JP2016048804A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置10は、基材(ダイパッド2)と、半導体素子3と、基材および半導体素子3の間に介在し、両者を接着する接着層1と、を備える。接着層1は熱伝導性フィラー8を含有している。この半導体装置10は、接着層1中に熱伝導性フィラー8が分散しており、接着層1全体中の熱伝導性フィラー8の含有率をCとし、接着層1の半導体素子3側の界面から深さ2μmまでにわたる領域1における熱伝導性フィラー8の含有率をC1とし、接着層1の基材(ダイパッド2)側の界面から深さ2μmまでにわたる領域2における熱伝導性フィラー8の含有率をC2としたとき、C1>C、かつ、C2>Cを満たすように特定されている。
【選択図】図1
Description
すなわち、本発明によれば、
[1]基材と、
半導体素子と、
前記基材および前記半導体素子の間に介在し、両者を接着する接着層と、を備え、
前記接着層中に熱伝導性フィラーが分散しており、
前記接着層全体中の前記熱伝導性フィラーの含有率をCとし、
前記接着層の前記半導体素子側の界面から深さ2μmまでにわたる領域1における前記熱伝導性フィラーの含有率をC1とし、
前記接着層の前記基材側の界面から深さ2μmまでにわたる領域2における前記熱伝導性フィラーの含有率をC2としたとき、
0.97<C1/C<1.30
かつ
0.97<C2/C<1.30
を満たす半導体装置が提供される。
[2] [1]に記載の半導体装置において、
前記熱伝導性フィラーが、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、アルミナ、シリカの中から少なくとも一種類以上の粒子を含む、半導体装置。
[3] [1]から[3]のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記基材が、リードフレーム、ヒートシンクまたはBGA基板である、半導体装置。
[4] 1]から[4]のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記半導体素子が、消費電力1.7W以上のパワーデバイスである、半導体装置。
図1は、本実施の形態の半導体装置10の構成を示す断面図である。また、図2は、図1に示す半導体装置10の一部を拡大した拡大図である。
本実施の形態の半導体装置10は、基材(ダイパッド2)と、半導体素子3と、基材および半導体素子3の間に介在し、両者を接着する接着層1と、を備える。半導体装置10は、接着層1中に熱伝導性フィラー8が分散しており、接着層1全体中の熱伝導性フィラー8の含有率をCとし、接着層1の半導体素子3側の界面から深さ2μmまでにわたる領域1における熱伝導性フィラー8の含有率をC1とし、接着層1の基材(ダイパッド2)側の界面から深さ2μmまでにわたる領域2における熱伝導性フィラー8の含有率をC2としたとき、0.97<C1/C<1.30かつ0.97<C2/C<1.30が満たすように特定されている。以下、詳細に説明する。
についても同様にして算出可能である。ここで、含有量の算出手法としては以下のようにする。まず、上側から下側へ、1層、2層・・・N層と定義する。一方、下側から上側に、1'層、2'層・・・N'層と定義する。次いで、(1)上側から下側へN層までの含有
量を算出する。その後、1層目の銀比率=1層の銀量/X*100、2層目までの銀比率=(1+2)層の銀量/X*100、・・・、N層目までの銀比率=(1+2+・・・+N)層の銀量/X*100=X/X*100=100。同様にして、(2)下側から上側までの含有量を算出する。その後、1'層目の含有量=1'層の銀量/X*100、2'層
目までの銀比率=(1'+2')層の銀量/X*100、・・・、N'層目までの銀比率=
(1+2+・・・+N')層の銀量/X*100=X/X*100=100。これらの数
値から、上側及び下側から距離を変動させたときの銀全体量に対する各層の銀比率を算出する。その後、接着層1の半導体素子3側の界面から深さ2μmまでにわたる領域1におけるC1/Cは、(1)上側から下側に向かって算出された10層目までの銀比率を採用する。一方、接着層1の基材(ダイパッド2)側の界面から深さ2μmまでにわたる領域2におけるC2/Cは、(2)下側から上側に向かって算出された10'層目までの銀比
率を採用する。
この範囲内の熱伝導性フィラー8を用いることで、フィラーの分散特性が向上する。更にダイアタッチペーストが広がっていく際に生じる流動において小さい粒子は樹脂全体の流れに沿って粒子が移動しやすいが、大きな粒子はその移動量が少ない。そのため小さい粒子を用いると界面付近まで粒子が移動しやすく、界面付近の熱伝導性フィラー含有量が増加するため、半導体素子からの熱が伝わりやすい。一方大きい粒子は流動時に移動しにくいために、界面付近での熱伝導性フィラー含有量が低下し易く、半導体素子から接着層へ熱が伝わりにくい。そのため、前述の様な平均粒径を持つ熱伝導性フィラーであれば流動中の粒子は速やかに移動するため、熱伝導性の良い接着層を形成することができる。
また、平均粒径が上記範囲内である熱伝導性フィラーを用いることにより、樹脂組成物の糸引き性に優れるため、吐出量の調整、塗布等の作業性を向上することができる。
シアナトビフェニル、ビス(4−シアナトフェニル)メタン、ビス(3,5−ジメチル−4−シアナトフェニル)メタン、2,2−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,5−ジブロモ−4−シアナトフェニル)プロパン、ビス(4−シアナトフェニル)エーテル、ビス(4−シアナトフェニル)チオエーテル、ビス(4−シアナトフェニル)スルホン、トリス(4−シアナトフェニル)ホスファイト、トリス(4−シアナトフェニル)ホスフェート、およびノボラック樹脂とハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などが挙げられ、これらの多官能シアネート樹脂のシアネート基を三量化することによって形成されるトリアジン環を有するプレポリマーも使用できる。このプレポリマーは、上記の多官能シアネート樹脂モノマーを、例えば、鉱酸、ルイス酸などの酸、ナトリウムアルコラート、第三級アミン類などの塩基、炭酸ナトリウムなどの塩類を触媒として重合させることにより得られる。
また、シアネート樹脂は、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、マレイミド樹脂などの他の樹脂と併用することも可能である。
釈剤を使用することも可能である。反応性希釈剤としては、フェニルグリシジルエーテル、クレジルグリシジルエーテルなどの1官能の芳香族グリシジルエーテル類、脂肪族グリシジルエーテル類などが挙げられる。
ジヒドラジド化合物としては、アジピン酸ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジド、p−オキシ安息香酸ジヒドラジドなどのカルボン酸ジヒドラジドなどが挙げられ、酸無水物としてはフタル酸無水物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、無水マレイン酸とポリブタジエンの反応物、無水マレイン酸とスチレンの共重合体などが挙げられる。
ルと(メタ)アクリル酸またはその誘導体との反応により得ることが可能である。ポリカーボネートとしては、炭素数が3〜6の有機基がカーボネート結合を介して繰り返したものが好ましく、芳香族環を含まないものが好ましい。ポリカーボネートポリオールと(メタ)アクリル酸またはその誘導体との反応により得ることが可能である。
ジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、テトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、オクトキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ラウロキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ステアロキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、アリロキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ノニルフェノキシポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、N,N'−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、N,N'−エチレンビス(メタ)アクリルアミド、1,2−ジ(メタ)アクリルアミドエチレングリコール、ジ(メタ)アクリロイロキシメチルトリシクロデカン、N−(メタ)アクリロイロキシエチルマレイミド、N−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタルイミド、N−(メタ)アクリロイロキシエチルフタルイミド、n−ビニル−2−ピロリドン、スチレン誘導体、α−メチルスチレン誘導体などを使用することも可能である。
ジイソプロピルベンゼン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、イソブチリルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、桂皮酸パーオキサイド、m−トルオイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジ−3−メトキシブチルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−sec−ブチルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシジカーボネート、ジ(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、α、α'−ビス(ネオデカノイルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、クミル
パーオキシネオデカノエート、1,1,3,3,−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルへキサノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエ
チルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシマレイックアシッド、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシ−m−トルオイルベンゾエート、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート、3,3',4,4'−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンなどが挙げられるが、これらは単独または硬化性を制御するため2種類以上を混合して用いることもできる。また、上記のラジカル重合性のアクリル樹脂は、シアネート樹脂、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂との併用も好ましい。
本発明の一実施形態としては、半導体装置の製造方法において用いられる熱硬化性接着剤組成物が液状接着剤の場合、上述したような各種成分を予備混合した後、3本ロールを用いて混練を行い、更に真空脱泡することにより、液状接着剤を得ることができる。得られた液状接着剤は市販のダイボンダーを用いて、例えば支持体(特にリードフレーム)の所定の部位にディスペンス塗布された後、半導体素子をマウントして加熱硬化する。その
後、ワイヤーボンディングして、エポキシ樹脂等を主成分とする封止樹脂を用いてトランスファー成形することにより半導体装置を得ることができる。
実施例および比較例ともに下記原材料を表1に示す重量部で配合した上で3本ロールを用いて混練、脱泡することで樹脂組成物を得た。
上記より得られた実施例および比較例の樹脂組成物について以下の評価試験を行った。評価結果を表1に示す。
実施例および比較例の各樹脂組成物を用いて、下記のリードフレームとシリコンチップを175℃60分間硬化し接着した。その状態から接着層1の断面を切り出し、厚み方向における接着層1のSEM断面図を得た。得られたSEM断面図を2値化処理した。2値化処理において、閾値は、(接着層1中全体の熱電性フィラー8の含有率C)ペーストの硬化物から灰分測定で得られた導電性フィラーの体積分率Xとなるように設定した。次いで、2値化処理により得られた2値化画像を、厚み方向に0.2μm間隔で切りだし、各層中の熱電性フィラー8含有量を算出した。まず、(1)上側から下側へN層までの含有量を算出した。すなわち、1層目の銀比率=1層の銀量/X*100、2層目までの銀比率=(1+2)層の銀量/X*100、・・・、N層目までの銀比率=(1+2+・・・+N)層の銀量/X*100=/X*100=100。同様にして、(2)下側から上側までの含有量を算出した。すなわち、1'層目の銀比率=1'層の銀量/X*100、2'
層目までの銀比率=(1'+2')層の銀量/*100、・・・、N'層目までの銀比率=
(1+2+・・・+N')層の銀量/*100=X/X*100=100。接着層1の半
導体素子3側の界面から深さ2μmまでにわたる領域1におけるC1/Cは、(1)上側から下側に向かって算出された10層目までの銀比率を採用した。一方、接着層1の基材(ダイパッド2)側の界面から深さ2μmまでにわたる領域2におけるC2/Cは、(2)下側から上側に向かって算出された10'層目までの銀比率を採用した。
実施例および比較例の各樹脂組成物を用いて、2枚の8.4x8.4mm(厚み350μm)シリコンチップを貼り合わせた。そのさいに接着材層の厚みは20umとし、サンプル全体の厚みを720μmとした。これを175℃、30分硬化し、評価用サンプルを得た。このサンプルをレーザーフラッシュ熱伝導計(アルバック理工株式会社製、TC7000)にて、以下の条件下で熱拡散係数を測定した。
測定条件:
・環境:室温
・サンプリングタイム:2〜10μs(オートで変更)
・ショット数:10ショット
・ショット間の間隔:60s
実施例および比較例の各樹脂組成物をシリンジに詰めノズル径が内径200μmのニード
ルを取り付け、自動ディスペンサーでペーストを塗布し、塗布時の糸引き性を目視で観察し、その時糸引きが観察されないものを○、観察されたものをXとした。
施例1、2に比べ熱拡散係数が0.18と半分以下であった。
2 ダイパッド
3 半導体素子
4 リード
5 封止材層
6 ボンディングワイヤ
7 パッド
8 熱伝導性フィラー
10 半導体装置
Claims (4)
- 基材と、
半導体素子と、
前記基材および前記半導体素子の間に介在し、両者を接着する
接着層と、を備え、
前記接着層中に熱伝導性フィラーが分散しており、
前記接着層全体中の前記熱伝導性フィラーの含有率をCとし、
前記接着層の前記半導体素子側の界面から深さ2μmまでにわたる領域1における前記熱伝導性フィラーの含有率をC1とし、
前記接着層の前記基材側の界面から深さ2μmまでにわたる領域2における前記熱伝導性フィラーの含有率をC2としたとき、
0.97<C1/C<1.30
かつ
0.97<C2/C<1.30
を満たす半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記熱伝導性フィラーが、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、アルミナ、シリカの中から少なくとも一種類以上を含む、半導体装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記基材が、リードフレーム、ヒートシンクまたはBGA基板である、半導体装置。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記半導体素子が、消費電力1.7W以上のパワーデバイスである、半導体装置。
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