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JP7844933B2 - 硬化性組成物 - Google Patents
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JP7844933B2 - 硬化性組成物 - Google Patents

硬化性組成物

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Description

本発明は、硬化性組成物に関する。さらには、硬化性組成物を使用した、硬化性組成物含有シート、回路基板、半導体チップパッケージ及び電子部材に関する。
近年、電子機器の小型化及び高機能化が進み、プリント配線板における半導体素子の実装密度は高くなる傾向にある。実装される半導体素子の高機能化も相俟って、半導体素子が発生する熱を効率的に放熱する技術が求められている。
例えば、特許文献1には、樹脂及び所定の要件を満たすアルミナを含む樹脂組成物を硬化させた絶縁層を回路基板に用いることで、放熱させることが開示されている。
特開2012-77123号公報
絶縁層には、熱伝導率が高いことに加え、耐衝撃性の観点から弾性率が低いことも求められている。しかし、熱伝導率が高く且つ弾性率が低い絶縁層は、従来の技術では必ずしも十分に満足するものが実現できていなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、熱伝導率が高く、弾性率が低い硬化物を得ることができる硬化性組成物;該硬化性組成物を使用した、硬化性組成物含有シート、回路基板、半導体チップパッケージ、及び電子部材を提供することにある。
本発明の課題を達成すべく、本発明者らは鋭意検討した結果、(A)熱伝導性フィラー、(B)シルセスキオキサン化合物、及び(C)液状ポリチオール等を含有させることで、熱伝導率が高く、弾性率が低い硬化物を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の内容を含む。
[1] (A)熱伝導性フィラー、
(B)シルセスキオキサン化合物、及び
(C)液状ポリチオール化合物、を含有する硬化性組成物であって、
(B)成分が、エポキシ基を有するエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、硬化性組成物は、さらに(D)エポキシ樹脂を含有し、
(B)成分が、エポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有する場合、硬化性組成物は、(D)エポキシ樹脂を含有する、又は含有しない、硬化性組成物。
[2] (A)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、20質量%以上80質量%以下である、[1]に記載の硬化性組成物。
[3] 硬化性組成物が、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、さらに(D)エポキシ樹脂を含有する場合、(B)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、5質量%以上65質量%以下である、[1]又は[2]に記載の硬化性組成物。
[4] 硬化性組成物が、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、(D)エポキシ樹脂を含有しない場合、(B)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、10質量%以上65質量%以下である、[1]又は[2]に記載の硬化性組成物。
[5] (C)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、5質量%以上30質量%以下である、[1]~[4]のいずれかに記載の硬化性組成物。
[6] (C)成分が、1分子中のチオール基を2以上含む、[1]~[5]のいずれかに記載の硬化性組成物。
[7] 支持体と、当該支持体上に設けられた[1]~[6]のいずれかに記載の硬化性組成物を含む硬化性組成物層とを有する硬化性組成物含有シート。
[8] [1]~[6]のいずれかに記載の硬化性組成物の硬化物により形成された絶縁層を含む回路基板。
[9] [1]~[6]のいずれかに記載の硬化性組成物の硬化物を含む、半導体チップパッケージ。
[10] 電子部品と、該電子部品上に設けられた[1]~[6]のいずれかに記載の硬化性組成物の硬化物と、該硬化物上に装着された放熱部材と、を有する電子部材。
本発明によれば、熱伝導率が高く、弾性率が低い硬化物を得ることができる硬化性組成物;該硬化性組成物を使用した、硬化性組成物含有シート、回路基板、半導体チップパッケージ、及び電子部材を提供することができる。
以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。ただし、本発明は、下記実施形態及び例示物に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲及びその均等の範囲を逸脱しない範囲において任意に変更して実施され得る。なお、本発明において、硬化性組成物中の各成分の含有量は、別途明示のない限り、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%としたときの値である。
[硬化性組成物]
硬化性組成物は、(A)熱伝導性フィラー、(B)シルセスキオキサン化合物、及び(C)液状ポリチオール化合物、を含有し、(B)成分がエポキシ基を有するエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、さらに(D)エポキシ樹脂を含有し、(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有する場合、(D)エポキシ樹脂を含有する、又は含有しない。硬化性組成物はこれら成分を含有することにより、その硬化物の熱伝導率を高くすることができるとともに弾性率を低くすることができる。
硬化性組成物は、(A)成分~(D)成分の他に、必要に応じてさらに(E)硬化促進剤、及び(F)任意の添加剤を含んでいてもよい。以下、硬化性組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
<(A)熱伝導性フィラー>
硬化性組成物は、(A)成分として、(A)熱伝導性フィラーを含有する。(A)成分を硬化性組成物に含有させることで熱伝導率が高い硬化物(絶縁層)を得ることができる。
(A)熱伝導性フィラーの熱伝導率は、熱伝導率が高い硬化物を得る観点から、好ましくは20W/m・K以上、より好ましくは30W/m・K以上、さらに好ましくは50W/m・K以上、100W/m・K以上である。上限は特に限定されないが、1000W/m・K以下等とし得る。
(A)成分の材料は、熱伝導率が上記範囲内であれば特に限定されない。(A)成分の材料は、例えば、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム(アルミナ)等が挙げられる。(A)成分は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、2種以上の同一材料を組み合わせて用いてもよい。中でも(A)成分は、熱伝導率が高い硬化物を得る観点から、炭化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び酸化アルミニウムから選ばれる1種以上を含むことが好ましく、炭化ケイ素を含むことがより好ましい。
(A)成分の平均粒径は、熱伝導率に優れる絶縁層を得る観点及び充填性を向上させる観点から、好ましくは50μm以下、より好ましくは45μm以下、さらに好ましくは40μm以下であり、好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上、20μm以上、又は30μm以上である。
(A)成分の平均粒径は、ミー(Mie)散乱理論に基づくレーザー回折・散乱法により測定することができる。具体的にはレーザー回折散乱式粒度分布測定装置により、熱伝導性フィラーの粒度分布を体積基準で作成し、そのメディアン径を平均粒径とすることで測定することができる。測定サンプルは、(A)成分を超音波により水中に分散させたものを好ましく使用することができる。レーザー回折散乱式粒度分布測定装置としては、堀場製作所社製「LA-500」、島津製作所社製「SALD2200」等を使用することができる。
(A)成分の比表面積は、熱伝導率に優れる硬化物を得る観点から、好ましくは0.01m/g以上、より好ましくは0.025m/g以上、さらに好ましくは0.05m/g以上である。上限は好ましくは30m/g以下、より好ましくは25m/g以下、さらに好ましくは20m/g以下である。(A)成分の比表面積は、窒素BET法により測定することができる。具体的には自動比表面積測定装置を使用して測定することができ、自動比表面積測定装置としては、マウンテック社製「Macsorb HM-1210」等を使用することができる。
(A)成分は、市販品を用いてもよい。市販品としては、例えばMOMENTIVE社製の「PT-110A」、「PT-120」、「PT-350」、「PTX-25」、「PTX-60」、MARUWA社製の「ANF-S-30」、「ANF-S-50」、「ANF-A-01-F」、「ANF-A-05-F」、デンカ社製の「DAW―05」、「DAW―20」等が挙げられる。
(A)成分は、耐湿性及び分散性を高める観点から、アミノシラン系カップリング剤、エポキシシラン系カップリング剤、メルカプトシラン系カップリング剤、シラン系カップリング剤、アルコキシシラン化合物、オルガノシラザン化合物、チタネート系カップリング剤等の1種以上の表面処理剤で処理されていてもよい。表面処理剤の市販品としては、例えば、信越化学工業社製「KBM403」(3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM803」(3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBE903」(3-アミノプロピルトリエトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM573」(N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM5783」(N-フェニル-3-アミノオクチルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「SZ-31」(ヘキサメチルジシラザン)、信越化学工業社製「KBM103」(フェニルトリメトキシシラン)、信越化学工業社製「KBM-4803」(長鎖エポキシ型シランカップリング剤)等が挙げられる。
表面処理剤による表面処理の程度は、(A)成分の分散性向上の観点から、(A)成分100質量部に対して、0.2質量部~5質量部の表面処理剤で表面処理されていることが好ましく、0.2質量部~3質量部で表面処理されていることが好ましく、0.3質量部~2質量部で表面処理されていることが好ましい。
表面処理剤による表面処理の程度は、(A)成分の単位表面積当たりのカーボン量によって評価することができる。(A)成分の単位表面積当たりのカーボン量は、(A)成分の分散性向上の観点から、0.02mg/m以上が好ましく、0.1mg/m以上がより好ましく、0.2mg/m以上が更に好ましい。一方、溶融粘度の上昇を抑制する観点から、1mg/m以下が好ましく、0.8mg/m以下がより好ましく、0.5mg/m以下が更に好ましい。
(A)成分の単位表面積当たりのカーボン量は、表面処理後の(A)成分を溶剤(例えば、メチルエチルケトン(MEK))により洗浄処理した後に測定することができる。具体的には、溶剤として十分な量のMEKを表面処理剤で表面処理された(A)成分に加えて、25℃で5分間超音波洗浄する。上澄液を除去し、固形分を乾燥させた後、カーボン分析計を用いて(A)成分の単位表面積当たりのカーボン量を測定することができる。カーボン分析計としては、堀場製作所社製「EMIA-320V」等を使用することができる。
(A)成分の含有量は、熱伝導率に優れる硬化物を得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上、さらに好ましくは40質量%以上である。上限は、好ましくは80質量%以下、より好ましくは65質量%以下、さらに好ましくは50質量%以下である。(A)成分の含有量が前記の範囲にある場合、熱伝導率及び弾性率を効果的に良好にできる。また、通常は、(A)成分の含有量が前記上限値以下である場合、硬化性組成物の粘度を低くできるので、作業性及び接着性を良好にできる。
<(B)シルセスキオキサン化合物>
硬化性組成物は、(B)成分として(B)シルセスキオキサン化合物を含有する。(B)成分と後述する(C)成分とを組み合わせて硬化性組成物に含有させることで、熱伝導率に優れるとともに、弾性率が低い硬化物を得ることが可能になる。一般的にフォノンの散乱が抑制されると硬化物の熱伝導率が高くなる傾向にある。(B)成分を含有させることで硬化性組成物の硬化物の熱伝導率が優れるようになる理由は定かではないが、(B)成分が有する骨格がフォノンの散乱を抑制するものと推察される。(B)成分は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(B)成分は、シルセスキオキサン構造を有する化合物を用いることができる。シルセスキオキサン構造とは、1つのケイ素原子が3つの酸素原子を結合し、酸素原子が2つのケイ素原子と結合している構造を表し、下記構造式(B-1)で表される。
式中、Rは、それぞれ独立にアルキル基、ヒドロキシ基、グリシジル基、エポキシ基、チオール基、アルコキシ基、又は(メタ)アクリロイル基を表し、nは4~20の整数を表す。
(B)成分に含まれるシルセスキオキサン構造のうち、少なくとも1つのRがグリシジル基又はエポキシ基を表す構造を有する場合、(B)成分はエポキシ基を有するエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物である。
(B)成分に含まれるシルセスキオキサン構造のうち、すべてのRが、それぞれ独立に炭化水素基、ヒドロキシ基、チオール基、アルコキシ基、又は(メタ)アクリロイル基を表す場合、(B)成分はエポキシ基を有さないシルセスキオキサン化合物である。(メタ)アクリロイル基とは、メタクリロイル基、アクリロイル基及びこれらの組み合わせを包含する。
本発明の硬化性組成物は、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有する場合、後述する(D)エポキシ樹脂を含有する。
本発明の硬化性組成物は、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、後述する(D)エポキシ樹脂は含有していてもよく、含有していなくてもよいが、本発明の効果を顕著に得る観点から、(D)エポキシ樹脂を含有することが好ましい。
Rが表すアルキル基は、直鎖状、分岐状、又は環状であってもよい。アルキル基としては、炭素原子数1~6のアルキル基が好ましく、炭素原子数が1~3のアルキル基がより好ましく、メチル基又はエチル基がさらに好ましい。
Rが表すアルコキシ基としては、炭素原子数1~6のアルコキシ基が好ましく、炭素原子数が1~3のアルコキシ基がより好ましく、メトキシ基又はエトキシ基がさらに好ましい。
中でも、Rとしては、(C)成分と反応し得る官能基であることが好ましく、ヒドロキシ基、グリシジル基、エポキシ基、及びチオール基から選択されることがより好ましく、グリシジル基、エポキシ基、及びチオール基から選択されることがさらに好ましく、エポキシ基、及びチオール基のいずれかであることが特に好ましい。
nは4~20の整数を表し、6~12の整数を表すことが好ましい。
(B)成分は、シルセスキオキサン構造に加えて、下記式(B-2)で表される構造を含んでいてもよい。(B)成分が式(B-2)で表される構造を含む場合、式(B-2)で表される構造は(B)成分の末端の一部に有することが好ましい。
式中、Rは式(B-1)中のRと同じである。*は、シルセスキオキサン構造との結合手を表す。
シルセスキオキサン構造としては、ランダム構造、ラダー骨格を有するラダー構造、及びかご型構造が挙げられる。(B)成分としては、ランダム構造、ラダー構造、及びかご型構造から選択される1種以上有することが好ましく、ランダム構造及びかご型構造のいずれかを有することがより好ましく、ランダム構造を有することがさらに好ましい。
ランダム構造とは、シルセスキオキサン構造の配列に規則性がなく、不完全である構造をいい、代表的なランダム構造としては、下記式(B-3)で表される構造が挙げられる。代表的なラダー構造としては、下記式(B-4)で表される構造が挙げられる。かご型構造には、完全縮合かご型構造及び不完全縮合かご型構造の2種類がある。完全縮合かご型構造は、シルセスキオキサン構造で構成される環状構造を複数含み、斯かる複数の環状構造によって、閉じた空間を形成するか又は反応後に閉じた空間を形成し得る構造をいう。不完全縮合かご型構造とは、完全縮合かご型構造の少なくとも1か所が閉じられていない構造をいう。代表的な完全縮合かご型構造としては、下記式(B-5)で表されるケイ素原子を8個有するT8構造、下記式(B-6)で表されるケイ素原子を10個有するT10構造、及び下記式(B-7)で表されるケイ素原子を12個有するT12構造等が挙げられる。代表的な不完全縮合かご型構造としては、下記式(B-8)で表される構造が挙げられる。式中、Rは式(B-1)中のRと同じであり、*は、シルセスキオキサン構造との結合手を表す。
(B)成分が、ランダム構造、ラダー構造、及びかご型構造のいずれかを有するかの同定は、公知の方法に従って測定することができる。具体的な同定方法としては、例えば、特開2022-3126号公報に記載の方法に沿って測定することができる。
(B)成分は、公知の方法で合成することができる。また、(B)成分は市販品を用いてもよい。(B)成分の市販品としては、例えば、荒川化学工業社製の「SQ-502-8」、「SQ-107」、東亞合成社製「AC-SQ-TA-100」、「AC-SQ-SI20」等が挙げられる。
(B)成分の官能基当量としては、好ましくは170g/eq.以上、より好ましくは180g/eq.以上、さらに好ましくは190g/eq.以上であり、好ましくは300g/eq.以下、より好ましくは290g/eq.以下、さらに好ましくは280g/eq.以下である。官能基当量とは、別に断らない限り、1当量の官能基を含む樹脂の質量を表す。
エポキシ基を含有しないシルセスキオキサン化合物であって、該化合物がチオール基を有する場合、(B)成分のチオール基当量としては、好ましくは170g/eq.以上、より好ましくは180g/eq.以上、さらに好ましくは190g/eq.以上であり、好ましくは220g/eq.以下、より好ましくは210g/eq.以下、さらに好ましくは200g/eq.以下である。「チオール基当量」とは1当量のチオール基を含む樹脂の質量であり、公知の方法、例えばでんぷんを指示薬として用いるヨウ素溶液滴定法により測定できる。
エポキシ基含有シルセスキオキサン化合物のエポキシ当量は、好ましくは250g/eq.以上、より好ましくは260g/eq.以上、さらに好ましくは270g/eq.以上であり、好ましくは300g/eq.以下、より好ましくは290g/eq.以下、さらに好ましくは280g/eq.以下である。エポキシ当量は、JIS K7236に従って測定することができ、1当量のエポキシ基を含む樹脂の質量である。
(B)成分の重量平均分子量は、好ましくは100~50000、より好ましくは500~10000、さらに好ましくは1000~10000である。ここで、(B)成分の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
(B)成分の含有量としては、本発明の効果を顕著に得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上であり、好ましくは65質量%以下、より好ましくは55質量%以下、さらに好ましくは45質量%以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、(B)成分の含有量としては、本発明の効果を顕著に得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上であり、好ましくは65質量%以下、より好ましくは55質量%以下、さらに好ましくは45質量%以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、硬化性組成物が後述する(D)成分を含有する場合、エポキシ基含有シルセスキオキサン化合物の含有量としては、本発明の効果を顕著に得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは5質量%以上、より好ましくは15質量%以上、さらに好ましくは25質量%以上であり、好ましくは65質量%以下、より好ましくは55質量%以下、さらに好ましくは45質量%以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、硬化性組成物が後述する(D)成分を含有しない場合、エポキシ基含有シルセスキオキサン化合物の含有量としては、本発明の効果を顕著に得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上、さらに好ましくは30質量%以上であり、好ましくは65質量%以下、より好ましくは55質量%以下、さらに好ましくは45質量%以下である。
<(C)液状ポリチオール化合物>
硬化性組成物は、(C)成分として、(C)液状ポリチオール化合物を含有する。この(C)液状ポリチオール化合物は、上述した(B)成分に該当するものは含めない。(C)成分と(B)成分とを組み合わせて硬化性組成物に含有させることにより、硬化性組成物の硬化物の熱伝導率の向上及び低弾性率化が可能になる。(C)成分は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。本発明において液状とは、室温(20℃)及び大気圧(0.1MPa)下で流動性を有することを言う。好ましくは、E型粘度計を用い、大気圧下、25℃、コーン回転数2.0rpmで測定される粘度が200000mPa・s以下である。E型粘度計としては例えば、E型粘度計:RE-85U(コーンロータ:3°×R14)(東機産業社製)が挙げられる。
(C)成分としては、(B)成分の官能基又は(D)成分のエポキシ基と反応して硬化性組成物を硬化させる機能を有し、温度20℃で液状であるポリチオール化合物を用いることができる。(C)成分は、本発明の効果を顕著に得る観点から、1分子中のチオール基の数が好ましくは2以上(2官能以上)、より好ましくは3以上(3官能以上)であり、好ましくは6以下(6官能以下)、より好ましくは5以下(5官能以下)である。
このような液状ポリチオール化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)(略称:TMTP)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)(略称:PEMP)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)(略称:DPMP)、トリス-[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート(略称:TEMPIC)、トリス(3-メルカプトプロピル)イソシアヌレート(略称:TMPIC)、チオグリコール酸オクチル(略称:OTG)、エチレングリコールビスチオグリコレート(略称:EGTG)、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート(略称:TMTG)、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート(略称:PETG)、3-メルカプトプロピオン酸(略称:3-MPA)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)(略称:TPMB)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトブチレート)(略称:TEMB)、1,3,4,6-テトラキス(2-メルカプトエチル)グリコールウリル、4,4’-イソプロピリデンビス[(3-メルカプトプロポキシ)ベンゼン]等が挙げられる。
これらの化合物は公知の方法で合成することができ、例えば、トリス(3-メルカプトプロピル)イソシアヌレート(略称:TMPIC)や4,4’-イソプロピリデンビス[(3-メルカプトプロポキシ)ベンゼン]は、例えば、特開2012-153794号公報や国際公開第2001/00698号に記載の方法で合成することができる。
(C)成分は市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば「PEMP」(SC有機化学社製)、「OTG」、「EGTG」、「TMTG」、「PETG」、「3-MPA」、「TMTP」、「PETP」(淀化学社製)、「TEMP」、「PEMP」、「TEMPIC」、「DPMP」(堺化学工業社製)、「PE-1」(ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート))、「BD-1」(1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン)、「NR-1」(1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン)、「TPMB」、「TEMB」(昭和電工社製)、「TS-G」(メルカプトエチルグリコール)(四国化成工業社製)等が挙げられる。
ポリチオール化合物のチオール基当量は、好ましくは50~500g/eq、より好ましくは75~300g/eq、さらに好ましくは100~200g/eqである。「チオール基当量」とは1グラム当量のチオール基を含む樹脂のグラム数(g/eq)であり、公知の方法、例えばでんぷんを指示薬として用いるヨウ素溶液滴定法により測定できる。
(B)成分と(C)成分との量比は、[(B)成分の官能基の合計数]:[(C)成分のチオール基の合計数]の比率で、1:0.1~1:5の範囲が好ましく、1:0.5~1:2がより好ましく、1:0.5~1:1がさらに好ましい。ここで、(B)の官能基とは、上記式(B-1)中のRで表される、ヒドロキシ基、グリシジル基、エポキシ基、及びチオール基のいずれかであり、(B)成分の種類によって異なる。また、(B)成分の官能基の合計数とは、各(B)成分の固形分質量を官能基当量で除した値をすべての(B)成分について合計した値であり、(C)成分のチオール基の合計数とは、各(C)成分の固形分質量をチオール基当量で除した値をすべての(C)成分について合計した値である。(B)成分と(C)成分との量比を斯かる範囲とすることにより、本発明の効果をより顕著に向上させることが可能になる。
硬化性組成物が後述する(D)エポキシ樹脂を含有する場合、(D)エポキシ樹脂と(C)成分との量比は、[エポキシ樹脂のエポキシ基の合計数]:[(C)成分のチオール基の合計数]の比率で、1:0.1~1:3の範囲が好ましく、1:0.5~1:2がより好ましく、1:0.5~1:1がさらに好ましい。また、エポキシ樹脂のエポキシ基の合計数とは、各(D)エポキシ樹脂の固形分質量をエポキシ当量で除した値をすべてのエポキシ樹脂について合計した値であり、(C)成分のチオール基の合計数とは、各(C)成分の固形分質量をチオール基当量で除した値をすべての(C)成分について合計した値である。(D)エポキシ樹脂と(C)成分との量比を斯かる範囲とすることにより、硬化性組成物の硬化物の耐熱性がより向上する。
(C)成分の含有量は、硬化性組成物の硬化物の熱伝導性を向上させるとともに、弾性率を低くする観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、さらに好ましくは15質量%以上であり、好ましくは30質量%以下、より好ましくは28質量%以下、さらに好ましくは25質量%以下である。
硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、(B)成分の含有量(質量%)をB1とし、(C)成分の含有量(質量%)をC1としたとき、B1/C1は、本発明の効果を顕著に得る観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.8以上、さらに好ましくは1以上であり、好ましくは5以下、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下である。
<(D)エポキシ樹脂>
硬化性組成物が、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、硬化性組成物は(D)成分として(D)エポキシ樹脂を含有する。硬化性組成物が、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有する場合、上述した(A)~(C)成分に組み合わせて、任意成分として、さらに(D)エポキシ樹脂を含有していてもよく、含有していなくてもよい。この(D)エポキシ樹脂には、上述した(A)~(C)成分に該当するものは含めない。(D)成分を硬化性組成物に含有させることにより、絶縁信頼性を向上させることができる。(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有する場合、(D)エポキシ樹脂は含有していなくてもよいが、本発明の効果を顕著に得る観点から、(D)エポキシ樹脂を含有することが好ましい。
(D)成分としては、例えば、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、ナフト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、tert-ブチル-カテコール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂、シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂及びトリメチロール型エポキシ樹脂等が挙げられる。(D)エポキシ樹脂は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(D)成分は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を含むことが好ましい。本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、エポキシ樹脂の不揮発成分100質量%に対して、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂の割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、特に好ましくは70質量%以上である。
(D)成分は、温度20℃で液状のエポキシ樹脂(以下「液状エポキシ樹脂」という。)と、温度20℃で固体状のエポキシ樹脂(以下「固体状エポキシ樹脂」という。)に分類される。硬化性組成物は、(D)エポキシ樹脂として、液状エポキシ樹脂のみを含んでいてもよく、固体状エポキシ樹脂のみを含んでいてもよく、液状エポキシ樹脂と固体状エポキシ樹脂とを組み合わせて含んでいてもよいが、本発明の効果を顕著に得る観点から、液状エポキシ樹脂のみを含むことが好ましい。
液状エポキシ樹脂としては、1分子中に2個以上のエポキシ基を有する液状エポキシ樹脂が好ましい。
液状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、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、エステル骨格を有する脂環式エポキシ樹脂、シクロヘキサン型エポキシ樹脂、シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、及びブタジエン構造を有するエポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂がより好ましい。
液状エポキシ樹脂の具体例としては、DIC社製の「HP4032」、「HP4032D」、「HP4032SS」(ナフタレン型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「828US」、「jER828EL」、「825」、「エピコート828EL」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「jER807」、「1750」(ビスフェノールF型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「jER152」(フェノールノボラック型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「630」、「630LSD」(グリシジルアミン型エポキシ樹脂);日鉄ケミカル&マテリアル社製の「ZX1059」(ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合品);ナガセケムテックス社製の「EX-721」(グリシジルエステル型エポキシ樹脂);ダイセル社製の「セロキサイド2021P」(エステル骨格を有する脂環式エポキシ樹脂);ダイセル社製の「PB-3600」(ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂);日鉄ケミカル&マテリアル社製の「ZX1658」、「ZX1658GS」(液状1,4-グリシジルシクロヘキサン型エポキシ樹脂)等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
固体状エポキシ樹脂としては、1分子中に3個以上のエポキシ基を有する固体状エポキシ樹脂が好ましく、1分子中に3個以上のエポキシ基を有する芳香族系の固体状エポキシ樹脂がより好ましい。
固体状エポキシ樹脂としては、ビキシレノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型4官能エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂が好ましい。
固体状エポキシ樹脂の具体例としては、DIC社製の「HP4032H」(ナフタレン型エポキシ樹脂)、「HP-4700」、「HP-4710」(ナフタレン型4官能エポキシ樹脂)、「N-690」(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、「N-695」(クレゾールノボラック型エポキシ樹脂)、「HP-7200」、「HP-7200HH」、「HP-7200H」(ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂)、「EXA-7311」、「EXA-7311-G3」、「EXA-7311-G4」、「EXA-7311-G4S」、「HP6000」、「HP6000L」(ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂);日本化薬社製の「EPPN-502H」(トリスフェノール型エポキシ樹脂)、「NC7000L」(ナフトールノボラック型エポキシ樹脂)、「NC3000H」、「NC3000」、「NC3000L」、「NC3100」(ビフェニル型エポキシ樹脂);日鉄ケミカル&マテリアル社製の「ESN475V」(ナフタレン型エポキシ樹脂)、「ESN485」(ナフトールノボラック型エポキシ樹脂);三菱ケミカル社製の「YX4000H」、「YL6121」(ビフェニル型エポキシ樹脂)、「YX4000HK」(ビキシレノール型エポキシ樹脂)、「YX8800」(アントラセン型エポキシ樹脂)、「157S70」(ノボラック型エポキシ樹脂);大阪ガスケミカル社製の「PG-100」、「CG-500」、三菱ケミカル社製の「YX7760」(ビスフェノールAF型エポキシ樹脂)、「YL7800」(フルオレン型エポキシ樹脂)、「jER1010」(固体状ビスフェノールA型エポキシ樹脂)、「jER1031S」(テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂)等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
エポキシ樹脂として、固体状エポキシ樹脂と液状エポキシ樹脂とを組み合わせて用いる場合、それらの質量比(固体状エポキシ樹脂:液状エポキシ樹脂)は、好ましくは1:0.01~1:50、より好ましくは1:0.05~1:20、特に好ましくは1:0.1~1:10である。液状エポキシ樹脂と固体状エポキシ樹脂との量比を斯かる範囲とすることにより、1)樹脂シートの形態で使用する場合に適度な粘着性がもたらされる、2)樹脂シートの形態で使用する場合に十分な可撓性が得られ、取り扱い性が向上する、並びに3)十分な破断強度を有する硬化物を得ることができるなどの効果が得られる。
エポキシ樹脂のエポキシ当量は、好ましくは50g/eq.~5000g/eq.、より好ましくは50g/eq.~3000g/eq.、さらに好ましくは80g/eq.~2000g/eq.、さらにより好ましくは110g/eq.~1000g/eq.である。この範囲となることで、架橋密度が十分な硬化性組成物の硬化物をもたらすことができる。エポキシ当量は、1当量のエポキシ基を含むエポキシ樹脂の質量である。このエポキシ当量は、JIS K7236に従って測定することができる。
エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、好ましくは100~5000、より好ましくは250~3000、さらに好ましくは400~1500である。エポキシ樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法により測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
(D)エポキシ樹脂の含有量は、良好な機械強度、絶縁信頼性を示す硬化物を得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上である。エポキシ樹脂の含有量の上限は、本発明の所望の効果を顕著に得る観点から、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、(D)エポキシ樹脂の含有量としては、本発明の効果を顕著に得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、硬化性組成物が(D)エポキシ樹脂を含有する場合、(D)エポキシ樹脂の含有量としては、本発明の効果を顕著に得る観点から、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは1質量%以上、より好ましくは3質量%以上、さらに好ましくは5質量%以上であり、好ましくは25質量%以下、より好ましくは20質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、及び(D)成分を含有する場合、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合の(B)成分の含有量をB2とし、(D)成分の含有量をD1としたとき、B2/D1は、本発明の効果を顕著に得る観点から、好ましくは1以上、より好ましくは1.5以上、さらに好ましくは2以上であり、好ましくは5以下、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3以下である。
(B)成分がエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有せず、(D)成分を含有する場合、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合の(B)成分の含有量をB3とし、(D)成分の含有量をD1としたとき、B3/D1は、本発明の効果を顕著に得る観点から、好ましくは1以上、より好ましくは1.5以上、さらに好ましくは2以上であり、好ましくは5以下、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3以下である。
<(E)硬化促進剤>
硬化性組成物は、上述した(A)~(D)成分に組み合わせて、任意の成分として、更に(E)硬化促進剤を含んでいてもよい。この(E)成分としての(E)硬化促進剤には、上述した(A)~(D)成分に該当するものは含めない。(E)硬化促進剤は、(B)シルセスキオキサン化合物及び(D)エポキシ樹脂の硬化を促進させる硬化触媒としての機能を有する。
このような(E)硬化促進剤としては、例えば、リン系硬化促進剤、ウレア系硬化促進剤、グアニジン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、金属系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤等が挙げられる。(E)硬化促進剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
リン系硬化促進剤としては、例えば、テトラブチルホスホニウムブロマイド、テトラブチルホスホニウムクロライド、テトラブチルホスホニウムアセテート、テトラブチルホスホニウムデカノエート、テトラブチルホスホニウムラウレート、ビス(テトラブチルホスホニウム)ピロメリテート、テトラブチルホスホニウムハイドロジェンヘキサヒドロフタレート、テトラブチルホスホニウム2,6-ビス[(2-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)メチル]-4-メチルフェノラート、ジ-tert-ブチルジメチルホスホニウムテトラフェニルボレート等の脂肪族ホスホニウム塩;メチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、プロピルトリフェニルホスホニウムブロマイド、ブチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、ベンジルトリフェニルホスホニウムクロライド、テトラフェニルホスホニウムブロマイド、p-トリルトリフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウムテトラp-トリルボレート、トリフェニルエチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリス(3-メチルフェニル)エチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリス(2-メトキシフェニル)エチルホスホニウムテトラフェニルボレート、(4-メチルフェニル)トリフェニルホスホニウムチオシアネート、テトラフェニルホスホニウムチオシアネート、ブチルトリフェニルホスホニウムチオシアネート等の芳香族ホスホニウム塩;トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン等の芳香族ホスフィン・ボラン複合体;トリフェニルホスフィン・p-ベンゾキノン付加反応物等の芳香族ホスフィン・キノン付加反応物;トリブチルホスフィン、トリ-tert-ブチルホスフィン、トリオクチルホスフィン、ジ-tert-ブチル(2-ブテニル)ホスフィン、ジ-tert-ブチル(3-メチル-2-ブテニル)ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等の脂肪族ホスフィン;ジブチルフェニルホスフィン、ジ-tert-ブチルフェニルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、エチルジフェニルホスフィン、ブチルジフェニルホスフィン、ジフェニルシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリ-o-トリルホスフィン、トリ-m-トリルホスフィン、トリ-p-トリルホスフィン、トリス(4-エチルフェニル)ホスフィン、トリス(4-プロピルフェニル)ホスフィン、トリス(4-イソプロピルフェニル)ホスフィン、トリス(4-ブチルフェニル)ホスフィン、トリス(4-tert-ブチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,4-ジメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,5-ジメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,6-ジメチルフェニル)ホスフィン、トリス(3,5-ジメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,4,6-トリメチルフェニル)ホスフィン、トリス(2,6-ジメチル-4-エトキシフェニル)ホスフィン、トリス(2-メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(4-メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(4-エトキシフェニル)ホスフィン、トリス(4-tert-ブトキシフェニル)ホスフィン、ジフェニル-2-ピリジルホスフィン、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)アセチレン、2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)ジフェニルエーテル等の芳香族ホスフィン等が挙げられる。
ウレア系硬化促進剤としては、例えば、1,1-ジメチル尿素;1,1,3-トリメチル尿素、3-エチル-1,1-ジメチル尿素、3-シクロヘキシル-1,1-ジメチル尿素、3-シクロオクチル-1,1-ジメチル尿素等の脂肪族ジメチルウレア;3-フェニル-1,1-ジメチル尿素、3-(4-クロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(3,4-ジクロロフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(3-クロロ-4-メチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(2-メチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(4-メチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(3,4-ジメチルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(4-イソプロピルフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(4-メトキシフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-(4-ニトロフェニル)-1,1-ジメチル尿素、3-[4-(4-メトキシフェノキシ)フェニル]-1,1-ジメチル尿素、3-[4-(4-クロロフェノキシ)フェニル]-1,1-ジメチル尿素、3-[3-(トリフルオロメチル)フェニル]-1,1-ジメチル尿素、N,N-(1,4-フェニレン)ビス(N’,N’-ジメチル尿素)、N,N-(4-メチル-1,3-フェニレン)ビス(N’,N’-ジメチル尿素)〔トルエンビスジメチルウレア〕等の芳香族ジメチルウレア等が挙げられる。
グアニジン系硬化促進剤としては、例えば、ジシアンジアミド、1-メチルグアニジン、1-エチルグアニジン、1-シクロヘキシルグアニジン、1-フェニルグアニジン、1-(o-トリル)グアニジン、ジメチルグアニジン、ジフェニルグアニジン、トリメチルグアニジン、テトラメチルグアニジン、ペンタメチルグアニジン、1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン、7-メチル-1,5,7-トリアザビシクロ[4.4.0]デカ-5-エン、1-メチルビグアニド、1-エチルビグアニド、1-n-ブチルビグアニド、1-n-オクタデシルビグアニド、1,1-ジメチルビグアニド、1,1-ジエチルビグアニド、1-シクロヘキシルビグアニド、1-アリルビグアニド、1-フェニルビグアニド、1-(o-トリル)ビグアニド等が挙げられる。
イミダゾール系硬化促進剤としては、例えば、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-エチル-4-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルイミダゾール、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、1-シアノエチル-2-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾリウムトリメリテイト、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、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、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、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物、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、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、2,3-ジヒドロ-1H-ピロロ[1,2-a]ベンズイミダゾール、1-ドデシル-2-メチル-3-ベンジルイミダゾリウムクロライド、2-メチルイミダゾリン、2-フェニルイミダゾリン等のイミダゾール化合物及びイミダゾール化合物とエポキシ樹脂とのアダクト体が挙げられる。イミダゾール系硬化促進剤の市販品としては、例えば、四国化成工業社製の「1B2PZ」、「2E4MZ」、「2MZA-PW」、「2MZ-OK」、「2MA-OK」、「2MA-OK-PW」、「2PHZ」、「2PHZ-PW」、「Cl1Z」、「Cl1Z-CN」、「Cl1Z-CNS」、「C11Z-A」;三菱ケミカル社製の「P200-H50」等が挙げられる。
金属系硬化促進剤としては、例えば、コバルト、銅、亜鉛、鉄、ニッケル、マンガン、スズ等の金属の、有機金属錯体又は有機金属塩が挙げられる。有機金属錯体の具体例としては、コバルト(II)アセチルアセトナート、コバルト(III)アセチルアセトナート等の有機コバルト錯体、銅(II)アセチルアセトナート等の有機銅錯体、亜鉛(II)アセチルアセトナート等の有機亜鉛錯体、鉄(III)アセチルアセトナート等の有機鉄錯体、ニッケル(II)アセチルアセトナート等の有機ニッケル錯体、マンガン(II)アセチルアセトナート等の有機マンガン錯体等が挙げられる。有機金属塩としては、例えば、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、ステアリン酸スズ、ステアリン酸亜鉛等が挙げられる。
アミン系硬化促進剤としては、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン等のトリアルキルアミン、4-ジメチルアミノピリジン、ベンジルジメチルアミン、2,4,6,-トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール、1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン等が挙げられる。アミン系硬化促進剤としては、市販品を用いてもよく、例えば、味の素ファインテクノ社製の「MY-25」等が挙げられる。
(E)硬化促進剤の含有量は、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
<(F)任意の添加剤>
硬化性組成物は、上述した(A)~(D)成分に組み合わせて、更に任意の不揮発成分として、(F)任意の添加剤を含んでいてもよい。(F)任意の添加剤としては、例えば、保存安定剤;硬化剤;熱可塑性樹脂;重合開始剤;有機銅化合物、有機亜鉛化合物、有機コバルト化合物等の有機金属化合物;フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、アイオディングリーン、ジアゾイエロー、クリスタルバイオレット、酸化チタン、カーボンブラック等の着色剤;ハイドロキノン、カテコール、ピロガロール、フェノチアジン等の重合禁止剤;シリコーン系レベリング剤、アクリルポリマー系レベリング剤等のレベリング剤;ベントン、モンモリロナイト等の増粘剤;シリコーン系消泡剤、アクリル系消泡剤、フッ素系消泡剤、ビニル樹脂系消泡剤等の消泡剤;ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤等の紫外線吸収剤;尿素シラン等の接着性向上剤;トリアゾール系密着性付与剤、テトラゾール系密着性付与剤、トリアジン系密着性付与剤等の密着性付与剤;ヒンダードフェノール系酸化防止剤等の酸化防止剤;スチルベン誘導体等の蛍光増白剤;フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等の界面活性剤;リン系難燃剤(例えばリン酸エステル化合物、ホスファゼン化合物、ホスフィン酸化合物、赤リン)、窒素系難燃剤(例えば硫酸メラミン)、ハロゲン系難燃剤、無機系難燃剤(例えば三酸化アンチモン)等の難燃剤;リン酸エステル系分散剤、ポリオキシアルキレン系分散剤、アセチレン系分散剤、シリコーン系分散剤、アニオン性分散剤、カチオン性分散剤等の分散剤;ボレート系安定剤、チタネート系安定剤、アルミネート系安定剤、ジルコネート系安定剤、イソシアネート系安定剤、カルボン酸系安定剤、カルボン酸無水物系安定剤等の安定剤;第三級アミン類等の光重合開始助剤;ピラリゾン類、アントラセン類、クマリン類、キサントン類、チオキサントン類等の光増感剤;が挙げられる。(F)任意の添加剤は、1種類を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
硬化性組成物は、揮発性成分として、さらに任意の溶剤を含有していてもよい。溶剤としては、例えば、有機溶剤が挙げられる。また、溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。
溶剤としては、例えば、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;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ-ブチロラクトン等のエステル系溶剤;テトラヒドロピラン、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジフェニルエーテル等のエーテル系溶剤;メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール等のアルコール系溶剤;酢酸2-エトキシエチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、エチルジグリコールアセテート、γ-ブチロラクトン、メトキシプロピオン酸メチル等のエーテルエステル系溶剤;乳酸メチル、乳酸エチル、2-ヒドロキシイソ酪酸メチル等のエステルアルコール系溶剤;2-メトキシプロパノール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルカルビトール)等のエーテルアルコール系溶剤;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン等のアミド系溶剤;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル系溶剤;ヘキサン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶剤;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、トリメチルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶剤等を挙げることができる。
溶剤の量は、硬化性組成物中の不揮発成分100質量%に対して、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以下であり、含まないこと(0質量%)が特に好ましい。また、硬化性組成物は、このように溶剤の量が少ない場合に、ペースト状であってもよい。ペースト状の硬化性組成物の25℃における粘度は、20Pa・s~1000Pa・sの範囲内にあることが好ましい。
硬化性組成物の調製方法は、特に限定されるものではなく、例えば、任意の調製容器に、配合成分を、任意の順で及び/又は一部若しくは全部同時に加えて混合することによって、製造することができる。また、各成分を加えて混合する過程で、温度を適宜設定することができ、一時的に又は終始にわたって、加熱及び/又は冷却してもよい。また、各成分を加えて混合する過程において、撹拌又は振盪を行ってもよい。また、加えて混合する際に又はその後に、硬化性組成物を、例えば、ミキサーなどの撹拌装置又は振盪装置を用いて撹拌又は振盪し、均一に分散させてもよい。また、撹拌又は振盪と同時に、真空下等の低圧条件下で脱泡を行ってもよい。混合温度は、例えば、10~40℃であり得る。混合時の撹拌速度は、例えば、100~10000rpmであり得る。混合時間は、例えば、10秒から10分であり得る。
<硬化性組成物の物性、用途>
硬化性組成物を120℃で90分間熱硬化させて得られた硬化物は、優れた熱伝導率を示す。即ち熱伝導率が高い絶縁層をもたらす。熱伝導率としては、好ましくは1.4W/m・K以上、より好ましくは1.41W/m・K以上、さらに好ましくは1.42W/m・K以上である。熱伝導率の上限は特に限定されないが、10W/m・K以下等とし得る。熱伝導率の評価は、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。
硬化性組成物を120℃で90分間熱硬化させて得られた硬化物は、低い弾性率を示す。即ち低い弾性率を示す絶縁層をもたらす。該硬化物の弾性率は、好ましくは4000MPa未満、より好ましくは3500MPa以下、さらに好ましくは1000MPa以下、600MPa以下、500MPa以下、150MPa以下である。下限は特に限定されないが、0.1MPa以上等とし得る。弾性率の評価は、後述する実施例に記載の方法に従って測定することができる。該硬化物は低い弾性率を示すことから、耐衝撃性に優れる硬化物を得ることができる。
本発明の硬化性組成物は熱伝導率が高く及び弾性率が低い絶縁層をもたらすことができる。したがって、本発明の硬化性組成物は、ヒートシンクと電子部品とを接着するための硬化性組成物(ヒートシンクの接着用硬化性組成物)、半導体チップパッケージの絶縁層を形成するための硬化性組成物(半導体チップパッケージの絶縁層用硬化性組成物)、回路基板(プリント配線板を含む)の絶縁層を形成するための硬化性組成物(回路基板の絶縁層用硬化性組成物)として好適に使用することができ、その上にメッキにより導体層が形成される層間絶縁層を形成するための硬化性組成物(メッキにより導体層を形成する回路基板の層間絶縁層用硬化性組成物)としてさらに好適に使用することができる。また、半導体チップを封止するための硬化性組成物(半導体チップ封止用硬化性組成物)、半導体チップに配線を形成するための硬化性組成物(半導体チップ配線形成用硬化性組成物)としても好適に使用することができる。
[硬化性組成物含有シート]
本発明の硬化性組成物含有シートは、支持体と、該支持体上に設けられた、本発明の硬化性組成物で形成された硬化性組成物層を含む。
硬化性組成物層の厚さは、薄型化の観点から、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。硬化性組成物層の厚さの下限は、特に限定されないが、通常、1μm以上、5μm以上、10μm以上等とし得る。
支持体としては、例えば、プラスチック材料からなるフィルム、金属箔、離型紙が挙げられ、プラスチック材料からなるフィルム、金属箔が好ましい。
支持体としてプラスチック材料からなるフィルムを使用する場合、プラスチック材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下「PET」と略称することがある。)、ポリエチレンナフタレート(以下「PEN」と略称することがある。)等のポリエステル、ポリカーボネート(以下「PC」と略称することがある。)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のアクリル、環状ポリオレフィン、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエーテルサルファイド(PES)、ポリエーテルケトン、ポリイミド等が挙げられる。中でも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートが好ましく、安価なポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
支持体として金属箔を使用する場合、金属箔としては、例えば、銅箔、アルミニウム箔等が挙げられ、銅箔が好ましい。銅箔としては、銅の単金属からなる箔を用いてもよく、銅と他の金属(例えば、スズ、クロム、銀、マグネシウム、ニッケル、ジルコニウム、ケイ素、チタン等)との合金からなる箔を用いてもよい。
支持体は、硬化性組成物層と接合する面にマット処理、コロナ処理、帯電防止処理を施してあってもよい。
また、支持体としては、硬化性組成物層と接合する面に離型層を有する離型層付き支持体を使用してもよい。離型層付き支持体の離型層に使用する離型剤としては、例えば、アルキド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ウレタン樹脂、及びシリコーン樹脂からなる群から選択される1種以上の離型剤が挙げられる。離型層付き支持体は、市販品を用いてもよく、例えば、アルキド樹脂系離型剤を主成分とする離型層を有するPETフィルムである、リンテック社製の「SK-1」、「AL-5」、「AL-7」、東レ社製の「ルミラーT60」、帝人社製の「ピューレックス」、ユニチカ社製の「ユニピール」等が挙げられる。
支持体の厚みとしては、特に限定されないが、5μm~75μmの範囲が好ましく、10μm~60μmの範囲がより好ましい。なお、離型層付き支持体を使用する場合、離型層付き支持体全体の厚さが上記範囲であることが好ましい。
一実施形態において、硬化性組成物含有シートは、さらに必要に応じて、その他の層を含んでいてもよい。斯かるその他の層としては、例えば、硬化性組成物層の支持体と接合していない面(即ち、支持体とは反対側の面)に設けられた、支持体に準じた保護フィルム等が挙げられる。保護フィルムの厚さは、特に限定されるものではないが、例えば、1μm~40μmである。保護フィルムを積層することにより、硬化性組成物層の表面へのゴミ等の付着やキズを抑制することができる。
硬化性組成物含有シートは、例えば、有機溶剤に硬化性組成物を溶解した硬化性組成物含有ワニスを調製し、この硬化性組成物含有ワニスを、ダイコーター等を用いて支持体上に塗布し、更に乾燥させて硬化性組成物層を形成させることにより製造することができる。
有機溶剤としては、硬化性組成物に含まれていてもよい溶剤と同じであり、上記したとおりである。
乾燥は、加熱、熱風吹きつけ等の公知の方法により実施してよい。乾燥条件は特に限定されないが、硬化性組成物層中の有機溶剤の含有量が10質量%以下、好ましくは5質量%以下となるように乾燥させる。硬化性組成物含有ワニス中の有機溶剤の沸点によっても異なるが、例えば30質量%~60質量%の有機溶剤を含む硬化性組成物含有ワニスを用いる場合、50℃~150℃で3分間~10分間乾燥させることにより、硬化性組成物層を形成することができる。
硬化性組成物含有シートは、ロール状に巻きとって保存することが可能である。硬化性組成物含有シートが保護フィルムを有する場合、保護フィルムを剥がすことによって使用可能となる。
[回路基板]
本発明の回路基板は、本発明の硬化性組成物の硬化物により形成された絶縁層を含む。
本発明の回路基板の製造方法は、
(1)基材と、該基材の少なくとも一方の面に設けられた配線層とを有する配線層付き基材を準備する工程、
(2)配線層が埋め込まれるように、配線層付き基材上に硬化性組成物層を形成し、熱硬化させて絶縁層を形成する工程、
(3)配線層を層間接続する工程を含む。
また、回路基板の製造方法は、(4)基材を除去する工程、を含んでいてもよい。
工程(3)は、配線層を層間接続することができれば特に限定されないが、絶縁層にビアホールを形成し、配線層を形成する工程、及び絶縁層を研磨又は研削し、配線層を露出させる工程の少なくともいずれかの工程であることが好ましい。
<工程(1)>
工程(1)は、基材と、該基材の少なくとも一方の面に設けられた配線層とを有する配線層付き基材を準備する工程である。通常、配線層付き基材は、基材の両面に基材の一部である第1金属層、第2金属層をそれぞれ有し、第2金属層の基材側の面とは反対側の面に配線層を有する。詳細は、基材上にドライフィルム(感光性レジストフィルム)を積層し、フォトマスクを用いて所定の条件で露光、現像しパターンドライフィルムを形成する。現像したパターンドライフィルムをめっきマスクとして電解めっき法により配線層を形成した後、パターンドライフィルムを剥離する。
基材としては、例えば、ガラスエポキシ基板、金属基板(ステンレスや冷間圧延鋼板(SPCC)など)、ポリエステル基板、ポリイミド基板、BTレジン基板、熱硬化型ポリフェニレンエーテル基板等の基板が挙げられ、基板表面に銅箔等の金属層が形成されていてもよい。また、表面に剥離可能な第1金属層及び第2金属層(例えば、三井金属鉱業社製のキャリア銅箔付極薄銅箔、商品名「Micro Thin」)等の金属層が形成されていてもよい。
ドライフィルムとしては、フォトレジスト組成物からなる感光性のドライフィルムである限り特に限定されず、例えば、ノボラック樹脂、アクリル樹脂等のドライフィルムを用いることができる。ドライフィルムは市販品を用いてもよい。
基材とドライフィルムとの積層は、真空ラミネート法により実施してよい。真空ラミネート法において、加熱圧着温度は、好ましくは60℃~160℃、より好ましくは80℃~140℃の範囲であり、加熱圧着圧力は、好ましくは0.098MPa~1.77MPa、より好ましくは0.29MPa~1.47MPaの範囲であり、加熱圧着時間は、好ましくは20秒間~400秒間、より好ましくは30秒間~300秒間の範囲である。積層は、好ましくは圧力13hPa以下の減圧条件下で実施する。
ドライフィルムを基材上に積層後、ドライフィルムに対して所望のパターンを形成するためにフォトマスクを用いて所定の条件で露光、現像を行う。
配線層のライン(回路幅)/スペース(回路間の幅)比は特に制限されないが、好ましくは20/20μm以下(即ちピッチが40μm以下)、より好ましくは10/10μm以下、さらに好ましくは5/5μm以下、よりさらに好ましくは1/1μm以下、特に好ましくは0.5/0.5μm以上である。ピッチは、配線層の全体にわたって同一である必要はない。配線層の最小ピッチは、40μm以下、36μm以下、又は30μm以下であってもよい。
ドライフィルムのパターンを形成後、配線層を形成し、ドライフィルムを剥離する。ここで、配線層の形成は、所望のパターンを形成したドライフィルムをめっきマスクとして使用し、めっき法により実施することができる。
配線層に使用する導体材料は特に限定されない。好適な実施形態では、配線層は、金、白金、パラジウム、銀、銅、アルミニウム、コバルト、クロム、亜鉛、ニッケル、チタン、タングステン、鉄、スズ及びインジウムからなる群から選択される1種以上の金属を含む。配線層は、単金属層であっても合金層であってもよく、合金層としては、例えば、上記の群から選択される2種以上の金属の合金(例えば、ニッケル・クロム合金、銅・ニッケル合金及び銅・チタン合金)から形成されたものが挙げられる。中でも、配線層形成の汎用性、コスト、パターニングの容易性等の観点から、クロム、ニッケル、チタン、アルミニウム、亜鉛、金、パラジウム、銀若しくは銅の単金属層、又はニッケル・クロム合金、銅・ニッケル合金、銅・チタン合金の合金層が好ましく、クロム、ニッケル、チタン、アルミニウム、亜鉛、金、パラジウム、銀若しくは銅の単金属層、又はニッケル・クロム合金の合金層がより好ましく、銅の単金属層が更に好ましい。
配線層の厚みは、所望の配線板のデザインによるが、好ましくは3μm~35μm、より好ましくは5μm~30μm、さらに好ましくは10~20μm、又は15~20μmである。工程(3)において絶縁層を研磨又は研削し、配線層を露出させて配線層を層間接続する工程を採用する場合は、層間接続する配線と、接続しない配線の厚みは異なっていることが好ましい。配線層の厚みは、前述のパターン形成を繰り返すことで調整することができる。各配線層のうち、最も厚みがある配線層(導電性ピラー)の厚みは、所望の配線板のデザインによるが、好ましくは2μm以上100μm以下である。また層間接続する配線は凸型となっていてもよい。
配線層を形成後、ドライフィルムを剥離する。ドライフィルムの剥離は、例えば、水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ性の剥離液を使用して実施することができる。必要に応じて、不要な配線パターンをエッチング等により除去して、所望の配線パターンを形成することもできる。形成する配線層のピッチについては、先述のとおりである。
<工程(2)>
工程(2)は、配線層が埋め込まれるように、配線層付き基材上に硬化性組成物層を形成し、熱硬化させて絶縁層を形成する工程である。詳細は、前述の工程(1)で得られた配線層付き基材の配線層上に、硬化性組成物含有シートの硬化性組成物層を接合し、硬化性組成物層を熱硬化させ絶縁層を形成する。また、工程(2)は、硬化性組成物を配線層付き基材上に塗布し、硬化性組成物を熱硬化させ絶縁層を形成してもよい。
硬化性組成物層の形成方法の一実施形態としては、硬化性組成物層が配線層付き基材と接合するように、配線層付き基材に硬化性組成物含有シートを積層する。一実施形態において、配線層付き基材と硬化性組成物含有シートの積層は、例えば、支持体側から硬化性組成物含有シートを配線層付き基材に加熱圧着することにより行うことができる。硬化性組成物含有シートを配線層付き基材に加熱圧着する部材(以下、「加熱圧着部材」ともいう。)としては、例えば、加熱された金属板(SUS鏡板等)又は金属ロール(SUSロール)等が挙げられる。なお、加熱圧着部材を硬化性組成物含有シートに直接プレスするのではなく、配線層付き基材の表面凹凸に硬化性組成物含有シート十分に追随するよう、耐熱ゴム等の弾性材を介してプレスするのが好ましい。
配線層付き基材と硬化性組成物含有シートとの積層は、真空ラミネート法により実施してよい。真空ラミネート法において、加熱圧着温度は、好ましくは60℃~160℃、より好ましくは80℃~140℃の範囲であり、加熱圧着圧力は、好ましくは0.098MPa~1.77MPa、より好ましくは0.29MPa~1.47MPaの範囲であり、加熱圧着時間は、好ましくは10秒間~400秒間、より好ましくは20秒間~300秒間の範囲である。また、積層は、好ましくは圧力26.7hPa以下の減圧条件下で実施される。
積層は、市販の真空ラミネーターによって行うことができる。市販の真空ラミネーターとしては、例えば、名機製作所社製の真空加圧式ラミネーター、ニッコー・マテリアルズ社製のバキュームアップリケーター、バッチ式真空加圧ラミネーター等が挙げられる。
積層の後に、常圧下(大気圧下)、例えば、加熱圧着部材を支持体側からプレスすることにより、積層された硬化性組成物含有シートの平滑化処理を行ってもよい。平滑化処理のプレス条件は、上記積層の加熱圧着条件と同様の条件とすることができる。平滑化処理は、市販のラミネーターによって行うことができる。なお、積層と平滑化処理は、上記の市販の真空ラミネーターを用いて連続的に行ってもよい。
硬化性組成物層の形成方法の他の実施形態としては、硬化性組成物を配線層付き基材上に塗布する。塗布方法としては、例えば、硬化性組成物をシリンジで注入し、硬化性組成物を押圧して均一の厚さの硬化性組成物層を形成することにより行うことができる。
配線層が埋め込まれるように配線層付き基材上に硬化性組成物層を形成した後、硬化性組成物層を熱硬化して絶縁層を形成する。硬化性組成物層の熱硬化条件は、硬化性組成物の種類等によっても異なるが、例えば、硬化温度は120℃~240℃の範囲、硬化時間は5分間~120分間の範囲とすることができる。硬化性組成物層を熱硬化させる前に、硬化性組成物層を硬化温度よりも低い温度にて予備加熱してもよい。
硬化性組成物層を熱硬化して絶縁層を形成した後、絶縁層表面を研磨してもよい。研磨方法は特に限定されず、公知の方法にて研磨すればよく、例えば平面研削盤を用いて絶縁層表面を研磨することができる。
<工程(3)>
工程(3)は、配線層を層間接続する工程である。詳細は、絶縁層にビアホールを形成し、導体層を形成して配線層を層間接続する工程である。または絶縁層を研磨又は研削し、配線層を露出させて配線層を層間接続する工程である。
絶縁層にビアホールを形成し、導体層を形成して配線層を層間接続する工程を採用する場合、ビアホールの形成は特に限定されないが、レーザー照射、エッチング、メカニカルドリリング等が挙げられるが、レーザー照射によって行われることが好ましい。このレーザー照射は、光源として炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー等を用いる任意好適なレーザー加工機を用いて行うことができる。
レーザー照射の条件は特に限定されず、レーザー照射は選択された手段に応じた常法に従う任意好適な工程により実施することができる。
ビアホールの形状、すなわち延在方向でみたときの開口の輪郭の形状は特に限定されないが、一般的には円形(略円形)とされる。
ビアホール形成後、ビアホール内のスミア除去工程である、いわゆるデスミア工程を行なってもよい。後述する導体層の形成をめっき工程により行う場合には、ビアホールに対して、例えば湿式のデスミア処理を行ってもよく、導体層の形成をスパッタ工程により行う場合には、例えばプラズマ処理工程などのドライデスミア工程を行ってもよい。また、デスミア工程は粗化処理工程を兼ねていてもよい。
導体層を形成する前に、ビアホール及び絶縁層に対して粗化処理を行ってもよい。粗化処理は通常行われる公知の手順、条件を採用することができる。乾式の粗化処理の例としてはプラズマ処理等が挙げられ、湿式の粗化処理の例としては膨潤液による膨潤処理、酸化剤による粗化処理及び中和液による中和処理をこの順に行う方法が挙げられる。
粗化処理後の絶縁層表面の表面粗さ(Ra)としては、好ましくは350nm以上、より好ましくは400nm以上、さらに好ましくは450nm以上である。上限は、好ましくは700nm以下、より好ましくは650nm以下、さらに好ましくは600nm以下である。表面粗さ(Ra)は、例えば、非接触型表面粗さ計を用いて測定することができる。
ビアホールを形成後、導体層を形成する。導体層を構成する導体材料は特に限定されず、導体層は、めっき、スパッタ、蒸着等従来公知の任意好適な方法により形成することができ、めっきにより形成することが好ましい。好適な一実施形態は、例えば、セミアディティブ法、フルアディティブ法等の従来公知の技術により絶縁層の表面にめっきして、所望の配線パターンを有する導体層を形成することができる。導体層は、単層構造であっても、異なる種類の金属若しくは合金からなる単金属層又は合金層が2層以上積層した複層構造であってもよい。
詳細は、絶縁層の表面に、無電解めっきによりめっきシード層を形成する。次いで、形成されためっきシード層上に、所望の配線パターンに対応してめっきシード層の一部を露出させるマスクパターンを形成する。露出しためっきシード層上に、電解めっきにより電解めっき層を形成する。その際、電解めっき層の形成とともに、ビアホールを電解めっきにより埋め込んでフィルドビアを形成してもよい。電解めっき層を形成した後、マスクパターンを除去する。その後、不要なめっきシード層をエッチング等により除去して、所望の配線パターンを有する導体層を形成することができる。なお、導体層を形成する際、マスクパターンの形成に用いるドライフィルムは、上記ドライフィルムと同様である。
導体層は、線状の配線のみならず、例えば外部端子が搭載され得る電極パッド(ランド)なども含み得る。また導体層は、電極パッドのみから構成されていてもよい。
また、導体層は、めっきシード層形成後、マスクパターンを用いずに電解めっき層及びフィルドビアを形成し、その後、エッチングによるパターニングを行うことにより形成してもよい。
絶縁層を研磨又は研削し、配線層を露出させて配線層を層間接続する工程を採用する場合、絶縁層の研磨方法又は研削方法としては、配線層を露出させることができ、研磨又は研削面が水平であれば特に限定されず、従来公知の研磨方法又は研削方法を適用することができ、例えば、化学機械研磨装置による化学機械研磨方法、バフ等の機械研磨方法、砥石回転による平面研削方法等が挙げられる。絶縁層にビアホールを形成し、導体層を形成して配線層を層間接続する工程と同様に、スミア除去工程、粗化処理を行う工程を行ってもよく、導体層を形成してもよい。また、全ての配線層を露出させる必要はなく、配線層の一部を露出させてもよい。
<工程(4)>
工程(4)は、基材を除去し、本発明の回路基板を形成する工程である。基材の除去方法は特に限定されない。好適な一実施形態は、第1及び第2金属層の界面で回路基板から基材を剥離し、第2金属層を例えば塩化銅水溶液などでエッチング除去する。必要に応じて、導体層を保護フィルムで保護した状態で基材を剥離してもよい。
[半導体チップパッケージ]
本発明の半導体チップパッケージは、本発明の硬化性組成物の硬化物を含む。
一実施形態において、本発明の半導体チップパッケージは、上記回路基板上に、半導体チップが搭載された、半導体チップパッケージである。上記回路基板に、半導体チップを接合することにより半導体チップパッケージを製造することができる。
半導体チップの端子電極が回路基板の回路配線と導体接続する限り、接合条件は特に限定されず、半導体チップのフリップチップ実装において使用される公知の条件を使用してよい。また、半導体チップと回路基板間に絶縁性の接着剤を介して接合してもよい。
好適な一実施形態は、半導体チップを回路基板に圧着する。圧着条件としては、例えば、圧着温度は120℃~240℃の範囲(好ましくは130℃~200℃の範囲、より好ましくは140℃~180℃の範囲)、圧着時間は1秒間~60秒間の範囲(好ましくは5秒間~30秒間)とすることができる。
また、他の好適な一実施形態は、半導体チップを回路基板にリフローして接合する。リフロー条件としては、例えば、120℃~300℃の範囲とすることができる。
半導体チップを回路基板に接合した後、例えば、半導体チップをモールドアンダーフィル材で充填することで半導体チップパッケージを得ることも可能である。モールドアンダーフィル材で充填する方法は公知の方法で実施することができる。モールドアンダーフィル材は、硬化性組成物を使用してもよい。
他の一実施形態(以下、「第二実施形態」ともいう。)において、本発明の半導体チップパッケージは、例えば、本発明の硬化性組成物を用いて、下記(A)乃至(F)の工程を含む方法により製造することができる。工程(C)の封止層あるいは工程(E)の再配線形成層を形成するために、本発明の硬化性組成物を用いればよい。以下、硬化性組成物を用いて封止層や再配線形成層を形成する一例を示すが、半導体チップパッケージの封止層や再配線形成層を形成する技術は公知であり、当業者であれば、本発明の硬化性組成物を用いて、公知の技術に従って半導体チップパッケージを製造することができる。
(A)基材に仮固定フィルムを積層する工程、
(B)半導体チップを、仮固定フィルム上に仮固定する工程、
(C)半導体チップ上に封止層を形成する工程、
(D)基材及び仮固定フィルムを半導体チップから剥離する工程、
(E)半導体チップの基材及び仮固定フィルムを剥離した面に、絶縁層としての再配線形成層を形成する工程、及び
(F)再配線形成層上に、導体層としての再配線層を形成する工程
<工程(A)>
基材に使用する材料は特に限定されない。基材としては、シリコンウェハ;ガラスウェハ;ガラス基板;銅、チタン、ステンレス、冷間圧延鋼板(SPCC)等の金属基板;ガラス繊維にエポキシ樹脂等をしみこませ熱硬化処理した基板(例えばFR-4基板);ビスマレイミドトリアジン樹脂(BT樹脂)からなる基板などが挙げられる。
仮固定フィルムは、工程(D)において半導体チップから剥離することができると共に、半導体チップを仮固定することができれば材料は特に限定されない。仮固定フィルムは市販品を用いることができる。市販品としては、日東電工社製のリヴァアルファ等が挙げられる。
<工程(B)>
半導体チップを、その電極パッド面が仮固定フィルムと接合するように、仮固定フィルム上に仮固定する。半導体チップの仮固定は、フリップチップボンダー、ダイボンダー等の公知の装置を用いて行うことができる。半導体チップの配置のレイアウト及び配置数は、仮固定フィルムの形状、大きさ、目的とする半導体パッケージの生産数等に応じて適宜設定することができ、例えば、複数行で、かつ複数列のマトリックス状に整列させて仮固定することができる。
<工程(C)>
本発明の硬化性組成物を半導体チップ上に塗布し、硬化(例えば熱硬化)させて封止層を形成する。あるいは、本発明の硬化性組成物を上記の硬化性組成物含有シートの形態で半導体チップ上に積層し硬化(例えば熱硬化)させて封止層を形成してもよい。
なお、硬化性組成物含有シートの形態で用いる場合、半導体チップと硬化性組成物含有シートの積層は、必要に応じて硬化性組成物含有シートの保護フィルムを除去した後、支持体側から硬化性組成物含有シートを半導体チップに加熱圧着することにより行うことができる。半導体チップと硬化性組成物含有シートの積層は、真空ラミネート法により実施してもよく、その積層条件は、回路基板の製造方法の工程(2)における積層条件と同じである。
積層の後、硬化性組成物を熱硬化させて封止層を形成する。熱硬化の条件は、回路基板の製造方法の工程(2)における熱硬化の条件と同じである。
硬化性組成物含有シートの支持体は、半導体チップ上に硬化性組成物含有シートを積層し熱硬化した後に剥離してもよく、半導体チップ上に硬化性組成物含有シートを積層する前に支持体を剥離してもよい。
本発明の硬化性組成物を塗布して封止層を形成する場合、その塗布条件としては、本発明の硬化性組成物含有シートにおける硬化性組成物層を形成する際の塗布条件と同じである。
<工程(D)>
基材及び仮固定フィルムを剥離する方法は、仮固定フィルムの材質等に応じて適宜変更することができ、例えば、仮固定フィルムを加熱、発泡(又は膨張)させて剥離する方法、及び基材側から紫外線を照射させ、仮固定フィルムの粘着力を低下させ剥離する方法等が挙げられる。
仮固定フィルムを加熱、発泡(又は膨張)させて剥離する方法において、加熱条件は、通常、100~250℃で1~90秒間又は5~15分間である。また、基材側から紫外線を照射させ、仮固定フィルムの粘着力を低下させ剥離する方法において、紫外線の照射量は、通常、10mJ/cm~1000mJ/cmである。
<工程(E)>
再配線形成層(絶縁層)を形成する材料は、再配線形成層(絶縁層)形成時に絶縁性を有していれば特に限定されず、半導体チップパッケージの製造のしやすさの観点から、感光性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましい。本発明の硬化性組成物を用いて再配線形成層を形成してもよい。
再配線形成層を形成後、半導体チップと後述する導体層を層間接続するために、再配線形成層にビアホールを形成してもよい。ビアホールは、再配線形成層の材料に応じて、公知の方法により形成してよい。
<工程(F)>
再配線形成層上に形成する導体層の材料は、特に限定されない。好適な実施形態では、導体層は、回路基板における配線層に使用する導体材料と同じである。導体材料は上記したとおりである。
導体層は、単層構造であっても、異なる種類の金属若しくは合金からなる単金属層又は合金層が2層以上積層した複層構造であってもよい。導体層が複層構造である場合、絶縁層と接する層は、クロム、亜鉛若しくはチタンの単金属層、又はニッケル・クロム合金の合金層であることが好ましい。
導体層の厚さは、所望の半導体チップパッケージのデザインによるが、一般に1μm~35μm、好ましくは1μm~20μmである。
一実施形態において、導体層は、メッキにより形成してよい。例えば、セミアディティブ法、フルアディティブ法等の従来公知の技術により再配線形成層の表面にメッキして、所望の配線パターンを有する導体層を形成することができ、製造の簡便性の観点から、セミアディティブ法により形成することが好ましい。以下、導体層をセミアディティブ法により形成する例を示す。
まず、再配線形成層の表面に、無電解メッキによりメッキシード層を形成する。次いで、形成されたメッキシード層上に、所望の配線パターンに対応してメッキシード層の一部を露出させるマスクパターンを形成する。露出したメッキシード層上に、電解メッキにより金属層を形成した後、マスクパターンを除去する。その後、不要なメッキシード層をエッチング等により除去して、所望の配線パターンを有する導体層(再配線層)を形成することができる。
なお、工程(E)及び工程(F)を繰り返し行い、導体層(再配線層)及び再配線形成層(絶縁層)を交互に積み上げて(ビルドアップ)もよい。
半導体チップパッケージを製造するにあたって、(G)導体層(再配線層)上にソルダーレジスト層を形成する工程、(H)バンプを形成する工程、(I)複数の半導体チップパッケージを個々の半導体チップパッケージにダイシングし、個片化する工程をさらに実施してもよい。これらの工程は、半導体チップパッケージの製造に用いられる、当業者に公知の各種方法に従って実施してよい。
上記の第二実施形態は、最初に半導体チップを設け、その電極パッド面に再配線層を形成する工法、すなわちチップ1st(Chip-1st)工法で製造する場合の一例である。本発明の半導体チップパッケージは、斯かるチップ1st工法のほか、最初に再配線層を設け、該再配線層に、その電極パッド面が再配線層と電気接続し得るような状態にて、半導体チップを設け、封止する工法、すなわち再配線層1st(RDL-1st)工法で製造してもよい。
本発明の硬化性組成物を用いて封止層、再配線形成層等を形成することにより、本発明の半導体チップパッケージは、ファンイン(Fan-In)型パッケージであるかファンアウト(Fan-Out)型パッケージである。本発明の硬化性組成物は、ファンアウト型パネルレベルパッケージ(FOPLP)、ファンアウト型ウェハレベルパッケージ(FOWLP)の別を問わずに適用できる。
[半導体装置]
本発明の半導体チップパッケージを実装することとなる半導体装置としては、電気製品(例えば、コンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット型デバイス、ウェラブルデバイス、デジタルカメラ、カメラモジュール、医療機器、及びテレビ等)及び乗物(例えば、自動二輪車、自動車、電車、船舶及び航空機等)等に供される各種半導体装置が挙げられる。
[電子部材]
本発明の電子部材は、電子部品と、該電子部品上に設けられた本発明の硬化性組成物の硬化物と、該硬化物上に装着された放熱部材とを有する。硬化性組成物の硬化物は、熱伝導率が高く、弾性率が低いことから、例えば、硬化性組成物の硬化物を電子部品に接着させるように電子部品上に設け、該硬化物上に放熱部材を装着することにより、電子部品の放熱部材への放熱効率が高くなる。硬化物の形成方法は、先述の工程(2)と同様の方法により行うことができる。本発明の電子部材は、放熱部材を複数有していてもよい。この場合、電子部材は、電子部品と、該電子部品上に設けられた本発明の硬化性組成物の第1の硬化物と、該第1の硬化物上に装着された第1の放熱部材と、該放熱部材上に設けられた本発明の硬化性組成物の第2の硬化物と、該第2の硬化物上に装着された第2の放熱部材とを有する態様が好ましい。第1の硬化物と第2の硬化物とは同じ成分であってもよく、異なる成分であってもよい。また、第1の放熱部材と第2の放熱部材とは同じ放熱部材であってもよく、異なる放熱部材であってもよい。
放熱部材としては、例えば、ヒートスプレッダー、ヒートシンク等が挙げられる。また、電子部品としては、例えば、半導体チップパッケージ、パワー半導体、LED-PKG等が挙げられる。電子部材としては、例えば、回路基板、半導体チップパッケージ、半導体装置等が挙げられる。
以下、本発明を実施例に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。なお、以下の記載において、量を表す「部」及び「%」は、別途明示のない限り、それぞれ「質量部」及び「質量%」を意味する。
[硬化性組成物の調製]
下記表に示す配合組成で各成分を混合し、実施例1~7及び比較例1~3に係る硬化性組成物を調製した。具体的には、専用のプラスチック容器に、下記表に示される量(質量部)を量り取った。その後、自転・公転真空ミキサーあわとり錬太郎(シンキー社製;ARE-310)を用い、室温にて2000rpmで充分混合し、更に1分間脱泡することで硬化性組成物を得た。なお、表中、各成分の配合量は質量部を意味する。
表中の略語等は以下のとおりである。
(A)成分
・PT-110A:MOMENTIVE社製、窒化ホウ素フィラー(平均粒子径33μm)
(B)成分
・SQ-502-8:荒川化学工業社製、エポキシ基含有シルセスキオキサン化合物(イソプロピルアルコール16.5%、トルエン3.5%含有)、エポキシ当量約276g/eq.
・SQ-107:荒川化学工業社製、チオール基含有シルセスキオキサン化合物(エチレングリコールジメチルエーテル24.4%、トルエン4%含有)、チオール基当量約206g/eq.
(C)成分
・TMTP:淀化学社製、トリメチロールプロパントリスチオプロピオネート、チオール基当量140g/eq.
・PEMP:SC有機化学社製、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、チオール基当量122g/eq.
・PE-1:昭和電工社製、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、チオール基当量135g/eq.
(D)成分
・ZX1059:日本製鉄社製、ビスフェノール型エポキシ樹脂(ビスフェノールA型とビスフェノールF型の1:1混合品)、エポキシ当量約165g/eq.
(E)成分
・1B2PZ:四国化成工業社製、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール
(F)成分
・HN-2200(酸無水物系硬化剤):昭和電工マテリアルズ社製、3or4-メチル-1,2,3,6-テトラヒドロ無水フタル酸、分子量166、酸無水物基当量179g/eq.
[熱伝導率の測定、評価]
各硬化性組成物を所定容器に入れ、熱循環オーブンで、120℃90分間熱硬化し、厚み10mm×直径φ36mmの円筒状硬化物を作製した。得られた円筒状硬化物を、測定温度25℃、40%RHの恒温環境下で、京都電子工業社製「TPS-2500」を用いて、ホットディスク法により熱伝導率を測定した。また、測定した熱伝導率を以下の基準で評価した。
〇:熱伝導率が1.40W/mK以上
×:熱伝導率が1.40W/mK未満
[弾性率の測定、評価]
各硬化性組成物を離形PETフィルム(NS-80A:東レ社製)上にバーコートを用いて塗布し、120℃で90分間加熱硬化させて硬化物を得た。得られた厚みが100μmの硬化物を、ダンベル(商品名「スーパーダンベルカッター(型式:SDMK-5889-01)」、ダンベル社製)で打ち抜き、引張強度測定用試験片を作製した。試験片から、PETフィルムを剥離した。温度25℃、湿度60%、引っ張り速度50mm/分の条件で、テンシロン万能試験機(オリエンテック社製、RTM-500)を用いて引っ張り試験を行った。また、測定した弾性率を以下の基準で評価した。
〇:弾性率が4000MPa未満
×:弾性率が4000MPa以上

Claims (10)

  1. (A)熱伝導性フィラー、
    (B)シルセスキオキサン化合物、及び
    (C)液状ポリチオール化合物、を含有する硬化性組成物であって、
    (C)成分が、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)、ジペンタエリスリトールヘキサキス(3-メルカプトプロピオネート)、トリス-[(3-メルカプトプロピオニルオキシ)-エチル]-イソシアヌレート、トリス(3-メルカプトプロピル)イソシアヌレート、チオグリコール酸オクチル、エチレングリコールビスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、3-メルカプトプロピオン酸、ペンタエリスリトールテトラキス(3-メルカプトブチレート)、1,4-ビス(3-メルカプトブチリルオキシ)ブタン、1,3,5-トリス(3-メルカプトブチリルオキシエチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、トリメチロールプロパントリス(3-メルカプトブチレート)、トリメチロールエタントリス(3-メルカプトブチレート)、1,3,4,6-テトラキス(2-メルカプトエチル)グリコールウリル、4,4’-イソプロピリデンビス[(3-メルカプトプロポキシ)ベンゼン]から選択され、
    (B)成分が、エポキシ基を有するエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有しない場合、(B)成分は、チオール基を有するチオール基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、さらに(D)エポキシ樹脂を含有し、
    (B)成分が、エポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有する場合、硬化性組成物は、(D)エポキシ樹脂を含有する、又は含有せず
    (D)成分が、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、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールAF型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、トリスフェノール型エポキシ樹脂、ナフト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、tert-ブチル-カテコール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、線状脂肪族エポキシ樹脂、ブタジエン構造を有するエポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、スピロ環含有エポキシ樹脂、シクロヘキサンジメタノール型エポキシ樹脂、ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂及びトリメチロール型エポキシ樹脂から選択される、硬化性組成物
  2. (A)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、20質量%以上80質量%以下である、請求項1に記載の硬化性組成物。
  3. 硬化性組成物が、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、さらに(D)エポキシ樹脂を含有する場合、(B)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、5質量%以上65質量%以下である、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  4. 硬化性組成物が、(B)成分としてエポキシ基含有シルセスキオキサン化合物を含有し、(D)エポキシ樹脂を含有しない場合、(B)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、10質量%以上65質量%以下である、請求項1又は2に記載の硬化性組成物。
  5. (C)成分の含有量が、硬化性組成物中の不揮発成分を100質量%とした場合、5質量%以上30質量%以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  6. (C)成分が、1分子中にチオール基を2以上含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の硬化性組成物。
  7. 支持体と、当該支持体上に設けられた請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物を含む硬化性組成物層とを有する硬化性組成物含有シート。
  8. 請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物により形成された絶縁層を含む回路基板。
  9. 請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物を含む、半導体チップパッケージ。
  10. 電子部品と、該電子部品上に設けられた請求項1~6のいずれか1項に記載の硬化性組成物の硬化物と、該硬化物上に装着された放熱部材と、を有する電子部材。
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