JP5672947B2 - 封止用樹脂組成物及び電子部品装置 - Google Patents

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Description

本発明は、封止用樹脂組成物及び電子部品装置に関するものである。
半導体装置等の電子部品装置は、半導体素子等の電子部品の保護、電気絶縁性の確保、ハンドリングの容易化などの目的から、封止が行われ、生産性やコスト、信頼性等に優れることからエポキシ樹脂組成物のトランスファー成形による封止が主流となっている。電子機器の小型化、軽量化、高性能化という市場の要求に応えるべく、半導体素子等の電子部品の高集積化、半導体装置等の電子部品装置の小型化、高密度化のみならず、表面実装のような新たな接合技術が開発、実用化されてきた。こうした技術動向は、封止用樹脂組成物にも波及し、要求性能は年々高度化、多様化してきている。
従来、難燃性を付与する目的から、封止用樹脂組成物には、臭素含有エポキシ樹脂、または酸化アンチモンが一般的に使用されてきた。しかし、近年、環境保護の観点からダイオキシン類似化合物を発生する危惧のある含ハロゲン化合物や、毒性の高いアンチモン化合物の使用を規制する動きが高まっている。こうした中、臭素含有エポキシ樹脂やアンチモン化合物代替の難燃剤として、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等の金属酸化物が使用されている。しかし、これらの難燃剤の使用は、封止用樹脂組成物における溶融樹脂粘度の上昇による流動性の低下及び離型性の悪化による連続成形性の低下、ならびに、電子部品装置における耐半田性の低下を引き起こす場合があった。
さらに近年では、自動車や携帯電話などの屋外での使用を前提とした電子機器が普及し、これらの用途では、従来のパソコンや家電製品よりも厳しい環境下での動作信頼性が求められる。特に車載用途においては、必須要求項目のひとつとして高温保管特性が求められ、150〜180℃の高温下で電子部品装置がその動作、機能を維持する必要がある。従来の技術としては、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノール樹脂系硬化剤とを組み合わせて、高温保管特性と耐半田性を高める手法(例えば、特許文献1参照。)や、リン含有化合物を配合することによって、高温保管特性と耐燃性を高める手法(例えば、特許文献2、3参照。)が提案されているものの、これらは耐燃性、連続成形性、耐半田性のバランスが十分とは言い難い場合があった。以上のように、車載用電子機器の小型化と普及にあたっては、耐燃性、耐半田性、高温保管特性及び連続成形性をバランスよく満たすことが重要課題となってきている。
特開2000−273281号公報 特開2003−292731号公報 特開2004−43613号公報
本発明は、従来よりも高いレベルで、流動性、耐熱性、高温保管特性、耐燃性、連続成形性及び耐半田性のバランスに優れた封止用樹脂組成物、ならびに、当該封止用樹脂組成物を用いた信頼性に優れた半導体装置を提供するものである。
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂系硬化剤(B)
と、無機充填材(C)とを含む封止用樹脂組成物であって、前記エポキシ樹脂(A)が下記一般式(1):
Figure 0005672947
(上記一般式(1)において、R1、R2及びR3は炭素数1〜6の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Gはグリシジル基である。aは1〜2の整数、bは0〜3の整数、cは0〜5の整数、dは0〜6の整数である。)の構造単位A及び構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を含む1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂(A−1)を含むことを特徴とする。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が、前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位と前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位とを下記式(2):
Figure 0005672947
の構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分を含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が、前記構造単位B同士を前記構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)、前記構造単位A同士を前記構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)、前記構造単位A、前記構造単位B及び前記構造単位Cからなり、前記構造単位Aと前記構造単位Bを前記構造単位Cで連結した構造を含む重合体成分(a3)、ならびに、前記構造単位A、前記構造単位B、前記構造単位C及び前記構造単位Dから選択される構造単位からなり、少なくとも、前記構
造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位と前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位とを前記構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分(a4)を含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a3)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して30%以上、70%以下であるものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a2)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して30%以上、70%以下であるものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a1)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して2%以上、20%以下であるものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a4)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して2%以上、10%以下であるものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)の150℃におけるICI粘度が0.5dPa・sec以上、10.0dPa・sec以下であるものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A)が、さらにノボラック型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂から選ばれるエポキシ樹脂を1種以上含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記エポキシ樹脂(A−1)が前記エポキシ樹脂(A)100質量部中に60質量部以上、100質量部以下の割合で含まれるものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記フェノール樹脂系硬化剤(B)が、ノボラック型フェノール樹脂、多官能型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、アラルキル型ナフトール樹脂から選ばれるフェノール樹脂系硬化剤を1種以上含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記無機充填材(C)の含有割合が樹脂組成物全体に対して70質量%以上、93質量%以下であるものとすることができる。
硬化促進剤(D)をさらに含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、前記硬化促進剤(D)が、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物からなる群から選択される少なくとも1種の硬化促進剤を含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物(E)をさらに含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、カップリング剤(F)をさらに含むものとすることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、無機難燃剤(G)をさらに含むものとすることができる。
本発明の電子部品装置は、上述の封止用樹脂組成物の硬化物で素子が封止されていることを特徴とする。
本発明に従うと、ハロゲン化合物及びアンチモン化合物を使用することなく、従来よりも高いレベルで、流動性、耐熱性、高温保管特性、耐燃性、連続成形性及び耐半田性のバランスに優れた封止用樹脂組成物、ならびに、当該封止用樹脂組成物を用いた信頼性に優れた電子部品装置を得ることができる。
本発明に係る封止用樹脂組成物を用いた電子部品装置の一例について、断面構造を示した図である。 本発明に係る封止用樹脂組成物を用いた片面封止型の電子部品装置の一例について、断面構造を示した図である。 実施例で用いたエポキシ樹脂1のFD−MSチャートである。 実施例で用いたエポキシ樹脂1のGPCチャートである。 実施例で用いたエポキシ樹脂2のFD−MSチャートである。 実施例で用いたエポキシ樹脂2のGPCチャートである。
図面を用いて、本発明による封止用樹脂組成物及び電子部品装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂系硬化剤(B)と、無機充填材(C)とを含む封止用樹脂組成物であって、エポキシ樹脂(A)が一般式(1)の構造単位A及び構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を有する1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂(A−1)を含むことを特徴とする。また、本発明の電子部品装置は、上記封止用樹脂組成物の硬化物で素子が封止されていることを特徴とする。以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明の封止用樹脂組成物について説明する。本発明の封止用樹脂組成物では、エポキシ樹脂(A)として、下記一般式(1)の構造単位A及び構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を含む1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂(A−1)(以下、「エポキシ樹脂(A−1)」と称することがある。)を用いることができる。
Figure 0005672947
(上記一般式(1)において、R1、R2及びR3は炭素数1〜6の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Gはグリシジル基である。aは1〜2の整数
、bは0〜3の整数、cは0〜5の整数、dは0〜6の整数である。)
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A−1)が、構造単位A及び構造単位Bから選択される構造単位と構造単位A及び構造単位Bから選択される構造単位とを下記式(2)の構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分を含むものとすることができる。
Figure 0005672947
エポキシ樹脂(A−1)は、構造単位B同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)、構造単位A同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)、構造単位A、構造単位B及び構造単位Cからなり、構造単位Aと構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を含む重合体成分(a3)、ならびに、構造単位A、構造単位B、構
造単位C及び構造単位Dから選択される構造単位からなり、少なくとも、構造単位A及び構造単位Bから選択される構造単位と構造単位A及び構造単位Bから選択される構造単位とを構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分(a4)を含むものであってもよい。
一般に、1−ナフトール又は2−ナフトールをジメチルナフタレン構造で連結したナフトール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂を使用した樹脂組成物は、硬化性が低い。そして、その硬化物の架橋密度は低いが、樹脂全体が剛直なナフタレン構造を多く含むため、ガラス転移温度(Tg)が高い。さらには、樹脂組成物の硬化物が低吸水性、熱分解
安定性に優れるため、それを使用した電子部品装置は耐湿信頼性、耐熱性が優れる。しかしながら、樹脂組成物の流動性が著しく悪く、成形が十分にできない場合がある。また、1−ナフトール又は2−ナフトールをジメチルベンゼン構造で連結したナフトール−フェニレンアラルキル型エポキシ樹脂を使用した樹脂組成物は、ナフトール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂を使用した樹脂組成物と比べ、流動性が向上するが、Tg、耐湿信頼性、耐熱性がナフトール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂よりも劣る。さらに、フェノールをジメチルナフタレン構造で連結したフェノール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂を使用した樹脂組成物は、上述の2つのエポキシ樹脂と比べ、流動性が最も優れるが、Tg及び耐熱性がナフトール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂に及ばない。
本発明の封止樹脂組成物に用いるエポキシ樹脂(A−1)は、上記3種のナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂の欠点を補うものであり、フェノールと1−ナフトール又は2−ナフトールをジメチルナフタレン構造で連結させること、すなわち、フェノールとナフトールとをジメチルナフタレン構造を有する化合物、例えば、ビスクロロメチルナフタレン、ビスメトキシメチルナフタレン等で共重合させることで、樹脂骨格中にジメチルナフタレン構造(構造単位C)を連結基としてフェノール骨格(構造単位A)とナフトール骨格(構造単位B)とを樹脂組成物中に分散させることが可能となる。この共重合によるフェノール骨格とナフトール骨格の分散効果によって、流動性、硬化性、成形性、耐半田性、耐燃性及び耐熱性のバランスに優れる封止樹脂組成物を得ることができる。
一方で、流動性、硬化性、成形性、耐半田性、耐燃性及び耐熱性のバランスを達成するために、ナフトール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂とフェノール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂とを混合して用いることで、フェノール骨格とナフトール骨格の分散効果を得る方法も考えられるが、上記のような共重合体成分を含むエポキシ樹脂(A−1)を使用することによるフェノール骨格とナフトール骨格の分散効果には及ばない。この原因は充分には解明されていないが、ナフトール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂の軟化点とフェノール−ナフチレンアラルキル型エポキシ樹脂の軟化点が異なることで、これらの混合物の相溶性が悪いことや、ナフトール骨格が同一分子中に集中することで、ナフトール骨格同士のπ−π相互作用が効率的にできていないことなどが考えられる。そのため、できる限り、ナフトール骨格を樹脂組成物中に分散させることが肝要となる。
また、エポキシ樹脂(A−1)は、フェノール骨格(構造単位A)及びナフトール骨格(構造単位B)をジメチルナフタレン構造(構造単位C)で連結した構造を含む重合体成分(共重合体成分)のみならず、フェノール骨格(構造単位A)又はナフトール骨格(構造単位B)をメチレン基(構造単位D)で連結した構造を含む重合体成分を含むことによって、エポキシ樹脂(A−1)をさらに低粘度化することが可能である。
エポキシ樹脂(A−1)は、構造単位A、構造単位B及び構造単位Cからなり、構造単位Aと構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を含む重合体成分(a3)の、FD−MSで測定されるピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して30%以上、70%以下であるものが好ましく、35%以上、60%以下であるものがより好ましい。これらの範囲内となるエポキシ樹脂(A−1)を用いたとき、流動性、硬化性、耐燃性、耐熱性、耐半田クラック性のバランスの良い樹脂組成物を得ることができる。これらの範囲が下限値以上であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、流動性を損なわずに、優れた耐燃性、耐熱性を発揮することができる。また、これらの範囲が上限値以下であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、エポキシ樹脂(A−1)に含まれるナフタレン骨格が多くなることで、著しく流動性が悪化したり、硬化性が低下したりすることによる成形不良を起こす恐れが少ない。
エポキシ樹脂(A−1)は、構造単位A同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)の、FD−MSで測定されるピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して30%以上、70%以下であるものが好ましく、35%以上、60%以下であるものがより好ましい。これらの範囲内となるエポキシ樹脂(A−1)を用いたとき、流動性、硬化性、耐燃性、耐熱性、耐半田クラック性のバランスの良い樹脂組成物を得ることができる。これらの範囲が下限値以上であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、流動性及び硬化性が優れる樹脂組成物を得ることができる。また、これらの範囲が上限値以下であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、エポキシ樹脂(A−1)に含まれるナフタレン骨格が少なくなることで、耐燃性、耐熱性が低下する恐れが少ない。
エポキシ樹脂(A−1)は、構造単位B同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)の、FD−MSで測定されるピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して2%以上、20%以下であるものが好ましく、3%以上、15%以下であるものがより好ましい。これらの範囲内となるエポキシ樹脂(A−1)を用いたとき、耐燃性、耐熱性、耐半田クラック性のバランスの良い樹脂組成物を得ることができる。これらの範囲が下限値以上であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、優れた耐燃性、耐熱性を発揮することができる。また、これらの範囲が上限値以下であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、局所的にナフタレン骨格の密度が高くなることで、流動性、硬化性の悪化が生じる恐れが少ない。
エポキシ樹脂(A−1)は、構造単位A、構造単位B、構造単位C及び構造単位Dから選択される構造単位からなり、少なくとも、構造単位A及び構造単位Bから選択される構造単位と構造単位A及び構造単位Bから選択される構造単位とを構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分(a4)の、FD−MSで測定されるピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して2%以上、10%以下であるものが好ましく、3%以上、8%以下であるものがより好ましい。これらの範囲内となるエポキシ樹脂(A−1)を用いたとき、流動性、硬化性、耐半田クラック性のバランスの良い樹脂組成物を得ることができる。これらの範囲が下限値以上であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、流動性と硬化性が優れる樹脂組成物を得ることができる。また、これらの範囲が上限値以下であるエポキシ樹脂(A−1)を用いれば、エポキシ樹脂(A−1)に含まれるナフタレン骨格が少なくなることで、耐燃性、耐熱性の低下が生じる恐れが少ない。
エポキシ樹脂(A−1)の樹脂粘度は、150℃におけるICI粘度が0.5dPa・sec以上、10.0dPa・sec以下であることが好ましく、0.7dPa・sec以上、8.0dPa・sec以下であることがより好ましく、1.0dPa・sec以上、6.0dPa・sec以下であることが特に好ましい。ICI粘度の下限値が上記の範囲内の場合、樹脂組成物の硬化性が良好となる。一方、上限値が上記の範囲内の場合、流動性が良好となる。なお、ICI粘度は、エム.エス.ティー.エンジニアリング(株)製ICIコーンプレート粘度計を使用して測定することができる。
エポキシ樹脂(A−1)のエポキシ基当量は、240g/eq以上、300g/eq以下あることが好ましく、250g/eq以上、280g/eq以下であることがより好ましい。エポキシ基当量が上記の範囲内の場合、樹脂組成物の流動性、硬化性と耐燃性が良好となる。
エポキシ樹脂(A−1)は、下記一般式(3)で表されるジメチルナフタレン類と、フェノール類及びナフトール類と、ホルムアルデヒド類とを反応させることで、前駆体のフェノール樹脂を得た後、エピクロルヒドリン類でエポキシ化することで得ることができる

Figure 0005672947
(ただし、一般式(3)のQは水酸基、ハロゲン基、炭素数1〜3のアルコキシ基である。R3は炭素数1〜6の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。dは0〜6の整数である。)
上述のジメチルナフタレン類は、ナフタレン骨格に反応基として2個のクロロメチル基、ヨードメチル基、ブロモメチル基、メトキシメチル基、ヒドロキシメチル基のいずれかの基が結合した構造のものであれば特に制限はない。好ましい反応基の結合位は、1,4−位、1,5−位、1,6−位、2,7−位であり、前駆体フェノール樹脂の合成に用いる
観点から、1,4−位、1,5−位、1,6−位がより好ましい。置換基として炭素数1〜6の炭化水素基を1〜6個有していても良い。これらの中でも、ビスクロロメチルナフタレンが、前駆体フェノール樹脂を合成する際に発生するハロゲンガスを酸性触媒として利用でき、前駆体フェノール樹脂の反応が良好に進行する点で好ましい。上述のビスクロロメチルナフタレンは、市販の試薬を用いても、合成したものを用いても良く、合成したものを用いる場合、その合成法は特に限定はないが、例えば、ナフタレン類、ホルムアルデヒド類を窒素雰囲気下、50〜100℃で反応させ、その後、塩酸ガスを封入しながら、塩化金属類と反応させることで得る方法を挙げることができる。上述のジメチルナフタレン類を合成で得た結果、ナフタレン骨格に1個の反応基が結合したモノメチルナフタレン類、ナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物及び未反応のホルムアルデヒド類を副生成物として含有する場合がある。合成により得たジメチルナフタレン類中に含まれるモノメチルナフタレン類の含有量はガスクロマト分析において、10面積%以下であることが好ましく、7面積%以下がより好ましい。この範囲が上限値以下であれば、最終的な樹脂組成物の硬化性及び連続成形性が低くなる恐れが少ない。上述のモノメチルナフタレン類の含有割合を低減する方法としては、たとえばカラムクロマトグラフィー分別、分子蒸留、再結晶などの公知の精製手法を適宜組み合わせて調整することができる。合成により得たジメチルナフタレン類中に含まれるナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物及び未反応のホルムアルデヒド類は、ゲルパーミエーションクロマト分析において、15面積%以下であることが好ましく、10面積%以下がより好ましい。この範囲が上限値以下であれば、最終的な樹脂組成物の耐燃性が低くなる恐れが少ない。上述のナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物の含有割合を低減する方法としては、たとえば、合成温度を下げる、カラムクロマトグラフィー分別、分子蒸留、再結晶などの公知の精製手法を適宜組み合わせて調整することができる。
前駆体フェノール樹脂の合成方法の一例として、フェノール類、ナフトール類と上述の合成法等で得られたビスクロロメチルナフタレン類とを、窒素雰囲気下、50〜200℃で1〜10時間反応させた後、生成する塩酸及び未反応のフェノール類、ナフトール類を減圧下での蒸留及び洗浄により除去することで得られる。その後、前駆体フェノール樹脂とエピハロヒドリン類、必要に応じて有機溶剤及び添加剤を加えた混合物を60〜100℃で加熱攪拌して前駆体フェノール樹脂とエピハロヒドリン類とのエーテル化反応を進行させた後、アルカリ金属水酸化物を50〜100℃の温度条件下で逐次的あるいは連続的に添加することでグリシジル化を行い、さらに反応を十分に行うため50〜100℃で反応を行う。
前駆体フェノール樹脂の合成において、触媒を使用しなくても良いが、通常のフリーデルクラフツ反応に使用されるような触媒を使用することは何ら差しつかえない。このような触媒としては、例えば、塩化亜鉛、塩化第二錫塩化第二鉄、塩化アルミニウム等のフリーデルクラフツ触媒、メタンスルホン酸、硫酸ジエチル、p−トルエンスルホン酸等の有機スルホン酸、三沸化ホウ素、トリフルオロメタンスルホン酸等の超強酸、シリカアルミナ等の天然または合成ゼオライト、スルホン酸型またはパーフルオロアルカンスルホン酸型イオン交換樹脂の他、硫酸、塩酸等の鉱酸類が使用できる。しかしながら、本発明で最も好ましい合成方法は、上記触媒を使用せず反応を行う方法である。
エポキシ樹脂(A−1)の前駆体のフェノール樹脂の原料となるフェノール類としては、炭素数1〜6のアルキル基置換又は未置換のフェノール類、ジヒドロキシベンゼン類であれば限定されない。例えば、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、エチルフェノール類、プロピルフェノール類、ブチルフェノール類、キシレンフェノール類、フェニルフェノール類、カテコール類、レゾルシノール類、ハイドロキノン類等が挙げられる。工業的に入手しやすい観点からフェノールの使用が好ましい。硬化性、高弾性率の観点から、レゾルシノールを使用することが好ましいが、吸水率、粘度が増加する。これらのフェノール類、ジヒドロキシベンゼン類は単独、あるいは2種以上混合して使用することができる。
エポキシ樹脂(A−1)の前駆体のフェノール樹脂の原料となるナフトール類としては、炭素数1〜6のアルキル基置換又は未置換の1官能又は2官能のナフトール類であれば限定されない。例えば、1−ナフトール、2−ナフトール、1,5−ナフタレンジオール
、1,6−ナフタレンジオール、1,7−ナフタレンジオール、2,6−ナフタレンジオー
ル、2,7−ナフタレンジオール等が挙げられる。耐燃性の観点から1−ナフトール又は
2−ナフトールの使用が好ましく、耐熱性の観点からナフタレンジオール類が好ましい。
エポキシ樹脂(A−1)の前駆体のフェノール樹脂の原料となるホルムアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドが挙げられる。これらのホルムアルデヒド類は、エポキシ樹脂(A−1)の前駆体のフェノール樹脂の合成時に添加することができるが、ジメチルナフタレン類中にその合成過程で用いたホルムアルデヒド類が未反応成分として残存している場合には、前駆体フェノール樹脂の合成時における添加は省略することもできる。
本発明の封止用樹脂組成物は、上記エポキシ樹脂(A−1)を用いることによる効果が損なわれない範囲で、他のエポキシ樹脂を併用することができる。併用できるエポキシ樹脂としては、特に限定されないが、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等のノボラック型エポキシ樹脂;トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビスナフトール型エポキシ樹脂等の多官能型エポキシ樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型エポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂から選ばれるエポキシ樹脂を1種以上含むことができる。封止用樹脂組成物としての耐湿信頼性を考慮すると、イオン性不純物であるNaイオンやClイオンが極力少ない方が好ましく、硬化性の点からエポキシ当量としては100g/eq以上500g/eq以下が好ましい。これらは1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
このような他のエポキシ樹脂を併用する場合において、エポキシ樹脂(A−1)の配合割合としては、エポキシ樹脂(A)100質量部に対して、60質量部以上、100質量部以下であることが好ましく、70質量部以上、100質量部以下であることがより好ましく、80質量部以上、100質量部以下であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、良好な流動性と硬化性を保持しつつ、耐熱性、耐燃性、耐半田性を向上さ
せる効果を得ることができる。
エポキシ樹脂(A)全体の配合割合の下限値については、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、2質量%以上であることが好ましく4質量%以上であることがより好ましい。配合割合の下限値が上記範囲内であると、充分な流動性を得ることができる。また、エポキシ樹脂(A)全体の配合割合の上限値についても、特に限定されないが、全樹脂組成物中に、15質量%以下であることが好ましく、13質量%以下であることがより好ましい。配合割合の上限値が上記範囲内であると、良好な耐半田性を得ることができる。
本発明の封止用樹脂組成物では、硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤(B)を用いることができる。フェノール樹脂系硬化剤(B)は、一分子内にフェノール性水酸基を2個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般であり、その分子量、分子構造を特に限定するものではないが、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等のノボラック型フェノール樹脂;トリフェニルメタン型フェノール樹脂等の多官能型フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂などの変性フェノール樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型ナフトール樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール化合物などが挙げられ、これらは1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
本発明の半導体封止用樹脂組成物では、フェノール樹脂系硬化剤(B)として、ノボラック型フェノール樹脂、多官能型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、アラルキル型ナフトール樹脂から選ばれる1種以上のフェノール樹脂系硬化剤がより好ましい。エポキシ樹脂(A−1)とこれらの特定フェノール樹脂系硬化剤とを組み合わせて用いることによる効果により、樹脂組成物を、硬化性、高温保管特性、高密着性及び連続成形性のバランスがより優れたものとすることができる。樹脂組成物の高温保管特性と連続成形性のバランスという観点からは、多官能型フェノール樹脂(B−1)が特に好ましく、流動特性と耐半田特性のバランスという観点からはアラルキル型ナフトール樹脂(B−2)が特に好ましい。半導体封止用樹脂組成物に求められる特性に合わせて上記フェノール樹脂系硬化剤を選択することが好ましい。また、得られる半導体封止用樹脂組成物の耐湿信頼性の観点と半導体樹脂組成物の硬化性の観点から、上記フェノール樹脂系硬化剤(B)の水酸基当量は、80g/eq以上、400g/eq以下であることが好ましく、90g/eq以上、210g/eq以下であることがより好ましい。エポキシ当量がこの範囲内にあると、樹脂組成物の硬化物の架橋密度が高くなり、硬化物が高耐熱性を有することが可能である。
フェノール樹脂系硬化剤(B)を複数併用する場合において、多官能型フェノール樹脂(B−1)及びアラルキル型ナフトール樹脂(B−2)からなる群より選択される少なくとも1種のフェノール樹脂系硬化剤の配合割合としては、フェノール樹脂系硬化剤(B)100質量部に対して、50質量部以上、100質量部以下であることが好ましく、60質量部以上、100質量部以下であることがより好ましく、70質量部以上、100質量部以下であることが特に好ましい。配合割合が上記範囲内であると、エポキシ樹脂(A−1)との組み合わせによる効果をより効果的に得ることができる。
半導体封止用樹脂組成物中におけるフェノール樹脂系硬化剤(B)全体の配合量の下限値は、半導体封止用樹脂組成物の全量に対して、好ましくは0.8質量%以上であり、より好ましくは1.5質量%以上である。下限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物は良好な流動性を有する。また、半導体封止用樹脂組成物中におけるフェノール樹脂系硬化剤(B)全体の配合量の上限値は、半導体封止用樹脂組成物の全量に対して、好まし
くは10質量%以下であり、より好ましくは8質量%以下である。上限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物は良好な耐半田性を有する。
なお、エポキシ樹脂(A)とフェノール樹脂系硬化剤(B)とは、全エポキシ樹脂(A)のエポキシ基数(EP)と、全フェノール樹脂系硬化剤(B)のフェノール性水酸基数(OH)との当量比(EP)/(OH)が、0.8以上、1.3以下となるように配合することが好ましい。当量比が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物を成形する際、十分な硬化特性を得ることができる。
本発明の半導体封止用樹脂組成物は、上記フェノール樹脂系硬化剤(B)を用いることによる効果が損なわれない範囲で、他の硬化剤を併用することができる。併用できる硬化剤としては、特に限定されないが、例えば重付加型の硬化剤、触媒型の硬化剤、縮合型の硬化剤などを挙げることができる。
重付加型の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシレンジアミンなどの脂肪族ポリアミン、ジアミノジフェニルメタン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホンなどの芳香族ポリアミンのほか、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジドなどを含むポリアミン化合物;ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの脂環族酸無水物、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸などの芳香族酸無水物などを含む酸無水物;ノボラック型フェノール樹脂、フェノールポリマーなどのポリフェノール化合物;ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテルなどのポリメルカプタン化合物;イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネートなどのイソシアネート化合物;カルボン酸含有ポリエステル樹脂などの有機酸類などが挙げられる。
触媒型の硬化剤としては、例えば、ベンジルジメチルアミン、2,4,6−トリスジメチルアミノメチルフェノールなどの3級アミン化合物;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾールなどのイミダゾール化合物;BF錯体などのルイス酸などが挙げられる。
縮合型の硬化剤としては、例えば、メチロール基含有尿素樹脂のような尿素樹脂;メチロール基含有メラミン樹脂のようなメラミン樹脂などが挙げられる。
本発明の封止用樹脂組成物では、無機充填材(C)を用いることができる。本発明の封止用樹脂組成物に用いられる無機充填材(C)としては、特に限定されないが、当該分野で一般的に用いられる無機充填材を使用することができる。例えば、溶融シリカ、球状シリカ、結晶シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミなどが挙げられる。無機充填材(C)の粒径は、金型キャビティへの充填性の観点から、0.01μm以上、150μm以下であることが望ましい。
封止用樹脂組成物中における無機充填材(C)の含有量は、特に限定されないが、封止用樹脂組成物の全量に対して、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上であり、さらに好ましくは86質量%以上である。含有量の下限値が上記範囲内であると、得られる封止用樹脂組成物の硬化物の吸湿量を抑えることや、強度の低下を低減することができ、それに伴って良好な耐半田クラック性を有する硬化物を得ることができる。また、封止用樹脂組成物中における無機充填材(C)の含有量の上限値は、封止用樹脂組成物の全量に対して、好ましくは93質量%以下であり、より好ましくは91質量%以下であり、さらに好ましくは90質量%以下である。含有量の上限値が上記範囲内であると、得られる樹脂組成物は良好な流動性を有するとともに、良好な成形性を備える。なお、後述する、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物や、硼酸
亜鉛、モリブデン酸亜鉛などの無機系難燃剤を用いる場合には、これらの無機系難燃剤と上記無機充填材(C)の合計量を上記範囲内とすることが望ましい。
本発明の封止用樹脂組成物では、硬化促進剤(D)をさらに用いることができる。硬化促進剤(D)は、エポキシ樹脂(A)とフェノール樹脂系硬化剤(B)との架橋反応を促進する作用を有するほか、封止用樹脂組成物の硬化時の流動性と硬化性とのバランスを制御でき、さらには硬化物の硬化特性を変えることもできる。硬化促進剤(D)の具体例としては、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物などのリン原子含有硬化促進剤;1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、ベンジルジメチルアミン、2−メチルイミダゾールなどの窒素原子含有硬化促進剤が挙げられ、これらのうち、リン原子含有硬化促進剤が好ましい硬化性を得ることができる。流動性と硬化性とのバランスの観点から、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物よりなる群から選ばれる少なくとも1種類の化合物がより好ましい。流動性という点を重視する場合にはテトラ置換ホスホニウム化合物が特に好ましく、また封止用樹脂組成物の硬化物熱時低弾性率という点を重視する場合にはホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が特に好ましく、また潜伏的硬化性という点を重視する場合にはホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物が特に好ましい。
本発明の封止用樹脂組成物で用いることができる有機ホスフィンとしては、例えばエチルホスフィン、フェニルホスフィンなどの第1ホスフィン、ジメチルホスフィン、ジフェニルホスフィンなどの第2ホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリフェニルホスフィンなどの第3ホスフィンが挙げられる。
本発明の封止用樹脂組成物で用いることができるテトラ置換ホスホニウム化合物としては、例えば下記一般式(4)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 0005672947
(ただし、上記一般式(4)において、Pはリン原子を表す。R4、R5、R6及びR7は芳香族基又はアルキル基を表す。Aはヒドロキシル基、カルボキシル基、チオール基から選ばれる官能基のいずれかを芳香環に少なくとも1つ有する芳香族有機酸のアニオンを表す。AHはヒドロキシル基、カルボキシル基、チオール基から選ばれる官能基のいずれかを芳香環に少なくとも1つ有する芳香族有機酸を表す。x、yは1〜3の整数、zは0〜3の整数であり、かつx=yである。)
一般式(4)で表される化合物は、例えば以下のようにして得られるがこれに限定されるものではない。まず、テトラ置換ホスホニウムハライドと芳香族有機酸と塩基を有機溶剤に混ぜ均一に混合し、その溶液系内に芳香族有機酸アニオンを発生させる。次いで水を加えると、一般式(4)で表される化合物を沈殿させることができる。一般式(4)で表される化合物において、リン原子に結合するR4、R5、R6及びR7がフェニル基であり、かつAHはヒドロキシル基を芳香環に有する化合物、すなわちフェノール類であり、かつAは該フェノール類のアニオンであるのが好ましい。
本発明の封止用樹脂組成物で用いることができるホスホベタイン化合物としては、例えば下記一般式(5)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 0005672947
(ただし、上記一般式(5)において、X1は炭素数1〜3のアルキル基、Y1はヒドロキシル基を表す。iは0〜5の整数であり、jは0〜4の整数である。)
一般式(5)で表される化合物は、例えば以下のようにして得られる。まず、第三ホスフィンであるトリ芳香族置換ホスフィンとジアゾニウム塩とを接触させ、トリ芳香族置換ホスフィンとジアゾニウム塩が有するジアゾニウム基とを置換させる工程を経て得られる。しかしこれに限定されるものではない。
本発明の封止用樹脂組成物で用いることができるホスフィン化合物とキノン化合物との付加物としては、例えば下記一般式(6)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 0005672947
(ただし、上記一般式(6)において、Pはリン原子を表す。R8、R9及びR10は炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数6〜12のアリール基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。R11、R12及びR13は水素原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよく、R11とR12が結合して環状構造となっていてもよい。)
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるホスフィン化合物としては、例えばトリフェニルホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリナフチルホスフィン、トリス(ベンジル)ホスフィンなどの芳香環に無置換又はアルキル基、アルコキシル基などの置換基が存在するものが好ましく、アルキル基、アルコキシル基などの置換基としては1〜6の炭素数を有するものが挙げられる。入手しやすさの観点からはトリフェニルホスフィンが好ましい。
またホスフィン化合物とキノン化合物との付加物に用いるキノン化合物としては、o−ベンゾキノン、p−ベンゾキノン、アントラキノン類が挙げられ、中でもp−ベンゾキノンが保存安定性の点から好ましい。
ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物の製造方法としては、有機第三ホスフィンとベンゾキノン類の両者が溶解することができる溶媒中で接触、混合させることにより付加物を得ることができる。溶媒としてはアセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類で付加物への溶解性が低いものがよい。しかしこれに限定されるものではない。
一般式(6)で表される化合物において、リン原子に結合するR8、R9及びR10がフェニル基であり、かつR11、R12及びR13が水素原子である化合物、すなわち1,4−ベンゾキノンとトリフェニルホスフィンを付加させた化合物が封止用樹脂組成物の硬化物の熱時弾性率を低く維持できる点で好ましい。
本発明の封止用樹脂組成物で用いることができるホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物としては、例えば下記一般式(7)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 0005672947
(ただし、上記一般式(7)において、Pはリン原子を表し、Siは珪素原子を表す。R14、R15、R16及びR17は、それぞれ、芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、互いに同一であっても異なっていてもよい。式中X2は、基Y2及びY3と結合する有機基である。式中X3は、基Y4及びY5と結合する有機基である。Y2及びY3は、プロトン供与性基がプロトンを放出してなる基を表し、同一分子内の基Y2及びY3が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。Y4及びY5はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基を表し、同一分子内の基Y4及びY5が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。X2、及びX3は互いに同一であっても異なっていてもよく、Y2、Y3、Y4、及びY5は互いに同一であっても異なっていてもよい。Z1は芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基である。)
一般式(7)において、R14、R15、R16及びR17としては、例えば、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ナフチル基、ヒドロキシナフチル基、ベンジル基、メチル基、エチル基、n−ブチル基、n−オクチル基及びシクロヘキシル基などが挙げられ、これらの中でも、フェニル基、メチルフェニル基、メトキシフェニル基、ヒドロキシフェニル基、ヒドロキシナフチル基などの置換基を有する芳香族基もしくは無置換の芳香族基がより好ましい。
また、一般式(7)において、X2は、Y2及びY3と結合する有機基である。同様に、X3は、基Y4及びY5と結合する有機基である。Y2及びY3はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Y2及びY3が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。同様にY4及びY5はプロトン供与性基がプロトンを放出してなる基であり、同一分子内の基Y4及びY5が珪素原子と結合してキレート構造を形成するものである。基X2及びX3は互いに同一であっても異なっていてもよく、基Y2、Y3、Y4、及びY5は互いに同一であっても異なっていてもよい。このような一般式(7)中の−Y2−X2−Y3−、及び−Y4−X3−Y5−で表される基は、プロトン供与体が、プロトンを2個放出してなる基で構成されるものであり、プロトン供与体
としては、例えば、カテコール、ピロガロール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、2,2’−ビフェノール、1,1’−ビ−2−ナフトール、サリチル酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、クロラニル酸、タンニン酸、2−ヒドロキシベンジルアルコール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,2−プロパンジオール及びグリセリンなどが挙げられるが、これらの中でも、カテコール、1,2−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレンがより好ましい。
また、一般式(7)中のZ1は、芳香環又は複素環を有する有機基、あるいは脂肪族基を表し、これらの具体的な例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基及びオクチル基などの脂肪族炭化水素基や、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基及びビフェニル基などの芳香族炭化水素基、グリシジルオキシプロピル基、メルカプトプロピル基、アミノプロピル基及びビニル基などの反応性置換基などが挙げられるが、これらの中でも、メチル基、エチル基、フェニル基、ナフチル基及びビフェニル基が一般式(7)の熱安定性が向上するという点で、より好ましい。
ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物の製造方法としては、メタノールを入れたフラスコに、フェニルトリメトキシシランなどのシラン化合物、2,3−ジヒドロキシナフタレンなどのプロトン供与体を加えて溶かし、次に室温攪拌下ナトリウムメトキシド−メタノール溶液を滴下する。さらにそこへ予め用意したテトラフェニルホスホニウムブロマイドなどのテトラ置換ホスホニウムハライドをメタノールに溶かした溶液を室温攪拌下滴下すると結晶が析出する。析出した結晶を濾過、水洗、真空乾燥すると、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物が得られる。しかし、これに限定されるものではない。
本発明の封止用樹脂組成物に用いることができる硬化促進剤(D)の配合割合は、全樹脂組成物中0.1質量%以上、1質量%以下であることが好ましい。硬化促進剤(D)の配合量が上記範囲内であると、充分な硬化性、流動性を得ることができる。
本発明の封止用樹脂組成物は、さらに、芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物(E)(以下、「化合物(E)」とも称する。)を用いることができる。化合物(E)は、これを用いることにより、フェノール樹脂(A)とエポキシ樹脂(B)との架橋反応を促進させる硬化促進剤(D)として、潜伏性を有しないリン原子含有硬化促進剤を用いた場合であっても、樹脂配合物の溶融混練中での反応を抑えることができ、安定して封止用樹脂組成物を得ることができる。また、化合物(E)は、封止用樹脂組成物の溶融粘度を下げ、流動性を向上させる効果も有するものである。化合物(E)としては、下記一般式(8)で表される単環式化合物又は下記一般式(9)で表される多環式化合物などを用いることができ、これらの化合物は水酸基以外の置換基を有していてもよい。
Figure 0005672947
(ただし、上記一般式(8)において、R18、R22はどちらか一方が水酸基であり、
片方が水酸基のとき、他方は水素原子、水酸基、又は水酸基以外の置換基である。R19、R20、及びR21は水素原子、水酸基又は水酸基以外の置換基である。)
Figure 0005672947
(ただし、上記一般式(9)において、R28、R29はどちらか一方が水酸基であり、片方が水酸基のとき他方は水素原子、水酸基又は水酸基以外の置換基である。R23、R24、R25、R26及びR27は水素原子、水酸基又は水酸基以外の置換基である。)
一般式(8)で表される単環式化合物は、例えば、カテコール、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル又はこれらの誘導体等が挙げられる。また、一般式(9)で表される多環式化合物は、例えば、1,2−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン及びこれらの誘導体等が挙げられる。これらのうち、流動性と硬化性との制御のしやすさから、芳香環を構成する2個の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物が好ましい。また、混練工程での揮発を考慮した場合、母核は低揮発性で秤量安定性の高いナフタレン環である化合物とすることがより好ましい。この場合、化合物(E)を、具体的には、例えば、1,2−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン及びその誘導体などのナフタレン環を有する化合物とすることができる。これらの化合物(E)は1種類を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
化合物(E)の配合量は、全封止用樹脂組成物中に0.01質量%以上、1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.03質量%以上、0.8質量%以下、特に好ましくは0.05質量%以上、0.5質量%以下である。化合物(E)の配合量の下限値が上記範囲内であると、封止用樹脂組成物の充分な低粘度化と流動性向上効果を得ることができる。また、化合物(E)の配合量の上限値が上記範囲内であると、封止用樹脂組成物の硬化性及び連続成形性の低下や半田リフロー温度でクラックを引き起こす恐れが少ない。
本発明の封止用樹脂組成物においては、エポキシ樹脂(B)と無機充填材(C)との密着性を向上させるため、カップリング剤(F)をさらに添加することができる。その例としては特に限定されないが、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、メルカプトシランなどが挙げられ、エポキシ樹脂(B)と無機充填材(C)との間で反応又は作用し、エポキシ樹脂(B)と無機充填材(C)の界面強度を向上させるものであればよい。また、カップリング剤(F)は、前述の化合物(E)と併用することで、樹脂組成物の溶融粘度を下げ、流動性を向上させるという化合物(E)の効果を高めることもできるものである。
エポキシシランとしては、例えば、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β−(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などが挙げられる。
また、アミノシランとしては、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニルγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−6−(アミノヘキシル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(3−(トリメトキシシリルプロピル)−1,3−ベンゼンジメタナンなどが挙げられる。アミノシランの1級アミノ部位をケトン又はアルデヒドを反応させて保護した潜在性アミノシランカップリング剤として用いてもよい。また、ウレイドシランとしては、例えば、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどが挙げられる。また、メルカプトシランとしては、例えば、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランのほか、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィドのような熱分解することによってメルカプトシランカップリング剤と同様の機能を発現するシランカップリング剤など、が挙げられる。またこれらのシランカップリング剤は予め加水分解反応させたものを配合してもよい。これらのシランカップリング剤は1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
本発明の封止用樹脂組成物に用いることができるカップリング剤(F)の配合割合の下限値としては、全樹脂組成物中0.01質量%以上が好ましく、より好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上である。カップリング剤(F)の配合割合の下限値が上記範囲内であれば、エポキシ樹脂(B)と無機充填材(C)との界面強度が低下することがなく、電子部品装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。また、カップリング剤(F)の上限値としては、全樹脂組成物中1.0質量%以下が好ましく、より好ましくは0.8質量%以下、特に好ましくは0.6質量%以下である。カップリング剤(F)の配合割合の上限値が上記範囲内であれば、エポキシ樹脂(B)と無機充填材(C)との界面強度が低下することがなく、電子部品装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。また、カップリング剤(F)の配合割合が上記範囲内であれば、樹脂組成物の硬化物の吸水性が増大することがなく、電子部品装置における良好な耐半田クラック性を得ることができる。
本発明の封止用樹脂組成物においては、耐燃性を向上させるため、無機難燃剤(G)をさらに添加することができる。その例としては、特に限定されるものではないが、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物や、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛などが挙げられる。これらの無機難燃剤(G)は、1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
本発明の封止用樹脂組成物に用いることができる無機難燃剤(G)の配合割合は、全樹脂組成物中0.5質量%以上、6.0質量%以下であることが好ましい。無機難燃剤(G)の配合割合が上記範囲内であると、硬化性や特性を損なうことなく、耐燃性を向上させる効果を得ることができる。
本発明の封止用樹脂組成物においては、HAST(Highly Accelerated temperature and humidity Stress Test)等の耐湿信頼性を向上させるため、イオン捕捉剤(H)をさらに添加することができる。イオン捕捉剤(H)としては例えば、ハイドロタルサイト類やマグネシウム、アルミニウム、ビスマス、チタン、ジルコニウムから選ばれる元素の含水酸化物等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いても2種以上を併用しても構わない。これらのうちハイドロタルサイト類が好ましい。
イオン捕捉剤(H)の配合量は、特に制限されないが、封止用樹脂組成物全体の0.05質量%以上、3質量%以下が好ましく、0.1質量%以上、1質量%以下がより好ましい。配合量が上記範囲内であると、充分なイオン補足作用を発揮し、耐湿信頼性を向上させる効果が得られるとともに、他の材料特性に対する悪影響も少ない。
本発明の封止用樹脂組成物では、前述した成分以外に、カーボンブラック、ベンガラ、酸化チタンなどの着色剤;カルナバワックスなどの天然ワックス、ポリエチレンワックスなどの合成ワックス、ステアリン酸やステアリン酸亜鉛などの高級脂肪酸及びその金属塩類若しくはパラフィンなどの離型剤;シリコーンオイル、シリコーンゴムなどの低応力添加剤;燐酸エステル、ホスファゼンなどの非無機系難燃剤などの添加剤を適宜配合してもよい。
本発明の封止用樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)、フェノール樹脂系硬化剤(B)及び無機充填材(C)、ならびに上述のその他の成分などを、例えば、ミキサーなどを用いて常温で均一に混合する。
その後、必要に応じて、加熱ロール、ニーダー又は押出機などの混練機を用いて溶融混練し、続いて必要に応じて冷却、粉砕することにより、所望の分散度や流動性などに調整することができる。
次に、本発明の電子部品装置について説明する。本発明の封止用樹脂組成物を用いて電子部品装置を製造する方法としては、例えば、素子を搭載したリードフレーム又は回路基板などを金型キャビティ内に設置した後、封止用樹脂組成物を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などの成形方法で成形、硬化させることにより、この素子を封止する方法が挙げられる。
封止される素子としては、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子などが挙げられるが、これらに限定されない。
得られる電子部品装置の形態としては、例えば、デュアル・インライン・パッケージ(DIP)、プラスチック・リード付きチップ・キャリヤ(PLCC)、クワッド・フラット・パッケージ(QFP)、ロー・プロファイル・クワッド・フラット・パッケージ(LQFP)、スモール・アウトライン・パッケージ(SOP)、スモール・アウトライン・Jリード・パッケージ(SOJ)、薄型スモール・アウトライン・パッケージ(TSOP)、薄型クワッド・フラット・パッケージ(TQFP)、テープ・キャリア・パッケージ(TCP)、ボール・グリッド・アレイ(BGA)、チップ・サイズ・パッケージ(CSP)、エレクトリック・コントロール・ユニット(ECU)などが挙げられるが、これらに限定されない。
封止用樹脂組成物のトランスファーモールドなどの成形方法により素子が封止された電子部品装置は、そのまま、あるいは80℃から200℃程度の温度で、10分から10時間程度の時間をかけてこの樹脂組成物を完全硬化させた後、電子機器などに搭載される。
図1は、本発明に係る封止用樹脂組成物を用いた電子部品装置の一例について、断面構造を示した図である。ダイパッド3上に、ダイボンド材硬化体2を介して素子1が固定されている。素子1の電極パッドとリードフレーム5との間は金線4によって接続されている。素子1は、封止用樹脂組成物の硬化体6によって封止されている。
図2は、本発明に係る封止用樹脂組成物を用いた片面封止型の電子部品装置の一例について、断面構造を示した図である。基板8の表面に、ソルダーレジスト7の層が形成され
た積層体のソルダーレジスト7上にダイボンド材硬化体2を介して素子1を固定する。尚、素子と基板との導通をとるため、電極パッドが露出するよう、電極パッド上のソルダーレジスト7は、現像法により除去されている。従って、図2の電子部品装置は、素子1の電極パッドと基板8上の電極パッドとの間は金線4によって接続する設計となっている。封止用樹脂組成物を成形し、封止用樹脂組成物の硬化体6を形成することによって、基板8の素子1が搭載された片面側のみが封止された電子部品装置を得ることができる。基板8上の電極パッドは基板8上の非封止面側の半田ボール9と内部で接合されている。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。以下に記載の各成分の配合量は、特に記載しない限り、質量部とする。
ビス(クロロメチル)ナフタレン化合物A:セパラブルフラスコに撹拌装置、滴下ロート、温度計、還流冷却器、ガス導入口を装着し、ナフタレン(東京化成工業(株)製特級試薬、ナフタレン、沸点81℃、分子量128.2、純度99.8%)100質量部、97%パラホルムアルデヒド(和光純薬工業(株)製パラホルムアルデヒド97%)54質量部、メチルシクロヘキサン(和光純薬工業(株)製特級試薬、メチルシクロヘキサン、沸点100℃、分子量98.2、純度99.1%)200質量部を秤量した後、窒素置換しながら加熱を開始した。系内の温度が80℃に到達した時点で、塩化水素ガスの導入を開始し、予め90%硫酸(和光純薬工業(株)製試薬)180質量部、10%硫酸(和光純薬工業(株)製試薬)30質量部、塩化セチルピリジニウム一水和物(東京化成工業(株)製特級試薬、塩化セチルピリジニウム一水和物、沸点84℃、分子量340.0、純度98.8%)2.9質量部を調合したものを滴下ロートから2時間かけて滴下し、さらに10時間反応させた。なお、反応中はセパラブルフラスコ内部の温度は70℃〜80℃の範囲を保持し、導入した塩化水素ガスは2.2molであった。反応後、蒸留水150重量部を加えて振とうした後に水層を棄却する操作(水洗)を洗浄水が中性になるまで繰り返し行った後、油層を125℃減圧処理することによってメチルシクロヘキサン及び未反応成分を留去し、粗反応成分を得た。その後、メチルシクロヘキサン/酢酸エチルの9:1の混合溶剤を加え10%の試料溶液を作製し、カラムクロマトグラフィー分別を行った。分別カラムは、内径80mm×長さ300mmのカラム容器にポリスチレンジェル(山善(株)製、粒子径40μm、ポアサイズ60Å)を充填したものを用い、分液ロート、カラム、屈折率(RI)検出器、分液捕集用バルブを直列に接続した。分液ロートより試料溶液を供給した後、溶離液(メチルシクロヘキサン/酢酸エチルの9:1の混合溶剤)を供給し、屈折率(RI)チャートをモニターし、最初に現れるピーク(ナフタレン−ホルムアルデヒド縮合物に由来のピーク)が収束した時点より抽出溶液の捕集を開始し、屈折率の変化が見られなくなるまで抽出溶液を捕集した。得られた抽出液は、100℃減圧処理により溶離液を留去し、さらにメタノール200質量部を加えて溶解したのち冷却し再結晶精製を2回繰り返し、蒸留水による洗浄を行った後、乾燥し、ビス(クロロメチル)ナフタレン化合物Aを得た。この化合物をガスクロマト分析した結果、ピーク面積比で1,4−ビス(クロロメチル)ナフタレン50面積%、1,5−ビス(クロロメチル)ナフタレン34面積%、1−クロロメチルナフタレン7面積%、ホルムアルデヒド5面積%、縮合物と推測される化合物4面積%であった。
エポキシ樹脂(A)は、以下のエポキシ樹脂1〜7を使用した。
これらのうち、エポキシ樹脂1、2がエポキシ樹脂(A−1)に該当する。
エポキシ樹脂1:セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、あらかじめ粒状に砕いたビス(クロロメチル)ナフタレン化合物A100質量部、α−ナフトール(東京化成工業(株)製1−ナフトール、融点96℃、分子量144、
純度99.0%以上)200質量部、フェノール(関東化学(株)製特級試薬、フェノール、融点40.9℃、分子量94、純度99.3%)85質量部、純水2.5質量部をセパラブルフラスコに秤量し、窒素置換しながら加熱し、溶融の開始に併せて攪拌を開始した。系内の温度を110℃から120℃の範囲に維持しながら4時間反応させた。上記の反応によって系内に発生した塩酸ガスは、窒素気流によって系外へ排出した。反応終了後、150℃2mmHgの減圧条件で未反応成分と水分を留去した。ついでトルエン500質量部を添加し、均一溶解させた後、分液漏斗に移し、蒸留水300質量部を加えて振とうした後に、水層を棄却する操作(水洗)を洗浄水が中性になるまで繰り返し行った後、油層を125℃減圧処理することによってトルエン(和光純薬工業(株)製試薬、純度98.0%)、残留未反応成分などの揮発成分を留去し、前駆体フェノール樹脂1を得た。
次に、セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、上述の前駆体フェノール樹脂1を100質量部、エピクロルヒドリン300質量部、ジメチルスルホキシド60質量部を加えた。45℃に加熱して溶解させた後、水酸化ナトリウム(固形細粒状、純度99%試薬)22質量部を2時間かけて添加し、50℃に昇温して2時間、さらに70℃に昇温して2時間反応させた。反応後、室温まで冷却し、蒸留水150質量部を加えて振とうした後に、水層を棄却する操作(水洗)を洗浄水が中性になるまで繰り返し行った後、油層を125℃2mmHgの減圧条件でエピクロルヒドリン及びジメチルスルホキシドを留去した。得られた固形物にメチルイソブチルケトン240質量部を加えて溶解し、70℃に加熱し、30質量%水酸化ナトリウム水溶液7質量部を1時間かけて添加し、さらに1時間反応した後、静置し、水層を棄却した。油層に蒸留水150質量部を加えて水洗操作を行い、洗浄水が中性になるまで同様の水洗操作を繰り返し行った後、加熱減圧によってメチルイソブチルケトンを留去し、式(10)の構造単位A1及び構造単位B1を構造単位C1で連結した構造を含む1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂1(エポキシ当量267g/eq、軟化点84℃、150℃におけるICI粘度3.9dPa・s。)を得た。エポキシ樹脂1のFD−MSの結果を図3、GPCの結果を図4に示す。また、図3より、エポキシ樹脂1は、重合体成分(a1)に相当する構造単位B1同士を構造単位C1で連結した構造からなる重合体成分が5.4%、重合体成分(a2)に相当する構造単位A1同士を構造単位C1で連結した構造からなる重合体成分が41.8%、重合体成分(a3)に相当する構造単位A1、構造単位B1及び構造単位C1からなり、構造単位A1と構造単位B1を構造単位C1で連結した構造を含む重合体成分が41.4%、重合体成分(a4)に相当する構造単位A、構造単位B、構造単位C及び構造単位Dから選択される構造単位からなり、少なくとも、構造単位A1又は構造単位B1を構造単位D1で連結した構造を含む重合体成分が7.7%及びモノクロロメチルナフタレンが結合している重合体成分が3.7%含有されていた。
Figure 0005672947
(ただし、上記式(10)において、Gはグリシジル基である。)
エポキシ樹脂2:エポキシ樹脂1の合成において、α−ナフトールをβ−ナフトール(東京化成工業(株)製2−ナフトール、融点121℃、分子量144、純度99.0%以上)に変更した以外は、エポキシ樹脂1と同様の合成操作を行い、式(11)の構造単位A1及び構造単位B1を構造単位C1で連結した構造を含む1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂2(エポキシ当量258g/eq、軟化点72℃、150℃におけるICI粘度1.5dPa・s。)を得た。エポキシ樹脂2のFD−MSの結果を図5、GPCの結果を図6に示す。また、図5より、エポキシ樹脂2は、重合体成分(a1)に相当する構造単位B2同士を構造単位C2で連結した構造からなる重合体成分が3.3%、重合体成分(a2)に相当する構造単位A2同士を構造単位C2で連結した構造からなる重合体成分が36.4%、重合体成分(a3)に相当する構造単位A2、構造単位B2及び構造単位C2からなり、構造単位A2と構造単位B2を構造単位C2で連結した構造を含む重合体成分が54.9%、重合体成分(a4)に相当する構造単位A、構造単位B、構造単位C及び構造単位Dから選択される構造単位からなり、少なくとも、構造単位A2又は構造単位B2を構造単位D2で連結した構造を含む重合体成分が3.3%及びモノクロロメチルナフタレンが結合している重合体成分が2.2%含有されていた。
Figure 0005672947
(ただし、上記式(11)において、Gはグリシジル基である。)
エポキシ樹脂3:セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、あらかじめ粒状に砕いたビス(クロロメチル)ナフタレン化合物A100質量部、α−ナフトール(東京化成工業(株)製1−ナフトール、融点121℃、分子量144、純度99.0%以上)200質量部、純水2.5質量部、をセパラブルフラスコに秤量し、窒素置換しながら加熱し、溶融の開始に併せて攪拌を開始した。系内の温度を110℃から120℃の範囲に維持しながら4時間反応させた。それ以外は、エポキシ樹脂1と同様の合成操作を行い、式(12)で表されるエポキシ樹脂3(エポキシ当量298g/eq、軟化点110℃、150℃におけるICI粘度8.1dPa・s。)を得た。エポキシ樹脂3は、構造単位B同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)を主成分とするエポキシ樹脂に相当する。
Figure 0005672947
(ただし、上記式(12)において、pは1〜10の整数、Gはグリシジル基である。)
エポキシ樹脂4:セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、ジクロロ−p−キシレン100質量部、α−ナフトール(東京化成工業(株)製1−ナフトール、融点121℃、分子量144、純度99.0%以上)200質量部、純水2.5質量部、をセパラブルフラスコに秤量し、窒素置換しながら加熱し、溶融の開始に併せて攪拌を開始した。系内の温度を110℃から120℃の範囲に維持しながら4時間反応させた。それ以外は、エポキシ樹脂1と同様の合成操作を行い、式(13)で表されるエポキシ樹脂4(エポキシ当量301g/eq、軟化点76℃、150℃におけるICI粘度2.1dPa・s。)を得た。
Figure 0005672947
(ただし、上記式(13)において、qは1〜10の整数、Gはグリシジル基である。)
エポキシ樹脂5:セパラブルフラスコに撹拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、あらかじめ粒状に砕いたビス(クロロメチル)ナフタレン化合物A100質量部、フェノール(関東化学(株)製特級試薬、フェノール、融点40.9℃、分子量94、純度99.3%)85質量部、純水2.5質量部、をセパラブルフラスコに秤量し、窒素置換しながら加熱し、溶融の開始に併せて攪拌を開始した。系内の温度を110℃から120℃の範囲に維持しながら4時間反応させた。それ以外は、エポキシ樹脂1と同様の合成操作を行い、式(14)で表されるエポキシ樹脂5(エポキシ当量272g/eq、軟化点74℃、150℃におけるICI粘度1.8dPa・s。)を得た。エポキシ樹脂5は、構造単位A同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)を主成分とするエポキシ樹脂に相当する。
Figure 0005672947
(ただし、上記式(14)において、rは1〜10の整数、Gはグリシジル基である。)
エポキシ樹脂6:トリフェニルメタン型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製E−1032H60。エポキシ当量171g/eq、軟化点59℃、150℃におけるICI粘度1.3dPa・sec)。
エポキシ樹脂7:ビスナフトール型エポキシ樹脂(DIC(株)製HP−4700。エポキシ当量164g/eq、軟化点89℃、150℃におけるICI粘度4.5dPa・sec)。
エポキシ樹脂1及び2のFD−MS測定は、次の条件で行った。エポキシ樹脂1及び2の試料10mgに溶剤ジメチルスルホキシド1gを加えて十分溶解したのち、FDエミッターに塗布の後、測定に供した。FD−MSシステムは、イオン化部に日本電子(株)製のMS−FD15Aを、検出器に日本電子(株)製のMS−700機種名二重収束型質量分析装置とを接続して用い、検出質量範囲(m/z)50〜2000にて測定した。
エポキシ樹脂1及び2のGPC測定は、次の条件で行った。エポキシ樹脂1及び2の試料20mgに溶剤テトラヒドロフラン(THF)を6ml加えて十分溶解しGPC測定に供した。GPCシステムは、WATERS社製モジュールW2695、東ソー(株)製のTSK GUARDCOLUMN HHR−L(径6.0mm、管長40mm、ガードカラム)、東ソー(株)製のTSK−GEL GMHHR−L(径7.8mm、管長30mm、ポリスチレンジェルカラム)2本、WATERS社製示差屈折率(RI)検出器W2414を直列に接続したものを用いた。ポンプの流速は0.5ml/分、カラム及び示差屈折率計内温度を40℃とし、測定溶液を100μlインジェクターより注入して測定を行った。
フェノール樹脂系硬化剤(B)は、以下のフェノール樹脂系硬化剤1〜6を使用した。
フェノール樹脂系硬化剤1:トリフェニルメタン型フェノール樹脂(明和化成(株)製MEH−7500。水酸基当量97g/eq、軟化点110℃、150℃におけるICI粘度5.1dPa・sec)。
フェノール樹脂系硬化剤2:フェノールノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト(株)製PR−HF−3。水酸基当量102g/eq、軟化点80℃、150℃におけるICI粘度1.1dPa・sec)。
フェノール樹脂系硬化剤3:フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル型フェノール樹脂(三井化学(株)製ミレックスXLC−4L。水酸基当量168g/eq、軟化点62℃、150℃におけるICI粘度0.76dPa・sec)。
フェノール樹脂系硬化剤4:ビフェニル骨格を有するフェノールアラルキル型フェノール樹脂(明和化成(株)製MEH−7851。水酸基当量203g/eq、軟化点67℃、150℃におけるICI粘度0.68dPa・sec)。
フェノール樹脂系硬化剤5:フェニレン骨格を有するナフトールアラルキル型フェノール樹脂(新日鐵化学(株)製SN−485。水酸基当量210g/eq、軟化点87℃、150℃におけるICI粘度1.8dPa・sec)。
フェノール樹脂系硬化剤6:セパラブルフラスコに攪拌装置、温度計、還流冷却器、窒素導入口を装着し、1,6−ナフタレンジオール(東京化成工業(株)製、融点136℃、分子量160.2、純度99.5%)100質量部、4,4’−ビスクロロメチルビフェニル(和光純薬工業(株)製、純度97.5%、分子量251)31.5質量部、純水0.6質量部を秤量した後、窒素置換しながら加熱し、溶融の開始に併せて攪拌を開始した。系内温度を150℃から160℃の範囲に維持しながら2時間反応させた。上記の反応の間、反応によって系内に発生する塩酸は、窒素気流によって系外へ排出した。反応終了後、150℃2mmHgの減圧条件で残留する塩酸と水分を留去し、下記式(15)で表されるフェノール樹脂系硬化剤6(水酸基当量102、軟化点75℃、150℃におけるICI粘度1.2dPa・s、GPCの面積法より算出したu=0の含有割合51%、u=0〜2の含有割合95%、uの平均値0.72)を得た。
Figure 0005672947
(ただし、上記式(15)において、uは0〜10の整数である。)
無機充填材(C)としては、電気化学工業(株)製溶融球状シリカFB560(平均粒径30μm)87.7質量%、(株)アドマテックス製合成球状シリカSO−C2(平均粒径0.5μm)5.7質量%、(株)アドマテックス製合成球状シリカSO−C5(平均粒径30μm)6.6質量%のブレンド(無機充填材1)を使用した。
硬化促進剤(D)は、以下の硬化促進剤1、2を使用した。
硬化促進剤1:下記式(16)で表される硬化促進剤
Figure 0005672947
硬化促進剤2:下記式(17)で表される硬化促進剤
Figure 0005672947
硬化促進剤3:下記式(18)で表される硬化促進剤
Figure 0005672947
化合物(E)は、以下の化合物E1を使用した。
化合物E1:下記式(19)で表される化合物
Figure 0005672947
カップリング剤(F)は、以下のシランカップリング剤1〜3を使用した。
シランカップリング剤1:γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−803)
シランカップリング剤2:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403)
シランカップリング剤3:N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−573)
無機難燃剤(G)は、水酸化アルミニウム(住友化学(株)製、CL−303)を使用した。
着色剤は、三菱化学(株)製のカーボンブラック(MA600)を使用した。
離型剤は、日興ファイン(株)製のカルナバワックス(ニッコウカルナバ、融点83℃)を使用した。
(実施例1)
以下の成分をミキサーにて常温で混合し、80℃〜100℃の加熱ロールで溶融混練を行い、その後冷却し、次いで粉砕して、封止用樹脂組成物を得た。
エポキシ樹脂1 9.29質量部
フェノール樹脂系硬化剤1 3.21質量部
無機充填材1 86.5質量部
硬化促進剤1 0.4質量部
シランカップリング剤1 0.1質量部
シランカップリング剤2 0.05質量部
シランカップリング剤3 0.05質量部
カーボンブラック 0.3質量部
カルナバワックス 0.1質量部
得られた封止用樹脂組成物を、以下の項目について評価した。評価結果を表1に示す。
スパイラルフロー:低圧トランスファー成形機(コータキ精機(株)製KTS−15)を用いて、ANSI/ASTM D 3123−72に準じたスパイラルフロー測定用金型に、金型温度175℃、注入圧力6.9MPa、保圧時間120秒の条件にて上記で得られた封止用樹脂組成物を注入し、流動長を測定した。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。単位はcmである。スパイラルフロー値は70cm以上であれば、良好な成形性を得ることができる。実施例1で得られた封止用樹脂組成物は、96cmと高流動性を示した。
ガラス転移温度(Tg)測定:トランスファー成形機(藤和精機(株)製TEP−50−30)を用いて、金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間120秒の条件で、長さ15mm、幅4mm、厚さ3mmの試験片を成形した後、ポストキュアとして175℃で4時間加熱処理した。得られた試験片を、熱膨張計(セイコーインスツルメント社製TMA−120)を用い、5℃/分の昇温速度で昇温して、試験片の伸び率が急激に変化する温度をガラス転移温度として測定した。単位は℃である。また、試験片は後述する耐半田性試験で作製する80ピンQFPから、長さ5mm、幅4mm、厚さ2mm程度の試験片を切り出して、測定することもできる。ガラス転移温度(Tg)は、130℃以上であれば、半田実装時の熱処理の際に、パッケージクラックを起こす恐れが少ない。実施例1で得られたエポキシ樹脂組成物は、ガラス転移温度172℃と、比較的高いガラス転移温度を示した。
高温保管特性:低圧トランスファー成形機(第1精工株式会社製、GP−ELF)を用いて、金型温度180℃、注入圧力6.9±0.17MPa、90秒の条件で、半導体封止用樹脂組成物を注入して半導体素子(シリコンチップ)が搭載されたリードフレームなどを封止成形し、16ピン型DIP(Dual Inline Package、42アロイ製リードフレーム、サイズは7mm×11.5mm×厚さ1.8mm、半導体素子は5×9mm×厚さ0.35mm。半導体素子は、表面に厚さ5μmの酸化層を形成し、さらにその上にラインアンドスペース10μmのアルミ配線パターンを形成したものであり、素子上のアルミ配線パッド部とリードフレームパッド部とは25μm径の金線でボンディングされている)なる半導体装置を作製した。ポストキュアとして175℃で4時間加熱処理した半導体装置10個の初期抵抗値を測定し、185℃1000時間の高温保管処理を行った。高温処理後に半導体装置の抵抗値を測定し、初期抵抗値の130%となった半導体装置を不良とし、不良半導体装置の個数が0個のとき○、不良半導体装置の個数が1〜10個のとき×と表示した。また、同様な操作で得られた半導体装置10個の初期抵抗値を測定し、200℃500時間の高温保管処理を行った後、不良半導体装置の個数が0個のとき◎、不良半導体装置の個数が1〜3個のとき○、不良半導体装置の個数が4〜10個のとき×と表示した。実施例1で得られた半導体装置は185℃1000時間の高温保管処理及び200℃500時間の高温保管処理において、ともに、0/10と良好な
高温保管特性を示した。
耐燃性:低圧トランスファー成形機(コータキ精機(株)製KTS−30)を用いて、金型温度175℃、注入時間15秒、硬化時間120秒、注入圧力9.8MPaの条件で、封止用樹脂組成物を注入成形して、3.2mm厚の耐燃試験片を作製し、175℃で4時間加熱処理した。得られた試験片について、UL94垂直法の規格に則り耐燃試験を行った。表には、Fmax、ΣF及び判定後の耐燃ランクを示した。実施例1で得られた封止用樹脂組成物は、Fmax:3秒、ΣF:9秒、耐燃ランク:V−0と良好な耐燃性を示した。
連続成形性:上記で得られた封止用樹脂組成物質量7.5gをロータリー式打錠機にて、サイズφ16mm打錠型に装填し、打錠圧力600Paにて打錠してタブレットを得た。タブレットはタブレット供給マガジンに装填し、成形装置内部にセットした。低圧トランスファー自動成形機(サイネックス(株)製SY−COMP)を用いて、金型温度175℃、注入圧力9.8MPa、硬化時間60秒の条件で、封止用樹脂組成物のタブレットによりシリコンチップなどを封止して208ピンQFP(Cu製リードフレーム、パッケージ外寸:28mm×28mm×3.2mm厚、パッドサイズ:15.5mm×15.5mm、チップサイズ15.0mm×15.0mm×0.35mm厚)の電子部品装置を得る成形を、連続で300ショットまで行った。この際、25ショット毎に電子部品装置の成形状態(未充填の有無)を確認し、300ショット以上連続成形できたものを○、200ショット以上、300ショット未満のものを△、200ショット未満のものを×とした。実施例1で得られた封止用樹脂組成物は、300ショット以上と良好な連続成形性を示した。
耐半田性試験1:低圧トランスファー成形機(第1精工(株)製GP−ELF)を用いて、金型温度180℃、注入圧力7.4MPa、硬化時間120秒間の条件で、封止用樹脂組成物を注入して素子(シリコンチップ)が搭載されたリードフレーム(Cu Spot)などを封止成形し、80pQFP(Quad Flat Package、Cu製リードフレーム、サイズは14×20mm×厚さ2.00mm、素子は7×7mm×厚さ0.35mm、素子とリードフレームのインナーリード部とは25μm径の金線でボンディングされている。)なる電子部品装置を作製した。175℃で4時間加熱処理した電子部品装置6個を、60℃、相対湿度60%で120時間処理した後、IRリフロー処理(260℃、JEDEC条件に従う)を行った。これらの電子部品装置内部の剥離及びクラックの有無を超音波探傷装置(日立建機ファインテック製mi−scope10)で観察し、剥離又はクラックのいずれか一方でも発生したものを不良とした。不良電子部品装置の個数がn個であるとき、n/6と表示した。実施例1で得られた電子部品装置は0/6と良好な耐半田性を示した。
耐半田性試験2:上述の耐半田性試験1における175℃で4時間加熱処理した電子部品装置6個を30℃、相対湿度60%で192時間処理とした以外は、耐半田性試験1と同様に試験を実施した。実施例1で得られた電子部品装置は0/6と良好な耐半田性を示した。
実施例2〜13、比較例1〜9
表1、表2及び表3の配合に従い、実施例1と同様にして封止用樹脂組成物を製造し、実施例1と同様にして評価した。評価結果を表1、表2及び表3に示した。
Figure 0005672947
Figure 0005672947
Figure 0005672947
実施例1〜13は、一般式(1)の構造単位A及び構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を含む1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂(A−1)と、フェノール樹脂系硬化剤(B)と、無機充填材(C)とを含む樹脂組成物であり、エポキシ樹脂(A−1)と様々なフェノール樹脂系硬化剤とを組み合わせたもの、エポキシ樹脂(A−1)の種類を変更したもの、他のエポキシ樹脂と併用したもの、硬化促進剤(D)の種類を変更したもの、無機難燃剤(G)を添加したものを含むものであるが、いずれにおいても、流動性(スパイラルフロー)、耐熱性(ガラス転移温度)、高温保管特性、耐燃性、連続成形性及び耐半田性のバランスに優れた結果が得られた。
また、実施例1〜13においては、エポキシ樹脂(A)としてエポキシ樹脂(A−1)を用いているため、これと、特定の他のエポキシ樹脂や、特定のフェノール樹脂系硬化剤とを組み合わせて用いることによって、下記に示すような効果が得られることが分かった。
フェノール樹脂系硬化剤(B)として、多官能型フェノール樹脂(B−1)であるフェノール樹脂系硬化剤1を用いた実施例1、7〜13では、特に高温保管特性に優れる結果
が得られた。
また、フェノール樹脂系硬化剤(B)として、アラルキル型フェノール樹脂であるフェノール樹脂系硬化剤3〜4を用いた実施例3〜4では、特にスパイラルフロー(流動性)と耐燃性のバランスが優れる結果が得られた。
また、フェノール樹脂系硬化剤(B)として、アラルキル型ナフトール樹脂(B−2)であるフェノール樹脂系硬化剤5、6を用いた実施例5、6では、特に高温保管特性に優れる結果が得られた。
また、エポキシ樹脂(A−1)と多官能型エポキシ樹脂であるエポキシ樹脂6、7とを併用した実施例9、10では、特に耐熱性(ガラス転移温度)、高温保管特性に優れる結果が得られた。
一方、エポキシ樹脂(A−1)の代わりに、構造単位B同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)を主成分とするエポキシ樹脂3を使用した比較例1、2は、高温保管特性が優れるものの、流動性が非常に悪く、連続成形性が劣る結果となった。
また、構造単位A及び構造単位Dを含まず、構造単位B同士をジメチルベンゼン構造で連結した構造を有する重合体成分を主成分とするエポキシ樹脂4を使用した比較例3、4、ならびに、構造単位A同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)を主成分とするエポキシ樹脂5を使用した比較例5、6は、高温保管特性が劣り、組み合わせるフェノール樹脂系硬化剤(B)の種類によっては、耐燃性も劣る結果となった。
さらに、高耐熱性のエポキシ樹脂として知られる多官能型エポキシ樹脂を使用した比較例7、8は、組み合わせるフェノール樹脂系硬化剤を変えても、高耐熱性及び高温保管特性と高耐燃性との両方を満足できない結果であり、特に比較例7は耐半田性が著しく悪い結果であった。
また、エポキシ樹脂(A−1)の代わりに、構造単位B同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)を主成分とするエポキシ樹脂3と、構造単位A同士を構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)を主成分とするエポキシ樹脂5とを併用した比較例9では、流動性及び耐燃性が劣る結果となった。
上記の結果の通り、本願発明のエポキシ樹脂(A−1)を用いた樹脂組成物においてのみ、流動性(スパイラルフロー)、耐熱性(ガラス転移温度)高温保管特性、耐燃性、連続成形性及び耐半田性のバランスに優れる結果が得られるものであり、従来の技術水準から期待できる範疇を超えた顕著な効果となっている。
本発明に従うと、ハロゲン化合物及びアンチモン化合物を使用することなく、流動性、耐熱性、高温保管特性、耐燃性、連続成形性及び耐半田性のバランスに優れた封止用樹脂組成物を得ることができるため、より厳しい環境下での動作信頼性が求められる電子部品の封止用、特に車載用途の電子部品装置の封止用として好適である。
1 素子
2 ダイボンド材硬化体
3 ダイパッド
4 金線
5 リードフレーム
6 封止用樹脂組成物の硬化体
7 ソルダーレジスト
8 基板
9 半田ボール

Claims (10)

  1. エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂系硬化剤(B)と、無機充填材(C)とを含む封止用樹脂組成物であって、
    前記エポキシ樹脂(A)が下記一般式(1):
    Figure 0005672947
    (上記一般式(1)において、R1、R2及びR3は炭素数1〜6の炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Gはグリシジル基である。aは1〜2の整数
    、bは0〜3の整数、cは0〜5の整数、dは0〜6の整数である。)
    の構造単位A及び構造単位Bを構造単位Cで連結した構造を含む1以上の重合体成分を含むエポキシ樹脂(A−1)を含み、
    前記エポキシ樹脂(A−1)が、前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位と前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位とを下記式(2):
    Figure 0005672947
    の構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分を含み、
    前記エポキシ樹脂(A−1)が、
    前記構造単位B同士を前記構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a1)、
    前記構造単位A同士を前記構造単位Cで連結した構造からなる重合体成分(a2)、
    前記構造単位A、前記構造単位B及び前記構造単位Cからなり、前記構造単位Aと前記構造単位Bを前記構造単位Cで連結した構造を含む重合体成分(a3)、
    ならびに、前記構造単位A、前記構造単位B、前記構造単位C及び前記構造単位Dから選択される構造単位からなり、少なくとも、前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位と前記構造単位A及び前記構造単位Bから選択される構造単位とを前記構造単位Dで連結した構造を含む重合体成分(a4)を含み、
    前記エポキシ樹脂(A−1)は、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a1)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して2%以上、20%以下であり、
    前記エポキシ樹脂(A−1)は、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a2)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して30%以上、60%以下であり、
    前記エポキシ樹脂(A−1)は、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a3)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して30%以上、60%以下であり、
    前記エポキシ樹脂(A−1)は、FD−MSで測定される、前記エポキシ樹脂(A−1)中における前記重合体成分(a4)のピーク強度の総和が、エポキシ樹脂(A−1)全体のピーク強度の総和に対して2%以上、10%以下であり、
    硬化促進剤(D)をさらに含み、
    前記硬化促進剤(D)が、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物からなる群から選択される少なくとも1種の硬化促進剤を含む
    ことを特徴とする封止用樹脂組成物。
  2. 前記エポキシ樹脂(A−1)の150℃におけるICI粘度が0.5dPa・sec以上、10.0dPa・sec以下であることを特徴とする請求項1に記載の封止用樹脂組成物。
  3. 前記エポキシ樹脂(A)が、さらにノボラック型エポキシ樹脂、多官能型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂から選ばれるエポキシ樹脂を1種以上含むことを特徴とする請求項1または2に記載の封止用樹脂組成物。
  4. 前記エポキシ樹脂(A−1)が前記エポキシ樹脂(A)100質量部中に60質量部以上、100質量部以下の割合で含まれることを特徴とする請求項1または2に記載の封止用樹脂組成物。
  5. 前記フェノール樹脂系硬化剤(B)が、ノボラック型フェノール樹脂、多官能型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、アラルキル型ナフトール樹脂から選ばれるフェノール樹脂系硬化剤を1種以上含むことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記
    載の封止用樹脂組成物。
  6. 前記無機充填材(C)の含有割合が樹脂組成物全体に対して70質量%以上、93質量%以下であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
  7. 芳香環を構成する2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基が結合した化合物(E)をさらに含むことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
  8. カップリング剤(F)をさらに含むことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
  9. 無機難燃剤(G)をさらに含むことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物。
  10. 請求項1からのいずれか1項に記載の封止用樹脂組成物の硬化物で素子が封止されていることを特徴とする電子部品装置。
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