JP2020068363A

JP2020068363A - 熱伝導性グリース付き半導体モジュール及びその製造方法

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Publication number: JP2020068363A
Application number: JP2018202299A
Authority: JP
Inventors: 山田　厚; Atsushi Yamada; 厚山田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: JP6627947B1

Abstract

【課題】流通時等における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を効果的に抑制するとともに、熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を効果的に抑制することができる半導体モジュールを提供する。【解決手段】熱伝導性グリースを介してヒートシンクと接合される半導体モジュールであって、半導体モジュール本体と、複数の貫通孔を有する区画シートと、前記半導体モジュール本体と前記区画シートとの間に介在し、該区画シートの各貫通孔に対応する複数の貫通孔を有しており、該複数の貫通孔は対応する前記区画シートの貫通孔よりも拡径されている接着層と、前記接着層の複数の貫通孔の内縁に設けられた基油拡散防止部と、前記基油拡散防止部に接するように前記区画シートにおける複数の貫通孔内に保持される熱伝導性グリースと、を備える、熱伝導性グリース付き半導体モジュールである。【選択図】図１

Description

本発明は、熱伝導性グリースを介してヒートシンクと接合される半導体モジュールに関する。

電子機器に使用されている半導体モジュールの中には、コンピューターのＣＰＵ、ペルチェ素子、ＬＥＤ、インバーター等の電源制御用パワー半導体など使用中に発熱をともなう発熱部品がある。

これらの半導体モジュールを熱から保護し、正常に機能させるためには、半導体モジュールから発生した熱をヒートシンクへ伝導させて放熱させる方法がある。熱伝導性グリースは、これら半導体モジュールとヒートシンクを密着させるように両者の間に塗布され、半導体モジュールの熱をヒートシンクに効率よく伝導させるために用いられる。近年、これら半導体モジュールを用いる電子機器の性能向上や小型・高密度実装化が進んでおり、放熱対策に用いられる熱伝導性グリースにはより高い熱伝導性が求められる。

熱伝導性グリースは、液状炭化水素やシリコーン油、フッ素油等の基油に、熱伝導率の高い無機粉末充填剤（酸化亜鉛、酸化アルミニウム等の金属酸化物や、窒化ホウ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物や、アルミニウムや銅等の金属粉末等）を多量に分散させたグリース状組成物である。

熱伝導性グリースは、半導体モジュールに組み付けられる際には、まず半導体モジュールの発熱面又はその発熱面と接触するヒートシンクの面に対して５０％程度の面積比でドット又はブロック等の所定パターン状に塗布される。パターン形成された熱伝導性グリースは、半導体モジュールとヒートシンクとを密着させることによって、半導体モジュールの表面のほぼ全面に広がる。

例えば、特許文献１には、半導体モジュールと冷却体（ヒートシンク）との間に介在させる熱伝導性グリースを所定のパターンに塗布する塗布方法が開示されている。特許文献１によれば、所定のパターンで熱伝導性グリースを塗布した半導体モジュールであることにより、その半導体モジュールから冷却体（ヒートシンク）までの伝導率を向上させて、半導体モジュールの熱をヒートシンクに効率よく伝導させることができるとしている。

ところで、近年、ユーザーによる熱伝導性グリース塗布の手間を省略するため、また塗布方法、条件に起因する熱伝導性能のばらつきを軽減するため、半導体モジュールの表面に予め熱伝導性グリースが塗布された半導体モジュール、いわゆる熱伝導性グリース付き半導体モジュールの状態で流通されることがある。

熱伝導性グリース付き半導体モジュールでは、相変化型の熱伝導性グリースが用いられている。相変化型の熱伝導性グリースは、常温では固体であるが、溶媒中に溶解させて液状とすることができるものである。したがって、液状となった熱伝導性グリースを半導体モジュールの表面に塗布した後、溶媒を揮発させて熱伝導性グリースを再び固化することによって、熱伝導性グリース付き半導体モジュールを構成することができる。

このように、熱伝導性グリース付き半導体モジュールに塗布された相変化型の熱伝導性グリースは、常温では固体であるため、半導体モジュールが流通等された場合であっても、その厚さや形状を安定して維持することができる。そして、ヒートシンクを半導体モジュールと接合させる際には、固化された熱伝導性グリースを液状にする（非特許文献１）。

特許第５１４１３７１号公報

富士電機技報２０１３ＶＯＬ．８６ＮＯ．４Ｐ．２６３

さて、熱伝導性グリース付き半導体モジュールにおいて、熱伝導性グリースが十分に流動化しない場合、半導体モジュールとヒートシンクとの初期の接合では熱伝導性グリースが十分に濡れ広がらずに固化することがある。半導体モジュール等の動作時には動作に伴う発熱により熱伝導性グリースが再び液化するものの、十分に濡れ広がっていない状態で固化した熱伝導性グリースが動作時の発熱による液化で濡れ広がるように薄くなると、半導体モジュールとヒートシンクとの接合が緩んでしまい、更には熱伝導性グリースが流出してその部分に空隙が発生して半導体モジュールとヒートシンクとの間の熱伝導性が低下することがある。

これらの問題を解決するために、従来よりもちょう度の高い熱伝導性グリースを用いることが考えられる。ちょう度の高い熱伝導性グリースを半導体モジュールの表面に塗布して得られる熱伝導性グリース付き半導体モジュールでは、その半導体モジュールとヒートシンクとの初期の接合で熱伝導性グリースが均一に薄く広がるようになる。これにより、熱伝導性グリースが動作時の発熱によって薄くなり過ぎることを抑制することができる。

しかしながら、ちょう度の高い熱伝導性グリースを用いた熱伝導性グリース付き半導体モジュールでは、その半導体モジュールの流通時等における揺れや振動などによって、塗布した熱伝導性グリース自体が所定の塗布位置からずれてしまい、あるいは半導体モジュールから流出することがあった。熱伝導性グリースの塗布ずれや流出が生じると、効率的な熱伝導のために所定のパターンで塗布した効果が損なわれ、ヒートシンクを介した有効な放熱ができなくなる可能性がある。

さらに、その半導体モジュールを長時間放置することにより熱伝導性グリースに含まれる基油が半導体モジュールから流出することがあった。熱伝導性グリースに含まれる基油が流出すると、熱伝導性グリースの組成が変化してちょう度が低下してしまい半導体モジュールとヒートシンクとの初期の接合では熱伝導性グリースが十分に濡れ広がらないという課題を解決できないものとなる。

本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、熱伝導性グリースを表面に塗布して得られる熱伝導性グリース付き半導体モジュールにおいて、流通時等における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を効果的に抑制するとともに、熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を効果的に抑制することができる半導体モジュールを提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、半導体モジュール本体に接着層を介して複数の貫通孔を有する区画シートを接着させ、その接着層の各貫通孔の内縁に基油拡散防止部を備えた熱伝導性グリース付き半導体モジュールであれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

（１）本発明の第１は、熱伝導性グリースを介してヒートシンクと接合される半導体モジュールであって、半導体モジュール本体と、複数の貫通孔を有する区画シートと、前記半導体モジュール本体と前記区画シートとの間に介在し、該区画シートの各貫通孔に対応する複数の貫通孔を有しており、該複数の貫通孔は対応する前記区画シートの貫通孔よりも拡径されている接着層と、前記接着層の複数の貫通孔の内縁に設けられた基油拡散防止部と、前記基油拡散防止部に接するように前記区画シートにおける複数の貫通孔内に保持される熱伝導性グリースと、を備える、熱伝導性グリース付き半導体モジュールである。

（２）本発明の第２は、第１の発明において、第前記熱伝導性グリースのちょう度が１００以上４００以下である半導体モジュールである。

（３）本発明の第３は、第１又は第２の発明において、前記基油拡散防止部は非親油性を有する材質を含む熱伝導性グリース付き半導体モジュールである。

（４）本発明の第４は、第１から第３のいずれかの発明において、前記区画シートにおける前記モジュール本体との接着面とは反対側の面に接着されている保護カバーをさらに備える熱伝導性グリース付き半導体モジュールである。

（５）本発明の第５は、第１から第４のいずれかの発明において、前記区画シートと前記接着層との接着強度が０．５Ｎ／１０ｍｍ以上５Ｎ／１０ｍｍ以下である熱伝導性グリース付き半導体モジュールである。

（６）本発明の第６は、第１から第５のいずれかの発明において、前記区画シートを前記接着層から剥離して用いられる熱伝導性グリース付き半導体モジュールである。

（７）本発明の第７は、熱伝導性グリースを介してヒートシンクと接合される半導体モジュールであって、半導体モジュール本体と、熱伝導性グリースが保持される複数の貫通孔を有する区画シートと、前記半導体モジュール本体と前記区画シートとの間に介在し、該区画シートの各貫通孔に対応する複数の貫通孔を有しており、各貫通孔は対応する前記区画シートの貫通孔よりも拡径されている接着層と、前記接着層の複数の貫通孔の内縁に設けられた基油拡散防止部と、を備える、半導体モジュールである。

（８）本発明の第８は、第１から第７のいずれかに記載の熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法であって、前記半導体モジュール本体の表面に前記基油拡散防止部を形成し、前記半導体モジュール本体の表面に前記接着層を介して前記区画シートを積層し、前記基油拡散防止部に接するように、前記区画シートにおける複数の貫通孔内に熱伝導性グリースを注入する熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法である。

本発明の熱伝導性グリース付き半導体モジュールによれば、流通時等における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を効果的に抑制するとともに、熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を効果的に抑制することができる。

熱伝導性グリース付き半導体モジュールの構成の一例を示す側面方向の断面図及び平面図である。半導体モジュールの構成の一例を示す断面図である。基油拡散防止部が形成された半導体モジュール本体の平面図である。熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法の一例を模式的に示す断面図である。他の実施形態に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールの構成の一例を示す側面方向の断面図及び平面図である。熱伝導性グリースを介して半導体モジュールとヒートシンクとを接合する態様を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の目的において、適宜変更を加えて実施することができる。

≪１．熱伝導性グリース付き半導体モジュール≫
図１は、本実施の形態の熱伝導性グリース付き半導体モジュール（以下、単に「半導体モジュール」ともいう）の構成の一例を示す図である。（ａ）は、半導体モジュールの側面方向の断面図であり、（ｂ）は、半導体モジュールの上部からの平面図である（なお、（ｂ）は保護カバー１４を装着させる前の状態を示している）。

図１に示すように、半導体モジュール１は、半導体モジュール本体１３と、区画シート１１と、を備えている。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、区画シート１１は複数の貫通孔１１０を有しており、その貫通孔１１０のそれぞれに熱伝導性グリースＧが注入される。

図２は、熱伝導性グリースＧを区画シート１１の貫通孔１１０内に注入する前の状態の半導体モジュール１Ｐの側面方向の断面図である。半導体モジュール１、１Ｐにおいては、半導体モジュール本体１３の表面に、接着層１２を介して、区画シート１１が接着されている。接着層１２は、区画シート１１に設けられた複数の貫通孔１１０に対応するように、貫通孔１２０が設けられており、その貫通孔１２０の内縁には、基油拡散防止部１５が備えられている。したがって、接着層１２を介して半導体モジュール本体１３に接着された区画シート１１の各貫通孔１１０に熱伝導性グリースＧが注入されると、貫通孔１２０の内縁に設けられた基油拡散防止部１５に接するように熱伝導性グリースＧが保持されることになる。

このように、半導体モジュール本体１３の表面に、接着層１２を介して、複数の貫通孔１１０を有する区画シート１１が設けられ、その区画シート１１の各貫通孔１１０内に熱伝導性グリースＧが注入されて、基油拡散防止部１５に接するように熱伝導性グリースＧが保持されることにより、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１が構成される。

熱伝導性グリース付き半導体モジュール１は、区画シート１１が接着した状態で流通に付される。したがって、注入された熱伝導性グリースＧは、区画シート１１の貫通孔１１０により保持された状態であるために、流通時における振動等によっても、半導体モジュール本体１３の表面に対する塗布ずれやその表面からの流出の発生を有効に防ぐことができる。

また、熱伝導性グリースＧは、基油拡散防止部１５に接するように保持されており、これにより、熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を有効に防ぐことができる。

なお、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１は、ヒートシンク２と接合する際には、ユーザーの手等によって区画シート１１が接着層１２から剥離されて用いられる（図６を参照）。

以下、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１の各構成についてより詳細に説明する。

＜１−１．各構成について＞
（半導体モジュール本体）
半導体モジュール本体１３は、半導体モジュールの本体を構成するものである。例えば、コンピューターのＣＰＵ、ペルチェ素子、ＬＥＤ、インバーター等の電源制御用パワー半導体を挙げることができる。

半導体モジュール本体１３は、その表面に、後述する熱伝導性グリースＧが塗布される。このように、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１では、熱伝導性グリースＧを介在させ、半導体モジュール本体１３と放熱部品であるヒートシンクとを接合させる。

半導体モジュール本体１３の形状は、特に限定されないが、区画シート１１を接着させ熱伝導性グリースＧを塗布し得る所定の面積の平面を有することが好ましい。

（区画シート）
区画シート１１は、複数の貫通孔１１０を有しており、半導体モジュール本体１３の表面に接着される。区画シート１１は、複数の貫通孔１１０内に熱伝導性グリースＧを保持する。また、区画シート１１は、接着層１２を介して半導体モジュール本体１３の表面に接着される。したがって、区画シート１１は、半導体モジュール本体１３に安定的に固定され、安定的に熱伝導性グリースＧを保持することができる。

熱伝導性グリース付き半導体モジュール１においては、区画シート１１が半導体モジュール本体１３に接着した状態で流通されるため、その区画シート１１により熱伝導性グリースＧが半導体モジュール本体１３の表面の所定の箇所から移動等してしまうことを抑制することができる。

なお、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１においては、使用に際して、すなわちヒートシンク２と接合するに際して、接着層１２を介して接着されている区画シート１１は、その接着層１２からユーザーの手等によって剥離される。

区画シート１１は、上述したように、複数の貫通孔１１０が設けられている。この貫通孔１１０は、注入された熱伝導性グリースＧを保持する役割を果たすとともに、半導体モジュール本体１３の表面への熱伝導性グリースＧの塗布パターンを規定する。

具体的に、貫通孔１１０の形状としては、特に限定されず、円状、楕円状、角形状等どのような形であってもよい。その中でも、半導体モジュール本体１３の表面において均一に熱伝導性グリースＧを薄く広げることができる観点から円状であることが好ましく、例えば直径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の円状であることが好ましい。

また、貫通孔１１０は、半導体モジュール本体１３の表面に均一に熱伝導性グリースＧを薄く広げるようにするため、区画シート１１の全体にわたって略均等に配置されていることが好ましい。

また、貫通孔１１０の深さ（区画シート１１の厚さ）としては、注入した熱伝導性グリースＧを安定的に保持することができれば特に限定されず、例えば、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の深さとすることが好ましい。

区画シート１１の材質に特に制限はないが、熱伝導性グリースに浸透されることがなく、貫通孔の形成が容易であり、半導体モジュール本体１３への貼り付け作業時に湾曲変形可能であることにより作業が容易であり、かつ半導体モジュール本体１３からの剥離時に破断しない強度を持つ材質であることが好ましく、例えばゴム、エラストマー、或いはゲル等を選択することができる。

区画シート１１の厚さは、上述したように貫通孔１１０の深さに相当し、熱伝導性グリースＧを安定的に保持できる厚さであるとともに、半導体モジュール本体１３から（接着層１２から）の剥離時に破断しない強度を持つような厚さとすることが好ましい。具体的には、上述のように、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚さとすることが好ましい。

（接着層）
接着層１２は、半導体モジュール本体１３と区画シート１１との間に介在され、区画シート１１を半導体モジュール本体１３の表面に接着する。これにより、区画シート１１が、半導体モジュール本体１３に安定的に固定されるようになる。

また、接着層１２には、複数の貫通孔１２０が形成されている。この接着層１２に形成されている貫通孔１２０は、区画シート１１に設けられている貫通孔１１０に対応するものであり、区画シート１１の貫通孔１１０内に熱伝導性グリースＧを注入すると、その区画シート１１の貫通孔１１０に対応するように形成された接着層１２の貫通孔１２０を通って、熱伝導性グリースＧが半導体モジュール本体１３の表面に直接接触する状態となる。

そして、接着層１２の各貫通孔１２０は対応する区画シート１１の貫通孔１１０よりも拡径され、この拡径された接着層１２の貫通孔１２０の内縁に基油拡散防止部１５が設けられる。これにより、接着層内に基油が浸透することを効果的に抑制することができる。

接着層１２の接着強度、すなわち接着層１２と区画シート１１との接着強度は、特に限定されないが、０．５Ｎ／１０ｍｍ以上であることが好ましく、１．０Ｎ／１０ｍｍ以上であることがより好ましい。接着強度が０．５Ｎ／１０ｍｍ以上であることにより、安定的に区画シート１１を接着固定することができ、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１を流通する際に剥がれてしまうことを防ぎ、区画シート１１により保持している熱伝導性グリースＧが流出してしまうことを抑制することができる。

一方で、接着層１２の接着強度は、５Ｎ／１０ｍｍ以下であることが好ましく、３Ｎ／１０ｍｍ以下であることがより好ましい。上述したように、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１の使用時には（ヒートシンク２と接合させるに際しては）、接着層１２から区画シート１１を剥離する。このとき、ユーザーの手等によって容易に剥離できることが好ましいが、その点、５Ｎ／１０ｍｍ以下であることにより、道具等を使うことなく容易に剥離することができ操作性が向上する。

接着層１２を構成する接着性樹脂は、特に制限されず、セルロース系接着性樹脂、ビニルアルキルエーテル系接着性樹脂等の樹脂を挙げることができる。具体的には、エチルセルロース、メチルセルロース、ポリビニルアルコール等を例示することができる。その他の接着性樹脂としては、アクリル系接着性樹脂、シリコーン系接着性樹脂、ウレタン系接着性樹脂、ビニルピロリドン系粘着性樹脂、アクリルアミド系粘着性樹脂、ゴム系接着性樹脂などが挙げられる。

（基油拡散防止部）
基油拡散防止部１５は、接着層における貫通孔の内縁に設けられ、区画シートにおける複数の貫通孔内に保持された熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を抑制する。

図３に基油拡散防止部１５が形成された半導体モジュール本体１３Ａの平面図を示す。この基油拡散防止部１５はリング状に形成されている。この半導体モジュール本体１３Ａは、この基油拡散防止部１５の外縁と接着層の複数の貫通孔の内縁とが接するようにして接着層を介して区画シートを積層されることにより熱伝導性グリースＧを注入する前の状態の半導体モジュール１Ｐが得られる。

この基油拡散防止部１５に接するように熱伝導性グリースＧを保持することにより、注入された熱伝導性グリースＧが接着層１２と接触することを抑制して接着層内に基油が浸透することを効果的に抑制することができる。

基油拡散防止部１５ａの材質に特に制限はないが、基油が流出することを抑制する観点から非親油性を有する材質を含むことが好ましく、例えば基油との親和力の低い材質（非親油性を有する材質）を含むことが好ましい。非親油性を有する材質とは例えば、熱伝導性グリースに通常含まれるような基油拡散防止剤を挙げることができる。

このような基油拡散防止剤としては、例えば一方の末端にパーフルオロアルキル基を有し、他方の末端に水素基又はリン酸基を有するものが挙げられる。このような基油拡散防止剤としては、例えば、下記一般式（１）で表わされる構造をもつ化合物が挙げられる。

Ｒ−（Ｃ_ｎＨ_２ｎＯ）_ｍ−Ｘ・・・（１）

ここで、上記式（１）中、Ｒは、炭素数１以上６以下の直鎖状又は分岐状のパーフルオロアルキル基であり、ｎは１以上１０以下の整数であり、ｍは２以上１００以下の整数である。Ｘは、水素基又はリン酸基である。

一般式（１）で表わされる構造をもつ化合物は、非親油性を有し、これにより、熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を有効に防ぐことができる。

基油拡散防止部の形成は、基油拡散防止剤を有機溶媒に希釈した塗布液を従来公知の手法により塗布し、有機溶媒を揮発させる方法を挙げることができる。有機溶媒としては、エタノール、ベンゼン、ヘキサン、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール等を用いることができる。

（熱伝導性グリース）
熱伝導性グリース付き半導体モジュール１においては、区画シート１１の複数の貫通孔１１０内に熱伝導性グリースＧが保持されて構成される。熱伝導性グリースＧは、半導体モジュール本体１３と放熱部品であるヒートシンク２との間に介在して、半導体モジュール本体１３からの熱をヒートシンク２に伝導させる。

熱伝導性グリース付き半導体モジュール１では、半導体モジュール本体１３の表面に接着層１２を介して区画シート１１が接着されており、その区画シート１１に設けられた貫通孔１１０に熱伝導性グリースＧが注入され基油拡散防止部１５の内縁に接するように保持されることを特徴としている。

このように、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１では、接着層１２とは接しない状態で流通されるため、例えば、ちょう度の高い熱伝導性グリースＧを使用した場合であっても、長時間放置することにより熱伝導性グリースに含まれる基油の流出を有効に防ぐことができる。

具体的に、熱伝導性グリースＧのちょう度は、ヒートシンク２と半導体モジュール本体１３との接合時における濡れ広がり性や塗布操作性の観点を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、１００以上であることが好ましく、２００以上であることがより好ましく、２５０以上であることがさらに好ましく、３００以上であることが最も好ましい。また、熱伝導性グリースＧのちょう度は、４００以下であることが好ましい。

熱伝導性グリースＧのちょう度は、後述する無機粉末充填剤や基油等の成分量を調整する又は、所定の増ちょう剤を含有させて調整することができる。

（保護カバー）
必須の構成ではないが、区画シート１１の裏面、すなわち半導体モジュール本体１３との接着面とは反対側の面に、保護カバー１４を装着させるようにしてもよい。上述したように、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１においては、区画シート１１が接着層１２を介して半導体モジュール本体１３に接着され、その区画シート１１の貫通孔１１０内に熱伝導性グリースＧが保持された状態で、流通される。このとき、区画シート１１の裏面に保護カバー１４を装着させることで、貫通孔１１０内に保持された熱伝導性グリースＧに異物等が混入することや、熱伝導性グリースＧが半導体モジュール１の外に流出することを抑制することができる。

保護カバー１４の材質は、特に限定されないが、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ＰＴＦＥ等を挙げることができる。例えば、内部の熱伝導性グリースＧの状態を観察し得るようにする観点から透明な樹脂であることが好ましい。

また、保護カバー１４の厚さは、特に限定はされず、例えば０．１ｍｍ以下程度の厚さとすることができる。

＜１−２．熱伝導性グリースについて＞
ここで、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１を構成する熱伝導性グリースＧについて具体的に説明する。熱伝導性グリースＧは、無機粉末充填剤と、基油と、を含有するものであり、必要に応じて分散剤、増ちょう剤、基油拡散防止剤等の添加剤を含有する。

（無機粉末充填剤）
無機粉末充填剤は、高い熱伝導性を付与する。無機粉末充填剤は、基油より高い熱伝導性を有するものであれば特に限定されないが、金属酸化物、無機窒化物、金属（合金を含む）、ケイ素化合物、カーボン材料などの粉末が好適に用いられる。

無機粉末充填剤の含有割合としては、特に限定はされないが、熱伝導性グリース全量中７０質量％以上が好ましい。７０質量％以上であることにより熱伝導性を十分に高くすることができる。また、無機粉末充填剤の含有割合は、９７質量％以下が好ましい。９７質量％以下であることにより、熱伝導性グリースのちょう度の低下を防いで、半導体モジュール本体１３の表面における濡れ広がり性を向上させることができる。

（基油）
基油は、熱伝導性グリースのベースを構成する。基油としては、特に限定されず、例えば鉱油、合成炭化水素油などの炭化水素系基油、エステル系基油、エーテル系基油、リン酸エステル、シリコーン油及びフッ素油などを用いることができる。

具体的に、鉱油としては、鉱油系潤滑油留分を溶剤抽出、溶剤脱ロウ、水素化精製、水素化分解、ワックス異性化などの精製手法を適宜組み合わせて精製したもので、１５０ニュートラル油、５００ニュートラル油、ブライトストック、高粘度指数基油などが挙げられる。合成炭化水素油としては、エチレンやプロピレン、ブテン、及びこれらの誘導体などを原料として製造されたアルファオレフィンを、単独又は２種以上混合して重合したものが挙げられる。具体的には、１−デセンや１−ドデセンのオリゴマーであるポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）や、１−ブテンやイソブチレンのオリゴマーであるポリブテン、エチレンやプロピレンとアルファオレフィンのコオリゴマー等が挙げられる。エステル系基油としては、ジエステルやポリオールエステルが挙げられる。ジエステルとしては、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の二塩基酸のエステルが挙げられる。ポリオールエステルとしては、β位の炭素上に水素原子が存在していないネオペンチルポリオールのエステルで、具体的にはネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスルトール等のカルボン酸エステルが挙げられる。

（増ちょう剤）
増ちょう剤は、基油と共に熱伝導性グリースＧのベースを構成するものであり、熱伝導性グリースの硬さを調整する。

増ちょう剤としては、特に限定されず、例えば、ウレア化合物、ナトリウムテレフタラメート、ポリテトラフルオロエチレン、有機化ベントナイト、シリカゲル、石油ワックス、ポリエチレンワックス等を挙げることができる。

（酸化防止剤）
熱伝導性グリースＧには、さらに酸化防止剤を含有させることができる。酸化防止剤は、主に、熱伝導性グリースに含有される基油の酸化を防止し、熱伝導性グリースの安定性を高め、長期に亘り熱伝導性グリースを使用することが可能となる。

酸化防止剤としては、特に限定されず、公知の酸化防止剤を用いることができる。例えば、ヒンダードアミン系、ヒンダードフェノール系、イオウ系、リン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾフェノン系、ベンゾエート系、ＨＡＬＳ等の化合物が挙げられる。その中でも、ヒンダードアミン系の酸化防止剤は、特に効果が高いため好ましい。これらの酸化防止剤は、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

（分散剤）
熱伝導性グリースＧには、さらに分散剤を含有させることができる。分散剤は、グリースに含有される無機粉末充填剤の表面に吸着し、無機粉末充填剤と基油との親和性を向上させることができる。すなわち、分散剤は、無機粉末充填剤の表面改質剤として機能し、無機粉末充填剤と基油との親和性を向上させることによって、熱伝導性グリースのちょう度を向上させることができる。

分散剤は、例えば、ポリグリセリンモノアルキルエーテル化合物、高級脂肪酸エステルのようなカルボン酸構造を有する化合物、ポリカルボン酸系化合物等を挙げることができる。これらは単独で使用してもよいが、２種以上を組み合わせて使用してもよい。特に、ポリグリセリンモノアルキルエーテル化合物、カルボン酸構造を有する化合物、ポリカルボン酸系化合物を併用することが好ましい。

（基油拡散防止剤）
熱伝導性グリースＧには、グリースを構成する基油の拡散を防止する目的で基油拡散防止剤を含有させてもよい。

熱伝導性グリースＧにおいて基油拡散防止剤を含有させることにより、基油の拡散をより効果的に防止して、接着層１２への浸透等を有効に防ぐことができ、接着強度の低下をより効果的に抑制することができる。

基油拡散防止剤は、基油拡散防止部１５の形成に使用した基油拡散防止剤と同様のものを使用することができる。

（その他の成分）
熱伝導性グリースにおいては、必要に応じて、上記の各成分以外の成分（その他の成分）を含有することができる。その他の成分としては、二次酸化防止剤、防錆剤、腐食防止剤、増粘剤等を挙げることができる。

上述したような構成を有する熱伝導性グリースＧは、公知の一般的な方法に従い、各成分を混合することにより作製することができる。例えば、各成分を、プラネタリーミキサー、自転公転ミキサーなどにより混練を行い、グリース状にした後、さらに三本ロールにて均一に混練することにより作製することができる。

＜２．熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法＞
図４は、本実施の形態に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュール１の製造方法の流れの一例を示す模式図である。

具体的には、まず、半導体モジュール本体１３の表面に基油拡散防止部１５を形成する（図４（ａ））。基油拡散防止部１５の形成は、基油拡散防止剤を有機溶媒に希釈した塗布液をメタルマスクを介して半導体モジュール本体１３の表面に塗布して有機溶媒を乾燥させる方法を用いることができる。

次に、シートに複数の貫通孔を形成して区画シート１１を作製する（図４（ｂ））。このシートは、上述した通りゴム、エラストマー、ゲル等からなるシートを採用することができる。シートに複数の貫通孔１１０を形成する方法は、従来公知の方法を用いることができる。

次に、区画シート１１の一方の表面に接着層１２を積層する（図４（ｃ））。接着層１２を積層する方法は、区画シート１１の表面に粘着性樹脂溶液をメタルマスクを介して塗布し揮発成分を乾燥させる方法や、区画シート１１の表面に複数の貫通孔１２０が形成された接着シートを区画シート１１の表面に接着する方法等を挙げることができる。

次に、接着層１２の貫通孔１２０の内縁と基油拡散防止部１５の外縁とが接するように半導体モジュール本体１３の表面に、接着層１２を積層させた区画シート１１を積層して接着させる（図４（ｄ））。

次に、区画シート１１における複数の貫通孔１１０内に熱伝導性グリースＧを注入する（図４（ｅ））。熱伝導性グリースＧを複数の貫通孔内に注入する方法は、例えば、そのグリースのちょう度に対応したグリスガンを用いる方法を挙げることができる。接着層１２は貫通孔１２０が形成されているため熱伝導性グリースが半導体モジュール本体１３の表面に直接塗布されることとなる。

区画シートにおけるモジュール本体との接着面とは反対側の面に保護カバーを装着する（図４（ｆ））。

上記の工程を経ることにより、図４（ｇ）に示すように熱伝導性グリース付き半導体モジュール１を製造することができる。なお、熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法としては、この製造方法に特に限定されるものではなく、適宜変更をして実施をすることができる。

例えば、図４（ａ）において半導体モジュール本体の表面の代わりに区画シートの表面に基油拡散防止部を形成する方法であってもよい。その後、区画シート１１の表面又は半導体モジュール本体１３の表面に上記同様に複数の貫通孔が形成された接着層を積層して、貫通孔の内縁と基油拡散防止部の外縁とが接するようにして積層することにより熱伝導性グリースＧを注入する前の状態の半導体モジュールを製造してもよい。

＜３．他の実施形態に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュール＞
熱伝導性グリース付き半導体モジュールの他の実施形態を図５に示す。（ａ）は、半導体モジュールの側面方向の断面図であり、（ｂ）は、半導体モジュールの上部からの平面図である（なお、（ｂ）は保護カバー１４を装着させる前の状態を示している）。

この熱伝導性グリース付き半導体モジュール１ａは、区画シート１１ａの貫通孔１１０ａの内壁にも基油拡散防止部１６ａが設けられていることを特徴としている。接着層１２ａの貫通孔の内縁に設けられる基油拡散防止部１５ａに加えて貫通孔１１０ａの内壁にも基油拡散防止部１６ａが設けられていることで熱伝導性グリースＧと接着層１２ａとの接触をより確実に防止して、熱伝導性グリースに含まれる基油の流出をより効果的に抑制することができる。

基油拡散防止部１６ａの材質に特に制限はないが、基油の流出を効果的に抑制する観点から接着層の貫通孔の内縁に設けられる基油拡散防止部１５ａの材質と同様に基油との親和力が低い非親油性を有する材質であることが好ましい。例えば、熱伝導性グリースに含まれるような基油拡散防止剤を選択することができる。

貫通孔１１０ａの内壁に基油拡散防止部１６ａを形成する方法は、区画シート１１の貫通孔の内壁に基油拡散防止剤を有機溶媒に希釈した塗布液を従来公知の手法により塗布し、有機溶媒を揮発させる方法を挙げることができる。

＜４．熱伝導性グリース付き半導体モジュールの使用方法＞
図６は、本実施の形態に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールの使用方法、すなわち放熱部品であるヒートシンクと接合するときの操作を説明するための図である。

まず、熱伝導性グリース付き半導体モジュール１において、区画シート１１を接着層１２から剥離する（図６（ａ））。剥離は、例えばユーザーの手等によって行うことができる。これにより、区画シート１１により保持されていた熱伝導性グリースＧが露出した半導体モジュール１Ａとなる（図６（ｂ））。

次に、熱伝導性グリースＧが露出した側の表面とヒートシンク２を接近させて（図６（ｃ））、半導体モジュール本体１３とヒートシンク２とを接合させる。このようにしてヒートシンク２を接合させることにより、ヒートシンク２との接合圧力によって、半導体モジュール本体１３の表面に熱伝導性グリースＧが薄く広がるようなる。これにより、熱伝導性グリースＧを介して半導体モジュール本体１３の熱がヒートシンク２に効率よく伝導され、半導体モジュール１Ａを放熱させることができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して、本発明についてより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

［実施例１］
熱伝導性グリース付き半導体モジュールを、以下の手順で作製した（図４参照）。

まず、有機溶媒であるエタノールに、基油拡散防止剤としてリン酸基を有するパーフルオロアルキル基含有化合物２質量％を溶解して基油拡散防止部形成用の塗布液を作製した。この塗布液を半導体モジュール本体１３の熱伝導性グリース塗布領域の外縁に沿って、メタルマスクを介して塗布した後、オーブンにて大気中６５℃で１０分間乾燥してエタノールを揮発させ、図４（ａ）に示す基油拡散防止部１５が形成された半導体モジュール本体１３Ａを作製した。

次に、厚さ５ｍｍのシート（シリコーンゴム）に、直径１２ｍｍの円形の貫通孔１１０を所定の配置で形成して区画シートを作製した（図４（ｂ））。

次に、作製した区画シートの一方の表面に粘着性樹脂溶液を塗布し、室温にて乾燥して揮発成分を脱離させて粘着層を形成した（図４（ｃ））。粘着性樹脂溶液は、酢酸エチル１００部（質量部、以下同じ）に対し、ｎ−ブチルアクリレート（４５部）と酢酸ビニル（１０部）の加熱重合物、エチルセルロース（４５部）、及び粘着付与剤（荒川化学工業株式会社製、商品名：ペンセルＤ−１３５）（２５部）を含有するものを用いた。

次に、接着層を積層させた区画シートを、接着層を積層させた側の面から半導体モジュール本体１３Ａの表面に接着させて、区画シート付き半導体モジュールを得た（図４（ｄ））。

一方、下記に示す各成分を混合させて熱伝導性グリースを作製した。なお、ちょう度が２５０となるように調整した。
（Ａ）無機粉末充填剤９０．２質量％
（Ｂ）エステル系基油９．３質量％
（Ｃ）分散剤（高級脂肪酸エステル）０．２質量％
（Ｄ）増ちょう剤（有機処理ベントナイト）０．３質量％

なお、無機粉末充填剤（Ａ）は、平均粒径５μｍと２μｍと０．６μｍの酸化亜鉛粉末を質量比４：３：３で含有した。

そして、作製した熱伝導性グリースを、Ｎｏ．３ちょう度（ちょう度範囲２２０〜２５０）対応のグリスガンを用いて、区画シート付き半導体モジュールにおける区画シートの各貫通孔内に注入した（図４（ｅ））。

熱伝導性グリースを注入したのち、区画シートの半導体モジュール本体との接着面とは反対側の面に厚さ０．１ｍｍの透明ポリエチレンフィルムからなる保護カバーを、セメダイン製難接着物専用接着剤セメダインＰＰＸを介して装着した（図４（ｆ））これにより、実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールを得た。

（半導体モジュール運搬試験）
以上の手順にて得られた実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールを５個用意して運搬を行い、運搬後の熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて区画シートを剥離し、半導体モジュール本体の表面を目視観察した。熱伝導性グリースの塗布パターンが維持されており、個々の熱伝導性グリース同士がいずれも連結しておらず、運搬時における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を効果的に抑制することができることが確認された。

（熱伝導性グリースの厚さ測定試験）
半導体モジュール本体に熱伝導性グリースを介してヒートシンクを接合させ、規定のトルクでネジ止めしたときの室温での熱伝導性グリースの厚さを測定した。

まず、半導体モジュール本体とヒートシンクとの合計高さＨ１を測定した。そして、実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールを５個用意し、区画シートを剥離して、ヒートシンクを接合し、この状態のヒートシンクと半導体モジュール本体を合わせた全体の高さＨ２を測定した。

Ｈ２から測定値Ｈ１を差し引くことで熱伝導性グリースの厚さを算出したところ１９μｍ〜２８μｍの範囲内であった。

（高温放置試験）
実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュール５個を、大気中８５℃に１０００時間放置する高温放置試験を行った。高温放置試験を終えた熱伝導性グリース付き半導体モジュールを目視観察したところ、接着層へ熱伝導性グリースの成分は浸透しておらず、区画シート１１が剥離していなかった。

更に、９０度剥離試験（試験方法はＪＩＳＺ０２３７：２００９に準拠する）で測定した密着強度は、試験した５個のサンプルについて０．５Ｎ／１０ｍｍから１．５Ｎ／１０ｍｍの範囲内であり、区画シートは、半導体モジュール本体の表面との密着性を維持していた。

［実施例２］
図５に示した熱伝導性グリース付き半導体モジュールを、実施例１と同様にして熱伝導性グリース付き半導体モジュール製作した。

具体的には、区画シート１１の貫通孔の内壁に基油拡散防止部形成用の塗布液を塗布し、オーブンにて大気中６５℃で１０分間乾燥してエタノールを揮発させ、図５（ａ）に示す基油拡散防止部１６ａを形成した以外は、実施例１と同様の手順により実施例２の熱伝導性グリース付き半導体モジュールを得た。

（半導体モジュール運搬試験）
上記の実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールと同様に実施例２に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて半導体モジュール運搬試験を行った。

試験後の半導体モジュールについて目視観察したところ、熱伝導性グリースの塗布パターンが維持されており、個々の熱伝導性グリース同士がいずれも連結しておらず、流通時における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を効果的に抑制することができることが確認された。

（高温放置試験）
上記の実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールと同様に実施例２に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて高温放置試験を行った。

試験後の半導体モジュールについて目視観察したところ、接着層へ熱伝導性グリースの成分は浸透しておらず、区画シート１１が剥離していなかった。

［比較例１］
区画シートを積層せずに、グリスガンを用いて半導体モジュールの表面に所定のパターンで熱伝導性グリースを塗布して比較例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールを得た。

（半導体モジュール運搬試験）
上記の実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールと同様に比較例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて半導体モジュール運搬試験を行った。

試験後の半導体モジュールについて目視観察したところ、熱伝導性グリースの層の塗布パターンが著しく変形し、個々の熱伝導性グリースが連結していることが確認された。これは、区画シートの貫通孔内に熱伝導性グリースを保持させていなかったため運搬時における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を抑制することができなかったためと考えられる。この試験結果から、実施例１、２に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールは、運搬時における熱伝導性グリースの塗布箇所からのずれや流出を効果的に抑制することができることが確認された。

［比較例２］
基油拡散防止部を形成せずに実施例１と同様にして、比較例２の熱伝導性グリース付き半導体モジュール製作した。

（半導体モジュール運搬試験）
上記の実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールと同様に比較例２に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて半導体モジュール運搬試験を行った。

（熱伝導性グリースの厚さ測定試験）
上記の実施例に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールと同様に比較例２に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて熱伝導性グリースの厚さ測定試験を行った。

Ｈ２から測定値Ｈ１を差し引くことで熱伝導性グリースの厚さを算出したところ４５μｍ〜６８μｍの範囲内であった。これは、熱伝導性グリースに含まれる基油成分が分離して流出したことにより、熱伝導性グリースが固くなり、広がり性が低下したためと考えられる。この評価結果から、基油拡散防止層を備える実施例に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールは、基油の流出を効果的に抑制することができることが確認された。

（高温放置試験）
上記の実施例１に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールと同様に比較例２に係る熱伝導性グリース付き半導体モジュールについて高温放置試験を行った。

試験後の半導体モジュールについて目視観察したところ、接着層へ熱伝導性グリースの成分が浸透しており、区画シートが剥離していることが確認された。これは、熱伝導性グリースに含まれる基油成分が分離して流出したことにより、接着層内に基油が浸透したためと考えられる。

１、１Ａ熱伝導性グリース付き半導体モジュール
１Ｐ半導体モジュール
１１区画シート
１１０貫通孔
１２接着層
１２０貫通孔
１３、１３Ａ半導体モジュール本体
１４保護カバー
１５、１５ａ、１６ａ基油拡散防止層
Ｇ熱伝導性グリース
２ヒートシンク

Claims

熱伝導性グリースを介してヒートシンクと接合される半導体モジュールであって、
半導体モジュール本体と、
複数の貫通孔を有する区画シートと、
前記半導体モジュール本体と前記区画シートとの間に介在し、該区画シートの各貫通孔に対応する複数の貫通孔を有しており、該複数の貫通孔は対応する前記区画シートの貫通孔よりも拡径されている接着層と、
前記接着層の複数の貫通孔の内縁に設けられた基油拡散防止部と、
前記基油拡散防止部に接するように前記区画シートにおける複数の貫通孔内に保持される熱伝導性グリースと、
を備える、熱伝導性グリース付き半導体モジュール。
前記熱伝導性グリースのちょう度が１００以上４００以下である
請求項１に記載の半導体モジュール。
前記基油拡散防止部は非親油性を有する材質を含む
請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
前記区画シートにおける前記モジュール本体との接着面とは反対側の面に接着されている保護カバーをさらに備える
請求項１から３のいずれかに記載の熱伝導性グリース付き半導体モジュール。
前記区画シートと前記接着層との接着強度が０．５Ｎ／１０ｍｍ以上５Ｎ／１０ｍｍ以下である
請求項１から４のいずれかに記載の熱伝導性グリース付き半導体モジュール。
前記区画シートを前記接着層から剥離して用いられる
請求項１から５のいずれかに記載の熱伝導性グリース付き半導体モジュール。
熱伝導性グリースを介してヒートシンクと接合される半導体モジュールであって、
半導体モジュール本体と、
熱伝導性グリースが保持される複数の貫通孔を有する区画シートと、
前記半導体モジュール本体と前記区画シートとの間に介在し、該区画シートの各貫通孔に対応する複数の貫通孔を有しており、該複数の貫通孔は対応する前記区画シートの貫通孔よりも拡径されている接着層と、
前記接着層の複数の貫通孔の内縁に設けられた基油拡散防止部と、
を備え、
前記区画シートにおける複数の貫通孔内には、前記基油拡散防止部に接するように熱伝導性グリースが保持される
半導体モジュール。
請求項１から６のいずれかの熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法であって、
前記半導体モジュール本体の表面に前記基油拡散防止部を形成し、
前記半導体モジュール本体の表面に前記接着層を介して前記区画シートを積層し、
前記基油拡散防止部に接するように、前記区画シートにおける複数の貫通孔内に熱伝導性グリースを注入する
熱伝導性グリース付き半導体モジュールの製造方法。