CN105566852A - 热传导性片用树脂组合物、带有基材的树脂层、热传导性片和半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的热传导性片用树脂组合物包含热固化性树脂(A)、分散于热固化性树脂(A)中的填充材料(B)。填充材料(B)含有满足以下条件(a)、(b)和(c)的二次聚集粒子(144)。(a)在中心部形成有空隙(146)。(b)形成有从空隙(146)出发而与二次聚集粒子(144)的外表面连通的连通孔(148)。(c)相对于空隙(146)的平均空隙直径的连通孔(148)的平均孔径之比为0.05～1.0。

Description

热传导性片用树脂组合物、带有基材的树脂层、热传导性片和半导体装置
技术领域
本发明涉及热传导性片用树脂组合物、带有基材的树脂层、热传导性片和半导体装置。
背景技术
以往已知将绝缘栅双极晶体管(IGBT；InsulatedGateBipolarTransistor)和二极管等半导体芯片、电阻以及电容器等电子部件搭载于基板上而构成的变频器装置或动力半导体装置。
这些电力控制装置根据其耐压和电流容量应用于各种设备。尤其是从近年的环境问题、节能化推进的观点出发，这些电力控制装置面向各种电动机械的使用正逐年扩大。
尤其是关于车载用电力控制装置，要求其小型化、省空间化且将电力控制装置设置于引擎室内。引擎室内为温度高、温度变化大等严酷的环境，因此需要具有绝缘性和散热性更加优异的部件。
例如，专利文献1中公开了一种将半导体芯片搭载于引线框等支撑体，将支撑体和与散热器连接的散热板用绝缘树脂层粘接而成的半导体装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-216619号公报
发明内容
但是，这样的半导体装置仍然不能充分满足散热性。因此，存在使电子部件的热向外部导热变得困难的情况，该情况下，半导体装置的性能降低。
根据本发明，提供一种热传导性片用树脂组合物，其含有热固化性树脂和分散于上述热固化性树脂中的填充材料，上述填充材料含有满足以下条件(a)、(b)和(c)的二次聚集粒子。
(a)在中心部形成有空隙，
(b)形成有从上述空隙出发而与上述二次聚集粒子的外表面连通的连通孔，
(c)相对于上述空隙的平均空隙直径的上述连通孔的平均孔径之比为0.05～1.0。
另外，根据本发明，提供一种带有基材的树脂层，具备：
由上述热传导性片用树脂组合物构成的树脂层，以及
设置于上述树脂层的至少一面的基材。
另外，根据本发明，提供一种热传导性片，其由上述热传导性片用树脂组合物形成。
另外，根据本发明，提供一种半导体装置，其具备：金属板、设置于上述金属板的第1面侧的半导体芯片、在上述金属板的与上述第1面相反侧的第2面接合的热传导材以及将上述半导体芯片和上述金属板密封的密封树脂，上述热传导材由上述热传导性片形成。
根据本发明，能够提供可实现耐久性高的半导体装置的热传导性片用树脂组合物和耐久性高的半导体装置。
附图说明
将上述的目的、其他目的、特征和优点通过以下所述的适当的实施方式及其附带的以下附图进一步明确。
图1是本发明一实施方式的二次聚集粒子的示意截面图。
图2是本发明一实施方式的热传导性片的示意截面图。
图3是本发明一实施方式的半导体装置的截面图。
图4是本发明一实施方式的半导体装置的截面图。
图5是表示实施例1中使用的填充材料的电子显微镜照片的图。
图6是表示比较例1中使用的填充材料的电子显微镜照片的图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。应予说明，所有的附图中，同样的构成要素标以相同符号，为了不重复，其详细说明适当省略。此外，图是示意图，未必与实际的尺寸比率一致。此外，只要“～”没有特别说明，则表示以上至以下。
首先，对本实施方式涉及的热传导性片用树脂组合物和热传导性片进行说明。图1是本发明一实施方式的二次聚集粒子144的示意截面图。图2是本发明一实施方式的热传导性片140的示意截面图。
以下，为了简化说明，将半导体装置100的各构成要素的位置关系(上下关系等)设为各图所示的关系进行说明。但是，该说明的位置关系与半导体装置100的使用时或制造时的位置关系无关。
本实施方式的热传导性片用树脂组合物和热传导性片140含有热固化性树脂(A)145和分散于热固化性树脂(A)145中的填充材料(B)。
填充材料(B)含有满足以下条件(a)、(b)和(c)的二次聚集粒子144。
(a)在中心部形成有空隙146，
(b)形成有从空隙146出发而与二次聚集粒子144的外表面连通的连通孔148，
(c)相对于空隙146的平均空隙直径的连通孔148的平均孔径之比为0.05～1.0。
应予说明，本实施方式中，热传导性片140是指B阶段状态的热传导性片。另外，将热传导性片140应用于半导体装置，并使其固化而得的部件称为“热传导材”。
热传导性片设置于例如要求半导体装置内的高热传导性的接合界面，促进从发热体向散热体的热传导。由此，抑制半导体芯片等的因特性变动引起的故障，实现半导体装置的稳定性的提高。
作为应用本实施方式的热传导性片140的半导体装置的一个例子，例如，可举出将半导体芯片设置于散热器(金属板)上，在散热器的与接合有半导体芯片的面相反侧的面上设置热传导材140的结构。
另外，作为应用本实施方式涉及的热传导性片的半导体封装件的其他例子，可举出具备热传导材140、在热传导材140的一面接合的半导体芯片、在上述热传导材的与上述一面相反侧的面接合的金属部件、以及将上述热传导材、上述半导体芯片和上述金属部件密封的密封树脂。
通过使用本实施方式涉及的热传导性片140，能够实现耐久性高的半导体装置。其理由虽不明确，但认为是以下的理由。
根据本发明人的研究，明确了使用以往的热传导性片的半导体装置在汽车的引擎室内等温度变化剧烈的环境下长时间放置时，会产生热传导性片的热传导率的降低和部分放电等，半导体装置的散热性和/或电绝缘性降低。因此，以往的半导体装置耐久性差。
相对于此，使用本实施方式涉及的热传导性片140的半导体装置即使在温度变化剧烈的环境下耐久性仍然优异。作为其理由，认为是由于本实施方式涉及的热传导性片140为难以产生空隙的结构，且热传导性片140中均匀分散有二次聚集粒子144。
首先，二次聚集粒子144(a)在中心部形成有空隙146，(b)形成有从空隙146出发与二次聚集粒子144的外表面连通的连通孔148。如果是这样的结构，则热固化性树脂145能够从二次聚集粒子144的外表面和连通孔148内部双方浸渍于二次聚集粒子144的内部，因此二次聚集粒子144的热固化性树脂145的浸入性优异。因此，能够抑制热传导性片140中的空隙的产生等，并能够抑制热传导性片140的热传导性的降低。
另外，对于二次聚集粒子144，(c)连通孔148与空隙146的平均空隙直径的平均孔径之比为0.05～1.0。如果为这样的结构，则二次聚集粒子144间的接触面积增加，能够提高热传导性片140的热传导性。
另外，满足上述条件(a)、(b)和(c)的二次聚集粒子144与以往的二次聚集粒子相比，外观比重小，在热固化性树脂中容易上浮。因此，在热传导性片140的制造阶段难以发生沉降，能够均匀分散于热传导性片140中。由此，即使在温度变化剧烈环境下长时间防止，也难以发生热传导性片140(热传导材)的膜厚的变化等，能够抑制在热传导性片140(热传导材)与半导体芯片之间或热传导性片140(热传导材)与基板间的剥离等，并能够抑制半导体装置的散热性和/或电绝缘性的降低。
根据以上理由，推测使用本实施方式的热传导性片140时，能够得到耐久性优异的半导体装置。
热传导性片140设置于例如半导体芯片等发热体与搭载该发热体的引线框、配线基板(内插器)等基板之间，或者，设置于该基板与散热器等散热部件之间。由此，能够将由上述发热体产生的热，有效地扩散至半导体装置的外部。因此，能够提高半导体装置的耐久性。
热传导性片140的平面形状没有特别限制，能够根据散热部件和发热体等的形状进行适宜选择，例如，可以为矩形。热传导性片的膜厚优选为50μm～500μm。由此，实现机械强度和耐热性的提高，同时能够将由发热体产生的热更有效地传导至散热部件。
本实施方式的热传导性片用树脂组合物和热传导性片140含有热固化性树脂(A)145和分散于热固化性树脂(A)145中的填充材料(B)。
(热固化性树脂(A))
作为热固化性树脂(A)，例如可举出环氧树脂、氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、苯并嗪树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、硅酮树脂、双马来酰亚胺树脂、丙烯酸树脂等。作为热固化性树脂(A)，可以单独使用这些物质中的1种，也可以并用2种以上。
作为热固化性树脂(A)，优选环氧树脂(A1)。通过使用环氧树脂(A1)，使玻璃化转变温度提高，且能够提高热传导性片140的热传导性。
作为环氧树脂(A1)，例如可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚M型环氧树脂(4,4'-(1,3-亚苯基二异亚丙基)双酚型环氧树脂)、双酚P型环氧树脂(4,4'-(1,4-亚苯基二异亚丙基)双酚型环氧树脂)、双酚Z型环氧树脂(4,4'-环亚己基双酚型环氧树脂)等双酚型环氧树脂；苯酚线型环氧树脂、甲阶线型环氧树脂、三酚基甲烷型线型环氧树脂、四酚基乙烷型线型环氧树脂、具有稠环芳香族烃结构的线型环氧树脂等线型环氧树脂；联苯型环氧树脂；苯二甲基型环氧树脂、联苯芳烷基型环氧树脂等芳基亚烷基型环氧树脂；萘醚型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、萘二醇型环氧树脂、2官能～4官能环氧型萘树脂、联萘型环氧树脂、萘芳烷基型环氧树脂等萘型环氧树脂；蒽型环氧树脂；苯氧基型环氧树脂；双环戊二烯型环氧树脂；降冰片烯型环氧树脂；金刚烷型环氧树脂；芴型环氧树脂等。
作为环氧树脂(A1)，可以单独使用这些物质中的1种，也可以并用2种以上。
环氧树脂(A1)中，从能够进一步提高得到的热传导性片140的耐热性和绝缘可靠性的观点出发，优选选自双酚型环氧树脂、线型环氧树脂、联苯型环氧树脂、芳基亚烷基型环氧树脂、萘型环氧树脂、蒽型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂中的一种或二种以上。
热传导性片140中含有的热固化性树脂(A)的含量，根据其目的适当地调整即可，没有特别限定，但相对于该热传导性片100质量％，优选为1质量％～30质量％，更优选为3质量％～25质量％，特别优选为5质量％～20质量％。热固化性树脂(A)的含量如果为上述下限值以上，则操作性提高，变得容易形成热传导性片140，并且热传导性片140的强度提高。热固化性树脂(A)的含量如果上述上限值以下，则热传导性片140的线膨胀系数、弹性模量进一步提高，热传导性片140的热传导性进一步提高。
(填充材料(B))
本实施方式的填充材料(B)含有二次聚集粒子144，该二次聚集粒子144(a)在中心部形成空隙146，(b)从空隙146出发形成与外表面连通的连通孔148，进而(c)连通孔148的平均孔径与空隙146的平均空隙直径之比为0.05～1.0。连通孔148通常从形成于中心部的空隙146朝向二次聚集粒子144的外表面直线性地形成。
作为二次聚集粒子144，只要能够能够形成空隙146和连通孔148就没有特别限定，从提高热传导性片140的热传导性的观点出发，优选为通过使鳞片状氮化硼聚集而形成的二次聚集粒子。
二次聚集粒子144的形状没有特别限制，通常为球状。
通过使鳞片状氮化硼一次粒子聚集而形成的二次聚集粒子的平均粒径例如优选为5μm～200μm，更优选为50μm～150μm。由此，能够实现热传导性和电绝缘性的平衡更为优异的热传导性片140。
二次聚集粒子144的空隙146的平均空隙直径没有特别限定，优选为2μm～150μm，更优选为10μm～100μm，进一步优选为15μm～50μm，特别优选为20μm～40μm。由此，能够实现热传导性和电绝缘性的平衡更为优异的热传导性片140。
另外，二次聚集粒子144的空隙146的平均空隙直径的下限没有特别限定，但从提高热固化性树脂145向二次聚集粒子144的浸入性的观点出发，优选为2μm以上，更优选为10μm以上，进一步优选为15μm以上，特别优选为20μm以上。二次聚集粒子144的空隙146的平均空隙直径的上限没有特别限定，但从增加二次聚集粒子144的热传导性的观点出发，优选为150μm以下，更优选为100μm以下，进一步优选为50μm以下，特别优选为40μm以下。
应予说明，该空隙146的平均空隙直径可以利用电子显微镜照片测定。例如，按照以下顺序测定。首先，使用切片机等将热传导性片140切断，制作截面。接着，利用扫描式电子显微镜，拍摄数张放大数千倍的热传导性片140的截面照片。接下来，选择任意的二次聚集粒子144，由照片测定其空隙直径d1。此时，测定10个以上的空隙直径d1，将它们的平均值作为平均空隙直径。
二次聚集粒子144的连通孔148的平均孔径没有特别限定，优选为1μm～50μm，更优选为2μm～20μm，进一步优选为3μm～15μm，特别优选为3μm～8μm。由此，能够实现热传导性和电绝缘性的平衡更为优异的热传导性片140。
另外，二次聚集粒子144的连通孔148的平均孔径的下限没有特别限定，但从提高热固化性树脂145向二次聚集粒子144的浸入性的观点出发，优选为1μm以上，更优选为2μm以上，进一步优选为3μm以上。二次聚集粒子144的连通孔148的平均孔径的上限没有特别限定，但从使二次聚集粒子144间的接触面积增加，提高热传导性片140的热传导性的观点出发，优选为50μm以下，更优选为20μm以下，进一步优选为15μm以下，更进一步优选为10μm以下，特别优选为8μm以下。
应予说明，该连通孔148的平均孔径可以利用电子显微镜照片测定。例如，按照以下顺序测定。首先，使用切片机等将热传导性片140切断，制作截面。接着，利用扫描式电子显微镜，拍摄数张放大至数千倍的热传导性片140的截面照片。接着，选择任意的二次聚集粒子144，由照片测定连通孔的孔径d2。此时，测定10个以上的连通孔孔径d2,将它们的平均值作为平均孔径。
相对于空隙146的平均空隙直径的连通孔148的平均孔径之比为0.05～1.0，优选为0.10～0.50，更优选为0.15～0.40，特别优选为0.15～0.30。由此，能够实现热传导性和电绝缘性的平衡更为优异的热传导性片140。
另外，相对于空隙146的平均空隙直径的连通孔148的平均孔径之比的下限，从提高热固化性树脂145向二次聚集粒子144的浸入性的观点出发，为0.05以上，优选为0.08以上，更优选为0.10以上，进一步优选为0.12以上，特别优选为0.15以上。
另外，相对于空隙146的平均空隙直径的连通孔148的平均孔径之比的上限，从使二次聚集粒子144间的接触面积增加，提高热传导性片140的热传导性的观点出发，为1.0以下，优选为0.80以下，更优选为0.50以下，进一步优选为0.40以下，更进一步优选为0.35以下，特别优选为0.30以下。
构成二次聚集粒子144的鳞片状氮化硼的一次粒子的平均长径，优选为0.01μm～15μm，更优选为0.1μm～12μm。由此，能够实现热传导性和电绝缘性的平衡更为优异的热传导性片140。
应予说明，该平均长径可以利用电子显微镜照片测定。例如，按照以下顺序测定。首先，使用切片机等将二次聚集粒子144切断，制作截面。接着，利用扫描型电子显微镜，拍摄数张放大数千倍的热传导性片140的截面照片。接下来，选择任意的二次聚集粒子144，由照片测定鳞片状氮化硼的一次粒子的长径。此时，测定1000个以上的一次粒子长径，将它们的平均值作为平均长径。
二次聚集粒子144可如下形成：例如将鳞片状氮化硼的粉末和硼酸三聚氰胺投入·混合溶解有水溶性粘合剂而成的水溶液中，用喷雾干燥法等的公知的方法使得到的浆料聚集，并将其烧结。
为了形成空隙146和连通孔148，鳞片状氮化硼的粉末和硼酸三聚氰胺的比例、投入浆料中的水溶性粘合剂的量和烧结条件尤为重要。
鳞片状氮化硼的粉末和硼酸三聚氰胺的比例例如为鳞片状氮化硼的粉末：硼酸三聚氰胺＝30：100(质量比)～1：100(质量比)。
烧结温度设定为高温，例如设定为1500～2500℃。烧结时间例如为1～15小时。粘接剂的量，例如，相对于浆料100质量％，设定为1.5～30质量％。通过这样操作，能够得到具有空隙146和连通孔148的二次聚集粒子144。
二次聚集粒子144内的空隙146的大小可以通过调整浆料的固体成分浓度来控制。如果降低浆料的固体成分浓度，则能够使空隙增大，如果提高浆料的固体成分浓度，则使空隙变小。
另外，二次聚集粒子144内的连通孔148的大小可以通过水溶性粘合剂的量来控制。如果提高水溶性粘合剂量，则能够扩大连通孔148，如果降低水溶性粘合剂量，则能够缩小连通孔148。
关于水溶性粘合剂，优选使用聚丙烯酸系粘合剂。
另外，热传导性片140中所含的二次聚集粒子144的含量，优选为例如50质量％～95质量％，更优选为65质量％～90质量％。通过将二次聚集粒子144的含量设为上述下限值以上，能够更有效地实现热传导性片140中的热传导性、机械强度的提高。另一方面，通过将二次聚集粒子144的含量设为上述上限值以下，使树脂组合物的成膜性、作业性提高，并使热传导性片140的膜厚的均匀性变得更为良好。
从进一步提高热传导性片140的热传导性的观点出发，本实施方式的填充材料(B)优选进一步含有与构成二次聚集粒子144的鳞片状氮化硼的一次粒子不同的鳞片状氮化硼的一次粒子。与构成二次聚集粒子144的鳞片状氮化硼的一次粒子不同的鳞片状氮化硼的一次粒子的平均长径，优选为0.01μm～15μm，更优选为0.1μm～5μm。由此，能够实现热传导性和电绝缘性的平衡更为优异的热传导性片140。
从实现热传导性和电绝缘性的平衡的观点出发，在不损害本发明的效果的范围，填充材料(B)可以进一步含有例如二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅等。这些物质可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
(固化剂(C))
热传导性片140，使用环氧树脂(A1)作为热固化性树脂(A)时，优选进一步含有固化剂(C)。
作为固化剂(C)，可以使用选自固化催化剂(C-1)和酚系固化剂(C-2)中的1种以上。
作为固化催化剂(C-1)，例如可举出环烷酸锌、环烷酸钴、辛酸锡、辛酸钴、双乙酰丙酮钴(II)、三乙酰丙酮钴(III)等有机金属盐；三乙胺、三丁胺、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷等叔胺类；2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2,4-二乙基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基咪唑、2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑等咪唑类；三苯基膦、三对甲苯基膦、四苯基膦·四苯基硼、三苯基膦·三苯基硼烷、1,2-双-(二苯基膦基)乙烷等有机磷化合物；苯酚、双酚A、壬基酚等苯酚化合物；乙酸、苯甲酸、水杨酸，对甲苯磺酸等有机酸；等或其混合物。作为固化催化剂(C-1)，可以单独使用包括这些化合物的衍生物在内的化合物中的1种，也可以并用包括这些化合物的衍生物在内的化合物中的2种以上。
热传导性片140中所含的固化催化剂(C-1)的含量没有特别限定，相对于热传导性片100质量％，优选为0.001质量％～1质量％。
另外，作为酚系固化剂(C-2)，可举出苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、三苯醛甲烷型苯酚酚醛清漆树脂、萘酚酚醛清漆树脂、氨基三嗪酚醛清漆树脂等线型酚醛树脂；萜烯改性酚醛树脂、双环戊二烯改性酚醛树脂等改性酚醛树脂；具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的酚醛芳烷基树脂、具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的萘酚芳烷基树脂等芳烷基型树脂；双酚A、双酚F等双酚化合物；甲阶型酚醛树脂等，这些化合物可以单独使用1种，也可以并用两种以上。
这些化合物中，从玻璃化转变温度的提高和线膨胀系数的降低的观点出发，酚系固化剂(C-2)优选为线型酚醛树脂或甲阶型酚醛树脂。
酚系固化剂(C-2)的含量没有特别限制，相对于热传导性片材100质量％，优选为1质量％～30质量％，更优选为5质量％～15质量％。
(偶联剂(D))
此外，热传导性片140可以含有偶联剂。偶联剂(D)能够提高热固化性树脂(A)和填充材料(B)的界面的润湿性。
作为偶联剂(D)，通常使用的偶联剂都能够使用，具体而言，优选使用选自环氧硅烷偶联剂、阳离子硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、钛酸酯系偶联剂和硅油型偶联剂中的1种以上的偶联剂。
偶联剂(D)的添加量依赖于填充材料(B)的比表面积，因此没有特别限定，相对于填充材料(B)100质量份，优选为0.05质量份～3质量份，特别优选为0.1质量份～2质量份。
(苯氧基树脂(E))
此外，热传导性片140可以进一步含有苯氧基树脂(E)。通过含有苯氧树脂(E)，能够更进一步提高热传导性片140的耐弯曲性。
另外，通过含有苯氧基树脂(E)，能够降低热传导性片140的弹性模量，能够提高热传导性片140的应力缓和力。
此外，含有苯氧基树脂(E)时，由于粘度上升而能够降低流动性，能够抑制产生空隙等。另外，能够提高热传导性片140与散热部件的密合性。通过这些协同效果，能够更进一步提高半导体装置的绝缘可靠性。
作为苯氧基树脂(E)，例如可举出具有双酚骨架的苯氧基树脂、具有萘骨架的苯氧基树脂、具有蒽骨架的苯氧基树脂、具有联苯骨架的苯氧基树脂等。另外，也可以使用具有多种这些骨架的结构的苯氧基树脂。
苯氧基树脂(E)的含量例如相对于热传导性片100质量％为3质量％～10质量％。
(其他成分)
热传导性片140中，在不损害本发明的效果的范围内，可以含有抗氧化剂、流平剂等。
本实施方式的热传导性片140例如可以如下地制作。
首先，将上述各成分添加至溶剂，得到漆状的热传导性片用树脂组合物。本实施方式中，例如在溶剂中添加热固化性树脂(A)等制作树脂漆之后，向该树脂漆加入填充材料(B)，通过使用三联辊等进行混炼而能够得到热传导性片用树脂组合物。由此，能够使填充材料(B)更均匀地分散于热固化性树脂(A)中。
作为上述溶剂，没有特别限定，可举出甲基乙基酮、甲基异丁基酮、丙二醇单甲醚、环己酮等。
接着，将上述热传导性片用树脂组合物成型为片状，形成热传导性片。本实施方式中，例如在基材上涂布漆状的上述热传导性片用树脂组合物之后，通过对其进行热处理而干燥，能够得到带有基材的树脂层。作为基材，例如可举出由散热部件和引线框、能够剥离的构成载体材料等的金属箔。另外，用于将热传导性片用树脂组合物干燥的热处理，例如在80～150℃、5分钟～1小时的条件下进行。树脂层的膜厚例如为50μm～500μm。
另外，通过从上述带有基材的树脂层除去基材，能够得到热传导性片140。
接着，优选使上述带有基材的树脂层通过两根辊之间进行压缩，由此将树脂层内的气泡除去。
本实施方式中，通过包括这样施加由辊产生的压缩压力而除去气泡的工序，能够提高热传导材140的热传导率。推断这是由于通过除去气泡使热传导性片140内的树脂成分的密度上升，因压缩压力而引起填充材料(B)中含有的二次聚集粒子而使填充材料(B)与热固化性树脂(A)的密合性上升等作为重要因素。
接下来，对本实施方式的半导体装置进行说明。图3是本发明的一实施方式的半导体装置100的截面图。
以下，为了使说明简单化，存在将半导体装置100的各构成要素的位置关系(上下关系等)作为各图所示的关系进行说明的情形。但是，该说明中的位置关系，与半导体装置100的使用时和制造时的位置关系没有关系。
在本实施方式中，说明金属板为散热器的例子。本实施方式涉及的半导体装置100具备散热器130、在散热器130的第1面131侧设置的半导体芯片110、在与散热器130的第1面131相反侧的第2面132上接合的热传导材140、将半导体芯片110和散热器130密封的密封树脂180。
以下做详细说明。
半导体装置100例如除了上述构成之外，还具有导电层120、金属层150、引线160和金属线(金属配线)170。
在半导体芯片110的上表面111形成未图示的电极图案，在半导体芯片110的下表面112形成未图示的导电图案。半导体芯片110的下表面112介由银糊料等导电层120粘接在散热器130的第1面131上。半导体芯片110的上表面111的电极图案介由金属线170与引线160的电极161电连接。
散热器130由金属构成。
密封树脂180除了半导体芯片110和散热器130之外，还将金属线170、导电层120、引线160的各一部分密封于内部。各个引线160的另一部分从密封树脂180的侧面突出到该密封树脂180的外部。本实施方式中，例如，密封树脂180的下表面182和散热器130的第2面132相互位于同一平面上。
热传导材140的上表面141与散热器130的第2面132和密封树脂180的下表面182贴合。即，密封树脂180在散热器130的周围与热传导材140的散热器130侧的面(上面141)连接。
热传导材140的下表面142粘接有金属层150的上表面151。即，金属层150的一侧的表面(上表面151)被粘接于热传导材140的与散热器130侧相反侧的表面(下表面142)。
在俯视图中，优选金属层150的上表面151的轮廓线和热传导材140的与散热器130侧为相反侧的表面(下表面142)的轮廓线重叠。
另外，金属层150的与其一侧的表面(上表面151)相反侧的表面(下表面152)的整个表面从密封树脂180露出。应予说明，本实施方式的情况下，如上所述，热传导材140由于其上表面141与散热器130的第2面132和密封树脂180的下表面182贴合，因此，热传导材140除了其上表面141以外，均露出于密封树脂180的外部。而且，金属层150整体露出于密封树脂180的外部。
应予说明，散热器130的第2面132和第1面131例如各自平坦地形成。
半导体装置100的贴装面积没有特别限制，作为一例，可以设置为10×10mm～100×100mm。其中，半导体装置100的贴装面积是金属层150的下表面152的面积。
另外，搭载于一个散热器130的半导体芯片110的数量没有特别限制。可以是1个，也可以是多个。例如，也可以设置为3个以上(6个等)。即，作为一例，可以在一个散热器130的第1面131侧设置3个以上的半导体芯片110，密封树脂180将这些3个以上的半导体芯片110一同密封。
半导体装置100例如为动力半导体装置。该半导体装置100例如可以制成在密封树脂180内密封有2个半导体芯片110的2in1、在密封树脂180内密封有6个半导体芯片110的6in1或在密封树脂180内密封有7个半导体芯片110的7in1的构成。
接下来，对制造本实施方式涉及的半导体装置100的方法的一例进行说明。
首先，准备散热器130和半导体芯片110，介由银糊料等导电层120，将半导体芯片110的下表面112粘接在散热器130的第1面131。
接下来，准备含有引线160的引线框(省略整体图示)，将半导体芯片110的上表面111的电极图案和引线160的电极161介由金属线170相互进行电连接。
接下来，用密封树脂180将半导体芯片110、导电层120、散热器130、金属线170、引线160的各一部分一同密封。
接下来，准备热传导材140，将该热传导材140的上表面141对散热器130的第2面132和密封树脂180的下表面182进行贴合。进一步地，将金属层150的一侧的表面(上表面151)粘接于热传导材140的与散热器130侧相反侧的表面(下表面142)。应予说明，在将热传导材140对散热器130和密封树脂180贴合之前，也可以预先将金属层150粘接在热传导材140的下表面142。
接下来，将各引线160从引线框的框体(省略图示)切断。这样，得到如图3所示的结构的半导体装置100。
根据以上所述的实施方式，半导体装置100具备：散热器130、在散热器130的第1面131侧设置的半导体芯片110、在散热器130的与第1面131相反侧的第2面132上贴合的绝缘性的热传导材140、密封半导体芯片110和散热器130的密封树脂180。
如上所述，半导体装置的封装在一定程度小的情况下，即便热传导材的绝缘性的恶化作为问题没有显著化，但是半导体装置的封装面积越大，热传导材的面内最为集中的位置的电场变得越强。因此，由热传导材的微小的膜厚变化引起的绝缘性的恶化，也有可能成为问题显著化。
与此相对，本实施方式的半导体装置100，例如，即使是其贴装面积为10×10mm～100×100mm的大型封装，其通过具备上述结构的热传导材140，也可以期待得到充分的耐久性。
另外，本实施方式的半导体装置100，例如，即使是在一个散热器130的第1面131侧设置了3个以上的半导体芯片110，并且密封树脂180将这3个以上的半导体芯片一同密封的结构，即，即使半导体装置100是大型的封装，其通过具备上述结构的热传导材140，也可以期待得到充分的耐久性。
另外，半导体装置100进一步具备在热传导材140的与散热器130侧为相反侧的表面(下表面142)粘接有一侧的表面(上表面151)的金属层150时，由于通过该金属层150能够很好地散热，因此半导体装置100的散热性提高。
另外，金属层150的上表面151比热传导材140的下表面142小的情况下，热传导材140的下表面142露出至外部，有可能由异物等突起物引起热传导材140产生裂纹。另一方面，金属层150的上表面151比热传导材140的下表面142大的情况下，金属层150的端部变为漂浮在空中的外形，在制造工序中处理等时，金属层150有可能剥离。
与此相对，通过形成如下结构：在俯视图中金属层150的上表面151的轮廓线与热传导材140的下表面142的轮廓线重叠的结构，能够抑制热传导材140产生裂纹和金属层150发生剥离。
另外，金属层150的下表面152的整个表面从密封树脂180露出，因此，在金属层150的下表面152的整个表面的散热变为可能，能够得到半导体装置100的高的散热性。
图4是本发明的一实施方式涉及的半导体装置100的截面图。该半导体装置100在以下说明的方面与图3所示的半导体装置100不同，在其他方面与图3所示的半导体装置100同样地构成。
本实施方式中，热传导材140被密封于密封树脂180内。另外，除了其下表面152，金属层150也被密封于密封树脂180内。而且，金属层150的下表面152和密封树脂180的下表面182相互位于同一平面上。
应予说明，图4是表示在散热器130的第1面131搭载至少2个以上的半导体芯片110的例子。这些半导体芯片110的上表面111的电极图案之间介由金属线相互电连接。在第1面131上搭载有例如总计6个的半导体芯片110。即，例如，每2个半导体芯片110在图4的进深方向以3列配置。
应予说明，通过将上述的图3或图4中示出的半导体装置100搭载在基板(省略图示)上，得到具备基板和半导体装置100的动力模块。
应予说明，本发明不限于上述的实施方式，能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等均包含于本发明。
实施例
以下，通过实施例和比较例对本发明进行说明，但是本发明不限于这些例子。应予说明，实施例中，只要没有特别说明，份就表示质量份。此外，各个厚度由平均膜厚表示。
(由鳞片状氮化硼的一次粒子构成的二次聚集粒子的制作)
将混合硼酸三聚氰胺(硼酸：三聚氰胺＝2：1(摩尔比))和鳞片状氮化硼粉末(平均长径：10μm)而得的混合物(硼酸三聚氰胺：鳞片状氮化硼粉末＝10：1(质量比))添加到3.0质量％的聚丙烯酸铵水溶液中，混合2小时来制备喷雾用浆料(聚丙烯酸铵水溶液：混合物＝100：30(质量比))。接着，将该浆料供给到喷雾造粒机，在雾化器的转速15000rpm、温度200℃、浆料供给量5ml/min的条件下进行喷雾，由此制作复合粒子。接着，将得到的复合粒子在氮环境下，在2000℃、10小时的条件下进行烧结，由此得到平均粒径为80μm的聚集氮化硼。
其中，聚集氮化硼的平均粒径利用激光衍射式粒度分布测定装置(HORIBA公司制，LA-500)，按照体积标准测定粒子的粒度分布，作为其中值粒径(D50)。
(热传导性片的制作)
对于实施例1～5和比较例1～2，按照以下方式制作热传导性片。
首先，按照表1所示的配比，将热固化性树脂和固化剂添加至作为溶剂的甲基乙基酮，将其搅拌而得到热固化性树脂组合物的溶液。接着，向该溶液添加无机填充材料进行预备混合之后，通过三联辊混炼，得到均匀地分散有无机填充材料的热传导性片用树脂组合物。接下来，对得到的热传导性片用树脂组合物在60℃、15小时的条件下进行老化。接下来，使用刮刀涂装法将热传导性片用树脂组合物在铜箔上涂布之后，通过100℃、30分钟的热处理对其进行干燥，制作膜厚为400μm的树脂片。接着，使上述树脂片通过两根辊之间进行压缩，由此除去树脂片内的气泡，得到膜厚为300μm的B阶段状的热传导性片。
应予说明，表1中的各成分的详细内容如下所示。
(热固化性树脂(A))
环氧树脂1：联苯芳烷基型环氧树脂(NC-3000，日本化药公司制)
环氧树脂2：双酚A型环氧树脂(828，三菱化学公司制)
氰酸酯树脂1：苯酚线型氰酸酯树脂(PT-30，LonzaJapan公司制)
(固化催化剂C-1)
固化催化剂1：2-苯基-4，5-二羟基甲基咪唑(2PHZ-PW，四国化成公司制)
固化催化剂2：三苯基膦(北兴化学公司制)
(固化剂C-2)
酚系固化剂1：三酚醛甲烷型苯酚酚醛清漆树脂(MEH-7500，明和化成公司制)
(填充材料(B))
填充材料1：通过由上述鳞片状氮化硼一次粒子构成的二次聚集粒子的制作而制成的聚集氮化硼
填充材料2：在上述制作例中，将聚丙烯酸铵水溶液的浓度变更为5质量％，除此以外，通过与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制成的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
填充材料3：在上述制作例中，将聚丙烯酸铵水溶液的浓度变更为2质量％，除此以外，通过与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制成的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
填充材料4：在上述制作例中，将聚丙烯酸铵水溶液的浓度变更为0.2质量％，除此以外，通过与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制成的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
填充材料5：在上述制作例中，将聚丙烯酸铵水溶液的浓度变更为0.5质量％，除此以外，通过与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制成的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
(空隙146和连通孔148的观察)
空隙146和连通孔148通过扫描式电子显微镜进行观察。具体而言，按以下顺序进行测定。首先，将热传导性片用切片机切断，制作截面。接着，通过扫描式电子显微镜，拍摄放大数千倍的热传导性片的截面照片，由此来观察空隙146和连通孔148。
图5中示出了实施例1中使用的填充材料1的电子显微镜照片。另外，图6中示出了比较例1中使用的填充材料4的电子显微镜照片。
(空隙146的平均空隙直径和连通孔148的平均孔径的测定)
空隙146的平均空隙直径以及连通孔148的平均孔径通过电子显微镜照片测定。首先，将热传导性片用切片机切断，制作截面。接着，通过扫描式电子显微镜，拍摄多张放大数千倍的热传导性片的截面照片。接着，选择任意的二次聚集粒子144，根据照片测定其空隙直径d1和连通孔的孔径d2。此时，测定10个以上的空隙直径d1和孔径d2，将它们的平均值作为平均空隙直径和平均孔径。
(绝缘可靠性评价)
关于各个实施例1～5和比较例1～2，半导体封装件的绝缘可靠性按照以下方式进行评价。首先，使用热传导性片制作图3所示的半导体封装件。接着，使用该半导体封装件，在温度85℃、湿度85％、直流外加电压1.5kV的条件下评价连续湿中绝缘电阻。应予说明，将电阻值106Ω以下作为发生了故障。评价标准如下所示。将结果示于表1。
◎◎：300小时以上没有故障
◎：200小时以上且小于300小时有故障
○：150小时以上且小于200小时有故障
△：100小时以上且小于150小时有故障
×：小于100小时有故障
(热循环试验)
关于各个实施例1～5和比较例1～2，半导体封装件的热循环性如下地进行评价。首先，使用热传导性片制作图3所示的半导体封装件。接着，使用该半导体封装件3个，实施热循环试验。热循环试验是将-40℃5分钟～+125℃5分钟作为1个循环，进行3000次。
接下来，使用超声波影像装置(日立建机Finetech公司社制，FS300)，观察半导体芯片、导电层有无异常。将结果示于表1。
◎：半导体芯片、导电层均没有异常。
○：半导体芯片和/或导电层的一部分发现裂纹，但是实用上没问题。
△：半导体芯片和/或导电层的一部发现裂纹，实用上有问题。
×：半导体芯片、导电层均发现裂纹，不能使用。
表1
使用含有在中心部形成有空隙且形成从空隙出发与二次聚集粒子的外表面连通的连通孔的填充材料1～3的热传导性片的实施例1～5的半导体封装件，绝缘可靠性和热循环性优异。
另一方面，使用含有不形成连通孔的填充材料5的热传导性片的比较例2的半导体封装件，绝缘可靠性和热循环性差。进而，使用含有空隙和连通孔均没有形成的填充材料4的热传导性片的比较例1的半导体封装件，绝缘可靠性和热循环性更差。
因此，可知通过使用本发明的热传导性片，能够得到耐久性高的半导体装置。
该申请主张基于2014年11月5日提出申请的日本申请特愿2014-225477号的优先权，本申请援引其公开的全部内容。

Claims (15)

1.一种热传导性片用树脂组合物，含有热固化性树脂和分散于所述热固化性树脂中的填充材料，
所述填充材料含有满足以下条件(a)、(b)和(c)的二次聚集粒子，
(a)在中心部形成有空隙，
(b)形成从所述空隙出发而与所述二次聚集粒子的外表面连通的连通孔，
(c)所述连通孔的平均孔径与所述空隙的平均空隙直径之比为0.05～1.0。
2.根据权利要求1所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述二次聚集粒子由鳞片状氮化硼的一次粒子构成。
3.根据权利要求2所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述二次聚集粒子的平均粒径为5μm～200μm。
4.根据权利要求2或3所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述填充材料进一步含有与构成所述二次聚集粒子的所述鳞片状氮化硼的一次粒子不同的鳞片状氮化硼的一次粒子。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述连通孔从形成于中心部的所述空隙朝向所述二次聚集粒子的外表面直线地形成。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述连通孔的平均孔径为1μm～50μm。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述空隙的平均空隙直径为2μm～150μm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，构成所述二次聚集粒子的一次粒子的平均长径为0.01μm～15μm。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述热固化性树脂含有环氧树脂。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述二次聚集粒子的含量相对于该热传导性片用树脂组合物的全部固体成分100质量％为50质量％～95质量％。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，所述热固化性树脂的含量相对于该热传导性片用树脂组合物的全部固体成分100质量％为1质量％～30质量％。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的热传导性片用树脂组合物，其中，进一步含有选自固化催化剂和酚系固化剂中的一种或二种以上的固化剂。
13.一种带有基材的树脂层，其具备：
权利要求1～12中任一项所述的热传导性片用树脂组合物、和
设置于所述树脂层的至少一面的基材。
14.一种热传导性片，由权利要求1～12中任一项所述的热传导性片用树脂组合物形成。
15.一种半导体装置，其具备：
金属板、
设置于所述金属板的第1面侧的半导体芯片、
在所述金属板的与所述第1面相反侧的第2面接合的热传导材、和
将所述半导体芯片和所述金属板密封的密封树脂，
所述热传导材由权利要求14所述的热传导性片形成。
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