JP4376957B2 - 電子部品用接着剤 - Google Patents
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Description
このような半導体チップの積層体は、例えば、一方の半導体チップの一方の面上に接着剤を塗布した後、該接着剤を介して他方の半導体チップを積層し、その後接着剤を硬化させる方法や、一定の間隔を空けて保持した半導体チップ間の空間に接着剤を充填し、その後接着剤を硬化させる方法等により製造されている。
以下に本発明を詳述する。
一方、上記接着剤に含まれる液状成分の親水性(疎水性)と比較的近い親水性(疎水性)を有する無機微粒子は、本発明の電子部品用接着剤を塗布したときに、液状成分が滲出するのを防止する役割を果たしているものと考えられる。
上記SP値は、原料の液状成分のSP値の加重平均により求めることができる。また原料のSP値は例えば、δ2=ΣE/ΣVの式により求める計算することができる。ここで、δはSP値、Eは蒸発エネルギー、Vはモル体積を意味している。
上記M値は、水にメタノールを滴下し、無機微粒子が完全に膨潤したときのメタノール濃度(重量%)を意味する。
しかしながら、本発明者らは、上記液状成分のSP値と無機微粒子のM値の対応について以下の知見を得た。
上記液状成分のSP値の8以上11未満と、上記無機微粒子のM値の30以上50以下とが比較的近い親水性(疎水性)である。
上記液状成分のSP値の11以上12未満の値と、上記無機微粒子のM値の10以上40以下の値とが比較的近い親水性(疎水性)である。
上記液状成分のSP値の12以上14以下の値と、上記無機微粒子のM値の40以下の値とが比較的近い親水性(疎水性)である。
第1の本発明の電子部品用接着剤では、上記液状成分(1)に対して、上記無機微粒子(A)が低ブリード性を達成する役割を果たし、上記無機微粒子(B)が塗布に好適なチクソ性を付与する役割を果たす。
上記液状成分のSP値を所定の範囲内に調整する方法としては特に限定されず、例えば、後述する硬化性化合物及び硬化剤等を、これらの有する個々のSP値を考慮して適宜選択して用いる方法等が挙げられる。最も効果的には、硬化性化合物のSP値を考慮して選択する方法が挙げられる。
第1の本発明の電子部品用接着剤においては、具体的には例えば、上記硬化性化合物としてジシクロペンタジエン型エポキシ(SP値が9〜10)、ブタジエン変性エポキシ(SP値が8〜10)、シリコーン変性エポキシ(SP値が7〜8)等を選択して用いる方法が挙げられる。
上記無機微粒子(B)は、M値の下限が60である。上記無機微粒子(B)のM値が60未満であると、上記チクソ性が不充分となって塗布性が劣る。
第2の本発明の電子部品用接着剤では、上記液状成分(2)に対して、上記無機微粒子(C)が低ブリード性を達成する役割を果たし、上記無機微粒子(D)が塗布に好適なチクソ性を付与する役割を果たす。
第2の本発明の電子部品用接着剤においては、具体的には例えば、上記硬化性化合物としてビスフェノールA型エポキシ(SP値が11)、ビスフェノールFエポキシ(SP値が11)等を選択して用いることにより上記液状成分(2)のSP値を調整することが考えられる。
上記無機微粒子(D)は、M値の下限が60である。上記無機微粒子(D)のM値が60未満であると、チクソ性が不充分となって塗布性が劣る。
上記M値が10以上40以下である無機微粒子(C)の市販品としては、例えば、UFP−80(M値が20)(電気化学社製)、フェニルシランカップリング剤処理微粒子シリカ(M値が30)(アドマテックス社製)等が挙げられる。
上記M値の下限が60である無機微粒子(D)の市販品としては、例えば、上述した無機微粒子(B)と同様の無機微粒子が挙げられる。
第3の本発明の電子部品用接着剤では、上記液状成分(3)に対して、上記無機微粒子(E)が低ブリード性を達成する役割を果たし、上記無機微粒子(F)が塗布に好適なチクソ性を付与する役割を果たす。
第3の本発明の電子部品用接着剤においては、具体的には例えば、上記硬化性化合物としてナフタレン型エポキシ(SP値が12)、プロピレングリコール変性エポキシ(SP値が13)、ポリエチレングリコール変性エポキシ(SP値が14)等を選択して用いることにより上記液状成分(3)のSP値を調整することが考えられる。
上記無機微粒子(F)は、M値の下限が50である。上記無機微粒子(F)のM値が50未満であると、チクソ性が不充分となって塗布性が劣る。
上記M値の下限が50である無機微粒子(F)の市販品としては、例えば、上述した無機微粒子(B)で列挙したもののほか、DM−30(M値が52、炭素含有量が1.7重量%)、KS−20S(M値が56、炭素含有量が2.0重量%)(以上、いずれもトクヤマ社製)、R−976(M値が52)(Degussa社製)等が挙げられる。
上記硬化性化合物としては特に限定されず、例えば、付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、又は、開環重合等の反応により硬化する化合物を用いることができる。具体的には、例えば、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、レゾルシノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリベンズイミダゾール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、キシレン樹脂、アルキル−ベンゼン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、珪素樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性化合物が挙げられる。なかでも、接合後に得られる半導体装置等の電子部品の信頼性及び接合強度に優れていることから、エポキシ樹脂が好ましい。
このようなエポキシ化合物(A)は、極めて結晶性が高く25℃で結晶性固体となるとともに、25℃より高い温度領域において粘度が急激に低下するという性質を有する。これは、上記エポキシ化合物(A)は、25℃では上記の通り結晶性固体であるが、10量体以下と低分子量であるため、25℃を超えて加熱することで、結晶構造が壊れて粘度が低下するからであると考えられる。具体的には、上記エポキシ化合物(A)は、25℃で結晶固体であり、50〜80℃の温度範囲においてE型粘度計で測定した場合の粘度の上限が1Pa・sとなる。上記エポキシ化合物(A)が10量体を超えると、50〜80℃の温度範囲における粘度が高くなり、例えば、本発明の電子部品用接着剤が後述するスペーサー粒子を含有する場合、該本発明の電子部品用接着剤を用いて電子部品の積層等を行うと、電子部品間の間隔をスペーサー粒子の粒子径と実質的に等しい距離にすることが困難となり、電子部品間隔にバラツキが生じてしまう。上記エポキシ化合物(A)は、3量体以下であることがより好ましい。なお、上記粘度が1Pa・sとなる温度領域を50〜80℃としたのは、通常の電子部品積層体の製造工程において、電子部品を加熱加圧する際の温度条件を考慮したものである。また、上記エポキシ化合物(A)が結晶性固体となる温度を25℃としたのは、電子部品の接合を行うための接着剤の塗布は、通常室温で行われることを考慮したものである。
このようなエポキシ化合物(A)としては、上述した分子構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、フェノール型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物等が挙げられる。このようなエポキシ化合物(A)の市販品としては、例えば、EX−201(長瀬産業社製)、YSLV−80XY(東都化成社製)等が挙げられる。
このようなエポキシ化合物(B)としては特に限定されず、例えば、1,2−ポリブタジエン変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、1,4−ポリブタジエン変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、ポリプロピレンオキサイド変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、ポリエチレンオキサイド変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、アクリルゴム変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、ウレタン樹脂変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、ポリエステル樹脂変性ビスフェノールAグリシジルエーテル、1,2−ポリブタジエン変性グリシジルエーテル、1,4−ポリブタジエン変性グリシジルエーテル、ポリプロピレンオキサイド変性グリシジルエーテル、ポリエチレンオキサイド変性グリシジルエーテル、アクリルゴム変性グリシジルエーテル、ウレタン樹脂変性グリシジルエーテル、ポリエステル樹脂変性グリシジルエーテル、及び、これらの水添化物等が挙げられる。これらのエポキシ化合物(B)は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。なかでも、上記柔軟な骨格がブタジエンゴム、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイド、アクリルゴム、及び、これらの水添加物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物に由来するエポキシ化合物(B)が好適に用いられる。
上記硬化剤としては特に限定されず、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられる。なかでも、酸無水物が好適に用いられる。
上記常温で液体の2官能酸無水物硬化剤としては特に限定されず、例えば、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸等の2官能酸無水物等が挙げられる。
上記硬化促進剤としては特に限定されず、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、3級アミン系硬化促進剤等が挙げられる。なかでも、硬化速度や硬化物の物性等の調整をするための反応系の制御をしやすいことから、イミダゾール系硬化促進剤が好適に用いられる。これらの硬化促進剤は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
このようなスペーサー粒子を含有することにより、例えば、本発明の電子部品用接着剤を用いて2以上の電子部品の接着を行うと、接着する電子部品の間隔を上記スペーサー粒子の粒子径で正確に制御することができる。
なお、本明細書においてCV値とは、下記式(1)により求められる数値のことである。粒子径のCV値(%)=(σ2/Dn2)×100 (1)
式(1)中、σ2は、粒子径の標準偏差を表し、Dn2は、数平均粒子径を表す。
K=(3/√2)・F・S−3/2・R−1/2 (2)
式(2)中、F、Sはそれぞれ樹脂微粒子の10%圧縮変形における荷重値(kgf)、圧縮変位(mm)を表し、Rは該スペーサーの半径(mm)を表す。
まず、平滑表面を有する鋼板の上に粒子を散布した後、その中から1個の粒子を選び、微小圧縮試験機を用いてダイヤモンド製の直径50μmの円柱の平滑な端面で微粒子を圧縮する。この際、圧縮荷重を電磁力として電気的に検出し、圧縮変位を作動トランスによる変位として電気的に検出する。そして、得られた圧縮変位−荷重の関係から10%圧縮変形における荷重値、圧縮変位をそれぞれ求め、得られた結果からK値を算出する。
上記K値の測定の場合と同様の手法によって圧縮変位を作動トランスによる変位として電気的に検出し、反転荷重値まで圧縮したのち荷重を減らしていき、その際の荷重と圧縮変位との関係を測定する。得られた測定結果から圧縮回復率を算出する。ただし、除荷重における終点は荷重値ゼロではなく、0.1g以上の原点荷重値とする。
上記スペーサー粒子に表面処理を施すことにより、本発明の電気部品用接着剤において後述する粘度特性を実現することが可能となる。
上記表面処理の方法としては特に限定されないが、例えば、本発明の電子部品用接着剤が全体として疎水性を示す場合には、表面に親水基を付与することが好ましい。このような手段としては特に限定されないが、例えば、スペーサー粒子として上記樹脂粒子を用いる場合には、樹脂粒子の表面を、親水基を有するカップリング剤で処理する方法等が挙げられる。
更に、固形成分の最大粒子径は、スペーサー粒子の平均粒子径の1.1〜1.5倍であることが好ましく、1.1〜1.2倍であることがより好ましい。
このような反応性希釈剤としては、例えば、脂肪族型エポキシ、エチレンオキサイド変性エポキシ、プロピレンオキサイド変性エポキシ、シクロヘキサン型エポキシ、ジシクロペンタジエン型エポキシ、フェノール型エポキシ等が挙げられる。
上記溶媒としては特に限定されず、例えば、芳香族炭化水素類、塩化芳香族炭化水素類、塩化脂肪族炭化水素類、アルコール類、エステル類、エーテル類、ケトン類、グリコールエーテル(セロソルブ)類、脂環式炭化水素類、脂肪族炭化水素類等が挙げられる。
上記混合の方法としては特に限定されないが、例えば、ホモディスパー、万能ミキサー、バンバリーミキサー、ニーダー等を使用する方法を用いることができる。
また、本発明の電子部品用接着剤は、2以上の電子部品を積層する場合だけでなく、基板上に電子部品を積載することや、センサー等の部品を接合することを目的とする接着剤としても好適に用いることができる。
上記滲出距離とは、光学顕微鏡にて接着剤硬化物を観察したとき、接着剤硬化物の周りに存在する色の異なる部分の中心方向への長さを意味する。
本発明の電子部品用接着剤の硬化物からの液状成分の滲出距離が上述の条件を満たす性質を「低ブリード性」ともいう。
上記トランス部品のコイル鉄心としては特に限定されないが、例えば、EI型やEE型が好適に用いられる。
表1及び表2に従って、各材料をホモディスパーを用いて攪拌混合して、実施例1〜6、比較例1〜9に係る電子部品用接着剤を調製した。
なお、各実施例及び比較例における液状成分のSP値は、各液状成分のSP値の加重平均により求めた。また原料のSP値はδ2=Σ
E/ΣVの式により求めた。ここで、δはSP値、Eは蒸発エネルギー、Vはモル体積を意味している。
実施例1〜6、比較例1〜9に係る電子部品用接着剤について、以下の方法により評価を行った。
結果を表1及び表2に示した。
実施例及び比較例で調製した電子部品用接着剤を、シリコンウェハーに塗布して直径500μmの円形の接着剤層を形成した。その後、170℃のオーブンに10分間入れて、接着剤層を硬化させて硬化物を得た。
得られた硬化物について、液状成分のブリード部分の距離を光学顕微鏡を用いて測定した。片側のブリード部分の距離が50μm以下のものを○と、50μmを超えるのものを×と評価した。
実施例及び比較例で調製した電子部品用接着剤を、武蔵エンジニアリング社製エアディスペンサーにてシリコンチップ上にドット状に100点の塗布を行った。ドット径の平均が400〜600μmになるように塗布したとき、ドット径の最大値と最小値の差が100μm未満のものを○と、100以上のものを×と評価した。
上記(1)、(2)の評価において、両方の評価結果が○のもを総合評価○とし、×が一つでもあるものを×とした。
表3に従って、各材料をホモディスパーを用いて攪拌混合して、実施例7〜8、比較例10〜12に係る電子部品用接着剤を調製し、同様の評価を行った。
なお、各実施例及び比較例における液状成分のSP値は、各液状成分のSP値の加重平均により求めた。また原料のSP値はδ2=ΣE/ΣVの式により求めた。ここで、δはSP値、Eは蒸発エネルギー、Vはモル体積を意味している。
表4及び表5に従って、各材料をホモディスパーを用いて攪拌混合して、実施例9〜14、比較例13〜18に係る電子部品用接着剤を調製し、同様の評価を行った。
なお、各実施例及び比較例における液状成分のSP値は、各液状成分のSP値の加重平均により求めた。また原料のSP値はδ2=ΣE/ΣVの式により求めた。ここで、δはSP値、Eは蒸発エネルギー、Vはモル体積を意味している。
実施例7で作製した電子部品用接着剤100重量部に対し、平均粒子径10μm、CV値4%のスペーサ粒子(ミクロパールSP−210)を、0.1重量部配合し、ホモディスパーを用いて攪拌混合して、電子部品用接着剤を作製した。
得られた電子部品用接着剤を10mLシリンジ(岩下エンジニアリング社製)に充填し、シリンジ先端に精密ノズル(岩下エンジニアリング社製、ノズル先端径0.3mm)を取り付け、ディスペンサ装置(SHOT MASTER300、武蔵エンジニアリング社製)を用いて、吐出圧0.4MPa、半導体チップとニードルとのギャップ200μm、塗布量5mgにてガラス基板上に塗布した。塗布量は、(接合部分の外周部への塗布量/中央部への塗布量)=4とした。
(硬化性化合物)
(1)エポキシ(A)
レゾルシノール型エポキシ化合物(EX−201、SP値12、長瀬ケムテックス社製)
(2)エポキシ(B)
NBR変性ビスA型エポキシ化合物(EPR−4030、SP値9、アデカ社製)
柔軟性エポキシ(EXA−4850−1000、SP値13、大日本インキ化学工業社製)
柔軟性エポキシ(EXA−4850−150、SP値13、大日本インキ化学工業社製)
ブタジエン変性エポキシ(R−45EPT、SP値8、長瀬ケムテックス社製)
ポリエーテル変性エポキシ(EX−861、SP値14、長瀬ケムテックス社製)
ポリテトラメチレングリコール変性エポキシ(エポゴーセーPT、SP値13、四日市合成社製)
(3)その他のエポキシ
ジシクロペンタジエン型エポキシ(EP−4088S、SP値9、アデカ社製)
ジシクロペンタジエン型エポキシ(HP−7200HH、SP値9、大日本インキ化学工業社製)
ビスフェノールA型エポキシ(YL−980、SP値11、ジャパンエポキシレジン社製)
2官能酸無水物硬化物(YH−306、ジャパンエポキシレジン社製、常温で液体)
イミダゾール硬化促進剤(2MA−OK、四国化成工業社製)
ヒュームドシリカ(QS−40、トクヤマ社製、平均一次粒子径7nm、M値0、炭素含有量0重量%)
ヒュームドシリカ(MT−10、トクヤマ社製、平均一次粒子径15nm、M値47、炭素含有量0.9重量%)
ヒュームドシリカ(HM−20L、トクヤマ社製、平均一次粒子径12nm、M値64、炭素含有量2.4重量%)
ヒュームドシリカ(PM−20L、トクヤマ社製、平均一次粒子径12nm、M値65、炭素含有量5.5重量%)
表面エポキシ基処理ナノシリカ(UFP−80、電気化学社製、平均一次粒子径34nm、M値20)
表面フェニル基処理ナノシリカ(アドマテックス社製、平均一次粒子径40nm、M値30)
Claims (8)
- 硬化性化合物、硬化剤及び無機微粒子を含有する液状の電子部品用接着剤であって、
含有する液状成分の溶解度パラメータ(SP値)が8以上11未満であり、
前記無機微粒子は、少なくとも、平均一次粒子径が50nm以下、かつ、疎水化度(M値)が30以上47以下である無機微粒子(A)と、平均一次粒子径が50nm以下、かつ、疎水化度(M値)が65以上である無機微粒子(B)との混合物であり、
前記無機微粒子(A)100重量部に対する前記無機微粒子(B)の配合量が30〜600重量部であり、かつ、前記硬化性化合物100重量部に対する前記無機微粒子(A)と前記無機微粒子(B)との合計の含有量が2〜20重量部である
ことを特徴とする電子部品用接着剤。 - 硬化性化合物、硬化剤及び無機微粒子を含有する液状の電子部品用接着剤であって、
含有する液状成分の溶解度パラメータ(SP値)が11以上12未満であり、
前記無機微粒子は、少なくとも、平均一次粒子径が50nm以下、かつ、疎水化度(M値)が20以上30以下である無機微粒子(C)と、平均一次粒子径が50nm以下、かつ、疎水化度(M値)が65以上である無機微粒子(D)との混合物であり、
前記無機微粒子(C)100重量部に対する前記無機微粒子(D)の配合量が30〜600重量部であり、かつ、前記硬化性化合物100重量部に対する前記無機微粒子(C)と前記無機微粒子(D)との合計の含有量が2〜20重量部である
ことを特徴とする電子部品用接着剤。 - 硬化性化合物、硬化剤及び無機微粒子を含有する液状の電子部品用接着剤であって、
含有する液状成分の溶解度パラメータ(SP値)が12以上14以下であり、
前記無機微粒子は、少なくとも、平均一次粒子径が50nm以下、かつ、疎水化度(M値)が30以下である無機微粒子(E)と、平均一次粒子径が50nm以下、かつ、疎水化度(M値)が64以上である無機微粒子(F)との混合物であり、
前記無機微粒子(E)100重量部に対する前記無機微粒子(F)の配合量が30〜600重量部であり、かつ、前記硬化性化合物100重量部に対する前記無機微粒子(E)と前記無機微粒子(F)との合計の含有量が2〜20重量部である
ことを特徴とする電子部品用接着剤。 - 液状成分は、硬化性化合物及び液状硬化剤を含有することを特徴とする請求項1、2又は3記載の電子部品用接着剤。
- 硬化性化合物は、繰り返し単位中に芳香環を有する10量体以下の分子構造を有し、25℃で結晶性固体であり、かつ、50〜80℃の温度においてE型粘度計で測定した場合の粘度が1Pa・s以下であるエポキシ化合物(A)を含有することを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の電子部品用接着剤。
- 硬化性化合物は、分子の両端にエポキシ基を有し、かつ、一方のエポキシ基と他方のエポキシ基との間に数平均分子量が50〜1000の柔軟な骨格を有するエポキシ化合物(B)を含有することを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の電子部品用接着剤。
- エポキシ化合物(B)は、ブタジエン骨格を有することを特徴とする請求項6記載の電子部品用接着剤。
- 更に、CV値が10%以下のスペーサー粒子を含有することを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の電子部品用接着剤。
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