JP5559219B2 - 金属箔付高熱伝導接着シート、又は、金属板付高熱伝導接着シートの接着された半導体モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、半導体チップのボンディング面と反対側の面に高熱伝導性樹脂層を接着させて金属箔付高熱伝導接着シートが用いられることが記載されている。
また、金属箔付高熱伝導接着シートは、通常、この高熱伝導性樹脂層の表面を発熱部材などの被着体に接着させて用いられ、高熱伝導性樹脂層は、通常、発熱部材側から金属箔層側にすばやく熱を伝達すべく無機フィラーが樹脂成分に対して高充填された樹脂組成物により形成されている。
また、高熱伝導性樹脂層には、高温下においても接着力を維持させること、ならびに、優れた耐熱性が求められていることから、この樹脂組成物の樹脂成分にはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられたりしている。
この溶媒を乾燥させた後の状態は、通常、エポキシ樹脂の硬化がわずかに進行した、一般にBステージ状態と呼ばれる状態になっている。
その後、この金属箔付高熱伝導接着シートが加熱条件下において高熱伝導性樹脂層側が被着体に当接されてこの高熱伝導性樹脂層のエポキシ樹脂がさらに硬化され、被着体に接着されている。
このように、金属箔付高熱伝導接着シートにおいては、その高熱伝導性樹脂層が、熱伝導性および耐熱性に優れており、しかも、良好な接着作業性となるように高熱伝導性樹脂層が形成されていることが求められている。
しかし、従来、エポキシ樹脂を含む樹脂組成物の熱硬化の挙動については、十分な検討がなされておらず、硬化反応の進行を抑制させる方法についても確立されてはいない。したがって、従来の熱伝導シートや、金属箔付高熱伝導接着シートあるいは金属板付高熱伝導接着シートなどにおいては、その要望を満足するものが得られていない。
また、所定の硬化促進剤以外では、三酸化ホウ素存在下において、三酸化ホウ素が存在しない場合に比べてエポキシ樹脂に対する硬化促進性能が高められてしまい、金属箔付高熱伝導接着シートが被着体に接着される前にエポキシ樹脂の硬化反応を大きく進行させてしまうおそれがあることを見出し本発明の完成にいたったのである。
すなわち、硬化反応が進行しすぎて、その後の作業性が低下することを抑制させ得る。
また、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられている樹脂組成物中にエポキシ樹脂と無機フィラーとが含まれていることから、金属箔付高熱伝導接着シートや金属板付高熱伝導接着シートの高熱伝導性樹脂層を熱伝導性および耐熱性に優れたものとさせ得る。
しかも、三酸化ホウ素が存在しない場合に比べて三酸化ホウ素が存在する場合にエポキシ樹脂に対する硬化促進性能が高められて、金属箔付高熱伝導接着シートが被着体に接着される前にエポキシ樹脂の硬化反応を大きく進行させるという現象を発生させ難い、第二級アミン系硬化促進剤、第三級アミン系硬化促進剤およびイミダゾール系硬化促進剤からなる群より選ばれる一種以上の硬化促進剤が、三酸化ホウ素成分が含まれている無機フィラーと、エポキシ樹脂とともに樹脂組成物中に含まれていることから、熱伝導性シートや、金属箔付高熱伝導接着シート、あるいは、金属板付高熱伝導接着シートの作製時などにおいてエポキシ樹脂の硬化が大きく進行し、熱伝導性シートや金属箔付高熱伝導接着シートなどが被着体に接着される前にその接着性が低下されることを抑制させ得る。
すなわち、本発明によれば、硬化反応の進行が抑制された樹脂組成物を提供し得る。
また、熱伝導性、耐熱性などに優れ、しかも、接着作業性の良好な熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、ならびに、金属板付高熱伝導接着シートを提供し得る。
本発明によれば、このような金属箔付高熱伝導接着シート、又は、金属板付高熱伝導接着シートの接着された半導体モジュールの製造方法が提供され得る。
本実施形態における金属箔付高熱伝導接着シートは、金属箔層と高熱伝導性樹脂層との積層構造を有し、シート状に形成されている。
この図1では、半導体モジュールのヒートシンクに前記高熱伝導性樹脂層が接着されて使用される場合を例示している。
また、このような金属箔としては、各種メッキが施されたものや、あるいは、複数種類の金属が積層されているクラッド箔なども用いることができる。
この表面粗化については、金属箔の表面をサンドブラスト処理や酸化処理するなどして施すことができる。
なお、電解金属箔を用いる場合においては、そのマット面(粗化面)を高熱伝導性樹脂層との積層界面として利用することができ、サンドブラスト処理や酸化処理などの特段の処理を必要としない点において好適である。
さらに、この電解銅箔には、マット面にジンケート処理が施されているものを用いることが好ましい。
この窒化ホウ素フィラーとしては、通常、鱗片形状を有する平均粒子径1〜20μmのものを用いることができる。この平均粒子径については、レーザー回折法によるD50値を測定することにより求めることができる。
なお、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物には、この窒化ホウ素フィラーに加えて、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラー、窒化ケイ素フィラー、炭化ケイ素フィラー、二酸化ケイ素フィラー、ダイヤモンドフィラーなどを併用することができる。
このエポキシ樹脂の滲み出しが激しい場合には、例えば、金属箔層の背面側など本来金属部分が露出しているべき個所にエポキシ樹脂被膜を形成させてしまうおそれがある。
樹脂組成物に適度な流れ性を付与して、これらの問題をより確実に抑制させ得る点において、このエポキシ樹脂としては、エポキシ当量450〜2000g/eqの常温固体のビスフェノールA型エポキシ樹脂と、エポキシ当量160〜220g/eqの多官能の常温固体で87℃から93℃の間に軟化点を有するノボラック型エポキシ樹脂とが(ビスフェノールA型エポキシ樹脂/ノボラック型エポキシ樹脂)=40/60〜60/40となる重量比率で混合されているものを用いることが好ましい。
なお、このエポキシ当量は、JIS K 7236により求めることができる。
なかでも、エポキシ樹脂が、上記に示したようなビスフェノールA型エポキシ樹脂とノボラック型エポキシ樹脂とが重量で40/60〜60/40の割合で混合されている場合においては、4,4’−ジアミノジフェニルスルホンが好適である。
この塗工液の作製方法については、一般的な、樹脂溶液の作製方法を採用することができ、例えば、エポキシ樹脂、硬化促進剤などを一旦溶媒などに溶解させたエポキシ樹脂溶液にミキサーなどにより窒化ホウ素フィラーを分散させる方法などを採用することができる。
図1では、半導体モジュールのヒートシンクに対して高熱伝導性樹脂層が接着されて用いられる場合を示している。
このように半導体モジュールのヒートシンクに対して高熱伝導性樹脂層を接着させるには、例えば、加熱状態の熱板上に高熱伝導性樹脂層を表向きにして載置して高熱伝導性樹脂層を熱板の熱により軟化させ、半導体モジュールのヒートシンク露出面をこの軟化状態の高熱伝導性樹脂層表面に押圧して高熱伝導性樹脂層のエポキシ樹脂が硬化するまで保持して、半導体モジュールに対する金属箔付高熱伝導接着シートの接着を完了させる方法があげられる。
例えば、リードフレームが固定されたケース内に、ハンダ付けされた半導体チップを搭載したヒートシンクを配置し、この半導体チップとリードフレームとをワイヤーボンドにより電気的に接続させた半製品を用いて、注型用金型内に金属箔付高熱伝導接着シートを高熱伝導性樹脂層を表向きにしてセットし、この金属箔付高熱伝導接着シート上にヒートシンクが位置するようにして前記半製品を載置して、半製品のケース内に加熱溶融されたモールド樹脂を注入することにより、このモールド樹脂の熱で、あるいは注型用金型を加熱して高熱伝導性樹脂層を軟化させてヒートシンクに接着硬化させる方法、すなわち、半導体モジュールの製造と同時に金属箔付高熱伝導接着シートの接着を実施させる方法などがあげられる。
すなわち、金属箔付高熱伝導接着シートの接着作業性を良好なものとさせ得る。
したがって、本実施形態の金属箔付高熱伝導接着シートにおいては、窒化ホウ素を樹脂組成物中により多く含有させて、金属箔付高熱伝導接着シートの接着作業性の向上と、高熱伝導性樹脂層の熱伝導率の向上とを同時に図り得るという優れた効果を奏する。
例えば、0.01〜0.5%程度に三酸化ホウ素成分が含まれている窒化ホウ素フィラーを用いる場合であればこれらの硬化促進剤とともに高熱伝導性樹脂層中に重量で、通常、体積で25%以上の割合で充填させることで、優れた接着作業性を有する金属箔付高熱伝導接着シートとすることができ、50%以上の割合で充填させることで、接着作業性とともに熱伝導性に優れた金属箔付高熱伝導接着シートとすることができる。また、重量で65%以上の割合で充填させることで、さらに優れた熱伝導性と接着作業性を有する金属箔付高熱伝導接着シートとすることができる。
すなわち、上記に例示の金属箔付高熱伝導接着シートの製造方法における電解銅箔に代えて、例えば、表面離型処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用い、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む塗工液をこのPETフィルムにコーティングして乾燥を実施してPETフィルム上にシート状物を形成させて熱伝導シートを作製することができる。
また、このようにして形成されたシート状物を複数積層一体化させて厚みの厚い熱伝導シートを形成させることもできる。
さらに、本発明は、樹脂組成物の使用態様を、コーティングによるシート状物の形成に限定するものでもなく注型金型などを用いた成形加工などにも使用し得る。
(実施例1〜4、比較例1〜8)
(配合:樹脂組成物の作製)
表1に示す材料を表1に示す割合で溶剤に溶解させた樹脂組成物を作製した。
(ゲルタイムの測定)
得られた樹脂組成物を約1cm3、140℃に加熱された熱盤上に滴下し、この滴下された樹脂組成物をステンレス製スパチュラの先端で熱盤上に輪を描くように数秒に1回の割合で攪拌し、攪拌後にスパチュラの先端を熱盤表面から約1cm高さに持ち上げて樹脂組成物の糸引き状況を目視にて観察した。
このスパチュラの先端を持ち上げた際に糸引きを生じないか、あるいは、糸引きが生じてもすぐに切れてしまう状況となるまでに要する時間をゲルタイムとして測定した。
結果を、表2に示す。
Claims (2)
- 金属箔からなる金属箔層上に高熱伝導性樹脂層が積層されている金属箔付高熱伝導接着シート、又は、金属板からなる金属板層上に高熱伝導性樹脂層が積層されてなる金属板付高熱伝導接着シートを用い、且つ、窒化ホウ素粒子が25体積%以上含有されている樹脂組成物で前記高熱伝導性樹脂層が形成されており、該樹脂組成物がエポキシ樹脂と前記窒化ホウ素粒子とを含み、該窒化ホウ素粒子が三酸化ホウ素成分を0.01%〜0.5%含み、該樹脂組成物に前記エポキシ樹脂を熱硬化させるための硬化促進剤として2,4,6−トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールおよび2−ウンデシルイミダゾールのいずれかが含まれている金属箔付高熱伝導接着シート、又は、金属板付高熱伝導接着シートを用い、半導体モジュールのヒートシンクに前記高熱伝導性樹脂層を接着させて該高熱伝導性樹脂層を熱硬化させることを特徴とする金属箔付高熱伝導接着シート、又は、金属板付高熱伝導接着シートの接着された半導体モジュールの製造方法。
- 注型用金型内に前記高熱伝導性樹脂層が上向きになるように、前記金属箔付高熱伝導接着シート、又は、前記金属板付高熱伝導接着シートをセットし、且つ、前記高熱伝導性樹脂層上にヒートシンクを位置させて該注型用金型内に加熱溶融されたモールド樹脂を注入することで前記高熱伝導性樹脂層を前記ヒートシンクに接着させて熱硬化させる請求項1記載の金属箔付高熱伝導接着シート、又は、金属板付高熱伝導接着シートの接着された半導体モジュールの製造方法。
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