导热性片材及其制备方法、以及半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导热性片材及其制备方法、以及半导体装置。
【背景技术】
[0002] 随着电子设备的进一步高性能化，半导体元件的高密度化以及高实装化不断进 展。与此相伴地，更有效地对从构成电子设备的电子元件发出的热进行散热变得尤为重要。 为了更有效地进行散热，借助导热性片材将半导体元件安装在散热鳍片、散热板等散热片 上。作为导热性片材，广泛使用使无机填料等填充剂（导热性填料）分散含在有机硅中的 片材。作为所述无机填料，例如可以举例出氧化铝、氮化铝、氢氧化铝等。
[0003] 对于这种导热性片材，正在以高导热性为目的进行着各种研究。
[0004] 例如，正在进行提高基质内混合的无机填料的填充率的研究。然而，如果提高无 机填料的填充率，则有可能会损失柔韧性，或者由于无机填料的填充率较高而产生粉尘，因 此，提高无机填料的填充率的方法是有限的。
[0005] 另外，提出了一种在基质内填充氮化硼（BN)、石墨等鳞片状粒子、碳纤维等的技术 (例如参考专利文献1和专利文献2)。这些建议的技术是利用鳞片状粒子等所具有的导热 率的各向异性的技术。例如，碳纤维的情况，在纤维方向上具有约600W/m·Κ至1200W/m·Κ 的导热率。氮化硼的情况，已知在面方向上为约ll〇W/m*K，相对于面方向，在垂直的方向上 为约2W/m·K左右，具有各向异性。
[0006] 近年来，半导体元件的高密度化和高实装化显著进展，要求导热性片材具有更进 一步的高导热性。另外，要求通过厚度较薄的片材来实现高导热性。
[0007] 当使用所述碳纤维时，能够获得优异的高导热性与柔韧性并存的导热性片材（例 如参考专利文献3)。然而，在厚度较薄的片材（例如平均厚度为500μm以下）中，由于界 面的热阻变大，因而未能获得近年来所追求的优异的高导热性与优异的柔韧性并存的导热 性片材。
[0008] 因此，现状是需要提供一种即使厚度较薄也能够使优异的高导热性与优异的柔韧 性并存的导热性片材及其制备方法、以及一种使用所述导热性片材的半导体装置。
[0009] 在先技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开2006-335957号公报
[0012] 专利文献2 :日本特开2012-15273号公报
[0013] 专利文献3 :日本特开2011-241403号公报
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的技术问题
[0015] 本发明所要解决的技术问题在于解决以往的上述诸问题，并达到以下目的。即，本 发明的目的在于提供一种即使厚度较薄也能够使优异的高导热性与优异的柔韧性并存的 导热性片材及其制备方法、以及一种使用所述导热性片材的半导体装置。
[0016] 用于解决技术问题的技术方案
[0017] 本发明用于解决上述技术问题的技术方案如下。即，
[0018] 〈1> 一种导热性片材，该导热性片材被夹持在半导体装置的热源与散热部件之间， 其特征在于，
[0019] 含有粘合剂、碳纤维以及无机填料；
[0020] 所述碳纤维的平均纤维长度为50μm至250μm;
[0021] 按照ASTM-D5470测定的在负载为7. 5kgf/cm2的条件下的热阻小于0. 17K·cm7 ff；
[0022] 所述导热性片材的平均厚度小于等于500μm。
[0023] 〈2>根据〈1>所述的导热性片材，其特征在于，按照ASTM-D5470测定热阻时，在负 载为2.Okgf/cm2至7. 5kgf/cm2的范围内，热阻小于等于0· 20K·cm2/W。
[0024] 〈3>根据〈1>或〈2>所述的导热性片材，其特征在于，碳纤维的一部分以如下方式 配置在导热性片材的表面：使所述碳纤维的长轴沿着所述导热性片材的面方向。
[0025] 〈4>根据〈1>至〈3>中任一项所述的导热性片材，其特征在于，无机填料中含有氧 化错。
[0026] 〈5>根据〈4>所述的导热性片材，其特征在于，氧化铝的平均粒径为1μm至5μm。
[0027] 〈6>根据〈1>至〈5>中任一项所述的导热性片材，其特征在于，无机填料中含有氮 化错。
[0028] 〈7>根据〈1>至〈6>中任一项所述的导热性片材，其特征在于，碳纤维的含量为20 体积％至40体积％。
[0029] 〈8>根据〈1>至〈7>中任一项所述的导热性片材，其特征在于，无机填料的含量为 30体积％至55体积％。
[0030] 〈9>根据〈1>至〈8>中任一项所述的导热性片材，其特征在于，导热性片材的平均 厚度（μm)大于碳纤维的平均纤维长度（μm)。
[0031] 〈1〇> -种导热性片材的制备方法，用于制备〈1>至〈9>中任一项所述的导热性片 材，其特征在于，包括：
[0032] 挤出成型工序，通过挤出机挤出含有粘合剂前体、碳纤维以及无机填料的导热性 组合物，从而获得挤出成型物；
[0033] 固化工序，使所述挤出成型物固化，从而形成固化物；以及
[0034] 切割工序，沿所述挤出的方向的垂直方向，以平均厚度小于等于500μπι切割所述 固化物。
[0035] 〈11> 一种半导体装置，其特征在于，
[0036] 具有热源、散热部件以及被夹持在所述热源与所述散热部件之间的导热性片材；
[0037] 所述导热性片材为〈1>至〈9>中任一项所述的导热性片材。
[0038] 发明的有益效果
[0039] 根据本发明，能够解决以往的上述诸问题，并达到上述目的，能够提供一种即使厚 度较薄也能够使优异的高导热性与优异的柔韧性并存的导热性片材及其制备方法、以及一 种使用所述导热性片材的半导体装置。
【附图说明】
[0040] 图1A是示出挤出成型时的碳纤维的取向状态的模式图。
[0041] 图1B是示出挤出成型时的碳纤维的取向状态的模式图。
[0042] 图2是用于说明本发明的导热性片材的制备方法的一例的概略图。
[0043] 图3是示出本发明的半导体装置的一例的概略剖面图。
[0044] 图4是实施例1的导热性片材的表面的SEM图像。
[0045] 图5是示出负载与热阻之间的关系的图。
[0046] 图6是实施例16的导热性片材的表面以及截面的SEM图像。
【具体实施方式】
[0047] (导热性片材）
[0048] 本发明的导热性片材至少含有粘合剂、碳纤维以及无机填料，并进一步根据需要 含有其他成分。
[0049] 所述导热性片材被夹持在半导体装置的热源与散热部件之间使用。
[0050] 〈粘合剂〉
[0051] 作为所述粘合剂，没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，例如可以举例出粘 合剂树脂等。作为所述粘合剂树脂，例如可以举例出热塑性聚合物、热固化性聚合物的固化 物等。
[0052] 作为所述热塑性聚合物，例如可以举例出热塑性树脂、热塑性弹性体或者它们的 聚合物合金等。
[0053] 作为所述热塑性树脂，没有特殊限制，能够根据目的进行适当选择，例如可以举例 出聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-烯烃共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙酸乙 烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚缩醛、聚偏二氟乙稀、聚四氟乙稀、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸二乙醇酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙 烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)树脂、聚苯醚、改性聚苯醚、脂族 聚酰胺、芳族聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚甲基丙烯酸或其酯、聚丙烯酸或其酯、聚碳酸酯、 聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚腈（polyethernitrile)、聚醚酮、聚酮、液晶聚合物、有机娃 树脂、离子交联聚合物（ionomer)等。对于这些热塑性树脂，可以单独使用一种，也可以组 合两种以上使用。
[0054] 作为所述热塑性弹性体，例如可以举例出苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性 弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酰胺类 热塑性弹性体等。对于这些热塑性弹性体，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使用。
[0055] 作为所述热固化性聚合物，例如可以举例出交联橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺树 月旨、双马来酰亚胺树脂、苯并环丁烯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、邻苯二甲酸二烯丙酯 (diallylphthalate)树脂、有机硅树脂、聚氨酯、聚酰亚胺硅氧烷、热固化型聚苯醚、热固 化型改性聚苯醚等。对于这些热固化性聚合物，可以单独使用一种，也可以组合两种以上使 用。
[0056] 作为所述交联橡胶，例如可以举例出天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、 腈橡胶（nitrilerubber)、氢化腈橡胶（hydrogenatednitrilerubber)、氯丁橡胶(chloroprenerubber)、乙丙橡胶、氯化聚乙稀、氯磺化聚乙稀、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、 氟橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯酸橡胶、聚异丁烯橡胶、硅橡胶等。对于这些交联橡胶，可以单独 使用一种