DE60306156T2 - Wärmeleitende härtbare flüssige polymerzusammensetzung und mit dieser zusammensetzung hergestellter halbleiter - Google Patents

Wärmeleitende härtbare flüssige polymerzusammensetzung und mit dieser zusammensetzung hergestellter halbleiter Download PDF

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Dow Corning Toray Silicone Co. Kazumi Ichihara-shi NAKAYOSHI
Dow Corning Toray Silicone Co. Hiroki Ichihara-shi ISHIKAWA
Dow Corning Toray Silicone Co. Katsutoshi Ichihara-shi MINE
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Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung und ein Halbleiterbauteil, das mit der Zusammensetzung hergestellt ist. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf eine wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung, die vor Härtung gute Fließfähigkeit besitzt und nach Härtung einen gehärteten Körper mit hervorragender thermischer Leitfähigkeit erzeugt. Diese Erfindung bezieht sich ferner auf ein Halbleiterbauteil, das hohe Zuverlässigkeit zeigt und zur Verfügung gestellt wird, indem Halbleiterelemente mit der Zusammensetzung beschichtet oder damit klebend miteinander verbunden werden.
  • Hintergrund
  • Härtbare flüssige Zusammensetzungen, die wärmeleitende Füllstoffe enthalten, finden Anwendung bei der Herstellung von elektrischen und elektronischen Bauteilen als wärmeabstrahlende Klebstoffe, Einbettmassen oder Schutzbeschichtungen. Insbesondere ist eine härtbare flüssige Siliconzusammensetzung, die ein flüssiges Organopolysiloxan mit mindestens zwei Alkenylgruppen in einem Molekül, ein flüssiges Organopolysiloxan mit mindestens zwei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen in einem Molekül, einen Hydrosilylierungsreaktionsmetallkatalysator und einen wärmeleitenden Füllstoff enthält, geeignet, um gehärtete Körper mit niedriger innerer Spannung und hervorragender thermischer Leitfähigkeit zu bilden. Deshalb findet diese Zusammensetzung Anwendung bei der Herstellung von wärmeabführenden Klebstoffen, die zwischen den Halbleiterelementen und Wärmeableitungsrippen angeordnet sind, ebenso wie bei der Herstellung von Schutzbeschichtungsmitteln, Einbettmassen und wärmeabführenden Klebstoffen, die in elektrischen und elektronischen Bauteilen und Vorrichtungen verwendet werden.
  • Es ist nicht ungewöhnlich, dass die zuvor erwähnte wärmeleitende flüssige Zusammensetzung zur weiteren Erhöhung ihrer thermischen Leitfähigkeit mit einer zusätzlichen Menge eines wärmeleitenden Füllstoffs vereinigt wird. Eine Zunahme des Gehalts an einem wärmeleitenden Füllstoff jedoch erhöht die Viskosität der Zusammensetzung, was die Bedingungen für die Ausbringung der Zusammensetzung aus Spendevorrichtungen, wie etwa Spritzen, beeinträchtigt und der Form nach Anwendung keine Stabilität verleiht.
  • Ziele der Erfindung
  • Es wurde festgestellt, dass die Fließfähigkeit vor Härten und die thermische Leitfähigkeit nach Härten erreicht werden können, indem ein wärmeleitender Füllstoff mit einer thermisch ausdehnbaren Formgedächtnislegierung in der Zusammensetzung kombiniert wird. Deshalb ist es ein Ziel dieser Erfindung, eine wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung bereitzustellen, die vor Härten Fließfähigkeit besitzt und nach Härten einen gehärteten Körper mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit erzeugt. Ein weiteres Ziel ist es, ein Halbleiterbauteil bereitzustellen, das hohe Zuverlässigkeit zeigt und durch Beschichten von Halbleiterelementen mit der Zusammensetzung oder damit klebendes Verbinden bereitgestellt werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung dieser Erfindung enthält: (A) ein härtbares flüssiges Polymer; (B) einen Füllstoff, der aus einer thermisch ausdehnbaren Formgedächtnislegierung hergestellt ist, und (C) einen wärmeleitenden Füllstoff, der sich von der Komponente (B) unterscheidet. Ein Halbleiterbauteil der Erfindung weist Halbleiterelemente auf, die mit der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung beschichtet oder verklebt sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine Querschnittdarstellung eines LSI, der in Form eines Halbleiterbauteils dieser Erfindung gezeigt ist.
    • 1
    Halbleiterelement
    2
    Leiterplatte
    3
    Schaltkreiselement
    4
    Verbindungsdraht
    5
    wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung
    6
    Wärmeableitungsrippen
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Ein härtbares flüssiges Polymer der Komponente (A) kann ein wärmehärtendes flüssiges Polymer, ein raumtemperaturhärtbares flüssiges Polymer, ein feuchtigkeitshärtbares flüssiges Polymer, ein uv-härtbares flüssiges Polymer, ein elektronenstrahlhärtbares flüssiges Polymer usw. enthalten. Unter diesen ist das am stärksten vorzuziehende ein wärmehärtendes flüssiges Polymer. Wenn Komponente (A) keine wärmehärtenden Eigenschaften besitzt, dann ist es, um Ausdehnung der Komponente (B) vor Härtung, während der Härtung oder nach Härtung zu bewirken, notwendig, die Temperatur über den Umwandlungspunkt des Formgedächtnislegierungs-Füllstoffes, der Komponente (B) ausmacht, zu erhöhen. Die Folgenden sind Beispiele, die zur Verwendung als Komponente (A) geeignet sind: ein härtbares flüssiges Epoxyharz, härtbares flüssiges Silicon, härtbares flüssiges Polyimidharz, härtbares flüssiges Phenolharz, härtbares flüssiges Polyphenylensulfidharz, härtbares flüssiges ungesättigtes Polyesterharz, härtbares flüssiges Polyurethanharz und ein härtbares flüssiges Diallylphthalatharz. Am meisten vorzuziehen unter den Obigen sind ein härtbares flüssiges Epoxyharz oder ein härtbares flüssiges Silicon, die, wenn gehärtet, einen kautschukartigen oder gelartigen Zustand annehmen. Das härtbare flüssige Epoxyharz kann vom Bisphenoltyp, Biphenyltyp, Novolactyp sein und wird normalerweise in Kombination mit einem Härtungsmittel verwendet. Das härtbare flüssige Silicon kann durch eine flüssige Siliconzusammensetzung, die durch eine Additionsreaktion härtbar ist, eine flüssige Siliconzusammensetzung, die in einer Reaktion härtbar ist, die durch Verwendung einer Peroxidverbindung gefördert wird, eine flüssige Siliconzusammensetzung, die mithilfe einer Kondensationsreaktion härtbar ist, eine flüssige Siliconzusammensetzung, die unter dem Einfluss von UV-Strahlen härtbar ist, und eine strahlungshärtbare flüssige Siliconzusammensetzung dargestellt werden. Am meisten vorzuziehen von den obigen ist eine flüssige Siliconzusammensetzung, die mithilfe einer Additionsreaktion härtbar ist. Es wird empfohlen, Komponente (A) in der Zusammensetzung der Erfindung in einer Menge von 2,0 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 5,0 bis 50 Gew.-%, zu verwenden.
  • Komponente (B) ist ein Füllstoff. Komponente (B) wird aus einer thermisch ausdehnbaren Formgedächtnislegierung hergestellt, die sich nach Erwärmen auf eine Temperatur, die ihren Umwandlungspunkt übersteigt, ausdehnt. Komponente (B) verbessert erheblich die thermische Leitfähigkeit der Zusammensetzung. Dies macht es möglich, den Gehalt an Komponente (C) zu verringern. Der Füllstoff von Komponente (B) kann durch eine Formgedächtnislegierung des Ti-Ni-Typs, Cu-Zn-Al-Typs und Cu-Al-Ni-Typs dargestellt werden. Diese Legierung kann in Form von Fasern, Schuppen, Flocken oder Plättchen verwendet werden. Die Faserform ist vorzuziehen. Es wird empfohlen, dass der Durchmesser der faserförmigen Teilchen 5 bis 500 Mikrometer (μm), vorzugsweise 10 bis 300 μm beträgt. Es wird empfohlen, dass der mittlere Teilchendurchmesser des schuppen- oder flocken- oder plättchenförmigen Teilchens 5 bis 500 μm, vorzugsweise 10 bis 300 μm beträgt. Die Füllstoffteilchen können eine Spiral(Helix)-Form, eine Ringform oder eine Lockenform haben. Im Falle von spiralförmigen Teilchen wird empfohlen, dass ihr Kerndurchmesser 0,01 bis 5,0 Millimeter (mm), vorzugsweise 0,1 bis 1,0 mm beträgt. Es wird empfohlen, dass die normale Länge der Teilchen 10 μm bis 10 mm, vorzugsweise 20 μm bis 2 mm beträgt. Es wird empfohlen, dass die Länge nach Dehnung 0,1 bis 50 mm, vorzugsweise 0,2 bis 10 mm beträgt. Es wird empfohlen, dass Erwärmung eine 2- bis 50fache, vorzugsweise 3- bis 15fache Zunahme in der Länge der Komponente (B) erlaubt. Die Oberfläche der Komponente (B) kann mit einem Organohalogensilan, Organoalkoxysilan, Organosilazan oder einer ähnlichen organischen Siliciumverbindung behandelt werden. Die zuvor erwähnten Füllstoffe aus Formgedächtnislegierung können in Kombination verwendet werden. Es wird empfohlen, Komponente (B) in der Zu sammensetzung der Erfindung in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-% zu verwenden.
  • Es gibt keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf die Art von wärmeleitendem Füllstoff (C), ausgenommen, dass er nicht der gleiche wie Komponente (B) sein sollte. Z.B. kann Komponente (C) Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Glas, Silicat, Siliciumnitrid, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Titanoxid, Ruß, Diamant oder ein ähnlicher Füllstoff der anorganischen Art; Aluminium, Aluminiumhydroxid, Aluminiumsulfid, Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Lötmetall, Messing, Palladium oder ein ähnlicher Füllstoff der metallischen Art; ein organischer Harzfüllstoff, der die zuvor erwähnten Füllstoffe enthält, oder Mischungen der Obigen sein. Unter den Obigen haben anorganische Füllstoffe und metallische Füllstoffe die beste thermische Leitfähigkeit. Es wird empfohlen, das Teilchen der Komponente (C) Durchmesser von 0,1 bis 500 μm, vorzugsweise 0,1 bis 100 μm aufweisen. Teilchen der Komponente (C) können mit einem Organohalogensilan, Organoalkoxysilan, Organosilazan oder einer ähnlichen organischen Siliciumverbindung oberflächenbehandelt werden. Die zuvor erwähnten wärmeleitenden Füllstoffe können in Kombination verwendet werden. Es wird empfohlen, Komponente (C) in der Zusammensetzung der Erfindung in einer Menge von 30 bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 95 Gew.-% zu verwenden.
  • Bei Raumtemperatur ist die Zusammensetzung der Erfindung flüssig. Spezieller kann die Zusammensetzung bei 25°C eine Viskosität von 0,1 bis 100.000 Pascalsekunden (Pa·s), vorzugsweise 0,5 bis 50.000 Pa·s, bevorzugter 0,5 bis 10.000 Pa·s aufweisen. Es gibt keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf die Härte nach Härtung und das Produkt kann in Form von Harz, Kautschuk oder Gel erzeugt werden oder es kann als ein teilweise vernetzter, d.h. halbgehärteter Kautschuk oder teilweise vernetztes, d.h. halbgehärtetes Gel erzeugt werden. Es ist vorteilhaft, die Zusammensetzung der Erfindung zu einem weichen, halbgehärteten Gel zu härten, wenn sie verwendet wird, um einen Klebstoff oder eine Beschichtung für ein Halbleiterbauteil zu bilden. In diesem Fall wird empfohlen, dass die Härte eines gehärteten Produkts, gemessen gemäß JIS K6253, weniger als 10 beträgt und vorzugsweise gleich 0 ist. Da Viskosität und Fließfähigkeit der Erfindung in Abhängigkeit von der Viskosität der Komponente (A), ebenso wie von der Form und Größe der Komponente (B) und der Form und Größe der Komponente (C) variieren werden, sollten die Komponente der Zusammensetzung proportioniert werden, um eine geeignete Fließfähigkeit bereitzustellen.
  • Wenn Komponente (A) ein härtbares flüssiges Silicon ist, kann eine wärmeleitende additionshärtbare flüssige Siliconzusammensetzung, vorzugsweise mit einer Viskosität von 0,1 bis 300 Pa·s bei 25°C, aus den folgenden Komponenten hergestellt werden:
    • (a) 100 Gewichtsteilen eines flüssigen Organopolysiloxans mit mindestens zwei Alkenylgruppen pro Molekül;
    • (b) 0,001 bis 100 Gewichtsteilen eines flüssigen Organopolysiloxans mit mindestens zwei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül;
    • (c) Hydrosilylierungsreaktionsmetallkatalysator, der in solch einer Menge verwendet wird, dass, ausgedrückt in Gewichtseinheiten, der Gehalt von Metallatomen in dem Katalysator 0,01 bis 1.000 Teile pro Million (ppm), bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, beträgt;
    • (B) einem Füllstoff, der aus einer thermisch ausdehnbaren Formgedächtnislegierung hergestellt ist, und
    • (C) einem wärmeleitenden Füllstoff, der sich von Komponente (B) unterscheidet.
  • Zuvor erwähnte Komponente (a) ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei siliciumgebundene Alkenylgruppen pro Molekül aufweist. Strukturell kann diese Komponente eine geradkettige, ein teilweise verzweigte geradkettige, eine verzweigtkettige, eine cyclische oder eine netzartige Struktur aufweisen. Die geradkettige Struktur ist vorzuziehen. Die Folgenden sind Beispiele für geeignete Alkenylgruppen: Vinylgruppe, Allylgruppe und Hexenylgruppe. Bindungspositionen der Alkenylgruppe können an den Molekülenden und/oder entlang der Molekülseitenkette sein. Positionen an beiden Molekülenden sind vorzuziehen. Die siliciumgebundenen Gruppen, die keine Alkenylgruppe sind, können die folgenden substituierten oder unsubstituierten monovalenten Kohlenwasserstoffgruppen sein: Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe, Butylgruppe, Pentylgruppe, Hexylgruppe, Heptylgruppe oder ähnliche Alkylgruppe; Phenylgruppe, Tolylgruppe, Xylylgruppe, Napthtylgruppe oder eine ähnliche Arylgruppe; Benzylgruppe, Phenethylgruppe oder eine ähnliche Aralkylgruppe; Chlormethylgruppe, 3-Chlorpropylgruppe, 3,3,3-Trifluorpropylgruppe oder eine ähnliche halogenierte Alkylgruppe. Die am meisten vorzuziehenden unter den Obigen sind Methyl- und Phenylgruppen. Es wird empfohlen, dass die Viskosität der Komponente (a) 10 bis 1,000,000 mPa·s bei 25°C, vorzugsweise 100 bis 500.00 mPa·s beträgt. Wenn die Viskosität der Komponente (a) unterhalb von 10 mPa·s liegt, wäre es schwierig, ausreichende mechanische Festigkeit nach Härtung bereitzustellen. Wenn die Viskosität der Komponente (a) 1,000,000 mPa·s übersteigt, wäre die Zusammensetzung schwierig zu handhaben, da sie zu viskos würde.
  • Komponente (b) enthält mindestens zwei siliciumgebundene Wasserstoffatome pro Molekül. Komponente (b) kann ein Vernetzungsmittel oder das Härtungsmittel der Komponente (a) enthalten. Deshalb sollte, wenn Komponente (a) zwei Alkenylgruppen enthält, die Anzahl von siliciumgebundenen Wasserstoffatomen 3 oder mehr betragen. Komponente (b) kann eine lineare, teilweise verzweigte lineare, verzweigte oder eine netzartige Molekülstruktur aufweisen. Eine Bindungsposition des siliciumgebundenen Wasserstoffatoms kann an den Molekülenden und/oder entlang der Molekülseitenkette sein. Die siliciumgebundenen Gruppen, die nicht siliciumgebundener Wasserstoff sind, können die folgenden substituierten oder unsubstituierten monovalenten Kohlenwasserstoffgruppen sein: Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe, Butylgruppe, Pentylgruppe, Hexylgruppe, Heptylgruppe oder eine ähnliche Alkylgruppe; Phenylgruppe, Tolylgruppe, Xylylgruppe, Naphthylgruppe oder eine ähnliche Arylgruppe; Benzylgruppe, Phenethylgruppe oder eine ähnliche Aralkylgruppe; Chlormethylgruppe, 3-Chlorpropylgruppe, 3,3,3-Trifluorpropylgruppe oder eine ähnliche halogenierte Alkylgruppe. Die am meisten vorzuziehenden unter den Obigen sind Methyl- und Phenylgruppen. Es wird empfohlen, dass die Viskosität der Komponente (b) 0,1 bis 1.000.000 mPa·s bei 25°C, vorzugsweise 0,2 bis 10.000 mPa·s beträgt. Es wird empfohlen, Komponente (b) in einer Menge von 0,001 bis 100 Gewichtsteilen, vorzugsweise von 0,001 bis 30 Gewichtsteilen pro jeweils 100 Gewichtsteile Komponente (a) zu verwenden. Wenn Komponente (b) in einer Menge von weniger als 0,001 Gewichtsteilen verwendet wird, wäre es schwierig, die Zusammensetzung vollständig zu härten. Wenn der Gehalt an Komponente (b) 100 Gewichtsteile übersteigt, wäre es schwierig, einen gehärteten Körper mit ausreichender physikalischer Festigkeit zu erhalten. Um die Zusammensetzung bis zu einem ausreichenden Grad zu härten, wird es empfohlen, das die Alkenylgruppen von Komponente (a) in einer Menge von 0,1 bis 10 mol, vorzugsweise von 0,5 bis 5 mol pro mol siliciumgebundene Wasserstoffatome der Komponente (b) vorhanden sind. Wenn die zuvor erwähnten Alkenylgruppen in einer Menge von weniger als 0,1 mol vorhanden sind, wäre es schwierig, ausreichende Härtung sicherzustellen. Wenn die Alkenylgruppen in einer Menge, die 10 mol übersteigt, vorliegen, wird der gehärtete Körper mit verminderter physikalischer Festigkeit hergestellt werden.
  • Komponente (c) ist ein Katalysator für die Additionsreaktion der siliciumgebundenen Wasserstoffatome von Komponente (b) an die Alkenylgruppen von Komponente (a). Komponente (c) kann einen Katalysator des Platintyps, Katalysator des Rhodiumtyps oder einen Katalysator des Palladiumtyps enthalten. Der Platinkatalysator ist der am stärksten vorzuziehende. Die Folgenden sind spezielle Beispiele der zuvor erwähnten Katalysatoren: Platinpulver, Platinmohr, Platin auf einem Träger aus feinem Siliciumdioxidpulver, Platin auf einen Aktivkohleträger, eine Chloroplatinsäure, eine alkoholische Lösung einer Chloroplatinsäure, ein Platin-Olefin-Komplex, ein Platin-Alkenylsiloxan-Komplex oder eine ähnlicher Katalysator des Platintyps. Es wird empfohlen, Komponente (c) in solch einer Menge zuzugeben, dass, ausgedrückt in Gewichtseinheiten, der Gehalt an Metallatomen in Komponente (c) 0,01 bis 1.000 ppm, vorzugsweise 0,01 bis 100 ppm in der Zusammensetzung der Erfindung beträgt. Wenn der zuvor erwähnte Gehalt unterhalb von 0,01 ppm liegt, würde die Additionsreaktion nicht ordentlich fortschreiten und es wäre schwierig, ausreichende Härtung sicherzustellen. Wenn der Gehalt an Komponente (c) 1.000 ppm übersteigt, würde dies die Additionsreaktion nicht merklich weiter fördern, würde aber die Kosten der Zusammensetzung wirtschaftlich unrechtfertigbar machen.
  • Ein Füllstoff (B), der aus einer thermisch ausdehnbaren Formgedächtnislegierung hergestellt ist und ein wärmeleitender Füllstoff (C), der sich von dem zuvor erwähnten Füllstoff (B) unterscheidet, sind die gleichen, wie oben definiert. Es wird empfohlen, Komponente (B) in einer Menge von 1 bis 1.000 Gewichtsteilen, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 500 Gewichtsteilen pro jeweils 100 Gewichtsteile Komponente (a) zu verwenden. Es wird empfohlen, Komponente (C) in einer Menge von 50 bis 5.000 Gewichtsteilen, vorzugsweise in einer Menge von 100 bis 3.000 Gewichtsteilen pro jeweils 100 Gewichtsteile Komponente (a) zu verwenden.
  • Die wärmeleitende flüssige Siliconzusammensetzung, die mithilfe einer Additionsreaktion härtbar ist, wird aus den oben beschriebenen Komponenten hergestellt. Andere Komponenten können jedoch zugegeben werden. Diese zusätzlichen Komponenten umfassen die Folgenden: Formgedächtnisharz, Siliconharz, Fluorharz oder ein ähnliches, feines organisches Harzpulver ebenso wie Farbstoffe, Pigmente, Flammverzögerungsmittel und Lösungsmittel. Das Formgedächtnisharz kann veranschaulicht werden durch ein Polymer des Vinyltyps, Polymer des Olefintyps, Polymer des Acryltyps, Polymer des Caprolactontyps, Polymer des Estertyps, Polymer des Urethantyps oder Mischungen, die aus den zuvor erwähnten organischen Harzen und Formgedächtnislegierungen hergestellt werden.
  • Um die Geschwindigkeit der Additionsreaktion einzustellen, kann die Zusammensetzung Additionsreaktionsinhibitoren beinhalten, wie etwa 3-Methyl-1-butin-3-ol, 3,5-Dimethyl-1-hexin-3-ol, Phenylbutinol oder einen ähnlichen Alkinalkohol; 3-Methyl-3-penten-1-in, 3,5-Dimethyl-3-hexen-1-in oder eine ähnliche En-in-Verbindung; 1,3,5,7-Tetramethyl-1,3,5,7-tetravinylcyclotetrasiloxan, 1,3,5,7-Tetramethyl-1,3,5,7-tetrahexenylcyclotetrasiloxan oder Benzotriazol. Es wird empfohlen, die zuvor erwähnten Additionsreaktionsinhibitoren in der Menge von 0,0001 bis 5 Gewichtsteilen pro jeweils 100 Gewichtsteile Komponente (a) zu verwenden.
  • Ein haftvermittelndes Mittel kann zugegeben werden, um der Zusammensetzung klebende Eigenschaften zu verleihen. Obwohl es keine speziellen Beschränkungen in Bezug auf das zuvor erwähnte haftvermittelnde Mittel gibt, wird empfohlen, für diese Zwecke ein Organopolysiloxan zu verwenden, das in einem Molekül mindestens eine siliciumgebundene Alkenylgruppe oder ein Wasserstoffatom und mindestens eine siliciumgebundene Alkoxygruppe aufweist. Das zuvor erwähnte Organopolysiloxan kann eine lineare, partiell verzweigte lineare, verzweigte, cyclische oder netzartige Molekülstruktur aufweisen. Die siliciumgebundene Alkenylgruppe kann dargestellt werden durch eine Vinylgruppe, Allylgruppe, Butenylgruppe, Pentenylgruppe und Hexenylgruppe, wovon die Vinylgruppe die am stärksten vorzuziehende ist. Die siliciumgebundene Alkoxygruppe kann dargestellt werden durch Methoxygruppe, Ethoxygruppe, Propoxygruppe, Butoxygruppe und Methoxyethoxygruppe, wovon die Methoxygruppe die am stärksten vorzuziehende ist. Die siliciumgebundenen Gruppen, die keine Alkenylgruppen, Wasserstoffatome und Alkoxygruppen sind, können durch eine monovalente unsubstituierte Kohlenwasserstoffgruppe dargestellt werden, wie etwa Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe, Butylgruppe, Pentylgruppe, Hexylgruppe, Heptylgruppe oder eine ähnliche Alkylgruppe; Phenylgruppe, Tolylgruppe, Xylylgruppe, Naphthylgruppe oder eine ähnliche Arylgruppe; Benzylgruppe, Phenethylgruppe oder eine ähnliche Aralkylgruppe; eine monovalente substituierte Kohlenwasserstoffgruppe, wie etwa Chlormethylgruppe, 3-Chlorpropylgruppe, 3,3,3-Trifluorpropylgruppe oder eine ähnliche halogenierte Alkylgruppe: 3-Glycidoxypropylgruppe, 4-Glycidoxybutylgruppe oder eine ähnliche Glycidoxyalkylgruppe, 2-(3,4-Epoxychlorhexyl)ethylgruppe, 3-(3,4-Epoxycyclohexyl)propylgruppe oder eine ähnliche epoxyhaltige monovalente organische Gruppe; 4-Oxylanylbutylgruppe, 8-Oxylanyloctylgruppe oder eine ähnliche Oxylanylalkylgruppe. Die am stärksten vorzuziehende unter den Obigen ist die epoxyhaltige monovalente organische Gruppe, da sie verschiedenen Substraten gute lebende Eigenschaften verleiht. Das zuvor erwähnte Organopolysiloxan ist eine niedrigviskose flüssige Substanz, die bei 25°C eine Viskosität im Bereich von 1 bis 500 mPa·s hat.
  • Eine Additionsreaktion wird bei Raumtemperatur oder unter Erwärmen durchgeführt. Die Geschwindigkeit der Reaktion ist höher, wenn sie unter Erwärmen fortschreitet. Es wird empfohlen, Erwärmen bei einer Temperatur von 50°C bis 250°C, vorzugsweise 80°C bis 200°C durchzuführen.
  • Da Komponente (B) in der Zusammensetzung der Erfindung durch eine erhöhte thermische Leitfähigkeit gekennzeichnet ist, kann die Zusammensetzung mit einer verringerten Menge eines wämreleitenden Füllstoffs (C) vermischt werden. Da die Teilchen der Komponente (B) vor der thermischen Ausdehnung klein in ihrer Form sind, hat die Zusammensetzung eine hervorragende Fließfähigkeit, ist leicht zu handhaben und ist zur Verwendung unter industriellen Bedingungen geeignet. Deshalb kann die Zusammensetzung Anwendung bei der Herstellung von Klebstoffen, Einbettmassen oder Schutzbeschichtungen für Teile oder Einheiten von elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen finden. Insbesondere ist die Zusammensetzung der Erfindung zur Verwendung als Beschichtungsmittel und Klebstoff für Halbleiterbauteile, wie etwa Halbleiterelemente und Wärmeableitungsrippen geeignet.
  • Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung eines Halbleiterbauteils, das unter Verwendung der Zusammensetzung dieser Erfindung hergestellt ist. Ein Halbleiterbauteil dieser Erfindung weist ein Halbleiterelement, das mithilfe einer wärmeleitenden flüssigen Polymerzusammensetzung der Erfindung beschichtet ist oder an ein Substrat gebunden ist, auf. Da ein gehärteter Körper, der aus der Zusammensetzung der Erfindung hergestellt ist, verbesserte thermische Leitfähigkeit und Haftung an ein Substrat aufweist, wird das Bauteil durch verbesserte Wärmeableitungseigenschaften und Zuverlässigkeit gekennzeichnet sein. Halbleiterbauteile der vorliegenden Erfindung können Dioden, Transistoren, Thyristoren, monolithische IC, Hybrid-IC, LSI und VLSI umfassen. Halbleiterelemente der Erfindung können Dioden, Transistoren, Thyristoren, monolithische IC und Halbleiterelemente von Hybrid-ICs umfassen.
  • Ein Beispiel eines Halbleiterbauteils der Erfindung ist ein LSI, dessen Querschnitt in 1 gezeigt ist. Das Bauteil besteht aus einem Halbleiterelement 1, das auf einer Leiterplatte 2 getragen ist. Das Halbleiterelement 1 und ein Schaltkreiselement 3, das an einen externen Leitungsdraht angeschlossen ist, sind elektrisch mithilfe eines Verbindungsdrahtes 4 verbunden. Die Oberfläche des Halbleiterelements 1 trägt eine wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung 5 dieser Erfindung, die als Schutzschicht für das Halbleiterelement und als ein Klebstoff für Wärmeableitungsrippen 6 fungiert. Die Leiterplatte 2 kann aus einem glasfaserverstärkten Epoxyharz, Bakelitharz, Phenolharz oder einem ähnlichen organischen Harz; Aluminiumoxid oder einer ähnlichen Keramik; Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metall hergestellt sein. Das Schaltkreiselement 3 kann aus Kupfer oder Silber-Palladium hergestellt sein. Typische Materialien für den Verbindungsdraht 4 sind Gold, Kupfer und Aluminium. Wärmeableitungsrippen 6 sind aus Aluminium, Kupfer oder Nickel hergestellt. Zusätzlich zu Halbleiterelement 1 kann die Leiterplatte 2 andere elektronische Teile, wie etwa Widerstände, Kondensatoren und Spulen, tragen.
  • Bei der Herstellung des Halbleiterbauteils der Erfindung wird zuerst das Halbleiterelement 1 auf die Leiterplatte 2 gesetzt, das Halbleiterelement 1 und das Schaltkreiselement 3 werden elektrisch mithilfe des Verbindungsdrahtes 4 verbunden, die wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung 5 wird auf die Oberfläche des Halbleiterelements 1 aufgebracht und die Platte mit Wärmeableitungsrippen 6 wird an dem Bauteil befestigt. Die gesamte Einheit wird dann auf eine Temperatur von 50°C bis 200°C erhitzt und im Ergebnis werden das Halbleiterelement 1 und die Wärmeableitungsrippen 6 an Ort und Stelle fixiert.
  • Beispiele
  • In den folgenden Beispiele sind alle Viskositäten bei 25°C gemessen. Thermische Leitfähigkeit, Härte und Zuverlässigkeit wurden mit den unten beschriebenen Verfahren bestimmt.
  • Verfahren zur Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit des gehärteten Körpers
  • Die thermische Leitfähigkeit der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung wurde an einem (15 cm in der Länge × 6 cm in der Breite × 2 cm in der Dicke) gehärteten Probekörper unter Verwendung eines Quick Thermal-Conductivity Meter, Modell QBM-500, erhältlich von Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd, gemessen.
  • Verfahren zur Bestimmung der Härte des gehärteten Körpers
  • Die Härte des gehärteten Produkts aus der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung wurde unter Verwendung eines Typ-A-Durometers wie in JIS K 6253 spezifiziert gemessen.
  • Verfahren zur Bewertung der Zuverlässigkeit des Halbleiterbauteils
  • Ein Halbleiterbauteil der Art, die in 1 gezeigt ist, wurde hergestellt, indem ein Halbleiterelement 1 auf eine Leiterplatte 2, die aus einem glasfaserverstärkten Epoxyharz hergestellt ist, gesetzt wurde und unterstützende äußere Leitungsdrähte an die Endabschnitte angeschlossen wurden und ein Schaltkreiselement 3 auf die Substratoberfläche gedruckt wurde. Das Schaltkreiselement 3 wurde dann elektrisch an das elektronische Element 1 mithilfe von Verbindungsdraht 4 angeschlossen. Nachdem die Oberfläche des elektronischen Elements mit der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung 5, die aus einem Spender bereitgestellt wurde, beschichtet wurde, wurde eine Platte 6 mit Aluminiumwärmeableitungsrippen auf die zuvor erwähnte Oberfläche geklebt und die gesamte Einheit wurde bei 150°C in einem Umluftofen erwärmt, wobei die Wärmeableitungsrippen 6 an dem Halbleiterelement 1 befestigt wurden. 20 Halbleiterbauteile wurden nach diesem Verfahren hergestellt.
  • Jedes Halbleiterbauteil wurde einem Wärmezyklustest unterworfen, wobei ein Zyklus aus 30inütigem Halten bei –65°C und 30-minütigem Halten bei 150°C bestand. Defekte wurden bestimmt, indem der Zustand der gehärteten Zusammensetzung zwischen dem Halbleiterelement 1 und den Wärmeableitungsrippen 6 unter einem Mikroskop nach 10.000 Zyklen beobachtet wurde. Die Proben bestanden den Test nicht, falls der Halbleiter 1 und die Wärmeableitungsrippen 6 nach dem Test getrennt waren. Die Ausfallrate wurde aus der Anzahl von Bauteilen, die den Test nicht bestanden, bestimmt.
  • Bezugsbeispiel 1
  • Die lineare Form eines 4 mm langen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierungsdrahts (von Nippon Tungsten Co., Ltd) mit einem Durchmesser von 80 μm wurde geprägt, indem er rasch nach 1-stündigem Erwärmen bei 300°C abgekühlt wurde. Der Draht wurde dann um einen Stab gewunden, um einen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierungsdraht in Form einer Spirale zu formen. Der Kern der erhaltenen spiralförmigen Formgedächtnislegierung hatte einen Durchmesser von 0,55 mm und eine Länge von 0,55 mm. Die Temperatur des Umwandlungspunktes betrug 120°C.
  • Praktisches Beispiel 1
  • Eine Mischung wurde aus 100 Gewichtsteilen eines Epoxyharzes des Bisphenoltyps mit einer Viskosität von 2.000 mPa·s und einem Epoxyäquivalentgewicht von 165 g, Produkt von Tohto Kasei Co., Ltd, Marke ZX-1059, und 65 Gewichtsteilen eines Diphenyldihydroxysilans, das bei Raumtemperatur fest ist und ein Hydroxyäquivalentgewicht von 108 g hat, hergestellt. Die Mischung wurde geschmolzen, indem sie bei 120°C erhitzt wurde. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Produkt mit 1.110 Gewichtsteilen eines Copolymers von einem Dimethylsiloxan und einem Diphenylsiloxan mit einer Viskosität von 200 mPa·s, dessen beide Molekülenden mit Trimethylsiloxy verkappt sind, und 1,0 Gewichtsteilen Aluminiumtris(acetylacetonat) vermischt. Die Komponenten wurden einheitlich vermischt und eine härtbare Epoxyharzzusammensetzung mit einer Viskosität von 800 mPa·s wurde erhalten. 100 Gewichtsteile der erhaltenen Epoxyharzzusammensetzung wurden mit 600 Gewichtsteilen kugelförmiger Aluminiumoxidteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 10 μm (Marke "Admafine Alumina", hergestellt von Admatex Co., Ltd.) und 10 Gewichtsteilen der spiralförmigen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierung, die im Bezugsbeispiel 1 erhalten wurde, vermischt. Nachdem die Komponenten einheitlich bei Raumtemperatur vermischt wurden, wurde eine wärmeleitende härtbare flüssige Epoxyharzzusammensetzung mit einer Viskosität von 65 Pa·s erhalten.
  • Ein gehärteter Körper wurde aus der erhaltenen wärmeleitenden härtbaren flüssigen Epoxyharzzusammensetzung durch 3-stündiges Erwärmen bei 150°C erzeugt. Nach den oben spezifizierten Methoden wurde der gehärtete Körper, der aus der zuvor erwähnten Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf thermische Leitfähigkeit und Härte untersucht, während das Halbleiterbauteil, das mit der Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf Zuverlässigkeit untersucht wurde. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine härtbare flüssige Epoxyharzzusammensetzung mit einer Viskosität von 66 Pa·s wurde nach dem gleichen Verfahren wie in praktischem Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 10 Gewichtsteile kugelförmiger Aluminiumoxidteilchen mit einem mittleren Durchmesser von 10 μm anstelle von 10 Gewichtsteilen der spiralförmigen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierung verwendet wurden.
  • Ein gehärteter Körper wurde aus der erhaltenen wärmeleitenden härtbaren flüssigen Epoxyharzzusammensetzung durch 3-stündiges Erwärmen bei 150°C hergestellt. Nach den oben spezifizierten Methoden wurde der gehärtete Körper, der aus der zuvor erwähnten Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf thermische Leitfähigkeit und Härte untersucht, während das Halbleiterbauteil, das mit der Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf Zuverlässigkeit untersucht wurde. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Praktisches Beispiel 2
  • Eine Mischung wurde aus 100 Gewichtsteilen eines Dimethylpolysiloxans mit einer Viskosität von 2.000 mPa·s, dessen beide Molekülenden mit Dimethylvinylsiloxygruppen verkappt waren (0,24 Gew.-% Gehalt an Vinylgruppen), 0,6 Gewichtsteilen eines Copolymers von einem Methylwasserstoffsiloxan und einem Dimethylsiloxan mit einer Viskosität von 20 mPa·s, dessen beide Molekülenden mit Trimethylsiloxygruppen verkappt waren (0,75 Gew.-% Gehalt an siliciumgebundenen Wasserstoffatomen) und einem Platin-1,3-Divinyl-1,1,3,3-tetramethyl disiloxan-Komplex (5 ppm Gehalt an metallischem Platin in der Zusammensetzung in Gewichtseinheiten) hergestellt. Die Komponenten wurden vereinigt und einheitlich mit 600 Gewichtsteilen der kugelförmigen Aluminiumoxidteilchen, die im praktischen Beispiel 1 verwendet wurden, und 0,01 Gewichtsteilen eines Additionsreaktionsinhibitors in Form eines 3-Phenyl-1-buten-3-ols vermischt. Die Mischung wurde zusätzlich bei Raumtemperatur mit 10 Gewichtsteilen der spiralförmigen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierung, die in Bezugsbeispiel 1 erhalten wurde, vereinigt und einheitlich damit vermischt. Im Ergebnis wurde eine wärmeleitende härtbare flüssige Siliconzusammensetzung mit einer Viskosität von 72 Pa·s hergestellt.
  • Ein gehärteter Körper wurde aus der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Siliconzusammensetzung durch 1-stündiges Erwärmen bei 150°C hergestellt. Nach den oben spezifizierten Methoden wurde der gehärtete Körper, der aus der zuvor erwähnten Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf thermische Leitfähigkeit und Härte untersucht, während das Halbleiterbauteil, das mit der Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf Zuverlässigkeit untersucht wurde. Die Ergebnisse der Bewertung sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine härtbare flüssige Siliconzusammensetzung mit einer Viskosität von 74 Pa·s wurde nach dem gleichen Verfahren, wie in praktischem Beispiel 2 erhalten, mit der Ausnahme, dass 10 Gewichtsteile kugelförmiger Aluminiumoxidteilchen anstelle von 10 Gewichtsteilen der spiralförmigen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierung verwendet wurden.
  • Ein gehärteter Körper wurde aus der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Siliconzusammensetzung durch 1-stündiges Erwärmen bei 150°C hergestellt. Nach den oben spezifizierten Methoden wurde der gehärtete Körper, der aus der zuvor erwähnten Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf thermische Leitfähigkeit und Härte untersucht, während das Halbleiterbauteil, das mit der Zusam mensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf Zuverlässigkeit untersucht wurde. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Eine härtbare flüssige Siliconzusammensetzung mit einer Viskosität von 345 Pa·s wurde nach dem gleichen Verfahren wie im praktischen Beispiel 2 erhalten, mit der Ausnahme, dass 180 Gewichtsteile kugelförmiger Aluminiumoxidteilchen aus praktischem Beispiel 1 anstelle von 10 Gewichtsteilen der spiralförmigen Cu-Zn-Al-Formgedächtnislegierung verwendet wurden.
  • Ein gehärteter Körper wurde aus der härtbaren flüssigen Siliconzusammensetzung durch 1-stündiges Erwärmen bei 150°C erzeugt. Nach den gleichen Methoden, wie oben für die Zusammensetzung aus praktischem Beispiel 2 spezifiziert, wurde der gehärtete Körper, der aus der Zusammensetzung dieses Vergleichsbeispiels hergestellt wurde, in Bezug auf thermische Leitfähigkeit und Härte untersucht, während das Halbleiterbauteil, das mit der Zusammensetzung hergestellt wurde, in Bezug auf Zuverlässigkeit untersucht wurde. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 1 gezeigt. Der Vergleich zeigte, dass die Zusammensetzung dieses Vergleichsbeispiels schwieriger als die Zusammensetzung aus praktischem Beispiel 2 zu verteilen war. Deshalb war sie für die industrielle Herstellung von Halbleiterbauteilen weniger geeignet als die Zusammensetzung der Erfindung. Tabelle 1
    Figure 00170001
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Da die wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung der Erfindung vor Härtung Fließfähigkeit besitzt, bringt sie hervorragende Voraussetzungen für die Herstellung unter industriellen Bedingungen mit. Die Zusammensetzung kann Anwendung bei der Herstellung von Klebstoffen, Einbettmassen und Schutzbeschichtungen für Teile und Einheiten von elektrischen und elektronischen Vorrichtungen finden. Insbesondere ist die Zusammensetzung der Erfindung zur Verwendung als Beschichtungsmittel und Klebstoff für Halbleiterbauteile, wie etwa Halbleiterelemente und Wärmeableitungsrippen, geeignet.
  • Ein gehärteter Körper, der aus der Zusammensetzung nach Härten gebildet wird, ist durch hohe thermische Leitfähigkeit gekennzeichnet. Ferner sind Halbleiterbauteile der vorliegenden Erfindung, die aus Halbleiterelementen zusammengebaut sind, die mit der zuvor erwähnten wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung verbunden oder damit beschichtet sind, durch verbesserte Zuverlässigkeit gekennzeichnet. Halbleiterbauteile dieser Erfindung können Dioden, Transistoren, Thyristoren, monolithische IC, Hybrid-IC, LSI und VLSI umfassen. Halbleiterelemente der Erfindung können Dioden, Transistoren, Thyristoren, monolithische IC und Halbleiterelemente von Hybrid-ICs umfassen.

Claims (11)

  1. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung, enthaltend: (A) ein härtbares flüssiges Polymer; (B) einen Füllstoff, hergestellt aus einer thermisch ausdehnbaren Formgedächtnislegierung, und (C) einen wärmeleitenden Füllstoff, unter der Voraussetzung, dass die Komponente (C) sich von der Komponente (B) unterscheidet.
  2. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komponente (B) Spiralform hat.
  3. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komponente (B) einen Füllstoff aus einer Formgedächtnislegierung vom Cu-Zn-Al-Typ enthält und die Komponente (C) ein Aluminiumoxid enthält.
  4. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komponente (A) ein härtbares flüssiges Epoxyharz ist.
  5. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komponente (A) ein härtbares flüssiges Silicon umfasst.
  6. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 5, wobei das härtbare flüssige Silicon eine flüssige Siliconzusammensetzung ist, die über eine Additionsreaktion härtbar ist.
  7. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 6, wobei die Komponente (A) (a) 100 Gewichtsteile eines flüssigen Organopolysiloxans mit wenigstens zwei Alkenylgruppen pro Molekül; (b) 0,001 bis 100 Gewichtsteile eines flüssigen Organopolysiloxans mit wenigstens zwei siliciumgebundenen Wasserstoffatomen pro Molekül und (c) einen Hydrosilylierungsreaktionsmetallkatalysator, der, ausgedrückt als Gewichtseinheiten, Metallatome in einer Menge von 0,01 bis 1.000 ppm, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, enthält, enthält.
  8. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komponente (A) in einer Menge von 2,0 bis 70 Gew.-%, die Komponente (B) in einer Menge von 0,01 bis 30 Gew.-% und die Komponente (C) in einer Menge von 30 bis 98 Gew.-% in der Zusammensetzung der Erfindung enthalten sind.
  9. Wärmeleitende härtbare flüssige Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Komponente (A) in einer Menge von 5,0 bis 50 Gew.-%, die Komponente (B) in einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-% und die Komponente (C) in einer Menge von 50 bis 95 Gew.-% in der Zusammensetzung der Erfindung enthalten sind.
  10. Verwendung der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Klebstoff oder Beschichtungsmittel für ein Halbleiterbauteil.
  11. Halbleiterbauteil mit einem Halbleiterelement, verklebt oder beschichtet mit der wärmeleitenden härtbaren flüssigen Polymerzusammensetzung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist.
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