JP5854062B2 - 熱伝導性シートおよび半導体装置 - Google Patents

熱伝導性シートおよび半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5854062B2
JP5854062B2 JP2014018632A JP2014018632A JP5854062B2 JP 5854062 B2 JP5854062 B2 JP 5854062B2 JP 2014018632 A JP2014018632 A JP 2014018632A JP 2014018632 A JP2014018632 A JP 2014018632A JP 5854062 B2 JP5854062 B2 JP 5854062B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductive sheet
heat conductive
heat
resin
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014018632A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015146386A (ja
Inventor
俊佑 望月
俊佑 望月
和哉 北川
和哉 北川
洋次 白土
洋次 白土
啓太 長橋
啓太 長橋
美香 賀川
美香 賀川
哲 馬路
哲 馬路
憲也 平沢
憲也 平沢
素美 黒川
素美 黒川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Bakelite Co Ltd filed Critical Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority to JP2014018632A priority Critical patent/JP5854062B2/ja
Priority to CN201580007031.2A priority patent/CN105960709B/zh
Priority to US15/115,775 priority patent/US9859189B2/en
Priority to EP15743203.0A priority patent/EP3104404B1/en
Priority to PCT/JP2015/052362 priority patent/WO2015115481A1/ja
Publication of JP2015146386A publication Critical patent/JP2015146386A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5854062B2 publication Critical patent/JP5854062B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565—Moulds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3114—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed the device being a chip scale package, e.g. CSP
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49548—Cross section geometry
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49568—Lead-frames or other flat leads specifically adapted to facilitate heat dissipation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、熱伝導性シートおよび半導体装置に関する。
従来から絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオード等の半導体チップ、抵抗、ならびにコンデンサ等の電子部品を基板上に搭載して構成したインバーター装置またはパワー半導体装置が知られている。
これらの電力制御装置は、その耐圧や電流容量に応じて各種機器に応用されている。特に、近年の環境問題、省エネルギー化推進の観点から、各種電気機械へのこれら電力制御装置の使用が年々拡大している。
特に車載用電力制御装置について、その小型化、省スペ−ス化と共に電力制御装置をエンジンル−ム内に設置することが要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きい等過酷な環境であり、高温での放熱性および絶縁性により一層優れる部材が必要とされる。
たとえば、特許文献１には、半導体チップをリードフレーム等の支持体に搭載し、支持体と、ヒートシンクに接続される放熱板とを、絶縁樹脂層とで接着した半導体装置が開示されている。
特開２０１１−２１６６１９号公報
しかし、このような半導体装置は高温での絶縁性が十分に満足するものでなかった。そのため、電子部品の絶縁性を保つことが困難となる場合があり、その場合は半導体装置の性能が低下してしまう。
本発明によれば、
熱硬化性樹脂と、上記熱硬化性樹脂中に分散された無機充填材とを含む熱伝導性シートであって、
周波数１ｋＨｚ、１００℃〜１７５℃における、当該熱伝導性シートの硬化物の誘電損失率の最大値が０．０３０以下であり、かつ、比誘電率の変化が０．１０以下である、熱伝導性シートが提供される。
また、本発明によれば、
金属板と、
上記金属板の第１面側に設けられた半導体チップと、
上記金属板の上記第１面とは反対側の第２面に接合された熱伝導材と、
上記半導体チップおよび上記金属板を封止する封止樹脂とを備え、
上記熱伝導材が、上記熱伝導性シートにより形成された半導体装置が提供される。
本発明によれば、絶縁信頼性の高い半導体装置を実現できる熱伝導性シートおよび絶縁信頼性の高い半導体装置を提供できる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。また、「〜」は特に断りがなければ、以上から以下を表す。
はじめに、本実施形態に係る熱伝導性シートについて説明する。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱硬化性樹脂（Ａ）中に分散された無機充填材（Ｂ）とを含む。
そして、本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物は、周波数１ｋＨｚ、１００℃〜１７５℃における誘電損失率の最大値が０．０３０以下、好ましくは０．０２５以下、特に好ましくは０．０１８以下であり、かつ、比誘電率の変化が０．１０以下、好ましくは０．０５以下である。比誘電率の変化は１７５℃における比誘電率の値から１００℃における比誘電率の値を引いた値である。上記誘電損失率の最大値の下限値は特に限定されないが、例えば、０．０１０以上である。上記比誘電率の変化の下限値は特に限定されないが、例えば、０．０１以上である。
なお、本実施形態において、熱伝導性シートの硬化物は、Ｂステージ状態の熱伝導性シートを１８０℃、１０ＭＰａで４０分間熱処理することにより硬化して得られたものである。
ここで、周波数１ｋＨｚ、１００℃〜１７５℃における誘電損失率の最大値は、熱伝導性シートの硬化物におけるβ緩和の指標を表している。すなわち、１００℃〜１７５℃における誘電損失率の最大値が低いほど、β緩和が小さいことを意味する。また、比誘電率の変化は、熱伝導性シートの硬化物における絶縁性の温度依存性の指標を表している。すなわち、比誘電率の変化が小さいほど、温度変化による熱伝導性シートの硬化物の絶縁性の変化が小さいことを意味する。
誘電損失率および比誘電率は、ＬＣＲメーターにより測定することができる。
なお、本実施形態において、熱伝導性シートはＢステージ状態のものをいう。また、熱伝導性シートを硬化させたものを「熱伝導性シートの硬化物」と呼ぶ。また、熱伝導性シートを半導体装置に適用し、硬化させたものを「熱伝導材」と呼ぶ。
熱伝導性シートは、たとえば、半導体装置内の高熱伝導性が要求される接合界面に設けられ、発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。これにより、半導体チップ等における特性変動に起因した故障を抑え、半導体装置の安定性の向上が図られている。
本実施形態に係る熱伝導性シートを適用した半導体装置の一例としては、たとえば、半導体チップがヒートシンク（金属板）上に設けられており、ヒートシンクの半導体チップが接合された面とは反対側の面に、熱伝導材が設けられた構造が挙げられる。
また、本実施形態に係る熱伝導性シートを適用した半導体パッケージの他の例としては、熱伝導材と、熱伝導材の一方の面に接合した半導体チップと、上記熱伝導材の上記一方の面と反対側の面に接合した金属部材と、上記熱伝導材、上記半導体チップおよび上記金属部材を封止する封止樹脂と、を備えるものが挙げられる。
本発明者の検討によれば、熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度を高めることにより、その硬化物の絶縁性をある程度向上できることが明らかになった。しかし、ガラス転移温度を高めるだけでは、高温において、まだまだ十分な絶縁性が得られなかった。
そこで、本発明者は、上記事情に鑑みて鋭意検討した結果、熱伝導性シートの硬化物のβ緩和が小さいほど、その硬化物の高温での絶縁性がより一層向上することを見出した。この理由としては、β緩和が低いほど、高温において熱伝導性シートの硬化物中の導電性成分の運動開放が抑制されるからだと考えられる。
導電性成分の運動開放が抑制されると、温度上昇により熱伝導性シートの硬化物の絶縁性が低下することを抑制できる。そのため、本実施形態に係る熱伝導性シートは、高温での絶縁性に優れ、絶縁信頼性の高い半導体装置を実現できる。
本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物の１００℃〜１７５℃における誘電損失率、比誘電率の変化は、熱伝導性シートを構成する各成分の種類や配合割合、および熱伝導性シートの作製方法を適切に調節することにより制御することが可能である。
本実施形態においては、とくに熱硬化性樹脂（Ａ）の種類を適切に選択することや、熱硬化性樹脂（Ａ）および無機充填材（Ｂ）を添加した樹脂ワニスに対しエージングを行うこと、当該エージングにおける加熱条件等が、上記誘電損失率、比誘電率の変化を制御するための因子として挙げられる。
本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物は、下記条件で得られた抽出水をイオンクロマトグラフにより分析することにより測定されるイオンの総量が、好ましくは３０，０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは２０，０００ｐｐｍ以下である。
ここで、上記イオンは、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、ＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆ−、Ｃｌ−、ＮＯ２ ２−、Ｂｒ−、ＮＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＳＯ４ ２−、（ＣＯＯ）２ ２−、ＣＨ３ＣＯＯ−、およびＨＣＯＯ−から選択される一種または二種以上である。
（条件）
凍結粉砕させた熱伝導性シートの硬化物２ｇに対して４０ｍＬの純水を加え、１２５℃２０時間熱水抽出し、抽出水を得る。
上記イオンの総量が上記上限値以下であることにより、高温での熱伝導性シートの絶縁性をより一層向上させることができる。熱伝導性シートを構成する各成分中のイオン性不純物の量を調整することや、加水分解してイオンを生成する無機充填材を含有する場合は、表面積の小さい無機充填材を選択することで熱伝導性シートの硬化物中の上記イオンの総量を調整することができる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で動的粘弾性測定により測定される、当該熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度が好ましくは１７５℃以上であり、より好ましくは１９０℃以上である。上記ガラス転移温度の上限値は特に限定されないが、例えば、３００℃以下である。
ここで、熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度は次のように測定できる。まず、熱伝導性シートを１８０℃、１０ＭＰａで４０分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得る。次いで、得られた硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）を、ＤＭＡ（動的粘弾性測定）により昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で測定する。
ガラス転移温度が上記下限値以上であると、導電性成分の運動開放をより一層抑制できるため、温度上昇による熱伝導性シートの絶縁性の低下をより一層抑制できる。その結果、より一層絶縁信頼性に優れた半導体装置を実現できる。
ガラス転移温度は熱伝導性シートを構成する各成分の種類や配合割合、および熱伝導性シートの作製方法を適切に調節することにより制御することができる。
本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物は、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠し、印加電圧１０００Ｖで電圧印加後１分後に測定される、１７５℃での体積抵抗率が好ましくは１．０×１０８Ω・ｍ以上であり、より好ましくは１．０×１０９Ω・ｍ以上であり、特に好ましくは１．０×１０１０Ω・ｍ以上である。１７５℃での体積抵抗率の上限値は特に限定されないが、例えば、１．０×１０１３Ω・ｍ以下である。
ここで、１７５℃での体積抵抗率は、熱伝導性シートにおける高温での絶縁性の指標を表している。すなわち、１７５℃での体積抵抗率が高いほど、高温での絶縁性が優れることを意味する。
本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物の１７５℃での体積抵抗率は、熱伝導性シートを構成する各成分の種類や配合割合、および熱伝導性シートの作製方法を適切に調節することにより制御することが可能である。
本実施形態においては、とくに熱硬化性樹脂（Ａ）の種類を適切に選択することや、熱硬化性樹脂（Ａ）および無機充填材（Ｂ）を添加した樹脂ワニスに対しエージングを行うこと、当該エージングにおける加熱条件等が、１７５℃での体積抵抗率を制御するための因子として挙げられる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、たとえば、半導体チップ等の発熱体と当該発熱体を搭載するリードフレーム、配線基板（インターポーザ）等の基板との間、あるいは、当該基板とヒートシンク等の放熱部材との間に設けられる。これにより、半導体装置の絶縁性を保ちつつ、上記発熱体から生じる熱を、半導体装置の外部へ効果的に放散させることができる。このため、半導体装置の絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
本実施形態に係る熱伝導性シートの平面形状は、特に限定されず、放熱部材や発熱体等の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、たとえば矩形とすることができる。熱伝導性シートの硬化物の膜厚は、５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。これにより、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、発熱体からの熱をより効果的に放熱部材へ伝えることができる。さらに、熱伝導材の放熱性と絶縁性のバランスがより一層優れる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂（Ａ）と、熱硬化性樹脂（Ａ）中に分散された無機充填材（Ｂ）とを含む。
（熱硬化性樹脂（Ａ））
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、シアネート樹脂等が挙げられる。
熱硬化性樹脂（Ａ）として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
このような熱硬化性樹脂（Ａ）を使用することで、本実施形態に係る熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度を高くするとともに、周波数１ｋＨｚ、１００℃〜１７５℃における誘電損失率および比誘電率の変化を低下させることができる。
熱硬化性樹脂（Ａ）の中でも、誘電損失率をより一層低下させる観点から、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂が特に好ましい。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれる熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、当該熱伝導性シート１００質量％に対し、１質量％以上３０質量％以下が好ましく、５質量％以上２８質量％以下がより好ましい。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記下限値以上であると、ハンドリング性が向上し、熱伝導性シートを形成するのが容易となる。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記上限値以下であると、熱伝導性シートの強度や難燃性がより一層向上したり、熱伝導性シートの熱伝導性がより一層向上したりする。
（無機充填材（Ｂ））
無機充填材（Ｂ）としては、たとえばシリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が挙げられる。これらは１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
無機充填材（Ｂ）としては、本実施形態に係る熱伝導性シートの熱伝導性をより一層向上させる観点から、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子を凝集させることにより形成される二次凝集粒子であることが好ましい。
鱗片状窒化ホウ素を凝集させることにより形成される二次凝集粒子は、たとえば鱗片状窒化ホウ素を、スプレードライ法等を用いて凝集させたあと、これを焼成することにより形成することができる。焼成温度は、たとえば１２００〜２５００℃である。
このように、鱗片状窒化ホウ素を焼結させて得られる二次凝集粒子を用いる場合には、熱硬化性樹脂（Ａ）中における無機充填材（Ｂ）の分散性を向上させる観点から、熱硬化性樹脂（Ａ）としてジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂がとくに好ましい。
鱗片状窒化ホウ素を凝集させることにより形成される二次凝集粒子の平均粒径は、たとえば５μｍ以上１８０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた熱伝導性シートを実現することができる。
上記二次凝集粒子を構成する鱗片状窒化ホウ素の一次粒子の平均長径は、好ましくは０．０１μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた熱伝導性シートを実現することができる。
なお、この平均長径は電子顕微鏡写真により測定することができる。たとえば、以下の手順で測定する。まず、二次凝集粒子をミクロトームなどで切断しサンプルを作製する。次いで、走査型電子顕微鏡により、数千倍に拡大した二次凝集粒子の断面写真を数枚撮影する。次いで、任意の二次凝集粒子を選択し、写真から鱗片状窒化ホウ素の一次粒子の長径を測定する。このとき、１０個以上の一次粒子について長径を測定し、それらの平均値を平均長径とする。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれる無機充填材（Ｂ）の含有量は、当該熱伝導性シート１００質量％に対し、５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、５５質量％以上８８質量％以下であることがより好ましく、６０質量％以上８０質量％以下であることが特に好ましい。
無機充填材（Ｂ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、熱伝導性シートにおける熱伝導性や機械的強度の向上をより効果的に図ることができる。一方で、無機充填材（Ｂ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、樹脂組成物の成膜性や作業性を向上させ、本熱伝導性シートの膜厚の均一性をより一層良好なものとすることができる。
本実施形態に係る無機充填材（Ｂ）は、熱伝導性シートの熱伝導性をより一層向上させる観点から、上記二次凝集粒子に加えて、二次凝集粒子を構成する鱗片状窒化ホウ素の一次粒子とは別の鱗片状窒化ホウ素の一次粒子をさらに含むのが好ましい。この鱗片状窒化ホウ素の一次粒子の平均長径は、好ましくは０．０１μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
これにより、熱伝導性と絶縁性のバランスにより一層優れた熱伝導性シートを実現することができる。
（硬化剤（Ｃ））
本実施形態に係る熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂（Ａ）としてエポキシ樹脂を用いる場合、さらに硬化剤（Ｃ）を含むのが好ましい。
硬化剤（Ｃ）としては、硬化触媒（Ｃ−１）およびフェノール系硬化剤（Ｃ−２）から選択される１種以上を用いることができる。
硬化触媒（Ｃ−１）としては、たとえばナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の３級アミン類；２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２，４−ジエチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２−ビス−（ジフェニルホスフィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸；等、またはこの混合物が挙げられる。硬化触媒（Ｃ−１）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
本実施形態に係る熱伝導性シート中に含まれる硬化触媒（Ｃ−１）の含有量は、特に限定されないが、熱伝導性シート１００質量％に対し、０．００１質量％以上１質量％以下が好ましい。
また、フェノール系硬化剤（Ｃ−２）としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂、ノボラック樹脂、トリスフェニルメタン型のフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物；レゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤（Ｃ−２）がノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
フェノール系硬化剤（Ｃ−２）の含有量は、特に限定されないが、熱伝導性シート１００質量％に対し、１質量％以上３０質量％以下が好ましく、５質量％以上１５質量％以下がより好ましい。
（カップリング剤（Ｄ））
さらに、本実施形態に係る熱伝導性シートは、カップリング剤（Ｄ）を含んでもよい。
カップリング剤（Ｄ）は、熱硬化性樹脂（Ａ）と無機充填材（Ｂ）との界面の濡れ性を向上させることができる。
カップリング剤（Ｄ）としては、通常用いられるものなら何でも使用できるが、具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる１種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。
カップリング剤（Ｄ）の添加量は無機充填材（Ｂ）の比表面積に依存するので、特に限定されないが、無機充填材（Ｂ）１００質量部に対して０．１質量部以上１０質量部以下が好ましく、特に０．５質量部以上７質量部以下が好ましい。
（フェノキシ樹脂（Ｅ））
さらに、本実施形態に係る熱伝導性シートは、さらにフェノキシ樹脂（Ｅ）を含んでもよい。フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより熱伝導性シートの耐屈曲性をより一層向上できる。
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより、熱伝導性シートの弾性率を低下させることが可能となり、熱伝導性シートの応力緩和力を向上させることができる。
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むと、粘度上昇により流動性が低減し、ボイド等が発生することを抑制できる。また、熱伝導性シートと放熱部材との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、半導体装置の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
フェノキシ樹脂（Ｅ）としては、たとえば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
フェノキシ樹脂（Ｅ）の含有量は、たとえば、熱伝導性シート１００質量％に対し、３質量％以上１０質量％以下である。
（その他の成分）
本実施形態に係る熱伝導性シートには、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。
本実施形態に係る熱伝導性シートは、たとえば次のようにして作製することができる。
まず、上述の各成分を溶媒へ添加して、ワニス状の樹脂組成物を得る。本実施形態においては、たとえば溶媒中に熱硬化性樹脂（Ａ）等を添加して樹脂ワニスを作製したのち、当該樹脂ワニスへ無機充填材（Ｂ）を入れて三本ロール等を用いて混練することにより樹脂組成物を得ることができる。これにより、無機充填材（Ｂ）をより均一に、熱硬化性樹脂（Ａ）中へ分散させることができる。
上記溶媒としては特に限定されないが、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン等が挙げられる。
次いで、熱伝導性シート用樹脂組成物に対しエージングを行う。これにより、得られる熱伝導性シートについて、周波数１ｋＨｚ、１００℃〜１７５℃における誘電損失率および比誘電率の変化を低下させることができる。これは、エージングによって無機充填材（Ｂ）の熱硬化性樹脂（Ａ）に対する親和性が上昇すること等が要因として推定される。エージングは、たとえば３０〜８０℃、１２〜２４時間の条件により行うことができる。
次いで、上記樹脂組成物をシート状に成形して、熱伝導性シートを形成する。本実施形態においては、たとえば基材上にワニス状の上記樹脂組成物を塗布した後、これを熱処理して乾燥することにより熱伝導性シートを得ることができる。基材としては、たとえば放熱部材やリードフレーム、剥離可能なキャリア材等を構成する金属箔が挙げられる。また、樹脂組成物を乾燥するための熱処理は、たとえば８０〜１５０℃、５分〜１時間の条件において行われる。熱伝導性シートの膜厚は、たとえば６０μｍ以上５００μｍ以下である。
次に、本実施形態に係る半導体装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。
以下においては、説明を簡単にするため、半導体装置１００の各構成要素の位置関係（上下関係等）が各図に示す関係であるものとして説明を行う場合がある。ただし、この説明における位置関係は、半導体装置１００の使用時や製造時の位置関係とは無関係である。
本実施形態では、金属板がヒートシンクである例を説明する。本実施形態に係る半導体装置１００は、ヒートシンク１３０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１側に設けられた半導体チップ１１０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１とは反対側の第２面１３２に接合された熱伝導材１４０と、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０を封止している封止樹脂１８０と、を備えている。
以下、詳細に説明する。
半導体装置１００は、例えば、上記の構成の他に、導電層１２０、金属層１５０、リード１６０およびワイヤ（金属配線）１７０を有する。
半導体チップ１１０の上面１１１には図示しない電極パターンが形成され、半導体チップ１１０の下面１１２には図示しない導電パターンが形成されている。半導体チップ１１０の下面１１２は、銀ペースト等の導電層１２０を介してヒートシンク１３０の第１面１３１に固着されている。半導体チップ１１０の上面１１１の電極パターンは、ワイヤ１７０を介してリード１６０の電極１６１に対して電気的に接続されている。
ヒートシンク１３０は、金属により構成されている。
封止樹脂１８０は、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０の他に、ワイヤ１７０と、導電層１２０と、リード１６０の一部分ずつと、を内部に封止している。各リード１６０の他の一部分ずつは、封止樹脂１８０の側面より、該封止樹脂１８０の外部に突出している。本実施形態の場合、例えば、封止樹脂１８０の下面１８２とヒートシンク１３０の第２面１３２とが互いに同一平面上に位置している。
熱伝導材１４０の上面１４１は、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、封止樹脂１８０の下面１８２と、に対して貼り付けられている。つまり、封止樹脂１８０は、ヒートシンク１３０の周囲において熱伝導材１４０のヒートシンク１３０側の面（上面１４１）に接している。
熱伝導材１４０の下面１４２には、金属層１５０の上面１５１が固着されている。すなわち、金属層１５０の一方の面（上面１５１）は、熱伝導材１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して固着されている。
平面視において、金属層１５０の上面１５１の外形線と、熱伝導材１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）の外形線と、が重なっていることが好ましい。
また、金属層１５０は、その一方の面（上面１５１）に対する反対側の面（下面１５２）の全面が封止樹脂１８０から露出している。なお、本実施形態の場合、上記のように、熱伝導材１４０は、その上面１４１が、ヒートシンク１３０の第２面１３２および封止樹脂１８０の下面１８２に貼り付けられているため、熱伝導材１４０は、その上面１４１を除き、封止樹脂１８０の外部に露出している。そして、金属層１５０は、その全体が封止樹脂１８０の外部に露出している。
なお、ヒートシンク１３０の第２面１３２および第１面１３１は、例えば、それぞれ平坦に形成されている。
半導体装置１００の実装床面積は、特に限定されないが、一例として、１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下とすることができる。ここで、半導体装置１００の実装床面積とは、金属層１５０の下面１５２の面積である。
また、一のヒートシンク１３０に搭載された半導体チップ１１０の数は、特に限定されない。１つであってもよいし、複数であってもよい。例えば、３つ以上（６個等）とすることもできる。すなわち、一例として、一のヒートシンク１３０の第１面１３１側に３つ以上の半導体チップ１１０が設けられ、封止樹脂１８０はこれら３つ以上の半導体チップ１１０を一括して封止してもよい。
半導体装置１００は、例えば、パワー半導体装置である。この半導体装置１００は、例えば、封止樹脂１８０内に２つの半導体チップ１１０が封止された２ｉｎ１、封止樹脂１８０内に６つの半導体チップ１１０が封止された６ｉｎ１または封止樹脂１８０内に７つの半導体チップ１１０が封止された７ｉｎ１の構成とすることができる。
次に、本実施形態に係る半導体装置１００を製造する方法の一例を説明する。
先ず、ヒートシンク１３０および半導体チップ１１０を準備し、銀ペースト等の導電層１２０を介して、半導体チップ１１０の下面１１２をヒートシンク１３０の第１面１３１に固着する。
次に、リード１６０を含むリードフレーム（全体図示略）を準備し、半導体チップ１１０の上面１１１の電極パターンとリード１６０の電極１６１とをワイヤ１７０を介して相互に電気的に接続する。
次に、半導体チップ１１０と、導電層１２０と、ヒートシンク１３０と、ワイヤ１７０と、リード１６０の一部分ずつと、を封止樹脂１８０により一括して封止する。
次に、熱伝導材１４０を準備し、この熱伝導材１４０の上面１４１を、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、封止樹脂１８０の下面１８２と、に対して貼り付ける。更に、金属層１５０の一方の面（上面１５１）を、熱伝導材１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して固着する。なお、熱伝導材１４０をヒートシンク１３０および封止樹脂１８０に対して貼り付ける前に、予め熱伝導材１４０の下面１４２に金属層１５０を固着しておいてもよい。
次に、各リード１６０をリードフレームの枠体（図示略）から切断する。こうして、図１に示すような構造の半導体装置１００が得られる。
以上のような実施形態によれば、半導体装置１００は、ヒートシンク１３０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１側に設けられた半導体チップ１１０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１とは反対側の第２面１３２に貼り付けられた絶縁性の熱伝導材１４０と、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０を封止している封止樹脂１８０と、を備えている。
上述のように、半導体装置のパッケージがある程度よりも小さい場合には熱伝導材の絶縁性の悪化が問題として顕在化しなくても、半導体装置のパッケージが大面積となるほど、熱伝導材の面内で電界が最も集中する箇所での電界が強くなる。このため、熱伝導材の僅かな膜厚の変動による絶縁性の悪化も、問題として顕在化する可能性があると考えられる。
これに対し、本実施形態に係る半導体装置１００は、例えば、その実装床面積が１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下の大型のパッケージであったとしても、上記の構造の熱伝導材１４０を備えることにより、十分な絶縁信頼性を得ることが期待できる。
また、本実施形態に係る半導体装置１００は、例えば、一のヒートシンク１３０の第１面１３１側に３つ以上の半導体チップ１１０が設けられ、これら３つ以上の半導体チップを封止樹脂１８０が一括して封止している構造のものであったとしても、すなわち、半導体装置１００が大型のパッケージであったとしても、上記の構造の熱伝導材１４０を備えることにより、十分な絶縁信頼性を得ることが期待できる。
また、熱伝導材１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して一方の面（上面１５１）が固着された金属層１５０を半導体装置１００が更に備える場合、この金属層１５０によって好適に放熱することができるため、半導体装置１００の放熱性が向上する。
また、金属層１５０の上面１５１が熱伝導材１４０の下面１４２よりも小さいと、熱伝導材１４０の下面１４２が外部に露出し、異物などの突起物により熱伝導材１４０にクラックが発生する懸念が生じる。一方、金属層１５０の上面１５１が熱伝導材１４０の下面１４２よりも大きいと金属層１５０の端部が宙に浮いたような格好になり、製造工程での取り扱いの際などにおいて、金属層１５０が剥がれてしまう可能性がある。
これに対し、平面視において、金属層１５０の上面１５１の外形線と、熱伝導材１４０の下面１４２の外形線と、が重なっている構造とすることにより、熱伝導材１４０におけるクラックの発生および金属層１５０の剥離を抑制することができる。
また、金属層１５０の下面１５２の全面が封止樹脂１８０から露出しているので、金属層１５０の下面１５２の全面での放熱が可能となり、半導体装置１００の高い放熱性が得られる。
図２は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１００の断面図である。この半導体装置１００は、以下に説明する点で、図１に示した半導体装置１００と相違し、その他の点では、図１に示した半導体装置１００と同様に構成されている。
本実施形態の場合、熱伝導材１４０は、封止樹脂１８０内に封止されている。また、金属層１５０も、その下面１５２を除き、封止樹脂１８０内に封止されている。そして、金属層１５０の下面１５２と、封止樹脂１８０の下面１８２とが互いに同一平面上に位置している。
なお、図２には、ヒートシンク１３０の第１面１３１に少なくとも２つ以上の半導体チップ１１０が搭載されている例が示されている。これら半導体チップ１１０の上面１１１の電極パターンどうしが、ワイヤ１７０を介して相互に電気的に接続されている。第１面１３１には、例えば、合計６つの半導体チップ１１０が搭載されている。すなわち、例えば、２つずつの半導体チップ１１０が、図２の奥行き方向において３列に配置されている。
なお、上記の図１または図２に示した半導体装置１００を基板（図示略）上に搭載することにより、基板と、半導体装置１００と、を備えるパワーモジュールが得られる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例では、部はとくに特定しない限り質量部を表す。また、それぞれの厚みは平均膜厚で表わされている。
（凝集窒化ホウ素の作製）
ホウ酸メラミンと鱗片状窒化ホウ素粉末（平均長径：１５μｍ）を混合して得られた混合物を、ポリアクリル酸アンモニウム水溶液へ添加し、２時間混合して噴霧用スラリーを調製した。次いで、このスラリーを噴霧造粒機に供給し、アトマイザーの回転数１５０００ｒｐｍ、温度２００℃、スラリー供給量５ｍｌ／ｍｉｎの条件で噴霧することにより、複合粒子を作製した。次いで、得られた複合粒子を、窒素雰囲気下、２０００℃の条件で焼成することにより、平均粒径が８０μｍの凝集窒化ホウ素を得た。
ここで、凝集窒化ホウ素の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、ＬＡ−５００）により、粒子の粒度分布を体積基準で測定し、そのメディアン径（Ｄ５０）とした。
（熱伝導性シートの作製）
実施例１〜７および比較例１〜２について、以下のように熱伝導性シートを作製した。
まず、表１に示す配合に従い、熱硬化性樹脂と、硬化剤とを溶媒であるメチルエチルケトンに添加し、これを撹拌して熱硬化性樹脂組成物の溶液を得た。次いで、この溶液に無機充填材を入れて予備混合した後、三本ロールにて混練し、無機充填材を均一に分散させた熱伝導性シート用樹脂組成物を得た。次いで、得られた熱伝導性シート用樹脂組成物に対し、６０℃、１５時間の条件によりエージングを行った。次いで、熱伝導性シート用樹脂組成物を、銅箔上にドクターブレード法を用いて塗布した後、これを１００℃、３０分間の熱処理により乾燥して、膜厚が４００μｍであるＢステージ状の熱伝導性シートを作製した。
なお、表１中における各成分の詳細は下記のとおりである。
比較例３については、熱伝導性シート用樹脂組成物に対してエージングを行わなかった点を除き、実施例１と同様にして熱伝導性シートを作製した。
なお、表１中における各成分の詳細は下記のとおりである。
（熱硬化性樹脂（Ａ））
エポキシ樹脂１：ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（ＸＤ−１０００、日本化薬社製）
エポキシ樹脂２：ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂（ＹＸ−４０００、三菱化学社製）
エポキシ樹脂３：アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂（Ｅ２０１、出光興産社製）
エポキシ樹脂４：フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂（ＮＣ−２０００−Ｌ、日本化薬社製）
エポキシ樹脂５：ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂（ＮＣ−３０００、日本化薬社製）
エポキシ樹脂６：ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂（ＮＣ−７０００、日本化薬社製）
エポキシ樹脂７：ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（８３０Ｓ、大日本インキ社製）
エポキシ樹脂８：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（８２８、三菱化学社製）
シアネート樹脂１：フェノールノボラック型シアネート樹脂（ＰＴ−３０、ロンザジャパン社製）
（硬化触媒Ｃ−１）
硬化触媒１：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（２ＰＨＺ−ＰＷ、四国化成社製）
硬化触媒２：トリフェニルホスフィン（北興化学社製）
（硬化剤Ｃ−２）
フェノール系硬化剤１：トリスフェノルメタン型フェノールノボラック樹脂（ＭＥＨ−７５００、明和化成社製）
（無機充填材（Ｂ））
充填材１：上記作製例により作製された凝集窒化ホウ素
（誘電損失率および比誘電率の変化の測定）
熱伝導性シートの硬化物の誘電損失率および比誘電率の変化を次のように測定した。まず、得られた熱伝導性シートを１８０℃、１０ＭＰａで４０分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得た。
得られた熱伝導性シートの硬化物に、導電性ペーストを用いてφ１８ｍｍの主電極を形成した。さらにφ２６ｍｍのガード電極を、主電極とガード電極間が１ｍｍとなるように形成した。対電極として、熱伝導性シート用樹脂組成物を塗布する際に用いた銅箔を利用した。試験装置としてはアジレント・テクノロジー製のprecision LCR meter HP-4284Aを用いた。実効電圧は１Ｖであり、周波数を１ｋＨzに固定し、３０℃〜２００℃の範囲で誘電損失率と比誘電率をそれぞれ測定し、１００℃〜１７５℃における誘電損失率の最大値および比誘電率の変化を算出した。
（Ｔｇ（ガラス転移温度）の測定）
熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度を次のように測定した。まず、得られた熱伝導性シートを１８０℃、１０ＭＰａで４０分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得た。次いで、得られた硬化物のガラス転移温度（Ｔｇ）を、ＤＭＡ（動的粘弾性測定）により昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で測定した。
（イオンの総量の測定）
熱伝導性シートの硬化物中のイオンの総量を次のように測定した。まず、得られた熱伝導性シートを１８０℃、１０ＭＰａで４０分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得た。次いで、得られた硬化物を凍結粉砕させた。凍結粉砕させた熱伝導性シート２ｇに対して４０ｍＬの純水を加え、１２５℃２０時間熱水抽出し、抽出水を得た。
この抽出水について、ダイオネクスICS-3000型、ICS-2000型、DX-320型イオンクロマトグラフ装置を用いてＬｉ＋、Ｎａ＋、ＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆ−、Ｃｌ−、ＮＯ２ ２−、Ｂｒ−、ＮＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＳＯ４ ２−、（ＣＯＯ）２ ２−、ＣＨ３ＣＯＯ−、およびＨＣＯＯ−から選択される一種または二種以上のイオンの総量を測定した。
ここで、イオンクロマトグラフ装置に検液及び標準溶液を導入し、検量線法により各イオン濃度を求め、試料からの溶出イオン量を算出した。
（２５℃および１７５℃における体積抵抗率の測定）
熱伝導性シートの硬化物の体積抵抗率を次のように測定した。まず、得られた熱伝導性シートを１８０℃、１０ＭＰａで４０分間熱処理することにより、熱伝導性シートの硬化物を得た。次いで、ＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠し、得られた硬化物の体積抵抗率を、ＵＬＴＲＡ ＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ Ｒ８３４０Ａ（エーディーシー社製）を用いて、印加電圧１０００Ｖで電圧印加後、１分後に測定した。
なお、主電極は導電性ペーストを用いてφ２５．４ｍｍの円形状に作製した。またこのときガード電極は作成していない。対電極はシート作成時に、基材として用いた銅箔を利用した。
（絶縁信頼性評価）
実施例１〜７および比較例１〜３のそれぞれについて、半導体パッケージの絶縁信頼性を次のように評価した。まず、熱伝導性シートの硬化物を用いて図１に示す半導体パッケージを作製した。次いで、この半導体パッケージを用いて、温度８５℃、湿度８５％、交流印加電圧１．５ｋＶの条件で連続湿中絶縁抵抗を評価した。なお、抵抗値１０６Ω以下を故障とした。評価基準は以下の通りである。
◎◎：３００時間以上故障なし
◎ ：２００時間以上３００時間未満で故障あり
○ ：１５０時間以上２００時間未満で故障あり
△ ：１００時間以上１５０時間未満で故障あり
× ：１００時間未満で故障あり
Figure 0005854062
１００℃〜１７５℃における誘電損失率の最大値および比誘電率の変化が本発明の範囲内である熱伝導性シートを用いた実施例１〜７の半導体パッケージは、絶縁信頼性に優れていた。
一方、１００℃〜１７５℃における誘電損失率の最大値および比誘電率の変化が本発明の範囲外である熱伝導性シートを用いた比較例１〜３の半導体パッケージは、絶縁信頼性に劣っていた。
１００ 半導体装置
１１０ 半導体チップ
１１１ 上面
１１２ 下面
１２０ 導電層
１３０ ヒートシンク（金属板）
１３１ 第１面
１３２ 第２面
１４０ 熱伝導性シート（熱伝導材）
１４１ 上面
１４２ 下面
１５０ 金属層
１５１ 上面
１５２ 下面
１６０ リード
１６１ 電極
１７０ ワイヤ
１８０ 封止樹脂
１８２ 下面

Claims (10)

  1. 熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散された無機充填材とを含む熱伝導性シートであって、
    周波数１ｋＨｚ、１００℃〜１７５℃における、当該熱伝導性シートの硬化物の誘電損失率の最大値が０．０３０以下であり、かつ、比誘電率の変化が０．１０以下である、熱伝導性シート。
  2. 請求項１に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記誘電損失率の最大値が０．０２５以下であり、かつ、前記比誘電率の変化が０．０５以下である、熱伝導性シート。
  3. 請求項１または２に記載の熱伝導性シートにおいて、
    下記条件で得られた抽出水をイオンクロマトグラフにより分析することにより測定される、前記熱伝導性シートの硬化物中のイオンの総量が３０，０００ｐｐｍ以下であり、
    前記イオンがＬｉ＋、Ｎａ＋、ＮＨ４＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆ−、Ｃｌ−、ＮＯ２ ２−、Ｂｒ−、ＮＯ３ −、ＰＯ４ ３−、ＳＯ４ ２−、（ＣＯＯ）２ ２−、ＣＨ３ＣＯＯ−、およびＨＣＯＯ−から選択される一種または二種以上である、熱伝導性シート。
    （条件）
    凍結粉砕させた当該熱伝導性シートの硬化物２ｇに対して４０ｍＬの純水を加え、１２５℃２０時間熱水抽出し、抽出水を得る
  4. 請求項１乃至３いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記熱硬化性樹脂がジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂、アダマンタン骨格を有するエポキシ樹脂、フェノールアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル骨格を有するエポキシ樹脂、およびシアネート樹脂から選択される一種または二種以上である、熱伝導性シート。
  5. 請求項１乃至４いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    昇温速度５℃／ｍｉｎ、周波数１Ｈｚの条件で動的粘弾性測定により測定される、当該熱伝導性シートの硬化物のガラス転移温度が１７５℃以上である、熱伝導性シート。
  6. 請求項１乃至５いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記無機充填材は、鱗片状窒化ホウ素の一次粒子により構成されている二次凝集粒子である、熱伝導性シート。
  7. 請求項６に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記二次凝集粒子の平均粒径が５μｍ以上１８０μｍ以下である、熱伝導性シート。
  8. 請求項６または７に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記二次凝集粒子を構成する前記一次粒子の平均長径が０．０１μｍ以上２０μｍ以下である、熱伝導性シート。
  9. 請求項１乃至８いずれか一項に記載の熱伝導性シートにおいて、
    前記無機充填材の含有量が、当該熱伝導性シート１００質量％に対し、５０質量％以上９５質量％以下である、熱伝導性シート。
  10. 金属板と、
    前記金属板の第１面側に設けられた半導体チップと、
    前記金属板の前記第１面とは反対側の第２面に接合された熱伝導材と、
    前記半導体チップおよび前記金属板を封止する封止樹脂とを備え、
    前記熱伝導材が、請求項１乃至９いずれか一項に記載の熱伝導性シートにより形成された半導体装置。
JP2014018632A 2014-02-03 2014-02-03 熱伝導性シートおよび半導体装置 Active JP5854062B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014018632A JP5854062B2 (ja) 2014-02-03 2014-02-03 熱伝導性シートおよび半導体装置
CN201580007031.2A CN105960709B (zh) 2014-02-03 2015-01-28 导热片和半导体装置
US15/115,775 US9859189B2 (en) 2014-02-03 2015-01-28 Thermally conductive sheet and semiconductor device
EP15743203.0A EP3104404B1 (en) 2014-02-03 2015-01-28 Thermally conductive sheet and semiconductor device
PCT/JP2015/052362 WO2015115481A1 (ja) 2014-02-03 2015-01-28 熱伝導性シートおよび半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014018632A JP5854062B2 (ja) 2014-02-03 2014-02-03 熱伝導性シートおよび半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015146386A JP2015146386A (ja) 2015-08-13
JP5854062B2 true JP5854062B2 (ja) 2016-02-09

Family

ID=53757054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014018632A Active JP5854062B2 (ja) 2014-02-03 2014-02-03 熱伝導性シートおよび半導体装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9859189B2 (ja)
EP (1) EP3104404B1 (ja)
JP (1) JP5854062B2 (ja)
CN (1) CN105960709B (ja)
WO (1) WO2015115481A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6483498B2 (ja) * 2014-07-07 2019-03-13 ローム株式会社 電子装置およびその実装構造
US20180208820A1 (en) * 2015-07-21 2018-07-26 Sumitomo Bakelite Co., Ltd. Thermal conductive resin composition, thermal conductive sheet, and semiconductor device
DE102016114463B4 (de) 2016-08-04 2019-10-17 Infineon Technologies Ag Die-befestigungsverfahren und halbleiterbauelemente, die auf der grundlage solcher verfahren hergestellt werden
CN107045989A (zh) * 2016-12-20 2017-08-15 杰群电子科技（东莞）有限公司 一种半导体元件的封装方法及封装结构
CN108493166B (zh) * 2018-04-23 2019-11-26 南通市索新功率电子有限公司 一种功率半导体模块封装结构及封装方法
DE102021214247A1 (de) 2021-12-13 2023-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit Hochvolt-Isolierung

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4064025B2 (ja) * 1999-11-29 2008-03-19 住友ベークライト株式会社 樹脂組成物およびこれを使用して作製した半導体装置。
JP4053744B2 (ja) * 2001-08-06 2008-02-27 株式会社巴川製紙所 半導体装置用接着剤組成物およびそれを用いた半導体装置用接着シート
JP2005306718A (ja) * 2004-01-08 2005-11-04 Showa Denko Kk 無機質粉体、およびこれを充填した樹脂組成物とその用途
CN1910122A (zh) * 2004-01-08 2007-02-07 昭和电工株式会社 无机粉末、用该粉末填充的树脂组合物及其用途
WO2005066252A2 (en) 2004-01-08 2005-07-21 Showa Denko K.K. Inorganic powder, resin composition filled with the powder and use thereof
JP2006117848A (ja) * 2004-10-22 2006-05-11 Kaneka Corp 熱硬化性樹脂組成物およびその利用
TW200628536A (en) * 2004-11-30 2006-08-16 Ajinomoto Kk Curable resin composition
JP2007002187A (ja) * 2005-06-27 2007-01-11 Tdk Corp 熱硬化性樹脂組成物、それを用いたプリプレグ、基板及び導体箔付き基板
US7960483B2 (en) 2006-02-17 2011-06-14 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Adamantane derivative, composition comprising the derivative, and optical and electronic member using the composition
WO2009041300A1 (ja) * 2007-09-26 2009-04-02 Mitsubishi Electric Corporation 熱伝導性シート及びパワーモジュール
JP5499544B2 (ja) * 2008-07-15 2014-05-21 日立化成株式会社 熱硬化性絶縁樹脂組成物、並びにこれを用いたプリプレグ、樹脂付フィルム、積層板、及び多層プリント配線板
JP5208060B2 (ja) * 2009-06-26 2013-06-12 三菱電機株式会社 熱硬化性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シート及びその製造方法、並びにパワーモジュール
JP5340202B2 (ja) * 2010-02-23 2013-11-13 三菱電機株式会社 熱硬化性樹脂組成物、ｂステージ熱伝導性シート及びパワーモジュール
JP5225303B2 (ja) * 2010-03-03 2013-07-03 三菱電機株式会社 熱伝導性シートの製造方法
JP2011216619A (ja) 2010-03-31 2011-10-27 Nippon Steel Chem Co Ltd 積層構造体及びその製造方法
WO2012121224A1 (ja) * 2011-03-07 2012-09-13 三菱瓦斯化学株式会社 樹脂組成物ならびにこれを用いたプリプレグおよび積層板
JP5653280B2 (ja) * 2011-04-15 2015-01-14 三菱電機株式会社 熱伝導性シート用樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュール
JP5369163B2 (ja) 2011-10-19 2013-12-18 三菱電機株式会社 絶縁シートおよび半導体装置
JP5791488B2 (ja) * 2011-12-20 2015-10-07 三菱電機株式会社 熱伝導性シート用樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュール
JP2013189625A (ja) * 2012-02-15 2013-09-26 Nippon Steel & Sumikin Chemical Co Ltd 高熱伝導性樹脂硬化物、高熱伝導性半硬化樹脂フィルム及び高熱伝導性樹脂組成物
JP2014018632A (ja) 2012-07-18 2014-02-03 Sakamoto Kk 身体装着用のアイシング用サポーター

Also Published As

Publication number Publication date
CN105960709B (zh) 2019-03-15
CN105960709A (zh) 2016-09-21
EP3104404A4 (en) 2017-12-27
EP3104404A1 (en) 2016-12-14
JP2015146386A (ja) 2015-08-13
US20170011986A1 (en) 2017-01-12
EP3104404B1 (en) 2019-03-13
US9859189B2 (en) 2018-01-02
WO2015115481A1 (ja) 2015-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7073716B2 (ja) 熱伝導性樹脂組成物、熱伝導性シートおよび半導体装置
JP5854062B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6627303B2 (ja) 熱伝導性樹脂組成物、回路基板用積層体、回路基板および半導体装置
JP6634717B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP6657616B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP6413249B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6508384B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2016094599A (ja) 熱伝導性シート用樹脂組成物、基材付き樹脂層、熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2017028128A (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JP6648402B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP6572643B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
WO2016002891A1 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP6281663B2 (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JP6579106B2 (ja) 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2017028129A (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
JP6795285B2 (ja) 熱伝導性シート、熱伝導性シートの硬化物および半導体装置
JP2017028130A (ja) パワーモジュール用基板、パワーモジュール用回路基板およびパワーモジュール
WO2015163056A1 (ja) 金属ベース基板、金属ベース回路基板および電子装置

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20150629

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20150629

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150715

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20150716

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20150731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150818

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151123

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5854062

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150