고충전하여도 양호한 성형성을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한 (A)성분은, 결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지이면, 분자량 등에 제한되지 않고 이용할 수 있는데, 바람직하게는 비스페놀A형 에폭시 수지이다.
또한, (A)성분으로는, 예를 들어, YL-6810(이상, 미쯔비시화학(주)제), YSLV-70XY, YSLV-80XY(이상, 신닛테쓰스미킨화학(주)제) 등의 시판품을 사용할 수 있다.
(A)성분의 함유량은, (A)성분과, 후술하는 (B)성분인 (A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지 및 (C)성분인 1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물과의 총합 100질량부에 대해 10~25질량부인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 12~22질량부이고, 더욱 바람직하게는 14~20질량부이다. 10질량부 이상이면 성형하여 얻어지는 시트에 충분한 가요성을 부여할 수 있고, 25질량부 이하이면, 충분한 가요성을 유지하면서도, 점착성이 강해지거나, 시트로서의 유지력이 저하되거나, 시트를 구성하는 수지의 유리전이온도가 너무 낮아질 우려가 없다.
<(B)성분>
본 발명에 이용하는 (B)성분은, 상기 (A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지이다. 25℃에서 유동성을 갖는 에폭시 수지를 사용하면, 점착성이나 첩부성이 강하고, 이형 필름으로부터 벗기기 어려워지는 등 핸들링성이 결여된 시트가 되므로, 본 발명에서는 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지를 사용한다.
(B)성분의 에폭시 수지의 예로는, 25℃에서 고체로서, 결정성을 갖지 않는 비스페놀A형 에폭시 수지나 비스페놀F형 에폭시 수지, 3,3’,5,5’-테트라메틸-4,4’-비페놀형 에폭시 수지, 및 4,4’-비페놀형 에폭시 수지 등의 비페놀형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A노볼락형 에폭시 수지, 나프탈렌디올형 에폭시 수지, 트리스페닐올메탄형 에폭시 수지, 테트라키스페닐올에탄형 에폭시 수지, 및 페놀디시클로펜타디엔노볼락형 에폭시 수지의 방향환을 수소화한 에폭시 수지, 및 지환식 에폭시 수지, 트리아진 유도체 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 시트의 점착성을 비롯한 핸들링성의 향상의 점으로부터, JIS K 7234:1986에 기재된 환구법에 의해 측정된 연화점 혹은, 시차주사열량측정(DSC)법에 의해 측정한 융점이, 50~120℃의 범위에 있는 것이 바람직하다.
<(C)성분>
본 발명에 이용하는 (C)성분은, 1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물이다. 이 (C)성분은 상기 서술한 (A)성분 및 (B)성분에 대한 경화제로서 사용하는 것이며, 1분자 중에 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 것이라면 일반적으로 공지의 것을 사용할 수 있다. 이러한 (C)성분으로는, 예를 들어, 페놀노볼락 수지, 크레졸노볼락 수지, 페놀아랄킬 수지, 나프톨아랄킬 수지, 테르펜변성페놀 수지, 디시클로펜타디엔변성페놀 수지 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종류 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다. 이들 페놀계의 수지는, 분자량, 연화점, 수산기량 등에 제한없이 사용할 수 있는데, 연화점이 낮고 비교적 저점도인 것이 바람직하다.
(C)성분의 함유량은, (A)성분 및 (B)성분 중의 에폭시기에 대해, (C)성분 중의 페놀성 수산기의 당량비가, 0.5~2.0이 되는 양이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.7~1.5가 되는 양이다. 당량비 0.5 이상, 2.0 이하가 되는 양이면, 경화성이나 기계특성 등이 저하될 우려가 없다.
<(D)성분>
본 발명에 이용하는 (D)성분은, 무기충전재이다. 이 (D)성분은, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 경화물의 강도를 높이기 위해 배합된다. 이러한 (D)성분으로는, 통상 에폭시 수지 조성물이나 실리콘 수지 조성물에 배합되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 구상 실리카, 용융 실리카 및 결정성 실리카 등의 실리카류, 질화규소, 질화알루미늄, 보론나이트라이드 등의 무기질화물류, 알루미나, 유리섬유 및 유리입자 등을 들 수 있다. 보강효과가 우수한, 얻어지는 경화물의 휨을 억제할 수 있는 등의 점에서, (D)성분은 실리카를 함유하는 것이 바람직하다.
(D)성분의 평균입경 및 형상은 특별히 한정되지 않으나, 평균입경은 0.5~40μm가 바람직하고, 보다 바람직하게는 3~40μm이다. (D)성분으로는, 평균입경이 0.5~40μm인 구상 실리카가 호적하게 이용된다. 한편, 본 발명에 있어서 평균입경은, 레이저광회절법에 의한 입도분석측정에 있어서의 질량평균값D50(또는 메디안직경)으로서 구한 값이다.
또한, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 제조할 때에, 이 시트를 구성하는 에폭시 수지 조성물의 고유동화의 관점으로부터, (D)성분으로서 복수의 입경범위의 무기충전재를 조합한 것을 사용할 수도 있고, 이러한 경우에는, 0.1~3μm의 미세영역, 3~7μm의 중입경영역, 및 10~40μm의 조영역의 구상 실리카를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 추가적인 고유동화를 위해서는, 평균입경이 더욱 큰 구상 실리카를 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 반도체소자를 봉지할 때에는, 컴프레션성형이나 라미네이트성형으로의 성형이 많고, 몰드언더필(MUF)성이 요구되는 경우가 많아지고 있다. 본 발명에 있어서 MUF성을 향상시키는 관점으로부터는, 구상 실리카의 평균입경이 2~6μm, 탑컷사이즈가 10~20μm인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, (D)성분으로는, 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 수지성분과의 결합강도를 강하게 하기 위해, 후술하는 (I)성분의 커플링제로 미리 표면처리한 것을 이용할 수도 있다. 커플링제로는, 실란커플링제, 티타네이트커플링제 등을 들 수 있는데, 실란커플링제를 이용하는 것이 바람직하다.
(D)성분의 함유량은, 조성물 100질량부에 대해 80~92질량부인 것이 바람직하고, 83~91질량부인 것이 보다 바람직하다. 80질량부 이상이면 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트에 충분한 강도를 부여할 수 있고, 92질량부 이하이면, 증점에 의한 충전불량이나 유연성이 사라짐에 따른 반도체 장치 내에서의 박리 등의 불량이 발생할 우려가 없다.
<(E)성분>
본 발명에 이용하는 (E)성분은, 우레아계 경화촉진제이다. 이 (E)성분은, 상기 서술한 (A), (B)성분의 에폭시 수지와 (C)성분의 경화제의 경화반응을 촉진하기 위해 배합된다. 이러한 (E)성분을 이용함으로써, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 보존안정성을 향상시키면서, 봉지성형시에는 미경화로는 되지 않고 확실하게 경화시킬 수 있다. 즉, 성형성이 우수한 것으로 할 수 있다.
(E)성분으로는, 하기 일반식(1)로 표시되는 구조를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
R1NHCONR2R3 (1)
(식 중, R1은 수소원자, 탄소수 1~18의 알킬기 및 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기 중에서 선택되는 기이고, R2 및 R3은 탄소수 1~6의 알킬기이다.)
식 중, R1은 수소원자, 탄소수 1~18, 바람직하게는 3~15의 알킬기 및 탄소수 6~18, 바람직하게는 6~15의 방향족 탄화수소기 중에서 선택되는 기이고, R2 및 R3은 탄소수 1~6의 알킬기이다. R2 및 R3에 관해서는, 보존안정성 및 경화성의 관점으로부터 메틸기인 것이 바람직하다.
상기 일반식(1)로 표시되는 우레아계 경화촉진제의 구체예로는, 1,1-디메틸요소, 1,1,3-트리메틸요소, 1,1-디메틸-3-에틸요소, 1,1-디메틸-3-페닐요소, 1,1-디에틸-3-메틸요소, 1,1-디에틸-3-페닐요소, 1,1-디메틸-3-(3,4-디메틸페닐)요소, 1,1-디메틸3-(p-클로로페닐)요소, 3-(3,4-디클로로페닐)-1,1-디메틸요소(DCMU) 등을 들 수 있다.
(E)성분의 함유량은, 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해 0.05~6질량부인 것이 바람직하고, 특히 0.1~5질량부인 것이 보다 바람직하다. 0.05~6질량부이면, 조성물의 경화물의 내열성 및 내습성의 밸런스가 나빠지거나, 성형시의 경화속도가 매우 느려지거나 또는 빨라질 우려가 없다.
다음에, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 재료가 되는 조성물에, 상기 (A)~(E)성분에 더하여, 하기 임의의 성분을 배합할 수 있다.
<(F)성분>
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 재료가 되는 조성물에는, 상기 서술한 (E)성분에 더하여, (F)성분으로서, 상기 서술한 (E)성분 이외의(즉, 우레아계 이외의) 경화촉진제를 배합할 수 있다. 이러한 (F)성분으로는, 통상 에폭시 수지의 경화촉진제로서 이용되는 어떠한 것이나 사용할 수 있으며, 구체적으로는, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센 등의 아민계 화합물, 트리페닐포스핀, 테트라페닐포스포늄·테트라보레이트염 등의 유기인계 화합물, 2-메틸이미다졸 등의 이미다졸 화합물 등을 들 수 있다.
<(G)성분>
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 재료가 되는 조성물에는, (G)성분으로서 이형제를 배합할 수 있다. 이 (G)성분은, 성형시의 이형성을 높이기 위해 배합하는 것이다. 이러한 (G)성분으로는, 카나우바왁스, 라이스왁스를 비롯한 천연왁스, 산왁스, 폴리에틸렌왁스, 지방산에스테르를 비롯한 합성왁스를 들 수 있는데, 이형성의 관점으로부터 카나우바왁스가 바람직하다.
(G)성분의 함유량은, 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해, 0.05~5.0질량부, 특히 0.4~3.0질량부인 것이 바람직하다. 0.05질량부 이상이면, 충분한 이형성이 얻어지지 않거나, 제조시의 용융혼련시에 과부하가 발생할 우려가 없고, 5.0질량부 이하이면, 심출(沁出) 불량이나 접착성 불량 등이 일어날 우려가 없다.
<(H)성분>
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 재료가 되는 조성물에는, (H)성분으로서 난연제를 배합할 수 있다. 이 (H)성분은, 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 난연성을 높이기 위해 배합하는 것이다. 이러한 (H)성분으로는, 특별히 제한되지 않고 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 포스파젠 화합물, 실리콘 화합물, 몰리브덴산아연담지탈크, 몰리브덴산아연담지산화아연, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화몰리브덴, 삼산화안티몬 등을 들 수 있고, 이들을 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
(H)성분의 함유량은 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해 2~20질량부인 것이 바람직하고, 3~10질량부인 것이 보다 바람직하다.
<(I)성분>
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 재료가 되는 조성물에는, (I)성분으로서 실란커플링제, 티타네이트커플링제 등의 커플링제를 배합할 수 있다. 이 (I)성분은, 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 수지성분과 (D)성분인 무기충전재의 결합강도를 강하게 하거나, 실리콘웨이퍼나 유기기판의 접착성을 높이기 위하여 배합하는 것이다. 이러한 (I)성분으로는, 예를 들어, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등의 에폭시관능성 알콕시실란, γ-메르캅토프로필트리메톡시실란 등의 메르캅토관능성 알콕시실란, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 등의 아민관능성 알콕시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란 등의 아미노관능성 알콕시실란 등을 들 수 있다.
표면처리에 이용하는 커플링제의 배합량 및 표면처리방법에 대해서는 특별히 제한되는 것은 아니며, 상법에 따라 행하면 된다. 또한, 상기 서술한 바와 같이 미리 커플링제로 무기충전재를 처리할 수도 있고, 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 수지성분과 (D)성분의 무기충전재를 혼련할 때에, 커플링제를 첨가하여 표면처리하면서 조성물을 혼련할 수도 있다.
(I)성분의 함유량은, 상기 서술한 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해, 0.1~8.0질량부로 하는 것이 바람직하고, 특히 0.5~6.0질량부로 하는 것이 바람직하다. 0.1질량부 이상이면, 기재에 대한 접착효과가 충분히 얻어지고, 8.0질량부 이하이면, 점도가 극단적으로 저하되어 보이드의 원인이 될 우려가 없다.
<기타 첨가제>
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트에는, 또한 필요에 따라 각종 첨가제를 배합할 수 있다. 예를 들어, 수지의 성질을 개선할 목적으로 오가노폴리실록산, 실리콘오일, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 유기합성고무, 또는 광안정제 등의 첨가제, 전기특성을 개선할 목적으로 이온트랩재, 착색의 관점으로부터 카본블랙과 같은 안료 등을 첨가배합할 수 있다.
<반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 제조방법>
본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 제조방법으로는, 상기 서술한 (A), (B)성분의 에폭시 수지, (C)성분의 페놀 화합물, (D)성분의 무기충전재, (E)성분의 우레아계 경화촉진제, 및 기타 첨가물을 소정의 조성비로 배합하고, 이를 믹서 등에 의해 충분히 균일하게 혼합한 후, 선단에 T다이를 설치한 이축압출기를 이용하여 시트상으로 성형하는 T다이압출법을 들 수 있다. 그 밖에는, 열롤, 니더, 익스트루더 등에 의한 용융혼합처리를 행하고, 이어서 냉각고화시키고, 적당한 크기로 분쇄하여 얻어진 열경화성 에폭시 수지 조성물의 분쇄품을 가압부재간에 70~120℃에서 가열용융하고 압축하여 시트상으로 성형함으로써 얻을 수도 있다.
이렇게 하여 얻어지는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트는, 두께가 0.1~5.0mm인 것이 바람직하고, 0.15~3.0mm인 것이 보다 바람직하다.
또한, 이렇게 하여 얻어진 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트는, 미경화상태에 있어서, 3점굽힘시험에 있어서의 시트의 휨량이 30mm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 휨량이 40~100mm인 것이다. 한편, 본 발명에 있어서의 3점굽힘시험이란, JIS K 6911:2006에 기재된 굽힘강도의 측정방법을 준용하는 것으로 한다. 구체적으로는, 시험편으로서 길이 100mm, 높이 1.0mm, 폭 10mm의 시험편을 이용하고, 하중속도 2mm/min로 가중하고, 그 밖의 조건은 이 규격에 기재된 조건에 따라 측정한 하중-휨곡선으로부터 휨량을 구하는 것이다.
[반도체 장치]
또한, 본 발명에서는, 상기 서술한 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 반도체소자가 봉지된 것인 반도체 장치를 제공한다.
본 발명의 반도체 장치는, 상기 서술한 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 이용하여, 컴프레션성형이나 라미네이트성형에 의해 반도체소자를 봉지함으로써, 제조할 수 있다. 컴프레션성형을 행하는 경우, 예를 들어, 컴프레션성형기를 이용하고, 성형온도 120~190℃에서 성형시간 30~600초, 바람직하게는 성형온도 130~160℃에서 성형시간 120~450초로 행할 수 있다. 나아가, 어떠한 성형법에 있어서도, 후경화를 140~185℃에서 0.5~20시간 행할 수도 있다.
그 밖에도, 반도체소자를 탑재한 기판 상에 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 올리고, 60~150℃의 열판 상에서 30~240분에 걸쳐 시트를 녹이면서 기판을 추수하도록 함으로써 반도체소자를 봉지할 수도 있다.
이러한 반도체 장치이면, 반도체소자가 양호하게 봉지되며, 보이드나 와이어 흐름, 다이시프트가 없는 반도체 장치가 된다.
[반도체 장치의 제조방법]
또한, 본 발명에서는, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 이용하여 반도체소자를 봉지하는 반도체 장치의 제조방법을 제공한다.
이러한 반도체 장치의 제조방법이면, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 경화온도 이하의 온도에서 가열함으로써, 시트가 연화·용융하고, 반도체소자의 형상을 추수하여 봉지할 수 있다. 구체적으로는, 반도체소자를 탑재한 기판 상에 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 올리고, 60~150℃의 열판 상에서 30~240분에 걸쳐 시트를 녹이면서 기판 및 소자를 추수하도록 함으로써 반도체소자를 봉지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 서술한 반도체 장치의 제조방법은, 반도체소자를 봉지할 때에, 가압하 및/또는 감압하에 있어서, 가열하면서 시트를 연화·용융하여 반도체소자를 봉지하는 것이 바람직하다. 이러한 반도체 장치의 제조방법이면, 반도체소자를 봉지할 때에, 발생하는 보이드를 저감시키거나 세부(細部)로의 추수성·침입성을 높일 수 있음과 함께, 상기 서술한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트와 반도체소자간의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 가압하는 경우에는 봉지압력을 0.2MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 감압하는 경우에는 0.05MPa 이하로 하는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하나, 본 발명은 하기의 실시예로 제한되는 것은 아니다.
실시예, 비교예에서 사용한 원료를 이하에 나타낸다.
(A)결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지
(A-1): 결정성 비스페놀A형 에폭시 수지(YL-6810: 미쯔비시화학(주)제 상품명, 에폭시당량 170)
(B)(A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지
(B-1): 고형 비스페놀A형 에폭시 수지(jER-1001: 미쯔비시화학(주)제, 에폭시당량 475, 연화점 64℃)
(B-2): 크레졸노볼락형 에폭시 수지(EPICLON N-670: (주)DIC제, 에폭시당량 210, 연화점73℃)
(B-3): 비페닐형 에폭시 수지(YX-4000: 미쯔비시화학(주)제, 에폭시당량 186, 융점 105℃)
(B-4): 트리스페놀메탄형 에폭시 수지(EPPN-501: 일본화약(주)제, 에폭시당량 166, 연화점 54℃)
(C)1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물
(C-1): 트리스페놀메탄형 페놀 수지(MEH-7500: 메이와화성(주)제, 수산기당량 97)
(C-2): 페놀노볼락형 페놀경화제(TD-2131: (주)DIC제, 수산기당량 110)
(D)무기충전재
(D-1): 용융구상 실리카(CS-6103 53C2, (주)타츠모리제, 평균입경 10μm)
(E)우레아계 경화촉진제
(E-1): 방향족 디메틸우레아(U-CAT 3512T, 산아프로(주)제)
(E-2): 지방족 디메틸우레아(U-CAT 3513N, 산아프로(주)제)
(F)우레아계 이외의 경화촉진제
(F-1): 2-메틸-4-에틸이미다졸(2E4MZ, 시코쿠화성(주)제)
(F-2): 트리페닐포스핀(TPP, 홋코화학(주)제)
(G)이형제
(G-1): 카나우바왁스(TOWAX-131: 토아화성(주)제)
(H)난연재
(H-1): 몰리브덴산아연담지산화아연(KEMGARD 911C: 셔윈윌리암스제)
(I)커플링제
(I-1): 실란커플링제: 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(KBM-803: 신에쓰화학공업(주)제)
(J)착색제
(J-1): 카본블랙(미쯔비시카본블랙#3230MJ, 미쯔비시화학(주)제)
[실시예 1~8, 비교예 1~8]
표 1 및 표 2에 나타내는 배합으로, 미리 헨셸믹서로 프리혼합하여 조성물을 조제한 후, T다이를 장착한 2축압출기를 이용하여 각 조성물을 폭 300mm, 두께 0.5mm로 성형하여 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 얻었다.
<최저용융점도 및 보존안정성시험>
고화식 플로우테스터((주)시마즈제작소제 제품명 플로우테스터 CFT-500형)를 이용하고, 25kgf의 가압하, 직경 1mm의 노즐을 이용하고, 온도 175℃에서 각 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트의 최저용융점도를 측정하였다. 나아가, 각 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 40℃로 설정한 항온조에 넣고, 72시간 방치 후의 최저용융점도도 동일한 조건으로 측정하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
<시트의 휨량>
미경화상태의 세로 100mm, 가로 10mm, 두께 1.0mm의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 제작하고, 이 시트를, 3점굽힘시험으로 하여, JIS K 6911:2006규격에 준하여 실온(25℃)에서, 하중속도 2mm/min의 속도로 누르고, 도 1에 나타내는 바와 같은 가중-휨량곡선으로부터 휨량을 측정하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
<시트의 성형성>
T다이압출법으로 0.5mm의 두께로 제조한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 직경 150mm(6인치)로 잘라내고, 직경 200mm(8인치)로 두께가 725μm인 실리콘웨이퍼 상에 세트하고, 다시 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트 상에 PET제 이형필름을 세트하였다. 이를 150℃ 300초 큐어로 세트된 진공프레스를 이용하여 진공압축성형함으로써 경화봉지하였다. 이 후, 박리필름을 벗겨, 충전성 및 외관을 확인하였다.
〔충전성〕
문제없이 충전된 것을 ○, 미충전의 개소가 생긴 것을 ×로 하여 표 1 및 표 2에 기재하였다.
〔외관〕
외관이 깨끗한 것을 ○, 플로우마크 등 외관에 문제를 일으킨 것을 ×로 하여 표 1 및 표 2에 기재하였다.
Figure 112018074148760-pat00001
Figure 112018074148760-pat00002
표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 이용한 실시예 1~8에서는, 경화 전의 상태에 있어서 시트의 휨량이 30mm 이상인 점에서, 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 40℃, 72시간 방치 후의 최저용융점도의 변화가 작은 점에서, 보존안정성도 우수하였으며, 성형성도 양호하였다.
한편, 표 2에서 나타내는 바와 같이, 비교예 1에서는 (B)성분을 이용하지 않았으므로, 점착이 있어 양호한 핸들링성이 얻어지지 않았다. 또한 비교예 2~4에서는, (E)성분을 이용하지 않고, 우레아계 이외의 경화촉진제를 이용한 점으로부터, 양호한 보존안정성이 얻어지지 않았다. 비교예 5에서는, (E)성분을 이용하지 않고, 우레아계 이외의 경화촉진제의 배합량이 적었으므로, 성형시간 내에 경화하지 않았다. 또한, 비교예 6~8에서는, (A)성분을 이용하지 않았으므로, 가요성과 성형성을 양립할 수 없었다.
이상의 점으로부터, 본 발명의 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트이면, 경화 전의 상태에 있어서 가요성이 우수하며, 핸들링성이 양호함과 함께, 보존안정성 및 성형성도 우수한 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트가 되는 것이 분명해졌다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (19)

  1. (A)결정성을 갖는 비스페놀A형 에폭시 수지 및/또는 비스페놀F형 에폭시 수지,
    (B)상기 (A)성분 이외의 25℃에서 비유동성인 에폭시 수지,
    (C)1분자 중에 2개 이상의 페놀성 수산기를 갖는 페놀 화합물,
    (D)무기충전재, 및
    (E)우레아계 경화촉진제,
    를 함유하는 조성물을 시트상으로 성형한 것이며, 또한,
    상기 (A)성분의 함유량이, 상기 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해 10~25질량부이고, 상기 (E)성분의 함유량이, 상기 (A), (B) 및 (C)성분의 총합 100질량부에 대해 0.05~6질량부인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (D)성분의 함유량이, 상기 조성물 100질량부에 대해 80~92질량부인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (E)성분이, 하기 일반식(1)로 표시되는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
    R1NHCONR2R3 (1)
    (식 중, R1은 수소원자, 탄소수 1~18의 알킬기 및 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기 중에서 선택되는 기이고, R2 및 R3은 탄소수 1~6의 알킬기이다.)
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 (E)성분이, 하기 일반식(1)로 표시되는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
    R1NHCONR2R3 (1)
    (식 중, R1은 수소원자, 탄소수 1~18의 알킬기 및 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기 중에서 선택되는 기이고, R2 및 R3은 탄소수 1~6의 알킬기이다.)
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (D)성분이, 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
  10. 삭제
  11. 제3항에 있어서,
    상기 (D)성분이, 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트는, 미경화상태에 있어서 3점굽힘시험에 있어서의 시트의 휨량이 30mm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
  14. 삭제
  15. 제3항에 있어서,
    상기 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트는, 미경화상태에 있어서 3점굽힘시험에 있어서의 시트의 휨량이 30mm 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트.
  16. 삭제
  17. 제1항, 제3항, 제5항, 제7항, 제9항, 제11항, 제13항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트로 반도체소자가 봉지된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  18. 제1항, 제3항, 제5항, 제7항, 제9항, 제11항, 제13항 및 제15항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 봉지용 열경화성 에폭시 수지 시트를 이용하여 반도체소자를 봉지하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    반도체소자를 봉지할 때에, 가압하 및/또는 감압하에 있어서, 가열하면서 시트를 연화·용융하여 반도체소자를 봉지하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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