JP3693495B2 - エポキシ樹脂組成物およびその用途 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エポキシ樹脂により半導体集積回路を封止してなる半導体装置に関するものであり、その目的に供するに充分な諸物性を与えるエポキシ樹脂組成物、特に硬化剤としてエステル基を有する化合物もしくは樹脂を用い、エステル基をエポキシ基と速やかに反応させる触媒を組み合わせてなるエポキシ樹脂組成物、およびその硬化物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）は、それを保護する封止材により、外部雰囲気のゴミや埃、熱、水分、あるいは光による誤作動等から守られ、実用化されている。
この封止材としては、金属やセラミックスによるものから、近年では樹脂封止へと変遷しており、現在ではエポキシ樹脂封止が主流となっている。
特にコスト面と物性面のバランスから、フェノール樹脂を硬化剤としたエポキシ樹脂組成物が多く使われている。これらエポキシ樹脂組成物を用いた封止材は機械的物性の向上はもとより、以下に示す様な課題の向上が求められている。
【０００３】
すなわち、課題としては
▲１▼外気中の水分を吸湿するため、半田処理条件下に晒される際、高温下におかれるため水分の爆発的な気化によりクラックを生じる、
▲２▼硬化の際の副反応として、エポキシ単独重合が部分的に起こることにより、フェノール樹脂の水酸基が過剰となり耐湿性、電気特性に劣ったり、本来のエポキシ−フェノール樹脂ネットワーク以外にエポキシ単独重合部分や、過剰となったフェノール樹脂部分が存在する事により機械特性が低下したりする、
▲３▼フリーイオン、特にハロゲンイオンの混入により半導体の金属部分の腐食や電気漏洩が起こる、等である。
このうち▲３▼のイオン不純物については特にエポキシ樹脂の精製、純度の問題であるが、▲１▼は樹脂の改質、▲２▼は副反応の抑制により本来のエポキシ樹脂組成物の物性を充分に引き出すことが可能となる。
【０００４】
しかしながら、▲１▼の樹脂の吸湿に関しては、エポキシ基と水酸基の反応による硬化反応である限り、下記反応式（II）（化２）で表される様に、必ず水酸基を生成する反応であり、水酸基を要因として親水性が大きくなり、基本骨格を疎水化しても全体としての吸湿率の低減には限界がある。
【０００５】
【化２】
（式中、Ａはエポキシ残基、Ｂはフェノール残基を示す。）
【０００６】
この問題を解決する一つの手法として、西久保ら出願の特開昭６２−５３３２７号に示される様なエポキシ基とエステル基の反応の利用が考えられる。該公報中には、触媒の好ましいものとして４級オニウム塩やクラウンエーテル錯体が示され、更に同氏らの論文（有機合成化学第４９巻第３号第２１８〜２３３頁（１９９１）、エポキシ化合物とエステル類との付加反応とその高分子合成への応用）中において、具体的に単位反応としての各触媒を用いたときの収率が示されている。それによれば、最高値としてはテトラブチルアンモニウムクロライドの９１％があるものの、収率は総じて低い。また、これら４級オニウム塩やクラウンエーテル錯体は、半導体集積回路の封止材として用いる樹脂中に含まれたままであると、電気的な短絡等の好ましくない結果をもたらすのみでなく、それが接触する金属部分の腐食等も引き起こし、製品として重大な欠陥となることは言うまでもない。
【０００７】
一方、一般的なエポキシ樹脂とフェノール樹脂との付加反応においては、触媒としてトリアルキルホスフィン、トリアリールホスフィンの様なホスフィン類、イミダゾール類、三級アミン類等が用いられ、特に半導体封止用としてはイミダゾール類、ホスフィン類が多く用いられる。
これらの内、イミダゾール類は反応活性はあるが、先に述べた副反応であるエポキシ単独重合を起こしやすく、上記の▲２▼の問題が大きい。一方、ホスフィン類はこれらの問題はないものの、硬化速度が遅い。
イミダゾール類を触媒としてエポキシ／エステル硬化反応に応用した場合、先の西久保氏らの文献によるとエポキシ基に対するエステル基の付加反応の反応収率は約５０％程度であり、その他はエポキシ樹脂の単独重合等の副反応であることをふまえると、充分な硬化物が得られる触媒ではない。
【０００８】
更に、本発明者らの追試においては、これらイミダゾール類やホスフィン類を硬化触媒としたときに、本発明における脂肪族アシル基によるエステルは実質的にエポキシ樹脂の硬化反応を起こさないことが分かる（後述比較例参照）。
具体的には、通常、硬化の際に用いられる温度である１５０〜２００℃の範囲では１０分以上ゲル化せず、現実には硬化物が得られる前に樹脂組成物が流れ出してしまう状況である。
【０００９】
また、エポキシ樹脂をエステル硬化させ、半導体集積回路の封止材として利用するために、フェノール樹脂の１０〜９０％をエステル化し、硬化剤とする方法が提案されている（特開平９−２３５４５１号）。
この方法は、エステル樹脂を製造するに当たり、原料であるフェノール樹脂のフェノール性水酸基を一部残存させることにより、硬化初期において、反応し易いフェノール部分により一次的に架橋部分を形成させ、後のアフターキュアーによりエステル基をエポキシ基に作用させるという発想に基づくものである。
ところが、該公報においては、脂肪族アシル基によるエステルはエポキシ樹脂と反応しないとされ、芳香族アシル基によるエステルに限定されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低吸湿性、且つ電気特性に優れたエポキシ樹脂硬化物を与える脂肪族アシル基によるエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂を効果的にエポキシ基と反応させるためのものであり、それにより得られる耐クラック性および電気特性に優れた半導体封止材用エポキシ樹脂組成物、その硬化物および半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、硬化促進剤としてホスフィンオキシド誘導体を用いることにより、上記の課題を解決しえることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、（１）（Ａ）２官能以上のエポキシ化合物もしくはエポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤として水酸基の１０モル％〜１００モル％が脂肪族アシル基によりエステル化された２官能以上のエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として一般式（Ｉ）（化３）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関するものである。
【００１３】
【化３】
（式中、Ｒ1 〜Ｒ6 は水素原子、炭素数１〜１０の直鎖、分岐または環状のアルキル基あるいは炭素数６〜１０のアリール基またはアラルキル基を示し、全て同一であっても、それぞれ異なっていても良い。）
【００１４】
また、（２）（Ｃ）有機および／または無機充填剤を、（Ａ＋Ｂ）１００重量部に対し、１００重量部以上、１９００重量部以下の範囲で含有する上記（１）記載のエポキシ樹脂組成物、
（３）上記（１）または（２）に記載のエポキシ樹脂組成物を、熱硬化させて得られるエポキシ樹脂硬化物、
（４）上記（１）または（２）に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体集積回路を封止して得られる半導体装置に関するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）２官能以上のエポキシ化合物もしくはエポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤として水酸基の１０モル％〜１００モル％が脂肪族アシル基によりエステル化された２官能以上のエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として前記一般（Ｉ）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。
【００１６】
硬化促進剤として一般式（Ｉ）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分として用いる本発明のエポキシ樹脂組成物は、従来のイミダゾール類やホスフィン類を硬化促進剤として用いた場合に比べて、前述の問題▲１▼および▲２▼を解決し、さらに脂肪族アシル基によるエステル基とエポキシ基を速やかに反応させ、高い機械的物性、特に可とう性に優れ、耐クラック性および電気特性に優れる硬化物を与えることは本発明者らが初めて見出したものである。
さらに本発明者らは、この樹脂組成物に有機および／または無機充填剤を添加してなる樹脂組成物が半導体集積回路用封止材として極めて優れていることを見いだしたのである。
【００１７】
更に付け加えるならば、先述の特開平９−２３５４５１号においては、従来のエポキシ樹脂硬化用触媒を用いた場合、脂肪族アシル基によるエステルはエポキシ基との反応が非常に遅いことから、用いるエステルは芳香族アシル基によるエステルに限定されているが、本発明においては先に示したホスフィンオキシド誘導体が、脂肪族アシル基によるエステルとエポキシ基との反応を充分実用的に硬化させることを見いだし、本発明が達成された。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物において、（Ａ）成分である２官能以上のエポキシ化合物またはエポキシ樹脂（以下エポキシ樹脂という）としては、１分子中に２つ以上のエポキシ基を有するものは全て使用できる。具体的には、オレフィン類の酸化や水酸基のグリシジルエーテル化、１，２級アミン類のグリシジルアミン化、カルボン酸のグリシジルエステル化等により得られるエポキシ基を持つものである。
【００１９】
これらエポキシ化され得る原料としては、例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール等のグリコール；グリセリン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、１，６−ヘキサンジオール等のポリオール類；
カテコール、レゾルシン、ハイドロキノン等のジヒドロキシベンゼン類；
２，６−ジヒドロキシナフタレン；
２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）、２−（３’−ヒドロキシフェニル）−２−（４''−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェノールＦ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン（ビスフェノールＳ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メチルシクロヘキサン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メチルベンゼン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−２，２’，６，６’−テトラメチルビフェニル、４、４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、６，６’−ジヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１−スピロビインダン、１，３，３−トリメチル−１−（４−ヒドロキシフェニル）−１−インダン−６−オール等のビスフェノール類；
テトラフェニロールエタン、ナフトール−クレゾールレゾール縮合物等のオリゴフェノール類；
フェノールノボラック類；クレゾールノボラック類；ノボラック類からビスフェノール体を除いた残査物（トリフェノール体以上：以下ＶＲと略す）；
一般式（III)（化４）で表されるフェノールアラルキル類；
一般式（IV）（化５）で表されるナフトールアラルキル類；
一般式（Ｖ）（化６）で表されるフェノール−ジシクロペンタジエン共重合樹脂（ＤＰＲ樹脂）等のフェノール樹脂類；
エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、アニリン、４，４’−ジアミノフェニルメタン（ＭＤＡ）、４、４’−ジアミノジフェニルエーテル、４、４’−ジアミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（４，４’−ジアミノフェニル）プロパン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、一般式（VI）（化７）で表されるアニリンアラルキル樹脂（商品名：Ａｎｉｌｉｘ、三井化学（株）製）等の脂肪族、芳香族アミン類；
ｍ−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、２−（４−アミノフェニル）−２−（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、４−アミノフェニル−４−ヒドロキシフェニル）メタン等のアミノフェノール類；
フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ダイマー酸、アジピン酸、１，３−ジカルボキシシクロヘキサン等のカルボン酸類；
サリチル酸、４−ヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸類；
等を挙げることができる。
【００２０】
【化４】
（式中、Ｒ7 は水素原子、ハロゲン原子、水酸基、炭素数１〜９までの直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数１〜９までのアルコキシ基あるいはフェニル基を示し、ｍは１〜３を示す。繰り返し単位数を示すｎは０〜１００の範囲であり、その平均は０〜５０の範囲である。尚、繰り返し単位数ｎの平均が０とはビスフェノール体であることを示す。）
【００２１】
【化５】
（式中、繰り返し単位数を示すｎ’は０〜５０の範囲であり、その平均は０〜１５の範囲である。尚繰り返し単位数ｎ’の平均が０とはビスナフトール体であることを示す。）
【００２２】
【化６】
（式中、Ｒ8 は水素原子、ハロゲン原子、水酸基、炭素数１〜９までの直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数１〜９までのアルコキシ基あるいはフェニル基を示し、ｍは１〜３を示す。繰り返し単位数を示すｎ’は０〜５０の範囲であり、その平均は０〜１５の範囲である。尚、繰り返し単位数ｎの平均が０とはビスフェノール体であることを示す。）
【００２３】
【化７】
（式中、Ｒ9 は水素原子、炭素数１〜９までの直鎖、分岐または環状のアルキル基を示し、繰り返し単位数を示すｎ’は０〜５０の範囲であり、その平均は０〜１５の範囲である。尚、繰り返し単位数ｎの平均が０とはビスアニリン体であることを示す。）
【００２４】
尚、これらの活性水素を持つエポキシ原料のグリシジル化は公知の方法によりなされる。ハロゲン化水素アクセプターの存在下においてエピクロルヒドリンを反応させることが最も一般的であるが、グリシジルエステルを製造する際には、金属触媒、特にＴｌＮＯ3 、Ｔｌ（ＯＣＯＣＦ3 ）3 等のタリウム化合物を触媒とし、カルボン酸メチルエステルとグリシドールとを反応させる方法が好ましいことも知られている。
本発明において用いられるエポキシ樹脂のうち、半導体集積回路の封止材として好ましく用いられるものは、前記したジヒドロキシベンゼンやナフタレン類、ビスフェノール類、オリゴフェノール類、ノボラック類あるいは一般式（III)、一般式（IV）および一般式（Ｖ）で表される化合物から誘導されるグリシジルエーテル類である。
【００２５】
本発明のエポキシ樹脂組成物において、（Ｂ）硬化剤とは、水酸基を一分子中に２個以上持つものを、１０モル％〜１００モル％の範囲で脂肪族アシル基によりエステル化したものであり、実際は前記のエポキシ樹脂用原料に記載されたものをはじめとして、水酸基を持つものをエステル化したものは全て相当する。
本発明において、硬化剤として用いられるエステル化物のエステル化の範囲は、１０モル％〜１００モル％、好ましくは、５０モル％〜１００モル％、さらに好ましくは、８０モル％〜１００モル％である。
【００２６】
エステル化の方法は公知の方法が用いられるが、具体的には以下の通りである。すなわち、上述のような水酸基をエステル化する際に用いるエステル化剤としては、有機カルボン酸無水物、有機カルボン酸ハライド、有機カルボン酸のいずれでも良い。誘導したいエステルの炭素数によるエステル化剤の特徴により適宜選択すればよい。このエステル化剤を具体的に例示すれば、無水酢酸、アセチルクロライド、酢酸、無水プロピオン酸、プロピオン酸クロライド、プロピオン酸ブロマイド、プロピオン酸、無水酪酸、酪酸クロライド、酪酸、無水吉草酸、吉草酸クロライド、吉草酸ブロマイド、吉草酸、ピバリン酸クロライド、ピバリン酸、フェニル酢酸、フェニル酢酸クロライド、２−フェニルプロピオン酸、３−フェニルプロピオン酸、ｏ−トリル酢酸、ｍ−トリル酢酸、ｐ−トリル酢酸、クメン酸等を挙げることができる。
これらのエステル化剤は単独あるいは任意の２種類以上を併用して用いることも可能である。
【００２７】
その使用量は、水酸基に対して１０モル％以上で用いればよく、上限は特に限定されず、過剰に用いて充分にエステル化を進行させた場合、過剰のエステル化剤は反応終了後除去すればよいが、現実的には反応容積効率、コスト等の観点から、水酸基に対し１０倍モル以下、好ましくは５倍モル以下、さらに好ましくは３倍モル以下が良い。
【００２８】
具体的な反応は、エステル化剤の種類によって異なるが、それぞれについて述べれば、有機カルボン酸無水物については、一般に用いられる反応で良い。
すなわち、水酸基に対しエステル化するべき任意の量の有機カルボン酸無水物を反応させたのち、副成する有機カルボン酸、過剰の有機カルボン酸無水物を常圧蒸留、減圧蒸留、水洗、炭酸塩等の弱塩基水洗浄等任意の方法もしくはそれらの組み合わせによって除去する事により、目的とするエステル化合物を得るものである。部分エステル化を行う際は、水酸基に対して任意の量、すなわち、本発明の樹脂組成物においては１０モル％以上がエステル化されたエステル化物を用いるので、１０モル％以上の有機カルボン酸無水物を用い、完全にエステル化する際には、水酸基に対して等モル以上、溶剤を兼ねればその上限は特に制限されるものではないが、経済効率、反応の容積効率を考慮すれば１０倍モル以下で用いればよい。なお、この使用量は後述の有機カルボン酸を用いた反応の際にも同様である。
【００２９】
一般にエステル化反応においては、ピリジン、ピペリジン、トリエチルアミン等の反応に対しては不活性な有機塩基の存在下において行うことが多いが、本発明のエポキシ樹脂組成物を半導体集積回路の封止材等の電気・電子分野に用いる場合、これらの含窒素有機塩基が残存することを避けなければならない。このため、最終的には水洗行程を導入する事が望ましい。しかしながら、これら有機塩基を用いなくとも充分反応は進行するので、有機塩基を用いないことが最も望ましい。
【００３０】
反応温度は６０℃〜２００℃の範囲、望ましくは８０℃〜１８０℃の範囲、特に望ましくは１００℃〜１６０℃の範囲が望ましい。
反応時間は反応基質の種類や反応温度に大きく左右されるが、およそ１時間〜２５時間の範囲であり、現実的には高速液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィー等でエステル化剤の消失や水酸基の消失などを追跡しつつ終点を決定することが望ましい。
反応における溶媒は用いても用いなくても良い。原料とする水酸基を有する物質が反応温度に於いて充分溶融し、且つエステル化剤が液体である場合、また反応温度において溶融、あるいは樹脂に溶解し反応に支障がない場合には無溶媒で反応を行えばよい。
【００３１】
溶媒を必要とするならば、反応に不活性な溶媒であれば全て使用することができる。それらを例示すれば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ジフェニルエーテル等の芳香族炭化水素類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、等を単独で、あるいは任意の組み合わせで用いることができる。
【００３２】
反応は常圧、加圧（オートクレーブ中）、減圧のいずれでもよく、また反応系の雰囲気は空気中、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中のいずれでも良いが、好ましくは窒素雰囲気下が良い。
【００３３】
次に、エステル化剤として有機カルボン酸ハライドを用いる場合における反応について説明する。この場合も一般に用いられる手法を用いることができる。
すなわち、水酸基に対してエステル化するべき任意の量の有機カルボン酸ハライドを反応させれば良い。この場合、副成するハロゲン化水素は、ピリジン、ピペラジン、トリエチルアミン等の反応に不活性な塩基を必要量存在させて系内においてトラップする方法と、ガスとして反応中に順次速やかに系外に放出し、反応系外に設置された水またはアルカリトラップを用いて捕捉する場合が考えられるが、先に示した理由により、含窒素化合物、イオン性化合物の混入を避けるためハロゲン化水素ガスは反応中速やかに系外に放出する方法が好ましい。
この時、やはり反応に不活性なガスの気流下において反応を行うとより好ましい。
【００３４】
有機カルボン酸ハライドの使用量は、部分エステル化を行う際は、水酸基に対して任意の量、すなわち、本発明の樹脂組成物においては１０モル％以上がエステル化されたエステル化物を用いるので、１０モル％以上の有機カルボン酸ハライドを用い、完全にエステル化する際には水酸基に対して等モルもしくは小過剰を用いればよく、大過剰用いることは特に制限されるものではないが、経済効率、反応の容積効率、さらに反応後の処理工程の煩雑さを考慮すれば、水酸基に対して１０倍モル以下、好ましくは５倍モル、さらに好ましくは３倍モルの範囲で用いればよい。
反応温度、反応における溶媒の使用、反応の形態に関しては先の有機カルボン酸無水物の場合に準じればよい。
【００３５】
また、エステル化剤として有機カルボン酸を用いる場合に関しては、ほぼ有機カルボン酸無水物に準じればよいが、反応に際して酸触媒を必要とする。酸触媒を例示すれば、塩酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸等の鉱酸類、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ジメチルスルホン酸、ジエチルスルホン酸等の有機スルホン酸類、トリフルオロメタンスルホン酸に代表される超強酸、アルカンスルホン酸型に代表される酸性イオン交換樹脂、パーフルオロアルカンスルホン酸型に代表される超強酸型イオン交換樹脂等である。
【００３６】
その使用量は、原料の重量に対して超強酸の場合が０．００００１〜５重量％、好ましくは０．０００１〜１重量％、より好ましくは０．００１〜０．１重量％の範囲、イオン交換樹脂類の場合が１〜１００重量％、好ましくは１０〜５０重量％の範囲、その他の場合は０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％の範囲である。この範囲を下まわると反応速度が低下し、現実的な反応時間では完結しない。またこの範囲より大きくなると、副反応が無視できなくなり、あるいは触媒の除去の行程の煩雑さ等を含めてコストの増大に繋がる。
【００３７】
以上、３種類のエステル化剤についてその反応を説明してきたが、いずれの場合もより精製度の高いエステル化物を得る必要のある場合には、反応終了後、水洗行程を導入すればよい。その場合はトルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等の水洗可能な溶媒を用いて、洗浄廃水に酸性成分、イオン性不純物が混入しなくなるまで洗浄すればよい。
【００３８】
以上のようにして得られた、エステル化率１０〜１００モル％のエステル化物は、従来のフェノール樹脂と同様にしてエポキシ樹脂に対する硬化剤として用いることが可能である。すなわち２官能以上のエポキシ樹脂に対して硬化剤として用いることにより従来のエポキシ−フェノール硬化物と同様に熱硬化性樹脂として同一の分野で利用することができる。
【００３９】
本発明の硬化物の最も大きな特徴は、従来のエポキシ−フェノール硬化物と比較して、吸湿率が大きく低減されること、エステル基を有する効果により、非常に可とう性に優れることにある。さらには硬化後の構造に水酸基が生成するエポキシ−フェノール硬化物に対して、その水酸基がエステル化された形で硬化物が形成されるため、電気特性も向上する。
【００４０】
従来、エポキシ樹脂は、特に封止材の分野において、フェノール樹脂を硬化剤として多く用いられてきたが、その性能の向上は吸湿率の低下と大きな相関がある。樹脂中に含まれる水分は、ＩＲリフロー時の様に急激に２００℃以上の高温に晒されると、一気に気化し、いわゆる水蒸気爆発的な力が生じ、このためにクラックを生じ、種々の物性に悪影響を及ぼし、最悪の場合は封止材とチップとの剥離に至る場合がある。
本発明は上述したような特徴から、低吸湿性および耐クラック性の両面においてこの問題の解決に対して寄与するものである。
【００４１】
エポキシ樹脂と硬化剤との配合比は、エポキシ基１モル当量に対してエステル基もしくはエステル基および水酸基の合計、すなわちエポキシ基に対する活性基が０．５〜１．５モル当量、好ましくは０．７〜１．３モル当量である。硬化物の最適物性が得られるモル比を調整して用いることがより好ましい。
エポキシ樹脂および硬化剤はそれぞれ一種類づつ単独で用いても、複数を併用しても良い。
【００４２】
本発明において硬化促進剤の必須の成分として用いられる前記一般式（Ｉ）で表されるホスフィンオキシド誘導体について説明する。
一般式（Ｉ）において、置換基Ｒ1 〜Ｒ6 は、全て同一であっても、それぞれ異なっていてもよく、水素原子、炭素数１〜１０の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基あるいはアラルキル基である。
【００４３】
具体例としては、例えば、水素原子；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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、１−ペンチル基、２−ペンチル基、３−ペンチル基、２−メチル−１−ブチル基、イソペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、３−メチル−２−ブチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基、４−メチル−２−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、１−ヘプチル基、３−ヘプチル基、１−オクチル基、２−オクチル基、２−エチル−１−ヘキシル基、ノニル基またはデシル基等の直鎖、分岐または環状のアルキル基；フェニル基等のアリール基；トルイル基、ベンジル基、１−フェニルエチル基または２−フェニルエチル基等のアラルキル基が挙げられる。
これらのうち、好ましいものは、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基またはシクロヘキシル基の様な炭素数１〜６のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基である。
【００４４】
ホスフィンオキシド誘導体は、G.N.Koian etal.Journal of Generral Chemistry of The USSR , 55 , 1453 (1985) に記載されているように、オキシ三塩化リンに３分子のイミノトリスアミノ（無置換、一置換、二置換）ホスホランを反応させて合成することができる。更に、精製が必要であればカラムクロマトグラフィー、蒸留、再結晶等の汎用される方法により精製することができる。
この様にして得られるホスフィンオキシド誘導体は、通常固体である。
【００４５】
本発明のエポキシ樹脂組成物における、硬化促進剤であるホスフィンオキシド誘導体の使用量は、全エポキシ樹脂組成物（樹脂成分：エポキシ樹脂と硬化剤の合計）に対して、重量で０．００１〜２５％（０．００１〜２５ｇ／１００ｇ）の範囲、好ましくは０．０１〜１５％、更に好ましくは０．１〜５％の範囲で用いられる。モル当量に換算すれば、１．５×１０-6〜４．５×１０-2モル／１００ｇ、好ましくは１．５×１０-5〜２．５×１０-2、更に好ましくは１．５×１０-4〜１．０×１０-2モル／１００ｇの範囲である。
【００４６】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物においては、このホスフィンオキシド誘導体以外の一般に用いられる公知の硬化促進剤、例えば２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類等をホスフィンオキシド誘導体の０．５重量％〜５００重量％（５倍重量）の範囲で併用しても良い。その量が５００重量％を超えると本発明の特徴が失われる。
【００４７】
本発明のエポキシ樹脂組成物においては、必要に応じて、エポキシ樹脂組成物に（Ｃ）成分として有機および／または無機充填剤や、その他の添加剤を添加してもよい。特に半導体集積回路の封止材に用いるときには、その機械的特性の向上や全体のコストのダウンのために有機および／または無機充填剤を、また、光による誤動作を防ぐためにカーボンブラック等の着色剤を、更には離型剤、カップリング剤、難燃剤等を用いることが望ましい。
有機および／または無機充填剤の使用量としては、（Ａ＋Ｂ）１００重量部に対し、１００重量部以上、１９００重量部以下の範囲であり、耐湿性、機械的強度の観点から好ましくは２５０重量部以上、より好ましくは５５０重量部以上である。
用いられる有機および／または無機充填剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、タルク、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ、クレー、チタンホワイト等の粉体、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の繊維体等が挙げられる。
これらの中で封止材用途において好ましいものは、結晶性シリカおよび／または溶融シリカであり、さらにその樹脂組成物の成型時の流動性を考慮すると、その形状は球形または球型と不定型の混合物が望ましい。
【００４８】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物においては、機械的強度や耐熱性の面を考慮した各種添加剤を配合することが好ましい。例えば、樹脂と無機充填剤との接着性向上のためにはカップリング剤を用いることが望ましく、かかるカップリング剤としてはシラン系、チタネート系、アルミネート系、およびジルコアルミネート系等を挙げることができる。
なかでも好ましいものとしてはシランカップリング剤であり、特にエポキシ基と反応する官能基を持つシランカップリング剤が最も好ましい。
そのようなカップリング剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノメチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アニリノプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは２種類以上組み合わせて使用することができる。
これらのカップリング剤は、予め無機充填剤の表面に吸着あるいは、反応により固定化されていることが望ましい。
【００４９】
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体集積回路を封止し、半導体装置を作成する方法としては、低圧トランスファー成型が最も一般的であると言えるが、その他の方法、例えばインジェクション成型、圧縮成型、注型等の方法も可能であり、また溶剤を用いるような特殊な手法も可能である。
【００５０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
硬化剤合成例１
温度計、攪拌器、滴下ロートおよび還流冷却器を備えたガラス製容器に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら無水酢酸３３６．９ｇ（３．３モル）を２時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、過剰の無水酢酸および副生した酢酸を最高１５０℃／１０ｍｍＨｇの条件で減圧留去した。
【００５１】
ここで得られた樹脂を、トルエン１４００ｇに溶解し、廃水が中性になるまで６０〜７０℃において湯洗を行った後、トルエンを最高１５０℃／５ｍｍＨｇの条件で留去して水酸基が完全にアセチル化された樹脂を６０９ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１００℃で３．４ポイズ、１２５℃で１．０ポイズ、１５０℃で０．５ポイズであり、水酸基当量は３０００ｇ／ｅｑ以上（検出できず）であった。
【００５２】
硬化剤合成例２
合成例１と同様の反応装置に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら無水酢酸２４５．０ｇ（２．４モル）を２時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、副生した酢酸を最高１５０℃／１０ｍｍＨｇの条件で減圧留去した。
【００５３】
ここで得られた樹脂を、トルエン１４００ｇに溶解し、廃水が中性になるまで６０〜７０℃において湯洗を行った後、トルエンを最高１５０℃／５ｍｍＨｇの条件で留去して水酸基が８０モル％アセチル化された樹脂を５９０ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１２５℃で１．２ポイズ、１５０℃で０．７ポイズであり、水酸基当量は８８０ｇ／ｅｑであった。
【００５４】
硬化剤合成例３
合成例１と同様の反応装置に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら無水酢酸１５３．１ｇ（１．５モル）を２時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、副生した酢酸を最高１５０℃／１０ｍｍＨｇの条件で減圧留去した。
【００５５】
ここで得られた樹脂を、トルエン１４００ｇに溶解し、廃水が中性になるまで６０〜７０℃において湯洗を行った後、トルエンを最高１５０℃／５ｍｍＨｇの条件で留去して水酸基が５０モル％アセチル化された樹脂を５６１ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１２５℃で２．０ポイズ、１５０℃で１．１ポイズであり、水酸基当量は３５９ｇ／ｅｑであった。
【００５６】
硬化剤合成例４
合成例１と同様の反応装置に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら酢酸クロライド２３．６ｇ（０．３モル）を１時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。
【００５７】
反応系は副生した塩酸により赤く着色したが、１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、１６０℃まで昇温し、水流アスピレーターにより軽く減圧したところ、もとの微黄色透明に戻った。なお、副生した塩酸は環流冷却器の先端から系外へ排気し、そのまま導入管を通じてアルカリトラップにより捕捉した。
この樹脂を排出して水酸基の１０モル％がアセチル化された樹脂を５２０ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１２５℃で２．０ポイズ、１５０℃で１．１ポイズであり、水酸基当量は１９２ｇ／ｅｑであった。
【００５８】
実施例１
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル（商品名：エピコート８２８、油化シェルエポキシ社製、エポキシ当量１８４ｇ／ｅｑ）、硬化剤として合成例１のアセチル化フェノールアラルキル樹脂（エステル当量２１１ｇ／ｅｑ＝計算値）１グラム当量づつを８０℃において充分溶融混練し、均一な樹脂混合物とした。
この樹脂混合物に、前記一般式（Ｉ）でＲ1 〜Ｒ6 の全てがメチル基であるホスフィンオキシド誘導体（ＰＺＯ）を０．００５５モル加え５０℃で１分間混練して樹脂組成物とした。
【００５９】
この樹脂組成物を１０ｇとり、２ｃｍ×５ｃｍ×０．７ｍｍの型枠を用い、１５０℃→１８５℃／５ｍｉｎ、１８５℃／５ｍｉｎ、１５０ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で硬化物を得た後、１８５℃／８Ｈｒ（窒素雰囲気）の条件でアフターキュアーをかけて、充分に硬化を進行させた樹脂板を成型した。
この樹脂板用い、簡便なクラックテストを行った。その方法は、縦半分にはさみで切り、生じたクラック数を目視により数えた。
その結果、クラックは生じなかった。
【００６０】
さらに、残りの樹脂組成物２００ｇに対し、充填剤およびその他の添加剤を表−１（表１）に示す割合で配合し、ロールによる加熱混練を行って封止材用成形材料を得た。こうして得られた成形材料の一部を用い、１５０℃→１８５℃／５ｍｉｎ、１８５℃／５ｍｉｎ、１５０ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で硬化物を得た後、１８５℃／８Ｈｒ（窒素雰囲気）の条件でアフターキュアーをかけて、十分に硬化を進行させた。
この硬化物を用いて各物性を測定した。また、同じ成形材料を用いて、低圧トランスファー成形によりテスト用半導体装置を作成し、半田浴によるクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
尚、ロール混練前の樹脂組成物のゲルタイムは１５０℃において測定した。（以下同じ）
【００６１】
実施例２
実施例１におけるエポキシ樹脂を下記式（VII)（化８）のテトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂（商品名：Ｅ１０３１Ｓ、油化シェルエポキシ社製、エポキシ当量１８９ｇ／ｅｑ）に変えた以外は実施例１と同様にして、樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６２】
【化８】
【００６３】
実施例３
実施例１におけるエポキシ樹脂を下記式（VIII）（化９）に示されるナフトール−クレゾールレゾール縮合型エポキシ樹脂（商品名：ＥＯＣＮ７０００、日本化薬社製、エポキシ当量２０４ｇ／ｅｑ）に変えた以外は実施例１と同様にして、樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６４】
【化９】
【００６５】
実施例４
実施例１におけるエポキシ樹脂を式（IX）（化１０）に示されるスピロビインダンジフェノール型エポキシ樹脂（商品名：ＳＰＩＤＧ、三井化学（株）製、エポキシ当量２３３ｇ／ｅｑ）に変えた以外は実施例１と同様にして、樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６６】
【化１０】
【００６７】
実施例５〜８
実施例１〜４における硬化剤を、合成例２によって得られたアセチル化フェノールアラルキル樹脂に変え、エポキシ基／官能基（水酸基＋エステル基）＝１／１のモル比で、同様にして樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６８】
実施例９〜１２
実施例１〜４における硬化剤を、合成例３によって得られたアセチル化フェノールアラルキル樹脂に変え、エポキシ基／官能基（水酸基＋エステル基）＝１／１のモル比で、同様にして樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表２）に示した。
【００６９】
実施例１３〜１６
実施例１〜４における硬化剤を、合成例４によって得られたアセチル化フェノールアラルキル樹脂に変え、エポキシ基／官能基（水酸基＋エステル基）＝１／１のモル比で、同様にして樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表２）に示した。
【００７０】
比較例１〜４
実施例１〜４における硬化剤を、エステル化する以前のフェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）に変え、硬化促進剤をトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）に変えたが、非常に硬化性が悪く、ゲルタイムの測定および成型物を得ることができないため、トリフェニルホスフィンの量を０．０１５モルに増量し、ゲルタイムを測定した。
結果を表−１（表３）に示した。
この結果、ほぼ実施例と同等のゲルタイムとなったため、実施例と同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ、その全てに５〜１５個のクラックが発生していた。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表３）に示した。
【００７１】
比較例５〜８
実施例１〜４における硬化剤を、エステル化する以前のフェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）に変え、硬化促進剤を２−ウンデシルイミダゾール（商品名：Ｃ１１Ｚ、四国ファインケミカル社製）に変えたが、非常に硬化性が悪く、ゲルタイムの測定および成型物を得ることができないため、トリフェニルホスフィンの量を０．０１５モルに増量し、ゲルタイムを測定した。
結果を表−１（表３）に示した。
この結果、ほぼ実施例と同等のゲルタイムとなったため、実施例と同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ、その全てに５〜１５個のクラックが発生していた。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表３）に示した。
【００７２】
比較例９〜１２
実施例１〜４における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィンに、その使用量を０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物を得た後、簡便なクラックテストを行うために、成型物を得ようとしたが、いずれも硬化する前に流れでてしまい、成型物を得られなかった。そこでゲルタイムを測定したが、１５０℃および２００℃において、１５分でゲル化せず、テストを中止した。
【００７３】
比較例１３〜１６
実施例５〜８における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィンに、その使用量を０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物を得た後、簡便なクラックテストを行うために、成型物を得ようとしたが、いずれも硬化する前に流れでてしまい、成型物を得られなかった。そこでゲルタイムを測定したが、１５０℃および２００℃において、１５分でゲル化せず、テストを中止した。
【００７４】
比較例１７〜２０
実施例９〜１２における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィン０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ全ての試験片が破壊された。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表５）に示した。
【００７５】
比較例２１〜２４
実施例１３〜１６における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィン０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ全ての試験片が破壊された。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表５）に示した。
【００７６】
尚、各種物性等の試験方法は以下の通りである。
・Ｔｇ（ガラス転移温度）：ＴＭＡ針進入法（島津 ＴＭＡ−ＤＲＷ ＤＴ−３０により測定。
・曲げ強度、弾性率：ＪＩＳ Ｋ−６９１１による。
・煮沸吸水率：１００℃の沸騰水中で２時間煮沸後の重量増加を測定。
・Ｖ．Ｐ．Ｓテスト：試験用の半導体装置を８５℃、８５％の恒温恒湿槽に１６８時間放置した後、直ちに２４０℃のフロリナート液（住友スリーエム（株）社製、ＦＣ−７０）に投入し、パッケージ樹脂にクラックが発生した半導体の数を数えた。試験値を分数で示し、分子はクラックの発生した半導体の数、分母は被験体数である。
【００７７】
また、試験に用いた各種添加剤は以下の通りである。
・無機充填剤：球形溶融シリカ（ハリミックＳ−ＣＯ、（株）マイクロン社製）５０重量部と、不定形溶融シリカ（ヒューズレックスＲＤ−８、（株）龍森製）５０重量部の混合物。
・シランカップリング材：（ＳＺ−６０８３、東レダウコーニングシリコーン社製）
【００７８】
【表１】
【００７９】
【表２】
【００８０】
【表３】
【００８１】
【表４】
【００８２】
【表５】
尚、表中の添加剤の値は、主剤＋硬化剤２００ｇに対する値である。
【００８３】
以上、実施例等により詳細に説明してきたが、本発明のホスフィンオキシド誘導体を必須の硬化促進剤として用い、エステル化合物を硬化剤としたエポキシ樹脂組成物は、従来のエポキシ樹脂−フェノール樹脂硬化物に比較して大きく吸湿性に優れ、且つ可とう性に優れており、耐クラック性において非常に有利である。このため、特に半導体集積回路の封止材用途において耐クラック性に優れることがわかる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明により与えられるエポキシ樹脂組成物は、従来エポキシ樹脂組成物が用いられてきた産業分野において用いることが可能であるが、特に半導体の封止材として用いることにより、従来のエポキシ樹脂−フェノール樹脂硬化物より耐クラック性に優れたパッケージを与えるものである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エポキシ樹脂により半導体集積回路を封止してなる半導体装置に関するものであり、その目的に供するに充分な諸物性を与えるエポキシ樹脂組成物、特に硬化剤としてエステル基を有する化合物もしくは樹脂を用い、エステル基をエポキシ基と速やかに反応させる触媒を組み合わせてなるエポキシ樹脂組成物、およびその硬化物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）は、それを保護する封止材により、外部雰囲気のゴミや埃、熱、水分、あるいは光による誤作動等から守られ、実用化されている。
この封止材としては、金属やセラミックスによるものから、近年では樹脂封止へと変遷しており、現在ではエポキシ樹脂封止が主流となっている。
特にコスト面と物性面のバランスから、フェノール樹脂を硬化剤としたエポキシ樹脂組成物が多く使われている。これらエポキシ樹脂組成物を用いた封止材は機械的物性の向上はもとより、以下に示す様な課題の向上が求められている。
【０００３】
すなわち、課題としては
▲１▼外気中の水分を吸湿するため、半田処理条件下に晒される際、高温下におかれるため水分の爆発的な気化によりクラックを生じる、
▲２▼硬化の際の副反応として、エポキシ単独重合が部分的に起こることにより、フェノール樹脂の水酸基が過剰となり耐湿性、電気特性に劣ったり、本来のエポキシ−フェノール樹脂ネットワーク以外にエポキシ単独重合部分や、過剰となったフェノール樹脂部分が存在する事により機械特性が低下したりする、
▲３▼フリーイオン、特にハロゲンイオンの混入により半導体の金属部分の腐食や電気漏洩が起こる、等である。
このうち▲３▼のイオン不純物については特にエポキシ樹脂の精製、純度の問題であるが、▲１▼は樹脂の改質、▲２▼は副反応の抑制により本来のエポキシ樹脂組成物の物性を充分に引き出すことが可能となる。
【０００４】
しかしながら、▲１▼の樹脂の吸湿に関しては、エポキシ基と水酸基の反応による硬化反応である限り、下記反応式（II）（化２）で表される様に、必ず水酸基を生成する反応であり、水酸基を要因として親水性が大きくなり、基本骨格を疎水化しても全体としての吸湿率の低減には限界がある。
【０００５】
【化２】
【０００６】
この問題を解決する一つの手法として、西久保ら出願の特開昭６２−５３３２７号に示される様なエポキシ基とエステル基の反応の利用が考えられる。該公報中には、触媒の好ましいものとして４級オニウム塩やクラウンエーテル錯体が示され、更に同氏らの論文（有機合成化学第４９巻第３号第２１８〜２３３頁（１９９１）、エポキシ化合物とエステル類との付加反応とその高分子合成への応用）中において、具体的に単位反応としての各触媒を用いたときの収率が示されている。それによれば、最高値としてはテトラブチルアンモニウムクロライドの９１％があるものの、収率は総じて低い。また、これら４級オニウム塩やクラウンエーテル錯体は、半導体集積回路の封止材として用いる樹脂中に含まれたままであると、電気的な短絡等の好ましくない結果をもたらすのみでなく、それが接触する金属部分の腐食等も引き起こし、製品として重大な欠陥となることは言うまでもない。
【０００７】
一方、一般的なエポキシ樹脂とフェノール樹脂との付加反応においては、触媒としてトリアルキルホスフィン、トリアリールホスフィンの様なホスフィン類、イミダゾール類、三級アミン類等が用いられ、特に半導体封止用としてはイミダゾール類、ホスフィン類が多く用いられる。
これらの内、イミダゾール類は反応活性はあるが、先に述べた副反応であるエポキシ単独重合を起こしやすく、上記の▲２▼の問題が大きい。一方、ホスフィン類はこれらの問題はないものの、硬化速度が遅い。
イミダゾール類を触媒としてエポキシ／エステル硬化反応に応用した場合、先の西久保氏らの文献によるとエポキシ基に対するエステル基の付加反応の反応収率は約５０％程度であり、その他はエポキシ樹脂の単独重合等の副反応であることをふまえると、充分な硬化物が得られる触媒ではない。
【０００８】
更に、本発明者らの追試においては、これらイミダゾール類やホスフィン類を硬化触媒としたときに、本発明における脂肪族アシル基によるエステルは実質的にエポキシ樹脂の硬化反応を起こさないことが分かる（後述比較例参照）。
具体的には、通常、硬化の際に用いられる温度である１５０〜２００℃の範囲では１０分以上ゲル化せず、現実には硬化物が得られる前に樹脂組成物が流れ出してしまう状況である。
【０００９】
また、エポキシ樹脂をエステル硬化させ、半導体集積回路の封止材として利用するために、フェノール樹脂の１０〜９０％をエステル化し、硬化剤とする方法が提案されている（特開平９−２３５４５１号）。
この方法は、エステル樹脂を製造するに当たり、原料であるフェノール樹脂のフェノール性水酸基を一部残存させることにより、硬化初期において、反応し易いフェノール部分により一次的に架橋部分を形成させ、後のアフターキュアーによりエステル基をエポキシ基に作用させるという発想に基づくものである。
ところが、該公報においては、脂肪族アシル基によるエステルはエポキシ樹脂と反応しないとされ、芳香族アシル基によるエステルに限定されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低吸湿性、且つ電気特性に優れたエポキシ樹脂硬化物を与える脂肪族アシル基によるエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂を効果的にエポキシ基と反応させるためのものであり、それにより得られる耐クラック性および電気特性に優れた半導体封止材用エポキシ樹脂組成物、その硬化物および半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討した結果、硬化促進剤としてホスフィンオキシド誘導体を用いることにより、上記の課題を解決しえることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、（１）（Ａ）２官能以上のエポキシ化合物もしくはエポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤として水酸基の１０モル％〜１００モル％が脂肪族アシル基によりエステル化された２官能以上のエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として一般式（Ｉ）（化３）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物に関するものである。
【００１３】
【化３】
【００１４】
また、（２）（Ｃ）有機および／または無機充填剤を、（Ａ＋Ｂ）１００重量部に対し、１００重量部以上、１９００重量部以下の範囲で含有する上記（１）記載のエポキシ樹脂組成物、
（３）上記（１）または（２）に記載のエポキシ樹脂組成物を、熱硬化させて得られるエポキシ樹脂硬化物、
（４）上記（１）または（２）に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体集積回路を封止して得られる半導体装置に関するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、（Ａ）２官能以上のエポキシ化合物もしくはエポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤として水酸基の１０モル％〜１００モル％が脂肪族アシル基によりエステル化された２官能以上のエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として前記一般（Ｉ）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物である。
【００１６】
硬化促進剤として一般式（Ｉ）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分として用いる本発明のエポキシ樹脂組成物は、従来のイミダゾール類やホスフィン類を硬化促進剤として用いた場合に比べて、前述の問題▲１▼および▲２▼を解決し、さらに脂肪族アシル基によるエステル基とエポキシ基を速やかに反応させ、高い機械的物性、特に可とう性に優れ、耐クラック性および電気特性に優れる硬化物を与えることは本発明者らが初めて見出したものである。
さらに本発明者らは、この樹脂組成物に有機および／または無機充填剤を添加してなる樹脂組成物が半導体集積回路用封止材として極めて優れていることを見いだしたのである。
【００１７】
更に付け加えるならば、先述の特開平９−２３５４５１号においては、従来のエポキシ樹脂硬化用触媒を用いた場合、脂肪族アシル基によるエステルはエポキシ基との反応が非常に遅いことから、用いるエステルは芳香族アシル基によるエステルに限定されているが、本発明においては先に示したホスフィンオキシド誘導体が、脂肪族アシル基によるエステルとエポキシ基との反応を充分実用的に硬化させることを見いだし、本発明が達成された。
【００１８】
本発明のエポキシ樹脂組成物において、（Ａ）成分である２官能以上のエポキシ化合物またはエポキシ樹脂（以下エポキシ樹脂という）としては、１分子中に２つ以上のエポキシ基を有するものは全て使用できる。具体的には、オレフィン類の酸化や水酸基のグリシジルエーテル化、１，２級アミン類のグリシジルアミン化、カルボン酸のグリシジルエステル化等により得られるエポキシ基を持つものである。
【００１９】
これらエポキシ化され得る原料としては、例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール等のグリコール；グリセリン、エリスリトール、ペンタエリスリトール、１，６−ヘキサンジオール等のポリオール類；
カテコール、レゾルシン、ハイドロキノン等のジヒドロキシベンゼン類；
２，６−ジヒドロキシナフタレン；
２，２−ビス（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）、２−（３’−ヒドロキシフェニル）−２−（４''−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン（ビスフェノールＦ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルホン（ビスフェノールＳ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）スルフィド、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メチルシクロヘキサン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メチルベンゼン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、４，４’−ジヒドロキシ−２，２’，６，６’−テトラメチルビフェニル、４、４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、６，６’−ジヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１−スピロビインダン、１，３，３−トリメチル−１−（４−ヒドロキシフェニル）−１−インダン−６−オール等のビスフェノール類；
テトラフェニロールエタン、ナフトール−クレゾールレゾール縮合物等のオリゴフェノール類；
フェノールノボラック類；クレゾールノボラック類；ノボラック類からビスフェノール体を除いた残査物（トリフェノール体以上：以下ＶＲと略す）；
一般式（III)（化４）で表されるフェノールアラルキル類；
一般式（IV）（化５）で表されるナフトールアラルキル類；
一般式（Ｖ）（化６）で表されるフェノール−ジシクロペンタジエン共重合樹脂（ＤＰＲ樹脂）等のフェノール樹脂類；
エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、アニリン、４，４’−ジアミノフェニルメタン（ＭＤＡ）、４、４’−ジアミノジフェニルエーテル、４、４’−ジアミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（４，４’−ジアミノフェニル）プロパン、ｍ−キシリレンジアミン、ｐ−キシリレンジアミン、１，２−ジアミノシクロヘキサン、一般式（VI）（化７）で表されるアニリンアラルキル樹脂（商品名：Ａｎｉｌｉｘ、三井化学（株）製）等の脂肪族、芳香族アミン類；
ｍ−アミノフェノール、ｐ−アミノフェノール、２−（４−アミノフェニル）−２−（４’−ヒドロキシフェニル）プロパン、４−アミノフェニル−４−ヒドロキシフェニル）メタン等のアミノフェノール類；
フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ダイマー酸、アジピン酸、１，３−ジカルボキシシクロヘキサン等のカルボン酸類；
サリチル酸、４−ヒドロキシ安息香酸等のヒドロキシカルボン酸類；
等を挙げることができる。
【００２０】
【化４】
【００２１】
【化５】
【００２２】
【化６】
【００２３】
【化７】
【００２４】
尚、これらの活性水素を持つエポキシ原料のグリシジル化は公知の方法によりなされる。ハロゲン化水素アクセプターの存在下においてエピクロルヒドリンを反応させることが最も一般的であるが、グリシジルエステルを製造する際には、金属触媒、特にＴｌＮＯ3 、Ｔｌ（ＯＣＯＣＦ3 ）3 等のタリウム化合物を触媒とし、カルボン酸メチルエステルとグリシドールとを反応させる方法が好ましいことも知られている。
本発明において用いられるエポキシ樹脂のうち、半導体集積回路の封止材として好ましく用いられるものは、前記したジヒドロキシベンゼンやナフタレン類、ビスフェノール類、オリゴフェノール類、ノボラック類あるいは一般式（III)、一般式（IV）および一般式（Ｖ）で表される化合物から誘導されるグリシジルエーテル類である。
【００２５】
本発明のエポキシ樹脂組成物において、（Ｂ）硬化剤とは、水酸基を一分子中に２個以上持つものを、１０モル％〜１００モル％の範囲で脂肪族アシル基によりエステル化したものであり、実際は前記のエポキシ樹脂用原料に記載されたものをはじめとして、水酸基を持つものをエステル化したものは全て相当する。
本発明において、硬化剤として用いられるエステル化物のエステル化の範囲は、１０モル％〜１００モル％、好ましくは、５０モル％〜１００モル％、さらに好ましくは、８０モル％〜１００モル％である。
【００２６】
エステル化の方法は公知の方法が用いられるが、具体的には以下の通りである。すなわち、上述のような水酸基をエステル化する際に用いるエステル化剤としては、有機カルボン酸無水物、有機カルボン酸ハライド、有機カルボン酸のいずれでも良い。誘導したいエステルの炭素数によるエステル化剤の特徴により適宜選択すればよい。このエステル化剤を具体的に例示すれば、無水酢酸、アセチルクロライド、酢酸、無水プロピオン酸、プロピオン酸クロライド、プロピオン酸ブロマイド、プロピオン酸、無水酪酸、酪酸クロライド、酪酸、無水吉草酸、吉草酸クロライド、吉草酸ブロマイド、吉草酸、ピバリン酸クロライド、ピバリン酸、フェニル酢酸、フェニル酢酸クロライド、２−フェニルプロピオン酸、３−フェニルプロピオン酸、ｏ−トリル酢酸、ｍ−トリル酢酸、ｐ−トリル酢酸、クメン酸等を挙げることができる。
これらのエステル化剤は単独あるいは任意の２種類以上を併用して用いることも可能である。
【００２７】
その使用量は、水酸基に対して１０モル％以上で用いればよく、上限は特に限定されず、過剰に用いて充分にエステル化を進行させた場合、過剰のエステル化剤は反応終了後除去すればよいが、現実的には反応容積効率、コスト等の観点から、水酸基に対し１０倍モル以下、好ましくは５倍モル以下、さらに好ましくは３倍モル以下が良い。
【００２８】
具体的な反応は、エステル化剤の種類によって異なるが、それぞれについて述べれば、有機カルボン酸無水物については、一般に用いられる反応で良い。
すなわち、水酸基に対しエステル化するべき任意の量の有機カルボン酸無水物を反応させたのち、副成する有機カルボン酸、過剰の有機カルボン酸無水物を常圧蒸留、減圧蒸留、水洗、炭酸塩等の弱塩基水洗浄等任意の方法もしくはそれらの組み合わせによって除去する事により、目的とするエステル化合物を得るものである。部分エステル化を行う際は、水酸基に対して任意の量、すなわち、本発明の樹脂組成物においては１０モル％以上がエステル化されたエステル化物を用いるので、１０モル％以上の有機カルボン酸無水物を用い、完全にエステル化する際には、水酸基に対して等モル以上、溶剤を兼ねればその上限は特に制限されるものではないが、経済効率、反応の容積効率を考慮すれば１０倍モル以下で用いればよい。なお、この使用量は後述の有機カルボン酸を用いた反応の際にも同様である。
【００２９】
一般にエステル化反応においては、ピリジン、ピペリジン、トリエチルアミン等の反応に対しては不活性な有機塩基の存在下において行うことが多いが、本発明のエポキシ樹脂組成物を半導体集積回路の封止材等の電気・電子分野に用いる場合、これらの含窒素有機塩基が残存することを避けなければならない。このため、最終的には水洗行程を導入する事が望ましい。しかしながら、これら有機塩基を用いなくとも充分反応は進行するので、有機塩基を用いないことが最も望ましい。
【００３０】
反応温度は６０℃〜２００℃の範囲、望ましくは８０℃〜１８０℃の範囲、特に望ましくは１００℃〜１６０℃の範囲が望ましい。
反応時間は反応基質の種類や反応温度に大きく左右されるが、およそ１時間〜２５時間の範囲であり、現実的には高速液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィー等でエステル化剤の消失や水酸基の消失などを追跡しつつ終点を決定することが望ましい。
反応における溶媒は用いても用いなくても良い。原料とする水酸基を有する物質が反応温度に於いて充分溶融し、且つエステル化剤が液体である場合、また反応温度において溶融、あるいは樹脂に溶解し反応に支障がない場合には無溶媒で反応を行えばよい。
【００３１】
溶媒を必要とするならば、反応に不活性な溶媒であれば全て使用することができる。それらを例示すれば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼン、ジフェニルエーテル等の芳香族炭化水素類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチル−２−イミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、スルホラン等の非プロトン性極性溶媒類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、等を単独で、あるいは任意の組み合わせで用いることができる。
【００３２】
反応は常圧、加圧（オートクレーブ中）、減圧のいずれでもよく、また反応系の雰囲気は空気中、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス中のいずれでも良いが、好ましくは窒素雰囲気下が良い。
【００３３】
次に、エステル化剤として有機カルボン酸ハライドを用いる場合における反応について説明する。この場合も一般に用いられる手法を用いることができる。
すなわち、水酸基に対してエステル化するべき任意の量の有機カルボン酸ハライドを反応させれば良い。この場合、副成するハロゲン化水素は、ピリジン、ピペラジン、トリエチルアミン等の反応に不活性な塩基を必要量存在させて系内においてトラップする方法と、ガスとして反応中に順次速やかに系外に放出し、反応系外に設置された水またはアルカリトラップを用いて捕捉する場合が考えられるが、先に示した理由により、含窒素化合物、イオン性化合物の混入を避けるためハロゲン化水素ガスは反応中速やかに系外に放出する方法が好ましい。
この時、やはり反応に不活性なガスの気流下において反応を行うとより好ましい。
【００３４】
有機カルボン酸ハライドの使用量は、部分エステル化を行う際は、水酸基に対して任意の量、すなわち、本発明の樹脂組成物においては１０モル％以上がエステル化されたエステル化物を用いるので、１０モル％以上の有機カルボン酸ハライドを用い、完全にエステル化する際には水酸基に対して等モルもしくは小過剰を用いればよく、大過剰用いることは特に制限されるものではないが、経済効率、反応の容積効率、さらに反応後の処理工程の煩雑さを考慮すれば、水酸基に対して１０倍モル以下、好ましくは５倍モル、さらに好ましくは３倍モルの範囲で用いればよい。
反応温度、反応における溶媒の使用、反応の形態に関しては先の有機カルボン酸無水物の場合に準じればよい。
【００３５】
また、エステル化剤として有機カルボン酸を用いる場合に関しては、ほぼ有機カルボン酸無水物に準じればよいが、反応に際して酸触媒を必要とする。酸触媒を例示すれば、塩酸、硫酸、リン酸、ポリリン酸等の鉱酸類、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、ジメチルスルホン酸、ジエチルスルホン酸等の有機スルホン酸類、トリフルオロメタンスルホン酸に代表される超強酸、アルカンスルホン酸型に代表される酸性イオン交換樹脂、パーフルオロアルカンスルホン酸型に代表される超強酸型イオン交換樹脂等である。
【００３６】
その使用量は、原料の重量に対して超強酸の場合が０．００００１〜５重量％、好ましくは０．０００１〜１重量％、より好ましくは０．００１〜０．１重量％の範囲、イオン交換樹脂類の場合が１〜１００重量％、好ましくは１０〜５０重量％の範囲、その他の場合は０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１〜５重量％の範囲である。この範囲を下まわると反応速度が低下し、現実的な反応時間では完結しない。またこの範囲より大きくなると、副反応が無視できなくなり、あるいは触媒の除去の行程の煩雑さ等を含めてコストの増大に繋がる。
【００３７】
以上、３種類のエステル化剤についてその反応を説明してきたが、いずれの場合もより精製度の高いエステル化物を得る必要のある場合には、反応終了後、水洗行程を導入すればよい。その場合はトルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル等の水洗可能な溶媒を用いて、洗浄廃水に酸性成分、イオン性不純物が混入しなくなるまで洗浄すればよい。
【００３８】
以上のようにして得られた、エステル化率１０〜１００モル％のエステル化物は、従来のフェノール樹脂と同様にしてエポキシ樹脂に対する硬化剤として用いることが可能である。すなわち２官能以上のエポキシ樹脂に対して硬化剤として用いることにより従来のエポキシ−フェノール硬化物と同様に熱硬化性樹脂として同一の分野で利用することができる。
【００３９】
本発明の硬化物の最も大きな特徴は、従来のエポキシ−フェノール硬化物と比較して、吸湿率が大きく低減されること、エステル基を有する効果により、非常に可とう性に優れることにある。さらには硬化後の構造に水酸基が生成するエポキシ−フェノール硬化物に対して、その水酸基がエステル化された形で硬化物が形成されるため、電気特性も向上する。
【００４０】
従来、エポキシ樹脂は、特に封止材の分野において、フェノール樹脂を硬化剤として多く用いられてきたが、その性能の向上は吸湿率の低下と大きな相関がある。樹脂中に含まれる水分は、ＩＲリフロー時の様に急激に２００℃以上の高温に晒されると、一気に気化し、いわゆる水蒸気爆発的な力が生じ、このためにクラックを生じ、種々の物性に悪影響を及ぼし、最悪の場合は封止材とチップとの剥離に至る場合がある。
本発明は上述したような特徴から、低吸湿性および耐クラック性の両面においてこの問題の解決に対して寄与するものである。
【００４１】
エポキシ樹脂と硬化剤との配合比は、エポキシ基１モル当量に対してエステル基もしくはエステル基および水酸基の合計、すなわちエポキシ基に対する活性基が０．５〜１．５モル当量、好ましくは０．７〜１．３モル当量である。硬化物の最適物性が得られるモル比を調整して用いることがより好ましい。
エポキシ樹脂および硬化剤はそれぞれ一種類づつ単独で用いても、複数を併用しても良い。
【００４２】
本発明において硬化促進剤の必須の成分として用いられる前記一般式（Ｉ）で表されるホスフィンオキシド誘導体について説明する。
一般式（Ｉ）において、置換基Ｒ1 〜Ｒ6 は、全て同一であっても、それぞれ異なっていてもよく、水素原子、炭素数１〜１０の直鎖、分岐または環状のアルキル基、炭素数６〜１０のアリール基あるいはアラルキル基である。
【００４３】
具体例としては、例えば、水素原子；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、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、１−ペンチル基、２−ペンチル基、３−ペンチル基、２−メチル−１−ブチル基、イソペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、３−メチル−２−ブチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基、４−メチル−２−ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、１−ヘプチル基、３−ヘプチル基、１−オクチル基、２−オクチル基、２−エチル−１−ヘキシル基、ノニル基またはデシル基等の直鎖、分岐または環状のアルキル基；フェニル基等のアリール基；トルイル基、ベンジル基、１−フェニルエチル基または２−フェニルエチル基等のアラルキル基が挙げられる。
これらのうち、好ましいものは、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基またはシクロヘキシル基の様な炭素数１〜６のアルキル基であり、より好ましくは、メチル基、エチル基である。
【００４４】
ホスフィンオキシド誘導体は、G.N.Koian etal.Journal of Generral Chemistry of The USSR , 55 , 1453 (1985) に記載されているように、オキシ三塩化リンに３分子のイミノトリスアミノ（無置換、一置換、二置換）ホスホランを反応させて合成することができる。更に、精製が必要であればカラムクロマトグラフィー、蒸留、再結晶等の汎用される方法により精製することができる。
この様にして得られるホスフィンオキシド誘導体は、通常固体である。
【００４５】
本発明のエポキシ樹脂組成物における、硬化促進剤であるホスフィンオキシド誘導体の使用量は、全エポキシ樹脂組成物（樹脂成分：エポキシ樹脂と硬化剤の合計）に対して、重量で０．００１〜２５％（０．００１〜２５ｇ／１００ｇ）の範囲、好ましくは０．０１〜１５％、更に好ましくは０．１〜５％の範囲で用いられる。モル当量に換算すれば、１．５×１０-6〜４．５×１０-2モル／１００ｇ、好ましくは１．５×１０-5〜２．５×１０-2、更に好ましくは１．５×１０-4〜１．０×１０-2モル／１００ｇの範囲である。
【００４６】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物においては、このホスフィンオキシド誘導体以外の一般に用いられる公知の硬化促進剤、例えば２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン等のホスフィン類等をホスフィンオキシド誘導体の０．５重量％〜５００重量％（５倍重量）の範囲で併用しても良い。その量が５００重量％を超えると本発明の特徴が失われる。
【００４７】
本発明のエポキシ樹脂組成物においては、必要に応じて、エポキシ樹脂組成物に（Ｃ）成分として有機および／または無機充填剤や、その他の添加剤を添加してもよい。特に半導体集積回路の封止材に用いるときには、その機械的特性の向上や全体のコストのダウンのために有機および／または無機充填剤を、また、光による誤動作を防ぐためにカーボンブラック等の着色剤を、更には離型剤、カップリング剤、難燃剤等を用いることが望ましい。
有機および／または無機充填剤の使用量としては、（Ａ＋Ｂ）１００重量部に対し、１００重量部以上、１９００重量部以下の範囲であり、耐湿性、機械的強度の観点から好ましくは２５０重量部以上、より好ましくは５５０重量部以上である。
用いられる有機および／または無機充填剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、タルク、ケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ、クレー、チタンホワイト等の粉体、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の繊維体等が挙げられる。
これらの中で封止材用途において好ましいものは、結晶性シリカおよび／または溶融シリカであり、さらにその樹脂組成物の成型時の流動性を考慮すると、その形状は球形または球型と不定型の混合物が望ましい。
【００４８】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物においては、機械的強度や耐熱性の面を考慮した各種添加剤を配合することが好ましい。例えば、樹脂と無機充填剤との接着性向上のためにはカップリング剤を用いることが望ましく、かかるカップリング剤としてはシラン系、チタネート系、アルミネート系、およびジルコアルミネート系等を挙げることができる。
なかでも好ましいものとしてはシランカップリング剤であり、特にエポキシ基と反応する官能基を持つシランカップリング剤が最も好ましい。
そのようなカップリング剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、Ｎ−（２−アミノメチル）−３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アニリノプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは２種類以上組み合わせて使用することができる。
これらのカップリング剤は、予め無機充填剤の表面に吸着あるいは、反応により固定化されていることが望ましい。
【００４９】
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体集積回路を封止し、半導体装置を作成する方法としては、低圧トランスファー成型が最も一般的であると言えるが、その他の方法、例えばインジェクション成型、圧縮成型、注型等の方法も可能であり、また溶剤を用いるような特殊な手法も可能である。
【００５０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
硬化剤合成例１
温度計、攪拌器、滴下ロートおよび還流冷却器を備えたガラス製容器に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら無水酢酸３３６．９ｇ（３．３モル）を２時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、過剰の無水酢酸および副生した酢酸を最高１５０℃／１０ｍｍＨｇの条件で減圧留去した。
【００５１】
ここで得られた樹脂を、トルエン１４００ｇに溶解し、廃水が中性になるまで６０〜７０℃において湯洗を行った後、トルエンを最高１５０℃／５ｍｍＨｇの条件で留去して水酸基が完全にアセチル化された樹脂を６０９ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１００℃で３．４ポイズ、１２５℃で１．０ポイズ、１５０℃で０．５ポイズであり、水酸基当量は３０００ｇ／ｅｑ以上（検出できず）であった。
【００５２】
硬化剤合成例２
合成例１と同様の反応装置に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら無水酢酸２４５．０ｇ（２．４モル）を２時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、副生した酢酸を最高１５０℃／１０ｍｍＨｇの条件で減圧留去した。
【００５３】
ここで得られた樹脂を、トルエン１４００ｇに溶解し、廃水が中性になるまで６０〜７０℃において湯洗を行った後、トルエンを最高１５０℃／５ｍｍＨｇの条件で留去して水酸基が８０モル％アセチル化された樹脂を５９０ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１２５℃で１．２ポイズ、１５０℃で０．７ポイズであり、水酸基当量は８８０ｇ／ｅｑであった。
【００５４】
硬化剤合成例３
合成例１と同様の反応装置に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら無水酢酸１５３．１ｇ（１．５モル）を２時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、副生した酢酸を最高１５０℃／１０ｍｍＨｇの条件で減圧留去した。
【００５５】
ここで得られた樹脂を、トルエン１４００ｇに溶解し、廃水が中性になるまで６０〜７０℃において湯洗を行った後、トルエンを最高１５０℃／５ｍｍＨｇの条件で留去して水酸基が５０モル％アセチル化された樹脂を５６１ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１２５℃で２．０ポイズ、１５０℃で１．１ポイズであり、水酸基当量は３５９ｇ／ｅｑであった。
【００５６】
硬化剤合成例４
合成例１と同様の反応装置に、フェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）５０７ｇ（３モル）を装入し、内温を１２５℃まで昇温した。内温を同温度に保ち、攪拌を行いながら酢酸クロライド２３．６ｇ（０．３モル）を１時間で滴下した。その後、１２５℃を保ちながら２時間反応を行った後、更に１４０℃まで昇温した。
【００５７】
反応系は副生した塩酸により赤く着色したが、１４０〜１５０℃において２時間熟成したのち、１６０℃まで昇温し、水流アスピレーターにより軽く減圧したところ、もとの微黄色透明に戻った。なお、副生した塩酸は環流冷却器の先端から系外へ排気し、そのまま導入管を通じてアルカリトラップにより捕捉した。
この樹脂を排出して水酸基の１０モル％がアセチル化された樹脂を５２０ｇ得た。
この樹脂の溶融粘度（ＩＣＩコーン型溶融粘度型による。以下同じ）は１２５℃で２．０ポイズ、１５０℃で１．１ポイズであり、水酸基当量は１９２ｇ／ｅｑであった。
【００５８】
実施例１
エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型ジグリシジルエーテル（商品名：エピコート８２８、油化シェルエポキシ社製、エポキシ当量１８４ｇ／ｅｑ）、硬化剤として合成例１のアセチル化フェノールアラルキル樹脂（エステル当量２１１ｇ／ｅｑ＝計算値）１グラム当量づつを８０℃において充分溶融混練し、均一な樹脂混合物とした。
この樹脂混合物に、前記一般式（Ｉ）でＲ1 〜Ｒ6 の全てがメチル基であるホスフィンオキシド誘導体（ＰＺＯ）を０．００５５モル加え５０℃で１分間混練して樹脂組成物とした。
【００５９】
この樹脂組成物を１０ｇとり、２ｃｍ×５ｃｍ×０．７ｍｍの型枠を用い、１５０℃→１８５℃／５ｍｉｎ、１８５℃／５ｍｉｎ、１５０ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で硬化物を得た後、１８５℃／８Ｈｒ（窒素雰囲気）の条件でアフターキュアーをかけて、充分に硬化を進行させた樹脂板を成型した。
この樹脂板用い、簡便なクラックテストを行った。その方法は、縦半分にはさみで切り、生じたクラック数を目視により数えた。
その結果、クラックは生じなかった。
【００６０】
さらに、残りの樹脂組成物２００ｇに対し、充填剤およびその他の添加剤を表−１（表１）に示す割合で配合し、ロールによる加熱混練を行って封止材用成形材料を得た。こうして得られた成形材料の一部を用い、１５０℃→１８５℃／５ｍｉｎ、１８５℃／５ｍｉｎ、１５０ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で硬化物を得た後、１８５℃／８Ｈｒ（窒素雰囲気）の条件でアフターキュアーをかけて、十分に硬化を進行させた。
この硬化物を用いて各物性を測定した。また、同じ成形材料を用いて、低圧トランスファー成形によりテスト用半導体装置を作成し、半田浴によるクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
尚、ロール混練前の樹脂組成物のゲルタイムは１５０℃において測定した。（以下同じ）
【００６１】
実施例２
実施例１におけるエポキシ樹脂を下記式（VII)（化８）のテトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂（商品名：Ｅ１０３１Ｓ、油化シェルエポキシ社製、エポキシ当量１８９ｇ／ｅｑ）に変えた以外は実施例１と同様にして、樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６２】
【化８】
実施例３
実施例１におけるエポキシ樹脂を下記式（VIII）（化９）に示されるナフトール−クレゾールレゾール縮合型エポキシ樹脂（商品名：ＥＯＣＮ７０００、日本化薬社製、エポキシ当量２０４ｇ／ｅｑ）に変えた以外は実施例１と同様にして、樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６４】
【化９】
実施例４
実施例１におけるエポキシ樹脂を式（IX）（化１０）に示されるスピロビインダンジフェノール型エポキシ樹脂（商品名：ＳＰＩＤＧ、三井化学（株）製、エポキシ当量２３３ｇ／ｅｑ）に変えた以外は実施例１と同様にして、樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６６】
【化１０】
実施例５〜８
実施例１〜４における硬化剤を、合成例２によって得られたアセチル化フェノールアラルキル樹脂に変え、エポキシ基／官能基（水酸基＋エステル基）＝１／１のモル比で、同様にして樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表１）に示した。
【００６８】
実施例９〜１２
実施例１〜４における硬化剤を、合成例３によって得られたアセチル化フェノールアラルキル樹脂に変え、エポキシ基／官能基（水酸基＋エステル基）＝１／１のモル比で、同様にして樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表２）に示した。
【００６９】
実施例１３〜１６
実施例１〜４における硬化剤を、合成例４によって得られたアセチル化フェノールアラルキル樹脂に変え、エポキシ基／官能基（水酸基＋エステル基）＝１／１のモル比で、同様にして樹脂組成物の簡便なクラックテストを行い、クラックが生じないことを確認した。その後、更に同様にして残りの樹脂組成物を用い、封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表２）に示した。
【００７０】
比較例１〜４
実施例１〜４における硬化剤を、エステル化する以前のフェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）に変え、硬化促進剤をトリフェニルホスフィン（ＴＰＰ）に変えたが、非常に硬化性が悪く、ゲルタイムの測定および成型物を得ることができないため、トリフェニルホスフィンの量を０．０１５モルに増量し、ゲルタイムを測定した。
結果を表−１（表３）に示した。
この結果、ほぼ実施例と同等のゲルタイムとなったため、実施例と同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ、その全てに５〜１５個のクラックが発生していた。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表３）に示した。
【００７１】
比較例５〜８
実施例１〜４における硬化剤を、エステル化する以前のフェノールアラルキル樹脂（商品名：ミレックスＸＬＣ−４Ｌ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ：三井化学（株）製）に変え、硬化促進剤を２−ウンデシルイミダゾール（商品名：Ｃ１１Ｚ、四国ファインケミカル社製）に変えたが、非常に硬化性が悪く、ゲルタイムの測定および成型物を得ることができないため、トリフェニルホスフィンの量を０．０１５モルに増量し、ゲルタイムを測定した。
結果を表−１（表３）に示した。
この結果、ほぼ実施例と同等のゲルタイムとなったため、実施例と同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ、その全てに５〜１５個のクラックが発生していた。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表３）に示した。
【００７２】
比較例９〜１２
実施例１〜４における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィンに、その使用量を０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物を得た後、簡便なクラックテストを行うために、成型物を得ようとしたが、いずれも硬化する前に流れでてしまい、成型物を得られなかった。そこでゲルタイムを測定したが、１５０℃および２００℃において、１５分でゲル化せず、テストを中止した。
【００７３】
比較例１３〜１６
実施例５〜８における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィンに、その使用量を０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物を得た後、簡便なクラックテストを行うために、成型物を得ようとしたが、いずれも硬化する前に流れでてしまい、成型物を得られなかった。そこでゲルタイムを測定したが、１５０℃および２００℃において、１５分でゲル化せず、テストを中止した。
【００７４】
比較例１７〜２０
実施例９〜１２における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィン０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ全ての試験片が破壊された。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表５）に示した。
【００７５】
比較例２１〜２４
実施例１３〜１６における硬化促進剤を、トリフェニルホスフィン０．０１５モルに変えた以外は同様にして樹脂組成物から硬化物を得、簡便なクラックテストを行ったところ全ての試験片が破壊された。
更に封止材用成形材料を得、硬化物物性およびテスト用半導体装置のクラック発生テストをおこなった。
結果を表−１（表５）に示した。
【００７６】
尚、各種物性等の試験方法は以下の通りである。
・Ｔｇ（ガラス転移温度）：ＴＭＡ針進入法（島津 ＴＭＡ−ＤＲＷ ＤＴ−３０により測定。
・曲げ強度、弾性率：ＪＩＳ Ｋ−６９１１による。
・煮沸吸水率：１００℃の沸騰水中で２時間煮沸後の重量増加を測定。
・Ｖ．Ｐ．Ｓテスト：試験用の半導体装置を８５℃、８５％の恒温恒湿槽に１６８時間放置した後、直ちに２４０℃のフロリナート液（住友スリーエム（株）社製、ＦＣ−７０）に投入し、パッケージ樹脂にクラックが発生した半導体の数を数えた。試験値を分数で示し、分子はクラックの発生した半導体の数、分母は被験体数である。
【００７７】
また、試験に用いた各種添加剤は以下の通りである。
・無機充填剤：球形溶融シリカ（ハリミックＳ−ＣＯ、（株）マイクロン社製）５０重量部と、不定形溶融シリカ（ヒューズレックスＲＤ−８、（株）龍森製）５０重量部の混合物。
・シランカップリング材：（ＳＺ−６０８３、東レダウコーニングシリコーン社製）
【００７８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【００８３】
以上、実施例等により詳細に説明してきたが、本発明のホスフィンオキシド誘導体を必須の硬化促進剤として用い、エステル化合物を硬化剤としたエポキシ樹脂組成物は、従来のエポキシ樹脂−フェノール樹脂硬化物に比較して大きく吸湿性に優れ、且つ可とう性に優れており、耐クラック性において非常に有利である。このため、特に半導体集積回路の封止材用途において耐クラック性に優れることがわかる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明により与えられるエポキシ樹脂組成物は、従来エポキシ樹脂組成物が用いられてきた産業分野において用いることが可能であるが、特に半導体の封止材として用いることにより、従来のエポキシ樹脂−フェノール樹脂硬化物より耐クラック性に優れたパッケージを与えるものである。
Claims (4)
- （Ａ）２官能以上のエポキシ化合物もしくはエポキシ樹脂と、（Ｂ）硬化剤として、水酸基の１０モル％〜１００モル％が脂肪族アシル基によりエステル化された、２官能以上のエステル含有化合物もしくはエステル含有樹脂とを含有するエポキシ樹脂組成物において、硬化促進剤として一般式（Ｉ）（化１）で表されるホスフィンオキシド誘導体を必須の成分とすることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
- （Ｃ）有機および／または無機充填剤を、（Ａ＋Ｂ）１００重量部に対し、１００重量部以上、１９００重量部以下の範囲で含有する請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物を、熱硬化させて得られるエポキシ樹脂硬化物。
- 請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体集積回路を封止して得られる半導体装置。
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