JPH04120161A

JPH04120161A - エポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH04120161A
Application number: JP24035190A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hida; 雅之飛田; Tomoshi Tanaka; 田中　智志; Masamitsu Matsui; 正光松井; Yoshihisa Kamitsuma; 上妻　善寿
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1990-09-11
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1992-04-21

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、低応力性および金属との密着性に優れ、かつ
成形性が良好なエポキシ樹脂組成物に関する。

〔従来の技術〕

エポキシ樹脂組成物は、耐熱性や機械的性質、電気的性
質などに優れているために、半導体封止材料や接着剤、
電気絶縁材料、塗料などに幅広く使用されている。

しかし、これらのエポキシ樹脂組成物は、リードフレー
ムや半導体チップなどの金属系材料との熱膨張係数の差
が大きく、成形時やその後の半田工程などでの熱衝撃に
よって発生する熱応力が大きい欠点がある。そのために
、例えば半導体封止材料の場合には、素子のアルミニウ
ム配線をスライドさせたり素子表面にクラックが生じる
などの問題となっている。また、封止するエポキシ樹脂
自体や接着剤としてのエポキシ樹脂自体にクラックが発
生するなどの問題がある。

さらに、半導体素子の表面と封止樹脂あるいは金属リー
ドフレームと封止樹脂との密着性が劣るために、吸湿後
の熱衝撃などで界面が剥離して信頼性を損なうなどの問
題があった。

従来より、低応力性を付与するためには、熱膨張係数の
小さい溶融シリカなどを高濃度で充填させたり、弾性率
を低減させるためにシリコーンゴムなどのゴム成分をエ
ポキシ樹脂組成物中に島状に分散させる試みが検討され
ている。しかし、上述の問題である密着性も具備された
エポキシ樹脂組成物はまだ見い出されていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、スチレン系ブロックコポリマーをエポキシ樹脂に
配合することによって、低応力化や密着性を改良する試
みが提案されている（例えば、特開昭６０−１．２２０
号公報、特開昭６３−２４８．８２０号公報、特開平２
−９９．５５１号公報、特開平２−９９．５１３号公報
、特公平２−２２．７６４号公報など）。しかし、これ
らの提案のように通常のスチレン系ブロックコポリマー
を配合しただけでは、特に成形時の粘度が上昇して実際
には成形時にインサート物であるリードフレームを変位
させたり、ボンディングワイヤーを移動させるなどの成
形上の障害が起きていた。

すなわち、本発明の目的とする低応力および金属との接
着性に優れ、かつ成形性が良好であるエポキシ樹脂組成
物が切望されていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは上述の問題点を解決するために鋭意検討し
た結果、エポキシ樹脂組成物において、架橋したスチレ
ン系ブロックコポリマーを特定量含有するエポキシ樹脂
組成物が、低応力性および金属との接着性に優れ、かつ
成形性が良好であることを見い出し本発明に到達した。

すなわち、本発明は、多官能エポキシ樹脂、エポキシ樹
脂硬化剤、無機充填剤及び架橋したスチレン系ブロック
コポリマーを主成分とするエポキシ樹脂組成物であって
、全組成物中に前記架橋したスチレン系ブロックコポリ
マーが０．０５〜２０重量％含有することを特徴とする
エポキシ樹脂組成物である。

本発明の必須成分である架橋したスチレン系ブロックコ
ポリマーは、スチレン系ブロックコポリマーを架橋して
得られるが、ベースポリマーであるスチレン系ブロック
コポリマーとは、スチレン、α−メチルスチレン、ｐ−
メチルスチレン、ｔ−ブチルスチレンおよびビニルナフ
タレンなどのスチレン系ポリマー鎖と、ブタジェン、イ
ソプレンおよび１．３−ペンタジェンなどのジエン系ポ
リマー鎖およびそのジエン鎖を水素添加したポリマー鎖
とからなるスチレン系ブロックコポリマーである。また
ブロックコポリマーの構造は、ジブロック構造、トリブ
ロック構造などのリニヤ−ブロック状のほか、テーパー
構造をポリマ一連鎖中に有するものや、スターブロック
状などでも差し支えない。しかし、得られる組成物の耐
衝撃性などの点からは、特にジエン鎖を水素添加したい
わゆる水素添加スチレン系ブロックコポリマーが好適で
ある。具体的には、水素添加ポリスチレン／ポリブタジ
ェン／ポリスチレンブロックコポリマー（ＳＥＢＳ）、
水素添加ポリスチレン／ポリイソプレン／ポリスチレン
ブロックコポリマー（ＳＥＰＳ）、水素添加ポリスチレ
ン／ボリブタジエンブロックコボリマー（ＳＥＢ）、水
素添加ポリスチレン／ポリイソプレンブロックコポリマ
ー（ＳＥＰ）などが特に好ましい。また、かかる架橋し
たスチレン系ブロックコポリマー中に占めるスチレン系
ブロックの比率は１０〜５０重量％、水素添加ジエン系
ブロックの比率は９０〜５０重量％か好ましい。

本発明の架橋したスチレン系ブロックコポリマーを得る
方法は、有機過酸化物によって架橋させる方法や、無水
マレイン酸やアクリル酸などを付加させたカルボキシル
変性スチレン系ブロックコポリマーをアミン類やエポキ
シ類、メチロールメラミン類、ジオール類、イソシアネ
ート類、金属酸化物、ジシクロペンタジェン金属ジハロ
ゲン化物、有機酸金属塩などの架橋剤で架橋させる方法
、あるいは、ビニルトリアルコキシシラン変性スチレン
系ブロックコポリマーをスズ系縮合触媒などの存在下で
水架橋させる方法や、電子線やγ線を照射して架橋させ
る方法など公知の方法によって得られる。また、これら
の架橋スチレン系ブロックコポリマーを製造するには、
あらかじめ微粉末にした未架橋スチレン系ブロックコポ
リマーを上記の方法で架橋させる方法や、架橋したシー
トやフィルム状、塊状のスチレン系ブロックコポリマ−
を凍結粉砕などによって粒径が５０μｍ以下、さらに好
ましくは１０μｍ以下の粉末状にして使用することが好
ましい。

なお、架橋したスチレン系ブロックコポリマーの架橋度
を示すゲル含有率（％）と、膨潤度は後述する方法によ
って測定できる。本発明の架橋したスチレン系ブロック
コポリマーとは、ゲル含有率として得られたゲル分のみ
のスチレン系ブロックコポリマーを示すものである。膨
潤度については特に限定するものではないけれども、好
ましくは２〜５０、さらに好ましくは５〜３５の範囲が
挙げられる。膨潤度が２より小さい架橋したスチレン系
ブロックコポリマーを配合したエポキシ樹脂組成物は、
低応力性と金属との密着性の改良効果がやや乏しい。一
方、膨潤度が５０を越えると、架橋したスチレン系ブロ
ックコポリマーがブリードしたり、流動性が低下して成
形性が悪化する傾向にあり好ましくない。

本発明の上述の架橋したスチレン系ブロックコポリマー
は、多官能エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤および無
機充填剤を主成分とするエポキシ樹脂組成物全成分中に
０．０５〜２０重量％含有することを特徴とする。架橋
したスチレン系ブロックコポリマーが０．０５重量％よ
りも少ないと、低応力性や金属との密着性が乏しく、２
０重量％を越えると、流動性と弾性率が低下して不適で
ある。具体的には目的とする用途によって決定されるか
、例えば半導体封止用の場合には、好ましくは０．１−
１０重量％、さらに好ましくは０．５〜４重量％である
。

一方、接着剤用などで充填剤濃度が低い用途の場合の架
橋したスチレン系ブロックコポリマーの含有量は、より
広い範囲の０．１〜２０重量％が好ましい。

なお、さらに低応力化剤として、公知のシリコーン粉末
や種々のシリコーンオイル、シリコーン変性エポキシ樹
脂、シリコーン変性フェノール樹脂や上述の公知の未架
橋スチレン系ブロックコポリマー、アクリロニトリルブ
タジェンゴムなとのブタジェン系ゴムやエチレンプロピ
レンゴムなとのオレフィン系ゴムを少量併用しても差支
えない。

本発明で用いる多官能エポキシ樹脂は、１分子内にエポ
キシ基２個以上有するものであれば特に種類は限定しな
い。具体的には、タレゾールノボラック型エポキシ樹脂
、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、ノボラック型エポキシ樹脂、４．４′
−ビス（２”、３”−エポキシプロポキシ）−３，３’
　、　５．５−テトラメチルビフェニルなどのビフェニ
ル骨格のエポキシ樹脂、ナフタレン骨格のエポキシ樹脂
、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、鎖状脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エ
ポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂、３官能エポキシ樹
脂、４官能エポキシ樹脂、あるいは、難燃性を付与する
ためにこれらに臭素などのハロゲンを導入したエポキシ
樹脂や、エポキシ樹脂組成物の吸水性を低下させる目的
で上記の一部をフッ素で置換したエポキシ樹脂なども使
用できる。具体的には用途によって選択すれば良いけれ
ども、例えば半導体封止用の場合には、クレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂やビフェニル骨格のエポキシ樹脂
、ナフタレン骨格のエポキシ樹脂などが挙げられる。

本発明で用いるエポキシ樹脂硬化剤としては、フェノー
ル類や多価フェノール類、酸無水物やアミン類やジシア
ンジアミド、ポリスルフィド類などが挙げられる。さら
に具体的なフェノール類や多価フェノール類としては、
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
、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂などのノ
ボラック型フェノール樹脂やレゾール型フェノール樹脂
、ビスフェノールＡなどかある。例えば半導体封止用の
場合は特にノボラック型フェノール樹脂か好ましい。

酸無水物類としては、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水
フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水ピロメリッ
ト酸、ドデシル無水コハク酸などが挙げられ、アミン類
としては、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニ
ルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジエチレント
リアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノプ
ロビルアミン、Ｎ−アミノエチルビペラジンメタキシレ
ンジアミンなどが挙げられる。

本発明で使用する無機充填剤としては、溶融シリカや結
晶シリカ、酸化チタン、シリカチタニア、タルク、アル
ミナ、ジルコニア、ベリリア、硫酸カルシウム、炭酸カ
ルシウム、炭酸バリウム、窒化珪素、窒化アルミニウム
などの粉末、あるいはガラス、窒化珪素、炭化珪素の繊
維やチタン酸カリウムなどのウィスカーなどが挙げられ
る。これらの無機充填剤の種類や粒度、配合量としては
、用途によって決定されるもので特に限定するものでは
ないけれども、樹脂組成物全体の１０〜９０重量％が好
ましい。具体的に半導体封止用の場合には、樹脂組成物
全体の７０〜９０重量％が好適である。さらに半導体用
には、高純度と低い熱膨張性の点から溶融シリカか好適
であり、また、平均粒径は２０μｍ以下、さらに１０μ
ｍ以下が好ましく、形状については、球状と破砕状ある
いは角欠は状などを適宜組み合わせて選択しうる。

また、本発明においては、硬化反応を促進させるために
、硬化促進剤を用いることができる。硬化促進剤として
は、２−メチルイミダゾール、２．４ジメチルイミダゾ
ール、２−フェニルイミダゾールなとのイミダゾール類
、１．８−ジアザビシクロ（５，４，０）−ウンデセン
−７、ベンジルメチルアミンなとの三級アミン類やテト
ラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリ
フェニルホスフィンテトラフェニルボレート、２−エチ
ル−４−メチルイミダゾールテトラフェニルボレート、
Ｎ−メチルモルホリンテトラフェニルボレートなどのテ
トラフェニルボロン塩類、トリフェニルホスフィン、ト
リエチルホスフィン、トリ（ｐ−メチルフェニル）ホス
フィンなどの有機ホスフィン類などが挙げられる。

これらの硬化促進剤は、エポキシ樹脂１００重量部に対
して、０．１〜１０重量部が好ましく、種類については
通常１種あるいは２種以上併用して差し支えない。

また、カップリング剤としては、γ−アミノプロピルト
リエトキシシラン、γ−グリシドオキシプロピルトリメ
トキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシ
ランなどのシランカップリング剤やチタンカップリング
剤などを適宜使用することができる。

さらに、半導体封止用途の場合には、少量の離型剤、着
色剤、難燃化剤を配合することか好ましい。離型剤とし
ては、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸お
よびその金属塩、酸アミド類、エステル類やパラフィン
、シリコーン類などが挙げられる。着色剤としてはカー
ボンブラックなど、難燃化剤としては三酸化アンチモン
、五酸化アンチモン、塩素化パラフィン、ハロゲン化エ
ポキシ、リン化合物などが挙げられる。また、耐熱性を
向上させる目的で、ビスマレイミドなどのイミド化合物
を適宜配合して良い。一方、接着剤用途の場合には、離
型剤は不要である。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述の必要成分をブレ
ンダーやミキサーで混合した後、ロールや各種押出機、
バンバリーミキサ−などの装置を用い公知の方法で溶融
混練して製造することができる。

〔実施例〕

次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。以下
、部は重量部を表す。

架橋スチレン系ブロックコポリマーの調製表１の配合に
記したスチレン系ブロックコポリマーと架橋剤、架橋触
媒などをテトラヒドロフランに溶解し、バットに展開し
てテトラヒドロフランを乾燥除去することによってキャ
ストフィルムを得た。各々のキャストフィルムを表１の
条件で架橋し、後述する方法によりゲル含有率と膨潤度
を求め、結果を表１に記載した。

なお、以下の実施例等には、表１で各々調製した後で分
取した１００％の架橋したスチレン系ブロックコポリマ
ーを、凍結粉砕して得た粒径２０μｍ以下の粉末状態で
試験に供した。

実施例１〜１０　　　比較例１〜４表２に示す材料を表３の配合によって計量しミキサーで
混合し、加熱ロールで混練し冷却粉砕してエポキシ樹脂
組成物を得た。評価結果は表３に記した。

調製した架橋したスチレン系ブロックコポリマ−および
エポキシ樹脂組成物の評価方法を以下に記す。

ｌ）ゲル含有率、膨潤度架橋したスチレン系ブロックコポリマーのフィルムを細
かく切断して約２ｇ程度を精秤する（Ａグラム）。これ
に約１００ｍ１のテトラヒドロフランを加えて数時間攪
拌溶解させる。この液を７０メツシユのフルイ上に広く
展開して、フルイ上の架橋したスチレン系ブロックコポ
リマーと取り込まれたテトラヒドロフランの併せた重量
（Ｂグラム）を計量する。次いで、膨潤したテトラヒド
ロフランを乾燥除去して架橋したスチレン系ブロックコ
ポリマー単身の重量（Ｃグラム）、および膨潤したテト
ラヒドロフランの重量（［Ｂ−Ｃｌグラム）を求める。

次式によって、ゲル含有率と膨潤度を計算した。

ゲル含有率（％）＝　（Ｃ／Ａ）Ｘ１００膨潤度Ｃ−）
＝（［Ｂ−Ｃ］／Ｃ）２）低応力性（ピエゾ応力）半導体素子にかかる応力を測定するために、ピエゾ抵抗
素子（応力により抵抗値か変化するピエゾ抵抗素子）を
４２アロイ製リードフレームに搭載し、各エポキシ樹脂
組成物でトランスファー成形してピエゾ抵抗素子にかか
る抵抗から応力を求めた。

３）密着性６ｍｍ角のシリコンチップを４２アロイ製リードフレー
ムに搭載し、各エポキシ樹脂組成物でトランスファー封
止成形して、８０ピンＱＦＰ成形体を得た。

アフターキュアーの後、８５°Ｃ１８５％Ｒ１（の条件
で７２時間吸湿させてから、２６０℃の半田洛中に１０
秒間浸漬してチップ表面とエポキシ樹脂組成物間、リー
ドフレームとエポキシ樹脂組成物間の密着性を超音波探
査映像装置で観察し下記基準で比較評価した。

外周部のみがわずかに剥離・・・・○ 中央部を除いて剥離・・・・Δ 全面剥離不良・・・・× ４）成形性成形性は、１７０°Ｃでのスパイラルフローと、パラレルプレート型粘度計で定常流粘度（１２０°Ｃ９剪断速度＝　１（／５ｅｃ））を測定した。

表ＴＰＰ；　トリフェニルホスフィンＤＢＴＤＬ、ジブチル錫ジラウレート表〔発明の効果〕以上のように、本発明の架橋したスチレン系ブロックコ
ポリマーを特定量含有したエポキシ樹脂組成物は、低応
力性および金属との密着性に優れ、かつ成形性が良好で
ある。従って、半導体封止材料や電気絶縁材料、接着剤
、塗料などに有用な組成物である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多官能エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、無機
充填剤及び架橋したスチレン系ブロックコポリマーを主
成分とするエポキシ樹脂組成物であって、全組成物中に
前記架橋したスチレン系ブロックコポリマーが０．０５
〜２０重量％含有することを特徴とするエポキシ樹脂組
成物。
（２）スチレン系ブロックコポリマーが、水素添加スチ
レン系ブロックコポリマーである請求項（１）記載のエ
ポキシ樹脂組成物。
（３）半導体封止用である請求項（１）又は請求項（２
）記載のエポキシ樹脂組成物。