JP2015149476A - 熱伝導部材及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】高い熱伝導性を有し、電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従し、横方向へのはみ出しが少ないという特性を併せ持つ熱伝導部材及び該熱伝導部材を介して放熱部材が設置された電子部品を提供する。【解決手段】貫通孔３を有する金属構造体２と接着剤４を含有してなる熱伝導部材１であって、金属構造体２が有する貫通孔３中に接着剤４を含有する。【選択図】図２

Description

本発明は、熱伝導部材及び電子部品に関する。

半導体製品の大容量化、高速処理化及び微細配線化に伴い、半導体製品の作動中に発生する熱をこれまで以上に効率的に外部へ逃がすことが重要視されている。半導体製品の作動中に発生する熱を外部へ逃がす方法としては、一般的にヒートシンク等の放熱部材を半導体製品に取り付ける方法が採用されている。半導体製品から放熱部材へ熱を効率良く伝えるため、半導体製品と放熱部材との間に熱伝導部材を介在させて熱伝導効率を高めるということがなされている。
熱伝導部材としては、特定の熱伝導率を有する金属箔及び／又は金属メッシュを中間層とし、その中間層の両面に、シリコーン樹脂１００重量部と熱伝導性充填剤１，０００〜３，０００重量部を含有する熱伝導性組成物からなる層を形成させたもの（特許文献１参照）、多孔質ないしハニカム構造を有する金属基盤の層内空孔に、常温では非流動性で、電子部品の発熱により低粘度化して流動性を呈する熱伝導性充填材を含浸させたもの（特許文献２参照）、及び（Ａ）特定のオルガノポリシロキサン、（Ｂ）特定のオルガノハイドロジェンポリシロキサン、（Ｃ）特定のガリウム及び／又はガリウム合金、（Ｄ）特定の銀粉末、更に必要に応じて（Ｅ）特定の熱伝導性充填剤、（Ｆ）白金系触媒、（Ｇ）付加反応制御剤を含有する、硬化性でグリース状の熱伝導性シリコーン組成物（特許文献３参照）等が開発されてきた。

特許第３９２８９４３号公報 特開２００５−３４７５００号公報 特開２０１３−０１０８６２号公報

半導体パッケージ等の電子部品とヒートシンク等の放熱部材との間に介在させる材料は、（１）高い熱伝導性を有すること、（２）電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従すること、及び（３）横方向へのはみ出しが少ないことが求められる。しかし、従来の熱伝導性材料はいずれかの特性が不十分であり、すべてを満足する材料は得られていなかった。
また、従来品として放熱接着剤があるが、これは樹脂と金属粉又は熱伝導性の良い無機粉体との混合物であり、流動性を有し、接着時には半導体パッケージ等の電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従し、かつ加熱により反応及び硬化するため、使用中に徐々に横方向へはみ出すなどの弊害がない。一方、該放熱接着剤を介して電子部品と放熱部材とを接合する際に加圧する場合、放熱接着剤を使用した箇所における放熱接着剤の量が不十分になり、放熱性能が悪化することが問題になっていた。放熱接着剤の流動性を抑制するとその問題は解決されるが、一方で凹凸への追従性が悪化して放熱性が低下するという問題が生じていた。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、（１）高い熱伝導性を有する、（２）電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従する、及び（３）横方向へのはみ出しが少ないという特性を併せ持つ熱伝導部材を提供すること、及び該熱伝導部材を介して放熱部材が設置された電子部品を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の金属構造体と接着剤とを有する特定の熱伝導部材が上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、係る知見に基づいて完成したものである。本発明は、以下の内容を含む。

［１］貫通孔を有する金属構造体と接着剤を含有してなる熱伝導部材であって、金属構造体が有する貫通孔中に接着剤を含有してなる、熱伝導部材。
［２］金属構造体の表面の貫通孔以外の箇所が概平坦である、上記［１］に記載の熱伝導部材。
［３］接着剤の２５℃における粘度が０．１〜１０００Ｐａ・ｓである、上記［１］又は［２］に記載の熱伝導部材。
［４］接着剤の軟化点が４０℃以上である、上記［１］又は［２］に記載の熱伝導部材。
［５］接着剤が、貫通孔の全体積の９５体積％以上を満たしている、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の熱伝導部材。
［６］接着剤が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂及びビスマレイミド樹脂から選択される少なくとも１種類の熱硬化性樹脂を含有してなるものである、上記［１］〜［５］のいずれかに記載の熱伝導部材。
［７］金属構造体を形成する金属が、銅、銀、金、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、スズ、インジウム、ガリウム及びこれらの金属のうちの少なくとも１種類を含む合金から選択される、上記［１］〜［６］のいずれかに記載の熱伝導部材。
［８］上記［１］〜［７］のいずれかに記載の熱伝導部材を介して放熱部材が設置された電子部品。

本発明によれば、（１）高い熱伝導性を有する、（２）半導体パッケージ等の電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従する、及び（３）横方向へのはみ出しが少ないという特性を併せ持つ熱伝導部材を提供できる。更に、該熱伝導部材を介して放熱部材が設置された電子部品を提供できる。
また、本発明の熱伝導部材は、ヒートサイクルを経た後の熱伝導性の低下が小さく、かつ電子部品上等に容易に配置可能である。

貫通孔を有する金属構造体の形状の一例を示す模式図（上面図）である。 本発明の熱伝導部材の一態様を示す模式図（断面図）である。 本発明の熱伝導部材の使用形態の一例を示す模式図（断面図）である。 半導体パッケージ等の電子部品（発熱体）と熱伝導部材とを接合する方法の一例を示す模式図（断面図）である。

［熱伝導部材］
本発明の熱伝導部材は、貫通孔を有する金属構造体と接着剤を含有してなる熱伝導部材であって、金属構造体が有する貫通孔中が接着剤を含有してなる熱伝導部材である。
（貫通孔を有する金属構造体）
金属構造体を形成する金属としては、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の金属を選択することが好ましい。金属の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であると、縦方向及び横両方向に効率的に熱を放散できるために好ましい。同様の観点から、金属の熱伝導率は、２５０Ｗ／ｍＫ以上であるとより好ましく、３００Ｗ／ｍＫ以上であると更に好ましい。金属構造体を形成する金属としては、例えば、銅、銀、金、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、スズ、インジウム、ガリウム及びこれらの金属のうちの少なくとも１種類を含む合金等から選択することができる。これらは、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。前記合金の具体例としては、例えば、黄銅、洋白、青銅等が挙げられる。
熱伝導性及び製造コストの観点から、金属構造体を形成する金属として銅を選択することができる。
金属構造体の厚さに特に制限はなく、３〜３００μｍとすることができ、半導体パッケージの薄型化の観点から、３〜１００μｍとすることもでき、５〜３０μｍとすることもでき、１０〜３０μｍとすることもできる。

金属構造体は、例えば、金属箔をパンチングする方法、電気鋳造法、パターンめっき法、金属箔の不要な部分をエッチングにて除去する方法等により製造できる。
このうち、パターンめっき法は、金属板の所定部分に絶縁レジストを設け、一部のみ、下地の金属板が露出するようにした版を用意し、その後、電界めっきで下地の金属板が露出する箇所に金属構造体を形成し、更に、その金属を剥離して所定形状の金属構造体を得るものである。パターンめっき法は版を繰り返し使用でき、また、微細なパターンを安価に形成できる点で好ましい。

金属構造体は金属のワイヤーを織物状又は編物状にした２次元金属繊維構造体であってもよいが、表面の貫通孔以外の箇所が概平坦である金属構造体であってもよい。金属構造体の表面の貫通孔以外の箇所が概平坦であると、放熱部材や半導体パッケージ等の被着体との間の熱伝導を効率的に行える点で好ましい。ここで「概平坦」とは、使用する寸法のサンプルにおいて、貫通孔以外の金属部の１０箇所の厚さを測定し、その平均厚さをＸ、最も薄い部分の厚さをＹ、最も厚い部分の厚さをＺとすると、（Ｚ−Ｙ）／Ｘが０．３以下であることである。（Ｚ−Ｙ）／Ｘは０．２５以下であってもよいし、０．２２以下であってもよい。
前記２次元金属繊維構造体は表面の凹凸が大きいため、表面の貫通孔以外の箇所が概平坦である金属構造体の方が、放熱部材や半導体パッケージ等の被着体との間の被着体との間の熱伝導が高くなる傾向にある。

金属構造体は貫通孔を複数有していればよく、貫通していない孔（凹部）を有することもできる。貫通孔は、金属構造体の全面にわたって比較的均一な密度で多数あることが好ましい。
貫通孔には接着剤が存在しており、流動により不足した接着剤が貫通孔内の接着剤によって補給される作用をも有する。接着性及び熱伝導性の観点から、接着剤は、貫通孔の全体積の９５体積％以上を満たしていることが好ましく、９８体積％以上満たしていることがより好ましく、実質的に１００体積％満たしていることが更に好ましい。
貫通孔の形状に特に制限はなく、例えば、円形、四角形、多角形、ギザギザ形状、ラセン形状等が挙げられる。また、各形状が組み合わさっていてもよい。貫通孔を有する金属構造体の形状は、図１に示すような、格子状（１）、特殊格子状（２）、蜂の巣状（３）、非平行格子状（４）、異径の穴を有する穴あき状（５）及び同径の穴からなる穴あき状（６）等、多様な構造をとることができる。このような金属構造体を設けることで、接着剤の流動性をある程度維持しながら、過剰なはみだしや膜厚の極端な低減を防止することができる。特に、入手容易性及び製造コストの観点から、格子状（１）を選択することもできる。
金属構造体の全体（貫通孔及び貫通していない空孔を含む。）に対する金属部分の体積比は１０〜８０体積％が好ましく、２０〜７０体積％がより好ましい。金属部分の体積比が１０体積％以上であれば、熱伝導性の低下を抑制でき、かつ変形して作業性が悪化するのを抑制できる。また金属部分の体積比が８０体積％以下であれば、貫通孔を一定量確保できるため、十分な量の接着剤を貫通孔に存在させることができ、電子部品と熱伝導部材の界面の熱抵抗が上昇して熱伝導性が低下するというおそれが少ない。特に、貫通孔がない金属構造体の場合、接着剤を保持する機能に乏しく、電子機器の使用中に接着剤が流動するため、電子部品と熱伝導部材の界面の熱抵抗が増大する等の欠点がある。
本発明の熱伝導部材は、前記金属構造体によって熱伝導率の高い銅等の前記金属が連続して存在しているため、良好な熱伝導パスを有する。一方、前記金属構造体を用いず、その代わりに、接着剤に熱伝導率の高い金属粒子（例えば銅粒子等）を分散させた熱伝導部材では、分散した金属粒子の間に熱伝導率の低い合金が存在するため、熱伝導パスが形成されにくく、金属構造体を用いた場合に比べて熱伝導性が低くなる。

（接着剤）
熱伝導率の高い金属又は黒鉛等の、樹脂以外の材料を接着剤に含有させることによって放熱性を改善した接着剤は、熱伝導率を改善できる点で好ましいが、本発明の熱伝導部材は、前記金属構造体が熱伝導を改善するため、熱伝導率の高い材料を含有しない接着剤でも高い熱伝導率を得ることが可能である。樹脂以外の材料を含有しない接着剤を用いる場合、半導体パッケージ等の電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従し易くなり、かつ製造コストの低減を図ることができる。２５℃（室温）において流動的である接着剤、例えば、２５℃における粘度が０．１〜１０００Ｐａ・ｓである接着剤を使用でき、０．５〜５０Ｐａ・ｓである接着剤も使用でき、０．５〜１０Ｐａ・ｓである接着剤も使用できる。
また、軟化点が４０℃以上である接着剤を使用することもでき、４０〜１２０℃である接着剤を使用することもでき、４０〜８０℃である接着剤を使用することもできる。

接着剤は、耐熱性の観点から、熱硬化性樹脂を含有することができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂等が挙げられる。つまり、接着剤は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂及びビスマレイミド樹脂から選択される少なくとも１種類の熱硬化性樹脂を含有してなるものであることができる。
接着性、耐熱性及び耐湿性等の観点から、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を選択してもよい。
エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を呈するものであれば特に制限はない。二官能基以上で、好ましくは分子量が５０００未満、より好ましくは３０００未満のエポキシ樹脂が使用できる。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、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；スチルベン型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；ナフタレン型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂；キシリレン型エポキシ樹脂；脂環式エポキシ樹脂；複素環含有エポキシ樹脂；ビフェノールのジグリシジルエーテル化物、ナフタレンジオールのジグリシジルエーテル化物、フェノール類のジグリシジルエーテル化物、アルコール類のジグリシジルエーテル化物；及び前記エポキシ樹脂のアルキル置換体、ハロゲン化物又は水素添加物などが挙げられる。これらは、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。

耐熱性の観点から、２５℃（室温）で固体であり、軟化点が５０℃以上のエポキシ樹脂を熱硬化性樹脂として用いることができる。ここで、軟化点は、ＪＩＳ Ｋ ７２３４に規定される環球法で測定した軟化点である。
軟化点が５０℃以上の該エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂全体の２０質量％以上の割合で用いることができ、４０質量％以上の割合で用いることができ、６０質量％以上の割合で用いることができる。軟化点が５０℃以上の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、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂；脂環式エポキシ樹脂；脂肪族鎖状エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；ビフェノールのジグリシジルエーテル化物、ナフタレンジオールのジグリシジルエーテル化物、フェノール系化合物のジグリシジルエーテル化物、アルコール化合物のジグリシジルエーテル化物；及び前記エポキシ樹脂のアルキル置換体、ハロゲン化物又は水素添加物から選択できる。これらは１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。

また、接着剤は、更に硬化剤を含有することができる。
硬化剤としては、接着剤がエポキシ樹脂を含有する場合には、エポキシ樹脂を硬化させることが可能なものを特に限定することなく使用可能である。エポキシ樹脂用の硬化剤としては、例えば、多官能フェノール系化合物、アミン化合物、酸無水物、及びこれらのハロゲン化物、更に、ポリアミド、ポリイミド、ポリスルフィド、三フッ化ホウ素等が挙げられる。これらは１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。

多官能フェノール系化合物としては、ヒドロキノン、レゾルシノール、カテコール等の単環二官能フェノール；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、ナフタレンジオール類、ビフェノール類等の多環二官能フェノール；及びこれらのハロゲン化物又はアルキル基置換体等が挙げられる。また、これらの多官能フェノール系化合物とアルデヒド化合物との重縮合物であるフェノールノボラック樹脂、レゾール樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂及びクレゾールノボラック樹脂等のフェノール樹脂なども使用できる。
多官能フェノール系化合物は１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。

アミン化合物としては、例えば、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等が挙げられる。
酸無水物としては、例えば、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水マレイン酸、無水マレイン酸共重合体等が挙げられる。
いずれも、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。

接着剤は、硬化促進剤を含有していてもよい。例えば、エポキシ樹脂の硬化促進剤としては、イミダゾール類及びその誘導体、有機リン系化合物、第二級アミン類、第三級アミン類、第四級アンモニウム塩等が挙げられる。

また、エポキシ樹脂の可とう性の改善及び流動性を制御する観点から、接着剤は、エポキシ樹脂と非相容の高分子化合物を５〜８０体積％含有してもよい。エポキシ樹脂と非相容の高分子化合物としては、例えば、アクリル系共重合体、アクリルゴム等のゴム、シリコーン樹脂、シリコーン変性ポリアミドイミド等のシリコーン変性樹脂などが挙げられる。ここで、エポキシ樹脂と非相容であるとは、エポキシ樹脂と混合したときに、両者が分離して二つ以上の相に分かれる性質をいう。相容性は、エポキシ樹脂と上記高分子化合物を含むワニス（成分比＝１：１）から調製したフィルム（５０μｍ）の可視光（６００ｎｍ）透過率から次の様に定義する。つまり、該透過率が５０％以上のとき、「相容」とし、５０％未満のとき、「非相容（相容しない）」とする。上記高分子化合物は、該透過率が３０％未満であるものが好ましい。

エポキシ樹脂と非相容の高分子化合物は、反応性基（官能基）を有し、重量平均分子量が１０万以上であるものが好ましい。該反応性基としては、例えば、カルボン酸基、アミノ基、水酸基及びエポキシ基が挙げられる。但し、原料となる反応性基を有するモノマーがカルボン酸タイプの基（カルボニル基、エステル基等）を有するアクリル酸であると、橋架け反応が進行しやすく、ワニス状態でのゲル化、Ｂステージ状態での硬化度の上昇により接着力が低下することがある。そのため、反応性基を有するモノマーとしては、接着力の低下が生じないか、又は生じる場合でも接着力が低下するまでに時間がかかる、グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートを使用することが好ましい。
つまり、エポキシ樹脂と非相容の高分子化合物としては、重量平均分子量が１０万以上であるエポキシ基含有アクリル共重合体を使用することが好ましい。該高分子化合物は、重合反応において、未反応モノマーが残存するように重合して得るか、又は高分子化合物を得た後、反応性基含有モノマーを添加することによっても得ることができる。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）による標準ポリスチレン換算値から求める値である。

また、接着剤はシリコーン樹脂を含有するもの（以下、シリコーン接着剤と称することがある）であってもよい。
シリコーン接着剤としては、シリコーンゴムと、非ゴム状のシリコーン樹脂との少なくとも一方を主成分（合計５０質量％以上含有される成分）としたシリコーン接着剤を用いることができる。シリコーン接着剤におけるシリコーンゴムと非ゴム状のシリコーン樹脂の合計含有量は、７０質量％以上であってもよいし、８０質量％以上であってもよいし、９０質量％以上であってもよい。シリコーンゴムとしては、例えば、硬化前において低分子量（例えば重量平均分子量１万以下）で液状のポリジメチルシロキサン又はポリメチルフェニルシロキサンからなるか、又は硬化前において高分子量（例えば重量平均分子量１０万〜１００万）のポリジメチルシロキサン又はポリメチルフェニルシロキサンからなり、更に分子末端（好ましくは分子両末端）にシラノール基を有するシリコーンゴム等を用いることができる。また、非ゴム状のシリコーン樹脂としては、例えば、メチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂等を用いることができる。
ここで、シリコーンゴムはシリコーン樹脂の一種であるが、シリコーン樹脂の中でも、ゴム弾性を有するもののことをいう。シリコーンゴムの弾性率（引張弾性率）は、０．１〜５０ＭＰａ程度であり、０．１〜３０ＭＰａであってもよく、１〜１５ＭＰａであってもよい。引張弾性率は、自動引張試験機（株式会社エイ・アンド・デイ製）を用いて、長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２０μｍの試料を、２５℃、チャック間長さ２０ｍｍ、引張速度５ｍｍ／分の条件で測定した値である。その他の詳細な条件及び引張弾性率の算出方法は、ＩＳＯ ５２７１（１９９３）に準じて行うことができる。
また、非ゴム状のシリコーン樹脂は、作業性の観点から、２５℃（室温）において流動的であるもの、例えば、２５℃における粘度が０．１〜１０００Ｐａ・ｓであるものを使用でき、０．５〜５０Ｐａ・ｓであるものも使用でき、０．５〜１０Ｐａ・ｓであるものも使用できる。

シリコーン接着剤の凝集力を制御するために、シリコーンゴム又は非ゴム状のシリコーン樹脂は架橋されていてもよい。例えば、シランの付加反応、アルコキシ縮合反応、アセトキシ縮合反応、過酸化物等によるラジカル反応などにより、架橋させることができる。この様な市販の接着剤としては、例えば、ＹＲ３２８６（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名）、ＴＳＲ１５２１（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名）、ＤＫＱ９−９００９（ダウコーニング社製、商品名）等がある。

また、接着剤は、熱可塑性樹脂を含有するものであってもよい。
熱可塑性樹脂としては、目的に応じて任意の材質のものを選択することができる。例えば、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂（ＰＶＡ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリ４−メチルペンテン樹脂（ＴＰＸ）、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、酢酸セルロース、ポリ四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリアミド樹脂（ナイロン等）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド樹脂（ＰＰＯ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリウレタン樹脂、ポリエステルエラストマ、ポリオレフィン樹脂等から選択することができる。これらは、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。
なお、前記熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂は、いずれか一方を使用してもよいし、併用してもよい。

接着剤は、必要に応じて、その他の成分、例えば、難燃剤、酸化防止剤、密着性向上剤等を含有していてもよい。これらは、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用することもできる。
難燃剤としては、例えば、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウム等の金属水和物；トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジル−２,６−キシレニルホスフェート、１,３−フェニレンビス（ジフェニルホスフェート）、１,３−フェニレンビス（ジ−２,６−キシレニルホスフェート）、ビスフェノールＡビス（ジフェニルホスフェート）等のリン酸エステル系化合物；ホスファゼン；赤リン等のリン系難燃剤；三酸化アンチモン、モリブデン酸亜鉛等の無機難燃助剤などが挙げられる。
酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系化合物、スチレン化フェノール等が挙げられる。密着性向上剤としては、例えば、尿素シラン等の尿素化合物、シランカップリング剤等が挙げられる。
いずれも、１種類を単独で使用してもよく、２種類以上を併用してもよい。

接着剤は、可とう性の観点から、オイル、ロウ等の各種添加剤を含有していてもよい。
オイルとしては、例えば、シリコーンオイル、プロセスオイル等が挙げられる。該プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル等が挙げられる。
ロウとしては、例えば、石油ワックス、カルナバロウ等の各種合成、天然ロウ成分が挙げられる。

接着剤は、熱伝導性をより高くする観点から、熱伝導性の大きい金属、黒鉛及び無機粒子から選択される少なくとも１種類を含有していてもよい。
熱伝導率の大きい金属としては、例えば、銅、銀、金、ニッケル、アルミニウム、スズ等の金属、又はこれらから選択される金属を含有する合金が挙げられる。該金属としては、粉体を用いることができる。
黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等が挙げられる。黒鉛としては、結晶性が高いものが好ましい。
無機粒子としては、熱伝導性の観点からは、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ等が好ましく挙げられる。なお、溶融粘度の調整及びチクソトロピック性の付与の観点から、無機粒子としては、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、結晶性シリカ、非晶性シリカ等の中から選択することもできる。

接着剤の粘度が高いと、流動せず、金属構造体と被着体との間に樹脂の層が厚く残るため、放熱性が悪化することがあるので、使用時、使用温度での粘度は、前記いずれの接着剤を用いた場合でも、１００，０００Ｐａ・ｓ以下であるとよい。

接着剤が架橋反応を起こす前に半導体パッケージ等の電子部品（発熱体）と熱伝導部材との間に熱伝導部材を設置する場合には、予め接合箇所に接着剤を未硬化の状態で塗布した後、接着剤上に金属構造体をおき、金属構造体を接着剤に押し付けることによって熱伝導部材を形成し、そのまま電子部品（発熱体）上に設置するという工法をとってもよい。
または、金属構造体に未硬化の状態で接着剤を含浸させて熱伝導部材を形成しておき、得られた熱伝導部材を必要な大きさに切断し、電子部品（発熱体）上に設置するという工法をとってもよい。
後者の工法をとる場合、電子部品の組立メーカーにおいて、接着剤を塗布して熱伝導部材を形成する工程が不要であるため、好ましい。
なお、電子部品（発熱体）上に設置する前であれば、オーブン等によって加熱することで接着剤を硬化させることもできる。電子部品（発熱体）に設置した後であれば、電子部品（発熱体）を作動することによって発熱させることで、接着剤を簡便に硬化させることができる。

接着剤が架橋反応を起こした後に半導体パッケージ等の電子部品（発熱体）と熱伝導部材との間に熱伝導部材を設置する場合には、図４に示すような、以下の工程（ｉ）〜（iv）の順で製造、使用することができる。
（ｉ）離型性のある保護フィルム上に金属構造体を置き、そこに未硬化の接着剤を含浸させる。
（ii）更にその上から、離型性のある保護フィルムを配し、平板で挟み、加圧下で熱処理する。
（iii）それを必要な大きさに切断する。但し、一方の保護フィルムは切断されていなくてもよい。
（iv）電子部品（発熱体）上に設置する。さらに、熱伝導部材上に放熱部材を設置する。
この場合、電子部品の組立メーカーにおいて、接着剤を塗布して熱伝導部材を形成する工程が不要であるため、好ましい。
また、接着剤が架橋反応を起こした後に半導体パッケージ等の電子部品（発熱体）と熱伝導部材との間に熱伝導部材を設置する場合には、上記工程（ｉ）〜（iv）以外にも、接着剤を加熱ロールへ通すことにより、接着剤の硬化及び平坦化を行う工程、スキージ等で余分な未硬化接着剤をそぎ落とした後、加熱炉へ通すことで硬化する工程、カーテンコーター等により必要量を塗布した後、加熱炉へ通し、硬化する工程などを有していてもよい。これらの工程は、連続的に熱伝導部材を製造できる点で好ましい。

上記保護フィルムの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリイミド等が挙げられる。保護フィルムは単層であってもよいし、２種以上を組み合わせた多層であってもよい。なお、保護フィルムは、シリコーン系離型剤等の離型剤で表面処理されたものも使用できる。

熱伝導部材上に設置する放熱部材は、一般的にヒートシンク等と称され、電子部品に一般的に使用されるものを使用できる。放熱部材としては、アルミニウム製又は銅製のフィン又は板を有するヒートシンク、ヒートパイプに接続されているアルミニウム製又は銅製のブロック、内部に冷却液体をポンプで循環させているアルミニウム製又は銅製のブロック、ペルチェ素子、ペルチェ素子を備えたアルミニウム製又は銅製のブロック等が挙げられる。
本発明は、前記熱伝導部材を介して放熱部材が設置された電子部品をも提供する。
なお、本明細書でいう電子部品は、半導体パッケージのほか、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、パワー半導体素子、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、モーター、自動車用電装品、オーディオアンプ、ディスプレイ、電灯等の発熱体であってもよい。

以下に実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図１（１）に示すような金属構造体として、パターン幅５０μｍ、厚さ３５μｍ、パターン間の距離７０μｍの格子状銅パターンを形成した。その際のパターン厚さのばらつきは±３μｍ［（Ｚ−Ｙ）／Ｘ＝０．１７］であった。なお、パターンは、パターンめっき法により形成した。詳細には、ＳＵＳ板の所定部分にダイヤモンドライクカーボンの絶縁レジストを設け、一部のみ、下地の金属板が露出するようにした版を用意し、その後、銅電解めっきで下地の金属板が露出する箇所に３５μｍ厚になるように銅構造体を形成し、更に、その銅構造体を剥離して格子状銅パターンを得た。
この格子状銅パターンに接着フィルム（日立化成株式会社製ダイボンディングフィルム、商品名：ＨＳ−２６０（膜厚５０μｍ））を１１０℃で圧着し、パターンを接着フィルム中に埋め込んだ。
接着剤は、図２に示すように、格子状銅パターンの貫通孔に満たされており、また、銅パターンを覆っている。銅パターンを含む熱伝導部材の厚さは５０μｍであった。該熱伝導部材を、放熱フィンと、放熱銅板を表面露出する半導体パッケージとの間に挟み、良く密着するように左右に半導体パッケージをずらしながら荷重（１ｋｇｆ（９．８Ｎ））をかけて密着させた。このときの熱伝導部材の厚さは４５μｍであり、一部の放熱接着剤は少し端部にはみ出していた。
半導体パッケージに電流を印加し、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と、電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．２５℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は０．２８℃／Ｗであった。

［実施例２］
図１（６）に示すような金属構造体として、孔径２５μｍ、開孔率２２．７％、膜厚１０μｍの円形穴あき銅を用いた。その際のパターン厚さのばらつきは±１μｍ［（Ｚ−Ｙ）／Ｘ＝０．２０］であった。なお、パターンは、パターンめっき法により形成した。詳細には、ＳＵＳ板の所定部分にダイヤモンドライクカーボンの絶縁レジストを設け、一部のみ、下地の金属板が露出するようにした版を用意し、その後、銅電解めっきで下地の金属板が露出する箇所に１０μｍ厚になるように銅構造体を形成し、更に、その銅構造体を剥離して円形穴あき銅を得た。
この格子状銅パターンを離型性のあるアルミホイル上におき、更に熱硬化性のシリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、商品名：ＴＳＥ３０６２、粘度：１．０Ｐａ・ｓ（２３℃））を滴下した。
その上に、離型性のあるアルミホイルを配し、このサンプルを２枚のステンレス平板で挟み、１２０℃で１０分間、圧力２ＭＰaをかけた状態で放置した後、取り出した。
接着剤は、図２に示すように、格子状銅パターンの貫通孔に満たされており、また、銅パターンを覆っている。銅パターンを含む熱伝導部材の厚さは１２μｍであった。該熱伝導部材を、放熱フィンと、放熱銅板を表面露出する半導体パッケージとの間に挟み、良く密着するように左右に半導体パッケージをずらしながら荷重（１ｋｇｆ（９．８Ｎ））をかけ密着させて図３に示す様な状態とした。このときの熱伝導部材の厚さは１２μｍであり、接着剤の端部はみ出しは見られなかった。
半導体パッケージに電流を印加し、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と、電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．０８℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は０．０８℃／Ｗであった。

［実施例３］
実施例２において、シリコーン樹脂の滴下後、離型性のあるアルミホイルを配し、このサンプルを２枚のステンレス平板で挟んだ後、１２０℃で３分間、圧力２ＭＰaをかけた状態で放置した後、取り出したこと以外は同様にして熱伝導部材を作製した。シリコーン樹脂は半硬化の状態であった。該熱伝導部材を半導体パッケージと放熱部材との間に取り付けた後、半導体パッケージに電流を印加したところ、半導体パッケージの発熱により全体が１００℃の温度になり、その状態で２０分間放置した。その状態で樹脂の端部をわずかに剥離したところ、フィルムは十分に硬化した状態になっていた。
半導体パッケージに電流を印加し、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と、電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．０８℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は０．０８℃／Ｗであった。

［比較例１］
実施例１において、格子状銅パターンを使用せず、接着剤フィルムのみを、厚さ４５μｍになるように放熱フィンと放熱銅板を表面露出する半導体パッケージの間に挟んだこと以外は同様にして熱伝導部材を設置した。この、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と、電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．６℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は０．７℃／Ｗであった。

［比較例２］
実施例２において、格子状パターンを使用せず、シリコーン樹脂を、厚さは１２μｍになるように放熱フィンと放熱銅板を表面露出する半導体パッケージの間に挟んだこと以外は同様にして熱伝導部材を設置した。この、半導体パッケージに取り付けた熱電対の温度上昇と、電流、電圧から計算した電力量から、熱抵抗を算出した。このときの熱抵抗は０．２℃／Ｗであった。また、１分間１０Ｗの電力印加を行い、１分間電力を遮断する過程を１０００回繰り返した後、熱抵抗を測定したところ、このときの熱抵抗は０．２５℃／Ｗであった。

実施例１では、樹脂を硬化してから熱伝導部材を作製しており、更に金属構造体が含まれているため、柔軟で適度な腰があり、作業性に優れる上、半導体パッケージと放熱部材との間に熱伝導部材を設置する際に接着剤のはみ出しが少ないため、信頼性に優れている。また、金属構造体上に接着剤層が薄く存在するため、半導体パッケージと熱伝導部材の界面の熱抵抗を小さくすることができる。
実施例２では、接着剤が未硬化のまま熱伝導部材を作製しており、該熱伝導部材を半導体パッケージと放熱部材との間に設置し、その後、加熱することにより硬化させている。電子部品と放熱部材との間への熱伝導部材の設置状態を維持するために、加圧し続けることが不要であるため、電子部品上等に容易に放熱部材を接着できる。
また、実施例３では、樹脂を半硬化してから熱伝導部材として用いており、その後、加熱することにより硬化させている。この場合、ハンドリングが良好で、かつ、電子部品と放熱部材との間への熱伝導部材の設置状態を維持するために、加圧し続けることが不要であるため、電子部品上等に容易に放熱部材を接着できる。
また、いずれの場合も、電子部品と放熱部材との間への熱伝導部材の設置の際に圧力をかけたとしても、熱伝導部材は金属構造体を含有していることより、一定の厚みが確保されるため、応力緩和性が保たれ、それゆえに信頼性に優れる。
よって、本発明の熱伝導部材は、前記特定の金属構造体を有しているために、（１）高い熱伝導性を有し、（２）電子部品の表面及び放熱部材の表面の凹凸に追従し易く、（３）横方向へのはみ出しが少ないという特性を併せ持っており、更に、応力緩和性が大きい。そのため、以上の実施例が示すように、本発明の熱伝導部材を用いると、ヒートサイクルを経た後も安定した放熱性を維持できた。

本発明の熱伝導部材は、半導体パッケージ等の電子部品にヒートシンク等の放熱部材を取り付ける際の熱伝導部材として有用である。

１：熱伝導部材
２：金属構造体
３：貫通孔
４：接着剤
５：半導体パッケージ
６：放熱部材
７：保護フィルム
８：ステンレス板

Claims (8)

1. 貫通孔を有する金属構造体と接着剤を含有してなる熱伝導部材であって、金属構造体が有する貫通孔中に接着剤を含有してなる、熱伝導部材。
2. 金属構造体の表面の貫通孔以外の箇所が概平坦である、請求項１に記載の熱伝導部材。
3. 接着剤の２５℃における粘度が０．１〜１０００Ｐａ・ｓである、請求項１又は２に記載の熱伝導部材。
4. 接着剤の軟化点が４０℃以上である、請求項１又は２に記載の熱伝導部材。
5. 接着剤が、貫通孔の全体積の９５体積％以上を満たしている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱伝導部材。
6. 接着剤が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂及びビスマレイミド樹脂から選択される少なくとも１種類の熱硬化性樹脂を含有してなるものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱伝導部材。
7. 金属構造体を形成する金属が、銅、銀、金、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、スズ、インジウム、ガリウム及びこれらの金属のうちの少なくとも１種類を含む合金から選択される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱伝導部材。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱伝導部材を介して放熱部材が設置された電子部品。