説明

樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置

【課題】本発明は、弾性率が低く良好な接着性を示すとともに良好なブリード性を示す半導体用ダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料及び耐リフロー性等の信頼性に優れた半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体素子又は放熱部材を支持体に接着する樹脂組成物であって、一般式(1)で示される化合物(A)、ラジカル重合開始剤(B)、充填材(C)及び(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(D)を含むことを特徴とする樹脂組成物及び該樹脂組成物を使用して作製した半導体装置。


は、水素又はメチル基

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂組成物及び樹脂組成物を使用して作製した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体製品の大容量、高速処理化及び微細配線化に伴い半導体製品作動中に発生する熱の問題が顕著になってきており、半導体製品から熱を逃がす、いわゆるサーマルマネージメントがますます重要な課題となってきている。このため半導体製品にヒートスプレッダー、ヒートシンク等の放熱部材を取り付ける方法等が一般的に採用されているが放熱部材を接着する材料自体の熱伝導率もより高いものが望まれてきている。一方半導体製品の形態によっては半導体素子そのものを金属製のヒートスプレッダーに接着したり、半導体素子を接着したリードフレームのダイパッド部にヒートスプレッダーを接着したり、ダイパッド部がパッケージ表面に露出しており放熱板をかねる場合もあり、さらにはサーマルビア等の放熱機構を有する有機基板等に接着したりする場合もある。この場合も同様に半導体素子を接着する材料に高熱伝導率が要求される。このようにダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料に高熱伝導率が要求されているが、同時に半導体製品の基板搭載時のリフロー処理に耐える必要があり、さらには大面積の接着が要求される場合も多く構成部材間の熱膨張係数の違いによる反り等の発生を抑制するため低応力性も併せ持つ必要がある。
【0003】
ここで通常高熱伝導性接着剤には、銀粉、銅粉といった金属フィラーや窒化アルミ、窒化ボロン等のセラミック系フィラー等を有機系のバインダーに高い含有率で添加するが、含有可能な量に限界があり高熱伝導率が得られない場合、多量の溶剤を含有し硬化物単体の熱伝導率は良好だが半導体製品中では硬化物中に溶剤が残存又は揮発した後がボイドになり熱伝導率が安定しない。また、高フィラー含有率に基づき弾性率が高く低応力性が不十分な場合等満足なものはなかった(例えば特許文献1参照)。
また、樹脂組成物をリードフレーム、有機基板等の支持体に塗布した時、又は加熱硬化中に樹脂組成物の樹脂成分が支持体表面に広がるブリードにより、半導体素子からダイパッドへのワイヤボンドの不良の原因となったり、封止材料のダイパッドへの接着力を低下させ剥離の原因、クラックの原因となったりするため問題であった。
【特許文献1】特開平11−43587号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、十分な低応力性つまり弾性率が低く良好な接着性、ブリード性を有する樹脂組成物及び該樹脂組成物を半導体用ダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料として使用することで信頼性に優れた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
このような目的は、下記[1]〜[14]に記載の本発明により達成される。
[1]半導体素子又は放熱部材を支持体に接着する樹脂組成物であって、一般式(1)で示される化合物(A)、ラジカル重合開始剤(B)、充填材(C)及び(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(D)を含むことを特徴とする樹脂組成物。
【0006】
【化2】

は、水素又はメチル基
【0007】
[2]前記化合物(D)が以下の(D1)〜(D4)の群から選ばれる少なくとも1種である[1]項に記載の樹脂組成物。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(D1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(D3)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(D4)。
[3]前記化合物(D1)がノルボルネンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートとジオールと水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[4]前記化合物(D1)がノルボルネンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートと分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種と水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である[1]〜[3]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【0008】
[5]前記(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)の分子量が500以上、5000以下である[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[6]前記(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)が(メタ)アクリロイル基を有するポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン共重合体又はイソプレン共重合体である[1]、[2]又は[5]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[7]前記(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)の(メタ)アクリロイル基が脂肪族のポリエーテル、ポリエステル及びポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種の結合を介してジエン系化合物の重合体又は共重合体と結合している[1]、[2]、[5]又は[6]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【0009】
[8]前記化合物(D3)が分子骨格にシクロヘキサンジカルボン酸残基を含む[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[9]前記化合物(D3)が分子骨格にシクロヘキサンジオール又はシクロヘキサンジアルキルアルコール残基を含む[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[10]前記化合物(D4)が分子骨格に芳香族環を含まないものである[1]又は[2]項に記載の樹脂組成物。
[11]前記化合物(D4)が脂肪族ジオール及び炭酸ジアルキルの反応により得られたポリカーボネートジオールと(メタ)アクリル酸又はその誘導体との反応物である[1]、[2]又は[10]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[12]さらにS−S結合を有するシランカップリング剤を含む[1]〜[11]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[13]充填材(C)が銀粉である[1]〜[12]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
[14][1]〜[13]項のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。
【発明の効果】
【0010】
本発明の樹脂組成物は、低弾性率かつ高接着でブリード性に優れるため、ダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料として使用した場合、得られた半導体装置は耐リフロー性に優れており、その結果高信頼性の半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明は、一般式(1)で示される化合物(A)、ラジカル重合開始剤(B)、充填材(C)及び(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(D)を含むことを特徴とする半導体素子又は放熱部材を支持体に接着する樹脂組成物であって、弾性率が低く接着性、ブリード性に優れる樹脂組成物を提供するものである。ここで、支持体とは、半導体素子を接着する場合は、リードフレーム、有機基板などであり、放熱部材を接着する場合は、半導体素子、リードフレーム、有機基板、半導体製品などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
以下、本発明について詳細に説明する。
【0012】
本発明では、一般式(1)で示される化合物(A)を使用する。一般にモノ(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリレートなどの低粘度アクリルエステル化合物は反応性の希釈剤として使用されているが、化合物(A)を使用することにより良好な接着性と優れたブリード性を示すことが可能となる。ここでブリードとは、樹脂組成物をリードフレーム等の支持体に塗布した時、あるいは加熱硬化中に樹脂組成物の樹脂成分が支持体表面に広がる現象を指し、しばしばブリードがグランドボンド(半導体素子からダイパッドへのワイヤボンド)不良の原因となったり、封止材料のダイパッドへの接着力を低下させ剥離の原因、クラックの原因となったりするため好ましくない現象である。ここでブリード性に優れるというのはブリードが発生しにくいということで、すなわち上述したような問題が起こりにくいということである。このような化合物は(メタ)アクリル酸とシクロヘキサンジメタノールの反応により得ることが可能であり、特に好ましい化合物としては(メタ)アクリル酸と1,4−シクロヘキサンジメタノールの反応物である。
【0013】
本発明ではラジカル重合開始剤(B)を使用する。通常熱ラジカル重合開始剤として用いられるものであれば特に限定しないが、望ましいものとしては、急速加熱試験(試料1gを電熱板の上にのせ、4℃/分で昇温した時の分解開始温度)における分解温度が40〜140℃となるものが好ましい。分解温度が40℃未満だと、樹脂組成物の常温における保存性が悪くなり、140℃を越えると硬化時間が極端に長くなるため好ましくない。
【0014】
これを満たす熱ラジカル重合開始剤の具体例としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルアセトアセテートパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(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−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、n−ブチル4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2−メチルシクロヘキサン、t−ブチルハイドロパーオキサイド、P−メンタンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、t−ヘキシルハイドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、α、α’−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、イソブチリルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、桂皮酸パーオキサイド、m−トルオイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−3−メトキシブチ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、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、α、α’−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミルパーオキシネオデカノエート、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、1−シクロヘキシル−1−メチ−ルエチルパーオキシネオデカノエート、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−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、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルへキサノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−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、t−ブチルパーオキシマレイックアシッド、t−ブチルパーオキシラウレート、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、2,5−ジメチル−2,5−ビス(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、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ−m−トルオイルベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等が挙げられるが、これらは単独或いは硬化性を制御するため2種類以上を混合して用いることもできる。特に限定されるわけではないが樹脂組成物中0.001〜2重量%含有されるのが好ましい。
【0015】
本発明の樹脂組成物は、通常蛍光灯等の照明下で使用されるので光重合開始剤が含まれていると使用中に反応により粘度上昇が観察されるため実質的に光開始剤を含有することはできない。実質的にとは、粘度上昇が観察されない程度で光重合開始剤が微量に存在してもよく、好ましくは、含有しないことである。
【0016】
本発明では充填材(C)として、銀粉、金粉、銅粉、アルミニウム粉、ニッケル粉、パラジウム粉といった金属粉、アルミナ粉末、チタニア粉末、アルミニウムナイトライド粉末、ボロンナイトライド粉末といったセラミック粉末、ポリエチレン粉末、ポリアクリル酸エステル粉末、ポリテトラフルオロエチレン粉末、ポリアミド粉末、ポリウレタン粉末、ポリシロキサン粉末といった高分子粉末を使用可能である。樹脂組成物を使用する際にはノズルを使用して吐出する場合があるので、ノズル詰まりを防ぐために平均粒径は30μm以下が好ましく、ナトリウム、塩素といったイオン性の不純物が少ないことが好ましい。特に導電性、熱伝導性が要求される場合には銀粉を使用することが好ましい。通常電子材料用として市販されている銀粉であれば、還元粉、アトマイズ粉等が入手可能で、好ましい粒径としては平均粒径が1μm以上、30μm以下である。これ以下では樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ、これ以上では上述のようにディスペンス時にノズル詰まりの原因となりうるからであり、電子材料用以外の銀粉ではイオン性不純物の量が多い場合があるので注意が必要である。形状はフレーク状、球状等特に限定されないが、好ましくはフレーク状のものを使用し、通常樹脂組成物中70重量%以上、95重量%以下含まれる。銀粉の割合がこれより少ない場合には導電性が悪化し、これより多い場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎるためである。
【0017】
本発明では、(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(D)を使用する。化合物(D)は、化合物(A)と共重合可能であるとともに弾性率の低い硬化物を得るために必要である。化合物(D)は、以下の(D1)〜(D4)の群から選ばれる少なくとも1種を使用することが好ましい。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(D1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(D3)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(D4)。
(D1)〜(D4)の化合物について以下説明を行う。
【0018】
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有し室温で液状の化合物(D1)。
一般にウレタンアクリレートと総称される(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物は良く知られているが、なかでも分子骨格に脂肪族環を有する場合には室温で液状のものを得やすく、また硬化物は特に低い弾性率を示すので好適に使用可能である。
このような化合物としてはノルボルネンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートとジオールと水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得ることが可能である。より好ましいのは前記ジオールの分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種の場合であり、さらに前記水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物が2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート又は2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドである場合である。ジイソシアネートとしてノルボルネンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種を、ジオールとしてポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種を用いることでより低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため前記の充填剤(C)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
【0019】
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体であり室温で液状の化合物(D2)。
本発明では低弾性率の硬化物を得るために(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)も使用可能である。期待する低弾性率化のためには分子量が500以上であることが好ましい。分子量が5000を超える場合には粘度が高くなりすぎるため好ましくない。前記ジエン系化合物の重合体又は共重合体はポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン共重合体又はイソプレン共重合体であることが好ましい。(メタ)アクリロイル基は化合物(A)と共重合するために必要であり、官能基をもつジエン系化合物の重合体又は共重合体との反応により導入することが可能である。具体的にはジエン系化合物の重合体又は共重合体がカルボキシ基を有する場合には、(メタ)アクリロイル基ならびに、水酸基、グリシジル基及びアミノ基等を有する化合物を反応することで得ることが可能であり、ジエン系化合物の重合体又は共重合体が水酸基を有する場合には、(メタ)アクリロイル基及びカルボキシ基を有する化合物を反応することで得ることが可能である。より好ましい化合物(D2)としては、両末端にカルボキシ基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体とポリアルキレンオキサイドジオールモノ(メタ)アクリレート、ポリエステルジオールモノ(メタ)アクリレート及びポリカーボネートジオールモノ(メタ)アクリレートから選ばれる少なくとも1種との反応物の場合である。(メタ)アクリロイル基がポリエーテル、ポリエステル及びポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種の結合を介してジエン系化合物の重合体又は共重合体と結合していることでより低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため前記の充填剤(C)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
【0020】
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有し室温で液状の化合物(D3)。
本発明では(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有し室温で液状の化合物(D3)を使用することも可能である。化合物(D3)は分子骨格に脂肪族環を有するため特に弾性率の低い硬化物を得ることが可能であるため好適に用いられる。脂肪族環を有するポリエステル化合物は、脂肪族環を有するジカルボン酸又はその誘導体とジオールとの反応、脂肪族環を有するジオールとジカルボン酸との反応等により得ることが可能である。このようなポリエステル化合物は末端がカルボキシ基又は水酸基であるので、これらカルボキシ基又は水酸基と反応可能な官能基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物と反応することで化合物(D3)を得ることが可能である。前記脂環構造を有するジカルボン酸としてはシクロヘキサンジカルボン酸、ノルボルネンジカルボン酸、イソホロンジカルボン酸、及びシクロヘキセンジカルボン酸などが挙げられ、その誘導体とはこれら化合物の酸無水物、アルキルエステル化合物、ハロゲン化化合物などが挙げられる。特に好ましいのはシクロヘキサンジカルボン酸又はその誘導体であり、これらを用いた場合にはポリエステル骨格にシクロヘキサンジカルボン酸残基が含まれる。前記脂肪族環を有するジオールとしてはシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジアルキルアルコールなどが挙げられ、これらを用いた場合にはポリエステル骨格にシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジアルキルアルコール残基が含まれる。化合物(D3)はジカルボン酸又はその誘導体とジオールを先に反応させ、末端がカルボキシ基又は水酸基のポリエステル化合物を得た後にカルボキシ基又は水酸基と反応可能な官能基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物と反応することでも得ることが可能であるし、例えば2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのような水酸基を有する(メタ)アクリロイル基を有する化合物とジカルボン酸とジオールとを同時に仕込んで反応することにより得ることも可能である。好ましい化合物(D3)の分子量は200以上、5000以下であり、より好ましくは500以上、2000以下である。(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(D3)は低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため前記の充填剤(C)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
【0021】
(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状のポリカーボネート化合物(D4)。
本発明では(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状のポリカーボネート化合物(D4)を使用することも可能である。代表的なポリカーボネートとして知られているビスフェノールAを原料とするポリカーボネートのように芳香族環を有するポリカーボネートの場合には分子間の凝集力が強すぎ液状のものを得ることが難しいとともに硬化物の弾性率が高くなりすぎるため好ましくない。好ましい化合物(D4)としては脂肪族ジオールと炭酸ジアルキルをエステル交換反応によりポリカーボネートジオールを得た後(メタ)アクリル酸又はその誘導体と反応することにより得られる化合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【0022】
脂肪族ジオールとしては炭素数3以上10以下のものが好適に使用されるが、なかでも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、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,3−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−シクロヘキサンジエタノール、1,3−シクロヘキサンジエタノール、1,4−シクロヘキサンジエタノールが好ましく、これらは単独で使用しても2種以上を併用してもかまわない。
【0023】
炭酸ジアルキルとしては反応性の点から炭酸ジメチルが好ましい。反応にはエステル交換触媒として一般的に使用される触媒を使用する。例えばジブチル錫オキサイド、ジオクチル錫オキサイド等の有機錫化合物、テトラメチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のテトラアルキルチタネート、炭酸カリウム、炭酸カルシウム等の炭酸アルカリ金属塩あるいは炭酸アルカリ土類金属塩、カリウムメトキシド、ナトリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムt−ブトキシド等のアルカリ金属のアルキルアルコキシド、ジメチルアニリン、1,4−ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン等の3級アミン、アセチルアセトンハフニウム等のハフニウムの有機金属錯体などである。脂肪族ジオールを複数使用する場合には複数の脂肪族ジオールを同時に仕込むことでランダム共重合体を得ることも、それぞれ短鎖のポリカーボネートジオール同士を反応させることでブロック共重合体を得ることも可能である。ポリカーボネートジオールは(メタ)アクリル酸とエステル化反応によりポリカーボネートジ(メタ)アクリレートとすることも可能であるし、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとエステル交換反応によりポリカーボネートジ(メタ)アクリレートとすることも可能である。
【0024】
好ましい化合物(D4)の分子量は500以上、5000以下であり、より好ましい分子量の範囲は800以上、2000以下である。下限値より小さい場合には樹脂組成物中の官能基の数が多くなり硬化物の弾性率が高くなる傾向にあり、上限値より大きい場合には樹脂組成物の粘度が高くなりすぎ実用的でないためである。(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(D4)は低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため前記の充填剤(C)と配合しても低粘度であり、(メタ)アクリロイル基を有することで硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
【0025】
(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(D)の(D1)〜(D4)は、単独でも2種以上併用してもよい。
【0026】
本発明では希釈剤を使用することが可能である。一般的に使用されるビニル基を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば下記のような化合物を例示することが可能である。メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ターシャルブチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、その他のアルキル(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、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ターシャルブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、グリシジル(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、ジンクモノ(メタ)アクリレート、ジンクジ(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコール(メタ)アクリレート、トリフロロエチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3−テトラフロロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4−ヘキサフロロブチル(メタ)アクリレート、パーフロロオクチル(メタ)アクリレート、パーフロロオクチルエチル(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、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクトキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ラウロキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ステアロキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、アリロキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N’−エチレンビス(メタ)アクリルアミド、1,2−ジ(メタ)アクリルアミドエチレングリコール、ジ(メタ)アクリロイロキシメチルトリシクロデカン、2−(メタ)アクリロイロキシエチル、N−(メタ)アクリロイロキシエチルマレイミド、N−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタルイミド、N−(メタ)アクリロイロキシエチルフタルイミド、n−ビニル−2−ピロリドン、スチレン誘導体、α−メチルスチレン誘導体。
【0027】
本発明ではカップリング剤を使用することが可能である。一般的に使用されるシランカップリング剤、チタン系カップリング剤を使用することができるが、特にS−S結合を有するシランカップリング剤は充填材(C)として銀粉を用いた場合には銀粉表面との結合も生じるため、支持体表面との接着力向上のみならず硬化物の凝集力も向上するため好適に使用することが可能である。S−S結合を有するシランカップリング剤以外との併用も好ましい。
【0028】
さらに、本発明では、マレイミド基を有する化合物(E)が使用可能である。化合物(E)は前記のラジカル重合開始剤(B)とともに使用することで、加熱下良好な反応性を示すとともにイミド環の有する極性により例えば、銀めっき、Ni−Pdめっきといった難接着性の金属表面に対しても良好な接着性を示すことは良く知られているが、1官能の場合には期待する接着力向上効果が十分でなく、3官能以上の場合には分子量が大きくなり樹脂組成物の高粘度化につながるため2官能の化合物が好適に使用される。ここで2官能のマレイミド化合物としては芳香族アミンを原料とするものが良く知られているが、一般に芳香族系のマレイミドは結晶性が強いため室温で液状のものを得ることが難しい。またこのようなマレイミド化合物はジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンといった高沸点の極性溶媒には可溶であるが、このような溶媒を使用した場合には、樹脂組成物の加熱硬化の際にボイドが発生し、熱伝導性を悪化させるので使用できない。
また芳香族環の存在により分子間の相互作用が強くなるため弾性率が高く、脆い硬化物となる傾向にあるので好ましくない。
【0029】
そこでマレイミド基を有する化合物(E)としては、炭素数1以上、6以下のアミノ酸をマレイミド化したマレイミドアミノ酸と分子内に水酸基を2つ以上有する化合物とのエステル化化合物であることが好ましい。アミノ酸の炭素数が1以上、6以下である場合にはジオールとの反応により液状のビスマレイミド化合物を容易に得ることができるので好適であり、なかでも炭素数1の場合と炭素数6の場合が好ましい。前記ジオールとして好ましいのは分子量が200以上、5000以下の場合であり、さらに好ましいのはポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種である場合である。最も好ましいのは前記ジオールの分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種の場合である。ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種を用いることでより低弾性率の硬化物を得ることが可能となるとともに、室温で液状であるため前記の充填剤(C)と配合しても低粘度で硬化性に優れる樹脂組成物を得ることが可能となる。
【0030】
本発明の樹脂組成物には、必要により、消泡剤、界面活性剤、各種重合禁止剤、酸化防止剤等の添加剤を用いることができる。
本発明の樹脂組成物は、例えば各成分を予備混合した後、3本ロールを用いて混練した後真空下脱泡することにより製造することができる。
【0031】
本発明の樹脂組成物を用いて半導体装置を製作する方法は、公知の方法を用いることができる。例えば、市販のダイボンダーを用いて、リードフレームの所定の部位に樹脂組成物をディスペンス塗布した後、チップをマウントし、加熱硬化する。その後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂を用いてトランスファー成形することによって半導体装置を製作する。又はフリップチップ接合後アンダーフィル材で封止したフリップチップBGAなどのチップ裏面に樹脂組成物をディスペンスしヒートスプレッダー、リッドといった放熱部品を搭載し加熱硬化するなどといった使用方法も可能である。
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。配合割合は重量部で示す。
【実施例】
【0032】
[実施例1]
化合物(A)として、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート(日本化成(株)製、CHDMMA、一般式(1)のRが水素。以下化合物A)、化合物(B)としてジクミルパーオキサイド(日本油脂(株)製、パークミルD、急速加熱試験における分解温度:126℃、以下開始剤)、充填材(C)として、平均粒径8μm、最大粒径30μmのフレーク状銀粉(以下銀粉)を、ウレタンアクリレートで脂肪族環を有する化合物(D1)として2−ヒドロキシエチルアクリレートとポリテトラメチレングリコールジオールとイソホロンジイソシアネートとの反応生成物(新中村化学工業(株)製、NKオリゴ UA160TM、室温で液状、以下化合物D11)を用いた。1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステル1、6HX、以下化合物X1)、カップリング剤としてテトラスルフィド結合を有するカップリング剤(日本ユニカー(株)製、A−1289、以下カップリング剤1)、グリシジル基を有するカップリング剤(信越化学工業(株)製、KBM−403E、以下カップリング剤2)を表1のように配合し、3本ロールを用いて混練し、脱泡することで樹脂組成物を得た。配合割合は重量部である。得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表1に示す。
【0033】
[実施例2〜7、比較例1、2]
表1に示す割合で配合し実施例1と同様に樹脂組成物を得た。
実施例1以外で使用したものを以下に記載した。
ウレタンアクリルアミドで脂肪族環を有する化合物(新中村化学工業(株)製、NKオリゴ UA160AM、2−ヒドロキシエチルアクリルアミドとポリテトラメチレングリコールジオールとイソホロンジイソシアネートとの反応生成物、室温で液状、化合物D12)
化合物D2:カルボキシ基を有するポリブタジエン(日本曹達(株)製、C−1000、数平均分子量1200〜1500)120gとポリオキシブチレンオキシプロピレンモノメタクリレート(日本油脂(株)製、ブレンマー10PPB−500B,水酸基及びポリアルキレンオキサイド骨格を有するモノメタクリレート)150g及びトルエン/酢酸エチル混合溶媒(7/3)500gをセパラブルフラスコに入れ、還流下ディーンスタークトラップにて1時間脱水を行った。室温まで冷却した後、攪拌しながらジシクロカルボジイミド/ジメチルアミノピリジンの酢酸エチル溶液を滴下し、滴下後室温で16時間反応した。イオン交換水を添加し30分攪拌した後、さらにイオン交換水を用いて5回分液洗浄を行った後有機溶剤層をろ過することにより固形分を除去、エバポレータ及び真空乾燥機にて溶剤を除去し生成物を得、以下の試験に用いた。(以下化合物D2、収率約89%。室温で粘ちょうな液体。重クロロホルムを用いたプロトンNMRの測定により水酸基及びカルボキシ基の消失、エステル結合の生成を確認した。IRによりエステル結合の生成を確認した。GPCによるスチレン換算分子量は約2500であり、カルボキシ基を有するポリブタジエンと水酸基及びポリアルキレンオキサイド骨格を有するモノメタクリレートのエステル化化合物であることを確認した。)
【0034】
化合物D3:1,4−シクロヘキサンジカルボン酸(試薬)69g、3−メチル−1,5−ペンタンジオール((株)クラレ製、MPD)35g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステルHO)26g及びトルエン/MIBK混合溶剤(7:3)200gをセパラブルフラスコに入れ、室温で30分攪拌した後パラトルエンスルホン酸を添加し還流下8時間反応を行った。なお反応中生成した水分はディーンスタークトラップにて除去した。室温付近まで冷却しイオン交換水を添加し30分攪拌、その後静置し溶剤層を得た。さらに70℃のイオン交換水にて3回、室温のイオン交換水にて2回分液洗浄を行った後エバポレータ及び真空乾燥機にて溶剤を除去し生成物を得、以下の試験に用いた。(以下化合物D3、収率約78%。室温で液状。GPCによるスチレン換算分子量は約1200であった。重クロロホルムを用いたプロトンNMRの測定により3−メチル−1,5−ペンタンジオールの水酸基及び2−ヒドロキシエチルメタクリレートの水酸基のプロトンに基づく2.0ppm付近のピークの消失、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸のカルボキシ基のプロトン11.9ppm付近のピークの消失、3−メチル−1,5−ペンタンジオールの1位及び5位のメチレン基のプロトンのエステル化によるシフト(4.1ppm付近)を確認した。0.9ppm付近、2.3ppm付近、5.5〜6.0ppm付近のピークの強度比から生成物は、下記式(2)に示される構造であり、平均繰り返し数nが約3であった。)
【0035】
【化3】

【0036】
化合物D4:UM−90(1/1)(宇部興産(株)製、1,6−ヘキサンジオール/1,4−ジメタノールシクロヘキサン(=1/1)と炭酸ジメチルから合成したポリカーボネートジオールで分子量約900)180g、メタクリル酸(試薬)38g及びトルエン1200mlをセパラブルフラスコに入れ、ディーンスタークトラップを用い還流下30分間攪拌し水分の除去を行った。室温まで冷却した後攪拌しながらジシクロヘキシルカルボジイミド150gを酢酸エチル500mlに溶解させた溶液を30分かけて滴下しその後室温で6時間反応した。反応後攪拌しながら50mlのイオン交換水を添加することで過剰のジシクロヘキシルカルボジイミドを析出させた後、ディーンスタークトラップを用い還流下30分間攪拌し水分の除去を行った。室温まで冷却した後反応液をろ過することで固形物を取り除き、70℃のイオン交換水にて3回、室温のイオン交換水にて2回分液洗浄を行った。溶剤層を再度ろ過すること得られたろ液をエバポレータ及び真空乾燥機にて溶剤を除去し生成物を得た。(以下化合物D4、収率約86%。室温で液状。GPCによるスチレン換算分子量は約1100。重クロロホルムを用いたプロトンNMRの測定によりポリカーボネートジオールの水酸基のプロトンに基づく2.0ppm付近のピークの消失を確認した。下記式(3)のRが−(CH−と−CH−C10−CH−の混合で平均繰り返し数nが約4であった。)
【0037】
【化4】

【0038】
ポリエーテル系ビスマレイミド酢酸エステル(大日本インキ工業(株)製、ルミキュアMIA−200、ポリエーテルジオールとマレイミド化グリシンのエステル化化合物、室温で液状、以下化合物E)
ラウリルアクリレート(共栄社化学(株)製、ライトエステルLA、以下化合物X2)
得られた樹脂組成物を以下の方法により評価した。評価結果を表1に示す。
【0039】
評価方法
・接着強度:表1に示す樹脂組成物を用いて、6×6mmのシリコンチップをNi−Pd/Auめっきした銅フレームにマウントし、150℃オーブン中30分硬化した。硬化後及び吸湿処理(85℃、85%、72時間)後に自動接着力測定装置を用い260℃での熱時ダイシェア強度を測定した。260℃熱時ダイシェア強度が40N/チップ以上の場合を合格とした。接着強度の単位はN/チップである。
・ブリード:上記硬化後の接着強度測定用試験片を用い、接着強度測定前に光学顕微鏡にてブリードの長さを測定した。試験片の中で最長の部分の長さをもってブリードとし50μm以下を合格とした。ブリードの単位はμmである。
【0040】
・弾性率:表1に示す樹脂組成物を用いて、4×20×0.1mmのフィルム状の試験片を作製し(硬化条件150℃30分)、動的粘弾性測定機(DMA)にて引っ張りモードでの測定を行った。測定条件は以下の通りである。
測定温度:−100〜300℃
昇温速度:5℃/分
周波数:10Hz
荷重:100mN
25℃における貯蔵弾性率を弾性率とし5000MPa以下の場合を合格とした。弾性率の単位はMPaである。
・耐温度サイクル性:表1に示す樹脂組成物を用いて、15×15×0.5mmのシリコンチップをNiめっきした銅ヒートスプレッダー(25×25×2mm)にマウントし、150℃オーブンにて30分硬化した。硬化後及び温度サイクル処理後(−65℃←→150℃、100サイクル)後の剥離の様子を超音波探傷装置(反射型)にて測定した。剥離面積が10%以下のものを合格とした。
【0041】
・耐リフロー性:表1に示す樹脂組成物を用いて、下記のリードフレームとシリコンチップを150℃30分間硬化し接着した。さらに、封止材料(スミコンEME−7026、住友ベークライト(株)製)を用い封止し、パッケージを作製した。このパッケージを用いて、30℃、相対湿度60%、168時間吸湿処理した後、IRリフロー処理(260℃、10秒、3回リフロー)を行った。処理後のパッケージを超音波探傷装置(透過型)により剥離の程度を測定した。ダイアタッチ部の剥離面積が10%未満の場合を合格とした。剥離面積の単位は%である。
パッケージ:QFP(14×20×2.0mm)
リードフレーム:Ni−Pd/Auめっきした銅フレーム
チップサイズ:6×6mm
樹脂組成物の硬化条件:オーブン中150℃、30分
【0042】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明の樹脂組成物は、弾性率が低く良好な接着性を示すとともに良好なブリード性を示すため、半導体用ダイアタッチペースト材料又は放熱部材接着用材料として好適に用いることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体素子又は放熱部材を支持体に接着する樹脂組成物であって、一般式(1)で示される化合物(A)、ラジカル重合開始剤(B)、充填材(C)及び(メタ)アクリロイル基を有する室温で液状の化合物(D)を含むことを特徴とする樹脂組成物。
【化1】

は、水素又はメチル基
【請求項2】
前記化合物(D)が以下の(D1)〜(D4)の群から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の樹脂組成物。
(メタ)アクリロイル基を有するウレタン化合物で脂肪族環を有する化合物(D1)。
(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリエステル化合物で脂肪族環を有する化合物(D3)。
(メタ)アクリロイル基を有するポリカーボネート化合物(D4)。
【請求項3】
前記化合物(D1)がノルボルネンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートとジオールと水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
【請求項4】
前記化合物(D1)がノルボルネンジイソシアネート及びイソホロンジイソシアネートから選ばれる少なくとも1種のジイソシアネートと分子量が200以上、2000以下のポリエーテルジオール、ポリエステルジオール及びポリカーボネートジオールから選ばれる少なくとも1種と水酸基及び(メタ)アクリロイル基を有する化合物とを反応することにより得られた化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項5】
前記(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)の分子量が500以上、5000以下である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
【請求項6】
前記(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)が(メタ)アクリロイル基を有するポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン共重合体又はイソプレン共重合体である請求項1、2又は5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項7】
前記(メタ)アクリロイル基を有するジエン系化合物の重合体又は共重合体(D2)の(メタ)アクリロイル基が脂肪族のポリエーテル、ポリエステル及びポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種の結合を介してジエン系化合物の重合体又は共重合体と結合している請求項1、2、5又は6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項8】
前記化合物(D3)が分子骨格にシクロヘキサンジカルボン酸残基を含む請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
【請求項9】
前記化合物(D3)が分子骨格にシクロヘキサンジオール又はシクロヘキサンジアルキルアルコール残基を含む請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
【請求項10】
前記化合物(D4)が分子骨格に芳香族環を含まないものである請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
【請求項11】
前記化合物(D4)が脂肪族ジオール及び炭酸ジアルキルの反応により得られたポリカーボネートジオールと(メタ)アクリル酸又はその誘導体との反応物である請求項1、2又は10のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項12】
さらにS−S結合を有するシランカップリング剤を含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項13】
充填材(C)が銀粉である請求項1〜12のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
【請求項14】
請求項1〜13のいずれか1項に記載の樹脂組成物をダイアタッチペースト又は放熱部材接着用材料として用いて製作されることを特徴とする半導体装置。

【公開番号】特開2007−169453(P2007−169453A)
【公開日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−368884(P2005−368884)
【出願日】平成17年12月21日(2005.12.21)
【出願人】(000002141)住友ベークライト株式会社 (2,927)
【Fターム(参考)】