CN103827162A - 环氧树脂组合物及电子部件装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种环氧树脂组合物,其包含:含有下述通式(I)所示的化合物的(A)环氧树脂、含有下述通式(II)所示的化合物的(B)酚醛树脂、和含有下述通式(III)所示的化合物的(C)二羟基萘化合物。式(I)中,R表示氢原子,n表示0~10的整数。式(II)中,R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基,彼此可以相同或不同,n表示0~10的整数。式(III)中,R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基。
Description
技术领域
本发明涉及环氧树脂组合物及电子部件装置。
背景技术
一直以来,在成形材料、层叠板用及粘接剂用材料、各种电子电气部件、涂料及墨液材料等领域中,环氧树脂等固化性树脂被广泛地使用。尤其在与晶体管、IC等电子部件元件的密封技术有关的领域中,广泛地使用环氧树脂固化物作为密封材料。其理由在于:环氧树脂固化物在成形性、电特性、耐湿性、耐热性、机械特性、与嵌入物的粘接性等诸多特性中均能取得平衡。
另一方面,近年来,在电子部件的领域中,高速化及高密度化不断加剧,随之而来的是,电子部件的发热变得显著。在车载用途等高温环境下运作的电子部件也在增加。因此,对于被用于电子部件的塑料、尤其是环氧树脂固化物而言,即使在高温环境下使用时物性的变化与室温相比也较小等有关在高温环境下使用时提高可靠性的要求在不断提高。
在此,作为在高温环境下提高可靠性的方法,有使玻璃化转变温度上升的方法。作为使玻璃化转变温度上升的做法,报道了将三酚甲烷型环氧树脂和苯酚酚醛树脂并用的方法等(例如最新半导体·LED的密封技术,参照材料开发大全集(技术信息协会)、22—24(2006年)”)。根据该方法,能够将环氧树脂固化物的玻璃化转变温度提高至约200℃左右,并且能够赋予高耐热性。此外,已知将三酚甲烷型环氧树脂等多官能型环氧树脂与三酚甲烷型酚醛树脂等多官能酚醛树脂并用的方法也是能够将玻璃化转变温度提高至约200℃左右的方法。
此外,作为BGA封装中的翘曲小、在室温(25℃)~回焊温度下翘曲的温度变化小、2次安装时的不良少、流动性良好且称为孔洞、金线偏移的不良的产生也少、并且无卤素、无锑而不会使成形性、耐湿性、高温放置特性等可靠性降低、阻燃性良好的密封用环氧树脂组合物,提出了含有二羟基萘芳烷基酚醛树脂的环氧树脂组合物(例如参照日本特开2009—221357号公报。)。
发明内容
发明要解决的课题
但是,本发明人等进行了研究,结果判明:含有三酚甲烷型环氧树脂的以往组合物的固化物虽然玻璃化转变温度高,但是在200℃左右弹性模量大幅降低,因此例如在200℃这样的高温环境下的可靠性还称不上充分。市场上迫切需要即使在高温环境下使用时固化物的物性变化也小即可靠性优异的环氧树脂组合物。
为此,本发明的课题在于,提供在制成固化物时玻璃化转变温度高、即使在高温环境下使用的情况下弹性模量的变化及质量减少也小的环氧树脂组合物、以及具备通过该环氧树脂组合物密封的元件的电子部件装置。
用于解决课题的手段
本发明人等为了解决上述的课题而反复进行了深入研究,结果发现,对于含有特定的环氧树脂和特定的酚醛树脂的环氧树脂组合物的固化物而言,其玻璃化转变温度高,即使在高温环境下使用时,弹性模量的变化、质量减少也小,在高温环境下的可靠性优异,至此完成本发明。具体而言,涉及以下内容。
<1>一种环氧树脂组合物,其包含:
含有下述通式(I)所示的化合物的(A)环氧树脂、
含有下述通式(II)所示的化合物的(B)酚醛树脂、和
含有下述通式(III)所示的化合物的(C)二羟基萘化合物。
【化1】
〔式(I)中,R表示氢原子,n表示0~10的整数。〕
【化2】
〔式(II)中,R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基,彼此可以相同或不同。n表示0~10的整数。〕
【化3】
〔式(III)中,R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基。〕
<2>根据上述<1>所述的环氧树脂组合物,其中,上述通式(II)所示的化合物包括下述通式(IV)所示的酚醛树脂。
【化4】
〔式(IV)中,R1表示氢原子,n表示0~10的整数。〕
<3>根据上述<1>或<2>所述的环氧树脂组合物,上述通式(II)所示的化合物和上述通式(III)所示的化合物的总量中,上述通式(III)所示的化合物的总量的含有率为10质量%~55质量%。
<4>根据上述<1>~<3>中任一项所述的环氧树脂组合物,其进一步含有抗氧化剂。
<5>一种电子部件装置,其具备通过上述<1>~<4>中任一项所述的环氧树脂组合物密封的元件。
发明效果
根据本发明,能够提供在制成固化物时玻璃化转变温度高、即使在高温环境下使用时弹性模量的变化及质量减少也小的环氧树脂组合物、以及在高温环境下的可靠性优异的电子部件装置。
附图说明
图1为酚醛树脂1的GPC图。
图2为酚醛树脂2的GPC图。
图3为酚醛树脂3的GPC图。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细地说明。
予以说明,本说明书中,“~”表示包含其前后所记载的数值分别作为最小值及最大值的范围。此外,本说明书中,在组合物中相当于各成分的物质存在多种时,只要无特别说明,组合物中的各成分的量是指在组合物中存在的该多种物质的总量。
<环氧树脂组合物>
本发明的环氧树脂组合物为包含含有下述通式(I)所示的化合物的(A)环氧树脂、含有下述通式(II)所示的化合物的(B)酚醛树脂、和含有下述通式(III)所示的化合物的(C)二羟基萘化合物的环氧树脂组合物。本发明的环氧树脂组合物在室温(25℃)下为固态。
以下,对构成本发明的环氧树脂组合物的各成分进行说明。
〔(A)环氧树脂〕
本发明中使用的环氧树脂组合物含有下述通式(I)所示的化合物(以下,记载为三酚甲烷型环氧树脂。)。
【化5】
式(I)中,R表示氢原子。n表示0~10的整数。
通过使环氧树脂组合物含有三酚甲烷型环氧树脂,从而尤其能够提高耐热性。对于三酚甲烷型环氧树脂而言,由于树脂骨架中所占据的芳香族环含有率高、且为多官能,因此固化物的玻璃化转变温度变高,进而通过与以下说明的酚醛树脂组合,从而在制成固化物时能够得到在高温环境下可靠性高的树脂组合物。
在上述通式(I)中的R为氢原子时,成形性优异。作为R为氢原子的上述化合物,例如日本化药株式会社制造的商品名:EPPN—500系列、三菱化学株式会社制造的商品名:1032H60能够以市售品形式获得。
从流动性和成形性的观点出发,式(I)中的n为0~10的整数、优选为0~8的整数。
予以说明,式(I)所示的化合物可以含有下述式(I—1)所示的化合物,所述下述式(I—1)所示的化合物在合成式(I)所示的化合物时使用。
【化6】
式(I—1)中,R表示氢原子。
从流动性及耐热性的观点出发,相对于式(I)所示的化合物及式(I—1)所示的化合物的总质量,式(I—1)所示的化合物的含量优选为5质量%~90质量%,更优选为10质量%~80质量%,进一步优选为20质量%~70质量%。
上述通式(I)所示的三酚甲烷型环氧树脂(含有上述通式(I—1)所示的化合物)的环氧当量优选为100~220、更优选为120~200、进一步优选为140~185。
上述环氧当量的测定方法可以采用一般的方法,例如可以利用基于JIS K7236的方法进行测定。
此外,在本发明中可以以不损害使用三酚甲烷型环氧树脂的效果的范围并用其他环氧树脂。作为能够并用的环氧树脂,只要是在1分子中具有2个以上的环氧基的化合物,则并无特别限定。
作为能够并用的环氧树脂,例如可列举:双酚A型、双酚F型、双酚S型、萘型、苯酚酚醛型、甲酚酚醛型、苯二酚酚醛型、苯酚芳烷基型、联苯型、二环戊二烯型、缩水甘油酯型、缩水甘油胺型、乙内酰脲型、异氰脲酸酯型。相对于三酚甲烷型环氧树脂而言,这些环氧树脂可以单独使用或组合使用2种以上。
作为并用其他环氧树脂时的含有率,在全部环氧树脂量中,三酚甲烷型环氧树脂优选为50质量%以上,更优选为80质量%以上。通过使三酚甲烷型环氧树脂的含有率为上述范围内,从而可以得到优异的耐热性。
〔(B)酚醛树脂〕
本发明中使用的环氧树脂组合物含有下述通式(II)所示的化合物(以下,记载为萘二酚芳烷基树脂。)。
【化7】
式(II)中,R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基,彼此可以相同或不同。n表示0~10的整数。
通过在上述三酚甲烷型环氧树脂中并用萘二酚芳烷基树脂,从而尤其能够提高高温时的耐热性。认为这是由于:萘二酚芳烷基树脂在树脂骨架中具有萘环这样的刚性骨架,并且为多官能,所以使得固化物的玻璃化转变温度变高。进而认为:利用与萘环键合的2个羟基,在固化反应后能够提高环氧树脂的分子链的约束性,并且通过与上述所说明的环氧树脂组合,从而在制成固化物时能够得到在高温环境下可靠性高的树脂组合物。
详细而言,对于上述三酚甲烷型环氧树脂而言,由于芳香族环含有率高、且为多官能,因此通过与萘二酚芳烷基树脂的羟基反应,可以提高交联密度。进而,利用萘二酚芳烷基树脂的与萘环键合的2个羟基,可以使上述三酚甲烷型环氧树脂在固化物中堆积(stacking),进而还可以利用本身的萘环形成堆积物。认为可以利用这些作用来有效地提高分子链的约束性,并且可以提高高温时的弹性模量保持率。
式(II)中的R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基,从弹性模量保持率性的观点出发,更优选为氢原子。
从流动性、成形性和阻燃性的观点出发,式(II)中的n优选为0~10的整数、更优选为0~8的整数。
此外,从达成本发明效果的观点出发,优选使通式(II)中的羟基与萘骨架的1位和6位键合。因此,上述通式(II)所示的化合物优选为下述式(IV)所示的化合物。
【化8】
式(IV)中,R1表示氢原子。n表示0~10的整数,其优选的范围与通式(II)的情况相同。
作为式(IV)所示的1,6—萘二酚芳烷基树脂,能够获得SN—375、SN—395(均为新日铁化学株式会社制造的商品名)等。
此外,在本发明中可以以不损害使用萘二酚芳烷基树脂的效果的范围并用其他酚醛树脂。作为能够使用的酚醛树脂,可列举通常在密封用环氧树脂组合物中使用的酚醛树脂,并无特别限制。
例如可列举:使苯酚、甲酚、间苯二酚、邻苯二酚、双酚A、双酚F、苯基苯酚、氨基苯酚等酚类和/或α—萘酚、β—萘酚、二羟基萘等萘酚类与甲醛、苯甲醛、水杨醛等具有醛基的化合物在酸性催化剂下缩合或共缩合而得的线型酚醛树脂;由苯酚类和/或萘酚类与二甲氧基对二甲苯或双(甲氧基甲基)联苯合成的苯酚芳烷基树脂、亚联苯型苯酚芳烷基树脂、萘酚芳烷基树脂等芳烷基型酚醛树脂;由苯酚类和/或萘酚类与二环戊二烯通过共聚而合成的二环戊二烯型苯酚酚醛树脂、二环戊二烯型萘酚酚醛树脂等二环戊二烯型酚醛树脂;三苯基甲烷型酚醛树脂;萜烯改性酚醛树脂;对二甲苯和/或间二甲苯改性酚醛树脂;三聚氰胺改性酚醛树脂;环戊二烯改性酚醛树脂;将这些树脂中的两种以上共聚而得的酚醛树脂。
相对于上述萘二酚芳烷基树脂而言,这些酚醛树脂可以单独使用或组合使用两种以上。作为并用其他酚醛树脂时的含有率,为了充分得到上述萘二酚芳烷基树脂的效果,在全部酚醛树脂中,上述萘二酚芳烷基树脂优选为50质量%以上、更优选为80质量%以上。
含有萘二酚芳烷基树脂的(B)酚醛树脂的总量优选按照相对于含有上述三酚甲烷型环氧树脂的(A)环氧树脂的总量而使(B)酚醛树脂的羟基与(A)环氧树脂的环氧基接近等当量的方式进行添加。
具体而言,(B)酚醛树脂(固化剂)中的羟基数相对于(A)环氧树脂中的环氧基数的比(固化剂中的羟基数/环氧树脂中的环氧基数)并无特别限制,但是,为了将各个未反应成分抑制在较少的水平,优选设定为0.5~2的范围、更优选0.6~1.3。为了得到成形性优异的密封用环氧树脂组合物,进一步优选设定为0.8~1.2的范围。
〔(C)二羟基萘化合物〕
本发明的环氧树脂组合物含有下述通式(III)所示的化合物(以下,记载为二羟基萘化合物。)。
【化9】
式(III)中,R1表示氢原子、碳数1~6的烷基或碳数1~2的烷氧基。
二羟基萘化合物是作为合成上述萘二酚芳烷基树脂时的原料来使用的化合物。通过使环氧树脂组合物含有二羟基萘化合物,从而可以提高环氧树脂组合物的流动性,并且通过调整二羟基萘化合物与萘二酚芳烷基树脂的配合比率,从而可以调整流动性和耐热性。予以说明,与萘二酚芳烷基树脂同样,二羟基萘化合物具有萘环这样的刚性骨架、并且具有与萘环键合的2个羟基。由此认为:与其他低分子的酚化合物等相比,更能提高树脂组合物的流动性,并且更能维持耐热性。
作为二羟基萘化合物,具体而言,可列举1,5—二羟基萘、1,6—二羟基萘、1,7—二羟基萘、2,6—二羟基萘、2,7—二羟基萘等。尤其从作为树脂组合物的流动性的观点出发,优选使用1,6—二羟基萘。
对于上述萘二酚芳烷基树脂和上述二羟基萘化合物的含有比率而言,从流动性及耐热性的观点出发,上述二羟基萘化合物相对于上述萘二酚芳烷基树脂及上述二羟基萘化合物的总量的含有率优选为10质量%~55质量%、更优选为20质量%~50质量%。通过使二羟基萘化合物的含有率为10质量%以上,从而使流动性提高,并且通过使二羟基萘化合物的含有率为55质量%以下,从而容易得到优异的耐热性(高Tg)。
在此,二羟基萘化合物相对于萘二酚芳烷基树脂及二羟基萘化合物的总量的含有率可以由利用差示折射率检测器(RI)检测出的GPC的面积积分比求出。
将上述通式(II)所示的萘二酚芳烷基树脂及通式(III)所示的二羟基萘化合物合并时的羟基当量优选为70~140、更优选为80~135、进一步优选为90~130。
上述羟基当量的测定方法可以采用一般的方法,例如可以利用基于JISK0070的方法进行测定。
〔(D)抗氧化剂〕
为了防止树脂氧化,而优选使本发明的环氧树脂组合物中根据需要含有抗氧化剂。抗氧化剂是指防止树脂氧化的添加剂,含有上述的环氧树脂及酚醛树脂的环氧树脂组合物可以减少高温时弹性模量的降低,并通过使这些树脂组合物进一步含有抗氧化剂,从而可以抑制高温放置下的固化物的质量降低。
作为抗氧化剂,可列举酚系抗氧化剂、亚磷酸酯系抗氧化剂、硫系抗氧化剂、受阻胺系抗氧化剂等。这些抗氧化剂也可以并用。特别优选含有酚系抗氧化剂。通过使用酚系抗氧化剂,从而可以有效地防止树脂的热氧化劣化。通过含有酚系抗氧化剂、并根据需要进一步并用亚磷酸酯系抗氧化剂、硫系抗氧化剂、受阻胺系抗氧化剂等所有其他抗氧化剂,从而可以更有效地抑制树脂的热氧化劣化。
作为酚系抗氧化剂,例如可列举:1,3,5—三(3’,5’—二叔丁基—4’—羟基苄基)异氰脲酸、1,1,3—三(2—甲基—4—羟基—5—叔丁基苯基)丁烷、3—(4’—羟基—3’,5’—二叔丁基苯基)丙酸正十八烷基酯、3—(4’—羟基—3’,5’—二叔丁基苯基)丙酸正十八烷基酯、3,9—双{2—[3—(3—叔丁基—4—羟基—5—甲基苯基)丙酰氧基]—1,1—二甲基乙基}2,4,8,10—四氧杂螺[5.5]十一烷、2—叔丁基—4—甲氧基苯酚、3—叔丁基—4—甲氧基苯酚、2,6—二叔丁基—4—乙基苯酚、2,2’—亚甲基—双(4—甲基—6—叔丁基苯酚)、4,4’—硫代双(3—甲基—6—叔丁基苯酚)、4,4’—亚丁基双(3—甲基—6—叔丁基苯酚)、1,3,5—三甲基—2,4,6—三(3,5—二叔丁基—4—羟基苄基)苯及四[亚甲基—3—(3’,5’—二叔丁基—4’—羟基苯基)丙酸酯]甲烷。
对于酚系抗氧化剂而言,优选使与酚性羟基所键合的碳原子邻接的2个碳原子各具有碳数1以上的有机基团。作为优选的有机基团的具体例,可列举甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、叔丁基等。更优选使与酚性羟基所键合的碳原子邻接的2个碳原子各具有含叔碳的有机基团作为取代基。作为含叔碳的有机基团,具体而言,可列举叔丁基等。
酚系抗氧化剂可以利用常规方法来合成和/或制备,也可以购入市售品。作为能够购入的抗氧化剂的市售品,例如可列举:“YOSHINOX BB”、“YOSHINOX BHT”、“YOSHINOX425”(以上为API Corporation公司制造,商品名)、“TTIC”、“TTAD”(以上为东丽公司制造,商品名)、“IRGANOX L107”(BASF JAPAN公司制造,商品名)、“AO—20”、“AO—30”、“AO—40”、“AO—50”、“AO—50F”、“AO—60”、“AO—60G”、“AO—70”、“AO—80”、“AO—330”(以上为ADEKA公司制造,商品名)。这些市售品可以单独使用一种或组合使用两种以上。
其中,更优选在酚性羟基的邻位的两侧上具有叔丁基、且包含4个该骨架的下述式(V)所示的化合物。对于酚性羟基被体积更大的取代基包围、空间位阻高、且包含更多该骨架的化合物而言,更期待其可靠性提高的效果。作为这样的化合物,有ADEKA公司制造的商品名“AO—60”。
【化10】
本发明的环氧树脂组合物中的酚系抗氧化剂的含有率只要能够达成质量减少的抑制效果,则并无特别限制。但是,若配合大量抗氧化剂,则有时使玻璃化转变温度降低,因此从环氧树脂组合物的玻璃化转变温度(耐热性)的观点出发,优选相对于环氧树脂的总量100质量份而共计配合0.1质量份~20质量份的抗氧化剂、更优选配合1质量份~10质量份的抗氧化剂。通过使上述酚系抗氧化剂的含有率为0.1质量份以上,从而可以充分得到固化物质量减少的抑制效果,并且通过使酚系抗氧化剂的含有率为20质量份以下,从而可以抑制固化物的玻璃化转变温度(耐热性)的降低。
作为亚磷酸酯系抗氧化剂,例如可列举:三苯基亚磷酸酯、二苯基异癸基亚磷酸酯、苯基二异癸基亚磷酸酯、4,4’—亚丁基—双(3—甲基—6—叔丁基苯基二(十三烷基))亚磷酸酯、环新戊烷四基双(壬基苯基)亚磷酸酯、环新戊烷四基双(二壬基苯基)亚磷酸酯、环新戊烷四基三(壬基苯基)亚磷酸酯、环新戊烷四基三(二壬基苯基)亚磷酸酯、10—(2,5—二羟基苯基)—10H—9—氧杂—10—磷杂菲—10—氧化物、2,2—亚甲基双(4,6—二叔丁基苯基)辛基亚磷酸酯、二异癸基季戊四醇二亚磷酸酯及三(2,4—二叔丁基苯基)亚磷酸酯。这些物质可以单独使用一种或组合使用两种以上。
作为硫系抗氧化剂,例如可列举:四[亚甲基—3—(十二烷硫基)丙酸酯]甲烷、3,3’—硫代二丙酸二月桂基酯、3,3’—硫代二丙酸二硬脂基酯、N—环己基硫代邻苯二甲酰亚胺及N-正丁基苯磺酰胺。这些物质可以单独使用一种或组合使用两种以上。
作为受阻胺系抗氧化剂,例如可列举:双(2,2,6,6—四甲基—4—哌啶基)癸二酸酯、双(1,2,2,6,6—五甲基—4—哌啶基)癸二酸酯、3—十二烷基—1—(2,2,6,6—四甲基—4—哌啶基)吡咯烷—2,5—二酮、N—甲基—3—十二烷基—1—(2,2,6,6—四甲基—4—哌啶基)吡咯烷—2,5—二酮、N—乙酰基—3—十二烷基—1—(2,2,6,6—四甲基—4—哌啶基)吡咯烷—2,5—二酮、聚〔{6—(1,1,3,3—四甲基丁基)亚氨基—1,3,5—三嗪—2,4—二炔}{(2,2,6,6—四甲基—4—哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6—四甲基—4—哌啶基)亚氨基}〕。这些物质可以单独使用一种或组合使用两种以上。
此外,上述的抗氧化剂可以预先与环氧树脂和/或酚醛树脂熔融混合后使用。通过预先将抗氧化剂与环氧树脂和/或酚醛树脂熔融混合,从而可以使抗氧化剂充分分散到树脂组合物中。
〔(E)固化促进剂〕
为了促进固化反应,优选使本发明的成形材料含有(E)固化促进剂。作为本发明中使用的(E)固化促进剂,可列举通常在密封用环氧树脂成形材料中使用的固化促进剂,并无特别限定。
例如可列举:1,8—二氮杂双环[5.4.0]—7—十一碳烯、1,5—二氮杂双环[4.3.0]—5—壬烯、5,6—二丁基氨基—1,8—二氮杂双环[5.4.0]—7—十一碳烯等环脒化合物及对这些化合物加成马来酸酐、1,4—苯醌、2,5—甲苯醌、1,4—萘醌、2,3—二甲基苯醌、2,6—二甲基苯醌、2,3—二甲氧基—5—甲基—1,4苯醌、2,3—二甲氧基—1,4—苯醌、苯基—1,4—苯醌等醌化合物、重氮苯基甲烷、酚醛树脂等具有π键的化合物而成的具有分子内极化的化合物;苄基二甲基胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、三(二甲基氨基甲基)苯酚等叔胺类及它们的衍生物;2—甲基咪唑、2—苯基咪唑、2—苯基—4—甲基咪唑、2—十七烷基咪唑等咪唑类及它们的衍生物;三丁基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦、三(4—甲基苯基)膦、三(4—丁基苯基)膦、二苯基膦、苯基膦等有机膦类及对这些膦类加成马来酸酐、上述醌化合物、重氮苯基甲烷、酚醛树脂等具有π键的化合物而成的具有分子内极化的磷化合物;四苯基四苯基硼酸盐、三苯基膦四苯基硼酸盐、2—乙基—4—甲基咪唑四苯基硼酸盐、N—甲基吗啉四苯基硼酸盐等四苯基硼盐及它们的衍生物等。这些物质可以单独使用一种或组合使用两种以上。
其中,从固化性及流动性的观点出发,优选叔膦与醌化合物的加成物、更优选三苯基膦与苯醌的加成物。从保存稳定性的观点出发,优选环脒化合物与酚醛树脂的加成物,更优选二氮杂双环十一碳烯的线型酚醛树脂盐。
在固化促进剂总量中,作为固化促进剂的叔膦与醌化合物的加成物和/或环脒化合物与酚醛树脂的加成物的总配合量优选为60质量%以上、更优选为80质量%以上。
作为在叔膦与醌化合物的加成物中使用的叔膦,并无特别限制,例如可列举三丁基膦、二丁基苯基膦、丁基二苯基膦、乙基二苯基膦、三苯基膦、三(4—甲基苯基)膦、三(4—乙基苯基)膦、三(4—丙基苯基)膦、三(4—丁基苯基)膦、三(异丙基苯基)膦、三(叔丁基苯基)膦、三(2,4—二甲基苯基)膦、三(2,6—二甲基苯基)膦、三(2,4,6—三甲基苯基)膦、三(2,6—二甲基—4—乙氧基苯基)膦、三(4—甲氧基苯基)膦、三(4—乙氧基苯基)膦等具有芳基的叔膦,从成形性的观点出发,优选为三苯基膦。
此外,作为在叔膦与醌化合物的加成物中使用的醌化合物,并无特别限制,例如可列举邻苯醌、对苯醌、联苯醌、1,4—萘醌、蒽醌,从耐湿性或保存稳定性的观点出发,优选为对苯醌。
作为固化促进剂的具体例,例如可列举:1,5—二氮杂双环[4.3.0]壬—5—烯、1,8—二氮杂双环[5.4.0]十一碳—7—烯等作为二氮杂双环烯的环脒化合物;环脒化合物的苯酚酚醛树脂盐等环脒化合物衍生物;对环脒化合物或其衍生物加成马来酸酐、1,4—苯醌、2,5—甲苯醌、1,4—萘醌、2,3—二甲基苯醌、2,6—二甲基苯醌、2,3—二甲氧基—5—甲基—1,4—苯醌、2,3—二甲氧基—1,4—苯醌、苯基—1,4—苯醌等醌化合物、重氮苯基甲烷、酚醛树脂等具有π键的化合物而成的具有分子内极化的化合物;苄基二甲基胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、三(二甲基氨基甲基)苯酚等叔胺化合物及它们的衍生物;2—甲基咪唑、2—苯基咪唑、2—苯基—4—甲基咪唑等咪唑化合物及它们的衍生物;三丁基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦、三(4—甲基苯基)膦、三(4—丁基苯基)膦、二苯基膦、苯基膦等有机膦化合物;对这些有机膦化合物加成马来酸酐、上述醌化合物、重氮苯基甲烷、酚醛树脂等具有π键的化合物而成的具有分子内极化的磷化合物;四苯基四苯基硼酸盐、三苯基膦四苯基硼酸盐、2—乙基—4—甲基咪唑四苯基硼酸盐、N—甲基吗啉四苯基硼酸盐等四苯基硼盐及它们的衍生物等。
这些化合物可以单独使用或组合使用两种以上。其中,从流动性及耐湿性的观点出发,优选有机膦与醌化合物的加成物等。
本发明的环氧树脂组合物中的(E)固化促进剂的含有率只要能够达成固化促进效果,则并无特别限制。从改善树脂组合物的吸湿时的固化性及流动性的观点出发,优选相对(A)环氧树脂的总量100质量份而以共计0.1质量份~10质量份的比例配合(E)固化促进剂、更优选以1质量份~7质量份的比例配合(E)固化促进剂。通过使(E)固化促进剂的含有率为0.1质量份以上,从而容易在短时间内促进树脂组合物的固化,并且通过使(E)固化促进剂的含有率为10质量份以下,从而形成适度的固化速度而容易得到良好的成形品。
〔(F)无机填充剂〕
优选使本发明的环氧树脂组合物中根据需要含有无机填充剂。无机填充剂可以为了提高环氧树脂组合物的固化物的线膨胀系数、导热率或弹性模量等目的而进行配合。作为无机填充剂的具体例,可列举:熔融二氧化硅、结晶二氧化硅、玻璃、氧化铝、碳酸钙、硅酸锆、硅酸钙、氮化硅、氮化铝、氮化硼、氧化铍、氧化锆、锆石、镁橄榄石、块滑石、尖晶石、莫来石、二氧化钛、滑石、粘土、云母等的微粉未以及将这些物质球形化后的珠粒等。
作为具有阻燃效果的无机填充剂,例如可列举:氢氧化铝、氢氧化镁、镁与锌的复合氢氧化物等复合金属氢氧化物;硼酸锌、钼酸锌。
在这些无机填充剂中,从降低线膨胀系数的观点出发,优选熔融二氧化硅,从高导热性的观点出发,优选氧化铝。这些无机填充剂可以单独使用一种或组合使用两种以上。
无机填充剂的含有率只要能够得到本发明的效果,则并无特别限制,在环氧树脂组合物中,优选为50质量%以上,从阻燃性的观点出发,更优选为60质量%~95质量%,进一步优选为70质量%~90质量%。通过使无机填充剂的含有率为50质量%以上,从而使固化物的线膨胀系数、导热率或弹性模量等特性提高,并且通过使无机填充剂的含有率为95质量%以下,从而减少环氧树脂组合物的粘度的上升,容易得到充分的流动性,使成形性提高。
无机填充剂的平均粒径(D50)优选为0.1μm~50μm、更优选为10μm~30μm。通过使上述平均粒径为0.1μm以上,从而可以抑制环氧树脂组合物的粘度的上升,并且通过使上述平均粒径为50μm以下,从而可以减少树脂成分与无机填充剂的分离。因此,通过设定为上述平均粒径的范围内,从而可以防止固化物不均匀、固化物特性发生变动或对狭缝内的填充性降低。
予以说明,体积平均粒径(D50)是指:在粒径分布中从小直径侧起描绘体积累积分布曲线时累积达到50体积%的粒径。测定可以通过使试样分散于含有表面活性剂的纯水、并利用激光衍射式粒度分布测定装置(例如(株)岛津制作所制造的SALD—3000J)来进行。
从流动性的观点出发,对于无机填充剂的粒子形状而言,与方形相比,球形更为优选,无机填充剂的粒度分布优选为分布在宽泛范围的粒度分布。例如,在相对于环氧树脂组合物配合75体积%以上的无机填充剂时,优选使无机填充剂的70质量%以上为球状粒子、且无机填充剂的粒度分布为分布于0.1μm~80μm的宽泛范围的粒度分布。由于这样的无机填充剂容易取得最密填充结构,因此即使增加无机填充剂的含有率,环氧树脂组合物的粘度上升也较小,可以得到流动性优异的环氧树脂组合物。
从阻燃性和流动性的观点出发,无机填充剂的比表面积优选为0.1m2/g~10m2/g、更优选为0.5m2/g~6.0m2/g。
〔各种添加剂〕
本发明的环氧树脂组合物除了含有上述的环氧树脂、酚醛树脂、抗氧化剂、固化促进剂和无机填充剂以外,还可以根据需要含有以下所例示出的偶联剂、离子交换体、脱模剂、应力松弛剂、阻燃剂、着色剂等各种添加剂。但是,并不限定于以下的添加剂,也可以在本发明的环氧树脂组合物中根据需要追加本技术领域所公知的各种添加剂。
(偶联剂)
为了提高树脂成分与无机填充剂的粘接性,优选在本发明的环氧树脂组合物中根据需要添加环氧硅烷、巯基硅烷、氨基硅烷、烷基硅烷、酰脲硅烷、乙烯基硅烷等各种硅烷系化合物、钛系化合物、铝螯合物类、铝/锆系化合物等公知的偶联剂。
相对于无机填充剂,偶联剂的含有率优选为0.05质量%~5质量%、更优选为0.1质量%~2.5质量%。通过使上述含有率为0.05质量%以上,从而可以提高与框体(frame)的粘接性,并且通过使上述含有率为5质量%以下,从而使封装体的成形性提高。这些偶联剂可以单独使用或组合使用两种以上。
(离子交换体)
本发明的环氧树脂组合物优选根据需要含有阴离子交换体。尤其在使用环氧树脂组合物作为密封用成形材料时,从使具有被密封的元件的电子部件装置的耐湿性及高温放置特性提高的观点出发,优选含有阴离子交换体。
作为阴离子交换体,并无特别限制,可以使用以往公知的阴离子交换体。例如可列举水滑石类或者选自镁、铝、钛、锆、铋中的元素的水合氧化物。这些物质可以单独使用或组合使用两种以上。
(脱模剂)
为了在成形时具有与模具的良好脱模性,而优选在本发明的环氧树脂组合物中配合脱模剂。作为在本发明中使用的脱模剂,并无特别限制,可以使用以往公知的脱模剂。
作为脱模剂,例如可列举巴西棕榈蜡、褐煤酸(montanic acid)、硬脂酸等高级脂肪酸、高级脂肪酸金属盐、褐煤酸酯等酯系蜡、氧化聚乙烯、非氧化聚乙烯等聚烯烃系蜡,这些物质可以单独使用一种或组合使用两种以上。其中,优选氧化型或非氧化型的聚烯烃系蜡。
脱模剂的含有率相对于环氧树脂优选为0.01质量%~10质量%、更优选为0.1质量%~5质量%。通过使脱模剂的含有率为0.01质量%以上,从而容易得到脱模性的效果,并且通过使脱模剂的含有率为10质量%以下,从而使粘接性提高。
(应力松弛剂)
优选在本发明的环氧树脂组合物中根据需要配合硅油、硅酮橡胶粉末等应力松弛剂。通过配合应力松弛剂,从而可以减少封装体的翘曲变形量、封装体裂纹。
作为能够使用的应力松弛剂,只要是通常所使用的公知的挠性剂(应力松弛剂),则并无特别限定。作为通常所使用的挠性剂,例如可列举:硅酮系、苯乙烯系、烯烃系、聚氨酯系、聚酯系、聚醚系、聚酰胺系、聚丁二烯系等热塑性弹性体;NR(天然橡胶)、NBR(丙烯腈—丁二烯橡胶)、丙烯酸类橡胶、聚氨酯橡胶、硅酮粉末等橡胶粒子;甲基丙烯酸甲酯—苯乙烯—丁二烯共聚物(MBS)、甲基丙烯酸甲酯—硅酮共聚物、甲基丙烯酸甲酯—丙烯酸丁酯共聚物等具有核—壳结构的橡胶粒子。这些物质可以单独使用或组合使用两种以上。
(阻燃剂)
为了赋予阻燃性,优选在本发明的环氧树脂组合物中根据需要配合阻燃剂。作为在本发明中使用的阻燃剂,并无特别限制,例如可列举:含有卤素原子、锑原子、氮原子或磷原子的公知的有机或无机的化合物、金属氢氧化物。这些物质可以单独使用一种或组合使用两种以上。
(着色剂)
在本发明的环氧树脂组合物中可以配合炭黑、有机染料、有机颜料、氧化钛、铅丹、铁丹等公知的着色剂。
<环氧树脂组合物的制备>
对于本发明的环氧树脂组合物而言,只要能够将各种原材料进行均匀地分散混合,则可以使用任意方法来制备。作为通常的制备方法,可列举:将规定含有率的原材料利用混合机等充分混合后,再利用混炼辊、挤出机、擂溃机、行星式混合机等进行混合或熔融混炼,然后冷却,并根据需要进行脱泡、粉碎的方法等。此外,也可以根据需要以与成形条件相匹配的尺寸和质量进行片剂化。
作为使用本发明的环氧树脂组合物对半导体装置等电子部件装置进行密封的方法,低压传递成形法是最常见的,也可以使用注射成形法、压缩成形法、分注法、注模法、印刷法等。
<电子部件装置>
本发明的电子部件装置具备通过上述本发明的环氧树脂组合物密封的元件。作为该电子部件装置,例如可列举:在引线框、已布线的载带、布线板、玻璃、硅晶片等支撑构件上搭载半导体芯片、晶体管、二极管、晶闸管(thyristor)等有源元件和/或电容器、电阻体、线圈等无源元件,并将其用本发明的环氧树脂组合物密封后的电子部件装置。
更具体而言,例如可列举:在引线框上固定半导体元件,并将接合垫(bonding pad)等元件的端子部与引线部利用引线接合或凸块进行连接后,使用本发明的环氧树脂组合物,通过传递成形等进行密封后的DIP(Dual Inline Package)、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、QFP(QuadFlat Package)、SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J-leadpackage)、T SOP(Thin Small Outline Package)、TQFP(Thin Quad FlatPackage)等通常的树脂密封型IC;将在载带上用凸块加以连接的半导体芯片利用本发明的环氧树脂组合物进行密封后的TCP(Tape CarrierPackage);将利用引线接合、倒装芯片接合、焊接等与形成于布线板或玻璃上的布线连接后的半导体芯片、晶体管、二极管、晶闸管等有源元件和/或电容器、电阻体、线圈等无源元件,利用本发明的环氧树脂组合物进行密封后的COB(Chip On Board)模块、混合IC或多芯片模块;在背面形成有布线板连接用的端子的有机基板的表面上搭载元件,并利用凸块或引线接合将元件与形成于有机基板的布线连接后,将元件利用本发明的环氧树脂组合物进行密封后的BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip SizePackage)等。
本发明的环氧树脂组合物在制成固化物时具有较高的玻璃化转变温度,并且高温下的弹性模量及质量减少较小,因此可以适合用于要求耐热性、保证高温运作等的用途中。具体而言,可列举:电源模块封装、车载用途封装、SiC、GaN等即使在高温下也能运作的半导体的封装等。此外,在印制电路布线板中也可以有效地使用本发明的环氧树脂组合物。
予以说明,日本申请2011—215338公开的全部内容作为参考而被并入到本说明书中。
本说明书中记载的全部的文献、专利申请和技术标准,与具体且分别记载了各个文献、专利申请和技术标准的情况同程度地,作为参照援引于本说明书中。
实施例
以下,利用实施例对本发明进行更具体地说明,但是,本发明的范围不受这些实施例的限定。予以说明,只要无特别说明,“%”是指“质量%”。
<环氧树脂组合物的各成分的准备>
(A)环氧树脂
·环氧树脂1:三酚甲烷型环氧树脂(上述通式(I)的环氧树脂、式(I—1)的化合物的含有率46%、n为0~10的整数、环氧当量170、三菱化学株式会社(原称日本环氧树脂株式会社)制造、商品名“1032H60”)
·环氧树脂2:萘二酚芳烷基型环氧树脂(环氧当量164、新日铁化学株式会社(原称东都化成株式会社)制造、商品名“ESN—355”)
·环氧树脂3:邻甲酚酚醛型环氧树脂(环氧当量195、住友化学株式会社制造、商品名“ESCN—190—2”)
·环氧树脂4:联苯型环氧树脂(环氧当量196、三菱化学株式会社(原称日本环氧树脂株式会社)制造、商品名“YX—4000H”)
·环氧树脂5:亚联苯型环氧树脂(环氧当量273、日本化药株式会社制造、商品名“NC—3000”)
(B)酚醛树脂
·酚醛树脂1:含有30%的1,6—二羟基萘的上述通式(II)的酚醛树脂(n为0~10的整数、R1为氢原子、羟基当量110、新日铁化学株式会社制造(原称东都化成株式会社)、商品名“SN—395”、批号:71101)
·酚醛树脂2:含有47%的1,6—二羟基萘的上述通式(II)的酚醛树脂(n为0~10的整数、R1为氢原子、羟基当量100、新日铁化学株式会社制造(原称东都化成株式会社)、商品名“SN—375”、批号:P-20033)
·酚醛树脂3:含有60%的1,6—二羟基萘的上述通式(II)的酚醛树脂(n为0~10的整数、R1为氢原子、羟基当量99、新日铁化学株式会社制造(原称东都化成株式会社)、商品名“SN—375”、批号:P—090810)
·酚醛树脂4:三酚甲烷型酚醛树脂(羟基当量103、明和化成株式会社制造、商品名“MEH—7500”)
·酚醛树脂5:苯酚线型酚醛树脂(羟基当量106、日立化成工业株式会社制造、商品名“HP—850N”)
·酚醛树脂6:亚联苯二亚甲基型酚醛树脂(羟基当量199、Air Water株式会社(原称Air Water Chemical株式会社)、商品名“HE200C—10”)
酚醛树脂1、酚醛树脂2及酚醛树脂3中所含的1,6—二羟基萘的含有率使用凝胶渗透色谱(GPC)进行了测定。GPC的条件如下所述。
[GPC条件]
·泵:L6200Pump(株式会社日立制作所制造)
·检测器:差示折射率检测器L3300RI Monitor(株式会社日立制作所制造)
·柱:将TSKgel—G5000HXL和TSKgel—G2000HXL(共2根)(均为东曹株式会社制造)串联连接后使用。
·洗脱液:四氢呋喃
·流量:1ml/min
·柱箱温度:30℃
[二羟基萘化合物的含有率]
在图1、图2及图3中示出酚醛树脂1、酚醛树脂2及酚醛树脂3的GPC图。图1~图3中,1,6—二羟基萘的峰均为20.5分钟左右的峰,从16分钟到20分钟的峰为1,6—萘二酚芳烷基树脂的混合物。由从这些峰所得到的光谱的面积%求出(C)二羟基萘化合物的含有率。在将酚醛树脂中的二羟基萘化合物的成分设为(C)、且将除此以外的成分设为(B)时,求出(C)成分相对于(B)成分和(C)成分的总量的含有率(C)/[(B)+(C)],作为二羟基萘化合物的含有率。
(D)抗氧化剂
受阻酚系抗氧化剂(ADEKA公司制造商品名“AO—60”)
(E)(固化促进剂)
三苯基膦与1,4—苯醌的加成产物
(F)(无机填充剂)
平均粒径(D50)17.5μm、比表面积3.8m2/g的球状熔融二氧化硅
(其他添加剂)
偶联剂:环氧硅烷(γ—环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷)
着色剂:炭黑(三菱化学株式会社制造、商品名“MA—100”)
脱模剂:巴西棕榈蜡(CERARICA NODA株式会社制造)
<环氧树脂组合物的制备>
分别按照下述表1和表2所示的质量份配合上述的成分,在混炼温度80℃、混炼时间15分钟的条件下使用辊进行混炼,由此分别得到实施例1~9、比较例1~8的环氧树脂组合物。
<环氧树脂组合物的成形>
接着,通过以下所示的各试验对由实施例1~9及比较例1~8得到的各个环氧树脂组合物进行了评价,将其结果示于表1和表2中。
予以说明,使用传递成形机并在模具温度180℃、成形压力6.9MPa、固化加热时间90秒的条件下进行环氧树脂组合物的成形。
<评价>
(玻璃化转变温度)
使用用于成形长80mm×宽10mm×厚3mm的试验片的模具,在上述成形条件下对环氧树脂组合物进行成形,再在250℃下使其进行后固化6小时。接着,使用金刚石刀具将试验片切割为长50mm、宽5mm,使用粘弹性测定装置RSA3(TAINSTRUMENTS公司制造),在3点弯曲模式下,以升温速度5℃/min、频率6.28rad/s的条件对其进行测定。将tanδ峰值设为玻璃化转变温度。将玻璃化转变温度的测定结果示于表1和表2中。
(流动性)
使用依据EMMI—1—66的螺旋流测定用模具,利用传递成形机对密封用环氧树脂组合物在模具温度180℃、成形压力6.9MPa、固化加热时间90秒的条件下进行成形,求出流动距离(cm)。将流动性的测定结果示于表1和表2中。
(弹性模量保持率)
制作与上述玻璃化转变温度的测定方法同样的试样,使用粘弹性测定装置RSA3(TA INSTRUMENTS公司制造)在3点弯曲模式下以升温速度5。C/min、频率6.28rad/s的条件对该试样进行测定,然后,根据下述数式(1),由60℃时的弹性模量(A1)和250℃时的弹性模量(B1)值求出弹性模量保持率。将弹性模量保持率的评价结果示于表1和表2中。
弹性模量保持率(%)=B1/A1×100···式(1)
(质量保持率)
使用成形为直径50mm×厚3mm的圆板的模具,在上述成形条件下对环氧树脂组合物进行成形,再在250℃下后固化6小时,然后对质量(A2)进行了测定。接着,将其保管在250℃的高温槽中,在规定时间(1008h)后将其取出,对质量(B2)进行了测定。将无机填充剂的质量从环氧树脂组合物的总质量中排除,并使用上述质量(A2)和上述质量(B2),换算成树脂成分,并根据下述数式(2)求出质量保持率。将质量保持率的评价结果示于表1和表2中。
质量保持率(%)=(B2—环氧树脂组合物中的无机填充剂的质量)/(A2—环氧树脂组合物中的无机填充剂的质量)×100···式(2)
【表1】
【表2】
由表1和表2可知:与比较例1~8相比,使用本发明的环氧树脂组合物的实施例1~9显示出较高的玻璃化转变温度,即使在250℃的高温环境下放置后,质量的减少也小(重量保持率高),且可靠性优异。由以上的结果可知:本发明中规定的三酚甲烷型环氧树脂和萘二酚芳烷基树脂的组合较为重要。此外可知:本发明的环氧树脂组合物可以提供制成固化物时适合在高温环境下使用的半导体装置。
比较例3由于使用了三酚甲烷型酚醛树脂,因此即使环氧树脂使用萘二酚芳烷基型环氧树脂,玻璃化转变温度也不会提高。认为其理由在于:若三酚甲烷型酚醛树脂的一部分与环氧树脂反应,则产生空间位阻,阻碍邻接的酚性羟基与环氧树脂的反应,结果无法使交联密度提高,并且玻璃化转变温度也不会提高。
另一方面,在添加了抗氧化剂的实施例5~8中,可知在高温环境下(250℃)放置后的重量的降低更小。此外可知:与使用了二羟基萘化合物相对于萘二酚芳烷基树脂和二羟基萘化合物的总量的含有率超过55质量%的酚醛树脂3的实施例9相比,使用了二羟基萘化合物相对于萘二酚芳烷基树脂和二羟基萘化合物的总量的含有率为10质量%~55质量%的范围内的酚醛树脂1和酚醛树脂2的实施例1~8的玻璃化转变温度和弹性模量保持率更为优异。
Claims (5)
3.根据权利要求1或2所述的环氧树脂组合物,所述通式(II)所示的化合物和所述通式(III)所示的化合物的总量中,所述通式(III)所示的化合物的总量的含有率为10质量%~55质量%。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的环氧树脂组合物,其进一步含有抗氧化剂。
5.一种电子部件装置,其具备通过权利要求1~4中任一项所述的环氧树脂组合物密封的元件。
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