TWI546329B - 環氧樹脂組成物及電子零件裝置 - Google Patents
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Description
本發明是關於環氧樹脂組成物及電子零件裝置。
一直以來,於成型材料,積層板用及黏著劑用材料,各種電子電器零件、塗料及印刷材料等領域中,環氧樹脂等的硬化性樹脂被廣泛地使用。特別是關於電晶體,IC等的電子零件元件之密封技術領域中,環氧樹脂硬化物被廣泛使用作為密封材料。環氧樹脂硬化物被廣泛使用的理由是,環氧樹脂硬化物,在成型性、電子特性、耐濕性、機械特性、與嵌入物間的黏著性等的各項特性間,皆能取得良好的平衡。
另一方面,近年來,電子零件的領域裡不斷往高速化及高密度化發展,隨之而來的是,電子零件的發熱變得更加明顯。在用於車內等的高溫環境下運作(動作)的電子零件也逐漸增加。因此,對於被使用在電子零件上的塑膠,特別是環氧樹脂硬化物,要求提高以下的特性:就算是在高溫環境下使用,相較於在室溫下使用,其物理性質的變化仍小之類的關於在高溫環境下使用的可靠性。
目前,以提升高溫環境下可靠性的方法來說,有提高玻璃轉移溫度的方法。以提高玻璃轉移溫度的手法來說,併用三酚甲烷型環氧樹脂與苯酚酚醛樹脂的方法等報告被
提出(例如,參考最新半導體.LED之密封技術材料開發大全集(技術情報協會),22-24(2006年))。藉由這種方法,環氧樹脂硬化物的玻璃移轉溫度可提高至200℃左右,被認為可賦予該環氧樹脂硬化物高耐熱性。又,將三酚甲烷型環氧樹脂之類的多官能型環氧樹脂,與三酚甲烷型酚樹脂之類的多官能酚樹脂合併使用之方法,也被認為是可使玻璃移轉溫度提高至200℃左右的方法。
又,以無鹵素、無銻且具良好難燃性之密封用環氧樹脂組成物來說,提出一種含有二羥基萘芳烷酚樹脂的組成物被提出(例如,參考特開2009-221357號公報),該組成物在BGA封裝中的翹曲程度小,且室溫(25℃)至回焊溫度間產生的翹曲的溫度變化小,二次構裝時的缺陷少、流動性良好,且稱為孔洞或金線偏移等缺陷(不良情況)也鮮少發生,並不使成型性或耐濕性、高溫放置特性等的可靠性低下。
然而,本發明人進一步檢討後的結果,發現含有三酚甲烷型環氧樹脂之以往的組成物之硬化物,其玻璃移轉溫度雖高,但於200℃左右時,彈性率則會大幅地降低,舉例來說,在200℃這樣的高溫環境下的可靠性,無法說非常足夠。市場上,對於即使在高溫環境下使用,硬化物的物理
性質變化少且具優良可靠性的環氧樹脂硬化物,出現強大的需求。
因此,本發明的問題在於提供一種環氧樹脂組成物、及具有藉由該環氧樹脂組成物而被密封的元件之電子零件裝置;該環氧樹脂,當作成硬化物時,玻璃轉移溫度高,就算於高溫環境下使用,其彈性率的變化及質量減少的程度小。
本發明人為了解決上述問題,仔細反覆檢討後的結果,發現含有特定的環氧樹脂與特定的酚樹脂之環氧樹脂組成物的硬化物,其玻璃轉移溫度高,即使是在高溫環境下的使用,其彈性率的變化及質量減少的程度皆小,並於高溫環境下具優良的可靠性,進而完成本發明。具體內容,如下述說明。
(1)一種環氧樹脂組成物,其包含:含有下述通式(I)所示的化合物之(A)環氧樹脂、含有下述通式(II)所示的化合物之(B)酚樹脂、以及含有下述通式(III)所示的化合物之(C)二羥基萘化合物,
[式(I)中,n表示0~10之整數]
[式(II)中,R1表示氫原子、碳數為1~6之烷基或碳數為1~2之烷氧基,且彼此可相同亦可不同;n表示0~10之整數]
[式(III)中,R1表示氫原子、碳數為1~6之烷基或碳數為1~2之烷氧基]。
(2)如上述(1)所述之環氧樹脂組成物,其中,前述通式(II)所示之化合物,包含下述通式(IV)所示之酚樹脂,
[式(IV)中,n表示0~10之整數]。
(3)如上述(1)或(2)所述之環氧樹脂組成物,其中,前述通式(II)所示之化合物與前述通式(III)所示之化合物的總量中,前述通式(III)所示之化合物的總量中的含有率是10質量%~55質量%。
(4)如上述(1)至(3)中任一項所述之環氧樹脂組成物,其中,進而含有抗氧化劑。
(5)一種電子零件裝置,其具備一元件,該元件是藉由如(1)至(4)中任一項所述之環氧樹脂而被密封。
依照本發明,可提供一種環氧樹脂組成物、及在高溫環境下具優良可靠性之電子零件裝置;該環氧樹脂組成物,當作成硬化物時,其玻璃轉移溫度高,且即使在高溫環境下的使用,其彈性率的變化及質量減少的程度皆小。
以下,關於本發明進行詳細地說明
此外,本說明書中的「~」是表示該符號前後所記載的數值,分別作為最小值及最大值所包含的範圍。又,本說明書中,組成物中各成分的量,在組成物中的對應物質存在複數個(二種以上)的時候,若無特別限定,意指存在於組成物中該複數個物質之合計量。
[環氧樹脂組成物]
本發明之環氧樹脂組成物,其包含:含有下述通式(I)所示的化合物之(A)環氧樹脂、含有下述通式(II)所示的化合物之(B)酚樹脂、以及含有下述通式(III)所示的化合物的(C)二羥基萘化合物。本發明之環氧樹脂組成物,於室溫(25℃)下為固體。
以下,對構成本發明的環氧樹脂組成物之各成分,進行說明。
[(A)環氧樹脂]
本發明所使用的環氧樹脂組成物,含有下述通式(I)所示之化合物(以下,以三酚甲烷型環氧樹脂來記述之)
通式(I)中,n為0~10的整數。
環氧樹脂組成物,藉由含有三酚甲烷型環氧樹脂,可特別使得耐熱性提升。三酚甲烷型環氧樹脂,其樹脂結構中之芳香族環含有率高,且因為具備多官能基,使得硬化物的玻璃移轉溫度變高,進而,經由混合三酚甲烷型環氧樹脂與下述所說明的酚樹脂,作成硬化物時,可製得在高溫環境下具高可靠性的樹脂組成物。
上述通式(I)中,R為氫原子時,具優良的成型性。以上述R為氫原子的化合物來說,例如日本化藥股份有限公司製,商品名:EPPN-500 SERIES;三菱化學股份有限公司製,商品名:1032H60,皆為市售商品,可經由購買取得。
通式(I)中的n,從流動性及成型性的觀點來看,是0~10的整數,較佳是0~8的整數。
此外,通式(I)中所示的化合物,亦可含有下述通式(I-1)所示的化合物,其用於合成通式(I)中所示的化合物。
式(I-1)中,R表示氫原子。
從流動性及耐熱性的觀點來看,相對於通式(I)所示的化合物及通式(I-1)所示的化合物之總質量,通式(I-1)所示化合物的含量以5質量%~90質量%為佳,較佳是10質量%~80質量%,更佳是20質量%~70質量%。
前述通式(I)所示的三酚甲烷型環氧樹脂(含有上述通式(I-1)所示之化合物)的環氧當量(epoxy equivalent),以100~200為佳,較佳是120~200,更佳是140~185。
前述環氧當量的測定方法,可採用一般的方法,例如可藉由以JISK7236為準則的方法來進行測定。
又,本發明中,在不損害使用三酚甲烷型環氧樹脂的效果範圍內,可與其他環氧樹脂合併使用。就可併用的環氧樹脂來說,只要是1分子中具有2個以上環氧基之化合物即可,並沒有特別地限定。
作為能夠合併使用的環氧樹脂,舉例來說,如雙酚A型、雙酚F型、雙酚S型、萘型、苯酚酚醛型、甲酚酚醛型、苯二酚酚醛型、苯酚芳烷型、聯苯型、倍環戊二烯型、縮水甘油酯型、縮水甘油胺型、乙內醯脲型、異氰尿酸酯型等。這些環氧樹脂,相對於三酚甲烷型環氧樹脂,可單獨使用,也可組合2種以上使用。
就與其他環氧樹脂併用時的含有率來說,三酚甲烷型
環氧樹脂,在全部環氧樹脂質量中,以含有50質量%以上為佳,較佳是80質量%以上。三酚甲烷型環氧樹脂的含有率於上述範圍內,則可得優良的耐熱性。
[(B)酚樹脂]
本發明所使用之環氧樹脂組成物,含有下述通式(II)所示的化合物(以下,以二羥基萘芳烷型樹脂來記述之)
通式(II)中,R1可為氫原子,碳數為1~6之烷基或碳數為1~2的烷氧基,彼此可相同亦可不同,n表示0~10的整數。
藉由併用上述三酚甲烷型環氧樹脂與二羥基萘芳烷型樹脂,可特別提升在高溫時的耐熱性。這是因為二羥基萘芳烷型樹脂中,其樹脂結構中含有稱為萘環的堅固結構,且具多官能性質,所以上述高溫耐熱性提高的效果,被認為是藉由硬化物的玻璃移轉溫度變高所達成。進而,藉由與萘環鍵結的2個羥基,於硬化反應後,可提高環氧樹脂的分子鏈之約束力。藉由上述所說明的與環氧樹脂的組合,被認為能夠得到一種樹脂組成物,在成為硬化物狀態後,於高溫環境下具高度可靠性。
詳細來說,上述的三酚甲烷型環氧樹脂,因為其芳香族環的含有率高,且為多官能性質,藉由與二羥基萘芳烷型樹脂的羥基反應,可提高交聯密度。進而,藉由二羥基
萘芳烷型樹脂的萘環所鍵結的2個羥基,可使得上述三酚甲烷型環氧樹脂於硬化物中,進行重合(stacking),更可藉由二羥基萘芳烷型樹脂本身的萘環,形成重合。經由這些反應,來有效提高分子鏈的約束力,提升高溫時之彈性率的保持率。
通式(II)中的R1表示氫原子、碳數為1~6之烷基或碳數為1~2之烷氧基,而從彈性率的保持率的觀點來看,R1為氫原子時較佳。
通式(II)中的n,從流動性,成型性及難燃性的觀點來看,以0~10的整數為佳,較佳是0~8的整數。
又,通式(II)中,從達成本發明的效果的觀點來看,較佳是羥基鍵結於萘結構的1位與6位碳上。因此,上述通式(II)所示的化合物,是下述通式(IV)所示的化合物時為佳。
通式(IV)中,n為0~10的整數,合適的範圍與通式(II)相同。
通式(IV)所示的1,6-二羥基萘芳烷型樹脂,可由SN-37、SN-395(兩者皆為新日鐵化學股份有限公司製之商品名)等產品取得。
又,本發明中,在不損害使用二羥基萘芳烷型樹脂的效果範圍內,可與其他酚樹脂合併使用。至於可使用的酚樹脂,如一般使用於密封用環氧樹脂組成物者皆可,並無
特別限制。
舉例來說,將酚、甲酚、苯二酚、兒茶酚、雙酚A、雙酚F、苯酚、胺基酚等酚類,及/或α-萘酚、β-萘酚、二羥基萘等萘酚類,與甲醛、苯甲醛、水楊醛等具有醛基的化合物,於酸性觸媒下進行聚合或共聚合反應所得之酚醛型酚樹脂;將酚類及/或萘酚類,與對苯二甲基二甲醚或聯苯二甲基二甲醚,所合成而得的酚芳烷樹脂、亞聯苯基型酚芳烷樹脂、萘酚芳烷樹脂等芳烷型酚樹脂;將酚類及/或萘酚類,與倍環戊二烯經共聚合反應合成的倍環戊二烯型酚酚醛樹脂、倍環戊二烯型萘酚酚醛樹脂等倍環戊二烯型酚樹脂;三酚甲烷型環氧樹脂;萜烯改質酚樹脂;對二甲苯及/或間二甲苯改質酚樹脂;三聚氰胺改質酚樹脂;環戊二烯改質酚樹脂;將這些化合物,2種以上以共聚合反應而得的酚樹脂。
這些酚樹脂,相對於上述的二羥基萘芳烷樹脂,可單獨使用,也可組合2種以上使用。就與其他酚樹脂併用時的含有率來說,為了充分得到前述二羥基萘芳烷樹脂的效果,前述二羥基萘芳烷樹脂的含量,於全部酚樹脂中,最佳是50質量%以上,更佳是80質量%以上。
含有二羥基萘芳烷樹脂之(B)酚樹脂的總量,相對於前述含有三酚甲烷型環氧樹脂之(A)環氧樹脂的總量,較佳是以使(B)酚樹脂的羥基與(A)環氧樹脂的環氧基逐漸達到等當量的方式來添加。
具體來說,相對於(A)環氧樹脂中的環氧基數量,(B)
酚樹脂的羥基數量之比(硬化物中的羥基數量/環氧樹脂中的環氧基數量),並無特別限制,但為了稍微抑制各別的未反應份量,以設定在0.5~2的範圍內為佳,較佳是0.6~1.3。而為了得到具優良成型性的密封用環氧樹脂組成物,更佳是設定在0.8~1.2的範圍內。
[(C)二羥基萘化合物]
本發明的環氧樹脂組成物,含有下述通式(III)所示的化合物(以下,以二羥基萘化合物來記述之)。
通式(III)中,R1表示氫原子,碳數為1~6之烷基或碳數為1~2之烷氧基。
二羥基萘化合物,是合成上述二羥基萘芳烷樹脂時,被作為原料來使用的化合物。環氧樹脂組成物,藉由含有二羥基萘化合物,能夠提升環氧樹脂組成物的流動性,而利用調整與二羥基萘芳烷樹脂之間的添加比率,則可調整該環氧樹脂的流動性及耐熱性。此外,與二羥基萘芳烷樹脂相同,二羥基萘化合物具有稱為萘環之堅固的結構,並具有2個與萘環鍵結的羥基。因此,與其他低分子的酚化合物等相比,二羥基萘化合物被認為在持續提升樹脂組成物的流動性時,也能夠維持其耐熱性。
作為二羥基萘化合物,具體來說,可舉如如1,5-二羥基萘、1,6-二羥基萘、1,7-二羥基萘、2,6-二羥基萘、2,7-二羥基萘等。特別是以作為樹脂組成物的流動性觀點來看的話,使用1,6-二羥基萘較佳。
關於前述二羥基萘芳烷樹脂與前述二羥基萘化合物的含有量比率,相對於上述二羥基萘芳烷樹脂及上述二羥基萘化合物的總量,並以流動性及耐熱性的觀點來考量,上述二羥基萘化合物之含有率,以10質量%~55質量%為佳,較佳是20質量%~50質量%。若二羥基萘化合物的含有率為10質量%以上,則流動性提升,含有率為55質量%以下,則更容易獲得優良的耐熱性(高Tg)。
此時,相對於二羥基萘芳烷樹脂及二羥基萘化合物總量,二羥基萘化合物的含有率,可藉由差示折射率檢測器(differential refractive index detector(RI))所檢測出來的GPC面積積分比求得。
將前述通式(II)所示的二羥基萘芳烷樹脂、及通式(III)所示的二羥基萘化合物混合時之羥基當量,以70~140為佳,較佳為80~135,更佳為90~130。
上述羥基當量之測定方法,可採用一般的方法,例如可以藉由以JISK0070為基準的方法來測定。
[(D)抗氧化劑]
本發的之環氧樹脂組成物中,為了防止樹脂氧化,必要時含有抗氧化劑者為佳。抗氧化劑,是為了防止樹脂氧化的添加劑,並可使含有上述環氧樹脂及酚樹脂的環氧樹
脂組成物,降低高溫時彈性率的低下程度,此外,使這些樹脂組成物中含有抗氧化劑,可抑制高溫靜置下硬化物的質量減少情形。
以抗氧化劑來說,舉例如酚系抗氧化劑、亞磷酸鹽系抗氧化劑、硫系抗氧化劑、受阻胺系抗氧化劑等。這些抗氧化劑可合併使用。特別是含有酚系抗氧化劑者為佳。藉由使用酚系抗氧化劑,可有效防止樹脂的熱氧化劣化情形。除了含有酚系抗氧化劑,進而是需求,藉由全面地併用亞磷酸鹽系抗氧化劑、硫系抗氧化劑、受阻胺系抗氧化劑等的其他抗氧化劑,可以更有效地抑制樹脂的熱氧化劣化情形。
就酚系抗氧化劑,舉例來說,如1,3,5-三(3’,5’-二-t-丁基-4’-羥苄基)異三聚氰酸、1,1,3-三(2-甲基-4-羥基-5-t-丁基苯基)丁烷、3-(4’-羥基-3’,5’-二-t-丁基苯基)丙酸-n-十八基、3-(4’-羥基-3’,5’-二-t-丁基苯基)丙酸-n-十八基、3,9-二-{2-[3-(3-t-丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙醯氧基]-1,1-二甲基乙基}2,4,8,10-四氧雜螺[5.5]十一烷、2-t-丁基-4-甲氧苯酚、3-t-丁基-4-甲氧苯酚、2,6-二-t-丁基-4-乙苯酚、2,2’-甲烯-二(4-甲基-6-t-丁基苯基)、4,4’-硫代雙-(3-甲基-6-t-丁苯酚)、4,4’-亞丁基雙(3-甲基-6-t丁苯酚)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二-t-丁基-4-羥苄基)甲苯及四-[甲烯-3-(3’,5’-二-t-丁基-4’-羥苯基)丙酸酯]甲烷。
酚系抗氧化劑,與酚性羥基鍵結的碳原子,其相鄰的兩個碳原子上,各自具有碳數1以上之有機基團的話,則
為理想。理想的有機基團的具體例來說,可舉出如甲基、乙基、丙基、丁基、異丙基、t-丁基等。更理想的酚系抗氧化劑是,與酚性羥基鍵結的碳原子,其相鄰的兩個碳原子上,分別具備含有3級碳的有機基團來做為取代基。含有3級碳的有機基團,具體舉例來說,如t-丁基等。
酚系抗氧化劑,可選用以常用方法合成及/又調製者,亦可使用市售品。以能夠取得的抗氧化劑之市售品來說,例如「YOSHINOKKUSU BB」、「YOSHINOKKUSU BHT」、「YOSHINOKKUSU 425」(以上為API Corporation有限公司製造之商品名)、「TTIC」、「TTAD」(以上為TORAY有限公司製造之商品名)、「IRGANOX L107」(BASF JAPAN有限公司製造之商品名)、「AO-20」、「AO-30」、「AO-40」、「AO-50」、「AO-50F」、「AO-60」、「AO-60G」、「AO-70」、「AO-80」、「AO-330」(以上為ADEKA股份有限公司製造之商品名)。上述化合物,可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。
其中,含有4個在酚性羥基鄰位的兩側上具有t-丁基之結構,並以下述通式(V)所示的化合物則更理想。酚性羥基被更巨大的取代基包圍,形成高度立體障礙,又,含有越多該結構的化合物,越可期待其可靠性提升的效果。以這樣的化合物來說,有ADEAK公司製造,商品名「AO-60」。
本發明之環氧樹脂組成物中,酚系抗氧化劑的含有率,若可達到抑制質量減少的效果,則無特別限制。但,若大量地添加抗氧化劑,有時會造成玻璃轉移溫度降低,所以就環氧樹脂組成物的玻璃轉移溫度(耐熱性)之觀點來看,相對於合計100質量份的環氧樹脂,抗氧化劑較佳是合計添加0.1~20質量份,更佳是添加1質量份~10質量份。前述酚系抗氧化劑的含有率為0.1質量份以上時,則可充分得到抑制硬化物質量減少的效果,又,酚系抗氧化劑的含有率為20質量份以下時,可抑制硬化物的玻璃轉移溫度(耐熱性)之降低。
亞磷酸鹽系抗氧化劑,舉例來說,如三苯基亞磷酸酯、亞磷酸二苯基異癸基酯、亞磷酸苯基異癸基酯、4,4’-亞丁基-雙(3-甲基-6-t-丁基苯基雙十三基)亞磷酸酯、環新戊烷四雙(壬基苯基)亞磷酸酯、環新戊烷四雙(雙壬基苯基)亞磷酸酯、環新戊烷四三(壬基苯基)亞磷酸酯、環新戊烷四三(雙壬基苯基)亞磷酸酯、10-(2,5-二羥苯基)-10H-9-氧雜
-10-膦菲-10-氧化物、2-2-甲烯雙(4,6-二-t-丁基苯基)辛基亞磷酸酯、雙異癸基四羥甲基甲烷及三(2,4-雙-t-丁基苯基)亞磷酸酯。以上化合物,可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。
硫系抗氧化劑,舉例來說,如,四[甲基-3-(十二烷硫基)丙酸酯]甲烷、3,3’-硫代二丙酸二月桂酯、3,3’-二丙酸二硬脂醇酯、N-環己基硫代酞醯亞胺及N-n-丁苯磺醯胺。以上化合物,可單獨使用1種,亦可混合2種以上使用。
受阻胺系抗氧化劑,舉例來說,如二(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、二(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、3-十二烷-1-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)咯啶-2,5-二酮、N-甲基-3-十二烷-1-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)咯啶-2,5-二酮、N-乙醯-3-十二烷-1-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)咯啶-2,5-二酮、聚[{6-(1,1,3,3,-四甲基丁基)亞胺基-1,3,5-三吖嗪-2,4-二炔}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亞胺基}六亞甲基{(2,2,6,6--四甲基-4-哌啶基)亞胺基}]。以上化合物,可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。
又,上述之抗氧化劑,可預先與環氧樹脂及/或酚樹脂熔融混合後再使用。藉由將抗氧化劑預先與環氧樹脂及/或酚樹脂熔融混合的步驟,可使抗氧化劑均勻分佈於樹脂組成物中。
[(E)硬化促進劑]
本發明的成型材料中,為了促進硬化反應,含有(E)硬
化促進劑為理想。本發明所使用的(E)硬化促進劑,只要是一般使用於密封用環氧樹脂成型材料者,則無特別限定。
舉例來說,例如1,8-二吖雙環[5.4.0]十一烯-7、1,5-二吖雙環[4.3.0]壬烯-5、5,6-二丁胺基-1,8-二吖雙環[5.4.0]十一烯-7等的環脒化合物,及於這些環脒化合物上,添加馬來酸酐、1,4-苯醌、2,5-甲醌、1,4-萘醌、2,3-二甲基苯醌、2,6-二甲基苯醌、2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌、2,3-二甲氧基-1,4-苯醌、苯基-1,4-苯醌等的醌化合物、重氮甲苯、酚樹脂等的具有π鍵結的化合物,所形成的具有分子內分極的化合物;二甲苄胺、三乙醇胺、二甲胺乙醇、三(二甲胺甲)酚等的三級胺類化合物及其衍生物;2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑、2-十七基咪唑等咪唑類化合物及其衍生物;三丁基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦、三(4-甲基苯基)膦、三(4-丁基苯基)膦、二苯基膦、苯基膦等的有機膦類,及於這些有機膦類上,添加馬來酸酐、上述醌化合物、重氮甲苯、酚樹脂等的具有π鍵結之化合物,所形成的具有分子內分極之磷化合物;四苯基鏻四苯基硼化物、三苯基膦四苯基硼化物、2-乙基-4-甲基咪唑四苯基硼化物、N-甲基嗎啉四苯基硼化物等的四苯基硼鹽及其衍生物。以上化合物可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。
其中,以硬化性及流動性的觀點來看,較佳是三級膦與醌化合物之加成物,更佳是三苯基膦與苯醌之加成物。而以保存安定性的觀點來看,較佳是環脒化合物與酚樹脂
之加成物,更佳是二吖雙環十一烯之酚醛型酚樹脂。
作為硬化促進劑的三級膦與醌化合物之加成物、及/或環脒化合物與酚樹脂的加成物之總添加量,較佳是佔硬化促進劑總量的60質量%以上,更佳是80質量%以上。
三級膦與醌化合物之加成物中所使用的三級膦,無特別限制,舉例來說,如,三丁基膦、二丁苯膦、丁二苯膦、乙二苯膦、三苯膦、三(4-甲苯基)膦、三(4-乙苯基)膦、三(4-丙苯基)膦、三(4-丁苯基)膦、三(4-異丙苯基)膦、三(t-丁苯基)膦、三(2,4-二甲苯基)膦、三(2,6-二甲苯基)膦、三(2,4,6-三甲苯基)膦、三(2,6-二甲基-4-乙氧苯基)膦、三(4-甲氧苯基)膦、三(4-乙氧苯基)膦等具有芳基的三級膦,以成型性之觀點來看,較佳者是三苯膦。
以三級膦與醌化合物的加成物中所使用之醌化合物來說,並無特別限制,舉例來說,如o-苯醌、p-苯醌、聯苯醌、1,4-萘醌、蒽醌,從耐濕性或保存安定性之觀點來看,較佳是p-苯醌。
以硬化劑的具體例來說,例如1,5-二吖雙環[4.3.0]壬-5-烯、1,8-二吖雙環[5.4.0]十一-7-烯等的二吖雙環烯之環脒化合物;環脒化合物中酚酚醛樹脂鹽等的環脒化合物衍生物;於環脒化合物或其衍生物上,添加如馬來酸酐、1,4-苯醌、2,5-甲醌、1,4-萘醌、2,3-二甲基苯醌、2,6-二甲基苯醌、2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌、2,3-二甲氧基-1,4-苯醌、苯基-1,4-苯醌等醌化合物、重氮甲苯,酚樹脂等的具有π鍵結之化合物,所形成的具有分子內分極的化合物;
二甲苄胺、三乙醇胺、二甲胺乙醇、三(二甲胺甲)酚等的三級胺類化合物及其衍生物;2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-苯基-4-甲基咪唑等咪唑類化合物及其衍生物;三丁基膦、甲基二苯基膦、三苯基膦、三(4-甲基苯基)膦、三(4-丁基苯基)膦、二苯基膦、苯基膦等的有機膦化合物;於該有機膦化合物上,添加馬來酸酐、上述醌化合物、重氮甲苯,酚樹脂等的具有π鍵結的化合物,所形成的具有分子內分極的磷化合物;四苯基鏻四苯基硼化物、三苯基膦四苯基硼化物、2-乙基-4-甲基咪唑四苯基硼化物、N-甲基嗎啉四苯基硼化物等的四苯基硼鹽及其衍生物;等被舉出。
這些化合物,可單獨使用,亦可組合2種以上使用。其中,從流動性及耐濕性之觀點來看,較合適的是有機膦與醌化合物的加成物等。
本發明之環氧樹脂組成物中,(E)硬化促進劑的含有率,若能達到硬化促進效果的話,則無特別限制。而從改善樹脂組成物吸濕時之硬化性及流動性觀點來看,相對於(A)環氧樹脂合計為100質量份,以合計0.1質量份~10質量份的比率添加(E)硬化促進劑為佳,較佳是以1質量份~7質量份的比率添加。(E)硬化促進劑的含有率為0.1質量部以上時,可使樹脂組成物的硬化於短時間內變得更容易進行,10質量份以下時,變得具有適當的硬化速度,也更容易得到良好的成型品。
[(F)無機填充劑]
本發明之環氧樹脂組成物,於必要時含有無機填充劑
較佳。添加無機填充劑,是為了提升環氧樹脂硬化物中線膨脹係數、熱傳導率或彈性率等的目的。以無機填充劑的具體例來說,可舉出如熔融二氧化矽、結晶二氧化矽、玻璃、氧化鋁、碳酸鈣、矽酸鋯、矽酸鈣、氮化矽、氮化鋁、氮化硼、氧化鈹、氧化鋯、鋯石、鎂橄欖石、塊滑石、尖晶石、模來石、二氧化鈦、雲母、黏土、白雲母等的微細粉末,及將上述化合物球狀化的顆粒等。
具難燃效果的無機填充劑,舉例來說,如氫氧化鋁、氫氧化鎂、鎂與鋅之複合金屬氫氧化物、硼酸鋅、鉬酸鋅。
上述之無機填充劑中,以降低線膨脹係數的觀點來看,較佳為熔融二氧化矽,以熱傳導性高之觀點來看,較佳為氧化鋁。這些無機填充劑,可單獨使用1種,也可組合2種以上使用。
無機填充劑的含有率,若可達到本發明的效果,則無特別限制,於環氧樹脂組成物中,以50質量%以上為佳,以難燃性觀點來看,較佳是60質量%~95質量%,更佳是70質量%~90質量%。無機填充劑的含有率為50質量%以上時,可使硬化物的線膨脹係數、熱傳導率或彈性率等特性提升,含有率為95質量%以下時,則可降低環氧樹脂組成物的黏度上升,更容易得到充足的流動性,而提升其成型性。
無機填充劑之平均粒徑(D50),以0.1μm~50μm為佳,較佳是10μm~30μm。上述的平均粒徑為0.1μm以上時,可抑制環氧樹脂組成物的黏度上升,50μm以下時,
可降低樹脂成分與無機填充劑的分離情形。因此,無機填充劑之平均粒徑於上述的粒徑範圍內,可防止硬化物質地變得不均勻、硬化物的特性紛亂、狹縫內的充填度降低等狀況。
此外,體積平均粒子徑(D50),是指粒子徑的分布中,從小直徑的一方開始描繪體積累積分布曲線時,成為累積50體積%時的粒子徑。測定是將樣品分散於含有界面活性劑的純水中,使用雷射繞射粒度分布測定裝置(例如,島津製作所股份有限公司製造之SALD-3000J)進行測定。
從流動性的觀點來說,無機填充劑的粒子形狀,球形較方形為佳,而無機填充劑的粒度分布,較佳是分布在廣範圍者。例如,相對於環氧樹脂組成物,添加75體積%以上的無機填充劑時,較佳的是無機填充劑的70質量%以上為球狀粒子,且無機填充劑的粒度分布落於0.1μm~80μm的廣範圍內。因為這樣的無機填充劑最容易形成最緊密的充填構造,就算增加無機填充劑的含有率,環氧樹脂組成物的黏度上升少,仍可得到具良好流動性的環氧樹脂組成物。
無機填充物的比表面積,從難燃性及流動性之觀點來看,較佳是0.1m2/g~10m2/g,更佳是0.5m2/g~6.0m2/。
[各種添加劑]
本發明的環氧樹脂組成物,除了上述的環氧樹脂、酚樹脂、抗氧化劑、硬化促進劑及無機填充劑之外,於必要時,也可含有下列舉例的添加物,如偶合劑、離子交換體、
脫模劑、應力緩和劑、難燃劑、著色劑等各種添加劑。但,本發明的環氧樹脂組成物中,並不限於下述的添加劑,必要時可添加該技術領域內習知的各種添加劑。
(偶合劑)
本發明的環氧樹脂組成物中,為提高樹脂成分與無機填充劑之間的黏著性,依照需求,較佳是添加如環氧矽烷、氫硫矽烷、胺基矽烷、烷基矽烷、醯脲矽烷、乙烯基矽烷等各種矽烷系化合物、鈦系化合物、鋁螯合類、鋁/鋯系化合物等習知之偶合劑。
偶合劑的含有率,相對於無機填充劑,較佳是0.05質量%~5質量%,更佳是0.1質量%~2.5質量%。前述含有量為0.05質量%以上時,可提升與薄膜之間的黏著性,5質量%以下則可使封裝的成型性提高。這些偶合劑可單獨使用,亦可組合2種以上使用。
(離子交換體)
本發明的環氧樹脂組成物,可依照需求含有陰離子交換體。特別是將環氧樹脂組成物做為密封用成型材料使用時,以提升具備密封元件之電子零件裝置的耐濕性及高溫靜置特性之觀點來看,較佳是含有陰離子交換體。
陰離子交換體則無特別限制,可使用以往習知之物。例如,水滑石類或是從鎂、鋁、鈦、鋯、鉍中所選出之元素的水合氧化物。這些化合物可單獨使用,亦可組合2種以上使用。
(脫模劑)
本發明的環氧樹脂組成物中,為了使成型時與模具間具有良好的脫模性,較佳是添加脫模劑。本發明中所使用的脫模劑,並無特別限制,可使用以往習知之物。
以脫模劑來說,舉例如巴西棕櫚蠟、二十八酸、硬脂酸等的高級脂肪酸、高級脂肪酸金屬鹽、二十八酸酯等的酯系蠟,這些化合物可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。其中,較佳的是非氧化型聚烯系蠟。
脫模劑的含有率,相對於環氧樹脂,較佳是0.01質量%~10質量%,更佳是0.1質量%~5質量%。脫模劑含有率為0.01質量%以上時,更容易得到脫模性的效果,含有率為10質量%以下時,則黏著性提升。
(應力緩和劑)
本發明之環氧樹脂組成物,依照需求,較佳是添加矽油,矽氧橡膠粉末等應力緩和劑。藉由添加應力緩和劑,能夠降低封裝的翹曲變形量、及封裝破裂等情況。
可用的應力緩和劑,若為一般所常用習知的可撓劑(應力緩和劑),則無特別限定。一般所使用的可撓劑,舉例來說,如矽氧系、苯乙烯系、分枝烯系、胺甲酸乙酯系、聚酯系、多醚系、聚醯胺系、聚丁二烯系等的熱可塑性合成橡膠;NR(天然橡膠)、NBR(丙烯腈丁二烯橡膠)、丙烯酸橡膠、胺甲酸乙酯橡膠、矽氧粉末等的橡膠粒子;甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯共聚物(MBS)、甲基丙烯酸甲酯-矽氧共聚體、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚體等的具有核殼構造之橡膠粒子。這些化合物可單獨使用,亦可組合2種
以上使用。
(難燃劑)
本發明的環氧樹脂組成物,為了賦予其難燃性,較佳為依照需求添加難燃劑。本發明中所使用的難燃劑,並無特別限制,舉例來說,如含有鹵素原子、銻原子、氮原子或磷原子之習知的有機或無機化合物,金屬氫氧化物。這些化合物可單獨使用1種,亦可組合2種以上使用。
(著色劑)
本發明之環氧樹脂組成物,可添加碳黑、有機染料、有機顏料、氧化鈦、鉛丹、鐵丹等習知的著色劑。
[環氧樹脂組成物的調製]
本發明的環氧樹脂組成物,若能將各種原料均一地分散混合,則可使用任何方法調製。以一般的調製方法來說,將規定的含有率之原料,以攪拌機等充分混合後,再以混合輥、擠壓機、擂潰機、行星式攪拌機等,來混合或熔融混練後,冷卻,依照需求也可使用除氣、粉碎等方法。又,依照需求可合乎成型條件的尺寸及質量來進行錠狀化。
使用本發明的環氧樹脂組成物,以密封半導體裝置等的電子零件裝置方法來說,低壓下注成型法為最為常見,但亦可使用注入成型法,壓縮成型法、分注法、澆注法、印刷法等。
[電子零件裝置]
本發明的電子零件裝置,具有以上述本發明的環氧樹脂組成物來密封之元件。相關的電子零件裝置,舉例來說,
於引線框架、配線完畢之帶狀載體、電路板、玻璃、矽晶圓等的支持構件上,搭載半導體晶片、電晶體、二極管、閘流體等的主動元件、及/或電容器、電阻體、線圈等被動元件,這些是以本發明的環氧樹脂組成物進行密封的物品。
更具體地來說,例如於引線框架上將半導體元件固定,以導線接合或凸塊接連接合墊等元件的終端部分與引線部分後,使用本發明之環氧樹脂組成物,經移注成型(傳遞模製)等步驟所密封而成之DIP(Dual Inline Package)、PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)、QFP(Quad Flat Package)、SOP(Small Outline Package)、SOJ(Small Outline J-lead Package)、TSOP(Thin Sm all Outline Package)、TQFP(Thin Quad Flat Package)等的一般樹脂密封型IC。帶載體上以凸塊接連的半導體晶片,使用本發明的環氧樹脂組成物密封而成之TCP(Tape Carrier Package)。於電路板或玻璃上形成的電路上,以導線接合、倒裝晶片接合、焊接等方式接連之半導體晶片、電晶體、二極管、閘流體等主動元件及/或電容器、電阻體、線圈等被動元件,由本發明的環氧樹脂組成物密封而成之COB(Chip On Board)模組、併合積體電路或多晶片模組。內面形成電路板接連用端末之有機基版,其表面上搭載元件,藉由凸塊或導線接合,將元件與有機基板上形成的電路接連後,由本發明的環氧樹脂組成物密封元件而成之BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)等。
本發明的環氧樹脂組成物,因為作成硬化物時具有高玻璃轉移溫度,且高溫時的彈性率及質量的減少皆小,在要求耐熱性及保證可於高溫下運作的用途上,可做為理想材料使用。具體來說,可舉出如電源模組封裝、搭載用途封裝、Sic、GaN等高溫下仍須運作的半導體封裝等。又,於印刷電路板中,可有效地使用本發明的環氧樹脂組成物。
此外,參考日本申請案2011-215338號所揭示的整體內容,並引入本說明書中來作為本發明的內容的一部分。
本說明書中所記載之全部的文獻、專利申請及技術規格,是經參考後引入至本說明書中,這些技術內容可分別參考各個的文獻、專利申請及技術規格的內容。
[實施例]
以下,藉由實施例具體說明本發明,但本發明的範圍並不限於這些實施例。此外,若無特別說明時,「%」則意指「質量%」。
[環氧樹脂組成物各成份的準備]
(A)環氧樹脂
環氧樹脂1:三酚甲烷型環氧樹脂(上述通式(I)所示的環氧樹脂,通式(I-1)所示的化合物之含有率為46%、n為0~10的整數、環氧基當量為170,三菱化學股份有限公司(舊Japan epoxy resin股份有限公司)製,商品名「1032H60」)
環氧樹脂2:二羥基萘芳烷型環氧樹脂(環氧基當量為164,新日鐵化學股份有限公司(舊東都化成股份有限公司)
製,商品名「ESN-355」)
環氧樹脂3:鄰甲酚酚醛型環氧樹脂(環氧基當量為195,住友化學股份有限公司製,商品名「ESCN-190-2」)
環氧樹脂4:聯苯型環氧樹脂(環氧基當量為196,三菱化學股份有限公司(舊Japan epoxy resin股份有限公司)製,商品名「YX-4000H」)
環氧樹脂5:亞聯苯基型環氧樹脂(環氧基當量為273,日本化藥股份有限公司製,商品名「NC-3000」)
(B)酚樹脂
酚樹脂1:含有1,6-二羥基萘30%,上述通式(II)所示的酚樹脂(n為0~10之整數、R1為氫原子、羥基當量為110,新日鐵化學股份有限公司(舊東都化成股份有限公司)製,商品名「SN-395」,批號:71101)
酚樹脂2:含有1,6-二羥基萘47%,上述通式(II)所示的酚樹脂(n為0~10之整數、R1為氫原子、羥基當量為100,新日鐵化學股份有限公司(舊東都化成股份有限公司)製,商品名「SN-375」,批號:P-20033)
酚樹脂3:含有1,6-二羥基萘60%,上述通式(II)所示的酚樹脂(n為0~10的整數、R1為氫原子、羥基當量為99,新日鐵化學股份有限公司(舊東都化成股份有限公司)製,商品名「SN-375」,批號:P-090810)
酚樹脂4:三酚甲烷型酚樹脂(羥基當量103,明和化成股份有限公司製,商品名「MEH-7500」)
酚樹脂5:酚酚醛型酚樹脂(羥基當量106,日立化成
工業股份有限公司製,商品名「HP-850N」)
酚樹脂6:亞聯苯雙甲基酚樹脂(羥基當量為199,Air‧Water股份有限公司(舊Air‧Water‧Chemical股份有限公司)製,商品名「HE200C-10」)
酚樹脂1、酚樹脂2及酚樹脂3中,1,6-二羥基萘的含有率,是使用凝膠滲透層析法(GPC)來測定。GPC的條件如以下所述。
[GPC條件]
幫浦:L6200 Pump(日立製作所股份有限公司製)
檢測器:折射率檢測器L3300 RI Monitor(日立製作所股份有限公司製)
色譜柱:TSKgel-G5000HXL與TSKgel-G2000HXL(共2柱)(皆為TOSOH股份有限公司製),將其直立連結使用。
析出液:四氫呋喃
流量:1ml/min
色譜柱烘箱溫度:30℃
[二羥基萘化合物的含有率]
酚樹脂1、酚樹脂2及酚樹脂3的GPC圖,以第1圖,第2圖及第3圖表示。第1圖~第3圖中,20.5分時出現的尖峰皆為1,6-二羥基萘,從16分開始至20分為止的尖峰則為1,6-二羥基萘芳烷樹脂的混合物。從這些尖峰所得波譜的面積%,可求得(C)二羥基萘化合物的含有率。酚樹脂中,將二羥基萘化合物定為(C),其他之成分定為(B)時,相對於(B)成分與(C)成分的總量,求得(C)成分的含有率(C)
/[(B)+(C)],則為二羥基萘化合物的含有率。
(D)抗氧化劑
受阻酚系抗氧化劑(ADEKA股份有限公司製,商品名「AO-60」)
(E)硬化促進劑
三苯基膦與1,4-苯醌的加成反應物。
(F)無機填充劑
平均粒徑(D50)17.5μm,比表面積3.8m2/g的球狀熔融二氧化矽
(其他的添加劑)
偶合劑:環氧矽烷(γ-縮水甘油醚丙基三甲氧基矽烷)
著色劑:碳黑(三菱化學股份有限公司製,商品名
「MA-100」)
脫模劑:棕櫚蠟(SERARICA NODA股份有限公司製)
[環氧樹脂組成物的調製]
將上述的成分分別依照表1及表2所示的質量份添加,以混練溫度為80℃、混練時間為15分鐘的條件下,使用混合輥進行混練,則可分別得到實施例1~9、比較例1~8的環氧樹脂組成物。
[環氧樹脂組成物的成型]
接著,由實施例1~9,及比較例1~8中所得的環氧樹脂組成物,以下述所示的各試驗進行評價,其結果表示於表1及表2中。
此外,環氧樹脂組成物的成型,是使用移注成型機,
以模具溫度180℃、成型壓力6.9MPa、硬化加熱時間90秒的條件進行。
<評價>
(玻璃轉移溫度)
使用模具其可成型長80mm×寬10mm×厚度3mm的試驗片,將環氧樹脂以上述成型條件成型,再以250℃ 6小時使其後硬化。接著,將試驗片以金剛石切削器,裁切為長50mm,寬5mm,並使用黏彈性測定裝置RSA3(TA Instruments公司製),於三點彎曲模式下,以升溫速度5℃/min.,周波數6.28rad/s的條件測定該試驗片。tan δ峰值則是玻璃轉移溫度。玻璃轉移溫度的測定結果表示於表1及表2。
(流動性)
使用以EMMI-1-66為基準的螺旋流動試驗用模具,使用移注成型機將密封用環氧樹脂組成物,以模具溫度180℃、成型壓力6.9MPa、硬化加熱時間90秒之條件進行成型,求得流動距離(cm)。流動性的測定結果表示於表1及表2。
(彈性保持率)
彈性保持率是,製作與上述玻璃轉移溫度同樣的樣品,並使用黏彈性測定裝置RSA3(TA Instruments公司製),於三點彎曲模式下,以升溫速度5℃/min.,周波數6.28rad/s的條件測定該樣品。然後,從60℃時的彈性率(A1)與250℃時的彈性率(B1)之數值,可由下述數式(1)求得彈性保持率(%)。彈性保持率的評價結果表示於表1及表2。
[式1]
彈性保持率(%)=B1/A1×100
(質量保持率)
使用可成型直徑50mm×厚度3mm的圓板之模具,將環氧樹脂組成物以上述條件成型,並經過250℃ 6小時的後硬化後,測定質量(A2)。接下來,將該環氧樹脂組成物保管於250℃的高溫槽中,於規定時間(1008h)後取出測得質量(B2)。質量保持率,是將無機填充劑的質量排除在環氧樹脂組成物的總質量外,使用前述質量(A2)及前述質量(B2),計算樹脂部分,由下述數式(2)求得質量保持率。質量保持率的評價結果表示於表1及表2。
[式2]
質量保持率(%)=(B2-環氧樹脂組成物中的無機填充劑的質量)/(A2-環氧樹脂組成物中的無機填充劑的質量)×100
由表1及表2,將使用本發明的環氧樹脂組成物的實施例1~9,與比較例1~8相比後,實施例顯示具有高玻璃轉移溫度,即使於250℃的高溫環境下靜置後,質量減少的程度小(重量保持率高),且具優良可靠性。從以上的結果可知,本發明規定的三酚甲烷環氧樹脂及二羥基萘芳烷樹脂之組合十分重要。又可知,本發明的環氧樹脂組成物可提供作成硬化物時,適合於高溫環境下使用的半導體裝置。
比較例3,因為使用的是三酚甲烷酚樹脂,就算環氧樹脂是使用二羥基萘芳烷型環氧樹脂,也無法提升玻璃轉移溫度。該理由是,三酚甲烷酚樹脂的一部分與環氧樹脂反應的話,會產生立體障礙,使得相鄰的酚性羥基與環氧樹脂之間的反應被阻礙。這個結果,被認為是使交聯密度無法提升,玻璃移轉溫度無法提高的原因。
另一方面,添加抗氧化劑的實施例5~8,可知於高溫環境下(250℃)靜置後之重量的低下程度較少。又,相對於二羥基萘芳烷樹脂及二羥基萘化合物的總量,二羥基萘化合物的含有率為10質量%~55質量%的範圍內之酚樹脂1及酚樹脂2,使用上述酚樹脂1及酚樹脂2的實施例1~8,相較於使用含有超過55質量%的酚樹脂3之實施例9,可
知實施例1~8中的玻璃轉移溫度及彈性保持率較良好。
第1圖是酚樹脂1的GPC圖。
第2圖是酚樹脂2的GPC圖。
第3圖是酚樹脂3的GPC圖。
Claims (5)
- 一種環氧樹脂組成物,其包含:含有下述通式(I)所示的化合物之(A)環氧樹脂、含有下述通式(II)所示的化合物之(B)酚樹脂、以及含有下述通式(III)所示的化合物之(C)二羥基萘化合物;並且,相對於前述(B)酚樹脂及前述(C)二羥基萘化合物的總量,將前述(C)二羥基萘化合物的含有率設為10質量%以上;
- 如請求項1所述之環氧樹脂組成物,其中,前述通式(II)所示之化合物,包含下述通式(IV)所示之酚樹脂,
- 如請求項1所述之環氧樹脂組成物,其中,前述通式(II)所示之化合物與前述通式(III)所示之化合物的總量中,前述通式(III)所示之化合物的總量中的含有率是10質量%~55質量%。
- 如請求項1所述之環氧樹脂組成物,其中,進而含有抗氧化劑。
- 一種電子零件裝置,其具備一元件,該元件是藉由如請求項1至4中任一項所述之環氧樹脂而被密封。
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