(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-07
(45)【発行日】2022-01-21
(54)【発明の名称】エポキシ樹脂組成物
(51)【国際特許分類】
C08G 59/72 20060101AFI20220114BHJP
C08G 8/04 20060101ALI20220114BHJP
H01L 23/29 20060101ALI20220114BHJP
H01L 23/31 20060101ALI20220114BHJP
【FI】
C08G59/72
C08G8/04
H01L23/30 R
(21)【出願番号】P 2017099878
(22)【出願日】2017-05-19
【審査請求日】2020-03-24
(31)【優先権主張番号】P 2016100921
(32)【優先日】2016-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】591018707
【氏名又は名称】明和化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002170
【氏名又は名称】特許業務法人翔和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岡本 慎司
(72)【発明者】
【氏名】竹之内 真人
(72)【発明者】
【氏名】藤永 匡敏
【審査官】中落 臣諭
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-040236(JP,A)
【文献】特開2015-113354(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C08G59/00-59/72
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
分子構造中に少なくとも一つの不飽和二重結合を含む官能基を有するフェノール樹脂と、分子中に二つ以上のグリシジルエーテル基を有するエポキシ樹脂と、下記一般式(1)で表されるスルホニウム塩化合物と、からなり、
前記フェノール樹脂に含まれる水酸基と前記エポキシ樹脂に含まれるグリシジルエーテル基とのモル比〔フェノール樹脂に含まれる水酸基のモル数/エポキシ樹脂に含まれるグリシジルエーテル基のモル数〕が、0.8以上1.6以下であり、
前記スルホニウム塩化合物の配合量が、前記エポキシ樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上10質量部以下である、エポキシ樹脂組成物。
【化1】
式中、Xは水酸基又はアセトキシ基であり、Y及びZはそれぞれ独立にメチル基又はベンジル基を示す。
【請求項2】
前記フェノール樹脂が下記一般式(2)で表されるものである
請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
【化2】
【請求項3】
前記フェノール樹脂が、25℃において液状であり、
前記エポキシ樹脂が、25℃において液状である、
請求項1又は2に記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物を含むアンダーフィル材又は液状封止材。
【請求項5】
請求項1ないし3のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物。
【請求項6】
請求項5に記載の硬化物を含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はエポキシ樹脂組成物に関する。また本発明は、該エポキシ樹脂組成物を含むアンダーフィル材又は液状封止材に関する。更に本発明は、該エポキシ樹脂組成物の硬化物に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の更なる小型化、軽量化、薄型化及び多機能化や、半導体デバイスの高集積化が著しく加速しており、フリップチップ実装方式が高密度実装に有効な実装技術として適用されている。これらの技術に用いられる封止材料やアンダーフィル材料の一つとしてエポキシ樹脂組成物が使用されている。従来、液状エポキシ樹脂組成物としては、例えば、液状のエポキシ樹脂と液状アリルフェノールノボラック樹脂と酸無水物、アミン、又はアミド等の硬化促進剤とを含む液状エポキシ樹脂組成物が知られている。
【0003】
エポキシ樹脂組成物の構成成分として酸無水物を用いた場合、硬化後の樹脂が、熱水の存在、例えばプレッシャークッカー試験の条件で加水分解を起こし、それによって生成した酸がアルミニウム等の金属基板や配線を腐食させる一因となっている。このことに起因して、硬化後の樹脂の耐湿寿命が低下しやすい。また、アミンやアミド等を用いた場合には、これらの物質は強い活性を有するので、信頼性の面から好ましくない。そこで耐湿信頼性等に優れる硬化剤として、特許文献1には液状アリルフェノールノボラック樹脂が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら特許文献1に記載の液状アリルフェノールノボラック樹脂を用いた硬化物は耐熱性が十分でないという問題があった。また、自由体積の大きいアリル基を有することで線膨張係数が大きくなるという問題もあった。
【0006】
また、特許文献1に記載の液状アリルフェノールノボラック樹脂とエポキシ樹脂とを含んで成るエポキシ樹脂組成物の硬化物は、フェノール性水酸基とエポキシ基との反応によって生じる2級水酸基を含むので、更なる耐湿信頼性(低吸水性)の向上が困難であるという問題があった。
【0007】
したがって本発明の課題は、高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)を有する硬化物を得ることが可能なエポキシ樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決すべく本発明者は鋭意検討した結果、不飽和二重結合を含む官能基を有するフェノール樹脂、及びエポキシ樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物を、特定の触媒を使用して硬化することで、硬化物に含まれる不飽和二重結合を含む官能基及び水酸基が減少し、それによって高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)を有する硬化物が得られることを知見し、本発明を完成させた。
【0009】
本発明は前記知見に基づきなされたものであり、分子構造中に少なくとも一つの不飽和二重結合を含む官能基を有するフェノール樹脂と、分子中に二つ以上のグリシジルエーテル基を有するエポキシ樹脂と、下記一般式(1)で表されるスルホニウム塩化合物と、を含むエポキシ樹脂組成物を提供するものである。
【0010】
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、得られる硬化物が高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)を有するエポキシ樹脂組成物が提供される。また、前記エポキシ樹脂組成物からなる半導体封止材、アンダーフィル材、上記エポキシ樹脂組成物の硬化物、及び前記硬化物を含む半導体装置も提供される。
本発明のエポキシ樹脂組成物によれば、非常に良好な耐熱性、低い線膨張係数、及び高い耐湿信頼性(耐水性)を有する硬化物を提供することができる。この硬化物は、従来の液状フェノール樹脂を使用した液状エポキシ樹脂組成物及び硬化物では対応できなかった極めて厳しい環境下でも好適に用いることが可能なので、産業上の利用可能性が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】
図1は、実施例1で得られたエポキシ樹脂硬化物のIRチャートである。
【
図2】
図2は、実施例2で得られたエポキシ樹脂硬化物のIRチャートである。
【
図3】
図3は、実施例3で得られたエポキシ樹脂硬化物のIRチャートである。
【
図4】
図4は、実施例4で得られたエポキシ樹脂硬化物のIRチャートである。
【
図5】
図5は、比較例1で得られたエポキシ樹脂硬化物のIRチャートである。
【
図6】
図6は、比較例2で得られたエポキシ樹脂硬化物のIRチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明する。本発明のエポキシ樹脂組成物は、フェノール樹脂と、エポキシ樹脂と、スルホニウム塩化合物とを含むものである。以下、それぞれの成分について説明する。
【0014】
[フェノール樹脂]
本発明のエポキシ樹脂組成物に含まれるフェノール樹脂は、分子構造中に少なくとも一つの不飽和二重結合を含む官能基を有している。この官能基は、フェノール樹脂の主鎖に結合しているものであってもよく、あるいはフェノール樹脂のベンゼン環に結合しているものであってもよい。特に官能基は、フェノール性水酸基を有するベンゼン環に結合していることが、フェノール樹脂自体の低粘性及びエポキシ樹脂組成物としたときの低粘性の点から好ましい。
【0015】
前記の官能基は、少なくとも一つの不飽和二重結合を含むものであり、その例としてはアリル基及びメタリル基等のアルケニル基が挙げられる。一つのフェノール樹脂中には、同一のアルケニル基のみが含まれていてもよく、あるいは異なる複数のアルケニル基が含まれていてもよい。
【0016】
特に、不飽和二重結合を含む官能基がアリル基であり、1個又は2個以上のアリル基がフェノール性水酸基を有するベンゼン環に結合していることが好ましい。そのような構造を有するフェノール樹脂の一例としては以下の式(2)で表されるものが挙げられる。
【0017】
【0018】
式(2)において、好ましくはp、q及びrはいずれも1である。また、s、t及びuがいずれも1であることも好ましい。また二価の架橋基であるLは-CH2-であることが好ましい。
【0019】
特に好ましく用いられるフェノール樹脂は、フェノール樹脂自体の低粘性、エポキシ樹脂組成物としたときの低粘性、エポキシ樹脂組成の硬化物としたときの高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)など物性のバランス、工業的な入手のし易さ等の観点から以下の式(3)で表されるアリルフェノールノボラック樹脂であることが好ましく、なかでもアリル基の置換位置がフェノール性水酸基に対してオルソ位であるアリルフェノールノボラックであることがより好ましい。
【0020】
【0021】
本発明で使用されるフェノール樹脂の数平均分子量に特に制限はなく、本発明のエポキシ樹脂組成物から得られる硬化体の具体的な用途に応じて適切な粘度を選択すればよい。例えば式(2)においてnの範囲を満たすことを条件として、液状封止材やアンダーフィル材の用途においては、400以下であることが好ましい。数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法を用いて、ポリスチレン換算で求めた分子量より計算することができる。
【0022】
前記の数平均分子量に関連して、本発明で使用されるフェノール樹脂の粘度に特に制限はなく、数平均分子量との関係で適切な粘度が発現するようにすればよい。例えば液状封止材やアンダーフィル材の用途においては、常温(25℃)で液状であることが好ましいため、フェノール樹脂は25℃における粘度が10Pa・s以下であることが好ましく、5.0Pa・s以下であることが更に好ましい。フェノール樹脂の25℃における粘度は、E型粘度計(BROOKFIELD社製デジタル回転粘度計DV2T)などによって測定される。
【0023】
本発明で使用されるフェノール樹脂は、その水酸基当量に制限はなく、エポキシ樹脂の硬化の程度に応じて適切な水酸基当量を選択すればよい。好ましくは、水酸基当量は80g/eq以上300g/eq以下であり、更に好ましくは90g/eq以上250g/eq以下である。フェノール樹脂の水酸基当量は、JIS K0070に準拠した方法によって測定される。
【0024】
本発明で使用されるフェノール樹脂は、そのアリル基当量に制限はなく、フェノール樹脂自体の低粘性、エポキシ樹脂組成物としたときの低粘性、エポキシ樹脂組成の硬化物としたときの高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)など物性のバランス、工業的な入手のし易さ等に応じて適切なアリル基当量を選択すればよい。好ましくは、アリル基当量は、80g/eq以上1000g/eq以下であり、更に好ましくは90g/eq以上500g/eq以下である。フェノール樹脂のアリル基当量は、JIS K0070に準拠したヨウ素価滴定法によって測定される。エポキシ樹脂組成の硬化物としたときの高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)のバランスの観点からは、フェノール樹脂の水酸基当量とアリル基当量とは同程度であることが好ましい。
【0025】
本発明で使用されるフェノール樹脂は、従来公知の方法により製造することができる。例えば、o-アリルフェノール等の不飽和二重結合基を有するフェノールモノマーとホルムアルデヒド等の各種架橋剤とを縮合反応させる方法でフェノール樹脂が得られる。あるいは、不飽和二重結合基を有さないフェノールモノマーと各種架橋剤とを縮合反応させてノボラック樹脂を得た後、得られたノボラック樹脂のフェノール性水酸基を、ハロゲン化アリルを用いてアリルエーテル化し、次いでクライゼン転移反応させる方法でフェノール樹脂が得られる。
【0026】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、前述の分子構造中に少なくとも一つの不飽和二重結合を含む官能基を有するフェノール樹脂が少なくとも1種以上含まれていればよい。これに加えて、本発明の効果が奏される範囲内で、無置換のフェノール樹脂、及び/又は不飽和二重結合を含まない官能基を有するフェノール樹脂を併用してもよい。そのような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、トリフェニルメタン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂等が挙げられる。これらの公知のフェノール樹脂は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
【0027】
[エポキシ樹脂]
本発明で使用されるエポキシ樹脂は、分子中に二つ以上のグリシジルエーテル基を有するものである。エポキシ樹脂の種類に特に制限はなく、当該技術分野において公知のエポキシ樹脂が使用できる。エポキシ樹脂は、本発明のエポキシ樹脂組成物から得られる硬化体の具体的な用途に応じて適切なものを選択すればよい。具体的には、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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型エポキシ樹脂、フェノールアラルキルノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、及びビスフェノールF型エポキシ樹脂等のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、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、及びハロゲン化エポキシ樹脂等の1分子中にエポキシ基を2個以上有するエポキシ樹脂が挙げられる。これらエポキシ樹脂は一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。例えば液状封止材やアンダーフィル材の用途においては、エポキシ樹脂は常温(25℃)で液状であることが好ましく、特に常温(25℃)で液状であるビスフェノールA型エポキシ樹脂及びビスフェノールF型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
【0028】
本発明で使用されるエポキシ樹脂の粘度に特に制限はなく、適切な粘度が発現するようにすればよい。例えば25℃における粘度が50Pa・s以下であることが好ましく、20Pa・s以下であることが更に好ましい。エポキシ樹脂の粘度は、上述したフェノール樹脂の粘度と同様の方法で測定される。
【0029】
本発明で使用されるエポキシ樹脂は、そのエポキシ当量に制限はなく、硬化の程度に応じて適切なエポキシ当量を選択すればよい。好ましくは、エポキシ当量は100g/eq以上500g/eq以下であり、更に好ましくは150g/eq以上300g/eq以下である。エポキシ樹脂のエポキシ当量は、JIS K7236によって測定される。
【0030】
本発明のエポキシ樹脂組成物において、上述したフェノール樹脂と、上述したエポキシ樹脂との使用割合は、前記フェノール樹脂に含まれる水酸基と前記エポキシ樹脂に含まれるグリシジルエーテル基とのモル比〔フェノール樹脂に含まれる水酸基のモル数/エポキシ樹脂に含まれるグリシジルエーテル基のモル数〕が、0.8以上1.6以下となる割合であることが好ましく、1.0以上1.4以下となる割合であることが更に好ましい。水酸基とグリシジルエーテル基とのモル比が概ね等量となるか、グリシジルエーテル基が僅かに多くなるように両者の使用割合を設定することで、高い耐熱性、すなわち高いガラス転移点Tgを有する硬化物を得ることができる。
【0031】
[スルホニウム塩化合物]
本発明で使用されるスルホニウム塩化合物は、特定の構造を有するスルホニウムイオン(カチオン)とテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素イオン((C6F5)4B-)(アニオン)とからなる塩であり、先に述べた式(1)で表される。このスルホニウム塩化合物は、本発明のエポキシ樹脂組成物において触媒として作用し、エポキシ樹脂を硬化させるために用いられる。このスルホニウム塩化合物を用いることで、得られる硬化物においては、該硬化物に含まれるアリル基等の不飽和二重結合を含む官能基及び水酸基の量が減少し、そのことに起因して該硬化物の耐熱性が高くなり、線膨張性が低くなり、かつ耐湿信頼性(低吸水性)が向上する。推論ではあるが、本発明者はこの理由を以下のとおりに考えている。エポキシ樹脂の硬化によって生成した2級水酸基が、スルホニウム塩化合物の触媒作用によって、アリル基等の不飽和二重結合を含む官能基と反応して不飽和二重結合が開裂するとともに、水酸基が消失する。不飽和二重結合が開裂することは、架橋構造が形成されることと自由体積の大きな基が消失することを意味するので、硬化物の耐熱性が高くなり、また線膨張係数が小さくなる。水酸基が消失することは、硬化物の耐湿信頼性(耐水性)の向上に寄与する。
【0032】
式(1)で表されるスルホニウム塩化合物のスルホニウムイオン(カチオン)部位におけるXは、水酸基であるか又はアセトキシ基であることが、硬化物の耐熱性が一層高くなり、線膨張性が一層低くなり、かつ耐湿信頼性(低吸水性)が一層向上する観点から好ましい。同様の観点から、Y及びZはそのいずれもがアリール基であるか、アルキル基であることが好ましい。更に同様の観点から、Y及びZのうちの一方がアルキル基であり、他方がベンジル基であることが好ましい。Y又はZがアリール基又はベンジル基である場合、これらの基におけるベンゼン環又はナフタレン環の水素原子は他の基で置換されていてもよい。そのような基としては、例えば炭素数1以上6以下のアルキル基などが挙げられる。具体的には、ベンジル基はメチルベンジル基であってもよい。
【0033】
式(1)で表されるスルホニウム塩化合物におけるスルホニウムイオンの具体例としては、4-アセトキシフェニル(ジメチル)スルホニウムイオン(x=アセトキシ基、y=z=メチル基)、(4-アセトキシフェニル)ベンジル(メチル)スルホニウムイオン(x=アセトキシ基、y=ベンジル基、z=メチル基)、ベンジル(4-ヒドロキシフェニル)(メチル)スルホニウムイオン(x=水酸基、y=ベンジル基、z=メチル基)、(4-アセトキシフェニル)メチル(2-メチルベンジル)スルホニウムイオン(x=アセトキシ基、y=メチルベンジル基、z=メチル基)、(4-ヒドロキシフェニル)(ジメチル)スルホニウムイオン(x=水酸基、y=z=メチル基)等が挙げられる。
【0034】
特に好ましいスルホニウムイオンにおいては、xは水酸基であり、y及びzはそれぞれ独立にメチル基又はベンジル基である。例えば、ベンジル(4-ヒドロキシフェニル)(メチル)スルホニウムイオン(x=水酸基、y=ベンジル基、z=メチル基)、及び(4-ヒドロキシフェニル)(ジメチル)スルホニウムイオン(x=水酸基、y=z=メチル基)が好適に挙げられる。
【0035】
式(1)で表されるスルホニウム塩化合物において、1価のアニオンはテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素イオン((C6F5)4B-)である。このアニオンを、上述したカチオンと組み合わせたスルホニウム塩化合物を用いることによって、好適に、得られる硬化物が高耐熱性、低線膨張性及び耐湿信頼性(低吸水性)を有し、且つ硬化性に優れたエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
なお、エポキシ樹脂組成物の硬化性は、例えば硬化に伴う発熱の開始温度や発熱のピーク温度を尺度に評価することができる。通常は低い温度で硬化させることが可能となることから、発熱の開始温度や発熱のピーク温度は低い方が好ましい。発熱の開始温度については、200℃以下であることが好ましく、170℃以下であることが更に好ましい。発熱のピーク温度に関しては、220℃以下であることが好ましく、210℃以下であることが更に好ましい。また、エポキシ樹脂組成物の取扱性の容易さや保存安定性等の観点から、発熱の開始温度に関しては50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、100℃以上が更に好ましい。同様の観点から、発熱のピーク温度に関しては、95℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましく、140℃以上が更に好ましい。発熱の開始温度及びピーク温度の測定方法の詳細は、後述する実施例において説明する。
【0036】
式(1)で表されるスルホニウム塩化合物の好ましい例は、4-アセトキシフェニル(ジメチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(x=アセトキシ基、y=x=メチル基)、(4-アセトキシフェニル)ベンジル(メチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(x=アセトキシ基、y=ベンジル基、z=メチル基)、ベンジル(4-ヒドロキシフェニル)(メチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(x=水酸基、y=ベンジル基、z=メチル基)、(4-アセトキシフェニル)メチル(2-メチルベンジル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(x=アセトキシ基、y=メチルベンジル基、z=メチル基)、(4-ヒドロキシフェニル)(ジメチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(x=水酸基、y=z=メチル基)等が使用できる。これらのスルホニウム塩化合物は一種を単独で使用してもよく、あるいは二種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0037】
本発明のエポキシ樹脂組成物において、式(1)で表されるスルホニウム塩化合物の配合量は、エポキシ樹脂100質量部に対して、0.01質量部以上10質量部以下が好ましく、0.5質量部以上5質量部以下がより好ましい。この範囲でスルホニウム塩化合物を使用することで、硬化物に含まれるアリル基等の不飽和二重結合を含む官能基及び水酸基の量を有意に減少させることができ、それによって該硬化物の耐熱性を高くすることができ、線膨張性を低くすることができ、且つ耐湿信頼性(低吸水性)を向上させることができる。
【0038】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、((C6F5)4B-)とは異なる対アニオンを有する公知のスルホニウム塩を配合することができる。あるいは公知のスルホニウム塩を、本発明で使用される式(1)で表されるスルホニウム塩化合物と共に、本発明で使用されるフェノール樹脂やエポキシ樹脂と予め混合し又は反応させて用いることもできる。公知のスルホニウム塩を配合することにより、エポキシ樹脂組成物の硬化性を調整することが出来、例えば硬化に伴う発熱の開始温度や発熱のピーク温度を高温側にシフトさせることが出来る。
【0039】
上述の公知のスルホニウム塩を配合することにより、本発明のエポキシ樹脂組成物のポットライフを安定化させ、その取扱性や保存安定性等を向上させることが出来る。あるいは上述の公知のスルホニウム塩と式(1)で表されるスルホニウム塩化合物とを共に予め混合し又は反応させたフェノール樹脂及び/又はエポキシ樹脂のポットライフを安定化させ、その取扱性や保存安定性等を向上させることが出来る。
【0040】
公知のスルホニウム塩の配合割合は、本発明のエポキシ樹脂組成物の具体的な用途に応じて決定すればよく、例えば硬化に伴う発熱の開始温度や発熱のピーク温度を測定して適宜調整することが出来る。
【0041】
公知のスルホニウム塩は、本発明のエポキシ樹脂組成物のポットライフを安定化させ、その取扱性や保存安定性等を向上させる観点からは、((C6F5)4B-)よりも重合活性の低い対アニオンを有するスルホニウム塩であることが好ましい。公知のスルホニウム塩としては、例えば4-ヒドロキシフェニル(ジメチル)スルホニウム=メチルスルフェートなどが挙げられる。
【0042】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、カチオン重合用ポットライフ安定剤を配合することができる。あるいはカチオン重合用ポットライフ安定剤を、本発明で使用される式(1)で表されるスルホニウム塩化合物と共に、本発明で使用されるフェノール樹脂やエポキシ樹脂と予め混合し又は反応させて用いることもできる。カチオン重合用ポットライフ安定剤を配合することにより、エポキシ樹脂組成物の硬化性を調整することが出来、例えば硬化に伴う発熱の開始温度や発熱のピーク温度を高温側にシフトさせることが出来る。
【0043】
カチオン重合用ポットライフ安定剤を配合することにより、本発明のエポキシ樹脂組成物のポットライフを安定化させ、その取扱性や保存安定性等を向上させることが出来る。あるいはカチオン重合用ポットライフ安定剤と式(1)で表されるスルホニウム塩化合物とを共に予め混合し又は反応させたフェノール樹脂及び/又はエポキシ樹脂のポットライフを安定化させ、その取扱性や保存安定性等を向上させることが出来る。
【0044】
カチオン重合用ポットライフ安定剤の配合割合は、本発明のエポキシ樹脂組成物の具体的な用途に応じて決定すればよく、例えば硬化に伴う発熱の開始温度や発熱のピーク温度を測定して適宜調整することが出来る。カチオン重合用ポットライフ安定剤としては、例えば三新化学株式会社製のサンエイドSI助剤(SI-S)が挙げられる。
【0045】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、これまで説明してきた各成分に加え、必要に応じて、例えば離型剤、着色剤、カップリング剤及び難燃剤等を配合することができる。あるいはこれらの剤を、本発明で使用されるフェノール樹脂やエポキシ樹脂と予め反応させて用いることもできる。これらの剤の配合割合は、本発明のエポキシ樹脂組成物から得られる硬化物の具体的な用途に応じて適宜決定すればよく、例えば公知のエポキシ樹脂組成物における配合割合と同様することもできる。
【0046】
本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて、充填剤を配合することもできる。充填剤としては、有機充填剤又は無機充填剤のいずれも使用できる。無機充填剤としては例えば非晶性シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、珪酸カルシウム、タルク、マイカ、などが使用できる。特に非晶性シリカ及び結晶性シリカを用いることが、熱放散性とコストの点、及び触媒であるスルホニウム塩の活性を阻害しない点から好ましい。
【0047】
充填剤の粒径に特に制限はないが、充填率を考慮すると平均粒径が0.01μm以上150μm以下であることが望ましい。平均粒径は例えば環式粒度分布計などによって測定される。エポキシ樹脂組成物における充填剤の配合割合に特に制限はなく、本発明のエポキシ樹脂組成物から得られる硬化物の具体的な用途に応じて適宜決定すればよい。例えばエポキシ樹脂組成物に占める充填剤の配合割合は30質量%以上95質量%以下であることが好ましく、50質量%以上90質量%以下であることが更に好ましい。充填剤の配合割合をこの範囲内に設定することで、エポキシ樹脂組成物の硬化物の吸水率が過度に増加することを抑制することができるとともに、エポキシ樹脂組成物の流動性が損なわれにくくなる。
【0048】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、これを加熱することによって硬化させて硬化物を得ることができる。硬化物を得るための加熱条件は、通常は100℃以上300℃以下程度であり、好ましくは120℃以上200℃以下程度の温度である。加熱時間は1分以上15時間以下程度とすることが好適である。より好ましくは2段階の加熱を行う。この場合、1段階目では、140℃以上160℃以下程度の温度で1分以上5時間以下程度加熱を行う。2段階目の加熱はアフターキュアと呼ばれる工程であり、170℃以上190℃以下程度の温度で1分以上10時間以下程度加熱を行う。2段階の加熱を行うことによって、得られる硬化物に含まれるアリル基等の不飽和二重結合を含む官能基及び水酸基を効果的に減少させることができる。
【0049】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、半導体素子の封止材として好適に使用することができる。半導体素子の封止材には、封止態様によって、半導体素子と回路基板との隙間及び半導体素子の周囲を封止する封止材と、半導体素子と回路基板との隙間だけを封止するアンダーフィル材とがある。本発明のエポキシ樹脂組成物は、これらの両方の封止態様で好適に使用することができる。すなわち、本明細書における封止材は、狭義の封止材だけでなくアンダーフィル材も含む。
【0050】
封止材は、液状でもよく、ペースト状でもよい。封止材を、タブレット形状等の固体の状態でも好適に使用することができる。尤も固体の状態である場合には、少なくとも使用温度において一層低粘度になることが好ましく、使用温度において液状であることが特に好ましい。
【0051】
本発明によれば、本発明のエポキシ樹脂組成物から形成された封止材によって封止された半導体素子を有する半導体装置も提供される。この半導体装置は、例えば以下の(a)又は(b)の方法によって好適に製造される。
(a)半導体素子と回路基板との隙間に本発明のエポキシ樹脂組成物からなるアンダーフィル材を流し込んで硬化させる方法。
(b)半導体素子と回路基板との隙間及び半導体素子の周囲に本発明のエポキシ樹脂組成物からなる封止材を流し込んで硬化させる方法。
このように、前記の半導体装置は、半導体素子と回路基板との隙間にアンダーフィル材を流し込む工程と、アンダーフィル材を硬化させる工程とを含む方法によって好適に製造することができる。あるいは前記の半導体装置は、半導体素子と回路基板との隙間及び半導体素子の周囲に封止材を流し込む工程と、封止材を硬化させる工程とを含む方法によって好適に製造することができる。
【実施例】
【0052】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」及び「部」はそれぞれ「質量%」及び「質量部」を意味する。
【0053】
実施例及び比較例の説明に先立ち、これらの例で用いた特性の測定方法を以下に示す。(1)赤外吸収スペクトル(IR)分析
エポキシ樹脂硬化物のIR分析は、パーキンエルマー社製のフーリエ変換赤外分光計 FT-IR分析装置 Spectrumを用いて行った。
(2)熱機械分析(TMA)によるガラス転移点(Tg):熱機械分析装置(日立製作所製 TMA-7100)を用い、窒素雰囲気下に、昇温速度5℃/minの条件で測定した。
(3)線膨張係数(α1、α2):熱機械分析装置(日立製作所製 TMA-7100)を用い、窒素雰囲気下に、昇温速度5℃/minの条件で測定した。
(4)示差走査熱量測定(DSC)によるガラス転移点(Tg): 示差走査熱量測定装置(TAインスツルメンツ製 Q2000)を用い、窒素雰囲気下に、昇温速度10℃/minの条件で測定した。
(5)吸水率:硬化物を95℃×24hrの条件で煮沸し、煮沸前後の質量増加測定により吸水率を測定した。吸水率(%)=〔煮沸後の質量-煮沸前の質量〕/煮沸後の質量×100
【0054】
〔実施例1〕
エポキシ樹脂として、液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製 828EL エポキシ当量:186g/eq)を100.00部用いた。フェノール樹脂として、液状アリルフェノール樹脂(明和化成株式会社製 MEH-8000H 水酸基当量:144g/eq)を78.14部用いた。エポキシ樹脂及びフェノール樹脂は25℃において液状のものであった。これらを50℃で撹拌し、均一に混合した。次いで硬化促進剤として、ベンジル(4-ヒドロキシフェニル)(メチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(三新化学株式会社製 SI-B3、x=水酸基、y=ベンジル基、z=メチル基)1.08部を加え、均一に混合した。このようにしてエポキシ樹脂組成物を得た。
【0055】
得られたエポキシ樹脂組成物を金型に注型し、150℃×5hr、180℃×8hrの2段階の条件で硬化を行い、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物について、FT-IR分析、TMA及びDSCによるガラス転移点、線膨張係数、及び吸水率を測定した。それらの結果を以下の表1及び
図1に示す。
【0056】
〔実施例2〕
実施例1において、硬化促進剤を4-アセトキシフェニル(ジメチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(三新化学株式会社製 SI-B5、x=アセトキシ基、y=z=メチル基)1.00部に変更した。これ以外は実施例1の操作と同様にし、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物について、実施例1と同様の測定をした。それらの結果を以下の表1及び
図2に示す。
【0057】
〔実施例3〕
実施例1において、硬化促進剤を(4-アセトキシフェニル)メチル(2-メチルベンジル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(三新化学株式会社製 SI-B2A、x=アセトキシ基、y=2-メチルベンジル基、z=メチル基)1.04部に変更し、硬化時間を180℃×2hrの1段階の条件で硬化を行った以外は実施例1の操作と同様にし、本発明のエポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物について、FT-IR分析及びDSCによるガラス転移点の測定を実施例1と同様に行った。それらの結果を以下の表1及び
図3に示す。
【0058】
〔実施例4〕
実施例1において、硬化促進剤を(4-アセトキシフェニル)ベンジル(メチル)スルホニウム=テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(三新化学株式会社製 SI-B3A、x=アセトキシ基、y=ベンジル基、z=メチル基)1.02部に変更し、硬化時間を180℃×2hrの1段階の条件で硬化を行った以外は実施例1の操作と同様にし、本発明のエポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物について、FT-IR分析及びDSCによるガラス転移点の測定を実施例1と同様に行った。それらの結果を以下の表1及び
図4に示す。
【0059】
〔実施例5〕
実施例1において、ポットライフ安定剤(三新化学株式会社製 SI助剤(SI-S))を0.03部追加した。それ以外は実施例1の操作と同様にし、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物について、TMA及びDSCによるガラス転移点、線膨張係数、及び吸水率を実施例1と同様に測定した。それらの結果を以下の表1に示す。
【0060】
〔比較例1〕
実施例1において、硬化促進剤を2-エチルー4-イミダゾール(四国化成株式会社製2E4MZ)0.25部に変更した。これ以外は実施例1の操作と同様にし、エポキシ樹脂硬化物を得た。得られたエポキシ樹脂硬化物について、実施例1と同様の測定をした。それらの結果を以下の表1及び
図5に示す。
【0061】
〔比較例2〕
実施例1において、硬化促進剤を(4-ヒドロキシフェニル)(メチル)スルホニウム=ヘキサフルオロホスファート(三新化学株式会社製 SI-110、x=水酸基、y=ベンジル基、z=メチル基)0.40部に変更した。これ以外は実施例1の操作と同様にし、エポキシ樹脂組成物を得た。
【0062】
得られたエポキシ樹脂組成物を金型に注型し、実施例1と同様の条件で加熱したが硬化物は得られなかった。
そこで、硬化条件を、150℃×5hr、200℃×8hrの2段階に変更したところ、目的のエポキシ樹脂硬化物を得られた。
得られたエポキシ樹脂硬化物について、FT-IR分析を行った。結果を以下の
図6に示す。
【0063】
また、得られたエポキシ樹脂組成物の硬化反応における発熱開始温度及び発熱ピーク温度を測定した。測定にはTAインスツルメンツ製のDSC Q2000を用いた。測定条件は、窒素雰囲気下に昇温速度20℃/minとした。結果を以下の表2に示す。同表には、比較のため、上述の実施例1ないし5の測定結果も併記されている。
【0064】
【0065】
【0066】
図1ないし
図6に示す結果から明らかなとおり、実施例1ないし5で得られた硬化物においては、1637cm
-1付近、及び996cm
-1付近のピークが消失している。この波数のピークはアリル基のオレフィンに由来するものである。すなわち実施例1ないし5で得られた硬化物は、アリル基を有さないか、あるいはアリル基の含有量が僅かであると判断される。一方、比較例1及び2で得られた硬化物においては、1637cm
-1付近、及び996cm
-1付近にアリル基のオレフィンに由来するピークが確認される。
【0067】
また、表1に示す結果から明らかなとおり、実施例1、2及び5で得られた硬化物は、比較例1で得られた硬化物に比べてTMA及びDSCによって測定されたガラス転移点が高く、熱膨張率が低く、且つ吸水率も低いことが判る。同様に、実施例3及び4で得られた硬化物も、比較例1で得られた硬化物に比べてDSCによって測定されたガラス転移点が高いことが判る。
【0068】
更に表2に示す結果から明らかなとおり、硬化促進剤のアニオンとしてテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(実施例1ないし5)を用いると、ヘキサフルオロリン酸を用いた場合(比較例2)に比べて発熱開始温度及び発熱ピーク温度が低温側にシフトし、硬化性が良好になることが判る。