JP2008218992A - 接合剤及び半導体支持装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接合剤4は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、付加硬化型シリコーン粘着剤は、1分子に2個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、R3SiO1/2(Rは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数1〜6の1価炭化水素基)で表される単位(以下Mと表記)とSiO4/2で表される単位(以下Qと表記)とをR3SiO1/2単位/SiO4/2単位のモル比(M/Q比)が0.6以上1.6以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、20[vol%]以上50[vol%]以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有する。
【選択図】図1
Description
(A)1分子中に2個以上のビニル基を有するジオルガノポリシロキサン、
(B)R3SiO1/2単位(Rは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数1〜6の1価炭化水素基)及びSiO4/2単位を含有し、R3SiO1/2単位/SiO4/2単位のモル比が0.6〜1.6であるオルガノポリシロキサンレジン、
(C)SiH基を1分子中に3個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
(D)白金系触媒、及び
(E)熱伝導性フィラー
とを含有する組成物よりなるものである。
実施例1では、始めに、分子鎖両末端にビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを100質量部、R3SiO1/2(Rは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数1〜6の1価炭化水素基)で表される単位(以下Mと表記)とSiO4/2で表される単位(以下Qと表記)とをR3SiO1/2単位/SiO4/2単位のモル比(M/Q比)が1.1になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンを180質量部、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンをビニル基を含有するオルガノポリシロキサンのビニル基に対する成分中のSiH基のモル比が15となる量、白金触媒、及び20[vol%]の含有率を有し、平均粒径0.7[μm]の酸化アルミニウム(微細粒子)と平均粒径20[μm]の酸化アルミニウム(粗粒子)とを重量比10:90の割合で混合した熱伝導性フィラーからなる混合物をトルエンに溶解させた付加硬化型シリコーン粘着剤をPET離型フィルムに塗工し、100[℃]の熱風循環式乾燥機内にて10分間硬化後、硬化物をPET離型フィルムから剥離することにより厚さ120[μm]の実施例1の接合剤を得た。次に、本接合剤を種々の形状のアルミニウム(Al)角板と窒化アルミニウム(AlN)角板に100[℃],1.4[MPa]で10分間加熱加圧接合することにより実施例1の接合体を得た。
実施例2では、AlとAlNの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例1と同じ条件で製造することにより、実施例2の接合体を得た。
実施例3では、微細粒子と粗粒子の重量比を30:70とした以外は実施例1と同じ条件で製造することにより、実施例3の接合体を得た。
実施例4では、微細粒子と粗粒子の重量比を20:80とした以外は実施例1と同じ条件で製造することにより、実施例4の接合体を得た。
実施例5では、熱伝導性フィラーの含有率を33[vol%]とした以外は実施例1と同じ条件で製造することにより、実施例5の接合体を得た。
実施例6では、微細粒子と粗粒子の重量比を20:80とした以外は実施例5と同じ条件で製造することにより、実施例6の接合体を得た。
実施例7では、AlとAlNの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例6と同じ条件で製造することにより、実施例7の接合体を得た。
実施例8では、M/Q比を1.5とした以外は実施例6と同じ条件で製造することにより、実施例8の接合体を得た。
実施例9では、AlとAlNの接合面に予めシランカップリング系プライマーを塗布した以外は実施例8と同じ条件で製造することにより、実施例9の接合体を得た。
実施例10では、M/Q比を0.6とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、実施例10の接合体を得た。
実施例11では、粗粒子の平均粒径を10[μm]とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、実施例11の接合体を得た。
実施例12では、粗粒子の平均粒径を30[μm]とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、実施例12の接合体を得た。
実施例13では、熱伝導性フィラーの含有率を50[vol%]とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、実施例13の接合体を得た。
実施例14では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム(AlN)とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、実施例14の接合体を得た。
実施例15では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素(SiC)とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、実施例15の接合体を得た。
比較例1では、平均粒径10[μm]の熱伝導性フィラーを30[vol%]含有するアクリル樹脂を用意し、このアクリル樹脂によってAl及びAlNと接合することにより比較例1の接合体を得た。
比較例2では、M/Q比を0.4とした以外は実施例6と同じ条件で製造することにより、比較例2の接合体を得た。
比較例3では、M/Q比を1.7とした以外は実施例6と同じ条件で製造することにより、比較例3の接合体を得た。
比較例4では、熱伝導性フィラーの含有率を60[vol%]とした以外は実施例6と同じ条件で製造することにより、比較例4の接合体を得た。
比較例5では、微細粒子と粗粒子の重量比を5:95とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、比較例5の接合体を得た。
比較例6では、粗粒子の平均粒径を40[μm]とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、比較例6の接合体を得た。
比較例7では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム(AlN)とした以外は比較例4と同じ条件で製造することにより、比較例7の接合体を得た。
比較例8では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素(SiC)とした以外は比較例4と同じ条件で製造することにより、比較例8の接合体を得た。
比較例9では、熱伝導性フィラーの含有率を15[vol%]とした以外は実施例7と同じ条件で製造することにより、比較例9の接合体を得た。
比較例10では、熱伝導性フィラーの材質を窒化アルミニウム(AlN)とした以外は比較例9と同じ条件で製造することにより、比較例10の接合体を得た。
比較例11では、熱伝導性フィラーの材質を炭化珪素(SiC)とした以外は比較例9と同じ条件で製造することにより、比較例11の接合体を得た。
幅25[mm]×長さ35[mm]×厚さ10[mm]のAlN製角板11とAl製角板12の間に、上記実施例1〜15及び比較例1〜8の各接合剤を25×25[mm]の大きさに切り出したものを挟み、100[℃],14[atm]で加熱加圧して接合体を作製した。そして図2に示すようなせん断剥離試験装置を用いて、室温及び150[℃]における各接合体のせん断剥離強度とせん断伸びを測定した。測定結果を以下の表1に示す。なお、φ300mmサイズの実体接合体においては、接合界面の気密性を保持するために、せん断剥離強度が室温で0.5[MPa]以上、150[℃]で0.2[MPa]以上、またせん断伸びについては室温,150[℃]共に0.04以上を目標値とすることが経験的にわかっている。
φ10×t1[mm]のAlN製円板とφ10×t2[mm]のAl製円板の間に実施例1,5〜9及び比較例1,4,7〜11の各接合剤を25×25[mm]の大きさに切り出したものを挟み、100[℃],14[atm]で加熱加圧して接合体を作製した。そして、150[℃]の状態に500時間保持する耐久試験を行った後の各接合体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定し、熱伝導率の熱劣化を測定した。そして、測定された接合体全体の熱伝導率から既知であるAlN(90[W/mK])及びAl(160[W/mK])の熱伝導率を除くことにより接合剤単体及び接合界面の熱抵抗を加味した接合層の熱伝導率を算出した。測定結果を以下の表2に示す。熱伝導率の目標値は0.30[W/mK]以下である。
AlN製の半導体製造装置用サセプターとAl製の冷却板とをせん断剥離試験から抽出した代表例である実施例1,5〜9,13〜15及び比較例1〜4の接合剤を挟んで100[℃],14[atm]で加熱加圧接合し、接合後及び耐久試験(30[℃]から150[℃]に昇温した後に再び30[℃]に降温する処理を30サイクル実施)後の平面度と接合界面におけるガスリークを評価した。なお、半導体製造装置用サセプターと冷却板の寸法はそれぞれφ300×t10[mm],φ300×t30[mm]とした。また、ガスリークの評価は、半導体製造装置用サセプターのガスチャネルを塞ぎ、冷却板にあるガスチャネルからHeリークディテクタで排気しながら接合部にHeを吹きつけ、Heリーク量を測定することにより行った。この結果を以下の表3に示す。実施例1,5〜9,13〜15の接合剤により半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合した場合、接合後及び耐久試験後にもガスリークが認められなかったのに対して、比較例1〜4の接合剤により接合した場合には、30サイクルの耐久試験後にガスリークが認められた。平面度は、実施例1,5〜9,13〜15及び比較例1〜4共に30[um]以下であり、実使用
上問題がないレベルであった。
2:半導体製造装置用サセプター
3:冷却板
3a:冷却媒体供給路
4:接合剤
5:ガスチャンネル
6:リフトピン穴
11:AlN製角板
12:Al製角板
13a,13b:せん断試験治具
Claims (9)
- 半導体製造装置用サセプターと冷却板を接合する接合剤であって、
付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、前記付加硬化型シリコーン粘着剤は、1分子に2個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、R3SiO1/2(Rは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数1〜6の1価炭化水素基)で表される単位(以下Mと表記)とSiO4/2で表される単位(以下Qと表記)とをR3SiO1/2単位/SiO4/2単位のモル比(M/Q比)が0.6以上1.6以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、20[vol%]以上50[vol%]以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする接合剤。 - 請求項1に記載の接合剤と前記半導体製造装置用サセプター及び前記冷却板の接合界面にシランカップリング系プライマー層を有することを特徴とする接合剤。
- 請求項1又は請求項2に記載の接合剤であって、前記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びシリコンカーバイトのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする接合剤。
- 請求項1乃至請求項3のうち、いずれか1項に記載の接合剤であって、前記熱伝導性フィラーは、平均粒径が1[μm]以下の微細粒子と平均粒径が10[μm]以上30[μm]以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が3:7以上1:9以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることを特徴とする接合剤。
- 半導体製造装置用サセプターと、
冷却板と、
前記半導体製造装置用サセプターと前記冷却板を接合する接合剤とを備え、
前記接合剤は、付加硬化型シリコーン粘着剤からなる硬化シートにより形成され、前記付加硬化型シリコーン粘着剤は、1分子に2個以上のビニル基を含有するオルガノポリシロキサンと、R3SiO1/2(Rは脂肪族不飽和結合を有しない炭素数1〜6の1価炭化水素基)で表される単位(以下Mと表記)とSiO4/2で表される単位(以下Qと表記)とをR3SiO1/2単位/SiO4/2単位のモル比(M/Q比)が0.6以上1.6以下の範囲内になる割合で含むオルガノポリシロキサンレジンと、ケイ素原子結合水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、白金触媒と、20[vo%]以上50[vol%]以下の含有率を有する熱伝導性フィラーとを含有することを特徴とする半導体支持装置。 - 請求項5に記載の半導体支持装置であって、前記接合剤と前記半導体製造装置用サセプター及び前記冷却板の接合界面にシランカップリング系プライマー層を有することを特徴とする半導体支持装置。
- 請求項5又は請求項6に記載の半導体支持装置であって、前記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、及びシリコンカーバイトのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
- 請求項5乃至請求項7のうち、いずれか1項に記載の半導体支持装置であって、前記熱伝導性フィラーは、平均粒径が1[μm]以下の微細粒子と平均粒径が10[μm]以上30[μm]以下の数値範囲内にある粗粒子とを重量比が3:7以上1:9以下の範囲内になるように混合した粒子により形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
- 請求項5乃至請求項8のうち、いずれか1項に記載の半導体支持装置であって、前記半導体製造装置用サセプターは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、イットリアのうちのいずれかにより形成され、前記冷却板は、アルミニウム合金、真鍮のうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする半導体支持装置。
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