JP7568476B2 - HOLLOW SEMICONDUCTOR PACKAGE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND RESIN COMPOSITION SET FOR HOLLOW SEMICONDUCTOR PACKAGE - Google Patents
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Description
本発明は、中空構造内に半導体素子を備える中空半導体パッケージおよびその製造方法に関する。また、本発明は、中空半導体パッケージのスペーサおよび封止剤の形成に用いられる中空半導体パッケージ用樹脂組成物セットに関する。 The present invention relates to a hollow semiconductor package having a semiconductor element in a hollow structure and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a resin composition set for hollow semiconductor packages used to form spacers and sealants for hollow semiconductor packages.
固体撮像素子や半導体レーザ等の受光半導体装置の構造として、中空構造の部に半導体素子を配置した中空パッケージ構造が知られている。中空構造では、シリコン基板等の基板と、ガラス等からなるリッドとの間にスペーサを配置し、密閉性を保持するために、基板とスペーサとの接合部分およびリッドとスペーサとの接合部分を封止剤により封止している。 A hollow package structure in which a semiconductor element is placed in a hollow structure is known as a structure for light-receiving semiconductor devices such as solid-state imaging devices and semiconductor lasers. In a hollow structure, a spacer is placed between a substrate such as a silicon substrate and a lid made of glass or the like, and the joints between the substrate and the spacer and between the lid and the spacer are sealed with a sealant to maintain airtightness.
特許文献1では、基板材料に対する熱圧着性を有する感光性樹脂組成物を基板上に塗布し、フォトリソグラフィーにより枠状にパターニングすることにより、スペーサを形成することが提案されている。特許文献2では、封止剤に吸湿剤を添加することにより、半導体素子が配置された中空構造内部の水分が封止剤により吸収されるため、中空半導体パッケージの信頼性が向上することが記載されている。
中空半導体パッケージは、実装時に高温のリフロー工程を通す必要があるため、耐リフロー性が要求される。また、デバイスの使用環境において、温度や湿度の変化した場合にも、スペーサと基板およびリッドとの接合部分や、スペーサと封止剤との界面での剥がれやクラックが生じず、中空構造部分の封止状態が保持されている必要がある。 Hollow semiconductor packages require reflow resistance because they must go through a high-temperature reflow process during assembly. In addition, even if the temperature and humidity change in the device's operating environment, peeling or cracks must not occur at the joints between the spacer and the substrate or lid, or at the interface between the spacer and the sealant, and the hollow structure must remain sealed.
中空構造を形成するスペーサおよび封止剤は樹脂材料により形成されるため、加湿や温度変化に伴う寸法変化が生じやすい。特許文献2で提案されているように封止剤の吸湿性を高めると、吸湿膨張が顕著となり、スペーサと封止剤との寸法変化量の相違等に起因して、界面での剥離やクラックが生じる場合がある。 The spacer and sealant that form the hollow structure are made of a resin material, and so are prone to dimensional changes due to humidification and temperature changes. If the hygroscopicity of the sealant is increased as proposed in Patent Document 2, moisture absorption and expansion becomes significant, and peeling or cracks may occur at the interface due to differences in the amount of dimensional change between the spacer and the sealant.
上記に鑑み、本発明は、中空構造部分への水分の滞留が抑制され、かつ、スペーサおよび封止剤の接合部分の信頼性に優れる中空半導体パッケージの提供を目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a hollow semiconductor package that suppresses the retention of moisture in the hollow structure and has excellent reliability in the joint between the spacer and the sealant.
中空半導体パッケージは、基板、リッド、および基板とリッドとの間に配置された枠状のスペーサにより構成される中空構造内に、半導体素子を備える。基板とスペーサとの接合部分、およびリッドとスペーサとの接合部分は、封止部により封止されている。スペーサおよび封止部は、いずれもポリシロキサン樹脂を含むことが好ましい。 The hollow semiconductor package has a semiconductor element in a hollow structure formed by a substrate, a lid, and a frame-shaped spacer disposed between the substrate and the lid. The joints between the substrate and the spacer and the joints between the lid and the spacer are sealed with a sealing part. Both the spacer and the sealing part preferably contain a polysiloxane resin.
封止部は、透湿度と厚みの積が、0.05~0.6g/m・24hであってもよい。封止部のガラス転移温度は、30~150℃であってもよい。 The sealing portion may have a product of moisture permeability and thickness of 0.05 to 0.6 g/m24h. The glass transition temperature of the sealing portion may be 30 to 150°C.
封止部は、好ましくは、ポリシロキサン樹脂を含む熱硬化性樹脂組成物からなる封止剤を熱硬化することにより形成される。封止部のポリシロキサン樹脂(熱硬化後の封止剤)は、環状ポリシロキサン構造および鎖状ポリシロキサン構造のいずれか一方を含んでいてもよく、両方を含んでいてもよい。 The sealing portion is preferably formed by thermally curing a sealant made of a thermosetting resin composition containing a polysiloxane resin. The polysiloxane resin of the sealing portion (sealant after thermal curing) may contain either a cyclic polysiloxane structure or a chain polysiloxane structure, or may contain both.
封止剤は、1分子中に2以上のSiH基を有するポリシロキサンポリマーと、1分子中に2個以上のアルケニル基を有する架橋剤とを含むものであってもよい。封止剤のポリシロキサンポリマーが環状ポリシロキサン構造を含み、架橋剤が鎖状ポリシロキサン構造を含んでいてもよい。この封止剤を熱硬化すると、ポリマーと架橋剤とが反応するため、熱硬化により形成される封止部は、環状ポリシロキサン構造および鎖状ポリシロキサン構造の両方を有するポリマーを含む。 The sealant may contain a polysiloxane polymer having two or more SiH groups in one molecule and a crosslinker having two or more alkenyl groups in one molecule. The polysiloxane polymer of the sealant may contain a cyclic polysiloxane structure, and the crosslinker may contain a linear polysiloxane structure. When this sealant is thermally cured, the polymer and the crosslinker react with each other, and the sealing portion formed by thermal curing contains a polymer having both a cyclic polysiloxane structure and a linear polysiloxane structure.
スペーサは、感光性樹脂組成物を用いて作製することもできる。例えば、ポリシロキサン樹脂を含む感光性樹脂組成物を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングすることにより、枠状のパターンを有するスペーサが得られる。 Spacers can also be made using a photosensitive resin composition. For example, a spacer having a frame-shaped pattern can be obtained by applying a photosensitive resin composition containing a polysiloxane resin and patterning it by photolithography.
上記のように、封止部の形成に用いられる封止剤(熱硬化性樹脂組成物)、およびスペーサの形成に用いられる感光性樹脂組成物は、いずれもポリシロキサン樹脂を含む。これらの樹脂組成物は、中空半導体パッケージ用の樹脂組成物セットとして提供することもできる。 As described above, the sealant (thermosetting resin composition) used to form the sealing portion and the photosensitive resin composition used to form the spacer both contain polysiloxane resin. These resin compositions can also be provided as a resin composition set for hollow semiconductor packages.
本発明の中空半導体パッケージは、スペーサおよび封止部がポリシロキサン樹脂を含むため、透湿度が高い。そのため、中空構造部分に水分が浸入した場合でも、スペーサおよび封止剤を介してして水分が外部に散逸されやすく、中空構造部分への水分の滞留を抑制できる。また、スペーサと封止部が同種の材料からなるため、湿度や温度が変化した場合でも、スペーサと封止剤の寸法変化量の差が小さく、接合界面でのクラックや剥離が生じ難く、信頼性に優れる。 The hollow semiconductor package of the present invention has high moisture permeability because the spacer and sealing portion contain polysiloxane resin. Therefore, even if moisture penetrates into the hollow structure, the moisture is easily dissipated to the outside via the spacer and sealing agent, and moisture retention in the hollow structure can be suppressed. In addition, because the spacer and sealing portion are made of the same type of material, even if the humidity or temperature changes, the difference in the amount of dimensional change between the spacer and sealing agent is small, making it less likely for cracks or peeling to occur at the bonding interface, and providing excellent reliability.
図1は、中空半導体パッケージの構成例を示す断面図である。中空半導体パッケージ100は、基板1とリッド3との間に枠状のスペーサ5を備え、基板1とリッド3とスペーサ5とにより中空構造6が形成されている。この中空構造6内に半導体素子4が配置されている。半導体素子4にはボンディングワイヤ45の一端が接続されている。ボンディングワイヤ45の他端は、基板1上の電極(不図示)に接続されている。
Figure 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a hollow semiconductor package. The
基板1はセンサ基板であり、半導体素子基板、シリコンウェハ、セラミック基板等が用いられる。リッド3としては、ガラスや透明プラスチック等の透明材料が用いられる。半導体素子4は、例えばCMOS・CCD等の固体撮像素子、半導体レーザ素子等である。
The
スペーサ5の外側面には封止剤による封止部7が形成されている。封止部7は、少なくとも、基板1とスペーサ5との接合部分51、およびリッド3とスペーサ5との接合部分53を覆うように設けられている。図1に示す様に、封止部7はスペーサ5の外側面全体を覆っていてもよい。
A sealing
図2Aは、中空半導体パッケージの作製に用いられる中空セル基板の平面図である。図2Bは、図2AのII-II線における断面図である。この中空セル基板300は、ガラスやプラスチック等からなる透明基板30上に、複数の枠状のスペーサ35がマトリクス状に配置されている。例えば、基板30上に感光性樹脂組成物を塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングすることにより、枠状のスペーサ5が形成される。
Figure 2A is a plan view of a hollow cell substrate used to fabricate a hollow semiconductor package. Figure 2B is a cross-sectional view taken along line II-II in Figure 2A. This
この中空セル基板300を、図2Aおよび図2Bの一点鎖線に沿って切断することにより、図3に示すように、リッド3に枠状のスペーサ5が設けられたチップ片301が得られる。基板1上に半導体素子4が設けられた半導体チップ101上に、チップ片301のスペーサ5を圧着し、接合部分を封止剤により封止することにより、図1に示す中空半導体構造が形成される。封止部7に用いられる封止剤は、熱硬化性であり、接合部分に組成物を塗布した後に、加熱による硬化が行われる。
By cutting this
上記のように、スペーサ5の形成には感光性樹脂組成物が用いられ、封止部7の形成には熱硬化性樹脂組成物が用いられる。本発明の好ましい形態では、スペーサ5および封止部7が、いずれもポリシロキサン樹脂を含む。スペーサ5と封止部7がともにポリシロキサン樹脂を含むことにより、両者の温度変化に伴う歪み(例えば熱線膨張係数)や水分への応答性(例えば透湿度や吸水率)が近似する。そのため、耐リフロー性に優れるとともに、中空半導体パッケージが高湿環境や高温環境に晒された場合でも、スペーサ5と封止部7との間の剥離やクラックが生じ難い。また、ポリシロキサン樹脂は、エポキシ樹脂等の一般的な硬化性樹脂に比べて透湿性が高いため、中空構造6に水分が滞留し難い。そのため、水分による半導体素子の劣化や、リッド(透明基板)の結露が抑制される傾向がある。
As described above, a photosensitive resin composition is used to form the
[ポリシロキサン樹脂]
ポリシロキサン樹脂(ポリマー)は、ポリシロキサン構造を含む。「ポリシロキサン構造」とは、シロキサン単位Si-O-Siを有する構造骨格を意味する。ポリシロキサン構造は、環状ポリシロキサン構造であってもよい。「環状ポリシロキサン構造」とは、環の構成要素にシロキサン単位(Si-O-Si)を有する環状分子構造骨格を意味する。
[Polysiloxane resin]
The polysiloxane resin (polymer) contains a polysiloxane structure. The "polysiloxane structure" refers to a structural skeleton having siloxane units Si-O-Si. The polysiloxane structure may be a cyclic polysiloxane structure. The "cyclic polysiloxane structure" refers to a cyclic molecular structural skeleton having siloxane units (Si-O-Si) as ring components.
ポリシロキサンポリマーは、ポリシロキサン構造を主鎖に含有していてもよく側鎖に含有していてもよい。ポリマーが主鎖にポリシロキサン構造を含有する場合に、耐熱性が向上する傾向がある。 The polysiloxane polymer may contain a polysiloxane structure in the main chain or in the side chain. When the polymer contains a polysiloxane structure in the main chain, heat resistance tends to be improved.
ポリシロキサンポリマーの典型例としては、(-SiR1R2-O-)の繰り返し単位を有するシリコーンが挙げられる。Siに結合しているR1およびR2は、1価の有機基であり、例えば、アルキル基またはフェニル基である。これらのシリコーンの典型例としては、(-Si(CH3)2-O-)の繰り返し単位を有するメチルシリコーン、(-Si(CH3)(C6H5)-O-)の繰り返し単位を有するフェニルメチルシリコーン、(-Si(C5H6)2-O-)の繰り返し単位を有するフェニルシリコーンが挙げられる。 Typical examples of polysiloxane polymers include silicones having a repeating unit of (-SiR 1 R 2 -O-). R 1 and R 2 bonded to Si are monovalent organic groups, such as an alkyl group or a phenyl group. Typical examples of these silicones include methyl silicones having a repeating unit of (-Si(CH 3 ) 2 -O-), phenyl methyl silicones having a repeating unit of (-Si(CH 3 )(C 6 H 5 )-O-), and phenyl silicones having a repeating unit of (-Si(C 5 H 6 ) 2 -O-).
これらのシリコーン樹脂は、末端および/または側鎖に、アミノ基、エポキシ基、カルボキシ基、カルビノール基、メタクリル基、メルカプト基、フェノール、水素原子等を導入した変性シリコーンであってもよい。また、シリコーン樹脂は、末端および/または側鎖に、Siに結合する水素原子(SiH基)を有するハイドロジェンシリコーンであってもよい。例えば、ビニル変性シリコーンとハイドロジェンシリコーンを含む組成物は、白金錯体等の触媒の存在下で、SiH基とビニル基とのヒドロシリル化反応によりSi-C結合が生成するため、熱硬化性のシリコーン樹脂組成物として使用できる。 These silicone resins may be modified silicones having amino groups, epoxy groups, carboxy groups, carbinol groups, methacryl groups, mercapto groups, phenols, hydrogen atoms, etc., introduced at the terminals and/or side chains. The silicone resins may also be hydrogen silicones having hydrogen atoms (SiH groups) bonded to Si at the terminals and/or side chains. For example, a composition containing vinyl modified silicone and hydrogen silicone can be used as a thermosetting silicone resin composition because Si-C bonds are generated by a hydrosilylation reaction between SiH groups and vinyl groups in the presence of a catalyst such as a platinum complex.
一実施形態において、ポリシロキサンポリマーは、(α)1分子中に少なくとも2個のSiH基(ヒドロシリル基)を有する化合物と、(β)SiH基との反応性を有する炭素-炭素二重結合(エチレン性不飽和基)を1分子中に少なくとも2個有する化合物とのヒドロシリル化反応により得られる。(α)および(β)のいずれか一方または両方がポリシロキサン構造を有していれば、(α)と(β)のヒドロシリル化反応により、ポリシロキサン構造を有するポリマーが得られる。(α)および(β)の種類を変更することにより、種々の官能基を有するポリマーを作製可能である。 In one embodiment, the polysiloxane polymer is obtained by a hydrosilylation reaction between (α) a compound having at least two SiH groups (hydrosilyl groups) in one molecule and (β) a compound having at least two carbon-carbon double bonds (ethylenically unsaturated groups) in one molecule that are reactive with SiH groups. If either or both of (α) and (β) have a polysiloxane structure, a polymer having a polysiloxane structure is obtained by the hydrosilylation reaction of (α) and (β). By changing the types of (α) and (β), it is possible to prepare polymers having various functional groups.
(化合物(α):SiH基を有するポリシロキサン化合物)
化合物(α)は、SiH基を有する化合物であり、好ましくは、ポリシロキサン構造のSi原子に結合する水素原子を有するポリシロキサン化合物である。1分子中に少なくとも2個のSiH基を有するポリシロキサン化合物(α)の具体例としては、直鎖構造を有するヒドロシリル基含有ポリシロキサン、分子末端にヒドロシリル基を有するポリシロキサン、およびヒドロシリル基を含有する環状ポリシロキサンが挙げられる。環状ポリシロキサン構造を含有するポリマーは、鎖状のポリシロキサン構造のみを含有するポリマーと比較して、製膜性および耐熱性に優れる傾向がある。
(Compound (α): Polysiloxane compound having a SiH group)
Compound (α) is a compound having a SiH group, and is preferably a polysiloxane compound having a hydrogen atom bonded to the Si atom of polysiloxane structure.Specific examples of polysiloxane compound (α) having at least two SiH groups in one molecule include a hydrosilyl group-containing polysiloxane having a linear structure, a polysiloxane having a hydrosilyl group at the molecular end, and a cyclic polysiloxane containing a hydrosilyl group.Compared to a polymer containing only a chain-like polysiloxane structure, a polymer containing a cyclic polysiloxane structure tends to have excellent film-forming properties and heat resistance.
環状ポリシロキサンは多環構造でもよく、多環は多面体構造を有していてもよい。耐熱性および機械強度の高い膜を形成するためには、化合物(α)として、1分子中に少なくとも2個のSiH基を有する環状ポリシロキサン化合物を用いることが好ましい。化合物(α)は、好ましくは1分子中に3個以上のSiH基を含む。耐熱性および耐光性の観点から、Si原子上に存在する基は、水素原子およびメチル基のいずれかであることが好ましい。 The cyclic polysiloxane may have a polycyclic structure, and the polycyclic ring may have a polyhedral structure. In order to form a film with high heat resistance and mechanical strength, it is preferable to use a cyclic polysiloxane compound having at least two SiH groups in one molecule as compound (α). Compound (α) preferably contains three or more SiH groups in one molecule. From the viewpoint of heat resistance and light resistance, it is preferable that the group present on the Si atom is either a hydrogen atom or a methyl group.
直鎖構造を有するヒドロシリル基含有ポリシロキサンとしては、ジメチルシロキサン単位とメチルハイドロジェンシロキサン単位および末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、ジフェニルシロキサン単位とメチルハイドロジェンシロキサン単位および末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、メチルフェニルシロキサン単位とメチルハイドロジェンシロキサン単位および末端トリメチルシロキシ単位との共重合体、ならびにジメチルハイドロジェンシリル基によって末端が封鎖されたポリシロキサン等が例示される。 Examples of hydrosilyl group-containing polysiloxanes having a linear structure include copolymers of dimethylsiloxane units, methylhydrogensiloxane units, and terminal trimethylsiloxy units, copolymers of diphenylsiloxane units, methylhydrogensiloxane units, and terminal trimethylsiloxy units, copolymers of methylphenylsiloxane units, methylhydrogensiloxane units, and terminal trimethylsiloxy units, and polysiloxanes whose ends are blocked with dimethylhydrogensilyl groups.
分子末端にヒドロシリル基を有するポリシロキサンとしては、ジメチルハイドロジェンシリル基によって末端が封鎖されたポリシロキサン、ならびにジメチルハイドロジェンシロキサン単位(H(CH3)2SiO1/2単位)と、SiO2単位、SiO3/2単位およびSiO単位からなる群より選ばれる少なくとも1つのシロキサン単位とからなるポリシロキサン等が例示される。 Examples of polysiloxanes having hydrosilyl groups at the molecular terminals include polysiloxanes whose terminals are blocked with dimethylhydrogensilyl groups, and polysiloxanes composed of dimethylhydrogensiloxane units (H( CH3 ) 2SiO1 /2 units) and at least one siloxane unit selected from the group consisting of SiO2 units, SiO3 /2 units, and SiO units.
環状ポリシロキサン化合物としては、1,3,5,7-テトラハイドロジェン-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1-プロピル-3,5,7-トリハイドロジェン-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,5-ジハイドロジェン-3,7-ジヘキシル-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5-トリハイドロジェン-1,3,5-トリメチルシクロシロキサン、1,3,5,7,9-ペンタハイドロジェン-1,3,5,7,9-ペンタメチルシクロシロキサンおよび1,3,5,7,9,11-ヘキサハイドロジェン-1,3,5,7,9,11-ヘキサメチルシクロシロキサン等が例示される。 Examples of cyclic polysiloxane compounds include 1,3,5,7-tetrahydrogen-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1-propyl-3,5,7-trihydrogen-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1,5-dihydrogen-3,7-dihexyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1,3,5-trihydrogen-1,3,5-trimethylcyclosiloxane, 1,3,5,7,9-pentahydrogen-1,3,5,7,9-pentamethylcyclosiloxane, and 1,3,5,7,9,11-hexahydrogen-1,3,5,7,9,11-hexamethylcyclosiloxane.
化合物(α)は、多環の環状ポリシロキサンでもよい。多環は多面体構造でもよい。多面体骨格を有するポリシロキサンは、多面体骨格を構成するSi原子の数が6~24であるものが好ましく、6~10であるものがより好ましい。多面体骨格を有するポリシロキサンの具体例としては、シルセスキオキサンが挙げられる。環状ポリシロキサンは、多面体骨格を有するシリル化ケイ酸でもよい。 The compound (α) may be a polycyclic polysiloxane having multiple rings. The multiple rings may have a polyhedral structure. The polysiloxane having a polyhedral skeleton preferably has 6 to 24 silicon atoms constituting the polyhedral skeleton, and more preferably has 6 to 10 silicon atoms. A specific example of a polysiloxane having a polyhedral skeleton is silsesquioxane. The cyclic polysiloxane may be a silylated silicic acid having a polyhedral skeleton.
(化合物(β):エチレン性不飽和基を含む化合物)
化合物(β)は、SiH基との反応性を有する炭素-炭素二重結合を1分子中に2個以上含む。SiH基との反応性を有する炭素-炭素二重結合を含む基(以下、単に「エチレン性不飽和基」または「アルケニル基」と称することがある)としては、ビニル基、アリル基、メタリル基、アクリル基、メタクリル基、2-ヒドロキシ-3-(アリルオキシ)プロピル基、2-アリルフェニル基、3-アリルフェニル基、4-アリルフェニル基、2-(アリルオキシ)フェニル基、3-(アリルオキシ)フェニル基、4-(アリルオキシ)フェニル基、2-(アリルオキシ)エチル基、2,2-ビス(アリルオキシメチル)ブチル基、3-アリルオキシ-2,2-ビス(アリルオキシメチル)プロピル基およびビニルエーテル基等が挙げられる。
(Compound (β): Compound containing an ethylenically unsaturated group)
Compound (β) contains two or more carbon-carbon double bonds reactive with SiH groups in one molecule. Examples of the group containing a carbon-carbon double bond reactive with SiH groups (hereinafter, sometimes simply referred to as an "ethylenically unsaturated group" or an "alkenyl group") include a vinyl group, an allyl group, a methallyl group, an acryl group, a methacryl group, a 2-hydroxy-3-(allyloxy)propyl group, a 2-allylphenyl group, a 3-allylphenyl group, a 4-allylphenyl group, a 2-(allyloxy)phenyl group, a 3-(allyloxy)phenyl group, a 4-(allyloxy)phenyl group, a 2-(allyloxy)ethyl group, a 2,2-bis(allyloxymethyl)butyl group, a 3-allyloxy-2,2-bis(allyloxymethyl)propyl group, and a vinyl ether group.
1分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物(β)の具体例としては、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリルエーテル、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、1,1,2,2-テトラアリロキシエタン、ジアリリデンペンタエリスリット、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルモノベンジルイソシアヌレート、ジアリルモノメチルイソシアヌレート、1,2,4-トリビニルシクロヘキサン、1,4-ブタンジオールジビニルエーテル、ノナンジオールジビニルエーテル、1,4-シクロへキサンジメタノールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、ビスフェノールSのジアリルエーテル、ジビニルベンゼン、ジビニルビフェニル、1,3-ジイソプロペニルベンゼン、1,4-ジイソプロペニルベンゼン、1,3-ビス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3-ビス(ビニルオキシ)アダマンタン、1,3,5-トリス(アリルオキシ)アダマンタン、1,3,5-トリス(ビニルオキシ)アダマンタン、ジシクロペンタジエン、ビニルシクロへキセン、1,5-ヘキサジエン、1,9-デカジエン、ジアリルエーテル、ビスフェノールAジアリルエーテル、2,5-ジアリルフェノールアリルエーテル、およびそれらのオリゴマー、1,2-ポリブタジエン(1,2比率10~100%のもの、好ましくは1,2比率50~100%のもの)、ノボラックフェノールのアリルエーテル、アリル化ポリフェニレンオキサイド、その他、従来公知のエポキシ樹脂のグリシジル基の全部をアリル基に置き換えたもの等が挙げられる。また、上記例示の化合物におけるアリル基を(メタ)アクリロイル基に置き換えた化合物(例えば、多官能(メタ)アクリレート)も、化合物(β)として好適に用いられる。 Specific examples of compounds (β) having two or more alkenyl groups in one molecule include diallyl phthalate, triallyl trimellitate, diethylene glycol bisallyl carbonate, trimethylolpropane diallyl ether, trimethylolpropane triallyl ether, pentaerythritol triallyl ether, pentaerythritol tetraallyl ether, 1,1,2,2-tetraallyloxyethane, diarylidene pentaerythritol, triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, diallyl monobenzyl isocyanurate, diallyl monomethyl isocyanurate, 1,2,4-trivinylcyclohexane, 1,4-butanediol divinyl ether, nonanediol divinyl ether, 1,4-cyclohexane dimethanol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, trimethylolpropane trivinyl ether, pentaerythritol tetravinyl ether ether, diallyl ether of bisphenol S, divinylbenzene, divinylbiphenyl, 1,3-diisopropenylbenzene, 1,4-diisopropenylbenzene, 1,3-bis(allyloxy)adamantane, 1,3-bis(vinyloxy)adamantane, 1,3,5-tris(allyloxy)adamantane, 1,3,5-tris(vinyloxy)adamantane, dicyclopentadiene, vinylcyclohexene, 1,5-hexadiene, 1,9-decadiene, diallyl ether, bisphenol A diallyl ether, 2,5-diallylphenol allyl ether, and oligomers thereof, 1,2-polybutadiene (1,2 ratio of 10 to 100%, preferably 1,2 ratio of 50 to 100%), allyl ether of novolak phenol, allylated polyphenylene oxide, and other conventionally known epoxy resins in which all of the glycidyl groups have been replaced with allyl groups. In addition, compounds in which the allyl group in the above example compounds is replaced with a (meth)acryloyl group (e.g., polyfunctional (meth)acrylates) can also be suitably used as compound (β).
化合物(β)は、2以上のアルケニル基を有するポリシロキサン化合物でもよい。2個以上のアルケニル基を有する鎖状ポリシロキサンとしては、両末端にジメチルビニルシリル基を有するメチルシリコーン、両末端にジメチルビニルシリル基を有するフェニルシリコーン、両末端にジメチルビニルシリル基を有するフェニルメチルシリコーン、分子鎖に複数のメチルビニルシロキサン単位を含むシリコーン等が挙げられる。 Compound (β) may be a polysiloxane compound having two or more alkenyl groups. Examples of linear polysiloxanes having two or more alkenyl groups include methyl silicone having dimethylvinylsilyl groups at both ends, phenyl silicone having dimethylvinylsilyl groups at both ends, phenyl methyl silicone having dimethylvinylsilyl groups at both ends, and silicones containing multiple methylvinylsiloxane units in the molecular chain.
環状ポリシロキサン化合物の具体例としては、1,3,5,7-テトラビニル-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1-プロピル-3,5,7-トリビニル-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,5-ジビニル-3,7-ジヘキシル-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン、1,3,5-トリビニル-1,3,5-トリメチルシクロシロキサン、1,3,5,7,9-ペンタビニル-1,3,5,7,9-ペンタメチルシクロシロキサンおよび1,3,5,7,9,11-ヘキサビニル-1,3,5,7,9,11-ヘキサメチルシクロシロキサン等が挙げられる。 Specific examples of cyclic polysiloxane compounds include 1,3,5,7-tetravinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1-propyl-3,5,7-trivinyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1,5-divinyl-3,7-dihexyl-1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane, 1,3,5-trivinyl-1,3,5-trimethylcyclosiloxane, 1,3,5,7,9-pentavinyl-1,3,5,7,9-pentamethylcyclosiloxane, and 1,3,5,7,9,11-hexavinyl-1,3,5,7,9,11-hexamethylcyclosiloxane.
化合物(β)は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリアクリル酸エステル、ポリアミド、ポリイミド、フェノール-ホルムアルデヒド等のポリマー鎖の末端および/または側鎖にアルケニル基を有する化合物であってもよい。 Compound (β) may be a compound having an alkenyl group at the end and/or side chain of a polymer chain such as polyether, polyester, polyarylate, polycarbonate, polyolefin, polyacrylic acid ester, polyamide, polyimide, or phenol-formaldehyde.
(その他の出発物質)
ヒドロシリル化反応の出発物質として、上記の化合物(α)および化合物(β)に加えて、1分子中に、ヒドロシリル化反応に関与する官能基を1個のみ有する化合物を用いてもよい。ヒドロシリル化反応に関与する官能基とは、SiH基、またはエチレン性不飽和基である。ヒドロシリル化反応に関与する官能基を1つのみ含む化合物を用いることにより、ポリマーの末端に特定の官能基を導入できる。
(Other Starting Materials)
In addition to the above-mentioned compound (α) and compound (β), a compound having only one functional group participating in the hydrosilylation reaction in one molecule may be used as a starting material for the hydrosilylation reaction. The functional group participating in the hydrosilylation reaction is a SiH group or an ethylenically unsaturated group. By using a compound having only one functional group participating in the hydrosilylation reaction, a specific functional group can be introduced at the end of a polymer.
ヒドロシリル化反応の出発物質として、光重合性官能基(感光性基)を有する化合物を用いてもよい。光重合性官能基としては、カチオン重合性官能基やラジカル重合性官能基が挙げられる。「カチオン重合性官能基」とは、活性エネルギー線が照射された場合に、光酸発生剤から生成した酸性活性物質によって重合および架橋する官能基を意味する。活性エネルギー線としては、可視光、紫外線、赤外線、X線、α線、β線、およびγ線等が挙げられる。カチオン重合性官能基としては、エポキシ基、ビニルエーテル基、オキセタン基、およびアルコキシシリル基が挙げられる。これらの光重合性官能基を導入することにより、感光性のポリシロキサンポリマーが得られる。感光性の観点から、カチオン重合性官能基としてはエポキシ基が好ましく、エポキシ基の中でも、安定性の観点から、脂環式エポキシ基またはグリシジル基が好ましい。特に、光カチオン重合性に優れることから、脂環式エポキシ基が好ましい。 A compound having a photopolymerizable functional group (photosensitive group) may be used as a starting material for the hydrosilylation reaction. Examples of the photopolymerizable functional group include cationic polymerizable functional groups and radical polymerizable functional groups. The term "cationically polymerizable functional group" refers to a functional group that undergoes polymerization and crosslinking due to an acidic active substance generated from a photoacid generator when irradiated with active energy rays. Examples of active energy rays include visible light, ultraviolet light, infrared rays, X-rays, α rays, β rays, and γ rays. Examples of the cationic polymerizable functional group include an epoxy group, a vinyl ether group, an oxetane group, and an alkoxysilyl group. By introducing these photopolymerizable functional groups, a photosensitive polysiloxane polymer can be obtained. From the viewpoint of photosensitivity, an epoxy group is preferred as the cationic polymerizable functional group, and among epoxy groups, an alicyclic epoxy group or a glycidyl group is preferred from the viewpoint of stability. In particular, an alicyclic epoxy group is preferred because of its excellent photocationic polymerization properties.
出発物質として、1分子中にアルケニル基とカチオン重合性官能基とを有する化合物を用いることにより、ポリマーにカチオン重合性官能基を導入できる。一分子中にアルケニル基とカチオン重合性官能基としてのエポキシ基を有する化合物の具体例としては、ビニルシクロヘキセンオキシド、アリルグリシジルエーテル、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレートおよびモノアリルジグリシジルイソシアヌレート等が挙げられる。 The cationic polymerizable functional group can be introduced into the polymer by using a compound having an alkenyl group and a cationic polymerizable functional group in one molecule as a starting material. Specific examples of compounds having an alkenyl group and an epoxy group as a cationic polymerizable functional group in one molecule include vinylcyclohexene oxide, allyl glycidyl ether, diallyl monoglycidyl isocyanurate, and monoallyl diglycidyl isocyanurate.
感光性樹脂組成物に用いられるポリシロキサンポリマーは、アルカリ可溶性を有することが好ましい。ポリマーにアルカリ可溶性付与基を導入することにより、アルカリ可溶性を付与できる。ポリマーが光重合性官能基とアルカリ可溶性基を有する場合、光硬化前はアルカリに対する溶解性を示し、光硬化後はアルカリに不溶となるため、ネガ型の感光性樹脂として使用できる。アルカリ可溶性付与基(酸性基)としては、フェノール性水酸基、カルボキシ基、N-置換イソシアヌル酸、およびN,N’-ジ置換イソシアヌル酸が挙げられる。 The polysiloxane polymer used in the photosensitive resin composition is preferably alkali-soluble. Alkali-solubility can be imparted to the polymer by introducing an alkali-solubility-imparting group. When the polymer has a photopolymerizable functional group and an alkali-soluble group, it is soluble in alkali before photocuring and becomes insoluble in alkali after photocuring, so it can be used as a negative-type photosensitive resin. Examples of alkali-solubility-imparting groups (acidic groups) include phenolic hydroxyl groups, carboxy groups, N-substituted isocyanuric acid, and N,N'-disubstituted isocyanuric acid.
ヒドロシリル化反応の出発物質として、酸性基を含み、かつ、アルケニル基および/またはSiH基を含む化合物を用いることにより、アルカリ可溶性ポリマーが得られる。例えば、出発物質として、モノアリルイソシアヌレートを用いることにより、N-置換イソシアヌル酸を有するシロキサンポリマーが得られる。また、出発物質として、ジアリルイソシアヌレート、モノアリルモノグリシジルイソシアヌレート、モノアリルモノメチルイソシアヌレート等を用いることにより、N,N’-ジ置換イソシアヌル酸を有するシロキサンポリマーが得られる。 By using a compound containing an acidic group and an alkenyl group and/or a SiH group as the starting material for the hydrosilylation reaction, an alkali-soluble polymer can be obtained. For example, by using monoallyl isocyanurate as the starting material, a siloxane polymer having N-substituted isocyanuric acid can be obtained. In addition, by using diallyl isocyanurate, monoallyl monoglycidyl isocyanurate, monoallyl monomethyl isocyanurate, etc. as the starting material, a siloxane polymer having N,N'-disubstituted isocyanuric acid can be obtained.
ポリシロキサンポリマーは、酸の存在下で保護基が脱離してアルカリ可溶性を示すものであってもよい。酸の存在下で保護基が脱離してアルカリ可溶性を示すポリマーは、光酸発生剤から発生する酸の反応により保護基が外れ(脱保護)、アルカリ溶解性が増大するため、ポジ型の感光性樹脂として使用できる。 The polysiloxane polymer may be one in which the protecting group is eliminated in the presence of an acid, thereby exhibiting alkali solubility. A polymer in which the protecting group is eliminated in the presence of an acid, thereby exhibiting alkali solubility, can be used as a positive-type photosensitive resin, since the protecting group is eliminated (deprotected) by the reaction of the acid generated from the photoacid generator, thereby increasing the alkali solubility.
酸性基としては、フェノール性水酸基、カルボキシ基、N-置換イソシアヌル酸、およびN,N’-ジ置換イソシアヌル酸が挙げられる。フェノール性水酸基の保護基としては、tert-ブトキシカルボニル基およびトリアルキルシリル基等が挙げられる。例えば、Boc化試薬を用いた反応により、フェノール性水酸基をtert-ブトキシカルボニル基により保護できる。フェノール性水酸基の保護基としてのトリアルキルシリル基におけるアルキル基は、酸による脱保護のしやすさの観点から、炭素数1~6のアルキル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。ヘキサメチルジシラザン、トリメチルクロロシラン等のシリル化剤を用いた反応により、フェノール性水酸基をトリメチルシリル基により保護できる。N-置換イソシアヌル酸、およびN,N’-ジ置換イソシアヌル酸の酸性基(NH基)も、フェノール性水酸基と同様の保護基により保護できる。カルボン酸の保護基としては、第三級アルキルエステル、アセタール等が挙げられる。カルボン酸の第三級アルキルエステルにおける第三級アルキル基としては、tert-ブチル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基、ノルボルニル基等が挙げられる。 Examples of the acidic group include a phenolic hydroxyl group, a carboxyl group, an N-substituted isocyanuric acid, and an N,N'-disubstituted isocyanuric acid. Examples of the protecting group for the phenolic hydroxyl group include a tert-butoxycarbonyl group and a trialkylsilyl group. For example, the phenolic hydroxyl group can be protected with a tert-butoxycarbonyl group by a reaction using a Boc reagent. The alkyl group in the trialkylsilyl group as the protecting group for the phenolic hydroxyl group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably a methyl group, from the viewpoint of ease of deprotection with an acid. The phenolic hydroxyl group can be protected with a trimethylsilyl group by a reaction using a silylating agent such as hexamethyldisilazane or trimethylchlorosilane. The acidic group (NH group) of N-substituted isocyanuric acid and N,N'-disubstituted isocyanuric acid can also be protected with the same protecting group as the phenolic hydroxyl group. Examples of protective groups for carboxylic acids include tertiary alkyl esters and acetals. Examples of tertiary alkyl groups in tertiary alkyl esters of carboxylic acids include tert-butyl, adamantyl, tricyclodecyl, and norbornyl groups.
ヒドロシリル化反応の出発物質として、酸の存在下で脱離する保護基を有する構造を有し、かつ、アルケニル基および/またはSiH基を含む化合物を用いることにより、酸の存在下で保護基が脱離してアルカリ可溶性を示すポリシロキサンポリマーが得られる。 By using a compound having a structure with a protecting group that is eliminated in the presence of an acid and containing an alkenyl group and/or a SiH group as the starting material for the hydrosilylation reaction, a polysiloxane polymer that is alkali-soluble can be obtained by eliminating the protecting group in the presence of an acid.
(ヒドロシリル化反応)
ヒドロシリル化反応の順序および方法は特に限定されない。ヒドロシリル化反応は、全ての出発物質を1ポットに仕込んで重合を実施してもよく、原料を複数回に分けて投入し、多段階で反応を実施してもよい。
(Hydrosilylation reaction)
The order and method of the hydrosilylation reaction are not particularly limited. The hydrosilylation reaction may be carried out by charging all starting materials in one pot and carrying out polymerization, or by charging the raw materials in multiple batches and carrying out the reaction in multiple stages.
ヒドロシリル化反応における出発物質のアルケニル基の総量AとSiH基の総量Bとの比B/Aは、1より大きいことが好ましい。ヒドロシリル化反応では、アルケニル基とSiH基が1:1で反応する。B/Aが1より大きくアルケニル基に対してSiH基が過剰であれば、未反応のSiH基を有するポリシロキサンポリマーが得られる。ポリマー中の未反応のSiH基は、例えば、熱硬化性樹脂組成物における架橋反応点となり得る。 In the hydrosilylation reaction, the ratio B/A of the total amount A of alkenyl groups to the total amount B of SiH groups in the starting materials is preferably greater than 1. In the hydrosilylation reaction, alkenyl groups and SiH groups react at a ratio of 1:1. If B/A is greater than 1 and there is an excess of SiH groups relative to the alkenyl groups, a polysiloxane polymer having unreacted SiH groups is obtained. The unreacted SiH groups in the polymer can serve as crosslinking reaction points in, for example, a thermosetting resin composition.
ヒドロシリル化反応には、塩化白金酸、白金-オレフィン錯体、白金-ビニルシロキサン錯体等のヒドロシリル化触媒を用いてもよい。ヒドロシリル化触媒と助触媒とを併用してもよい。ヒドロシリル化触媒の添加量は特に限定されないが、出発物質に含まれるアルケニル基の総量(モル数)に対して、好ましくは10-8~10-1倍、より好ましくは10-6~10-2倍である。 For the hydrosilylation reaction, a hydrosilylation catalyst such as chloroplatinic acid, a platinum-olefin complex, or a platinum-vinylsiloxane complex may be used. The hydrosilylation catalyst may be used in combination with a co-catalyst. The amount of the hydrosilylation catalyst added is not particularly limited, but is preferably 10 −8 to 10 −1 times, and more preferably 10 −6 to 10 −2 times, the total amount (number of moles) of alkenyl groups contained in the starting material.
ヒドロシリル化反応の温度は適宜に設定すればよく、好ましくは30~200℃、より好ましくは50~150℃である。ヒドロシリル化反応における気相部の酸素体積濃度は3%以下が好ましい。酸素添加によるヒドロシリル化反応促進の観点から、気相部には、0.1~3体積%程度の酸素が含まれていてもよい。 The temperature of the hydrosilylation reaction may be set appropriately, and is preferably 30 to 200°C, and more preferably 50 to 150°C. The oxygen volume concentration in the gas phase during the hydrosilylation reaction is preferably 3% or less. From the viewpoint of promoting the hydrosilylation reaction by adding oxygen, the gas phase may contain approximately 0.1 to 3% by volume of oxygen.
ヒドロシリル化反応には、溶媒を使用してもよい。溶媒としては、ベンゼン、トルエン、ヘキサンおよびヘプタン等の炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソランおよびジエチルエーテル等のエーテル系溶媒;アセトンおよびメチルエチルケトン等のケトン系溶媒;クロロホルム、塩化メチレンおよび1,2-ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒等が挙げられる。反応後の留去が容易であることから、トルエン、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソランまたはクロロホルムが好ましい。ヒドロシリル化反応においては、必要に応じて、ゲル化抑制剤を用いてもよい。 A solvent may be used in the hydrosilylation reaction. Examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, hexane, and heptane; ether solvents such as tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, and diethyl ether; ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone; and halogen solvents such as chloroform, methylene chloride, and 1,2-dichloroethane. Toluene, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, and chloroform are preferred because they are easy to remove by distillation after the reaction. A gelation inhibitor may be used in the hydrosilylation reaction, if necessary.
[樹脂組成物]
<封止剤>
封止部の形成に用いられる封止剤は、熱硬化性を有する。ポリシロキサン樹脂を含む熱硬化性樹脂組成物は、ポリシロキサン樹脂が熱硬化に関与するものが好ましい。例えば、ポリシロキサンポリマーは、加熱によりSiH基同士が反応してSi-Si結合が生成するため、熱硬化性を有する。
[Resin composition]
<Sealant>
The sealing agent used to form the sealing portion has thermosetting properties. The thermosetting resin composition containing a polysiloxane resin is preferably one in which the polysiloxane resin is involved in thermosetting. For example, a polysiloxane polymer has thermosetting properties because Si-Si bonds are generated by reacting SiH groups with each other when heated.
熱硬化性樹脂組成物は、ポリシロキサンポリマーに加えて、ポリシロキサンポリマーと結合して架橋構造を導入可能な官能基を有する化合物(架橋剤)を含むものが好ましい。例えば、ポリシロキサンポリマーがSiH基を含む場合、架橋剤として複数のエチレン性不飽和基を有する化合物を含むことにより、ポリマーのSiH基と架橋剤のエチレン性不飽和基とのヒドロシリル化反応により熱硬化(架橋)が進行する。1分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物の具体例としては、上記で例示した化合物(β)と同様の化合物等を用いることができる。 The thermosetting resin composition preferably contains, in addition to the polysiloxane polymer, a compound (crosslinking agent) having a functional group capable of bonding with the polysiloxane polymer to introduce a crosslinked structure. For example, when the polysiloxane polymer contains a SiH group, by containing a compound having multiple ethylenically unsaturated groups as a crosslinking agent, thermosetting (crosslinking) proceeds by a hydrosilylation reaction between the SiH group of the polymer and the ethylenically unsaturated group of the crosslinking agent. Specific examples of compounds having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule include compounds similar to the compound (β) exemplified above.
架橋剤は、ポリシロキサン構造を有していてもよく、ポリシロキサン構造を有していなくてもよい。架橋剤として、ポリシロキサン構造を有する化合物と、ポリシロキサン構造を含まない化合物とを併用してもよい。 The crosslinking agent may or may not have a polysiloxane structure. As the crosslinking agent, a compound having a polysiloxane structure and a compound not having a polysiloxane structure may be used in combination.
熱硬化性樹脂組成物(封止剤)を熱硬化後のポリマーは、環状ポリシロキサン構造を有することが好ましい。ポリシロキサンポリマーおよび架橋剤のいずれか一方または両方が環状ポリシロキサン構造を含んでいれば、硬化後のポリマーは環状ポリシロキサン構造を含む。特に、ポリシロキサンポリマーが環状ポリシロキサン構造を含むことが好ましい。ポリマーが環状ポリシロキサン構造を含むことにより、組成物の塗布性が向上し、封止剤により封止部を形成する際の封止剤の流出が抑制される傾向がある。 The polymer obtained after the thermosetting resin composition (sealant) is thermally cured preferably has a cyclic polysiloxane structure. If either or both of the polysiloxane polymer and the crosslinking agent contain a cyclic polysiloxane structure, the cured polymer will contain a cyclic polysiloxane structure. In particular, it is preferable that the polysiloxane polymer contains a cyclic polysiloxane structure. When the polymer contains a cyclic polysiloxane structure, the coatability of the composition is improved, and outflow of the sealant when forming a sealing portion with the sealant tends to be suppressed.
熱硬化性樹脂組成物(封止剤)を熱硬化後のポリマーは、鎖状ポリシロキサン構造を有することが好ましい。鎖状ポリシロキサン構造を含むことにより、封止剤(封止部)の透湿度が向上し、中空構造内への水分の滞留が抑制される傾向がある。また、鎖状ポリシロキサン構造を含むことにより、吸湿状態での耐リフロー性が向上し、接合界面での剥がれやクラックの発生が抑制される傾向がある。鎖状ポリシロキサン構造を有する架橋剤としては、例えば、両末端をビニル変性した鎖状ポリシロキサン(例えば、両末端ビニル変性シリコーンオイル)が用いられる。両末端ビニル変性シリコーンオイルは、信越化学工業、ダウ、コンストゥールケミカル等の各社から入手可能である。 The polymer obtained by thermally curing the thermosetting resin composition (sealant) preferably has a chain polysiloxane structure. By including a chain polysiloxane structure, the moisture permeability of the sealant (sealing portion) is improved, and the retention of moisture in the hollow structure tends to be suppressed. In addition, by including a chain polysiloxane structure, the reflow resistance in a moisture-absorbing state is improved, and the occurrence of peeling and cracks at the bonding interface tends to be suppressed. As a crosslinking agent having a chain polysiloxane structure, for example, a chain polysiloxane with both ends vinyl-modified (for example, a silicone oil modified with vinyl at both ends) is used. Silicone oil modified with vinyl at both ends is available from companies such as Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Dow, and Constuhl Chemical.
封止剤の塗布性と、耐久性とを両立する観点から、封止剤を熱硬化後のポリマーは、環状ポリシロキサン構造と鎖状ポリシロキサン構造の両方を含むことが好ましい。例えば、封止剤を構成する熱硬化性樹脂組成物が、環状ポリシロキサン構造を含むポリマーと、鎖状ポリシロキサン構造を含む架橋剤を含むことにより、封止剤を熱硬化後のポリマーは、環状ポリシロキサン構造と鎖状ポリシロキサン構造の両方を含む。 From the viewpoint of achieving both the applicability and durability of the sealant, it is preferable that the polymer after the sealant is heat-cured contains both a cyclic polysiloxane structure and a chain polysiloxane structure. For example, the thermosetting resin composition constituting the sealant contains a polymer containing a cyclic polysiloxane structure and a crosslinking agent containing a chain polysiloxane structure, so that the polymer after the sealant is heat-cured contains both a cyclic polysiloxane structure and a chain polysiloxane structure.
ヒドロシリル化反応による熱硬化性を示す樹脂組成物は、ヒドロシリル化触媒を含むことが好ましい。ヒドロシリル化触媒としては、上述の触媒が好ましい。封止剤を構成する熱硬化性樹脂組成物として、市販品を用いてもよい。 The resin composition that exhibits thermosetting properties due to a hydrosilylation reaction preferably contains a hydrosilylation catalyst. As the hydrosilylation catalyst, the above-mentioned catalysts are preferable. A commercially available product may be used as the thermosetting resin composition that constitutes the sealant.
<スペーサ用樹脂組成物>
スペーサの形成に用いられる樹脂材料としては、ポリシロキサン樹脂を含む感光性樹脂組成物が用いられる。感光性樹脂組成物の感光性は、ポジ型でもネガ型でもよい。感光性樹脂組成物を用いることにより、基板上に樹脂組成物を膜状に塗布した後、フォトリソグラフィーによるパターニングを実施することにより、図2Aおよび図2Bに示す様な枠状のパターンを有するスペーサを形成できる。
<Resin composition for spacers>
The resin material used to form the spacer is a photosensitive resin composition containing a polysiloxane resin. The photosensitivity of the photosensitive resin composition may be positive or negative. By using the photosensitive resin composition, a spacer having a frame-shaped pattern as shown in Figures 2A and 2B can be formed by applying the resin composition in a film form on a substrate and then performing patterning by photolithography.
(ネガ型感光性樹脂組成物)
ネガ型の感光性樹脂組成物は、アルカリ可溶性を示すポリシロキサンポリマーを含む。上記のように、ネガ型の感光性樹脂組成物に用いられるポリマーは、アルカリ可溶性基を含み、さらに光重合性官能基を含む。
(Negative Photosensitive Resin Composition)
The negative photosensitive resin composition contains a polysiloxane polymer exhibiting alkali solubility. As described above, the polymer used in the negative photosensitive resin composition contains an alkali-soluble group and further contains a photopolymerizable functional group.
ネガ型の感光性樹脂組成物は、さらに架橋剤を含んでいてもよい。例えば、ポリシロキサンポリマーがカチオン重合性を有する場合、架橋剤として1分子中に2個以上のアルケニル基を有する化合物を用いれば、露光によりポリマーと架橋剤とが反応して硬化するため、アルカリに不溶となる。光カチオン重合性を有する架橋剤としては、1分子中に2個以上の脂環式エポキシ基を有する化合物が好ましい。1分子中に2個以上の脂環式エポキシ基を有する化合物の具体例としては、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル製「セロキサイド2021P」)、ε-カプロラクトン変性3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル製「セロキサイド2081」)、ビス(3,4-エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート等が挙げられる。1分子中に2個以上の脂環式エポキシ基を有する化合物は、下記式S1の化合物のように鎖状シロキサン構造を含んでいてもよく、下記式S2の化合物のように環状シロキサン構造を含んでいてもよい。
The negative photosensitive resin composition may further contain a crosslinking agent. For example, when the polysiloxane polymer has cationic polymerizability, if a compound having two or more alkenyl groups in one molecule is used as the crosslinking agent, the polymer and the crosslinking agent react with each other by exposure to light, and the crosslinking agent hardens, making the composition insoluble in alkali. As a crosslinking agent having cationic photopolymerizability, a compound having two or more alicyclic epoxy groups in one molecule is preferable. Specific examples of compounds having two or more alicyclic epoxy groups in one molecule include 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3',4'-epoxycyclohexanecarboxylate (Daicel's "Celloxide 2021P"), ε-caprolactone-modified 3',4'-
(ポジ型感光性樹脂組成物)
ポジの感光性樹脂組成物は、酸の存在下で保護基が脱離してアルカリ可溶性を示すポリシロキサンポリマーを含む。ポリシロキサンポリマーはさらに熱硬化性を有していてもよい。ポジ型感光性樹脂組成物は、熱硬化性の架橋剤を含んでいてもよい。例えば、ポリシロキサンポリマーがSiH基を含んでいる場合は、架橋剤として1分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物を感光性樹脂組成物に含めておけば、ポリシロキサンポリマーとのヒドロシリル化反応により、架橋構造が導入される。1分子中に2個以上のエチレン性不飽和基を有する化合物の具体例としては、上記で例示した化合物(β)と同様の化合物等を用いることができる。
(Positive Photosensitive Resin Composition)
The positive photosensitive resin composition includes a polysiloxane polymer that exhibits alkali solubility by elimination of a protective group in the presence of an acid. The polysiloxane polymer may further have thermosetting properties. The positive photosensitive resin composition may include a thermosetting crosslinking agent. For example, when the polysiloxane polymer includes a SiH group, if a compound having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule is included in the photosensitive resin composition as a crosslinking agent, a crosslinked structure is introduced by a hydrosilylation reaction with the polysiloxane polymer. As a specific example of a compound having two or more ethylenically unsaturated groups in one molecule, the same compound as the compound (β) exemplified above can be used.
(光酸発生剤)
スペーサの形成に用いられる感光性樹脂組成物は、光酸発生剤を含んでいてもよい。光酸発生剤に紫外線等の活性エネルギー線が照射されると酸が発生する。カチオン重合性の組成物(例えばネガ型の感光性樹脂組成物)では、光酸発生剤が重合開始剤として作用し、カチオン重合による硬化が進行する。ポジ型の感光性樹脂組成物では、光酸発生剤から発生した酸の作用により、アルカリ可溶性付与基(酸性基)に結合している保護基が脱離して、アルカリ溶解性が増大する。
(Photoacid generator)
The photosensitive resin composition used to form the spacer may contain a photoacid generator. When the photoacid generator is irradiated with active energy rays such as ultraviolet rays, an acid is generated. In a cationic polymerizable composition (e.g., a negative photosensitive resin composition), the photoacid generator acts as a polymerization initiator, and curing by cationic polymerization proceeds. In a positive photosensitive resin composition, the action of the acid generated from the photoacid generator causes the protective group bonded to the alkali-solubility-imparting group (acidic group) to be released, thereby increasing the alkali solubility.
感光性樹脂組成物に含まれる光酸発生剤は、露光によりルイス酸を発生するものであれば特に限定されない。光酸発生剤の具体例としては、スルホニウム塩、ヨードニウム塩、アンモニウム塩、その他のオニウム塩等のイオン性光酸発生剤;イミドスルホネート類、オキシムスルホネート類、スルホニルジアゾメタン類等の非イオン性光酸発生剤が挙げられる。 The photoacid generator contained in the photosensitive resin composition is not particularly limited as long as it generates a Lewis acid upon exposure to light. Specific examples of photoacid generators include ionic photoacid generators such as sulfonium salts, iodonium salts, ammonium salts, and other onium salts; and nonionic photoacid generators such as imide sulfonates, oxime sulfonates, and sulfonyl diazomethanes.
感光性樹脂組成物における光酸発生剤の含有量は、組成物の樹脂分100重量部に対して0.1~20重量部が好ましく、0.1~15重量部がより好ましく、0.5~10重量部がさらに好ましい。 The content of the photoacid generator in the photosensitive resin composition is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 0.1 to 15 parts by weight, and even more preferably 0.5 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of the resin content of the composition.
(増感剤)
感光性樹脂組成物は、増感剤を含んでいてもよい。増感剤を用いることにより、パターニング時の露光感度が向上する。増感剤としては、ナフタレン系化合物、アントラセン系化合物およびチオキサントン系化合物等が挙げられ、中でも光増感効果に優れることから、アントラセン系増感剤が好ましい。アントラセン系増感剤の具体例としては、アントラセン、2-エチル-9,10-ジメトキシアントラセン、9,10-ジメチルアントラセン、9,10-ジブトキシアントラセン(DBA)、9,10-ジプロポキシアントラセン、9,10-ジエトキシアントラセン、9,10-ビス(オクタノイルオキシ)アントラセン、1,4-ジメトキシアントラセン、9-メチルアントラセン、2-エチルアントラセン、2-tert-ブチルアントラセン、2,6-ジ-tert-ブチルアントラセン、9,10-ジフェニル-2,6-ジ-tert-ブチルアントラセン等が挙げられる。
(Sensitizer)
The photosensitive resin composition may contain a sensitizer. By using the sensitizer, the exposure sensitivity during patterning is improved. Examples of the sensitizer include naphthalene-based compounds, anthracene-based compounds, and thioxanthone-based compounds, and among them, anthracene-based sensitizers are preferred because of their excellent photosensitizing effect. Specific examples of anthracene-based sensitizers include anthracene, 2-ethyl-9,10-dimethoxyanthracene, 9,10-dimethylanthracene, 9,10-dibutoxyanthracene (DBA), 9,10-dipropoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10-bis(octanoyloxy)anthracene, 1,4-dimethoxyanthracene, 9-methylanthracene, 2-ethylanthracene, 2-tert-butylanthracene, 2,6-di-tert-butylanthracene, and 9,10-diphenyl-2,6-di-tert-butylanthracene.
組成物における増感剤の含有量は、特に限定されず、増感効果を発揮し得る範囲で適宜に調整すればよい。硬化性および物性のバランスの観点から、組成物の樹脂分100重量部に対して0.01~20重量部が好ましく、0.1~15重量部がより好ましく、0.5~10重量部がさらに好ましい。 The amount of sensitizer in the composition is not particularly limited and may be adjusted as appropriate within a range that allows the sensitizing effect to be exhibited. From the viewpoint of the balance between curability and physical properties, the amount is preferably 0.01 to 20 parts by weight, more preferably 0.1 to 15 parts by weight, and even more preferably 0.5 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of the resin content of the composition.
<樹脂組成物の他の成分>
封止剤を構成する熱硬化性樹脂組成物、およびスペーサの形成に用いられる感光性樹脂組成物は、上記以外の樹脂成分、溶媒、添加剤等を含んでいてもよい、
<Other components of resin composition>
The thermosetting resin composition constituting the sealant and the photosensitive resin composition used to form the spacer may contain resin components, solvents, additives, etc. other than those described above.
(熱硬化性樹脂)
樹脂組成物は、上記のポリシロキサンポリマーとの反応性を示さず、単独でまたは他の化合物と反応して熱硬化可能な重合性化合物(熱硬化性樹脂)を含んでいてもよい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、イソシアネート樹脂、ブロックイソシアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスアリルナジイミド樹脂、アクリル樹脂、アリル硬化樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、高分子鎖の側鎖または末端に、アリル基、ビニル基、アルコキシシリル基、ヒドロシリル基等の反応性基を有する側鎖反応性基型熱硬化性ポリマーであってもよい。
(Thermosetting resin)
The resin composition may contain a polymerizable compound (thermosetting resin) that does not show reactivity with the above-mentioned polysiloxane polymer and can be thermoset alone or by reacting with other compounds. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, oxetane resin, isocyanate resin, blocked isocyanate resin, bismaleimide resin, bisallylnadimide resin, acrylic resin, allyl cured resin, unsaturated polyester resin, etc. The thermosetting resin may be a side chain reactive group type thermosetting polymer having a reactive group such as an allyl group, a vinyl group, an alkoxysilyl group, or a hydrosilyl group on the side chain or end of the polymer chain.
(熱可塑性樹脂)
樹脂組成物は上記以外の樹脂成分や添加剤等を含有していてもよい。例えば、樹脂組成物は、特性改質等の目的で、種々の熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂シクロオレフィン系樹脂、オレフィン-マレイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、天然ゴムおよびEPDM等のゴム状樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂は、エポキシ基、アミノ基、ラジカル重合性不飽和基、カルボキシ基、イソシアネート基、ヒドロキシ基およびアルコキシシリル基等の架橋性基を有していてもよい。
(Thermoplastic resin)
The resin composition may contain resin components and additives other than those described above. For example, the resin composition may contain various thermoplastic resins for the purpose of improving properties. Examples of the thermoplastic resin include acrylic resins, polycarbonate resins, cycloolefin resins, olefin-maleimide resins, polyester resins, polyethersulfone resins, polyarylate resins, polyvinyl acetal resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polystyrene resins, polyamide resins, silicone resins, fluororesins, natural rubber, and rubber-like resins such as EPDM. The thermoplastic resin may have a crosslinkable group such as an epoxy group, an amino group, a radically polymerizable unsaturated group, a carboxy group, an isocyanate group, a hydroxy group, and an alkoxysilyl group.
(溶媒)
樹脂組成物は溶媒を含んでいてもよい。溶媒は、上記のポリシロキサンポリマーおよびその他の成分を溶解可能であればよく、具体的には、ベンゼン、トルエン、ヘキサンおよびヘプタン等の炭化水素系溶媒;テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソランおよびジエチルエーテル等のエーテル系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンおよびシクロヘキサノン等のケトン系溶媒;プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセテート(PGMEA)、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテルおよびエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコール系溶媒;クロロホルム、塩化メチレンおよび1,2-ジクロロエタン等のハロゲン系溶媒等が挙げられる。製膜安定性の観点から、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセテートおよびジエチレングリコールジメチルエーテルが好ましい。溶媒の使用量は適宜設定すればよい。ポリマーが液状である場合は、溶媒を用いなくてもよい。
(solvent)
The resin composition may contain a solvent. The solvent may be any solvent capable of dissolving the polysiloxane polymer and other components, and specifically includes hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, hexane, and heptane; ether solvents such as tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, and diethyl ether; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; glycol solvents such as propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate (PGMEA), diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, and ethylene glycol diethyl ether; and halogen-based solvents such as chloroform, methylene chloride, and 1,2-dichloroethane. From the viewpoint of film formation stability, propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate and diethylene glycol dimethyl ether are preferred. The amount of the solvent used may be appropriately set. When the polymer is in a liquid state, a solvent may not be used.
(添加剤)
感光性組成物は、充填材や着色剤を含んでいてもよい。充填材としては、シリカ系充填材(石英、ヒュームシリカ、沈降性シリカ、無水ケイ酸、溶融シリカ、結晶性シリカおよび超微粉無定型シリカ等)、窒化ケイ素、銀粉、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化チタン、ガラス繊維、炭素繊維、マイカ、カーボンブラック、グラファイト、ケイソウ土、白土、クレー、タルク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウムおよび無機バルーン等が挙げられる。着色剤としては、有機顔料、無機顔料、染料等が挙げられる。
(Additives)
The photosensitive composition may contain a filler or a colorant. Examples of the filler include silica-based fillers (quartz, fume silica, precipitated silica, silicic anhydride, fused silica, crystalline silica, and ultrafine amorphous silica), silicon nitride, silver powder, alumina, aluminum hydroxide, titanium oxide, glass fiber, carbon fiber, mica, carbon black, graphite, diatomaceous earth, white clay, clay, talc, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, and inorganic balloons. Examples of the colorant include organic pigments, inorganic pigments, and dyes.
樹脂組成物は、上記の他に、接着性改良剤、シランカップリング剤等のカップリング剤、劣化防止剤、ヒドロシリル化反応抑制剤、重合禁止剤、重合触媒(架橋促進剤)、離型剤、難燃剤、難燃助剤、界面活性剤、消泡剤、乳化剤、レベリング剤、はじき防止剤、イオントラップ剤、チクソ性付与剤、粘着性付与剤、保存安定改良剤、光安定剤、増粘剤、可塑剤、反応性希釈剤、酸化防止剤、熱安定化剤、導電性付与剤、帯電防止剤、放射線遮断剤、核剤、リン系過酸化物分解剤、滑剤、金属不活性化剤、熱伝導性付与剤および物性調整剤等を含んでいてもよい。 In addition to the above, the resin composition may contain adhesion improvers, coupling agents such as silane coupling agents, deterioration inhibitors, hydrosilylation reaction inhibitors, polymerization inhibitors, polymerization catalysts (crosslinking accelerators), release agents, flame retardants, flame retardant assistants, surfactants, defoamers, emulsifiers, leveling agents, anti-repellent agents, ion trapping agents, thixotropy imparting agents, tackifiers, storage stability improvers, light stabilizers, thickeners, plasticizers, reactive diluents, antioxidants, heat stabilizers, electrical conductivity imparting agents, antistatic agents, radiation shielding agents, nucleating agents, phosphorus-based peroxide decomposers, lubricants, metal deactivators, thermal conductivity imparting agents, and physical property adjusters.
<樹脂組成物セット>
封止部の形成に用いられる封止剤(熱硬化性樹脂組成物)およびスペーサの形成に用いられるスペーサ用樹脂組成物(感光性樹脂組成物)は、いずれもポリシロキサンポリマーを含む樹脂組成物である。これらの樹脂組成物は、中空半導体パッケージ用樹脂組成物セットとして提供することもできる。
<Resin composition set>
The sealant (thermosetting resin composition) used to form the sealing portion and the spacer resin composition (photosensitive resin composition) used to form the spacer are both resin compositions containing a polysiloxane polymer. These resin compositions can also be provided as a resin composition set for hollow semiconductor packages.
[スペーサの形成]
基板30上に、スペーサ用の感光性樹脂組成物を塗布し、加熱することにより樹脂膜が形成される。組成物を塗布する方法は、均一に塗布が可能である方法であれば特に限定されず、スピンコーティング、スリットコーティング、スクリーンコーティング等の一般的なコーティング法を使用できる。樹脂膜の厚みは、スペーサの高さ(中空構造の高さ)に応じて調整すればよく、例えば、1~200μmであり、好ましくは10~150μmである。
[Formation of Spacers]
A photosensitive resin composition for spacers is applied onto the
基板上に形成された樹脂膜の露光および現像を行うことにより、樹脂膜がパターニングされ、枠状のスペーサが形成される。露光前に、溶媒の除去等を目的として、加熱(プリベイク)を行ってもよい。加熱温度は適宜設定すればよく、好ましくは50~150℃である。 By exposing and developing the resin film formed on the substrate, the resin film is patterned to form a frame-shaped spacer. Before exposure, heating (pre-baking) may be performed for the purpose of removing the solvent, etc. The heating temperature may be set appropriately, and is preferably 50 to 150°C.
露光の光源は、感光性樹脂組成物に含まれる光酸発生剤および増感剤の感度波長に応じて選択すればよい。通常は、200~450nmの範囲の波長を含む光源(例えば、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハイパワーメタルハライドランプ、キセノンランプ、カーボンアークランプまたは発光ダイオード等)が用いられる。露光量は特に制限されず、例えば、1~10000mJ/cm2程度であり、好ましくは、10~4000mJ/cm2である。光反応を促進させる目的で、光照射後、現像前に、加熱によるポストエクスポージャーベイクを行ってもよい。 The light source for exposure may be selected according to the wavelength sensitivity of the photoacid generator and sensitizer contained in the photosensitive resin composition. Usually, a light source having a wavelength in the range of 200 to 450 nm (e.g., a high-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a high-power metal halide lamp, a xenon lamp, a carbon arc lamp, or a light-emitting diode) is used. The amount of exposure is not particularly limited, and is, for example, about 1 to 10,000 mJ/ cm2 , preferably 10 to 4,000 mJ/ cm2 . In order to promote the photoreaction, post-exposure baking by heating may be performed after light irradiation and before development.
パターン露光においては、一般的なフォトマスクを使用できる。ネガ型感光性樹脂組成物では、スペーサ5の形成箇所が選択的に露光されるように開口が形成されたパターンマスクが用いられる。ポジ型感光性樹脂組成物では、スペーサ5の形成箇所を選択的に遮光可能なパターンマスクが用いられる。
A typical photomask can be used for pattern exposure. For a negative photosensitive resin composition, a pattern mask with openings is used so that the areas where the
露光後の樹脂膜に、浸漬法またはスプレー法等によりアルカリ現像液を接触させ、樹脂膜を溶解および除去することによりパターニングが行われる。ネガ型感光性樹脂組成物では、露光部が光硬化されてアルカリ溶解性を示さなくなるため、アルカリ現像により非露光部の膜が選択的に除去される。ポジ型感光性樹脂組成物では、光酸発生剤への光照射により発生した酸の作用により、アルカリ溶解性が増大するため、露光部の膜が選択的に除去される。 After exposure, the resin film is contacted with an alkaline developer by immersion or spraying, etc., to dissolve and remove the resin film, thereby performing patterning. In a negative-type photosensitive resin composition, the exposed areas are photocured and no longer alkaline soluble, so the film in the unexposed areas is selectively removed by alkaline development. In a positive-type photosensitive resin composition, the acid generated by irradiating the photoacid generator with light increases the alkaline solubility, so the film in the exposed areas is selectively removed.
アルカリ現像液は、一般に使用されるものを特に限定なく使用できる。アルカリ現像液の具体例としては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液およびコリン水溶液等の有機アルカリ水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液および炭酸リチウム水溶液等の無機アルカリ水溶液等が挙げられる。現像液のアルカリ濃度は0.01~25重量%が好ましく、0.1~10重量%がより好ましく、0.3~5重量%がさらに好ましい。溶解速度の調整等を目的として、現像液には界面活性剤等が含まれていてもよい。 The alkaline developer may be any commonly used one without any particular limitations. Specific examples of alkaline developers include organic alkaline aqueous solutions such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution and choline aqueous solution, and inorganic alkaline aqueous solutions such as potassium hydroxide aqueous solution, sodium hydroxide aqueous solution, potassium carbonate aqueous solution, sodium carbonate aqueous solution, and lithium carbonate aqueous solution. The alkaline concentration of the developer is preferably 0.01 to 25% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight, and even more preferably 0.3 to 5% by weight. The developer may contain a surfactant or the like for the purpose of adjusting the dissolution rate, etc.
スペーサ5の線幅は、例えば1~2000μmである。スペーサの強度確保と半導体パッケージの小型化とを両立する観点から、スペーサ5の線幅は、10~1000μmが好ましく、50~700μmがより好ましく、70~500μmまたは100~300μmであってもよい。現像時にアルカリに溶解せずに残存する部分の線幅が上記範囲となるように、露光時に使用するマスクのパターン形状を調整すればよい。
The line width of the
複数の枠状のスペーサ5が設けられた基板をダイシング等により個片化することにより、枠状のスペーサ5が設けられたチップ片301が得られる。半導体素子を内部に配置した中空構造を形成した後に、基板の個片化を実施してもよい。
The substrate provided with multiple frame-shaped
[中空構造の形成]
シリコン基板等の基板1上に半導体素子4が実装されたチップ101に、上記のチップ片のスペーサ5を圧着することにより、基板1、リッド3および枠状スペーサ5による中空構造6が形成される。スペーサ5と基板1との間には接着剤層を設けてもよい。ポリシロキサン樹脂を含むスペーサ5は接着性を有するため、別途の接着剤を設けない場合でも、圧着により基板1上にスペーサ5を固定できる。
[Formation of hollow structure]
A
圧着の条件は特に限定されないが、温度は30℃~300℃程度であり、好ましくは、60℃~250℃、より好ましくは80℃~250℃である。圧着時の圧力は、接着面にかかる圧力が0.1~20MPa程度であり、好ましくは0.2~10MPaである。 There are no particular limitations on the conditions for compression, but the temperature is about 30°C to 300°C, preferably 60°C to 250°C, and more preferably 80°C to 250°C. The pressure applied to the bonding surface during compression is about 0.1 to 20 MPa, and preferably 0.2 to 10 MPa.
スペーサ5を構成する樹脂組成物が熱硬化性を有している場合は、熱圧着時または熱圧着後の加熱により、樹脂組成物を熱硬化(ポストベイク)することが好ましい。樹脂組成物を熱硬化することにより、スペーサ5と基板1およびスペーサ5とリッド3との密着性がさらに向上する。封止部の形成後または封止部の形成時に、スペーサのポストベイクを実施してもよい。
If the resin composition constituting the
[封止部の形成]
基板1とスペーサ5との接合部分51、およびリッド3とスペーサ5との接合部分53を覆うように、封止剤(熱硬化性樹脂組成物)を塗布し、熱硬化することにより封止部7が形成される。熱硬化時の加熱温度は、封止剤の組成に応じて設定すればよく、例えば50~300℃であり、100~250℃が好ましく、120~200℃がより好ましい。
[Formation of sealing portion]
A sealant (thermosetting resin composition) is applied so as to cover the joint portion 51 between the
封止部7(熱硬化後の封止剤)のガラス転移温度は、30~150℃が好ましく、35~100℃がより好ましい。封止部のガラス転移温度が過度に高い場合は、高温での弾性率が高いために封止剤の応力緩和作用が低く、加熱試験や冷熱サイクル試験を実施すると、界面での剥がれやクラックが生じる場合がある。一方、封止部のガラス転移温度が過度に低い場合は、封止剤が加熱時に流動しやすく、接着性の低下が生じたり、塗布領域からはみ出した封止剤による汚染の原因となる場合がある。 The glass transition temperature of the sealing portion 7 (sealant after thermal curing) is preferably 30 to 150°C, and more preferably 35 to 100°C. If the glass transition temperature of the sealing portion is excessively high, the stress relaxation effect of the sealant is low due to the high elastic modulus at high temperatures, and peeling or cracks may occur at the interface when a heating test or a thermal cycle test is performed. On the other hand, if the glass transition temperature of the sealing portion is excessively low, the sealant is likely to flow when heated, resulting in reduced adhesion and causing contamination due to sealant protruding from the application area.
封止部7の透湿度Wと厚みDの積WDは、0.05~0.6g/m・24hが好ましい。透湿度Wと厚みDは反比例の関係にあり、同一の材料からなるシート状物では、透湿度と厚みの積WDはほぼ一定である。WDは、材料中での水分の移動のしやすさ(移動速度)を表す指標であり、WDが大きいほど、封止部7内での水分の移動速度が大きく、水分を透過しやすいことを意味する。WDが上記範囲であれば、封止部7が適度の透湿性を有するため、中空構造6内での水分の滞留を抑制できる。WDが過度に大きい場合は、高湿環境において、中空構造6内に侵入する水分量が多くなるため、半導体素子の劣化や、接合界面での剥離の原因となる場合がある。
The product WD of the moisture permeability W and thickness D of the sealing
封止部7の透湿度は、封止部7を構成する封止剤(熱硬化性樹脂組成物)を、厚み0.5mmのシート状に成形した測定用試料を用いて測定する。温度80度、相対湿度85%の環境で5時間の透湿試験を実施して、測定用試料を透過した水分量から透湿度(g/m2・5h)を測定し、この値を24/5倍することにより、24時間の透湿度W(g/m2・24h)を算出する。この透湿度Wと、試料の厚みD=5×10-4mとの積から、WDを算出する。封止部のWDの値は、0.07~0.5g/m・24hがより好ましく、0.1~0.4g/m・24hがさらに好ましく、0.12~0.35g/m・24hであってもよい。
The moisture permeability of the sealing
ポリシロキサンポリマーを含む樹脂組成物では、ポリマーが環状シロキサン構造を含む場合に、ガラス転移温度が高く、透湿度が低くなる傾向がある。環状ポリシロキサン構造と鎖状ポリシロキサン構造の両方を含む場合は、環状ポリシロキサン構造の比率が大きいほど、ガラス転移温度が高く、透湿度が低くなる傾向がある。 In resin compositions containing polysiloxane polymers, when the polymer contains a cyclic siloxane structure, the glass transition temperature tends to be high and the moisture permeability tends to be low. When both a cyclic polysiloxane structure and a linear polysiloxane structure are contained, the greater the proportion of cyclic polysiloxane structure, the higher the glass transition temperature and the lower the moisture permeability tends to be.
[中空半導体パッケージの作製]
上記のように、基板1上に半導体素子4が設けられた半導体チップと、リッド3との間に枠状のスペーサ7を配置し、スペーサ7の側面を封止することにより、中空構造6内に半導体素子を備える中空半導体パッケージ100が形成される。
[Fabrication of hollow semiconductor package]
As described above, a frame-shaped
上記の実施形態では、ポリシロキサン樹脂を含む感光性樹脂組成物を用いてスペーサ5を形成したが、スペーサ5は、ポリシロキサン樹脂を含む樹脂組成物のスクリーン印刷等により形成してもよい。上記の実施形態では、1つのガラス基板30上に複数の枠状スペーサ5を形成したセル基板300をダイシングして、ガラスからなるリッド3上に1個のスペーサ5が設けられたチップ片を形成したが、リッド3上に1個のスペーサ5を形成してもよい。また、リッド3(透明基板)上にスペーサを形成する代わりに、センサ基板1(例えばシリコン基板)上に枠状のスペーサを形成してもよい。センサ基板上にスペーサを形成する場合、1枚の基板上に複数の枠状スペーサを形成した後にダイシングを行って半導体チップを形成してもよく、ダイシング後の基板上にスペーサを形成してもよい。
In the above embodiment, the
図2Aでは、平面視正方形のスペーサ5を図示しているが、枠状のスペーサの形状は特に限定されず、長方形、ひし形、平行四辺形等の四角形、三角形、五角形、六角形等の多角形でもよく、円形や楕円形でもよい。スペーサの平面視形状は、角が丸みを帯びた多角形でもよく、例えば、角丸正方形や角丸長方形でもよい。多角形の角が丸みを帯びていることにより、加湿や温度変化による寸法変化が生じた場合でも、角の部分への応力の集中が緩和されるため、封止部や接合界面でのクラックや剥離が抑制される傾向がある。
Although FIG. 2A illustrates a
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[ポリオルガノシロキサン化合物の合成]
<合成例1>
48%コリン水溶液(トリメチル-2ヒドロキシエチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液)1803gに、テトラエトキシシラン1459gを加え、室温で2時間激しく撹拌した。反応系内が発熱し、均一溶液になった段階で撹拌を緩め、さらに12時間反応させた。次に、反応系内に生成した固形物に、メタノール1400mLを加え、均一溶液とした。
[Synthesis of polyorganosiloxane compound]
<Synthesis Example 1>
1,459 g of tetraethoxysilane was added to 1,803 g of a 48% aqueous choline solution (aqueous trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide solution) and vigorously stirred at room temperature for 2 hours. When the reaction system generated heat and the solution became homogeneous, the stirring was slowed down and the reaction was continued for another 12 hours. Next, 1,400 mL of methanol was added to the solid matter produced in the reaction system to make a homogeneous solution.
ジメチルビニルクロロシラン1149gおよびトリメチルシリクロリド830gをヘキサン1400mLに溶解し、激しく攪拌しながら、上記の溶液をゆっくりと滴下した。滴下終了後、1時間反応させた後、有機層を抽出、濃縮することにより、固形物を得た。生成した固形物をメタノール中で激しく攪拌して洗浄した後、ろ別して、かご型ポリシロキサン化合物であるテトラキス(ビニルジメチルシロキシ)テトラキス(トリメチルシロキシ)オクタシルセスキオキサン(Fw=1175.8)を、白色固体として760g得た。 1,149 g of dimethylvinylchlorosilane and 830 g of trimethylsilyl chloride were dissolved in 1,400 mL of hexane, and the above solution was slowly added dropwise while vigorously stirring. After completion of the addition, the mixture was allowed to react for 1 hour, and then the organic layer was extracted and concentrated to obtain a solid. The resulting solid was washed by vigorously stirring in methanol, and then filtered to obtain 760 g of a cage polysiloxane compound, tetrakis(vinyldimethylsiloxy)tetrakis(trimethylsiloxy)octasilsesquioxane (Fw=1,175.8), as a white solid.
上記のかご型ポリシロキサン化合物30.0gをトルエン123.0gに溶解させ、メチルジフェニルビニルシラン31.5g、および白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(ユミコアプレシャスメタルズジャパン製「Pt-VTSC-3X」、白金含有量3重量%)1.46μLを加えた。この溶液を、1,3,5,7-テトラハイドロジェン-1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン(以下「TMCTS」)224.6g、トルエン24.6gの溶液にゆっくりと滴下し、105℃で2時間反応させた。反応終了後、エチニルシクロヘキサノール2.8μLおよびマレイン酸ジメチル0.65μLを加え、トルエンと未反応成分を留去して、液状のポリオルガノシロキサン化合物1(ヒドロシリル価数1.8mol/kg)80.8gを得た。
30.0 g of the above-mentioned cage polysiloxane compound was dissolved in 123.0 g of toluene, and 31.5 g of methyldiphenylvinylsilane and 1.46 μL of a xylene solution of platinum vinylsiloxane complex (Pt-VTSC-3X, manufactured by Umicore Precious Metals Japan,
<合成例2>
TMCTS626gとトルエン602gを均一に混合し、窒素雰囲気下、105℃で攪拌した。この溶液に、トリアリルイソシアヌレート90g、トルエン90gおよび白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液0.1gの混合液を40分かけて滴下し、105℃で4時間反応させた。未反応成分とトルエンを減圧留去して、液状のポリオルガノシロキサン化合物2(ヒドロシリル価数8.60mol/kg)310gを得た。
<Synthesis Example 2>
626 g of TMCTS and 602 g of toluene were mixed uniformly and stirred under a nitrogen atmosphere at 105° C. A mixture of 90 g of triallyl isocyanurate, 90 g of toluene, and 0.1 g of a xylene solution of platinum vinylsiloxane complex was added dropwise to this solution over 40 minutes, and the reaction was carried out for 4 hours at 105° C. Unreacted components and toluene were distilled off under reduced pressure to obtain 310 g of liquid polyorganosiloxane compound 2 (hydrosilyl valence 8.60 mol/kg).
<合成例3>
TMCTS500gとトルエン1800gを均一に混合し、窒素雰囲気下、105℃で攪拌した。この溶液に、トリアリルイソシアヌレート180g、アリルグリシジルエーテル300g、トルエン350gおよび白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液0.1gの混合液を40分かけて滴下し、105℃で4時間反応させた。未反応成分とトルエンを減圧留去して、液状のポリオルガノシロキサン化合物3(ヒドロシリル価数3.5mol/kg)700gを得た。
<Synthesis Example 3>
500 g of TMCTS and 1,800 g of toluene were mixed uniformly and stirred under a nitrogen atmosphere at 105° C. A mixture of 180 g of triallyl isocyanurate, 300 g of allyl glycidyl ether, 350 g of toluene, and 0.1 g of a xylene solution of platinum vinylsiloxane complex was added dropwise to this solution over 40 minutes, and the reaction was carried out for 4 hours at 105° C. Unreacted components and toluene were distilled off under reduced pressure to obtain 700 g of liquid polyorganosiloxane compound 3 (hydrosilyl valence 3.5 mol/kg).
<合成例4>
TMCTS44gとトルエン88gを均一に混合し、窒素雰囲気下、105℃で攪拌した。この溶液に、ジアリルモノメチルイソシアヌレート14.5g、ジアリルイソシアヌレート20g、ジオキサン132gおよび白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液0.03gの混合液を40分かけて滴下した。1H-NMRによってアリル基が消失したことを確認した後、トルエン31gおよびビニルシクロヘキセンオキシド31gの混合液を滴下した。1H-NMRによってビニル基が消失したことを確認し、冷却により反応を終了した。トルエンおよびジオキサンを減圧留去した後、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセタートを追加し、ポリオルガノシロキサン化合物4の溶液(濃度75重量%)を得た。
<Synthesis Example 4>
44g of TMCTS and 88g of toluene were mixed uniformly and stirred at 105°C under a nitrogen atmosphere. A mixture of 14.5g of diallyl monomethyl isocyanurate, 20g of diallyl isocyanurate, 132g of dioxane, and 0.03g of a xylene solution of platinum vinyl siloxane complex was added dropwise to this solution over 40 minutes. After confirming that the allyl group had disappeared by 1H -NMR, a mixture of 31g of toluene and 31g of vinylcyclohexene oxide was added dropwise. After confirming that the vinyl group had disappeared by 1H -NMR, the reaction was terminated by cooling. Toluene and dioxane were distilled off under reduced pressure, and propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate was added to obtain a solution of polyorganosiloxane compound 4 (concentration 75% by weight).
<合成例5>
TMCTS20gとトルエン40gを均一に混合し、窒素雰囲気下、105℃で攪拌した。この溶液に、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート12.2g、モノアリルイソシアヌレート15.6g、ジオキサン100gおよび白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液0.03gの混合液を40分かけて滴下した。1H-NMRによってアリル基が消失したことを確認した後、トルエン15gおよびビニルシクロヘキセンオキシド12gの混合液を滴下した。1H-NMRによってビニル基が消失したことを確認し、冷却により反応を終了した。トルエンおよびジオキサンを減圧留去した後、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセタートを追加し、ポリオルガノシロキサン化合物5の溶液(濃度75重量%)を得た。
<Synthesis Example 5>
20 g of TMCTS and 40 g of toluene were mixed uniformly and stirred at 105° C. under a nitrogen atmosphere. A mixture of 12.2 g of diallyl monoglycidyl isocyanurate, 15.6 g of monoallyl isocyanurate, 100 g of dioxane, and 0.03 g of a xylene solution of platinum vinyl siloxane complex was added dropwise to this solution over 40 minutes. After confirming that the allyl group had disappeared by 1 H-NMR, a mixture of 15 g of toluene and 12 g of vinylcyclohexene oxide was added dropwise. After confirming that the vinyl group had disappeared by 1 H-NMR, the reaction was terminated by cooling. Toluene and dioxane were distilled off under reduced pressure, and propylene glycol-1-monomethyl ether-2-acetate was added to obtain a solution of polyorganosiloxane compound 5 (concentration 75% by weight).
[封止剤の調製]
表1に示す重量比で各成分を配合し、撹拌混合することにより、封止剤組成物(熱硬化性樹脂組成物)1~12を調製した。
組成物1~3で用いた両末端ビニル変性シロキサンAは、両末端ビニル変性ポリメチルフェニルシロキサン(コンストゥールケミカル製)である。
組成物4で用いた両末端ビニル変性シロキサンBは、1,5-ジビニル-1,1,5,5-テトラメチル-3,3-ジフェニルトリシロキサンである。
組成物1~8で用いたPt触媒溶液は、白金ビニルシロキサン錯体のキシレン溶液(ユミコアプレシャスメタルズジャパン製「Pt-VTSC-3X」、白金含有量3重量%)である。
組成物9,10のシリコーン組成物は、2液型メチルシリコーンエラストマー(ダウ製「DOWSIL JCR6140」)であり、A剤とB剤を50重量部ずつ用いた。
封止剤組成物11,12のエポキシ組成物は、脂環式エポキシ樹脂と酸無水物を主成分とする1液型エポキシ樹脂組成物(稲畑産業製「EH1600G2」)である。
組成物7,10,12で用いたシリカ粒子は、溶融球状シリカ(龍森製「SF650」)である。
[Preparation of Sealant]
The components were blended in the weight ratios shown in Table 1 and mixed with stirring to prepare sealant compositions (thermosetting resin compositions) 1 to 12.
The both-terminally vinyl-modified siloxane A used in
The vinyl-terminated siloxane B used in
The Pt catalyst solution used in
The silicone compositions of Compositions 9 and 10 were two-liquid type methylsilicone elastomers ("DOWSIL JCR6140" manufactured by Dow), and 50 parts by weight each of Agent A and Agent B were used.
The epoxy composition of the sealant compositions 11 and 12 is a one-liquid type epoxy resin composition containing an alicyclic epoxy resin and an acid anhydride as main components ("EH1600G2" manufactured by Inabata Sangyo Kaisha).
The silica particles used in
[封止剤の物性評価]
<透湿度>
2枚のガラス基板の間に厚み0.5mmのシリコーンゴム製スペーサを挟み込んで作製した型に封止剤組成物を流し込み、150℃で3時間加熱して封止剤を硬化することにより、厚み0.5mmの評価用試料を作製した。
[Evaluation of physical properties of sealant]
<Moisture permeability>
The sealant composition was poured into a mold prepared by sandwiching a 0.5 mm thick silicone rubber spacer between two glass substrates, and the sealant was cured by heating at 150°C for 3 hours to prepare an evaluation sample having a thickness of 0.5 mm.
5cm角の板ガラスの表面に、5cm角の枠状のポリイソブチレンゴムシート(3mm厚、中央の3cm角を切り抜いて枠状としたもの)を固定した治具を作製し、枠内に1gの塩化カルシウム(水分測定用)を充填した。その上に、上記の評価用試料を固定して、試験体を得た。 A jig was made by fixing a 5 cm square frame-shaped polyisobutylene rubber sheet (3 mm thick, with a 3 cm square cut out in the center) to the surface of a 5 cm square glass plate, and 1 g of calcium chloride (for moisture measurement) was filled into the frame. The above evaluation sample was then fixed on top of the jig to obtain a test specimen.
試験体を、温度80℃、相対湿度85%の恒温恒湿槽内で5時間静置し、試験前後の試験体の総重量を測定した。下式に従い、5時間での透湿度を算出した。
透湿度(g/m2・5h)={(試験後の試験体総重量(g))-(透湿性試験前の試験体総重量(g))}/9×10-4(m2)
なお、試験体で使用したポリイソブチレンゴムは、同様の透湿度の試験の結果、透湿度が0g/m2・5hであることが確認されている。
The test specimen was left to stand for 5 hours in a thermohygrostat at a temperature of 80° C. and a relative humidity of 85%, and the total weight of the test specimen was measured before and after the test. The moisture permeability after 5 hours was calculated according to the following formula.
Moisture permeability (g/m 2 ·5h)={(total weight of test specimen after test (g))−(total weight of test specimen before moisture permeability test (g))}/9×10 −4 (m 2 )
In addition, the polyisobutylene rubber used in the test specimen was confirmed to have a moisture permeability of 0 g/ m2 ·5 h as a result of similar moisture permeability tests.
上記で測定した厚み0.5mmの試料の5時間での透湿度(g/m2・5h)から、24時間の透湿度Wと厚みDの積WD(g/m・24h)を算出した。 From the moisture permeability (g/ m2 ·5h) of the 0.5 mm thick sample measured above for 5 hours, the product WD (g/m·24h) of the 24 hour moisture permeability W and the thickness D was calculated.
<ガラス転移温度>
2枚のガラス基板の間に厚み2mmのシリコーンゴム製スペーサを挟み込んで作製した型に封止剤組成物を流し込み、150℃で3時間加熱して封止剤を硬化することにより、厚み2mmの評価用試料を作製した。動的粘弾性測定装置(UBM製「ReogelE4000」)により、下記の条件でこの試料の動的粘弾性測定を行い、損失正接が極大を示す温度をガラス転移温度(Tg)とした。
試験モード:引張
測定温度:室温~200℃
昇温速度:4℃/分
歪み:4μm
周波数:10Hz
チャック間距離:25mm
<Glass transition temperature>
A 2 mm-thick evaluation sample was prepared by pouring the sealant composition into a mold prepared by sandwiching a 2 mm-thick silicone rubber spacer between two glass substrates and curing the sealant by heating for 3 hours at 150° C. Dynamic viscoelasticity measurement of this sample was performed under the following conditions using a dynamic viscoelasticity measuring device (UBM's "Reogel E4000"), and the temperature at which the loss tangent was maximized was determined as the glass transition temperature (Tg).
Test mode: Tensile Measurement temperature: Room temperature to 200°C
Heating rate: 4° C./min Distortion: 4 μm
Frequency: 10Hz
Chuck distance: 25 mm
封止剤組成物1~12の配合、および評価結果を表1に示す。なお、封止剤組成物9,10は、室温以上に損失正接の極大を示さなかったため、ガラス転移温度を室温(RT)未満とした。
The formulations and evaluation results of
[スペーサ用感光性樹脂組成物の調製]
表2に示す重量比で各成分を配合し、撹拌混合することにより、スペーサ用感光性樹脂組成物21~25を調製した。表2に示す数値は、有機溶媒以外は、固形分(不揮発分)の重量比である。
[Preparation of Photosensitive Resin Composition for Spacers]
Photosensitive resin compositions for spacers 21 to 25 were prepared by mixing and stirring the components in the weight ratios shown in Table 2. The values shown in Table 2 are the weight ratios of solids (non-volatile contents) other than the organic solvent.
表2のエポキシ化合物1は、ε-カプロラクトン変性3’,4’-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル製「セロキサイド2081」)であり、エポキシ化合物2は、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3’,4’-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル製「セロキサイド2021P」)である。
表2の光酸発生剤は、サンアプロ製のスルホニウム塩系光酸発生剤「CPI-310FG」である。
組成物25で用いたフェノール樹脂は、ポリパラビニルフェノール(丸善石油化学製「マルカリンカーM」)であり、光ラジカル重合開始剤は、IGM Resins製「Omnirad 184」であり、増感剤は、9,10-ジブトキシアントラセンであり、溶媒は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートである。
The photoacid generator in Table 2 is a sulfonium salt-based photoacid generator "CPI-310FG" manufactured by San-Apro.
The phenolic resin used in Composition 25 was polyparavinylphenol (Marukalinker M manufactured by Maruzen Petrochemicals), the photoradical polymerization initiator was Omnirad 184 manufactured by IGM Resins, the sensitizer was 9,10-dibutoxyanthracene, and the solvent was propylene glycol monomethyl ether acetate.
[実施例1]
上記で調製した感光性樹脂組成物21を0.4mm厚のガラス基板上に膜厚80μmとなるようにスピンコーティングし、120℃のホットプレート上で10分間加熱した。さらに、高圧水銀ランプを用い、横方向6.23mm、縦方向5.18mm、線幅0.39mmの長方形の枠状の開口部がマトリクス状に配置されたネガ型フォトマスクを介して、積算光量1500mJ/cm2で露光した。その後、アルカリ現像液(2.38%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液)に300秒間浸漬後、30秒間水洗して、圧縮空気で表面の水分を除去して、ガラス基板上に枠状のスペーサがマトリクス状に配置されたセルパターン基板を得た。
[Example 1]
The photosensitive resin composition 21 prepared above was spin-coated on a 0.4 mm thick glass substrate to a film thickness of 80 μm, and heated on a hot plate at 120 ° C. for 10 minutes. Furthermore, using a high-pressure mercury lamp, exposure was performed with an integrated light quantity of 1500 mJ / cm 2 through a negative photomask in which rectangular frame-shaped openings of 6.23 mm in the horizontal direction, 5.18 mm in the vertical direction, and 0.39 mm in line width were arranged in a matrix. Thereafter, the substrate was immersed in an alkaline developer (2.38% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution) for 300 seconds, washed with water for 30 seconds, and the surface moisture was removed with compressed air to obtain a cell pattern substrate in which frame-shaped spacers were arranged in a matrix on the glass substrate.
上記で得られたセルパターン基板をダイシング装置で個片化した。1cm角に切り出されたシリコンウェハの上に、個片化したセルのスペーサが接するように配置し、120℃のホットプレート上で800gの荷重をかけて圧着した。圧着後の試料を200℃のオーブンで2時間加熱して、感光性樹脂組成物のポストベイク(熱硬化)を行った。 The cell pattern substrate obtained above was cut into individual pieces using a dicing device. The individualized cell spacers were placed on a silicon wafer cut into 1 cm squares so that they were in contact with each other, and the pieces were pressed against each other on a hot plate at 120°C with a load of 800 g. After pressing, the sample was heated in an oven at 200°C for 2 hours to post-bake (thermally cure) the photosensitive resin composition.
その後、サンプルを60℃のホットプレート上に置き、ガラス基板とシリコンウェハの間を埋めるように封止剤組成物1を塗布し、150℃のオーブンで3時間加熱して、封止剤を硬化した。
The sample was then placed on a hot plate at 60°C, and
[実施例2~13、比較例1~3]
封止剤およびスペーサの形成に用いた感光性樹脂組成物の種類を表3に示す様に変更したこと以外は、実施例1と同様の手順で中空構造を有する試料を作製した。
[Examples 2 to 13, Comparative Examples 1 to 3]
Samples having a hollow structure were prepared in the same manner as in Example 1, except that the types of photosensitive resin compositions used to form the sealant and spacers were changed as shown in Table 3.
[評価]
<封止剤の塗布性>
実施例および比較例で作製した試料の封止部分を目視にて確認し、封止剤がガラス表面やシリコンチップの外側に流れ出していた場合をB、流れ出していなかった場合をAとした。
[evaluation]
<Sealant Coating Properties>
The sealed portions of the samples prepared in the examples and comparative examples were visually inspected, and a rating of B was given if the sealant had flowed out onto the glass surface or outside the silicon chip, and a rating of A was given if the sealant had not flowed out.
<吸湿リフロー試験>
実施例および比較例で作製した試料を、温度85℃、相対湿度85%の恒温恒湿槽内で7時間静置して吸湿させた後、リフロー炉で260℃1分間の加熱を3回繰り返した。リフロー後の試料を顕微鏡で観察し、封止剤の剥離やクラックの有無を評価した。各実施例および比較例について、10個の試料で評価を実施し、剥離またはクラックが発生していた試料が2個以下であったものを「A」、3~7個であったものを「B」、8個以上であったものを「C」とした。
<Moisture absorption reflow test>
The samples prepared in the examples and comparative examples were allowed to stand for 7 hours in a thermohygrostat at a temperature of 85°C and a relative humidity of 85% to absorb moisture, and then heated three times in a reflow furnace at 260°C for 1 minute. The samples after reflow were observed under a microscope to evaluate the presence or absence of peeling or cracking of the sealant. For each example and comparative example, evaluation was performed on 10 samples, and samples with 2 or less peeling or cracking were rated as "A", samples with 3 to 7 peeling or cracking were rated as "B", and samples with 8 or more peeling or cracking were rated as "C".
実施例および比較例で用いた組成物の組合せ、ならびに封止剤の塗布性および吸湿リフロー試験の評価結果を表3に示す。 Table 3 shows the combinations of compositions used in the examples and comparative examples, as well as the evaluation results of the sealant's coatability and moisture absorption reflow test.
エポキシ樹脂組成物からなる封止剤を用いた比較例1および比較例2では、いずれも吸湿リフロー試験後に、多くの試料で封止部のクラックまたは剥離が生じていた。ポリシロキサン系の封止剤組成物1を用い、スペーサとしてフェノール樹脂系の感光性樹脂組成物25を用いた比較例3においても、吸湿リフロー試験後に多くの試料で、封止部のクラックまたは剥離が生じていた。
In both Comparative Example 1 and Comparative Example 2, which used a sealant made of an epoxy resin composition, cracks or peeling occurred in the sealing portion in many samples after the moisture absorption reflow test. In Comparative Example 3, which used a polysiloxane-based
封止剤およびスペーサ材料の両方にポリシロキサンポリマーを含む組成物を用いた実施例1~13は、いずれも、比較例に比べて、吸湿リフロー試験後の剥離およびクラックの発生が抑制されていた。 In all of Examples 1 to 13, which used compositions containing polysiloxane polymers as both the sealant and the spacer material, peeling and cracking after the moisture absorption reflow test were suppressed compared to the comparative example.
環状ポリシロキサン(化合物1~3)を含む封止剤組成物1~8を用いた実施例1~8,11~13では、封止剤のはみ出しがなく、組成物9,10を用いた実施例9,10よりも封止剤の塗布性が良好であった。
In Examples 1 to 8 and 11 to 13, which used
鎖状ポリシロキサン構造を含む封止剤1~4,8~10を用いた実施例1~4,8~13では、環状ポリシロキサン構造のみを含み鎖状ポリシロキサン構造を含まない封止剤5,6を用いた実施例5,6に比べて耐吸湿リフロー性がさらに向上していた。封止剤1~4,8~10は、鎖状シロキサン構造を含むために、封止剤5,6に比べて透湿度が高く、中空構造内の水分が、リフロー時に中空構造の外部に放出されやすいために、封止部におけるクラックや剥離が抑制されたと考えられる。
In Examples 1 to 4, 8 to 13, which used
樹脂100重量部に対して150重量部のフィラー(シリカ粒子)を添加した封止剤7は、封止剤4と同様の樹脂組成を有しているが、フィラーを含むために、封止剤の透湿度が低下していた(表1参照)。封止剤7を用いた実施例7では、実施例4に比べて耐吸湿リフロー性が低下していたことからも、封止剤の透湿性が、封止部の信頼性に関与していると考えられる。
100 中空半導体パッケージ
1 基板
3 リッド
4 半導体素子
45 ボンディングワイヤ
5 スペーサ
6 中空構造
7 封止部
30 基板
300 中空セル基板
101 半導体チップ
301 チップ片
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
リッド;
前記基板と前記リッドとの間に配置された枠状のスペーサ;
前記基板と前記リッドと前記スペーサとにより構成される中空構造内に配置された半導体素子;ならびに
前記基板と前記スペーサとの接合部分、および前記リッドと前記スペーサとの接合部分を封止する封止部、
を備える中空半導体パッケージであって、
前記スペーサがポリシロキサン樹脂を含み、
前記封止部がポリシロキサン樹脂を含み、
前記リッドと前記スペーサとが直に接している、
中空半導体パッケージ。 substrate;
Lid;
a frame-shaped spacer disposed between the substrate and the lid;
a semiconductor element disposed in a hollow structure formed by the substrate, the lid, and the spacer; and a sealing portion that seals a joint between the substrate and the spacer and a joint between the lid and the spacer.
A hollow semiconductor package comprising:
the spacer comprises a polysiloxane resin;
the sealing portion includes a polysiloxane resin,
The lid and the spacer are in direct contact with each other.
Hollow semiconductor package.
ポリシロキサン樹脂を含む熱硬化性樹脂組成物を熱硬化することにより、前記封止部が形成される、
中空半導体パッケージの製造方法。 A method for producing a hollow semiconductor package according to any one of claims 1 to 6, comprising the steps of:
The sealing portion is formed by thermally curing a thermosetting resin composition containing a polysiloxane resin.
A method for manufacturing a hollow semiconductor package.
前記樹脂組成物セットは、前記スペーサの作製に用いられるスペーサ用樹脂組成物、および前記封止部の作製に用いられる封止剤を含み、
前記スペーサ用樹脂組成物は、ポリシロキサンポリマーを含む感光性樹脂組成物であり、
前記封止剤は、ポリシロキサンポリマーを含む熱硬化性樹脂組成物である、
中空半導体パッケージ用樹脂組成物セット。 A resin composition set for forming the hollow semiconductor package according to any one of claims 1 to 6 ,
the resin composition set includes a spacer resin composition used for producing the spacer and a sealant used for producing the sealing portion,
the spacer resin composition is a photosensitive resin composition containing a polysiloxane polymer,
The sealant is a thermosetting resin composition containing a polysiloxane polymer.
A resin composition set for hollow semiconductor packages.
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