JP2018056315A - 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置 - Google Patents

電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018056315A
JP2018056315A JP2016190253A JP2016190253A JP2018056315A JP 2018056315 A JP2018056315 A JP 2018056315A JP 2016190253 A JP2016190253 A JP 2016190253A JP 2016190253 A JP2016190253 A JP 2016190253A JP 2018056315 A JP2018056315 A JP 2018056315A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electromagnetic wave
heat conductive
conductive sheet
sheet
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016190253A
Other languages
English (en)
Inventor
久村 達雄
Tatsuo Hisamura
達雄 久村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dexerials Corp
Original Assignee
Dexerials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dexerials Corp filed Critical Dexerials Corp
Priority to JP2016190253A priority Critical patent/JP2018056315A/ja
Priority to PCT/JP2017/032498 priority patent/WO2018061712A1/ja
Publication of JP2018056315A publication Critical patent/JP2018056315A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/18Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives
    • B32B27/20Layered products comprising a layer of synthetic resin characterised by the use of special additives using fillers, pigments, thixotroping agents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/28Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer impregnated with or embedded in a plastic substance
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/02Physical, chemical or physicochemical properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated
    • H01F1/26Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated by macromolecular organic substances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Abstract

【課題】優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を有する、電磁波吸収熱伝導シートを提供する。
【解決手段】上記課題を解決するべく、本発明の電磁波吸収熱伝導シート1は、バインダ樹脂11、及び、該バインダ樹脂11内でシート面Sに対して略垂直方向に配向した繊維状の熱伝導性充填剤12、を含む熱伝導シート本体10と、複数の開口部20aを有する導電メッシュ20と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を有する、電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置に関するものである。
近年、電子機器は、小型化の傾向をたどる一方、アプリケーションの多様性のために電力消費量をそれほど変化させることができないため、機器内における放熱対策がより一層重要視されている。
上述した電子機器における放熱対策として、銅やアルミ等といった熱伝導率の高い金属材料で作製された放熱板や、ヒートパイプ、ヒートシンク等が広く利用されている。これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、放熱効果又は機器内の温度緩和を図るため、電子機器内における発熱部である半導体パッケージ等の電子部品に近接するようにして配置される。また、これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、発熱部である電子部品から低温の場所に亘って配置される。
ただし、電子機器内における発熱部は、電流密度が高い半導体素子等の電子部品であり、電流密度が高いということは、不要輻射の成分となり得る電界強度又は磁界強度が大きいことが考えられる。このため、金属で作製された放熱部品を電子部品の近辺に配置すると、熱の吸収を行うとともに、電子部品内を流れる電気信号の高調波成分をも拾ってしまうという問題があった。具体的には、放熱部品が金属材料で作製されているため、それ自体が高調波成分のアンテナとして機能したり、高調波ノイズ成分の伝達経路として働いてしまうような場合である。
そのような問題を解決するべく、熱伝導性シートに、磁界のカップリングを断ち切るために、磁性材料を含有するもの技術が開発されている。
例えば特許文献1には、CPU等の半導体とヒートシンクに挟んで用いる電磁吸収熱伝導シートであって、シリコーン樹脂に軟磁性粉末と熱伝導フィラーを混ぜることによって、軟磁性粉末の磁気吸収効果と、熱伝導フィラーの熱伝導特性で電磁波吸収と熱伝導特性の両立を図る、という技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、電磁波吸収効果について一定の効果はみられるものの、シートの垂直方向に対する熱伝導率が1.5W/(m・K)程度であり、近年の放熱に対する要求に対しては十分な特性とはなっていない。
また、特許文献2には、繊維状導電性カーボンとカルボニル鉄を含んだ電磁波干渉抑制シートであって、繊維状導電性カーボンとカルボニル鉄との体積比率を3〜10:50〜70とすることでシート強度、柔軟性を確保しつつ電磁波吸収量を増やす、という技術が開示されている。
しかしながら、特許文献2の技術では、繊維状導電性カーボンが10体積%を超えると、分散が不良となり均一なシートが得られなくなるという問題があり、熱伝導性に関しては十分な考慮がされていなかった。
特開2001−68312号公報 特開2007−288006号公報
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を有する、電磁波吸収熱伝導シート及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、かかる電磁波吸収熱伝導シートを用い、放熱性及び電磁波抑制に優れた半導体装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意研究を重ねた結果、熱伝導シート本体に加えて、複数の開口部を有する導電メッシュを備える構造とすることで、優れた電磁波吸収性能を得ることができることを見出した。ただし、前記導電メッシュについては、熱伝導シート本体の一部を覆うように形成されるため、熱伝導性を妨げるさせるおそれがあることから、さらなる鋭意研究を重ねた結果、前記熱伝導シート内に含まれる熱伝導性充填材について、シート面に対して略垂直方向に配向した繊維状の熱伝導性充填剤とすることによって、該熱伝導性充填材が、前記熱伝導シート内だけでなく、前記導電メッシュの開口部にも入り込むことができるため、導電メッシュを設けた場合であっても優れた熱伝導性を実現できることを見出した。その結果、従来にない高いレベルで熱伝導性及び電磁波吸収性を両立できる。
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
(1)バインダ樹脂、及び、該バインダ樹脂内でシート面に対して略垂直方向に配向した繊維状の熱伝導性充填剤、を含む熱伝導シート本体と、複数の開口部を有する導電メッシュと、を備えることを特徴とする、電磁波吸収熱伝導シート。
上記構成によって、優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を実現できる。
(2)前記導電メッシュの開口率が20%以上であることを特徴とする、上記(1)に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(3)前記導電メッシュの表面抵抗が1000Ω/□以下であることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(4)前記導電メッシュの開口部径が0.1mm以上であることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(5)前記繊維状の熱伝導性充填剤が炭素繊維であることを特徴とする、上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(6)前記熱伝導シート本体が、磁性金属粉及び無機物フィラーをさらに含むことを特徴とする、上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(7)前記電磁波吸収熱伝導シートが、前記熱伝導シート本体/前記導電メッシュの2層構造、又は、前記熱伝導シート本体/前記導電メッシュ/前記熱伝導シート本体の3層構造であることを特徴とする、上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(8)前記電磁波吸収熱伝導シートが、最外面に、タック層をさらに備えることを特徴とする、前記(1)〜(7)のいずれかに記載の電磁波吸収熱伝導シート。
(9)バインダ樹脂と、繊維状の熱伝導性充填剤とを含むシート用組成物を調製する工程と、
前記繊維状の熱伝導性充填剤をシート面に対して略垂直方向に配向させる工程と、
前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向を維持した状態で、前記バインダ樹脂を硬化させて、熱伝導シート本体を作製する工程と、
前記熱伝導シート本体と、導電メッシュとを圧着する工程と、
を含むことを特徴とする、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法。
上記構成によって、優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を有する電磁波吸収熱伝導シートを得ることができる。
(10)熱源と、放熱部材と、該熱源と該放熱部材との間に挟持された電磁波吸収熱伝導シートを備える半導体装置であって、
前記電磁波吸収熱伝導シートが、上記(1)〜(8)のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シートであることを特徴とする、半導体装置。
上記構成によって、優れた放熱性及び電磁波抑制を実現できる。
本発明によれば、優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を有する、電磁波吸収熱伝導シート及びその製造方法を提供することが可能となる。また、かかる電磁波吸収熱伝導シートを用い、放熱性及び電磁波抑制に優れた半導体装置を提供することが可能となる。
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの一実施形態について、断面の状態を模式的に示した図である。 (a)は、本本発明の電磁波吸収熱伝導シートの一実施形態について、熱伝導シート本体と導電メッシュとの関係を模式的に示したシート面の投影図であり、(b)は、熱伝導シート本体の面積及び導電メッシュの面積を説明するための図である。 本発明の電磁波吸収熱伝導シートの他の実施形態について、断面の状態を模式的に示した図である。 (a)は、本発明の半導体装置の一実施形態を模式的に示した図であり、(b)は、本発明の半導体装置の他の実施形態を模式的に示した図である。 実施例1〜3及び比較例から得られた、周波数に応じた透過減衰量を示す図である。 実施例4及び比較例から得られた、周波数に応じた透過減衰量を示す図である。 実施例4と同様の条件の電磁波吸収熱伝導シートについて、導電メッシュの表面抵抗のみ変化させた場合の、各電磁波吸収熱伝導シートの周波数に応じた透過減衰量(dB)を示す図である。
以下、本発明の実施形態の一例を具体的に説明する。
<電磁波吸収熱伝導シート>
まず、本発明の電磁波吸収熱伝導シートについて説明する。
本発明は、図1に示すように、バインダ樹脂11及び繊維状の熱伝導性充填剤12を含む熱伝導シート本体10と、複数の開口部を有する導電メッシュ20とを備える、電磁波吸収熱伝導シート1である。
(バインダ樹脂)
本発明の電磁波吸収熱伝導シート1は、図1に示すように、熱伝導シート本体10によって構成される。
そして、バインダ樹脂11は、前記熱伝導シート本体10の基材となる樹脂成分である。その種類については、特に限定されず、公知のバインダ樹脂を適宜選択することができる。
例えば、バインダ樹脂の一つとして、熱硬化性樹脂が挙げられる。
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、架橋性ゴム、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン、ポリイミドシリコーン、熱硬化型ポリフェニレンエーテル、熱硬化型変性ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、前記架橋性ゴムとしては、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、ポリイソブチレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、上述した熱硬化性樹脂の中でも、成形加工性及び耐候性に優れるとともに、電子部品に対する密着性及び追従性の点から、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。
前記シリコーン樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じてシリコーン樹脂の種類を適宜選択することができる。
上述した成形加工性、耐候性、密着性等を得る観点からは、前記シリコーン樹脂として、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とから構成されるシリコーン樹脂であることが好ましい。そのようなシリコーン樹脂としては、例えば、付加反応型液状シリコーン樹脂、過酸化物を加硫に用いる熱加硫型ミラブルタイプのシリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、電子機器の放熱部材としては、電子部品の発熱面とヒートシンク面との密着性が要求されるため、付加反応型液状シリコーン樹脂が特に好ましい。
前記付加反応型液状シリコーン樹脂としては、ビニル基を有するポリオルガノシロキサンを主剤、Si−H基を有するポリオルガノシロキサンを硬化剤とした、2液性の付加反応型シリコーン樹脂等を用いることが好ましい。
なお、前記液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤との組合せにおいて、前記主剤と前記硬化剤との配合割合としては、質量比で、主剤:硬化剤=35:65〜65:35であることが好ましい。
また、前記熱伝導シート本体における前記バインダ樹脂の含有量は、特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、シートの成形加工性や、シートの密着性等を確保する観点からは、前記熱伝導シート本体の20体積%〜50体積%程度であることが好ましく、30体積%〜40体積%であることがより好ましい。
(熱伝導性充填剤)
前記熱伝導シート本体10は、図1に示すように、前記バインダ樹脂11内に繊維状の熱伝導性充填剤12をさらに含む。該熱伝導性充填剤12は、シートの熱伝導性を向上させるための成分である。熱伝導性充填剤の種類については、繊維状の熱伝導性充填剤であること以外は、特に限定されず、公知の熱伝導性充填剤を適宜選択することができる。
そして、前記熱伝導性充填剤12については、図1に示すように、前記熱伝導シート本体10のシート面Sに対して略垂直方向(図1では、Tがシート面に対して垂直な方向として示されている。)に配向することを特徴とする。
後述する導電メッシュ12については、導電性があり、電磁波吸収熱導電シート1の電磁波吸収性能を高めるという点では高い効果を奏する。しかしながら、熱伝導シート本体10のシート面側から観察した図2(a)に示すように、導電メッシュ20が熱伝導シート本体10の全体を覆うように設けられているため、電磁波吸収熱導電シート1の熱伝導性を劣化させる傾向があった。そのため、本発明の電磁波吸収熱伝導シート1では、図1に示すように、前記繊維状の熱伝導性充填剤12をシート面Sに対して略垂直方向に配向させることによって、前記繊維状の熱伝導性充填剤12が導電メッシュ20の開口部20aにも入り込み、熱の伝導経路となる結果、熱伝導性についても向上させることが可能となる。さらに、前記繊維状の熱伝導性充填剤12が配向することで、該熱伝導性充填剤12が規則正しく配設されることとなり、磁性金属粉13が規則正しく均一に分散されることとなる。その結果、繊維状の熱伝導性充填剤12及び後述する磁性金属粉13の効果が、より効率的に発揮できるため、熱伝導性及び電磁波吸収性を高いレベルで実現できるという効果もある。
なお、本発明における前記繊維状の熱伝導性充填剤の「繊維状」とは、アスペクト比の高い(およそ6以上)の形状のことをいう。そのため、本発明では、繊維状や棒状等の熱導電性充填剤だけでなく、アスペクト比の高い粒状の充填材や、フレーク状の熱導電性充填剤等も繊維状の熱導電性充填剤に含まれる。
ここで、前記繊維状の熱伝導性充填剤の種類については、繊維状で且つ熱伝導性の高い材料であれば特に限定はされず、例えば、銀、銅、アルミニウム等の金属、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト等のセラミックス、炭素繊維等が挙げられる。
これらの繊維状の熱伝導性充填剤の中でも、より高い熱伝導性を得られる点からは、炭素繊維を用いることが好ましい。
なお、前記熱伝導性充填剤については、一種単独でもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。また、二種以上の熱伝導性充填剤を用いる場合には、いずれも繊維状の熱伝導性充填剤であってもよいし、繊維状の熱伝導性充填剤と別の形状の熱伝導性充填剤とを混合して用いてもよい。
前記炭素繊維の種類について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ピッチ系、PAN系、PBO繊維を黒鉛化したもの、アーク放電法、レーザー蒸発法、CVD法(化学気相成長法)、CCVD法(触媒化学気相成長法)等で合成されたものを用いることができる。これらの中でも、高い熱伝導性が得られる点から、PBO繊維を黒鉛化した炭素繊維、ピッチ系炭素繊維がより好ましい。
また、前記炭素繊維は、必要に応じて、その一部又は全部を表面処理して用いることができる。前記表面処理としては、例えば、酸化処理、窒化処理、ニトロ化、スルホン化、あるいはこれらの処理によって表面に導入された官能基若しくは炭素繊維の表面に、金属、金属化合物、有機化合物等を付着あるいは結合させる処理等が挙げられる。前記官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、ニトロ基、アミノ基等が挙げられる。
さらに、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均繊維長(平均長軸長さ)についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、50μm〜300μmの範囲であることが好ましく、75μm〜275μmの範囲であることがより好ましく、90μm〜250μmの範囲であることが特に好ましい。
さらにまた、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均繊維径(平均短軸長さ)についても、特に制限はなく適宜選択することができるが、確実に高い熱伝導性を得る点から、4μm〜20μmの範囲であることが好ましく、5μm〜14μmの範囲であることがより好ましい。
前記繊維状の熱伝導性充填剤のアスペクト比(平均長軸長さ/平均短軸長さ)については、確実に高い熱伝導性を得る点から、6以上であるものが用いられ、7〜30であることが好ましい。前記アスペクト比が小さい場合でも熱伝導率等の改善効果はみられるが、配向性が低下するなどにより大きな特性改善効果が得られないため、アスペクト比は6以上とする。一方、30を超えると、電磁波吸収熱伝導シート中での分散性が低下するため、十分な熱伝導率を得られないおそれがある。
ここで、前記繊維状の熱伝導性充填剤の平均長軸長さ、及び平均短軸長さは、例えばマイクロスコープ、走査型電子顕微鏡(SEM)等によって測定し、複数のサンプルから平均を算出することができる。
また、前記電磁波吸収熱伝導シートにおける前記繊維状の熱伝導性充填剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、4体積%〜40体積%であることが好ましく、5体積%〜30体積%であることがより好ましく、6体積%〜20体積%であることが特に好ましい。前記含有量が、4体積%未満であると、十分に低い熱抵抗を得ることが困難になるおそれがあり、40体積%を超えると、前記熱伝導シートの成型性及び前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向性に影響を与えてしまうおそれがある。
また、本発明の電磁波吸収熱伝導シート1では、上述したように、前記繊維状の熱伝導性充填剤12が前記熱伝導シート本体10のシート面方向Sに対して略垂直方向に配向している(図1を参照。)。ここで、前記シート面に対して略垂直の方向とは、前記シート面の方向Sに対して垂直方向Tとほぼ同様の方向である。ただし、前記繊維状の熱伝導性充填剤12の配向方向は、製造時に多少のばらつきはあるため、本発明では、上述したシート面の方向Sに対して垂直な方向Tから±20°以内のズレであれば、シート面に対して略垂直方向であるといえる。また、より高い熱伝導性を得る点からは、上述したシート面の方向Sに対して垂直な方向Tから±10°以内のズレに収めることが好ましく、±5°以内のズレに収めることがより好ましい。
なお、前記繊維状の熱伝導性充填剤12の配向方向を整える方法については、本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法の説明の中で詳細に説明するが、例えば、前記熱伝導シート本体の元になるシート用成形体を作製し、繊維状の熱伝導性充填剤を配向させた状態で、切り出し角度を調整することによって、配向方向の調整が可能となる。
(無機物フィラー)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートを構成する前記熱伝導シート本体は、上述したバインダ樹脂及び繊維状の熱伝導性繊維に加えて、無機物フィラーをさらに含むことが好ましい。電磁波吸収熱伝導シートの熱伝導性をより高め、シートの強度を向上できるからである。
前記無機物フィラーとしては、形状、材質、平均粒径等については特に制限がされず、目的に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、球状、楕円球状、塊状、粒状、扁平状、針状等が挙げられる。これらの中でも、球状、楕円形状が充填性の点から好ましく、球状が特に好ましい。
前記無機物フィラーの材料としては、例えば、窒化アルミニウム(窒化アルミ:AlN)、シリカ、アルミナ(酸化アルミニウム)、窒化ホウ素、チタニア、ガラス、酸化亜鉛、炭化ケイ素、ケイ素(シリコン)、酸化珪素、酸化アルミニウム、金属粒子等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカが好ましく、熱伝導率の点から、アルミナ、窒化アルミニウムが特に好ましい。
また、前記無機物フィラーは、表面処理が施されたものを用いることもできる。前記表面処理としてカップリング剤で前記無機物フィラーを処理すると、前記無機物フィラーの分散性が向上し、熱伝導シートの柔軟性が向上する。
前記無機物フィラーの平均粒径については、無機物の種類等に応じて適宜選択することができる。
前記無機物フィラーがアルミナの場合、その平均粒径は、1μm〜10μmであることが好ましく、1μm〜5μmであることがより好ましく、4μm〜5μmであることが特に好ましい。前記平均粒径が1μm未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがある。一方、前記平均粒径が10μmを超えると、前記熱伝導シートの熱抵抗が大きくなるおそれがある。
さらに、前記無機物フィラーが窒化アルミニウムの場合、その平均粒径は、0.3μm〜6.0μmであることが好ましく、0.3μm〜2.0μmであることがより好ましく、0.5μm〜1.5μmであることが特に好ましい。前記平均粒径が、0.3μm未満であると、粘度が大きくなり、混合しにくくなるおそれがあり、6.0μmを超えると、前記熱伝導シートの熱抵抗が大きくなるおそれがある。
なお、前記無機物フィラーの平均粒径については、例えば、粒度分布計、走査型電子顕微鏡(SEM)により測定することができる。
(磁性金属粉)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートを構成する前記熱伝導シート本体10は、図1に示すように、上述したバインダ樹脂11、繊維状の熱伝導性繊維12及び無機物フィラー(図示せず)に加えて、磁性金属粉13をさらに含むことが好ましい。該磁性金属粉を含むことで、電磁波吸収熱伝導シート1の電磁波吸収性を向上させることができる。
前記磁性金属粉の種類については、電磁波吸収性有すること以外は、特に限定されず、公知の磁性金属粉を適宜選択することができる。例えば、アモルファス金属粉や、結晶質の金属粉末を用いることができる。アモルファス金属粉としては、例えば、Fe−Si−B−Cr系、Fe−Si−B系、Co−Si−B系、Co−Zr系、Co−Nb系、Co−Ta系のもの等が挙げられ、結晶質の金属粉としては、例えば、純鉄、Fe系、Co系、Ni系、Fe−Ni系、Fe−Co系、Fe−Al系、Fe−Si系、Fe−Si−Al系、Fe−Ni−Si−Al系のもの等が挙げられる。さらに、前記結晶質の金属粉としては、結晶質の金属粉に、N(窒素)、C(炭素)、O(酸素)、B(ホウ素)等を微量加えて微細化させた微結晶質金属粉を用いてもよい。
なお、前記磁性金属粉については、材料が異なるものや、平均粒径が異なるものを二種以上混合したものを用いてもよい。
また、前記磁性金属粉については、球状、扁平状等の形状を調整することが好ましい。例えば、充填性を高くする場合には、粒径が数μm〜数十μmであって、球状である磁性金属粉を用いることが好ましい。このような磁性金属粉末は、例えばアトマイズ法や、金属カルボニルを熱分解する方法により製造することができる。アトマイズ法とは、球状の粉末が作りやすい利点を有し、溶融金属をノズルから流出させ、流出させた溶融金属に空気、水、不活性ガス等のジェット流を吹き付けて液滴として凝固させて粉末を作る方法である。アトマイズ法によりアモルファス磁性金属粉末を製造する際には、溶融金属が結晶化しないようにするために、冷却速度を106(K/s)程度にすることが好ましい。
上述したアトマイズ法により、アモルファス合金粉を製造した場合には、アモルファス合金粉の表面を滑らかな状態とすることができる。このように表面凹凸が少なく、比表面積が小さいアモルファス合金粉を磁性金属粉として用いると、バインダ樹脂に対して充填性を高めることができる。さらに、カップリング処理を行うことで充填性をより向上できる。
(その他成分)
なお、本発明の電磁波吸収熱伝導シートを構成する前記熱伝導シート本体は、上述した、バインダ樹脂、繊維状の熱伝導性充填剤、無機物フィラー及び磁性金属粉に加えて、目的に応じてその他の成分を適宜含むことも可能である。
その他の成分としては、例えば、チキソトロピー性付与剤、分散剤、硬化促進剤、遅延剤、微粘着付与剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等が挙げられる。
(導電性メッシュ)
本発明の電磁波吸収熱伝導シート1は、図1に示すように、前記熱伝導シート本体10に加えて、複数の開口部20aを有する導電メッシュ20をさらに備える。
前記導電メッシュを備えることで、電磁波吸収熱伝導シートの電磁波吸収性能を大幅に向上できる。
前記導電メッシュの種類については、導電性を有し、電磁波吸収性有すること以外は特に限定されない。例えば、開口部を有する形状のポリエステル、ナイロン、グラスファイバー等からなる基材に、銅、アルミ、ステンレス、銀、ニッケル、カーボン、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性材料を付着させたもの等が挙げられる。また、前記基材を用いずに、導電性材料をメッシュ構造等の開口部を有する形状としたものを、導電性メッシュとしてもよい。
また、前記導電メッシュにおける複数の開口部20aについては、図2(a)に示すように、全ての開口部20aが均一の寸法であるメッシュ構造でもよいし、開口部のないシート状の導電部材に、任意の大きさ、任意の数の孔を形成することによって、不規則な寸法の開口部20aを有する導電メッシュとすることも可能である。
ここで、前記導電メッシュの開口率については、20%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、50%以上であることが特に好ましい。開口率を20%以上と大きくすることで、導電メッシュの開口部内に前記繊維状の熱伝導性充填剤を多く含むことが可能となる結果、より優れた熱伝導性を得ることができる。
なお、本発明における導電メッシュの開口率は、図2(b)に示すように、上面から導電メッシュを見た場合の導電メッシュ全体の面積Aに対する開口部の面積A(斜線で色付けした部分の面積)の割合から得ることができる。具体的には、以下の算出式で示す。
ε=(A/A)×100
ε:開口率(%)、A:開口部の占める面積(mm2)、A:導電メッシュ全体の面積(mm2
また、前記導電メッシュ20の開口部径Wについては、0.1mm以上であることが好ましく、0.3mm以上であることがより好ましく、0.6mm以上であることが特に好ましい。開口部径Wを大きくすることで、開口部20aを大きくできる結果、開口部内に前記繊維状の熱伝導性充填剤を多く含むことが可能となり、より優れた熱伝導性を得ることができる。
なお、本発明における導電メッシュの開口部径Wについては、開口部20aの形状が四角形の場合には、最大辺の長さを開口部径とし、四角形以外の形状(その他の多角形や、円形、楕円形等)の場合には、開口部の最大径を開口部径Wとする。また、開口部径が開口部ごとに異なる場合には、全ての開口部径が上述した数値範囲を満たすものとする。
さらに、前記導電メッシュの表面抵抗は、1000Ω/□以下であることが好ましく、500Ω/□以下であることがより好ましく、300Ω/□以下であることがさらに好ましく、100Ω/□以下であることが特に好ましい。より優れた電磁波吸収性が得られるためである。
なお、前記導電メッシュの表面抵抗の測定については、例えば市販の表面抵抗計を用いて測定することができる。
また、本発明の電磁波吸収熱伝導シートでは、図1に示すように、前記熱伝導シート本体10/前記導電メッシュ20の2層構造、又は、図3に示すように、前記熱伝導シート本体10a/前記導電メッシュ20/前記熱伝導シート本体10bの3層構造であることが好ましい。熱伝導性及び電磁波吸収性を高いレベルで両立できるためである。また、最外層の熱伝導シート本体10が、タック層としての役目を果たし、電磁波吸収熱伝導シートの密着性についても向上できる。
前記導電シート20が2つ以上ある場合には、電磁波吸収性能は高くなるものの、十分な熱伝導性を得られないおそれがあり、また、前記熱伝導シート本体10の数が多くなりすぎると、熱伝導性には優れるものの、十分な電磁波吸収性が得られないおそれがある。
なお、前記導電メッシュ20については、磁波吸収熱伝導シートを製造する際に、前記熱伝導シート本体10と圧着されることから、前記バインダ樹脂11が導電メッシュ20を抜けて外面側に出てきて、導電メッシュ20の外面側を覆う結果、実際には図1に示すように、熱伝導シート本体10の内部に入り込んだ状態で存在することとなる。その場合には、導電メッシュを抜けて外面側に出てきた樹脂バインダ11が、タック層としての役目を果たすことが可能となる。
ただし、前記熱伝導シート本体10との密着性が確保されていれば、必ずしも前記導電メッシュ20の全てが前記熱伝導シート本体10中に取り込まれている必要はなく、圧着の条件を変化させることで適宜調整することができる。
また、本発明の電磁波吸収熱伝導シートは、最外面に、タック層をさらに備えることが好ましい。電磁波吸収熱伝導シートについて、熱/電磁波発生源との密着性、及び、放熱部材との密着性を向上できるためである。また、電磁波吸収熱伝導シートの仮貼りが可能となり、上述の熱/電磁波発生源や、放熱部材との圧着時に位置ずれが生じるのを有効に抑制できる。
ここで、前記タック層については、タック性を確保できるものであれば特に限定はされない。例えば、上述したように、前記熱伝導シート本体10のバインダ樹脂がタック層としての役目を果たすことも可能であるし、さらに所定の粘着剤等を新たなタック層として設けることもできる。なお、タック層の有無は、例えば指蝕タック等により確認できる。
また、前記導電メッシュ20の厚さ(シートの厚さ方向Tの大きさ)については、特に限定はされず、前記熱伝導シート本体10の厚さや、設計条件に応じて適宜変更することができる。ただし、前記導電メッシュ20の厚さが大きくなりすぎると熱伝導性の低下を招く恐れがあるため、0.2mm以下であることが好ましい。
さらに、前記熱伝導シート本体10の厚さについても特に限定はされず、前記導電メッシュ20の厚さや、設計条件に応じて適宜変更することができる。ただし、熱伝導性及び電磁波吸収性の両立の観点からは、0.2〜5mmであることが好ましい。また、本発明の電磁波吸収熱伝導シートが、前記熱伝導シート本体10a/前記導電メッシュ20/前記熱伝導シート本体10bの3層構造を形成する場合には、熱伝導シート10aの厚さは同じであっても異なっていてもよい。
また、本発明の電磁波吸収熱伝導シート1の全体の厚さについては、特に限定はされず、シートを用いる場所等によって適宜変更でき、例えばシートの密着性や強度を考慮すると、0.2〜5mmの範囲にすることができる。なお、前記導電メッシュの厚さが非常に薄い場合には、本発明の電磁波吸収熱伝導シート1の全体の厚さは、前記熱伝導シート本体10の厚さとほぼ同じになる。
<電磁波吸収熱伝導シートの製造方法>
次に、本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法について説明する。
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法は、バインダ樹脂と、繊維状の熱伝導性充填剤とを含む(必要に応じて、磁性金属粉及び無機物フィラー、並びに、その他の成分も含む)シート用組成物を調製する工程(シート用組成物調製工程)と、
前記繊維状の熱伝導性充填剤をシート面に対して略垂直方向に配向させる工程(充填剤配向工程)と、
前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向を維持した状態で、前記バインダ樹脂を硬化させて、熱伝導シート本体を作製する工程(熱伝導シート本体作製工程)と、
前記熱伝導シート本体と、導電メッシュとを圧着する工程(電磁波吸収熱伝導シート作製工程)と、
を含むことを特徴とする。
上記各工程を経ることで、本発明の電磁波吸収熱伝導シートを得ることができる。得られた電磁波吸収熱伝導シートについては、上述したように、熱伝導性及び電磁波吸収性に優れる。
(シート用組成物調製工程)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法は、シート用組成物調製工程を含む。
このシート用組成物調製工程では、上述した、バインダ樹脂、繊維状の熱伝導性充填剤及び磁性金属粉、さらに、無機物フィラー及び/又はその他成分を配合し、シート用組成物を調製する。なお、各成分を配合、調製する手順については特に限定はされず、例えば、前記バインダ樹脂に、バインダ樹脂、繊維状の熱伝導性充填剤、無機物フィラー、磁性金属粉、その他成分を添加し、混合することにより、シート用組成物の調製が行われる。
(充填剤配向工程)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法は、シート用組成物調製工程を含む。
前記繊維状の熱伝導性充填剤を配向させる方法については、一方向に配向させることができる手段であれば特に限定はされない。
前記繊維状の熱伝導性充填剤を一方向に配向させるための方法として、中空状の型内に、前記シート用組成物を、高剪断力下で押し出すこと又は圧入することによって行うことが挙げられる。この方法によって、比較的容易に前記繊維状の熱伝導性充填剤を配向させることができ、前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向はシート面に対して略垂直方向(好ましくは±10°以内)となる。
上述した、中空状の型内に、前記シート用組成物を、高剪断力下で押し出すこと又は圧入する方法として、具体的には、押出し成型法又は金型成型法が挙げられる。
前記押出し成型法において、前記シート用組成物をダイより押し出す際、あるいは前記金型成型法において、前記熱伝導性樹脂組成物を金型へ圧入する際、前記バインダ樹脂が流動し、その流動方向に沿って炭素繊維が配向する。この際、ダイの先端にスリットを取り付けると炭素繊維がより配向されやすくなる。
成形体(ブロック状の成形体)の大きさ及び形状は、求められる電磁波吸収熱伝導シートの大きさに応じて決めることができる。例えば、断面の縦の大きさが0.5cm〜15cmで横の大きさが0.5cm〜15cmの直方体が挙げられる。直方体の長さは必要に応じて決定すればよい。
(熱伝導シート本体作製工程)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法は、熱伝導シート本体作製工程を含む。
ここで、熱伝導シート本体は、熱伝導シート本体の元となるシート用成形体を切断したものである。前記シート用成形体の作製は、上述した充填剤配向工程にて行われた繊維状の熱伝導性充填剤の配向状態を維持したまま、前記バインダ樹脂を硬化させることによって行われる。
前記バインダ樹脂を硬化させる方法や条件については、バインダ樹脂の種類に応じて変えることができる。例えば、前記バインダ樹脂が熱硬化樹脂の場合、熱硬化における硬化温度を調整することができる。さらに、該熱硬化性樹脂が、液状シリコーンゲルの主剤と、硬化剤とを含有するものである場合、80℃〜120℃の硬化温度で硬化を行うことが好ましい。また、熱硬化における硬化時間としては、特に制限はないが、1時間〜10時間とすることができる。
(電磁波吸収熱伝導シート作製工程)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法は、電磁波吸収熱伝導シート作製工程を含む。
前記電磁波吸収熱伝導シート作製工程では、上記工程で得られた熱伝導シート本体と、予め用意した導電メッシュとを圧着する。
圧着の条件については特に限定されず、例えば、熱伝導シート本体と導電メッシュを重ねた後、ハンドローラ等で押し付けることによって一体化することができる。
また、後述するプレス工程において、同時に圧着を行うことも可能である。
(プレス工程)
本発明の電磁波吸収熱伝導シートの製造方法は、さらに、前記電磁波吸収熱伝導シートの表面を平滑化し、密着性を増し、軽荷重時の界面接触抵抗を軽減するべく、前記電磁波吸収熱伝導シートをプレスする工程(プレス工程)を必要に応じて含むことができる。
前記プレスについては、例えば、平盤と表面が平坦なプレスヘッドとからなる一対のプレス装置を使用して行うことができる。また、ピンチロールを使用してプレスを行ってもよい。
前記プレスの際の圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、低すぎるとプレスをしない場合と熱抵抗が変わらない傾向があり、高すぎるとシートが延伸する傾向があるため、0.1MPa〜100MPaの圧力範囲とすることが好ましく、0.5MPa〜95MPaの圧力範囲とすることがより好ましい。
なお、上述した電磁波吸収熱伝導シート作製工程と、プレス工程は、どちらが先に実施されても構わない。そのため、前記プレス工程を実施し、薄膜状の熱伝導シート本体を得た後に、前記導電メッシュとの圧着を行うことができる。
<半導体装置>
次に、本発明の半導体装置について説明する。
本発明の半導体装置は、熱源と、放熱部材と、該熱源と該放熱部材との間に挟持された電磁波吸収熱伝導シートを備える半導体装置であって、前記電磁波吸収熱伝導シートが、上述した本発明の電磁波吸収熱伝導シートであることを特徴とする。
本発明の電磁波吸収熱伝導シートを用いることによって、得られた半導体装置は、高い放熱性を有しつつ、電磁波抑制効果にも優れる。
ここで、前記熱源としては、半導体装置において熱を発するものであれば、特に制限はない。例えば、電子部品等が挙げられ、該電子部品としては、CPU、MPU、グラフィック演算素子、イメージセンサ等が挙げられる。
また、前記放熱部材としては、前記熱源から発生する熱を伝導して外部に放散させるものである。例えば、放熱器、冷却器、ヒートシンク、ヒートスプレッダ、ダイパッド、プリント基板、冷却ファン、ペルチェ素子、ヒートパイプ、金属カバー、筐体等が挙げられる。
本発明の半導体装置の一例について、図4(a)及び(b)を用いて説明する。
図4(a)は、本発明の半導体装置の一例を示す断面模式図である。半導体装置は、電磁波吸収熱伝導シート1と、ヒートスプレッダ2と、電子部品3と、ヒートシンク5と、配線基板6とを備える。
電磁波吸収熱伝導シート1は、電子部品3で発生する不要電磁波や、他の部品から放射された電磁波を吸収するとともに、電子部品3の発する熱を放熱するものであり、図4(a)に示すように、ヒートスプレッダ2の電子部品3と対峙する主面2aに固定され、電子部品3と、ヒートスプレッダ2との間に挟持されるものである。また、電磁波吸収熱伝導シート1は、ヒートスプレッダ2とヒートシンク5との間に挟持される。
ヒートスプレッダ2は、例えば、方形板状に形成され、電子部品3と対峙する主面2aと、主面2aの外周に沿って立設された側壁2bとを有する。ヒートスプレッダ2は、側壁2bに囲まれた主面2aに電磁波吸収熱伝導シート1が設けられ、また主面2aと反対側の他の面2cに電磁波吸収熱伝導シート1を介してヒートシンク5が設けられる。ヒートスプレッダ2は、高い熱伝導率を有するほど、熱抵抗が減少し、効率よく半導体素子等の電子部品3の熱を吸熱することから、例えば、熱伝導性の良い銅やアルミニウムを用いて形成することができる。
電子部品3は、例えば、BGA等の半導体パッケージであり、配線基板6へ実装される。また、ヒートスプレッダ2も、側壁2bの先端面が配線基板6に実装され、これにより側壁2bによって所定の距離を隔てて電子部品3を囲んでいる。
そして、ヒートスプレッダ2の主面2aに、電磁波吸収熱伝導シート1が接着されることにより、電子部品3の発する熱を吸収し、ヒートシンク5より放熱する。ヒートスプレッダ2と電磁波吸収熱伝導シート1との接着は、電磁波吸収熱伝導シート1自身の粘着力によって行うことができる。
図4(b)は、本発明の半導体装置の他の一例を示す断面模式図である。
半導体装置は、電磁波吸収熱伝導シート1と、ヒートスプレッダ2と、電子部品3と、ヒートシンク5と、配線基板6とを備える。
電磁波吸収熱伝導シート1は、電子部品3で発生する不要電磁波や、他の部品から放射された電磁波を吸収するとともに、電子部品3の発する熱を放熱するものであり、図4(b)に示すように、電子部品3の上面3aに固定され、電子部品3と、ヒートスプレッダ2との間に挟持される。
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
実施例1では、樹脂バインダとして2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂を用い、磁性金属粉として平均粒径5μmのFe-Si-B-Crアモルファス磁性粒子を用い、繊維状熱伝導性充填剤として平均繊維長200μmのピッチ系炭素繊維(「熱伝導性繊維」 日本グラファイトファイバー株式会社製)を用い、2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂:アモルファス磁性粒子:ピッチ系炭素繊維=35vol%:53vol%:12vol%の体積比となるように分散させて、シリコーン樹脂組成物(シート用組成物)を調製した。
2液性の付加反応型液状シリコーン樹脂は、シリコーンA液(主剤)、シリコーンB液(硬化剤)を19:16の比率で混合したものである。得られたシリコーン樹脂組成物を、内壁に剥離処理したPETフィルムを貼った直方体状の金型30mm×30mmの中に押し出してシリコーン成形体を成型した。得られたシリコーン成形体をオーブンにて100℃で6時間硬化してシリコーン硬化物とした。
次に、得られたシリコーン硬化物を、配向された炭素繊維の長軸方向に対し垂直となるように超音波カッターで切断し、該切断面をシート面として用いることで、炭素繊維がシート面に対して略垂直方向に配向した、厚み0.5mmの熱伝導シート本体のサンプルを得た。超音波カッターのスライス速度は、毎秒50mmとした。また、超音波カッターに付与する超音波振動は、発振周波数を20.5kHzとし、振幅を60μmとした。
得られた熱伝導シート本体のサンプル2枚の間に、導電メッシュ(メディカル・エイド株式会社製「MGネット」、厚さ:0.23mm、開口率:90%以上、表面抵抗:1〜3Ω/□、開口部径:1.2mm)を挟んだ後、加圧密着させ、サンプルとなる電磁波吸収熱伝導シートを作製した。なお、得られた電磁波吸収熱伝導シートについては、図3に示すように3層構造となっている。
(実施例2)
実施例2では、導電メッシュとして、セーレン株式会社製「SUI−9027YCL」(厚さ:約33μm、開口率81%、表面抵抗0.11Ω/□、開口部径:0.12mm)を用いたこと以外は、実施例1と同じ条件で、サンプルとなる電磁波吸収熱伝導シートを作製した。
(実施例3)
実施例3では、導電メッシュとして、セーレン株式会社製「SUI−10−33」(厚さ:約62μm、開口率22%、表面抵抗0.02Ω/□、開口部径:0.25mm)を用いたこと以外は、実施例1と同じ条件で、サンプルとなる電磁波吸収熱伝導シートを作製した。
(実施例4)
実施例4では、熱伝導シート本体のサンプル1枚の片面に、導電メッシュ(セーレン株式会社製「SUI−9027YCL」、厚さ:約33μm、開口率81%、表面抵抗0.11Ω/□、開口部径:0.12mm)を挟んだ後、加圧密着させ、サンプルとなる電磁波吸収熱伝導シートを作製したこと以外は、実施例1と同じ条件で、サンプルとなる電磁波吸収熱伝導シートを得た。なお、得られた電磁波吸収熱伝導シートについては、図1に示すように2層構造となっている。
(比較例)
比較例では、実施例1で作製した熱伝導シート本体のサンプルと同様のものを、電磁波吸収熱伝導シートのサンプルとして用いた。
(評価)
得られた電磁波吸収熱伝導シートの各サンプルについて、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(1)熱伝導率
各サンプルを、φ20mmの円盤状に切り出し熱抵抗を測定した。各電磁波吸収熱伝導シートの熱抵抗は、ASTM D 5470に準拠して、熱伝導率測定装置(ソニー株式会社製)を用い、荷重1.5kgf/cm2をかけて測定。この値から熱伝導率を算出した。結果を表1に示す。
Figure 2018056315
表1の結果から、実施例1〜4のサンプルは、熱伝導率が7.52W/(m・K)以上と高く、導電メッシュを備えない比較例と比べても遜色がない熱伝導特性を示すことがわかった。
(2)透過減衰量(内部減結合率)
IEC62333−2に記載されているインターデカップリング法を用いて、各サンプルの透過減衰量(dB)を導出した。具体的には、一対のループアンテナを並べ、アンテナの間に電磁波吸収熱伝導シートをテストサンプルとして配置して、一方のアンテナから他方のアンテナへの透過特性S21を比較評価するものであり、S21m(テストサンプルを使用した場合の挿入損失)からS21r(テストサンプルを使用しない場合の挿入損失)を引いた値を透過減衰量として表している。アンテナ間の距離を6mm、サンプルサイズを30×30×1mmとした。
また、実施例1〜3及び比較例1について、周波数に応じた透過減衰量(dB)を表したものを図5に、実施例4及び比較例について、周波数に応じた透過減衰量(dB)を表したものを図6に示す。
また、実施例4と同様の条件の電磁波吸収熱伝導シートについて、導電メッシュの表面抵抗のみ変化させた場合の、各電磁波吸収熱伝導シートの周波数に応じた透過減衰量(dB)を導出した。
具体的には、電磁界シミュレータHFSS(アンシス社)を用い、上述のインターデカップリング評価プローブをモデル化して解析したものであり、導電メッシュシート単体をプローブ間に設置して、シートの表面抵抗に対する透過減衰量の変化を調べた。
図5及び6の結果から、実施例1〜4は、いずれも比較例に対し、全周波数帯域で15〜20dBの透過信号を減衰させ、優れた電磁波吸収特性を有することがわかる。
また、図7の結果から、導電メッシュの表面抵抗値を1000Ω/□以下にすることで、信号を減衰させることができ、導電メッシュの表面抵抗をさらに低くすることでより大きな信号減衰効果が得られると推定される。そのため、透過減衰特性を付与するためには、導電メッシュの表面抵抗値を1000Ω/□以下であることを要し、好ましくは、500Ω/□以下であることがより好ましく、100Ω/□以下であることが特に好ましいことがわかる。ただし、表面抵抗が低すぎると金属としての作用が強くなり、電磁界の分布状態によっては電気的に浮いたGNDとして作用するため、適切に値を選択する必要がある。
本発明によれば、優れた熱伝導性及び電磁波吸収性を有する、電磁波吸収熱伝導シート及びその製造方法を提供することが可能となる。また、かかる電磁波吸収熱伝導シートを用い、放熱性及び電磁波抑制に優れた半導体装置を提供することが可能となる。
1 電磁波吸収熱伝導シート
2 ヒートスプレッダ
2a 主面
2b 側壁
2c 他の面
3 電子部品
3a 上面
5 ヒートシンク
6 配線基板
10 熱伝導シート本体
11 バインダ樹脂
12 繊維状の熱伝導性充填剤
13 磁性金属粉
20 導電メッシュ本体
20a 開口部
S シート面方向
T シート面に対して垂直の方向
W 導電メッシュの開口部径
A 導電メッシュ全体の面積
開口部の占める面積

Claims (10)

  1. バインダ樹脂、及び、該バインダ樹脂内でシート面に対して略垂直方向に配向した繊維状の熱伝導性充填剤、を含む熱伝導シート本体と、
    複数の開口部を有する導電メッシュと、
    を備えることを特徴とする、電磁波吸収熱伝導シート。
  2. 前記導電メッシュの開口率が20%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  3. 前記導電メッシュの表面抵抗が1000Ω/□以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  4. 前記導電メッシュの開口部径が0.1mm以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  5. 前記繊維状の熱伝導性充填剤が炭素繊維であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  6. 前記熱伝導シート本体が、磁性金属粉及び無機物フィラーをさらに含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  7. 前記電磁波吸収熱伝導シートが、前記熱伝導シート本体/前記導電メッシュの2層構造、又は、前記熱伝導シート本体/前記導電メッシュ/前記熱伝導シート本体の3層構造であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  8. 前記電磁波吸収熱伝導シートが、最外面に、タック層をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シート。
  9. バインダ樹脂と、繊維状の熱伝導性充填剤とを含むシート用組成物を調製する工程と、
    前記繊維状の熱伝導性充填剤をシート面に対して略垂直方向に配向させる工程と、
    前記繊維状の熱伝導性充填剤の配向を維持した状態で、前記バインダ樹脂を硬化させて、熱伝導シート本体を作製する工程と、
    前記熱伝導シート本体と、導電メッシュとを圧着する工程と、
    を含むことを特徴とする、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法。
  10. 熱源と、放熱部材と、該熱源と該放熱部材との間に挟持された電磁波吸収熱伝導シートを備える半導体装置であって、
    前記電磁波吸収熱伝導シートが、請求項1〜8のいずれか1項に記載の電磁波吸収熱伝導シートであることを特徴とする、半導体装置。
JP2016190253A 2016-09-28 2016-09-28 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置 Pending JP2018056315A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016190253A JP2018056315A (ja) 2016-09-28 2016-09-28 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置
PCT/JP2017/032498 WO2018061712A1 (ja) 2016-09-28 2017-09-08 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016190253A JP2018056315A (ja) 2016-09-28 2016-09-28 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018056315A true JP2018056315A (ja) 2018-04-05

Family

ID=61763479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016190253A Pending JP2018056315A (ja) 2016-09-28 2016-09-28 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2018056315A (ja)
WO (1) WO2018061712A1 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019244889A1 (ja) 2018-06-22 2019-12-26 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
WO2019244890A1 (ja) 2018-06-22 2019-12-26 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
WO2020050334A1 (ja) 2018-09-07 2020-03-12 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
WO2020067141A1 (ja) 2018-09-26 2020-04-02 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
JP2020068337A (ja) * 2018-10-25 2020-04-30 セイコーエプソン株式会社 プリント回路板、電子機器、および熱伝導シート
KR20210050920A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR20210050921A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR20210055023A (ko) * 2019-11-06 2021-05-14 주식회사 아모그린텍 저주파 안테나용 방열 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전자기기
KR20230079033A (ko) 2020-09-30 2023-06-05 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 열전도성 시트

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021138141A (ja) * 2020-03-09 2021-09-16 デクセリアルズ株式会社 熱伝導材料及びその製造方法、放熱構造体及びその製造方法、並びに電子機器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4406484B2 (ja) * 1999-12-03 2010-01-27 ポリマテック株式会社 熱伝導性電磁波シールドシート
JP2001291810A (ja) * 2000-02-04 2001-10-19 Tomoegawa Paper Co Ltd 放熱シートおよび電磁波シールド用シート
JP5722608B2 (ja) * 2009-12-15 2015-05-20 旭化成せんい株式会社 ノイズ吸収布帛
JP2011134755A (ja) * 2009-12-22 2011-07-07 Tdk Corp 電磁ノイズ対策部材
JP2012023335A (ja) * 2010-06-17 2012-02-02 Sony Chemical & Information Device Corp 熱伝導性シート及びその製造方法
CN103079819B (zh) * 2010-08-31 2015-06-17 保力马科技(日本)株式会社 导热片
US20120061135A1 (en) * 2010-09-14 2012-03-15 Laird Technologies, Inc. Compliant multilayered thermally-conductive interface assemblies having emi shielding properties
JP2012245664A (ja) * 2011-05-26 2012-12-13 Polymatech Co Ltd 熱伝導性シート

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210130570A1 (en) * 2018-06-22 2021-05-06 Sekisui Polymatech Co., Ltd. Thermally conductive sheet
WO2019244889A1 (ja) 2018-06-22 2019-12-26 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
CN112313795A (zh) * 2018-06-22 2021-02-02 积水保力马科技株式会社 热传导性片
CN112368826A (zh) * 2018-06-22 2021-02-12 积水保力马科技株式会社 热传导性片
KR20210023862A (ko) 2018-06-22 2021-03-04 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 열전도성 시트
KR20210023863A (ko) 2018-06-22 2021-03-04 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 열전도성 시트
WO2019244890A1 (ja) 2018-06-22 2019-12-26 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
KR20210055693A (ko) 2018-09-07 2021-05-17 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 열전도성 시트
CN112655085A (zh) * 2018-09-07 2021-04-13 积水保力马科技株式会社 导热性片
WO2020050334A1 (ja) 2018-09-07 2020-03-12 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
WO2020067141A1 (ja) 2018-09-26 2020-04-02 積水ポリマテック株式会社 熱伝導性シート
KR20210063339A (ko) 2018-09-26 2021-06-01 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 열전도성 시트
JP2020068337A (ja) * 2018-10-25 2020-04-30 セイコーエプソン株式会社 プリント回路板、電子機器、および熱伝導シート
JP7315157B2 (ja) 2018-10-25 2023-07-26 セイコーエプソン株式会社 プリント回路板、電子機器、および熱伝導シート
KR20210050920A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR20210050921A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102280257B1 (ko) * 2019-10-29 2021-07-21 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR102280259B1 (ko) 2019-10-29 2021-07-21 에스케이씨 주식회사 무선충전 패드, 무선충전 장치, 및 이를 포함하는 전기 자동차
KR20210055023A (ko) * 2019-11-06 2021-05-14 주식회사 아모그린텍 저주파 안테나용 방열 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전자기기
KR102502563B1 (ko) * 2019-11-06 2023-02-23 주식회사 아모그린텍 저주파 안테나용 방열 시트, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 전자기기
KR20230079033A (ko) 2020-09-30 2023-06-05 세키수이 폴리머텍 가부시키가이샤 열전도성 시트

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018061712A1 (ja) 2018-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018061712A1 (ja) 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置
JP6366627B2 (ja) 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置
WO2018079240A1 (ja) 熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法及び半導体装置
JP6379320B1 (ja) 電磁波吸収熱伝導シート、電磁波吸収熱伝導シートの製造方法及び半導体装置
JP6363687B2 (ja) 半導体装置
WO2019193868A1 (ja) 半導体装置
JP2018046073A (ja) 熱伝導シート、及び半導体装置
KR102432180B1 (ko) 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
US11315889B2 (en) Electronic device
WO2018147228A1 (ja) 電磁波抑制熱伝導シート、電磁波抑制熱伝導シートの製造方法及び半導体装置
KR102445111B1 (ko) 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법
JP2020167667A (ja) 5g通信用アンテナアレイ、アンテナ構造、ノイズ抑制熱伝導シート及び熱伝導シート
JP6379319B1 (ja) 半導体装置