電子デバイス向け接着剤の高性能化と半導体市場での応用

電子デバイス向け接着剤とは

電子デバイス向け接着剤は、半導体チップや回路基板、モジュール部品などを固定・封止し、機械的強度や電気的機能を付与する材料です。
実装工程の低温化や微細化が進む中で、従来のはんだやネジ固定では対応しきれない領域をカバーし、機器の高機能化を支えます。
樹脂系接着剤をベースに、フィラーや硬化剤を最適設計することで、熱伝導性や導電性、耐湿性などの多機能化が図られています。

高性能化が求められる背景

スマートフォン、車載電子機器、データセンター向けサーバーなど、デバイスは年々高性能・小型化が進行しています。
このトレンドに伴い、発熱の増大、耐久性の向上要求、厳しい環境規制への対応が接着剤に課せられるようになりました。

微細化と熱管理

配線幅のナノメートルオーダー化やパッケージの3D積層化により、チップ内部の発熱が集中しやすくなっています。
熱抵抗を低減し、デバイスの温度上昇を抑制する高熱伝導接着剤の需要が急速に拡大しています。

信頼性と長期耐久性

車載や産業機器では、－40℃から150℃を超えるサーマルサイクルが繰り返されます。
クラック発生や剥離を抑える高柔軟性と高強度の両立が不可欠です。

高性能接着剤に必要な特性

熱伝導率の向上

アルミナや窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの高熱伝導フィラーを高充填し、熱伝導率5～15 W/mKクラスを実現する技術が注目されています。

低アウトガス・低イオン移動

真空成膜装置や光学モジュールでは、揮発成分がレンズやセンサーを汚染しないことが重要です。
イオニックインパーバランスによる腐食を防ぐ低イオン性設計も必須です。

高速硬化とプロセス性

半導体生産ラインでは、スループットが歩留まりに直結します。
UV＋熱のデュアルキュアや瞬間加熱による40秒以内の硬化プロセスが普及しつつあります。

環境対応

RoHSおよびREACH規制に適合し、ハロゲンフリーやシアン酸エステルフリーのフォーミュレーションが求められています。

主な材料技術

エポキシ系

機械強度と接着性に優れ、実装温度が150～175℃と広範な用途で実績があります。
最近ではシリル化エポキシ樹脂を採用し、高温環境下での耐クラック性を強化する製品が増えています。

ポリイミド・ベンゾオキサジン系

耐熱300℃クラスを実現し、航空宇宙やパワー半導体の高温工程で使用されています。
ベンゾオキサジンは低吸水で誘電率も低く、ミリ波アンテナへの応用が期待されています。

シリコーン系

高い柔軟性と‐60℃までの低温衝撃に強い特長があります。
チップ上の樹脂保護や光学封止材として採用されており、反応性シリルグループによる密着向上技術が進んでいます。

ナノフィラー複合化

グラフェン、カーボンナノチューブ、窒化ホウ素ナノシートなどの2次元材料をハイブリッド化し、フィラーの熱経路を三次元的に連結することで、熱伝導率と絶縁性を両立させる手法が研究されています。

半導体市場での応用事例

パッケージング用導電性接着剤

銀フレークや銅ナノ粒子を分散させ、リフロー工程を省略できるため、低温でLEDやCMOSセンサーのワイヤボンドレス実装に用いられます。

ダイアタッチ用シンタリングペースト

CuやAgの焼結を200℃以下の低温で実施し、高出力パワーデバイスの放熱性と接合信頼性を飛躍的に向上します。
無機焼結体のため、熱疲労寿命がはんだの10倍以上との報告もあります。

フリップチップ接合用アンダーフィル

CSPやFOWLPにおいて、チップと基板のCTE差による応力を緩和し、6000サイクル以上の温度試験に耐える高伸びアンダーフィルが開発されています。
最近は低誘電率かつリワーク性を両立する製品が主流です。

モジュール実装向けTIM

熱界面材料（TIM）は、CPUやパワーモジュールとヒートシンク間のギャップを埋め、0.1 K∙cm²/W以下の熱抵抗を実現します。
シリコーンオイルブリードを抑制した無機ゲルTIMがEVインバータで採用されています。

開発動向と将来展望

3D実装に向けた低温接合

TSVやマイクロバンプの縮径化に伴い、250℃以下で済む非導電性接着剤（NCA）と選択的レーザーバンプ加熱を組み合わせ、実装ひずみを低減する技術が注目されています。

サステナビリティと規制対応

バイオマス由来モノマーやリサイクル可能な熱可逆性樹脂の研究が進み、LCA（ライフサイクルアセスメント）でCO₂排出量を30％削減する試みが進行中です。
PFAS規制の強化を背景に、フッ素フリー潤滑添加剤への置換も課題となっています。

まとめ

電子デバイス向け接着剤は、微細化・高集積化が進む半導体市場を下支えするキーマテリアルです。
熱伝導性、信頼性、環境対応といった多面的な要求に応えるため、材料設計の高度化とプロセス革新が加速しています。
エポキシやポリイミドといった従来材にナノフィラーやシンタリング技術を組み合わせることで、放熱・接合性能は飛躍的に向上しています。
今後は3D実装やパワー半導体の普及を背景に、高性能接着剤の需要は一層拡大し、低温・低環境負荷プロセスが競争力の鍵となるでしょう。