(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ５０＝２．０〜８．０μｍ、ｄ１００≦２０μｍ、ｄ１００／ｄ７５≦２．８０であり、比表面積３．３〜７．８ｍ２／ｇであることを特徴とする非晶質シリカ粉末。
【請求項２】
溶融率９５％以上であることを特徴とする請求項１記載の非晶質シリカ粉末。
【請求項３】
０．８０≦（ｄ５０／最頻径）≦１．２０であることを特徴とする請求項１または２記載の非晶質シリカ粉末。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の非晶質シリカ粉末を３０〜９０％含有してなることを特徴とする樹脂組成物。
【請求項５】
樹脂組成物の用途が、液状封止材であることを特徴とする請求項４記載の樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属酸化物粉末及び樹脂組成物に関し、詳しくは液状封止材の充填材として好適な金属酸化物粉末と、それが充填されてなる樹脂組成物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化・軽量化・高性能化は、半導体素子の高集積化、半導体パッケージの多ピン化・薄型化及び回路基板への高密度実装化技術によって実現されてきた。最近では、従来のピン挿入型パッケージに代わって高密度実装が可能なクアッドフラットパッケージ（ＱＦＰ）のような表面実装パッケージが主流となり、今後もより一層の小型化・薄型化の要求が高まりつつある。
【０００３】
こうしたパッケージ実装技術のなかで、半導体素子を直接回路基板に搭載するベアチップ実装技術が、小型・薄型・軽量化、高密度実装化、短納期化、低コスト化などが要求される半導体及び電子機器の実装技術としてクローズアップされている。ベアチップ実装されるチップと基板間の電気的接続方法には、ワイヤーボンディング、フリップチップボンディングなどの方式があり、チップの保護、充填補強等の必要性から、実装されたチップはその大部分が液状封止材によって封止される。
【０００４】
上述したフリップチップ実装半導体封止方法の特徴は、ベアチップをフェイスダウンで基板上に半田バンプを介して接続し、２０〜１００μｍ程度と非常に狭いチップと基板との間隙に液状封止材を充填することである。この液状封止材には、通常、熱的、機械的、電気的特性を向上させるため、トランスファー成型用封止材と同様に金属酸化物粉末が充填材として充填されている。従って、液状封止材をチップと基板との間隙に良く充填させる、すなわち、未充填、ボイド、間隙への充填材の詰まり等を発生させず、短時間で充填させるためには、間隙よりも小さい金属酸化物粉粉末を揃えて使用しなければならない。
【０００５】
しかしながら、微細な金属酸化物粉末を多く使用すると液状封止材の粘度が上昇するため、液状封止材の流動性が低下して充填しづらくなる。また、チップ、半田バンプと液状樹脂との熱膨張率の差を小さくする目的で、金属酸化物粉末を高充填した場合にも同様に液状封止材の粘度が増大して流動性が低下してしまう。逆に、低粘度化を目的に粗い金属酸化物粉末を多く使用すると、粉末がチップと基板との間隙に詰まってしまい、未充填、ボイドなどが発生し、成型性が損なわれる。また、粗い粉末が保存中あるいは充填、硬化中に沈降してしまうという問題もある。
【０００６】
このように、良好な流動性、充填性、保存性を保持しながら金属酸化物粉末を高充填した液状封止材を得ることは、従来の技術では困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、充填性、保存性の何れにも優れた液状封止材を得るに好適な非晶質シリカ粉末及びそれが充填されてなる樹脂組成物を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明はｄ５０＝２．０〜８．０μｍ、ｄ１００≦２０μｍ、ｄ１００／ｄ７５≦２．８０であり、比表面積３．３〜７．８ｍ２／ｇであることを特徴とする非晶質シリカ粉末であり、特に溶融率９５％以上であり、更には０．８０≦（ｄ５０／最頻径）≦１．２０であることを特徴とするものである。また、本発明は、上述の非晶質シリカ粉末を３０〜９０％含有してなることを特徴とする樹脂組成物であり、特に液状封止材として使用される樹脂組成物である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１０】
本発明における充填材としては、半導体チップと液状封止材との熱膨張率を近づけるという点において、結晶質シリカを高温で溶融ないしは合成法で製造された非晶質シリカが最適である。
【００１１】
非晶質シリカ粉末の形状としては、球状、破砕状、針状、フレーク状等の何れでも良いが、可及的に多量充填し液状封止材の熱膨張率を低減させる点からは、球状の非晶質シリカが好適である。
【００１２】
本発明の大きな特徴は、上述の非晶質シリカ粉末において、その粒度分布を最適化することによって、液状封止材の粘度、チキソ性等の流動特性を最大限に引き出させ、所期の目的を達成したことである。一般に、粒度分布のブロードな粉末や粗い粒径の粉末ほど粘度が低くなる傾向にあることが既知である。しかしながら、低粘度化を目的に大きな粒径を揃えた粉末は保存中あるいは充填、硬化中に粉末が沈降してしまうという問題がある。また、パッケージの小型化、軽量化の傾向から、実装基板とチップ間の高さも狭ギャップの傾向にあり、大気圧下で液状封止材を注入する際に、ギャップ詰まりや未充填、ボイドなどが発生し、成型性が損なわれる。
【００１３】
一方、ｄ５０＝２．０μｍ未満といった粒径の小さい粉末では液状封止材の粘度が高くなりすぎ、粉末の充填量を高くすることができなくなる。
【００１４】
以上を考慮し、本発明においては、ｄ５０＝２．０〜８．０μｍ、ｄ１００／ｄ７５≦２．８０、比表面積３．３〜７．８ｍ２／ｇに限定した。更に好ましくは０．８０≦（ｄ５０／最頻径）≦１．２０の条件を満たしていることである。なお、ここでいう最頻径とは、粉末の粒度分布においてもっとも高い頻度を示す粒子径のことである。
【００１５】
上述した非晶質シリカ粉末のｄ５０が８．０μｍを越える場合、また、ｄ５０が８．０μｍ以下であってもｄ１００が２０μｍを越える場合には、保存中あるいは充填、硬化中に粉末が沈降してしまう問題や、実装基板とチップとの間隙に粉末が引っかかってしまい、液状封止材の流動性が悪くなって成型性が低下する。一方、ｄ５０が２．０μｍ未満の場合、また、ｄ５０が２．０μｍ以上であってもｄ１００／ｄ７５が２．８０を越える場合には、液状封止材の粘度が高くなりすぎ、粉末の充填率を高くすることができなくなる。更には、０．８０≦（ｄ５０／最頻径）≦１．２０の条件であることがより好ましい。
【００１６】
また、この金属酸化物粉末の比表面積が１２．０ｍ2／ｇを越える場合には、微粒子間の凝集傾向が増して液状封止材の流動性が低下する。一方、比表面積が０．５ｍ2／ｇ未満の場合には、粉末が細密充填構造を形成しにくくなるために、同様に液状封止材の流動性が低下する。
【００１７】
本発明の上記粒度構成は、この種の液状封止材における代表的な値が、ｄ５０＝０．１〜１．２μｍ程度、ｄ１００＝４０μｍ程度、比表面積１５ｍ2／ｇ程度、（ｄ５０／最頻径）＝１．３程度であったことに比較して特異的である。
【００１８】
本発明における非晶質シリカ粉末の粒度特性は、いずれもレーザー散乱光法による粒度分布測定法に基づいて測定することができる。その測定機種としては、例えば、マイクロトラック粒度測定機（日機装社）、ＳＫレーザー粒度測定機（セイシン企業社）、マスターサイザー粒度測定機（マルバーン社）、シーラス粒度測定機（シーラス社）、コールター粒度測定機（コールターベックマン社）、ＳＡＬＤ粒度測定機（島津製作所社）等が挙げられる。なお、本発明においては、コールター粒度分布測定機ＬＳ２３０型（コールターベックマン社）を用い、また、比表面積は湯浅アイオニクス社「４−ＳＯＲＢ  Ｕ２」を用いて測定されている。
【００１９】
本発明の非晶質シリカ粉末を製造するには、異なる粒度構成を持つ粉末の適切量の混合または分級によって行うことができる。工業的には、分級機による分級が望ましく、分級操作は乾式法、湿式法のいずれの方式であってもよい。分級機の例としては、ミクロンセパレーター（ホソカワミクロン社）、スーパーセパレーター（ホソカワミクロン社）、ターボクラッシファイヤー（日清エンジニアリング社）、スペディッククラッシファイヤー（セイシン企業社）、シャープカットセパレーター（栗本鐵工所社）、ハイドロセパレーター等の機器が使用できる。
【００２０】
次に、本発明の樹脂組成物について説明する。
【００２１】
本発明の非晶質シリカ粉末を樹脂に混合する際にしては、本発明の非晶質シリカ粉末を単独で使用してもよく、また通常の球状ないしは破砕状粉末と併用することもできる。樹脂の配合割合は、樹脂組成物の要求特性によって一概に決定することができないが、本発明の非晶質シリカ粉末の混入率として３０〜９０％の範囲で選択される。
【００２２】
本発明では、液状封止材に配合される非晶質シリカ粉末以外の配合材料、添加剤については特に限定されるものではなく、従来一般に使用されているものを使用して良い。また、非晶質シリカ粉末の用途も液状封止材に限定されるものではなく、接着剤、塗料、テープ、樹脂基板等のフィラー用途や、アンチブロッキング材等にも利用できる。
【００２３】
液状封止材に配合される非晶質シリカ粉末以外の配合材料、添加剤としては、常温で液状のエポキシ樹脂を典型例として挙げることができる。使用し得るエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するものであれば特に限定されず、具体的にはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は単独で用いても、２種類以上を混合して用いてもよい。その場合、液状エポキシ樹脂と本発明の非晶質シリカ粉末との密着性を高めるために、シラン系の表面処理剤で本発明の非晶質シリカ粉末を表面処理しておくことによって、または表面処理を施すまでもなく添加することによって、更に優れた特性を得ることができる。
【００２４】
本発明の樹脂組成物には、更に必要に応じてメチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルハイミック酸等の硬化剤、ジシアンジアミド、高融点イミダゾール化合物等の硬化促進剤、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤、カーボンブラック等の顔料、ハロゲン化合物、リン化合物等の難燃剤、三酸化アンチモン等の難燃助剤、ゴム、シリコーン化合物等の低応力付与剤を適宜配合してもよい。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明を実施例（実験番号１〜３）、比較例（実験番号４〜６）をあげて、更に具体的に説明する。
【００２６】
表１に、用いた非晶質シリカ粉末の物性値を示す。非晶質シリカ粉末Ａ〜Ｇは各種の非晶質シリカ粉末を分級または混合することにより調整した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
得られた非晶質シリカ粉末Ａ〜Ｇを以下の原料と、３本ロールを用いて混練し、減圧脱泡処理を行って、樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の物性値を表２に示す。
【００２９】
・脂環式エポキシ樹脂（２５℃における粘度：０．４Ｐａ・ｓ）  ２０．９％
・硬化剤（メチルヘキサヒドロ無水フタル酸）                １８．９％
・硬化促進剤（ジメチルアミノメチルフェノール）              ０．２％
・非晶質シリカ粉末（Ａ〜Ｇ）                              ５９．２％
・シランカップリング剤                                      ０．７％
・カーボンブラック                                          ０．１％
【００３０】
得られた樹脂組成物の特性を以下に従って測定した。の評価手法はそれぞれ以下の通りである。
【００３１】
（１）樹脂組成物の粘度は、ＥＨＤ型粘度計（東京計器社）にて、３°Ｒ１４の回転ローターを使用し、２５℃で回転数１０ｒｐｍで測定した。また、チキソ性は、上記粘度計で５ｒｐｍと５０ｒｐｍにおける粘度の比を求めた。
【００３２】
（２）保存性は、製造直後の樹脂組成物の粘度と、３０日経過後の樹脂組成物の粘度を測定し、初期粘度に対する３０日後の粘度の増加率を測定した。粘度測定には同一のＥＨＤ型粘度計を用いた。この値が高いほど悪い。
【００３３】
（３）充填性は、模擬半導体素子（７ｍｍ□）を半田バンプを介してセラミックス基板上にフェイスダウンで接続したものを、ヒーターで６０℃に加熱し、この状態で模擬半導体素子と基板との間隙に、注射器を用いて大気圧下で各樹脂組成物を流し込んで、４５分後におけるそれらの充填度合いを測定した。また、上述の手法で封止したパッケージ内部のボイドの数を超音波探傷機を用いてカウントした。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
表２から、本発明の非晶質シリカ粉末を使用した樹脂組成物（実験番号１〜３）は、２５℃での粘度は最大でも６．６Ｐａ・ｓ、チキソ性も１．２であることから流動性が良好であることが分かる。また、３０日経過後の粘度増加は最大でも１．１９倍であり、保存性にも優れている。さらに、模擬半導体素子と基板との間隙への充填性も良好であり、具体的には未充填、ボイドは全く生じなかった。これに対し、比較例（実験番号４〜６）の樹脂組成物は、充填性、ボイドの数、保存性はいずれも劣っていた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、充填性、保存性に優れた液状封止材を製造することができる非晶質シリカ粉末、樹脂組成物が提供される。