CN105244335A - 热传导性片材、热传导性片材的固化物和半导体装置 - Google Patents

热传导性片材、热传导性片材的固化物和半导体装置 Download PDF

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Abstract

本发明的热传导性片材含有热固化性树脂(A)和分散于热固化性树脂(A)中的无机填料(B)。而且，本发明的热传导性片材为，对于将该热传导性片材的固化物在700℃加热处理4小时灰化后的灰化残渣含有的无机填料(B)，利用水银压入法进行细孔径分布测定时，将上述灰化残渣含有的上述无机填料的粒子体积作为a，将上述灰化残渣含有的上述无机填料的利用水银压入法测定的粒子内空隙体积作为b时，以100×b/a表示的上述无机填料的气孔率为40％～65％，上述灰化残渣含有的上述无机填料的利用上述水银压入法测定的平均气孔直径为0.20μm～1.35μm。

Description

热传导性片材、热传导性片材的固化物和半导体装置
技术领域
本发明涉及热传导性片材、热传导性片材的固化物和半导体装置。
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机器。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，需要高温下的散热性和绝缘性更加优异的部件。
例如，专利文献1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合而成的半导体装置。
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在高温下的散热性和绝缘性。因此，存在使半导体芯片的热量充分散热至外部或保持电子部件的绝缘性变得困难的情况，这种情况下，半导体装置的性能降低。
根据本发明，提供一种热传导性片材，该热传导性片材含有热固化性树脂和分散于上述热固化性树脂中的无机填料，对于将该热传导性片材的固化物在700℃下加热处理4小时灰化后的灰化残渣含有的无机填料，利用水银压入法进行细孔径分布测定时，将上述灰化残渣含有的上述无机填料的粒子体积作为a，将上述灰化残渣含有的上述无机填料的利用上述水银压入法测定的粒子内空隙体积作为b时，以100×b/a表示的上述无机填料的气孔率为40％～65％，上述灰化残渣含有的上述无机填料的利用上述水银压入法测定的平均气孔直径为0.20μm～1.35μm。
热传导性片材中的上述无机填料的气孔率为40％以上，且上述无机填料的平均气孔直径为0.20μm以上时，由于热固化性树脂充分进入无机填料的内部，因此热传导性片材中空隙的产生少。由此，能够提高热传导性片材及其固化物的绝缘耐压，因此能够提高所得到的半导体装置的绝缘可靠性。
此外，通过热传导性片材中的上述无机填料的气孔率为65％以下，且上述无机填料的平均气孔直径为1.35μm以下，能够提高无机填料的强度，其结果，在热传导性片材制造前后，能够在某种程度上保持上述无机填料的形状和取向。由此，能够提高热传导性片材及其固化物的热传导性，因此能够提高所得到的半导体装置的散热性。
而且，上述气孔率和上述平均气孔直径为上述范围内时，上述无机填料被均匀地分散在热传导性片材中。因此，即使在温度变化剧烈的环境下长时间放置，膜厚等也不易变化，因此使用本发明的热传导性片材的半导体装置难以引起散热性的降低。
根据以上可推测，根据本发明，通过将上述无机填料的上述气孔率和平均气孔直径控制在上述范围内，能够得到散热性和绝缘性的平衡优异的热传导性片材及其固化物。而且，通过将该热传导性片材应用于半导体装置，能够实现耐久性高的半导体装置。
此外，根据本发明，能够提供使上述热传导性片材固化而成的热传导性片材的固化物。
此外，根据本发明，能够提供半导体装置，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面上接合的热传导件、以及将上述半导体芯片和上述金属板密封的密封树脂，上述热传导件由上述热传导性片材形成。
根据本发明，能够提供散热性和绝缘性的平衡优异的热传导性片材及其固化物以及耐久性高的半导体装置。
上述的目的和其他目的、特征和优点通过以下所述的适当的实施方式和其附带的以下附图进一步明确。
附图说明
图1是本发明一实施方式涉及的半导体装置的截面图。
图2是本发明一实施方式涉及的半导体装置的截面图。
图3是用于说明无机填料(B)的气孔率的示意图。
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，图是概略图，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材进行说明。
本实施方式涉及的热传导性片材含有热固化性树脂(A)和分散于热固化性树脂(A)中的无机填料(B)。
而且，本实施方式涉及的热传导性片材中的无机填料(B)的气孔率为40％以上，优选为42％以上，更优选为45％以上，而且为65％以下，优选为63％以下，进一步优选为60％以下。
其中，对于将热传导性片材的固化物在700℃加热处理4小时灰化后的灰化残渣含有的无机填料(B)，利用水银压入法进行细孔径分布测定时，将上述灰化残渣含有的无机填料(B)的粒子体积作为a，将上述灰化残渣含有的无机填料(B)的利用上述水银压入法测定的粒子内空隙体积作为b时，以100×b/a表示热传导性片材中的无机填料(B)的气孔率。图3是用于说明无机填料(B)的气孔率的示意图。
无机填料(B)的上述粒子内空隙体积b，例如能够利用水银压入式的孔隙率计测定。将细孔径R作为横轴、将对数微分细孔容积(dV/dlogR)作为纵轴时的无机填料(B)的细孔径分布曲线(无机填料(B)的Log微分细孔容积分布曲线)的峰在细孔径0.03μm～100μm的范围有2个以上的情况下，通常，细孔径在0.03μm～3.0μm的范围形成峰时被压入的水银的体积表示无机填料(B)的每单位重量的粒子内空隙体积b，细孔径在3.0μm～100μm的范围形成峰时被压入的水银的体积表示无机填料(B)的每单位重量的粒子间空隙体积。
此外，粒子体积a可以由细孔径在0.03μm～3.0μm的范围内形成峰之前被压入的水银的体积和测定中使用的粉体用容器的体积计算出。此外，可以由得到的粒子体积a和无机填料(B)的重量(g)计算出无机填料(B)的密度(g/mL)。
其中，无机填料(B)的密度(g/mL)为能够利用上述水银压入法测定的粒子密度，其是将无机填料(B)重量(g)除以无机填料(B)体积(即粒子体积a)而得到的数值。无机填料(B)的体积不包含上述粒子间空隙体积，其是粒子物质自身的体积、粒子内的封闭细孔的体积和粒子内空隙体积b之和。
此外，本实施方式中，细孔径表示细孔的直径。此外，平均气孔直径为众数直径。
此外，本实施方式涉及的热传导性片材中的无机填料(B)的平均气孔直径为0.20μm以上，优选为0.22μm以上，更优选为0.25μm以上，而且为1.35μm以下，优选为1.00μm以下，更优选为0.90μm以下，特别优选为0.80μm以下。
其中，本实施方式涉及的热传导性片材中的无机填料(B)的平均气孔直径，是将该热传导性片材在700℃加热处理4小时灰化后的灰化残渣含有的上述无机填料的平均气孔直径，利用水银压入法测定。无机填料(B)的上述平均气孔直径，例如能够使用水银压入式的孔隙率计测定。例如，无机填料(B)的细孔分布曲线的峰在细孔径0.03μm～100μm的范围内有2个以上时，细孔径为0.03μm～3.0μm的范围内的峰表示粒子内空隙体积b，与该峰对应的细孔径的平均值为上述平均气孔直径。其中上述平均气孔直径是众数直径。
通过热传导性片材中的无机填料(B)的气孔率为上述下限值以上，且热传导性片材中的无机填料(B)的平均气孔直径为上述下限值以上，热固化性树脂充分进入无机填料(B)的内部，因此，热传导性片材中的空隙的产生少。由此，能够提高热传导性片材及其固化物的绝缘耐压，因此能够提高所得到的半导体装置的绝缘可靠性。
此外，通过热传导性片材中的上述无机填料(B)的气孔率为上述上限值以下，且无机填料(B)的平均气孔直径为上述上限值以下，能够提高无机填料(B)的强度(二次聚集粒子的情况下为聚集力)，其结果，在热传导性片材制造前后，能够在某种程度上保持上述无机填料的形状和取向(二次聚集粒子的情况下为一次粒子的取向)。由此，能够提高热传导性片材及其固化物的热传导性，因此能够提高所得到的半导体装置的散热性。尤其是无机填料(B)为二次聚集粒子时，通过在某种程度上维持二次聚集粒子的形状，一次粒子间的接触被保持，且一次粒子的随机取向被保持，因此能够更进一步提高热传导性片材及其固化物的热传导性。
而且，本实施方式涉及的热传导性片材，上述气孔率和上述平均气孔直径为上述范围内时，上述无机填料被均匀地分散在热传导性片材及其固化物中。因此，即使在温度变化剧烈的环境下长时间放置，膜厚等也不易变化，因此使用本实施方式涉及的热传导性片材的半导体装置难以引起热传导性的降低。
由以上可推测，根据本实施方式，通过将热传导性片材中的无机填料的上述气孔率和平均气孔直径控制在上述范围内，能够得到散热性和绝缘性的平衡优异的热传导性片材及其固化物。而且，通过将该热传导性片材应用于半导体装置，能够实现耐久性高的半导体装置。
应予说明，本实施方式中，热传导性片材是指B阶段状态的片材。此外，将使热传导性片材固化而得的固化物称为“热传导性片材的固化物”。此外，将热传导性片材应用于半导体装置，并使其固化而得的部件称为“热传导件”。热传导性片材的固化物包含热传导件。此外，本实施方式中，热传导性片材的固化物称为C阶段状态的片材，其是通过对B阶段状态的热传导性片材在例如180℃、10MPa下进行40分钟热处理使其固化而得到的固化物。
将热传导性片材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涉及的热传导性片材的半导体装置的一例，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表面相反侧的表面上设置热传导件的结构。
此外，作为应用本实施方式涉及的热传导性片材的半导体封装件的其他例子，可举出具备热传导件、在热传导件的一面接合的半导体芯片、在上述热传导件的与上述一面相反侧的表面上接合的金属部件、将上述热传导件、上述半导体芯片和上述金属部件密封的密封树脂的半导体封装件。
通过使用本实施方式涉及的热传导性片材，能够实现耐久性高的半导体装置。其理由未必是明确的，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材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，会产生热传导性片材的热传导率和绝缘性的降低等，半导体装置的耐久性降低。因此，以往的半导体装置耐久性差。
然而，使用本实施方式涉及的热传导性片材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材为难以产生空隙的结构，且热传导性片材中的无机填料(B)在某种程度上维持热传导性片材制造前的形状和取向，而且在热传导性片材中被均匀地分散。通过热传导性片材中的空隙产生少，能够提高热传导性片材及其固化物的绝缘性，而且在热传导性片材制造前后，能够在某种程度上保持无机填料(B)的形状和取向，从而能够提高热传导性片材及其固化物的热传导性。
根据以上理由，推测由于本实施方式涉及的热传导性片材及其固化物的散热性和绝缘性的平衡优异，因此将该热传导性片材应用于半导体装置时，会得到耐久性优异的半导体装置。
本实施方式涉及的热传导性片材中的无机填料(B)的气孔率和平均气孔直径，可以通过适当调节构成热传导性片材的各成分的种类、配合比例和热传导性片材的制作方法进行控制。
本实施方式中，作为用于控制上述气孔率和平均气孔直径的因子，可举出特别是适当选择热固化性树脂(A)的种类、适当选择构成用于形成热传导性片材的树脂漆的溶剂、包括对热传导性片材施加压缩压力的工序、对添加有热固化性树脂(A)和无机填料(B)的树脂漆进行陈化、该陈化中的加热·加压条件、无机填料(B)的烧制条件等。
本实施方式涉及的热传导性片材在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下通过动态粘弹性测定而测得的、该热传导性片材的固化物的玻璃化转变温度优选为175℃以上，更优选为190℃以上。上述玻璃化转变温度的上限值没有特别限制，例如为300℃以下。
其中，热传导性片材的固化物的玻璃化转变温度可以如下地测定。首先，对热传导性片材在180℃、10MPa下热处理40分钟，由此得到热传导性片材的固化物。接下来，通过DMA(动态粘弹性测定)在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下测定所得固化物的玻璃化转变温度(Tg)。
玻璃化转变温度为上述下限值以上时，能够更进一步抑制导电性成分的运动开放，因此，能够更进一步抑制温度上升引起的热传导性片材的绝缘性的降低。其结果，能够实现绝缘可靠性更加优异的半导体装置。
玻璃化转变温度可以通过适当调节构成热传导性片材的各成分的种类、配合比例和热传导性片材的制作方法来控制。
将本实施方式涉及的热传导性片材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。
本实施方式涉及的热传导性片材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。热传导性片材的固化物的膜厚优选为50μm～250μm。由此，能够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。而且，热传导件的散热性和绝缘性的平衡更加优异。
本实施方式涉及的热传导性片材含有热固化性树脂(A)和分散于热固化性树脂(A)中的无机填料(B)。以下对构成本实施方式涉及的热传导性片材的各材料进行说明。
(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，也可以联合使用2种类以上。
作为环氧树脂，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、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；具有联苯骨架的环氧树脂；苯二甲基型环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架的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、具有萘芳烷基骨架的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；具有双环戊二烯骨架的环氧树脂；降冰片烯型环氧树脂；具有金刚烷骨架的环氧树脂；芴型环氧树脂；具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂等。
其中，作为热固化性树脂(A)，优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂、具有金刚烷骨架的环氧树脂、具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂、具有萘芳烷基骨架的环氧树脂、氰酸酯树脂等。
通过使用这样的热固化性树脂(A)，能够提高本实施方式涉及的热传导性片材的固化物的玻璃化转变温度，并且能够提高热传导性片材及其固化物的散热性和绝缘性。
本实施方式涉及的热传导性片材中含有的热固化性树脂(A)的含量，相对于该热传导性片材100质量％，优选为1质量％～30质量％，更优选为5质量％～28质量％。热固化性树脂(A)的含量为上述下限值以上时，操作性提高，形成热传导性片材变得容易。
热固化性树脂(A)的含量为上述上限值以下时，热传导性片材及其固化物的强度和阻燃性更进一步提高，热传导性片材及其固化物的热传导性更进一步提高。
(无机填料(B))
作为无机填料(B)，例如可举出二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅等。可以单独使用这些无机填料中的1种，也可以联合使用2种以上。
无机填料(B)的形状没有特别限制，通常为球状。
作为无机填料(B)，从更进一步提高本实施方式涉及的热传导性片材及其固化物的热传导性的观点出发，优选为通过使鳞片状氮化硼的一次粒子聚集而形成的二次聚集粒子。
通过使鳞片状氮化硼的一次粒子聚集而形成的二次聚集粒子，例如可以通过在鳞片状氮化硼中混合粘合剂制作浆料，使用喷雾干燥法等使其聚集后，将其烧制而形成。烧制温度例如为1200～2500℃。烧制时间例如为2～24小时。
通常，越是提高烧制温度，或者越是增加烧制时间，越是能够增大上述气孔率和平均气孔直径。
如此，作为无机填料(B)，使用将鳞片状氮化硼的一次粒子烧结而得到的二次聚集粒子时，从提高无机填料(B)在热固化性树脂(A)中的分散性的观点出发，作为热固化性树脂(A)特别优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂。
无机填料(B)的平均粒径例如优选为5μm～180μm，更优选为10μm～100μm。由此，能够实现热传导性和绝缘性的平衡更加优异的热传导性片材及其固化物。
其中，无机填料(B)的平均粒径是利用激光衍射式粒度分布测定装置，按照体积标准测定粒子的粒度分布时的中值粒径(D50)。
构成上述二次聚集粒子的鳞片状氮化硼一次粒子的平均长径优选为0.01μm～20μm，更优选为0.1μm～15μm。由此，能够实现热传导性和绝缘性的平衡更加优异的热传导性片材及其固化物。
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切断，制作样品。接下来，利用扫描型电子显微镜，拍摄数张扩大数千倍的二次聚集粒子的断面照片。接下来，选择任意的二次聚集粒子，由照片测定鳞片状氮化硼一次粒子的长径。此时，对于10个以上的一次粒子测定长径，将它们的平均值作为平均长径。
本实施方式涉及的热传导性片材中含有的无机填料(B)的含量，相对于该热传导性片材100质量％，优选为50质量％～95质量％，更优选为55质量％～88质量％，特别优选为60质量％～80质量％。
通过将无机填料(B)的含量设置为上述下限值以上，能够更有效地实现热传导性片材及其固化物的热传导性和机械强度的提高。另一方面，通过将无机填料(B)的含量设置为上述上限值以下，能够提高树脂组合物的成膜性和作业性，能够使热传导性片材及其固化物的膜厚均匀性更加良好。
本实施方式涉及的无机填料(B)，从更进一步提高热传导性片材及其固化物的热传导性的观点出发，优选除了上述二次聚集粒子以外，进一步含有与构成二次聚集粒子的鳞片状氮化硼一次粒子不同的其他鳞片状氮化硼一次粒子。该鳞片状氮化硼一次粒子的平均长径优选为0.01μm～20μm，更优选为0.1μm～15μm。
由此，能够实现热传导性与绝缘性的平衡更加优异的热传导性片材及其固化物。
(固化剂(C))
本实施方式涉及的热传导性片材，作为热固化性树脂(A)使用环氧树脂时，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、四苯基硼四苯基鏻、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，也可以联合使用包括这些化合物的衍生物在内的化合物中的2种以上。
本实施方式涉及的热传导性片材中含有的固化催化剂(C-1)的含量没有特别限制，相对于热传导性片材100质量％优选为0.001质量％～1质量％。
此外，作为酚系固化剂(C-2)，可举出苯酚酚醛清漆树脂、甲阶型酚醛清漆树脂、萘酚酚醛清漆树脂、氨基三嗪酚醛清漆树脂、酚醛清漆树脂、三苯基甲烷型苯酚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/或亚联苯基骨架的苯酚芳烷基树脂、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，可以单独使用这些化合物中的1种，也可以联合使用2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))
而且，本实施方式涉及的热传导性片材可以含有偶联剂(D)。偶联剂(D)能够提高热固化性树脂(A)与无机填料(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，具体地，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。
由于偶联剂(D)的添加量依赖于无机填料(B)的比表面积，因此，没有特别限制，相对于无机填料(B)100质量份，优选为0.1质量份～10质量份，特别优选为0.5质量份～7质量份。
(苯氧树脂(E))
本实施方式涉及的热传导性片材可以进一步含有苯氧树脂(E)。通过含有苯氧树脂(E)，能够更进一步提高热传导性片材及其固化物的耐弯曲性。
此外，通过含有苯氧树脂(E)，能降低够热传导性片材及其固化物的弹性模量，能够提高热传导性片材及其固化物的应力缓和力。
此外，含有苯氧树脂(E)时，由于粘度上升而流动性降低，能够抑制空隙等产生。此外，能够提高热传导性片材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。
作为苯氧树脂(E)，例如可举出具有双酚骨架的苯氧树脂、具有萘骨架的苯氧树脂、具有蒽骨架的苯氧树脂、具有联苯骨架的苯氧树脂等。此外，也可以使用具有多种这些骨架的结构的苯氧树脂。
苯氧树脂(E)的含量例如相对于热传导性片材100质量％为3质量％～10质量％。
(其他成分)
本实施方式涉及的热传导性片材中，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。
本实施方式涉及的热传导性片材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，对该树脂漆加入无机填料(B)，通过使用三联辊等进行混炼而能够得到树脂组合物。由此，能够使无机填料(B)更均匀地分散于热固化性树脂(A)中。
作为上述溶剂，没有特别限制，可举出甲基乙基酮、甲基异丁基酮、丙二醇单甲醚、环己酮等。
接下来，对热传导性片材用树脂组合物进行陈化。由此，对于得到的热传导性片材，能够增大热传导性片材中的无机填料(B)的气孔率和平均气孔直径。推测这是由于：通过陈化，热固化性树脂(A)对无机填料(B)的亲和性上升，因此热固化性树脂(A)充分渗入无机填料(B)的内部，其结果，在热传导性片材制造前后，能够保持无机填料(B)的粒子内的空隙，因此能够增大气孔径和粒子内空隙体积。
陈化例如能够在30～80℃、8～25小时优选为12～24小时、0.1～1.0MPa的条件下进行。通常，越是提高陈化温度，或者越是增加陈化时间，越是能够增大上述气孔率和平均气孔直径。
接下来，将上述树脂组合物成型为片状，形成热传导性片材。本实施方式中，例如在基材上涂布漆状的上述树脂组合物之后，通过将其进行热处理而干燥，由此能够得到热传导性片材。作为基材，例如可举散热部件和引线框、能够剥离的构成载体材料等的金属箔。此外，用于将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。热传导性片材的膜厚例如为60μm～500μm。
接下来，优选使上述树脂片材通过两根辊之间进行压缩，由此将树脂片材内的气泡除去。
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，因压缩压力而引起无机填料(B)变形，能够降低热传导性片材中的无机填料(B)的气孔率和平均气孔直径。
接下来，对本实施方式涉及的半导体装置进行说明。图1是本发明的一实施方式涉及的半导体装置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。
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上接合的热传导件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粘着在散热器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。
热传导件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的周围与热传导件140的散热器130侧的表面(上表面141)连接。
在热传导件140的下表面142粘着有金属层150的上表面151。即，金属层150的一侧的表面(上表面151)被粘着于热传导件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的轮廓线和热传导件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。
此外，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，热传导件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，热传导件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。
此外，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粘着在散热器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，准备热传导件140，将该热传导件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)粘着于热传导件140的与散热器130侧相反侧的表面(下表面142)。应予说明，在将热传导件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粘着在热传导件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1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上贴合的绝缘性热传导件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某种程度上更小时，即使热传导件的绝缘性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，在热传导件面内电场最为集中的位置的电场变得越强。因此，认为热传导件的由微小的膜厚变化引起的绝缘性的恶化，也存在作为问题显著化的可能性。
与此相对，本实施方式涉及的半导体装置100，例如，即使是其贴装面积为10×10mm～100×100mm的大型封装，但是通过具备上述结构的热传导件140，也可以期待得到充分的耐久性。
此外，本实施方式涉及的半导体装置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，但是通过具备上述结构的热传导件140，也可以期待得到充分的耐久性。
此外，半导体装置100进一步具备在热传导件140的与散热器130侧为相反侧的表面(下表面142)粘着有一侧的表面(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。
此外，金属层150的上表面151比热传导件140的下表面142小时，热传导件140的下表面142露出至外部，会担心由异物等突起物引起热传导件140产生裂纹。另一方面，金属层150的上表面151比热传导件140的下表面142大时，金属层150的端部变为漂浮在空中的外形，在制造工序中处理时等，存在金属层150剥离的可能性。
与此相对，通过形成在俯视图中金属层150的上表面151的轮廓线与热传导件140的下表面142的轮廓线重叠的结构，能够抑制热传导件140产生裂纹和金属层150的剥离。
此外，由于金属层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2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1所示的半导体装置100不同，在其他方面与图1所示的半导体装置100同样地构成。
本实施方式中，热传导件140被密封于密封树脂180内。此外，金属层150除了其下表面152外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2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170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2的进深方向以3列配置。
应予说明，通过将上述的图1或图2表示的半导体装置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，在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。
(由鳞片状氮化硼一次粒子构成的二次聚集粒子的制作)
将硼酸三聚氰胺(硼酸：三聚氰胺＝2：1(摩尔比))和鳞片状氮化硼粉末(平均长径：15μm)混合而得到的混合物(硼酸三聚氰胺：鳞片状氮化硼粉末＝10：1(质量比))添加至0.2质量％的聚丙烯酸铵水溶液，混合2小时而调制喷雾用浆料(聚丙烯酸铵水溶液：混合物＝100：30(质量比))。接下来，将该浆料供给喷雾造粒机，通过在雾化器的转速15000rpm、温度200℃、浆料供给量5ml/min的条件下喷雾，制作复合粒子。接下来，将得到的复合粒子在氮气环境下，在2000℃、10小时的条件下进行烧制，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使用激光衍射式粒度分布测定装置(HORIBA公司生产、LA-500)，以体积标准测定粒子的粒度分布，作为其中值粒径(D50)。
(热传导性片材的制作)
对于实施例1～7和比较例1～2、4，按照以下方式制作热传导性片材。
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。接下来，向该溶液添加无机填料预备混合之后，通过三联辊混炼，得到均匀地分散有无机填料的热传导性片材用树脂组合物。接下来，对得到的热传导性片材用树脂组合物在60℃、0.6MPa、15小时的条件下进行陈化。接下来，使用刮刀涂装法将热传导性片材用树脂组合物在铜箔上涂布之后，通过100℃、30分钟的热处理将其将其干燥，制作膜厚为400μm的树脂片材。接下来，使上述树脂片材通过二根辊之间进行压缩，由此除去树脂片材内的气泡，得到膜厚为200μm的B阶段状的热传导性片材。
应予说明，表1中的各成分的详细内容如下所示。
关于实施例8，除了对热传导性片材用树脂组合物在80℃、0.6MPa、20小时的条件下进行陈化以外，与实施例1同样地制作热传导性片材。
关于实施例9，除了对热传导性片材用树脂组合物在40℃、0.6MPa、10小时的条件下进行陈化以外，与实施例1同样地制作热传导性片材。
关于实施例10，除了对热传导性片材用树脂组合物在70℃、0.6MPa、20小时的条件下进行陈化以外，与实施例1同样地制作热传导性片材。
关于实施例11，对热传导性片材用树脂组合物在30℃、0.6MPa、15小时的条件下进行陈化，且使用环氧树脂7代替环氧树脂1，除此之外，与实施例1同样地制作热传导性片材。
关于实施例12，对热传导性片材用树脂组合物在30℃、0.6MPa、20小时的条件下进行陈化，且使用环氧树脂8代替环氧树脂1，除此之外，与实施例1同样地制作热传导性片材。
关于比较例3，除了对热传导性片材用树脂组合物不进行陈化这一点之外，与实施例1同样地制作热传导性片材。
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：具有双环戊二烯骨架的环氧树脂(XD-1000，日本化药公司生产)
环氧树脂2：具有联苯骨架的环氧树脂(YX-4000，三菱化学公司生产)
环氧树脂3：具有金刚烷骨架的环氧树脂(E201，出光兴产公司生产)
环氧树脂4：具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂(NC-2000-L，日本化药公司生产)
环氧树脂5：具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂(NC-3000，日本化药公司生产)
环氧树脂6：具有萘芳烷基骨架的环氧树脂(NC-7000，日本化药公司生产)
环氧树脂7：双酚F型环氧树脂(830S，大日本油墨公司生产)
环氧树脂8：双酚A型环氧树脂(828，三菱化学公司生产)
氰酸酯树脂1：线型酚醛清漆型氰酸酯树脂(PT-30，LonzaJapan公司生产)
(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，四国化成公司生产)
固化催化剂2：三苯基膦(北兴化学公司生产)
(固化剂C-2)
酚系固化剂1：三苯基甲烷型线型酚醛清漆树脂(MEH-7500，明和化成公司生产)
(无机填料(B))
填料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作的聚集氮化硼
填料2：上述制作例中，将烧制温度变更为1500℃，将烧制时间变更为8小时，除此之外，按照与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制作的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
填料3：上述制作例中，将烧制温度变更为2100℃，将烧制时间变更为15小时，除此之外，按照与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制作的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
填料4：上述制作例中，将烧制温度变更为2100℃，将烧制时间变更为10小时，除此之外，按照与上述二次聚集粒子的制作例同样的方法制作的平均粒径为80μm的聚集氮化硼
(气孔率和平均气孔直径的测定)
无机填料(B)的气孔率和平均气孔直径如下地测定。首先，将得到的热传导性片材在180℃、10MPa下热处理40分钟，由此得到热传导性片材的固化物。接下来，将热传导性片材的固化物在大气压下，700℃、加热处理4小时而灰化。接下来，利用岛津制作所公司制的Micromeritics细孔分布测定装置Autopore9520型对得到的灰化残渣所含有的无机填料(B)的气孔率和平均气孔直径进行测定。
具体地，将灰化残渣在100℃、1小时、大气压下，通过加热干燥而使水分蒸发，由此得到测定试样(无机填料(B))。接下来，取所得到的测定试样约0.2g至标准5cc粉体用容器(套筒容积0.4cc)，在初始压力7kPa(相当于约1psia、细孔径约180μm)的条件下进行测定。
水银参数是装置默认的水银接触角为130度，水银表面张力设定为485dynes/cm。根据得到的结果，计算出与0.03μm～3.0μm范围的峰对应的细孔径的平均值，即，平均气孔直径(众数直径)。
进而根据得到的结果，计算出气孔率。气孔率由气孔率＝100×(每单位重量的粒子内空隙体积[mL/g])×(无机填料(B)的密度[g/mL])计算出。
其中，每单位重量的粒子内空隙体积为细孔径在0.03μm～3.0μm范围的峰的面积。
无机填料(B)的密度(g/mL)利用岛津制作所公司制的Micromeritics细孔分布测定装置Autopore9520型测定。
(热传导率的测定)
热传导性片材的固化物的热传导率如下地测定。首先，将得到的热传导性片材在180℃、10MPa下热处理40分钟，由此得到热传导性片材的固化物。接下来，测量所得到的固化物的厚度方向的热传导率。具体地，由利用激光闪光法(半衰期法)测定的热扩散系数(α)、利用DSC法测定的比热(Cp)、按照JIS-K-6911测定的密度(ρ)，使用下式计算出热传导率。热传导率的单位为W/m·K。测定温度为25℃。热传导率[W/m·K]＝α[mm2/s]×Cp[J/kg·K]×ρ[g/cm3]。评价标准如下。
◎：12W/m·K以上
○：10W/m·K以上且小于12W/m·K
△：6W/m·K以上且小于10W/m·K
×：小于6W/m·K
(绝缘破坏电压)
按照JISK6911，如下地测定热传导性片材的固化物的绝缘破坏电压。首先，将得到的热传导性片材在180℃、10MPa下热处理40分钟，由此得到热传导性片材的固化物。
接下来，将热传导性片材的固化物切断为30mm见方，在该样品上制作的圆形电极。应予说明，通过对涂布时作为基材使用的铜箔进行蚀刻而得到该电极。对电极直接使用铜箔基材。
接下来，使用菊水电子TOS9201，在绝缘油中以升压速度为2.5kV/秒的速度使电压上升的方式，对两电极施加交流电压。将热传导性片材的固化物发生破坏的电压作为绝缘破坏电压。评价标准如下。
◎◎：5.0kV以上
◎：4.0kV以上且小于5.0kV
○：3.0kV以上且小于4.0kV
△：2.0kV以上且小于3.0kV
×：小于2.0kV
(Tg(玻璃化转变温度)的测定)
如下地测定热传导性片材的固化物的玻璃化转变温度。首先，将得到的热传导性片材在180℃、10MPa下热处理40分钟，由此得到热传导性片材的固化物。接下来，通过DMA(动态粘弹性测定)在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下测定所得到的固化物的玻璃化转变温度(Tg)。
(绝缘可靠性评价)
对于各个实施例1～12和比较例1～4，如下地评价半导体封装件的绝缘可靠性。首先，使用热传导性片材的固化物，制作图1所示的半导体封装件。接下来，使用该半导体封装件，在温度85℃、湿度85％、交流施加电压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以下作为故障。评价标准如下。
◎◎：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)
对于各个实施例1～12和比较例1～4，如下地评价半导体封装件的热循环性。首先，使用热传导性片材的固化物制作图1所示的半导体封装件。接下来，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。评价标准如下。
接下来，使用超声波影像装置(日立建机Finetech公司生产，FS300)，观察半导体芯片、导电层有无异常。
◎：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。
气孔率和平均气孔直径二者在本发明范围内的实施例1～12的热传导性片材，热传导率和绝缘破坏电压良好。此外，使用这样的热传导性片材的实施例1～12的半导体封装件，绝缘可靠性和热循环性优异。
另一方面，气孔率和平均气孔直径的至少一方在本发明范围外的比较例1～4的热传导性片材，热传导率和绝缘破坏电压的至少一方差。使用这样的热传导性片材的比较例1～4的半导体封装件，绝缘可靠性和热循环性差。
因此，可知通过使用本发明的热传导性片材，能够得到耐久性高的半导体装置。
本申请主张基于2014年7月2日提出申请的日本申请特愿2014-137235号的优先权，本申请援引其公开的全部内容。

Claims (9)

1.一种热传导性片材，含有热固化性树脂和分散于所述热固化性树脂中的无机填料，其特征在于，
对于将该热传导性片材的固化物在700℃加热处理4小时灰化后的灰化残渣含有的所述无机填料，利用水银压入法进行细孔径分布测定时，
将所述灰化残渣含有的所述无机填料的粒子体积作为a，将所述灰化残渣含有的所述无机填料的利用所述水银压入法测定的粒子内空隙体积作为b时，以100×b/a表示的所述无机填料的气孔率为40％～65％，
所述灰化残渣含有的所述无机填料的利用所述水银压入法测定的平均气孔直径为0.20μm～1.35μm。
2.如权利要求1所述的热传导性片材，其中，所述无机填料为由鳞片状氮化硼一次粒子构成的二次聚集粒子。
3.如权利要求2所述的热传导性片材，其中，构成所述二次聚集粒子的所述一次粒子的平均长径为0.01μm～20μm。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的热传导性片材，其中，所述无机填料的平均粒径为5μm～180μm。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的热传导性片材，其中，所述无机填料的含量相对于该热传导性片材100质量％为50质量％～95质量％。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的热传导性片材，其中，所述热固化性树脂是选自具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂、具有金刚烷骨架的环氧树脂、具有苯酚芳烷基骨架的环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂、具有萘芳烷基骨架的环氧树脂和氰酸酯树脂中的一种或二种以上。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的热传导性片材，其中，在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下，通过动态粘弹性测定而测得的该热传导性片材的固化物的玻璃化转变温度为175℃以上。
8.一种热传导性片材的固化物，其特征在于，使权利要求1～7中任意一项所述的热传导性片材固化而成。
9.一种半导体装置，其特征在于，
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面接合的热传导件、以及将所述半导体芯片和所述金属板密封的密封树脂，
所述热传导件由权利要求1～7中任意一项所述的热传导性片材形成。
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