JPH02202975A - 熱伝導性電気抵抗性ダイアモンド充填エポキシ樹脂接着剤 - Google Patents

熱伝導性電気抵抗性ダイアモンド充填エポキシ樹脂接着剤

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JPH02202975A
JPH02202975A JP17784589A JP17784589A JPH02202975A JP H02202975 A JPH02202975 A JP H02202975A JP 17784589 A JP17784589 A JP 17784589A JP 17784589 A JP17784589 A JP 17784589A JP H02202975 A JPH02202975 A JP H02202975A
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epoxy
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、熱伝導性で電気抵抗性の接着剤として使われ
るダイアモンド粒子充填エポキシ樹脂に関する。この様
な接着剤は、例えば、回路チップを冷却構造又はシステ
ムに取り付けるのに使うことが出来るものである。
（従来技術とその問題点） 高性能ディジタルコンピューターは、複数の多チツプユ
ニットに接着された半導体回路チップを包含する電子回
路を使用する。信転出来るデツプ動作を確保するために
は、それらを所定の作動温度範囲内に保たなければなら
ない。それ故に、チップのために何らかの形の冷却シス
テムを設ける必要がある。
この必要から生じる最も大きな問題の一つは、チップと
冷却システムまたは冷却構造との間に熱伝導経路を形成
しなければならないことである。
空気等のガスを使うことが出来るが、熱伝導特性は液体
や固体はどに効率的ではない。液体は何らかの形の密封
システムを必要とするが、これは余りに複雑となりがち
である。従って、固体が最も魅力のある手段と思われる
のであるが、熱伝導率の良い固体の殆どは金属で、それ
は電気伝導性でもある。それは、損害を与える電気的短
絡の形成及び放電等を防止する必要のある回路チップ環
境においては望ましく無い。
チップを冷却システム又は冷却構造に接着する接着剤と
しても作用する熱伝導性で電気抵抗性の材料は、効率的
に働くと共に所要の構造の複雑さを減らす魅力ある解決
策であろう。
色々な充填剤を含むエポキシが色々な用途のために接着
剤として使われてきた０例えば、銀を充填したエポキシ
は電気伝導性の接着剤に利用され、少量のダイアモンド
充填剤を樹脂に埋設したエポキシは車輪等を研磨するた
めの研慶剤として利用されてきた。本発明は、熱伝導率
が良好で且つ電気抵抗率も良好な充填剤含有エポキシ接
着剤を提供しようとするものである。
（発明の概要） 本発明は、熱伝導率及び電気抵抗率の両方を高めるため
にダイアモンド粒子又はダイアモンド粉末を充填したエ
ポキシ樹脂接着剤を提供することによって上記の問題を
解決する。エポキシ接着剤に大量のダイアモンド粒子充
填剤を混合すれば、その熱伝導率及び電気抵抗率を相当
向上させることが出来ることが分かった。この結果を実
現するために必要なダイアモンド充填剤の量は約７５な
いし８５重量％の範囲内にあり、これは既知のダイアモ
ンド充填エポキシのそれより相当高い。
多数の実験において、ダイアモンド充填剤の添加により
エポキシの熱伝導率を銀充填エポキシのそれと等しいレ
ベルに高めることが出来、電気抵抗率を約１０″オーム
／備まで高めることが出来ることが確証された。そこで
、本発明は、代表的伝導性接着剤と同等の高い熱伝導率
を有すると同時に高い電気抵抗率を有する接着剤を提供
する。
従って、それは、熱伝導性ではあるが電気絶縁性の経路
をチップ及び金属ヒートシンク間に形成する必要のある
回路チップ環境において非常に有益である。
次に、図面を参照して本発明の好適な実施例について説
明する。
（実施例） 第１図は、接着剤層１２で第２エレメント１４に接着さ
れた第１エレメント１０が示されている。
第１エレメント１０が回路チップで第２エレメント１４
が金属ヒートシンクである場合には、接着剤層１２が熱
伝導性ではあるが電気抵抗性の経路を両者の間に提供す
ることが望ましい、後述する様に、実験により、ダイア
モンド粒子充填エポキシ樹脂で接着剤層１２を形成すれ
ばこれらの特性を得ることが出来ることが分かった。
ペースト形エポキシ樹脂接着剤及びフィルム形エポキシ
樹脂接着剤の両方を使って多数の実験を行なった。通常
、これらの接着剤は、何らかの形の窒化ホウ素、銀、ア
ルミナ、又はベリリア等の伝統的充填剤粒子を含有して
いる。実験では、伝統的充填剤粒子の代わりに、同じサ
イズのダイアモンド粒子を使った。大きな粒子と小さな
粒子の粒子混合物は、小さな粒子が大きな粒子間の間隙
の一部を埋めることが出来る様に、最適化されなければ
ならない、ダイアモンド粒子を使用した場合、分子形状
が本質的に「立方体形」であるので、エポキシ内に積み
重なることのあるダイアモンド粒子ブロックの形成に役
立つ。これは粒子間に間隔が残る可能性を高めるので、
小さな粒子を使用することが望ましい。
実験から、ダイアモンド充填剤エポキシの最適な量は、
結果としての接着剤の全重量の７５％ないし８５％の範
囲内にある。即ち、最終混合物１００グラムを得るとき
は、充填剤は７５ないし８５グラムである。ダイアモン
ド充填剤の量が７５％より少なければ、接着剤の熱伝導
率はさほど向上しない、一方、充填剤の量が８５％を上
回ると、その接着剤は分配困難となり、また、充分な接
着強度を提供出来なくなる。
−ａ的には、充填剤粒子サイズは、付けられる接着剤の
厚みより小さくなければならない。この付着厚みは時に
は「ボンドライン」と称される。
ボンドラインは０．００１インチ（約２５ミクロン）と
することが出来る。エポキシが粒子の一つ一つを囲む確
立を確実に高くするために、粒子直径はボンドライン厚
みより小さくなければならない。
−ＩＩＩＱ的範囲は、大きな粒子については１０ないし
１５ミクロンである。この大きな粒子のサイズの約１１
５の小さな粒子を該混合物に加えて、後述する様にこの
大きな粒子間のギャップを埋める。
実際上如何なる種類の伝統的エポキシ樹脂でも接着剤と
して使うことが出来る。それらは接着剤を希望に応じて
選択して高い又は低い作動温度を提供することが出来る
。色々な実験に使用されたエポキシ樹脂は次の通りであ
る： 即ち芳香族又は脂肪族のポリヒドロキシ化合物のエピク
ロロヒドリン樹脂；ポリヒドロキシフェノール；ポリメ
チレンフェノール；ポリメチレント−ルフェノール；及
び、類催の異性体及び同族体のエピクロロヒドリン樹脂
、また、ノボラフクエボキシ樹脂も使用することが出来
る。これらのエポキシの成るケミカル・アブストラクト
登録番号は２８０６４−１４−４；２９６４０−８２−
２；１０１−９０−６；及び６８４６０−２１−９であ
る。
実験の結果は下記の表に記載されている。各実験におい
て、シリコン、試験エポキシ、及びシリコンのサンドイ
ッチを使用した。アブレスティック社（Ａｂｌｅｓｔ、
ｉｃ　Ｃｏｍｐａｎｙ）が製造した銀導電性エポキシの
対（８４−Ｉ　　ＬＭ！Ｔ及び８４−ＩＬＭＩ）を基準
として利用した。トラコン社（ＴｒａＣｏｎ　ｃｏｍｐ
ａｎｙ）がエポキシ樹脂ペースト接着剤（ＦＳ２８０）
を提供し、これに硬化剤を加えた後ダイアモンドを混合
した。ニーアイ・テクノロジー（ＡＩ　Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇいはエポキシ樹脂フィルム（ＴＫ７７５９）を提供
した。各種類の試料を数回試験したが、その結果の平均
が表に掲げられている。
試料説明 グループ　Ｉ ＴＲＡ　　Ｃ０Ｎ ＦＳ　　２８０ エポキシペースト ８１％ダイアモンド 充填剤 ＴＲＡ　　　Ｃ０Ｎ ＦＳ２８０２８０ エポキシペースト ７８％ダイアモンド 充填剤 ＡＢＬＥＳＴＩＫ 銀充填 エポキシ ＬＭＩＴ 平均厚み　平均　　　平均 （インチ）　　　　　ｌンＦライン　　　　熱イ云導率
厚み（インチ）　　（匈／トＣ） 、０５１１ ．００２９ ．０１５３ ．００３１ ．０５０７ ．００２４ ２．８ ２．２ ２．９ ＡＢＬＥＳＴＭＫ 銀充填 エポキシ １Ｌ！ 、０５０６ ．００２４ １．７ グループ２ ＴＲＡ　　Ｃ０Ｎ ＦＳ　　２８０ エポキシペースト ７８％ダイアモンド 充填剤 、０５２０ ．００３２ ２．３ ＡＩ　　　ＴＫ７７５９ エポキシフィルム ８０％ダイアモンド 厚み３　Ｍ　Ｉ　Ｌ、　５００ｇ 硬化 、０５２７ ．００３８ １．２ ＡＩ　　　ＴＫ７７５９ エポキシフィルム 、０５３１ ．００４２ １．１ ８０％ダイアモンド 厚み３　Ｍ　Ｉ　Ｌ、　２００ｇ 硬化 ＡＢＬＥＳＴｉＫ 銀充填 エポキシ ８４−Ｉ　　ＬＭＩＴ 、０５０１ ．００３１ １．７ 第１グループの実験において、ダイアモンド粒子と混合
したエポキシ樹脂ペースト（Ｔｒａ　Ｃｏｎ　ＦＳ２８
０）を、異なる２種類の銀充填エポキシと比較した。８
１％ダイアモンド充填剤では、エポキシは最も熱伝導率
の高い銀エポキシ（Ａｂｌｅｓｔｉｋ　　８４−Ｉ　　
ＬＭＩＴ）のそれと殆ど等しい熱伝導率を持っていた。
７８％ダイアモンド充填剤では、エポキシの熱伝導率は
、第２の銀充填エポキシ（Ａｂｌｅｓｔｉｋ　　８４−
　Ｉ　　Ｌ　Ｍ　Ｉ　Ｔ）よりなお高いけれども、相当
低かった。
実験中詳しくは記録しなかったが、ダイアモンド充填エ
ポキシの電気抵抗率は、代表的銀充填伝導性のエポキシ
のｏ、ｏｏｏｉオーム／ｃＩｌに較べて、１０１４オー
ム／ａｓであった。従って、第１グループの試験により
、ダイアモンド充填エポキシペーストは優れた熱伝導特
性及び電気抵抗特性を有することが確証された。
第２グループの実験では、ダイアモンド充填エポキシフ
ィルム（八Ｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＴＫ７７５９）
の対と共に７８％ダイアモンドを含有するエポキシペー
ストをもう一度試験した。第１の銀充填エポキシを、参
照の目的でもう一度試験した。その結果、該フィルムの
熱伝導率はペーストの約半分に過ぎず、銀充填エポキシ
樹は両者の中間にあることが示された。しかし、フィル
ムについて継続して行なった試験の結果は全く満足出来
るものであり、該フィルムは、その熱伝導率はペースト
より低いけれども、全体としてはペーストより良好な材
料であると思われる。
好適な実施例に限って本発明を開示したが、特許請求の
範囲の欄に記載した発明の範囲内で色々な変形、修正が
可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のエポキシ樹脂接着剤でヒートシンク
等の基板に接着された回路チップ等のエレメントの断面
側視図である。 ＦＩＧ、　１

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）約７５ないし８５重量％の範囲内のダイアモンド
    粒子充填剤を含有するエポキシ樹脂から成る、熱伝導率
    及び電気抵抗率が高い接着剤。
  2. （２）前記ダイアモンド粒子充填剤は、約２ないし１５
    ミクロンの範囲内の直径を有する粒子から成ることを特
    徴とする請求項１に記載の接着剤。
  3. （３）前記ダイアモンド粒子充填剤は、約１０ないし１
    ５ミクロンの範囲内の直径を有する大きな粒子と、該大
    きな粒子の直径の約１／５の小さな粒子とを含むことを
    特徴とする請求項２に記載の接着剤。
  4. （４）該エポキシ樹脂は、芳香族又は脂肪族のポリヒド
    ロキシ化合物のエピクロロヒドリン樹脂；フェノール；
    ポリメチレンフェノール；ポリメチレンメトールフェノ
    ール；及び／又は類似の異性体及び同族体のエピクロロ
    ヒドリン樹脂；又はノボラックエポキシ樹脂を含むグル
    ープから選ばれたエポキシ樹脂であることを特徴とする
    請求項１に記載の接着剤。
  5. （５）前記エポキシ樹脂はペースト状であることを特徴
    とする請求項１に記載の接着剤。
  6. （６）前記エポキシ樹脂はフィルム状であることを特徴
    とする請求項１に記載の接着剤。
  7. （７）第１のエレメントを第２のエレメントに熱伝導、
    電気抵抗性に接着する方法であって、前記第１及び第２
    のエレメントをダイアモンド粒子充填エポキシ樹脂で接
    着する工程から成ることを特徴とする方法。
  8. （８）前記接着工程は、約７５ないし８５重量％の範囲
    内のダイアモンド粒子充填剤を有するエポキシ樹脂で前
    記第１及び第２のエレメントを接着する工程から成るこ
    とを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. （９）前記接着工程は、約７５ないし８５重量％の範囲
    内のダイアモンド粒子充填剤を有するエポキシ樹脂で前
    記第１及び第２のエレメントを接着する工程から成り、
    該ダイアモンド粒子の直径は約２ないし１５ミクロンの
    範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載の方法。
JP17784589A 1989-01-27 1989-07-10 熱伝導性電気抵抗性ダイアモンド充填エポキシ樹脂接着剤 Pending JPH02202975A (ja)

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