JPH0528744B2

JPH0528744B2 -

Info

Publication number: JPH0528744B2
Application number: JP62221668A
Authority: JP
Inventors: Teijiro Matsumoto; Ryusuke Araki; Masamichi Hayashi
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1987-09-03
Publication date: 1993-04-27
Also published as: JPS6462362A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は半導体等の電子部品封止用合成樹脂組
成物に関する。更に詳しくは該組成物の充填剤に
適した角の丸まつたシリカ微粉末粒子、及びそれ
と熱硬化性樹脂を主成分とする合成樹脂組成物に
関する。（従来の技術）（発明が解決しようとする問題点）半導体及び電子部品はそれを外部環境から保護
するためにセラミツクパツケージまたは樹脂など
で封止されているが、この封止材料についてはコ
スト、生産性等の面から無機質充填剤を含有させ
た合成樹脂組成物によるものが普及している。この合成樹脂組成物は、エポキシ樹脂などの熱
硬化性樹脂とシリカなどの無機質充填剤とから構
成されているが、これらの組成物は熱膨張係数が
小さく、良熱伝導性、低透湿性で機械的特性等に
すぐれ、しかも低コストのものが望ましいことか
ら、この無機質充填剤をその成形性の許す限り、
できるだけ多量に配合する必要がある。しかしながら、充填剤として用いる無機質粉末
は主としてその塊状物を、適度の大きさと分布を
持つた粉末に粉砕するため、その形状は一般に角
をもつており、これとエポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂を混合して封止材料とする場合その流動性が
十分ではなく、充填性や作業性が悪いうえ、成型
加工工程の装置類を著しく摩耗するという欠点を
持つていた。また充填剤粒子の鋭くとがつた角が
半導体素子表面を傷つけ、そのことがソフトエラ
ーを引き起こす原因となるとの報告も出されてい
る。一般に熱硬化性樹脂が硬化する際に収縮するこ
とにより応力が生じるが、この応力のほか半導体
から発生する熱により、半導体素子と封止樹脂組
成物の熱膨張係数の差が大きいために生ずる応力
が存在する。これらの内部応力のうち、後者の応
力を緩和するために、通常熱膨張率の小さい無機
質充填剤を、出来るだけ多量に充填することが望
ましい。しかしながらこの面においても粉砕によ
つて製造される、角ばつた充填剤では充填量を増
やすと、極端に流動性が低下するため、量的に制
約を受けざるを得ず、内部応力の緩和には役立た
ない。このような問題点を解決するため、例えば、特
開昭58−145613号公報または、特開昭61−118131
号公報によれば、結晶微粉末シリカをガス流と共
にノズルから噴出させ、粒子の分散、溶融、冷却
等を適当な条件に制御して、球状の溶融微粉末シ
リカをつくる方法が提案されている。しかしなが
ら、この方法はコストが高くなる欠点を有する。一方、結晶タイプの球状シリカの製造例は、現
在まで提案されていない。このような状況に鑑みて、本発明者らは丸味を
帯びたシリカ微粉末粒子の製造法について検討
し、特願昭62−117612（シリカ微粉末粒子の製造
方法）として昭和62年５月13日に出願した。特願
昭62−117612の方法によつて得られるシリカ微粉
末は、最大粒子径が300μｍ以下の丸味を帯びた
粒子で、半導体素子封止用合成樹脂組成物の充填
剤としてすぐれたものである。その後本発明者らが鋭意、検討を続けたとこ
ろ、最大粒子径が200μｍ以下で、平均粒子径が
7μｍ以上35μｍ以下、かつ、微粒子シリカの含有
量が3μｍ以下のものを12重量％（以下重量％で
ある。）以上、1μｍ以下のものを２％以上含有す
るシリカ微粉末が充填剤としてよりすぐれた特性
を持つことを知り、本発明に到達した。さらに本発明は、前述のようにして得られた充
填剤を熱硬化性樹脂に配合し、充填性や作業性が
良く、成形加工工程での装置の摩耗も少なくて、
かつ内部応力の小さいトランスフアー成形に適し
た熱硬化性樹脂組成物を提供しようとするもので
ある。（問題点を解決するための手段）すなわち本発明の第１は、破砕状シリカに外部
から押圧力を加えながら水系媒体存在下で粒子同
志を摩砕することにより、シリカ粒子の角をとつ
て丸味をおびさせたシリカ微粉末であつて、最大
粒子径が200μｍ以下で平均粒子径が7μｍ以上35μ
ｍ以下であり、かつ、3μｍ以下の微粒子シリカ
を12％以上、1μｍ以下の微粒子シリカを２％以
上含有することを特徴とするシリカ充填剤であ
り、本発明のシリカ充填剤は熱硬化性樹脂に配合
すると、良好な流動性を付与するとともに高配合
をも可能にするものである。第２は熱硬化性樹脂100重部部と、第１発明の
シリカ充填剤60〜600重量部を含有する樹脂組成
物である。本発明に用いる破砕状シリカは、結晶シリカ、
溶融シリカのいずれでも構わず、結晶シリカとし
ては一般に天然の高純度の珪石、珪砂、水晶等が
用いられ、溶融シリカは、これら結晶シリカを高
温で溶融してインゴツトにしたものである。通常
これらをジヨークラツシヤー、ロールクラツシヤ
ー等で粗砕し、これら粗砕品をさらにボールミル
等で微粉砕し、破砕状シリカとして本発明に用い
る。ここで得られる破砕状微粉砕シリカの平均粒子
径は、最終製品の角をとつて丸味をおびたシリカ
充填剤のそれよりもやや大きくしておく必要があ
る。本発明のシリカ充填剤は、熱硬化性樹脂と配合
すると流動性が著しく良くなるのであるが、その
作用機構は明確ではない。しかし、粒子の角がと
れ丸くなることのほかに、生成するサブミクロン
粒子を含む微粒子が、最適な粒度分布を形成する
ために大いに貢献しているものと考えられる。本発明においては、破砕シリカに外部から押圧
力を加えながら、水系媒体存在下で粒子同志を摩
砕するが、水系媒体が存在しないと押圧力が粉体
に円滑に伝達されず、摩砕の効率は極めて低くな
る。通常破砕状シリカに対して0.5〜18％、好ま
しくは３〜13％の水系媒体の存在が、摩砕に対し
て有効に作用する。使用する水系媒体としてはシリカ微粒子同志が
相互に作用しあい、外部から粉体への圧力が伝達
し易い液体であればよく、水、アルコール類、鉱
油等の液状物質が有利に使用できるが、媒体のコ
スト、操作時の取扱い易さ、操作後の分離し易さ
などから、水単独、または水にエタノール、メタ
ノール等のアルコール類を溶かした媒体が工業的
に最も有利に使用できる。また、外部からローラーに加える押圧力である
が、機械により押圧の仕方が異なるので数値的に
限定できないが、押圧力が余り強い場合、角とり
のみならず粒子の体積破壊がおき、粉砕が進行し
角とりが阻害される。また、余り弱い場合、角と
りの効率が低下してくるので、機器、原料、品種
（結晶質、非結晶）等に応じて、適切に決めれば
よい。また、数mm以下の粗砕品を直接この角とり
工程に送つて、所望粒度への粉砕と同時に角とり
操作をおこなうこともできる。このように外部から押圧力を加えながら粒子ど
うしを摩砕する手段には種々の方法があるが、エ
ネルギーなどのコストあるいは効率性の面からみ
てローラーミルが最も有効に使用できる。本発明のシリカ充填剤は最大粒子径が200μｍ
以下、好ましくは100μｍ以下であり、200μｍ以
上であると、半導体の樹脂封止の工程でつまりを
生ずるため使用できない。更に平均粒子は7μｍ
以上35μｍ以下、好ましくは12μｍ以上20μｍ以下
であり、7μｍ以下であつても35μｍ以上であつて
も、いずれも樹脂組成物の良好な流動性が損なわ
れる。次に微粒子シリカの存在量であるが、3μｍ以
下のものが12％以上好ましくは14％以上、1μｍ
以下のものが２％以上好ましくは３％以上存在す
ると、良好な流動性が得られる。但し、3μｍ以
下の微粒子は必ずしも角をとつて丸味をおびる必
要はなく、破砕状微粒子でも良い。いずれの場合
もこれ以下であると、樹脂組成物の流動性は低下
してくる。上記、７〜35μｍの平均粒子径及び、
所望の割合で微粒子が存在するシリカ充填剤は、
押圧力あるいは、回転数、水系媒体の量等を適宜
調節することにより得ることができるし、また、
3μｍ以下の破砕状シリカを本処理前又は途中ま
たは処理後に加えても得ることができる。第２の発明の樹脂組成物は、第１の発明のシリ
カ充填剤を熱硬化性樹脂に配合させたものであ
る。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フエ
ノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂
等のいずれの樹脂も使用できるが、この中でエポ
キシ樹脂が工業的に有利に用いることが出来る。
これらの熱硬化性樹脂100重量部に、本発明のシ
リカ充填剤を60〜600重量部の範囲で配合すると
所望の樹脂組成物が得られる。60重量部以下で
は、内部応力低下の効果がみられず、600重量部
をこえると、樹脂の流動性が著しく低下するので
好ましくない。熱硬化性樹脂に充填剤を混練する
方法としては、通常ニーダー、ロールミル、ミキ
サー等を用いればよい。（実施例）次に本発明を実施例により、詳細に説明する。〔充填剤の製造〕実施例１粗砕結晶シリカをボールミルにより微粉砕し、
平均粒子径23.2μｍの破砕状結晶シリカ500ｇを得
た。これをローラーミル（MPV−0.5型松本鋳造
鉄工所製）に仕込み、同時に水60mlを添加した。
ローラーの押圧力40Kg／cm（線圧）、ローラーと
底板とのクリアランス３mm、底板の回転数を
42rpmに設定して、１時間処理した。得られた処
理物を乾燥、解砕した結果、平均粒子径は19.4μ
ｍで、微粒子の存在量は3μｍ以下22.1％、1μｍ以
下4.4％であつた。なお粒度分布の測定はレーザ
ー回折式粒度分布測定装置（CILAS、モデル
715）を用いて行つた。このようにして製造されたシリカ充填剤の電子
顕微鏡写真を第１図に示した。実施例２実施例１で用いた破砕状結晶シリカの粒子径及
びローラーミル処理条件を変えて、第１表のＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに示すシリカ充填剤を製造した。

〔樹脂組成物の製造〕

実施例６〜10 実施例１〜２で製造した充填剤（破砕状結晶シ
リカをローラーミルで処理して得たもの。）をエ
ポキシ樹脂100重量部に対し、第２表に示す重量
部を配合し、ニーダーにて15分混練後冷却、粉砕
し、エポキシ樹脂組成物を得た。これらの組成物
の流動性を見るため、EMMI規格１−66に基い
てスパイラルフローを測定した。

【表】比較例１〜４実施例１及び実施例2D、2E及び実施例３で得
た結晶シリカ微粒子を充填剤に用いて、実施例６
〜10と同様にしてエポキシ樹脂組成物を得た。
（第３表）充填剤の配合量が600部を越えたり、平
均粒子径が小さ過ぎたり、なるいは1μｍ以下の
シリカ微粉末が２％以下などの条件では流動性が
悪くなることが明らかとなつた。

【表】

【表】実施例 11、12 破砕状溶融シリカをローラーミルで処理する実
施例４の方法で得た溶融シリカ微粒子を充填剤と
して用い、以後実施例６〜10と同様にしてエポキ
シ樹脂と配合し、第４表に示すエポキシ樹脂組成
物を得た。比較例５、６比較例５は実施例４で得た溶融シリカ微粒子を
エポキシ樹脂100重量部に対し610部配合したも
の、比較例６は破砕状溶融シリカをローラーミル
で処理しないままのものを充填剤として用いた場
合である。結晶シリカ微粒子における比較例１〜
４の場合と同じように、溶融シリカ微粒子を用い
た場合も、第４表に示すように流動性の低下が見
られた。

【表】実施例 13 実施例１、実施例３、実施例４、実施例５で得
られた充填剤を各々70重量％の割合で含有するエ
ポキシ樹脂組成物を製造し、これらを50mmφの金
型に充填して加圧成型し、外径50mm、高さ10mmの
タブレツトを作製した。これを用いて摩耗試験を
実施した。結果を第３図、第４図に示した。本発
明の角をとり、丸味をおびたシリカ微粒子を充填
剤に用いた場合、明らかに摩耗性が改善されてい
た。（発明の効果）本発明のシリカ充填剤を含有する熱硬化性樹脂
組成物を、半導体等の電子部品の封止に用いるこ
とにより、トランスフアー成型工程における流動
性、摩耗性が改善されるうえ、封止物の内部応力
の低下にも役立ち、作業性、性能の両面で改善を
はかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により角をとり、丸味を
帯びた破砕状結晶シリカ微粒子の結晶の構造を示
す電子顕微鏡写真、第２図は本発明の方法を実施
する前の破砕状結晶シリカ微粒子の結晶の構造を
示す電子顕微鏡写真である。第３図、第４図は本
発明の方法を用いて製造した充填剤を配合して得
られたエポキシ樹脂組成物のTaber摩耗試験の結
果を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１破砕状シリカに外部から押圧力を加えながら
水系媒体存在下で粒子同志を摩砕することによつ
てシリカ粒子の角をとり、丸味をおびさせたシリ
カ微粉末であつて、最大粒子径が200μｍ以下で
平均粒子径が7μｍ以上35μｍ以下であり、かつ、
3μｍ以下の微粒子シリカを12重量％以上、1μｍ
以下の微粒子シリカを２重量％以上含有するシリ
カ充填剤と熱硬化性樹脂を主たる成分とし、熱硬
化性樹脂100重量部と該シリカ充填剤60〜600重量
部を含有する樹脂組成物。２熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である特許請求
範囲１記載の組成物。