JP3143721B2 - 封止用エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

封止用エポキシ樹脂組成物

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JP3143721B2
JP3143721B2 JP04141036A JP14103692A JP3143721B2 JP 3143721 B2 JP3143721 B2 JP 3143721B2 JP 04141036 A JP04141036 A JP 04141036A JP 14103692 A JP14103692 A JP 14103692A JP 3143721 B2 JP3143721 B2 JP 3143721B2
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保幸 村田
卓也 栗生
康博 山田
義則 中西
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ジャパンエポキシレジン株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は耐熱性が高く、低吸湿性
及び低応力性に優れた硬化物を与え、かつ反応性に優れ
た封止用エポキシ樹脂組成物、特に半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化に伴ない、
半導体素子の封止材に対して要求される諸特性が厳しく
なり、特に内部応力の低減、高ガラス転移温度及びハン
ダ浸漬時の耐クラック性が重要な課題になっている。し
かし、現在一般に用いられているエポキシ樹脂は、それ
らの要求特性を充分に満足できなくなってきた。
【0003】すなわち、半導体装置の高集積化が進み、
半導体素子の大型化が著しいとともに、パッケージその
ものが小型化、薄型化している。また、半導体装置の実
装も表面実装へと移行している。
【0004】表面実装においては、半導体装置がハンダ
浴に直接に浸漬され、高温にさらされるため高ガラス転
移温度が必要になるし、内部応力が高いとアルミ配線の
ずれや、パッシベーションのクラックの原因になる。ま
た、その高温にさらされる際に、吸湿された水分の膨張
のために、パッケージ全体に大きな応力がかかり、封止
材にクラックが入る。
【0005】そのために、耐ハンダクラック性の良好な
封止材は、高い耐熱性と、優れた低吸湿性及び優れた低
応力性が要求され、現在主として用いられているクレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂と、フェノールノボラッ
ク樹脂硬化剤とからなるエポキシ樹脂封止材では、耐熱
性、低吸湿性及び低応力性とも充分でなくなってきた。
【0006】また一般に、テトラメチルビフェノール型
エポキシ樹脂は、低応力であり、かつ低吸湿性であるた
め耐ハンダクラック性に優れていることが知られている
が(特開昭61−47725号公報)、ガラス転移温度
が充分とはいえず、また反応性に劣るため成形に長時間
を要する欠点があった。メチル置換基のないビフェノー
ル型エポキシ樹脂を用いると、高ガラス転移温度とな
り、また反応性も改善されるが(特開平2−18742
0号公報)、低吸湿性が損なわれ、またビフェノール型
エポキシ樹脂自体が非常に高融点、難溶性であるため
に、エポキシ樹脂の製造、及びそれを用いた樹脂組成物
の調製が困難である欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐熱性が高
く、低吸湿性及び低応力性に優れた硬化物を与えること
ができ、かつ反応性に優れた封止用エポキシ樹脂組成物
を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記の課
題を解決するために種々研究を重ねた結果、特定の置換
基を持つビフェノール骨格を有するエポキシ樹脂を用い
ることによりその目的を達成することができたものであ
る。
【0009】すなわち、本発明のエポキシ樹脂組成物
は、(a)一般式
【0010】
【化2】
【0011】(式中、R1 及びR2 はそれぞれ炭素数1
〜10のアルキル基又はフェニル基であり、nは平均値
で0〜5の数である。)で表わされるジ置換ビフェノー
ル型エポキシ樹脂、及び
【0012】(b)多価フェノール樹脂を必須成分とし
て含有してなることを特徴とする組成物である。
【0013】本発明のエポキシ樹脂組成物で用いられる
前記の一般式で表わされる(a)ジ置換ビフェノール型
エポキシ樹脂は、前記したR1 及びR2 の置換基を有す
るジ置換ビフェノール類とエピハロヒドリンとをアルカ
リの存在下に、縮合反応させエポキシ樹脂としたもので
ある。
【0014】そのジ置換ビフェノール型エポキシ樹脂の
製造原料とてのジ置換ビフェノール類としては、たとえ
ば3,3’−ジメチル−4,4’−ビフェノール、3,
3’−ジエチル−4,4’−ビフェノール、3,3’−
ジブチル−4,4’−ビフェノール、3,3’−ジフェ
ニル−4,4’−ビフェノール、3−メチル−3’−ブ
チル−4,4’−ビフェノールなどがあげられる。
【0015】これらのジ置換ビフェノール類の1種また
は2種以上の混合物にエピハロヒドリンを反応させれ
ば、本発明で用いられるエポキシ樹脂が得られる。その
反応の代表的な態様例を、以下に詳述する。
【0016】まず、ジ置換ビフェノール類を、そのフェ
ノール性水酸基1モル当り2〜20モルに相当する量の
エピハロヒドリンに溶解させて均一な溶液とする。次い
で、その溶液を攪拌しながらこれにフェノール性水酸基
1モル当り1〜2モル量のアルカリ金属水酸化物を固体
又は水溶液で加えて反応させる。この反応は、常圧下又
は減圧下で行なわせることができ、反応温度は、通常、
常圧下の反応の場合に約40〜105℃であり、減圧下
の反応の場合に約40〜80℃である。反応は、必要に
応じて所定の温度を保持しながら反応液を共沸させ、揮
発する蒸気を冷却して得られた凝縮液を油/水分離し、
水分を除いた油分を反応系に戻す方法によって反応系よ
り脱水する。アルカリ金属水酸化物の添加は、急激な反
応をおさえるために、1〜8時間かけて少量ずつを断続
的もしくは連続的に添加する。その全反応時間は、通
常、1〜10時間程度である。
【0017】反応終了後、不溶性の副生塩を濾別して除
くか、水洗により除去したのち、未反応のエピハロヒド
リンを減圧留去して除くと、目的のエポキシ化合物が得
られる。
【0018】この反応におけるエピハロヒドリンとして
は、通常、エピクロルヒドリン又はエピブロモヒドリン
が用いられ、またアルカリ金属水酸化物としては、通
常、NaOH又はKOHが用いられる。
【0019】また、この反応においては、テトラメチル
アンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウムブロ
ミドなどの第四級アンモニウム塩;ベンジルジメチルア
ミン、2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フ
ェノールなどの第三級アミン;2−エチル−4−メチル
イミダゾール、2−フェニルイミダゾールなどのイミダ
ゾール類;エチルトリフェニルホスホニウムイオダイド
などのホスホニウム塩;トリフェニルホスフィンなどの
ホスフィン類等の触媒を用いてもよい。
【0020】さらに、この反応においては、エタノー
ル、イソプロパノールなどのアルコール類;アセトン、
メチルエチルケトンなどのケトン類;ジオキサン、エチ
レングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類;ジ
メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの非プ
ロトン性極性溶媒等の不活性な有機溶媒を使用してもよ
い。
【0021】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
は、前記の(a)ジ置換ビフェノール型エポキシ樹脂
を、エポキシ樹脂として含有せしめてなる組成物である
が、このエポキシ樹脂には他のエポキシ樹脂を併用する
ことができる。その併用することができる他のエポキシ
樹脂としては、たとえば、ビスフェノールA、ビスフェ
ノールF、レゾルシン、ハイドロキノン、ビフェノー
ル、テトラメチルビフェノール、ジヒドロキシナフタレ
ン、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック
樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、ジシクロペン
タジエンフェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、ナ
フトールノボラック樹脂などの種々のフェノール類や、
種々のフェノール類と、ヒドロキシベンズアルデヒド、
クロトンアルデヒド、グリオキザールなどの種々のアル
デヒド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂等
の各種のフェノール系化合物と、エピハロヒドリンとか
ら製造されるエポキシ樹脂;ジアミノジフェニルメタ
ン、アミノフェノール、キシレンジアミンなどの種々の
アミン化合物と、エピハロヒドリンとから製造されるエ
ポキシ樹脂などが挙げられる。
【0022】本発明のエポキシ樹脂組成物における全エ
ポキシ樹脂中の(a)ジ置換ビフェノール型エポキシ樹
脂の割合は、50重量%以上が好ましい。本発明のエポ
キシ化合物の使用割合が少なすぎると、本発明の効果
(耐熱性が高く、低吸湿性及び低応力性に優れた硬化物
を与え、かつ反応性に優れる効果)を充分に発揮できな
くなる。
【0023】さらに、本発明のエポキシ樹脂組成物は、
(b)多価フェノール樹脂を、硬化剤として含有せしめ
てなる組成物であるが、この多価フェノール樹脂は、1
分子中に平均2個以上のフェノール性水酸基を有する樹
脂であり、たとえば、フェノールノボラック樹脂、クレ
ゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹
脂、ビフェノールノボラック樹脂、ジシクロペンタジエ
ンフェノール樹脂、テルペンフェノール樹脂、フェノー
ルアラルキル樹脂などの種々のフェノール樹脂類;種々
のフェノール類と、ヒドロキシベンズアルデヒド、クロ
トンアルデヒド、グリオキザールなどの種々のアルデヒ
ド類との縮合反応で得られる多価フェノール樹脂等の各
種のフェノール樹脂類があげられる。
【0024】(b)多価フェノール樹脂の使用量は、全
エポキシ樹脂成分中のエポキシ基1モルに対して、多価
フェノール樹脂中のフェノール性水酸基が0.5〜2.
0モルになる量が好ましく、より好ましくは0.7〜
1.2モルである。
【0025】本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、
必要に応じて硬化促進剤、充填材、カップリング剤、難
燃剤、可塑剤、顔料等を適宜に配合することができる。
【0026】その硬化促進剤としては、たとえば、2−
メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾ
ールなどのイミダゾール類;2,4,6−トリス(ジメ
チルアミノメチル)フェノール、ベンジルジメチルアミ
ンなどのアミン類;トリブチルホスフィン、トリフェニ
ルホスフィン、トリス(ジメトキシフェニル)ホスフィ
ンなどの有機リン化合物などがあげられる。
【0027】その充填材としては、たとえば、溶融シリ
カ、結晶性シリカ、ガラス粉、アルミナ、ジルコンなど
があげられる。
【0028】また、その難燃剤としては、たとえば、三
酸化アンチモン、リン酸などがあげられ、さらに使用す
るエポキシ樹脂の一部を臭素化エポキシ樹脂として用い
ることによっても難燃化することができる。
【0029】本発明のエポキシ樹脂組成物は、従来のエ
ポキシ樹脂組成物と較べて、耐熱性が高く、低吸湿性及
び低応力性に優れた硬化物を与え、かつ反応性に優れる
ので、半導体封止の分野で有利に用いることができる。
【0030】
【実施例】以下に、ジ置換ビフェノール型エポキシ樹脂
製造例、実施例及び比較例をあげてさらに詳述する。
【0031】ジ置換ビフェノール型エポキシ樹脂製造例
1 温度計、攪拌装置、冷却管を備えた内容量3000ml
の三つ口フラスコに、3,3’−ジメチル−4,4’−
ビフェノール214g、エピクロルヒドリン1295
g、及びイソプロピルアルコール504gを仕込み、3
5℃に昇温して均一に溶解させたのち、48.5重量%
の水酸化ナトリウム水溶液190gを1時間かけて滴下
した。その間に徐々に昇温し、滴下終了時には系内が6
5℃になるようにした。その後、65℃で30分間保持
して反応を行なわせた。その反応終了後、水洗して副生
塩及び過剰の水酸化ナトリウムを除去した。次いで、生
成物から減圧下で過剰のエピクロルヒドリン及びイソプ
ロピルアルコールを留去して、粗製エポキシ樹脂を得
た。
【0032】この粗製エポキシ樹脂をメチルイソブチル
ケトン500gに溶解させ、48.5重量%の水酸化ナ
トリウム水溶液6gを加え、65℃の温度で1時間反応
させた。その反応終了後に、第一リン酸ナトリウムを加
えて過剰の水酸化ナトリウムを中和し、水洗して副生塩
を除去した。次いで、減圧下でメチルイソブチルケトン
を完全に除去して、ジメチルビフェノールエポキシ樹脂
を得た。
【0033】このエポキシ樹脂は、エポキシ当量171
g/eq.、融点122℃の黄白色の固体であった。
【0034】ジ置換ビフェノール型エポキシ樹脂製造例
2 製造例1で用いた3,3’−ジメチル−4,4’−ビフ
ェノール214gの代りに、3,3’−ジブチル−4,
4’−ビフェノール298gを使用して製造例1と同様
にエピクロルヒドリンと反応させ、かつ後処理してエポ
キシ当量220g/eq.、半固形状のジ置換ビフェノ
ールエポキシ樹脂を得た。
【0035】実施例1〜3 比較例1、2 表1に示したように、エポキシ樹脂としてジ置換ビフェ
ノール型エポキシ樹脂製造例1および2で得られた各ジ
置換ビフェノール型エポキシ樹脂、テトラメチルビフェ
ノール型エポキシ樹脂、又はオルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂を用い、硬化剤としてフェノールノボ
ラック樹脂、又はテルペンフェノール樹脂、難燃剤とし
て臭素化エポキシ樹脂と三酸化アンチモン、硬化促進剤
としてトリフェニルホスフィン、充填剤としてシリカ粉
末、表面処理剤としてエポキシシラン、さらに離型剤と
してカルナバワックスをそれぞれ用いて、各エポキシ樹
脂組成物を配合した。
【0036】次いで、各配合物をミキシングロールを用
いて80〜130℃の温度で5分間溶融混合した。得ら
れた各溶融混合物はシート状に取り出し、粉砕して各半
導体封止用材料を得た。
【0037】これらの各半導体封止用材料を用い低圧ト
ランスファー成形機で金型温度180℃、成形時間18
0秒で成形して、ガラス転移温度測定用試験片、吸湿率
測定用試験片及び模擬素子を封止した44ピンFPP
(フラットプラスチックパッケージ)を得、180℃で
8時間ポストキュアーさせた。
【0038】各半導体封止用材料のゲルタイムおよび、
そのポストキュアー後のガラス転移温度、吸湿率及びハ
ンダ耐熱性を試験した結果は表1に示すとおりであり、
実施例1〜3の各半導体封止用材料は、比較例1および
2の各半導体封止用材料に較べて反応性に優れ(ゲルタ
イムが短く)、ガラス転移温度が高く、吸湿率が低くま
たハンダ耐熱性に優れた硬化物を与えた。このハンダ耐
熱性が優れるのはこれらの成形材料の低応力性、低吸湿
性と高ガラス転移温度によるものであると考えられ、半
導体封止用に適するものであった。
【0039】
【表1】
【0040】表1の注: *1・・・ 油化シエルエポキシ社商品名 エピコート18
0H65,エポキシ当量201、軟化点67℃ *2・・・ 油化シエルエポキシ社商品名 エピコートYX
4000H,エポキシ当量193 *3・・・ 油化シエルエポキシ社商品名 エピコート50
50,エポキシ当量385,臭素含有量49% *4・・・ 群栄化学社製、軟化点85℃ *5・・・ 油化シエルエポキシ社商品名 エピキュアーY
LH402,水酸基当量170、軟化点125℃ *6・・・ 龍森社商品名 RD−8 *7・・・ 信越化学工業社商品名 KBM−403 *8・・・ 150℃ *9・・・ TMAを用いて熱膨張曲線の転移点より求め
た。 *10・・・ 85℃、85%RH168時間後の吸湿率 *11・・・ 44ピンFPP16個を85℃、85%RHに
おいて168時間吸湿後、260℃ハンダ浴に10秒間
浸漬し、クラックの発生した個数を求めた。
【0041】
【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は耐熱性が
高く、低吸湿性及び低応力性に優れた硬化物を与えるこ
とができ、かつ反応性に優れるので、半導体封止の分野
において有利に使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 義則 三重県四日市市塩浜町1番地 油化シエ ルエポキシ株式会社 開発研究所内 (56)参考文献 特開 平4−50257(JP,A) 特開 平3−285910(JP,A) 特開 平3−239718(JP,A) 特開 昭63−41527(JP,A) 特開 平5−97972(JP,A) 特開 平3−66723(JP,A) 特開 平3−14818(JP,A) 特開 平2−258831(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 59/24 C08G 59/62 H01L 23/29

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)一般式 【化1】 (式中、R1 及びR2 はそれぞれ炭素数1〜10のアル
    キル基又はフェニル基であり、nは平均値で0〜5の数
    である。)で表わされるジ置換ビフェノール型エポキシ
    樹脂、及び(b)多価フェノール樹脂を必須成分として
    含有してなることを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成
    物。
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