JP3685253B2 - シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を含有する樹脂組成物、並びにこれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、柔軟性・耐衝撃性に優れるシリコーン樹脂の特性と、接着性・耐熱性・耐湿性に優れるエポキシ樹脂又はフェノール樹脂の特性とを兼ね備えた硬化物を与える硬化性樹脂組成物及びこの組成物の硬化物で被覆又は封止された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エポキシ樹脂及びフェノール樹脂は、接着性・耐熱性・耐湿性に優れており、その応用分野は接着剤や塗料はもとより、近年では半導体装置の封止材というハイテク分野にも拡大されている。しかし、剛直・脆いといった欠点を有し、特に自動車や航空機等の過酷な環境下では使用に耐えない場合がある。
【0003】
これまでにも、様々な手法でエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の硬化物の柔軟化が検討されている。その一つとして、本発明者らは、予めシリコーンと反応させた変性樹脂を用いる方法を提案している(特公昭61−48544号公報、特公昭62−36050号公報、特公昭63−63807号公報等)。これは、主成分であるエポキシ樹脂及びフェノール樹脂と変性成分であるシリコーンの相溶性を制御して相分離構造を形成し、この相分離が適度に微細である場合はこれが衝撃を吸収し、樹脂硬化物の柔軟化・強度向上に貢献するものである。しかし、この方法は低応力化の範疇にとどまるものであり、例えばシリコーン樹脂の柔軟性には及ばない。
【0004】
一方、シリコーン樹脂では、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の接着性・耐熱性・耐湿性には遠く及ばない。
【0005】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂の接着性・耐熱性・耐湿性と、シリコーン樹脂の柔軟性・耐衝撃性とを兼ね備えた硬化物を与えるシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を含有する樹脂組成物、並びにこの組成物の硬化物で被覆又は封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、1分子中に下記式(1)の構造単位を2個以上有するエポキシ樹脂又はフェノール樹脂と、下記平均組成式(2)で表されるオルガノポリシロキサンとを反応させて得られるシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂であって、シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂中のオルガノポリシロキサン成分の含有量が80重量%以下であり、かつ組成物中の有機樹脂成分全体における該オルガノポリシロキサン成分の含有量が30重量%以上であり、これを単独で硬化させた場合、及びこれを他のエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂に添加して硬化させた場合、硬化物中でオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成しないシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を用いることにより、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂の接着性・耐熱性・耐湿性と、シリコーン樹脂の柔軟性・耐衝撃性とを兼ね備えた硬化物が得られることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【0007】
従って、本発明は、
1分子中に下記式(1)の構造単位を2個以上有するエポキシ樹脂又はフェノール樹脂と、下記平均組成式(2)で表されるオルガノポリシロキサンとを反応させて得られるシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂であって、シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂中のオルガノポリシロキサン成分の含有量が80重量%以下であり、かつ組成物中の有機樹脂成分全体における該オルガノポリシロキサン成分の含有量が30重量%以上であり、これを単独で硬化させた場合、及びこれをエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂に添加して硬化させた場合、硬化物中でオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成しないシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を含有することを特徴とする樹脂組成物、
【0008】
【化3】
【0009】
(R1)a(R2)bSiO(4-a-b)/2 (2)
(但し、式中R1はアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基若しくはカルボキシル基を含有する1価の有機基、水素原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基又はアルケニルオキシ基を示し、R2は非置換又は置換の一価炭化水素基を示し、a,bは0.001≦a≦1、1≦b≦2.5、1≦a+b≦3を満足する正数である。また、1分子中のケイ素原子の数は2〜1000の整数であり、1分子中のケイ素原子に直結した官能基R1の数は1以上の整数である。)
及びこの組成物の硬化物で半導体素子の表面が被覆又は封止された半導体装置を提供する。
【0010】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明に用いられるシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂は、1分子中に上記式(1)の構造単位を2個以上、好ましくは2〜10個、より好ましくは2〜5個有するエポキシ樹脂又はフェノール樹脂と、上記平均組成式(2)で表されるオルガノポリシロキサンとを反応させて得られるものである。
【0011】
本発明に用いられるシリコーン変性樹脂の原料となるエポキシ樹脂又はフェノール樹脂は、1分子中に下記式(1)の構造単位を2個以上有するものである。
【0012】
【化4】
【0013】
ここで、R4の一価炭化水素基としては、炭素数1〜6、特に1〜3のものが好ましく、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基等のアリール基などや、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子などで置換したハロゲン置換一価炭化水素基を挙げることができる。
【0014】
上記式(1)の構造単位を2個以上有することの理由は、以下の通りである。上記のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂をオルガノポリシロキサンと反応させる場合、式(1)中のR3又はR4のいずれか一方が後述する式(2)中の官能基であるR1と反応する。ここで式(1)の構造単位が1個であり、かつR3と官能基R1が反応する場合、式(1)の部位からエポキシ基或いはフェノール性水酸基が失われ、エポキシ樹脂或いはフェノール樹脂としての機能を失う。また、式(1)の構造単位が1個であり、かつR4と官能基R1が反応する場合、同一のベンゼン環上にエポキシ基又はフェノール性水酸基とオルガノポリシロキサンとの両方が存在することになり、立体因子により反応性が低下する。一方、式(1)の構造単位が2個以上である場合、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂とオルガノポリシロキサンとの配合比を制御すれば、一部のベンゼン環上ではエポキシ基又はフェノール性水酸基とオルガノポリシロキサンの一方のみが存在することが可能になり、反応性を維持することが可能となる。また、式(1)の構造単位が1個である場合よりも2個以上である場合の方が、シリコーン変性樹脂の官能基数が増大して硬化物の架橋密度が向上し、その結果、機械的強度・耐熱性・耐湿性が向上する。
【0015】
上記のエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の中でも、特に下記一般式(3),(4)又は(5)で示されるものが望ましい。
【0016】
【化5】
【0017】
上記式(3),(4)又は(5)で示されるエポキシ樹脂及びフェノール樹脂として、より具体的には、以下の構造の化合物が挙げられる。
【0018】
【化6】
【0019】
【化7】
【0020】
【化8】
【0021】
【化9】
【0022】
これらのエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の分子量は、特に限定されるものではないが、シリコーン変性樹脂の粘度を低くし、樹脂組成物の作業性を向上させるためには、なるべく低分子量であることが望ましい。具体的には、nは0〜10、mは0〜5、特にnは0〜5(R5:−CH2−の場合)、或いは
【0023】
【化10】
【0024】
本発明に用いられるシリコーン変性樹脂の原料となるオルガノポリシロキサンは、下記平均組成式(2)で示される構造を有するものである。
【0025】
(R1)a(R2)bSiO(4-a-b)/2 (2)
(但し、式中R1はアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基若しくはカルボキシル基を含有する1価の有機基、水素原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基又はアルケニルオキシ基を示し、R2は非置換又は置換の一価炭化水素基を示し、a,bは0.001≦a≦1、1≦b≦2.5、1≦a+b≦3を満足する正数である。また、1分子中のケイ素原子の数は2〜1000の整数であり、1分子中のケイ素原子に直結した官能基R1の数は1以上の整数である。)
【0026】
上記式中、R1のアミノ基含有1価有機基としては、下記のもので例示される、アミノ基又はN−置換アミノ基で置換されたアルキル基などが挙げられる。
【0027】
【化11】
(但し、k=1,2又は3である。)
【0028】
エポキシ基含有1価有機基としては、下記のもので例示される、グリシジルオキシ基又は3,4−エポキシシクロヘキシル基で置換されたアルキル基などが挙げられる。
【0029】
【化12】
(但し、k=1,2又は3である。)
【0030】
ヒドロキシ基含有1価有機基としては、下記のもので例示されるヒドロキシ基又はヒドロキシフェニル基で置換されたアルキル基などが挙げられる。
【0031】
【化13】
(但し、k=1,2又は3、r=0,1,2又は3である。)
【0032】
カルボキシル基含有1価有機基としては、下記のもので例示される末端カルボキシル基置換アルキル基などが挙げられる。
【0033】
【化14】
(但し、xは0〜10の整数である。)
【0034】
官能基R1としては、上記の他に水素原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基であり、水素原子、ヒドロキシ基はそれぞれケイ素原子に結合してヒドロシリル基(SiH基)、シラノール基(SiOH基)を形成するものである。
【0035】
また、アルコキシ基としては、炭素数1〜8、特に1〜4のものが好ましく、例えば、メトキシ基、エトキシ基、iso−プロポキシ基、n−プロポキシ基、sec−プロポキシ基,n−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、sec−ペンチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等の直鎖状、分岐状もしくは環状のものが挙げられる。好ましくは、下記のものが挙げられる。
【0036】
【化15】
(但し、k=1,2又は3である。)
【0037】
アルケニルオキシ基としては、炭素数2〜6、特に2〜4のものが好ましく、例えば、アルケニルオキシ基の例としては、ビニルオキシ基、プロペニルオキシ基、イソプロペニルオキシ基、イソブテニルオキシ基等が挙げられる。
【0038】
また、R2の置換又は非置換の一価炭化水素基としては、炭素数1〜10、特に1〜6のものが好ましく、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基等のアラルキル基等や、これらの炭化水素基の水素原子の一部又は全部をハロゲン原子などで置換したハロゲン置換一価炭化水素基を挙げることができる。
【0039】
更に、a,bは0.001≦a≦1、1≦b≦2.5、1≦a+b≦3を満足する正数であるが、特に0.01≦a≦0.1、1.8≦b≦2、1.85≦a+b≦2.1の正数であることが好ましい。また、1分子中のケイ素原子数は2〜1000であり、好ましくは2〜100、より好ましくは5〜60の整数であることが望ましく、1分子中のケイ素原子に直結した官能基R1の数は1以上、好ましくは2〜5の整数、更に好ましくは2である。
【0040】
このようなオルガノポリシロキサンとしては、例えば下記式(6)で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンや下記式(7)で示されるアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基又はカルボキシル基含有オルガノポリシロキサンなどが挙げられる。
【0041】
【化16】
【0042】
上記式(6),(7)において、R2は式(3)のR2と同じ非置換又は置換の一価炭化水素基、好ましくはメチル基又はフェニル基を示し、Xはアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基又はカルボキシル基含有一価炭化水素基などを示し、式(2)のR1に示されるものと同様のものを挙げることができる。pは0〜98、特に3〜58の整数であることが望ましく、qは0〜20、特に0〜5の整数であることが望ましい。
【0043】
上記式(6),(7)で示される化合物として、具体的には下記のオルガノポリシロキサンを挙げることができる。なお、各式におけるシロキサン単位の繰り返し数は一例として示したものであり、それぞれ上記p,qに相当する範囲で任意の整数であってもよい。
【0044】
【化17】
【0045】
これらのオルガノポリシロキサンの分子量は、特に限定されるものではないが、100〜10000、特に500〜5000が望ましい。オルガノポリシロキサンの分子量が上記範囲にある場合、シリコーン変性樹脂の硬化物は相分離を起こさず均一であり、柔軟性・耐衝撃性に優れるシリコーン樹脂の特性と、接着性・耐熱性・耐湿性に優れるエポキシ樹脂又はフェノール樹脂の特性を兼ね備えることが可能となる。ここで、分子量が100未満であると得られる硬化物が剛直で脆くなるおそれがあり、分子量が10000より大きければ、相分離が起こる場合がある。
【0046】
上記オルガノポリシロキサンの配合量は、特に制限されるものではなく、後述するシリコーン変性樹脂中のオルガノポリシロキサン成分の含有量が80重量%以下を満足する量であることが望ましい。
【0047】
本発明のシリコーン変性エポキシ樹脂及びシリコーン変性フェノール樹脂を得る方法としては、特に制限されるものではなく、公知の方法が採用されるが、特に、アルケニル基含有エポキシ樹脂或いはアルケニル基含有フェノール樹脂中のアルケニル基と、ケイ素原子に結合した水素原子(SiH基)を少なくとも1個含有するオルガノポリシロキサン(即ち、オルガノハイドロジェンポリシロキサン)中のSiH基とのヒドロシリル化付加反応により得られたものであることが好ましい。
【0048】
本発明の樹脂組成物においては、その硬化物中のオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成せず、均一であることが必須である。この相分離を支配する要因としては、シリコーン変性樹脂(シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂)中のオルガノポリシロキサン成分の含有量と、樹脂組成物中に含有する有機樹脂成分全体(即ち、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂と、後述する任意成分としてのエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂との合計)におけるオルガノポリシロキサン成分の含有量の2つが挙げられる。
【0049】
ここで、上記で得られたシリコーン変性エポキシ樹脂及びシリコーン変性フェノール樹脂中のオルガノポリシロキサン成分の含有量は、80重量%以下、特に70重量%以下であることが望ましい。含有量が80重量%よりも多い場合、シリコーン変性樹脂中でオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成して不均一になるおそれがあり、これを樹脂組成物中に添加すると、やはりオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成して不均一になる。その結果、オルガノポリシロキサン成分の含有量が多いために柔軟性・耐衝撃性に優れるシリコーン樹脂の特性は維持されるものの、接着性・耐熱性・耐湿性に優れるエポキシ樹脂又はフェノール樹脂の特性が失われる。なお、この下限は特に限定されないが、10重量%以上、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上であることが望ましい。このオルガノポリシロキサン成分の含有量が少なすぎると、後述する有機樹脂成分全体におけるオルガノポリシロキサン成分の含有量を好適な範囲に制御することが困難になる場合がある。
【0050】
また、樹脂組成物中の有機樹脂成分全体(シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂と、後述する任意成分としてのエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂との合計)におけるオルガノポリシロキサン成分の含有量は、30重量%以上である。含有量が10重量%よりも少ない場合、オルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成して不均一になるおそれがある。その結果、オルガノポリシロキサン成分の含有量が少ないために、接着性・耐熱性・耐湿性に優れるエポキシ樹脂又はフェノール樹脂の特性は維持されるものの、剛直で脆くなり、柔軟性・耐衝撃性に優れるシリコーン樹脂の特性が失われる。なお、この上限は特に制限されないが、前述したシリコーン変性樹脂中でのオルガノポリシロキサン成分の含有量と同様の理由で、80重量%以下であることが好ましい。
【0051】
上記で得られたシリコーン変性エポキシ樹脂の粘度及びエポキシ当量或いはシリコーン変性フェノール樹脂の粘度及びフェノール性水酸基当量は、特に限定されるものではなく、室温で液状のものから固体状のものまで用途に応じて任意に設定し得るものである。特に室温で液状の樹脂組成物に関しては、シリコーン変性エポキシ樹脂の粘度は、25℃において0.01〜100Pa・s(パスカル・秒)、特に0.1〜20Pa・sであることが好ましく、また、シリコーン変性エポキシ樹脂のエポキシ当量は、100〜2,000、特に200〜1,000であることが好ましい。
【0052】
シリコーン変性フェノール樹脂の粘度は、25℃において0.01〜200Pa・s、特に0.1〜100Pa・sであることが好ましく、また、シリコーン変性フェノール樹脂のフェノール性水酸基当量は、100〜2,000、特に200〜1,000であることが好ましい。
【0053】
本発明の樹脂組成物において、シリコーン変性エポキシ樹脂とシリコーン変性フェノール樹脂とは併用することが好ましい。
【0054】
本発明の樹脂組成物における上記シリコーン変性エポキシ樹脂及びシリコーン変性フェノール樹脂の配合量は、特に限定されるものではないが、上述した樹脂組成物中の有機樹脂成分全体(シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂と、後述する任意成分としてのエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂との合計)におけるオルガノポリシロキサン成分の含有量が、10重量%以上となる量であることが望ましい。含有量が10重量%未満であると得られる硬化物が剛直で脆くなるおそれがある。
【0055】
本発明の樹脂組成物には、上記のシリコーン変性樹脂に加えて、公知のエポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いることができる。
【0056】
エポキシ樹脂としては、1分子中に少なくとも2個のエポキシ基を有するものであれば、分子構造、分子量等に制限はなく、従来から知られている種々のエポキシ樹脂の中から適宜選択して使用することができる。使用するエポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、トリフェノールプロパン型エポキシ樹脂等のトリフェノールアルカン型エポキシ樹脂及びその重合物、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのエポキシ樹脂は単独又は2種以上混合して用いることができる。
【0057】
また、フェノール樹脂としては、1分子中にフェノール性水酸基を2個以上有するフェノール樹脂を好適に使用することができ、具体的には、ビスフェノールA型樹脂、ビスフェノールF型樹脂等のビスフェノール型樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、トリフェノールプロパン型樹脂等のトリフェノールアルカン型樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、ナフタレン型フェノール樹脂、シクロペンタジエン型フェノール樹脂などが挙げられる。これらの硬化剤は単独又は2種以上混合して用いることができる。
【0058】
これらエポキシ樹脂及びフェノール樹脂の配合量は、上記シリコーン変性樹脂を考慮して決定され、シリコーン変性エポキシ樹脂及びエポキシ樹脂中のエポキシ基とシリコーン変性フェノール樹脂及びフェノール樹脂中のフェノール性水酸基のモル比が、0.8≦(エポキシ基)/(フェノール性水酸基)≦1.25であることが望ましく、特に0.9≦(エポキシ基)/(フェノール性水酸基)≦1.1であることが望ましい。上記モル比がこの範囲にない場合は一部未反応になり、硬化物の特性、更にはこれを用いる半導体装置の性能に支障をきたすおそれがある。
【0059】
本発明の樹脂組成物には、更に硬化促進剤を用いることが好ましい。硬化促進剤としては、シリコーン変性エポキシ樹脂、エポキシ樹脂と、シリコーン変性フェノール樹脂、フェノール樹脂との硬化反応を促進させるものならば特に限定されず、具体的にはイミダゾール化合物、3級アミン化合物、有機リン系化合物から選ばれる1種又は2種以上が挙げられるが、特に耐湿信頼性を考慮すると有機リン系化合物が望ましい。
【0060】
ここで、イミダゾール化合物としては、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、4−メチルイミダゾール、4−エチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール等が挙げられる。
【0061】
また、3級アミン化合物としては、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、ベンジルトリメチルアミン、α−メチルベンジルジメチルアミン等の窒素原子に結合する置換基としてアルキル基やアラルキル基を有するアミン化合物、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7及びそのフェノール塩、オクチル酸塩、オレイン酸塩などのシクロアミジン化合物やその有機酸との塩、或いは下記式の化合物などのシクロアミジン化合物と4級ホウ素化合物との塩又は錯塩などが挙げられる。
【0062】
【化18】
【0063】
また、有機リン系化合物としては、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ(p−メチルフェニル)ホスフィン、トリ(ノニルフェニル)ホスフィン、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン等のトリオルガノホスフィン化合物やテトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート等の4級ホスホニウム塩などが挙げられる。
【0064】
これらの硬化促進剤の添加量は、上記有機樹脂成分全体(シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂と、任意成分としてのエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂との合計)100重量部に対して、通常10重量部以下(0〜10重量部)、望ましくは0.1〜10重量部、より望ましくは0.5〜5重量部が好ましい。硬化促進剤が0.1重量部未満である場合は樹脂組成物が硬化不十分になるおそれがあり、また10重量部より多い場合は樹脂組成物の保存性に支障をきたすおそれがある。
【0065】
本発明の樹脂組成物には、用途に応じてシリカ、アルミナ、タルク、マイカ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、銀等の無機質充填剤、その他に難燃剤、イオントラップ剤、ワックス、着色剤、接着助剤等を本発明の目的を損なわない範囲で添加することができる。
【0066】
本発明の樹脂組成物の各成分は、公知の方法により混合することができ、例えば、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂及び必要に応じてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、硬化促進剤、無機質充填剤などを同時に又は別々に必要により加熱処理を加えながら撹拌、溶解、混合、分散させることにより製造することができる。上記成分を混合する混合機としては、樹脂組成物がペースト状である場合はミキサー等を用いることができ、固形である場合はロール、ルーダー等を用いることができる。必要に応じて混合順序、時間、温度、気圧等の条件を選定することにより、目的とする樹脂組成物を得ることができる。
【0067】
なお、本発明の樹脂組成物の粘度は、特に限定されるものではなく、室温で固体状のものから液状のものまで用途に応じて任意に設定されるものであるが、特に液状の樹脂組成物の場合には25℃において10〜1,000Pa・sであることが好ましい。
【0068】
本発明の樹脂組成物は、半導体素子の表面を被覆・封止するのに好適に用いられる。半導体装置の種類としては、特に限定されるものではないが、COFやCOB等のように柔軟な基材と硬いチップを接着させる用途に好適に用いることができる。
【0069】
本発明の樹脂組成物を用いて半導体を被覆又は封止する場合の方法、条件は、常法とすることができるが、この加熱硬化条件としては、80〜200℃で、30〜300分とすることが好ましい。
【0070】
ここで、本発明の樹脂組成物においては、その硬化物中のオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成せず、均一であることが必須であり、硬化物中のオルガノポリシロキサン成分が均一であることは、その外観によって判断され、透明である場合は均一、不透明である場合は不均一である。
【0071】
本発明の樹脂組成物は、従来公知の半導体封止用樹脂組成物の接着性・耐熱性・耐湿性を損なうことなく、かつ極めて柔軟性・耐衝撃性に優れる硬化物となるため、機械的・熱的挙動の大きく異なる部品の接着界面において、両者間に生じるストレスを十分に吸収・緩和し得る。
【0072】
【実施例】
以下、合成例及び実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【0073】
シリコーン変性樹脂の合成
以下の合成例1〜12で得られたシリコーン変性エポキシ樹脂(化合物A〜F)及びシリコーン変性フェノール樹脂(化合物G〜L)は、いずれも原料のオルガノハイドロジェンポリシロキサン中のケイ素原子結合水素原子(SiH基)と、エポキシ樹脂或いはフェノール樹脂中の芳香族環に結合したアルケニル基(アリル基)とがヒドロシリル化付加反応により生成した付加反応物である(−SiH+CH2=CHCH2− → −SiCH2CH2CH2−)。
【0074】
[合成例1]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、下記式(8)のエポキシ樹脂42.0g(0.10mol)とトルエン168.0gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに下記式(14)のオルガノポリシロキサン36.3g(0.05mol)とトルエン145.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、黄色透明液体(η=5Pa・s/25℃,エポキシ当量400,オルガノポリシロキサン含有量46.4重量%)を得た。これを化合物Aとする。
【0075】
【化19】
【0076】
[合成例2]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、前記式(8)のエポキシ樹脂42.0g(0.10mol)とトルエン168.0gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに下記式(15)のオルガノポリシロキサン110.3g(0.05mol)とトルエン441.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、黄色透明液体(η=2Pa・s/25℃,エポキシ当量770,オルガノポリシロキサン含有量72.4重量%)を得た。これを化合物Bとする。
【0077】
【化20】
【0078】
[合成例3]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、前記式(8)のエポキシ樹脂42.0g(0.10mol)とトルエン168.0gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを、100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに下記式(16)のオルガノポリシロキサン221.3g(0.05mol)とトルエン885.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、黄色不透明液体(η=1Pa・s/25℃,エポキシ当量770,オルガノポリシロキサン含有量84.0重量%)を得た。これを化合物Cとする。
【0079】
【化21】
【0080】
[合成例4]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、前記式(8)のエポキシ樹脂42.0g(0.10mol)とトルエン168.0gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに下記式(17)のオルガノポリシロキサン122.9g(0.05mol)とトルエン491.6gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、黄色透明液体(η=4Pa・s/25℃,エポキシ当量830,オルガノポリシロキサン含有量74.5重量%)を得た。これを化合物Dとする。
【0081】
【化22】
【0082】
[合成例5]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、下記式(9)のエポキシ樹脂37.8g(0.10mol)とトルエン151.2gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(14)のオルガノポリシロキサン36.3g(0.05mol)とトルエン145.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、黄色透明液体(η=3Pa・s/25℃,エポキシ当量370,オルガノポリシロキサン含有量49.0重量%)を得た。これを化合物Eとする。
【0083】
【化23】
【0084】
[合成例6]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、下記式(10)のエポキシ樹脂58.0g(0.10mol)とトルエン232.0gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(15)のオルガノポリシロキサン110.3g(0.05mol)とトルエン441.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、黄色透明液体(η=5Pa・s/25℃,エポキシ当量850,オルガノポリシロキサン含有量65.5重量%)を得た。これを化合物Fとする。
【0085】
【化24】
【0086】
[合成例7]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、下記式(11)のフェノール樹脂30.8g(0.10mol)とトルエン123.2gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(14)のオルガノポリシロキサン36.3g(0.5mol)とトルエン145.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、褐色透明液体(η=20Pa・s/25℃,フェノール当量340,オルガノポリシロキサン含有量54.1重量%)を得た。これを化合物Gとする。
【0087】
【化25】
【0088】
[合成例8]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、前記式(11)のフェノール樹脂30.8g(0.10mol)とトルエン123.2gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(15)のオルガノポリシロキサン110.3g(0.05mol)とトルエン441.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、褐色透明液体(η=10Pa・s/25℃,フェノール当量720,オルガノポリシロキサン含有量78.2重量%)を得た。これを化合物Hとする。
【0089】
[合成例9]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、前記式(11)のフェノール樹脂30.8g(0.10mol)とトルエン123.2gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(16)のオルガノポリシロキサン221.3g(0.05mol)とトルエン885.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、褐色不透明液体(η=6Pa・s/25℃,フェノール当量720,オルガノポリシロキサン含有量87.8重量%)を得た。これを化合物Iとする。
【0090】
[合成例10]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、前記式(11)のフェノール樹脂30.8g(0.10mol)とトルエン123.2gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(17)のオルガノポリシロキサン122.9g(0.05mol)とトルエン491.6gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、褐色透明液体(η=16Pa・s/25℃,フェノール当量770,オルガノポリシロキサン含有量80.0重量%)を得た。これを化合物Jとする。
【0091】
[合成例11]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと還流管を取り付けたフラスコに、下記式(12)のフェノール樹脂26.6g(0.10mol)とトルエン106.4gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(14)のオルガノポリシロキサン36.3g(0.05mol)とトルエン145.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、褐色透明液体(η=12Pa・s/25℃,フェノール当量315,オルガノポリシロキサン含有量58.1重量%)を得た。これを化合物Kとする。
【0092】
【化26】
【0093】
[合成例12]
撹拌羽根、滴下漏斗、温度計、エステルアダプターと環流管を取り付けたフラスコに、下記式(13)のフェノール樹脂41.2g(0.10mol)とトルエン164.8gを入れ、130℃/2時間で共沸脱水を行った。これを100℃に冷却し、触媒(信越化学工業(株)製CAT−PL−50T)0.5gを滴下し、直ちに前記式(15)のオルガノポリシロキサン110.3g(0.05mol)とトルエン441.2gの混合物を30分程度で滴下し、更に100℃/6時間で熟成した。これからトルエンを除去し、褐色透明液体(η=20Pa・s/25℃,フェノール当量760,オルガノポリシロキサン含有量72.8重量%)を得た。これを化合物Lとする。
【0094】
【化27】
【0095】
樹脂組成物の製造
[実施例1〜5、比較例1〜3]
上述の化合物A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L、ビスフェノールA型エポキシ樹脂M(η=15Pa・s/25℃,エポキシ当量180)、フェノールノボラック樹脂N(軟化点55℃,フェノール当量100)、TPP(トリフェニルホスフィン)、シリカ(球状溶融シリカ,平均粒径2μm,最大粒径10μm)、カーボンブラック及びKBM−403(信越化学工業(株)製シランカップリング剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)を、それぞれ表1に示す通りに配合し、ミキサーを用いて混合して、実施例1〜5、比較例1〜3の樹脂組成物を得た。これらの樹脂組成物について、以下の(a)〜(f)の諸試験を行い、表1に記す結果を得た。なお、オルガノポリシロキサン含有量は、合成例の配合量から算出した。また、硬化条件は、すべて150℃/4時間である。
【0096】
(a)硬化物の外観
表1の配合よりシリカ、カーボンブラック、KBM−403を除いたものを1mm厚の膜状の試験片とし、これについて外観観測を行った。ここで、透明なものは相分離構造を形成せず均一なものであり、不透明なものは相分離構造を形成するものである。
【0097】
(b)硬化物のガラス転移温度(Tg)
5mm×5mm×15mmの試験片を作製し、これをTMAで毎分5℃で昇温した場合のガラス転移温度(Tg)の値を測定した。
【0098】
(c)硬化物の吸水率
50mmφ×3mmの試験片を作製し、これと121℃/100%RH/2atm/72時間放置した後との重量変化を測定した。
【0099】
(d)硬化物の引張弾性率
JIS K 7113に基づき25℃の曲げ弾性率を測定した。
【0100】
(e)耐湿信頼性
表1の樹脂組成物を用いて14pinDIP(アルミ配線を施したシリコンチップを42アロイ製のフレームに搭載し金ワイヤで配線する)を封止した半導体装置を作製し、この半導体装置20個を121℃/100%RH/2atm/100時間、300時間、1000時間放置した後、断線により異常値を示すパッケージ数/総パッケージ数を測定した。
【0101】
(f)耐冷熱サイクル性
BT基板及びUPILEX(宇部興産製50μm厚)に表1の樹脂組成物を8mm×8mm×50μmで塗布し、この上から7mm×7mm×0.3mmのシリコンチップを搭載し、樹脂組成物を硬化させた試験片20個を240℃半田浴/10秒と液体窒素/10秒を10回、30回、100回往復させ、その後のクラック、剥離発生試験片数/総試験片数を測定した。
【0102】
【表1】
【0103】
【発明の効果】
本発明の樹脂組成物は、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂の接着性・耐熱性・耐湿性と、シリコーン樹脂の柔軟性・耐衝撃性とを兼ね備えた硬化物を与えるもので、この硬化物により被覆又は封止された半導体装置は、機械的・熱的挙動の大きく異なる部品の接着界面に生じるストレスを十分に吸収・緩和し得る。
Claims (3)
- 1分子中に下記式(1)の構造単位を2個以上有するエポキシ樹脂又はフェノール樹脂と、下記平均組成式(2)で表されるオルガノポリシロキサンとを反応させて得られるシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂であって、シリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂中のオルガノポリシロキサン成分の含有量が80重量%以下であり、かつ組成物中の有機樹脂成分全体における該オルガノポリシロキサン成分の含有量が30重量%以上であり、これを単独で硬化させた場合、及びこれをエポキシ樹脂及び/又はフェノール樹脂に添加して硬化させた場合、硬化物中でオルガノポリシロキサン成分が相分離構造を形成しないシリコーン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂を含有することを特徴とする樹脂組成物。
(但し、式中R1はアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシ基若しくはカルボキシル基を含有する1価の有機基、水素原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基又はアルケニルオキシ基を示し、R2は非置換又は置換の一価炭化水素基を示し、a,bは0.001≦a≦1、1≦b≦2.5、1≦a+b≦3を満足する正数である。また、1分子中のケイ素原子の数は2〜1000の整数であり、1分子中のケイ素原子に直結した官能基R1の数は1以上の整数である。) - 請求項1又は2記載の樹脂組成物の硬化物で半導体素子の表面が被覆又は封止された半導体装置。
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