JP5114112B2 - 樹脂組成物、熱伝導シート、金属箔付高熱伝導接着シート、ならびに、金属板付高熱伝導接着シート - Google Patents
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Description
本発明は、無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物、無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物が用いられた熱伝導シート、無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物が用いられた高熱伝導性樹脂層と、金属箔が用いられた金属箔層とが積層されてシート状に形成されており、加熱条件下において前記高熱伝導性樹脂層側を被着体に当接させることにより前記高熱伝導性樹脂層を熱硬化させて被着体に接着させて用いられる金属箔付高熱伝導接着シート、ならびに、無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物が用いられた高熱伝導性樹脂層と、金属板が用いられた金属板層とが積層されてシート状に形成されており、加熱条件下において前記高熱伝導性樹脂層側を被着体に当接させることにより前記高熱伝導性樹脂層を熱硬化させて被着体に接着させて用いられる金属板付高熱伝導接着シートに関する。
従来、ベース樹脂と無機フィラーとを含む樹脂組成物でシート状に形成された熱伝導シートや、ベース樹脂と無機フィラーとを含む樹脂組成物により形成された高熱伝導性樹脂層と、金属箔が用いられて形成された金属箔層とが積層されてシート状に形成された金属箔付高熱伝導接着シート、あるいは、高熱伝導性樹脂層と金属板層とが積層されてシート状に形成された金属板付高熱伝導接着シートなどが電子部品用途などに用いられている。
例えば、特許文献１には、半導体チップのボンディング面と反対側の面に高熱伝導性樹脂層を接着させて金属箔付高熱伝導接着シートが用いられることが記載されている。
例えば、特許文献１には、半導体チップのボンディング面と反対側の面に高熱伝導性樹脂層を接着させて金属箔付高熱伝導接着シートが用いられることが記載されている。
この熱伝導シートは、通常、一方を発熱部材などの被着体に接着させ、他方を放熱器などに接着させて用いられ、発熱部材側から放熱器側にすばやく熱を伝達すべく無機フィラーが樹脂成分に対して高充填された樹脂組成物によりシート状に形成されている。
また、金属箔付高熱伝導接着シートは、通常、この高熱伝導性樹脂層の表面を発熱部材などの被着体に接着させて用いられ、高熱伝導性樹脂層は、通常、発熱部材側から金属箔層側にすばやく熱を伝達すべく無機フィラーが樹脂成分に対して高充填された樹脂組成物により形成されている。
また、金属箔付高熱伝導接着シートは、通常、この高熱伝導性樹脂層の表面を発熱部材などの被着体に接着させて用いられ、高熱伝導性樹脂層は、通常、発熱部材側から金属箔層側にすばやく熱を伝達すべく無機フィラーが樹脂成分に対して高充填された樹脂組成物により形成されている。
また、この熱伝導シートや金属箔付高熱伝導接着シートの高熱伝導性樹脂層の形成には、無機物の中でも特に熱伝導性に優れている窒化ホウ素が用いられた窒化ホウ素フィラーを含む樹脂組成物が用いられたりしている。
また、高熱伝導性樹脂層には、高温下においても接着力を維持させること、ならびに、優れた耐熱性が求められていることから、この樹脂組成物の樹脂成分にはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられたりしている。
また、高熱伝導性樹脂層には、高温下においても接着力を維持させること、ならびに、優れた耐熱性が求められていることから、この樹脂組成物の樹脂成分にはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられたりしている。
この高熱伝導性樹脂層の形成にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる場合においては、加熱条件下において高熱伝導性樹脂層側が被着体に当接されてこの高熱伝導性樹脂層が熱硬化され、被着体に接着されたりしている。
したがって、より短時間で硬化させ得る樹脂組成物を用いることにより被着体への接着作業性を良好なものとさせ得る。
このように、熱伝導性および耐熱性に優れた高熱伝導性樹脂層を有し、しかも、良好な接着作業性となるように高熱伝導性樹脂層が形成されている金属箔付高熱伝導接着シートが従来求められている。
しかし、従来、エポキシ樹脂を含む樹脂組成物の熱硬化の挙動については、十分な検討がなされていない。したがって、従来の熱伝導シートや、金属箔付高熱伝導接着シートあるいは金属板付高熱伝導接着シートなどにおいては、その要望を満足するものが得られていない。
したがって、より短時間で硬化させ得る樹脂組成物を用いることにより被着体への接着作業性を良好なものとさせ得る。
このように、熱伝導性および耐熱性に優れた高熱伝導性樹脂層を有し、しかも、良好な接着作業性となるように高熱伝導性樹脂層が形成されている金属箔付高熱伝導接着シートが従来求められている。
しかし、従来、エポキシ樹脂を含む樹脂組成物の熱硬化の挙動については、十分な検討がなされていない。したがって、従来の熱伝導シートや、金属箔付高熱伝導接着シートあるいは金属板付高熱伝導接着シートなどにおいては、その要望を満足するものが得られていない。
本発明は、熱硬化性に優れた樹脂組成物と、熱伝導性、耐熱性などに優れ、しかも、接着作業性の良好な熱伝導シート、金属箔付高熱伝導接着シート、ならびに、金属板付高熱伝導接着シートの提供を課題としている。
本発明者らは、窒化ホウ素フィラーとエポキシ樹脂とを用いた樹脂組成物に着目して上記課題について鋭意検討を行った結果、無機フィラーとして窒化ホウ素が用いられる場合においては、この窒化ホウ素に含まれている不純物成分である三酸化ホウ素が、エポキシ樹脂の硬化促進剤に対して影響を与えていることを見出した。
また、所定の硬化促進剤を用いたエポキシ樹脂の硬化反応においては、三酸化ホウ素の存在によって硬化反応が加速されエポキシ樹脂の硬化時間が短縮されることを見出し本発明の完成に到ったのである。
また、所定の硬化促進剤を用いたエポキシ樹脂の硬化反応においては、三酸化ホウ素の存在によって硬化反応が加速されエポキシ樹脂の硬化時間が短縮されることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含み、前記エポキシ樹脂を熱硬化させるべく硬化促進剤がさらに含有されており、前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子が２５体積％以上含有されている樹脂組成物であって、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子を２５体積％以上含有している樹脂組成物でシート状に形成されており、加熱条件下において被着体に当接させることにより前記エポキシ樹脂を熱硬化させて被着体に接着させるべく、前記樹脂組成物には硬化促進剤が含有されており、しかも、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする熱伝導シートを提供する。
また、本発明は、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子を２５体積％以上含有している樹脂組成物が用いられた高熱伝導性樹脂層と、金属箔が用いられた金属箔層とが積層されてシート状に形成されており、加熱条件下において前記高熱伝導性樹脂層の表面を被着体に当接させることにより前記エポキシ樹脂を熱硬化させて前記高熱伝導性樹脂層を被着体に接着させるべく、前記樹脂組成物には硬化促進剤が含有されており、しかも、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする金属箔付高熱伝導接着シートを提供する。
さらに、本発明は、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子を２５体積％以上含有している樹脂組成物が用いられた高熱伝導性樹脂層と、金属板が用いられた金属板層とが積層されてシート状に形成されており、加熱条件下において前記高熱伝導性樹脂層の表面を被着体に当接させることにより前記エポキシ樹脂を熱硬化させて前記高熱伝導性樹脂層を被着体に接着させるべく、前記樹脂組成物には硬化促進剤が含有されており、しかも、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする金属板付高熱伝導接着シートを提供する。
本発明によれば、エポキシ樹脂の硬化促進剤として、三酸化ホウ素成分の存在によってエポキシ樹脂の硬化反応をいっそう促進させ得る三フッ化ホウ素系硬化促進剤が含まれることから、樹脂組成物の硬化時間を短縮させ得る。
また、本発明によれば、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられている樹脂組成物中に無機フィラーとエポキシ樹脂とを含んでいることから、熱伝導性シートや、金属箔付高熱伝導接着シート、あるいは、金属板付高熱伝導接着シートの高熱伝導性樹脂層を熱伝導性、耐熱性などに優れたものとさせ得る。
しかも、エポキシ樹脂の硬化促進剤として、三酸化ホウ素成分の存在によってエポキシ樹脂の硬化反応をいっそう促進させ得る三フッ化ホウ素系硬化促進剤が樹脂組成物中に含まれることから、例えば、窒化ホウ素のように三酸化ホウ素成分を含む物質が無機フィラーとして用いられた場合に、他の硬化促進剤が用いられた場合と比べてエポキシ樹脂の硬化時間を短縮させ得る。
すなわち、本発明によれば、熱硬化性に優れた樹脂組成物を提供し得る。
また、熱伝導性、耐熱性などに優れ、しかも、接着作業性の良好な熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、ならびに、金属板付高熱伝導接着シートを提供し得る。
また、本発明によれば、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられている樹脂組成物中に無機フィラーとエポキシ樹脂とを含んでいることから、熱伝導性シートや、金属箔付高熱伝導接着シート、あるいは、金属板付高熱伝導接着シートの高熱伝導性樹脂層を熱伝導性、耐熱性などに優れたものとさせ得る。
しかも、エポキシ樹脂の硬化促進剤として、三酸化ホウ素成分の存在によってエポキシ樹脂の硬化反応をいっそう促進させ得る三フッ化ホウ素系硬化促進剤が樹脂組成物中に含まれることから、例えば、窒化ホウ素のように三酸化ホウ素成分を含む物質が無機フィラーとして用いられた場合に、他の硬化促進剤が用いられた場合と比べてエポキシ樹脂の硬化時間を短縮させ得る。
すなわち、本発明によれば、熱硬化性に優れた樹脂組成物を提供し得る。
また、熱伝導性、耐熱性などに優れ、しかも、接着作業性の良好な熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、ならびに、金属板付高熱伝導接着シートを提供し得る。
以下に、本発明の好ましい実施の形態について、図１を参照しつつ説明する。
本実施形態における金属箔付高熱伝導接着シートは、金属箔層と高熱伝導性樹脂層との積層構造を有し、シート状に形成されている。
この図１では、半導体モジュールのヒートシンクに前記高熱伝導性樹脂層が接着されて使用される場合を例示している。
本実施形態における金属箔付高熱伝導接着シートは、金属箔層と高熱伝導性樹脂層との積層構造を有し、シート状に形成されている。
この図１では、半導体モジュールのヒートシンクに前記高熱伝導性樹脂層が接着されて使用される場合を例示している。
この金属箔付高熱伝導接着シートの金属箔層については、通常、５０〜３００μｍの厚さの金属箔を用いて形成することができ、この金属箔としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄などの純金属や合金が用いられたものをあげることができる。
また、このような金属箔としては、各種メッキが施されたものや、あるいは、複数種類の金属が積層されているクラッド箔なども用いることができる。
また、このような金属箔としては、各種メッキが施されたものや、あるいは、複数種類の金属が積層されているクラッド箔なども用いることができる。
また、この金属箔層の金属箔は、高熱伝導性樹脂層との接着力を向上させるべく、高熱伝導性樹脂層との界面側が表面粗化されていることが好ましい。
この表面粗化については、金属箔の表面をサンドブラスト処理や酸化処理するなどして施すことができる。
なお、電解金属箔を用いる場合においては、そのマット面（粗化面）を高熱伝導性樹脂層との積層界面として利用することができ、サンドブラスト処理や酸化処理などの特段の処理を必要としない点において好適である。
この表面粗化については、金属箔の表面をサンドブラスト処理や酸化処理するなどして施すことができる。
なお、電解金属箔を用いる場合においては、そのマット面（粗化面）を高熱伝導性樹脂層との積層界面として利用することができ、サンドブラスト処理や酸化処理などの特段の処理を必要としない点において好適である。
なお、この金属箔層の形成に用いる電解金属箔としては、比較的安価であり、耐腐蝕性にも優れ、高い熱伝導性を有する点において、電解銅箔を用いることが好ましい。
さらに、この電解銅箔には、マット面にジンケート処理が施されているものを用いることが好ましい。
さらに、この電解銅箔には、マット面にジンケート処理が施されているものを用いることが好ましい。
前記高熱伝導性樹脂層は、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む樹脂組成物が用いられて形成されている。
この三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとしては、窒化ホウ素フィラーが例示でき、一般に市販の窒化ホウ素フィラーには、通常、三酸化ホウ素成分が０．０１〜数％含有されている。
この窒化ホウ素フィラーとしては、通常、鱗片形状を有する平均粒子径１〜２０μｍのものを用いることができる。この平均粒子径については、レーザー回折法によるＤ５０値を測定することにより求めることができる。
なお、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物には、この窒化ホウ素フィラーに加えて、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラー、窒化ケイ素フィラー、炭化ケイ素フィラー、二酸化ケイ素フィラー、ダイヤモンドフィラーなどを併用することができる。
この窒化ホウ素フィラーとしては、通常、鱗片形状を有する平均粒子径１〜２０μｍのものを用いることができる。この平均粒子径については、レーザー回折法によるＤ５０値を測定することにより求めることができる。
なお、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物には、この窒化ホウ素フィラーに加えて、アルミナフィラー、窒化アルミニウムフィラー、窒化ケイ素フィラー、炭化ケイ素フィラー、二酸化ケイ素フィラー、ダイヤモンドフィラーなどを併用することができる。
前記エポキシ樹脂としては、特に限定されるものではないが、常温固体のものが好ましい。この常温固体のエポキシが好ましいのは、常温液体状のエポキシ樹脂を用いた場合には、金属箔付高熱伝導接着シートを被着体に接着すべく加熱条件下において高熱伝導性樹脂層側を被着体に当接させた場合に、エポキシ樹脂の粘度が低下しすぎて、金属箔付高熱伝導接着シートの端縁部から外にエポキシ樹脂が大きく滲み出してしまうおそれがあるためである。
このエポキシ樹脂の滲み出しが激しい場合には、例えば、金属箔層の背面側など本来金属部分が露出しているべき個所にエポキシ樹脂被膜を形成させてしまうおそれがある。
このエポキシ樹脂の滲み出しが激しい場合には、例えば、金属箔層の背面側など本来金属部分が露出しているべき個所にエポキシ樹脂被膜を形成させてしまうおそれがある。
一方で、被着体への接着時にある程度の粘度低下が生じないと被着体と高熱伝導性樹脂層側との間に空隙などが生じやすく被着体側から金属箔層側への熱伝導性を低下させるおそれもある。
樹脂組成物に適度な流れ性を付与して、これらの問題をより確実に抑制させ得る点において、このエポキシ樹脂としては、エポキシ当量４５０〜２０００ｇ／ｅｑの常温固体のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、エポキシ当量１６０〜２２０ｇ／ｅｑの多官能の常温固体で８７℃から９３℃の間に軟化点を有するノボラック型エポキシ樹脂とが（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ノボラック型エポキシ樹脂）＝４０／６０〜６０／４０となる重量比率で混合されているものを用いることが好ましい。
なお、このエポキシ当量は、ＪＩＳ Ｋ ７２３６により求めることができる。
樹脂組成物に適度な流れ性を付与して、これらの問題をより確実に抑制させ得る点において、このエポキシ樹脂としては、エポキシ当量４５０〜２０００ｇ／ｅｑの常温固体のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、エポキシ当量１６０〜２２０ｇ／ｅｑの多官能の常温固体で８７℃から９３℃の間に軟化点を有するノボラック型エポキシ樹脂とが（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ノボラック型エポキシ樹脂）＝４０／６０〜６０／４０となる重量比率で混合されているものを用いることが好ましい。
なお、このエポキシ当量は、ＪＩＳ Ｋ ７２３６により求めることができる。
また、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物には、このエポキシ樹脂が用いられた樹脂組成物を改質すべく、エポキシ樹脂以外に、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂などの樹脂を本発明の効果を損ねない範囲において添加することができる。
また、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物には、このエポキシ樹脂の硬化促進剤として、三フッ化ホウ素系硬化促進剤がさらに含まれる。
この、三フッ化ホウ素系硬化促進剤としては、三フッ化ホウ素アニリン、三フッ化ホウ素ｐ−トルイジン、三フッ化ホウ素Ｎ−メチルアニリン、三フッ化ホウ素Ｎ−エチルアニリン、三フッ化ホウ素２，４−ジメチルアニリン、三フッ化ホウ素ベンジルアミン、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、三フッ化ホウ素ピペリジン、三フッ化ホウ素トリエチルアミン、三フッ化ホウ素エチルエーテル、三フッ化ホウ素メチルエーテル、三フッ化ホウ素ｎ−ブチルエーテル、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン、三フッ化ホウ素フェノールなどがあげられる。
なかでも、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、三フッ化ホウ素ピペリジンが好ましい。
この、三フッ化ホウ素系硬化促進剤としては、三フッ化ホウ素アニリン、三フッ化ホウ素ｐ−トルイジン、三フッ化ホウ素Ｎ−メチルアニリン、三フッ化ホウ素Ｎ−エチルアニリン、三フッ化ホウ素２，４−ジメチルアニリン、三フッ化ホウ素ベンジルアミン、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、三フッ化ホウ素ピペリジン、三フッ化ホウ素トリエチルアミン、三フッ化ホウ素エチルエーテル、三フッ化ホウ素メチルエーテル、三フッ化ホウ素ｎ−ブチルエーテル、三フッ化ホウ素テトラヒドロフラン、三フッ化ホウ素フェノールなどがあげられる。
なかでも、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミン、三フッ化ホウ素ピペリジンが好ましい。
なお、本発明の効果を損なわない範囲において、上記三フッ化ホウ素系硬化促進剤以外の硬化促進剤を三フッ化ホウ素系硬化促進剤と併用して用いることもできる。
また、三フッ化ホウ素系硬化促進剤とともに、エポキシ樹脂に用いられる一般的な硬化剤を用いることができる。
なかでも、エポキシ樹脂が、上記に示したようなビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とノボラック型エポキシ樹脂とが重量で４０／６０〜６０／４０の割合で混合されている場合においては、４，４’−ジアミノジフェニルスルホンが、優れた硬化性能を発揮する点において好適である。
なかでも、エポキシ樹脂が、上記に示したようなビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とノボラック型エポキシ樹脂とが重量で４０／６０〜６０／４０の割合で混合されている場合においては、４，４’−ジアミノジフェニルスルホンが、優れた硬化性能を発揮する点において好適である。
また、高熱伝導性樹脂層の形成に用いられる樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲において、老化防止剤、酸化防止剤、安定剤、分散助剤、消泡剤、難燃剤、増粘剤、顔料などといった各種配合剤を適宜加えることができる。
なお、図１に示すヒートシンクのような、電荷が加えられる被着体に用いられる場合においては、上記材料が用いられてなる樹脂組成物により高熱伝導性樹脂層が、例えば、１×１０10Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率となるように形成されることが好ましく、１×１０13Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率に形成されることがさらに好ましい。
次いで、これらの材料により金属箔付高熱伝導接着シートを製造する製造方法について説明する。
まず、金属箔層上に樹脂組成物による高熱伝導性樹脂層を形成させるために、この樹脂組成物を液状化させた塗工液を作製する。
この塗工液の作製方法については、一般的な、樹脂溶液の作製方法を採用することができ、例えば、エポキシ樹脂、三フッ化ホウ素系硬化促進剤などを一旦溶媒などに溶解させたエポキシ樹脂溶液にミキサーなどにより窒化ホウ素フィラーを分散させる方法などを採用することができる。
この塗工液の作製方法については、一般的な、樹脂溶液の作製方法を採用することができ、例えば、エポキシ樹脂、三フッ化ホウ素系硬化促進剤などを一旦溶媒などに溶解させたエポキシ樹脂溶液にミキサーなどにより窒化ホウ素フィラーを分散させる方法などを採用することができる。
次いで、例えば、電解銅箔のマット面上に上記のように作製した塗工液を乾燥後の厚さ、すなわち、高熱伝導性樹脂層の形成厚さが所定厚さとなるように、コーティングマシーンなどによりコーティングし、乾燥炉を通過させるなどして乾燥を実施して、金属箔層上に高熱伝導性樹脂層が積層された金属箔付高熱伝導接着シートを製造することができる。
さらに、このようにして製造された金属箔付高熱伝導接着シートの使用方法について説明する。
図１では、半導体モジュールのヒートシンクに対して高熱伝導性樹脂層が接着されて用いられる場合を示している。
このように半導体モジュールのヒートシンクに対して高熱伝導性樹脂層を接着させるには、例えば、加熱状態の熱板上に高熱伝導性樹脂層を表向きにして載置して高熱伝導性樹脂層を熱板の熱により軟化させ、半導体モジュールのヒートシンク露出面をこの軟化状態の高熱伝導性樹脂層表面に押圧して高熱伝導性樹脂層のエポキシ樹脂が硬化するまで保持して、半導体モジュールに対する金属箔付高熱伝導接着シートの接着を完了させる方法があげられる。
図１では、半導体モジュールのヒートシンクに対して高熱伝導性樹脂層が接着されて用いられる場合を示している。
このように半導体モジュールのヒートシンクに対して高熱伝導性樹脂層を接着させるには、例えば、加熱状態の熱板上に高熱伝導性樹脂層を表向きにして載置して高熱伝導性樹脂層を熱板の熱により軟化させ、半導体モジュールのヒートシンク露出面をこの軟化状態の高熱伝導性樹脂層表面に押圧して高熱伝導性樹脂層のエポキシ樹脂が硬化するまで保持して、半導体モジュールに対する金属箔付高熱伝導接着シートの接着を完了させる方法があげられる。
また、あるいは、半導体モジュールが、加熱溶融されたモールド樹脂が注型されて一体成型されているものであれば、この半導体モジュールのモールド樹脂の注型時に同時に金属箔付高熱伝導接着シートの接着を実施させることもできる。
例えば、リードフレームが固定されたケース内に、ハンダ付けされた半導体チップを搭載したヒートシンクを配置し、この半導体チップとリードフレームとをワイヤーボンドにより電気的に接続させた半製品を用いて、注型用金型内に金属箔付高熱伝導接着シートを高熱伝導性樹脂層を表向きにしてセットし、この金属箔付高熱伝導接着シート上にヒートシンクが位置するようにして前記半製品を載置して、半製品のケース内に加熱溶融されたモールド樹脂を注入することにより、このモールド樹脂の熱で、あるいは注型用金型を加熱して高熱伝導性樹脂層を軟化させてヒートシンクに接着硬化させる方法、すなわち、半導体モジュールの製造と同時に金属箔付高熱伝導接着シートの接着を実施させる方法などがあげられる。
例えば、リードフレームが固定されたケース内に、ハンダ付けされた半導体チップを搭載したヒートシンクを配置し、この半導体チップとリードフレームとをワイヤーボンドにより電気的に接続させた半製品を用いて、注型用金型内に金属箔付高熱伝導接着シートを高熱伝導性樹脂層を表向きにしてセットし、この金属箔付高熱伝導接着シート上にヒートシンクが位置するようにして前記半製品を載置して、半製品のケース内に加熱溶融されたモールド樹脂を注入することにより、このモールド樹脂の熱で、あるいは注型用金型を加熱して高熱伝導性樹脂層を軟化させてヒートシンクに接着硬化させる方法、すなわち、半導体モジュールの製造と同時に金属箔付高熱伝導接着シートの接着を実施させる方法などがあげられる。
なお、このとき高熱伝導性樹脂層を形成する樹脂組成物には、三酸化ホウ素成分を含む窒化ホウ素フィラーと、エポキシ樹脂と、三フッ化ホウ素系硬化促進剤とを含んでいることから三酸化ホウ素成分を含んでいない無機フィラーが用いられる場合や、他の硬化促進剤が用いられる場合などに比べて硬化時間を短縮させることができる。
この窒化ホウ素フィラーに含まれている三酸化ホウ素成分は、エポキシ樹脂の硬化反応に影響を与える。例えば、硬化促進剤の種類によっては、硬化促進剤としての機能が抑制されてしまい、長時間の硬化時間を設けてもエポキシ樹脂を完全に硬化させることが困難になってしまうものもある。
しかし、本発明においては、上記に説明したように三酸化ホウ素成分の存在によって硬化反応が加速される三フッ化ホウ素系硬化促進剤が高熱伝導性樹脂層を形成する樹脂組成物に用いられていることから、むしろ、樹脂組成物中に窒化ホウ素フィラーをより高充填させることにより樹脂組成物中のエポキシ樹脂の硬化時間、すなわち、金属箔付高熱伝導接着シートの接着作業時間を短縮させることができる。
したがって、本実施形態の金属箔付高熱伝導接着シートにおいては、窒化ホウ素を樹脂組成物中により多く含有させて、金属箔付高熱伝導接着シートの接着作業性と、高熱伝導性樹脂層の熱伝導率とを同時に向上させ得るという優れた効果を奏する。
例えば、０．０１〜０．５％程度に三酸化ホウ素成分が含まれている窒化ホウ素フィラーを用いる場合であれば三フッ化ホウ素系硬化促進剤とともに高熱伝導性樹脂層中に、通常、体積で２５％以上の割合で充填させることで、優れた接着作業性を有する金属箔付高熱伝導接着シートとすることができ、５０％以上の割合で充填させることで、接着作業性とともに熱伝導性に優れた金属箔付高熱伝導接着シートとすることができる。また、重量で６５％以上の割合で充填させることで、さらに優れた熱伝導性と接着作業性を有する金属箔付高熱伝導接着シートとすることができる。
したがって、本実施形態の金属箔付高熱伝導接着シートにおいては、窒化ホウ素を樹脂組成物中により多く含有させて、金属箔付高熱伝導接着シートの接着作業性と、高熱伝導性樹脂層の熱伝導率とを同時に向上させ得るという優れた効果を奏する。
例えば、０．０１〜０．５％程度に三酸化ホウ素成分が含まれている窒化ホウ素フィラーを用いる場合であれば三フッ化ホウ素系硬化促進剤とともに高熱伝導性樹脂層中に、通常、体積で２５％以上の割合で充填させることで、優れた接着作業性を有する金属箔付高熱伝導接着シートとすることができ、５０％以上の割合で充填させることで、接着作業性とともに熱伝導性に優れた金属箔付高熱伝導接着シートとすることができる。また、重量で６５％以上の割合で充填させることで、さらに優れた熱伝導性と接着作業性を有する金属箔付高熱伝導接着シートとすることができる。
なお、このような効果については、窒化ホウ素フィラーを用いた場合のみならず、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーが用いられる場合に共通して得られるものである。
本実施形態においては、熱硬化作業の短期化が特に求められており、本発明の効果をより顕著に発揮させ得る点から、本発明の樹脂組成物を、金属箔付高熱伝導接着シートの高熱伝導性樹脂層の形成に用いる場合を例に説明したが、本発明の樹脂組成物の用途は、金属箔付高熱伝導接着シートに限定されるものではない。
例えば、金属箔に代えて、３００μｍを超える厚さを有する金属板、例えば、数ｍｍ厚さのアルミニウム板や銅板などといった金属板層に高熱伝導性樹脂層が積層された金属板付高熱伝導接着シートなどにも本発明にかかる樹脂組成物を採用し得る。
また、本発明の樹脂組成物の用途は、この金属箔層や金属板層などの金属層と高熱伝導性樹脂層とが積層された金属層付高熱伝導接着シートに限定されるものでもなく、例えば、高熱伝導性樹脂層を単層あるいは複数積層させてシート状となした熱伝導性シートなどにも本発明の樹脂組成物を採用し得る。
すなわち、上記に例示の金属箔付高熱伝導接着シートの製造方法における電解銅箔に代えて、例えば、表面離型処理されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む塗工液をこのＰＥＴフィルムにコーティングして乾燥を実施してＰＥＴフィルム上にシート状物を形成させて熱伝導シートを作製することができる。
また、このようにして形成されたシート状物を複数積層一体化させて厚みの厚い熱伝導シートを形成させることもできる。
さらに、本発明は、樹脂組成物の使用態様を、コーティングによるシート状物の形成に限定するものでもなく注型金型などを用いた成形加工などにも使用し得る。
すなわち、上記に例示の金属箔付高熱伝導接着シートの製造方法における電解銅箔に代えて、例えば、表面離型処理されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む塗工液をこのＰＥＴフィルムにコーティングして乾燥を実施してＰＥＴフィルム上にシート状物を形成させて熱伝導シートを作製することができる。
また、このようにして形成されたシート状物を複数積層一体化させて厚みの厚い熱伝導シートを形成させることもできる。
さらに、本発明は、樹脂組成物の使用態様を、コーティングによるシート状物の形成に限定するものでもなく注型金型などを用いた成形加工などにも使用し得る。
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１〜８）
（配合：樹脂組成物の作製）
表１に示す材料を表１に示す割合で溶剤に溶解させた樹脂組成物を作製した。
（実施例１〜４、比較例１〜８）
（配合：樹脂組成物の作製）
表１に示す材料を表１に示す割合で溶剤に溶解させた樹脂組成物を作製した。
（評価）
（ゲルタイムの測定）
得られた樹脂組成物を約１ｃｍ3、１４０℃に加熱された熱盤上に滴下し、この滴下された樹脂組成物をステンレス製スパチュラの先端で熱盤上に輪を描くように数秒に１回の割合で攪拌し、攪拌後にスパチュラの先端を熱盤表面から約１ｃｍ高さに持ち上げて樹脂組成物の糸引き状況を目視にて観察した。
このスパチュラの先端を持ち上げた際に糸引きを生じないか、あるいは、糸引きが生じてもすぐに切れてしまう状況となるまでに要する時間をゲルタイムとして測定した。
結果を、表２に示す。
（ゲルタイムの測定）
得られた樹脂組成物を約１ｃｍ3、１４０℃に加熱された熱盤上に滴下し、この滴下された樹脂組成物をステンレス製スパチュラの先端で熱盤上に輪を描くように数秒に１回の割合で攪拌し、攪拌後にスパチュラの先端を熱盤表面から約１ｃｍ高さに持ち上げて樹脂組成物の糸引き状況を目視にて観察した。
このスパチュラの先端を持ち上げた際に糸引きを生じないか、あるいは、糸引きが生じてもすぐに切れてしまう状況となるまでに要する時間をゲルタイムとして測定した。
結果を、表２に示す。
この表２からも三フッ化ホウ素系硬化促進剤は、三酸化ホウ素成分存在下においてエポキシ樹脂の硬化時間を短縮させ得ることがわかる。
Claims (4)
- エポキシ樹脂と無機フィラーとを含み、前記エポキシ樹脂を熱硬化させるべく硬化促進剤がさらに含有されており、前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子が２５体積％以上含有されている樹脂組成物であって、
前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする樹脂組成物。 - 三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子を２５体積％以上含有している樹脂組成物でシート状に形成されており、加熱条件下において被着体に当接させることにより前記エポキシ樹脂を熱硬化させて被着体に接着させるべく、前記樹脂組成物には硬化促進剤が含有されており、しかも、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする熱伝導シート。
- 三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子を２５体積％以上含有している樹脂組成物が用いられた高熱伝導性樹脂層と、金属箔が用いられた金属箔層とが積層されてシート状に形成されており、加熱条件下において前記高熱伝導性樹脂層の表面を被着体に当接させることにより前記エポキシ樹脂を熱硬化させて前記高熱伝導性樹脂層を被着体に接着させるべく、前記樹脂組成物には硬化促進剤が含有されており、しかも、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする金属箔付高熱伝導接着シート。
- 三酸化ホウ素成分を含む無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み前記無機フィラーとして三酸化ホウ素を０．０１％〜０．５％含有する窒化ホウ素粒子を２５体積％以上含有している樹脂組成物が用いられた高熱伝導性樹脂層と、金属板が用いられた金属板層とが積層されてシート状に形成されており、加熱条件下において前記高熱伝導性樹脂層の表面を被着体に当接させることにより前記エポキシ樹脂を熱硬化させて前記高熱伝導性樹脂層を被着体に接着させるべく、前記樹脂組成物には硬化促進剤が含有されており、しかも、前記硬化促進剤が、三フッ化ホウ素モノエチルアミン、三フッ化ホウ素トリエタノールアミンおよび三フッ化ホウ素ピペリジンのいずれかであることを特徴とする金属板付高熱伝導接着シート。
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