KR20200018299A - 열경화성 수지 조성물 및 반도체 장치 - Google Patents

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나오유키 구시하라
노리후미 가와무라
요시히라 하마모토
유키 구도
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

[과제] 장기에 걸쳐 우수한 내열성을 가지고, 고온에서도 저흡수율임으로써 내리플로우성이 우수한 경화물을 부여하는 수지 조성물과, 해당 경화물로 밀봉된 반도체 장치의 제공.
[해결 수단]
하기 성분 (A), (B) 및 (C)를 포함하는 열경화성 수지 조성물.
(A) 1 분자 중에 적어도 1개의 환상 이미드기와 적어도 1개의 실록산 결합을 갖는 오르가노폴리실록산
(B) 무기 충전재
(C) 라디칼 중합 개시제
상기 열경화성 수지 조성물의 경화물로 밀봉된 반도체 장치.

Description

열경화성 수지 조성물 및 반도체 장치 {HEAT-CURABLE RESIN COMPOSITION AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 열경화성 수지 조성물 및 그것을 사용한 반도체 장치에 관한 것이다.
전자 기기에 사용되는 전자 부품으로서, 반도체 소자를 수지로 밀봉하여 얻어지는 반도체 패키지가 있다. 종래, 이 반도체 패키지는, 태블릿상의 에폭시 수지 조성물의 트랜스퍼 성형에 의해 제조되고 있는 것이 일반적이다. 그리고, 근년 전자 기기의 소형화, 경량화에 수반하여, 전자 부품의 배선 기판으로의 고밀도 실장이 요구되게 되어, 반도체 패키지에 있어서도 소형화, 박형화 및 경량화가 진행되고 있다.
그것에 수반하여, 반도체 패키지 재료에 대한 요구도 엄격해지고 있다. 특히 표면 실장되는 반도체 장치에서는, 반도체 장치의 땜납 리플로우 시에 고온에 노출되어, 반도체 소자나 리드 프레임과 밀봉 수지인 에폭시 수지 조성물의 경화물의 계면에 박리가 발생하고, 나아가 반도체 장치에 크랙이 발생하면, 반도체 장치의 신뢰성을 크게 손상시키는 불량이 발생하는 경우가 있다.
이들 과제에 대하여는, 밀봉 수지를 저탄성화함으로써 리플로우 시에 반도체 소자나 리드 프레임과 에폭시 수지 조성물의 경화물의 계면에 발생하는 응력을 저하시키거나, 밀봉 수지를 저흡수화시킴으로써 배출되는 수분을 저감시킴으로써 계면의 박리를 억제하거나 하는 방법이 검토되고 있다. 특허문헌 1에는, 비페닐형 에폭시 수지를 포함하는 에폭시 수지 및 경화제로서 페놀 수지를 포함하는 수지 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 재료는 가교 밀도가 낮으며, 높은 유리 전이 온도(Tg)가 얻어지기 어렵고, 장기 내열성 등의 내열성이 부족한 것이 많다.
한편, 에폭시 수지 조성물, 특히 비페닐형이 아닌 에폭시 수지와 페놀 경화제를 포함하는 에폭시 수지 조성물은, 가교 밀도를 높임으로써 고Tg의 경화물이 되지만, 가교 밀도가 너무 높아지면 일반적으로 경화물은 강직한 구조체이며 고탄성율화하는 경향이 있고, 또한 수산기가 많이 형성되는 것도 있어 흡수율도 높아진다.
이와 같이, 많은 특성을 양립시키는 것이 에폭시 수지 조성물에서는 어려워지고 있다. 이들 문제를 해결하고자 에폭시 수지와 말레이미드 화합물의 병용계에 대한 검토도 행해지고 있다. 특허문헌 2, 3에서는 에폭시 수지와 강직한 말레이미드 화합물의 조합으로 고Tg, 고내습성을 실현하고 있지만, 고온 시에 고탄성율이며, 내리플로우성이 부족해졌다. 한편, 특허문헌 4에서는, 에폭시 수지와, 주쇄에 지방족 탄화수소기를 갖는 비스말레이미드 화합물의 조합으로 높은 내리플로우성을 실현하고 있지만, 장기 시험에서 주쇄의 지방족 탄화수소기의 분해가 현저하여, 보다 개선이 요망되고 있다.
일본 특허 공개 평7-216054호 공보 일본 특허 공개 제2003-138103호 공보 일본 특허 공개 제2006-299246호 공보 일본 특허 공개 제2018-24747호 공보
따라서, 본 발명의 목적은, 장기에 걸쳐 우수한 내열성을 가지고, 고온에서도 저흡수율임으로써 내리플로우성이 우수한 경화물을 부여하는 수지 조성물과, 해당 경화물로 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 하기 열경화성 수지 조성물이 상기 목적을 달성할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은, 하기 열경화성 수지 조성물, 해당 조성물의 경화물 및 해당 경화물로 밀봉된 반도체 장치를 제공하는 것이다.
<1>
하기 성분 (A), (B) 및 (C)를 포함하는 열경화성 수지 조성물.
(A) 1 분자 중에 적어도 1개의 환상 이미드기와 적어도 1개의 실록산 결합을 갖는 오르가노폴리실록산
(B) 무기 충전재
(C) 라디칼 중합 개시제
<2>
(A) 성분이 하기 (A-1) 및 (A-2)로부터 선택되는 적어도 1종인 <1>에 기재된 열경화성 수지 조성물.
(A-1) 하기 평균 조성식 (1)로 나타내는 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산
Figure pat00001
(식 중, R1은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 하기 일반식 (2) 혹은 (3)으로 표시되는 기이며, R1 중 적어도 1개는 하기 일반식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 기이다. a는 2 이상의 정수, b는 0 이상의 정수, c는 0 이상의 정수, d는 0 이상의 정수이며, 2≤a+b+c+d≤1,000이다.)
Figure pat00002
(식 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1) 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
(A-2) 하기 평균 조성식 (1')로 나타내는 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산
Figure pat00003
(식 중, R11은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 하기 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, R11 중 적어도 1개는 하기 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, 2개의 R11이 결합하여 하기 일반식 (4)로 표시되는 구조를 형성해도 되고, a'는 2 이상의 정수, b'는 0 이상의 정수, c'는 0 이상의 정수, d'는 0 이상의 정수이며, 2≤a'+b'+c'+d'≤1,000이다.)
Figure pat00004
(식 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1') 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
Figure pat00005
(일반식 (4) 중, A는 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 4가의 유기기를 나타낸다. Z는 탄소수 1 내지 10의 헤테로기를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가의 탄화수소기이다.)
<3>
상기 (A) 성분의 일반식 (4)에 있어서, A가 하기 구조 중 어느 것으로 표시되는 것을 특징으로 하는 <2>에 기재된 열경화성 수지 조성물.
Figure pat00006
(또한, 상기 구조식 중의 치환기가 결합되지 않은 결합손은, 상기 식 (4)에 있어서 환상 이미드 구조를 형성하는 카르보닐 탄소와 결합하는 것이다.)
<4>
상기 (A-1) 성분의 식 (1)에 있어서의 R1 및 (A-2) 성분의 식 (1')에 있어서의 R11의 적어도 1개가 하기 식 (3')로 표시되는 말레이미드 구조를 갖는 유기기인 것을 특징으로 하는 <2> 또는 <3>에 기재된 열경화성 수지 조성물.
Figure pat00007
(일반식 (3') 중, R6 및 R7은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, Y는 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1) 또는 (1') 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
<5>
<1> 내지 <4> 중 어느 한 항에 기재된 열경화성 수지 조성물의 경화물로 밀봉된 반도체 장치.
본 발명의 열경화성 수지 조성물의 경화물은, 장기에 걸쳐 우수한 내열성을 가지고, 고온에서도 저흡수율임으로써 내리플로우성이 우수하다. 따라서, 본 발명의 열경화성 수지 조성물 및 그의 경화물은, 반도체를 밀봉하는 데 유용하다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
<(A) 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산>
본 발명에서 사용되는 (A) 성분은 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산이며, 1 분자 중에 적어도 1개의 환상 이미드기 및 적어도 1개의 실록산 결합(Si-O 결합)을 갖는 오르가노폴리실록산이다.
상기 (A) 성분은, 하기 (A-1) 및 (A-2)로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.
(A-1) 하기 평균 조성식 (1)로 나타내는 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산
Figure pat00008
(식 중, R1은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 하기 일반식 (2) 혹은 (3)으로 표시되는 기이며, R1 중 적어도 1개는 하기 일반식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 기이다. a는 2 이상의 정수, b는 0 이상의 정수, c는 0 이상의 정수, d는 0 이상의 정수이며, 2≤a+b+c+d≤1,000이다.)
Figure pat00009
(식 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1) 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
(A-2) 하기 평균 조성식 (1')로 나타내는 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산
Figure pat00010
(식 중, R11은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 하기 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, R11 중 적어도 1개는 하기 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, 2개의 R11이 결합하여 하기 일반식 (4)로 표시되는 구조를 형성해도 되고, a'는 2 이상의 정수, b'는 0 이상의 정수, c'는 0 이상의 정수, d'는 0 이상의 정수이며, 2≤a'+b'+c'+d'≤1,000이다.)
Figure pat00011
(식 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1') 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
Figure pat00012
(일반식 (4) 중, A는 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 4가의 유기기를 나타낸다. Z는 탄소수 1 내지 10의 헤테로기를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가의 탄화수소기이다.)
상기 (A) 성분의 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산은, 환상 이미드기가 반응함으로써, 높은 내열성을 갖는 폴리머를 형성할 뿐만 아니라, 주골격에 폴리실록산을 가짐으로써 더욱 저탄성 경향이 있고, 실록산 결합(Si-O 결합)의 결합력의 강도로부터 높은 내열성도 부여할 수 있다. 또한, 폴리실록산 골격을 갖는 점에서 저흡수율을 실현할 뿐만 아니라, 배습율도 높으므로, 본 발명의 조성물은 결과적으로 높은 내리플로우성을 갖는다.
상기 (A-1) 성분의 식 (1) 중, R1은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 상기 일반식 (2) 혹은 (3)으로 표시되는 기이며, R1 중 적어도 1개는 상기 일반식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 기이다. 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기 등의 아릴기 등을 들 수 있고, 또한 이들 기의 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자 또는 그 밖의 기로 치환되어 있어도 되고, 치환기로서는, 트리플루오로메틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등이 예시된다. 그 중에서도 탄소수 1 내지 10의 비치환 1가 탄화수소기가 바람직하고, 탄소수 1 내지 6의 포화 지방족 탄화수소기 또는 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소기가 보다 바람직하고, 메틸기, 페닐기가 더욱 바람직하다.
R1 중 적어도 1개, 바람직하게는 2 내지 200개, 보다 바람직하게는 2 내지 150개는, 일반식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 기이다.
상기 식 (2), (3) 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이다. 1가 탄화수소기로서는, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 알킬기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기 등의 아릴기 등을 들 수 있고, 또한 이들 기의 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자 또는 그 밖의 기로 치환되어 있어도 되고, 치환기로서는, 트리플루오로메틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등이 예시되고, 수소 원자, 메틸기가 바람직하다. 또한, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, 해당 환으로서는, 시클로프로판환, 시클로부탄환, 시클로펜탄환, 시클로헥산환, 벤젠환 등이 예시되고, 벤젠환이 바람직하다.
m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, 바람직하게는 0 내지 2의 정수이며, 보다 바람직하게는 0 또는 1이다.
또한, 상기 (A-1) 성분의 식 (1)에 있어서, R1 중 적어도 1개가 하기 식 (3')로 표시되는 기(식 (3')는 상기 식 (3)에 있어서 n=0임)인 것이 보다 바람직하다. 일반식 (3') 중, R6, R7 및 Y는 상기와 동일하다.
Figure pat00013
식 (2), (3) 및 (3')에 있어서, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이며, CH2, C2H4, C3H6, C4H8, C5H10, C6H12 등의 알킬렌기를 들 수 있고, 에테르기나 티오에테르기 등을 개재하고 있어도 된다. 또한, 페닐렌기, 시클로헥실렌기 등의 환상 구조를 형성해도 되고, 탄소 원자에 결합한 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자 또는 그 밖의 기로 치환되어 있어도 된다.
상기 식 (1) 중, a는 2 이상, 바람직하게는 2 내지 12의 정수, b는 0 이상, 바람직하게는 0 내지 998, 보다 바람직하게는 0 내지 100의 정수, c는 0 이상, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, d는 0 이상, 바람직하게는 0 내지 5의 정수이며, 2≤a+b+c+d≤1,000이며, 2≤a+b+c+d≤100이 바람직하다. a+b+c+d가 1,000보다 크면, 작업성이 나빠지는 경우가 있다.
상기 (A-2) 성분의 식 (1') 중, R11은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, R11 중 적어도 1개는 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, 2개의 R11이 결합하여 일반식 (4)로 표시되는 구조를 형성해도 된다. 또한, R11로 나타내는 기 중, 1가 탄화수소기 또는 상기 일반식 (2) 혹은 (3)으로 표시되는 기의 바람직한 형태에 대하여는, 상기 (A-1) 성분에 있어서의 R1과 동일한 것을 들 수 있다.
식 (4) 중의 Z는, (A) 성분을 합성하기 위한 원료인 디아민 화합물 유래의 2가의 탄소수 1 내지 10의 헤테로기를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가의 탄화수소기이다. 디아민 화합물의 예로서는, 테트라메틸렌디아민, 1,4-디아미노시클로헥산, 4,4'-디아미노디시클로헥실메탄 등의 지방족 디아민, 페닐렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 2,2-비스(4-아미노페닐)프로판 등의 방향족 디아민을 들 수 있고, 이들 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.
식 (4) 중의 A는 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 4가의 유기기를 나타내고, 그 중에서도 합성, 입수의 용이함으로부터 A가 하기 구조 중 어느 것이면 바람직하다.
Figure pat00014
상기 식 (1') 중, a'는 2 이상, 바람직하게는 2 내지 12의 정수, b'는 0 이상, 바람직하게는 0 내지 998, 보다 바람직하게는 0 내지 100의 정수, c'는 0 이상, 바람직하게는 0 내지 10의 정수, d'는 0 이상, 바람직하게는 0 내지 5의 정수이며, 2≤a'+b'+c'+d'≤1,000이며, 2≤a'+b'+c'+d'≤100이 바람직하다. a'+b'+c'+d'가 1,000보다 크면, 작업성이 나빠지는 경우가 있다.
(A) 성분의 실온에서의 성상은, 고체여도 액체여도 상관없지만 본 발명의 조성물의 성형 방법의 관점에서 고체인 것이 바람직하다. 또한, 이 때에 사용하는 (A) 성분의 오르가노폴리실록산은 단독이어도 복수종이어도 상관없다.
본 발명의 조성물 중, (A) 성분은, 8 내지 60질량％ 함유하는 것이 바람직하고, 10 내지 55질량％ 함유하는 것이 보다 바람직하고, 12 내지 50질량％ 함유하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 (A) 성분의 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산 이외에도, 실록산 결합을 갖지 않는 말레이미드 화합물을 병용해도 된다. 예를 들어, 하기 식 (5) 및 (7)로 나타내는 말레이미드 화합물을 들 수 있다.
Figure pat00015
(상기 식 (5) 중, n5는 1 내지 50의 수, R51은 탄소 원자수 1 내지 40의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기, 헤테로 원자를 가져도 되는 탄소 원자수 3 내지 20의 2가의 환상 탄화수소기, -O-, -NH-, -S- 및 -SO2-로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 2가의 기를 나타낸다.)
Figure pat00016
(상기 식 (7) 중, A는 상기와 동일하고, B는 2가의 헤테로 원자를 포함해도 되는 지방족환을 갖는 탄소수 6 내지 18의 알킬렌쇄이다. Q'는 탄소수 6 이상의 직쇄 알킬렌기를 나타낸다. R71은 독립적으로 탄소수 6 이상의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 나타낸다. n7은 1 내지 10의 수를 나타낸다. m7은 0 내지 10의 수를 나타낸다.)
(A) 성분인 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산의 합성 방법으로서는, 산 촉매 하에, 해당 골격을 갖는 (폴리)아미노기 변성 오르가노폴리실록산(예를 들어, 1,3-디(3-아미노프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산; 1,3-디(3-아미노프로필)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산과 4,4'-옥시디프탈산무수물의 반응 혼합물 등)과 산무수물 화합물(예를 들어, 무수 말레산 등)을 반응시켜, (폴리)아믹산 형성 후, 톨루엔 등의 용매 중에서 (폴리)아믹산의 산아미드를 탈수 폐환 반응시킴으로써 합성할 수 있다.
환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산과 실록산 결합을 갖지 않는 말레이미드 화합물을 병용하는 경우, (A) 성분의 배합량으로서는, 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산:실록산 결합을 갖지 않는 말레이미드 화합물=100:0 내지 25:75(질량비)의 범위인 것이 바람직하고, 100:0 내지 30:70(질량비)의 범위인 것이 보다 바람직하다.
<(B) 무기 충전재>
(B) 성분의 무기 충전재는, 본 발명의 열경화성 수지 조성물의 경화물 강도를 높이기 위해 배합된다. (B) 성분의 무기 충전재로서는, 통상적으로 에폭시 수지 조성물이나 실리콘 수지 조성물에 배합되는 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 구상 실리카, 용융 실리카 및 결정성 실리카 등의 실리카류, 알루미나, 질화규소, 질화알루미늄, 보론니트라이드, 유리 섬유 및 유리 입자 등을 들 수 있다.
(B) 성분의 무기 충전재의 평균 입경 및 형상은 특별히 한정되지 않지만, 평균 입경이 3 내지 40㎛인 것이 바람직하다. (B) 성분으로서는, 평균 입경이 0.5 내지 40㎛인 구상 실리카가 적합하게 사용된다. 또한, 평균 입경은, 레이저광 회절법에 의한 입도 분포 측정에 있어서의 질량 평균값 D50(또는 메디안 직경)으로서 구한 값이다.
또한, 얻어지는 조성물의 고유동화의 관점에서, 복수의 입경 범위의 무기 충전재를 조합해도 되고, 이러한 경우에서는, 0.1 내지 3㎛의 미세 영역, 3 내지 7㎛의 중입경 영역, 및 10 내지 40㎛의 조(粗) 영역의 구상 실리카를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 더 한층의 고유동화를 위해서는, 평균 입경이 더욱 큰 구상 실리카를 사용하는 것이 바람직하다.
(B) 성분의 무기 충전재의 충전체량은, (A) 성분 등의 열경화 수지 성분의 총합 100질량부에 대하여, 300 내지 1,000질량부, 특히 400 내지 800질량부가 바람직하다. 300질량부 미만이면, 충분한 강도를 얻을 수 없을 우려가 있고, 1,000질량부를 초과하면, 증점에 의한 충전 불량이나 유연성이 상실됨으로써, 소자 내의 박리 등의 불량이 발생하는 경우가 있다. 또한, 이 무기 충전재는, 조성물 전체의 10 내지 90질량％, 특히 20 내지 85질량％의 범위에서 함유하는 것이 바람직하다.
<(C) 라디칼 중합 개시제>
본 발명의 열경화성 수지 조성물에는 (C) 성분으로서 라디칼 중합 개시제를 첨가한다. 해당 라디칼 중합 개시제는 (A) 성분의 환상 이미드기의 반응성을 높이기 위한 것이고, 그 종류에 대하여는 특별히 한정되지 않는다.
(A) 성분의 반응을 촉진시키는 라디칼 중합 개시제로서는, 특별히 한정되지 않지만 가열에 의한 성형을 행하는 것을 고려하면 열라디칼 중합 개시제가 바람직하고, 그 종류에 대하여는 한정되지 않는다. 열라디칼 중합 개시제의 구체예로서는, 디쿠밀퍼옥시드, t-헥실히드로퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, α,α'-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠, t-부틸쿠밀퍼옥시드, 디-t-부틸퍼옥시드 등을 들 수 있다. 광라디칼 중합 개시제의 사용은 핸들링성, 보존성의 관점에서 그다지 바람직하지 않다.
이들 해당 라디칼 중합 개시제는 종류에 관계없이 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 첨가량으로서는 (A) 성분 100질량부에 대하여, 0.1질량부 내지 10질량부, 바람직하게는 0.2질량부 내지 5질량부이다.
본 발명은, 상기 성분에 더하여 하기 임의의 성분을 배합할 수 있다.
<(D) 이형제>
본 발명의 열경화성 수지 조성물에는, 이형제를 배합할 수 있다. (D) 성분의 이형제는 성형 시의 이형성을 높이기 위해 배합하는 것이다. 이형제로서는, 일반적인 열경화성 에폭시 수지 조성물에 사용하는 것이면 제한은 없다. 이형제로서는 천연 왁스(예를 들어, 카르나우바 왁스, 라이스 왁스 등) 및 합성 왁스(예를 들어, 산 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 지방산에스테르 등)가 있지만, 경화물의 이형성의 관점에서 카르나우바 왁스가 바람직하다.
(D) 성분의 배합량은, 열경화성 수지 성분의 총합에 대하여 0.05 내지 5.0질량％, 특히는 1.0 내지 3.0 질량％가 바람직하다. 해당 배합량이 0.05질량％ 미만이면, 본 발명의 조성물 경화물에 있어서, 충분한 이형성이 얻어지지 않는 경우가 있고, 5.0질량％를 초과하면, 본 발명의 조성물의 스며나옴이나 해당 조성물의 경화물의 접착성 불량 등이 발생하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 중에 있어서 열경화성 수지 성분이란, (A) 성분을 가리키고, 임의 성분으로서 (D) 성분이 첨가된 경우에는, 해당 (D) 성분도 열경화성 수지 성분으로서 취급하기로 한다.
<(E) 커플링제>
본 발명의 열경화성 수지 조성물에는, 열경화성 수지 성분과 (B) 성분인 무기 충전재의 결합 강도를 강하게 하거나, 해당 수지 성분과 금속 리드 프레임이나 기판의 접착성을 높게 하거나 하기 위해서, 실란 커플링제, 티타네이트 커플링제 등의 커플링제를 배합할 수 있다.
이러한 커플링제로서는, 에폭시 관능성 알콕시실란(예를 들어, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란 등), 머캅토 관능성 알콕시실란(예를 들어 γ-머캅토프로필트리메톡시실란 등), 아민 관능성 알콕시실란(예를 들어, γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 등) 등을 들 수 있다.
커플링제의 배합량 및 표면 처리 방법에 대하여는 특별히 제한되는 것은 아니고, 통상법에 따라서 행하면 된다.
또한, 무기 충전재를 미리 커플링제로 처리해도 되고, 열경화성 수지 성분과 무기 충전재를 혼련할 때에 커플링제를 첨가하여 표면 처리하면서 조성물을 제조해도 된다.
(E) 성분의 함유량은, 열경화성 수지 성분의 총합에 대하여, 0.1 내지 8.0질량％로 하는 것이 바람직하고, 특히 0.5 내지 6.0질량％로 하는 것이 바람직하다. 해당 함유량이 0.1질량％ 미만이면, 기재로의 접착 효과가 충분하지 않고, 또한 8.0질량％를 초과하면, 점도가 극단적으로 저하되어, 보이드의 원인이 될 우려가 있다.
<기타 첨가제>
본 발명의 반도체용 열경화성 수지 조성물에는, 필수 성분인 (A) 내지 (C) 성분 이외에도 또한 필요에 따라서 각종 첨가제를 배합할 수 있다. 기타 첨가제로서는, 난연제, 오르가노폴리실록산, 실리콘 오일, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 유기 합성 고무, 광안정제, 안료, 염료 등을 배합해도 되고, 전기 특성을 개선하기 위해 이온 트랩제 등을 배합해도 된다. 나아가 유전 특성을 개선하기 위해 불소 코팅 필러를 비롯한 불소 함유 재료 등을 배합해도 된다.
본 발명의 조성물의 제조 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, (A) 내지 (C) 성분 및 필요에 따라서 그 밖의 성분을 소정의 조성비로 배합하고, 믹서 등에 의해 충분히 균일하게 혼합한 후, 열 롤, 니더, 익스트루더 등에 의한 용융 혼합하고, 이어서 냉각 고화시켜 적당한 크기로 분쇄하면 된다. 얻어진 수지 조성물은 성형 재료로서 사용할 수 있다.
해당 수지 조성물의 가장 일반적인 성형 방법으로서는, 트랜스퍼 성형법이나 압축 성형법을 들 수 있다. 트랜스퍼 성형법에서는, 트랜스퍼 성형기를 사용하여, 성형 압력 5 내지 20N/mm2, 성형 온도 120 내지 190℃에서 성형 시간 30 내지 500초, 바람직하게는 성형 온도 150 내지 185℃에서 성형 시간 30 내지 300초로 행한다. 또한, 압축 성형법에서는, 컴프레션 성형기를 사용하여, 성형 온도는 120 내지 190℃에서 성형 시간 30 내지 900초, 바람직하게는 성형 온도 130 내지 160℃에서 성형 시간 120 내지 600초로 행한다. 또한, 어느 성형법에 있어서도, 후경화를 150 내지 225℃에서 0.5 내지 20시간 행해도 된다.
이러한 방법으로 성형된 본 발명의 열경화성 수지 조성물의 경화물은 장기에 걸쳐 우수한 내열성을 가지고, 고온에서도 저흡수율임으로써 내리플로우성이 우수하다. 본 발명의 열경화성 수지 조성물은 반도체나 차량 탑재용 각종 모듈 등을 밀봉하는 데 적합하다.
[실시예]
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
<(A) 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산>
(A-1) 하기 식으로 나타내는 말레이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산-1
Figure pat00017
(A-2) 하기 식으로 나타내는 말레이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산-2
Figure pat00018
<(A-3) 그 이외의 말레이미드 화합물>
(A-3-1) 하기 식으로 나타내는 말레이미드 화합물(BMI-3000: Designer Molecules Inc.제)
Figure pat00019
(A-3-2) 4,4'-디페닐메탄비스말레이미드(BMI-1000: 다이와 가세이(주)제)
<(B) 무기 충전재>
(B-1) 용융 구상 실리카(RS-8225H/53C, (주)다쯔모리제, 평균 입경 12㎛)
<(C) 라디칼 중합 개시제>
(C-1) 디쿠밀퍼옥시드(퍼쿠밀 D, 니치유(주)제)
<(D) 이형제>
(D-1) 카르나우바 왁스(TOWAX-131: 도아 가세이(주)제)
<(E) 커플링제>
(E-1) 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(KBM-403: 신에쯔 가가꾸 고교(주)제)
[실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 2]
표 1에 나타내는 배합(질량부)으로 각 성분을 용융 혼합하고, 냉각, 분쇄하여 열경화성 에폭시 수지 조성물을 얻었다. 이들 조성물에 대하여, 이하의 여러 특성을 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
<열시 탄성률>
JIS K 6911:2006 규격에 준한 금형을 사용하여, 성형 온도 175℃, 성형 압력 6.9N/mm2, 성형 시간 180초의 조건에서 상기 수지 조성물의 경화물을 제작하고, 해당 경화물을 200℃에서 1시간 후경화하였다.
후경화 후의 경화물로부터 제작한 시험편에 대하여, JIS K 6911:2006 규격에 준하여 260℃에서 굽힘 탄성률을 측정하였다.
<흡수율, 잔존 흡수(배습)율>
성형 온도 175℃, 성형 압력 6.9N/mm2, 성형 시간 180초의 조건에서 상기 수지 조성물을 경화하여, 두께 3mm, 직경 50mm의 원판상의 경화물을 얻고, 해당 경화물을 200℃에서 1시간 후경화하였다. 그 경화물을 사용하여 121℃, 2.1 기압의 포화 수증기 하에서 24시간 처리한 전후의 중량 증가율로부터 흡수율을 산출하였다. 그 후, 흡수한 경화물을 120℃에서 24시간 열처리하였다. 후경화 직후의 중량과 흡수, 또한 열처리한 후의 중량으로부터 잔존 흡수율을 산출하였다.
<중량 감소율>
성형 온도 175℃, 성형 압력 6.9N/mm2, 성형 시간 180초의 조건에서, 상기 수지 조성물을 경화하여, 두께 3mm, 직경 50mm의 원판상의 경화물을 얻고, 해당 경화물을 200℃에서 1시간 후경화하였다. 그 경화물을 사용하여 250℃에서 48시간 열처리를 행하고, 그 열처리하기 전후의 중량으로부터 중량 감소율을 산출하였다.
<내리플로우성>
성형 온도 175℃, 성형 압력 6.9N/mm2, 성형 시간 180초의 조건에서 QFP(Quad Flat Package)(14mm×20mm×1.4mm, 6 캐비티)를 성형하고, 해당 샘플을 200℃에서 1시간 후경화하였다. 그 후, 리드부에서 분리하여 6개의 샘플을 얻었다. 각 샘플을 125℃에서 2시간 건조시킨 후, 85℃/85％RH의 조건에서 48시간 흡수시켰다. 그 후, IR 리플로우로(최고 온도 260℃, 로내 통과 시간 10초)에 3회 통과시킨 샘플에 대하여, 초음파 탐상 장치를 사용하여 패키지의 박리 발생 상황을 관찰하고, 박리가 있었던 것을 카운팅하였다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 조성물 경화물은, 장기 고온에 노출되어도 중량 감소가 적은, 즉 내열성이 양호하고, 열시의 탄성률이 낮으며, 저흡수율이면서 또한, 즉, 배습성임으로써 내리플로우성이 우수한 것을 알았다.
Figure pat00020

Claims (5)

  1. 하기 성분 (A), (B) 및 (C)를 포함하는 열경화성 수지 조성물.
    (A) 1 분자 중에 적어도 1개의 환상 이미드기와 적어도 1개의 실록산 결합을 갖는 오르가노폴리실록산
    (B) 무기 충전재
    (C) 라디칼 중합 개시제
  2. 제1항에 있어서, (A) 성분이 하기 (A-1) 및 (A-2)로부터 선택되는 적어도 1종인 열경화성 수지 조성물.
    (A-1) 하기 평균 조성식 (1)로 나타내는 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산
    Figure pat00021

    (식 중, R1은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 하기 일반식 (2) 혹은 (3)으로 표시되는 기이며, R1 중 적어도 1개는 하기 일반식 (2) 또는 (3)으로 표시되는 기이다. a는 2 이상의 정수, b는 0 이상의 정수, c는 0 이상의 정수, d는 0 이상의 정수이며, 2≤a+b+c+d≤1,000이다.)
    Figure pat00022

    (식 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1) 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
    (A-2) 하기 평균 조성식 (1')로 나타내는 환상 이미드기를 갖는 오르가노폴리실록산
    Figure pat00023

    (식 중, R11은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기 또는 하기 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, R11 중 적어도 1개는 하기 일반식 (2), (3) 또는 (4)로 표시되는 기이며, 2개의 R11이 결합하여 하기 일반식 (4)로 표시되는 구조를 형성해도 되고, a'는 2 이상의 정수, b'는 0 이상의 정수, c'는 0 이상의 정수, d'는 0 이상의 정수이며, 2≤a'+b'+c'+d'≤1,000이다.)
    Figure pat00024

    (식 중, R2 내지 R7은 독립적으로 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R3과 R4가 결합하여 환을 형성해도 되고, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, m 및 n은 각각 0 내지 3의 정수이며, X 및 Y는 각각 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1') 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
    Figure pat00025

    (일반식 (4) 중, A는 방향족환 또는 지방족환을 포함하는 4가의 유기기를 나타낸다. Z는 탄소수 1 내지 10의 헤테로기를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가의 탄화수소기이다.)
  3. 제2항에 있어서, 상기 (A) 성분의 일반식 (4)에 있어서, A가 하기 구조 중 어느 것으로 표시되는 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 조성물.
    Figure pat00026

    (또한, 상기 구조식 중의 치환기가 결합되지 않은 결합손은, 상기 식 (4)에 있어서 환상 이미드 구조를 형성하는 카르보닐 탄소와 결합하는 것이다.)
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 (A-1) 성분의 식 (1)에 있어서의 R1 및 (A-2) 성분의 식 (1')에 있어서의 R11의 적어도 1개가 하기 식 (3')로 표시되는 말레이미드 구조를 갖는 유기기인 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 조성물.
    Figure pat00027

    (일반식 (3') 중, R6 및 R7은 각각 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 비치환 혹은 치환의 1가 탄화수소기이며, R6과 R7이 결합하여 환을 형성해도 되고, Y는 탄소수 1 내지 10의 헤테로 원자를 개재해도 되는 비치환 혹은 치환의 2가 탄화수소기이다. 파선은 식 (1) 또는 (1') 중의 규소 원자에 결합하는 부위를 나타낸다.)
  5. 제1항에 기재된 열경화성 수지 조성물의 경화물로 밀봉된 반도체 장치.
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