JP7400184B2 - 熱伝導性接着剤 - Google Patents
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- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
Description
特に、パワー半導体と言われる次世代の半導体モジュールにおいては、200℃を超える温度で作動することが予想されることから、通常の熱伝導性だけでなく、200℃以上の超高温化にも耐えうる接着剤の開発が急務である。
しかし、この接着剤組成物の硬化物は、基板又は部品の温度変化等による膨張、伸縮や変形に追随できず、亀裂を生じることがあった。
1.25℃で液状のエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)、熱伝導性フィラー(D)及び有機微粒子(E)を含有する熱伝導性接着剤。
2.25℃で液状のエポキシ樹脂(A)が、25℃での粘度が100mPa・s以下のエポキシ樹脂を含む上記1.に記載の熱伝導性接着剤。
3.熱伝導性フィラー(D)が、熱伝導率20W/m・K以上の無機フィラーである上記1.又は2.に記載の熱伝導性接着剤。
4.有機微粒子(E)が、ポリウレタン微粒子を含む上記1.~3.のいずれかに記載の熱伝導性接着剤。
5.有機微粒子(E)が、ポリエステル骨格又はポリカーボネート骨格を有するポリウレタン微粒子である上記1.~4.のいずれかに記載の熱伝導性接着剤。
6.有機微粒子(E)の配合量が、25℃で液状のエポキシ樹脂(A)100質量部に対して、3~40質量部である上記1.~5.のいずれかに記載の熱伝導性接着剤。
7.更に分散剤(F)を含有させた上記1.~6.のいずれかに記載の熱伝導性接着剤。
8.硬化物の熱伝導率が、3W/m・K以上で、かつ厚み1mm、幅10mmの硬化物の引張試験を行った際の破断伸び率が3%以上である上記1.~7.のいずれかに記載の熱伝導性接着剤、
に関する。
本発明の熱伝導性接着剤組成物に配合される25℃で液状であるエポキシ樹脂としては、例えば1分子内に2以上のエポキシ基を有するもので、25℃の温度で液状であれば特に限定されない。例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールF型エポキシ樹脂等の水添ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能脂肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。これらは1種でも2種以上でも使用できる。また、エポキシ樹脂中に、有機微粒子(E)やその他の弾性微粒子等のフィラーを配合したものを用いることもできる。
また、半導体モジュールで使用する場合に、被着体となるモールド樹脂は一般的にエポキシ樹脂で構成されることが多いことから、上記エポキシ樹脂(1)を含有することにより、本発明の熱伝導性接着剤は、モールド樹脂に対する接着力が向上し、モールド樹脂に対する界面剥離が抑制される。
本発明の接着剤組成物は、硬化剤(B)を含有する。硬化剤(B)としてエポキシ樹脂を硬化するものであれば、特に限定されるものではなく、公知慣用の硬化剤を使用すればよく、例えばアミン系化合物、酸無水物系化合物、アミド系化合物、フェノ-ル系化合物等が挙げられる。
硬化剤中の官能基当量/エポキシ樹脂中のエポキシ基当量=0.4~1.5
当量比が0.4以上の場合には、エポキシ樹脂が十分に硬化し、硬化物は耐熱性等の耐久性に優れる。また、当量比が1.5以下だと過剰な硬化剤が硬化物の特性に悪影響を及ぼす恐れが少ない。
本発明の接着剤には、更に硬化促進剤(C)を含有する。硬化促進剤としては種々のものが使用できるが、例えば、リン系化合物、第3級アミン、イミダゾール、有機酸金属塩、ルイス酸、アミン錯塩等が挙げられ、これらは単独のみならず2種以上の併用も可能である。
例えば、半導体封止材料用途としては、リン系ではトリフェニルホスフィン、アミン系では1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7等が、硬化性に優れ、耐熱性、電気特性、耐湿信頼性等に優れる硬化物が得られる点から好ましい。また、硬化剤(B)として、ジシアンジアミドを選択した場合は、硬化促進剤(C)として3-フェニル-1,1-ジメチルウレア等の組み合わせが、硬化性に優れるために好ましい。
本発明の熱伝導性接着剤は、加熱硬化時の熱伝導性を向上させることを目的として、熱伝導性フィラー(D)を含有する。
熱伝導性フィラー(D)としては、接着剤中での安定性の観点から無機フィラーが好ましく、例えば、金属粉、鱗片状金属、球状金属、金属酸化物粉、鱗片状金属酸化物、球状金属酸化物、カーボン粉末、黒鉛、鱗片状カーボン、カーボンナノチューブ、ダイアモンド粉末、窒化ホウ素、窒化アルミ、窒化珪素、炭化珪素等が挙げられる。ここで、上記金属種の具体例としては、銀、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、鉄、黄銅、クロム及び錫等を例示することができ、上記金属酸化物種の具体例としては、アルミナ、酸化亜鉛等を例示することができる。
上記の熱伝導性フィラー(D)の中でも接着剤の安定性と熱伝導性が優れてことから、鱗片状アルミニウム、球状アルミニウム、鱗片状アルミナ、球状アルミナ、鱗片状ニッケル、カーボン粉末、黒鉛、鱗片状カーボン、カーボンナノチューブ、ダイアモンド粉末、窒化ホウ素等が好ましい。
熱伝導性フィラー(D)の平均粒子径は特に限定されないが、好ましくは0.5~50μmであり、より好ましくは、1~40μmである。平均粒子径が0.5μm以上であると、配合液の粘度が適当で塗工が容易であり、平均粒子径が50μm以下だと接着剤の膜厚を数十~100μmの範囲で調整し易くなる。
本発明の熱伝導性接着剤には、接着剤硬化物の伸び性を向上させる目的として、有機微粒子(E)を含有する。具体的な種類としては、塩化ビニル微粒子、酢酸ビニル微粒子、アクリル微粒子、メタクリル微粒子、ポリブタジエン微粒子、ナイロン微粒子、ポリオレフィン微粒子、ポリエステル微粒子、ポリカーボネート微粒子、ポリビニルアルコール微粒子、ポリビニルエーテル微粒子、ポリビニルブチラール微粒子、シリコーンゴム微粒子、ポリウレタン微粒子、フェノール樹脂微粒子、ポリ四弗化エチレン微粒子等が挙げられる。
この中で、接着剤硬化物の伸び性が優れていることから、シリコーン微粒子、ポリブタジエン微粒子、ポリウレタン微粒子が好ましく、エポキシ樹脂との共存下で加熱硬化処理を行うことで大きく膨潤し、その結果配合物全体の熱伝導率をより高める効果が得られるポリウレタン微粒子がより好ましい。
これらの中では、ポリエステルポリオール又はポリカーボネートポリオールを使用したものが、接着剤硬化物の伸び性が優れ、かつエポキシ樹脂との共存下で加熱硬化処理を行うことで大きく膨潤し、その結果配合物全体の熱伝導率をより高める効果が得られる点で好ましい。即ち、有機微粒子(E)としては、ポリエステル骨格又はポリカーボネート骨格を有するポリウレタン微粒子が最も好ましい種類であり、その中でもポリカーボネート骨格を有するポリウレタン微粒子がより好ましい。
分散剤(F)の種類としては、高分子型分散剤、界面活性剤型分散剤及び無機型分散剤等が挙げられるが、界面活性型分散剤が好ましい。
分散剤(F)の配合量は、熱伝導性フィラー(D)及び有機微粒子(E)の合計量100質量部に対して、1~10質量部であることが好ましい。1質量部以上で、フィラーの分散効果が得られ、10質量部以下であると硬化物の熱特性や耐久性に悪影響を及ぼすことがない。
本発明の熱導電性接着剤を、半導体モジュールの接着に用いる場合は、シリンジからのビード塗布、ポッティング塗布等の方法で接着剤を塗布する。塗布量は、10~300g/m2、特に30~200g/m2の範囲内であることが好ましい。
エポキシ樹脂(a1) jER806:三菱ケミカル(株)製
ビスフェノールF型エポキシ樹脂(25℃で液状、粘度20,000mPa・s)
エポキシ樹脂(a2) ED503G:(株)ADEKA製
1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル(25℃で液状。粘度15mPa・s)
エポキシ樹脂(a3): デナコールEX-216L ナガセケムテックス(株)製
シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル(25℃で液状。粘度65mPa・s)
エポキシ樹脂(a4): カネエースMX-136、(株)カネカ
ビスフェノールF型エポキシ樹脂にポリブタジエンゴム微粒子を分散させたもの
(25℃で液状、粘度2,500mPa・s/50℃)
エポキシ樹脂(a5): カネエースMX-965、(株)カネカ
ビスフェノールF型エポキシ樹脂にシリコンゴム微粒子を分散させたもの(25℃で液状、粘度1,500mPa・s/50℃)
硬化促進剤(c1):UCAT3512T、サンアプロ(株)
芳香族ジメチルウレア
熱伝導性フィラー(d1): TFH-A30P、東洋アルミニウム(株)
球状アルミニウム、平均粒子径30μm
熱伝導性フィラー(d2): TFH-A10P、東洋アルミニウム(株)
球状アルミニウム、平均粒子径10μm
熱伝導性フィラー(d3): TFH-A2P、東洋アルミニウム(株)
球状アルミニウム、平均粒子径2μm
熱伝導性フィラー(d4): AS-50、昭和電工(株)製
丸み状アルミナ、平均粒子径50μm
熱伝導性フィラー(d5): ALM-41-01、住友化学(株)製
破砕状アルミナ、平均粒子径1~2μm
有機微粒子(e1): アートパールJB800、根上工業(株)製
ポリエステル骨格ウレタン微粒子
有機微粒子(e2): アートパールTX-800T、根上工業(株)製
ポリカーボネート骨格ウレタン微粒子
有機微粒子(e3): アートパールGI-800T-E、根上工業(株)製
ポリブタジエン骨格ウレタン微粒子
有機微粒子(e4): アートパールSE-006T、根上工業(株)製
アクリル系微粒子
分散剤(f1): プライサーフA219B、第一工業製薬(株)製
沈降防止剤: ディスパロンF-9050、楠本化成(株)
<粘度>
コーンプレート型の粘度計にて25℃の液粘度を測定した。
<熱伝導率>
接着剤を型に入れ、150℃で4時間加熱して、直径25mm、厚み3mmの硬化物を調製し、レーザーフラッシュ法によって計測した熱拡散率と比熱及び硬化物の比重から熱伝導率を算出した。
<硬化物の伸び率>
接着剤を型に入れ、150℃で4時間加熱して、長さ60mm、幅10mm、厚み
0.6mmの硬化物を調製し、標点間距離を30mmに設定して引張試験機にて25℃下で10mm/分の速度で引っ張った場合の硬化物の破断伸び率を測定した。
<引張せん断強さ>
Al板同士の接着試験片についてJISK6850に準拠して25℃下で引張速度10mm/分の条件で引張せん断接着強さの測定を行った。
Claims (6)
- 25℃で液状のエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)、熱伝導性フィラー(D)及び有機微粒子(E)を含有し、
前記有機微粒子(E)が、ポリエステル骨格を有するポリウレタン微粒子を含み、
硬化物の熱伝導率が、3W/m・K以上である、熱伝導性接着剤。 - 25℃で液状のエポキシ樹脂(A)が、25℃での粘度が100mPa・s以下のエポキシ樹脂を含む請求項1に記載の熱伝導性接着剤。
- 熱伝導性フィラー(D)が、熱伝導率20W/m・K以上の無機フィラーである請求項1又は2に記載の熱伝導性接着剤。
- 有機微粒子(E)の配合量が、25℃で液状のエポキシ樹脂(A)100質量部に対して、3~40質量部である請求項1~3のいずれか1項に記載の熱伝導性接着剤。
- 更に分散剤(F)を含有させた請求項1~4のいずれか1項に記載の熱伝導性接着剤。
- 厚み1mm、幅10mmの硬化物の引張試験を行った際の破断伸び率が3%以上である請求項1~5のいずれか1項に記載の熱伝導性接着剤。
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