JPH02145416A - 溶融球状シリカ及びこれを用いた封止用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融球状シリカおよびこれを用いた封止用樹
脂組成物に関する。

更に詳細には、半導体の樹脂封止におけるフィラーとし
て好適となる特定な粒度特性と、比表面積をもつ溶融球
状シリカ及びこれをフィラーとして用いた場合、流動性
及びパリ特性の優れた封止用樹脂組成物を提供するもの
である。

〔従来の技術〕

半導体の樹脂封止は、エポキシ樹脂を代表とする樹脂に
、特にシリカを主体とする多量のフィラーと充填した樹
脂組成物の封止材料によってなされるが、この関係につ
いては既に数多くの特許が公開されている。

従来、半導体の樹脂封止材のフィラーとして溶融球状シ
リカの粉砕品が利用されているが、近時、半導体の集積
度が上がるにつれて高充填性の樹脂封止が要求され、樹
脂の流動性を改善のために従来の粉砕品に代わって溶融
球状シリカがフィラーとして不可欠となってきている。

特公昭５４−４３２０１号公報、特公昭６１−５７３４
７号公報などに記載のある発明はこの種の樹脂組成物を
対象としたものであり、微細な球状粒子や平均粒径ｌ〜
６０μｍの溶融球状シリカを用いることが示されている
。

このように、樹脂封止材用のシリカフィラーには、ボー
ルミル等で粉砕した破砕状の結晶性又は非晶質シリカや
、高温火炎中で溶融した球状シリカ等があって、それら
の１種又は２種以上を粒度調整したものを用いることも
知られている（特開昭５４−１４１５６９号公報、特開
昭５５−２９５３２号公報、特開昭５６−１０９４７号
公報、特開昭５７−２１２２２５号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＤＲＡＭなど集積度が益々上がる半導体において、その
集積度が向上するにつれて熱応力に対する対策が重大な
問題点となっている。熱応力は封止材樹脂組成物とチッ
プの熱膨張率差と該組成物の弾性率で支配されるといわ
れている。特に該組成物とチップの熱膨張率の差は該組
成物中のシリカフィラーの含有率の増大に応じて小さく
なり、耐熱応力性を有する封止材となる。

該組成物中のシリカ含有率を上げるためには、組成物の
流動性を上げることなしには達成できない。従来、主と
して用いられてきた破砕状のシリカは流動性が悪いため
、組成物中の含有率に限度があり、より多くシリカを充
填するためには破砕状シリカに代って球状シリカを用い
なければならない。しかし、球状シリカを用いるときの
問題点は、組成物のトランスファー成形する際に、いわ
ゆるパリが発生し易いということにある。

一般に、破砕状シリカは樹脂組成物の流動性に劣る反面
パリ特性に優れ、一方法状シリカはその逆の傾向にある
。

従って多くの場合、前記のとおり両者のシリカを適宜配
合し、流動性を犠牲にした配合系で樹脂封止している。

本発明者らは、以上の問題点に鑑み溶融球状シリカの特
性につき鋭意研究したところ、溶融球状シリカの粒度特
性枠と溶融化度を左右するその比表面積とが、樹脂フィ
ラーの特性に重大な関係があることを知見して、本発明
を完成したものである。

すなわち、本発明は樹脂組成物におけるフィラーとして
流動性に優れた球状シリカの特性を生かし、しかもその
成形の際にパリに対する抑制効果を有する優れた溶融球
状シリカを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明は溶融球状シリカの平均粒子径が１０
乃至３０ｊ１ｍの範囲であって、３−以下の微細部分が
８〜３０ｗ　ｔ％、４８μ以上の粗粒部分が５〜３０ｗ
ｔ％、及び８／１１と６４ＩＩｔｍの粒度分布における
ロジンランムラ−線図の傾斜角が０．６５〜１．１０の
範囲にあり、かつＢＥＴ比表面積が３〜１５ｎｆ／ｇの
粒子特性を有することを特徴とする溶融球状シリカに係
る。

更に他の発明は、溶融シリカ粒子をフィラーとする半導
体封止用樹脂組成物において、該樹脂組成物中に前記微
細溶融球状シリカを６０〜８５ｗｔ％含有することを特
徴とする封止用樹脂組成物に係る。

以下、本発明につき詳説する。

本発明に係る溶融球状シリカは、前記の粒度特性と比表
面積とを有するシリカ粒子であるところに特徴がある。

すなわち、本発明における溶融球状シリカは、基本的粒
度特性として、平均粒子径が１０〜３ｏＩＭの範囲でな
ければならない。

この理由は封止用フィラーとして用いた場合、平均粒子
径が１０−未満となると樹脂組成物の流動性が下がり、
一方平均粒子径が３０ＩＩｍを越えると粗粒部分が多く
かえって流動性が低下するばかりでなく、パリの発生量
も多くなりこの範囲外では基本的に不適であるからであ
る。

しかし、かかる平均粒子径を有する溶融シリカ粒子は、
３μｍ以下の微細部分が８〜３０ｗ　ｔ％および４８１
１以上の粗粒部分が５〜３０ｗｔ％の範囲のものを含有
したものであり、かつ特に８μＩから６４−までの粒度
範囲にわたるロジン−ランムラー線図（ＲＲ３）の傾斜
角（ｔａｎ　θ）が０．６５〜１．１０の範囲をもつ粒
度特性を有しなければならない。

この理由は、前記微細部分はパリ発生を抑制する作用を
有するけれども、８ｗｔ％未満ではその結果が不充分で
あり、逆に３０−１％を越えると流動性が低下する。

他方、前記粗粒部分は、流動性の向上に必要なものであ
るけれども、５ｗｔ％未満ではその効果が不充分でかつ
３０Ｉ１ｍ以上のすきまから発生するパリが防止できず
、また３０ｗ　１％を越えると流動性も低下する。

また、傾斜角が前記範囲からはずれると流動性が低下し
て高充填が期待できないからである。

なお、本発明に係る溶融球状シリカの前記粒度特性はい
ずれもレーザー散乱光法による粒度分布測定法に基づく
値であり、その測定機種としては例えば、ＳＫレーザー
（セイシン企業■）やシーラスレーザー（シーラス社）
等が挙げられる。

更に、かかる粒度特性を有する溶融球状シリカは、ＢＥ
Ｔ比表面積が３〜１５ｎｆ／ｇ、好ましくは５〜１０ｎ
ｆ／ｇの範囲になければならない。

粒子の比表面積も粒度特性と同様に樹脂組成物の流動性
やパリ特性の要因として重要であり、前記粒度特性を有
していても、前記比表面積値を存しない場合は樹脂フィ
ラーとして流動性がすぐれ、かつパリを抑制するような
ものは得られない。

このように、半導体封止用樹脂組成物の流動特性とパリ
特性は、一般に相互に矛盾する傾向にあるけれども、シ
リカフィラーの高充填を益々要求される該樹脂組成物に
おいて、シリカフィラーの粒子特性の及ぼす影響は大き
く、かつ非常に微妙なものとなっている。

例えば、市販のエアロジルの如き火炎加水分解法による
微細シリカは、パリ防止効果は乏しくフィラーとしての
使用量が増加すると流動性も極度に低下させる。

また、通常の湿式法のいわゆるホワイトカーボンと称さ
れるシリカ粉は、パリ防止効果を与えるが流動性を低下
させる。

さらに、メチル珪酸エステルの如き有機珪素化合物の加
水分解に基づく微細な球状シリカも同様に、流動性は損
われないが、パリ防止作用を有しない。

本発明に係る溶融球状シリカは、数多くの実験に基づい
て求められたものであって、この特徴を有しない場合に
は、フィラーとして用いた場合樹脂組成物の流動性とパ
リ特性の両者を同時に改善させることはできない。

更に、本発明に係る溶融球状シリカは高純度のもので特
に、Ｎａ、ＣＩなどの導電性不純物は、５ｐＩ）ＩＩ以
下、Ｕ、Ｔｈなどのα−放射性不純物は、それぞれ１ｐ
ｐｂ以下のものが封止材フィラーとして好適である。

なお、溶融シリカ粒子が球状であるか否かは、電子顕微
鏡にて容品に確認することができ、本発明に係るシリカ
粒子は、いずれも真球ないしは、実質的に球状の粒子状
態であることが認められる。

このような本発明に係る溶融球状シリカは、次のような
方法により工業的に有利に製造することができる。

すなわち、所定の粒度特性と比表面積を有する原料シリ
カ粉を、火炎溶融炉に供給して溶融球状化することによ
り製造でき、この方法は公知である。

即ち、溶融球状化は、酸素−可燃性ガスの燃焼による火
炎、多くの場合、酸素−プロパン炎にて行うが、そのシ
リカの融点以上の温度にある火炎が得られれば、ガスの
種類、溶融方法については特に限定するものではない。

なお、この工程において使用できるシリカ原料は、特に
限定されるものではないが、可能な限り高純度の天然又
は合成シリカであることが望ましい。

天然シリカとしては、精製された珪石、珪砂、水晶等が
挙げられ合成シリカとしては、ハロゲン化珪素の加水分
解によるもの、エチルシリケートの如きオルガノシリケ
ートの加水分解物又は珪酸アルカリ水溶液の中和に基づ
くシリカ等が挙げられる。

特に、珪酸アルカリ水溶液を鉱酸との中和反応に基づい
て得られる高純度シリカの製造法については、本出願人
が既に開発に成功しており、工業的に有利なシリカ原料
として用いることができるが、その詳細は、例えば特開
昭６１−４８４２１号公報、特開昭６１−４８４２２号
公報、特開昭６１−１７８４１４号公報、特開昭６２−
１２６０８号公報等に記載されている。

溶融処理において、所望する粒度特性と比表面積をもつ
溶融球状化を行うには、原料のかかる粒子特性の設定が
必要であることは勿論であるが、溶融条件、特に原料シ
リカの供給量、火炎の形成条件（＃素−ガスの比率や量
）の設定により微妙に変化する。

従って、溶融炉の設備の特性に応じて適宜設定して、所
望する粒子特性の溶融球状シリカを得ることが必要であ
る。

なお、前記したように、所定の設定条件により一度に本
発明に係る溶融球状シリカが得られない場合には、分級
あるいは他のグレードの溶融球状シリカとの混合により
、前記粒子特性を有するものに調製することが必要であ
ることは言うまでもない。

次に、本発明に係る封止用樹脂組成物は、シリカフィラ
ーとして前記溶融球状シリカを該樹脂組成物中に６５〜
３５ｗｔ％含有することが重要な特徴となっている。

このような樹脂組成物は、流動性およびパリ特性に優れ
たもので、高集積化のすすむ半導体に追従できる封止材
として好適なものである。

なお、半導体封止用樹脂組成物において樹脂は、例えば
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、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、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂等のエ
ポキシ樹脂が用いられる。

硬化剤としては例えば、フェノール樹脂、無水フタル酸
、無水マレイン酸、無水テトラヒドロフタル酸等の酸無
水物、硬化促進剤としては、通常用いられる各種アミン
類、弗化ホウ素、オニウム塩、イミダソール化合物が挙
げられる。

その他、本発明に係る樹脂組成物においては、必要に応
じリン系又はブロム系の有機難燃剤、三酸化アンチモン
の如き無機系難燃剤、顔料、シランカップリング剤の如
き表面処理剤、離型剤、酸化防止剤等を配合することが
できる。

〔作　用〕

本発明によれば、平均粒子径が１０〜３０μｍの範囲に
ある特定な粒度特性で、かつＢＥＴ比表面積が３〜１５
ｍ２／ｇの粒子特性を有する溶融球状シリカが提供され
る。

かかるシリカを半導体封止用樹脂組成物のフィラーとし
て該樹脂組成物中に６０〜８５ｗｔ％配合すれば、該樹
脂組成物は流動性及びパリ特性の優れた良好な封止材と
して用いられる。

〔実施例〕

以下、本発明につき実施例および比較例を挙げて更に具
体的に説明する。

実施例１〜４、比較例１〜２ （１）溶融球状シリカの調製 第１表に示すような製造方法により、各種の溶融球状シ
リカを得た。なお、第１表の粒度はレーザー散乱光法に
よる粒度分布測定法で求めた平均粒子径であり、溶融球
状化の電子顕微鏡観察で確認したものである。

また、ＮｃｔＡＯものは３５ｗｔ％塩酸にＪＩＳ　３号
珪酸ソーダを添加して、中和反応により得られた顆粒状
シリカゲル（Ｕ　：　０．０４　ｐｐｂ、　Ｔ　ｈ　：
０．２０　ｐｐｂ。

Ｎ　ａ　：　０．３８　ｐｐｍ、　Ｆ　ｅ　：　０．３
８　ｐｐｍ、含水率７１１ｔ％）を適宜粉砕および分級
して、所定の平均粒子径の原料シリカを調製したもので
あり、Ｎ［ＬＢのものは封止材用シリカフィラーとして
市販されている溶融破砕シリカを用いたものである。

第１表 上記で得られた各溶融球状シリカの粒子特性を測定した
ところ、第２表の結果が得られた。

（２）シリカフィラーの調製 前記で得られた各種の溶融球状シリカを、適宜選択配合
して各種のシリカフィラーを調製した。

その各シリカフィラーの粒子特性を第３表に示す。

（３）封止用樹脂組成物の調製 （３−１）組成物の配合 すなわち、流動性はトランスファー成形機でＥＭ　Ｍ　
Ｉ　１−６６に基づくスパイラルフロー値を測定し、パ
リ特性は５〜５０７１１１１のスリット幅を調整した金
型の間際に伸びるパリ長さの測定をもって評価した。

なお、トランスファーモールドの条件は金型温度１７０
°Ｃ１樹脂圧７０ｋｇ／ｃｄとした。

この評価結果を第３表に示す。

シリカフィラー・・・７５ｗｔ％ 注（１）エピクロンＮ６６５、大日本インキ■社製注（
２）バーカムＴＤ２１３１、大日本インキ■社製注（３
）ヘキスト社製 （３−２）樹脂組成物の調製と評価 上記の封止用エポキシ樹脂組成物を８５〜９５°Ｃの熱
ロールで混練した後、該組成物の流動性とパリ特性を評
価した。

第３表の結果から、比較例１については３−以下の微粒
が少ないシリカフィラーのものは流動性不足とパリの発
生が認められ、比較例２については４１４以上の含有率
の不足による５０ｐｔｎパリの発生が認められるのに対
し、本発明品はいずれも良好な特性を示した。

実施例５〜７、比較例３〜５ 先に製造した４種の溶融球状シリカ（Ａ−５、Ａ−２、
Ｂ−３０、Ｂ−１５）を用いて、それぞれ所定量配合し
てシリカフィラーを調製した。その配合と物性は第４表
に示すとおりである。

次いで、これを実施例１と同様のエポキシ樹脂組成物に
配合して封止用樹脂組成物を得、この組成物の流動性お
よびパリ特性は、全く同様の操作と条件にて測定したと
ころ、第４表の結果が得られた。

第４表の結果から、比較例３については３ｎ以下の含有
率及び比表面積が不足のためによるパリの発生、流動性
不足、比較例４はＲＲＳ　（１５斜角が小さすぎるため
、および３１１１１１以下含有率が過多であるため流動
性の不足、比較例５においては、ＲＲ３傾斜角が小さい
こと、平均粒径が小さいことによる流動性不足、４４１
ｒｍ以上の含有率が少ないためによる５０縛のパリ発生
が認められた。これに対し本実施例においては流動性が
高く、パリ特性に優れた封止用樹脂組成物が得られるこ
とがわかる。

〔発明の効果〕

本発明による粒度構成を施したシリカフィラーを用いて
半導体封止用樹脂組成物を作成すると、流動性が従来用
いられていた破砕シリカフィラーに比べ、１．５乃至２
．２倍優れたものが得られ、パリ特性も破砕シリカフィ
ラーと同等のものが得られる。

該樹脂組成物中にフィラーとした全部分が球状シリカで
構成することが可能となり、これによってコンパウンド
でのシリカ充填率を大幅に挙げることが可能となる。従
って、耐熱応力封止用樹脂組成物として、 ＶＶＬＳ　Ｉ用に追従できる封止材 となることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融球状シリカの平均粒子径が１０乃至３０μｍの
   範囲であって、３μｍ以下の微細部分が８〜３０ｗｔ％
   、４８μｍ以上の粗粒部分が５〜３０ｗｔ％、及び８μ
   ｍと６４μｍの粒度分布におけるロジン−ランムラー線
   図の傾斜角が０．６５〜１．１０の範囲にあり、かつＢ
   ＥＴ比表面積が３〜１５ｍ＾２／ｇの粒子特性を有する
   ことを特徴とする溶融球状シリカ。 ２、封止用樹脂組成物中にシリカフィラーとして請求項
   １記載の溶融球状シリカを６０〜８５ｗｔ％含有してな
   ることを特徴とする封止用樹脂組成物。