JPH1034647A

JPH1034647A - 成形用樹脂顆粒体およびその製法

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Publication number: JPH1034647A
Application number: JP19316196A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yamane; 実山根; Yoshihiko Kondo; 芳彦近藤; Mamoru Komoto; 護幸本; Shoichi Kimura; 祥一木村
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-07-23
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で簡単に得ることができ、しかも内部に含
有される空気等の量が低減されている、真空トランスフ
ァー成形時にボイドの発生が殆どない、優れた成形用樹
脂顆粒体を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂組成物が、実質的に直径０．
５〜５ｍｍ、長さ０．５〜５ｍｍの略円柱状顆粒体４１
に成形されており、その圧縮率が９０〜９９％、硬化後
の真比重が１．５〜２．５に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体封止等に用
いられる成形用樹脂顆粒体およびその製法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体の素子や回路等の信頼性を高める
ために、これらを熱硬化性樹脂組成物で封止することに
より機械的衝撃や外部の環境条件（湿気，汚れ，温度
等）から保護することが広く行われている。上記樹脂封
止には、例えば図８に示すようなトランスファー成形装
置が用いられる。

【０００３】この装置は、基台３に固定される上ダイ１
と、昇降動作しうる下ダイ２とからなり、上記上ダイ１
の中央には、封止材料である熱硬化性樹脂タブレット６
が装入されるチャンバ５が設けられており、その上方
に、上記タブレット６を下方に押し出すためのプランジ
ャ４が昇降自在に設けられている。なお、７は上ダイ１
と下ダイ２に対称に形成された複数のキャビティで、各
キャビティ７は、タブレット６が配置される中央部とラ
ンナ（図示せず）で連通されている。そして、下ダイ２
の各キャビティ７内には、半導体素子が装着されたリー
ドフレームが載置される。

【０００４】上記装置による樹脂封止は、つぎのように
して行われる。すなわち、まず下ダイ２を上昇させて上
ダイ１と合体させた状態で、タブレット６をチャンバ５
内に装入する。そして、１８０℃程度に加熱して上記タ
ブレット６を溶融させ、プランジャ４を下降させて押圧
することにより、溶融液を、ランナを経由させてキャビ
ティ７内に注入する。このようにして、リードフレーム
上の半導体素子を樹脂封止することができる。

【０００５】しかしながら、上記の方法では、溶融液を
プランジャ４で押圧し各キャビティ７内に注入する際
に、チャンバ５内の空気が溶融液に混入して封止樹脂中
に、「ボイド」と呼ばれる空隙部が形成されやすい、と
いう問題がある。上記ボイドが形成されると、成形品の
機械的強度や耐湿性等に悪影響を及ぼすため、半導体素
子の性能が損なわれてしまう。

【０００６】そこで、図９（ａ）および同図（ｂ）に示
すように、上記チャンバ５の上部に減圧箱１１を設け、
この減圧箱１１内の空気を排気することにより、チャン
バ５内を高真空度にする真空トランスファー成形法が提
案され実施されている（特開昭６０−１３２７１６号公
報）。これによれば、タブレット６を溶融する際、その
雰囲気が高真空度に保たれるため、封止樹脂内にボイド
が形成されにくい、という利点を有する。

【０００７】ところで、封止材料として用いられるタブ
レット６は、製造工程が複雑でコストが高いため、最
近、これに代わる形態のものとして、例えば、熱硬化性
樹脂組成物の塊を衝撃粉砕したのち分級して得られる粗
砕分級品や、同じく衝撃粉砕したものを冷間成形したの
ち再度粉砕して分級して得られる粉砕分級品等を用いる
ことが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記粗
砕分級品は、歩留りが悪くコストを下げることにはなら
ず、また上記粉砕分級品は、工程が煩雑な点でタブレッ
トと変わりがないため、タブレットの代替品として有効
ではない。しかも、これらの分級品は、衝撃粉砕によっ
て角ばった形状になるため、取り扱い時に粉塵が生じて
作業環境を悪化させるとともに材料ムダが多いという問
題がある。そして何よりも、これらの分級品は、内部に
空気や揮発成分等を含む量が多いため、前記真空トラン
スファー成形法を用いてボイドの形成を防止しようとし
ても、材料自身の内部に含有された空気等が大粒のボイ
ドとして封止樹脂中に残留してしまう。このため、前記
真空トランスファー成形法の利点を活かすことができな
いという問題を有する。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、安価で簡単に得ることができ、しかも内部に含
有される空気等の量が低減されているため、真空トラン
スファー成形時にボイドの発生を極力少なくすることの
できる成形用樹脂顆粒体およびその製法の提供をその目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１にかかる発明は、熱硬化性樹脂組
成物が、実質的に直径０．５〜５ｍｍ、長さ０．５〜５
ｍｍの略円柱状顆粒体に成形されており、その圧縮率が
９０〜９９％、硬化後の真比重が１．５〜２．５に設定
されていることを特徴とする成形用樹脂顆粒体であり、
請求項２にかかる発明は、上記熱硬化性樹脂組成物が、
エポキシ樹脂組成物である成形用樹脂顆粒体であり、請
求項３にかかる発明は、１７５℃で１時間加熱した時の
加熱減量率が０．０１〜０．１重量％に設定されている
成形用樹脂顆粒体である。

【００１１】また、本発明の請求項４にかかる発明は、
熱硬化性樹脂組成物を混合する工程と、上記混合物を混
練機に導入して溶融状態で混練する工程と、上記混練物
を、混練機の吐出口手前側において減圧脱気したのち、
直径０．５〜５ｍｍの円形吐出口から丸棒状に吐出する
工程と、上記丸棒状吐出物を、上記吐出口の開口端面に
接して回転するカッターで、長さ０．５〜５ｍｍの略円
柱状顆粒体となるよう連続的に切断する工程とを備えた
ことを特徴とする成形用樹脂顆粒体の製法である。

【００１２】すなわち、本発明者らは、タブレットに代
わる、安価でボイドの発生が少ない新しい形態の成形用
熱硬化性樹脂組成物について一連の研究を重ねた。その
結果、熱硬化性樹脂組成物を粉砕して粒状にするのでは
なく、熱硬化性樹脂組成物を混練後減圧脱気し、ついで
丸棒状に吐出して所定長に切断することにより略円柱状
の顆粒体にすると、取り扱いやすくボイドの発生も少な
い、優れた成形材料となることを見いだし、本発明に到
達した。

【００１３】なお、本発明において、「実質的に直径
０．５〜５ｍｍ」とは、熱硬化性樹脂組成物の顆粒体
が、厳密に上記数値を満足する場合の外、直径０．５〜
５ｍｍのダイス吐出口から吐出されて得られる顆粒体の
直径寸法が、吐出口の直径寸法とは微妙にずれている場
合をも含める趣旨で用いている。

【００１４】また、本発明において、「略円柱状」と
は、完全な円柱状の外、両端面および周面部に多少の凹
凸を有するものや、全体的に多少反りやねじれを有する
ものをも含める趣旨で用いている。そして、略円柱状顆
粒体の横断面形状（例えば図３において斜線で示す部
分）は、図４（ａ）に示すように真円となる場合の外、
図４（ｂ）示すように楕円となる場合や、図４（ｃ）に
示すように正方形となる場合、あるいは図５（ａ）に示
すように長方形となる場合等がある。また、図５（ｂ）
に示すように五角形以上の多角形状となる場合もある。
ただし、上記横断面形状が多角形の場合、その角部は丸
みを帯びたものでなければならない。また、これらの横
断面形状は、図４（ａ）に示す真円の場合を除き、その
中心（各図においてＯで示す）を通る径のうち、最も長
い径（長径：各図においてａで示す）と最も短い径（短
径：各図においてｂで示す）との割合（長径ａ／短径
ｂ）が１〜２程度となる形状でなければならない。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明を詳しく説明す
る。

【００１６】本発明に用いられる熱硬化性樹脂組成物
は、従来から半導体封止等に用いられる熱硬化性樹脂組
成物であればどのようなものでも差し支えはなく、一般
に、熱硬化性樹脂成分，硬化剤成分，無機質充填剤等を
適宜の割合で配合した組成物が用いられる。

【００１７】上記熱硬化性樹脂成分としては、エポキシ
樹脂，マレイミド樹脂，ポリエステル樹脂等があげら
れ、なかでもエポキシ樹脂が好適である。上記エポキシ
樹脂としては、１分子中に２個以上のエポキシ基を有す
るものを用いることが好ましく、例えばクレゾールノボ
ラック型エポキシ樹脂，フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂，ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂，
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂，ビフェニル型エポキ
シ樹脂等があげられる。これらは単独で用いても２種以
上を併用してもよい。なお、これらのなかでも、エポキ
シ当量が１００〜３００，軟化点が５０〜１３０℃のも
のが特に好適に用いられる。

【００１８】また、上記硬化剤成分としては、通常、フ
ェノールノボラック樹脂が用いられる。このフェノール
ノボラック樹脂は、水酸基当量が７０〜１５０，軟化点
が５０〜１１０℃のものを用いることが好ましい。この
ノボラック型硬化剤と、上記エポキシ樹脂とを組み合わ
せる場合には、その配合割合を、上記エポキシ樹脂中の
エポキシ基１当量当たりノボラック型硬化剤の水酸基が
０．５〜２．０当量となるように設定することが好まし
い。より好ましくは、０．８〜１．２当量の範囲であ
る。

【００１９】さらに、上記無機質充填剤としては、結晶
シリカ，溶融シリカ粉末等のシリカ粉末が用いられ、単
独もしくは併せて用いられる。そして、上記無機質充填
剤は、通常、組成物全体に対し７０〜９５重量％程度の
割合で配合される。

【００２０】なお、これらの材料以外に、必要に応じ
て、シランカップリング剤，硬化促進剤，離型剤，難燃
剤，難燃助剤，着色剤等の各種添加剤を適宜配合するこ
とができる。

【００２１】本発明の成形用樹脂顆粒体は、上記熱硬化
性樹脂組成物を用い、例えば図１に示す手順に従って製
造することができる。すなわち、まず上記熱硬化性樹脂
組成物をそれぞれ適量ずつ計量し、混合機２１で混合す
る。つぎに、上記混合物を、定量計量機２２を介して定
量的に混練機２３内に供給する。なお、上記混練機２３
は、常温のフィード部２４と、加熱下で材料を混練する
混練部２５と、上記混練部２５と同一温度に設定され、
かつ真空ポンプ等の脱気装置２６によって減圧排気され
る脱気部２７とが設けられており、図６に示すように、
その内部に配設されたスクリュー軸２９の回転動作によ
って、熱硬化性樹脂組成物が矢印の方向に送られるよう
になっている。なお、熱硬化性樹脂組成物は、上記フィ
ード部２４を通過する際は粉体のままであり、上記混練
部２５において、樹脂成分が加熱溶融されて粘土状もし
くは餅状の高粘性物となる。そして、その状態で、ダイ
ス・カッター部３３に導入され、後述する吐出口３７
（図７参照）から吐出される。また、３０は材料供給
口、３１は脱気装置２６に連通される減圧室、３２は混
練用のパドル、３４はスクリュー軸回転駆動部である。

【００２２】上記ダイス・カッター部３３の詳細を図７
に示す。図において、３５は上記混練部２５と同一温度
に設定されるダイスで、このダイス３５内に設けられる
複数の混練物導入路３６を介して、ダイス３５の端面３
５ａに開口する複数の吐出口３７から、混練物がそれぞ
れ丸棒状に吐出されるようになっている。また、３８
は、上記丸棒状に吐出される混練物を所定長に切断する
ためのカッターで、上記ダイス端面３５ａに接しながら
周方向に回転移動するようになっており、周方向に、複
数（吐出口３７の数と同数）設けられている。なお、３
９は上記カッター３８を回転させるための回転シャフト
で、内部に形成されたエア供給路４０を介して、各カッ
ター３８に同時にエアを吹き付けることができるように
なっている。これにより、混練物切断時に加熱されたカ
ッター３８を、切断後即座に冷却することができるた
め、カッター３８に熱が溜まらず、樹脂材料の焼付や刃
自体の熱劣化を防止することができる。したがって、長
期にわたって良好にカッター３８を使用することができ
る。

【００２３】このようにして得られる成形用樹脂顆粒体
４１は、図２に示すように、略円柱状で、両端縁部がや
や丸みを帯びた形状となる。上記両端縁部がやや丸みを
帯びた形状となるのは、吐出口３７から吐出された混練
物が粘土状もしくは餅様の高粘性を有しているためシャ
ープな切断面が得られないことによるものである。な
お、吐出口３７から押し出される際にかかる圧力の歪み
によっては円柱の軸が真っ直ぐではなく、やや反ったり
ねじれたりして円柱形状自体に歪みが生じる場合もあ
る。

【００２４】上記成形用樹脂顆粒体４１は、粉砕品のよ
うな角部がないため、これを取り扱う際、角部が欠けて
粉塵となる不都合を生じにくい。そして、顆粒成形時
に、混練機２３内で減圧脱気しているため、内部に含有
される空気や揮発成分が、従来の熱硬化性樹脂組成物の
粉砕品等に比べて非常に少なくなっている。したがっ
て、上記成形用樹脂顆粒体４１を用いて、図９（ａ）お
よび同図（ｂ）に示すような装置（材料供給部が顆粒体
投入用に設計変更されているもの）を用い、真空トラン
スファー成形法により半導体封止等の成形を行うと、成
形体中にボイドが殆ど発生せず、優れた品質の成形品を
得ることができる。

【００２５】なお、本発明において、上記成形用樹脂顆
粒体４１は、その直径Ｄが、実質的に０．５〜５ｍｍ、
長さが０．５〜５ｍｍに設定されていなければならな
い。上記範囲よりも小さいものは、粒が壊れて粉塵化し
やすいという不都合を生じ、逆に上記範囲よりも大きい
ものは、成形時にボイドが発生しやすいからである。

【００２６】そして、上記成形用樹脂顆粒体４１は、そ
の圧縮率が９０〜９９％、硬化後の真比重が１．５〜
２．５になるよう含有空気や揮発成分が除去されていな
ければならない。すなわち、圧縮率および真比重が上記
範囲よりも小さい値になると、この成形用樹脂顆粒体４
１を用いて真空成形した場合に、成形体中にボイドが多
く発生して従来の破砕分級品等との特性上の優位性がな
くなるからであり、逆に上記範囲よりも大きい値にする
ことは技術的に困難であるからである。そして、なかで
も１７５℃で１時間加熱した時の加熱減量率が０．０１
〜０．１重量％となるような特性を示すものが特に好適
である。すなわち、この特性によれば、成形体中にボイ
ドが発生しにくいからである。

【００２７】なお、本発明において、上記「圧縮率」お
よび「真比重」は、下記のようにして測定もしくは算出
することができる。

【００２８】〔圧縮率の求め方〕硬化条件を、１７５℃
×５０ｋｇｆ／ｃｍ²×２分（アフタキュア：５時間×
１７５℃）に設定して得られる顆粒硬化体に対し、下記
の式に従い圧縮率を算出した。

【００２９】

【数１】圧縮率Ｃ（％）＝〔（Ｗ／Ｖ）／ρ〕×１００Ｗ：顆粒体の重量Ｖ：顆粒体の体積 ρ：顆粒硬化体の比重

【００３０】〔真比重の求め方〕上記と同様にして得ら
れる顆粒硬化体に対し、水中置換法（ＪＩＳＫ−７１
１２Ａ法に準じる）により真比重を測定した。

【００３１】また、上記混練機２３において、混練部２
５の加熱温度は、通常、４０〜１００℃に設定すること
が好適であり、なかでも５０〜７０℃に設定することが
好適である。加熱温度が１００℃よりも高いと混練物の
反応が進んで粘度上昇し、所定の樹脂性能が得られなく
なるおそれがあり、逆に４０℃よりも低いと混練不足と
なり脱気効率が低下するからである。

【００３２】そして、脱気部２７の真空度は、通常、５
０〜４００Ｔｏｒｒに設定することが好適であり、なか
で１００〜４００Ｔｏｒｒに設定することが特に好適で
ある。５０Ｔｏｒｒよりも高真空領域では、脱気のため
のエネルギーコストが高くなるにもかかわらずさほど脱
気効果があがらず、逆に４００Ｔｏｒｒよりも低真空領
域では、脱気効果が不充分になりやすいからである。

【００３３】さらに、混練機２３において、スクリュー
軸２９の回転速度は、用いる形成材料の組成等に応じて
適宜に設定されるが、通常、６０〜２００ｒｐｍに設定
することが好適である。

【００３４】また、ダイス３５の吐出口３７の直径は、
本発明の成形用樹脂顆粒体４１の直径を規定するもので
あり、０．５〜５ｍｍに設定することが必要である。
０．５ｍｍよりも小さいと製造コストが高くつき、逆に
５ｍｍよりも大きくすると成形時にボイドが発生しやす
くなるからである。また、カッター３８の回転速度は、
スクリュー軸２９による混練物の吐出速度を考慮した上
で、その切断長が０．５〜５ｍｍとなるような速度に調
製される。成形用樹脂顆粒体４１の長さが０．５ｍｍよ
りも短いと顆粒体が壊れて粉塵化しやすいからであり、
逆に５ｍｍよりも長いと成形時にボイドが発生しやすく
なるからである。

【００３５】なお、スクリュー軸２９において、パドル
３２の形状および配置は、用いる熱硬化性樹脂組成物の
物性等を考慮して適宜に設定されるのであり、図６の態
様に限定されるものではない。

【００３６】つぎに、実施例について説明する。

【００３７】

【実施例１〜８】下記に示す組成の熱硬化性樹脂組成物
を用い、前述の方法にしたがって、成形用樹脂顆粒体を
得た。その際、下記の表１，表２に示すように、顆粒体
の製造条件を変えた。

【００３８】〔熱硬化性樹脂組成物の配合組成〕クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９５）７重量部フェノールノボラック樹脂（水酸基当量１７５，軟化点７６℃）８〃結晶シリカ粉末８５〃リン酸硬化促進剤０．１〃難燃剤３〃離型剤０．５〃

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】このようにして得られた各成形用樹脂顆粒
体のうち、実施例１〜５品および実施例８品について、
その圧縮率を求めるとともに、硬化後の真比重を求め
た。また、１７５℃で１時間加熱した時の加熱減量率に
ついても求めた。さらに、各成形用樹脂顆粒体を用い、
真空トランスファー成形機（ＣＰＳ−４０Ｌ，ＴＯＷＡ
〔トーワ〕社製）によって、実際に半導体素子の封止を
行った。そして、下記の方法により成形ボイド試験を行
った。これらの結果を下記の表３，表４にまとめて示し
た。

【００４２】〔成形ボイド試験〕成形条件：成形温度１７５℃ 注入圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ² 注入時間７秒パッケージＱＦＰ８０ピン，縦２０ｍｍ×横１４ｍｍ
×厚み２．７ｍｍ成形ボイド評価：ＳＡＴ，軟Ｘ線測定により、直径０．
１ｍｍ以上のボイドをカウントする（３２キャビティに
ついてカウントし、１キャビティ当たりの平均個数を求
める）。

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明の成形用樹脂顆粒
体は、角部が形成されにくいため、取り扱い時に角部が
欠けて粉塵が生じることが起こりにくい。そして、顆粒
成形時に、減圧脱気しているため、内部に含有される空
気や揮発成分が、従来の熱硬化性樹脂組成物の粉砕品等
に比べて非常に少ない。したがって、この成形用樹脂顆
粒体を用いて、真空トランスファー成形法により半導体
封止等の成形を行うと、成形体中にボイドが殆ど発生せ
ず、優れた品質の成形品を得ることができる。しかも、
この成形用樹脂顆粒体は、タブレットに比べて安価かつ
簡単に得ることができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形用樹脂顆粒体を製造する手順の説
明図である。

【図２】本発明の成形用樹脂顆粒体の形態の説明図であ
る。

【図３】本発明の成形用樹脂顆粒体の横断面形状の説明
図である。

【図４】（ａ）は本発明の成形用樹脂顆粒体における横
断面形状の一例の説明図、（ｂ）は同じく横断面形状の
他の例の説明図、（ｃ）は同じく横断面形状のさらに他
の例の説明図である。

【図５】（ａ）は本発明の成形用樹脂顆粒体における横
断面形状の一例の説明図、（ｂ）は同じく横断面形状の
他の例の説明図である。

【図６】本発明に用いる混練機の一例の部分的な断面図
である。

【図７】上記混練機の一例の部分的な断面図である。

【図８】従来のトランスファー成形装置の構成図であ
る。

【図９】（ａ）は真空トランスファー成形装置の構成
図、（ｂ）はその側面図である。

【符号の説明】

４１成形用樹脂顆粒体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村祥一大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱硬化性樹脂組成物が、実質的に直径
０．５〜５ｍｍ、長さ０．５〜５ｍｍの略円柱状顆粒体
に成形されており、その圧縮率が９０〜９９％、硬化後
の真比重が１．５〜２．５に設定されていることを特徴
とする成形用樹脂顆粒体。
【請求項２】上記熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ樹
脂組成物である請求項１記載の成形用樹脂顆粒体。
【請求項３】１７５℃で１時間加熱した時の加熱減量
率が０．０１〜０．１重量％に設定されている成形用樹
脂顆粒体。
【請求項４】熱硬化性樹脂組成物を混合する工程と、
上記混合物を混練機に導入して溶融状態で混練する工程
と、上記混練物を、混練機の吐出口手前側において減圧
脱気したのち、直径０．５〜５ｍｍの円形吐出口から丸
棒状に吐出する工程と、上記丸棒状吐出物を、上記吐出
口の開口端面に接して回転するカッターで、長さ０．５
〜５ｍｍの略円柱状顆粒体となるよう連続的に切断する
工程とを備えたことを特徴とする成形用樹脂顆粒体の製
法。