(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒子径Ｄ50が０．５μｍ以下である無機充填材に、少なくとも２本のロータを有し、且つ閉鎖された処理室内に投入した原料に少なくとも１方向から圧力を加えることのできる機構を有し、ロータが回転する事によりずり剪断力を与えることのできる設備を用いて、カップリング剤存在下で平均粒子径の変化率が１０％以下の範囲でずり剪断力を与えることを特徴とする改質無機充填材の製造方法。
【請求項２】
無機充填材が溶融シリカである請求項１記載の方法。
【請求項３】
ずり剪断力を与える操作を加圧ニーダを用いて行う請求項１又は２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無機充填材に表面処理して得られる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料のフィラーに好適な無機充填材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止には、信頼性と生産性の観点から、トランスファ成形できるエポキシ樹脂成形材料が広く用いられている。エポキシ樹脂成形材料は、エポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂、硬化促進剤、シリカフィラ−、離型剤、難燃剤、カップリング剤などから構成されるが、製法としては、所定量秤量された成分原料をヘンシェルミキサーなどの攪拌混合機を用いて予備混合した後に、単軸押出機、二軸押出機、加熱ロール、連続ニーダなどの混練機を用いて加熱混練する工程が採用されている。
他方、電子機器の小型軽量化、高機能化の動向に対応して、半導体装置の小型化、薄型化、狭ピッチ化が益々加速する中、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料には、封止成形後の半導体装置の信頼性に関連する半田耐熱性や耐湿性の向上が強く求められている。このため、半導体装置内部の応力や吸湿度を低減する目的で、エポキシ樹脂成形材料の成分は無機充填材の比率が高い材料へと移行している。しかし、単に成形材料中の無機充填材の含有率を高くするだけでは、リードフレーム変形、金線変形、ボイド発生など、流動性低下に伴う成形加工上の不良が増大するばかりでなく、成形後の半導体パッケージにおいても、リードフレームや半導体チップと封止エポキシ樹脂との密着性が低下し、パッケージ信頼性が期待した程には向上しない。
【０００３】
これに対して、無機充填材の比率を向上させながら封止成形後のパッケージ信頼性を向上させるための無機充填材の処理方法については、角のある無機充填材に丸みを帯びさせる方法（特開昭６３−２８２１０９号公報）などが開示されているが、これらの方法によって得られた無機充填材を用いても、まだ半導体封止用成形材料の流動性が充分なものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、無機充填材に表面処理して得られる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料のフィラーに好適な改質無機充填材の製造方法に関するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような情勢を鑑み研究を進めた結果、平均粒子径Ｄ50が０．５μｍ以下である無機充填材に、少なくとも２本のロータを有し、且つ閉鎖された処理室内に投入した原料に少なくとも１方向から圧力を加えることのできる機構を有し、ロータが回転する事によりずり剪断力を与えることのできる設備を用いて、カップリング剤存在下で平均粒子径の変化率が１０％以下の範囲でずり剪断力を与えることで、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料のフィラーに好適な改質無機充填材を得ることができることを新たに見出した。
即ち本発明は、平均粒子径Ｄ50が０．５μｍ以下である無機充填材に、少なくとも２本のロータを有し、且つ閉鎖された処理室内に投入した原料に少なくとも１方向から圧力を加えることのできる機構を有し、ロータが回転する事によりずり剪断力を与えることのできる設備を用いて、カップリング剤存在下で平均粒子径の変化率が１０％以下の範囲でずり剪断力を与えることを特徴とする改質無機充填材の製造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。本発明に使用される無機充填材は、溶融球状シリカ、結晶シリカ、窒化珪素などが挙げられるが、これらを単独で用いても、混合して用いても構わない。
本研究では、無機充填材の一部をカップリング剤存在下でずり剪断力を与えて処理する。処理する無機充填材は、平均粒子径Ｄ50が０．５μｍ以下であることが不可欠である。平均粒子径が０．５μｍ以下では粒子同士の凝集が進むため、ずり剪断力が凝集物の解砕に使用され、一次粒子の粉砕による粒子径変化が生じにくい。一方、平均粒子径が０．５μｍ以上では、粒子同士の凝集力が小さく、ずり剪断力が一直接次粒子の粉砕に使用されるため、粒子径変化が小さい処理が非常に難しい。
上述したように、本発明では処理する無機充填材の平均粒子径は０．５μｍ以下であることが必要となるが、平均粒子径０．１μｍ以下とすることがさらに好ましい。
【０００７】
本発明では処理する無機充填材の平均粒子径の変化率は、Ａを処理前の無機充填材の平均粒子径、Ｂを処理後の無機充填材の平均粒子径とすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ）×１００（％）で表す。この平均粒子径の変化率が１０％以下の範囲でずり剪断力を与え処理する。
【０００８】
本発明では処理する無機充填材の粒度分布は特に限定しないが、粒径が１μｍ以上になると一次粒子の粉砕が進み、粒子径変化が生じてしまうため、小さい粒子が多いほど処理が容易であり、例示すると１μｍ未満の粒子は９５重量％以上であることが好ましい。
【０００９】
本発明では、ずり剪断力を与える設備は特に限定しないが、加圧状態でずり剪断力が加えられる機構を有した加圧ニーダ、バンバリーミキサー等が適している。
これらの設備を用いてカップリング剤存在下で処理を行う場合、加圧しながらずり剪断力を加えることにより、カップリング剤が無機充填材の表面に擦り付けられ、延展、定着する。
【００１０】
本発明では、上述したように無機充填材の処理を平均粒子径の変化率が１０％以下の範囲で行う。これは粒子の寸法や形状の変化が小さい処理を意味している。これに対して、特開昭６３−２８２１０９号公報が開示されているが、この発明はシリカ充填材を外部からの押圧力によって互いにこすり合わせ、角のある粒子に丸みを帯びさせることを特徴としている。これは寸法や形状の大きな変化を伴う処理であり、本発明とは異なる。
【００１１】
本発明で用いられる無機充填材の平均粒子径は一般の方法で測定すればよいが、流体中に浮遊する粒子に光を照射した時の散乱光の強さより求めるいわゆる光散乱法が使用できる。
本発明に使用されるカップリング剤は特に限定されるものではないが、エポキシ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤が使用できる。また、これらを単独で用いても、混合して用いても構わない。
【００１２】
【実施例】
以下に実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００１３】
（実施例１）
溶融球状シリカ粉末１（平均粒子径：０．４２μｍ、最大粒子径：１．１μｍ、粒子径１μｍ未満成分：９９重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部を加圧ニーダ（処理容量４リットル、ロータ回転数３０ｒｐｍ、加圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2）で１０分間処理を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末１と加圧ニーダで処理した溶融球状シリカ粉末１の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。
【００１４】
＜評価方法＞
エポキシ樹脂［３，３’，５，５’−テトラメチルビフェノールジグリシジルエーテル樹脂、融点１０３℃、エポキシ当量１９５］  ２．７重量部、フェノール樹脂［ノボラック型フェノール樹脂、１５０℃における溶融粘度０．３Ｐａ．ｓ、水酸基当量１７５］  ２．８重量部、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂  １．０重量部、トリフェニルホスフィン  ０．２重量部、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部、カーボンブラック  ０．３重量部、カルナバワックス  ０．５重量部、三酸化アンチモン  １．０重量部、球状溶融シリカ粉末２（平均粒子径：２３μｍ、最大粒子径：７５μｍ）  ８０重量部と前記改質溶融球状シリカ粉末とを一緒にヘンシェルミキサー（容量１５リットル、回転数1０００ｒｐｍ、１０℃冷却）で５分間予備混合したものを同方向噛み合い二軸押出混練機（スクリュ径Ｄ＝３０ｍｍ、押出機軸長さ＝１ｍ、ニーディングディスク長＝６Ｄ、スクリュ回転数３００ｒｐｍ、吐出量２０ｋｇ／ｈ）で加熱混練した。吐出物を厚さ２ｍｍのシートにした後、冷却し、粉砕してエポキシ樹脂成形材料を得た。得られた材料の流動性とパッケージ信頼性を次に示す方法に従って評価した。結果を表１に示した。
【００１５】
流動性：ＥＭＭＩ−Ｉ−６６に準拠したスパイラルフロー測定用金型を取り付けたトランスファ成形機を用いて、前記半導体封止用エポキシ樹脂成形材料のスパイラルフロー値を測定した。トランスファ成形条件は金型温度１７５℃、注入圧力７０ｋｇ／ｃｍ2、保圧硬化時間１２０秒とした。
【００１６】
パッケージ信頼性：前記半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて、８個の８０ｐＱＦＰパッケージ（ボディサイズ１４ｍｍＸ２０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ、半導体チップサイズ９ｍｍ×９ｍｍ）を封止成形（トランファ成形機条件：１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ2、１２０秒）し、１８０℃で８時間ポストキュアした後、封止したパッケージを温度８５℃、相対湿度８５％、１６８時間の環境で処理し、処理直後にＩＲリフロー（２４０℃、１０秒）処理を行い、ＩＲリフロー処理後のパッケージクラックの有無を目視で観察した。その後、封止樹脂と半導体チップ並びにリードフレームの界面剥離の有無を超音波探傷機で観察し、界面剥離の数により密着性を評価した。
【００１７】
（実施例２）
溶融球状シリカ粉末１（平均粒子径：０．４２μｍ、最大粒子径：１．１μｍ、粒子径１μｍ未満成分：９９重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部をバンバリーミキサー（処理容量５リットル、ロータ回転数３０ｒｐｍ、加圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2）で１０分間処理を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末１とバンバリーミキサーで処理した溶融球状シリカ粉末１の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００１８】
（実施例３）
溶融球状シリカ粉末３（平均粒子径：０．０８μｍ、最大粒子径：０．２μｍ、粒子径１μｍ未満成分：１００重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部を加圧ニーダ（処理容量４リットル、ロータ回転数４５ｒｐｍ、加圧力７ｋｇｆ／ｃｍ2）で２０分間処理を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末３と加圧ニーダで処理した溶融球状シリカ粉末３の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００１９】
（実施例４）
溶融球状シリカ粉末４（平均粒子径０．４５μｍ、最大粒子径１．８μｍ、粒子径１μｍ未満成分：９１重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部を加圧ニーダ（処理容量４リットル、ロータ回転数３０ｒｐｍ、加圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2）で１０分間処理を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末４と加圧ニーダで処理した溶融球状シリカ粉末４の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００２０】
（比較例１）
溶融球状シリカ粉末１（平均粒子径：０．４２μｍ、最大粒子径：１．１μｍ、粒子径１μｍ未満成分：９９重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部を加圧ニーダ（処理容量４リットル、ロータ回転数４５ｒｐｍ、加圧力７ｋｇｆ／ｃｍ2）で１２０分間処理を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末１と加圧ニーダで処理した溶融球状シリカ粉末１の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００２１】
（比較例２）
溶融球状シリカ粉末１（平均粒子径：０．４２μｍ、最大粒子径：１．１μｍ、粒子径１μｍ未満成分：９９重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部をバンバリーミキサー（処理容量５リットル、ロータ回転数４５ｒｐｍ、加圧力７ｋｇｆ／ｃｍ2）で１２０分間混合を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末１とバンバリーミキサーで処理した溶融球状シリカ粉末１の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００２２】
（比較例３）
溶融球状シリカ粉末５（平均粒子径：０．６５μｍ、最大粒子径：１．３μｍ、粒子径１μｍ未満成分：９７重量％）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部を加圧ニーダ（処理容量４リットル、ロータ回転数３０ｒｐｍ、加圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2）で１０分間処理を行った。このときの原料である溶融球状シリカ粉末５と加圧ニーダで処理した溶融球状シリカ粉末５の平均粒子径を光散乱法で測定し、この平均粒子径及び平均粒子径の変化率を表１に示した。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００２３】
（比較例４）
溶融球状シリカ粉末１（平均粒子径０．４２μｍ、最大粒子径１μｍ）  １０重量部とγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン  ０．５重量部をヘンシェルミキサー（容量１５リットル、回転数1０００ｒｐｍ、１０℃冷却）で５分間混合を行った。これを用いて実施例１と同じ要領で得られたエポキシ樹脂成形材料の流動性とパッケージ信頼性の評価を行い、結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】
0003910093.tif 000002
【００２５】
【発明の効果】
これまで説明したように、本発明によれば、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料のフィラーに好適な改質無機充填材を安定的に製造することができる。