(57)【要約】【課題】無機質充填材の充填率が高くても、流動性、成形充填性に優れるエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた電子部品装置を提供する。【解決手段】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物であって、（Ｃ）無機充填材の割合が樹脂組成物全体の７５〜９５重量％であり、（Ｃ）無機充填材の粒径１０〜４５μｍにおける球形度の平均値が０．９３以上であるエポキシ樹脂組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物であって、（Ｃ）無機充填材の割合が樹脂組成物全体の７５〜９５重量％であり、（Ｃ）無機充填材の粒径１０〜４５μｍにおける球形度の平均値が０．９３以上であるエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物により封止された素子を備える電子部品装置。
【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およびそれを用いた電子部品装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型薄型軽量化、高機能化の動向に対応して、半導体パッケージの小型化、薄型化、多ピン化、狭ピッチ化が益々加速している。また、その実装方法も配線基板などへの高密度実装に適した表面実装が主流となっている。このような半導体パッケージおよびその実装方法が進展するなか、半導体封止用材料にも高性能化、特に半田耐熱性、耐湿性、低熱膨張性、電気絶縁性などの機能向上が要求されている。
【０００３】
これらの要求を満たすため、エポキシ樹脂に無機質粉末、特に非晶質シリカ粉末をフィラーとして充填した樹脂組成物が封止材料として用いられており、半導体封止用材料の９０％近くがこの樹脂組成物によるものである。
【０００４】
この封止材料に使用する無機質粉末は、半田耐熱性、耐湿性、低熱膨張性、機械的強度向上の点から、高充填させることが望ましい。
【０００５】
しかし、無機質粉末を高充填すると、封止材料の流動性が低下し、ワイヤー流れ、変形、ダイシフト、ボイド、未充填など成形加工の問題が発生し、その解決が必要となる。
【０００６】
そこで、無機質粉末の形状や粒度分布を最適化することにより、あるいはエポキシ樹脂や硬化剤などの樹脂成分の粘度を封止成形される際の温度域において小さくすることにより、流動性を保ち成形充填性を改良するなど鋭意努力が行われているが、十分な解決に至っていない。
【０００７】
無機質粉末が高充填された封止材料において、流動性、成形性を損なわせないようにするための無機質粉末の改良技術としては、粒度分布域を広くする方法（特許文献１参照）、ワーデルの球形度で０．７〜１．０とし、より球形度を高くする方法（特許文献２参照）などが提案されている。
【０００８】
一方、樹脂側の改良技術としては、エポキシ樹脂、硬化剤の溶融粘度を低下させる方法（特許文献３参照）、封止材料製造における混練過程での熱履歴による樹脂硬化反応の進行、流動性、成形充填性の低下を防止するため、製造設備の選択や製造条件を最適化することにより樹脂硬化反応の進行を抑制し、流動性、成形充填性を確保する方法等が提案されている。
【０００９】
このような提案により、高充填された封止材料の流動性、成形充填性が改善されてきているが、今日の電子分野における、特に半導体パッケージやその実装方法の急速進展に対して十分に応えることができず、新たな技術開発が待たれている。
【００１０】
そこで、例えば、３〜１０μｍの領域および２０〜７０μｍの領域に極大値を示す粒度分布を有し、ｄ７５未満の粒子径を持つ粒子の平均球形度が０．９０以上、ｄ７５以上の粒子径を持つ粒子の平均球形度が０．８５以上である無機質粉末を用いる方法（特許文献４参照）や、粒径４５μｍ以上における球形度が０．７５〜１．０である無機質粉末を用いる方法（特許文献５参照）が提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−８０８６３号公報
【特許文献２】特開平３−６６１５１号公報
【特許文献３】特開平９−２９１１３６号公報
【特許文献４】特開２００３−２０３６４号公報
【特許文献５】特開２００４−１２３８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献４に記載の方法は、流動性向上の効果は必ずしも十分とはいえず、特許文献５に記載の方法も、効果はそれなりであるが、未だ十分ではない。したがって、本発明の課題は、無機充填材の充填率が高くても、流動性、成形充填性に優れるエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた電子部品装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機充填材を含有するエポキシ樹脂組成物であって、（Ｃ）無機充填材の割合が樹脂組成物全体の７５〜９５重量％であり、（Ｃ）無機充填材の粒径１０〜４５μｍにおける球形度の平均値が０．９３以上であるエポキシ樹脂組成物に関する。
また、他の本発明は、前記エポキシ樹脂組成物により封止された素子を備える電子部品装置に関する。
【発明の効果】
【００１４】
無機充填材の充填率が高くても、流動性、成形充填性に優れるエポキシ樹脂組成物およびそれを用いた電子部品装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について詳しく説明する。
【００１６】
本発明のエポキシ樹脂組成物は（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）無機充填材を含有する。
【００１７】
本発明における（Ａ）エポキシ樹脂は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望ましい。その具体例としては、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、ビフェニルノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アルキル変性多官能エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、硫黄含有エポキシ樹脂、更には難燃性を付与するため臭素などのハロゲンを導入したエポキシ樹脂などが挙げられる。（Ａ）エポキシ樹脂として２種以上を併用してもよい。
【００１８】
エポキシ樹脂の（Ｂ）硬化剤としてはエポキシ樹脂と反応し硬化させるものであれば特に限定はされず、例えばフェノール、クレゾール、キシレノールなどのノボラック型樹脂、ビスフェノールＡ等のビスフェノール化合物、フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、ｐ−キシレンフェノールアラルキル樹脂、メラミンフェノール樹脂、無水マレイン酸、無水フタル酸等の酸無水物、およびメタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族アミンなどが挙げられる。（Ｂ）硬化剤として２種以上を併用してもよい。
【００１９】
（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の数に対する硬化剤中のエポキシ基と反応する基の数の比（硬化剤中のエポキシ基と反応する基数／エポキシ樹脂中のエポキシ基数）は、特に制限はないが、それぞれの未反応分を少なく抑えるために０．５〜２の範囲に設定されることが好ましく、０．６〜１．３がより好ましい。成形性及び耐リフロー性に優れるエポキシ樹脂組成物を得るためには、０．８〜１．２の範囲に設定されることがさらに好ましい。なお、（Ｂ）硬化剤として、例えば、フェノール性水酸基を有する化合物を用いる場合、硬化剤中のエポキシ基と反応する基とは、フェノール性水酸基を意味する。
【００２０】
本発明では（Ｃ）無機充填材の粒径１０μｍ〜４５μｍにおける球形度の平均値が０．９３以上であり、（Ｃ）無機充填材の含有量が樹脂組成物全体の７５〜９５重量％であることを特徴とする。
【００２１】
本発明では、無機充填材の粒度分布はレーザー回析光散乱法による粒度測定に基づき求めることができる（たとえばＨＯＲＩＢＡ社製  ＬＡ−９２０）。粒度分布の全体ではなく、粒径１０μｍ〜４５μｍの中粒域における球形度の向上がエポキシ樹脂組成物の流動性を向上する上で重要である。
【００２２】
本発明でいう球形度は粒子像分析装置（たとえばシスメックス社製「ＦＰＩＡ−３０００」）にて自動計測された個々の粒子の円形度から、式；球形度＝（円形度）２として算出できる。ここで、円形度とは、円形度＝（２次元投影粒子像の投影粒子の面積と等しい面積を有する円の周囲長）／（２次元投影粒子像の投影粒子の周囲長）により求めることができる。なお、球形度は、画像処理により得られた計測値より算出される値であり、画像の解像度によっては得られる値が変動する場合がある。画像の解像度が低い場合には、球形度は大きく算出される傾向がある。本発明では、上述のＦＰＩＡ−３０００の様な高解像度の粒子像分析装置を用いて球形度を測定し、粒径１０〜４５μｍの粒子の球形度が０．９３以上の無機充填材を用いることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明において粒径１０〜４５μｍにおける球形度の平均値とは、３６万個の粒子の球形度を測定し、その内の粒径１０μｍ〜４５μｍに該当する粒子の球形度を算術平均して求めた値をいう。
【００２４】
無機充填材は、平均粒径（メディアン径）が、５〜３０μｍであることが好ましい。また、粒径１０μｍ〜４５μｍの無機充填材の割合は、無機充填材全体に対し、１０〜１００重量％であることが好ましい。
【００２５】
（Ｃ）無機充填材の具体例としては非晶質シリカ、結晶性シリカ、アルミナ、酸化チタン等の金属酸化物、ガラス繊維およびガラス球などが挙げられる。中でも非晶質シリカは線膨張係数を低下させる効果が大きく、低応力化に有効なため好ましく用いられる。形状としては破砕状のものや球状のものが用いられ、流動性の点から球状のものが特に好ましく使用される。ここでいう非晶質シリカは一般的に真比重が２．３以下のものが好ましい。
【００２６】
この非晶質シリカは公知の任意の方法で製造でき、例えば結晶性シリカを溶融する方法および金属ケイ素の酸化による方法、アルコキシランを加水分解する方法など、各種原料からの合成方法が使用できる。非晶質シリカの中でも石英を溶融し製造される球状溶融シリカが特に好ましく使用される。
【００２７】
（Ｃ）無機充填材として２種以上を併用してもよく、その含有量は樹脂組成物全体の７５〜９５重量％である。７５重量％未満であると難燃性及び耐リフロー性が低下し、９５重量％を超えると流動性が不足する。
【００２８】
本発明において、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤の硬化反応を促進するために硬化促進剤を用いてよい。例えば、トリフェニルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリス（ｐ−メチルフェニル）ホスフィンなどのリン系化合物、２−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、トリエチルアミン、ベンジルジメチルアミン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデンセン−７などのアミン系などがある。
【００２９】
硬化促進剤は、硬化反応を促進するものであれば特に限定されない。
【００３０】
これらの硬化促進剤は用途によって２種以上を併用してもよく、その含有量は（Ａ）エポキシ樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部の範囲が望ましい。
【００３１】
本発明のエポキシ樹脂組成物には充填材とエポキシ樹脂や硬化剤との結合を強化し、信頼性の向上を図る目的でシランカップリング剤を用いてもよい。
【００３２】
中でもアミノ基を含有するシランカップリング剤、エポキシ基を含有するシランカップリング剤、或いはメルカプト基を含有するシランカップリング剤が好ましく用いられる。シランカップリング剤は全樹脂組成物に対して０．０５〜３重量％の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、カーボンブラック、酸化鉄などの着色剤、シリコーンゴム、スチレン系ブロック共重合体、オレフィン系重合体、変性ニトリルゴム、変性ポリブタジエンゴムなどのエラストマー、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、天然ワックス類、合成ワックス類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド、エステル類、パラフィンなどの離型剤、および有機過酸化物などの架橋剤、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、リン化合物、金属水和物、金属酸化物などの難燃助剤などを任意に添加することができる。
【００３４】
本発明のエポキシ樹脂組成物は上記成分を溶融混練することによって製造することが好ましい。
【００３５】
例えば各種原材料をミキサーなどの公知の方法で混合した後、バンバリーミキサー、ニーダ、ロール、単軸もしくは二軸の押出し機およびコニーダなどの公知の混練方法を用い溶融混練することにより製造される。溶融混練の樹脂温度は６５〜１４０℃の範囲が使用される。
【００３６】
本発明のエポキシ樹脂組成物は加熱混練で溶融し、冷却さらに粉砕した粉末の形状、粉末を打錠して得られるタブレットの形状、加熱混練で溶融し型内にて冷却固化したタブレット形状、加熱混練で溶融し押出しして切断したペレットの形状などで使用できる。
【００３７】
本発明のエポキシ樹脂組成物は半導体素子の封止に供される。本発明のエポキシ樹脂組成物は、トランスファー成形、インジェクション成形、マルチプランジャー成形などの公知の成形方法で成形することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例により具体的に説明する。本発明はここに挙げた実施例によって限定されるものではない。
【００３９】
表１に示した成分を表２に示す重量比で、ヘンシェルミキサーにてドライブレンドし、得られた配合物を同方向二軸混練機を用いて加熱混練し、冷却、粉砕して半導体封止用のエポキシ樹脂組成物を得た。なお表１中のｕｍは、μｍの意である。
【００４０】
得られたエポキシ樹脂組成物の流動性を次に示す方法に従って評価した。結果を表２に示す。表１及び表２中、平均粒径はレーザー回折測定機により測定した値である。また、球形度は粒子像分析装置（シスメックス社製  ＦＰＩＡ−３０００）により、約２分間の測定を行い３６万個の粒子の球形度を画像解析により測定し、得られた結果について、該当粒度域の球形度を算術平均して求めた値である。
【００４１】
（１）流動性試験（スパイラルフロー評価）
ＥＭＭＩ−１−６６（Ｅｐｏｘｙ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ；Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ）に準拠したスパイラルフロー測定用金型を取り付けたトランスファー成形機を用いてスパイラルフロー値を測定した。
【００４２】
トランスファー成形条件は、金型温度１７５℃、成形圧７０ｋｇｆ／ｃｍ２、硬化時間９０秒とした。
【００４３】
（２）流動性試験（円板流れ評価）
鏡面処理した金型を熱版にて１７５℃で加熱し、粉砕されたエポキシ樹脂組成物５ｇを金型中央に載せ、上から８ｋｇｆの加重を掛け、円板状に広がった成形品の直径を広がり性として測定した。
【００４４】
（３）ボイド試験
ＱＦＰ１４２０（１４．０ｍｍ×２０．０ｍｍ厚さ２．０ｍｍ）の半導体パッケージをトランスファー成形機を用いて、金型温度１７５℃、成形時間９０秒で２０個作成し、パッケージの充填性を評価した。表中、評価結果は次のとおりである。
◎：ボイドが発生することなく充填されている。
○：タブ及びリードは見えないが、ボイドが発生している。
×：タブ又はリードが見えるほどのボイドが発生している。
【００４５】
【表１】
2008115381.tif 000002
【００４６】
【表２】
2008115381.tif 000003
【００４７】
表２の実施例１と比較例１から明らかなように、粒径１０〜４５μｍの球形度が高い無機質充填材を使用した封止材は充填率が９０重量％以上であっても流動性、成形充填性が高いレベルである。また、実施例２，３と比較例２に示すように、粒径１０〜４５μｍの球形度が低い無機質充填材に、粒径１０〜４５μｍの球形度が高い無機質充填材を併用することで、併用後の無機充填材の粒径１０〜４５μｍの球形度を高くすることにより流動性、成形充填性の高いレベルの封止材ができる。本発明によれば、無機質充填材の充填率が高くても、流動性、成形性に優れるエポキシ樹脂組成物が得られる。