JP2014003152A - サーマルインターフェース材の形成方法および放熱構造体 - Google Patents

サーマルインターフェース材の形成方法および放熱構造体 Download PDF

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Abstract

【課題】 電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるサーマルインターフェース材の形成方法、およびそのサーマルインターフェース材を有する放熱構造体を提供する。
【解決手段】 （Ａ）熱硬化性ポリマー、（Ｂ）前記（Ａ）成分の硬化温度より低い温度で溶融し、平均粒径が１〜１００μｍであるビスマス・錫系合金粉末、および（Ｃ）前記（Ａ）成分の硬化温度では溶融しない、平均粒径が０.１〜５０μｍである略球状熱伝導性粉末から少なくともなる熱硬化性ポリマー組成物を、電子部品と放熱体の間で、加圧下、加熱により硬化させることを特徴とするサーマルインターフェース材の形成方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サーマルインターフェース材の形成方法、およびそのサーマルインターフェース材を有する放熱構造体に関する。
動作時に電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるため、前記電子部品と前記放熱体の間にサーマルインターフェース材が用いられることが知られている。また、低融点金属を含有する熱硬化性ポリマーにより、サーマルインターフェース材を形成することも知られている。
例えば、特開平７−２０７１６０号公報には、オルガノポリシロキサン、微粉末充填剤、および低融点金属あるいは合金からなるシリコーン組成物を、前記低融点金属あるいは合金の融点以上の温度に加熱して硬化することが開示されている。また、特開２００５−１１２９６１号公報には、１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、融点が０〜７０℃であるガリウムおよび／またはその合金、平均粒径が０.１〜１００μｍの熱伝導性充填剤、白金系触媒、および反応抑制剤を含む硬化性オルガノポリシロキサン組成物を、電子部品と放熱材の間で、加圧下、８０〜１８０℃に加熱して硬化させることが開示されている。
さらに、特開２００３−１７６４１４号公報には、１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、溶融温度が４０〜２５０℃であり、平均粒径が０.１〜１００μｍである低融点金属粉末、および溶融温度が２５０℃を超え、平均粒径が０.１〜１００μｍである高熱伝導性充填剤、白金及び白金化合物からなる群から選択される触媒、およびその触媒活性を抑制する制御剤からなる熱伝導性シリコーン組成物を、前記低融点金属粉末の融点以下の温度で加熱して硬化させた後、前記低融点金属粉末の融点以上の温度に加熱して前記低融点金属粉末を溶融することが開示されている。
しかし、特開平７−２０７１６０号公報および特開２００５−１１２９６１号公報により開示された方法では、電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるための熱伝導パスの形成が困難であるという課題がある。また、特開２００３−１７６４１４号公報により開示された方法では、低融点金属粉末の融点以下の温度で硬化した硬化物の厚みを、その後、加圧下、融点以上に加熱しても薄くすることができず、熱抵抗率は加熱前後で低下するものの、硬化物の厚みが薄くならず、熱抵抗率を十分低くすることができないという課題がある。
また、特表２００５−５３０８８７号公報には、熱硬化性マトリックス、スペーサー、および前記マトリックスの硬化温度より低い軟化温度を有し、前記スペーサーより大きい平均粒径を有する低融点金属フィラーからなる熱硬化性組成物を、第１基板と第２基板の間に配置し、前記マトリックスの硬化温度より低く、かつ前記低融点金属フィラーの軟化温度以上の温度に加熱し、次いで、前記組成物を前記マトリックスの硬化温度以上の温度に加熱することが開示されている。
さらに、特開２００７−５１２２７号公報には、１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、熱伝導性充填剤、白金系触媒、および反応抑制剤を含有し、熱伝導性充填剤が平均粒径０.１〜１００μｍであるインジウム粉末を９０質量％を超え１００質量％以下含む熱伝導性シリコーングリース組成物を、加圧下、インジウム粉末の融点以上の温度で加熱することが開示されている。
しかし、特表２００５−５３０８８７号公報により開示された方法では、２段階の加熱が必要であり、工程が煩雑となるという課題があり、特開２００７−５１２２７号公報により開示された方法では、インジウム粉末の融点が比較的高いため、硬化時に電子部品に与える熱ストレスが大きくなるという課題がある。
特開平７−２０７１６０号公報 特開２００５−１１２９６１号公報 特開２００３−１７６４１４号公報 特表２００５−５３０８８７号公報 特開２００７−５１２２７号公報
本発明の目的は、電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるサーマルインターフェース材の形成方法、およびそのサーマルインターフェース材を有する放熱構造体を提供することにある。
本発明のサーマルインターフェース材の形成方法は、
（Ａ）熱硬化性ポリマー、
（Ｂ）前記（Ａ）成分の硬化温度より低い温度で溶融し、平均粒径が１〜１００μｍであるビスマス・錫系合金粉末、および
（Ｃ）前記（Ａ）成分の硬化温度では溶融しない、平均粒径が０.１〜５０μｍである略球状熱伝導性粉末
から少なくともなり、前記（Ｂ）成分と前記（Ｃ）成分の含有量の合計が、前記（Ａ）成分１００質量部に対して８００〜２,２００質量部であり、前記（Ｂ）成分の含有量が、前記（Ｂ）成分と前記（Ｃ）成分の合計量の３０〜９０質量％であり、かつ、前記（Ｂ）成分の平均粒径が前記（Ｃ）成分の平均粒径と同じかまたはそれより大きい熱硬化性ポリマー組成物を、電子部品と放熱体の間で、加圧下、加熱により硬化させることを特徴とする。
また、本発明の放熱構造体は、上記の方法により形成される、電子部品、サーマルインターフェース材、および放熱体から少なくとも構成されることを特徴とする。
本発明のサーマルインターフェース材の形成方法は、電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるサーマルインターフェース材を効率良く形成するという特徴がある。また、本発明の放熱構造体は、電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えることができるという特徴がある。
実施例１で作製した放熱構造体の断面のＳＥＭ写真である。 実施例２で作製した放熱構造体の断面のＳＥＭ写真である。 比較例１で作製した放熱構造体の断面のＳＥＭ写真である。 比較例３で作製した放熱構造体の断面のＳＥＭ写真である。 比較例５で作製した放熱構造体の断面のＳＥＭ写真である。
はじめに、本発明のサーマルインターフェース材の形成方法を詳細に説明する。
（Ａ）成分の熱硬化性ポリマーは、サーマルインターフェース材のマトリックスを形成する成分である。（Ａ）成分としては、例えば、熱硬化性シリコーン樹脂、熱硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、熱硬化性ノボラック樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂が挙げられ、特に、熱硬化性シリコーンが好ましい。この熱硬化性シリコーン樹脂としては、例えば、付加反応硬化性シリコーン組成物、縮合反応硬化性シリコーン組成物、過酸化物反応硬化性シリコーン組成物が挙げられ、特に、付加反応硬化性シリコーン組成物が好ましい。この付加反応硬化性シリコーン組成物としては、（ａ）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、（ｂ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン、および（ｃ）ヒドロシリル化反応用触媒から少なくともなり、必要に応じて、反応抑制剤、接着性付与剤を含むものが例示される。
（ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、上記硬化性シリコーン組成物の主成分であり、一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する。（ａ）成分中のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、ヘプテニル基が例示され、特に、ビニル基が好ましい。また、（ａ）成分中のアルケニル基以外のケイ素原子に結合する基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等のアルケニル基を除くハロゲン置換もしくは非置換の一価炭化水素基；メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基；水酸基が例示され、特に、メチル基、フェニル基が好ましい。また、（ａ）成分の粘度は限定されないが、得られるサーマルインターフェース材の機械的強度が優れることから、２５℃における粘度は５０〜５００,０００ｍＰa・ｓの範囲内であることが好ましい。
（ｂ）成分のオルガノポリシロキサンは、上記硬化性シリコーン組成物の硬化剤であり、一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有する。（ｂ）成分中の水素原子以外のケイ素原子に結合する基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等のアルキル基；フェニル基、トリル基、キシリル基等のアリール基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；３−クロロプロピル基、３,３,３−トリフロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基等の脂肪族不飽和結合を有さないハロゲン置換もしくは非置換の一価炭化水素基；メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基；水酸基が例示され、特に、メチル基、フェニル基が好ましい。また、（ｂ）成分の粘度は限定されないが、得られるサーマルインターフェース材の機械的強度が優れることから、２５℃における粘度は１〜５０,０００ｍＰa・ｓの範囲内であることが好ましい。
（ｂ）成分の含有量は、上記硬化性シリコーン組成物を硬化させるに十分な量であり、得られるサーマルインターフェース材の耐熱性が良好であることから、上記（ａ）成分中のアルケニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が０.１〜１０モルの範囲内となる量であることが好ましい。
（ｃ）成分のヒドロシリル化反応用触媒は、上記硬化性シリコーン組成物の硬化を促進するための触媒であり、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒が例示され、好ましくは、白金系触媒である。この白金系触媒としては、白金黒、白金担持のアルミナ粉末、白金担持のシリカ粉末、白金担持のカーボン粉末、塩化白金酸、塩化白金酸のアルコール溶液、白金のオレフィン錯体、白金のアルケニルシロキサン錯体が例示され、さらにはこれらの白金系触媒を含有する、メチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、シリコーン樹脂等の熱可塑性樹脂微粒子が例示される。
（ｃ）成分の含有量は、上記硬化性シリコーン組成物の硬化を促進するために十分な量であり、具体的には、本成分中の触媒金属が、上記（ａ）成分に対して、質量単位で、０.１〜１,０００ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましく、特に、１〜５００ｐｐｍの範囲内となる量であることが好ましい。
また、上記硬化性シリコーン組成物には、その他任意の成分として、接着促進剤を含有してもよい。この接着促進剤としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物；一分子中にケイ素原子結合メトキシ基とビニル基を有するジメチルシロキサンオリゴマー、一分子中にケイ素原子結合メトキシ基とケイ素原子結合水素原子基を有するジメチルシロキサンオリゴマー、一分子中にケイ素原子結合メトキシ基とビニル基と３−グリシドキシプロピル基を有するジメチルシロキサンオリゴマー；これらのジメチルシロキサンオリゴマー中のメチル基の一部または全部をエチル基、プロピル基等のメチル基以外のアルキル基基；ビニル基、アリル基等のアルケニル基；フェニル基、トリル基等のアリール基で置換したジオルガノシロキサンオリゴマー、これらのメトキシ基の一部または全部をエトキシ基等のメトキシ基以外のアルコキシ基で置換したジオルガノシロキサンオリゴマー、これらのビニル基の一部または全部をアリル基等のビニル基以外のアルケニル基で置換したジオルガノシロキサンオリゴマー等のケイ素原子結合アルコキシ基を有するジオルガノシロキサンオリゴマー；３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等の３−グリシドキシプロピルトリアルコキシシランと３−アミノキシプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン等の３−アミノプロピルトリアルコキシシランとの反応物；前記３−グリシドキシプロピルトリアルコキシシランとシラノール基封鎖メチルビニルシロキサンオリゴマー、シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマー等のシラノール基封鎖ジオルガノシロキサンオリゴマーとの縮合反応物；３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランと前記シラノール基封鎖ジオルガノシロキサンオリゴマーとの縮合反応物が例示される。
この接着促進剤の含有量は限定されないが、上記硬化性シリコーン組成物が保存中にゲル化しにくいことから、上記（ａ）成分１００質量部に対して２０質量部以下であることが好ましい。
さらに、上記硬化性シリコーン組成物には、その他任意の成分として、（Ｂ）成分あるいは（Ｃ）成分の表面を処理するための処理剤を含有してもよい。この処理剤としては、分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン、分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン、分子鎖片末端がトリメトキシシリルエチル基で封鎖され、他の分子鎖片末端がトリメチルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン、分子鎖片末端がトリメトキシシリルエチル基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン、分子鎖中のケイ素原子にトリメトキシシリルエチル基を結合するジメチルポリシロキサン；これらのジメチルポリシロキサンのメチル基の一部または全部をエチル基等のメチル基以外のアルキル基；ビニル基、アリル基等のアルケニル基；フェニル基、トリル基等のアリール基で置換したジオルガノポリシロキサン；これらのメトキシ基の一部または全部をエトキシ基、プロポキシ基で置換したジオルガノポリシロキサンが例示される。
この処理剤の含有量は限定されないが、上記（ａ）成分１００質量部に対して０.００５〜１０質量部の範囲内であることが好ましく、特に、０.０５〜１０質量部の範囲内であることが好ましい。
また、上記組成物には、任意の成分として、反応抑制剤を含有してもよい。この反応抑制剤としては、２−メチル−３−ブチン−２−オール、３,５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、２−フェニル−３−ブチン−２−オール等のアルキンアルコール；３−メチル−３−ペンテン−１−イン，３,５−ジメチル−３−ヘキセン−１−イン等のエンイン化合物；１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラビニルシクロテトラシロキサン、１,３,５,７−テトラメチル−１,３,５,７−テトラヘキセニルシクロテトラシロキサン等のアルケニルシロキサン化合物；その他、ベンゾトリアゾールが例示される。
上記組成物において、この反応抑制剤の含有量は限定されないが、上記（ａ）成分１００質量部に対して０.００１〜５質量部の範囲内であることが好ましい。
次に、（Ｂ）成分は、前記（Ａ）成分の硬化温度より低い温度で溶融する、平均粒径が１〜１００μｍであるビスマス・錫合系金粉末であり、電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるための熱伝導パスを形成する成分である。（Ｂ）成分は実質的にビスマスと錫からなる合金であるが、その融点をコントロールするため、その他任意の金属として、インジウム、ガリウム、銅、鉛、亜鉛、カドミウム等を少量含んでもよい。（Ｂ）成分の融点は１００〜１５０℃の範囲内であることが好ましく、特に、１００〜１４０℃の範囲内であることが好ましい。これは、融点が上記範囲の上限以下であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物を適用する電子部品に熱ダメージを与え難いにもかかわらず、熱伝導パスの形成が容易であり、一方、上記範囲の下限以上であると、熱硬化性ポリマー組成物の取扱作業性が良好であるからである。
また、（Ｂ）成分の平均粒径は１〜１００μｍの範囲内であり、好ましくは、２０〜８０μｍの範囲内である。これは、（Ｂ）成分の平均粒径が上記範囲の下限以上であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物の取扱作業性が良好で、塗布性も良好であり、一方、上記範囲の上限以下であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物に均一に分散でき、この組成物を薄く塗布できるからである。なお、（Ｂ）成分の形状は特に限定されず、球状、不定形状が挙げられる。
（Ｃ）成分は、前記（Ａ）成分の硬化温度では溶融しない、平均粒径が０.１〜５０μｍである略球状熱伝導性粉末である。（Ｃ）成分の平均粒径は０.１〜５０μｍの範囲内であり、好ましくは、０.１〜１０μｍの範囲内である。これは、平均粒径が上記範囲の下限以上であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物の取扱作業性が良好で、塗布作業性も良好であり、一方、上記範囲の上限以下であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物に均一に分散でき、この組成物を薄く塗布できるからである。また、（Ｃ）成分の形状は略球状であり、具体的には、丸み状、球状、真球状が例示される。
このような（Ｃ）成分としては、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属粉末；酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物粉末；または窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の金属窒化物粉末が例示される。（Ｃ）成分として、これらの粉末を１種もしくは２種以上混合して用いることができる。
上記熱硬化性ポリマー組成物において、（Ｂ）成分と（Ｃ）成分の合計の含有量は、（Ａ）成分１００質量部に対して８００〜２,２００質量部の範囲内であり、好ましくは、８００〜１,５００質量部の範囲内である。これは、（Ｂ）成分と（Ｃ）成分の合計の含有量が、上記範囲の下限以上であると、得られるサーマルインターフェース材の熱伝導性が良好であり、一方、上記範囲の上限以下であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物の取扱作業性が良好であり、塗布性も良好であるからである。
また、（Ｂ）成分は、（Ｂ）成分と（Ｃ）成分の合計量の３０〜９０質量％の範囲内であり、好ましくは、３０〜７０質量％の範囲内である。これは、（Ｂ）成分の含有量が、上記範囲の下限以上であると、熱伝導パスの形成が容易となり、得られるサーマルインターフェース材の熱伝導性が向上し、一方、上記範囲の上限以下であると、得られる熱硬化性ポリマー組成物の取扱作業性が向上するからである。
なお、上記熱硬化性ポリマー組成物において、（Ｂ）成分の平均粒径は（Ｃ）成分の平均粒径と同じかまたはそれ以上である。これは、（Ｂ）成分が溶融して、熱伝導パスを形成することが容易となるからである。
上記熱硬化性ポリマー組成物を調製する方法は限定されないが、（Ａ）成分〜（Ｃ）成分を、（Ｂ）成分の融点より低い温度、例えば、室温で混合する方法が挙げられる。さらに、（Ａ）成分として、（ａ）成分〜（ｃ）成分から少なくともなる付加反応硬化性シリコーン組成物を用いる場合には、（ａ）成分、（Ｂ）成分、および（Ｃ）成分を、（Ｂ）成分の融点より低い温度で均一に混合した後、これに（ｂ）成分を混合し、次いで、（ｃ）成分を混合する方法が例示される。
このようにして調製された熱硬化性ポリマー組成物の２５℃における粘度は限定されないが、好ましくは、１０〜１,０００Ｐa・ｓの範囲内であり、特に好ましくは、２０〜３００Ｐa・ｓの範囲内である。これは、粘度が上記範囲の下限以上であると、保存中に（Ｂ）成分や（Ｃ）成分の沈降分離を生じ難く、また、電子部品と放熱体の間に塗布した際、液だれ等の問題を生じ難くいからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、塗布性が良好であるからである。
本発明のサーマルインターフェース材の形成方法では、はじめに、上記熱硬化性ポリマー組成物を、電子部品あるいは放熱体に塗布する。本発明の方法において、熱硬化性ポリマー組成物を塗布する方法は限定されず、例えば、ディスペンサーによる定量塗布、スキージ等による塗布が挙げられる。次いで、熱硬化性ポリマー組成物を介して、電子部品と放熱体を貼り合わせる。
貼り合わせ後、電子部品と放熱体をクランプやネジ等で締め付けることにより、固定し、押圧する。その状態で、熱硬化性ポリマー組成物を、加圧下、加熱により硬化させる。この加熱温度は、（Ａ）成分が硬化する温度であり、かつ、（Ｂ）成分が溶融する温度である。本発明の方法では、前記組成物を、加圧下、加熱することにより、（Ａ）成分を硬化させる一方で、（Ｂ）成分を溶融することにより、熱伝導パスを形成することができる。また、その際、（Ｃ）成分の粒径により、得られるサーマルインターフェース材の厚みを確保することができる。その厚みは、５〜１００μｍの範囲内、特に１０〜５０μｍの範囲内となるようになるのが好ましい。これは、厚さが上記範囲の下限以上であると、得られるサーマルインターフェース材の追従性が良好であり、電子部品と放熱体の熱膨張係数の差によるクラックを生じ難くいからであり、一方、上記範囲の上限以下であると、得られるサーマルインターフェース材の熱抵抗が小さくなるからである。本発明の方法では、（Ａ）成分の硬化後、加圧下もしくは非加圧下で、さらに加熱してもよい。
次に、本発明の放熱構造体を詳細に説明する。
本発明の放熱構造体は、上記の方法により形成される、電子部品、サーマルインターフェース材、および放熱体から少なくとも構成されるものである。このような放熱構造体は、サーマルインターフェース材中に熱伝導パスが形成されているので、動作時に電子部品から発生する熱を放熱体に効率良く伝えることができる。
本発明のサーマルインターフェース材の形成方法および放熱構造体を実施例により詳細に説明する。なお、実施例中、粘度は２５℃における値である。
［実施例１］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ７９.３質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン １２.２質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が４３μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 ５２６質量部、平均粒径が０.２μｍである球状アルミナ粉末 ７３質量部、および平均粒径が２μｍである球状アルミニウム粉末 ２８２質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ４.５質量部（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ２.７質量部、および２−フェニル−３−ブチン−２−オール ０.３質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で６ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度をＴＡインスツルメント株式会社製のレオメーター（商品名：ＡＲ−５００）により測定したところ、２５Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を、２枚のシリコンチップ（１ｃｍ角）の間に挟み込み、２０Ｎの圧力をかけながら、１５０℃で５分間加熱して硬化させた後、さらに１５０℃でオーブン中で５分間加熱して放熱構造体を作製した。
この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを株式会社ミツトヨ製の測定力可変式デジマチックマイクロメーター（型式：ＣＬＭ２−１５ＱＭ）により測定したところ、１７μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を株式会社日立製作所製の熱抵抗率測定装置により定常法にて測定したところ、０.０６ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［実施例２］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ７９.２質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン １２.３質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が７０μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 ５１９質量部、平均粒径が０.２μｍである球状アルミナ粉末 ７４質量部、および平均粒径が２μｍである球状アルミニウム粉末 ２８４質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ４.５質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ２.７質量部、および２−フェニル−３−ブチン−２−オール ０.３質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で６ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、２０Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、１２μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.０３ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［実施例３］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ７７.２質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン １３.４質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が１１μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 ５２９質量部、平均粒径が０.２μｍである球状アルミナ粉末 １０２質量部、および平均粒径が２μｍである球状アルミニウム粉末 ２６５質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ３質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、および３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ３.２質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で２２ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、３９Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、２７μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.１９ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［実施例４］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ７５.３質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン １５.９質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が７０μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 ５２６質量部、平均粒径が２μｍである球状アルミナ粉末 ３８６質量部、および平均粒径が０.２μｍである球状アルミナ粉末 １０２質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ４.６質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシキ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ２.９質量部、および２−フェニル−３−ブチン−２−オール ０.３質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で６ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、６０Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、１９μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.０５ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［比較例１］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ７９.３質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン １２.２質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が４３μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 ５２６質量部、平均粒径が０.２μｍである球状アルミナ粉末 ７３質量部、および平均粒径が２μｍである球状アルミニウム粉末 ２８２質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ４.５質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ２.７質量部、および２−フェニル−３−ブチン−２−オール ０.３質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で６ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、２５Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を、２枚のシリコンチップ（１ｃｍ角）の間に挟み込み、２０Ｎの圧力をかけながら、１２０℃で１０分間加熱し、さらに１７０℃で５分間加熱して硬化させた後、さらに、１７０℃のオーブン中で５分間加熱して放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、４２μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.１７ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［比較例２］
粘度２０００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ８７.３質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン ５.３質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が７０μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 １０４６質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ２.１質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、および３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ２.３質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で１８ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、４２Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、６μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.０６ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［比較例３］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ８３.６質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン ６.１質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が７０μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 １２１５質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ４.７質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ３.９質量部、および２−フェニル−３−ブチン−２−オール ０.４質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で６ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、２３Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、４μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.０８ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［比較例４］
粘度１００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ７８.８質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン ９.１質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が７０μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 １,９９０質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ６.１質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、および３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ３.６質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン溶液（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で９ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定しようとしたが、測定限界（１,０００Ｐa・ｓ）を超える粘度であった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、８μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.０６ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［比較例５］
粘度５００ｍＰa・ｓの分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン ６５.５質量部、粘度２４ｍＰa・ｓの分子鎖片末端がトリメトキシシロキシ基で封鎖され、他の分子鎖片末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン ２０.１質量部、融点が１３８℃であり、平均粒径が４３μｍである球状ビスマス・錫合金粉末 ５１８質量部、平均粒径が２μｍである不定形状酸化亜鉛粉末 ５８９質量部、および平均粒径が０.３μｍである不定形状酸化亜鉛粉末 １０４質量部を室温で均一になるまで混合した。次に、この混合物に、粘度１０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体 ５.４質量部（前記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン中のビニル基１モルに対して、本成分中のケイ素原子結合水素原子が１.２モルとなる量）、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと粘度２０ｍＰa・ｓの分子鎖両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合オリゴマーとの反応生成物 ４.２質量部、および２−フェニル−３−ブチン−２−オール ０.１質量部を均一に混合した後、白金の１,３−ジビニル−１,１,３,３−テトラメチルジシロキサン錯体を軟化点１５０℃の熱可塑性シリコーンレジンでカプセル化した触媒（上記分子鎖両末端ジメチルビニルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサンに対して、白金原子が質量単位で６ｐｐｍとなる量）を混合して熱硬化性ポリマー組成物を調製した。この熱硬化性ポリマー組成物の粘度を実施例１と同様に測定したところ、４６Ｐa・ｓであった。
次に、この熱硬化性ポリマー組成物を実施例１と同様に硬化させて放熱構造体を作製した。この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の厚みを実施例１と同様に測定したところ、１０μｍであった。また、この放熱構造体について、サーマルインターフェース材の熱抵抗を実施例１と同様に測定したところ、０.０５ｃｍ２・℃／Ｗであった。
［放熱構造体のＳＥＭ写真と熱抵抗について］
実施例１，２、および比較例１，３，５で作製した放熱構造体の断面を日立ハイテクノロジーズ株式会社製の走査電子顕微鏡（型番：Ｓ−３４００Ｎ）により観察した。なお、ＳＥＭ写真において、白い部分はビスマス・錫合金粉末が溶融した層であり、黒い部分は熱硬化性ポリマーの硬化物および熱伝導性充填剤である。この放熱構造体の断面のＳＥＭ写真から、実施例１，２で作製した放熱構造体では、ビスマス・錫合金による熱伝導パスが効率的に形成されていることが確認された。一方、比較例１，３，５で作製した放熱構造体では、ビスマス・錫合金よる熱伝導パスの形成は確認されなかった。特に、比較例３で作製した放熱構造体は、サーマルインターフェース材の厚さが薄いにもかかわらず、その熱抵抗は大きかった。また、不定形状の熱伝導性充填剤を用いた比較例５においても、サーマルインタフェース材の厚さが薄いにもかかわらず、熱抵抗が大きかった。
本発明のサーマルインターフェース材の形成方法は、電子部品から発生する熱を効率的に放熱体に伝えるサーマルインターフェース材を効率良く形成できるので、半導体素子と放熱フィンとの間のサーマルインターフェース材の形成方法として好適である。

Claims (5)

  1. （Ａ）熱硬化性ポリマー、
    （Ｂ）前記（Ａ）成分の硬化温度より低い温度で溶融し、平均粒径が１〜１００μｍであるビスマス・錫系合金粉末、および
    （Ｃ）前記（Ａ）成分の硬化温度では溶融しない、平均粒径が０.１〜５０μｍである略球状熱伝導性粉末
    から少なくともなり、前記（Ｂ）成分と前記（Ｃ）成分の含有量の合計が、前記（Ａ）成分１００質量部に対して８００〜２,２００質量部であり、前記（Ｂ）成分の含有量が、前記（Ｂ）成分と前記（Ｃ）成分の合計量の３０〜９０質量％であり、かつ、前記（Ｂ）成分の平均粒径が前記（Ｃ）成分の平均粒径と同じかまたはそれより大きい熱硬化性ポリマー組成物を、電子部品と放熱体の間で、加圧下、加熱により硬化させることを特徴とするサーマルインターフェース材の形成方法。
  2. （Ａ）成分が熱硬化性シリコーン組成物である、請求項１記載のサーマルインターフェース材の形成方法。
  3. （Ａ）成分が、（ａ）一分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサン、（ｂ）一分子中に少なくとも２個のケイ素原子結合水素原子を有するオルガノポリシロキサン、および（ｃ）ヒドロシリル化反応用触媒から少なくともなる付加硬化性シリコーン組成物である、請求項２記載のサーマルインターフェース材の形成方法。
  4. （Ｃ）成分が、金属粉末、金属酸化物粉末、または金属窒化物粉末である、請求項１記載のサーマルインターフェース材の形成方法。
  5. 請求項１乃至４の方法により形成される、電子部品、サーマルインターフェース材、および放熱体から少なくとも構成される放熱構造体。
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