JP2015173232A - 半導体モジュール用熱伝導性シート、及び、半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
この種の半導体モジュールにおいては、前記半導体素子が樹脂モールドされてなるモジュール本体と前記放熱用部材との間に熱伝導性に優れたシート状の部材が介装されており、該シート状部材は、「熱伝導性シート」などと称されたりしている。
無機フィラー、及び、熱硬化性樹脂を含有する絶縁層を備えており、
前記半導体モジュールでは前記絶縁層を前記放熱用部材に熱溶着させて用いられ、
前記絶縁層は、更に、没食子酸を含有する、半導体モジュール用熱伝導性シートにある。
前記熱伝導性シートが、無機フィラー、及び、熱硬化性樹脂を含有する絶縁層を備えており、
該絶縁層が、前記放熱用部材に接し、更に、没食子酸を含有する、半導体モジュールにある。
本実施形態の熱伝導性シートは、半導体素子を樹脂モールドしたモジュール本体と、前記半導体素子が発する熱を放熱すべく外部露出した金属製の放熱用部材と、前記モジュール本体及び前記放熱用部材の間に介装された熱伝導性シートとを備える半導体モジュールの形成に用いられる。また、本実施形態の熱伝導性シートは、無機フィラー、及び、熱硬化性樹脂を含有する絶縁層を備えている。さらに、本実施形態の熱伝導性シートは、前記半導体モジュールで前記絶縁層が前記放熱用部材に熱溶着させて用いられる。前記絶縁層は、更に、没食子酸を含有する。
なお、没食子酸は、下記式(1)で表される芳香族化合物である。
なかでも、トリフェニルメタン型フェノール樹脂は、耐熱性において有利であり、フェノールアラルキル樹脂は、放熱用部材との間に良好なる接着性を示す点において好ましく用いられる。
硬化剤としては、例えば、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、トリエチレンテトラミンなどのアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤などを用いることができる。
また、前記ノボラック型フェノール樹脂などもエポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤として前記熱硬化性樹脂に含有させることができる。
硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール類や、トリフェニルフォスフェイト(TPP)、三フッ化ホウ素モノエチルアミンなどのアミン系硬化促進剤などが挙げられる。
なお、熱伝導性シートに熱伝導のみならず電気絶縁性などが求められるような場合においては、該熱伝導性シートには、絶縁層を2層以上積層した状態で備えさせ、且つ、該絶縁層を担持させるための基材層を別途備えさせることが好ましい。
該金属箔としては、異種金属が貼り合わされてなるクラッド箔や異種金属をメッキしたメッキ箔であってもよい。
即ち、本実施形態の絶縁シート10は、2層の積層構造を有するシート体であり、2層の絶縁層11,12の内の第一の絶縁層11(以下、「第一絶縁層11」ともいう)によって一面側が構成され、他面側が第二の絶縁層12(以下、「第二絶縁層12」ともいう)によって構成されている。
本実施形態の前記絶縁層11,12は、無機フィラーを含有する前記樹脂組成物によって形成されており、優れた熱伝導性を発揮するように形成されている。
また、無機フィラーを高充填させようとすると絶縁層11,12にピンホールやボイドなどの欠陥が形成され易くなるが、本実施形態の絶縁シート10は、絶縁層を2層積層することで仮に欠陥箇所が形成された場合でも当該欠陥が絶縁シートの厚み方向に連続的なものとなることを防いでいる。
また、第一絶縁層11及び第二絶縁層12は、個々の体積抵抗率も1×1013Ω・cm以上であることが好ましく、1×1014Ω・cm以上であることがより好ましい。
なお、樹脂組成物によって形成させた成形体の熱伝導率については、通常、キセノンフラッシュアナライザー(例えば、NETZSCH社製、「LFA−447型」)によって測定することができる。
この熱伝導率については、キセノンフラッシュアナライザーによらず、他のレーザーフラッシュ法やTWA法により測定することができ、例えば、レーザーフラッシュ法では、アルバック理工社製の「TC−9000」を用いて測定することができる。
そして、TWA法では、アイフェイズ社製の「ai−Phase mobile」を用いて測定することができる。
さらに、第一絶縁層11と第二絶縁層12とは、それぞれの厚みも共通させる必要はない。
この第一絶縁層11及び第二絶縁層12の厚みは、それぞれ、通常、25μm〜300μm程度とすることができる。
まず、図2に基づいて、本実施形態の半導体モジュール100を説明する。
この図2は、半導体モジュールの断面を示した概略図である。
本実施形態の半導体モジュール100は、半導体素子30を樹脂モールドしたモジュール本体100xと、前記半導体素子30が発する熱を放熱すべく外部露出した金属製の放熱用部材20と、前記モジュール本体100x及び前記放熱用部材20の間に介装された熱伝導性シート10とを備える。
前記半導体素子30は、前記金属板40の上面の面積に比べて小さなものであり、本実施形態においては、ベアチップの状態で金属板上に搭載されている。
即ち、前記ケース60は、絶縁シート10、金属板40、及び、半導体素子30の全てを内包可能な大きさを有している。
そして、モジュール本体100xは、前記金属板40を包囲するように前記ケース60を配置させており、該ケース60の側壁を貫通してケースの内外に延びるリードフレーム70をさらに備えている。
本実施形態における該モールド部90は、半導体素子30、及び、金属板40を埋設させている。
そして、本実施形態の前記絶縁シート10は、前記半導体素子30が搭載されている側とは逆側となる金属板40の下面に配されている。
本実施形態の絶縁シート10は、平面視における形状が金属板40の下面に相当する形状となっており、金属板40の下面外縁40eと第二絶縁層12の外縁とを揃えた状態で当該金属板40の下面に接着されている。
また、本実施形態の絶縁シート10は、前記モールド部90に上面側を埋設させ且つ前記放熱用部材20が無い状態においては、その下面側が露出するように半導体モジュール100の形成に用いられている。
即ち、本実施形態の半導体モジュール100は、モールド部90の下面が絶縁シート10の前記第一絶縁層11の下面と略面一な状態となるように形成されている。
従って、前記絶縁シート10は、金属板40から前記放熱用部材20までの間に良好なる伝熱経路を形成させるとともに金属板40と放熱用部材20とを電気的な接続が遮断された状態となすべく半導体モジュール100に備えられている。
このことを図3を参照しつつ説明する。
なお、図3も図2と同様に半導体モジュールの断面を示した概略図であり、図3において図2と同じ数値の符号が付されている構成部分は図2と同様であるため、ここでは必要以上に繰り返して説明は行わない。
さらには、モジュール本体100x’と放熱用部材20’との間に絶縁シート10’を挟んで熱プレスするなどして絶縁シート10’をモジュール本体部100x’と放熱器20’とに同時に接着させるようにしてもよい。
ここではこれ以上に詳細な説明を繰り返すことは行わないが、例えば、図3に例示した態様において、絶縁シート10’を図1、2での例示と同様に2層以上の絶縁層を有するものとすることも可能である。
また、図2、3に例示した態様において、絶縁層以外に基材層を有するものとしたりすることも可能であり、また、基材層の両面に絶縁層を形成させたものとしたりすることも可能である。
また、本発明の熱伝導性シートについては、従来公知の技術事項を本発明の効果が著しく損なわれない範囲において適宜採用することが可能なものである。
下記<樹脂組成物の配合>に示す配合にて樹脂組成物の成分を混合して樹脂組成物を作製した。
そして、図4A及び図4Bに示すように、前記樹脂組成物をシート状にした熱伝導性シート60(厚み:0.150mm)を介して、2枚の銅板50(縦:100mm、横:25mm、厚み:1.0mm)(表面の粗化処理なし)を重ね合わせた(接着面積:12.5mm×25mm)。
次に、この重ね合わせた箇所を2.0MPaの圧力で加圧しつつ、この重ねあわせた銅板50を180℃で180分加熱し、熱伝導性シートの熱硬化性樹脂を硬化させ、試料を得た。
そして、この試料に対して下記<試験条件>で接着性試験(せん断強度試験)を行った。結果を下記表1に示す。
なお、下記表1の「破壊モード」に示す「凝集」とは、熱伝導性シートが破壊された状態となったことを意味し、「界面」とは、銅板と熱伝導性シートとが界面で剥離した状態となったことを意味する。
・エポキシ樹脂(熱硬化性樹脂)としてのビスフェノールA型エポキシ樹脂:100質量部
・フェノール樹脂(熱硬化性樹脂)としてのノボラック型フェノール樹脂:100質量部
・硬化促進剤としてのイミダゾール類:2質量部
・没食子酸:有機成分における没食子酸の配合割合が0.25質量%となるようにした。
・無機フィラーとしての窒化ホウ素:640質量部
試験機: MODEL−1840VT/500WL(アイコーエンジニアリング(株)社製)
ロードセル: MODEL−3500 容量5kN(アイコーエンジニアリング(株)社製)
試験速度: 5.0mm/min
チャック間距離: 15.5cm
環境温度: 室温(25℃)
試料を接着性試験(せん断強度試験)に供する前に、試料に湿熱処理をしたこと(温度:85℃、相対湿度:85%、時間:500hrs)以外は、「実施例1:湿熱処理なし」と同様に、接着性試験(せん断強度試験)を行った。結果を下記表1に示す。
なお、下記表1に示す「保持率」とは、湿熱処理なしでのせん断強度に対する、湿熱処理ありのせん断強度を意味する。
没食子酸の量を下記表1のようにしたこと以外は、実施例1と同様に、接着性試験(せん断強度試験)を行った。結果を下記表1に示す。
従って、本発明によれば、放熱用部材との間で剥離し難い半導体モジュール用熱伝導性シートを提供することができることがわかる。
Claims (2)
- 半導体素子を樹脂モールドしたモジュール本体と、前記半導体素子が発する熱を放熱すべく外部露出した金属製の放熱用部材と、前記モジュール本体及び前記放熱用部材の間に介装された熱伝導性シートとを備える半導体モジュールの形成に用いられる、半導体モジュール用熱伝導性シートであって、
無機フィラー、及び、熱硬化性樹脂を含有する絶縁層を備えており、
前記半導体モジュールでは前記絶縁層を前記放熱用部材に熱溶着させて用いられ、
前記絶縁層は、更に、没食子酸を含有する、半導体モジュール用熱伝導性シート。 - 半導体素子を樹脂モールドしたモジュール本体と、前記半導体素子が発する熱を放熱すべく外部露出した金属製の放熱用部材と、前記モジュール本体及び前記放熱用部材の間に介装された熱伝導性シートとを備える半導体モジュールであって、
前記熱伝導性シートは、無機フィラー、及び、熱硬化性樹脂を含有する絶縁層を備えており、
該絶縁層は、前記放熱用部材に熱溶着され、更に、没食子酸を含有する、半導体モジュール。
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