CN107849351A - 导热性树脂组合物、导热片和半导体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的第一发明的导热性树脂组合物包含环氧树脂、氰酸酯树脂和导热性填料,通过特定的导热系数试验测得的25℃时的导热系数为3W/(m·k)以上,并且进行特定的耐弯曲性试验时不会破裂。本发明的第二发明的导热性树脂组合物包含环氧树脂、导热性填料和二氧化硅纳米颗粒,通过动态光散射法测得的上述二氧化硅纳米颗粒的平均粒径D50为1nm以上100nm以下,相对于该导热性树脂组合物的总固体成分100质量%,上述二氧化硅纳米颗粒的含量为0.3质量%以上2.5质量%以下,上述导热性填料包含由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒。
Description
技术领域
本发明涉及导热性树脂组合物、导热片和半导体装置。
背景技术
一直以来,已知将绝缘栅双极型晶体管(IGBT,Insulated Gate BipolarTransistor)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逆变器装置或功率半导体装置。
这些电力控制装置根据其耐压或电流容量而应用于各种设备。尤其是从近几年的环境问题、节能化推进的观点考虑,这些电力控制装置在各种电气机械中的使用正在逐年扩大。
尤其是关于车载用电力控制装置,要求其小型化、节省空间化,并且要求将电力控制装置设置在引擎室内。引擎室内为温度高且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进一步优异的部件。
例如,专利文献1(日本特开2011-216619号公报)中,公开了将半导体芯片搭载在引线框等支承体上、通过绝缘树脂粘接层将支承体与连接于散热片的金属板粘接而成的半导体装置。
并且,专利文献2(国际公开第2012/070289号小册子)中公开了包含由氮化硼的一次颗粒构成的二次颗粒的导热片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-216619号公报
专利文献2:国际公开第2012/070289号小册子
发明内容
发明要解决的技术课题
但是,专利文献1所记载的半导体装置的高温下的散热性和绝缘性并不能充分令人满意。因此,有时难以使半导体芯片的热充分地向外部发散、或者确保半导体装置的绝缘性,此时半导体装置的性能下降。
另外,专利文献2所记载的导热片通常通过制备清漆状树脂组合物,将其涂布在基材上并进行干燥,制作B阶段状态的导热片,并对该导热片进行加热固化而获得。
但是,根据本发明的发明人的研究可知,在专利文献2中所记载的那样的B阶段状态的导热片中,在将无机填充材料高填充时,容易破裂、容易落粉等,处理性变差。因此可知以这种导热片难以稳定地制造半导体装置。
本发明的第一发明是鉴于上述情况而完成的,提供一种能够稳定地制造可靠性优异的半导体装置的导热性树脂组合物。
并且,专利文献2中所记载的那样的现有的树脂清漆,由于导热性填料容易沉降,因此保存稳定性具有改善的余地。
本发明的第二发明是鉴于上述情况而完成的,提供一种保存稳定性优异的导热性树脂组合物。
用于解决技术课题的手段
根据本发明的第一发明,
提供一种导热性树脂组合物,所述导热性树脂组合物包含环氧树脂、氰酸酯树脂和导热性填料,
通过下述导热系数试验测得的25℃时的导热系数为3W/(m·k)以上,并且进行下述耐弯曲性试验时不会破裂。
<导热系数试验>
通过以100℃对上述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,利用激光闪光法测定上述导热片固化物的厚度方向的导热系数。
<耐弯曲性试验>
通过以100℃对上述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,将上述导热片切成100mm×10mm,在25℃的环境下,沿着直径10mm的圆柱的曲面以弯曲角度180度在长边方向的中央部分折弯。
而且,根据本发明的第二发明,
提供一种导热性树脂组合物,所述导热性树脂组合物包含环氧树脂、导热性填料和二氧化硅纳米颗粒,
通过动态光散射法测得的上述二氧化硅纳米颗粒的平均粒径D50为1nm以上100nm以下,
相对于该导热性树脂组合物的总固体成分100质量%,上述二氧化硅纳米颗粒的含量为0.3质量%以上2.5质量%以下,
上述导热性填料包含由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒。
而且,根据本发明,
提供一种使上述第一发明或上述第二发明的导热性树脂组合物半固化而形成的导热片。
而且,根据本发明,
提供一种半导体装置,所述半导体装置包括:
金属板;
在上述金属板的第一面侧设置的半导体芯片;
在上述金属板的与上述第一面相反一侧的第二面接合的导热材料;和
将上述半导体芯片和上述金属板密封的密封树脂,
上述导热材料由上述第一发明或上述第二发明的导热片形成。
发明效果
根据本发明的第一发明,提供一种能够稳定地制造可靠性优异的半导体装置的导热性树脂组合物、导热片和可靠性优异的半导体装置。
并且,根据本发明的第二发明,提供一种保存稳定性优异的导热性树脂组合物、使用了该导热性树脂组合物的导热片和半导体装置。
附图说明
上述的目的及其他目的、特征和优点通过以下描述的优选实施方式及其所附带的以下附图更为明确。
图1是第一发明和第二发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的截面图。
图2是第一发明和第二发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的截面图。
具体实施方式
以下,根据附图对本发明的实施方式进行说明。其中,在所有附图中,对相同的构成要件标注相同符号,其详细说明适当省略以免重复。并且,图为示意图,与实际的尺寸比例不一致。并且,数值范围的“~”只要没有特别说明,则表示以上至以下。
[第一发明]
以下,对第一发明所涉及的实施方式进行说明。
首先,对本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)进行说明。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)包含环氧树脂(A1)、氰酸酯树脂(A2)和导热性填料(B)。
并且,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中,通过下述导热系数试验测得的25℃时的导热系数为3W/(m·k)以上,优选为10W/(m·k)以上,并且进行下述耐弯曲性试验时不会破裂。在此,“破裂”是在导热片表面产生的龟裂,指该龟裂的长边为2mm以上、并且与长边垂直的方向的龟裂宽度的最大值为50μm以上的龟裂。其中,龟裂有时在长边方向上间断,只要龟裂中断的距离小于1mm,则判断为连续的一个龟裂。
<导热系数试验>
通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,利用激光闪光法测定上述导热片固化物的厚度方向的导热系数。
<耐弯曲性试验>
通过以100℃对上述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,将上述导热片切成100mm×10mm,在25℃的环境下,沿着直径10mm的圆柱的曲面以弯曲角度180度在长边方向的中央部分折弯。
根据本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P),通过具备上述结构,能够稳定地制造可靠性优异的半导体装置。
另外,在本实施方式中,将片状的、并且使导热性树脂组合物(P)半固化而形成的、B阶段状态的导热性树脂组合物(P)称为“导热片”。并且,将使导热片固化而得到的称为“导热片固化物”。另外,将导热片应用于半导体装置、使其固化而形成的称为“导热材料”。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)包含环氧树脂(A1)、氰酸酯树脂(A2)和导热性填料(B)。由此能够提高所得到的导热片固化物的散热性和绝缘性的平衡。
导热材料例如设置在半导体装置内的要求高导热性的接合界面,促进由发热体向散热体的导热。由此,能够抑制半导体芯片等中的因特性变化而引起的故障,实现半导体装置的稳定性的提高。
作为应用了本实施方式所涉及的导热片的半导体装置的一例,例如可举出:半导体芯片设置于散热片(金属板)上、在散热片的与接合有半导体芯片的一面相反一侧的面上设置有导热材料的结构。
另外,作为应用了本实施方式所涉及的导热片的半导体装置的其他例,可举出具备导热材料、在导热材料的一个面接合的半导体芯片、在上述导热材料的与上述一个面相反一侧的面接合的金属部件、和将上述导热材料、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装置。
根据本发明的发明人的研究发现:通过在导热性树脂组合物中组合包含环氧树脂、氰酸酯树脂和导热性填料,导热性树脂组合物的固化物在高温下的绝缘性更进一步提高。作为其理由,可以认为是由于通过包含氰酸酯树脂使得固化物的固化密度提高,且高温下固化物中的导电性成分的运动释放得到抑制的缘故。在导电性成分的运动释放得到抑制时,能够抑制因温度上升而导致固化物的绝缘性下降。
另一方面,根据本发明的发明人的研究可知,仅通过导热性树脂组合物包含环氧树脂、氰酸酯树脂和导热性填料,难以稳定地制造绝缘可靠性等可靠性优异的半导体装置。
因此,本发明的发明人鉴于上述情况进一步进行了深入研究结果发现:通过导热性树脂组合物(P)中组合包含环氧树脂(A1)、氰酸酯树脂(A2)和导热性填料(B),并且使通过上述导热系数试验测得的25℃时的导热系数为上述下限值以上、而且赋予进行上述耐弯曲性试验时不会破裂的特性,能够稳定地制造绝缘可靠性等可靠性优异的半导体装置。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)的上述导热系数和进行上述耐弯曲性试验时不会破裂的特性,能够通过适当调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
本实施方式中,作为用于控制上述导热系数和/或进行上述耐弯曲性试验时不会破裂的特性的因素,可以特别地举出:适当选择环氧树脂(A1)和/或导热性填料(B)的种类;进一步包含后述的柔性赋予剂(D);对添加了环氧树脂(A1)和导热性填料(B)的树脂清漆进行老化;该老化时的加热条件等。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)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导热性树脂组合物(P)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并无特别限定,例如为300℃以下。
在此,导热性树脂组合物(P)的固化物的玻璃化转变温度例如能够以如下方式进行测定。首先,通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,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)。
在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释放,因此能够更进一步抑制因温度上升而引起固化物的绝缘性下降。结果,能够实现绝缘可靠性更进一步优异的半导体装置。
关于玻璃化转变温度,可以通过适当地调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中,依照JIS K6911,以施加电压1000V施加电压后,在1分钟后测得的该导热性树脂组合物(P)的固化物的175℃时的体积电阻率优选为1.0×109Ω·m以上,更优选为1.0×1010Ω·m以上。175℃时的体积电阻率的上限值并无特别限定,例如为1.0×1013Ω·m以下。
在此,导热性树脂组合物(P)的固化物的175℃时的体积电阻率例如能够以如下方式进行测定。首先,通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,依照JIS K6911,以施加电压1000V施加电压后,在1分钟后测定所得到的固化物的体积电阻率。
在此,175℃时的体积电阻率表示导热片固化物的高温时的绝缘性的指标。即,175℃时的体积电阻率越高,意味着高温时的绝缘性越优异。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)的固化物的175℃时的体积电阻率,能够通过适当地调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中,该导热性树脂组合物(P)的固化物的50℃时的储存弹性模量E'优选为10GPa以上40GPa以下,更优选为15GPa以上35GPa以下。
在储存弹性模量E'在上述范围内时,所得到的固化物的刚性适度,即使环境温度发生变化,也能够通过上述固化物稳定地缓解因部件之间出现的线膨胀系数差而产生的应力。由此,能够更进一步提高各部件之间的接合可靠性。
在此,50℃时的储存弹性模量E'例如能够以如下方式进行测定。首先,通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,通过DMA(动态粘弹性测定)测定所得到的固化物的50℃时的储存弹性模量E'。在此,储存弹性模量E'是对导热片固化物施加拉伸荷载,以频率1Hz、升温速度5~10℃/分钟在25℃至300℃进行测定时的50℃时的储存弹性模量的值。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)的固化物的50℃时的储存弹性模量E',能够通过适当地调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
由本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)形成的导热材料例如设置在半导体芯片等发热体与搭载该发热体的引线框、布线基板(内插件)等基板之间,或者设置在该基板与散热片等散热部件之间。由此,能够保持半导体装置的绝缘性,并且能够使从上述发热体产生的热量有效地向半导体装置的外部发散。因此,能够提高半导体装置的可靠性。
以下,对构成导热性树脂组合物(P)的各成分进行说明。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)包含环氧树脂(A1)、氰酸酯树脂(A2)和导热性填料(B)。
(环氧树脂(A1))
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'-环己二烯双酚型环氧树脂)等双酚型环氧树脂;苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、四苯酚基乙烷型酚醛清漆型环氧树脂、具有稠环芳香族烃结构的酚醛清漆型环氧树脂等酚醛清漆型环氧树脂;具有联苯骨架的环氧树脂;亚二甲苯型环氧树脂、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、萘二酚型环氧树脂、2官能至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。
另外,本实施方式中,从环氧树脂(A1)除去后述的25℃时为液态的环氧树脂。
这些之中,作为环氧树脂(A1),优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、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等。
作为环氧树脂(A1),可以单独使用这些中的1种,也可以将2种以上并用。
通过使用这种环氧树脂(A1),能够提高导热片固化物的玻璃化转变温度,并且提高导热片固化物的散热性和绝缘性。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的环氧树脂(A1)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选0.5质量%以上15质量%以下,更优选1质量%以上12质量%以下。环氧树脂(A1)的含量为上述下限值以上时,氰酸酯树脂(A2)的含量相对减少,有时耐湿性提高。环氧树脂(A1)的含量为上述上限值以下时,处理性提高,形成导热片固化物变得容易。
其中,本实施方式中,导热性树脂组合物(P)的总固体成分是指将该导热性树脂组合物(P)加热固化时以固体成分的形态残留的成分,不包括例如溶剂等通过加热挥发的成分。另一方面,25℃时为液态的环氧树脂、偶联剂等液态成分在加热固化时混入导热性树脂组合物(P)的固体成分中,因此包含在总固体成分内。
(氰酸酯树脂(A2))
作为氰酸酯树脂(A2),例如能够举出:酚醛清漆型氰酸酯树脂(novolac-typecyanate resins);双酚A型氰酸酯树脂、双酚E型氰酸酯树脂、四甲基双酚F型氰酸酯树脂等双酚型氰酸酯树脂;通过萘酚芳烷基型酚醛树脂与卤化氰的反应得到的萘酚芳烷基型氰酸酯树脂;双环戊二烯型氰酸酯树脂;联苯烷基型氰酸酯树脂等。这些之中,优选酚醛清漆型氰酸酯树脂、萘酚芳烷基型氰酸酯树脂,更优选酚醛清漆型氰酸酯树脂。通过使用酚醛清漆型氰酸酯树脂,所得到的导热片固化物的交联密度更进一步提高,能够更进一步提高固化物的耐热性。
作为酚醛清漆型氰酸酯树脂,例如能够使用下述通式(I)所示的酚醛清漆型氰酸酯树脂。
通式(I)所示的酚醛清漆型氰酸酯树脂的平均重复单元n为任意的整数。平均重复单元n并无特别限定,优选1以上,更优选2以上。平均重复单元n为上述下限值以上时,酚醛清漆型氰酸酯树脂的耐热性提高,能够更进一步抑制加热时低聚物的脱离、挥发。并且,平均重复单元n并无特别限定,优选10以下,更优选7以下。n为上述上限值以下时,能够抑制熔融粘度升高,能够提高导热片固化物的成型性。
并且,作为氰酸酯树脂,还优选使用下述通式(II)所示的萘酚芳烷基型氰酸酯树脂。下述通式(II)所示的萘酚芳烷基型氰酸酯树脂例如是使通过α-萘酚或β-萘酚等萘酚类与对苯二甲醇、α,α'-二甲氧基对二甲苯、1,4-二(2-羟基-2-丙基)苯等的反应而得到的萘酚芳烷基型酚醛树脂、与卤化氰缩合而得到的树脂。优选通式(II)的重复单元n为10以下的整数。重复单元n为10以下时,能够得到更加均匀的导热片。并且,合成时不易发生分子内聚合,水洗时的分液性提高,从而具有能够防止产量下降的倾向。
(式中,R分别独立地表示氢原子或甲基,n表示1以上10以下的整数。)
并且,氰酸酯树脂可以单独使用1种,也可以将2种以上并用,还可以将1种或2种以上与它们的预聚物并用。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的氰酸酯树脂(A2)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选2质量%以上25质量%以下,更优选5质量%以上20质量%以下。氰酸酯树脂(A2)的含量为上述下限值以上时,所得到的导热片固化物的绝缘性更进一步提高,且能够提高所得到的导热片的柔软性和耐弯曲性,因此能够抑制因将导热性填料(B)高填充而引起的导热片的处理性下降。氰酸酯树脂(A2)的含量为上述上限值以下时,有时所得到的导热片固化物的耐湿性提高。
另外,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的合计含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选5质量%以上40质量%以下,更优选9质量%以上30质量%以下。环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的合计含量为上述下限值以上时,导热片的处理性提高,形成导热片固化物变得容易。环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的合计含量为上述上限值以下时,导热片固化物的强度和阻燃性更进一步提高,导热片固化物的导热性更进一步提高。
(导热性填料(B))
作为导热性填料(B),例如可举出氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅等。它们可单独使用1种,也可以将2种以上并用。
作为导热性填料(B),从更进一步提高本实施方式所涉及的导热片固化物的导热性的观点考虑,优选通过使鳞片状氮化硼的一次颗粒凝聚而形成的二次凝聚颗粒。
通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次凝聚颗粒例如能够通过利用喷雾干燥法等使鳞片状氮化硼凝聚之后,对其进行烧制而形成。烧制温度例如为1200~2500℃。
如此,在使用鳞片状氮化硼烧结而得到的二次凝聚颗粒时,从提高环氧树脂(A1)中的导热性填料(B)的分散性的观点考虑,作为环氧树脂(A1),特别优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂。
使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次凝聚颗粒的平均粒径例如优选为5μm以上180μm以下,更优选为10μm以上100μm以下。由此,能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的导热片固化物。
构成上述二次凝聚颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01μm以上40μm以下,更优选为0.1μm以上20μm以下。由此,能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的导热片固化物。
其中,该平均长径能够利用电子显微镜照片进行测定。例如,按照以下步骤进行测定。首先,利用切片机等切割二次凝聚颗粒而制作样品。接着,利用扫描型电子显微镜,拍摄几张放大数千倍的二次凝聚颗粒的截面照片。接着,选择任意的二次凝聚颗粒,根据照片测定鳞片状氮化硼的一次颗粒的长径。此时,对10个以上的一次颗粒测定长径,将它们的平均值作为平均长径。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的导热性填料(B)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选为50质量%以上92质量%以下,更优选为55质量%以上88质量%以下,特别优选为60质量%以上85质量%以下。
通过使导热性填料(B)的含量为上述下限值以上,能够更加有效地实现所得到的导热片固化物的导热性和机械强度的提高。另一方面,通过使导热性填料(B)的含量为上述上限值以下,能够提高导热性树脂组合物(P)的成膜性和作业性,能够使所得到的导热片的膜厚的均匀性更进一步良好。
从更进一步提高导热片固化物的导热性的观点考虑,优选本实施方式所涉及的导热性填料(B)除了上述二次凝聚颗粒以外,还包含与构成二次凝聚颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒不同的鳞片状氮化硼的一次颗粒。该鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01μm以上40μm以下,更优选为0.1μm以上30μm以下。
由此,能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的导热片固化物。
从抑制清漆状导热性树脂组合物(P)中的导热性填料(B)的沉降、并提高导热性树脂组合物(P)的保存稳定性的观点考虑,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)优选还包含二氧化硅纳米颗粒(C)。
通过动态光散射法测得的二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径D50优选1nm以上100nm以下,更优选10nm以上100nm以下,特别优选10nm以上70nm以下。二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径D50在上述范围内时,能够更进一步抑制清漆状导热性树脂组合物(P)中的导热性填料(B)的沉降。
其中,二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径例如能够通过动态光散射法进行测定。利用超声波使颗粒在水中分散,通过动态光散射法式粒度分布测定装置(HORIBA公司生产、LB-550),以体积基准测定颗粒的粒度分布,将其中值粒径(D50)作为平均粒径。
并且,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,二氧化硅纳米颗粒(C)的含量优选0.3质量%以上2.5质量%以下,更优选0.4质量%以上2.0质量%以下,特别优选0.5质量%以上1.8质量%以下。
二氧化硅纳米颗粒(C)的含量在上述范围内时,能够更进一步抑制在清漆状导热性树脂组合物(P)中导热性填料(B)的沉降,能够更进一步提高导热性树脂组合物(P)的处理性和保存稳定性。
二氧化硅纳米颗粒(C)的制造方法并无特别限定,例如可举出VMC(VaporizedMetal Combustion:气化金属燃烧)法、PVS(Physical Vapor Synthesis:物理气相合成)法等燃烧法、将破碎二氧化硅火焰熔融的熔融法、沉降法、凝胶法等,这些之中特别优选VMC法。
上述VMC法是向在含氧气体中形成的化学火焰中投入硅粉末并使其燃烧之后进行冷却而形成二氧化硅颗粒的方法。上述VMC法中,能够通过调整所投入的硅粉末的粒径、投入量、火焰温度等来调整所得到的二氧化硅颗粒的粒径,因此能够制造粒径不同的二氧化硅颗粒。
作为二氧化硅纳米颗粒(C),还能够使用RX-200(NIPPON AEROSIL CO.,LTD.生产)、RX-50(NIPPON AEROSIL CO.,LTD.生产)、Sicastar 43-00-501(Micromod公司生产)、NSS-5N(Tokuyama Corporation生产)等的市售品。
(柔性赋予剂(D))
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)还可以包含选自苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂中的至少一种柔性赋予剂(D),优选包含苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂这两者。由此,能够提高导热片的柔软性和耐弯曲性,因此能够更进一步抑制因将导热性填料(B)高填充而引起的导热片处理性的下降。
并且,通过还包含柔性赋予剂(D),能够降低所得到的导热片固化物的弹性模量,此时,能够提高导热片固化物的应力缓和力。
并且,在包含柔性赋予剂(D)时,能够抑制所得到的导热片固化物中产生孔隙等,能够更容易地调整所得到的导热片的厚度,能够提高导热片的厚度的均匀性。并且,能够提高导热片固化物与其他部件的密合性。通过它们的协同效应,能够更进一步提高所得到的半导体装置的绝缘可靠性。
作为25℃时为液态的环氧树脂,例如可举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂等。其中,优选使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂。由此,导热片的处理性进一步提高,将导热片应用于半导体装置时能够更加容易地进行位置对准,并且能够使导热片与其他部件的密合性以及导热片固化后的机械特性优异。
作为苯氧树脂,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、具有双酚苯乙酮骨架的苯氧树脂等。并且,还能够使用具有多种这些骨架的结构的苯氧树脂。
这些之中,优选使用双酚A型或双酚F型的苯氧树脂。也可以使用具有双酚A骨架和双酚F骨架这两者的苯氧树脂。
苯氧树脂的重均分子量并无特别限定,优选2.0×104以上8.0×104以下。
其中,苯氧树脂的重均分子量为通过凝胶渗透色谱法(GPC)测得的聚苯乙烯换算的值。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的柔性赋予剂(D)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选1质量%以上20质量%以下,更优选2质量%以上15质量%以下。
(固化剂(E))
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)优选还包含固化剂(E)。
作为固化剂(E),能够使用选自固化催化剂(E-1)和苯酚系固化剂(E-2)中的1种以上。
作为固化催化剂(E-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、四苯基鏻/四苯基硼酸盐、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、壬基苯酚等苯酚化合物;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(E-1),能够包含它们中的衍生物在内而单独使用1种,也能够包含它们的衍生物在内而将2种以上并用。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的固化催化剂(E-1)的含量并无特别限定,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选0.001质量%以上1质量%以下。
另外,作为苯酚系固化剂(E-2),可举出:苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、萘酚酚醛清漆树脂、氨基三嗪酚醛清漆树脂、酚醛清漆树脂、三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树脂等酚醛清漆型酚醛树脂;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,它们可以单独使用1种,也可以将2种以上并用。
这些之中,从提高玻璃化转变温度并降低线膨胀系数的观点考虑,苯酚系固化剂(E-2)优选为酚醛清漆型酚醛树脂或甲阶型酚醛树脂。
苯酚系固化剂(E-2)的含量并无特别限定,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选1质量%以上30质量%以下,更优选5质量%以上15质量%以下。
(偶联剂(F))
而且,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)也可以包含偶联剂(F)。
偶联剂(F)能够提高环氧树脂(A1)或氰酸酯树脂(A2)与导热性填料(B)的界面的浸润性。
作为偶联剂(F),只要是通常使用的偶联剂均可使用,具体而言,优选使用选自环氧基硅烷偶联剂、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(F)的添加量依赖于导热性填料(B)的比表面积,因此并无特别限定,相对于导热性填料(B)100质量份,优选0.1质量份以上10质量份以下,特别优选0.5质量份以上7质量份以下。
(其他成分)
在不损害本发明的效果的范围内,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中能够包含抗氧化剂、流平剂等。
由本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)形成的导热片的平面形状并无特别限定,能够根据散热部件或发热体等的形状而适当选择,例如能够形成矩形。导热片固化物的膜厚优选为50μm以上250μm以下。由此,能够实现机械强度和耐热性的提高,并且能够将来自发热体的热量更有效地向散热部件传递。而且,导热材料的散热性与绝缘性的平衡更进一步优异。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)和导热片例如能够以如下方式进行制作。
首先,将上述各成分添加到溶剂中,得到清漆状的树脂组合物。本实施方式中,例如,在溶剂中添加环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)等,制作树脂清漆,之后,向该树脂清漆中加入导热性填料(B),使用三辊机等进行混炼,由此能够得到清漆状的树脂组合物。由此,能够使导热性填料(B)更均匀地分散于环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)中。
作为上述溶剂并无特别限定,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,对清漆状的树脂组合物进行老化,从而得到导热性树脂组合物(P)。通过老化,对于所得到的导热片固化物,能够提高导热性和绝缘性、柔软性等。这可以推断:通过老化,导热性填料(B)对环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的亲和性上升等是主要原因。老化例如能够以30~80℃、8~25小时的条件进行,优选以12~24小时、0.1~1.0MPa的条件进行。
接着,将清漆状的导热性树脂组合物(P)成型为片状,形成导热片。本实施方式中,例如,在基材上涂布清漆状的导热性树脂组合物(P)之后,对其进行热处理并干燥,由此能够得到导热片。作为基材,例如可举出散热部件或引线框、铜箔或铝箔等金属箔、树脂膜等。并且,用于将导热性树脂组合物(P)干燥的热处理例如在80~150℃、5分钟~1小时的条件下进行。导热片的膜厚例如为60μm以上500μm以下。
接着,对本实施方式所涉及的半导体装置进行说明。图1是本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置100的截面图。
以下,为了便于说明,有时对半导体装置100的各构成要件的位置关系(上下关系等)为各附图所示的关系的情况进行说明。但是,该说明中的位置关系与半导体装置100使用时或制造时的位置关系无关。
本实施方式中,对金属板为散热片的例子进行说明。本实施方式所涉及的半导体装置100具备:散热片130;在散热片130的第一面131侧设置的半导体芯片110;在散热片130的与第一面131相反一侧的第二面132接合的导热材料140;和将半导体芯片110和散热片130密封的密封树脂180。并且,导热材料140由本实施方式所涉及的导热片形成。
以下,进行详细说明。
半导体装置100例如除了具有上述结构以外,还具有导电层120、金属层150、引线160和金属线(金属布线)170。
在半导体芯片110的上表面111形成有未图示的电极图案,在半导体芯片110的下表面112形成有未图示的导电图案。半导体芯片110的下表面112经由银膏等的导电层120固着在散热片130的第一面131。半导体芯片110的上表面111的电极图案经由金属线170而与引线160的电极161电连接。
散热片130由金属构成。
密封树脂180除了将半导体芯片110和散热片130密封以外,还将金属线170、导电层120、各引线160的一部分密封于内部。各引线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。在本实施方式的情况下,例如密封树脂180的下表面182与散热片130的第二面132彼此位于同一平面。
导热材料140的上表面141贴附于散热片130的第二面132和密封树脂180的下表面182。即,密封树脂180在散热片130的周围与导热材料140的散热片130一侧的面(上表面141)相接。
金属层150的上表面151固着于导热材料140的下表面142。即,金属层150的一个面(上表面151)与导热材料140的与散热片130侧相反一侧的面(下表面142)固着。
优选俯视观察时金属层150的上表面151的外形线与导热材料140的与散热片130侧相反一侧的面(下表面142)的外形线重叠。
并且,金属层150的与其一个面(上表面151)相反一侧的面(下表面152)整个面从密封树脂180露出。另外,在本实施方式的情况下,如上所述,导热材料140的上表面141贴附于散热片130的第二面132和密封树脂180的下表面182,因此导热材料140除了其上表面141以外的部分露出在密封树脂180的外部。于是,金属层150整体露出在密封树脂180的外部。
其中,散热片130的第二面132和第一面131例如分别平坦地形成。
半导体装置100的实装底面面积并无特别限定,作为一例,可以为10×10mm以上100×100mm以下。在此,半导体装置100的实装底面面积是指金属层150的下表面152的面积。
另外,搭载于一个散热片130的半导体芯片110的数量并无特别限定。可以为1个,也可以为多个。例如,可以为3个以上(6个等)。即,作为一例,可以在一个散热片130的第一面131侧设有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110一并密封。
半导体装置100例如为功率半导体装置。该半导体装置100例如能够形成密封树脂180内密封有2个半导体芯片110的2合1型、密封树脂180内密封有6个半导体芯片110的6合1型或密封树脂180内密封有7个半导体芯片110的7合1的结构。
接着,对制造本实施方式所涉及的半导体装置100的方法的一例进行说明。
首先,准备散热片130和半导体芯片110,经由银膏等的导电层120,将半导体芯片110的下表面112固着于散热片130的第一面131。
接着,准备包含引线160的引线框(整体图示省略),经由金属线170将半导体芯片110的上表面111的电极图案与引线160的电极161彼此电连接。
接着,利用密封树脂180将半导体芯片110、导电层120、散热片130、金属线170和各引线160的一部分一并密封。
接着,准备导热材料140,将该导热材料140的上表面141贴附于散热片130的第二面132和密封树脂180的下表面182。而且,将金属层150的一个面(上表面151)与导热材料140的与散热片130侧相反一侧的面(下表面142)固着。其中,在将导热材料140贴附于散热片130和密封树脂180之前,可以预先将金属层150与导热材料140的下表面142固着。
接着,将各引线160从引线框的框体(省略图示)切断。如此,得到图1所示的结构的半导体装置100。
根据如上所述的实施方式,半导体装置100具备:散热片130;在散热片130的第一面131侧设置的半导体芯片110;在散热片130的与第一面131相反一侧的第二面132贴附的绝缘性的导热材料140;和将半导体芯片110和散热片130密封的密封树脂180。
如上所述,即使在半导体装置的封装体小于一定程度的情况下导热材料的绝缘性的恶化未明显化而成为问题,半导体装置的封装体的面积越大,在导热材料的面内电场最集中的部位的电场也变得越强。因此可以认为存在因导热材料的微小的膜厚变动而引起的绝缘性的恶化也明显化而成为的可能性。
相对于此,本实施方式所涉及的半导体装置100,例如即使为其实装底面面积为10×10mm以上100×100mm以下的大型封装体,通过具备上述结构的导热材料140,也能够期待得到充分的绝缘可靠性。
并且,关于本实施方式所涉及的半导体装置100,例如即使为在一个散热片130的第一面131侧设有3个以上的半导体芯片110,且密封树脂180将这些3个以上的半导体芯片一并密封的结构,即,即使半导体装置100为大型封装体,通过具备上述结构的导热材料140,也能够期待得到充分的绝缘可靠性。
并且,在半导体装置100还具备一个面(上表面151)与导热材料140的与散热片130侧相反一侧的面(下表面142)固着的金属层150的情况下,能够通过该金属层150适当地进行散热,因此半导体装置100的散热性提高。
并且,在金属层150的上表面151小于导热材料140的下表面142时,导热材料140的下表面142露出到外部,有可能因异物等突起物而导致导热材料140产生裂纹。另一方面,在金属层150的上表面151大于导热材料140的下表面142时,金属层150的端部成为悬空的状态,在制造工序中进行操作等时,存在金属层150被剥离的可能性。
相对于此,通过形成俯视观察时金属层150的上表面151的外形线与导热材料140的下表面142的外形线重叠的结构,能够抑制导热材料140中产生裂纹和金属层150的剥离。
并且,由于金属层150的下表面152的整个面从密封树脂180露出,因此能够在金属层150的下表面152的整个面进行散热,从而得到半导体装置100的高散热性。
图2是本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置100的截面图。该半导体装置100在以下所说明的方面不同于图1所示的半导体装置100,在其他方面与图1所示的半导体装置100相同地构成。
本实施方式的情况下,导热材料140被密封在密封树脂180内。并且,金属层150除了其下表面152以外,也被密封在密封树脂180内。并且,金属层150的下表面152与密封树脂180的下表面182彼此位于同一平面。
其中,图2中示出在散热片130的第一面131搭载有至少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的电极图案彼此经由金属线170而相互电连接。在第一面131例如搭载有合计6个的半导体芯片110。即,例如每2个半导体芯片110在图2的纵深方向上配置成3列。
另外,通过将上述图1或图2所示的半导体装置100搭载于基板(省略图示)上,得到具备基板和半导体装置100的功率模块。
[第二发明]
以下,对第二发明所涉及的实施方式进行说明。
首先,对本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)进行说明。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)包含环氧树脂(A1)、导热性填料(B)和二氧化硅纳米颗粒(C)。
并且,通过动态光散射法测得的二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径D50为1nm以上100nm以下,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,二氧化硅纳米颗粒(C)的含量为0.3质量%以上2.5质量%以下,导热性填料(B)包含由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒。
根据本实施方式,通过具备上述结构,能够得到保存稳定性优异的导热性树脂组合物(P)。
另外,在本实施方式中,将片状的、并且使导热性树脂组合物(P)半固化而形成的、B阶段状态的导热性树脂组合物(P)称为“导热片”。并且,将使导热片固化而得到的称为“导热片固化物”。另外,将导热片应用于半导体装置、使其固化而形成的称为“导热材料”。
导热材料例如设置在半导体装置内的要求高导热性的接合界面,促进由发热体向散热体的导热。由此,能够抑制半导体芯片等中的因特性变化而引起的故障,实现半导体装置的稳定性的提高。
作为应用了本实施方式所涉及的导热片的半导体装置的一例,例如可举出:半导体芯片设置于散热片(金属板)上、在散热片的与接合有半导体芯片的一面相反一侧的面设置有导热材料的结构。
另外,作为应用了本实施方式所涉及的导热片的半导体装置的其他例,可举出具备导热材料、在导热材料的一个面接合的半导体芯片、在上述导热材料的与上述一个面相反一侧的面接合的金属部件、和将上述导热材料、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装置。
根据本发明的发明人的研究可知,用于形成构成半导体装置的导热材料的现有的树脂清漆,由于导热性填料容易沉降,因此保存稳定性具有改善的余地。
因此,本发明的发明人鉴于上述情况进行了深入研究,结果发现:通过在导热性树脂组合物(P)中组合包含环氧树脂(A1)、和包含由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒的导热性填料(B),并且还包含特定量的平均粒径D50在特定范围内的二氧化硅纳米颗粒(C),能够得到保存稳定性优异的导热性树脂组合物。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)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导热性树脂组合物(P)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并无特别限定,例如为300℃以下。
在此,导热性树脂组合物(P)的固化物的玻璃化转变温度例如能够以如下方式进行测定。首先,通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,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)。
在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释放,因此能够更进一步抑制因温度上升而引起固化物的绝缘性下降。结果,能够实现绝缘可靠性更进一步优异的半导体装置。
关于玻璃化转变温度,可以通过适当地调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中,该导热性树脂组合物(P)的固化物的50℃时的储存弹性模量E'优选为12GPa以上50GPa以下,更优选为15GPa以上35GPa以下。
在储存弹性模量E'在上述范围内时,所得到的固化物的刚性适度,即使环境温度发生变化,也能够通过上述固化物稳定地缓解因部件之间出现的线膨胀系数差而产生的应力。由此,能够更进一步提高各部件之间的接合可靠性。
在此,50℃时的储存弹性模量E'例如能够以如下方式进行测定。首先,通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,通过DMA(动态粘弹性测定)测定所得到的固化物的50℃时的储存弹性模量E'。在此,储存弹性模量E'是对导热片固化物施加拉伸荷载,以频率1Hz、升温速度5~10℃/分钟在25℃至300℃进行测定时的50℃时的储存弹性模量的值。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)的固化物的50℃时的储存弹性模量E',能够通过适当地调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中,从更进一步提高所得到的导热片固化物的散热性的观点考虑,通过下述导热系数试验测得的25℃时的导热系数优选为3W/(m·k)以上,更优选为10W/(m·k)以上。
<导热系数试验>
通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,利用激光闪光法测定上述导热片固化物的厚度方向的导热系数。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中,依照JIS K6911,以施加电压1000V施加电压后,在1分钟后测得的该导热性树脂组合物(P)的固化物的175℃时的体积电阻率优选为1.0×109Ω·m以上,更优选为1.0×1010Ω·m以上。175℃时的体积电阻率的上限值并无特别限定,例如为1.0×1013Ω·m以下。
在此,导热性树脂组合物(P)的固化物的175℃时的体积电阻率例如能够以如下方式进行测定。首先,通过以100℃对导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,依照JIS K6911,以施加电压1000V施加电压后,在1分钟后测定所得到的固化物的体积电阻率。
在此,175℃时的体积电阻率表示导热片固化物的高温时的绝缘性的指标。即,175℃时的体积电阻率越高,意味着高温时的绝缘性越优异。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)的固化物的175℃时的体积电阻率,能够通过适当地调节构成导热性树脂组合物(P)的各成分的种类和/或配合比例、以及导热性树脂组合物(P)的制备方法来进行控制。
由本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)形成的导热材料例如设置在半导体芯片等发热体与搭载该发热体的引线框、布线基板(内插件)等基板之间,或者设置在该基板与散热片等散热部件之间。由此,能够保持半导体装置的绝缘性,并且能够使从上述发热体产生的热量有效地向半导体装置的外部发散。因此,能够提高半导体装置的可靠性。
以下,对构成导热性树脂组合物(P)的各成分进行说明。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)包含环氧树脂(A1)、导热性填料(B)和二氧化硅纳米颗粒(C)。
(环氧树脂(A1))
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'-环己二烯双酚型环氧树脂)等双酚型环氧树脂;苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、四苯酚基乙烷型酚醛清漆型环氧树脂、具有稠环芳香族烃结构的酚醛清漆型环氧树脂等酚醛清漆型环氧树脂;具有联苯骨架的环氧树脂;亚二甲苯型环氧树脂、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、萘二酚型环氧树脂、2官能至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。
另外,本实施方式中,从环氧树脂(A1)除去后述的25℃时为液态的环氧树脂。
这些之中,作为环氧树脂(A1),优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、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等。
作为环氧树脂(A1),可以单独使用这些之中的1种,也可以将2种以上并用。
通过使用这种环氧树脂(A1),能够提高导热片固化物的玻璃化转变温度,并且提高导热片固化物的散热性和绝缘性。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的环氧树脂(A1)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选0.5质量%以上15质量%以下,更优选1质量%以上12质量%以下。环氧树脂(A1)的含量为上述下限值以上时,氰酸酯树脂(A2)的含量相对减少,有时耐湿性提高。环氧树脂(A1)的含量为上述上限值以下时,处理性提高,形成导热片固化物变得容易。
其中,本实施方式中,导热性树脂组合物(P)的总固体成分是指将该导热性树脂组合物(P)加热固化时以固体成分的形态残留的成分,不包括例如溶剂等通过加热挥发的成分。另一方面,25℃时为液态的环氧树脂、偶联剂等液态成分在加热固化时混入导热性树脂组合物(P)的固体成分中,因此包含在总固体成分内。
(氰酸酯树脂(A2))
从提高所得到的导热片固化物的绝缘性的观点考虑,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)可以还包含氰酸酯树脂(A2)。作为氰酸酯树脂(A2),能够举出与第一发明中所举出的树脂相同的树脂。在此省略说明。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的氰酸酯树脂(A2)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选2质量%以上25质量%以下,更优选5质量%以上20质量%以下。氰酸酯树脂(A2)的含量为上述下限值以上时,所得到的导热片固化物的绝缘性更进一步提高,且能够提高所得到的导热片的柔软性和耐弯曲性,因此能够抑制因将导热性填料(B)高填充而引起的导热片的处理性下降。氰酸酯树脂(A2)的含量为上述上限值以下时,有时所得到的导热片固化物的耐湿性提高。
另外,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的合计含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选5质量%以上40质量%以下,更优选9质量%以上30质量%以下。环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的合计含量为上述下限值以上时,导热片的处理性提高,形成导热片固化物变得容易。环氧树脂(A1)和氰酸酯树脂(A2)的合计含量为上述上限值以下时,导热片固化物的强度和阻燃性更进一步提高,导热片固化物的导热性更进一步提高。
(导热性填料(B))
作为导热性填料(B),例如可举出氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅、碳化硅等。它们可以单独使用1种,也可以将2种以上并用。
作为导热性填料(B),从提高本实施方式所涉及的导热片固化物的导热性的观点考虑,包含通过使鳞片状氮化硼的一次颗粒凝聚而形成的二次凝聚颗粒。
通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次凝聚颗粒例如能够通过利用喷雾干燥法等使鳞片状氮化硼凝聚之后,对其进行烧制而形成。烧制温度例如为1200~2500℃。
如此,在使用鳞片状氮化硼烧结而得到的二次凝聚颗粒时,从提高环氧树脂(A1)中的导热性填料(B)的分散性的观点考虑,作为环氧树脂(A1),特别优选具有双环戊二烯骨架的环氧树脂。
使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次凝聚颗粒的平均粒径例如优选为5μm以上180μm以下,更优选为10μm以上100μm以下。由此,能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的导热片固化物。
构成上述二次凝聚颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01μm以上40μm以下,更优选为0.1μm以上20μm以下。由此,能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的导热片固化物。
其中,该平均长径能够利用电子显微镜照片进行测定。例如,按照以下步骤进行测定。首先,利用切片机等切割二次凝聚颗粒而制作样品。接着,利用扫描型电子显微镜,拍摄几张放大数千倍的二次凝聚颗粒的截面照片。接着,选择任意的二次凝聚颗粒,根据照片测定鳞片状氮化硼的一次颗粒的长径。此时,对10个以上的一次颗粒测定长径,将它们的平均值作为平均长径。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的导热性填料(B)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选为50质量%以上92质量%以下,更优选为55质量%以上88质量%以下,特别优选为60质量%以上85质量%以下。
通过使导热性填料(B)的含量为上述下限值以上,能够更加有效地实现所得到的导热片固化物的导热性和机械强度的提高。另一方面,通过使导热性填料(B)的含量为上述上限值以下,能够提高导热性树脂组合物(P)的成膜性和作业性,能够使所得到的导热片的膜厚的均匀性更进一步良好。
从更进一步提高导热片固化物的导热性的观点考虑,优选本实施方式所涉及的导热性填料(B)除了上述二次凝聚颗粒以外,还包含与构成二次凝聚颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒不同的鳞片状氮化硼的一次颗粒。该鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01μm以上40μm以下,更优选为0.1μm以上30μm以下。
由此,能够实现导热性与绝缘性的平衡更进一步优异的导热片固化物。
从抑制清漆状导热性树脂组合物(P)中的导热性填料(B)的沉降、并且提高导热性树脂组合物(P)的保存稳定性的观点考虑,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)包含二氧化硅纳米颗粒(C)。
通过动态光散射法测得的二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径D50为1nm以上100nm以下,优选10nm以上100nm以下,特别优选10nm以上70nm以下。二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径D50在上述范围内时,能够更进一步抑制清漆状导热性树脂组合物(P)中的导热性填料(B)的沉降。
其中,二氧化硅纳米颗粒(C)的平均粒径例如能够通过动态光散射法进行测定。利用超声波使颗粒在水中分散,通过动态光散射法式粒度分布测定装置(HORIBA公司生产、LB-550),以体积基准测定颗粒的粒度分布,将其中值粒径(D50)作为平均粒径。
并且,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,二氧化硅纳米颗粒(C)的含量为0.3质量%以上2.5质量%以下,优选0.4质量%以上2.0质量%以下,更优选0.5质量%以上1.8质量%以下。
二氧化硅纳米颗粒(C)的含量在上述范围内时,能够抑制在清漆状导热性树脂组合物(P)中导热性填料(B)的沉降,能够更进一步提高导热性树脂组合物(P)的处理性和保存稳定性。
二氧化硅纳米颗粒(C)的制造方法并无特别限定,例如可举出VMC(VaporizedMetal Combustion)法、PVS(Physical Vapor Synthesis)法等燃烧法、将破碎二氧化硅火焰熔融的熔融法、沉降法、凝胶法等,这些之中特别优选VMC法。
上述VMC法是向在含氧气体中形成的化学火焰中投入硅粉末并使其燃烧之后进行冷却而形成二氧化硅颗粒的方法。上述VMC法中,能够通过调整所投入的硅粉末的粒径、投入量、火焰温度等来调整所得到的二氧化硅颗粒的粒径,因此能够制造粒径不同的二氧化硅颗粒。
作为二氧化硅纳米颗粒(C),还能够使用RX-200(NIPPON AEROSIL CO.,LTD.生产)、RX-50(NIPPON AEROSIL CO.,LTD.生产)、NSS-5N(Tokuyama Corporation生产)、Sicastar 43-00-501(Micromod公司生产)等的市售品。
(柔性赋予剂(D))
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)还可以包含选自苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂中的至少一种柔性赋予剂(D),优选包含苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂这两者。由此,能够提高导热片的柔软性和耐弯曲性,因此能够抑制因将导热性填料(B)高填充而引起的导热片处理性的下降。
并且,通过还包含柔性赋予剂(D),能够降低所得到的导热片固化物的弹性模量,此时,能够提高导热片固化物的应力缓和力。
并且,在包含柔性赋予剂(D)时,能够抑制所得到的导热片固化物中产生孔隙等,能够更容易地调整所得到的导热片的厚度,能够提高导热片的厚度的均匀性。并且,能够提高导热片固化物与其他部件的密合性。通过它们的协同效应,能够更进一步提高所得到的半导体装置的绝缘可靠性。
作为苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂,能够举出与第一发明中所举出的树脂相同的树脂。在此省略说明。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的柔性赋予剂(D)的含量,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选为1质量%以上20质量%以下,更优选为2质量%以上15质量%以下。
(固化剂(E))
优选本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)还包含固化剂(E)。
作为固化剂(E),能够使用选自固化催化剂(E-1)和苯酚系固化剂(E-2)中的1种以上。
作为固化催化剂(E-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、四苯基鏻/四苯基硼酸盐、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、壬基苯酚等苯酚化合物;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(E-1),能够包含它们中的衍生物在内而单独使用1种,也能够包含它们的衍生物在内将2种以上并用。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中所包含的固化催化剂(E-1)的含量并无特别限定,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选0.001质量%以上1质量%以下。
另外,作为苯酚系固化剂(E-2),可举出:苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、萘酚酚醛清漆树脂、氨基三嗪酚醛清漆树脂、酚醛清漆树脂、三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树脂等酚醛清漆型酚醛树脂;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,它们可以单独使用1种,也可以将2种以上并用。
这些之中,从提高玻璃化转变温度并降低线膨胀系数的观点考虑,苯酚系固化剂(E-2)优选为酚醛清漆型酚醛树脂或甲阶型酚醛树脂。
苯酚系固化剂(E-2)的含量并无特别限定,相对于导热性树脂组合物(P)的总固体成分100质量%,优选1质量%以上30质量%以下,更优选5质量%以上15质量%以下。
(偶联剂(F))
而且,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)也可以包含偶联剂(F)。
偶联剂(F)能够提高环氧树脂(A1)或氰酸酯树脂(A2)与导热性填料(B)的界面的浸润性。
作为偶联剂(F),只要是通常使用的偶联剂均可使用,具体而言,优选使用选自环氧基硅烷偶联剂、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(F)的添加量依赖于导热性填料(B)的比表面积,因此并无特别限定,相对于导热性填料(B)100质量份,优选0.1质量份以上10质量份以下,特别优选0.5质量份以上7质量份以下。
(其他成分)
在不损害本发明的效果的范围内,本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)中能够包含抗氧化剂、流平剂等。
由本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)形成的导热片的平面形状并无特别限定,能够根据散热部件或发热体等的形状而适当选择,例如能够形成矩形。导热片固化物的膜厚优选为50μm以上250μm以下。由此,能够实现机械强度和耐热性的提高,并且能够将来自发热体的热量更效果地向散热部件传递。而且,导热材料的散热性与绝缘性的平衡更进一步优异。
本实施方式所涉及的导热性树脂组合物(P)和导热片例如能够以如下方式进行制作。
首先,将上述各成分添加到溶剂中,得到清漆状的树脂组合物。本实施方式中,例如,在溶剂中添加环氧树脂(A1)等,制作树脂清漆,之后,向该树脂清漆中加入导热性填料(B)和二氧化硅纳米颗粒(C),使用三辊机等进行混炼,由此能够得到清漆状的树脂组合物。由此,能够使导热性填料(B)和二氧化硅纳米颗粒(C)更均匀地分散于环氧树脂(A1)中。
作为上述溶剂并无特别限定,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,对清漆状的树脂组合物进行老化,从而得到导热性树脂组合物(P)。通过老化,对于所得到的导热片固化物,能够提高导热性和绝缘性、柔软性等。这可以推断:通过老化,导热性填料(B)和二氧化硅纳米颗粒(C)对环氧树脂(A1)的亲和性上升等是主要原因。老化例如能够以30~80℃、8~25小时的条件进行,优选以12~24小时、0.1~1.0MPa的条件进行。
接着,将清漆状的导热性树脂组合物(P)成型为片状,形成导热片。本实施方式中,例如,在基材上涂布清漆状的导热性树脂组合物(P)之后,对其进行热处理并干燥,由此能够得到导热片。作为基材,例如可举出散热部件或引线框、铜箔或铝箔等金属箔、树脂膜等。并且,用于将导热性树脂组合物(P)干燥的热处理例如在80~150℃、5分钟~1小时的条件下进行。导热片的膜厚例如为60μm以上500μm以下。
关于本实施方式所涉及的半导体装置,除了导热材料140由本实施方式所涉及的导热片形成以外,与上述的第一发明所涉及的半导体装置相同,因此省略说明。
另外,本发明并不限定于上述实施方式,在能够实现本发明的目的的范围内的变形、改良等包括在本发明中。
实施例
[第一发明的实施例/比较例]
以下,通过实施例和比较例对第一发明进行说明,但第一发明并不限定于这些。其中,实施例/比较例中,关于份,只要没有特别指定则表示质量份。另外,各个厚度由平均膜厚来表示。
(导热性填料的制作例)
将混合硼酸三聚氰胺和鳞片状氮化硼粉末(平均长径:15μm)而得到的混合物添加到聚丙烯酸铵水溶液中,混合2小时,制备喷雾用浆料。接着,将该浆料供给到喷雾造粒机,在喷雾装置的转速15000rpm、温度200℃、浆料供给量5ml/min的条件下进行喷雾,由此制作复合颗粒。接着,在氮气氛下,以2000℃的条件对所得到的复合颗粒进行烧制,从而得到平均粒径为80μm的凝聚氮化硼。
在此,关于凝聚氮化硼的平均粒径,利用激光衍射式粒度分布测定装置(HORIBA公司生产,LA-500),以体积基准测定颗粒的粒度分布,作为其中值粒径(D50)。
(导热片的制作)
关于实施例1A~4A和比较例1A~3A,以如下方式制作导热片。
首先,按照表1所示的配合,将环氧树脂、氰酸酯树脂、固化剂和根据需要的柔性赋予剂添加到作为溶剂的甲基乙基酮中,对其进行搅拌,得到树脂组合物的溶液。接着,在该溶液中加入导热性填料进行预混合,之后,利用三辊机进行混炼,得到导热性填料均匀地分散的树脂组合物。接着,对所得到的树脂组合物,以60℃、0.6MPa、15小时的条件进行老化。由此得到导热性树脂组合物(P)。接着,利用刮刀法将导热性树脂组合物(P)涂布到铜箔上,之后,以100℃对其进行30分钟的热处理,将其干燥,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。
其中,表1中的各成分的详细情况如下所述。
(环氧树脂(A1))
环氧树脂1:具有双环戊二烯骨架的环氧树脂(XD-1000,日本化药株式会社生产)
环氧树脂2:具有联苯骨架的环氧树脂(YX-4000,三菱化学株式会社生产)
(氰酸酯树脂(A2))
氰酸酯树脂1:酚醛清漆型氰酸酯树脂(PT-30,Lonza Japan生产)
(导热性填料(B))
填充材料1:由上述制作例制得的凝聚氮化硼
填充材料2:氧化铝(日本轻金属株式会社生产,LS-210)
(柔性赋予剂(D))
环氧树脂3:双酚F型环氧树脂(830S,DIC Corporation生产)
环氧树脂4:双酚A型环氧树脂(828,三菱化学株式会社生产)
苯氧树脂1:双酚A型苯氧树脂(YP-55U,新日铁化学株式会社生产,重均分子量4.2×104)
苯氧树脂2:具有双酚苯乙酮骨架的苯氧树脂(YX6954,三菱化学株式会社生产,重均分子量6.0×104)
(固化催化剂E-1)
固化催化剂1:2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑(2PHZ-PW,四国化成株式会社生产)
固化催化剂2:2-苯基-4-甲基咪唑(2P4MZ,四国化成株式会社生产)
固化催化剂3:三苯基膦(北兴化学株式会社生产)
(固化剂E-2)
苯酚系固化剂1:三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树脂(MEH-7500,明和化成株式会社生产)
苯酚系固化剂2:具有亚联苯基骨架的苯酚芳烷基树脂(MEH-7851-S,明和化成株式会社生产)
(玻璃化转变温度(Tg)的测定)
以如下方式测定导热片固化物的玻璃化转变温度。首先,通过以100℃对制作上述的导热片时所得到的导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,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)。
(储存弹性模量E'的测定)
以如下方式测定导热片固化物的储存弹性模量E'。首先,通过以100℃对制作上述的导热片时所得到的导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,通过DMA(动态粘弹性测定)测定所得到的固化物的50℃时的储存弹性模量E'。在此,储存弹性模量E'是对导热片固化物施加拉伸荷载,以频率1Hz、升温速度5~10℃/分钟在25℃至300℃进行测定时的50℃时的储存弹性模量的值。
(导热系数试验)
通过以100℃对制作上述的导热片时所得到的导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,以180℃、10MPa对上述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物。接着,利用激光闪光法测定上述导热片固化物的厚度方向的导热系数。
具体而言,利用下式,根据通过激光闪光法(半衰期法(Half time method))测得的热扩散系数(α)、通过DSC法测得的比热(Cp)、依照JIS-K-6911测得的密度(ρ)计算出导热系数。导热系数的单位为W/(m·K)。测定温度为25℃。导热系数[W/(m·K)]=α[mm2/s]×Cp[J/kg·K]×ρ[g/cm3]。评价标准如下。
◎:10W/(m·K)以上
○:3W/(m·K)以上且小于10W/(m·K)
×:小于3W/(m·K)
(耐弯曲性试验)
通过以100℃对制作上述的导热片时所得到的导热性树脂组合物(P)进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。接着,将上述导热片切成100mm×10mm,在25℃的环境下,沿着直径10mm的圆柱和直径6mm的圆柱的曲面以弯曲角度180度在长边方向的中央部分折弯。将在导热片表面产生龟裂,该龟裂的长边为2mm以上且与长边垂直的方向的龟裂宽度的最大值达到50μm以上的情况判断为破裂。评价标准如下。
◎:在直径6mm的圆柱和直径10mm的圆柱中未产生破裂
○:直径10mm的圆柱中未产生破裂
×:直径10mm的圆柱中产生破裂
(制造稳定性评价)
对于各个实施例1A~4A和比较例1A~3A,以如下方式评价半导体封装体的制造稳定性。
首先,使用所得到的导热片制作10个图1所示的半导体封装体。在此,将在半导体封装体的制造中途导热片或导热材料未出现破裂或缺口、10个半导体封装体均能够稳定地制造的情况评价为“〇”,即使在半导体封装体的制造中途导热片或导热材料出现1个破裂或缺口,也评价为“×”。
(绝缘可靠性评价)
对于在上述制造稳定性评价中评价为“〇”的半导体封装体,在温度85℃、湿度85%、交流施加电压1.5kV的条件下对连续湿中绝缘电阻进行评价。其中,将电阻值106Ω以下的情况视为故障。评价标准如下。
◎◎:300小时以上无故障
◎:200小时以上且小于300小时内出现故障
○:150小时以上且小于200小时内出现故障
△:100小时以上且小于150小时内出现故障
×:小于100小时内出现故障
(175℃时的体积电阻率的测定)
以如下方式测定导热片固化物的体积电阻率。首先,通过以180℃、10MPa对所得到的导热片进行40分钟热处理,得到导热片的固化物。接着,依照JIS K6911,利用ULTRA HIGHRESISTANCE METER R8340A(ADC CORPORATION生产),以施加电压1000V施加电压后,在1分钟后测定所得到的固化物的体积电阻率。
其中,主电极使用导电性浆料制作。主电极制成的圆形形状。并且,在主电极的周围以内径外径制作保护电极。而且,以制作对电极。评价标准如下。
○:体积电阻值为1×1010Ω·cm以上
△:体积电阻值为1×109Ω·cm以上且小于1×1010Ω·cm
×:体积电阻值小于1×109Ω·cm
[表1]
表1
使用了实施例1A~4A的导热片的半导体封装体的绝缘可靠性优异。即,根据实施例1A~4A的导热性树脂组合物(P),能够稳定地制造可靠性优异的半导体封装体。
另一方面,在比较例1A和2A的导热片应用于半导体装置时,表面出现破裂或缺口,无法稳定地制造半导体装置。并且,比较例3A的导热片的导热性和175℃时的体积电阻值差。使用了这种导热片的半导体封装体的绝缘可靠性差。
[第二发明的实施例/比较例]
以下,通过实施例和比较例对第二发明进行说明,但第二发明并不限定于这些。其中,实施例/比较例中,关于份,只要没有特别指定则表示质量份。另外,各个厚度由平均膜厚来表示。
(导热性填料的制作例)
将混合硼酸三聚氰胺和鳞片状氮化硼粉末(平均长径:15μm)而得到的混合物添加到聚丙烯酸铵水溶液中,混合2小时,制备喷雾用浆料。接着,将该浆料供给到喷雾造粒机,在喷雾装置的转速15000rpm、温度200℃、浆料供给量5ml/min的条件下进行喷雾,由此制作复合颗粒。接着,在氮气氛下,以2000℃的条件对所得到的复合颗粒进行烧制,从而得到平均粒径为80μm的凝聚氮化硼。
在此,关于凝聚氮化硼的平均粒径,利用激光衍射式粒度分布测定装置(HORIBA公司生产,LA-500),以体积基准测定颗粒的粒度分布,作为其中值粒径(D50)。
(导热片的制作)
关于实施例1B~3B和比较例1B~2B,以如下方式制作导热片。
首先,按照表2所示的配合,将环氧树脂、氰酸酯树脂、固化剂和柔性赋予剂添加到作为溶剂的甲基乙基酮中,对其进行搅拌,得到树脂组合物的溶液。接着,在该溶液中加入导热性填料和二氧化硅纳米颗粒进行预混合,之后,利用三辊机进行混炼,得到导热性填料和二氧化硅纳米颗粒均匀地分散的树脂组合物。接着,对所得到的树脂组合物,以60℃、0.6MPa、15小时的条件进行老化。由此得到导热性树脂组合物(P)。接着,利用刮刀法将导热性树脂组合物(P)涂布到铜箔上,之后,以100℃对其进行30分钟的热处理,将其干燥,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片。
其中,表2中的各成分的详细情况如下所述。
(环氧树脂(A1))
环氧树脂1:具有双环戊二烯骨架的环氧树脂(XD-1000,日本化药株式会社生产)
(氰酸酯树脂(A2))
氰酸酯树脂1:酚醛清漆型氰酸酯树脂(PT-30,Lonza Japan生产)
(导热性填料(B))
填充材料1:由上述制作例制得的凝聚氮化硼
填充材料2:氧化铝(日本轻金属株式会社生产,LS-210)
(二氧化硅纳米颗粒(C))
纳米二氧化硅1:RX200,Nippon Aerosil Co.,Ltd.生产,平均粒径D50:12nm
纳米二氧化硅2:RX50,Nippon Aerosil Co.,Ltd.生产,平均粒径D50:50nm
纳米二氧化硅3:SO-25R,Admatechs Co.,Ltd.生产,平均粒径D50:500nm
(柔性赋予剂(D))
环氧树脂3:双酚F型环氧树脂(830S,DIC Corporation生产)
苯氧树脂1:双酚A型苯氧树脂(YP-55U,新日铁化学株式会社生产,重均分子量4.2×104)
(固化催化剂E-1)
固化催化剂2:2-苯基-4-甲基咪唑(2P4MZ,四国化成株式会社生产)
(玻璃化转变温度(Tg)的测定、储存弹性模量E'的测定和导热系数试验)
玻璃化转变温度(Tg)的测定、储存弹性模量E'的测定和导热系数试验与第一发明的实施例和比较例相同,因此在此省略说明。
(保存稳定性评价)
对于各个实施例1B~3B和比较例1B~2B,以如下方式评价制作上述的导热片时所得到的清漆状的导热性树脂组合物(P)的保存稳定性。
将导热性填料和二氧化硅纳米颗粒均匀地分散的导热性树脂组合物(P)投入直径80mm的圆筒状容器中,使其高度达到100mm。接着,将该容器在25℃的环境下放置5小时之后,测定出现在清漆液面的透明的上清液的液体高度,评价导热性树脂组合物(P)的保存稳定性。
◎:无上清液
○:上清液的高度小于2mm
×:上清液的高度为2mm以上
[表2]
表2
实施例1B~3B的导热性树脂组合物(P)的保存稳定性优异。另一方面,比较例1B~2B的导热性树脂组合物(P)的保存稳定性差。
本申请主张基于2015年7月21日于日本申请的日本申请特愿2015-144170号的优先权,并将其公开的所有内容引入本说明书中。
Claims (17)
1.一种导热性树脂组合物,其特征在于:
包含环氧树脂、氰酸酯树脂和导热性填料,
通过下述导热系数试验测得的25℃时的导热系数为3W/(m·k)以上,并且进行下述耐弯曲性试验时不会破裂,
<导热系数试验>
通过以100℃对所述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片,接着,以180℃、10MPa对所述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物,接着,利用激光闪光法测定所述导热片固化物的厚度方向的导热系数;
<耐弯曲性试验>
通过以100℃对所述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片,接着,将所述导热片切成100mm×10mm,在25℃的环境下,沿着直径10mm的圆柱的曲面以弯曲角度180度在长边方向的中央部分折弯。
2.根据权利要求1所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下通过动态粘弹性测定测得的所述导热性树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度为175℃以上。
3.根据权利要求1或2所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
所述导热性树脂组合物的固化物的50℃时的储存弹性模量E'为10GPa以上40GPa以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
还包含选自苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂中的至少一种柔性赋予剂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
还包含二氧化硅纳米颗粒。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
所述环氧树脂包含选自具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、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和具有萘芳烷基骨架的环氧树脂中的一种或二种以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
所述导热性填料包含由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
相对于该导热性树脂组合物的总固体成分100质量%,所述氰酸酯树脂的含量为2质量%以上25质量%以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
通过下述方法测得的所述导热性树脂组合物的固化物的175℃时的体积电阻率为1.0×109Ω·m以上,
<方法>
通过以100℃对所述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片,接着,以180℃、10MPa对所述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物,接着,依照JIS K6911,以施加电压1000V施加电压后,在1分钟后测定所得到的固化物的体积电阻率。
10.一种导热性树脂组合物,其特征在于:
包含环氧树脂、导热性填料和二氧化硅纳米颗粒,
通过动态光散射法测得的所述二氧化硅纳米颗粒的平均粒径D50为1nm以上100nm以下,
相对于该导热性树脂组合物的总固体成分100质量%,所述二氧化硅纳米颗粒的含量为0.3质量%以上2.5质量%以下,
所述导热性填料包含由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒。
11.根据权利要求10所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
在升温速度5℃/min、频率1Hz的条件下通过动态粘弹性测定测得的所述导热性树脂组合物的固化物的玻璃化转变温度为175℃以上。
12.根据权利要求10或11所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
所述导热性树脂组合物的固化物的50℃时的储存弹性模量E'为12GPa以上50GPa以下。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
通过下述导热系数试验测得的25℃时的导热系数为3W/(m·k)以上,
<导热系数试验>
通过以100℃对所述导热性树脂组合物进行30分钟热处理,制作膜厚为400μm的B阶段状的导热片,接着,以180℃、10MPa对所述导热片进行40分钟热处理,得到导热片固化物,接着,利用激光闪光法测定所述导热片固化物的厚度方向的导热系数。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
还包含选自苯氧树脂和25℃时为液态的环氧树脂中的至少一种柔性赋予剂。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的导热性树脂组合物,其特征在于:
所述环氧树脂包含选自具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、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和具有萘芳烷基骨架的环氧树脂中的一种或二种以上。
16.一种使权利要求1至15中任一项所述的导热性树脂组合物半固化而形成的导热片。
17.一种半导体装置,其特征在于,包括:
金属板;
在所述金属板的第一面侧设置的半导体芯片;
在所述金属板的与所述第一面相反一侧的第二面接合的导热材料;和
将所述半导体芯片和所述金属板密封的密封树脂,
所述导热材料由权利要求16所述的导热片形成。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180327 |