４급 유기 포스포늄 염 함유 성형 조성물 document_id A220623012277

에폭시 수지는 전기 및 전자 소자를 코팅하기 위한 성형 콤파운드로 널리 사용된다. 봉입에 사용되는 상기 에폭시 성형 콤파운드는 일반적으로 에폭시 수지 및 페놀 경화제와 충전제, 촉매, 난연성 물질, 가공 보조제 및 착색제를 비롯한 다른 성분들과의 블렌드로부터 제조된다. 그러한 성형 콤파운드 중의 에폭시 수지는 전통적으로 분자 당 2개의 에폭시기를 포함하는 디에폭시드로서, 산 이무수물, 디아민 또는 디페놀 올리고머로 이루어진 공반응물(가교제 또는 경화제)과 반응한다. 노볼락 페놀, 크레졸 페놀 및 비스페놀 A로부터 유도된 것과 같은 디페놀 올리고머는 신뢰도가 높으므로 당 분야의 경화제로서 특히 바람직하다. 에폭시 조성물 중의 난연제는 전형적으로 중개인 및(또는) 최종 사용자의 안전을 위해 제공된다. 통상의 난연제계는 브롬 함유 난연제와 산화안티몬 난연성 상승제의 조합이다. 그러나, 이들 화합물은 환경 오염원이다. 일부 브롬 함유 난연제(특히 브롬화 디페닐 에테르)는 독성이고 아마도 발암성이다. 삼산화안티몬은 국제암연구소(International Agency for Research on Cancer)에서 2B 등급 발암물질로 분류한 것이다 (즉, 삼산화안티몬은 주로 동물 연구에 기초하여 의심되는 발암 물질이다). 또한, 이 화합물은 종종 비교적 높은 수준(2 내지 4％)으로 사용되고, 또한 약간 수용성이므로 더욱 환경적 염려를 갖게 한다. 이러한 염려는 현재 집적 회로 제조자들이 사용된 성형 조성물 총량의 절반에 이르는 양을 폐기처리하고 있다는 사실에 의해 뒷받침된다. 인 함유 화합물이 난연제로서 제안되어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제5,739,187호는 삼산화안티몬 및 브롬화 화합물의 사용을 없애기 위해, 인 함유 난연제를 포함하는 반도체 봉입제로서 에폭시 수지 조성물을 개시한다. 그러나, 통상적인 인 화합물을 함유하는 성형 조성물은 일반적으로, 승온에서 봉입제의 균열 및 응력을 야기할 수 있는 높은 수분 흡수와 같은 바람직하지 않은 성질을 갖는다. 멜라민 시아누레이트는 난연성 화합물로서 흔히 시판된다. 난연제로서는 효과적이지만, 상기 물질을 높은 수준으로 사용시 성형 콤파운드의 유동성(flowability)을 불리하게 감소시키는 것이 관찰되었다. 그 결과, 유동성을 유지하면서도 적당한 난연성을 갖도록 하는 적정 수준으로 멜라민 시아누레이트를 성형 콤파운드에 혼입시키기 어려웠다. 불행히도, 그러한 문제에 대응하여 난연제의 양을 감소시키는 것은 난연성을 손상시켜, 성형 콤파운드는 널리 알려진 난연성 기준 UL-94 V-O 등급을 만족하지 못하게 된다. 전기 및 전자 소자용 성형 콤파운드의 제조에서 또 하나의 도전은 장유동성(long flow) 및 낮은 뒤틀림 및 수축과 같은 물성을 허용가능하게 유지하면서 난연성을 제공하는 것이다. 미국 특허 제5,434,199호는 트리스-페놀메탄 다관능성 페놀계 경화제와 조합된 트리스-페놀메탄 다관능성 에폭시 수지를 실리콘 고무 분말 및 유기관능성 실리콘 유체와 함께 포함하는 저응력 에폭시 성형 조성물을 개시한다. 유기관능성 실리콘 유체는 성형 콤파운드에 유동성을 제공하기 위해 제공된다. 전기 및 전자 소자용 성형 콤파운드의 개발에서 또 다른 도전은 게이트 누설에 대한 염려이다. 전기-열 유도 기생 게이트 누설(Electro-thermally Induced Parasitic Gate Leakage(GL))은 집적 회로의 성능 및 신뢰도에 불리하게 영향을 미치는 환경과 물질에 의해 유도되는 파손 메카니즘이다. 회로 감도는 회로/칩 설계, 물리적 배치, 제작 공정 및 봉입 물질의 전기적 특성에 영향을 받는다. GL은 전기장 또는 정전하의 존재하에 승온에서 발생한다. GL 효과는 가변 저항을 통해 캐패시터를 충전하는 것과 유사하다. 집적 회로를 이온화 전압장에 둘 경우, 다이는 캐피시터처럼 기능하여, 전하를 축전 및 저장한다. 이것은 이어서 집적 회로의 임피던스 변화를 유발하여 회로 논리 파손을 일으킨다. 불행히도, GL은 고온 공정 동안, 특히 IR 리플로우 솔더 공정 및 고온 취급과 같은 가열된 공기 흐름을 이용하는 고온 공정 동안에 수율 손실을 일으킨다. GL 감도는 회로 설계 뿐 아니라 캡슐화 물질, 및 회로를 봉입하기 위한 경화 공정에 영향을 받는다. 허용가능한 물성을 제공하면서도 환경적 염려 및 높은 수분 흡수와 같은 종래 기술의 단점을 극복하는 신규한 난연성 성형 조성물을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 경화시의 개선된 유동성과 함께 낮은 뒤틀림 및 수축과 같은 뛰어난 응력 특성을 갖는 성형 조성물을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 발명의 요약 본 발명은 에폭시 수지; 에폭시 수지용 경화제; 및 에폭시 수지와 경화제와의 반응을 촉진하기 위한 촉매를 포함하고, 상기 촉매가 4급 유기 포스포늄 염을 포함하는 조성물, 특히 성형 콤파운드를 제공한다. 특정 실시양태에서, 4급 유기 포스포늄 염은 조성물이 135℃ 이상의 온도로 가열될 때 에폭시 수지와 경화제와의 가교가 촉매에 의해 달성되기에 적어도 충분한 양으로 존재한다. 조성물은 성형 콤파운드로 사용하기에 특히 적합하고, 성형 조성물이 경화된 후 4급 유기 포스포늄 염을 함유하지 않는 유사한 조성물에 비해 개선된 난연성을 나타내도록 난연성 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 4급 유기 포스포늄 염은 바람직하게는 유기 포스포늄 관능성 아세트산 에스테르 화합물, 예컨대, 에틸 트리페닐 포스포늄 산 아세테이트이고, 난연성 화합물은 바람직하게는 멜라민 시아누레이트를 포함한다. 4급 유기 포스포늄 염과 멜라민 시아누레이트의 조합은 콤파운드의 난연성을 개선하는 상승적 효과를 제공하며, 상기 4급 유기 포스포늄 염 또한 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉매작용하는 것이 밝혀졌다. 또한, 촉매로서 4급 유기 포스포늄 염을 사용하는 것은 상기 성형 조성물로 성형된 반도체 집적 회로 부품에서 전기-열 유도 기생 게이트 누설을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 바람직하게는, 촉매는 4급 유기 포스포늄 염과 조합된, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데스-7-엔과 같은 3급 아민을 추가로 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, "분지화도"라는 용어는 중심 탄소 원자 또는 작은 탄소 클러스터(cluster), 예컨대 탄소 2 내지 5개의 클러스터를 통해 연결된 방향족기의 수를 기술하기 위한 것이다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 에폭시 수지는 페놀로부터 유도되고 분지화도가 3 이상인 다관능성 에폭시 수지를 포함하고, 경화제는 페놀로부터 유도되고 분지화도가 3 이상이다. 이러한 조성물은 성형 조성물로 사용될 경우 감소된 뒤틀림 및 수축을 나타낸다. 특히 바람직한 조성물은 트리스페놀 메탄으로부터 유도된 에폭시 수지 및 트리스페놀 메탄으로부터 유도된 경화제를 포함한다. 또한, 전기 또는 전자 소자용 봉입제, 및 전기 또는 전자 소자의 코팅 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기와 같은 성형 조성물을 제공하는 단계; 소자의 표면에 성형 조성물을 접촉시키는 단계; 및 성형 조성물이 경화되어 소자 표면상에 중합체를 형성하도록 하기에 충분한 온도로 성형 조성물을 가열하는 단계를 포함한다. 본원에서는, 성형 조성물이, 표면상에 기포, 균열, 융기를 갖지 않고 전문가가 손으로 파괴하여 판단할 때 부스러지지 않는(즉, 강하고 취성이 아닌) 점에서 양호한 물리적 보존성을 갖는 경화된 성형 부품을 의미하는 양호한 컬 경화(cull cure)를 형성할 때, 성형 조성물이 경화된다고 한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 바람직한 실시양탱의 설명 및 청구의 범위로부터 명백할 것이다.