JP2013147549A - 液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、広範囲の周波数領域で電磁波吸収性を有し、かつ耐熱衝撃性が高い硬化物を与え、その上取扱性に優れた液状エポキシ樹脂組成物及び該組成物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、（Ｃ）シリコーン変性エポキシ樹脂、（Ｄ）燐片状軟磁性金属粉を含有するものであり、０．５ｍｍ以上の厚さで、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲において反射減衰性（Ｓ１１）を示す、電磁波吸収性の硬化物を与えるものであることを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物、及び該組成物で封止された半導体装置に関する。

情報通信機器の高度化、小型化に伴い、ＧＨｚ帯での電波の使用が増えている。例えば、携帯電話、ノートＰＣ等に用いられる電波等が挙げられ、このような機器の使用とともに電波の干渉による障害が懸念されている。この対策として、電波吸収体として、フェライトに代表される酸化物磁性材料、純鉄、センダスト、アルファモス合金、セラミック等を用いることが挙げられる。

特開２０００−２５２１１３号公報 特開２００４−１６８９８６号公報 特開２００７−９９９３３号公報 特開２００８−１７５７号公報 特開２００９−２７８１３７号公報

フェライト粒子、例えば、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、主に１０ｋＨｚから３０ＭＨｚの周波数で高い透磁率を示し、また、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、主に３０ＭＨｚから３００ＭＨｚの周波数で高い透磁率を示すため、各周波数領域の電磁波吸収剤として使用される。ここで使用されるフェライト粒子は、高周波領域における磁気損失の改善が十分ではなく、高周波半導体パッケージとして、環境の影響を受けやすく、信頼性に問題がある（特許文献１〜４）。

また、電波吸収体としてフェライトを用いた場合、磁化が低いため電波吸収体を薄型とすることは難しい。金属磁性体単体の場合は、高い電磁波吸収性能を有するが、高透磁率化のために扁平化処理を行なった場合には、磁気的な異方性を持つため電波吸収体としても異方性を持ち、等方的に電波を吸収することが難しくなる（特許文献５）。

形状の観点から考えると、ノイズ抑制シートだと形状が決まってしまい電子機器内の狭い部分に実装することが困難であり、隣り合う部品の電波の抑制及び干渉防止が難しくなる。

また、このような電子機器の半導体実装時には、半田リフロー時にダイと封止剤にかかる応力が増大し、封止剤とダイ及び基板の界面での剥離が生じ、また、基板実装時にパッケージにクラックが入るという問題がある。更に、鉛代替半田の普及により、溶融温度が鉛含有の半田より高くなることから、リフローの温度も２６０〜２７０℃で使用されており、従来のエポキシ樹脂組成物の封止剤では、不良が発生し大きな問題となっている。このようにリフローの温度が高くなると、従来何ら問題のなかったパッケージもリフロー時にクラックが発生したり、チップ界面、基板界面との剥離が発生したり、その後の冷熱サイクルが数百回以上経過すると樹脂又は基板、チップ、バンプ部にクラックが発生するという問題が起こるようになった。

上記問題を解決するものとして、シリコーン変性エポキシ樹脂を配合した樹脂組成物が知られている。該組成物は耐熱衝撃性に優れるが、耐熱性の点で、さらなる向上が求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、広範囲の周波数領域、特に２〜１０ＧＨｚの範囲で電磁波吸収性を有し、かつ耐熱性及び耐熱衝撃性が高い硬化物を与え、その上取扱性に優れた液状エポキシ樹脂組成物、及び該組成物で封止された半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物であって、
（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤及び芳香族アミン系硬化剤から選ばれる少なくとも１つの硬化剤：（Ａ）成分中のエポキシ基１モルに対して、硬化剤中のエポキシ基と反応性を有する官能基のモル量が０．７〜１．２になる量、
（Ｃ）下記平均組成式（１）で示されるシリコーン変性エポキシ樹脂：（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して、０．１〜５０質量部、及び

（上記平均組成式（１）中、Ｒ^１は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２は炭素数１〜４のアルキル基、Ｑは炭素数３〜６のアルキレン基、オキシアルキレン基、又はヒドロキシオキシアルキレン基であり、ｒは４〜１９９の整数、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数である。）
（Ｄ）平均粒子径が５〜１００μｍであり、Ｓｉ、Ａｌ及びＦｅを主成分とするスピネル構造を有する燐片状軟磁性金属粉：（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分の合計１００質量部に対して５〜１００質量部
を含有するものであり、
０．５ｍｍ以上の厚さで、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲において反射減衰性（Ｓ１１）を示す、電磁波吸収性の硬化物を与えるものであることを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物を提供する。

このような液状エポキシ樹脂組成物であれば、広範囲の周波数領域、特に２〜１０ＧＨｚの範囲で電磁波吸収性を有し、また、耐熱性及び耐熱衝撃性が高い硬化物となる。その上、膜厚０．５ｍｍ以上で使用でき、塗布性に優れるため、従来の磁性ゴムシートと比べて取扱性に優れたものとなる。

また、前記（Ｄ）成分は、Ｓｉ、Ａｌ及びＦｅを主成分とし、更に、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｂａ，及びＴｉから選ばれる１種又は２種以上の金属元素を含有し、該含有量の合計がＦｅ元素１００モルに対して１０モル未満であり、かつスピネル構造を有するものであることが好ましい。

（Ｄ）成分は主成分以外に他の金属元素を含有することができ、このような含有量であれば十分な電磁波吸収性能を得られる。

さらに、前記（Ｄ）成分として、Ｓｉ_ａＡｌ_ｂＦｅ_ｃＯ_ｄ（式中、０．１≦ａ≦１０．０、０．３≦ｂ≦６．０、９３．０≦ｃ≦９９．５、０．１≦ｄ≦１．０）の組成であり、かつ、アスペクト比が１．１〜４．０である燐片状軟磁性金属粉を含むことが好ましい。

このように（Ｄ）成分には、主成分以外に酸素原子を含有することができる。また、このようなアスペクト比の燐片状軟磁性金属粉であれば、十分な電磁波吸収性能を発揮することができる。

また、前記（Ｃ）成分は、平均組成式（１）において、Ｒ^１が水素原子、Ｒ^２がメチル基、ｒが７０〜１０９の整数、ｐ及びｑが２〜５の整数、Ｑが−ＯＣＨ_２−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−であるものであることが好ましい。

このような（Ｃ）成分であれば、より低応力化剤としての効果が高く、密着性が高く、合成コストの観点からも好ましいものとなる。

さらに、前記（Ｂ）成分のうち、フェノール系硬化剤が、下記一般式（２）で表されるフェノール樹脂を２５〜１００質量％含有するものであることが好ましい。

（上記一般式（２）中、Ｒ^３は二重結合を有する炭素数１０以下の脂肪族一価炭化水素基、Ｒ^４は下記式で示される二価炭化水素基のいずれかである。

（式中、Ｒ^５は水素原子又は炭素数１０以下の一価炭化水素基である。））

このようなフェノール系硬化剤であれば、液状エポキシ樹脂組成物の低粘度性、成型時の硬化剤の揮発抑制等の観点から好ましい。

また、前記（Ｂ）成分のうち、酸無水物系硬化剤が、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロペニル）−１，２，３，６−テトラハイドロフタル酸無水物、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

さらに、前記（Ｂ）成分のうち、芳香族アミン系硬化剤が、下記一般式（３）、（４）、（５）及び（６）で表される芳香族アミン化合物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

（上記一般式（３）、（４）、（５）及び（６）中、Ｒ^６〜Ｒ^９は、互いに独立に、炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ_３Ｓ−及びＣ_２Ｈ_５Ｓ−から選ばれる基である。）

このような酸無水物系硬化剤及び／又は芳香族アミン系硬化剤であれば、更に耐熱性に優れる硬化物となる液状エポキシ樹脂組成物となる。

更に、前記液状エポキシ樹脂組成物は、内部にイミダゾール化合物及び／又は有機リン化合物を内包する平均粒径０．５〜１０μｍのマイクロカプセルを硬化促進剤として含み、マイクロカプセルは、３０℃のｏ−クレゾール中で、１５分間で、内包するイミダゾール化合物及び／又は内包する有機リン化合物の７０質量％以上を溶出するものであることが好ましい。

このようなマイクロカプセルを硬化促進剤として含み、イミダゾール化合物及び／又は有機リン化合物をマイクロカプセルから一定時間をかけて溶出し、硬化を促進することで、より耐熱衝撃性に優れる硬化物を与える液状エポキシ樹脂組成物となる。

また、本発明は、上記電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止されたものであることを特徴とする半導体装置を提供する。

前記液状エポキシ樹脂組成物により封止された半導体装置は、広範囲の周波数領域、特に２〜１０ＧＨｚの範囲でノイズを効果的に抑制され、また耐熱衝撃性等に優れた硬化物で封止されるため、信頼性の高いものとなる。

以上説明したように、本発明の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物であれば、広範囲の周波数領域、特に２ＧＨｚから１０ＧＨｚの周波数でノイズを効果的に抑制することが可能である。すなわち、本発明の液状エポキシ樹脂組成物は誘電率が高く、反射減衰性（Ｓ１１）評価において、高い値を示す硬化物となる。また、本発明の液状エポキシ樹脂組成物は膜厚０．５ｍｍ以上で使用でき、塗布性に優れるため、従来の磁性ゴムシートと比べて取り扱いが容易である。さらに、本発明の各成分を所定の組合せとすることによって、耐熱性だけでなく強靭性が高く、半導体素子及び基盤との密着性に優れ、耐湿性に優れ、耐熱衝撃性に優れた硬化物を与えることができる。また、既存のフェライト組成物と比較して安価に製造することが可能となる。

燐片状の軟磁性軟磁性金属粉のＳＥＭ写真である。 球状の軟磁性軟磁性金属粉のＳＥＭ写真である。

以下、本発明の液状エポキシ樹脂組成物及び半導体装置について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。前述のように、広範囲の周波数領域、特に２〜１０ＧＨｚの範囲で電磁波吸収性を有し、かつ耐熱性及び耐熱衝撃性が高い硬化物を与え、その上取扱性に優れた液状エポキシ樹脂組成物が望まれていた。

本発明者らは、上記課題を達成するため鋭意検討を重ねた結果、以下の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含む液状エポキシ樹脂組成物であれば、広範囲の周波数領域、特に２ＧＨｚから１０ＧＨｚの周波数でノイズを効果的に抑制できると共に、高い耐熱性だけでなく、著しく高い強靭性の硬化物が得られることを見出し、また、従来の磁性ゴムシートと比べて取り扱いが容易であることを見出して、本発明を完成させた。以下、本発明について詳細に説明する。

〔（Ａ）エポキシ樹脂〕
本発明の電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物に使用する（Ａ）エポキシ樹脂としては、室温（２５℃）で自己流動性のある液状のエポキシ樹脂であれば特に制限されないが、１分子中に２個以上のエポキシ基を有し、且つ、エポキシ当量が２００以上であるエポキシ樹脂が挙げられ、具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂や、下記式で示される様な分子中にフェニレン環等の芳香族環を１個有しかつ複数（２個又は３個）のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物及びその重合体を含むエポキシ樹脂などが挙げられる。

ここで、Ｒは水素原子、又は炭素数１〜２０、好ましくは１〜１０、更に好ましくは１〜３の一価炭化水素基であり、一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基等が挙げられる。また、ｘは１〜４の整数、特に１又は２である。

（Ａ）成分のエポキシ樹脂は、加水分解性塩素が１０００ｐｐｍ以下、特に５００ｐｐｍ以下であり、ナトリウム及びカリウムがそれぞれ１０ｐｐｍ以下であるものが好ましい。加水分解性塩素が１０００ｐｐｍ以下であり、ナトリウム又はカリウムが１０ｐｐｍ以下であれば、半導体装置を高温高湿下に長時間放置しても、耐湿性の劣化を回避できる。

〔（Ｂ）硬化剤〕
本発明の液状エポキシ樹脂組成物の（Ｂ）成分は、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤及び芳香族アミン系硬化剤から選ばれる少なくとも１つの硬化剤である。（Ｂ）硬化剤は１種単独で使用しても、又は２種以上を併用しても良い。

（フェノール系硬化剤）
（Ｂ）成分として使用されるフェノール系硬化剤は、特に制限されないが、室温（２５℃）で液状であるか（Ａ）成分に溶解して液状になるものが好ましい。特に、液状エポキシ樹脂組成物の低粘度性、成型時の硬化剤の揮発抑制等の観点から、下記一般式（２）で表されるフェノール系硬化剤が好適に使用される。

（上記一般式（２）中、Ｒ^３は二重結合を有する炭素数１０以下、好ましくは２〜１０の脂肪族一価炭化水素基であり、特にビニル基、アリル基、ヘキセニル基等のアルケニル基が挙げられる。Ｒ^４は下記式で示される二価炭化水素基のいずれか一つである。

（式中、Ｒ^５は水素原子又は炭素数１０以下、好ましくは１〜５の一価炭化水素基であり、例えばメチル基、エチル基等のアルキル基等が挙げられる。））

なお、本発明の液状エポキシ樹脂組成物においては一般式（２）で表されるフェノール系硬化剤以外に、１分子中にフェノール性水酸基を少なくとも２個以上有するフェノール樹脂等のフェノール系硬化剤を併用してもよい。１分子中にフェノール性水酸基を少なくとも２個以上有するフェノール樹脂として、具体的にはフェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、パラキシリレン変性ノボラック樹脂、メタキシリレン変性ノボラック樹脂、オルソキシリレン変性ノボラック樹脂等のキシリレン変性ノボラック樹脂、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂等のビスフェノール型フェノール樹脂、ビフェニル型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、フェノールアラルキル型樹脂、ビフェニルアラルキル型樹脂、トリフェノールメタン型樹脂、トリフェノールプロパン型樹脂等のトリフェノールアルカン型樹脂及びその重合体等のフェノール樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等のいずれのフェノール樹脂も使用可能である。

２種以上のフェノール系硬化剤を併用する場合、全（Ｂ）硬化剤中、一般式（２）で表されるフェノール系硬化剤の含有量が２５〜１００質量％、より好ましくは５０〜１００質量％、更に好ましくは７５〜１００質量％であることが好ましい。また、上記一般式（２）で表されるフェノール系硬化剤の２５℃における粘度は３００Ｐａ・ｓ以下、特に１００Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。粘度が３００Ｐａ・ｓ以下であれば組成物の粘度が低くなり作業性が良好となる。この一般式（２）で表されるフェノール系硬化剤の例としては、アリル基含有フェノール樹脂が挙げられ、具体的には明和化成社製ＭＥＨ８０００Ｈ、ＭＥＨ８００５が挙げられる。

また、上記一般式（２）に対して、そのＲ^３が水素原子又は炭素数１０以下、好ましくは１〜５の二重結合を有しない脂肪族一価炭化水素基（特にアルキル基）であり、常温で固体のフェノール系硬化剤を使用することもできる。この様なフェノール系硬化剤としては例えば下記一般式（７）、（８）のものなどが挙げられる。

この硬化剤の例としては明和化成社製ＤＬシリーズが挙げられる。この硬化剤は常温で固体であるので、予め一般式（２）のフェノール系硬化剤と常温で液体となる割合で混合して用いることが望ましい。混合方法としては特に限定されないが、１２０℃で溶融混合することが望ましい。

また、下記一般式（９）の様なフェノールノボラック樹脂を併用してもよい。

（上記一般式（９）中、ｓは０〜１０、好ましくは０〜５の整数である。）

（酸無水物系硬化剤）
（Ｂ）成分として酸無水物系硬化剤を用いる場合、特に制限されないが、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロペニル）−１，２，３，６−テトラハイドロフタル酸無水物、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物及びこれらの２種以上の混合物から選ばれるものが好ましい。このような酸無水物系硬化剤と（Ａ）成分の組み合わせであれば、耐熱性の高い硬化物が得られる。

（芳香族アミン系硬化剤）
本発明の液状エポキシ樹脂組成物の（Ｂ）硬化剤として芳香族アミン系硬化剤を用いることが好ましい。液状のエポキシ樹脂組成物には硬化剤として酸無水物系硬化剤が好ましいと記載されている文献もあるが、実際上、本発明の（Ａ）成分と芳香族アミン系硬化剤の組合せであれば、より耐熱性の高い硬化物が得られることが分った。本発明の液状エポキシ樹脂組成物に用いる芳香族アミン系硬化剤としては、例えば下記一般式（３）、（４）、（５）及び（６）で表される芳香族アミン化合物から選ばれる少なくとも１種が好適に使用できる。

（上記一般式（３）、（４）、（５）及び（６）中、Ｒ^６〜Ｒ^９は、互いに独立に、炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ_３Ｓ−及びＣ_２Ｈ_５Ｓ−から選ばれる基である。）

このような化合物として、具体的には、３，３’−ジエチル−４，４’−ジアミノフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジアミノフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラエチル−４，４’−ジアミノフェニルメタン等のジアミノジフェニルメタン系化合物、２，４−ジアミノトルエン、１，４−ジアミノベンゼン、１，３−ジアミノベンゼン等のジアミノベンゼン系化合物などの芳香族アミンであることが好ましい。これらは１種を単独で用いても又は２種以上を混合して用いても差し支えない。

上記芳香族アミン系硬化剤の中で、常温（２５℃）で液体のものは他の成分とそのまま配合しても問題ないが、固体のものはそのまま配合すると液状エポキシ樹脂組成物の粘度が上昇し、作業性が悪くなるおそれがあるため、予め（Ａ）エポキシ樹脂と溶融混合することが好ましい。具体的には、後述する指定の配合割合で、７０〜１５０℃の温度範囲で１〜２時間溶融混合することが望ましい。混合温度が７０℃以上であれば芳香族アミン系硬化剤が十分に相溶し、１５０℃以下の温度であれば（Ａ）エポキシ樹脂と反応して粘度上昇する可能性を回避できる。また、混合時間が１時間以上であれば芳香族アミン系硬化剤が十分に相溶し、粘度上昇を招く可能性を回避でき、２時間を以下であれば（Ａ）エポキシ樹脂と反応し、粘度上昇する可能性を回避できる。

なお、本発明に用いられる（Ｂ）硬化剤の添加量は、（Ａ）エポキシ樹脂を硬化させる有効量であり、（Ａ）成分のエポキシ樹脂中に含まれるエポキシ基１モルに対して該エポキシ基と反応性を有する官能基（それぞれ、フェノール性水酸基、酸無水物基又はアミノ基）のモル量が、０．７〜１．２、好ましくは０．７〜１．１、更に好ましくは０．８５〜１．０５となる量である。配合モル比が０．７未満では未反応のエポキシ基が残存し、ガラス転移温度が低下、あるいは密着性が低下するおそれがある。一方、１．２を超えると液状エポキシ樹脂組成物の硬化物が硬く脆くなり、リフロー時又は温度サイクル時にクラックが発生するおそれがある。

〔（Ｃ）シリコーン変性エポキシ樹脂〕
本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、（Ｃ）成分として、下記平均組成式（１）で示されるシリコーン変性エポキシ樹脂を含む。

（上記平均組成式（１）中、Ｒ^１は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２は炭素数１〜４のアルキル基、Ｑは炭素数３〜６のアルキレン基、オキシアルキレン基、又はヒドロキシオキシアルキレン基であり、ｒは４〜１９９の整数、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数である。）

上記式中、Ｒ^１は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、好ましくは水素原子またはメチル基であり、Ｒ^２は炭素数１〜４のアルキル基、好ましくはメチル基である。Ｑは炭素数３〜６のアルキレン基、オキシアルキレン基、又はヒドロキシオキシアルキレン基であり、例えば、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＯＣＨ_２−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−又は−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−である。ｒは４〜１９９の整数、好ましくは１９〜１３０、より好ましくは７０〜１０９の整数であり、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数、好ましくはｐ及びｑ共に２〜５の整数である。

（Ｃ）シリコーン変性エポキシ樹脂は低応力化剤として作用するものであり、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０．１〜５０質量部、好ましくは０．５〜３０質量部の範囲で配合されるものである。特に、液状エポキシ樹脂組成物中で海−島構造を形成させるために、上記配合量を満たし、かつ、（Ａ）エポキシ樹脂１００質量部に対して（Ｃ）成分中のジオルガノポリシロキサン量が１〜２０質量部、特に２〜１５質量部含まれるように配合することが好ましい。これにより、本発明の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物の応力を低下し、半導体素子及び基板への密着性も向上することができる。ここで、（Ｃ）成分中のジオルガノポリシロキサン量は、下記式で示される。
ジオルガノポリシロキサン量＝（（Ｃ）シリコーン変性エポキシ樹脂のポリシロキサン部分の分子量／（Ｃ）シリコーン変性エポキシ樹脂の分子量）×添加量

特に、（Ｃ）成分は、平均組成式（１）において、Ｒ^１が水素原子、Ｒ^２がメチル基、ｒが７０〜１０９の整数、ｐ及びｑが２〜５の整数、Ｑが−ＯＣＨ_２−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−であるものであることが好ましい。このような（Ｃ）成分であれば、より低応力化剤としての効果が高く、密着性が高く、合成コストの観点からも好ましいものとなる。

〔（Ｄ）燐片状軟磁性金属粉〕
本発明の液状エポキシ樹脂組成物に配合する（Ｄ）成分の燐片状軟磁性金属粉は、平均粒子径が５〜１００μｍであり、Ｓｉ，Ａｌ及びＦｅを主成分とする、スピネル構造を有する燐片状の軟磁性金属粉である。

この（Ｄ）燐片状軟磁性金属粉の成分（金属元素）としては、主成分のＳｉ，Ａｌ，及びＦｅ以外に、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｂａ，Ｔｉから選ばれる１種又は２種以上の金属元素が含まれていてもよいが、その含有割合は、Ｓｉ，Ａｌ，及びＦｅ以外の金属元素の合計で、Ｆｅ元素１００モルに対して１０モル未満（０〜１０モル未満）であることが好ましい。Ｓｉ，Ａｌ，及びＦｅ以外の金属元素の含有割合は少ない方が好ましく、該含有割合の合計が、Ｆｅ元素１００モルに対して１０モル未満であれば十分な電磁波吸収性能を得られる。

なお、この（Ｄ）燐片状軟磁性金属粉は酸素原子を含有していてもよく、例えば、下記組成式で示されるもの等が好適に使用できる。
Ｓｉ_ａＡｌ_ｂＦｅ_ｃＯ_ｄ
（式中、０．１≦ａ≦１０．０、０．３≦ｂ≦６．０、９３．０≦ｃ≦９９．５、０．１≦ｄ≦１．０）

（Ｄ）燐片状軟磁性金属粉の粒子径は、例えば、電子顕微鏡観察やレーザー光回折法による粒度分布測定における累積質量平均径（ｄ５０）又はメジアン径等として求めることができる。（Ｄ）成分の平均粒子径は５〜１００μｍであり、好ましくは１０〜６０μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍである。平均粒子径が５μｍ未満だと、電磁波吸収性が低下し、１００μｍを超えると樹脂表面の平坦性が悪くなる。なお、燐片状軟磁性金属粉の粒径範囲（最小粒径−最大粒径）としては、０．１〜１０００μｍ、特に０．５〜２００μｍ程度であることが望ましい。

（Ｄ）成分の軟磁性金属粉の粒子形状としては、燐片状であり、燐片度が高いものが好ましい。球状の軟磁性金属粉だと電磁波吸収特性を出すために添加量を増やす必要があり、燐片度が高ければ十分な電磁波吸収性能が得られる。また、アスペクト比が１．１〜４．０程度のものが好適に使用される。燐片状の軟磁性金属粉の例を図１に示し、球状の軟磁性金属粉の例を図２に示す。

（Ｄ）成分の燐片状軟磁性金属粉の配合量は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、及び（Ｃ）成分の合計１００質量部に対して５〜１００質量部であり、好ましくは１０〜８０質量部の範囲である。５質量部未満では、液状エポキシ樹脂組成物の硬化物の膨張係数が大きく、熱衝撃性試験においてクラックの発生を誘発させるおそれがある。一方、１００質量部を超えると、液状エポキシ樹脂組成物の粘度が高くなる。

（Ｄ）成分の燐片状軟磁性金属粉は、（Ａ）成分のエポキシ樹脂との結合強度を強くするため、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などのカップリング剤で予め表面処理したものを配合することが好ましい。このようなカップリング剤としては、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エトキシシラン、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等のエポキシシラン、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−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン、γ−メルカプトシラン等のメルカプトシランなどのシランカップリング剤を用いることが好ましい。ここで表面処理に用いるカップリング剤の配合量及び表面処理方法については、特に制限されるものではない。

〔溶剤〕
また、本発明の液状エポキシ樹脂組成物の粘度、作業性向上を目的として溶剤を使用できる。溶剤の種類は特に限定されるものではないが、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、ジアセトンアルコール等のケトン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、メチルカルビトール、エチルカルビトール、ブチルカルビトール等のグリコールエーテル、メチルセルソルブアセテート、エチルセルソルブアセテート、カルビトールアセテート等のグリコールエステル等が挙げられる。液状エポキシ樹脂組成物の粘度を成形工程で作業性の良い粘度にする為には、溶剤がある程度高沸点であることが望ましい。中でも、イソホロン、エチルカルビトール、ブチルカルビトール、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールｎ−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、１，３−ブチレングリコールジアセテート、１，６ヘキサンジオールジアセテートが好適に使用できる。

〔硬化促進剤〕
更に、本発明の液状エポキシ樹脂組成物には、硬化促進剤を添加することができる。硬化促進剤としては、特に制限されないが、内部にイミダゾール化合物及び／又は有機リン化合物を内包する平均粒径０．５〜１０μｍのマイクロカプセルを使用することができる。このマイクロカプセルは、３０℃のｏ−クレゾール中で、１５分間で、内包するイミダゾール化合物及び／又は内包する有機リン化合物の７０質量％以上を溶出するものであることが好ましい。このようなマイクロカプセルを用いてイミダゾール化合物及び／又は有機リン化合物がマイクロカプセルから一定時間をかけて溶出し、硬化を促進することで、より耐熱衝撃性に優れる硬化物を与える液状エポキシ樹脂組成物となる。

〔その他〕
本発明の液状エポキシ樹脂組成物には、更に必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アルミナ、酸化チタン、シリカチタニア、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、マグネシア、マグネシウムシリケート、タルク、マイカ等及びこれらの２種以上の組合せなどの（Ｄ）成分以外の無機質充填剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリコーン系等の低応力剤、カルナバワックス、高級脂肪酸、合成ワックス等のワックス類、カーボンブラック等の着色剤、ハロゲントラップ剤等の添加剤を添加配合することができる。

〔液状エポキシ樹脂組成物の調整法〕
本発明の液状エポキシ樹脂組成物は、（Ａ）〜（Ｄ）成分、必要に応じてその他の添加剤等を同時に又は別々に、必要により加熱処理を加えながら、撹拌、溶解、混合、分散させることにより得ることができる。これらの混合、撹拌、分散等の装置としては、特に限定されるものではないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、３本ロール、ボールミル、プラネタリーミキサー、ビーズミル等を用いることができる。またこれら装置を適宜組み合わせて使用してもよい。

〔液状エポキシ樹脂組成物の硬化法〕
本発明の液状エポキシ樹脂組成物の硬化方法は、公知の方法であってよいが、好ましくは、先に１００〜１２０℃で０．５時間以上、特に０．５〜２時間加熱し、その後１３０〜２５０℃で０．５時間以上、特に０．５〜５時間の条件で熱オーブンキュアを行う。１００〜１２０℃での加熱が０．５時間未満では、硬化後にボイドが発生する場合がある。また１３０〜２５０℃での加熱が０．５時間未満では、十分な硬化物特性が得られない場合がある。

本発明の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物は、例えば透磁率の測定等において、０．５ｍｍ以上、特に、１．０ｍｍ〜４．０ｍｍの厚さで、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲において優れた反射減衰性（Ｓ１１）を示す、電磁波吸収性の硬化物となる。

なお、反射減衰性（Ｓ１１）の測定は周知の方法で行うことができ、特に制限されないが、例えば、液状エポキシ樹脂組成物を硬化させて厚さ４．０ｍｍ、外径７ｍｍ、内径３ｍｍの板状硬化物を作製し、この板状硬化物に所定の回数、コイルを巻き、ネットワークアナライザ（Ｅ８５１０Ｃ）を用いて測定することで行うことができる。

〔半導体装置〕
また、上記電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は、広範囲の周波数領域、特に２〜１０ＧＨｚの範囲でノイズを効果的に抑制され、また耐熱衝撃性等に優れた硬化物で封止されるため、信頼性の高いものとなる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１〜４、比較例１〜６］
〔液状エポキシ樹脂組成物の調整〕
下記に示す各成分を、表１に記載の配合量（質量部）で、３本ロールを用いて均一に混練することにより、各液状エポキシ樹脂組成物（実施例１〜４、比較例１〜６）を得た。なお、下記（Ａ）成分５０質量部に対し、下記（Ｂ）成分４０質量部であれば、（Ａ）成分中のエポキシ基１モルに対して、（Ｂ）成分中のエポキシ基と反応性を有する官能基（アミノ基）のモル量は１．０となる。

得られた各液状エポキシ樹脂組成物について、以下に示す粘度測定、Ｔｇ（ガラス転移温度）、ＣＴＥ１（膨張係数）、及びＣＴＥ２（膨張係数）測定、透磁率の測定を行った。その結果を表２に示す。

（Ａ）エポキシ樹脂：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＹＤＦ−８１７０：東都化成（株）製）
（Ｂ）芳香族アミン系硬化剤：４，４’−ジアミノ−３，３’−ジエチルジフェニルメタン（日本化薬（株）製）
（Ｃ）シリコーン変性エポキシ樹脂：下記一般式（１０）で示されるエポキシ樹脂と下記一般式（１１）で示されるハイドロジェンシロキサンとの共重合体

（Ｄ）軟磁性金属粉：
（ｉ）粒径範囲０．５〜１００μｍ（平均粒径５０μｍ）のアスペクト比１．１〜４．０の燐片状軟磁性金属粉（Ｓｉ_９．５Ａｌ_５．５Ｆｅ_９４．９Ｏ_０．１、大同特殊鋼製、商品名、ＢＭ−７２）
（ｉｉ）最大粒径１００μｍ、平均粒径５０μｍの球状軟磁性金属粉
（ｉｉｉ）最大粒径１００μｍ、平均粒径５０μｍのＦｅ−Ｍｎフェライト粒子
（ｉＶ）最大粒径１００μｍ、平均粒径５０μｍのＦｅ−Ｚｎフェライト粒子
（その他の成分）
溶剤：メチルエチルケトン
シランカップリング剤：ＫＢＭ４０３、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製）
カーボンブラック：デンカブラック（電気化学工業（株）製）

〔半導体装置の製造〕
次に、厚さ３２ｍｍ×３２ｍｍ×０．４ｍｍのＢＴ樹脂基板上に、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３ｍｍのシリコンチップを市販のダイボンド剤で固定し、チップの上に実施例１〜４、比較例１〜６の各液状エポキシ樹脂組成物を塗布した後、１２０℃で０．５時間、次いで１６５℃で３時間の条件で硬化させ、ＣＯＢ型の試験用半導体装置を作った。得られた各試験用半導体装置について、以下に示すプレッシャークッカーテスト、耐熱衝撃性試験を行った。その結果を表２に示す。

（１）粘度測定
ＢＨ型回転粘度計を用いて４ｒｐｍの回転数で２５℃における液状エポキシ樹脂組成物の粘度を測定した。

（２）Ｔｇ（ガラス転移温度）、ＣＴＥ１（膨張係数）、ＣＴＥ２（膨張係数）測定
各液状エポキシ樹脂組成物を、１２０℃で０．５時間、次いで１６５℃で３時間硬化し、５ｍｍ×５ｍｍ×１５ｍｍの硬化物試験片を作製した。該試験片を用いて、ＴＭＡ（熱機械分析装置）により毎分５℃の速さで昇温した時のＴｇを測定した。また、以下の温度範囲の膨張係数（ＣＴＥ１、ＣＴＥ２）を測定した。ＣＴＥ１の温度範囲は５０〜８０℃、ＣＴＥ２の温度範囲は２００〜２３０℃である。

（３）プレッシャークッカーテスト
上記方法で得られた試験用半導体装置を、３０℃／６５％ＲＨの条件下に１９２時間（ＪＥＤＥＣレベル３の条件）置いた後に、最高温度２６５℃に設定したＩＲリフロー炉を５回通した後の、クラックの有無を、超音波映像診断機、Ｃ−ＳＡＭ、ＳＯＮＩＸ社製を用いて調べた（表２中、ＩＲ２６５℃で示す。）。次いで、プレッシャークッカー中、１２１℃／２．１ａｔｍの環境下に３３６時間置いた後の剥離の有無を、上記同様に調べた（表２中、ＰＣＴ３３６ｈｒで示す。）。

（４）透磁率の測定
各液状エポキシ樹脂組成物を、１２０℃で０．５時間、次いで、１６５℃で３時間の条件で硬化させて厚さ４．０ｍｍの板状硬化物を作製し、該板状硬化物を外径７ｍｍ、内径３ｍｍにくり抜き、所定の回数、コイルを巻き、ネットワークアナライザ（Ｅ８５１０Ｃ）にて反射減衰率（Ｓ１１）を測定した。−３ｄＢ以上の減衰率が得られた範囲を求めた。

（５）耐熱衝撃性試験
上記方法で得られた試験用半導体装置を、３０℃／６５％ＲＨの条件下に１９２時間置いて、最高温度２６５℃に設定したＩＲリフロー炉を５回通した後、−６５℃で３０分、１５０℃で３０分を１サイクルとし、５００、１０００、１５００、２０００及び２５００サイクル後のクラックを、上記同様に、超音波映像診断機、Ｃ−ＳＡＭ、ＳＯＮＩＸ社製を用いて調べ、クラックが観察されたチップの割合（％）を求めた。

表２から分るように、実施例１〜４の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物は、広範囲の磁性吸収に優れると共に、耐熱性に優れる。また、実施例１〜４の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止された半導体装置は信頼性の高いものとなった。また、本発明の液状エポキシ樹脂組成物は低粘度化が可能なことより、取り扱いが容易である。一方で、比較例１〜６のエポキシ樹脂組成物は粘度が高い液体又は固体であり取扱が難しく、また熱衝撃性試験による不良率が高く、反射減衰性も悪いものとなった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (9)

1. 電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物であって、
   （Ａ）エポキシ樹脂、
   （Ｂ）フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤及び芳香族アミン系硬化剤から選ばれる少なくとも１つの硬化剤：前記（Ａ）成分中のエポキシ基１モルに対して、前記硬化剤中の前記エポキシ基と反応性を有する官能基のモル量が０．７〜１．２になる量、
   （Ｃ）下記平均組成式（１）で示されるシリコーン変性エポキシ樹脂：前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して、０．１〜５０質量部、及び
   

   

   （上記平均組成式（１）中、Ｒ^１は水素原子又は炭素数１〜４のアルキル基、Ｒ^２は炭素数１〜４のアルキル基、Ｑは炭素数３〜６のアルキレン基、オキシアルキレン基、又はヒドロキシオキシアルキレン基であり、ｒは４〜１９９の整数、ｐは１〜１０の整数、ｑは１〜１０の整数である。）
   （Ｄ）平均粒子径が５〜１００μｍであり、Ｓｉ、Ａｌ及びＦｅを主成分とするスピネル構造を有する燐片状軟磁性金属粉：前記（Ａ）成分、前記（Ｂ）成分、及び前記（Ｃ）成分の合計１００質量部に対して５〜１００質量部
   を含有するものであり、
   ０．５ｍｍ以上の厚さで、２ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲において反射減衰性（Ｓ１１）を示す、電磁波吸収性の硬化物を与えるものであることを特徴とする液状エポキシ樹脂組成物。
2. 前記（Ｄ）成分は、Ｓｉ、Ａｌ及びＦｅを主成分とし、更に、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃａ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｂａ，及びＴｉから選ばれる１種又は２種以上の金属元素を含有し、該含有量の合計がＦｅ元素１００モルに対して１０モル未満であり、かつスピネル構造を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
3. 前記（Ｄ）成分として、Ｓｉ_ａＡｌ_ｂＦｅ_ｃＯ_ｄ（式中、０．１≦ａ≦１０．０、０．３≦ｂ≦６．０、９３．０≦ｃ≦９９．５、０．１≦ｄ≦１．０）の組成であり、かつ、アスペクト比が１．１〜４．０である燐片状軟磁性金属粉を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
4. 前記（Ｃ）成分は、前記平均組成式（１）において、Ｒ^１が水素原子、Ｒ^２がメチル基、ｒが７０〜１０９の整数、ｐ及びｑが２〜５の整数、Ｑが−ＯＣＨ_２−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ_２−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２−であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
5. 前記（Ｂ）成分のうち、前記フェノール系硬化剤が、下記一般式（２）で表されるフェノール樹脂を２５〜１００質量％含有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （上記一般式（２）中、Ｒ^３は二重結合を有する炭素数１０以下の脂肪族一価炭化水素基、Ｒ^４は下記式で示される二価炭化水素基のいずれかである。
   

   

   （式中、Ｒ^５は水素原子又は炭素数１０以下の一価炭化水素基である。））
6. 前記（Ｂ）成分のうち、前記酸無水物系硬化剤が、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、３，４−ジメチル−６−（２−メチル−１−プロペニル）−１，２，３，６−テトラハイドロフタル酸無水物、１−イソプロピル−４−メチル−ビシクロ［２．２．２］オクト−５−エン−２，３−ジカルボン酸無水物及びこれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
7. 前記（Ｂ）成分のうち、前記芳香族アミン系硬化剤が、下記一般式（３）、（４）、（５）及び（６）で表される芳香族アミン化合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
   

   

   （上記一般式（３）、（４）、（５）及び（６）中、Ｒ^６〜Ｒ^９は、互いに独立に、炭素数１〜６の一価炭化水素基、ＣＨ_３Ｓ−及びＣ_２Ｈ_５Ｓ−から選ばれる基である。）
8. 更に、前記液状エポキシ樹脂組成物は、内部にイミダゾール化合物及び／又は有機リン化合物を内包する平均粒径０．５〜１０μｍのマイクロカプセルを硬化促進剤として含み、
   前記マイクロカプセルは、３０℃のｏ−クレゾール中で、１５分間で、前記内包するイミダゾール化合物及び／又は前記内包する有機リン化合物の７０質量％以上を溶出するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液状エポキシ樹脂組成物。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電磁波シールド性を有する半導体封止用の液状エポキシ樹脂組成物の硬化物で封止されたものであることを特徴とする半導体装置。
   
   

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