(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を流動化可能な粒径に粉砕した後、流動化媒体としてケイ砂を含み、少なくとも酸素を含む流動化ガスにより５００〜１０００℃に加熱された流動層に供給し、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料中の樹脂分を燃焼させるとともに、無機質充填剤を流動化ガスに同伴させて流動層炉系外に取り出すことを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料からの無機質充填剤の回収方法。
【請求項２】
エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を流動化可能な粒径に粉砕した後、流動化媒体としてケイ砂を含み、少なくとも酸素を含む流動化ガスにより５００〜１０００℃に加熱された流動層に供給し、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料中の樹脂分を燃焼させるとともに、流動化ガスに同伴させて無機質充填剤を流動層炉系外に取り出す工程と、純水を用いて回収した無機質充填剤中の不純物を除去する洗浄工程と、乾燥工程とを有することを特徴とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料からの無機質充填剤の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及び硬化促進剤などからなる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の再利用に関わるものであり、特に上記エポキシ樹脂成形材料から無機質充填剤を効率よく回収する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トランジスタ、コンデンサ、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子を外部環境から保護することを目的に熱硬化性樹脂を用いた樹脂封止が広く行われている。特に封止用樹脂としてエポキシ樹脂を使用したトランスファーモールド法は経済性に優れ、生産性も高く大量生産に適していることから樹脂封止の主流となっており、これにともない半導体封止用エポキシ樹脂成形材料が大量に消費されている。
半導体素子の樹脂封止工程からはカル、ランナなどと呼称される膨大な量の半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の廃棄物が排出されている。これらの廃棄物はすでに硬化反応を終えているため熱可塑性樹脂のように加熱して可塑化することにより再利用することができず、一般には埋立て処理されていることから最近では大きな問題となりつつある。
【０００３】
これに対して近年では硬化した廃棄物を粉砕して歩道の路盤材として再利用したり、建材などの骨材として再利用したり、微粉砕して無機質充填剤の代替材として再利用する方法が知られている。しかしながら使用量が限定され製品特性上の問題点が残ったり、コスト的に見合わないことなどにより実施されていないのが実状である。
より汎用的な再資源化方法として、エポキシ樹脂成形材料中のエポキシ樹脂、硬化剤成分などを焼却することにより無機質充填剤を回収して再利用する方法が考案されている。ここで回収した無機質充填剤の純度が高いものであるならば原材料として再利用することができ、有効な再資源化方法となり得るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体封止用エポキシ樹脂成形材料からの無機質充填剤の回収方法として特開昭５６−１１０２４８、特開平５−１３９７１５、特開平７−３３０９４６などが知られている。しかしながらこれらの回収方法においては、熱分解や燃焼反応を行うための手段が耐火煉瓦製の焼成炉を使用したり、また電気炉を用いたりするなどしているため工業的なレベルとは言い難く、経済的な運転ができないという致命的な問題を抱えていた。またエポキシ樹脂成形材料の中心部まで燃焼が完了するまでには多大な時間を必要とし、およそ６０分から１８０分も炉内に滞留させる必要があった。このようにして炉内から回収した焼却残渣は焼却以前の炉内に投入する時のカル、ランナの形状を保持していることが多く、回収した無機質充填剤の解砕または粉砕工程、あるいは分級工程が必須であるばかりでなく、粒径の小さい無機質充填剤では隣接する粒子との融着が起こることがあり、必ずしも原材料と同一の特性とはなり得なかった。
そこで本発明の目的は、高純度の無機質充填剤を効率よく経済的に回収する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するため本発明はエポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を流動化可能な粒径に粉砕した後、流動化媒体としてケイ砂を含み、少なくとも酸素を含む流動化ガスにより５００〜１０００℃に加熱された流動層に供給し、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料中の樹脂分を燃焼させるとともに、無機質充填剤を流動化ガスに同伴させて流動層炉系外に取り出すようにした半導体封止用エポキシ樹脂成形材料からの無機質充填剤の回収方法である。さらに無機質充填剤の純度を向上するために本発明は、エポキシ樹脂、硬化剤、無機質充填剤及び硬化促進剤を必須成分とする半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を流動化可能な粒径に粉砕した後、流動化媒体としてケイ砂を含み、少なくとも酸素を含む流動化ガスにより５００〜１０００℃に加熱された流動層に供給し、半導体封止用エポキシ樹脂成形材料中の樹脂分を燃焼させるとともに、流動化ガスに同伴させて無機質充填剤を流動層炉系外に取り出す工程と、純水を用いて回収した無機質充填剤中の不純物を除去する洗浄工程と、乾燥工程からなる半導体封止用エポキシ樹脂成形材料からの無機質充填剤の回収方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
発明者らはまず熱天秤を用いた基礎検討により半導体封止用エポキシ樹脂成形材料の燃焼特性を確認した。その結果、空気中では５００℃から活発な燃焼反応が起こり、さらに１０００℃付近においてエポキシ樹脂成形材料中に含まれる三酸化アンチモンの分解反応が起こることを確認した。一方、１０００℃程度では数時間の加熱処理を実施しても、無機質充填剤、特に非晶質シリカ微粉末の結晶構造の変化は起こらないことを確認した。これらの検討結果に基づき焼却温度は５００℃から１０００℃の範囲にあれば良いことを見出した。但し、実用的な焼却温度としては７５０〜９５０℃程度が好ましいと言える。
【０００７】
次に種々の反応炉形式において焼却試験を実施した結果、流動層炉においてのみ、回収される無機質充填剤は原材料と同等の粒度分布を持っていることが分った。すなわち流動層炉においては層内の粒子は流動化ガスにより活発に運動しており、このため燃焼を終えたエポキシ樹脂成形材料表面に残る無機質充填剤粒子は周囲の粒子との接触や混合により剥離して、原材料と同等の1次粒子にまで解砕が進行した状態で流動化ガスに同伴され流動層炉上部のフリーボード部を上昇し、系外に取り出すことが可能である。これらの無機質充填剤粒子はバグフィルターなどを使用して捕集、回収すればよく、また粒子同士が強固に凝集することもなく、したがって解砕機や粉砕機、あるいは分級機を必要としない。また上述したように流動層内のエポキシ樹脂成形材料粉砕物の燃焼挙動は、粒子外表面から燃焼が進行し、焼却残渣となった無機質充填剤層は周囲の粒子との接触により表面から剥離して除去されることから、他の焼却方式に比較して見掛け上の燃焼速度を大きく取ることができ、よって炉内の滞留時間も短いことと相俟って溶融シリカなどを無機質充填剤として使用していても結晶構造が変化する恐れがない。さらに未燃分を極端に低減することができることから回収された無機質充填剤の純度は非常に高いものが得られる。
【０００８】
半導体封止用エポキシ樹脂成形材料に使用される無機質充填剤の純度は非常に高いものが要求されることから、上述の流動層から回収した無機質充填剤の純度をさらに向上させる手段として、純水とともに混合・攪拌して水層側にイオン性不純物を抽出することにより、原材料と全く同等の無機質充填剤を得ることができる。その後、スラリー状となっている無機質充填剤を流動層乾燥機に供給して乾燥操作を行うことにより、効率よく乾燥を行うとともに1次粒子まで分散した無機質充填剤粒子を回収することが可能であった。この時、洗浄用に使用する純水としては電気伝導度が数μS／ｃｍ以下のものであればよい。
【０００９】
以上述べてきた半導体封止用エポキシ樹脂成形材料は一般に使用されているものであれば制限はなく、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤および無機質充填剤を必須成分とし、必要に応じてその他の添加物、例えばカルナウバワックスや離型剤、カーボンブラックや染料などの着色剤、ゴム系またはシリコーン系の可撓化剤、三酸化アンチモンや臭素化エポキシ樹脂などの難燃剤、カップリング剤などを加えたものである。無機質充填剤の例としては、代表的なものとしてシリカ微粉末、アルミナ、窒化ホウ素などが挙げられる。
【００１０】
【実施例】
次に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の代表的な機器の構成を示すものである。半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を用いて半導体素子をモールド後に発生したカル、ランナ、あるいは半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を製造する際に発生した未硬化の廃棄プラスチックを収集し、流動層に供給する際のハンドリングを容易にするために粉砕機（２）により適当な粒径にまで粉砕され、エポキシ樹脂成形材料粉砕物（１）となる。その後、定量供給機（３）のホッパ（31）に投入されて、流動層内に定量供給されるようになっている。流動層（４）はエポキシ樹脂成形材料の粉砕物を利用して形成しても良いが、スタートアップやシャットダウンを容易にするため無機質充填剤と同等の材質の流動化媒体、例えばケイ砂粒子などを使用した方が好ましい。流動化のための空気はブロワ（７）から供給されるようになっており、また空気予熱機（８）を備えるとともに、助燃バーナー（９）を取り付けている。エポキシ樹脂成形材料中の樹脂分の燃焼後に粒子表面から剥離した無資質充填剤粒子は流動層のフリーボード部（４１）を上昇しながらさらに未燃分が燃焼して純度が向上し、バグフィルターなどの捕集装置（５）により分離回収され、ビン（６）などに貯蔵される。また燃焼熱を有効利用するためには、煙道中に設置された廃熱回収部（４２）により熱回収を行うようにしてもよい。さらに、本図には示していないが、燃焼排気ガスの洗浄装置などを備えることが望ましい。
【００１１】
このようにして回収した無機質充填剤は未燃分、ｐＨ、電気伝導度及び平均粒径により評価を行った。未燃分は回収した無機質充填剤約５ｇを秤量した後、るつぼに入れて電気炉中で８００℃に４時間保持して未燃分を燃焼させたものを再度秤量し、重量減少を未燃分として求めた。ｐＨは無機質充填剤１０ｇに純水１００ｍＬを加えて攪拌した後、静置した上澄みにｐＨメーター（堀場製作所製Ｆ−８Ｌ）の電極を投入して測定を行った。電気伝導度もｐＨと同様の処理を行った後、電気伝導度計（京都電子工業製導電率計ＣＭ−１１５）の電極を投入して測定を行った。平均粒径はセイシン企業製シーラス粒度分布計モデル７１５または堀場製作所製レーザー回折粒度分布計ＬＡ−９２０を使用して測定を行った。
【００１２】
（実施例１）
半導体封止用エポキシ樹脂成形材料を使用して半導体素子を成形した後に発生したカル、ランナを収集し、粉砕機に供給して最大粒径約１０ｍｍの粉砕物を得た。このエポキシ樹脂成形材料粉砕物を、９００ｍｍ×９００ｍｍの断面を有する流動層に供給し、処理を行った。流動化媒体としてケイ砂粒子を使用し、流動層温度は８８０℃となるように調節した。エポキシ樹脂成形材料粉砕物の供給量は１００ｋｇ／ｈとし、流動化ガスとして約７９０Ｎｍ３／ｈの空気を供給した。無機質充填剤であるシリカ微粉末を含む高温の燃焼排ガスは熱交換を行った後、バグフィルターにより無機質充填材を回収した。回収したシリカ微粉末の評価結果を表１に示す。
【００１３】
（実施例２）
実施例１により回収したシリカ微粉末を攪拌機付きのタンクに投入し、純水を加えて攪拌しスラリーを得た。このスラリーを液体サイクロンに供給してイオン性不純物の洗浄を行った。すなわち液体サイクロンを混合攪拌槽として利用している。この後、回収したスラリーを流動層乾燥機に供給して乾燥操作を行い、シリカ微粉末を回収した。このシリカ微粉末の評価結果を表１に示す。
【００１４】
（比較例１）
実施例１と同様のエポキシ樹脂成形材料粉砕物を内径６００ｍｍ、全長３５００ｍｍのロータリーキルン型焼却炉に投入して焼却処理を行い、シリカ微粉末を回収した。ロータリーキルンの焼却温度は８７０℃、処理量１０ｋｇ／ｈとし、キルンの回転数は３ｒｐｍに設定して炉内の滞留時間を約２５分とした。炉内から排出された材料は概ね投入時のエポキシ樹脂粉砕物の形状を維持しており、このままでは粒度を測定できなかっため粉砕を行った。回収したシリカ粉末の評価結果を表１に示す。
【００１５】
（比較例２）
実施例１と同様のエポキシ樹脂成形材料粉砕物を乾留炉に投入して焼却処理を行い、シリカ粉末を回収した。内径１２００ｍｍの乾留炉に、約１０００ｋｇのエポキシ樹脂成形材料粉砕物を投入し、外部加熱により樹脂分をガス化させて燃焼を行い、燃焼終了後に乾留炉底部からシリカを回収した。回収時、シリカは投入時の粉砕物の形状をほぼ維持していたため、比較例1と同様に粉砕を行った後、粒度を測定した。また一部に未燃分と思われる黒色部が見られた。回収したシリカ粉末の評価結果を表１に示す。
【００１６】
（比較例３）
実施例１と同様のエポキシ樹脂成形材料粉砕物を電気炉に投入し焼却処理を行った。電気炉の内寸法は巾６００ｍｍ×奥行き６００ｍｍ×高さ６００ｍｍであり、炉内に約３ｋｇのエポキシ樹脂成形材料粉砕物を投入し、室温から８５０℃まで昇温させて約７時間維持した。昇温途中で樹脂分の分解反応と思われる急激なガスの発生が見られた。回収した材料はやはり投入時の形状を維持しており、粉砕を行った後、粒度を測定するようにした。シリカ粉末の評価結果を表１に示す。これより未燃分、電気伝導度については実施例１、２及び比較例3のみが実用的なレベルにあるが、比較例3は炉内から取り出した状態では投入前の粉砕物の形状をほぼ維持していた。このため粉砕操作を行った後に粒度分布を測定するようにしたが、平均粒径は実施例１、2に比較して大きくなっていることから粒子同士が焼結しているものと考えられる。比較例１、２は黒色の部分が観察され、実際、未燃分も多く、電気伝導度においては実施例に比較して桁違いに悪化しており、再利用できるレベルのものではなかった。また比較例３同様に投入前の粉砕物の形状をほぼ維持していたため、粉砕操作を行った後に粒度分布を測定した結果を括弧内に表記した。
【００１７】
【表１】
0004013124.tif 000002
【００１８】
【発明の効果】
以上、述べてきたように、本発明によれば半導体用エポキシ樹脂成形材料を流動層を用いて処理することにより、高純度の無機質充填材を効率よく回収することが可能となる。さらに回収した無機質充填材を純水を使用して洗浄することにより、原材料と同等の無機質充填材を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す機器の構成を示すものである。
【符号の説明】
１．エポキシ樹脂成形材料粉砕物              ５．捕集装置
２．粉砕機                                  ６．ビン
３．定量供給機                              ７．ブロワ
３１．定量供給機ホッパ                      ８．空気予熱機
４．流動層                                  ９．助燃バーナー
４１．フリーボード部
４２．廃熱回収部
【図１】
0004013124.tif 000003