JP2012036274A - オルガノポリシロキサン組成物及び半導体装置 - Google Patents

オルガノポリシロキサン組成物及び半導体装置 Download PDF

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Abstract

【課題】耐熱性に優れ、且つ高温下においても剥離や亀裂を生じない硬化物を与えるオルガノポリシロキサン組成物を提供する。
【解決手段】(A)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が37,000以上140,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.3以上0.8以下のオルガノポリシロキサンと、(B)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が1,000以上60,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.15以下のオルガノポリシロキサンとを含み、前記(A)オルガノポリシロキサンと前記(B)オルガノポリシロキサンとのモル比(B/A)が1.5以上6.5以下であることを特徴とするオルガノポリシロキサン組成物とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、オルガノポリシロキサン組成物及び半導体装置に関するものである。特に、本発明は、高温下においても剥離や亀裂を生じることなく半導体素子を封止し得る硬化物を与えるオルガノポリシロキサン組成物、及びそれを用いた半導体装置に関するものである。
産業機器、電鉄及び自動車などの進展に伴い、それらに使用される半導体素子の使用温度も高くなっている。特に、近年、175℃以上の高温下においても動作する半導体素子の開発が精力的に行われている。これに加えて半導体素子の小型化、高耐圧化及び高電流密度化も進められている。例えば、SiCやGaNなどの化合物半導体はSi半導体よりもバンドギャップが大きいため、この化合物半導体を用いることによって半導体素子の高耐圧化、小型化、高電流密度化及び高温動作が期待されている。
上記のような特徴を持つ半導体素子を半導体装置に実装するためには、175℃以上の高温下においても長時間熱分解しない絶縁材料で半導体素子を封止し、回路の絶縁性を確保する必要がある。そこで、耐熱性に優れたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物で半導体素子を封止する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−73950号公報
しかしながら、特許文献1のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物で半導体素子を封止する方法では、半導体素子が高温になって半導体素子の周囲が局所的に加熱されると、硬化物に生じる熱応力が局所的に大きくなることがある。その結果、硬化物の剥離や亀裂が生じてしまい、半導体装置の絶縁性が著しく低下するという問題があった。
一方、半導体素子に対する硬化物の接着性を高めるためには、一般的に、硬化物の架橋(すなわち、枝分かれ構造)を多くすればよいとも考えられる。しかしながら、このような硬化物は硬くて脆いため、熱応力が発生すると硬化物の剥離や亀裂が生じてしまい、上記と同じように半導体装置の絶縁性が損なわれてしまう。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐熱性に優れ、且つ高温下においても剥離や亀裂を生じない硬化物を与えるオルガノポリシロキサン組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、高温下においても良好な絶縁性を保持し、信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
本発明者は、上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、枝分かれ構造の多い所定のオルガノポリシロキサン(A)と、枝分かれ構造が少ない所定のオルガノポリシロキサン(B)とを所定の割合で組み合わせることにより、硬化物の耐熱性を向上させると共に、硬化物の接着性と硬化物の粘性とのバランスを制御して高温下における硬化物の剥離や亀裂を効果的に防止し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、(A)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が37,000以上140,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.3以上0.8以下のオルガノポリシロキサンと、(B)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が1,000以上60,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.15以下のオルガノポリシロキサンとを含み、前記(A)オルガノポリシロキサンと前記(B)オルガノポリシロキサンとのモル比(B/A)が1.5以上6.5以下であることを特徴とするオルガノポリシロキサン組成物である。
また、本発明は、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物で半導体素子が封止された半導体装置であって、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、(A)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が37,000以上140,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.3以上0.8以下のオルガノポリシロキサンと、(B)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が1,000以上60,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.15以下のオルガノポリシロキサンとから構成され、且つ前記(A)オルガノポリシロキサンと前記(B)オルガノポリシロキサンとのモル比(B/A)が1.5以上6.5以下のオルガノポリシロキサン共重合体を含むことを特徴とする半導体装置である。
本発明によれば、耐熱性に優れ、且つ高温下においても剥離や亀裂を生じない硬化物を与えるオルガノポリシロキサン組成物を提供することができる。また、本発明によれば、高温下においても良好な絶縁性を保持し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
オルガノポリシロキサン(A)、オルガノポリシロキサン(B)、並びにオルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)を含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物の拡大模式図である。 −50℃以上200℃以下におけるtanδの面積を表すグラフである。 本発明の半導体装置の断面模式図である。
実施の形態1.
高温下におけるオルガノポリシロキサン組成物の硬化物の剥離や亀裂を防止するためには、一般的に硬化物の接着性を高める必要がある。しかし、この硬化物の接着性を高めるために硬化物の架橋密度を高くし過ぎると、硬化物の可とう性が低下してしまい、高温下において硬化物の剥離や亀裂が生じてしまう。そこで、本発明では、オルガノポリシロキサン組成物に含有されるオルガノポリシロキサンの分子構造や分子量、及びオルガノポリシロキサンの配合割合を制御することにより、硬化物の架橋密度を制御して硬化物の接着性を適切な範囲に保持しつつ、硬化物の粘性を高め、高温下において硬化物に発生する歪を低減し、高温下における硬化物の剥離や亀裂を防止する。すなわち、本発明のオルガノポリシロキサン組成物は、硬化物の接着性と硬化物の粘性とをバランスよく高めることによって高温下における剥離や亀裂を防止する硬化物を与えるものである。
本発明のオルガノポリシロキサン組成物は、所定のオルガノポリシロキサン(A)と、所定のオルガノポリシロキサン(B)とを含む。
オルガノポリシロキサン(A)は、図1に示すような枝分かれ構造が多い耐熱性に優れた樹脂である。このオルガノポリシロキサン(A)は、二官能性シロキサン単位(D単位:R1617SiO2/2)及び三官能性シロキサン単位(T単位:R18SiO3/2)を有する。ここで、R16〜R18は、同一又は異種の基であり、ケイ素に結合可能な基であれば特に限定されない。ケイ素に結合可能な基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基及びシクロヘキシル基などのアルキル基;ビニル基及びアリル基などのアルケニル基;フェニル基;メトキシ基、エトキシ基及びプロポキシ基などのアセトキシ基;水素;水酸基などが挙げられる。
オルガノポリシロキサン(A)におけるD単位とT単位とのモル比(T/D)は、0.3以上0.8以下である。このモル比(T/D)が0.3未満であると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の接着性が得られない。一方、このモル比(T/D)が0.8を超えると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。その結果、上記範囲外のモル比を有するオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製される半導体装置では、高温下において硬化物の剥離や亀裂が生じるため、絶縁性が低下する。なお、オルガノポリシロキサン(A)におけるD単位及びT単位の量は、29Si NMRスペクトルのピーク面積により算出することができる。
オルガノポリシロキサン(A)の重量平均分子量は、37,000以上140,000以下である。ここで、本明細書における重量平均分子量とは、GPC法によるポリスチレン換算により算出した値を意味する(以下、本明細書における重量平均分子量は、これと同様の方法により算出した値を意味する)。この重量平均分子量が37,000未満であると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。同様に、重量平均分子量が140,000を超えても、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。その結果、上記範囲外の重量平均分子量を有するオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製される半導体装置では、高温下において硬化物の剥離や亀裂が生じるため、絶縁性が低下する。
オルガノポリシロキサン(B)は、図1に示すような枝分かれ構造が少ない(すなわち、直線性が高い)流動性に優れた樹脂である。
このオルガノポリシロキサン(B)もまた、オルガノポリシロキサン(A)と同様に、二官能性シロキサン単位(D単位:R1617SiO2/2)及び三官能性シロキサン単位(T単位:R18SiO3/2)を有する。ここで、R16〜R18は上記と同じである。
オルガノポリシロキサン(B)におけるD単位とT単位とのモル比(T/D)は、0.15以下である。このモル比が0.15を超えると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。その結果、上記範囲外のモル比を有するオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製される半導体装置では、高温下において硬化物の剥離や亀裂が生じるため、絶縁性が低下する。なお、オルガノポリシロキサン(B)におけるD単位及びT単位の量は、29Si NMRスペクトルのピーク面積により算出することができる。
オルガノポリシロキサン(B)の重量平均分子量は、1,000以上60,000以下である。この重量平均分子量が1,000未満であると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。同様に、この重量平均分子量が60,000を超えても、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。その結果、上記範囲外の重量平均分子量を有するオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製される半導体装置では、高温下において硬化物の剥離や亀裂が生じるため、絶縁性が低下する。
オルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)の調製方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、Clなどのハロゲン、OCHやOCなどのアルコキシ基、又は水酸基などがSi原子に結合したモノマー化合物及びオリゴマーを縮重合することによってオルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)を調製できる。特に、オルガノポリシロキサン中のD単位及びT単位の割合は、使用する原料の量によって調整することができる。また、オルガノポリシロキサンの分子量は、攪拌時間などの反応条件によって調整することができる。
また、オルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)として、市販のオルガノポリシロキサンを用いることもできる。例えば、信越化学株式会社のKE1833をオルガノポリシロキサン(A)として用いることができ、信越化学株式会社のKE1204や東レ・ダウコーニング株式会社のSE18854をオルガノポリシロキサン(B)として用いることができる。
オルガノポリシロキサン組成物におけるオルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)は、1.5以上6.5以下である。このモル比が1.5未満であると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の粘性が得られない。一方、このモル比が6.5を超えると、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物において所望の接着性が得られない。その結果、上記範囲外のモル比のオルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)を含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製される半導体装置では、高温下において硬化物の剥離や亀裂が生じるため、絶縁性が低下する。
オルガノポリシロキサン組成物は、オルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)を混合することにより調製することができる。混合方法は、特に限定されることはなく、公知の方法に従って行うことができる。このようにして得られるオルガノポリシロキサン組成物は、硬化物の接着性と硬化物の粘性とがバランスよく高まるように設計してあるので、高温下において剥離や亀裂が生じない硬化物を与えることができる。また、このオルガノポリシロキサン組成物は、流動性に優れたオルガノポリシロキサン(B)をバランスよく配合しているので、半導体素子の封止に適した粘度を有している。すなわち、このオルガノポリシロキサン組成物は、半導体素子を封止する際に、気泡の混入が少ないと共に充填性にも優れている。
オルガノポリシロキサン組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲において、様々な特性を付与するために各種添加剤を配合することができる。添加剤としては、特に限定されることはなく、例えば、可とう化剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、消泡剤、チキソトロピー性付与剤、離型剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、充填剤、可塑剤、低応力化剤、カップリング剤、染料などが挙げられる。これらの添加剤のオルガノポリシロキサン組成物における含有量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に限定されない。
オルガノポリシロキサン組成物は、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とを共重合させ得る公知の方法より硬化させることができる。公知の方法としては、例えば、脱アルコール、脱オキシム、脱アセトン及び脱酢酸などによる縮重合や、Si−HとSi−CH=CHとの間の反応による付加重合などが挙げられる。また、過酸化ベンゾイルやアゾビスイソブチロニトリルなどのラジカル開始剤を用いて不飽和炭素結合を反応させてもよい。
このようにして得られるオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、典型的に下記の一般式(I)により表されるオルガノポリシロキサン共重合体を含む。
Figure 2012036274
上記式(I)中、R〜R14は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して水素、アルキル基又はフェニル基を表し;R15はアルキレン基を表し;aは100以上1500以下であり;b+cは40以上900以下であり;zは5以上800以下であり;x+yは1以上140以下であり;mは1.5以上6.5以下であり;a、b、c、x、y及びzで囲まれた各シロキサン単位は、ブロック状又はランダム状に配列される。好ましくは、R〜R14は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して水素、炭素数1〜6個のアルキル基又はフェニル基を表し;R15は、炭素数1〜6個のアルキレン基を表し;aは115以上1480以下であり;b+cは45以上864以下であり;zは10以上700以下であり;x+yは1.1以上132以下である。より好ましくは、R、R、R12及びR13は、メチル基、エチル基又はフェニル基であり;R、R〜R、R11及びR14は、水素、メチル基又はエチル基であり;R及びR10は、水素、メチル基、エチル基又はフェニル基であり;R15はエチレン基である。
また、上記式(I)中、a、b及びcで囲まれたシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン部分は、オルガノポリシロキサン(A)に由来する部分であり、x、y及びzで囲まれたシロキサン単位を有するオルガノポリシロキサン部分は、オルガノポリシロキサン(B)に由来する部分である。したがって、オルガノポリシロキサン(A)におけるD単位とT単位とのモル比(T/D)に相当するb+c/aの値は、0.3以上0.8以下である。同様に、オルガノポリシロキサン(B)におけるD単位とT単位とのモル比(T/D)に相当するx+y/zの値は、0.15以下である。また、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)に相当するmの値は、1.5以上6.5以下である。これらの値を所定の範囲とする理由は、上記した通りである。
上記のような構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体は、図1に示すように、耐熱性に優れたオルガノポリシロキサン(A)の構造をバランス良く有しているので、優れた耐熱性を有する。また、この共重合体は、上述したように、硬化物の接着性と粘性とがバランスよく高められているので、高温下における剥離や亀裂を防止することができる。
オルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、好ましくは0.19MPa以上、より好ましくは0.19MPa以上3.6MPa以下の接着強度を有する。接着強度が0.20MPa未満であると、硬化物の接着性が十分でなく、高温下における硬化物の剥離や亀裂が生じてしまうことがある。
また、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、下記式で表される−50℃以上200℃以下におけるtanδ(損失正接)の面積Sが、好ましくは21以上、より好ましくは21以上92以下である。tanδ(損失正接)の面積Sが21未満であると、硬化物の粘性が十分でなく、高温下における硬化物の剥離や亀裂が生じてしまうことがある。
Figure 2012036274
上記式中、tanδは、E’(貯蔵弾性率)とE”(損失弾性率)との比であり、E”/E’を表す。ここで、損失弾性率は、一般的に、硬化物に加えられる歪エネルギーを熱エネルギーに変える効果を示すため、硬化物のtanδが大きいほど、歪が発生したときに硬化物内部の応力を低減することができ、硬化物の剥離や亀裂を抑制して半導体装置の絶縁性を保持することが可能となる。特に、半導体装置では、半導体素子の周辺のみが加熱されるため、その部分での歪が大きくなるが、このtanδが適切な範囲となるように硬化物の粘性を調整することで、硬化物の歪による剥離や亀裂を効果的に抑制することができる。なお、本発明では、tanδを定量的に取り扱うために、図2に示すような−50℃以上200℃以下におけるtanδの面積Sを算出した。この温度範囲は、半導体装置の信頼性試験(例えば、ヒートサイクル試験又はパワーサイクル試験)における一般的な温度範囲である。
実施の形態2.
本発明の半導体装置は、上記のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物で半導体素子が封止されたものである。
以下、図面を参照して本発明の半導体装置の一例について説明する。
図3は、半導体装置の断面模式図である。図3において、半導体装置1は、ベース板2と、ベース板2の上面に配置された電極3と、電極3の上面に配置されたセラミック板4と、セラミック板4の上面に配置された電極5と、電極5の上面に配置された半導体素子6と、配線部材7によって半導体素子6と接続された外部電極8と、ベース板1の上面に設けられたケース9と、半導体素子6などの半導体装置1の内部を封止するオルガノポリシロキサン組成物の硬化物10とを備えている。なお、図3では、図面の簡略化のために半導体素子6を2個としているが、半導体素子6の数は、特に限定されることはなく、用途にあわせて適宜設定すればよい。また、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物10以外の半導体装置1に用いられる材料は、特に限定されることはなく、当該技術分野において公知のものを使用することができる。例えば、半導体素子6としては、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオード、固体撮像素子などを使用することができる。また、配線部材7としては、銅、アルミニウム、金などを使用することができる。
また、半導体素子6は、ケイ素によって形成された形成されたものの他に、ケイ素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成してもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドが挙げられる。
ワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子6は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、半導体素子6の小型化が可能となる。そして、このように小型化された半導体素子6を用いることにより、半導体素子6を組み込んだ半導体装置1の小型化も可能になる。
また、ワイドバンドギャップ半導体により形成された半導体素子6は、耐熱性も高いため、放熱部材(図示していない)などの小型化にもつながり、半導体装置1の一層の小型化が可能になる。
さらに、ワイドバンドギャップ半導体により形成された半導体素子6は、電力損失も低いため、素子としての高効率化も可能となる。
このような構成を有する本発明の半導体装置1は、耐熱性に優れ、且つ高温下においても剥離や亀裂を生じない硬化物によって半導体素子6などの半導体装置1の内部を封止しているので、高温下においても良好な絶縁性を保持することができ、信頼性が増大する。
以下、実施例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
<実施例1>
(オルガノポリシロキサンの合成)
様々なD単位とT単位のモル比(T/D)及び重量平均分子量(Mw)を有するオルガノポリシロキサンを公知の方法に従って合成した。
以下、幾つかのオルガノポリシロキサンについて合成方法を例示する。
還流管、滴下漏斗及び温度計を備えた500mlの三口フラスコに、300mlのN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、0.1molの水、及び0.01molの塩酸を入れて−5℃に冷却した。次に、この冷却溶液に、0.075molのフェニルトリメトキシシラン(LS−2750、信越化学株式会社)、0.005molのビニルトリメトキシシラン(LS−815、信越化学株式会社)及び0.2molのジメトキシジメチルシラン(LS−520、信越化学株式会社)を、窒素雰囲気下にて攪拌しながら15分かけて滴下した。滴下が完了した後、室温で3時間攪拌した。次に、100℃で6時間攪拌した後、160℃でさらに6時間攪拌した。このようにして得られた反応物からDMFを減圧除去することによって、無色透明の粘稠な固体を得た。この固体を29Si NMRで分析した結果、T/Dが0.4のオルガノポリシロキサンであることがわかった。また、GPC(Gel Permeation Chromatography)により測定した結果、Mwが100,019であることがわかった。
0.155molのフェニルメトキシシラン及び0.005molのビニルトリメトキシシランを用いたこと以外は、上記と同様の方法で合成を行った結果、無色透明の粘稠な固体を得た。この固体を29Si NMRで分析した結果、T/Dが0.8のオルガノポリシロキサンであることがわかった。また、GPCにより測定した結果、Mwが100,041であることがわかった。
また、160℃での攪拌を3時間に変えたこと以外は、上記と同様の方法で合成を行った結果、無色透明の粘稠な固体を得た。この固体を29Si NMRで分析した結果、T/Dが0.4のオルガノポリシロキサンであることがわかった。また、GPCにより測定した結果、Mwが38,020であることがわかった。
さらに、0.155molのフェニルメトキシシラン及び0.005molのビニルトリメトキシシランを用い、160℃での攪拌を10時間に変えたこと以外は、上記と同様の方法で合成を行った結果、無色透明の粘稠な固体を得た。この固体を29Si NMRで分析した結果、T/Dが0.8のオルガノポリシロキサンであることがわかった。また、GPCにより測定した結果、Mwが141,068であることがわかった。
上記の幾つかの合成結果からわかるように、T/Dはフェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン及びジメトキシジメチルシランの配合割合によって制御することができ、また、Mwは攪拌時間(反応時間)を調整することによって制御することができる。
フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン及びジメトキシジメチルシランの配合割合、並びに攪拌時間の条件を変更したこと以外は、上記と同様の方法で様々なT/D及びMwを有するオルガノポリシロキサンを合成した。
(オルガノポリシロキサン組成物の調製)
上記で合成されたオルガノポリシロキサンの中から2つを選択して各種割合で混合し、様々なオルガノポリシロキサン組成物を調製した。
ここで、この組成物の硬化(共重合)を可能にするために、ラジカル開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルをこの組成物に配合した。この組成物中のアゾビスイソブチロニトリルの含有量は0.1mol%とした。或いは、上記で合成されたオルガノポリシロキサン中のSi−OH基の一部を、水素ガスを用いた熱処理によってSi−H基に還元すると共に、触媒として白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体を配合した。この組成物の白金−シクロビニルメチルシロキサン錯体の配合量は3mol%とした。
(半導体装置の作製)
図3の構成を有する半導体装置(ただし、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物10を除く)を組み立てた後、ケース9内部にオルガノポリシロキサン組成物を上部から注入し、10torr(約1333Pa)で15分間脱泡させた。なお、半導体装置に注入する前にも、オルガノポリシロキサン組成物を十分に攪拌し、10torr(約1333Pa)で15分間脱泡させておいた。次に、注入したオルガノポリシロキサン組成物を120℃で1時間加熱した後、150℃で3時間加熱し、さらに200℃で1時間加熱することによって、オルガノポリシロキサン組成物を共重合させ、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物で半導体装置を封止した。
(絶縁破壊試験)
上記で得られた半導体装置に対して、−50℃〜200℃のヒートサイクル試験を100回行った後、絶縁破壊試験を行った。絶縁破壊試験は、オルガノポリシロキサン組成物の硬化物に対して0.5kVごとに30秒間印加し、短絡するまでに30秒を保持できた最大電圧を絶縁破壊電圧として求めた。その結果を以下の表1〜8に示す。
表1には、T/Dが0.2のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。具体的には、表1は、0.2のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.15のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。
ここで、表1の試験において作製した半導体装置中のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,003のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは360、bは62、cは10であり;Mwが37,019のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは370、bは64、cは10であり;Mwが100,007のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,000、bは173、cは27であり;Mwが139,927のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,400、bは241、cは39であり;Mwが141,047のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,450、bは185、cは105であった。また、Mwが900のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは0.7、zは10であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.9、yは0.8、zは11.4であり;Mwが3,029のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.2、yは1.9、zは34であり;Mwが30,065のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは4、yは44、zは320であり;Mwが59,949のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは11、yは85、zは640であり;Mwが61,016のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは9、yは88.5、zは650であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.1及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15の場合と同じであっため省略する。
Figure 2012036274
表2及び3には、T/Dが0.3のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。具体的には、表2は、0.3のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.15のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。また、表3は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。
ここで、表2及び3の試験において作製した半導体装置中のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,055のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは320、bは81、cは15であり;Mwが37,029のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは330、bは81、cは18であり;Mwが100,019のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは880、bは238、cは26であり;Mwが139,975のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,220、bは352、cは14であり;Mwが141,069のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,230、bは354、cは15であった。また、Mwが900のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは0.7、zは10であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.9、yは0.8、zは11.4であり;Mwが3,029のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.2、yは1.9、zは34であり;Mwが30,065のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは4、yは44、zは320であり;Mwが59,949のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは11、yは85、zは640であり;Mwが61,016のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは9、yは88.5、zは650であった。また、Mwが921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.4、zは10であり;Mwが1,023のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.6、zは11であり;Mwが3,024のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.8、yは2.6、zは32であり;Mwが30,053のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは41、yは23、zは320であり;Mwが59,921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは102、yは28、zは650であり;Mwが61,057のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは100、yは32、zは660であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.1に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15の場合と同じであっため省略する。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表4及び5には、T/Dが0.4のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。具体的には、表4は、0.4のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.15のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。また、表5は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。
ここで、表4及び5の試験において作製した半導体装置中のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,055のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは290、bは92、cは24であり;Mwが37,001のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは295、bは99、cは19であり;Mwが100,023のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは780、bは299、cは13であり;Mwが139,987のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,100、bは404、cは36であり;Mwが141,067のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,100、bは422、cは18であった。また、Mwが900のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは0.7、zは10であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.9、yは0.8、zは11.4であり;Mwが3,029のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.2、yは1.9、zは34であり;Mwが30,065のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは4、yは44、zは320であり;Mwが59,949のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは11、yは85、zは640であり;Mwが61,016のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは9、yは88.5、zは650であった。また、Mwが921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.4、zは10であり;Mwが1,023のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.6、zは11であり;Mwが3,024のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.8、yは2.6、zは32であり;Mwが30,053のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは41、yは23、zは320であり;Mwが59,921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは102、yは28、zは650であり;Mwが61,057のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは100、yは32、zは660であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.1に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15の場合と同じであっため省略する。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表6及び7には、T/Dが0.8のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。具体的には、表6は、0.8のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.15のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。また、表7は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。
ここで、表6及び7の試験において作製した半導体装置中のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,007のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは200、bは145、cは15であり;Mwが37,049のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは205、bは151、cは13であり;Mwが100,007のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは550、bは416、cは24であり;Mwが139,953のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは765、bは593、cは19であり;Mwが141,055のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは770、bは600、cは16であった。また、Mwが900のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは0.7、zは10であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.9、yは0.8、zは11.4であり;Mwが3,029のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.2、yは1.9、zは34であり;Mwが30,065のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは4、yは44、zは320であり;Mwが59,949のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは11、yは85、zは640であり;Mwが61,016のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは9、yは88.5、zは650であった。また、Mwが921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.4、zは10であり;Mwが1,023のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.6、zは11であり;Mwが3,024のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.8、yは2.6、zは32であり;Mwが30,053のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは41、yは23、zは320であり;Mwが59,921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは102、yは28、zは650であり;Mwが61,057のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは100、yは32、zは660であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.1に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15の場合と同じであっため省略する。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表8には、T/Dが0.9のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。具体的には、表8は、0.9のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.15のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果である。
ここで、表8の試験において作製した半導体装置中のオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,005のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは190、bは143、cは28であり;Mwが37,025のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは190、bは160、cは11であり;Mwが100,029のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは510、bは441、cは18であり;Mwが139,969のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは710、bは626、cは13であり;Mwが141,051のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは720、bは620、cは28であった。また、Mwが900のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは0.7、zは10であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.9、yは0.8、zは11.4であり;Mwが3,029のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.2、yは1.9、zは34であり;Mwが30,065のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは4、yは44、zは320であり;Mwが59,949のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは11、yは85、zは640であり;Mwが61,016のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは9、yは88.5、zは650であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.1及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧の結果は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15の場合と同じであっため省略する。
Figure 2012036274
表1〜8の結果に示されているように、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3以上0.8以下、オルガノポリシロキサン(A)のMwが37,000以上140,000以下、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15以下、オルガノポリシロキサン(B)のMwが1,000以上60,000以下、及びオルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比が1.5以上6.5以下という条件を満たした場合だけ絶縁破壊電圧が高かった。
この絶縁破壊電圧の結果を考察するために、下記の接着強度試験及び粘性試験の評価を行った。
(接着強度試験)
上記で合成したオルガノポリシロキサン組成物について、JIS−K6850に従って接着強度試験を行った。具体的には、一対のアルミ板の間にオルガノポリシロキサン組成物を注入し、150℃で3時間、200℃で1時間加熱して完全に硬化させ、その試験片を用いて引張剪断試験を行った。その結果を以下の表9〜23に示す。
表9〜11には、T/Dが0.2のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。具体的には、表9は、0.2のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。また、表10及び11は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。
ここで、表9及び11の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,003のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは360、bは62、cは10であり;Mwが37,019のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは370、bは64、cは10であり;Mwが100,007のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,000、bは173、cは27であり;Mwが139,927のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,400、bは241、cは39であり;Mwが141,047のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,450、bは185、cは105であった。また、Mwが907のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは0.1、zは11であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.5、yは0.7、zは12であり;Mwが3,026のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは2.7、zは35であり;Mwが30,112のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3、yは31.5、zは345であり;Mwが59,983のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは10、yは59、zは690であり;Mwが61,041のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは7、yは63、zは700であった。また、Mwが921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.4、zは10であり;Mwが1,023のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.6、zは11であり;Mwが3,024のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.8、yは2.6、zは32であり;Mwが30,053のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは41、yは23、zは320であり;Mwが59,921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは102、yは28、zは650であり;Mwが61,057のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは100、yは32、zは660であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、表10の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、表1の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表12〜14には、T/Dが0.3のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。具体的には、表12は、0.3のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。また、表13及び14は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。
ここで、表12の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,055のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは320、bは81、cは15であり;Mwが37,029のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは330、bは81、cは18であり;Mwが100,019のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは880、bは238、cは26であり;Mwが139,975のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,220、bは352、cは14であり;Mwが141,069のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,230、bは354、cは15であった。また、Mwが907のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは0.1、zは11であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.5、yは0.7、zは12であり;Mwが3,026のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは2.7、zは35であり;Mwが30,112のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3、yは31.5、zは345であり;Mwが59,983のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは10、yは59、zは690であり;Mwが61,041のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは7、yは63、zは700であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、表13及び14の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表2及び3の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
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表15〜17には、T/Dが0.4のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。具体的には、表15は、0.4のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。また、表16及び17は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。
ここで、表15の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,055のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは290、bは92、cは24であり;Mwが37,001のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは295、bは99、cは19であり;Mwが100,023のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは780、bは299、cは13であり;Mwが139,987のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,100、bは404、cは36であり;Mwが141,067のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは1,100、bは422、cは18であった。また、Mwが907のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは0.1、zは11であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.5、yは0.7、zは12であり;Mwが3,026のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは2.7、zは35であり;Mwが30,112のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3、yは31.5、zは345であり;Mwが59,983のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは10、yは59、zは690であり;Mwが61,041のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは7、yは63、zは700であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、表16及び17の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表4及び5の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表18〜20には、T/Dが0.8のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。具体的には、表18は、0.8のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。また、表19及び20は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。
ここで、表18の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,007のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは200、bは145、cは15であり;Mwが37,049のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは205、bは151、cは13であり;Mwが100,007のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは550、bは416、cは24であり;Mwが139,953のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは765、bは593、cは19であり;Mwが141,055のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは770、bは600、cは16であった。また、Mwが907のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは0.1、zは11であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.5、yは0.7、zは12であり;Mwが3,026のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは2.7、zは35であり;Mwが30,112のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3、yは31.5、zは345であり;Mwが59,983のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは10、yは59、zは690であり;Mwが61,041のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは7、yは63、zは700であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、表19及び20の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表6及び7の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表21〜23には、T/Dが0.9のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。具体的には、表21は、0.9のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。また、表22及び23は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果である。
ここで、表21及び23の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はフェニル基であり、R15はエチレン基であった。また、Mwが36,005のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは190、bは143、cは28であり;Mwが37,025のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは190、bは160、cは11であり;Mwが100,029のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは510、bは441、cは18であり;Mwが139,969のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは710、bは626、cは13であり;Mwが141,051のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは720、bは620、cは28であった。また、Mwが907のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは0.1、zは11であり;Mwが1,025のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.5、yは0.7、zは12であり;Mwが3,026のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは2.7、zは35であり;Mwが30,112のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3、yは31.5、zは345であり;Mwが59,983のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは10、yは59、zは690であり;Mwが61,041のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは7、yは63、zは700であった。また、Mwが921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.4、zは10であり;Mwが1,023のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.6、yは0.6、zは11であり;Mwが3,024のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.8、yは2.6、zは32であり;Mwが30,053のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは41、yは23、zは320であり;Mwが59,921のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは102、yは28、zは650であり;Mwが61,057のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは100、yは32、zは660であった。また、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
なお、表22の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、表8の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
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表9〜23の結果に示されているように、硬化物の接着強度は、オルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)のT/D及びMw、並びにオルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比によって大きく影響することがわかる。特に、硬化物の接着強度はオルガノポリシロキサン(A)のT/Dが大きくなるにつれて高くなり、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3未満の場合、接着強度は0.2MPa未満と低かった。従って、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3未満の場合に絶縁破壊電圧が低下するのは、硬化物の接着強度が低すぎ、硬化物が剥離したことに起因していると考えられる。
(粘性試験)
上記で合成したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物について、10mm×50mm×1mmの試験片を用い、−50℃以上200℃以下における貯蔵弾性率及び損失弾性率を測定してtanδを算出し、−50℃以上200℃以下におけるtanδ面積Sを求めた。その結果を表24〜38に示す。
表24〜26には、T/Dが0.2のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを算出した結果を示す。具体的には、表24は、0.2のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。また、表25及び26は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。
ここで、表24〜26の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表9〜11の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表27〜29には、T/Dが0.3のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを算出した結果を示す。具体的には、表27は、0.3のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。また、表28及び29は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。
ここで、表27〜29の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表12〜14の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表30〜32には、T/Dが0.4のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを算出した結果を示す。具体的には、表30は、0.4のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。また、表31及び32は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。
ここで、表30〜32の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表15〜17の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表33〜35には、T/Dが0.8のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを算出した結果を示す。具体的には、表33は、0.8のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。また、表34及び35は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。
ここで、表33〜35の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表18〜20の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表36〜38には、T/Dが0.9のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδの面積Sを算出した結果を示す。具体的には、表36は、0.9のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(A)と、0.1のT/D及び各種Mwを有するオルガノポリシロキサン(B)とを各種配合割合で含むオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。また、表37及び38は、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dを0.15及び0.2に変えたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sの算出結果である。
ここで、表36〜38の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表21〜23の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
Figure 2012036274
Figure 2012036274
Figure 2012036274
表24〜38の結果に示されているように、硬化物のtanδ面積Sは、オルガノポリシロキサン(A)及びオルガノポリシロキサン(B)のT/D及びMw、並びにオルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比によって大きく影響することがわかる。特に、硬化物のtanδ面積Sは、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが大きくなるにつれて小さくなり、特にオルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.8を超えた場合にtanδ面積Sは小さかった。従って、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.8を超えた場合に絶縁破壊電圧が低下するのは、硬化物の粘性が低すぎるために、接着強度が高くても、発生する歪に耐えることができず、剥離や亀裂が生じたことに起因しているものと考えられる。
また、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3以上0.8以下であっても、その他の条件を満たさなければ、接着強度又はtanδ面積Sのいずれかが小さくなり、硬化物の接着性と粘性とのバランスを適切な範囲に保持できないため、硬化物の剥離や亀裂が生じてしまうと考えられる。
<実施例2>
(オルガノポリシロキサンの合成)
フェニルトリメトキシシランの代わりにビニルトリメトキシシラン(LS−815、信越化学株式会社)を用い、ビニルトリメトキシシラン及びジメトキシジメチルシランの配合割合、並びに攪拌時間の条件を変更したこと以外は実施例1と同様の方法にて様々なT/D及びMwを有するオルガノポリシロキサンを合成した。
(オルガノポリシロキサン組成物の調製)
上記で合成されたオルガノポリシロキサンの中から2つを選択して各種割合で混合し、様々なオルガノポリシロキサン組成物を調製した。
(半導体装置の作製)
上記のオルガノポリシロキサン組成物を用い、実施例1と同様の方法にて半導体装置を作製した。
(絶縁破壊試験)
上記で得られた半導体装置に対して、−50℃以上200℃以下のヒートサイクル試験を100回行った後、実施例1と同様にして絶縁破壊試験を行った。その結果を以下の表39〜42に示す。
表39には、T/Dが0.2、Mwが37,008のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表40には、T/Dが0.3、Mwが37,011のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表41には、T/Dが0.8、Mwが139,925のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表42には、T/Dが0.9、Mwが139,928のオルガノポリシロキサン(A)を用いて作製した半導体装置の絶縁破壊電圧を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表39〜42の結果に示されているように、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3以上0.8以下、オルガノポリシロキサン(A)のMwが37,000以上140,000以下、オルガノポリシロキサン(B)のT/Dが0.15以下、オルガノポリシロキサン(B)のMwが1,000以上60,000以下、及びオルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比が1.5以上6.5以下という条件を満たした場合だけ絶縁破壊電圧が高かった。
また、表39〜42の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、上記の式(I)を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。式(I)中、R、R、R12及びR13はメチル基であり、R、R〜R、R11及びR14は水素であり、R及びR10はビニル基であり、R15はエチレン基であった。また、T/Dが0.2、Mwが37,008のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは405、bは63、cは18であり;T/Dが0.3、Mwが37,011のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは370、bは86、cは25であり;T/Dが0.8、Mwが139,925のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは965、bは752、cは20であり;T/Dが0.9、Mwが139,928のオルガノポリシロキサン(A)を用いた場合、aは910、bは789、cは30であった。
また、T/Dが0.1、Mwが906のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.6、yは0.5、zは11であり;T/Dが0.1、Mwが1,070のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.8、yは0.5、zは13であり;T/Dが0.1、Mwが2,966のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.8、yは1.8、zは36であり;T/Dが0.1、Mwが30,056のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは18.5、yは18、zは365であり;T/Dが0.1、Mwが59,947のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは36.8、yは36、zは728であり;T/Dが0.1、Mwが61,104のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは37.2、yは37、zは742であった。
また、T/Dが0.15、Mwが925のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは0.9、yは0.7、zは10.7であり;T/Dが0.15、Mwが1,038のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは0.8、zは12であり;T/Dが0.15、Mwが3,059のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3、yは2.3、zは35.4であり;T/Dが0.15、Mwが30,137のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは27.2、yは25、zは348であり;T/Dが0.15、Mwが59,980のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは50、yは53.9、zは693であり;T/Dが0.15、Mwが61,055のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは55.9、yは50、zは706であった。
また、T/Dが0.2、Mwが908のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1、yは1、zは10であり;T/Dが0.2、Mwが999のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは1.1、yは1.1、zは11であり;T/Dが0.2、Mwが2,994のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは3.3、yは3.3、zは33であり;T/Dが0.2、Mwが30,023のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは33.1、yは33.1、zは331であり;T/Dが0.2、Mwが59,954のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは66.1、yは66.1、zは661であり;T/Dが0.2、Mwが61,042のオルガノポリシロキサン(B)を用いた場合、xは67.3、yは67.3、zは673であった。
なお、mは、オルガノポリシロキサン(A)とオルガノポリシロキサン(B)とのモル比(B/A)である。
(接着強度試験)
上記で合成したオルガノポリシロキサン組成物について、JIS−K6850に従い、実施例1と同様にして接着強度試験を行った。その結果を以下の表43〜46に示す。
表43には、T/Dが0.2、Mwが37,008のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表44には、T/Dが0.3、Mwが37,011のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表45には、T/Dが0.8、Mwが139,925のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表46には、T/Dが0.9、Mwが139,928のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物における接着強度を測定した結果を示す。
Figure 2012036274
表43〜46の結果に示されているように、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3未満の場合、硬化物の接着強度は0.2MPa未満と低かった。したがって、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3未満の場合に絶縁破壊電圧が低かったのは、硬化物の接着強度が低すぎ、硬化物が剥離したことに起因していると考えられる。
なお、表43〜46の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表39〜42の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
(粘性試験)
上記で合成したオルガノポリシロキサン組成物の硬化物について、実施例1と同様にしてtanδ面積Sを求めた。その結果を表47〜50に示す。
表47には、T/Dが0.2、Mwが37,008のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを示す。
Figure 2012036274
表48には、T/Dが0.3、Mwが37,011のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを示す。
Figure 2012036274
表49には、T/Dが0.8、Mwが139,925のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを示す。
Figure 2012036274
表50には、T/Dが0.9、Mwが139,928のオルガノポリシロキサン(A)を用いたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物におけるtanδ面積Sを示す。
Figure 2012036274
表47〜50の結果に示されているように、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.8を超えた場合、硬化物におけるtanδ面積Sが小さかった。従って、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.8を超えた場合に絶縁破壊電圧が低かったのは、硬化物の粘性が低すぎ、接着強度が高くても、発生する歪に耐えることができず、剥離や亀裂が生じたことに起因しているものと考えられる。
また、オルガノポリシロキサン(A)のT/Dが0.3以上0.8以下であっても、その他の条件を満たさなければ、接着強度又はtanδ面積Sのいずれかが小さくなり、硬化物の接着性と粘性とのバランスを適切な範囲に保持できないため、硬化物の剥離や亀裂が生じてしまうと考えられる。
なお、表47〜50の試験で得られたオルガノポリシロキサン組成物の硬化物はそれぞれ、表39〜42の試験で得られたものと同じ構造を有するオルガノポリシロキサン共重合体であった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、耐熱性に優れ、且つ高温下においても剥離や亀裂を生じさせない硬化物を与える低粘度のオルガノポリシロキサン組成物を提供することができる。また、本発明によれば、高温下においても良好な絶縁性を保持し、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
1 半導体装置、2 ベース板、3、5 電極、4 セラミック板、6 半導体素子、7 配線部材、8 外部電極、9 ケース、10 オルガノポリシロキサン組成物の硬化物。

Claims (6)

  1. (A)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が37,000以上140,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.3以上0.8以下のオルガノポリシロキサンと、
    (B)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が1,000以上60,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.15以下のオルガノポリシロキサンと
    を含み、前記(A)オルガノポリシロキサンと前記(B)オルガノポリシロキサンとのモル比(B/A)が1.5以上6.5以下であることを特徴とするオルガノポリシロキサン組成物。
  2. オルガノポリシロキサン組成物の硬化物で半導体素子が封止された半導体装置であって、
    オルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、
    (A)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が37,000以上140,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.3以上0.8以下のオルガノポリシロキサンと、
    (B)二官能性シロキサン単位(D単位)及び三官能性シロキサン単位(T単位)を有し、且つ重量平均分子量が1,000以上60,000以下のオルガノポリシロキサンであって、D単位とT単位とのモル比(T/D)が0.15以下のオルガノポリシロキサンと
    から構成され、且つ前記(A)オルガノポリシロキサンと前記(B)オルガノポリシロキサンとのモル比(B/A)が1.5以上6.5以下のオルガノポリシロキサン共重合体を含むことを特徴とする半導体装置。
  3. 前記オルガノポリシロキサン共重合体は、下記の一般式(I):
    Figure 2012036274
    (式中、R〜R14は同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立して水素、アルキル基又はフェニル基を表し;R15はアルキレン基を表し;aは100以上1500以下であり;b+cは40以上900以下であり;zは5以上800以下であり;x+yは1以上140以下であり;mは1.5以上6.5以下であり;a、b、c、x、y及びzで囲まれた各シロキサン単位は、ブロック状又はランダム状に配列される)で表されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記オルガノポリシロキサン組成物の硬化物は、接着強度が0.19MPa以上であり、且つ−50℃以上200℃以下におけるtanδの面積が21以上であることを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
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