(57)【要約】【課題】  発熱体の放熱性に優れ、高熱伝導率のフィルムの熱硬化後の冷却時及びアッセンブリー後の熱履歴においてに発生する発熱体と基板との熱膨張率の差に起因する応力により、発熱体と基板との接合強度が低下してしまうという問題、及びフィルムの耐熱性が十分ではないという問題を解決する信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】  発熱体２と、受熱器３と、発熱体２と受熱器３との間に、発熱体からの熱を受熱器に伝えるための高熱伝導層４とを備える半導体装置１であって、高熱伝導層４が、（Ａ）少なくとも特定構造のビニル基が結合したフェニル基を両末端に持つポリエーテル化合物を含む、２種以上の熱硬化性樹脂と、（Ｂ）熱可塑性エラストマーと、（Ｃ）熱伝導性無機フィラーと、（Ｄ）硬化剤とを含む高熱伝導フィルムの熱硬化体であり、厚さが１０〜３００μｍであることを特徴とする、半導体装置１。【選択図】      図１
2014090135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、受熱器と、発熱体と受熱器との間に、発熱体からの熱を受熱器に伝えるための高熱伝導層とを備える半導体装置であって、
高熱伝導層が、（Ａ）少なくとも以下の一般式（１）：
【化１】
2014090135.tif 000017
【化２】
2014090135.tif 000018
（式中、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基又はフェニル基であり、
−（Ｏ−Ｘ−Ｏ）−は構造式（２）で示され、ここで、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１４、Ｒ１５は、同一又は異なってもよく、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、
−（Ｙ−Ｏ）−は構造式（３）で示される１種類の構造、又は構造式（３）で示される２種類以上の構造がランダムに配列したものであり、ここで、Ｒ１６、Ｒ１７は同一又は異なってもよく、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、Ｒ１８、Ｒ１９は同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、
Ｚは炭素数１以上の有機基であり、場合により酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子を含むこともあり、
ａ、ｂは少なくともいずれか一方が０でない、０〜３００の整数を示し、
ｃ、ｄは０又は１の整数を示す）で示されるビニル基が結合したフェニル基を両末端に持つポリエーテル化合物を含む、２種以上の熱硬化性樹脂と、
（Ｂ）熱可塑性エラストマーと、
（Ｃ）熱伝導性無機フィラーと、
（Ｄ）硬化剤と
を含む高熱伝導フィルムの熱硬化体であり、厚さが１０〜３００μｍであることを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
高熱伝導層の２５℃でのせん断接着強度が、１３Ｎ／ｍｍ以上である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
高熱伝導層の厚さが、１０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
高熱伝導層の体積抵抗率が、１×１０１０Ω・ｃｍ以上であり、かつ、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１〜３のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項５】
（Ｃ）成分が、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ、ダイヤモンドフィラー、ＺｎＯ、およびＳｉＣからなる群より選択される１種以上である請求項１〜４記載のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項６】
（Ｄ）成分が、イミダゾール系硬化剤である、請求項１〜５のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項７】
受熱器が、電極が形成された基板であり、
高熱伝導層が、発熱体と、基板上に形成された電極との間に形成される、請求項１〜６のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項８】
発熱体が電極を有し、受熱器が基板であり、
高熱伝導層が、発熱体の電極と、基板との間に形成される、請求項１〜６のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項９】
発熱体が、ＩＣチップ、ベアチップ、ＬＥＤチップ、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である、請求項１〜７のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項１０】
基板が、メタルベースＣＣＬ使用基板、高熱伝導ＣＥＭ−３使用基板、高熱伝導ＦＲ−４使用基板、低熱抵抗ＦＣＣＬ使用基板、メタル基板、又はセラミックス基板である、請求項７〜９のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項１１】
発熱体が、半導体モジュールであり、受熱器が放熱板である、請求項１〜６のいずれか１項記載の半導体装置。
【請求項１２】
半導体モジュールが、パワー半導体モジュールである、請求項１１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、放熱性に優れ、信頼性の高い半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モジュールや電子部品の高機能化、高密度化に伴い、モジュールや電子部品などの発熱体から発生する熱量が大きくなってきている。これらの発熱体からの熱は、基板等に伝えられ、放熱されている。この熱伝導を効率よく行うため、発熱体と基板との間の接着剤には、高熱伝導率のものが用いられている。また、ハンドリングのよさから、接着剤の代わりに高熱伝導の接着フィルムが用いられている。
【０００３】
ここで、接着フィルムの熱伝導が良好でないと、モジュールや電子部品を組み込んだ半導体装置に熱が蓄積され、半導体装置の故障を誘発してしまう、という問題がある。したがって、高熱伝導率のフィルムの開発が、各社で進められている。
【０００４】
この高熱伝導率のフィルムとしては、高熱伝導性のフィラーを大量に使用する放熱性ダイボンドフィルム（特許文献１）や、フィルムに含有されるフィラーの形状を特定のものとすることで、半導体装置の放熱性を向上させる熱伝導性シート（特許文献２）が、報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０２３６０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、高熱伝導性のフィラーを大量に使用する放熱性ダイボンドフィルムは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びアクリル樹脂を使用しているため（特許文献１の第００３５、００９９段落）、熱硬化後の放熱性ダイボンドフィルムの硬度が高くなり過ぎ、高熱伝導率の放熱性ダイボンドフィルムの熱硬化後の冷却時に発生する発熱体と基板との熱膨張率の差に起因する応力により、発熱体と基板との接合強度が低下してしまう、という問題がある。また、この放熱性ダイボンドフィルムでは、耐熱性が充分とはいえず、モジュールや電子部品などの熱量の増加に伴う発熱に対処できない場合があり、熱伝導が十分ではない熱伝導フィルムを用いた半導体装置では、半導体装置そのものの信頼性が損なわれるおそれがある。
【０００７】
また、特定形状のフィラーを含有する熱伝導性シートも、熱硬化性樹脂を使用しており（特許文献２の第００２９、００３７段落）、上述の発熱体と基板との接合強度が低下してしまう、という問題があり、熱伝導性シートの耐熱性が充分とはいえず、半導体装置そのものの信頼性が損なわれるおそれがあるという問題もある。また、熱伝導性シートに特別な形状や加工のされているフィラーを用いると、半導体装置の高コスト化につながってしまう。さらに、熱伝導性シートに接する部材の熱伝導性シート側の面に、凹凸を形成するため、使用可能な半導体装置が限定されてしまう、という問題もある。
【０００８】
本発明の課題は、発熱体の放熱性に優れ、高熱伝導率のフィルムの熱硬化後の冷却時及びアッセンブリー後の熱履歴において発生する発熱体と基板との熱膨張率の差に起因する応力により、発熱体と基板との接合強度が低下してしまうという問題、及びフィルムの耐熱性が十分ではないという問題を解決する信頼性の高い半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下の構成を有することによって上記問題を解決した半導体装置に関する。
〔１〕発熱体と、受熱器と、発熱体と受熱器との間に、発熱体からの熱を受熱器に伝えるための高熱伝導層とを備える半導体装置であって、
高熱伝導層が、（Ａ）少なくとも以下の一般式（１）：
【００１０】
【化１】
2014090135.tif 000003
【化２】
2014090135.tif 000004
【００１１】
（式中、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基又はフェニル基であり、
−（Ｏ−Ｘ−Ｏ）−は構造式（２）で示され、ここで、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１４、Ｒ１５は、同一又は異なってもよく、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、
−（Ｙ−Ｏ）−は構造式（３）で示される１種類の構造、又は構造式（３）で示される２種類以上の構造がランダムに配列したものであり、ここで、Ｒ１６、Ｒ１７は同一又は異なってもよく、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、Ｒ１８、Ｒ１９は同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、
Ｚは炭素数１以上の有機基であり、場合により酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子を含むこともあり、
ａ、ｂは少なくともいずれか一方が０でない、０〜３００の整数を示し、
ｃ、ｄは０又は１の整数を示す）で示されるビニル基が結合したフェニル基を両末端に持つポリエーテル化合物を含む、２種以上の熱硬化性樹脂と、
（Ｂ）熱可塑性エラストマーと、
（Ｃ）熱伝導性無機フィラーと、
（Ｄ）硬化剤と
を含む高熱伝導フィルムの熱硬化体であり、厚さが１０〜３００μｍであることを特徴とする、半導体装置。
〔２〕高熱伝導層の２５℃でのせん断接着強度が、１３Ｎ／ｍｍ以上である、上記〔１〕記載の半導体装置。
〔３〕高熱伝導層の厚さが、１０μｍ以上１００μｍ以下である、上記〔１〕又は〔２〕記載の半導体装置。
〔４〕高熱伝導層の体積抵抗率が、１×１０１０Ω・ｃｍ以上であり、かつ、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、上記〔１〕〜〔３〕のいずれか記載の半導体装置。
〔５〕（Ｃ）成分が、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ、ダイヤモンドフィラー、ＺｎＯ、およびＳｉＣからなる群より選択される１種以上である上記〔１〕〜〔４〕記載のいずれか記載の半導体装置。
〔６〕（Ｄ）成分が、イミダゾール系硬化剤である、上記〔１〕〜〔５〕のいずれか記載の半導体装置。
〔７〕受熱器が、電極が形成された基板であり、
高熱伝導層が、発熱体と、基板上に形成された電極との間に形成される、上記〔１〕〜〔６〕のいずれか記載の半導体装置。
〔８〕発熱体が電極を有し、受熱器が基板であり、
高熱伝導層が、発熱体の電極と、基板との間に形成される、上記〔１〕〜〔６〕のいずれか記載の半導体装置。
〔９〕発熱体が、ＩＣチップ、ベアチップ、ＬＥＤチップ、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である、上記〔１〕〜〔７〕のいずれか記載の半導体装置。
〔１０〕基板が、メタルベースＣＣＬ使用基板、高熱伝導ＣＥＭ−３使用基板、高熱伝導ＦＲ−４使用基板、低熱抵抗ＦＣＣＬ使用基板、メタル基板、又はセラミックス基板である、上記〔７〕〜〔９〕のいずれか記載の半導体装置。
〔１１〕発熱体が、半導体モジュールであり、受熱器が放熱板である、上記〔１〕〜〔６〕のいずれか記載の半導体装置。
〔１２〕半導体モジュールが、パワー半導体モジュールである、上記〔１１〕記載の半導体装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発熱体の放熱性に優れ、発熱体と基板との熱膨張率の差に起因する応力により発熱体と基板との接合強度が低下することなく、さらに耐熱性が付与された高信頼性の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の半導体装置の断面の模式図の一例である。
【図２】高熱伝導層の厚さと接着強度（せん断強度）の関係を示す図である。
【図３】半導体装置の断面の具体例を示す図である。
【図４】半導体装置の断面の具体例を示す図である。
【図５】半導体装置の断面の具体例を示す図である。
【図６】半導体装置の断面の具体例を示す図である。
【図７】半導体装置の断面の具体例を示す図である。
【図８】半導体装置の断面の具体例を示す図である。
【図９】高熱伝導層のせん断接着強度の評価方法を説明する模式図である。
【図１０】熱抵抗測定装置の模式図である。
【図１１】熱抵抗の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の半導体装置は、発熱体と、受熱器と、発熱体と受熱器との間に、発熱体からの熱を受熱器に伝えるための高熱伝導層とを備える半導体装置であって、
高熱伝導層が、（Ａ）少なくとも以下の一般式（１）：
【００１５】
【化３】
2014090135.tif 000005
【化４】
2014090135.tif 000006
【００１６】
（式中、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７は同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基又はフェニル基であり、
−（Ｏ−Ｘ−Ｏ）−は構造式（２）で示され、ここで、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１４、Ｒ１５は、同一又は異なってもよく、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、
−（Ｙ−Ｏ）−は構造式（３）で示される１種類の構造、又は構造式（３）で示される２種類以上の構造がランダムに配列したものであり、ここで、Ｒ１６、Ｒ１７は同一又は異なってもよく、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、Ｒ１８、Ｒ１９は同一又は異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数６以下のアルキル基又はフェニル基であり、
Ｚは炭素数１以上の有機基であり、場合により酸素原子、窒素原子、硫黄原子、ハロゲン原子を含むこともあり、
ａ、ｂは少なくともいずれか一方が０でない、０〜３００の整数を示し、
ｃ、ｄは０又は１の整数を示す）で示されるビニル基が結合したフェニル基を両末端に持つポリエーテル化合物を含む、２種以上の熱硬化性樹脂と、
（Ｂ）熱可塑性エラストマーと、
（Ｃ）熱伝導性無機フィラーと、
（Ｄ）硬化剤と
を含む高熱伝導フィルムの熱硬化体であり、厚さが１０〜３００μｍであることを特徴とする。この高熱伝導層が、熱伝導性と耐熱性に優れているため、発熱体の放熱性に優れ、信頼性が高い半導体装置となる。図１に、本発明の半導体装置の断面の模式図の一例を示す。図１に示すように、本発明の半導体装置１は、発熱体２と、受熱器３と、発熱体と受熱器との間に、発熱体からの熱を受熱器に伝えるための高熱伝導層４とを備え、高熱伝導層４は、高熱伝導フィルムの熱硬化体である。以下、発熱体、受熱器、高熱伝導層の順に説明する。
【００１７】
〔発熱体〕
発熱体は、特に限定されるものではなく、種々の半導体や半導体モジュールを用いることができるが、本発明の効果を発揮するためには、発熱量の多い発熱体、すなわち、ベアチップ等のＩＣチップ、ＬＥＤチップ、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、もしくはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体、または自動車等の輸送機器に用いられるパワー半導体モジュール等の半導体モジュールが好ましい。また、本発明の効果を発揮するためには、総発熱量が０．５Ｗ〜５００Ｗの高出力の半導体または半導体モジュールが、より好ましい。
【００１８】
〔受熱器〕
受熱器としては、基板、放熱板等が挙げられる。基板としては、高熱伝導ＣＥＭ−３使用基板、高熱伝導ＦＲ−４使用基板等の樹脂系基板や、メタルベースＣＣＬ使用基板、低熱抵抗ＦＣＣＬ使用基板等のメタル基板、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＢＮ等のセラミックス基板が挙げられ、半導体装置の設計に応じて種々のものを用いることができる。受熱器として樹脂系基板を用いると、低弾性率の高熱伝導層により、発熱体と受熱器との熱膨張差に起因する応力が緩和されるため反りを防止することができ、さらに半導体装置に耐熱性を付与できる。受熱器としてメタル基板やセラミックス基板を用いると、発熱体と受熱器の熱伝導率が近いため、発熱体と受熱器との熱膨張差に起因する応力が緩和され、かつ高熱伝導層が低弾性率であるため、高熱伝導層にクラックが発生することを防止することができ、さらに半導体装置に耐熱性を付与できる。特に、応力の緩和を重視する用途では樹脂系基板の使用が好ましく、低熱抵抗の観点からはメタル基板やセラミックス基板の使用が好ましい。参考までに、表１に、各樹脂系基板の熱膨張係数と熱伝導率の一例を示す。なお、表１には、ＩＣチップ等の材料であるシリコンのデータも記載する。また、放熱板としては、半導体モジュール等からの熱を放熱できるものであればよく、形状等は特に限定されない。
【００１９】
【表１】
2014090135.tif 000007
【００２０】
〔高熱伝導層〕
まず、高熱伝導層を構成する熱硬化体を形成するための高熱伝導フィルムについて説明する。高熱伝導フィルムに含まれる（Ａ）成分は、少なくとも一般式（１）で示されるビニル基が結合したフェニル基を両末端に持つポリエーテル化合物（以下、変性ＯＰＥという）を含む、２種以上の熱硬化性樹脂である。本発明では、熱硬化性樹脂として変性ＯＰＥを用いているので、エポキシを主として用いた従来品と比べて、Ｔｇが高く（２１６℃）、耐熱性が優れており、高熱伝導層の経時変化が生じにくく、半導体装置の長期信頼性を維持できる。さらに、樹脂中の親水基の数が少ないため吸湿性に優れる、という特徴がある。このため、１５０℃近くの温度がかかる用途であっても、高熱伝導層は、発熱体や受熱器と剥離が生じず、信頼性の高い半導体装置である。さらに、変性ＯＰＥとエラストマーによる効果により、高熱伝導層が外部からの応力を緩和できるような適度の柔軟性を有しているため、半導体装置内に生じる応力を緩和することができる。また、変性ＯＰＥは、絶縁性に優れており、高熱伝導層の厚さを小さくしても、半導体装置の信頼性を維持することができる。この変性ＯＰＥは、特開２００４−５９６４４号公報に記載されたとおりである。なお、Ｔｇが高いエポキシ樹脂を使用した組成物は、フィルム状に成形することができず、Ｔｇが低いエポキシ樹脂を使用した組成物は、フィルム状に成形することができるが、得られるフィルムのＴｇが低くなるため、フィルムの耐熱性が劣ってしまう。
【００２１】
一般式（１）で示される変性ＯＰＥの−（Ｏ−Ｘ−Ｏ）−についての構造式（２）において、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１４、Ｒ１５は、好ましくは、炭素数３以下のアルキル基であり、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３は、好ましくは、水素原子又は炭素数３以下のアルキル基である。具体的には、構造式（４）が挙げられる。
【００２２】
【化５】
2014090135.tif 000008
【００２３】
−（Ｙ−Ｏ）−についての構造式（３）において、Ｒ１６、Ｒ１７は、好ましくは、炭素数３以下のアルキル基であり、Ｒ１８、Ｒ１９は、好ましくは、水素原子又は炭素数３以下のアルキル基である。具体的には、構造式（５）又は（６）が挙げられる。
【００２４】
【化６】
2014090135.tif 000009
【００２５】
Ｚは、炭素数３以下のアルキレン基が挙げられ、具体的には、メチレン基である。
【００２６】
ａ、ｂは少なくともいずれか一方が０でない、０〜３００の整数を示し、好ましくは０〜３０の整数を示す。
【００２７】
数平均分子量１０００〜３０００である一般式（１）の変性ＯＰＥが好ましい。数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ）により、標準ポリスチレンによる検量線を用いた値とする。
【００２８】
上記の変性ＯＰＥは、単独でも、２種以上組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
（Ａ）成分に含有される一般式（１）の変性ＯＰＥ以外の熱硬化性樹脂としては、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、カルボジイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等が挙げられ、ビフェニル型エポキシ樹脂が、高熱伝導フィルムの成形性の観点から好ましい。エポキシ樹脂は、接着強度を向上させるために用いられる。また、カルボジイミド樹脂は、エポキシ樹脂より接着強度を向上させることができるので、高接着力が要求される用途では、カルボジイミド樹脂が好ましい。ビスマレイミド樹脂は、接着強度向上および高Ｔｇ（ガラス転移点）化の観点から好ましい。（Ａ）成分に含有される変性ＯＰＥ以外の熱硬化性樹脂は、単独でも２種以上を併用してもよい。
【００３０】
（Ｂ）成分としては、スチレン−ブタジエンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、ポリブタジエン（ＰＢ）、スチレン−（エチレン−エチレン／プロピレン）−スチレンブロック共重合体（ＳＥＥＰＳ）が挙げられ、スチレン−エチレン／ブチレン−スチレンブロック共重合体が、硬化後の高熱伝導フィルムへの耐熱性付与の観点から、好ましい。（Ｂ）成分は、単独でも２種以上を併用してもよい。（Ｂ）成分は、重量平均分子量は、３０，０００〜２００，０００であるものが好ましい。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰＣ）により、標準ポリスチレンによる検量線を用いた値とする。
【００３１】
（Ｃ）成分の熱伝導性無機フィラーとは、熱伝導率が、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものをいう。（Ｃ）成分は、絶縁性を保持する観点から、一般的な無機フィラーを使用することができ、熱伝導率、絶縁性および熱膨張係数の点から、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮ、ダイヤモンドフィラー、ＺｎＯ、およびＳｉＣからなる群より選択される少なくとも１種以上の無機フィラーであると、好ましい。なお、ＺｎＯおよびＳｉＣには、必要に応じて絶縁処理をしてもよい。各材料の熱伝導率測定結果の一例としては（単位は、Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＭｇＯは３７、Ａｌ２Ｏ３は３０、ＡｌＮは２００、ＢＮは３０、ダイヤモンドは２０００、ＺｎＯは５４、ＳｉＣは９０である。
【００３２】
（Ｃ）成分の平均粒径（粒状でない場合は、その平均最大径）は、特に限定されないが、０．０５〜５０μｍであることが、高熱伝導フィルム中に（Ｃ）成分を均一に分散させるうえで好ましい。０．０５μｍ未満だと、高熱伝導フィルムを形成するための組成物の粘度が上昇して、成形性が悪化するおそれがある。５０μｍ超だと、高熱伝導フィルム中に（Ｃ）成分を均一に分散させることが困難になるおそれがある。ここで、（Ｃ）成分の平均粒径は、動的光散乱式ナノトラック粒度分析計により測定する。（Ｃ）成分は、単独でも２種以上を併用してもよい。
【００３３】
（Ｄ）成分としては、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、イミダゾール系硬化剤、酸無水物系硬化剤等が挙げられ、（Ｄ）成分が、イミダゾール系硬化剤であると、変性ＯＰＥ以外の熱硬化性樹脂に対する硬化性、接着性の観点から、好ましい。
【００３４】
（Ａ）成分は、硬化後の高熱伝導フィルムの熱伝導率の観点から、高熱伝導フィルム：１００質量部に対して、５〜２５質量部であると好ましい。また、変性ＯＰＥは、硬化後の高熱伝導フィルムの耐熱性の観点から、（Ａ）成分：１００質量部に対して、６０〜９５質量部であると好ましい。
【００３５】
（Ｂ）成分は、高熱伝導フィルムの成形性及び硬化後の高熱伝導フィルムの弾性率の観点から、高熱伝導フィルム：１００質量部に対して、５〜２５質量部であると好ましい。
【００３６】
（Ｃ）成分は、絶縁性、接着性、および熱膨張係数の観点から、高熱伝導フィルム：１００質量部に対して、５０〜９０質量部であると好ましい。（Ｃ）成分が、９０質量部を超えると、高熱伝導フィルム接着力が低下し易い。一方、（Ｃ）成分が、５０質量部未満であると、無機フィラーの熱伝導率が高くても、高熱伝導層の熱伝導が不十分であるおそれがある。
【００３７】
（Ｄ）成分は、高熱伝導フィルムの保存安定性、高熱伝導フィルムの硬化性の観点から、高熱伝導フィルム：１００質量部に対して、０．０１〜１質量部であると好ましい。
【００３８】
なお、高熱伝導フィルムは、本発明の効果を損なわない範囲で、粘着性付与剤、消泡剤、流動調整剤、成膜補助剤、分散助剤等の添加剤を含むことができる。
【００３９】
高熱伝導フィルムを形成するための組成物（以下、高熱伝導フィルム用組成物という）は、（Ａ）〜（Ｄ）成分等を含む原料を、有機溶剤に溶解又は分散等させることにより、高熱伝導フィルム用組成物を得ることができる。これらの原料の溶解又は分散等の装置としては、特に限定されるものではないが、撹拌、加熱装置を備えたライカイ機、３本ロールミル、ボールミル、プラネタリーミキサー、ビーズミル等を使用することができる。また、これら装置を適宜組み合わせて使用してもよい。
【００４０】
有機溶剤としては、芳香族系溶剤、例えばトルエン、キシレン等、ケトン系溶剤、例えばメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。有機溶剤は、単独でも、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、有機溶剤の使用量は、特に限定されないが、、固形分が２０〜５０質量％となるように使用することが好ましい。作業性の点から、高熱伝導フィルム用組成物は、２００〜３０００ｍＰａ・ｓの粘度の範囲であることが好ましい。粘度は、Ｅ型粘度計を用いて、回転数１０ｒｐｍ、２５℃で測定した値とする。
【００４１】
高熱伝導フィルムは、高熱伝導フィルム用組成物を、所望の支持体に塗布した後、乾燥することにより得られる。支持体は、特に限定されず、銅、アルミニウム等の金属箔、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の有機フィルム等が挙げられる。支持体はシリコーン系化合物等で離型処理されていてもよい。
【００４２】
高熱伝導フィルム用組成物を支持体に塗布する方法は、特に限定されないが、薄膜化・膜厚制御の点からはマイクログラビア法、スロットダイ法、ドクターブレード法が好ましい。スロットダイ法により、熱硬化後の厚さが１０〜３００μｍになる高熱伝導フィルムを得ることができる。
【００４３】
乾燥条件は、高熱伝導フィルム用組成物に使用される有機溶剤の種類や量、塗布の厚み等に応じて、適宜、設定することができ、例えば、５０〜１２０℃で、１〜３０分程度とすることができる。このようにして得られた高熱伝導フィルムは、良好な保存安定性を有する。なお、高熱伝導フィルムは、所望のタイミングで、支持体から剥離することができる。
【００４４】
高熱伝導層は、未硬化状態の高熱伝導フィルムを、例えば、発熱体と受熱器との間に配置した後、例えば、１３０〜２００℃で、６０〜１８０分の間、熱硬化させて形成することができる。この高熱伝導層は、発熱体と受熱器と、場合により電極等とを接着すると共に、発熱体からの熱を受熱器側へ逃がし、受熱器側で放熱させる伝熱の役割を果たす。さらに、高熱伝導層は、発熱体と受熱器との間、場合により発熱体または受熱器と電極等との間の熱膨張率の差に起因する応力を緩和する役割を果たす。
【００４５】
高熱伝導層の厚さは、１０μｍ以上３００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。１０μｍ未満では所望する絶縁性を得られなくなるおそれがある。３００μｍを超えると、発熱体の放熱が充分にはできなくなる。高熱伝導層の厚さが薄くなるに従って、発熱体と受熱器との距離が短くなるので、効率的な熱伝導の観点から、高熱伝導層の厚さは薄い方が好ましい。
【００４６】
さらに、高熱伝導層は、その厚さが薄いほど接着強度が高いという特徴を有している。高熱伝導層の厚さと接着強度（せん断強度）の関係を、表２と図２に示す。図２において、横軸は膜厚、縦軸はせん断強度であり、破線は剪断強度と膜厚の傾向を示す。図２からわかるように、高熱伝導層は、その厚さが薄いほど、接着強度が高い。したがって、高熱伝導層の厚さが、１０μｍ以上３００μｍ以下であると、せん断強度が１０Ｎ／ｍｍ以上になるので好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であると、せん断強度が１４Ｎ／ｍｍ以上になるので、より好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であると、せん断強度が１５Ｎ／ｍｍ以上になるので、さらに好ましい。高熱伝導層のせん断強度が高いのは、高熱伝導層が外部からの応力を緩和できるような適度の柔軟性を有するためであるが、高熱伝導層が３００μｍを超えると、高熱伝導層自体に亀裂が生じ、破壊し易くなる。発熱体が半導体モジュールで、受熱器が放熱板である場合のような放熱用途では、高い接着性が要求されない場合が多いが、発熱体がＩＣチップ等の半導体で、受熱器が基板である場合のような高い接着性が要求される用途では、高熱伝導層を３００μｍより厚くすることは好ましくない。高熱伝導層の厚さを好ましい範囲にするには、高熱伝導フィルムを上記の好ましい範囲の厚さとすることで実現できる。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
高熱伝導層の２５℃でのせん断接着強度は、１３Ｎ／ｍｍ以上であることが好ましい。１３Ｎ未満であると、発熱体がＩＣチップ等の半導体で、受熱器が基板である場合のような接着性が要求される用途に用いることが難しくなる。
【００４９】
高熱伝導層は、体積抵抗率が１×１０１０Ω・ｃｍ以上であり、かつ、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると、好ましい。高熱伝導層は、体積抵抗率が１×１０１２Ω・ｃｍ以上であるとより好ましく、１×１０１３Ω・ｃｍ以上であると更に好ましい。また、高熱伝導層は、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるとより好ましい。高熱伝導層の体積抵抗率が１×１０１０Ω・ｃｍ未満の場合には、半導体装置に要求される絶縁性を満足できないおそれがある。また、高熱伝導層の熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合には、発熱体からの受熱器への伝熱が不十分となるおそれがある。高熱伝導層の体積抵抗率と熱伝導率は、（Ｃ）成分の種類と含有量によって、制御することができる。
【００５０】
〔半導体装置〕
以下、本発明の半導体装置の各実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明の半導体装置は、受熱器が、電極が形成された基板であり、
高熱伝導層が、発熱体と、基板上に形成された電極との間に形成されると、発熱体の熱が、基板上に形成された電極経由で放熱されるため、好ましい。この構造は、後述する図５に存在する。また、本発明の別の半導体装置では、発熱体が電極を有し、受熱器が基板であり、高熱伝導層が、発熱体の電極と、基板との間に形成されると、発熱体の熱が、発熱体の電極経由で放熱されるため、好ましい。この構造は、後述する図４、６に存在する。以下、図３〜８に基づき、このような半導体装置の断面の具体例を説明する。
【００５１】
図３に示す半導体装置１０では、発熱体であるＩＣチップ１２と、受熱器である基板１３との間に、高熱伝導層１４が設けられ、かつＩＣチップ１２とワイヤーボンディング１６で接続された基板１３上の電極１５と、基板１３との間にも高熱伝導層１４が設けられた構造をしている。この構造では、ＩＣチップ１２からの熱は、高熱伝導層１４を経由して基板１３に放熱され、更にワイヤーボンディング１６と電極１５を介して高熱伝導層１４を経由して基板１３に放熱される経路で放熱される。図３では、高熱伝導層１４は、基板１３とＩＣチップ１２、および基板１３と電極１５の接着層としても機能している。また、高熱伝導層１４は、基板１３とＩＣチップ１２、および基板１３と電極１５の熱膨張率の差に起因する応力を緩和している。
【００５２】
図４に示す半導体装置２０では、発熱体であるＩＣチップ２２に形成された電極（バンプ）２７と、受熱器である基板２３上に形成された電極２５とが接合されており、基板２３と電極２５との間に、ＩＣチップ２２からの熱を基板２３に伝えるための高熱伝導層２４が設けられた構造をしている。この構造では、ＩＣチップ２２からの熱は、電極（バンプ）２７と電極２５を介して高熱伝導層２４を経由して基板２３に放熱される。図４では、高熱伝導層２４は、基板２３と電極２５の接着層としても機能している。また、高熱伝導層２４は、基板２３と電極２５との熱膨張率の差に起因する応力を緩和している。
【００５３】
図５に示す半導体装置３０では、発熱体であるＩＣチップ３２は、上部の高熱伝導層３４を介して電極３５と接着しており、電極３５は、下部の高熱伝導層３４を介して基板３３と接着している。また、ＩＣチップ３２は、ボンディングワイヤー３６によっても電極３５と接合している。この構造では、ＩＣチップ３２からの熱は、上部の高熱伝導層３４経由で電極３５に放熱され、かつボンディングワイヤー３６経由でも電極３５に放熱される。電極３５に伝わった熱は、下部の高熱伝導層３４経由で基板３３に放熱される。図５では、高熱伝導層３４は、ＩＣチップ３２と電極３５、および電極３５と基板３３の接着層としても機能している。また、高熱伝導層３４は、ＩＣチップ３２と電極３５、および電極３５と基板３３の熱膨張率の差に起因する応力を緩和している。
【００５４】
図６に示す半導体装置４０では、ＩＣチップ４２は、左部の電極（リードフレーム）４８と接合している。また、ＩＣチップ４２は、ワイヤーボンディング４６により右部の電極（リードフレーム）４８と接合している。リードフレーム４８は、電極４５と接合しており、電極４５は、高熱伝導層４４を介して基板４３と接着している。また、ＩＣチップ４２、ワイヤーボンディング４６、電極（リードフレーム）４８の一部は、モールド樹脂４９で封止されている。この構造では、ＩＣチップ４２からの熱は、直接左部の電極（リードフレーム）４８へ、かつワイヤーボンディング４６により右部の電極（リードフレーム）４８へ、更にモールド樹脂４９を介して左右の電極（リードフレーム）４８へ伝わる。電極（リードフレーム）４８に伝わった熱は、電極４５と高熱伝導層４４を介して基板４３へ放熱される。図６では、高熱伝導層４４は、電極４５と基板４３の接着層としても機能している。また、高熱伝導層４４は、電極４５と基板４３との熱膨張率の差に起因する応力を緩和している。
【００５５】
図７に示す半導体装置５０では、半導体モジュール５２は、電極５５と接合している。電極５５は、上部の高熱伝導層５４を介して基板５３と接着しており、基板５３は、下部の高熱伝導層５４を介して放熱板５６と接着している。この構造では、半導体モジュール５２からの熱は、電極５５、上部の高熱伝導層５４、基板５３、下部の高熱伝導層５４を介して放熱板５６に放熱される。図７では、高熱伝導層５４は、電極５５と基板５３、および基板５３と放熱板５６の接着層としても機能している。また、高熱伝導層５４は、電極５５と基板５３、および基板５３と放熱板５６の熱膨張率の差に起因する応力を緩和している。
【００５６】
図８に示す半導体装置６０では、半導体モジュール６２は、電極６５と接合している。電極６５は、下部の高熱伝導層６４を介して基板６３と接着している。また、半導体モジュール６２は、上部の高熱伝導層６４を介して放熱板６６と接着している。この構造では、半導体モジュール６２からの熱は、上部の高熱伝導層６４を介して放熱板６６に放熱され、かつ電極６５、下部の高熱伝導層６４を介して基板６３に放熱される。図８では、高熱伝導層６４は、電極６５と基板６３、および半導体モジュール６２と放熱板６６の接着層としても機能している。また、高熱伝導層６４は、電極６５と基板６３、および半導体モジュール６２と放熱板６６の熱膨張率の差に起因する応力を緩和している。
【実施例】
【００５７】
本発明について、実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例において、部、％はことわりのない限り、質量部、質量％を示す。
【００５８】
〔実施例１〜５、比較例１〜７〕
表３と表４に示す配合で、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、適量のトルエンを計量配合した後、それらを８０℃に加温された反応釜に投入し、回転数１５０ｒｐｍで回転させながら、常圧混合を３時間行い、クリヤーを作製した。作製したクリヤーに、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分、場合によりその他を加え、プラネタリーミキサーにより分散し、高熱伝導フィルム用組成物を作製した。このようにして得られた高熱伝導フィルム用組成物を、支持体である離型処理をほどこしたＰＥＴフィルムの片面に塗布し、１００℃で乾燥させることにより、支持体付の高熱伝導フィルムを得た。なお、比較例５と比較例７は、フィルムを形成することができなかった。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
2014090135.tif 000012
【００６１】
〔高熱伝導層の評価〕
高熱伝導層を評価するために、下記の評価毎に、高熱伝導フィルムを熱硬化させた。表５、表６に、高熱伝導フィルムを熱硬化させたときの硬化温度、硬化時間を示す。
【００６２】
《熱伝導率》
未硬化の高熱伝導フィルムを、２００℃のプレス機で６０分間加熱硬化させた。硬化させた高熱伝導フィルムの熱伝導率を、ＮＥＴＺＳＣＨ社製熱伝導率計（Ｘｅフラッシュアナライザー、型番：ＬＦＡ４４７Ｎａｎｏｆｌａｓｈ）を用いて測定した。
【００６３】
《ピール強度》
接着フィルムの両面に、粗化面を内側にして銅箔を貼りあわせ、プレス機で熱圧着させた（１８０℃、６０ｍｉｎ、０．１ＭＰａ）。この試験片を１０ｍｍ幅にカットし、オートグラフで引きはがし、ピール強度を測定した。測定結果について、各Ｎ＝５の平均値を計算した。
【００６４】
《ガラス転移点温度（Ｔｇ）》
動的粘弾性測定（ＤＭＡ）にて測定した。高熱伝導フィルムを、２００℃、６０ｍｉｎで熱硬化させ、支持体から剥離した後、高熱伝導フィルムの熱硬化体から試験片（１０±０．５ｍｍ×４０±１ｍｍ）を切り出し、試験片の幅、厚みを測定した。その後、セイコーインスツルメンツ社製ＤＭＳ（型番：ＥＸＳＴＡＲ６１００）にて測定（引張モード）を行った（３℃／ｍｉｎ、１０Ｈｚ、２５−２２０℃）。ｔａｎδのピーク温度を読み取り、Ｔｇとした。
【００６５】
《弾性率の評価》
上記動的粘弾性測定（ＤＭＡ）にて測定した２５℃での貯蔵弾性率を弾性率とした。表５、表６に、高熱伝導フィルムの弾性率の評価結果を示す。
【００６６】
【表５】
2014090135.tif 000013
【００６７】
【表６】
2014090135.tif 000014
【００６８】
《せん断接着強度の評価》
実施例１、比較例１と２について、高熱伝導層のせん断接着強度の評価を行った。図９に、高熱伝導層のせん断接着強度の評価方法を説明する模式図を示す。基板７２として、ＦＲ−４基板と、シリコンチップ７３として、５ｍｍ角のシリコンチップを準備した。Φ２ｍｍの高熱伝導フィルムを、基板７２上の高熱伝導層７４を形成したい位置に載置して、高熱伝導フィルム上に、シリコンチップ７３をマウントした。この後、２００℃で６０分間、高熱伝導フィルムを熱硬化させ、高熱伝導層７４を形成した。アイコ−エンジニアリング製卓上強度試験器（型番：１６０５ＨＴＰ）を使用して、２５℃、１５０℃での剪断強度（単位：Ｎ）を測定した。表７に、高熱伝導層のせん断接着強度の評価結果を示す。
【００６９】
【表７】
2014090135.tif 000015
【００７０】
《熱抵抗》
図１０に、熱抵抗測定装置の模式図を示す。Ｋ型熱電対８６を埋め込んだ、幅：５０ｍｍ、長さ：５０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの銅板８２の間に、幅：２０ｍｍ、長さ：２０ｍｍ、厚さ：２０〜３９０μｍの、２００℃×６０分間で硬化させた高熱伝導フィルム８３を設置し、その銅板８２の上にヒートシンク８４と重さ：６６０ｇのおもり８５で押さえつけた。下部にヒータ８１を置き、下記条件で加熱し、熱抵抗を算出した。
試験条件は、供給電圧：４０Ｗ（＝１００Ｖ×０．４Ａ）、測定領域：２０ｍｍ□である。
電力供給開始から５ｍｉｎ後のヒータ側温度をＴａ、ヒートシンク側温度をＴｂ、
供給電力をＰ  として、熱抵抗（単位：℃／Ｗ）を、下記式：
Ｒｔｈ  ＝（Ｔａ  −  Ｔｂ）／  Ｐ  
から算出した。表８と図１１に、熱抵抗の評価結果を示す。
【００７１】
【表８】
2014090135.tif 000016
【００７２】
表５からわかるように、実施例１〜５のすべてにおいて、熱伝導率、ピール強度、ガラス転移温度のすべてが高く、弾性率は所望の範囲内であった。これに対して、表６からわかるように、変性ＯＰＥを使用しない比較例１は、ガラス転移温度と弾性率が低かった。また、変性ＯＰＥを使用しない比較例２は、弾性率が高過ぎた。（Ｃ）成分の代わりに、無機フィラーとしてシリカ（熱伝導率：約１Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用した比較例３は、熱伝導率が低かった。熱硬化性樹脂が、変性ＯＰＥのみである比較例４は、ピール強度が低かった。（Ｂ）成分を含まない比較例５、（Ｄ）成分を含まない比較例７は、フィルムを形成することができなかった。（Ｃ）成分を含まない比較例６は、熱伝導率と弾性率が低かった。
【００７３】
また、表７からわかるように、実施例１は、２５℃、１５０℃ともに、せん断接着強度が高かった。これに対して、比較例１は、２５℃のせん断接着強度が低く、１５０℃のせん断接着強度は著しく低かった。また、比較例２は、実施例１と同等の値を示した。
【００７４】
表８、図１１の熱抵抗の評価結果からわかるように、高熱伝導層の厚さが３００μｍ以下であれば、熱抵抗が０．４℃／Ｗ未満になり、低熱抵抗といえることがわかった。また、高熱伝導層の厚さが１００μｍ以下であれば、熱抵抗が０．３℃／Ｗ未満になり、著しく低熱抵抗といえることがわかった。
【００７５】
上記のように、本発明の半導体装置は、発熱体の放熱性に優れ、発熱体と受熱器の接着強度が低下することなく、高耐熱性であるので、高信頼性である。
【符号の説明】
【００７６】
１    半導体装置
２    発熱体
３    受熱器
４    高熱伝導層
１０、２０、３０、４０    半導体装置
１２、２２、３２、４２    ＩＣチップ
１３、２３、３３、４３    基板
１４、２４、３４、４４    高熱伝導層
１５、２５、３５、４５    電極
１６、３６、４６    ボンディングワイヤー
２７    電極（バンプ）
４８    電極（リードフレーム）
４９    モールド
５０、６０    半導体装置
５２、６２    半導体モジュール
５３、６３    基板
５４、６４    高熱伝導層
５５、６５    電極
５６、６６    放熱板
７１    シェアツール
７２    基板
７３    シリコンチップ
７４    高熱伝導層
８１    ヒーター
８２    銅板
８３    高熱伝導フィルム
８４    ヒートシンク
８５    重り
８６    Ｋ型熱電対
【図１】
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【図２】
2014090135.tif 000020
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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