説明

封止用エポキシ樹脂組成物及び電子部品装置

【課題】 難燃性、成形性、耐リフロー性、耐湿性及び高温放置特性等の信頼性に優れ、VLSIの封止用に好適な封止用エポキシ樹脂組成物、及びこの組成物で封止した素子を備えた電子部品装置を提供すること。
【解決手段】(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)環状ホスファゼン化合物及び(D)リン酸エステル化合物を含む封止用エポキシ樹脂組成物。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、封止用エポキシ樹脂組成物及びこの組成物で封止した素子を備えた電子部品装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、トランジスタ、IC等の電子部品装置の素子に向けた封止技術の分野では、生産性、コスト等の面から樹脂を用いた封止が主流となっており、封止用樹脂組成物のなかでもエポキシ樹脂組成物が広く用いられている。なぜならば、電気特性、耐湿性、耐熱性、機械特性、インサート品との接着性などの諸特性において、エポキシ樹脂は優れたバランスを有するためである。一般に、封止用エポキシ樹脂組成物には、成形品の難燃性を高めるために難燃剤が添加される。代表的に封止用エポキシ樹脂組成物の難燃化は、難燃剤として、テトラブロモビスフェノールAのジグリシジルエーテル等のブロム化樹脂と酸化アンチモンとを組み合わせて使用することによって実施されている。
【0003】
しかしながら、近年、環境保護の観点からハロゲン化樹脂やアンチモン化合物の使用を規制する動きがある。それに伴って、封止用エポキシ樹脂組成物についても、ノンハロゲン化(ノンブロム化)及びノンアンチモン化の要求が高まっている。そもそも、難燃化のためにブロム化樹脂を含有する組成物によって封止されたICパッケージは、ブロム化樹脂がパッケージの高温放置特性に悪影響を及ぼすことが知られており、そのような観点からもブロム化樹脂の使用量を低減させることが望まれている。
【0004】
このような状況下、ブロム化樹脂や酸化アンチモンといった従来の難燃剤を用いずにエポキシ樹脂組成物の難燃化を図る様々な方法が報告されている。例えば、ノンハロゲンおよびノンアンチモンの難燃剤として、赤リンを用いる方法(例えば特許文献1参照)、リン酸エステル化合物を用いる方法(例えば特許文献2参照)、ホスファゼン化合物を用いる方法(例えば特許文献3参照)、金属水酸化物を用いる方法(例えば特許文献4参照)、金属水酸化物と金属酸化物とを併用する方法(例えば特許文献5参照)が知られている。また、フェロセン等のシクロペンタジエニル化合物(例えば特許文献6参照)、アセチルアセトナート銅(例えば非特許文献1参照)等の有機金属化合物を用いる方法も知られている。その他、組成物中の充填剤の割合を高くする方法(例えば特許文献7参照)、難燃性の高い樹脂を使用する方法(例えば特許文献8参照)、および表面に処理を施した金属水酸化物を使用する方法(例えば特許文献9参照。)等が知られている。
【0005】
【特許文献1】特開平9−227765号公報
【特許文献2】特開平9−235449号公報
【特許文献3】特開平8−225714号公報
【特許文献4】特開平9−241483号公報
【特許文献5】特開平9−100337号公報
【特許文献6】特開平11−269349号公報
【特許文献7】特開平7−82343号公報
【特許文献8】特開平11−140277号公報
【特許文献9】特開平10−338818号公報
【非特許文献1】加藤寛、機能材料、11(6)、34(1991)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上述の方法では、樹脂組成物の難燃化が充分でないか、または難燃化が達成できたとしても、その他の各種特性においても満足できる結果を得ることは困難である。すなわち、赤リンを用いる方法では耐湿性の低下の問題、リン酸エステル化合物又はホスファゼン化合物を用いる方法では可塑化による成形性の低下や耐湿性の低下の問題、金属水酸化物を用いる方法では流動性や金型離型性の低下の問題、金属酸化物を用いる方法や充填剤の割合を高くする方法では流動性の低下の問題が生じる傾向にある。
【0007】
また、アセチルアセトナート銅等の有機金属化合物を用いる方法では、硬化反応が阻害され成形性が低下する傾向にある。また、難燃性の高い樹脂を使用する方法では、電子部品装置の材料に求められるUL−94試験でV−0の難燃性を達成することが困難である。
【0008】
さらに、金属水酸化物を使用する方法では、金属水酸化物のなかでも水酸化マグネシウムが好適に使用可能であることを示唆しているが、水酸化マグネシウムは耐熱性が高いために、多量に使用しなければ難燃性が発現しない。多量の水酸化マグネシウムの使用は、流動性等の組成物の成形性を低下させる傾向にある。また、金属酸化物は耐酸性に劣るため、半導体装置作製時の半田メッキ工程において、それらの表面が腐食され、白化現象が起こる傾向もある。このような白化現象は、表面処理を施した金属酸化物を使用した場合であっても解決できるものではない。
【0009】
このように、上述の方法のいずれにおいても各種特性に優れ満足できる結果を得ることは困難であり、ブロム化樹脂と酸化アンチモンとを併用する従来の封止用エポキシ樹脂組成物と同等またはそれ以上の難燃性、成形性及び信頼性を得るには至っていない。そのため、樹脂組成物の難燃化に効果的である一方で、成形性およびパッケージの信頼性を低下させない、ノンハロゲンおよびノンアンチモンの難燃剤を含む封止用エポキシ樹脂組成物が望まれている。
【0010】
したがって、本発明では、かかる状況に鑑み、ノンハロゲンかつノンアンチモンであって、成形性、並びに耐リフロー性、耐湿性及び高温放置特性等のパッケージの信頼性を低下させることなく良好な難燃化が達成できる封止用エポキシ樹脂組成物、及びそのような組成物を用いて封止した素子を備える電子部品装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、封止用エポキシ樹脂組成物において、特定のホスファゼン化合物とリン酸エステル化合物とを併用することによって、所期の目的が達成可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
本願は以下の発明に関する。
(1)(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)環状ホスファゼン化合物及び(D)リン酸エステル化合物を含むことを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
(2)(C)環状ホスファゼン化合物が、下記一般式(I)で示される化合物を含むことを特徴とする上記(1)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【0013】
【化1】

(式中、nは3〜5の整数であり、RおよびR’はそれぞれ独立して同じでも異なってもよく、炭素数1〜4のアルキル基またはアリール基を示し、ヒドロキシ基で置換されてもよい。)
(3)式(I)中、RおよびR’の一方または両方がヒドロキシフェニル基であり、ヒドロキシフェニル基の数が1〜10のいずれかであることを特徴とする上記(2)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(4)(C)環状ホスファゼン化合物が、架橋された化合物を含むことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(5)(D)リン酸エステル化合物が、下記一般式(II)で示される化合物を含有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【0014】
【化2】

(式中、8個のRは炭素数1〜4のアルキル基を示し、全て同一でも異なっていてもよく、Arは芳香族環を示す。)
(6)(A)エポキシ樹脂が、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビフェニレン型エポキシ樹脂及びナフトール・アラルキル型フェノール樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有することを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれか記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(7)硫黄原子含有エポキシ樹脂が、下記一般式(III)で示される化合物であることを特徴とする上記(6)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【0015】
【化3】

(式中、R1〜R8は水素原子、および置換又は非置換の炭素数1〜10の一価の炭化水素基からなる群より選ばれ、全てが同一でも異なっていてもよく、nは0〜3の整数を示す。)
(8)(B)硬化剤が、ビフェニレン型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂及びノボラック型フェノール樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有する上記(1)〜(7)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(9)(E)硬化促進剤をさらに含有することを特徴とする上記(1)〜(8)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(10)(E)硬化促進剤が、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含むことを特徴とする上記(9)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(11)(E)硬化促進剤が、リン原子に少なくとも1つのアルキル基が結合したホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含むことを特徴とする上記(10)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(12)(F)無機充填剤をさらに含有することを特徴とする上記(1)〜(11)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(13)(G)シランカップリング剤をさらに含有することを特徴とする上記(1)〜(12)のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(14)(G)シランカップリング剤が、2級アミノ基を有するシランカップリング剤を含有することを特徴とする上記(13)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
(15)(G)2級アミノ基を有するシランカップリング剤が、下記一般式(IV)で示される化合物を含有することを特徴とする上記(14)に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【0016】
【化4】

(式中、R1は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数1〜2のアルコキシ基からなる群より選ばれ、R2は炭素数1〜6のアルキル基及びフェニル基からなる群より選ばれ、R3はメチル基又はエチル基を示し、nは1〜6の整数を示し、mは1〜3の整数を示す。)
(16)上記(1)〜(15)いずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物で封止された素子を備えることを特徴とする電子部品装置。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、難燃性が良好で、かつ成形性や耐リフロー性、耐湿性及び高温放置特性等に優れた封止用エポキシ樹脂組成物、及びそのような組成物を使用して信頼性が高い電子部品装置等の製品を提供することが可能となり、その工業的価値は高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明による封止用エポキシ樹脂組成物は、(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)環状ホスファゼン化合物及び(D)リン酸エステル化合物を含むことを特徴とする。本発明では、(C)環状ホスファゼン化合物と(D)リン酸エステル化合物とを併用することによって、ブロム化樹脂または酸化アンチモンといった従来の難燃剤を使用せずに樹脂組成物の難燃化が達成可能である。本発明による封止用エポキシ樹脂組成物は、上述の成分(A)〜(D)に加えて、必要に応じて(E)硬化促進剤、(F)無機充填剤、(G)シランカップリング剤、(H)その他各種添加剤、といった封止用樹脂組成物に使用される周知の成分を追加してもよい。(H)各種添加剤としては、例えば、離型剤、イオン交換体、着色剤が挙げられる。なお、本発明による封止用エポキシ樹脂組成物では、難燃剤として併用する(C)環状ホスファゼン化合物及び(D)リン酸エステル化合物に加えて、その他周知のノンハロゲン、ノンアンチモンの難燃剤を追加してもよい。以下、本発明による封止用エポキシ樹脂組成物を構成する各種成分について詳細に説明する。
(A)エポキシ樹脂
本発明において用いられる(A)エポキシ樹脂は、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に使用されているものであってよく、特に制限はない。例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン骨格を有するエポキシ樹脂をはじめとするフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のフェノール類及び/又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、アルキル置換又は非置換のビフェノール等のジグリシジルエーテル、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、フタル酸、ダイマー酸等の多塩基酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、シクロペンタジエンとフェノ−ル類の共縮合樹脂のエポキシ化物、ナフタレン環を有するエポキシ樹脂、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物、ビフェニレン型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、テルペン変性エポキシ樹脂、オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても、これらを2種以上組み合わせて用いてもよい。
【0019】
上記エポキシ樹脂のなかでも、耐リフロー性の観点からはビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂及び硫黄原子含有エポキシ樹脂が好ましい。硬化性の観点からは、ノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。低吸湿性の観点からは、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂が好ましい。耐熱性及び低反り性の観点からは、ナフタレン型エポキシ樹脂及びトリフェニルメタン型エポキシ樹脂が好ましい。難燃性の観点からは、ビフェニレン型エポキシ樹脂及びナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂が好ましい。
【0020】
以下、好ましいエポキシ樹脂についてより具体的に説明する。本発明による封止エポキシ樹脂組成物では、以下に挙げるエポキシ樹脂の少なくとも1種を含有することが好ましいが、エポキシ樹脂は以下に例示したものに限定されるものではない。
【0021】
ビフェニル型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(V)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0022】
【化5】

(式中、R1〜R8は水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、全てが同一でも異なっていてもよい。nは0〜3の整数を示す。)
上記一般式(V)で示されるビフェニル型エポキシ樹脂としては、例えば、4,4’−ビス(2,3−エポキシプロポキシ)ビフェニル又は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を主成分とするエポキシ樹脂、エピクロルヒドリンと4,4’−ビフェノール又は4,4’−(3,3’,5,5’−テトラメチル)ビフェノールとを反応させて得られるエポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも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を主成分とするエポキシ樹脂が好ましい。n=0を主成分とするYX−4000(ジャパンエポキシレジン株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0023】
ビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(VI)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0024】
【化6】

(式中、R1〜R8は水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシル基、炭素数6〜10のアリール基、及び炭素数6〜10のアラルキル基から選ばれ、全てが同一でも異なっていてもよい。nは0〜3の整数を示す。)
上記一般式(VI)で示されるビスフェノールF型エポキシ樹脂としては、例えば、R1、R3、R6及びR8がメチル基で、R2、R4、R5及びR7が水素原子であり、n=0を主成分とするYSLV−80XY(新日鉄化学株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0025】
スチルベン型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(VII)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0026】
【化7】

(式中、R1〜R8は水素原子及び炭素数1〜5の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、全てが同一でも異なっていてもよい。nは0〜10の整数を示す。)
上記一般式(VII)で示されるスチルベン型エポキシ樹脂は、原料であるスチルベン系フェノール類とエピクロルヒドリンとを塩基性物質存在下で反応させて得ることができる。この原料であるスチルベン系フェノール類としては、例えば3−t−ブチル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,5,5’−トリメチルスチルベン、3−t−ブチル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,5’,6−トリメチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジ−t−ブチル−5,5’−ジメチルスチルベン、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジ−t−ブチル−6,6’−ジメチルスチルベン等が挙げられ、なかでも3−t−ブチル−4,4’−ジヒドロキシ−3’,5,5’−トリメチルスチルベン、及び4,4’−ジヒドロキシ−3,3’,5,5’−テトラメチルスチルベンが好ましい。これらのスチルベン型フェノール類は単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硫黄原子含有エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(III)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0027】
【化8】

(式中、R1〜R8は水素原子、置換又は非置換の炭素数1〜10のアルキル基及び置換又は非置換の炭素数1〜10のアルコキシ基から選ばれ、全てが同一でも異なっていてもよい。nは0〜3の整数を示す。)
上記一般式(III)で示される硫黄原子含有エポキシ樹脂のなかでも、R2、R3、R6及びR7が水素原子で、R1、R4、R5及びR8がアルキル基であるエポキシ樹脂が好ましく、R2、R3、R6及びR7が水素原子で、R1及びR8がt−ブチル基で、R4及びR5がメチル基であるエポキシ樹脂がより好ましい。このような化合物としては、YSLV−120TE(新日鐵化学社製)等が市販品として入手可能である。
【0028】
上述のエポキシ樹脂は、いずれか1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよいが、その配合量は、その性能を発揮するためにエポキシ樹脂全量に対して合計で20重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上がより好ましく、50重量%以上とすることがさらに好ましい。
【0029】
ノボラック型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(VIII)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0030】
【化9】

(式中、Rは水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、nは0〜10の整数を示す。)
上記一般式(VIII)で示されるノボラック型エポキシ樹脂は、ノボラック型フェノール樹脂にエピクロルヒドリンを反応させることによって容易に得られる。なかでも、一般式(X)中のRとしては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基等の炭素数1〜10のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜10のアルコキシル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましい。nは0〜3の整数が好ましい。上記一般式(VIII)で示されるノボラック型エポキシ樹脂のなかでも、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。N−600シリーズ(大日本インキ化学工業株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0031】
ノボラック型エポキシ樹脂を使用する場合、その配合量は、その性能を発揮するためにエポキシ樹脂全量に対して20重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上がより好ましい。
【0032】
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(IX)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0033】
【化10】

(式中、R1及びR2は水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基からそれぞれ独立して選ばれ、nは0〜10の整数を示し、mは0〜6の整数を示す。)
上記式(IX)中のR1としては、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、t−ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、ハロゲン化アルキル基、アミノ基置換アルキル基、メルカプト基置換アルキル基などの炭素数1〜5の置換又は非置換の一価の炭化水素基が挙げられ、なかでもメチル基、エチル基等のアルキル基及び水素原子が好ましく、メチル基及び水素原子がより好ましい。R2としては、例えば、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、t−ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、ハロゲン化アルキル基、アミノ基置換アルキル基、メルカプト基置換アルキル基などの炭素数1〜5の置換又は非置換の一価の炭化水素基が挙げられ、なかでも水素原子が好ましい。HP−7200(大日本インキ化学工業株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0034】
ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂を使用する場合、その配合量は、その性能を発揮するためにエポキシ樹脂全量に対して20重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上とすることがより好ましい。
【0035】
ナフタレン型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(X)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0036】
【化11】

(式中、R1〜R3は水素原子及び置換又は非置換の炭素数1〜12の一価の炭化水素基から選ばれ、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。pは1又は0で、l、mはそれぞれ0〜11の整数であって、(l+m)が1〜11の整数でかつ(l+p)が1〜12の整数となるよう選ばれる。iは0〜3の整数、jは0〜2の整数、kは0〜4の整数を示す。)
上記一般式(X)で示されるナフタレン型エポキシ樹脂としては、l個の構成単位及びm個の構成単位をランダムに含むランダム共重合体、交互に含む交互共重合体、規則的に含む共重合体、ブロック状に含むブロック共重合体が挙げられ、これらのいずれか1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0037】
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(XI)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0038】
【化12】

(式中、Rは水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、nは1〜10の整数を示す。)
EPPN−500シリーズ(日本化薬株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0039】
上述のエポキシ樹脂は、いずれか1種を単独で用いても両者を組み合わせて用いてもよいが、その配合量は、その性能を発揮するためにエポキシ樹脂全量に対して合計で20重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上がより好ましく、50重量%以上とすることがさらに好ましい。
【0040】
なお、上述のビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂及びトリフェニルメタン型エポキシ樹脂は、いずれか1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよいが、その配合量はエポキシ樹脂全量に対して合計で50重量%以上とすることが好ましく、60重量%以上がより好ましく、80重量%以上とすることがさらに好ましい。
【0041】
ビフェニレン型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(XII)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0042】
【化13】

(式中、R1〜R9は全てが同一でも異なっていてもよく、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基等の炭素数1〜10のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜10のアルコキシル基、フェニル基、トリル基、キシリル基等の炭素数6〜10のアリール基、及び、ベンジル基、フェネチル基等の炭素数6〜10のアラルキル基から選ばれ、なかでも水素原子とメチル基が好ましい。nは0〜10の整数を示す。)
ビフェニレン型エポキシ樹脂としては、NC−3000(日本化薬株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0043】
ナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂としては、例えば下記一般式(XIII)で示されるエポキシ樹脂等が挙げられる。
【0044】
【化14】

(式中、R1〜R3は水素原子及び置換又は非置換の炭素数1〜12の一価の炭化水素基から選ばれ、それぞれ全てが同一でも異なっていてもよい。nは1〜10の整数を示す。)
ナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂としてはESN−175等(東都化成株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0045】
難燃性の観点からは、式(XII)および(XIII)で示したエポキシ樹脂のいずれか1種を単独で用いても両者を組み合わせて用いてもよいが、その配合量は、その性能を発揮するためにエポキシ樹脂全量に対して合計で20重量%以上とすることが好ましく、30重量%以上がより好ましく、50重量%以上とすることがさらに好ましい。
【0046】
上記エポキシ樹脂のなかでも、特には耐リフロー性等の信頼性、成形性及び難燃性の観点からは上記一般式(I)で示される構造の硫黄原子含有エポキシ樹脂が最も好ましい。
【0047】
本発明において用いられる(A)エポキシ樹脂の150℃における溶融粘度は、流動性の観点から2ポイズ以下が好ましく、1ポイズ以下がより好ましく、0.5ポイズ以下がさらに好ましい。ここで、溶融粘度とはICIコーンプレート粘度計で測定した粘度を示す。
(B)硬化剤
本発明において用いられる(B)硬化剤は、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に使用されているものであってよく、特に制限はない。例えば、フェノール、クレゾール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、フェニルフェノール、アミノフェノール等のフェノール類及び/又はα−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール類とホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等のアルデヒド基を有する化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック型フェノール樹脂、フェノール類及び/又はナフトール類とジメトキシパラキシレン又はビス(メトキシメチル)ビフェニルから合成されるフェノール・アラルキル樹脂、ビフェニレン型フェノール樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂、フェノール類及び/又はナフトール類とシクロペンタジエンから共重合により合成される、ジクロペンタジエン型フェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂等のジクロペンタジエン型フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0048】
なかでも、難燃性の観点からは、ビフェニレン型フェノール樹脂が好ましい。耐リフロー性及び硬化性の観点からは、アラルキル型フェノール樹脂が好ましい。低吸湿性の観点からは、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂が好ましい。耐熱性、低膨張率及び低そり性の観点からは、トリフェニルメタン型フェノール樹脂が好ましい。硬化性の観点からは、ノボラック型フェノール樹脂が好ましい。本発明による封止用エポキシ樹脂組成物には、これらのフェノール樹脂の少なくとも1種を含有していることが好ましい。
【0049】
以下、本発明において好ましい硬化剤についてより具体的に説明するが、硬化剤は以下のものに限定されるものではない。
【0050】
ビフェニレン型フェノール樹脂としては、例えば下記一般式(XIV)で示されるフェノール樹脂等が挙げられる。
【0051】
【化15】

上記式(XIV)中のR1〜R9は全てが同一でも異なっていてもよく、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基等の炭素数1〜10のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等の炭素数1〜10のアルコキシル基、フェニル基、トリル基、キシリル基等の炭素数6〜10のアリール基、及び、ベンジル基、フェネチル基等の炭素数6〜10のアラルキル基から選ばれ、なかでも水素原子とメチル基が好ましい。nは0〜10の整数を示す。
【0052】
上記一般式(XIV)で示されるビフェニレン型フェノール樹脂において好ましい化合物としては、例えばR1〜R9が全て水素原子である化合物等が挙げられ、なかでも溶融粘度の観点から、nが1以上の縮合体を50重量%以上含む縮合体の混合物が好ましい。このような化合物としては、MEH−7851(明和化成株式会社製商品名)が市販品として入手可能である。
【0053】
ビフェニレン型フェノール樹脂を使用する場合、その配合量は、その性能を発揮するために硬化剤全量に対して30重量%以上とすることが好ましく、50重量%以上がより好ましく、60重量%以上がさらに好ましい。
【0054】
アラルキル型フェノール樹脂としては、例えば、フェノール・アラルキル樹脂、ナフトール・アラルキル樹脂等が挙げられる。このようなアラルキル型フェノール樹脂を用いる場合、その配合量は、その性能を発揮するために硬化剤全量に対して30重量%以上とすることが好ましく、50重量%以上とすることがより好ましい。
【0055】
フェノール・アラルキル樹脂としては、下記一般式(XV)で示されるものが好ましい。
【0056】
【化16】

(式中、Rは水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、nは0〜10の整数を示す。)
上記一般式(XV)で示されるフェノール・アラルキル樹脂において、Rが水素原子で、nの平均値が0〜8であるものがより好ましい。具体例としては、p−キシリレン型フェノール・アラルキル樹脂、m−キシリレン型フェノール・アラルキル樹脂等が挙げられる。
【0057】
ナフトール・アラルキル樹脂としては、下記一般式(XVI)で示されるものが好ましい。
【0058】
【化17】

(式中、Rは水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、nは0〜10の整数を示す。)
ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂としては、例えば下記一般式(XVII)で示されるフェノール樹脂等が挙げられる。
【0059】
【化18】

(式中、R1及びR2は水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基からそれぞれ独立して選ばれ、nは0〜10の整数を示し、mは0〜6の整数を示す。)
ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂を用いる場合、その配合量は、その性能を発揮するために硬化剤全量に対して30重量%以上とすることが好ましく、50重量%以上がより好ましい。
【0060】
トリフェニルメタン型フェノール樹脂としては、例えば下記一般式(XVIII)で示されるフェノール樹脂等が挙げられる。
【0061】
【化19】

(式中、Rは水素原子及び炭素数1〜10の置換又は非置換の一価の炭化水素基から選ばれ、nは1〜10の整数を示す。)
トリフェニルメタン型フェノール樹脂を用いる場合、その配合量は、その性能を発揮するために硬化剤全量に対して30重量%以上とすることが好ましく、50重量%以上がより好ましい。
【0062】
ノボラック型フェノール樹脂としては、例えばフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂等が挙げられ、なかでもフェノールノボラック樹脂が好ましい。ノボラック型フェノール樹脂を用いる場合、その配合量は、その性能を発揮するために硬化剤全量に対して30重量%以上とすることが好ましく、50重量%以上がより好ましい。
【0063】
上述したビフェニレン型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂及びノボラック型フェノール樹脂は、それらのいずれか1種を単独で用いても、それらの2種以上組み合わせて用いてもよいが、その配合量は硬化剤全量に対して合計で60重量%以上とすることが好ましく、80重量%以上とすることがより好ましい。
【0064】
本発明において用いられる(B)硬化剤の150℃における溶融粘度は、流動性の観点から2ポイズ以下が好ましく、1ポイズ以下がより好ましい。ここで、溶融粘度とはICI粘度を示すものである。
【0065】
(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤との当量比、すなわち、エポキシ樹脂中のエポキシ基数に対する硬化剤中の水酸基数の比(硬化剤中の水酸基数/エポキシ樹脂中のエポキシ基数)は、特に制限はない。しかし、それぞれの未反応分を少なく抑えるためには、上記当量比は好ましくは0.5〜2の範囲、より好ましくは0.6〜1.3の範囲に設定することが望ましい。成形性及び耐リフロー性に優れる封止用エポキシ樹脂組成物を得るためには、上記当量比は0.8〜1.2の範囲に設定されることがさらに好ましい。
(C)環状ホスファゼン化合物
本発明において用いられる(C)環状ホスファゼン化合物は、当技術分野において一般に使用される環状ホスファゼン化合物であってよく、特に限定するものではない。しかし、安定性、耐加水分解性の観点からは、下記一般式(I)で示される環状ホスファゼン化合物が好ましい。
【0066】
【化20】

(式中、nは3〜5の整数であり、RおよびR’はそれぞれ独立して同じでも異なってもよく、炭素数1〜4のアルキル基またはアリール基を示し、ヒドロキシ基で置換されてもよい。)
上記一般式(I)で示される環状ホスファゼン化合物としては、3量体(n=3)の6員環、4量体(n=4)の8員環、及び5量体(n=5)の10員環の化合物を単独あるいは混合して用いることができる。なかでも流動性の観点からは、3量体の化合物を主成分として用いることが好ましい。
【0067】
上記一般式(I)において、R、R’はそれぞれ独立してn個存在し、それらは同じでも異なってもよい。例えば、3量体(n=3)の6員環の場合には、R、R’は6個の置換基となり、これらは全て同じでも異なっていてもよい。R、R’は、炭素数1〜4のアルキル基またはアリール基から選択され、ヒドロキシ基で置換されてもよい。耐熱性、耐湿性及び成形性の観点からはアリール基が好ましい。アリール基のなかでは、フェニル基が好ましく、さらに好ましくはヒドロキシ基で置換されたフェニル基(ヒドロキシフェニル基)である。
【0068】
上記一般式(I)で示される環状ホスファゼン化合物において、RおよびR’の一方または両方にヒドロキシフェニル基を導入する場合は、ヒドロキシフェニル基の数は1〜10のいずれかから選択することが可能である。なかでも、ヒドロキシフェニル基の数は1〜4個であることが好ましく、1〜3個であることがより好ましい。1個未満の場合はエポキシ樹脂硬化物の架橋構造に取り込まれない成分が出てくるため、成形性、耐熱性が低下しやすい。一方、4個を超える場合は硬化物が脆くなる傾向がある。
【0069】
本発明に用いられる環状ホスファゼン化合物の好ましい構造としては、例えば下記一般式(XIX)などが挙げられる。
【0070】
【化21】

(式中、R1〜R6は、それぞれ独立し、同じでも異なってもよく、水酸基または水素原子を示し、化合物中の水酸基は0〜6個で、水素原子は6〜0個である)
また本発明に用いられる環状ホスファゼン化合物は、化合物の少なくとも一部が架橋されていてもよい。架橋されてなる(架橋構造を有する)環状ホスファゼンとしては、主鎖骨格中に次式(XX)及び/又は次式(XXI)を繰り返し単位として含む環状ホスファゼン化合物、あるいはホスファゼン環中の燐原子に対する置換位置が異なる次式(XXII)及び/又は次式(XXIII)を繰り返し単位として含む化合物等が挙げられる。
【0071】
【化22】

ここで、式(XX)及び式(XXII)中のmは1〜10の整数で、R〜Rは置換基を有しても良い炭素数1〜12のアルキル基、アリール基から選ばれ、全て同一でも異なっていても良い。Aは炭素数1〜4のアルキレン基又はアリレン基を示す。式(XXI)及び式(XXIII)中のnは1〜10の整数で、R〜Rは置換基を有しても良い炭素数1〜12のアルキル基又はアリール基から選ばれ、全て同一でも異なっていても良く、Aは炭素数1〜4のアルキレン基又はアリレン基を示す。また、式中m個のR、R、R、Rはm個全てが同一でも異なっていても良く、n個のR、R、R、Rはn個全てが同一でも異なっていても良い。
【0072】
上記式(XX)〜式(XXIII)において、R〜Rで示される置換基を有しても良い炭素数1〜12のアルキル基又はアリール基としては、特に制限はない。例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等のアルキル基、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等のアリール基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,3−キシリル基、2,4−キシリル基、o−クメニル基、m−クメニル基、p−クメニル基、メシチル基等のアルキル基置換アリール基、ベンジル基、フェネチル基等のアリール基置換アルキル基などが挙げられ、さらにこれらに置換する置換基としては、アルキル基、アルコキシル基、アリール基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、ビニル基、ヒドロキシアルキル基、アルキルアミノ基等が挙げられる。
【0073】
これらの中で、エポキシ樹脂組成物の耐熱性、耐湿性の観点からはアリール基が好ましく、より好ましくはフェニル基もしくはヒドロキシフェニル基である。
【0074】
また、上記式(XX)〜式(XXIII)中のAで示される炭素数1〜4のアルキレン基又はアリレン基としては特に制限はないが、例えばメチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、ナフチレン基及びビフェニレン基等が挙げられ、エポキシ樹脂組成物の耐熱性、耐湿性の観点からはアリレン基が好ましく、なかでもフェニレン基、ビフェニレン基がより好ましい。
【0075】
環状ホスファゼン化合物は、上記式(XX)〜式(XXIII)のいずれかの重合物、上記式(XX)と上記式(XXI)との共重合物、又は上記式(XXII)と上記式(XXIII)との共重合物であるが、共重合物の場合、ランダム共重合物でも、ブロック共重合物でも、交互共重合物のいずれでも良い。その共重合モル比m/nは特に限定するものではないが、エポキシ樹脂硬化物の耐熱性や強度向上の観点から1/0〜1/4が好ましく、1/0〜1/1.5がより好ましい。また、重合度m+nは1〜20であり、好ましくは2〜8、より好ましくは3〜6である。
【0076】
環状ホスファゼン化合物として好ましいものを例示すると、次式(XXIV)の重合物、次式(XXV)の共重合物等が挙げられる。
【0077】
【化23】

(式中、nは、0〜9の整数であり、R〜R6はそれぞれ独立に水素又は水酸基を示す。)
【0078】
【化24】

上記式中、m、nは、0〜9の整数であり、R〜R6はそれぞれ独立に水素または水酸基から選ばれる。また、上記式で示される環状ホスファゼン化合物は、次に示すm個の繰り返し単位(a)とn個の繰り返し単位(b)を交互に含むもの、ブロック状に含むもの、ランダムに含むもののいずれであってもかまわないが、ランダムに含むものが好ましい。
【0079】
【化25】

なかでも、上記式(XXIV)でnが3〜6の重合体を主成分とするものや、上記式(XXV)でR1〜R6が全て水素又は1つが水酸基であり、n/mが1/2〜1/3で、n+mが3〜6の共重合体を主成分とするものが好ましい。また、市販のホスファゼン化合物としては、SPE−100(大塚化学製商品名)、SPH−100(大塚化学製商品名)が入手可能である。
(D)リン酸エステル化合物
本発明において用いられる(D)リン酸エステル化合物は、リン酸とアルコール化合物又はフェノール化合物とのエステル化合物であれば特に制限はない。例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、キシレニルジフェニルホスフェート、トリス(2,6ジメチルフェニル)ホスフェート及び芳香族縮合リン酸エステル等が挙げられる。なかでも耐加水分解性の観点からは、下記一般式(II)で示される芳香族縮合リン酸エステルが好ましい。
【0080】
【化26】

(式中、8個のRは炭素数1〜4のアルキル基を示し、全て同一でも異なっていてもよく、Arは芳香族環を示す。)
上記式(II)のリン酸エステルを例示すると、下記構造式(XXVI)〜(XXX)で示されるリン酸エステル等が挙げられる。
【0081】
【化27】

本発明では、難燃剤として(C)環状ホスファゼン化合物と(D)リン酸エステル化合物とを併用することによって、それぞれの成分を単独で用いるよりも、樹脂組成物の優れた難燃性と成形性とを両立することが可能である。(C)環状ホスファゼン化合物は化学的に安定であり、またヒドロキシフェニル基を有する環状ホスファゼン化合物を用いた場合はエポキシ樹脂と反応し、硬化性が向上する。一方、(D)リン酸エステル化合物の化学的安定性は(C)環状ホスファゼン化合物よりも劣るものの、それ自体が優れた難燃性を示すため、(C)環状ホスファゼン化合物単独では成し得ない難燃性を発現させることが可能である。
【0082】
本発明による封止用エポキシ樹脂組成物において併用される(C)環状ホスファゼン化合物、および(D)リン酸エステル化合物の合計添加量は、充填剤を除く他の全配合成分に対して、燐原子の量で0.1〜5.0重量%の範囲内であることが好ましい。より好ましくは0.2〜3.0重量%である。0.1重量%より少ない場合は難燃効果が低くなる傾向がある。5.0重量%を超えた場合は、成形性及び耐湿性の低下や成形時のしみ出しが起こり、外観を阻害する場合がある。
(E)硬化促進剤
本発明による封止用エポキシ樹脂組成物には、(A)エポキシ樹脂と(B)硬化剤との反応を促進させるために、必要に応じて(E)硬化促進剤を用いることができる。(E)硬化促進剤は、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に使用されているものであってよく、特に制限はない。例えば、1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7、1,5−ジアザ−ビシクロ(4,3,0)ノネン、5、6−ジブチルアミノ−1,8−ジアザ−ビシクロ(5,4,0)ウンデセン−7等のシクロアミジン化合物及びこれらの化合物に無水マレイン酸、1,4−ベンゾキノン、2,5−トルキノン、1,4−ナフトキノン、2,3−ジメチルベンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−5−メチル−1,4−ベンゾキノン、2,3−ジメトキシ−1,4−ベンゾキノン、フェニル−1,4−ベンゾキノン等のキノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有する化合物、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール等の3級アミン類及びこれらの誘導体、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール等のイミダゾール類及びこれらの誘導体、トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(4−メチルフェニル)ホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィン等のホスフィン化合物及びこれらのホスフィン化合物に無水マレイン酸、上記キノン化合物、ジアゾフェニルメタン、フェノール樹脂等のπ結合をもつ化合物を付加してなる分子内分極を有するリン化合物、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等のテトラフェニルボロン塩及びこれらの誘導体などが挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0083】
なかでも、難燃性、硬化性の観点からは、トリフェニルホスフィンが好ましい。難燃性、硬化性、流動性及び離型性の観点からは、第三ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が好ましい。第三ホスフィン化合物としては、特に限定するものではないが、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、ブチルジフェニルホスフィン、エチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリス(4−メチルフェニル)ホスフィン、トリス(4−エチルフェニル)ホスフィン、トリス(4−プロピルフェニル)ホスフィン、トリス(4−ブチルフェニル)ホスフィン、トリス(イソプロピルフェニル)ホスフィン、トリス(t−ブチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,4−ジメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,6−ジメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,4,6−トリメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,6−ジメチル−4−エトキシフェニル)ホスフィン、トリス(4−メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(4−エトキシフェニル)ホスフィンなどのアルキル基、アリール基を有する第三ホスフィン化合物が好ましい。またキノン化合物としては、o−ベンゾキノン、p−ベンゾキノン、ジフェノキノン、1,4−ナフトキノン、アントラキノン等があげられ、なかでも耐湿性、保存安定性の観点からp−ベンゾキノンが好ましい。トリス(4−メチルフェニル)ホスフィンとp−ベンゾキノン、との付加物が離型性の観点からより好ましい。さらにはリン原子に少なくとも1つのアルキル基が結合したホスフィン化合物とキノン化合物との付加物が硬化性、流動性及び難燃性の観点から好ましい。
【0084】
硬化促進剤の配合量は、硬化促進効果が達成される量であれば特に制限されるものではない。例えば、封止用エポキシ樹脂組成物に対して0.005〜2重量%が好ましく、0.01〜0.5重量%がより好ましい。0.005重量%未満では短時間での硬化性に劣る傾向があり、2重量%を超えると硬化速度が速すぎて良好な成形品を得ることが困難になる傾向がある。
(F)無機充填剤
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、必要に応じて(F)無機充填剤を配合することができる。エポキシ樹脂組成物に無機充填剤を配合することによって、線膨張係数の低減、他湿性、熱伝導性の向上及び強度向上といった効果が得られる。無機充填剤は特に限定されるものではなく、当技術分野で使用される周知の無機充填剤であってよい。代表的な無機充填剤としては、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、ジルコン、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ホウ素、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、フォステライト、ステアタイト、スピネル、ムライト、チタニア等の粉体、又はこれらを球形化したビーズ、ガラス繊維等が挙げられる。さらに、難燃効果のある無機充填剤としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、複合金属水酸化物、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛などが挙げられる。ここで、ホウ酸亜鉛としてはFB−290、FB−500(U.S.Borax社製)、FRZ−500C(水澤化学社製)等が市販品として入手可能である。モリブデン酸亜鉛としては、KEMGARD911B、911C、1100(Sherwin−Williams社製)等が市販品として入手可能である。
【0085】
これらの無機充填剤は、単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、充填性、線膨張係数の低減の観点からは溶融シリカが好ましく、高熱伝導性の観点からはアルミナが好ましく、無機充填剤の形状は充填性及び金型摩耗性の点から球形が好ましい。 無機充填剤の配合量は、難燃性、成形性、吸湿性、線膨張係数低減、強度向上及び耐リフロー性の観点から、封止用エポキシ樹脂組成物に対して50重量%以上が好ましく、60〜95重量%がより好ましく、70〜90重量%がさらに好ましい。60重量%未満では難燃性及び耐リフロー性が低下する傾向があり、95重量%を超えると流動性が不足する傾向があり、また難燃性も低下する傾向にある
(G)カップリング剤
本発明において(F)無機充填剤を用いる場合、樹脂組成物中には樹脂成分と無機充項剤との接着性を高めるために、(G)カップリング剤をさらに配合することが好ましい。(G)カップリング剤としては、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に使用されるものであってよく、特に制限はない。例えば、1級及び/又は2級及び/又は3級アミノ基を有するシラン化合物、エポキシシラン、メルカプトシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム/ジルコニウム系化合物等が挙げられる。これらを例示すると、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジメチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N,N−ジエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N,N−ジブチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−メチル)アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−エチル)アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N,N−ジメチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジブチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−メチル)アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−エチル)アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N,N−ジメチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N,N−ジエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N,N−ジブチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−メチル)アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−エチル)アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、N−(ジメトキシメチルシリルイソプロピル)エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等のシラン系カップリング剤、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネート、テトラオクチルビス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジトリデシル)ホスファイトチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセテートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ(ジオクチルホスフェート)チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス(ジオクチルホスファイト)チタネート等のチタネート系カップリング剤などが挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【0086】
なかでも流動性、難燃性の観点からは2級アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。2級アミノ基を有するシランカップリング剤は分子内に2級アミノ基を有するシラン化合物であればよく、特に制限はない。例えば、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリエトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アニリノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アニリノプロピルエチルジエトキシシラン、γ−アニリノプロピルエチルジメトキシシラン、γ−アニリノメチルトリメトキシシラン、γ−アニリノメチルトリエトキシシラン、γ−アニリノメチルメチルジメトキシシラン、γ−アニリノメチルメチルジエトキシシラン、γ−アニリノメチルエチルジエトキシシラン、γ−アニリノメチルエチルジメトキシシラン、N−(p−メトキシフェニル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(p−メトキシフェニル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(p−メトキシフェニル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(p−メトキシフェニル)−γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−(p−メトキシフェニル)−γ−アミノプロピルエチルジエトキシシラン、N−(p−メトキシフェニル)−γ−アミノプロピルエチルジメトキシシラン、γ−(N−メチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−エチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−ブチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−ベンジル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(N−メチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−エチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−ブチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−ベンジル)アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(N−メチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−エチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−ブチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(N−ベンジル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(β−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。なかでも下記一般式(IV)で示されるアミノシランカップリング剤が特に好ましい。
【0087】
【化28】

(式中、Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数1〜2のアルコキシ基からなる群より選ばれ、Rは炭素数1〜6のアルキル基及びフェニル基からなる群より選ばれ、Rはメチル基又はエチル基を示し、nは1〜6の整数を示し、mは1〜3の整数を示す。)
(G)カップリング剤の全配合量は、封止用エポキシ樹脂組成物に対して0.037〜4.75重量%であることが好ましく、0.05〜5重量%であることがより好ましく、0.1〜2.5重量%であることがさらに好ましい。0.037重量%未満ではフレームとの接着性が低下する傾向があり、4.75重量%を超えるとパッケージの成形性が低下する傾向がある。
(H)その他添加剤
本発明による封止用エポキシ樹脂組成物では、必要に応じて、(C)環状ホスファゼン化合物と(D)リン酸エステル化合物との併用に加えて、その他ノンハロゲンおよびノンアンチモンの周知の難燃剤を配合してもよい。また、必要に応じて離型剤、イオン交換体、着色剤といった、当技術分野において周知の各種添加剤を添加してもよい。以下に本発明において使用可能な各種添加剤の一例を示す。
(その他の難燃剤)
本発明による封止用エポキシ樹脂組成物において使用可能な成分(C)および(D)以外の難燃剤の例としては、リン化合物、メラミン、メラミン誘導体、メラミン変性フェノール樹脂、トリアジン環を有する化合物、シアヌル酸誘導体、イソシアヌル酸誘導体等の窒素含有化合物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、複合金属水酸化物、錫酸亜鉛、硼酸亜鉛、モリブデン酸亜鉛、ジシクロペンタジエニル鉄等の金属元素を含む化合物などが挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。但し、樹脂組成物中に使用される難燃剤の合計量を基準として、(C)環状ホスファゼン化合物および(D)リン酸エステル化合物の合計量を、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上、さらに好ましくは70重量%以上とすることが望ましい。成分(C)および(D)の合計量が50重量%を下回ると、難燃性に加えて、優れた成形性および耐湿性等のその他の特性を達成することが困難となる。
【0088】
成分(C)及び(D)以外に難燃剤として使用可能なリン化合物の例としては、被覆又は無被覆の赤リン、ニトリロトリスメチレンホスホン酸三カルシウム塩、メタン−1−ヒドロキシ−1,1−ジホスホン酸二カルシウム塩等のホスホン酸塩、トリフェニルホスフィンオキサイド、2−(ジフェニルホスフィニル)ハイドロキノン、2,2−[(2−(ジフェニルホスフィニル)−1,4−フェニレン)ビス(オキシメチレン)]ビス−オキシラン、トリ−n−オクチルホスフィンオキサイド等のホスフィン及びホスフィンオキサイド化合物などが挙げられる。
【0089】
赤リンとしては、熱硬化性樹脂で被覆された赤リン、無機化合物及び有機化合物で被覆された赤リン等の被覆赤リンが好ましい。
【0090】
熱硬化性樹脂で被覆された赤リンに用いられる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シアナート樹脂、尿素−ホルマリン樹脂、アニリン−ホルマリン樹脂、フラン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種以上組み合わせて用いてもよい。また、これらの樹脂のモノマー又はオリゴマーを用いて被覆と重合を同時に行い、重合によって製造された熱硬化樹脂が被覆されるものでもよく、熱硬化性樹脂は、被覆後に硬化されていてもよい。なかでも、封止用エポキシ樹脂組成物に配合されるベース樹脂との相溶性の観点からは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びメラミン樹脂が好ましい。
【0091】
無機化合物及び有機化合物で被覆された赤リンに用いられる無機化合物としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化チタン、水酸化ジルコニウム、含水酸化ジルコニウム、水酸化ビスマス、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化鉄等が挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、リン酸イオン補足効果に優れる水酸化ジルコニウム、含水酸化ジルコニウム、水酸化アルミニウム及び酸化亜鉛が好ましい。
【0092】
また、無機化合物及び有機化合物で被覆された赤リンに用いられる有機化合物としては、たとえば、カップリング剤やキレート剤など表面処理に用いられる低分子量の化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の比較的高分子量の化合物などが挙げられ、これらの1種を単独で用いても2種以上組み合わせて用いてもよい。なかでも、被覆効果の観点から熱硬化性樹脂が好ましく、封止用エポキシ樹脂組成物に配合されるベース樹脂との相溶性の観点からエポキシ樹脂、フェノール樹脂及びメラミン樹脂がより好ましい。
【0093】
赤リンを無機化合物及び有機化合物で被覆する場合、その被覆処理の順序は、無機化合物で被覆した後に有機化合物で被覆しても、有機化合物で被覆した後に無機化合物で被覆しても、両者の混合物を用いて両者を同時に被覆してもよい。また、被覆形態は、物理的に吸着したものでも、化学的に結合したものでも、その他の形態であってもよい。また、無機化合物と有機化合物は、被覆後に別個に存在していても、両者の一部又は全部が結合した状態であってもよい。
【0094】
無機化合物及び有機化合物の量は、無機化合物と有機化合物の重量比(無機化合物/有機化合物)は、1/99〜99/1が好ましく、10/90〜95/5がより好ましく、30/70〜90/10がさらに好ましく、このような重量比となるように無機化合物及び有機化合物又はその原料となるモノマー、オリゴマーの使用量を調整することが好ましい。
【0095】
熱硬化性樹脂で被覆された赤リン、無機化合物及び有機化合物で被覆された赤リン等の被覆赤リンの製造方法は、例えば、特開昭62−21704号公報、特開昭52−131695号公報等に記載された公知の被覆方法を用いることができる。また、被覆膜の厚さは本発明の効果が得られれば特に制限はなく、被覆は、赤リン表面に均一に被覆されたものでも、不均一であってもよい。
【0096】
赤リンの粒径は、平均粒径(粒度分布で累積50重量%となる粒径)が1〜100μmが好ましく、5〜50μmがより好ましい。平均粒径が1μm未満では、成形品のリン酸イオン濃度が高くなって耐湿性に劣る傾向があり、100μmを超えると、狭いパッドピッチの高集積・高密度化半導体装置の用いた場合、ワイヤの変形、短絡、切断等による不良が生じやすくなる傾向がある。
【0097】
ホスフィンオキサイドとしては下記一般式(XXXI)で示される化合物が好ましい。
【0098】
【化29】

(式中、R、R及びRは炭素数1〜10の置換又は非置換のアルキル基、アリール基、アラルキル基及び水素原子を示し、すべて同一でも異なってもよい。但し、すべてが水素原子である場合を除く。)
上記一般式(XXXI)で示されるリン化合物のなかでも、耐加水分解性の観点からはR〜Rが置換又は非置換のアリール基であることが好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
【0099】
ホスフィンオキサイドの配合量は封止用エポキシ樹脂組成物に対してリン原子の量が0.01〜0.2重量%であることが好ましい。より好ましくは0.02〜0.1重量%であり、さらに好ましくは0.03〜0.08重量%である。0.01重量%未満であると難燃性が低下し、0.2重量%を超えると成形性、耐湿性が低下する。
【0100】
また水酸化マグネシウムとしてはX線回折での[101]/[001]ピーク強度比が0.9以上で、BET比表面積が1〜4m2/g、かつ平均粒子径が5μm以下であるものを含むものが好ましい。上記のような水酸化マグネシウムの合成方法は特に限定するものではないが、水酸化マグネシウムもしくは酸化マグネシウムの水懸濁液に、水酸化リチウムもしくは水酸化ナトリウムを、水酸化マグネシウム換算の固形分100重量%に対して、100重量%以上添加して湿式粉砕し、180〜230℃で水熱処理して得られたものが好ましい。
【0101】
上記水酸化マグネシウムは耐酸性の観点から表面を被覆することが好ましく、被覆はSi化合物とAl化合物との混合被覆層であることが好ましい。混合被覆層はSiO2とAl23換算の合計量で水酸化マグネシウム100重量%に対して、0.2〜10重量%の割合で形成したものであることが耐酸性の観点から好ましい。この混合被覆層はSi化合物がケイ酸ソーダ、コロイダルシリカ及びこれらの前駆体からなる群の少なくとも1種の化合物、Al化合物が塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミン酸ソーダ、アルミナゾル及びこれらの前駆体からなる群の少なくとも1種の化合物を各々含むものであることが製造上の観点から好ましい。
【0102】
水酸化マグネシウムをSi化合物にて被覆する方法は特に限定するものではないが、水酸化マグネシウムを水中に分散させたスラリーを水溶性の珪酸ソーダを酸で中和し、水酸化マグネシウム表面に析出させる方法が好ましい。水溶液の温度は被覆性の観点から5〜100℃が好ましく、さらには50〜95℃とすることがより好ましく、また中和は被覆性の観点からスラリーのpHを6〜10とするのが好ましく、さらには6〜9.5とするのがより好ましい。
【0103】
また水酸化マグネシウムをAl化合物にて被覆する方法は特に限定するものではないが、アルミン酸ソーダと酸をそれぞれ、水酸化マグネシウムスラリー中に加えて析出させる方法がある。
【0104】
本発明のSi化合物とAl化合物の混合被覆層を形成した水酸化マグネシウムには、さらなる耐酸性向上の観点から、さらに脂肪族金属塩、シランカップリング剤の少なくとも1種により表面処理されることが好ましい。表面処理量は水酸化マグネシウム100重量%に対してシランカップリング剤0.1〜10重量%の割合であることが好ましい。
【0105】
脂肪族金属塩としては、オレイン酸やステアリン酸等の高級脂肪酸のナトリウム塩、カリウム塩等が好ましい。表面処理に用いるシランカップリング剤としては、特に限定されるものではないが、例えばビニルエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシド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、3−クロロプロピルトリメトキシシラン等を挙げることができる。また、アルミニウムカップリング剤としては、例えばアセチルアルコキシアルミニウムジイソプロピレートを例示することができ、チタネートカップリング剤としては、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N−アミノエチルアミノエチル)チタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート等を例示することができる。
【0106】
水酸化マグネシウムは、流動性の観点から、X線回折での[101]/[001]ピーク強度比が0.9以上であることが好ましい。0.9未満であると結晶の厚みが低下し、流動性が低下する傾向にある。またBET比表面積が1〜4m2/gであることが難燃性、流動性の観点から好ましい。1m2/g未満であると難燃性が低下し、4m2/gを超える場合は流動性が低下する傾向がある。さらには平均粒子径が5μm以下であることが好ましい。より好ましくは1〜4μmである。5μmを超える場合は難燃性が低下する傾向にある。また1μm未満であると流動性が低下する傾向にある。
【0107】
上記水酸化マグネシウムを合成するために用いられる水酸化マグネシウムは、特に限定するものではないが、例えば、天然鉱石を粉砕して得られた天然物、マグネシウム塩水溶液をアルカリで中和して得られた合成物が挙げられる。またこれら水酸化マグネシウムをホウ酸塩、リン酸塩、亜鉛塩等で処理したものでもよい。さらには下記組成式(XXXII)で示される複合金属水酸化物でもよい。また下記複合金属水酸化物は、さらに処理することなくそのままで併用難燃剤として使用することができる。
【0108】
(化30)
p(M1aOb)・q(M2cOd)・r(M3cOd)・mH2O (XXXII)
(式中、M1、M2及びM3は少なくとも1つがマグネシウム元素であり、互いに異なる金属元素を示し、a、b、c、d、p、q及びmは正の数、rは0又は正の数を示す。)
なかでも、上記組成式(XXXII)中のrが0である化合物、すなわち、下記組成式(XXXIIa)で示される化合物がさらに好ましい。
【0109】
(化31)
m(M1aOb)・n(M2cOd)・l(H2O) (XXXIIa)
(式中、M1及びM2は少なくとも1つがマグネシウム元素であり、互いに異なる金属元素を示し、a、b、c、d、m、n及びlは正の数を示す。)
上記組成式(XXXII)及び(XXXIIa)中のM1及びM2は少なくとも1つがマグネシウム元素であり、互いに異なる金属元素であれば特に制限はない。
【0110】
例えば、難燃性の観点からは、M1とM2が同一とならないようにマグネシウム以外の元素が第3周期の金属元素、IIA族のアルカリ土類金属元素、IVB族、IIB族、VIII族、IB族、IIIA族及びIVA族に属する金属元素から選ばれ、M2がIIIB〜IIB族の遷移金属元素から選ばれることが好ましく、M1がマグネシウム、M2がカルシウム、アルミニウム、スズ、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、銅及び亜鉛から選ばれることがより好ましい。流動性の観点からは、M1がマグネシウム、M2が亜鉛又はニッケルであることが好ましく、M1がマグネシウムでM2が亜鉛であることがより好ましい。上記組成式(XXXII)中のp、q、rのモル比は本発明の効果が得られれば特に制限はないが、r=0で、p及びqのモル比p/qが99/1〜50/50であることが好ましい。すなわち、上記組成式(XXXIIa)中のm及びnのモル比m/nが99/1〜50/50であることが好ましい。なお、金属元素の分類は、典型元素をA亜族、遷移元素をB亜族とする長周期型の周期率表(出典:共立出版株式会社発行「化学大辞典4」1987年2月15日縮刷版第30刷)に基づいて行った。
(離型剤)
本発明においては離型性の観点から、樹脂組成物に離型剤を添加することが好ましい。代表的な離型剤としては、重量平均分子量が4,000以上の直鎖型酸化ポリエチレン、および炭素数5〜30のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物を炭素数5〜25の一価のアルコールでエステル化した化合物が挙げられる。
【0111】
重量平均分子量が4,000以上の直鎖型酸化ポリエチレンは、良好な離型剤となる。ここで、直鎖型ポリエチレンとは、側鎖アルキル鎖の炭素数が主鎖アルキル鎖炭素数の10%程度以下のポリエチレンをいい、一般的には、針入度が2以下のポリエチレンとして分類される。また、酸化ポリエチレンとは、酸価を有するポリエチレンをいう。
【0112】
重量平均分子量が4,000以上の直鎖型酸化ポリエチレンの重量平均分子量は、離型性の観点から4,000以上であることが必要で、接着性、金型・パッケージの汚れ防止の観点からは30,000以下であることが好ましく、5,000〜20,000がより好ましく、7,000〜15,000がさらに好ましい。ここで、重量平均分子量は、高温GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)で測定した値をいう。また、上記成分の酸価は、特に制限はないが、離型性の観点から2〜50mg/KOHであることが好ましく、10〜35mg/KOHがより好ましい。
【0113】
上述の重量平均分子量が4,000以上の直鎖型酸化ポリエチレンの配合量は、特に制限はないが、(A)エポキシ樹脂に対して0.5〜10重量%が好ましく、1〜5重量%がより好ましい。配合量が0.5重量%未満では離型性が低下する傾向にあり、10重量%を超えると接着性及び金型・パッケージ汚れの改善効果が不充分となる場合がある。
【0114】
炭素数5〜30のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合物を炭素数5〜25の一価のアルコールでエステル化した化合物も、好適な離型剤となる。重量平均分子量が4,000以上の直鎖型酸化ポリエチレンおよび(A)成分のエポキシ樹脂のいずれとも相溶性が高く、接着性の低下や金型・パッケージ汚れを防ぐ効果がある。
【0115】
炭素数5〜30のα−オレフィンとしては、特に制限されるものではない。例えば、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン、1−ドコセン、1−トリコセン、1−テトラコセン、1−ペンタコセン、1−ヘキサコセン、1−ヘプタコセン等の直鎖型α−オレフィン、3−メチル−1−ブテン、3,4−ジメチル−ペンテン、3−メチル−1−ノネン、3,4−ジメチル−オクテン、3−エチル−1−ドデセン、4−メチル−5−エチル−1−オクタデセン、3,4,5−トリエチル−1−1−エイコセン等の分岐型α−オレフィン等が挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも炭素数10〜25の直鎖型α−オレフィンが好ましく、1−エイコセン、1−ドコセン、1−トリコセン等の炭素数15〜25の直鎖型α−オレフィンがより好ましい。
【0116】
炭素数5〜25の一価のアルコールとしては、特に制限されるものではない。例えば、アミルアルコール、イソアミルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、カプリルアルコール、ノニルアルコール、デシルアルコール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール、トリデシルアルコール、ミリスチルアルコール、ペンタデシルアルコール、セチルアルコール、ヘプタデシルアルコール、ステアリルアルコール、ノナデシルアルコール、エイコシルアルコール等の直鎖型または分岐型の脂肪族飽和アルコール、ヘキセノール、2−ヘキセン−1−オール、1−ヘキセン−3−オール、ペンテノール、2−メチル−1−ペンテノール等の直鎖型または分岐型の脂肪族不飽和アルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール等の脂環式アルコール、ベンジルアルコール、シンナミルアルコール等の芳香族アルコール、フルフリルアルコール等の複素環式アルコール等が挙げられ、これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも炭素数10〜20の直鎖型アルコールが好ましく、炭素数15〜20の直鎖型脂肪族飽和アルコールがより好ましい。
【0117】
なお、本発明によるエポキシ樹脂組成物では、上述の成分に限定せずに、高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、エステル系ワックス、ポリオレフィン系ワックス、ポリエチレン、酸化ポリエチレン等の離型剤として使用可能な成分を使用することも可能である。
(陰イオン交換体)
本発明の封止用エポキシ樹脂組成物には、IC等の半導体素子の耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から陰イオン交換体を添加することもできる。陰イオン交換体としては特に制限はなく、従来公知のものを用いることができるが、例えば、ハイドロタルサイト類や、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ビスマス等から選ばれる元素の含水酸化物等が挙げられ、これらを単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、下記組成式(XXXIII)で示されるハイドロタルサイトが好ましい。
【0118】
(化32)
Mg1-xAl(OH)2(CO3x/2・mH2O (XXXIII)
(0<X≦0.5、mは正の数である)
なお、本発明によるエポキシ樹脂組成物では、離型剤及びイオン交換体以外にも、必要に応じて、カーボンブラック等の着色剤、シリコーンオイルやシリコーンゴム粉末等の応力緩和剤といった当技術分野において周知の各種添加剤を配合することができる。
【0119】
本発明による封止用エポキシ樹脂組成物は、上述の各種原材料を均一に分散混合できるのであれば、いかなる手法を用いても調製することが可能である。一般的な手法として、所定の配合量の原材料をミキサー等によって十分混合した後、ミキシングロール、押出機、らいかい機、プラネタリミキサ等によって混合又は溶融混練を行い、次いで冷却し、必要に応じて脱泡、粉砕する方法等を挙げることができる。また、必要に応じて、組成物は成形条件に合うような寸法及び重量でタブレット化してもよい。
【0120】
本発明では、上述の封止用エポキシ樹脂組成物を用いて素子を封止することにより、信頼性の高い電子部品装置を提供することが可能である。本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を封止材として用いて、半導体装置等の電子部品装置の素子を封止する方法としては、低圧トランスファ成形法が最も一般的であるが、インジェクション成形法、圧縮成形法等も適用可能である。また、ディスペンス方式、注型方式、印刷方式等を適用してもよい。
【0121】
本発明による電子部品装置としては、リードフレーム、配線済みのテープキャリア、配線板、ガラス、シリコンウエハ等の支持部材や実装基板に、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子、コンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子等の素子を搭載し、必要な部分を本発明による封止用エポキシ樹脂組成物で封止した電子部品装置等が挙げられる。
【0122】
ここで、実装基板としては特に制限するものではなく、例えば、有機基板、有機フィルム、セラミック基板、ガラス基板等のインターポーザ基板、液晶用ガラス基板、MCM(Multi Chip Module)用基板、ハイブリットIC用基板等が挙げられる。
【0123】
このような素子を備えた電子部品装置としては、例えば半導体装置が挙げられ、具体的には、リードフレーム(アイランド、タブ)上に半導体チップ等の素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部をワイヤボンディングやバンプで接続した後、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物を用いてトランスファ成形などにより封止してなる、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 Small Outline Package)、TQFP(Thin Quad Flat Package)等の樹脂封止型IC、テープキャリアにリードボンディングした半導体チップを、本発明の封止用エポキシ樹脂成形材料で封止したTCP(Tape Carrier Package)、配線板やガラス上に形成した配線に、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した半導体チップを、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物で封止したCOB(Chip On Board)、COG(Chip On Glass)等のベアチップ実装した半導体装置、配線板やガラス上に形成した配線に、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング、はんだ等で接続した半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等の能動素子及び/又はコンデンサ、抵抗体、コイル等の受動素子を、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物で封止したハイブリッドIC、MCM(Multi Chip Module)、マザーボード接続用の端子を形成したインターポーザ基板に半導体チップを搭載し、バンプまたはワイヤボンディングにより半導体チップとインターポーザ基板に形成された配線を接続した後、本発明の封止用エポキシ樹脂組成物で半導体チップ搭載側を封止したBGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)、MCP(Multi Chip Package)などが挙げられる。また、これらの半導体装置は、実装基板上に素子が2個以上重なった形で搭載されたスタックド(積層)型パッケージであっても、2個以上の素子を一度に封止用エポキシ樹脂組成物で封止した一括モールド型パッケージであってもよい。
【実施例】
【0124】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1〜17、比較例1〜12)
以下、各実施例および比較例で使用する各種原材料を示す。
(A)エポキシ樹脂
エポキシ樹脂1:エポキシ当量196、融点106℃のビフェニル型エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン株式会社製商品名エピコートYX−4000H)
エポキシ樹脂2:エポキシ当量245、融点110℃の硫黄原子含有エポキシ樹脂(東都化成株式会社製商品名YSLV−120TE)
エポキシ樹脂3:エポキシ当量266、軟化点67℃のβ−ナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂(東都化成株式会社製商品名ESN−175)
エポキシ樹脂4:エポキシ当量195、軟化点65℃のo−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(住友化学工業株式会社製商品名ESCN−190)
(B)硬化剤
硬化剤1:軟化点70℃、水酸基当量175のフェノール・アラルキル樹脂(三井化学株式会社製商品名ミレックスXLC−3L)
硬化剤2:軟化点80℃、水酸基当量199のビフェニレン型フェノール樹脂(明和化成株式会社製商品名MEH−7851)
硬化剤3:軟化点80℃、水酸基当量106のフェノールノボラック樹脂(明和化成株式会社製商品名H−1)
(C)環状ホスファゼン
環状ホスファゼン1:融点105℃のヒドロキシフェニル基を含有しないフェノキシ型環状ホスファゼン化合物(大塚化学株式会社製商品名SPE−100)
環状ホスファゼン2:水酸基当量242のヒドロキシフェニル基含有フェノキシ型環状ホスファゼン化合物(大塚化学株式会社製商品名SPH−100)
(D)リン酸エステル
芳香族縮合リン酸エステル(大八化学製商品名PX−200)、
(E)硬化促進剤
硬化促進剤1:トリフェニルホスフィン
硬化促進剤2:トリフェニルホスフィンと1,4−ベンゾキノンの付加物
硬化促進剤3:トリブチルホスフィンと1,4−ベンゾキノンの付加物
(F)無機充填剤
球状溶融シリカ:平均粒径14.5μm、比表面積2.8m/g
(G)カップリング剤
エポキシシラン:γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
アニリノシラン:2級アミノ基を含有するシランカップリング剤(γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン)
(その他添加剤)
難燃剤:トリフェニルホスフィンオキサイド
:複合金属水酸化物(エコーマグZ−10(タテホ化学株式会社製))
:三酸化アンチモン
:臭素化エポキシ樹脂(エポキシ当量397、軟化点69℃、臭素含量49重量
%のビスフェノールA型ブロム化エポキシ樹脂(東都化成株式会社製商品名Y
DB−400))
離型剤:カルナバワックス
着色剤:カーボンブラック(三菱化学株式会社製商品名MA−100)

上述の各種原材料をそれぞれ表1〜表4に示す重量部で配合し、混練温度80℃、混練時間10分の条件でロール混練を行い、実施例1〜17および比較例1〜12に該当するエポキシ樹脂組成物を調製した。
【0125】
【表1】

【0126】
【表2】

【0127】
【表3】

【0128】
【表4】

【0129】
実施例1〜17及び比較例1〜12で調製した各々の封止用エポキシ樹脂組成物の特性を、次の各試験によって評価した。その結果を表5〜表8に示す。
(1)スパイラルフロー
EMMI−1−66に準じたスパイラルフロー測定用金型を用い、トランスファ成形機によって、封止用エポキシ樹脂組成物を金型温度180℃、成形圧力6.9MPa、硬化時間90秒の条件で成形し、流動距離(cm)を求めた。
(2)熱時硬度
封止用エポキシ樹脂組成物を上記(1)の成形条件で直径50mm×厚さ3mmの円板に成形し、成形後直ちにショアD型硬度計を用いて測定した。
(3)難燃性
厚さ1/16インチの試験片を成形する金型を用いて、封止用エポキシ樹脂組成物を上記(1)の成形条件で成形して、さらに180℃で5時間にわたって後硬化を行い、UL−94試験法に従って難燃性を評価した。
(4)耐リフロー性
8mm×10mm×0.4mmのシリコンチップを搭載し、外形寸法20mm×14mm×2mmの80ピンフラットパッケージ(QFP)を、封止用エポキシ樹脂組成物を用いて上記(3)の条件で成形、後硬化することによって作製した。作製したQFPを、85℃、85%RHの条件で加湿し、所定時間毎に240℃、10秒の条件でリフロー処理を行い、クラックの有無を観察し、試験パッケージ数(5個)に対するクラック発生パッケージ数で評価した。
(5)耐湿性
5μm厚の酸化膜上に線幅10μm、厚さ1μmのアルミ配線を施した6mm×6mm×0.4mmのテスト用シリコンチップを搭載し、外形寸法20mm×14mm×2.7mmの80ピンフラットパッケージ(QFP)を、封止用エポキシ樹脂組成物を用いて上記(3)の条件で成形、後硬化することによって作製した。作製したQFPに前処理を施した後、加湿して所定時間毎にアルミ配線腐食による断線不良を調べ、試験パッケージ数(10個)に対する不良パッケージ数で評価した。なお、前処理は85℃、85%RH、72時間の条件でフラットパッケージを加湿後、215℃、90秒間のベーパーフェーズリフロー処理を行った。その後の加湿は0.2MPa、121℃の条件で行った。
(6)高温放置特性
16ピン型DIP(Dual Inline Package)を、封止用エポキシ樹脂組成物を用いて上記(3)の条件下で成形、後硬化することによって作製した。このDIPは、5μm厚の酸化膜上に線幅10μm、厚さ1μmのアルミ配線を施した5mm×9mm×0.4mmのテスト用シリコンチップを、部分銀メッキを施した42アロイのリードフレーム上に銀ペーストを用いて搭載し、サーモニック型ワイヤボンダにより、200℃でチップのボンディングパッドとインナリードとをAu線にて接続したものである。得られたDIPを200℃の高温槽中に保管し、所定時間毎に取り出して導通試験を行い、試験パッケージ数(10個)に対する導通不良パッケージ数で、高温放置特性を評価した。
【0130】
【表5】

【0131】
【表6】

【0132】
【表7】

【0133】
【表8】

【0134】
先に示した表5〜8から明らかなように、本発明による封止用エポキシ樹脂組成物(実施例1〜17)は、全て良好な難燃性を示す(UL−94試験でV−0が達成される)とともに、成形性、耐湿性及び高温放置特性についても良好である。さらに、実施例1〜11、13、15〜17の組成物は耐リフロー性についても良好である。また、ヒドロキシフェニル基を有する環状ホスファゼン化合物を使用した実施例4〜6の組成物、特に実施例5及び6の組成物は難燃性、成形性及び信頼性において最も優れたバランスを有している。
【0135】
一方、(C)環状ホスファゼン化合物と(D)リン酸エステル化合物とを併用しない比較の組成物(比較例1〜12)では、難燃性及びパッケージに要求されるその他の特性をバランス良く改善することができなかった。より詳細には、上記成分(C)と(D)との併用なしに配合された比較例1〜6の組成物は、難燃性に劣っている(UL−94試験でV−0が達成されない)。これは、難燃剤の配合量がほぼ等しい本発明による組成物(実施例1〜4)と対照的である。また、上記(C)及び(D)のいずれか一方だけを含有する組成物(比較例7〜9)は、それらの配合量を高めることによってUL−94試験でV−0が達成されるものの、耐湿性に劣り、また熱時硬度が低く、成形性に劣る傾向がある(特に、比較例9)。また、上記(C)および(D)のいずれも含まない比較例10は、熱時硬度が低く、比較例11は流動性が低く、それぞれ成形性に劣っている。さらに、臭素系難燃剤/アンチモン系難燃剤を使用した比較例12は高温放置特性に劣っている。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤、(C)環状ホスファゼン化合物及び(D)リン酸エステル化合物を含むことを特徴とする封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項2】
(C)環状ホスファゼン化合物が、下記一般式(I)で示される化合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【化1】

(式中、nは3〜5の整数であり、RおよびR’はそれぞれ独立して同じでも異なってもよく、炭素数1〜4のアルキル基またはアリール基を示し、ヒドロキシ基で置換されてもよい。)
【請求項3】
式(I)中、RおよびR’の一方または両方がヒドロキシフェニル基であり、ヒドロキシフェニル基の数が1〜10のいずれかであることを特徴とする請求項2に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項4】
(C)環状ホスファゼン化合物が、架橋された化合物を含むことを特徴する請求項1〜3のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項5】
(D)リン酸エステル化合物が、下記一般式(II)で示される化合物を含有することを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【化2】

(式中、8個のRは炭素数1〜4のアルキル基を示し、全て同一でも異なっていてもよく、Arは芳香族環を示す。)
【請求項6】
(A)エポキシ樹脂が、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、ビフェニレン型エポキシ樹脂及びナフトール・アラルキル型エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項7】
硫黄原子含有エポキシ樹脂が、下記一般式(III)で示される化合物であることを特徴とする請求項6に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【化3】

(式中、R1〜R8は水素原子、及び置換又は非置換の炭素数1〜10の一価の炭化水素基からなる群より選ばれ、全てが同一でも異なっていてもよく、nは0〜3の整数を示す。)
【請求項8】
(B)硬化剤が、ビフェニレン型フェノール樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂及びノボラック型フェノール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項9】
(E)硬化促進剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項10】
(E)硬化促進剤が、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含むことを特徴とする請求項9に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項11】
(E)硬化促進剤が、リン原子に少なくとも1つのアルキル基が結合したホスフィン化合物とキノン化合物との付加物を含むことを特徴とする請求項10に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項12】
(F)無機充填剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項13】
(G)シランカップリング剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項14】
(G)シランカップリング剤が、2級アミノ基を有するシランカップリング剤を含有することを特徴とする請求項13に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【請求項15】
(G)2級アミノ基を有するシランカップリング剤が、下記一般式(IV)で示される化合物を含有することを特徴とする請求項14に記載の封止用エポキシ樹脂組成物。
【化4】

(式中、R1は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基及び炭素数1〜2のアルコキシ基からなる群より選ばれ、R2は炭素数1〜6のアルキル基及びフェニル基からなる群より選ばれ、R3はメチル基又はエチル基を示し、nは1〜6の整数を示し、mは1〜3の整数を示す。)
【請求項16】
請求項1〜15のいずれかに記載の封止用エポキシ樹脂組成物で封止された素子を備えることを特徴とする電子部品装置。

【公開番号】特開2006−193618(P2006−193618A)
【公開日】平成18年7月27日(2006.7.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−6700(P2005−6700)
【出願日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【出願人】(000004455)日立化成工業株式会社 (4,649)
【Fターム(参考)】