CN104603935B

CN104603935B - 半导体装置

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Publication number: CN104603935B
Application number: CN201380046039.0A
Authority: CN
Inventors: 高杉宽史; 寺木慎; 户岛顺
Original assignee: Namics Corp
Current assignee: Namics Corp
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2018-08-31
Anticipated expiration: 2033-10-25

Abstract

提供一种可靠性高的半导体装置，其发热体散热性优异，可克服因由高导热系数薄膜热固化后冷却时和组装后热过程中发生的发热体和基板的热膨胀系数之差引起的应力而致发热体和基板的接合强度降低的问题、和薄膜耐热性不够的问题。是半导体装置(1),具备发热体(2)、受热器(3)、和在发热体(2)与受热器(3)之间将源自发热体(2)的热传递给受热器(3)的高导热层(4),其特征在于，高导热层(4)是含有(A)至少含有特定结构的两末端带结合了乙烯基的苯基的聚醚化合物的2种以上热固性树脂、(B)热塑性弹性体、(C)导热性无机填料和(D)固化剂的高导热膜的热固化体，厚度为10～300μm。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体装置,尤其是涉及散热性优异、可靠性高的半导体装置。

背景技术

近年,伴随着模块(module)、电子部件等的高功能化、高密度化，模块、电子部件等发热体产生的热量变大了。源自这些发热体的热传递给基板等而被散热。为了很有效地进行其导热，发热体和基板之间的粘接剂采用高导热系数的粘接剂。另外，为便于操作，使用高导热的粘接膜取代粘接剂。

在此存在这样的问题：粘接膜导热不良时，会在组装了模块、电子部件等的半导体装置蓄积热，引起半导体装置出现故障。故各公司都推进高导热系数薄膜的开发。

作为该高导热系数薄膜，曾被发表过大量使用高导热性填料的散热性芯片接合膜(die bond film)(专利文献1)、藉将薄膜所含有的填料的形状做成特定形状来提高半导体装置散热性的导热性薄膜(专利文献2)等。

已有技术文献

专利文献

专利文献1:特开2011-023607号公报

专利文献2:特开2011-142129号公报

发明的内容

技术问题

然而，大量使用高导热性填料的散热性芯片接合膜，由于使用环氧树脂、酚醛树脂和丙烯树脂(专利文献1的第0035、0099段落)，存在这样的问题：热固化后的散热性芯片接合膜的硬度过高，因高导热系数的散热性芯片接合膜热固化后冷却时产生的由发热体和基板的热膨胀系数之差引起的应力，使得发热体和基板的接合强度降低。另外，该散热性芯片接合膜，耐热性不够，有时不能应对伴随模块、电子部件等的热量增加而带来的发热，则在使用了导热不充分的导热膜的半导体装置中可能会造成半导体装置本身可靠性受损。

另外，含有特定形状的填料的导热性薄膜，也使用热固性树脂(专利文献2的第0029、0037段落)，存在上述的发热体和基板的接合强度降低的问题；导热性薄膜的耐热性不够，存在可能会造成半导体装置本身可靠性受损之问题。另外，导热性薄膜使用特別形状或经加工的填料，则势必造成半导体装置高成本化。进一步还存在这样的问题：由于在与导热性薄膜相接的部件的导热性薄膜侧的面形成有凹凸，可使用的半导体装置受到限制。

本发明目的就在于提供一种可靠性高的半导体装置，其发热体散热性优异，可克服因由高导热系数薄膜热固化后冷却时和组装后热过程中发生的发热体和基板的热膨胀系数之差引起的应力而致发热体和基板的接合强度降低的问题、和薄膜耐热性不够的问题。

技术方案

本发明涉及通过具有以下结构而克服了上述问题的半导体装置。

〔1〕一种半导体装置，具备发热体、受热器和在发热体与受热器之间将源自发热体的热传递给受热器的高导热层，其特征在于，高导热层是含有(A)至少含有以下通式(1)所示的两末端带结合了乙烯基的苯基的聚醚化合物的2种以上热固性树脂、(B)热塑性弹性体、(C)导热性无机填料和(D)固化剂的高导热膜的热固化体，厚度为10～300μm。

(式中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇既可相同也可不同，为氢原子、卤素原子、烷基、卤代烷基(alkyl halide)或苯基；

-(O-X-O)-由结构式(2)给出，其中，R₈、R₉、R₁₀、R₁₄、R₁₅既可相同也可不同，为卤素原子或碳数6以下的烷基或苯基，R₁₁、R₁₂、R₁₃既可相同也可不同，为氢原子、卤素原子或碳数6以下的烷基或苯基；

-(Y-O)-是结构式(3)所示1种结构或结构式(3)所示2种以上结构随机排列而成之物，其中，R₁₆、R₁₇既可相同也可不同，为卤素原子或碳数6以下的烷基或苯基，R₁₈、R₁₉既可相同也可不同，为氢原子、卤素原子或碳数6以下的烷基或苯基；

Z为碳数1以上的有机基，视具体情况也可含有氧原子、氮原子、硫原子、卤素原子；

a、b表示0～300的整数，两者当中至少其一不为0；

c、d表示0或1的整数。)

〔2〕按上述〔1〕所述的半导体装置，其中，高导热层的25℃下剪切粘接强度为13N/mm以上。

〔3〕按上述〔1〕或〔2〕所述的半导体装置，其中高导热层厚度为10μm以上100μm以下。

〔4〕按上述〔1〕～〔3〕中任一项所述的半导体装置，其中，高导热层的体积电阻系数为1×10¹⁰Ω·cm以上，且导热系数为0.8W/m·K以上。

〔5〕按上述〔1〕～〔4〕中任一项所述的半导体装置，其中，(C)成分是从MgO、Al₂O₃、AlN、BN、金刚石填料、ZnO和SiC构成的群选择的至少1种。

〔6〕按上述〔1〕～〔5〕中任一项所述的半导体装置，其中，(D)成分是咪唑系固化剂。

〔7〕按上述〔1〕～〔6〕中任一项所述的半导体装置，其中，受热器为形成了电极的基板，高导热层形成于发热体与基板上形成的电极之间。

〔8〕按上述〔1〕～〔6〕中任一项所述的半导体装置，其中，发热体具有电极，受热器为基板，高导热层形成于发热体的电极和基板之间。

〔9〕按上述〔1〕～〔7〕中任一项所述的半导体装置，其中，发热体是IC芯片、裸芯片、LED芯片、FWD(Free Wheeling Diode，续流二极管)或IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)。

〔10〕按上述〔7〕～〔9〕中任一项所述的半导体装置，其中，基板是使用金属基CCL的基板、使用高导热CEM-3的基板、使用高导热FR-4的基板、使用低热阻FCCL的基板、金属基板或陶瓷基板。

〔11〕按上述〔1〕～〔6〕中任一项所述的半导体装置，其中，发热体为半导体模块，受热器为散热板。

〔12〕按上述〔11〕所述的半导体装置，其中，半导体模块为功率半导体模块(powersemiconductor module)。

发明的效果

根据本发明，能提供一种高可靠性半导体装置，其发热体散热性优异，不存在因由发热体和基板的热膨胀系数之差引起的应力而致发热体和基板的接合强度降低，还被赋予耐热性。

附图说明

图1是本发明半导体装置的剖面模式图之一例。

图2是表示高导热层厚度和粘接强度(剪切强度)之关系的图。

图3是表示半导体装置剖面具体例的图。

图4是表示半导体装置剖面具体例的图。

图5是表示半导体装置剖面具体例的图。

图6是表示半导体装置剖面具体例的图。

图7是表示半导体装置剖面具体例的图。

图8是表示半导体装置剖面具体例的图。

图9是说明高导热层剪切粘接强度评价方法的模式图。

图10是热阻测定装置模式图。

图11是表示热阻评价结果之图。

具体实施方式

本发明半导体装置是具备发热体、受热器和在发热体与受热器之间将源自发热体的热传递给受热器的高导热层的半导体装置，其特征在于，高导热层是含有(A)至少含有以下通式(1)所示的两末端带结合了乙烯基的苯基的聚醚化合物的2种以上热固性树脂、(B)热塑性弹性体、(C)导热性无机填料和(D)固化剂的高导热膜的热固化体，厚度为10～300μm。

(式中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇既可相同也可不同，为氢原子、卤素原子、烷基、卤代烷基或苯基；

a、b表示0～300的整数，两者当中至少其一不为0；

c、d表示0或1的整数。)

由于该高导热层导热性和耐热性优异，所以成为发热体散热性优异、可靠性高的半导体装置。图1给出本发明半导体装置剖面模式图之一例。如图1所示，本发明半导体装置1具备发热体2、受热器3、和在发热体与受热器之间将源自发热体的热传递给受热器的高导热层4，高导热层4为高导热膜的热固化体。以下按发热体、受热器、高导热层的顺序进行描述。

〔发热体〕

发热体无特别限制，能采用各种半导体、半导体模块等，但为了发挥本发明效果，优选发热量多的发热体，即裸芯片(bare chip)等IC芯片、LED芯片、FWD(Free WheelingDiode)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等半导体、或者汽车等运输工具所采用的功率半导体模块等半导体模块。另外，为了发挥本发明效果，更优选总发热量为0.5W～500W的高输出的半导体或半导体模块。

〔受热器〕

作为受热器可例举出基板、散热板等。作为基板可例举出使用高导热CEM-3的基板、使用高导热FR-4的基板等树脂系基板、使用金属基CCL的基板、使用低热阻FCCL的基板等金属基板、Al₂O₃、AlN、SiC、BN等陶瓷基板，可根据半导体装置设计而使用各种各样的基板。使用树脂系基板作受热器时，靠低弹性模量的高导热层，能缓和由发热体和受热器的热膨胀差引起的应力，故能防止弯曲，还能给半导体装置赋予耐热性。当使用金属基板或陶瓷基板作受热器时，因发热体和受热器的导热系数接近，能缓和由发热体和受热器的热膨胀差引起的应力，而且由于高导热层为低弹性模量，故能防止高导热层产生裂纹，还能给半导体装置赋予耐热性。尤其是，就重视应力缓和的用途而言，优选使用树脂系基板，而从低热阻的观点出发则优选使用金属基板或陶瓷基板。作为参考，表1给出各树脂系基板的热膨胀系数和导热系数的一个例子。另外，表1还记载了作为IC芯片等的材料的硅的数据。还有，作为散热板，形状等并无特别限制，只要能将源自半导体模块等的热散热即可。

[表1]

〔高导热层〕

首先，对用于形成构成高导热层的热固化体的高导热膜进行说明。高导热膜所含(A)成分是至少含有通式(1)所示的两末端带结合了乙烯基的苯基的聚醚化合物(以下称改性OPE)的2种以上热固性树脂。在本发明中，由于使用改性OPE作热固性树脂，所以同以往的主要使用环氧树脂的产品相比，Tg高(216℃)，耐热性优异，不易发生高导热层经时变化，能维持半导体装置的长期可靠性。还有，由于树脂中亲水基数量少，所以具有吸湿性优异的特点。因此，即便是就承受接近150℃的温度的用途而言，高导热层也不发生与发热体或受热器剥离，是可靠性高的半导体装置。还有，通过改性OPE和弹性体带来的效果，高导热层具有能缓和源自外部的应力的这种适度的柔软性，故能缓和半导体装置内产生的应力。另外，改性OPE绝缘性优异，即便减小高导热层的厚度也能维持半导体装置的可靠性。该改性OPE在特开2004-59644号公报有记载。另外，使用了Tg高的环氧树脂的组合物不能成形为薄膜状，而使用了Tg低的环氧树脂的组合物虽能成形为薄膜状，但却由于所得到的薄膜Tg变低，薄膜耐热性差。

通式(1)所示改性OPE的-(O-X-O)-的结构式(2)中，R₈、R₉、R₁₀、R₁₄、R₁₅最好是碳数3以下的烷基，R₁₁、R₁₂、R₁₃最好是氢原子或碳数3以下的烷基。具体地可例举出结构式(4)。

-(Y-O)-的结构式(3)中，R₁₆、R₁₇最好是碳数3以下的烷基，R₁₈、R₁₉最好是氢原子或碳数3以下的烷基。具体地可例举出结构式(5)或(6)。

Z可例举出碳数3以下的亚烷基，具体为亚甲基(methylene)。

a、b表示0～300的整数，最好是0～30的整数，但两者当中至少其一不为0。

优选数均分子量为1000～3000的通式(1)的改性OPE。数均分子量取利用凝胶渗透谱法(gel permeation chromatography)(GPC)使用基于标准聚丙乙烯(polystyrene)的校准曲线的值。

上述改性OPE既可单独使用也可组合2种以上使用。

作为(A)成分所含通式(1)的改性OPE以外的热固性树脂，可例举出联苯型环氧树脂(biphenyl type epoxy resin)、萘型环氧树脂(naphthalene type epoxy resin)、双酚A型环氧树脂(bisphenol A type epoxy resin)、双酚F型环氧树脂(bisphenol F typeepoxy resin)、热塑性酚醛型环氧树脂(novolac type epoxy resin)、碳化二亚胺树脂(carbodiimide resin)、双马来酰亚胺树脂(bismaleimide resin)等，从高导热膜成形性观点出发，优选联苯型环氧树脂。环氧树脂是为了提高粘接强度而使用的。另外，碳化二亚胺树脂比环氧树脂还能够使得粘接强度提高，故在要求高粘接力的用途方面优选碳化二亚胺树脂。从提高粘接强度和高Tg(玻璃转化)化的观点出发，优选双马来酰亚胺树脂。(A)成分所含改性OPE以外的热固性树脂既可单独使用也可并用2种以上。

作为(B)成分，可例举出苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(styrene-butadiene blockcopolymer)(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene ethylene-butylenestyrene block copolymer)(SEBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-isoprene-styrene-block copolymer)(SIS)、聚丁二烯(polybutadiene)(PB)、苯乙烯-[乙烯-(乙烯-丙烯)]-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-(ethylene-ethylene/propylene)-styrene block copolymer)(SEEPS)，从固化后赋予高导热膜耐热性的观点出发，优选苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。(B)成分既可单独使用也可并用2种以上。(B)成分优选重均分子量为30,000～200,000的。重均分子量取利用凝胶渗透谱法(GPC)使用基于标准聚丙乙烯的校准曲线的值。

(C)成分的导热性无机填料是指导热系数为5W/m·K以上的。(C)成分，从保持绝缘性的观点出发能够使用一般的无机填料，但从导热系数、绝缘性和热膨胀系数方面考虑，则最好是从MgO、Al₂O₃、AlN、BN、金刚石填料、ZnO、和SiC构成的群选择的至少1种以上的无机填料。另外，对ZnO和SiC，也可根据需要作绝缘处理。作为各材料的导热系数测定结果之一例(单位是W/m·K)，MgO为37，Al₂O₃为30，AlN为200，BN为30，金刚石为2000，ZnO为54，SiC为90。

(C)成分的平均粒径(非粒状时为其平均最大径)无特别限制，但从使(C)成分均匀分散于高导热膜中之考虑，优选为0.05～50μm。若不到0.05μm，可能会造成用于形成高导热膜的组合物的粘度上升、成形性恶化。但若超过50μm，则又有可能会造成难以使(C)成分均匀分散于高导热膜中。这里，(C)成分的平均粒径通过动态光散射纳米粒度分析仪(nanotrack particle size analyzer of dynamic light scattering)测定。(C)成分既可单独使用也可并用2种以上。

作为(D)成分可例举出苯酚系固化剂、胺系固化剂、咪唑系固化剂、酸酐系固化剂等，但从对改性OPE以外的热固性树脂的固化性、粘接性的观点出发，(D)成分最好是咪唑系固化剂。

从固化后高导热膜导热系数的观点出发，相对高导热膜:100质量份，(A)成分最好为5～25质量份。另外，从固化后高导热膜耐热性的观点出发，相对(A)成分:100质量份，改性OPE最好为60～95质量份。

从高导热膜的成形性和固化后高导热膜弹性模量的观点出发，相对高导热膜:100质量份，(B)成分最好为5～25质量份。

从绝缘性、粘接性和热膨胀系数的观点出发，相对高导热膜:100质量份，(C)成分最好为50～90质量份。(C)成分若超过90质量份，高导热膜粘接力容易下降。而(C)成分若不满50质量份，则即便无机填料导热系数较高，也有可能会造成高导热层导热不充分。

从高导热膜保存稳定性、高导热膜固化性的观点出发，相对高导热膜:100质量份，(D)成分最好为0.01～1质量份。

另外，在不有损于本发明效果的范围下，高导热膜可含有粘接性赋予剂、消泡剂、流动调整剂、成膜辅助剂、分散辅助剂等添加剂。

用于形成高导热膜的组合物(以下称作高导热膜用组合物)能这样得到：通过把含有(A)～(D)成分等的原料以溶解或分散等方式加入有机溶剂来得到高导热膜用组合物。作为这些原料溶解或分散等的装置，并无特别限制，能使用具备搅拌和加热装置的捣碎机、三辊轧机、球磨机、行星式搅拌机(planetary mixer)、珠磨机等。另外，也可将这些装置适当地组合使用。

作为有机溶剂可例举出：芳香族系溶剂，譬如甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)等；酮(ketone)系溶剂，譬如甲基乙基酮(methyl ethyl ketone)、甲基异丁基酮(methylisobutyl ketone)等。有机溶剂既可单独使用也可组合2种以上使用。另外，有机溶剂的使用量，并无特别限制，但最好是以固含量达20～50质量％的方式使用。从作业性角度出发，高导热膜用组合物最好是在200～3000mPa·s的粘度范围。粘度取用E型粘度计在转数10rpm、25℃下测定的值。

将高导热膜用组合物涂布于所期望支撑体后经干燥即可获得高导热膜。支撑体并无特别限制，可例举出：铜、铝等金属箔；聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)树脂等有机薄膜等。支撑体也可用硅系化合物等进行脱膜处理。

高导热膜用组合物往支撑体涂布的方法并无特别限制，但从薄膜化和膜厚控制的角度出发，优选微型凹版涂布方法(microgravure method)、狭缝模头挤出涂布法(slotdie coating method)、刮匀涂布法(doctor blade method)。利用狭缝模头挤出涂布法能得到热固化后厚度为10～300μm的高导热膜。

干燥条件可根据高导热膜用组合物所使用的有机溶剂的种类、量、涂布厚度等适当地设定，譬如设为50～120℃下1～30分左右。这样得到的高导热膜具有良好的保存稳定性。另外，高导热膜可在所期望时机从支撑体剥离。

高导热层能这样形成：将处于尚未固化状态的高导热膜配置在譬如发热体和受热器之间后，在譬如130～200℃下热固化60～180分。该高导热层与发热体和受热器、视具体情况还与电极等粘接，同时，起到将源自发热体的热往受热器侧驱散而使之在受热器侧散热的传热作用。进一步，高导热层还发挥这样的作用：缓和由发热体与受热器之间、有些情况下是发热体或受热器与电极等之间的热膨胀系数之差引起的应力。

高导热层的厚度为10μm以上300μm以下，优选10μm以上100μm以下，更优选10μm以上50μm以下。不满10μm时有可能得不到所期望的绝缘性。而若超过300μm，发热体的散热就会变得不充分。由于随着高导热层厚度变薄，发热体与受热器的距离会变短，所以从有效导热的观点出发，高导热层厚度以薄为佳。

进一步，高导热层具有其厚度越薄粘接强度越高的特点。高导热层的厚度与粘接强度(剪切强度)之关系由表2和图2给出。图2中，横轴为膜厚，纵轴为剪切强度，虚线表示剪切强度和膜厚的倾向性。由图2可知，高导热层厚度越薄粘接强度越高。因此，高导热层厚度为10μm以上300μm以下时，剪切强度达10N/mm以上，故优选；当为10μm以上100μm以下时，剪切强度达14N/mm以上，故更优选；进一步，当为10μm以上50μm以下时，剪切强度达15N/mm以上，故更加优选。高导热层剪切强度之所以高，是因为高导热层具有能缓和源自外部的应力的这种适度的柔软性，但当高导热层超过300μm时，高导热层本身会产生龟裂，容易破损。在如发热体为半导体模块、受热器为散热板这种情况的散热用途方面，往往不要求高粘接性，而在如发热体为IC芯片等半导体、受热器为基板这种情况下要求高粘接性的用途方面，高导热层厚度最好不大于300μm。通过将高导热膜设为上述优选范围的厚度即可实现将高导热层厚度设为优选范围。

[表2]

膜厚(μm)	20	50	95	190	380
						剪切强度(N/mm)	15.6	16.9	14.5	13.2	9.9

高导热层的25℃下剪切粘接强度优选为13N/mm以上。若不满13N，则会变得难以用于如发热体为IC芯片等半导体、受热器为基板这种情况下要求粘接性的用途。

高导热层最好是体积电阻系数为1×10¹⁰Ω·cm以上且导热系数为0.8W/m·K以上。高导热层体积电阻系数更优选为1×10¹²Ω·cm以上，进一步更加优选为1×10¹³Ω·cm以上。另外，高导热层导热系数更优选为1.0W/m·K以上。高导热层体积电阻系数不满1×10¹⁰Ω·cm时，有可能不能满足半导体装置所要求的绝缘性。另外，高导热层导热系数不满0.8W/m·K时，有可能会造成自发热体到受热器的传热不充分。高导热层的体积电阻系数和导热系数能通过(C)成分的种类和含量来控制。

〔半导体装置〕

下面描述本发明半导体装置的各实施方式，但本发明并不受这些实施方式所限制。本发明半导体装置最好是，受热器为形成了电极的基板，高导热层形成于发热体与基板上所形成电极之间，这是因为发热体的热经由基板上所形成的电极被散热的缘故。该结构存在于后述的图5。另外，在本发明另一种半导体装置中，最好是，发热体带电极，受热器为基板，高导热层被形成于发热体的电极与基板之间，这是因为发热体的热经由发热体的电极被散热的缘故。该结构存在于后述的图4、6。下面根据图3～8描述这种半导体装置的剖面的具体例。

图3所示半导体装置10呈如是结构：在作为发热体的IC芯片12与作为受热器的基板13之间设置有高导热层14，且在用引线接合(wire bonding)16同IC芯片12连接的基板13上的电极15与基板13之间也设置有高导热层14。在该结构中，源自IC芯片12的热通过如是路径散热：经由高导热层14向基板13散热，还藉引线接合16和电极15经由高导热层14向基板13散热。图3中，高导热层14也作为基板13与IC芯片12、以及基板13与电极15的粘接层发挥功能。另外，高导热层14还缓和了由基板13与IC芯片12、以及基板13与电极15的热膨胀系数之差引起的应力。

图4所示半导体装置20呈如是结构：作为发热体的IC芯片22所形成的电极(凸块(bump))27和作为受热器的基板23上所形成的电极25相接合，在基板23和电极25之间设置有用于将源自IC芯片22的热传递给基板23的高导热层24。在该结构中，源自IC芯片22的热藉电极(凸块)27和电极25经由高导热层24向基板23散热。图4中，高导热层24也作为基板23与电极25的粘接层发挥功能。另外，高导热层24还缓和了由基板23与电极25的热膨胀系数之差引起的应力。

图5所示半导体装置30中，作为发热体的IC芯片32藉上部的高导热层34与电极35粘接，电极35藉下部的高导热层34与基板33粘接。另外，IC芯片32还通过接合引线36与电极35接合。在该结构中，源自IC芯片32的热经由上部的高导热层34向电极35散热，且还经由接合引线36向电极35散热。传递给电极35的热经由下部的高导热层34向基板33散热。图5中，高导热层34也作为IC芯片32与电极35、以及电极35与基板33的粘接层发挥功能。另外，高导热层34还缓和了由IC芯片32与电极35、以及电极35与基板33的热膨胀系数之差引起的应力。

图6所示半导体装置40中，IC芯片42与左部的电极(引线框(lead frame))48接合。另外，IC芯片42通过引线接合46与右部的电极(引线框)48接合。引线框48与电极45接合，电极45藉高导热层44与基板43接合。还有，IC芯片42、引线接合46、电极(引线框)48的一部分用成型树脂(mold resin)49封装。在该结构中，源自IC芯片42的热直接向左部的电极(引线框)48传递，且通过引线接合46向右部的电极(引线框)48传递，进一步又藉成型树脂49向左右的电极(引线框)48传递。传递给电极(引线框)48的热藉电极45和高导热层44向基板43散热。图6中，高导热层44也作为电极45与基板43的粘接层发挥功能。另外，高导热层44还缓和了由电极45与基板43的热膨胀系数之差引起的应力。

图7所示半导体装置50中，半导体模块52与电极55接合。电极55藉上部的高导热层54与基板53粘接，基板53藉下部的高导热层54与散热板56粘接。在该结构中，源自半导体模块52的热藉电极55、上部的高导热层54、基板53、下部的高导热层54向散热板56散热。图7中，高导热层54也作为电极55与基板53、以及基板53与散热板56的粘接层发挥功能。另外，高导热层54还缓和了由电极55与基板53、以及基板53与散热板56的热膨胀系数之差引起的应力。

图8所示半导体装置60中，半导体模块62与电极65接合。电极65藉下部的高导热层64与基板63粘接。另外，半导体模块62还藉上部的高导热层64与散热板66粘接。在该结构中，源自半导体模块62的热藉上部的高导热层64向散热板66散热，且藉电极65、下部的高导热层64向基板63散热。图8中，高导热层64也作为电极65与基板63、以及半导体模块62与散热板66的粘接层发挥功能。另外，高导热层64还缓和了由电极65与基板63、以及半导体模块62与散热板66的热膨胀系数之差引起的应力。

实施例

对本发明通过实施例进行说明，但本发明并不被它们所限制。另外，以下实施例中，只要没有特别注明，份、％都表示质量份、质量％。

〔实施例1～5、比较例1～7〕

按表3和表4所示配比计量配成了(A)成分、(B)成分、适量的甲苯后，把它们投入已加温到了80℃的反应釜，一边以转数150rpm使其旋转，一边进行3小时常压混合，制作出了清漆(clear)。往制作出的清漆加入(C)成分、(D)成分、还视具体情况加入其它成分，利用行星式搅拌机进行分散，制作出了高导热膜用组合物。将这样得到的高导热膜用组合物往作为支撑体的、施行了脱膜处理的PET薄膜的单面涂布，100℃下干燥，据此，得到了带支撑体的高导热膜。须指出的是，比较例5和比较例7没能形成薄膜。

[表3]

[表4]

〔高导热层的评价〕

为了对高导热层进行评价，下述每一评价都对高导热膜作了热固化。表5、表6给出对高导热膜作热固化时的固化温度、固化时间。

《导热系数》

对尚未固化的高导热膜用200℃的压力机进行60分钟加热固化。用NETZSCH公司制导热系数计(Xe Flash Analyzer，型号:LFA447Nanoflash)测定了固化后的高导热膜的导热系数。

《剥离强度(peel strength)》

给粘接膜两面贴合铜箔，并以粗化面为内侧，用压力机将之热压接(180℃，60min，0.1MPa)。将该试验片切成10mm宽大小，用万能测试仪(AUTOGRAPH)剥离、测定了剥离强度。对测定结果，计算出各N＝5的平均值。

《玻璃转化温度(glass transition temperature)(Tg)》

按动态粘弹性测定(DMA)进行了测定。对高导热膜以200℃、60min进行热固化，从支撑体剥离，然后，从高导热膜的热固化体切出试验片(10±0.5mm×40±1mm)，对试验片的宽度、厚度作了测定。其后，用Seiko Instruments公司制DMS(型号:EXSTAR6100)进行了测定(拉伸模式)(3℃/min，10Hz，25-220℃)。读取tanδ的峰值温度，当作Tg。

《弹性模量的评价》

把按上述动态粘弹性测定(DMA)测定的25℃下存储弹性模量当作弹性模量。表5、表6给出高导热膜弹性模量评价结果。

[表5]

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						固化温度(℃)	200	200	200	200	200
固化时间(分)	60	60	60	60	60
						导热系数(W/m·k)	1.4	1.3	1.7	1.3	1.4
剥离强度(N/cm)	6.0	5.5	4.0	4.0	6.0
						玻璃转化温度(℃)	216	216	216	216	216
弹性模量(GPa)	2.5	2.5	2.5	3.0	2.5

[表6]

	比较例1	比较例2	比较例3	比较例4	比较例5	比较例6	比较例7
								固化温度(℃)	150	200	200	200	-	200	-
固化时间(分)	60	60	60	60	-	60	-
								导热系数(W/m·k)	1.6	1.7	0.6	1.4	-	0.2	-
剥离强度(N/cm)	6.3	6.0	5.5	3.0	-	10.0	-
								玻璃转化温度(℃)	19	190	216	216	-	216	-
弹性模量(GPa)	0.3	10.5	2.5	2.0	-	0.3	-

《剪切粘接强度的评价》

关于实施例1、比较例1和2，进行了高导热层剪切粘接强度评价。图9给出说明高导热层剪切粘接强度评价方法的模式图。预备了FR-4基板作基板72，5mm方形硅芯片作硅芯片73。将Φ2mm的高导热膜置放在基板72上的欲形成高导热层74的位置，把硅芯片73贴在高导热膜上。其后，200℃下对高导热膜热固化60分钟，形成了高导热层74。使用AIKOHENGINEERING公司制桌上强度测试仪(型号:1605HTP)测定了25℃、150℃下的剪切强度(单位:N)。表7给出高导热层剪切粘接强度评价结果。

[表7]

	实施例1	比较例1	比较例2
				25℃下剪切粘接强度(N/mm)	23	12	25
150℃下高温剪切粘接强度(N/mm)	4.9	0	5.0

《热阻》

图10给出热阻测定装置的模式图。在埋置了K型热电偶86的宽50mm、长50mm、厚5mm的铜板82之间设置宽20mm、长20mm、厚20～390μm的进行了200℃×60分钟固化的高导热膜83，在该铜板82之上压放散热片84和重660g的压重85。在下部置放加热器81，按下述条件加热，求出了热阻。

试验条件为：供电电压40W(＝100V×0.4A)、测定区域20mm□。

设供电开始5min后的加热器侧温度为Ta，散热片侧温度为Tb，供电功率为P，从下述公式求出了热阻(单位:℃/W)。表8和图11给出热阻评价结果。

Rth＝(Ta-Tb)/P

[表8]

膜厚(μm)	热阻(℃/W)
		20	0.22
52	0.25
		98	0.30
200	0.37
		390	0.40

由表5可知，在所有实施例1～5中，导热系数、剥离强度、玻璃转化温度都高，弹性模量都在所期望范围内。对此，由表6可知，没使用改性OPE的比较例1的玻璃转化温度和弹性模量都低；另外，没使用改性OPE的比较例2的弹性模量过高；用二氧化硅(导热系数:约1W/m·K)取代(C)成分作无机填料的比较例3的导热系数低；热固性树脂仅是改性OPE的比较例4的剥离强度低；不含(B)成分的比较例5、不含(D)成分的比较例7没能形成薄膜；不含(C)成分的比较例6的导热系数和弹性模量都低。

另外，由表7可知，实施例1中无论是25℃还是150℃下的剪切粘接强度都高。对此，比较例1中，25℃下剪切粘接强度低，150℃下剪切粘接强度显著降低。另外，比较例2中显示出与实施例1同等的值。

由表8、图11的热阻评价结果可知，高导热层厚度若为300μm以下，热阻就会不满0.4℃/W，可以说是低热阻；另外，若高导热层厚度在100μm以下，热阻则会不满0.3℃/W，可以说是显著低弱的热阻。

实用性

本发明半导体装置，发热体散热性优异，不会出现发热体和受热器的粘接强度降低，具有高耐热性，故具有高可靠性。

附图标号说明

1 半导体装置

2 发热体

3 受热器

4 高导热层

10、20、30、40 半导体装置

12、22、32、42 IC芯片

13、23、33、43 基板

14、24、34、44 高导热层

15、25、35、45 电极

16、36、46 接合引线

27 电极(凸块)

48 电极(引线框)

49 模

50、60 半导体装置

52、62 半导体模块

53、63 基板

54、64 高导热层

55、65 电极

56、66 散热板

71 剪切刀头(sharing tool)

72 基板

73 硅芯片

74 高导热层

81 加热器

82 铜板

83 高导热膜

84 散热片

85 配重

86 K型热电偶

Claims

1.一种半导体装置，具备发热体、受热器和在发热体与受热器之间将源自发热体的热传递给受热器的高导热层，其特征在于，高导热层是含有(A)至少含有以下通式(1)所示的两末端带结合了乙烯基的苯基的聚醚化合物的2种以上热固性树脂、(B)热塑性弹性体、(C)作为从MgO、Al₂O₃、AlN、金刚石填料、ZnO和SiC构成的群选择的至少1种的导热性无机填料和(D)固化剂的高导热膜的热固化体，厚度为10～300μm，且导热系数为0.8W/m·K以上；相对(A)成分100质量份，(A)成分含有的以下通式(1)所示的两末端带结合了乙烯基的苯基的聚醚化合物为60～95质量份；相对上述高导热膜100质量份，(C)成分为50～90质量份；

式中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇既可相同也可不同，为氢原子、卤素原子、烷基、卤代烷基或苯基；

Z为碳数1以上的有机基；

a、b表示0～300的整数，两者当中至少其一不为0；

c、d表示0或1的整数。

2.按权利要求1所述的半导体装置，其中，高导热层的25℃下剪切粘接强度为13N/mm以上。

3.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，高导热层厚度为10μm以上100μm以下。

4.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，高导热层的体积电阻系数为1×10¹⁰Ω·cm以上。

5.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，上述通式(1)中的Z为含有氧原子、氮原子、硫原子或卤素原子的碳数1以上的有机基。

6.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，(D)成分是咪唑系固化剂。

7.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，受热器为形成了电极的基板，高导热层形成于发热体与基板上形成的电极之间。

8.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，发热体具有电极，受热器为基板，高导热层形成于发热体的电极与基板之间。

9.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，发热体是IC芯片、裸芯片、LED芯片、FWD(Free Wheeling Diode)或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。

10.按权利要求7所述的半导体装置，其中，基板是使用金属基CCL的基板、金属基板或陶瓷基板。

11.按权利要求8所述的半导体装置，其中，基板是使用金属基CCL的基板、金属基板或陶瓷基板。

12.按权利要求9所述的半导体装置，其中，基板是使用金属基CCL的基板、金属基板或陶瓷基板。

13.按权利要求1或2所述的半导体装置，其中，发热体为半导体模块，受热器为散热板。

14.按权利要求13所述的半导体装置，其中，半导体模块为功率半导体模块。