JP2002256303A - 伝導性粒子、伝導性組成物、電子機器および電子機器製造方法 - Google Patents

伝導性粒子、伝導性組成物、電子機器および電子機器製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品間に形成することによって、電子部
品間の熱伝導を促進でき、あるいは電子部品同士を電気
的に接続することのできる伝導性組成物層およびその原
材料となる伝導性粒子、伝導性組成物、この伝導性組成
物層形成方法等を提供する。 【解決手段】 金属基材の上に金属被覆材料を被覆した
伝導性粒子と、硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性樹脂
および／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂とを
含む伝導性組成物を、２３０℃未満の温度で熱処理して
伝導性組成物層を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導性の高い熱
伝導性組成物層、その層の形成に使用できる、熱伝導性
粒子、熱伝導性組成物、その熱伝導性組成物層を層間に
有する電子機器および熱伝導性組成物層の形成方法に関
する。そして、主に接着性を必要とする場合に関する。
【０００２】更に詳しくは、半導体素子等の電子部品や
実装基板などの発熱体と放熱体やその他の部品との間の
接着層として使用した場合に、熱伝導性の高い熱伝導性
組成物層およびその原材料、それが適用される電子部
品、その形成方法に関する。
【０００３】なお、本願発明では、この熱伝導性が金属
または合金の存在によって達成できるものであることか
ら、熱伝導性に優れることは同時に電気伝導性に優れる
ことも意味し得る。故に、本願発明は、電気伝導性の高
い電気伝導性組成物層、その層の形成に使用できる、電
気伝導性粒子、電気伝導性組成物、その電気伝導性組成
物層を層間に有する電子機器および電気伝導性組成物層
の形成方法にも関する。
【０００４】すなわち、本願明細書において、「伝導
性」とは、「熱伝導性」と「電気伝導性」との両者を含
むものである。
【０００５】
【従来の技術】近年の半導体素子などの電子機器におい
ては、高密度実装・高集積化が進行し、さらに高速性が
要求されている。
【０００６】これに伴い電子部品の駆動時における発熱
量が増大する傾向にあり、効率良く冷却を行わないと電
子部品の性能を低下させる恐れがある。
【０００７】電子部品を冷却する方法の１つとして、半
導体素子やこれら電子部品を搭載した回路基板にヒート
シンク等をダイボンディング接合する方法が用いられて
いる。この場合、冷却効率を向上させるためには、ヒー
トシンクの性能を向上させることは勿論であるが、ヒー
トシンク等の冷却部品と電子部品の接合に供する接合材
料の熱伝導性を高めることが必要である。
【０００８】このため、電子部品等とヒートシンクの間
に熱伝導性の高い接合材料を用いることによって、冷却
効率を向上させる手法が採用されている。すなわち、熱
伝導性の高いフィラー粉末を、エポキシ樹脂やシリコー
ン樹脂などと適宜混合して熱伝導性を付与し、この材料
を用いてヒートシンク等とＬＳＩ素子等の電子部品を接
合することで冷却効率を向上させている また、ＣＳＰ等のＬＳＩ素子のパッケージではＬＳＩ素
子にＣｕ等のヒートスプレッダをシリコーン樹脂等の接
着剤を介してダイボンディング接合しており、この時も
これら接合材料に対して熱伝導性の高い材料が求められ
ている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これまではこのような
材料として熱伝導性の高い金属無機化合物、たとえば酸
化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）粉末やシリカ（ＳｉＯ2）粉末をエポキシ樹脂やシ
リコーン樹脂に混ぜ込んで使用したりしていた。
【００１０】そしてこの時、混合するフィラー粉末およ
び樹脂材料には、電子部品のショートを防止する目的と
して絶縁性の高い材料を用いていた。
【００１１】しかし、これら無機物のフィラーを混合し
た実装形態では熱伝導率を飛躍的に向上させるには限界
があるとともに、さらに冷却効率の改善を図るには材料
の高純度化等を図る必要が有り、材料コストの面で問題
となってきている。
【００１２】一方、上記のごとく絶縁性の高い材料を必
要とする主な理由の一つは、接合時に接合領域からはみ
出した接合材料が他の部品と接触することによって、電
子部品のショートが生じることであるため、このような
はみ出しさえなければ、接合部に金属接合を適用するこ
とが可能な場合も多く、熱伝導率の大幅な向上による、
大幅な冷却効率の改善を見込み得る。
【００１３】このような技術として、特開平８−２２７
６１３には、Ｃｕ粉末にＳｎ等をコーティングした材料
とポリイミド等の硬化温度の高い熱硬化性重合体とより
なる組成物の熱処理により、コーティング金属を溶融さ
せ、互いに結合させることが提案されている。
【００１４】しかし、この発明においては、具体的に
は、たとえば、コーティング金属であるＳｎを溶融させ
るためにＳｎの融点（２２１℃）以上に加熱する必要が
あると同時に、熱硬化性樹脂を硬化させるために３００
〜４００℃で熱処理する必要が生じるといった、高温処
理が開示されているだけであり、基板やＬＳＩおよびそ
の周辺材料への熱的なダメージの問題の回避が困難であ
る。
【００１５】また、特開平１０−２６５７４８にも、同
様の技術が開示されており、この場合は、２３０℃で熱
処理する技術が開示されている。
【００１６】しかしながら、この発明でも、コーティン
グ金属を溶融させるために、コーティング金属の融点以
上の温度に加熱する必要があり、熱処理温度の選択の自
由度は小さい。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、新しい伝導性
組成物層、その層の形成に使用できる新しい伝導性粒
子、新しい伝導性組成物、その伝導性組成物層を層間に
有する新しい電子機器および伝導性組成物層の新しい形
成方法である。
【００１８】なお、本願発明に係る伝導性組成物層、そ
の層の形成に使用できる新しい伝導性組成物は、接着層
または接着剤組成物として使用されることが多いと考え
られることから、本願明細書においては、伝導性組成物
層、伝導性組成物に代えて伝導性接着剤組成物層、伝導
性接着剤組成物と言う用語を使用する場合もあるが、本
願発明は、その他の、接着剤として使用しない分野も包
含するものであることはいうを待たない。
【００１９】本願発明の１つの態様は、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉ
ｎ，Ｐｂおよびこれらの２以上の任意の組合わせによる
合金との群から選ばれる、いずれか少なくとも２つの材
料を互いに接触させてなる伝導性粒子、である。
【００２０】すなわち、本願発明は上記の金属または合
金を相互に接触させることにより、接着剤組成物層を形
成する場合等に、その熱処理温度で、新たに合金よりな
る領域を組成物層内に形成せしめることにより、伝導性
を発揮するものである。
【００２１】本願発明の他の１つの態様は、上記の伝導
性粒子と、硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性樹脂およ
び／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂とを含む
伝導性組成物である。
【００２２】上記の伝導性粒子と上記のような比較的低
温で処理できる樹脂とを組み合わせることにより、たと
えば、基板やＬＳＩおよびその周辺材料への熱的なダメ
ージの問題の回避しつつ、良好な伝導性組成物層の形成
が可能となる。
【００２３】本願発明のさらに他の１つの態様は、２３
０℃以上の融点を有する金属または合金の領域と、２３
０℃未満の融点を有する合金の領域と、熱硬化樹脂およ
び／または熱可塑性樹脂よりなる領域とを有する伝導性
組成物層であって、当該伝導性組成物層の上面と下面と
の少なくとも一部が、当該２３０℃未満の融点を有する
合金の領域によって結ばれている伝導性組成物層であ
る。
【００２４】２３０℃以上の融点を有する金属または合
金の領域が、Ｓｎ，ＢｉおよびＰｂの群から選ばれる、
いずれか少なくとも１つの材料から構成されており、２
３０℃未満の融点を有する合金の領域が、Ｓｎ，Ｂｉ，
ＩｎおよびＰｂの群から選ばれる、いずれか少なくとも
２つの組合わせによる合金から構成されていることが望
ましいことが判明した。
【００２５】なお、本願発明において、上記のごとく
「熱硬化樹脂」という場合は、熱硬化後の樹脂を意味す
るが、同時に熱硬化完了前の樹脂をも意味する。すなわ
ち、硬化反応の中間体および出発物質である熱硬化性樹
脂をも含んで意味する場合がある。
【００２６】この伝導性組成物層は、最終的に得られる
伝導性組成物層として優れた伝導性を発揮するのみなら
ず、伝導性組成物層を形成中の段階にも技術的効果を発
揮する。
【００２７】すなわち、上記のような２３０℃未満の融
点を有する合金の領域を有することにより、たとえば伝
導性組成物層の熱処理の際に、合金が溶融しているため
に、合金同士の接合がより促進され、また、２３０℃以
上の融点を有する金属または合金の領域との間での合金
形成反応が促進される。
【００２８】さらに、伝導性組成物層の上面と下面との
少なくとも一部が、当該２３０℃未満の融点を有する合
金の領域によって結ばれていることにより、外部からの
入熱が伝導性組成物層の内部に迅速に伝達される。
【００２９】さらに、２３０℃以上の融点を有する金属
または合金の領域は、伝導性組成物層の中にあって固体
状態を維持できるため、外部からの圧力があった場合に
も伝導性組成物層の層厚の減少に対抗でき、従ってダイ
ボンディング等の際に伝導性組成物の外部へのはみ出し
を防止できるのである。
【００３０】このようにして、この伝導性組成物層は、
伝導性組成物層自体の形成を促進する働きをもするもの
である。
【００３１】本願発明のさらに他の態様としては、この
ような伝導性組成物層の形成方法およびこのような伝導
性組成物層を、半導体素子と冷却部材，半導体素子と基
板，リード端子と基板の内の少なくとも一つの組合わせ
の間に有する電子機器電子機器がある。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施の形態を、
例示や図表等により説明する。ただし、本願発明はこれ
らの例示や図表等によって制限されるものではなく、ま
た、本願発明の趣旨に合致する限り、他の実施の形態も
本願発明の範疇に属することは言うまでもない。
【００３３】なお、下記においては、組成物または組成
物層に使用される樹脂成分として、主に、熱硬化性樹脂
または熱硬化樹脂を例にして説明してあるが、本願発明
においては、熱硬化性樹脂または熱硬化樹脂に代えて、
あるいは熱硬化性樹脂または熱硬化樹脂と共に熱可塑性
樹脂を使用することも可能である。この場合、熱硬化性
樹脂の硬化温度に対応する概念は融点である。すなわ
ち、たとえば、下記において、熱硬化性樹脂の硬化温度
が２３０℃未満が望ましい場合は、熱可塑性樹脂の場合
には融点が２３０℃未満が望ましいことも意味する。
【００３４】ＳｎとＢｉ，Ｉｎの組み合わせでは、それ
ぞれ二元系状態図において、Ｓｎ−Ｂｉでは１３７℃、
Ｓｎ−Ｉｎ系では１１７℃、Ｉｎ系では、Ｉｎ単相では
１５７℃、Ｉｎ−Ｓｎにおいては１１７℃、Ｉｎ−Ｂｉ
では７２℃、そして、Ｐｂ系ではＰｂ−Ｓｎ系で１８３
℃、Ｐｂ−Ｂｉ系で１２５℃の共晶点温度を示す。
【００３５】このように本願発明に係る金属は、合金の
状態になると比較的低い共晶点温度や融点を示す場合が
多く、この性質を利用することによってそれぞれ独立し
た伝導性粒子を用いて、連続した伝導性の良い領域を有
する組成物層を形成することができる。
【００３６】この様子を、基材となるＳｎの表面に表面
をＢｉで被覆した伝導性粒子とエポキシ樹脂とよりなる
伝導性組成物を例に取り上げて説明すると次のようにな
る。
【００３７】すなわち、基材となるＳｎの表面をＢｉで
被覆した伝導性粒子とエポキシ樹脂とを混合して作製し
た組成物を共晶点である１３７℃以上の温度に加熱する
と、最初にＳｎとＢｉの界面付近で共晶反応を生じ、基
材であるＳｎの表面にＳｎとＢｉとよりなる合金の液相
を生じる。
【００３８】この場合、一般的には、ＳｎとＢｉとから
の合金生成による液相の形成の方がエポキシ樹脂の硬化
より速く進行するため、互いに接合した伝導性の良い領
域が形成された後に順次樹脂の硬化が進むことになる。
【００３９】その結果エポキシ樹脂の硬化が終了した時
点では、上記伝導性組成物の伝導性が顕在化するのであ
る。
【００４０】他のＩｎや鉛系でもそれぞれの共晶点（固
相線温度）以上の温度から同様の接合プロセスが進行す
る。したがって、これら合金組成の金属の組み合わせを
適宜変えることで、２３０℃までの比較的低温の硬化温
度で実装を行うことが可能である。
【００４１】なお、上記においては共晶点を用いて説明
したが、本願発明に係る熱処理で形成される合金は必ず
しも共晶点を有する組成に限られない。更に、熱処理で
形成される合金は熱処理中に徐々に生成されるものであ
るから、その組成が必ずしも一定である訳ではなく、濃
度勾配を有している場合もある。
【００４２】要するに、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｐｂおよび
これらの２以上の任意の組合わせによる合金との群から
選ばれる、いずれか少なくとも２つの材料を互いに接触
させて、２３０℃未満の比較的低温の硬化温度でも溶融
することのできる合金を生成させ、この合金領域を利用
して、組成物に伝導性を付与することが本願発明の特徴
の一つである。特に、１００〜２００℃の範囲で合金を
生成し得ることが好ましい。
【００４３】なお、このことに伴い、組成物に使用され
る熱硬化性樹脂の硬化温度が２３０℃未満が望ましく、
熱可塑性樹脂の融点は２３０℃未満が望ましい。より望
ましくは、共に１００〜２００℃の範囲である。なお、
接着強度を考慮すると、熱硬化性樹脂の方が望ましい。
【００４４】本願発明に使用できる熱硬化性樹脂または
熱硬化樹脂としては、エポキシ系、フェノール系、アク
リル系の熱硬化性樹脂または熱硬化樹脂や、ポリイミド
系、ポリウレタン系、メラミン系、ウレア系の熱硬化性
樹脂または熱硬化樹脂が挙げられる。
【００４５】エポキシ熱硬化性樹脂または熱硬化樹脂と
しては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビス
フェノールＦ型エポキシ樹脂、（クレゾール）ノボラッ
ク型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノール型、レゾ
ルシン型、テトラヒドロキシフェノルエタン型、ポリア
ルコールポリグリコール型、グリセリントリエーテル
型、ポリオレフィン型、エポキシ化大豆油、シクロペン
タジエンジオキシド、ビニルシクロヘキセンジオキシド
などが挙げられ、なかでもビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、（クレゾー
ル）ノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
【００４６】また１分子中に１個以上のグリシジル基を
有する液状エポキシ化合物を用いることもできる。この
ような化合物の例としては、フェノキシアルキルモノグ
リシジルエーテル、ビスフェノールＡジグリシジルエー
テル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポ
リプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ヘキサ
ンジオールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノール
Ａジグリシジルエーテル、ネオペンチルグルコールジグ
リシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、
Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアニリン、Ｎ，Ｎ−ジグリシジル
トルイジン、トリメチロールプロパントリグリシジルエ
ーテル、グリセリントリグリシジルエーテルおよび液状
の各種ポリシロキサンジグリシジルエーテルなどが例示
される。特にネオペンチルグルコールジグリシジルエー
テル、グリセリンジグリシジルエーテル、トリメチロー
ルプロパントリグリシジルエーテルが好ましい。
【００４７】本発明に用いるエポキシ硬化剤としては一
般的なエポキシ硬化剤を用いることができる。例えば、
脂肪族ポリアミン系としてトリエチレンテトラミン、ｍ
−キシレンジアミンなどがあり、芳香族アミン系として
はｍ−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルフ
ォンなどがあり、第三級アミン系としてはベンジルジメ
チルアミン、ジメチルアミノメチルフェノールなどがあ
り、酸無水物系としては無水フタル酸、ヘキサヒドロ無
水フタル酸などがあり、三フッ化ホウ素アミンコンプレ
ックス系としてはＢＦ3−ピペリジンコンプレックスな
どがある。また、ビスフェノールＡなどのビスフェノー
ル化合物でも良い。ジシアンジアミド、２−エチル−４
−メチルイミダゾール、トリス（メチルアミノ）シラン
なども用いることができる。樹脂系硬化剤としてはリノ
レン酸二量体とエチレンジアミンなどから作ったポリア
ミド樹脂、両端にメルカプト基を有するポリスルフィド
樹脂、ノボラック系フェノール樹脂などがある。これら
は単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用い
ても良い。
【００４８】硬化剤の添加量は硬化剤の種類により異な
り、例えば酸無水物系などのように化学量論的にグリシ
ジル基と反応する場合は、エポキシ当量から最適添加量
が決められる。また触媒的に反応する場合は、３〜３０
重量％が一般的である。これらの硬化剤の室温での反応
性が高い場合は使用直前に開始剤を含む液を樹脂に混合
したり、硬化剤を１００μｍ程度のゼラチンなどのカプ
セルに封入したマイクロカプセルにするなどができる。
【００４９】本発明に用いられる熱可塑性樹脂としてど
の様な熱可塑性樹脂でも使用可能であるが、特にポリエ
チレン系、ポリエステル系、ポリプロピレン系，アクリ
ル系の熱可塑性樹脂が好ましい。
【００５０】また、その構造の中に水素結合性の官能基
を有するものが好ましい場合もある。水素結合性を有す
る官能基としては水酸基、アミド基、ウレア基、イミド
基、エステル基、エーテル基、チオエーテル基、スルホ
ン基、ケトン基などがある。この様な熱可塑性樹脂とし
ては、例えば、フェノキシ樹脂、熱可塑性ポリウレタ
ン、ポリビニルブチラール、ポリアミド、熱可塑性ポリ
イミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリフ
ェニレンエーテル、ポリビニルエーテル、ポリサルホ
ン、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、ポ
リ酢酸ビニル、メタクリル樹脂、アイオノマー樹脂など
が挙げられる。水素結合性の官能基を有する熱可塑性樹
脂が特に優れている理由は明らかではないが金属との間
で水素結合をすることで濡れが良くなるためと考えられ
る。
【００５１】なお、上記の熱硬化性樹脂または熱硬化樹
脂と熱可塑性樹脂とは混用することも可能である。ま
た、これらの樹脂中には、機械的、物理的、化学的性質
を改善するための添加物として、硬化促進剤、難燃剤、
レベリング剤、チクソ性付与剤、沈降防止剤、カップリ
ング剤、モノエポキシ化合物、顔料、消泡剤、腐食防止
剤、粘着性付与剤や繊維状、粒状の補強用無機質フィラ
ーなど各種の添加剤を用いることができる。
【００５２】また、使用時の粘度が重要なファクターと
なるため、粘度を調製するためにモノエポキシ化合物や
例えばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
Ｎ−メチル−ピロリドン、メチルエチルケトン、メチル
セロソルブ、メチルカルビトール、カルビトール、カル
ビトールアセテート、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸エチ
ルセロソルブ、酢酸メチルセロソルブ、ブチルセロソル
ブ、エチルセロソルブ、メチルセロソルブ等の溶媒を単
独あるいは複数の混合系を適当量混合することも可能で
ある。得られる溶液もしくはペースト状物の粘度が５０
００〜４０００００ｃｐ、より好ましくは２００００〜
７００００ｃｐであることが作業性の面から好ましい。
【００５３】また、本発明に係る伝導性粒子と樹脂との
混合は、各種成分をボールミル、ロールミル、プラネタ
リーミキサー等の各種混練機を用いて常法により、例え
ば１０〜６０分間混練する事により行うことができる。
混練した伝導性組成物は、スクリーン印刷、ディスペン
サー塗布等の方法により、に塗布することができる。
【００５４】なお、上記においては、複数の金属を使用
する場合を例示したが、これらの金属が合金である場合
においても、上記範囲の比較的低温の合金を生じる限り
においては本願発明の範疇に含まれる。
【００５５】また、基材の表面を他の金属で被覆した伝
導性粒子について説明したが、複数の金属から合金を生
成しやすくするには、必ずしもこのような被覆には限ら
れず、これらの金属が互いに接触していることが重要で
ある。なお、その中でも、上記のごとき被覆が望まし
い。
【００５６】また、これら組み合わせの中でＢｉの混合
比が多い組成の場合は、Ｂｉが脆い点が懸念されるが本
願に係る組成物の接合強度が有利に作用するため問題が
生じにくい。
【００５７】伝導性粒子の形状には特に制限はなく、球
状、板状、繊維状等の形状が考えられる。これには通常
金属フィラーと呼ばれるものを使用できる。
【００５８】伝導性粒子の平均粒径は、伝導性を高める
目的で使用される公知のフィラー粉末と同じ程度、たと
えば５〜４０μｍの範囲とするのが好ましい。なお、本
願明細書において「平均粒径」とは、「球換算平均直
径」を意味し、粒子の体積から、この粒子を球として換
算し直した場合の直径を意味する。
【００５９】また、被覆粒子の被覆、基材（Ｓｎ、Ｉｎ
および／またはＰｂ）の表面相（被覆層）を形成する材
料は基材の平均粒径に対して５％以上確保されると、共
晶反応を起こし液相を生じ易いことから、０．５〜４μ
ｍの範囲内が最適である。なお、この膜厚は、被覆前の
粒子の表面積と、被覆粒子の体積とから計算で求めるこ
とのできる平均値である。
【００６０】５％以上に限定した理由として、表面酸化
膜の影響によりめっき皮膜が溶融せず、エポキシ熱硬化
性樹脂が硬化した後にはフィラー粉末同士の接合が得ら
れず期待している高伝導性の接合形態が確保できない場
合が多くなることによる。
【００６１】なお、１５％以上の膜厚にすると基材が全
て溶融する割合が高く良好な接合部を形成する。しか
し、その反面、熱伝導率の値は合金状態の方が高くなる
場合もあり、したがってメッキ膜の膜厚は１５％以下が
好ましい場合が多い。
【００６２】次に、伝導性粒子の１００重量部に対し、
１０〜１００重量部の熱硬化性樹脂および／または熱可
塑性樹脂を含むことが望ましい。１００重量部を超える
と金属粉末が沈降して組成物層の上下端部までの金属結
合としての電気や熱の伝わるパス（経路）が得られず、
十分な伝導性が得られないことが多いこと、また１０重
量部未満では粘度の上昇によって混練や脱泡等の作業性
が低下することおよび金属部分が露出する可能性が高く
樹脂の硬化時に溶出することが多くなることによる。
【００６３】なお、本発明に用いられる伝導性粒子は種
々の方法で製造できるが、例えば、基材表面に湿式メッ
キあるいは真空蒸着法などの乾式メッキにより被覆材料
層を形成することで容易に製造することができる。
【００６４】以下に、図１〜８により本願発明を例示説
明する。
【００６５】図１は、たとえばＡｌＮ，Ａｌ2Ｏ3等の無
機質フィラー１をエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂２中に分
散させた、従来の熱伝導性組成物層の断面を表す。
【００６６】この場合は、無機質フィラー同士の接触が
不十分であるため、熱伝導度の大幅な向上は困難であ
る。
【００６７】図２は本願発明に係る金属基材３とそれを
被覆する金属層４とからなる伝導性粒子を樹脂５に分散
させた組成物が上層６と下層７とよりなる二つの面状体
に挟まれた状態の断面を示す。すなわち、この例では、
二つの金属の相互接触は一つの金属が他の金属を被覆す
る形態によって達成されている。
【００６８】樹脂５としては、前述のごとく、熱硬化温
度が２３０℃未満の熱硬化性樹脂および／または融点が
２３０℃未満の熱可塑性樹脂が望ましい。
【００６９】図２においても、樹脂の海の中で金属の一
部は互いに接触しており、樹脂のみの場合に比べ幾分か
の熱伝導率の向上は認められるが、この段階では後述す
る互いに接合した合金領域は生じていない。
【００７０】図３は、図２の組成物を加熱し、金属基材
３と金属層４とが合金を生成し、その合金が溶融するこ
とにより、互いに接合しあい、網目構造の合金領域８を
生じ、上層６と下層７とが、合金領域８によって連結さ
れている様子を表す。
【００７１】このような構造については、伝導性組成物
よりなる層の作製中に、２３０℃以上の融点を有する金
属または合金の領域と、２３０℃未満の融点を有する合
金の領域と、熱硬化樹脂および／または熱可塑性樹脂よ
りなる領域とを有する伝導性組成物層であって、当該伝
導性組成物層の上面と下面との少なくとも一部が、当該
２３０℃未満の融点を有する合金の領域によって結ばれ
ている伝導性組成物層を生成させると、熱伝導率が向上
し、外部から与えられた熱がより迅速に組成物層の内部
に伝播し、これによって、合金生成反応および樹脂の効
果反応が促進され、また、最終製品における組成物層の
熱伝導率を向上させることも可能となる。
【００７２】なお、上記の加熱処理においては、組成物
層は、最初は良好な伝導性を示していない場合が通常で
あるが、上記のような合金領域の生成により、最終的に
は良好な伝導性を有することとなる。従って、上記熱処
理の終了時に組成物層が良好な伝導性を有することとな
るように、試行錯誤により処理条件を定めることも有用
である。
【００７３】なお、この金属基材３は、Ｓｎ，Ｂｉおよ
びＰｂの群から選ばれる、いずれか少なくとも１つの材
料から構成されており、合金領域８は、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉ
ｎおよびＰｂの群から選ばれる、いずれか少なくとも２
つの組合わせによる合金から構成されていることが、低
温の合金を生成する上で好ましい。
【００７４】硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性樹脂お
よび／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂を樹脂
として使用する場合には、上記の加熱は２３０℃未満の
温度で行うのが好ましい。近辺の装置、素子等に熱的ダ
メージを与えることなく、十分な接着強度と熱伝導度を
有する組成物層を実現できるからである。
【００７５】図４は、本願発明に係る伝導性組成物層９
を、半導体素子１０と、冷却部材（ヒートシンク）１１
との間に挟んだ場合の断面図である。半導体素子１０は
はんだバンプ１２を介して回路基板１３と電気的に接続
されている。
【００７６】このような構造と図３の構造とにより、半
導体素子１０に生じた熱は速やかにヒートシンク１１に
移動し、そこで大気中に放出される。
【００７７】図５は、本願発明に係る伝導性組成物層９
を、ＬＳＩ１４と、冷却部材（ヒートスプレダ）１５と
の間に挟んだ場合の断面図である。
【００７８】このような構造と図３の構造とにより、Ｌ
ＳＩ１４に生じた熱は速やかにヒートスプレダ１５に移
動し、そこで大気中に放出される。
【００７９】なお、本願発明は、既述のごとく、金属と
合金とによって熱伝導性を図るため、熱伝導性ではなく
電気伝導性を必要とする用途にも適用可能である。
【００８０】その例を下記の図６〜７に示す。
【００８１】図６は、本願発明に係る伝導性組成物より
なるはんだバンプ１７で、回路基板１６とＬＳＩ１８と
を電気的に接続した様子を示す断面図である。
【００８２】図７は、本願発明に係る伝導性組成物層２
０で、回路基板１９とＱＦＰ(QuadFlat Package)２２の
リード端子２１とを電気的に接続した様子を示す断面図
である。
【００８３】図８は、本願発明に係る伝導性組成物より
なるはんだボール２４で、マザーボード２３と、ＣＳＰ
(Chip Size Package)２５とを電気的に接続した様子を
示す断面図である。
【００８４】
【実施例】次に本発明の実施例及び比較例を詳述する。
ただし、本願発明はこれらによって限定されるものでは
ない。
【００８５】［実施例１］平均粒径２０〜４０μｍの基
材のＳｎ粉末（三井金属鉱業株式会社製）に対し、膜厚
約２〜４μｍのＢｉ，Ｉｎをそれぞれ電解めっき法によ
り形成して金属フィラーを作製した。
【００８６】そして、大日本インキ株式会社製のビスフ
ェノールＡ型エポキシ系樹脂であるＥＸＡ８３０ＬＶＰ
（１０〜４０重量％）と上記金属フィラー（９０〜６０
重量％）とを混合攪拌し、１７０℃−５分または１５０
℃−３０分の条件で樹脂を硬化させた。
【００８７】熱伝導率はレーザーフラッシュ法によって
測定した。測定結果を表１に示す。
【００８８】［実施例２］平均粒径２０〜４０μｍの基
材のＩｎ粉末に対し、膜厚約２〜４μｍのＳｎおよびＳ
ｎ−Ｂｉ合金をそれぞれ電解めっき法により形成して金
属フィラーを作製した。
【００８９】そして、大日本インキ株式会社製のビスフ
ェノールＡ型エポキシ系樹脂であるＥＸＡ８３０ＬＶＰ
（２０重量％）と上記金属フィラー（８０重量％）とを
混合攪拌し、１５０℃−３０分の条件で樹脂を硬化させ
た。
【００９０】熱伝導率はレーザーフラッシュ法によって
測定した。測定結果を表１に示す。
【００９１】［実施例３］平均粒径２０〜４０μｍの基
材のＰｂ粉末に対し、膜厚約２〜４μｍのＳｎ−Ｂｉ合
金等をそれぞれ電解めっき法により形成して金属フィラ
ーを作製した。
【００９２】そして、大日本インキ株式会社製のビスフ
ェノールＡ型エポキシ系樹脂であるＥＸＡ８３０ＬＶＰ
（２０重量％）と上記金属フィラー（８０重量％）とを
混合攪拌し、１５０℃−３０分の条件で樹脂を硬化させ
た。
【００９３】熱伝導率はレーザーフラッシュ法によって
測定した。測定結果を表１に示す。
【００９４】［比較例１］大日本インキ株式会社製のビ
スフェノールＡ型エポキシ系樹脂であるＥＸＡ８３０Ｌ
ＶＰの３０〜４０重量％に対して、窒化アルミニウム粉
末を７０〜６０重量％の割合で混合し、１７０℃−５分
の条件で硬化した。そして、同様に熱伝導率の測定はレ
ーザーフラッシュ法によって行った。
【００９５】この結果、表１に示すように本発明におい
てはフィラー材に金属粉末を用いることによってＳｎ
（基材）−Ｂｉ，Ｉｎ（被覆材）系では１．８〜１２Ｗ
／ｍ・Ｋ、ＰｂまたはＩｎ（基材）−Ｓｎ，Ｂｉ，Ｓｎ
−Ｂｉ（被覆材）系では９．６〜１２．５Ｗ／ｍ・Ｋの
熱伝導率を確保でき、従来の無機物のフィラーを混合し
た接合組成物よりも冷却効率の高い接合材料を得ること
ができた。
【００９６】さらに、この樹脂とフィラーとの組成物に
よる接合材料は高熱伝導性材料として用いているが、金
属結合が確保でき電気的なパスも得られることから導電
性組成物としても機能すると考えられる。
【００９７】
【表１】
【００９８】なお、上記に開示した内容から、下記の付
記に示した発明が導き出せる。
【００９９】（付記１） Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｐｂおよ
びこれらの２以上の任意の組合わせによる合金との群か
ら選ばれる、いずれか少なくとも２つの材料を互いに接
触させてなる伝導性粒子。
【０１００】（付記２） 上記のいずれか少なくとも２
つの材料の内の少なくとも２つの材料が、２３０℃未満
の加熱により、融点が２３０℃未満の合金を生成し得る
ことを特徴とする付記１に記載の伝導性粒子。
【０１０１】（付記３） 上記の互いに接触させてなる
伝導性粒子が、上記のいずれか少なくとも２つの材料の
うちの１つを基材とし、他の１つを被覆材料として被覆
した伝導性粒子であることを特徴とする付記１または２
に記載の伝導性粒子。
【０１０２】（付記４） 上記のいずれか少なくとも２
つの材料が、Ｓｎと、Ｂｉ，Ｉｎのうちから選ばれた少
なくとも１種類の材料であることを特徴とする付記１〜
３のいずれかに記載の伝導性粒子。
【０１０３】（付記５） 上記のいずれか少なくとも２
つの材料が、Ｐｂと、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎのうちから選ば
れた少なくとも１種類の材料であることを特徴とする付
記１〜３のいずれかに記載の伝導性粒子。
【０１０４】（付記６） 被覆材料の膜厚が基材の平均
粒径の５％以上であることを特徴とする付記３〜５のい
ずれかに記載の伝導性粒子。
【０１０５】（付記７） 付記１〜６のいずれかに記載
の伝導性粒子と、硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性樹
脂および／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂と
を含む伝導性組成物。
【０１０６】（付記８） 上記の硬化温度が２３０℃未
満の熱硬化性樹脂および／または融点が２３０℃未満の
熱可塑性樹脂が、エポキシ系，フェノール系，アクリル
系の熱硬化性樹脂およびポリエチレン系、ポリエステル
系、ポリプロピレン系，アクリル系の熱可塑性樹脂より
なる群から選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを
特徴とする付記７に記載の伝導性組成物。
【０１０７】（付記９） 伝導性粒子の１００重量部に
対し、１０〜１００重量部の熱硬化性樹脂および／また
は熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする付記７または８
に記載の伝導性組成物。
【０１０８】（付記１０） ２３０℃以上の融点を有す
る金属または合金の領域と、２３０℃未満の融点を有す
る合金の領域と、熱硬化樹脂および／または熱可塑性樹
脂よりなる領域とを有する伝導性組成物層であって、当
該伝導性組成物層の上面と下面との少なくとも一部が、
当該２３０℃未満の融点を有する合金の領域によって結
ばれている伝導性組成物層を有することを特徴とする電
子機器。
【０１０９】（付記１１） ２３０℃以上の融点を有す
る金属または合金の領域が、Ｓｎ，ＢｉおよびＰｂの群
から選ばれる、いずれか少なくとも１つの材料から構成
されており、２３０℃未満の融点を有する合金の領域
が、Ｓｎ，Ｂｉ，ＩｎおよびＰｂの群から選ばれる、い
ずれか少なくとも２つの組合わせによる合金から構成さ
れていることを特徴とする付記１０に記載の電子機器。
【０１１０】（付記１２） 付記１〜６のいずれかに記
載の伝導性粒子と、硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性
樹脂および／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂
とを含む伝導性組成物を、２３０℃未満の温度で熱処理
して得られる伝導性組成物層を有することを特徴とする
電子機器。
【０１１１】（付記１３） 上記の硬化温度が２３０℃
未満の熱硬化性樹脂および／または融点が２３０℃未満
の熱可塑性樹脂もしくは熱硬化樹脂および／または熱可
塑性樹脂が、エポキシ系，フェノール系，アクリル系の
熱硬化性樹脂または熱硬化樹脂およびポリエチレン系、
ポリエステル系、ポリプロピレン系，アクリル系の熱可
塑性樹脂よりなる群から選ばれる少なくとも１つの樹脂
であることを特徴とする付記１０〜１２のいずれかに記
載の電子機器。
【０１１２】（付記１４） 付記１０〜１３のいずれか
に記載の伝導性組成物層を、半導体素子と冷却部材，半
導体素子と基板，リード端子と基板の内の少なくとも一
つの組合わせの間に有する電子機器。
【０１１３】（付記１５） 付記１〜６のいずれかに記
載の伝導性粒子と、硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性
樹脂および／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂
とを含む伝導性組成物を付着させ、熱処理する工程を含
む電子機器の製造方法であって、当該処理の終了時に当
該組成物層が伝導性を有するようにする、電子機器の製
造方法。
【０１１４】（付記１６） 上記熱処理は２３０℃未満
の温度で行われることを特徴とする付記１５に記載の電
子機器の製造方法。
【０１１５】（付記１７） 上記の硬化温度が２３０℃
未満の熱硬化性樹脂および／または融点が２３０℃未満
の熱可塑性樹脂が、エポキシ系，フェノール系，アクリ
ル系の熱硬化性樹脂およびポリエチレン系、ポリエステ
ル系、ポリプロピレン系，アクリル系の熱可塑性樹脂よ
りなる群から選ばれる少なくとも１つの樹脂であること
を特徴とする付記１５または１６に記載の電子機器の製
造方法。
【０１１６】
【発明の効果】本発明によるフィラー粉末と樹脂との混
合組成物を用いて樹脂層を形成し、低温の処理を行うこ
とで、十分な伝導特性を有する樹脂層を形成することが
できる。
【０１１７】また、ＬＳＩ素子等の電子部品と回路基板
で構成してなる電子機器において、この樹脂層を冷却部
材と電子部品との間に形成することによって、両者の冷
却部材と電子部品との間の接合を行えば、高い冷却効率
を得ることができる。
【０１１８】更に、本願発明によれば、十分な電気伝導
特性を有する樹脂層を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】無機質フィラーを熱硬化樹脂中に分散させた、
従来の伝導性組成物層の断面を示す。
【図２】金属基材とそれを被覆する金属層とからなる伝
導性粒子を樹脂に分散させた組成物が二つの面状体に挟
まれた状態の断面を示す。
【図３】図２の組成物を加熱した結果を示す。
【図４】伝導性組成物層を、半導体素子と、冷却部材と
の間に挟んだ場合の断面図を示す。
【図５】伝導性組成物層を、ＬＳＩと冷却部材との間に
挟んだ場合の断面図を示す。
【図６】伝導性組成物よりなるはんだバンプで、回路基
板とＬＳＩとを電気的に接続した様子を示す断面図であ
る。
【図７】伝導性組成物層で、回路基板とＱＦＰのリード
端子とを電気的に接続した様子を示す断面図である。
【図８】伝導性組成物よりなるはんだボールで、マザー
ボードと、ＣＳＰとを電気的に接続した様子を示す断面
図である。
【符号の説明】
１ 無機質フィラー ２ 熱硬化樹脂 ３ 金属基材 ４ 金属層 ５ 樹脂 ６ 上層 ７ 下層 ８ 合金領域 ９ 伝導性組成物層 １０ 半導体素子 １１ ヒートシンク １２ はんだバンプ １３ 回路基板 １４ ＬＳＩ １５ ヒートスプレダ １６ 回路基板 １７ はんだバンプ １８ ＬＳＩ １９ 回路基板 ２０ 伝導性組成物層 ２１ リード端子 ２２ ＱＦＰ ２３ マザーボード ２４ はんだボール ２５ ＣＳＰ
───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｃ０９Ｊ 9/02 Ｃ０９Ｊ 201/00 201/00 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ Ｆターム(参考） 4J002 AA011 AA021 BB021 BB111 BB231 BE021 BE041 BE061 BF021 BG001 BG051 CC031 CD001 CD011 CD051 CD061 CD071 CD121 CD161 CD171 CD181 CF001 CG001 CH071 CH081 CK021 CL001 CM041 CN031 DA106 DA116 DC006 FA086 FB076 FD116 GQ00 GQ02 4J040 DA021 DA101 DA171 DD021 DD051 DD071 DE021 DF001 DF051 EB051 EB111 EB131 EC031 EC061 EC071 EC091 EC151 EC241 EC261 ED001 EE061 EF001 EG001 EH031 EJ031 EL021 HA066 JB01 JB02 JB10 KA07 KA32 LA09 NA20 4K018 BA20 BC22 BD10 GA04 KA32 5F036 AA01 BB21 BD01 BD21

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｓｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｐｂおよびこれらの
    ２以上の任意の組合わせによる合金との群から選ばれ
    る、いずれか少なくとも２つの材料を互いに接触させて
    なる伝導性粒子であって、 当該いずれか少なくとも２つの材料の内の少なくとも２
    つの材料が、２３０℃未満の加熱により、融点が２３０
    ℃未満の合金を生成し得る伝導性粒子。
  2. 【請求項２】 上記の互いに接触させてなる伝導性粒子
    が、上記のいずれか少なくとも２つの材料のうちの１つ
    を基材とし、他の１つを被覆材料として被覆した伝導性
    粒子であることを特徴とする請求項１に記載の伝導性粒
    子。
  3. 【請求項３】 上記のいずれか少なくとも２つの材料
    が、 Ｓｎと、 Ｂｉ，Ｉｎのうちから選ばれた少なくとも１種類の材料
    であることを特徴とする請求項１または２に記載の伝導
    性粒子。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の伝導性
    粒子と、 硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性樹脂および／または
    融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂とを含む伝導性組成
    物。
  5. 【請求項５】 上記の硬化温度が２３０℃未満の熱硬化
    性樹脂および／または融点が２３０℃未満の熱可塑性樹
    脂が、エポキシ系，フェノール系，アクリル系の熱硬化
    性樹脂およびポリエチレン系、ポリエステル系、ポリプ
    ロピレン系，アクリル系の熱可塑性樹脂よりなる群から
    選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを特徴とする
    請求項４に記載の伝導性組成物。
  6. 【請求項６】 ２３０℃以上の融点を有する金属または
    合金の領域と、 ２３０℃未満の融点を有する合金の領域と、 熱硬化樹脂および／または熱可塑性樹脂よりなる領域と
    を有する伝導性組成物層であって、 当該伝導性組成物層の上面と下面との少なくとも一部
    が、当該２３０℃未満の融点を有する合金の領域によっ
    て結ばれている伝導性組成物層を有することを特徴とす
    る電子機器。
  7. 【請求項７】 ２３０℃以上の融点を有する金属または
    合金の領域が、Ｓｎ，ＢｉおよびＰｂの群から選ばれ
    る、いずれか少なくとも１つの材料から構成されてお
    り、 ２３０℃未満の融点を有する合金の領域が、Ｓｎ，Ｂ
    ｉ，ＩｎおよびＰｂの群から選ばれる、いずれか少なく
    とも２つの組合わせによる合金から構成されていること
    を特徴とする請求項６に記載の電子機器。
  8. 【請求項８】 上記伝導性組成物層を、半導体素子と冷
    却部材，半導体素子と基板，リード端子と基板の内の少
    なくとも一つの組合わせの間に有することを特徴とする
    請求項６または７に記載の電子機器。
  9. 【請求項９】 請求項１〜３のいずれかに記載の伝導性
    粒子と、 硬化温度が２３０℃未満の熱硬化性樹脂および／または
    融点が２３０℃未満の熱可塑性樹脂とを含む伝導性組成
    物を付着させ、２３０℃未満の温度で熱処理する工程を
    含む電子機器の製造方法であって、当該処理の終了時に
    当該組成物層が伝導性を有するようにする、電子機器の
    製造方法。
  10. 【請求項１０】 上記の硬化温度が２３０℃未満の熱硬
    化性樹脂および／または融点が２３０℃未満の熱可塑性
    樹脂が、エポキシ系，フェノール系，アクリル系の熱硬
    化性樹脂およびポリエチレン系、ポリエステル系、ポリ
    プロピレン系，アクリル系の熱可塑性樹脂よりなる群か
    ら選ばれる少なくとも１つの樹脂であることを特徴とす
    る請求項９に記載の電子機器の製造方法。
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