JP2000178414A

JP2000178414A - 半導体封止材用球状シリカ

Info

Publication number: JP2000178414A
Application number: JP35790998A
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】例えば８５重量％を超えるような高密度で含
有されても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、そして貯蔵、移送および篩掛け等の作業性
が改善される球状シリカを提供すること。【解決手段】（１）比表面積が５０〜４００ｍ²／ｇ
の煙霧シリカ０.１〜１.５重量％および（２）球状溶融
シリカ９９.９〜９８.５重量％からなり、そして該球状
溶融シリカは粒径３μｍ以下の粒子が５〜２５重量％、
粒径１２μｍ以下の粒子が２０〜４５重量％、および粒
径４８μｍ以下の粒子が６５〜９０重量％からなる半導
体封止材用のエポキシ樹脂組成物のための球状シリカ粒
子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止材用の
エポキシ樹脂組成物のための球状シリカ粒子に関する。
さらに詳しくは、成形性および流動性に優れた封止用樹
脂組成物を与えることができそして貯蔵、移送および篩
掛け等の作業性が良好な球状シリカ粒子に関する。

【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く、しかも微小シリカ粒子の割
合が増加したことによりシリカの貯蔵、移送、篩掛け等
の作業性が低かった。

【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％を超えるような高密度で含有され
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】本発明の他の目的は、貯蔵、移送および篩
掛け等の作業性の改善された半導体封止材用球状シリカ
を提供することにある。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、（１）比表面積が５０〜４０
０ｍ²／ｇの煙霧シリカ０.１〜１.５重量％および
（２）球状溶融シリカ９９.９〜９８.５重量％からな
り、そして該球状溶融シリカは粒径３μｍ以下の粒子が
５〜２５重量％、粒径１２μｍ以下の粒子が２０〜４５
重量％、および粒径４８μｍ以下の粒子が６５〜９０重
量％からなることを特徴とする、半導体封止材用のエポ
キシ樹脂組成物のための球状シリカ粒子によって達成さ
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。これによると、大きさを１とした一次球１個に対し
て、大きさ０.４１の二次球１個、大きさ０.２３の三次
球２個、大きさ０.１８の四次球８個、大きさ０.１２の
五次球８個と順番に詰めていって充填率は約８５％、さ
らにその隙間を微小球で埋めたとき、充填率は約９６％
にまで達する。

【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
ずランダム充填される。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】また、球状溶融シリカに煙霧シリカを０.
１重量％以上加えると、貯蔵、移送、篩掛け等の作業性
が格段に向上した。具体的には、貯蔵や移送時に管壁に
粉体が付着するトラブルが減少したことであり、篩掛け
速度の向上がはかれたことである。これは球状溶融シリ
カの間に超微粒子である煙霧シリカが入り込み、球状溶
融シリカ同士の付着を防いだことや、ベアリング効果で
球状溶融シリカの滑りが良くなったためと考えられる。
ただし、１.５重量％を超えて添加するとエポキシ樹脂
組成物の流動性が低下してしまう。

【００１３】本発明の球状シリカ粒子を構成する球状溶
融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。また、本発明の球状シリカ粒子を構
成する煙霧シリカは比表面積が５０〜４００ｍ²／ｇで
あれば、公知のものを用いることができる。

【００１４】本発明の球状シリカ粒子は好ましくは３ｍ
²／ｇ未満、より好ましくは２ｍ²／ｇ未満の比表面積を
有している。比表面積は窒素吸着によるＢＥＴ１点法
（測定機はＳＩＢＡＴＡＳＡ−１０００を使用）によ
り測定される。

【００１５】また、本発明の球状シリカ粒子を構成する
球状溶融シリカは、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。

【００１６】本発明の球状シリカ粒子は、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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】半導体封止剤用組成物は、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。

【００２１】

【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。

【００２２】実施例１〜５で用いた球状シリカ粒子の性
質を表１に、また比較例１〜５で用いた球状シリカ粒子
の性質を表２に示した。これらの球状シリカ粒子は種々
の粒径を持つ球状溶融シリカおよび煙霧シリカを準備
し、これらを混合し、振動ふるい機ＫＦＯ−１０００
（３０ｍｍのシリコーンゴム製タッピングボール１００
個使用、(株)興和工業所製）で篩掛けを行うことによっ
て調整した。篩網は１０４μｍもしくは７７μｍの目開
きのものを使用した。篩掛け速度、篩収率を表１および
表２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】これらの得られた球状シリカ粒子のそれぞ
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。

【００２６】

【表３】

【００２７】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。なお、上記実施例およ
び比較例で用いた球状溶融シリカの粒度分布および煙霧
シリカの含有量は以下のようにして測定した。

【００２８】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。

【００２９】煙霧シリカ含有量シリカを正確に１０ｇ秤量する。１Ｎ−ＮａＯＨを５０ｍｌ秤取し、のシリカへ加え
る。十分に混合する。４０℃恒温槽に３０分間静置する。遠心分離を行う（回転４５００ｒｐｍ×３分間）。上澄み液を４０ｍｌ採取する。ＪＩＳＫ１４８０に準じて、上澄み液のシリカ量
を求める。煙霧シリカ量を以下の式により算出する。煙霧シリカ量（重量％）＝１００×のシリカ量（ｇ）
／のシリカ量（ｇ）

【００３０】上記測定法の検証球状溶融シリカ９９.９重量％、煙霧シリカ０.１重量％
の配合比で混合して得たシリカＡ、球状溶融シリカ９
９.５重量％と煙霧シリカ０.５重量％の配合比で混合し
て得たシリカＢおよび球状溶融シリカ９８.７重量％と
煙霧シリカ１.３重量％の配合比で混合して得たシリカ
Ｃを準備した。これらのシリカＡ，ＢおよびＣについて
上記方法により煙霧シリカ含有量を求めた。その結果、
下記表の結果が得られ、上記方法により煙霧シリカの定
量が可能であることがわかった。

【００３１】

【表４】

【００３２】実施例１から５に示す粒度分布を持ち、煙
霧シリカを添加した粒状シリカ粒子はスパイラルフロー
試験の結果、高流動性を示し、封止材の充填シリカとし
て良好な品質であることが分かる。また、煙霧シリカを
添加していない場合に比べて輸送時の管壁への付着もな
く、さらに篩掛け速度も改善され、生産性が向上した。
これに対し、比較例のような粒度分布および煙霧シリカ
添加量の球状シリカ粒子は流動性または生産性に問題が
あった。

【００３３】

【発明の効果】本発明の球状シリカは例えば８５重量％
を超えるような高密度で含有されても流動性の良好な封
止材用樹脂組成物を与えることができ、そして貯蔵、移
送および篩掛け等の作業性が改善される。

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） 4J002 CD001 DJ016 DJ017 FA086 GQ05 4M109 AA01 BA01 CA21 EA02 EB02 EB04 EB06 EB07 EB08 EB13 EC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）比表面積が５０〜４００ｍ²／ｇ
の煙霧シリカ０.１〜１.５重量％および（２）球状溶融
シリカ９９.９〜９８.５重量％からなり、そして該球状
溶融シリカは粒径３μｍ以下の粒子が５〜２５重量％、
粒径１２μｍ以下の粒子が２０〜４５重量％、および粒
径４８μｍ以下の粒子が６５〜９０重量％からなること
を特徴とする、半導体封止材用のエポキシ樹脂組成物の
ための球状シリカ粒子。
【請求項２】比表面積が３ｍ²／ｇ未満である請求項
１の球状シリカ粒子。