(57)【要約】  【課題】  放熱性が向上した封止用樹脂を提供する。  【解決手段】  本発明の一形態にかかる封止用樹脂１は、熱硬化性の樹脂４と、樹脂４中に充填された複数の無機充填材５とを備え、無機充填材５は、炭化珪素を主成分とした無機粒子８からなる主要部６と、無機粒子８を囲むように無機粒子８の表面上に配された、無機粒子８よりも粒径が小さい複数の無機絶縁粒子９からなり、一部が互いに接続している表層部７とを有しており、複数の無機絶縁粒子９の一部は、無機粒子８の表面に接続している。その結果、封止用樹脂１の放熱性を向上させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性の樹脂と、
該樹脂中に充填された複数の無機充填材とを備え、
該無機充填材は、炭化珪素を主成分とした無機粒子からなる主要部と、前記無機粒子を囲むように前記無機粒子の表面上に配された、前記無機粒子よりも粒径が小さい複数の無機絶縁粒子からなり、一部が互いに接続している表層部とを有しており、
前記複数の無機絶縁粒子の一部は、前記無機粒子の表面に接続している、電子部品封止用の封止用樹脂。
【請求項２】
前記樹脂は、前記表層部において前記複数の無機絶縁粒子同士の間に入り込んで、前記無機粒子の表面に接している、請求項１に記載の封止用樹脂。
【請求項３】
前記無機粒子の表面には、酸化珪素の酸化膜が形成されており、
前記無機絶縁粒子は、酸化珪素からなる、請求項１または２に記載の封止用樹脂。
【請求項４】
前記無機絶縁粒子は、前記樹脂よりも熱伝導率の大きい材料からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の封止用樹脂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に実装される電子部品を封止する封止用樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、樹脂を使用して配線基板に実装された電子部品を封止することが知られている（例えば、特許文献１）。このような電子部品の封止に用いられる樹脂は、封止用樹脂と言われている。封止用樹脂には、電子部品の発熱量が電子部品の高性能化に伴い増大していることから、封止した電子部品による発熱を良好に放出するために放熱性の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４５４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている封止用の樹脂では、樹脂中に封止用樹脂の熱膨張を低減するためにシリカが充填されている。しかしながら、シリカは一般的に熱伝導率が小さいため、封止用樹脂の放熱性の向上には限界がある。その結果、放熱が不十分なために電子部品の発熱による熱がこもった封止用樹脂内において、高温環境となったことで電子部品が誤作動を起こすおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みて案出されたものであり、その目的は、電子部品の放熱性を向上させた封止用樹脂を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る封止用樹脂は、熱硬化性の樹脂と、該樹脂中に充填された複数の無機充填材とを備え、該無機充填材は、炭化珪素を主成分とした無機粒子からなる主要部と、前記無機粒子を囲むように前記無機粒子の表面上に配された、前記無機粒子よりも粒径が小さい複数の無機絶縁粒子からなり、一部が互いに接続している表層部とを有しており、前記複数の無機絶縁粒子の一部は、前記無機粒子の表面に接続している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る封止用樹脂によれば、一般的に熱伝導率の大きい炭化珪素を主成分とする無機粒子を樹脂中に充填させることによって、封止用樹脂の熱伝導率を向上させることができる。さらに、無機粒子を囲むように絶縁性の複数の無機絶縁粒子が配されていることから、無機粒子同士が接触することによって封止用樹脂内を電流が流れるために電子部品がショートすることを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂の概略を示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂の一部を拡大して示した断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂の一部を拡大して示した断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂の変形例の一部を拡大して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂について、図１〜４を参照しつつ説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂の概略を示した断面図であり、封止用樹脂が電子部品を封止している状態を示している。図２は、本発明の一実施形態に係る封止用樹脂の一部を拡大して示した断面図であり、無機充填材の構造を示している。図３、４は、本発明の一実施形態とその変形例に係る封止用樹脂の一部を拡大して示した断面図であり、無機粒子と無機絶縁粒子との様子を示している。
【００１１】
封止用樹脂１は、配線基板３上に実装された電子部品２を配線基板３上で封止する機能を担う。封止用樹脂１は、図１に示すように、半田ボール等を用いて実装された電子部品２を覆うように配線基板３上に配されている。封止用樹脂１は、図２に示すように、樹脂４と樹脂４中に充填された複数の無機充填材５とを有している。樹脂４は、例えば封止用樹脂１の５質量％以上３０質量％以下を占めている。複数の無機充填材５は、例えば封止用樹脂１の７０質量％以上９５質量％以下を占めている。
【００１２】
封止用樹脂１を構成する樹脂４は、主に電子部品２を封止するものである。樹脂４は、電子部品２の封止前は完全には硬化してない状態であり、例えば熱硬化することによって電子部品２を封止した状態となる。樹脂４は、例えば熱硬化性樹脂からなる。樹脂４は、具体的にはエポキシ樹脂またはフェノール樹脂等からなる。
【００１３】
樹脂４の熱伝導率は、例えば０．１Ｗ／ｍ／Ｋ以上０．４Ｗ／ｍ／Ｋ以下に設定される。なお、熱伝導率は、ＪＩＳＲ２６１８に準じた熱線プローブ法で測定される。
【００１４】
樹脂４の熱膨張率は、例えば２５×１０−６／Ｋ以上２００×1０−６／Ｋ以下に設定
される。なお、熱膨張率は、市販のＴＭＡ（Thermo-Mechanical Analysis）装置を用いてＪＩＳＫ７１９７−１９９１に準じた測定方法で測定される。
【００１５】
無機充填材５は、封止用樹脂１の放熱性を向上させるものである。無機充填材５は、図２に示すように、主要部６および表層部７を有している。無機充填材５の主要部６は、１つの無機粒子８からなる。無機充填材５の表層部７は、複数の無機絶縁粒子９からなる。具体的には、無機充填材５は、無機粒子８よりも粒径が小さい無機絶縁粒子９が表層部７として無機粒子８を囲むように、主要部６である無機粒子８の表面上に配された構造を有している。
【００１６】
無機粒子８は、封止用樹脂１の放熱性を向上させるものである。無機粒子８は、炭化珪素を主成分としている。無機粒子８が無機材料の中でも比較的に熱伝導率の大きい炭化珪素を主成分としているため、この無機粒子８を樹脂４に充填することで、封止用樹脂１の熱伝導性を向上させることができる。その結果、封止用樹脂１の放熱性を向上させることができ、ひいては電子部品２の発熱によって封止用樹脂１内が高温になって電子部品２が誤動作することを抑制することができる。
【００１７】
無機粒子８は、上述した通り、複数の無機絶縁粒子９に囲まれている。ここで、従来の封止用樹脂１では、半導体である炭化珪素を主成分とする無機粒子８を樹脂４に充填した場合には、複数の無機粒子８同士が接触して封止用樹脂１内を電流が流れることがあった。すなわち、封止用樹脂１に封止された電子部品２が電気的に短絡するおそれがあった。
これに対して、本発明によれば、主要部６である無機粒子８が表層部７を構成する複数の無機絶縁粒子９で囲まれていることから、電子部品２を封止用樹脂１で封止したときに、封止用樹脂１内で複数の無機粒子８同士が接触することを防止することができる。その結果、複数の無機粒子８による電子部品２の電気的な短絡を防止することができる。
【００１８】
無機粒子８は、例えば球状であることが好ましい。無機粒子８が球状である場合には、例えば封止用樹脂１の絶縁性を確保しやすくなる。すなわち、無機粒子８が例えば角を有している場合は、この無機粒子８が封止用樹脂１の流動に伴って移動した際に、他の無機粒子８に接続した無機絶縁粒子９を角でもって剥がし、複数の無機粒子８同士が直接接触するおそれがある。これに対して、無機粒子８が球状であれば、無機粒子８の移動によって他の無機粒子８に接続した無機絶縁粒子９が剥がされることを低減することができる。その結果、電子部品２の電気的な短絡を防止することができる。
【００１９】
無機粒子８の熱膨張率は、例えば３．７×１０−６／Ｋ以上６．６×１０−６／Ｋ以下に設定される。無機粒子８の熱伝導率は、例えば１００Ｗ／ｍ／Ｋ以上３５０Ｗ／ｍ／Ｋ以下に設定される。
【００２０】
無機粒子８の平均粒径は、例えば１μｍ以上５０μｍ以下に設定される。なお、無機粒子８の平均粒径は、無機充填材５の上下（Ｚ）方向に沿った断面について、ＳＥＭを用いて２０個以上５０個以下の無機粒子８を含むように拡大した断面を観察し、この拡大した断面において各粒子の最大径を測定し、その最大径の平均値を算出することによって求められる。
【００２１】
無機絶縁粒子９は、上述した通り封止用樹脂１内の複数の無機粒子８同士の接触を防止するものである。複数の無機絶縁粒子９のうち一部の無機絶縁粒子９は、図３に示すように、無機粒子８の表面に接続している。言い換えれば、複数の無機絶縁粒子９のうち、無機粒子８の表面に接触している複数の無機絶縁粒子９は、接触した箇所において無機粒子８に接続している。複数の無機絶縁粒子９の一部が無機粒子８の表面に接続していることによって、複数の無機絶縁粒子９が無機粒子８から剥がれることを抑制して、複数の無機粒子８同士の接触を効果的に防止することができる。
【００２２】
樹脂４は、図３に示すように、無機充填材５の表層部７において、複数の無機絶縁粒子９同士の間に入り込んで、無機粒子８の表面に接してもよい。樹脂４が、無機粒子８に接していることによって、樹脂４にこもった熱が直接無機粒子８に伝導することになり、封止用樹脂１の放熱性を向上させることができる。
【００２３】
複数の無機絶縁粒子９のうち一部の複数の無機絶縁粒子９同士は、図３に示すように、互いに接続している。言い換えれば、複数の無機絶縁粒子９のうち、複数の無機絶縁粒子９同士で接触している複数の無機絶縁粒子９は、接触している箇所において互いに接続している。一部の複数の無機絶縁粒子９同士が互いに接続していることによって、無機充填材５の表層部７の強度を向上させることができ、複数の無機絶縁粒子９同士の間に入り込んだ樹脂４が熱膨張しても、複数の無機絶縁粒子９が無機粒子８から剥がれることを低減することができる。
【００２４】
無機粒子８に接続している無機絶縁粒子９は、図３に示すように、無機粒子８と互いの一部で接続している。無機粒子８と無機絶縁粒子９とが互いの一部で接続していることによって、無機粒子８と無機絶縁粒子９との間には接続箇所の周囲に隙間ができ、樹脂４が無機粒子８と無機絶縁粒子９との間に入り込みやすくなる。その結果、無機粒子８と無機絶縁粒子９とで形成された無機充填材５と樹脂４との接着面積が向上し、樹脂４と無機充填材５との間における熱伝導の効率を向上させることができる。したがって、封止用樹脂
１の放熱性を向上させることができる。
【００２５】
互いに接続している無機絶縁粒子９同士は、図３に示すように、互いの一部で接続してもよい。複数の無機絶縁粒子９同士が互いの一部で接続していることによって、複数の無機絶縁粒子９同士間の接続箇所の周囲に間隙が形成されて、複数の無機絶縁粒子９同士の間に樹脂４が入り込みやすくなる。その結果、無機充填材５と樹脂４との接着強度が向上し、樹脂４の無機充填材５からの剥がれを低減することができる。したがって、樹脂４と無機充填材５との間で伝導する熱量の低減を抑制することができ、封止用樹脂１の放熱性を維持することができる。
【００２６】
無機充填材５の表層部７において、表層部７の厚み方向に複数の無機絶縁粒子９が配されてもよい。表層部７の厚み方向に複数の無機絶縁粒子９が配されていることで、表層部７を厚く形成することができ、封止用樹脂１内における無機粒子８間の絶縁を効果的に確保することができる。
【００２７】
複数の無機絶縁粒子９は、複数の無機粒子８同士が接触しない程度に疎らに配されてもよい。その結果、無機充填材５の主要部６に効果的に熱を伝導させることができ、封止用樹脂１の放熱性を向上させることができる。
【００２８】
無機充填材５に占める主要部６の割合は、無機充填材５に占める表層部７の割合よりも大きい。従って、無機充填材５に占める炭化珪素の割合が大きいので、封止用樹脂１の放熱性を向上させることができる。なお、主要部６は、例えば無機充填材５の７０質量％以上９０質量％以下を占めている。表層部７は、例えば無機充填材５の１０質量％以上３０質量％以下を占めている。
【００２９】
無機絶縁粒子９は、例えば球状であることが好ましい。無機絶縁粒子９の平均粒径は、例えば０．０１μｍ以上１μｍ以下に設定される。なお、無機絶縁粒子９の平均粒径は、封止用樹脂１の上下方向に沿った断面について、ＴＥＭを用いて２０個以上５０個以下の無機絶縁粒子９を含むように拡大した断面を観察し、この拡大した断面において各粒子の最大径を測定し、その最大径の平均値を算出することによって求められる。
【００３０】
無機絶縁粒子９は、例えば酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などの材料からなる。無機絶縁粒子９は、熱膨張率が例えば０．５×１０−６／Ｋ以上７．５×１０−６／Ｋ以下の材料からなる。無機絶縁粒子９は、熱伝導率が例えば１．３Ｗ／ｍ／Ｋ以上３００Ｗ／ｍ／Ｋ以下の材料からなる。
【００３１】
無機絶縁粒子９は、酸化アルミニウムからなってもよい。酸化アルミニウムは無機絶縁材料の中でも比較的に熱伝導率が大きい材料であることから、封止用樹脂１の放熱性を効果的に向上させることができる。
【００３２】
無機粒子８の表面には、図４に示すように、酸化珪素からなる酸化膜１０が形成されてもよい。この場合に、さらに無機絶縁粒子９が酸化珪素からなってもよい。無機粒子８の表面に酸化珪素が存在し、無機粒子８の表面に接続した無機絶縁粒子９が酸化珪素からなる場合には、無機粒子８と無機絶縁粒子９との接続は同じ材料からなる部分で行なわれる。その結果、他の材料同士で接続している場合と比較して接続の強度を向上させることができ、無機絶縁粒子９が無機粒子８から剥がれることを低減することができる。
【００３３】
＜封止用樹脂の製造方法＞
以下、本発明の実施形態に係る封止用樹脂１の製造方法について説明する。なお、本発
明は、以下の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００３４】
（１）無機充填材５を準備する。無機充填材５は、無機粒子８および複数の無機絶縁粒子９から形成する。
【００３５】
（２）無機充填材５の形成には、まず無機粒子８および複数の無機絶縁粒子９を準備する。炭化珪素からなる無機粒子８は、例えば電気抵抗炉法で酸化珪素と炭素とを反応させることによって準備することができる。複数の無機絶縁粒子９は、無機絶縁粒子９が酸化珪素からなる場合であれば、例えば珪酸ナトリウム水溶液等の珪酸化合物を精製し、化学的に酸化珪素を析出させることによって形成することができる。
【００３６】
（３）無機粒子８および無機絶縁粒子９をミキサに投入し、微量の樹脂４および硬化剤を添加した後、無機粒子８などを撹拌しながら例えば１７０℃以上２００℃以下の温度で加熱する。これにより、無機粒子８の表面に無機絶縁粒子９の一部が接続して無機充填材５を形成するとともに、微量の樹脂４は一旦液状となり、複数の無機絶縁粒子９同士間に樹脂４が入り込む。すなわち、表層部７に樹脂４が入り込んだ無機充填材５が形成される。
【００３７】
（４）表層部７に樹脂４が入り込んだ無機充填材５を、シランカップリング剤等を用いて表面処理する。次いで、ミキサに樹脂４、硬化剤、ワックス等を投入して撹拌し、これらの原料を十分に分散させる。次いで、混合した樹脂４などを例えば８０℃以上１００℃以下の温度で加熱しながら混練する。加熱することによって樹脂４は半硬化の状態になり、この混練により、無機充填材５が樹脂４中に十分に分散される。なお混練は、例えば混練機能を有する２軸押出成形機などによって行なわれる。
【００３８】
（５）工程（４）で混練した原料を、粉末化して、この粉末をプレスして任意のサイズのタブレットを作製する。以上のようにして、封止用樹脂１が製造される。
【００３９】
（６）最後に、工程（１）〜工程（５）で製造された封止用樹脂１を使用して電子部品２を封止する。具体的には、封止用樹脂１を、配線基板３に実装された電子部品２とともに金型内に配する。そして、金型を加熱することによって、封止用樹脂１を流動化させて電子部品２を封止用樹脂１で覆った後、この封止用樹脂１を熱硬化させることによって、電子部品２を封止することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    封止用樹脂
２    電子部品
３    配線基板
４    樹脂  
５    無機充填材
６    主要部
７    表層部
８    無機粒子
９    無機絶縁粒子
１０  酸化膜
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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