JP6907773B2 - エポキシ樹脂組成物および半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物および半導体装置に関する。
近年、電子機器の小型化、軽量化、高機能化の市場動向において、半導体装置の高集積化、薄型化が年々進み、また、半導体装置の表面実装化が促進されるなかで、従来用いてきたリードフレームの代わりに、有機基板やセラミック基板等の基板に半導体素子を搭載し、基板と半導体素子とを接続部材で電気的に接続した後、半導体素子と接続部材とをモールド材により成形封止して得られるエリア実装型半導体装置への移行が進んでいる。エリア実装型半導体装置としては、BGA(ボール・グリッド・アレイ)又は更に小型化を追求したCSP(チップスケールパッケージ)等が代表的なものとして挙げられる。
このようなエリア実装型半導体装置に使用される封止材は、様々な目的に応じて、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤の材料を適切に選択することが求められている。この種の技術として、例えば、特許文献1に記載のエポキシ樹脂組成物が挙げられる。
同文献によれば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂および硬化促進剤を含むエポキシ樹脂組成物が記載されている(特許文献1に記載の請求項1、実施例等)。しかしながら、同文献には、当該エポキシ樹脂組成物中に硬化遅延剤を添加することは記載されていない。
特開2009−191122号公報
しかしながら、本発明者が検討したところ、上記文献記載のエポキシ樹脂組成物においては、溶融粘度を低く維持できる時間が不足し、その結果、製造安定性の点で改善の余地があることが判明した。
本発明者は、上記のような溶融粘度特性に着眼し、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物について様々な検討を行った。その結果、硬化遅延剤を使用するとともに、当該硬化遅延剤として、所定のラクトン化合物を用いることにより、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物における溶融粘度特性を適切に制御できることが判明した。
こうした知見に基づいて鋭意検討したところ、エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の所定倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS3したときのS3/S1を指標とすることで、上記溶融粘度特性を適切に評価できることが分かった。そして、指標S3/S1を所定値以上とすることにより、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、溶融粘度を低く維持できる時間を十分に確保できるので、当該エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上さえることができるという知見を見出し、本発明を完成するに至った。
本発明によれば、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂と、
硬化促進剤と
硬化遅延剤と、を含むエポキシ組成物であって、
前記硬化遅延剤は、ラクトン環に結合したヒドロキシ基を有し、かつクマリン構造またはビスクマリン構造を有するラクトン化合物を含み、
当該エポキシ樹脂組成物は、175℃で溶融状態まで加熱したとき、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有しており、
当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS3としたとき、S3/S1が、3.5以上15以下である、エポキシ樹脂組成物が提供される。
また、上記知見に基づいて鋭意検討したところ、エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度を指標とすることで、上記溶融粘度特性を適切に評価できることが分かった。そして、発熱開始温度を所定値以上とすることにより、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、溶融粘度を低く維持できる時間を十分に確保できるので、当該エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができるという知見を見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明によれば、
エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂と、
硬化促進剤と
硬化遅延剤と、を含むエポキシ組成物であって、
前記硬化遅延剤は、ラクトン環に結合したヒドロキシ基を有し、かつクマリン構造またはビスクマリン構造を有するラクトン化合物を含み、
示差走査熱量計を用いて昇温速度10℃/分の条件下で30℃から300℃まで昇温した際に得られる当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度が、94℃以上135℃以下の範囲内にある、エポキシ樹脂組成物が提供される。
また、本発明によれば、
半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止部材と、を備える半導体装置であって、
前記封止部材が、上記エポキシ樹脂組成物の硬化物で構成される、半導体装置が提供される。
本発明によれば、製造安定性に優れたエポキシ樹脂組成物、および、それを用いた半導体装置を提供することができる。
本実施形態における半導体装置の一例を示す断面図である。 本実施形態における構造体の一例を示す断面図である。 実施例3、6、比較例1のDSCの測定結果を示す図である。 実施例3、6、比較例1の溶融粘度の経時変化を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂(B)と、硬化促進剤(C)と、ラクトン化合物を含む硬化遅延剤(E)と、を含むことができる。
また、当該エポキシ樹脂組成物は、175℃で溶融状態まで加熱したとき、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有するものである。そして、当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS3としたとき、S3/S1は、3.5以上15以下とすることができる。
本発明者は、硬化遅延剤を使用するとともに、当該硬化遅延剤として、所定のラクトン化合物を用いることにより、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物における溶融粘度特性を適切に制御できることが判明した。
こうした知見に基づいて鋭意検討したところ、前述のS3/S1を指標とすることで、上記溶融粘度特性を適切に評価できることが分かった。言い換えると、本実施形態のS3/S1は、溶融粘度が低い状態が維持される時間長さを表すことができる。
このような指標S3/S1を3.5以上とすることにより、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、溶融粘度を低く維持できる時間を十分に確保できるので、当該エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができるという知見を見出し、本発明を完成するに至った。
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物において、示差走査熱量計を用いて昇温速度10℃/分の条件下で30℃から300℃まで昇温した際に得られる当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度は、94℃以上135℃以下の範囲内とすることができる。
上記知見に基づいて鋭意検討したところ、エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度を指標とすることで、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性を適切に評価できることが分かった。ここで、DSC曲線の結果から、エポキシ樹脂組成物の反応度合いを理解することができる。そして、DSC曲線における発熱開始温度は、反応が開始される温度である。したがって、反応が進むとエポキシ樹脂組成物の粘度は上昇するものであるため、当該発熱開始温度を94℃以上と高く設定することにより、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物において、所望な溶融状態を維持でき、例えば、溶融粘度を低く維持できる時間を十分に確保できるので、当該エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができるという知見を見出し、本発明を完成するに至った。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、製造安定性に優れるものであり、例えば、半導体素子を封止するために用いる封止用樹脂組成物として利用することができる。
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、優れた溶融粘度特性を有するため、射出成形、大面積の金型成形、ワイヤーボンディング接続を有する半導体素子の封止などの各種のプロセスに好適に利用することが可能である。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物の成分について詳述する。
[エポキシ樹脂(A)]
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂(A)を含むことができる。
本実施形態のエポキシ樹脂(A)としては、1分子内にエポキシ基を2個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を用いることができ、その分子量や分子構造は特に限定されない。本実施形態においては、エポキシ樹脂(A)として、とくに非ハロゲン化エポキシ樹脂を採用することが好ましい。
上記エポキシ樹脂(A)としては、例えば、たとえばビフェニル型エポキシ樹脂;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、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂;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、アルキル変性トリフェニルメタン型エポキシ樹脂等の多官能エポキシ樹脂;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、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ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂;ジヒドロキシナフタレン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシナフタレンの2量体をグリシジルエーテル化して得られるエポキシ樹脂等のナフトール型エポキシ樹脂;トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート等のトリアジン核含有エポキシ樹脂;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の有橋環状炭化水素化合物変性フェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらのうち、耐湿信頼性と成形性のバランスを向上させる観点から、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、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、およびトリフェニルメタン型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一つを用いてもよい。また、半導体装置の反りを抑制する観点からは、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂およびノボラック型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一つを用いてもよい。流動性を向上させるためにはビフェニル型エポキシ樹脂を用いてもよい。高温の弾性率を制御するためにはビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を用いてもよい。この中でも、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂またはビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂を用いることができる。
上記トリフェニルメタン型エポキシ樹脂は、下記一般式(4)、および/または下記一般式(5)で表される構造単位を含む。
Figure 0006907773
Figure 0006907773
(上記一般式(4)および(5)中、R10、R11、およびR12は炭素数1〜6の炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。aおよびcは0〜3の整数、bは0〜4の整数であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Xは、単結合または下記一般式(5A)、(5B)、または(5C)のいずれかで表される基を示す。下記一般式(5A)、(5B)および(5C)中、R13、R14、R15およびR16は炭素数1〜6の炭化水素基または炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。dは0〜2の整数であり、e、fおよびgは0〜4の整数であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。)
Figure 0006907773
上記ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂は、下記一般式(6)で表される構造単位を含む。
Figure 0006907773
(Xは、水素原子または下記一般式(6B)で表される基を示す。)
Figure 0006907773
本実施形態のエポキシ樹脂(A)の含有量の下限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、1重量%以上が好ましく、3重量%以上がより好ましく、5重量%以上がさらに好ましい。また、エポキシ樹脂(A)の含有量の上限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、90重量%以下が好ましく、80重量%以下がより好ましく、70重量%以下がさらに好ましい。上記エポキシ樹脂(A)の含有量を上記好ましい範囲とすることにより、低吸湿性を向上させることができる。また、上記エポキシ樹脂(A)の含有量を上記のより好ましい範囲とすることにより、得られる半導体装置の耐半田クラック性を高めることができる。本実施形態において、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において、高温にさらされた場合であっても、クラックや剥離の欠陥の発生が生じ難くなる特性を示す。
本実施形態において、エポキシ樹脂組成物全体に対する含有量とは、エポキシ樹脂組成物が溶媒を含む場合には、エポキシ樹脂組成物のうちの溶媒を除く固形成分全体に対する含有量を指す。
また、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂またはトリフェニルメタン型エポキシ樹脂であるエポキシ樹脂(A)の含有量の下限値は、エポキシ樹脂(A)全体に対して、例えば、85重量%以上が好ましく、90重量%以上がより好ましく、95重量%以上がさらに好ましい。これにより、流動性を向上させることができる。一方、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂またはトリフェニルメタン型エポキシ樹脂であるエポキシ樹脂(A)の含有量の上限値は、エポキシ樹脂(A)全体に対して、特に限定されないが、例えば、100重量%以下としてもよく、99重量%以下としてもよく、98重量%以下としてもよい。
[フェノール樹脂(B)]
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、フェノール樹脂(B)を含むことができる。
本実施形態のフェノール樹脂(B)は、1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。
上記フェノール樹脂(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をはじめとするフェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール、α−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のフェノール類とホルムアルデヒドやケトン類とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂、上記したフェノール類とジメトキシパラキシレン又はビス(メトキシメチル)ビフェニルから合成されるビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂などのフェニルアラルキル型フェノール樹脂、トリスフェノールメタン骨格を有するトリフェニルメタン型フェノール樹脂などが挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。この中でも、トリフェニルメタン型フェノール樹脂またはビフェニルアラルキル型フェノール樹脂を用いてもよい。
上記トリフェニルメタン型フェノール樹脂は、下記一般式(7)、および/または下記一般式(8)で表される構造単位を含む。
Figure 0006907773
Figure 0006907773
(上記一般式(7)および(8)中、R17、R18、およびR19は炭素数1〜6の炭化水素基又は炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Yは、水酸基を示す。hおよびjは0〜3の整数、iは0〜4の整数であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。Yは、単結合または下記一般式(8A)、(8B)、または(8C)のいずれかで表される基を示す。一般式(8A)〜(8C)中のR20、R21、R22およびR23は炭素数1〜6の炭化水素基または炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。kは0〜2の整数であり、l、mおよびnは0〜4の整数であり、互いに同じであっても異なっていてもよい。)
Figure 0006907773
上記ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂は、下記一般式(9)で表される構造単位を含む。
Figure 0006907773
(Yは、水素原子または下記一般式(9B)で表される基を示す。)
Figure 0006907773
本実施形態のフェノール樹脂(B)の含有量の下限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、1重量%以上が好ましく、2重量%以上がより好ましく、3重量%以上がさらに好ましい。また、フェノール樹脂(B)の含有量の上限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、60重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましく、40重量%以下がさらに好ましい。上記フェノール樹脂(B)の含有量を上記好ましい範囲とすることにより、低吸湿性や流動性を向上させることができる。また、上記フェノール樹脂(B)の含有量を上記のより好ましい範囲とすることにより、得られる半導体装置の耐半田クラック性を高めることができる
また、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂またはトリフェニルメタン型フェノール樹脂であるフェノール樹脂(B)の含有量の下限値は、フェノール樹脂(B)全体に対して、例えば、95重量%以上が好ましく、96重量%以上がより好ましく、97重量%以上がさらに好ましい。これにより、流動性を向上させることができる。一方、ビフェニルアラルキル型フェノール樹脂またはトリフェニルメタン型フェノール樹脂であるフェノール樹脂(B)の含有量の上限値は、フェノール樹脂(B)全体に対して、特に限定されないが、例えば、100重量%以下としてもよく、99重量%以下としてもよく、98重量%以下としてもよい。
[硬化促進剤(C)]
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化促進剤(C)を含むことができる。
本実施形態の硬化促進剤(C)は、エポキシ樹脂(A)と、フェノール樹脂(B)と、の架橋反応を促進させるものであればよく、一般の半導体封止用樹脂組成物に使用するものを用いることができる。上記硬化促進剤(C)は、例えば、カチオン硬化促進剤を含むことができる。
本実施形態の硬化促進剤(C)としては、例えば、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等のリン原子含有化合物;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等が例示されるアミジンや3級アミン、前記アミジンやアミンの4級塩等の窒素原子含有化合物から選択される1種類または2種類以上を含むことができる。これらの中でも、硬化性を向上させる観点からはリン原子含有化合物を含むことがより好ましい。また、成形性と硬化性のバランスを向上させる観点からは、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等の潜伏性を有するものを含むことがより好ましい。
本実施形態のエポキシ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等の第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等の第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等の第3ホスフィンが挙げられる。
本実施形態のエポキシ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(10)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006907773
(上記一般式(10)において、Pはリン原子を表す。R、R、RおよびRは芳香族基またはアルキル基を表す。Aはヒドロキシ基、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の数、zは0〜3の数であり、かつx=yである。)
一般式(10)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(10)で表される化合物を沈殿させることができる。一般式(10)で表される化合物において、リン原子に結合するR、R、RおよびRがフェニル基であり、かつAHはヒドロキシ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。上記フェノール類としては、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコールなどの単環式フェノール類、ナフトール、ジヒドロキシナフタレン、アントラキノールなどの縮合多環式フェノール類、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなどのビスフェノール類、フェニルフェノール、ビフェノールなどの多環式フェノール類などが例示される。
本実施形態のエポキシ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(11)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006907773
(上記一般式(11)において、Pはリン原子を表す。Rは炭素数1〜3のアルキル基、Rはヒドロキシ基を表す。fは0〜5の数であり、gは0〜3の数である。)
一般式(11)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。
本実施形態のエポキシ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(12)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006907773
(上記一般式(12)において、Pはリン原子を表す。R10、R11およびR12は炭素数1〜12のアルキル基または炭素数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。R13、R14およびR15は水素原子または炭素数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、R14とR15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)ホスフィン等の芳香環に無置換またはアルキル基、アルコキシル基等の置換基が存在するものが好ましく、アルキル基、アルコキシル基等の置換基としては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、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等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(12)で表される化合物としては、リン原子に結合するR10、R11およびR12がフェニル基であり、かつR13、R14およびR15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エポキシ樹脂組成物の硬化物の熱時弾性率を低下させる点で好ましい。
本実施形態の半エポキシ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(13)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 0006907773
(上記一般式(13)において、Pはリン原子を表し、Siは珪素原子を表す。R16、R17、R18およびR19は、それぞれ、芳香環また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R20は、YおよびYと結合する有機基である。式中R21は、YおよびYと結合する有機基である。YおよびY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YおよびY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。YおよびY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YおよびY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。R20、およびR21は互いに同一であっても異なっていてもよく、Y、Y、YおよびYは互いに同一であっても異なっていてもよい。Zは芳香環また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(13)において、R16、R17、R18およびR19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−オクチル基およびシクロヘキシル基等が挙げられ、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等のアルキル基、アルコキシ基、水酸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(13)において、R20は、YおよびYと結合する有機基である。同様に、R21は、YおよびYと結合する有機基である。YおよびY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YおよびY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YおよびY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YおよびY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R20およびR21は互いに同一であっても異なっていてもよく、Y、Y、Y、およびY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(13)中の−Y−R20−Y−、およびY−R21−Y−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、分子内にカルボキシル基、または水酸基を少なくとも2個有する有機酸が好ましく、さらには芳香環を構成する隣接する炭素にカルボキシル基または水酸基を少なくとも2個有する芳香族化合物が好ましく、芳香環を構成する隣接する炭素に水酸基を少なくとも2個有する芳香族化合物がより好ましく、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−プロパンジオールおよびグリセリン等が挙げられるが、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(13)中のZは、芳香環または複素環を有する有機基または脂肪族基を表し、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、ヘキシル基およびオクチル基等の脂肪族炭化水素基や、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基およびビフェニル基等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、アミノプロピル基等のグリシジルオキシ基、メルカプト基、アミノ基を有するアルキル基およびビニル基等の反応性置換基等が挙げられるが、これらの中でも、メチル基、エチル基、フェニル基、ナフチル基およびビフェニル基が熱安定性の面から、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等のシラン化合物、2,3−ジヒドロキシナフタレン等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等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。
本実施形態の硬化促進剤(C)の含有量の下限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、0.05重量%以上が好ましく、0.08重量%以上がより好ましく、0.1重量%以上がさらに好ましい。また、硬化促進剤(C)の含有量の上限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、10重量%以下が好ましく、7.5重量%以下がより好ましく、5重量%以下がさらに好ましい。上記硬化促進剤(C)の含有量を上記下限値以上とすることにより、適切な硬化をおこなうことができる。また、上記硬化促進剤(C)の含有量を上記上限値以下とすることにより、保管性や流動性を向上させることができる。
[硬化遅延剤(E)]
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化遅延剤(E)を含むことができる。当該硬化遅延剤(E)は、ラクトン化合物を含むことができる。
本実施形態において、ラクトン化合物としては、ラクトン環に結合したヒドロキシ基を有するラクトン化合物を用いることができる。このため、溶融粘度特性に優れたエポキシ樹脂組成物を実現することができる。また、ラクトン化合物の構造やその含有量を適切に制御することにより、溶融粘度特性、硬化特性のバランスを向上させることができる。
本発明者は、硬化促進剤の硬化特性を制御できる化合物の存在に気づき、更に検討を深めた結果、ラクトン環にヒドロキシ基が結合したラクトン化合物を用いることにより、硬化促進剤を使用したエポキシ樹脂組成物に対して、溶融粘度特性を適切に制御できるという知見を見出すに至った。
詳細なメカニズムは定かでないが、次のように推察される。本実施形態において、ラクトン化合物は、ラクトン環に結合したヒドロキシ基を有するため、低いpKa(酸解離定数)を有することになる。ラクトン化合物がアニオンとなり、硬化促進剤がカチオンとなるため、ラクトン環に結合したヒドロキシ基が、硬化促進剤に配位結合またはイオン結合することになる。このような相互作用により、硬化促進剤を含有するエポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性を適切に制御できると考えられる。
本実施形態において、ラクトン化合物のpKaの上限値は、例えば、6以下としてもよく、5.5以下としてもよく、5以下としてもよく、4.6以下としてもよい。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性を高めることができる。ラクトン化合物のpKaの下限値は、特に限定されないが、例えば、2以上としてもよい。
ここで、例えば特開2013−32510に記載の芳香族のヒドロキシ基のpKaは、9〜10程度であることが知られている。例えば、下記式に示すような芳香族環に結合したヒドロキシ基を有する6員環ラクトンのpKaは9.5である。このようなラクトン化合物においては本発明者が検討した結果から、本実施形態のような溶融粘度特性の効果を得ることが難しいことが分かった。
Figure 0006907773
上記ラクトン化合物は、ラクトン環Aに少なくとも1以上のヒドロキシ基を有する、下記構造単位(1)を含有するラクトン化合物を含むことが好ましい。
Figure 0006907773
(上記構造単位(1)中、mは1または2の整数、nは1〜6の整数を表す。Bは1価または2価の有機基を表す。Raは、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、アルキル基を表す。nが2以上のとき、Raは互いに結合して環を形成してもよい。Raは、無置換でも置換基を有していてもよい。)
上記ラクトン環Aは、例えば、5〜7員環の複素環式化合物を有していてもよく、より好ましくは6員環の複素環式化合物を有していてもよい。この場合、複素環式化合物のヘテロ原子は酸素原子である。
6員環のラクトン環Aにおいては、隣接炭素原子が縮合することにより、ベンゼン骨格、ナフタレン骨格またはピリジン骨格が6員環のラクトン環A(ラクトン骨格)に縮合していてもよい。
本実施形態のラクトン化合物が、クマリン構造またはビスクマリン構造を有していてもよい。
クマリン構造を有するラクトン化合物としては、以下の一般式(I)で表される構造を含むことができる。
Figure 0006907773
一般式(I)中のR〜Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。R〜Rは、水素原子、水酸基、炭素原子数が1〜20、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜6であり、直鎖もしくは分岐のあるアルキル基、または炭素原子数が6〜20である、アリール基、アルカリール基若しくはアラルキル基を表す。ただし、R〜Rの少なくとも1以上は水酸基である。本実施形態において、一般式(I)中、Rが水酸基を有していてもよい。
ビスクマリン構造を有するラクトン化合物としては、特に限定されないが、例えば、2つの上記クマリン構造を所定の架橋基(上記構造式(1)中のBを介して)で連結した構造としてもよい。
このようなビスクマリン構造を有するラクトン化合物としては、以下の一般式(II)で表される構造を含むことができる。
Figure 0006907773
上記一般式(II)中のRは、下記の化学式から選択される。
Figure 0006907773
本実施形態において、ビスクマリン構造を有するラクトン化合物は、クマリン構造を有するラクトン化合物よりも、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性の効果を高めることができる。詳細なメカニズムは定かでないが、次のように考えられる。すなわち、クマリン骨格が2つ結合しているジクマロール骨格は、物理的な動きが制限された構造を有する。このため、アニオンとカチオンとの配位結合をより安定化させることができる。このとき、硬化促進剤のカチオンに対するジクマロール骨格による配位結合あるいはイオン結合(相互作用)が強くなるとともに、カチオンをさらに安定化できると考えられる。このため、ビスクマリン構造を有するラクトン化合物を使用することにより、クマリン構造を有するラクトン化合物の場合よりも、少量の添加量でも、それと同等以上の効果を得ることができる。
本実施形態において、エポキシ樹脂組成物中の硬化促進剤(C)の含有量に対する硬化遅延剤(E)(またはラクトン化合物)の含有量のモル比の下限値は、例えば、0.1以上としてもよく、好ましくは0.2以上であり、より好ましくは0.3以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性や流動性を高めることができる。さらにはエポキシ樹脂組成物の保管性を高めることができる。また、上記エポキシ樹脂組成物中の硬化促進剤(C)の含有量に対する硬化遅延剤(E)(またはラクトン化合物)の含有量のモル比の上限値は、特に限定されないが、例えば、4以下としてもよく、好ましくは3以下であり、より好ましくは2以下である。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性と硬化特性のバランスを向上させることがでる。
本実施形態において、硬化遅延剤(またはラクトン化合物)の含有量の下限値は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、例えば、0.01重量%以上としてもよく、好ましくは0.02重量%以上であり、より好ましくは0.025重量%以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性や流動性を高めることができる。さらにはエポキシ樹脂組成物の保管性を高めることができる。また、硬化遅延剤(またはラクトン化合物)の含有量の上限値は、エポキシ樹脂組成物全体に対して、特に限定されないが、例えば、1.5重量%以下としてもよく、好ましくは1.25重量%以下であり、より好ましくは1重量%以下である。これにより、エポキシ樹脂組成物の溶融粘度特性と硬化特性のバランスを向上させることがでる。
[無機充填材(D)]
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、さらに無機充填材(D)を含むことができる。
本実施形態において、無機充填材(D)としては、特に限定されないが、例えば、溶融破砕シリカ、溶融シリカ、結晶シリカ、2次凝集シリカ、アルミナ、チタンホワイト、水酸化アルミニウム、タルク、クレー、ガラス繊維等が挙げられる。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、上記無機充填材(D)としては、特に、溶融シリカであるのが好ましい。溶融シリカは、硬化促進剤(C)との反応性に乏しいので、本実施形態のエポキシ樹脂組成物中に多量に配合した場合でも、エポキシ樹脂組成物の硬化反応が阻害されるのを防止することができる。また、無機充填材(D)として溶融シリカを用いることにより、得られる半導体装置の補強効果がより向上する。
無機充填材(D)の形状としては、例えば、粒状、塊状、鱗片状等のいずれでもよいが、中でも、粒状(特に、球状)が好ましい。
本実施形態の無機充填材(D)の平均粒径の下限値は、例えば、1μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましい。無機充填材(D)の平均粒径の上限値は、例えば、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。上記無機充填材(D)の平均粒径を上記範囲内とすることにより、充填性を高め、かつエポキシ樹脂組成物の溶融粘度の上昇を抑えることができる。
本実施形態の無機充填材(D)の含有量の下限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、40重量%以上が好ましく、50重量%以上がより好ましく、60重量%以上がさらに好ましい。また、無機充填材(D)の含有量の上限値は、エポキシ樹脂組成物の全体100重量%に対して、例えば、97.5重量%以下が好ましく、97重量%以下がより好ましく、95重量%以下がさらに好ましい。上記無機充填材(D)の含有量を上記下限値以上とすることにより、本実施形態のエポキシ樹脂組成物を用いて成形したパッケージの反りを抑えることができるとともに、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る。また、上記無機充填材(D)の含有量を上記上限値以下とすることにより、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の流動性を高められ、成形性を良好とすることができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、上記(A)〜(E)の化合物の他に、必要に応じて、その他の添加剤を含むことができる。その他の添加剤としては、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、臭素化エポキシ樹脂、酸化アンチモン、リン化合物等の難燃剤、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等を用いることができる。これらを1種または2種以上用いてもよい。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物の製造方法は、例えば、上記(A)〜(E)の化合物、の他に、必要に応じて、その他の添加剤等を、ミキサーを用いて常温混合し、熱ロール、加熱ニーダー等を用いて加熱混練し、冷却、粉砕することにより得られる。
次いで、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の物性について説明する。
当該エポキシ樹脂組成物は、175℃で溶融状態まで加熱したとき、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有しており、
当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始から、η1に達した時間をS1とし、η1に達した後にη3に達する時間をS3とする。このとき、S3/S1の下限値は、たとえば、3.5以上であり、好ましくは3.8以上であり、より好ましくは4.5以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができる。一方で、S3/S1の上限値は、たとえば、15以下であり、好ましくは11以下であり、より好ましくは8.0以下である。これにより、エポキシ樹脂の硬化性を向上させることができる。
当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の10倍の粘度をη10とし、測定開始から、η1に達した時間をS1とし、η1に達した後にη10に達する時間をS10とする。このとき、|S10/S1−S3/S1|の下限値は、例えば、2.2以上であり、好ましくは2.5以上であり、より好ましくは3.0以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の硬化性を向上さえることができる。一方で、|S10/S1−S3/S1|の上限値は、例えば、7以下であり、好ましくは6以下であり、より好ましくは5以下である。これにより、エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上さえることができる。無機充填材を含むエポキシ樹脂組成物においては、例えば、ワイヤー流れ量を小さくすることができる。
当該エポキシ樹脂組成物をタブレット状に成形し、40℃、48hで保管した後、保管後の当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始から、η1に達した時間をSh481とし、η1に達した後にη3に達する時間をS48h3とする。このとき、S48h3/S48h1の下限値は、たとえば、3.5以上であり、好ましくは3.8以上であり、より好ましくは4.5以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができる。一方で、S48h3/S48h1の上限値は、たとえば、15以下であり、好ましくは11以下であり、より好ましくは8.0以下である。これにより、エポキシ樹脂の硬化性を向上させることができる。
本実施形態のエポキシ樹脂組成物において、示差走査熱量計を用いて昇温速度10℃/分の条件下で30℃から300℃まで昇温した際に得られる当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度の下限値は、例えば、94℃以上であり、好ましくは95℃以上であり、より好ましくは100℃以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができる。無機充填材(D)を含むエポキシ樹脂組成物においては、例えば、スリットバリを抑制することができる。一方で、上記発熱開始温度の上限値は、特に限定されないが、例えば、135℃以下でもよく、好ましくは130℃以下でもよく、より好ましくは120℃以下でもよい。これにより、低温硬化特性を向上させることができる。
本実施形態において、発熱開始温度としては、70℃における発熱高さH1と最大発熱ピーク温度における発熱高さHMAXとの差をΔH1とし、発熱高さH1を基準にしたときに発熱高さが、ΔH1の3%に達した時の温度を、上記の発熱開始温度とする。
また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物のDSC曲線において、70℃における発熱高さH1と最大発熱ピーク温度における発熱高さHMAXとの差をΔH1とし、当該発熱高さH1と120℃における発熱高さH2との差をΔH2としたとき、(ΔH2/ΔH1)×100は、120℃における発熱高さ比率を表す。
上記120℃における発熱高さ比率の上限値は、例えば、40以下であり、好ましくは39以下であり、より好ましくは38以下である。これにより、エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができる。無機充填材(D)を含むエポキシ樹脂組成物においては、例えば、スリットバリを抑制することができる。一方で、上記120℃における発熱高さ比率の下限値は、例えば、0.5以上であり、好ましくは0.8以上であり、より好ましくは1.0以上である。これにより、低温硬化特性を向上させることができる。
また、本実施形態において、キュラストメーターを用いて、金型温度175℃にて当該エポキシ樹脂組成物の硬化トルクを経時的に測定した際の、測定開始600秒後までの最大硬化トルク値をTmaxとし、立ち上がり時間をT1とし、Tmaxの80%の硬化トルク値に達する、測定開始からの経過時間をT2とする。このとき、T2/T1の下限値は、たとえば、1.20以上であり、好ましくは2.65以上であり、好ましくは2.7以上であり、より好ましくは2.9以上である。これにより、エポキシ樹脂組成物の製造安定性を向上させることができる。T2/T1の上限値は、たとえば、4.50以下であり、好ましくは4.0以下であり、より好ましくは3.9以下である。これにより、エポキシ樹脂の硬化性を向上させることができる。
また、上記T2/T1において、例えば、T1が38s以上から95s以下が好ましく、40s以上から60s以下がより好ましい。T1を下限値以上とすることにより、エポキシ樹脂組成物の流動性を向上させることができる。T1を上限値以下とすることにより、エポキシ樹脂組成物の硬化性を向上させることができる。
本実施形態では、たとえばエポキシ樹脂組成物中に含まれる各成分の種類や配合量等を適切に選択することにより、上記S3/S1、S48h3/S48h1および、DSC曲線における発熱開始温度や120℃における発熱量を制御することが可能である。これらの中でも、たとえばラクトン化合物としてラクトン環Aに少なくとも1以上のヒドロキシ基を有する種類を用いることや、硬化促進剤に対するラクトン化合物の含有量比を適切に制御すること等が、上記S3/S1、S48h3/S48h1および、DSC曲線における発熱開始温度や120℃における発熱量を所望の数値範囲とするための要素として挙げられる
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、例えば、半導体素子等の電子部品の封止に用いる封止用樹脂組成物として用いることができる。また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、トランスファー形成用、MAP成形用、圧縮成型用またはアンダーフィ材用等の封止用に用いることができる。
本実施形態の半導体装置は、半導体素子と、半導体素子を封止する封止部材と、を備えることができる。このような封止部材は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成されている。本実施形態の半導体装置は、例えば、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を用いて、上記エポキシ樹脂組成物を硬化成形し、半導体素子等の電子部品を封止することにより得られる。
本実施形態の半導体装置としては、特に限定されないが、例えば、SIP(Single Inline Package)、HSIP(SIP with Heatsink)、ZIP(Zig−zag Inline Package)、DIP(Dual Inline Package)、SDIP(Shrink Dual Inline Package)、SOP(Small Outline Package)、SSOP(Shrink SmallOutline Package)、TSOP(Thin Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J−leaded Package)、QFP(Quad Flat Package)、QFP(FP)(QFP Fine Pitch)、TQFP(Thin Quad Flat Package)、QFJ(PLCC)(Quad Flat J−leaded Package)、BGA(Ball Grid Array)等が挙げることができる。
次に、図1を用いて、半導体装置100について説明する。
図1は、半導体装置100の一例を示す断面図である。
半導体装置100は、基板10と、基板10の一面上に搭載された半導体素子20と、基板10のうちの上記一面および半導体素子20とを封止する封止樹脂層30と、を備えた半導体パッケージである。すなわち、半導体装置100は、基板10のうちの上記一面とは反対の他面が封止樹脂層30によって封止されない、片面封止型の半導体パッケージである。封止樹脂層30は、本実施形態のエポキシ樹脂組成物の硬化物により構成される。これにより、熱時における封止樹脂層30の線膨張係数を大きくできるので、封止樹脂層30と基板10との熱時線膨張係数の差を小さくできる。そのため、高温環境での使用時において、半導体装置100の全体の反りを抑制することができる。
本実施形態において、半導体素子20の上面は、封止樹脂層30により覆われていてもよく(図1)、封止樹脂層30から露出していてもよい(不図示)。
図1に示す例では、基板10は有機基板が用いられる。基板10のうち半導体素子20を搭載する表面(搭載面)とは反対側の裏面には、たとえば複数の半田ボール12が設けられる。また、半導体素子20は、たとえば基板10上にフリップチップ実装される。半導体素子20は、たとえば複数のバンプ22を介して基板10へ電気的に接続される。変形例として、半導体素子20は、ボンディングワイヤを介して基板10へ電気的に接続されていてもよい。
図1に示す本例では、半導体素子20と基板10との間の隙間は、たとえばアンダーフィル32によって充填される。アンダーフィル32としては、たとえばフィルム状または液状のアンダーフィル材料を使用することができる。アンダーフィル32と封止樹脂層30とは異なる材料で構成されていてもよいが、同一の材料で構成されていてもよい。本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、モールドアンダーフィル材料として用いることができる。このため、アンダーフィル32と封止樹脂層30とを同一材料で構成できるとともに同一工程で形成することも可能にある。具体的には、半導体素子20をエポキシ樹脂組成物で封止する封止工程と、基板10と半導体素子20との間の隙間にエポキシ樹脂組成物を充填する充填工程とを同一工程(一括)で実施することができる。
本実施形態において、封止樹脂層30の厚さは、例えば、基板10の実装面(外部接続用の半田ボール12が形成された面とは反対側の一面)から、封止樹脂層30の天面までの最短距離としてもよい。なお、封止樹脂層30の厚さとは、基板10のうちの半導体素子20を搭載する一面の法線方向における、上記一面を基準とした封止樹脂層30の厚さを指す。この場合、封止樹脂層30の厚さの上限値は、たとえば、0.4mm以下としてもよく、0.3mm以下としてもよく、0.2mm以下としてもよい。一方、封止樹脂層30の厚さの下限値は、特に限定されないが、例えば、0mm以上としてもよく(エクスポーズドタイプ)、0.01mm以上としてもよい。
また、基板10の厚さの上限値は、例えば、0.8mm以下としてもよく、0.4mm以下としてもよい。一方、基板10の厚さの下限値は、特に限定されないが、例えば、0.1mm以上としてもよい。
本実施形態によれば、このように半導体パッケージの薄型化を図ることができる。また、薄型の半導体パッケージであっても、本実施形態に係るエポキシ樹脂組成物を用いて封止樹脂層30を形成することにより、半導体装置100の反りを抑制することが可能となる。また、本実施形態においては、たとえば封止樹脂層30の厚さを、基板10の厚さ以下とすることができる。これにより、半導体装置100をより効率的に薄型化することができる。
次に、構造体102について説明する。
図2は、構造体102の一例を示す断面図である。構造体102は、MAP成形により形成された成形品である。このため、構造体102を半導体素子20毎に個片化することにより、複数の半導体パッケージが得られることとなる。
構造体102は、基板10と、複数の半導体素子20と、封止樹脂層30と、を備えている。複数の半導体素子20は、基板10の一面上に配列されている。図2においては、各半導体素子20が、基板10に対してフリップチップ実装される場合が例示されている。この場合、各半導体素子20は、複数のバンプ22を介して基板10へ電気的に接続される。一方で、各半導体素子20は、ボンディングワイヤを介して基板10に電気的に接続されていてもよい。なお、基板10および半導体素子20は、半導体装置100において例示したものと同様のものを用いることができる。
図2に示す例では、各半導体素子20と基板10との間の隙間は、たとえばアンダーフィル32によって充填される。アンダーフィル32としては、たとえばフィルム状または液状のアンダーフィル材料を使用することができる。一方で、前述のエポキシ樹脂組成物を、モールドアンダーフィル材料として用いることもできる。この場合、半導体素子20の封止と、基板10と半導体素子20との間の隙間の充填と、が一括して行われる。
封止樹脂層30は、複数の半導体素子20と、基板10のうちの上記一面と、を封止している。この場合、基板10のうちの上記一面とは反対の他面は、封止樹脂層30により封止されない。また、封止樹脂層30は、上述したエポキシ樹脂組成物の硬化物により構成される。これにより、構造体102や、構造体102を個片化して得られる半導体パッケージの反りを抑制することができる。封止樹脂層30は、たとえばエポキシ樹脂組成物をトランスファー成形法または圧縮成形法等の公知の方法を用いて封止成形することにより形成される。また、本実施形態において、各半導体素子20の上面は、図2に示すように封止樹脂層30により封止されていてもよく、封止樹脂層30から露出していてもよい。
本実施形態では、本発明のエポキシ樹脂組成物を、半導体装置の封止材料として用いる場合について説明したが、本発明のエポキシ樹脂組成物の用途としては、これに限定されるものではない。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂と、
硬化促進剤と
硬化遅延剤と、を含むエポキシ組成物であって、
前記硬化遅延剤は、ラクトン化合物を含み、
当該エポキシ樹脂組成物は、175℃で溶融状態まで加熱したとき、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有しており、
当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS3としたとき、S3/S1が、3.5以上15以下である、エポキシ樹脂組成物。
2. 1.に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
当該エポキシ樹脂組成物をタブレット状に成形し、40℃、48hで保管した後、
当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS 48h 1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS 48h 3としたとき、S 48h 3/S 48h 1が、3.5以上15以下である、エポキシ樹脂組成物。
3. 1.または2.に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の10倍の粘度をη10とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη10に達するまでの時間をS10としたとき、|S10/S1−S3/S1|が、2.20以上7以下である、エポキシ樹脂組成物。
4. エポキシ樹脂と、
フェノール樹脂と、
硬化促進剤と
硬化遅延剤と、を含むエポキシ組成物であって、
前記硬化遅延剤は、ラクトン化合物を含み、
示差走査熱量計を用いて昇温速度10℃/分の条件下で30℃から300℃まで昇温した際に得られる当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度が、94℃以上135℃以下の範囲内にある、エポキシ樹脂組成物。
5. 4.に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線において、70℃における発熱高さH1と最大発熱ピーク温度における発熱高さH MAX との差をΔH1とし、前記発熱高さH1と120℃における発熱高さH2との差をΔH2としたとき、(ΔH2/ΔH1)×100が、0.5以上40以下である、エポキシ樹脂組成物。
6. 1.から5.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物であって、
前記ラクトン化合物が、クマリン構造またはビスクマリン構造を有する、エポキシ樹脂組成物。
7. 1.から6.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物であって、
前記ラクトン化合物のpKaが2以上6以下である、エポキシ樹脂組成物。
8. 1.から7.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物であって、
当該エポキシ樹脂組成物中の前記硬化促進剤の含有量に対する前記硬化遅延剤の含有量のモル比は、0.1以上4以下である、エポキシ樹脂組成物。
9. 1.から8.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物であって、
前記硬化遅延剤の含有量は、当該エポキシ樹脂組成物全体に対して、0.01重量%以上1.5重量%以下である、エポキシ樹脂組成物。
10. 1.から9.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物であって、
無機充填材をさらに含む、エポキシ樹脂組成物。
11. 1.から10.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物であって、
半導体素子の封止に用いる、エポキシ樹脂組成物。
12. 半導体素子と、
前記半導体素子を封止する封止部材と、を備える半導体装置であって、
前記封止部材が、1.から11.のいずれか1つに記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成される、半導体装置。
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、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。
各実施例、各比較例で用いた成分について、以下に示す。
(エポキシ樹脂組成物の調製)
まず、実施例1〜8、比較例1は、表1に従い配合された各原材料を、乳鉢により常温で混合し、次いで120℃の熱板上で3分間溶融混合した。冷却後、再び乳鉢を用いて常温で粉砕し、エポキシ樹脂組成物を得た。
また、実施例9〜16、比較例2は、表1に従い配合された各原材料を、ミキサーを用いて常温で混合し、次いで70〜100℃でロール混練した。冷却後、粉砕してエポキシ樹脂組成物を得た。
表1中における各成分の詳細は下記のとおりである。また、表1中の単位は、重量%である。
エポキシ樹脂(A)
エポキシ樹脂1: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(日本化薬(株)製NC−3000、エポキシ当量276g/eq、軟化点57℃)
エポキシ樹脂2:トリフェニルメタン型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製1032H−60、エポキシ当量163g/eq)
フェノール樹脂(B)
フェノール樹脂1:ビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂(日本化薬(株)製GPH−65、水酸基当量196g/eq、軟化点65℃)
フェノール樹脂2:トリフェニルメタン骨格を有するフェノール樹脂(明和化成(株)製MEH−7500、水酸基当量97g/eq、軟化点110℃)
硬化促進剤(C)
硬化促進剤1:トリフェニルホスフィン(TPP)(ケイ・アイ化成(株)製、PP360)
硬化遅延剤(E)
硬化遅延剤1:下記式で表されるジクマロール(東京化成(株)製、M0216)
Figure 0006907773
硬化遅延剤2:下記式で表される4−ヒドロキシクマリン(東京化成(株)製、H0235、)
Figure 0006907773
無機充填材(D)
無機充填材1:溶融球状シリカ(平均粒径:31μm、比表面積:1.6m/g、デンカ(株)製、FB−508S)
(添加剤)
シランカップリング剤1:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学(株)製、KBM−403)
着色剤1:カーボンブラック(三菱化学(株)製、MA600)
離型剤1:グリセリンモンタン酸エステル(融点80℃、クラリアント社製、リコルブWE4)
イオン捕捉剤1:ハイドロタルサイト(協和化学工業(株)製、DHT−4H)
低応力化剤1:エポキシ・ポリエーテル変性シロキサン(東レ・ダウコーニング(株)製、FZ−3730))
低応力化剤2:カルボキシル基末端ブタジエン・アクリロニトリル共重合体(PTIジャパン(株)製、CTBN1008−SP)
Figure 0006907773
Figure 0006907773
Figure 0006907773
Figure 0006907773
Figure 0006907773
各実施例、各比較例に対し、それぞれ、下記のようにしてエポキシ樹脂組成物の各評価を行った。評価結果を表2〜5に示す。
(DSC)
示差走査熱量計(セイコーインスツルメンツ製 DSC−6100)を用い、窒素気流下で、昇温速度を10℃/minで30℃から300℃の温度範囲条件にて、10mgの上記エポキシ樹脂組成物について測定した。70℃における発熱高さH1と最大発熱ピーク温度における発熱高さHMAXとの差をΔH1とし、発熱高さH1を基準にしたときに発熱高さが、ΔH1の3%に達した時の温度を、上記の発熱開始温度とした。また、当該発熱高さH1と120℃における発熱高さH2との差をΔH2としたとき、(ΔH2/ΔH1)×100は、120℃における発熱高さ比率を表す。結果を表2に示す。図3は、実施例3、6、比較例1のDSCの測定結果を示す図である。
(最低溶融粘度)
最低溶融粘度は、次のように粘度計を用いて測定した。
まず、コーンプレート型粘度計(東亜工業株式会社製、製造番号CV−1S)を用いて、タブレット状のエポキシ樹脂組成物について測定した。タブレット状のエポキシ樹脂組成物としては、エポキシ樹脂組成物100mgを25mmφの金型に入れ、3t 1分間打錠したものを使用した。さらにエポキシ樹脂組成物は、タブレット作製直後の試料Aを試験、40℃で48時間保管した後の試料Bを試験した。
粘度計による溶融粘度の測定手順としては、試料A(タブレット状のエポキシ樹脂組成物)を熱盤上に乗せた直後から測定を開始する。試料を175℃の熱盤上に乗せた直後を0sとし、最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1(最低溶融粘度)に達した後からη3に達するまでの時間をS3した。
試料Aと同様にして、試料Bの溶融粘度を測定し、試料を175℃の熱盤上に乗せた直後を0sとし、最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS48h1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS48h3した。また、表3中の粘度増加率は、|40℃で48時間保管した後の試料Bの最低溶融粘度η1−試料Aの最低溶融粘度η1|を示し、最低粘度増加割合は、試料Aの最低溶融粘度η1に対する、試料Bの最低溶融粘度η1の増加率を示す。結果を表3に示す。図4は、実施例3、6、比較例1の溶融粘度の経時変化を示す図である。図4中、実線は、試料A(保管前0h)点線は、試料B(40℃、48h保管後)を示す。
(スリットバリ)
得られたエポキシ樹脂組成物40.0gを40mmφの金型に入れ、60kgf/cmの条件で打錠したタブレット状のエポキシ樹脂組成物を低圧トランスファー成形機にて175℃、10MPa、120秒の条件にて、溝を彫った金型に流し込み成型した際に、各スリット(80、60、40、20、10、5μm幅)に流れ出た樹脂の長さを測定し、充填性の指標とした。80、60μm幅において4μm以上流れ出て、かつ、40、20、10、5μm幅において4μm未満流れ出たものを◎。80、60μm幅において4μm以上流れ出た、または、40、20、10、5μm幅において4μm未満流れ出たものを○。80、60μm幅において4μm未満、かつ、40、20、10、5μm幅において4μm以上流れ出たものを×とした。結果を表4に示す。
(ワイヤ流れ量)
得られたエポキシ樹脂組成物4.1gを13mmφの金型に入れ、30kgf/cmの条件で打錠したタブレット状のエポキシ樹脂組成物を低圧トランスファー成形機にて175℃、6.9MPa、120秒の条件にて、ワイヤー流れ量評価試験用の208ピンQFPパッケージ(寸法;28×28×2.4mmt、Cuリードフレーム、テスト素子;9×9mm、ワイヤ−;Au、1.2mils、5mm)を各10パッケージ成形し、成形した208ピンQFPパッケージを軟X線透過装置(エクスロン・インターナショナル(株)製、型番PMS−160)で観察した。
ワイヤー流れ量の計算方法としては、1個のパッケージの中で最も流れた(変形した)ワイヤーの流れ量を(F)、そのワイヤーの長さを(L)として、流れ量=F/L×100(%)を算出し、10パッケージの平均値を表に示した。
ワイヤー流れ量の判定として5%未満を◎、5〜6%を○、6%以上を×とした。
結果を表4に示す。
(キュラスト@175℃)
キュラストメーター((株)エー・アンド・デイ製、キュラストメーターWP型)を用い、金型温度175℃にてエポキシ樹脂組成物のキュラストトルクを経時的に測定し、測定開始600秒後までの最大キュラストトルク値を飽和トルク値とした。また、タブレットはエポキシ樹脂組成物4.3gを25mmφの金型に入れ、5t、1分間打錠したものを使用した。さらにエポキシ樹脂組成物は、タブレット作製直後の試料を試験した。なお、キュラストの立ち上がりの時間は、反応官能基の60%程度が反応した時点から観測した。結果を表5に示す。
実施例1〜16から、本発明のエポキシ樹脂組成物は、溶融粘度特性に優れており、製造安定性が得られることが分かった。また、実施例9〜16から、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いることにより、溶融粘度特性に優れた半導体封止材が得られることが分かった。
以上、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明したが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
100 半導体装置
102 構造体
10 基板
12 半田ボール
20 半導体素子
22 バンプ
30 封止樹脂層
32 アンダーフィル

Claims (11)

  1. エポキシ樹脂と、
    フェノール樹脂と、
    硬化促進剤と
    硬化遅延剤と、を含むエポキシ組成物であって、
    前記硬化遅延剤は、ラクトン環に結合したヒドロキシ基を有し、かつクマリン構造またはビスクマリン構造を有するラクトン化合物を含み、
    当該エポキシ樹脂組成物は、175℃で溶融状態まで加熱したとき、初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有しており、
    当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS3としたとき、S3/S1が、3.5以上15以下である、エポキシ樹脂組成物。
  2. 請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    当該エポキシ樹脂組成物をタブレット状に成形し、40℃、48hで保管した後、
    当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の3倍の粘度をη3とし、測定開始からη1に達した時間をS48h1とし、η1に達した後からη3に達するまでの時間をS48h3としたとき、S48h3/S48h1が、3.5以上15以下である、エポキシ樹脂組成物。
  3. 請求項1または2に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    当該エポキシ樹脂組成物の最低溶融粘度をη1とし、η1の10倍の粘度をη10とし、測定開始からη1に達した時間をS1とし、η1に達した後からη10に達するまでの時間をS10としたとき、|S10/S1−S3/S1|が、2.20以上7以下である、エポキシ樹脂組成物。
  4. エポキシ樹脂と、
    フェノール樹脂と、
    硬化促進剤と
    硬化遅延剤と、を含むエポキシ組成物であって、
    前記硬化遅延剤は、ラクトン環に結合したヒドロキシ基を有し、かつクマリン構造またはビスクマリン構造を有するラクトン化合物を含み、
    示差走査熱量計を用いて昇温速度10℃/分の条件下で30℃から300℃まで昇温した際に得られる当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線における発熱開始温度が、94℃以上135℃以下の範囲内にある、エポキシ樹脂組成物。
  5. 請求項4に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    当該エポキシ樹脂組成物のDSC曲線において、70℃における発熱高さH1と最大発熱ピーク温度における発熱高さHMAXとの差をΔH1とし、前記発熱高さH1と120℃における発熱高さH2との差をΔH2としたとき、(ΔH2/ΔH1)×100が、0.5以上40以下である、エポキシ樹脂組成物。
  6. 請求項1からのいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    前記ラクトン化合物のpKaが2以上6以下である、エポキシ樹脂組成物。
  7. 請求項1からのいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    当該エポキシ樹脂組成物中の前記硬化促進剤の含有量に対する前記硬化遅延剤の含有量のモル比は、0.1以上4以下である、エポキシ樹脂組成物。
  8. 請求項1からのいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    前記硬化遅延剤の含有量は、当該エポキシ樹脂組成物全体に対して、0.01重量%以上1.5重量%以下である、エポキシ樹脂組成物。
  9. 請求項1からのいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    無機充填材をさらに含む、エポキシ樹脂組成物。
  10. 請求項1からのいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物であって、
    半導体素子の封止に用いる、エポキシ樹脂組成物。
  11. 半導体素子と、
    前記半導体素子を封止する封止部材と、を備える半導体装置であって、
    前記封止部材が、請求項1から10のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物で構成される、半導体装置。
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