JPH0343481A - エポキシ接着剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、概するに、接着剤に関し、より詳しくは、長
い可使時間並びに電子回路パッケージを冷却されたモジ
ュールに接着させるのに用いるために好ましい熱衝撃及
びサイクル特性（ｃｙｃｌｉｓｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
）を有する、低温で硬化し、熱伝導性の接着剤に関する
ものである。

当該技術において公知なように、集積回路（ＩＣ）パッ
ケージは、通常、ＩＣパッケージとモジュールの表面の
間に配置された接着材料によって印刷回路モジュール上
に載置される。これらのＩＣパッケージは、例えば、７
ラツトバツク及びデュアルインラインパッケージ（ＤＩ
Ｐ″Ｓ）の構造を有する。接着材料は、ＩＣを印刷回路
モジュールに接着し、ＩＣによって発生する熱をそれ自
身伝導によって冷却することができる印刷回路モジュー
ル中に放散させるという二重の目的を遠戚する。

熱伝導性接着材料は、通常は電気絶縁性であり、例えば
接着材料に接触するＩＣ導線の間の短絡を防止する。こ
れらの用途に用いられている接着剤の中では、その特性
に、印刷回路モジュール上へスクリーン印刷する能力及
び長い可使時間が含まれていることが望ましい。前者の
特性によって、自動化された工程において大量のモジュ
ールに接着剤を施すことが容易になり、一方、後者の特
性によって、その上に電子部品を設置することができる
ようになるまでこれらのモジュールを保存することが可
能になる。

電子部品を基材に接着させるのに用いられている熱伝導
性接着材料の一つのタイプは、ＥｐｏｘｙＴｅｃｂｏｏ
ｌＢｙ、　Ｗｏｂｕｒｎ、　Ｍａｓｓｉｃｈｕｓｅｌｔ
ｓから販売されている２ｆＲ分ＢＰＡベースのエポキシ
接着剤であるＥｐｏｔｅｋ　９３０−４のようなエポキ
シをペースとした樹脂材料である。この接着剤は、スク
リーン印刷並びに許容可能に長い可使時間に関する要求
を満足することが分かっている。しかしながら、Ｅｐｏ
ｔｅｋ　９３０−４は、硬質で剛性の状態に硬化するの
で、これを用いて集積回路を冷却されたモジュールに接
着させると、接着表面の熱膨張の差によって熱サイクル
（ｔｈｅｒｍｓｌ　ｃｙｃｌｉｃ）中に破壊することが
分かっている。更に悪いことには、この接着剤によって
伝導性の冷却されたモジュールに接着される集積回路の
多くは、導線を集積回路に接着させるガラスシールにお
いて破壊を受けた。

集積回路パッケージをモジュールに接着させるための熱
伝導性の接着剤に対する必要性があることは明らかであ
る。この接着剤は、室温における可使時間が長いという
更なる特性を必要とし、比較的低温において熱硬化可能
であり、スクリーン印刷することができ、熱衝撃及び熱
サイクルに耐性を有する。更に、この接着剤は、硬化し
た際に、集積回路又はモジュールに損傷を与えずに除去
することができなければならない。

発明の概要 本発明の目的は、電子部品パッケージを冷却されたモジ
ュールに接着させるのに用いることができる改良された
接着剤を提供することである。

本発明の更なる目的は、比較的低温で硬化させることが
でき、長い可使時間を有し、好ましい熱衝撃及びサイク
ル特性を有する改良された接着剤を提供することである
。

本発明の更なる目的は、電子部品パッケージを冷却され
たモジュールに接着させる改良された方法を提供するこ
とである。

これらの目的及び他の目的は、エポキシ樹脂：硬化剤；
反応性柔軟剤；エポキシ樹脂、硬化剤及び反応性柔軟剤
を架橋させるための架橋剤；及び熱伝導性充填剤；を含
む塑性物によって達成される。配合物は、また、懸濁剤
及び配合物の反応を促進させるための１以上の触媒を含
んでいてもよい。

本発明の好ましい態様によれば、エポキシ樹脂は脂環式
エポキシ樹脂を含み、硬化剤はポリマー無水物を含み、
反応性柔軟剤は熱可塑性ラバーを含み、架橋剤はポリオ
ールを含み、熱伝導性充填剤はアルミナを含んでいる。

この好ましい態様は、更に、反応触媒として第３級アミ
ン及びスズエステルを含むものである。

更に本発明によれば、脂環式エポキシ樹脂、ポリオール
、アミン反応触媒、懸濁剤及び第１の熱伝導性充填剤を
含む第１の成分；及び、ポリマー無水物硬化剤、反応性
ラバー　スズエステル及びｖｇ２の熱伝導性充填剤を含
む第２の成分；を含み、第１及び第２の熱伝導性充填剤
の相対量が、第１及び第２の成分の重量が実質的に同等
になるように選択されているｚｒＲ分系接着剤が開示さ
れる。

本発明は、 り脂環式エポキシ樹脂；ポリマー無水物硬化剤：反応性
ラバー：該エポキシ樹脂；ポリマー無水物硬化剤；反応
性ラバーを架橋させるためのポリオール：熱伝導性充填
剤；懸濁剤：第３級アミン反応触媒；及びスズエステル
反応触媒：を含む混合物を含む接着剤を調製し； ｂ）混合物を表面上にフィルムとして施し；Ｃ）器具を
接着剤フィルムと接触させて配置し；ｄ）昇温下で接着
剤フィルムを硬化させる；て実施される。

ここで開示されている配合によれば、接着材料は以下の
望ましい特性を有するように得られる。

即ち、熱伝導性であるが実質的に非電気伝導性であり、
比較的低い温度で熱硬化可能であり、約２４時間の可使
時間を有し、スクリーン印刷することができ、優れた熱
衝撃及び熱サイクル特性を示す。

本発明の上記の特徴及び有利性は、添付の図面と組み合
わせた以下の詳細な説明によって完全に理解することが
できる。

図は、本発明の熱伝導性接着剤によてモジュールに接着
された集積回路パッケージの該略図である。

好ましい態様の説明 本発明の好ましい態様による配合物は、エポキシ樹脂、
硬化剤、反応性柔軟剤、架橋剤、熱伝導性充填剤、懸濁
剤、並びに第１及び第２の触媒を含むものである。この
配合物は、２４時間を超え熱衝撃及び熱サイクル特性を
有するゴム状で熱伝導性の接着剤を与える。

エポキシ樹脂は、好ましくは、Ｕｎｉｏｎ　Ｃｘｒｂｉ
ｄｅＣｏｒｐ、、　５ｏａＨ＋　Ｃｂ＊ｒｌｅｓｔｏａ
、　Ｗｅｓｌ　Ｖｉｒ（ｉｎｉｓによって販売されてい
るＥＲＬ−４２９９と同様のタイプの脂環式エポキシ樹
脂である。この特定のエポキシ樹脂は、他の脂環式及び
ビスフェノール−Ａをベースとした（ＢＰＡ）エポキシ
樹脂とは異なり、熱硬化に際しである程度の弾力及び柔
軟性を与える。

その構造は、下式によって示される。

硬化剤は、好ましくは、Ａｎｋｙｄｒｉｄｓ＆Ｃｈｅｍ
ｉｃｓｌｓ。

Ｉｎｃ、、　Ｎｅｗａｒｋ、　Ｎｅｗ　Ｊｅｒｓｅｙに
よって販売されている特許配合物であるＡＣ−３！と同
様のタイプのポリマー無水物である。出願人は、ＡＣ−
３９の実際の構造は知得していないが、この物質の概略
的な構造は、下式によって与えられる。

この代表的なポリマー無水物の長鎖によって、得られる
接着剤に柔軟性が与えられる。

熱可塑性ラバーは、本発明の配合物において反応性柔軟
剤として機能する。好ましい反応性ラバーは、Ｂ、Ｆ、
Ｇｏｏｄｒｉｃｈ、　Ｉｎｅ、　ＣＩｅｖｅｌｓ＋＋ｄ
、　０ｂｉｏによって販売されているカルボキシル末端
ブタジェンアクリロニトリル（ＣＴ　Ｂ　Ｎ）である。

このラバーにおけるカルボキシル基は、ＥＲＬ−４２９
９エポキシにおけるオキシラン基と極めて速やかに反応
する。

ＣＴＢＮラバーの一般式は、以下の通りである。

Ｈ 架橋剤は、好ましくは、ポリオール、例えば、Ｌｉｏｎ
　Ｃ５ｒｂｉｄｅ　Ｃｏｒｐによって販売されているＴ
ｏｎｅ３０５と同様のポリカプロラクトン３官能価ポリ
オールである。Ｔｏｎｅ　３０５は、１モルのトリメチ
ロールプロパンと５モルのＥ−カプロラクトンモノマー
とを重合させることによって製造される。この物質の一
般式は以下の通りである。

１ ポリオールは、エポキシ、ポリマー無水物及び反応性ラ
バーのための架橋剤として作用する。その連鎖の長さの
ために、代表的なポリオールは、更に、得られる接着剤
における柔軟剤としても機能する。

熱伝導性充填剤は、典型的には、Ｎｏｒｔｏｉ　Ｃｏｍ
−ｐｓａｙ、　Ｗ＋ｒｃｅｓｔｅｒ、　Ｍ＊ｓｓ＊ｃｌ
＋ｍ５ｅＬＩｓから販売されているＮｏｒｔｏａアルミ
ナと同様のタイプの９００メツシュアルミナを含んでい
てよい。アルミナは、実質的に電気絶縁性であるが、所
望の熱伝導性を与える。本発明においては、アルミナが
好ましいが、同様の特性を有する他の物質をかわりに用
いることができる。かかる物質としては、窒化硼素、窒
化アルミニウム及び酸化ベリリウムが挙げられる。

特に有用な形態の熱伝導性充填剤はｐＨ制御アルミナで
あり、その実質的に中性のｐＨによって反応に障害を与
えるのが防止される。

懸濁剤は、好ましくは、Ｃｚｂｏｌ　Ｃｏｒｐ、、　Ｔ
ｕｓｃｏｌａ。

＋１１ｉｎｏｉｓによって販売されているＣ１ｂｏｓｉ
ｌ　ＰＴＧのようなチキソトロープである。この物質は
、接着剤のスクリーン印刷能を高める。

第３級アミン例えばベンジルジメチルアミン（ＢＤＭＡ
）　、及び、スズエステル例えばオクタン酸第１スズは
、接着剤の反応を促進させる接着剤用の触媒として作用
する。オクタン酸第１スズは、有効なエステル化触媒で
ある。これは、加水分解するとオクタン酸を生威し、こ
れによって、ＥＲＬ−４２９９エポキシ樹脂の単独重合
が少量になる。

本発明の好ましい態様によれば、各成分の量は、実質的
に以下の重量比である。

ＥＲＬ−４２９９脂環式エポキシ樹脂　　　１００．０
ＡＣ−３９ポリマー無水物　　　　　　　１００．０カ
ルボキシル末端ブタジエン−２０，０アクリロニトリル
ラバー Ｔｏｉｅ　３０５ポリカプロラクトン　　　　５．０３
官能価ポリオール アルミナ（９Ｎメツシュ）　　　　　　　５３０．０Ｃ
ｉｂｏｓｉｌ　ＰＴＧ　　　　　　　　　　　　　４．
５ベンジルジメチルアミン　　　　　　１．０オクタン
酸第１スズ　　　　　　　　Ｏ，Ｈ２この接着剤の硬化
メカニズムは、特許アミン／ＢＰＡエポキシ系と比較し
て極めて潜在的である。

純粋な脂環式エポキシドは純粋な無水物と反応しないと
いうことに注意すべきである。反応を開始するのに、代
表的なＴｏｎｅ　３０５のようなポリオール又は強ルイ
ス酸が必要である。ここに、本発明の接着剤の比較的長
い可使時間の鍵がある。反応は、ポリオールが無水物と
反応してカルボキシル基及び得られるヒドロキシル末端
エステルを生皮するまで進行しない。反応は下式で示さ
れる。

無水物が活性化すると、エポキシと反応する。

この接着剤の硬化中においては、極めて異なる反応が起
こるということに注意すべきである。

この接着剤の成分は、アルミナ粉が配合物内で完全な分
散を与えるためには高速撹拌機が必要であることを除い
ては、配合の順序又は方法に考慮せずに配合することが
できる。このような撹拌機は、Ｍｏｒｓｈｏａｓｅ　Ｉ
ｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、　Ｆｕｌｌｅｒｔｏｎ、　Ｃａｌ
ｉｌｏｒｍＩｓによって販売されているＣｏｗｌ’ｓミ
キサーと同様のものであってよい。

本発明の好ましい態様による接着剤の八つの構成成分は
、−度に単一の塑性物に混合することができるが、接着
剤を２戊分配合物として調製することがより有利である
。第１の成分は、エポキシ樹脂、ポリオール、第３級ア
ミン、懸濁剤及び−部のアルミナ粉を含む。第２の成分
は、無水物硬化剤、反応性ラバー、スズエステル及び一
部のアルミナ粉を含む。それぞれの成分に配分されるア
ルミナの割合は、成分の混合を容易にするために、二つ
の成分の重量を同等にするように選択される。

接着剤の二つの成分は、少なくとも６力月間別々に保存
することができる。

図を参照すると、通常は表面１６における表面載置ソル
ダリング法（ｓｕｒｆ＊ｃｅ　ｍｏａａｔ　５ｏｌｄｓ
ｒｉｏ（ｔｃｃｂｎｉｑｕｅｓ）又は表面１８における
ウェーブソルダリング法（ｖｓｖｅ　５ｏｌｄｅｒｉＢ
　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を用いてモジュール１４上の
シグナルトレース（図示せず）に電気接続されている導
線１２を有する集積回路パッケージｌＯの概略図が示さ
れている。

ＩＣパッケージ１０は、上記記載の方法によって配合さ
れた接着材料２０を介してモジュール１４の表面１６に
接着されている。接着材料２０のフィルムは、通常、ス
クリーニング法によってモジュール１４に施されており
、そのＩＩｃパッケージ１０がそれに対して施される。

本実施例においては、接着材料２０は、それを適当に加
熱する、例えば１０℃で８〜１０時間加熱することによ
って硬化される。材料２０は実質的に電気非伝導性であ
るので、不注意に導線１２に接触しても、回路の電気特
性に影響を与えない。かかる不注意な接触は、ＩＣを未
硬化の接着剤２０に押圧し、それによって接着剤が外勿
に広がることによって生じる可能性がある。

上記記載の方法によって、上記の割合を用いて配合され
た接着剤は、集積回路をモジュールに接着するのに有効
な接着剤である。これは、１００°Ｃという低い温度で
硬化させることができる。これは、その成分の弾力性の
結果として、良好な熱衝撃特性を有する。これは、その
成分の反応量の結果として、２４時間を超える室温での
可使時間を有する。これは、硬化すると、２，０ＯＯｐ
ｓｉの弾性率、５００　ｐｓｉの極限引張強度及び３４
％の伸び率を有する。その潜在的な弾力の結果、モジュ
ールに接着した電子回路パッケージを、パツケージ又は
モジュールに損傷を与えることなく除去することができ
る。接着剤の熱伝導度は０　、４　ＢＴＵ／ｆｉｈｒ・
Ｆであると測定された。最後に、これは、スクリーン印
刷することができ、これによってこれを自動化プロセス
中で用いることが可能になる。

本発明の主題を、上記で開示した配合及び方法に関して
特に示したが、かかる配合及び方法から逸脱して本発明
を実施することができると理解されよう。したがって、
本発明の範囲は、ここに開示した特定の配合及び方法に
限定されるものではなく、特許請求の範囲によって与え
られるものである。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の熱伝導性接着剤によってモジュールに接
着された集積回路パッケージの該略図である。 １０・・・ＩＣパッケージ： １２・・・導ｌ；　　１４・・・モジュール；１６．１
８・・・表面； ２０・・・接着材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エポキシ樹脂；硬化剤；反応性柔軟剤；該エポキシ
   樹脂、該硬化剤及び該反応性柔軟剤を結合させるための
   架橋剤；及び熱伝導性充填剤；を含む組成物。 ２、該エポキシ樹脂が脂環式エポキシ樹脂である請求項
   １記載の組成物。 ３、該硬化剤がポリマー無水物を含む請求項１記載の組
   成物。 ４、該反応性柔軟剤が熱可塑性ラバーを含む請求項１記
   載の組成物。 ５、該熱可塑性ラバーがカルボキシル末端ブタジエン−
   アクリロニトリルラバーを含む請求項４記載の組成物。 ６、該架橋剤がポリオールを含む請求項１記載の組成物
   。 ７、該架橋剤がポリカプロラクトン３官能価ポリオール
   を含む請求項６記載の組成物。 ８、該熱伝導性充填剤がアルミナを含む請求項１記載の
   組成物。 ９、該充填剤が９００メッシュのアルミナを含む請求項
   ８記載の組成物。 １０、該アルミナがｐＨ制御されている請求項８記載の
   組成物。 １１、懸濁剤を更に含む請求項１記載の組成物。 １２、該組成物の反応を促進させるための第１の反応触
   媒を更に含む請求項１記載の組成物。 １３、該第１の反応触媒が第３級アミンを含む請求項１
   ２記載の組成物。 １４、該第３級アミンがベンジルジメチルアミンを含む
   請求項１３記載の組成物。 １５、該組成物の反応を促進させるための第２の反応触
   媒を更に含む請求項１２記載の組成物。 １６、該第２の反応触媒がスズエステルを含む請求項１
   ５記載の組成物。 １７、該スズエステルがオクタン酸第１スズを含む請求
   項１６記載の組成物。 １８、脂環式エポキシ樹脂；ポリマー無水物硬化剤；熱
   可塑性ラバー；該エポキシ樹脂、該硬化剤及び該ラバー
   を架橋させるためのポリオール；熱伝導性充填剤；懸濁
   剤；第３級アミン反応触媒；及びスズエステル反応触媒
   ；を含む接着剤。 １９、該充填剤がアルミナである請求項１８記載の組成
   物。 ２０、脂環式エポキシ樹脂、ポリオール、アミン反応触
   媒、懸濁剤及び熱伝導性充填剤を含む第１の部分、及び
   、ポリマー無水物硬化剤、反応性ラバー、スズエステル
   及び熱伝導性充填剤を含む第２の部分を含み、該第１及
   び第２の部分における該熱伝導性充填剤の相対量が、該
   第１及び第２の部分の重量を実質的に同等にするように
   選択されている接着剤。 ２１、該第１の熱伝導性充填剤及び該第２の熱伝導性充
   填剤がアルミナを含む請求項２０記載の接着剤。 ２２、重量基準で実質的に以下の割合の成分を含む接着
   剤。 ＥＲＬ−４２９９脂環式エポキシ樹脂１００．０、ＡＣ
   −３９ポリマー無水物１００．０、 カルボキシル末端ブタジエン−２０．０、 アクリロニトリルラバー、 Ｔｏｎｅ３０５ポリカプロラクトン５．０、３官能価ポ
   リオール アルミナ（９００メッシュ）５３０．０、 ＣａｂｏｓｉｌＰＴＧ４．５、 ベンジルジメチルアミン　１．０、 オクタン酸第１スズ０．２３２、 ２３、ａ）脂環式エポキシ樹脂；ポリマー無水物硬化剤
   ；反応性ラバー；該エポキシ樹脂、該硬化剤及び該反応
   性ラバーを架橋させるためのポリオール；熱伝導性充填
   剤；懸濁剤；第３級アミン反応触媒；及びスズエステル
   反応触媒；を含む混合物を含む接着剤を調製し； ｂ）該混合物を表面上にフィルムとして施し；ｃ）器具
   を接着剤フィルムと接触させて配置し；ｄ）昇温下で接
   着剤フィルムを硬化させる；工程を含む、表面上に器具
   を接着させる方法。 ２４、該硬化工程を、約１００℃で約８〜１０時間行う
   請求項２３記載の方法。