JP2684396B2 - 溶融球状シリカ及びこれを用いた封止用樹脂組成物 - Google Patents

溶融球状シリカ及びこれを用いた封止用樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融球状シリカおよびこれを用いた封止用
樹脂組成物に関する。
更に詳細には、半導体の樹脂封止におけるフィラーと
して好適となる特定な粒度特性と、比表面積をもつ溶融
球状シリカ及びこれをフィラーとして用いた場合、流動
性及びバリ特性の優れた封止用樹脂組成物を提供するも
のである。
〔従来の技術〕
半導体の樹脂封止は、エポキシ樹脂を代表とする樹脂
に、特にシリカを主体とする多量のフィラーと充填した
樹脂組成物の封止材料によってなされるが、この関係に
ついては既に数多くの特許が公開されている。
従来、半導体の樹脂封止材のフィラーとして溶融球状
シリカの粉砕品が利用されているが、近時、半導体の集
積度が上がるにつれて高充填性の樹脂封止が要求され、
樹脂の流動性を改善のために従来の粉砕品に代わって溶
融球状シリカがフィラーとして不可欠となってきてい
る。
特公昭54−43201号公報、特公昭61−57347号公報など
に記載のある発明はこの種の樹脂組成物を対象としたも
のであり、微細な球状粒子や平均粒径1〜60μmの溶融
球状シリカを用いることが示されている。
このように、樹脂封止材用のシリカフィラーには、ボ
ールミル等で粉砕した破砕状の結晶性又は非晶質シリカ
や、高温火炎中で溶融した球状シリカ等があって、それ
らの1種又は2種以上を粒度調整したものを用いること
も知られている(特開昭54−141569号公報、特開昭55−
29532号公報、特開昭56−10947号公報、特開昭57−2122
25号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
DRAMなど集積度が益々上がる半導体において、その集
積度が向上するにつれて熱応力に対する対策が重大な問
題点となっている。熱応力は封止材樹脂組成物とチップ
の熱膨張率差と該組成物の弾性率で支配されるといわれ
ている。特に該組成物とチップの熱膨張率の差は該組成
物中のシリカフィラーの含有率の増大に応じて小さくな
り、耐熱応力性を有する封止材となる。
該組成物中のシリカ含有率を上げるためには、組成物
の流動性を上げることなしには達成できない。従来、主
として用いられてきた破砕状のシリカは流動性が悪いた
め、組成物中の含有率に限度があり、よく多くシリカを
充填するためには破砕状シリカに代って球状シリカを用
いなければならない。しかし、球状シリカを用いるとき
の問題点は、組成物のトランスファー成形する際に、い
わゆるバリが発生し易いということにある。
一般に、破砕状シリカは樹脂組成物の流動性に劣る反
面バリ特性に優れ、一方球状シリカはその逆の傾向にあ
る。
従って多くの場合、前記のとおり両者のシリカを適宜
配合し、流動性を犠牲にした配合系で樹脂封止してい
る。
本発明者らは、以上の問題点に鑑み溶融球状シリカの
特性につき鋭意研究したところ、溶融球状シリカの粒度
特性と溶融化度を左右するその比表面積とが、樹脂フィ
ラーの特性に重大な関係があることを知見して、本発明
を完成したものである。
すなわち、本発明は樹脂組成物におけるフィラーとし
て流動性に優れた球状シリカの特性を生かし、しかもそ
の成形の際にバリに対する抑制効果を有する優れた溶融
球状シリカを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち、本発明は溶融球状シリカの平均粒子系が10
乃至30μmの範囲であって、3μm以下の微細部分が8
〜30wt%、48μm以上の粗粒部分が5〜30wt%、及び8
μmと64μmの粒度分布におけるロジン−ランムラー線
図の傾斜角(tanθ)が0.65〜1.10の範囲にあり、かつB
ET比表面積が3〜15m2/gの粒子特性を有することを特徴
とする溶融球状シリカに係る。
更に他の発明は、溶融シリカ粒子をフィラーとする半
導体封止用樹脂組成物において、該樹脂組成物中に前記
微細溶融球状シリカを60〜85wt%含有することを特徴と
する封止用樹脂組成物に係る。
以下、本発明につき詳説する。
本発明に係る溶融球状シリカは、前記の粒度特性と比
表面積とを有するシリカ粒子であるところに特徴があ
る。
すなわち、本発明における溶融球状シリカは、基本的
粒度特性として、平均粒子径が10〜30μmの範囲でなけ
ればならない。
この理由は封止用フィラーとして用いた場合、平均粒
子径が10μm未満となると樹脂組成物の流動性が下が
り、一方平均粒子径が30μmを越えると粗粒部分が多く
かえって流動性が低下するばかりでなく、バリの発生量
も多くなりこの範囲外では基本的に不適であるからであ
る。
しかし、かかる平均粒子径を有する溶融シリカ粒子
は、3μm以下の微細部分が8〜30wt%および48μm以
上の粗粒部分が5〜30wt%の範囲のものを含有したもの
であり、かつ特に8μmから64μmまでの粒度範囲にわ
たるロジン−ランムラー線図(RRS)の傾斜角(tanθ)
が0.65〜1.10の範囲をもつ粒度特性を有しなければなら
ない。
この理由は、前記微細部分はバリ発生を抑制する作用
を有するけれども、8wt%未満ではその結果が不充分で
あり、逆に30wt%を越えると流動性が低下する。
他方、前記粗粒部分は、流動性の向上に必要なもので
あるけれども、5wt%未満ではその効果が不充分でかつ3
0μm以上のすきまから発生するバリが防止できず、ま
た30wt%を越えると流動性も低下する。
また、傾斜角が前記範囲からはずれると流動性が低下
して高充填が期待できないからである。
なお、本発明に係る溶融球状シリカの前記粒度特性は
いずれもレーザー散乱光法による粒度分布測定法に基づ
く値であり、その測定機種としては例えば、SKレーザー
(セイシン企業(株))やシーラスレーザー(シーラス
社)等が挙げられる。
更に、かかる粒度特性を有する溶融球状シリカは、BE
T比表面積が3〜15m2/g、好ましくは5〜10m2/gの範囲
になければならない。
粒子の比表面積も粒度特性と同様に樹脂組成物の流動
性やバリ特性の要因として重要であり、前記粒度特性を
有していても、前記比表面積値を有しない場合は樹脂フ
ィラーとして流動性がすぐれ、かつバリを抑制するよう
なものは得られない。
このように、半導体封止用樹脂組成物の流動特性とバ
リ特性は、一般に相互に矛盾する傾向にあるけれども、
シリカフィラーの高充填を益々要求される該樹脂組成物
において、シリカフィラーの粒子特性の及ぼす影響は大
きく、かつ非常に微妙なものとなっている。
例えば、市販のエアロジルの如き火炎加水分解法によ
る微細シリカは、バリ防止効果は乏しくフィラーとして
の使用量が増加すると流動性も極度に低下させる。
また、通常の湿式法のいわゆるホワイトカーボンと称
されるシリカ粉は、バリ防止効果を与えるが流動性を低
下させる。
さらに、メチル珪酸エステルの如き有機珪素化合物の
加水分解に基づく微細な球状シリカも同様に、流動性は
損われないが、バリ防止作用を有しない。
本発明に係る溶融球状シリカは、数多くの実験に基づ
いて求められたものであって、この特徴を有しない場合
には、フィラーとして用いた場合樹脂組成物の流動性と
バリ特性の両者を同時に改善させることはできない。
更に、本発明に係る溶融球状シリカは高純度のもので
特に、Na、Clなどの導電性不純物は、5ppm以下、U、Th
などのα−放射性不純物は、それぞれ1ppb以下のものが
封止材フィラーとして好適である。
なお、溶融シリカ粒子が球状であるか否かは、電子顕
微鏡にて容易に確認することができ、本発明に係るシリ
カ粒子は、いずれも真球ないしは、実質的に球状の粒子
状態であることが認められる。
このような本発明に係る溶融球状シリカは、次のよう
な方法により工業的に有利に製造することができる。
すなわち、所定の粒度特性と比表面積を有する原料シ
リカ粉を、火炎溶融炉に供給して溶融球状化することに
より製造でき、この方法は公知である。
即ち、溶融球状化は、酸素−可燃性ガスの燃焼による
火炎、多くの場合、酸素−プロパン炎にて行うが、その
シリカの融点以上の温度にある火炎が得られれば、ガス
の種類、溶融方法については特に限定するものではな
い。
なお、この工程において使用できるシリカ原料は、特
に限定されるものではないが、可能な限り高純度の天然
又は合成シリカであることが望ましい。
天然シリカとしては、精製された珪石、珪砂、水晶等
が挙げられ合成シリカとしては、ハロゲン化珪素の加水
分解によるもの、エチルシリケートの如きオルガノシリ
ケートの加水分解物又は珪酸アルカリ水溶液の中和に基
づくシリカ等が挙げられる。
特に、珪酸アルカリ水溶液を鉱酸との中和反応に基づ
いて得られる高純度シリカの製造法については、本出願
人が既に開発に成功しており、工業的に有利なシリカ原
料として用いることができるが、その詳細は、例えば特
開昭61−48421号公報、特開昭61−48422号公報、特開昭
61−178414号公報、特開昭62−12608号公報等に記載さ
れている。
溶融処理において、所望する粒度特性と比表面積をも
つ溶融球状化を行うには、原料のかかる粒子特性の設定
が必要であることは勿論であるが、溶融条件、特に原料
シリカの供給量、火炎の形成条件(酸素−ガスの比率や
量)の設定により微妙に変化する。
従って、溶融炉の設備の特性に応じて適宜設定して、
所望する粒子特性の溶融球状シリカを得ることが必要で
ある。
なお、前記したように、所定の設定条件により一度に
本発明に係る溶融球状シリカが得られない場合には、分
級あるいは他のグレードの溶融球状シリカとの混合によ
り、前記粒子特性を有するものに調整することが必要で
あることは言うまでもない。
次に、本発明に係る封止用樹脂組成物は、シリカフィ
ラーとして前記溶融球状シリカを該樹脂組成物中に65〜
85wt%含有することが重要な特徴となっている。
このような樹脂組成物は、流動性およびバリ特性に優
れたもので、高集積化のすすむ半導体に追従できる封止
材として好適なものである。
なお、半導体封止用樹脂組成物において樹脂は、例え
ばビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラ
ック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環型エポキシ樹脂等の
エポキシ樹脂が用いられる。
硬化剤としては例えば、フェノール樹脂、無水フタル
酸、無水マレイン酸、無水テトラヒドロフタル酸等の酸
無水物、硬化促進剤としては、通常用いられる各種アミ
ン類、弗化ホウ素、オニウム塩、イミダソール化合物が
挙げられる。
その他、本発明に係る樹脂組成物においては、必要に
応じリン系又はブロム系の有機難燃剤、三酸化アンチモ
ンの如き無機系難燃剤、顔料、シランカップリング剤の
如き表面処理剤、離型剤、酸化防止剤等を配合すること
ができる。
〔作 用〕
本発明によれば、平均粒子径が10〜30μmの範囲にあ
る特定な粒度特性で、かつBET比表面積が3〜15m2/gの
粒子特性を有する溶融球状シリカが提供される。
かかるシリカを半導体封止用樹脂組成物のフィラーと
して該樹脂組成物中に60〜85wt%配合すれば、該樹脂組
成物は流動性及びバリ特性の優れた良好な封止材として
用いられる。
〔実施例〕
以下、本発明につき実施例および比較列を挙げて更に
具体的に説明する。
実施例1〜4、比較例1〜2 (1)溶融球状シリカの調製 第1表に示すような製造方法により、各種の溶融球状
シリカを得た。なお、第1表の粒度はレーザー散乱光法
による粒度分布測定法で求めた平均粒子径であり、溶融
球状化の電子顕微鏡観察で確認したものである。
また、No.Aのものは35wt%塩酸にJIS 3号珪酸ソーダ
を添加して、中和反応により得られた顆粒状シリカゲル
(U:0.04ppb、Th:0.20ppb、Na:0.38ppm、Fe:0.38ppm、
含水率7wt%)を適宜粉砕および分級して、所定の平均
粒子径の原料シリカを調製したものであり、No.Bのもの
は封止材用シリカフィラーとして市販されている溶融破
砕シリカを用いたものである。
上記で得られた各溶融球状シリカの粒子特性を測定し
たところ、第2表の結果が得られた。
(2)シリカフィラーの調製 前記で得られた各種の溶融球状シリカを、適宜選択配
合して各種のシリカフィラーを調製した。
この各シリカフィラーの粒子特性を第3表に示す。
(3)封止用樹脂組成物の調製 (3−1)組成物の配合 注(1)エピクロンN665、大日本インキ(株)社製 注(2)バーカムTD2131、大日本インキ(株)社製 注(3)ヘキスト社製 (3−2)樹脂組成物の調製と評価 上記の封止用エポキシ樹脂組成物を85〜95℃の熱ロー
ルで混練した後、該組成物の流動性とバリ特性を評価し
た。
すなわち、流動性はトランスファー成形機でEMMI1−6
6に基づくスパイラルフロー値を測定し、バリ特性は5
〜50μmのスリット幅を調製した金型の間際に伸びるバ
リ流さの測定をもって評価した。
なお、トランスファーモールドの条件は金型温度170
℃、樹脂圧70kg/cm2とした。
この評価結果を第3表に示す。
第3表の結果から、比較例1については3μm以下の
微粒が少ないシリカフィラーのものは流動性不足とバリ
の発生が認められ、比較例2については48μm以上の含
有率の不足による50μmバリの発生が認められるのに対
し、本発明品はいずれも良好な特性を示した。
実施例5〜7、比較例3〜5 先に製造した4種の溶融球状シリカ(A−5、A−
2、B−30、B−15)を用いて、それぞれ所定量配合し
てシリカフィラーを調製した。その配合と物性は第4表
に示すとおりである。
次いで、これを実施例1と同様のエポキシ樹脂組成物
に配合して封止用樹脂組成物を得、この組成物の流動性
およびバリ特性は、全く同様の操作と条件にて測定した
ところ、第4表の結果が得られた。
第4表の結果から、比較例3については3μm以下の
含有率及び比表面積が不足のためによるバリの発生、流
動性不足、比較列4はRRS傾斜角が小さすぎるため、お
よび3μm以下含有率が過多であるため流動性の不足、
比較例5においては、RRS傾斜角が小さいこと、平均粒
径が小さいことによる流動性不足、44μm以上の含有率
が少ないためによる50μmのバリ発生が認められた。こ
れに対し本実施例においては流動性が高く、バリ特性に
優れた封止用樹脂組成物が得られることがわかる。
〔発明の効果〕
本発明による粒度構成を施したシリカフィラーを用い
て半導体封止用樹脂組成物を作成すると、流動性が従来
用いられていた粉砕シリカフィラーに比べ、1.5乃至2.2
倍優れたものが得られ、バリ特性も粉砕シリカフィラー
と同等のものが得られる。
該樹脂組成物中にフィラーとした全部分が球状シリカ
で構成することが可能となり、これによってコンパウン
ドでのシリカ充填率を大幅に挙げることが可能となる。
従って、耐熱応力封止用樹脂組成物として、VVLSI用に
追従できる封止材となることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮辺 武夫 福島県田村郡三春町天王前3番地 日本 化学工業株式会社三春工場内 (72)発明者 木ノ瀬 豊 東京都江東区亀戸9丁目15番1号 日本 化学工業株式会社研究開発部内 (56)参考文献 特開 昭57−212225(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融球状シリカの平均粒子径が10乃至30μ
    mの範囲であって、3μm以下の微細部分が8〜30wt
    %、48μm以上の粗粒部分が5〜30wt%、及び8μmと
    64μmの粒度分布におけるロジン−ランムラー線図の傾
    斜角(tanθ)が0.65〜1.10の範囲にあり、かつBET比表
    面積が3〜15m2/gの粒子特性を有することを特徴とする
    溶融球状シリカ。
  2. 【請求項2】封止用樹脂組成物中にシリカフィラーとし
    て請求項1記載の溶融球状シリカを60〜80wt%含有して
    なることを特徴とする封止用樹脂組成物。
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