JP2014209621A - Three-dimensional packaging semiconductor device, resin composition and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元実装型半導体装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional mounting type semiconductor device.
近年、複数の半導体デバイスの実装面積を低減させる技術として、半導体デバイスを積層するなどして3次元的に実装する技術が数多く提案されている。例えばその代表例として、特許文献1で開示されているような3次元実装技術がある(図1参照)。 In recent years, as a technique for reducing the mounting area of a plurality of semiconductor devices, many techniques for three-dimensional mounting by stacking semiconductor devices have been proposed. For example, as a representative example, there is a three-dimensional mounting technique disclosed in Patent Document 1 (see FIG. 1).
3次元実装の具体例として複数の半導体デバイスの間にアンダーフィルやフィルムなどの介装材を介装させることで1つの3次元実装型半導体装置を形成する方法が検討されている。介装材は半導体デバイス間の絶縁及び半導体デバイスの信頼性向上を実現させ、更にはそれぞれの半導体デバイスにて発生した熱を速やかに伝達させる作用を発現する。 As a specific example of three-dimensional mounting, a method of forming one three-dimensional mounting type semiconductor device by interposing an intermediary material such as an underfill or a film between a plurality of semiconductor devices has been studied. The intervening material realizes insulation between the semiconductor devices and improvement of the reliability of the semiconductor devices, and further exhibits an effect of quickly transferring the heat generated in each semiconductor device.
ところで、1つ1つの半導体デバイスについても集積化が進んでおり、そのような集積化が進んだ半導体デバイスでは作動に伴う発熱量が大きくなっており単独でも放熱性を向上することが求められている。当然にそのような半導体デバイスを積層して3次元実装型半導体装置とした場合に安定して継続的に動作させるためには3次元実装型半導体装置全体としての放熱性も向上させる必要がある。 By the way, the integration of each semiconductor device is also progressing. In such an integrated semiconductor device, the amount of heat generated by the operation is large, and it is required to improve the heat dissipation even by itself. Yes. Of course, in order to stably operate continuously when such semiconductor devices are stacked to form a three-dimensionally mounted semiconductor device, it is necessary to improve the heat dissipation of the entire three-dimensionally mounted semiconductor device.
そして、伝熱に伴う体積変化を抑制するため、無機材料からなるフィラーを含有させることが行われている。 従来、無機材料からなるフィラーとしてはシリカ粒子が汎用されており、熱硬化性樹脂などの樹脂中にシリカ粒子を含有させた樹脂組成物が知られている。樹脂中にシリカ粒子を含有・分散させることにより樹脂組成物に対して耐熱性を向上したり、物理的強度を向上したりできる。 And in order to suppress the volume change accompanying heat transfer, the filler which consists of inorganic materials is made to contain. Conventionally, silica particles have been widely used as fillers made of inorganic materials, and resin compositions containing silica particles in a resin such as a thermosetting resin are known. By including and dispersing silica particles in the resin, the heat resistance of the resin composition can be improved and the physical strength can be improved.
ここで、介装材自身は半導体の機能の発現には直接寄与しないため、できるだけ薄い(隣接する半導体デバイスの間の距離を小さくする)ことが望まれる。すると、その間に介装させる介装材に含まれるフィラーについても半導体デバイス間の距離の減少に伴って、その距離の大きさ以上の粗大粒子を含まないフィラーにて形成する必要がある。近年ではフィラーとしては200nm以下といった非常に小さな粒径をもつ粒子が求められる。 Here, since the interposition material itself does not directly contribute to the development of the function of the semiconductor, it is desired to be as thin as possible (to reduce the distance between adjacent semiconductor devices). Then, it is necessary to form the filler contained in the interposing material interposed between them with a filler that does not contain coarse particles larger than the distance as the distance between the semiconductor devices decreases. In recent years, particles having a very small particle size of 200 nm or less are required as fillers.
更にはフィラーにα線源が含まれると発生したα線が半導体デバイスの動作に影響を与えるおそれ(ソフトエラー)も大きくなるため、α線源などの不純物の含有量が少ないことが望まれる。 Furthermore, if the filler contains an α-ray source, the generated α-rays are likely to affect the operation of the semiconductor device (soft error). Therefore, it is desirable that the content of impurities such as the α-ray source is small.
ここで、サブミクロンからマイクロメートルオーダーの粒径をもつシリカ粒子を製造する方法としてはVMC法と呼ばれる方法が汎用されているが、それよりも粒径が小さい数nmから数十nm程度の粒径をもつシリカ粒子を製造する方法としては水ガラスを原料として製造する方法(特許文献1)や、シリカ前駆体としてのアルコキシドを原料にするものなどが知られている。 Here, as a method for producing silica particles having a particle size of submicron to micrometer order, a method called VMC method is widely used, but particles having a particle size of about several nanometers to several tens of nanometers smaller than that. As a method for producing silica particles having a diameter, a method of producing water glass as a raw material (Patent Document 1), a method using alkoxide as a silica precursor as a raw material, and the like are known.
水ガラスを原料とする方法では不純物の量が多いため、純度が高いシリカ粒子を製造する方法としては高純度の金属ケイ素や四塩化ケイ素などの精製が容易なケイ素化合物を製造し、その後、高純度のケイ素化合物からシリカ粒子を製造する方法が採用されていた。例えば金属ケイ素を酸化してシリカ粒子を得る方法からはサブマイクロメートルからマイクロメートルオーダーのシリカ粒子を好適に得ることが可能になり、アルコキシドを経由した方法からはナノメートルから数十ナノメートルオーダーのものでも好適に得ることができた。 In the method using water glass as the raw material, the amount of impurities is large, and as a method for producing silica particles with high purity, a highly pure silicon compound such as high-purity metal silicon or silicon tetrachloride is produced. A method of producing silica particles from a pure silicon compound has been adopted. For example, it is possible to suitably obtain sub-micrometer to micrometer order silica particles from a method of oxidizing metal silicon to obtain silica particles, and from a method via alkoxide to a nanometer to several tens of nanometer order. Even a product could be obtained suitably.
上記実情の中、本発明者らはナノメートルオーダーのシリカ粒子について樹脂組成物に分散させた後の特性を評価した。その結果、従来の方法により製造された高い純度をもつナノメートルオーダーのシリカ粒子については物理的特性が充分でない場合があることを見出し、その問題を解決することができる発明を完成した。 In the above circumstances, the present inventors evaluated the properties after dispersing nanometer-order silica particles in the resin composition. As a result, it was found that the nanometer order silica particles having a high purity produced by the conventional method may not have sufficient physical properties, and an invention capable of solving the problem has been completed.
本発明は上記発見された課題を解決しようとして案出されたものであり、高純度で且つ高い物理的特性をもつシリカ粒子及び表面改質シリカ粒子を製造できる製造方法を提供できる上記発明を利用して得られる高性能な無機フィラーを提供し、その無機フィラーを用いた介装材を採用した3次元実装型半導体装置を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been devised to solve the above-described problems, and utilizes the above-described invention that can provide a production method capable of producing silica particles having high purity and high physical properties and surface-modified silica particles. An object to be solved is to provide a high-performance inorganic filler obtained in this way, and to provide a three-dimensional mounting type semiconductor device employing an interposition material using the inorganic filler.
(1)上記課題を解決する3次元実装型半導体装置は、最も近接する部分の距離が30μm以下である2つ以上の半導体デバイスと、
前記半導体デバイスの間に介装された伝熱介装材と、
を有し、
前記伝熱介装材は無機材料粒子と前記無機材料粒子を分散する樹脂材料とをもち、
前記無機材料粒子は、 ウラン及びトリウムの含有量がそれぞれ1.0ppb以下、
ナトリウム及びカリウムの含有量がそれぞれ500ppm以下、
体積平均粒径が2nm〜200nmであり、
真密度が2.1g/cm3以上であるシリカ粒子である。
(1) A three-dimensional mounting type semiconductor device that solves the above problem includes two or more semiconductor devices in which the distance between the closest portions is 30 μm or less;
A heat transfer interposition material interposed between the semiconductor devices;
Have
The heat transfer medium has inorganic material particles and a resin material in which the inorganic material particles are dispersed,
The inorganic material particles have uranium and thorium contents of 1.0 ppb or less,
Each of sodium and potassium content is 500 ppm or less,
The volume average particle size is 2 nm to 200 nm,
Silica particles having a true density of 2.1 g / cm 3 or more.
従来、体積平均粒径として2nm〜100nmの範囲をもち、且つ、α線生成量範囲を小さくしたり、ウランやトリウムなどの不純物の濃度を低減したシリカ粒子を得ようとすると、金属ケイ素に対して純度を高くした後、その純度が高い金属ケイ素からアルコキシドを生成することにより純度が高いシリカを得る方法、金属ケイ素から四塩化ケイ素などの精製操作が容易なケイ素化合物を生成し、生成したケイ素化合物の純度を向上することにより、ウランなどのα線源の量を低くした後にシリカを得る方法により、純度が高いシリカ粒子を製造していた。 Conventionally, when trying to obtain silica particles having a volume average particle diameter in the range of 2 nm to 100 nm and reducing the α-ray generation range or reducing the concentration of impurities such as uranium and thorium, After obtaining high purity, a method for obtaining high purity silica by producing alkoxide from high purity metal silicon, silicon silicon produced by producing a silicon compound such as silicon tetrachloride from silicon silicon that is easy to purify. By improving the purity of the compound, silica particles having a high purity were produced by a method of obtaining silica after reducing the amount of α-ray source such as uranium.
本発明者らの鋭意研究によると、アルコキシドから製造されたシリカ粒子はα線源の量や、粒径については満足できるものが製造できるものの、吸水性が十分でないことが明らかになった。吸水性が高いと、雰囲気中の水分を吸い、樹脂などに分散させたときの安定性が充分で無く3次元実装型半導体装置に適用した場合に充分な性能が得られないことがあった。 As a result of intensive studies by the present inventors, it has been clarified that although silica particles produced from an alkoxide can produce an α-ray source with a satisfactory amount and particle size, the water absorption is not sufficient. If the water absorption is high, the moisture when the moisture in the atmosphere is sucked and dispersed in a resin or the like is not sufficient and sufficient performance may not be obtained when applied to a three-dimensional mounting type semiconductor device.
とはいっても、水ガラスから製造したシリカ粒子はウランなどのα線源が除去されておらずα線の発生は避けられなかった。ここで、水ガラスの状態でナトリウムなどのイオン性物質や、ウランなどのα線源を除去することは困難であったため、天然に存在するシリカから水ガラスを製造してシリカ粒子を製造する場合には純度が高いシリカ粒子を得ることは困難であった。 However, silica particles produced from water glass have not been freed of α-ray sources such as uranium, and generation of α-rays cannot be avoided. Here, since it was difficult to remove ionic substances such as sodium and α-ray sources such as uranium in the state of water glass, silica particles are produced by producing water glass from naturally occurring silica. It was difficult to obtain silica particles with high purity.
しかしながら、従来は粒径が小さく、イオン性物質の含有量及びα線の発生量が少ないシリカ粒子までは要求されても、更に吸水性が低いシリカ粒子まで得ようとする要求は存在せず、これらの性質を両立させることは行われてはいなかった。 However, conventionally, there is no requirement to obtain silica particles having a low water absorption, even if silica particles having a small particle size and a small amount of ionic substances and α-rays are required. No attempt has been made to reconcile these properties.
この課題を解決する目的で、本発明者らが鋭意検討を行った結果、高純度な金属ケイ素からケイ酸またはケイ酸塩を経由してシリカ粒子を製造することにより高い純度と低い吸湿性とが両立された高い物理的特性が実現できることを見出し本願発明を完成した。この場合に吸水性を評価する指標としては粒子の真密度が利用できることを発見しその値を一定の範囲に制御することで吸水性も制御可能であることを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors for the purpose of solving this problem, high purity and low hygroscopicity are produced by producing silica particles from high-purity metallic silicon via silicic acid or silicate. The present invention has been completed by finding that high physical characteristics can be realized. In this case, it was discovered that the true density of particles can be used as an index for evaluating water absorption, and it was found that water absorption can also be controlled by controlling the value within a certain range.
また、3次元実装型半導体装置を製造する際に半導体デバイスの間にフィルム状に成形した伝熱介装材を介設することにより製造することがあるが、その場合には伝熱介装材を構成するフィルムと半導体デバイスとの間の位置決めを行う必要がある。その場合に伝熱介装材が透明であれば位置決めが容易になる。粒径が小さいシリカ粒子は樹脂組成物中にあっても可視光に対する透明性を有することになるため、フィルム状の伝熱介装材を採用する用途において高い効果を発揮する。 In addition, when manufacturing a three-dimensional mounting type semiconductor device, it may be manufactured by interposing a heat transfer material formed in a film shape between semiconductor devices. In that case, the heat transfer material is used. It is necessary to perform positioning between the film constituting the semiconductor device and the semiconductor device. In that case, if the heat transfer interposing material is transparent, positioning becomes easy. Silica particles having a small particle size have transparency to visible light even in the resin composition, and thus are highly effective in applications where a film-like heat transfer medium is used.
上述の(1)の3次元実装型半導体装置は更に下記の(2)及び(3)のうちの1以上の構成要素を加えることができる。
(2)ナトリウム及びカリウムの含有量が250ppm以下である。(3)ウラン及びトリウムの含有量が0.5ppb以下である。
The above-described three-dimensional mounting type semiconductor device (1) can further include one or more constituent elements of the following (2) and (3).
(2) The content of sodium and potassium is 250 ppm or less. (3) The content of uranium and thorium is 0.5 ppb or less.
上述の(1)〜(3)の3次元実装型半導体装置における伝熱介装材は以下の(4)に記す樹脂組成物を硬化させることで得ることができる。なお、(1)〜(3)の3次元実装型半導体装置における伝熱介装材は以下の樹脂組成物を半導体デバイスの間に充填した後に硬化させて形成したり(いわゆるアンダーフィル材としての利用)、フィルム状に形成した後に介装させたりできる。充填時に真空にして充填性を向上することや、半導体デバイスを近接させる前に伝熱介装材を配設し、その後半導体デバイスを近設させることもできる。
(4)上記課題を解決する本発明の樹脂組成物は、上述の3次元実装型半導体装置の前記伝熱介装材の硬化前の組成物であって、
前記無機材料粒子と前記無機材料粒子を分散する前記樹脂材料とをもつ。
The heat transfer interposing material in the above-described three-dimensional mounting type semiconductor device (1) to (3) can be obtained by curing the resin composition described in the following (4). In addition, the heat transfer interposing material in the three-dimensional mounting type semiconductor device of (1) to (3) is formed by filling the following resin composition between the semiconductor devices and then curing it (as a so-called underfill material) Use), or after being formed into a film shape. It is possible to improve the filling property by applying a vacuum at the time of filling, or to dispose the heat transfer interposing material before bringing the semiconductor device close to each other, and then place the semiconductor device close to it.
(4) The resin composition of the present invention that solves the above-mentioned problem is a composition before curing of the heat transfer interstitial material of the above-described three-dimensional mounting semiconductor device,
The inorganic material particles and the resin material in which the inorganic material particles are dispersed are included.
上述の(4)の樹脂組成物は更に下記の(5)の構成要素を加えることができる。(5)を選択する場合には(6)〜(8)のうちの1つ以上の構成要素を加えることができる。(8)を選択する場合には(9)の構成要素を加えることができる。
(5)前記シリカ粒子は金属ケイ素及びケイ素化合物の何れかであるケイ素含有物を5質量%以上残してアルカリ溶液に溶解させてアルカリ性ケイ酸塩溶液を製造するアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程と、得られたアルカリ性ケイ酸塩溶液から水性シリカゾルを形成する水性シリカゾル形成工程を有する。
The following component (5) can be added to the resin composition (4) described above. When selecting (5), one or more components of (6) to (8) can be added. When selecting (8), the component of (9) can be added.
(5) An alkaline silicate solution production step of producing an alkaline silicate solution by dissolving 5 mass% or more of a silicon-containing material, which is either metal silicon or a silicon compound, in the silica particles, and producing an alkaline silicate solution; An aqueous silica sol forming step of forming an aqueous silica sol from the obtained alkaline silicate solution;
ケイ素含有物をアルカリ溶液に溶解させてアルカリケイ酸塩溶液を調製することにより水ガラスに相当する溶液を得るのであるが、アルカリ溶液にケイ素含有物をすべて溶解させるのではなく途中で中断することにより溶解していないケイ素含有物に不純物を濃縮させ、製造したナノシリカに含まれるウランやトリウムの含有量を低減することができる。
(6)前記ケイ素含有物は金属ケイ素である。金属ケイ素は精製が容易であるからである。
(7)前記アルカリ溶液は揮発性のアルカリ性物質を主成分とする。揮発性のアルカリ性物質(例えばアンモニア)を採用すると、その後のアルカリ性物質の除去が容易になり、最終的に製造されるシリカ粒子中に残存するアルカリ性物質を低減できる。
(8)前記水性シリカゾルに対して、シランカップリング剤およびオルガノシラザンによって表面処理する表面処理工程を持ち、
該シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
該シランカップリング剤と該オルガノシラザンとのモル比は、該シランカップリング剤:該オルガノシラザン=1:2〜1:10である。この表面処理を行うことにより得られた表面改質シリカ粒子は凝集性が少なくなる。
(9)前記表面処理工程は、
前記シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
該第2の処理工程は、該第1の処理工程後に行う。
A solution corresponding to water glass is obtained by preparing an alkali silicate solution by dissolving a silicon-containing material in an alkali solution. Thus, impurities can be concentrated in the silicon-containing material not dissolved, and the content of uranium and thorium contained in the produced nanosilica can be reduced.
(6) The silicon-containing material is metallic silicon. This is because metallic silicon is easy to purify.
(7) The alkaline solution contains a volatile alkaline substance as a main component. When a volatile alkaline substance (for example, ammonia) is employed, the subsequent removal of the alkaline substance is facilitated, and the alkaline substance remaining in the finally produced silica particles can be reduced.
(8) A surface treatment step of surface-treating the aqueous silica sol with a silane coupling agent and an organosilazane,
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10. The surface-modified silica particles obtained by performing this surface treatment are less cohesive.
(9) The surface treatment step
A first treatment step of treating the silica particles with the silane coupling agent;
A second treatment step of treating the silica particles with the organosilazane,
The second processing step is performed after the first processing step.
本発明の3次元実装型半導体装置について、以下の実施形態に基づき詳細に説明する。合わせて、樹脂組成物、樹脂組成物の製造方法についても説明する。 The three-dimensional mounting type semiconductor device of the present invention will be described in detail based on the following embodiments. In addition, the resin composition and the method for producing the resin composition will also be described.
本実施形態の3次元実装型半導体装置は2つ以上の半導体デバイスについて伝熱介装材を介して積層したものである。積層される半導体デバイスの間は最も近い部分で30μm以下である。半導体デバイスの間が接しない限り小さいことが望ましい。半導体デバイスが接触するおそれを少なくするためには最低値を規定することが望ましく例えば下限値として10μmを採用することができる。 The three-dimensional mounting type semiconductor device according to the present embodiment is obtained by stacking two or more semiconductor devices via a heat transfer medium. The distance between the stacked semiconductor devices is 30 μm or less. As long as there is no contact between the semiconductor devices, it is desirable that it be small. In order to reduce the possibility of contact of the semiconductor device, it is desirable to define a minimum value, for example, 10 μm can be adopted as the lower limit value.
採用する半導体デバイスとしては特に限定されない。3次元的に集積することにより飛躍的に集積度が向上できる。ここで、一般的に3次元実装型半導体装置を実現する方法として想定されている方法としては、半導体デバイスを必要な数だけ積層(配線が必要な部分は常法により電気的に接続される)し、その隙間に無機フィラーを分散させた樹脂組成物を浸透させ(リフロープロセスなどを利用することができる)、そのまま硬化させる方法がある。この方法を実現するには隙間への樹脂組成物の浸透性が高いことが望まれる。また、樹脂組成物から薄膜を形成し、半導体デバイスの間にその薄膜を介装して半導体デバイスを積層することもできる。
介装される伝熱介装材は厚さ10μm〜30μmにしたときの熱伝導率が0.7W/mK以上であることが望ましい。
The semiconductor device to be employed is not particularly limited. By integrating three-dimensionally, the degree of integration can be dramatically improved. Here, as a method generally assumed as a method for realizing a three-dimensional mounting type semiconductor device, a required number of semiconductor devices are stacked (parts where wiring is necessary are electrically connected by a conventional method). Then, there is a method in which a resin composition in which an inorganic filler is dispersed is infiltrated into the gap (a reflow process or the like can be used) and cured as it is. In order to realize this method, it is desired that the permeability of the resin composition into the gap is high. Moreover, a thin film can be formed from a resin composition, and a semiconductor device can be laminated | stacked by interposing the thin film between semiconductor devices.
It is desirable that the heat conduction intercalating material to be interposed has a thermal conductivity of 0.7 W / mK or more when the thickness is 10 μm to 30 μm.
伝熱介装材を形成できる樹脂組成物としては無機材料粒子(シリカ粒子などである。他の材料から形成される粒子を含有させても良い。以下「フィラー」と適宜称する)とそのフィラーを分散する樹脂材料をから構成されることが望ましい。樹脂材料としてはエポキシ樹脂など、硬化前は高い流動性をもち、硬化後は機械的・熱的に高い耐久性をもつ材料が望ましい。必要に応じて硬化剤(樹脂材料の硬化剤)を含有することもできる。 As a resin composition capable of forming a heat transfer material, inorganic material particles (silica particles or the like. Particles formed from other materials may be included. Hereinafter, the filler is appropriately referred to as “filler”) and the filler. It is desirable that the resin material is dispersed. As the resin material, an epoxy resin or the like having high fluidity before curing and high mechanical and thermal durability after curing is desirable. A curing agent (a curing agent for the resin material) can be contained as necessary.
フィラーは、球形度が0.85以上であることが望ましい。球形度は0.90以上であることが望ましく、0.95以上であることが更に望ましい。球形度の測定はSEMで写真を撮り、その観察される粒子の面積と周囲長から、(球形度)={4π×(面積)÷(周囲長)2}で算出される値として算出する。1に近づくほど真球に近い。具体的には画像処理装置(シスメックス株式会社:FPIA−3000)を用いて100個の粒子について測定した平均値を採用する。粒径はレーザー回折散乱方式粒度分布測定装置により測定可能である。また、20μm以上の粗粒の含有量が0ppm、10μm以上の粗粒の含流量は100ppm以下であることがそれぞれ望ましい。 The filler preferably has a sphericity of 0.85 or more. The sphericity is preferably 0.90 or more, and more preferably 0.95 or more. The sphericity is measured by taking a photograph with an SEM, and calculating from the observed particle area and circumference as a value calculated by (sphericity) = {4π × (area) ÷ (perimeter) 2 }. The closer to 1, the closer to a true sphere. Specifically, an average value measured for 100 particles using an image processing apparatus (Sysmex Corporation: FPIA-3000) is employed. The particle size can be measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer. Further, the content of coarse particles of 20 μm or more is preferably 0 ppm, and the flow rate of coarse particles of 10 μm or more is preferably 100 ppm or less.
以下、伝熱介装材のフィラーに採用される無機材料粒子について説明する。無機材料粒子はシリカ粒子を有する。無機粒子としてはその他の無機材料からなる粒子を含むことを阻害しない(例えば、アルミナ粒子)。 Hereinafter, the inorganic material particles employed for the filler of the heat transfer medium will be described. The inorganic material particles have silica particles. Inorganic particles are not inhibited from containing other inorganic material particles (for example, alumina particles).
・シリカ粒子
シリカ粒子は真密度が2.1g/cm3以上であり、望ましくは2.2g/cm3以上である。本明細書における真密度の測定は、40℃、相対湿度80%の雰囲気下に72時間静置した後、真比重計(真密度計。ヘリウムガスや空気などの気体を用いて測定する装置)を用いて算出した。また、吸湿性はカールフィッシャー水分量測定、熱重量測定から求めた。測定前には単位表面積当たり4μmolになるようにヘキサメチルジシラザンを用いて表面処理を行う。
Silica particles The silica particles have a true density of 2.1 g / cm 3 or more, desirably 2.2 g / cm 3 or more. In this specification, the true density is measured after standing for 72 hours in an atmosphere of 40 ° C. and 80% relative humidity, and then a true density meter (true density meter. An apparatus that measures using a gas such as helium gas or air). It calculated using. Hygroscopicity was determined from Karl Fischer moisture content measurement and thermogravimetry. Before the measurement, surface treatment is performed using hexamethyldisilazane so as to be 4 μmol per unit surface area.
例えば従来の製造方法であるシランを経由して製造されたシリカ粒子は真密度が2.0g/cm3かそれ以下であり、9%程度の吸湿性の値を示し、明確に識別できる。シランを経由して製造されたシリカ粒子は結晶構造が密で無いために吸湿性が高いことが推認される。ここで、後に説明する本実施形態のシリカ粒子の製造方法により製造しうるものも本実施形態のシリカ粒子の1つである。 For example, silica particles produced via silane, which is a conventional production method, have a true density of 2.0 g / cm 3 or less, exhibiting a hygroscopic value of about 9%, and can be clearly identified. It is presumed that silica particles produced via silane have high hygroscopicity because the crystal structure is not dense. Here, what can be manufactured with the manufacturing method of the silica particle of this embodiment demonstrated later is one of the silica particles of this embodiment.
本実施形態のシリカ粒子はウラン及びトリウムの含有量がそれぞれ1.0ppb以下、且つ、ナトリウム及びカリウムの含有量がそれぞれ500ppm以下である。ウラン及びトリウムの含有量はそれぞれ0.5ppb以下であることが望ましい。また、ナトリウム及びカリウムの含有量がそれぞれ250ppm以下であることが望ましい。つまり、α線の発生量とイオン性物質の存在量が制限されていることを意味する。このような範囲は特に純度の向上を行わない場合には到底達成し得ない値である。 The silica particles of this embodiment have a uranium and thorium content of 1.0 ppb or less, respectively, and a sodium and potassium content of 500 ppm or less. The contents of uranium and thorium are each desirably 0.5 ppb or less. Moreover, it is desirable that the content of sodium and potassium is 250 ppm or less, respectively. That is, it means that the generation amount of α rays and the abundance of ionic substances are limited. Such a range is a value that can hardly be achieved unless the purity is improved.
また、本実施形態のシリカ粒子は体積平均粒径が2nm〜200nmである。体積平均粒径の測定はレーザ散乱法にて測定したものである。望ましい体積平均粒径の下限として5nm、3nm、2nmが採用できる。望ましい体積平均粒径の上限として100nm、150nm、200nmが採用できる。更に一定の大きさ以上の粒子(粗粒)を含まないことが望まれる。例えば半導体デバイスの間の距離として設定される値よりも大きな粒径をもつ粗粒は含有しないことが望まれる。また、5μm以上、3μm以上、又は1μm以上の粒径をもつ粗粒が含まれないことが望ましい。本発明の製造方法を採用して得られた樹脂組成物に含まれるシリカ粒子は原理的に大きな粒径をもつ粒子を含みがたく、条件によっては全く含まないようにすることも可能である。 Moreover, the silica particle of this embodiment has a volume average particle diameter of 2 nm to 200 nm. The volume average particle size is measured by a laser scattering method. As the lower limit of the desirable volume average particle diameter, 5 nm, 3 nm, and 2 nm can be adopted. As an upper limit of a desirable volume average particle diameter, 100 nm, 150 nm, and 200 nm can be adopted. Furthermore, it is desirable that particles (coarse particles) of a certain size or larger are not included. For example, it is desirable that coarse particles having a particle size larger than a value set as a distance between semiconductor devices are not contained. Further, it is desirable that coarse particles having a particle size of 5 μm or more, 3 μm or more, or 1 μm or more are not included. In principle, the silica particles contained in the resin composition obtained by employing the production method of the present invention are unlikely to contain particles having a large particle diameter, and may be completely absent depending on conditions.
・シリカ粒子の製造方法
シリカ粒子の製造方法は上述したシリカ粒子を製造する方法である。本製造方法はアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程と水性シリカゾル形成工程とを有する。
-Manufacturing method of a silica particle The manufacturing method of a silica particle is a method of manufacturing the silica particle mentioned above. This production method includes an alkaline silicate solution production step and an aqueous silica sol formation step.
アルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程はアルカリ溶液にケイ素含有物を溶解させてアルカリ性ケイ酸塩溶液を製造する工程である。ケイ素含有物は溶解前の全体の質量を基準として5%以上残して溶解させる。5%以上残るように制御する方法としては溶解温度、溶解時間、アルカリ溶液の量などを制御することで実現できる。ケイ素含有物は金属ケイ素及びケイ素化合物の何れかである。アルカリ溶液としてはアルカリ性物質の水溶液であることが望ましい。アルカリ性物質としては揮発性の化合物を用いる(特に主成分とすることが望ましい。)ことが望ましい。例えばアンモニア、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミン、やナトリウム、カリウム、リチウム、アンモニウムからなる無機塩基化合物及び無機塩の中から選択される1以上の化合物である。アルカリ溶液のアルカリ性物質としてアンモニアを採用し、ケイ素含有物として金属ケイ素を採用する場合には、最終的に製造するシリカの質量を基準として3〜15%程度の濃度になるようにすることが望ましい。また、0.5%〜2.0%程度のアンモニアを加えることが望ましい。ケイ素含有物を溶解させるときには温度を調節することで粒径が制御できる。例えば30℃から60℃程度に制御できる。また、ここで説明した方法で製造したシリカ粒子を本工程や後述する水性シリカゾル形成工程にて添加することにより添加した粒子が種粒子になって添加した種粒子よりも大きな粒子を形成することができる。 The alkaline silicate solution production process is a process for producing an alkaline silicate solution by dissolving a silicon-containing material in an alkaline solution. The silicon-containing material is dissolved by leaving 5% or more based on the total mass before dissolution. As a method of controlling so that 5% or more remains, it can be realized by controlling the dissolution temperature, the dissolution time, the amount of the alkaline solution, and the like. The silicon-containing material is either metal silicon or a silicon compound. The alkaline solution is preferably an aqueous solution of an alkaline substance. It is desirable to use a volatile compound as the alkaline substance (especially, it is desirable to use it as a main component). For example, one or more compounds selected from ammonia, primary amines, secondary amines, tertiary amines, inorganic base compounds composed of sodium, potassium, lithium, and ammonium and inorganic salts. When ammonia is employed as the alkaline substance of the alkaline solution and metal silicon is employed as the silicon-containing material, it is desirable that the concentration be about 3 to 15% based on the mass of the silica finally produced. . Moreover, it is desirable to add about 0.5% to 2.0% ammonia. When the silicon-containing material is dissolved, the particle size can be controlled by adjusting the temperature. For example, it can be controlled to about 30 to 60 ° C. Further, by adding the silica particles produced by the method described here in this step or the aqueous silica sol formation step described later, the added particles become seed particles, which can form larger particles than the added seed particles. it can.
金属ケイ素を直接、アルカリ溶液に溶解させたり、金属ケイ素を酸素と反応させてシリカを形成した後に溶解させることができる。特に非晶質のシリカを用いた方が溶解性が向上できる。また、結晶性のシリカであっても、溶解性を向上することを目的としてアモルファス化して溶解性を向上して用いることができる。 Metallic silicon can be dissolved directly in an alkaline solution, or after reacting metallic silicon with oxygen to form silica. In particular, the use of amorphous silica can improve the solubility. Even crystalline silica can be used by improving the solubility by making it amorphous for the purpose of improving the solubility.
金属ケイ素と酸素とを反応してシリカを得る方法としては爆燃法(VMC法)と称される方法が採用できる。VMC法は比表面積が大きい(粒子状)であり且つアモルファス状のシリカを得ることができる。VMC法は、酸素を含む雰囲気中でバーナーにより化学炎を形成し、この化学炎中に金属ケイ素粉末を粉塵雲が形成される程度の量投入し、爆燃を起こして球状の酸化物粒子を得る方法である。アルミニウムの含有量について調製を行う場合には前述の精製工程においてケイ素含有物に対してアルミニウムの含有量を制御するか、本工程においてアルカリ性ケイ酸塩溶液中のアルミニウムの含有量を調整することにより行う。 As a method for obtaining silica by reacting metallic silicon and oxygen, a method called deflagration method (VMC method) can be adopted. The VMC method has a large specific surface area (particulate) and can obtain amorphous silica. In the VMC method, a chemical flame is formed by a burner in an atmosphere containing oxygen, and metal silicon powder is introduced into the chemical flame in such an amount that a dust cloud is formed, and deflagration is caused to obtain spherical oxide particles. Is the method. When preparing the aluminum content, the aluminum content is controlled with respect to the silicon-containing material in the above-described purification step, or the aluminum content in the alkaline silicate solution is adjusted in this step. Do.
金属ケイ素についてアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程に供する前に精製を行う精製工程を採用することができる。精製工程は常法を採用することが出来る。特に精製工程は金属ケイ素におけるα線源(ウラン、トリウム)の量を低減することに特に有効な工程である。精製の方法は特に限定されない。例えば、精製が容易なケイ素化合物を経由して行う方法、ゾーンメルティング法、単結晶を析出させる方法などが挙げられる。また、これらの方法を複数回行ったり、組み合わせたりすることもできる。 It is possible to employ a purification process in which metal silicon is purified before being subjected to an alkaline silicate solution production process. A conventional method can be employed for the purification step. In particular, the purification process is a particularly effective process for reducing the amount of α-ray source (uranium, thorium) in metallic silicon. The purification method is not particularly limited. For example, a method using a silicon compound that is easy to purify, a zone melting method, a method of depositing a single crystal, and the like can be mentioned. Further, these methods can be performed a plurality of times or combined.
水性シリカゾル形成工程は得られたアルカリ性ケイ酸塩溶液(アルカリ性シリカゾルを含む)から水性シリカゾルを形成する工程である。アルカリ性ケイ酸塩溶液に対して酸を添加することによりコロイドシリカが生成する。例えばpHは2〜9が好ましい。特にpH4〜7が好ましい。このpH4〜7のシリカゾルは、アルカリ性ケイ酸塩溶液を陽イオン交換樹脂又は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂で処理し、pH2〜5の酸性シリカゾルを製造した後、アルカリ金属水酸化物水溶液、アンモニア水、アミン、第4級アンモニウム水酸化物水溶液などの塩基を添加し、pHを4〜7に調整することにより製造出来る。このゾルは製造後直ちに用いることが好ましい。 The aqueous silica sol forming step is a step of forming an aqueous silica sol from the obtained alkaline silicate solution (including the alkaline silica sol). Colloidal silica is produced by adding acid to the alkaline silicate solution. For example, the pH is preferably 2-9. PH 4-7 is particularly preferable. This silica sol having a pH of 4 to 7 is prepared by treating an alkaline silicate solution with a cation exchange resin or a cation exchange resin and an anion exchange resin to produce an acidic silica sol having a pH of 2 to 5, an alkali metal hydroxide aqueous solution, It can be produced by adding a base such as aqueous ammonia, amine, or aqueous quaternary ammonium hydroxide and adjusting the pH to 4-7. This sol is preferably used immediately after production.
ここで、アルカリ性ケイ酸塩溶液中に含まれるSiO2 濃度は特に限定されないが、5〜50質量%が好ましい。そして生成したコロイダルシリカの粒子径は、BET法による比表面積又はシアーズ法による比表面積からの換算粒子径で4〜30nmにすることが例示できる。シアーズ法は、アナレティカル・ケミストリー(ANALYTICAL CHEMISTRY)第28巻第12号(1956年12月)第1981頁に説明されている様に、水酸化ナトリウムを用いた滴定による比表面積から換算される粒子径の測定方法である。 Here, the SiO 2 concentration contained in the alkaline silicate solution is not particularly limited, but is preferably 5 to 50% by mass. The particle size of the produced colloidal silica can be exemplified as 4 to 30 nm in terms of the converted particle size from the specific surface area by the BET method or the specific surface area by the Sears method. The Sears method is a particle converted from a specific surface area by titration with sodium hydroxide as described in ANALYTIC CHEMISTRY Vol. 28 No. 12 (December 1956) p. 1981. This is a diameter measurement method.
・アルミン酸の使用:えられた水性シリカゾルに対して、アルミン酸及び/又はアルミン酸塩を添加するアルミン酸添加工程を有することが出来る。アルミン酸を添加することにより水分散品としての安定性が向上する。アルミン酸及び/又はアルミン酸塩の添加はアルカリ溶液(アルミン酸アルカリ水溶液)を添加することで行うことができる。使用するアルミン酸塩としてはアルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸第4級アンモニウム、アルミン酸グアニジンなどの水溶液を用いることが出来るが、工業薬品として市販されているアルミン酸ナトリウム水溶液が特に好ましい。アルミン酸ナトリウム水溶液のNa2O/Al2O3 モル比は1.2〜2.0が好ましい。 Use of aluminate: An aluminate addition step of adding aluminate and / or aluminate to the obtained aqueous silica sol can be provided. By adding aluminate, the stability as a water-dispersed product is improved. The addition of aluminate and / or aluminate can be performed by adding an alkali solution (alkali aluminate aqueous solution). As the aluminate used, an aqueous solution of sodium aluminate, potassium aluminate, quaternary ammonium aluminate, guanidine aluminate or the like can be used, but an aqueous sodium aluminate solution commercially available as an industrial chemical is particularly preferable. The Na 2 O / Al 2 O 3 molar ratio of the aqueous sodium aluminate solution is preferably 1.2 to 2.0.
シリカゾルへのアルミン酸アルカリ水溶液の添加はpH2〜9にした上で、攪拌下に0〜80℃、好ましくは5〜60℃で行なうことが出来る。攪拌はサタケ式、ファウドラー式、ディスパー型攪拌機、ホモミキサーなどにより行なうことが出来るが、攪拌速度は強い方が好ましい。添加するアルミン酸アルカリ水溶液はAl2 O3 濃度0.5〜10重量%で用いるのが好ましい。アルミン酸アルカリ水溶液の添加時間は長くても差しつかえないが、通常10分以内がよい。 Addition of the alkali aluminate aqueous solution to the silica sol can be performed at 0 to 80 ° C., preferably 5 to 60 ° C. with stirring after adjusting the pH to 2 to 9. Stirring can be performed by a Satake type, a Faudler type, a Disper type stirrer, a homomixer, or the like, but a stronger stirring speed is preferred. The alkali aluminate aqueous solution to be added is preferably used at an Al 2 O 3 concentration of 0.5 to 10% by weight. Although the addition time of the alkali aluminate aqueous solution may be long, it is usually within 10 minutes.
シリカゾルに対するアルミン酸アルカリ水溶液(例えばアルミン酸アンモニウム水溶液)の添加量は、添加後のシリカゾルのAl2O3 /SiO2 モル比で0.0006を越えるが、0.004以下が好ましい。特に0.0008を越えるが、0.004以下が好ましい。得られるシリカゾルはpHが5〜11であり、6〜10が好ましい。 The amount of alkali aluminate aqueous solution (for example, ammonium aluminate aqueous solution) added to the silica sol exceeds 0.0006 in terms of the Al 2 O 3 / SiO 2 molar ratio of the silica sol after the addition, but is preferably 0.004 or less. In particular, it exceeds 0.0008 but is preferably 0.004 or less. The silica sol obtained has a pH of 5-11, preferably 6-10.
得たシリカゾルを加熱処理する工程を有することが望ましく、加熱温度は80〜250℃、特に100〜200℃が好ましい。加熱時間は0.5〜20時間が好ましい。この加熱にはSUS製やガラス製の装置及び加圧装置を使用することが出来る。 It is desirable to have the process of heat-processing the obtained silica sol, and heating temperature is 80-250 degreeC, Especially 100-200 degreeC is preferable. The heating time is preferably 0.5 to 20 hours. For this heating, a SUS or glass device and a pressurizing device can be used.
更にシリカゾルについて、陽イオン交換樹脂又は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との接触を行うことが可能であり、その時の温度は0〜60℃で使用できるが、特に5〜50℃が好ましい。陽イオン交換樹脂としては水素型強酸性陽イオン交換樹脂が好ましく、市販の工業製品として容易に入手される。その例としては商品名アンバーライトIR−120Bが挙げられる。陰イオン交換樹脂としては水酸基型強塩基性陰イオン交換樹脂が好ましく、市販の工業製品として容易に入手される。その例としては商品名アンバーライトIRA−410が挙げられる。 Furthermore, about silica sol, it is possible to contact a cation exchange resin or a cation exchange resin and an anion exchange resin, and the temperature at that time can be used at 0-60 degreeC, However, 5-50 degreeC is especially preferable. The cation exchange resin is preferably a hydrogen-type strongly acidic cation exchange resin, and is easily obtained as a commercial industrial product. As an example, the trade name Amberlite IR-120B can be mentioned. As the anion exchange resin, a hydroxyl type strongly basic anion exchange resin is preferable, and it is easily obtained as a commercial industrial product. An example of this is the trade name Amberlite IRA-410.
このシリカゾルとイオン交換樹脂との接触は、イオン交換樹脂を充填したカラム中にシリカゾルを通液させることにより好ましく行なうことが出来、シリカゾルのカラムを通過させる速度は1時間当りの空間速度1〜10程度が好ましい。シリカゾルと陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂との接触においては、はじめに陽イオン交換樹脂と接触し、次いで陰イオン交換樹脂と接触するのが好ましく、このシリカゾルを再び陽イオン交換樹脂と接触させると更に好ましい。 The contact between the silica sol and the ion exchange resin can be preferably performed by passing the silica sol through a column filled with the ion exchange resin, and the speed of passing the silica sol through the column is 1 to 10 space velocity per hour. The degree is preferred. In the contact of the silica sol with the cation exchange resin and the anion exchange resin, it is preferable that the silica sol is first contacted with the cation exchange resin, and then contacted with the anion exchange resin. Further preferred.
イオン交換樹脂との接触に当たり、得られたシリカゾルを希釈せず、そのままのSiO2濃度で通液することが出来るが、希釈して通液した場合や、得られたシリカゾルのSiO2濃度が低下した場合には、蒸発法や微細多孔性膜を用いる方法などの方法で濃縮することによりSiO2濃度を高めることが出来る。イオン交換樹脂への接触により得られた酸性シリカゾルのpHは2〜5である。 It strikes the contact of the ion exchange resins, without diluting the resulting silica sol, but intact SiO 2 concentration can be liquid permeation, and if you passed is diluted, is SiO 2 concentration of the resulting silica sol decreased In such a case, the SiO 2 concentration can be increased by concentration by a method such as an evaporation method or a method using a microporous film. The pH of the acidic silica sol obtained by contact with the ion exchange resin is 2-5.
・表面処理工程
表面処理工程は、上述の方法にて得られたシリカ粒子に対して、式(1):−OSiX1X2X3で表される官能基と、式(2):−OSiY1Y2Y3で表される官能基とが表面に結合した表面改質シリカ粒子を得る工程である。以下、式(1)で表される官能基を第1の官能基と呼び、式(2)で表される官能基を第2の官能基と呼ぶ。
Surface treatment step surface treatment process, the silica particles obtained by the above-mentioned method, the formula (1): - a functional group represented by OSiX 1 X 2 X 3, formula (2): - OSiY This is a step of obtaining surface-modified silica particles in which a functional group represented by 1 Y 2 Y 3 is bonded to the surface. Hereinafter, the functional group represented by the formula (1) is referred to as a first functional group, and the functional group represented by the formula (2) is referred to as a second functional group.
第1の官能基におけるX1は、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基である。X2、X3は、それぞれ、−OSiR3又は−OSiY4Y5Y6である。Y4はRである。Y5、Y6は、それぞれ、R又は−OSiR3である。 X 1 in the first functional group is a phenyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, amino group, ureido group, mercapto group, isocyanate group, or acrylic group. X 2 and X 3 are —OSiR 3 or —OSiY 4 Y 5 Y 6 , respectively. Y 4 is R. Y 5 and Y 6 are each R or —OSiR 3 .
第2の官能基におけるY1はRである。Y2、Y3は、それぞれ、−OSiR3又は−OSiY4Y5Y6である。 Y 1 in the second functional group is R. Y 2 and Y 3 are each —OSiR 3 or —OSiY 4 Y 5 Y 6 .
第1の官能基および第2の官能基に含まれる−OSiR3が多い程、表面改質シリカ粒子の表面にRを多く持つ。第1の官能基および第2の官能基に含まれるR(炭素数1〜3のアルキル基)が多い程、本発明の表面改質シリカ粒子は凝集し難い。 The more —OSiR 3 contained in the first functional group and the second functional group, the more R on the surface of the surface-modified silica particles. The more R (alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) contained in the first functional group and the second functional group, the less the surface-modified silica particles of the present invention are aggregated.
第1の官能基に関していえば、X2、X3がそれぞれ−OSiR3である場合に、Rの数が最小となる。また、X2およびX3がそれぞれ−OSiY4Y5Y6であり、かつ、Y5、Y6がそれぞれ−OSiR3である場合に、Rの数が最大となる。 Regarding the first functional group, when X 2 and X 3 are each —OSiR 3 , the number of R is minimized. Further, X 2 and X 3 is -OSiY 4 Y 5 Y 6, respectively, and, if Y 5, Y 6 is -OSiR 3 respectively, the number of R is maximized.
第2の官能基に関していえば、Y2、Y3がそれぞれ−OSiR3である場合に、Rの数が最小となる。また、Y2およびY3がそれぞれ−OSiY4Y5Y6であり、かつ、Y5、Y6がそれぞれ−OSiR3である場合に、Rの数が最大となる。 Regarding the second functional group, when Y 2 and Y 3 are each —OSiR 3 , the number of R is minimized. Further, Y 2 and Y 3 are -OSiY 4 Y 5 Y 6, respectively, and, if Y 5, Y 6 is -OSiR 3 respectively, the number of R is maximized.
第1の官能基に含まれるX1の数、第1の官能基に含まれるRの数、第2の官能基に含まれるRの数は、RとX1との存在数比や、表面改質シリカ粒子の粒径や用途に応じて適宜設定すれば良い。 The number of X 1 contained in the first functional group, the number of R contained in the first functional group, and the number of R contained in the second functional group are the abundance ratio between R and X 1 , the surface What is necessary is just to set suitably according to the particle size and use of a modified silica particle.
なお、X2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかは、隣接する官能基のX2、X3、Y2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合しても良い。例えば、第1の官能基のX2、X3、Y5、及びY6の何れかが、この第1の官能基に隣接する第1の官能基のX2、X3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合していても良い。同様に、第2の官能基のY2、Y3、Y5、及びY6の何れかが、この第2の官能基に隣接する第2の官能基のY2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合していても良い。さらには、第1の官能基のX2、X3、Y5、及びY6の何れかが、この第1の官能基に隣接する第2の官能基のY2、Y3、Y5、及びY6の何れかと−O−にて結合していても良い。 Incidentally, X 2, X 3, Y 2, Y 3, Y 5, and any of Y 6, X 2 of the adjacent functionality, X 3, Y 2, Y 3, Y 5, and any Y 6 You may combine with heel -O-. For example, any one of the first functional group X 2 , X 3 , Y 5 , and Y 6 is the first functional group adjacent to the first functional group X 2 , X 3 , Y 5 , and It may be bonded to any of Y 6 by —O—. Similarly, any of Y 2 , Y 3 , Y 5 , and Y 6 of the second functional group is replaced with Y 2 , Y 3 , Y 5 , Y 2 of the second functional group adjacent to the second functional group. And Y 6 may be bonded to each other by —O—. Furthermore, any one of the first functional groups X 2 , X 3 , Y 5 , and Y 6 is the second functional group adjacent to the first functional group, Y 2 , Y 3 , Y 5 , And Y 6 may be bonded to each other by —O—.
本発明の表面改質シリカ粒子において、第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60であれば、表面改質シリカ粒子の表面にX1とRとがバランス良く存在する。このため、第1の官能基と第2の官能基との存在数比が1:12〜1:60である表面改質シリカ粒子は、樹脂に対する親和性および凝集抑制効果に特に優れる。また、X1が表面改質シリカ粒子の単位表面積(nm2)あたり0.5〜2.5個であれば、表面改質シリカ粒子の表面に充分な数の第1の官能基が結合し、第1の官能基および第2の官能基に由来するRもまた充分な数存在する。したがってこの場合にも、樹脂に対する親和性および表面改質シリカ粒子の凝集抑制効果が充分に発揮される。 In the surface-modified silica particles of the present invention, if the ratio of the number of the first functional group and the second functional group is 1:12 to 1:60, X 1 and R are present on the surface of the surface-modified silica particles. Exist in a well-balanced manner. For this reason, the surface-modified silica particles having an abundance ratio of the first functional group to the second functional group of 1:12 to 1:60 are particularly excellent in the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect. Further, when X 1 is 0.5 to 2.5 per unit surface area (nm 2 ) of the surface-modified silica particles, a sufficient number of first functional groups are bonded to the surface of the surface-modified silica particles. There are also a sufficient number of R derived from the first functional group and the second functional group. Therefore, also in this case, the affinity for the resin and the effect of suppressing aggregation of the surface-modified silica particles are sufficiently exhibited.
何れの場合にも、表面改質シリカ粒子の単位表面積(nm2)あたりのRは、1個〜10個であるのが好ましい。この場合には、表面改質シリカ粒子の表面に存在するX1の数とRの数とのバランスが良くなり、樹脂に対する親和性および表面改質シリカ粒子の凝集抑制効果との両方がバランス良く発揮される。 In any case, R per unit surface area (nm 2 ) of the surface-modified silica particles is preferably 1 to 10. In this case, the balance between the number of X 1 and the number of R existing on the surface of the surface-modified silica particles is improved, and both the affinity for the resin and the aggregation suppressing effect of the surface-modified silica particles are well balanced. Demonstrated.
本発明の表面改質シリカ粒子においては、シリカ粒子の表面に存在していた水酸基の全部が第1の官能基または第2の官能基で置換されているのが好ましい。第1の官能基と第2の官能基との和が、表面改質シリカ粒子の単位表面積(nm2)あたり2.0個以上であれば、本発明の表面改質シリカ粒子において、シリカ粒子の表面に存在していた水酸基のほぼ全部が第1の官能基または第2の官能基で置換されているといえる。 In the surface-modified silica particles of the present invention, it is preferable that all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are substituted with the first functional group or the second functional group. If the sum of the first functional group and the second functional group is 2.0 or more per unit surface area (nm 2 ) of the surface-modified silica particles, the silica particles in the surface-modified silica particles of the present invention It can be said that almost all of the hydroxyl groups present on the surface of the surface are substituted with the first functional group or the second functional group.
本発明の表面改質シリカ粒子は、表面にRを持つ。これは、赤外線吸収スペクトルによって確認できる。詳しくは、本発明の表面改質シリカ粒子の赤外線吸収スペクトルを固体拡散反射法で測定すると、2962±2cm−1にC−H伸縮振動の極大吸収がある。 The surface-modified silica particles of the present invention have R on the surface. This can be confirmed by an infrared absorption spectrum. Specifically, when the infrared absorption spectrum of the surface-modified silica particles of the present invention is measured by a solid diffuse reflection method, there is a maximum absorption of C—H stretching vibration at 2962 ± 2 cm −1 .
また、上述したように本発明の表面改質シリカ粒子は凝集し難い。 Further, as described above, the surface-modified silica particles of the present invention are hardly aggregated.
なお、本発明の表面改質シリカ粒子は、例え僅かに凝集した場合にも、超音波処理することによって再度分散可能である。詳しくは、本発明の表面改質シリカ粒子をメチルエチルケトンに分散させたものに、発振周波数39kHz、出力500Wの超音波を照射することで、本発明の表面改質シリカ粒子を実質的に一次粒子にまで分散できる。このときの超音波照射時間は10分間以下で良い。本発明の表面改質シリカ粒子が一次粒子にまで分散したか否かは、粒度分布を測定することで確認できる。詳しくは、この表面改質シリカ粒子のメチルエチルケトン分散材料をマイクロトラック装置等の粒度分布測定装置で測定し、表面改質シリカ粒子の粒度分布があれば、本発明の表面改質シリカ粒子が一次粒子にまで分散したといえる。 Note that the surface-modified silica particles of the present invention can be dispersed again by ultrasonic treatment even if they are slightly aggregated. Specifically, the surface-modified silica particles of the present invention are substantially converted into primary particles by irradiating the surface-modified silica particles of the present invention dispersed in methyl ethyl ketone with ultrasonic waves having an oscillation frequency of 39 kHz and an output of 500 W. Can be dispersed. The ultrasonic irradiation time at this time may be 10 minutes or less. Whether or not the surface-modified silica particles of the present invention are dispersed to primary particles can be confirmed by measuring the particle size distribution. Specifically, the surface-modified silica particles of the present invention are primary particles if the surface-modified silica particles are measured with a particle size distribution measuring device such as a microtrack device and the surface-modified silica particles have a particle size distribution. It can be said that it was even distributed.
本発明の表面改質シリカ粒子は、凝集し難いため、水やアルコール等の液状媒体に分散されていない表面改質シリカ粒子として提供できる。この場合、液状媒体の持ち込みがないために、樹脂材料用のフィラーとして好ましく用いられる。 Since the surface-modified silica particles of the present invention hardly aggregate, they can be provided as surface-modified silica particles that are not dispersed in a liquid medium such as water or alcohol. In this case, since no liquid medium is brought in, it is preferably used as a filler for a resin material.
また、本発明の表面改質シリカ粒子は凝集し難いために、水で容易に洗浄できる。このため、本発明の表面改質シリカ粒子は、電子部品用の表面改質シリカ粒子に適用できる。 Moreover, since the surface-modified silica particles of the present invention hardly aggregate, they can be easily washed with water. For this reason, the surface-modified silica particles of the present invention can be applied to surface-modified silica particles for electronic parts.
本発明の表面改質シリカ粒子の製造方法は、水を含む液状媒体中で、シランカップリング剤およびオルガノシラザンによってシリカ粒子を表面処理する工程(表面処理工程)を持つ。シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基(すなわち上記のX1)とを持つ。 The method for producing surface-modified silica particles of the present invention has a step (surface treatment step) of subjecting silica particles to surface treatment with a silane coupling agent and organosilazane in a liquid medium containing water. The silane coupling agent has three alkoxy groups and a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group (that is, X 1 described above).
シランカップリング剤で表面処理することで、シリカ粒子の表面に存在する水酸基がシランカップリング剤に由来する官能基で置換される。シランカップリング剤に由来する官能基は式(3);−OSiX1X4X5で表される。式(3)で表される官能基を第3の官能基と呼ぶ。第3の官能基におけるX1は式(1)で表される官能基におけるX1と同じである。X4、X5は、それぞれ、アルキコキシ基である。オルガノシラザンで表面処理することで、第3の官能基のX4、X5がオルガノシラザンに由来する−OSiY1Y2Y3(式(2)で表される官能基、第2の官能基)で置換される。シリカ粒子の表面に存在する水酸基の全てが第3の官能基で置換されていない場合には、シリカ粒子の表面に残存する水酸基が第2の官能基で置換される。このため、表面処理された表面改質シリカ粒子の表面には、式(1):−OSiX1X2X3で表される官能基(すなわち第1の官能基)と、式(2):−OSiY1Y2Y3で表される官能基と(すなわち第2の官能基)が結合する。なお、シランカップリング剤とオルガノシラザンとのモル比は、シランカップリング剤:オルガノシラザン=1:2〜1:10であるため、得られた表面改質シリカ粒子における第1の官能基と第2の官能基との存在数比は理論上1:12〜1:60となる。 By performing the surface treatment with the silane coupling agent, the hydroxyl group present on the surface of the silica particles is substituted with a functional group derived from the silane coupling agent. The functional group derived from the silane coupling agent is represented by the formula (3); —OSiX 1 X 4 X 5 . The functional group represented by the formula (3) is referred to as a third functional group. X 1 in the third functional group is the same as X 1 in the functional group represented by the formula (1). X 4 and X 5 are each an alkoxy group. By surface-treating with organosilazane, the third functional group X 4 and X 5 are derived from organosilazane —OSiY 1 Y 2 Y 3 (the functional group represented by the formula (2), the second functional group ). When all of the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the third functional group, the hydroxyl groups remaining on the surface of the silica particles are substituted with the second functional group. Therefore, on the surface of the surface-modified surface-modified silica particles, the functional group represented by the formula (1): —OSiX 1 X 2 X 3 (that is, the first functional group) and the formula (2): The functional group represented by —OSiY 1 Y 2 Y 3 is bonded to the functional group (that is, the second functional group). In addition, since the molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is silane coupling agent: organosilazane = 1: 2 to 1:10, the first functional group and the first functional group in the obtained surface-modified silica particles. The abundance ratio with the functional group of 2 is theoretically from 1:12 to 1:60.
表面処理工程においては、シリカ粒子をシランカップリング剤及びオルガノシラザンで同時に表面処理しても良い。または、先ずシリカ粒子をシランカップリング剤で表面処理し、次いでオルガノシラザンで表面処理しても良い。または、先ずシリカ粒子をオルガノシラザンで表面処理し、次いでシランカップリング剤で表面処理し、さらにその後にオルガノシラザンで表面処理しても良い。何れの場合にも、シリカ粒子の表面に存在する水酸基全てが第2の官能基で置換されないように、オルガノシラザンの量を調整すれば良い。なお、シリカ粒子の表面に存在する水酸基は、全てが第3の官能基で置換されても良いし、一部のみが第3の官能基で置換され、他の部分が第2の官能基で置換されても良い。第3の官能基に含まれるX4、X5は、全て第2の官能基で置換されるのが良い。 In the surface treatment step, the silica particles may be simultaneously surface treated with a silane coupling agent and an organosilazane. Alternatively, the silica particles may first be surface treated with a silane coupling agent and then surface treated with organosilazane. Alternatively, the silica particles may be first surface treated with organosilazane, then surface treated with a silane coupling agent, and then surface treated with organosilazane. In any case, the amount of organosilazane may be adjusted so that all the hydroxyl groups present on the surface of the silica particles are not substituted with the second functional group. The hydroxyl groups present on the surface of the silica particles may all be substituted with the third functional group, or only a part may be substituted with the third functional group, and the other part may be substituted with the second functional group. It may be replaced. All of X 4 and X 5 contained in the third functional group may be substituted with the second functional group.
なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤で置き換えても良い。第2のシランカップリング剤としては、3つのアルコキシ基と、1つのアルキル基とを持つものを用いることができる。この場合には、第3の官能基に含まれるX4、X5が、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。第4の官能基は式(4);−OSiY1X6X7で表される。Y1は第2の官能基におけるY1と同じRであり、X6、X7はそれぞれアルコキシ基または水酸基である。第4の官能基に含まれるX6、X7は、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、または、別の第4の官能基で置換される。この場合には、表面改質シリカ粒子の表面に存在するRの量をさらに多くする事ができる。なお、オルガノシラザンの一部を、第2のシランカップリング剤に置き換える場合、第2のシランカップリング剤で表面処理した後に、再度オルガノシラザンで表面処理する必要がある。第4の官能基に含まれるX6、X7を、最終的にはオルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換するためである。 A part of organosilazane may be replaced with the second silane coupling agent. As the second silane coupling agent, one having three alkoxy groups and one alkyl group can be used. In this case, X 4 and X 5 contained in the third functional group are substituted with the fourth functional group derived from the second silane coupling agent. The fourth functional group has the formula (4); - represented by OSiY 1 X 6 X 7. Y 1 is the same R as Y 1 in the second functional group, X 6, X 7 is an alkoxy group or a hydroxyl group, respectively. X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are substituted with the second functional group derived from organosilazane, or are substituted with another fourth functional group. In this case, the amount of R present on the surface of the surface-modified silica particles can be further increased. When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, it is necessary to surface-treat with the organosilazane again after the surface treatment with the second silane coupling agent. This is because X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are finally substituted with the second functional group derived from organosilazane.
オルガノシラザンの一部を第2のシランカップリング剤で置き換える場合、上述した第1の官能基に含まれるX4、X5は、オルガノシラザンに由来する第2の官能基で置換されるか、第2のシランカップリング剤に由来する第4の官能基で置換される。X4、X5が第4の官能基で置換された場合、第4の官能基に含まれるX6、X7は、第2の官能基で置換されるか、別の第4の官能基によって置換される。第4の官能基に含まれるX6、X7が別の第4の官能基によって置換された場合、第4の官能基に含まれるX6、X7は、第2の官能基で置換される。このため第2のシランカップリング剤は、第1のカップリング剤及びオルガノシラザンのみで表面処理する場合(オルガノシラザンを第2のシランカップリング剤で置き換えなかった場合)に設定されるオルガノシラザンの量(a)molに対して、最大限5a/3mol置き換えることができる。この場合に必要になるオルガノシラザンの量は、8a/3molである。 When a part of the organosilazane is replaced with the second silane coupling agent, X 4 and X 5 contained in the first functional group described above are substituted with the second functional group derived from the organosilazane, Substitution with a fourth functional group derived from the second silane coupling agent. When X 4 and X 5 are substituted with the fourth functional group, X 6 and X 7 contained in the fourth functional group are substituted with the second functional group or another fourth functional group. Is replaced by If X 6, X 7 contained in the fourth functional group has been replaced by another fourth functional group, X 6, X 7 contained in the fourth functional groups is substituted with the second functional group The For this reason, the second silane coupling agent is an organosilazane set when the surface treatment is performed only with the first coupling agent and organosilazane (when the organosilazane is not replaced with the second silane coupling agent). A maximum of 5a / 3 mol can be substituted for the amount (a) mol. The amount of organosilazane required in this case is 8a / 3 mol.
シランカップリング剤および第2のシランカップリング剤のアルコキシ基は特に限定しないが、比較的炭素数の小さなものが好ましく、炭素数1〜12であることが好ましい。アルコキシ基の加水分解性を考慮すると、アルコキシ基はメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基の何れかであることがより好ましい。 The alkoxy groups of the silane coupling agent and the second silane coupling agent are not particularly limited, but those having a relatively small carbon number are preferred, and those having 1 to 12 carbon atoms are preferred. Considering the hydrolyzability of the alkoxy group, the alkoxy group is more preferably any one of a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group.
シランカップリング剤として、具体的には、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2−(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、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。 Specific examples of silane coupling agents include phenyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, N-phenyl-3 -Aminopropyltrimethoxysilane.
オルガノシラザンとしては、シリカ粒子の表面に存在する水酸基およびシランカップリング剤に由来するアルコキシ基を、上述した第2の官能基で置換できるものであれば良いが、分子量の小さなものを用いるのが好ましい。具体的には、テトラメチルジシラザン、ヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシラザン等が挙げられる。 Any organosilazane may be used as long as it can replace the hydroxyl group present on the surface of the silica particles and the alkoxy group derived from the silane coupling agent with the second functional group described above. preferable. Specific examples include tetramethyldisilazane, hexamethyldisilazane, pentamethyldisilazane, and the like.
第2のシランカップリング剤としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、n−プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン等が挙げられる。 Examples of the second silane coupling agent include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, and hexyltriethoxysilane.
なお、表面処理工程において、シランカップリング剤の重合や第2のシランカップリング剤の重合を抑制するため、重合禁止剤を加えても良い。重合禁止剤としては、3,5−ジブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)、p−メトキシフェノール(メトキノン)等の一般的なものを用いることができる。 In the surface treatment step, a polymerization inhibitor may be added in order to suppress polymerization of the silane coupling agent or polymerization of the second silane coupling agent. As the polymerization inhibitor, common ones such as 3,5-dibutyl-4-hydroxytoluene (BHT) and p-methoxyphenol (methoquinone) can be used.
本発明の表面改質シリカ粒子の製造方法は、表面処理工程後に固形化工程を備えても良い。固形化工程は、表面処理後の表面改質シリカ粒子を鉱酸で沈殿させ、沈殿物を水で洗浄・乾燥して、表面改質シリカ粒子の固形物を得る工程である。上述したように、一般的なシリカ粒子は非常に凝集し易いため、一旦固形化したシリカ粒子を再度分散するのは非常に困難である。しかし、本発明の表面改質シリカ粒子は凝集し難いため、固形化しても凝集し難く、また、例え凝集しても再分散し易い。なお、上述したように、表面改質シリカ粒子を水で洗浄することで、電子部品等の用途に用いられる表面改質シリカ粒子を容易に製造できる。なお、洗浄工程においては、表面改質シリカ粒子の抽出水(詳しくは、シリカ粒子を121℃で24時間浸漬した水)の電気伝導度が50μS/cm以下となるまで、洗浄を繰り返すのが好ましい。 The method for producing surface-modified silica particles of the present invention may include a solidification step after the surface treatment step. The solidification step is a step of precipitating the surface-modified silica particles after the surface treatment with a mineral acid and washing and drying the precipitate with water to obtain a solid of the surface-modified silica particles. As described above, since general silica particles are very likely to aggregate, it is very difficult to disperse once solidified silica particles. However, since the surface-modified silica particles of the present invention are difficult to aggregate, they are difficult to aggregate even when solidified, and are easily redispersed even if aggregated. In addition, as above-mentioned, the surface modification silica particle used for uses, such as an electronic component, can be easily manufactured by wash | cleaning the surface modification silica particle with water. In the cleaning step, it is preferable to repeat the cleaning until the electrical conductivity of the water extracted from the surface-modified silica particles (specifically, the water in which the silica particles are immersed at 121 ° C. for 24 hours) is 50 μS / cm or less. .
固形化工程で用いる鉱酸としては塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などが例示でき、特に塩酸が望ましい。鉱酸はそのまま用いても良いが、鉱酸水溶液として用いるのが好ましい。鉱酸水溶液における鉱酸の濃度は0.1質量%以上が望ましく、0.5質量%以上が更に望ましい。鉱酸水溶液の量は、洗浄対象である表面改質シリカ粒子の質量を基準として6〜12倍程度にすることができる。 Examples of the mineral acid used in the solidification step include hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, and hydrochloric acid is particularly desirable. The mineral acid may be used as it is, but is preferably used as a mineral acid aqueous solution. The concentration of the mineral acid in the aqueous mineral acid solution is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.5% by mass or more. The amount of the mineral acid aqueous solution can be about 6 to 12 times based on the mass of the surface-modified silica particles to be cleaned.
鉱酸水溶液による洗浄は複数回数行うことも可能である。鉱酸水溶液による洗浄は表面改質シリカ粒子を鉱酸水溶液に浸漬後、撹拌することが望ましい。また、浸漬した状態で1時間から24時間、更には72時間程度放置することができる。放置する際には撹拌を継続することもできるし、撹拌しないこともできる。鉱酸含有液中にて洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。 The cleaning with the mineral acid aqueous solution can be performed a plurality of times. The washing with the mineral acid aqueous solution is preferably performed after the surface-modified silica particles are immersed in the mineral acid aqueous solution. Further, it can be left in the immersed state for 1 to 24 hours, and further for about 72 hours. When it is allowed to stand, stirring can be continued or not stirred. When washing in the mineral acid-containing liquid, it can be heated to room temperature or higher.
その後、洗浄して懸濁させた表面改質シリカ粒子をろ取した後、水にて洗浄する。使用する水はアルカリ金属などのイオンを含まない(例えば質量基準で1ppm以下)ことが望ましい。例えば、イオン交換水、蒸留水、純水などである。水による洗浄は鉱酸水溶液による洗浄と同じく、表面改質シリカ粒子を分散、懸濁させた後、ろ過することもできるし、ろ取した表面改質シリカ粒子に対して水を継続的に通過させることによっても可能である。水による洗浄の終了時期は、上述した抽出水の電気伝導度で判断しても良いし、表面改質シリカ粒子を洗浄した後の排水中のアルカリ金属濃度が1ppm以下になった時点としても良いし、抽出水のアルカリ金属濃度が5ppm以下になった時点としても良い。なお、水で洗浄する際には常温以上に加熱することもできる。 Thereafter, the surface-modified silica particles washed and suspended are collected by filtration and then washed with water. It is desirable that the water used does not contain ions such as alkali metals (for example, 1 ppm or less on a mass basis). For example, ion exchange water, distilled water, pure water and the like. Washing with water is the same as washing with an aqueous mineral acid solution. Surface-modified silica particles can be dispersed and suspended, and then filtered, or water can be continuously passed through the filtered surface-modified silica particles. This is also possible. The end of washing with water may be determined based on the electrical conductivity of the extracted water described above, or may be the time when the alkali metal concentration in the wastewater after washing the surface-modified silica particles becomes 1 ppm or less. And it is good also as the time of the alkali metal concentration of extraction water becoming 5 ppm or less. When washing with water, it can be heated to a room temperature or higher.
表面改質シリカ粒子の乾燥は、常法により行うことができる。例えば、加熱や、減圧(真空)下に放置する等である。 The surface-modified silica particles can be dried by a conventional method. For example, heating or leaving under reduced pressure (vacuum).
乾燥以外で表面改質シリカ粒子を脱水する方法として、含水している表面改質シリカ粒子に対して、水よりも沸点が高い水系有機溶媒を添加後、その水系有機溶媒に溶解可能な混合材料を混合し、水を除去する方法を用いることができる。水系有機溶媒としてはプロピレングリコールモノメチルエーテル(プロピレングリコール−1−メチルエーテル、沸点119℃程度;プロピレングリコール−2−メチルエーテル、沸点130℃程度)、ブタノール(沸点117.7℃)、N−メチル−2−ピロリドン(沸点204℃程度)、γ−ブチロラクトン(沸点204℃程度)などが例示できる。 As a method of dehydrating the surface-modified silica particles other than drying, a mixed material that can be dissolved in the aqueous organic solvent after adding an aqueous organic solvent having a boiling point higher than that of water to the surface-modified silica particles that contain water Can be used to remove water. Examples of aqueous organic solvents include propylene glycol monomethyl ether (propylene glycol-1-methyl ether, boiling point of about 119 ° C .; propylene glycol-2-methyl ether, boiling point of about 130 ° C.), butanol (boiling point of 117.7 ° C.), N-methyl- Examples include 2-pyrrolidone (boiling point of about 204 ° C.) and γ-butyrolactone (boiling point of about 204 ° C.).
混合材料は、水系有機溶媒よりも沸点が高い有機化合物である。沸点が水系有機溶媒及び水よりも高いので、最終的に表面改質シリカ粒子と共に残存することになる。混合材料はそのまま、又は、反応することで高分子にすることもできる。混合材料は、表面改質シリカ粒子を分散するマトリクスを形成することもできる。混合材料は、含水した表面改質シリカ粒子に対して水系有機溶媒を添加した状態で、分散乃至溶解できる化合物である。混合材料は高分子であっても低分子であっても良い。混合材料は、エポキシ基、オキセタン基、水酸基、ブロックされたイソシアネート基、アミノ基、ハーフエステル基、アミック基、カルボキシ基、及び炭素-炭素二重結合基を化学構造中に有することが望ましい。これらの官能基は好適な反応条件を設定することで互いに結合可能な官能基(重合性官能基)であり、混合材料の分子量を向上できる。好適な反応条件としては単純に加熱や光照射を行ったり、熱や光照射によりラジカルやイオン(アニオン、カチオン)などの反応性種を生成したり、それらの官能基間を結合する反応開始剤(重合開始剤)を添加して加熱や光照射を行うことなどである。重合反応に際して必要な化合物を硬化剤として添加したり、その反応に対する触媒を添加することもできる。 The mixed material is an organic compound having a boiling point higher than that of the aqueous organic solvent. Since the boiling point is higher than that of the water-based organic solvent and water, it finally remains together with the surface-modified silica particles. The mixed material can be made into a polymer as it is or by reacting. The mixed material can also form a matrix in which the surface modified silica particles are dispersed. The mixed material is a compound that can be dispersed or dissolved in a state in which an aqueous organic solvent is added to the surface-modified silica particles containing water. The mixed material may be a polymer or a low molecule. The mixed material desirably has an epoxy group, an oxetane group, a hydroxyl group, a blocked isocyanate group, an amino group, a half ester group, an amic group, a carboxy group, and a carbon-carbon double bond group in the chemical structure. These functional groups are functional groups (polymerizable functional groups) that can be bonded to each other by setting suitable reaction conditions, and the molecular weight of the mixed material can be improved. Suitable reaction conditions include simple heating and light irradiation, generation of reactive species such as radicals and ions (anions and cations) by heat and light irradiation, and a reaction initiator that binds between these functional groups. (Polymerization initiator) is added and heating or light irradiation is performed. A compound necessary for the polymerization reaction can be added as a curing agent, or a catalyst for the reaction can be added.
混合材料としては重合により高分子材料を形成する単量体や、上述したような重合性官能基により修飾した高分子材料が好ましいものとして挙げられる。例えば、硬化前の、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などのプレポリマーが好適である。 Preferred examples of the mixed material include a monomer that forms a polymer material by polymerization and a polymer material modified with a polymerizable functional group as described above. For example, a prepolymer such as an epoxy resin, an acrylic resin, or a urethane resin before curing is suitable.
水(更には水系有機溶媒も)を除去することで、混合材料中に表面改質シリカ粒子が混合乃至分散した状態とすることができる。 By removing water (and also an aqueous organic solvent), the surface-modified silica particles can be mixed or dispersed in the mixed material.
(フィラー含有組成物)
本実施形態のフィラー含有組成物は上述の表面改質シリカ粒子と樹脂材料(及び/又は樹脂材料前駆体、以下「樹脂材料等」と記載する)とを混合したものである。表面改質シリカ粒子と樹脂材料等との混合比は特に限定しないが、表面改質シリカ粒子の量が多い方が熱的安定性に優れたものになる。
(Filler-containing composition)
The filler-containing composition of the present embodiment is a mixture of the above-described surface-modified silica particles and a resin material (and / or a resin material precursor, hereinafter referred to as “resin material or the like”). The mixing ratio between the surface-modified silica particles and the resin material is not particularly limited, but the larger the amount of the surface-modified silica particles, the better the thermal stability.
更に上述の表面改質シリカ粒子は球形度が高いため樹脂材料等中への充填性が高く、金属材料の含有量、Na、Kなどのイオン性物質の量などを好適に制御することが容易なため水による抽出物により電気伝導性を示すことがなくなり電子機器に好適に用いることができる。 Furthermore, since the above-mentioned surface-modified silica particles have high sphericity, they have high filling properties in resin materials and the like, and it is easy to suitably control the content of metal materials and the amount of ionic substances such as Na and K. Therefore, the water extract does not exhibit electrical conductivity and can be suitably used for electronic equipment.
樹脂材料等は何らかの条件下で硬化可能な組成物である。例えば、プレポリマーと硬化剤との混合物である。硬化剤は硬化直前に混合しても良い。樹脂材料等としてはその種類は特に限定しない。例えば、エポキシ基、オキセタン基、水酸基、ブロックされたイソシアネート基、アミノ基、ハーフエステル基、アミック基、カルボキシ基及び炭素-炭素二重結合基を化学構造中に有することが望ましい。これらの官能基は好適な反応条件を設定することで互いに結合可能な官能基(重合性官能基)であり、適正な反応条件を選択することにより樹脂材料等を硬化させることができる。硬化させるための好適な反応条件としては単純に加熱や光照射を行ったり、熱や光照射によりラジカルやイオン(アニオン、カチオン)などの反応性種を生成したり、それらの官能基間を結合する反応開始剤(重合開始剤)を添加して加熱や光照射を行うことなどである。重合反応に際して必要な化合物を硬化剤として添加したり、その反応に対する触媒を添加することもできる。 The resin material or the like is a composition that can be cured under some conditions. For example, a mixture of a prepolymer and a curing agent. The curing agent may be mixed immediately before curing. The type of resin material is not particularly limited. For example, it is desirable to have an epoxy group, oxetane group, hydroxyl group, blocked isocyanate group, amino group, half ester group, amic group, carboxy group and carbon-carbon double bond group in the chemical structure. These functional groups are functional groups (polymerizable functional groups) that can be bonded to each other by setting suitable reaction conditions, and resin materials and the like can be cured by selecting appropriate reaction conditions. Suitable reaction conditions for curing include simple heating and light irradiation, generation of reactive species such as radicals and ions (anions and cations) by heat and light irradiation, and bonding between these functional groups. For example, adding a reaction initiator (polymerization initiator) to perform heating or light irradiation. A compound necessary for the polymerization reaction can be added as a curing agent, or a catalyst for the reaction can be added.
樹脂材料等としては重合により高分子材料を形成する単量体や、上述したような重合性官能基により修飾した高分子材料が好ましいものとして挙げられる。例えば、硬化前の、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などのプレポリマーが好適である。特に熱的安定性の高いものにする場合にはエポキシ樹脂を主体として組成物を構成することが望ましい。 Preferred examples of the resin material include a monomer that forms a polymer material by polymerization and a polymer material modified with a polymerizable functional group as described above. For example, a prepolymer such as an epoxy resin, an acrylic resin, or a urethane resin before curing is suitable. In particular, when the thermal stability is high, it is desirable that the composition is composed mainly of an epoxy resin.
以下の試験によりシリカ粒子の密度と吸水性とが関連をもつことが明らかになった。本発明方法によれば吸水性が低いシリカ粒子を得ることができた。アルコキシド法によれば得られるシリカ粒子の純度は高くできるものの本発明方法により得られたシリカ粒子と比較して密度を高くすることができず吸水性が大きかった。吸水性が低いシリカ粒子は樹脂組成物中に分散させると安定性が高くなることが分かった。ここで、三次元実装型半導体は先述したように半導体デバイスの間が接近して配設されているため、間に配設される樹脂組成物の硬化物である介設材に求められる性能は高いものになる。樹脂中に分散されていても吸水性が大きいシリカ粒子は究極的にはその吸水性の限界にまで水分を含む可能性が有り、吸水することで物理特性が充分で無くなるおそれがある。 The following tests revealed that the density of silica particles and water absorption are related. According to the method of the present invention, silica particles having low water absorption could be obtained. Although the purity of the silica particles obtained by the alkoxide method can be increased, the density cannot be increased compared with the silica particles obtained by the method of the present invention, and the water absorption is large. It has been found that silica particles having low water absorption have high stability when dispersed in a resin composition. Here, since the three-dimensional mounting type semiconductor is disposed between the semiconductor devices as described above, the performance required for the interposition material that is a cured product of the resin composition disposed therebetween is It will be expensive. Silica particles having high water absorption even when dispersed in the resin may ultimately contain water up to the limit of water absorption, and there is a possibility that the physical properties may be insufficient due to water absorption.
(試験例1)
トリウムが70ppb、ウランが30ppb、ナトリウムが10ppm、アルミニウムが500ppm、カリウムが50ppm、鉄が100ppmである金属ケイ素100質量部、イオン交換水2000質量部、5%水酸化ナトリウム水溶液5質量部の混合溶液を加熱攪拌した(アルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程及び水性シリカゾル形成工程)。
(Test Example 1)
A mixed solution of 100 parts by mass of metallic silicon, 70 parts by mass of thorium, 30 ppb of uranium, 10 ppm of sodium, 500 ppm of aluminum, 50 ppm of potassium and 100 ppm of iron, 2000 parts by mass of ion-exchanged water, and 5 parts by mass of 5% aqueous sodium hydroxide solution Were heated and stirred (alkaline silicate solution production step and aqueous silica sol formation step).
未反応(未溶解)の金属ケイ素をろ過により分離した。未反応の金属ケイ素は16質量部であった。溶解した金属ケイ素は水性シリカゾルとなった。得られた水性シリカゾルはトリウムが0.2ppb、ウランが0.1ppb、ナトリウムが10ppm、アルミニウムが20ppm、カリウム及び鉄が1ppm未満(検出限界以下)、体積平均粒径が5nmであった。得られた水性シリカゾルのSEM写真を図1〜3に示す。 Unreacted (undissolved) metallic silicon was separated by filtration. Unreacted metal silicon was 16 parts by mass. The dissolved metallic silicon became an aqueous silica sol. The obtained aqueous silica sol had thorium of 0.2 ppb, uranium of 0.1 ppb, sodium of 10 ppm, aluminum of 20 ppm, potassium and iron of less than 1 ppm (below detection limit), and volume average particle size of 5 nm. SEM photographs of the obtained aqueous silica sol are shown in FIGS.
未反応の金属ケイ素はトリウムが260ppb、ウランが150ppb、ナトリウムが130ppm、アルミニウムが3600ppm、カリウムが300ppm、鉄が600ppmであった。真比重は2.2g/cm3であり、吸湿性2%だった。 The unreacted metal silicon was 260 ppb for thorium, 150 ppb for uranium, 130 ppm for sodium, 3600 ppm for aluminum, 300 ppm for potassium, and 600 ppm for iron. The true specific gravity was 2.2 g / cm 3 and the hygroscopicity was 2%.
以上の結果より溶解を中断することで生成する水性シリカゾルの純度が向上できることが分かった。 From the above results, it was found that the purity of the aqueous silica sol produced by interrupting dissolution can be improved.
(試験例2)
水酸化ナトリウム水溶液に代えて5%アンモニア水溶液を用いた以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 2)
A test similar to Test Example 1 was conducted except that a 5% aqueous ammonia solution was used instead of the aqueous sodium hydroxide solution.
(試験例3)
水酸化ナトリウム水溶液に代えて5%水酸化カリウム水溶液を用いた以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 3)
A test similar to Test Example 1 was conducted except that a 5% aqueous potassium hydroxide solution was used instead of the aqueous sodium hydroxide solution.
(試験例4)
水酸化ナトリウム水溶液に加えて5%アンモニア水溶液を用いた以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 4)
A test similar to Test Example 1 was conducted except that a 5% aqueous ammonia solution was used in addition to the aqueous sodium hydroxide solution.
(試験例5)
金属ケイ素のトリウム及びウランのそれぞれの含有量を1.0ppb以下にした以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 5)
Tests similar to those of Test Example 1 were performed except that the contents of thorium and uranium of silicon metal were set to 1.0 ppb or less.
(試験例6)
金属ケイ素のトリウム及びウランのそれぞれの含有量を1.0ppb以下にした以外は試験例2と同様の試験を行った。
(Test Example 6)
Tests similar to those in Test Example 2 were performed except that the contents of thorium and uranium in silicon metal were not more than 1.0 ppb.
(試験例7)
金属ケイ素のトリウム及びウランのそれぞれの含有量を1.0ppb以下にした以外は試験例3と同様の試験を行った。
(Test Example 7)
The same test as in Test Example 3 was performed except that the contents of thorium and uranium in silicon metal were not more than 1.0 ppb.
(試験例8)
金属ケイ素のトリウム及びウランのそれぞれの含有量を1.0ppb以下にした以外は試験例4と同様の試験を行った。
(Test Example 8)
The same test as in Test Example 4 was performed except that the contents of thorium and uranium in silicon metal were not more than 1.0 ppb.
(試験例9)
原料に試験例1で得られた水性シリカゾル(体積平均粒径5nm)を10質量部添加した以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 9)
The same test as in Test Example 1 was performed except that 10 parts by mass of the aqueous silica sol (volume average particle diameter 5 nm) obtained in Test Example 1 was added to the raw material.
(試験例10)
原料に試験例9で得られた水性シリカゾル(体積平均粒径10nm)を10質量部添加した以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 10)
The same test as in Test Example 1 was performed except that 10 parts by mass of the aqueous silica sol (volume average particle size 10 nm) obtained in Test Example 9 was added to the raw material.
(試験例11)
金属ケイ素を反応開始後、2時間おきに3分の1ずつ添加した以外は試験例4と同様の試験を行った。
(Test Example 11)
A test was conducted in the same manner as in Test Example 4 except that 1/3 of metal silicon was added every 2 hours after the start of the reaction.
(試験例12)
水酸化ナトリウム水溶液の量を100質量部にした以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 12)
A test similar to Test Example 1 was conducted except that the amount of the aqueous sodium hydroxide solution was 100 parts by mass.
(試験例13)
水酸化ナトリウム水溶液に代えて5%水酸化カリウム水溶液を用いた以外は試験例12と同様の試験を行った。
(Test Example 13)
A test similar to Test Example 12 was conducted except that a 5% aqueous potassium hydroxide solution was used instead of the aqueous sodium hydroxide solution.
(試験例14)
金属ケイ素のトリウム及びウランのそれぞれの含有量を1000ppb以上にした以外は試験例1と同様の試験を行った。
(Test Example 14)
Tests similar to those of Test Example 1 were performed except that the contents of thorium and uranium of metal silicon were 1000 ppb or more.
(試験例15:アルコシキド法)
テトラメチルオルトシリケート100質量部、純水1200質量部を混合して第1液を得た。1%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド1質量部、純水1800質量部を混合して第2液とした。第2液を加熱撹拌しながら第1液を一定速度で添加した。
(試験例16:アルミン酸ナトリウム処理)試験例9で得られた水性シリカゾル100質量部と1%アルミン酸ナトリウム水溶液2質量部を混合し、80℃、72h加熱した。得られた水性シリカゾルに含まれるアルミニウムは反応前後で1ppm未満から1200ppmへ増加していた。
(Test Example 15: alkoxide method)
A first liquid was obtained by mixing 100 parts by mass of tetramethylorthosilicate and 1200 parts by mass of pure water. 1 part by mass of 1% tetramethylammonium hydroxide and 1800 parts by mass of pure water were mixed to obtain a second liquid. The first liquid was added at a constant rate while heating and stirring the second liquid.
(Test Example 16: Sodium aluminate treatment) 100 parts by mass of the aqueous silica sol obtained in Test Example 9 and 2 parts by mass of a 1% sodium aluminate aqueous solution were mixed and heated at 80 ° C. for 72 hours. Aluminum contained in the obtained aqueous silica sol increased from less than 1 ppm to 1200 ppm before and after the reaction.
・評価
各試験例にて得られたシリカ粒子について表1に示す。U、Th、Na、Kの量はICP−MSにて測定した。粒子径はBET比表面積から算出した。また、試験例1及び試験例15について熱重量分析(加熱速度:5℃/分)の結果を図4に示した。図4から明らかなように、従来方法で製造した試験例15のシリカ粒子は本発明方法の1つで製造された試験例1のシリカ粒子と比べて重量減少(すなわち水分が含まれる量)が大きいことが分かった。他の試験例のシリカ粒子についても同様に検討を行った結果、真密度が2.1g/m3以上であり吸水性も低かった。
-Evaluation Table 1 shows the silica particles obtained in each test example. The amounts of U, Th, Na, and K were measured by ICP-MS. The particle size was calculated from the BET specific surface area. The results of thermogravimetric analysis (heating rate: 5 ° C./min) for Test Example 1 and Test Example 15 are shown in FIG. As is clear from FIG. 4, the silica particles of Test Example 15 produced by the conventional method have a weight reduction (that is, the amount containing water) compared to the silica particles of Test Example 1 produced by one of the methods of the present invention. I found it big. As a result of examining the silica particles of other test examples in the same manner, the true density was 2.1 g / m 3 or more and the water absorption was also low.
表より明らかなように、ウラン及びトリウムの量は試験例14以外、すべて1ppb以下になった。なお、原料のウラン及びトリウム濃度が1000ppbを超えていても得られた水性シリカゾル中のウラン濃度は10ppb、トリウム濃度は1ppbであり、十分効果的なウラン及びトリウム除去が可能であった。 As is apparent from the table, the amounts of uranium and thorium were all 1 ppb or less except for Test Example 14. Even when the uranium and thorium concentrations of the raw material exceeded 1000 ppb, the uranium concentration in the obtained aqueous silica sol was 10 ppb and the thorium concentration was 1 ppb, and sufficiently effective uranium and thorium removal was possible.
Na及びKについてはアルカリ溶液に含まれるアルカリ性物質としてNaを大量に添加した試験例12、Kを大量に添加した試験例13以外では両者共に低い値を示した。従って、NaやKの量を必要な程度にまで低くすることにより目標とするNa、Kの濃度を実現することが可能であることが分かった。 Both Na and K showed low values except for Test Example 12 in which a large amount of Na was added as an alkaline substance contained in the alkaline solution and Test Example 13 in which a large amount of K was added. Therefore, it has been found that the target concentrations of Na and K can be realized by reducing the amounts of Na and K to a necessary level.
得られた水性シリカゾルの粒径はシリカ(水性シリカゾル)を添加することで制御可能であった(試験例9、10)。両者の結果から添加した水性シリカゾルの粒径に応じて得られる水性シリカゾルの粒径も変化することが分かった。なお、アルコキシド法よりも小さな粒径をもつ水性シリカゾルが得られた。また、アルコキシド法にて得られた試験例15の水性シリカゾルは吸湿性が9%であり、その他の水性シリカゾルよりも大きな吸水性を示した。本試験例における試料の吸水性が高いのはシリカを形成する結晶構造が乱れていることに起因するものと推測され、その乱れの程度は密度の値に現れていることが分かった。すなわち密度が2.0g/cm3である試験例15では吸水性が9%と高いのに対して密度が2.1g/cm3、2.2g/cm3である試験例では吸水性は2%と大幅に低下していた。吸水性が高いシリカ粒子は樹脂材料中に分散させて樹脂組成物を形成すると安定性が低いことが分かっている。 The particle diameter of the obtained aqueous silica sol was controllable by adding silica (aqueous silica sol) (Test Examples 9 and 10). From the results of both, it was found that the particle size of the aqueous silica sol obtained also changed according to the particle size of the added aqueous silica sol. An aqueous silica sol having a particle size smaller than that of the alkoxide method was obtained. Further, the aqueous silica sol of Test Example 15 obtained by the alkoxide method had a hygroscopicity of 9%, and showed a larger water absorption than other aqueous silica sols. The high water absorption of the sample in this test example is presumed to be due to the disorder of the crystal structure forming silica, and it was found that the degree of the disorder appears in the density value. That is, in Test Example 15 in which the density is 2.0 g / cm 3 , the water absorption is as high as 9%, whereas in the Test Example in which the density is 2.1 g / cm 3 and 2.2 g / cm 3 , the water absorption is 2 % Significantly decreased. It has been found that silica particles having high water absorption have low stability when dispersed in a resin material to form a resin composition.
試験例1〜14のいずれも得られた水性シリカゾルに含まれるウラン、トリウムは原料の濃度より低くなった。 Uranium and thorium contained in the aqueous silica sol obtained in any of Test Examples 1 to 14 were lower than the raw material concentration.
・樹脂組成物
(試験例A)
試験例1で得られた水性シリカゾルをエポキシシランで表面処理した。この表面処理したシリカ20質量部をエポキシ樹脂80質量部に均一に分散させて本試験例の樹脂組成物とし、その透過率を測定した。透過率の測定は石英ガラスセルに樹脂分散品1gを加え、分光光度計(日立製 U-2910)で589nmにて行った。U、Th、Na、K量も測定した。
Resin composition (Test Example A)
The aqueous silica sol obtained in Test Example 1 was surface-treated with epoxy silane. 20 parts by mass of this surface-treated silica was uniformly dispersed in 80 parts by mass of an epoxy resin to obtain a resin composition of this test example, and the transmittance was measured. The transmittance was measured by adding 1 g of a resin dispersion to a quartz glass cell, and using a spectrophotometer (Hitachi U-2910) at 589 nm. U, Th, Na and K amounts were also measured.
(試験例B)
試験例5で得られた水性シリカゾルを用いた以外試験例Aと同様に行った。
(Test Example B)
The test was performed in the same manner as in Test Example A except that the aqueous silica sol obtained in Test Example 5 was used.
(比較例A)
試験例14で得られた水性シリカゾルを用いた以外は試験例Aと同様に行った。
(Comparative Example A)
The test was conducted in the same manner as in Test Example A except that the aqueous silica sol obtained in Test Example 14 was used.
(比較例B)
表面処理したシリカをSE2050-SEJ(Admatechs製、平均粒径0.5μm)に替えた以外は試験例Aと同様に行った。
(Comparative Example B)
The test was conducted in the same manner as in Test Example A, except that the surface-treated silica was changed to SE2050-SEJ (manufactured by Admatechs, average particle size 0.5 μm).
表より明らかなように、本発明方法の樹脂組成物である試験例A及びBは透過率も高く、純度も高かった。それと比較して比較例Aの樹脂組成物は原料の純度に応じてNaなどの含まれる不純物の量が多かった。粒径が大きいシリカ粒子を採用した比較例Bでは透明性が充分で無かった。 As is apparent from the table, Test Examples A and B, which are resin compositions of the method of the present invention, also had high transmittance and high purity. In comparison, the resin composition of Comparative Example A contained a large amount of impurities such as Na depending on the purity of the raw material. In Comparative Example B employing silica particles having a large particle size, the transparency was not sufficient.
Claims (9)
前記半導体デバイスの間に介装された伝熱介装材と、
を有し、
前記伝熱介装材は無機材料粒子と前記無機材料粒子を分散する樹脂材料とをもち、
前記無機材料粒子は、 ウラン及びトリウムの含有量がそれぞれ1.0ppb以下、
ナトリウム及びカリウムの含有量がそれぞれ500ppm以下、
体積平均粒径が2nm〜200nmであり、
真密度が2.1g/cm3以上であるシリカ粒子である、
3次元実装型半導体装置。 Two or more semiconductor devices in which the distance between the closest parts is 30 μm or less;
A heat transfer interposition material interposed between the semiconductor devices;
Have
The heat transfer medium has inorganic material particles and a resin material in which the inorganic material particles are dispersed,
The inorganic material particles have uranium and thorium contents of 1.0 ppb or less,
Each of sodium and potassium content is 500 ppm or less,
The volume average particle size is 2 nm to 200 nm,
Silica particles having a true density of 2.1 g / cm 3 or more,
Three-dimensional mounting type semiconductor device.
前記無機材料粒子と前記無機材料粒子を分散する前記樹脂材料とをもつ樹脂組成物。 It is a composition before hardening of the said heat-transfer intervention material of the three-dimensional mounting type semiconductor device of any one of Claims 1-3,
A resin composition comprising the inorganic material particles and the resin material in which the inorganic material particles are dispersed.
前記シリカ粒子は金属ケイ素及びケイ素化合物の何れかであるケイ素含有物を5質量%以上残してアルカリ溶液に溶解させてアルカリ性ケイ酸塩溶液を製造するアルカリ性ケイ酸塩溶液製造工程と、得られたアルカリ性ケイ酸塩溶液から水性シリカゾルを形成する水性シリカゾル形成工程を有することを特徴とする。 A method for producing the resin composition according to claim 4,
The silica particles are obtained by an alkaline silicate solution production process in which an alkali silicate solution is produced by dissolving 5% by mass or more of a silicon-containing material, which is either metal silicon or a silicon compound, in an alkaline solution. It has an aqueous silica sol forming step of forming an aqueous silica sol from an alkaline silicate solution.
前記水性シリカゾルに対して、シランカップリング剤およびオルガノシラザンによって表面処理する表面処理工程を持ち、
該シランカップリング剤は、3つのアルコキシ基と、フェニル基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、アミノ基、ウレイド基、メルカプト基、イソシアネート基、又はアクリル基と、を持ち、
該シランカップリング剤と該オルガノシラザンとのモル比は、該シランカップリング剤:該オルガノシラザン=1:2〜1:10であることを特徴とする。 In the manufacturing method of the resin composition of any one of Claims 5-7,
For the aqueous silica sol, having a surface treatment step of surface treatment with a silane coupling agent and organosilazane,
The silane coupling agent has three alkoxy groups, a phenyl group, a vinyl group, an epoxy group, a methacryl group, an amino group, a ureido group, a mercapto group, an isocyanate group, or an acrylic group,
The molar ratio of the silane coupling agent to the organosilazane is characterized in that the silane coupling agent: the organosilazane = 1: 2 to 1:10.
前記シリカ粒子を前記シランカップリング剤で処理する第1の処理工程と、
前記シリカ粒子を前記オルガノシラザンで処理する第2の処理工程と、を持ち、
該第2の処理工程は、該第1の処理工程後に行う請求項8に記載の樹脂組成物の製造方法。 The surface treatment step includes
A first treatment step of treating the silica particles with the silane coupling agent;
A second treatment step of treating the silica particles with the organosilazane,
The method for producing a resin composition according to claim 8, wherein the second treatment step is performed after the first treatment step.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023208006A1 (en) * | 2022-04-29 | 2023-11-02 | 华为技术有限公司 | Resin dispersion of modified nano-silica particles and preparation method for and application of resin dispersion |
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Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3000784B1 (en) * | 2013-05-20 | 2020-07-15 | Nissan Chemical Corporation | Silica sol and silica-containing epoxy resin composition |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011116968A (en) * | 2009-10-30 | 2011-06-16 | Hitachi Chem Co Ltd | Photosensitive adhesive composition, and film adhesive, adhesive sheet, adhesive pattern, semiconductor wafer with adhesive layer, transparent substrate with adhesive layer and semiconductor device obtained by using the composition |
WO2012133818A1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | 三菱化学株式会社 | Three-dimensional integrated circuit laminate and interlayer filler material for three-dimensional integrated circuit laminate |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58151318A (en) * | 1982-02-26 | 1983-09-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Synthetic silica and resin composition containing it for sealing electronic parts |
JPH03131511A (en) * | 1989-07-18 | 1991-06-05 | Nkk Corp | High-purity silica and production thereof |
JP3400548B2 (en) * | 1993-06-29 | 2003-04-28 | 三菱レイヨン株式会社 | Method for producing high-purity spherical silica |
JP2542797B2 (en) * | 1994-09-29 | 1996-10-09 | 日本化学工業株式会社 | Method for producing high-purity silica |
JPH11189408A (en) * | 1997-12-26 | 1999-07-13 | Nippon Steel Chem Co Ltd | Production of silicon for solar battery |
JP2003277044A (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-02 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | Method for manufacturing spherical silica |
JP4195243B2 (en) * | 2002-06-06 | 2008-12-10 | 三菱レイヨン株式会社 | Method for producing high purity silica powder |
JP5330644B2 (en) * | 2006-12-01 | 2013-10-30 | 株式会社日本触媒 | Surface-treated silica particles |
JP2011173779A (en) * | 2010-01-26 | 2011-09-08 | Sakai Chem Ind Co Ltd | Silica particles, process for production of same, and resin composition containing same |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011116968A (en) * | 2009-10-30 | 2011-06-16 | Hitachi Chem Co Ltd | Photosensitive adhesive composition, and film adhesive, adhesive sheet, adhesive pattern, semiconductor wafer with adhesive layer, transparent substrate with adhesive layer and semiconductor device obtained by using the composition |
WO2012133818A1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-04 | 三菱化学株式会社 | Three-dimensional integrated circuit laminate and interlayer filler material for three-dimensional integrated circuit laminate |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7498139B2 (en) | 2021-04-01 | 2024-06-11 | 日本特殊陶業株式会社 | Retaining device |
WO2023208006A1 (en) * | 2022-04-29 | 2023-11-02 | 华为技术有限公司 | Resin dispersion of modified nano-silica particles and preparation method for and application of resin dispersion |
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