충전재 변화에 따른 Chip Scale Package(CSP)용 액상 에폭시 수지 성형물 (Epoxy Molding Compound)의 흡습특성

Abstract

반도체의 경박단소화, 고밀도화에 따라 향후 반도체 패키지의 주 형태는 CSP(Chip Scale Package)가 될 것이다. 이러한 CSP에 사용되는 에폭시 수지 시스템의 흡습특성을 조사하기 위하여 에폭시 수지 및 충전재 변화에 따른 확산계수와 흡습율 변화를 조사하였다. 본 연구에 사용된 에폭시 수지로는 RE-304S, RE-310S, 및 HP-4032D를, 경화제로는 Kayahard MCD를, 경화촉매로는 2-methyl imidazole을 사용하였다. 충전재 크기 변화에 따른 에폭시 수지 성형물의 흡습특성을 조사하기 위하여 충전재로는 마이크로 크기 수준 및 나노 크기 수준의 구형 용융 실리카를 사용하였다. 이러한 에폭시 수지 성형물의 유리전이온도는 시차주사열량계를 이용하여 측정하였으며, 시간에 따른 흡습특성은 <TEX>$85^{\circ}C$</TEX> and 85% 상대습도 조건하에서 항온항습기를 사용하여 측정하였다. 에폭시 수지 성형물의 확산계수는 Ficks의 법칙에 기초한 변형된 Crank 방정식을 사용하여 계산 하였다. 충전재를 사용하지 않은 에폭시 수지 시스템의 경우, 유리전이온도가 증가함에 따라 확산계수와 포화흡습율이 증가 하였으며 이는 유리전이온도 증가에 따른 에폭시 수지 성형물의 자유부피 증가로 설명하였다. 충전재를 사용한 경우, 충전재의 함량 증가에 따라 유리전이온도와 포화흡습율은 거의 변화가 없었으나, 확산계수는 충전재의 입자 크기에 따라 많은 변화를 보여주었다. 마이크로 크기 수준의 충전재를 사용한 경우 확산은 자유부피를 통하여 주로 이루어지나, 나노 크기 수준의 충전재를 사용한 에폭시 수지 성형물에서는 충전재의 표면적 증가에 따른, 수분 흡착의 상호작용을 통한 확산이 지배적으로 이루어진다고 판단된다. Since the requirement of the high density integration and thin package technique of semiconductor have been increasing, the main package type of semiconductor will be a chip scale package (CSP). The changes of diffusion coefficient and moisture content ratio of epoxy resin systems according to the change of liquid type epoxy resin and fillers for CSP applications were investigated. The epoxy resins used in this study are RE-304S, RE310S, and HP-4032D, and Kayahard MCD as hardener and 2-methylimidazole as catalyst were used in these epoxy resin systems. The micro-sized and nano-sized spherical type fused silica as filler were used in order to study the moisture absorption properties of these epoxy molding compound (EMC) according to the change of filler size. The temperature of glass transition (Tg) of these EMC was measured using Dynamic Scanning Calorimeter (DSC), and the moisture absorption properties of these EMC according to the change of time were observed at <TEX>$85^{\circ}C$</TEX> and 85% relative humidity condition using a thermo-hygrostat. The diffusion coefficients in these EMC were calculated in terms of modified Crank equation based on Ficks' law. An increase of diffusion coefficient and maximum moisture absorption ratio with Tg in these systems without filler can be observed, which are attributed to the increase of free volume with Tg. In the EMC with filler, the changes of Tg and maximum moisture absorption ratio with the filler content can be hardly observed, however, the diffusion coefficients of these systems with filler content show the outstanding changes according to the filler size. The diffusion via free volume is dominant in the EMC with micro-sized filler; however, the diffusion with the interaction of absorption according the increase of the filler surface area is dominant in the EMC with nano-sized filler.