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CN106471618A - 导热片和半导体装置 - Google Patents

导热片和半导体装置 Download PDF

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CN106471618A
CN106471618A CN201580036667.XA CN201580036667A CN106471618A CN 106471618 A CN106471618 A CN 106471618A CN 201580036667 A CN201580036667 A CN 201580036667A CN 106471618 A CN106471618 A CN 106471618A
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CN
China
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conducting strip
firming body
resin
keeping
conducting
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CN201580036667.XA
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望月俊佑
北川和哉
白土洋次
长桥启太
津田美香
平泽宪也
黑川素美
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种导热片，其包含热固性树脂和分散在所述热固性树脂中的填充材料，其特征在于，通过以下的步骤(a)～(d)测定的所述导热片的固化体的高温保管稳定率Q1为0.7以上1.0以下：(a)测定所述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ0，(b)将所述固化体在200℃的环境下保管24小时，(c)测定按步骤(b)进行保管后的所述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ1，(d)计算出Q1＝λ1/λ0。

Description

导热片和半导体装置
技术领域
本发明涉及导热片和半导体装置。
背景技术
在对半导体芯片进行模制而得到的封装结构中，为了防止因半导体芯片的发热而引起的故障，要求提高散热特性。作为提高散热特性的方法，通常将在半导体芯片中产生的热量释放至冷却部件。搭载半导体芯片的部件与冷却部件通过导热性高的导热部件而接合。
作为该导热部件的材料，广泛利用导热片，该导热片的结构为在树脂中包含导热性填料。专利文献1和专利文献2中，记载有这种导热片的例子。
专利文献1中，记载有一种导热性成形体，其通过对含有高分子基质材料和碳粉末的导热性高分子组合物进行成形而形成，其中，该碳粉末通过对在主链上具有芳香环的高分子材料进行热处理使其石墨化而得到。另外，专利文献2中，记载有含有环氧树脂单体、酚醛清漆树脂和无机填充材料的树脂组合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-363421号公报
专利文献2：国际公开第2011/040416号小册子
发明内容
发明要解决的技术问题
对于隔着导热部件设置有散热部件的半导体装置，要求提高在高温环境下使用时的稳定性。然而，专利文献1和专利文献2中所记载的技术中，很难得到充分的稳定性。
用于解决技术问题的手段
根据本发明，提供一种导热片，其包含热固性树脂和分散在所述热固性树脂中的填充材料，其特征在于，通过以下的步骤(a)～(d)测定的所述导热片的固化体的高温保管稳定率Q1为0.7以上1.0以下：
(a)测定所述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ0，
(b)将所述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(c)测定按步骤(b)进行保管后的上述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ1，
(d)计算出Q1＝λ1/λ0。
另外，根据本发明，提供一种半导体装置，其具备：导热部件；与所述导热部件的一个表面接合的半导体芯片；与所述导热部件的与所述一个表面相反的一侧的表面接合的金属部件；和将所述导热部件、所述半导体芯片和所述金属部件密封的密封部件，所述导热部件由上述的导热片形成。
发明效果
根据本发明，能够提高半导体装置在高温环境下使用时的稳定性。
附图说明
上述的目的和其他的目的、特征和优点，通过以下说明的优选实施方式和附随于其的以下的附图将进一步明确。
图1为本实施方式所涉及的半导体装置的示意性截面图。
图2为表示本实施方式所涉及的半导体装置的变形例的示意性截面图。
具体实施方式
以下，利用附图来对实施方式进行说明。另外，所有附图中，对相同的构成要件赋予相同的符号，并适当省略说明。
本实施方式所涉及的导热片包含热固性树脂和分散在上述热固性树脂中的填充材料。另外，通过以下的步骤(a)～(d)测定的导热片的固化体的高温保管稳定率Q1为0.7以上1.0以下：
(a)测定上述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ0，
(b)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(c)测定按步骤(b)进行保管后的所述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ1，
(d)计算出Q1＝λ1/λ0。
半导体装置中，例如通过隔着导热部件来设置散热部件，使在装置内部产生的热量有效地散发至外部，其中，该导热部件是使用使导热片固化而得到的固化体形成的。由此，抑制由半导体元件等的特性变化引起的故障，提高了半导体装置的稳定性。
另一方面，对于用于车载用途等的半导体装置，要求将严酷的高温环境下的故障率抑制到非常低的水平，使其稳定性提高到更高的高度。然而，尤其是在150℃以上的高温环境下，很难实现具有充分的稳定性的半导体装置。本发明人对在高温环境下半导体装置的稳定性降低的主要原因进行了深入研究。其结果，新发现了高温环境下的半导体装置的稳定性降低是因为：由于赋予高温的热历史，导热部件的导热率降低，由此，导致对从半导体装置内部产生的热量的散热效率降低。
本实施方式中，根据这样的见解，将导热片的固化体在200℃下保管24小时前后的导热率的比设定为高温保管稳定率，将该高温保管稳定率控制在一定的范围内。根据本实施方式，能够将导热片的固化体的高温保管稳定率Q1(＝λ1/λ0)控制在0.7以上1.0以下。由此，能够提高半导体装置在高温环境下使用时的稳定性。
以下，对本实施方式所涉及的导热片和半导体装置进行详细说明。
首先，对本实施方式所涉及的导热片进行说明。
本实施方式中，导热片尤其是指B阶状态的导热片。将导热片应用于半导体封装件并使其固化而得到的固化体，在半导体封装件内作为导热部件发挥作用。
使导热片固化而得到的导热部件例如设置在半导体芯片等发热体或搭载该发热体的引线框等基板与构成散热片等散热部件的金属板之间。由此，能够使由上述发热体产生的热量有效地散发至半导体封装件的外部。
作为应用本实施方式所涉及的导热片的半导体封装件的一个例子，可举出具备以下部件的半导体封装件：导热部件；与上述导热部件的一个表面接合的半导体芯片；与上述导热部件的与上述一个表面相反的一侧的表面接合的金属部件；和将上述导热部件、上述半导体芯片和上述金属部件密封的密封部件。在此，作为上述导热部件，可使用通过使导热片固化而得到的固化体。
导热片的平面形状并无特别限定，能够根据散热部件和发热体等的形状适当选择，例如能够为矩形。导热片的膜厚例如为50μm以上500μm以下。由此，能够在提高机械强度和耐热性的同时将来自发热体的热量更有效地传递至散热部件。
导热片通过以下的步骤(a)～(d)测定的固化体的高温保管稳定率Q1为0.7以上1.0以下。
(a)测定上述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ0，
(b)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(c)测定按步骤(b)进行保管后的上述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ1，
(d)计算出Q1＝λ1/λ0。
在此，导热片的固化体是指使导热片在180℃、1小时的条件下热固化而得到的固化物。以下，在与高温保管稳定率Q2和高温保管稳定率Q3的计算方法有关的记载中相同。
通过使高温保管稳定率Q1为上述下限值以上，即使在高温环境下长时间保管或使用的情况下，也能够充分维持导热片的固化体的导热率。由此，能够提高半导体装置在高温环境下使用或保管时的稳定性。另外，还能够抑制由赋予高温的热历史而导致的导热片的绝缘击穿。另外，高温保管稳定率Q1的上限值并无特别限定，例如能够为1.0。本实施方式中，高温保管稳定率Q1并无特别限定，从更有效地提高高温环境下的半导体装置的稳定性的观点考虑，例如优选为0.75以上，更优选为0.8以上，进一步优选为0.9以上。
另外，导热片的固化体的导热率λ1和导热率λ0均为在25℃下测定的值。另外，导热片的固化体的导热率例如能够通过激光闪光法测定。
本实施方式中，导热率λ0的上限值并无特别限定，例如能够为50W/m·K。本实施方式中，从更有效的提高高温环境下的半导体装置的稳定性的观点考虑，导热率λ0优选为8W/m·K以上，更优选为10W/m·K以上，进一步优选为11W/m·K以上，更进一步优选为12W/m·K以上。
另外，导热片的固化体的导热率λ1并无特别限定，例如优选为6W/m·K以上，更优选为7W/m·K以上，进一步优选为8W/m·K以上，更进一步优选为9W/m·K以上。由此，能够更有效地提高半导体装置的稳定性。另外，导热率λ1(25℃)的上限值并无特别限定，例如能够为30W/m·K。
导热片的固化体的导热率λ1和导热率λ0以及根据它们计算出的高温保管稳定率Q1，能够通过适当调节构成导热片的各成分的种类和配合比例以及导热片的制作方法来控制。本实施方式中，作为用于对导热率λ1、导热率λ0和高温保管稳定率Q1进行控制的因素，尤其可举出适当选择热固性树脂(A)和填充材料(B)的种类、适当选择构成用于形成导热片的树脂清漆的溶剂、在特定条件下进行热固性树脂(A)和填充材料(B)的混炼、包含对导热片施加压缩压力的步骤等。
本实施方式中，通过以下的步骤(e)～(h)测定的固化体的高温保管稳定率Q2例如为0.7以上1.0以下。
(e)测定上述固化体在25℃下的储存弹性模量，将所得到的测定值设为E'0，
(f)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(g)测定按步骤(f)进行保管后的上述固化体在25℃下的储存弹性模量，将所得到的测定值设为E'1，
(h)计算出Q2＝E'1/E'0。
通过使高温保管稳定率Q2为上述下限值以上，即使在高温环境下长时间保管或使用的情况下，也能够充分维持导热片的机械强度。另一方面，通过使高温保管稳定率Q2为上述上限值以下，即使在高温环境下长时间保管或使用的情况下，也能够充分维持对来自外部的应力的应力缓和效果。本实施方式中，从维持机械强度和应力缓和效果的观点考虑，高温保管稳定率Q2更优选为0.8以上1.0以下，尤其优选为0.85以上1.0以下。
另外，本实施方式中，通过以下的步骤(i)～(l)测定的固化体的高温保管稳定率Q3例如为0.7以上1.0以下。
(i)测定上述固化体在25℃下的损失弹性模量，将所得到的测定值设为E″0，
(j)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(k)测定按步骤(j)进行保管后的上述固化体在25℃下的损失弹性模量，将所得到的测定值设为E″1，
(l)计算出Q3＝E″1/E″0。
通过使高温保管稳定率Q3为上述下限值以上，尤其能够有效地缓和在温度循环时产生的应力。另一方面，通过使高温保管稳定率Q3为上述上限值以下，能够提高导热片的膜厚的均匀性，抑制由膜厚的偏差引起的热应力的偏差。本实施方式中，从使应力缓和和膜厚的均匀性提高的观点考虑，高温保管稳定率Q3更优选为0.8以上1.0以下，尤其优选为0.85以上1.0以下。
另外，导热片的固化体的储存弹性模量E'1和储存弹性模量E'0以及损失弹性模量E″1和损失弹性模量E″0，例如能够通过动态粘弹性测定(DMA(Dynamic MechanicalAnalysis))来测定。
另外，导热片的固化体的储存弹性模量E'1和储存弹性模量E'0、损失弹性模量E″1和损失弹性模量E″0以及根据它们计算出的高温保管稳定率Q2和高温保管稳定率Q3，能够通过适当调节构成导热片的各成分的种类和配合比例以及导热片的制作方法来控制。
导热片包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的填充材料(B)。
(热固性树脂(A))
作为热固性树脂(A)，例如可举出环氧树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、硅树脂、双马来酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、氰酸酯树脂等。作为热固性树脂(A)，可以单独使用这些中的1种，也可以并用2种以上。
作为热固性树脂(A)，优选环氧树脂(A1)。通过使用环氧树脂(A1)，能够提高玻璃化转变温度、并且提高导热片的导热性。另外，通过使用氰酸酯树脂，能够提高玻璃化转变温度，因此，能够提高导热片的耐热性。
作为环氧树脂(A1)，例如可举出：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚M型环氧树脂(4,4'-(1,3-亚苯基二异亚丙基)双酚型环氧树脂)、双酚P型环氧树脂(4,4'-(1,4-亚苯基二异亚丙基)双酚型环氧树脂)、双酚Z型环氧树脂(4,4'-环己二烯双酚型环氧树脂)等双酚型环氧树脂；苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、三酚基甲烷型酚醛清漆型环氧树脂、四酚基乙烷型酚醛清漆型环氧树脂、具有稠环芳香烃结构的酚醛清漆型环氧树脂等酚醛清漆型环氧树脂；联苯型环氧树脂；亚二甲苯型环氧树脂、联苯芳烷基型环氧树脂等芳基亚烷基型环氧树脂；萘醚型环氧树脂、萘酚型环氧树脂、萘二酚型环氧树脂、2官能至4官能环氧型萘树脂、联萘型环氧树脂、萘芳烷基型环氧树脂等萘型环氧树脂；蒽型环氧树脂；苯氧基型环氧树脂；双环戊二烯型环氧树脂；降冰片烯型环氧树脂；金刚烷型环氧树脂；芴型环氧树脂等。
作为环氧树脂(A1)，可以单独使用这些中的1种，也可以并用2种以上。
环氧树脂(A1)中，从能够进一步提高所得到的导热片的耐热性和绝缘可靠性的观点考虑，优选为选自双酚型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、联苯型环氧树脂、芳基亚烷基型环氧树脂、萘型环氧树脂、蒽型环氧树脂和双环戊二烯型环氧树脂中的一种或两种以上。其中，从提高导热片的导热性的观点考虑，尤其优选包含双环戊二烯型环氧树脂或酚醛清漆型环氧树脂。
本实施方式中，作为氰酸酯树脂，并无特别限定，例如为在分子内具有-OCN基的化合物，且为-OCN基通过加热进行反应而形成三维网状结构并固化的树脂。具体地例示，可举出1,3-二氰氧基苯、1,4-二氰氧基苯、1,3,5-三氰氧基苯、1,3-二氰氧基萘、1,4-二氰氧基萘、1,6-二氰氧基萘、1,8-二氰氧基萘、2,6-二氰氧基萘、2,7-二氰氧基萘、1,3,6-三氰氧基萘、4,4'-二氰氧基联苯、双(4-氰氧基苯基)甲烷、双(3,5-二甲基-4-氰氧基苯基)甲烷、2,2-双(4-氰氧基苯基)丙烷、2,2-双(3,5-二溴-4-氰氧基苯基)丙烷、双(4-氰氧基苯基)醚、双(4-氰氧基苯基)硫醚、双(4-氰氧基苯基)砜、三(4-氰氧基苯基)亚磷酸酯、三(4-氰氧基苯基)磷酸酯和通过酚醛清漆树脂与卤化氰反应得到的氰酸酯类等，也能够使用通过使这些多官能氰酸酯树脂中的氰酸酯基团三聚化而形成的具有三嗪环的预聚物。该预聚物可通过例如将无机酸、路易斯酸等酸、乙醇钠、叔胺类等碱、碳酸钠等盐类作为催化剂使上述的多官能氰酸酯树脂单体聚合而得到。
本实施方式中，在作为热固性树脂使用氰酸酯树脂(尤其是酚醛清漆型氰酸酯树脂)的情况下，可以并用环氧树脂。
导热片中所包含的热固性树脂(A)的含量可以根据其目的适当调整，并无特别限定，相对于该导热片100质量％，优选为1质量％以上30质量％以下，更优选为2质量％以上28质量％以下，进一步优选为5质量％以上20质量％以下。当热固性树脂(A)的含量为上述下限值以上时，操作性提高，形成导热片变得容易。当热固性树脂(A)的含量为上述上限值以下时，导热片的线膨胀系数和弹性模量进一步提高，导热片的导热性进一步提高。
另外，本实施方式中，在将氰酸酯树脂与环氧树脂并用的情况下，氰酸酯树脂的含量并无特别限定，相对于热固性树脂整体，例如优选为20质量％以上60质量％以下，更优选为30质量％以上50质量％以下。由此，玻璃化转变温度得到提高，能够得到导热性和耐热性优异的导热片。
(填充材料(B))
作为填充材料(B)，例如可举出二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅等。这些可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
本实施方式中，从提高导热片的固化体的导热率和基于该导热率的高温保管稳定率的观点考虑，作为填充材料(B)，更优选包含通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次颗粒。在此，尤其优选同时包含鳞片状氮化硼的一次颗粒和使该一次颗粒凝聚而形成的二次颗粒的方式。
通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次颗粒，例如能够在利用喷雾干燥法等使鳞片状氮化硼凝聚之后，对其进行烧制来形成。烧制温度例如为1500～2500℃。
在使用这样使鳞片状氮化硼烧结而得到的二次颗粒的情况下，从提高热固性树脂(A)中的填充材料(B)的分散性的观点考虑，作为热固性树脂(A)尤其优选使用双环戊二烯型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂或联苯型环氧树脂。
通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次颗粒的平均粒径例如优选为5μm以上180μm以下。由此，能够实现导热性与电绝缘性的平衡优异的导热片。
填充材料(B)相对于导热片整体的含量例如优选为65质量％以上90质量％以下，更优选为70质量％以上85质量％以下。通过使填充材料(B)的含量为上述下限值以上，能够更有效地实现导热片的导热性和机械强度的提高。另一方面，通过使填充材料(B)的含量为上述上限值以下，能够提高树脂组合物的成膜性和操作性，使导热片的膜厚的均匀性良好。
(固化剂(C))
导热片，在作为热固性树脂(A)使用环氧树脂(A1)的情况下，优选还包含固化剂(C)。作为固化剂(C)，可使用选自固化催化剂(C-1)和酚类固化剂(C-2)中的1种以上。
作为固化催化剂(C-1)，例如可举出：环烷酸锌、环烷酸钴、辛酸锡、辛酸钴、双乙酰丙酮钴(II)和三乙酰丙酮钴(III)等有机金属盐；三乙胺、三丁胺和1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷等叔胺类；2-苯基-4-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2,4-二乙基咪唑、2-苯基-4-甲基-5-羟基咪唑和2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑等咪唑类；三苯基膦、三对甲苯基膦、四苯基鏻-四苯基硼酸盐、三苯基膦-三苯基硼烷和1,2-双-(二苯基膦基)乙烷等有机磷化合物；苯酚、双酚A和壬基酚等苯酚化合物；乙酸、苯甲酸、水杨酸和对甲苯磺酸等有机酸等；或它们的混合物。作为固化催化剂(C-1)，包括这些物质的衍生物在内可以单独使用1种，包括这些物质的衍生物在内也可以并用2种以上。
导热片中所包含的固化催化剂(C-1)的含量并无特别限定，但相对于导热片100质量％，优选为0.001质量％以上1质量％以下。
另外，作为酚类固化剂(C-2)，可举出：苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、三苯酚甲烷型酚醛清漆树脂、萘酚酚醛清漆树脂和氨基三嗪酚醛清漆树脂等酚醛清漆型酚醛树脂；萜烯改性酚醛树脂和双环戊二烯改性酚醛树脂等改性酚醛树脂；具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的苯酚芳烷基树脂、具有亚苯基骨架和/或亚联苯基骨架的萘酚芳烷基树脂等芳烷基型树脂；双酚A和双酚F等双酚化合物；和甲阶酚醛树脂等，这些物质可以单独使用1种，也可以并用2种以上。
这些物质中，从提高玻璃化转变温度和降低线膨胀系数的观点考虑，优选酚类固化剂(C-2)为酚醛清漆型酚醛树脂或甲阶酚醛树脂。
酚类固化剂(C-2)的含量并无特别限定，但相对于导热片100质量％，优选为1质量％以上30质量％以下，更优选为3质量％以上20质量％以下，进一步优选为5质量％以上15质量％以下。
(偶联剂(D))
另外，导热片可以包含偶联剂(D)。偶联剂(D)能够提高热固性树脂(A)与填充材料(B)的界面的润湿性。
作为偶联剂(D)，能够使用通常使用的任何偶联剂，具体而言，优选使用选自环氧基硅烷偶联剂、阳离子硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和硅油型偶联剂中的1种以上的偶联剂。
偶联剂(D)的添加量依赖于填充材料(B)的比表面积，因此并无特别限定，但相对于填充材料(B)100质量％，优选为0.05质量％以上3质量％以下，尤其优选为0.1质量％以上2质量％以下。
(苯氧基树脂(E))
导热片可以包含苯氧基树脂(E)。通过包含苯氧基树脂(E)，能够进一步提高导热片的耐弯曲性。另外，通过包含苯氧基树脂(E)，能够降低导热片的弹性模量，能够提高导热片的应力缓和力。另外，当包含苯氧基树脂(E)时，能够抑制由于由粘度上升引起的流动性降低而产生空隙等。另外，能够提高导热片与散热部件的密合性。通过这些的协同效应，能够进一步提高半导体装置的绝缘可靠性。
作为苯氧基树脂(E)，例如可举出具有双酚骨架的苯氧基树脂、具有萘骨架的苯氧基树脂、具有蒽骨架的苯氧基树脂和具有联苯骨架的苯氧基树脂等。另外，也可使用具有这些骨架中的多种骨架的结构的苯氧基树脂。
苯氧基树脂(E)的含量例如相对于导热片100质量％为3质量％以上10质量％以下。
(其他成分)
在不损害本发明的效果的范围内，导热片可包含抗氧化剂和流平剂等。
本实施方式所涉及的导热片例如能够如以下那样制作。
首先，将上述各成分添加到溶剂中，得到清漆状的树脂组合物。本实施方式中，例如在将热固性树脂(A)等添加到溶剂中而制作树脂清漆之后，在该树脂清漆中加入填充材料(B)并使用搅拌机等进行混炼，由此能够得到树脂组合物。由此，能够使填充材料(B)更均匀地分散在热固性树脂(A)中。
作为溶剂，并无特别限定，例如能够使用甲醇、乙醇、异丙醇、1-丁醇或2-丁醇等醇类溶剂、和/或甲基乙基酮、环己酮或甲基异丁基酮等酮类溶剂。可以从这些溶剂中使用1种或2种以上。由此，能够提高导热片的固化物的导热率。可推断这是因为构成树脂组合物的溶剂的种类与使用该树脂组合物形成的导热片中的填充材料(B)的取向性相关。即，可认为这是因为能够抑制填充材料(B)在导热片内在面内方向取向，使其更加各向同性地存在。
作为用于上述树脂组合物的混炼的搅拌机，例如能够使用自转公转真空搅拌机。即，在包含热固性树脂(A)的树脂清漆中添加填充材料(B)并进行预混合之后，使用自转公转真空搅拌机以不切断的方式进行混炼，由此能够进行脱泡并且使填充材料均匀地分散。由此，能够提高所得到的导热片的固化物的高温保管稳定率Q1。尤其，在作为填充材料(B)使用通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次颗粒的情况下，通过使用自转公转真空搅拌机，能够不破坏该二次颗粒的形状地进行混炼。由此，能够更加有效地提高高温保管稳定率Q1。可推断这是因为构成树脂组合物的凝聚氮化硼的形状与使用该树脂组合物形成的导热片中的填充材料(B)的取向性相关。即，可认为这是因为能够抑制填充材料(B)在导热片内在面内方向取向，使其更加各向同性地存在。
接着，将上述树脂组合物成形为片状而形成树脂片。本实施方式中，例如能够通过在基材上涂布清漆状的上述树脂组合物之后，对其进行热处理以使其干燥而得到树脂片。作为基材，例如可举出构成散热部件、引线框、可剥离的载体材料等的金属箔。另外，用于使树脂组合物干燥的热处理，例如在80～150℃、1分钟～1小时的条件下进行。树脂片的膜厚例如为50μm以上500μm以下。
接着，使上述树脂片通过两个辊之间来对其进行压缩，由此除去树脂片内的气泡。由此可得到导热片。导热片的膜厚例如为50μm以上500μm以下。
本实施方式中，通过包含这样利用辊施加压缩压力来除去气泡的工序，能够提高导热片的固化物的导热率和根据该导热率计算出的高温保管稳定率Q1。可推断其主要原因为：通过除去气泡，导热片内的树脂成分的密度提高；填充材料(B)中包含的二次凝聚颗粒因压缩压力而变形，由此填充材料(B)相对于热固性树脂(A)的密合性提高等。
本实施方式中，将导热片用树脂组合物例如在180℃下进行1小时的热处理而得到的固化物的玻璃化转变温度，并无特别限定，例如优选为180℃以上，更优选为190℃以上，进一步优选为200℃以上。上述玻璃化转变温度的上限值并无特别限定，例如能够为250℃以下。作为该导热片的固化体的玻璃化转变温度的测定方法，例如，首先，将所得到的导热片在180℃、1小时的条件下进行固化，由此得到导热片的固化体。接着，通过DMA(动态粘弹性测定)测定所得到的固化体的玻璃化转变温度(Tg)。
接着，对本实施方式所涉及的半导体装置进行说明。
图1为本实施方式所涉及的半导体装置100的示意性截面图。另外，以下，为了使说明简单，有时将半导体装置100的各构成要件的位置关系(上下关系等)假设为各图中所示的关系的情形来进行说明。然而，该说明中的位置关系与半导体装置100的使用时或制造时的位置关系无关。
本实施方式所涉及的半导体装置100具备：散热片130；设置在散热片130的第1面131侧的半导体芯片110；粘贴在散热片130的与第1面131相反的一侧的第2面132上的绝缘性的导热片140；和将半导体芯片110和散热片130密封的密封树脂180。作为导热片140，能够使用上述的本实施方式所涉及的导热片。
半导体装置100，例如除了上述构成以外，还具有导电层120、金属层150、引线160和金属线(金属配线)170。
在半导体芯片110的上表面111形成有未图示的电极图案，在半导体芯片110的下表面112形成有未图示的导电图案。半导体芯片110的下表面112经由银膏等导电层120固定在散热片130的第1面131。半导体芯片110的上表面111的电极图案经由金属线170与引线160的电极161电连接。
散热片130由金属构成。
密封树脂180，除了半导体芯片110和散热片130以外，还将金属线170、导电层120和引线160的一部分密封在内部。各引线160的另一部分从密封树脂180的侧面突出到该密封树脂180的外部。在本实施方式的情况下，例如密封树脂180的下表面182与散热片130的第2面132彼此位于同一平面上。
导热片140的上表面141粘贴在散热片130的第2面132和密封树脂180的下表面182。即，密封树脂180在散热片130的周围与导热片140的散热片130侧的表面(上表面141)接触。
金属层150的上表面151被固定在导热片140的下表面142。即，金属层150的一个表面(上表面151)被固定在导热片140的与散热片130侧相反的一侧的表面(下表面142)。
优选在俯视时，金属层150的上表面151的外形线和导热片140的与散热片130侧相反的一侧的表面(下表面142)的外形线重叠。
另外，金属层150的与其一个表面(上表面151)相反的一侧的表面(下表面152)的整个面从密封树脂180露出。另外，在本实施方式的情况下，如上所述，导热片140的上表面141粘贴在散热片130的第2面132和密封树脂180的下表面182，因此，导热片140除了其上表面141以外露出到密封树脂180的外部。而且，金属层150整体露出到密封树脂180的外部。
另外，散热片130的第2面132和第1面131例如分别平坦地形成。
半导体装置100的实际安装底面面积并无特别限定，作为一个例子，能够为10mm×10mm以上100mm×100mm以下。在此，半导体装置100的实际安装底面面积为金属层150的下表面152的面积。
另外，搭载于一个散热片130上的半导体芯片110的数量并无特别限定。可以为1个，也可以为多个。例如，可以为3个以上(6个等)。即，作为一个例子，在一个散热片130的第1面131侧设置有3个以上的半导体芯片110，密封树脂180将这3个以上的半导体芯片110一并密封。
半导体装置100例如为功率半导体装置。该半导体装置100例如可以为在密封树脂180内密封有2个半导体芯片110的二合一(2in1)、在密封树脂180内密封有6个半导体芯片110的六合一(6in1)或在密封树脂180内密封有7个半导体芯片110的七合一(7in1)的结构。
接着，对制造本实施方式所涉及的半导体装置100的方法的一个例子进行说明。
首先，准备散热片130和半导体芯片110，将半导体芯片110的下表面112经由银膏等导电层120固定于散热片130的第1面131。接着，准备包含引线160的引线框(整体图示省略)，将半导体芯片110的上表面的电极图案与引线160的电极161经由金属线170彼此电连接。接着，利用密封树脂180将半导体芯片110、导电层120、散热片130、金属线170和引线160的一部分一并密封。
接着，准备导热片140，将该导热片140的上表面141粘贴在散热片130的第2面132和密封树脂180的下表面182。进而，将金属层150的一个表面(上表面151)固定在导热片140的与散热片130侧相反的一侧的表面(下表面142)。另外，可以在将导热片140粘贴于散热片130和密封树脂180之前，预先将金属层150固定在导热片140的下表面142。接着，将各引线160从引线框的框体(图示省略)切断。这样，得到如图1所示的结构的半导体装置100。
图2为表示本实施方式所涉及的半导体装置100的变形例的示意性截面图。本变形例所涉及的半导体装置100，在以下说明的方面与图1所示的半导体装置100不同，在其他方面与图1所示的半导体装置100相同地构成。
在本变形例的情况下，导热片140被密封在密封树脂180内。另外，金属层150除了其下表面152以外也被密封在密封树脂180内。而且，金属层150的下表面152与密封树脂180的下表面182彼此位于同一平面上。
图2中示出了在散热片130的第1面131至少搭载有2个以上的半导体芯片110的例子。这些半导体芯片110的上表面111的电极图案彼此经由金属线互相电连接。在第1面131例如搭载有合计6个半导体芯片110。即，例如，每2个一组的半导体芯片110在图2的进深方向上配置成3列。
另外，本实施方式中，散热片130可以为中间凹下的引线或散热板。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明。
(凝聚氮化硼的制备)
将硼酸三聚氰胺和鳞片状氮化硼粉末混合而得到的混合物添加到聚丙烯酸铵水溶液中，混合2小时，制备了喷雾用浆料。接着，将该浆料供给至喷雾造粒机，在喷雾器的转速15000rpm、温度200℃、浆料供给量5ml/min的条件下进行喷雾，由此制备了复合颗粒。接着，将所得到的复合颗粒在氮气气氛下、2000℃的条件下进行烧制，由此得到了凝聚氮化硼。
(导热片的制备)
在实施例1～实施例5和比较例1中，如以下那样制备了导热片。
首先，按照表1所示的配合，将热固性树脂和固化剂添加到作为溶剂的MEK(甲基乙基酮)中，对其进行搅拌，得到了热固性树脂组合物的溶液。接着，在该溶液中加入填充材料并进行预混合之后，利用自转公转真空搅拌机以不切断的方式进行混炼，不破坏凝聚氮化硼的形状地得到了进行了脱泡并且均匀地分散有填充材料的导热片用树脂组合物。接着，利用刮刀法将所得到的树脂组合物涂布在铜箔上之后，通过在100℃下进行30分钟的热处理对其进行干燥，制备了膜厚为300μm的B阶状态的树脂片。接着，使所得到的树脂片通过两个辊之间来进行压缩，由此除去了树脂片内的气泡。由此，得到了膜厚为100μm的导热片。
另外，表1中的各成分的详细情况如下所述。
(环氧树脂)
环氧树脂1：双环戊二烯型环氧树脂(HP-7200、DIC Corporation制造)
环氧树脂2：联苯型环氧树脂(YL6121、三菱化学株式会社(Mitsubishi ChemicalCorporation)制造)
环氧树脂3：具有萘芳烷基骨架的环氧树脂(NC-7000、日本化药株式会社(NipponKayaku Co.,Ltd)制造)
环氧树脂4：具有联苯骨架的环氧树脂(YX-4000、三菱化学株式会社制造)
环氧树脂5：双酚A型环氧树脂(JER828、三菱化学株式会社制造)
(氰酸酯树脂)
氰酸酯树脂1：苯酚酚醛清漆型氰酸酯树脂(PT-30、龙沙日本有限公司(LonzaJapan Ltd.)制造)
(固化剂)
(固化催化剂C-1)
固化催化剂1：2-苯基-4,5-二羟基甲基咪唑(2PHZ-PW、四国化成工业株式会社(Shikoku Chemicals Corporation)制造)
固化催化剂2：三苯基膦(北兴化学工业株式会社(HOKKO CHEMICAL INDUSTRYCO.,LTD.)制造)
(酚类固化剂C-2)
固化剂1：三苯酚甲烷型酚醛清漆树脂(MEH-7500、明和化成株式会社(MEIWAPLASTIC INDUSTRIES,LTD.)制造)
(填充材料)
通过上述制备例制备的凝聚氮化硼。
(Tg(玻璃化转变温度)的测定)
在实施例1～实施例5和比较例1各自中，如以下那样测定了导热片的固化体的玻璃化转变温度。首先，将所得到的导热片在180℃、1小时的条件下进行固化，由此得到了导热片的固化体。接着，通过DMA(动态粘弹性测定)测定了所得到的固化体的玻璃化转变温度(Tg)。表1中的玻璃化转变温度的单位为℃。
(导热率λ0和导热率λ1以及高温保管稳定率Q1的测定)
在实施例1～实施例5和比较例1各自中，如以下那样测定了导热片的固化体的高温保管稳定率Q1。首先，在180℃、1小时的条件下使所得到的导热片固化，由此得到了导热片的固化体。接着，对该固化体，依次进行以下的步骤(a)～(d)，测定了高温保管稳定率Q1。
(a)测定上述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ0，
(b)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(c)测定按步骤(b)进行保管后的上述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ1，
(d)计算出Q1＝λ1/λ0。
另外，导热片的固化体的导热率λ0和导热率λ1为在25℃下测定的值。另外，导热片的固化体的导热率使用激光闪光法测定。表1中的λ0和λ1的单位为W/m·K。
(储存弹性模量E'0和储存弹性模量E'1以及高温保管稳定率Q2的测定)
在实施例1～实施例5和比较例1各自中，如以下那样测定了导热片的固化体的高温保管稳定率Q2。首先，在180℃、1小时的条件下使所得到的导热片固化，由此得到了导热片的固化体。接着，对该固化体，依次进行以下的步骤(e)～(h)，测定了高温保管稳定率Q2。
(e)测定上述固化体在25℃下的储存弹性模量，将所得到的测定值设为E'0，
(f)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(g)测定按步骤(f)进行保管后的上述固化体在25℃下的储存弹性模量，将所得到的测定值设为E'1，
(h)计算出Q2＝E'1/E'0。
另外，导热片的固化体的储存弹性模量通过DMA(动态粘弹性测定)来测定。表1中的E'0和E'1的单位为GPa。
(损失弹性模量E″0和损失弹性模量E″1以及高温保管稳定率Q3)
在实施例1～实施例5和比较例1各自中，如以下那样测定了导热片的固化体的高温保管稳定率Q3。首先，在180℃、1小时的条件下使所得到的导热片固化，由此得到了导热片的固化体。接着，对该固化体，依次进行以下的步骤(i)～(l)，测定了高温保管稳定率Q3。
(i)测定上述固化体在25℃下的损失弹性模量，将所得到的测定值设为E″0，
(j)将上述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(k)测定按步骤(j)进行保管后的上述固化体在25℃下的损失弹性模量，将所得到的测定值设为E″1，
(l)计算出Q3＝E″1/E″0。
另外，导热片的固化体的损失弹性模量通过DMA(动态粘弹性测定)来测定。表1中的E″0和E″1的单位为GPa。
(高温环境下的稳定性的评价)
在实施例1～实施例5和比较例1各自中，如以下那样对半导体封装件在高温环境下的稳定性进行了评价。首先，作为样品，准备300个使用导热片的固化体得到的半导体封装件。接着，将各样品在200℃的环境下保管24小时。接着，计算出保管后的样品的故障率。在此，将故障率小于1％的评价为◎，将故障率为1％以上且小于3％的评价为○，将故障率为3％以上的评价为×，对高温环境下的稳定性进行了评价。
本申请主张基于2014年7月3日申请的日本专利申请2014-138076号的优先权，在此插入其全部公开内容。

Claims (10)

1.一种导热片，其包含热固性树脂和分散在所述热固性树脂中的填充材料，其特征在于：
通过以下的步骤(a)～(d)测定的所述导热片的固化体的高温保管稳定率Q1为0.7以上1.0以下：
(a)测定所述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ0，
(b)将所述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(c)测定按步骤(b)进行保管后的所述固化体的厚度方向上的导热率，将所得到的测定值设为λ1，
(d)计算出Q1＝λ1/λ0。
2.根据权利要求1所述的导热片，其特征在于：
对所述固化体，通过以下的步骤(e)～(h)测定的所述导热片的固化体的高温保管稳定率Q2为0.7以上1.0以下：
(e)测定所述固化体在25℃下的储存弹性模量，将所得到的测定值设为E'0，
(f)将所述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(g)测定按步骤(f)进行保管后的所述固化体在25℃下的储存弹性模量，将所得到的测定值设为E'1，
(h)计算出Q2＝E'1/E'0。
3.根据权利要求1或2所述的导热片，其特征在于：
对所述固化体，通过以下的步骤(i)～(l)测定的所述导热片的固化体的高温保管稳定率Q3为0.7以上1.0以下：
(i)测定所述固化体在25℃下的损失弹性模量，将所得到的测定值设为E”0，
(j)将所述固化体在200℃的环境下保管24小时，
(k)测定按步骤(j)进行保管后的所述固化体在25℃下的损失弹性模量，将所得到的测定值设为E”1，
(l)计算出Q3＝E”1/E”0。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的导热片，其特征在于：
所述填充材料包含通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次颗粒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的导热片，其特征在于：
所述固化体的λ0为8.0W/m·K以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的导热片，其特征在于：
所述填充材料相对于所述导热片整体的含量为65质量％以上90质量％以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的导热片，其特征在于：
所述导热片的膜厚为50μm以上500μm以下。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的导热片，其特征在于：
所述热固性树脂包含环氧树脂和/或氰酸酯树脂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的导热片，其特征在于：
在180℃下对所述导热片进行1小时的热处理而得到的固化体的玻璃化转变温度为180℃以上250℃以下。
10.一种半导体装置，其特征在于，具备：
导热部件；
与所述导热部件的一个表面接合的半导体芯片；
与所述导热部件的与所述一个表面相反的一侧的表面接合的金属部件；和
将所述导热部件、所述半导体芯片和所述金属部件密封的密封部件，
所述导热部件由权利要求1至9中任一项所述的导热片形成。
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