JP6927117B2 - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール Download PDF

Info

Publication number
JP6927117B2
JP6927117B2 JP2018064941A JP2018064941A JP6927117B2 JP 6927117 B2 JP6927117 B2 JP 6927117B2 JP 2018064941 A JP2018064941 A JP 2018064941A JP 2018064941 A JP2018064941 A JP 2018064941A JP 6927117 B2 JP6927117 B2 JP 6927117B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
carbon atoms
formula
silicone
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018064941A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019176085A (ja
Inventor
初彦 服部
初彦 服部
篤司 堀信
篤司 堀信
健輔 桑島
健輔 桑島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2018064941A priority Critical patent/JP6927117B2/ja
Priority to TW108105542A priority patent/TWI780305B/zh
Priority to CN201980022352.8A priority patent/CN111919291B/zh
Priority to PCT/JP2019/013507 priority patent/WO2019189543A1/ja
Priority to KR1020207030990A priority patent/KR102615879B1/ko
Priority to US17/042,676 priority patent/US11551987B2/en
Publication of JP2019176085A publication Critical patent/JP2019176085A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6927117B2 publication Critical patent/JP6927117B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3142Sealing arrangements between parts, e.g. adhesion promotors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293Organic, e.g. plastic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1042Copolyimides derived from at least two different tetracarboxylic compounds or two different diamino compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1057Polyimides containing other atoms than carbon, hydrogen, nitrogen or oxygen in the main chain
    • C08G73/106Polyimides containing other atoms than carbon, hydrogen, nitrogen or oxygen in the main chain containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/48Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • C08G77/54Nitrogen-containing linkages
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D179/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen, with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C09D161/00 - C09D177/00
    • C09D179/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C09D179/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/14Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/0008Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/005Stabilisers against oxidation, heat, light, ozone
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

本発明は、パワーモジュールに関する。
近年のSiCデバイスを用いるパワーモジュールでは、大電流化に伴ってこれまでより高い温度領域での稼動が想定されている。
従来、半導体素子を保護するためにエポキシ樹脂の封止剤が広く使用されている(例えば、特許文献1)が、高温で半導体装置を稼働させる場合、半導体素子、基材および封止剤であるエポキシ樹脂の線膨張係数がそれぞれ異なることから、半導体デバイス周辺にストレスがかかり、封止剤の剥離が発生し易くなるという問題があった。
さらに、エポキシ樹脂は、防湿性が低く、硬化物が高硬度であるため、半導体素子の封止工程で接着しないことがあり、また、後の工程でも剥離するということが多く見られ、パッケージとしての信頼性の低下を招くという問題があった。
特開2009−60146号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高温条件におけるエポキシ封止樹脂の剥離が抑制された、信頼性の高いパワーモジュールを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、所定の樹脂組成物からなるプライマーを用いて基盤および封止剤を接着することで、パワーモジュールの高温での耐久性が向上することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、
1. パワー半導体デバイスが接合された基盤と、この基盤を封止する封止体とを有し、
前記基盤と封止体とが、シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物の硬化物からなるプライマー層を介して接着され、
前記シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物が、
(A1)下記式(1)で表されるラジカル架橋型シリコーン変性ポリイミド樹脂:100質量部、
Ee−Ff−Gg (1)
{式(1)中、E、FおよびGは、ランダムに結合する繰り返し単位であり、Eは、式(2)で示されるジアミノ変性シリコーン由来の2価の基であり、Fは、式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物由来の2価の基であり、Gは、ジアミン由来の2価の基である。ただし、f+e+g=100mol%であり、f/(e+g)のmol比は、0.9〜1.1であり、前記eとgの和を100とすると前記eは1〜90である。ただし、式(1)の末端は、原料として用いた、テトラカルボン酸二無水物由来の酸無水物基またはジアミノ変性シリコーンもしくはジアミン由来のアミノ基である。
Figure 0006927117
(式(2)中、RAは、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基を表し、R1およびR2は、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、R3およびR4は、互いに独立して、炭素原子数1〜10の1価の脂肪族炭化水素基を表すが、R3およびR4の少なくとも一方は脂肪族不飽和結合を有し、R5およびR6は、互いに独立して、置換もしくは非置換の、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数6〜10のアリール基、または炭素原子数7〜16のアラルキル基を表し、mは0〜20、nは1〜20、oは0〜20、m+n+o=1〜30を満たす整数である。なお、m、n、oが付された括弧内のシロキサン単位の配列は、ランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。)
−Im−X−Im− (3)
〔式(3)中、Imは、環状イミド構造を端に含む環状の基を表し、Xは、単結合、−O−、−S−、−S(→O)−、−S(=O)2−、−C(=O)−、−NRN−(RNは、炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−CRB 2−(RBは、互いに独立して、水素原子またはハロゲン原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−RAr h−(RArは、炭素原子数6〜12の2価のアリーレン基を表し、hは、1〜6の整数を表す。hが2以上のとき、RArは互いに同一でも異なっていてもよい。)、−RAr h−(ORAri−(RArおよびhは、前記と同じ意味を表し、iは、1〜5の整数を表す。)、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状アルキレン基、炭素原子数5〜12のシクロアルキレン基、および炭素原子数7〜12のアリーレンアルキレン基から選択される2価の基を表す。〕}
(Bc)熱分解性ラジカル開始剤:0.1〜10質量部、
(C)溶剤:100〜700質量部、
(D)酸化防止剤:0.01〜1質量部、および
(E)疎水性フュームドシリカ:3〜50質量部
を含むことを特徴とするパワーモジュール、
2. パワー半導体デバイスが接合された基盤と、この基盤を封止する封止体とを有し、
前記基盤と封止体とが、シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物の硬化物からなるプライマー層を介して接着され、
前記シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物が、
(A2)下記式(1’)で表されるエポキシ硬化型シリコーン変性ポリイミド樹脂:100質量部、
E’e’−F’f’−G’g’ (1’)
{式(1’)中、E’,F’,G’はランダムに結合する繰り返し単位であり、E’は、式(2’)で示されるジアミノ変性シリコーン由来の2価の基であり、F’は、式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物由来の2価の基であり、G’は、ジアミン由来の2価の基であり、G’のうち少なくとも一部にヒドロキシ基を有する芳香族ジアミン由来の2価の基を含む。ただし、f’+e’+g’=100mol%であり、f’/(e’+g’)のmol比は、0.9〜1.1であり、前記e’とg’の和を100とすると前記e’は1〜90である。ただし、式(1’)の末端は、原料として用いた、テトラカルボン酸二無水物由来の酸無水物基またはジアミノ変性シリコーンもしくはジアミン由来のアミノ基である。
Figure 0006927117
(式(2’)中、RAは、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基を表し、R1およびR2は、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、R7およびR8は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数6〜10のアリール基または炭素原子数7〜16のアラルキル基を表し、pは1〜20、qは0〜20、p+q=1〜30を満たす整数である。なお、p、qが付された括弧内のシロキサン単位の配列は、ランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。)
−Im−X−Im− (3)
〔式(3)中、Imは、環状イミド構造を端に含む環状の基を表し、Xは、単結合、−O−、−S−、−S(→O)−、−S(=O)2−、−C(=O)−、−NRN−(RNは、炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−CRB 2−(RBは、互いに独立して、水素原子またはハロゲン原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−RAr h−(RArは、炭素原子数6〜12の2価のアリーレン基を表し、hは、1〜6の整数を表す。hが2以上のとき、RArは互いに同一でも異なっていてもよい。)、−RAr h−(ORAri−(RArおよびhは、前記と同じ意味を表し、iは、1〜5の整数を表す。)、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状アルキレン基、炭素原子数5〜12のシクロアルキレン基、および炭素原子数7〜12のアリーレンアルキレン基から選択される2価の基を表す。〕}
(Be)エポキシ樹脂架橋剤:0.1〜10質量部、
(C)溶剤:250〜1,200質量部、
(D)酸化防止剤:0.01〜1質量部、および
(E)疎水性フュームドシリカ:3〜50質量部
を含むパワーモジュール、
3. 前記Imが、下記の基から選ばれる1または2のパワーモジュール
Figure 0006927117
(式中、波線を付した線は結合手を示す。窒素原子に結合している結合手は、式(2)ではEまたはGに、式(2’)ではE’またはG’に結合し、他の結合手はXに結合する。)
を提供する。
本発明のパワーモジュールでは、シリコーン変性ポリイミド樹脂を含む組成物からなるプライマーを用いて基盤と封止体とが接着されているため、線膨張係数の異なる半導体デバイスとエポキシ封止樹脂の間の剥離を防ぐことができ、175℃以上という高温での稼動が可能となる。
合成例1で得られたシリコーン変性ポリイミド樹脂の赤外線吸収スペクトル図である。 合成例2で得られたシリコーン変性ポリイミド樹脂の赤外線吸収スペクトル図である。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明に係るパワーモジュールは、パワー半導体デバイスが接合された基盤と、この基盤を封止する封止体とを有し、基盤と封止体とが、シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物の硬化物からなるプライマー層を介して接着されていることを特徴とする。
パワー半導体デバイスの具体例としては、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、ダイオード、Si系MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)、SiC系MOSFET、GaN系FET(窒化ガリウム電界効果トランジスタ)等の半導体デバイス(パワー半導体チップ)が挙げられる。
基盤の具体例としては、銅基板または銅基板に、金メッキ、銀メッキ、ニッケルメッキ、ニッケル−パラジウム金メッキ、錫メッキ、亜鉛メッキ等の導電性メッキを施した金属フレーム等が好適に使用できる。
封止体に用いられる樹脂としては、エポキシ樹脂が好ましく、例えば、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、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、トリフェノールアルカン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フルオレン骨格含有エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレン型アラルキルエポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂組成物、ブタジエン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
本発明において、プライマー層を形成するためのシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物は、シリコーンゴムとの接着性に優れているという点から、下記の(A)〜(E)成分を含有するものが好ましい。
(A)シリコーン変性ポリイミド樹脂
(B)架橋剤または硬化剤
(C)溶剤
(D)酸化防止剤
(E)疎水性フュームドシリカ
(1)(A)成分
(A)成分のシリコーン変性ポリイミド樹脂は、本組成物の主剤(ベースポリマー)であって、(A1)ラジカル架橋型シリコーン変性ポリイミド樹脂と、(A2)エポキシ架橋型シリコーン変性ポリイミド樹脂に分類することができる。
(A1)ラジカル架橋型シリコーン変性ポリイミド樹脂としては、下記式(1)で示される樹脂を好適に用いることができる。
Ee−Ff−Gg (1)
式(1)中、E、FおよびGは、ランダムに結合する繰り返し単位(ただし、E−E、F−F、G−G、およびE−Gで表される隣接単位の組み合わせは除く)であり、Eは、下記式(2)で示されるジアミノ変性シリコーン由来の2価の基であり、Fは、下記式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物由来の2価の基であり、Gは、ジアミン由来の2価の基である。ただし、f+e+g=100mol%であり、f/(e+g)のmol比は、0.9〜1.1であり、eとgの和を100とするとeは1〜90である。
Figure 0006927117
式(2)において、RAは、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基を表し、R1およびR2は、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、R3およびR4は、互いに独立して炭素原子数1〜10の1価の脂肪族炭化水素基を表すが、R3およびR4の少なくとも一方は脂肪族不飽和結合を有し、R5およびR6は、互いに独立して、置換もしくは非置換の、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数6〜10のアリール基、または炭素原子数7〜16のアラルキル基を表し、mは0〜20、nは1〜20、oは0〜20、m+n+o=1〜30を満たす整数である。なお、m、n、oが付された括弧内のシロキサン単位の配列は、ランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。
−Im−X−Im− (3)
式(3)中、Imは、環状イミド構造を端に含む環状の基を表し、Xは、単結合、−O−、−S−、−S(→O)−、−S(=O)2−、−C(=O)−、−NRN−(RNは、炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−CRB 2−(RBは、互いに独立して、水素原子またはハロゲン原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−RAr h−(RArは、炭素原子数6〜12の2価のアリーレン基を表し、hは、1〜6の整数を表す。hが2以上のとき、RArは互いに同一でも異なっていてもよい。)、−RAr h−(ORAri−(RArおよびhは、前記と同じ意味を表し、iは、1〜5の整数を表す。)、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状アルキレン基、炭素原子数5〜12のシクロアルキレン基、および炭素原子数7〜12のアリーレンアルキレン基から選択される2価の基を表す。
式(2)において、RAの炭素原子数1〜10、好ましくは3〜8の2価炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、また、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子を含んでもよく、例えば、アルキレン基、アリーレン基、アラルキレン基、アリーレンアルキレン基等が挙げられるが、アルキレン基が好ましい。
具体的には、メチレン、エチレン、トリメチレン、1,3−ブチレン、テトラメチレン、1,3−ペンチレン、1,4−ペンチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、オクタメチレン、ノナメチレン、デカメチレン、2−(3−プロポ−1−オキシ)エタ−1−イレン、3−(3−プロポ−1−オキシ)プロパ−1−イレン、4−(3−プロポ−1−オキシ)ブタ−1−イレン、5−(3−プロポ−1−オキシ)ペンタ−1−イレン、6−(3−プロポ−1−オキシ)ヘキサ−1−イレン、1,3−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキシレン、1,3−シクロヘプチレン、1,4−シクロヘプチレン、N,N−ピペリジニレン、1,4−ジオキサシクロヘキサ−2,5−イレン基等が好ましく、入手の容易性からトリメチレン基がより好ましい。
1およびR2の炭素原子数1〜10のアルキル基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、デカリル基等が挙げられ、これらの中でも、炭素原子数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル、エチル、n−プロピル基がより好ましく、R1およびR2がいずれもメチル基またはエチル基がより一層好ましい。
なお、上記アルキル基は、それらの水素原子の一部または全部がフッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子等のハロゲン原子で置換されていてもよい。
3およびR4の炭素原子数1〜10の1価の脂肪族炭化水素基としては、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、デカリル基等の炭素原子数1〜10のアルキル基;ビニル、1−プロペニル、アリル(2−プロペニル)、イソプロペニル、ヘキセニル、オクテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル基等の炭素原子数2〜10のアルケニル基などが挙げられるが、これらの中でも、炭素原子数1〜6の1価の脂肪族炭化水素基が好ましく、炭素原子数1〜6のアルキル基または炭素原子数2〜6のアルケニル基がより好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、ビニル基がより一層好ましい。
特に、R3、R4のいずれか一方または双方が炭素原子数2〜6のアルケニル基であることが好ましく、したがって、R3,R4の組み合わせとしては、メチル基とビニル基、エチル基とビニル基、プロピル基とビニル基、ビニル基とビニル基が好適である。
5およびR6の炭素原子数1〜10のアルキル基の具体例としては、上記R1で例示した基と同様のものが挙げられるが、この場合も、炭素原子数1〜4のアルキル基が好ましく、メチル、エチル、n−プロピル基がより好ましく、メチル基またはエチル基がより一層好ましい。
また、炭素原子数6〜10のアリール基は、その水素原子の一部または全部が上述した炭素原子数1〜10のアルキル基等で置換されていてもよく、芳香環中にヘテロ原子を含んでいてもよい。
その具体例としては、フェニル、2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2,3−ジメチルフェニル、2,4−ジメチルフェニル、2,6−ジメチルフェニル、3,4−ジメチルフェニル、3,5−ジメチルフェニル、2,3,4−トリメチルフェニル、2,3,5−トリメチルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニル、インデニル基等が挙げられる。
さらに、炭素原子数7〜16のアラルキル基も、その水素原子の一部または全部が上述した炭素原子数1〜10のアルキル基等で置換されていてもよく、芳香環中にヘテロ原子を含んでいてもよい。
その具体例としては、フェニルメチル、2−フェニル−1−エチル、3−フェニル−1−プロピル、フェニルブチル、3−フェニル−1−ペンチル、4−フェニル−1−ペンチル、5−フェニル−1−ペンチル、6−フェニル−1−ヘキシル、7−フェニル−1−ヘプチル、8−フェニル−1−オクチレン、9−フェニル−1−ノニル、10−フェニル−1−デシル、2,3−ジヒドロ−1H−インデニル基等が挙げられる。
これらの中でも、R3およびR4としては、メチル基、フェニル基、2−フェニル−1−エチル基、2−フェニル−2−メチル−1−エチル基、3−フェニル−2−プロピル基が好ましい。
特に、R3、R4の組み合わせとしては、メチル基とフェニル基、メチル基と2−フェニル−1−エチル基、メチル基と2−フェニル−2−メチル−1−エチル基、フェニル基とフェニル基が好適である。
また、式(2)において、mは、0〜20、nは、1〜20、oは、0〜20、かつ、m+n+o=1〜60を満たす整数を表すが、mは、4〜15の整数が好ましく、nは、4〜10の整数が好ましく、oは、0〜5の整数が好ましく、n+oは、1〜40が好ましく、1〜10がより好ましく、m+n+oは、5〜40が好ましい。
式(2)で表される基の具体例としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006927117
(式中、Phはフェニル基を表す。m、n、oは上記と同じ意味を表す。括弧内のシロキサン単位の配列はランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。)
式(3)において、テトラカルボン酸二無水物由来の環状イミド構造を持つImは、環状イミド構造を端に含む基であり、例えば、下記式から選択される基が挙げられる。
Figure 0006927117
(式中、波線が付された手は結合手を示す(以下、同じ)。なお、窒素原子から出ている結合手以外の環上炭素原子から出ている結合手はXとの結合に使用される。)
式(3)中、Xの−NRN−において、RNの炭素原子数1〜12、好ましくは炭素原子数1〜8の1価炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、デカリル基等の炭素原子数1〜12のアルキル基;ビニル、1−プロペニル、アリル(2−プロペニル)、ヘキセニル、オクテニル、シクロペンテニル、シクロヘキセニル基等の炭素原子数2〜12のアルケニル基;フェニル、ナフチル基等の炭素原子数6〜12のアリール基;トリル、キシリル、エチルフェニル、プロピルフェニル、ブチルフェニル、ペンチルフェニル、ヘキシルフェニル基等の炭素原子数7〜12のアルキルアリール基;ベンジル、フェネチル基等の炭素原子数7〜12のアラルキル基などが挙げられるが、特に、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル基等の炭素原子数1〜8の直鎖状のアルキル基や、これらの基の水素原子の一部または全部がフッ素原子で置換された、トリフルオロメチル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基が好ましく、メチル基、トリフルオロメチル基がより好ましい。
Xの−CRB 2−において、RBのハロゲン原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜12の1価炭化水素基としては、上記RNで例示した1価炭化水素基等が挙げられ、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子等が挙げられるが、中でも、メチル、エチル、n−プロピル、トリフルオロメチル、3,3,3−トリフルオロプロピル、シクロヘキシル基等のフッ素原子で置換されていてもよいアルキル基;フェニル、ナフチル、パーフルオロフェニル基等のフッ素原子で置換されていてもよいアリール基;フェニルエチル、ペンタフルオロフェニルエチル基等のフッ素原子で置換されていてもよいアラルキル基が好ましい。
特に、RBとしては、水素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、フェニル基が好適である。
Xの−RAr h−において、RArの炭素原子数6〜12の2価のアリーレン基の具体例としては、フェニレン、ビフェニレン、ナフチレン基等が挙げられる。なお、RArのアリーレン基は、その水素原子の一部が、水酸基、スルフィド基、2,3−オキソ−1−プロピル基、メトキシ基、エトキシ基、t−ブトキシ基、メチル基、エチル基、プロピル基、t−ブチル基、N,N−ジメチルアミノ基、シアノ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ホルミル基、メチルカルボニル基、エチルカルボニル基、フッ素原子等で置換されていてもよい。
また、hは1〜6の整数である。
好適なRArとしては、下記で示される基が挙げられる。
Figure 0006927117
(式中、subは水素原子、または水酸基、スルフィド基、2,3−オキソ−1−プロピル基、メトキシ基、エトキシ基、t−ブトキシ基、メチル基、エチル基、プロピル基、t−ブチル基、N,N−ジメチルアミノ基、シアノ基、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ホルミル基、メチルカルボニル基、エチルカルボニル基、およびフッ素原子から選択される置換基を表し、置換数は1〜4個の範囲内である。)
Xの−RAr h(ORAri−において、RArとhは上記と同様の意味を表し、iは1〜5の整数を表す。
−RAr h(ORAriの具体例としては、下記のような基が挙げられる。下記式において、−O−はどの位置に結合されていてもよく、結合数も1〜4個の範囲内である。
Figure 0006927117
Xの炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状アルキレン基および炭素原子数5〜12のシクロアルキレン基の具体例としては、メチレン、エチレン、トリメチレン、1,3−ブチレン、テトラメチレン、1,3−ペンチレン、1,4−ペンチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン、ヘプタメチレン、オクタメチレン、ノナメチレン、デカメチレン、1,3−シクロヘキシレン、1,4−シクロヘキシレン、1,3−シクロヘプチレン、1,4−シクロヘプチレン基等が挙げられる。
炭素原子数7〜12のアリーレンアルキレン基の具体例としては、2−(4−(2−エタ−1−イレン)−1−フェニレン)エタ−1−イレン基等が挙げられる。
上記式(1)中のGで表されるジアミン由来の2価の基は、特に限定されるものではないが、本発明では耐熱性により優れるジアミン由来の2価の基が好ましい。
そのような2価の基を与えるジアミンの具体例としては、テトラメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン等の脂肪族ジアミン;o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン等の芳香族ジアミンなどが挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
上記式(1)で示されるシリコーン変性ポリイミド樹脂は、末端が酸無水物により封鎖されていることが好ましい。
また、f+e+gのmolの和が100mol%で、f/(e+g)のmol比が0.9〜1.1であるが、適度な分子量を維持するために、f/(e+g)のmol比は0.95〜1.05が好ましく、0.98〜1.02がより好ましい。
さらに、eとgの和を100とするとeは1〜90であるが、防湿性を考慮すると20〜50が好ましい。
一方、(A2)エポキシ硬化型シリコーン変性ポリイミド樹脂としては、下記式(1’)で示される樹脂を好適に用いることができる。
E’e’−F’f’−G’g’ (1’)
式(1’)において、E’,F’,G’はランダムに結合する繰り返し単位であり、E’は、下記式(2’)で示されるジアミノ変性シリコーン由来の2価の基であり、F’は、下記式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物由来の2価の基であり、G’は、ジアミン由来の2価の基であり、G’のうち少なくとも一部にヒドロキシ基を有する芳香族ジアミン由来の2価の基を含む。ただし、f’+e’+g’=100mol%であり、f’/(e’+g’)のmol比は、0.9〜1.1であり、e’とg’の和を100とするとe’は1〜90である。
Figure 0006927117
式(2’)において、RA、R1およびR2は、上記式(2)と同じ意味を表し、その具体例および好適例も上記式(2)と同様である。R7およびR8は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数6〜10のアリール基または炭素原子数7〜16のアラルキル基を表し、pは1〜20、qは0〜20、p+q=1〜30を満たす整数である。なお、p、qが付された括弧内のシロキサン単位の配列は、ランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。
−Im−X−Im− (3)
式(3)において、ImおよびXは、上記と同じ意味を表し、それらの具体例および好適例も上記と同様である。
7およびR8の炭素原子数6〜10のアリール基および炭素原子数7〜16のアラルキル基の具体例としては、上記R5およびR6で例示した基と同様のものが挙げられるが、フェニル基、2−フェニル−1−エチル基、3−フェニル−2−プロピル基が好ましく、また、R7、R8が同一の基が好適である。
式(2’)で表される基の具体例としては、以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006927117
(式中、Phはフェニル基を表す。p、qは上記と同じ意味を表す。括弧内のシロキサン単位の配列はランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。)
上記式(1’)中のG’で表されるジアミン由来の2価の基も、特に限定されるものではないが、耐熱性により優れるジアミン由来の2価の基が好ましい。
上記式(1’)中のG’であるジアミン由来の2価の基は、少なくとも一部にヒドロキシ基を有する芳香族ジアミン由来の残基を含む。
ヒドロキシ基を有する芳香族ジアミンの具体例としては、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、3,3−ジヒドロキシベンジジン、ビス(3−アミノ−4−ヒドロキシフェニル)スルフォン等が挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
また、ヒドロキシ基を有しないジアミンも併用でき、そのようなジアミンの具体例としては、上記Gで例示したとおりである。
(A1)および(A2)の各シリコーン変性ポリイミド樹脂の重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、当該樹脂を含む組成物から得られる皮膜の強度を高めるとともに、熱分解性ラジカル開始剤等の他成分との相溶性や溶剤への溶解性を高めることを考慮すると、10,000〜100,000が好ましく、15,000〜70,000がより好ましい。
なお、本発明における重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(以下、GPCと略すこともある)によるポリスチレン換算値である(以下、同じ)。
(A1)および(A2)の各シリコーン変性ポリイミド樹脂は、公知の方法で製造することができる。
例えば、まず、テトラカルボン酸二無水物、ジアミンおよび上記式(2)または(2’)で表される化合物の両末端にそれぞれアミノ基が結合したジアミノ変性シリコーンを溶剤中に仕込み、低温、即ち20〜50℃程度で反応させて、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミック酸を製造する。次に、得られたポリアミック酸の溶液を、好ましくは80〜200℃、より好ましくは140〜180℃の温度に昇温し、ポリアミック酸の酸アミドを脱水閉環反応させることにより、シリコーン変性ポリイミド樹脂の溶液を得、この溶液を水、メタノール、エタノール、アセトニトリル等の溶剤に投入して沈殿させ、沈殿物を乾燥することにより、シリコーン変性ポリイミド樹脂を得ることができる。
なお、上記f/(e+g)は、原料の物質量から換算した、テトラカルボン酸二無水物のモル数に対するジアミンおよびジアミノ変性シリコーンのモル数の合計の割合(モル比)であり、反応に際して、[テトラカルボン酸二無水物(モル)/(ジアミン+ジアミノ変性シリコーン(モル))]を、通常0.9〜1.1、好ましくは0.95〜1.05、より好ましくは0.98〜1.02の範囲に調節する。
(A1)および(A2)の各シリコーン変性ポリイミド樹脂の製造に使用できる溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン、N,N−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。また、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類を併用し、イミド化の際に生成する水を共沸により除去しやすくすることも可能である。これらの溶剤は、単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、シリコーン変性ポリイミド樹脂の分子量を調整するために、無水フタル酸、無水マレイン酸、ヘキサヒドロ−1,3−イソベンゾフランジオン、無水コハク酸、グルタル酸無水物、ケイ素数が10〜60の酸無水物変性シリコーン等の酸無水物や、アニリン、ベンジルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン等の炭素原子数3〜6の直鎖状、分岐状または環状アルキルアミン等のアミン化合物の一官能性原料を添加することも可能である。
また、アルデヒド化合物として、ベンズアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチロアルデヒド等の炭素原子数2〜6のアルキルを含むアルデヒド化合物を添加することもできる。
この場合の添加量は、原料の酸無水物に対し、目的の分子量に合わせ、1〜10モル%の範囲で使用することが好ましい。
また、イミド化過程において、脱水剤およびイミド化触媒を添加し、必要に応じて50℃前後に加熱してイミド化させる方法を用いてもよい。
上記脱水剤の具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水ピバル酸、無水トリフルオロ酢酸、無水安息香酸等の酸無水物が挙げられる。脱水剤の使用量は、ジアミン1モルに対して1〜10モルとするのが好ましい。
イミド化触媒の具体例としては、トリエチルアミン(Et3N)、ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)、トリ−n−ブチルアミン、トリ−n−ペンチルアミン、トリ−n−ヘキシルアミン、トリ−n−へプチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、N−メチルピロリジン、N−メチルピペラジン、N−メチルモルホリン、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、N−メチルイミダゾール(NMI)、ピリジン、2,6−ルチジン、1,3,5−コリジン、N,N−ジメチルアミノピリジン、ピラジン、キノリン、1,8−ジアザビシクロ−[5,4,0]−7−ウンデセン(DBU)、1,4−ジアザビシクロ−[2,2,2]オクタン(DABCO)等の第3級アミンが挙げられる。イミド化触媒の使用量は、使用する脱水剤1モルに対して0.5〜10モルとするのが好ましい。
本イミド化手法は工程中で反応液が高温にさらされることが無く、得られる樹脂が着色しにくいという点で有効である。
ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一方を複数種使用する場合も、反応方法は特に限定されるものではなく、例えば、原料を予め全て混合した後に共重縮合させる方法や、用いる2種以上のジアミンまたはテトラカルボン酸二無水物を個別に反応させながら順次添加する方法等を採用できる。
(2)(B)成分
本発明では、(A1)ラジカル架橋型樹脂シリコーン変性ポリイミド樹脂では、(B)成分として(Bc)熱分解性ラジカル開始剤を用い、(A2)エポキシ架橋型シリコーン変性ポリイミド樹脂では、(B)成分として(Be)エポキシ樹脂架橋剤を用いる。
(Bc)熱分解性ラジカル開始剤としては、熱でラジカルを発生して樹脂を重合させて硬化物を形成し得るものであれば特に限定されるものではなく、アゾ化合物や有機過酸化物を用いることができる。
アゾ化合物(有機アゾ系化合物)としては、和光純薬工業(株)製のV−30、V−40、V−59、V−60、V−65、V−70、V−501、V−601等のアゾニトリル化合物類;VA−080、VA−085、VA−086、VF−096、VAm−110、VAm−111等のアゾアミド化合物類;VA−044、VA−061等の環状アゾアミジン化合物類;V−50、VA−057等のアゾアミジン化合物類;2,2−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルブチロニトリル)、1,1−アゾビス(シクロヘキサン−1−カーボニトリル)、1−[(1−シアノ−1−メチルエチル)アゾ]ホルムアミド、2,2−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2−アゾビス[2−メチル−N−(2−ヒドロキシブチル)プロピオンアミド]、2,2−アゾビス[N−(2−プロペニル)−2−メチルプロピオンアミド]、2,2−アゾビス(N−ブチル−2−メチルプロピオンアミド)、2,2−アゾビス(N−シクロヘキシル−2−メチルプロピオアミド)、2,2−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジスルフェートジヒドレート、2,2−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル]プロパン}ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン)ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジヒドロクロリド、2,2−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]テトラヒドレート、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4−アゾビス(4−シアノバレリックアシッド)、2,2−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)等が挙げられ、これらの中でもV−30、V−40、V−59、V−60、V−65、V−70、VA−080、VA−085、VA−086、VF−096、VAm−110、VAm−111が好ましく、V−30、V−40、V−59、V−60、V−65、V−70がより好ましい。
有機過酸化物としては、日本油脂(株)製のパーヘキサH等のケトンパーオキサイド類;パーヘキサTMH等のパーオキシケタール類;パーブチルH−69等のハイドロパーオキサイド類;パークミルD、パーブチルC、パーブチルD、パーブチルO等のジアルキルパーオキサイド類;ナイパーBW等のジアシルパーオキサイド類;パーブチルZ、パーブチルL等のパーオキシエステル類;パーロイルTCP等のパーオキシジカーボネート類;ジイソブチリルパーオキサイド、クミルパーオキシネオデカノエート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピ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、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、ジ(4−t−ブチルクロヘキシル)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、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−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、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、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジコハク酸パーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジ(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ベンゾイル(3−メチルベンゾイル)パーオキサイド、ジベンゾイルパーオキサイド、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、1,1−ジ(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−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ジ[4,4−ジ−(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキシル]プロパン、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、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−ブチルパーオキシラウレート、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、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(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、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、n−ブチル−4,4−ジ−t−ブチルパーオキシバレレート、ジ(2−t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルパーキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、p−メタンヒドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン−3−イン、ジイソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、o−クロロベンゾイルパーオキサイド、p−クロロベンゾイルパーオキサイド、トリス(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、2,4,4−トリメチルペンチルパーオキシネオデカノエート、α−クミルパーオキシネオデカノエート、t−アミルパーオキシ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、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシトリメチルアジペート、ジ−3−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、1,6−ビス(t−ブチルパーオキシカルボニルオキシ)ヘキサン、ジエチレングリコールビス(t−ブチルパーオキシカーボネート)、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエートや、化薬アクゾ(株)製のトリゴノックス36−C75、ラウロックス、パーカドックスL−W75、パーカドックスCH−50L、トリゴノックスTMBH、カヤクメンH、カヤブチルH−70、パーカドックスBC−FF、カヤヘキサAD、パーカドックス14、カヤブチルC、カヤブチルD、パーカドックス12−XL25、トリゴノックス22−N70(22−70E)、トリゴノックスD−T50、トリゴノックス423−C70、カヤエステルCND−C70、トリゴノックス23−C70、トリゴノックス257−C70、カヤエステルP−70、カヤエステルTMPO−70、トリゴノックス121、カヤエステルO、カヤエステルHTP−65W、カヤエステルAN、トリゴノックス42、トリゴノックスF−C50、カヤブチルB、カヤカルボンEH、カヤカルボンI−20、カヤカルボンBIC−75、トリゴノックス117、カヤレン6−70等が挙げられる。
なお、上述した硬化剤は、単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
(Bc)成分の配合量は、(A1)成分100質量部に対して、0.1〜10質量部であるが、好ましくは1〜5質量部である。配合量が0.1質量部未満であると硬化性が不十分となり、10質量部を超えると開始剤由来のアウトガスが多量に発生し、硬化収縮が起こったり、想定より樹脂が硬く、高弾性率になったりする。
一方、(Be)エポキシ樹脂架橋剤としては、G’中のヒドロキシ基を有する芳香族ジアミン由来の2価の基に含まれるヒドロキシ基と熱架橋反応して硬化物を形成し得るものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ビスフェノールAエピクロルヒドリン型のエポキシ系樹脂、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレンジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、トリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、16−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジ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、ジグリシジルアニリン、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、1,3−ビス(N,N−ジグリシジルアミノエチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’−テトラグリシジル−m−キシレンジアミン等や、市販品である、商品名「jER」(三菱ケミカル(株)製)等が挙げられ、これらは、単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
(Be)成分の配合量は、(A2)成分100質量部に対して、0.1〜10質量部であるが、好ましくは1〜5質量部である。配合量が0.1質量部未満であると硬化性が不十分となり、10質量部を超えると架橋剤由来のアウトガスが多量に発生し、硬化収縮が起こったり、想定より樹脂が硬く、高弾性率になったりする。
(3)(C)成分
本発明の(C)成分である溶剤は、組成物の粘度を下げ、基板などへの塗布性や、作業性を改善するために用いられる。
溶剤の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;ジオキサン、ジオキソラン、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、1,2−ビス(2−メトキシエトキシ)エタン、ビス−2−(2−メトキシエトキシ)エチルエーテル、メチルtert−ブチルエーテル等のエーテル系溶剤;酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、γ−バレロラクトン、(株)ダイセル製のセルトールシリーズの3−メトキシブチルアセテート(MBA)、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BMGAC)、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート(EDGAC)、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BDGAC)、シクロヘキサノールアセテート(CHXA)、ジプロピレングリコールジメチルエーテル(DMM)、ジプロピレングリコールメチル−n−プロピルエーテル(DPMNP)、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート(DPMA)、1,4−ブタンジオールジアセテート(1,4−BDDA)、1,3−ブチレングリコールアセテート(1,3−BGDA)、1,6−ヘキサンジオールジアセテート(1,6−HDDA)等のエステル系溶剤;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、N−メチルカプロラクタム、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のアミド系溶剤などの有機溶剤が挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
(C)溶剤は、(A1)および(A2)のシリコーン変性ポリイミド樹脂の溶解性を損なわない範囲で用いることができ、通常、(A1)または(A2)のシリコーン変性ポリイミド樹脂に対し、100〜700質量部で用いることができる。
(4)(D)成分
本発明の(D)成分である酸化防止剤は、得られる硬化物の耐熱性を改善させる目的で添加される成分であり、フェノール化合物系酸化防止剤、有機硫黄化合物系酸化防止剤、アミン化合物系酸化防止剤、リン化合物系酸化防止剤等の従来公知の酸化防止剤から適宜選択して用いることができる。
フェノール化合物系酸化防止剤の具体例としては、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、n−オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,2’−メチレンビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、3,9−ビス[2−〔3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ〕−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、4,4’−ブチリデンビス−(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、テトラキス[メチレン−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’−ヘキサメチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオンアミド]、イソオクチル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸エチル)カルシウム、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール、1,6−ヘキサンジオール−ビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2−t−ブチル−6−(3−t−ブチル−2−ヒドロキシ−5−メチルベンジル)−4−メチルフェニルアクリレート、2−[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ペンチルフェニル)エチル]−4,6−ジ−t−ペンチルフェニルアクリレート、2,2’−メチレンビス−(4−エチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチル−4−エチルフェノール、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン、トリエチレングリコール−ビス[3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート]、トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4ヒドロキシベンジル)イソシアヌレート、ジエチル[〔3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル〕メチル]ホスホネート、2,5,7,8−テトラメチル−2(4’,8’,12’−トリメチルトリデシル)クロマン−6−オール、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン等が挙げられる。
なお、フェノール化合物系酸化防止剤では、フェノール水酸基に加え、以下の例示と重複するが、リン原子、硫黄原子、アミンのいずれかを少なくとも一つ以上同一分子中に含む化合物も列挙した。
有機硫黄化合物系酸化防止剤の具体例としては、ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオジプロピオネート、ペンタエリスリチルテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)、ジトリデシル−3,3’−チオジプロピオネート、2−メルカプトベンズイミダゾール、4,4’−チオビス(6−t−ブチル−3−メチルフェノール)、2,2−チオ−ジエチレンビス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、4,6−ビス(ドデシルチオメチル)−o−クレゾール、2,4−ビス[(オクチルチオ)メチル]−o−クレゾール、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン等が挙げられる。
アミン化合物系酸化防止剤の具体例としては、N,N’−ジアリル−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジ−sec−ブチル−p−フェニレンジアミン、オクチル化ジフェニルアミン、2,4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン等が挙げられる。
リン化合物系酸化防止剤の具体例としては、トリスノニルフェニルフォスファイト、トリフェニルフォスファイト、ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルホスホン酸エチル)カルシウム、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト、ジエチル[〔3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル〕メチル]ホスホネート等が挙げられる。
また、酸化防止剤としては、各種市販品を用いることもでき、そのような市販品としては、例えば、(株)アデカ製のアデカスタブAO−60、アデカスタブAO−50、アデカスタブAO−80、アデカスタブAO−330、アデカスタブLA−52、アデカスタブLA−57、アデカスタブLA−63P、アデカスタブLA−68、アデカスタブLA−72、アデカスタブLA−77Y、アデカスタブLA−77G、アデカスタブLA−81、アデカスタブLA−82、アデカスタブLA−87、アデカスタブLA−402AF、アデカスタブLA−502XP、アデカスタブ2112;ビーエーエスエフ(BASF)ジャパン(株)製のイルガノックス1010、イルガノックス1010FF、イルガノックス1035、イルガノックス1035FF、イルガノックス1076、イルガノックス1076FF、イルガノックス1098、イルガノックス1135、イルガノックス1330、イルガノックス1726、イルガノックス1425WL、イルガノックス1520L、イルガノックス245、イルガノックス245FF、イルガノックス259、イルガノックス3114、イルガノックス5057、イルガノックス565、イルガフォス168;住友化学(株)製スミライザー GA−80、スミライザー MDP−S、スミライザー WX−R、スミライザー WX−RC、スミライザー TP−D;住化ケムテックス(株)製Sumilizer BBM−S等が挙げられる。
以上で示した各酸化防止剤は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D)成分の配合量は、(A1)または(A2)のシリコーン変性ポリイミド樹脂100質量部に対して、0.01〜1質量部であり、0.01質量部未満では耐熱性改善の効果が乏しく、1質量部より多いと、高温時のアウトガスが多くなる。
(5)(E)成分
(E)成分の疎水性フュームドシリカは、液ダレの防止、塗布時の気泡の入り込みならびにムラの防止、成形性の維持、チキソ性の付与、および硬化物の低弾性率化等の目的で添加される任意成分である。
特に、調製時のシリカの沈降を防止して、上記各効果を効率的に発揮させるためには、嵩密度が1g/mL未満であることが好ましい。
また、フュームドシリカの平均一次粒子径は1〜100nmが好ましい。平均一次粒子径がこの範囲内であると、シリコーン変性ポリイミド含有組成物の硬化物のフュームドシリカによる光散乱が抑えられるため、硬化物の透明性を損なうことがない。なお、この平均粒子径は、レーザー光回折法等の分析手段を使用した粒度分布計により、体積基準の粒度分布におけるメジアン径(d50)として求めることができる。
さらに、フュームドシリカのBET比表面積は、100〜300m2/gが好ましい。
(E)成分の疎水性フュームドシリカは、ハロゲン化珪素を酸素−水素炎中で加水分解して作られる乾式シリカが好ましい。
疎水性フュームドシリカは、市販品を用いてもよい。市販品の具体例としては、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性乾式シリカ(比表面積160m2/g、吸着炭素量3.0質量%、嵩密度0.14mg/L、日本アエロジル(株)製、商品名:AEROSIL R8200)、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性乾式シリカ(比表面積140m2/g、吸着炭素量2.3質量%、嵩密度0.05g/mL、日本アエロジル(株)製、商品名:RX200)、表面処理された疎水性乾式フュームドシリカ(比表面積190m2/g、嵩密度0.05g/mL、平均一次粒子径15nm、(株)トクヤマ製、商品名:レオロシールDM−10)、表面処理された疎水性乾式フュームドシリカ(比表面積230m2/g、嵩密度0.05g/mL、平均一次粒子径7nm、(株)トクヤマ製、商品名:レオロシールDM−30)、表面処理された疎水性乾式フュームドシリカ(比表面積230m2/g、嵩密度0.05g/mL、平均一次粒子径7nm、(株)トクヤマ製、商品名:レオロシールDM−30S)、表面処理された疎水性乾式フュームドシリカ(比表面積230m2/g、嵩密度0.05g/mL、平均一次粒子径7nm、(株)トクヤマ製、商品名:レオロシールDM−30S)、商品名「レオロシールHM20S」((株)トクヤマ製、平均一次粒子径12nm)、商品名「レオロシールHM30S」((株)トクヤマ製、平均一次粒子径7nm)、商品名「レオロシールHM40S」((株)トクヤマ製、平均一次粒子径7nm)、商品名「レオロシールZD30S」((株)トクヤマ製、平均一次粒子径7nm)等が挙げられる。
(E)成分の添加量は、好ましくは(A)成分の100質量部に対して、3〜50質量部であり、より好ましくは3〜30質量部、より一層好ましくは3〜20質量部である。このような範囲であれば、増粘性、チキソ性、流動性を有し、作業性に優れた組成物とすることができる。
本発明で用いるシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物は、疎水性ヒュームドシリカの添加量を調整することで、塗布方法に応じた好適な粘度に調整することができる。
例えば、ディスペンサーで塗布する場合や、ディッピングを使用する場合は、粘度500〜10,000mPa・s(25℃)程度が好ましく、スクリーン印刷等では液垂れが起こりにくい粘度10,000〜100,000mPa・s(25℃)が好ましい。
ただし、塗布装置等により使用可能な粘度は異なるため、上記の粘度に限定されるものではない。
本発明で用いるシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物は、例えば、シリコーン変性ポリイミド樹脂(A)と酸化防止剤(D)を溶剤(C)で溶解し、シリコーン変性ポリイミド樹脂溶液を調製した後、このシリコーン変性ポリイミド樹脂溶液に(E)疎水性フュームドシリカを添加して撹拌混合し、均一に分散させ、そこに(Bc)熱分解性ラジカル開始剤または(Be)エポキシ樹脂架橋剤を混合して得ることができる。
上記シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物は、電子材料、光学材料および車載機器用途の半導体デバイスに利用できる。中でも、エポキシ封止樹脂で封止するような高信頼性・高耐熱性が必要な半導体デバイス、特に、パワーモジュールに好適である。
本発明のパワーモジュールの製造方法としては、まず、ハンダ等のダイアタッチ材を介してパワー半導体デバイスをダイボンドし、必要に応じてアルミワイヤー等でワイヤーボンディングした基盤を用意する。その後、上記シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物からなるプライマーを基盤に塗布し、加熱して硬化させる。この場合の硬化条件としては、特に限定されるものではないが、硬化温度が、好ましくは40℃〜200℃、より好ましくは50℃〜150℃、硬化時間が、好ましくは1分〜180分、より好ましくは10分〜120分である。
続いて、基盤におけるシリコーン変性ポリイミド樹脂の塗布面に対し、エポキシ樹脂等の封止樹脂をモールディングして封止体を形成することでパワーモジュールが得られる。
なお、パワーモジュールの設計に応じて、基盤の一部についてプライマーの塗布を行わない面を設けてもよい。また、プライマーは、基盤表面だけでなく、半導体デバイス、アルミワイヤーの表面にも塗布することが好ましい。
以下、合成例、製造例、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
また、本実施例において、分子量測定は、東ソー(株)製GPC装置HLC−8320GPCを用い、移動相としてテトラヒドロフラン(THF)を使用し、ポリスチレン換算で行った。赤外線吸収スペクトル(IR)測定には、NICOLET6700(サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製)を使用した。ガラス転移点測定には、(株)日立ハイテクサイエンス製DMS7100を使用し、tanδが最大になったときの温度をガラス転移点とした。25℃における粘度は、回転粘度計により測定した。
なお、下記例で「部」は質量部を示す。
また、以下において、シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物の硬化物の密着性、貯蔵弾性率は以下の手法にて測定した。
(1)密着性
シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物をガラス板(松浪硝子工業(株)製)上に塗布し、50℃30分、100℃50分、150℃120分の順で熱硬化させて硬化皮膜を得た。
この皮膜の密着性を碁盤目剥離試験(JIS K5400)の方法で評価し、100マス中に残存したマス目の数Xを(X/100)で示した。
(2)貯蔵弾性率
シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物をフッ素系コーティングが施された鉄板上に塗布し、50℃30分、100℃60分、150℃120分の順で熱硬化させて厚さ0.3mmのシートを作製した。このシートについて、(株)日立ハイテクサイエンス製DMS7100を使用し、貯蔵弾性率を測定した。
[1]シリコーン変性ポリイミド樹脂の合成
[合成例1]
撹拌羽、温度計および窒素導入管を備えた反応容器に、2,2−ビス(3,4−アンハイドロジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン44.4g(0.1mol)、4,4’−(4,4’−イソプロピルジエンジフェニル−1,1’−ジイルジオキシ)ジアニリン〔2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン〕12.3g(0.03mol)、無水フタル酸1.48g(0.01mol)、およびシクロヘキサノン336gを仕込み、25℃で2時間撹拌後、式(i)で表されるジアミノ変性シリコーン112.0g(0.07mol)を25℃にて滴下し、滴下終了後、25℃にて12時間撹拌を行った。次に、反応容器に、トルエン37gを添加し、145℃にて共沸脱水を行った。得られた反応溶液をメタノールに滴下して再沈殿を行い、シロキサン量が66質量%のシリコーン変性ポリイミド樹脂を得た。
GPCによるこの樹脂の重量平均分子量は27,000であった。図1に、この樹脂の赤外線吸光スペクトルを示す。図1に示されるように、赤外線吸光スペクトルにおいて未反応のポリアミック酸に基づく吸収は観測されず、1,780cm-1および1,720cm-1にイミド基の吸収が確認された。
Figure 0006927117
(式中、括弧内のシロキサン単位の配列順は不定である。)
[合成例2]
撹拌羽、温度計および窒素導入管を備えた反応容器に、2,2−ビス(3,4−アンハイドロジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン44.4g(0.1mol)、4,4’−(4,4’−イソプロピルジエンジフェニル−1,1’−ジイルジオキシ)ジアニリン〔2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン〕12.3g(0.03mol)、3,3’−ジヒドロキシベンジジン4.3g(0.02mol)、無水フタル酸0.15g(0.001mol)、およびシクロヘキサノン229gを仕込み、25℃で2時間撹拌後、式(ii)で表されるジアミノ変性シリコーン41.5g(0.05mol)を25℃にて滴下し、滴下終了後、25℃にて12時間撹拌を行った。次に、反応容器に、トルエン23gを添加し、145℃にて共沸脱水を行った。得られた反応溶液をメタノールに滴下して再沈殿を行い、シロキサン量が45質量%のシリコーン変性ポリイミド樹脂を得た。
GPCによるこの樹脂の重量平均分子量は24,500であった。図2に、この樹脂の赤外線吸光スペクトルを示す。図2に示されるように、赤外線吸光スペクトルにおいて未反応のポリアミック酸に基づく吸収は観測されず、1,780cm-1および1,720cm-1にイミド基の吸収が確認された。
Figure 0006927117
[2]シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物および硬化物の製造
[製造例1]
合成例1で得られたシリコーン変性ポリイミド樹脂100部に対し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下、PGMEA)236部を加えて撹拌・溶解し、溶解物を得た。この溶解物にレオロシールDM−30S((株)トクヤマ製)6部とアデカスタブLA−77Y((株)アデカ製)0.1部を添加して撹拌した後、カヤレン6−70(化薬アクゾ(株)製)1部を添加し、混合撹拌してシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物を得た。本組成物の25℃の粘度は900mPa・sであった。
本組成物から得られる硬化物の密着性(碁盤目剥離試験、膜厚0.23mm)は100/100、貯蔵弾性率は80MPa、ガラス転移点は111℃であった。
[製造例2]
合成例2で得られたシリコーン変性ポリイミド樹脂100部に対し、PGMEA236部を加えて撹拌・溶解し、溶解物を得た。この溶解物に、レオロシールDM−30S((株)トクヤマ製)6部とアデカスタブLA−77Y((株)アデカ製)0.1部を添加して撹拌した後、jER630LSD(三菱ケミカル(株)製)5部を添加し、混合撹拌してシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物を得た。本組成物の25℃の粘度は3000mPa・sであった。
本組成物から得られる硬化物の密着性(碁盤目剥離試験、膜厚0.08mm)は100/100、貯蔵弾性率は270MPa、ガラス転移点は168℃であった。
[3]パワーモジュールの作製
[実施例1]
ニッケルメッキされたTO−247型のリードフレームに、ハンダを介してショットキーバリアダイオード(SBD)チップをダイボンドし、アルミワイヤーでワイヤーボンディングを行った基盤を用意した。
その後、製造例1で得られたシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物からなるプライマーを、上記基盤、SBDチップ、アルミワイヤーおよびセカンドボンドに塗布し、50℃30分、100℃50分、150℃120分の順で加熱硬化させてプライマー層を形成した。
続いて、プライマー層表面に対し、エポキシ封止樹脂(パナソニック(株)製、CV8540)を175℃、90秒、9MPa、1.5mm厚の条件でトランスファー成形(G−LINEプレス アピックヤマダ(株)製)し、パワーモジュールを作製した。
[実施例2]
シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物を、製造例2で得られたシリコーン変性ポリイミド樹脂組成物に変更した以外は、実施例1と同様の方法でパワーモジュールを作製した。
[比較例1]
シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物を使用しなかった以外は、実施例1と同様の方法でパワーモジュールを作製した。
〔吸湿リフロー試験〕
上記実施例および比較例で作製したパワーモジュールについて、JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)規格のMSL(Moisture Sensitivity Level)のレベル1に準拠し、吸湿リフロー試験を行った。
試験条件としては、125℃で24時間後、温度85℃かつ湿度85%で168時間吸湿を行った後、15分以降4時間以内にハンダリフロー(260℃、3分)三回を行う一連の工程を採用した。
試験前後のパワーモジュールについて、超音波診断装置((株)日立パワーソリューションズ製)による評価を実施し、剥離が見られなかった場合を○(合格)、剥離が観察された場合を×(不合格)とした。結果を表1に示す。
〔耐熱試験〕
上記実施例および比較例で作製したパワーモジュールについて、175℃、500時間の条件で耐熱試験を行った。
試験前後のパワーモジュールについて、超音波診断装置((株)日立パワーソリューションズ製)による評価を実施し、剥離が見られなかったものを○(合格)、剥離が観察されたものを×(不合格)とした。結果を併せて表1に示す。
Figure 0006927117
表1に示されるように、実施例1,2のパワーモジュールでは、各試験後に、エポキシ樹脂封止体が剥離することなく、高温での耐久性に優れていることがわかる。

Claims (3)

  1. パワー半導体デバイスが接合された基盤と、この基盤を封止する封止体とを有し、
    前記基盤と封止体とが、シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物の硬化物からなるプライマー層を介して接着され、
    前記シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物が、
    (A1)下記式(1)で表されるラジカル架橋型シリコーン変性ポリイミド樹脂:100質量部、
    Ee−Ff−Gg (1)
    {式(1)中、E、FおよびGは、ランダムに結合する繰り返し単位であり、Eは、式(2)で示されるジアミノ変性シリコーン由来の2価の基であり、Fは、式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物由来の2価の基であり、Gは、ジアミン由来の2価の基である。ただし、f+e+g=100mol%であり、f/(e+g)のmol比は、0.9〜1.1であり、前記eとgの和を100とすると前記eは1〜90である。ただし、式(1)の末端は、原料として用いた、テトラカルボン酸二無水物由来の酸無水物基またはジアミノ変性シリコーンもしくはジアミン由来のアミノ基である。
    Figure 0006927117
    (式(2)中、RAは、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基を表し、R1およびR2は、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、R3およびR4は、互いに独立して、炭素原子数1〜10の1価の脂肪族炭化水素基を表すが、R3およびR4の少なくとも一方は脂肪族不飽和結合を有し、R5およびR6は、互いに独立して、置換もしくは非置換の、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数6〜10のアリール基、または炭素原子数7〜16のアラルキル基を表し、mは0〜20、nは1〜20、oは0〜20、m+n+o=1〜30を満たす整数である。なお、m、n、oが付された括弧内のシロキサン単位の配列は、ランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。)
    −Im−X−Im− (3)
    〔式(3)中、Imは、環状イミド構造を端に含む環状の基を表し、Xは、単結合、−O−、−S−、−S(→O)−、−S(=O)2−、−C(=O)−、−NRN−(RNは、炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−CRB 2−(RBは、互いに独立して、水素原子またはハロゲン原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−RAr h−(RArは、炭素原子数6〜12の2価のアリーレン基を表し、hは、1〜6の整数を表す。hが2以上のとき、RArは互いに同一でも異なっていてもよい。)、−RAr h−(ORAri−(RArおよびhは、前記と同じ意味を表し、iは、1〜5の整数を表す。)、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状アルキレン基、炭素原子数5〜12のシクロアルキレン基、および炭素原子数7〜12のアリーレンアルキレン基から選択される2価の基を表す。〕}
    (Bc)熱分解性ラジカル開始剤:0.1〜10質量部、
    (C)溶剤:100〜700質量部、
    (D)酸化防止剤:0.01〜1質量部、および
    (E)疎水性フュームドシリカ:3〜50質量部
    を含むことを特徴とするパワーモジュール。
  2. パワー半導体デバイスが接合された基盤と、この基盤を封止する封止体とを有し、
    前記基盤と封止体とが、シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物の硬化物からなるプライマー層を介して接着され、
    前記シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物が、
    (A2)下記式(1’)で表されるエポキシ硬化型シリコーン変性ポリイミド樹脂:100質量部、
    E’e’−F’f’−G’g’ (1’)
    {式(1’)中、E’,F’,G’はランダムに結合する繰り返し単位であり、E’は、式(2’)で示されるジアミノ変性シリコーン由来の2価の基であり、F’は、式(3)で示されるテトラカルボン酸二無水物由来の2価の基であり、G’は、ジアミン由来の2価の基であり、G’のうち少なくとも一部にヒドロキシ基を有する芳香族ジアミン由来の2価の基を含む。ただし、f’+e’+g’=100mol%であり、f’/(e’+g’)のmol比は、0.9〜1.1であり、前記e’とg’の和を100とすると前記e’は1〜90である。ただし、式(1’)の末端は、原料として用いた、テトラカルボン酸二無水物由来の酸無水物基またはジアミノ変性シリコーンもしくはジアミン由来のアミノ基である。
    Figure 0006927117
    (式(2’)中、RAは、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10の2価炭化水素基を表し、R1およびR2は、互いに独立して置換または非置換の炭素原子数1〜10のアルキル基を表し、R7およびR8は、互いに独立して、置換もしくは非置換の炭素原子数6〜10のアリール基または炭素原子数7〜16のアラルキル基を表し、pは1〜20、qは0〜20、p+q=1〜30を満たす整数である。なお、p、qが付された括弧内のシロキサン単位の配列は、ランダム、交互またはブロックのいずれであってもよい。)
    −Im−X−Im− (3)
    〔式(3)中、Imは、環状イミド構造を端に含む環状の基を表し、Xは、単結合、−O−、−S−、−S(→O)−、−S(=O)2−、−C(=O)−、−NRN−(RNは、炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−CRB 2−(RBは、互いに独立して、水素原子またはハロゲン原子を含んでいてもよい炭素原子数1〜12の1価炭化水素基を表す。)、−RAr h−(RArは、炭素原子数6〜12の2価のアリーレン基を表し、hは、1〜6の整数を表す。hが2以上のとき、RArは互いに同一でも異なっていてもよい。)、−RAr h−(ORAri−(RArおよびhは、前記と同じ意味を表し、iは、1〜5の整数を表す。)、炭素原子数1〜12の直鎖状または分岐状アルキレン基、炭素原子数5〜12のシクロアルキレン基、および炭素原子数7〜12のアリーレンアルキレン基から選択される2価の基を表す。〕}
    (Be)エポキシ樹脂架橋剤:0.1〜10質量部、
    (C)溶剤:250〜1,200質量部、
    (D)酸化防止剤:0.01〜1質量部、および
    (E)疎水性フュームドシリカ:3〜50質量部
    を含むことを特徴とするパワーモジュール。
  3. 前記Imが、下記の基から選ばれる請求項1または2記載のパワーモジュール。
    Figure 0006927117
    (式中、波線を付した線は結合手を示す。窒素原子に結合している結合手は、式(2)ではEまたはGに、式(2’)ではE’またはG’に結合し、他の結合手はXに結合する。)
JP2018064941A 2018-03-29 2018-03-29 パワーモジュール Active JP6927117B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018064941A JP6927117B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 パワーモジュール
TW108105542A TWI780305B (zh) 2018-03-29 2019-02-20 電源模組
CN201980022352.8A CN111919291B (zh) 2018-03-29 2019-03-28 功率模块
PCT/JP2019/013507 WO2019189543A1 (ja) 2018-03-29 2019-03-28 パワーモジュール
KR1020207030990A KR102615879B1 (ko) 2018-03-29 2019-03-28 파워 모듈
US17/042,676 US11551987B2 (en) 2018-03-29 2019-03-28 Power module comprising a primer layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018064941A JP6927117B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 パワーモジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019176085A JP2019176085A (ja) 2019-10-10
JP6927117B2 true JP6927117B2 (ja) 2021-08-25

Family

ID=68062173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018064941A Active JP6927117B2 (ja) 2018-03-29 2018-03-29 パワーモジュール

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11551987B2 (ja)
JP (1) JP6927117B2 (ja)
KR (1) KR102615879B1 (ja)
TW (1) TWI780305B (ja)
WO (1) WO2019189543A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11416046B2 (en) * 2015-11-05 2022-08-16 Henkel Ag & Co. Kgaa Compositions having a matrix and encapsulated phase change materials dispersed therein, and electronic devices assembled therewith

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6183869B1 (en) * 1997-05-02 2001-02-06 Fuji Xerox Co., Ltd. Primer composition, fixing member, and fixing device using the fixing member
JP4319591B2 (ja) * 2004-07-15 2009-08-26 株式会社日立製作所 半導体パワーモジュール
JP4907253B2 (ja) * 2006-08-03 2012-03-28 シャープ株式会社 注入装置、製造装置、および半導体発光装置の製造方法
JP5342221B2 (ja) 2008-12-05 2013-11-13 パナソニック株式会社 半導体封止用エポキシ樹脂無機複合シート及び成形品
JP2011249511A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Sumitomo Bakelite Co Ltd 金メッキ金属微細パターン付き基材の製造方法、金メッキ金属微細パターン付き基材、プリント配線板、インターポーザ及び半導体装置
TWI632714B (zh) * 2013-05-02 2018-08-11 新加坡商泰拉-屏障膜公司 封裝障壁堆疊
KR20150095430A (ko) * 2014-02-13 2015-08-21 삼성전자주식회사 발광다이오드 패키지 및 이를 이용한 발광소자
KR102244404B1 (ko) * 2014-02-24 2021-04-26 헨켈 아이피 앤드 홀딩 게엠베하 열전도성 선-적용형 언더필 제제 및 그의 용도
KR20160087048A (ko) * 2015-01-12 2016-07-21 삼성전자주식회사 발광다이오드 패키지
WO2017062586A1 (en) * 2015-10-07 2017-04-13 Henkel IP & Holding GmbH Formulations and the use for 3d tsv packages
JP6763139B2 (ja) 2015-12-25 2020-09-30 信越化学工業株式会社 無溶剤型シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物
JP6780398B2 (ja) * 2016-09-15 2020-11-04 三菱マテリアル株式会社 樹脂封止パワーモジュールの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200139194A (ko) 2020-12-11
JP2019176085A (ja) 2019-10-10
KR102615879B1 (ko) 2023-12-21
WO2019189543A1 (ja) 2019-10-03
US20210066147A1 (en) 2021-03-04
TWI780305B (zh) 2022-10-11
US11551987B2 (en) 2023-01-10
CN111919291A (zh) 2020-11-10
TW202005014A (zh) 2020-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6848916B2 (ja) シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物
JP4548855B2 (ja) 熱硬化性ポリイミドシリコーン樹脂組成物及びその硬化皮膜
CN110317453B (zh) 有机硅改性聚酰亚胺树脂组合物
JP6927117B2 (ja) パワーモジュール
JP2018188626A (ja) シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物
TW201336951A (zh) 導熱性接著劑組成物及使用其之接著用薄片與導熱性切割/固晶薄膜
KR20090065156A (ko) 열경화성 접착제 조성물 및 이를 이용한 접착 필름
JP2019172892A (ja) シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物
JP5489261B2 (ja) 熱伝導性接着剤
JP6844570B2 (ja) シリコーンゴム−シリコーン変性ポリイミド樹脂積層体
CN111919291B (zh) 功率模块
JP7322837B2 (ja) シリコーン変性ポリイミド樹脂組成物
KR101349119B1 (ko) 폴리 에폭시이미드-아크릴레이트 변형 전자재료 소재용 접착제 조성물 및 이의 제조방법
JP7431720B2 (ja) 可動部品固定用接着剤組成物、光学部品、電子部品、及び、電子モジュール
JP7380141B2 (ja) 樹脂組成物、硬化物の製造方法、硬化物、カバーコート層、表面保護膜及び電子部品
WO2020188641A1 (ja) エポキシ樹脂組成物、電子部品装置及び電子部品装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210427

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210617

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210706

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210719

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6927117

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150