JP7034232B2 - 樹脂組成物、樹脂シート、積層体、及び半導体素子 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、ポリエチレンテレフタレート等の支持体と、該支持体上に形成された樹脂組成物層と、該樹脂組成物層を保護するポリプロピレンフィルム等の保護フィルムとがこの順で積層された接着フィルムが開示されている。特許文献1に記載の樹脂組成物は、多官能エポキシ樹脂、硬化剤、フェノキシ樹脂、及び無機充填材を含有する。
本実施形態に係る樹脂組成物は、(A)熱可塑性成分と、(B)熱硬化性成分と、(C)シリカフィラーと、を含有する。
(A)熱可塑性成分(以下、単に「(A)成分」と称する場合がある)は、特に限定されない。
本実施形態の(A)熱可塑性成分は、熱可塑性樹脂を含む。
熱可塑性樹脂は、例えば、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリエステル樹脂、及びウレタン樹脂からなる群から選択される少なくともいずれかの樹脂であることが好ましく、フェノキシ樹脂であることがより好ましい。フェノキシ樹脂は、アルカリに対する耐性に優れ、本実施形態に係る樹脂組成物を半導体素子の実装工程に用いる場合において、その工程がアルカリ剤による処理を伴う場合であっても、樹脂組成物が溶解することなく、形状が維持されやすい。熱可塑性樹脂は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
(B)熱硬化性成分(以下、単に「(B)成分」と称する場合がある)は、加熱を受けると三次元網状化し、被着体を強固に接着する性質を有する。本実施形態における熱硬化性成分としては、特に制限されることなく、従来公知の様々な熱硬化性成分を用いることができる。
本実施形態の(B)熱硬化性成分は、熱硬化性樹脂と、硬化剤と、を含有する。
熱硬化性樹脂としては、高耐熱性を有する熱硬化性樹脂であればよく、例えば、ビスマレイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、シアネート樹脂、及びメラミン樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、及びC=C二重結合を有する樹脂等の樹脂類、並びにアミン、酸無水物、及びホルムアルデヒド等が挙げられる。C=C二重結合を有する樹脂としては、アリル樹脂等が挙げられる。硬化剤は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
熱硬化性樹脂と硬化剤との組み合わせとしては、ビスマレイミド樹脂及びアリル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂及びフェノール樹脂、シアネート樹脂及びフェノール樹脂、シアネート樹脂及びアミン、シアネート樹脂及び酸無水物、並びにメラミン樹脂及びホルムアルデヒド等の組み合わせが挙げられる。高耐熱性を有する観点から、ビスマレイミド樹脂及びアリル樹脂の組み合わせが好ましい。
ビスマレイミド樹脂及びアリル樹脂としては、従来公知の種々のビスマレイミド樹脂及びアリル樹脂が用いられる。
本実施形態におけるマレイミド樹脂としては、マレイミド基とフェニレン基とが、直接、結合したマレイミド樹脂が挙げられる。
また、本実施形態におけるマレイミド樹脂としては、シート形成性の観点から、マレイミド基とフェニレン基との間にエーテル結合を有するマレイミド樹脂も挙げられる。
前記一般式(1A)において、R1~R4は、それぞれ独立に、水素原子または炭素数1~6のアルキル基である。
R3とR4とは、互いに異なるアルキル基であることが好ましい。
R1とR2とは、互いに異なるアルキル基であり、かつR3とR4とは、互いに異なるアルキル基であることがより好ましい。
本実施形態におけるアリル樹脂は、下記一般式(2)で表されることがより好ましい。
また、硬化剤としてのアリル樹脂は、好ましくはビスマレイミド樹脂100質量部に対して、通常、10質量部以上200質量部以下の割合で用いられ、20質量部以上150質量部以下の割合で用いられることが好ましい。アリル樹脂の割合が上記範囲内であれば、せん断強度を向上させることができる。
硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール化合物等が挙げられる。イミダゾール化合物としては、例えば、2-エチル-4-メチルイミダゾール等が挙げられる。
樹脂組成物中の硬化促進剤の含有量は、樹脂組成物の固形分の全量基準(すなわち、溶媒を除く全固形分を100質量%としたとき)で、0.005質量%以上12質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。
(C)無機フィラー(以下、単に「(C)成分」と称する場合がある)は、樹脂組成物に耐熱性を付与する。
(C)無機フィラーとしては、シリカフィラー、アルミナフィラー、及び窒化ホウ素フィラー等が挙げられる。これらの中でも、シリカフィラーが好ましい。
シリカフィラーとしては、例えば、溶融シリカ、及び球状シリカ等が挙げられる。
(C)無機フィラーは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
(C)無機フィラーは、表面処理されていてもよい。
また、本実施形態に係る樹脂組成物の他の一例としては、下記の通り、(A)熱可塑性成分、(B)熱硬化性成分、(C)無機フィラー、及び前記(A)~(C)成分以外の成分を含有する樹脂組成物が挙げられる。
本実施形態において、樹脂組成物は、(A)~(C)成分の他に、さらに(D)カップリング剤を含むことが好ましい。
カップリング剤は、前述の(A)熱可塑性成分が有する官能基、または(B)熱硬化性成分が有する官能基と反応する基を有することが好ましく、(B)熱硬化性成分が有する官能基と反応する基を有することがより好ましい。
また、上記のような(D)カップリング剤は、(B)熱硬化性成分100質量部に対して、通常、0.1質量部以上20質量部以下の割合で配合され、好ましくは0.3質量部以上15質量部以下の割合で配合され、より好ましくは0.5質量部以上10質量部以下の割合で配合される。
本実施形態において、樹脂組成物は、さらにその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、例えば、架橋剤、顔料、染料、消泡剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、発泡剤、酸化防止剤、難燃剤、及びイオン捕捉剤からなる群から選択される少なくともいずれかの成分が挙げられる。
例えば、樹脂組成物は、硬化前の初期接着性、及び凝集性を調節するために、さらに架橋剤を含んでいてもよい。
架橋剤としては、例えば、有機多価イソシアナート化合物、及び有機多価イミン化合物等が挙げられる。
有機多価イソシアナート化合物のさらに具体的な例としては、例えば、2,4-トリレンジイソシアナート、2,6-トリレンジイソシアナート、1,3-キシリレンジイソシアナート、1,4-キシレンジイソシアナート、ジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアナート、ジフェニルメタン-2,4’-ジイソシアナート、3-メチルジフェニルメタンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアナート、ジシクロヘキシルメタン-2,4’-ジイソシアナート、及びリジンイソシアナート等が挙げられる。
Td5は、445℃以上であることが好ましい。
Td5が440℃以上であれば、樹脂組成物の耐熱性が向上する。
なお、本明細書におけるTd5は、示差熱・熱重量同時測定装置(株式会社島津製作所製。装置名:DTG-60)を用いて、スキャンスピード10℃/min.、温度範囲50℃~600℃にて測定した値である。
本実施形態に係る樹脂シートは、本実施形態に係る樹脂組成物からなる。したがって、本実施形態に係る樹脂シートのTd5もまた、440℃以上である。
本実施形態に係る樹脂組成物をシート化することにより、本実施形態に係る樹脂シートを得ることができる。樹脂組成物がシート状であることで、被着体への適用が簡便になり、特に被着体が大面積である場合の適用が簡便になる。
樹脂組成物がシート状であれば、封止工程後の形状に対して、ある程度、適合した形状に予め形成されているので、適用するだけで、ある程度の均一性を保った封止材として供給できる。また、樹脂組成物がシート状であれば、流動性がないので、取り扱い性に優れる。
本実施形態に係る樹脂シートは、積層体の形態として利用することもできる。積層体の一例として、図1には、本実施形態に係る積層体1の断面概略図が示されている。
本実施形態の積層体1は、第一剥離材2と、第二剥離材4と、第一剥離材2及び第二剥離材4の間に設けられた樹脂シート3とを有する。樹脂シート3は、本実施形態に係る樹脂組成物からなる。
第一剥離材2、及び第二剥離材4は、剥離基材と、剥離基材の上に剥離剤が塗布されて形成された剥離剤層とを備える剥離材とすることができる。剥離基材と剥離剤層とを備える剥離材とすることで、取り扱いが容易となる。また、第一剥離材2、及び第二剥離材4は、剥離基材の片面のみに剥離剤層を備えていてもよいし、剥離基材の両面に剥離剤層を備えていてもよい。
剥離剤層の厚さは、特に限定されない。剥離剤を含む溶液を塗布して剥離剤層を形成する場合、剥離剤層の厚さは、0.01μm以上3μm以下であることが好ましく、0.03μm以上1μm以下であることがより好ましい。
半導体素子は、パワー半導体であることが好ましい。
他の電子部品としては、例えば、プリント配線基板、及びリードフレーム等が挙げられる。
本実施形態に係る半導体装置は、本実施形態に係る樹脂組成物、または樹脂シートが半導体素子の実装に用いられる。
本実施形態の樹脂シートを用いた半導体素子の封止は、例えば次のようにして行うことができる。半導体素子を覆うように樹脂シートを載置し、真空ラミネート法により圧着することで、半導体素子を封止する。
本実施形態の積層体1を用いる場合は、積層体1の一方の剥離材を剥離した後、半導体素子を覆うように樹脂シートを載置する。その後、他方の剥離材を剥離する。その後、真空ラミネート法により圧着することで、半導体素子を封止する。
本実施形態の樹脂組成物または樹脂シートを用いた半導体素子とその他の電子部品との接合は、例えば、次のようにして行うことができる。その他の電子部品上に、樹脂シートを載置し、さらに、樹脂シート上に半導体素子を載置し、その後、樹脂シートと半導体素子とを仮圧着し、樹脂シートを加熱して硬化させる。このようにして、樹脂組成物を半導体素子とその他の電子部品との間に介在させて、半導体素子とその他の電子部品とを接合する。
本実施形態の樹脂組成物または樹脂シートを用いた半導体素子用の回路の形成としては、ビルドアップ法による回路の形成が挙げられる。回路は、基板に形成されてもよいし、半導体素子に直接に形成されてもよい。
本実施形態に係る樹脂組成物、及び樹脂シートによれば、耐熱性と接着性を向上させることができる。本実施形態に係る樹脂組成物、及び樹脂シートを用いることで、従来よりも耐熱性が高く、接着性も高い封止樹脂層によって半導体素子を封止することができ、半導体素子と封止樹脂層との接着強度を向上させることができる。
本実施形態に係る樹脂組成物、及び樹脂シートは、半導体素子の実装に好適に用いることができ、パワー半導体素子の実装により好適に用いることができる。
また、本実施形態に係る樹脂組成物、及び樹脂シートは、炭化ケイ素及び窒化ガリウムの少なくともいずれかを用いた半導体素子の実装に好適に用いることができる。炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いた半導体素子は、シリコン半導体とは異なる特性を有するので、パワー半導体、基地局用高出力デバイス、センサー、ディテクター、及びショットキーバリアダイオード等の用途に好ましく用いられる。これらの用途では、炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いた半導体素子の耐熱性にも着目しており、本実施形態の樹脂組成物、及び樹脂シートは、耐熱性に優れるため、炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いた半導体素子と組み合わされて好適に用いられる。
本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良等は、本発明に含まれる。
樹脂組成物の調製に用いた材料は以下のとおりである。
・バインダー樹脂:BisA/BisF混合型フェノキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製「ZX-1356-2」、重量平均分子量65,000)
・BMI樹脂:ビス(3-エチル-5-メチル-4-マレイミドフェニル)メタン
・アリル樹脂:ジアリルビスフェノールA
・エポキシ樹脂:ビフェニル型エポキシ樹脂(日本化薬株式会社製「NC3000H」)
・フェノール樹脂:ビフェニル型フェノールノボラック樹脂(明和化成株式会社製「MEH-7851-H」)
・硬化促進剤:2-エチル-4-メチルイミダゾール
・シリカフィラー:溶融シリカ(エポキシシラン修飾、平均粒径0.5μm、最大粒径2.0μm)
・カップリング剤:3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン
調製した樹脂組成物を200℃で4時間加熱して、樹脂硬化物を得た。
第一剥離材(アルキド樹脂系剥離剤から形成された剥離層を設けたポリエチレンテレフタレート、厚さ38μm)上に、乾燥後の樹脂組成物の厚みが20μmとなるように、ダイコーターにて樹脂ワニス(メチルエチルケトンに、樹脂組成物を固形分濃度40質量%で溶解して調製した塗布用溶液)を塗布し、100℃で2分間乾燥した。乾燥炉から出した直後に、乾燥後の樹脂組成物と、第二剥離材(シリコーン系剥離材から形成された剥離層を設けたポリエチレンテレフタレート、厚さ38μm)とを常温で貼り合わせ、第一剥離材、樹脂組成物からなる樹脂層(樹脂シート)、及び第二剥離材がこの順で積層された積層体を作製した。
株式会社島津製作所製の示差熱・熱重量同時測定装置(装置名:DTG-60)を用いて、下記条件で樹脂硬化物のTd5を測定した。
・スキャンスピード:10℃/min.
・温度範囲:50~600℃
あらかじめ個片化したSiミラーウェハ(5mm×5mm、厚さ350μm)の研磨面(#2000研磨)に、樹脂シートの一方の面を、ラミネート温度60℃にて貼り合わせ、さらに樹脂シートの他方の面を銅板(5mm×350μm、JIS H 3100仕様)へ圧着した。圧着条件は250gf/100℃/3secとした。なお、樹脂シートに積層されていた第一剥離材及び第二剥離材は、それぞれSiミラーウェハ及び銅板に貼り付ける前に剥離した。その後(樹脂シートにSiミラーウェハ及び銅板を貼り付けた後)、上述の熱硬化条件(200℃、4時間)で樹脂組成物を硬化させ、せん断強度測定装置(ノードソン・アドバンスト・テクノロジー株式会社製、装置名:ボンドテスターDage4000)を用いてせん断強度を測定することにより、接着強度を評価した。せん断強度の単位は、N/5mm□とした。
なお、下記の2条件にて評価を行った。
条件1:湿熱なし
・測定温度:250℃
条件2:湿熱有り
・測定温度:250℃
・湿熱条件:JEDEC Lv1(85℃/85%RH/168hr)
Claims (16)
- 半導体素子の実装に用いられる樹脂組成物であって、
前記樹脂組成物の固形分の全量基準で、
0.1質量%以上40質量%以下の(A)熱可塑性成分と、
5質量%以上75質量%以下の(B)熱硬化性成分と、
20質量%以上90質量%以下の(C)無機フィラーと、を含有し、
前記(B)熱硬化性成分は、ビスマレイミド樹脂及びアリル樹脂を含み、
当該樹脂組成物の硬化物の5%重量減少温度が440℃以上である
ことを特徴とする樹脂組成物。 - 請求項1に記載の樹脂組成物において、
前記(C)無機フィラーが、球状の無機フィラーである
ことを特徴とする樹脂組成物。 - 請求項1又は請求項2に記載の樹脂組成物において、
前記(A)熱可塑性成分が、フェノキシ樹脂を含む
ことを特徴とする樹脂組成物。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の樹脂組成物において、
前記半導体素子がパワー半導体素子であることを特徴とする樹脂組成物。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の樹脂組成物において、
前記半導体素子が、炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いた半導体素子であることを特徴とする樹脂組成物。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の樹脂組成物からなることを特徴とする樹脂シート。
- 請求項6に記載の樹脂シートにおいて、
前記(A)熱可塑性成分が、フェノキシ樹脂を含むことを特徴とする樹脂シート。 - 請求項6又は請求項7に記載の樹脂シートにおいて、
前記半導体素子がパワー半導体素子であることを特徴とする樹脂シート。 - 請求項6から請求項8のいずれか一項に記載の樹脂シートにおいて、
前記半導体素子が、炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いた半導体素子であることを特徴とする樹脂シート。 - 請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の樹脂シートと、剥離材と、を有し、
前記剥離材は、アルキド樹脂系剥離剤から形成される剥離剤層を有することを特徴とする積層体。 - 請求項10に記載の積層体において、
前記半導体素子がパワー半導体素子であることを特徴とする積層体。 - 請求項10又は請求項11に記載の積層体において、
前記半導体素子が、炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いた半導体素子であることを特徴とする積層体。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の樹脂組成物を用いたことを特徴とする半導体素子。
- 請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の樹脂シートを用いたことを特徴とする半導体素子。
- 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の樹脂組成物、並びに炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いたことを特徴とする半導体素子。
- 請求項6から請求項9のいずれか一項に記載の樹脂シート、並びに炭化ケイ素及び窒化ガリウムのいずれか1種以上を用いたことを特徴とする半導体素子。
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