JPH02158637A - シリカフィラーおよびこれを用いた封止用樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリカフィラー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、比表面積をもつもので
、これをフィラーとして用いた場合、流動性及びパリ特
性の優れた封止用樹脂組成物を提供するものである。

〔従来の技術〕

半導体の樹脂封止は、エポキシ樹脂を代表とする樹脂に
、特にシリカを主体とする多量のフィラ−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
球状シリカフィラーとして不可欠となってきている。

特公昭５４−４３２０１号公報、特公昭６１−５７３４
７号公報などに記載のある発明はこの種の樹脂組成物を
対象としたものであり、微細な球状粒子や平均粒径１〜
６０ｔＩｍの熔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５４ｗｔ４１５６９号公報、特開
昭５５−２９５３２号公報、特開昭５６ｗｔ０９４７号
公報、特開昭５７−２１２２２５号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＤＲＡＭなど集積度が益々上がる半導体において、その
集積度が向上するにつれて熱応力に対する対策が重大な
問題点となっている６熱応力は封止材樹脂組成物とチッ
プの熱膨張率差と該組成物の弾性率で支配されるといわ
れている。特に該組成物とチップの熱膨張率の差は該組
成物中のシリカフィラーの含有率の増大に応じて小さく
なり、耐熱応力性を有する封止材となる。

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

一般に、破砕状シリカは樹脂組成物の流動性に劣る反面
パリ特性に優れ、一方法状シリカはその逆のｌ１ｌｆ　
＠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。

例えば、前記特開昭５６ｗｔ０９４７号公報や特開昭５
７−２１２２２５号公報には、結晶性シリカ粉末と溶融
シリカ粉末との混合物をフィラーとするものが開示され
ているけれども、その粒子特性は、粒度に関するだけで
比表面積についての認識がなされておらず、本発明者ら
の実験によれば、封止用樹脂組成物の流動性とパリ特性
を同時に満すような高充填可能なフィラーとして使用す
ることができない。

このように、従来におけるシリカフィラーは、専ら粒度
特性を規定して、好ましいフィラーを探索しているに過
ぎない。

本発明者らは数多くの実験により、フィラーの比表面積
や形状等が、粒度特性と相互に関連して非常に重要であ
ることを知見して、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は樹脂組成物におけるフィラーとして
流動性に優れた球状シリカの特性を生かし、しかもその
成形の際にパリに対する抑制効果を有する優れたシリカ
フィラーおよび樹脂組成物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、平均粒子径がｌＯ〜４０ｐＩ１１
であり、かつＢＥＴ比表面積が０．５〜１０．０ボ／ｇ
の範囲にある粒子特性を有する溶融球状シリカ６０〜９
０ｗｔ％と、平均粒子径が２〜１３１ｍであり、かつＢ
ＥＴ比表面積が１ｗｔ０ｒｄ／ｇの範囲にある粒子特性
を有する破砕状シリカ１０〜４０ｗｔ％との混合シリカ
からなることを特徴とするシリカフィラーに係る。

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シ
リカフィラーを充填してなることを特徴とする樹脂組成
物に係る。

以下、本発明につき詳説する。

本発明に係るシリカフィラーは、前記の粒度特性と比表
面積をもつ溶融球状シリカ（以下、「球状シリカ」とい
う）と溶融乃至焼結シリカを粉砕した破砕状シリカ（以
下、「破砕状シリカ」という）との特定な割合で混合し
てなるところに構成上の特徴がある。

すなわち、本発明に係るシリカフィラーは、球状シリカ
の樹脂組成物に与える流動性の利点を保持し、その粒子
特性の調整のみでは解決困難なパリ特性を特定な破砕状
シリカを併用することによって、樹脂組成物の流動性と
パリ特性を同時に満足することができ、これを取扱う自
由度の幅を拡大させるものである。

本発明に係るシリカフィラーは、前記の粒子特性をもつ
球状シリカと破砕状シリカとの混合シリカであるが、各
シリカも所定の粒子特性を有するものであれば、各種の
球状シリカの混合物又は破砕状シリカの混合物であって
も差支えない、むしろ、球状シリカにあっては粒子特性
の異なる１種又は２種以上の球状シリカを混合して前記
粒子特性をもつものに調合したものが、好ましいことが
多い。

かかる粒子特性を必要とする理由は、これをフィラーと
する樹脂組成物の流動性とパリ特性を同時に満足できる
ために、数多くの実験により設定されたものであるが、
その範囲外では、流動性若しくはパリ特性のいずれかが
劣るか又はいずれも劣ることになって不適となるからで
ある。

即ち、球状シリカは平均粒子径がＩＯＮ未満になると、
樹脂組成物の流動性が下がり、一方、４０ｎを越えるよ
うな粗粒部分になると、流動性もパリ特性も悪くなって
本質的に不適となる。

また、この球状シリカは、比表面積が０．５ｒｄ／ｇ未
満のものは、流動性およびパリ特性が共に悪くなるのみ
ならず工業的な生産も困難であるからであり、一方、１
０ｒｄ／ｇを越えると流動性が損なわれる。

かかる球状シリカに配合すべき破砕シリカにおいて、平
均粒子径が２〜８ｎの範囲外になると配合する意図が全
く得られず、流動性もパリ特性も低下する。

また、ＢＥＴ比表面積が１．０ｍ２／ｇ未満のものは、
前記球形シリカが０．５ｎ（／ｇ未満の場合と同様の理
由によるものであり、一方、１０ｒｒｆ／ｇを越えると
パリ特性は改善されるが、流動性が損われる。

従って、多くの場合球状シリカにあっては、平均粒子径
が１０〜３５ｗｔＢＥＴ比表面積０．５〜５．Ｏｎ（／
ｇの範囲のもの、破砕シリカにあっては前者が２〜８ｎ
、ＢＥＴ比表面積が１〜１０ｒｒｆ／　Ｈの範囲にある
ものが特に好ましい。

更に、球状シリカと破砕シリカとの配合率を前記に設定
した理由は、球状シリカがシリカフィラー中に６０ｗ　
ｔ％未満にあっては、相対的に破砕シリカが多くなって
樹脂組成物の流動性を極めて損う傾向にあり、逆に球状
シリカが９０ｗｔ％を越えると破砕シリカの配合効果が
発揮できなくなってパリ特性が悪化する傾向にあるから
である。

従って、かかる球状シリカと破砕シリカとを配合してな
るシリカフィラーとしては、多くの場合好ましくは平均
粒子径が、８〜３２−及び８−と６４−の粒度分布にお
けるロジン−ランムラー線図の傾斜角が（ｔａｎ　θ）
が０．６５〜１．２０の範囲にある粒度特性と、ＢＥＴ
比表面積が１〜１０ｍ２／ｇの粒子特性を有している。

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

また、シリカフィラーの粒子が球状であるか破砕状であ
るか否かは、電子顕微鏡又は普通の顕微鏡にて容易に確
認することができ、本発明で言う球状とは真球ないしは
実質的に角のない丸味のある粒子状態であるものをいい
、破砕状というのは粉砕粒子が有する角のある任意の形
状をもつ粒子状態であるものをいう。

本発明に係るシリカフィラーは、球状あるいは破砕状を
問わず、いずれも溶融シリカが好ましいが、破砕状シリ
カにあっては球状シリカよりも溶融化度の低い焼結性の
ものであっても差支えなく、また必要に応じて天然シリ
カの破砕品も使用することができる。なお、その溶融化
度はＢＥＴ比表面積に関係している。

更に、かかるシリカはいずれも高純度のもので、特にＮ
ａ、Ｃ１などの導電性不純物は、５ｐＰ−以下、Ｕ、Ｔ
ｈなどのα−放射性不純物は１ρｐｂ以下のものが好適
である。

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

かかる樹脂組成物の流動性とパリ特性の要因は、特にシ
リカフィラーの粒度特性、比表面積および形状等が相互
に作用し合ってもたらされると考えられるが、本発明に
おけるシリカフィラーは、これらの粒子特性を前記のよ
うに特定することによって高充填の要請に応えることが
できる。

シリカフィラーにおける球状シリカは、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■ぷ状化は、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、ノ＼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６１ｗｔ７８４１４号公報、特開昭６２ｗ
ｔ２６０８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
望する粒子特性の球状シリカを得ることが必要である。

また破砕状シリカは、前記の製法による球状シリカのほ
か他の所望の溶融炉にてシリカ原料を加熱溶解乃至焼結
して得られる粒状又は塊状の溶融シリカを適宜所望の粉
砕機にて粉砕して調製するが、必要に応し天然シリカの
破砕品も使用することができる、 なお、前記したように、所定の設定条件により一度に本
発明における球状シリカ又は／及び破砕ソリ力が得られ
ない場合には、各シリカは分級あるいは他のグレードの
溶融シリカ粒子との混合により、所定の粒子特性を有す
るものに調製することが必要であることは言うまでもな
い。

かくして得られるシリカ粒子につき、全量当り球状シリ
カ６０〜９０ｗ　ｔ％、破砕状シリカｌＯ〜４０ｗｔ％
を均一に配合することにより、本発明に係るシリカフィ
ラーを好適に得ることができる。

なお、かかるシリカフィラーを使用するに当っては、必
要に応じシランカップリング剤などで表面処理をして用
いることもできる。

次に、本発明に係る封止用樹脂組成物は、前記シリカフ
ィラーを該樹脂組成物中に充填することを特徴とするも
のであり、好ましくは６５〜８５ｗｔ％配合してなるも
のである。

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

なお、半導体封止用樹脂組成物において樹脂は、例えば
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、クレゾールノボランク型エポキシ樹
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
しリン系又はブロム系の有機難燃剤、二酸化アンチモン
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、特定な粒子特性をもつｆフ状シリカと
破砕状シリカとを所定量混合したものをシリカフィラー
とするものであり、かかるシリカフィラーを半導体封止
用樹脂組成物に６５〜８５１１ｔ％配合すれば、シリカ
フィラーのもつ粒度特性、比表面積および形状等が相互
に微妙に作用し合って該樹脂組成物は、流動性及びパリ
特性の優れたものとなる。

〔実施例〕

以下、本発明につき実施例および比較例を挙げて更に具
体的に説明する。

（１）球状又は破砕状シリカの調製 第１表に示すような製造方法により、各種の球状又は破
砕状シリカを得た。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、
粒子形状は電子顕微鏡観察で確認したものである。

また、原料となる合成シリカは３５ｗＬ％塩酸に３１５
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：０．０４ρρｂ、Ｔｈ：０．２０
　　ｐｐｂ、　　Ｎ　　ａ　　：　０．３８　　ｐｐｗ
ｔＦ　　ｅ　　：　　０．３８　　ｐｐｍ、　　含水率
７ｗｔ％）を適宜粉砕および分級して、所定の平均粒子
径のものを調製し、また天然石英は市販されている石英
粉を用いた。

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

すなわち、流動性はトランスファー成形機でＥＭＭＩＩ
−６６に基づくスパイラルフロー値を測定し、パリ特性
は５〜５０−のスリフト幅を調整した金型の間際に伸び
るパリ長さの測定をもって評価した。

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

比較例１〜９ 球状シリカＡ乃至りおよび破砕状シリカＡ乃至Ｅをそれ
ぞれ半導体封止用樹脂組成物のシリカフィラーとして用
いて前記（２）の要領で樹脂組成物を調製し、該組成物
の流動性とパリ特性を評価した。その評価の結果は第２
表に示す。

第２表の結果から明らかなように、球状シリカ、破砕状
シリカ単品での流動性はスパイラルフローでせいぜい８
５ｃｍであることが判る。また、球状シリカ単品でのパ
リ発生量が多い。球状シリカ、破砕状シリカ共に平均粒
子径の小さなものは、可塑性がなくパサパサの状態で混
練が出来ず、樹脂組成物（コンパウンド）を得ることが
出来ない状態のものである。

実施例１〜４および比較例１０ 球状シリカ八と破砕状シリカＢを所定量混合して、各種
の粒子特性をもつシリカフィラーを調製した。得られた
各シリカフィラーを前記の方法でコンパウンドを調製し
て、各シリカフィラーに基づく該組成物の物性を評価し
た。そのときのシリカフィラーの粒子特性およびコンパ
ウンドの評価の結果を第３表に示す。

実施例５〜１２ 先の実施例を同様に球状シリカＡ乃至りおよび破砕状シ
リカＡ乃至Ｅを適宜所定量混合して各種の粒子特性をも
つシリカフィラーを調製した。得られた各シリカ−フィ
ラーについて同様にコンパウンドを調製して、各シリカ
フィラーに基づく該コンパウンドの特性を評価した。そ
のときのシリカフィラーの粒子特性とコンパウンドの評
価の結果を第４表に示す。

以上の各実施例および比較例から明らかなように、特定
な平均粒子径と比表面積を有する粒子特性の球状シリカ
と破砕状シリカとの所定配合によるシリカフィラーは、
樹脂組成物の流動性およびパリ特性の双方を著しく改善
したものであることが判る。

［発明の効果］ 本発明によれば、平均粒子径とＢＥＴ比表面積とが、一
定の値をとる粒子特性の球状シリカと破砕状シリカとを
所定量配合した混合シリカにより半導体封止用樹脂のフ
ィラーとして好適なシリカフィラーが提供される。

かかるシリカフィラーを用いた封止用樹脂組成物は、高
充填にも拘らず高流動性とパリ発生が少ないすぐれた樹
脂特性が得られる。従って、本発明に係る樹脂組成物は
高集積化されるＬＳＩ用に追従できる封止材となること
ができる。

特許出願人　　日本化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平均粒子径が１０〜４０μｍであり、かつＢＥＴ比
   表面積が０．５〜１０．０ｍ＾２／ｇの範囲にある粒子
   特性を有する溶融球状シリカ６０〜９０ｗｔ％と、平均
   粒子径が２〜８μｍであり、かつＢＥＴ比表面積が１〜
   １０ｍ＾２／ｇの範囲にある粒子特性を有する破砕状シ
   リカ１０〜４０ｗｔ％との混合シリカからなることを特
   徴とするシリカフィラー。 ２、溶融球状シリカが、粒子特性の異なる１種又は２種
   以上の溶融球状シリカである請求項１記載のシリカフィ
   ラー。 ３、平均粒子径８〜３２μｍの範囲及び８μｍと６４μ
   ｍの粒度分布におけるロジン−ランムラー線図の傾斜角
   が、０．６５〜１．２０の範囲にあり、かつＢＥＴ比表
   面積が１〜１０ｍ＾２／ｇの粒子特性を有する請求項１
   記載のシリカフィラー。 ４、半導体封止用樹脂組成物中に請求項１記載のシリカ
   フィラーを充填してなることを特徴とする封止用樹脂組
   成物。 ５、充填率が全組成物当り６０〜８５ｗｔ％の範囲であ
   る請求項４記載の封止用樹脂組成物。