JP5751497B2 - 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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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。
本願は、2010年9月7日に、日本に出願された特願2010−199889号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、電子機器の小型化、軽量化、高機能化を目指す市場動向において、半導体装置の高集積化、表面実装化が年々進んでいる。例えば、多ピン化・薄型化は、Quad Flat Package(QFP)、Small Outline Package(SOP)に代表される従来の表面実装型半導体装置では限界に近づいているが、更なる多ピン化・薄型化への要求に対応するため、リードフレーム−チップスケールパッケージ(LF−CSP)やボールグリッドアレイ(BGA)等のエリア実装型半導体装置が次世代半導体装置として新規に開発されている。(特許文献1)
エリア実装型半導体装置は以下の工程で組み立てられる。まず、金属あるいは有機基板の片面上に半導体素子をダイアタッチペースト等によって搭載し、その半導体素子搭載面、即ち基板の片面のみをエポキシ樹脂組成物等で成形・封止する。その後、基板の半導体素子を搭載していない面にバンプ電極(半田ボール)を付ける処理(リフロー処理)を行う。さらに、このエリア実装型半導体装置をマザーボードに実装する処理(2次実装処理)により電子機器が製造される。エリア実装型半導体装置は従来の両面を封止したパッケージに比べて薄型となるため、構成部材間の熱膨張係数の異なりによる反りも大きくなりやすく、リフロー中の剥離、クラックがしばしば問題となっている。
さらには、環境対応の一環として、半導体装置を基板に搭載する際に使用する半田からの鉛成分の除去撤廃が進められている。鉛成分を含まない半田(以下鉛フリー半田という)としては、日本電子情報技術産業協会(JEITA)が推奨するSn−Ag−Cu半田(融点約220℃)が幅広く使用されているが、従来のSn−Pb半田(融点約200℃)に比べ融点が高いため、上述の半導体装置実装時におけるパッケージの反りによる不接合という問題がより顕著になってきている。このため半導体素子を回路基板等に接着するために用いられる熱硬化性接着剤組成物には、半田の融点温度の上昇に対するパッケージの反りの抑制がより一層求められるようになってきている。更には高温でのリフロー処理はパッケージ内部のストレスを増加させるため、リフロー中に半導体製品中に剥離ひいてはクラックが発生しやすくなる。
また半導体製品の外装メッキに関しても、脱鉛化の目的でリードフレームのメッキをニッケル−パラジウムに変更する場合が増えてきている。ここでニッケル−パラジウムメッキに関しては、表面のPd層の安定性を向上する目的で薄く金メッキ(金フラッシュ)が行われるが、ニッケル−パラジウムメッキそのものの平滑性及び表面に存在する金のため、通常の銀メッキ銅フレーム等と比較すると接着力が低下する。接着力の低下はリフロー処理時の半導体製品中の剥離、クラックの原因となる。
パッケージの反りを抑えるためには、低熱膨張係数の封止樹脂を用いる手法(特許文献2)などが提案されている。また、剥離を抑えるためには、ダイパッドを封止樹脂と物理的密着性の良い構造とすることで、ダイパッドと封止樹脂との密着強度を向上させる手法(特許文献3)、封止樹脂のガラス転移点(Tg)を高め、高温での弾性率を下げるなどの手法(特許文献4)が提言されている。また、2種の異なる官能基の共重合を利用して、接着剤の低応力性と接着性のバランスをとる手法(特許文献5)も提案されている。しかしながら、これらの手法だけでは上記半導体装置に生じる不具合を十分に解決できるものではない。
このように従来から使用されているダイアタッチペーストよりも高温環境下における接着性、低応力性に優れ、半導体装置の反りを少なくできる材料が望まれている。
特開2003−109983号公報 特開2000−216299号公報 特許第3007632号 特開2000−72851号公報 WO2005−090510号
本発明は、リフロー時の高温環境下においても半導体装置の反りが少なく、界面の接着性に優れ、かつ剥離、クラック等の不具合が生じない、優れた信頼性を半導体装置に付与することができる樹脂組成物を提供するものである。
上記課題は、以下の[1]〜[5]の本発明により達成される。
[1]一般式(1)で示されるマレイミド誘導体(A)と、一般式(2)で示されるビスマレイミド化合物(B)とを含む樹脂組成物。
Figure 0005751497
(式中、R1は炭素原子数1以上の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、R2は炭素原子数5以上の直鎖又は分枝アルキル基を表し、また、R1とR2の炭素原子数の和が10以下である。)
Figure 0005751497
(式中、X1は−O−、−COO−又は−OCOO−を表し、R3は炭素原子数1から5の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、R4は炭素原子数3から6の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、また、mは1以上50以下の整数である。)
[2]更にアリルエステル基を有する化合物(C)を含む[1]に記載の樹脂組成物。
[3]前記アリルエステル基を有する化合物(C)が脂肪族環を有するものである[2]に記載の樹脂組成物。
[4]上記化合物Cが、一般式(3)の官能基を有する[3]に記載の樹脂組成物。
Figure 0005751497
(式中、Rは炭素原子数1〜10の直鎖又は分枝アルキル基を表す。)
[5]更に充填剤を含む[1]乃至[4]のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
[6][1]乃至[5]のいずれか1つに記載の樹脂組成物を用いて作製した半導体装置。
本発明の樹脂組成物は、220℃以上という高温環境下においても半導体装置の反りが少なく、界面の接着性に優れ、かつ剥離、クラック等の不具合が生じない、優れた信頼性を半導体装置に付与することが可能となる。
本発明の樹脂組成物は、所定の化学式で示されるマレイミド誘導体(A)、所定の化学式で示されるビスマレイミド化合物(B)とを含むことを特徴とする。更にアリルエステル基を有する化合物(C)を含むことで上記効果の向上を図ることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明では、マレイミド誘導体(A)として一般式(1)で示される化合物を使用する。なお本明細書ではアクリロイル基のα位及び/又はβ位に置換基を有する官能基を含めアクリル基とする。
一般的に樹脂組成物には反応性希釈剤としてアクリル基を1つ有する化合物が用いられることが多い。なかでもメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートといった炭素数の少ないアルキル(メタ)アクリレートは、高い揮発性を有する。このようなアルキル(メタ)アクリレートを樹脂組成物に用いると、樹脂組成物硬化時の揮発によってボンディングパッドが汚染され、Auワイヤー等との接着強度が低下する問題がある。また、樹脂組成物を支持体に塗布した後被着体を搭載するまでに時間を要する場合には、樹脂組成物の広がり性が悪くなり、十分な接着力を得られない等の問題がある。またラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等比較的炭素数の多い脂肪族アクリレートを樹脂組成物に用いると、揮発性は抑えられるが希釈効果が十分でなく、高粘度の樹脂組成物が得られ、作業性の悪化が問題となる場合がある。一方フェニル基を有する(メタ)アクリレート化合物を樹脂組成物に用いると、揮発性は抑えられるが希釈効果が十分でなく、また硬化物の弾性率が高くなるという欠点がある。
なお、「(メタ)アクリレート」とは、α位に水素原子が結合したアクリレートと、α位にメチル基が結合したメタクリレートの一方あるいは両方を意味する。
これに対し、本発明で用いる一般式(1)で示されるマレイミド誘導体(A)は、樹脂組成物に良好な希釈効果、低揮発性を付与することができる。更にこのマレイミド誘導体(A)を含有する樹脂組成物においては、嵩高いマレイミド基によって、樹脂組成物の硬化温度が高温側にシフトする。そのため、この樹脂組成物を用いて作製した半導体装置のリフロー時の反りを小さくすることができる。
Figure 0005751497
マレイミド誘導体(A)の構造としては、R1は炭素原子数1以上の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、R2は炭素原子数5以上の直鎖又は分枝アルキル基を表し、また、R1とR2の炭素原子数の和が10以下であることが好ましい。この構造により、良好な希釈効果と低応力性を与え、また半導体装置の高温時の反りを少なくすることが可能となる。一方で、R1とR2の炭素原子数の和が6よりも少ない場合、希釈効果は良くなるが、揮発性が高くなり過ぎる。そのため、樹脂組成物硬化時の揮発によってボンディングパッドが汚染され、Auワイヤー等との接着強度が低下する問題がある。また、樹脂組成物を支持体に塗布した後被着体を搭載するまでに時間を要する場合には、樹脂組成物の広がり性が悪くなり、十分な接着力を得られない等の問題がある。R1とR2の炭素原子数の和が6よりも多い場合、又はR1とR2が芳香族環を表す場合は、揮発性は抑えられるが希釈効果が十分でなく、また硬化物の弾性率が高くなるという欠点がある。
一般式(1)で示されるマレイミド誘導体(A)としては、例えばマレイミド酢酸n−ペンチル、マレイミド酢酸n−ヘキシル、マレイミド酢酸n−ヘプチル、マレイミド酢酸n−オクチル、マレイミド酢酸n−ノニル、マレイミド酢酸1−メチルブチル、マレイミド酢酸2−メチルブチル、マレイミド酢酸2,2−ジメチルプロピル、マレイミド酢酸2−エチルブチル、マレイミド酢酸3,3−ジメチルブチル、マレイミド酢酸4−メチルヘキシル、マレイミド酢酸1−プロピルブチル、マレイミド酢酸5−メチルヘプチル、マレイミド酢酸1−エチルヘキシル、マレイミド酢酸6−メチルオクチル、マレイミド酢酸1−エチルヘプチル、マレイミド酢酸3−iso−プロピルヘキシル、マレイミドプロピオン酸n−ペンチル、マレイミドプロピオン酸n−ヘキシル、マレイミドプロピオン酸n−ヘプチル、マレイミドプロピオン酸n−オクチル、マレイミドプロピオン酸1−エチルプロピル、マレイミドプロピオン酸3−メチルブチル、マレイミドプロピオン酸4−メチルヘキシル、マレイミドプロピオン酸3−iso−プロピルブチル、マレイミドプロピオン酸2−エチルブチル、マレイミドプロピオン酸1−メチルヘプチル、マレイミド酪酸n−ペンチル、マレイミド酪酸n−ヘキシル、マレイミド酪酸n−ヘプチル、マレイミド酪酸2,2−ジメチルプロピル、マレイミド酪酸1−エチルプロピル、マレイミド酪酸3−メチルブチル、マレイミド酪酸2−エチルブチル、マレイミド酪酸3,3−ジメチルブチル、マレイミド酪酸2−メチルペンチル、マレイミド酪酸1,2,2−トリメチルプロピル、マレイミド酪酸1,3−ジメチルブチル、マレイミド酪酸4−メチルヘキシル、マレイミド酪酸1−メチルヘキシル、マレイミド酪酸1−プロピルブチル、マレイミド酪酸3−メチルヘキシル、マレイミド吉草酸n−ペンチル、マレイミド吉草酸n−ヘキシル、マレイミド吉草酸3−メチルブチル、マレイミド吉草酸2,2−ジメチルプロピル、マレイミド吉草酸1−エチルプロピル、マレイミド吉草酸2−メチルペンチル、マレイミド吉草酸3−メチルペンチル、マレイミド吉草酸3,3−ジメチルブチル、マレイミド吉草酸1,2−ジメチルブチル、マレイミド吉草酸1−エチルブチル、マレイミド吉草酸1−エチル−1−メチルプロピル、マレイミドカプロン酸n−ペンチル、マレイミドカプロン酸2−メチルブチル、マレイミドカプロン酸2,2−ジメチルプロピル、マレイミドカプロン酸3−メチルブチル、マレイミドカプロン酸1,2−ジメチルプロピル、マレイミドカプロン酸1−エチルプロピルなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらは単独でも複数種を併用しても差し支えない。
ここでマレイミド誘導体(A)は、樹脂組成物全体に対して1重量%以上、10重量%以下含まれることが好ましく、より好ましくは1重量%以上、6重量%以下である。前記範囲であれば樹脂組成物に良好な希釈効果、低揮発性を付与することができ、更にこの樹脂組成物を用いることで半導体装置の高温時の反りを少なくすることができる。
本発明に用いられるビスマレイミド化合物(B)として、一般式(2)で示される化合物を使用する。ビスマレイミド化合物(B)は、1分子内にマレイミド基を2つ含む化合物であり、加熱によりマレイミド基が反応することで3次元的網目構造を形成し、硬化する樹脂である。
Figure 0005751497
ビスマレイミド化合物(B)には官能基としてマレイミド基あるいはその誘導体が含まれているが、これは後述の熱ラジカル重合開始剤とともに使用することで、加熱下良好な反応性を示すとともに、イミド環の有する極性によりニッケル−パラジウムメッキといった難接着性の金属表面に対しても良好な接着性を示すからである。
硬化性という観点から1分子中に2つのマレイミド環をもつビスマレイミドが好ましい。その2つのマレイミド環と、脂肪族炭化水素からなるアルキレン基とを、エーテル結合やエステル結合などを介して結合していても構わない。また1分子内に2個の官能基を有するが、これは1官能の場合には期待する接着力向上効果が十分でなく、3官能以上の場合には分子量が大きくなるため、粘度が高くなり樹脂組成物の高粘度化につながるからである。ここでビスマレイミド化合物としては芳香族アミンを原料とするものが良く知られているが、一般に芳香族系のマレイミドは結晶性が強いため室温で液状のものを得ることが難しい。またこのようなマレイミド化合物は、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンといった高沸点の極性溶媒には可溶であるが、このような溶媒を使用した場合には、樹脂組成物の加熱硬化の際にボイドが発生し、熱伝導性を悪化させる。ビスマレイミド化合物(B)は室温で液状であるため、溶媒を使用する必要がなく、好適に使用できる。
一般式(2)のR3は炭素数1〜5の炭化水素基である。炭素数が6以上になると結晶性が高くなってくるので使用できない。好ましいR3は炭素数1あるいは5のものであり、特に好ましいのは炭素数1のものである。
一般式(2)のR4は、炭素数3〜6の炭化水素基である。炭素数がこの範囲より少ないと、吸水特性が悪化しプレッシャークッカー試験等厳しい吸水条件下で接着力等の特性の悪化が生じる。炭素数がこの範囲より多い場合には、樹脂組成物の疎水性が強くなりすぎて銅等の酸化されやすい金属表面等への接着力が悪化するとともに結晶性が高くなってくる。より好ましい炭素数は3または4である。
またX1として−O−、−COO−又は−OCOO−基を含んでいるが、これは柔軟な硬化物特性を発揮するために必要であるとともに原材料として液状となる、あるいは他の成分への溶解性を向上させるためにも必要なためである。これらの中でもX1が−O−である場合が好ましい。さらに繰り返し数mが50より多くなると、粘度が高くなりすぎるので実用上好ましくない。ここで繰り返し単位が上記条件を満たしていれば2種類以上あるいは他の成分との共重合物でも使用可能である。
このような化合物は、アミド基とカルボキシ基を有する化合物であってアミド基とカルボキシ基の間に炭素数1〜5の炭化水素基を有する化合物(グリシン、アラニン、アミノカプロン酸など)と、無水マレイン酸あるいはその誘導体とを反応することによりマレイミド化アミノ酸を合成し、得られた化合物とポリアルキレンオキサイドジオール、ポリアルキレンエステルジオール等とを反応させることにより入手可能である。
アリルエステル基を有する化合物(C)としては、一般に公知のものが使用できる。例えばジアリルフタレート、ジアリルテレフタレート、ジアリルイソフタレート、トリアリルトリメリート、ジアリルマレート、アリルメタクリレート、アリルアセトアセタートなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
化合物(C)はアリルエステル基を1分子内に少なくとも1つ有するものであるが、硬化性の観点から2つまたは3つ有することが好ましい。1分子内の官能基の数が多くなるとそれに伴い分子量も大きくなるため、一般に粘度が上昇する傾向にある。このため硬化性と作業性のバランスを考えた場合、もっとも好ましい官能基数は1分子内に2つである。
化合物(C)の数平均分子量は、特に限定されないが、500以上10000以下であることが好ましく、特に500以上8000以下であることが好ましい。数平均分子量が前記範囲内であると、硬化収縮を特に小さくすることができ、密着性の低下を防止することができる。
上述したような数平均分子量を有する化合物(C)としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、5−ノルボルネン−endo−2,3−ジカルボン酸、1,4−ジシクロジカルボン酸、アジピン酸等のジカルボン酸やそのメチルエステル誘導体と、炭素数2〜8であるアルキレンジオールにより合成されたポリエステルの末端に、アリルアルコールをエステル化により付加した両末端アリルエステル系化合物等が挙げられる。
化合物(C)は芳香族環を有さないことが好ましい。芳香族環は剛直な構造であり、その存在により硬化物の剛性が上がりすぎ硬化物が脆くなり、その結果半導体装置にクラックの発生が起こりやすくなるためである。また、一般的に芳香族環を有する場合、樹脂の結晶性が高いため、室温で液状のものを得ることが難しく、ディスペンス塗布時の作業性が悪化する。この様な問題を解決するという観点から、一般式(3)に示される官能基を有することがより好ましい。脂肪族環を有する構造により、作業性が良好で、リフロー時の高温環境下においても脆さが抑制された樹脂組成物となり、半導体装置のクラック等の発生が抑制できる。
Figure 0005751497
また本発明の樹脂組成物の諸特性を調整するために、以下のようなラジカル重合可能な官能基を有する化合物(D)を本発明の効果を損なわない範囲で使用することも可能である。例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールモノ(メタ)アクリレートなどの水酸基を有する(メタ)アクリレートや、これら水酸基を有する(メタ)アクリレートとジカルボン酸またはその誘導体を反応して得られるカルボキシ基を有する(メタ)アクリレートなどが挙げられる。ここで使用可能なジカルボン酸としては、例えばしゅう酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸及びこれらの誘導体が挙げられる。
上記以外にもメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ターシャリーブチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、その他のアルキル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジンクモノ(メタ)アクリレート、ジンクジ(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコール(メタ)アクリレート、トリフロロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフロロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4−ヘキサフロロブチル(メタ)アクリレート、パーフロロオクチル(メタ)アクリレート、パーフロロオクチルエチル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−エチレンビス(メタ)アクリルアミド、1,2−ジ(メタ)アクリルアミドエチレングリコール、ジ(メタ)アクリロイロキシメチルトリシクロデカン、N−(メタ)アクリロイロキシエチルマレイミド、N−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタルイミド、N−(メタ)アクリロイロキシエチルフタルイミド、n−ビニル−2−ピロリドン、スチレン誘導体、α−メチルスチレン誘導体などを使用することも可能である。
本発明の樹脂組成物には、ラジカル重合の開始反応制御の観点から更に重合開始剤を含むことが好ましい。重合開始剤として熱ラジカル重合開始剤が好ましく用いられる。通常熱ラジカル重合開始剤として用いられるものであれば特に限定しないが、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、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)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)ベンゾフェノンなどが挙げられるが、これらは単独また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。
本発明においてその他、充填剤を添加することも可能である。これにより、粘度やチキソ性の調整、樹脂組成物の強靭化などが可能であり、支持体もしくは、半導体素子への塗布作業等の取り扱いが容易なものとなる。
本発明に用いられる充填剤には導電性を付与するために銀、白金、金、ニッケル、鉄、錫、銅、パラジウム等の金属粉;銀コート粉等の表面に導電層を有する金属コート粉;カーボンブラック、グラファイト等のカーボン粉など一般に公知な導電性充填剤を用いることができる。中でも、導電性の観点から銀を使用することが好ましい。また本発明の樹脂組成物の諸特性を調整するために、充填剤を導電性充填剤の効果を損なわない範囲で使用することも可能である。充填剤としては、例えばシリカ、アルミナのようなセラミック粒子または熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の粒子などが挙げられる。
絶縁性を付与するためには、例えばシリカ、アルミナのようなセラミック粒子または熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の粒子を使用することができる。
一般的に充填剤として使用されている粒子の形状には、鱗状、球状、樹脂状、粉状等の種々の形状があるが、本発明では形状については特に限定するものではない。
前記充填剤の含有量は、例えば銀の場合であれば本発明に係る熱硬化性接着剤組成物全体の60重量%以上90重量%以下であることが好ましく、特に70重量%以上85重量%以下であることが好ましい。また、充填剤の含有量は、本発明に係る熱硬化性接着剤組成物全体の20体積%以上50体積%以下であることが好ましい。含有量を前記範囲内とすることにより粘度やチキソ性を好適なものとすることができ、作業性を向上させることができる。
前記充填剤の平均粒子径は、1μm以上10μm以下であることが好ましく、特に2μm以上7μm以下であることが好ましい。平均粒子径を前記下限値以上とすることにより接着剤組成物の粘度を好適なものとすることができる。また、前記上限値以下とすることによりノズルのつまり等の成形時の問題を低減することができる。なお、前記平均粒子径は、例えばレーザー回析・散乱法を用いた粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
本発明では、接着力向上の観点からカップリング剤を使用することが可能である。一般的に使用されるシランカップリング剤、チタン系カップリング剤を使用することができる。特にS−S結合を有するシランカップリング剤は無機充填材として銀粉を用いた場合には銀粉表面との結合も生じるため、被着体表面との接着力向上のみならず硬化物の凝集力も向上する。そのため、S−S結合を有するシランカップリング剤は好適に使用することが可能である。S−S結合を有するシランカップリング剤としては、ビス(トリメトキシシリルプロピル)モノスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)モノスルフィド、ビス(トリブトキシシリルプロピル)モノスルフィド、ビス(ジメトキシメチルシリルプロピル)モノスルフィド、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)モノスルフィド、ビス(ジブトキシメチルシリルプロピル)モノスルフィド、ビス(トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(トリブトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(ジメトキシメチルシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(ジブトキシメチルシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(トリブトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(ジメトキシメチルシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(ジブトキシメチルシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(トリブトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(ジメトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(ジブトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(トリメトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(トリブトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(ジメトキシメチルシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)ポリスルフィド、ビス(ジブトキシメチルシリルプロピル)ポリスルフィドなどが挙げられ、これらS−S結合を有するシランカップリング剤は1種を単独で用いて2種以上を併用してもよい。
またS−S結合を有するシランカップリング剤とS−S結合を有するシランカップリング剤以外との併用も好ましい。好ましく用いられるS−S結合を有するシランカップリング剤以外のシランカップリング剤としては、アリルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、ジエトキシメチルビニルシラン、トリエトキシビニルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、3−グリシジルオキシプロピル(ジメトキシ)メチルシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシ(3−グリシジルオキシプロピル)メチルシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルジメトキシメチルシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3−(2−アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルジエトキシメチルシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、(3−メルカプトプロピル)トリエトキシシラン、(3−メルカプトプロピル)トリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、イソシアン酸3−(トリエトキシシリル)プロピル、アクリル酸 3−(トリメトキシシリル)プロピル、メタクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピル、トリエトキシ-1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロ−n−オクチルシラン、2−シアノエチルトリエトキシシラン、ジアセトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、n−ドデシルトリエトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、ペンチルトリエトキシシラン、トリアセトキシメチルシラン、トリエトキシエチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリメトキシ(メチル)シラン、トリメトキシ(プロピル)シラン、トリメトキシフェニルシランなどが挙げられる。さらに必要に応じ、チタン系カップリング剤、アルミ系カップリング剤を使用することも可能である。
本発明の樹脂組成物には、必要により、低応力剤、消泡剤、界面活性剤、各種重合禁止剤、酸化防止剤など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。例えば、市販のダイボンダーを用いて、リードフレームの所定の部位に樹脂組成物をディスペンス塗布した後、チップをマウントし、加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂を用いてトランスファー成形することによって半導体装置を製作する。またはフリップチップ接合後アンダーフィル材で封止したフリップチップBGA(Ball Grid Array)などのチップ裏面に樹脂組成物をディスペンスしヒートスプレッダー、リッドなどの放熱部品を搭載して加熱硬化するなどの使用方法も可能である。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例1〜5および比較例1〜6においては、下記原材料を表1に示す重量部で配合した上で3本ロールを用いて混練、脱泡することで樹脂組成物を得た。
(化合物(A))
マレイミド誘導体(A)(A1〜A6)の合成例を下記に示す。合成方法は以下の方法に限定されるものではなく、種々公知の方法を用いることができる。
(合成例1)
(化合物A1:マレイミド酢酸n−ペンチルの合成)
ディーンスタークトラップを備えたセパラブルフラスコに、マレイミド酢酸(試薬)31.0(0.2mol)、p−トルエンスルホン酸(試薬)5.2g(0.03mol)、トルエン(試薬)300mlを仕込んだ後、n−ペンタノール(試薬)17.6g(0.2mol)を滴下しながら減圧下80℃で1時間、攪拌しながら反応させた。滴下後、更に4時間攪拌をし、反応を続けた。その間、生成した水はディーンスタークトラップにて除去した。反応後、トルエン300mlを加え、イオン交換水100mlで3回洗浄後、得られた有機相を採取し、エバポレータ及び真空乾燥機を用いてトルエンを留去し、マレイミド酢酸n−ペンチル43.5gを得た。(収率約91%。GPC測定にてマレイミド酢酸、n−ペンタノールが残存していないことを確認した。DMSO−d6を用いたH−NMRの測定によりマレイミド酢酸n−ペンチルの存在を確認した。以下化合物A1という。)
なお、化合物A1においては、R1は炭素原子数1のアルキレン基であり、R2は炭素原子数5の直鎖アルキル基であり、R1とR2の炭素原子数の和は6である。
(化合物A1の物性値)
H−NMR(400MHz,DMSO−d6):6.9ppm(2H,−CH=CH−)、4.0ppm(2H,−CH−COO−)、3.8ppm(2H,−O−CH−)
(合成例2)
(化合物A2:マレイミド酢酸2−エチルブチルの合成)
合成例2において、n−ペンタノール17.6gの代わりに2−エチルブタノール(試薬)20.0gを用いた以外は、合成例1と同様にして、マレイミド酢酸2−エチルブチル47.3gを得た。(収率約88%。GPC測定にてマレイミド酢酸、2−エチルブタノールが残存していないことを確認した。DMSO−d6を用いたH−NMRの測定によりマレイミド酢酸2−エチルブチルの存在を確認した。以下化合物A2という。)
なお、化合物A2においては、R1は炭素原子数1のアルキレン基であり、R2は炭素原子数6の分枝アルキル基であり、R1とR2の炭素原子数の和は7である。
(化合物A2の物性値)
H−NMR(400MHz,DMSO−d6):6.9ppm(2H,−CH=CH−)、4.0ppm(2H,−CH−COO−)、3.8ppm(2H,−O−CH−)
(合成例3)
(化合物A3:マレイミドカプロン酸n−ペンチルの合成)
合成例1において、マレイミド酢酸31.0gの代わりにマレイミドカプロン酸(試薬)38.6gを用いた以外は、合成例1と同様にして、マレイミドカプロン酸n−ペンチル45.2gを得た。(収率約86%。GPC測定にてマレイミド酢酸、n−ペンタノールが残存していないことを確認した。DMSO−d6を用いたH−NMRの測定によりマレイミドカプロン酸n−ペンチルの存在を確認した。以下化合物A3という。)
なお、化合物A3においては、R1は炭素原子数5の直鎖アルキレン基であり、R2は炭素原子数5の直鎖アルキル基であり、R1とR2の炭素原子数の和は10である。
(化合物A3の物性値)
H−NMR(400MHz,DMSO−d6):6.9ppm(2H,−CH=CH−)、2.3ppm(2H,−CH−COO−)、3.7ppm(2H,−O−CH−)
(合成例4)
(化合物A4:マレイミド酢酸エチルの合成)
セパラブルフラスコで、無水酢酸(試薬)800mlにグリシンエチル塩酸塩(試薬)279g(2mol)を混合させた後、室温で撹拌しながら無水酢酸600mlに無水マレイン酸(試薬)196g(2mol)を溶解させたものを3時間かけて滴下した。滴下後、更に1時間撹拌して生じた沈殿を吸引ろ過により採取し、イオン交換水で洗浄、乾燥させた。この得られた生成物382g、トリエチルアミン(試薬)404g(4mol)、トルエン1200mlを、ディーンスタークトラップを備えたセパラブルフラスコに仕込んだ後、120℃で2時間、撹拌しながら反応させた。その間、生成した水はディーンスタークトラップにて除去した。反応後、トルエン300mlを加え、イオン交換水で3回洗浄後、得られた有機相を採取し、エバポレータ及び真空乾燥機を用いてトルエンを留去し、マレイミド酢酸エチル165gを得た。(収率約38%。GPC測定にてマレイミド酢酸エチルの生成を確認した。DMSO−d6を用いたH−NMRの測定によりマレイミド酢酸エチルの存在を確認した。以下化合物A4という。)
なお、化合物A4においては、R1は炭素原子数1のアルキレン基であり、R2は炭素原子数2の直鎖アルキル基であり、R1とR2の炭素原子数の和は3である。
(化合物A4の物性値)
H−NMR(400MHz,DMSO−d6):6.9ppm(2H,−CH=CH−)、4.0ppm(2H,−CH−COO−)、3.8ppm(2H,−O−CH−)
(合成例5)
(化合物A5:マレイミド酢酸tert−ブチルの合成)
合成例1において、n−ペンタノール17.6gの代わりにtert−ブタノール(試薬)3.7gを用いた以外は、合成例1と同様にして、マレイミド酢酸tert−ブチル35.0gを得た。(収率約83%。GPC測定にてマレイミド酢酸、tert−ブタノールが残存していないことを確認した。DMSO−d6を用いたH−NMRの測定によりマレイミド酢酸tert−ブチルの存在を確認した。以下化合物A5という。)
なお、化合物A5においては、R1は炭素原子数1のアルキレン基であり、R2は炭素原子数4の分枝アルキル基であり、R1とR2の炭素原子数の和は5である。
(化合物A5の物性値)
H−NMR(400MHz,DMSO−d6):6.9ppm(2H,−CH=CH−)、4.1ppm(2H,−CH−COO−)、1.5ppm(9H,−O−C(CH
(合成例6)
(化合物A6:マレイミド安息香酸2−エチルブチルの合成)
合成例3において、マレイミド酢酸31.0gの代わりにマレイミド安息香酸43.4gを用いた以外は、合成例1と同様にして、マレイミド安息香酸2−エチルブチル50.4gを得た。(収率約80%。GPC測定にてマレイミド安息香酸、2−エチルブタノールが残存していないことを確認した。DMSO−d6を用いたH−NMRの測定によりマレイミド安息香酸2−エチルブチルの存在を確認した。以下化合物A6という。)
なお、化合物A6においては、R1は炭素原子数6の芳香族環を有するフェニレン基であり、R2は炭素原子数6の分枝アルキル基であり、R1とR2の炭素原子数の和は12である。
(化合物A6の物性値)
H−NMR(400MHz,DMSO−d6):7.5〜8.0ppm(4H,−C−)、7.0ppm(2H,−CH=CH−)、3.8ppm(2H,−O−CH−)
(ビスマレイミド化合物)
化合物B:ポリテトラメチレングリコールとマレイミド化酢酸の反応により得られたポリアルキレンマレイミド酢酸エステル(DIC(株)製、ルミキュアMIA−200、分子量580、以下化合物Bという。)
(アリルエステル基を有する化合物)
化合物C:シクロヘキサンジカルボン酸のジアリルエステルとプロピレングリコールとの反応により得られたジアリルエステル化合物(昭和電工(株)製、DA101、分子量1000、以下化合物Cという。)
(ラジカル重合可能な官能基を有する化合物)
化合物D:ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル4EG、以下化合物Dという。)
(反応性希釈剤)
反応性希釈剤: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HOMS、以下単に反応性希釈剤という。)
(開始剤)
ラジカル重合開始剤:1,1−ジ(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日本油脂(株)製、パーヘキサCS、以下単に開始剤という。)
(充填材)
充填材:平均粒径3μm、最大粒径20μmのフレーク状銀粉(全ての実施例及び比較例において、充填剤の含有量を22体積%に設定した。)
(添加剤)
上記化合物、充填材の他に下記添加剤を用いた。
カップリング剤1:γ−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM−403E、以下カップリング剤1という。)
カップリング剤2:ビス(トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(ダイソー(株)製、カブラス4、以下カップリング剤2という。)
(評価試験)
上記より得られた実施例および比較例の樹脂組成物及び半導体装置について以下の評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
(反り評価1)
(半導体装置の製造)
支持体として、封止樹脂のにじみ防止のために裏面にカプトンテープを貼り付けた、ニッケル−パラジウムメッキされた銅フレーム(ダイパッドサイズ:8×8mm、厚み220μm、1パネルあたりダイパッドが4列×4段)を用い、この支持体と、表面にSiN層を持つ半導体素子(5×5mm、厚さ350μm)とを上述した実施例及び比較例の樹脂組成物で接着し、175℃、30分間オーブン内で硬化して接着した。次に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物(住友ベークライト社製、EME−G620)を用いて、1パネル50mm×50mm、リードフレームを含めた1パネルの厚みが750μmに封止し、175℃、4時間ポストモールドキュアを行い、その後ダイシングソーなどで個片化し、試験用半導体装置(84LQFN、サイズ10×10mm、封止樹脂厚み750μm)を得た。この試験用半導体装置の260℃加熱後の反りを反り量とした。
(反り測定方法)
前記の通り定義した反り量は以下の方法で測定、算出した。
反り量:温度可変レーザー三次元測定機(日立エンジニアリングアンドサービス社製、LSI−150)を用いて上述の試験用半導体装置端部の四隅の高さ平均HEおよび試験用半導体装置中央部の高さHCを測定し、前記HEと前記HCの差すなわち下記式1により得られる数値を反り量とした。
式1:反り量=HE−HC
(密着強度)
上述した実施例及び比較例の樹脂組成物を用いて、5×5mmシリコンチップ(厚み525μm)を支持体ニッケル−パラジウムメッキされた銅フレーム上にマウントし、オーブンを用いて175℃15分(25℃から175℃まで昇温速度5℃/分)の硬化温度プロファイルにて硬化した後、260℃環境下における熱時ダイシェア強度を測定した。得られた強度を密着強度とした(単位:N/チップ)。通常30N以上の密着強度が出れば、ワイヤーボンディング時や封止時に剥がれてしまうことはないため、30Nを超えるかどうかを判断基準とした。
(作業性)
E型粘度計(3°コーン)を用い25℃、2.5rpmでの値を実施例及び比較例の樹脂組成物作製直後に測定した。粘度が15〜30Pa・sの場合を合格とした。粘度の単位はPa・sである。
(ワイヤー密着強度)
上述した実施例及び比較例の樹脂組成物を用いて、Al−1%Si−0.5%Cuの組成の電極を有するシリコンチップを、Agメッキを施した42アロイ製リードフレームに接着し、Auワイヤーをボンディングした。このボンディングしたワイヤーにフックをかけて引張り試験を行った。その際、ワイヤーの密着強度が十分な場合はワイヤー部分で破断するが、密着強度が不十分な場合はワイヤーとボンディングパッドの接合部で剥離する。表1における各符号は、以下の通りである。
○:接合部での剥離が全体の10%未満(合格)。
×:接合部での剥離が全体の10%以上(不良)。
(耐リフロー性)
支持体として、封止樹脂のにじみ防止のために裏面にカプトンテープを貼り付けた、ニッケル−パラジウムメッキされた銅フレーム(ダイパッドサイズ:8×8mm、厚み220μm、1パネルあたりダイパッドが4列×4段)を用い、この支持体と、表面にSiN層を持つ半導体素子(5×5mm、厚さ350μm)とを上述した実施例及び比較例の樹脂組成物で接着し、175℃、30分間オーブン内で硬化して接着した。次に、半導体封止用エポキシ樹脂組成物(住友ベークライト社製、EME−G620)を用いて、1パネル50mm×50mm、リードフレームを含めた1パネルの厚みが750μmに封止し、175℃、4時間ポストモールドキュアを行い、その後ダイシングソーなどで個片化し、試験用半導体装置(84LQFN、サイズ10×10mm、封止樹脂厚み750μm)を得た。この試験用半導体装置を60℃、相対湿度60%の条件下で120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)を行い、処理後のパッケージを超音波深傷装置(透過型)により剥離面積の割合を測定し、10%未満の場合を合格とした。
Figure 0005751497
本発明の樹脂組成物は、リフロー時の高温環境下においても半導体装置の反りが小さく、界面の接着性に優れ、かつ剥離、クラック等の不具合が生じない、優れた信頼性を半導体装置に付与することができる。

Claims (6)

  1. 一般式(1)で示されるマレイミド誘導体(A)と、一般式(2)で示されるビスマレイミド化合物(B)とを含む樹脂組成物。
    Figure 0005751497
    (式中、R1は炭素原子数1以上の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、R2は炭素原子数5以上の直鎖又は分枝アルキル基を表し、また、R1とR2の炭素原子数の和が10以下である。)
    Figure 0005751497
    (式中、X1は−O−、−COO−又は−OCOO−を表し、R3は炭素原子数1から5の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、R4は炭素原子数3から6の直鎖又は分枝アルキレン基を表し、また、mは1以上50以下の整数である。)
  2. 更にアリルエステル基を有する化合物(C)を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
  3. 前記アリルエステル基を有する化合物(C)が脂肪族環を有するものである請求項2記載の樹脂組成物。
  4. 前記化合物Cが、一般式(3)の官能基を有する請求項3に記載の樹脂組成物。
    Figure 0005751497
    (式中、Rは炭素原子数1〜10の直鎖又は分枝アルキル基を表す。)
  5. 更に充填剤を含む請求項1に記載の樹脂組成物。
  6. 請求項1に記載の樹脂組成物を用いて作製した半導体装置。
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