JP2005336465A - 樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置に関するものである。
半導体製品の大容量、高速処理化及び微細配線化に伴い半導体製品作動中に発生する熱の問題が顕著になってきており、半導体製品から熱を逃がす、いわゆるサーマルマネージメントがますます重要な課題となってきている。このため半導体製品にヒートシンク(放熱板)を取り付ける方法等が一般的に採用されているがヒートシンクを接着する材料自体の熱伝導率もより高いものが望まれてきている。一方半導体製品の形態によっては半導体素子そのものを金属製のヒートシンクに接着したり、サーマルビア等の放熱機構を有する有機基板等に接着したりする場合もある。この場合も同様に半導体素子を接着する材料に高熱伝導率が要求される。このようにダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料に高熱伝導率が要求されているが、同時に半導体製品の基板搭載時のリフロー処理に耐える必要があり、さらには大面積の接着が要求される場合も多く構成部材間の熱膨張係数の異なりによる反り等の発生を抑制するため低応力性も併せ持つ必要がある。
ここでマレイミド等のイミド結合を有する化合物を使用すると特に金属との密着性が改良されることはたとえば特許文献1〜6などで公知であるが、イミド化合物は極性が高く単独で用いた場合硬化物の吸水率が高くなり吸湿後の特性が悪化するという欠点があった。また他の成分と併用する場合にも均一に混合するためには極性の高い成分を添加する必要があり上記同様吸湿後の特性の悪化が観察された。
さらに通常高熱伝導性接着剤には、銀粉、銅粉といった金属フィラーや窒化アルミ、窒化ボロン等のセラミック系フィラー等を有機系のバインダーに高い配合率で添加するが、配合可能な量に限界があり高熱伝導率が得られない場合、多量の溶剤を配合し硬化物単体の熱伝導率は良好だが半導体製品中では硬化物中に溶剤が残存又は揮発した後がボイドになり熱伝導率が安定しない場合、高フィラー含有率に基づき低応力性が不十分な場合等満足なものはなかった。
特表平10−505599号公報
特表2000−514496号公報
特表2001−501230号公報
特開平11−106455号公報
特開2001−261939号公報
特開2002−20721号公報
本発明は、大面積の接着用途に使用しても十分な低応力性を有し、かつ良好な接着性を示す樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として使用することで信頼性に優れた半導体装置を提供することである。
このような目的は、下記[1]〜[5]に記載の本発明により達成される。
[1] 一般式(1)で示される官能基を少なくとも1つと一般式(2)で示される構造とを有する化合物(A)を含む樹脂組成物であって、一般式(2)中のR3が炭素数1〜10の炭化水素基又は一般式(3)で示される構造を有することを特徴とする樹脂組成物。
[1] 一般式(1)で示される官能基を少なくとも1つと一般式(2)で示される構造とを有する化合物(A)を含む樹脂組成物であって、一般式(2)中のR3が炭素数1〜10の炭化水素基又は一般式(3)で示される構造を有することを特徴とする樹脂組成物。
[2] 一般式(2)中のR3が芳香族環を含まないものである(1)項記載の樹脂組成物。
[3] 樹脂組成物がさらに銀粉を含むものである[1]又は[2]項記載の樹脂組成物。
[4] 樹脂組成物がさらに熱ラジカル重合開始剤を含むものである[1][2]又は[3]項記載の樹脂組成物。
[5] [1]〜[4]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。
[3] 樹脂組成物がさらに銀粉を含むものである[1]又は[2]項記載の樹脂組成物。
[4] 樹脂組成物がさらに熱ラジカル重合開始剤を含むものである[1][2]又は[3]項記載の樹脂組成物。
[5] [1]〜[4]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。
本発明により、低応力性、接着性、耐湿性に優れた樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として使用した信頼性に優れた半導体装置を提供することが可能となる。
本発明では一般式(1)で示される官能基を少なくとも1つと一般式(2)で示される構造とを有する化合物(A)が使用されるが、一般式(1)で示される官能基は硬化時に反応して架橋構造をとるため、及び強固な接着力を得るために必要で、一般式(2)に含まれるアミド結合は同様に強固な接着力を得るために必要である。また骨格中の−R2−Si(CH3)2OSi(CH3)2−R2−は硬化物に柔軟性を持たせるために導入される。ここでポリジメチルシロキサン構造を導入すると柔軟な硬化物が得られることは公知であるが、ポリジメチルシロキサンを使用した場合には200℃位で解重合が始まるため本用途では使用できない。R2は炭素数1〜10の炭化水素基であるが、通常アリル基を利用したハイドロシリル化反応により官能基を導入するので炭素数3が一般的である。
このような化合物(A)の具体例としては、1,3ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンとジカルボン酸をジアミン過剰で反応を行い、末端の第一アミノ基を無水マレイン酸と反応、脱水環化した化合物があげられる。R3は、炭素数が1〜10の炭化水素基又は一般式(3)で示される構造を有するものであり、ジカルボン酸を使用することにより導入することができる。より柔軟な硬化物が必要な場合には一般式(3)で示される構造を有するジカルボン酸が選択されるが、両者を併用して使用しても差し支えない。ジカルボン酸とはアミド化反応が可能であれば、塩化物、酸無水物等の誘導体であってもかまわない。またR3には芳香族環が含まれないことが好ましいが、これは芳香族環を含む場合には分子鎖が剛直になる傾向にあるとともに分子間の相互作用が強くなり硬化物の柔軟性が失われることがあるからである。一般式(2)で示される構造の繰り返し数は1〜50であるが、0の場合にはアミド結合が存在しないため接着力が期待できず、これより多い場合には粘度が高くなりすぎ実用的ではない。
本発明では一般式(1)に示される官能基を少なくとも1つと一般式(2)で示される構造とを有する化合物(A)が必ず含まれるが、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂等を添加することも可能である。
また必要に応じ熱ラジカル重合開始剤を用いることが可能である。特に限定しないが、望ましいものとしては、急速加熱試験(試料1gを電熱板の上にのせ、4℃/分で昇温した時の分解開始温度)における分解温度が40〜140℃となるものが好ましい。分解温度が40℃未満だと、樹脂組成物の常温における保存性が悪くなり、140℃を越えると硬化時間が極端に長くなるため好ましくない。
また必要に応じ熱ラジカル重合開始剤を用いることが可能である。特に限定しないが、望ましいものとしては、急速加熱試験(試料1gを電熱板の上にのせ、4℃/分で昇温した時の分解開始温度)における分解温度が40〜140℃となるものが好ましい。分解温度が40℃未満だと、樹脂組成物の常温における保存性が悪くなり、140℃を越えると硬化時間が極端に長くなるため好ましくない。
これを満たす熱ラジカル重合開始剤の具体例としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、n−ブチル4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、t−ブチルハイドロパーオキサイド、P−メンタンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、α、α'−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン-3、イソブチリルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、桂皮酸パーオキサイド、m−トルオイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−3−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、α、α'−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−-テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、2,5−ジメチル-2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ-2-エチルへキサノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレイックアシッド、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ−m−トルオイルベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、3,3',4,4' −テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等が挙げられるが、これらは単独或いは硬化性を制御するため2種類以上を混合して用いることもできる。特に限定されるわけではないが化合物(A)に対して0.5〜5重量配合されるのが好ましい。本発明は通常蛍光灯等の照明下で使用されるので光開始剤が含まれていると使用中に反応により粘度上昇が観察されることがあるため好ましくない。更に樹脂組成物の保存性を向上するために各種重合禁止剤、酸化防止剤を予め添加してもよい。
本発明では銀粉、金粉、銅粉、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、シリカ、アルミナ等の充填材も使用可能である。特に銀粉を用いることが好ましい。銀粉を用いる場合、樹脂組成物の70重量%以上用いることが好ましい。 本発明の樹脂組成物には、必要により反応性希釈剤、カップリング剤、消泡剤、界面活性剤等の添加剤を用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、例えば各成分を予備混合した後、3本ロールを用いて混練した後真空下脱泡することにより製造することができる。
本発明の樹脂組成物を用いて半導体装置を製作する方法は、公知の方法を用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、例えば各成分を予備混合した後、3本ロールを用いて混練した後真空下脱泡することにより製造することができる。
本発明の樹脂組成物を用いて半導体装置を製作する方法は、公知の方法を用いることができる。
[実施例1、2、3]
*化合物(A)の合成
1、3ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(ジーイー東芝シリコーン(株)製、TSL−9306、以下ジアミノシロキサン)24.8g及びアジピン酸(試薬)11.0gをアニソール中80℃で1時間攪拌した後、ジシクロヘキシルカルボジイミド(以下DCC)を添加しさらに4時間反応を行った。一旦室温まで冷却した後無水マレイン酸(試薬)5.9gのアニソール溶液を添加し1時間攪拌した後DCCを添加し還流下4時間反応を行った。反応後、室温まで冷却し沈殿物をろ過した後減圧乾燥し、さらにトルエン/蒸留水にて分液精製後トルエン層を減圧乾燥することで生成物を得た。(GPCでのポリスチレン換算分子量約1500、以下生成物1)。
ポリプロピレンオキサイドジオール(日本油脂(株)製、製品名ユニオールD−250)17.2gと無水コハク酸(試薬)13.3gを4−(N,N’−ジメチルアミノ)ピリジン存在化80℃1時間反応した後室温まで冷却し、ジアミノシロキサン24.8gのアニソール溶液を添加した以外は上記同様に反応し、生成物を得た(GPCでのポリスチレン換算分子量約1800、以下生成物2)。
*化合物(A)の合成
1、3ビス(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン(ジーイー東芝シリコーン(株)製、TSL−9306、以下ジアミノシロキサン)24.8g及びアジピン酸(試薬)11.0gをアニソール中80℃で1時間攪拌した後、ジシクロヘキシルカルボジイミド(以下DCC)を添加しさらに4時間反応を行った。一旦室温まで冷却した後無水マレイン酸(試薬)5.9gのアニソール溶液を添加し1時間攪拌した後DCCを添加し還流下4時間反応を行った。反応後、室温まで冷却し沈殿物をろ過した後減圧乾燥し、さらにトルエン/蒸留水にて分液精製後トルエン層を減圧乾燥することで生成物を得た。(GPCでのポリスチレン換算分子量約1500、以下生成物1)。
ポリプロピレンオキサイドジオール(日本油脂(株)製、製品名ユニオールD−250)17.2gと無水コハク酸(試薬)13.3gを4−(N,N’−ジメチルアミノ)ピリジン存在化80℃1時間反応した後室温まで冷却し、ジアミノシロキサン24.8gのアニソール溶液を添加した以外は上記同様に反応し、生成物を得た(GPCでのポリスチレン換算分子量約1800、以下生成物2)。
*樹脂組成物の作製
得られた生成物1、生成物2、液状のエポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、エピコート630、以下液状エポキシ)、硬化剤(四国化成工業(株)製、キュアゾール2MZ−A、以下硬化剤)、ジクミルパーオキサイド(日本油脂(株)製、パークミルD、急速加熱試験における分解温度:126℃、以下開始剤)、平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉(以下銀粉)、ラウリルアクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステルLA、以下LA)、メタクリル基を有するシランカップリング剤(信越化学工業(株)製、KBM−503、以下メタクリルシラン)を表1のように配合し、3本ロールを用いて混練し、脱泡することで樹脂組成物を得た。配合割合は重量部である。
得られた生成物1、生成物2、液状のエポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、エピコート630、以下液状エポキシ)、硬化剤(四国化成工業(株)製、キュアゾール2MZ−A、以下硬化剤)、ジクミルパーオキサイド(日本油脂(株)製、パークミルD、急速加熱試験における分解温度:126℃、以下開始剤)、平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉(以下銀粉)、ラウリルアクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステルLA、以下LA)、メタクリル基を有するシランカップリング剤(信越化学工業(株)製、KBM−503、以下メタクリルシラン)を表1のように配合し、3本ロールを用いて混練し、脱泡することで樹脂組成物を得た。配合割合は重量部である。
[比較例1、2]
比較例1では、無水マレイン酸とジアミノシロキサンとの反応物(仕込みモル比、無水マレイン酸:ジアミノシロキサン=2:1、一般式(2)のn=0に相当、以下生成物3)を使用した。表1に示す割合で配合し実施例1と同様に樹脂組成物を得た。
得られた樹脂組成物(ダイアタッチペースト)を以下の方法により評価した。評価結果を表1に示す。
比較例1では、無水マレイン酸とジアミノシロキサンとの反応物(仕込みモル比、無水マレイン酸:ジアミノシロキサン=2:1、一般式(2)のn=0に相当、以下生成物3)を使用した。表1に示す割合で配合し実施例1と同様に樹脂組成物を得た。
得られた樹脂組成物(ダイアタッチペースト)を以下の方法により評価した。評価結果を表1に示す。
評価方法
・粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い25℃、2.5rpmでの値をダイアタッチペースト作製直後と25℃、48時間放置後に測定した。作製直後の粘度が15〜25Pa・sの範囲内で、かつ48時間後の粘度増加率が20%未満の場合を合格とした。粘度の単位はPa・sであり、粘度増加率の単位は%である。
・接着強度:ダイアタッチペーストを用いて、6×6mmのシリコンチップを金フラッシュしたNi−Pdフレームにマウントし、150℃オーブン中15分硬化した。硬化後及び吸湿(85℃、85%、72時間)処理後に自動接着力測定装置を用い260℃での熱時ダイシェア強度を測定した。260℃熱時ダイシェア強度が30N/チップ以上の場合を合格とした。接着強度の単位はN/チップである。
・反り量及び耐リフロー性:表1に示す樹脂組成物を用い、下記リードフレームとシリコンチップを150℃15分間硬化し接着した。硬化後のチップ表面の反り量を表面粗さ計にて測定し、反り量が40μm以下のものを合格とした。また同様にしてダイボンドしたリードフレームを封止材料(スミコンEME−7026、住友ベークライト(株)製)を用い封止し、85℃、相対湿度60%、168時間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10秒、3回リフロー)を行った。処理後のパッケージを超音波探傷装置(透過型)により剥離の程度を測定した。ダイアタッチ部の剥離面積が10%未満の場合を合格とした。反り量の単位はμmであり、耐リフロー性(剥離面積)の単位は%である。
パッケージ:QFP(14×20×2.0mm)
リードフレーム:金フラッシュしたNi-Pdフレーム
チップサイズ:6×6mm
ダイアタッチペースト硬化条件:オーブン中150℃、15分
・粘度:E型粘度計(3°コーン)を用い25℃、2.5rpmでの値をダイアタッチペースト作製直後と25℃、48時間放置後に測定した。作製直後の粘度が15〜25Pa・sの範囲内で、かつ48時間後の粘度増加率が20%未満の場合を合格とした。粘度の単位はPa・sであり、粘度増加率の単位は%である。
・接着強度:ダイアタッチペーストを用いて、6×6mmのシリコンチップを金フラッシュしたNi−Pdフレームにマウントし、150℃オーブン中15分硬化した。硬化後及び吸湿(85℃、85%、72時間)処理後に自動接着力測定装置を用い260℃での熱時ダイシェア強度を測定した。260℃熱時ダイシェア強度が30N/チップ以上の場合を合格とした。接着強度の単位はN/チップである。
・反り量及び耐リフロー性:表1に示す樹脂組成物を用い、下記リードフレームとシリコンチップを150℃15分間硬化し接着した。硬化後のチップ表面の反り量を表面粗さ計にて測定し、反り量が40μm以下のものを合格とした。また同様にしてダイボンドしたリードフレームを封止材料(スミコンEME−7026、住友ベークライト(株)製)を用い封止し、85℃、相対湿度60%、168時間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10秒、3回リフロー)を行った。処理後のパッケージを超音波探傷装置(透過型)により剥離の程度を測定した。ダイアタッチ部の剥離面積が10%未満の場合を合格とした。反り量の単位はμmであり、耐リフロー性(剥離面積)の単位は%である。
パッケージ:QFP(14×20×2.0mm)
リードフレーム:金フラッシュしたNi-Pdフレーム
チップサイズ:6×6mm
ダイアタッチペースト硬化条件:オーブン中150℃、15分
本発明の樹脂組成物は、大面積の接着用途に使用しても十分な低応力性を有し、かつ良好な接着性を示すので、本発明をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として使用することでこれまでにない高信頼性の半導体パッケージの提供が可能となる。
Claims (5)
- 一般式(2)中のR3が芳香族環を含まないものである請求項1記載の樹脂組成物。
- 樹脂組成物がさらに銀粉を含むものである請求項1又は2記載の樹脂組成物。
- 樹脂組成物がさらに熱ラジカル重合開始剤を含むものである請求項1、2又は3記載の樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチ材料又はヒートシンクアタッチ材料として用いて作製されることを特徴とする半導体装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005123364A JP2005336465A (ja) | 2004-04-28 | 2005-04-21 | 樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置 |
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JP2004134344 | 2004-04-28 | ||
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007270125A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-10-18 | Hitachi Chem Co Ltd | 接着シート、一体型シート、半導体装置、及び半導体装置の製造方法 |
JP2009013294A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 樹脂組成物および半導体装置 |
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2005
- 2005-04-21 JP JP2005123364A patent/JP2005336465A/ja active Pending
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