JP5266696B2 - 電子機器用接着剤組成物およびそれを用いた電子機器用接着剤シート - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器用接着剤組成物およびそれを用いた電子機器用接着剤シートに関する。さらに詳しくは、半導体集積回路を実装する際に用いられる、テープオートメーテッドボンディング(TAB)方式のパターン加工テープ、ボールグリッドアレイ(BGA)パッケージ用インターポーザー等の半導体接続用基板、リードフレーム固定テープ、LOC固定テープ、半導体素子等の電子部品とリードフレームや絶縁性支持基板などの支持部材との接着に用いられるダイボンディング材、ヒートスプレッダー、補強板、シールド材の接着剤、ソルダーレジスト、異方導電性フィルム、銅張り積層板、カバーレイ、回路間の絶縁層等各種の電子材料を作製するために適した電子機器用接着剤組成物およびそれを用いた電子機器用接着剤シートに関する。
近年、電子機器の小型化・高密度化が急速に進んでいる。電子機器に用いられる接着剤組成物は、最終的に接着剤としてパッケージ内に残留することが多いため、接着性、耐熱性、絶縁性等の諸特性を満たすことが要求されている。
最近では、半導体チップとして従来用いられていたシリコン(Si)ウエハに代わり、SiC(炭化珪素)が注目されており、パワーデバイスなどの分野で検討が進められている。SiCは電気特性に優れているので、単位面積にかけられる電圧はSiよりも高くなり、それに伴い、単位面積にかかる温度も高くなる。従って、接着剤にも200℃を超える高い耐熱性が求められ、さらにその温度で長期間(最大で1000時間程度)接着性とサーマルサイクル耐性を維持することのできる長期高温耐性が要求されている。特に、銅配線部分に貼り合わされる接着剤は、長期高温条件下において銅による接着剤の酸化劣化が促進されることから、特に厳しい長期高熱耐性が要求されている。
これまでに、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂およびシリコーンレジンを接着剤層に含有するTAB用接着剤付きテープやリードフレーム用接着剤付きテープにより、高い絶縁信頼性を示すことが開示されている(例えば、特許文献1〜2参照)。また、作業性やリフローはんだ耐熱性を向上させるために、エラストマー、熱硬化性成分、無機充填剤、硬化剤およびシリコーンオリゴマーを含む接着剤組成物が提案されている(例えば、特許文献3参照)。このほか、接着剤中にベンゾトリアゾール構造を分子中に持つ化合物を含むことによって、金属腐食を抑え、常温での信頼性を向上させた接着剤が開示されている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、これら公知の接着剤組成物は、上述のような長期間にわたる高温条件下における耐熱性は不十分であった。特にこれら公知の接着剤を銅配線部分に貼り合わせた場合、銅によって接着剤の酸化が促進されることから、短期間で可とう性がなくなり、長期高温耐性が損なわれる課題があった。
特開平6−256732号公報 特開平6−306338号公報 特開2006−283002号公報 特開2002−167569号公報
本発明は、上記課題を解決し、長期高温耐性、すなわち、長期高温条件下における接着性に優れた電子機器用接着剤組成物およびそれを用いた電子機器用接着剤シートを提供することを目的とする。
すなわち本発明は、a)熱可塑性樹脂、b)熱硬化性樹脂、c)硬化剤、d)複素環アゾール化合物およびe)下記一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンを含有し、e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンの含有量が、b)熱硬化性樹脂100重量部に対して30重量部以上700重量部以下であることを特徴とする電子機器用接着剤組成物、それを用いた電子機器用接着剤シートである。
Figure 0005266696
本発明の電子機器用接着剤組成物は、長期高温耐性に優れる。すなわち、本発明の電子機器用接着剤シートは、銅に貼り合わせて長期間高温条件下に晒されても、接着性を維持することができるため、これを用いた電子機器の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の構成を詳述する。
本発明の電子機器用接着剤組成物(以下、接着剤組成物という)は、半導体素子や配線基板(インターポーザー)用半導体集積回路を実装する際に用いられる、TAB方式のパターン加工テープ、BGAパッケージ用インターポーザー等の半導体接続用基板、リードフレーム固定テープ、LOC固定テープ、半導体素子、光半導体等の電子部品とリードフレームや絶縁性支持基板などの支持部材との接着に用いられるダイボンディング材、ヒートスプレッダー(放熱板)、スティフナー(補強板)、シールド材の接着剤、ソルダーレジスト、異方導電性フィルム、銅張り積層板、カバーレイ、回路間の絶縁層等各種の電子材料を作製するために適しており、被着体の形状および材料は特に限定されない。中でも、本発明の電子機器用接着剤組成物は、パワーデバイス用絶縁層としての用途、ダイボンディング材、特に図1に示すようなシリコンなどの半導体基板上に素子が形成された後、切り分けられた半導体集積回路(ベアチップ)1が絶縁体層3および導体パターン4からなる配線基板層5に接着剤層2で接着され、かつ半導体集積回路1と配線基板層5がボンディングワイヤー6により接続された構造を有するBGA方式の半導体装置の接着剤層としての用途に有効である。
本発明の接着剤組成物は、a)熱可塑性樹脂、b)熱硬化性樹脂、c)硬化剤、d)複素環アゾール化合物およびe)前記一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンを含有し、e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンの含有量が、b)熱硬化性樹脂100重量部に対して30重量部以上700重量部以下であることを特徴とする。d)複素環アゾール化合物は、銅などの金属表面の酸化を防ぎ、防錆効果を奏する。しかしながら、複素環アゾール化合物を含む接着剤組成物であっても、長期間高温条件下に晒されると接着剤の後硬化反応が進むことにより、被着体(金属)表面に複素環アゾール化合物が供給されなくなる。そのため防錆効果が低下し、金属が酸化するとともに、金属に接着された接着剤層においても酸化が進行し、接着剤層の酸化劣化が生じるものと考えられる。本発明の接着剤組成物は、d)複素環アゾール化合物とともにe)成分のオルガノポリシロキサンを含有することにより、長期間高温条件下に晒された場合であっても後硬化反応が進みにくく、接着剤層の可撓性を維持するため、金属表面に複素環アゾール化合物を供給することが可能となる。その結果、金属表面の酸化を抑制するとともに、接着剤層の酸化劣化も抑制することができると考えられる。
e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンとしては、シリコーンレジンが挙げられる。シリコーンレジンとは、シリコーンオイルが2官能性シロキサンであるのに対して、3官能性または4官能性のシロキサン単位を主成分とする3次元網目構造を有するシリコーンである。シリコーンレジンは、3官能性シロキサン単位を有していれば特に限定されず、1)2官能性シロキサン単位と3官能性シロキサン単位を組み合わせたもの、2)3官能性シロキサン単位のみからなるものなどがある。長期間高温条件下における耐サーマルサイクル性を向上させる観点から、少なくとも3官能性シロキサン単位と2官能性シロキサン単位を有することが好ましく、2官能性シロキサン単位/3官能性シロキサン単位(モル比)が1を超えることがより好ましい。
また、e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンは、主鎖がすべてシロキサン結合であることが好ましい。このようなオルガノポリシロキサンを含有することにより、接着剤組成物の長期高温耐性をより向上させ、耐候性、電気特性を向上させることができる。
e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンの例としては、(i)旭化成ワッカー(株)製:SY231(メトキシ基、フェニル基、メチル基を含む(アルコキシ当量222))、SY550(メトキシ基、フェニル基、メチル基を含む)、SY300(水酸基、フェニル基、プロピル基を含む(水酸基価3重量%))、SY409(水酸基、フェニル基、メチル基を含む(水酸基価2.5重量%))、SY430(水酸基、フェニル基を含む(水酸基価5重量%))、IC836(水酸基、フェニル基を含む(水酸基価3.5重量%))、(ii)信越化学工業(株)製:KR212(Mw=2000〜3000、水酸基、メチル基、フェニル基を含む(水酸基価5重量%))、KR213(メトキシ基、メチル基、フェニル基を含む(メトキシ基含有量22重量%))、KR9218(メトキシ基、メチル基、フェニル基を含む(メトキシ基含有量15重量%))、KR251、KR400、KR255、KR216、KR152(iii)東レ・ダウコーニング(株)製:シリコーンレジン:804RESIN(フェニルメチル系)、805RESIN(フェニルメチル系)、806ARESIN(フェニルメチル系)、840RESIN(フェニルメチル系)、シリコーン中間体:3037INTERMEDIATE(Mw=1000、メトキシ基、フェニル基、メチル基を含む(メトキシ基含有量18重量%))、3074INTERMEDIATE(Mw=1400、メトキシ基、フェニル基、メチル基を含む(メトキシ基含有量17重量%))、Z−6018(Mw=2000、水酸基、フェニル基、プロピル基を含む(水酸基価6重量%))、217FLAKE(Mw=2000、水酸基、フェニル基を含む(水酸基価6重量%))、220FLAKE(Mw=3000、水酸基、フェニル基、メチル基を含む(水酸基価6重量%))、233FLAKE(Mw=3000、水酸基、フェニル基、メチル基を含む(水酸基価6重量%))、249FLAKE(Mw=3000、水酸基、フェニル基、メチル基を含む(水酸基価6重量%))、QP8−5314(Mw=200、メトキシ基、フェニル基、メチル基を含む(メトキシ基含有量42重量%))等が挙げられる。
e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンの含有量は、後述するb)熱硬化性樹脂100重量部に対し、30重量部以上であり、好ましくは40重量部以上、より好ましくは50重量部以上、さらに好ましくは100重量部以上である。一方、700重量部以下であり、好ましくは500重量部以下である。30重量部以上であれば、長期高温耐性がより向上する。一方、配線基板層等の素材との接着性(シェア強度)、形状維持の観点からは、700重量部以下である。また、長期高温耐性、回路腐食性、絶縁信頼性の観点から、接着剤組成物中、好ましくは20重量%を超え、より好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上であり、好ましくは70重量%以下、より好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。本発明においては、一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンは、熱硬化性を有する樹脂あるいは熱可塑性を有する樹脂であってもe)に分類するものとする。
本発明の接着剤組成物は、a)熱可塑性樹脂を含有するが、その種類は特に限定されない。熱可塑性樹脂は、可撓性、熱応力の緩和、低吸水性による絶縁性の向上等の機能を有する。熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBR)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、ポリブタジエン、スチレン−ブタジエン−エチレン樹脂(SEBS)、炭素数1〜8の側鎖を有するアクリル酸および/またはメタクリル酸エステル樹脂(アクリルゴム)、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン等が例示される。また、これらの熱可塑性樹脂は後述のb)熱硬化性樹脂との反応が可能な官能基を有していてもよい。具体的には、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシアルキル基、ビニル基、シラノール基、イソシアネート基等である。これらの官能基により熱硬化性樹脂との結合が強固になり、耐熱性が向上するので好ましい。さらに、e)成分のオルガノポリシロキサンとの相溶性、シェア強度、可撓性、熱応力の緩和効果の点から、炭素数1〜8の側鎖を有するアクリル酸および/またはメタクリル酸エステルを必須重合成分とする重合体は特に好ましく使用できる。また、これらの共重合体についても前述の熱硬化性樹脂との反応が可能な官能基を有していることが好ましい。架橋密度が上がり耐熱性に有利であるとともにシェア強度にも有利に働くからである。上述した官能基含有量は、a)熱可塑性樹脂中0.07eq/kg以上、0.7eq/kg以下が好ましく、より好ましくは0.45eq/kg以下、さらに好ましくは0.14eq/kg以下である。また、長期間高温条件下における耐サーマルサイクル性の観点から、a)熱可塑性樹脂の重量平均分子量(Mw)は10万以上が好ましく、より好ましくは50万以上、さらに好ましくは100万以上であり、ガラス転移温度(Tg)は好ましくは20℃以下、より好ましくは5℃以下、さらに好ましくは−20℃以下、さらに好ましくは−30℃以下である。熱可塑性樹脂を2種以上用いる場合、そのうち少なくとも1種がこの範囲を満たしていればよい。重量平均分子量については、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により測定し、ポリスチレン換算で算出する。TgについてはDSC法により算出する。
本発明の接着剤組成物において、a)熱可塑性樹脂の含有量は、後述するb)熱硬化性樹脂100重量部に対し、好ましくは10重量部以上、より好ましくは40重量部以上、さらに好ましくは50重量部以上であり、好ましくは700重量部以下、より好ましくは600重量部以下、さらに好ましくは300重量部以下である。この範囲であれば、可撓性、長期高温耐性を高いレベルで維持できるので好ましい。また、20℃以下のTgを持つ熱可塑性樹脂含有量は、b)熱硬化性樹脂100重量部に対し、好ましくは10重量部以上、より好ましくは40重量部以上、さらに好ましくは50重量部以上、さらに好ましくは100重量部以上である。一方、700重量部以下が好ましく、より好ましくは500重量部以下である。この範囲であれば、長期高温条件下における耐サーマルサイクル性を維持できるので好ましい。また、長期高温耐性、接着性をより向上させる観点から、接着剤組成物中、好ましくは5重量%以上、より好ましくは20重量%以上、さらに好ましくは30重量%以上であり、好ましくは70重量%以下、より好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。
本発明の接着剤組成物は、b)熱硬化性樹脂を含有するが、その種類は特に限定されない。熱硬化性樹脂は耐熱性、高温での絶縁性、耐薬品性、接着剤層強度等の物性のバランスを実現する機能を有する。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、フラン樹脂、シアン酸エステル樹脂等公知のものが例示される。特に、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂は絶縁性に優れるので好適である。これらを併用してもよい。エポキシ樹脂は1分子内に2個以上のエポキシ基を有するものであれば特に制限されないが、ビスフェノールF、ビスフェノールA、ビスフェノールS、レゾルシノール、ジヒドロキシナフタレン、ジシクロペンタジエンジフェノール、ジシクロペンタジエンジキシレノール等のジグリシジルエーテル、エポキシ化フェノールノボラック、エポキシ化クレゾールノボラック、エポキシ化トリスフェニロールメタン、エポキシ化テトラフェニロールエタン、エポキシ化メタキシレンジアミン、シクロヘキサンエポキサイド等の脂環式エポキシ、フェノキシ樹脂等が挙げられる。その中でも、接着剤組成物の架橋密度を高めるために、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ樹脂が好ましく用いられる。このような基を用いて架橋密度を高くすることにより、耐熱性、耐リフロー性、膜強度、耐溶剤性に優れた接着剤組成物を得ることができる。
これら多官能エポキシ樹脂としては、オルソクレゾールノボラック型:具体的にはJER(ジャパンエポキシレジン(株))製E180H65、住友化学(株)製ESCN195、日本化薬(株)製EOCN1020、EOCN102S、103S、104S等、DPPノボラック型:具体的にはJER製E157S65等、トリスヒドロキシフェニルメタン型:具体的には日本化薬(株)製EPPN501H、JER製E1032等、テトラフェニロールエタン型:具体的にはJER製E1031S等、ジシクロペンタジエンフェノール型:具体的にはDIC(大日本インキ化学工業(株))製HP7200等、その他ナフタレン構造を有する多官能エポキシ樹脂、新日鐵化学(株)製ESN、特殊骨格を持つJER製YL6241等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は2種以上用いてもよい。さらに、難燃性付与のために、ハロゲン化エポキシ樹脂、特に臭素化エポキシ樹脂を用いることが有効である。接着剤組成物の耐熱性との両立の観点から、臭素化エポキシ樹脂と非臭素化エポキシ樹脂を含有することが有効である。臭素化エポキシ樹脂の例としては、テトラブロモビスフェノールAとビスフェノールAの共重合型エポキシ樹脂、あるいは“BREN”−S(日本化薬(株)製)等の臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂が挙げられる。これらの臭素化エポキシ樹脂は臭素含有量およびエポキシ当量を考慮して2種以上用いてもよい。また、最近では環境影響の観点から、バロゲンを含まないタイプのエポキシ樹脂、具体的にはリン含有エポキシ樹脂、窒素含有エポキシ樹脂も多く用いられている。難燃性付与のために、これらのエポキシ樹脂を用いてもよい。
フェノール樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂等の公知のフェノール樹脂がいずれも使用できる。例えば、フェノール、クレゾール、p−t−ブチルフェノール、ノニルフェノール、p−フェニルフェノール等のアルキル置換フェノール、テルペン、ジシクロペンタジエン等の環状アルキル変性フェノール、ニトロ基、ハロゲン基、シアノ基、アミノ基等のヘテロ原子を含む官能基を有するもの、ナフタレン、アントラセン等の骨格を有するもの、ビスフェノールF、ビスフェノールA、ビスフェノールS、レゾルシノール、ピロガロール等の多官能性フェノールからなる樹脂が挙げられる。マイグレーション性の観点から、レゾール型フェノール樹脂が好ましい。
本発明の接着剤組成物はc)硬化剤を含有する。c)硬化剤の含有量は、b)熱硬化性樹脂100重量部に対して0.1〜100重量部であると好ましい。
硬化剤としては、例えば、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’,5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジメチル−5,5’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2’,3,3’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,4,4’−トリアミノジフェニルスルホン等の芳香族ポリアミン、三フッ化ホウ素トリエチルアミン錯体等の三フッ化ホウ素のアミン錯体、2−アルキル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−アルキルイミダゾール等のイミダゾール誘導体、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の有機酸、ジシアンジアミド等公知のものが挙げられる。これらは単独または2種以上用いてもよい。また、トリフェニルホスフィン、2−アルキル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4−アルキルイミダゾール等のイミダゾール誘導体等公知の硬化促進剤も、本発明においてc)硬化剤に含まれるものとする。
本発明の接着剤組成物は、d)複素環アゾール化合物を含有する。複素環アゾール化合物は、銅などの金属表面に防錆層を形成するため、本発明の接着剤組成物を銅に貼り合わせた場合の長期高温耐性の向上等の機能を有する。複素環アゾール化合物としては、ジアゾール化合物、トリアゾール化合物、テトラゾール化合物、チアゾール化合物などが挙げられる。また、ポリマーの側鎖や主鎖にこれらの構造を有するホモポリマ及び共重合体を使用することもできる。なお、本発明においては、複素環アゾール構造を有する化合物は、熱硬化性を有する樹脂あるいは熱可塑性を有する樹脂であってもd)に分類するものとする。
複素環アゾール化合物のなかでも、ベンゾトリアゾール化合物が好ましい。ベンゾトリアゾール化合物としては、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾール誘導体、これらの塩が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。ベンゾトリアゾールまたはベンゾトリアゾール誘導体としては、例えば、1,2,3−ベンゾトリアゾール、4−メチル−ベンゾトリアゾール、5−メチル−ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、ニトロ−1H−ベンゾトリアゾール、1H−ベンゾトリアゾール、1−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチル]−4−メチルベンゾトリアゾール、1−[N,N−ビス(2−エチルヘキシル)アミノメチル]−5−メチルベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(3,5−ジ−tert−フェニル−2−ヒドロキシフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−yl)−4−メチル−6−(3,4,5,6−テトラヒドロフタルイミドメチル)フェノール、2−(2−ヒドロキシ−5−tert−オクチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール、2−(2−ヒドロキシ−4−オクチルフェニル)−2H−ベンゾトリアゾール等が挙げられる。ベンゾトリアゾールまたはその誘導体の塩としては、ベンゾトリアゾールまたはその誘導体と、Na、Kなどのアルカリ金属との塩、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、 シクロヘキシルアミン、イソプロピルアミンなどのアミンとの塩が挙げられる。具体的には、ベンゾトリアゾールモノエタノールアミン塩、トルトリアゾールナトリウム塩などが挙げられる。ベンゾトリアゾール誘導体を用いることにより、ベンゾトリアゾール自体の熱分解温度が上昇することから、より高温領域において、防錆効果を発揮するため好ましい。上述した化合物の含有量は、a)熱可塑性樹脂、b)熱硬化性樹脂およびe)オルガノポリシロキサンの合計100重量部に対し、好ましくは0.1重量部以上、より好ましくは1重量部以上、さらに好ましくは2重量部以上である。一方、7重量部以下が好ましく、より好ましくは5重量部以下、さらに好ましくは3重量部以下である。
本発明の電子機器用接着剤組成物にf)無機質充填剤を含有することにより、耐リフロー性、打ち抜き性等の加工性、熱伝導性、難燃性を向上させることができる。無機質充填剤は接着剤の特性を損なうものでなければ特に限定されないが、その具体例としては、シリカ、酸化アルミニウム、窒化珪素、水酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化チタン、炭化チタン、水酸化マグネシウム、カルシウム・アルミネート水和物等の金属水酸化物、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化クロム、タルク等の金属酸化物、炭酸カルシウム等の無機塩、あるいはカーボンブラック、ガラス等が挙げられる。中でも、シリカ、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、水酸化アルミニウムが好ましく用いられる。これらを単独または2種以上用いてもよい。中でも熱分解温度が300℃を大きく超えるため接着剤の耐リフロー性に有利である点、接着剤シートの流動性を調整しやすい点、粒径の安定性からシリカが特に好ましい。ここで、シリカは非晶、結晶のいずれであってもよく、それぞれのもつ特性に応じて適宜使いわけることを限定するものではない。これらの無機質充填剤に耐熱性、接着性等の向上を目的としてシランカップリング剤等を用いて表面処理を施してもよい。シランカップリング剤は後述のものを用いることができる。また、無機質充填剤の形状は特に限定されず、破砕系、球状、鱗片状などが用いられるが、塗料への分散性の点から球状が好ましく用いられる。無機質充填剤の粒径は特に限定されないが、分散性および塗工性、耐リフロー、サーマルサイクル性および本発明の接着シートを基材へラミネートした際の接続不良等の信頼性の点で、平均粒径3μm以下、最大粒径10μm以下が好ましく用いられる。また、流動性、分散性の点から平均粒径の異なる充填剤を併用すると一層効果的である。なお、粒径の測定は、堀場LA500レーザー回折式粒度分布計で測定することができる。ここでいう平均粒径とは、球相当体積を基準とした粒度分布を測定し、累積分布をパーセント(%)で表した時の50%に相当する粒子径(メジアン径)で定義される。ここで言う粒度分布は、体積基準で粒子径表示が56分割片対数表示(0.1〜200μm)するものとする。また、最大粒径は先に定義した粒度分布において、累積分布をパーセント(%)で表した時の100%に相当する粒子径で定義される。また、測定試料は、イオン交換水中に、白濁する程度に粒子を入れ、10分間超音波分散を行ったものとする。また、屈折率1.1、光透過度を基準値(約70%程度、装置内で既に設定されている)に合わせて測定を行う。無機質充填剤の含有量はb)熱硬化性樹脂100重量部に対して5重量部以上が好ましく、より好ましくは10重量部以上であり、200重量部以下が好ましく、より好ましくは150重量部以下、さらに好ましくは100重量部以下である。無機質充填剤の含有量を5重量部以上とすることで、耐リフロー性の向上効果が得られ、200重量部以下とすることで、接着力を向上させることができる。
本発明の電子機器用接着剤組成物にシランカップリング剤を含有することにより、銅をはじめとした種々の金属やガラスエポキシ基板等のリジッド基板などとの接着力の向上をはかることができる。
以上の成分以外に、接着剤の特性を損なわない範囲で、回路腐食やマイグレーション現象を抑制する腐食抑制剤、酸化防止剤、イオン捕捉剤などを含有することは何ら制限されるものではない。
酸化防止剤としては、酸化防止の機能を付与するものであれば特に限定されず、フェノール系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤等の公知の酸化防止剤が挙げられる。例えばNBRゴムなど二重結合を含む樹脂の場合、高温で長時間放置すると二重結合部分の架橋が徐々に進行し、接着剤膜が脆くなる傾向があるが、酸化防止剤を使用することにより、これらの反応を抑えることができる点で有効である。
イオン捕捉剤としては無機イオン交換体が多く使われる。無機イオン交換体は、(i)イオン選択性が大きく、2種以上のイオンが共存する系より特定のイオンを分離することができる、(ii)耐熱性に優れる、(iii)有機溶剤、樹脂に対して安定である、(iv)耐酸化性に優れることから、イオン性不純物の捕捉に有効であり、絶縁抵抗の低下抑制、アルミ配線の腐食防止、イオンマイグレーションの発生防止などが期待できる。種類は非常に多く、1)アルミノケイ酸塩(天然ゼオライト、合成ゼオライト等)、2)水酸化物または含水酸化物(含水酸化チタン、含水酸化ビスマス等)、3)酸性塩(リン酸ジルコニウム、リン酸チタン等)、4)塩基性塩、複合含水酸化物(ハイドロタルサイト類等)、5)ヘテロポリ酸類(モリブドリン酸アンモニウム等)、6)ヘキサシアノ鉄(III)塩等(ヘキサシアノ亜鉛等)、7)その他、等に分類できる。商品名としては、東亜合成(株)のIXE−100、IXE−300、IXE−500、IXE−530、IXE−550、IXE−600、IXE−633、IXE−700、IXE−700F、IXE−800が挙げられる。陽イオン交換体、陰イオン交換体、両イオン交換体があるが、接着剤組成物中には陽、陰両方のイオン性不純物が存在することから、両イオン交換体が好ましい。これらを使用することにより、絶縁層用途で使用した場合、配線のイオンマイグレーションを防ぐと共に、絶縁抵抗低下を抑制することができる。これらの成分は単独または2種以上用いてもよい。
本発明の電子機器用接着剤シート(以下、接着剤シートという)は、本発明の接着剤組成物からなる接着剤層と、少なくとも1層の剥離可能な保護フィルム層を有するものをいう。例えば、保護フィルム層/接着剤層の2層構成、あるいは保護フィルム層/接着剤層/保護フィルム層の3層構成がこれに該当する。接着剤層、保護フィルム層以外の層を有してもよく、例えば、保護フィルム層/接着剤層/ポリイミドフィルム/接着剤層/保護フィルム層などの構成が挙げられる。接着剤シートは加熱処理により接着剤層の硬化度を調節してもよい。硬化度の調節は、接着剤シートを配線基板あるいはICに接着する際の接着剤のフロー過多を防止するとともに、加熱硬化時の水分による発泡を防止する効果がある。接着剤層の厚みは、弾性率および線膨張係数との関係で適宜選択できるが、2〜500μmが好ましく、より好ましくは20〜200μmである。
ここでいう保護フィルム層とは、接着剤層の形態および機能を損なうことなく剥離できれば特に限定されないが、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、シリコーンゴム等のプラスチックフィルム、これらにシリコーンあるいはフッ素化合物等の離型剤のコーティング処理を施したフィルムおよびこれらのフィルムをラミネートした紙、離型性のある樹脂を含浸あるいはコーティングした紙等が挙げられる。保護フィルム層は着色されているとさらに好ましい。保護フィルム層を剥離したかどうか目で見て確認することができるため、剥がし忘れを防ぐことができる。
接着剤層の両面に保護フィルム層を有する場合、それぞれの保護フィルム層の接着剤層に対する剥離力をF、F(F>F)としたとき、F−Fは好ましくは5Nm−1以上、さらに好ましくは15Nm−1以上である。この範囲にすることで、保護フィルム層を片側ずつ安定して剥離することができる。剥離力F、Fはいずれも好ましくは1〜200Nm−1、さらに好ましくは3〜100Nm−1である。1Nm−1より低い場合は保護フィルム層の脱落が生じ、200Nm−1を超えると剥離が不安定であり、接着剤層が損傷する場合があり、いずれも好ましくない。
また本発明の接着剤シートにおいて、接着剤層の加熱後のシェア強度が好ましくは5MPa以上、さらに好ましくは10MPa以上であると好適である。加熱後のシェア強度が5MPa以上であると、パッケージの取扱時、リフロー時に剥離を生じにくいので好ましい。ここで、シェア強度は、西進商事(株)製 ボンドテスターMODEL SS−30WD(ロードセル50kg)を使用し、速度0.120mm/秒の条件で室温にて測定できる。具体的には、図2に示すように、評価用パターンテープ12の裏面に、130℃、0.5MPa、0.3m/分の条件で本発明の接着剤シートをラミネートした後、保護フィルム層を剥離し、2mm角シリコンウエハ9のポリイミドコーティング層10を130℃、3MPa、10秒の条件で接着剤層11に加熱圧着する。引き続き、エアオーブン中150℃で2時間加熱硬化処理を行い、得られたサンプルのシェア強度を前記条件で測定する。ここで、シリコンウエハはダミーウエハ鏡面にポリイミドコーティング剤(東レ(株)製:SP341)で表面をコーティングし、350℃で1時間硬化させたものを使用する。
本発明の接着剤シートを用いて作製される電子部品としては、例えば半導体集積回路接続用基板が挙げられる。図1に、本発明の電子部品を使用した例としてBGA方式の半導体装置の一態様の断面図を示す。半導体集積回路接続用基板とは、ベアチップの電極パッドとパッケージの外部(プリント基板、TABテープ等)を接続するための導体パターンを有する層であり、絶縁体層3の片面または両面に導体パターン4が形成されているものである。ここでいう絶縁体層は、ポリイミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、アラミド、ポリカーボネート、ポリアリレート等のプラスチックあるいはエポキシ樹脂含浸ガラスクロス等の複合材料からなり、厚さ10〜125μmの可撓性を有する絶縁性フィルム、アルミナ、ジルコニア、ソーダガラス、石英ガラス等のセラミック基板が好適である。これらから選ばれる複数の層を積層して用いてもよい。また必要に応じて、絶縁体層に、加水分解、コロナ放電、低温プラズマ、物理的粗面化、易接着コーティング処理等の表面処理を施すことができる。
導体パターンの形成は、一般にサブトラクティブ法あるいはアディティブ法のいずれかで行なわれるが、本発明ではいずれを用いてもよい。サブトラクティブ法では、該絶縁体層に銅箔等の金属板を絶縁性接着剤(本発明の接着剤組成物も用いることができる。)により接着するか、あるいは金属板に該絶縁体層の前駆体を積層し、加熱処理などにより絶縁体層を形成する方法で作製した材料を、薬液処理でエッチングすることによりパターン形成する。ここでいう材料として具体的には、リジッドあるいはフレキシブルプリント基板用銅張り材料やTABテープを例示することができる。一方、アディティブ法では、該絶縁体層に無電解メッキ、電解メッキ、スパッタリング等により直接導体パターンを形成する。いずれの場合も、形成された導体に腐食防止のため耐食性の高い金属がメッキされていてもよい。このようにして作製された配線基板層には必要によりビアホールが形成され、メッキにより両面に形成された導体パターン間がメッキにより接続されていてもよい。
接着剤層2は、配線基板層5と半導体集積回路1の接着に主として用いられる層である。しかし、配線基板層と他の部材(たとえばICと放熱板等)との接着に用いることは何等制限されない。この接着剤層は半導体集積回路接続用基板に半硬化状態で積層される場合が通常であり、積層前あるいは積層後に30〜200℃の温度で適当な時間予備硬化を行って硬化度を調節することができる。
次に本発明の接着剤組成物を用いた接着剤シートおよび電子部品の製造方法の例について説明する。
(1)接着剤シート
(a)本発明の接着剤組成物を溶剤に溶解した塗料を、離型性を有するポリエステルフィルム上に塗布、乾燥する。接着剤層の膜厚は2〜500μmが好ましく、より好ましくは20〜200μmである。乾燥条件は、100〜200℃、1〜5分が一般的である。溶剤は特に限定されないが、トルエン、キシレン、クロルベンゼン等の芳香族系、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Nメチルピロリドン等の非プロトン系極性溶剤単独あるいは混合物が好適である。
(b)(a)で形成した接着剤層に上記よりさらに剥離強度の弱い離型性を有するポリエステルあるいはポリオレフィン系の保護フィルム層をラミネートして本発明の接着剤シートを得る。さらに接着剤厚みを増す場合は、該接着剤層を複数回積層すればよい。また、保護フィルム層以外の絶縁性フィルムの両面にラミネートまたはコーティングにより接着剤層を積層し、さらに保護フィルム層を積層して、保護フィルム層/接着剤層/絶縁性フィルム/接着剤層/保護フィルム層の構成の接着剤シートを得ることもできる。ラミネート後に、例えば30〜70℃で20〜200時間程度熱処理して硬化度を調節してもよい。
(2)電子部品
(a)TAB用接着剤付きテープに12〜35μmの電解銅箔を、130〜170℃、0.1〜0.5MPaの条件でラミネートし、続いてエアオーブン中で80〜170℃、の順次加熱キュア処理を行い、銅箔付きTAB用テープを作製する。得られた銅箔付きTAB用テープの銅箔面に常法によりフォトレジスト膜形成、エッチング、レジスト剥離、電解ニッケルメッキ、電解金メッキ、ソルダーレジスト膜作製をそれぞれ行い、配線基板を作製する。
(b)(a)で作製した配線基板に、(1)で得られた接着剤シートを加熱圧着し、さらに接着剤シートの反対面にICを加熱圧着する。この状態で120〜180℃の加熱硬化を行う。加熱硬化は通常エアオーブン中で行う。
(c)ICと配線基板を150〜250℃、100〜150kHz程度の条件でワイヤーボンディング接続した後、樹脂封止する。
(d)最後にハンダボールをリフローにて搭載し、本発明の電子部品を得る。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例の説明に入る前に評価用サンプル作製方法と評価方法について述べる。
(1)評価用サンプル作製:TAB用接着剤付きテープ(#7100、(タイプ31N0−00FS)、東レ(株)製)に、18μmの電解銅箔を140℃、0.3MPa、0.3m/分の条件でラミネートした。続いてエアオーブン中で80℃で3時間、100℃で5時間、150℃で5時間の順次加熱キュア処理を行い、銅箔付きTAB用テープを作製した。得られた銅箔付きTAB用テープの銅箔面に常法によりフォトレジスト膜形成、エッチング、レジスト剥離を行い、導体幅25μm、導体間距離25μmのくし形状導体パターンを持つ、評価用パターンテープを作製した。
次いで、上記方法で作製した評価用パターンテープの裏面に、130℃、0.5MPa、0.3m/分の条件で本発明の電子機器用接着剤シート(接着剤層厚さ30μm)をロールラミネートした。その後、ICに見立てたシリコーンウエハ(ダミーウエハ、20mm角)を用い、以下に記載する方法で評価用サンプルを作製した。なお、シリコンウエハは、鏡面にポリイミドコーティング剤(東レ(株)製:SP341)で表面をコーティングし、350℃で1時間硬化させたものを使用した。シリコンウエハのコーティング面と保護フィルム層を剥離した評価用パターンテープ裏面に張り合わせた接着剤シートを130℃、3MPa、10秒の条件で貼り付けた。接着剤の硬化は100℃で1時間、170℃で2時間行った。
(2)長期高温耐性:電解銅箔(70μm)をJPCA−BM02の銅箔面クリーニングの標準手順に従いクリーニングしたものの光沢面に、200μm厚の接着剤シートを130℃、0.5MPa、0.3m/分でラミネートし、銅箔/接着剤層の構成にし、100℃で1時間、170℃で2時間硬化させた。それらを200℃のエアオーブンに入れた。途中、10時間周期でサンプルを観察し、接着剤の剥がれが生じればN.G.とした。
(3)長期高温耐性試験後のサーマルサイクル特性:上記(2)の方法で、200℃のエアオーブン内に入れ、500時間後接着剤の剥がれが生じなかったサンプルについて、上記(3)と同様の装置で−65℃〜150℃、最低および最高温度で各20分保持の条件で処理し、剥がれの発生を評価した。50サイクル周期でサンプルを観察し、接着剤の剥がれが生じればN.G.とした。
(4)シェア強度:上記(1)の方法で作製した評価用パターンテープの裏面に、130℃、0.5MPa、0.3m/分の条件で本発明の接着剤シート(接着剤層厚さ100μm)をラミネートした後、2mm角シリコンウエハのポリイミドコーティング面を130℃、3MPa、10秒の条件で接着剤シートに加熱圧着した。ここで得られたサンプルは、図2に示すように、評価用パターンテープ12上に接着剤層11を介してポリイミドコーティング層10、シリコンウエハ9を積層した構成を有する。このサンプルに、引き続き、エアオーブン中100℃で1時間、170℃で2時間加熱硬化処理を行った。得られたサンプルのシェア強度を測定した。なお、シェア強度は、西進商事(株)製 ボンドテスターMODEL SS−30WD(ロードセル50kg)を使用し、速度0.120mm/秒の条件で室温にてダイシェア強度を測定した。また、シリコンウエハはダミーウエハ鏡面にポリイミドコーティング剤(東レ(株)製:SP341)で表面をコーティングし、350℃で1時間硬化させたものを使用した。
(5)マイグレーション評価:ポリイミドフィルム(宇部興産(株)製“ユーピレックス”(登録商標)75S)に130℃、0.5MPa、0.3m/分の条件で本発明の接着剤シート(接着剤層厚さ50μm)をラミネートした後、18μmの電解銅箔を140℃、0.3MPa、0.3m/分の条件でラミネートした。続いて、エアオーブン中で170℃で2時間キュア処理を行い、銅箔/接着剤層/ポリイミドフィルム構成の銅箔付きテープを作製した。得られた銅箔付きテープの銅箔面に常法によりフォトレジスト膜形成、エッチング、レジスト剥離を行い、導体幅200μm、導体間距離200μmのくし形状導体パターンを持つ、評価用パターンテープを作製した。このパターンテープに170℃条件下で100V、200時間印加した時パターン外観を、光学顕微鏡を用いて観察した。デンドライトの発生が激しかったものを××、発生していたものを×、発生していないものを○とした。
各実施例、比較例で用いた原料の詳細を以下に示す。
a)熱可塑性樹脂
SG−80H:ナガセケムテックス(株)製、エチルアクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ当量14000、Mw=350000、Tg=7.5℃
SG−P3:ナガセケムテックス(株)製、ブチルアクリレートを主成分とするエポキシ基含有アクリル樹脂、エポキシ当量4700、Mw=850000、Tg=15℃
XF−3677:トウペ(株)製、エチルアクリレートを主成分とする水酸基含有アクリルゴム、Mw=1300000、Tg=−30℃
b)熱硬化性樹脂
EOCN−102S:日本化薬(株)製、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エポキシ当量205
H−4:明和化成(株)製、フェノールノボラック樹脂
PS2780:群栄化学(株)製、アルキルフェノール樹脂
c)硬化剤
TPP:トリフェニルホスフィン
d)複素環アゾール
ベンゾトリアゾール
ベンゾチアゾール
テトラゾール
5−メチル−ベンゾトリアゾール
5−カルボキシル−ベンゾトリアゾール
e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン
KR212:信越化学(株)製、Mw=2000〜3000、水酸基、メチル基、フェニル基を含むシリコーンレジン(水酸基価5重量%)、2官能シロキサン単位/3官能シロキサン単位=1以上、フェニル基含有率=30mol%以上
KR152:信越化学(株)製、Mw=500000〜800000、水酸基、メチル基、フェニル基を含むシリコーンレジン(水酸基価10重量%)、2官能シロキサン単位/3官能シロキサン単位=1以上、フェニル基含有率=30mol%以上
KR216:信越化学(株)製、Mw=5000〜10000、水酸基、メチル基、フェニル基を含むシリコーンレジン(水酸基価5重量%)、2官能シロキサン単位/3官能シロキサン単位=0.2以下、フェニル基含有率=30mol%以上
f)無機質充填剤
SO−C1:(株)アドマテックス製、平均粒径0.3μm、球状シリカ
実施例1〜12、比較例1〜
(接着剤シートの作製)
表1〜3に記載の各無機質充填剤を、無機質充填剤が20重量%となるようにトルエンと混合した後、ボールミル処理して分散液を作製した。この分散液に、各熱硬化性樹脂、オルガノポリシロキサン、熱可塑性樹脂、硬化剤、硬化促進剤、メチルエチルケトンを、それぞれ表1〜3に記載の組成比および固形分20重量%となるように加え、30℃で撹拌、混合して接着剤溶液を作製した。無機質充填剤を含まない場合は、各熱硬化性樹脂、オルガノポリシロキサン、熱可塑性樹脂、硬化剤、硬化促進剤に固形分20重量%となるようにメチルエチルケトンを添加し、それぞれ表1〜3の組成比となるようにし、30℃で撹拌、混合して接着剤溶液を作製した。この接着剤溶液をバーコータで、シリコーン離型剤付きの厚さ38μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(藤森工業(株)製“フィルムバイナ”(登録商標)GT)に必要な乾燥厚さとなるように塗布し、150℃で4分間乾燥し、保護フィルム層を貼り合わせて、本発明の接着剤シートを作製した。
(半導体装置の作製)
前記(1)評価用サンプル作製の項に記載した方法で評価用パターンテープを作製した。前記方法で作製した接着剤シートの保護フィルム層を剥離し、評価用パターンテープの裏面に、130℃、0.1MPaの条件でラミネートした。次いで、接着剤シートのPETフィルムを剥離し、アルミ電極パッドを有するICを170℃、0.3MPaの条件で接着剤層に加熱圧着した。次にエアオーブン中で150℃、2時間加熱硬化処理を行った。続いてこれに、25μmの金ワイヤーを180℃、110kHzでボンディングした。さらに液状封止樹脂(”チップコート”8118、ナミックス(株)製)で封止した。最後にハンダボールを搭載し、図1の構造の半導体装置を作製した。
表1〜3に各実施例および比較例の接着剤層組成および評価結果を示す。
Figure 0005266696
Figure 0005266696
Figure 0005266696
表1〜3の実施例および比較例から、本発明により得られる電子機器用接着剤組成物は、長期高温耐性に優れることが分かる。
BGA方式の半導体装置の一態様の断面図。 評価用サンプルの概略図。
符号の説明
1 半導体集積回路
2 接着剤層
3 絶縁体層
4 導体パターン
5 配線基板層
6 ボンディングワイヤー
7 半田ボール
8 封止樹脂
9 シリコンウエハ
10 ポリイミドコーティング層
11 接着剤層
12 評価用パターンテープ

Claims (4)

  1. a)熱可塑性樹脂、b)熱硬化性樹脂、c)硬化剤、d)複素環アゾール化合物およびe)下記一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンを含有し、e)一般式(1)で表されるシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサンの含有量が、b)熱硬化性樹脂100重量部に対して30重量部以上700重量部以下であることを特徴とする電子機器用接着剤組成物。
    Figure 0005266696
  2. 前記a)熱可塑性樹脂が、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシアルキル基、ビニル基、シラノール基またはイソシアネート基を有し、かつ、炭素数1〜8の側鎖を有するアクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを含むことを特徴とする請求項1記載の電子機器用接着剤組成物。
  3. 前記d)複素環アゾール化合物が、ベンゾトリアゾール化合物であることを特徴とする請求項1または2記載の電子機器用接着剤組成物。
  4. 請求項1〜のいずれか記載の電子機器用接着剤組成物から形成される接着剤層と、少なくとも1層の剥離可能な保護フィルム層を有する電子機器用接着剤シート。
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