JP2009120815A - エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
以下の条件を有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物
エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物において、以下の条件を有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物
(I)ジシクロペンタジエン−フェノール縮合型エポキシ樹脂(a)、および50℃で100Pa・s以下の粘度を有する常温液状のビスフェノール型エポキシ樹脂(b)を必須成分とする。
(II)エポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂(b)の重量比が0.5≦a/(a+b)<0.98である。
(III)無機充填剤を内割りで60〜95重量%含有する。
【選択図】なし
Description
上記の問題を解決する方法の一つとして、リン原子を骨格に有するエポキシ樹脂が提案されている。特に、通常のリン酸エステルタイプの化合物はその安定性が低いため、安定性の良い、環状リン酸エステル化合物が使用されている。またリン酸エステル化合物を使用しなくても、樹脂骨格を選ぶことで従来のエポキシ樹脂に比べ難燃性に優れたものが開発されてきている。しかしながら、現在、特に半導体封止材の分野においては、リン系難燃剤も使用せずに難燃化できるようなシステムの開発が検討されており、一般にノンハロゲン、ノンアンチモン、ノンリンと呼ばれる難燃性が求められていている。
特許文献1にはエポキシ樹脂と硬化剤が共にフェノールアラルキル構造を有するエポキシ樹脂組成物の硬化物がノンハロゲン・ノンアンチモンで難燃性を発現出来る事が記載されている。一方同文献ではジシクロペンタジエン・フェノール重合体の構造は比較例において難燃性が著しく劣ることが記載されている。
ジシクロペンタジエン・フェノール重合体の構造を持ったエポキシ樹脂はその硬化物において優れた耐熱性、強靭性、低吸湿性、電気特性から、注目されているエポキシ樹脂である。しかしながらその骨格は炭化水素基を主骨格とし、その構造の大部分を炭化水素基が占めるため従来、難燃性が大きく劣ると考えられてきた。例えば理論的な指標として一般に知られているCFT(熱分解残渣率)を基準にすれば、芳香族炭化水素に比べ、脂肪族炭化水素は基本的にCFTを減じる方向に寄与するため、ジシクロペンタジエン・フェノール重合体の構造を持ったエポキシ樹脂は、他の芳香族系のエポキシ樹脂に比べ、一般に難燃性が劣るという判断がされている(非特許文献1)。
また、特許文献2にはジシクロペンタジエン・フェノール重合体の構造を持ったエポキシ樹脂とアルキル基を有するp、p´−ビスフェノールF型エポキシ樹脂との混合物が記載されている。同文献に開示されている技術はビスフェノールA型エポキシ樹脂や、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が常温で液状である、半導体封止のような技術分野では取り扱いが困難であることを課題とし、特定のビスフェノール型エポキシ樹脂とジシクロペンタジエン・フェノール重合体の構造を有するエポキシ樹脂とを混合し、結晶化させることを解決手段としている。したがって、その目的のため大量の結晶性ビスフェノールF型エポキシ樹脂を添加する必要があり、ジシクロペンタジエン・フェノール重合体の構造を持ったエポキシ樹脂が持つ本来の特性を損ねてしまうという問題がある。
(1)
エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物において、以下の条件を有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂組成物
(I)エポキシ樹脂はジシクロペンタジエンと、フェノールまたはクレゾールから選ばれる1種以上との重縮合物とエピハロヒドリンとの反応によって得られるエポキシ樹脂(a)、および50℃で100Pa・s以下の粘度を有する常温液状のビスフェノール型エポキシ樹脂(b)を必須成分とする。
(II)エポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂(b)の重量比が0.5≦a/(a+b)<0.98である。
(III)無機充填剤を内割りで60〜95重量%含有する。
(2)
エポキシ樹脂(b)が下記式(1)
(3)
エポキシ樹脂(b)が下記式(2)
オルソ配向:オキシグリシジル基またはその開環結合に対して、メチレン結合がオルソ位である結合
パラ配向 :オキシグリシジル基またはその開環結合に対して、メチレン結合がパラ位である結合
(4)
硬化剤が、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂またはフェノールアラルキル樹脂から選ばれることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物
(5)エポキシ樹脂組成物中、無機充填剤の含有割合が75〜90重量%である請上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物
(6)上記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止した半導体装置
を、提供するものである。
エポキシ樹脂(a)の原料となるTCDフェノール樹脂は、フェノール(および/またはクレゾール、以下これらを総称してフェノール類という。)とジシクロペンタジエンを酸触媒によって重合させることにより得られる。TCDフェノール樹脂を製造する際、フェノール類の仕込み割合を多くすると、低分子量物の含有割合が多くなり、結果として得られるエポキシ樹脂の軟化点が低くなる。本発明においては、エポキシ樹脂(a)として、軟化点が50〜100℃のものを用いる。軟化点が低い方が流動性は向上するが、耐熱性を上げるには軟化点が高いものを使用することが好ましい。
また、エポキシ樹脂(a)は市販品を使用することも可能であり、例えば日本化薬株式会社製 XD−1000、XD−1000−L、XD−1000−2L、や大日本インキ工業株式会社製 HP−7200HH、HP−7200H、HP−7200、HP−7200−Lなどが使用できる。
具体的にはビスフェノールA型エポキシ樹脂(前記式(1)、例えばビスフェノールAまたはテトラメチルビスフェノールAとエピハロヒドリンとの反応物)、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(前記式(2)、例えばビスフェノールFまたはビスクレゾールFとエピハロヒドリンの反応物)が挙げられる。本発明においては特にビスフェノールAまたはビスフェノールFを原料とするビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。また、硬化性の問題から、使用するビスフェノール型エポキシ樹脂は低分子量であることが好ましい。
特にビスフェノールF型エポキシ樹脂の場合、その芳香族基間の結合がオキシグルシジル基(またはその開環結合)に対し、パラ位で結合している割合が多い場合、その結晶性が非常に高くなる傾向がある。特にパラ配向性の強いビスフェノールF型エポキシ樹脂を多く使用した場合、部分的に結晶が出てくる等の問題が生じる。このような問題を解決するため、パラ配向が80%以下(高速液体クロマトグラフィーのピーク面積%)とすることが好ましく、より好ましくは60%以下のエポキシ樹脂を使用する。なお、ビスフェノールF型エポキシ樹脂における他の配向は、その芳香族基間の結合がオキシグルシジル基(またはその開環結合)に対し、オルソ位で結合しているオルソ配向である。
また、前記パラ配向の割合が80%以下のビスフェノールF型エポキシ樹脂としてはRE−304S、RE−403Sなど(日本化薬株式会社製)、YDF−170、YDF−175S、YDF−8170Cなど(東都化成株式会社製)、jER−806、jER−806L、jER−807など(ジャパンエポキシレジン株式会社製)、EPICLON−830、EPICLON−840−S、EPICLON−835、EPICLON−830CRPなど(大日本インキ工業株式会社製)などが市場から入手可能である。
またエポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂(b)の混合物の軟化点が45〜70℃となる組み合わせを選択するのが好ましい。該混合物の軟化点が低い方が流動性及び難燃性は向上する傾向があるが、耐熱性を上げるには軟化点が高いもの使用することが好ましい。軟化点の調整は、エポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂(b)の軟化点及び割合を調整すればよい。
前記他のエポキシ樹脂としてはノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂などが挙げられる。特にフェノールアラルキル型のエポキシ樹脂の添加は、本発明のエポキシ樹脂組成物の難燃性を阻害する効果が少ないため好ましい。またハロゲン化フェノール化合物(もしくはフェノール樹脂)のエポキシ化物は環境問題、および電気特性の問題(電気特性が悪くなる)からからその使用は好ましくなく、使用したとしても全エポキシ樹脂中で5重量%以下、好ましくは2重量%以下、さらに好ましくは5000ppm以下、である。
本発明においては、耐熱性、耐薬品性、電気信頼性の面から、フェノール系化合物を硬化剤とすることが好ましく、特に難燃性から、ノボラック樹脂、中でもフェノールノボラック樹脂またはクレゾールノボラック樹脂や、フェノールアラルキル樹脂が好ましい。また本発明においては、その軟化点が50〜100℃の硬化剤を用いのが好ましい。軟化点が低い方が流動性及び難燃性は向上する傾向があるが、耐熱性を上げるには軟化点が高いもの使用することが好ましい。
しかしながら、環境問題、および電気特性の懸念から前述のようなリン酸エステル系化合物の使用量はリン酸エステル系化合物/エポキシ樹脂≦0.1(重量比)が好ましい。さらに好ましくは0.05以下である。特に好ましくは硬化促進剤として添加する以外は、リン系化合物は添加しないことが良い。
れる。
エポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂(b)を表1の割合で配合し、150℃で溶融、均質化を行い、均一の樹脂として取り出し、これらの混合樹脂を用いて評価して用いた
(E1):TCDフェノール樹脂のエポキシ化物(商品名:XD−1000 日本化薬製 エポキシ当量254g/eq 軟化点74℃)
(E2):ビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:jER-827 ジャパンエポキシレジン製 粘度 9800mPa・s /25℃ E型 エポキシ当量 180g/eq.)
(E3):ビスフェノールF型エポキシ樹脂(商品名:jER-807 ジャパンエポキシレジン製 粘度 3460mPa・s /25℃ E型 エポキシ当量 172g/eq. パラ配向の割合は59.9%;カラム温度 40℃でグラジエント条件をアセトニトリル/水で測定。流速 1mL/min、検出 UV 274nm )
<難燃性試験>
前記で得られたエポキシ樹脂混合物(EP1〜EP11)を、表2の割合(重量部)で他の成分とミキシングロールを用いて均一に混合・混練し、本発明及び比較用の封止用エポキシ樹脂組成物を得た。このエポキシ樹脂組成物をミキサーにて粉砕し、更にタブレットマシーンにてタブレット化した。このタブレット化されたエポキシ樹脂組成物をトランスファー成型(175℃×60秒)し、更に脱型後160℃×2時間+180℃×6時間の条件で硬化、評価用試験片を得た。難燃性試験結果を表2に示す。
なお、硬化物の物性は以下の要領で測定した。
・難燃性:UL94に準拠して行った。ただし、サンプルサイズは幅12.5mm×長さ150mmとし、厚さは0.8mmと1.6mmの2種類で試験を行った。
・残炎時間:5個1組のサンプルに10回接炎したあとの残炎時間の合計
(H2):フェノールノボラック(商品名:H1 明和化成工業製 軟化点83℃ 水酸基当量106g/eq)
無機充填剤:溶融シリカ(商品名:MSR−2212、龍森製)
離型剤:カルナバワックス1号(セラリカ野田製)
カップリング剤:KBM−303(信越化学製)
<接着性試験>
表3に示す組成割合の配合物を、ミキシングロールを用いて均一に混合・混練し、封止用エポキシ樹脂組成物を得た。このエポキシ樹脂組成物をミキサーにて粉砕し、更にタブレットマシーンにてタブレット化した。つづいて、図1に示すような接着性評価用リードフレーム(図1の3つのリードフレームは同一平面状で一体化している。)をトランスファー成型金型にセットし、上記タブレット化されたエポキシ樹脂組成物をトランスファー成型(175℃×60秒)、更に脱型後160℃×2時間+180℃×6時間の条件で硬化し、評価用試験片を得た。得られたリードフレーム付試験片を下記に示す様な試験方法で評価した。結果を表3に示す。
図2に示すようにリードフレームの一部(5mm)が封止用エポキシ樹脂組成物3で封止されるように型枠を調整して、前記条件で硬化したのち、3つのリードフレームどうしをそれぞれ図2の切断部2で切断して試験片(図3)とした。得られた接着性評価用試験片を、図4のように封止された引き抜き部の両端(図3における係止部4)を治具5で固定し、引き抜き部を万能引っ張り試験機によりクロスヘッドスピード3mm/分にて引き抜く事により行った。尚この時の接着面積は74.25平方ミリメートルで、表中の数値単位はN/mm2である。
表4の割合(重量部)の配合物を実施例1〜8と同様にして調製し、硬化して評価用試験片を得た。実施例1〜8と同様に評価した難燃性試験結果を表4に示す。
2:切断部
3:半導体封止用樹脂組成物
4:係止部
5:治具
Claims (6)
- エポキシ樹脂、硬化剤、無機充填剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物において、以下の条件を有することを特徴とするエポキシ樹脂組成物
(I)エポキシ樹脂はジシクロペンタジエンと、フェノールまたはクレゾールから選ばれる1種以上との重縮合物とエピハロヒドリンとの反応によって得られるエポキシ樹脂(a)、および50℃で100Pa・s以下の粘度を有する常温液状のビスフェノール型エポキシ樹脂(b)を必須成分とする。
(II)エポキシ樹脂(a)とエポキシ樹脂(b)の重量比が0.5≦a/(a+b)<0.98である。
(III)無機充填剤を内割りで60〜95重量%含有する。 - エポキシ樹脂(b)が下記式(2)
オルソ配向:オキシグリシジル基またはその開環結合に対して、メチレン結合がオルソ位である結合
パラ配向 :オキシグリシジル基またはその開環結合に対して、メチレン結合がパラ位である結合 - 硬化剤が、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂またはフェノールアラルキル樹脂から選ばれることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物
- 無機充填剤の含有割合が75〜90重量%である請請求項1〜4のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体封止用エポキシ樹脂組成物で半導体素子を封止した半導体装置
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