JP6084145B2 - 異方導電性接着組成物およびこれを用いた異方導電性接着フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、異方導電性接着組成物およびこれを用いた異方導電性接着フィルムに関する。
近年、大型化および薄型化趨勢にあるディスプレイ産業の傾向に従い、電極および回路間のピッチもまた次第に微細化されている。このような微細回路端子を接続するための配線器具の一つとして異方導電性接着フィルムが非常に重要な役割を果たしている。その結果、異方導電性接着フィルムは、電気的接続材料として多くの注目を浴びている。
異方導電性接着フィルムは、接続させようとする回路間に配置させた後、一定の条件下で加熱および加圧される。これにより、回路端子の間は導電性粒子によって電気的に接続される一方、隣接回路との間であるピッチ(pitch)には絶縁性接着樹脂が充填され、導電性粒子が相互独立して存在するようになるため、高い絶縁性が付与されることになる。
異方導電性接着フィルムを接続材料として使用するためには、接続信頼性が要求される。フィルム初期状態で測定された接続抵抗、接着力等は、フィルムの防止条件によって抵抗が高くなったり接着力が低くなったりすることがあり、接続信頼性を下げる可能性がある。
よって、フィルム初期状態で接着力が良好なだけでなく、長期信頼性評価条件(高温高湿環境下)においても接着力の低下が最小限に抑えられた高接着特性を有する異方導電性接着組成物およびフィルムが要求されている。
一方、特許文献1では、異方導電性接着フィルムの接着力の改善のためにアミノ基含有リン化合物を添加する技術が提案されている。また、特許文献2では、二官能性ウレタンアクリレート硬化システムを用いて、接着力を向上させた異方導電性接着フィルムが提案されている。
韓国特許出願公開第2004−0061561号 韓国特許出願公開第2003−0041692号
しかしながら、前記特許文献1および2の異方導電性接着フィルムは、次第に微細化されている電極および回路間のピッチに対して高い長期接続信頼性を提供するためには、依然として接着力が不足している。
したがって、本発明の目的は、接着力および硬化前引張強度の高い異方導電性接着組成物および異方導電性接着フィルムを提供することである。また、本発明の他の目的は、耐久性および電気特性に優れた半導体装置を提供することである。
本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意研究を行なった。その過程で、特定の組成を有する組成物により、上記の課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の第一は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤と、を含む異方導電性接着組成物であって、前記異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方を1質量%ないし25質量%含む、異方導電性接着組成物である。
また、本発明の第二は、上記異方導電性接着組成物を含む異方導電性接着フィルムであって、下記式1で計算されるフィルムの接着力の減少率が0を超えて25%以下である、異方導電性接着フィルムである。
(前記式1中、Aは、80℃、1MPaで1秒間仮圧着した後、180℃、3MPaで5秒間本圧着した後の接着力(gf/cm)であり、Bは、前記仮圧着および本圧着した後、85℃、相対湿度85%で500時間の信頼性評価条件後の接着力(gf/cm)である。)
さらに、本発明の第三は、上記異方導電性接着組成物を含む異方導電性接着フィルムであって、硬化前の引張強度が5kgf/cm以上である、異方導電性接着フィルムである。
さらにまた、本発明の第四は、上記異方導電性接着組成物または異方導電性接着フィルムによって接続されてなる、半導体装置である。
本発明によれば、接着力および硬化前引張強度の高い異方導電性接着組成物および異方導電性接着フィルムが提供される。また、本発明によれば、耐久性および電気特性に優れた半導体装置が提供される。
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の構成要件及び実施の形態等について以下に詳細に説明するが、これらは本発明の実施態様の一例であり、これらの内容に限定されるものではない。本明細書において、範囲を示す「X〜Y」および「XないしY」は「X以上Y以下」を意味し、「重量」と「質量」、「重量%」と「質量%」は同義語として扱う。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%の条件で行ったものである。
<異方導電性接着組成物>
本発明の第一は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤と、を含む異方導電性接着組成物であって、前記異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方を1質量%ないし25質量%含む、異方導電性接着組成物である。
上記組成を有する組成物とすることにより、高い接着力を有する異方導電性接着組成物が提供される。また、本発明によれば、接着力が高く、且つ、接続抵抗値が小さい異方導電性接着組成物が提供される。さらに、本発明によれば、高温高湿条件下に曝されても、接着力の減少率が小さく、且つ、接続抵抗値の増加率が小さい異方導電性接着組成物および異方導電性接着フィルムが提供される。
本明細書中、「異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、物質AをZ質量%含む」とは、異方導電性接着組成物の固形分を100質量%とした場合に、固形分換算で物質Aが含まれる質量比である。なお、「固形分」とは、溶剤以外の全成分であり、熱可塑性樹脂、重合開始剤、およびその他の添加剤等の、異方導電性接着組成物に含まれうる材料を指すものである。また、本明細書中、「(メタ)アクリル」は、アクリル又はメタクリルを意味する。
本発明者らは、上記組成とすることにより、接着力および硬化前引張強度の高い異方導電性接着組成物が得られることを見出し、本発明に至った。したがって、本発明の異方導電性接着組成物を用いてフィルムを製造することにより、接着力および硬化前引張強度の高い異方導電性接着フィルムを提供することができる。
この理由(メカニズム)は、以下のように考えられる。すなわち、本発明における組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方を使用することにより、接着力が改善される。さらに、これら化合物の含量を上記所定の範囲(1質量%ないし25重量%)とすることにより硬化前の引張強度を高めることができる。しかしながら、本発明は上記メカニズムになんら限定されるものではない。
本発明の異方導電性接着組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤を必須に含むが、これら以外に、他の成分を含んでいてもよい。他の成分として、熱可塑性樹脂および導電性粒子をさらに含んでいると好ましい。
また、本発明の異方導電性接着組成物は、上記のテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはフルフリル系(メタ)アクリレート以外のラジカル重合性物質をさらに含んでいると好ましく、当該ラジカル重合性物質は、当業者に公知のものを制限なく使用することができる。
また、本発明の異方導電性接着組成物は、その他の異方導電性接着組成物に通常使用される成分、例えば、シランカップリング剤、無機粒子等のその他の添加剤をさらに含んでいてもよい。
以下、本発明に係る異方導電性接着組成物に含まれる各構成成分について詳しく説明する。
[熱可塑性樹脂]
本発明の異方導電性接着組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤とを必須に含むが、これら以外に、熱可塑性樹脂を含んでいると好ましい。このとき、異方導電性接着組成物は、当該組成物の全体固形重量を基準として、前記熱可塑性樹脂を50質量%ないし80質量%含んでいると好ましい。さらに、本発明の異方導電性接着組成物中、熱可塑性樹脂は、異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、45質量%ないし75質量%含まれているとより好ましく、55質量%ないし73質量%で含まれていると特に好ましい。なお、二種以上の熱可塑性樹脂を用いる場合は、その合計質量が上記範囲内であると好ましい。
熱可塑性樹脂は、異方導電性接着フィルムの形成に必要なマトリックスの役割を果たすバインダー部であり、通常の熱可塑性樹脂からなる群から選択される1種以上を含みうる。例えば、熱可塑性樹脂は、ポリウレタン系樹脂、アクリロニトリル系、アクリル系、ブタジエン系、ポリアミド系、オレフィン系およびシリコン系樹脂からなる群から選択される1種以上を含みうる。熱可塑性樹脂は、ポリウレタン系樹脂、アクリル系およびブタジエン系樹脂からなる群から選択される1種以上を含んでいると好ましい。これらの中でも、アクリレート変性ウレタン樹脂、アクリロニトリルブタジエン共重合体およびアクリル共重合体からなる群から選択される1種以上を含んでいると特に好ましい。
特に、本発明の異方導電性接着組成物は、熱可塑性樹脂成分として流れ性および接着力の面でアクリレート変性ウレタン樹脂を含んでいると好ましい。このとき、アクリレート変性ウレタン樹脂は、固形分基準で異方導電性フィルム組成物中、15重量%ないし55重量%で含まれていると好ましい。さらに、アクリレート変性ウレタン樹脂は、固形分基準で異方導電性フィルム組成物中、20重量%ないし50重量%含まれているとより好ましい。
アクリレート変性ウレタン樹脂は、互いに組成の異なる二種以上を用いてもよい。この場合、アクリレート変性ウレタン樹脂の合計質量が、固形分基準で異方導電性接着組成物中、15質量%ないし75質量%であると好ましく、20質量%ないし70質量%であるとより好ましく、25質量%ないし66質量%であるとさらに好ましく、30質量%ないし60質量%であると特に好ましい。
アクリレート変性ウレタン樹脂は、バインダー部として用いることができ、低いガラス転移温度を有することにより、流れ性が向上すると共に、分子鎖内のウレタン基によって高い接着力が発現される。特に、異方導電性接着組成物を異方導電性接着フィルムに用いた場合、硬化性能が向上し、接続工程の温度を下げることができる。
アクリレート変性ウレタン樹脂は、ジイソシアネート、ポリオール(ジオールを含む)およびアクリレート由来の成分を含むことができるが、これらに制限されるのではない。
ジイソシアネートは、芳香族、脂肪族、脂環族ジイソシアネート、これらの組合物等を使用でき、具体的に、ジイソシアネートはテトラメチレン−1,4−ジイソシアネート、ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,4−ジイソシアネート、メチレンビス(4−シクロヘキシルジイソシアネート)、イソホロンジイソシアネート、4−4メチレンビス(シクロヘキシルジイソシアネート)等を単独でまたは2種以上混合して使用できる。
ポリオールは、分子鎖内に2つ以上の水酸基を有するポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール等を使用することができる。ポリエステルポリオールは、ジカルボン酸化合物とジオール化合物の縮合反応によって収得されることが好ましい。ここで、ジカルボン酸化合物としては、コハク酸、グルタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバス酸、ドデカンジカルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、オルト−フタル酸、テトラクロロフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、テトラヒドロフタル酸等があり、ジオール化合物としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、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、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジブチレングリコール、2−メチル−1,3−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等がある。ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラエチレングリコール等がある。前記ポリエーテルポリオールの場合、ポリオールの重量平均分子量は400g/molないし10,000g/molであると好ましいが、特に重量平均分子量が400g/molないし3,000g/molであることが好ましい。ポリカーボネートポリオールは、ポリアルキレンカーボネートとシリコン由来のポリカーボネートポリオール等がある。
ジオールは、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、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、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジブチレングリコール、2−メチル−1,3−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等がある。
アクリレートは、ヒドロキシ(メタ)アクリレート、アミン(メタ)アクリレート等を用いることができる。これらは公知のものを使用することができ、ヒドロキシ(メタ)アクリレートとしては、たとえば、ヒドロキシメチル(メタ)アクリレート、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)アクリレート等が挙げられる。
前記のような3種類の成分を含んでなるアクリレート変性ウレタン樹脂は、アクリレートを除いた2種類の成分のうち、イソシアネート基(NCO)/ヒドロキシ基(OH)が1ないし3のモル比で、アクリレートを除いた2種類の成分のうちポリオールの含量が70体積%以下である。前記アクリレート変性ウレタン樹脂はポリオールとジイソシアネートを重合反応させる段階、及び前記重合反応により合成されたウレタンの末端官能基であるイソシアネート基のうち一方に対しヒドロキシ(メタ)アクリレートまたはアミン(メタ)アクリレートが0.1ないし2.1のモル比になるようにヒドロキシアクリレートまたはアミンアクリレートと重合反応させる段階を経て製造される。
さらに、残留イソシアネート基はアルコール類を使用して反応させて最終アクリレート変性ウレタン樹脂を製造することができる。このとき、前記重付加重合段階は、公知の重付加重合方法を用いることができる。前記段階で、反応温度は90℃、反応圧力は1気圧、時間は5時間、および触媒はスズ系触媒を使用して製造できるが、必ずしもこれに制限されるのではない。このとき、スズ系触媒としては従来公知のものを用いることができる。
アクリレート変性ウレタン樹脂が示す二つのガラス転移温度(Tg)の少なくとも一つが0℃以上になり得る。
つまり、アクリレート変性ウレタン樹脂は、ソフトセグメントであるポリオールとハードセグメントであるジイソシアネートの相混合(phase mixing)によって0℃以上の単一ガラス転移温度または少なくとも一つ以上の0℃以上のガラス転移温度を有し、常温でフィルム形成におけるバインダーとしての機能を示す。また、末端官能基に存在するアクリレート基に起因して硬化部のアクリルと共に硬化反応が進行し、硬化部としての役割も果たすことができる。その結果、本発明の異方導電性接着組成物は、優れた接着力と高い接続信頼性を示す。
アクリレート変性ウレタン樹脂の重量平均分子量は、20,000g/molないし100,000g/mol、好ましくは20,000g/molないし40,000g/molになり得る。なお、本明細書中、樹脂等の重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)を用いて測定したポリスチレン換算の値を採用するものとする。
[熱硬化性ラジカル重合性物質]
本発明の異方導電性接着組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはフルフリル系(メタ)アクリレートを必須に含む。これらを熱硬化性ラジカル重合性物質として使用することにより、異方導電性接着組成物の接着力を改善することができる。
前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたは前記フルフリル系(メタ)アクリレートは、前記異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、1質量%ないし25質量%含まれる。なお、二種以上のテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたは前記フルフリル系(メタ)アクリレートを含む場合には、これらの合計質量が1質量%ないし25質量%含まれる。上記含有質量は、2質量%ないし20質量%であるとより好ましく、2質量%ないし15質量%であるとさらに好ましく、2質量%ないし10質量%であると特に好ましい。なお、本発明の異方導電性接着組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートの両方を含んでいてもよく、この場合、これらの合計質量が、上記範囲となると好ましい。
本明細書中、「テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレート」とは、テトラヒドロフルフリルアルコールに由来する部分と、(メタ)アクリレートに由来する部分とを、それぞれ一以上含む化合物を指す。また、「フルフリル系(メタ)アクリレート」とは、フルフリルアルコールに由来する部分と、(メタ)アクリレートに由来する部分とを、それぞれ一以上含む化合物を指す。
テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはフルフリル系(メタ)アクリレートの含有量(両方を含む場合はその合計量)が1質量%未満の場合は接着力の改善効果が不十分になることがあり、また、25質量%を超える場合は、異方導電性接着組成物をフィルムの製造に用いた際に、フィルムの形成性に問題が生じ得る。
接着性向上の観点から、熱硬化性ラジカル重合性物質としては、上記化合物の中でも、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートが好ましく、さらに、テトラヒドロフルフリル系メタクリレートが好ましい。
前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたは前記フルフリル系(メタ)アクリレートは、それぞれ、アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはアルコキシ化されたフルフリル系(メタ)アクリレートであると好ましい。このように、アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはアルコキシ化されたフルフリル系(メタ)アクリレートを用いることにより、異方導電性接着組成物の接着性を良好にすることができる。
なお、本明細書中、「アルコキシ化された」とは、テトラヒドロフルフリルアルコールまたはフルフリルアルコールに由来する部分と、(メタ)アクリレートに由来する部分との間に、置換されたまたは非置換の炭素原子数1〜30のオキシアルキレン基(−OR−:Rは置換されたまたは非置換の炭素原子数1〜30のアルキレン基または置換されたまたは非置換の炭素原子数2〜30のシクロアルキレン基)が一以上含まれていることを示す。なお、「置換された」とは、少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子、ヒドロキシ基、炭素原子数1〜30のアルキル基、炭素原子数2〜30のアルケニル基、炭素原子数2〜30のアルキニル基、炭素原子数1〜30のアルコキシ基、炭素原子数3〜30のシクロアルキル基、炭素原子数3〜30のシクロアルケニル基、炭素原子数3〜30のシクロアルキニル基、炭素原子数6〜30のアリール基、炭素原子数6〜30のアリールオキシ基、アミン基(−NR’R’’、ここで、R’およびR’’は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜20のアルキル基または炭素原子数6〜30のアリール基である)、エステル基(−COOR’’’、ここで、R’’’は、炭素原子数1〜20のアルキル基または炭素原子数6〜30のアリール基である)、カルボキシル基(−COOH)、ニトロ基(−NO)またはシアノ基(−CN)で置換されたことを意味する。
このとき、テトラヒドロフルフリルアルコールまたはフルフリルアルコールに由来する部分と、(メタ)アクリレートに由来する部分の間を架橋する、置換されたまたは非置換の炭素原子数1〜30のオキシアルキレン基は、炭素原子数1〜10であると好ましく、1〜5であるとより好ましい。
すなわち、アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはアルコキシ化されたフルフリル系(メタ)アクリレートは、それぞれ、炭素原子数1〜10のオキシアルキレン基によって、テトラヒドロフルフリルアルコールまたはフルフリルアルコールに由来する部分と、(メタ)アクリレートに由来する部分とが架橋されていると好ましく、上記オキシアルキレン基は、炭素原子数1〜5のオキシアルキレン基であるとより好ましい。
また、含まれるオキシアルキレン基の数は、1〜20であると好ましく、1〜10であるとより好ましい。
接着性向上の観点から、熱硬化性ラジカル重合性物質としては、上記化合物の中でも、アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートが好ましく、さらに、アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系アクリレートが好ましい。
前記アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系アクリレートは、下記化学式1の構造を有するものであると好ましいが、これに限定されるものではない。
(前記化学式中、nは1ないし10の整数であり、好ましくは1ないし5の整数である。)
上記化学式1で表される化合物を用いることにより、異方導電性接着組成物の接着性をさらに向上させることができる。
[その他の熱硬化性ラジカル重合性物質]
本発明の異方導電性接着組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤とを必須に含むが、これら以外に、その他の熱硬化性ラジカル重合性物質をさらに含んでいると好ましい。ラジカル重合性物質は特に制限されるものではなく、ラジカル重合による重合が可能な化合物であれば如何なるものでも可能であるが、たとえば、エポキシ基変性アクリル系モノマー又はポリマー、またはリン含有アクリル系モノマーが好ましく用いられる。
ラジカル重合性物質には、これら以外に(メタ)アクリレート(ただし、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートを除く)、マレイミド化合物等があり、モノマー、又はオリゴマーのどちらかの状態で用いるか、モノマーとオリゴマーを併用することもできる。(メタ)アクリレートの具体的な例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(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、ジエチレングリコールジ(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、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−1,3−ジ(メタ)アクリロキシプロパン、2,2−ビス〔4−((メタ)アクリロキシポリメトキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス〔4−((メタ)アクリロキシポリエトキシ)フェニル〕プロパン、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、トリス((メタ)アクリロイルオキシエチル)イソシアノレート等がある。これらは単独または組み合わせて用いてもよい。
マレイミド化合物としては、分子中にマレイミド基を少なくとも2つ以上含有する、たとえば、1−メチル−2,4−ビスマレイミドベンゼン、N,N’−m−フェニレンビスマレイミド、N,N’−p−フェニレンビスマレイミド、N,N’−m−トイレンビスマレイミド、N,N’−4,4−ビフェニレンビスマレイミド、N,N’−4,4−(3,3’−ジメチルビフェニレン)ビスマレイミド、N,N’−4,4−(3,3’−ジメチルジフェニルメタン)ビスマレイミド、N,N’−4,4−(3,3’−ジエチルジフェニルメタン)ビスマレイミド、N,N’−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N,N’−4,4−ジフェニルプロパンビスマレイミド、N,N’−4,4−ジフェニルエーテルビスマレイミド、N,N’−3,3’−ジフェニルスルホンビスマレイミド、2,2−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、2,2−ビス(3−s−ブチル−4−8(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)プロパン、1,1−ビス(4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル)デカン、4,4’−シクロヘキシリデンビス(1−(4マレイミドフェノキシ)−2−シクロヘキシルベンゼン、2,2−ビス(4−(4マレイミドフェノキシ)フェニル)ヘキサフルオロプロパン等がある。これらは単独で、または組み合わせて用いてもよい。
前記ラジカル重合性物質(ただし、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートを除く)は、異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、1質量%ないし20質量%、好ましくは5質量%ないし15質量%含まれていると好ましい。なお、二種以上のラジカル重合性物質を用いる場合は、これらの合計質量が上記範囲となると好ましい。
[熱硬化性重合開始剤]
本発明の異方導電性接着組成物は、熱硬化性重合開始剤を必須に含むが、このとき、当該組成物の全体固形重量を基準として、前記熱硬化性重合開始剤を0.5質量%ないし5質量%含んでいると好ましい。さらに、本発明の異方導電性接着組成物中、熱硬化性重合開始剤は、異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、1質量%ないし4質量%含まれているとより好ましい。二種以上の熱硬化性重合開始剤を用いる場合は、これらの合計質量が上記範囲となると好ましい。
熱硬化性重合開始剤は、本発明の異方導電性接着組成物に含まれる成分であって、当該組成物が加熱された際に、同じく組成物中に含まれるラジカル重合性物質を重合するためのラジカルを発生させる。
本発明で使用できる熱硬化性重合開始剤には特別な制限がなく、公知のものを用いることができるが、パーオキサイド系やアゾ系等の重合開始剤が好ましく用いられる。
パーオキサイド系重合開始剤は、たとえば、ラウリルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド等を使用できるが、これらに制限されるものではない。
アゾ系開始剤としては、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオネート)等を使用できるが、これらに制限されるものではない。
[導電性粒子]
本発明の異方導電性接着組成物は、テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤を必須に含むが、これら以外に、導電性粒子を含んでいると好ましい。このとき、異方導電性接着組成物は、当該組成物の全体固形重量を基準として、導電性粒子を1質量%ないし10質量%含んでいると好ましい。かような質量比とすることにより、ショート等を防止し、良好な電気的特性が得られると共に、安定的な電気的特性の発現が可能である。さらに、導電性粒子は、異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、1質量%ないし5質量%含まれているとより好ましい。二種以上の導電性粒子を用いる場合は、これらの合計質量が上記範囲内となると好ましい。
導電性粒子は、本発明の異方導電性接着組成物に含まれる成分であって、導電性能を付与するためのフィラーとして使用される。
本発明で使用できる導電性粒子には特別な制限がなく、公知のものを用いることができるが、導電性粒子としては、たとえば、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pb)、ハンダ等を含む金属粒子;炭素;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリビニルアルコール等を含む樹脂およびその変性樹脂を粒子にして、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pb)、ハンダ等を含む金属をコーティングしたもの;その上に絶縁粒子を追加してコーティングした絶縁化処理された導電性粒子等の1種以上を使用することができる。
導電性粒子の大きさは特に制限されないが、異方導電性接着組成物中に含まれるポリウレタンビーズの直径より大きい方が好ましい。かような構成とすることにより、安定的に良好な電気的特性を得ることができ、且つ、接続信頼性を向上させることができる。
導電性粒子の直径は、特に制限されないが、1μmないし20μmであると好ましく、1μmないし5μmであるとより好ましい。なお、本明細書中、直径を示す値は、SEM(走査型電子顕微鏡)で100個のサンプルを測定した平均直径を示すものとする。
[その他の添加剤]
本発明の異方導電性接着組成物は、基本物性を阻害しないと同時に付加的な物性を付与するために、補強剤、重合防止剤、酸化防止剤、熱安定剤等の添加剤をさらに含んでいてもよい。これらは単独で使用されてもまたは2種以上が混合されて使用されてもよい。添加剤の含有量は特に制限されないが、異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、0.01質量%ないし10質量%含まれていると好ましい。二種以上の添加剤を用いる場合は、これらの合計質量が上記範囲内となると好ましい。
補強剤は、公知のものを用いることができ、たとえば、沈殿シリカ、ヒュームド(Fumed)シリカ、焼成シリカ等が挙げられる。これらのシリカ微粉末は、そのまま使用してもよいが、組成物により良好な流動性を付与できることから、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン;メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、ビニルトリス(メトキシエトキシ)シラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジビニルジメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤;ポリメチルシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサン等の有機ケイ素化合物等で表面疎水化処理することにより、疎水性シリカ微粉末として使用してもよい。
重合防止剤は、公知のものを用いることができ、たとえば、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、p−ベンゾキノン、フェノチアジン及びこれらの混合物からなる群から選択できる。
酸化防止剤は、フェノリック系またはヒドロキシシンナマート系物質等を使用できる。たとえば、テトラキス−(メチレン−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシシンナマート)メタン、3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシベンゼンプロパン酸チオールジ−2,1−エタンジイルエステル等を使用できる。
<異方導電性接着フィルム>
本発明は、本発明に係る異方導電性接着組成物を含む、異方導電性接着フィルムもまた提供する。
具体的には、本発明の第二は、上記異方導電性接着組成物を含む異方導電性接着フィルムであって、下記式1で計算される接着力の減少率が0を超えて25%以下である、異方導電性接着フィルムである。
(前記式1中、Aは、80℃、1MPaで1秒間仮圧着した後、180℃、3MPaで5秒間本圧着した後の接着力(gf/cm)であり、Bは、前記仮圧着および本圧着した後、85℃、相対湿度85%で500時間の信頼性評価条件後の接着力(gf/cm)である。)
前記接着率の減少率は、好ましくは0を超えて20%以下、より好ましくは0を超えて15%以下、特に好ましくは5%以上14%以下になり得る。
本発明の異方導電性接着フィルムはまた、80℃、1MPaで1秒間仮圧着した後、180℃、3MPaで5秒間本圧着した後の接着力(すなわち、初期接着力)が、好ましくは800gf/cm以上、より好ましくは900gf/cm以上、さらに好ましくは1000gf/cm以上、特に好ましくは1100gf/cm以上となりうる。また、本発明の異方導電性接着フィルムは、初期接着力が、好ましくは、1500gf/cm以下となりうる。さらに、本発明の異方導電性接着フィルムは、初期接着力が800N/25mm以上、好ましくは900N/25mm以上、より好ましくは950N/25mm以上となりうる。また、本発明の異方導電性接着フィルムは、初期接着力が、好ましくは、1200N/25mm以下となりうる。
本発明の異方導電性接着フィルムは、85℃、相対湿度85%で500時間保持した後の接着力(すなわち、信頼性評価後の接着力)が、好ましくは600gf/cm以上、より好ましくは800gf/cm以上、さらに好ましくは900gf/cm以上、特に好ましくは1000gf/cm以上となりうる。また、本発明の異方導電性接着フィルムは、信頼性評価後の接着力が、好ましくは、1300gf/cm以下となりうる。
さらに、本発明の第三は、上記異方導電性接着組成物を含む異方導電性接着フィルムであって、硬化前の引張強度が5kgf/cm以上である、異方導電性接着フィルムである。
本発明に係る異方導電性接着フィルムは、硬化前の引張強度が5kgf/cm以上、より好ましくは10kgf/cm以上、さらに好ましくは15kgf/cm以上となりうる。異方導電性接着フィルムの硬化前引張強度はフィルム形成性と関連があり、引張強度が5kgf/cm未満のものはフィルム強度が低いため、リール(reel)安定性が悪くなる傾向がある。フィルムの硬化前の引張強度は、好ましくは5kgf/cm以上、50kgf/cm以下になり得る。
本発明の異方導電性接着フィルムは、上記異方導電性接着組成物で形成されると好ましい。異方導電性接着フィルムを形成するために特別な装置や設備を用いる必要はなく、異方導電性接着フィルムは、公知の方法によって形成される。たとえば、本発明の異方導電性接着組成物をトルエンのような有機溶媒に溶解させて溶液の形態とした後、導電性粒子が粉砕されない速度範囲内で一定時間攪拌し、これを離型フィルム上に一定の厚さで塗布した後、一定時間乾燥させてトルエン等の有機溶媒を揮発させることにより、異方導電性接着フィルムを得ることができる。
このとき、塗布により形成されるフィルムの厚み(塗布膜の厚み)は、特に限定されないが、たとえば10μmないし50μmの厚さであると好ましい。
前記有機溶媒としては、たとえば、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ベンゼン、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアルデヒド、シクロヘキサノンからなる群より選択される少なくとも一種を用いることができるが、これに限定されることはない。
また、上記溶液を塗布する方法は特に限定されず、たとえば、スピンコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、フローコーティング、スクリーン印刷などの公知の方法を用いることができる。
さらに、上記塗布膜の乾燥方法も限定されず、たとえば、自然乾燥、真空乾燥、ドライヤーまたはオーブンによる乾燥など、公知の方法を用いることができる。乾燥時間は、使用する方法に応じて適宜選択すればよく、特に制限はないが、20〜100℃で1〜30分で十分である。
<半導体装置>
本発明は、上記異方導電性接着組成物または異方導電性接着フィルムによって接続された半導体装置もまた提供する。すなわち、本発明の第四は、上記異方導電性接着組成物または異方導電性接着フィルムによって接続されてなる、半導体装置である。
前記半導体装置は、第1電極を含有する第1被接続部材;第2電極を含有する第2被接続部材;前記第1被接続部材と前記第2被接続部材間に位置し、前記第1電極および前記第2電極を接続させる、本発明の異方導電性接着組成物または異方導電性接着フィルムを含む。
なお、本明細書中、「異方導電性接着組成物」の用語は、「異方導電性フィルム用組成物」または「異方導電性接着フィルム用組成物」と互換的に使用できる。
また、本明細書中、「異方導電性フィルム」の用語は、「異方導電性接着フィルム」と互換的に使用できる。
なお、本発明の異方導電性接着組成物は、上記の通り、異方導電性接着フィルムおよび半導体装置に好適に用いられるが、これらに限定されない。たとえば、異方導電性接着シート、異方導電性接着塗料、異方導電性接着剤、異方導電性粘着剤等に好適に用いることができるが、これらに限定されるものではなく、本発明の異方導電性接着組成物の特性を発揮しうるものであれば、如何なるものにも使用可能である。
以下、本発明の好ましい実施例を通じて本発明の構成および作用をより詳しく説明する。但し、これは本発明の好ましい例示として提示するものであり、如何なる意味でもこれによって本発明が制限されると解釈してはならない。
ここに記載していない内容は、本技術分野の当業者であれば十分に技術的に理解し評価できるものであるため、その説明は省略する。また、以下において、特記しない限り、各操作は室温(25℃)で行われるものとする。
[各構成成分の調製]
(製造例1:ブタジエン樹脂)
25体積%でトルエン/メチルエチルケトンに溶解されたアクリロニトリルブタジエン共重合体(Zeon Chemicals社製,1072CGX)を準備した。
(製造例2:ウレタン樹脂1)
50体積%でメチルエチルケトンを溶剤として使用して、ポリオール含量60重量%、脂肪族ジイソシアネート39重量%、ヒドロキシメタクリレート1重量%を用いて合成した。まず、ポリオールと脂肪族ジイソシアネートを反応させて脂肪族イソシアネートを末端に有するプレポリマーを合成した。次に、合成されたプレポリマーとヒドロキシメタクリレートを反応させてポリウレタンアクリレート樹脂(ウレタン樹脂1)を製造した。この際、ヒドロキシメタクリレート/プレポリマーの末端の脂肪族イソシアネート(イソシアネート基)比=0.5として温度90℃、圧力1気圧、反応時間5時間の条件下で、ジブチルチンジラウリレート(ジラウリン酸ジブチルスズ)を触媒として使用して重合反応させた。
(製造例3:ウレタン樹脂2)
50体積%でメチルエチルケトンを溶剤として使用して、ポリオール含量60重量%、脂肪族ジイソシアネート39重量%、ヒドロキシメタクリレート1重量%を用いて合成した。まず、ポリオールと脂肪族ジイソシアネートを反応させて脂肪族イソシアネートを末端に有するプレポリマーを合成した。次に、合成されたプレポリマーとヒドロキシメタクリレートを反応させてポリウレタンアクリレート樹脂(ウレタン樹脂2)を製造した。この際、ヒドロキシメタクリレート/プレポリマーの末端の脂肪族イソシアネート(イソシアネート基)比=1として温度90℃、圧力1気圧、反応時間5時間の条件下で、ジブチルチンジラウリレート(ジラウリン酸ジブチルスズ)を触媒として使用して重合反応させた。
(製造例4:ラジカル重合性物質1)
エポキシアクリレートポリマー(昭和高分子社製,SP1509)を準備した。
(製造例5:ラジカル重合性物質2)
テトラヒドロフルフリルメタクリレート(ミウォン商事社製,M151)を準備した。
(製造例6:ラジカル重合性物質3)
アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリルアクリレート(Sartomer社製,CD611)を準備した。
(製造例7:重合開始剤)
ベンゾイルパーオキサイド(Hansol Chemience co.、Ltd.社製、Perox−B75)を準備した。
(製造例8:導電性粒子)
直径5μmの大きさの導電性粒子(Inco社製、T255)を準備した。
(製造例9:シリカ)
Fumedシリカ(Degussa社製、R812)を準備した。
[異方導電性接着組成物および異方導電性接着フィルムの製造]
(実施例1)
それぞれが下記表1に記載の割合(ただし、表1中の記載は固形分の組成比であり、異方導電性接着組成物の全体の固形重量を基準としたときの質量%を示す)となるように、ブタジエン樹脂、ウレタン樹脂1および2、ラジカル重合性物質1および2、熱硬化性(ラジカル)重合開始剤、導電性粒子ならびにシリカを、有機溶媒であるトルエンに配合し、自転公転式ミキサーを使用して溶解、分散させて、異方導電性接着組成物(異方導電性接着組成物のトルエン溶液)を得た。なお、ここで用いた各成分(ブタジエン樹脂、ウレタン樹脂、ラジカル重合性物質、熱硬化性重合開始剤、導電性粒子およびシリカ)は、上記の製造例によって得られたものをそれぞれ使用した。
その後、上記の方法で得られた異方導電性接着組成物を剥離処理されたPETフィルム上にコーティングした。続いて、当該PETフィルムを60℃に加熱した熱風循環式オーブンで5分間、溶剤を乾燥させて実施例1の異方導電性接着フィルムを製造した。
(実施例2〜5)
前記実施例1において異方導電性接着組成物の構成を下記表1のように変更したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で異方導電性接着組成物を製造した。さらに、得られた異方導電性接着組成物を用いて、実施例1と同様の方法で異方導電性接着フィルムを製造した。
(比較例1〜2)
前記実施例1において異方導電性接着組成物の構成を下記表1のように変更したことを除いては、前記実施例1と同様の方法を用いて異方導電性接着組成物を製造した。さらに、得られた異方導電性接着組成物を用いて、実施例1と同様の方法で異方導電性接着フィルムを製造した。
前記実施例および比較例で使用された各成分の含量(単位:質量%)および仕様は次の表1の通りである。
[評価:接着力、接続抵抗および硬化前引張強度の測定]
前記実施例と比較例で製造した異方導電性接着フィルムの接着力、接続抵抗および硬化前引張強度を下記の通り測定し、その結果を表2に示した。
(1)接着力
前記実施例および比較例で製造された異方導電性接着フィルムの接着力を評価するために、ピッチ200μmのPCB(製造元:BH Flex,端子幅100μm、端子間距離100μm)とCOF(端子幅100μm、端子間距離100μm)を使用した。異方導電性接着フィルムをPCB回路端子に70℃、1MPaで1秒間仮圧着した後、離型フィルムを除去し、次いでCOFの回路端子を対置させ、180℃、3MPaで5秒間本圧着した。このように製造された試片について、下記の方法を用いて接着力(gf/cm)を測定し、これを初期接着力とした。
また、信頼性評価のために85℃、相対湿度85%で維持される高温高湿チャンバ内に前記試片(回路接続物)を500時間保管した後、下記の方法(すなわち、初期接着力の評価と同様の方法)で接着力(gf/cm)を測定し、これを信頼性評価後の接着力とした。
接着力は、UTM(Universal Testing Machine)を用いて測定した。UTM装備は、Hounsfield社のH5KTモデルを使用した。具体的な試験方法は下記の通りである。
1)5Nロードセルに装着した後、
2)ロードセルに装着が完了したらグリップを設置して測定準備を完了させ、
3)サンプル(試片)をグリップに噛ませた後、引張試験速度50mm/min条件で測定した。
(2)接続抵抗
前記実施例および比較例で製造された異方導電性接着フィルムの回路接続性能を評価するために、前記接着力評価時と同様の条件で仮圧着、本圧着および信頼性評価を行った。
仮圧着および本圧着後に測定された接続抵抗を初期接続抵抗とし、信頼性評価条件後に測定された接続抵抗を信頼性評価後の接続抵抗として、その結果を表2に示した。
接続抵抗測定は、2点プローブ法で、これは抵抗測定機器を用いることができ、機器に連結されている2つのプローブを用いて2点間での抵抗を測定した。抵抗測定機器は1mAを印加し、このとき測定される電圧で抵抗を計算して表2中に示した。
(3)硬化前引張強度
前記実施例および比較例で製造された異方導電性接着フィルムの硬化前の引張強度について評価した。測定は、25℃で、引張試験はUTM(Universal Testing Machine)を用いて測定行った。UTM装備はモデルを使用した。具体的な試験方法は下記の通りである。
1)5Nロードセルに装着した後、
2)ロードセルに装着が完了したらグリップを設置して測定準備を完了させ、
3)サンプル(試片)をグリップに噛ませた後、引張試験速度50mm/min条件で測定した。
前記表2の結果から確認できるように、本発明に係る異方導電性接着組成物および異方導電性接着フィルムは比較例に比べてテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートを1質量%ないし25質量%で含むことにより、初期接着力が高いだけでなく、信頼性評価後の接着力の減少率および接続抵抗増加率が低く、長期接続信頼性に優れる。また、硬化前の引張強度が5kgf/cm以上であり、フィルム形成性が良好である。

Claims (10)

  1. テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方と、熱硬化性の重合開始剤と、導電性粒子と、を含む異方導電性接着組成物であって、
    前記異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートおよびフルフリル系(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方を1質量%ないし25質量%含み、前記導電性粒子を1質量%ないし10質量%含む、異方導電性接着組成物。
  2. 前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたは前記フルフリル系(メタ)アクリレートが、アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたはアルコキシ化されたフルフリル系(メタ)アクリレートである、請求項1に記載の異方導電性接着組成物。
  3. 前記アルコキシ化されたテトラヒドロフルフリル系アクリレートが下記化学式1の構造を有する、請求項2に記載の異方導電性接着組成物。
    (前記化学式1中、nは1ないし10の整数である。)
  4. 熱可塑性樹脂をさらに含む、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の異方導電性接着組成物。
  5. 前記テトラヒドロフルフリル系(メタ)アクリレートまたは前記フルフリル系(メタ)アクリレート以外のラジカル重合性物質をさらに含む、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の異方導電性接着組成物。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の異方導電性接着組成物を含む異方導電性接着フィルムであって、
    下記式1で計算されるフィルムの接着力の減少率が0を超えて25%以下である、異方導電性接着フィルム。
    (前記式1中、Aは、80℃、1MPaで1秒間仮圧着した後、180℃、3MPaで5秒間本圧着した後の接着力(gf/cm)であり、Bは、前記仮圧着および本圧着した後、85℃、相対湿度85%で500時間の信頼性評価条件後の接着力(gf/cm)である。)
  7. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の異方導電性接着組成物を含む異方導電性接着フィルムであって、
    硬化前の引張強度が5kgf/cm以上である、異方導電性接着フィルム。
  8. 前記異方導電性接着組成物は、前記異方導電性接着組成物の全体固形重量を基準として、50質量%ないし80質量%の熱可塑性樹脂をさらに含む、請求項6または7に記載の異方導電性接着フィルム。
  9. 下記式1で計算されるフィルムの接着力の減少率が0を超えて25%以下である、請求項7に記載の異方導電性接着フィルム。
    (前記式1中、Aは、80℃、1MPaで1秒間仮圧着した後、180℃、3MPaで5秒間本圧着した後の接着力(gf/cm)であり、Bは、前記仮圧着および本圧着した後、85℃、相対湿度85%で500時間の信頼性評価条件後の接着力(gf/cm)である。)
  10. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の異方導電性接着組成物、または請求項6ないし9のいずれか1項に記載の異方導電性接着フィルムによって接続されてなる、半導体装置。
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