JP2015021025A - 熱伝導性シート及び剥離シート付熱伝導性シート - Google Patents

Abstract

【課題】被着体に接着した時に良好なる熱伝導性を発揮することが可能な熱伝導性シートを提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂と、この熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有する半硬化状態の熱伝導性シートにおいて、粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下である表面を有することを特徴とする熱伝導性シートを提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、熱伝導性シート及び剥離シート付熱伝導性シートに関する。

従来、樹脂中に無機フィラー（無機化合物粒子）を分散させることにより、樹脂単体に比べて熱伝導性を向上させた熱伝導性シートが用いられている。
なかでも、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含有し前記熱硬化性樹脂を半硬化状態にさせたタイプの熱伝導性シートは、被着体に接着させて熱硬化させることで優れた接着性を発揮させ得るとともに接着後には熱が加わっても接着性が低下し難いことから広く用いられている。
このような熱伝導性シートの製造方法は、例えば下記特許文献１に開示されている。
具体的には、従来の熱伝導性シートは、図４に示されているように、無機フィラー１０３とポリマー成分１０４とを含むポリマーシート１０２ａ、１０２ａ’を、支持層１０１が形成された面と反対側の面が向い合うように重ね合わせ、熱プレスによって２層のポリマー層１０２ｂ、１０２ｂ’を積層して積層体１０２ｃを形成させる方法により作製されたりしている。

この特許文献１に記載の熱伝導性シートは、ポリマー層を被着体に接着させて用いられることから使用時においては前記支持層の少なくとも一方を剥離させて用いられる。
即ち、このような熱伝導性シートにおいては、一般的な接着シートにおいて接着面を保護すべく用いられている剥離シートとしての機能を前記支持層に発揮させている。
なお、剥離シート付の熱伝導性シートは、この特許文献１に記載の方法以外にも各種の方法で作製されている。
ところで、熱伝導性シートは、優れた熱伝導性を有することが求められており、従来、無機フィラーをいかにして高充填させるかといった検討がなされている。

特開２０１０−９４８８７号公報

熱伝導性シートには、前記のように優れた熱伝導性を発揮することが求められているが、無機フィラーの高充填には限界があり、形成材料やその配合比率などのアプローチ以外で優れた熱伝導性を熱伝導性シートに発揮させることが求められている。
しかし、従来、形成材料やその配合比率以外に熱伝導性シートに優れた熱伝導性を発揮させることは殆ど検討されていない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、従来の熱伝導性シートよりも優れた熱伝導性を発揮させうる熱伝導性シートや剥離シート付熱伝導性シートを提供することを課題としている。

上記課題を解決するための熱伝導性シートに係る本発明は、熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有する、半硬化状態の熱伝導性シートにおいて、粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下である表面を有することを特徴としている。

また、上記課題を解決するための剥離シート付熱伝導性シートに係る本発明は、熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有する半硬化状態の熱伝導性シートと、前記熱伝導性シートの表面に密着された剥離シートとを備え、前記剥離シートが粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の表面を有し、該表面を前記熱伝導性シートに前記密着させていることを特徴としている。

本発明によれば、熱伝導性シートが所定の表面粗さとされる。
熱伝導性シートは、表面が平滑すぎると被着体との接着に際して被着体との間に空気が閉じ込められて空気層が形成され易いところ本発明によれば、表面の粗さＲｚが２μｍ以上であるので、被着体に接着する際に、熱伝導性シートの表面と被着体との間の空気が、熱伝導性シートの表面と被着体との界面から外部へ逃げやすくなる。
また、熱伝導性シートは、表面が過度に粗い状態になっていると、被着体に接着する際に被着体との間の空気が残存し易くなってしまうが、本発明によれば粗さＲｚが３０μｍ以下であるので、熱伝導性シートの表面と被着体との界面に残ることを抑制できる。
そして、熱伝導性シートは、被着体との間に空気を存在させてしまうと熱伝導性が十分に発揮されにくくなるところ本発明によれば被着体に接着した時に、被着体との間に空気が入ることを抑制することができ熱伝導性シートに優れた熱伝導性を発揮させることができる。

本発明の実施の形態における剥離シート付熱伝導性シートを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における剥離シート付熱伝導性シートを被着体に接着する一工程を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における剥離シート付熱伝導性シートを被着体に接着する一工程を概略的に示す断面図である。 特許文献１に開示の熱伝導性シートの製造方法を示す概略断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

本発明の一実施の形態における剥離シート付熱伝導性シート１０は、図１に示すように、熱伝導性シート１１と、この熱伝導性シート１１を覆う剥離シート１２、１３とを備えている。
即ち、本実施の形態の剥離シート付熱伝導性シート１０は、熱伝導性シート１１の両表面１１ａ，１１ｂをそれぞれを覆う形で剥離シート１２、１３が備えられている。
しかも、本実施形態の剥離シート付熱伝導性シート１０は、剥離シート１２、１３が熱伝導性シート１１の両表面１１ａ，１１ｂにそれぞれ密着している。
なお、以下においては図１正面視下側の表面１１ｂを「裏面１１ｂ」と称して上側の表面１１ａと便宜上呼び分けることがある。

熱伝導性シート１１は、熱硬化性樹脂と、この熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有し、前記熱硬化性樹脂が半硬化状態で含有されている。

前記熱伝導性シート１１を形成する熱硬化性樹脂は特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが用いられる。

エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等の各種のエポキシ樹脂を単独または２種以上併用して採用することができる。

フェノール樹脂としては、例えば、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、トリフェニルメタン型フェノール樹脂等が用いられる。
なかでも、トリフェニルメタン型フェノール樹脂は、耐熱性において有利であり、フェノールアラルキル樹脂は、被着体との間に良好なる接着性を示す点において好ましく用いられる。

なお、前記熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を採用する場合には、熱伝導性シート１１に当該エポキシ樹脂の硬化剤や硬化促進剤をさらに加えて熱硬化性を調整してもよい。
硬化剤としては、例えば、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、トリエチレンテトラミンなどのアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤などを用いることができる。
また、前記ノボラック型フェノール樹脂などもエポキシ樹脂を硬化させるための硬化剤として熱伝導性シート１１に含有させることができる。
硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール類や、トリフェニルフォスフェイト（ＴＰＰ）、三フッ化ホウ素モノエチルアミンなどのアミン系硬化促進剤などが用いられる。

一方で熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を採用する場合には、ヘキサメチレンテトラミン、各種の２官能以上のエポキシ樹脂、イソシアネート類、トリオキサン及び環状ホルマール等を前記フェノール樹脂の硬化剤として含有させても良い。

無機フィラーは、熱硬化性樹脂よりも熱伝導率が高ければ特に限定されないが、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ガリウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、二酸化珪素、酸化マグネシウム、ダイヤモンドなどの粒子が用いられる。

なお、本実施形態の熱伝導性シート１１が半硬化状態であるかどうかは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行った際に硬化反応に伴う発熱ピークが観測されることで確認可能であり、例えば、十分に熱を加えて熱硬化させた熱伝導性シートのＤＳＣチャートと熱を加える前の熱伝導性シートのＤＳＣチャートとを比較して明確な発熱ピークが観察されるかどうかで判断することができる。

熱伝導性シート１１は、被着体との接着に際して間に空気層を形成させることを防止する意味において前記表面１１ａと前記裏面１１ｂとの少なくとも一方、好ましくは両方の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下であることが重要で、８μｍ以上２０μｍ以下の粗さＲｚであることが好ましい。

なお、本明細書中における「粗さＲｚ」とは、十点平均粗さを意味し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に準拠して測定される値である。

剥離シート１２、１３は、その材質等が特に限定されるものではないが、例えば、ポリエステル樹脂フィルム、ポリオレフィン樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂フィルム、銅箔、アルミニウム箔、ニッケル箔などの金属箔などとすることができる。

剥離シート１２、１３は、熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂを保護するための保護シートの役割を担っていてもよく、熱伝導性シート１１に不用意な折り曲げがなされることを防止するための支持層の役割を担っていてもよい。

なお、後述するように熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂを前記のような粗さＲｚとするのには当該剥離シート１２、１３の表面状態を転写させる方法が簡便な方法として考えられる。
従って、熱伝導性シート１１に対して表面状態を容易に転写する観点から、表面マット処理されたポリエステル樹脂フィルムを剥離シート１２、１３に用いることが好ましい。

即ち、本実施形態の剥離シート１２、１３は、熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂを覆う面の粗さＲｚが、２μｍ以上３０μｍ以下であり、８μｍ以上２０μｍ以下の粗さＲｚであることが好ましい。

なお、剥離シート１２、１３において熱伝導性シート１１と接触する面には、離型処理などの処理がされていてもよく、未処理の状態であってもよい。

続いて、本実施の形態の剥離シート付熱伝導性シート１０の製造方法について説明する。

まず、少なくとも一方の表面の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下である剥離シート１２、１３を準備する。
なお、剥離シート付熱伝導性シート１０を連続的に効率良く製造する上においては、前記剥離シート１２、１３として長尺帯状のものを準備することが好ましい。

本実施形態の剥離シート１２、１３は、例えば、ポリエステル樹脂フィルムを採用する場合、キャスト成形やブロー成形によって表面平滑な状態に形成されたポリエステル樹脂フィルムに対してショットブラストと呼ばれるマット処理を施して作製することができる。
このショットブラストとしては、例えば、サンドブラスト法、ドライアイスブラスト法などを採用することができる。
また、剥離シート１２、１３は、このような方法に代えて、例えば、粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の周面を有する加圧ローラとバックアップローラとの間を平坦な面を有するポリエステル樹脂フィルムを通過させて形成させることもできる。

次いで、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を溶解可能な有機溶媒に溶解させるとともに、この樹脂溶液に窒化ホウ素粒子、金属酸化物粒子などの熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーを分散させてコーティング液を作製する。
この工程では、例えば、ボールミル、プラネタリーミキサー、ホモジナイザー、三本ロールミル等の攪拌装置を用いることができる。

その後、剥離シート１２、１３の前記粗さを有する面の上に、上記コーティング液をコーティングする。
この工程では、グラビヤロールコーター、リバースロールコーター、キスロールコーター、ナイフコーター、コンマコーター、ダイレクトコーター等のコーティング装置を用いることができる。

次に、コーティング液がコーティングされた剥離シート１２、１３のそれぞれを乾燥炉に導入して、有機溶媒を除去し、コーティング液の乾燥被膜を剥離シート１２、１３上に形成する。
なお、この工程では、一般的な加熱乾燥炉を用いることができる。
これにより、剥離シート１２、１３の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の表面が乾燥被膜に転写されるので、乾燥被膜において剥離シート１２、１３と対向する面（熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂとなる面）の粗さＲｚは２μｍ以上３０μｍ以下になる。

次に、乾燥被膜の形成された剥離シート１２、１３において、乾燥被膜が対向するように重ね合わせ、熱プレスして２層の乾燥被膜を一体化させる。
これにより、熱伝導性シート１１と、熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂに形成された剥離シート１２、１３とを有する剥離シート付熱伝導性シート１０を製造することができる。

続いて、図１〜図３を参照して、本実施の形態における剥離シート付熱伝導性シート１０を被着体に接着する方法について説明する。

まず、図１に示すような本実施の形態の剥離シート付熱伝導性シート１０を準備する。
次に、図２に示すように、剥離シート付熱伝導性シート１０から一方の剥離シート（本実施の形態では、熱伝導性シート１１の裏面１１ｂ側に形成された剥離シート１３）を剥離する。

次に、図３に示すように、熱伝導性シート１１の裏面１１ｂを被着体２１に接着する。
この工程では、例えば、熱伝導性シート１１の裏面１１ｂと、被着体２１の表面２１ａとを対向するように配置し、加熱及び／または加圧することで熱伝導性シート１１と被着体２１とを接着させる。
このとき、熱伝導性シート１１の裏面１１ｂが前記のような粗さＲｚを有することで被着体２１との接触界面に空気が入り込んで空気層が形成されることを抑制できる。
仮に、熱伝導性シート１１の裏面１１ｂと、被着体２１とを対向配置したときに空気が入り込んでも、加熱及び／または加圧する際に、前記空気を熱伝導性シート１１の裏面１１ｂと被着体２１の表面２１ａとの界面を通じて取り除くことができる。

なお、本実施の形態では、熱伝導性シートとして、表面１１ａ及び裏面１１ｂの両方の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下である熱伝導性シート１０を例に挙げて説明したが、本発明の熱伝導性シートは、表面１１ａ及び裏面１１ｂのいずれか一方の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。

また、本実施の形態では、剥離シート付熱伝導性シートとして、熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂの両方に剥離シート１２、１３が形成されている剥離シート付熱伝導性シート１０を例に挙げて説明したが、本発明の剥離シート付熱伝導性シートは、熱伝導性シート１１の表面１１ａ及び裏面１１ｂのいずれか一方に剥離シートが形成されていてもよい（例えば図２の形状であってもよい）。ただし、この場合は、通常、熱伝導性シートにおいて剥離シートで覆われている面の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下となる。

以上説明したように、本実施の形態における熱伝導性シート１１は、熱硬化性樹脂と、この熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有し、半硬化状態の熱伝導性シート１１において、粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下である表面（図１における表面１１ａまたは裏面１１ｂの少なくともいずれか一方）を有することを特徴としている。

本実施の形態の熱伝導性シート１０によれば、粗さＲｚが２μｍ以上であるので、被着体２１に熱伝導性シート１１を接着する際に、被着体２１と熱伝導性シート１１との間の空気が、被着体２１と熱伝導性シート１１との界面から外部へ逃げやすくなる。
また、粗さＲｚが３０μｍ以下であるので、被着体２１に熱伝導性シート１１を接着する際に、被着体２１と熱伝導性シート１１との間の空気が、被着体２１と熱伝導性シート１１との界面に残ることを抑制できる。
したがって、本実施の形態の熱伝導性シート１１は、被着体２１に接着した時に、被着体２１との間に空気が入ることを抑制できる。

本実施の形態の剥離シート付熱伝導性シート１０は、上記熱伝導性シート１１と、この熱伝導性シート１１の上記表面（粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の表面であり、図１における表面１１ａ及び裏面１１ｂの少なくともいずれか一方）を覆う剥離シート（図１における剥離シート１２及び剥離シート１３の少なくとも一方）とを備え、剥離シートにおいて上記熱伝導性シート１１の表面を覆う面の粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴としている。

本実施の形態の剥離シート付熱伝導性シート１０によれば、熱伝導性シート１１の表面を覆う剥離シートの表面粗さＲｚも２μｍ以上３０μｍ以下であるので、剥離シート上に熱伝導性シート１１となるべき材料を塗布することで、粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の表面を有する熱伝導性シート１１を容易に作製することができる。
また、本実施の形態の剥離シート付熱伝導性シート１０から剥離シートを剥離した後に、粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の熱伝導性シート１１の表面を被着体２１に接着することで、被着体２１との間に空気が入ることを抑制することができる。

このように、本実施の形態における熱伝導性シート１１及び剥離シート付熱伝導性シート１０は、被着体２１と接着した時に、被着体２１との間に空気が入ることを抑制することができるので、熱伝導性シート１１または剥離シート付熱伝導性シート１０と、被着体２１との界面において熱伝導性が悪くなることを抑制できる。したがって、本実施の形態の熱伝導性シート１１及び剥離シート付熱伝導性シート１０は、回路基板、半導体モジュールなどに好適に用いられる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以下に実施例を示して本発明をより詳細に説明する。
下記配合のものにより基材（電解銅箔厚み１０５μｍ）の片面に厚み１００μｍの熱伝導性樹脂層を形成した第一のシートを用意した。
一方で、表面粗さの異なる８種類のＰＥＴフィルムに第一のシートと同じ配合物を用いて厚み１００μｍの熱伝導性樹脂層を形成した第二のシートを用意した。
この第一のシートと第二のシートとを熱プレスして熱伝導性樹脂層どうしを貼り合わせ、第一のシートの背面から銅箔を剥離した。
この銅箔を剥離した面にＡＬ板を配置させ、２ＭＰａ・１２０℃・２０分の条件にてシートをＡＬ板に転着させ、ＰＥＴフィルムを剥がして所定の表面粗さを有する半硬化状態の熱伝導性シート（ＡＬ板付き）を作製した。

（配合）
トリフェニルメタン型エポキシ樹脂：１００質量部（当量１６９ｇ／ｅｑ）
硬化剤（キシリレンノボラック）：１０５質量部（当量１７８ｇ／ｅｑ）
無機フィラー 窒化ホウ素粒子：３６０質量部
酸化アルミニウム粒子：２７９質量部

（表面粗さ）
熱伝導性シートのＰＥＴフィルム剥離面における表面粗さ（Ｒｚ）を、株式会社東京精密製の表面粗さ測定器（型名「ＳＵＲＣＯＭ １４００Ｄ−３ＤＦ」）を用いて測定した。
測定条件は、触針先端半径Ｒ＝２μｍ、評価長さ１０ｍｍ、基準長さ２ｍｍ、カットオフ値 ０．８ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／秒とした。

（評価）
各ＡＬ板付き熱伝導性シートに被着体（銅箔１ｏｚ）を配置し、２ＭＰａ、１８０℃、１２０ｍｉｎの熱プレスにて熱伝導性シートと被着体を一体化させた後、２０ｍｍ×１００ｍｍのサイズに切り出し、切り出したものの被着体を幅１０ｍｍ幅に加工（エッチング）し剥離試験用テストピースを作製した。
該テストピースを５０ｍｍ／ｍｉｎの剥離速度で９０°ピール試験を実施し、被着体と熱伝導性シートとの密着度合いを接着力によって評価した。
各熱伝導性シートの表面粗さ及び接着力を測定した結果を下記表に示す。
なお、下記表１の試料＃１については、ピール試験開始直後に銅箔が簡単に剥れる状態となって測定ができなかった。

以上のことからも、本発明によれば被着体に対して良好な接着状態で接着できて優れた熱伝導性が発揮される熱伝導性シートを得られることがわかる。

１０ 剥離シート付熱伝導性シート、１１ 熱伝導性シート、１１ａ，２１ａ 表面、１１ｂ 裏面、１２ 剥離シート、２１ 被着体。

Claims (2)

1. 熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有する半硬化状態の熱伝導性シートにおいて、
   粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下である表面を有することを特徴とする熱伝導性シート。
2. 熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂よりも熱伝導率の高い無機フィラーとを含有する、半硬化状態の熱伝導性シートと、前記熱伝導性シートの表面に密着された剥離シートとを備え、
   前記剥離シートが粗さＲｚが２μｍ以上３０μｍ以下の表面を有し、該表面を前記熱伝導性シートに前記密着させていることを特徴とする剥離シート付熱伝導性シート。

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