JP2008081722A - 熱伝導性誘電ポリマー材料およびそれを含有する熱放散基板 - Google Patents

Abstract

【課題】熱放散基板に用いられる熱伝導性誘電ポリマー材料において、熱伝導性充填剤を均一に分散させる。熱伝導性誘電ポリマー材料を貯蔵できるようにして、熱放散基板の製造に融通性を持たせる。
【解決手段】熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂を含むポリマー成分であって、熱硬化性エポキシ樹脂がポリマー成分の１０体積％から７５体積％を占めるポリマー成分、熱硬化性エポキシ樹脂を硬化温度で硬化させるための硬化剤、およびポリマー成分中に均一に分散された熱伝導性充填剤であって、熱伝導性充填剤が熱伝導性誘電ポリマー材料の総体積の４０体積％から７０体積％を占める熱伝導性充填剤を有してなる。相互貫入網目（ＩＰＮ）構造を有し、０．５Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する。第１の金属層２１、第２の金属層２２、および熱伝導性誘電ポリマー材料層２３を有してなる熱放散基板２０が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱伝導性誘電ポリマー材料およびその熱伝導性誘電ポリマー材料を含む熱放散基板に関し、より詳しくは、相互貫入網目（ＩＰＮ）構造を有する熱伝導性誘電ポリマー材料およびその熱伝導性誘電ポリマー材料を含む熱放散基板に関する。

最近、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、幅広い用途および多くの利点を持つ重要な新しい技術として、世界中で著しく注目を浴びてきている。ＬＥＤ技術は、小さな体積、低い消費電力、長い寿命、望ましい反応速度を持つという利点を提供し、白熱ランプの問題の多くを克服している。ＬＥＤ技術は、ＬＣＤディスプレイ、ミニプロジェクタ、照明器および車両の光源のためのバックライトを含む多くの用途に用いられており、益々注目が寄せられてきた。

しかしながら、照明に用いられる高出力ＬＥＤにおいて、ＬＥＤに入力される電力のたった約１５％〜２０％しか光に変換されず、残りの８０％〜８５％は熱に変換され、その熱は適切な時間で周囲に放散することができない。それゆえ、ＬＥＤ部品の界面温度は過剰に高くなり、それによって、放出される光の強度および寿命が影響を受ける。したがって、ＬＥＤ部品の熱処理能力は、次第に重要になっている。

図１は、電子部品（例えば、ＬＥＤ部品、図示せず）に従来適用される熱放散基板１０の概略図である。熱放散基板１０は、誘電熱伝導性材料層１２およびこの誘電熱伝導性材料層１２の上面と下面にそれぞれ重ねられた二枚の金属ホイル１１を含む。前記電子部品は、上側の金属ホイル１１上に配置される。熱放散基板１０を形成する従来のプロセスは、以下の工程を含む。最初に、液体エポキシ樹脂および熱伝導性充填剤（例えば、酸化アルミニウム粒子）を混合し、次いで、スラリーを形成するように、硬化剤を加える。次いで、スラリー中に含まれる気体を真空プロセスにより除去し、スラリーを下側の金属ホイル１１に塗布する。次いで、上側の金属ホイル１１をスラリーの表面上に配置して、金属ホイル／スラリー／金属ホイルの複合構造を形成する。次に、この複合構造をホットプレスし、硬化させて、熱放散基板１０を形成する。ここで、スラリーは、ホットプレスされ、硬化された際に、誘電熱伝導性材料層１２に形成される。

しかしながら、従来技術は、スラリーの性質により制限され、以下の欠点を持つ。（１）従来技術は、特定の時間内で完了しなければならない。そうしないと、スラリーが硬化し、金属ホイルに塗布することができなくなり、スラリーを浪費してしまう。（２）ホットプレス工程を従来技術で行うときに、多量のスラリーが二枚の金属ホイル１１の間から流出し、ホットプレス温度に到達すると、固体と液体との間の分離が生じ、それゆえ、熱伝導性充填剤が誘電熱伝導性材料層１２内で不均一に分布し、それによって、熱放散基板１０の熱放散効率が影響を受ける。さらに、スラリーに関して、スラリーを貯蔵することは難しく、熱放散基板を形成するプロセスの融通性はスラリーの粘度により制限される（例えば、異なる形状を持つ熱放散基板が効率的に製造できない）。

本発明のある態様は、相互貫入網目（ＩＰＮ）構造を有し、ゴム状であり、それによって、加工性および熱放散特性が向上した、熱伝導性誘電ポリマー材料を提供することである。

本発明の別の態様は、好ましい熱放散特性および高電圧抵抗誘電特性を有する、熱伝導性誘電ポリマー材料を含む熱放散基板を提供することである。

本発明は、ポリマー成分、硬化剤、および熱伝導性充填剤を含む、ＩＰＮ構造を有する熱伝導性誘電ポリマー材料を開示する。このポリマー成分は、熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂を含む。硬化剤は、硬化温度下で熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させるのに用いられる。熱伝導性充填剤は、ポリマー成分中に均一に分散される。熱伝導性誘電ポリマー材料の熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫより大きい。熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂は、相互に可溶性であり、それらは、相溶性すなわち均質な混合物を形成できる。それゆえ、熱伝導性充填剤は、ＩＰＮ中に均一に分散され、それによって、最適な熱伝導効率が達成される。体積パーセントに基づいて計算すると、熱可塑性プラスチックはポリマー成分の１０％から７５％を占め、熱可塑性プラスチックの性質のために、熱伝導性誘電ポリマー材料は、熱可塑性プラスチックプロセス（例えば、押出し、カレンダ加工、または射出成形）により成形される。さらに、熱硬化性プラスチックも含められ、熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックのＩＰＮ構造を形成するように、高温下で硬化され架橋される。このＩＰＮ構造は、高温耐性と無変形の熱硬化性プラスチック特性、および強靱であるが脆くないという熱硬化性プラスチック特性を有するだけでなく、金属電極または基板に強力に接着できる。体積パーセントに基づいて計算すると、熱伝導性充填剤は、熱伝導性誘電ポリマー材料の総体積の４０％から７０％を占める。本発明はさらに、第１の金属層、第２の金属層、および熱伝導性誘電ポリマー材料層を含む、熱放散基板を開示する。この熱伝導性誘電ポリマー材料層は、第１の金属層と第２の金属層との間に挟まれており、それらの間に物理的接触を形成し、０．５Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を持つ。熱放散基板は、０．５ｍｍ未満の厚さを持ち、１０００ボルトを超える電圧に耐える。

本発明の熱伝導性誘電ポリマー材料は、ポリマー成分、硬化剤、および熱伝導性充填剤を含み、ＩＰＮ構造を持つ。ポリマー成分は、熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂を含み、体積パーセント基準で計算して、熱硬化性エポキシ樹脂は、ポリマー成分の１０％から７５％を占める。硬化剤は、硬化温度下で熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させるために用いられる。熱伝導性充填剤は、ポリマー成分中に均一に分散される。体積パーセント基準で計算すると、熱伝導性充填剤は、熱伝導性誘電ポリマー材料の総体積の４０％から７０％を占める。熱伝導性誘電ポリマー材料の熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫより大きい。

図２は、本発明の熱放散基板２０の概略図である。この熱放散基板２０は、第１の金属層２１、第２の金属層２２、およびＩＰＮ構造２４を持つ熱伝導性誘電ポリマー材料層２３を含む。熱伝導性誘電ポリマー材料層２３は、第１の金属層２１および第２の金属層２２と物理的に接触しており、界面の少なくとも１つが、間に引張強さを向上させるように、主に０．１μｍと１００μｍの間に分布している直径を持つ複数の結節状凸部２６を含む微小の粗い表面２５である。

熱伝導性誘電ポリマー材料層２３および熱放散基板２０を製造する方法が以下に記載されている。均一な混合物を形成するように、３０分間に亘り２００℃に加熱しながら、熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂を混合する。次いで、この均一な混合物に熱伝導性充填剤を加え、それらを均一に混合して、均一なゴム状材料を形成する。次いで、８０℃の温度で、この均一なゴム状材料に硬化剤および促進剤を加える。ここで、均一なゴム状材料はＩＰＮ構造２４を有する。次いで、ホットプレスプロセスを用いて、１００℃で二枚の離型フイルムの間に均一なゴム状材料を配置し、次いで、熱伝導性誘電ポリマー材料層２３を形成するように、３０ｋｇ／ｃｍ²（約２．９ＭＰａ）の圧力下で平らにする。ここで、層２３は、層状の熱伝導性誘電複合材料である。熱放散基板２０を製造するために、二枚の離型フイルムを、熱伝導性誘電ポリマー材料層２３の上面と下面から剥ぎ取る。このように、未硬化の自立性層状フイルム（すなわち、熱伝導性誘電ポリマー材料層２３）が調製される。次に、熱伝導性誘電ポリマー材料層２３を第１の金属層２１と第２の金属層２２との間に挟み、１６０℃で３０分間に亘りホットプレスした後（厚さは、例えば、０．２ｍｍに調節される）、厚さ０．２ｍｍの熱放散基板２０が形成される。上述したホットプレスプロセス中、ＩＰＮ構造２４を有するために、層状熱伝導性誘電複合材料は、分離しない。第１の金属層２１と第２の金属層２２の材料は、銅、ニッケル、もしくは電気メッキまたは他の物理的被覆方法により加工される別の金属から選択される。層状熱伝導性誘電複合材料の外観はゴム状（スラリーではない）であり、それゆえ、容易に貯蔵され加工される。さらに、熱伝導性誘電複合材料は、熱可塑性プラスチックを加工するために通常用いられる方法により加工でき、それによって、その加工性が向上する。

表１は、熱放散基板の成分、外観、熱伝導率、および対応する電圧抵抗に関する、本発明の４つの実施例および比較例の熱放散基板に用いられる熱伝導性誘電ポリマー材料層の比較のための表である。各実施例および比較例の熱放散基板の厚さは０．２ｍｍである。

表１におけるＡｌ₂Ｏ₃（熱伝導性充填剤）の粒径は５と４５μｍの間にあり、電気化学工業社により製造されたものである。液体のエポキシ樹脂は、熱硬化性エポキシ樹脂である、ダウ・ケミカル社(Dow Chemical Company)のＤＥＲ３３１（商標）を採用した。硬化剤は、デグッサ・ファイン・ケミカルス社(Degussa Fine Chemicals Company)のジシアンジアミド（Ｄｙｈａｒｄ １００Ｓ（商標））を採用し、促進剤はＵＲ−５００である。熱可塑性プラスチックは、３００００より大きい重量平均Ｍｗを持つ超高分子フェノキシ樹脂（フェノキシ・アソシエーツ社(Phenoxy Associates)から得られるＰＫＨＨ（商標））である。

本発明の実施例１〜４において、硬化剤を加えた後、熱硬化性エポキシ樹脂（液体エポキシ樹脂が表１の実施例および比較例に用いられる）が熱可塑性プラスチックと反応させられ、ＩＰＮ構造を形成し、それゆえ、得られた熱伝導性誘電ポリマー材料層は、ゴム状の外観を有し、プレスプロセスに適しており、１００℃でのホットプレスプロセス中に、充填剤の沈降は生じないことが表１から分かる。さらに、表１に示された熱伝導率および絶縁破壊電圧によれば、本発明の４つの実施例は、実際に、電子部品の熱放散条件の要件を満たすことができる。

本発明の熱伝導性誘電ポリマー材料の熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂は、実質的に相互に可溶性である。「実質的に相互に可溶性」という用語は、熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂が、単独のガラス転移温度を持つ溶液を形成するように混合されることを意味する。熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂は相互に可溶性である。それゆえ、一緒に混合されたときに、熱可塑性プラスチックが熱硬化性エポキシ樹脂中に溶解し、したがって、熱可塑性プラスチックのガラス転移温度が実質的に減少し、熱可塑性プラスチックの通常の軟化温度よりも低い温度で混合プロセスを行うことができる。形成された混合物（すなわち、ポリマー成分）は、室温でゴム状（すなわち固体）であり、それゆえ、容易に秤量され、貯蔵される。例えば、熱硬化性エポキシ樹脂が液体エポキシ樹脂である場合でさえも、熱可塑性プラスチックと混合することによって形成された混合物は、液体ではなく、強靱な革状のフイルムに製造できる。２５℃では、その混合物は、比較的高い粘性係数（約１０⁵から１０⁷ポアズ）を有しており、これは、ポリマー母材中の充填剤の沈降や再分配を防ぐのに十分である。さらに、混合物は、一般的な混合温度（約４０℃から１００℃）で十分な軟らかいゴム状性質を有し、加えられた硬化剤および熱伝導性充填剤をローラミル混合プロセスにより混合物中に均一に分布させることができる。ここに引用する米国特許出願第０７／６０９６８２号（１９９０年１１月６日に出願され、今では放棄されている）および国際公開第９２／０８０７３号（１９９２年５月１４日に発行）の各明細書を参照すれば、混合物の多くの実施の形態が得られる。

熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させる（すなわち、架橋または触媒重合）のに用いられる、本発明の熱伝導性誘電ポリマー材料中の硬化剤の硬化温度Ｔ_硬化は、１００℃より高い。この硬化剤は、混合温度Ｔ_混合よりも高い温度で熱硬化性エポキシ樹脂を迅速に硬化させるために用いられ、ここで、混合温度Ｔ_混合は、熱可塑性プラスチック、熱硬化性エポキシ樹脂、および硬化剤が一緒に混合される温度を称し、混合温度Ｔ_混合は通常約２５℃から１００℃である。硬化剤が混合温度Ｔ_混合で混合されるときに、実質的な硬化は誘発されない。本発明における硬化剤の添加量により、混合温度Ｔ_混合よりも高い温度で熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させる。硬化剤は、約１００℃未満の温度で実質的な硬化を誘発せず、熱伝導性誘電ポリマー材料は、少なくとも半年間は、２５℃で実質的に未硬化のままである。

表１における選択された材料は別にして、本発明の熱伝導性誘電ポリマー材料中の熱可塑性プラスチックは、実質的に非晶質の熱可塑性樹脂から選択され、その定義は、「Saechtling International Plastic Handbook for the Technology, Engineer and User, Second Edition, 1987, Hanse Publishers, Munich」の１頁目を参照することにより得られる。「実質的に非晶質」という用語は、樹脂中の「結晶性」の部分の比率がせいぜい１５％、好ましくはせいぜい１０％、特に好ましくはせいぜい５％、例えば、０％から５％の結晶化度であることを意味する。実質的に非晶質の熱可塑性樹脂は、高分子ポリマーであり、これは、室温で剛性またはゴム状であり、上述したポリマー成分は、実質的に未硬化のときに、強度および高い粘度の性質を与えるために用いられる。体積パーセントに基づいて、実質的に非晶質の熱可塑性樹脂は通常、ポリマー成分の１０％から７５％、好ましくは１５％から６０％、特に２５％から４５％を占める。実質的に非晶質の熱可塑性樹脂は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリスチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、フェノキシ樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルイミド／シリコーンブロックコポリマー、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート、およびアクリル樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート、スチレン／アクリロニトリル、およびスチレンブロックコポリマー）からなる群より選択される。

さらに、熱可塑性プラスチックは、ヒドロキシ・フェノキシエーテルポリマー構造を含むことが好ましい。ヒドロキシ・フェノキシエーテルは、ジエポキシドおよび二官能性種を含む化学量論混合物の重合反応により形成される。ジエポキシドは、約１００から１００００のエポキシ当量を持つエポキシ樹脂である。例えば、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、４，４’−スルホニルビスフェノールのジグリシジルエーテル、４，４’−オキシビスフェノールのジグリシジルエーテル、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノンのジグリシジルエーテル、ヒドロキノンのジグリシジルエーテル、および９，９−（４−ヒドロキシフェニル）フッ素のジグリシジルエーテルが挙げられる。二官能性種は、二価フェノール、ジカルボン酸、第１級アミン、ジチオール、ジスルホンアミド、またはビス第二級アミンである。二価フェノールは、４，４’−イソプロビリデンビスフェノール（ビスフェノールＡ）、４，４’−スルホニルビスフェノール、４，４’−オキシビスフェノール、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、および９，９−（４−ヒドロキシフェニル）カルバゾールから実質的になる群より選択される。ジカルボン酸は、イソフタル酸、テレフタル酸、４，４’−ビフェニレンジカルボン酸、および２，６−ナフタレンジカルボン酸から実質的になる群より選択される。ビス第二級アミンは、ピペラジン、ジメチルピペラジン、および１，２−ビス（Ｎ−アミノメチル）エタンから実質的になる群より選択される。第一級アミンは、４−メトキシアニリンおよび２−アミノエタノールから実質的になる群より選択される。ジチオールは４，４’−ジメルカプトジフェニルエーテルである。ジスルホンアミドは、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−１，３−ベンゼンジスルホンアミド、およびＮ，Ｎ’−ビス（２−ヒドロキシエチル）−４，４−ビフェニルジスルホンアミドから実質的になる群より選択される。さらに、二官能性種としては、エポキシド基と反応せしめられるための２つの異なる官能基を含む混合物、例えば、サリチル酸および４−ヒドロキシ安息香酸が挙げられる。

本発明の熱伝導性誘電ポリマー材料における熱可塑性プラスチックは、液体エポキシ樹脂のビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、またはビスフェノールＳとの反応生成物、液体エポキシ樹脂の二価酸との反応生成物、および液体エポキシ樹脂のアミンとの反応生成物から実質的になる群より選択される。

表１に列記された材料以外に、本発明の熱伝導性誘電ポリマー材料における熱硬化性エポキシ樹脂は、「Saechtling International Plastic Handbook for the Technology, Engineer and User, 2nd (1987) pp.1-2, Hanser Publishers, Munich」に定義された熱硬化性樹脂から選択できる。体積パーセント基準で計算すると、ポリマー成分は通常、熱硬化性樹脂を２５％から９０％、好ましくは４０％から８５％、特に好ましくは５５％から７５％含む。ポリマー成分中の熱硬化性樹脂に対する実質的に非晶質の熱可塑性樹脂の体積比は、約１：９から３：１に及ぶ。熱硬化性樹脂は２より大きい官能価を有することが好ましい。室温では、熱硬化性樹脂は液体または固体である。熱可塑性樹脂を加えずに硬化させた場合、熱硬化性樹脂は硬質またはゴム状である。熱硬化性樹脂は、未硬化のエポキシ樹脂であることが好ましく、特に、ＡＳＴＭ Ｄ１７６３により定義された未硬化のエポキシ樹脂が好ましい。その液体エポキシ樹脂は、「Engineered Materials Hndbook, Engineering Plastics, Volume 2, pp.240-241, Publisher: ASM International」における記載を参照すれば、さらに理解することができる。エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡのエピクロロヒドリンとの反応生成物、フェノールのホルムアルデヒドとの反応生成物（ノボラック樹脂）、エピクロロヒドリン、脂環式化合物、ペル酸エポキシ樹脂のグリセリルエーテルとの反応生成物、エピクロロヒドリンのｐ−アミノフェノールとの反応生成物、エピクロロヒドリンのグリオキサルテトラフェノール、フェノールエポキシ樹脂またはビスフェノールＡエポキシ樹脂との反応生成物である。市販のエポキシドは、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル ３，４−エポキシシクロヘキサンホルメート（例えば、ユニオン・カーバイド社(Union Carbide Company)のＥＲＬ４２２１またはチバ・ガイギー社のＣＹ−１７９）またはビス（３，４−エポキシシクロヘキシルメチル）アジペート（例えば、ユニオン・カーバイド社のＥＲＬ４２９９）であることが好ましい。市販のビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）は、チバ・ガイギー社のＡｒａｌｄｉｔｅ６０１０、ダウ・ケミカル社(Dow Chemical Company)のＤＥＲ３３１、およびシェル・ケミカル社(Shell Chemical Company)のＥｐｏｎ８２５，８２８，８２６，８３０，８３４，８３６，１００１，１００４，または１００７から選択される。さらに、ポリエポキシド化フェノールホルムアルデヒドノボラックプレポリマーは、ダウ・ケミカル社のＤＥＮ４３１または４３８およびチバ・ガイギー社のＣＹ−２８１から選択される。ポリエポキシ化クレゾールホルムアルデヒドノボラックプレポリマーは、チバ・ガイギー社のＥＮＣ１２８５，１２８０，または１２９９から選択される。多価アルコールのポリグリシジルエーテルは、チバ・ガイギー社のＡｒａｌｄｉｔｅ ＲＤ−２（ブチル−１，４−ジオールに基づく）またはシェル・ケミカル社のＥｐｏｎ８１２（グリセロールに基づく）から選択される。アルキルシクロアルキル炭化水素の適切なジエポキシドは、ビニルシクロヘキサンジオキシド、例えば、ユニオン・カーバイド社のＥＲＬ４２０６である。さらに、シクロアルキルエーテルの適切なジエポキシドは、ビス（２，３−ジエポキシシクロペンチル）−エーテル、例えば、ユニオン・カーバイド社のＥＲＬ０４００である。さらに、市販の柔軟なエポキシ樹脂としては、ポリグリコールジエポキシ（例えば、ダウ・ケミカル社のＤＥＲ７３２および７３６）、ダイマーリノール酸のジグリシジルエーテル（例えば、シェル・ケミカル社のＥｐｏｎ８７１および８７２）、および芳香環が脂肪族長鎖により連結されているビスフェノールのグリシジルエーテル（モーベイ・ケミカル社(Mobay Chemical Company)のＬｅｋｕｔｈｅｒｍＸ−８０）が挙げられる。

さらに、多官能基を持つ熱硬化性樹脂は、ダウ・ケミカル社のＤＥＮ４８３（ノボラックエポキシ樹脂）、シェル・ケミカル社のＥｐｏｎ１０３１（四官能性固体エポキシ樹脂）およびチバ・ガイギー社のＡｒａｌｄｉｔｅＭＹ７２０（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−４，４’−メチレンジアニリン）から選択される。さらに、二官能性エポキシ樹脂（二環式オキシド）は、ＨＰＴ１０７１（固体樹脂、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−ａ，ａ’−ビス（４−アミノフェニル）Ｐ−ジ−イソプロピルベンゼン）、シェル・ケミカル社のＨＰＴ１０７９（固体のビスフェノール−９−カルバゾールのジグリシジルエーテル）またはチバ・ガイギー社のＡｒａｌｄｉｔｅ０５００／０５１０（ｐ−アミノフェノールのトリグリシジルエーテル）から選択される。

本発明に用いられる硬化剤は、イソフタロイルジヒドラジド、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ジエチルトルエンジアミン、３，５−ジメチルチオ−２，４−トルエンジアミン、ジシアンジアミド（アメリカン・シアンアミド社(American Cyanamid Company)のＣｕｒａｚｏｌ２ＰＨＺから得られる）またはＤＤＳ（チバ・ガイギー社のＣａｌｃｕｒｅから得られる、ジアミノジフェニルスルホン）から選択される。硬化剤は、置換ジシアンジアミド（例えば、２，６−キシリルビグアナイド）、固体のポリアミド（例えば、チバ・ガイギー社のＨＴ−９３９またはパシフィック・アンカー社(Pacific Anchor Company)のＡｎｃａｍｉｎｅ２０１４ＡＳ）、固体の芳香族アミン（例えば、シェル・ケミカル社のＨＰＴ１０６１および１０６２）、固体の無水硬化剤（例えば、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ））、フェノール樹脂硬化剤（例えば、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン））、イミダゾール、２−フェニル−２，４−ジヒドロキシメチルイミダゾールおよび２，４−ジアミノ−６［２’−メチルイミダゾール（１）］エチル−ｓ−トリアジンイソシアネートの付加物、三フッ化ホウ素、およびアミン錯体（例えば、パシフィック・アンカー社のＡｎｃｈｏｒ１２２２および１９０７）、およびトリメチロールプロパントリアクリレートから選択される。

熱硬化性エポキシ樹脂について、硬化剤は、ジシアンジアミドであることが好ましく、促進剤と共に用いられる。硬化のために一般に用いられる促進剤としては、尿素または尿素化合物、例えば、３−フェニル−１，１−ジメチルウレア、３−（４−クロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１，１−ジメチルウレア、３−（３−クロロ−４−メチルフェニル）−１，１−ジメチルウレアおよびイミダゾール（例えば、２−ヘプタデシルイミダゾール、１−シアノエチル−２−フェニルイミダゾール−トリメリテート、または２−［β［｛２’−メチルイミダゾール−（１）’｝］−エチル−４，６−ジアミノ−ｓ−トリアジニル）が挙げられる。

熱硬化性エポキシ樹脂がウレタンの場合には、硬化剤は、ブロック型イソシアネート（例えば、モーベイ社(Mobay Corpoartion)のＤｅｓｍｏｃａｐ１１Ａから選択されるアルキルフェノールブロック型イソシアネート）またはフェノールブロック型ポリイソシアネート付加物（例えば、モーベイ社のＭｏｎｄｕｒＳ）を使用できる。熱硬化性エポキシ樹脂が不飽和ポリエステル樹脂である場合、硬化剤は、過酸化ジクミル、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、過酸化ｔ−ブチルクミル、および２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）−３−ヘキシンなどの過酸化物または他の遊離ラジカル触媒を使用できる。さらに、不飽和ポリエステル樹脂は、放射（例えば、紫外線、高出力電子ビーム、またはγ線）により架橋されている。

ある種の熱硬化性エポキシ樹脂は、硬化剤を使用せずに硬化できる。例えば、熱硬化性エポキシ樹脂がビスマレイミド（ＢＭＩ）である場合、ＢＭＩは高温下で架橋され、共硬化剤（例えば、Ｏ，Ｏ’−ジアリルビスフェノールＡ）を一緒に加えて、硬化ＢＭＩをより硬質にしてもよい。

過酸化物架橋剤、高出力電子ビーム、またはγ線を使用した架橋された上記樹脂は、不飽和架橋剤、例えば、トリアリルイソシアヌレート（ＴＡＩＣ）、トリアリルシアヌレート（ＴＡＣ）またはＴＭＰＴＡと共に加えることが好ましい。

上述した熱伝導性充填剤は、窒化物または酸化物から選択される。窒化物は、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、および窒化ケイ素から実質的になる群より選択される。酸化物は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、および二酸化チタンから実質的になる群より選択される。

本発明の方法および特徴は、上記の実施例および説明に十分に記載されている。本発明の精神から逸脱しない任意の改変または変更は、本発明の保護範囲に包含されることを意図したものであるのが理解されよう。

電子部品に従来適用された熱放散基板の概略図 本発明の熱放散基板の概略図

符号の説明

１０，２０ 熱放散基板
１１ 金属ホイル
１２ 誘電熱伝導性材料層
２１，２２ 金属層
２３ 熱伝導性誘電ポリマー材料層
２４ ＩＰＮ構造
２５ 粗い表面
２６ 結節状凸部

Claims (22)

1. 熱伝導性誘電ポリマー材料において、
   熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂を含むポリマー成分であって、前記熱硬化性エポキシ樹脂が前記ポリマー成分の１０体積％から７５体積％を占めるポリマー成分、
   前記熱硬化性エポキシ樹脂を硬化温度で硬化させるための硬化剤、および
   前記ポリマー成分中に均一に分散された熱伝導性充填剤であって、該熱伝導性充填剤が前記熱伝導性誘電ポリマー材料の総体積の４０体積％から７０体積％を占める熱伝導性充填剤、
   を有してなり、
   前記熱伝導性誘電ポリマー材料が、相互貫入網目（ＩＰＮ）構造を有し、０．５Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有することを特徴とする熱伝導性誘電ポリマー材料。
2. 前記熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂が相互に可溶性であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
3. 前記硬化温度が１００℃より高いことを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
4. 前記熱可塑性プラスチックが超高分子フェノキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
5. 前記超高分子フェノキシ樹脂の分子量が３００００より大きいことを特徴とする請求項４記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
6. 前記熱硬化性エポキシ樹脂が未硬化の液体エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
7. 前記熱硬化性エポキシ樹脂が重合したエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
8. 前記熱硬化性エポキシ樹脂がフェノールエポキシ樹脂またはビスフェノールＡエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
9. 前記熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂が両方とも均質であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
10. 前記熱可塑性プラスチックがヒドロキシ・フェノキシエーテルポリマー構造を含むことを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
11. 前記ヒドロキシ・フェノキシエーテルポリマー構造が、ジエポキシドを二官能性種と重合させることによって形成されることを特徴とする請求項１０記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
12. 前記熱可塑性プラスチックが、液体エポキシ樹脂をビスフェノールＡと反応させることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
13. 前記熱可塑性プラスチックが、液体エポキシ樹脂を二価酸と反応させることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
14. 前記熱可塑性プラスチックが、液体エポキシ樹脂をアミンと反応させることによって形成されることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
15. 前記熱伝導性充填剤が窒化物または酸化物であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
16. 前記窒化物が、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、および窒化ケイ素から実質的になる群より選択されることを特徴とする請求項１５記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
17. 前記酸化物が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、および二酸化チタンから実質的になる群より選択されることを特徴とする請求項１５記載の熱伝導性誘電ポリマー材料。
18. 熱放散基板において、
    第１の金属層、
    第２の金属層、および
    ＩＰＮ構造と０．５Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する熱伝導性誘電ポリマー材料層であって、間に物理的接点を形成するように、前記第１の金属層と前記第２の金属層との間に挟まれている熱伝導性誘電ポリマー材料層、
    を有してなり、
    前記熱放散基板が、０．５ｍｍ未満の厚さを有し、１０００ボルトを超える電圧に耐えることを特徴とする熱放散基板。
19. 前記熱伝導性誘電ポリマー材料層が、
    熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂を含むポリマー成分、
    前記ポリマー成分を硬化させるための硬化剤、および
    前記ポリマー成分中に均一に分散された熱伝導性充填剤、
    を含むことを特徴とする請求項１８記載の熱放散基板。
20. 前記熱可塑性プラスチックが前記ポリマー成分の１０体積％から７５体積％を占めることを特徴とする請求項１８記載の熱放散基板。
21. 前記熱可塑性プラスチックおよび熱硬化性エポキシ樹脂が相互に可溶性であることを特徴とする請求項１８記載の熱放散基板。
22. 前記熱伝導性誘電ポリマー材料層と前記第１および第２の金属層との間の界面が、０．１μｍと１００μｍとの間の直径を持つ複数の結節状凸部を有する微小な粗い表面を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１８記載の熱放散基板。

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