JP5884375B2 - リビングラジカル重合開始剤、星型共重合体、樹脂組成物、及びダイボンドフィルム - Google Patents

リビングラジカル重合開始剤、星型共重合体、樹脂組成物、及びダイボンドフィルム Download PDF

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Description

本発明は、リビングラジカル重合開始剤、該重合開始剤を用いて得られる星型共重合体、該共重合体を含む樹脂組成物、及び該樹脂組成物からなるダイボンドフィルムに関する。
近年、半導体パッケージの小型化に伴い、半導体チップと同等サイズであるCSP(Chip Size Package)、さらに、半導体チップを多段に積層したスタックドCSPが普及している(例えば、特許文献1〜5参照。)。凹凸を有するパッケージに対して接着を行うには、凹凸を良好に埋込む性能が求められている。
半導体接着剤の代表的なものの1つとしてダイボンドフィルムが挙げられる。通常、ダイボンドフィルムは樹脂とフィラーとから構成され、樹脂は熱硬化性成分と、高分子量成分とを組み合わせて構成される。
熱硬化性成分としては、耐熱性、耐湿性の観点から、特にエポキシ樹脂が好適に用いられており、高分子量成分としては、架橋性基を有するポリイミド樹脂、(メタ)アクリル樹脂等が用いられており、中でもアクリルゴムが好適に用いられている。
ダイボンドフィルム特性としては、プロセス適合性(ラミネート性、ダイシング性、ピックアップ性)、埋込性、信頼性(耐リフロー性)などが要求される。
この中で、埋込性の要求を満たすには、樹脂の流動性を高める、具体的には、Bステージでの低粘度化を実現すればよく、高分子量成分を低分子量化すれば、分子同士の絡み合いが少なくなり全体としての粘度を低下させることができる。
ところが、信頼性の要求を満たすには、樹脂を高分子量化しなければならず、そうすると流動性が低下してしまう。この流動性と信頼性のトレードオフの関係を解消するために、星型構造高分子(星型共重合体)を用いることで解決が図られている(特許文献6参照。)。
特開2001−279197号公報 特開2002−222913号公報 特開2002−359346号公報 特開2001−308262号公報 特開2004−072009号公報 特開2009−231469号公報
しかしながら、一般に入手可能な4官能開始剤(Pentaerythritoltetrakis(2-bromoisobutyrate))を用いて合成した4本鎖星型高分子は、直鎖構造高分子と同等の溶融粘度しか示さず、樹脂組成物のさらなる流動性向上は未達成であり、改善の余地が残されていた。
本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、本発明の目的は、従来よりも低粘度の星型共重合体の合成が可能なリビングラジカル重合開始剤、該重合開始剤を用いて得られる低粘度の星型共重合体、該星型共重合体を含む樹脂組成物、及び該樹脂組成物からなる、より高流動なダイボンドフィルムを提供することにある。
上記課題を解決する本発明は以下の通りである。
(1)ハロゲン原子を末端に有する分岐鎖を1分子中に少なくとも3本有するリビングラジカル重合開始剤であって、
前記ハロゲン原子のうち最も近接する2個のハロゲン原子間の結合中に少なくとも1個のベンゼン環を有し、かつ前記ハロゲン原子間において結合する原子の最小数が9〜30個であり、該9〜30個の原子のうちの前記ベンゼン環に結合する2つ原子が該ベンゼン環のメタ位又はパラ位において結合していることを特徴とするリビングラジカル重合開始剤。
(2)下記一般式(1)で表されることを特徴とする前記(1)に記載のリビングラジカル重合開始剤。
Figure 0005884375
[一般式(1)中、Aは少なくとも1個のベンゼン環を含む原子団を表し、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜5の脂肪族基を表し、Xはハロゲン原子を表し、nは3以上の整数を表す。]
(3)前記一般式(1)が下記構造式(1)で表されることを特徴とする前記(2)に記載のリビングラジカル重合開始剤。
Figure 0005884375
(4)前記一般式(1)が下記構造式(2)で表されることを特徴とする前記(2)に記載のリビングラジカル重合開始剤。
Figure 0005884375
(5)前記(1)〜(4)のいずれかに記載のリビングラジカル重合開始剤を用いて、モノマー種を重合してなることを特徴とする星型共重合体。
(6)前記(5)に記載の星型共重合体と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを含むことを特徴とする樹脂組成物。
(7)さらに、フィラーと、シランカップリング剤と、硬化促進剤とを含むことを特徴とする前記(6)に記載の樹脂組成物。
(8)前記(6)又は(7)に記載の樹脂組成物からなることを特徴とするダイボンドフィルム。
本発明によれば、従来よりも低粘度の星型共重合体の合成が可能なリビングラジカル重合開始剤、該重合開始剤を用いて得られる低粘度の星型共重合体、該星型共重合体を含む樹脂組成物、及び該樹脂組成物からなる、より高流動なダイボンドフィルムを提供することができる。
特に、市販の開始剤(Pentaerythritoltetrakis(2-bromoisobutyrate))を用いて合成した4本鎖星型構造高分子よりも低粘度の星形構造高分子が合成可能であり、より高流動なダイボンドフィルムを提供することができる。
<リビングラジカル重合開始剤>
本発明のリビングラジカル重合開始剤(以下、単に「本発明の重合開始剤」と呼ぶ場合がある。)は、ハロゲン原子を末端に有する分岐鎖を1分子中に少なくとも3本有するリビングラジカル重合開始剤であって、前記ハロゲン原子のうち最も近接する2個のハロゲン原子間の結合中に少なくとも1個のベンゼン環を有し、かつ前記ハロゲン原子間において結合する原子の最小数が9〜30個であり、該9〜30個の原子のうちの前記ベンゼン環に結合する2つ原子が該ベンゼン環のメタ位又はパラ位において結合していることを特徴としている。
すなわち、本発明の重合開始剤は、リビングラジカル重合の開始点であるハロゲン原子間の結合中に少なくとも1個のベンゼン環を有し、かつ前記ハロゲン原子間において結合する原子の最小数が9〜30個であるという構造、つまりハロゲン原子を末端に有する分岐鎖に相当の間隔を有する構造であることから、少なくとも3つの重合鎖が放射状に伸びる星型構造を有する共重合体(以下、「星型共重合体」と呼ぶことがある。)を、従来よりも精密に合成可能である。
星型共重合体は、同程度の分子量の直鎖状の重合体と比較して流動性が高く、低粘度であるという特徴を有する。これは、直鎖状の重合体は分子量が大きくなると分子鎖が長くなり、隣接する分子同士で絡み合いが生じるが、星型共重合体は中心から放射状に重合鎖が伸びる構造のため、直鎖状の重合体ほど重合鎖部分が長くならず、絡み合いの発生が少ないことに起因すると推察される。つまり、分岐鎖を増やすほど、同一分子量における流動性は向上していくと考えられる。ところが、現実は、既述のように市販の4官能開始剤(Pentaerythritoltetrakis(2-bromoisobutyrate))を用いて合成した星型共重合体は、2官能開始剤を用いて合成した星型共重合体とほぼ同等の流動性を示し、星型構造の特性である高流動性を発現できなかった。
本発明の重合開始剤は、上述の通り、重合開始点たるハロゲン原子のうち最も近接するハロゲン原子間において、上述のような構成で原子が存在することで、同ハロゲン原子間は立体障害の影響を無視できる程度に離間し、また最も近接するハロゲン原子間がそのように離間することから、それら以外のハロゲン原子間はさらに離間する。つまり、全体として、重合開始点が伸長した他の立体障害の影響を受けることなく、それぞれの分岐鎖が精密に伸長した高流動な星型共重合体を合成することができると推察される。
以下に先ず、本発明の重合開始剤について詳述する。
本発明の重合開始剤においては、少なくとも3本の分岐鎖を有するが、当該分岐鎖は合成しようとする星型重合体の重合鎖の数に対応するため、合成しようとする星型重合体の重合鎖の数に応じて設定することが好ましい。例えば、3つの重合鎖の星型共重合体を合成しようとする場合は分岐鎖の数は3本とし、4つの重合鎖の星型共重合体を合成しようとする場合は分岐鎖の数は4本とする。
また、現在までに最大で21本鎖の星型重合体が報告されているが、分岐鎖を増やすことによる停止反応、ひいてはゲル化の危険性を抑制するために、低いモノマー転化率で重合を止めている。以上のことから、工業的・実用的に耐えうる分岐鎖は3〜18本程度であると考えられる。
また、本発明の重合開始剤においては、ハロゲン原子のうち最も近接する2個のハロゲン原子間の結合中に少なくとも1個のベンゼン環を有するが、ベンゼン環の存在によりハロゲン原子間において一定の離間距離を確保することができる。ベンゼン環の個数は、合成しようとする星型共重合体の重合鎖の数に応じて適宜設定することが好ましい。例えば、3つの重合鎖の星型共重合体を合成しようとする場合は1〜4個が好ましく、4つの重合鎖の星型共重合体を合成しようとする場合は1〜6個が好ましく、6つの重合鎖の星型共重合体を合成しようとする場合は2〜10個が好ましい。
一方、本発明の重合開始剤において、最も近接するハロゲン原子間で結合する原子の最小数を9〜30個と規定しているが、9個未満では最も近接するハロゲン原子の距離が近づき、立体障害の影響を無視できず、また30個超では重合開始剤自体の合成が困難になる。当該ハロゲン原子間で結合する原子の最小数は、合成しようとする星型共重合体の重合鎖の数が3の場合は9〜12が好ましく、当該重合鎖の数が4の場合は14〜18が好ましい。
さらに、ハロゲン原子間において結合する9〜30個の原子のうちのベンゼン環に結合する2つ原子は、ベンゼン環のメタ位又はパラ位において結合しているが、メタ位又はパラ位とすることで、その結合距離及び結合角度の兼ね合いからハロゲン原子間に一定の離間距離を確保することができ、星型共重合体とした場合の重合鎖の立体障害の影響を解消することができる。一方、オルト位では原子間距離が近距離であり、一定の離間距離を確保できず、重合鎖の立体障害の影響を無視できなくなる。
また、最も近接する2個のハロゲン原子間にベンゼン環が2個以上存在する場合においても、いずれのベンゼン環もメタ位又はパラ位に2つの原子が結合するが好ましいが、ハロゲン原子間の距離が一定の離間距離が確保できるように、その組み合わせは適宜設定することが好ましい。
本発明の重合開始剤は、具体的には、下記一般式(1)で表される構造であることが好ましい。
Figure 0005884375
[一般式(1)中、Aは少なくとも1個のベンゼン環を含む原子団を表し、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜5の脂肪族基を表し、Xはハロゲン原子を表し、nは3以上の整数を表す。]
前記Aは少なくとも1個のベンゼン環を含む原子団であるが、ベンゼン環そのものであってもよいし、少なくとも1個のベンゼン環に炭素数1〜10の直鎖状あるいは分岐状アルキル基、炭素数1〜10の直鎖状あるいは分岐状アルコキシアルキル、炭素数3〜10のシクロアルカン、フェニル基、カルボニル基、メトキシ基、アラルキル基、含窒素環状構造、具体的にはピペリジル基、ピリジン基、ピリミジン基などが結合した構造であることが好ましい。しかしながら、ベンゼン環に結合する構造としては上記構造に限定されるものではない。また、Aは点対称又は線対称の構造であることが好ましい。
前記Xは、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子を表し、塩素および臭素が好ましく、臭素がより好ましい。
前記RおよびRは、水素原子および炭素数1〜5の脂肪族基を表すが、脂肪族基としては、具体的には、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシアルキル基を表し、直鎖状でも分岐状でもよく、中でも、炭素数1〜5の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3の直鎖状のアルキル基がより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ステアリル基、2−メトキシエチル基、2−エトキシエチル基、2−プロポキシエチル基、2−ブトキシエチル基、3−メトキシプロピル基、3−メトキシブチル基、4−メトキシブチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。
前記nは重合開始剤の分岐鎖の数に対応する。当該分岐鎖の数は既に説明したためここでは説明を省略する。
以上の一般式(1)で表される構造としては、例えば、以下の構造式(1)又は(2)で表される構造が好ましい。
Figure 0005884375
Figure 0005884375
本発明の重合開始剤を用いて合成した星型共重合体を、ダイボンドフィルムの高分子量成分として用いることにより、高分子量でありながら高流動性を確保できるため、ダイボンドフィルム全体として、高流動性と高信頼性とを両立することができる。次に、本発明の重合開始剤を用いて合成した星型共重合体について詳述する。
<星型共重合体>
本発明の星型共重合体は、既述の本発明の重合開始剤を用いて、モノマー種を重合してなることを特徴としている。
本発明の星型共重合体は、少なくとも3つの重合鎖が放射状に伸びる星型構造を有する共重合体であるが、樹脂の分類として具体的には、(メタ)アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノキシ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ、中でも、アクリルゴムが好ましい。当該星型共重合体は、樹脂混和物の流動性、硬化物の強靭性という観点から、ガラス転移点Tgが60℃以下のものが好ましく、より好ましくは50℃以下であり、さらに好ましくは40℃以下である。
アクリルゴムは、アクリル酸エステルを主成分とし、主として、ブチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体や、エチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体などからなるゴムであって、本発明においては、上述のように星型構造を有する。
前記星型共重合体の重量平均分子量は、ダイボンドフィルムとしての高信頼性を得るという観点から、30000〜1000000であることが好ましく、60000〜800000であることがより好ましく、100000〜600000であることがさらに好ましい。なお、当該重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)で標準ポリスチレンによる検量線を用いたポリスチレン換算値である。またこの場合において、各重合鎖の重量平均分子量は、10000〜300000であることが好ましく、30000〜200000であることがより好ましく、50000〜150000であることがさらに好ましい。なお、各重合鎖の重量平均分子量は、分子全体の重量平均分子量を重合鎖の数で除した数値である。重量平均分子量が同程度の星型共重合体同士であって、同様のモノマーから構成される場合、重合鎖の数が多いほど1本当たりの重合鎖が短くなるため、流動性が向上し、ひいては低粘度となると考えられる。従って、重量平均分子量はそのままとし、より低粘度としたい場合は、重合鎖の数を増やせば低粘度とすることができる。
以下に、星型共重合体の具体例とその合成方法の一例を挙げるが、本発明の星型共重合体は以下の合成方法に限定されるものではない。本発明の星型共重合体は、例えば、本発明の重合開始剤と、配位子としてアミン化合物と、触媒として周期律表第7族〜11族元素の遷移金属とを用いて、1種以上のモノマー種を原子移動ラジカル重合により重合することにより合成することができる。なお、重合させるモノマー種の数は特に制限はなく、2種以上でもよいし、3種以上でもよい。
以下に、まず当該合成方法において用いられる各成分について説明する。
[モノマー種]
モノマー種は、特に限定されず、種々のものを用いることができる。例えば、以下のモノマーを挙げることができる。なお、以下の構造式はアクリル系のものを示すが、メタクリル系のものも使用可能である。すなわち、(1)〜(7)の構造において、CH=CH−を、CH=C(CH)−に置き換えたものも使用可能である。
Figure 0005884375
前記(1)のRは、炭素数1〜20の脂肪族基、又は炭素数6〜20の芳香族基を表すが、脂肪族基としては、具体的には、炭素数1〜20のアルキル基、アルコキシアルキル基を表し、直鎖状でも分岐状でもよく、中でも、炭素数1〜10の直鎖状のアルキル基が好ましく、炭素数2〜8の直鎖状のアルキル基がより好ましい。
具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロへキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ステアリル基、2−メトキシエチル基、2−エトキシエチル基、2−プロポキシエチル基、2−ブトキシエチル基、3−メトキシプロピル基、3−メトキシブチル基、4−メトキシブチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。一方、芳香族基としては、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基を表し、中でも、炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜11のアラルキル基が好ましい。具体的には、フェニル基、トルイル基、ベンジル基等が挙げられる。
前記(3)のRは、H又は炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基又はハロゲン原子を表すが、中でも、H又は炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基又はハロゲン原子が好ましく、H又は炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基又はハロゲン原子がより好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキル基、塩素、臭素を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。
前記(4)のR、Rは、H又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表すが、R、Rが表す脂肪族炭化水素基としては、中でも、H又は炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。また、R、Rが表すアルキル基はアミノ基で置換されていてもよい。
前記(5)のRは、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基を表すが、Rが表す炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基としては、中でも、炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキレン基を表し、より具体的には、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、等が挙げられる。また、R、RはH又は炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基又は炭素数6〜10の芳香族炭化水素基を表すが、R、Rが表す脂肪族炭化水素基としては、中でも炭素数1〜2の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基等が挙げられる。炭素数6〜10の芳香族炭化水素基としては、具体的には、フェニル基、トルイル基、ベンジル基等が挙げられる。
前記(7)のRは、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基を表すが、中でも、炭素数2〜4の脂肪族炭化水素基が好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキレン基を表し、より具体的には、メチレン基、エチレン基、プロパンジイル基、ブタンジイル基、ペンタンジイル基、等が挙げられる。また、R、R、Rは炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基、炭素数1〜5のアルコキシ基を表すが、炭素数1〜5の脂肪族炭化水素基としては、中でも、炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素数2〜3の脂肪族炭化水素基がより好ましい。例えば、炭素数1〜5のアルキル基を表し、より具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。炭素数1〜5のアルコキシ基としては、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などを表す。
前記(1)〜(7)の中でも、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリロニトリルが好ましい。なお、「(メタ)アクリル酸」の表記は、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を示す。
また、本発明の製造方法において用いられるモノマー種としては、架橋性官能基を有するモノマーも好適に用いることができる。その例を以下に示すが、本発明は以下のものに限定されることはない。
Figure 0005884375
前記(8)、(9)中、Rは、炭素数1〜5の2価の脂肪族炭化水素基を示し、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基等が挙げられ、中でも、メチレン基が好ましい。また、以上の(8)、(9)はアクリレート系の例示であるが、メタクリレート系のものも使用可能である。すなわち、(8)、(9)において、CH=CH−を、CH=C(CH)−に置き換えたものも使用可能である。以上の(8)〜(10)においては、(メタ)アクリル酸グリシジルが好ましい。
以上の(1)〜(10)のモノマー種のうちの1種として、(メタ)アクリロニトリルを用いることが好ましい。また、少なくとも1種として、架橋性官能基を有するモノマーを用いることが好ましい。具体的な組み合わせの例としては、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、及び(メタ)アクリロニトリル、アクリル酸メチル、アクリル酸プロピルなどを好適に挙げることができる。
モノマーの配合量としては、(メタ)アクリロニトリルやアミノ基含有モノマーを除き、特に制限はなく自由に設定することができる。本発明においては、アクリロニトリルやアミノ基含有モノマーの配合量として、使用するモノマー種の全体量に対してモル分率で、10%以上が可能であり、20%以上が好ましく、30%以上がより好ましく、40%以上がさらに好ましく、上限は概ね60%である。なお、ここでいうアミノ基含有モノマーとしては以下のモノマーなどが好適に使用される。また、以下のモノマー中のRは、−CH又は−Cを表す。
Figure 0005884375
多官能開始剤の使用量としては、モノマーに対して、モル比で200:1〜20000:1であることが好ましい。
[配位子]
本合成方法における配位子は、アミン化合物であり、1分子中に2個以上のN原子を有するアミン化合物を用いることが好ましい。そのようなアミン化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。
Figure 0005884375
(Rは炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基を示し、R、Rは、H又は炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基を示す。)
で表される炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基が挙げられる。また、R、Rで表される炭素数1〜3の脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。
配位子の使用量としては、用いる金属に対し、モル比で0.5:1〜2:1であることが好ましい。
[触媒]
本合成方法において用いられる触媒は、周期律表第7族〜11族元素の遷移金属であり、具体的には、マンガン、テクネチウム、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金が挙げられ、中でも、銅、ルテニウム、ニッケル、鉄が好ましく、銅が最も好ましい。特に、銅を使用すると、触媒活性が高く、高重合率、高分子量化を達成しやすい。
触媒の使用量としては、重合開始剤に対し、モル比で1:0.5〜1:10であることが好ましい。
[溶媒]
本合成方法において使用し得る溶媒としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックアミド等のアミド系溶媒などが好適に使用することができる。これらは、単独又は組み合わせて使用してもよい。但し、ここに挙げた例は一例であり、これらに制限されるものではない。
[その他の成分]
その他の成分としては、触媒活性を上げるためルイス酸(例えば、アルミニウムアルコキシド等)、又は無機塩(例えば、炭酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム等)、又は還元剤(例えば、2−エチルヘキサン酸すず等)を添加することも可能である。
[原子移動ラジカル重合]
本合成方法において採用される原子移動ラジカル重合は、開始剤としてハロゲン化合物等を、触媒として遷移金属を用い、アクリル系などのモノマーを重合する重合法であり、ラジカル重合でありながら停止反応等の副反応が起こりにくく分子量分布の狭い重合体(Mw/Mn=1.1〜2.2)が得られるとともに、モノマーと開始剤の仕込み比によって、製造しようとする重合体の分子量を自由に制御し得るという「リビングラジカル重合法」の特徴に加えて、官能基変換反応に比較的有利なハロゲンを末端に有し、開始剤や触媒の設計の自由度が大きいことから、特定の官能基を有する重合体の製造方法として有用である。この原子移動ラジカル重合法としては、例えば、マクロモレキュールズ(Macromolecules)1995年、28巻、1721頁、7901頁,Matyjaszewskiら、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカルソサエティー(J.Am.Chem.Soc.)1995年、117巻、5614頁、サイエンス(Science)1996年、272巻、866頁、国際公開第96/30421号パンフレット,国際公開第97/18247号パンフレット、国際公開第98/01480号パンフレット,国際公開第98/40415号パンフレット、特開平9−208616号公報、特開平8−41117号公報等に記載されている。
次に、星型共重合体の合成の手順について説明する。
まず、本合成方法における合成のために用意した容器内に触媒を秤取して、容器内を減圧、窒素雰囲気下とし、各モノマー種と、配位子と、溶媒とを加える。次いで、窒素によりバブリングし、脱酸素を図る。再度窒素雰囲気下とし、別途調製した開始剤溶液を加え、重合を進行させる。このときの温度は10〜100℃程度で、最後に、反応溶液を精製し、目的とする星型共重合体を得る。
本合成方法において、上記重合においては、酸素、水分の除去が重要である。また、重合反応を潤滑に進行させるため、モノマー、開始剤、配位子、金属、溶媒の純度を上げることが重要である。
<樹脂組成物、ダイボンドフィルム>
本発明の樹脂組成物は、既述の本発明の星型共重合体と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを含むことを特徴としている。また、本発明のダイボンドフィルムは、当該本発明の樹脂組成物からなることを特徴としている。
以下、各成分について説明する。
[エポキシ樹脂]
本発明の樹脂組成物(ダイボンドフィルム)は、硬化性成分としてエポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を有するものであれば特に限定されない。ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂などの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。また、多官能エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環含有エポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂など、一般に知られているものを適用することができる。
特にBステージ状態でのフィルムの可撓性が高い点でエポキシ樹脂の分子量が1000以下であることが好ましく、さらに好ましくは500以下である。また、可撓性に優れる分子量500以下のビスフェノールA型又はビスフェノールF型エポキシ樹脂50〜90質量%と、硬化物の耐熱性に優れる分子量が800〜3000の多官能エポキシ樹脂10〜50質量%とを併用することも好ましい。
[硬化剤]
エポキシ樹脂の硬化剤としては、通常用いられている公知の硬化剤を使用することができ、例えば、アミン類、ポリアミド、酸無水物、ポリスルフィド、三フッ化ホウ素、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSのようなフェノール性水酸基を1分子中に2個以上有するビスフェノール類、フェノールノボラック樹脂、キシリレン変性フェノール樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂又はクレゾールノボラック樹脂等のフェノール樹脂などが挙げられる。
一方、本発明においては、ダイボンドフィルム作製前におけるワニスの状態での相溶性が悪化する場合には、エポキシ樹脂の硬化剤を所定のものに変更することで改善することができる。当該所定の硬化剤としては、軟化温度が150℃以下(好ましくは140℃以下、より好ましくは130℃以下である。)であるものが挙げられる。
具体的には、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールアラルキル樹脂、トリフェノールメタン樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等のフェノール系硬化剤が挙げられ、中でも、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂が好ましい。硬化剤の含有量としては、全エポキシ樹脂のエポキシ基数と全硬化剤の水酸基数の当量比としては0.5〜2で配合することが好ましい。
[フィラー]
さらに、本発明の樹脂組成物(ダイボンドフィルム)には、Bステージ状態における接着シートのダイシング性の向上、接着シートの取扱い性の向上、熱伝導性の向上、溶融粘度の調整、チクソトロピック性の付与などを目的として、好ましくはフィラー、より好ましくは無機フィラーを配合することが好ましい。
無機フィラーとしては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、アンチモン酸化物などが挙げられる。熱伝導性向上のためには、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。溶融粘度の調整やチクソトロピック性の付与の目的には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましい。また、ダイシング性を向上させるためにはアルミナ、シリカが好ましい。
本発明において、上記フィラーを樹脂100質量部に対して、40〜180質量部含むことが、ダイシング性が向上する点、および接着シート硬化後の貯蔵弾性率が170℃で20〜600MPaになり、ワイヤボンディング性が良好となる点で好ましく、60〜160質量部であることがより好ましく、60〜120質量部であることがさらに好ましい。
[各成分の含有量]
本発明のダイボンドフィルムにおいて、前記各成分の含有量は、前記星型共重合体は10〜40質量部であり、前記エポキシ樹脂及び硬化剤は30〜45質量部であり、前記フィラーは、前記星型共重合体と前記エポキシ樹脂と前記硬化剤との合計100質量部に対して、40〜180質量部であることが好ましい。
各成分の含有量を上記数値範囲とすることで、凹凸を埋込み、かつ半導体チップとの絶縁性を確保することが可能となる。また、各成分の含有量は、好ましくは、前記共重合体は12〜35質量部であり、前記エポキシ樹脂及び硬化剤は33〜42質量部であり、前記フィラーは、前記星型共重合体と前記エポキシ樹脂と前記硬化剤との合計100質量部に対して、60〜160質量部であり、より好ましくは、前記星型共重合体は15〜30質量部であり、前記エポキシ樹脂及び硬化剤は35〜40質量部であり、前記フィラーは、前記星型共重合体と前記エポキシ樹脂と前記硬化剤との合計100質量部に対して、60〜120質量部である。
[その他の成分]
本発明のダイボンドフィルムには、その他の成分として、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、硬化促進剤、レベリング剤、酸化防止剤、イオントラップ剤などを含んでいてもよい。
<ダイボンドフィルムの作製>
次に、本発明のダイボンドフィルムを作製する各工程について説明する。以下に示す工程は一例であり、本発明のダイボンドフィルムは以下の工程に限定されるものではない。
(1)ワニスの調製
高分子量成分(星型共重合体)、エポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性成分、フィラー、及び他の成分を有機溶媒中で混合、混練してワニスを調製する。
ワニスの調製に用いる有機溶媒は、材料を均一に溶解、混練又は分散できるものであれば制限はなく、従来公知のものを使用することができる。このような溶剤としては、例えば、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、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、トルエン、キシレン等が挙げられる。乾燥速度が速く、価格が安い点でメチルエチルケトン、シクロヘキサノンなどを使用することが好ましい。
ワニスの調製に用いる際の有機溶媒の使用量には特に制限はなく、有機溶媒は加熱乾燥などによりダイボンドフィルムから除去されるものであるが、ダイボンドフィルム作製後の有機溶媒量(残存揮発分)は全質量基準で0.01〜3質量%が好ましく、耐熱信頼性の観点からは全質量基準で0.01〜2質量%がより好ましく、全質量基準で0.01〜1.5質量%がさらに好ましい。
上記の混合、混練は、通常の撹拌機、らいかい機、三本ロール、ボールミル等の分散機を適宜、組み合わせて行うことができる。
(2)基材への塗工
上記(1)で得られたワニスを基材上に塗工し、ワニスの層を形成する。基材としては、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルムなどを用いることができる。
塗工には、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることができ、塗工厚みは、最終的なダイボンドフィルムの厚さを考慮して決定されるが、10〜250μmとすることが好ましい。
(3)加熱乾燥
上記(2)で得られた、ワニスを塗工した基材を加熱乾燥する。加熱乾燥の条件は、使用した溶媒が充分に揮散する条件であれば特に制限はないが、通常60℃〜200℃で、0.1〜90分間加熱して行う。加熱乾燥後、基材を除去してダイボンドフィルム(Bステージフィルム)得ることができる。
ダイボンドフィルムの厚さは、基板の配線回路や下層の半導体チップに付設された金ワイヤ等の凹凸を充てん可能とするため、5〜250μmとすることが好ましい。5μmより薄いと応力緩和効果や接着性が乏しくなる傾向があり、250μmより厚いと経済的でなくなる上に、半導体装置の小型化の要求に応えられない。なお、接着性が高く、また、半導体装置を薄型化できる点で20〜100μmがより好ましく、さらに好ましくは40〜80μmである。
本発明のダイボンドフィルムは、加熱圧着により基板などとチップとを接着し、ダイボンドフィルムで基板表面の凹凸や中空ワイヤを充てんできるような溶融粘度を有することが必要であり、硬化前(Bステージ状態)の接着シートの100℃における溶融粘度は100Pa・s以上2500Pa・s以下であることが、基板表面の凹凸や中空ワイヤの充てん性が優れる点から好ましく、さらに200〜1500Pa・sであることが好ましく、300〜1300Pa・sであることがより好ましい。
本発明において、溶融粘度は、後述する回転式粘弾性測定装置により硬化前のダイボンドフィルムについて測定、算出して得ることができる。
本発明のダイボンドフィルムは、前述のように、硬化前(Bステージ状態)のタック強度は、25℃において78.4〜294mN(8〜30gf)、40℃において392〜784mN(40〜80gf)であることが好ましいが、さらに、60℃においては、588〜2940mN(60〜300gf)、80℃においても、588〜2940mN(60〜300gf)であることが室温でべたつきが少なく加工性に優れるとともに、60℃以上でべたつきがありラミネート加工性に優れるという点で好ましいものである。
本発明のダイボンドフィルムは加工性向上のため、特定の貯蔵弾性率を有することが必要であり、本発明においては、硬化前(Bステージ状態)の接着シートの25℃における動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が200〜3000MPaであると、ダイシング性が優れる点で好ましい。ダイシング性に優れ、かつウエハとの密着性が優れる点で500〜2000MPaがより好ましい。また、硬化前(Bステージ状態)の接着シートの80℃における動的粘弾性測定による貯蔵弾性率が0.1〜10MPaであると、80℃でウエハにラミネート可能である。特にウエハへの密着性が高い点で、0.5〜5MPaであるとことがより好ましい。
さらに、本発明のダイボンドフィルムにおいて、硬化後(Cステージ状態)のダイボンドフィルムの260℃における動的粘弾性測定による貯蔵弾性率は、良好なワイヤボンディング性を得るために5〜200MPaであることが好ましい。貯蔵弾性率は、より好ましくは10〜150MPa、さらに好ましくは20〜100MPaである。
本発明のダイボンドフィルムは単層として用いるばかりでなく、多層構造として用いてもよく、例えば、上述したダイボンドフィルムを2枚以上ラミネートしたもの、あるいは、本発明のダイボンドフィルムとそれ以外のダイボンドフィルムを複数ラミネートしたものとして用いてもよい。本発明のダイボンドフィルムとそれ以外のダイボンドフィルムをラミネートする場合には、本発明のダイボンドフィルムはダイシングテープ側にすることが好ましい。
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
まず、3本鎖星型アクリルゴムの合成に必要な配位子及び3官能開始剤を以下のようにして合成した。
(配位子の合成)
三方コックを備えたジムロートとセプタムラバとを50ml二口ナスフラスコに装着し、N雰囲気下にした後、蟻酸25.0ml(521.4mmol)を秤取した。
0℃に冷却した後、ホルムアルデヒド10.0ml(123.2mmol)を加え、そのまま0℃の状態で1時間攪拌した。この反応液に、トリス(2−アミノエチル)アミン 1.5ml(10.0mmol)を蒸留水5mlに溶解させた水溶液を約10分かけて滴下した。その後、反応液を室温に戻し、窒素気流下とした。次に95℃に設定したオイルバスにこの反応器を設置し緩やかに10時間還流した。次いで、室温に戻し、溶媒をエバポレータにて除去した後、残渣を飽和NaOH水溶液で処理した。有機層を抽出した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下溶媒を留去し、薄黄色液体のヘキサメチル化トリス(2−アミノエチル)アミン(以下、MeTRENと称す)1.9g(収率86%)を得た。構造はH、13C−NMRより確認した。
(3官能開始剤の合成)
三方コック、セプタムラバを備えた100ml二口ナスフラスコにフロログルシノール1.00g(7.93mmol)を秤取した。N雰囲気にした後、脱水テトラヒドロフラン(以下、THFと称す)40.0mlを加えた。さらに、トリエチルアミン(以下、EtNと称す)3.9ml(27.8mmol)を加え、0℃に冷却した。次いで、2−ブロモプロピオン酸クロリド2.8ml(27.8mmol)をゆっくりと滴下した後、室温に戻し2時間反応を進行させた。反応追跡はTLC(薄層クロマトグラフィー)を用いて行い、原料のスポットが消失したとき、反応終了とみなした。反応終了後、ろ過し溶液中の塩酸塩を取り除き、溶媒をエバポレータにて留去した。残渣をMeOHにより再結晶することで白色固体の生成物2.4g(収率57%)で得た。
なお、構造はH、13C−NMRより確認したところ、既述の構造式(2)で表される構造であった。つまり、最も近接するハロゲン原子たる臭素原子間において結合する原子の最小数は9個である。
(星型アクリルゴムの合成)
三方コックを備えた300ml三口フラスコに銅粉末(以下、Cu(0)と称す)を0.0457g(1.44mmol)秤取した。アクリル酸ブチル(以下BAと称す)29.85g(232.89mmol)、アクリル酸エチル(以下EAと称す)22.23g(222.03mmol)、メタクリル酸グリシジル(以下GMAと称す)2.31g(16.25mmol)、アクリロニトリル22.74g(428.57mmol)、脱水ジメチルスルホキシド(以下、DMSOと称す)97.18g、Me6TRENを0.1037g(0.45mmol)加えた。溶液をN2バブリング(500ml/min 60min)し脱酸素した後、上記の3官能開始剤を0.2389g(0.45mmol)加えさらにN2バブリング(500ml/min 15min)した。容器を密閉系とし、設定温度30℃のウォーターバスに設置し16時間反応を進行させた。反応終了後、アセトンで溶液の粘度を低下させ、吸引ろ過した。ろ液を、テフロン(登録商標)減圧攪拌装置を備えた500ml三口フラスコに移した。150rpmで攪拌しながら1時間かけ純水を滴下した後、30分間攪拌した。攪拌後に減圧蒸留を行い、アセトンおよび未反応モノマを除去した。フラスコ内に残った水溶液をスポイトで除去した後、残ったポリマを水で2回、メタノールで1回洗浄し、再びアセトンで溶解した。溶解後、再び1時間かけ純水を滴下し、30分攪拌した。攪拌後に減圧蒸留を行い、フラスコ内に残った水溶液をスポイトで除去した後、残ったポリマを水とメタノールで1回ずつ洗浄した。洗浄後、ポリマをシクロヘキサノンで溶解させ、減圧蒸留によって低沸点溶媒を除去し、アクリルゴム溶液とした。合成した星型アクリルゴムの重量平均分子量は20万であった。また、ガラス転移点Tgは44℃であった。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により得られた値である。
次に、得られた星型アクリルゴムを用いて、以下の通りワニスを調製した。
〈ワニスの調製〉
上記のように合成した星型アクリルゴム17.9g、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、YDF−8170C)29.0g、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(東都化成(株)製、YDCN−703)9.7g、キシレン変性ノボラック(三井化学製、XLC−LL)33.8g、硬化促進剤(四国化成工業(株)製、2PZ-CN)0.1g、カップリング剤(日本ユニカー(株)製、A-189)0.3gおよび(日本ユニカー(株)製、A-1160)0.5gからなる組成物に、シクロヘキサノンを加えて、攪拌脱泡し、ワニスを調製した。なお、フェノール硬化剤の軟化温度は76.5℃である。
〈ダイボンドフィルムの塗工〉
アプリケータ自動塗工機(テスター産業(株)製)を用いて、PET基材(帝人デュポン(株)製 A53)上に調製したワニスを塗布し、ギャップを調整したアプリケータで塗工した。得られたフィルムを、オーブン中120℃/20minの条件で加熱乾燥した。その後、PET基材を引き剥がすことで、膜厚40μmのBステージフィルムを得た。
〈ダイボンドフィルムの後硬化〉
得られたフィルムをオーブン中で120℃/30min、140℃/1h、175℃/2hの条件で加熱硬化することでCステージフィルムとした。
[実施例2]
まず、4本鎖星型アクリルゴムの合成に必要な配位子及び4官能開始剤を以下のようにして合成した。
(4官能開始剤の合成)
三方コックを備えた500ml四口フラスコにTekP−4HBPA 5.0g(8.7mmol)を秤取した。THF 100gおよびEtN 3.7g(36.6mmol)を加え、N雰囲気下で0℃に冷却した。2−ブロモプロピオニルブロミド7.9g(36.6mmol)を滴下(3g/min)した後、室温に戻し12時間反応させた。反応追跡はTLCを用いて行い、原料のスポットが消失したとき、反応終了とみなした。反応終了後、ろ過によって溶液中のEtNの臭素酸塩を除去し、溶媒をエバポレーターで除去した。残渣を純水で2回洗浄した後、減圧乾燥機で2時間乾燥させた。乾燥した試料をエタノールで再結晶することで白色固体化合物19.5g(収率50%)を得た。構造はH NMRで確認したところ、既述の構造式(1)で表される構造であった。つまり、最も近接するハロゲン原子たる臭素原子間において結合する原子の最小数は15個である。
実施例1の「星型アクリルゴムの合成」において、開始剤を3官能開始剤から、上記4官能開始剤に変更してアクリルゴムを合成し、それを用いてワニスを調製したこと以外は実施例1と同様にしてダイボンドフィルムを作製した。
[比較例1]
実施例1の「ワニスの調製」において、星型アクリルゴム17.9gに代え、直鎖状のアクリルゴム(ナガセケムテックス(株)製、HTR−860P−3、重量平均分子量:80万)17.9gを用いてワニスを調製したこと以外は実施例1と同様にしてダイボンドフィルムを作製した。なお、「HTR−860P−3」の重量平均分子量は、GPCによる分子量である。
[比較例2]
実施例1の「星型アクリルゴムの合成」において、開始剤を3官能開始剤から、2官能開始剤(Aldrich、2,6-dibromoheptandionate)に変更してアクリルゴムを合成し、それを用いてワニスを調製したこと以外は実施例1と同様にしてダイボンドフィルムを作製した。
[比較例3]
実施例1の「星型アクリルゴムの合成」において、開始剤を3官能開始剤から、4官能開始剤(Aldrich、Pentaerythritoltetrakis(2-bromoisobutyrate))に変更してアクリルゴムを合成し、それを用いてワニスを調製したこと以外は実施例1と同様にしてダイボンドフィルムを作製した。
[評価]
上記より得られた実施例、比較例のダイボンドフィルムの各々について、以下の評価を行った。
(1)タック力の測定
タック力は、JIS Z0237-1991に準じたプローブタック試験で評価した。レスカ製タックテスタを用い、プローブ径:φ5.1mm、接触速さ:2mm/sec、引き剥がし速さ10mm/secの条件で引き剥がし強度を測定し、タック力とした。接触条件は、接触荷重:0.98N/cm、接触時間:1sec、測定温度:40℃を標準とした。
(2)溶融粘度測定
厚み40μmの未硬化フィルム2枚を60℃でラミネートすることで膜厚を80μmとし、直径8mmの円状に打ち抜いた後、ガラス板/カバーガラスで挟んだ。120℃、3kgf、3秒で圧着後、式1を用いることで溶融粘度を算出した。算出方法は式1に示した。なお、式中のηは粘度、Vはダイボンドフィルムの初期体積、tは圧着時間、Fは圧着加重、Z0は初期のフィルム厚み、Zは圧着後のフィルム厚みをそれぞれ示す。
Figure 0005884375
(3)ダイシェア強度測定
Bステージのダイボンドフィルムを5mm×5mmの打ち抜き型を用いて打ち抜き、チップに40℃でラミネートし、熱圧着試験機(日立化成テクノプラント(株)製)を用いて基板に熱圧着した。
その後、加熱硬化した。さらにその後、260℃の熱板に30秒放置後、万能ボンドテスタ(Dage社製、シリーズ4000)を用いてダイシェア強度を測定した。
チップサイズ:5mm×5mm×280μmt 基板:20mm×10mm×100μmt
ソルダレジスト:AUS308 熱圧着条件:120℃/0.5kg/3s ダイシェア強度測定速度:50μm/sec
以上の評価結果を表1に示す。
表1は、実施例1及び2並びに比較例1〜3とを対比した表であり、本発明の星型共重合体を用いて作製したダイボンドフィルムと、従来の高分子量成分を用いて作製したダイボンドフィルムとの性能の差異を示す。
Figure 0005884375
表1より、比較例2と3では溶融粘度に差は見られないのに対し、実施例1、2では比較例2よりも溶融粘度が大きく低下していることが分かることから、重合開始剤の構造、ひいては星型共重合体の構造が、ダイボンドフィルムの溶融粘度に寄与していることを示している。また、タック力・ダイシェア強度の評価も良好であり、本発明によって合成された星型共重合体が高信頼性に寄与していることを示している。

Claims (5)

  1. 下記構造式(1)で表されるリビングラジカル重合開始剤。
    Figure 0005884375
  2. 請求項に記載のリビングラジカル重合開始剤を用いて、1種以上のモノマー種を重合してなることを特徴とする星型共重合体。
  3. 請求項に記載の星型共重合体と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを含むことを特徴とする樹脂組成物。
  4. さらに、フィラーと、シランカップリング剤と、硬化促進剤とを含むことを特徴とする請求項に記載の樹脂組成物。
  5. 請求項3又は4に記載の樹脂組成物からなることを特徴とするダイボンドフィルム。

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