JP6770509B2 - 樹脂組成物、導電性樹脂組成物、接着剤、導電性接着剤、電極形成用ペースト、半導体装置 - Google Patents
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Description
[1](A)分子中にOH基と、一級〜三級いずれかのアミンとを有する化合物、(B)ジシアンジアミド及び/またはイミダゾール類、(C)ビスマレイミド類、(D)分子中に一つ以上のエポキシ基を有する化合物、又はシアネートエステルを含む樹脂組成物。
[2](C)及び/または(D)がダイマー酸骨格を有する化合物である上記[1]記載の樹脂組成物。
[3](A)がベンゾオキサジン骨格を有する化合物である上記[1]または[2]記載の樹脂組成物。
[4]上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の樹脂組成物と、導電性フィラ―とを有することを特徴とする導電性樹脂組成物。
[5]上記[1]〜[3]記載の樹脂組成物を用いたことを特徴とする接着剤。
[6]上記[4]記載の導電性樹脂組成物を用いたことを特徴とする導電性接着剤。
[7]上記[4]記載の導電性樹脂組成物を用いたことを特徴とする電極形成用ペースト。
[8]上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の樹脂組成物の硬化物、上記[4]記載の導電性樹脂組成物の硬化物、上記[5]に記載の接着剤の硬化物、上記[6]に記載の導電性接着剤の硬化物、または上記[7]に記載の電極形成用ペーストの硬化物を用いたことを特徴とする半導体装置。
分子中にOH基と、一級〜三級いずれかのアミンとを有する化合物は、たとえば、ベンゾオキサジン骨格を有する化合物、アミノフェノール類等である。長期の耐熱性の観点からは、高耐熱性樹脂であるベンゾオキサジンのように、ベンゾオキサジン骨格を有する化合物が好ましい。なお、本発明における「分子中にOH基を有する」とは、フェノール類のように分子中にOH基そのものを有する場合だけでなく、ベンゾオキサジンのように開環によって分子中にOH基を有する場合も含む。
ジシアンジアミド(Dicyandiamide、「DICY」)は、H2N−CNH−NH−CNで表されるアミド化合物である。ジシアンジアミドは、本発明の樹脂組成物を合成する際に、ビスマレイミド類に対しては硬化剤として機能する。また、分子中にOH基と一級〜三級いずれかのアミンとを有する化合物と、ビスマレイミド類との反応においては触媒として機能する。ジシアンジアミドは工業用として広く用いられる化合物であり、接着性、耐熱性等に優れている。
イミダゾール類(Imidazole、「IMZ」)は、5員環の1、3位に窒素原子を含む複素環式化合物である。イミダゾール類は、本発明の樹脂組成物を合成する際に、ビスマレイミド類に対しては硬化剤として機能する。また、分子中にOH基と一級〜三級いずれかのアミンとを有する化合物と、ビスマレイミド類との反応においては触媒として機能する。イミダゾール類は、たとえば、2−メチルイミダゾール、2−ウンデシルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニル−4メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾールイル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、または2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加生成物脱水和物等である。
ビスマレイミド類は、たとえば、N,N’−(4,4’−ジフェニルメタン)ビスマレイミド、ビスフェノール A ジフェニルエーテルビスマレイミド、3,3'−ジメチル−5,5'−ジエチル−4,4'−ジフェニルメタンビスマレイミド、4−メチル−1,3−フェニレンビスマレイミド、1,6’−ビスマレイミド−(2,2,4−トリメチル)ヘキサン、ビス−(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン、m−フェニレンビスマレイミド(N,N’−1,3−フェニレンビスマレイミド)、1,6−ビスマレイミドヘキサン、1,2−ビスマレイミドエタン(N,N'−エチレンジマェイミド)、N,N'−(1,2−フェニレン)ビスマレイミド、N,N'−1,4−フェニレンジマレイミド、N,N'−(スルホニルジ−p−フェニレン)ジマレイミド、N,N'−[3,3'−(1,3−フェニレンジオキシ)ジフェニル]ビスマレイミド等である。
分子中に一つ以上のエポキシ基を有する化合物としてはエポキシ樹脂がある。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、エーテル系又はポリエーテル系エポキシ樹脂、オキシラン環含有ポリブタジエン、シリコーンエポキシコポリマー樹脂等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、(A)分子中にOH基と、一級〜三級いずれかのアミンとを有する化合物(以下、「(A)成分」という場合がある)、(B)ジシアンジアミド及び/またはイミダゾール類(以下、「(B)成分」という場合がある)、(C)ビスマレイミド類(以下、「(C)成分」という場合がある)、(D)分子中に一つ以上のエポキシ基を有する化合物、又はシアネートエステル(以下、「(D)成分」という場合がある)を混合することにより製造できる。樹脂組成物の製造方法は、上述の各成分が均一に混合した組成物を得ることができる方法であれば、特に限定されない。
導電性を持たせるため、樹脂組成物に導電性フィラ―などの導電性材料を添加してもよい。導電性フィラーとしては、Agフィラー、AgSnフィラー、これらの合金フィラーが挙げられる。導電性の観点から、導電性材料は、19〜65体積%(比重が10程度の、Agフィラー等では70〜95重量%に相当)であることが好ましく、23〜48体積%(比重が10程度の、Agフィラー等では75〜90重量%に相当)であることがさらに好ましい。導電性を有する樹脂組成物(導電性樹脂組成物)は、回路基板や電気回路等、電気的接続が要求される場合に使用される。また、熱伝導性を持たせるため、樹脂組成物にAgやアルミナといった熱伝導性材料を添加してもよい。熱伝導性を有する樹脂組成物は、チップや基板からの熱を逃がすことが要求される場合に使用される。樹脂組成物の常温弾性率(引張弾性率)は4GPa未満であることが好ましく、より好ましくは2GPa未満であるが、導電性材料や熱伝導性材料を多量に添加すると、常温弾性率が5GPa以上となることもある。ただし、そのような場合であっても、常温弾性率は8GPa未満であることが好ましい。さらに、樹脂組成物には、充填材としてシリカフィラーやシリコーンパウダーを添加してもよい。シリコーンパウダーのような充填材を添加することで、低弾性化につながる。また、シランカップリング剤等、本発明の効果を損なわない範囲で必要に応じて添加剤等を含有してもよい。
本発明に係る樹脂組成物は接着剤として用いることができる。接着剤は、電子部品の回路への接着用途や、半導体素子と他の半導体素子、及び/又は、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材とを接着するダイアタッチ剤として使用される。接着剤は、導電性接着剤であれば、はんだの代替として用いることができる。この導電性接着剤は、樹脂組成物を含むため、はんだより低弾性であり、応力緩和の観点から非常に有用である。また、半導体装置は、半導体素子と他の半導体素子、及び/又は、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材が接着された構造を有している。本発明に係る樹脂組成物の硬化物または接着剤の硬化物を含む半導体装置は、200℃といった高温下での信頼性に優れる。
以下の実施例1〜4及び比較例1〜6で得られた樹脂組成物について、硬化特性、長期耐熱性、接着強度(常温及び200℃)、常温弾性率を求めた。4元系とは、(A)成分〜(D)成分全てを含む系(本発明に係る系)である。3元系とは、(A)成分〜(D)成分のうち、いずれか3つの成分を含む系である。
・「EH−3636AS」(DICY100%) 株式会社ADEKA製
・「EH−3842」(DICY64%、促進剤36%) 株式会社ADEKA製
・「2PHZ−PW」(2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール) 四国化成工業株式会社製
・「2P4MHZ−PW」(2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール) 四国化成工業株式会社製
・「BMI」(固形。4,4´−ジフェニルメタンビスマレイミド) ケイ・アイ化成株式会社製
・「BMI−1500」(液状。ダイマー酸変性) Designer molecules社製
・「EXA−835LV」(BisA−BisF混合エポキシ) DIC株式会社製
・「jER871」(ダイマー酸変性エポキシ) 三菱化学株式会社製
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物aを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「2PHZ−PW」0.1部、「BMI」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物bを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「2PHZ−PW」0.1部、「BMI−1500」1.5部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物cを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「2P4MHZ−PW」0.1部、「BMI−1500」1.5部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物dを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物αを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物βを作製した。
「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物γを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「2PHZ−PW」0.1部、「BMI」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物δを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「2PHZ−PW」0.1部、「BMI−1500」1.5部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物εを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「2P4MHZ−PW」0.1部、「BMI−1500」1.5部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物ζを作製した。
硬化特性の測定は、以下のように行った。まず、樹脂組成物を硬化(硬化条件:温度200℃、30分)させて板状の硬化膜を作製した。そして、各硬化膜に対して、NETZSCH社製装置「DSC204 F1」を用いて、示差走査熱量測定(Differential scanning calorimetry:DSC)を行った。測定条件は、25℃〜350℃、昇温速度10℃/minである。
長期耐熱性の算出は、以下のように行った。まず、硬化特性の測定と同様に、樹脂組成物を硬化させて板状の硬化膜を作製し、重量を測定した。次に、その硬化膜を200℃設定のオーブン(ヤマト科学社製装置「DF411」)内で100時間放置し、放置後の硬化膜の重量を測定した。そして、放置前の硬化膜の重量及び放置後の硬化膜の重量に基づいて重量損失を算出した。
1.5mm角×25個の開口部を持つ#200メッシュスクリーンマスクを使用して20mm角のアルミナ基板上に樹脂組成物を塗布し、25個の印刷パターンのうち10箇所に10枚の3.2mm×1.6mmサイズのアルミナチップを搭載させた試験片を作製し、硬化条件「温度200℃、30分」にて硬化させた。この試験片を、強度試験機(アイコーエンジニアリング株式会社製 型番:Model 1605HTP)を用いてせん断強度を測定することにより、常温での接着強度を求めた。
テフロン(登録商標)シート上に膜厚が約150μmになるように、樹脂組成物を塗布し、200℃×30分でシート状に硬化させた。40mm×10mmの短冊状に切り出し、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製のDMS6100を用いて、室温での引張弾性率を求めた。引張弾性率は、4GPa未満が好ましく、より好ましくは2GPa未満である。
以下の実施例5〜18及び比較例7〜12で得られた樹脂組成物について、硬化特性、長期耐熱性、接着強度(常温及び200℃)、常温弾性率を求めた。
・「H−4」(フェノール樹脂。Tg(ガラス転移点)123℃) 明和化成株式会社製
・「MEH−7500」(フェノール樹脂。Tg170℃) 明和化成株式会社製
・「MEH−8005」(フェノール樹脂。Tg105℃) 明和化成株式会社製
「H−4」及び「MEH−7500」は、ブチルカルビトール(BC)で希釈し、50%溶液としたものを用いた。「MEH−8005」は、そのまま用いた。
・「BMI−1700」(液状。ダイマー酸変性) Designer molecules社製
・「BMI−3000」(固形。ダイマー酸変性) Designer molecules社製
・Agフィラ― リン片状、タップ密度4.0g/cc、比表面積0.6m2/g
・シランカップリング剤(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン) KBM−403 信越化学工業株式会社製
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物eを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」0.5部、「jER871」0.5部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物fを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物gを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3842」0.1部、「BMI−1500」2部、「jER871」1.5部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物hを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−3000」1部、「jER871」1.5部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物iを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部、「Agフィラ―」9部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物jを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3842」0.1部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物kを作製した。
「P−d型ベンゾオキサジン」50%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物lを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1700」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物mを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部、「シランカップリング剤」0.05部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物nを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.45部、「BMI−1500」2部、「jER871」0.75部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物oを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を3部(固形分:2部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」2部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物pを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.2部、「2PHZ−PW」0.1部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物qを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「Lecy」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物rを作製した。
「H−4」50%溶液を2.66部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物ηを作製した。
「MEH−7500」50%溶液を2.66部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物θを作製した。
「MEH−8005」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物ιを作製した。
「H−4」50%溶液を2部(固形分:1部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物κを作製した。
「MEH−7500」50%溶液を2部(固形分:1部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物λを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「DDH」1部、「BMI−1500」1部、「EXA−835LV」1部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物μを作製した。
以下の実施例19〜21で得られた樹脂組成物について、導電性及び印刷性を求めた。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部、「Agフィラ―」17部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物sを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI−1500」1部、「jER871」1部、「Agフィラ―」20部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物tを作製した。
「F−a型ベンゾオキサジン」66%溶液を2部(固形分:1.33部)、「EH−3636AS」0.3部、「BMI」1部、「jER871」1部、「Agフィラ―」17部を容器に入れ、手攪拌した後、三本ロールミルで分散し、樹脂組成物uを作製した。
樹脂組成物をスクリーンマスク(乳剤厚20μm、♯200メッシュ、パターン寸法1mm×71mm)上に広げ、アルミナ基板上にスクリーン印刷し、200℃で30分放置して硬化させて試験片を得た。得られた試験片の抵抗値と膜厚を、デジタルマルチメーターと表面粗さ計を用いて測定し、硬化させた樹脂組成物の比抵抗値を算出した。
厚さ70μm・パターン寸法1.6×0.9mmのメタルマスク上に樹脂組成物を広げ、メタルスキージにて樹脂組成物をアルミナ基板上に孔版印刷し、200℃で30分放置して硬化させた。
硬化後の塗膜について、パターンの擦れの有無を目視にて観察した。
Claims (8)
- (A)分子中にOH基と、一級〜三級いずれかのアミンとを有する化合物
(B)ジシアンジアミド及び/またはイミダゾール類
(C)ダイマー酸骨格を有するビスマレイミド類
(D)分子中に一つ以上のエポキシ基を有する化合物、又はシアネートエステル
を含むことを特徴とする樹脂組成物。 - (D)がダイマー酸骨格を有する化合物であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
- (A)がベンゾオキサジン骨格を有する化合物であることを特徴とする請求項1または2記載の樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれか一つに記載の樹脂組成物と、導電性フィラ―とを有することを特徴とする導電性樹脂組成物。
- 請求項1〜3のいずれか一つに記載の樹脂組成物を用いたことを特徴とする接着剤。
- 請求項4記載の導電性樹脂組成物を用いたことを特徴とする導電性接着剤。
- 請求項4記載の導電性樹脂組成物を用いたことを特徴とする電極形成用ペースト。
- 請求項1〜3のいずれか一つに記載の樹脂組成物の硬化物、請求項4記載の導電性樹脂組成物の硬化物、請求項5に記載の接着剤の硬化物、請求項6に記載の導電性接着剤の硬化物、または請求項7に記載の電極形成用ペーストの硬化物を用いたことを特徴とする半導体装置。
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