JPH0725607A

JPH0725607A - 球状シリカ粉末及びエポキシ樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0725607A
Application number: JP17068793A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yamamoto; 一也山本; Kazuo Takahashi; 和男高橋
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-01-27
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: JP3408585B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体チップを樹脂組成物で封止する際、そ
の流動特性、成形性及び半田付け時の耐クラック性に優
れたエポキシ樹脂組成物を得るのに特に好適な球状シリ
カ粉末及びそれを用いたエポキシ樹脂組成物を提供する
こと。【構成】粒子径１４９μｍ以上の粒子含有率をａ重量
％、粒子径３２μｍ以下の粒子含有率をｂ重量％、粒子
径１２μｍ以下の粒子含有率をｃ重量％、粒子径６μｍ
以下の粒子含有率をｄ重量％、粒子径３μｍ以下の粒子
含有率をｅ重量％としたとき、ａ≦０．５、４０≦ｂ≦
８０、３０≦ｃ≦７５、３０≦ｄ≦７５及び２０≦ｅ≦
６０であり、且つｂ／ｅ≦３である粒度分布を有するこ
とを特徴とする球状シリカ粉末、及び（Ａ）エポキシ樹
脂、（Ｂ）硬化剤及び（Ｃ）上記の球状シリカ粉末を含
有してなることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、球状シリカ粉末及びエ
ポキシ樹脂組成物、詳しくは、半導体チップを樹脂組成
物で封止する際、その流動特性、成形性及び半田付け時
の耐クラック性に優れたエポキシ樹脂組成物を得るのに
特に好適な球状シリカ粉末及びそれを用いたエポキシ樹
脂組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、半導体産業においては、半導体の
高集積化が進むにつれてチップが大型化し、またその実
装方式も配線基板等への高密度実装に好適な表面実装が
主流になりつつある。例えば、ＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌ
ａｔＰａｃｋａｇｅ）やＳＯＰ（ＳｍａｌｌＯｕｔ
ｌｉｎｅＰａｃｋａｇｅ）等においては、これらを回
路基板に取り付ける場合、パッケージ全体を２００℃以
上の高温に加熱して半田付けされる。そのため、保管時
に周囲の湿度の影響を受けて吸湿したパッケージは、水
分の爆発的な気化によってパッケージ内部にクラックが
発生し、ひどいものは外部までクラックが到達するケー
スもあり、従来の封止用樹脂組成物（以下、「封止材」
という）用いたのではこの問題に対してはは追随できな
かった。

【０００３】この問題を解決する方法として、パッケー
ジにした際の吸水率を低減させるため、各種樹脂の検討
やフィラーの高充填による方法が報告されているが、未
だに満足のいく耐クラック性のレベルまでには到達して
いなく、さらにフィラーの充填率を高めることが必要で
ある。しかし、この場合、封止材の流動性が低下し成形
性等が著しく悪化するという大きな問題がある。特に、
チップの大型化とパッケージの薄型化が進んでいる中、
耐半田クラック対策の観点から、８５重量％以上特に９
０重量％以上のフィラー充填率の実現が望まれつつある
が、このような高充填をしても成形性を損なわせないフ
ィラーはまだない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、これま
でに、ビスヒドロキシビフェニル型エポキシに代表され
る低粘度樹脂系において、１μｍ以下のサブミクロン粒
子をベース・フィラーに少量添加することによって、封
止材の流動性やバリ性を飛躍的に改善するができること
を見いだしたが、耐クラック性を大幅に改善できるよう
なフィラーの充填率にすると成形性が不十分となり、単
なるサブミクロン粒子の増量では耐クラック性と成形性
とを同時に改善するとができなかった。また、使用する
樹脂の粘度によっては逆に流動性が低下することもあっ
た。

【０００５】そこで、本発明者らは、樹脂の種類に関係
なく究極の高充填を可能とし、しかも高流動性が得られ
るフィラーの粒度分布はいかなるものであるかの観点に
たってさらに検討を進めた結果、特定の粒度分布を有す
る球状シリカフィラーを開発したものであり、それを用
いたエポキシ樹脂組成物からなる封止材は、流動性が大
幅に向上し、しかも半田付け時の耐クラック性も著しく
改善できることを見いだし、本発明を完成させたもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、粒子径
１４９μｍ以上の粒子含有率をａ重量％、粒子径３２μ
ｍ以下の粒子含有率をｂ重量％、粒子径１２μｍ以下の
粒子含有率をｃ重量％、粒子径６μｍ以下の粒子含有率
をｄ重量％、粒子径３μｍ以下の粒子含有率をｅ重量％
としたとき、ａ≦０．５、４０≦ｂ≦８０、３０≦ｃ≦
７５、３０≦ｄ≦７５及び２０≦ｅ≦６０であり、且つ
ｂ／ｅ≦３である粒度分布を有することを特徴とする球
状シリカ粉末、及び（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤
及び（Ｃ）上記の球状シリカ粉末を含有してなることを
特徴とするエポキシ樹脂組成物である。

【０００７】以下、さらに詳しく本発明について説明す
る。

【０００８】本発明に用いられる充填材は、球状シリカ
粉末からなるものであり、これは低線膨張係数、耐湿性
等の封止材の要求特性に応じることができるものであ
る。球状シリカ粉末以外の充填材、例えばアルミナ粉末
では線膨張係数が大きく、また炭酸カルシウムや硫酸バ
リウム、窒化珪素などでは加水分解を起こしやすくなっ
て半導体部品の耐湿性が悪くなる。さらには、破砕状の
シリカ粉末では、その粒度構成を考えられる範囲内でど
のように調整しても本発明の球状シリカ粉末を用いた場
合における流動性をこえることはできない。

【０００９】本発明に用いられる球状シリカ粉末は、珪
石、珪砂、水晶等を振動ミル等の適当な方法で粉砕し、
ＬＰＧ／酸素等の火炎中や高温プラズマ中に投入して球
状化したもの、四塩化珪素の気相加水分解により生成し
た合成シリカ超微粉を出発原料としスプレードライヤー
により球状造粒し、焼成や火炎溶射処理を施して球状化
したもの、さらには金属珪素やアルコキシシランを出発
原料として気相又は液層で合成し球状化したもの等、球
状のシリカであればいかなる方法で製造されたものでも
使用できる。

【００１０】本発明において、上記球状シリカ粉末は、
粒子径１４９μｍ以上の粒子含有率をａ重量％、粒子径
３２μｍ以下の粒子含有率をｂ重量％、粒子径１２μｍ
以下の粒子含有率をｃ重量％、粒子径６μｍ以下の粒子
含有率をｄ重量％、粒子径３μｍ以下の粒子含有率をｅ
重量％としたとき、各々の含有量がａ≦０．５及び４０
≦ｂ≦８０及び３０≦ｃ≦７５及び３０≦ｄ≦７５及び
２０≦ｅ≦６０の範囲であって、しかもｂ／ｅ≦３であ
る粒度分布を有していることが必要である。

【００１１】ここで、ａが０．５重量％をこえると、モ
ールド時のチップ損傷発生や金型ゲート部の目詰まりに
よる未充填等の問題が起こる。また、ｂが４０重量％未
満であるか又は８０重量％をこえる場合、ｃが３０重量
％未満であるか又は７５重量％をこえる場合、ｄが３０
重量％未満であるか又は７５重量％をこえる場合、ｅが
２０重量％未満であるか又は６０重量％をこれる場合、
さらにはｂ／ｅ比が３をこえる場合は、いずれも流動性
（スパイラルフロー値）が低下し、またバリ特性も悪く
なってしまう。

【００１２】上記粒度分布にあっても、５０≦ｂ≦７
５、３５≦ｃ≦６５、３５≦ｄ≦６５、３０≦ｅ≦５５
の範囲にあって、しかもｂ／ｅ≦２．３である粒度分布
を有するものがより好ましく、さらには比表面積が２〜
１０ｍ²/ｇ特に３〜８ｍ²/ｇであるものがより好まし
い。

【００１３】本発明に用いられる（Ａ）成分のエポキシ
樹脂としては、１分子中にエポキシ基を２個以上有する
ものであれば特に制限はなく、具体例を挙げれば、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノ
ボラック型エポキシ樹脂、フェノール類とアルデヒド類
のノボラック樹脂をエポキシ化したもの、ビスフェノー
ルＡ、ビスフェノールＦ及びビスフェノールＳなどのグ
リシジルエーテル、フタル酸やダイマー酸などの多塩基
酸とエピクロルヒドリンの反応により得られるグリシジ
ルエステル酸エポキシ樹脂、その他、線状脂肪族エポキ
シ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、
アルキル変性多官能エポキシ樹脂、β−ナフトールノボ
ラック型エポキシ樹脂、１，６−ジヒドロキシナフタレ
ン型エポキシ樹脂、２，７−ジヒドロキシナフタレン型
エポキシ樹脂、ビスヒドロキシビフェニル型エポキシ樹
脂、さらには難燃性を付与するために臭素などのハロゲ
ンを導入したエポキシ樹脂などがあり、これらを１種又
は２種以上を用いる。特に半田耐熱性と耐湿信頼性の観
点からは、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、ビスヒドロキシビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタ
レン骨格のエポキシ樹脂などが好適である。

【００１４】本発明に用いられる（Ｂ）成分の硬化剤と
しては、エポキシ樹脂（Ａ）と反応して硬化させるもの
であれば特に限定されず、例えば、フェノール、クレゾ
ール、キシレノール、レゾルシノール、クロロフェノー
ル、ｔ−ブチルフェノール、ノニルフェノール、イソプ
ロピルフェノール、オクチルフェノール等の群から選ば
れた１種又は２種以上の混合物をホルムアルデヒド、パ
ラホルムアルデヒド又はパラキシレンとともに酸化触媒
下で反応させて得られるノボラック型樹脂、ポリパラヒ
ドロキシスチレン樹脂、ビスフェノールＡやビスフェノ
ールＳ等のビスフェノール化合物、ピロガロールやフロ
ログルシノール等の３官能フェノール類、無水マレイン
酸、無水フタル酸や無水ピロメリット酸等の酸無水物、
メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、
ジアミノジフェニルスルホン等の芳香族アミンなどが挙
げられる。

【００１５】本発明において、（Ａ）エポキシ樹脂、
（Ｂ）硬化剤及び（Ｃ）球状シリカ粉末を含有してなる
エポキシ樹脂組成物中、（Ｃ）成分の含有量は、
（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の合計量に対し８０〜９５重
量％の範囲内であることが好ましい。（Ｃ）成分の割合
が８０重量％よりも少なくなると、封止材の強度が小さ
くなったり、吸水率が上昇したりして、耐半田クラック
性能が低下する。一方、９５重量％よりも多くなると、
最適粒度分布や最適比表面積を選択しても、スパイラル
フロー値が小さくなり、成形時に未充填を生じたり、チ
ップを搭載したダイパットが変動したりし、さらには半
導体素子とリードとを結ぶボンディングワイヤを変形さ
せたり切断させたりする危険性が生じる。特にダイパッ
トが変動した場合、半田付け時にパッケージクラックが
容易に発生するようになる。

【００１６】本発明のエポキシ樹脂組成物には、上記
（Ａ）〜（Ｃ）成分の他にも必要に応じて以下の成分を
配合することができる。すなわち、低応力化剤として、
シリコーンゴム、ポリサルファイドゴム、アクリル系ゴ
ム、ブタジエン系ゴム、スチレン系ブロックコポリマー
や飽和型エラストマー等のゴム状物質、各種熱可塑性樹
脂、シリコーン樹脂等の樹脂状物質、さらにはエポキシ
樹脂、フェノール樹脂の一部または全部をアミノシリコ
ーン、エポキシシリコーン、アルコキシシリコーンなど
で変性した樹脂など、シランカップリング剤として、γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−
（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキ
シシラン等のエポキシシラン、アミノプロピルトリエト
キシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、Ｎ
−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン等のアミ
ノシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリメ
トキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン等の疎
水性シラン化合物やメルカプトシランなど、表面処理剤
として、Ｚｒキレート、チタネートカップリング剤、ア
ルミニウム系カップリング剤など、難燃助剤として、Ｓ
ｂ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₄、Ｓｂ₂Ｏ₅など、難燃剤とし
て、ハロゲン化エポキシ樹脂やリン化合物など、着色剤
として、カーボンブラック、酸化鉄、染料、顔料などで
ある。

【００１７】特に高い耐湿信頼性や高温放置安定性が要
求される場合には、各種イオントラップ剤の添加が有効
である。イオントラップ剤の具体例としては、協和化学
社製商品名「ＤＨＦ−４Ａ」、「ＫＷ−２０００」、
「ＫＷ−２１００」や東亞合成化学工業社製商品名「Ｉ
ＸＥ−６００」などが挙げられる。

【００１８】本発明のエポキシ樹脂組成物には、エポキ
シ樹脂と硬化剤との反応を促進させるために硬化促進剤
を配合することができる。その硬化促進剤としては、上
記したようなものが挙げられるが、耐熱性及び耐湿性の
面から有機ホスフィン化合物とシクロアミジン誘導体が
特に好ましい。また、耐熱性をさらに高めるためにビス
マレイミド類等のイミド化合物を配合することもでき
る。

【００１９】本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に
応じて、ワックス等の離型剤を添加することができる。
その具体例を挙げれば、天然ワックス類、合成ワックス
類、直鎖脂肪酸の金属塩、酸アミド類、エステル類、パ
ラフィン等である。

【００２０】本発明のエポキシ樹脂組成物は、上記の諸
材料をブレンダー又はミキサーで混合した後、加熱ロー
ル、ニーダー、押出機、バンバリーミキサーなどの装置
によって溶融混練し、冷却粉砕することによって製造す
ることができる。

【００２１】本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて実際
に各種半導体を樹脂封止するには、トランスファーモー
ルド、マルチプランジャー等の公知の成形法により硬化
成形すれば良く、これによって耐熱性、強度、耐湿性、
熱伝導率等の一般的特性を満足させるのみならず、フィ
ラー充填率が高いにもかかわらず流動特性に非常に優れ
る。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例と比較例を挙げてさら
に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって
限定されるものではない。尚、以下の例における部及び
％はいずれも重量基準で示した。

【００２３】実施例１〜１９比較例１〜６表１〜表２（実施例１〜１９）及び表３（比較例１〜
６）に示した粒度分布を有する球状シリカ粉末を使用
し、表４に示す割合で各材料と共に配合しミキサーによ
りドライブレンドした。これをロール表面温度１００℃
のミキシングロールを用いて５分間加熱混練した後、冷
却・粉砕して異なる２５種類のエポキシ樹脂組成物を製
造した。

【００２４】これらのエポキシ樹脂組成物について、以
下に従うスパイラルフロー（ＳＦ）、バリ、ゲルタイ
ム、耐半田クラック性を評価した。それらの結果につい
て、表５と表６には実施例１〜１９の結果を、表７に比
較例１〜６の結果を示す。

【００２５】（１）粒度分布測定器「ＣＩＬＡＳ−７１５」を用いて測定した。単位
は重量％である。（２）比表面積ＢＥＴ法で測定した。単位はｍ²/ｇである。（３）スパイラルフロー（ＳＦ）スパイラルフロー金型を用いて、ＥＭＭＩ１−６６（Ｅ
ｐｏｘｙＭｏｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌＩｎｓ
ｔｉｔｕｔｅ；ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＰｌａｓｔ
ｉｃＩｎｄｕｓｔｒｙ）に準処して測定した。成形温
度は１７５℃で実施した。（４）バリ２μｍ、５μｍ、１０μｍ及び３０μｍのスリットを有
するバリ金型を用いて成形し、バリの長さを測定した。
成形温度は１７５℃で実施した。（５）ゲルタイムゲルタイムとは、樹脂が溶融硬化するまでの時間であ
り、ゲルタイムが長いものは、スパーラルフロー値も長
くなる。従って、本発明の効果を確認するに当たり、ス
パイラルフローの優劣を見極めるべくゲルタイムがおよ
そ３０秒になるように表４は考慮されている。ゲルタイ
ムの測定は、１７５℃に加熱した金属ブロック上で、樹
脂が溶融・硬化するまでの時間を測定することによって
行った。（６）耐半田クラック性低圧トランスファー成形法により、１７５℃×２分の条
件で模擬素子を封止した４４ピンＱＦＰ成形体（パッケ
ージ）の１６個を得た後、１７５℃×５時間のポストキ
ュアを行った。これらを温度８５℃、湿度８５％ＲＨの
条件で９６時間放置後、２６０℃の半田に１０秒間浸漬
し、超音波探査映像装置により、１６個のパッケージ中
に観察された内部クラックの発生率を求めた。

【００２６】

【表１】（注）粒度分布のａ値は全て０．５重量％以下である。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】

【表６】

【００３２】

【表７】

【００３３】

【発明の効果】本発明の球状シリカ粉末を使用した本発
明のエポキシ樹脂組成物は、流動性を損なうことなく大
幅な高充填が可能となり、半田付け時の耐半田クラック
性に著しく優れるので、表面実装の電子部品用途特に半
導体等の封止材として好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子径１４９μｍ以上の粒子含有率をａ
重量％、粒子径３２μｍ以下の粒子含有率をｂ重量％、
粒子径１２μｍ以下の粒子含有率をｃ重量％、粒子径６
μｍ以下の粒子含有率をｄ重量％、粒子径３μｍ以下の
粒子含有率をｅ重量％としたとき、ａ≦０．５、４０≦
ｂ≦８０、３０≦ｃ≦７５、３０≦ｄ≦７５及び２０≦
ｅ≦６０であり、且つｂ／ｅ≦３である粒度分布を有す
ることを特徴とする球状シリカ粉末。
【請求項２】（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤及び
（Ｃ）請求項１記載の球状シリカ粉末を含有してなるこ
とを特徴とするエポキシ樹脂組成物。