JPH02247236A - 微細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

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、微細な溶融球状シリカおよびこれを用いた半
導体の封止用樹脂組成物に関する。

更に詳細には、特定の粒度特性と比表面積をもつ微細な
溶融球状シリカおよび特にこれを半導体封止用樹脂組成
物におけるシリカフィラーとして用いた場合に、流動性
及びパリ特性のすぐれた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を充填した樹
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５４−４３０２１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〜
６０ｎ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種以上を粒度調製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５７−２１２２２５号公報、特開昭６２−
２６１１６１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
プの熱膨彊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
、組成物中のシリカ含有率に限度があり、より多くのシ
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、組成物をトランスファー成形する際
に、いわゆるパ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
。

従来、実用に供されている溶融球状シリカフィラーとし
ては、平均粒子径が１０〜４０Ｉ１ｍの範囲で、ＢＥＴ
比表面積が０．５〜５ｍ”７ｇの範囲の粒子特性を有し
ている。

しかし、かかる溶融シリカをフィラーとする封止用樹脂
組成物において、多量に配合する該フィラーの粒子特性
が該樹脂組成物の流動性やパリ特性を左右させることが
明らかな事実であるにも拘らず、これを改善するには非
常な困難性があり、これまで満足されるものは得られて
いない。

この理由は、溶融球状シリカの多様な粒子特性が複雑に
からみ合って該樹脂組成物の流動性とパリ特性に微妙か
つ大きな影響を与える関係でこれまで明解な原因の究明
がなされていなかったことによる。

本発明者らは、以上の問題点に鑑み、溶融シリカフィラ
ーの粒子特性と該樹脂組成物の流動性およびパリ特性と
の関係に数多くの実験を重ねて解フ析を重ねた結果、微
細な溶融球状シリカの粒子特性が流動性およびパリ特性
に著しい影響を与え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、閘脂組成物におけるフィラーとし
て好適な微細球状シリカおよびこれを配合して成形する
際に流動性およびパリ特性の優れた樹脂組成物を提供す
ることにある。

（ｉ［を解決するための手段］ すなわち、本発明は３〜２４−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１゜００±
０．２０で、かつ平均粒子径が２〜１０−の範囲および
ＢＥＴ比表面積が２〜２抛”７ｇの範囲の粒子特性を有
する微細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
体の封止用樹脂組成物において、樹脂組成物中と前記微
細溶融球状シリカを含有することを特徴とする封止用樹
脂組成物と係る。

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、前記の比表面積と粒度
特性を有する微細な粒子であるところに特徴がある。

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改善するた
めに数多くの実験により設定されたものであって、その
範囲外では流動性若しくはパリ特性のいずれかの改善効
果が劣るか又はいずれもその効果が劣ることになるから
である。

例えば、市販のエアロジルの如き火炎加水分解法による
微細シリカはパリ防止効果が乏しく、フィラーとしての
使用量が増加すると流動性を極度に低下させる。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、パ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、パリ防止作用を有しない。

他方、非晶質の溶融シリカや石英の如き結晶シリカを粉
砕によって平均粒子径を１０−以下に調整した微細シリ
カ粒子であっても顕著な流動性の改善は見られず、むし
ろ多くの場合パリ特性の改善ｉが認められるものの流動
性は低下の傾向にある。

しかして、本発明に係る微細溶融球状シリカにおいて特
に平均粒子径が２趨未満では、これを配合する樹脂組成
物を成形する際溶融粘度が上がるため流動性が損われ、
他方、１０μｍを越えると流動性の改善の効果は見られ
ず、従来の球状シリカと同様の挙動を示す。

上記は平均粒子径から捉らえた場合の必要条件であるが
、フィラーとしての借問性からみると十分ではなく、粒
度特性として前記のように３〜２４Ｊｌｆｆｌ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１．００±０．２０の範囲を存する粒度分布状態で
なければならない。

なお、本発明における粒子径は、レーザー光散乱法に基
づく粒度分布測定法で求められたものとして定義される
。

また、比表面積は微細溶融球状シリカの溶融化度を評価
する一つの指標であるとともに、フィラーとして用いる
樹脂組成物の流動性やパリ特性にも関係するので重要な
特性であるが、本発明に係る微細シリカ粒子はＢＥＴ比
表面積が２〜２０１１”７ｇの範囲を有していなければ
ならない。

この値が２０＋ｓ”７ｇを越えると溶融化度の低下によ
り、これを用いた樹脂組成物の吸水率が高くなる傾向を
示すと共に流動性が低下する。他方、２ｍ”／ｇ未満に
なるとパリの発生が認められるようになって、いずれも
微細溶融球状シリカの特徴が失なわれる。

更に、半導体の集積度が要求されるに従って、封止用樹
脂組成物に係るシリカフィラーは高純度のものが求めら
れるところから本発明に係る微細球状シリカは可及的に
不純物の少いものが好ましい なお、溶融シリカ粒子が球状であるが否かは、電子顕微
鏡にて容易に確認することができ、本発明に係る微細シ
リカ粒子は、いずれも真球ないしは、角がなく実質的に
球状の粒子状態であることが認められる。

次に、本発明に係る封止用樹脂組成物は、シリカフィラ
ーとして前記微細な溶融球状シリカを樹脂組成物中に含
存することが重要な特徴となっている。

かかる微細シリカを単独でフィラーとして用いる樹脂組
成物としては、例えばトランスファー成形におけるナン
ナーゲートの狭い金型を用いる場合に有効であり、パリ
発生も少ない。

この樹脂組成物は、対象メモリーの狭い間隙に均一に充
填する場合に有効である。

しかし、多くの場合、本発明に係る微細シリカは他の粗
粒の溶融球状シリカや破砕状シリカのいずれであっても
、これを配合するとそれらのフィラーとしての欠点を改
善することが顕著になるところから他のシリカ粒子と混
合して用いられ、これをフィラーとする樹脂組成物とす
る。

このような、シリカフィラーは樹脂組成物に高充填する
ことが可能となり、その樹脂組成物は流動性およびパリ
特性が優れているので、半導体封止材として好適である
。

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、平均粒子径およびロジン−ランムラー
線図に基づく傾斜角で表わされる粒度特性ならびに比表
面積とがそれぞれ一定の条件をもつ微細溶融球状シリカ
が提供される。

かかる微細溶融球状シリカは、特に半導体封止用樹脂組
成物のフィラーとして単独又はその構成粒子として用い
られる。

フィラーとしての使用において、該樹脂組成物の流動性
およびパリ特性を改善する機構の詳細は明らかでないが
、恐らく、微細溶融球状シリカがボールベアリング作用
によって流動性を与えると共に、特徴的粒度特性がパリ
特性の改善にも作用するものと考えられる。

〔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３５−ｔ％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（υ：　０．０４　ｐｐｂ、丁ｈ：　０
．２０ｐｐｂ　、　Ｎａ：　０．３８ｐｐｍ　、　Ｆｅ
：　０．３８ｐｐｍ　、含水率７ｗｔχ）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。

（２）封止用樹脂組成物の調製 （２−１）　Ｉｌｌ成物の配合 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−のスリット幅を調製した金型の間隙に伸び
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　／ｃｍｔとした。

また、曲げ強度の測定はＪ　Ｉ　Ｓ　Ｋ−６９１１に準
じて行い、樹脂組成物の常温および熱時の強度を測定し
た。

実施例１ シリカフィラーとして、微細溶融球状シリカＡ−１を破
砕状シリカＡ及び球状シリカＣと各種の割合で混合した
ものを用いた樹脂組成物について、その流動性（スパイ
ラルフロー値）を評価した。

その結果を第２表に示す。

第２表 づく流動性は改善されていることが判る。

比較例１ シリカフィラーとして、微細球状シリカＡ−２を破砕状
シリカＡ及び球状シリカＣを各種の割合で混合したもの
を同様に用いた樹脂組成物についてその流動性を評価し
た。その結果を第３表に示す。

第２表より破砕シリカＡ、球状シリカＣのいずれの場合
も本発明に係る微細溶融球状シリカＡ−１を添加するこ
とによりスパイラルフロー値が伸びており、粗粒シリカ
を主剤とするフィラーに基筒３表の結果から本発明に係
る微細粒状シリカ以外のもの（Ａ−２）は、粗粒の破砕
状シリカＡおよび球状シリカＣを主剤とするフィラーに
対し、これに基づく流動性は改善されていないことが判
る。

実施例２ 微細溶融球状シリカＢ−１を第１表に示す球状シリカ（
Ｃ，Ｄ）に１０〜４０ｗｔＸ添加してシリカフィラーを
母型した。次いで樹脂組成物を得て、そのスパイラルフ
ロー、パリ長さ、および曲げ強度を測定した。結果を第
４表に示す。

第４表から明らかなように、微細球状シリカＢ’−１を
添加していくとその割合に応じてこれをフィラーとする
樹脂組成物のスパイラルフローは最大約１．５倍まで伸
び、パリ長さも改善される。また曲げ強度、特に熱時（
２２０°Ｃ）の強度が大きくなることが判る。

比較例２ 実施例２の微細溶融球状シリカＢ−１の代りにＢ−２を
用いた以外は、実施例２と同様に樹脂組成物を得てその
評価をしたところパリ特性にわずかな改善が認められた
が流動性は改善されなかった。

実施例３ 実施例２で用いた微細溶融球状シリカＢ−１を第１表に
示す破砕状シリカ（Ｂ、　Ｃ）に１０〜４ｈｔＸ添加し
てシリカフィラーを調製した。次いで樹脂組成物を得て
そのスパイラルフロー、パリ長さヲ測定しな。結果を第
５表に示す。

第５表 第５表の結果から、粗粒破砕状シリカに本発明に係る微
ＩＩＩ溶融球状シリカＢ−１を添加した場合、これをフ
ィラーとする樹脂組成物のスパイラルフロー値が最大的
１．５倍まで伸びている。また、微細溶融球状シリカの
添加に基づくパリ特性への悪影響は全くないことが判る
。

比較例３ 本発明に係る微細溶融球状シリカの代わりに類似の粒径
、比表面積を有する微細破砕状シリカＤを用いて、第１
表に示す破砕状シリカＣ及び球状シリカＤとを各種の割
合で混合して、シリカフィラーを得た。次いで、このフ
ィラーに基づく樹脂組成物を得て、そのスパイラルフロ
ーを測定した。

結果を第６表に示す。

第６表 第６表から、破砕状シリカＣに微細破砕状シリカＤを添
加してもスパイラルフローは全く伸びず球状シリカＤに
添加した場合でもスパイラルフローの伸びは１０％以下
であり、はとんど流動性の改善効果が認められない。

比較例４ 第１表記載の破砕シリカＣに、同じ第１表記載の球状シ
リカＣ，Ｄを各種の割合で混合してフィラーを得た。次
いでこのフィラーに基づく樹脂組成物を得てそのスパイ
ラルフローを測定した。

結果を第７表に示す。

ず、破砕シリカの流動性は改善されていない。

〔発明の効果〕

本発明に係る特定の粒子特性を有する微細溶融球状シリ
カをエポキシ樹脂組成物中に添加すると流動性、パリ特
性に優れた半導体封止用樹脂組成物が得られる。特に、
流動性が優れることにより、高充填が可能となり、その
ため封止材としての線膨張率が下がり耐熱応力樹脂が得
られるようになる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．　３〜２４μｍ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１．００±０．２０で
   、かつ平均粒子径が２〜１０μｍの範囲およびＢＥＴ比
   表面積が２〜２０ｍ＾２／ｇの範囲の粒子特性を有する
   微細溶融球状シリカ。
2. ２．　溶融シリカ粒子をフィラーとする半導体の封止用
   樹脂組成物において、請求項１記載の微細溶融球状シリ
   カを含有することを特徴とする封止用樹脂組成物。
3. ３．　溶融シリカ粒子をフィラーとする半導体の封止用
   樹脂組成物において、請求項１記載の微細溶融球状シリ
   カと粗粒溶融シリカとの配合物を含有することを特徴と
   する封止用樹脂組成物。
4. ４．　溶融シリカ粒子をフィラーとする半導体の封止用
   樹脂組成物において、請求項１記載の微細溶融球状シリ
   カと破砕状シリカとの配合物を含有することを特徴とす
   る封止用樹脂組成物。