JP2836274B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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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、封止用に適したエポキ
シ樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】最近では、電子部品の小型化、薄型化の
ため、半導体の実装方式が従来のピン挿入方式(DI
P:デュアル・インライン・パッケージ) から表面実装
方式(SOP:スモール・アウトライン、パッケージ、
QFP:クォッド・フラット・パッケージ)へと移行し
つつある。これらの表面実装方式の場合、実装の際に赤
外線リフローなどを用いて高温で処理すると、半導体パ
ッケージは、パッケージ全体に高温の熱が加わる。従来
の封止用樹脂ではこの工程で樹脂部分にクラックが発生
し、その結果大幅に耐湿性が低下する問題が生じた。
【0003】このような半田付け工程におけるクラック
の発生は、後硬化してから実装工程の間に吸湿された水
分が半田付け加熱時に爆発的に水蒸気化し、膨張するこ
とに起因すると言われ、そこで、その対策として後硬化
したパッケージを完全に乾燥し、密封した容器に収納し
て出荷するのが実情である。
【0004】さらに、封止用樹脂の改良も種々検討され
ている。たとえば、特開昭64−87616号公報、特
開平1−108256号公報などには、エポキシ樹脂と
してビフェニル型エポキシ樹脂を用い、硬化剤として一
般の硬化剤を用いた封止用樹脂組成物が開示され、また
特開昭62−184020号公報、特開昭62−104
830号公報には一般のエポキシ樹脂を用い、硬化剤と
してジシクロペンタジエン・フェノール重合体を用いた
樹脂組成物が開示されている。しかしこれらの樹脂組成
物でも、たとえば半田付け工程において要求される耐ク
ラック性には、改良の余地があった。
【0005】
【発明が解決しょうとする課題】したがって、この発明
の解決する課題は、耐半田クラック性と耐ヒートショッ
ク性に改良を加えた新規のエポキシ樹脂組成物を提供す
る点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係るエポキシ
樹脂組成物は、下記一般式で示されるビフェニル型エ
ポキシ樹脂、下記一般式で示されるジシクロペンタジ
エン・フェノール重合体、下記一般式で示されるp−
キシレン・フェノール重合体、自硬化性シリコン化合
物、及びシリコン系相溶化剤を含むことを特徴とするも
のである。
【0007】
【化4】
【0008】
【化5】
【0009】
【化6】
【0010】以下、この発明を詳説する。この発明に係
るエポキシ樹脂組成物の必須成分の一つであるエポキシ
樹脂は、下記一般式で示されるビフェニル型エポキシ
樹脂に制限される。
【0011】
【化7】
【0012】このエポキシ樹脂は剛直なビフェニル骨格
を持つため、低弾性率であって、熱時強度に優れてい
る。さらにフェニル骨格に疎水性のメチル基を有するた
めに、吸湿性の低下に寄与する。上記一般式の中の繰
り返し単位数mは、0. 1〜1.0の範囲に制限され、
この範囲内で初めて耐熱性に有効である。望ましくはm
は0が良い。mが大きくなると、耐熱性の指標であるガ
ラス転移温度Tgが低下し、高温時の強度も低下する。
【0013】また、下記一般式で示されるジシクロペ
ンタジエン・フェノール重合体は、エポキシ樹脂に対し
て硬化剤として作用する化合物であって、一般のフェノ
ールノボラック硬化剤と同等の耐熱性を有し、組成物に
よって与えられる硬化物の吸湿性の低下に寄与する。
【0014】
【化8】
【0015】ここで一般式中の繰り返し単位数lは、
0以上の整数であればよく、耐熱性及び/または吸湿性
により有効に作用するlは、0〜15が好ましく、0〜
5.0がさらに好ましい。なお、一般式中のRは、H
または一価の炭化水素基であり、この炭化水素基の炭素
数は特に限定されない。
【0016】そして下記一般式で示されるp−キシレ
ン・フェノール重合体は、上記のジシクロペンタジエン
・フェノール重合体とともにエポキシ樹脂の硬化剤とし
て作用する化合物であって、組成物の成形によって与え
られる硬化物の吸湿性の改良に大きく寄与するのみなら
ず、成形に要求される硬化物の離型性の向上に寄与す
る。
【0017】
【化9】
【0018】ここで一般式中の繰り返し単位数kは、
0以上の整数であればよく、0〜5. 0が好ましい。
【0019】さらに自硬化性のシリコーン化合物は、そ
の物性面からみると、たとえばゴムあるいはゲルの化合
物が用いられる。自硬化性を有するシリコーン化合物と
しては、たとえば互いに反応する官能基をそれぞれ持つ
二種類のシロキサン化合物の混合物や単一構造を持つ化
合物、たとえばビニル基含有シロキサンの付加重合タイ
プの化合物が用いられる。具体的には、両末端にビニル
基を有するポリジメチルシロキサンとSi−H基を有す
るポリジメチルシロキサンを白金触媒で硬化させて得ら
れる生成物である。なお、これらの化合物は、通常は硬
化前の性状は液状であって、二液または一液タイプで用
いられる。
【0020】さらに上記の自硬化性のシリコーン化合物
とともに用いられるシリコーン化合物の相溶化剤として
は、例えば下記一般式で示されるシリコーン重合体が
用いられる。そして、この相溶化剤は、組成物全体に対
して0. 1〜10重量%の含有が好ましい。
【0021】
【化10】
【0022】ここで水素またはエポキシ基を含有する基
Xは、特に制限はない。エポキシ基はたとえばグリシジ
ルタイプであっても脂環エポキシのような内部エポキシ
でもよい。一例を挙げると、下記の構造を有する基があ
る。
【0023】
【化11】
【0024】そしてポリオキシアルキレン基を含有する
基Yは、たとえばポリオキシエチレン、ポリオキシプロ
ピレン、またはこのポリオキシエチレンとポリオキシプ
ロピレンの共重合体をあげることができる。中でも吸湿
性の関係からポリオキシプロピレン基を含有する基、ま
たはポリオキシエチレンとポリオキシプロピレンの共重
合体を含む基が好ましい。一例を挙げると、下記の構造
を有する基がある。
【0025】
【化12】
【0026】なお、l,m,nは1以上の整数であり、
特に限定する趣旨ではないが、 l/(l+m+n)=0. 05〜0. 99 m/(l+m+n)=0. 001〜0. 5 n/(l+m+n)=0. 001〜0. 8 の条件を満足する化合物が好ましい。すなわち、l/
(l+m+n)が0. 05より小さいとマトリックス樹
脂に相溶して低弾性率化の寄与が小さく、0. 99より
大きいと逆にマトリックス樹脂と完全に相溶しなくな
り、マトリックス樹脂に分散した時にシリコーン粒径が
大きくなり、低弾性率化の寄与は小さく、その結果強度
低下を来す。また、m/(l+m+n)が0. 001よ
り小さいとマトリックス樹脂のフェノール重合体との反
応率が低下し、その結果強度低下が大きく、シリコーン
のにじみ出が起こる。逆に0. 5よりも大きいとフェノ
ール重合体で予め変性を行う場合、ゲル化しやすくなり
好ましくない。またn/(l+m+n)が0. 001〜
0. 8の範囲外では同様に低弾性率化の寄与が小さく好
ましくない。
【0027】次にマトリックス樹脂を構成するビフェニ
ル型エポキシ樹脂とジシクロペンタジエン・フェノール
重合体とp−キシレン・フェノール重合体に上記の相溶
化剤のシリコーン化合物を分散させる方法について説明
すると、フェノール重合体をその溶融温度以上にし、攪
拌しながら相溶化剤のシリコーン化合物とともに前記の
自硬化性のシリコーン化合物を添加する。この際に好ま
しくは溶融したフェノール樹脂をディスパー等で高速攪
拌し、相溶化剤のシリコーン化合物と前記の自硬化性の
シリコーン化合物との混合物を徐々に添加し、添加終了
後さらに数分乃至数時間攪拌して行う。なお、相溶化剤
のシリコーン化合物と自硬化性のシリコーン化合物との
比率については、特に制限はない。
【0028】この発明においては、マトリックス樹脂に
ついては、ビフェニル型エポキシ樹脂を必須成分として
含んでいれば一般式に属さないエポキシ樹脂を併用し
てもよい。たとえば、一般に使用されているフェノール
ノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂を併用することが
できる。また、硬化剤については、前記のジシクロペン
タジエン・フェノール重合体に他の硬化剤を併用しても
よい。このような硬化剤としては、一般に使用されてい
るフェノールノボラック、クレゾールノボラック等があ
る。
【0029】なお、ビフェニル型エポキシ樹脂とジシク
ロペンタジエン・フェノール重合体との当量比は、特に
限定はないが(ジシクロペンタジエン・フェノール重合
体の水酸基数)/(ビフェニル型エポキシ樹脂のエポキ
シ基数)=0. 5〜1. 5が望ましい。
【0030】なお、硬化促進剤としては、たとえば、
1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−
7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、
トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、ト
リス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の三級アミ
ン類;2−メチルイミダゾール、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、2−フェ
ニル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミ
ダゾール等のイミダゾール類;トリブチルホスフィン、
メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィ
ン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等の有
機ホスフィン類(リン系硬化促進剤);テトラフェニル
ホスホニウムテトラフェニルボレート、トリフェニルホ
スフィンテトラフェニルボレート、2−エチル−4−メ
チルイミダゾールテトラフェニルボレート、N−メチル
モルホリンテトラフェニルボレート等のテトラフェニル
ボロン塩等がある。また無機充填材としては、たとえば
シリカやアルミナなど通常の樹脂封止材に用いられるも
のを挙げられる。カップリング剤としては、γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピ
ルトリエトキシシランなどのシランカップリング剤が挙
げられる。そして離型剤としては、たとえばカルナウバ
ワックス、ステアリン酸、モンタン酸などがあり、また
着色剤としては、たとえばカーボンブラックなどがあ
る。
【0031】
【実施例】実施例1 エポキシ樹脂(E1)として、下記構造式で示され、エ
ポキシ当量190、融点105℃のビフェニル型エポキ
シ樹脂(YX4000H)(油化シェルエポキシ株式会
社の商品名)を用いた。
【0032】
【化13】
【0033】硬化剤(H1)として、下記構造式で示さ
れ、平均分子量550、OH当量177、融点110℃
のジシクロペンタジエン・フェノール重合体(DC10
0LL)(山陽国策パルプ株式会社の商品名)を用い
た。
【0034】
【化14】
【0035】硬化剤(H2)として、下記構造式で示さ
れ、OH当量180のp−キシレン・フェノール重合体
(ミレックス225L)(三井東圧株式会社の商品名)
を用いた。
【0036】
【化15】
【0037】まず、ジシクロペンタジエン・フェノール
重合体の硬化剤(H1)とp−キシレン・フェノール重
合体の硬化剤(H2)を表に示す重量部でステンレス製
フラスコに入れ、140℃でホモディスパーを用いて溶
融混合した。均一になったところで下記に示す相溶化剤
として用いたシリコーン化合物を加えて均一に攪拌し
た。さらに下記の自硬化性のシリコーン化合物を加えて
30分間攪拌した後に、上記のビフェニル型エポキシ樹
脂のエポキシ樹脂(E1)を表に示した重量部を加え、
約10分間攪拌した後冷却し、ハンマーミルを用いて粒
径1mm以下に粉砕してマトリックスの構成材料である
3種のビフェニル型エポキシ樹脂(エポキシ樹脂E
1),p−キシレン・フェノール重合体(H2)及びジ
シクロペンタジエン・フェノール重合体(H1)と自硬
化性のシリコーン化合物(SH1)と相溶化剤のシリコーン
化合物(s1) の混合物を粉末で得た。
【0038】次にこの粉末に下記の硬化促進剤、離型
剤、着色剤、充填材を所定量加えて、加熱ロールを用い
て混練温度80〜100℃で約8分間混練した。その
後、冷却して約5mmφに粉砕し、エポキシ樹脂組成物
とした。
【0039】実施例2〜10 表に示したとおりの配合条件で、実施例1と同一の工程
を経て、エポキシ樹脂組成物を得た。
【0040】比較例1及び2 表に示したとおり、自硬化性のシリコーン化合物も相溶
化剤のシリコーン化合物も配合せずに、マトリックスの
構成材料である3種のビフェニル型エポキシ樹脂、p−
キシレン・フェノール重合体及びジシクロペンタジエン
・フェノール重合体の混合物を実施例1に従い製造し
た。
【0041】なお、実施例、比較例を通じてエポキシ樹
脂(E1)に併用したエポキシ樹脂(E2)として、エ
ポキシ当量195、融点70℃のクレゾールノボラック
型エポキシ樹脂(ESCN(住友化学株式会社の商品
名)を用いた。
【0042】また、実施例、比較例を通じてジシクロペ
ンタジエン・フェノール重合体の硬化剤(H1)とp−
キシレンフェノール重合体の硬化剤(H2)に併用した
硬化剤(H3)として、OH当量104、融点82℃の
フェノールノボラック(タマノール752)(荒川化学
工業株式会社の商品名)を用いた。
【0043】また、実施例、比較例を通じて硬化促進剤
として、2−エチル−4−メチルイミダゾールを1.
5、離型剤として、カルナバワックスを2. 5、着色剤
としててカーボンブラックを2. 5、カップリング剤と
してγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラとγ−
アミノプロピルトリエトキシシランを各々2. 5、充填
材として、溶融シリカ微粉末810を配合した。
【0044】さらに実施例1乃至実施例10及び比較例
1と比較例2において用いた自硬化性のシリコーン化合
物と相溶化剤として用いたシリコーン化合物を次のとお
り特定しておく。
【0045】(1)自硬化性のシリコーン化合物 シリコーン化合物(SH1) :二液型のシリコーンゴム(東
芝シリコーン(株)製のTSE3032)でビニル、S
i−H付加型シリコーンゴム。
【0046】シリコーン化合物(SH2) :二液型のシリコ
ーンゲル(東芝シリコーン(株)製のYE5818)で
ビニル,Si−H付加型シリコーンゴム。
【0047】 (2)相溶化剤として用いたシリコーン化合物 シリコーン化合物(s1):下記の構造を有する化合物。
【0048】
【化16】
【0049】シリコーン化合物(s2):下記の構造を有す
る化合物。
【0050】
【化17】
【0051】シリコーン化合物(s3):下記の構造を有す
る化合物。
【0052】
【化18】
【0053】上記の実施例と比較例で得られたエポキシ
樹脂組成物を成形材料とし、トランスファ成形機にて、
170℃〜175℃で90秒間成形し、175℃で6時
間後硬化し下記の耐半田クラック性及び耐ヒートショッ
ク性の試験に供した。その結果は、表に記載のとおり、
自硬化性シリコーン化合物と相溶化剤のシリコーン化合
物を含まない比較例に比べて、耐半田クラック性の良否
を計るクラック発生個数も減少し、耐ヒートショック性
にいたっては、クラックが発生するまでのサイクル数が
激増し、耐半田クラック性と耐ヒートショック性が改善
された。
【0054】(1)耐半田クラック性 7. 6mm×7. 6mm×0. 4mmの半導体素子をダ
イパッド寸法8. 2mm×8. 2mmの42アロイリー
ドフレームに銀ペーストで実装し、外形寸法19mm×
15mm×1. 8mmの60ピンフラットパッケージ型
IC金型にて成形してフラットパッケージを得、その後
85℃、85%RHで72時間吸湿した後、260℃の
半田槽に10秒間浸漬した。このときテストピースのパ
ッケージ20個中でクラックが発生したパッケージの個
数を求めた。
【0055】(2)耐ヒートショック性 耐半田クラック性において得たフラットパッケージをヒ
ートサイクル試験機を用いて−65℃と150℃に5分
間放置するヒートサイクル試験を行い、テストピースの
全数中で50%のテストピースにクラックが発生するま
でのサイクル数を求めた。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】
【発明の効果】この発明によるエポキシ樹脂組成物は、
耐半田クラック性と耐ヒートショック性に優れ、たとえ
ば半導体封止用に最適である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 23/31 (72)発明者 和田 辰佳 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工 株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−55423(JP,A) 特開 平4−207057(JP,A) 特開 昭63−183917(JP,A) 特開 平2−227423(JP,A) 特開 平1−108256(JP,A) 特開 昭62−201923(JP,A) 特開 昭59−105018(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 59/24 C08G 59/62 C08L 63/00 - 63/10 C08L 83/04 - 83/08 H01L 23/29

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式で示されるビフェニル型エポ
    キシ樹脂、下記一般式で示されるジシクロペンタジエ
    ン・フェノール重合体、下記一般式で示されるp−キ
    シレン・フェノール重合体、自硬化性シリコン化合物、
    及びシリコン系相溶化剤を含むことを特徴とするエポキ
    シ樹脂組成物。 【化1】 【化2】 【化3】
  2. 【請求項2】シリコン系相溶化剤がポリオキシアルキレ
    ン基及びSi−H基又はエポキシ基を含有するシリコン
    重合体であることを特徴とする請求項1記載のエポキシ
    樹脂組成物。
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KR20130141482A (ko) * 2010-10-26 2013-12-26 가부시키가이샤 아데카 수지 조성물

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