JPH07316459A - 表面処理アルミナの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 アルミナ粉末を有機ケイ素化合物で表面処理
した後、３００℃以上の温度で熱処理することを特徴と
する表面処理アルミナの製造方法。 【効果】 本発明の方法で得られた表面処理アルミナ粉
末は、表面の活性点が消失しているので、充填剤として
配合した場合に樹脂マトリックス中の成分に悪影響を及
ぼすことがなく、アルミナ本来の線膨張係数の低下、高
熱伝導性等の特性を樹脂に与えることができるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体封止用エポキシ
樹脂組成物の充填剤などとして好適に用いられる表面処
理アルミナの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、高発熱性のパワートランジスター、パワーＩＣ、高
速ＬＳＩ、ＣＰＵ等の半導体素子は、通常セラミックパ
ッケージや高熱伝導性プラスチックパッケージなどで封
止され、半導体装置化されている。上記セラミックパッ
ケージは、構成材料そのものが高熱伝導性、耐熱性を有
し、耐浸透性にも優れているため、温度、湿度に対して
強く、しかも中空パッケージのため機械的強度も高く、
信頼性の高い封止が可能であるが、構成材料が比較的高
価であり、また量産性に劣るという欠点がある。このた
め、最近では高熱伝導性プラスチックパッケージを用い
た樹脂封止が注目され、主流になりつつあり、この種の
樹脂封止には、従来よりエポキシ樹脂が使用されてお
り、良好な成績を収めている。

【０００３】しかし、半導体分野の技術革新によって高
速化が進み、更にパッケージの小型化、薄型化が強く要
求されてきており、これに伴って封止材料に対して従来
以上の特性（高熱伝導性、低応力性、耐湿信頼性等）の
向上が要望されている。

【０００４】かかる要望に対応するため、従来エポキシ
樹脂の充填剤として、比較的耐湿信頼性が高く、線膨張
係数が小さいと共に、高熱伝導性を有するアルミナの使
用が検討されている。

【０００５】しかしながら、アルミナはエポキシ樹脂の
リン系硬化触媒を失活させるという問題があり、これを
解決するためカップリング剤でアルミナの表面処理を行
うことが提案されている（特開平４−２９８０６７号）
が、リン系硬化触媒の失活を防止する効果が不十分であ
ると共に、硬化物に対する耐湿信頼性の付与も不十分で
ある。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、リン系硬化触媒を配合したエポキシ樹脂の充填剤と
して使用されても硬化を阻害しないと共に、エポキシ樹
脂などの硬化物に良好な耐湿性を与えることができる表
面処理アルミナの製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、アルコ
キシ基等の有機官能基を持つ有機ケイ素化合物で表面処
理されたアルミナ粉末を３００℃以上の温度で熱処理し
たアルミナ粉末は、リン系硬化触媒を配合したエポキシ
樹脂の充填剤として使用されても硬化を阻害しないと共
に、エポキシ樹脂などの硬化物に良好な耐湿性を与える
ことできることを知見した。

【０００８】即ち、上述したように、上記提案によるシ
ランカップリング剤処理では、アルミナ粉末に十分な硬
化阻害防止効果を付与できないものであるが、この原因
を調査したところ、アルミナ表面に存在する活性点がリ
ン系硬化促進剤の硬化を阻害しており、シランカップリ
ング剤を表面に付着させた後、１００〜３００℃程度の
温度で熱処理しただけではアルミナ表面に存在する活性
点を消失させることができないことが判明した。そこ
で、シランカップリング剤を表面に付着させたアルミナ
を種々の温度で熱処理し、リン系硬化触媒を含有するエ
ポキシ樹脂の熱時硬度を測定したところ、図１に示すよ
うに、３００℃以上の温度で熱処理することによってア
ルミナの活性点が消失し、リン系硬化触媒の硬化を阻害
しないようになり、エポキシ樹脂の硬化物に良好な耐湿
性も付与できることを見い出し、本発明をなすに至った
ものである。

【０００９】従って、本発明はアルミナ粉末を有機ケイ
素化合物で表面処理した後、３００℃以上の温度で熱処
理することを特徴とする表面処理アルミナの製造方法を
提供する。

【００１０】以下、本発明について更に詳しく説明する
と、本発明のアルミナ粉末の製造方法は、上述したよう
に有機官能基を有する有機ケイ素化合物で表面処理した
後、３００℃以上の温度で熱処理するものである。

【００１１】ここで、有機官能基を有する有機ケイ素化
合物としては、具体的にアルコキシ基を有するシランカ
ップリング剤や加水分解性基を有するシラン類を挙げる
ことができる。シランカップリング剤としては、例えば
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グ
リシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β−
（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、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−アミノプロピ
ルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−
アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプ
ロピルトリメトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノ
プロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリ
メトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリメト
キシシリルプロピルナジック酸無水物を挙げることがで
きる。一方、加水分解性基を有するシラン類としては、
エチルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラ
ン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、エ
チルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン類
を挙げることができる。

【００１２】このような有機ケイ素化合物をアルミナ粉
末で表面処理（被覆処理）する方法としては、有機ケイ
素化合物とアルミナ粉末とを混合する方法が一般的であ
る。この方法には、無溶媒系で行う乾式方法と、溶媒中
で行う湿式方法とがあり、表面処理を完全に行うには、
水、アルコール等の溶媒中で行うことが最も好ましい
が、溶媒を用いると乾燥時にアルミナに凝集が生じてし
まい、この凝集が生じたアルミナ粉末で封止樹脂組成物
を調製すると、流動性などが著しく低下するという問題
が生じる。そのため、噴霧式処理乾燥装置などで処理及
び乾燥することが好ましい。

【００１３】この場合、有機ケイ素化合物の添加量はア
ルミナ重量の０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１
〜２重量％の範囲とすることがよい。

【００１４】上記被覆処理においては、必要により加水
分解触媒を添加してもよい。このような加水分解触媒と
しては、酢酸などの酸性触媒、ジアザビシクロウンデセ
ン、アミン等の塩基性触媒が挙げられ、その添加量は有
機ケイ素化合物重量の０．０１〜１０重量％程度がよ
い。

【００１５】なお、アルミナ粉末の種類、粒径などは特
に制限されず、いずれのものも使用可能であるが、エポ
キシ樹脂の充填剤として用いる場合には、粒径１〜１５
０μｍ、好ましくは５〜７０μｍのものがよい。また、
表面（被覆）処理の温度は２５〜１２０℃の範囲が好ま
しく、時間は１０分〜３時間の範囲が好ましい。

【００１６】本発明においては、このように有機ケイ素
化合物で被覆処理したアルミナ粉末を熱処理し、加水分
解によって生成した有機ケイ素化合物のシラノール基と
アルミナ表面に存在する活性点とを反応させてアルミナ
表面の活性点を消滅させる。

【００１７】この場合の熱処理温度は３００℃以上、好
ましくは３５０〜１０００℃、特に好ましくは４００〜
６００℃の範囲である。３００℃未満の熱処理温度で
は、図１に示したようにアルミナ表面の活性点を十分に
消失させることができない。処理時間は処理温度にもよ
るができるだけ長時間行うことが好ましく、具体的には
４〜１２時間、特に４〜６時間程度が好ましい。また、
昇温は徐々に行う方が好ましく、昇温が速すぎるとアル
ミナと有機ケイ素化合物の線膨張係数が異なるためにア
ルミナ表面上の有機ケイ素化合物の剥離などの問題が生
じる場合があり、このため昇温速度は０．５〜３℃／分
程度が好ましい。更に、この熱処理の雰囲気は酸素存在
下とすることが好ましい。

【００１８】このようにして得られる表面処理アルミナ
粉末は、従来公知の成形材料、封止材料等の各種樹脂組
成物の充填剤として有用であり、特に有機リン系硬化触
媒を配合したエポキシ樹脂組成物に有効である。

【００１９】このようなリン系硬化触媒としては、例え
ばテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート
や、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホス
フィン、トリメトキシフェニルホスフィン及びこれらの
塩等を例示することができる。

【００２０】本発明の表面処理アルミナ粉末をエポキシ
樹脂組成物に配合する場合、樹脂成分１００部（重量
部、以下同様）に対し５０〜９５部、好ましくは７５〜
９２部の範囲とすることがよい。

【００２１】また、エポキシ樹脂組成物の成分として
は、特に制限されないが、エポキシ樹脂として例えばビ
スフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ
樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジル型エポキシ樹
脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポ
キシ樹脂、シクロペンタジエン含有エポキシ樹脂などを
挙げることができる。

【００２２】また、硬化剤として例えばフェノールノボ
ラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、トリフェノー
ルメタン、フェノールアラルキル樹脂、ナフタレン環含
有フェノール樹脂、シクロペンタジエン含有フェノール
樹脂などのフェノール性水酸基を２個以上有するものを
挙げることができる。フェノール樹脂の配合量は、エポ
キシ基と水酸基の当量比が０．５〜２の範囲であればよ
く、特に制限されないが通常エポキシ樹脂１００部に対
して３０〜１００部、好ましくは４０〜７０部の範囲が
よい。配合量が３０部より少ないと十分な強度が得られ
ず、一方１００部を超えると未反応のフェノール樹脂が
残って耐湿性を低下させる場合がある。

【００２３】また、樹脂組成物には本発明の表面処理ア
ルミナ粉末以外の充填剤を必要に応じて配合してもよ
く、その他通常配合される離型剤、シランカップリング
剤、難燃化剤等を配合することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の方法で得られた表面処理アルミ
ナ粉末は、表面の活性点が消失しているので、充填剤と
して配合した場合に樹脂マトリックス中の成分に悪影響
を及ぼすことがなく、アルミナ本来の線膨張係数の低
下、高熱伝導性等の特性を樹脂に与えることができるも
のである。

【００２５】

【実施例】以下、実施例、比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００２６】〔実施例１〕３リットルのボールミル中に
球状アルミナ１ｋｇを入れてＫＢＭ１３（メチルトリメ
トキシシラン：信越化学工業（株）製）８ｇと水３．５
ｇ、酢酸０．３ｇ、メタノール２ｇの混合溶液を添加
し、１５分混合した後、１２０℃，１時間、更に４００
℃，６時間熱処理を行って表面処理アルミナ１ｋｇを得
た。

【００２７】〔実施例２〕３リットルのボールミル中に
球状アルミナ１ｋｇを入れてＫＢＭ１３（メチルトリメ
トキシシラン：信越化学工業（株）製）８ｇと水３．５
ｇ、酢酸０．３ｇ、メタノール２ｇの混合溶液を添加
し、１５分混合した後、１２０℃，１時間、更に５００
℃，６時間熱処理を行って表面処理アルミナ１ｋｇを得
た。

【００２８】〔実施例３〕３リットルのボールミル中に
球状アルミナ１ｋｇを入れてビニルトリエトキシシラン
（信越化学工業（株）製）８ｇと水３．５ｇ、酢酸０．
３ｇ、メタノール２ｇの混合溶液を添加し、１５分混合
した後、１２０℃，１時間、更に５００℃，６時間熱処
理を行って表面処理アルミナ１ｋｇを得た。

【００２９】〔実施例４〕３リットルのボールミル中に
球状アルミナ１ｋｇを入れてγ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン（信越化学工業（株）製）８ｇと水３．５
ｇ、酢酸０．３ｇ、メタノール２ｇの混合溶液を添加
し、１５分混合した後、１２０℃，１時間、更に５００
℃，６時間熱処理を行って表面処理アルミナ１ｋｇを得
た。

【００３０】〔比較例１〕特願平３−６３３５１号に記
載されているエポキシ変性シランカップリング剤をコー
ティングする方法に従い、３リットルのボールミル中に
球状アルミナ１ｋｇを入れてＫＢＭ４０３（γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン：信越化学工業
（株）製）８ｇと水３．５ｇ、酢酸０．３ｇ、メタノー
ル２ｇの混合溶液を添加し、１５分混合した後、１２０
℃で６時間熱処理を行って表面処理アルミナ１ｋｇを得
た。

【００３１】〔比較例２〕３リットルのボールミル中に
球状アルミナ１ｋｇを入れてＫＢＭ１３（メチルトリメ
トキシシラン：信越化学工業（株）製）８ｇと水３．５
ｇ、酢酸０．３ｇ、メタノール２ｇの混合溶液を添加
し、１５分混合した後、２５０℃で６時間熱処理を行っ
て表面処理アルミナ１ｋｇを得た。

【００３２】上記実施例、比較例で得られた表面処理ア
ルミナ１０００重量部、樹脂成分としてエポキシ樹脂
（ＹＸ４０００：油化シェルエポキシ社製）４５重量
部、硬化剤（ＸＬ−２２５：三井東圧化学社製）、ブロ
ム化エポキシ樹脂７重量部、硬化促進剤としてテトラフ
ェニルホスホニウムテトラフェニルボレート３重量部、
離型剤としてカルナバワックス１．２重量部、添加剤と
してシランカップリング剤２．０重量部、三酸化アンチ
モン８重量部を混合し、ロール混練り機を用いて溶融混
練してエポキシ樹脂組成物を調製した。

【００３３】このように調製したエポキシ樹脂組成物を
用いて、１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の
条件で硬度測定用棒状試験片をトランスファー成形し、
成形金型を開けた直後にＡＳＴＭショアＤ硬度計にて樹
脂の硬度を測定した。

【００３４】また、１００ピンＱＦＰ金型を用いて１７
５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件でトラン
スファー成形し、この時の金型離型性を目視で評価し、
成形性を下記に示す基準で測定した。結果を表１に示
す。 〈成形性〉 良好：成形後、金型から簡単に成形物が離型し、ランナ
ー残りやゲート残りが起こらない。 不良：成形後、金型から成形物が離型せず、ランナー残
りやゲート残りが生じる。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１の結果より、本発明の表面処理アルミ
ナ粉末は、リン系硬化触媒を配合したエポキシ樹脂組成
物の硬化を阻害しないため、成形性、硬化性に優れたエ
ポキシ樹脂を与えることができる。

【００３７】また、熱処理温度を変化させる以外は実施
例１と同様にして得た表面処理アルミナ粉末を用いて上
記と同様にして硬化性を測定した結果を図１に示す。図
１の結果から、熱処理温度を３００℃以上にする必要が
あることが認められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱処理温度と硬化性との関係を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩原 利夫 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社シリコーン電子材料 技術研究所内 (72)発明者 平野 達郎 東京都港区芝公園２丁目９番５号 株式会 社龍森内 (72)発明者 湯田 実 東京都港区芝公園２丁目９番５号 株式会 社龍森内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ粉末を有機ケイ素化合物で表面
   処理した後、３００℃以上の温度で熱処理することを特
   徴とする表面処理アルミナの製造方法。
2. 【請求項２】 有機ケイ素化合物がアルコキシ基を有す
   るものである請求項１記載の製造方法。