JP2005350639A - Heat-conductive electrical insulating member, semiconductor package and method for producing the heat-conductive electrical insulating member - Google Patents

Heat-conductive electrical insulating member, semiconductor package and method for producing the heat-conductive electrical insulating member Download PDF

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卓也 信藤
Hajime Funahashi
一 舟橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat-conductive electrical insulating material usable for a substrate of an electronic part, a radiator or the like, having excellent heat conductivity. <P>SOLUTION: The material is the heat-conductive electrical insulating material 1 comprising a substrate 2 and an organic-inorganic hybrid layer 3 integrally formed on the surface of the substrate 2. The organic-inorganic hybrid layer 3 comprises an organic-inorganic hybrid formulation obtained by mixing a sol obtained by reacting a metal alkoxide with an organopolysiloxane having functional groups reactive with the metal alkoxide at one terminal or both terminals, with a heat-conductive filler. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発熱性電子部品の放熱部材として使用される熱伝導性電気絶縁部材および該部材の製造方法に関するものである。
また更に本発明は、該熱伝導性電気絶縁部材に半導体チップを実装し、エポキシ樹脂で封止した半導体パッケージに関するものである。
The present invention relates to a heat conductive electrically insulating member used as a heat radiating member of a heat-generating electronic component and a method for manufacturing the member.
Furthermore, the present invention relates to a semiconductor package in which a semiconductor chip is mounted on the thermally conductive electrical insulating member and sealed with an epoxy resin.

電気機器や電子機器の高性能化に伴い、これらの発熱性電子部品の消費電力が高くなっている。そのため発熱性電子部品から発生する熱量も増加傾向にあり、発熱性電子部品から効率良く熱を除去することが、電気機器や電子機器の熱対策上の重要な課題となっている。
そこで、発熱性電子部品を冷却する方法として、一般的に、発熱性電子部品の表面に金属板や放熱器(ヒートシンク)等の放熱体を、熱伝導性シートや、グリースを介して、圧接し、放熱面積を大きくすることが行われている。該熱伝導性シートには、特に高い電気絶縁性、熱伝導性が要求されている。
With the improvement in performance of electric and electronic devices, the power consumption of these heat generating electronic components is increasing. For this reason, the amount of heat generated from the heat-generating electronic components is also increasing, and efficiently removing heat from the heat-generating electronic components has become an important issue in heat countermeasures for electrical and electronic devices.
Therefore, as a method of cooling the heat-generating electronic component, generally, a heat sink such as a metal plate or a radiator (heat sink) is press-contacted to the surface of the heat-generating electronic component via a heat conductive sheet or grease. In order to increase the heat dissipation area, it has been carried out. The heat conductive sheet is required to have particularly high electrical insulation and heat conductivity.

上記熱伝導性シートの材料として、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性等の観点より、シリコーンゴムをベースポリマーとする組成物に、熱伝導性充填剤を配合させたものが使用されていた(例えば、特許文献1参照)。   As a material for the heat conductive sheet, a composition in which a heat conductive filler is blended with a composition having a silicone rubber as a base polymer has been used from the viewpoint of electrical insulation, heat resistance, flexibility, and the like ( For example, see Patent Document 1).

特開2001−294840号公報JP 2001-294840 A

上記熱伝導性シートの材料として、シリコーンゴムをベースポリマーとする組成物を使用する場合、該シリコーンゴム組成物に熱伝導性フィラーを配合させて熱伝導性を付与する必要があるが、該シリコーンゴム組成物は粘度が高く、高い熱伝導性を付与しようとしても、熱伝導性フィラーを大量に添加することが出来ないとい問題がある。
また該シリコーンゴム組成物に熱伝導性フィラーを高配合すると、該シリコーンゴム組成物からなる熱伝導性シートの耐熱性が悪くなるという問題がある。
また更に、上記熱伝導性シートを金属板等の他の部材に接着する場合、シリコーンゴム組成物中に予め接着助剤を配合し焼付け成形するか、あるいは熱伝導性シートと他の部材の間に接着層を介在させる必要があった。
When using a composition having a silicone rubber as a base polymer as the material of the heat conductive sheet, it is necessary to add a heat conductive filler to the silicone rubber composition to impart heat conductivity. The rubber composition has a high viscosity, and there is a problem that a large amount of a heat conductive filler cannot be added even if high heat conductivity is to be imparted.
Moreover, when a heat conductive filler is highly blended with this silicone rubber composition, there exists a problem that the heat resistance of the heat conductive sheet which consists of this silicone rubber composition will worsen.
Furthermore, when bonding the heat conductive sheet to another member such as a metal plate, the silicone rubber composition is pre-blended with an adhesive aid and baked or formed between the heat conductive sheet and the other member. It was necessary to interpose an adhesive layer.

本発明は上記課題を解決するための手段として、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物を、基材2の表面に有機・無機ハイブリッド層3として形成した熱伝導性電気絶縁部材1を提供する。
該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。
また該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる2種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は3倍以上であることが望ましい。
また更に、該熱伝導性フィラーは、該ゾル液100質量部に対し50〜3000質量部混合されていることが望ましい。
該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる1種または2種以上の金属であることが望ましい。
また本発明は上記課題を解決するための手段として、基材の表面に、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる有機・無機ハイブリッド層を一体成形し、該有機・無機ハイブリッド層を加熱ゲル化する熱伝導性電気絶縁部材の製造方法を提供する。
該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる2種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は3倍以上であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは、該ゾル液100質量部に対し50〜3000質量部混合されていることが望ましい。
該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる1種または2種以上の金属であることが望ましい。
また本発明は、上記熱伝導性電気絶縁部材の基材表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成した熱伝導性電気絶縁部材を提供する。
また更に、本発明は熱伝導性電気絶縁部材の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上に半導体チップを接着し該半導体チップを含む該有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成して該半導体チップを封止した半導体パッケージを提供する。
As a means for solving the above problems, the present invention provides a sol solution obtained by reaction of a metal alkoxide with an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with the metal alkoxide at one or both ends. Provided is a thermally conductive electrical insulating member 1 in which an organic / inorganic hybrid compound mixed with a filler is formed on the surface of a substrate 2 as an organic / inorganic hybrid layer 3.
The thermally conductive filler is preferably fine particles of metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide.
The thermally conductive filler is a mixture of two or more kinds of the same or different kinds of fillers having different particle diameters, and the difference in the particle diameters is desirably three times or more.
Furthermore, it is desirable that 50 to 3000 parts by mass of the thermally conductive filler is mixed with 100 parts by mass of the sol solution.
The metal of the metal alkoxide is one or two selected from boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, cadmium, tantalum, and tungsten. The above metal is desirable.
The present invention is also obtained as a means for solving the above-mentioned problems by reacting a metal alkoxide on the surface of a substrate with an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with the metal alkoxide at one or both ends. A method for producing a thermally conductive electrically insulating member, in which an organic / inorganic hybrid layer made of an organic / inorganic hybrid compound in which a thermally conductive filler is mixed with a sol solution is integrally formed and the organic / inorganic hybrid layer is heated and gelled. provide.
The thermally conductive filler is preferably fine particles of metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide.
The heat conductive filler is a mixture of two or more kinds of the same or different kinds of fillers having different particle diameters, and the difference in the particle diameters is desirably three times or more.
The thermally conductive filler is desirably mixed in an amount of 50 to 3000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the sol solution.
The metal of the metal alkoxide is one or two selected from boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, cadmium, tantalum, and tungsten. The above metal is desirable.
Moreover, this invention provides the heat conductive electrical insulation member which formed the epoxy resin layer on the organic-inorganic hybrid layer currently formed in the base-material surface of the said heat conductive electrical insulation member.
Still further, the present invention provides a semiconductor chip bonded on the organic / inorganic hybrid layer formed on the surface of the base material of the heat conductive electrical insulating member, and an epoxy on the organic / inorganic hybrid layer including the semiconductor chip. A semiconductor package in which a resin layer is formed and the semiconductor chip is sealed is provided.

本発明の熱伝導性電気絶縁部材は特に、熱伝導性、電気絶縁性、耐熱性に優れる。
また、有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成した熱伝導性電気絶縁部材においては、該有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層とが強固に接着し、振動等によって剥れることがない。
The heat conductive electrical insulation member of the present invention is particularly excellent in heat conductivity, electrical insulation, and heat resistance.
In addition, in a heat conductive electrical insulating member in which an epoxy resin layer is formed on an organic / inorganic hybrid layer, the organic / inorganic hybrid layer and the epoxy resin layer are firmly bonded and do not peel off due to vibration or the like. .

本発明の熱伝導性電気絶縁部材1は、基材2の表面に有機・無機ハイブリッド層を一体的に形成したものである。該有機・無機ハイブリッド層は、金属アルコキシドと片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる。   The heat conductive electrically insulating member 1 of the present invention is obtained by integrally forming an organic / inorganic hybrid layer on the surface of a substrate 2. The organic / inorganic hybrid layer is an organic / inorganic hybrid layer in which a thermally conductive filler is mixed with a sol obtained by reaction of a metal alkoxide with an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with the metal alkoxide at one or both ends. It consists of an inorganic hybrid formulation.

〔基材〕
本発明で使用される基材は、例えば、機械構造用炭素鋼、合金鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、アルミニウムクロムモリブデン鋼、オーステナイト系ステンレス、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、銅および銅の合金、金銀およびそれらの合金、異種の金属で表面処理された金属等の金属材料、単純酸化物系のアルミナ、マグネシア、ベリリア、ジルコニア、ケイ酸塩系のシリカ、ホルステライト、ステアタイト、ジルコン、複酸化物系のチタン酸アルミニウム、サイアロン、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化物系、ホウ化物系、ケイ化物系等のセラミック材料からなる。また、ポリイミド樹脂等の熱伝導性の良好な樹脂を本発明の基材として使用することができる。
本発明で使用される基材2の形状は、例えば、図1に示されるような板状の基材2がある。また本発明で使用される基材の形状は、図2に示されるような基材2Aの形状であってもよい。
〔Base material〕
The base material used in the present invention is, for example, carbon steel for mechanical structures, alloy steel, nickel chrome steel, nickel chrome molybdenum steel, chrome steel, aluminum chrome molybdenum steel, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, martensitic stainless steel. , Copper and copper alloys, gold silver and their alloys, metal materials such as metals surface-treated with dissimilar metals, simple oxide alumina, magnesia, beryllia, zirconia, silicate silica, holsterite, It is made of ceramic materials such as steatite, zircon, double oxide aluminum titanate, sialon, boron nitride, titanium nitride, carbide, boride and silicide. Moreover, resin with favorable heat conductivity, such as a polyimide resin, can be used as a base material of this invention.
The shape of the base material 2 used in the present invention is, for example, a plate-like base material 2 as shown in FIG. The shape of the base material used in the present invention may be the shape of the base material 2A as shown in FIG.

〔金属アルコキシド〕
本発明で使用される金属アルコキシドの金属の種類としては、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステン等のアルコキシドが挙げられるが、特に望ましい金属は、チタン、ジルコニウムである。
またアルコキシドの種類としては特に限定されることなく、例えばメトキシド、エトキシド、n−プロポキシド、iso−プロポキシド、n−ブトキシド、iso−ブトキシド、sec−ブトキシド、tert−ブトキシド、メトキシエトキシド、エトキシエトキシド等が挙げられる。
上記アルコキシドは、使用するオルガノポリシロキサンとの反応性を適宜検討して選択されるが、一般的に、プロポキシドを使用することが望ましい。
上記金属はアセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸イソプロピル等のアセト酢酸エステル等の化学修飾剤によって化学修飾されることが望ましい。
[Metal alkoxide]
Metal types of metal alkoxide used in the present invention include boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, cadmium, tantalum, tungsten Among them, particularly desirable metals are titanium and zirconium.
The type of alkoxide is not particularly limited. For example, methoxide, ethoxide, n-propoxide, iso-propoxide, n-butoxide, iso-butoxide, sec-butoxide, tert-butoxide, methoxyethoxide, ethoxyethoxy And the like.
The alkoxide is selected by appropriately considering the reactivity with the organopolysiloxane to be used, but it is generally desirable to use propoxide.
The metal is desirably chemically modified with a chemical modifier such as acetoacetate such as methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, and isopropyl acetoacetate.

〔オルガノポリシロキサン〕
本発明で使用されるポリオルガノシロキサンとして、片末端または両末端シラノールポリジメチルシロキサン等の片末端または両末端に金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサン等を使用することが望ましい。
[Organopolysiloxane]
As the polyorganosiloxane used in the present invention, it is desirable to use an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with a metal alkoxide at one or both ends, such as one-end or both-end silanol polydimethylsiloxane.

上記オルガノポリシロキサンとしては、一般に重量平均分子量が400〜70000の範囲にあるものが使用される。金属アルコキシドとの反応性の観点から、重量平均分子量が5000〜40000の範囲にあるオルガノポリシロキサンが好ましい。
重量平均分子量が上記範囲にあるオルガノポリシロキサンを使用した有機・無機ハイブリッド層は、高温条件下で連続使用しても劣化し難く、熱伝導性、絶縁性等の機能が安定している。
オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が5000未満であると、得られる有機・無機ハイブリッド層は、耐熱耐久性に欠ける。
150℃以上の高温条件下では、重量平均分子量が15000以上のオルガノポリシロキサンを使用することが望ましい。該オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が70000を超えると、ゾル液の粘度が高くなり過ぎてフィラーの配合が困難になる。
該オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が15000未満であると、得られる有機・無機ハイブリット材料の耐熱性が劣る。
As the organopolysiloxane, those having a weight average molecular weight in the range of 400 to 70000 are generally used. From the viewpoint of reactivity with the metal alkoxide, an organopolysiloxane having a weight average molecular weight in the range of 5,000 to 40,000 is preferable.
An organic / inorganic hybrid layer using an organopolysiloxane having a weight average molecular weight within the above range hardly deteriorates even when continuously used under high temperature conditions, and functions such as thermal conductivity and insulation are stable.
When the weight average molecular weight of the organopolysiloxane is less than 5000, the resulting organic / inorganic hybrid layer lacks heat resistance and durability.
It is desirable to use an organopolysiloxane having a weight average molecular weight of 15000 or higher under a high temperature condition of 150 ° C. or higher. When the weight average molecular weight of the organopolysiloxane exceeds 70,000, the viscosity of the sol solution becomes too high and it becomes difficult to blend the filler.
When the weight average molecular weight of the organopolysiloxane is less than 15,000, the resulting organic / inorganic hybrid material has poor heat resistance.

該オルガノポリシロキサンの片末端または両末端に存する金属または半金属のアルコキシドと反応可能な官能基とは、例えば以下に示される官能基(化学式1〜化学式13)である。なお化学式のRおよびR´は、メチレン、アルキレン、アルキルを示す。   The functional group capable of reacting with the metal or semi-metal alkoxide at one or both ends of the organopolysiloxane is, for example, the following functional groups (Chemical Formula 1 to Chemical Formula 13). In the chemical formula, R and R ′ represent methylene, alkylene, and alkyl.

Figure 2005350639
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但し、X=−OCH3、−OC2H5等のアルコキシル基、
−Cl、Br等のハロゲン原子
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However, X = -OCH3, alkoxyl groups such as -OC 2 H 5,
-Halogen atoms such as Cl and Br

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また、必要に応じて、上記オルガノポリシロキサンと共に、ジアルキルジアルコキシシランを使用してもよい。
該ジアルキルジアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジブトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジブトキシシラン等が挙げられる。
Moreover, you may use a dialkyl dialkoxysilane with the said organopolysiloxane as needed.
Examples of the dialkyl dialkoxysilane include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldipropoxysilane, dimethyldibutoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethyldipropoxysilane, diethyldibutoxysilane, and dipropyl. Examples include dimethoxysilane, dipropyldiethoxysilane, dipropyldipropoxysilane, dipropyldibutoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, diphenyldipropoxysilane, diphenyldibutoxysilane, and the like.

〔熱伝導性フィラー〕
本発明で使用される熱伝導性フィラーとしては、金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化銅、酸化鉄、酸化銀等の金属酸化物、または窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の金属窒化物または金属炭化物等がある。
熱伝導性フィラーの粒子形状は、球状およびフレーク状のいずれでもよいが、その平均粒子径は、通常、0.1μm〜300μmの範囲内であることが望ましい。
熱伝導性フィラーは、金属アルコキシド溶液とオルガノポリシロキサン溶液とを混合して得られるゾル液に添加される。該ゾル液への分散性、物理特性を改善するために、該熱伝導性フィラーに表面処理を施しても良い。表面処理方法としては、例えば、シランカップリング剤による処理方法がある。該シランカップリング剤としては、例えば、N−ヘキシルトリエトキシシラン、N−ヘキシルトリメトキシシラン、N−オクチルトリエトキシシラン、N−デシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、市販されているシランカップリング剤等がある。
なお熱伝導性フィラーは、オルガノポリシロキサン溶液に添加しても良い。該熱伝導性フィラーを添加後のオルガノポリシロキサンに、金属アルコキシド溶液を添加してゾル液を調製しても良い。
本発明で使用される熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる2種以上の同種または異種の熱伝導性フィラーの混合物として使用することが好ましい。該熱伝導性フィラーの粒子径の差は、3倍以上であることが望ましい。
(Thermal conductive filler)
The thermally conductive filler used in the present invention is desirably fine particles of metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide. For example, aluminum oxide, magnesium oxide, zinc oxide, nickel oxide, titanium oxide, silicon oxide, vanadium oxide, copper oxide, iron oxide, silver oxide, or other metal oxide, or aluminum nitride, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, etc. Metal nitride or metal carbide.
The particle shape of the thermally conductive filler may be either spherical or flaky, but the average particle size is usually preferably in the range of 0.1 μm to 300 μm.
A heat conductive filler is added to the sol liquid obtained by mixing a metal alkoxide solution and an organopolysiloxane solution. In order to improve dispersibility in the sol liquid and physical properties, the heat conductive filler may be subjected to a surface treatment. As the surface treatment method, for example, there is a treatment method using a silane coupling agent. Examples of the silane coupling agent include N-hexyltriethoxysilane, N-hexyltrimethoxysilane, N-octyltriethoxysilane, N-decyltrimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, and diphenyldimethoxy. Examples include silane, diphenyldiethoxysilane, and commercially available silane coupling agents.
The heat conductive filler may be added to the organopolysiloxane solution. A sol solution may be prepared by adding a metal alkoxide solution to the organopolysiloxane after addition of the thermally conductive filler.
The heat conductive filler used in the present invention is preferably used as a mixture of two or more kinds of the same or different heat conductive fillers having different particle diameters. The difference in particle diameter of the thermally conductive filler is preferably 3 times or more.

〔有機・無機ハイブリッド配合物の製造〕
有機・無機ハイブリッド配合物を製造するには、まず、所望の金属アルコキシドの加水分解物を含む金属アルコキシド溶液と、上記オルガノポリシロキサン溶液とを混ぜ合わせ、上記オルガノポリシロキサンの片末端または両末端の金属アルコキシドと反応可能な官能基と金属アルコキシドとの加水分解を伴う縮合反応を行い、有機・無機ハイブリッドゾル液を調製する。
[Manufacture of organic / inorganic hybrid compounds]
In order to produce an organic / inorganic hybrid compound, first, a metal alkoxide solution containing a hydrolyzate of a desired metal alkoxide is mixed with the organopolysiloxane solution, and one or both ends of the organopolysiloxane are mixed. An organic / inorganic hybrid sol solution is prepared by conducting a condensation reaction involving hydrolysis of a functional group capable of reacting with a metal alkoxide and the metal alkoxide.

具体的には、上記オルガノポリシロキサン溶液中に上記金属アルコキシドあるいは、所望なれば上記化学修飾剤によって修飾された金属アルコキシドを滴下する。   Specifically, the metal alkoxide or, if desired, a metal alkoxide modified with the chemical modifier is dropped into the organopolysiloxane solution.

上記オルガノポリシロキサン溶液に使用される溶媒は、オルガノポリシロキサンや金属アルコキシドの溶解度を考慮して選択されるが、一般的に、メタノール、エタノール等のアルコール、アセトン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン等を使用出来る。   The solvent used in the organopolysiloxane solution is selected in consideration of the solubility of the organopolysiloxane and metal alkoxide, but in general, alcohols such as methanol and ethanol, acetone, toluene, xylene, tetrahydrofuran and the like are used. I can do it.

オルガノポリシロキサン溶液に加えられる金属アルコキシドを化学修飾剤によって化学修飾剤する場合、該化学修飾剤は金属アルコキシド1モルに対して2モル以下の量、望ましくは0.5モル以上1モル以下の量で使用される。   When the metal alkoxide added to the organopolysiloxane solution is chemically modified by a chemical modifier, the amount of the chemical modifier is 2 mol or less, preferably 0.5 mol or more and 1 mol or less, relative to 1 mol of the metal alkoxide. Used in.

上記金属アルコキシドのオルガノポリシロキサンに対する添加量は、通常モル比で1:0.1〜1:30の範囲とする。
また該金属アルコキシドに対して該オルガノポリシロキサンは80体積%程度であることが望ましい。
上記比率よりも金属成分が多いと該金属成分が粒塊を形成して、得られる有機・無機ハイブリッド層にうねりや気孔が形成され、またオルガノポリシロキサンが多いと無機成分と有機成分の相乗効果が現れず、有機成分の特性に近づく。
The amount of the metal alkoxide added to the organopolysiloxane is usually in the range of 1: 0.1 to 1:30 in molar ratio.
The organopolysiloxane is preferably about 80% by volume with respect to the metal alkoxide.
When there are more metal components than the above ratio, the metal components form agglomerates, and swells and pores are formed in the resulting organic / inorganic hybrid layer, and when there are many organopolysiloxanes, the synergistic effect of the inorganic and organic components Does not appear and approaches the characteristics of the organic component.

上記有機・無機ハイブリッドゾル液には、前記熱伝導性フィラーが添加、混合され、有機・無機ハイブリッド配合物が得られる。
該熱伝導性フィラーの添加量は、通常、有機・無機ハイブリッドゾル液100質量部に対し100〜3000質量部添加されていることが好ましいが、より好ましくは100質量部〜2500質量部である。本発明の有機・無機ハイブリッドゾル液は、フィラー分散性に優れるので、容易に該熱伝導性フィラーを均一に分散させることが出来る。
The above-mentioned organic / inorganic hybrid sol liquid is mixed with the thermally conductive filler to obtain an organic / inorganic hybrid blend.
The amount of the thermally conductive filler added is usually preferably 100 to 3000 parts by mass, more preferably 100 to 2500 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the organic / inorganic hybrid sol liquid. Since the organic / inorganic hybrid sol liquid of the present invention is excellent in filler dispersibility, the heat conductive filler can be easily dispersed uniformly.

なお上記有機・無機ハイブリッドゾル液には、該熱伝導性フィラー以外に、所望により、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防腐剤、接着付与剤、粘度調節剤等の充填剤を添加しても良い。以上のようにして得られる有機・無機ハイブリッドゾル液は、白濁化することなく、かつポットライフの長いゾル液となる。   In addition to the thermally conductive filler, the organic / inorganic hybrid sol liquid may contain a filler such as an antioxidant, an ultraviolet absorber, an antiseptic, an adhesion-imparting agent, and a viscosity modifier, if desired. . The organic / inorganic hybrid sol solution obtained as described above does not become cloudy and becomes a sol solution having a long pot life.

〔有機・無機ハイブリッド層の形成〕
上記有機・無機ハイブリッド配合物は、上記基材の表面上に有機・無機ハイブリッド層として一体的に形成される。
該基材表面上に一体的に形成された有機・無機ハイブリッド層は更に、加熱ゲル化される。
該有機・無機ハイブリッド層は、基材表面において、部分的また全面的に形成されてもよい。ここで基材が板状である場合、該基材の片面または両面に有機・無機ハイブリッド層を形成してもよい。また板状の基材表面において、有機・無機ハイブリッド層が全面的または部分的に形成されてもよい。
[Formation of organic / inorganic hybrid layer]
The organic / inorganic hybrid blend is integrally formed as an organic / inorganic hybrid layer on the surface of the substrate.
The organic / inorganic hybrid layer integrally formed on the surface of the substrate is further gelled by heating.
The organic / inorganic hybrid layer may be formed partially or entirely on the substrate surface. Here, when the substrate is plate-shaped, an organic / inorganic hybrid layer may be formed on one or both surfaces of the substrate. Further, the organic / inorganic hybrid layer may be formed entirely or partially on the surface of the plate-like substrate.

上記ゾル液の層を基材表面上に一体的に形成する方法(一体成形法)としては、例えば、インサートトランスファー成型法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、ディップコート法等がある。
該有機・無機ハイブリッド層を基材表面に形成する前に、予め、基材表面を脱脂洗浄してもよい。
また、所望により、基材表面にプライマー処理して該有機・無機ハイブリッド層と基材との接着性を向上させてもよい。
基材表面上に、該有機・無機ハイブリッド層を隙間無く、かつ密着性良く一体的に形成するには、特に、インサートトランスファー成型法、スクリーン印刷法が望ましい。
Examples of the method for integrally forming the sol solution layer on the substrate surface (integral molding method) include an insert transfer molding method, a screen printing method, a doctor blade method, and a dip coating method.
Before forming the organic / inorganic hybrid layer on the substrate surface, the substrate surface may be degreased and washed in advance.
Further, if desired, the adhesion between the organic / inorganic hybrid layer and the substrate may be improved by treating the surface of the substrate with a primer.
In order to form the organic / inorganic hybrid layer integrally on the surface of the base material without gaps and with good adhesion, the insert transfer molding method and the screen printing method are particularly desirable.

ここで、本発明において、有機・無機ハイブリッド層を基材表面上に一体的に形成する方法の一例として、インサートトランスファー成型法を説明する。
該成型法で使用される金型の概略図を図3に示す。該金型5は、上型6と下型7と、ピストン型8を有する。該上型の上部には、熱伝導性フィラーを配合したゾル状の有機・無機ハイブリッド配合物を格納するシリンダー部9がある。また該上型6および下型7には、それぞれ基材2を嵌合し固定するための上型凹部10、下型凹部11がある。該上型凹部10の上部にはキャビティ12があり、該キャビティ12と該シリンダー部9とは、複数個のライナー13,13によって接続している。また上型6の上方に位置するピストン型8は、上型6のシリンダー部9の形状に嵌合する凸部14を有する。
基材2に、有機・無機ハイブリッド層3を形成する工程を説明する。まず、下型7の下型凹部11に基材2を嵌め込む。この際、基材2は下型凹部11に完全に嵌合させるのではなく、例えば、基材2の厚みの半分の位置まで嵌合させる。次に基材2を嵌め込んだ下型7を、基材2を上型凹部10に嵌合させながら、上型6と下型7とを重ね合わせる。
次に、有機・無機ハイブリッド配合物を上型のシリンダー部9に充填し、さらに配合物を充填したシリンダー部9にピストン型8の凸部14の先端部分を嵌合させる。
この状態の金型5を、真空プレス内に投入し、減圧しながらピストン型8の上方から加圧して、ピストン型8を下降させる。ピストン型8が下降すると、シリンダー部9内のゾル液がピストン型8の凸部14に押圧され、ライナー13,13を通じてキャビティ12内に圧入され、基材2上に有機・無機ハイブリッド層を形成する。該有機・無機ハイブリッド層を形成後、型開きをすると、有機・無機ハイブリッド層が形成された基材2が得られる。
形成された有機・無機ハイブリッド層は基材2上に一体的に成形されるので、基材2と該有機・無機ハイブリッド層との密着性に優れる。従って、基材2と該有機・無機ハイブリッド層との間に微細な隙間を生じさせない。
Here, an insert transfer molding method will be described as an example of a method for integrally forming the organic / inorganic hybrid layer on the substrate surface in the present invention.
A schematic view of a mold used in the molding method is shown in FIG. The mold 5 includes an upper mold 6, a lower mold 7, and a piston mold 8. In the upper part of the upper mold, there is a cylinder part 9 for storing a sol-like organic / inorganic hybrid compound containing a heat conductive filler. The upper mold 6 and the lower mold 7 have an upper mold recess 10 and a lower mold recess 11 for fitting and fixing the base material 2 respectively. A cavity 12 is provided above the upper mold recess 10, and the cavity 12 and the cylinder portion 9 are connected by a plurality of liners 13 and 13. The piston mold 8 located above the upper mold 6 has a convex portion 14 that fits into the shape of the cylinder portion 9 of the upper mold 6.
The process of forming the organic / inorganic hybrid layer 3 on the substrate 2 will be described. First, the base material 2 is fitted into the lower mold recess 11 of the lower mold 7. At this time, the base material 2 is not completely fitted into the lower mold recess 11, but is fitted to a position half the thickness of the base material 2, for example. Next, the upper mold 6 and the lower mold 7 are overlapped while the lower mold 7 fitted with the base material 2 is fitted into the upper mold concave portion 10.
Next, the organic / inorganic hybrid blend is filled into the upper cylinder portion 9, and the tip portion of the convex portion 14 of the piston mold 8 is fitted into the cylinder portion 9 filled with the blend.
The mold 5 in this state is put into a vacuum press, pressurized from above the piston mold 8 while reducing the pressure, and the piston mold 8 is lowered. When the piston mold 8 is lowered, the sol solution in the cylinder section 9 is pressed by the convex section 14 of the piston mold 8 and is pressed into the cavity 12 through the liners 13 and 13 to form an organic / inorganic hybrid layer on the substrate 2. To do. When the mold is opened after the organic / inorganic hybrid layer is formed, the substrate 2 on which the organic / inorganic hybrid layer is formed is obtained.
Since the formed organic / inorganic hybrid layer is integrally formed on the substrate 2, the adhesion between the substrate 2 and the organic / inorganic hybrid layer is excellent. Therefore, a fine gap is not generated between the substrate 2 and the organic / inorganic hybrid layer.

なお、基材2の両面に有機・無機ハイブリッドゾル液の層を形成する場合には、図4に示すように、所定個所に孔4,4を設けた基材2Aを使用し、かつ下型7Aの下型凹部11Aの下側に更にキャビティ15を儲けた下型7Aを有する金型5Aを使用すれば良い。この場合、シリンダー部9内に充填されたゾル状の有機・無機ハイブリッド配合物は、ピストン型8の下降に伴い該ピストン型8の凸部14に押圧され、ライナー13,13を通じて上型6のキャビティ9内に圧入する。該キャビティ9内に圧入した有機・無機配合物は、更に基材2Aの孔4,4を通じて下型7Aのキャビティ15内へ圧入する。   When forming layers of the organic / inorganic hybrid sol solution on both surfaces of the substrate 2, as shown in FIG. 4, a substrate 2A having holes 4 and 4 provided at predetermined locations is used, and the lower mold is used. What is necessary is just to use the metal mold | die 5A which has the lower mold | type 7A which further opened the cavity 15 under the lower mold | type recessed part 11A of 7A. In this case, the sol-like organic / inorganic hybrid compound filled in the cylinder portion 9 is pressed against the convex portion 14 of the piston mold 8 as the piston mold 8 is lowered, and the upper mold 6 is passed through the liners 13 and 13. Press fit into the cavity 9. The organic / inorganic mixture press-fitted into the cavity 9 is further press-fitted into the cavity 15 of the lower mold 7A through the holes 4 and 4 of the substrate 2A.

有機・無機ハイブリッド層を形成した基材は、引き続き焼成工程に付され、該有機・無機ハイブリッド層のゲル化が行われる。
このようにして、基材表面上に有機・無機ハイブリッド層を一体的に形成した熱伝導性電気絶縁部材が得られる。
The base material on which the organic / inorganic hybrid layer is formed is subsequently subjected to a firing step, and the organic / inorganic hybrid layer is gelled.
In this way, a heat conductive electrically insulating member in which the organic / inorganic hybrid layer is integrally formed on the surface of the substrate is obtained.

〔熱伝導性電気絶縁部材〕
本発明の熱伝導性電気絶縁部材とは、基材と、該基材の表面上に形成される有機・無機ハイブリッド層からなり、該基材と該有機・無機ハイブリッド層が一体成形することによって製造されるものである。
該有機・無機ハイブリッド層の厚みは、0.05mm〜5mmであることが望ましい。
また該有機・無機ハイブリッド層の硬度(JIS K6253定荷重式 M法)が35〜90であることが望ましい。
[Thermal conductive electrical insulation]
The heat conductive electrical insulating member of the present invention comprises a base material and an organic / inorganic hybrid layer formed on the surface of the base material, and the base material and the organic / inorganic hybrid layer are integrally formed. It is manufactured.
The thickness of the organic / inorganic hybrid layer is preferably 0.05 mm to 5 mm.
The organic / inorganic hybrid layer preferably has a hardness (JIS K6253 constant load type M method) of 35 to 90.

本発明の熱伝導性電気絶縁部材の一例を示すと、例えば、図5に示すような、板状の基材2上面に有機・無機ハイブリッド層3を形成した熱伝導性電気絶縁部材1がある。この熱伝導性電気絶縁部材1は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールに使用することが出来る。
他の例として、図6に示すような板状の基材2Aの両面上に有機・無機ハイブリッド層3を形成した熱伝導性電気絶縁部材1Aがある。
また他の例として、図7に示すような基材2Bの底面に有機・無機ハイブリッド層3を形成した熱伝導性電気絶縁部材1Bがある。
この熱伝導性電気絶縁部材1Bは、例えば、電子部品の放熱器として使用することが出来る。
An example of the thermally conductive electrical insulating member of the present invention is, for example, a thermally conductive electrical insulating member 1 in which an organic / inorganic hybrid layer 3 is formed on the upper surface of a plate-like substrate 2 as shown in FIG. . This heat conductive electrically insulating member 1 can be used for, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) module.
As another example, there is a thermally conductive electrically insulating member 1A in which an organic / inorganic hybrid layer 3 is formed on both surfaces of a plate-like substrate 2A as shown in FIG.
As another example, there is a thermally conductive electrically insulating member 1B in which an organic / inorganic hybrid layer 3 is formed on the bottom surface of a substrate 2B as shown in FIG.
This heat conductive electrically insulating member 1B can be used, for example, as a radiator of an electronic component.

また更に他の例として、上記熱伝導性電気絶縁部材1の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成した熱伝導性電気絶縁部材がある。
上記エポキシ樹脂層は、エポキシ樹脂と硬化剤とを混合し、所望ならば溶剤を添加し、有機・無機ハイブリッド層表面に塗布することによって形成される。またエポキシ樹脂と硬化剤とを混合して半硬化状態としたシートを作製し、該シートを有機・無機ハイブリッド層上に圧着し、該シートを完全硬化させることによっても形成することができる。なおエポキシ樹脂と硬化剤との混合物をガラス繊維シートに含浸させ、半硬化させてプリプレグとし、該プリプレグを有機・無機ハイブリッド層上に圧着してもよい。
As yet another example, there is a thermally conductive electrical insulating member in which an epoxy resin layer is formed on the organic / inorganic hybrid layer formed on the surface of the base material of the thermally conductive electrical insulating member 1.
The epoxy resin layer is formed by mixing an epoxy resin and a curing agent, adding a solvent if desired, and applying the mixture to the surface of the organic / inorganic hybrid layer. It can also be formed by preparing a semi-cured sheet by mixing an epoxy resin and a curing agent, pressing the sheet onto the organic / inorganic hybrid layer, and completely curing the sheet. A glass fiber sheet may be impregnated with a mixture of an epoxy resin and a curing agent, and semi-cured to form a prepreg, and the prepreg may be pressure-bonded onto the organic / inorganic hybrid layer.

上記熱伝導性電気絶縁部材の有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は親和性に優れ、該有機・無機ハイブリッド層と該エポキシ樹脂層は強固に接着する。従って、該有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は、振動等によって剥れることがない。   The organic / inorganic hybrid layer and the epoxy resin layer of the heat conductive electrical insulating member are excellent in affinity, and the organic / inorganic hybrid layer and the epoxy resin layer are firmly bonded. Therefore, the organic / inorganic hybrid layer and the epoxy resin layer do not peel off due to vibration or the like.

上記熱伝導性電気絶縁部材1の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上に半導体チップを実装し、該半導体チップを含む該有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成して該半導体チップを封止することによって、半導体パッケージが得られる。   A semiconductor chip is mounted on the organic / inorganic hybrid layer formed on the surface of the base material of the heat conductive electrical insulating member 1, and an epoxy resin layer is formed on the organic / inorganic hybrid layer including the semiconductor chip. A semiconductor package is obtained by forming and sealing the semiconductor chip.

本発明で使用されるエポキシ樹脂は、1分子内に平均2個以上のエポキシ基を有するものであり、その種類は特に限定されない。これらの具体例としては、ビスフェノール−A、ビスフェノール−F、テトラブロモビスフェノール−A、テトラフェニロールエタン、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等のフェノール系のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール、水添ビスフェノール−A等のアルコール系グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ヘキサヒドロ無水フタル酸やダイマー酸などを原料としたグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ヒダントイン、イソシアヌル酸、ジアミノジフェニルメタンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂、アミノフェノールやオキシ安息香酸を原料とする混合型エポキシ樹脂、脂環式型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらは単独で使用してもよく、あるいは2種以上を併用してもよい。   The epoxy resin used in the present invention has an average of two or more epoxy groups in one molecule, and the kind thereof is not particularly limited. Specific examples thereof include phenolic glycidyl ether type epoxy resins such as bisphenol-A, bisphenol-F, tetrabromobisphenol-A, tetraphenylolethane, phenol novolac, cresol novolac, polypropylene glycol, hydrogenated bisphenol-A. Alcohol-based glycidyl ether type epoxy resins such as glycidyl ester type epoxy resins made from hexahydrophthalic anhydride or dimer acid, glycidyl amine type epoxy resins such as hydantoin, isocyanuric acid, diaminodiphenylmethane, aminophenol and oxybenzoic acid Examples thereof include mixed epoxy resins, alicyclic epoxy resins, and brominated epoxy resins as raw materials. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明で使用される硬化剤としては、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ジヒドラジド系硬化剤等の公知のエポキシ樹脂用硬化剤が挙げられる。   Examples of the curing agent used in the present invention include known curing agents for epoxy resins such as amine-based curing agents, acid anhydride-based curing agents, and dihydrazide-based curing agents.

なお上記エポキシ樹脂には、公知の硬化促進剤、可塑剤、着色剤、充填材が添加されてもよい。   In addition, a well-known hardening accelerator, a plasticizer, a coloring agent, and a filler may be added to the said epoxy resin.

また、エポキシ樹脂に添加される溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン(THF)、N−メチルピロリドン(NMP)などのエーテル系、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)などのアミド系、アセトンや2−ブタノン(MEK)などのケトン系、メタノール、エタノール、2―プロパノール、ブタノールなどのアルコール系、あるいはメチルエチルセロルブなどの有機溶媒やエポキシ樹脂で通常用いられるグリシジルメタクリレートなどの反応性希釈剤等の公知の溶剤が使用される。   Examples of the solvent added to the epoxy resin include ethers such as tetrahydrofuran (THF) and N-methylpyrrolidone (NMP), amides such as dimethylformamide (DMF) and dimethylacetamide (DMA), acetone and 2 -Reactive diluents such as glycidyl methacrylate usually used in ketones such as butanone (MEK), alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol and butanol, or organic solvents such as methyl ethyl cellolb and epoxy resins A known solvent is used.

以下に本発明を更に具体的に説明するための実施例を記載する。   Examples for more specifically explaining the present invention will be described below.

〔実施例1〕
両末端シラノールジメチルポリシロキサン(重量平均分子量:38000、YF3057、GE東芝シリコーン製)0.35molを加熱処理したものをA液とした。
一方、窒素雰囲気下で、ジルコニウムプロポキシド1molとアセト酢酸エチル0.5molとを反応させて、アセト酢酸エチルで化学修飾されたジルコニウムプロポキシドを調製した(B液)。
上記A液にB液を滴下、混合してゾル液(C液)を調製した。
100質量部のゾル液(C液)を4つ用意し、それぞれのゾル液に対しアルミナを750質量部、1000質量部、1500質量部、および2000質量部を添加し、混練装置により混練して、アルミナを配合した4種の配合液(有機・無機ハイブリッド配合物のゾル液)を得た。
なお、上記アルミナは、平均粒径3.0μm(AL−30、昭和電工株式会社製)および40.0μm(AS−10、昭和電工株式会社製)の酸化アルミニウムを1:4の質量比で均一に分散、混合したものである。
次に、上記4種の配合液を、それぞれ基材(アルミニウム板、厚み:0.20mm)の片面上にインサートトランスファー成型法により有機・無機ハイブリッド層を形成し、その後、有機・無機ハイブリッド層を形成した基材を加熱炉で焼成した。焼成条件は、100℃×2時間、120℃×2時間、150℃×2時間、180℃×2時間、200℃×2時間、250℃×2時間、300℃×2時間を連続して行った。
焼成後、それぞれの基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層の厚みは0.3mmであった。以上のようにして、4種の熱伝導性電気絶縁部材を作製した。
[Example 1]
Liquid A was prepared by heat-treating 0.35 mol of silanol dimethylpolysiloxane at both ends (weight average molecular weight: 38000, YF3057, manufactured by GE Toshiba Silicones).
On the other hand, 1 mol of zirconium propoxide and 0.5 mol of ethyl acetoacetate were reacted in a nitrogen atmosphere to prepare zirconium propoxide chemically modified with ethyl acetoacetate (Liquid B).
B liquid was dripped and mixed with the said A liquid, and the sol liquid (C liquid) was prepared.
Prepare 100 parts by mass of sol liquid (C liquid), add 750 parts by mass, 1000 parts by mass, 1500 parts by mass, and 2000 parts by mass of alumina to each sol, and knead them with a kneader. Thus, four kinds of compounded liquids (a sol liquid of an organic / inorganic hybrid compound) containing alumina were obtained.
In addition, the said alumina is uniform in the mass ratio of 1: 4 for the aluminum oxide of average particle diameter 3.0micrometer (AL-30, Showa Denko Co., Ltd.) and 40.0 micrometers (AS-10, Showa Denko Co., Ltd.). Dispersed and mixed.
Next, an organic / inorganic hybrid layer is formed on one side of each of the above four kinds of blended liquids by a transfer transfer molding method on one side of a substrate (aluminum plate, thickness: 0.20 mm), and then the organic / inorganic hybrid layer is formed. The formed substrate was fired in a heating furnace. The firing conditions were 100 ° C. × 2 hours, 120 ° C. × 2 hours, 150 ° C. × 2 hours, 180 ° C. × 2 hours, 200 ° C. × 2 hours, 250 ° C. × 2 hours, 300 ° C. × 2 hours. It was.
After firing, the thickness of the organic / inorganic hybrid layer formed on each substrate was 0.3 mm. As described above, four types of thermally conductive electrical insulating members were produced.

得られた熱伝導性電気絶縁部材の熱抵抗値、熱伝導率の評価を行った。熱抵抗値は、ASTM D5470、熱伝導率は、JIS R2616に基づき測定した。結果は表1に示した。
またそれぞれの熱伝導性電気絶縁部材の絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊電圧は、JIS−K−6249に基づき測定した。
The thermal resistance value and thermal conductivity of the obtained heat conductive electrical insulation member were evaluated. The thermal resistance value was measured based on ASTM D5470, and the thermal conductivity was measured based on JIS R2616. The results are shown in Table 1.
Moreover, the dielectric breakdown voltage of each heat conductive electrical insulation member was measured. The dielectric breakdown voltage was measured based on JIS-K-6249.

Figure 2005350639
Figure 2005350639

何れの熱伝導性電気絶縁部材も優れた放熱効果を有することが確かめられた。また何れの熱伝導性電気絶縁部材も高い電気絶縁性能を示すことが確かめられた。   It was confirmed that any heat conductive electrical insulation member has an excellent heat dissipation effect. Moreover, it was confirmed that any heat conductive electrical insulation member showed high electrical insulation performance.

また更に、上記の熱伝導性電気絶縁部材を200℃×500時間の条件で加熱して、耐熱性の評価を行った。評価の結果、何れの熱伝導性電気絶縁部材も上記温度条件下では、分解や表面の変質等は起こらなかった。   Furthermore, the heat conductive electrical insulating member was heated under the conditions of 200 ° C. × 500 hours, and the heat resistance was evaluated. As a result of the evaluation, none of the thermally conductive electrical insulating members decomposed or deteriorated on the surface under the above temperature conditions.

次に、それぞれの基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層の上にIGBTパワーモジュールの素子を圧着した後、絶縁封止用エポキシ樹脂(ペルノックスME502、日本ペルノックス株式会社製)で真空注型・充填した後、120℃×2時間加熱成型し、試料1、2、3および4を作製した。   Next, after the elements of the IGBT power module are pressure-bonded onto the organic / inorganic hybrid layer formed on each base material, vacuum casting is performed with an epoxy resin for insulation sealing (Pernox ME502, manufactured by Nihon Pernox Corporation). -After filling, Samples 1, 2, 3, and 4 were produced by heat molding at 120 ° C for 2 hours.

上記試料の基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層と絶縁封止用エポキシ樹脂層のそれぞれの接着状態を測定した。なお接着状態の測定は、JIS K6850に準拠して行った。
何れの試料の有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は相互に強く接着しており、該試料に界面破壊が生じた。
したがって、何れの試料の有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は、材料強度以上の接着力によって接着していることが確かめられた。
Each adhesion state of the organic-inorganic hybrid layer formed on the base material of the sample and the epoxy resin layer for insulating sealing was measured. The adhesion state was measured according to JIS K6850.
The organic / inorganic hybrid layer and the epoxy resin layer of any sample were strongly bonded to each other, and interface fracture occurred in the sample.
Therefore, it was confirmed that the organic / inorganic hybrid layer and the epoxy resin layer of any sample were bonded with an adhesive force higher than the material strength.

〔実施例2〕
両末端シラノールジメチルポリシロキサン(重量平均分子量:38000、YF3057、GE東芝シリコーン製)0.35molを加熱処理したものをA1液とした。
一方、窒素雰囲気下で、ジルコニウムプロポキシド1molとアセト酢酸エチル0.5molとを反応させて、アセト酢酸エチルで化学修飾されたジルコニウムプロポキシドを調製した(B1液)。
上記A1液にB1液を滴下、混合してゾル液(C1液)を調製した。
100質量部のゾル液(C1液)を4つ用意し、それぞれのゾル液に対しアルミナを750質量部、1000質量部、1500質量部、および2000質量部を添加し、混練装置により混練して、アルミナを配合した4種の配合液(有機・無機ハイブリッド配合物のゾル液)を得た。
なお、上記アルミナは、上記実施例1と同様のアルミナを使用した。
次に、上記4種の配合液を、それぞれ基材(熱伝導性ポリイミドフィルム、カプトンMT、東レデュポン株式会社製、厚み:0.05mm)の片面上にインサートトランスファー成型法により有機・無機ハイブリッド層を形成し、その後、有機・無機ハイブリッド層を形成した基材を加熱炉で焼成した。焼成条件は、100℃×2時間、120℃×2時間、150℃×2時間、180℃×2時間、200℃×2時間、250℃×2時間、300℃×2時間を連続して行った。
焼成後、それぞれの基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層の厚みは0.3mmであった。以上のようにして、4種の熱伝導性電気絶縁部材を作製した。
[Example 2]
Dual-end silanol dimethylpolysiloxane: a material obtained by heat treatment (weight average molecular weight 38000, YF3057, GE Toshiba Silicone) 0.35 mol was A 1 liquid.
On the other hand, under nitrogen atmosphere, by reacting a zirconium propoxide 1mol ethyl acetoacetate 0.5 mol, to prepare a chemically modified zirconium propoxide with ethyl acetoacetate (B 1 liquid).
Dropwise B 1 liquid to the A 1 solution was prepared by mixing the sol solution (C 1 solution).
Prepare 100 parts by mass of sol solution (C 1 solution), add 750 parts by mass, 1000 parts by mass, 1500 parts by mass, and 2000 parts by mass of alumina to each sol, and knead them with a kneader. Thus, four kinds of compounded liquids (a sol liquid of an organic / inorganic hybrid compound) containing alumina were obtained.
In addition, the alumina similar to the said Example 1 was used for the said alumina.
Next, the above four kinds of blended liquids are each formed on one side of a base material (thermally conductive polyimide film, Kapton MT, manufactured by Toray DuPont Co., Ltd., thickness: 0.05 mm) by an organic and inorganic hybrid layer by an insert transfer molding method. After that, the base material on which the organic / inorganic hybrid layer was formed was fired in a heating furnace. The firing conditions were 100 ° C. × 2 hours, 120 ° C. × 2 hours, 150 ° C. × 2 hours, 180 ° C. × 2 hours, 200 ° C. × 2 hours, 250 ° C. × 2 hours, 300 ° C. × 2 hours. It was.
After firing, the thickness of the organic / inorganic hybrid layer formed on each substrate was 0.3 mm. As described above, four types of thermally conductive electrical insulating members were produced.

得られた熱伝導性電気絶縁部材の熱抵抗値、熱伝導率の評価を行った。評価方法は上記実施例1と同様である。結果は表2に示した。またそれぞれの熱伝導性電気絶縁部材の絶縁破壊電圧も測定した。該絶縁破壊電圧も上記実施例1と同様にして測定した。   The thermal resistance value and thermal conductivity of the obtained heat conductive electrical insulating member were evaluated. The evaluation method is the same as in Example 1 above. The results are shown in Table 2. Moreover, the dielectric breakdown voltage of each heat conductive electrical insulation member was also measured. The dielectric breakdown voltage was also measured in the same manner as in Example 1.

Figure 2005350639
Figure 2005350639

4種の熱伝導性電気絶縁性部材の基材(熱伝導性ポリイミドフィルム)と有機・無機ハイブリッド層との接着状態を測定した。その結果、何れの熱伝導性電気絶縁部材も界面破壊を生じた。従って、基材と有機・無機ハイブリッド層は、それぞれの材料強度以上の接着力によって接着していることが確かめられた。   The adhesion state of the base material (thermal conductive polyimide film) of the four types of thermally conductive and electrically insulating members and the organic / inorganic hybrid layer was measured. As a result, any thermally conductive electrically insulating member caused interface breakdown. Therefore, it was confirmed that the base material and the organic / inorganic hybrid layer were bonded by an adhesive force exceeding the strength of each material.

本発明の熱伝導性電気絶縁部材は、例えば、IGBTモジュール等のパワーモジュール
等の電子部品等に使用することが出来る。
The heat conductive electrically insulating member of the present invention can be used for electronic parts such as power modules such as IGBT modules.

基材の斜視図Perspective view of substrate 他の基材の斜視図Perspective view of another substrate インサートトランスファー成型法で使用される金型の概略図Schematic diagram of the mold used in the insert transfer molding method インサートトランスファー成型法で使用される他の金型の概略図Schematic of other molds used in the insert transfer molding method 熱伝導性電気絶縁部材の斜視図Perspective view of thermally conductive electrical insulation member 他の熱伝導性電気絶縁部材の側面図Side view of other thermally conductive electrical insulation members 他の熱伝導性電気絶縁部材の側面図Side view of other thermally conductive electrical insulation members

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B 熱伝導性電気絶縁部材
2,2A,2B 基材
3 有機・無機ハイブリッド層
4 孔
5,5A 金型
6 上型
7,7A 下型
8 ピストン型
9 シリンダー部
10 上型凹部
11 下型凹部
12 キャビティ
13 ライナー
14 凸部
15 キャビティ
1, 1A, 1B Thermally conductive electrical insulating member 2, 2A, 2B Base material 3 Organic / inorganic hybrid layer 4 Hole 5, 5A Mold 6 Upper mold 7, 7A Lower mold 8 Piston mold 9 Cylinder section 10 Upper mold recess 11 Lower mold recess 12 Cavity 13 Liner 14 Projection 15 Cavity

Claims (12)

金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物を、基材の表面に有機・無機ハイブリッド層として形成したことを特徴とする熱伝導性電気絶縁部材。   An organic-inorganic hybrid compound in which a thermally conductive filler is mixed with a sol obtained by reaction of a metal alkoxide with an organopolysiloxane having a functional group capable of reacting with the metal alkoxide at one or both ends A thermally conductive electrical insulating member formed as an organic / inorganic hybrid layer on the surface of a material. 該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子である請求項1に記載の熱伝導性電気絶縁部材。   The thermally conductive electrically insulating member according to claim 1, wherein the thermally conductive filler is fine particles of metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide. 該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる2種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は3倍以上である請求項1または請求項2に記載の熱伝導性電気絶縁部材。   The thermally conductive electricity according to claim 1 or 2, wherein the thermally conductive filler is a mixture of two or more kinds of the same or different fillers having different particle diameters, and the difference in the particle diameters is three times or more. Insulating member. 該熱伝導性フィラーは、該ゾル液100質量部に対し50〜3000質量部混合されている請求項1〜請求項3に記載の熱伝導性電気絶縁部材。   The thermally conductive electrically insulating member according to claim 1, wherein 50 to 3000 parts by mass of the thermally conductive filler is mixed with 100 parts by mass of the sol liquid. 該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる1種または2種以上の金属である請求項1に記載の熱伝導性電気絶縁部材。   The metal of the metal alkoxide is one or two selected from boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, cadmium, tantalum, and tungsten. The thermally conductive electrical insulating member according to claim 1, which is the metal described above. 基材の表面に、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる有機・無機ハイブリッド層を一体成形し、該有機・無機ハイブリッド層を加熱ゲル化することを特徴とする熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。   Organic / inorganic mixed with heat conductive filler in sol solution obtained by reaction of metal alkoxide with organopolysiloxane having functional group capable of reacting with metal alkoxide at one or both ends on the surface of the substrate A method for producing a thermally conductive electrically insulating member, wherein an organic / inorganic hybrid layer made of a hybrid compound is integrally formed, and the organic / inorganic hybrid layer is heated and gelled. 該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および/または金属窒化物および/または金属炭化物の微粒子である請求項6に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。   The method for producing a thermally conductive electrically insulating member according to claim 6, wherein the thermally conductive filler is fine particles of metal oxide and / or metal nitride and / or metal carbide. 該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる2種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は3倍以上である請求項6または請求項7に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。   The thermally conductive electricity according to claim 6 or 7, wherein the thermally conductive filler is a mixture of two or more kinds of the same or different fillers having different particle diameters, and the difference in the particle diameters is three times or more. Insulating member manufacturing method. 該熱伝導性フィラーは、該ゾル液100質量部に対し50〜3000質量部混合されている請求項6〜請求項8に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。   The method for producing a thermally conductive electrically insulating member according to claim 6, wherein 50 to 3000 parts by mass of the thermally conductive filler is mixed with 100 parts by mass of the sol solution. 該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる1種または2種以上の金属である請求項6に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。   The metal of the metal alkoxide is one or two selected from boron, aluminum, silicon, titanium, vanadium, manganese, iron, cobalt, zinc, germanium, yttrium, zirconium, niobium, lanthanum, cerium, cadmium, tantalum, and tungsten. The manufacturing method of the heat conductive electrical insulation member of Claim 6 which is the above metal. 請求項1〜5の熱伝導性電気絶縁部材の基材表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成したことを特徴とする熱伝導性電気絶縁部材。 An epoxy resin layer is formed on the organic / inorganic hybrid layer formed on the surface of the base material of the thermally conductive electrical insulating member according to claim 1. 請求項1〜5の熱伝導性電気絶縁部材の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上に半導体チップを接着し該半導体チップを含む該有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成して該半導体チップを封止したことを特徴とする半導体パッケージ。 A semiconductor chip is bonded onto the organic / inorganic hybrid layer formed on the surface of the base material of the thermally conductive electrical insulating member according to claim 1, and an epoxy is formed on the organic / inorganic hybrid layer including the semiconductor chip. A semiconductor package, wherein a resin layer is formed and the semiconductor chip is sealed.
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