JPS6296538A - 無機充填材及び樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は無機質充填材とそれを配合した樹脂組成物に関
し、特に半導体及び電子部品の封止用として内部応力が
少なく、優れたサーマルショック性を有し、良好な成形
性と耐湿信頼性を有する半導体封止用樹、脂組成物とそ
れに用いる無機質充填材に関するものである。

（従来の技術） 近年、ダイオード、トランジスタ、工Ｃ，ＬＳＩなどの
半導体及び電子部品の樹脂封止には、機械特性、電気特
性、耐熱性、接着性、及び成形加工性などの点からエポ
キシ樹脂組成物が最も広範かつ多量に用いられている。

しかし最近における電子部品の軽薄短少化や集積度の増
大に伴って、この封止剤に要求される特性は一般と厳し
くなりつつある。さらに要求されている特性のうちでは
内部応力の低下、特に耐サーマルショック性の向上が重
要となっている。

次に内部応力とは、（１）樹脂の硬化に伴なう収縮応力
、（２）被封止物に比べ硬化樹脂の熱膨張率がはるかに
大なためサーマルショック時に発生する熱応力などの、
被封止物にかかる応力のことを指している。これによっ
てパッケージのクラック、パッシベーション膜のクラッ
ク、半導体素子表面の配線のスライド、機能劣化、更に
は半導体素子そのもののクランクを生ずることすら起こ
っている。

特に近年樹脂封止した半導体素子を各種基板に実装する
際、半田浸せきもしくは半田リフローで半田付けするこ
とが多くなっており、また成形体自体もミニフラットパ
ッケージのように薄く小さくなっているため、パッケー
ジに大小のクラックが発生し、耐湿信頼性の著しい低下
が生じている。

このように内部応力に由来する障害、特に耐サーマルシ
ョック性の悪さが樹脂封止の重大な欠点となっている。

また上記の内部応力の低減、特に耐サーマルショック性
の向上には２つの方法が考えられている。

（ａｔ樹脂の弾性率を低下させる、（ｂ）被封止物と硬
化樹脂との熱膨張率の差を小さくすることである。

（ａｌについてはシリコン樹脂、ブタジェン系ゴム、熱
可塑性樹脂等を添加することで種々検討されている。（
ｂｌについては熱膨張率の小さい無機質充填材を高充填
することで達成される。

しかしながら、従来の粉砕によって製造された破砕品は
、形状が不定形で方向性があること、また、球状品は粒
度分布が適正でないことから、いずれのものでも、硬化
時に歪が残留する他、その充填量を増やすと流動性が低
下して封止操作に支障をきたしたり、半導体素子とリー
ドフレームを接続している金などの細線を切断したり、
さらには封止した素子と半田バスに浸漬するときのサー
マルショックにより歪が残留し素子の信頼性を低下させ
るという欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点〕 本発明者は、かかる欠点を解決することを目的として種
々検討した結果、球状品の平均粒径と粒度分布を適正化
すると共に、必要に応じて破砕品と混合使用すればよい
ことを見い出し、本発明を完成するに至った。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は、以下を要旨とするものである。

（１）　　球状品２０〜１００１量チと破砕品８０〜Ｏ
ｇ７　ｆ、　％どの混合物であって、球状品の粒度構成
は、平均粒径が３０μ以下で、かつ、篩下累積重量係で
２５重量％の粒径Ｄ２５と７５重葉係の粒径Ｄ７５の比
（Ｄヮｓ　／　Ｄ２ｓ　）が１．２〜３であることを特
徴とする無機質充填材。

（２）　　球状品２０〜１００重量％と破砕品８０〜Ｏ
１抽チとの混合物であって、球状品の粒度構成は、平均
粒径が３０μ以下で、かつ、廊下累積Ｍ景チで２５重量
％の粒径Ｄ２５と７５重量％の粒径Ｄ７５の比（Ｄ７５
　／　Ｄ２５　）が１．２〜３である無機質充填材を６
５〜９０ｘ　ｔｉｔ％含有させてなることを特徴とする
樹脂組成物。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

従来、ＬＳＩの封止材料として、結晶性シリカ（α−石
英）の微粉や溶融シリカの微粉が使用されているが、こ
れらのフィラーはざ一ルミルや振ａＪ　ミルにより粉砕
されたものであり、粒子の形状が不定形であるため樹脂
に充填したときの流動性が悪く、又隔充填できなかった
。これを改善するため本発明者らは球状溶融シリカの使
用を提案した（特開昭５８−１３８７４０）。しかし、
球状溶融シリカを使用することにより硬化による応力や
耐サーマルショック性はかなり改善されるが粒度分布に
より充填性に差があり、従って残留応力、耐サーマルシ
ョック性に限界があった。この問題点を解消するために
、球状品の粒度構成を前記のようにしたものである。

第１の発明において、球状品の平均粒径ｆ：６０μ以下
としたのは、これよりも大きいと成形時に金線の断線や
金型詰まりなどが起こりやすくなるからである。また、
Ｄ７５　／　Ｄ２５を１．２〜６としたのは、１．２未
満のものは工業的に得られず、また、３よりも大きくな
ると充填性が悪くなり、残留応力が犬となり、かつ、サ
ーマルショックに対しても偽いものとなるからである。

本発明の無機質充填材は、以上の球状品のみからなるも
のであってもよく、また、粉砕品と混合したものであっ
てもよい。両者の割合は、球状品２０〜１００重量チ、
破砕品８０〜０重量％程度である。破砕品としては、平
均粒径３０μ以下のものが使用される。なお、無機質充
填材の材質としては、シリカに限らずアルミナ、マグネ
シア、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミニ
ウム、窒化硼素などであってもよい。無機質充填材がシ
リカのような酸化物であれば、次のようにして、製造す
ることができる。第１の方法は、無機質粉砕品を水素や
プロパン等の可燃性ガスとともに噴射して火炎中で溶融
して得られた球状品を分級器により分級して微粉を除去
することによって得られる。また、第２の方法は超微粉
の無機質粉体を水と配合しスラリー化した後スプレード
ライヤー等の造粒機で造粒し、焼成又は溶融することに
よって得られる。

第２の発明は、第１発明の無機質充填材を全樹脂組成物
中６５〜９０重ｆ［％含有させてなる樹脂組成物である
。

無機質充填材が６５重量−未満では耐サーマルショック
性の改善効果が認められず、また、９０重量％をこえる
と樹脂素材に対する割合が多くなりすぎて成形が困難と
なる。樹脂としては、例えは、エポキシ樹脂、シリコー
ン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂などの熱硬
化性樹脂及びｐｐｓなどの熱可塑性樹脂が使用できる。

本発明の樹脂組成物は、ロール、ニーダ−、ミキサー、
バンバリーミキサ−１押出成形機、射出成形機などで溶
融混練した後冷却固化させ、粉砕して製造することがで
きる。

以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に説明する
。

〔実施例〕

実施例１〜１０ 溶融シリカ粗粒を２０φのアルミナボールとともにボー
ルミル中にいれ、２時間粉砕して破砕状溶融シリカ微粉
（Ｅ）を得た。この溶融シリカ微粉ＣＢ）ｔプロパン１
７　Ｎｍ３／　Ｈｒと０２８５　Ｎｍ３／　Ｈｒの火炎
中Ｋ　１０　ｋｇ／　Ｈｒの速度で供給して、火炎溶融
して球状浴融シリカ（Ｄ）を得た。この球状溶融シリカ
を空気分級器（日本ニューマー社製ＤＢ−５０）で分級
して球状溶融シリカ（Ｂ）を得た。

一方、溶融シリカの粗粒を同上のボールミルで１時間粉
砕してなる微粉を同様の火炎溶融処理により溶融球状化
して球状溶融シリカ（Ａ）を得７’Ｑ）さらに、５ｉＣ
ｔ４を１６００℃の温度で火炎加水分解して合成シリカ
を得、これに水を加えて１０チスラリーとしスプレーｒ
ライヤーで噴霧造粒した後、１６５０℃の温度で焼成し
て合成球状溶融シリカ（Ｃ）を得た。

以上の充填材の粒度分布（レーデ−回折式沈降法）を図
面に、またその粒度構成を第１表に示す。

記号Ａ　−Ｃは本発明品、記号り及びＥは比較品である
。

以上の充填材の性能を評価するため次の実験を行った。

重量で、エポキシ当量２２０のクレゾールノボラック型
エポキシ樹脂９０部、エポキシ当量２７０の臭素化フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂１０部、硬化剤として
のフェノールノボラック樹脂５０部、カルナバワックス
６部、シランカップリング剤としてのγ−グリシドオキ
シグロビルトリメトキシシラン４部、カーボンブラック
１部、三酸化アンチモン１０部、及び硬化促進剤として
のトリフェニルホスフィン１部（以上の合計が１６９部
）と、各種の充填材を第２表に示す割合で配合し、ミキ
サーで混合した後さらに加熱ロールで混練し、冷却粉砕
してエポキシ樹脂組成物金得た。

これらの組成物の評価として、成形性をみるためにＳＰ
Ｉ　ＥＭＭＩ　Ｉ　−６６に基いてスパイラルフローを
測定、耐サーマルショック性としては８０ビンフラツト
パツケージをトランスファー成形し、これ全液体窒素（
−１９６°Ｃ）と２６０°Ｃの半田浴に交互に１分間づ
つ浸せきした時に５０チのパッケージにクラックが入る
迄の回数を調べた。また耐湿信頼性をみるため、アルミ
ニウム配線を有する評価用シリコン素子を１６ビンＩＭ
Ｆにトランスファー成形し、そしてこの成形体を１２５
°Ｃの水蒸気加圧下で２４時間吸湿させた後、２６０℃
の半田浴に１０秒間浸せきし、再び１２５°Ｃの水蒸気
加圧下に放置する半田浸せき後ＰＣＴ　（プレッシャー
クツカーテスト）を行ない、５０％の素子がオーブン不
良となる時間を測定した。これらの評価の結果を第２表
に示す。

比較例１〜５ 実施例と同様な材料を第２表に示す割合で用い、実施例
と同様に処理、評価した。その結果を第２表に示す。

（発明の効果ノ 本発明の粒度構成をもった無機質充填材を含有した樹脂
組成物を、半導体及び電子部品の封正に使用することに
より、内部応力が少な（、耐サーマルショック性が大巾
に改良され、半田浸漬後の耐湿信頼性も大巾に向上させ
ることができる。また、金線等のリードフレームと素子
とを結ぶ細線の変形や断線の少ない成形体を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施例及び比較例に使用した充填材の
粒度分布を示す曲線である。記号Ａ−Ｃは本発明品、記
号り及びＥは比較品である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）球状品２０〜１００重量％と破砕品８０〜０重量
   ％との混合物であつて、球状品の粒度構成は平均粒径が
   ３０μ以下で、かつ篩下累積重量％で２５重量％の粒径
   Ｄ＿２＿５と７５重量％の粒径Ｄ＿７＿５の比（Ｄ＿７
   ＿５／Ｄ＿２＿５）が１．２〜３であることを特徴とす
   る無機質充填材。
2. （２）球状品２０〜１００重量％と破砕品８０〜０重量
   ％との混合物であつて、球状品の粒度構成は平均粒径が
   ３０μ以下で、かつ、篩下累積重量％で２５重量％の粒
   径Ｄ＿２＿５と７５重量％の粒径Ｄ＿７＿５の比（Ｄ＿
   ７＿５／Ｄ＿２＿５）が１．２〜３である無機質充填材
   を６５〜９０重量％含有させてなることを特徴とする樹
   脂組成物。