导热片和半导体装置的制造方法

导热片和半导体装置的制造方法
【专利摘要】本发明的导热片包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的无机填充材料(B)。而且，本发明的导热片，在频率1kHz、100℃～175℃下的该导热片的固化物的介电损耗系数的最大值为0.030以下，且相对介电常数的变化为0.10以下。
【专利说明】
导热片和半导体装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及导热片和半导体装置。
【背景技术】
[0002] 以往，已知有将绝缘栅双极型晶体管（IGBT; Insulated Gate Bipolar Transistor)和二极管等半导体芯片、电阻以及电容器等电子元件搭载于基板上而构成的 逆变器装置或功率半导体装置。
[0003] 这些电力控制装置根据其耐压和电流容量应用于各种设备。尤其，从近年来的环 境问题和推进节能化的观点考虑，这些电力控制装置在各种电气机械中的使用逐年扩大。 [0004]尤其对车载用电力控制装置，随着其小型化和节省空间，要求将电力控制装置设 置在发动机室内。发动机室内是温度高且温度变化大等苛刻的环境，因此需要高温下散热 性和绝缘性更加优异的部件。
[0005] 例如，专利文献1中公开有将半导体芯片搭载于引线框架等支撑体上，并将支撑体 和与散热片连接的散热板用绝缘树脂层来粘合的半导体装置。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2011-216619号公报

【发明内容】

[0009]发明要解决的技术课题
[0010] 然而，这种半导体装置还不能充分满足高温下的绝缘性。因此，有难以保持电子元 件的绝缘性的情况，这种情况下半导体装置的性能将会下降。
[0011] 用于解决技术课题的手段
[0012] 根据本发明，能够提供一种导热片，其包含热固性树脂和分散在上述热固性树脂 中的无机填充材料，其特征在于：
[0013] 在频率1 kHz、100 °C~175 °C下的该导热片的固化物的介电损耗系数的最大值为 0.030以下，且相对介电常数的变化为0.10以下。
[0014]另外，根据本发明，能够提供一种半导体装置，该半导体装置具备：
[0015] 金属板；
[0016] 半导体芯片，其设置在上述金属板的第1面侧；
[0017]导热材料，其接合在上述金属板的与上述第1面相反的一侧的第2面;和
[0018] 密封树脂，其密封上述半导体芯片和上述金属板，
[0019] 上述导热材料由上述导热片形成。
[0020] 发明效果
[0021] 根据本发明，能够提供能够实现绝缘可靠性高的半导体装置的导热片和绝缘可靠 性高的半导体装置。
【附图说明】
[0022]上述目的以及其他目的、特征和优点，通过下述的优选实施方式和随附于其的以 下附图将进一步明确。
[0023]图1是本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。
[0024]图2是本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置的剖视图。
【具体实施方式】
[0025] 以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在所有附图中，对相同的构 成要件标注相同符号，并对其详细的说明适当省略，以免重复。另外，图为示意图，与实际尺 寸比例未必一致。另外，数值范围的"~"若无特别说明，表示以上至以下。
[0026] 首先，对本实施方式所涉及的导热片进行说明。
[0027] 本实施方式所涉及的导热片包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的无 机填充材料(B)。
[0028]而且，本实施方式所涉及的导热片的固化物，在频率1 kHz、100 °C~175 °C下的介电 损耗系数的最大值为0.030以下，优选为0.025以下，尤其优选为0.018以下，且相对介电常 数的变化为0.10以下，优选为0.05以下。相对介电常数的变化为从175°C下的相对介电常数 的值减去100 °C下的相对介电常数的值而得到的值。上述介电损耗系数的最大值的下限值 并无特别限定，例如为0.010以上。上述相对介电常数的变化的下限值并无特别限定，例如 为0.01以上。
[0029] 另外，本实施方式中，导热片的固化物是通过将B阶段状态的导热片在180°C、 lOMPa的条件下进行40分钟热处理来固化而得到的物质。
[0030] 在此，频率1kHz、100 °C~175 °C下的介电损耗系数的最大值表示导热片的固化物 的0松弛的指标。即，表示l〇〇°C~175°C下的介电损耗系数的最大值越低，0松弛越小。另外， 相对介电常数的变化表示导热片的固化物的绝缘性的温度依赖性的指标。即，表示相对介 电常数的变化越小，由温度变化引起的导热片的固化物的绝缘性的变化越小。
[0031 ]介电损耗系数和相对介电常数能够通过LCR测量仪进行测量。
[0032] 另外，本实施方式中，导热片是指B阶段状态的导热片。另外，将使导热片固化而得 到的物质称为"导热片的固化物"。另外，将导热片应用于半导体装置并使该导热片固化而 得到的物质称为"导热材料"。
[0033] 导热片例如设置在半导体装置内的要求高导热性的接合界面，促进从发热体向散 热体的热传导。由此，能够抑制由半导体芯片等的特性变化导致的故障，提高半导体装置的 稳定性。
[0034] 作为应用本实施方式所涉及的导热片的半导体装置的一个例子，例如可举出在散 热片(金属板)上设置有半导体芯片，并在散热片的与接合有半导体芯片的面相反的一侧的 面上设置有导热材料的结构。
[0035] 另外，作为应用本实施方式所涉及的导热片的半导体装置的另一个例子，可举出 一种半导体装置，其具备：导热材料;与导热材料的一个面接合的半导体芯片;接合在上述 导热材料的与上述一个面相反的一侧的面的金属部件;和密封上述导热材料、上述半导体 芯片及上述金属部件的密封树脂。
[0036] 根据本发明人的研究，明确了通过提高导热片的固化物的玻璃化转变温度，能够 一定程度地提高该固化物的绝缘性。但是，仅提高玻璃化转变温度，在高温下仍不能获得充 分的绝缘性。
[0037] 因此，本发明人鉴于上述情况进行深入研究的结果，发现导热片的固化物的财公弛 越小，该固化物的高温下的绝缘性越进一步提高。作为其理由，认为是因为财公弛越低，高温 下导热片的固化物中的导电性成分的运动释放越被抑制。
[0038] 当导电性成分的运动释放被抑制时，能够抑制由温度上升导致的导热片的固化物 的绝缘性的下降。因此，本实施方式所涉及的导热片在高温下的绝缘性优异，能够实现绝缘 可靠性高的半导体装置。
[0039 ]本实施方式所涉及的导热片的固化物在100 °C~175 °C下的介电损耗系数、相对介 电常数的变化可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备 方法来控制。
[0040] 本实施方式中，尤其作为用于控制上述介电损耗系数、相对介电常数的变化的因 素可举出适当选择热固性树脂(A)的种类、对添加有热固性树脂(A)和无机填充材料(B)的 树脂漆进行老化处理、以及该老化处理中的加热条件等。
[0041] 本实施方式所涉及的导热片的固化物，通过利用离子色谱法对在下述条件下得到 的提取水进行分析而测量的离子的总量优选为30，OOOppm以下，更优选为20，OOOppm以下。
[0042] 在此，上述离子为选自 Li +、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg 2+、F-、Cl-、N〇22-、Br-、N〇3-、P〇43-、 S〇4 2-、（ C00) 22-、CH3COO-和 HC00-中的一种或两种以上。
[0043] (条件）
[0044]对已冷冻粉碎的导热片的固化物2g中加入40mL的纯水，在125°C下进行20小时热 水提取，得到提取水。
[0045] 上述离子的总量为上述上限值以下，由此能够使高温下的导热片的绝缘性进一步 提高。通过调整构成导热片的各成分中的离子性杂质的量，能够调整导热片的固化物中的 上述离子的总量，当含有进行水解而生成离子的无机填充材料时，通过选择表面积小的无 机填充材料，能够调整导热片的固化物中的上述离子的总量。
[0046] 本实施方式所涉及的导热片，在升温速度5°C/min、频率1Hz的条件下通过动态粘 弹性测量而测量的该导热片的固化物的玻璃化转变温度优选为175°C以上，更优选为190°C 以上。上述玻璃化转变温度的上限值并无特别限定，例如为300°C以下。
[0047] 在此，能够以如下方式测量导热片的固化物的玻璃化转变温度。首先，通过将导热 片在180°C、1 OMPa的条件下进行40分钟热处理，得到导热片的固化物。接着，通过DMA(动态 粘弹性测量)在升温速度5°C/min、频率1Hz的条件下测量已得到的固化物的玻璃化转变温 度(Tg)。
[0048] 当玻璃化转变温度为上述下限值以上时，能够进一步抑制导电性成分的运动释 放，因此能够进一步抑制由温度上升导致的导热片的绝缘性的下降。其结果，能够实现绝缘 可靠性更加优异的半导体装置。
[0049] 玻璃化转变温度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 导热片的制备方法来控制。
[0050]本实施方式所涉及的导热片的固化物，根据JIS K6911，在以施加电压1000V施加 电压后1分钟后测量的175°C下的体积电阻率优选为1.0X108Q ?!!!以上，更优选为1.0X109 Q ?!!!以上，尤其优选为1.0X101Qn ?!!!以上。175°C下的体积电阻率的上限值并无特别限 定，例如为1.0X1013n ?!!!以下。
[0051 ]在此，175°C下的体积电阻率表示导热片的高温下的绝缘性的指标。即，表示175°C 下的体积电阻率越高，高温下的绝缘性越优异。
[0052]本实施方式所涉及的导热片的固化物在175°C下的体积电阻率可通过适当调节构 成导热片的各成分的种类和配合比例以及导热片的制备方法来控制。
[0053]本实施方式中，尤其作为用于控制175°C下的体积电阻率的因素可举出适当选择 热固性树脂(A)的种类、对添加有热固性树脂(A)和无机填充材料(B)的树脂漆进行老化处 理、以及该老化处理中的加热条件等。
[0054]本实施方式所涉及的导热片例如设置在半导体芯片等发热体与搭载该发热体的 引线框架、配线基板（内插板)等基板之间，或设置在该基板与散热片等散热部件之间。由 此，能够保持半导体装置的绝缘性，并且将由上述发热体产生的热有效地向半导体装置的 外部发散。因此，能够提高半导体装置的绝缘可靠性。
[0055] 本实施方式所涉及的导热片的平面形状并无特别限定，可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。导热片的固化物的膜厚优选为50wii以上250wii以下。 由此，能够提高机械强度和耐热性，并且将来自发热体的热有效地传递至散热部件。而且， 导热材料的散热性与绝缘性的平衡更加优异。
[0056] 本实施方式所涉及的导热片包含热固性树脂(A)和分散在热固性树脂(A)中的无 机填充材料(B)。
[0057](热固性树脂(A))
[0058] 作为热固性树脂(A)，可举出具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环 氧树脂、具有金刚烷骨架的环氧树脂、具有酚芳烷基骨架的环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架 的环氧树脂、具有萘芳烷基骨架的环氧树脂和氰酸酯树脂等。
[0059] 作为热固性树脂(A)，可以单独使用这些树脂中的一种，也可以并用两种以上。
[0060] 通过使用这样的热固性树脂(A)，能够提高本实施方式所涉及的导热片的固化物 的玻璃化转变温度，并且使频率1 kHz、100 °C~175 °C下的介电损耗系数和相对介电常数的 变化降低。
[0061] 热固性树脂(A)中，从进一步降低介电损耗系数的观点考虑，尤其优选具有双环戊 二烯骨架的环氧树脂。
[0062] 本实施方式所涉及的导热片中所包含的热固性树脂(A)的含量，相对于该导热片 1〇〇质量％，优选为1质量％以上30质量％以下，更优选为5质量％以上28质量％以下。当热 固性树脂(A)的含量为上述下限值以上时，处理性提高，容易形成导热片。当热固性树脂(A) 的含量为上述上限值以下时，导热片的强度和阻燃性进一步提高，导热片的导热性进一步 提尚。
[0063](无机填充材料(B))
[0064]作为无机填充材料(B)，例如可举出二氧化硅、氧化铝、氮化硼、氮化铝、氮化硅和 碳化硅等。这些可以单独使用一种，也可以并用两种以上。
[0065] 作为无机填充材料(B)，从进一步提高本实施方式所涉及的导热片的导热性观点 考虑，优选为通过使鳞片状氮化硼的一次颗粒凝聚而形成的二次凝聚颗粒。
[0066] 通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次凝聚颗粒，例如可通过使用喷雾干燥法等 使鳞片状氮化硼凝聚后对其进行烧制来形成。烧制温度例如为1200~2500°C。
[0067] 当使用这样使鳞片状氮化硼烧结而得到的二次凝聚颗粒时，从提高热固性树脂 (A)中的无机填充材料(B)的分散性的观点考虑，作为热固性树脂(A)尤其优选具有双环戊 二烯骨架的环氧树脂。
[0068] 通过使鳞片状氮化硼凝聚而形成的二次凝聚颗粒的平均粒径例如优选为5wii以上 180M1以下，更优选为10M1以上100M1以下。由此，能够实现导热性与绝缘性的平衡更加优异 的导热片。
[0069]构成上述二次凝聚颗粒的鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01M1以 上20WI1以下，更优选为0.1M1以上10M1以下。由此，能够实现导热性与绝缘性的平衡更加优 异的导热片。
[0070] 另外，该平均长径可通过电子显微镜照片来测量。例如，按照以下步骤进行测量。 首先，用切片机等将二次凝聚颗粒切断制备样品。接着，通过扫描式电子显微镜拍摄数张放 大至数千倍的二次凝聚颗粒的截面照片。接着，选择任意的二次凝聚颗粒，从照片测量鳞片 状氮化硼的一次颗粒的长径。此时，对10个以上的一次颗粒测量长径，将它们的平均值作为 平均长径。
[0071] 本实施方式所涉及的导热片中所包含的无机填充材料(B)的含量，相对于该导热 片100质量％，优选为50质量％以上95质量％以下，更优选为55质量％以上88质量％以下， 尤其优选为60质量％以上80质量％以下。
[0072] 通过将无机填充材料(B)的含量设定为上述下限值以上，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，通过将无机填充材料(B)的含量设定为上述上限 值以下，能够提高树脂组合物的成膜性和操作性，并且使本导热片的膜厚的均匀性更加良 好。
[0073]本实施方式所涉及的无机填充材料(B)，从进一步提高导热片的导热性的观点考 虑，优选除了上述二次凝聚颗粒以外，还包含与构成二次凝聚颗粒的鳞片状氮化硼的一次 颗粒不同的鳞片状氮化硼的一次颗粒。该鳞片状氮化硼的一次颗粒的平均长径优选为0.01 Ml以上20WI1以下，更优选为0. lum以上1 Oum以下。
[0074]由此，能够实现导热性与绝缘性的平衡更加优异的导热片。
[0075] (固化剂(C))
[0076] 本实施方式所涉及的导热片，当作为热固性树脂(A)使用环氧树脂时，优选还包含 固化剂(C)。
[0077] 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)中的一种以上 的固化剂。
[0078] 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、四苯基鱗-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一 种，包括这些物质的衍生物在内也可以并用两种以上。
[0079]本实施方式所涉及的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。
[0080] 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、萘 酚酚醛清漆树脂、氨基三嗪酚醛清漆树脂、酚醛清漆树脂和三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树 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 月旨;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一种也可以并用两种以上。
[0081] 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，酚类固化剂 (C-2)优选为酚醛清漆型酚醛树脂或甲阶酚醛树脂。
[0082] 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5质量％以上15质量％以下。
[0083](偶联剂⑶）
[0084] 另外，本实施方式所涉及的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)与无机填充材料(B)的界面的润湿性。
[0085] 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一 种以上的偶联剂。
[0086] 偶联剂(D)的添加量依赖于无机填充材料(B)的比表面积，因此并无特别限定，但 相对于无机填充材料(B) 100质量份，优选为0.1质量份以上10质量份以下，尤其优选为0.5 质量份以上7质量份以下。
[0087] (苯氧基树脂(E))
[0088] 另外，本实施方式所涉及的导热片还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抗弯性。
[0089]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 应力松弛力。
[0090] 另外，当包含苯氧基树脂(E)时，由于粘度上升，流动性降低，能够抑制空隙等的产 生。另外，能够提高导热片与散热部件的密合性。通过它们的协同效应，能够进一步提高半 导体装置的绝缘可靠性。
[0091] 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。
[0092] 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。
[0093] (其他成分）
[0094] 在不损害本发明的效果的范围内，本实施方式所涉及的导热片中可包含抗氧化剂 和流平剂等。
[0095] 本实施方式所涉及的导热片例如能够以如下方式制备。
[0096] 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 如在溶剂中添加热固性树脂(A)等而制备树脂漆后，在该树脂漆中加入无机填充材料(B)并 使用三辊机等进行混炼，由此能够得到树脂组合物。由此，能够使无机填充材料(B)更均匀 地分散在热固性树脂(A)中。
[0097] 作为上述溶剂并无特别限定，但可举出甲乙酮、甲基异丁酮、丙二醇单甲醚和环己 酬等。
[0098] 接着，对导热片用树脂组合物进行老化。由此，对于所得到的导热片，能够使频率 lkHz、100°C~175°C下的介电损耗系数和相对介电常数的变化降低。对此，作为主要原因推 测是通过老化，无机填充材料(B)相对于热固性树脂(A)的亲和性上升等。老化例如能够以 30~80 °C、12~24小时的条件来进行。
[0099] 接着，将上述树脂组合物成形为片状而形成导热片。本实施方式中，例如可通过在 基材上涂布清漆状的上述树脂组合物后，对其进行热处理以使其干燥而得到导热片。作为 基材，例如可举出构成散热部件、引线框架、可剥离的载体材料等的金属箱。另外，用于使树 脂组合物干燥的热处理例如在80~150 °C、5分钟~1小时的条件下进行。导热片的膜厚例如 为60iim以上500WI1以下。
[0100] 接着，对本实施方式所涉及的半导体装置进行说明。图1是本发明的一个实施方式 所涉及的半导体装置100的剖视图。
[0101] 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)假设为各图所示的关系的情形来进行说明。但是，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。
[0102] 本实施方式中，对金属板为散热片的例子进行说明。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;接合在散热片 130的与第1面131相反的一侧的第2面132的导热材料140;和密封半导体芯片110和散热片 130的密封树脂180。
[0103]以下，进行详细的说明。
[0104] 半导体装置100,例如除了上述结构以外，还具有导电层120、金属层150、引线160 和金属线(金属配线）170。
[0105] 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 于散热片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。
[0106]散热片130由金属构成。
[0107]密封树脂180,除了半导体芯片110和散热片130之外，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。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。
[0108] 导热材料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的周围与导热材料140的散热片130侧的面(上表面141) 接触。
[0109] 金属层150的上表面151被固定在导热材料140的下表面142。即，金属层150的一个 面(上表面151)被固定在导热材料140的与散热片130侧相反的一侧的面(下表面142)。 [0110]优选在俯视时，金属层150的上表面151的外形线和导热材料140的与散热片130侧 相反的一侧的面(下表面142)的外形线重叠。
[0111] 另外，金属层150的与其一个面(上表面151)相反的一侧的面(下表面152)的整个 面从密封树脂180露出。另外，本实施方式的情况下，如上所述，导热材料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,因此导热材料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。
[0112] 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。
[0113] 半导体装置100的安装底面面积并无特别限定，但作为一个例子能够为10 X 10mm 以上100 X 100mm以下。在此，半导体装置100的安装底面面积是指金属层150的下表面152的 面积。
[0114] 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。可以是一 个，也可以是多个。例如，可以是3个以上(6个等）。即，作为一个例子，可以在一个散热片130 的第1面131侧设置3个以上的半导体芯片110,密封树脂180-并密封这3个以上的半导体芯 片 110〇
[0115] 半导体装置100例如为功率半导体装置。该半导体装置100例如可以是在密封树脂 180内密封有2个半导体芯片110的二合一结构、在密封树脂180内密封有6个半导体芯片110 的六合一结构或在密封树脂180内密封有7个半导体芯片110的七合一结构。
[0116]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。
[0117] 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。
[0118] 接着，准备包含引线160的引线框架(整体图示省略），将半导体芯片110的上表面 111的电极图案与引线160的电极161经由金属线170相互电连接。
[0119] 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。
[0120] 接着，准备导热材料140,将该导热材料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的一个面(上表面151)固定于导热材料 140的与散热片130侧相反的一侧的面(下表面142)。另外，可以在将导热材料140粘贴于散 热片130和密封树脂180之前，预先将金属层150固定在导热材料140的下表面142。
[0121] 接着，将各引线160从引线框架的框体（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。
[0122] 根据如上所述的实施方式，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的绝 缘性的导热材料140;和密封半导体芯片110和散热片130的密封树脂180。
[0123] 如上所述，即使当半导体装置的封装件小于某个程度时导热材料的绝缘性的恶化 没有作为问题显现出来，半导体装置的封装件的面积越大，在导热材料的面内电场最集中 的部位的电场也变得越强。因此，认为存在由导热材料的微小的膜厚变化导致的绝缘性的 恶化也作为问题显现出来的可能性。
[0124] 与此相对，本实施方式所涉及的半导体装置100例如即使是其安装底面面积为10 X 10mm以上100 X 100mm以下的大型的封装件，通过具备上述结构的导热材料140,也能够期 待获得充分的绝缘可靠性。
[0125] 另外，本实施方式所涉及的半导体装置100例如即使是在一个散热片130的第1面 131侧设置3个以上的半导体芯片110、并且密封树脂180将这3个以上的半导体芯片一并密 封的结构，即，即使半导体装置100为大型的封装件，通过具备上述结构的导热材料140,也 能够期待获得充分的绝缘可靠性。
[0126] 另外，当半导体装置100还具备一个面(上表面151)被固定于导热材料140的与散 热片130侧相反的一侧的面(下表面142)的金属层150时，能够通过该金属层150适当地进行 散热，因此半导体装置100的散热性提高。
[0127] 另外，当金属层150的上表面151小于导热材料140的下表面142时，导热材料140的 下表面142露出到外部，有可能因异物等突起物导致导热材料140产生裂纹。另一方面，当金 属层150的上表面151大于导热材料140的下表面142时，金属层150的端部成为悬空的形态， 在制造工序中进行操作等时，存在金属层150被剥离的可能性。
[0128] 与此相对，通过形成为在俯视时，金属层150的上表面151的外形线与导热材料140 的下表面142的外形线重叠的结构，能够抑制导热材料140的裂纹的产生和金属层150的剥 离。
[0129] 另外，金属层150的下表面152的整个面从密封树脂180露出，因此可在金属层150 的下表面152的整个面进行散热，能够获得半导体装置100的高的散热性。
[0130]图2是本发明的一个实施方式所涉及的半导体装置100的剖视图。该半导体装置 100,在以下说明的方面，不同于图1所示的半导体装置100,在其他方面与图1所示的半导体 装置100相同地构成。
[0131] 本实施方式的情况下，导热材料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。
[0132] 另外，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170互相电连接。在第 1面131例如搭载有共计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。
[0133] 另外，通过将上述的图1或图2所示的半导体装置100搭载于基板（图示省略)上，能 够获得具备基板和半导体装置1〇〇的功率模块。
[0134] 另外，本发明并不限定于前述实施方式，在可达到本发明的目的的范围内的变形、 改进等包含在本发明中。
[0135] 实施例
[0136] 以下，根据实施例和比较例对本发明进行说明，但本发明并不受这些实施例和比 较例限定。另外，实施例中，就份而言，只要没有特别规定就表示质量份。另外，各厚度用平 均膜厚来表示。
[0137] (凝聚氮化硼的制备）
[0138] 将硼酸三聚氰胺与鳞片状氮化硼粉末(平均长径：15wii)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°C、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，将已得到的复合颗粒在氮气气氛下、2000°C的条件下进行烧制，由此 得到了平均粒径为80mi的凝聚氮化硼。
[0139] 在此，凝聚氮化硼的平均粒径为通过激光衍射式粒度分布测量装置(株式会社堀 场制作所(H0RIBA，LTD.)制造的LA-500)以体积基准来测量颗粒的粒度分布而得到的中值 粒径(D50)。
[0140] (导热片的制备）
[0141] 在实施例1~7和比较例1~2中，如以下那样制备了导热片。
[0142] 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甲乙酮中， 对其进行搅拌，得到了热固性树脂组合物的溶液。接着，在该溶液中加入无机填充材料并进 行预混合后，用三辊机进行混炼，得到了使无机填充材料均匀地分散的导热片用树脂组合 物。接着，对已得到的导热片用树脂组合物，在60°C、15小时的条件下进行了老化。接着，使 用刮板法在铜箱上涂布导热片用树脂组合物后，通过l〇〇°C下进行30分钟的热处理对其进 行干燥，制备了膜厚为400M1的B阶段状的导热片。
[0143] 另外，表1中的各成分的详细情况如下所述。
[0144] 在比较例3中，除了对导热片用树脂组合物未进行老化以外，与实施例1同样地制 备了导热片。
[0145] 另外，表1中的各成分的详细情况如下所述。
[0146] (热固性树脂(A))
[0147] 环氧树脂1:具有双环戊二烯骨架的环氧树脂（XD-1000,日本化药株式会社 (Nippon Kayaku Co.，Ltd)制造）
[0148] 环氧树脂2:具有联苯骨架的环氧树脂(YX-4000,三菱化学株式会社(Mitsubishi Chemical Corporation)制造）
[0149] 环氧树脂3:具有金刚烷骨架的环氧树脂（E201，出光兴产株式会社（Idemitsu Kosan 〇3.，1^(1.)制造）
[0150] 环氧树脂4:具有酚芳烷基骨架的环氧树脂(NC-2000-L，日本化药株式会社制造） [0151 ]环氧树脂5:具有联苯芳烷基骨架的环氧树脂(NC-3000，日本化药株式会社制造）
[0152] 环氧树脂6:具有萘芳烷基骨架的环氧树脂(NC-7000，日本化药株式会社制造）
[0153] 环氧树脂7:双酚F型环氧树脂（830S，大日本油墨化学工业株式会社（DIC Corporation)制造）
[0154] 环氧树脂8:双酸A型环氧树脂(828,三菱化学株式会社制造）
[0155] 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（Lonza Japan Ltd.)制造）
[0156] (固化催化剂C-l)
[0157] 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）
[0158] 固化催化剂2:三苯基膦（北兴化学工业株式会社（H0KK0 CHEMICAL INDUSTRY CO.，LTD.)制造）
[0159] (固化剂 C-2)
[0160] 酚类固化剂1:三苯基甲烷型苯酚酚醛清漆树脂（MEH-7500,明和化成株式会社 (MEIWA PLASTIC INDUSTRIES,LTD.)制造）
[0161] (无机填充材料(B))
[0162] 填充材料1:通过上述制备例制备的凝聚氮化硼
[0163] (介电损耗系数和相对介电常数的变化的测量）
[0164] 如以下那样测量导热片的固化物的介电损耗系数和相对介电常数的变化。首先， 对已得到的导热片在180°C、10MPa的条件下进行40分钟热处理，由此得到了导热片的固化 物。
[0165] 利用导电糊在已得到的导热片的固化物上形成巾18mm的主电极。进一步，以主电 极与保护电极之间成为1_的方式形成巾26mm的保护电极。作为对电极，使用在涂布导热片 用树脂组合物时所使用的铜箱。作为试验装置，使用安捷伦科技有限公司（Agilent Technologies)制造的precision LCR meter HP-4284A。有效电压为IV，将频率固定为 1 kHz，在30 °C~200 °C的范围分别测量介电损耗系数和相对介电常数，计算出100 °C~175 °C 下的介电损耗系数的最大值和相对介电常数的变化。
[0166] (Tg(玻璃化转变温度)的测量）
[0167] 以如下方式测量了导热片的固化物的玻璃化转变温度。首先，对已得到的导热片 在180°C、lOMPa的条件下进行40分钟热处理，由此得到了导热片的固化物。接着，通过DMA (动态粘弹性测量)在升温速度5°C/min、频率1Hz的条件下测量了已得到的固化物的玻璃化 转变温度(Tg)。
[0168] (离子的总量的测量）
[0169] 以如下方式测量了导热片的固化物中的离子的总量。首先，对已得到的导热片在 180°C、10MPa的条件下进行40分钟热处理，由此得到了导热片的固化物。接着，将已得到的 固化物进行冷冻粉碎。对已冷冻粉碎的导热片2g中加入40mL的纯水，在125°C下进行20小时 热水提取，得到了提取水。
[0170] 对该提取水，使用DI0NEX ICS-3000型、ICS-2000型和DX-320型离子色谱装置测量 了选自 Li +、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、F-、C1-、NO2 2-、Br-、N〇3-、P〇43-、S〇42-、（ C00 ) 22-、CH3C00-和 HC0CT中的一种或两种以上的离子的总量。
[0171] 在此，在离子色谱装置中导入试样液和标准溶液，通过校正曲线法求出各离子浓 度，计算出来自试样的溶出离子量。
[0172] (25 °C和175 °C下的体积电阻率的测量）
[0173] 以如下方式测量了导热片的固化物的体积电阻率。首先，对已得到的导热片在180 °C、10MPa的条件下进行40分钟热处理，由此得到了导热片的固化物。接着，根据JIS K6911， 使用ULTRA HIGH RESISTANCE METER R8340A(ADC CORPORATION制造），在以施加电压 1000V 施加电压后1分钟后测量了已得到的固化物的体积电阻率。
[0174] 另外，使用导电性浆料制备了巾25.4mm的圆形状的主电极。另外此时未制作保护 电极。对电极利用了在制作片时用作基材的铜箱。
[0175] (绝缘可靠性评价）
[0176] 对实施例1~7和比较例1~3分别以如下方式评价了半导体封装件的绝缘可靠性。 首先，使用导热片的固化物制备了图1所示的半导体封装件。接着，使用该半导体封装件，在 温度85°C、湿度85%、交流施加电压1.5kV的条件下对连续湿中绝缘电阻进行了评价。另外， 将电阻值10 6Q以下设为故障。评价标准如下所示。
[0177] 300小时以上无故障
[0178] ◎: 200小时以上且小于300小时出现故障
[0179] 〇：150小时以上且小于200小时出现故障
[0180] A: 100小时以上且小于150小时出现故障
[0181] X :小于100小时出现故障
[0183 ]使用了 100 °C~17 5 °C下的介电损耗系数的最大值和相对介电常数的变化在本发 明的范围内的导热片的实施例1~7的半导体封装件的绝缘可靠性优异。
[0184] 另一方面，使用了100°C~175°C下的介电损耗系数的最大值和相对介电常数的变 化在本发明的范围以外的导热片的比较例1~3的半导体封装件的绝缘可靠性差。
[0185] 本申请主张基于2014年2月3日在日本申请的日本专利申请特愿2014-018632号的 优选权，并将其公开的全部内容援用于此。
【主权项】
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无机填充材料，其特 征在于： 在频率I kHz、IOO °C~17 5 °C下的该导热片的固化物的介电损耗系数的最大值为O . O 30 以下，且相对介电常数的变化为0.10以下。2. 根据权利要求1所述的导热片，其特征在于： 所述介电损耗系数的最大值为0.025以下，且所述相对介电常数的变化为0.05以下。3. 根据权利要求1或2所述的导热片，其特征在于： 通过利用离子色谱法对在下述条件下得到的提取水进行分析而测量的所述导热片的 固化物中的离子的总量为30，OOOppm以下， 所述离子为选自 Li +、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg 2+、F-、Cl -、N〇22-、Br-、N〇3-、P〇43-、S〇42-、 (COO) 22-、CH3COO-和HCOO-中的一种或两种以上， (条件） 对已冷冻粉碎的该导热片的固化物2g中加入40mL的纯水，在125°C下进行20小时热水 提取，得到提取水。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： 所述热固性树脂为选自具有双环戊二烯骨架的环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂、 具有金刚烷骨架的环氧树脂、具有酚芳烷基骨架的环氧树脂、具有联苯芳烷基骨架的环氧 树脂、具有萘芳烷基骨架的环氧树脂和氰酸酯树脂中的一种或两种以上。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： 在升温速度5°C/min、频率IHz的条件下通过动态粘弹性测量而测量的该导热片的固化 物的玻璃化转变温度为175 °C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： 所述无机填充材料为由鳞片状氮化硼的一次颗粒构成的二次凝聚颗粒。7. 根据权利要求6所述的导热片，其特征在于： 所述二次凝聚颗粒的平均粒径为5mi以上180μπι以下。8. 根据权利要求6或7所述的导热片，其特征在于： 构成所述二次凝聚颗粒的所述一次颗粒的平均长径为〇.Olym以上20μπι以下。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： 所述无机填充材料的含量，相对于该导热片100质量％，为50质量％以上95质量％以 下。10. -种半导体装置，其特征在于，具备： 金属板； 半导体芯片，其设置在所述金属板的第1面侧； 导热材料，其接合在所述金属板的与所述第1面相反的一侧的第2面;和 密封树脂，其密封所述半导体芯片和所述金属板， 所述导热材料由权利要求1至9中任一项所述的导热片形成。
【文档编号】H01L23/36GK105960709SQ201580007031
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年1月28日
【发明人】望月俊佑, 北川和哉, 白土洋次, 长桥启太, 津田美香, 马路哲, 黑川素美, 平泽宪也
【申请人】住友电木株式会社