JP2007131781A - 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
【解決手段】カルボキシ基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物(A)、以下の(B1)〜(B4)から選ばれる少なくとも1種の室温で液状の化合物(B)、熱ラジカル重合開始剤(C)、及び充填材(D)を含む樹脂組成物。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(B1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(B2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(B3 )。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(B4)。
【選択図】なし
Description
[1]半導体素子又は放熱部材を支持体に接着する樹脂組成物であって、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物(A)、以下の(B1)〜(B4)の群から選ばれる少なくとも1種の(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(B)、熱ラジカル重合開始剤(C)、及び充填材(D)を含むことを特徴とする樹脂組成物。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(B1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(B2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(B3 )。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(B4)。
[2]前記化合物(A)が水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物とジカルボン酸とを反応させた化合物である第[1]項に記載の樹脂組成物。
[3]前記化合物(B1)がノルボルネンジイソシアネート又はイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートとジオールと水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である第[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[4]前記化合物(B1)がノルボルネンジイソシアネート又はイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートと分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール又はポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種と水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である第[1]、[2]又は[3]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[5]前記重合体又は共重合体(B2)の分子量が500以上、5000以下である第[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[6]前記重合体又は共重合体(B2)が(メタ)アクリロイル基を有するポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン共重合体又はイソプレン共重合体である第[1]、[2]又は[5]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[7]前記化合物(B2)の(メタ)アクリロイル基が脂肪族のポリエーテル、ポリエステル、及びポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種の結合を介してジエン系化合物の重合体又は共重合体と結合している第[1]、[2]、[5]又は[6]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[8]前記化合物(B3)が分子骨格にシクロヘキサンジカルボン酸残基を含む第[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[9]前記化合物(B3)が分子骨格にシクロヘキサンジオール又はシクロヘキサンジアルキルアルコール残基を含む請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
[10]前記化合物(B4)が分子骨格に芳香族環を含まないものである第[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[11]前記化合物(B4)が脂肪族ジオール及び炭酸ジアルキルの反応により得られたポリカーボネートジオールと(メタ)アクリル酸又はその誘導体との反応物である第[1]、[2]又は[10]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[12]さらにS−S結合を有するシランカップリング剤を含む第[1]〜[11]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[13]充填材(D)が銀粉である第[1]〜[12]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[14]第[1]〜[13]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチペースト又は放熱部材接着用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。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(B1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(B2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(B3 )。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(B4)。
以下、本発明について詳細に説明する。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(B1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(B2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(B3 )。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(B4)。
(B1)〜(B4)から選ばれる少なくとも1種の(メタ)アクリロイル基を有する化合物(B)は、化合物(A)と共重合可能であるとともに弾性率の低い硬化物を得るために必要である。(B1)〜(B4)の化合物について以下説明を行う。
一般にウレタンアクリレートと総称される(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物は良く知られているが、なかでも分子骨格に脂肪族環を有する場合には室温で液状のものを得やすく、また硬化物は特に低い弾性率を示すので好適に使用可能である。
このような化合物としてはノルボルネンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートとジオールと水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得ることが可能である。より好ましいのは前記ジオールの分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種の場合であり、さらに前記水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物が2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート又は2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドである場合である。ジイソシアネートとしてノルボルネンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種を、ジオールとしてポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種を用いることでより低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため後述の充填剤(D)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
本発明では低弾性率の硬化物を得るために(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(B2)も使用可能である。期待する低弾性率化のためには分子量が500以上であることが好ましい。分子量が5000を超える場合には粘度が高くなりすぎるため好ましくない。前記ジエン系化合物の重合体又は共重合体はポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン共重合体、及びイソプレン共重合体であることが好ましい。(メタ)アクリロイル基は化合物(A)と共重合するために必要であり、官能基をもつジエン系化合物の重合体又は共重合体との反応により導入することが可能である。具体的にはジエン系化合物の重合体又は共重合体がカルボキシ基を有する場合には、(メタ)アクリロイル基、水酸基、グリジジル基及びアミノ基等を有する化合物を反応することで得ることが可能であり、ジエン系化合物の重合体又は共重合体が水酸基を有する場合には、(メタ)アクリロイル基及びカルボキシ基を有する化合物を反応することで得ることが可能である。より好ましい化合物(B2)としては、両末端にカルボキシ基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体とポリアルキレンオキサイドジオールモノ(メタ)アクリレート、ポリエステルジオールモノ(メタ)アクリレート、ポリカーボネートジオールモノ(メタ)アクリレートから選ばれる少なくとも1種との反応物の場合である。(メタ)アクリロイル基がポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種の結合を介してジエン系化合物の重合体又は共重合体と結合していることでより低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため後述の充填剤(D)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
本発明では(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有し室温で液状の化合物(B3)を使用することも可能である。化合物(B3)は分子骨格に脂肪族環を有するため特に弾性率の低い硬化物を得ることが可能であるため好適に用いられる。脂肪族環を有するポリエステル化合物は、脂肪族環を有するジカルボン酸又はその誘導体とジオールとの反応、脂肪族環を有するジオールとジカルボン酸との反応等により得ることが可能である。このようなポリエステル化合物は末端がカルボキシ基又は水酸基であるので、これらカルボキシ基又は水酸基と反応可能な官能基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物と反応することで化合物(B3)を得ることが可能である。前記脂環構造を有するジカルボン酸としてはシクロヘキサンジカルボン酸、ノルボルネンジカルボン酸、イソホロンジカルボン酸、及びシクロヘキセンジカルボン酸などが挙げられ、その誘導体とはこれら化合物の酸無水物、アルキルエステル化合物、ハロゲン化化合物などが挙げられる。特に好ましいのはシクロヘキサンジカルボン酸又はその誘導体であり、これらを用いた場合にはポリエステル骨格にシクロヘキサンジカルボン酸残基が含まれる。前記脂肪族環を有するジオールとしてはシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジアルキルアルコールなどが挙げられ、これらを用いた場合にはポリエステル骨格にシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジアルキルアルコール残基が含まれる。化合物(B3)はジカルボン酸又はその誘導体とジオールを先に反応させ、末端がカルボキシ基又は水酸基のポリエステル化合物を得た後にカルボキシ基又は水酸基と反応可能な官能基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物と反応することでも得ることが可能であるし、例えば2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのような水酸基を有する(メタ)アクリロイル基を有する化合物とジカルボン酸とジオールとを同時に仕込んで反応することにより得ることも可能である。好ましい化合物(B3)の分子量は200以上、5000以下であり、より好ましくは500以上、2000以下である。(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(B3)は低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため後述の充填剤(D)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
本発明では(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状のポリカーボネート化合物(B4)を使用することも可能である。代表的なポリカーボネートとして知られているビスフェノールAを原料とするポリカーボネートのように芳香族環を有するポリカーボネートの場合には分子間の凝集力が強すぎ液状のものを得ることが難しいとともに硬化物の弾性率が高くなりすぎるため好ましくない。好ましい化合物(B4)としては脂肪族ジオールと炭酸ジアルキルをエステル交換反応によりポリカーボネートジオールを得た後(メタ)アクリル酸又はその誘導体と反応することにより得られる化合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。脂肪族ジオールとしては炭素数3以上10以下のものが好適に使用されるが、なかでも1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジエタノール、1,3−シクロヘキサンジエタノール、1,4−シクロヘキサンジエタノールが好ましく、これらは単独で使用しても2種以上を併用してもかまわない。炭酸ジアルキルとしては反応性の点から炭酸ジメチルが好ましい。反応にはエステル交換触媒として一般的に使用される触媒を使用する。例えばジブチル錫オキサイド、ジオクチル錫オキサイド等の有機錫化合物、テトラメチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のテトラアルキルチタネート、炭酸カリウム、炭酸カルシウム等の炭酸アルカリ金属塩あるいは炭酸アルカリ土類金属塩、カリウムメトキシド、ナトリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムt−ブトキシド等のアルカリ金属のアルキルアルコキシド、ジメチルアニリン、1,4−ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン等の3級アミン、アセチルアセトンハフニウム等のハフニウムの有機金属錯体などである。脂肪族ジオールを複数使用する場合には複数の脂肪族ジオールを同時に仕込むことでランダム共重合体を得ることも、それぞれ短鎖のポリカーボネートジオール同士を反応させることでブロック共重合体を得ることも可能である。ポリカーボネートジオールは(メタ)アクリル酸とエステル化反応によりポリカーボネートジ(メタ)アクリレートとすることも可能であるし、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとエステル交換反応によりポリカーボネートジ(メタ)アクリレートとすることも可能である。好ましい化合物(B4)の分子量は500以上、5000以下で、より好ましい分子量の範囲は800以上、2000以下である。下限値より小さい場合には樹脂組成物中の官能基の数が多くなり硬化物の弾性率が高くなる傾向にあり、上限値より大きい場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ実用的でないためである。(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(B4)は低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため後述の充填剤(D)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
また芳香族環の存在により分子間の相互作用が強くなるため弾性率が高く、脆い硬化物となる傾向にあるので好ましくない。
そこで化合物(E)としては、炭素数1以上、6以下のアミノ酸をマレイミド化したマレイミドアミノ酸と分子内に水酸基を2つ以上有する化合物とのエステル化化合物であることが好ましい。アミノ酸の炭素数が1以上、6以下である場合にはジオールとの反応により液状のビスマレイミド化合物を容易に得ることができるので好適であり、なかでも炭素数1の場合と炭素数6の場合が好ましい。前記ジオールとして好ましいのは分子量が200以上、5000以下の場合であり、さらに好ましいのはポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種である場合である。最も好ましいのは前記ジオールの分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種の場合である。ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種を用いることでより低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため前記充填剤(D)と配合しても低粘度で硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
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。
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。配合割合は重量部で示す。
化合物(A)として、2−メタクリロイルオキシエチルコハク酸(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO−MS、2−ヒドロキシエチルメタクリレートとコハク酸のエステル化化合物でカルボキシ基を有する。以下化合物A1)、化合物(B)としてウレタンアクリレートで脂肪族環を有する化合物(新中村化学工業(株)製、NKオリゴ UA160TM、2−ヒドロキシエチルアクリレートとポリテトラメチレングリコールジオールとイソホロンジイソシアネートとの反応生成物、室温で液状、以下化合物B11)、化合物(C)として、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)、充填材(D)として、平均粒径8μm、最大粒径30μmのフレーク状銀粉(以下銀粉)、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル1、6HX、以下化合物X1)、カップリング剤としてテトラスルフィド結合を有するカップリング剤(日本ユニカー(株)製、A−1289、以下カップリング剤1)、グリシジル基を有するカップリング剤(信越化学工業(株)製、KBM−403E、以下カップリング剤2)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。得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表1に示す。
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。
実施例1以外で使用したものを以下に記載した。
2−メタクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO−HH、2−ヒドロキシエチルメタクリレートとヘキサヒドロフタル酸のエステル化化合物でカルボキシ基を有する。以下化合物A2)
ウレタンアクリルアミドで脂肪族環を有する化合物(新中村化学工業(株)製、NKオリゴ UA160AM、2−ヒドロキシエチルアクリルアミドとポリテトラメチレングリコールジオールとイソホロンジイソシアネートとの反応生成物、室温で液状、化合物B12)
ポリエーテル系ビスマレイミド酢酸エステル(大日本インキ工業(株)製、ルミキュアMIA−200、ポリエーテルジオールとマレイミド化グリシンのエステル化化合物、室温で液状、以下化合物E)
得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表1に示す。
・接着強度:表1に示す樹脂組成物を用いて、6×6mmのシリコンチップをNi−Pd/Auめっきした銅フレームにマウントし、150℃オーブン中30分硬化した。硬化後及び吸湿処理(85℃、85%、72時間)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40N/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。
・弾性率:表1に示す樹脂組成物を用いて、4×20×0.1mmのフィルム状の試験片を作製し(硬化条件150℃30分)、動的粘弾性測定機(DMA)にて引っ張りモードでの測定を行った。測定条件は以下の通りである。
測定温度:−100〜300℃
昇温速度:5℃/分
周波数:10Hz
荷重:100mN
25℃における貯蔵弾性率を弾性率とし5000MPa以下の場合を合格とした。弾性率の単位はMPaである。
・耐温度サイクル性:表1に示す樹脂組成物を用いて、15×15×0.5mmのシリコンチップをNiメッキした銅ヒートスプレッダー(25×25×2mm)にマウントし、150℃オーブンにて30分硬化した。硬化後及び温度サイクル処理後(−65℃←→150℃、100サイクル)後の剥離の様子を超音波探傷装置(反射型)にて測定した。剥離面積が10%以下のものを合格とした。
・耐リフロー性:表1に示す樹脂組成物を用いて、下記のリードフレームとシリコンチップを150℃30分間硬化し接着した。さらに、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、パッケージを作製した。このパッケージを用いて、30℃、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。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:Ni−Pd/Auめっきした銅フレーム
チップサイズ:6×6mm
樹脂組成物の硬化条件:オーブン中150℃、30分
Claims (14)
- 半導体素子又は放熱部材を支持体に接着する樹脂組成物であって、カルボキシ基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物(A)、以下の(B1)〜(B4)の群から選ばれる少なくとも1種の(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(B)、熱ラジカル重合開始剤(C)、及び充填材(D)を含むことを特徴とする樹脂組成物。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(B1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(B2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(B3 )。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(B4)。 - 前記化合物(A)が水酸基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物とジカルボン酸とを反応させた化合物である請求項1記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B1)がノルボルネンジイソシアネート又はイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートとジオールと水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B1)がノルボルネンジイソシアネート又はイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートと分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール又はポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種と水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である請求項1、2又は3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記重合体又は共重合体(B2)の分子量が500以上、5000以下である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記重合体又は共重合体(B2)が(メタ)アクリロイル基を有するポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン共重合体又はイソプレン共重合体である請求項1、2又は5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B2)の(メタ)アクリロイル基が脂肪族のポリエーテル、ポリエステル、及びポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種の結合を介してジエン系化合物の重合体又は共重合体と結合している請求項1、2、5又は6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B3)が分子骨格にシクロヘキサンジカルボン酸残基を含む請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B3)が分子骨格にシクロヘキサンジオール又はシクロヘキサンジアルキルアルコール残基を含む請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B4)が分子骨格に芳香族環を含まないものである請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記化合物(B4)が脂肪族ジオール及び炭酸ジアルキルの反応により得られたポリカーボネートジオールと(メタ)アクリル酸又はその誘導体との反応物である請求項1、2又は10のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- さらにS−S結合を有するシランカップリング剤を含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 充填材(D)が銀粉である請求項1〜12のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチペースト又は放熱部材接着用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。
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