CN102333823A - 热传导性组合物和使用它的散热板、散热基板、电路模块、热传导性组合物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热传导性组合物,其由含有结晶性环氧树脂成分的固化完毕的热固化性树脂和无机填充剂形成。热传导性组合物中的无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下。该热传导性组合物具有主要部和表层部,所述主要部主要含有无机填充剂,所述表层部以结晶性环氧树脂成分为主体,在主要部上与主要部连续地形成。

Description

热传导性组合物和使用它的散热板、散热基板、电路模块、热传导性组合物的制造方法
技术领域
本发明涉及需要散热的各种电子部件中所用的热传导性组合物、和使用它的散热板、散热基板、电路模块以及热传导性组合物的制造方法。
背景技术
由于电子机器的小型化,功率系的半导体、高功能半导体、发光元件等的发热密度不断增加。在此种电子部件的散热用途中,使用热传导性组合物。但是,在树脂中添加无机填充剂而制作的以往的热传导性组合物中存在如下的问题。当提高热传导性组合物中的无机填充剂的含有率时,热导率就会增加。然而,热传导性组合物的表面粗糙度增加,成型性降低。此外热传导性组合物的表面的光泽降低,表面或内部的空隙等增加。
越是提高无机填充剂的含有率,就越容易发生此种问题。这是因为,热传导性组合物中的树脂成分的含有率降低,因而难以将无机填充剂用树脂浸润、固定。
像这样,越是提高无机填充剂的含有率,则不仅成型性越是降低,而且也越容易产生表面的裂痕或裂纹、空隙等。另外,无机填充剂本身的粘结力降低。或者在表面露出的无机填充剂容易脱落。由此,电子部件等向热传导性组合物表面的固定本身就会变得困难。例如,当无机填充剂的体积百分率超过66vol%时,则热传导性组合物的成型等就会变得极为困难。另外,当无机填充剂的体积百分率超过66vol%以上,甚至超过70vol%以上时,则表面粗糙度Rmax就会超过
Figure BDA0000086197240000011
这样,越是增加无机填充剂的体积百分率,从而增加表面粗糙度Rmax,光泽度就越是急剧地降低。
像这样越是增加无机填充剂的含有率,则虽然热导率本身增加,然而实际的成型粒子的表面的表面粗糙度就越是急剧地增加,光泽度越是急剧地降低。表面粗糙度增加而光泽度降低意味着,热传导性组合物的成型性降低,或者在热传导性组合物的内部或表面产生无数的空隙(void)。
下面,使用图34,进行更详细的说明。图34是无机填充剂的含有率高的情况下(66vol%以上、甚至70vol%以上)的、以往的热传导性组合物的示意性剖面图。
在无机填充剂的含有率为66vol%以上的情况下,如图33所示,在热传导性组合物7的自由表面8的表面或内部产生无数的空隙9。这样,由于空隙9,自由表面8的表面粗糙度急剧地增加,光泽度降低。而且,所谓自由表面8是指,不与其他的个体接触、也没有进行研磨或切削等的自然的表面。
像这样,当自由表面8的表面粗糙度增加,甚至在内部或表面产生空隙9时,即使提高无机填充剂的含有率,热传导性组合物7的热导率也不太会增加。另外,因与发热体的密合性降低,而会有热导率降低的情况。此外热传导性组合物7的成型性降低。或者热传导性组合物7自身变脆,容易出缺口。
针对此种问题,例如提出过如下的方案,即,通过在热传导性组合物7中,使用聚酰亚胺薄膜之类的表面性优异、光泽度高的树脂,而借助其密合性改善来提高散热效果。另外,作为其应用例,提出过金属芯基板。下面,使用图35对以往的金属芯基板进行说明。图35是以往的金属芯基板的剖面图。
在金属板10上形成有电绝缘层11。在电绝缘层11上层叠有铜箔12。此外,在其上,使用焊膏13安装有电子部件14、半导体15、端子16等。电绝缘层11的热导率越高,就越可以将来自电子部件14或半导体15的热向金属板10传递,从而可以抑制温度上升。作为电绝缘层11,可以使用在薄膜状的树脂薄片中添加了无机填充剂的材料(例如专利文献1)。
另外,作为提高热导率的方法,经常使用如下的方法,即,作为电绝缘层11的填充剂使用热导率高的材料,或者增加填充剂的填充量。另外,提高树脂的热导率也有效果。使用图36A~图36C对此种结构进行说明。例如,作为提高树脂的热导率的手段,提出过使用结晶性树脂的方案(例如专利文献2)。
图36A~图36C是以往的结晶性树脂的说明图。使用结晶性树脂的目的,是意图通过使具有介晶基(mesogen group)17的单体18相互重合,而获得电绝缘性并且获得优异的导热性。为使用结晶性树脂获得高散热性(或者高导热性),需要提高结晶性树脂的结晶化率。但是,在结晶性树脂中,越是提高其结晶化率,则所形成的基板就变得越硬越脆。即,不发生弯曲而断掉,或者易于产生缺口或裂痕。由此,即使使用结晶性树脂来制作用于安装电子部件的散热基板,其使用用途也受到很大限制。
另外,即使使用具有介晶基的环氧树脂,也难解决使用图34说明的问题。此外,环氧树脂越是结晶化,则越有可能易于产生使用图34说明的问题。此外,由于是无机填充剂的含有率为低于66vol%的区域,因此易于产生此种问题。
作为提高强度的方法,还提出过配合容易形成网络结构的固化剂的方法等。但是,在结晶性环氧树脂的情况下,因立体地成键而妨碍结晶性,因而经常会有无法获得高热导率的情况。
此外,使用了结晶性树脂的基板又硬又脆,存在不发生弯曲而折断、或者易于产生缺口或裂痕的倾向。由此,在制作成散热基板的情况下,会有在落下试验等耐冲击性方面存在问题的情况。
专利文献1:日本专利第3255315号公报
专利文献2:日本特开平11-323162号公报
发明内容
本发明提供一种提高了热传导效率的热传导性组合物。本发明的热传导性组合物由含有结晶性环氧树脂成分的固化完毕的热固化性树脂、和无机填充剂形成。热传导性组合物中的无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下。该热传导性组合物具有主要部和表层部,上述主要部主要含有无机填充剂,上述表层部以结晶性环氧树脂成分为主体,在主要部上与主要部连续地形成。
另外,本发明提供一种将上述热传导性组合物固定于金属板上的散热板。此外,本发明还提供一种电路模块,其使用该散热板将发热部件固定于热传导性组合物,并且将电路基板固定于金属板,与发热部件连接。另外,本发明提供一种散热基板,其将上述热传导性组合物固定于金属板上,将配线固定于热传导性组合物。此外,本发明还提供一种电路模块,其使用该散热基板将发热部件固定于热传导性组合物,并且使发热部件与配线连接,此外还将电路基板固定于配线。都可以通过使用本发明的热传导性组合物来大幅度提高散热特性和便利性。另外,可以提高热传导性组合物与金属板的浸润性,还可以提高与金属板之间的密合力。
此外,本发明还提供上述热传导性组合物的制造方法。该制造方法具有以下的A步骤、B步骤。A)制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、和无机填充剂的混合体的步骤;B)加热到结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上,使主剂和固化剂固化而形成固化完毕的热固化性树脂的步骤。这里无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下。像这样,在B步骤中,可以形成主要含有无机填充剂的主要部,并且在主要部上形成以结晶性环氧树脂成分为主体并与主要部连续地形成的表层部。
附图说明
图1是本发明的实施方式的热传导性组合物的剖面图。
图2是说明图1所示的热传导性组合物的光泽的评价方法的图。
图3是说明图1所示的热传导性组合物的表面粗糙度的评价方法的示意图。
图4A是表示图1所示的热传导性组合物的形成过程的流程图。
图4B是示意性地说明图1所示的热传导性组合物的自由表面的图。
图4C是示意性地说明图1所示的热传导性组合物的剖面图。
图5是说明将本发明的实施方式的热传导性材料以薄片状成型的成型装置的结构的示意图。
图6是对本发明的实施方式的散热板进行说明的剖面图。
图7A是说明研磨本发明的实施方式的散热板上的热传导性组合物的表面的一部分之前的样子的剖面图。
图7B是说明研磨本发明的实施方式的散热板上的热传导性组合物的表面的一部分之后的样子的剖面图。
图8A是说明设于本发明的实施方式的热传导性组合物的自由表面的图案(pattern)的立体图。
图8B是说明设于本发明的实施方式的热传导性组合物的自由表面的图案或表面状态的立体图。
图9是本发明的实施方式的散热板的立体图。
图10A是说明制造图9所示的散热板的样子的剖面图。
图10B是说明制造图9所示的散热板的样子的剖面图,表示接在图10A之后的状态。
图11A是说明安放于模具内的热传导性材料流动的样子的俯视图。
图11B是说明安放于模具内的热传导性材料流动的样子的俯视图,是说明图9所示的结构的效果的图。
图12是表示将发热部件固定于图6所示的散热板的状态的剖面图。
图13是说明在图9所示的散热板安装了带有引线的发热部件的状态的立体图。
图14是使用图9所示的散热板制作出的电路模块的组装剖面图。
图15是由图9所示的散热板、发热部件和大致平行于散热板地固定的电路基板构成的电路模块的剖面图。
图16是本发明的实施方式的散热基板的切口立体图。
图17A是对图16所示的散热板的制造方法的一例进行说明的剖面图。
图17B是对图16所示的散热板的制造方法的一例进行说明的剖面图,表示接在图17A之后的状态。
图18A是说明嵌入了配线图案的本发明的实施方式的散热基板的散热机理的剖面图。
图18B是说明嵌入了配线图案的本发明的实施方式的散热基板的散热机理的剖面图。
图19是本发明的实施方式的电路模块的剖面图。
图20A是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的一例的、自由表面的显微镜像的图。
图20B是图20A的示意图。
图21是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的一例的、自由表面的表面粗糙度Rmax的曲线图。
图22A是表示在非晶体环氧树脂中以66vol%分散形成市售的氧化铝填充剂的以往的热传导性组合物的自由表面的显微镜像的图。
图22B是图22A的示意图。
图23A是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的其他例子的、自由表面的显微镜像的图。
图23B是图23A的示意图。
图24A是表示将图23A所示的热传导性组合物的表面进行薄层研磨(slice polishing)后的显微镜像的图。
图24B是图24A的示意图。
图25A是表示说明将图23A所示的热传导性组合物的自由表面的一部分使用圆头刮刀等刮掉后的状态的显微镜像的图。
图25B是图25A的示意图。
图26A是表示将焦点对齐在图25A中使用圆头刮刀等刮掉的部分的显微镜像的图。
图26B是图26A的示意图。
图27A是表示将无机填充剂的含有率设为66vol%以上时的以往品的另外的自由表面的显微镜像的图。
图27B是图27A的示意图。
图28A是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的另一个例子的自由表面的显微镜像的图。
图28B是图28A的示意图。
图29A是表示对图28A所示的热传导性组合物的表面进行三维的评价后的结果的图。
图29B是图29A的示意图。
图30A是表示将无机填充剂的含有率设为70vol%以上时的以往品的自由表面的显微镜像的图。
图30B是图30A的示意图。
图31A是表示对图30A所示的热传导性组合物的表面进行三维的评价后的结果的图。
图31B是图31A的示意图。
图32是表示本实施方式的热传导性组合物和以往例的热传导性组合物的泄漏电流的温度特性的曲线图。
图33是说明针对无机填充剂的体积百分率与热导率的关系的实验结果的一例的图。
图34是无机填充剂的含有率高时的、以往的热传导性组合物的示意性剖面图。
图35是以往的散热基板的剖面图。
图36A是以往的散热基板中所用的结晶性树脂的说明图。
图36B是以往的散热基板中所用的结晶性树脂的说明图。
图36C是以往的散热基板中所用的结晶性树脂的说明图。
其中,9空隙,31、34线,32、33标绘点,1000光泽度计,1001光源,1002透镜,1003受光部,1004主要部,1005凸部,1006热传导性组合物,1007、1007A、1007B、1007C  自由表面,1008表面粗糙度计,1009无机填充剂,1010热固化性树脂,1011表层部,1012金属板,1013散热板,1014发热部件,1015加工表面,1016图案,1017安装部,1018通路部,1019鼓出部,1020引线,1021电路基板,1022孔,1023壳体,1024焊膏,1025电路模块,1026热传导性材料,1027薄膜,1028模具,1029安装部形成部,1030未填充部,1031通路部形成部,1032鼓出部形成部,1033配线图案,1034圆角,1035散热基板,1036冲压机,1037加压辊,1039凸部,1039A褶状部,1039B痕迹,1040自由表面,1041表面,1042表层部除去部分,1044污垢,1045突起部,1050、1052标绘点
具体实施方式
下面,在参照附图的同时,对本发明的实施方式进行说明。而且,在各实施方式中,对与先行的实施方式采用相同结构的部分使用相同的符号,有时省略详细的说明。另外,本发明并不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1的热传导性组合物的剖面图。
热传导性组合物1006包括含有结晶性的环氧树脂成分的热固化性树脂1010、和无机填充剂1009。无机填充剂1009主要包含于主要部1004中。在主要部1004上形成有仅为热固化性树脂1010、或者以热固化性树脂1010为主体的表层部1011。图1中,虽然方便起见,为了区别主要部1004和表层部1011而表示出虚线,然而在两者之间没有明确的界面,主要部1004与表层部1011被连续地形成。像这样,热传导性组合物1006也包括设于表层的表层部1011。即,表层部1011也好,无机填充剂1009也好,热固化性树脂1010也好,都构成热传导性组合物1006的一部分。
表层部1011是形成于自由表面1007的表面附近的、以厚度为20μm以下、优选为10μm以下、进一步优选为5μm以下的热固化性树脂1010为主体的树脂的层状部分。本实施方式中,将表层部1011积极地设于热传导性组合物1006的自由表面1007的表面附近。而且,在表层部1011的厚度超过20μm的情况下,有可能妨碍对固定于其上的发热部件的热传导。
另外,热传导性组合物1006中的无机填充剂1009的含有率(体积百分率)为66vol%以上、90vol%以下。vol%是指体积的百分率。在小于66vol%的情况下,虽然成型性等优异,然而会有热导率低的情况。此外,热传导性组合物1006中的无机填充剂的含有率优选为85vol%以上。无机填充剂1009在热传导性组合物1006中的含有率小于85%的情况下,会有无法获得给定的热传导的情况。
而且,将热传导性组合物1006设为或者定义为热传导性树脂固化物都是有用的。这是因为,如图1所示,热传导性组合物1006是将无机填充剂1009用热固化性树脂1010固化而形成的。所以,上述无机填充剂1009的含有率是在固化后的热传导性组合物1006中被定义的。另外,将表层部1011、主要部1004合在一起作为整体来定义。
但是,无机填充剂1009的含有率最好以图1的作为虚线之下的部分的主要部1004来规定。这是因为,存在表层部1011被利用研磨等除去的情况。
而且,可以通过将无机填充剂1009的表面的98%以上用热固化性树脂1010覆盖,而使热传导性组合物1006的热导率为1W/mK以上。在无机填充剂1009的表面的只有不足98%由热固化性树脂1010覆盖的情况下,会有热导率降低的情况。或者会有无法获得给定的强度的情况。
如上所述,优选将无机填充剂1009的表面的98%以上用热固化性树脂1010覆盖,并且在主要部1004的表层,存在以热固化性树脂1010为主体的表层部1011。这样,由于可以防止沿着无机填充剂1009与热固化性树脂1010的界面电流流动,因此耐电压特性很难降低。
另外,优选将覆盖无机填充剂1009的表面的热固化性树脂1010的一部分作为表层部1011设于热传导性组合物1006的表面。这样,就可以提高热传导性组合物1006的弯曲强度,另外,即使弯曲热传导性组合物1006,也很难产生裂纹。
表层部1011例如是在金属板(未图示)上被加热,使固定无机填充剂1009的热固化性树脂1010热固化时,热固化性树脂1010的一部分从无机填充剂1009的间隙向表面渗出,固化而形成的。利用该结构,热固化性树脂1010具有优异的导热性和可靠性。表层部1011成为一种无机填充剂缺乏层。这里所说的无机填充剂缺乏是指,在形成于表面的表层部1011中,基本上不含有无机填充剂1009。
而且,最好利用对流等使填充于无机填充剂1009之间的热固化性树脂1010的一部分向表面浮出,形成表层部1011。通过如此操作,就可以将填充于无机填充剂1009之间的热固化性树脂1010、与构成表层部1011的树脂设为相同的树脂组成。由此,在图1的以虚线表示的部分中,可以抑制裂纹等的产生。
特别是在热传导性组合物1006被加热固化时,最好使得热固化性树脂1010在以高密度的石墙状填塞的无机填充剂1009的间隙中对流,向表面渗出固化而形成。通过像这样使热固化性树脂1010在热固化时低粘度化,在无机填充剂1009的狭窄的间隙中对流,就会将残留于无机填充剂1009的间隙中的气泡等向表面渗出而排出。
而且,也可以在使无机填充剂1009与热固化性树脂1010的混合物固化,形成相当于主要部1004的基底层后,薄薄地涂布另外准备的热固化性树脂1010,使之固化,形成相当于表层部1011的树脂层。但是,即使像这样制作类似于热传导性组合物1006的结构,也无法发挥优异的散热效果。另外,在基底层与树脂层的界面中有可能产生剥离等。
另外,也可以不使上述的基底层完全固化,而是设为半固化状态,在其上薄薄地涂布热固化性树脂1010,使之与基底层一起固化,形成相当于表层部1011的树脂层。该情况下,将基底层例如制成向玻璃纤维中浸渍环氧树脂而成的预浸渍片等半固化状态。即使像这样制作类似于热传导性组合物1006的结构,也无法发挥优异的散热效果。另外,在基底层与树脂层的界面中有可能产生剥离等。这是因为,涂布于表层的热固化性树脂1010在被与半固化状态的基底层一起加热、固化时,基底层中所含的无机填充剂1009向表面浮出。此种界面成为使导热性降低的原因。
另外,在如上所述地制作类似于热传导性组合物1006的结构的情况下,由于工时增加,成本和管理项目就会增加,此外还有可能降低导热性。
像这样,最好将热固化性树脂1010中所含的环氧树脂、与表层部1011中所含的环氧树脂设为大致相同的树脂组成,或者设为几乎单一的树脂组成(即几乎单一的环氧树脂组成)。通过将热固化性树脂1010中所含的环氧树脂设为大致相同的树脂组成,就可以抑制在图1的虚线所示的那样的部分因应力集中而产生裂纹等。
而且,对于表层部1011是否是在热固化时从无机填充剂1009的间隙中渗出的物质,只要用扫描型显微镜(SEM)或使用了显微镜的FTIR等分析装置来解析剖面,就很容易判断。如果像这样从无机填充剂1009的间隙中渗出热固化性树脂1010而形成表层部1011,则填充无机填充剂1009的间隙的热固化性树脂1010、与构成表层部1011的热固化性树脂1010在实质上就是相同的材料。另外,在相互之间不存在连接面或界面,或者即使分析也无法看到。将像这样无法用通常的分析方法检出连接面或界面的状态,在以下说明中作为渗出的状态来表现。
而且,表层部1011中的无机填充剂1009的含有率优选为40vol%以下。更优选为30vol%以下,进一步优选为20vol%以下。像这样,降低表层部1011中的无机填充剂1009的含有率,以热固化性树脂1010为主体。此外,在热传导性组合物1006的厚度方向积极地设置无机填充剂1009的浓度分布的梯度。例如,将表层侧设为无机填充剂1009的含有率变小,将内层侧设为无机填充剂1009的含有率高达66vol%以上。像这样就可以同时提高以导热性胶粘剂等固定于表层部1011的发热部件的固定性、和热传导性组合物1006的导热性。
另外,热传导性组合物1006、或使用热传导性组合物1006制作的散热板或散热基板的可靠性都很高,对于压力锅试验也能够应对。另外,即使在形成散热板或散热基板的金属板侧产生由压力锅试验所致的影响的情况下,也很难在热传导性组合物1006侧产生由压力锅试验所致的影响。这是因为,热传导性组合物1006的表面由表层部1011保护。而且,所谓压力锅试验是进行了树脂密封的电子部件等的耐湿性的试验方法之一,由IEC 68-2-66等标准化。而且,所谓IEC是指国际电工委员会(InternationalElectrotechnical Commission)的意思。
而且,将表层部1011的自由表面1007设为具有光泽的面、或者光滑的面是有用的。下面,使用图2对热传导性组合物1006的光泽进行说明。图2是说明热传导性组合物1006的光泽的评价方法的图。
在光泽计1000的内部,设有光源1001。光泽计1000有时也被称作光泽测定仪(glossmeter)。从光源1001射出的光经过透镜1002而向作为被测定物的热传导性组合物1006的自由表面1007照射。该光在被测定物的表面反射,经由透镜1002射入受光部1003。
作为光泽度,例如可以使用JIS K 5600-4-7的镜面光泽度。而且,所谓镜面光泽度是在规定的光源1001及受光部1003的角度下,沿镜面方向从对象物反射的光束与从折射率1.567的玻璃沿镜面方向反射的光束的比,以从玻璃反射的光束作为100来表示。垂直于被测定面的方向与来自光源1001的入射方向的夹角、以及垂直于被测定面的方向与朝向受光部1003的方向的夹角例如可以如图2所示设为20°。下面,对于将上述角度设为20°而测定出的JIS K 5600-4-7的镜面光泽度,称作20度光泽。
另外,光泽度的测定有时容易受表面的形状或图案的有无等自由表面1007的状态的影响。由此,增加测定点(所谓的n数),采用光泽度最高的场所的测定值。这是因为,光泽度最高的场所相当于最少受到其他影响的自由表面1007。
而且,在难以测定20度光泽的情况下,也可以采用60度光泽。
表层部1011优选具有70以上的20度光泽。更优选为80以上。在光泽度小于70的情况下,会有自由表面1007为粗糙面的情况。该情况下,与固定于热传导性组合物1006上的发热部件的密合性降低,从而会有散热效率降低的情况。另外,在以60度光泽进行评价的情况下,也优选70度以上的光泽度,更优选为80以上。
下面,在参照图3的同时,对热传导性组合物1006的表面粗糙度进行说明。图3是说明热传导性组合物1006的表面粗糙度的评价方法的示意图。
表面粗糙度是在将表面粗糙度计1008如箭头所示扫描热传导性组合物1006的自由表面1007的同时进行测定的。而且,在表面粗糙度计1008中,优选使用探针式,然而也可以使用非接触式。例如,也可以使用激光式的表面粗糙度计。在使用此种光学式的表面粗糙度计的情况下,最好进行所得的结果是否正确的探讨。
而且,表面粗糙度的测定有时容易受到表面的形状或图案的有无等自由表面1007的状况影响。由此,增加测定点(所谓的n数)而采用表面粗糙度最小的部分的表面粗糙度的测定值的值。这是因为,表面粗糙度最小的部分相当于最少受到其他的影响的自由表面1007。
热传导性组合物1006的自由表面1007的表面粗糙度Ra优选为
Figure BDA0000086197240000121
以下。更优选为
Figure BDA0000086197240000122
以下。尤其是Rmax优选为
Figure BDA0000086197240000123
以下。更优选为
Figure BDA0000086197240000124
以下。这里所说的表面粗糙度Ra是被称作算术平均粗糙度的量,由修订后的JIS-B0601-1994定义。所谓Rmax在修订前的JIS-N-0601-1982中被称作“最大高度”,相当于修订后的JIS-B-0601-1994中的Ry(最大高度)。
在自由表面1007的表面粗糙度Ra为
Figure BDA0000086197240000125
以上的情况下,或者在Rmax或Ry为
Figure BDA0000086197240000126
以上的情况下,与固定于热传导性组合物1006上的发热部件的密合性降低,会有散热效率降低的情况。
如上所述,在热传导性组合物1006的表面设有表层部1011。这样,通过提高热传导性组合物1006的表面的光泽度,或者提高热传导性组合物1006的表面的平滑性,就可以防止内置于热传导性组合物1006中的无机填充剂1009的脱落或剥离。另外,可以提高热传导性组合物1006、与固定于热传导性组合物1006的金属板或配线图案的密合力。
如前所述,热传导性组合物1006的自由表面1007是光滑的,在内部基本上不残留空隙。即,构成热传导性组合物1006的无机填充剂1009由热固化性树脂1010充分覆盖。其结果是,在厚度方向上无机填充剂1009的粒子之间的接触部分、或者无机填充剂1009与热固化性树脂1010的界面、或者无机填充剂1009的粒子之间、或者热固化性树脂1010的内部,基本上不残留气泡。其结果是,泄漏电流也会变少。
下面,使用图4A、图4B、图4C,对热传导性组合物1006的制作过程和表面附近的示意性剖面结构进行说明。图4A是表示热传导性组合物1006的形成过程的流程图。图4B、图4C分别是将热传导性组合物1006的自由表面1007示意性地放大说明的俯视图、和示意性地说明其剖面的剖面图。
如图4A所示,首先将结晶性环氧基单体501与非晶体环氧基单体502混合而制备主剂503(S01)。然后,向主剂503中混合固化剂504而制备固化性树脂成分505(S02)。继而向固化性树脂成分505中混合无机填充剂1009,根据需要将该混合物成型(S04)。像这样就制作出作为热传导性组合物1006的固化前的状态的热传导性材料1026。对如此制作出的热传导性材料1026进一步根据用途进行加工、贴附等(S05),加热而使固化性树脂成分505固化,形成热固化性树脂1010(S06)。如上所述地形成热传导性组合物1006。
而且,非晶体环氧基单体502并非必需的。另外,除了上述以外还可以添加其他的单体或其他的树脂等。对此将在后面叙述。另外,也可以同时地进行S01、S02、S03的2个以上。另外,还可以买入预先混合了结晶性环氧基单体501和非晶体环氧基单体502的主剂503而使用。
另外,虽然将热固化性树脂1010的材料代表性地设为环氧基单体而进行说明,然而也可以是二聚物(dimer)或三聚物(trimer)等低聚物。将它们总称地定义为固化前的环氧树脂成分。即,本说明书中所说的单体也包括作为将比较少量的单体结合而成的聚合物的低聚物。即,在单体中,也包括二聚物、三聚物、或成为四聚物的tetramer。这是为了将主剂503和固化剂504相互反应而形成的热固化性树脂(环氧树脂)1010与主剂503等方便地区别开。
如图4B所示,在热传导性组合物1006的自由表面1007观察到细小的凸部1039。凸部1039例如类似于贝纳尔旋流“窝”(Benard cells)。即,凸部1039在自由表面1007的大致全面以褶皱状或贝纳尔旋流“窝”状产生。而且,图4B所示的虚线是示意性地说明凸部1039的辅助线,是例如由纳尔旋流“窝”的流动引起的边界部分。
当利用显微镜以高倍率观察时(例如暗视场观察等),例如可以看到以点状相连的1μm以下的极小的独立气泡的集合体。而且,由于普通的空隙的大小为数μm以上,甚至为十几μm以上,大部分是开放状的孔,因此易于与1μm以下的独立气泡等区分。
图4C是说明在热传导性材料1026热固化而构成热传导性组合物1006时产生贝纳尔对流的样子的剖面图。
图4C中的箭头示意性地表示出热传导性材料1026中所含的固化性树脂成分505在加热时急剧地低粘度化而在无机填充剂1009的间隙中对流的样子。固化性树脂成分505例如进行贝纳尔对流。而且,图4C是示意图,并不精确。
下面,对贝纳尔对流进行说明。所谓贝纳尔对流,是1900年法国的贝纳尔(Henri Bernard)发现的现象。该现象中,当加热粘性高的流动层的下面时,被加热了的流体就会因浮力而上升,在流体内部,进而在其表面,产生细胞状的图案(流体涡胞)。
下面,对因贝纳尔对流而在热传导性组合物1006的表层部1011、自由表面1007、或内部难以产生空隙;或者残留于表层或内部的空隙因贝纳尔对流等而消失的机理进行说明。
发明人等对涵盖数百种的各种热传导性材料1026进行了各种实验。即,将热传导性材料1026加热,观察了固化的自由表面。由此发现,在形成包含热固化性树脂1010和含有率为66vol%以上的无机填充剂1009的热传导性组合物1006时,通过积极地产生贝纳尔对流,空隙就会骤减。
固化前的热传导性材料1026含有以结晶性环氧基单体为代表的结晶性环氧树脂成分。结晶性环氧树脂成分固化而成的结晶性环氧树脂在小于结晶化温度时是固体,在结晶化温度以上时变成液体。即,结晶化环氧树脂在结晶状态下作为稳定的固体存在,而当达到熔点时,结晶状态就会快速地熔化,变为粘度极低的液体。
由此,在用于使热传导性材料1026热固化的加热途中,因超过结晶化温度(或者熔点),固化性树脂成分505或热固化性树脂1010就会在热固化之前的阶段低粘度化。这样,就可以在内部积极地产生贝纳尔对流、或者与之类似的现象。
即,固化之前的结晶性环氧树脂成分因超过其结晶化温度(或者熔点)而变为极低粘度的液状。该现象例如与作为水的晶体的冰因超过作为结晶化温度的0℃而变为极低粘度的液状的水是相同的。
如此所述,本实施方式中,超过结晶化温度而变为极低粘度的固化前的结晶性环氧树脂成分进一步推进即使利用加热也难以低粘度化的非晶体环氧树脂的低粘度化。这是由固化前的结晶性环氧树脂成分带来的非晶体环氧基的低粘度化效应。该所谓低粘度化效应是如下的效应,即,发生了低粘度化的固化前的结晶性环氧树脂成分变为像水那样的低粘度的液状,该液状的结晶性环氧树脂成分将非晶体环氧树脂的一部分以上相溶(或者溶解)。
发生了极低粘度化的结晶性环氧树脂成分将非晶体环氧树脂成分的粘度进一步降低,因此在无机填充剂1009的粒子间的狭窄的间隙中这些树脂成分的流动性提高。
这样,利用贝纳尔对流,无机填充剂1009的粒子分别向彼此更稳定的位置移动。其结果是,空隙消失,从而可以更高密度地填充无机填充剂1009。
另外,发生了低粘度化的热固化性树脂1010还渗透到无机填充剂1009的粒子间的狭窄间隙中。而且,热固化性树脂1010可以充分地浸润无机填充剂1009的表面。像这样,就可以将残留于无机填充剂1009的表面或周围的气泡或空隙也利用固化性树脂成分505的贝纳尔对流等在短时间内向外部排出。所以,利用贝纳尔对流,空隙变少,并且无机填充剂1009的填充率增加。另外,热传导性组合物1006的自由表面1007变得光滑。其后,利用所添加的固化剂,将环氧树脂成分固化。
而且,固化前的结晶性环氧树脂成分在室温(例如25℃)下,作为稳定的固体存在。由此,容易进行称量等操作。
一般来说,在固化前的环氧树脂成分的分子量与粘度之间有相关关系。由此,为了使环氧树脂成分低粘度化,一般来说要减小分子量。但是,如果减小环氧树脂成分的分子量,软化点也会降低,因此常温(例如20℃~30℃)下的处置性降低。另外,加以低粘度化了的环氧树脂的固化物的Tg(玻璃化温度)会降低。由此,优选使用在固化前也会在室温下为固体的结晶性环氧树脂成分。
而且,为了在热传导性组合物1006的表面形成厚度20μm以下的表层部1011,使热传导性材料1026积极地产生贝纳尔对流也是有用的。在表面积极地形成无机填充剂1009的含有率小的表层部1011具有诱发贝纳尔对流等空隙消失机理的产生的效果。即,通过设置表层部1011,就可以抑制在热传导性组合物1006的表层或内层中产生空隙。
如上所述,热传导性组合物1006至少包含热固化性树脂1010和无机填充剂1009。此外,无机填充剂1009的含有率为66vol%以上。另外,在自由表面1007,设有厚度20μm以下且以热固化性树脂1010为主体的表层部1011。利用该构成,可以抑制在热传导性组合物1006的内部或表面产生空隙。另外,能够实现热传导性组合物1006中的无机填充剂1009的高填充化,可以提高导热性。此外,可以大幅度改善热传导性组合物1006的成型性以及处置的便利性。
而且,作为产生热对流的结果,最好产生贝纳尔旋流“窝”,然而有时也很难区别表面的细小的凸部1039是否贝纳尔旋流“窝”。但是,至少来说只要是在加热热传导性材料时产生的对流所引起的,就是贝纳尔旋流“窝”的一种。
下面,对本实施方式的热传导性组合物1006的制作中所用的热传导性材料1026进行详细说明。而且,热传导性材料1026不需要限定于以下所记载的材料。作为热传导性材料1026,只要从可以有效利用以上述的图4C说明的空隙消失机理的材料系中选择适当的组合即可。
如图4A所示,热传导性材料1026包含无机填充剂1009和成为结晶性的热固化性树脂1010的含有主剂503和固化剂504的固化性树脂成分505。除了固化剂504以外,还可以含有固化促进剂。
作为无机填充剂1009,优选使用选自氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氧化镁、氧化锌中的至少一种。通过将此种导热性高的材料作为无机填充剂1009使用,就可以进一步提高热传导性组合物1006的导热性。另外,从绝缘性等观点考虑,优选这些材料。另外,也可以将这些材料组合。
另外,无机填充剂1009的平均粒径优选为0.1μm以上、100μm以下的范围。在平均粒径小于0.1μm的情况下,比表面积变大,热传导性材料1026的混炼变得困难,会有对热传导性组合物1006的成型性也造成影响的情况。另外,如果超过100μm,则热传导性组合物1006的薄层化变得困难,对作为散热基板的散热性造成影响,有可能对产品的小型化造成影响。而且,为了增加无机填充剂1009的填充率,也可以选择具有不同的粒度分布的多种无机填充剂1009,将它们混合使用。
下面,对作为构成热传导性材料1026的构件的、结晶性环氧树脂的单体501及固化剂504,使用(通式1)~(式8)分别进行说明。
[化1]
Figure BDA0000086197240000171
X:S、O、CH2或单键
R1、R2、R3、R4:H、CH3或t-Bu(叔丁基)
(R1~R4中的任意2个以上也可以相同)
(通式1)
[化2]
(式2)
[化3]
Figure BDA0000086197240000182
Me:甲基
(式3)
[化4]
Me:甲基
(式4)
[化5]
Figure BDA0000086197240000184
Me:甲基
t-Bu:叔丁基
(式5)
[化6]
Figure BDA0000086197240000191
(式6)
[化7]
Figure BDA0000086197240000192
(式7)
[化8]
Figure BDA0000086197240000193
Me:甲基
(式8)
(通式1)、(式3)~(式8)给出表示结晶性环氧基单体501的一例的结构式。(通式1)中,X是S(硫)或O(氧)、CH2(亚甲基)、无(单键即直接键合)。另外,R1、R2、R3、R4是CH3、H、t-Bu(叔丁基)等。另外,R1~R4也可以相同。即,(式3)、(式5)~(式8)的化合物是(通式1)的具体例。也将该具有环氧基的单体称作主剂。而且,也有虽然具有(通式1)的结构然而因R1、R2、R3、R4的大小所造成的立体障碍而并非结晶性的环氧基单体。例如,在X是单键、R1、R2、R3、R4全是CH3的情况下就是非晶体。此种环氧基单体与本申请的结晶性环氧树脂成分不相符。
而且,结晶性环氧基单体通过彼此发生自排列而显现出结晶性。在该自排列中,有效地利用如(通式1)或(式4)所示的由苯基-苯基构成的介晶结构(mesogen structure)十分有用。
而且,在研究固化后的热固化性树脂1010中的结晶性环氧树脂成分的结晶化状态时,仅将样品表面的树脂部分不加以损坏地极薄地切出而以偏光显微镜等进行评价是有用的。另外,差示扫描量热测定(DCS)也是有用的。在使用了DSC的情况下,热固化性树脂1010中所含的结晶性环氧树脂成分的量是以重量%(或wt%)测定的。但是,将该数据转换为体积%(或vol%)是有用的。这是因为,所用的结晶性环氧基单体的分子量根据种类而不同。另外,在未固化状态下,要提取结晶性环氧树脂成分(结晶性环氧基单体),有用的方法是离心分离等分离方法。
(式2)是结晶性环氧树脂的固化中所用的固化剂的结构式。X是S(硫)、O(氧)或单键。也可以将混合(通式1)或(式3)的单体与式(2)的固化剂并聚合而得的物质称作结晶性环氧树脂。
而且,主剂503与固化剂504的比例是根据环氧基当量计算的。所谓“环氧基当量”是环氧树脂中所含的每1g当量的环氧基的“环氧树脂”的重量(g数)。例如,在分子结构已知的环氧树脂的情况下,可以通过将该环氧树脂的分子量用1个分子的该环氧树脂中所含的环氧基的数除而算出。另外,根据需要,可以利用使用盐酸-二噁烷法等的测定来决定“环氧基当量”。以JIS K7236“环氧树脂的环氧基当量试验方法”作为参考十分有用。
另外,作为固化剂504也可以使用(式2)以外的固化剂。而且,作为具体的结晶性环氧基单体501,例如可以使用(式3)~(式8)所示的单体。(式3)~(式8)所示的单体的熔点为50~121℃左右,此外溶解粘度也低。例如,150℃的粘度为6~20mPa·s。由此,易于与无机填充剂1009混合、分散。
下面,对主剂503中的结晶性环氧基单体501的优选的比率进行说明。主剂503中的结晶性环氧基单体501的体积比率优选为5vol%以上、100vol%以下的范围内。更优选为10vol%以上、88vol%以下的范围。通过将结晶性环氧基单体501的比例设为5vol%以上,就可以使得热传导性组合物1006的自由表面1007光滑。另一方面,在小于5vol%的情况下,会有无法获得热固化时的低粘度化效应的情况。另外,在结晶性环氧基单体501的比例超过88vol%的情况下,热固化时过于低粘度化,有可能渗润、或对作为热传导性组合物的形状的保持性造成影响。另外,相对于主剂503的整体,更优选含有40vol%以上的结晶性环氧基单体501。如果是该范围,则易于显现出结晶性。
而且,如上所述,根据需要,可以加入其他的添加物。例如,可以配合增塑剂、酸酰胺类、酯类、石蜡类等脱模剂,硝基橡胶、丁二烯橡胶等应力缓解剂,磷酸酯、蜜胺等有机系阻燃剂,五氧化锑、氧化钼、硼酸锌、氧化锡、偏硼酸钡、氢氧化铝、氢氧化镁、铝酸钙等无机系阻燃剂,硅烷系偶联剂、酞酸酯系偶联剂、铝系偶联剂等偶联剂,染料或颜料等着色剂,玻璃纤维、硼纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氧化硅氧化铝纤维等无机系纤维,芳族聚酰胺纤维、聚酯纤维、纤维素纤维等有机系纤维,氧化稳定剂、光稳定剂、耐湿性提高剂、触变性赋予剂、稀释剂、消泡剂、其他各种树脂、增稠剂、防静电干扰剂、润滑剂、紫外线吸收剂等。
而且,通过添加热塑性树脂,可以提高结晶性环氧树脂的耐冲击性。对于热塑性树脂的添加,存在由结晶性环氧树脂的结构带来的制约。为了实现热导率和耐冲击性的兼顾,相对于主剂503和固化剂504的总量100体积份,优选0.3体积份以上、5.0体积份以下的热塑性树脂的量。作为热塑性树脂可以使用丙烯酸树脂等,特别是如果配合芯壳型的丙烯酸树脂,就会提高耐冲击性。这里所说的芯壳是将例如由丙烯酸树脂等热塑性树脂构成的芯层用由其他的树脂(例如玻璃状聚合物或环氧树脂等)构成的壳层覆盖的珍珠状微粒。而且,也可以根据用途设为多层结构。而且,通过使用一次粒子直径为0.05~1.00μm的范围(优选为0.1~0.5μm)的微粒,可以提高分散性。而且,即使构成二次凝聚体,也可以通过使用双轴混炼机等而容易地分散。这是由芯壳结构所造成的。
而且,芯采用例如由丙烯酸单体的均聚物或共聚物构成的具有低Tg(优选为50℃以下、更优选为0℃以下)的热塑性树脂。这是为了在热传导性材料1026的内部、或者热传导性组合物1006的内部作为应力的集中点发挥作用,进行耐冲击性的提高和应力缓解。
而且,在使用了芯壳型的聚合物的情况下,也可以在芯部分作为热塑性树脂的一种使用橡胶状树脂。这是因为,在一次粒子直径为1.00μm以下的微粒状态下,无论是交联着的橡胶状树脂,还是没有交联的热塑性树脂,实质上都是相同地发挥作用,提高耐冲击性、缓解应力。由此,热塑性树脂也可以是橡胶状树脂(交联树脂)。
而且,将壳的Tg设定得较高。优选为100℃以上,更优选为150℃以上。这是由于粒子之间的熔接(melt-bonding)的限制、或者提高对环氧树脂(包括结晶性环氧树脂)或固化剂等的相溶性、分散性。
而且,添加到热传导性材料1026中的丙烯酸树脂等热塑性树脂优选以能够用丙酮等萃取的状态来添加。这是因为,通过在热传导性材料1026中,例如以海岛结构分散(或者散布、或者分散)此种提高耐冲击性的树脂,来提高耐冲击性。通过像这样设为此种海岛结构,就可以用丙酮等萃取,确认热塑性树脂以海岛结构分散。而且,在萃取时,通过将样品粉碎而提高热塑性树脂等的检测精度。
而且,在丙烯酸树脂等热塑性树脂以无法萃取的状态存在于热传导性材料1026中的情况下,即使使用丙酮等也难以萃取。例如是与环氧树脂反应了的状态、或者溶解于环氧树脂中的状态、或者以分子状态分散于环氧树脂中的状态。在以此种状态将热塑性树脂溶解于热传导性材料1026中的情况下,就无法获得耐冲击性的提高效果。这是因为,在环氧树脂与热塑性树脂之间未产生界面(或者应力集中)。
而且,由于萃取量依赖于萃取用的样品的状态(粉碎状态等),因此将样品中的全部树脂中热塑性树脂的比例的痕迹例如设为0.1vol%以上,优选为1vol%以上。这是因为,有时难以判断热塑性树脂的绝对值。
下面,对热传导性材料1026的制备方法进行说明。首先,依照配合比称量结晶性环氧基单体501、非晶体环氧基单体502、固化剂504、热塑性树脂和无机填充剂1009并混合。
作为混炼装置,使用市售的加热混炼装置或双轴混炼机。例如,使用行星式混合机或捏合机、或者株式会社东洋精机制作所的Laboplast mill等。而且,在混炼装置的内部,也可以作为搅拌叶片安装∑型、Z型、复合型等搅拌叶片。另外,也可以使用叶片以外的形状。另外,混炼装置优选使用可以用加热器等加热到给定温度的。通过加热混炼装置,可以将在室温下为固体状态的材料溶解(或液化),因此可以提高与其他构件的亲和性。
而且,通过将单体的温度设为其溶解温度以上(例如50~200℃)的范围,就可以将含有热塑性树脂的固化性树脂成分505的熔融粘度保持较低,实现无机填充剂1009在树脂中的均匀分散。
而且,最好设为这些构件保持液化状态的最低温度以上,例如设为100℃以上。这样,通过在该最低液化温度以上进行混炼,就易于使之均匀化。
而且,在添加固化剂504时,通过降低混炼装置或者安放于其中的材料的温度,还可以抑制添加后的热固化反应或经时变化。像这样地制作出热传导性材料1026。
下面,对热传导性材料1026的预成型进行说明。这相当于图4A的S04。如此制作出的热传导性材料1026最好在从混炼装置中送出的同时,以薄片状、圆棒状、颗粒状等易于成型的形状成型。通过将热传导性材料1026以薄片状、圆棒状、或者颗粒状等预成型,处置就会变得容易。特别优选为薄片状。通过像这样将热传导性材料1026制成薄片状,热传导性组合物1006自身的处置就会变得容易。这与作为形成层叠基板时的中间体的、向玻璃纤维浸渍环氧树脂而形成的预浸渍片相同。另外,通过将热传导性材料1026制成薄片状,就易于向金属板的表面贴附。此外即使在将金属板以曲面状弯曲或者以L字形折曲的情况下,也可以在保持大致一定的厚度的状态下,将热传导性材料1026很容易地贴附在这些表面。
图5是说明将热传导性材料1026以薄片状成型的成型装置的结构的示意图。在将热传导性材料1026用2个加压辊1037以薄片状成型时,预先在两面配置防污染用的薄膜1027。像这样就可以将热传导性材料1026以给定厚度的薄片状成型。
而且,热传导性材料1026的形状除了薄片状以外,还可以设为圆棒状、颗粒状。通过设为圆棒状,可以减少热传导性材料1026的表面积,抑制经时变化。另外,在冲压时很难在与金属棒1012等的界面中产生空气残留(也称作空隙)。而且,通过设为颗粒状,可以改善处置性、称量性。
而且,作为薄膜1027,可以使用市售的对表面进行了硅氧烷处理或疏水处理、脱模处理的PET等树脂薄膜。
另外,进行了预成型的热传导性材料1026的厚度优选为0.02mm以上、5.00mm以下。在厚度小于0.02mm的情况下,会有在热传导性材料1026中产生针孔的情况。另外,如果厚度超过5.00mm,则在用于散热基板中时,会有对散热性造成影响的情况。而且,也可以通过预先加热图5的成型装置的成型部(例如加压辊1037),而提高热传导性材料1026的成型性,减少所形成的薄片的厚度不均。此外,通过在以薄片状预成型的热传导性材料1026的表面将薄膜1027作为一种保护片残留,可以防止尘埃等污垢附着。
而且,也可以将热传导性材料1026使用涂覆机涂刷在金属板上,或用挤出成型机来成型。
另外,为了调整粘度,也可以添加溶剂。也可以在预先溶解于溶剂中的状态下混炼。而且,制造方法并不限定于上述说明。
而且,在无机填充剂1009与固化性树脂成分505合计的比率中,无机填充剂1009优选为66vol%以上、90vol%以下的范围。即,固化性树脂成分505优选为10vol%以上、34vol%以下的范围。进一步来说,无机填充剂1009优选为70vol%以上、88vol%以下的范围,树脂成分优选为12vol%以上、30vol%以下的范围。这里所说的固化性树脂成分505是指包含结晶性环氧基单体501的主剂503与固化剂504的合计。
在无机填充剂1009的比例小于66vol%的情况下,会有热传导性材料1026固化而成的热传导性组合物1006的热导率降低的情况。另外,如果无机填充剂1009的比例大于90vol%,则会有对热固化性树脂1010的成型性造成影响的情况。
如上所述,该例子的热传导性材料1026由固化性树脂成分505、热塑性树脂和无机填充剂1009构成。固化性树脂成分505包含主剂503和固化剂504。主剂503含有5vol%以上、100vol%以下的结晶性环氧基单体501。相对于固化性树脂成分505的100体积份,以0.3体积份以上、5.0体积份以下的范围添加热塑性树脂。在热传导性材料1026整体当中,以66vol%以上、90vol%以下,更优选以70vol%以上、88vol%以下的范围含有无机填充剂1009。通过使用此种组成的热传导性材料1026,就可以提高热传导性组合物1006的散热性和耐冲击性。
另外,因使主剂503与固化剂504反应而固化的热固化性树脂1010具有结晶性,从而可以提高其热导率。
另外如(式2)所示,因固化剂504具有2个OH基或NH2基,而具有与主剂503中所含的环氧基单体的反应性。而且,也可以在1个分子中各具有2个OH基和NH2基。进而还可以实现结晶化的促进。由此,可以提高热传导性组合物1006的热导率,提高散热基板的散热性。
下面,尤其对兼顾高热导率和高阻燃性的组成进行说明。以往,作为附加阻燃性的方法,已知有添加有机系的阻燃剂或无机系的阻燃剂的方法。但是,作为有机系的阻燃剂,如果配合结构上大大不同的树脂,则结晶化就受到阻碍,因此添加量受到限制。由此,无法在确保结晶性的同时实现阻燃化。另外,在无机系的阻燃剂的情况下,由于阻燃剂的热导率低,因此如果增多量就会降低热导率。
这里,对如下的方法进行说明,即,解决结晶性树脂的硬而脆、并且易于燃烧的问题,在使用了结晶性树脂的散热基板中兼顾高导热性和强度,对热传导性材料1026赋予阻燃性。
具体来说,向树脂成分中添加阻燃性环氧树脂,向无机填充剂1009中添加阻燃助剂填充剂。更具体来说,向由含有5vol%以上、100vol%以下结晶性环氧基单体的主剂503、和固化剂504构成的固化性树脂成分505的100体积份中,添加3体积份以上、15体积份以下的阻燃性环氧基单体。此后,向固化性树脂成分505和阻燃性环氧基单体的混合物中配合无机填充剂1009和阻燃助剂填充剂而制备热传导性材料1026。热传导性材料1026中的无机填充剂1009的体积比设为66vol%以上、90vol%以下,优选设为70vol%以上88vol%以下。相对于固化性树脂成分505的100体积份,添加0.6体积份以上、3.5体积份以下的阻燃助剂填充剂。
通过像这样以不破坏结晶化的比例添加阻燃性环氧基和阻燃助剂填充剂,就可以赋予阻燃性,可以在维持高热导率的同时,提高热传导性组合物1006的阻燃性。
在制备此种热传导性材料1026时,依照配合比称量、混炼结晶性环氧基单体、固化剂、阻燃性环氧基单体、无机填充剂1009和阻燃助剂填充剂。在此以后与上述相同。
而且,主剂505与阻燃性环氧基单体的总量与固化剂504的比例是根据环氧基当量计算的。固化剂504也作为阻燃性环氧基单体的固化剂发挥作用。另外,作为固化剂504也可以使用(式2)以外的固化剂。
下面,对阻燃性环氧基单体相对于固化性树脂成分505的添加比率进行说明。结晶性环氧树脂的结构上的形状对结晶性有较大影响,如果丁基之类的大的取代基有很多,则结晶性就会受到阻碍。另外,为了赋予阻燃性,需要相应的阻燃性环氧基单体的量。相对于固化性树脂成分505的100体积份,阻燃性的环氧基单体的添加量优选为3体积份以上、15体积份以下的范围内。在小于3体积份的情况下,无法赋予足够的阻燃性。另外,如果多于15体积份,则无法显现出结晶性,热传导降低。就该阻燃性的赋予而言,通过与阻燃助剂填充剂组合,即使阻燃性环氧树脂的量较少也可以实现。
另外,阻燃助剂填充剂相对于固化性树脂成分505的100体积份的添加比率优选为0.6体积份以上、3.5体积份以下。由于阻燃助剂填充剂的热导率低,因此在多于3.5体积份的情况下,热导率的降低就很剧烈。另外,如果小于0.6体积份,则无法赋予阻燃性。作为阻燃助剂填充剂,可以使用氢氧化合物、硼化合物、锑化合物、钼化合物、金属氧化物盐等。特别是三氧化锑(AntimonyTrioxide)阻燃性的效果较大,因而优选。三氧化锑的粒径小一些更好,优选为0.1~20μm。更优选为0.3~10.0μm。在小于0.1μm的情况下,价格高,还有难以分散到热传导性材料1026中的情况。另外,在粒径超过20μm的情况下,热传导性组合物1006的表面粗糙化,有可能对与包含引线框等的配线图案1033的密合性造成影响。
而且,三氧化锑的粒径有时对吸湿性也造成影响。由此,在吸湿性成为问题的情况下,三氧化锑的粒径越小,就越容易吸湿。所以,在吸湿性成为问题的情况下,优选将三氧化锑的粒径设为0.1μm以上。这是因为,小于0.1μm的细小的三氧化锑吸湿性高。
而且,通过使三氧化锑的粒径与无机填充剂1009的粒径匹配,设为接近无机填充剂1009的粒径,就可以容易向环氧树脂等中分散。该情况下,在组合使用多种不同粒径的无机填充剂1009时,优选与小的粉末、或者大的粉末的某一方统一粒径。通过如此设置,就可以提高这些粉体的分散性。大的粒径例如为1.0~10.0μm,小的粒径例如为0.2~0.6μm。
而且,在热传导性材料1026中,无机填充剂1009的比率优选为70~88vol%的范围内。即,作为固化性树脂成分505与阻燃性的环氧基单体的合计的树脂成分优选为30~12vol%的范围内。在无机填充剂1009的比例小于70vol%的情况下,会有热传导性材料1026固化而形成的热传导性组合物1006的热导率降低的情况。另外,对阻燃性也造成影响。另外,当无机填充剂1009的比例大于88vol%时,则会有对热传导性组合物1006的成型性造成影响的情况。
通过以如上所述的组成制备热传导性材料1026,就可以实现高热传导化和阻燃化。而且,通过作为阻燃性环氧基单体使用溴代环氧基单体,就可以实现热传导性材料1026、或者热传导性组合物1006、使用了这些构件的散热基板等的高热传导化和阻燃化。而且,溴代环氧树脂通过选定分子量而在与其他的树脂的相容性方面优异,可以减少bleeding-out。所谓bleeding-out,是热传导性材料1026中的各种添加物因经时变化而凝聚并在表面粉化的现象、或在固化物的周围产生的低分子树脂或溶剂的“渗出”等现象。通过特别地减少bleeding-out,可以提高散热性、阻燃性。
另外,固化剂504因具有2个OH基和/或NH2基,而可以改善热传导性材料1026的反应性和固化性、或者与阻燃化材料等的匹配,从而可以兼顾高热传导化和阻燃化。
下面,特别针对高热导率、高阻燃性和耐冲击性的兼顾进行说明。
以往的结晶性树脂由于结晶性树脂特有的特性(又硬又脆、容易出缺口、容易破裂、易燃等),而使散热基板用的用途受到限定。作为提高强度的方法,有配合容易形成网络结构的固化剂的方法,然而在结晶性环氧树脂的情况下,因形成立体的成键而妨碍了结晶性,经常无法获得高热导率。
此外结晶性树脂与金属板的胶粘力弱。或者容易在结晶化树脂的内部或结晶化树脂与金属板的界面集中应力,从而会有因该应力而使结晶化树脂与金属板的界面剥离的情况。由此,在制作了散热基板的情况下,有时在落下试验等耐冲击性方面存在问题。
另外,对于阻燃性的附加方面如上所述。所以,为解决结晶性树脂的又硬又脆并且易燃的问题,兼顾高导热性和强度,并赋予阻燃性,就要将上述的热塑性树脂、阻燃性环氧树脂和阻燃助剂填充剂并用。
具体来说,相对于作为含有5vol%以上、100vol%以下的结晶性环氧基单体501的主剂503与固化剂504的合计的固化性树脂成分505的100体积份,添加3体积份以上、12体积份以下的阻燃性环氧基单体。此外,添加0.3体积份以上、2.5体积份以下的热塑性树脂。此外向它们的混合物中配合无机填充剂1009和阻燃助剂填充剂而制备热传导性材料1026。热传导性材料1026中的无机填充剂1009的体积比率为66vol%以上、90vol%以下,优选设为70vol%以上88vol%以下。相对于固化性树脂成分505的100体积份,添加0.6体积份以上、2.5体积份以下的阻燃助剂填充剂。
通过像这样以不破坏结晶化的比例添加阻燃性环氧基单体和阻燃助剂填充剂,而赋予阻燃性。此外,以不破坏结晶化的比例配合热塑性树脂。这样就可以赋予作为部件安装用基板所要求的强度(难破裂度等)和高导热性及阻燃性。其结果是,可以兼顾高散热性和强度、阻燃性。
另外,由于在热传导性材料1026(或者热传导性材料1026固化而形成的热传导性组合物)中难以集中应力,因此与金属板之间的密合力也提高。
在制备此种热传导性材料1026时,依照配合比称量、混炼主剂503、固化剂504、阻燃性环氧基单体、热塑性树脂、无机填充剂1009和阻燃助剂填充剂。在此以后与上述说明相同。
下面,对阻燃性环氧基树脂相对于固化性树脂成分505的比率进行说明。如上所述,阻燃性的环氧基单体的添加量优选相对于固化性树脂成分505的100体积份为3体积份以上、12体积份以下的范围内。如果小于3体积份,则无法赋予足够的阻燃性。另外,在多于12体积份的情况下,无法显现出结晶性,热传导降低。通过与阻燃助剂填充剂组合,即使阻燃性环氧树脂的量很少,也可以赋予阻燃性。
另外,阻燃助剂填充剂的添加量优选相对于固化性树脂成分505的100体积份为0.6体积份以上、2.5体积份以下。由于阻燃助剂填充剂的热导率低,因此在多于2.5体积份的情况下,热导率的降低就剧烈。另外,如果小于0.6体积份,则无法赋予阻燃性。对于阻燃性环氧基单体、阻燃助剂填充剂的优选的材料与上述相同。
为了实现热导率和耐冲击性的兼顾,相对于固化性树脂成分505的100体积份,优选添加0.3体积份以上、2.5体积份%以下的热塑性树脂。热塑性树脂的优选的材料也与上述相同。
通过以如上所述的组成制备热传导性材料1026,就可以实现高热传导化和阻燃化、耐冲击性。而且,本发明中,实现图1所示的形状(结构)是重要的。虽然也可以选择基于材料方面的途径以外的方法,然而即使在该情况下实现图1所示的形状也尤为重要。
(实施方式2)
下面,在参照图6的同时,对本发明的实施方式的散热板进行说明。图6是本实施方式的散热板的剖面图。散热板1013具有金属板1012、和设于其上的薄片状的热传导性组合物1006。而且,通过将热传导性组合物1006的厚度设为0.6mm以上,可以满足强化绝缘。这里所说的强化绝缘,是指对电击提供与借助双重绝缘的情况同等以上的保护的单一的绝缘。而且,双重绝缘是由基础绝缘和附加绝缘形成的绝缘。通过像这样满足强化绝缘,就可以满足在UL标准或IEC标准等中已知的产品的安全性,可以在散热板1013上形成一次侧的电路(primary-side electric circuit)(例如电源电路)。所谓UL是指Underwriter’s Laboratories Incorporated,所谓IEC是指国际电工委员会,相当于日本的JIS。
而且,在将散热板1013用于二次侧电路(secondary-side circuit)的情况下,也可以将热传导性组合物1006的厚度设为0.6mm以下。而且,在二次侧电路中,也包括DC-DC转换器等车用电源。而且,所谓DC-DC转换器是由DC输入形成DC输出的电力转换器。
热传导性组合物1006具有实施方式1中说明的结构。即,无机填充剂1009的含有率为66vol%以上。
优选如下条件的任意一个以上,即,自由表面1007的20度光泽为70以上,或者表面粗糙度Ra为
Figure BDA0000086197240000301
以下,或者最大高度Ry为
Figure BDA0000086197240000302
以下,或者Rmax为
Figure BDA0000086197240000303
以下,或者表层部的厚度为20μm。像这样,通过在使无机填充剂1009的含有率为66vol%以上的同时,提高光泽度,减小表面粗糙度,在表面形成薄的表层部,就可以兼顾热传导性组合物1006的导热性和成型性等。
而且,虽然金属板1012固定于薄片状的热传导性组合物1006的一面,然而并不需要限定为该方式。即,向薄片状或者棒状、板状的热传导性组合物1006中嵌入金属板1012也是有用的。例如,向热传导性组合物1006的一面嵌入金属板1012,或者向热传导性组合物1006的内部嵌入金属板1012也是有用的。
另外,将金属板1012中所用的金属材料设为金、银、铜、镍、铝、或者它们的复合物(复合构件也包括这些金属材料的合金或镀膜、蒸镀物、包层材料等)十分有用。这是因为,通过将金、银、铜、镍、铝单独使用或者设为复合物,就会使金属板1012具有在有用的导热性等方面优异的特征。
图7A、图7B是说明研磨热传导性组合物1006的表面的一部分的样子的剖面图。如图7A所示,在热传导性组合物1006在自由表面1007中具有凸部1005的情况下,有时沿着虚线进行磨削或切削而除去凸部,形成加工表面1015。
图7B是说明在热传导性组合物1006的一部分设有加工表面1015的样子的剖面图。通过在热传导性组合物1006的一部分设置加工表面1015,就可以提高热传导性组合物1006的平坦性,从而可以提高与固定于其上的发热部件的密合性。而且,通过在加工后的热传导性组合物1006的一部分残留自由表面1007,就可以提高热传导性组合物1006的可靠性。即,通过积极地残留表层部1011,例如在上述的压力锅试验等中,可以抑制水分向无机填充剂1009与热固化性树脂1010的界面等中的浸入。
图8A、图8B是说明设于热传导性组合物1006的自由表面1007的图案或表面状态的立体图。在热传导性组合物1006的自由表面1007中产生的图案1016例如是成型模具的切削痕迹等。
而且,热传导性组合物1006的自由表面1007优选具有20度光泽为70以上的所谓钢琴黑状的漂亮的光泽。即,自由表面1007是具有漆黑的深度的光滑的表面。
而且,并不需要限定为黑色。这只是由于发明人等将炭黑等黑色颜料添加到热传导性组合物1006中,因此变为黑色而已。例如,如果添加红色或蓝色、绿色等颜料,则能够以各个色调获得具有光泽的光滑的表面。通过添加氧化铝或氧化钛等白色颜料,就可以设为白色的漂亮的光泽面、或者白色的三角钢琴那样的光泽面。通过像这样设为白色,就可以作为以发光二极管(LED)等为代表的半导体发光元件的安装用基板使用。该情况下,由于设为白色的表层部1011作为LED的光的反射板发挥作用,因此可以作为家用LED照明、或者车用头灯使用。
而且,将表层部1011本身设为透明的部分是有用的,在将表层部1011设为白色的情况下,只要添加粒径比无机填充剂1009小的白色颜料即可。另外,在将表层部1011设为黑色的情况下,只要添加炭黑之类的黑色颜料即可。而且,在固定无机填充剂1009的热固化性树脂1010中也含有表层部1011中所含的颜料是有用的。如果如图4C的箭头所示使树脂循环,则含有颜料的树脂也会绕进主要部1004。
在自由表面1007中,例如可以如图8A、图8B所示,积极地残留图案1016。作为图案1016,例如可以利用成型模具的表面的加工痕迹(例如由铣床造成的切削痕迹)。该情况下,可以针对多个散热板1013没有偏差地形成相同的图案1016。另外,也可以将图案1016设为花纹(floralpattern)等有意设计的图案、或者设计性优异的图案。
另外,根据用途,有时热传导性组合物1006的表面的光泽是不优选的。此种情况下,也可以如图8B所示,研磨热传导性组合物1006的一部分的表面。加工表面1015是通过将具有光泽的热传导性组合物1006的自由表面1007用砂纸、金属刷子等研磨而形成的。作为砂纸,例如使用粒度号#100~#500的粗号的砂纸。如此形成的加工表面1015经常是灰色的。这可以认为是因为,表面粗糙度因研磨而增加,光容易发生散射。
下面,使用图9对散热板的具体的例子进行说明。图9是本实施方式的散热板的立体图。与图6相同,散热板1013具有金属板1012和配置于其上的热传导性组合物1006。
热传导性组合物1006具有安装部1017、通路部1018、和鼓出部1019。安装部1017、通路部1018、鼓出部1019的一部分被相互连接。
而且,通路部1018的厚度比安装部1017的厚度薄。优选为安装部1017的厚度的一半以下。另外,通路部1018的宽度比安装部1017的宽度小。优选宽度为2mm以下,更优选为1mm以下。像这样,与安装部1017的厚度和宽度相比,减薄减小通路部1018的厚度和宽度。
下面,在参照图10A~图11B的同时,对图9所示的散热板1013的制造方法的一例进行说明。图10A、图10B是说明制造散热板1013的样子的剖面图。
模具1028示意性地表示出热传导性组合物1006中的、特别是相当于安装部1017的部分,没有图示与通路部1018或鼓出部1019等相当的部分。另外,薄膜1027防止热传导性材料1026作为污垢附着于模具1028等的表面。作为薄膜1027,可以使用市售的PET薄膜等。而且,图10A、图10B没有图示用于使模具1028上下移动的冲压部分、用于加热模具1028的加热部分等。
首先,如图10A所示,将给定量的处于热传导性组合物1006的固化前的状态的热传导性材料1026配置于金属板1012上。此后,夹隔着薄膜1027将模具1028配置于热传导性材料1026的上方。继而使模具1028如箭头所示朝向金属板1012移动,将放置于金属板1012上的热传导性材料1026成型。而且,在成型时,加热模具1028是有用的。
图10B是表示热传导性材料1026的成型结束后的样子的剖面图。如箭头所示,去掉模具1028、薄膜1027。其后,使热传导性材料1026固化,形成热传导性组合物1006。薄片状的热传导性组合物1006例如具有安装部1017、通路部1018、鼓出部1019,被牢固地固定于金属板1012的表面。像这样就可以制作散热板1013。
如图10B所示,鼓出部1019、通路部1018由将热传导性材料1026成型时的来自安装部1017的剩余的热传导性材料1026形成。
而且,在将热传导性材料1026在模具1028中以给定形状形成后,剥离薄膜1027,投入加热固化炉中,保持给定时间,使之固化。像这样使热传导性材料1026热固化,形成热传导性组合物1006。
而且,在该固化时,最好将薄膜1027预先剥离。通过如此操作,就可以将热传导性组合物1006的表面设为自由表面1007。其结果是,可以有效地实现如下条件中的任意一个以上,即,将表层部1011的20度光泽设为70以上,或者将表面粗糙度Ra设为
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以下,或者将最大高度Ry设为以下,或者将厚度设为20μm以下。
下面,使用图11A、图11B,对将配置于模具1028中的热传导性材料1026以给定形状正确地成型的样子进行说明。图11A是说明安放于模具内的热传导性材料流动的样子的俯视图,图11B是说明安放于模具内的热传导性材料流动的样子的俯视图。
图11A中的模具仅由安装部形成部1029构成。在使用了此种模具的情况下,热传导性材料1026如箭头所示,在安装部形成部1029的内部展开,然而存在不能绕进以虚线表示的例如模具的四角的情况。由此,就有可能在局部残留未填充部1030。在像这样在周缘部产生未填充部1030的情况下,所制成的散热板1013就有可能无法满足作为目标的特性、功能。例如,薄片状的热传导性组合物1006的一部分不满足沿面距离或为了强化绝缘而必需的厚度0.6mm。此外,在一次的成型中所投入的热传导性材料1026的量小于必需量的情况下,有可能在热传导性组合物1006的周缘部的局部产生未填充部1030。
图11B是说明使得热传导性组合物1006中难以产生未填充部1030的样子的俯视图。模具1028在安装部形成部1029的周缘部或者在其四角,经由通路部形成部1031,具有鼓出部形成部1032。
配置于安装部形成部1029中的热传导性材料1026如箭头所示地展开。这样,热传导性材料1026最初就会填充安装部形成部1029。其后,多余的热传导性材料1026经由通路部形成部1031,依次流向鼓出部形成部1032。其结果是,未填充部1030产生于鼓出部形成部1032中,很难产生于安装部形成部1029中。其结果是,可以提高散热板1013中的热传导性组合物1006的、特别是安装部1017的尺寸精度(XY平面的尺寸精度、乃至Z方向的厚度精度)。可以使未填充部1030不是产生于安装部形成部1029中,而是产生于通路部形成部1031、鼓出部形成部1032中,从而可以提高散热板1013的品质。
而且,优选使通路部形成部1031的厚度、宽度比安装部形成部1029薄、小。例如,将厚度设为0.5mm以下,甚至设为0.3mm以下。另外,将宽度例如设为1.0mm以下,甚至设为0.6mm以下。如果如此设置,则可以增加热传导性材料1026向通路部形成部1031中的流入阻力。其结果是,可以使热传导性材料1026遍及安装部形成部1029的各个角落。
如上所述,通过将散热板1013的作为热传导性组合物1006的一部分的通路部1018的厚度设为0.5mm以下,将宽度设为1.0mm以下,就可以提高安装部形成部1029中热传导性材料1026的填充精度,可以提高散热板1013的品质。另外,即使在安放于模具1028中的热传导性材料1026的投入量(重量或体积)方面产生不均,也可以提高安装部形成部1029中的热传导性材料1026的填充精度,可以提高散热板1013的品质。
而且,图9中,构成散热板1013的热传导性组合物1006包括安装部1017、通路部1018、鼓出部1019等。而且,鼓出部1019不一定需要形成于金属板1012的表面。在金属板1012的尺寸小的情况下,可以使鼓出部1019不是向金属板1012,而是向防污垢用的薄膜1027鼓出。该情况下,鼓出部1019不会残留于金属板1012上。
(实施方式3)
下面,使用图12~图15对本发明的实施方式的电路模块进行说明。
图12是说明在图6中说明的散热板1013上固定有发热部件1014的样子的剖面图。发热部件1014例如除了功率半导体(功率晶体管、功率FET、功率晶体管、高输出LED、高输出激光器)以外,还相当于变压器或线圈、扼流圈等电子部件或LED或半导体激光器等发光元件等。而且,在将发热部件1014固定于热传导性组合物1006的自由表面1007时,也可以使用导热性的胶粘剂等。另外,如使用图5A、图5B说明所示,也可以加工自由表面1007而设置加工表面1015。
而且,优选使图5B所示的加工表面1015的表面粗糙度大于自由表面1007的表面粗糙度。或者,优选使加工表面1015的光泽度小于自由表面1007的光泽度。通过如此设置,就可以增加与固定发热部件1014的导热性胶粘剂的胶接面积。
图13是说明在图9所示的散热板1013中安装有发热部件1014的状态的立体图。发热部件1014具有引线1020。引线1020例如为发热部件1014的端子(输入输出端子)等。引线1020例如发热部件1014和电路基板等(未图示)连接。
而且,引线1020不需要从发热部件1014中直接突出。例如,在发热部件1014由多个发热部件的集合体构成的情况下,只要作为该集合体与电路基板或其他的电路的连接用的配线使用引线1020即可。该情况下,作为引线1020,只要使用另外准备的引线框或铜板等即可。
如图13所示,通过将从发热部件1014中伸出的引线1020作为配线的一部分,就可以实现电源模块等的低成本化。
引线1020的根部部分的一部分与散热板1013或金属板1012大致平行,引线1020的头端部分与散热板1013或金属板1012大致垂直地折曲。这是为了将引线1020与电路基板(未图示)连接。而且,引线1020的折曲部分优选为安装部1017的区域内。通过在引线1020的折曲部分与金属板1012之间夹设安装部1017,就可以防止引线1020与金属板1012的短路、确保沿面距离。
下面,在参照图14、图15的同时,对该电路模块的组装过程进行说明。图14是使用图9所示的散热板1013制作出的电路模块的组装剖面图。图15是由图9所示的散热板1013、发热部件1014、和大致平行于散热板1013地固定的电路基板1021构成的电路模块的剖面图。
电路基板1021例如是向玻璃浸渍环氧树脂而形成的。孔1022贯穿电路基板1021。孔1022也可以是被称作通孔的孔,该情况下,通过在通孔内部进行通孔镀膜,可以提高与形成于电路基板1021的表层或内层的导体图案的电连接性。而且,在电路基板1021中,没有图示导体图案或通孔镀膜等。
如图14所示,将具有引线1020的发热部件1014固定于散热板1013,将引线1020插入设于电路基板1021中的孔1022。
此后,如图15所示,使用焊膏1024将引线1020与电路基板1021连接。像这样就组装好电路模块1025。另一方面,将金属板1012固定于壳体1023。而且,作为焊膏1024,也可以使用无铅焊膏或导电性膏剂等。
电路模块1025至少包括散热板1013、固定于其上的发热部件1014、和与散热板1013大致平行地固定的电路基板1021。在发热部件1014中产生的热如箭头所示,向散热板1013传递,继而向壳体1023扩散。这样,就可以将发热部件1014冷却。
壳体1023例如为机器的壳体,例如为等离子体电视或液晶电视的机箱或框架等。而且,优选将控制发热部件1014的半导体或芯片部件等(未图示)安装于电路基板1021中。
像这样,就将需要散热的发热部件1014固定于散热板1013的安装部1017。利用该配置,可以将在发热部件1014中产生的热向壳体1023扩散,使之难以向电路基板1021传递。
另外,优选将发热部件1014与控制发热部件1014的电路基板1021之间用将一部分大致垂直地折曲的引线1020连接。利用该结构,可以将发热部件1014和电路基板1021以最短距离连接。其结果是,可以提高电路模块1025的耐噪音性,从而可以将电路动作稳定化。而且,通过使散热板1013与电路基板1021彼此大致平行,就可以将电路模块1025低背化(或者薄型化),从而可以将机器薄型化。
而且,所谓电路模块1025是发热成为问题的电路。例如为PDP电视的电源电路(也包括保持电路)、混合动力车的DC-DC转换器、太阳能电池等的DC-AC转换器等。DC-AC转换器将直流转换成交流。
(实施方式4)
下面,使用图16~图19对本发明的实施方式的散热基板和电路模块进行说明。图16是本实施方式的散热基板的切口立体图。
散热基板1035具有金属板1012、薄片状的热传导性组合物1006、和配线图案1033。热传导性组合物1006固定于金属板1012上,配线图案1033夹隔着热传导性组合物1006固定于金属板1012。配线图案1033例如是将引线框或铜箔等以给定形状(或者给定配线图案形状)加工而形成的。圆角1034是通过以热传导性组合物1006的一部分形成而形成的。
通过将配线图案1033的一部分大致垂直地折曲,就可以插入另外准备的电路基板1021(未图示)。另外,通过在配线图案1033的下面形成圆角1034,就可以提高金属板1012与配线图案1033之间的绝缘性,增加沿面距离。而且,在将热传导性组合物1006的一部分伸向配线图案1033的下面的情况下,最好不伸到配线图案1033的折曲部。通过如此设置,在配线图案1033的折曲时,就可以防止圆角1034出缺口或脱落。
而且,作为配线图案1033,可以根据散热基板的用途,分别使用铜箔和引线框。在作为配线图案1033的厚度需要0.002~0.10mm的范围的情况下,使用铜箔即可,在需要0.10~1.00mm的范围的情况下,使用引线框即可。而且,作为引线框的构件优选使用以铜为主体的材料。例如,可以使用被称作韧铜或无氧铜等的材料。通过以铜作为主体,就可以兼顾高散热性和低电阻性。另外,通过将配线图案1033的一部分以上嵌入热传导性组合物1006,可以减少由散热基板中的配线图案1033引起的阶梯(厚度阶梯)。
而且,在散热基板1035中,都以使其表面露出的方式,在热传导性组合物1006的一面固定金属板1012,在剩下的面中固定配线图案1033。由此可以认为,易于传递冲击,另外冲击易于集中在它们的界面中。这是因为,构成配线图案1033的引线框只有一部分(例如下面或右侧面)被用热传导性组合物1006覆盖。
而且,也可以将热传导性组合物1006应用于半导体封装中。半导体封装中配线图案1033或金属板1012的整体(上下左右的侧面)由热传导性组合物1006覆盖。由此,金属板1012或包含引线框等的配线图案1033就与半导体芯片一起整体被用热传导性材料1026覆盖。因此认为,即使进行耐冲击试验,结构上是有利的。
下面,在参照图17A、图17B的同时,对散热基板1035的制造方法的一例进行说明。图17A、图17B是对散热基板1035的制造方法的一例进行说明的剖面图。而且,没有图示模具等。
配线图案1033是将例如包含韧铜等的引线框或铜箔等以给定形状(或者给定配线图案形状)加工而形成的。此后,如图17A所示,依次层叠薄膜1027、金属板1012、热传导性材料1026、配线图案1033、薄膜1027。使用冲压机1036将该层叠物加压。在用冲压机1036以给定形状成型后,剥离掉薄膜1027,将热传导性材料1026投入加热固化炉中,保持给定时间。像这样使热传导性材料1026热固化,形成热传导性组合物1006。而且,在该热固化时,最好预先剥离掉薄膜1027。这样做是基于上述的理由。
下面,使用图18A、图18B,对图16所示的散热基板1035的散热机理进行说明。图18A、图18B是说明嵌入了配线图案1033的散热基板1035的散热机理的剖面图。发热部件1014是伴随着发热的半导体(例如功率晶体管或功率FET)、或者发光二极管(LED)等。
而且,没有图示发热部件1014的外部端子等。另外,没有图示形成于配线图案1033上的阻焊剂。最好在配线图案1033上形成阻焊剂。如果在配线图案1033上形成阻焊剂,就可以防止在配线图案1033的表面中安装用的焊膏过度展开。
另外,没有图示发热部件1014和配线图案1033的安装部分,例如焊锡膏或焊接用焊丝、表面安装用的焊盘等。
薄片状的热传导性组合物1006将配线图案1033的一部分以上嵌入,并且被固定于金属板1012的表面。此外,配线图案1033的一面从热传导性组合物1006中露出。首先,如图18A所示,在将一部分以上嵌入了热传导性组合物1006中的配线图案1033的露出面,安装发热部件1014。
当像这样安装发热部件1014时,即如图18B中箭头所示,在发热部件1014中产生的热经由配线图案1033向宽广的面积扩散(散热)。像这样传递到配线图案1033的热向将配线图案1033嵌入了一部分以上的热传导性组合物1006传递。此后,传递到热传导性组合物1006的热向金属板1012传递。像这样就可以将发热部件1014冷却。而且,通过将金属板1012固定于机器的壳体1023或机箱(未图示)中,就可以将传递到金属板1012的热向外部传递。
通过将配线图案1033嵌入热传导性组合物1006中,可以增加配线图案1033与热传导性组合物1006的接触面积,从而可以提高散热性。另外,通过进行嵌入,还可以减小向热传导性组合物1006的表面突出的配线图案1033的厚度。这样即使在配线图案1033中例如使用了壁厚0.3mm的引线框的情况下,也可以通过嵌入到热传导性组合物1006中,而将配线图案1033从热传导性组合物1006中的突出量(或者阶梯)限制在50μm以下。优选限制在20μm以下,更优选限制在10μm以下。通过像这样抑制突出量,形成于配线图案1033上的阻焊剂的形成就会变得容易,还可以将阻焊剂的膜厚薄层化、均匀化,提高散热基板1035的散热性。
通过像这样冷却发热部件1014,就可以提高发热部件1014的效率,实现高寿命化、高可靠性化。例如,在LED的情况下,光量就会增加。或者提高电源电路的效率。另外还可以实现小型化。
另外,通过将配线图案1033的一部分以上嵌入到热传导性组合物1006,配线图案1033与热传导性组合物1006的连接强度就会提高。这样就可以提高配线图案1033的抗拉强度。对于抗拉强度的测定方法,只要以印制电路板中的铜箔的抗拉强度评价方法等为参考即可。
下面,在参照图19的同时,对组合散热基板1035和电路基板1021而构成的电路模块1025进行简单说明。图19是电路模块1025的剖面图。电路模块1025包括使用热传导性组合物1006制作的散热基板1035、和与散热基板1035大致平行地固定的电路基板1021。
构成散热基板1035的配线图案1033的一部分被近似垂直地折曲,被插入到设于电路基板1021中的孔1022,由焊膏1024固定。另外,也可以将设于发热部件1014中的引线如图15所示地直接安装于电路基板1021中。
而且,如实施方式2~4中所示地制作出的散热板1013也好散热基板1035也好,都基本上不会产生伴随着热传导性材料1026的热固化的翘曲或起伏。翘曲或起伏例如是由金属板1012与热传导性材料1026的热膨胀系数的差造成的。但是,例如在100mm见方中为50μm以下。这可以认为是因为,利用上述的空隙消失机理,可以实现内部应力的减少和无机填充剂1009的高密度填充。
而且,在设于散热板1013上的固化后的热传导性组合物1006的表面,形成有包含从无机填充剂1009的间隙中渗出的热固化性树脂1010的表层部1011。有用的做法是,表层部1011除了存在于自由表面1007以外,还存在于固定于热传导性组合物1006上的作为配线的配线图案1033与热传导性组合物1006的界面中。在将进行了表面粗糙化的铜箔作为配线图案1033的情况下,表层部1011存在于该粗糙化表面与热传导性组合物1006的界面中也同样有用。
另外,在热传导性材料1026上将粗糙化了的铜箔等作为配线固定,并将热传导性材料1026固化而与铜箔一体化的情况下,也最好在铜箔与固化后的热传导性组合物1006的界面中形成表层部1011。另外,在将铜箔的一部分利用蚀刻等除去的情况下,固定着铜箔的表层部1011原样不变地残留于热传导性组合物1006的表面。在像这样向表面露出的表层部1011的表面,原样不变地像复制品一样转印出铜箔、或者设于铜箔表面的粗糙化面的表面形状。在该情况下也是,表层部1011会提高热传导性组合物1006的可靠性。
(实施例)
下面,对热传导性组合物1006的具体的例子及其效果等进行说明。
首先,对在高热传导性、高耐冲击性两方面优异的热传导性组合物1006及散热基板1035的例子进行说明。
该例子中所用的热传导性材料1026包括主剂503、固化剂504和无机填充剂1009。主剂503中的40vol%或50vol%是结晶性环氧基单体,剩下的是非晶体环氧基单体。相对于主剂503与固化剂504的总量添加有0.3~6.0体积份的热塑性树脂。在热传导性材料1026中,含有70vol%或88vol%的无机填充剂1009。
作为结晶性环氧基单体501,使用了市售的联苯型环氧树脂。即,是在(通式1)中X为单键而R1、R2、R3、R4全都是H的单体。另外,作为非晶体环氧基单体,使用了在(通式1)中X为单键而R1、R3是CH3、R2、R4是H的单体。环氧基当量设为170~180。通过如此设置,就可以降低熔融粘度,提高成形性。
作为固化剂504,使用了市售的二胺系的材料。即,使用了(式2)中4,4’-二氨基联苯、4,4’-二羟基联苯醚的混合物。而且,通过使用多种固化剂,可以提高作业性。另外,作为热塑性树脂,使用了市售的具有芯壳结构的丙烯酸系共聚物(特别是局部交联型丙烯酸系微粒)。作为无机填充剂1009,使用了平均粒径12μm的市售的氧化铝粉末。
将上述材料与作为固化促进剂的市售的咪唑系固化促进剂(例如adapting type)混合搅拌,加热到主剂503、固化剂504熔化的温度,使用双轴混炼机混合,制备了热传导性材料1026。进而将热传导性材料1026成型为对应各种试验的形状,在180℃下加热固化5小时,制备了热传导性组合物1006。
下面,对针对耐冲击性进行评价的结果的一例,使用(表1)加以说明。
落下试验用的样品是以100mm×100m×1.6mm的形状制作的,从1.5m的高度自由下落到水泥地上。以在试样中是否产生破裂、裂痕来判断结果。而且,对改变主剂503中的结晶性环氧基单体501的比例、无机填充剂1009的量、热塑性树脂的比例而制作的热传导性组合物1006进行上述落下试验。
(表1)表示出热传导性组合物1006的组成和上述耐冲击性试验的结果。而且,对于结晶性环氧树脂表示出在热固化性树脂1010中所占的体积比。另外,结果是根据有无剥落或破裂来评价的。
[表1]
Figure BDA0000086197240000411
根据(表1)可知,存在结晶性环氧树脂或无机填充剂1009的比例越多,则热传导性组合物1006越容易破裂的倾向。另外可知,通过加入热塑性树脂,耐冲击性会提高。但是,在热导率方面降低。
另外,根据(表1)可知,通过相对于固化性树脂成分505的100体积份加入0.3体积份以上的热塑性树脂,可以提高耐冲击性。
而且,对于在金属板1012的一面贴附热传导性材料1026并热固化了的散热板1013也进行了相同的研究耐冲击性的实验。但是,无论是剥落还是破裂都没有观察到。这里所用的金属板1012是100mm×100mm×1.6mm的铝板和铜板。这可以认为是由于,所添加的热塑性树脂成分作为冲击吸收材料发挥作用。
下面,使用(表2)对导热性的评价结果的一例进行说明。
热导率测定用的样品是制作成直径1/2英寸、厚1mm的圆板状,使用Bruker Axs公司制氙激光闪光装置来测定热导率。
试样的配合条件是在热导率变大的条件下,即在结晶性环氧树脂多、无机填充剂多的条件下进行,改变热塑性树脂的比例。(表2)中表示出样品组成和测定结果。
[表2]
Figure BDA0000086197240000421
因加入热塑性树脂,热导率就会降低,在大于5.0体积份地加入时,热固化性树脂1010就无法确保结晶性,热导率极端地降低。
而且,为了比较,对市售的热传导性材料也进行了评价。所谓市售的热传导性材料例如是市售的半导体封装的封装形成中所用的材料。例如,在将安装于引线框中的1个以上的半导体用热传导树脂封装而成的构件中所用。此种热传导性材料为了提高热导率,例如向环氧树脂中添加填充剂而制备。
当使用市售的热传导性材料进行相同的实验时,就可以得到比较的热导率。但是,在胶粘在金属板1012上的状态下的冲击试验(落下试验以外)中,很难获得作为目标的耐冲击性,在一部分样品中与金属板1012剥离。
在市售的热传导性材料的情况下,例如在应用于数mm~20mm见方程度的小型且轻质的半导体封装中的情况下,可以满足给定的耐冲击性。但是,例如在应用于100mm~300mm见方程度的大型且具有比较大的重量的散热基板中的情况下,很难满足耐冲击性。
下面,对在高导热性、高阻燃性两方面优异的热传导性组合物1006及散热基板1035进行说明。
该例子中所用的热传导性材料1026包括主剂503、固化剂504、阻燃性环氧基单体、无机填充剂1009和阻燃助剂填充剂。主剂503含有50vol%的结晶性环氧基单体,剩下的是非晶体环氧基单体。相对于固化性树脂成分505,以3体积份以上、21体积份以下的范围添加有阻燃性环氧基单体。在热传导性材料1026中,含有88vol%的无机填充剂1009。相对于固化性树脂成分505,以0.6体积份以上、4.0体积份以下的范围含有阻燃助剂填充剂。对此种热传导性材料1026进行了实验,对其结果加以说明。
结晶性环氧基单体501、非晶体环氧基单体502、固化剂504、无机填充剂1009的材料与上述的材料相同。作为阻燃性环氧基单体使用了市售的溴代环氧基单体,作为无机填充剂阻燃助剂填充剂,使用了三氧化锑。
使用上述的材料和上述的咪唑混合搅拌,加热到环氧基单体类和固化剂504熔化的温度,使用双轴混炼机混合。混合后,以与各种试验对应的形状成型,在180℃、5小时的条件下加热固化,制作出热传导性组合物1006。
下面,在使用(表3)的同时,对就阻燃性加以评价的一例进行说明。
作为阻燃性试验用途,制作出样品1和样品2。样品1的尺寸是125±5mm×13±0.5mm×1.6mm,样品2的尺寸是125±5mm×13±0.5mm×0.4mm。对这些样品实施了基于UL94的标准的阻燃性试验。具体来说,使样品接触火焰10秒后,拿开火焰,计测直至灭火前的燃烧时间(t1)。另外,在灭火后接触火焰10秒后,拿开火焰,计测直至灭火前的燃烧时间(t2)。
而且,在易于燃烧的结晶性环氧树脂多、无机填充剂1009少的条件下,使用改变了阻燃性环氧基单体、阻燃助剂填充剂的比例的热传导性组合物1006进行上述试验。具体来说,如(表3)所示,将阻燃性环氧的添加量设为1体积份以上、3体积份以下的范围,将阻燃助剂填充剂的添加量设为0.2体积份以上、0.6体积份以下的范围。
[表3]
如(表3)所示,可知通过加入阻燃性环氧、阻燃助剂填充剂,阻燃性提高。此外可知,在添加3体积份的阻燃性环氧,并且添加0.6体积份的阻燃助剂填充剂时,就可以附加阻燃性。所以,为了赋予阻燃性,需要添加3体积份以上的阻燃性环氧,并且添加0.6体积份以上的阻燃助剂填充剂。
下面,使用(表4)对热导率的测定结果的一例进行说明。热导率测定条件与使用(表2)说明的条件相同。而且,在热导率变大的结晶性环氧树脂和无机填充剂1009多的条件下,使用改变了阻燃性环氧、阻燃助剂填充剂的比例的热传导性组合物1006进行上述试验。将结果表示于(表4)中。
[表4]
Figure BDA0000086197240000442
Figure BDA0000086197240000451
为了附加阻燃性,需要添加3体积份以上的阻燃性环氧基单体,然而加入阻燃性环氧基单体会使热导率降低。当加入18体积份以上时,热固化性树脂1010就无法确保结晶性,热导率极端地降低。
下面,使用(表5)来说明对阻燃助剂填充剂的体积比率对热导率所造成的影响进行研究后的结果。
[表5]
Figure BDA0000086197240000452
为了附加阻燃性,需要将阻燃助剂填充剂设为0.6体积份以上,然而加入阻燃助剂填充剂会降低热导率。但是,由于填充剂量增加,因此不会极端地降低。然而,在将添加量设为4.0体积份以上时,热固化性树脂1010就无法确保结晶性,热导率极端地降低。根据以上说明,阻燃助剂填充剂的添加量只要设为3.5体积份以下即可。
下面,对兼顾高热导率、高阻燃性、耐冲击性的热传导性组合物1006及散热基板1035的例子进行说明。
该例子中所用的热传导性材料1026包括主剂503、固化剂504、阻燃性环氧基单体、热塑性树脂、无机填充剂1009和阻燃助剂填充剂。主剂503含有50vol%的结晶性环氧基单体,剩下的是非晶体环氧基单体,是市售品。相对于固化性树脂成分505的100体积份,添加有1~3体积份的阻燃性环氧基单体。相对于固化性树脂成分505的100体积份,添加有0.1~3体积份的热塑性树脂。在热传导性材料1026中,含有70vol%或88vol%的无机填充剂1009。相对于固化性树脂成分505的100体积份,以0.2vol~3.0vol体积份的范围添加阻燃助剂填充剂。对此种热传导性材料1026进行了实验,对其结果加以说明。
结晶性环氧基单体501、非晶体环氧基单体502、固化剂504、无机填充剂1009、热塑性树脂、阻燃性环氧基单体、阻燃助剂填充剂的材料与上述的材料相同。
将上述的材料和上述的咪唑混合搅拌,加热到环氧基单体类、固化剂504熔化的温度,使用双轴混炼机混合。混合后,以与各种试验对应的形状成型,在180℃、5小时的条件下加热固化,制作出热传导性组合物1006。
首先,使用(表6)对就耐冲击性加以评价的结果进行说明。而且,落下试验是在与使用表1说明的试验相同的条件下实施的。另外在(表6)中所用的样品中,添加3体积份的阻燃性环氧基单体,并且添加有0.6体积份的阻燃助剂填充剂。
[表6]
Figure BDA0000086197240000461
从(表6)中可以清楚地看到,存在结晶性环氧树脂或无机填充剂的比例越多,则热传导性组合物1006越容易破裂的倾向。另外可知,通过加入热塑性树脂,耐冲击性会提高。但是,在热导率方面降低。
另外,根据(表6)可知,通过相对于固化性树脂成分505的100体积份加入0.3体积份以上的热塑性树脂,可以提高耐冲击性。
下面,使用(表7)对就阻燃化加以评价的结果进行说明。而且,阻燃性试验是在与使用表3的说明中的条件相同的条件下实施的。另外,在(表7)中所用的样品中,添加了0.3体积份的热塑性树脂。
而且,在易于燃烧的结晶性环氧树脂多、无机填充剂1009少的条件下,使用改变了阻燃性环氧、阻燃助剂填充剂的比例的热传导性组合物1006进行上述试验。
[表7]
Figure BDA0000086197240000471
如表7所示,可知加入阻燃性环氧、阻燃助剂填充剂会使阻燃性提高。
此外可知,在添加3体积份的阻燃性环氧,并且添加0.6体积份的阻燃助剂填充剂时,可以附加阻燃性。所以,为了赋予阻燃性,需要添加3体积份以上的阻燃性环氧,并且添加0.6体积份以上的阻燃助剂填充剂。
下面,使用(表8)、(表9),对于就提高了耐冲击性和阻燃性的状态下的热导率加以评价的结果的一例进行说明。而且,热导率测定条件与使用(表2)说明的条件相同。而且,在热导率变大的结晶性环氧树脂和无机填充剂1009多的条件下,使用改变了热塑性树脂、阻燃性环氧、阻燃助剂填充剂的比例的热传导性组合物1006进行上述试验。首先,将改变热塑性树脂的比例时的结果表示于(表8)中。
[表8]
因加入热塑性树脂,热导率就会降低,在大于3体积份地加入时,热固化性树脂1010就无法确保结晶性,热导率极端地降低。
下面,使用(表9)对改变阻燃性环氧树脂的比例时的结果进行说明。
[表9]
Figure BDA0000086197240000482
Figure BDA0000086197240000491
为了附加阻燃性,需要添加3体积份以上的阻燃性环氧基单体,然而加入阻燃性环氧基单体会使热导率降低。当加入15体积份以上时,热固化性树脂1010就无法确保结晶性,热导率极端地降低。
下面,使用(表10),对改变阻燃助剂填充剂的添加量时的结果进行说明。
[表10]
Figure BDA0000086197240000492
为了附加阻燃性,需要将阻燃助剂填充剂的添加量设为0.6体积份以上,然而加入阻燃助剂填充剂会降低热导率。但是,由于填充剂量增加,因此不会极端地降低。然而,在将添加量设为3.0体积份以上时,热固化性树脂1010就无法确保结晶性,热导率极端地降低。根据以上说明,阻燃助剂填充剂的添加量只要设为2.5体积份以下即可。
下面,对就以上所说明的组成的热传导性组合物1006的光泽度及表面粗糙度进行测定的结果加以说明。(表11)表示作为热传导性组合物1006的样品A的自由表面1007的表面粗糙度的测定结果。测定距离为10000μm,是利用探针式的表面粗糙度计的测定结果。而且,在(表11)中,Rz是十点平均粗糙度(JIS B0601:1994)。
而且,热传导性组合物1006的固化前的热传导性材料1026包含66vol%的无机填充剂1009、主剂503、固化剂504、热塑性树脂、阻燃性环氧基单体、和阻燃助剂填充剂。主剂503含有40vol%的结晶性环氧基单体。剩下的是非晶体环氧基单体。此外,相对于固化性树脂成分505的100体积份,添加有1体积份的热塑性树脂、5体积份的阻燃性环氧基单体、1体积份的阻燃助剂填充剂。而且,这些材料与前述的材料相同。此外,在固化时加热到结晶性环氧基单体及热固化性树脂1010的结晶化温度以上。
[表11]
  Ra(μm)  Rmax(μm)  Rz(μm)
 样品A   0.15  3.34  2.71
(n=5的平均值)
(表12)是作为以往的热传导性组合物的样品B的自由表面的表面粗糙度的测定结果。而且,测定条件与(表11)相同。另外,该热传导性组合物的热传导性材料除了主剂仅含有非晶体环氧基单体以外,与上述组成相同。
[表12]
 Ra(μm)  Rmax(μm)  Rz(μm)
 样品B  0.86  21.58  21.04
(n=5的平均值)
(表11)、(表12)表示的是5个测定结果的平均值。如(表11)、(表12)中所示,与以往的热传导性组合物的自由表面相比,本实施方式的热传导性组合物1006的自由表面1007的表面粗糙度极小,约为1/10。这是因为,在热传导性组合物1006中,无机填充剂1009被热固化性树脂1010均匀地浸润,此外还被表层部1011覆盖。
而且,将无机填充剂1009的含有率在66vol%以上以各种程度增加,进行了相同的评价,无机填充剂1009的含有率越是增加,这种差异就越是扩大。在本实施方式的热传导性组合物1006中,即使无机填充剂1009的含有率接近90vol%,Ra也在
Figure BDA0000086197240000501
以下,此外Rmax也在
Figure BDA0000086197240000502
以下。
下面,使用(表13),对本实施方式的热传导性组合物1006的自由表面1007、与以往的热传导性组合物的自由表面的光泽的差别的测定结果进行说明。测定中所用的样品与(表11)、(表12)中评价过的样品相同。
而且,在光泽度的测定中,使用了堀场制作所制的光泽计IG-330。这里所说的光泽度是表示向表面投射光时的反射的程度的量,由测定部分的反射光的强度与来自光泽标准板的反射光的强度的比决定。另外,在JIS中,将折射率1.567的玻璃板表面的光泽度作为光泽的标准设为100而确定。但是,由于玻璃在化学是不稳定的,因此在发明人等所用的光泽计1000中,在作为60度光泽计使用的情况下将90的光泽度的玻璃(黑色玻璃)作为校正用标准板,在作为20度光泽计使用的情况下将84的光泽度的玻璃(黑色玻璃)作为校正用标准板。而且,60度用于测定塑料、瓷砖、涂膜等的光泽度,20度用于测定车的涂装等高光泽的光泽度。
[表13]
  20度光泽   60度光泽
 样品A 106 99
 样品B 0 15
(n=5的平均值)
如(表13)所示,作为本实施方式的热传导性组合物1006的样品A与作为以往的热传导性组合物的样品B相比,具有非常大的光泽度。这是因为,在热传导性组合物1006中,无机填充剂1009的露出比例少,或者积极地形成表层部1011。
下面,使用图20A~图21对热传导性组合物1006的表面,特别是自由表面进行说明。图20A、图20B表示本发明的实施方式的热传导性组合物的一例中的自由表面1007A的显微镜像和其示意图。
该热传导性组合物除了含有70vol%的无机填充剂以外,与前述的组成相同,其材料也与前述的材料相同。
如图20所示,通过含有结晶性环氧,可以将自由表面1007A作成具有光泽和细小的凹凸的光滑的面。
自由表面1007A是具有光泽和细小的凹凸的光滑的面。像这样自由表面1007A例如就是钢琴黑,即具有光泽的光滑的表面。例如,20度光泽为95~100,表面粗糙度Ra为
Figure BDA0000086197240000521
自由表面1007A是直径为数十μm~数百μm的高度的较小凸状物的集合体。这可以认为是因为,如使用图4C说明所示,产生了贝纳尔旋流“窝”。褶状部1039A表示出与贝纳尔旋流“窝”的边界部分相当的表面的图案。
像这样,在自由表面1007A中基本上没有无机填充剂露出。即,自由表面1007A由以热固化性树脂为主体的表层部覆盖。这样,通过将自由表面1007A设为几乎全面都具有亮光、闪亮的钢琴黑状的光泽的漂亮且光滑的面,就可以如前所述地也能经受压力锅等可靠性试验。
图21是图示出本发明的实施方式的热传导性组合物自由表面的表面粗糙度Rmax的一例的曲线图。而且,也可以将Rmax用Ry置换。X轴表示热传导性组合物中的无机填充剂的体积百分率(vol%)。Y轴是热导率、表面粗糙度、光泽度。而且,左侧的Y轴中所示的热导率的单位是W/m·K。右侧的Y轴中所示的表面粗糙度Rmax的单位是
Figure BDA0000086197240000522
另外,没有图示光泽度的Y轴的刻度,然而这是因为光泽度的曲线图是定性的图。线31表示热导率,标绘点32、33表示表面粗糙度Rmax,线34表示光泽度。
线31表示热导率相对于无机填充剂的含有率的变化(Bruggeman公式)。而且,线31在无机填充剂的体积百分率为66vol%以上时变成虚线。其原因在于,在超过66vol%的区域中,热传导性组合物的成型等极为困难。
这里表面粗糙度增加(进而光泽度降低)也就意味着热传导性组合物的成型性降低,或者在热传导性组合物的内部或表面产生无数的空隙(所谓的void)。
标绘点32、33是描绘出Rmax的实测值的标绘点。而且,标绘点32表示使用了作为以往例的不含有结晶性环氧基单体的主剂的情况,标绘点33表示使用了图20中说明的材料的情况。
标绘点32中,在无机填充剂的含有率为10vol%~20vol%的情况下,Rmax、Ry小于
Figure BDA0000086197240000531
虽然未图示,然而Ry与Rmax基本上相同。但是,当无机填充剂的含有率为45vol%~50vol%时,则Rmax就变为左右。此外当无机填充剂的含有率为66vol%以上,甚至超过70vol%时,Rmax即超过
另外,线34示意性地表示光泽度的变化,表示出如下的情形,即,随着无机填充剂的体积百分率增加,使得表面粗糙度Rmax增加,然而光泽度急剧地降低。
像这样,根据线31可以判明,随着无机填充剂的体积百分率增加,热导率本身即增加,根据标绘点32可以判明,实际的成型粒子的表面的表面粗糙度急剧地增加,根据线34可以判明,光泽度急剧地降低。
另一方面,标绘点33中,无论在无机填充剂的体积百分率为40vol%~45vol%时,还是82%~90vol%时,Rmax都为
Figure BDA0000086197240000534
(1.5μm)以下,甚至为(1.2μm)以下。
下面,使用图22A、图22B,对使用了不含有结晶性环氧基单体的主剂的以往的热传导性组合物的表面进行说明。图22A、图22B是以非晶体环氧基单体为主剂、以66vol%的比例分散无机填充剂、并添加阻燃性环氧基单体、阻燃助剂填充剂、热塑性树脂而形成的以往的热传导性组合物的自由表面的显微镜像及其示意图。即,这些图表示出表12中测定了表面粗糙度的样品的表面状态。在以往的热传导性组合物的自由表面1040中,产生了无数的空隙9。空隙9不仅有可能是空气泡,还有可能是无机填充剂1009的脱落。另外,在自由表面1040中,露出无数的无机填充剂1009。露出的无机填充剂1009在处置时,或者因经时变化,有可能脱落。这是因为,以往的热传导性组合物的自由表面1040没有被图1所示的表层部1011保护。
而且,在自由表面1040中像这样产生很多空隙9意味着在热传导性组合物的内部也残留很多空隙9。可以预计,在固化前贴附在金属板上而固化的情况下,在与金属板的界面中也残留相同的空隙9。
像这样,在使用了不含有结晶性环氧树脂成分的以非晶体环氧树脂成分为主体的热固化性树脂的以往的热传导性组合物的表面,不会形成具有光泽的面。这里所说的不含有结晶性环氧树脂成分是指,在固化前的环氧基单体和粘结剂的总量中所占的结晶性环氧树脂成分小于1vol%。
非晶体环氧树脂成分为多官能性,是具有分子量分布的不定形的树脂状物。即,在非晶体环氧树脂中液体与固体的差别不明确,随着温度上升慢慢地软化。与此同时变为粘度高的液体,很快流动性提高而变为低粘度的液体。由此,与结晶性环氧树脂相比,非晶体环氧树脂相对于温度的粘度变化小。其结果是,即使加热,非晶体环氧树脂也难以低粘度化,很难在无机填充剂的间隙中热循环,或将内部的空隙赶到外面去,或提高与成为基底的金属板的密合性。另外,在其表面,容易露出空隙或无机填充剂。
如上所述,以往的热传导性组合物由于在表面或内部、或者在与金属板的界面中存在空隙9,因此在导热性和强度方面存在问题。
下面,在参照图23A~图27B的同时,对发明人等试制的热传导性组合物的样品的自由表面与以往例的热传导性组合物的自由表面进行说明。而且,虽然在图21A、图21B中,对无机填充剂的含有率为66vol%的情况进行说明,然而在以下的说明中,对无机填充剂的含有率为70vol%的例子进行说明。
而且,以下的说明中,本实施方式的热传导性组合物的具体内容是,无机填充剂为70vol%,作为热固化性树脂的树脂成分为30vol%。而且,树脂成分以环氧树脂为主体,含有少量的分散剂等。另外,树脂成分的固化前的材料是向主剂和固化剂中添加阻燃性环氧基单体、阻燃助剂填充剂、热塑性树脂而制备的。主剂含有12vol%的结晶性环氧基单体、和18vol%的非晶体环氧基单体。阻燃性环氧基单体、阻燃助剂填充剂、热塑性树脂的添加量与图20A、图20B的样品相同。另外,以上的材料全都与图20A、图20B的样品相同。
另外,以往例的热传导性组合物的具体内容是,无机填充剂为70vol%,作为热固化性树脂的树脂成分为30vol%。树脂成分的固化前的材料除了主剂仅为非晶体环氧基单体以外,与上述的热传导性组合物1006相同。
图23A是本实施方式的热传导性组合物的自由表面1007B的显微镜像,图23B是其示意图。自由表面1007B的表面由于没有进行清洗等,因此残留有由热传导性组合物引起的污垢等。而且,在自由表面1007B中,可以观察到热传导性材料中所含的热固化性树脂在加热时对流而形成的痕迹1039B。痕迹1039B是因例如直径数μm的细小的对流而产生凹凸,可以认为是因贝纳尔旋流“窝”或与之类似的对流而产生的凹凸。而且,热传导性组合物的厚度为0.4mm~0.6mm,无机填充剂的含有率为66vol%以上。由此,以痕迹1039B示意性地表示的凹凸就不会成为例如像硅油中的贝纳尔旋流“窝”那样的规则的形状。
另外,本实施方式的热传导性组合物的表面由数μm这样极薄的表层部覆盖,基本上不会露出无机填充剂。
下面,使用图24A、图24B,对将图23A的热传导性组合物的表面的表层部进行薄层研磨后的表面加以说明。而且,所谓薄层研磨是指仅对表层进行极为微小的研磨。图24A表示对图23A所示的热传导性组合物的表面进行薄层研磨后的表面的显微镜像,图24B是其示意图。
在进行了薄层研磨后的表面1041中,露出无机填充剂1009。而且,通过进一步推进研磨,无机填充剂1009的露出比例增加。像这样,在表层部的薄层研磨后的表面1041中,露出很多无机填充剂1009,然而在该表面基本上没有观察到空隙。这可以认为是因为,产生了前述的图4C中说明的空隙消失机理。
下面,使用图25A~图26B,对形成于图23A的热传导性组合物的表面的表层部的观察例进行说明。表层部的样子可以通过将热传导性组合物的表面用金属或陶瓷制的圆头刮刀等局部地除去而观察。图25A和图26A表示的是说明将图23A的热传导性组合物的表面(即自由表面1007)的一部分使用圆头刮刀等刮掉后的状态的显微镜像。
图25A是将焦点对准自由表面1007的表面的像,图26A是将焦点对准表层部除去部分1042的像。图25B与图26B分别是其示意图。自由表面1007的一部分被以20μm~30μm的宽度除去,形成表层部除去部分1042。
如图25A、图25B所示,在自由表面1007的表层部基本上不含有无机填充剂。另一方面,如图26A、图26B所示,在表层部除去部分1042的表面,可以观察到由所嵌设的多个无机填充剂(例如粒子直径约为20μm)引起的无数的凹凸。另外,在表层部除去部分1042中,基本上观察不到空隙。这可以认为是因为,由前述的图4C中说明过的空隙消失机理引起。
而且,用安装于显微镜中的Z方向(厚度方向)的计测仪器测定了图25A的焦点位置与图26B的焦点位置的差别,其结果是1.1μm。由此可以认为,图1所示的表层部1011的厚度约为1.1μm。
而且,表层部1011的厚度为20μm以下,优选为10μm以下,更优选为5μm以下,越薄越好。当超过20μm时,表层部1011就有可能对热传导效率造成影响。
而且,发明人等预测,最好表层部1011的厚度最低也要具有0.1μm以上,然而高精度地测定表层部1011的厚度十分困难。而且可以认为,如果将厚度设为0.1μm以上,则可以防止无机填充剂1009的脱落。而且,热传导性组合物1006的表面的表层部1011的厚度不需要是均匀的。通过在局部积极地增减表层部1011的厚度,可以抑制由无机填充剂1009引起的凹凸的产生。例如,只要使之在0.1μm~20.0μm之间变化即可。
图27A表示将无机填充剂的含有率设为66vol%以上时的以往品的其他的自由表面的显微镜像,图27B是其示意图。与图22A、图22B相同,在该热传导性组合物的自由表面1040中,也产生很多空隙9。
将进一步对热传导性组合物的表面状态和电气特性进行研究的结果表示如下。
该例子中,对于发明人等使用本发明进一步反复实验加以改良而制出的热传导性组合物,在与以往例对比的同时,使用图28A~图32进行说明。图28A表示本实施方式的热传导性组合物的表面的显微镜像,图28B是其示意图。图29A是表示三维地评价了该热传导性组合物的表面的结果的图,图29B是其示意图。
由于该改良后的例子采用与前述的图20等中说明的热传导性组合物相同的组成,因此将无机填充剂的含量设为70vol%。此外剩下的30vol%以固化性树脂为主体,根据需要添加少量的分散剂、阻燃剂、着色剂等。结晶性环氧基单体、非晶体环氧基单体或固化剂、无机填充剂等材料与前述的说明相同。
此外,在图28A~图29B所示的热传导性组合物的固化前,主剂中的结晶性环氧基单体的比例设为50vol%以上,剩下的50vol%设为非晶体环氧基单体。像这样,通过增加结晶性环氧树脂成分的比例,热传导性组合物的表面就变得更为光滑。另外,对由此带来的泄漏电流的减少等电气特性的提高、和与发热成为问题的电子部件的密合性的提高进行了研究。
如图28A、图28B所示,当以150倍的倍率观察时,自由表面1007C光滑,用于显微镜的对焦的污垢1044轻微地以黑色斑点状残留于自由表面1007C中。
图29A、图29B表示出使用市售的激光显微镜(Keyence制VK-9510),对平面方向约100μm×约75μm、厚度方向1.20μm的评价结果。在该样品的自由表面1007C中,判明即使在厚度最大的部分,高度也为0.8μm左右。如此所述,该样品的表面极为光滑。另外,该样品的自由表面1007C的算术平均粗糙度Ra为(0.05μm),最大高度Ry为
Figure BDA0000086197240000572
(0.9μm)。另外,20度光泽为99~105,60度光泽为100。而且,光泽度的值是10个样品的值。
下面,作为以往例,与图28A~图29B所示的样品相同,将无机填充剂的含量设为70vol%。此外,剩下的以固化性树脂为主体,根据需要添加分散剂、阻燃剂、着色剂等。
以往品中所用的固化性树脂是使用成为主剂的非晶体环氧基单体和固化剂而形成的。即,再次试制了前述的图27A、图28B所示的样品。在热固化性树脂中,为了使非晶体环氧树脂成分主体,使用了含有95vol%以上、和100vol%的非晶体环氧基单体。非晶体环氧基单体或固化剂、无机填充剂等材料与前述的说明相同。使用该样品,与图28A~图29B相同地进行了评价,将结果表示于图30A~图31B中。图30A表示以往例的热传导性组合物的表面的显微镜像,图30B是其示意图。图31A是表示三维地评价了该热传导性组合物的表面的结果的图,图31B是其示意图。
在以往例的热传导性组合物的自由表面1040中,存在有无数个突起部1045、和作为凹部的空隙9。另外,根据图31A、图31B可以判明,再次试制的以往例的突起部1045的高度为20μm左右,空隙9的深度为10μm左右。像这样产生突起部1045和空隙9的理由与前述的图22A、图22B中说明的理由相同。
下面,使用图32,对本实施方式的热传导性组合物和以往例的热传导性组合物的电气特性进行比较,在参照图32的同时,对其结果进行说明。图32是将本实施方式的热传导性组合物和以往例的热传导性组合物的泄漏电流的温度特性作为电气特性的一例表示的曲线图。即,该评价中对于耐热性是从相应于温度的泄漏电流的方面评价的。
这里对测定方法进行说明。首先,准备加热用的市售的加热平板。此后,在该加热平板上,放置用于确保绝缘性的耐热性陶瓷基板,在该陶瓷基板上,放置成为电极的金属板。作为陶瓷基板,例如使用厚1~2mm的氧化铝基板。此后,在该金属板上,放置厚0.4mm且约5cm见方的热传导性组合物的样品,在其上安装从泄漏电流测定仪中伸出的测定端子。此后,在金属板与测定端子之间,施加4.3KV的电压,测定此时的泄漏电流。而且,样品的温度是由加热平板控制的。表面温度是在样品的表面安装热电偶而测定的。
图32中,标绘点1050表示以往例的测定结果,标绘点1052表示本实施方式的样品的测定结果。从图32中可知,以往品的泄漏电流在60℃以下较小,然而当超过60℃时,泄漏电流就会随着温度上升而变大。此后当超过110℃时,泄漏电流进一步变大。另外,当超过160℃时,泄漏电流急剧地变大,在190℃绝缘受到破坏。像这样,在以往例中,随着温度上升,泄漏电流增加。
从图30A~图31B中也可以判明,以往例在表面具有无数的凹凸。由此,在内部也残留有无数的空隙。即,构成热传导性组合物的无机填充剂没有被热固化性树脂充分地覆盖。其结果是,以往例中,在其厚度方向,无机填充剂之间只是进行单纯的物理接触(或者点接触)。可以预计,在无机填充剂与热固化性树脂的界面中,或者在无机填充剂之间,或者在热固化性树脂的内部,残留有气泡。其结果是,可以认为随着温度上升,泄漏电流急剧地增加,最后造成绝缘破坏。
另一方面,本实施方式的样品的泄漏电流在190℃附近极小。此后,随着从200℃附近起温度上升,泄漏电流慢慢地增加,从220℃附近起泄漏电流的增加变大。即使如此,在240℃下也没有破坏绝缘。如此所述,本实施方式的样品中,温度上升时泄漏电流也很难增加。即,本实施方式的样品具有优异的电气特性。
下面,使用图33,对针对图28~图29中说明的本申请发明品(样品A)进行了无机填充剂1009的含量的最佳化的结果加以说明。图33是说明针对无机填充剂的体积百分率与热导率的关系的实验结果的一例的图。横轴表示无机填充剂1009的体积百分率,纵轴表示热传导性组合物1006的热导率。从图33可以清楚地看到,随着无机填充剂1009的体积百分率增加,热导率增加。特别是,当超过50vol%时,热导率急剧地提高。
下面,改变图33所示的热传导性组合物1006中所含的无机填充剂1009的体积百分率,评价热导率和耐电压特性,将其结果表示于(表14)中。而且,以JIS C2110-1(施加商用频率交流电压的试验)、JIS C2110-2(施加直流电压的试验)为参考,在耐电压试验中,测定了各样品的绝缘破坏。而且,在(表14)中将耐电压特性判断为NG的样品中,在4.2kV施加中试验片的绝缘性能明显降低,断路器因试验电路内的电流而动作。在判断为OK的样品中,在4.2kV施加中,绝缘性能没有降低,或者断路器没有动作。而且,评价是以n=10进行的。
[表14]
Figure BDA0000086197240000591
根据(表14)可知,如果热传导性组合物1006中所含的无机填充剂1009的体积百分率为90vol%以下,则可以获得作为产品所要求的高耐电压特性。另一方面可知,如果是96vol%以上,则无法获得作为产品所要求的耐电压特性。另外判明,如果无机填充剂1009的体积百分率为66vol%以上,则可以获得作为热传导性组合物的产品所要求的高热导率,然而如果小于66vol%,则无法获得作为产品所要求的高热导率。所以,在无机填充剂1009的体积百分率小于66vol%的情况下,作为商品的价值降低。
根据以上情况判明,如(表14)的综合评价结果所示,热传导性组合物1006中所含的无机填充剂1009的体积百分率优选为66vol%以上、90vol%以下。
而且,无机填充剂1009的体积百分率优选以vol%来评价。这是为了抑制无机填充剂1009的比重的影响。而且,为了提高无机填充剂1009的体积百分率,将平均粒径不同的无机填充剂混合,例如,将平均粒径10μm的无机填充剂与平均粒径1μm的无机填充剂混合。或者设计无机填充剂1009的形状。使用这些常规的高填充化方法是有用的。
工业上的可利用性
如上所述,通过使用本发明的热传导性组合物、使用它的散热板、散热基板、电路模块,可以实现需要散热性的机器的小型化、低成本化、高可靠性化。由此,可以应用于等离子体显示器面板(PDP)电视的电源电路、液晶电视的使用了发光二极管的背光灯等中。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种热传导性组合物,其特征在于,包含含有结晶性环氧树脂成分的固化完毕的热固化性树脂和无机填充剂,其中:
所述热传导性组合物中的所述无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下,
所述热传导性组合物具备:
主要部,其主要含有所述无机填充剂;
表层部,其以所述结晶性环氧树脂成分为主体,在所述主要部上与所述主要部连续地形成,
所述表层部的表面满足以下的至少某种条件,即,具有算术平均粗糙度Ra为
Figure FDA0000086197300000011
以下或最大高度Ry为
Figure FDA0000086197300000012
以下中的至少任意一种表面粗糙度,或者所述表层部的表面的20度光泽度为70以上。
2.(删除)
3.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述无机填充剂包含选自氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氧化镁、氧化锌中的至少一种以上。
4.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂是如下形成的,即,制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、热塑性树脂和所述无机填充剂的混合体,加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上而使之固化,
所述主剂中的所述结晶性环氧树脂成分的含有率为5vol%以上、100vol%以下,相对于所述主剂和所述固化剂的总量的100体积份,添加了0.3体积份以上、5.0体积份以下的所述热塑性树脂。
5.根据权利要求4所述的热传导性组合物,其中,所述热塑性树脂是丙烯酸树脂。
6.根据权利要求5所述的热传导性组合物,其中,所述丙烯酸树脂是芯壳型的丙烯酸树脂。
7.根据权利要求4所述的热传导性组合物,其中,所述固化剂在一个分子中具有2个OH基、NH2基中的至少一方。
8.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂是如下形成的,即,制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、固化前的阻燃性环氧树脂成分、阻燃助剂填充剂和所述无机填充剂的混合体,加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上而使之固化,
所述主剂中的所述结晶性环氧树脂成分的含有率为5vol%以上、100vol%以下,相对于所述主剂和所述固化剂的总量的100体积份,添加3体积份以上、15体积份以下的所述阻燃性环氧树脂成分,添加0.6体积份以上、3.5体积份以下的所述阻燃助剂填充剂。
9.根据权利要求8所述的热传导性组合物,其中,所述阻燃性环氧树脂成分是溴代环氧树脂。
10.根据权利要求8所述的热传导性组合物,其中,所述固化剂在一个分子中具有2个OH基、NH2基中的至少一方。
11.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂是如下形成的,即,制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、固化前的阻燃性环氧树脂成分、热塑性树脂、阻燃助剂填充剂和所述无机填充剂的混合体,加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上而使之固化,
所述主剂中的所述结晶性环氧树脂成分的含有率为5vol%以上、100vol%以下,相对于所述主剂和所述固化剂的总量的100体积份,添加3体积份以上、15体积份以下的所述阻燃性环氧树脂成分,添加0.3体积份以上、2.5体积份以下的所述热塑性树脂,添加0.6体积份以上、3.5体积份以下的所述阻燃助剂填充剂。
12.根据权利要求11所述的热传导性组合物,其中,所述热塑性树脂是丙烯酸树脂。
13.根据权利要求12所述的热传导性组合物,其中,所述丙烯酸树脂是芯壳型的丙烯酸树脂。
14.根据权利要求11所述的热传导性组合物,其中,所述阻燃性环氧树脂成分是溴代环氧树脂。
15.根据权利要求11所述的热传导性组合物,其中,所述固化剂在一个分子中具有2个OH基、NH2基中的至少一方。
16.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述结晶性环氧树脂成分在固化前具有以下的结构,
[化1]
X:S、O、CH2或单键
R1、R2、R3、R4:H、CH3或t-Bu(叔丁基)
R1~R4中的任意2个以上也可以相同。
17.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂具有结晶性。
18.一种散热板,其特征在于,具备金属板和固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物。
19.一种电路模块,其特征在于,具备:
金属板、
固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物、
固定于所述热传导性组合物的发热部件和
固定于所述金属板并与所述发热部件连接的电路基板。
20.一种散热基板,其特征在于,具备:
金属板、
固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物和
固定于所述热传导性组合物的配线。
21.根据权利要求20所述的散热基板,其中,在所述热传导性组合物与所述配线的界面中也具有所述表层部。
22.根据权利要求20所述的散热基板,其中,在所述配线的一部分被除去而露出转印有所述配线的表面图案的所述热传导性组合物的表面的情况下,在所述露出的所述热传导性组合物的表面也具有所述表层部。
23.一种电路模块,其特征在于,具备:
金属板、
固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物、
固定于所述热传导性组合物的配线、
与所述配线连接并固定于所述热传导性组合物的发热部件和
固定于所述配线的电路基板。
24.(修改后)一种热传导性组合物的制造方法,其特征在于,具备:
A)制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂和无机填充剂的混合体的步骤;
B)加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上,使所述主剂固化而形成固化完毕的热固化性树脂的步骤,
所述无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下,
在所述B步骤中,形成主要含有所述无机填充剂的主要部,并在所述主要部上按照以下方式形成以所述结晶性环氧树脂成分为主体并与所述主要部连续地形成的表层部,所述表层部的表面具有算术平均粗糙度Ra为
Figure FDA0000086197300000041
以下或最大高度Ry为
Figure FDA0000086197300000042
以下中的至少任意一种表面粗糙度,或者所述表层部的表面的20度光泽度为70以上。
25.根据权利要求24所述的热传导性组合物的制造方法,其中,所述表层部是将从所述无机填充剂的间隙中渗出的所述混合体固化而形成的。
26.(追加)根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中所述热固化性树脂在热固化时发生低粘度化,产生了对流的所述热固化性树脂的一部分形成所述表层部。
27.(追加)根据权利要求24所述的热传导性组合物的制造方法,其中,其中在所述B步骤中,所述热固化性树脂在热固化时发生低粘度化,产生了对流的所述热固化性树脂的一部分形成所述表层部。

Claims (25)

1.一种热传导性组合物,其特征在于,包含含有结晶性环氧树脂成分的固化完毕的热固化性树脂和无机填充剂,其中:
所述热传导性组合物中的所述无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下,
所述热传导性组合物具备:
主要部,其主要含有所述无机填充剂;
表层部,其以所述结晶性环氧树脂成分为主体,在所述主要部上与所述主要部连续地形成。
2.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述表层部的表面满足以下的至少某种条件,即,具有算术平均粗糙度Ra为
Figure FDA0000086197230000011
以下或最大高度Ry为以下中的至少任意一种表面粗糙度,或者所述表层部的表面的20度光泽度为70以上。
3.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述无机填充剂包含选自氧化铝、氮化铝、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氧化镁、氧化锌中的至少一种以上。
4.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂是如下形成的,即,制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、热塑性树脂和所述无机填充剂的混合体,加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上而使之固化,
所述主剂中的所述结晶性环氧树脂成分的含有率为5vol%以上、100vol%以下,相对于所述主剂和所述固化剂的总量的100体积份,添加了0.3体积份以上、5.0体积份以下的所述热塑性树脂。
5.根据权利要求4所述的热传导性组合物,其中,所述热塑性树脂是丙烯酸树脂。
6.根据权利要求5所述的热传导性组合物,其中,所述丙烯酸树脂是芯壳型的丙烯酸树脂。
7.根据权利要求4所述的热传导性组合物,其中,所述固化剂在一个分子中具有2个OH基、NH2基中的至少一方。
8.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂是如下形成的,即,制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、固化前的阻燃性环氧树脂成分、阻燃助剂填充剂和所述无机填充剂的混合体,加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上而使之固化,
所述主剂中的所述结晶性环氧树脂成分的含有率为5vol%以上、100vol%以下,相对于所述主剂和所述固化剂的总量的100体积份,添加3体积份以上、15体积份以下的所述阻燃性环氧树脂成分,添加0.6体积份以上、3.5体积份以下的所述阻燃助剂填充剂。
9.根据权利要求8所述的热传导性组合物,其中,所述阻燃性环氧树脂成分是溴代环氧树脂。
10.根据权利要求8所述的热传导性组合物,其中,所述固化剂在一个分子中具有2个OH基、NH2基中的至少一方。
11.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂是如下形成的,即,制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、固化前的阻燃性环氧树脂成分、热塑性树脂、阻燃助剂填充剂和所述无机填充剂的混合体,加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上而使之固化,
所述主剂中的所述结晶性环氧树脂成分的含有率为5vol%以上、100vol%以下,相对于所述主剂和所述固化剂的总量的100体积份,添加3体积份以上、15体积份以下的所述阻燃性环氧树脂成分,添加0.3体积份以上、2.5体积份以下的所述热塑性树脂,添加0.6体积份以上、3.5体积份以下的所述阻燃助剂填充剂。
12.根据权利要求11所述的热传导性组合物,其中,所述热塑性树脂是丙烯酸树脂。
13.根据权利要求12所述的热传导性组合物,其中,所述丙烯酸树脂是芯壳型的丙烯酸树脂。
14.根据权利要求11所述的热传导性组合物,其中,所述阻燃性环氧树脂成分是溴代环氧树脂。
15.根据权利要求11所述的热传导性组合物,其中,所述固化剂在一个分子中具有2个OH基、NH2基中的至少一方。
16.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述结晶性环氧树脂成分在固化前具有以下的结构,
[化1]
Figure FDA0000086197230000031
X:S、O、CH2或单键
R1、R2、R3、R4:H、CH3或t-Bu(叔丁基)
R1~R4中的任意2个以上也可以相同。
17.根据权利要求1所述的热传导性组合物,其中,所述热固化性树脂具有结晶性。
18.一种散热板,其特征在于,具备金属板和固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物。
19.一种电路模块,其特征在于,具备:
金属板、
固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物、
固定于所述热传导性组合物的发热部件和
固定于所述金属板并与所述发热部件连接的电路基板。
20.一种散热基板,其特征在于,具备:
金属板、
固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物和
固定于所述热传导性组合物的配线。
21.根据权利要求20所述的散热基板,其中,在所述热传导性组合物与所述配线的界面中也具有所述表层部。
22.根据权利要求20所述的散热基板,其中,在所述配线的一部分被除去而露出转印有所述配线的表面图案的所述热传导性组合物的表面的情况下,在所述露出的所述热传导性组合物的表面也具有所述表层部。
23.一种电路模块,其特征在于,具备:
金属板、
固定于所述金属板上的权利要求1所述的热传导性组合物、
固定于所述热传导性组合物的配线、
与所述配线连接并固定于所述热传导性组合物的发热部件和
固定于所述配线的电路基板。
24.一种热传导性组合物的制造方法,其特征在于,具备:
A)制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂和无机填充剂的混合体的步骤;
B)加热到所述结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上,使所述主剂固化而形成固化完毕的热固化性树脂的步骤,
所述无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下,
在所述B步骤中,形成主要含有所述无机填充剂的主要部,并在所述主要部上形成以所述结晶性环氧树脂成分为主体并与所述主要部连续地形成的表层部。
25.根据权利要求24所述的热传导性组合物的制造方法,其中,所述表层部是将从所述无机填充剂的间隙中渗出的所述混合体固化而形成的。
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