JPH05125156A - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 この発明のエポキシ樹脂組成物は、ナフトー
ルとジヒドロキシナフタレンと、フェノール、クレゾー
ル、またはキシレノールをアルデヒドで共縮合した平均
分子量３００〜２０００のポリヒドロキシナフタレン系
化合物を硬化剤とし、これとエポキシ樹脂、硬化促進剤
を必須成分とするものである。 【効果】 本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化樹脂の
ガラス転移温度が高く耐熱性、耐湿性に優れ、かつパッ
ケージにクラックが発生しにくいため、半導体封止用に
適する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信頼性に優れた半導体
封止用エポキシ樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子を外環境から守るた
め、エポキシ樹脂組成物で封止する方法が広く採用され
てきた。本組成物の一般的な構成は、エポキシ樹脂、硬
化剤、硬化促進剤、充填剤、その他の配合剤からなり、
エポキシ樹脂としては、フェノール類とホルムアルデヒ
ドとを反応したノボラック樹脂をエポキシ化したもの、
特にオルトクレゾールノボラックエポキシ樹脂が広く用
いられ、硬化剤にはフェノールホルムアルデヒドノボラ
ック樹脂が採用されてきた。

【０００３】近年、半導体素子はますます高集積化大型
化し、多ピンのフラットパッケージが実用化され、封止
された素子にしめるエポキシ樹脂の割合が減少する傾向
にある。このため封止時に強い応力を受け易く、実装方
式も表面実装方式がとられ、実装時に樹脂封止された半
導体を溶融半田中に浸漬するため、強い熱ストレスを受
けるとともに、樹脂内部に吸湿されている水が急激に気
化して体積膨張をおこす厳しい環境にさらされる。

【０００４】前記エポキシ樹脂を用いて、大容量半導体
を封止した場合、パッケージにクラックが発生する問題
が生じ、ボンディングワイヤが変形したり腐食による断
線が生じたり、素子パッシベーションのクラックなどが
発生し易い問題がある。このため、高性能なエポキシ樹
脂が種々提案されているが、未だ問題の解決には至って
いない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガラス転移
温度が高く耐熱性に優れ、かつ耐湿性に優れたパッケー
ジにクラックが発生し難い、新規な半導体封止用エポキ
シ樹脂組成物を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、第一
の発明としてナフトールとジヒドロキシナフタレンと、
フェノール、クレゾール、またはキシレノールをアルデ
ヒドで共縮合した平均分子量３００〜２０００のポリヒ
ドロキシナフタレン系化合物を硬化剤とし、これとエポ
キシ樹脂、硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹脂組
成物であり、第二の発明として、ナフトールとジヒドロ
キシナフタレンと、フェノール、クレゾール、またはキ
シレノールをアルデヒドで共縮合したポリヒドロキシナ
フタレン系化合物において、１分子中にナフトール分子
単位を５５〜１５モル％とジヒドロキシナフタレン分子
単位５５〜１５モル％とフェノール、クレゾール、また
はキシレノール分子単位を３０〜７０モル％（アルデヒ
ド分子単位除外換算）含み、平均分子量が４００〜１５
００のポリヒドロキシナフタレン系化合物を硬化剤と
し、これとエポキシ樹脂、硬化促進剤を必須成分とする
エポキシ樹脂組成物である。

【０００７】［手段を構成する要件］本発明に使用する
ナフトールとジヒドロキシナフタレンと、フェノール、
クレゾール、又はキシレノールとアルデヒドの共縮合物
において、ナフトールは、α−ナフトール、β−ナフト
ールがあげられ、特に共縮合性の高いα−ナフトールが
好ましい。ジヒドロキシナフタレンは、１，５−ジヒド
ロキシナフタレン、１，６−ジヒドロキシナフタレン、
１，７−ジヒドロキシナフタレン、２，６−ジヒドロキ
シナフタレン、２，７−ジヒドロキシナフタレン、１，
４−ジヒドロキシナフタレン、１，２−ジヒドロキシナ
フタレン、１，３−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あげられ、特に共縮合性の高
い１，６−ジヒドロキシナフタレン、２，７−ジヒドロ
キシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレンが好
ましい。また、クレゾールは、ｏ−クレゾール、ｍ−ク
レゾール、ｐ−クレゾールやそれらの混合物が用いら
れ、特に共縮合性の高いｏ−クレゾールやｍ−クレゾー
ルが好ましい。キシレノールは、２，３−キシレノー
ル、２，４−キシレノール、２，５−キシレノール、
３，４−キシレノール、３，５−キシレノールやそれら
の混合物が用いられ、特に共縮合性の高い３，４−キシ
レノールや３，５−キシレノールが好ましい。

【０００８】アルデヒドは、例えばホルムアルデヒド、
アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチルアルデ
ヒドなどの脂肪族アルデヒド、ベンズアルデヒド、ｐ−
ヒドロキシベンズアルデヒド、サリチルアルデヒドなど
の芳香族アルデヒド、グリオキザール、テレフタルアル
デヒドなどの多価アルデヒドが利用でき、中でもホルム
アルデヒド、ベンズアルデヒド、ｐ−ヒドロキシベンズ
アルデヒド、サリチルアルデヒド、グリオキザール、テ
レフタルアルデヒドが好ましい。これらのアルデヒドは
一種類を用いて反応させてもよく、二種類以上を併用し
て反応させることも可能である。

【０００９】共縮合物を得るための、各成分の使用量
は、アルデヒド分子を除外した換算でナフトール５５〜
１５モル％とジヒドロキシナフタレン５５〜１５モル％
とフェノール、クレゾール、またはキシレノール３０〜
７０モル％の配合物１モルに対してアルデヒド０．３〜
０．９５モルである。この時のポリヒドロキシナフタレ
ン系化合物の平均分子量は４００〜１５００が好まし
い。なお、アルデヒドの使用量を多くし反応途中でそれ
らの一部を除去することもできる。

【００１０】分子中のジヒドロキシナフタレン分子単位
の含有量が少ない場合はエポキシ樹脂組成物の耐熱性と
耐湿性が悪くなり、多すぎる場合は樹脂の粘度が高く成
形性に問題が生じる。また、アルデヒドは芳香族の場合
耐湿性に優れ、使用量が少ない場合は共縮合物は適正な
分子量より小さくなるため耐熱性に劣り、多すぎると平
均分子量が高くなりすぎるため高粘度になり成型性に問
題が生じる。共縮合物であるポリヒドロキシナフタレン
系化合物の適正な平均分子量は３００〜２０００であ
り、好ましくは４００〜１５００である。

【００１１】共縮合反応は、触媒として酸やアルカリあ
るいは最初アルカリを次に酸を用いる二段階法などが利
用されるが、酸を用いるのが一般的である。酸は、硫
酸、塩酸、硝酸、臭化水素酸などの鉱酸、パラトルエン
スルホン酸、ベンゼンスルホン酸などのスルホン酸類、
シュウ酸、コハク酸、マロン酸などのカルボン酸類が使
用される。また触媒を用いなくても高温に加熱するだけ
で反応することも可能である。溶媒は必ずしも必要とす
るものではないが、ベンゼン、トルエン、クロルベンゼ
ン、ジクロルベンゼン、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルフ
ォオキシド、ジメチルスルフォアミドなどの溶媒を用い
て反応することができる。反応温度は５０〜２００℃、
好ましくは脂肪族アルデヒドの場合には６０〜１５０
℃、芳香族アルデヒドの場合には６０〜１９０℃で、１
〜１０時間反応させる。この後、必要により不純物を水
洗して除去したり、溶剤洗浄や減圧脱気で未反応モノマ
ーを除去する。

【００１２】本発明のポリヒドロキシ化合物は、硬化剤
として単独で用いてもよいし、７０ｗｔ％以下好ましく
は５０ｗｔ％以下の一般のフェノール樹脂、例えばフェ
ノールや置換フェノール（ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾ
ール、ｔ−ブチルフェノール、クミルフェノール、フェ
ニルフェノールなど）とアルデヒドを酸やアルカリで反
応したものと併用して用いることもできる。

【００１３】次に、本発明に用いられる主剤は通常のエ
ポキシ樹脂であり、特に限定するものではなく、従来公
知のものが用いられる。例えば、ビスフェノールＡ型、
フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型等が
あげられる。これら樹脂のなかでも融点が室温を越えて
おり、室温下では固形状もしくは高粘度の溶液状を呈す
るものが好結果をもたらす。上記ビスフェノールＡ型エ
ポキシ樹脂としては、通常、エポキシ当量１６０〜２０
０、軟化点５０〜１３０℃のものが用いられ、フェノー
ルノボラック型エポキシ樹脂としては、エポキシ当量１
８０〜２１０、軟化点５０〜１３０℃のものが用いら
れ、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、エ
ポキシ当量１８０〜２１０、軟化点６０〜１１０℃のも
のが一般的に用いられる。

【００１４】主剤と硬化剤の配合割合は、エポキシ樹脂
のエポキシ基に対する硬化剤のフェノール性水酸基の当
量比（エポキシ基／フェノール性水酸基）が通常１／
０．８〜１／１．２、好ましくは１／０．９〜１／１．
１の範囲が耐熱性、耐湿性の点から選ばれる。

【００１５】本発明に用いる硬化促進剤は通常の触媒で
あり、特に限定されない。硬化促進剤の具体例として
は、トリフェニルフォスフィン、トリス−２，６−ジメ
トキシフェニルフォスフィン、トリ−ｐ−トリルフォス
フィン、亜リン酸トリフェニルなどのリン化合物、２−
メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール、２−
ウンデシルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾー
ル、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどのイミダ
ゾール類、２−ジメチルアミノメチルフェノール、ベン
ジルジメチルアミン、α−メチルベンジルメチルアミン
などの三級アミン類、１，８−ジアザビシクロ［５．
４．０］ウンデセン−７、１，８−ジアザビシクロ
［５．４．０］ウンデセン−７の有機酸塩類などがあげ
られる。

【００１６】硬化促進剤の配合量は、本発明の組成物中
０．１〜３．０％であるのが耐熱性と耐湿性の点から好
ましい。

【００１７】本発明では、前記各成分の他に、必要に応
じてさらに種々のものを配合することができる。例え
ば、充填剤や充填剤の表面を処理するための表面処理剤
や難燃剤や離型剤や着色剤や可撓性付与剤である。

【００１８】充填剤としては特に限定はなく、例えば、
結晶性シリカ粉、溶融性シリカ粉、石英ガラス粉、タル
ク、ケイ酸カルシウム粉、ケイ酸ジルコニウム粉、アル
ミナ粉、炭酸カルシウム粉等が挙げられるが、シリカ系
のものが好ましい。充填剤の配合割合は、全組成物に対
して６０〜９０ｗｔ％、好ましくは７０〜８５ｗｔ％で
ある。充填剤の配合量が９０ｗｔ％をこえると、組成物
の流動性が低くなって成形が難しく、６０ｗｔ％未満で
は熱膨張が大きくなる傾向がある。

【００１９】表面処理剤としては、公知のシランカップ
リング剤などがあげられ、難燃剤としては三酸化アンチ
モン、五酸化アンチモン、リン酸塩、臭素化物があげら
れ、離型剤としては各種ワックス類を、着色剤にはカー
ボンブラックなどを、可撓性付与剤としてはシリコーン
樹脂、ブタジエン−アクリロニトリルゴムなどが用いら
れる。但し、これらに限定されるものではない。

【００２０】本発明の半導体封止用エポキシ樹脂組成物
の調製方法は特に限定されず、常法によって行われる。
また、本発明の樹脂組成物を用いて半導体を封止する際
の条件にも特に限定はなく、通常、１７５℃、成型圧１
００ｋｇ／ｃｍ^２、３分間の成型と１８０℃、５時間の
後硬化のごとき条件が採用される。

【００２１】

【実施例】以下、実施例をあげて、本発明の実施の態様
を具体的に例示して説明する。本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。

【００２２】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例１）攪拌装置、還流冷却管、温度計、窒素吹込口を備
えた反応容器内に、α−ナフトール７２ｇ、１，６−ジ
ヒドロキシナフタレン２７ｇ、フェノール３１ｇ、パラ
ホルムアルデヒド２３ｇ、シュウ酸０．２ｇを仕込み、
１１０℃に加熱して窒素気流下で８時間撹拌して反応さ
せた。この後、２００℃に加熱し５ｍｍＨｇで未反応物
と水を除去した。得られた共縮合物の平均分子量は５６
０であった。

【００２３】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例２）製造例１において、パラホルムアルデヒドの代り
にベンズアルデヒド９０ｇ、シュウ酸の代りにｐ−トル
エンスルホン酸を用いポリヒドロキシナフタレン系化合
物を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は９３０
であった。

【００２４】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例３）製造例１において、パラホルムアルデヒドの代り
にｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド９８ｇ、反応温度を
１８０℃にしポリヒドロキシナフタレン系化合物を製造
した。得られた共縮合物の平均分子量は９６０であっ
た。

【００２５】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例４）製造例１において、α−ナフトール７２ｇ、１，
６−ジヒドロキシナフタレン２７ｇ、ｍ−クレゾール３
６ｇ、パラホルムアルデヒド２３ｇ、シュウ酸０．２ｇ
を用いポリヒドロキシナフタレン系化合物を製造した。
得られた共縮合物の平均分子量は５６０であった。

【００２６】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例５）製造例４において、パラホルムアルデヒドの代り
にベンズアルデヒド９０ｇ、シュウ酸の代りにｐ−トル
エンスルホン酸を用いポリヒドロキシナフタレン系化合
物を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は９６０
であった。

【００２７】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例６）製造例４において、パラホルムアルデヒドの代り
にｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド９８ｇを用い、反応
温度を１８０℃にしポリヒドロキシナフタレン系化合物
を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は９７０で
あった。

【００２８】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例７）製造例１において、α−ナフトール７２ｇ、１，
６−ジヒドロキシナフタレン２７ｇ、３，４−キシレノ
ール４１ｇ、パラホルムアルデヒド２３ｇ、シュウ酸
０．２ｇを用いポリヒドロキシナフタレン系化合物を製
造した。得られた共縮合物の平均分子量は６１０であっ
た。

【００２９】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例８）製造例７において、パラホルムアルデヒドの代り
にベンズアルデヒド９０ｇ、シュウ酸の代りにｐ−トル
エンスルホン酸を用い、ポリヒドロキシナフタレン系化
合物を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は７０
０であった。

【００３０】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例９）製造例６において、パラホルムアルデヒドの代り
にｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド９６ｇを用い、反応
温度を１８０℃にしてポリヒドロキシナフタレン系化合
物を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は８３０
であった。

【００３１】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例１０）製造例１において、α−ナフトール３６ｇ、β
−ナフトール３６ｇ、１，６−ジヒドロキシナフタレン
２７ｇ、３，４−キシレノール４１ｇ、パラホルムアル
デヒド２３ｇ、シュウ酸０．２ｇを用いポリヒドロキシ
ナフタレン系化合物を製造した。得られた共縮合物の平
均分子量は６２０であった。

【００３２】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例１１）製造例１０において、パラホルムアルデヒドの
代りにベンズアルデヒド９０ｇ、シュウ酸の代りにｐ−
トルエンスルホン酸を用いポリヒドロキシナフタレン系
化合物を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は８
７０であった。

【００３３】（ポリヒドロキシナフタレン系化合物製造
例１２）製造例１０において、パラホルムアルデヒドの
代りにｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド９６ｇを用い、
反応温度を１８０℃にしポリヒドロキシナフタレン系化
合物を製造した。得られた共縮合物の平均分子量は９７
０であった。

【００３４】実施例１〜１２及び比較例１ 主剤として、市販のｏ−クレゾールノボラック型エポキ
シ樹脂（日本化薬（株）のＥＯＣＮ１０２０）、市販の
臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂（日本化薬
（株）ＢＲＥＮ−Ｓ）を用い、硬化剤としてはポリヒド
ロキシナフタレン系化合物製造例１〜１２で得られた各
ポリヒドロキシナフタレン系化合物、市販のフェノール
ノボラック樹脂（荒川化学（株）のタマノール７５２）
を、硬化促進剤としてはトリフェニルフォスフィン、充
填剤としては球状シリカ（三菱金属（株）のＢＦ１０
０）、及びその他の材料として三酸化アンチモン、シラ
ンカップリング剤、ワックス、カーボンブラックを用
い、表１、表２に示す割合で配合して、二本ロールで７
０〜１１０℃の温度にて混練したのち冷却し、粉砕して
半導体封止用エポキシ樹脂組成物を調製した。

【００３５】得られた組成物を、１７５℃、１００ｋｇ
／ｃｍ^２、３分間の硬化条件で成型し、ついで１８０
℃、６時間の条件でポストキュアーさせ成型試験片を作
製した。このパッケージは８０ピン四方向フラットパッ
ケージ（８０ピンＱＦＰ、サイズ；２０×１４×２ｍ
ｍ）であり、ダイパッドサイズ８×８ｍｍである。

【００３６】このようにして得られた半導体装置につい
て、−５０℃／５分〜１５０℃／５分のＴＣＴテストを
行いクラック発生数をみた。また、８５℃／８５％ＲＨ
の相対湿度の恒温槽中に放置して吸湿させた後に、２６
０℃の半田溶融液に１０秒間浸漬する試験を行った。こ
れらの結果を下記の表３、表４に示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、硬化樹
脂のガラス転移温度が高く耐熱性、耐湿性に優れ、かつ
パッケージにクラックが発生しにくいため、半導体封止
用に適する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋月 伸也 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 斉藤 潔 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ナフトールとジヒドロキシナフタレン
   と、フェノール、クレゾール、またはキシレノールをア
   ルデヒドで共縮合した平均分子量３００〜２０００のポ
   リヒドロキシナフタレン系化合物を硬化剤とし、これと
   エポキシ樹脂、硬化促進剤を必須成分とするエポキシ樹
   脂組成物。
2. 【請求項２】 前記ポリヒドロキシナフタレン系化合物
   が、１分子中にナフトール分子単位を５５〜１５モル％
   とジヒドロキシナフタレン分子単位５５〜１５モル％と
   フェノール、クレゾール、またはキシレノール分子単位
   を３０〜７０モル％（アルデヒド分子単位除外換算）含
   み、かつ平均分子量が４００〜１５００である請求項１
   記載のエポキシ樹脂組成物。