JP2001266642A

JP2001266642A - 熱伝導性ペースト

Info

Publication number: JP2001266642A
Application number: JP2000072186A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Goto; 英之後藤; Masayuki Ueda; 雅行上田
Original assignee: Harima Chemical Inc
Current assignee: Harima Chemical Inc
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】硬化温度が１５０℃程度であり、ハンダと比
較して遜色のない、熱硬化後に優れた熱伝導性を示す熱
伝導性ペーストの提供。【解決手段】金属粉末を液状の樹脂組成物中に分散し
てなる熱伝導性ペーストであって、この金属粉末とし
て、核粒子のタングステン粉末表面に電解メッキまたは
無電解メッキにより銀被覆層をコーティングしてなる銀
コート・タングステン粉末を用いて調製する熱伝導性ペ
ースト。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い熱伝導性を示
す導電性ペーストに関し、より具体的には、電子素子・
チップ部品をそのマウント部材上に良好な熱伝導性で固
着する用途に用いられ、電導性部材として金属粉末を含
み比較的に硬化温度が低い熱硬化型ペーストに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体のパケージングにおいては、チッ
プ部品を固定するために、種々のマウント部材上に固着
がなされる。このマウント部材は、チップ部品とその固
着面において、電気的な導通を採るとともに、熱伝導性
の固着・接合がなされる。より具体的には、マウント部
材、例えば、リードフレーム上に、チップ部品をハンダ
を用いて接合するなどして、両者の間は、電気的な導通
は勿論、ハンダ層を通してチップ部品で発生した熱は、
リードフレームを介して、あるいは、インターポーザー
を経てパケージング外に放出される。この熱放散によ
り、チップ部品内部で発生する熱により、素子温度が過
度に上昇し、誤動作、あるいは、熱的劣化の進行を防止
している。

【０００３】この固着手段として、ハンダを利用する方
法は、電導性も高く、また、熱伝導性も５０〜６０W／
ｍ・Kと優れたものであるが、用いるハンダを一旦熔融
する必要がある。実際には、ハンダのリフローを行うた
め、リフロー炉内で２００℃を超える高い温度にチップ
部品が係る工程で曝されることになる。加えて、近年、
健康を損なう危険性を持つ鉛の使用を避けるため、鉛フ
リー化が図られる結果、リフロー温度はさらに高くなっ
ている。その他、ハンダのリフロー時に、酸化物皮膜が
生成すると、緊密な接合がなされなくため、リフロー炉
内酸素濃度を所定の値以下に厳密に管理する必要があ
る。

【０００４】上記する作業上の問題点に加え、チップ部
品、具体的には、半導体基板とリードフレームなどの金
属性マウント部材の間では、線熱膨張率に相当の差異が
あり、リフロー温度に加熱・固着した後、室温に冷却し
た際、半導体基板に歪み応力を生じさせる。この歪み応
力は、素子特性自体への影響を持ち、チップ部品のサイ
ズが増すほどその影響は相対的に大きなものとなってい
る。

【０００５】この欠点を回避するため、チップ部品をリ
ードフレームなどの上に固着する際の処理温度をより低
くする試みがなされている。すなわち、硬化温度が１５
０℃程度の熱硬化型の導電性銀ペーストを用いて、チッ
プ部品の固着を行う方法の利用が進められている。導電
性銀ペーストは、その電気抵抗は、チップ部品とリード
フレームなどの間の電気的な導通には不足のないもので
ある。しかしながら、従来の銀ペーストでは、熱伝導性
に関しては、熱伝導率は、２〜１５W／ｍ・Kでしかな
く、高いものでも、ハンダの熱伝導率の１／４程度しか
なかった。そのため、同じ熱量が伝導する際、チップ部
品底面とリードフレーム表面の間に必要な温度差は、銀
ペーストでは、ハンダの場合の４倍となる。結果的に
は、チップ部品の素子内温度の上昇を引き起こす。

【０００６】チップ部品自体において発生する熱量が多
くない場合には、前記のチップ部品の素子内温度の上昇
は相対的に僅かな影響しか及ぼさない。逆に、発生する
熱量が多く、速やかな熱放散が必要なものでは、その影
響は顕著なものとなる。この理由により、銀ペーストの
利用可能な範囲は大きな制限を受けていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】熱硬化型の導電性金属
ペーストは、その作業性、特に、固着を実施する温度を
１５０℃程度に低減できる点、特に、チップ部品サイズ
の大きな半導体のパケージングへの適用した際の利点な
どは極めて大きな利点であるので、その熱伝導性をハン
ダと比較して、さほど劣らない範囲に向上すると、その
適用可能な範囲は格段に広がるものである。すなわち、
導電性は現状程度であっても、その熱伝導性をおよそ２
倍以上向上させた熱硬化型の導電性金属ペーストの開発
が望まれている。

【０００８】本発明は、前記の課題を解決するもので、
本発明の目的は、硬化温度が１５０℃程度であり、熱硬
化後の熱伝導性がハンダと比較して、さほど劣らない範
囲に向上された新規な熱伝導性ペーストを提供すること
にある。より具体的には、塗布加工性、熱硬化条件、な
らびに、硬化物の導電性は、現状の熱硬化型の導電性銀
ペーストと実質的に差異がなく、その硬化物の示す熱伝
導性は、現状の導電性銀ペーストより２倍以上に改善
し、ハンダと遜色のない程度とされた熱伝導性ペースト
を提供することにある。さらには、本発明は、かかる熱
伝導性ペーストを利用した半導体パッケージング方法の
提供をその最終的な目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく、鋭意研究を進めた。その過程で従来の
導電性銀ペーストにおける熱伝導性を制限している要因
について考察を行った。導電性銀ペーストは、銀粉末が
液状の樹脂組成物中に均一に分散されているが、塗布し
た際には、この銀粉末が相互に接触し、秩序性のない集
積構造を形成している。なお、本発明においては、液状
の樹脂組成物の用語は、樹脂とその硬化剤などを所定の
組成で混合し、未だ硬化していない液状の組成物の意味
で用いる。この秩序性のない集積構造の空隙に液状の樹
脂組成物が満たされ、熱硬化により、固化した樹脂とな
る。導電性は、銀粉末相互の接触を介した導通経路によ
り得られている。熱伝導性も、その大半は、銀粉末相互
の接触を介した導通経路により得られている。仮に、銀
粉末の充填率を増すと、銀粉末相互の接触を介した導通
経路も増すが、現状の銀ペースト自体、その流動性等を
考慮すると、使用可能な充填率最大に近いものとなって
いる。すなわち、硬化後の接着性、スクリーン印刷、デ
ィスペンサー滴下などの作業性、塗布面上におけるレベ
ル平均化を考慮すると、ペーストに含まれる樹脂成分比
率を減ずるとしても、４／５とするに留まることを確認
した。従って、銀粉末の充填率を増すとしても、現状の
５／４倍が実用上の限界であることになる。

【００１０】本発明者らは、前記する銀粉末の充填率を
増すような手法でなく、金属粉末が相互に接触している
接触点個々において、その有効接触面積を増すことによ
り、充填率を増すことなく、導通経路における実効的な
熱伝導率を格段に高める手段を見出した。具体的には、
従来利用されていた、銀粉末に換えて、銀と比較して顕
著に伸延性が劣り、また、堅固な金属であるタングステ
ン粉末を核粒子として、その表面に若干量の銀被覆を施
した銀コート・タングステン粉末を用いると、同じ充填
率においても、硬化後に、銀粉末を用いたものよりも格
段に熱伝導率が高いものとなることを見出し、本発明を
完成するにいたった。

【００１１】すなわち、本発明の熱伝導性ペーストは、
金属粉末を液状の樹脂組成物中に分散してなる熱伝導性
ペーストであって、前記金属粉末は、核粒子のタングス
テン粉末表面に電解メッキまたは無電解メッキにより銀
被覆層をコーティングしてなる銀コート・タングステン
粉末であることを特徴とする熱伝導性ペーストである。
また、上記の熱伝導性ペーストにおいて、金属粉末が、
平均粒子径が０．２〜２０μｍのタングステン粉末に対
して、その表面に電解メッキまたは無電解メッキにより
コーティングされる銀被覆を、原料タングステン粉末の
総重量１００重量部に対して、前記銀被覆に伴う重量増
加が、５〜５０重量部に選択してなる銀コート・タング
ステン粉末であることを特徴とする熱伝導性ペーストと
するとより好ましい。

【００１２】加えて、本発明の熱伝導性ペーストでは、
液状の樹脂組成物を構成する樹脂が、低粘度の熱硬化性
樹脂であると前記する本発明の効果がより明確に現れ、
好ましい。例えば、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂
から選択される1種以上の樹脂であるとより好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】上述するように、本発明の熱伝導
性ペーストでは、堅固な金属であるタングステン粉末を
核粒子として、その表面に若干量の銀被覆を施した銀コ
ート・タングステン粉末を用いることにより、金属粉末
が相互に接触している接触点個々において、その有効接
触面積を増すことができ、その結果として、従来の銀粉
末を用いた銀ペースト硬化体よりも格段に熱伝導率が高
い硬化体が得られる効果を達成している。

【００１４】以下に、本発明の熱伝導性ペーストの調製
方法、ならびに、本発明の効果が達成される理由につい
て、より詳しく説明する。

【００１５】本発明の熱伝導性ペーストは、用いる金属
粉末を除き、本質的に従来の導電性銀ペーストと同様の
手順で調製することができる。すなわち、用いる金属粉
末とそれを分散させている液状の樹脂組成物の体積比率
は、従来の導電性銀ペーストと本質的に同じものであ
る。実際に、本発明で用いる金属粉末は、銀コート・タ
ングステン粉末であるが、その外面は、銀被覆層がほぼ
均一に形成されており、液状の樹脂組成物中に混合・攪
拌してペーストとする過程までは、なんら実質的な差異
はないものである。

【００１６】また、用いられる液状の樹脂組成物も、原
則、その硬化温度、時間などが、所望とする範囲となる
限り、従来の低温硬化型の導電性銀ペーストに用いられ
る液状の樹脂組成物を利用することができる。なかで
も、液状の樹脂組成物を構成する樹脂として、低粘度の
熱硬化性樹脂を用いる構成とすると好ましい。すなわ
ち、熱伝導性ペーストにおいては、金属粉末（フィラ
ー）の充填率を高めることが望ましく、そのために、平
均粒子径が比較的に小さな金属粉末が利用される。平均
粒子径が小さくなると、金属粉末を分散させる液状の樹
脂組成物自体の粘度が高い場合には、密に分散すること
が困難となり、所望の高い充填率を達成できなくなる。
従って、低粘度の熱硬化性樹脂を用いることで、平均粒
子径が小さな金属粉末（フィラー）についても、高い充
填率を達成することが可能となる。また、金属粉末（フ
ィラー）の充填率を高めるにしたがって、ペーストの流
動性の低下が起こり易すく、スクリーン印刷性やディス
ペンス性が悪くなる傾向を持つ。これも、低粘度の熱硬
化性樹脂を用いることで、流動性の低下を抑えることが
でき、高い充填率においても、良好なスクリーン印刷性
やディスペンス性を維持することができる。加えて、チ
ップ部品とインターポーザーなどのマウント部材との接
合を行う場合のように、平面同士を加熱接着するときに
は、液状の樹脂組成物が溶剤を含有すると、硬化中にこ
の溶剤の気化することにより発生する蒸気が、硬化中に
ボイド状の気泡を生成する懸念がある。この溶剤蒸気に
よるボイド状の気泡も、通常のボイドと同様に接着信頼
性の低下を招く要因となり、また、熱伝導の面でもまこ
とに好ましくない。以上の点をも考慮すると、溶剤添加
により流動性を増す手法を利用することはできない。す
なわち、無溶剤であっても、十分な流動性を保つことが
できる、低粘度の熱硬化性樹脂を用いることが好まし
い。

【００１７】このような熱硬化性樹脂としては、エポキ
シ樹脂が代表的なものとして挙げられるが、以下に例示
する種々のエポキシ樹脂から、所望の硬化温度となるも
のを、1種類、あるいは、複数種を混合して、所望の硬
化温度となるように選択するとより好ましい。例えば、
低粘度のエポキシ樹脂としては、油化シェルエポキシ
（株）製エピコート８１５、８２５、８２７、８２８、
８３４、あるいは旭電化（株）製ＥＰ−４１００Ｅ、Ｅ
Ｐ−４３００などのビスフェノールA型エポキシ樹脂、
旭電化（株）製ＥＰ−４９１０、ＥＰ−４９３０、ＥＰ
−４９５０などのビスフェノールF型エポキシ樹脂、三
井化学（株）製Ｒ７１０などのビスフェノールＡＤ型エ
ポキシ樹脂、油化シェルエポキシ（株）製エピコート１
５２などのフェノールノボラック型エポキシ樹脂、油化
シェルエポキシ（株）製エピコート６３０などの多官能
型エポキシ樹脂、ダイセル化学工業（株）製セロキサイ
ド２０２１などの脂環式エポキシ樹脂、油化シェルエポ
キシ（株）製エピコート８７１などのダイマー酸変性エ
ポキシ樹脂などを挙げることができる。これら低粘度の
熱硬化性樹脂は、常温における液の粘度が、０．１〜２
０Ｐａ・ｓの範囲、好ましくは、０．２〜１５Ｐａ・ｓ
の範囲のものを用いるとよい。用いる熱硬化性樹脂が相
当に低粘度であっても、金属粉末（フィラー）の充填率
を高めているので、熱伝導性ペーストの流動性は、スク
リーン印刷したパターンの滲み、広がりが生じない程度
に自ずから調整される。

【００１８】本発明の熱伝導性ペーストは、例えば、図
１に示すようなチップ部品裏面とインターポーザー表面
の間の固着に際して、その接着性は、用いられる樹脂組
成物に依存している。従って、この種の接着を促する目
的で、従来の導電性銀ペーストにおいても利用されてい
る各種の副次的な添加成分を添加することができる。ま
た、液状の樹脂組成物には、用いる樹脂の種類、量に応
じて、適合する硬化剤または硬化触媒、あるいは、硬化
促進剤を加える。

【００１９】本発明の熱伝導性ペーストは、一旦、予め
液状の樹脂組成物を攪拌・混合により調製した後、所定
量の銀コート・タングステン粉末と混ぜ、分散させて調
製するとよい。なお、金属粉末の充填率は、その接着力
を損なわない範囲で高くする方が好ましいが、塗布加工
性などをも考慮すると、ペーストにおいて液状の樹脂組
成物中に分散させた金属粉末の体積占有比率は、５５〜
２０％の範囲内、より好ましくは、４５〜３０％の範囲
に選択するとよい。あるいは、混合比として、銀コート
・タングステン粉末１００重量部に対して、予め調製し
た液状の樹脂組成物を２〜２５重量部、より好ましく
は、５〜１８重量部の範囲で、金属粉末の粒子径ならび
に液状の樹脂組成物の粘度に応じて、選択するとよい。

【００２０】本発明の熱伝導性ペーストを特徴付けてい
る銀コート・タングステン粉末は、以下のようにして調
製することができる。

【００２１】銀コート・タングステン粉末自体は、その
形状に依らず、同様な銀粉末と比較して、得られる硬化
物における熱伝導性を格段に向上させる効果を示す。従
って、その核粒子に用いるタングステン粉末も、種々な
形状のものを用いることもできるが、本発明の熱伝導性
ペーストにおいても、より高い金属粉末の充填率を採用
することは望ましいので、外形がほぼ球状のものがより
好ましい。すなわち、核粒子に用いるタングステン粉末
自体としても、所望の充填率を達成するに適する外形が
ほぼ球状のものを用いると、得られる銀コート・タング
ステン粉末の外形も、ほぼ球状となりより好ましい結果
が得られる。

【００２２】一方、銀コート・タングステン粉末自体の
粒子径は、本発明の熱伝導性ペーストにおいては、好ま
しくは、低粘度の液状の樹脂組成物を利用するので、塗
布した際、その膜厚が均一となり、表面に金属粉末に由
来する凹凸が生じない範囲に選択するとよい。接合の前
に塗布を行った時点では、金属粉末はペースト膜中に無
秩序に分散しており、結果的にペースト表面には、最大
金属粉末の粒子径の１／２程度の高さにランダムな凹凸
が生じる。接合をする際、チップ部品の上部から加圧し
つつ互いの密着を図るが、ペースト膜厚の３０％を超え
る凹凸がある場合にはしばしば完全な平坦化がなされな
い。それに伴い、樹脂にチップ部品裏面を覆われない部
分が残り、密着力の低下が引き起こされる、さらには、
チップ部品裏面とマウント部材表面が平行に配置されな
い事態に至ることもある。このような不具合を避けるた
め、目的とするペースト膜厚に応じて、金属粉末の最大
粒子径を選択するとよい。例えば、塗布した際の膜厚
が、６０〜１００μｍ程度とすると、銀コート・タング
ステン粉末自体の粒子径は、２０μｍを大きく超えない
範囲に選択するとよい。一方、粒子径が余りに細かくな
ると、粒子相互の接触を持たないものが相対的に増すの
で好ましくない。従って、小さくとも０．２μｍ以上と
するとよい。

【００２３】加えて、銀コート・タングステン粉末は、
核粒子に用いるタングステン粉末の表面に均一な銀被覆
を施したものとするが、核粒子に用いるタングステン粉
末の粒子径に対して、被覆される銀の膜厚が一定比率以
上に厚くなると、本発明の効果は減ぜられています。一
方、被覆される銀の膜厚があまりにも薄いならば、やは
り、本発明の効果は発揮されない。すなわち、銀コート
・タングステン粉末は、核粒子に用いるタングステン粉
末の粒子径に対して、ある範囲の比率の膜厚の銀被覆を
施したものを用いるとよい。例えば、銀コート・タング
ステン粉末の平均粒径を、上に記した０．２〜２０μｍ
の範囲とするとき、タングステン粉末の粒子径に対する
銀被覆膜厚の比率を、好ましくは、タングステン粉末の
平均半径の３〜２０％の範囲に、より好ましくは、平均
半径の５〜１０％の範囲にするとよい。

【００２４】本発明の熱伝導性ペーストは、半導体チッ
プ部品をリードフレームなどのマウント部材上に固着す
ることを主要な用途とする。従って、最終的に熱硬化し
て両者の接合を図った際、硬化物の膜厚は、２０〜６０
μｍ程度に選択されるので、この硬化物の膜厚に応じ
て、用いられる銀コート・タングステン粉末は、０．２
〜２０μｍの範囲、より好ましくは、１〜５μｍ程度に
選択するとよい。この粒子径の範囲で、タングステン粉
末の粒子径（平均直径）に対する銀被覆膜厚の比率を、
前記する比率範囲とすると、核粒子とするタングステン
粉末の粒子径自体も、０．２〜１８μｍの範囲、より好
ましくは、１〜５μｍ程度に選択するとよい。

【００２５】タングステン粉末表面への銀被覆は、被覆
厚さが概ね均一となり、剥離などを生じないならば、原
則的には、そのコーティングの手段は限定されない。例
えば、タングステン粉末上にメッキ法、電解メッキまた
は無電解メッキにより銀のコーティングを行うとよい。
タングステン粉末の粒子径はある程度の分布を持ち、そ
のような微粒子上に十分な再現性で銀のコーティングを
する手段がより好ましく、その観点では、無電解化学メ
ッキ法は、より有効な手段となる。

【００２６】個々の粉末に付いて、銀被覆の膜厚を測定
することは困難であり、現実的には、タングステン粉末
の重量に対して、銀のコーティングにより増加する重量
を測定して、所望とする銀被覆膜厚を持つ銀コート・タ
ングステン粉末を選択する。従って、タングステンの真
比重１９．３、銀の真比重１０．５を考慮すると、核粒
子とするタングステン粉末の粒子径を０．２〜２０μｍ
の範囲とするとき、タングステン粉末の１００重量部当
たり、銀被覆に伴う重量増加が、５〜５０重量部の範
囲、より好ましくは、８〜２０重量部の範囲とする銀コ
ート・タングステン粉末を選択するとよい。

【００２７】加えて、タングステン粉末の１００重量部
当たり、銀被覆に伴う重量増加が５０重量部を超えるよ
うなものは、無電解化学メッキ法によっても、作製が次
第に困難さをまし、また、コスト面でも好ましくない。
一方、銀被覆に伴う重量増加が５重量部に満たないと、
膜厚が薄くなりすぎ、粒子表面全体における膜厚分布の
不均一さが顕著となり、さらには、核粒子の外形形状に
よっては、ペースト調製における攪拌などによって、そ
の剥離なども生じ易いものともなる。

【００２８】本発明で使用する銀コート・タングステン
粉末では、固着を行う時、チップ部品をペースト上面か
ら押し付け平坦化を図るので、粒子相互を接触させるよ
うに圧縮力が加えられる。その過程で核粒子のタングス
テン粉末は剛体粒子であるので、図２に模式的に示すよ
うに、伸延性に富む表面の銀被覆層のみが押し潰され、
実効的な接触面積が大きくなっていると考えられる。一
方、銀粉末では、粒子全体の変形が起こり、接触面積の
増加が僅かなものにしかなっていなかったと推測され
る。この差異により、銀コート・タングステン粉末で
は、銀粉末と比較すると格段に接触点における熱伝導効
率が向上したと判断される。

【００２９】熱伝導率の比は、銀１：タングステン０．
４８であるが、銀コート・タングステン粉末では、表面
を覆う銀被覆の存在により、粒子自体の実効的な熱伝導
率は、相当に改善されている。特に、全体の熱伝導性を
主に決定する要因は、金属粒子相互の接触点における熱
伝導効率であり、粒子自体の実効的な熱伝導率の寄与分
は、僅かである。そのため、上記の機構により、本発明
の熱伝導性ペーストでは、従来の導電性銀ペーストと比
較すると、実効的な熱伝導率は格段に高くなり、ハンダ
と然程遜色のない水準に達したものである。

【００３０】表面を覆う銀被覆の膜厚が増すと、剛体球
表面上に伸延性に富む被覆層を設けることにより達成さ
れる効果が発揮されなくなり、また、被覆層があまり薄
いと、被覆層が押し潰された際に接触面積の増加自体僅
かものとなる。従って、タングステン粉末の粒子径に応
じて、上述するような最適な被覆層の膜厚が存在するこ
ととなる。

【００３１】本発明の熱伝導性ペーストは、半導体のパ
ッケージングなどの際、従来のハンダを用いた接合に換
えて、チップ部品とマウント部材との接合に利用され
る。つまり、本発明は、半導体のパッケージング方法と
して、半導体チップ部品をマウント部材上に接合し、前
記接合により半導体チップ部品とマウント部材間の熱伝
導性接合ならびに電気的な導通を行う半導体のパッケー
ジングであって、前記の半導体チップ部品とマウント部
材との接合材料として、上記の本発明の熱伝導性ペース
トを両者間を接着するように塗工したペースト層を熱硬
化してなる熱伝導性ペースト硬化体層を用いることを特
徴とする方法をも提供する。特に、前記の熱硬化工程に
おける硬化温度を１６０℃以下、好ましくは、１３０℃
〜１５０℃とすることを特徴とする方法となる。その結
果、かかる形状の熱伝導性ペースト硬化体層において、
その実効的な熱伝導率は、少なくとも、２５W／ｍ・Ｋ
以上とすることができる。さらには、銀コート・タング
ステン粉末として、核粒子とするタングステン粉末の粒
子径を０．５〜１０μｍの範囲とし、タングステン粉末
の１００重量部当たり、銀被覆に伴う重量増加が、８〜
２０重量部の範囲とする銀被覆を無電解化学メッキ法に
よって施す銀コート・タングステン粉末を用いると、熱
伝導性ペースト硬化体層の実効的な熱伝導率は、３５W
／ｍ・Ｋ以上、最良の場合には、最大５５W／ｍ・Ｋに
達するものを作製することもできる。

【００３２】

【実施例】以下に、具体例を挙げて、本発明の熱伝導性
ペースト、その調製方法、ならびに、得られる硬化物が
優れた熱伝導性を示すものであることを、より具体的に
説明する。なお、下記する実施例は、本発明における最
良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は、これら
の具体例に限定されるものではない。

【００３３】（実施例１）本実施例は、液状の樹脂組成
物に用いる樹脂として、低粘度の熱硬化性樹脂であるエ
ポキシ樹脂を利用した例である。すなわち、液状の樹脂
組成物の調製に使用する低粘度の樹脂として、導電性銀
ペーストにおいて汎用されるエポキシ樹脂の一つ、ビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂を用いた。

【００３４】先ず、液状のビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂１０重量部、硬化剤として、エポキシ樹脂用の酸無
水物系硬化剤、具体的には、メチルテトラヒドロ無水物
を８重量部、さらに、硬化促進剤として、硬化触媒とも
なるイミダゾール系アミン触媒、具体的には、２−メチ
ル−４−エチルイミダゾールを０．０５重量部を、混合
・攪拌して、液状の樹脂組成物に予め調製した。

【００３５】この組成に予め調製した液状の樹脂組成物
に対して、銀コート・タングステン粉末として、平均粒
子径５μｍのタングステン粉末上に無電解メッキ法によ
って銀コートした粉末を加えて、３本ロール攪拌機を用
いて混練し、液状の樹脂組成物中に銀コート・タングス
テン粉末を均一に分散させ、ペースト化した。

【００３６】その際、銀被覆膜の膜厚の好適な範囲を調
べる目的で、銀コート・タングステン粉末として、平均
粒子径５μｍのタングステン粉末単位重量当たりの銀コ
ート量が異なる粉末を用いて、複数種のペーストを調製
した。銀コート・タングステン粉末の充填率は、銀被覆
膜の膜厚が増し、銀コート・タングステン粉末の粒子径
が大きくなるにつれ、徐々に減少させて、所望とする塗
布特性を維持するようにした。また、参照として、平均
粒子径５μｍの銀粉末を用いて、液状の樹脂組成物１８
重量部当たり、銀粉末を８２重量部を分散した導電性銀
ペーストも調製した。なお、この参照例では、液状の樹
脂組成物１８重量部当たり、銀粉末を８２重量部を添加
して、ペーストに調製した。

【００３７】これらのペーストに付いて、膜厚１００±
５μｍ、直径１０±０．１ｍｍの円形板に成形して、熱
硬化条件として、１５０℃、２０分間において、硬化体
層試験片を作製した。この試験片を用いて、レーザーフ
ラッシュ法によりその実効的な熱伝導率を評価した。そ
の他、硬化体膜における体積固有抵抗率も、別途測定を
行った。表１に、これらの評価結果と、参照として作製
した導電性銀ペーストに対する評価結果と併せて示す。
また、各ペーストにおける金属粉末の含有率も、同表に
併せて記載する。

【００３８】

【表１】その結果を比較したところ、本実施例に用いた、平均粒
子径５μｍのタングステン粉末上に無電解メッキ法によ
って銀コートした粉末では、タングステン粉末１００重
量部当たりの銀コート量を、５〜５０重量部とすると、
銀粉末を用いる場合より高い実効的な熱伝導率が得られ
ると判断される。また、導電性銀ペーストで達成される
熱伝導率の２倍を超える実効的な熱伝導率、具体的に
は、４０Ｗ／ｍ・Ｋを超える実効的な熱伝導率は、タン
グステン粉末１００重量部当たりの銀コート量を、８〜
２０重量部とすると得られ、この範囲で得られる熱伝導
率最高値は、５５Ｗ／ｍ・Ｋにも達している。

【００３９】（実施例２）本実施例は、本発明の熱伝導
性ペーストにおいても、従来の導電性銀ペーストと同じ
く、金属粉末の平均粒径の好適な範囲を検討するため、
異なる平均粒径の銀コート・タングステン粉末を用い
て、ペーストを調製した。

【００４０】用いた銀コート・タングステン粉末の平均
粒径を除き、液状の樹脂組成物自体の組成、金属粉末の
充填率などの調製条件、手順は、上記の実施例１に記載
する熱伝導性ペーストに準じて、ペースト化を行った。

【００４１】用いた銀コート・タングステン粉末は、異
なる平均粒子径のタングステン粉末上に無電解メッキ法
によって銀コートした粉末であり、銀被覆は、タングス
テン粉末１００重量部当たりの銀コート量を、２０重量
部とした。

【００４２】これらのペーストに付いて、膜厚１００±
５μｍ、直径１０±０．１ｍｍの円形板に成形して、熱
硬化条件として、１５０℃、２０分間において、硬化体
層試験片を作製した。この試験片を用いて、レーザーフ
ラッシュ法によりその実効的な熱伝導率を評価した。そ
の他、硬化体膜における体積固有抵抗率も、別途測定を
行った。表２に、これらの評価結果と、参照として作製
した導電性銀ペーストに対する評価結果と併せて示す。
また、各ペーストにおける金属粉末の含有率も、同表に
併せて記載する。

【００４３】

【表２】その結果を比較したところ、本実施例に用いた銀コート
・タングステン粉末において、核粒子タングステン粉末
の平均粒子径を０．２〜２０μｍの範囲では、接着性に
大きな差異はない。

【００４４】但し、タングステン粉末の平均粒子径が２
０μｍのものでは、ペースト表面が粗くなっており、そ
れに伴い接着力の低下が生じることもある。一方、タン
グステン粉末の平均粒子径が０．２μｍのものでは、エ
ポキシ樹脂中への分散性が劣っており、それに起因とす
ると考えられる比抵抗の大幅な上昇が見られる。

【００４５】上記する接着性と同様に、用いた銀コート
・タングステン粉末において、核粒子タングステン粉末
の平均粒子径を１〜２０μｍの範囲では、比抵抗は、実
用上許容範囲であるが、核粒子タングステン粉末の平均
粒子径が０．２μｍを下回ると、同じ平均粒子径の銀粉
末と比較して、明確な比抵抗の上昇が見られる。従っ
て、核粒子タングステン粉末の平均粒子径を１〜２０μ
ｍの範囲とすることがより好ましいと判断される。

【００４６】用いた銀コート・タングステン粉末におい
て、核粒子タングステン粉末の平均粒子径を１〜２０μ
ｍの範囲とすると、同じ平均粒子径の銀粉末と比較し
て、実効的な熱伝導率の格段の向上も得られており、こ
の点からも、より好ましいと判断される。なかでも、銀
コート・タングステン粉末において、核粒子タングステ
ン粉末の平均粒子径を１〜１０μｍの範囲とすると、ハ
ンダを用いた際に得られる熱伝導率に対しても、さほど
遜色もなく、この範囲が一層好ましいと判断される。

【００４７】加えて、熱伝導性ペーストを調製する際の
作業性、ならびに、予め銀コート・タングステン粉末と
するメッキ工程の作業性に関しても考慮すると、核粒子
タングステン粉末の平均粒子径が１０μｍを超えると、
無電解メッキを行う際、メッキ槽の底に核粒子は沈降し
がちである。そのため、得られる銀コート・タングステ
ン粉末の銀被覆膜厚分布が大きくなる傾向を持ち、その
影響が熱伝導率や体積固有抵抗率にも表れる。

【００４８】一方、核粒子タングステン粉末の平均粒子
径が１μｍを下回り、例えば、０．２μｍなどとなる
と、無電解メッキを行った際、液中で粒子の攪拌を行っ
ても、粒子同士を結び付けるようにメッキ膜が生成し
て、複数の粒子が連結される、あるいは、粒子凝集体を
形成する傾向がある。また、連結粒子や粒子凝集体を含
むと、反って、個々の粒子間における接触点面積を大き
くする本発明の効果を相殺するものとなる。加えて、コ
ートされている銀被覆膜自体の膜厚は、核粒子の平均粒
子径が小さくなるにつれ、当然薄くなっており、個々の
粒子自体の実効的非抵抗、熱伝導性に対する銀被覆によ
る改善効果も減少する。結果的に、本発明における銀被
覆を設けることによる効果は次第に相殺されていく。

【００４９】従って、核粒子タングステン粉末の平均粒
子径が１０μｍを超える、あるいは、１μｍに満たない
範囲では、ともに、所望とする均一な銀被覆膜のコート
とする上では、無電解メッキ方法に工夫が必要となる。
この実用上の制約を回避する上からも、核粒子タングス
テン粉末の平均粒子径を１〜１０μｍの範囲、より好ま
しくは、１〜５μｍの範囲に選択するとよい。その時、
例えば、得られる銀コート・タングステン粉末は１〜６
μｍの範囲となり、金属粉末の平均粒子径が小さい場合
により顕著となる、ペーストの粘性の増大も見られない
範囲となり、より好ましいものとなる。加えて、エポキ
シ樹脂中への分散性などをも考慮するならば、平均粒子
径を前記の範囲とすると、ペースト粘性の増大を伴わ
ず、金属粉末（フィラー）の充填率を高めることが容易
となり、より好ましいものである。

【００５０】

【発明の効果】本発明の熱伝導性ペーストは、液状の樹
脂組成物中に分散させる金属粉末として、高い剛性を有
するタングステン粒子の表面に、核粒子の粒子径（半
径）に対して、その平均半径の３〜２０％程度、好まし
くは、５〜１０％程度の膜厚で銀被覆を施した銀コート
・タングステン粉末を用いることで、従来の銀粉末を用
いる導電性銀ペーストにおいて得られている実効的な熱
伝導率を格段に向上させる効果を持つ。更に、この実効
的な熱伝導率における格段の向上によって、ハンダを用
いた際に得られる熱伝導性と比較しても、実用上、さほ
ど遜色のない優れた熱伝導性が達成される。従って、本
発明の熱伝導性ペーストを用いて、電子チップ部品をリ
ードフレームなどのマウント部材上に接合すると、かか
る接合によって、従来ハンダを用いた接合における熱放
散性よりは若干は劣るものではあるが、実用上十分な熱
放散性を有するパッケージングが可能となる。その結
果、ハンダを用いた接合における種々の課題、例えば、
高いリフロー温度に付随する多くの課題は、本発明の熱
伝導性ペーストにおける低温硬化性の利点により、回避
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱伝導性ペーストを用いた電子素子・
チップ部品のマウント部材上への接合形態を模式的に示
す図である。

【図２】本発明の熱伝導性ペーストに用いる銀コート・
タングステン粉末における粒子相互の接触における銀被
覆の役割を説明する図で、（Ａ）は、銀コート・タング
ステン粉末、（Ｂ）は、銀粉末における圧縮時の変形を
それぞれ模式的に示す。

【符号の説明】

１チップ部品（シリコンＩＣチップ）２ボンディングワイヤ（金ワイヤ）３サーマルビア４ハンダボール（フリップチップ実装用）５熱伝導性ペースト（銀コート・タングステンペー
スト）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｄ 163/04 Ｃ０９Ｄ 163/04 Ｈ０１Ｂ 1/00 Ｈ０１Ｂ 1/00 ＣＨ０１Ｌ 23/12 Ｈ０１Ｌ 23/12 ＬＦターム(参考） 4J002 CD001 CD021 CD051 CD061 CD101 DA076 DA116 FB076 FD206 4J038 DB061 HA066 KA12 KA15 KA20 MA10 NA16 PA19 5G301 DA03 DA14 DA57 DD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属粉末を液状の樹脂組成物中に分散し
てなる熱伝導性ペーストであって、前記金属粉末は、核
粒子のタングステン粉末表面に電解メッキまたは無電解
メッキにより銀被覆層をコーティングしてなる銀コート
・タングステン粉末であることを特徴とする熱伝導性ペ
ースト。
【請求項２】金属粉末が、平均粒子径が０．２〜２０
μｍのタングステン粉末に対して、その表面に電解メッ
キまたは無電解メッキによりコーティングされる銀被覆
を、原料タングステン粉末の総重量１００重量部に対し
て、前記銀被覆に伴う重量増加が、５〜５０重量部に選
択してなる銀コート・タングステン粉末であることを特
徴とする請求項１に記載の熱伝導性ペースト。
【請求項３】液状の樹脂組成物を構成する樹脂が、低
粘度の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の熱伝導性ペースト。
【請求項４】熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂から選択
される1種以上の樹脂であることを特徴とする請求項３
に記載の熱伝導性ペースト。