JP2000178413A

JP2000178413A - 半導体封止材用球状シリカ

Info

Publication number: JP2000178413A
Application number: JP35790898A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kono; 博之河野; Naoki Mikami; 直樹三上; Masakazu Ohara; 雅和大原; Hiroo Aoki; 博男青木
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】エポキシ樹脂に高濃度で且つ短時間で練り込
むことができ且つその場合でも高い流動性を持つ半導体
封止材としてのエポキシ樹脂組成物を与えることのでき
る球状シリカを提供すること。【解決手段】（イ）粒径３μｍ以下の粒子が５〜２５
重量％、粒径１２μｍ以下の粒子が２０〜４５重量％、
粒径４８μｍ以下の粒子が６５〜９０重量％からなりそ
して粒径が３μｍを超え１２μｍ以下の粒子が実質的割
合で存在し且つ（ロ）比表面積が３ｍ²／ｇ未満であ
る、半導体封止材用球状シリカ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体封止材用球状
シリカに関する。さらに詳しくはエポキシ樹脂に高充填
率で練り込むことができ且つその場合でも高い流動性を
持つ半導体封止材としてのエポキシ樹脂組成物を与える
ことのできる球状シリカに関する。

【０００２】

【従来の技術】配線基板への電子部品実装方式は挿入式
から現在は表面実装式が主流になった。表面実装方式で
は、ハンダ付け時にパッケージが直接高温にさらされる
ことになり、そのため封止用樹脂組成物中に含まれる水
分が急激に気化膨張して、パッケージに割れが発生する
ことがしばしば起こる。この現象は、パッケージが薄型
になったことによって、より顕著になった。このように
半導体パッケージが割れるのを防ぐため、封止用樹脂組
成物中のシリカの割合を増やし、吸湿する主体である樹
脂の割合を減らそうとする対策が試みられている。

【０００３】しかしながら、シリカの割合を増やした封
止用樹脂組成物は粘度が上昇し、リードフレームやボン
ディングワイヤーの変形、樹脂の未充填等を発生し、製
品パッケージの歩留まりを低下させていた。この問題を
解決するため、粘度の低い封止用樹脂組成物が求められ
てきた。封止用樹脂組成物の粘度には、樹脂そのものの
粘度はもちろんのこと、添加する無機フィラーの形状、
粒度分布、比表面積等が大きく影響する。

【０００４】そこで、これまでは、球状とは云えない異
形シリカを少なくしてシリカの球状度を上げることや、
微粒子を添加するなどして封止用樹脂組成物の粘度上昇
を押さえる方法がとられてきた。

【０００５】しかしながら、上記の如き方法では、シリ
カの割合をたとえば８５重量％以上まで、さらに増加し
た場合には、封止用樹脂組成物の流動性が満足できるレ
ベルにあるとは云い難かった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の目的
は、例えば８５重量％を超えるような高充填率において
も流動性の良好な封止材用樹脂組成物を与えることので
きる半導体封止材用球状シリカを提供することにある。

【０００７】本発明のさらに他の目的および利点は、以
下の説明から明らかになろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、本発明
の上記目的および利点は、（イ）粒径３μｍ以下の粒子
が５〜２５重量％、粒径１２μｍ以下の粒子が２０〜４
５重量％、粒径４８μｍ以下の粒子が６５〜９０重量％
からなりそして粒径が３μｍを超え１２μｍ以下の粒子
が実質的割合で存在し且つ（ロ）比表面積が３ｍ²／ｇ
未満である、ことを特徴とする半導体封止材用球状シリ
カによって達成される。

【０００９】本発明の球状シリカの特徴の１つはその粒
子構成比にある。一般に、樹脂に無機フィラーを加えた
樹脂組成物の粘度はムーニーの式もしくはランデルの式
によってよく説明できるといわれている。これは、樹脂
に対して同重量のフィラーを添加したとき、最大充填率
（最密充填したときの充填率）が高いフィラーを使った
樹脂組成物の粘度は低いことを示したものである。この
ため、最大充填率が高いフィラーが求められている。と
ころで、フィラーの最密充填理論で有名なものにはホー
スフィールド（Ｈｏｒｓｆｉｅｌｄ）の充填模型があ
る。これは、六方最密充填された一次球の間隙をちょう
ど満たすように、小粒子を順次充填していくとき、最も
密になる粒径比と、その個数比を求めたものである。

【００１０】しかしながら、実際のシリカ粒子は、ほぼ
連続した粒径分布を持っている上、規則的な充填はされ
ずランダム充填さる。さらに粒子間には摩擦抵抗がある
ため、特にフィラー充填率が大きい場合において、微細
粒子を添加するときにはその影響を考慮しなくてはなら
ない。さらにエポキシ樹脂とシリカ粒子の相互作用を考
えれば、微細粒子を添加しすぎると粘度が上昇すること
を考慮しなくてはならない。

【００１１】例えば、大粒子に比べて小粒子が少なすぎ
る場合、大粒子の間隙を埋める小粒子が不足するため最
大充填率は大きくならず、樹脂組成物の粘度は高くな
り、反対に、大粒子に比べて小粒子が多すぎると、粒子
間の摩擦抵抗が大きくなりやはり樹脂組成物の粘度は上
昇する。こうしたことから大粒子と小粒子の割合には最
適値があり、この最適なシリカフィラーを用いた樹脂組
成物の粘度が最も低くなることが判った。

【００１２】すなわち、本発明の球状シリカの粒度分布
は粒径３μｍ以下の粒子が５〜２５重量％、粒径が１２
μｍ以下の粒子が２０〜４５重量％、粒径４８μｍ以下
の粒子が６５〜９０重量％からなり、粒径が３μｍを超
え１２μｍ以下の粒子が実質的割合で存在するものであ
る。また、好ましい球状シリカの粒度分布は、粒径３μ
ｍ以下の粒子が５〜１４重量％、粒径が１２μｍ以下の
粒子が１３〜３４重量％、粒径４８μｍ以下の粒子が６
５〜８０重量％からなり、粒径が３μｍを超え１２μｍ
以下の粒子が６〜２１重量％、より好ましくは８〜２０
重量％で存在するものが好適である。

【００１３】粒度分布が上記の範囲をはずれると、高充
填率において流動性の良好な封止材用樹脂組成物を与え
ることができないため好ましくない。本発明における上
記粒度分布は、レーザー回折散乱法に基づく粒度分布測
定法によるものである。なお、レーザー回折散乱法では
原理的に体積基準の粒度分布が得られるが、同じ物質で
同じ密度であれば容易に重量基準の粒度分布を求めるこ
とができる。

【００１４】本発明の球状シリカのもう一つの特徴は比
表面積にある。比表面積があまりに高すぎると、つまり
粒径の小さい粒子があまりに多すぎると、上記の如き粒
度分布を満足していても、封止材用樹脂に混練したと
き、粘度の高すぎる樹脂組成物を与えるため好ましくな
い。また、比表面積が高すぎると、他の物性値として嵩
密度が小さくなるため、封止材用樹脂との混練に時間が
かかりすぎ、樹脂組成物の生産性が低下するため望まし
くない。

【００１５】本発明の球状シリカは３ｍ²／ｇ未満好ま
しくは２ｍ²／ｇ未満の比表面積を有している。本発明
の球状シリカは種々の粒径をもつ球状シリカを混合して
調整することができる。

【００１６】また、本発明の球状シリカを構成する球状
シリカは、例えば、原料シリカを火炎溶融炉に供給して
溶融球状化することで製造できる。火炎の燃料ガスには
水素やＬＰＧ、支燃ガスには酸素や空気が一般に用いら
れる。この工程で使用できるシリカ原料は、珪石、珪
砂、水晶等の天然品、あるいはハロゲン化珪素の加水分
解したものや、珪酸アルカリ水溶液を中和して出来た合
成シリカ等が挙げられる。

【００１７】本発明の球状シリカは、エポキシ樹脂の如
き半導体封止材用樹脂に混練し充填して半導体封止材を
与える。

【００１８】エポキシ樹脂としては、1分子中にエポキ
シ基を２個以上有するものであれば特に制限はなく用い
られる。例えば、クレゾールノボラック型、フェノール
ノボラック型、ビスフェノールＡ型等のエポキシ樹脂が
挙げられる。

【００１９】これらのエポキシ樹脂の硬化剤としては、
エポキシ樹脂と反応して硬化させるものであれば制限な
く用いられる。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等が挙げられる。

【００２０】半導体封止材には、本発明の球状シリカ、
上記の如きエポキシ樹脂および硬化剤の他に、さらに必
要に応じ例えば低応力化剤、シランカップリング剤、表
面処理剤、難燃剤、難燃助剤、着色剤、イオントラップ
剤、硬化促進剤あるいは離型剤を配合することができ
る。

【００２１】半導体封止材用組成物は、例えば、上記の
諸材料を、加熱ロール、押出機等の装置によって混練
し、冷却粉砕することによって製造することができる。

【００２２】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに詳述する。
本発明はかかる実施例により何ら制限されるものではな
い。

【００２３】実施例１〜５で用いた球状シリカの性質を
表１に、また比較例１〜８で用いた球状シリカの性質を
表２に示した。これらの球状シリカは種々の粒径を持つ
球状シリカを準備し、これらを混合することによって調
整した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】これらの球状シリカのそれぞれを、下記表
３に示す割合で種々の成分と配合し、加熱ロールで混練
し、冷却した後粉砕しエポキシ樹脂組成物を得た。

【００２７】

【表３】

【００２８】上記で得られた各エポキシ樹脂組成物の流
動性を測定するため、各組成物を適当量取り金型中でプ
レスし、タブレットを作成した。このタブレットを１７
５℃のスパイラスフロー金型の中心にセットし、トラン
スファー圧力７０ｋｇｆ／ｃｍ²、ラムスピード２６ｍ
ｍ／ｓで注入した。結果を表１および表２にスパイラル
フロー値（ｃｍ）として示した。フローはいずれも実施
例の方が比較例の組成物より格段に長く優れていること
がわかる。なお、上記実施例および比較例で用いた球状
シリカの粒度分布および比表面積は以下のようにして測
定した。

【００２９】粒度分布の測定方法（レーザー回折散乱
法）レーザー回折散乱粒度分布測定装置ＳＫＬＡＳＥＲ
ＰＲＯ−７０００（セイシン企業製）で測定した。な
お、ここでは、水(分散媒、縦約１１ｃｍ×横約８ｃｍ
×深さ約６.５ｃｍの分散槽に約８割水をはる)に試料を
０.１ｇ〜１ｇ程度投入し、スターラーで撹拌しながら
１分間７０Ｗ超音波分散した後、レーザー回折散乱法で
測定した。

【００３０】比表面積の測定法（ＢＥＴ法）窒素吸着によるＢＥＴ１点法。測定機はＳＩＢＡＴＡ
ＳＡ−１０００を使用。

【００３１】

【発明の効果】本発明の球状シリカは流動性の良好な半
導体封止材を生産性良く与えることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大原雅和山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内 (72)発明者青木博男山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内Ｆターム(参考） 4G072 AA25 AA28 BB07 CC18 GG01 HH07 HH14 HH21 LL01 LL05 MM38 PP17 TT01 TT02 TT05 UU01 4J002 CD051 CD061 DJ016 FD016 GQ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）粒径３μｍ以下の粒子が５〜２５
重量％、粒径１２μｍ以下の粒子が２０〜４５重量％、
粒径４８μｍ以下の粒子が６５〜９０重量％からなりそ
して粒径が３μｍを超え１２μｍ以下の粒子が実質的割
合で存在し且つ（ロ）比表面積が３ｍ²／ｇ未満であ
る、ことを特徴とする半導体封止材用球状シリカ。