JP4380272B2 - エポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明はエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた半導体装置に関するものである。
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子は、主にエポキシ樹脂組成物で封止され半導体装置に用いられている。近年の電子機器の市場動向は、小型化、軽量化、高性能化が進んできており、これに対応するため、半導体素子の高集積化が年々進んできている。又、半導体装置は、表面実装化が促進されており、半導体素子の高集積化において、半導体素子は大型化し、これを搭載する半導体装置は、ＴＳＯＰ（Thin Small Outline Package）、ＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）、ＢＧＡ（Ball Grid Array）等の形態となり、表面実装型の半導体装置になってきている。
これらに、半導体素子を封止する従来のエポキシ樹脂組成物を適用した場合、表面実装の際に、半導体装置が半田浸漬または半田リフロー工程で急激に２００℃以上の高温環境下に置かれることより、樹脂組成物の硬化物に収縮が生じ、あるいは硬化物に吸湿した水分が爆発的に気化し、その応力により、半導体装置にクラックが発生したり、半導体素子、リードフレーム、インナーリード上のメッキ部分とエポキシ樹脂組成物の硬化物との界面で剥離が生じ、封止材料としての電気的信頼性が著しく低下する問題がある。実装時の熱応力に対応するために、低粘度の樹脂成分を用いて無機充填材を高充填して、樹脂組成物の硬化物の強度と吸湿率を向上させるか、樹脂成分としてはよりビフェニル型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂やジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂等を用いて硬化物の強靱性を付与する手法がなされている。しかし、これらのエポキシ樹脂を使用したエポキシ樹脂組成物は、硬化物のガラス転移温度が従来よりも低くなるため、高温又は多湿の環境においてエポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂由来のＣｌ-イオン、難燃性を付与するために用いられている化合物由来のＢｒ-イオン、その他ごく僅かではあるが不純物として混入するＮａ+イオン等のイオン性不純物の移動が生じて、半導体素子の腐食が進み易くなることから、耐湿信頼性、及び１５０℃程度の高温雰囲気下でも半導体装置がその機能を維持できる保存信頼性（以下、高温保管性という。）に問題が出てくる。
高温保管特性を改善する方法としては、樹脂組成物のガラス転移温度を高くする方法が挙げられ、高いガラス転移温度を有し耐湿信頼性が得られる半導体封止用樹脂組成物として、多官能ジヒドロキシベンゾオキサジンを添加することが試みられている（例えば、特許文献１参照。）が、多官能ジヒドロキシベンゾオキサジンは硬化性が悪く、近年のエポキシ樹脂組成物に要求される速硬化性に対応できない。
特開平６−３２２１２１号公報
本発明は、速硬化性であり、硬化物にした際に、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性および難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物、及びこれを用いた半導体装置を提供するものである。
本発明者らは、上記問題点に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物を必須成分することを特徴とするエポキシ樹脂組成物が上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は、１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）および炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、前記１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）は、下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂を主成分とし、前記炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）が、一般式（２）で表される化合物、一般式（３）で表される化合物又は一般式（４）で表される化合物であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物であり、また、本発明は、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子が封止されてなる半導体装置である。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）が、
下記一般式（２）で表される化合物、
［式（２）中、Ｒ3およびＲ4は、それぞれ、炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基を示し、Ｒ5は、単結合、ＣＨ2、Ｃ=Ｏ、ＳＯ2、Ｃ（ＣＨ3）2またはＣ6Ｈ4を示す。］
下記一般式（３）で表される化合物、
［式（３）中、Ｒ6、Ｒ7およびＲ8は、それぞれ、炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基を示し、Ｒ9は、Ｈ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9またはＣ6Ｈ5を示す。］
下記一般式（４）で表される化合物であり、これらは１種または２種以上を用いることができる。
［式（４）中、Ｒ10、Ｒ11、Ｒ12およびＲ13は、それぞれ、炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基を示す。］
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）が、下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂を主成分とする。一般式（６）におけるａとしては１〜１０であることがより好ましい。
［式中、Ｒ18〜Ｒ25は、それぞれ、Ｈ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9およびＣ6Ｈ5の中から選択される１種を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、ａは、１以上の整数である。］
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物は、下記一般式（７）で表されるフェノール樹脂および下記一般式（８）で表されるフェノール樹脂の少なくとも一方を主成分とすることが好ましい。一般式（７）におけるｂとしては１〜１０であることがこのましく、一般式（８）におけるｃとしては１〜１０であることが好ましい。
[式中、Ｒ26〜Ｒ29は、それぞれ、Ｈ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9およびＣ6Ｈ5の中から選択される１種を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、ｂは、１以上の整数である。]
[式中、Ｒ30〜Ｒ37は、それぞれ、Ｈ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9およびＣ6Ｈ5の中から選択される１種を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、ｃは、１以上の整数である。]
本発明のエポキシ樹脂組成物は、さらに充填材を含むものである。
本発明によれば、速硬化性であり、難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供できるものであり、前記エポキシ樹脂組成物を用いて、その硬化物により封止した半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性に優れるものである。
本発明は、炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物を必須成分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り、１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）と、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）および炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）を必須成分とすることにより、速硬化性であり、難燃性に優れたエポキシ樹脂組成物を提供し、このエポキシ樹脂組成物の硬化物で半導体素子が封止された半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性に優れるものである。
以下、本発明のエポキシ樹脂組成物の各成分について、順次説明する。
［化合物（Ａ）］
本発明に用いる１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するものであれば、何ら制限はない。
この化合物（Ａ）としては、例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂など、フェノール類、ナフトール類やフェノール樹脂などの水酸基にエピクロロヒドリンを反応させて製造するエポキシ樹脂、その他に、オレフィンを過酸により酸化させエポキシ化した脂環式エポキシ樹脂や、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
［化合物（Ａ）］
本発明に用いる１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）は、１分子内にエポキシ基を２個以上有するものであれば、何ら制限はない。
この化合物（Ａ）としては、例えば、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、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂およびジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂など、フェノール類、ナフトール類やフェノール樹脂などの水酸基にエピクロロヒドリンを反応させて製造するエポキシ樹脂、その他に、オレフィンを過酸により酸化させエポキシ化した脂環式エポキシ樹脂や、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、前記化合物（Ａ）としては、前記一般式（６）で表されるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を主成分とするものを用いる。これにより、エポキシ樹脂組成物の成形時（例えば半導体装置の製造時等）の流動性が向上するとともに、得られた半導体装置の耐半田クラック性がより向上する。
ここで、「耐半田クラック性の向上」とは、得られた半導体装置が、例えば半田浸漬や半田リフロー工程等において、高温に曝された場合であっても、クラックや剥離等の欠陥の発生が生じ難くなることを言う。
ここで、「耐半田クラック性の向上」とは、得られた半導体装置が、例えば半田浸漬や半田リフロー工程等において、高温に曝された場合であっても、クラックや剥離等の欠陥の発生が生じ難くなることを言う。
また、前記一般式（６）で表されるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂における置換基Ｒ18〜Ｒ25は、それぞれ、Ｈ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9およびＣ6Ｈ5から選ばれるが、これらの置換基の中でも特に、水素原子またはメチル基であるのが好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度が低下し、例えば半導体装置の製造時等に、その取り扱いが容易となるとともに、半導体装置の耐湿信頼性がより向上する。
また、前記一般式（６）におけるａは、エポキシ樹脂単位の平均の繰り返し数を表している。すなわち、ａは、１以上の整数であれば、特に限定されず、１〜１０程度であるのが好ましく、１〜５程度であるのがより好ましい。ａを前記範囲とすることにより、エポキシ樹脂組成物の流動性がより向上する。
また、前記一般式（６）におけるａは、エポキシ樹脂単位の平均の繰り返し数を表している。すなわち、ａは、１以上の整数であれば、特に限定されず、１〜１０程度であるのが好ましく、１〜５程度であるのがより好ましい。ａを前記範囲とすることにより、エポキシ樹脂組成物の流動性がより向上する。
［化合物（Ｂ）］
本発明に用いる１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するものであり、前記化合物（Ａ）の硬化剤として作用（機能）するものである。
この化合物（Ｂ）としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノール樹脂、トリスフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、キシリレン変性ノボラック樹脂、テルペン変性ノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いる１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）は、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有するものであり、前記化合物（Ａ）の硬化剤として作用（機能）するものである。
この化合物（Ｂ）としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノール樹脂、トリスフェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、キシリレン変性ノボラック樹脂、テルペン変性ノボラック樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの中でも、前記化合物（Ｂ）としては、特に、前記一般式（７）で表されるフェノールアラルキル樹脂および前記一般式（８）で表されるビフェニルアラルキル樹脂のいずれか一方または双方を主成分とするものを用いるのが好ましい。これにより、エポキシ樹脂組成物の成形時（例えば半導体装置の製造時等）の流動性が向上するとともに、得られた半導体装置の耐半田クラック性や耐湿信頼性がより向上する。
前記一般式（７）で表されるフェノールアラルキル樹脂における置換基Ｒ26〜Ｒ29、および、前記一般式（８）で表されるビフェニルアラルキル樹脂における置換基Ｒ30〜Ｒ37は、それぞれ、Ｈ、ＣＨ3、Ｃ2Ｈ5、Ｃ3Ｈ7、Ｃ4Ｈ9およびＣ6Ｈ5から選ばれるが、これらの置換基の中でも、特に、水素原子またはメチル基であるのが好ましい。かかるフェノール樹脂は、それ自体の溶融粘度が低いため、エポキシ樹脂組成物中に含有しても、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度を低く保持することができ、その結果、例えば半導体装置の製造時等に、その取り扱いが容易となる。また、エポキシ樹脂組成物の硬化物（得られる半導体装置）の吸水性（吸湿性）が低減して耐湿信頼性がより向上するとともに、耐半田クラック性もより向上する。
また、前記一般式（７）におけるｂ、および、前記一般式（８）におけるｃは、それぞれ、フェノール樹脂単位の平均の繰り返し数を表している。すなわち、ｂおよびｃは、それぞれ、１以上の整数であれば、特に限定されず、１〜１０程度であるのが好ましく、１〜５程度であるのがより好ましい。ｂおよびｃを、それぞれ、前記範囲とすることにより、エポキシ樹脂組成物の流動性の低下が好適に防止または抑制される。
［化合物（Ｃ）］
本発明に用いる炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物(Ｃ)としては、1分子内に少なくとも１つのオキサジン環を有し、該オキサジン環が炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたものであり、前記化合物（Ｃ）としては一般式（２）〜（４）で表される化合物である。炭素−炭素三重結合を含む置換基としては、エチニル基、プロパギルエーテル基、フェニルアセチレン基、ジアセチレン基等が挙げられるが、これらの内、炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基が好ましい。前記一般式（２）〜（４）における炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基としては、下記に示す置換基等が挙げられる。
本発明に用いる炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物(Ｃ)としては、1分子内に少なくとも１つのオキサジン環を有し、該オキサジン環が炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたものであり、前記化合物（Ｃ）としては一般式（２）〜（４）で表される化合物である。炭素−炭素三重結合を含む置換基としては、エチニル基、プロパギルエーテル基、フェニルアセチレン基、ジアセチレン基等が挙げられるが、これらの内、炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基が好ましい。前記一般式（２）〜（４）における炭素−炭素三重結合を含む１価の芳香族基としては、下記に示す置換基等が挙げられる。
本発明に用いる炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物(Ｃ)は、炭素−炭素三重結合を含む置換基を少なくとも１つ有する一級アミン化合物とフェノール性水酸基を有する化合物とホルムアルデヒド類とを、溶媒中または無溶媒において反応させることよって得ることができる。
前記炭素−炭素三重結合を含む置換基を少なくとも１つ有する一級アミン化合物としては、例えば、エチニルアニリン、エチニルアミノナフタレン、エチニルアミノアントラセン、アミノフェニルプロパギルエーテル、アミノナフタレンプロパギル、アミノアントラセンプロパギルエーテル等が挙げられる。これらの内、エチニルアニリン、エチニルアミノナフタレン、エチニルアミノアントラセンが好ましい。
前記フェノール性水酸基を有する化合物としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、４，４’−（１−メチルプロピリデン）ビスフェノール、４，４’−（１，３’−ジメチルブチリデン）ビスフェノール、４，４’−（２−エチルヘキシリデン）ビスフェノール、４，４’−メチリデンビスフェノール、４’−[１，４−フェニレンビス（１−メチルエチリデン）]ビスフェノール、４，４’−シクロペンチリデンビスフェノール、４，４’−シクロヘキシリデンビスフェノール、４，４’−（１−フェニルエチリデン）ビスフェノール、４，４’−ビフェノールなどやノボラック型フェノール樹脂、炭化水素変性フェノール樹脂、トリフェニルメタン、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、２、４，４’−トリスヒドロキシベンゾフェノン、２，２’,４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、モノヒドロキシナフタレン、ジヒドロキシナフタレン等が挙げられる。
前記ホルムアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド水溶液であるホルマリン、あるいは重合物であるパラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。
これらから得られる化合物（Ｃ）としては、炭素−炭素三重結合を含む置換基を少なくとも１つ有する一級アミン化合物としてエチニルアニリン、エチニルアミノナフタレンまたはエチニルアミノアントラセンを用い、フェノール性水酸基を有する化合物として１，４−ジヒドロキシベンゼン（ハイドロキノン）、１，３，５−トリスヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシナフタレン、または４，４’−ビフェノール、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳまたはトリフェニルメタンを用い、ホルムアルデヒド類としてホルマリンまたはパラホルムアルデヒドを用いて得られる化合物が好ましい。
前記溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、トルエン、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、１，４−ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられ、単独もしくは混合溶媒にして使用することができる。
本発明に用いる炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物(Ｃ)は、前記成分を、フェノール性水酸基を有する化合物のフェノール性水酸基１モルに対して、炭素−炭素三重結合を含む置換基を少なくとも１つ有する一級アミン化合物１モル、ホルムアルデヒド類２モルを反応させ、反応終了後、溶媒を用いた場合溶媒を留去し、必要に応じてアルカリ洗浄操作を行ない、未反応の前記成分を除去することにより、得られる。
本発明のエポキシ樹脂組成物における炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）の配合量としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）と、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）との合計１００重量部に対して、０．１〜６０重量部が好ましいが、１〜４０重量部の範囲とするのが、より好ましい。前記下限値未満では高温保管特性の効果が小さくなる恐れがあり、一方、前記上限値を越えると速硬化性が低下する恐れがある。
本発明に用いる充填剤としては、例えば、溶融シリカおよび結晶シリカ等のシリカ、アルミナ、タルク、炭酸カルシウム、クレー、マイカなどが挙げられる。これらに内、溶融シリカが好ましく粒子形状が球状であることが好ましい。充填材としてより好ましいのは、１〜１００μｍの球状シリカである。
本発明における充填剤の配合量としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）と、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）との合計量１００重量部あたり、２００〜２４００重量部であることが好ましい。
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、前記成分の他に、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力成分、天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸またはその金属塩類、パラフィン等の離型剤、酸化防止剤等の各種添加剤を添加することができる。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、前記成分（Ａ）、成分（Ｂ）および成分（Ｃ）を、必要に応じて、充填材、その他の各種添加剤を、ミキサーを用いて、常温混合し、更にこれらの混合物を、熱ロールおよび加熱ニーダー等の混練機を用いて、加熱混練後、冷却、粉砕することにより得られる。
本発明の半導体装置は、上記で得られた充填材を含むエポキシ樹脂組成物を、モールド樹脂として用いて、トランスファーモールド、コンプレッションモールド、インジェクションモールド等の成形方法で、硬化成形することにより、半導体素子を封止して、得られる。
このようにして得られた本発明の半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性、難燃性に優れる。
このようにして得られた本発明の半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性、難燃性に優れる。
以上、本発明のエポキシ樹脂組成物および半導体装置の好適実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
以下、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
[化合物（Ｃ）の合成例]
化合物（Ｃ）の合成は、polymer40(1999)pp.1815-1822に順じ合成した。以下に合成例を示すが、必ずしも文献の方法、反応温度、反応時間に限定されるものではない。
化合物（Ｃ）の合成は、polymer40(1999)pp.1815-1822に順じ合成した。以下に合成例を示すが、必ずしも文献の方法、反応温度、反応時間に限定されるものではない。
[化合物Ｃ−１]
容量０．５Ｌのフラスコに、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）とジオキサン１５０ｍｌを入れ攪拌して溶解させた。次に、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇを滴下し、室温下で２時間反応させた。その後、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）を加え、撹拌下、１００〜１１０℃で、６時間反応させた。反応終了後、析出物をろ過し、真空乾燥機にて、９５℃で８時間真空乾燥し、化合物（Ｃ）である下記式（９）で表されるＣ−１を４８ｇ得た。
容量０．５Ｌのフラスコに、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）とジオキサン１５０ｍｌを入れ攪拌して溶解させた。次に、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇを滴下し、室温下で２時間反応させた。その後、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）を加え、撹拌下、１００〜１１０℃で、６時間反応させた。反応終了後、析出物をろ過し、真空乾燥機にて、９５℃で８時間真空乾燥し、化合物（Ｃ）である下記式（９）で表されるＣ−１を４８ｇ得た。
[化合物Ｃ−２]
化合物Ｃ−１の合成において、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて１，３，５−トリスヒドロキシベンゼン１０．１ｇ（０．０８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１０）で表されるＣ−２を３８ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて１，３，５−トリスヒドロキシベンゼン１０．１ｇ（０．０８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１０）で表されるＣ−２を３８ｇ得た。
[化合物Ｃ−３]
化合物Ｃ−１の合成において、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて、１，５−ナフタレンジオール２４．０７ｇ（０．１４モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１１）で表されるＣ−３を８２ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて、１，５−ナフタレンジオール２４．０７ｇ（０．１４モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１１）で表されるＣ−３を８２ｇ得た。
[化合物Ｃ−４]
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｍ−エチニルアニリン８０ｇ（０．７７モル）をホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇを、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ジヒドロキシビフェニル７１．５ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１２）で表されるＣ−４を１４３ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｍ−エチニルアニリン８０ｇ（０．７７モル）をホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇを、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ジヒドロキシビフェニル７１．５ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１２）で表されるＣ−４を１４３ｇ得た。
[化合物Ｃ−５]
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｐ−エチニルアニリン０．７７モル（８０ｇ）に、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇに、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ビスフェノールＳ９５．１ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして化合物（Ｃ）である下記式（１３）で表されるＣ−５を１５３ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｐ−エチニルアニリン０．７７モル（８０ｇ）に、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇに、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ビスフェノールＳ９５．１ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして化合物（Ｃ）である下記式（１３）で表されるＣ−５を１５３ｇ得た。
[化合物Ｃ−６]
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｐ−エチニルアニリン８０ｇ（０．７７モル）を、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇに、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン８１．４ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１４）で表されるＣ−６を１４７ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｐ−エチニルアニリン８０ｇ（０．７７モル）を、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇに、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン８１．４ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１４）で表されるＣ−６を１４７ｇ得た。
[化合物Ｃ−７]
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｐ−エチニルアニリン８０ｇ（０．７７モル）に、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇに、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えてトリフェニルメタン７６ｇ（０．２６モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１５）で表されるＣ−７を１３７ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてｐ−エチニルアニリン８０ｇ（０．７７モル）に、ホルムアルデヒド液（３６〜３８％水溶液）３７．３ｇに代えて１２４．７ｇに、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えてトリフェニルメタン７６ｇ（０．２６モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、化合物（Ｃ）である下記式（１５）で表されるＣ−７を１３７ｇ得た。
[ジヒドロベンゾオキサジン（特許３３５３８４７号公報記載）]
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてアニリン７１．７ｇ（０．７７モル）を、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ジヒドロキシビフェニル７１．５ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、下記式（１６）に示す特許３３５３８４７号公報記載のジヒドロベンゾオキサジンを１４６ｇ得た。
化合物Ｃ−１の合成において、ｐ−エチニルアニリン３０ｇ（０．２３モル）に代えてアニリン７１．７ｇ（０．７７モル）を、１，４−ジヒドロキシベンゼン１５．４１ｇ（０．１４モル）に代えて４，４’−ジヒドロキシビフェニル７１．５ｇ（０．３８モル）を用いた以外は、化合物Ｃ−１の合成と同様にして、下記式（１６）に示す特許３３５３８４７号公報記載のジヒドロベンゾオキサジンを１４６ｇ得た。
次いで、上記で得た化合物（Ｃ）のそれぞれを用いて、エポキシ樹脂組成物を作製し、各種特性を評価した。各特性の測定方法および試験方法は、下記の通りとした。
［評価方法］
（１）スパイラルフロー
ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．８６ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。
（１）スパイラルフロー
ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準じたスパイラルフロー測定用の金型を用い、金型温度１７５℃、注入圧力６．８６ＭＰａ、硬化時間２分で測定した。スパイラルフローは、流動性のパラメータであり、数値が大きい方が、流動性が良好である。
（２）硬化トルク
キュラストメーター（オリエンテック（株）製、ＪＳＲキュラストメーターIVＰＳ型）を用い、１７５℃、４５秒後のトルクを測定した。この値の大きい方が硬化性は良好である。
キュラストメーター（オリエンテック（株）製、ＪＳＲキュラストメーターIVＰＳ型）を用い、１７５℃、４５秒後のトルクを測定した。この値の大きい方が硬化性は良好である。
（３）ガラス転移温度（Ｔｇ）測定
トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．８６ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、試験片（幅２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）を成形し、１７５℃、４時間で後硬化したものを用いた。
測定には、動的粘弾性測定装置（セイコーインスツルメント社製 ＤＭＳ６１００）を用い５℃／分の割合で昇温しながら、周波数１０Ｈｚの歪みを与えて動的粘弾性の測定を行ない、tanδのピーク値からガラス転移温度（Ｔｇ）を判定した。
トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６．８６ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、試験片（幅２ｍｍ×長さ３０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍ）を成形し、１７５℃、４時間で後硬化したものを用いた。
測定には、動的粘弾性測定装置（セイコーインスツルメント社製 ＤＭＳ６１００）を用い５℃／分の割合で昇温しながら、周波数１０Ｈｚの歪みを与えて動的粘弾性の測定を行ない、tanδのピーク値からガラス転移温度（Ｔｇ）を判定した。
（４）耐半田クラック性
１００ピンＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）の半導体パッケージを、８５℃、相対湿度８５％の環境下で、１６８時間放置し、その後、２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生率［（クラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００］を％で表示した。また、チップと樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を、超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率［（剥離面積）／（チップ面積）×１００］として、５個のパッケージの平均値を求め、％で表示した。クラック数、剥離率が少ないほど、耐半田クラック性は良好である。
１００ピンＴＱＦＰ（Thin Quad Flat Package）の半導体パッケージを、８５℃、相対湿度８５％の環境下で、１６８時間放置し、その後、２６０℃の半田槽に１０秒間浸漬した。顕微鏡で外部クラックを観察し、クラック発生率［（クラック発生パッケージ数）／（全パッケージ数）×１００］を％で表示した。また、チップと樹脂組成物の硬化物との剥離面積の割合を、超音波探傷装置を用いて測定し、剥離率［（剥離面積）／（チップ面積）×１００］として、５個のパッケージの平均値を求め、％で表示した。クラック数、剥離率が少ないほど、耐半田クラック性は良好である。
（５）耐湿信頼性
１６ピンＤＩＰ（Dual Inline Package）の半導体パッケージを、１２５℃、相対湿度１００％の水蒸気中で、２０Ｖの電圧を、１６ピンＤＩＰに印加し、断線不良を調べた。１５個のパッケージのうち、８個以上に不良が出るまでの時間を、不良時間とした。単位は時間。なお、測定時間は、最長で５００時間とし、その時点で不良パッケージ数が８個未満であったものは、不良時間を５００時間以上と示した。不良時間が長いほど、耐湿信頼性に優れる。
１６ピンＤＩＰ（Dual Inline Package）の半導体パッケージを、１２５℃、相対湿度１００％の水蒸気中で、２０Ｖの電圧を、１６ピンＤＩＰに印加し、断線不良を調べた。１５個のパッケージのうち、８個以上に不良が出るまでの時間を、不良時間とした。単位は時間。なお、測定時間は、最長で５００時間とし、その時点で不良パッケージ数が８個未満であったものは、不良時間を５００時間以上と示した。不良時間が長いほど、耐湿信頼性に優れる。
（６）高温保管特性
１６ピンＤＩＰ（Dual Inline Package）の半導体パッケージを、１８５℃で１０００時間処理し、内部のＩＣチップの電気抵抗を測定した。通常０．６Ωである電気抵抗の回路が、劣化して電気抵抗１Ω以上となった場合を不良と見なし、１０パッケージ中の不良個数を測定した。
１６ピンＤＩＰ（Dual Inline Package）の半導体パッケージを、１８５℃で１０００時間処理し、内部のＩＣチップの電気抵抗を測定した。通常０．６Ωである電気抵抗の回路が、劣化して電気抵抗１Ω以上となった場合を不良と見なし、１０パッケージ中の不良個数を測定した。
（７）ＵＬ９４難燃性
トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６.８６ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×厚み１．６ｍｍ）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、ＵＬ−９４垂直法に準じて測定し、難燃性を判定した。
トランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、注入圧力６.８６ＭＰａ、硬化時間１２０秒で、試験片（１２７ｍｍ×１２．７ｍｍ×厚み１．６ｍｍ）を成形し、１７５℃、８時間で後硬化し、ＵＬ−９４垂直法に準じて測定し、難燃性を判定した。
［エポキシ樹脂組成物の調製および半導体装置の製造］
以下のようにして、前記化合物（Ｃ）を含むエポキシ樹脂組成物を調製し、半導体装置を製造した。
以下のようにして、前記化合物（Ｃ）を含むエポキシ樹脂組成物を調製し、半導体装置を製造した。
（参考例１）
まず、化合物（Ａ）として下記式（１７）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製ＹＸ４０００Ｈ）、化合物（Ｂ）として下記式（１８）で表されるフェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製ＸＬ−２２５、ただし、繰り返し単位数：３は、平均値を示す。）、硬化促進剤（ＤＢＵ：１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７）、化合物（Ｃ）としてＣ−１、無機充填材（Ｄ）として溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ）、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤（Ａ−１８６）を、それぞれ用意した。
まず、化合物（Ａ）として下記式（１７）で表されるビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製ＹＸ４０００Ｈ）、化合物（Ｂ）として下記式（１８）で表されるフェノールアラルキル樹脂（三井化学（株）製ＸＬ−２２５、ただし、繰り返し単位数：３は、平均値を示す。）、硬化促進剤（ＤＢＵ：１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７）、化合物（Ｃ）としてＣ−１、無機充填材（Ｄ）として溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ）、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤（Ａ−１８６）を、それぞれ用意した。
融点 ：１０５℃
エポキシ当量 ：１９３
１５０℃のＩＣＩ溶融粘度：０．１５ｐｏｉｓｅ
軟化点 ：７７℃
水酸基当量 ：１７２
１５０℃のＩＣＩ溶融粘度：３．６ｐｏｉｓｅ
次に、ビフェニル型エポキシ樹脂：４８重量部、フェノールアラルキル樹脂：４２重量部、化合物Ｃ−２：１０重量部、溶融球状シリカ：７３０重量部、カーボンブラック：２重量部、カルナバワックス：２重量部、シランカップリング剤（Ａ−１８６）３重量部、ＤＢＵ１．５重量部を、まず室温で混合し、次いで熱ロールを用いて９５℃で８分間混練した後、冷却粉砕して、エポキシ樹脂組成物（熱硬化性樹脂組成物）を得た。
次に、このエポキシ樹脂組成物をモールド樹脂として用い、１００ピンＴＱＦＰのパッケージ（半導体装置）を８個、および、１６ピンＤＩＰのパッケージ（半導体装置）を１５個、それぞれ製造した。
１００ピンＴＱＦＰは、金型温度１７５℃、注入圧力７．４ＭＰａ、硬化時間２分でトランスファーモールド成形し、１７５℃、８時間で後硬化させることにより製造した。
なお、この１００ピンＴＱＦＰのパッケージサイズは、１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップ（半導体素子）サイズは、８．０×８．０ｍｍ、リードフレームは、４２アロイ製とした。
なお、この１００ピンＴＱＦＰのパッケージサイズは、１４×１４ｍｍ、厚み１．４ｍｍ、シリコンチップ（半導体素子）サイズは、８．０×８．０ｍｍ、リードフレームは、４２アロイ製とした。
また、１６ピンＤＩＰは、金型温度１７５℃、注入圧力６．８ＭＰａ、硬化時間２分でトランスファーモールド成形し、１７５℃、８時間で後硬化させることにより製造した。
なお、この１６ピンＤＩＰのパッケージサイズは、６．４×１９．８ｍｍ、厚み３．５ｍｍ、シリコンチップ（半導体素子）サイズは、３．５×３．５ｍｍ、リードフレームは、４２アロイ製とした。
なお、この１６ピンＤＩＰのパッケージサイズは、６．４×１９．８ｍｍ、厚み３．５ｍｍ、シリコンチップ（半導体素子）サイズは、３．５×３．５ｍｍ、リードフレームは、４２アロイ製とした。
（参考例２）
まず、化合物（Ａ）として下記式（１９）で表されるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ−３０００Ｐ、ただし、繰り返し単位数：３は、平均値を示す。）、化合物（Ｂ）として下記式（２０）で表されるビフェニルアラルキル型フェノール樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ｓｓ、ただし、繰り返し単位数：３は、平均値を示す。）、硬化促進剤としてＤＢＵ、化合物（Ｃ）としてＣ−２、無機充填材（Ｄ）として溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ）、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤（Ａ−１８６）を、それぞれ用意した。
まず、化合物（Ａ）として下記式（１９）で表されるビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂（日本化薬（株）製、ＮＣ−３０００Ｐ、ただし、繰り返し単位数：３は、平均値を示す。）、化合物（Ｂ）として下記式（２０）で表されるビフェニルアラルキル型フェノール樹脂（明和化成（株）製、ＭＥＨ−７８５１ｓｓ、ただし、繰り返し単位数：３は、平均値を示す。）、硬化促進剤としてＤＢＵ、化合物（Ｃ）としてＣ−２、無機充填材（Ｄ）として溶融球状シリカ（平均粒径１５μｍ）、その他の添加剤としてカーボンブラック、カルナバワックス、シランカップリング剤（Ａ−１８６）を、それぞれ用意した。
軟化点 ：６０℃
エポキシ当量 ：２７２
１５０℃のＩＣＩ溶融粘度：１．３ｐｏｉｓｅ
軟化点 ：６８℃
水酸基当量 ：１９９
１５０℃のＩＣＩ溶融粘度：０．９ｐｏｉｓｅ
次に、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂：４２重量部、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂：２８重量部、化合物Ｃ２：３０重量部、溶融球状シリカ：７３０重量部、カーボンブラック：２重量部、カルナバワックス：２重量部、シランカップリング剤（Ａ−１８６）３重量部、ＤＢＵ１．５重量部を、まず、室温で混合し、次いで、熱ロールを用いて１０５℃で８分間混練した後、冷却粉砕して、エポキシ樹脂組成物（熱硬化性樹脂組成物）を得た。
次に、上記で得た化合物Ｃ−３〜７およびジヒドロベンゾオキサジン（Ｃ−８）を用いて、前記参考例１と同様にしてエポキシ樹脂組成物を調整し、パッケージ（半導体装置）を製造した。
（参考例３及び実施例４〜７、比較例１〜３）
各成分を、表１に従って、配合した以外は、参考例１と同様にして、半導体封止材料を調製し、各特性の評価をした。評価結果は表１に示した通りであった。
各成分を、表１に従って、配合した以外は、参考例１と同様にして、半導体封止材料を調製し、各特性の評価をした。評価結果は表１に示した通りであった。
表１に示した結果から分かるように、実施例４〜７では、いずれも優れた高温保管特性、耐湿信頼性、耐半田性、難燃性を示し、硬化性も十分なものであった。
これに対して、比較例１はガラス転移温度（Ｔｇ）が低いため高温保管特性が低下する。またジヒドロキシベンゾオキサジンを用いた比較例２は、Ｔｇが高く高温保管特性に優れるが、硬化性が悪く、要求される速硬化性に対応できない。比較例３では硬化性が改善されるものも不十分であり、Ｔｇが低く高温保管特性も十分でない。
これに対して、比較例１はガラス転移温度（Ｔｇ）が低いため高温保管特性が低下する。またジヒドロキシベンゾオキサジンを用いた比較例２は、Ｔｇが高く高温保管特性に優れるが、硬化性が悪く、要求される速硬化性に対応できない。比較例３では硬化性が改善されるものも不十分であり、Ｔｇが低く高温保管特性も十分でない。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、速硬化性であり、難燃性に優れたものであり、これを用いた硬化物により封止した半導体装置は、耐半田性、耐湿信頼性、高温保管性に優れるもので、表面実装型の半導体装置にも有用である。
Claims (7)
- １分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）、１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物（Ｂ）および炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）を必須成分とするエポキシ樹脂組成物であって、前記１分子内にエポキシ基を２個以上有する化合物（Ａ）は、下記一般式（６）で表されるエポキシ樹脂を主成分とし、前記炭素−炭素三重結合を含む置換基で置換されたオキサジン環を有する化合物（Ｃ）が、一般式（２）で表される化合物、一般式（３）で表される化合物又は一般式（４）で表される化合物であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
- 前記ａは、１〜１０である請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記１分子内にフェノール性水酸基を２個以上有する化合物は、下記一般式（７）で表されるフェノール樹脂および下記一般式（８）で表されるフェノール樹脂の少なくとも一方を主成分とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記ｂは、１〜１０である請求項３に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 前記ｃは、１〜１０である請求項３または４に記載のエポキシ樹脂組成物。
- 充填剤を含む請求項１ないし５のいずれかに記載のエポキシ樹脂組成物。
- 請求項６記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物によって、半導体素子が封止されてなる半導体装置。
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