CN101809734A - 导热性片材和功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明为导热性片材，其为将无机填充剂分散于热固性树脂中而成的导热性片材，其特征在于，上述无机填充剂包含使具有15μm以下的平均长径的鳞片状氮化硼的一次粒子各向同性地凝聚而形成的二次凝聚粒子，并且上述无机填充剂包含大于20体积％的具有50μm以上粒径的上述二次凝聚粒子。该导热性片材在生产率、成本方面有利，并且导热性和电绝缘性优异。

Description

导热性片材和功率模块
技术领域
本发明涉及用于使热从电气-电子设备等的发热构件传送到散热构件的导热性片材，特别涉及使功率模块的发热传导到散热构件的绝缘性的导热性片材以及使用其的功率模块(power module)。
背景技术
目前为止，对使热从电气-电子设备等的发热构件传送到散热构件的热传导树脂膜层，要求具有高的导热性并且是绝缘性，使无机填充剂分散于热固性树脂中的导热性片材作为满足这样的要求的材料已广泛使用。其中，作为无机填充剂，使用了具有高热导率并且是绝缘性的六方晶氮化硼(h-BN)。
六方晶氮化硼的晶体结构是与石墨同样的层状结构，其粒子形状为鳞片状。该鳞片状氮化硼如图10中所示，具有长径方向的热导率高、短径方向的热导率低的各向异性的导热性，该长径方向和短径方向之间的热导率的差据说从数倍到数十倍。图10中，箭头的方向表示热传导的方向，箭头的粗细表示热传导的大小。因此，通过使分散于热固性树脂中的鳞片状氮化硼以在片材内使其直立的状态，即鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向一致的方式取向，期待着使片材厚度方向的导热性飞跃性改善的导热性片材的开发。
但是，在采用模压成型法、注射成型法、挤出成型法、压延成型法、滚压成型法、刮刀成型法等公知的成型方法成型为片状的方法中，由于成型时的压力、流动，具有容易以热固性树脂中的鳞片状氮化硼在片材内倒下的状态，即如图11所示，鳞片状氮化硼5的长径方向与片材面方向一致的方式取向的倾向。因此，这样得到的导热性片材变得片材面方向的导热性优异，在片材厚度方向成为热传导通路的使用方式中存在不能充分地发挥优异的导热性的问题。
因此，提出了几种使分散于热固性树脂中的鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向一致的方法，即沿片材厚度方向以直立状态取向的方法。
例如，在专利文献1中，通过将使以鳞片状氮化硼的长径方向与片材面方向一致的方式取向的片材沿厚度方向切片，得到鳞片状氮化硼的长径方向沿厚度方向直立取向的导热性片材。
专利文献2中，通过将以鳞片状氮化硼的长径方向与片材面方向一致的方式取向的片材卷绕而成的层合物垂直切断，从而得到鳞片状氮化硼的长径方向沿厚度方向直立取向的导热性片材。
专利文献3中，通过在使包含鳞片状氮化硼的高分子组合物固化前，在片材厚度方向施加磁场，从而得到使鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向平行地磁场取向的导热性片材。
专利文献4中，通过在使包含有机聚硅氧烷和鳞片状氮化硼的组合物固化前用超声波振荡机振荡，从而得到使鳞片状氮化硼的长径方向不沿片材面方向取向的导热性片材。
专利文献5中，提出了配合有包含鳞片状氮化硼的二次凝聚粒子的无机填充剂的导热性片材。
专利文献1：特公平6-38460号公报
专利文献2：特许第3568401号公报
专利文献3：特开2002-80617号公报
专利文献4：特公平6-12643号公报
专利文献5：特开2003-60134号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1～4的方法均需要特殊的设备、复杂的制造工序，因此在生产率、成本方面不利。
另一方面，在专利文献5的方法中，在构成二次凝聚粒子的鳞片状氮化硼的一次粒子的平均长径大的情形中，一次粒子向相同方向凝聚的同时，在导热性片材的制造工序中进行混合搅拌、模压等时二次凝聚粒子容易崩散。因此，即使配合这样的二次凝聚粒子，片材厚度方向的导热性也没有充分改善。另外，在专利文献5的导热性片材中，作为无机填充剂的氮化硼粉末只含1～20重量％的具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子，因此导热性不足。
本发明为解决上述问题而完成，以提供在生产率、成本方面有利并且导热性和电绝缘性优异的导热性片材为目的。
另外，本发明以提供散热性优异的功率模块为目的。
用于解决问题的手段
本发明人为解决上述问题进行了深入研究，结果发现，通过使鳞片状氮化硼的一次粒子的平均长径为15μm以下，一次粒子各向同性地凝聚而成为一次粒子的凝聚力改善的二次凝聚粒子，通过使包含该二次凝聚粒子的无机填充剂分散于热固性树脂中，二次凝聚粒子在导热性片材的制造工序中难以崩散，导热性片材的导热性在任何方向均同等地改善。还发现通过使包含大于20体积％的具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子的无机填充剂分散于热固性树脂中，能使导热性片材的导热性飞跃地改善。
即，本发明为导热性片材，是将无机填充剂分散于热固性树脂中而成的导热性片材，其特征在于，上述无机填充剂包含使具有15μm以下的平均长径的鳞片状氮化硼的一次粒子各向同性地凝聚而形成的二次凝聚粒子，并且上述无机填充剂包含大于20体积％的具有50μm以上的粒径的上述二次凝聚粒子。
另外，本发明为功率模块，其特征在于具有：搭载于一方的散热构件的功率半导体元件，将由上述功率半导体元件产生的热向外部散热的另一方的散热构件，和将由上述半导体元件产生的热从上述一方的散热构件传送到上述另一方的散热构件的上述导热性片材。
发明效果
根据本发明，能提供在生产率、成本方面有利，并且导热性和电绝缘性优异的导热性片材。
附图说明
图1为实施方式1中导热性片材的截面示意图。
图2为由具有15μm以下平均长径的鳞片状氮化硼的一次粒子形成的二次凝聚粒子的截面示意图。
图3为由具有大于15μm的平均长径的鳞片状氮化硼的一次粒子形成的二次凝聚粒子的断面示意图。
图4为实施方式1中的导热性片材的截面示意图。
图5为实施方式1中的导热性片材的截面示意图。
图6为实施方式2中的功率模块的截面示意图。
图7为表示实施例1～8和比较例1～3的导热性片材中热导率的相对值与无机填充剂中具有50μm以上粒径的粒子的比例的关系的图。
图8为表示实施例1～8和比较例4～6的导热性片材中热导率的相对值与一次粒子的平均长径的关系的图。
图9为比较例7的导热性片材的截面示意图。
图10为表示六方晶氮化硼的导热性的图。
图11为现有的导热性片材的截面示意图。
具有实施方式
实施方式1.
以下参照附图对本实施方式中的导热性片材进行说明。
图1为本实施方式中的导热性片材的截面示意图。图1中，导热性片材1由成为基体的热固性树脂2和分散于该热固性树脂2中的作为氮化硼的二次凝聚粒子3的无机填充剂构成。该二次凝聚粒子3为鳞片状氮化硼的一次粒子4各向同性地凝聚形成的。
鳞片状氮化硼的一次粒子4的平均长径为15μm以下，优选为0.1μm～10μm。如果为该范围，如图2所示，能得到鳞片状氮化硼的一次粒子4向所有方向凝聚，即各向同性地凝聚的二次凝聚粒子3，二次凝聚粒子3具有各向同性的导热性。此外，该二次凝聚粒子3，由于一次粒子4的凝聚力大，在导热性片材的制造工序中进行混合搅拌、模压等时难以崩散。其结果，对于配合该二次凝聚粒子3得到的导热性片材1，具有各向同性的导热性的二次凝聚粒子3在导热性片材1的制造工序中不会崩散而均匀分散，因此片材厚度方向的导热性改善。应予说明，在图2中，箭头方向表示热传导的方向，箭头的粗细表示热传导的大小。特别地，一次粒子4的平均长径如果为10μm以下，能使鳞片状氮化硼的一次粒子4各向同性且紧密地凝聚，因此二次凝聚粒子3的导热性变得更加各向同性，同时在导热性片材的制造工序中二次凝聚粒子3变得更加难以崩散。
另一方面，如果鳞片状氮化硼的一次粒子4的平均长径大于15μm，如图3所示，鳞片状氮化硼的一次粒子4没有各向同性地凝聚，二次凝聚粒子3的导热性出现各向异性(即仅特定方向的导热性升高)。此外，二次凝聚粒子3的密度变低，二次凝聚粒子3自身的导热性降低，同时在导热性片材的制造工序中二次凝聚粒子3变得容易崩散。其结果，对于配合该二次凝聚粒子3得到的导热性片材1，片材厚度方向的导热性没有充分改善。应予说明，在图3中，箭头方向表示热传导的方向，箭头的粗细表示热传导的大小。
其中，二次凝聚粒子3中一次粒子4的凝聚力，可由激光衍射-散射式粒度分布测定中，施加超声波前后的二次凝聚粒子3的平均粒径的变化率[(1-施加超声波后的二次凝聚粒子3的平均粒径/施加超声波前的二次凝聚粒子3的平均粒径)×100]表示。其为基于以下特性的计算方法：一次粒子4的凝聚力低时，二次凝聚粒子3因超声波的施加而崩散，因此施加超声波后的二次凝聚粒子3的平均粒径比施加超声波前的二次凝聚粒子3的平均粒径小，而一次粒子4的凝聚力高时，即使施加超声波，二次凝聚粒子3也不崩散，因此二次凝聚粒子3的平均粒径在施加超声波前后不变化。其中，作为超声波的施加条件，频率为22.5kHz，施加时间为10分钟。
本实施方式中使用的二次凝聚粒子3，优选施加超声波前后的二次凝聚粒子3的平均粒径的变化率为47％以下。该平均粒径的变化率超过47％时，一次粒子4的凝聚力过低，因此有时在导热性片材的制造工序中大量二次凝聚粒子3崩散，在导热性片材1的厚度方向得不到希望的导热性。
二次凝聚粒子3可通过利用喷雾干燥法等公知的方法使鳞片状氮化硼的一次粒子4凝聚后，进行烧成、粒子生长而得到。其中，烧成温度并无特别限定，一般约为2000℃。
二次凝聚粒子3的形状并无特别限定，优选为球状。如果为球状的二次凝聚粒子3，制造导热性片材1时能够确保树脂的流动性，同时使填充量增多。
二次凝聚粒子3的平均粒径优选为20μm～180μm，更优选为40μm～130μm。该平均粒径小于20μm时，有时得不到具有希望的热导率的导热性片材1。另一方面，该平均粒径超过180μm时，有时使二次凝聚粒子3混合分散在热固性树脂2中变得困难，对作业性、成型性产生障碍。另外，有时还产生得不到具有希望厚度的导热性片材，电绝缘性降低等障碍。
再有，二次凝聚粒子3的最大粒径相对于导热性片材1的厚度过大时，电绝缘性可能沿着界面降低。因此，二次凝聚粒子3的最大粒径优选为导热性片材1的厚度的约90％以下。
在导热性片材1中，二次凝聚粒子3和热固性树脂2的界面的热阻大，无法高效地进行热传送，因此，配合有大量粒径小的二次凝聚粒子3的情形中，二次凝聚粒子3和热固性树脂2的界面大量存在，热损失增大。因此，用于导热性片材1的无机填充剂包含大于20体积％、优选大于等于30体积％且小于100体积％的具有50μm以上的粒径的二次凝聚粒子3。这样，通过配合粒径比较大的二次凝聚粒子3，与大量配合粒径小的二次凝聚粒子3的情形相比，二次凝聚粒子3和热固性树脂2的界面变少，抑制热阻，高效地进行热传送。其结果导热性片材1的导热性飞跃地改善。具有50μm以上的粒径的二次凝聚粒子3为20体积％以下时，得不到具有希望的导热性的导热性片材1。
另外，一般地，使热导率高的粒子状无机填充剂的粒径增大时，导热性片材的电绝缘性降低。该电绝缘性的降低，起因于导热性片材的构成成分的电容率之差，例如，对于将与热固性树脂的电容率(约4)差别大的氧化铝、氮化铝(电容率：约9)的粒径大的粒子作为无机填充剂配合的导热性片材，电绝缘性降低。而对于将二次凝聚粒子3作为无机填充剂配合的导热性片材1，热固性树脂和二次凝聚粒子3的电容率均约为4，为同等的程度，所以即使配合粒径比较大的二次凝聚粒子3，导热性片材1的电绝缘性也不降低。
从使导热性改善的观点出发，无机填充剂可包含构成上述二次凝聚粒子3的鳞片状氮化硼的一次粒子4之外的鳞片状氮化硼。将还包含该鳞片状氮化硼作为无机填充剂的导热性片材的截面示意图示于图4。在图4中，导热性片材5由成为基体的热固性树脂2、分散于该热固性树脂2中并且包含二次凝聚粒子3和鳞片状氮化硼6的无机填充剂构成。另外，二次凝聚粒子3是鳞片状氮化硼的一次粒子4各向同性地凝聚而形成的。
鳞片状氮化硼具有在结晶生长时在a轴方向(长径方向)容易生长的性质，因而具有六方晶系的晶体结构。这样的鳞片状氮化硼的热导率，a轴方向(长径方向)比c轴方向(短径方向)大数倍到数十倍。于是，一般地，仅将鳞片状氮化硼分散在热固性树脂中而形成导热性片材时，容易使其以鳞片状氮化硼的长径方向与片材面方向一致的方式取向，因此片材厚度方向的导热性没有改善。
而本实施方式中的导热性片材5，通过将鳞片状氮化硼6和二次凝聚粒子3混合而配合，难以以鳞片状氮化硼6的长径方向与片材面方向平行地取向，鳞片状氮化硼6的长径方向朝向随机的方向，也在片材厚度方向取向，因此片材厚度方向的导热性进一步改善。
其中，关于导热性片材1、5中鳞片状氮化硼(鳞片状氮化硼的一次粒子4，或者鳞片状氮化硼的一次粒子4和鳞片状氮化硼6)的取向度，只考虑导热性片材1、5的导热性时，认为如果使所有的鳞片状氮化硼的长径方向在片材厚度方向平行地取向，能进一步改善导热性片材1、5的导热性。
但是，在使所有的鳞片状氮化硼的长径方向在片材厚度方向平行地取向的情形中，绝缘破坏特性(电绝缘性)显著降低，因此有必要在考虑导热性和绝缘破坏特性的平衡的同时，控制导热性片材1、5中鳞片状氮化硼的取向度。
该导热性片材1、5中鳞片状氮化硼的取向度可使用X射线衍射装置评价。具体地，取向度可由在导热性片材1、5的片材厚度方向照射X射线得到的X射线衍射图中<002>面相对于<100>面的衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)来评价。强度比(I<002>/I<100>)，在鳞片状氮化硼的长径方向与片材面方向平行地取向的比例大的情形中变大，在鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向平行地取向的比例大的情形中变小。
本实施方式中导热性片材1、5的强度比(I<002>/I<100>)优选在6～20的范围。该强度比小于6时，鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向平行地取向的比例多，绝缘破坏特性有时会下降。另一方面，该强度比超过20时，鳞片状氮化硼的长径方向与片材面方向平行地取向的比例多，有时得不到希望的片材厚度方向的导热性改善效果。
用于导热性片材5的鳞片状氮化硼6的平均长径优选为3μm～50μm。如果配合具有该范围的平均长径的鳞片状氮化硼6，各个二次凝聚粒子3之间均衡地填充鳞片状氮化硼6，因此能使导热性片材5的导热性改善。特别地，如果使用具有5μm～20μm的平均长径的鳞片状氮化硼6，鳞片状氮化硼6的填充率变高，导热性片材5的导热性进一步改善。该平均长径小于3μm时，比表面积显著增加，热阻高的基体和无机填充剂的界面增加，有时得不到希望的导热性片材5的导热性改善效果。另一方面，该平均长径超过50μm时，鳞片状氮化硼6的尺寸过大，有时难以适当地将鳞片状氮化硼6填充在各个二次凝聚粒子3之间。
从使热导率改善的观点出发，无机填充剂可包含无机粉末。将还包含该无机粉末作为无机填充剂的导热性片材的截面示意图示于图5。图5中，导热性片材7由成为基体的热固性树脂2和分散于该热固性树脂2中并且包含二次凝聚粒子3和无机粉末8的无机填充剂构成。另外，二次凝聚粒子3是鳞片状氮化硼的一次粒子4各向同性地凝聚而形成的。
作为用于导热性片材7的无机粉末8，并无特别限制，能使用在导热性片材中可作为无机填充剂通常使用的无机粉末。如果配合该无机粉末8，在各个二次凝聚粒子3之间填充无机粉末8，因此能够改善导热性片材7的导热性。
作为该无机粉末8，可举出例如熔融二氧化硅(SiO2)、结晶二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)和碳化硅(SiC)等。特别地，氮化硼和氮化铝的导热性优异，因而优选。另外，上述化合物可单独或组合使用。
无机粉末8的形状也无特别限定，但优选为球状。
导热性片材1、5、7中上述无机填充剂的填充率优选为20体积％～80体积％。特别地，该填充率在30体积％～70体积％的情形中，制造导热性片材1、5、7时，作业性优异，同时导热性片材1、5、7的导热性也良好。该填充率小于20体积％时，有时得不到具有希望的导热性的导热性片材1、5、7。另外，该填充率大于80体积％时，制造导热性片材1、5、7时将二次凝聚粒子3混合分散于热固性树脂2中变得困难，有时对作业性、成型性产生障碍。
作为成为导热性片材1、5、7的基体的热固性树脂2，并无特别限制，可使用例如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、蜜胺树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺树脂等。其中，由于制造导热性片材1、5、7容易，因而特别优选环氧树脂。
作为环氧树脂的主剂，可举出例如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、脂环脂肪族环氧树脂、缩水甘油基-氨基酚系环氧树脂。这些树脂可单独或组合使用。
作为环氧树脂的固化剂，可使用例如甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐和ハィミック酸酐等脂环式酸酐；十二碳烯基琥珀酸酐等脂肪族酸酐；邻苯二甲酸酐和偏苯三酸酐等芳香族酸酐；双氰胺和己二酸二酰肼等有机二酰肼；三(二甲基氨基甲基)苯酚；二甲基苄基胺；1，8-二氮杂双环(5，4，0)十一碳烯及其衍生物；2-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和2-苯基咪唑等咪唑类。这些固化剂可单独使用或组合使用。
固化剂的配合量，可根据使用的热固性树脂2、固化剂的种类等适当调节，一般地，相对于100质量份的热固性树脂2，为0.1质量份～200质量份。
从使热固性树脂2和氮化硼的二次凝聚粒子3的界面的粘合力改善的观点出发，导热性片材1、5、7可包含偶联剂。作为该偶联剂，可举出例如γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨基乙基)γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷等。这些偶联剂可单独使用或组合使用。
偶联剂的配合量，可根据使用的热固性树脂2、偶联剂的种类等适当设定，一般地，相对于100质量份的热固性树脂2，为0.01质量％～5质量％。
包含如上所述的构成成分的本实施方式的导热性片材1、5、7可如下来制造。
首先，调制包含规定量的热固性树脂2和用于使该热固性树脂2固化所需量的固化剂的热固性树脂组合物。
其次，将溶剂加入该热固性树脂组合物，调制热固性树脂组合物的溶液，在该溶液中加入无机填充剂(具体地，二次凝聚粒子3、任选的鳞片状氮化硼6和无机粉末8)进行预混合。其中，作为调制热固性树脂组合物的溶液中使用的溶剂，并无特别限定，可使用甲苯、甲乙酮等。另外，溶剂的配合量只要是能预混合的量，并无特别限定，相对于热固性树脂组合物和无机填充剂的总质量，一般为40质量％～85质量％。再有，热固性树脂组合物的粘度低的情形中，也可以不加溶剂。另外，在配合偶联剂的情形下，偶联剂在下述的混炼工序前加入即可。
其次，使用3联辊、捏合机等将该预混合物混炼，制作导热性片材用复合物后，利用刮刀法将该复合物涂布于脱模处理过的树脂片材等。或者，也可以将该复合物直接涂布在散热构件上。
其次，通过使该涂布物干燥，使涂布物中的溶剂挥发，可得到本实施方式的导热性片材1、5、7。其中，干燥时，根据需要也可以加热到80℃～150℃，促进溶剂的挥发。另外，组装到功率模块等中时，从发热构件和散热构件的粘合性等观点出发，可以使基体的热固性树脂2B阶化。
这样制造的本实施方式的导热性片材1、5、7，通过配置在电气-电子设备的发热构件和散热构件之间，能够将发热构件和散热构件粘合，同时进行电绝缘。特别地，本实施方式的导热性片材1、5、7，导热性高，因此能高效率地将热从发热构件传送到散热构件。
其中，将本实施方式的导热性片材1、5、7配置在电气-电子设备的发热构件和散热构件之间的情形下，通过使用基体的热固性树脂为B阶状态的导热性片材，配置该导热性片材后加热到150℃～200℃使其固化，能将发热构件和散热构件粘合于导热性片材。另外，通过将导热性片材粘合于电气-电子设备的发热构件和散热构件的任一方，将另一方的发热构件或散热构件压接于该导热性片材，同时加热至150℃～200℃使其固化，可进一步改善发热构件和散热构件相对于导热性片材的粘合性。再有，使导热性片材与发热构件直接接触不适合的情形中，也可以将发热构件配置在发热构件和导热性片材之间。
实施方式2.
本实施方式的功率模块具有：搭载于一方的散热构件的功率半导体元件，将由上述功率半导体元件产生的热散热到外部的另一方的散热构件，和将由上述功率半导体元件产生的热从上述一方的散热构件传送到上述另一方的散热构件的上述导热性片材。
图6为本实施方式的功率模块的截面示意图。图6中，功率模块9具有搭载于作为一方的散热构件的引线框架11的功率半导体元件12，作为另一方的散热构件的散热器13和配置在引线框架11和散热器13之间的导热性片材10。此外，功率半导体元件12和控制用半导体元件14之间以及功率半导体元件12和引线框架11之间由金属线15引线接合。另外，引线框架11的端部以及散热器13的用于外部散热的部分以外由模塑树脂16密封。
具有这样构成的功率模块9具有导热性和绝缘性优异的导热性片材，因而散热性优异。
实施例
以下通过实施例和比较例详细说明本发明，但本发明并不由它们限定。
表1中示出实施例1～18和比较例1～8中使用的无机填充剂的种类及其特征。应予说明，具有规定特征的二次凝聚粒子使用表1所示的平均长径的一次粒子，由公知的方法制作。其中，通过制作将二次凝聚粒子封埋于环氧树脂中的样品，研磨该样品的截面，利用电子显微镜拍摄多张放大到数千倍的照片后，实际测定一次粒子的长径，将该测定值平均而求得一次粒子的平均长径。
[表1]
Figure GPA00001073140700131
[实施例1]
将包含100质量份液体双酚A型环氧树脂(ェピコ一ト828：日本环氧树脂株式会社制)和1质量份固化剂即1-氰基乙基-2-甲基咪唑(キュァゾ一ル2PN-CN：四国化成工业株式会社制)的热固性树脂组合物添加至166质量份作为溶剂的甲乙酮中，搅拌，调制热固性树脂组合物的溶液。
其次，将作为无机填充剂的氮化硼的二次凝聚粒子No.A以相对于热固性树脂组合物和无机填充剂的总体积为60体积％来配合并预混合。将该预混合物再用三联辊混炼，制造热固性树脂组合物的溶液中均匀分散有无机填充剂的导热性片材用复合物。
其次，将导热性片材用复合物用刮刀法涂布在厚105μm的散热构件上，在110℃下进行15分钟的加热干燥处理，制作厚100μm的B阶状态的导热性片材。
接着，将在散热构件上形成的B阶状态的导热性片材以导热性片材侧成为内侧的方式2片重叠后，在120℃下加热1小时，再在160℃下加热3小时，从而使导热性片材的基体即热固性树脂完全固化，得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例2～8]
除了分别使用氮化硼的二次凝聚粒子No.B～D和I～L作为无机填充剂以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例9]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加78质量份甲乙酮以及使用氮化硼的二次凝聚粒子No.C作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和无机填充剂的总体积为30体积％来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例10]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加125质量份甲乙酮，以及使用氮化硼的二次凝聚粒子No.C作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和无机填充剂的总体积为50体积％来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例11]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加234质量份甲乙酮，以及使用氮化硼的二次凝聚粒子No.C作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和无机填充剂的总体积为70体积％来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[比较例1]
比较例1中，制作只使用了鳞片状氮化硼作为无机填充剂的导热性片材。其中，除了使用鳞片状氮化硼No.N作为无机填充剂以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[比较例2和3]
比较例2和3中，制作使用了含有20体积％以下的具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子的无机填充剂的导热性片材。其中，除了分别使用了氮化硼的二次凝聚粒子No.H和G作为无机填充剂以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[比较例4～6]
比较例4～6中，制作使用了使平均长径大于15μm的鳞片状氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子作为无机填充剂的导热性片材。其中，除了分别使用了氮化硼的二次凝聚粒子No.E、F和M作为无机填充剂以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[比较例7]
比较例7中，采用以往的方法制作只使用了鳞片状氮化硼作为无机填充剂的导热性片材。其中，除了只使用鳞片状氮化硼No.O作为无机填充剂，同时按照专利文献3的方法，在片材干燥工序中将片材暴露于在片材厚度方向上N极和S极相对的磁通密度为4特斯拉的磁场气氛下以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
对于上述实施例1～11和比较例1～7中得到的导热性片材，用激光闪光法测定片材厚度方向的热导率。将该热导率的结果作为以用比较例1的导热性片材得到的热导率为基准的用各实施例或各比较例的导热性片材得到的热导率的相对值([用各实施例或各比较例的导热性片材得到的热导率]/[用比较例1的导热性片材得到的热导率]的值)示于表2。
另外，对于导热性片材的绝缘破坏电场(BDE)，通过用在油中对被散热构件夹持的导热性片材以1kV/秒的恒定升压施加电压而测定的绝缘破坏电压(BDV)除以导热性片材的厚度而算出。该绝缘破坏电场(BDE)的结果，作为以用比较例7的导热性片材得到的BDE为基准的用各实施例或比较例的导热性片材得到的BDE的相对值([用各实施例或比较例的导热性片材得到的BDE]/[用比较例7的导热性片材得到的BDE]的值)示于表2。
另外，对于导热性片材中的鳞片状氮化硼的取向度，使用X射线衍射装置，用CuKα射线在30KV、15mA的条件下，2θ扫描0～60°，求得26.9°<002>面和41.6°<100>面的衍射峰，作为衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)示于表2。
再有，表2中，对各实施例和比较例中使用的构成成分的种类和配合量等进行了汇总。另外对于配合量，使用质量份来表示。
Figure GPA00001073140700171
如表2所示，与只使用鳞片状氮化硼作为无机填充剂的比较例1的导热性片材、使用了包含20体积％以下的具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子的无机填充剂的比较例2和3的导热性片材以及使用了使平均长径大于15μm的鳞片状氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子作为无机填充剂的比较例4～6的导热性片材相比，实施例1～11的导热性片材均是片材厚度方向的热导率显著高。再有，使用电子显微镜观察比较例4～6的导热性片材的截面，结果确认二次凝聚粒子的大部分崩散并成为鳞片状。
对该结果进行考察，对于比较例1和4～6的导热性片材，衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)大，因此推测鳞片状氮化硼的长径方向与片材面方向平行地取向的比例高。因此，对于比较例1和4～6的导热性片材，认为片材厚度方向的热导率变低。
另外，对于按照专利文献3的方法，在磁场气氛下制作的比较例7的导热性片材，衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)小，因此推测鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向平行地取向的比例高。因此，对于比较例7的导热性片材，认为片材厚度方向的热导率变高。但是，对于比较例7的导热性片材，如图9所示，鳞片状氮化硼的长径方向与片材厚度方向平行地取向的比例过高，因此绝缘破坏特性降低。
而对于实施例1～11的导热性片材，衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)为6～20，因此推测鳞片状氮化硼的长径方向在片材厚度方向、片材面方向等各个方向均衡地取向。因此，对于实施例1～11的导热性片材，认为在保持良好的绝缘破坏特性的同时，片材厚度方向的热导率变高。
另外，基于表2的结果，将实施例1～8和比较例1～3的导热性片材的热导率的相对值与无机填充剂中具有50μm以上粒径的粒子(本实施例和比较例中，意指二次凝聚粒子)的比例的关系示于图7。另外将实施例1～8和比较例4～6的导热性片材的热导率的相对值与一次粒子的平均长径的关系示于图8。
如图7所示，可知在无机填充剂中具有50μm以上粒径的粒子(即二次凝聚粒子)的比例大于20体积％的情形中，热导率的相对值显著升高。另外如图8所示，可知一次粒子的平均长径为15μm以下的情形中，热导率的相对值显著升高。
[实施例12]
除了使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C和鳞片状氮化硼No.N以25∶75的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：15体积％、No.N：45体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例13]
除了使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C和鳞片状氮化硼No.N以50∶50的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：30体积％、No.N：30体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例14]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加165质量份甲乙酮，以及使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C和鳞片状氮化硼No.N以75∶25的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：45体积％、No.N：15体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例15]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加165质量份甲乙酮，以及使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C和球状氮化铝No.P以25∶75的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：15体积％、No.P：45体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例16]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加165质量份甲乙酮，以及使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C、鳞片状氮化硼No.N和球状氮化铝No.Q以50∶25∶25的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：30体积％、No.N：15体积％、No.Q：15体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例17]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加165质量份甲乙酮，以及使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C和熔融二氧化硅No.R以50∶50的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：30体积％、No.R：30体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[实施例18]
除了在调制热固性树脂组合物的溶液时添加165质量份甲乙酮，以及使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C、鳞片状氮化硼No.N和熔融二氧化硅No.R以50∶25∶25的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：30体积％、No.N：15体积％、No.R：15体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
[比较例8]
在比较例8中，制作使用了含有20体积％以下的具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子的无机填充剂的导热性片材。除了使用将氮化硼的二次凝聚粒子No.C和鳞片状氮化硼No.N以20∶80的体积比混合的混合填充剂作为无机填充剂，以相对于热固性树脂组合物和混合填充剂的总体积为60体积％(No.C：12体积％、No.N：48体积％)来配合以外，与实施例1同样地得到夹持于2个散热构件间的导热性片材。
对于上述实施例12～18和比较例8中得到的导热性片材，与上述同样地测定了片材厚度方向的热导率、绝缘破坏电压(BDV)和X射线衍射峰。将其结果示于表3。
再有，表3中对于各实施例和比较例中使用的构成成分的种类和配合量等加以汇总。而且对于配合量使用质量份来表示。
[表3]
Figure GPA00001073140700211
1)表示以比较例1的导热性片材的热导率为基准的各实施例或各比较例的导热性片材的热导率的相对值，由[各实施例或各比较例的导热性片材的热导率]/[比较例1的导热性片材的热导率]求出.
2)表示以比较例7的导热性片材的BDE(绝缘破坏电场)为基准的各实施例或比较例的导热性片材的BDE的相对值，由[用各实施例或比较例的导热性片材得到的BDE]/[用比较例7的导热性片材得到的BDE]求出。
如表3所示，使用包含二次凝聚粒子和鳞片状氮化硼，但具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子为20体积％以下的无机填充剂的比较例8的导热性片材，片材厚度方向的热导率低。
而使用了包含二次凝聚粒子和鳞片状氮化硼或无机粉末，具有50μm以上粒径的二次凝聚粒子大于20体积％的无机填充剂的实施例12～18的导热性片材，片材厚度方向的热导率高。特别是实施例12～18的导热性片材，由于衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)为6～20，因而推测鳞片状氮化硼的长径方向在片材厚度方向、片材面方向等各个方向均衡地取向。因此，对于实施例12～18的导热性片材，认为在保持良好的绝缘破坏特性的同时，片材厚度方向的热导率变高。
[实施例19]
利用传递模塑法用模塑树脂将实施例1～18的被2个散热构件(一方为引线框架，另一方为铜的散热器)夹持的导热性片材密封，制作功率模块。
该功率模块中，在引线框架和铜的散热器的中央部安装热电偶后，使功率模块工作，分别测定引线框架和散热器的温度。其结果，使用实施例1～18的导热性片材的功率模块均是引线框架和散热器的温度差小，散热性优异。
由以上结果可知，本发明的导热性片材在生产率、成本方面有利，并且导热性和电绝缘性优异。此外，本发明的功率模块的散热性优异。

Claims (6)

1.导热性片材，是将无机填充剂分散于热固性树脂中而成的导热性片材，其特征在于，上述无机填充剂包含使具有15μm以下的平均长径的鳞片状氮化硼的一次粒子各向同性地凝聚而形成的二次凝聚粒子，并且上述无机填充剂包含大于20体积％的具有50μm以上粒径的上述二次凝聚粒子。
2.权利要求1所述的导热性片材，其特征在于，所述导热性片材中所述无机填充剂的填充率为20体积％～80体积％。
3.权利要求1或2所述的导热性片材，其特征在于，所述无机填充剂还包含具有3μm～50μm的平均长径的鳞片状氮化硼。
4.权利要求1～3任一项所述的导热性片材，其特征在于，在片材厚度方向照射X射线得到的X射线衍射图中<002>面相对于<100>面的衍射峰的强度比(I<002>/I<100>)为6～20。
5.权利要求1～4任一项所述的导热性片材，其特征在于，所述无机填充剂还包含无机粉末。
6.功率模块，其特征在于具有：搭载于一方的散热构件的功率半导体元件，将由上述功率半导体元件产生的热散热到外部的另一方的散热构件，和将由上述半导体元件产生的热从上述一方的散热构件传送到上述另一方的散热构件的权利要求1～5任一项所述的导热性片材。
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