JP6834173B2 - エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物及び電子部品装置 - Google Patents

Description

本発明は、エポキシ樹脂組成物、エポキシ樹脂硬化物及び電子部品装置に関する。

従来から、成形品、積層板、接着剤、各種電子電気部品、塗料、インキ等の材料として、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂が広く使用されている。特に、トランジスタ、ＩＣ等の電子部品素子の封止技術に関する分野では、封止材料としてエポキシ樹脂組成物が広く使用されている。その理由としては、エポキシ樹脂は、成形性、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等の諸特性においてバランスがとれているためである。

一方、近年、電子部品の分野では高速化及び高密度化が進んでおり、それに伴って、電子部品の発熱量が顕著に増大している。また、高温下で作動する電子部品に対する需要も増加している。そのため、電子部品に使用されるプラスチック、特にエポキシ樹脂の硬化物に対しては、熱伝導性の向上が強く求められている。

エポキシ樹脂の硬化物の熱伝導性を向上させるための手法として、結晶性のエポキシ樹脂を用いる方法、高熱伝導性フィラーのエポキシ樹脂組成物中の充填量を増やす等の方法が報告されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開２００７−１５３９６９号公報 特開２０１２−２１１２２５号公報 特開２００８−１０６１２６号公報 特開平１１−３２３１６２号公報

しかしながら、上記特許文献に記載された方法では、エポキシ樹脂の軟化点の上昇又はフィラー充填量の増大を伴うため、エポキシ樹脂組成物の流動性が低下して成形性を損なう可能性がある。従って、エポキシ樹脂組成物の硬化前の流動性を低下させずに硬化後の熱伝導性を向上させる技術の開発が待たれている。
本発明の課題は、硬化前の流動性と硬化後の熱伝導性に優れるエポキシ樹脂組成物、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物であるエポキシ樹脂硬化物、及び前記エポキシ樹脂硬化物によって封止された素子を備える電子部品装置を提供することである。

上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、炭素材料と、を含み、前記炭素材料は、アスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）が１０〜１００である炭素材料を含む、エポキシ樹脂組成物。
＜２＞前記アスペクト比が１０〜１００である炭素材料の短軸の長さが１０ｎｍ〜３００ｎｍである、＜１＞に記載のエポキシ樹脂組成物。
＜３＞前記炭素材料の含有率が、前記エポキシ樹脂組成物全量の０．１質量％以上３質量％未満である、＜１＞又は＜２＞に記載の樹脂組成物。
＜４＞前記無機充填材の含有率が、前記エポキシ樹脂組成物全量の７０質量％〜９５質量％である、＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の樹脂組成物。
＜５＞さらにカップリング剤を含む、＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
＜６＞前記カップリング剤の含有率が、前記エポキシ樹脂組成物全量の０．０３質量％〜５質量％である、＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
＜７＞＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物である、エポキシ樹脂硬化物。
＜８＞素子と、前記素子を封止している＜７＞に記載のエポキシ樹脂組成物硬化物と、を有する電子部品装置。

本発明によれば、硬化前の流動性と硬化後の熱伝導性に優れるエポキシ樹脂組成物、前記エポキシ樹脂組成物の硬化物であるエポキシ樹脂硬化物、及び前記エポキシ樹脂硬化物によって封止された素子を備える電子部品装置が提供される。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。

本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。

＜エポキシ樹脂組成物＞
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填材と、炭素材料と、を含み、前記炭素材料は、アスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）が１０〜１００である炭素材料を含む。

本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、アスペクト比が１０未満の炭素材料を含むエポキシ樹脂組成物に比べ、硬化前の流動性と硬化後の熱伝導性に優れている。その理由は明らかではないが、アスペクト比の小さい（球状形に近い）炭素材料に比べて比表面積が低下することで、エポキシ樹脂組成物の粘度が低下して流動性が向上すること、及びフィラーと炭素材料又は炭素材料同士の接触点が点ではなく面になるため、伝導経路が拡大して熱伝導率が向上することが考えられる。また、本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、アスペクト比が１００を超える炭素材料を含むエポキシ樹脂組成物に比べ、硬化前の流動性に優れている。その理由は明らかではないが、上記と同じく炭素材料の単位質量あたりの比表面積が低下するためと考えられる。

［炭素材料］
エポキシ樹脂組成物は炭素材料を含み、前記炭素材料はアスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）が１０〜１００である炭素材料（以下、特定炭素材料ともいう）を含む。エポキシ樹脂組成物が特定炭素材料を含むことで、エポキシ樹脂組成物の硬化前の流動性と硬化後の熱伝導性の向上を図ることができる。また、エポキシ樹脂組成物に着色剤として一般的に添加されるカーボンブラック等の粒子状の炭素材料を特定炭素材料に置き換えることで、エポキシ樹脂組成物の大幅な設計変更を要せずに上記の効果を得ることができる。特定炭素材料は、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。

炭素材料のアスペクト比は、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて炭素材料を観察したときに測定される長軸と短軸の長さから算出できる。
本明細書において炭素材料の長軸及びその長さは、炭素材料の撮影像を観察したときに、撮影像の輪郭線上の任意の２つの点（点Ａと点Ｂ）の間の距離が最長となるときの点Ａと点Ｂの間の線分及びその長さとする。
炭素材料の短軸及びその長さは、炭素材料の長軸に垂直であって撮影像の輪郭線上の任意の２つの点を結ぶ線分（線分の長さが一定でない場合は、長さが最大となる線分）及びその長さとする。

特定炭素材料の形状は、アスペクト比が１０〜１００となる形状であれば特に制限されない。例えば、繊維状、棒状、板状、鱗状等が挙げられる。エポキシ樹脂組成物の流動性の観点からは、特定炭素材料の形状は繊維状であることが好ましい。

特定炭素材料のアスペクト比は、１０以上であり、２０以上であることが好ましく、５０以上であることがより好ましい。また、特定炭素材料のアスペクト比は、１００以下であり、９０以下であることが好ましく、８０以下であることがより好ましい。

特定炭素材料のアスペクト比が１０以上であると、熱伝導性が向上する傾向にある。特定炭素材料のアスペクト比が１００以下であると、作製したパッケージのワイヤ間を接続して生じる短絡の発生が減少する傾向にある。

特定炭素材料の長軸の長さは、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．３μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることが更に好ましい。また、特定炭素材料の長軸の長さは、４μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましく、２μｍ以下であることが更に好ましい。

特定炭素材料の長軸の長さが０．１μｍ以上であると、熱伝導率が向上する傾向にある。特定炭素材料の長軸の長さが４μｍ以下であると、作製したパッケージのワイヤ間を接続して生じる短絡の発生が減少する傾向にある。

特定炭素材料の短軸の長さは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましい。また、特定炭素材料の短軸の長さは、５００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。

特定炭素材料の短軸の長さが１０ｎｍ以上であると、エポキシ樹脂組成物が溶融した状態での粘度上昇が抑制されて良好な流動性が維持される傾向にある。特定炭素材料の短軸の長さが５００ｎｍ以下であると、特定炭素材料の凝集物がパッケージのワイヤ間を接続して生じる短絡の発生が抑制される傾向にある。また、特定炭素材料の質量あたりの表面積が充分に確保されて、特定炭素材料によるエポキシ樹脂組成物の着色効果が充分に得られる傾向にある。

特定炭素材料は、一般に市販されているものから選択して使用してもよい。例えば、繊維状の炭素材料としては、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノロッド、カーボンナノホーン等の名称で市販されているものが挙げられる。また、帯状に破砕したグラフェン等も使用できる。

エポキシ樹脂組成物は、特定炭素材料以外に、アスペクト比が１０〜１００であるという条件を満たさない炭素材料を含んでもよい。このような炭素材料としては、例えば、球状のカーボンブラックが挙げられる。

エポキシ樹脂組成物が、特定炭素材料とその他の炭素材料を含む場合、特定炭素材料を含有させることによる効果を充分に得る観点から、炭素材料全体に占める特定炭素材料の割合は、６０質量％以上であることが好ましく、７５質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。

エポキシ樹脂組成物に含まれる炭素材料（炭素材料が特定炭素材料とその他の炭素材料を含む場合は、その合計）の含有率は、特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂組成物の全量中に０．１質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であることがより好ましい。また、エポキシ樹脂組成物の全量中に３質量％未満であることが好ましく、２．８質量％未満であることがより好ましい。

エポキシ樹脂組成物に含まれる炭素材料の含有率が、エポキシ樹脂組成物の全量中に０．１質量％以上であると、充分な着色効果が得られ、レーザーマーキング時の加工性に優れる傾向にある。
エポキシ樹脂組成物に含まれる炭素材料の含有率が、エポキシ樹脂組成物の全量中に３質量％以下であると、特定炭素材料の凝集物がパッケージのワイヤ間を接続して生じる短絡の発生が抑制される傾向にある。

［エポキシ樹脂］
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂を含む。エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に制限されない。エポキシ樹脂としては、ビフェニレン型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有エポキシ樹脂、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、サリチルアルデヒド型エポキシ樹脂、ナフトール類とフェノール類との共重合型エポキシ樹脂、アラルキル型エポキシ樹脂、ジフェニルメタ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からなる群より選択される少なくとも１種（以下、特定エポキシ樹脂ともいう）が挙げられ、ジフェニルメタン型エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、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。

エポキシ樹脂組成物がエポキシ樹脂として特定エポキシ樹脂を含む場合、特定エポキシ樹脂以外のその他のエポキシ樹脂をエポキシ樹脂としてさらに含んでもよい。その他のエポキシ樹脂としては、当該分野で通常用いられるエポキシ樹脂を挙げることができる。具体的には、例えば、柔軟性又は接着性を向上させるために官能基又は骨格を変性したエポキシ−シリカハイブリット樹脂、及び柔軟強靭性液状エポキシ樹脂を挙げることができる。その他のエポキシ樹脂は、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。

エポキシ樹脂組成物がエポキシ樹脂として特定エポキシ樹脂を含む場合、エポキシ樹脂全量中の特定エポキシ樹脂の総含有率は、特定エポキシ樹脂の性能を充分に発揮する観点から、６０質量％以上であることが好ましく、７５質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。

エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹脂のエポキシ当量は、９０ｇ／ｅｑ〜５００ｇ／ｅｑであることが好ましく、１４０ｇ／ｅｑ〜４５０ｇ／ｅｑであることがより好ましく、１９０ｇ／ｅｑ〜４００ｇ／ｅｑであることが更に好ましい。

エポキシ樹脂のエポキシ当量は、ＪＩＳ Ｋ ７２３６：２００９に準じた方法で測定される値とする。

エポキシ樹脂の融点又は軟化点は、５０℃〜２５０℃であることが好ましく、６５℃〜２００℃であることがより好ましく、８０℃〜１７０℃であることが更に好ましい。

エポキシ樹脂の融点又は軟化点は、ＪＩＳ Ｋ ７２３４：１９８６及びＪＩＳ Ｋ ７２３３：１９８６に記載の単一円筒回転粘度計法により測定される値とする。

［硬化剤］
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤を含む。硬化剤は、エポキシ樹脂と反応しうるものであれば特に制限されない。耐熱性向上の観点からは、１分子中に２個以上のフェノール性水酸基を有する化合物（以下、フェノール硬化剤ともいう）が好ましい。フェノール硬化剤は、低分子のフェノール化合物であっても、低分子のフェノール化合物を高分子化したフェノール樹脂であってもよい。熱伝導性の観点からは、フェノール硬化剤はフェノール樹脂であることが好ましい。

フェノール樹脂としては、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、ベンズアルデヒド型フェノール樹脂とアラルキル型フェノール樹脂との共重合樹脂及びトリフェニルメタン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（以下、特定フェノール硬化剤ともいう）が挙げられ、トリフェニルメタン型フェノール樹脂が好ましい。硬化剤は、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。

エポキシ樹脂組成物が硬化剤として特定フェノール硬化剤を含む場合、特定フェノール硬化剤以外のその他の硬化剤をさらに含んでもよい。その他の硬化剤としては、当該分野で通常用いられる、特定フェノール硬化剤以外のフェノール樹脂を挙げることができる。その他の硬化剤は、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。

エポキシ樹脂組成物が硬化剤として特定フェノール硬化剤を含む場合、特定フェノール硬化剤の性能を充分に発揮する観点から、硬化剤全量中の特定フェノール硬化剤の総含有率は、６０質量％以上であることが好ましく、７５質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることが更に好ましい。

エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の水酸基当量は、７０ｇ／ｅｑ〜５００ｇ／ｅｑであることが好ましく、１４０ｇ／ｅｑ〜４５０ｇ／ｅｑであることがより好ましく、１９０ｇ／ｅｑ〜４００ｇ／ｅｑであることが更に好ましい。

硬化剤の水酸基当量は、ＪＩＳ Ｋ ００７０：１９９２に準じた方法により測定される値とする。

エポキシ樹脂組成物に含まれる硬化剤の融点又は軟化点は、５０℃〜２５０℃であることが好ましく、６５℃〜２００℃であることがより好ましく、８０℃〜１７０℃であることが更に好ましい。

硬化剤の融点又は軟化点は、ＪＩＳ Ｋ ７２３４：１９８６及びＪＩＳ Ｋ ７２３３：１９８６に記載の単一円筒回転粘度計法により測定される値とする。

エポキシ樹脂組成物における、エポキシ樹脂と硬化剤との含有比率は、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対する硬化剤の水酸基当量の比率（水酸基当量／エポキシ当量）が０．５〜２の範囲となるように設定されることが好ましく、０．７〜１．５となるように設定されることがより好ましく、０．８〜１．３となるように設定されることが更に好ましい。前記比率が０．５以上であると、エポキシ樹脂の硬化が充分となり、硬化物の耐熱性、耐湿性、及び電気特性に優れる傾向にある。また、前記比率が２以下であると、硬化樹脂中に残存するフェノール性水酸基の量が抑えられ、電気特性及び耐湿性に優れる傾向にある。

エポキシ樹脂組成物における、エポキシ樹脂と硬化剤との組み合わせの例としては、以下のものが挙げられる。
（１）エポキシ樹脂が特定エポキシ樹脂から選択される少なくとも１種を含み、硬化剤が特定フェノール硬化剤から選択される少なくとも１種を含む組み合わせ
（２）エポキシ樹脂がビフェニル型エポキシ樹脂を含み、硬化剤が特定フェノール硬化剤から選択される少なくとも１種を含む組み合わせ
（３）エポキシ樹脂がジフェニルメタン型エポキシ樹脂を含み、硬化剤がトリフェニルメタン型フェノール樹脂を含む組み合わせ

［無機充填材］
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、無機充填材を含む。エポキシ樹脂組成物が無機充填材を含むことで、エポキシ樹脂組成物の硬化物の熱膨張係数（線膨張係数）、熱伝導率、弾性率等の向上を図ることができる。

無機充填材は特に制限されず、封止用エポキシ樹脂組成物に一般に用いられているものを適宜選択して使用することができる。無機充填材としては、溶融シリカ、結晶シリカ、ガラス、アルミナ、炭酸カルシウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、工業用ダイヤモンド、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、タルク、クレー、マイカ等の無機物の粒子、これらの粒子を球形化したビーズなどが挙げられる。その他、難燃効果のある無機充填材も使用できる。難燃効果のある無機充填材としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、マグネシウムと亜鉛との複合水酸化物等の複合金属水酸化物、ホウ酸亜鉛などの粒子が挙げられる。無機充填材は、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。

無機充填材のなかでも、エポキシ樹脂組成物の硬化物の線膨張係数を低減する観点からは溶融シリカ等のシリカ粒子が好ましく、エポキシ樹脂組成物の硬化物の熱伝導性を向上する観点からはアルミナ粒子が好ましい。

エポキシ樹脂組成物中の無機充填材の含有率は、特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂組成物の全質量の７０質量％〜９５質量％の範囲であることが好ましい。無機充填材の含有率が７０質量％以上であると、エポキシ樹脂組成物の硬化物の熱膨張係数（線膨張係数、熱伝導率、弾性率等に優れる傾向にある。無機充填材の含有率が９５質量％以下であると、エポキシ樹脂組成物の粘度の上昇が抑えられて流動性に優れ、パッケージの成形が容易になる傾向にある。

無機充填材の平均粒子径は、特に制限されない。例えば、０．１μｍ〜８０μｍであることが好ましく、０．３μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。無機充填材の平均粒子径が０．１μｍ以上であると、エポキシ樹脂組成物の粘度の上昇を抑えやすい傾向にある。無機充填材の平均粒子径が８０μｍ以下であると、エポキシ樹脂組成物と無機充填材との混合性が向上し、硬化によって得られるパッケージの状態がより均質化して特性のばらつきが抑えられる傾向にあり、さらに狭い領域への充填性が向上する傾向にある。

本明細書において無機充填材の平均粒子径は、乾式の粒度分布計を使用して、又は、水若しくは有機溶媒中に無機充填材を分散したスラリーを湿式の粒度分布測定装置を使用して測定できる。特に１μｍ以下の粒子を含む場合は、湿式の粒度分布計を使用して測定することが好ましい。具体的には、無機充填材の濃度を約０．０１質量％に調整した水スラリーをバス式超音波洗浄機で５分間処理し、レーザー回折式粒度測定装置（ＬＡ−９６０、株式会社堀場製作所）を用いて検出された全粒子の平均値より求めることができる。

エポキシ樹脂組成物の流動性の観点からは、無機充填材の粒子の形状は角形より球形が好ましく、無機充填材の粒度分布は広範囲に分布したものが好ましい。例えば、無機充填材を７５体積％以上含有する場合、その７０質量％以上を球状粒子とし、この球状粒子の粒径は０．１μｍ〜８０μｍという広範囲に分布したものが好ましい。このような無機充填材は、大きさが異なる粒子が混在することで最密充填構造を形成しやすいため、無機充填材の含有率を増加させてもエポキシ樹脂組成物の粘度上昇が抑えられ、流動性に優れるエポキシ樹脂組成物が得られる傾向にある。

［硬化促進剤］
本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、必要に応じて硬化促進剤を含んでもよい。硬化促進剤としては、当該技術分野で通常用いられているものから選択できる。例えば、トリフェニルホスフィン等の有機リン化合物、イミダゾール化合物、第３級アミン、及び第４級アンモニウム塩が挙げられる。硬化促進剤は、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。

エポキシ樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、その含有量は特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．１質量部〜１０質量部であることが好ましく、１質量部〜５質量部であることがより好ましい。

［陰イオン交換体］
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて陰イオン交換体を含んでもよい。特に、エポキシ樹脂組成物を封止用成形材料として用いる場合には、封止される素子を備える電子部品装置の耐湿性及び高温放置特性を向上させる観点から、陰イオン交換体を含むことが好ましい。

陰イオン交換体は特に制限されず、従来から当該技術分野において一般的に使用されるものから選択できる。例えば、Ｍｇ_１−ｘＡｌ_ｘ（ＯＨ）_２（ＣＯ_３）_ｘ／２・ｍＨ_２Ｏ（式中、０＜Ｘ≦０．５であり、ｍは正の数である）の式で示される組成のハイドロタルサイト化合物、並びにマグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム及びビスマスから選ばれる元素の含水酸化物が挙げられる。陰イオン交換体は、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。

ハイドロタルサイト化合物は、ハロゲンイオン等の陰イオンを構造中のＣＯ_３と置換することで捕捉し、結晶構造の中に取り込まれたハロゲンイオンは約３５０℃以上で結晶構造が破壊するまで脱離しない性質を持つ化合物である。このような性質を持つハイドロタルサイトとしては、天然物として産出されるＭｇ_６Ａｌ_２（ＯＨ）_１６ＣＯ_３・４Ｈ_２Ｏ、合成品としてＭｇ_４．３Ａｌ_２（ＯＨ）_１２．６ＣＯ_３・ｍＨ_２Ｏ等が挙げられる。

特に、エポキシ樹脂組成物が硬化剤としてフェノール硬化剤を含む場合、フェノール硬化剤の影響でエポキシ樹脂組成物は酸性を示す（例えば、純水を使用した硬化物の抽出液がｐＨ３〜５となる）。この場合、両性金属であるアルミニウムは、エポキシ樹脂組成物によって腐食されやすい環境となるが、酸を吸着する作用も持つハイドロタルサイト化合物をエポキシ樹脂組成物が含むことで、アルミニウムの腐食が効果的に抑制されると推察される。

また、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ビスマス及びアンチモンからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の含水酸化物も、ハロゲンイオンを水酸化物イオンと置換することで捕捉でき、さらにこれらのイオン交換体は酸性側で優れたイオン交換能を示す。従って、これらのイオン交換体をエポキシ樹脂組成物が含むことで、ハイドロタルサイト化合物を含む場合と同様に、・アルミニウムの腐食が効果的に抑制されると推察される。含水酸化物としては、ＭｇＯ・ｎＨ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３・ｎＨ_２Ｏ、ＺｒＯ_２・Ｈ_２Ｏ、Ｂｉ_２Ｏ_３・Ｈ_２Ｏ、Ｓｂ_２Ｏ_５・ｎＨ_２Ｏ等が挙げられる。

エポキシ樹脂組成物が陰イオン交換体を含む場合、その含有量は、ハロゲンイオン等の陰イオンを捕捉するのに充分な量であれば特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．１質量部〜３０質量部であることが好ましく、１質量部〜５質量部であることがより好ましい。

［離型剤］
エポキシ樹脂組成物は、成形工程において金型に対する良好な離型性を発揮させる観点から、離型剤を含有してもよい。離型剤の種類は特に制限されず、当該技術分野において公知の離型剤が挙げられる。具体的に、離型剤としては、カルナバワックス、モンタン酸、ステアリン酸等の高級脂肪酸、高級脂肪酸金属塩、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス、酸化ポリエチレン、非酸化ポリエチレン等のポリオレフィン系ワックスなどが挙げられる。離型剤は、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。

エポキシ樹脂組成物が離型剤を含む場合、その含有量は特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．０１質量部〜１０質量部であることが好ましく、０．１質量部〜５質量部であることがより好ましい。離型剤の含有率がエポキシ樹脂１００質量部に対して０．０１質量部以上であると充分な離型性が得られる傾向にあり、１０質量部以下であると充分な接着性が得られる傾向にある。

［難燃剤］
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、難燃性を付与するために難燃剤を含んでもよい。難燃剤の種類は特に制限されない。例えば、ハロゲン原子、アンチモン原子、窒素原子又はリン原子を含む公知の有機化合物又は無機化合物、金属水酸化物、及びアセナフチレンが挙げられる。難燃剤は、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。

エポキシ樹脂組成物が難燃剤を含む場合、その含有量は特に制限されない。例えば、エポキシ樹脂１００質量部に対して、１質量部〜３０質量部であることが好ましく、２質量部〜１５質量部であることがより好ましい。

［カップリング剤］
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、樹脂成分と無機充填材との接着性を高めるためにカップリング剤を含んでもよい。カップリング剤の種類は、特に限定されない。カップリング剤としては、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等のシラン化合物、チタン化合物、アルミニウムキレート化合物、アルミニウム含有化合物、ジルコニウム含有化合物などが挙げられる。カップリング剤は、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。

エポキシ樹脂組成物がカップリング剤を含有する場合、カップリング剤の含有率はエポキシ樹脂組成物全量の０．０３質量％〜５質量％であることが好ましく、０．５質量％〜２．５質量％であることがより好ましい。カップリング剤の含有率が０．０３質量％以上であると、フレームとの接着性が向上する傾向にあり、５質量％以下であるとパッケージの成形性に優れる傾向にある。

［応力緩和剤］
エポキシ樹脂組成物は、必要に応じて、シリコーンオイル、シリコーンゴム粒子等の応力緩和剤を含んでもよい。応力緩和剤を含有させることによって、パッケージの反り変形量が低減し、パッケージクラックが低減する傾向にある。応力緩和剤としては、当該技術分野で一般に用いられる公知の可とう剤（応力緩和剤）を適宜選択して使用することができる。

応力緩和剤として具体的には、シリコーン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリブタジエン等の熱可塑性エラストマー；ＮＲ（天然ゴム）、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンパウダー等のゴム粒子；メタクリル酸メチル−スチレン−ブタジエン共重合体（ＭＢＳ）、メタクリル酸メチル−シリコーン共重合体、メタクリル酸メチル−アクリル酸ブチル共重合体等のコア−シェル構造を有するゴム粒子；などが挙げられる。応力緩和剤は、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、シリコーン系応力緩和剤が好ましい。シリコーン系応力緩和剤としては、エポキシ基を有するもの、アミノ基を有するもの、これらをポリエーテル変性したもの等が挙げられる。

［着色剤等］
エポキシ樹脂組成物は、炭素材料以外の他の着色剤を含んでもよい。他の着色剤としては、有機染料、有機着色剤、酸化チタン、鉛丹、ベンガラ等が挙げられる。その他、必要に応じて、本発明による効果を低下させない範囲において種々の添加剤を含有してもよい。

［エポキシ樹脂組成物の調製方法］
エポキシ樹脂組成物の調製には、各種成分を均一に分散混合できるのであれば、いずれの手法を用いてもよい。一般的な手法として、所定の配合量の成分をミキサー等によって充分混合した後、ミキシングロール、押出機等によって溶融混練し、冷却し、粉砕する方法を挙げることができる。より具体的には、エポキシ樹脂組成物は、例えば、上述した成分の所定量を混合して撹拌し、予め７０℃〜１４０℃に加熱してあるニーダー、ロール、エクストルーダー等で混練した後、冷却し、粉砕する等の方法によって得ることができる。エポキシ樹脂組成物は、パッケージの成形条件に合うような寸法及び質量でタブレット化してもよい。エポキシ樹脂組成物をタブレット化することで、取り扱いが容易になる。

＜エポキシ樹脂硬化物＞
本実施形態のエポキシ樹脂硬化物は、上述したエポキシ樹脂組成物の硬化物である。本実施形態のエポキシ樹脂硬化物は、上述したエポキシ樹脂組成物を硬化して得られることから、熱伝導性に優れている。

＜電子部品装置＞
本実施形態の電子部品装置は、素子と、前記素子を封止している上述したエポキシ樹脂組成物の硬化物と、を有する。電子部品装置としては、例えば、支持部材に、能動素子、受動素子等の素子が搭載され、この素子が上述したエポキシ樹脂組成物を用いて封止されたものが挙げられる。支持部材としては、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、シリコンウエハ等が挙げられる。能動素子としては、半導体チップ、トランジスタ、ダイオード、サイリスタ等が挙げられる。受動素子としては、コンデンサ、抵抗体、コイル等が挙げられる。

より具体的には、例えば、リードフレーム上に半導体素子を固定し、ボンディングパッド等の素子の端子部とリード部とをワイヤボンディング又はバンプで接続した後、上述した実施形態のエポキシ樹脂組成物を用いてトランスファー成形等によって封止した、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 Ｐａｃａｋａｇｅ）等の一般的な樹脂封止型ＩＣ；テープキャリアにバンプで接続した半導体チップを、上述した実施形態のエポキシ樹脂組成物で封止したＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）；配線板又は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、上述した実施形態のエポキシ樹脂組成物で封止したＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）モジュール、ハイブリッドＩＣ、マルチチップモジュール；裏面に配線板接続用の端子を形成した有機基板の表面に素子を搭載し、バンプ又はワイヤボンディングにより素子と有機基板に形成された配線を接続した後、上述した実施形態のエポキシ樹脂組成物で素子を封止したＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）；などが挙げられる。また、プリント回路板にも上述した実施形態のエポキシ樹脂組成物は有効に使用できる。

本実施形態の電子部品装置において、素子をエポキシ樹脂硬化物で封止する方法は、特に限定されず、当技術分野において公知の方法を適用することが可能である。例えば、低圧トランスファー成形法が一般的であるが、インジェクション成形法、圧縮成形法等を用いてもよい。

本実施形態によれば、素子を封止するエポキシ樹脂硬化物が熱伝導性に優れているため、熱伝導性に優れる電子部品装置を提供することが可能となり、その工業的価値は高い。

以下、本実施形態を実施例により具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。

（エポキシ樹脂組成物の調製）
表１に示す各種原材料をそれぞれ表１に示す量（質量部）で配合し、混練温度８０℃、混練時間１５分の条件下でロール混練を行うことによって、実施例１〜４及び比較例１、２のエポキシ樹脂組成物を調製した。表１において「−」は、該当する成分が含まれないことを示す。

表１に示す原材料の詳細は、下記のとおりである。
・エポキシ樹脂：１９２ｇ／ｅｑ、融点７９℃のジフェニルメタン型エポキシ樹脂（新日鉄住金化学株式会社、商品名：ＹＳＬＶ−８０ＸＹ）
・硬化剤：水酸基当量１０２ｇ／ｅｑ、軟化点７０℃のトリフェニルメタン型フェノール樹脂（エアーウォータ社、商品名：ＨＥ９１０−０９）
・硬化促進剤：トリフェニルホスフィン
・無機充填材：平均粒径１０μｍのアルミナフィラー（ＤＥＮＫＡ株式会社、商品名：ＤＯＷシリーズ混合）
・カップリング剤：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
・離型剤：カルナバワックス（株式会社セラリカＮＯＤＡ）
・炭素材料１：カーボンナノチューブ（昭和電工株式会社、商品名：ＶＧＣＦ−Ｈ）
・炭素材料２：カーボンナノファイバー（昭和電工株式会社、商品名：ＶＧＣＦ−Ｓ）
・炭素材料３：カーボンブラック（三菱化学株式会社、商品名：ＭＡ−１００）
・炭素材料４：カーボンナノチューブ（Ｃｏｎｖｅｓｔｒｏ社、商品名：Ｂａｙｔｕｂｅｓ Ｃ１５０）

［エポキシ樹脂組成物の硬化後の熱伝導率の評価］
（エポキシ樹脂硬化物の作製）
実施例１〜４及び比較例１、２で作製した得られたエポキシ樹脂組成物を用いて、熱伝導率測定用のエポキシ樹脂硬化物を作製した。エポキシ樹脂組成物の成形と硬化は、真空ハンドプレス成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力６．９ＭＰａ、硬化時間１０分の条件下で行った。また、後硬化は１７５℃で６時間行った。成形は、厚さが１ｍｍ、１ｃｍ×１ｃｍとなるように行った。

（熱伝導率の測定）
上記方法で作製した、エポキシ樹脂硬化物の厚さ方向の熱拡散率をＸｅ−Ｆｌａｓｈ法（Ｎｅｔｚｓｃｈ社製：ＬＦＡ４４７／２）にて測定した。パルス光照射は、パルス幅０．１（ｍｓ）、印加電圧 ２４７Ｖの条件で行った。測定は、雰囲気温度２５℃±１℃で行った。エポキシ樹脂硬化物の比熱は、ＪＩＳ Ｋ ７１２３：２０１２に準じた方法により、ＤＳＣの測定データより算出し、密度を電子比重計（アルファーミラージュ株式会社、ＳＤ−２００Ｌ）によって測定した。
得られたエポキシ樹脂硬化物の比熱、密度及び熱拡散率の測定値から、下記式（１）によって熱伝導率の値を算出した。比較例１の熱伝導率を規準とし、熱伝導率が向上したものを○、比較例１と同等であるか比較例１より熱伝導率が低いものを×とした。結果を表２に示す。

λ ＝ α・Ｃｐ・ρ ・・・式（１）

式（１）中、λは熱伝導率（Ｗ／（ｍ・Ｋ））、αは熱拡散率（ｍ^２／ｓ）、Ｃｐは比熱（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））、ρは密度（ｇ／ｃｍ^３）をそれぞれ示す。

（アスペクト比の測定）
上記方法で作製したエポキシ樹脂硬化物を折り曲げ、破断した。露出した破断面の画像を、ＳＥＭを用いて撮影した。得られた画像における、無作為に選択した５０個の炭素材料について測定した短軸の長さの平均値とアスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）の平均値を表２に示す。

［エポキシ樹脂組成物の流動性の評価］
実施例１〜４及び比較例１、２によって作製したエポキシ樹脂組成物の流動性を、下記に示すスパイラルフロー試験によって評価した。評価結果を表１に示す。尚、エポキシ樹脂組成物の成形は、トランスファー成形機を用い、金型温度１８０℃、成形圧力６．９ＭＰａ、硬化時間９０秒の条件下で行った。また、後硬化は１７５℃で６時間行った。

スパイラルフロー試験は、ＥＭＭＩ−１−６６に準じたスパイラルフロー測定用金型を用いて、上記条件でエポキシ樹脂組成物を成形して流動距離（ｃｍ）を測定することにより実施した。比較例１の流動距離を規準とし、流動性が向上したものを○、比較例１と同等であるか比較例１より流動性が低いものを×とした。

［エポキシ樹脂組成物の色味の評価］
色味の評価
上記手法で作製した成型物を目視で観察し、比較例１を基準として同等の黒色を呈したものを○、黒色が低下したものを×とした。

表２に示されるように、炭素材料のアスペクト比が１０〜１００の範囲内である本実施形態のエポキシ樹脂組成物は、炭素材料のアスペクト比が１０未満である比較例１のエポキシ樹脂組成物に比べ、硬化前の流動性と硬化後の熱伝導率とにおいて優れていた。また、色味も比較例１と同等の黒色を呈した。
炭素材料のアスペクト比が１００を超える比較例２のエポキシ樹脂組成物は、硬化後の熱伝導率は比較例１よりも優れ、比較例１と同等の黒色を呈したが、硬化前の流動性の評価が比較例１よりも劣っていた。

Claims (8)

1. エポキシ樹脂と、硬化剤と、炭素材料と異なる無機充填材と、炭素材料と、を含み、前記炭素材料は、アスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）が１０〜１００である炭素材料を含むエポキシ樹脂組成物であり、前記炭素材料の含有率が、前記エポキシ樹脂組成物全量の０．１質量％以上０．５質量％以下である、電子部品装置の素子を封止するための、エポキシ樹脂組成物。
2. 前記アスペクト比が１０〜１００である炭素材料の短軸の長さが１０ｎｍ〜３００ｎｍである、請求項１に記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 前記封止は低圧トランスファー成形法、インジェクション成形法又は圧縮成形法により行われる、請求項１又は請求項２に記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 前記無機充填材の含有率が、前記エポキシ樹脂組成物全量の７０質量％〜９５質量％である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
5. さらにカップリング剤を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
6. 前記カップリング剤の含有率が、前記エポキシ樹脂組成物全量の０．０３質量％〜５質量％である、請求項５に記載のエポキシ樹脂組成物。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物の硬化物である、エポキシ樹脂硬化物。
8. 素子と、前記素子を封止している請求項７に記載のエポキシ樹脂硬化物と、を有する電子部品装置。