[논문]차세대 반도체용 유-무기 나노 복합재료의 에폭시 수지변화에 따른 흡습특성

김환건; 김동민

차세대 반도체용 유-무기 나노 복합재료의 에폭시 수지변화에 따른 흡습특성
Moisture Absorption Properties of Organic-Inorganic Nano Composites According to the Change of Epoxy Resins for Next Generation Semiconductor Packaging Materials 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.12 no.1, 2013년, pp.23 - 28

김환건 (서경대학교 화학생명공학과) , 김동민 (서경대학교 화학생명공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Epoxy resins are widely used in microelectronics packaging such as printed circuit board and encapsulating for semiconductor manufacturing. Water can diffuse into and through the epoxy matrix systems and moisture absorption at boarding interfaces of matrix resin systems can lead to a hydrolysis at the interfaces resulting in delamination of encapsulating materials. In the study, the changes of diffusion coefficient and moisture content ratio of epoxy resin systems with nano-sized fillers according to the change of liquid type epoxy resins were investigated. RE-304S, RE-310S, RE-810NM and HP-4032D as a epoxy resin, Kayahard AA as a hardener, and 1B2MI as a catalyst were used in these epoxy resin systems. After curing, moisture content ratios were measured with time under the 85 and 85% relative humidity condition using a thermo-hydrostat. The maximum moisture absorption ratio and diffusion coefficient of EMC decrease with the filler content. It can be seen that these decreases are due to the increase of filler surface area and the decrease of moisture through channel with the content of nano-sized filler.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이러한 충전제가 에폭시 수지성형재료의 내습특성에 어떠한 영향을 미치는지를조사하였다. 본 실험에서는 구형의 나노크기의 실리카를 충전제로 사용하여 유·무기 나노 복합재료를 제조하였다.

제안 방법

본 연구에서는 이러한 충전제가 에폭시 수지성형재료의 내습특성에 어떠한 영향을 미치는지를조사하였다. 본 실험에서는 구형의 나노크기의 실리카를 충전제로 사용하여 유·무기 나노 복합재료를 제조하였다. 실리카 함량에 따른 나노 복합재료의 흡습 특성을 분석하기 위하여 수분의 확산계수와 포화 흡습율을 분석하였으며, 또한 에폭시 수지변화에 따른 흡습율 및 수분의 확산계수를 측정함으로써 수지변화에 따른 유·무기 나노 복합재료의 흡습 특성을 평가하였다.
본 실험에서는 구형의 나노크기의 실리카를 충전제로 사용하여 유·무기 나노 복합재료를 제조하였다. 실리카 함량에 따른 나노 복합재료의 흡습 특성을 분석하기 위하여 수분의 확산계수와 포화 흡습율을 분석하였으며, 또한 에폭시 수지변화에 따른 흡습율 및 수분의 확산계수를 측정함으로써 수지변화에 따른 유·무기 나노 복합재료의 흡습 특성을 평가하였다.
차세대 반도체 패키지로 주목을 받고 있는 CSP의 성형수지 등 향후 사용증가가 예상이 되는 나노Size의 실리카를 충전제로 사용한 액상 형태의 에폭시 수지 시스템의 흡습특성을 조사하였다. 액상 에폭시 수지로 Bisphenol F Type의 RE-304S, Bisphenol A Type의 RE310S, Diallyl Bisphnol A Type의 RE-810NM, 그리고 Naphthalene Type의 HP-4032D 수지를 사용하였다.

대상 데이터

제품인HP-4032D를 사용하였다. 경화제로는 Nippon Kayaku Co.의 Kayahard AA를, 경화촉매로는 1B2MI(Aldrich Co.)을 사용하였다. 충전제로는 Shokubai Kasei Co.
성형 재료 제조에 사용된 에폭시 수지는 Nippon Kayaku Co. 제품인RE-304S, RE-310S, RE-810NM과 Dai Nippon Ink Co.
차세대 반도체 패키지로 주목을 받고 있는 CSP의 성형수지 등 향후 사용증가가 예상이 되는 나노Size의 실리카를 충전제로 사용한 액상 형태의 에폭시 수지 시스템의 흡습특성을 조사하였다. 액상 에폭시 수지로 Bisphenol F Type의 RE-304S, Bisphenol A Type의 RE310S, Diallyl Bisphnol A Type의 RE-810NM, 그리고 Naphthalene Type의 HP-4032D 수지를 사용하였다.
성형 재료 제조에 사용된 에폭시 수지는 Nippon Kayaku Co. 제품인RE-304S, RE-310S, RE-810NM과 Dai Nippon Ink Co.제품인HP-4032D를 사용하였다. 경화제로는 Nippon Kayaku Co.
)을 사용하였다. 충전제로는 Shokubai Kasei Co.의 Oscal-1632를, Coupling Agent로는 S-510(Chisso Chemical Co.)를 사용하였다. Table 1에 각 원료 성분의 구조와 성분을 나타내었다.

성능/효과

Bisphenol A Type의 RE- 310S를 에폭시 수지로 사용한 시스템을 보면 충전제의 함량이 증가할수록 확산 계수가 뚜렷하게 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 충전제의 표면을 통한 수분의 흡착에 의한 흡착지배 확산으로 확산계수가 감소하는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체 실장형태의 다양화 및 소량 다품종 생산에 대응하기 위해 액상 형태의 반도체용 성형재료를 어떤 목적으로 사용하고 있는가?	최근 반도체 실장형태의 다양화 및 소량 다품종 생산에 대응하기 위하여 액상 형태의 반도체용 성형재료가 IC Module, Hybrid IC, IC카드등에 탑재된 COB(Chip on Board)의 회로 형성면 및 접합부의 보호를 목적으로 사용되어 왔다. 최근에는 COB기술을 응용한 신규 Package의 적용범위가 확대되어 용도에 따라 다양한 액상용 성형재료가 개발되고 있다.
	고온에서 이뤄지는 무납 리플로우 솔더링 방식의 가장 큰 문제점은?	그러나 현재 사용되고 있는 무납 리플로우 솔더링 방식은 기존의 공정보다 고온에서 이루어지기 때문에 내열성이 우수하고 내습 특성이 향상된 Package 재료를 요구하고 있다. 특히 본 공정에서의 가장 큰 문제는 Package 자체가 직접 열에 접촉이 되기 때문에 반도체 소자 내부에 침투한 수분의 증기압에 의한 팝콘균열이라고 불리는 Package Crack이다. 또한 Package 내부로 침투한 수분은 Package재료의 연성화와 접착력의 감소를 유발하여 Solder Bump 또는 Wire Bond와 박리현상이 나타나 반도체 Package의 신뢰성 저하를 초래하고 있다.
	어떤 기술에 적합한 액상용 성형재료의 개발이 요구되고 있는가?	최근에는 COB기술을 응용한 신규 Package의 적용범위가 확대되어 용도에 따라 다양한 액상용 성형재료가 개발되고 있다. 특히 TAB(Tape Automated Bonding)기술 및 Flip Chip 실장방식을 이용한 각종 CSP(Chip Scale Package), 복수의 소자를 단일 Package 에 탑재하는 SIP(System in Package), MCP(Multi-Chip Package), MCM(Multi-Chip Module) 및 WL-CSP(Wafer Level Chip Scale Package)에 적합한 액상용 성형재료의 개발이 요구되고 있다[1,2]. 그러나 현재 사용되고 있는 무납 리플로우 솔더링 방식은 기존의 공정보다 고온에서 이루어지기 때문에 내열성이 우수하고 내습 특성이 향상된 Package 재료를 요구하고 있다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
Asaad, J., Gomaa, E., and Bishay, I.K., "Free-volume Properties of Epoxy Composites and its Relation to Macrostructure Properties", Materials Science and Engineering A, Vol. 490, pp.151-156, 2008.

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