JPH03296526A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

エポキシ樹脂組成物

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JPH03296526A
JPH03296526A JP10078890A JP10078890A JPH03296526A JP H03296526 A JPH03296526 A JP H03296526A JP 10078890 A JP10078890 A JP 10078890A JP 10078890 A JP10078890 A JP 10078890A JP H03296526 A JPH03296526 A JP H03296526A
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curing
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利夫 塩原
Koji Futatsumori
二ッ森 浩二
Seiji Katayama
片山 誠司
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及栗上夏■且分立 本発明は、成形材料、半導体の封止等に好適に用いられ
るエポキシ樹脂組成物及びその硬化物に関する。
の   び  が  しようとする 半導体装置のパッケージとしては、従来から良好な電気
特性9機械特性、耐薬品性、耐湿性等を有する硬化物を
与えるエポキシ樹脂組成物が広く用いられている。なか
でも、ノボラック型エポキシ樹脂にフェノール樹脂を硬
化剤として配合し、これにさらに無機質充填剤を加えた
樹脂組成物が、現在、半導体装置の樹脂封止の主流とな
っている。
このエポキシ樹脂組成物には、成形時の樹脂の硬化を促
進するための触媒として硬化促進剤を配合することが一
般的であり、硬化促進剤として例えば含窒素、含燐化合
物などが用いられている。
しかしながら、一般に使用される硬化促進剤は、その種
類によっては比較的低温でも触媒作用を示すため、エポ
キシ樹脂と硬化剤その他の成分との加熱混合の際やその
後の保管時において、徐々に硬化が進行して組成物の成
形時の流動性の低下や粘度の上昇など、成形性の低下を
起こすことがある。このため、従来のエポキシ樹脂組成
物は、硬化性がばらついて成形品の電気的2機械的、化
学的特性が低下し易く、保存安定性に劣る。それ故、混
合時や保管時の温度管理を厳重にしなければならず、取
扱いが面倒であるという欠点があり、これらの欠点の解
決が望まれていた。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、保存安定性
に優れ、かつ、加熱成形時には迅速に硬化し、電気的2
機械的、化学的特性の良好な硬化物を与え、成形材料、
半導体の封止等に有用なエポキシ樹脂組成物及びその硬
化物に提供することを目的とする。
課題を解決するための手段及び作用 本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結
果、エポキシ樹脂、フェノール系硬化剤、無機質充填剤
を含有するエポキシ樹脂組成物に下記−数式(I) R′nP+R−rIB−R:・・・(I)(但し、式中
R1は炭素数7〜20のアラルキル基であり、R”、R
3はそれぞれ炭素数1〜7の一価の有機基であり、nは
1〜3の整数である。)で示される化合物を硬化促進剤
として配合した場合、この硬化促進剤は常温で安定で、
しかも、成形時の加熱温度で初めて十分な触媒作用を示
し、それ故、エポキシ樹脂と硬化剤その他の成分との加
熱混合の際やその後の保管時には硬化が進むことがなく
て保存安定性に優れ、かつ、加熱成形時には迅速に硬化
して電気的2機械的、化学的特性の良好な硬化物を与え
るエポキシ樹脂組成物が得られることを知見し、本発明
をなすに至った。
従って、本発明は。
(1)エポキシ樹脂、 (2)フェノール系硬化剤、 (3)上記(1)式で示される硬化促進剤。
(4)無機質充填剤 を必須成分として配合してなるエポキシ樹脂組成物及び
この組成物を硬化させることにより得られる硬化物を提
供する。
以下、本発明につき更に詳述する。
本発明のエポキシ樹脂組成物に使用する第1必須成分の
エポキシ樹脂は、1分子中に1個以上のエポキシ基を有
するものであれば特に制限はなく、例えばビスフェノー
ル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、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
キシ樹脂等が好適に使用されるが、特にクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂を使用することが望ましい。
なお、上記エポキシ樹脂は1組成物の耐湿性の点から加
水分解性塩素の含有量が500ppm以下、遊離のNa
、CQイオンが各々2 ppm以下、有機酸含有量が1
100pp以下のものを用いることが望ましい。
更に、本発明では、エポキシ樹脂として、アルケニル基
含有エポキシ樹脂又はアルケニル基含有フェノール樹脂
、より好適には下記式(m)基であり、Pp qは0≦
p≦10.1≦q:iil;3で示される整数である。
RGは水素原子又はメチル基である。) で示されるアルケニル基含有エポキシ樹脂又はフェノー
ル樹脂と、下記一般式(II) H6Ri、5iOz−(a+bl/z       −
0−(n)(但し1式中R4は置換もしくは非置換の一
価炭化水素基を示し、好ましくはメチル基、エチル基等
の炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基等の炭素数6
〜10のアリール基、これらの基の1以上の水素原子を
ハロゲン原子で置換したCQC,H,−C4等の基、水
素原子の一部をアルコキシシリル基で置換した一C2H
4Si(OCHa)++c 3 H@ s i (o 
CHs ) a v   C* H4S i(OCt 
Hs ) s to、01≦a≦1、好ましくは0.0
3≦8≦0.5.1≦b≦3、好ましくは1.95≦b
≦2.05.1≦a + b < 4、好ましくは1.
8≦a+b≦2.4を満足する正数である。また、1分
子中のけい素原子の数は20〜400の整数であり、1
分子中のけい素原子に直結した水素原子の数は1以上、
好ましくは1〜5の整数である。) で表される有機けい素化合物との付加重合体(シリコー
ン変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂
)を配合することが好ましい。なお、この(II)式の
有機けい素化合物は、そのS i H基が(III)式
のエポキシ樹脂又はフェノール樹脂のアルケニル基に付
加して付加重合体となるものである。
またこの場合、上述のシリコーン変性エポキシ樹脂又は
フェノール樹脂は、加水分解性塩素の含有量が500p
pm以下で、遊離のNa、CΩイオンが各々2ρρ1以
下、有機酸含有量が1100pp以下であることが好ま
しく、加水分解性塩素、遊離のNa、CΩイオン、有機
酸の含有量が上記値を越えると、封止した半導体装置の
耐熱性が悪くなることがある。
上記シリコーン変性エポキシ樹脂又はフェノール樹脂は
単独でもあるいは2種以上を混合して配合してもよく、
さらに配合量は、組成物に配合するエポキシ樹脂と硬化
剤との合計量100部(重量部、以下同様)に対して5
〜70部、特に8〜50部とすることが好ましい。シリ
コーン変性エポキシ樹脂又はフェノール樹脂の配合量が
5部より少ないと十分な低応力性を得にくく、70部を
越えると成形品の機械的強度が低下する場合がある。
次に、第2必須成分のフェノール系硬化剤はエポキシ樹
脂に応じたものが使用され、フェノールノボラック樹脂
やクレゾールノボラック樹脂、ビスフェノール樹脂など
が用いられる。なお、硬化剤として使用するフェノール
系樹脂は、含有する遊離のNa、CΩイオンが各々2 
ppm以下、モノマーのフェノール量が1%以下である
と共に、製造時に残存する微量のホルムアルデヒドのカ
ニツァロ反応で生じる蟻酸等の有機酸が100pρ鳳以
下であることが望ましく、遊離のNa、Cfiイオンや
有機酸の含有量が上記量より多いと、組成物で封止した
半導体装置の耐湿特性が低下する場合があり、モノマー
のフェノール量が1%より多いと。
組成物で作った成形品にボイド、未充填、ひけ等の欠陥
が発生する場合がある。さらにフェノール系樹脂の軟化
点は50〜120℃が好適であり、50℃未満であると
組成物の二次転移温度が低くなって耐熱性が悪くなる場
合があり、120℃を越えると組成物の溶融粘度が高く
なり過ぎて作業性に劣る場合が生じる。
ここで、硬化剤の配合量は別に制限されないが、上記エ
ポキシ樹脂のエポキシ基と上記硬化剤のフェノール性水
酸基とのモル比を0.8〜2、特に1〜1.5の範囲に
することが好適である。両基のモル比が0.8より小さ
くなると組成物の硬化特性や成形品の二次転移温度が低
くなって耐熱性が低下する場合があり、2より大きくな
ると成形品の二次転移温度や電気特性が悪くなることが
ある。
本発明では、第3の必須成分として下記一般式() %式%() (但し、式中R1は炭素数7〜20のアラルキル基であ
り、R2、Raはそれぞれ炭素数1〜7の一価の有機基
であり、nは1〜3の整数である。)で示される化合物
を硬化促進剤として配合する。
ここで、(1)式の置換基R1は炭素数7〜20のアラ
ルキル基であり、例えばベンジル基、2−フェニルエチ
ル基、1−フェニルエチル基、3−フェニルプロピル基
などが挙げられる。また、R”、 R3はそれぞれ炭素
数1〜7の一価の有機基であり、例えばメチル基、エチ
ル基、プロピル基。
ブチル基などのアルキル基、フェニル基、トリル基など
のアリール基等の1価炭化水素基が挙げられるが、中で
もブチル基、フェニル基が最も一般的である。また、n
は1〜3の整数であるが、原料の入手し易さ等の点から
nは】であることが−量的である。
このような上記(1)式の化合物として具体的には、ベ
ンジルトリフェニルホスホニウム・テトラブチルボレー
ト、1−フェニルエチルトリフェニルホスホニウム・テ
トラフェニルボレート、ベンジルトリフェニルホスホニ
ウム・エチルトリフェニルボレート、2−フェニルエチ
ルトリフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート
、ベンジルトリフェニルホスホニウム・テトラフェニル
ボレート、ベンジルトリブチルホスホニウム・テトラフ
ェニルボレート、ベンジルトリブチルホスホニウム・テ
トラエチルボレート、ジベンジルジフェニルホスホニウ
ム・テトラブチルボレート、トリベンジルフェニルホス
ホニウム・テトラブチルボレート等が例示される。
なお、上記(1)式の化合物は、対応するアラルキル基
含有のハロゲン化物と第三級ホスフィンなどとの反応又
は有機ハロゲン化物と対応するアラルキル基含有の第三
級ホスフィンとの反応の後に、対応する硼素化合物(第
四級ボレート・アルカリ金属塩等)を反応させるなど、
公知の反応(Chew、 Bar、 92.2756 
(1955)、 J、Am、 Chem。
Soc、 87.4156 (1965)等に記載)を
利用して合成することができ、例えば臭化ベンジルとト
リフェニルホスフィンやトリブチルホスフィンとの反応
の後、さらにソジウムテトラフェニルボレート等と反応
させるなどして合成することができる。
更に1本発明では、硬化促進剤として(1)式の化合物
を単独で使用してもよいが、他の硬化促進剤と併用して
用いることもでき、他の硬化促進剤として特に1,8−
ジアザビシクロ−7−ウンデセンとの併用が組成物の耐
湿性の点から望ましい。
また、(1)式の化合物の配合量は第1成分としてのエ
ポキシ樹脂100部に対して0.1〜10部、特に0.
3〜5部が好ましく、配合量が0.1部に満たないと硬
化性が悪くなる場合があり、−方10部を越えると保存
安定性、耐湿特性が悪くなる場合がある。又、その他の
硬化促進剤として併用する場合の1,8−ジアザビジグ
ロー7−ウンデセンは、(1)式で示される化合物1部
に対し0.02〜2部の配合割合で併用することが望ま
しい。
次いで、第4必須成分の無機質充填材としては、例えば
溶融シリカや結晶シリカの他、窒化珪素、アルミナ、窒
化アルミニウム、窒化硼素、酸化マグネシウム、炭酸カ
ルシウム、けい酸カルシウム。
ジルコニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維粉
などが用いられる。
本発明において使用される無機質充填剤は、無定形、焼
結1球状等、種々のものを用いることができるが、封止
材料としては特に球状または球状に近い形状のものが好
ましい。その平均粒径は好ましくは5〜75ミクロンで
あるが、全無機質充填剤量の30%を越えない範囲で平
均粒径が0,1〜5ミクロンのものを用いても良い。
なお、組成物中に含まれる無機質充填剤量は特に限定さ
れるものではないが、組成物全体の60重量%以上であ
ることが好ましい。
更に、無機質充填剤はシランカップリング剤等であらか
じめ処理してもよい。この場合、処理に用いるシランカ
ップリング剤としては、構造式が下記式(IV) RL−0SL(OR”)。        ・・・(I
V)で表されるような加水分解性残基含有シラン類が好
ましく用いられる。
ここで、(rV)式中の置換基R7としては、水素原子
、メチル基、エチル基、プロピル基、γ−メルカプトプ
ロピル基、γ−クロロプロピル基等の置換又は非置換の
アルキル基、フェニル基などのアリール基や、エポキシ
、アミノ、アクリル、アルケニル、カルボキシル官能性
であるような下記に示すものが挙げられる。
CH2CHCH20CH2CH2CH2−〜1 H2NCR2C1(2NHCH2CH2CH2−R’R
”NCH2CH2CH,− R’、 R”=H又11CdH2d+l (d=1〜6
(7)圃CH2=C(R11)COO(CH,)n−R
11=H又はCH3(n=1〜3の整艶CH2=CH(
CH3)m−(m=0〜4のmHOCO(CHz)u− (Q=2〜18の引唆り 一方、R”としては、例えばメチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル
基等の置換又は非置換のアルキル基、ビニル基、アリル
基、イソプロペニル基等のアルケニル基、フェニル基等
のアリール基、アセチル基、プロピオニル基、ブチニル
基等のアシル基などが挙げられるが、その内メチル基、
エチル基、イソプロペニル基などが一般的であり、また
Cは1〜4の整数であるが、Cが3又は4であることが
より好ましい。
なお、上述したシランカップリング剤は単独で使用して
もあるいは2種類以上を併用してもよく、更には、これ
らをあらかじめ一部加水分解したものを用いてもよい。
また、シランカップリング剤の量は無機質充填剤100
部に対して0.001〜8部、より好ましくは0.01
〜5部の範囲であることが好ましい。シランカップリン
グ剤が少なすぎると処理をした効果、即ち耐湿性の向上
等があられれない場合があり、多すぎるとパリ特性など
がかえって悪化してしまうことがある。
シランカップリング剤による処理方法としては、乾式、
湿式のどちらを用いても良く、乾式法はボールミルやヘ
ンシェルミキサー等で、湿式法は溶剤中でそれぞれ無機
質充填剤にシランカップリング剤を混合、撹拌すること
によって行うことができる。この場合、溶剤としては、
例えばトルエン。
キシレンなどの炭化水素系、メタノール、エタノール、
イソプロピルアルコールなどのアルコール系、アセトン
、2−ブタノンなどのケトン系、イソプロピルエーテル
、テトラヒドロフランなどのエーテル系等が挙げられ、
水および加水分解促進剤としての錫系、チタン系、ある
いはアミン化合物を併用することもできる。なお、この
ように処理した後に400〜1200℃程度の加熱炉で
焼結することもよい。
本発明の組成物には、さらに必要により各種の添加剤を
添加することができ、例えばカルナバワックス等のワッ
クス類、ステアリン酸等の脂肪酸やその金属塩などの離
型剤(なかでも接着性、離型性の面からカルナバワック
スが好適に用いられる)、カーボンブラック、コバルト
ブルー、ベンガラ等の顔料、酸化アンチモン、ハロゲン
化合物等のlI燃化上側老化防止剤、シランカップリン
グ剤、イオン交換物質などを適宜配合することもできる
なお、本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造に際し
、上述した成分の所定量を均一に撹拌。
混合し、あらかじめ60〜95℃に加熱しであるニーダ
−、ロール、エクストルーダー等で混線、冷却し、粉砕
するなどの方法で得ることができる。
本発明で得られるエポキシ樹脂組成物は、■c、LSI
、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード等の半導体の
樹脂封止やプリント回路板の製造などにも有効に使用で
きる。
本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて半導体装置の樹脂
封止を行なう場合、従来より採用されている成形法、す
なわちトランスファ成形、インジェクション成形、注型
法などを用いて行なうことができる。成形条件は温度1
50〜180℃、ポストキュアは150〜180℃で2
〜16時間程度行なうことが好ましい。
l鳳■宸か呆 本発明のエポキシ樹脂組成物は、保存安定性に優れてい
る上、加熱成形時には迅速に硬化し、電気的9機械的、
化学的特性の良好な硬化物を与えるもので、成形材料、
半導体の封止材等として好適に使用することができる。
〈実施例、比較例〉 以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない
〔実施例1〕 球状アルミナ(平均粒径11声)600重量部(以下単
に部と表わす)をボールミルに入れ、0.05重量%の
1,8−ジアザビシクロ−7−ウンデセンを含む2.5
部のγ−グリシドキシトリプロピルメトキシシランを噴
霧し、均一に分散した。その後、150℃で20時間加
熱処理を行なった。このものと、下記式 で示される化合物と下記式 で示される化合物との付加反応物であるシリコーン変性
エポキシ樹脂(式中の添字は平均値)50部、クレゾー
ルノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量230)1
3部、臭素化エポキシ樹脂(エポキシ当量280)5部
、フェノールノボラック樹脂(フェノール当量100)
32部、カルナバワックス1.5部、γ−グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン1.5部、溶融シリカ(平
均粒径25IjIn)120部、カーボンブラック1.
2部、更にベンジルトリフェニルホスホニウム・テトラ
フェニルボレート1.22部、1,8−ジアザビシクロ
−7−ウンデセン0.14部を70〜80℃の熱ロール
にかけて混練し、冷却粉砕して、エポキシ樹脂組成物を
得た。
〔実施例2〕 実施例1におけるベンジルトリフェニルホスホニウム・
テトラフェニルボレート1.22部をベンジルトリブチ
ルホスホニウム・テトラフェニルボレート1.08部に
代えた以外は同様の条件で処理を行ない、同様の配合で
エポキシ樹脂組成物を得た。
〔実施例3〕 実施例1におけるベンジルトリフェニルホスホニウム・
テトラフェニルボレート1.22部をジベンジルジフェ
ニルホスホニウム・テトラブチルボレート1.16部に
代えた以外は同様の条件で処理を行ない、同様の配合で
エポキシ樹脂組成物を得た。
〔実施例4〕 実施例1におけるベンジルトリフェニルホスホニウム・
テトラフェニルボレート1.22部及び1.8−ジアザ
ビシクロ−7−ウンデセン0.14部をベンジルトリフ
ェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートのみ2.
11部に代え、同様の配合でエポキシ樹脂組成物を得た
〔実施例5〕 実施例1における無機質充填剤を結晶性シリカ(平均粒
径18−)のみ450部に代え、同様の配合でエポキシ
樹脂組成物を得た。
〔実施例6〕 実施例1における無機質充填剤を溶融シリカ(平均粒径
20iim)のみ400部に代え、同様の配合でエポキ
シ樹脂組成物を得た。
〔比較例1〕 実施例1における化合物ベンジルトリフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート1.29部を2−フェニ
ルイミダゾール0.52部に代え、同様の配合でエポキ
シ樹脂組成物を得た。
〔比較例2〕 実施例1における化合物ベンジルトリフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート1.29部をトリフェニ
ルホスフィン0.55部に代え、同様の配合でエポキシ
樹脂組成物を得た。
〔比較例3〕 実施例1における化合物ベンジルトリフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート1.29部をテトラフェ
ニルホスホニウム・テトラフェニルボレート1.27部
に代え、同様の配合でエポキシ樹脂組成物を得た。
〔比較例4〕 実施例6における化合物ベンジルトリフェニルホスホニ
ウム・テトラフェニルボレート1.29部を2−フェニ
ルイミダゾール0.48部に代え、同様の配合でエポキ
シ樹脂組成物を得た。
これらのエポキシ樹脂組成物について、ゲル化時間、保
存安定性およびパワーICの耐湿性(アルミ腐食試験)
を下記方法で評価した。結果を第1表に示す。
グ五化眸皿 175℃におけるゲル化時間を測定した。
獲−皮 トランスファー成形機を用い、175℃/70−・Cl
1l−”で2分成形した後の熱時硬度をパーコール硬度
計935を用いて測定した。
アルミニウム 線 アルミニウム金属電極の腐食を検討するために設計した
14ピンICにエポキシ樹脂組成物をトランスファーモ
ールド法で成形し、130℃、湿度85%の高圧釜内で
IOVのバイアス電圧をがけて100時間入れ、配線の
オープン不良率を調べた。
第1表の結果より、本発明のエポキシ樹脂組成物(実施
例1〜6)は、硬化促進剤として上記(I)式の化合物
以外のものを配合したエポキシ樹脂組成物(比較例1〜
4)に比べ、保存安定性に優れ、かつ、電気的9機械的
、化学的特性がきわめて良好な硬化物を与えることが確
認された。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(1)エポキシ樹脂、 (2)フェノール系硬化剤、 (3)下記一般式( I )で示される硬化促 進剤、 R^1_nP^+R^2_4_−_nB^−R^3_4
    …( I )(但し、式中R^1は炭素数7〜20のアラ
    ルキル基であり、R^2、R^3はそれぞれ炭素数1〜
    7の一価の有機基であり、nは1〜3の整数である。)
    (4)無機質充填剤 を必須成分として配合してなることを特徴とするエポキ
    シ樹脂組成物。 2、アルケニル基含有エポキシ樹脂又はアルケニル基含
    有フェノール樹脂のアルケニル基に下記一般式(II) H_aR^4_bSiO_2_−_(_a_+_b_)
    _/_2…(II)(但し、式中R^4は置換もしくは非
    置換の一価炭化水素基を示し、a、bは0.01≦a≦
    1、1≦b≦3、1≦a+b<4を満足する正数である
    。また、1分子中のけい素原子の数は20〜400の整
    数であり、1分子中のけい素原子に直結した水素原子の
    数は1以上の整数である。)で表される有機けい素化合
    物のSiH基が付加されてなる重合体であるシリコーン
    変性エポキシ樹脂又はシリコーン変性フェノール樹脂が
    配合された請求項1記載のエポキシ樹脂組成物。 3、請求項1又は2記載のエポキシ樹脂組成物を硬化さ
    せることにより得られる硬化物。
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