JP2016117836A - 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置 - Google Patents

熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2016117836A
JP2016117836A JP2014258608A JP2014258608A JP2016117836A JP 2016117836 A JP2016117836 A JP 2016117836A JP 2014258608 A JP2014258608 A JP 2014258608A JP 2014258608 A JP2014258608 A JP 2014258608A JP 2016117836 A JP2016117836 A JP 2016117836A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
conductive sheet
heat conductive
silicone oil
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014258608A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6648402B2 (ja
Inventor
洋次 白土
Hirotsugu Shirato
洋次 白土
啓太 長橋
Keita NAGAHASHI
啓太 長橋
美香 津田
Mika TSUDA
美香 津田
俊佑 望月
Shunsuke Mochizuki
俊佑 望月
和哉 北川
Kazuya Kitagawa
和哉 北川
憲也 平沢
Noriya Hirasawa
憲也 平沢
素美 黒川
Motomi Kurokawa
素美 黒川
憲司 小野田
Kenji Onoda
憲司 小野田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Denso Corp
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Denso Corp
Priority to JP2014258608A priority Critical patent/JP6648402B2/ja
Publication of JP2016117836A publication Critical patent/JP2016117836A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6648402B2 publication Critical patent/JP6648402B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れた半導体装置を実現できる熱伝導性シートおよびその硬化物ならびに高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れた半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明の熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂と、上記熱硬化性樹脂中に分散された無機充填材と、シリコーンオイルとを含む。シリコーンオイルは、分子構造中にエポキシ基、水酸基、ポリエーテル基、アミノ基、カルボキシル基、カルビノール基、アクリル基、メタクリル基、メルカプト基、フロロアルキル基、フェニル基、アラルキル基、エステル基、炭素数2以上のアルキル基、アミド基、ハイドロジェン基、カルボン酸無水物基、アルコキシ基、フェノール基、ジオール基から選択される一種または二種以上の有機基を有する変性シリコーンオイルであることが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明は、熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置に関する。
従来から絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT;Insulated Gate Bipolar Transistor)およびダイオード等の半導体チップ、抵抗、ならびにコンデンサ等の電子部品を基板上に搭載して構成したインバーター装置またはパワー半導体装置が知られている。
これらの電力制御装置は、その耐圧や電流容量に応じて各種機器に応用されている。特に、近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、各種電気機械へのこれら電力制御装置の使用が年々拡大している。
特に車載用電力制御装置について、その小型化、省スペ−ス化と共に電力制御装置をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きい等過酷な環境であり、高温での放熱性および絶縁性により一層優れる部材が必要とされる。
例えば、特許文献1には、半導体チップをリードフレーム等の支持体に搭載し、支持体と、ヒートシンクに接続される放熱板とを、絶縁樹脂層とで接着した半導体装置が開示されている。
特開2011−216619号公報
半導体装置においては、例えば、熱伝導性シートを硬化して得られる硬化物を用いて形成される熱伝導材を介して放熱部材を設けることにより、装置内部において生じる熱を外部へ効果的に放散させている。これにより、半導体素子等における特性変動に起因した故障を抑え、半導体装置の安定性の向上が図られている。
一方で、車載用途等に用いられる半導体装置については、過酷な高温・高湿度環境下における故障率を非常に低いレベルに抑え、その安定性をより高度に向上させることが求められる。しかしながら、とくに高温・高湿度環境下においては、十分な絶縁安定性を有する半導体装置を実現することが難しかった。
本発明者は、高温・高湿度環境下において半導体装置の絶縁安定性が低下する要因について鋭意検討した。その結果、高温・高湿度環境下における半導体装置の絶縁安定性の低下が、高温・高湿度の履歴にかかることによって熱伝導性シートの絶縁性が低下し、これによって半導体装置内部の絶縁安定性及び、半導体装置内部から生じる漏れ電流起因のジュール発熱に対する放熱効率が低下してしまうことに起因するものであることを新たに見出した。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れた半導体装置を実現できる熱伝導性シートを提供するものである。
本発明によれば、
熱硬化性樹脂と、上記熱硬化性樹脂中に分散された無機充填材と、シリコーンオイルとを含む熱伝導性シートが提供される。
また、本発明によれば、
上記熱伝導性シートを硬化してなる熱伝導性シートの硬化物が提供される。
また、本発明によれば、
金属板と、
上記金属板の第1面側に設けられた半導体チップと、
上記金属板の上記第1面とは反対側の第2面に接合された熱伝導材と、
上記半導体チップおよび上記金属板を封止する封止樹脂とを備え、
上記熱伝導材が、上記熱伝導性シートにより形成された半導体装置が提供される。
本発明によれば、高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れた半導体装置を実現できる熱伝導性シートおよびその硬化物ならびに高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れた半導体装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。また、文中の数字の間にある「〜」は特に断りがなければ、以上から以下を表す。
はじめに、本実施形態に係る熱伝導性シートについて説明する。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂(A)と、熱硬化性樹脂(A)中に分散された無機充填材(B)と、シリコーンオイル(C)とを含む。
ここで、本実施形態において、熱伝導性シートはBステージ状態のものをいう。また、熱伝導性シートを硬化させたものを「熱伝導性シートの硬化物」と呼ぶ。また、熱伝導性シートを半導体装置に適用し、硬化させたものを「熱伝導材」と呼ぶ。熱伝導性シートの硬化物は熱伝導材を含む。また、本実施形態において、熱伝導性シートの硬化物はCステージ状態のものをいい、Bステージ状態の熱伝導性シートを、例えば、180℃、10MPaで40分間熱処理することにより硬化して得られたものである。
熱伝導性シートは、例えば、半導体装置内の高熱伝導性が要求される接合界面に設けられ、発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。これにより、半導体チップ等における特性変動に起因した故障を抑え、半導体装置の安定性の向上が図られている。
本実施形態に係る熱伝導性シートを適用した半導体装置の一例としては、例えば、半導体チップがヒートシンク(金属板)上に設けられており、ヒートシンクの半導体チップが接合された面とは反対側の面に、熱伝導材が設けられた構造が挙げられる。
また、本実施形態に係る熱伝導性シートを適用した半導体装置の他の例としては、熱伝導材と、熱伝導材の一方の面に接合した半導体チップと、上記熱伝導材の上記一方の面と反対側の面に接合した金属部材と、上記熱伝導材、上記半導体チップおよび上記金属部材を封止する封止樹脂と、を備えるものが挙げられる。
本実施形態に係る熱伝導性シートを用いることにより、高温・高湿度環境下における絶縁安定性、特に直流電圧印加下における絶縁信頼性に優れた半導体装置を実現できる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のような理由が考えられる。
本発明者の検討によれば、従来の熱伝導性シートを用いた半導体装置は、自動車のエンジンルーム内等の過酷な高温・高湿度環境下に長時間置かれると、熱伝導材の絶縁性の低下が生じて半導体装置の絶縁安定性が低下してしまうことが明らかになった。そのため、従来の半導体装置は高温・高湿度環境下における絶縁安定性に劣っていた。
一方、本実施形態に係る熱伝導性シートを用いた半導体装置は高温・高湿度環境下でも絶縁安定性に優れている。この理由としては、本実施形態に係る熱伝導材中のシリコーンオイル(C)が、半導体装置内部に侵入してきた水分を束縛し、熱伝導材中の水分子の通り道を遮断できるからだと推察される。
熱伝導材中の水分子の通り道が遮断されると、熱伝導材の絶縁性が低下することを抑制できる。そのため、本実施形態に係る熱伝導性シートによれば、高温・高湿度環境下における絶縁安定性の高い半導体装置を実現できる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、昇温速度5℃/min、周波数1Hzの条件で動的粘弾性測定により測定される、当該熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度が好ましくは150℃以上であり、より好ましくは160℃以上であり、さらに好ましくは175℃以上であり、特に好ましくは190℃以上である。上記ガラス転移温度の上限値は特に限定されないが、例えば300℃以下である。
ここで、熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度は次のように測定できる。まず、熱伝導性シートを180℃、10MPaで40分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得る。次いで、得られた硬化物のガラス転移温度(Tg)を、DMA(動的粘弾性測定)により昇温速度5℃/min、周波数1Hzの条件で測定する。
ガラス転移温度が上記下限値以上であると、導電性成分の運動開放をより一層抑制できるため、温度上昇による熱伝導性シートの絶縁性の低下をより一層抑制できる。その結果、より一層絶縁安定性に優れた半導体装置を実現できる。
ガラス転移温度は熱伝導性シートを構成する各成分の種類や配合割合、および熱伝導性シートの作製方法を適切に調節することにより制御することができる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、例えば、半導体チップ等の発熱体と当該発熱体を搭載するリードフレーム、配線基板(インターポーザ)等の基板との間、あるいは、当該基板とヒートシンク等の放熱部材との間に設けられる。これにより、半導体装置の絶縁性を保ちつつ、上記発熱体から生じる熱を、半導体装置の外部へ効果的に放散させることができる。このため、半導体装置の絶縁安定性を向上させることが可能となる。
本実施形態に係る熱伝導性シートの平面形状は、特に限定されず、放熱部材や発熱体等の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、例えば矩形とすることができる。熱伝導性シートの硬化物の膜厚は、50μm以上250μm以下であることが好ましい。これにより、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、発熱体からの熱をより効果的に放熱部材へ伝えることができる。さらに、熱伝導材の放熱性と絶縁性のバランスがより一層優れる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂(A)と、熱硬化性樹脂(A)中に分散された無機充填材(B)と、シリコーンオイル(C)とを含む。以下、本実施形態に係る熱伝導性シートを構成する各材料について説明する。
(熱硬化性樹脂(A))
熱硬化性樹脂(A)としては、例えば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂(A)として、これらの中の1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
熱硬化性樹脂(A)としては、エポキシ樹脂(A1)が好ましい。エポキシ樹脂(A1)を使用することで、ガラス転移温度を高くするとともに、熱伝導性シート140の熱伝導性を向上させることができる。
エポキシ樹脂(A1)としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールE型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビスフェノールM型エポキシ樹脂(4,4'−(1,3−フェニレンジイソプリジエン)ビスフェノール型エポキシ樹脂)、ビスフェノールP型エポキシ樹脂(4,4'−(1,4−フェニレンジイソプリジエン)ビスフェノール型エポキシ樹脂)、ビスフェノールZ型エポキシ樹脂(4,4'−シクロヘキシジエンビスフェノール型エポキシ樹脂)等のビスフェノール型エポキシ樹脂;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素構造を有するノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂;キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂;ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、2官能ないし4官能エポキシ型ナフタレン樹脂、ビナフチル型エポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂等のナフタレン型エポキシ樹脂;アントラセン型エポキシ樹脂;フェノキシ型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂;ノルボルネン型エポキシ樹脂;アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂;フルオレン型エポキシ樹脂;フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。
これらの中でも、熱硬化性樹脂(A)としては、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、シアネート樹脂等から選択される一種または二種以上が好ましい。
このような熱硬化性樹脂(A)を使用することで、本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度を高くするとともに、熱伝導性シートおよびその硬化物の放熱性および絶縁性を向上させることができる。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれる熱硬化性樹脂(A)の含有量は、当該熱伝導性シート100質量%に対し、1質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上28質量%以下がより好ましい。熱硬化性樹脂(A)の含有量が上記下限値以上であると、ハンドリング性が向上し、熱伝導性シートを形成するのが容易となる。
熱硬化性樹脂(A)の含有量が上記上限値以下であると、熱伝導性シートおよびその硬化物の強度や難燃性がより一層向上したり、熱伝導性シートおよびその硬化物の熱伝導性がより一層向上したりする。
(無機充填材(B))
無機充填材(B)としては、例えば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
無機充填材(B)の形状は、特に限定されないが、通常は球状である。
無機充填材(B)としては、本実施形態に係る熱伝導性シートおよびその硬化物の熱伝導性をより一層向上させる観点から、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させることにより形成される二次凝集粒子であることが好ましい。
鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させることにより形成される二次凝集粒子は、例えば鱗片状窒化ホウ素にバインダーを混ぜてスラリーを作製し、スプレードライ法等を用いて凝集させたあと、これを焼成することにより形成することができる。焼成温度は、例えば1200〜2500℃である。焼成時間は、例えば2〜24時間である。
このように、無機充填材(B)として、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を焼結させて得られる二次凝集粒子を用いる場合には、熱硬化性樹脂(A)中における無機充填材(B)の分散性を向上させる観点から、熱硬化性樹脂(A)としてジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂がとくに好ましい。
鱗片状窒化ホウ素を凝集させることにより形成される二次凝集粒子の平均粒径は、例えば5μm以上180μm以下であることが好ましく、10μm以上100μm以下であることがより好ましい。これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた熱伝導性シートを実現することができる。
ここで、二次凝集粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により、粒子の粒度分布を体積基準で測定したときのメディアン径(D50)である。
二次凝集粒子を構成する鱗片状窒化ホウ素の一次粒子の平均長径は、好ましくは0.01μm以上20μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上15μm以下である。これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた熱伝導性シートおよびその硬化物を実現することができる。
なお、この平均長径は電子顕微鏡写真により測定することができる。例えば、以下の手順で測定する。まず、二次凝集粒子をミクロトームなどで切断しサンプルを作製する。次いで、走査型電子顕微鏡により、数千倍に拡大した二次凝集粒子の断面写真を数枚撮影する。次いで、任意の二次凝集粒子を選択し、写真から鱗片状窒化ホウ素の一次粒子の長径を測定する。このとき、10個以上の一次粒子について長径を測定し、それらの平均値を平均長径とする。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれる無機充填材(B)の含有量は、当該熱伝導性シート100質量%に対し、50質量%以上95質量%以下であることが好ましく、55質量%以上88質量%以下であることがより好ましく、60質量%以上80質量%以下であることが特に好ましい。
無機充填材(B)の含有量を上記下限値以上とすることにより、熱伝導性シートおよびその硬化物における熱伝導性や機械的強度の向上をより効果的に図ることができる。一方で、無機充填材(B)の含有量を上記上限値以下とすることにより、樹脂組成物の成膜性や作業性を向上させ、熱伝導性シートおよびその硬化物の膜厚の均一性をより一層良好なものとすることができる。
本実施形態に係る無機充填材(B)は、熱伝導性シートおよびその硬化物の熱伝導性をより一層向上させる観点から、上記二次凝集粒子に加えて、二次凝集粒子を構成する鱗片状窒化ホウ素の一次粒子とは別の鱗片状窒化ホウ素の一次粒子をさらに含むのが好ましい。この鱗片状窒化ホウ素の一次粒子の平均長径は、好ましくは0.01μm以上20μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上15μm以下である。
これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた熱伝導性シートおよびその硬化物を実現することができる。
(シリコーンオイル(C))
本実施形態において、シリコーンオイル(C)とは、シロキサン結合を主骨格とする高分子化合物のうち、常温(23℃)においてオイル状である化合物である。
本実施形態において、動粘度計による25℃におけるシリコーンオイル(C)の動粘度が、加圧成形時の流動性、樹脂組成物中の分散性の観点から、50mm/s以上10,000mm/s以下であることが好ましく、100mm/s以上5,000mm/s以下であることがより好ましい。
シリコーンオイル(C)は、熱伝導材中に侵入してきた水分をより効果的に束縛し、得られる半導体装置の絶縁安定性をより効果的に向上させる観点から、分子構造中にエポキシ基、水酸基、ポリエーテル基、アミノ基、カルボキシル基、カルビノール基、アクリル基、メタクリル基、メルカプト基、フロロアルキル基、フェニル基、アラルキル基、エステル基、炭素数2以上のアルキル基、アミド基、ハイドロジェン基、カルボン酸無水物基、アルコキシ基、フェノール基、ジオール基から選択される一種または二種以上の有機基を有する変性シリコーンオイルであることが好ましく、エポキシ基、水酸基、ポリエーテル基、アミノ基、メルカプト基、アルコキシ基から選択される一種または二種以上の有機基を有する変性シリコーンオイルであることがより好ましく、エポキシ基、アミノ基およびポリエーテル基から選択される一種または二種以上の有機基を有する変性シリコーンオイルであることがさらに好ましく、エポキシ基およびポリエーテル基から選択される一種または二種以上の有機基を有する変性シリコーンオイルであることがさらに好ましく、ポリエーテル基を有する変性シリコーンオイルであることが特に好ましい。
なお、本実施形態において、変性シリコーンオイルとは、直鎖状のシロキサン骨格(ポリシロキサンとも呼ぶ。)を有し、分子構造中に炭化水素基以外の有機基を有するものを言う。
また、変性シリコーンオイルの中でも、分子構造中にジメチルシリコーン骨格を有するものが好ましい。
変性シリコーンオイル中の有機基は、ポリシロキサンの側鎖の一部に導入されていてもよいし、ポリシロキサンの片末端又は両末端に導入されていてもよいし、ポリシロキサンの側鎖に加えて、片末端又は両末端に導入されていてもよい。
ここで、ポリシロキサンの側鎖の一部に有機基が導入された変性シリコーンオイルを側鎖型変性シリコーンオイルと呼び、ポリシロキサンの片末端に有機基が導入された変性シリコーンオイルを片末端型変性シリコーンオイルと呼び、ポリシロキサンの両末端に有機基が導入された変性シリコーンオイルを両末端型変性シリコーンオイルと呼び、ポリシロキサンの側鎖の一部とポリシロキサンの両末端に有機基が導入された変性シリコーンオイルを側鎖両末端型変性シリコーンオイルと呼ぶ。
本実施形態においてシリコーンオイル(C)としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル等のストレートシリコーンオイル;側鎖型モノアミノ変性シリコーンオイル、側鎖型ジアミノ変性シリコーンオイル、側鎖型特殊アミノ変性シリコーンオイル、側鎖型エポキシ変性シリコーンオイル、側鎖型脂環式エポキシ変性シリコーンオイル、側鎖型カルビノール変性シリコーンオイル、側鎖型メルカプト変性シリコーンオイル、側鎖型カルボキシル変性シリコーンオイル、側鎖型ハイドロジェン変性シリコーンオイル、側鎖型アミノ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、側鎖型エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、側鎖型エポキシ・アラルキル変性シリコーンオイル等の側鎖型変性反応性シリコーンオイル;側鎖型ポリエーテル変性シリコーンオイル、側鎖型アラルキル変性シリコーンオイル、側鎖型フロロアルキル変性シリコーンオイル、側鎖型長鎖アルキル変性シリコーンオイル、側鎖型高級脂肪酸エステル変性シリコーンオイル、側鎖型高級脂肪酸アミド変性シリコーンオイル、側鎖型ポリエーテル・長鎖アルキル・アラルキル変性シリコーンオイル、側鎖型長鎖アルキル・アラルキル変性シリコーンオイル、側鎖型フェニル変性シリコーンオイル等の側鎖型変性非反応性シリコーンオイル;両末端型アミノ変性シリコーンオイル、両末端型エポキシ変性シリコーンオイル、両末端型脂環式エポキシ変性シリコーンオイル、両末端型カルビノール変性シリコーンオイル、両末端型メタクリル変性シリコーンオイル、両末端型ポリエーテル変性シリコーンオイル、両末端型メルカプト変性シリコーンオイル、両末端型カルボキシル変性シリコーンオイル、両末端型フェノール変性シリコーンオイル、両末端型シラノール変性シリコーンオイル、両末端型アクリル変性シリコーンオイル、両末端型カルボン酸無水物変性シリコーンオイル等の両末端型変性反応性シリコーンオイル;両末端型ポリエーテル変性シリコーンオイル、両末端型ポリエーテル・メトキシ変性シリコーンオイル等の両末端型変性非反応性シリコーンオイル;片末端型エポキシ変性シリコーンオイル、片末端型カルビノール変性シリコーンオイル、片末端型ジオール変性シリコーンオイル、片末端型メタクリル変性シリコーンオイル、片末端型カルボキシル変性シリコーンオイル等の片末端型変性反応性シリコーンオイル;側鎖アミノ・両末端メトキシ変性シリコーンオイル、側鎖両末端型エポキシ変性シリコーンオイル等の側鎖両末端型変性反応性シリコーンオイル;等から選択される一種または二種以上を用いることができる。
これらの中でも側鎖型アミノ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、側鎖型エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、側鎖型ポリエーテル変性シリコーンオイル、側鎖両末端型エポキシ変性シリコーンオイル、側鎖型エポキシ・アラルキル変性シリコーンオイルから選択される一種または二種以上が好ましく、側鎖型ポリエーテル変性シリコーンオイルおよび側鎖型アミノ・ポリエーテル変性シリコーンオイルから選択される一種または二種以上がより好ましい。
これらのシリコーンオイル(C)は、市販品を使用することができ、例えば、信越シリコーン社等から販売されているものを用いることができる。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれるシリコーンオイル(C)の含有量は、熱伝導材中に侵入してきた水分を効果的に束縛しながら、当該熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度をより向上させることにより、得られる半導体装置の絶縁安定性をより一層向上させる観点から、熱伝導性シート100質量%に対し、0.2質量%以上10質量%以下が好ましく、1質量%以上5質量%以下がより好ましく、1.5質量%以上4.5質量%以下であることが特に好ましい。
(硬化剤(D))
本実施形態に係る熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂(A)としてエポキシ樹脂(A1)を用いる場合、さらに硬化剤(D)を含むのが好ましい。
硬化剤(D)としては、硬化触媒(D−1)およびフェノール系硬化剤(D−2)から選択される1種以上を用いることができる。
硬化触媒(D−1)としては、例えばナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト(II)、トリスアセチルアセトナートコバルト(III)等の有機金属塩;トリエチルアミン、トリブチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等の3級アミン類;2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2,4−ジエチルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類;トリフェニルホスフィン、トリ−p−トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、1,2−ビス−(ジフェニルホスフィノ)エタン等の有機リン化合物;フェノール、ビスフェノールA、ノニルフェノール等のフェノール化合物;酢酸、安息香酸、サリチル酸、p−トルエンスルホン酸等の有機酸;等、またはこれらの混合物が挙げられる。硬化触媒(D−1)として、これらの中の誘導体も含めて1種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて2種類以上を併用したりすることもできる。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれる硬化触媒(D−1)の含有量は、特に限定されないが、熱伝導性シート100質量%に対し、0.001質量%以上1質量%以下が好ましい。
また、フェノール系硬化剤(D−2)としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂、ノボラック樹脂、トリスフェニルメタン型のフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂;テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂;フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び/又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール化合物;レゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは1種類を単独で用いても2種類以上を併用してもよい。
これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤(D−2)がノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
フェノール系硬化剤(D−2)の含有量は、特に限定されないが、熱伝導性シート100質量%に対し、1質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましい。
(カップリング剤(E))
さらに、本実施形態に係る熱伝導性シートは、カップリング剤(E)を含んでもよい。
カップリング剤(E)は、熱硬化性樹脂(A)と無機充填材(B)との界面の濡れ性を向上させることができる。
カップリング剤(E)としては、通常用いられるものなら何でも使用できるが、具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる1種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。
カップリング剤(E)の添加量は無機充填材(B)の比表面積に依存するので、特に限定されないが、無機充填材(B)100質量部に対して0.1質量部以上10質量部以下が好ましく、特に0.5質量部以上7質量部以下が好ましい。
(フェノキシ樹脂(F))
さらに、本実施形態に係る熱伝導性シートは、さらにフェノキシ樹脂(F)を含んでもよい。フェノキシ樹脂(F)を含むことにより熱伝導性シートおよびその硬化物の耐屈曲性をより一層向上できる。
また、フェノキシ樹脂(F)を含むことにより、熱伝導性シートおよびその硬化物の弾性率を低下させることが可能となり、熱伝導性シートおよびその硬化物の応力緩和力を向上させることができる。
また、フェノキシ樹脂(F)を含むと、粘度上昇により流動性が低減し、ボイド等が発生することを抑制できる。また、熱伝導性シートと放熱部材との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、半導体装置の絶縁安定性をより一層高めることができる。
フェノキシ樹脂(F)としては、例えば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
フェノキシ樹脂(F)の含有量は、例えば、熱伝導性シート100質量%に対し、3質量%以上10質量%以下である。
(その他の成分)
本実施形態に係る熱伝導性シートには、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、例えば次のようにして作製することができる。
まず、上述の各成分を溶媒へ添加して、ワニス状の樹脂組成物を得る。本実施形態においては、例えば溶媒中に熱硬化性樹脂(A)、シリコーンオイル(C)等を添加して樹脂ワニスを作製したのち、当該樹脂ワニスへ無機充填材(B)を入れて三本ロール等を用いて混練することにより樹脂組成物を得ることができる。これにより、無機充填材(B)およびシリコーンオイル(C)をより均一に、熱硬化性樹脂(A)中へ分散させることができる。
上記溶媒としては特に限定されないが、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン等が挙げられる。
次いで、上記樹脂組成物をシート状に成形して、熱伝導性シートを形成する。本実施形態においては、例えば基材上にワニス状の上記樹脂組成物を塗布した後、これを熱処理して乾燥することにより熱伝導性シートを得ることができる。基材としては、例えば放熱部材やリードフレーム、剥離可能なキャリア材等を構成する金属箔が挙げられる。また、樹脂組成物を乾燥するための熱処理は、例えば80〜150℃、5分〜1時間の条件において行われる。熱伝導性シートの膜厚は、例えば60μm以上500μm以下である。
次に、本実施形態に係る半導体装置について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置100の断面図である。
以下においては、説明を簡単にするため、半導体装置100の各構成要素の位置関係(上下関係等)が各図に示す関係であるものとして説明を行う場合がある。ただし、この説明における位置関係は、半導体装置100の使用時や製造時の位置関係とは無関係である。
本実施形態では、金属板がヒートシンクである例を説明する。本実施形態に係る半導体装置100は、ヒートシンク130と、ヒートシンク130の第1面131側に設けられた半導体チップ110と、ヒートシンク130の第1面131とは反対側の第2面132に接合された熱伝導材140と、半導体チップ110およびヒートシンク130を封止している封止樹脂180と、を備えている。
以下、詳細に説明する。
半導体装置100は、例えば上記の構成の他に、導電層120、金属層150、リード160およびワイヤ(金属配線)170を有する。
半導体チップ110の上面111には図示しない電極パターンが形成され、半導体チップ110の下面112には図示しない導電パターンが形成されている。半導体チップ110の下面112は、銀ペースト等の導電層120を介してヒートシンク130の第1面131に固着されている。半導体チップ110の上面111の電極パターンは、ワイヤ170を介してリード160の電極161に対して電気的に接続されている。
ヒートシンク130は、金属により構成されている。
封止樹脂180は、半導体チップ110およびヒートシンク130の他に、ワイヤ170と、導電層120と、リード160の一部分ずつと、を内部に封止している。各リード160の他の一部分ずつは、封止樹脂180の側面より、該封止樹脂180の外部に突出している。本実施形態の場合、例えば、封止樹脂180の下面182とヒートシンク130の第2面132とが互いに同一平面上に位置している。
熱伝導材140の上面141は、ヒートシンク130の第2面132と、封止樹脂180の下面182と、に対して貼り付けられている。つまり、封止樹脂180は、ヒートシンク130の周囲において熱伝導材140のヒートシンク130側の面(上面141)に接している。
熱伝導材140の下面142には、金属層150の上面151が固着されている。すなわち、金属層150の一方の面(上面151)は、熱伝導材140におけるヒートシンク130側とは反対側の面(下面142)に対して固着されている。
平面視において、金属層150の上面151の外形線と、熱伝導材140におけるヒートシンク130側とは反対側の面(下面142)の外形線と、が重なっていることが好ましい。
また、金属層150は、その一方の面(上面151)に対する反対側の面(下面152)の全面が封止樹脂180から露出している。なお、本実施形態の場合、上記のように、熱伝導材140は、その上面141が、ヒートシンク130の第2面132および封止樹脂180の下面182に貼り付けられているため、熱伝導材140は、その上面141を除き、封止樹脂180の外部に露出している。そして、金属層150は、その全体が封止樹脂180の外部に露出している。
なお、ヒートシンク130の第2面132および第1面131は、例えば、それぞれ平坦に形成されている。
半導体装置100の実装床面積は、特に限定されないが、一例として、10×10mm以上100×100mm以下とすることができる。ここで、半導体装置100の実装床面積とは、金属層150の下面152の面積である。
また、一のヒートシンク130に搭載された半導体チップ110の数は、特に限定されない。1つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、3つ以上(6個等)とすることもできる。すなわち、一例として、一のヒートシンク130の第1面131側に3つ以上の半導体チップ110が設けられ、封止樹脂180はこれら3つ以上の半導体チップ110を一括して封止してもよい。
半導体装置100は、例えば、パワー半導体装置である。この半導体装置100は、例えば、封止樹脂180内に2つの半導体チップ110が封止された2in1、封止樹脂180内に6つの半導体チップ110が封止された6in1または封止樹脂180内に7つの半導体チップ110が封止された7in1の構成とすることができる。
次に、本実施形態に係る半導体装置100を製造する方法の一例を説明する。
先ず、ヒートシンク130および半導体チップ110を準備し、銀ペースト等の導電層120を介して、半導体チップ110の下面112をヒートシンク130の第1面131に固着する。
次に、リード160を含むリードフレーム(全体図示略)を準備し、半導体チップ110の上面111の電極パターンとリード160の電極161とをワイヤ170を介して相互に電気的に接続する。
次に、半導体チップ110と、導電層120と、ヒートシンク130と、ワイヤ170と、リード160の一部分ずつと、を封止樹脂180により一括して封止する。
次に、熱伝導材140を準備し、この熱伝導材140の上面141を、ヒートシンク130の第2面132と、封止樹脂180の下面182と、に対して貼り付ける。更に、金属層150の一方の面(上面151)を、熱伝導材140におけるヒートシンク130側とは反対側の面(下面142)に対して固着する。なお、熱伝導材140をヒートシンク130および封止樹脂180に対して貼り付ける前に、予め熱伝導材140の下面142に金属層150を固着しておいてもよい。
次に、各リード160をリードフレームの枠体(図示略)から切断する。こうして、図1に示すような構造の半導体装置100が得られる。
以上のような実施形態によれば、半導体装置100は、ヒートシンク130と、ヒートシンク130の第1面131側に設けられた半導体チップ110と、ヒートシンク130の第1面131とは反対側の第2面132に貼り付けられた絶縁性の熱伝導材140と、半導体チップ110およびヒートシンク130を封止している封止樹脂180と、を備えている。
上述のように、半導体装置のパッケージがある程度よりも小さい場合には熱伝導材の絶縁性の悪化が問題として顕在化しなくても、半導体装置のパッケージが大面積となるほど、熱伝導材の面内で電界が最も集中する箇所での電界が強くなる。このため、熱伝導材の僅かな膜厚の変動による絶縁性の悪化も、問題として顕在化する可能性があると考えられる。
これに対し、本実施形態に係る半導体装置100は、例えば、その実装床面積が10×10mm以上100×100mm以下の大型のパッケージであったとしても、上記の構造の熱伝導材140を備えることにより、十分な耐久性を得ることが期待できる。
また、本実施形態に係る半導体装置100は、例えば、一のヒートシンク130の第1面131側に3つ以上の半導体チップ110が設けられ、これら3つ以上の半導体チップを封止樹脂180が一括して封止している構造のものであったとしても、すなわち、半導体装置100が大型のパッケージであったとしても、上記の構造の熱伝導材140を備えることにより、十分な耐久性を得ることが期待できる。
また、熱伝導材140におけるヒートシンク130側とは反対側の面(下面142)に対して一方の面(上面151)が固着された金属層150を半導体装置100が更に備える場合、この金属層150によって好適に放熱することができるため、半導体装置100の放熱性が向上する。
また、金属層150の上面151が熱伝導材140の下面142よりも小さいと、熱伝導材140の下面142が外部に露出し、異物などの突起物により熱伝導材140にクラックが発生する懸念が生じる。一方、金属層150の上面151が熱伝導材140の下面142よりも大きいと金属層150の端部が宙に浮いたような格好になり、製造工程での取り扱いの際などにおいて、金属層150が剥がれてしまう可能性がある。
これに対し、平面視において、金属層150の上面151の外形線と、熱伝導材140の下面142の外形線と、が重なっている構造とすることにより、熱伝導材140におけるクラックの発生および金属層150の剥離を抑制することができる。
また、金属層150の下面152の全面が封止樹脂180から露出しているので、金属層150の下面152の全面での放熱が可能となり、半導体装置100の高い放熱性が得られる。
図2は、本発明の一実施形態に係る半導体装置100の断面図である。この半導体装置100は、以下に説明する点で、図1に示した半導体装置100と相違し、その他の点では、図1に示した半導体装置100と同様に構成されている。
本実施形態の場合、熱伝導材140は、封止樹脂180内に封止されている。また、金属層150も、その下面152を除き、封止樹脂180内に封止されている。そして、金属層150の下面152と、封止樹脂180の下面182とが互いに同一平面上に位置している。
なお、図2には、ヒートシンク130の第1面131に少なくとも2つ以上の半導体チップ110が搭載されている例が示されている。これら半導体チップ110の上面111の電極パターン同士が、ワイヤ170を介して相互に電気的に接続されている。第1面131には、例えば、合計6つの半導体チップ110が搭載されている。すなわち、例えば、2つずつの半導体チップ110が、図2の奥行き方向において3列に配置されている。
なお、上記の図1または図2に示した半導体装置100を基板(図示略)上に搭載することにより、基板と、半導体装置100と、を備えるパワーモジュールが得られる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、それぞれの厚みは平均膜厚で表わされている。
(鱗片状窒化ホウ素の一次粒子により構成された二次凝集粒子の作製)
ホウ酸メラミン(ホウ酸:メラミン=2:1(モル比))と鱗片状窒化ホウ素粉末(平均長径:15μm)を混合して得られた混合物(ホウ酸メラミン:鱗片状窒化ホウ素粉末=10:1(質量比))を、0.2質量%のポリアクリル酸アンモニウム水溶液へ添加し、2時間混合して噴霧用スラリーを調製した(ポリアクリル酸アンモニウム水溶液:混合物=100:30(質量比))。次いで、このスラリーを噴霧造粒機に供給し、アトマイザーの回転数15000rpm、温度200℃、スラリー供給量5ml/minの条件で噴霧することにより、複合粒子を作製した。次いで、得られた複合粒子を、窒素雰囲気下、2000℃、10時間の条件で焼成することにより、平均粒径が80μmの凝集窒化ホウ素を得た。
ここで、凝集窒化ホウ素の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(HORIBA社製、LA−500)により、粒子の粒度分布を体積基準で測定し、そのメディアン径(D50)とした。
(熱伝導性シートの作製)
実施例1〜7および比較例1について、以下のように熱伝導性シートを作製した。
まず、表1に示す配合に従い、熱硬化性樹脂(A)と、シリコーンオイル(C)と、硬化剤(D)とを溶媒であるメチルエチルケトンに添加し、これを撹拌して熱硬化性樹脂組成物の溶液を得た。次いで、この溶液に無機充填材(B)を入れて予備混合した後、三本ロールにて混練し、無機充填材を均一に分散させた熱伝導性シート用樹脂組成物を得た。次いで、熱伝導性シート用樹脂組成物を、銅箔上にドクターブレード法を用いて塗布した後、これを100℃、30分間の熱処理により乾燥して、膜厚が400μmであるBステージ状の熱伝導性シートを作製した。
なお、表1中における各成分の詳細は下記のとおりである。
(熱硬化性樹脂(A))
エポキシ樹脂1:ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂(XD−1000、日本化薬社製)
エポキシ樹脂2:ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂(YX−4000、三菱化学社製)
シアネート樹脂1:フェノールノボラック型シアネート樹脂(PT−30、ロンザジャパン社製)
(無機充填材(B))
充填材1:上記鱗片状窒化ホウ素の一次粒子により構成された二次凝集粒子の作製により作製された凝集窒化ホウ素
(シリコーンオイル(C))
シリコーンオイル1:KF615A(信越化学工業社製、側鎖型ポリエーテル変性シリコーンオイル、動粘度計による25℃における動粘度:920mm/s)
シリコーンオイル2:X−22−3939A(信越化学工業社製、側鎖型アミノ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、動粘度計による25℃における動粘度:3300mm/s)
シリコーンオイル3:X−22−2000(信越化学工業社製、側鎖型エポキシ変性シリコーンオイル(側鎖フェニルタイプ)、動粘度計による25℃における動粘度:190mm/s)
(硬化剤(D))
(硬化触媒D−1)
硬化触媒1:2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(2PHZ−PW、四国化成社製)
硬化触媒2:トリフェニルホスフィン(北興化学社製)
(フェノール系硬化剤D−2)
フェノール系硬化剤1:トリスフェノールメタン型フェノール樹脂(MEH−7500、明和化成社製)
(Tg(ガラス転移温度)の測定)
熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度を次のように測定した。まず、得られた熱伝導性シートを180℃、10MPaで40分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得た。次いで、得られた硬化物のガラス転移温度(Tg)を、DMA(動的粘弾性測定)により昇温速度5℃/min、周波数1Hzの条件で測定した。
(絶縁安定性評価)
実施例1〜7および比較例1のそれぞれについて、半導体パッケージの絶縁安定性を次のように評価した。まず、熱伝導性シートの硬化物を用いて図1に示す半導体パッケージを作製した。次いで、この半導体パッケージを用いて、温度85℃、湿度85%、直流印加電圧1.5kVの条件で連続湿中絶縁抵抗を評価した。なお、抵抗値10Ω以下を故障とした。評価基準は以下の通りである。
◎◎:300時間以上故障なし
◎ :200時間以上300時間未満で故障あり
○ :150時間以上200時間未満で故障あり
△ :100時間以上150時間未満で故障あり
× :100時間未満で故障あり
Figure 2016117836
シリコーンオイル(C)を含む熱伝導性シートを用いた実施例1〜7の半導体パッケージは、高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れていた。
シリコーンオイル(C)を含まない比較例1の半導体パッケージは、高温・高湿度環境下における絶縁安定性に劣っていた。
したがって、本発明による熱伝導性シートを用いることにより、高温・高湿度環境下における絶縁安定性に優れた半導体装置が得られることが分かった。
100 半導体装置
110 半導体チップ
111 上面
112 下面
120 導電層
130 ヒートシンク(金属板)
131 第1面
132 第2面
140 熱伝導性シート(熱伝導材)
141 上面
142 下面
150 金属層
151 上面
152 下面
160 リード
161 電極
170 ワイヤ
180 封止樹脂
182 下面

Claims (11)

  1. 熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散された無機充填材と、シリコーンオイルとを含む熱伝導性シート。
  2. 請求項1に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記シリコーンオイルが、分子構造中にエポキシ基、水酸基、ポリエーテル基、アミノ基、カルボキシル基、カルビノール基、アクリル基、メタクリル基、メルカプト基、フロロアルキル基、フェニル基、アラルキル基、エステル基、炭素数2以上のアルキル基、アミド基、ハイドロジェン基、カルボン酸無水物基、アルコキシ基、フェノール基、ジオール基から選択される一種または二種以上の有機基を有する変性シリコーンオイルである熱伝導性シート。
  3. 請求項1または2に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記シリコーンオイルの25℃における動粘度が100mm/s以上5,000mm/s以下である熱伝導性シート。
  4. 請求項1乃至3いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記熱硬化性樹脂がジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、およびシアネート樹脂から選択される一種または二種以上である、熱伝導性シート。
  5. 請求項1乃至4いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記無機充填材は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子により構成されている二次凝集粒子である、熱伝導性シート。
  6. 請求項5に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記二次凝集粒子の平均粒径が5μm以上180μm以下である、熱伝導性シート。
  7. 請求項5または6に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記二次凝集粒子を構成する前記一次粒子の平均長径が0.01μm以上20μm以下である、熱伝導性シート。
  8. 請求項1乃至7いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記無機充填材の含有量が、当該熱伝導性シート100質量%に対し、50質量%以上95質量%以下である、熱伝導性シート。
  9. 請求項1乃至8いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記シリコーンオイルの含有量が、当該熱伝導性シート100質量%に対し、1質量%以上5質量%以下である、熱伝導性シート。
  10. 請求項1乃至9いずれか一項に記載の熱伝導性シートを硬化してなる熱伝導性シートの硬化物。
  11. 金属板と、
    前記金属板の第1面側に設けられた半導体チップと、
    前記金属板の前記第1面とは反対側の第2面に接合された熱伝導材と、
    前記半導体チップおよび前記金属板を封止する封止樹脂とを備え、
    前記熱伝導材が、請求項1乃至9いずれか一項に記載の熱伝導性シートにより形成された半導体装置。
JP2014258608A 2014-12-22 2014-12-22 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置 Active JP6648402B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014258608A JP6648402B2 (ja) 2014-12-22 2014-12-22 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014258608A JP6648402B2 (ja) 2014-12-22 2014-12-22 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016117836A true JP2016117836A (ja) 2016-06-30
JP6648402B2 JP6648402B2 (ja) 2020-02-14

Family

ID=56242864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014258608A Active JP6648402B2 (ja) 2014-12-22 2014-12-22 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6648402B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018043899A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 株式会社トクヤマ 六方晶窒化ホウ素粉末
CN110323192A (zh) * 2018-03-30 2019-10-11 住友电木株式会社 散热绝缘片和半导体装置
JP2019212906A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 東海興業株式会社 樹脂成形品

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5580461A (en) * 1978-12-13 1980-06-17 Shin Etsu Chem Co Ltd Thermal conductive silicone rubber composition
JPS562349A (en) * 1979-06-21 1981-01-12 Toshiba Silicone Co Ltd Molded rubber article for heat dissipation
JPH07157663A (ja) * 1993-12-03 1995-06-20 Fuji Kobunshi Kogyo Kk 難燃性・熱伝導性シリコーンゴム組成物
JPH10189838A (ja) * 1996-12-25 1998-07-21 Siegel:Kk 熱伝導ゲル
JP2011176024A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Mitsubishi Electric Corp 熱硬化性樹脂組成物、bステージ熱伝導性シート及びパワーモジュール
JP2013091680A (ja) * 2011-10-24 2013-05-16 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 熱伝導性接着剤組成物並びにそれを用いた接着用シート及び熱伝導性ダイシング・ダイアタッチフィルム
JP2014009287A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Nippon Zeon Co Ltd 熱伝導性感圧接着剤組成物、熱伝導性感圧接着性シート状成形体、これらの製造方法、及び電子機器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5580461A (en) * 1978-12-13 1980-06-17 Shin Etsu Chem Co Ltd Thermal conductive silicone rubber composition
JPS562349A (en) * 1979-06-21 1981-01-12 Toshiba Silicone Co Ltd Molded rubber article for heat dissipation
JPH07157663A (ja) * 1993-12-03 1995-06-20 Fuji Kobunshi Kogyo Kk 難燃性・熱伝導性シリコーンゴム組成物
JPH10189838A (ja) * 1996-12-25 1998-07-21 Siegel:Kk 熱伝導ゲル
JP2011176024A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Mitsubishi Electric Corp 熱硬化性樹脂組成物、bステージ熱伝導性シート及びパワーモジュール
JP2013091680A (ja) * 2011-10-24 2013-05-16 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 熱伝導性接着剤組成物並びにそれを用いた接着用シート及び熱伝導性ダイシング・ダイアタッチフィルム
JP2014009287A (ja) * 2012-06-29 2014-01-20 Nippon Zeon Co Ltd 熱伝導性感圧接着剤組成物、熱伝導性感圧接着性シート状成形体、これらの製造方法、及び電子機器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018043899A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 株式会社トクヤマ 六方晶窒化ホウ素粉末
CN110323192A (zh) * 2018-03-30 2019-10-11 住友电木株式会社 散热绝缘片和半导体装置
JP2019179835A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 住友ベークライト株式会社 放熱絶縁シート、および半導体装置
JP7099009B2 (ja) 2018-03-30 2022-07-12 住友ベークライト株式会社 放熱絶縁シート、および半導体装置
JP2019212906A (ja) * 2018-05-31 2019-12-12 東海興業株式会社 樹脂成形品
JP7208105B2 (ja) 2018-05-31 2023-01-18 東海興業株式会社 樹脂成形品

Also Published As

Publication number Publication date
JP6648402B2 (ja) 2020-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017014238A1 (ja) 熱伝導性樹脂組成物、熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6627303B2 (ja) 熱伝導性樹脂組成物、回路基板用積層体、回路基板および半導体装置
JP6657616B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP6477483B2 (ja) エポキシ樹脂組成物、樹脂層付きキャリア材料、金属ベース回路基板および電子装置
JP6634717B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP5854062B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2016094599A (ja) 熱伝導性シート用樹脂組成物、基材付き樹脂層、熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6508384B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6413249B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2017028128A (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JP6579105B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6648402B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP6572643B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP7200674B2 (ja) 放熱構造体の製造方法
JP6579106B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6281663B2 (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JP6795285B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP2017028129A (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JP2017028130A (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JPWO2016002846A1 (ja) 半導体装置
WO2022176448A1 (ja) 熱硬化性樹脂組成物、パワーモジュール用基板およびパワーモジュール
WO2023002789A1 (ja) 熱硬化性樹脂組成物、パワーモジュール用基板、プリント配線基板および放熱シート
JP2019179835A (ja) 放熱絶縁シート、および半導体装置
JP2015198106A (ja) 金属ベース回路基板および電子装置
JP2015198104A (ja) 金属ベース回路基板および電子装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171005

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20171005

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20171005

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180628

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180703

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180829

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190108

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190306

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190702

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190822

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191230

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6648402

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150