KR102094267B1 - Semiconductor device - Google Patents

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KR102094267B1
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Abstract

본 발명은 발열체의 방열성이 우수하고, 고열전도율의 필름의 열경화 후의 냉각시 및 어셈블리 후의 열 이력에서 발생하는 발열체와 기판의 열팽창률의 차에 기인하는 응력에 의해 발열체와 기판의 접합 강도가 저하되어 버린다는 문제 및 필름의 내열성이 충분하지 않다는 문제를 해결하는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것이다.
발열체(2)와, 수열기(3)와, 발열체(2)와 수열기(3)의 사이에 발열체(2)로부터의 열을 수열기(3)에 전하기 위한 고열전도 층(4)을 구비하는 반도체 장치(1)로서, 고열전도 층(4)이 (A) 적어도 특정 구조의 비닐기가 결합된 페닐기를 양 말단에 갖는 폴리에테르 화합물을 포함하는 2종 이상의 열경화성 수지와, (B) 열가소성 일래스토머와, (C) 열전도성 무기 필러와, (D) 경화제를 포함하는 고열전도 필름의 열경화체이고, 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치(1)이다.The present invention is excellent in heat dissipation of the heating element, and the bonding strength between the heating element and the substrate is lowered by stress caused by a difference between the thermal expansion coefficient of the heating element and the substrate generated during cooling after thermal curing of the film of high thermal conductivity and after assembly. It is to provide a highly reliable semiconductor device that solves the problem of becoming insufficient and the problem of insufficient heat resistance of the film.
A heating element (2), a water heater (3), and a heating element (2) and a high heat conduction layer (4) for transferring heat from the heating element (2) to the water heater (3) are provided between As a semiconductor device (1), a high thermal conductivity layer (4) (A) at least two types of thermosetting resins containing a polyether compound having a phenyl group bonded to a vinyl group of a specific structure, and (B) thermoplastic It is a thermosetting body of a high thermal conductivity film containing a stomer, (C) a thermally conductive inorganic filler, and (D) a curing agent, and is a semiconductor device 1 characterized by having a thickness of 10 to 300 µm.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}Semiconductor device {SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히, 방열성이 우수하고 신뢰성이 높은 반도체 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having excellent heat dissipation properties and high reliability.

근래, 모듈이나 전자부품의 고기능화, 고밀도화에 수반하여 모듈이나 전자부품 등의 발열체로부터 발생되는 열량이 크게 되어지고 있다. 이들 발열체로부터의 열은 기판 등에 전해져 방열 되고 있다. 이 열전도를 효율적으로 행하기 위해, 발열체와 기판 사이의 접착제에는 고열전도율의 것이 이용되고 있다. 또한, 핸들링하기 편리함으로 접착제 대신에 고열전도의 접착 필름이 사용되고 있다.In recent years, with the high functionalization and high density of modules and electronic components, the amount of heat generated from heating elements such as modules and electronic components has increased. The heat from these heating elements is transmitted to a substrate or the like and is radiated. In order to efficiently perform this thermal conductivity, a high thermal conductivity material is used as an adhesive between the heating element and the substrate. In addition, an adhesive film having a high thermal conductivity is used instead of an adhesive for convenience in handling.

여기서, 접착 필름의 열전도가 양호하지 않으면 모듈이나 전자부품을 조립한 반도체 장치에 열이 축적되어, 반도체 장치의 고장을 유발하여 버린다 라는 문제가 있다. 따라서 고열전도율 필름의 개발이 각 회사에서 진행되고 있다.Here, if the thermal conductivity of the adhesive film is not good, there is a problem that heat accumulates in the semiconductor device in which the module or electronic component is assembled, causing the semiconductor device to fail. Therefore, development of high-thermal conductivity films is being conducted by each company.

이 고열전도율의 필름으로서는 고열전도성의 필러를 다량으로 사용하는 방열성 다이본드 필름(특허 문헌 1)이나, 필름에 함유되는 필러의 형상을 특정한 것으로 함으로써, 반도체 장치의 방열성을 향상시키는 열전도성 시트(특허 문헌 2)가, 보고되어 있다.
As the high thermal conductivity film, a heat-radiating die-bonding film (patent document 1) that uses a large amount of high-heat-conducting fillers, or a heat-conducting sheet (patent 1) that improves heat dissipation properties of semiconductor devices by specifying the shape of the filler contained in the film Document 2) has been reported.

특허 문헌 1 : 일본 특개2011-023607호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Publication No. 2011-023607 특허 문헌 2 : 일본 특개2011-142129호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Publication No. 2011-142129

그러나, 고열전도성의 필러를 대량으로 사용하는 방열성 다이본드 필름은 에폭시 수지, 페놀 수지 및 아크릴 수지를 사용하고 있기 때문에 (특허 문헌 1의 제 [0035], [0099] 단락), 열경화 후의 방열성 다이본드 필름의 경도가 너무 높아져서, 고열전도율의 방열성 다이본드 필름의 열경화 후의 냉각시에 발생하는 발열체와 기판과의 열팽창률의 차에 기인하는 응력에 의해 발열체와 기판과의 접합 강도가 저하되어 버린다 라는 문제가 있다. 또한, 이 방열성 다이본드 필름에서는 내열성이 충분하다고는 말할 수가 없어서, 모듈이나 전자부품 등의 열량의 증가에 수반하는 발열에 대처할 수가 없는 경우가 있고, 열전도가 충분하지 않은 열전도 필름을 사용한 반도체 장치에서는 반도체 장치 그 자체의 신뢰성이 손상될 우려가 있다.However, since the heat-radiating die-bonding film using a large amount of a high-thermal conductivity filler uses an epoxy resin, a phenol resin, and an acrylic resin (patent document 1, paragraph [0035], paragraph [0099]), the heat-radiating die after heat curing The hardness of the bond film is too high, and the bonding strength between the heating element and the substrate is lowered by stress caused by a difference in the thermal expansion coefficient between the heating element and the substrate generated during cooling after thermal curing of the heat-radiating die-bonding film having a high thermal conductivity. There is a problem. In addition, the heat dissipation die-bonding film cannot be said to have sufficient heat resistance, and thus may not be able to cope with heat generated by an increase in the amount of heat, such as a module or an electronic component, and in a semiconductor device using a heat-conducting film with insufficient heat conduction. The reliability of the semiconductor device itself may be impaired.

또한, 특정 형상의 필러를 함유하는 열전도성 시트도, 열경화성 수지를 사용하고 있으며(특허 문헌 2의 제 [0029], [0037] 단락), 상술한 발열체와 기판과의 접합 강도가 저하되어 버린다 라는 문제가 있어서, 열전도성 시트의 내열성이 충분하다고는 말할 수가 없으며, 반도체 장치 그 자체의 신뢰성이 손상될 우려가 있다는 문제도 있다. 또한, 열전도성 시트에 특별한 형상이나 가공이 되어 있는 필러를 사용하면 반도체 장치의 고비용화에 이르게 되어 버린다. 또한, 열전도성 시트에 접하는 부재의 열전도성 시트측의 면에 요철을 형성하기 때문에 사용 가능한 반도체 장치가 한정되어 버린다 라는 문제도 있다.In addition, a thermally conductive sheet containing a filler of a specific shape also uses a thermosetting resin (patent document 2, paragraphs [0029] and [0037]), and the bonding strength between the above-described heating element and the substrate is reduced. There is a problem, and it cannot be said that the heat resistance of the thermally conductive sheet is sufficient, and there is also a problem that the reliability of the semiconductor device itself may be impaired. In addition, when a filler having a special shape or processing is used for the thermally conductive sheet, the cost of the semiconductor device is increased. In addition, there is also a problem that the usable semiconductor devices are limited because irregularities are formed on the side of the heat conductive sheet side of the member in contact with the heat conductive sheet.

본 발명의 과제는 발열체의 방열성이 우수하고, 고열전도율 필름의 열경화 후의 냉각시 및 어셈블리 후의 열 이력에서 발생하는 발열체와 기판과의 열팽창률의 차에 기인하는 응력에 의해 발열체와 기판과의 접합 강도가 저하되어 버린다는 문제 및 필름의 내열성이 충분하지 않다는 문제를 해결하는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것이다.
The subject of the present invention is excellent in heat dissipation of the heating element, the bonding between the heating element and the substrate by stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the heating element and the substrate generated during cooling after thermal curing of the high thermal conductivity film and after assembly. It is to provide a highly reliable semiconductor device that solves the problem that the strength is lowered and the heat resistance of the film is insufficient.

본 발명은 이하의 구성을 구비함으로써 상기 문제를 해결하는 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device that solves the above problems by providing the following configuration.

[1] 발열체와, 수열기(受熱器)와, 발열체와 수열기의 사이에 발열체로부터의 열을 수열기에 전하기 위한 고열전도 층을 구비하는 반도체 장치에 있어서,[1] A semiconductor device comprising a heating element, a water heater, and a high heat conduction layer for transferring heat from the heating element to the water heater between the heating element and the water heater,

고열전도 층이, (A) 적어도 이하의 일반식(1) :The high thermal conductivity layer (A) is at least the following general formula (1):

Figure 112015025087439-pct00001
Figure 112015025087439-pct00001

Figure 112015025087439-pct00002
Figure 112015025087439-pct00002

(식 중, (In the formula,

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 할로겐화 알킬기 또는 페닐기이고, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 may be the same or different, and are hydrogen atoms, halogen atoms, alkyl groups, halogenated alkyl groups or phenyl groups,

-(O-X-O)-는 구조식(2)로 나타나고, 여기서, R8, R9, R10, R14, R15는 동일 또는 달라도 좋고, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고, R11, R12, R13 은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고,-(OXO)-is represented by the structural formula (2), wherein R 8 , R 9 , R 10 , R 14 , R 15 may be the same or different, a halogen atom or an alkyl or phenyl group having 6 or less carbon atoms, and R 11 , R 12 and R 13 may be the same or different, and are hydrogen atoms, halogen atoms, or alkyl groups having 6 or less carbon atoms or phenyl groups,

-(Y-O)-는 구조식(3)으로 나타내는 1종류의 구조, 또는 구조식(3)으로 나타내는 2종류 이상의 구조가 랜덤하게 배열된 것이며, 여기서, R16, R17은 동일 또는 달라도 좋고, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고, R18, R19는 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고,-(YO)-is one kind of structure represented by structural formula (3), or two or more kinds of structures represented by structural formula (3) are randomly arranged, wherein R 16 and R 17 may be the same or different, and a halogen atom Or an alkyl group or a phenyl group having 6 or less carbon atoms, and R 18 and R 19 may be the same or different, and are a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group or a phenyl group having 6 or less carbon atoms,

Z는 탄소수 1 이상의 유기기(有機基)이고, 경우에 따라 산소 원자, 질소 원자, 유황 원자, 할로겐 원자를 포함하는 것도 있고,Z is an organic group having 1 or more carbon atoms, and optionally contains an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, or a halogen atom.

a, b는 적어도 어느 한쪽이 0이 아닌, 0 내지 300의 정수(整數)를 나타내고,a, b represents an integer of 0 to 300, at least one of which is not 0,

c, d는 0 또는 1의 정수를 나타낸다)로 표시되는 비닐기가 결합된 페닐기를 양 말단에 갖는 폴리에테르 화합물을 포함하는 2종 이상의 열경화성 수지와,c, d represents an integer of 0 or 1) two or more thermosetting resins comprising a polyether compound having a phenyl group bound at both ends, and

(B) 열가소성 일래스토머와,(B) a thermoplastic elastomer,

(C) 열전도성 무기 필러와,(C) a thermally conductive inorganic filler,

(D) 경화제를 포함하는 고열전도 필름의 열경화체이고, 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.(D) A semiconductor device, characterized in that it is a thermosetting body of a high thermal conductivity film containing a curing agent and has a thickness of 10 to 300 µm.

[2] 고열전도 층의 25℃에서의 전단 접착 강도가, 13N/㎜ 이상인, 상기 [1]에 기재된 반도체 장치.[2] The semiconductor device according to the above [1], wherein the high thermal conductivity layer has a shear adhesive strength at 25 ° C of 13 N / mm or more.

[3] 고열전도 층의 두께가, 10㎛ 이상 100㎛ 이하인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 반도체 장치.[3] The semiconductor device according to [1] or [2], wherein the thickness of the high-heat-conducting layer is 10 µm or more and 100 µm or less.

[4] 고열전도 층의 체적 저항률이 1×1010Ω·㎝ 이상이고, 또한, 열전도율이 0.8W/m·K 이상인, 상기 [1] 내지 [3]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.[4] The semiconductor device according to any one of [1] to [3], wherein the high thermal conductivity layer has a volume resistivity of 1 × 10 10 Ω · cm or more, and a thermal conductivity of 0.8 W / m · K or more.

[5] (C)성분이 MgO, Al2O3, AlN, BN, 다이아몬드 필러, ZnO 및 SiC로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 상기 [1] 내지 [4]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.[5] The semiconductor device according to any one of [1] to [4], wherein the component (C) is at least one member selected from the group consisting of MgO, Al 2 O 3 , AlN, BN, diamond filler, ZnO, and SiC.

[6] (D)성분이 이미다졸계 경화제인, 상기 [1] 내지 [5]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.[6] The semiconductor device according to any one of [1] to [5], wherein the component (D) is an imidazole-based curing agent.

[7] 수열기가 전극이 형성된 기판이고,[7] The water heater is an electrode-formed substrate,

고열전도 층이 발열체와, 기판상에 형성된 전극과의 사이에 형성되는 상기 [1] 내지 [6]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.The semiconductor device according to any one of [1] to [6] above, wherein a high heat conducting layer is formed between the heating element and an electrode formed on the substrate.

[8] 발열체가 전극을 가지며, 수열기가 기판이고,[8] The heating element has an electrode, the water heater is a substrate,

고열전도 층이 발열체의 전극과, 기판과의 사이에 형성되는 상기 [1] 내지 [6]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.The semiconductor device according to any one of [1] to [6] above, wherein a high heat conducting layer is formed between the electrode of the heating element and the substrate.

[9] 발열체가, IC 칩, 베어 칩, LED 칩, FWD(Free Wheeling Diode), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인, 상기 [1] 내지 [7]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.[9] The semiconductor device according to any one of [1] to [7], wherein the heating element is an IC chip, a bare chip, an LED chip, a free wheeling diode (FWD), or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

[10] 기판이 메탈 베이스 CCL 사용 기판, 고열전도 CEM-3 사용 기판, 고열전도 FR-4 사용 기판, 저열 저항 FCCL 사용 기판, 메탈 기판, 또는 세라믹스 기판인, 상기 [7] 내지 [9]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.[10] Among the above [7] to [9], wherein the substrate is a metal base CCL substrate, a high thermal conductivity CEM-3 substrate, a high thermal conductivity FR-4 substrate, a low heat resistance FCCL substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate. The semiconductor device described in any one.

[11] 발열체가 반도체 모듈이고, 수열기가 방열판인, 상기 [1] 내지 [6]중 어느 하나에 기재된 반도체 장치.[11] The semiconductor device according to any one of [1] to [6], wherein the heating element is a semiconductor module and the heat receiving plate is a heat sink.

[12] 반도체 모듈이 파워 반도체 모듈인, 상기 [11]에 기재된 반도체 장치.
[12] The semiconductor device according to [11], wherein the semiconductor module is a power semiconductor module.

본 발명에 의하면 발열체의 방열성이 우수하고, 발열체와 기판과의 열팽창률의 차에 기인하는 응력에 의해 발열체와 기판과의 접합 강도가 저하되는 일이 없ㅇ으며, 또한 내열성이 부여된 고신뢰성의 반도체 장치를 제공할 수 있다.
According to the present invention, the heat dissipation property of the heating element is excellent, and the bonding strength between the heating element and the substrate is not reduced by stress caused by a difference in the thermal expansion coefficient between the heating element and the substrate, and the high reliability is also provided with heat resistance. A semiconductor device can be provided.

도 1은 본 발명의 반도체 장치의 단면 모식도의 한 예.
도 2는 고열전도 층의 두께와 접착 강도(전단 강도)의 관계를 도시하는 도면.
도 3은 반도체 장치의 단면의 구체예를 도시하는 도면.
도 4는 반도체 장치의 단면의 구체예를 도시하는 도면.
도 5는 반도체 장치의 단면의 구체예를 도시하는 도면.
도 6은 반도체 장치의 단면의 구체예를 도시하는 도면.
도 7은 반도체 장치의 단면의 구체예를 도시하는 도면.
도 8은 반도체 장치의 단면의 구체예를 도시하는 도면.
도 9는 고열전도 층의 전단 접착 강도의 평가방법을 설명하는 모식도.
도 10은 열저항 측정 장치의 모식도.
도 11은 열저항의 평가 결과를 도시하는 도면.1 is an example of a schematic cross-sectional view of a semiconductor device of the present invention.
Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the thickness of the high thermal conductivity layer and the adhesive strength (shear strength).
3 is a diagram showing a specific example of a cross section of a semiconductor device.
4 is a diagram showing a specific example of a cross section of a semiconductor device.
5 is a diagram showing a specific example of a cross section of a semiconductor device.
6 is a diagram showing a specific example of a cross section of a semiconductor device.
7 is a diagram showing a specific example of a cross section of a semiconductor device.
8 is a diagram showing a specific example of a cross section of a semiconductor device.
9 is a schematic view for explaining a method for evaluating the shear adhesive strength of a high thermal conductivity layer.
10 is a schematic view of a thermal resistance measuring device.
11 is a diagram showing evaluation results of thermal resistance.

본 발명의 반도체 장치는 발열체와, 수열기와, 발열체와 수열기의 사이에 발열체로부터의 열을 수열기에 전하기 위한 고열전도 층을 구비하는 반도체 장치로서,A semiconductor device of the present invention is a semiconductor device having a heat generating element, a water heater, and a high heat conduction layer for transferring heat from the heat generating element between the heat generating element and the water heater to the water heater,

고열전도 층이, (A) 적어도 이하의 일반식(1) :The high thermal conductivity layer (A) is at least the following general formula (1):

Figure 112015025087439-pct00003
Figure 112015025087439-pct00003

Figure 112015025087439-pct00004
Figure 112015025087439-pct00004

(식 중,(In the formula,

R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 할로겐화알킬기 또는 페닐기이고,R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 may be the same or different, and are hydrogen atoms, halogen atoms, alkyl groups, alkyl halide groups or phenyl groups,

-(O-X-O)-는 구조식(2)로 표시되고, 여기서, R8, R9, R10, R14, R15는 동일 또는 달라도 좋고, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고, R11, R12, R13은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고,-(OXO)-is represented by the structural formula (2), wherein R 8 , R 9 , R 10 , R 14 , R 15 may be the same or different, a halogen atom or an alkyl or phenyl group having 6 or less carbon atoms, and R 11 , R 12 , R 13 may be the same or different, and are hydrogen atoms, halogen atoms, or alkyl groups having 6 or less carbon atoms or phenyl groups,

-(Y-O)-는 구조식(3)으로 표시되는 1종류의 구조, 또는 구조식(3)으로 표시되는 2종류 이상의 구조가 랜덤하게 배열된 것이고, 여기서, R16, R17은 동일 또는 달라도 좋고, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고, R18, R19은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고,-(YO)-is one type of structure represented by structural formula (3), or two or more types of structures represented by structural formula (3) are randomly arranged, wherein R 16 and R 17 may be the same or different, A halogen atom or an alkyl group having 6 or less carbon atoms or a phenyl group, R 18 and R 19 may be the same or different, and are a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group having 6 or less carbon atoms, or a phenyl group,

Z는 탄소수 1 이상의 유기기이고, 경우에 따라 산소 원자, 질소 원자, 유황 원자, 할로겐 원자를 포함하는 것도 있고,Z is an organic group having 1 or more carbon atoms, and optionally contains an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, or a halogen atom,

a, b는 적어도 어느 한쪽이 0이 아닌, 0 내지 300의 정수를 나타내고,a, b represents an integer of 0 to 300, at least one of which is not 0,

c, d는 0 또는 1의 정수를 나타낸다)로 표시되는 비닐기가 결합된 페닐기를 양 말단에 갖는 폴리에테르 화합물을 포함하는 2종 이상의 열경화성 수지와,c, d represents an integer of 0 or 1) two or more thermosetting resins comprising a polyether compound having a phenyl group bound at both ends, and

(B) 열가소성 일래스토머와,(B) a thermoplastic elastomer,

(C) 열전도성 무기 필러와,(C) a thermally conductive inorganic filler,

(D) 경화제를 포함하는 고열전도 필름의 열경화체이고, 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 한다. 이 고열전도 층이 열전도성과 내열성이 우수하기 때문에 발열체의 방열성이 우수하고, 신뢰성이 높은 반도체 장치가 된다. 도 1에 본 발명의 반도체 장치의 단면의 모식도의 한 예를 도시한다. 도 1에 도시하는 바와 같이 본 발명의 반도체 장치(1)는 발열체(2)와, 수열기(3)와, 발열체와 수열기의 사이에 발열체로부터의 열을 수열기에 전하기 위한 고열전도 층(4)을 구비하고, 고열전도 층(4)은 고열전도 필름의 열경화체이다. 이하, 발열체, 수열기, 고열전도 층의 순서로 설명한다.(D) It is a thermosetting body of a high thermal conductivity film containing a curing agent, characterized in that the thickness is 10 to 300㎛. Since this high thermal conductivity layer is excellent in thermal conductivity and heat resistance, it becomes a semiconductor device with excellent heat dissipation properties and high reliability. 1 shows an example of a schematic view of a cross section of a semiconductor device of the present invention. As shown in Fig. 1, the semiconductor device 1 of the present invention includes a heat generating body 2, a heat receiving device 3, and a high heat conduction layer for transferring heat from the heat generating element between the heat generating element and the heat generating device ( 4), and the high heat conduction layer 4 is a thermoset of the high heat conduction film. Hereinafter, a heating element, a water heater, and a high heat conduction layer will be described in order.

[발열체][Heating element]

발열체는 특히 한정되는 것이 아니고, 여러가지의 반도체나 반도체 모듈을 사용할 수 있지만, 본 발명의 효과를 발휘하기 위해서는 발열량이 많은 발열체, 즉, 베어 칩 등의 IC 칩, LED 칩, FWD(Free Wheeling Diode), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 반도체, 또는 자동차 등의 수송 기기에 사용되는 파워 반도체 모듈 등의 반도체 모듈이 바람직하다. 또한, 본 발명의 효과를 발휘하기 위해서는 총 발열량이 0.5W 내지 500W의 고출력의 반도체 또는 반도체 모듈이 보다 바람직하다.The heating element is not particularly limited, and various semiconductors or semiconductor modules may be used, but in order to exhibit the effects of the present invention, a heating element having a large amount of heat, that is, an IC chip such as a bare chip, an LED chip, and a free wheeling diode (FWD) A semiconductor module such as a semiconductor such as an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or a power semiconductor module used in transportation equipment such as automobiles is preferred. Further, in order to exert the effects of the present invention, a semiconductor or semiconductor module with a high output of 0.5W to 500W in total heat generation is more preferable.

[수열기][Water heater]

수열기로서는 기판, 방열판 등을 들 수 있다. 기판으로서는 고열전도 CEM-3 사용 기판, 고열전도 FR-4 사용 기판 등의 수지계 기판이나, 메탈 베이스 CCL 사용 기판, 저열 저항 FCCL 사용 기판 등의 메탈 기판, Al2O3, AlN, SiC, BN 등의 세라믹스 기판을 들 수 있고, 반도체 장치의 설계에 응하여 여러가지의 것을 사용할 수 있다. 수열기로서 수지계 기판을 사용하면 저탄성률의 고열전도 층에 의해 발열체와 수열기의 열팽창 차에 기인하는 응력이 완화되기 때문에 휘어짐을 방지할 수 있고, 또한 반도체 장치에 내열성을 부여할 수 있다. 수열기로서 메탈 기판이나 세라믹스 기판을 사용하면 발열체와 수열기의 열전도율이 가깝기 때문에 발열체와 수열기의 열팽창 차에 기인하는 응력이 완화되고, 또한 고열전도 층이 저탄성률이기 때문에 고열전도 층에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 또한 반도체 장치에 내열성을 부여할 수 있다. 특히, 응력의 완화를 중시하는 용도에서는 수지계 기판의 사용이 바람직하고, 저열 저항의 관점에서는 메탈 기판이나 세라믹스 기판의 사용이 바람직하다. 참고로서, 표 1에 각 수지계 기판의 열팽창계수와 열전도율의 한 예를 표시한다. 또한, 표 1에는 IC 칩 등의 재료인 실리콘의 데이터도 기재한다. 또한, 방열판으로서는 반도체 모듈 등으로부터의 열을 방열할 수 있는 것이면 좋고, 형상 등은 특히 한정되지 않는다.Examples of the water heater include a substrate and a heat sink. As the substrate, resin substrates such as substrates using high thermal conductivity CEM-3, substrates using high thermal conductivity FR-4, metal substrates such as substrates using metal base CCL, substrates using low heat resistance FCCL, Al 2 O 3 , AlN, SiC, BN, etc. And ceramic substrates, and various ones can be used depending on the design of the semiconductor device. When a resin-based substrate is used as the water heater, the stress caused by the difference in thermal expansion between the heating element and the water heater is alleviated by the high thermal conductivity layer having a low elastic modulus, so that warpage can be prevented and heat resistance can be imparted to the semiconductor device. When a metal substrate or a ceramic substrate is used as the water heater, the stress caused by the difference in thermal expansion between the heating element and the water heater is alleviated because the thermal conductivity of the heating element and the water heater is close. It can be prevented from occurring, and heat resistance can be imparted to the semiconductor device. In particular, the use of a resin-based substrate is preferred for applications where stress relaxation is important, and a metal substrate or a ceramic substrate is preferred from the viewpoint of low heat resistance. For reference, Table 1 shows an example of the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of each resin-based substrate. In addition, Table 1 also shows data of silicon, which is a material such as an IC chip. Moreover, it is good if the heat sink can radiate heat from a semiconductor module or the like, and the shape and the like are not particularly limited.

Figure 112015025087439-pct00005
Figure 112015025087439-pct00005

[고열전도 층][High heat conduction layer]

우선, 고열전도 층을 구성하는 열경화체를 형성하기 위한 고열전도 필름에 관해 설명한다. 고열전도 필름에 포함되는 (A)성분은 적어도 일반식(1)로 표시되는 비닐기가 결합된 페닐기를 양 말단에 갖는 폴리에테르 화합물(이하, 변성 OPE라고 한다)을 포함하는 2종 이상의 열경화성 수지이다. 본 발명에서는 열경화성 수지로서 변성 OPE를 사용하고 있기 때문에 에폭시를 주로 이용한 종래품에 비하여, Tg가 높고(216℃), 내열성이 우수하며, 고열전도 층의 경시 변화가 생기기 어렵고, 반도체 장치의 장기 신뢰성을 유지할 수 있다. 또한, 수지 중의 친수기의 수가 적기 때문에 흡습성이 우수하다는 특징이 있다. 이 때문에 150℃ 부근의 온도가 걸리는 용도라도 고열전도 층은 발열체나 수열기와 박리가 생기지 않아, 신뢰성이 높은 반도체 장치이다. 또한, 변성 OPE와 일래스토머에 의한 효과에 의해 고열전도 층이 외부로부터의 응력을 완화할 수 있는 적당한 유연성을 갖고 있기 때문에 반도체 장치 내에 생기는 응력을 완화할 수 있다. 또한, 변성 OPE는 절연성이 우수하고, 고열전도 층의 두께를 작게 하여도, 반도체 장치의 신뢰성을 유지할 수 있다. 이 변성 OPE는 일본 특개2004-59644호 공보에 기재된 바와 같다. 또한, Tg가 높은 에폭시 수지를 사용한 조성물은 필름형상으로 성형할 수가 없고, Tg가 낮은 에폭시 수지를 사용한 조성물은 필름형상으로 성형할 수 있지만, 얻어지는 필름의 Tg가 낮아지기 때문에 필름의 내열성이 열화되어 버린다.First, a high heat conductive film for forming a thermosetting body constituting the high heat conductive layer will be described. The component (A) contained in the high thermal conductivity film is at least two thermosetting resins containing a polyether compound (hereinafter referred to as modified OPE) having at least both ends of a phenyl group having a vinyl group represented by the general formula (1). . In the present invention, since a modified OPE is used as a thermosetting resin, Tg is high (216 ° C), heat resistance is excellent, and the change over time of the high thermal conductivity layer is unlikely to occur, and long-term reliability of the semiconductor device, compared to conventional products mainly using epoxy. Can keep. In addition, since the number of hydrophilic groups in the resin is small, it is characterized by being excellent in hygroscopicity. For this reason, even in an application requiring a temperature of around 150 ° C, the high-heat-conducting layer is a highly reliable semiconductor device that does not peel off with a heating element or a water heater. In addition, due to the effect of the modified OPE and the elastomer, the high heat conduction layer has moderate flexibility to relieve stress from the outside, so that stress generated in the semiconductor device can be relieved. In addition, the modified OPE has excellent insulating properties, and can maintain the reliability of the semiconductor device even if the thickness of the high thermal conductive layer is small. This modified OPE is as described in Japanese Patent Application Laid-open No. 2004-59644. Further, a composition using an epoxy resin having a high Tg cannot be molded into a film shape, and a composition using an epoxy resin having a low Tg can be molded into a film shape, but since the Tg of the resulting film is lowered, the heat resistance of the film is deteriorated. .

일반식(1)으로 표시되는 변성 OPE의 -(O-X-O)-에 관한 구조식(2)에서, R8, R9, R10, R14, R15는 바람직하게는 탄소수 3 이하의 알킬기이고, R11, R12, R13은 바람직하게는 수소 원자 또는 탄소수 3 이하의 알킬기이다. 구체적으로는 구조식(4)를 들 수 있다.In the structural formula (2) for-(OXO)-of the modified OPE represented by the general formula (1), R 8 , R 9 , R 10 , R 14 , R 15 are preferably alkyl groups having 3 or less carbon atoms, and R 11 , R 12 and R 13 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 3 or less carbon atoms. Specifically, structural formula (4) is mentioned.

Figure 112015025087439-pct00006
Figure 112015025087439-pct00006

-(Y-O)-에 관한 구조식(3)에서, R16, R17은 바람직하게는 탄소수 3 이하의 알킬기이고, R18, R19은 바람직하게는 수소 원자 또는 탄소수 3 이하의 알킬기이다. 구체적으로는 구조식(5) 또는 (6)을 들 수 있다.In the structural formula (3) for-(YO)-, R 16 and R 17 are preferably an alkyl group having 3 or less carbon atoms, and R 18 and R 19 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 3 or less carbon atoms. Specifically, structural formula (5) or (6) is mentioned.

Figure 112015025087439-pct00007
Figure 112015025087439-pct00007

Z는 탄소수 3 이하의 알킬렌기를 들 수 있고, 구체적으로는 메틸렌기이다.Z is an alkylene group having 3 or less carbon atoms, and is specifically a methylene group.

a, b는 적어도 어느 한쪽이 0이 아닌, 0 내지 300의 정수를 나타내고 바람직하게는 0 내지 30의 정수를 나타낸다.a and b represent an integer of 0 to 300, at least one of which is not 0, and preferably an integer of 0 to 30.

수평균분자량(數平均分子量) 1000 내지 3000인 일반식(1)의 변성 OPE가 바람직하다. 수평균분자량은 겔 퍼미션 크로마토그래피법(GPC)에 의해 표준 폴리스티렌에 의한 검량선을 이용한 값으로 한다.A modified OPE of formula (1) having a number average molecular weight of 1000 to 3000 is preferred. The number average molecular weight is a value using a calibration curve using standard polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).

상기의 변성 OPE는 단독으로도 2종 이상 조합시켜서 사용하여도 좋다.The modified OPE may be used alone or in combination of two or more.

(A)성분에 함유되는 일반식(1)의 변성 OPE 이외의 열경화성 수지로서는 비페닐형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 카르보디이미드 수지, 비스말레이미드 수지 등을 들 수 있고, 비페닐형 에폭시 수지가 고열전도 필름의 성형성의 관점에서 바람직하다. 에폭시 수지는 접착 강도를 향상시키기 위해 사용된다. 또한, 카르보디이미드 수지는 에폭시 수지보다 접착 강도를 향상시킬 수 있기 때문에 고접착력이 요구되는 용도에서는 카르보디이미드 수지가 바람직하다. 비스말레이미드 수지는 접착 강도 향상 및 고 Tg(유리 전이점)화의 관점에서 바람직하다. (A)성분에 함유되는 변성 OPE 이외의 열경화성 수지는 단독으로도 2종 이상을 병용하여도 좋다.As the thermosetting resin other than the modified OPE of the general formula (1) contained in the component (A), biphenyl type epoxy resin, naphthalene type epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, novolac type epoxy resin, car Bodyimide resin, bismaleimide resin, etc. are mentioned, and biphenyl type epoxy resin is preferable from the viewpoint of the moldability of a high thermal conductivity film. Epoxy resins are used to improve adhesion strength. In addition, since the carbodiimide resin can improve the adhesion strength than the epoxy resin, the carbodiimide resin is preferred in applications requiring high adhesion. Bismaleimide resins are preferred from the viewpoints of improved adhesion strength and high Tg (glass transition point). The thermosetting resin other than the modified OPE contained in the component (A) may be used alone or in combination of two or more.

(B)성분으로서는 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(SBS), 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체(SIS), 폴리부타디엔(PB), 스티렌-(에틸렌-에틸렌/프로필렌)-스티렌 블록 공중합체(SEEPS)를 들 수 있고, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 블록 공중합체가, 경화 후의 고열전도 필름에의 내열성 부여의 관점에서 바람직하다. (B)성분은 단독으로도 2종 이상을 병용하여도 좋다. (B)성분은 중량평균분자량은 30,000 내지 200,000인 것이 바람직하다. 중량평균분자량은 겔 퍼미션 크로마토그래피법(GPC)에 의해 표준 폴리스티렌에 의한 검량선을 이용한 값으로 한다.As the component (B), styrene-butadiene block copolymer (SBS), styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (SEBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), polybutadiene (PB), styrene- (Ethylene-ethylene / propylene) -styrene block copolymer (SEEPS) is mentioned, and a styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer is preferable from the viewpoint of providing heat resistance to a high heat conductive film after curing. The component (B) may be used alone or in combination of two or more. The component (B) preferably has a weight average molecular weight of 30,000 to 200,000. The weight average molecular weight is a value using a calibration curve using standard polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).

(C)성분의 열전도성 무기 필러란, 열전도율이 5W/m·K 이상의 것을 말한다. (C)성분은 절연성을 유지하는 관점에서, 일반적인 무기 필러를 사용할 수 있고, 열전도율, 절연성 및 열팽창계수의 점에서, MgO, Al2O3, AlN, BN, 다이아몬드 필러, ZnO 및 SiC로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 무기 필러라면 바람직하다. 또한, ZnO 및 SiC에는 필요에 응하여 절연 처리를 하여도 좋다. 각 재료의 열전도율 측정 결과의 한 예로서는(단위는 W/m·K), MgO는 37, Al2O3는 30, AlN은 200, BN은 30, 다이아몬드는 2000, ZnO는 54, SiC는 90이다.(C) The thermally conductive inorganic filler of a component means that the thermal conductivity is 5 W / mK or more. (C) As a component, from the viewpoint of maintaining insulation, a general inorganic filler can be used, and in terms of thermal conductivity, insulation, and thermal expansion coefficient, a group consisting of MgO, Al 2 O 3 , AlN, BN, diamond filler, ZnO and SiC It is preferable if it is at least one or more inorganic fillers selected from. In addition, ZnO and SiC may be insulated if necessary. As an example of the result of measuring the thermal conductivity of each material (unit is W / mK), MgO is 37, Al 2 O 3 is 30, AlN is 200, BN is 30, diamond is 2000, ZnO is 54, and SiC is 90. .

(C)성분의 평균 입경(입상이 아닌 경우는 그 평균 최대지름)은 특히 한정되지 않지만, 0.05 내지 50㎛인 것이 고열전도 필름 내에 (C)성분을 균일하게 분산시키는데 바람직하다. 0.05㎛ 미만이면 고열전도 필름을 형성하기 위한 조성물의 점도가 상승하여, 성형성이 악화될 우려가 있다. 50㎛ 초과면 고열전도 필름 내에 (C)성분을 균일하게 분산시키는 것이 곤란해질 우려가 있다. 여기서, (C)성분의 평균 입경은 동적 광산란식 나노트랙 입자 분석계에 의해 측정한다. (C)성분은 단독으로도 2종 이상을 병용하여도 좋다.The average particle diameter of the component (C) (in the case of non-granular particles, the average maximum diameter) is not particularly limited, but it is preferable to uniformly disperse the component (C) in the high-heat-conducting film. If it is less than 0.05 µm, the viscosity of the composition for forming the high thermal conductivity film increases, and there is a fear that the moldability is deteriorated. If it is more than 50 µm, there is a concern that it is difficult to uniformly disperse the component (C) in the high-thermal conductivity film. Here, the average particle diameter of the component (C) is measured by a dynamic light scattering type nanotrack particle analyzer. (C) A component may be used individually or in combination of 2 or more types.

(D)성분으로서는 페놀계 경화제, 아민계 경화제, 이미다졸계 경화제, 산무수물계 경화제 등을 들 수 있고, (D)성분이 이미다졸계 경화제라면 변성 OPE 이외의 열경화성 수지에 대한 경화성, 접착성의 관점에서 바람직하다.Examples of the component (D) include phenol-based curing agents, amine-based curing agents, imidazole-based curing agents, acid anhydride-based curing agents, and the like. (D) If the component is an imidazole-based curing agent, curability and adhesion to thermosetting resins other than modified OPE. It is preferable from the viewpoint.

(A)성분은 경화 후의 고열전도 필름의 열전도율의 관점에서, 고열전도 필름 : 100질량부에 대해, 5 내지 25질량부면 바람직하다. 또한, 변성 OPE는 경화 후의 고열전도 필름의 내열성의 관점에서, (A)성분 : 100질량부에 대해, 60 내지 95질량부면 바람직하다.(A) As for a component, it is preferable that it is 5-25 mass parts with respect to 100 mass parts of high heat conductive films from a viewpoint of the thermal conductivity of the high heat conductive film after hardening. Further, the modified OPE is preferably from 60 to 95 parts by mass with respect to the component (A): 100 parts by mass, from the viewpoint of heat resistance of the high heat conductive film after curing.

(B)성분은 고열전도 필름의 성형성 및 경화 후의 고열전도 필름의 탄성률의 관점에서, 고열전도 필름 : 100질량부에 대해, 5 내지 25질량부면 바람직하다.(B) The component is preferably from 5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the high heat conductive film from the viewpoint of the moldability of the high heat conductive film and the modulus of elasticity of the high heat conductive film after curing.

(C)성분은 절연성, 접착성 및 열팽창계수의 관점에서, 고열전도 필름 : 100질량부에 대해, 50 내지 90질량부면 바람직하다. (C)성분이 90질량부를 초과하면 고열전도 필름 접착력이 저하되기 쉽다. 한편, (C)성분이 50질량부 미만이면 무기 필러의 열전도율이 높아도, 고열전도 층의 열전도가 불충분할 우려가 있다.(C) A component is 50-90 mass parts with respect to 100 mass parts with respect to a high heat conductive film from a viewpoint of insulation, adhesiveness, and thermal expansion coefficient. When the component (C) exceeds 90 parts by mass, the adhesive strength of the high thermal conductivity film is liable to decrease. On the other hand, if the component (C) is less than 50 parts by mass, even if the thermal conductivity of the inorganic filler is high, there is a fear that the thermal conductivity of the high thermal conductive layer is insufficient.

(D)성분은 고열전도 필름의 보존 안정성, 고열전도 필름의 경화성의 관점에서, 고열전도 필름 : 100질량부에 대해, 0.01 내지 1질량부면 바람직하다.(D) The component is preferably from 0.01 to 1 part by mass, based on 100 parts by mass, from the viewpoint of storage stability of the high heat conductive film and curability of the high heat conductive film.

또한, 고열전도 필름은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 점착성 부여제, 소포제, 유동 조정제, 성막 보조제, 분산 조제 등의 첨가제를 포함할 수 있다.In addition, the high-heat-conducting film may include additives such as a tackifier, antifoaming agent, flow modifier, film-forming aid, and dispersing aid, within a range not impairing the effects of the present invention.

고열전도 필름을 형성하기 위한 조성물(이하, 고열전도 필름용 조성물이라고 한다)은 (A) 내지 (D)성분 등을 포함하는 원료를, 유기 용제에 용해 또는 분산 등 시킴에 의해 고열전도 필름용 조성물을 얻을 수 있다. 이들의 원료의 용해 또는 분산 등의 장치로서는 특히 한정되는 것이 아니지만, 교반, 가열 장치를 구비한 라이카이기, 3본 롤밀, 볼밀, 플라네터리 믹서, 비즈밀 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 장치를 적절하게 조합시켜서 사용하여도 좋다.The composition for forming a high heat conductive film (hereinafter referred to as a composition for a high heat conductive film) is a composition for a high heat conductive film by dissolving or dispersing a raw material containing components (A) to (D) in an organic solvent or the like. Can get Although the device for dissolving or dispersing these raw materials is not particularly limited, a Leica machine equipped with a stirring and heating device, a three roll mill, a ball mill, a planetary mixer, a beads mill, or the like can be used. Moreover, you may use it, combining these apparatus suitably.

유기 용제로서는 방향족계 용제, 예를 들면 톨루엔, 크실렌 등, 케톤계 용제, 예를 들면 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤 등을 들 수 있다. 유기 용제는 단독으로도, 2종 이상을 조합시켜서 사용하여도 좋다. 또한, 유기 용제의 사용량은 특히 한정되지 않지만, 고형분이 20 내지 50질량%가 되도록 사용하는 것이 바람직하다. 작업성의 점에서, 고열전도 필름용 조성물은 200 내지 3000mPa·s의 점도의 범위인 것이 바람직하다. 점도는 E형 점도계를 이용하여, 회전수 10rpm, 25℃에서 측정한 값으로 한다.Examples of the organic solvent include aromatic solvents such as toluene and xylene, and ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone. The organic solvents may be used alone or in combination of two or more. The amount of the organic solvent used is not particularly limited, but is preferably used so that the solid content is 20 to 50% by mass. From the viewpoint of workability, the composition for a high thermal conductivity film is preferably in the range of viscosity of 200 to 3000 mPa · s. The viscosity is a value measured at a rotation speed of 10 rpm and 25 ° C. using an E-type viscometer.

고열전도 필름은 고열전도 필름용 조성물을 소망하는 지지체에 도포한 후, 건조함에 의해 얻어진다. 지지체는 특히 한정되지 않고, 구리, 알루미늄 등의 금속박, 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 등의 유기 필름 등을 들 수 있다. 지지체는 실리콘계 화합물 등으로 이형(離型) 처리되어 있어도 좋다.The high heat conductive film is obtained by applying a composition for a high heat conductive film to a desired support and then drying it. The support is not particularly limited, and examples include metal foils such as copper and aluminum, and organic films such as polyester resins, polyethylene resins, and polyethylene terephthalate resins. The support may be molded with a silicone compound or the like.

고열전도 필름용 조성물을 지지체에 도포하는 방법은 특히 한정되지 않지만, 박막화·막두께 제어의 점에서는 마이크로그라비어법, 슬롯다이법, 독터블레이드법이 바람직하다. 슬롯다이법에 의해 열경화 후의 두께가 10 내지 300㎛가 되는 고열전도 필름을 얻을 수 있다.The method for applying the composition for a high thermal conductivity film to the support is not particularly limited, but from the viewpoint of thin film formation and film thickness control, the microgravure method, slot die method, doctor blade method is preferable. By the slot die method, a high thermal conductivity film having a thickness of 10 to 300 µm after heat curing can be obtained.

건조 조건은 고열전도 필름용 조성물에 사용되는 유기 용제의 종류나 양, 도포의 두께 등에 응하여, 적절히 설정할 수 있고, 예를 들면 50 내지 120℃에서, 1 내지 30분 정도로 할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 고열전도 필름은 양호한 보존 안정성을 갖는다. 또한, 고열전도 필름은 소망하는 타이밍에서, 지지체로부터 박리할 수 있다.The drying conditions can be appropriately set depending on the type and amount of the organic solvent used in the composition for a high thermal conductivity film, the thickness of the coating, and the like, for example, at 50 to 120 ° C, for about 1 to 30 minutes. The high heat conductive film obtained in this way has good storage stability. In addition, the high thermal conductivity film can be peeled from the support at a desired timing.

고열전도 층은 미경화 상태의 고열전도 필름을 예를 들면 발열체와 수열기의 사이에 배치한 후, 예를 들면 130 내지 200℃에서, 60 내지 180분의 사이 열경화시켜서 형성할 수 있다. 이 고열전도 층은 발열체와 수열기와, 경우에 따라 전극 등을 접착함과 함께, 발열체로부터의 열을 수열기측에 도피시키고, 수열기측에서 방열시키는 열전달의 역할을 이룬다. 또한, 고열전도 층은 발열체와 수열기의 사이 경우에 따라 발열체 또는 수열기와 전극 등과의 사이의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하는 역할을 이룬다.The high heat conducting layer may be formed by arranging a high heat conducting film in an uncured state, for example, between a heating element and a water heater, followed by heat curing at 130 to 200 ° C. for 60 to 180 minutes. This high heat conduction layer serves as a heat transfer that bonds the heating element and the water heater with the electrode, if necessary, and also escapes heat from the heating element to the heat receiving side and dissipates heat from the heat receiving side. In addition, the high heat conduction layer serves to relieve stress caused by a difference in the coefficient of thermal expansion between the heating element or the heater and the electrode, depending on the case between the heating element and the water heater.

고열전도 층의 두께는 10㎛ 이상 300㎛ 이하이고 바람직하게는 10㎛ 이상 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상 50㎛ 이하이다. 10㎛ 미만에서는 소망하는 절연성을 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 300㎛를 초과하면 발열체의 방열이 충분하게는 될 수 없게 된다. 고열전도 층의 두께가 얇아짐에 따라, 발열체와 수열기의 거리가 짧아지기 때문에 효율적인 열전도의 관점에서, 고열전도 층의 두께는 얇은 쪽이 바람직하다.The thickness of the high heat conductive layer is 10 µm or more and 300 µm or less, preferably 10 µm or more and 100 µm or less, and more preferably 10 µm or more and 50 µm or less. If it is less than 10 µm, there is a fear that desired insulation properties cannot be obtained. When it exceeds 300 µm, heat dissipation of the heating element cannot be sufficiently achieved. From the viewpoint of efficient heat conduction, the thickness of the high heat conduction layer is preferably thin, since the distance between the heating element and the water heater is shorter as the thickness of the high heat conduction layer becomes thin.

또한, 고열전도 층은 그 두께가 얇을수록 접착 강도가 높다는 특징을 갖고 있다. 고열전도 층의 두께와 접착 강도(전단 강도)의 관계를, 표 2와 도 2에 도시한다. 도 2에서, 횡축은 막두께, 종축은 전단 강도이고, 파선은 전단 강도와 막두께의 경향을 나타낸다. 도 2로 부터 알 수 있는 바와 같이 고열전도 층은 그 두께가 얇을수록 접착 강도가 높다. 따라서 고열전도 층의 두께가, 10㎛ 이상 300㎛ 이하면 전단 강도가 10N/㎜ 이상이 되기 때문에 바람직하고, 10㎛ 이상 100㎛ 이하면 전단 강도가 14N/㎜ 이상이 되기 때문에 보다 바람직하고, 10㎛ 이상 50㎛ 이하면 전단 강도가 15N/㎜ 이상이 되기 때문에 더욱 바람직하다. 고열전도 층의 전단 강도가 높은 것은 고열전도 층이 외부로부터의 응력을 완화한 적당한 유연성을 갖기 때문이지만, 고열전도 층이 300㎛를 초과하면 고열전도 층 자체에 균열이 생기고, 파괴되기 쉽게 된다. 발열체가 반도체 모듈이고, 수열기가 방열판인 경우와 같은 방열 용도에서는 높은 접착성이 요구되지 않는 경우가 많지만, 발열체가 IC 칩 등의 반도체이고, 수열기가 기판인 경우와 같은 높은 접착성이 요구되는 용도에서는 고열전도 층을 300㎛ 보다 두껍게 하는 것은 바람직하지가 않다. 고열전도 층의 두께를 바람직한 범위로 하려면 고열전도 필름을 상기한 바람직한 범위의 두께로 함으로써 실현할 수 있다.In addition, the high thermal conductivity layer has a feature that the thinner the thickness, the higher the adhesive strength. Table 2 and FIG. 2 show the relationship between the thickness of the high thermal conductivity layer and the adhesive strength (shear strength). In Fig. 2, the horizontal axis represents the film thickness, the vertical axis represents the shear strength, and the broken line represents the tendency of the shear strength and the thickness. As can be seen from Figure 2, the higher the thermal conductivity layer, the higher the thickness, the higher the adhesive strength. Therefore, if the thickness of the high thermal conductivity layer is 10 μm or more and 300 μm or less, it is preferable because the shear strength is 10 N / mm or more, and if it is 10 μm or more and 100 μm or less, it is more preferable because the shear strength is 14 N / mm or more, and 10 It is more preferable that the shear strength is 15 N / mm or more when it is 50 m or more and less than 50 m. The high heat-conducting layer has a high shear strength because the high-heat-conducting layer has moderate flexibility to relieve stress from the outside, but when the high-heat-conducting layer exceeds 300 µm, the high-heat-conducting layer itself cracks and is liable to break. In the heat dissipation application, such as when the heating element is a semiconductor module and the water heater is a heat sink, high adhesion is often not required, but high adhesion is required, such as when the heating element is a semiconductor such as an IC chip, and the water heater is a substrate. In the intended use, it is not desirable to make the high thermal conductivity layer thicker than 300 µm. In order to make the thickness of the high-heat-conducting layer into a preferred range, it can be realized by making the high-heat-conducting film into a thickness in the above-described preferred range.

Figure 112015025087439-pct00008
Figure 112015025087439-pct00008

고열전도 층의 25℃에서의 전단 접착 강도는 13N/㎜ 이상인 것이 바람직하다. 13N 미만이면 발열체가 IC 칩 등의 반도체이고, 수열기가 기판인 경우와 같은 접착성이 요구되는 용도에 사용하기가 어려워진다.It is preferable that the shear bond strength at 25 ° C of the high thermal conductivity layer is 13 N / mm or more. If it is less than 13N, the heating element is a semiconductor such as an IC chip, and it is difficult to use for applications requiring adhesion, such as when the water heater is a substrate.

고열전도 층은 체적 저항률이 1×1010Ω·㎝ 이상이고, 또한, 열전도율이 0.8W/m·K 이상이면 바람직하다. 고열전도 층은 체적 저항률이 1×1012Ω·㎝ 이상이면 보다 바람직하고, 1×1013Ω·㎝ 이상이라고 더욱 바람직하다. 또한, 고열전도 층은 열전도율이 1.0W/m·K 이상이면 보다 바람직하다. 고열전도 층의 체적 저항률이 1×1010Ω·㎝ 미만인 경우에는 반도체 장치에 요구되는 절연성을 만족할 수 없을 우려가 있다. 또한, 고열전도 층의 열전도율이 0.8W/m·K 미만인 경우에는 발열체로부터의 수열기에의 열전달이 불충분하게 될 우려가 있다. 고열전도 층의 체적 저항률과 열전도율은 (C)성분의 종류와 함유량에 의해 제어할 수 있다.It is preferable that the high thermal conductivity layer has a volume resistivity of 1 × 10 10 Ω · cm or more, and a thermal conductivity of 0.8 W / m · K or more. The high thermal conductivity layer is more preferable if the volume resistivity is 1 × 10 12 Ω · cm or more, and more preferably 1 × 10 13 Ω · cm or more. Further, the high thermal conductivity layer is more preferable if the thermal conductivity is 1.0 W / m · K or more. When the volume resistivity of the high thermal conductivity layer is less than 1 × 10 10 Ω · cm, there is a fear that the insulation required for the semiconductor device cannot be satisfied. In addition, when the thermal conductivity of the high thermal conductivity layer is less than 0.8 W / m · K, there is a fear that heat transfer from the heating element to the water heater is insufficient. The volume resistivity and thermal conductivity of the high thermal conductivity layer can be controlled by the type and content of the component (C).

[반도체 장치][Semiconductor device]

이하, 본 발명의 반도체 장치의 각 실시 형태에 관해 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시 형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 반도체 장치는 수열기가 전극이 형성된 기판이고,Hereinafter, each embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these embodiments. In the semiconductor device of the present invention, the water heater is a substrate on which an electrode is formed,

고열전도 층이 발열체와, 기판상에 형성된 전극과의 사이에 형성되면 발열체의 열이 기판상에 형성된 전극 경유로 방열되기 때문에 바람직하다. 이 구조는 후술하는 도 5에 존재한다. 또한, 본 발명의 다른 반도체 장치에서는 발열체가 전극을 가지며, 수열기가 기판이고, 고열전도 층이 발열체의 전극과, 기판과의 사이에 형성되면 발열체의 열이 발열체의 전극 경유로 방열되기 때문에 바람직하다. 이 구조는 후술하는 도 4, 도 6에 존재한다. 이하, 도 3 내지 도 8에 의거하여, 이와 같은 반도체 장치의 단면의 구체예를 설명한다.When a high thermal conductivity layer is formed between the heating element and the electrode formed on the substrate, it is preferable because the heat of the heating element is dissipated through the electrode formed on the substrate. This structure is present in FIG. 5 described below. In addition, in another semiconductor device of the present invention, the heating element has an electrode, the heat receiving element is a substrate, and a high heat conduction layer is formed between the electrode of the heating element and the substrate, so that the heat of the heating element is radiated through the electrode of the heating element. Do. This structure is present in FIGS. 4 and 6 described later. Hereinafter, specific examples of the cross-section of such a semiconductor device will be described with reference to FIGS. 3 to 8.

도 3에 도시하는 반도체 장치(10)에서는 발열체인 IC 칩(12)과, 수열기인 기판(13)과의 사이에 고열전도 층(14)이 마련되고, 또한 IC 칩(12)과 와이어 본딩(16)으로 접속된 기판(13) 상의 전극(15)과, 기판(13)과의 사이에도 고열전도 층(14)이 마련된 구조를 하고 있다. 이 구조에서는 IC 칩(12)으로부터의 열은 고열전도 층(14)을 경유하여 기판(13)에 방열되고, 또한 와이어 본딩(16)과 전극(15)을 통하여 고열전도 층(14)을 경유하여 기판(13)에 방열되는 경로로 방열된다. 도 3에서는 고열전도 층(14)은 기판(13)과 IC 칩(12) 및 기판(13)과 전극(15)의 접착층으로서도 기능하고 있다. 또한, 고열전도 층(14)은 기판(13)과 IC 칩(12) 및 기판(13)과 전극(15)의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하고 있다.In the semiconductor device 10 shown in FIG. 3, a high heat conduction layer 14 is provided between the IC chip 12, which is a heating element, and the substrate 13, which is a water heater, and furthermore, the IC chip 12 and wire bonding are provided. A structure in which a high heat conductive layer 14 is provided between the electrode 15 on the substrate 13 connected by (16) and the substrate 13 is also provided. In this structure, heat from the IC chip 12 is dissipated to the substrate 13 via the high heat conduction layer 14 and also through the high heat conduction layer 14 through the wire bonding 16 and the electrode 15. Thus, heat is radiated through a path radiating to the substrate 13. In FIG. 3, the high thermal conductivity layer 14 also functions as an adhesive layer between the substrate 13 and the IC chip 12, and the substrate 13 and the electrode 15. In addition, the high thermal conductivity layer 14 relieves stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the substrate 13 and the IC chip 12 and the substrate 13 and the electrode 15.

도 4에 도시하는 반도체 장치(20)에서는 발열체인 IC 칩(22)에 형성된 전극(범프)(27)과, 수열기인 기판(23)상에 형성된 전극(25)이 접합되어 있고, 기판(23)과 전극(25)과의 사이에 IC 칩(22)으로부터의 열을 기판(23)에 전하기 위한 고열전도 층(24)이 마련된 구조를 하고 있다. 이 구조에서는 IC 칩(22)으로부터의 열은 전극(범프)(27)과 전극(25)을 통하여 고열전도 층(24)을 경유하여 기판(23)에 방열된다. 도 4에서는 고열전도 층(24)은 기판(23)과 전극(25)의 접착층으로서도 기능하고 있다. 또한, 고열전도 층(24)은 기판(23)과 전극(25)과의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하고 있다.In the semiconductor device 20 shown in FIG. 4, the electrode (bump) 27 formed on the IC chip 22 as a heating element and the electrode 25 formed on the substrate 23 which is a water heater are bonded, and the substrate ( A structure in which a high thermal conductivity layer 24 for transferring heat from the IC chip 22 to the substrate 23 is provided between the 23) and the electrode 25 is provided. In this structure, heat from the IC chip 22 is radiated to the substrate 23 via the electrode (bump) 27 and the electrode 25 via the high thermal conductivity layer 24. In FIG. 4, the high heat conduction layer 24 also functions as an adhesive layer between the substrate 23 and the electrode 25. In addition, the high thermal conductivity layer 24 relieves stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 23 and the electrode 25.

도 5에 도시하는 반도체 장치(30)에서는 발열체인 IC 칩(32)은 상부의 고열전도 층(34)을 이용하여 전극(35)과 접착하고 있고, 전극(35)은 하부의 고열전도 층(34)을 통하여 기판(33)과 접착하고 있다. 또한, IC 칩(32)은 본딩 와이어(36)에 의해서도 전극(35)과 접합하고 있다. 이 구조에서는 IC 칩(32)으로부터의 열은 상부의 고열전도 층(34) 경유로 전극(35)에 방열되고, 또한 본딩 와이어(36) 경유로도 전극(35)에 방열된다. 전극(35)에 전하여진 열은 하부의 고열전도 층(34) 경유로 기판(33)에 방열된다. 도 5에서는 고열전도 층(34)은 IC 칩(32)과 전극(35) 및 전극(35)과 기판(33)의 접착층으로서도 기능하고 있다. 또한, 고열전도 층(34)은 IC 칩(32)과 전극(35) 및 전극(35)과 기판(33)의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하고 있다.In the semiconductor device 30 shown in FIG. 5, the IC chip 32, which is a heating element, is adhered to the electrode 35 using the high heat conduction layer 34 at the top, and the electrode 35 is provided at the bottom of the high heat conduction layer ( It is bonded to the substrate 33 through 34. In addition, the IC chip 32 is also bonded to the electrode 35 by the bonding wire 36. In this structure, heat from the IC chip 32 is dissipated to the electrode 35 via the upper high heat conduction layer 34, and also to the electrode 35 via the bonding wire 36. The heat transferred to the electrode 35 is radiated to the substrate 33 via the lower high heat conduction layer 34. In FIG. 5, the high thermal conductivity layer 34 also functions as an adhesive layer between the IC chip 32 and the electrode 35 and the electrode 35 and the substrate 33. In addition, the high thermal conductivity layer 34 relieves stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the IC chip 32 and the electrode 35 and the electrode 35 and the substrate 33.

도 6에 도시하는 반도체 장치(40)에서는 IC 칩(42)은 좌부의 전극(리드 프레임)(48)과 접합하고 있다. 또한, IC 칩(42)은 와이어 본딩(46)에 의해 우부의 전극(리드 프레임)(48)과 접합하고 있다. 리드 프레임(48)은 전극(45)과 접합하고 있고, 전극(45)은 고열전도 층(44)을 통하여 기판(43)과 접착하고 있다. 또한, IC 칩(42), 와이어 본딩(46), 전극(리드 프레임)(48)의 일부는 몰드 수지(49)로 밀봉되어 있다. 이 구조에서는 IC 칩(42)으로부터의 열은 직접 좌부의 전극(리드 프레임)(48)에 또한 와이어 본딩(46)에 의해 우부의 전극(리드 프레임)(48)에 또한 몰드 수지(49)를 통하여 좌우의 전극(리드 프레임)(48)에 전하여진다. 전극(리드 프레임)(48)에 전하여진 열은 전극(45)과 고열전도 층(44)을 통하여 기판(43)에 방열된다. 도 6에서는 고열전도 층(44)은 전극(45)과 기판(43)의 접착층으로서도 기능하고 있다. 또한, 고열전도 층(44)은 전극(45)과 기판(43)과의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하고 있다.In the semiconductor device 40 shown in Fig. 6, the IC chip 42 is joined to the left electrode (lead frame) 48. Further, the IC chip 42 is joined to the right electrode (lead frame) 48 by wire bonding 46. The lead frame 48 is bonded to the electrode 45, and the electrode 45 is bonded to the substrate 43 through the high thermal conductivity layer 44. In addition, a part of the IC chip 42, the wire bonding 46, and the electrode (lead frame) 48 is sealed with a mold resin 49. In this structure, the heat from the IC chip 42 directly attaches the mold resin 49 to the left electrode (lead frame) 48 and also to the right electrode (lead frame) 48 by wire bonding 46. It is transmitted to the left and right electrodes (lead frame) 48 through. The heat transferred to the electrode (lead frame) 48 is radiated to the substrate 43 through the electrode 45 and the high thermal conductivity layer 44. In FIG. 6, the high heat conduction layer 44 also functions as an adhesive layer between the electrode 45 and the substrate 43. In addition, the high thermal conductivity layer 44 relieves stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the electrode 45 and the substrate 43.

도 7에 도시하는 반도체 장치(50)에서는 반도체 모듈(52)은 전극(55)과 접합하고 있다. 전극(55)은 상부의 고열전도 층(54)을 통하여 기판(53)과 접착하고 있고, 기판(53)은 하부의 고열전도 층(54)을 통하여 방열판(56)과 접착하고 있다. 이 구조에서는 반도체 모듈(52)로부터의 열은 전극(55), 상부의 고열전도 층(54), 기판(53), 하부의 고열전도 층(54)을 통하여 방열판(56)에 방열된다. 도 7에서는 고열전도 층(54)은 전극(55)과 기판(53) 및 기판(53)과 방열판(56)의 접착층으로서도 기능하고 있다. 또한, 고열전도 층(54)은 전극(55)과 기판(53) 및 기판(53)과 방열판(56)의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하고 있다.In the semiconductor device 50 shown in FIG. 7, the semiconductor module 52 is joined to the electrode 55. The electrode 55 is bonded to the substrate 53 through the high heat conduction layer 54 on the top, and the substrate 53 is adhered to the heat sink 56 through the high heat conduction layer 54 on the bottom. In this structure, heat from the semiconductor module 52 is radiated to the heat sink 56 through the electrode 55, the high heat conducting layer 54 on the top, the substrate 53, and the high heat conducting layer 54 on the bottom. In FIG. 7, the high heat conduction layer 54 also functions as an adhesive layer between the electrode 55 and the substrate 53 and the substrate 53 and the heat sink 56. Further, the high thermal conductivity layer 54 relieves stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the electrode 55 and the substrate 53 and the substrate 53 and the heat sink 56.

도 8에 도시하는 반도체 장치(60)에서는 반도체 모듈(62)은 전극(65)과 접합하고 있다. 전극(65)은 하부의 고열전도 층(64)을 통하여 기판(63)과 접착하고 있다. 또한, 반도체 모듈(62)은 상부의 고열전도 층(64)을 통하여 방열판(66)과 접착하고 있다. 이 구조에서는 반도체 모듈(62)로부터의 열은 상부의 고열전도 층(64)을 통하여 방열판(66)에 방열되고, 또한 전극(65), 하부의 고열전도 층(64)을 통하여 기판(63)에 방열된다. 도 8에서는 고열전도 층(64)은 전극(65)과 기판(63) 및 반도체 모듈(62)과 방열판(66)의 접착층으로서도 기능하고 있다. 또한, 고열전도 층(64)은 전극(65)과 기판(63) 및 반도체 모듈(62)과 방열판(66)의 열팽창률의 차에 기인하는 응력을 완화하고 있다.In the semiconductor device 60 shown in FIG. 8, the semiconductor module 62 is joined to the electrode 65. The electrode 65 is bonded to the substrate 63 through the high heat conduction layer 64 at the bottom. In addition, the semiconductor module 62 is bonded to the heat sink 66 through the high heat conductive layer 64 on the top. In this structure, heat from the semiconductor module 62 is radiated to the heat sink 66 through the upper high heat conduction layer 64, and further, the substrate 63 is provided through the electrode 65 and the lower high heat conduction layer 64. Heat dissipation. In FIG. 8, the high heat conduction layer 64 also functions as an adhesive layer between the electrode 65 and the substrate 63 and the semiconductor module 62 and the heat sink 66. In addition, the high thermal conductivity layer 64 relieves stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the electrode 65, the substrate 63, the semiconductor module 62, and the heat sink 66.

[실시예][Example]

본 발명에 관해, 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니다. 또한, 이하의 실시예에서, 부%는 단서가 없는 한 질량부, 질량%를 나타낸다.Although this invention is demonstrated by an Example, this invention is not limited to these. In addition, in the following examples, parts% represents parts by mass and% by mass, unless there is a clue.

[실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 7][Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 7]

표 3과 표 4에 표시하는 배합에서, (A)성분, (B)성분, 적량의 톨루엔을 계량 배합한 후, 그들을 80℃로 가온된 반응 가마에 투입하고, 회전수 150rpm으로 회전시키면서, 상압 혼합을 3시간 행하여 클리어를 제작하였다. 제작한 클리어에 (C)성분, (D)성분, 경우에 따라 그 외를 가하고, 플라네터리 믹서에 의해 분산하여, 고열전도 필름용 조성물을 제작하였다. 이와 같이 하여 얻어진 고열전도 필름용 조성물을 지지체인 이형 처리를 시행한 PET 필름의 편면에 도포하고, 100℃로 건조시킴에 의해 지지체 부착의 고열전도 필름을 얻었다. 또한, 비교예 5와 비교예 7은 필름을 형성할 수가 없었다.In the formulations shown in Tables 3 and 4, (A) component, (B) component, an appropriate amount of toluene was metered and mixed, and then they were put into a reaction kiln heated to 80 ° C., and rotated at a rotational speed of 150 rpm. Mixing was performed for 3 hours to prepare a clear. (C) component, (D) component, and others were added to the produced clear, and it disperse | distributed by the planetary mixer, and the composition for high thermal conductivity films was produced. The thus obtained composition for a high thermal conductivity film was applied to one surface of a PET film subjected to a release treatment as a support, and dried at 100 ° C to obtain a high thermal conductivity film with a support. In addition, Comparative Example 5 and Comparative Example 7 could not form a film.

Figure 112015025087439-pct00009
Figure 112015025087439-pct00009

Figure 112015025087439-pct00010
Figure 112015025087439-pct00010

[고열전도 층의 평가][Evaluation of high heat conduction layer]

고열전도 층을 평가하기 위해, 하기한 평가마다, 고열전도 필름을 열경화시켰다. 표 5, 표 6에 고열전도 필름을 열경화시킨 때의 경화 온도, 경화 시간을 나타낸다.In order to evaluate the high-heat-conducting layer, the high-heat-conducting film was thermally cured for each evaluation described below. Table 5 and Table 6 show the curing temperature and curing time when the high thermal conductivity film was thermally cured.

≪열전도율≫≪Thermal conductivity≫

미경화의 고열전도 필름을 200℃의 프레스기로 60분간 가열 경화시켰다. 경화시킨 고열전도 필름의 열전도율을 NETZSCH사제 열전도율계(Xe 플래시 애널라이저, 형번 : LFA447Nanoflash)를 이용하여 측정하였다.The uncured high thermal conductivity film was heated and cured for 60 minutes with a press at 200 ° C. The thermal conductivity of the cured high thermal conductivity film was measured using a thermal conductivity meter (Xe Flash Analyzer, Model No .: LFA447Nanoflash) manufactured by NETZSCH.

≪필 강도≫≪Peel strength≫

접착 필름의 양면에 조화면(粗化面)을 내측으로 하여 구리박을 맞붙이고, 프레스기로 열압착시켰다(180℃, 60min, 0.1㎫). 이 시험편을 10㎜ 폭으로 컷트하고, 오토 그래프로 당겨 벗겨서, 필 강도를 측정하였다. 측정 결과에 관해, 각 N=5의 평균치를 계산하였다.Copper foils were pasted on both sides of the adhesive film with the roughened surface inward, and thermocompressed with a press (180 ° C, 60min, 0.1 MPa). The test piece was cut to a width of 10 mm, peeled off by an autograph, and peel strength was measured. About the measurement result, the average value of each N = 5 was calculated.

≪유리 전이점 온도(Tg)≫≪Glass transition point temperature (Tg) ≫

동적 점탄성 측정(DMA)으로 측정하였다. 고열전도 필름을 200℃, 60min로 열경화시켜서, 지지체로부터 박리한 후, 고열전도 필름의 열경화체로부터 시험편(10±0.5㎜×40±1㎜)을 절출(切出)하고, 시험편의 폭, 두께를 측정하였다. 그 후, 세이코인스트루먼트사제 DMS(형번 : EXSTAR6100)로 측정(인장 모드)을 행하였다(3℃/min, 10Hz, 25-220℃). tanδ의 피크 온도를 판독하고, Tg로 하였다.It was measured by dynamic viscoelasticity measurement (DMA). After heat-curing the high-heat-conducting film at 200 ° C and 60 min, peeling it from the support, the test piece (10 ± 0.5 mm × 40 ± 1 mm) was cut out from the heat-curing body of the high-heat-conducting film, and the width of the test piece, The thickness was measured. Then, measurement (tensile mode) was performed with DMS (Model No .: EXSTAR6100) manufactured by Seiko Instruments (3 ° C / min, 10 Hz, 25-220 ° C). The peak temperature of tanδ was read, and it was set as Tg.

≪탄성률의 평가≫≪Evaluation of elastic modulus≫

상기 동적 점탄성 측정(DMA)으로 측정한 25℃에서의 저장 탄성률을 탄성률로 하였다. 표 5, 표 6에 고열전도 필름의 탄성률의 평가 결과를 표시한다.The storage modulus at 25 ° C measured by the dynamic viscoelasticity measurement (DMA) was taken as the elastic modulus. Table 5 and Table 6 show the evaluation results of the elastic modulus of the high thermal conductivity film.

Figure 112015025087439-pct00011
Figure 112015025087439-pct00011

Figure 112015025087439-pct00012
Figure 112015025087439-pct00012

≪전단 접착 강도의 평가≫≪Evaluation of shear adhesive strength≫

실시예 1, 비교예 1과 2에 관해, 고열전도 층의 전단 접착 강도의 평가를 행하였다. 도 9에 고열전도 층의 전단 접착 강도의 평가방법을 설명하는 모식도를 도시한다. 기판(72)으로서, FR-4 기판과, 실리콘 칩(73)으로서, 5㎜각의 실리콘 칩을 준비하였다. Φ2㎜의 고열전도 필름을 기판(72) 상의 고열전도 층(74)을 형성하고 싶은 위치에 재치하고, 고열전도 필름상에 실리콘 칩(73)을 마운트하였다. 이 후, 200℃에서 60분간, 고열전도 필름을 열경화시켜서, 고열전도 층(74)을 형성하였다. 아이코-엔지니어링제 탁상 강도 시험기(형번 : 1605HTP)를 사용하여, 25℃, 150℃에서의 전단 강도(단위 : N)를 측정하였다. 표 7에 고열전도 층의 전단 접착 강도의 평가 결과를 표시한다.About Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the shear adhesive strength of the high thermal conductivity layer was evaluated. Fig. 9 is a schematic diagram for explaining a method for evaluating the shear adhesive strength of a high thermal conductivity layer. As the substrate 72, a FR-4 substrate and a silicon chip of 5 mm square were prepared as the silicon chip 73. A Φ2 mm high thermal conductivity film was placed at a position where a high thermal conductivity layer 74 was formed on the substrate 72, and a silicon chip 73 was mounted on the high thermal conductivity film. Thereafter, the high heat conductive film was thermally cured at 200 ° C. for 60 minutes to form a high heat conductive layer 74. Shear strength (unit: N) at 25 ° C and 150 ° C was measured using an Aiko-engineered tabletop strength tester (model number: 1605HTP). Table 7 shows the evaluation results of the shear adhesive strength of the high thermal conductivity layer.

Figure 112015025087439-pct00013
Figure 112015025087439-pct00013

≪열저항≫≪Heat resistance≫

도 10에 열저항 측정 장치의 모식도를 도시한다. K형 열전대(86)를 매입한, 폭 : 50㎜, 길이 : 50㎜, 두께 : 5㎜의 구리판(82)의 사이에 폭 : 20㎜, 길이 : 20㎜, 두께 : 20 내지 390㎛의, 200℃×60분간으로 경화시킨 고열전도 필름(83)을 설치하고, 그 구리판(82)의 위에 히트 싱크(84)와 무게 : 660g의 추(85)로 꽉 눌렀다. 하부에 히터(81)를 놓고, 하기 조건으로 가열하여, 열저항을 산출하였다.10 is a schematic diagram of a thermal resistance measuring device. Between the copper plate 82 having a width of 50 mm, a length of 50 mm, and a thickness of 5 mm, embedded with the K-type thermocouple 86, the width: 20 mm, the length: 20 mm, the thickness: 20 to 390 µm, A high heat conductive film 83 cured at 200 ° C. for 60 minutes was installed, and pressed tightly with a heat sink 84 and a weight 85 of 660 g on the copper plate 82. The heater 81 was placed at the bottom and heated under the following conditions to calculate the thermal resistance.

시험 조건은 공급 전압 : 40W(=100V×0.4A), 측정 영역 : 20㎜□이다.The test conditions are supply voltage: 40 W (= 100 V x 0.4 A), measurement area: 20 mm □.

전력 공급 시작부터 5min 후의 히터측 온도를 Ta, 히트 싱크측 온도를 Tb,The temperature at the heater side after 5 min from the start of power supply is Ta, and the temperature at the heat sink side is Tb,

공급 전력을 P로 하여, 열저항(단위 : ℃/W)을 하기 식 :The thermal resistance (unit: ℃ / W) is set by the following formula:

Rth =(Ta - Tb)/ PRth = (Ta-Tb) / P

으로 산출하였다. 표 8과 도 11에 열저항의 평가 결과를 도시한다.Was calculated. Table 8 and FIG. 11 show the evaluation results of the thermal resistance.

Figure 112015025087439-pct00014
Figure 112015025087439-pct00014

표 5로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 1 내지 5의 전부에서, 열전도율, 필 강도, 유리 전이 온도의 전부가 높고, 탄성률은 소망하는 범위 내였다. 이에 대해, 표 6으로 부터 알 수 있는 바와 같이 변성 OPE를 사용하지 않은 비교예 1은 유리 전이 온도와 탄성률이 낮았다. 또한, 변성 OPE를 사용하지 않은 비교예 2는 탄성률이 너무 높았다. (C)성분 대신에 무기 필러로서 실리카(열전도율 : 약 1W/m·K)를 사용한 비교예 3은 열전도율이 낮았다. 열경화성 수지가, 변성 OPE뿐인 비교예 4는 필 강도가 낮았다. (B)성분을 포함하지 않은 비교예 5, (D)성분을 포함하지 않은 비교예 7은 필름을 형성할 수가 없었다. (C)성분을 포함하지 않는 비교예 6은 열전도율과 탄성률이 낮았다.As can be seen from Table 5, in all of Examples 1 to 5, all of the thermal conductivity, peel strength, and glass transition temperature were high, and the elastic modulus was within a desired range. On the other hand, as can be seen from Table 6, Comparative Example 1 without modified OPE had a low glass transition temperature and elastic modulus. In addition, in Comparative Example 2 without modified OPE, the elastic modulus was too high. (C) Comparative Example 3 using silica (thermal conductivity: about 1 W / m · K) as an inorganic filler instead of a component had a low thermal conductivity. In Comparative Example 4 in which the thermosetting resin was only modified OPE, the peel strength was low. (B) Comparative Example 5 without a component and (D) Comparative Example 7 without a component could not form a film. (C) Comparative Example 6, which does not contain a component, had low thermal conductivity and elastic modulus.

또한, 표 7로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 1은 25℃, 150℃ 모두, 전단 접착 강도가 높았다. 이에 대해, 비교예 1은 25℃의 전단 접착 강도가 낮고, 150℃의 전단 접착 강도는 현저하게 낮았다. 또한, 비교예 2는 실시예 1과 동등한 값을 나타내었다.In addition, as can be seen from Table 7, Example 1 had high shear adhesive strength at both 25 ° C and 150 ° C. In contrast, Comparative Example 1 had a low shear bond strength of 25 ° C, and a significantly low shear bond strength of 150 ° C. In addition, Comparative Example 2 showed the same value as Example 1.

표 8, 도 11의 열저항의 평가 결과로 부터 알 수 있는 바와 같이 고열전도 층의 두께가 300㎛ 이하면 열저항이 0.4℃/W 미만이 되고, 저열 저항이라고 할 수 있음을 알았다. 또한, 고열전도 층의 두께가 100㎛ 이하면 열저항이 0.3℃/W 미만이 되고, 현저하게 저열 저항이라고 할 수 있음을 알았다.
As can be seen from the evaluation results of the thermal resistance of Table 8 and FIG. 11, it was found that when the thickness of the high thermal conductive layer is 300 μm or less, the thermal resistance becomes less than 0.4 ° C./W and can be referred to as low thermal resistance. In addition, it has been found that when the thickness of the high thermal conductivity layer is 100 μm or less, the thermal resistance becomes less than 0.3 ° C./W, which can be said to be remarkably low thermal resistance.

[산업상의 이용 가능성][Industrial availability]

본 발명의 반도체 장치는 발열체의 방열성이 우수하고, 발열체와 수열기의 접착 강도가 저하되는 일이 없이 고내열성이기 때문에 고신뢰성이다.
The semiconductor device of the present invention is highly reliable because it has excellent heat dissipation property of the heating element and high heat resistance without deteriorating the adhesive strength between the heating element and the water heater.

1 : 반도체 장치 2 : 발열체
3 : 수열기 4 : 고열전도 층
10, 20, 30, 40 : 반도체 장치 12, 22, 32, 42 : IC 칩
13, 23, 33, 43 : 기판 14, 24, 34, 44 : 고열전도 층
15, 25, 35, 45 : 전극 16, 36, 46 : 본딩 와이어
27 : 전극(범프) 48 : 전극(리드 프레임)
49 : 몰드 50, 60 : 반도체 장치
52, 62 : 반도체 모듈 53, 63 : 기판
54, 64 : 고열전도 층 55, 65 : 전극
56, 66 : 방열판 71 : 셰어 툴
72 : 기판 73 : 실리콘 칩
74 : 고열전도 층 81 : 히터
82 : 구리판 83 : 고열전도 필름
84 : 히트 싱크 85 : 추
86 : K형 열전대DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Heating element
3: water heater 4: high heat conduction layer
10, 20, 30, 40: semiconductor device 12, 22, 32, 42: IC chip
13, 23, 33, 43: substrate 14, 24, 34, 44: high thermal conductivity layer
15, 25, 35, 45: electrode 16, 36, 46: bonding wire
27: electrode (bump) 48: electrode (lead frame)
49: mold 50, 60: semiconductor device
52, 62: semiconductor module 53, 63: substrate
54, 64: high thermal conductivity layer 55, 65: electrode
56, 66: heat sink 71: share tool
72: substrate 73: silicon chip
74: high thermal conductivity layer 81: heater
82: copper plate 83: high thermal conductivity film
84: heat sink 85: weight
86: K-type thermocouple

Claims (13)

발열체와, 수열기와, 발열체와 수열기의 사이에 발열체로부터의 열을 수열기에 전하기 위한 고열전도 층을 구비하는 반도체 장치에 있어서,
고열전도 층이,
(A) 적어도 이하의 일반식(1) :
[화학식 7]
Figure 112020001478411-pct00015

[화학식 8]
Figure 112020001478411-pct00016

(식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 할로겐화알킬기 또는 페닐기이고,
-(O-X-O)-는 구조식(2)로 표시되고, 여기서, R8, R9, R10, R14, R15는 동일 또는 달라도 좋고, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고, R11, R12, R13은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고,
-(Y-O)-는 구조식(3)으로 표시되는 1종류의 구조, 또는 구조식(3)으로 표시되는 2종류 이상의 구조가 랜덤하게 배열한 것이고, 여기서, R16, R17은 동일 또는 달라도 좋고, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고, R18, R19은 동일 또는 달라도 좋고, 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 6 이하의 알킬기 또는 페닐기이고,
Z는 탄소수 1 이상의 유기기이고, 경우에 따라 산소 원자, 질소 원자, 유황 원자, 할로겐 원자를 포함하는 것도 있고,
a, b는 적어도 어느 한쪽이 0이 아닌, 0 내지 300의 정수를 나타내고,
c, d는 0 또는 1의 정수를 나타낸다)로 표시되는 비닐기가 결합된 페닐기를 양 말단에 갖는 폴리에테르 화합물을 포함하는 2종 이상의 열경화성 수지와,
(B) 열가소성 일래스토머와,
(C) 열전도성 무기 필러와,
(D) 경화제를 포함하며,
(A)성분에 포함되는 일반식 (1)로 나타내는 비닐기가 결합된 페닐기를 양 말단에 갖는 폴리에테르 화합물이, (A)성분 : 100질량부에 대해 60 내지 95질량부이며,
(A)성분이 고열전도필름 : 100질량부에 대해 5 내지 25질량부이며, (B)성분이 고열전도 필름 : 100질량부에 대해 5 내지 25질량부이며, 또한, (C)성분이 고열전도 필름 : 100질량부에 대해 50 내지 90질량부인 고열전도 필름의 열경화체이고, 두께가 10 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.A semiconductor device comprising a heating element, a water heater, and a high heat conduction layer for transferring heat from the heating element to the water heater between the heating element and the water heater,
High heat conduction layer,
(A) At least the following general formula (1):
[Formula 7]
Figure 112020001478411-pct00015

[Formula 8]
Figure 112020001478411-pct00016

(Wherein, R1, R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 may be the same or different, and are hydrogen atom, halogen atom, alkyl group, halogenated alkyl group or phenyl group,
-(OXO)-is represented by the structural formula (2), wherein R 8 , R 9 , R 10 , R 14 , R 15 may be the same or different, a halogen atom or an alkyl or phenyl group having 6 or less carbon atoms, and R 11 , R 12 , R 13 may be the same or different, and are hydrogen atoms, halogen atoms, or alkyl groups having 6 or less carbon atoms or phenyl groups,
-(YO)-is one type of structure represented by structural formula (3), or two or more types of structures represented by structural formula (3) are randomly arranged, wherein R 16 and R 17 may be the same or different, A halogen atom or an alkyl group having 6 or less carbon atoms or a phenyl group, R 18 and R 19 may be the same or different, and are a hydrogen atom, a halogen atom or an alkyl group having 6 or less carbon atoms, or a phenyl group,
Z is an organic group having 1 or more carbon atoms, and optionally contains an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, or a halogen atom,
a, b represents an integer of 0 to 300, at least one of which is not 0,
c, d represents an integer of 0 or 1) two or more thermosetting resins comprising a polyether compound having a phenyl group bound at both ends, and
(B) a thermoplastic elastomer,
(C) a thermally conductive inorganic filler,
(D) contains a curing agent,
The polyether compound having the phenyl group bound to the vinyl group represented by the general formula (1) contained in the component (A) at both ends is (A) component: 60 to 95 parts by mass with respect to 100 parts by mass,
(A) High thermal conductivity film: 5 to 25 parts by mass per 100 parts by mass, (B) High thermal conductivity film: 5 to 25 parts by mass per 100 parts by mass, and (C) high component Thermal conductive film: A semiconductor device, characterized in that it is a thermosetting body of a high thermal conductive film having 50 to 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass, and has a thickness of 10 to 300 µm. 제 1항에 있어서,
고열전도 층의 25℃에서의 전단 접착 강도가, 13N/㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.According to claim 1,
A semiconductor device characterized in that the high thermal conductivity layer has a shear bond strength at 25 ° C of 13 N / mm or more. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
고열전도 층의 두께가, 10㎛ 이상 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
A semiconductor device characterized in that the thickness of the high thermal conductivity layer is 10 µm or more and 100 µm or less. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
고열전도 층의 체적 저항률이 1×1010Ω·㎝ 이상이고, 또한, 열전도율이 0.8W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
A semiconductor device characterized in that the volume resistivity of the high thermal conductivity layer is 1 × 10 10 Ω · cm or more, and the thermal conductivity is 0.8W / m · K or more. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
(C)성분이 MgO, Al2O3, AlN, BN, 다이아몬드 필러, ZnO 및 SiC로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
(C) A semiconductor device characterized in that the component is at least one member selected from the group consisting of MgO, Al 2 O 3 , AlN, BN, diamond filler, ZnO and SiC. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
(D)성분이 이미다졸계 경화제인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
(D) A semiconductor device characterized in that the component is an imidazole-based curing agent. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
수열기가 전극이 형성된 기판이고,
고열전도 층이 발열체와, 기판상에 형성된 전극과의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
The water heater is an electrode-formed substrate,
A semiconductor device, characterized in that a high thermal conductivity layer is formed between the heating element and the electrode formed on the substrate. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
발열체가 전극을 가지며, 수열기가 기판이고,
고열전도 층이 발열체의 전극과, 기판의 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
The heating element has an electrode, the water heater is a substrate,
A semiconductor device, characterized in that a high thermal conductivity layer is formed between the electrode of the heating element and the substrate. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
발열체가 IC 칩, 베어 칩, LED 칩, FWD(Free Wheeling Diode), 또는 IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
A semiconductor device characterized in that the heating element is an IC chip, a bare chip, an LED chip, a free wheeling diode (FWD), or an insulated gate bipolar transistor (IGBT). 제 7항에 있어서,
기판이 메탈 베이스 CCL 사용 기판, 고열전도 CEM-3 사용 기판, 고열전도 FR-4 사용 기판, 저열 저항 FCCL 사용 기판, 메탈 기판, 또는 세라믹스 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method of claim 7,
A semiconductor device characterized in that the substrate is a metal-based CCL substrate, a high thermal conductivity CEM-3 substrate, a high thermal conductivity FR-4 substrate, a low heat resistance FCCL substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate. 제 8항에 있어서,
기판이 메탈 베이스 CCL 사용 기판, 고열전도 CEM-3 사용 기판, 고열전도 FR-4 사용 기판, 저열 저항 FCCL 사용 기판, 메탈 기판, 또는 세라믹스 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method of claim 8,
A semiconductor device characterized in that the substrate is a metal-based CCL substrate, a high thermal conductivity CEM-3 substrate, a high thermal conductivity FR-4 substrate, a low heat resistance FCCL substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
발열체가 반도체 모듈이고, 수열기가 방열판인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method according to claim 1 or 2,
A semiconductor device, characterized in that the heating element is a semiconductor module and the water heater is a heat sink. 제 12항에 있어서,
반도체 모듈이 파워 반도체 모듈인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The method of claim 12,
A semiconductor device, characterized in that the semiconductor module is a power semiconductor module.
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