JP2671727B2 - 表面処理シリカ並びにその製造方法及び半導体封止用樹脂組成物用充填剤 - Google Patents
表面処理シリカ並びにその製造方法及び半導体封止用樹脂組成物用充填剤Info
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Description
組成物などの複合材料に機械的強度を付与する成分とし
て好適に使用し得る表面処理シリカ並びにその製造方法
及びこの表面処理シリカからなる半導体封止樹脂組成物
用充填剤に関する。
トランジスタ、IC、LSI等の半導体素子は、通常セ
ラミックパッケージやプラスチックパッケージ等により
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耐熱性を有し、また、
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。
成材料は比較的高価なものであり、量産性に劣るという
問題があるため、最近では、プラスチックパッケージを
用いた樹脂封止が主流となっている。この樹脂封止に
は、その特性が優れることから、エポキシ樹脂組成物が
主として使用されている。しかし、半導体分野の技術革
新によって半導体装置の集積度が向上すると共に、素子
サイズの大型化、配線の微細化が進み、また、パッケー
ジが小型化、薄型化する傾向にあり、これに伴って封止
材料に対して従来以上の信頼性(低応力、耐湿信頼性、
耐衝撃信頼性、耐熱信頼性、耐クラック性)の向上が要
望されている。この要望に対応するため、封止樹脂をゴ
ム変性することによって熱応力を低減させたり、無機質
充填剤を増量することなどが検討されてきたが、複合材
料に充分な信頼性を与えるものは少なく、このため、上
述した素子サイズの大型化に対応するために上記信頼性
を向上し得る技術の開発が強く望まれている。
半導体装置封止用樹脂組成物等の複合材料に配合する無
機質充填剤として好適に使用し得る表面シリカ及びこの
表面処理シリカを得るための製造方法を提供することを
目的とする。
目的を達成するため鋭意検討を行った結果、官能基を1
個以上有するシランカップリング剤とシリカを混合撹拌
してシリカ粒子の表面を上記シランカップリング剤で被
覆し、該シランカップリング剤で被覆されたシリカ粒子
を上記官能基と反応可能な官能基を1個以上有する有機
化合物と混合撹拌して更に上記有機化合物で上記シリカ
粒子を被覆することにより、所望の特性を有するシリカ
を得ることができ、また、この表面処理シリカを半導体
封止用エポキシ樹脂組成物等の複合材料に無機質充填剤
として配合した場合、無機質充填剤であるシリカと樹脂
マトリックスの親和力が強化されるため、低応力でしか
も耐衝撃信頼性、耐湿信頼性、耐クラック性に優れた硬
化物を得ることができ、特に半導体封止用樹脂組成物の
充填剤として非常に有用であることを知見し、本発明を
なすに至った。
発明の表面処理シリカは、官能基を1個以上有するシラ
ンカップリング剤でシリカ粒子の表面を被覆し、更に上
記官能基と反応可能な官能基を1個以上有する有機化合
物で被覆してなるものである。
類、形状は特に限定されるものではなく、具体的には溶
融シリカ、結晶シリカ等が挙げられる。また、その粒径
も制限はないが、半導体封止用樹脂組成物の充填剤とし
て用いる場合は平均粒径が5〜70μmのものが好まし
い。
能基を1個以上有するシランカップリング剤としては公
知のものが使用でき、例示すると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
シリエトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルナジ
ック酸無水物等が挙げられる。
と反応可能な官能基を1個以上有する有機化合物として
は下記に示す官能基を有するものが挙げられるが、官能
基はこれらに限定されるものではない。
合物としては、下記に示すものが例示され、これらの1
種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることがで
きる。
ず、官能基を1個以上有する上記シランカップリング剤
とシリカを混合して撹拌し、シリカ粒子の表面を上記シ
ランカップリング剤で被覆する。この場合、シランカッ
プリングの配合量はシリカ100部(重量部、以下同
じ)に対して0.01〜10部、特に0.1〜2部とす
ることが好ましい。
する場合、シランカップリング剤とシリカ表面に存在す
るシラノール基の結合を強固なものにするため、シラン
カップリング剤と混合撹拌する前に、適当な温度で長時
間熱成、または高温で熱処理することが好ましい。この
場合、熱成温度は20〜50℃で10〜50時間、熱処
理の場合は50〜200℃で1〜8時間行うことが好ま
しい。
方法(乾式処理)と溶媒中で行う方法(湿式処理)、無
溶媒系で処理した後に溶媒中で処理する方法などが挙げ
られるが、水、アルコール、トルエン等の溶媒中で行う
ことが最も好ましい。なお、乾式処理は、ヘンシェル等
の高速撹拌装置を用いて表面処理を行い、湿式処理はフ
ラスコ等の容器に溶剤とシリカを入れて撹拌しながらカ
ップリング剤を添加して表面処理を行う。また、この被
覆処理はシリカを70〜130℃に保ち、撹拌機で撹拌
しながらシランカップリング剤を添加し、更に温度70
〜130℃で1〜5時間撹拌するなどの方法を採用する
ことができる。この場合ジアザビシクロウンデセン等の
触媒を用いることが好ましい。
剤で被覆されたシリカ粒子の表面を更に上記シランカッ
プリング剤の官能基と反応可能な官能基を1個以上有す
る有機化合物で被覆するには、好ましくは温度25〜1
20℃に保ちながら上記有機化合物を添加し、1〜10
時間撹拌を継続する方法を採用することができる。この
場合も上記シランカップリング剤との混合と同様にジア
ザビシクロウンデセン等の触媒を用いることが好まし
い。
物との割合は、上記シランカップリング剤の当量をA、
上記有機化合物の当量をBとすると、0.01≦B/A
≦2、特に0.04≦B/A≦1.2とすることが好ま
しい。この値が0.01未満では未反応で残存する上記
シランカップリング剤の官能基が多いため上記有機化合
物の効果が発揮されない場合があり、また、2を超える
と未反応の上記有機化合物が残留するため、この表面処
理シリカを複合材料中に配合した場合、樹脂成分に悪影
響を及ぼしてしまう場合がある。
機化合物で処理した反応生成物から有機溶媒を減圧下で
留去した後、これを乾燥させることにより、目的とする
表面処理シリカを得ることができる。
材料、封止材料等の各種樹脂組成物に配合し、この組成
物を硬化させた場合、低応力でしかも耐衝撃信頼性、耐
湿信頼性、耐熱信頼性、耐クラック性に優れた硬化物を
与えることができる。従って本発明の表面処理シリカは
半導体封止用樹脂組成物の充填剤として好適に使用され
る。この場合、樹脂100部に対して表面処理シリカの
配合量は100〜450部とすることが好ましい。
の充填剤として用いる場合、組成物のその他の成分は従
来公知の複合材料成分と同様の配合とすることができ
る。
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。
撹拌機及び滴下ロートを具備した内容積5リットルの四
口フラスコ内にシリカ(平均粒径30μm)3kgと溶
媒としてトルエン2kgを入れ、2時間共沸脱水した
後、撹拌機で撹拌しながら112℃の温度で滴下ロート
にてエポキシ基含有シランカップリング剤(γ−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン,信越化学工業株式
会社製,KBM403)15gを20分間で滴下し、更
に同温度で3時間撹拌した後、撹拌を継続しながら同温
度でパラアミノフェノール7gを添加し、更に同温度で
3時間撹拌を継続した。このようにして得られた反応物
から溶媒を減圧下で留去した後、150℃で4時間乾燥
させ、表面処理シリカ3kgを得た。
の封止樹脂成分を表1に示す配合割合で扮体混合し、ブ
スコニーダを用いて溶融混練し、エポキシ樹脂組成物を
製造した。このエポキシ樹脂組成物を用いて、ガラス転
移温度用試験片(直径4mm、長さ15mmの試験
片)、直径70mmの円盤、信頼性評価用半導体チップ
をそれぞれ175℃、70kg/cm2、成形時間2分
の条件でトランスファー成形し、180℃で4時間硬化
して、各種信頼性評価試験用成形物を得、耐熱信頼性、
耐熱衝撃性及び耐クラック性を以下の信頼性評価試験方
法により評価した。結果を表2に示す。
つ温度を上昇させることにより、ガラス転移温度を測定
した。耐熱衝撃性 各試料を恒温槽で180℃に加熱した後、インパクトテ
スターで熱時の破壊試験を行い、試料が破壊されまでの
全吸収エネルギーにより評価した。耐クラック性 各試料を121℃、100%RHの雰囲気中に100時
間放置し、吸湿させた後、温度240℃の半田浴に30
秒間浸漬する試験を行い、発生したパッケージクラック
の数により評価した。
(平均粒径30μm)3kgとアミノ基含有シランカッ
プリング剤(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,信越化学工業株式会社製,KB
M603)15gを入れて15分間混合した後、120
℃で4時間熱処理した。これを実施例1で用いたものと
同様の四口フラスコに移し、溶媒としてトルエン1kg
とメチルイソブチルケトン1kgを入れ、撹拌機で撹拌
しながら112℃の温度で下記式で示す有機化合物YX
4000H(油化シェルエポキシ社製)を22.4g添
加し、更に同温度で3時間撹拌を継続した。このように
して得られた反応物から溶媒を減圧下で留去した後、1
20℃で4時間乾燥させ、表面処理シリカ3kgを得
た。
他の封止成分を表1に示す配合割合で実施例1と同様の
方法により混合してエポキシ樹脂組成物を製造し、実施
例1と同様の試験片を作製して同様の信頼性評価試験を
行った。結果を表2に併記する。
(平均粒径30μm)3kgとエポキシ基含有シランカ
ップリング剤(KBM403)15gを入れて15分間
混合した後、下記式で示すジアミンBAPPHG(2,
2−ビス[4−(4−アミノフェノキシp−フェニル]
プロパン)を26.2g入れ、更に15分間混合した。
このようにして得られたものを120℃で4時間乾燥さ
せ、表面シリカ3kgを得た。
他の封止成分を表1に示す配合割合で実施例1と同様に
して混合し、実施例1と同様の試験片を作製して同様の
信頼性評価試験を行った。結果を表2に併記する。
の四口フラスコにシリカ(平均粒径30μm)3kgと
キシレン2kgを入れ、撹拌機で撹拌しながら120℃
の温度で滴下ロートにて下記式で示す酸無水物含有シラ
ンカップリング剤15gを20分間で滴下し、更に同温
度で3時間撹拌した後、撹拌を継続しながら実施例3で
用いたジアミンを18.9g添加し、更に150℃で6
時間乾燥させ、表面処理シリカ3kgを得た。
他の封止成分を表1に示す配合割合で実施例1と同様に
して混合することによりエポキシ樹脂組成物を製造し、
実施例1と同様の試験片を作製して同様の信頼性評価試
験を行った。結果を表2に併記する。
成分を表1に示す配合割合で実施例1と同様にして混合
してエポキシ樹脂組成物を製造し、実施例1と同様の信
頼性評価試験を行った。
の四口フラスコにシリカ3kgとトルエン2kgを入
れ、2時間共沸脱水した後、撹拌機で撹拌しながら11
2℃の温度で滴下ロートにてエポキシ基含有シランカッ
プリング剤(信越化学工業株式会社製,KBM403)
15gを20分間で滴下し、更に同温度で3時間撹拌し
た。
他の封止成分を表1に示す配合割合で実施例1と同様に
して混合してエポキシ樹脂組成物を製造し、実施例1と
同様の試験片を作製して同様の信頼性評価試験を行っ
た。結果を表2に併記する。
て好適な表面処理シリカを簡単に効率よく製造すること
ができ、この表面処理シリカを樹脂組成物に配合した場
合、低応力、耐湿信頼性、耐衝撃信頼性、耐熱信頼性に
優れた硬化物を与える。従って、本発明のシリカは半導
体封止用樹脂組成物の充填剤として有用である。
Claims (3)
- 【請求項1】 官能基を1個以上有するシランカップリ
ング剤でシリカ粒子の表面を被覆し、更に上記官能基と
反応可能な官能基を1個以上有する有機化合物で被覆し
てなることを特徴とする表面処理シリカ。 - 【請求項2】 官能基を1個以上有するシランカップリ
ング剤とシリカを混合撹拌してシリカ粒子の表面を上記
シランカップリング剤で被覆し、該シランカップリング
剤で被覆されたシリカ粒子を上記官能基と反応可能な官
能基を1個以上有する有機化合物と混合撹拌して更に上
記有機化合物で上記シリカ粒子を被覆することを特徴と
する表面処理シリカの製造方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の表面処理シリカからなる
半導体封止用樹脂組成物用充填剤。
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JP27385092A JP2671727B2 (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 表面処理シリカ並びにその製造方法及び半導体封止用樹脂組成物用充填剤 |
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Publications (2)
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-
1992
- 1992-09-17 JP JP27385092A patent/JP2671727B2/ja not_active Expired - Fee Related
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