JP2018095541A - Graphite resin composite - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a graphite resin composite which is excellent in mass productivity and product characteristics (heat dissipation, adhesiveness, and conductivity) and with which especially heat dissipation of an electronic device is drastically improved.SOLUTION: A graphite resin composite is formed by impregnating a graphite sintered body having an integral structure of graphite primary particles continuous in three dimensions with a thermosetting resin composition and has at least one heat-conducting surface, in which the content of the graphite sintered body based on the total amount of the graphite sintered body and the thermosetting resin composition is 70 to 80 vol.%, the content of the thermosetting resin composition based on the total amount of the graphite sintered body and the thermosetting resin composition is 20 to 30 vol.%, and in an X-ray diffraction pattern obtained by making the heat-conducting surface irradiated with X-ray, the value of diffraction peak intensity corresponding to the (002) face of the graphite primary particles divided by diffraction peak intensity corresponding to the (100) face of the graphite primary particles is less than 30.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、グラファイト樹脂複合体とそれを用いた熱伝導性接着シートに関する。また本発明は、当該熱伝導性接着シートを用いて得られる車載用パワーモジュールまたは半導体装置にも関する。   The present invention relates to a graphite resin composite and a heat conductive adhesive sheet using the same. Moreover, this invention relates also to the vehicle-mounted power module or semiconductor device obtained using the said heat conductive adhesive sheet.

近年、携帯電話、LED照明装置、車載用パワーモジュール等に代表される電子機器の高性能化及び小型化に伴い、半導体デバイス、プリント配線板実装、装置実装の各階層において実装技術が急激に進歩している。そのため、電子機器内部の発熱密度は年々増加しており、使用時に発生する熱を如何に効率的に放熱するかが重要な課題である。   In recent years, with the improvement in performance and miniaturization of electronic devices typified by mobile phones, LED lighting devices, in-vehicle power modules, etc., mounting technology has rapidly advanced at each level of semiconductor device, printed wiring board mounting, and device mounting. doing. Therefore, the heat generation density inside the electronic device is increasing year by year, and how to efficiently dissipate the heat generated during use is an important issue.

またこれらの電子機器、特にパワーモジュールまたは半導体装置では、半導体チップを上面に有する絶縁基板の下面が、銅などの金属ベース板にハンダで接合され、さらにその金属ベース板が放熱板または冷却器にハンダで接合される構成を取っている。ここで、冷却器には一般に複数のフィンが形成され、接合用のハンダとしては一般的にSnを主成分とする合金によるハンダが用いられている。しかしハンダによる接合は熱衝撃に対してさらなる改良の余地があり、構成材料の熱膨張率の違いに起因する熱応力によって接合材の破壊(クラック)や接合界面の破壊(せん断破壊)が生じる虞がある。半導体装置では一般的に、半導体とそれに直接結合されている絶縁基板の熱膨張率に比べると、冷却器(素材として主に熱伝導率の高い金属が使用される)の熱膨張率とが著しく高い。例えば半導体チップの熱膨張は一般的に3ppmであり、絶縁基板の熱膨張は4〜5ppmであり、アルミニウムの冷却器の熱膨張率は約23ppmである。半導体装置内でのこのような大きな熱膨張率の違いから発生する熱応力は大きいので、ハンダなどの従来技術で抗するには困難があった。   Also, in these electronic devices, particularly power modules or semiconductor devices, the lower surface of an insulating substrate having a semiconductor chip on the upper surface is joined to a metal base plate such as copper by soldering, and the metal base plate further serves as a heat sink or cooler. It is configured to be joined with solder. Here, a plurality of fins are generally formed in the cooler, and solder made of an alloy mainly composed of Sn is generally used as bonding solder. However, there is room for further improvement with respect to thermal shock in joining by soldering, and there is a risk of destruction of the joining material (crack) or destruction of the joining interface (shear failure) due to the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient of the constituent materials. There is. In general, the thermal expansion coefficient of a cooler (mainly a metal having high thermal conductivity is used as a material) is significantly higher than that of a semiconductor and an insulating substrate directly bonded to the semiconductor device. high. For example, the thermal expansion of a semiconductor chip is generally 3 ppm, the thermal expansion of an insulating substrate is 4 to 5 ppm, and the thermal expansion coefficient of an aluminum cooler is about 23 ppm. Since the thermal stress generated by such a large difference in thermal expansion coefficient in the semiconductor device is large, it has been difficult to resist by conventional techniques such as solder.

熱伝導率と熱応力への高い要求を満たすべく、電子部材を固定するために、ハンダの代わりに熱伝導性接着シートが用意されることがある。   In order to satisfy the high requirements for thermal conductivity and thermal stress, a thermally conductive adhesive sheet may be prepared instead of solder to fix the electronic member.

上記の熱伝導性接着シートには、従来から、未硬化の状態(Aステージ)の熱硬化性樹脂に酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等の熱伝導率の高いセラミックス粉末を分散させた後、各種コーターによる塗工等でシート状に成型し、加熱により熱硬化性樹脂を半硬化状態(Bステージ)とした熱硬化性樹脂組成物が用いられてきた。   Conventionally, in the above heat conductive adhesive sheet, ceramic powder having high thermal conductivity such as aluminum oxide, silicon nitride, boron nitride, aluminum nitride is dispersed in an uncured (A stage) thermosetting resin. After that, a thermosetting resin composition that has been molded into a sheet shape by coating with various coaters, etc., and has been made into a semi-cured state (B stage) by heating has been used.

上記の熱伝導性接着シートは、金属回路や金属板等の電子部材に密着させた後、加熱することにより半硬化状態(Bステージ)の熱硬化性樹脂を溶融させ、電子部材表面に結合させることで熱伝導性接着シートの電子部材に対する接着性を発現させ、さらに加熱することにより熱硬化性樹脂を完全に硬化した状態(Cステージ)とし、電子部材との間の接着を強固にしている。   The heat conductive adhesive sheet is adhered to an electronic member such as a metal circuit or a metal plate, and then heated to melt the semi-cured (B stage) thermosetting resin and bond it to the surface of the electronic member. In this way, the adhesiveness of the thermally conductive adhesive sheet to the electronic member is expressed, and further, the thermosetting resin is completely cured by heating (C stage), and the adhesion between the electronic member is strengthened. .

上記の熱伝導性接着シートは、金属回路や金属板等の電子部材との間に接着層(未硬化の状態(Aステージ)の熱硬化性樹脂又は未硬化の状態(Aステージ)の熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させたもの)を形成する必要が無いことから、塗工作業や精密な塗布装置の導入が不要であり、ユーザーの作業が非常に簡便になるので広く利用されている。   The above heat conductive adhesive sheet is an adhesive layer (an uncured state (A stage) thermosetting resin or an uncured state (A stage) thermosetting between an electronic member such as a metal circuit or a metal plate. It is not necessary to form a ceramic resin dispersed in a functional resin), so there is no need for coating work or the introduction of precision coating equipment, and the user's work becomes very simple and widely used. Yes.

特許文献1では、金属ベース回路基板において、半硬化状態(Bステージ)の熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させた熱伝導性接着シート上に金属箔を配置した状態で、熱伝導性接着シートに含有される熱硬化性樹脂を硬化してCステージにすることによって、放熱性に優れた金属ベース回路基板を簡便な方法で得ることを可能にしている。   In Patent Document 1, in a metal base circuit board, in a state where a metal foil is arranged on a heat conductive adhesive sheet in which ceramic powder is dispersed in a thermosetting resin in a semi-cured state (B stage), heat conductive bonding is performed. By curing the thermosetting resin contained in the sheet to form a C stage, it is possible to obtain a metal base circuit board with excellent heat dissipation by a simple method.

また、上記の熱伝導性接着シートの熱伝導率を高める方法としては、(1)完全に硬化した状態(Cステージ)の熱硬化性樹脂の熱伝導率を高くすること、(2)セラミックス粉末の熱伝導率を高くすること、(3)セラミックス粉末の粒子径を大きくすること、(4)セラミックス粉末を高充填すること、がある。特許文献2では(1)の方法により高い熱伝導率の熱伝導性接着シートを得ることを可能にしている。また、特許文献3では、セラミックス粉末として熱伝導率の高い窒化ホウ素を用いることにより、(2)の方法により高い熱伝導率の熱伝導性接着シートを得ることを可能にしている。また、特許文献4では、(2)と(4)の方法により高い熱伝導率の熱伝導性接着シートを得ることを可能にしている。さらに、特許文献5では、様々な粒子径の窒化アルミニウム粉末を特定の比率で組み合わせることにより、(2)と(3)と(4)の方法により高い熱伝導率の熱伝導性接着シートを得ることを可能にしている。   Moreover, as a method for increasing the thermal conductivity of the above-mentioned thermally conductive adhesive sheet, (1) increasing the thermal conductivity of a completely cured thermosetting resin (C stage), (2) ceramic powder (3) Enlarging the particle diameter of the ceramic powder, and (4) Highly filling the ceramic powder. In Patent Document 2, it is possible to obtain a heat conductive adhesive sheet having high heat conductivity by the method (1). Further, in Patent Document 3, by using boron nitride having high thermal conductivity as the ceramic powder, it is possible to obtain a heat conductive adhesive sheet having high thermal conductivity by the method (2). Moreover, in patent document 4, it is possible to obtain the heat conductive adhesive sheet of high heat conductivity by the method of (2) and (4). Furthermore, in patent document 5, the heat conductive adhesive sheet of high heat conductivity is obtained by the method of (2), (3), and (4) by combining the aluminum nitride powder of various particle diameters by a specific ratio. Making it possible.

しかし、上記の特許文献1及び3〜5の発明においては、セラミックス粉末の各粒子間に熱伝導率の低い熱硬化性樹脂層が存在することから、熱伝導率は最高でも16W/(m・K)(特許文献5 表2 合成例7参照)であり、高い熱伝導率を得ることには限界があった。また、特許文献2においても熱硬化性樹脂の熱伝導率を高くすることには限界があり、熱伝導率は最高でも10.5W/(m・K)(特許文献2 表1 実施例6参照)であった。そのため、近年ますます困難になる電子機器の熱設計要求において、放熱性の面で課題があった。   However, in the inventions of Patent Documents 1 and 3 to 5 described above, since there is a thermosetting resin layer having a low thermal conductivity between the particles of the ceramic powder, the thermal conductivity is at most 16 W / (m · K) (see Patent Document 5, Table 2, Synthesis Example 7), and there was a limit to obtaining high thermal conductivity. Also in Patent Document 2, there is a limit to increasing the thermal conductivity of the thermosetting resin, and the thermal conductivity is 10.5 W / (m · K) at the maximum (see Table 1, Example 6 of Patent Document 2). )Met. For this reason, there has been a problem in terms of heat dissipation in the thermal design requirements of electronic devices that have become increasingly difficult in recent years.

そこで、特許文献6〜9では、熱伝導率の高いセラミックス一次粒子を焼結し、3次元的に連続する一体構造となしたセラミックス焼結体の細孔中に熱硬化性樹脂を充填したセラミックス樹脂複合体を板状に加工したものが提案されている。これらの発明では、板状のセラミックス樹脂複合体(熱伝導性接着シート)の熱伝導率はセラミックス焼結体で決まるため、高い熱伝導率を得ることができる。   Therefore, in Patent Documents 6 to 9, ceramics in which ceramic primary particles having high thermal conductivity are sintered and a thermosetting resin is filled in the pores of a ceramic sintered body having a three-dimensional continuous integrated structure. A product obtained by processing a resin composite into a plate shape has been proposed. In these inventions, since the thermal conductivity of the plate-like ceramic resin composite (thermally conductive adhesive sheet) is determined by the ceramic sintered body, high thermal conductivity can be obtained.

また特許文献10では、シリコンに代表される半導体チップとアルミニウムや銅に代表される冷却器の両者の中間の熱膨張率を持つ緩衝材を、適宜介在させて熱膨張率の差を緩和させる方法が提案されている。特許文献10では基本構成として、半導体チップと冷却器との間にパワーモジュール用基板が介在されこのパワーモジュール用基板はセラミックス製の絶縁基板の上下に金属層が形成され、さらにこの金属層に熱膨張率の差を緩和させるために、銅−モリブデン−銅の3層をろう付けにして積層した積層基板を用いている。   In Patent Document 10, a buffer material having an intermediate thermal expansion coefficient between a semiconductor chip typified by silicon and a cooler typified by aluminum or copper is appropriately interposed to relax the difference in thermal expansion coefficient. Has been proposed. In Patent Document 10, as a basic configuration, a power module substrate is interposed between a semiconductor chip and a cooler, and this power module substrate is formed with metal layers above and below a ceramic insulating substrate. In order to alleviate the difference in expansion coefficient, a laminated substrate in which three layers of copper-molybdenum-copper are laminated by brazing is used.

特開2009−049062号公報JP 2009-049062 A 特開2006−063315号公報JP 2006-063315 A 特開2014−196403号公報JP 2014-196403 A 特開2011−184507号公報JP 2011-184507 A 特開2014−189701号公報JP 2014-189701 A 特開昭62−126694号公報JP 62-126694 A 国際公開WO2014/196496A1号International Publication WO2014 / 196696A1 国際公開WO2015/022956A1号International Publication WO2015 / 022956A1 特開平08−244163号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-244163 特開2007−335795号公報JP 2007-335795 A

半導体装置などの車載用パワーモジュール構造体に使用される電子部材には、電気的絶縁性を要しないものもあり、放熱グリースや放熱シートなどがそうした例である。   Some electronic members used in in-vehicle power module structures such as semiconductor devices do not require electrical insulation, and examples thereof include heat-dissipating grease and heat-dissipating sheets.

従来知られている上述したようなセラミック樹脂複合体をそうした電気的絶縁性を要しない電子部材に熱伝導性を目当てにした転用が試みられることもあったが、上述したようなセラミック樹脂複合体では熱伝導性が低く、満足できる結果は得られていない。すなわちそうしたセラミック樹脂複合体は、放熱性/熱伝導率などの面で問題が下記のようにあることが知られている。   In some cases, the above-described ceramic resin composites as described above have been tried to be used for electronic members that do not require electrical insulation, aiming at thermal conductivity. However, thermal conductivity is low and satisfactory results are not obtained. That is, such ceramic resin composites are known to have the following problems in terms of heat dissipation / thermal conductivity.

特許文献6に記載の発明に従って板状のセラミックス樹脂複合体を2層以上積層する場合には、板状のセラミックス樹脂複合体間に熱伝導率の低い接着層(熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させたもの)が必要であり(特許文献6の第4図参照)、放熱性の面で課題があった。   When two or more plate-shaped ceramic resin composites are laminated according to the invention described in Patent Document 6, an adhesive layer (thermosetting resin or thermosetting resin having a low thermal conductivity is provided between the plate-shaped ceramic resin composites. (A ceramic powder dispersed in a resin) is required (see FIG. 4 of Patent Document 6), and there is a problem in terms of heat dissipation.

特許文献7においても、板状のセラミックス樹脂複合体を金属回路や金属板等の電子部材と接着する際は、熱伝導率の低い接着層(熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させたもの)が必要であり、放熱性の面で課題があった。   Also in Patent Document 7, when a plate-shaped ceramic resin composite is bonded to an electronic member such as a metal circuit or a metal plate, an adhesive layer having a low thermal conductivity (a ceramic powder in a thermosetting resin or a thermosetting resin). ) Is necessary, and there is a problem in terms of heat dissipation.

特許文献8においても、金属回路及び金属板と接着する際は、熱伝導率の低い接着層(熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂中にセラミックス粉末を分散させたもの、特許文献8の段落0056、0057参照)が必要である。そのため、金属回路と板状のセラミックス樹脂複合体の間の接着層の熱抵抗が高くなるため、放熱性の面で課題があった。   Also in Patent Document 8, when bonding to a metal circuit and a metal plate, an adhesive layer having a low thermal conductivity (a ceramic powder dispersed in a thermosetting resin or a thermosetting resin, paragraph 0056 of Patent Document 8). , 0057) is required. For this reason, the thermal resistance of the adhesive layer between the metal circuit and the plate-like ceramic resin composite is increased, which causes a problem in terms of heat dissipation.

特許文献9では、接着機能を有する板状のセラミックス樹脂複合体(熱伝導性接着シート)が提案されており、放熱性に優れた回路基板が得られる。しかし、特許文献9によれば金属回路と接着する前の熱硬化性樹脂の硬化状態は未硬化の状態(Aステージ)である(特許文献9の段落0053参照)。セラミックス樹脂複合体に含有される熱硬化性樹脂の硬化状態が未硬化の状態(Aステージ)であると、セラミックス樹脂複合体を板状の熱伝導性接着シートに切断する際の熱で、未硬化の状態の熱硬化性樹脂が溶融し厚みのバラツキが発生し、所望の熱伝導性接着シートを得ることができない。さらには、熱伝導性接着シートが切断の際の衝撃に耐えることができず割れが発生する。そのため、切断工程においてセラミックス焼結体を補強するため、TMP(トリメチロールプロパン)等の液状有機物を含浸後、板状に切断加工を行い、加熱処理等により液状有機物を除去した後に、板状のセラミックス焼結体に熱硬化性樹脂を含浸し、熱伝導性接着シートを得る必要がある。そのため、工程が煩雑になる(含浸工程が2回必要(液状有機物と熱硬化性樹脂の含浸)であり、且つ熱硬化性樹脂の含浸は板状で1枚毎に大量に処理する必要がある)と、コストアップに繋がると言う課題があり、量産の際の障害となっていた(特許文献9の段落0036〜0045参照)。また、薄い熱伝導性接着シートが含有する熱硬化性樹脂の硬化状態が未硬化の状態(Aステージ)であるため、補強効果が小さく、金属回路を接着する場合に割れが発生し易く(特許文献9の段落0063参照)、所望の特性が得られにくい。さらには、熱硬化性樹脂の流動性が高すぎる未硬化の状態(Aステージ)であると電子部材表面の凹凸に熱伝導率の低い熱硬化性樹脂層が形成され、熱伝導率が低下すると言う課題もあった。   Patent Document 9 proposes a plate-shaped ceramic resin composite (thermally conductive adhesive sheet) having an adhesive function, and a circuit board excellent in heat dissipation can be obtained. However, according to Patent Document 9, the cured state of the thermosetting resin before being bonded to the metal circuit is an uncured state (A stage) (see Paragraph 0053 of Patent Document 9). If the cured state of the thermosetting resin contained in the ceramic resin composite is an uncured state (A stage), the heat at the time of cutting the ceramic resin composite into a plate-like thermally conductive adhesive sheet is not sufficient. The cured thermosetting resin melts and thickness variation occurs, and a desired heat conductive adhesive sheet cannot be obtained. Furthermore, the heat conductive adhesive sheet cannot withstand the impact at the time of cutting and cracks occur. Therefore, in order to reinforce the ceramic sintered body in the cutting process, after impregnating a liquid organic material such as TMP (trimethylolpropane), the plate is cut into a plate shape, and after removing the liquid organic material by heat treatment or the like, It is necessary to impregnate a ceramic sintered body with a thermosetting resin to obtain a heat conductive adhesive sheet. Therefore, the process becomes complicated (the impregnation process is required twice (impregnation of liquid organic substance and thermosetting resin), and the impregnation of the thermosetting resin is plate-like and needs to be processed in large quantities for each sheet. ) And an increase in cost, which has been an obstacle to mass production (see paragraphs 0036 to 0045 of Patent Document 9). In addition, since the cured state of the thermosetting resin contained in the thin thermally conductive adhesive sheet is an uncured state (A stage), the reinforcing effect is small, and cracking is likely to occur when a metal circuit is bonded (patent) (See paragraph 0063 of Document 9), it is difficult to obtain desired characteristics. Furthermore, if the thermosetting resin is in an uncured state (A stage) in which the fluidity is too high, a thermosetting resin layer having a low thermal conductivity is formed on the unevenness of the surface of the electronic member, and the thermal conductivity decreases. There was also a problem to say.

また、窒化ホウ素などのセラミックス焼結体は通常弾性率が高いため、物質としては高熱伝導率を有するものの、金属回路や金属板等の電子部材を熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際に、概して平坦になっている電子部材表面の形状(微細な凹凸形状)に対して熱伝導性接着シートに含有されるセラミックス焼結体が追従し難く空気の層が挟まってしまいやすいがために、結果として高熱伝導率を示さない。さらに、弾性率の低いセラミックス焼結体を用いた場合でも、熱伝導性接着シートに含有される熱硬化性樹脂が流動性の低い完全に硬化した状態(Cステージ)であると、電子部材表面にセラミックス焼結体と熱硬化性樹脂が結合しづらくなるため同様に高い熱伝導率を示さない。   In addition, ceramic sintered bodies such as boron nitride usually have a high elastic modulus, so although they have a high thermal conductivity as a material, an electronic member such as a metal circuit or a metal plate is bonded to a heat conductive adhesive sheet by heating and pressing. In this case, the ceramic sintered body contained in the heat conductive adhesive sheet hardly follows the shape of the surface of the electronic member that is generally flat (fine irregular shape), and the air layer is likely to be caught. As a result, the high thermal conductivity is not exhibited. Furthermore, even when a ceramic sintered body having a low elastic modulus is used, if the thermosetting resin contained in the heat conductive adhesive sheet is in a completely cured state (C stage) with low fluidity, the surface of the electronic member Furthermore, since it is difficult to bond the ceramic sintered body and the thermosetting resin, high thermal conductivity is not exhibited.

またそもそも、電気的絶縁性を要しない電子部材にまでセラミックス焼結体を用いると、コストがかさんだり製造工程が煩雑になったりして利点が乏しいという問題もある。   In the first place, when a ceramic sintered body is used even for an electronic member that does not require electrical insulation, there is a problem that the cost is increased and the manufacturing process becomes complicated, so that there are few advantages.

また、熱伝導性接着シートに含有される熱硬化性樹脂の流動性が高すぎる(粘度が低すぎる)未硬化の状態(Aステージ)であると、切断工程や接着工程で不具合が発生しやすく、工程が煩雑になる場合や、熱伝導性等の特性が低下する場合がある。   Moreover, if the fluidity of the thermosetting resin contained in the heat conductive adhesive sheet is too high (viscosity is too low) and is in an uncured state (A stage), problems are likely to occur in the cutting process and the bonding process. In some cases, the process becomes complicated, and the characteristics such as thermal conductivity may deteriorate.

またパワーモジュール基板への使用に関しても、上記特許文献10に記載の方法においては積層構成が非常に複雑になり製品コストがアップするとともに、多層構造となるので全体の熱抵抗が高くなってしまい、十分な冷却性能を得ることができないという課題があった。   In addition, regarding the use for the power module substrate, in the method described in Patent Document 10, the laminated structure becomes very complicated and the product cost is increased, and the overall thermal resistance is increased because of the multilayer structure, There was a problem that sufficient cooling performance could not be obtained.

以上述べたような従来技術においては、放熱用接着シートにおいて充分な熱伝導性(放熱性)と接着性を併せて得られる技術は得られておらず、上記した従来技術の欠点を総合的に解決できる技術は今まで見られない。   In the prior art as described above, there is no technology that can provide sufficient heat conductivity (heat dissipation) and adhesiveness in the heat-dissipating adhesive sheet. The technology that can be solved is not seen until now.

本発明は、上記のような背景技術に鑑み、量産性及び製品特性(放熱性と接着性)に優れ、特に電子機器の放熱性を飛躍的に向上することができ、特に電気的絶縁性を要しない、または積極的な導電性の付与を目的とする電子部材用途に適するグラファイト樹脂複合体を提供することを課題の一つとする。また、本発明は、本発明に係るグラファイト樹脂複合体を材料とする熱伝導性接着シートを提供することを別の課題の一つとする。   In view of the background art as described above, the present invention is excellent in mass productivity and product characteristics (heat dissipation and adhesiveness), and in particular, can greatly improve the heat dissipation of electronic devices, and in particular has electrical insulation. An object is to provide a graphite resin composite that is not necessary or that is suitable for use as an electronic member for the purpose of positively imparting conductivity. Another object of the present invention is to provide a heat conductive adhesive sheet made of the graphite resin composite according to the present invention.

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態では下記を提供できる。   In view of the said subject, the following can be provided in embodiment of this invention.

[1]
グラファイト一次粒子が3次元的に連続する一体構造をなしているグラファイト焼結体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させてなり、少なくともひとつの熱伝導面を有するグラファイト樹脂複合体であって、
前記グラファイト焼結体と前記熱硬化性樹脂組成物との合計量に対する前記グラファイト焼結体の比率が、70体積%以上80体積%以下であり、
前記グラファイト焼結体と前記熱硬化性樹脂組成物との合計量に対する前記熱硬化性樹脂組成物の比率が、20体積%以上30体積%以下であり、
前記熱伝導面にX線を照射して得られるX線回折パターンにおいて、前記グラファイト一次粒子の(002)面に相当する回折ピーク強度を前記グラファイト一次粒子の(100)面に相当する回折ピーク強度で割った値が、30未満である
ことを特徴とするグラファイト樹脂複合体。
[1]
A graphite resin composite comprising a graphite sintered body having a monolithic structure in which graphite primary particles are three-dimensionally continuous, impregnated with a thermosetting resin composition, and having at least one heat conducting surface,
The ratio of the graphite sintered body to the total amount of the graphite sintered body and the thermosetting resin composition is 70% by volume or more and 80% by volume or less,
The ratio of the thermosetting resin composition to the total amount of the graphite sintered body and the thermosetting resin composition is 20 vol% or more and 30 vol% or less,
In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the heat conducting surface with X-rays, the diffraction peak intensity corresponding to the (002) plane of the graphite primary particles is the diffraction peak intensity corresponding to the (100) plane of the graphite primary particles. A graphite resin composite, wherein the value divided by is less than 30.

[2]
前記熱伝導面にX線を照射して得られるX線回折パターンにおいて、前記グラファイト一次粒子の(002)面に相当する回折ピーク強度を前記グラファイト一次粒子の(100)面に相当する回折ピーク強度で割った値が、0.01以上25以下である、[1]に記載のグラファイト樹脂複合体。
[2]
In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the heat conducting surface with X-rays, the diffraction peak intensity corresponding to the (002) plane of the graphite primary particles is the diffraction peak intensity corresponding to the (100) plane of the graphite primary particles. The graphite resin composite according to [1], wherein the value divided by is from 0.01 to 25.

[3]
前記熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ基を有する物質及びシアネート基を有する物質の何れか一方又は両方と、水酸基を有する物質及びマレイミド基を有する物質の何れか一方又は両方との組み合わせである、[1]または[2]に記載のグラファイト樹脂複合体。
[3]
The thermosetting resin composition is a combination of any one or both of a substance having an epoxy group and a substance having a cyanate group and one or both of a substance having a hydroxyl group and a substance having a maleimide group. The graphite resin composite according to [1] or [2].

[4]
前記熱硬化性樹脂組成物が、ビスマレイミドトリアジン樹脂である、[3]に記載のグラファイト樹脂複合体。
[4]
The graphite resin composite according to [3], wherein the thermosetting resin composition is a bismaleimide triazine resin.

[5]
前記熱硬化性樹脂組成物の示差走査型熱量計で測定される発熱開始温度が、180℃以上300℃以下の範囲であり、且つ硬化率が5%以上60%以下の範囲であり、且つ数平均分子量が450以上4800以下の範囲である、[1]〜[4]のいずれかに記載のグラファイト樹脂複合体。
[5]
The heat generation starting temperature measured by a differential scanning calorimeter of the thermosetting resin composition is in the range of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, the curing rate is in the range of 5% or higher and 60% or lower, and several The graphite resin composite according to any one of [1] to [4], wherein the average molecular weight is in the range of 450 to 4800.

[6]
[1]〜[5]のいずれかに記載のグラファイト樹脂複合体を加工してなり、熱伝導面を両面に有する熱伝導性接着シート。
[6]
The heat conductive adhesive sheet which processes the graphite resin composite in any one of [1]-[5], and has a heat conductive surface on both surfaces.

[7]
[6]に記載の熱伝導性接着シートの両面の熱伝導面にそれぞれ接着された二つ以上の電子部材を備えた車載用パワーモジュール構造体。
[7]
The vehicle-mounted power module structure provided with the 2 or more electronic member each adhere | attached on the heat conductive surface of both surfaces of the heat conductive adhesive sheet as described in [6].

[8]
前記電子部材が、基板用の金属ベース板、ならびに基板を冷却するための放熱板および熱交換用冷却器から選択される一種以上である、[7]に記載の車載用パワーモジュール構造体。
[8]
The in-vehicle power module structure according to [7], wherein the electronic member is at least one selected from a metal base plate for a substrate, a heat sink for cooling the substrate, and a heat exchange cooler.

[9]
半導体装置である、[7]または[8]に記載の車載用パワーモジュール構造体。
[9]
The in-vehicle power module structure according to [7] or [8], which is a semiconductor device.

本発明に係るグラファイト樹脂複合体を加工して得た熱伝導性接着シートは、接着性に優れ、高い熱伝導率(低い熱抵抗)を示すため、本発明の熱伝導性接着シートを用いた電子機器は優れた信頼性と放熱性を示し、しかも熱応力への高い耐性と導電性をも呈する。さらには、熱硬化性樹脂とグラファイトの体積含有率の制御により熱膨張係数を任意に制御することが可能であるため、熱サイクル時に応力を緩和し、高い信頼性を得ることも可能である。   Since the heat conductive adhesive sheet obtained by processing the graphite resin composite according to the present invention is excellent in adhesiveness and exhibits high thermal conductivity (low thermal resistance), the heat conductive adhesive sheet of the present invention was used. Electronic equipment exhibits excellent reliability and heat dissipation, and also exhibits high resistance to heat stress and electrical conductivity. Furthermore, since it is possible to arbitrarily control the thermal expansion coefficient by controlling the volume content of the thermosetting resin and graphite, it is possible to relieve stress during the thermal cycle and obtain high reliability.

グラファイト一次粒子の形状を模式化した図である。It is the figure which modeled the shape of the graphite primary particle. 本発明の実施形態に係るグラファイト一次粒子の理想的な配向の予想を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the prediction of the ideal orientation of the graphite primary particle which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る車載用パワーモジュール構造体の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the vehicle-mounted power module structure which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明についてより詳しく説明していく。本明細書においてチルダ記号「〜」を用いて示された数値範囲は、別段の断わりが無いかぎり、或る範囲の下限値と上限値を共に含む数値範囲を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the present specification, a numerical range indicated by using a tilde symbol “˜” means a numerical range including both a lower limit value and an upper limit value of a certain range unless otherwise specified.

本発明は、特定の物性の範囲内で制御されたグラファイト焼結体に、所定の熱硬化性樹脂組成物を適切量含浸することにより、優れた量産性及び接着性とともに、今までにない高い熱伝導率を達成したことを特徴の一つとする。理論によって本発明が制限されることを意図するものではないが、高い熱伝導率を達成できたのは、金属板等の電子部材表面の微細な凹凸形状にグラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物が能く追随できるため、断熱する空気がほとんど侵入しないことに起因すると考えられる。このような高い熱伝導率は、従来の一般的なセラミックス焼結体と熱硬化性樹脂組成物の組み合わせでは実現不可能であり、本発明によって初めて提供可能となったのである。すなわち、本発明者は従来にない画期的な熱伝導性接着シートを開発したのである。以下に本明細書において使用される用語の定義と、本発明において使用される各材料について説明する。   In the present invention, a graphite sintered body controlled within a range of specific physical properties is impregnated with an appropriate amount of a predetermined thermosetting resin composition, so that it has an unprecedented high mass productivity and adhesiveness. One of the features is that the thermal conductivity has been achieved. Although it is not intended that the present invention be limited by theory, it was possible to achieve high thermal conductivity because the graphite sintered body and the thermosetting resin were formed into fine irregularities on the surface of an electronic member such as a metal plate. It is considered that the composition is capable of following up effectively and that the air for heat insulation hardly penetrates. Such a high thermal conductivity cannot be realized by a combination of a conventional general ceramic sintered body and a thermosetting resin composition, and can be provided for the first time by the present invention. That is, the present inventor has developed an unprecedented innovative heat conductive adhesive sheet. Hereinafter, definitions of terms used in the present specification and materials used in the present invention will be described.

<グラファイト焼結体、グラファイト樹脂複合体、熱伝導性接着シート>
本発明では、グラファイト一次粒子同士が焼結により結合した状態で2個以上集合した状態を、3次元的に連続する一体構造の「グラファイト焼結体」と定義する。さらに、本発明では、グラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物からなる複合体を「グラファイト樹脂複合体」と定義する。また、グラファイト樹脂複合体をシート状に加工したものを「熱伝導性接着シート」と定義する。
<Sintered graphite, graphite resin composite, thermally conductive adhesive sheet>
In the present invention, a state in which two or more graphite primary particles are aggregated in a state where they are bonded together by sintering is defined as a “graphite sintered body” having a three-dimensional continuous structure. Furthermore, in the present invention, a composite composed of a graphite sintered body and a thermosetting resin composition is defined as a “graphite resin composite”. In addition, a product obtained by processing a graphite resin composite into a sheet is defined as a “thermal conductive adhesive sheet”.

グラファイト一次粒子同士の焼結による結合は、走査型電子顕微鏡(例えば日本電子社製の「JSM−6010LA」)を用いて、グラファイト一次粒子の断面の一次粒子同士の結合部分を観察することにより評価することができる。観察の前処理として、グラファイト粒子を樹脂で包埋後、CP(クロスセクションポリッシャー)法により加工し、試料台に固定した後にオスミウムコーティングを行う。観察倍率は1500倍とする。また、評価用のグラファイト焼結体は、グラファイト樹脂複合体を構成する熱硬化性樹脂組成物を大気雰囲気、500〜900℃で灰化することにより得る事ができる。グラファイト一次粒子同士の焼結による結合が無い場合は、灰化の際に形状を保持することができない。   Bonding of graphite primary particles by sintering is evaluated by observing a bonded portion of primary particles of a cross section of the graphite primary particles using a scanning electron microscope (for example, “JSM-6010LA” manufactured by JEOL Ltd.). can do. As pretreatment for observation, the graphite particles are embedded with a resin, processed by a CP (cross section polisher) method, fixed on a sample stage, and then coated with osmium. The observation magnification is 1500 times. Moreover, the graphite sintered compact for evaluation can be obtained by ashing the thermosetting resin composition which comprises a graphite resin composite at 500-900 degreeC in air | atmosphere. If there is no bonding between the graphite primary particles by sintering, the shape cannot be maintained during ashing.

<グラファイト焼結体の割合>
グラファイト樹脂複合体中のグラファイト焼結体は70〜80体積%(熱硬化性樹脂組成物は20〜30体積%)の範囲内であることが好ましく、71〜79体積%であることがより好ましい。グラファイト焼結体の量が70体積%より小さいと熱伝導率の低い熱硬化性樹脂組成物の割合が増えるため、熱伝導率が低下する。グラファイト焼結体の量が80体積%より大きいと、金属板等の電子部材を熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際に、電子部材表面の形状に熱硬化性樹脂組成物が沿うように結合し難くなり、引っ張りせん断接着強さと熱伝導率が低下する可能性がある。セラミックス樹脂複合体中のグラファイト焼結体の割合(体積%)は、以下に示すグラファイト焼結体のかさ密度と気孔率の測定より求めることができる。
グラファイト焼結体かさ密度(D)=質量/体積 ・・・・・(1)
グラファイト焼結体気孔率(%)=(1−(D/グラファイト焼結体真密度))×100=熱硬化性樹脂組成物の割合(%) ・・・・・(2)
グラファイト焼結体の割合(%)=100−熱硬化性樹脂組成物の割合・・・・・(3)
<Ratio of sintered graphite>
The graphite sintered body in the graphite resin composite is preferably in the range of 70 to 80% by volume (the thermosetting resin composition is 20 to 30% by volume), more preferably 71 to 79% by volume. . When the amount of the graphite sintered body is smaller than 70% by volume, the ratio of the thermosetting resin composition having a low thermal conductivity increases, so that the thermal conductivity decreases. When the amount of the sintered graphite is larger than 80% by volume, the thermosetting resin composition conforms to the shape of the surface of the electronic member when the electronic member such as a metal plate is bonded to the heat conductive adhesive sheet by heating and pressing. As a result, the tensile shear bond strength and the thermal conductivity may be reduced. The ratio (volume%) of the graphite sintered body in the ceramic resin composite can be obtained by measuring the bulk density and porosity of the graphite sintered body shown below.
Graphite sintered body bulk density (D) = mass / volume (1)
Graphite sintered body porosity (%) = (1- (D / graphite sintered body true density)) × 100 = ratio of thermosetting resin composition (%) (2)
Ratio of sintered graphite (%) = 100-ratio of thermosetting resin composition (3)

<グラファイト焼結体の製造方法>
グラファイト焼結体は、例えばコークス、タールピッチをねつ合、成形し最初におよそ1000℃で焼成、次いで約3000℃で黒鉛化することによって得られる。成形方法としてはCIP成形、押出成形、モールド成形がある。
<Method for producing sintered graphite>
The sintered graphite is obtained, for example, by coking and molding coke and tar pitch, first firing at approximately 1000 ° C., and then graphitizing at approximately 3000 ° C. Examples of the molding method include CIP molding, extrusion molding, and mold molding.

<グラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物の複合化>
本発明のグラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物は、例えばグラファイト焼結体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させることで、複合化することができる。熱硬化性樹脂組成物の含浸は、真空含浸、1〜300MPa(G)での加圧含浸、又はそれらの組合せの含浸で行うことができる。真空含浸時の圧力は、1000Pa(abs)以下が好ましく、100Pa(abs)以下が更に好ましい。加圧含浸工程では、圧力1MPa(G)未満ではグラファイト焼結体の内部まで熱硬化性樹脂組成物が十分含浸できない可能性があり、300MPa(G)超では設備が大規模になるためコスト的に不利である。グラファイト焼結体の内部に熱硬化性樹脂組成物を容易に含浸させるには、真空含浸及び加圧含浸時に100〜180℃に加熱し、熱硬化性樹脂組成物の粘度を低下させると更に好ましく行うことができる。
<Composite of sintered graphite and thermosetting resin composition>
The graphite sintered body and the thermosetting resin composition of the present invention can be combined, for example, by impregnating the graphite sintered body with the thermosetting resin composition. The impregnation of the thermosetting resin composition can be performed by vacuum impregnation, pressure impregnation at 1 to 300 MPa (G), or impregnation thereof. The pressure during vacuum impregnation is preferably 1000 Pa (abs) or less, and more preferably 100 Pa (abs) or less. In the pressure impregnation step, if the pressure is less than 1 MPa (G), there is a possibility that the thermosetting resin composition cannot be sufficiently impregnated to the inside of the graphite sintered body, and if it exceeds 300 MPa (G), the facility becomes large and costly. Disadvantageous. In order to easily impregnate the thermosetting resin composition inside the graphite sintered body, it is more preferable to heat to 100 to 180 ° C. during vacuum impregnation and pressure impregnation to reduce the viscosity of the thermosetting resin composition. It can be carried out.

<グラファイト樹脂複合体中のグラファイト一次粒子の配向性>
本発明のグラファイト樹脂複合体は、少なくとも片面、好ましくは両面に熱伝導面を有し、当該熱伝導面を熱伝導対象に接着するように構成される。この熱伝導面において、グラファイト一次粒子の配向が制御されているところに特徴がある。
<Orientation of graphite primary particles in graphite resin composite>
The graphite resin composite of the present invention has a heat conducting surface on at least one surface, preferably both surfaces, and is configured to adhere the heat conducting surface to a heat conducting object. This heat conducting surface is characterized in that the orientation of the primary graphite particles is controlled.

グラファイト一次粒子は概して鱗片形状を取っており、その面内方向((100)方向)が、熱伝導方向に沿うようにグラファイト一次粒子を配向させることが好ましい。これはすなわち、グラファイト一次粒子の厚み方向((002)方向)が、熱伝導方向に対して垂直になるような配向を意味する。グラファイト一次粒子の配向はX線回折パターンによって確認可能であり、JIS K0131:1996またはJIS R7651:2007に準拠した方法で測定を行うことができる。図1にグラファイト一次粒子の形状を模式化した図を、また図2に本発明の実施形態に係るグラファイト一次粒子の配向の概要を表す模式図を示した。   The graphite primary particles generally have a scaly shape, and it is preferable to orient the graphite primary particles so that the in-plane direction ((100) direction) is along the heat conduction direction. This means an orientation in which the thickness direction ((002) direction) of the primary graphite particles is perpendicular to the heat conduction direction. The orientation of the primary graphite particles can be confirmed by an X-ray diffraction pattern, and can be measured by a method based on JIS K0131: 1996 or JIS R7651: 2007. FIG. 1 is a diagram schematically showing the shape of graphite primary particles, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an outline of the orientation of graphite primary particles according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施形態で使用できるグラファイト一次粒子は、任意の形状(平均長径、アスペクト比)を有することができる。特に限定をするものではないが、例えばグラファイト一次粒子の平均長径として1μm〜800μmの範囲、アスペクト比として5〜30の範囲のものを使用可能である。なお平均長径やアスペクト比は、グラファイト焼結体を上述した走査型電子顕微鏡で観察し、例えば測定視野中のグラファイト一次粒子100個から算出することで計算可能である。   The primary graphite particles that can be used in the embodiment of the present invention can have any shape (average major axis, aspect ratio). Although there is no particular limitation, for example, graphite primary particles having an average major axis in the range of 1 μm to 800 μm and an aspect ratio in the range of 5 to 30 can be used. The average major axis and the aspect ratio can be calculated by observing the graphite sintered body with the above-described scanning electron microscope and calculating, for example, from 100 graphite primary particles in the measurement visual field.

<熱硬化性樹脂組成物>
熱硬化性樹脂組成物としては、エポキシ基を有する物質及びシアネート基を有する物質の何れか一方又は両方と、水酸基を有する物質及びマレイミド基を有する物質の何れか一方又は両方との組み合わせであることが好ましい。これらの中でも、シアネート基を有する物質とマレイミド基を有する物質の組み合わせがより好ましい。エポキシ基を有する物質としては、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、多官能エポキシ樹脂(クレゾールのボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等)、フェノ−ルノボラック型エポキシ樹脂、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂が挙げられ、シアネート基を有する物質としては、2,2'−ビス(4−シアナトフェニル)プロパン、ビス(4−シアナト−3,5−ジメチルフェニル)メタン、2,2'−ビス(4−シアナトフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,1'−ビス(4−シアナトフェニル)エタン、1,3−ビス(2−(4−シアナトフェニル)イソプロピル)ベンゼン等のシアネート樹脂が挙げられ、水酸基を有する物質としては、フェノールノボラック樹脂、4,4'−(ジメチルメチレン)ビス[2−(2−プロペニル)フェノール]等のフェノール類が挙げられ、マレイミド基を有する物質としては、4,4'−ジフェニルメタンビスマレイミド、m−フェニレンビスマレイミド、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド、3,3'−ジメチル−5,5'−ジエチル−4,4'−ジフェニルメタンビスマレイミド、4−メチル−1,3−フェニレンビスマレイミド、1,6'−ビスマレイミド−(2,2,4−トリメチル)ヘキサン、4,4'−ジフェニルエーテルビスマレイミド、4,4'−ジフェニルスルフォンビスマレイミド、1,3−ビス(3−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−マレイミドフェノキシ)ベンゼン、ビス−(3−エチル−5−メチル−4−マレイミドフェニル)メタン、2,2'−ビス[4−(4−マレイミドフェノキシ)フェニル]プロパン等のマレイミド樹脂が挙げられる。特に好ましくは、得られる特性が優れることに鑑み、熱硬化性樹脂組成物としてビスマレイミドトリアジン樹脂を使用することができる。
<Thermosetting resin composition>
The thermosetting resin composition is a combination of one or both of a substance having an epoxy group and a substance having a cyanate group and one or both of a substance having a hydroxyl group and a substance having a maleimide group. Is preferred. Among these, a combination of a substance having a cyanate group and a substance having a maleimide group is more preferable. Substances having an epoxy group include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, polyfunctional epoxy resins (cresol borac epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, etc.), phenol novolac type epoxy resins, cyclic Examples of the epoxy resin include aliphatic epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, and glycidyl amine type epoxy resins. Examples of the substance having a cyanate group include 2,2′-bis (4-cyanatophenyl) propane and bis (4 -Cyanato-3,5-dimethylphenyl) methane, 2,2'-bis (4-cyanatophenyl) hexafluoropropane, 1,1'-bis (4-cyanatophenyl) ethane, 1,3-bis ( Cyanate resins such as 2- (4-cyanatophenyl) isopropyl) benzene Examples of the substance having a hydroxyl group include phenol novolac resins, phenols such as 4,4 ′-(dimethylmethylene) bis [2- (2-propenyl) phenol], and examples of the substance having a maleimide group include 4,4′-diphenylmethane bismaleimide, m-phenylene bismaleimide, bisphenol A diphenyl ether bismaleimide, 3,3′-dimethyl-5,5′-diethyl-4,4′-diphenylmethane bismaleimide, 4-methyl-1, 3-phenylene bismaleimide, 1,6′-bismaleimide- (2,2,4-trimethyl) hexane, 4,4′-diphenyl ether bismaleimide, 4,4′-diphenylsulfone bismaleimide, 1,3-bis ( 3-maleimidophenoxy) benzene, 1,3-bis (4-maleimidophenoxy) benzene And maleimide resins such as bis- (3-ethyl-5-methyl-4-maleimidophenyl) methane and 2,2′-bis [4- (4-maleimidophenoxy) phenyl] propane. Particularly preferably, a bismaleimide triazine resin can be used as the thermosetting resin composition in view of excellent properties obtained.

熱硬化性樹脂組成物には適宜、グラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物間の密着性を向上させるためのシランカップリング剤、濡れ性やレベリング性の向上及び粘度低下を促進して含浸・硬化時の欠陥の発生を低減するための消泡剤、表面調整剤、湿潤分散剤を含有することができる。さらに、硬化速度や発熱開始温度を制御するために、硬化促進剤を加えても良い。硬化促進剤としては、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウムテトラ−p−トリルボレート等の有機リン化合物、アセチルアセトン銅(II)、亜鉛(II)アセチルアセトナート等の金属触媒が挙げられる。   The thermosetting resin composition is appropriately impregnated with a silane coupling agent for improving the adhesion between the graphite sintered body and the thermosetting resin composition, improving wettability and leveling properties, and promoting viscosity reduction. An antifoaming agent, a surface conditioner, and a wetting and dispersing agent for reducing the occurrence of defects during curing can be contained. Further, a curing accelerator may be added in order to control the curing rate and the heat generation start temperature. Curing accelerators include imidazoles such as 2-ethyl-4-methylimidazole and 2-phenylimidazole, organophosphorus compounds such as triphenylphosphine and tetraphenylphosphonium tetra-p-tolylborate, acetylacetone copper (II), zinc (II) Metal catalysts such as acetylacetonate can be mentioned.

<熱硬化性樹脂組成物の半硬化>
グラファイト焼結体と複合化した熱硬化性樹脂組成物を半硬化(Bステージ化)することでグラファイト樹脂複合体を得ることができる。加熱方式としては、赤外線加熱、熱風循環、オイル加熱方式、ホットプレート加熱方式又はそれらの組み合わせで行うことができる。半硬化は、含浸終了後に含浸装置の加熱機能を利用してそのまま行っても良いし、含浸装置から取り出した後に、熱風循環式コンベア炉等の公知の装置を用いて別途行っても良い。
<Semi-curing of thermosetting resin composition>
A graphite resin composite can be obtained by semi-curing (B-stage) the thermosetting resin composition combined with the graphite sintered body. As the heating method, infrared heating, hot air circulation, oil heating method, hot plate heating method or a combination thereof can be used. The semi-curing may be performed as it is using the heating function of the impregnation apparatus after completion of the impregnation, or may be separately performed using a known apparatus such as a hot air circulating conveyor furnace after taking out from the impregnation apparatus.

<熱硬化性樹脂組成物の発熱開始温度>
グラファイト樹脂複合体に含有される熱硬化性樹脂組成物の示差走査型熱量計で測定した発熱開始温度は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることが更により好ましい。当該発熱開始温度が180℃より小さいと、真空含浸及び加圧含浸時に熱硬化性樹脂組成物を加熱した際に、熱硬化性樹脂組成物の硬化反応が進み、熱硬化性樹脂組成物の粘度が上昇して、熱硬化性樹脂組成物がグラファイト焼結体の気孔内に含浸することができなくなる。このため、グラファイト樹脂複合体の接着性が低下する。当該発熱開始温度の上限については特に制限は無いが、熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際の生産性や装置部品の耐熱性を考慮すると、300℃以下が実際的である。発熱開始温度は、硬化促進剤等により制御することができる。
<Heat generation start temperature of thermosetting resin composition>
The heat generation starting temperature measured with a differential scanning calorimeter of the thermosetting resin composition contained in the graphite resin composite is preferably 180 ° C or higher, more preferably 190 ° C or higher, and 200 ° C or higher. Even more preferably. When the heat generation start temperature is lower than 180 ° C., when the thermosetting resin composition is heated during vacuum impregnation and pressure impregnation, the curing reaction of the thermosetting resin composition proceeds and the viscosity of the thermosetting resin composition is increased. As a result, the thermosetting resin composition cannot be impregnated in the pores of the graphite sintered body. For this reason, the adhesiveness of a graphite resin composite falls. Although there is no restriction | limiting in particular about the upper limit of the said heat_generation | fever starting temperature, 300 degrees C or less is practical when the productivity at the time of adhere | attaching on a heat conductive adhesive sheet by heating and pressurization, and the heat resistance of an apparatus component are considered. The heat generation start temperature can be controlled by a curing accelerator or the like.

<熱硬化性樹脂組成物の硬化温度および硬化時間>
グラファイト樹脂複合体に含有される熱硬化性樹脂組成物の硬化温度は、180℃以下であるのが好ましく、160℃以下であるのがより好ましい。また当該熱硬化性樹脂組成物の硬化時間は、10〜15時間程度が好ましい。
<Curing temperature and curing time of thermosetting resin composition>
The curing temperature of the thermosetting resin composition contained in the graphite resin composite is preferably 180 ° C. or less, and more preferably 160 ° C. or less. Further, the curing time of the thermosetting resin composition is preferably about 10 to 15 hours.

<熱硬化性樹脂組成物の発熱開始温度の評価方法>
発熱開始温度とは、熱硬化性樹脂組成物を示差走査型熱量計にて加熱硬化した場合に得られる、横軸に温度(℃)、縦軸に熱流(mW)をとった発熱曲線において、発熱ピークから発熱曲線の立ち上がりへ向かう曲線上の変曲点における接線とベースラインとの交点における温度である。
<Evaluation method of heat generation start temperature of thermosetting resin composition>
The exothermic start temperature is a heat generation curve obtained when the thermosetting resin composition is heated and cured with a differential scanning calorimeter, with the horizontal axis representing temperature (° C.) and the vertical axis representing heat flow (mW). This is the temperature at the intersection of the tangent and the base line at the inflection point on the curve from the exothermic peak to the rise of the exothermic curve.

<熱硬化性樹脂組成物の硬化率>
グラファイト樹脂複合体に含有される熱硬化性樹脂組成物の硬化状態を示す用語である「半硬化(Bステージ)状態」とは、示差走査熱量測定を用いて下記計算式から求められる硬化率が5〜60%の状態をいう。当該硬化率が5%より小さいと、グラファイト樹脂複合体を板状の熱伝導性接着シートに切断する際の熱で、未硬化の状態の熱硬化性樹脂組成物が溶融し厚みのバラツキが発生する。また、グラファイト樹脂複合体が切断の際の衝撃に耐えることができず割れが発生し、シート成形が困難となる。さらには、熱伝導性接着シートを加熱加圧により接着する際に、電子部材表面に熱伝導率の低い接着(熱硬化性樹脂組成物)層が形成され、熱伝導率が低下する。当該硬化率が90%より大きいと、熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際に熱硬化性樹脂組成物が溶融しないため、熱伝導性接着シートを接着することができない。グラファイト樹脂複合体中の熱硬化性樹脂組成物の硬化率は好ましくは10〜90%であり、より好ましくは12〜40%であり、更により好ましくは15〜30%である。
<Curing rate of thermosetting resin composition>
The “semi-cured (B stage) state”, which is a term indicating the cured state of the thermosetting resin composition contained in the graphite resin composite, is a cure rate obtained from the following formula using differential scanning calorimetry. The state of 5-60% is said. If the curing rate is less than 5%, the heat at the time of cutting the graphite resin composite into a plate-like thermally conductive adhesive sheet melts the uncured thermosetting resin composition, resulting in variations in thickness. To do. In addition, the graphite resin composite cannot withstand the impact at the time of cutting, cracks occur, and sheet molding becomes difficult. Furthermore, when the thermally conductive adhesive sheet is adhered by heating and pressing, an adhesive (thermosetting resin composition) layer having low thermal conductivity is formed on the surface of the electronic member, and the thermal conductivity is lowered. If the curing rate is greater than 90%, the thermosetting resin composition does not melt when bonded to the heat conductive adhesive sheet by heating and pressurization, and thus the heat conductive adhesive sheet cannot be bonded. The curing rate of the thermosetting resin composition in the graphite resin composite is preferably 10 to 90%, more preferably 12 to 40%, and even more preferably 15 to 30%.

<熱硬化性樹脂組成物の硬化率の評価方法>
硬化率(%)=[(X−Y)/X]×100
X:加熱により硬化を進める前の状態の熱硬化樹脂組成物を、示差走査型熱量計を用いて硬化させた際に生じた熱量。
Y:加熱により、半硬化状態(Bステージ)とした熱硬化性樹脂組成物(硬化率を評価する対象となる熱硬化性樹脂組成物)について、示差走査型熱量計を用いて硬化させた際に生じた熱量。
<Evaluation method of curing rate of thermosetting resin composition>
Curing rate (%) = [(X−Y) / X] × 100
X: The amount of heat generated when the thermosetting resin composition in a state before being cured by heating was cured using a differential scanning calorimeter.
Y: When the thermosetting resin composition (thermosetting resin composition to be evaluated for curing rate) in a semi-cured state (B stage) by heating is cured using a differential scanning calorimeter The amount of heat generated.

尚、上述のX及びYにおいて「硬化させた」状態は、得られた発熱曲線のピークから
特定できる。また当該技術分野において、「Cステージ状態」とは、熱硬化性樹脂組成物の硬化がほぼ終了しており、高温に加熱しても再度溶融することはない状態をいう。具体的には、「Bステージ状態」の欄で述べた硬化率が60%を超えている状態をいう。さらに、「Aステージ状態」とは、加熱による硬化が全く進んでいないか又は僅かしか進んでおらず、常温の20℃で液体の状態をいう。具体的には、「Bステージ状態」の欄で述べた硬化率が5.0%より小さい状態をいう。
The state of “cured” in the above X and Y can be identified from the peak of the exothermic curve obtained. In this technical field, “C stage state” refers to a state in which the thermosetting resin composition is almost completely cured and does not melt again even when heated to a high temperature. Specifically, it refers to a state where the curing rate described in the “B stage state” column exceeds 60%. Furthermore, the “A stage state” refers to a state in which curing by heating has not progressed at all or has progressed only slightly and is liquid at 20 ° C. at room temperature. Specifically, it means a state where the curing rate described in the “B stage state” column is smaller than 5.0%.

<熱硬化性樹脂組成物の数平均分子量と評価方法>
本発明におけるグラファイト樹脂複合体に含有される熱硬化性樹脂組成物の数平均分子量とは、サイズ排除クロマトグラフィー(以下、SECと略記する)によって測定されるポリスチレン換算で示される平均分子量である(JIS K 7252−1:2016 3.4.1項 式(1)に準拠)。数平均分子量は、450〜4800の範囲のものが好ましく、500〜4000の範囲のものがより好ましく、550〜3500の範囲のものが更により好ましい。数平均分子量が450より小さいと、グラファイト樹脂複合体を板状の熱伝導性接着シートに切断する際の熱で、熱硬化性樹脂組成物が溶融し厚みのバラツキが発生する。また、グラファイト樹脂複合体が切断の際の衝撃に耐えることができず割れが発生する。さらには、熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際に、界面に熱伝導率の低い接着(熱硬化性樹脂組成物)層が形成され、熱伝導率が低下する。数平均分子量が4800より大きいと、熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際の熱硬化性樹脂組成物の溶融粘度が高いため、電子部材との接着強さが低下する。また、熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際に、電子部材の表面にグラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物が結合しづらくなるため熱伝導率が低下する。
<Number average molecular weight and evaluation method of thermosetting resin composition>
The number average molecular weight of the thermosetting resin composition contained in the graphite resin composite in the present invention is an average molecular weight expressed in terms of polystyrene measured by size exclusion chromatography (hereinafter abbreviated as SEC) (JIS K). 7252-1: 2016 Section 3.4.1 (according to formula (1)). The number average molecular weight is preferably in the range of 450 to 4800, more preferably in the range of 500 to 4000, and still more preferably in the range of 550 to 3500. When the number average molecular weight is smaller than 450, the thermosetting resin composition is melted by the heat generated when the graphite resin composite is cut into a plate-like thermally conductive adhesive sheet, resulting in variation in thickness. Further, the graphite resin composite cannot withstand the impact at the time of cutting, and cracks occur. Furthermore, when it adheres to a heat conductive adhesive sheet by heating and pressurizing, an adhesive (thermosetting resin composition) layer having low heat conductivity is formed at the interface, and the heat conductivity is lowered. When the number average molecular weight is larger than 4800, the melt viscosity of the thermosetting resin composition when bonded to the heat conductive adhesive sheet by heating and pressurization is high, so that the adhesive strength with the electronic member is lowered. Moreover, when it adheres to a heat conductive adhesive sheet by heating and pressurization, since a graphite sintered compact and a thermosetting resin composition become difficult to couple | bond with the surface of an electronic member, heat conductivity falls.

<熱硬化性樹脂組成物の溶融温度と評価方法>
本発明におけるグラファイト樹脂複合体に含有される熱硬化性樹脂組成物の溶融温度は、70℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましく、95℃以上であることが更により好ましい。当該溶融温度が70℃より小さいと、グラファイト樹脂複合体を板状の熱伝導性接着シートに切断する際の熱で、熱硬化性樹脂組成物が溶融し厚みのバラツキが発生する。当該溶融温度の上限については、特に制限は無いが、熱伝導性接着シートに加熱加圧により接着する際に、熱硬化性樹脂組成物の硬化反応の進行による粘度上昇を抑制する必要があることを考えると、溶融温度は180℃以下が実際的であり、典型的には150℃以下であり、より典型的には120℃以下である。本発明の溶融温度は、示差走査熱量測定により熱硬化性樹脂組成物を加熱した際の吸熱ピークの温度である。
<Melt temperature and evaluation method of thermosetting resin composition>
The melting temperature of the thermosetting resin composition contained in the graphite resin composite in the present invention is preferably 70 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and even more preferably 95 ° C. or higher. preferable. When the melting temperature is lower than 70 ° C., the thermosetting resin composition is melted by heat at the time of cutting the graphite resin composite into a plate-like thermally conductive adhesive sheet, and thickness variation occurs. The upper limit of the melting temperature is not particularly limited, but it is necessary to suppress an increase in viscosity due to the progress of the curing reaction of the thermosetting resin composition when bonded to the heat conductive adhesive sheet by heating and pressing. The melting temperature is practically 180 ° C. or lower, typically 150 ° C. or lower, and more typically 120 ° C. or lower. The melting temperature of the present invention is the temperature of the endothermic peak when the thermosetting resin composition is heated by differential scanning calorimetry.

<熱伝導性接着シートの構成>
本発明の実施形態に係る熱伝導性接着シートは、少なくとも片面に、好ましくは両面に、熱伝導面を有する。この熱伝導面は、例えば熱交換冷却器(ヒートシンク)や放熱板(銅ベースなど)といった熱伝導対象に接着するように構成される。熱伝導面においてグラファイト一次粒子の配向が制御されていることについては上述したとおりである。熱伝導性接着シートの使用態様例については後述する。
<Configuration of heat conductive adhesive sheet>
The thermally conductive adhesive sheet according to the embodiment of the present invention has a thermally conductive surface on at least one side, preferably on both sides. This heat conducting surface is configured to adhere to a heat conducting object such as a heat exchange cooler (heat sink) or a heat sink (such as a copper base). As described above, the orientation of the primary graphite particles is controlled on the heat conducting surface. The usage example of a heat conductive adhesive sheet is mentioned later.

<熱伝導性接着シートの厚み>
熱伝導性接着シートの厚みは、要求特性によって変えることができる。例えば、熱抵抗が重要である場合は、0.1mm〜0.35mmの薄いものを用いることができる。
<Thickness of heat conductive adhesive sheet>
The thickness of the heat conductive adhesive sheet can be changed according to required characteristics. For example, when thermal resistance is important, a thin one of 0.1 mm to 0.35 mm can be used.

<車載用パワーモジュール構造体>
本発明の実施形態に係る熱伝導性接着シートは、車載用パワーモジュール構造体中に含めることができる。車載用パワーモジュール構造体は、二つ以上の電子部材の接着に、当該熱伝導性接着シートを用いることで製造することができる。二つ以上の電子部材とは、例えば一方の電子部材がアルミ製の熱交換冷却器(ヒートシンク)、他方の電子部材がパワーモジュール底面の銅板(放熱板)である。従来技術においては、放熱シート等のTIM(Thermal Interface Material)をネジ止めで固定することでパワーモジュールの発熱性電子部品の熱を銅製の放熱板から放熱シートを介してアルミ製の冷却器に逃がしているが、本発明の実施形態に係る熱伝導性接着シートは高熱伝導率と共に、接着機能を併せ持つことからネジ止めが不要であり、車載用パワーモジュール構造体の構成部材として好適である。好ましい実施形態においては、車載用パワーモジュール構造体は半導体装置であってよい。
<In-vehicle power module structure>
The heat conductive adhesive sheet which concerns on embodiment of this invention can be included in a vehicle-mounted power module structure. The in-vehicle power module structure can be manufactured by using the thermally conductive adhesive sheet for bonding two or more electronic members. With two or more electronic members, for example, one electronic member is an aluminum heat exchange cooler (heat sink), and the other electronic member is a copper plate (heat radiating plate) on the bottom of the power module. In the prior art, by fixing the thermal interface material (TIM) such as a heat-dissipating sheet with screws, the heat of the heat generating electronic components of the power module is released from the copper heat-dissipating plate to the aluminum cooler via the heat-dissipating sheet. However, since the heat conductive adhesive sheet according to the embodiment of the present invention has an adhesive function as well as high thermal conductivity, screwing is unnecessary, and the heat conductive adhesive sheet is suitable as a constituent member of an in-vehicle power module structure. In a preferred embodiment, the in-vehicle power module structure may be a semiconductor device.

本発明の実施形態に係る車載用パワーモジュール構造体には、熱伝導性接着シートの他、発熱素子もしくは半導体素子(以下、「基板」に含まれるものとして「基板」とも略記する)と、放熱板と、熱交換冷却器とを含めることができる。図3に、本発明の実施形態に係る車載用パワーモジュール構造体の構成例を模式図として示した。図3に示す車載用パワーモジュール構造体30には、上から順に、基板32と、放熱板34と、熱伝導性接着シート36(波線の模様で示す)と、熱交換冷却器38とが含まれている。また基板32には、発熱素子もしくは半導体素子33aと、発熱素子もしくは半導体素子33aを銅回路33cに接合するハンダ33b(右斜線の模様で示す)と、銅回路33cと、銅回路33cと放熱板34を隔てて接着する絶縁層33d(左斜線の模様で示す)とが含まれている。なおここでは簡単に説明するため、各部品を一個ずつ描いているが、複数個の部品が含まれていてもよいことは言うまでもない。   An in-vehicle power module structure according to an embodiment of the present invention includes a heat conductive adhesive sheet, a heating element or a semiconductor element (hereinafter also abbreviated as “substrate” as included in “substrate”), and heat dissipation. A plate and a heat exchange cooler can be included. In FIG. 3, the structural example of the vehicle-mounted power module structure which concerns on embodiment of this invention was shown as a schematic diagram. The in-vehicle power module structure 30 shown in FIG. 3 includes, in order from the top, a substrate 32, a heat radiating plate 34, a heat conductive adhesive sheet 36 (shown by a wavy pattern), and a heat exchange cooler 38. It is. Further, the substrate 32 includes a heating element or semiconductor element 33a, solder 33b (shown with a right oblique line) for joining the heating element or semiconductor element 33a to the copper circuit 33c, a copper circuit 33c, a copper circuit 33c, and a heat dissipation plate. And an insulating layer 33d (shown by a left oblique line pattern) that are bonded to each other with a gap 34 interposed therebetween. Here, for the sake of simplicity, each component is drawn one by one, but it goes without saying that a plurality of components may be included.

基板(発熱素子もしくは半導体素子を含む)には、例えばIGBT(insulated gate bipolar transistor、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やサイリスタ等のパワー素子を含めることができる。また本明細書においては、基板には銅回路や絶縁層が含まれていてもよい(例えば、上述した図3の基板32が銅回路33cおよび絶縁層33dを含む態様などのように)。そうした絶縁層としては、絶縁性に優れるセラミックス樹脂複合体を使用してもよい。ここで絶縁性を有するセラミックス樹脂複合体と、本発明の実施形態に係る熱伝導性を有するグラファイト樹脂複合体とは、特に車載用パワーモジュール構造体中における用途が明確に異なることに留意されたい。   The substrate (including a heating element or a semiconductor element) can include a power element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a thyristor. Further, in the present specification, the substrate may include a copper circuit or an insulating layer (for example, as in the above-described embodiment in which the substrate 32 in FIG. 3 includes the copper circuit 33c and the insulating layer 33d). As such an insulating layer, a ceramic resin composite having excellent insulating properties may be used. Here, it should be noted that the ceramic resin composite having insulating properties and the graphite resin composite having thermal conductivity according to the embodiment of the present invention are clearly different in use particularly in an in-vehicle power module structure. .

放熱板は、電極及び放熱体の機能を兼ねたものであり、熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されているのが通常である。放熱板としては例えば、銅ベースやアルミニウムベース、またはそれらの合金からなるベースが含まれる。   The heat radiating plate also functions as an electrode and a heat radiating body, and is usually composed of a metal having good thermal conductivity and electrical conductivity. Examples of the heat sink include a copper base, an aluminum base, or a base made of an alloy thereof.

熱交換冷却器は、一般的な固体ヒートシンク(アルミニウム製など)であってもよいし、または内部を冷却水が流れる水冷式やフィンを有する空冷式等のものであってもよい。   The heat exchange cooler may be a general solid heat sink (made of aluminum or the like), or may be a water cooling type in which cooling water flows inside or an air cooling type having fins.

<車載用パワーモジュール構造体を製造するに際しての熱伝導性接着シートを用いた接着方法>
本発明の実施形態に係る車載用パワーモジュール構造体を製造するにあたっては、熱伝導性接着シートを放熱板と熱交換冷却器の間の接着に用いることができる。この接着にあたっては、熱伝導性接着シートに含まれるグラファイト樹脂複合体を加熱することにより、半硬化状態(Bステージ)の熱硬化性樹脂を溶融させ、被着体表面の形状に沿うような形状として接着性を発現させ、さらに加熱することにより熱硬化性樹脂を完全に硬化した状態(Cステージ)とし、被着体との間の接着を強固にすることが可能である。より短時間で接着する場合にはCステージ状態に熱硬化性樹脂と塗布し加熱し硬化する方法も可能である。加熱方式としては、赤外線加熱、熱風循環、オイル加熱方式、ホットプレート加熱方式又はそれらの組み合わせで行うことができる。半硬化は、含浸終了後に含浸装置の加熱機能を利用してそのまま行っても良いし、含浸装置から取り出した後に、熱風循環式コンベア炉等の公知の装置を用いて別途行っても良い。なお、被着体に接着するのは熱伝導性接着シートの熱伝導面とするのが好ましい。
<Adhesion method using a thermally conductive adhesive sheet for manufacturing an in-vehicle power module structure>
In manufacturing the vehicle-mounted power module structure according to the embodiment of the present invention, the heat conductive adhesive sheet can be used for bonding between the heat sink and the heat exchange cooler. In this bonding, the graphite resin composite contained in the heat conductive adhesive sheet is heated to melt the semi-cured (B stage) thermosetting resin, and the shape follows the shape of the adherend surface. It is possible to develop adhesiveness and further heat the thermosetting resin to a completely cured state (C stage), thereby strengthening the adhesion with the adherend. In the case of bonding in a shorter time, a method of applying a thermosetting resin in a C-stage state and heating and curing is also possible. As the heating method, infrared heating, hot air circulation, oil heating method, hot plate heating method or a combination thereof can be used. The semi-curing may be performed as it is using the heating function of the impregnation apparatus after completion of the impregnation, or may be separately performed using a known apparatus such as a hot air circulating conveyor furnace after taking out from the impregnation apparatus. In addition, it is preferable to adhere to a to-be-adhered body to the heat conductive surface of a heat conductive adhesive sheet.

以下、本発明を実施例、比較例を挙げて更に具体的に説明するが、これらは本発明及びその利点をより良く理解するために提供されるのであり、本発明が限定されることを意図するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but these are provided for better understanding of the present invention and its advantages, and are intended to limit the present invention. Not what you want.

<実施例1〜3>
グラファイト焼結体として、東海カーボン社製黒鉛(G100(実施例1及び3)、G159(実施例2))を使用した。また熱硬化性樹脂組成物として、ビスマレイミドトリアジン樹脂(三菱ガス化学社製の「BT2160」)を使用した。配合比等を下記表に比較例とまとめて示す。
<Examples 1-3>
As a graphite sintered body, graphite (G100 (Examples 1 and 3), G159 (Example 2)) manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. was used. Further, as the thermosetting resin composition, bismaleimide triazine resin (“BT2160” manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company) was used. The blending ratio and the like are shown together with comparative examples in the following table.

<熱硬化性樹脂組成物のグラファイト焼結体への含浸、半硬化、シート状加工>
グラファイト焼結体へ熱硬化性樹脂組成物の含浸を行った。グラファイト焼結体及び熱硬化性樹脂組成物を、真空加温含浸装置(協真エンジニアリング社製の「G−555AT−R」)を用いて、温度145℃、圧力15Pa(abs)の真空中で各々10分間脱気した後、引き続き同装置内で前記の加温真空下でグラファイト焼結体を熱硬化性樹脂組成物中に10分間浸漬した。さらに、加圧加温含浸装置(協真エンジニアリング社製の「HP−4030AA−H45」)を用いて、温度145℃、圧力3.5MPaの加圧下にて120分間含浸し、グラファイト焼結体と熱硬化性樹脂組成物を複合化した。その後、大気圧下、160℃で、下記表に示す時間条件で加熱し、熱硬化性樹脂組成物を半硬化(Bステージ化)させ、グラファイト樹脂複合体とした。
<Impregnation, semi-curing and sheet-like processing of a thermosetting resin composition into a graphite sintered body>
The graphite sintered body was impregnated with the thermosetting resin composition. Using a vacuum warming impregnation apparatus (“G-555AT-R” manufactured by Kyoshin Engineering Co., Ltd.), the graphite sintered body and the thermosetting resin composition are vacuumed at a temperature of 145 ° C. and a pressure of 15 Pa (abs). After deaeration for 10 minutes each, the graphite sintered body was subsequently immersed in the thermosetting resin composition for 10 minutes in the same apparatus under the heating vacuum. Furthermore, using a pressure heating and impregnation apparatus (“HP-4030AA-H45” manufactured by Kyoshin Engineering Co., Ltd.), the graphite sintered body was impregnated for 120 minutes at a temperature of 145 ° C. and a pressure of 3.5 MPa. A thermosetting resin composition was combined. Then, it heated at 160 degreeC under atmospheric pressure on the time conditions shown in the following table | surface, the thermosetting resin composition was semi-hardened (B-staged), and it was set as the graphite resin composite.

<グラファイト焼結体の割合及び熱硬化性樹脂組成物の割合>
グラファイト樹脂複合体中のグラファイト焼結体の割合は、先述した方法に従い、グラファイト焼結体のかさ密度及び真密度から求めた。かさ密度は、先述した方法に従い、ノギス(ミツトヨ社製、「CD67−SPS」)及び電子天秤(エー・アンド・デイ社製、「MC−1000」)で測定したグラファイト焼結体の体積(各辺の長さから算出)及び質量から求めた。真密度は、先述した方法に従い、乾式自動密度計(マイクロメリティックス社製、「AccuPyc II 1340」)で求めたグラファイトの体積と質量より求めた。算出結果を下記表に示す。
<Proportion of graphite sintered body and proportion of thermosetting resin composition>
The ratio of the graphite sintered body in the graphite resin composite was determined from the bulk density and the true density of the graphite sintered body according to the method described above. The bulk density was determined by measuring the volume of each graphite sintered body measured with a vernier caliper (“CD67-SPS” manufactured by Mitutoyo Corporation) and an electronic balance (“MC-1000” manufactured by A & D Corporation) according to the method described above. Calculated from the length of the side) and the mass. The true density was obtained from the volume and mass of graphite obtained by a dry automatic densimeter (“AccuPyc II 1340” manufactured by Micromeritics) according to the method described above. The calculation results are shown in the following table.

次いで、26種類のセラミックス樹脂複合体をマルチワイヤーソー(タカトリ社製の「MWS−32N」)を用いて、320μmの厚さのシート状に加工し、熱伝導性接着シートを得た。   Subsequently, 26 types of ceramic resin composites were processed into a sheet having a thickness of 320 μm using a multi-wire saw (“MWS-32N” manufactured by Takatori) to obtain a heat conductive adhesive sheet.

<熱伝導性接着シートの厚みと厚みの標準偏差測定>
熱伝導性接着シートの厚みをJIS K 7130:1999のA法に準拠して測定した。測定した熱伝導性接着シートの幅×長さ=50mm×50mmであり、1種類毎に、1枚当たり10箇所、合計10枚測定して平均を算出した。得られた熱伝導性接着シートの厚みについての評価結果を下記表に示す。
<Measurement of thickness and thickness standard deviation of heat conductive adhesive sheet>
The thickness of the heat conductive adhesive sheet was measured based on A method of JIS K 7130: 1999. The width of the measured heat conductive adhesive sheet × length = 50 mm × 50 mm, and 10 types per sheet were measured for each type, and the average was calculated. The evaluation result about the thickness of the obtained heat conductive adhesive sheet is shown in the following table.

<熱伝導率>
本発明において評価対象となる熱伝導率は、熱硬化性樹脂組成物の硬化がほぼ終了してCステージ状態となった熱伝導性接着シートの熱伝導率である。測定器には、日立テクノアンドサービス社製、「樹脂材料熱抵抗測定器」を用いた。得られた熱伝導率の評価結果を下記表に示す。
<Thermal conductivity>
In the present invention, the thermal conductivity to be evaluated is the thermal conductivity of the thermally conductive adhesive sheet that has been almost cured and is in the C-stage state. A “resin material thermal resistance measuring device” manufactured by Hitachi Techno & Service Co., Ltd. was used as the measuring device. The evaluation results of the obtained thermal conductivity are shown in the following table.

<引っ張りせん断接着強さ>
幅×長さ×厚み=25mm×12.5mm×320μmの熱伝導性接着シートの両面に、幅×長さ×厚み=25mm×100mm×1.0mmの銅板を積層(サンプルサイズ及び積層方法はJIS K 6850:1999 付図.1参照)し、圧力5MPa、加熱温度240℃、加熱時間5時間の条件で、真空加熱プレス機を用いてプレス接着し、せん断接着強さ測定用サンプルを得た。測定装置は、オートグラフ(島津製作所社製の「AG−100kN」)を用い、測定条件は、測定温度25℃、クロスヘッドスピード5.0mm/minにて、JIS K 6850:1999に準拠して測定を実施した。得られた引っ張りせん断接着強さの評価結果を下記表に示す。
<Tensile shear bond strength>
Laminated copper plates of width x length x thickness = 25 mm x 100 mm x 1.0 mm on both sides of a thermally conductive adhesive sheet of width x length x thickness = 25 mm x 12.5 mm x 320 μm (sample size and lamination method are JIS K 6850: 1999 (see Figure 1) and press-bonded using a vacuum heating press machine under the conditions of a pressure of 5 MPa, a heating temperature of 240 ° C., and a heating time of 5 hours to obtain a sample for measuring shear bond strength. The measurement apparatus is an autograph (“AG-100kN” manufactured by Shimadzu Corporation), and the measurement conditions are a measurement temperature of 25 ° C. and a crosshead speed of 5.0 mm / min, in accordance with JIS K 6850: 1999. Measurements were performed. The evaluation results of the obtained tensile shear bond strength are shown in the following table.

<熱伝導性接着シートの熱伝導面のX線回折パターン解析>
熱伝導性接着シートの熱伝導面のX線回折方法として、サンプルを樹脂ホルダーへ固定し、3kW−X線回折装置(ブルカー社製、D8ADVANCE)を用いて、2θ=10〜70°にて測定を行い、(002)面及び(100)面のピーク強度を測定した。
<X-ray diffraction pattern analysis of heat conductive surface of heat conductive adhesive sheet>
As an X-ray diffraction method of the heat conductive surface of the heat conductive adhesive sheet, a sample is fixed to a resin holder, and measured using a 3 kW-X-ray diffractometer (D8ADVANCE manufactured by Bruker) at 2θ = 10 to 70 °. And the peak intensities of the (002) plane and (100) plane were measured.

<比較例1〜2>
グラファイト焼結体として東海カーボン社製の製品(G535(比較例1)、G348(比較例2))を使用した他は、上記実施例と同様に作成し評価を行った。配合比等を下記表に実施例とまとめて示す。なお比較例2については、樹脂の含浸ができなかったために複合体の作製が不可能であった。この比較例2の結果については、グラファイトの空隙率が小さいために樹脂の含浸ができなかったものと推測される。
<Comparative Examples 1-2>
The graphite sintered body was prepared and evaluated in the same manner as in the above example except that products manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd. (G535 (Comparative Example 1), G348 (Comparative Example 2)) were used. The blending ratio and the like are shown together with examples in the following table. In Comparative Example 2, the composite could not be produced because the resin could not be impregnated. About the result of this comparative example 2, since the porosity of a graphite is small, it is estimated that resin impregnation was not able to be performed.

本発明の熱伝導性接着シートは、一般産業用や車載用パワー半導体モジュールに使用可能である。   The heat conductive adhesive sheet of the present invention can be used for general industrial and in-vehicle power semiconductor modules.

Claims (9)

グラファイト一次粒子が3次元的に連続する一体構造をなしているグラファイト焼結体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させてなり、少なくともひとつの熱伝導面を有するグラファイト樹脂複合体であって、
前記グラファイト焼結体と前記熱硬化性樹脂組成物との合計量に対する前記グラファイト焼結体の比率が、70体積%以上80体積%以下であり、
前記グラファイト焼結体と前記熱硬化性樹脂組成物との合計量に対する前記熱硬化性樹脂組成物の比率が、20体積%以上30体積%以下であり、
前記熱伝導面にX線を照射して得られるX線回折パターンにおいて、前記グラファイト一次粒子の(002)面に相当する回折ピーク強度を前記グラファイト一次粒子の(100)面に相当する回折ピーク強度で割った値が、30未満である
ことを特徴とするグラファイト樹脂複合体。
A graphite resin composite in which a graphite sintered body having a three-dimensional continuous structure of graphite primary particles is impregnated with a thermosetting resin composition and has at least one heat conductive surface,
The ratio of the graphite sintered body to the total amount of the graphite sintered body and the thermosetting resin composition is 70% by volume or more and 80% by volume or less,
The ratio of the thermosetting resin composition to the total amount of the graphite sintered body and the thermosetting resin composition is 20 vol% or more and 30 vol% or less,
In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the heat conducting surface with X-rays, the diffraction peak intensity corresponding to the (002) plane of the graphite primary particles is the diffraction peak intensity corresponding to the (100) plane of the graphite primary particles. A graphite resin composite, wherein the value divided by is less than 30.
前記熱伝導面にX線を照射して得られるX線回折パターンにおいて、前記グラファイト一次粒子の(002)面に相当する回折ピーク強度を前記グラファイト一次粒子の(100)面に相当する回折ピーク強度で割った値が、0.01以上25以下である、請求項1に記載のグラファイト樹脂複合体。   In the X-ray diffraction pattern obtained by irradiating the heat conducting surface with X-rays, the diffraction peak intensity corresponding to the (002) plane of the graphite primary particles is the diffraction peak intensity corresponding to the (100) plane of the graphite primary particles. The graphite resin composite according to claim 1, wherein the value divided by is from 0.01 to 25. 前記熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ基を有する物質及びシアネート基を有する物質の何れか一方又は両方と、水酸基を有する物質及びマレイミド基を有する物質の何れか一方又は両方との組み合わせである、請求項1または2に記載のグラファイト樹脂複合体。   The thermosetting resin composition is a combination of any one or both of a substance having an epoxy group and a substance having a cyanate group and one or both of a substance having a hydroxyl group and a substance having a maleimide group. The graphite resin composite according to claim 1 or 2. 前記熱硬化性樹脂組成物が、ビスマレイミドトリアジン樹脂である、請求項3に記載のグラファイト樹脂複合体。   The graphite resin composite according to claim 3, wherein the thermosetting resin composition is a bismaleimide triazine resin. 前記熱硬化性樹脂組成物の示差走査型熱量計で測定される発熱開始温度が、180℃以上300℃以下の範囲であり、且つ硬化率が5%以上60%以下の範囲であり、且つ数平均分子量が450以上4800以下の範囲である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のグラファイト樹脂複合体。   The heat generation starting temperature measured by a differential scanning calorimeter of the thermosetting resin composition is in the range of 180 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, the curing rate is in the range of 5% or higher and 60% or lower, and several The graphite resin composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the average molecular weight is in the range of 450 to 4800. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のグラファイト樹脂複合体を加工してなり、熱伝導面を両面に有する熱伝導性接着シート。   The heat conductive adhesive sheet which processes the graphite resin composite as described in any one of Claims 1-5, and has a heat conductive surface on both surfaces. 請求項6に記載の熱伝導性接着シートの両面の熱伝導面にそれぞれ接着された二つ以上の電子部材を備えた車載用パワーモジュール構造体。   An in-vehicle power module structure comprising two or more electronic members respectively bonded to heat conductive surfaces on both sides of the heat conductive adhesive sheet according to claim 6. 前記電子部材が、基板用の金属ベース板、ならびに基板を冷却するための放熱板および熱交換用冷却器から選択される一種以上である、請求項7に記載の車載用パワーモジュール構造体。   The in-vehicle power module structure according to claim 7, wherein the electronic member is at least one selected from a metal base plate for a substrate, a heat radiating plate for cooling the substrate, and a heat exchanger. 半導体装置である、請求項7または8に記載の車載用パワーモジュール構造体。   The in-vehicle power module structure according to claim 7 or 8, which is a semiconductor device.
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