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

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 Download PDF

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Description

本発明は、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及び半導体装置に関する。
樹脂組成物は、配線基板、回路基板やこれらを多層化した回路板、半導体チップ、コイル、電気回路、自動車部品等の封止材料や接着剤として使用される。このような樹脂組成物は、耐熱性や、短時間で硬化する特性(以下、「短時間硬化特性」という場合がある)が要求される。
たとえば、特許文献1には、硬化剤として無置換イミダゾールとビスフェノール型ジグリシジルエーテルとの付加反応物を用いるエポキシ樹脂組成物が記載されている。このようなエポキシ樹脂組成物は、短時間で硬化し、ボイドレスの優れた接着性を備えた硬化樹脂層を形成できる。
特許文献2には、酸性置換基及び不飽和マレイミド基を有する硬化剤、ジシアンジアミド、特定のモノマー単位を含む共重合樹脂、及びエポキシ樹脂を含有する熱硬化性樹脂組成物が記載されている。このような熱硬化性樹脂組成物は、金属箔接着性や耐熱性等を有する。
特開2005−48054号公報 特開2008−111096号公報
ここで、樹脂組成物を使用する場合、耐熱性、短時間硬化特性と併せて、加熱時の接着強度が高いことが要求される。特に、常温時の接着強度と加熱時の接着強度との変化率(接着強度の変化率)が低いことが好ましい。更には、樹脂組成物の硬化物には柔軟性があることが望ましい。すなわち、樹脂組成物を硬化させた場合に常温弾性率が低いことが好ましい。
本発明の目的は、長期の耐熱性、短時間硬化特性を有し、加熱時の接着強度が高く、且つ接着強度の変化率及び常温弾性率が低い樹脂組成物、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及び半導体装置を提供することにある。
本発明者は、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、ジシアンジアミド及び/またはイミダゾール類と、ビスマレイミド類と、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とを含む樹脂組成物が、長期の耐熱性、短時間硬化特性を有し、加熱時の接着強度が高く、且つ接着強度の変化率及び常温弾性率が低いことを見出した。本発明は、これらの発見に基づき、完成されたものである。
本発明は、以下の構成を有することによって上記課題を解決した樹脂組成物、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、半導体装置である。
[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。
本発明の樹脂組成物は、長期の耐熱性、短時間硬化特性を有し、加熱時の接着強度が高く、且つ接着強度の変化率及び常温弾性率が低い。
実施例1〜21に係る樹脂組成物の構造を模式的に示す図である。 比較例7〜11に係る樹脂組成物の構造を模式的に示す図である。
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、(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。
本明細書において、「常温」とは20℃±15℃をいう。「液状」とは常温で流動性を有することをいい、「固形」とは常温で流動性を有さないことをいう。「重量損失」とは、樹脂組成物の硬化物の重量Xに対する、当該硬化物を所定温度下で所定時間(たとえば、200℃×100時間)放置した後の重量Yの変化の割合である。具体的には、「重量損失=(|重量X−重量Y|/重量X)×100」で示される値である。「長期の耐熱性がある」とは、重量損失が低いことをいう。「低温」とは、樹脂組成物に含まれる化合物が単独で反応(自己重合)する際の温度を基準とし、当該温度よりも低い温度をいう。たとえば、ビスマレイミドは300℃以上で硬化する。一方、本発明の樹脂組成物が200℃で硬化する場合、「本発明の樹脂組成物は低温で硬化する。」といえる。「短時間硬化」とは、所定時間よりも短い時間(たとえば30分以下)で硬化することをいう。「接着強度」とは、樹脂組成物がある対象(たとえば、アルミナの試験片)を接着する強さをいう。「接着強度の変化率」とは、常温時の接着強度と加熱時の接着強度との割合である。具体的には、「接着強度の変化率=(|200℃での接着強度−常温での接着強度|/常温での接着強度)×100」で示される値である。接着強度の変化率が低いほど、耐熱性が高いといえる。「常温弾性率」とは、ある樹脂組成物の硬化物が示す、常温における柔軟性の度合いである。常温弾性率が低いほど、柔軟性が高いといえる。
[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]
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]
ジシアンジアミド(Dicyandiamide、「DICY」)は、HN−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]
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]
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。
本発明におけるビスマレイミド類は固形のものを含むが、より好ましくは液状である。固形のビスマレイミド類は一般有機溶剤に対する溶解度が低い。よって、固形のビスマレイミド類を使用する際には、多量の有機溶剤による希釈が必要となる。しかし、この場合には硬化時に溶剤が揮発してボイドとなり、接着強度の低下やクラック発生につながる。これを避けるべく、固形ビスマレイミド類をロールミル等により樹脂組成物中に分散する手法もあるが、この手法の場合、樹脂組成物の粘度が高くなってしまう。一方、液状のビスマレイミドを含む樹脂組成物は粘度が低い。よって、樹脂組成物を使用する際の作業性が向上する。
また、ダイマー酸変性ビスマレイミドを用いることも可能である。ダイマー酸変性ビスマレイミドは、たとえば、液状のビスマレイミドであるBMI−1500、BMI−1700、または固形のビスマレイミドであるBMI−3000(いずれもDesigner molecules社製)である。ダイマー酸変性ビスマレイミドを用いることにより、樹脂組成物の常温弾性率を低く抑えることができる。これは、ダイマー酸変性ビスマレイミドは、両末端にのみ反応性のマレイミド基を有し、分子鎖中に架橋性の反応基を持たないためと考えられる。このような樹脂組成物の硬化物は、クラックが発生し難い。
[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]
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。
また、液状であるエポキシ樹脂としては、平均分子量が約400以下のビスフェノールA型エポキシ樹脂;p−グリシジルオキシフェニルジメチルトリスビスフェノールAジグリシジルエーテルのような分岐状多官能ビスフェノールA型エポキシ樹脂;ビスフェノールF型エポキシ樹脂;約570以下のフェノールノボラック型エポキシ樹脂;ビニル(3,4−シクロヘキセン)ジオキシド、3,4−エポキシシクロヘキシルカルボン酸(3,4−エポキシシクロヘキシル)メチル、アジピン酸ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)5,1−スピロ(3,4−エポキシシクロヘキシル)−m−ジオキサンのような脂環式エポキシ樹脂;3,3′,5,5′−テトラメチル−4,4′−ジグリシジルオキシビフェニルのようなビフェニル型エポキシ樹脂;ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、3−メチルヘキサヒドロフタル酸ジグリシジル、ヘキサヒドロテレフタル酸ジグリシジルのようなグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジグリシジルアニリン、ジグリシジルトルイジン、トリグリシジル−p−アミノフェノール、テトラグリシジル−m−キシリレンジアミン、テトラグリシジルビス(アミノメチル)シクロヘキサンのようなグリシジルアミン型エポキシ樹脂;1,3−ジグリシジル−5−メチル−5−エチルヒダントインのようなヒダントイン型エポキシ樹脂;ナフタレン環含有エポキシ樹脂が挙げられる。また、1,3−ビス(3−グリシドキシプロピル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサンのようなシリコーン骨格をもつエポキシ樹脂も使用することができる。さらに、(ポリ)エチレングリコールジグリシジルエーテル、(ポリ)プロピレングリコールジグルシジルエーテル、ブタンジオールグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルのようなジエポキシド化合物;トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテルのようなトリエポキシド化合物等も挙げられる。
固形であるエポキシ樹脂としては、高分子量の、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、変性フェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。
エポキシ樹脂は、1種類単独で用いても、2種類以上を混合して用いてもよい。また、ダイマー酸変性エポキシ樹脂を用いることも可能である。ダイマー酸変性エポキシ樹脂は、たとえば、jER871(三菱化学株式社製)である。ダイマー酸変性エポキシ樹脂を用いることにより、樹脂組成物の常温弾性率を低く抑えることができる。このような樹脂組成物の硬化物は、クラックが発生し難い。
シアネートエステルは、シアナト基を含む化合物であれば特に限定されない。シアネートエステルは、たとえは、液状エステルであるLecy(ロンザジャパン株式会社製)である。シアネートエステルを用いることにより、長期の耐熱性を向上させることができる。
[樹脂組成物の製造方法]
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。
[その他]
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。
[接着剤、半導体装置]
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。
[4元系と3元系との比較]
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。
(A)成分は、「F−a型ベンゾオキサジン」(四国化成工業株式会社製)をブチルカルビトールアセテート(以下、「BCA」という場合がある)で希釈し、66%溶液としたものを使用した。
(B)成分は、以下に示すいずれかを使用した。
・「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
(C)成分は、以下に示すいずれかを使用した。
・「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
(D)成分は、以下に示すいずれかを用いた。
・「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
(実施例1)
「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。
(実施例2)
「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。
(実施例3)
「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。
(実施例4)
「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。
(比較例1)
「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。
(比較例2)
「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。
(比較例3)
「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。
(比較例4)
「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。
(比較例5)
「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。
(比較例6)
「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。
なお、比較例1〜3は、実施例1の4元系から(A)成分〜(C)成分のうちいずれか一成分を除いた3元系の例である。比較例4は、実施例2の4元系から(D)成分を除いた3元系の例である。比較例5は、実施例3の4元系から(D)成分を除いた3元系の例である。比較例6は、実施例4の4元系から(D)成分を除いた3元系の例である。
(硬化特性の測定)
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。
測定結果は、300℃以下で発熱ピークが無いものを硬化特性に優れるものとして「○」、300℃以下で発熱ピークがあるものを「×」とした。
(長期耐熱性の算出)
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。
算出結果は、重量損失が8%未満を長期耐熱性に優れるものとして「○」、8〜12%を「△」、12%以上を「×」とした。
(接着強度の測定)
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。
測定結果は、接着強度が30N/mm以上を「〇」、30〜20N/mmを「△」、20N/mm未満を「×」とした。
また、硬化条件「温度200℃、30分」にて硬化させた上記試験片を200℃のホットプレート上で1分以上加熱した状態で、この試験片を強度試験機(同上)を用いてせん断強度を測定することにより、200℃での接着強度(加熱時の接着強度)を求めた。
測定結果は、接着強度が7N/mm以上を「〇」、7〜5N/mmを「△」、5N/mm未満を「×」とした。
更に、常温での接着強度の値と200℃での接着強度の値とに基づいて、樹脂組成物における接着強度の変化率を算出した。
算出結果は、変化率が85%未満を「○」とし、85%以上を「×」とした。
(常温弾性率の測定)
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。
測定結果は、常温弾性率が2GPa未満を「〇」、2〜5GPaを「△」、5GPa以上を「×」とした。
上記測定・算出結果の総合評価は、△が1つを「◎」とし、△が2つまたは3つを「〇」とし、×が一つ以上を「×」とした。総合評価が「◎」または「〇」の樹脂組成物は、本発明に係る樹脂組成物である。
Figure 0006770509
表1に示したように、実施例1〜4の樹脂組成物は、いずれも200℃×30分という低温且つ短時間で硬化した。また、実施例1〜4の樹脂組成物は、長期耐熱性もある程度確保できた。
更に、実施例1〜4の樹脂組成物は、比較例1〜6の樹脂組成物に比べ、概ね加熱時の接着強度が高く、且つ接着強度の変化率の値が低いという結果が得られた。また、実施例1〜4の樹脂組成物は、比較例1〜6の樹脂組成物に比べ、概ね常温弾性率が低いという結果が得られた。
実施例1〜4の樹脂組成物において加熱時の接着強度が高いのは、(A)成分のOH基と(D)成分のエポキシ基とが反応し架橋密度が高くなっているためと考えられる。これは、(A)成分及び(D)成分を含む比較例1においても加熱時の接着強度が高い値を示していることからも推測される。なお、(A)成分及び(D)成分を含む比較例2において加熱時の接着強度が低いのは、触媒として作用する(B)成分が含まれていないからであると考えられる。
また、実施例1〜4の樹脂組成物では、(A)成分のN基が(C)成分と反応し、(A)成分のOH基が(D)成分と反応していると考えられる。すなわち、(A)成分は(C)成分と(D)成分との架橋剤になっていると考えられる。よって、実施例1〜4の樹脂組成物では、(A)成分〜(D)成分それぞれが反応し、図1に示すような二次元的な構造を取っていると考えられる。このような構造を取ることにより、その分子鎖は、二次元的な伸縮が可能となるため柔軟性が高い。すなわち、実施例1〜4の樹脂組成物の常温弾性率が低い理由は、このような二次元構造に起因すると考えられる。
[(A)または(B)成分の違いによる硬化特性等への影響]
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。
実施例及び比較例12における(A)成分は、実施例1等で使用した「F−a型ベンゾオキサジン」の66%溶液、または「P−d型ベンゾオキサジン」(四国化成工業株式会社製)をブチルカルビトールアセテート(以下、「BCA」という場合がある)で希釈し、50%溶液としたものを使用した。
一方、比較例7〜11では(A)成分の代わりに以下に示すいずれかを使用した(表2では(A´)で示す)。
・「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。
実施例における(B)成分は、「EH−3636AS」、「EH−3842」、「2PHZ−PW」から少なくとも一つを使用した。一方、比較例では「EH−3636AS」またはアミン系硬化剤である「DDH」(ドデカンジオヒドラジド 東京化成工業株式会社製 表2では(B´)で示す)を使用した。
(C)成分は、「BMI」、「BMI−1500」、若しくは以下のいずれかを使用した。
・「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
(D)成分は、「EXA−835LV」、「jER871」若しくは、液状シアネートエステルである「Lecy」(ロンザジャパン株式会社製)を使用した。
添加物は、以下に示すいずれかを使用した。
・Agフィラ― リン片状、タップ密度4.0g/cc、比表面積0.6m/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
(実施例5)
「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。
(実施例6)
「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。
(実施例7)
「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。
(実施例8)
「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。
(実施例9)
「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。
(実施例10)
「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。
(実施例11)
「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。
(実施例12)
「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。
(実施例13)
「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。
(実施例14)
「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。
(実施例15)
「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。
(実施例16)
「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。
(実施例17)
「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。
(実施例18)
「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。
(比較例7)
「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。
(比較例8)
「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。
(比較例9)
「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。
(比較例10)
「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。
(比較例11)
「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。
(比較例12)
「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。
なお、硬化特性の測定方法等については、上記実施例1等と同じである。
Figure 0006770509
Figure 0006770509
表2−1及び表2−2に示したように、実施例5〜18の樹脂組成物は、実施例1〜4の樹脂組成物と同様、長期の耐熱性、短時間硬化特性を有し、加熱時の接着強度が高く、接着強度の変化率及び常温弾性率が低いという結果が得られた。
ここで、比較例7〜11のように(A)成分の代わりに、OH基しか持たない(A´)成分を使用した場合、実施例に比べ加熱時の接着強度が低く、強度変化率及び常温弾性率が高いという結果になった。このうち、常温弾性率が高い原因としては、(A´)成分はN基を持たないため、(C)成分と反応できないことが考えられる。すなわち、比較例7〜11における樹脂化合物は、図2に示すような直線的な構造しか取りえないため、分子鎖が一方向にしか伸縮できず柔軟性が低い。よって、比較例7〜11における樹脂化合物は、常温弾性率が高くなると考えられる。
また、比較例12の結果から明らかなように、(B)成分としてジシアンジアミド及び/またはイミダゾール類以外を用いた場合、加熱時の接着強度が低く、接着強度の強度変化率が高い値となった。これは、ジシアンジアミドまたはイミダゾール類が、硬化の際に触媒として機能しつつ、ポリマーネットワーク中にN原子が取り込まれるため、金属との接着力が向上する一方、比較例12で用いた(B´)成分はこのような作用が働かないためと考えられる。
なお、実施例5は、実施例7における(C)成分及び(D)成分を、ダイマー酸骨格を有する材料に変えたものである(なお、実施例1は、実施例7における(C)成分を、ダイマー酸骨格を有する材料に変えたものである)。この結果から明らかなように、(C)成分及び/または(D)成分にダイマー酸骨格を有する材料を用いた場合、樹脂組成物の硬化物の常温弾性率をより低く抑えることができる。
また、実施例10及び実施例14から明らかなように、添加剤を加えた場合であっても他の実施例と同様の結果が得られた。特に、導電性フィラーを多量に含んでいても、これらの効果を得られるため、本発明に係る接着剤は、導電性接着剤として非常に有用である。
また、実施例12のように(A)成分として他の実施例と異なるベンゾオキサジンを用いた場合、或いは実施例18のように(D)成分としてエポキシ樹脂の代わりにシアネートエステルを用いた場合にも他の実施例と同様の結果が得られた。
また、実施例15及び実施例16から明らかなように、実施例5における(A)成分〜(D)成分の割合を変えた場合であっても、長期の耐熱性、短時間硬化特性、加熱時の接着強度、接着強度の変化率、常温弾性率等にほぼ影響がないという結果が得られた。
[(C)成分の違いによる印刷性]
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。
(A)成分は、「F−a型ベンゾオキサジン」の66%溶液を使用した。(B)成分は、「EH−3636AS」を使用した。(C)成分は、「BMI」または「BMI−1500」を使用した。(D)成分は、「jER871」を使用した。添加物は、Agフィラ―を使用した。
(実施例19)
「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。
(実施例20)
「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。
(実施例21)
「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。
(導電性の測定)
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。
測定結果は、比抵抗値が1×10−3Ω・cm以下を「〇」とした。
(印刷性の測定)
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。
測定結果は、擦れのないものを「○」とし、パターン周辺部のみが擦れたものを「△」とした。
Figure 0006770509
表3に示すように、いずれの実施例の樹脂組成物であっても十分な導電性が得られることが明らかとなった。更に、液状ビスマレイミドを用いる場合(実施例19、実施例20)、固形ビスマレイミドを用いる場合(実施例21)に比べて、樹脂組成物の粘度を低くできるため、導電性フィラーを加えても印刷性に優れるという結果が得られた。
以上の実施例及び比較例から明らかなように、(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、(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は、長期の耐熱性、短時間硬化特性を有し、加熱時の接着強度が高く、接着強度の変化率及び常温弾性率が低い。

Claims (8)

  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)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。
  2. (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。
  3. (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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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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