JPH06212137A - 熱伝導性接着材 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】電子部品の複雑化、高度化及び緻密化に伴い高
い熱伝導性を有する接着材に対する要望が増大してお
り、本発明はこの要望に応える接着材を提供することを
目的としている。 【構成】本発明によれば 接着材樹脂に三次元構造を有
する炭素繊維が充填される。繊維は各種の長さと幅を有
している。繊維を充填した接着材は高い熱伝導性値を呈
する。これらの接着材樹脂の層で接合された電子設備は
厚み貫通方向に高い熱伝導性を有している。
い熱伝導性を有する接着材に対する要望が増大してお
り、本発明はこの要望に応える接着材を提供することを
目的としている。 【構成】本発明によれば 接着材樹脂に三次元構造を有
する炭素繊維が充填される。繊維は各種の長さと幅を有
している。繊維を充填した接着材は高い熱伝導性値を呈
する。これらの接着材樹脂の層で接合された電子設備は
厚み貫通方向に高い熱伝導性を有している。
Description
【0001】
【本発明の技術的背景】本発明は熱伝導性接着材に関
し、更に詳細には本発明は三次元配列のメソフェーズピ
ッチを基剤とした炭素繊維で充填された接着材マトリッ
クスに関する。
し、更に詳細には本発明は三次元配列のメソフェーズピ
ッチを基剤とした炭素繊維で充填された接着材マトリッ
クスに関する。
【0002】電子部品のパッケージにおける熱の管理は
常に重要な設計上の考慮点であり、今日ではパッケージ
の密度(従って熱の放散)が劇的に増大しつつあるの
で、更に一層重要となっている。一層強力で密接に配置
されたチップ、微細なグリッドパターン、及びリード線
のないセラミックチップキャリヤーのような表面取り付
け装置は、熱の除去が効率的となるか及び/又は構成部
分間の熱膨張係数(CTE)の不一致が少なくなるよう
に、高い熱伝導性及び/又は注文通りのCTEを呈する
材料を必要としている。熱の除去を容易にし、CTEの
不一致を少なくすることは、一層融通性のあるパッケー
ジの設計、改善された操作上の性能及び予想寿命の増大
(破損の減少を通じて)を招くので、非常に望ましい特
性である。熱伝導性であり注文通りのCTEを有する有
機基剤接着材(ペースト状又はフィルム状)は電子部品
のパッケージの熱管理に重要な役割を演ずる。それら
は: −−チップキャリヤー、基材又は冷却用放熱器へのダイ
(チップ)の接合 −−プリント配線ボード(PWB)へのチップキャリヤ
ー及び基材の取り付け −−冷却用放熱器へのPWBの接合 −−蓋の封止 −−抵抗器、コンデンサー、ダイオード等の取り付け
(即ち、すみ肉接着材を用いる) を含む各種の用途に使用される。一般にこれらの接着材
は銀のような金属充填剤又はアルミナ又は窒化硼素のよ
うな無機充填剤により充填されている。電気的に絶縁性
であるアルミナ充填剤は、充填剤の配合量、形状及び寸
法に応じて、基剤重合体の熱伝導性を約3−5(倍)×
増大する。最高の熱伝導性及び電気伝導性が必要な時に
は配合量によって、基剤重合体の熱伝導性を約3−5
(倍)×増大するように、銀のフレークが使用される。
しかしこれらの充填剤は幾つかの欠点を有している。高
い重量%の銀が必要であり(例えば所望の性能水準に達
するために或種の接着剤では79重量%が必要であ
る)、そして銀は高価であるからこれらの充填剤の価格
も相当なものとなる。銀と同様に高い重量%の無機充填
剤も必要であり、そして同様に比較的高価である。銀は
又金属性電気移行と称される現象から被害を受ける:
S.クランバイン(Krumbein)による論文(IEEE Transa
ctions on Compo-nents, Hybrids, and Manufacturing
Technology, 11巻、No.1、3月、1988)は金属移行を一
層詳細に記載している。
常に重要な設計上の考慮点であり、今日ではパッケージ
の密度(従って熱の放散)が劇的に増大しつつあるの
で、更に一層重要となっている。一層強力で密接に配置
されたチップ、微細なグリッドパターン、及びリード線
のないセラミックチップキャリヤーのような表面取り付
け装置は、熱の除去が効率的となるか及び/又は構成部
分間の熱膨張係数(CTE)の不一致が少なくなるよう
に、高い熱伝導性及び/又は注文通りのCTEを呈する
材料を必要としている。熱の除去を容易にし、CTEの
不一致を少なくすることは、一層融通性のあるパッケー
ジの設計、改善された操作上の性能及び予想寿命の増大
(破損の減少を通じて)を招くので、非常に望ましい特
性である。熱伝導性であり注文通りのCTEを有する有
機基剤接着材(ペースト状又はフィルム状)は電子部品
のパッケージの熱管理に重要な役割を演ずる。それら
は: −−チップキャリヤー、基材又は冷却用放熱器へのダイ
(チップ)の接合 −−プリント配線ボード(PWB)へのチップキャリヤ
ー及び基材の取り付け −−冷却用放熱器へのPWBの接合 −−蓋の封止 −−抵抗器、コンデンサー、ダイオード等の取り付け
(即ち、すみ肉接着材を用いる) を含む各種の用途に使用される。一般にこれらの接着材
は銀のような金属充填剤又はアルミナ又は窒化硼素のよ
うな無機充填剤により充填されている。電気的に絶縁性
であるアルミナ充填剤は、充填剤の配合量、形状及び寸
法に応じて、基剤重合体の熱伝導性を約3−5(倍)×
増大する。最高の熱伝導性及び電気伝導性が必要な時に
は配合量によって、基剤重合体の熱伝導性を約3−5
(倍)×増大するように、銀のフレークが使用される。
しかしこれらの充填剤は幾つかの欠点を有している。高
い重量%の銀が必要であり(例えば所望の性能水準に達
するために或種の接着剤では79重量%が必要であ
る)、そして銀は高価であるからこれらの充填剤の価格
も相当なものとなる。銀と同様に高い重量%の無機充填
剤も必要であり、そして同様に比較的高価である。銀は
又金属性電気移行と称される現象から被害を受ける:
S.クランバイン(Krumbein)による論文(IEEE Transa
ctions on Compo-nents, Hybrids, and Manufacturing
Technology, 11巻、No.1、3月、1988)は金属移行を一
層詳細に記載している。
【0003】接着材によって相互に結合された電気的設
備中の電気的接続を形成する目的のために、炭素繊維で
充填された接着材を使用することは既知である。
備中の電気的接続を形成する目的のために、炭素繊維で
充填された接着材を使用することは既知である。
【0004】高い熱伝導性、均一な平面的CTE、低い
密度及び高い剛性を含む、必要な性質の費用効果的な組
み合わせを達成する、電子部品パッケージにおける熱管
理に傾斜する進行を補完するための接着性材料が開発さ
れた。この材料は約20ないし約60重量%のメソフェ
ーズピッチを基材とした三次元的構造の炭素繊維を充填
された接着材を含んでいる。炭素繊維は各種の長さ及び
各種の幅のものである。好適には該繊維は10よりも大
きい長さ対幅比を有し、該繊維は約1ないし約10μm
の幅の分布を有する。これらの繊維は米国特許第4,8
61,653号に記載されており、参照して参考とされ
たい。
密度及び高い剛性を含む、必要な性質の費用効果的な組
み合わせを達成する、電子部品パッケージにおける熱管
理に傾斜する進行を補完するための接着性材料が開発さ
れた。この材料は約20ないし約60重量%のメソフェ
ーズピッチを基材とした三次元的構造の炭素繊維を充填
された接着材を含んでいる。炭素繊維は各種の長さ及び
各種の幅のものである。好適には該繊維は10よりも大
きい長さ対幅比を有し、該繊維は約1ないし約10μm
の幅の分布を有する。これらの繊維は米国特許第4,8
61,653号に記載されており、参照して参考とされ
たい。
【0005】適当な接着材樹脂は熱硬化性、熱可塑性、
エラストマー性又はこれらの組合せであるような合成接
着材である。
エラストマー性又はこれらの組合せであるような合成接
着材である。
【0006】“接着材技術ハンドブック(Adehesives T
echnology Handbook)”[ノイエス(Noy-es)出版社、1
985]によれば接着材には四種の基本形:液状、ペース
ト状、テープ及びフィルム状、及び粉末及び粒子状:が
存在する。構造物及び電子部品用の接着材の二つの最も
普通の形式はペースト及びフィルムである。メソフェー
ズピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維を充填した
ペーストを製造するためには、繊維はペーストに出来る
だけ均一に添加され、そして諸成分を混合して均質な配
合物が得られなければならない。充填されたペーストの
流動性はペーストの化学的組成及び添加される繊維の量
を変えることにより厳密に制御される。(ペーストは一
般に高い粘性を有する)。
echnology Handbook)”[ノイエス(Noy-es)出版社、1
985]によれば接着材には四種の基本形:液状、ペース
ト状、テープ及びフィルム状、及び粉末及び粒子状:が
存在する。構造物及び電子部品用の接着材の二つの最も
普通の形式はペースト及びフィルムである。メソフェー
ズピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維を充填した
ペーストを製造するためには、繊維はペーストに出来る
だけ均一に添加され、そして諸成分を混合して均質な配
合物が得られなければならない。充填されたペーストの
流動性はペーストの化学的組成及び添加される繊維の量
を変えることにより厳密に制御される。(ペーストは一
般に高い粘性を有する)。
【0007】メソフェーズピッチを基材とした三次元構
造の炭素繊維を充填した接着性フィルムを製造するため
には、少なくとも二つの方法が利用可能である。第一
に、接着材樹脂が液状であれば、繊維はできるだけ均一
に添加され、そして諸成分を混合して均質な配合物が得
られる。この方法は繊維の封入を確実にし、そしてフィ
ルムの均一性及び均質性を促進するのに役立つ。ペース
トの場合は、樹脂の化学組成及び添加される繊維の量を
変えることにより流動性が厳密に制御される。接着性フ
ィルムを製造するためには、フィルムキャスティング装
置を用いて均質な配合物を作ることができる。
造の炭素繊維を充填した接着性フィルムを製造するため
には、少なくとも二つの方法が利用可能である。第一
に、接着材樹脂が液状であれば、繊維はできるだけ均一
に添加され、そして諸成分を混合して均質な配合物が得
られる。この方法は繊維の封入を確実にし、そしてフィ
ルムの均一性及び均質性を促進するのに役立つ。ペース
トの場合は、樹脂の化学組成及び添加される繊維の量を
変えることにより流動性が厳密に制御される。接着性フ
ィルムを製造するためには、フィルムキャスティング装
置を用いて均質な配合物を作ることができる。
【0008】樹脂が熱可塑性樹脂のように粉末状又は粒
子状であるならば、別な方法が存在する。メソフェーズ
ピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維を出来るだけ
均一に添加し、乾式配合して均質な混合物を与える。均
質な配合物を押出機及びフィルムキャスティング装置を
使用して作り、接着性フィルムに成形するか、又は普通
に行われることは配合物のペレットとして押出して、次
いでペレットを使用して接着性フィルムを押出すことで
ある。
子状であるならば、別な方法が存在する。メソフェーズ
ピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維を出来るだけ
均一に添加し、乾式配合して均質な混合物を与える。均
質な配合物を押出機及びフィルムキャスティング装置を
使用して作り、接着性フィルムに成形するか、又は普通
に行われることは配合物のペレットとして押出して、次
いでペレットを使用して接着性フィルムを押出すことで
ある。
【0009】図1を参照すれば、示される構造物10は
構成部品として多数のピン13を支持し、蓋16によっ
て覆われたキャビティ14を有する基板12を含む電子
部品パッケージ系と広く称されるものである。キャビテ
ィ14内には熱接着層22により冷却用放熱器20に付
着しているダイ又はチップ18がある。類似の熱接着性
層22が蓋16を基板12に封止し、基板12をプリン
ト配線ボード24に封止している。
構成部品として多数のピン13を支持し、蓋16によっ
て覆われたキャビティ14を有する基板12を含む電子
部品パッケージ系と広く称されるものである。キャビテ
ィ14内には熱接着層22により冷却用放熱器20に付
着しているダイ又はチップ18がある。類似の熱接着性
層22が蓋16を基板12に封止し、基板12をプリン
ト配線ボード24に封止している。
【0010】図2において、実施例3の接着材層(38
容積%の繊維)が顕微鏡的に示されている。各種の長さ
及び幅の繊維を有する三次元的繊維構造物が充填された
樹脂を示す構造が観察される。更に詳細に示せば、繊維
30はx方向に同平面内に配向しており、繊維32はy
方向に同平面内に配向しており;及び繊維34はz方向
に平面外に又は厚みを貫通して配向している。
容積%の繊維)が顕微鏡的に示されている。各種の長さ
及び幅の繊維を有する三次元的繊維構造物が充填された
樹脂を示す構造が観察される。更に詳細に示せば、繊維
30はx方向に同平面内に配向しており、繊維32はy
方向に同平面内に配向しており;及び繊維34はz方向
に平面外に又は厚みを貫通して配向している。
【0011】これらの広い実用性を有する万能的な接着
材は重量と剛性が問題である(航空電子工学系の場合の
ように)と同時に熱管理が常に問題となる、電子部品パ
ッケージ業界に特に魅力的である。該接着材は金属移行
を蒙ることなく、そして所望の水準の性能に達するため
に現行の技術(例えば銀フレーク又はアルミナ充填材)
よりも必要とする充填材の量が少なくてすむ。これらの
接着材は又CTEの不一致が最少でなければならないよ
うな構造的用途(例えば複合部品の他の複合部品への接
合又は末端嵌め合いのような金属片への複合材の取り付
け)にも用いることができる。これらの用途においてほ
ぼ三次元的補強複合材料を形成し易いフィラメントの性
質は、又厚み方向(平面外)補強により結合された複合
材料の層間剪断強度を増大する上にも有利であろう。
材は重量と剛性が問題である(航空電子工学系の場合の
ように)と同時に熱管理が常に問題となる、電子部品パ
ッケージ業界に特に魅力的である。該接着材は金属移行
を蒙ることなく、そして所望の水準の性能に達するため
に現行の技術(例えば銀フレーク又はアルミナ充填材)
よりも必要とする充填材の量が少なくてすむ。これらの
接着材は又CTEの不一致が最少でなければならないよ
うな構造的用途(例えば複合部品の他の複合部品への接
合又は末端嵌め合いのような金属片への複合材の取り付
け)にも用いることができる。これらの用途においてほ
ぼ三次元的補強複合材料を形成し易いフィラメントの性
質は、又厚み方向(平面外)補強により結合された複合
材料の層間剪断強度を増大する上にも有利であろう。
【0012】熱伝導性測定 熱伝導性(TC)は下記の方法により測定され、(BT
U)(インチ)/(時間)(フィート2)(°F)とし
て表示される:レーザー フラッシュ これは試料の一面を赤外線レーザーからの短いパルスの
エネルギー(1ミリ秒以下の持続時間)に暴露し、赤外
線検出器を用いて反対側の面の温度上昇を検知すること
により複合材料の熱の拡散性が測定される過渡的技術で
ある。試料の背面の時間/温度分布及び二面間の距離を
知れば、複合材料の温度拡散性が計算される。この値及
び複合材料の密度及び比熱を知れば、これらの三つの値
の積により試料の熱伝導性が計算される。
U)(インチ)/(時間)(フィート2)(°F)とし
て表示される:レーザー フラッシュ これは試料の一面を赤外線レーザーからの短いパルスの
エネルギー(1ミリ秒以下の持続時間)に暴露し、赤外
線検出器を用いて反対側の面の温度上昇を検知すること
により複合材料の熱の拡散性が測定される過渡的技術で
ある。試料の背面の時間/温度分布及び二面間の距離を
知れば、複合材料の温度拡散性が計算される。この値及
び複合材料の密度及び比熱を知れば、これらの三つの値
の積により試料の熱伝導性が計算される。
【0013】厚いフィルム・インテグレーター(Integrator) 約40℃の温度に保持されたアルミニウム表面上にフィ
ルムを置く。性質が既知でサーモカップルを備えたアル
ミニウムの円筒を、フィルム試料の頂部に置く前に室温
(〜25℃)に保つ。アルミニウム円筒の温度上昇を監
視し、そして引き続いてフィルム及びフィルム/アルミ
ニウムの界面の熱抵抗性を得るために解析する。引き続
き少なくとも四枚のフィルムの層を添加して、熱抵抗性
とフィルムの厚さとの間の関係を確定すれば、フィルム
/アルミニウム界面抵抗に対して補償が行えるので、そ
れからフィルムの熱伝導性を測定できる。“堆積物”に
圧力をかけて界面の熱抵抗性を最少とする。
ルムを置く。性質が既知でサーモカップルを備えたアル
ミニウムの円筒を、フィルム試料の頂部に置く前に室温
(〜25℃)に保つ。アルミニウム円筒の温度上昇を監
視し、そして引き続いてフィルム及びフィルム/アルミ
ニウムの界面の熱抵抗性を得るために解析する。引き続
き少なくとも四枚のフィルムの層を添加して、熱抵抗性
とフィルムの厚さとの間の関係を確定すれば、フィルム
/アルミニウム界面抵抗に対して補償が行えるので、そ
れからフィルムの熱伝導性を測定できる。“堆積物”に
圧力をかけて界面の熱抵抗性を最少とする。
【0014】ガーデッド(Guarded)熱流(Heat F
low):ダイナテック(Dynatech)C−マチック(Mati
c)熱伝導性試験器TCHM−DV型(ASTM F4
33) 異なった温度に制御された二枚の銅−表面板の間に試料
を置く。側面からの熱の移動を最少とするために試料の
周囲に平均試料温度又はその付近に保たれたガードヒー
ターがある。二枚の板の間の熱束を一方の板に取り付け
た熱束変換器で測定する。二枚の板の表面の間の全体的
な温度差は内蔵されたサーモカップルで測定する。フィ
ルム/板界面の熱抵抗性を少なくするために、通常は商
業的に入手し得る冷却用放熱体[ダウ・コーニング(Dow
Corning)340のような]を試料に取り付け、外部圧
力下に試験を行う。試料の厚さ、板の表面温度、測定さ
れた熱束及び接触熱抵抗を知れば、試料の熱伝導性を測
定することができる。
low):ダイナテック(Dynatech)C−マチック(Mati
c)熱伝導性試験器TCHM−DV型(ASTM F4
33) 異なった温度に制御された二枚の銅−表面板の間に試料
を置く。側面からの熱の移動を最少とするために試料の
周囲に平均試料温度又はその付近に保たれたガードヒー
ターがある。二枚の板の間の熱束を一方の板に取り付け
た熱束変換器で測定する。二枚の板の表面の間の全体的
な温度差は内蔵されたサーモカップルで測定する。フィ
ルム/板界面の熱抵抗性を少なくするために、通常は商
業的に入手し得る冷却用放熱体[ダウ・コーニング(Dow
Corning)340のような]を試料に取り付け、外部圧
力下に試験を行う。試料の厚さ、板の表面温度、測定さ
れた熱束及び接触熱抵抗を知れば、試料の熱伝導性を測
定することができる。
【0015】ガーデッド(Guarded)熱流:薄い材料 ダイナテックC−マチック試験器は極めて薄い材料(即
ち、0.040″以下の厚さを有する)には特に適して
いない。従って、薄いフィルムの厚み貫通方向の熱伝導
性を測定するためのガーデッド熱流法及び装置が開発さ
れた。
ち、0.040″以下の厚さを有する)には特に適して
いない。従って、薄いフィルムの厚み貫通方向の熱伝導
性を測定するためのガーデッド熱流法及び装置が開発さ
れた。
【0016】装置は直径約1″及び長さ2″の二本の銅
の棒から成る。各棒の長さ方向に沿って二本のサーモカ
ップルが1″離れて埋め込まれている。棒は横方向への
熱の損失を防止するためにガラス繊維絶縁物中に包まれ
ている。“ヌジョール(Nujol)”鉱物油で被覆された
フィルム試料が各銅棒の(同様に油の被覆を有する)端
の間に置かれ、棒/フィルム/棒の堆積物を形成する。
(油は棒とフィルムの間の良好な熱伝導性を確保するた
めに存在する)。堆積物を二枚の加熱されたプレスの熱
板の間に配置し(上部の熱板は底部の熱板よりも常に熱
くなっている)、圧縮荷重下に置いて界面の熱抵抗を最
少とし、別な絶縁層で包被する。堆積物を平衡に達しさ
せ、そして銅棒を横断して現れる温度分布を記録する。
熱板の設定温度及び堆積物の圧力を変えて実験を繰り返
す。銅棒を横断して現れる平衡温度分布を監視し、それ
らを同様な条件下での“標準”材料と比較することによ
り、フィルムの熱伝導性を計算することができる。
の棒から成る。各棒の長さ方向に沿って二本のサーモカ
ップルが1″離れて埋め込まれている。棒は横方向への
熱の損失を防止するためにガラス繊維絶縁物中に包まれ
ている。“ヌジョール(Nujol)”鉱物油で被覆された
フィルム試料が各銅棒の(同様に油の被覆を有する)端
の間に置かれ、棒/フィルム/棒の堆積物を形成する。
(油は棒とフィルムの間の良好な熱伝導性を確保するた
めに存在する)。堆積物を二枚の加熱されたプレスの熱
板の間に配置し(上部の熱板は底部の熱板よりも常に熱
くなっている)、圧縮荷重下に置いて界面の熱抵抗を最
少とし、別な絶縁層で包被する。堆積物を平衡に達しさ
せ、そして銅棒を横断して現れる温度分布を記録する。
熱板の設定温度及び堆積物の圧力を変えて実験を繰り返
す。銅棒を横断して現れる平衡温度分布を監視し、それ
らを同様な条件下での“標準”材料と比較することによ
り、フィルムの熱伝導性を計算することができる。
【0017】
【0018】
【実施例1】87.5gのチバ・ガイギー(Ciba-Geig
y)硬化剤HT9679及び12.5gのチバ・ガイギー
硬化剤HT939を60gのダウ・ケミカル(Dow Chem
ical)の“カトレックス(Quatrex)”1010樹脂、
160gのダウ・ケミカルの“カトレックス”2010
及び180gのユニオン・カーバイド(Union Carbid
e)ERL−4206樹脂の混合物に添加した。得られ
る混合物を均質になるまで撹拌した。得られる混合物の
60gにメソフェーズピッチを基材とした炭素繊維の三
次元構造物を40g添加して、40重量%の繊維で補強
されたエポキシ樹脂を形成した。この充填された混合物
を5回に亙って3本ロール練り機を通し、そしてへらを
使って厚さ5ミルのシリコーン被覆されたポリエステル
フィルム上にキャスティングした。160℃で1時間硬
化後、充填された接着材フィルムをポリエステルフィル
ムから取り去り、500及び1200粒度(grit)の研
磨紙を用いて磨いた。
y)硬化剤HT9679及び12.5gのチバ・ガイギー
硬化剤HT939を60gのダウ・ケミカル(Dow Chem
ical)の“カトレックス(Quatrex)”1010樹脂、
160gのダウ・ケミカルの“カトレックス”2010
及び180gのユニオン・カーバイド(Union Carbid
e)ERL−4206樹脂の混合物に添加した。得られ
る混合物を均質になるまで撹拌した。得られる混合物の
60gにメソフェーズピッチを基材とした炭素繊維の三
次元構造物を40g添加して、40重量%の繊維で補強
されたエポキシ樹脂を形成した。この充填された混合物
を5回に亙って3本ロール練り機を通し、そしてへらを
使って厚さ5ミルのシリコーン被覆されたポリエステル
フィルム上にキャスティングした。160℃で1時間硬
化後、充填された接着材フィルムをポリエステルフィル
ムから取り去り、500及び1200粒度(grit)の研
磨紙を用いて磨いた。
【0019】研磨したフィルムを前記のガーデッド熱
流:薄い材料方法を用いて、厚み貫通方向の熱伝導性に
ついて試験した。表1に示されたこの接着材の熱伝導性
は、デュポン(Du Pont)社から市販されている79重
量%の銀フレークを充填したダイタック(Ditac)(登
録商標)QL(登録商標)リボン接着材と少なくとも同
等であるが、繊維の重量%は僅かに40%であった。
流:薄い材料方法を用いて、厚み貫通方向の熱伝導性に
ついて試験した。表1に示されたこの接着材の熱伝導性
は、デュポン(Du Pont)社から市販されている79重
量%の銀フレークを充填したダイタック(Ditac)(登
録商標)QL(登録商標)リボン接着材と少なくとも同
等であるが、繊維の重量%は僅かに40%であった。
【0020】
【実施例2】27.5部のユニオン・カーバイドの“U
CAR”PKHJフェノキシ樹脂及び1.7部のユニオ
ン・カーバイドの“UCAR”BRL−2741レゾー
ル樹脂を53.2部のメチルエチルケトン及び17.6部
のトルエンに溶解した。この溶液22.7gを5gのメ
ソフェーズピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維と
混合して均質な分散物を得た。充填された接着材樹脂溶
液を20ミルのドクター・ナイフを用いて2ミルのマイ
ラー(Mylar)(登録商標)フィルム上にキャスティン
グし、120℃の炉中で5分間乾燥した。マイラー(登
録商標)フィルムを取り去り、そして厚さ4ミルの45
重量%の繊維で補強された接着材フィルムを残した。4
ミルの厚さのフィルム2枚を150℃及び200psi
で15分間積層させ、6−8ミルの厚さの接着材フィル
ムを形成した。未充填のフェノキシ/フェノール−ホル
ムアルデヒド試料及び56重量%の繊維で補強されたフ
ィルムを同様な方式で製造した。
CAR”PKHJフェノキシ樹脂及び1.7部のユニオ
ン・カーバイドの“UCAR”BRL−2741レゾー
ル樹脂を53.2部のメチルエチルケトン及び17.6部
のトルエンに溶解した。この溶液22.7gを5gのメ
ソフェーズピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維と
混合して均質な分散物を得た。充填された接着材樹脂溶
液を20ミルのドクター・ナイフを用いて2ミルのマイ
ラー(Mylar)(登録商標)フィルム上にキャスティン
グし、120℃の炉中で5分間乾燥した。マイラー(登
録商標)フィルムを取り去り、そして厚さ4ミルの45
重量%の繊維で補強された接着材フィルムを残した。4
ミルの厚さのフィルム2枚を150℃及び200psi
で15分間積層させ、6−8ミルの厚さの接着材フィル
ムを形成した。未充填のフェノキシ/フェノール−ホル
ムアルデヒド試料及び56重量%の繊維で補強されたフ
ィルムを同様な方式で製造した。
【0021】三種のフィルムを前記のガーデッド熱流:
薄い材料方法を用いて、厚み貫通方向の熱伝導性につい
て試験した。試験結果は表1に示されており、充填され
た接着材の熱伝導性は、79重量%の銀フレークを充填
したダイタック(登録商標)QL(登録商標)リボン接
着材の最高2(倍)×であるが、繊維配合量は僅かに5
6重量%又はそれ以下であることを示している。
薄い材料方法を用いて、厚み貫通方向の熱伝導性につい
て試験した。試験結果は表1に示されており、充填され
た接着材の熱伝導性は、79重量%の銀フレークを充填
したダイタック(登録商標)QL(登録商標)リボン接
着材の最高2(倍)×であるが、繊維配合量は僅かに5
6重量%又はそれ以下であることを示している。
【0022】
【表1】 接着剤の熱伝導性 熱伝導性 繊維容積% 繊維重量% (BTUインチ/時間フィート2°F) 未充填接着剤 0 1.318 30 45 6.970 40 56 11.512 40 9.571
【0023】
【実施例3】15、29及び39重量%の繊維(夫々1
0、20及び28容積%の繊維)を含むメソフェーズピ
ッチを基材とした三次元構造の炭素繊維を充填したフィ
ルムを下記のように製造した。ポリエチレンの袋中に必
要な重量の繊維及び粉末を入れ、袋を縛り、次いで振盪
及び混合してできるだけ混合物を均質にすることによ
り、繊維及びKコポリイミド粉末の三種の乾式配合物
(三種の繊維配合量を表す)を製造した。Kコポリイミ
ド粉末はピロメリチン酸二無水物と1,3−ビス(3−
アミノフェノキシ)ベンゼン及び2−フェニル−1,4
−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンの70/30
(重量を基準として)混合物を基剤としたものである。
約600gの各配合物を製造した。
0、20及び28容積%の繊維)を含むメソフェーズピ
ッチを基材とした三次元構造の炭素繊維を充填したフィ
ルムを下記のように製造した。ポリエチレンの袋中に必
要な重量の繊維及び粉末を入れ、袋を縛り、次いで振盪
及び混合してできるだけ混合物を均質にすることによ
り、繊維及びKコポリイミド粉末の三種の乾式配合物
(三種の繊維配合量を表す)を製造した。Kコポリイミ
ド粉末はピロメリチン酸二無水物と1,3−ビス(3−
アミノフェノキシ)ベンゼン及び2−フェニル−1,4
−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンの70/30
(重量を基準として)混合物を基剤としたものである。
約600gの各配合物を製造した。
【0024】約150−200gの配合物をベルト上に
置いた二枚のカプトン(Kapton)(登録商標)ポリイミ
ドのカバーシートの間に散布し、そして“サンドイッ
チ”を加熱された熱板(345℃)を有する連続ベルト
式プレスの間に通した。カバーシートを取り去り、繊維
を充填したフィルムを残した。一つの配合物が終了して
数枚のフィルムが製造されると、残りの二種の配合物の
ために同じ方法を繰り返した。
置いた二枚のカプトン(Kapton)(登録商標)ポリイミ
ドのカバーシートの間に散布し、そして“サンドイッ
チ”を加熱された熱板(345℃)を有する連続ベルト
式プレスの間に通した。カバーシートを取り去り、繊維
を充填したフィルムを残した。一つの配合物が終了して
数枚のフィルムが製造されると、残りの二種の配合物の
ために同じ方法を繰り返した。
【0025】このプレスを通す初期のパス(5フィート
/分のベルト速度で)後に、フィルム片を二回以上プレ
スを通した(後で取り去られるカプトン(登録商標)カバ
ーシートを用いて)が、但し1フィート/分の速度と
し、フィルムの厚さを更に薄くした。得られるフィルム
は長さ約3−4フィート、幅6−8インチ、厚さ10−
19ミルであった。
/分のベルト速度で)後に、フィルム片を二回以上プレ
スを通した(後で取り去られるカプトン(登録商標)カバ
ーシートを用いて)が、但し1フィート/分の速度と
し、フィルムの厚さを更に薄くした。得られるフィルム
は長さ約3−4フィート、幅6−8インチ、厚さ10−
19ミルであった。
【0026】未補強のフィルムも同様に製造さた。得ら
れるフィルムは長さ約45フィート、幅10インチ、厚
さ8−14ミルであった。
れるフィルムは長さ約45フィート、幅10インチ、厚
さ8−14ミルであった。
【0027】フィルム試料を平面内引張り性質及び熱膨
張係数、並びに厚み貫通方向の熱伝導性について試験し
た。熱伝導性の測定は各種の技術及び方法を用いて行わ
れるので、熱伝導性は比較例及びデータの確実性を確か
めるために本文に記載された四種の異なった方法により
測定された。
張係数、並びに厚み貫通方向の熱伝導性について試験し
た。熱伝導性の測定は各種の技術及び方法を用いて行わ
れるので、熱伝導性は比較例及びデータの確実性を確か
めるために本文に記載された四種の異なった方法により
測定された。
【0028】表2はフィルムの性質が繊維の配合量の関
数であることを示す結果を与える;繊維の配合量が増加
すると、平面内CTEが減少すると同時に貫通方向の熱
伝導性及び引張り弾性率の両者が増加する。最高配合量
のフィルムは典型的な“標的(target)CTE”電子パ
ッケージ材料である、アルミナ(6−8ppm/℃)に
近い均一なCTE(10ppm/℃)を有する。ダイタ
ック(Ditac)(登録商標)QL(登録商標)リボン接
着材のデータに比較して、最高配合量のフィルムの熱伝
導性及びモジュラスは少なくとも等価であり、そしてC
TEは銀を充填した接着材よりも4×小さいが、繊維配
合量は僅かに39重量%であった。
数であることを示す結果を与える;繊維の配合量が増加
すると、平面内CTEが減少すると同時に貫通方向の熱
伝導性及び引張り弾性率の両者が増加する。最高配合量
のフィルムは典型的な“標的(target)CTE”電子パ
ッケージ材料である、アルミナ(6−8ppm/℃)に
近い均一なCTE(10ppm/℃)を有する。ダイタ
ック(Ditac)(登録商標)QL(登録商標)リボン接
着材のデータに比較して、最高配合量のフィルムの熱伝
導性及びモジュラスは少なくとも等価であり、そしてC
TEは銀を充填した接着材よりも4×小さいが、繊維配
合量は僅かに39重量%であった。
【0029】
【実施例4】パイララックス(Pyralux)(登録商標)
LG1002ガラス補強改質アクリル系接着材で接合さ
れたデュポンのパイララックス(登録商標)可撓性複合材
料の6層から構成された回路板から二つの同一な2″×
2″平方の試料を切り取った。可撓性複合材料の各層は
両側をLF0210被覆層で層被覆されたLF9111
銅被着積層体で構成されていた。
LG1002ガラス補強改質アクリル系接着材で接合さ
れたデュポンのパイララックス(登録商標)可撓性複合材
料の6層から構成された回路板から二つの同一な2″×
2″平方の試料を切り取った。可撓性複合材料の各層は
両側をLF0210被覆層で層被覆されたLF9111
銅被着積層体で構成されていた。
【0030】E−120連続ピッチ繊維で補強された6
063アルミニウムの16層から構成されたピッチ繊維
補強金属マトリックス複合冷却用放熱器から二つの同一
な2″×2″平方の試料を切り取った。繊維の配向は
[0/90]4sであり、繊維の容積分率は35%であっ
た。各金属マトリックスの正方形の試料の一つの表面を
剃刀の刃で削り、及び溶材で清浄化して総ての汚染物を
除去した。
063アルミニウムの16層から構成されたピッチ繊維
補強金属マトリックス複合冷却用放熱器から二つの同一
な2″×2″平方の試料を切り取った。繊維の配向は
[0/90]4sであり、繊維の容積分率は35%であっ
た。各金属マトリックスの正方形の試料の一つの表面を
剃刀の刃で削り、及び溶材で清浄化して総ての汚染物を
除去した。
【0031】ハイゾール・エーロスペース・&・インダ
ストリアル・プロダクツ・ディビジョン(Hysol Aerosp
ace & Industrial Prodsucts Division)のエポキシ−
パッチ・クリア(Epoxy-patch clear)0151二液型
エポキシ接着材を用いて、清浄な金属表面上に充分に撹
拌された混合物を刷毛塗りし、回路板を接着材上に置
き、そして積層された試料を最少の圧力(<25ps
i)下で硬化することによって一つの正方形の回路板を
正方形の冷却用放熱器に接合した。他の正方形板は同様
な接着材によって相互に接合されたが、接合材は二液型
エポキシと混合される時に配合された25重量%のメソ
フェーズピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維が充
填されていた。
ストリアル・プロダクツ・ディビジョン(Hysol Aerosp
ace & Industrial Prodsucts Division)のエポキシ−
パッチ・クリア(Epoxy-patch clear)0151二液型
エポキシ接着材を用いて、清浄な金属表面上に充分に撹
拌された混合物を刷毛塗りし、回路板を接着材上に置
き、そして積層された試料を最少の圧力(<25ps
i)下で硬化することによって一つの正方形の回路板を
正方形の冷却用放熱器に接合した。他の正方形板は同様
な接着材によって相互に接合されたが、接合材は二液型
エポキシと混合される時に配合された25重量%のメソ
フェーズピッチを基材とした三次元構造の炭素繊維が充
填されていた。
【0032】両方の試料をガーデッド熱流:ダイナテッ
クC−マチック熱伝導性試験器方法を用いて厚み貫通方
向の熱伝導性について試験した。充填された接着材を有
する試料の系統的熱伝導性は3.398(BTU)(イ
ンチ)/(時間)(フィート2)(°F)であったのに
対し、未充填の接着材を有する試料については2.70
5(BTU)(インチ)/(時間)(フィート2)(°
F)であり、26%の改善が見られた。
クC−マチック熱伝導性試験器方法を用いて厚み貫通方
向の熱伝導性について試験した。充填された接着材を有
する試料の系統的熱伝導性は3.398(BTU)(イ
ンチ)/(時間)(フィート2)(°F)であったのに
対し、未充填の接着材を有する試料については2.70
5(BTU)(インチ)/(時間)(フィート2)(°
F)であり、26%の改善が見られた。
【0033】
【表2】
【0034】本発明の主なる特徴及び態様は以下の通り
である。
である。
【0035】1.ピッチを基材とした三次元構造の炭素
繊維を約20ないし約60重量%充填された接着材樹脂
を含んで成る、熱伝導性の接着性材料。
繊維を約20ないし約60重量%充填された接着材樹脂
を含んで成る、熱伝導性の接着性材料。
【0036】2.該材料がペースト状である、上記1に
記載の熱伝導性の接着性材料。
記載の熱伝導性の接着性材料。
【0037】3.該材料がフィルム状である、上記1に
記載の熱伝導性の接着性材料。
記載の熱伝導性の接着性材料。
【0038】4.該接着材樹脂が熱可塑性、熱硬化性、
エラストマー系又はそれらの組合せから成る部類から選
択される、上記1に記載の接着性材料。
エラストマー系又はそれらの組合せから成る部類から選
択される、上記1に記載の接着性材料。
【0039】5.該材料が約6ないし約12(BTU)
(インチ)/(時間)(フィート2)(°F)の範囲の
熱伝導性を有する、上記1に記載の接着性材料。
(インチ)/(時間)(フィート2)(°F)の範囲の
熱伝導性を有する、上記1に記載の接着性材料。
【0040】6.該接着材樹脂が熱硬化性樹脂である、
上記1に記載の接着性材料。
上記1に記載の接着性材料。
【0041】7.該ピッチを基材とした炭素繊維がメゾ
フェーズピッチである、上記6に記載の接着性材料。
フェーズピッチである、上記6に記載の接着性材料。
【0042】8.約20ないし約60重量%のピッチを
基材とした三次元構造の炭素繊維で充填された接着性樹
脂の層により接合された構成部品を有する電子設備。
基材とした三次元構造の炭素繊維で充填された接着性樹
脂の層により接合された構成部品を有する電子設備。
【0043】9.該接着性材料が熱可塑性、熱硬化性、
エラストマー系又はそれらの組合せから成る部類から選
択される、上記8に記載の設備。
エラストマー系又はそれらの組合せから成る部類から選
択される、上記8に記載の設備。
【0044】10.該接着材樹脂が熱硬化性樹脂であ
る、上記9に記載の設備。
る、上記9に記載の設備。
【図1】図1は本発明の熱伝導性接着材が有用である一
般の電子部品の包装の配置状態の略図的断面正面図であ
る。
般の電子部品の包装の配置状態の略図的断面正面図であ
る。
【図2】図2のaは本発明の接着材層の顕微鏡写真であ
る。図2のbは図2の接着材層の三次元的な繊維の配置
を表すベクトル図である。
る。図2のbは図2の接着材層の三次元的な繊維の配置
を表すベクトル図である。
10 構造物 12 基板 13 ピン 14 キャビティ 16 蓋 22 熱接着性層 24 配線ボード 30 x方向に配向した繊維 32 y方向に配向した繊維 34 z方向に配向した繊維
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年1月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の熱伝導性接着材が有用である一
般の電子部品の包装の配置状態の略図的断面正面図であ
る。
般の電子部品の包装の配置状態の略図的断面正面図であ
る。
【図2】図2のaは本発明の接着材薄膜(フイルム)の
顕微鏡写真である。図2のbは図2のaの接着材薄膜
(フイルム)中の三次元的な繊維の配置を表すベクトル
図である。
顕微鏡写真である。図2のbは図2のaの接着材薄膜
(フイルム)中の三次元的な繊維の配置を表すベクトル
図である。
【符号の説明】 10 構造物 12 基板 13 ピン 14 キヤビテイ 16 蓋 22 熱接着性層 24 配線ボード 30 x方向に配向した繊維 32 y方向に配向した繊維 34 z方向に配向した繊維
Claims (2)
- 【請求項1】 ピッチを基材とした三次元構造の炭素繊
維を約20ないし約60重量%充填された接着性樹脂を
含んで成る、熱伝導性の接着性材料。 - 【請求項2】 約20ないし約60重量%のピッチを基
材とした三次元構造の炭素繊維で充填された接着性樹脂
の層により接合された構成部品を有する電子設備。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/520,286 US5026748A (en) | 1990-05-07 | 1990-05-07 | Thermally conductive adhesive |
US520286 | 1990-05-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06212137A true JPH06212137A (ja) | 1994-08-02 |
Family
ID=24071950
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3128213A Pending JPH06212137A (ja) | 1990-05-07 | 1991-05-02 | 熱伝導性接着材 |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5026748A (ja) |
EP (1) | EP0456428B1 (ja) |
JP (1) | JPH06212137A (ja) |
KR (1) | KR910020139A (ja) |
CN (1) | CN1041743C (ja) |
AT (1) | ATE128168T1 (ja) |
AU (1) | AU629157B2 (ja) |
BR (1) | BR9101849A (ja) |
CA (1) | CA2041807A1 (ja) |
DE (1) | DE69113108T2 (ja) |
ES (1) | ES2078443T3 (ja) |
IL (1) | IL97957A (ja) |
MX (1) | MX172824B (ja) |
RU (1) | RU2052483C1 (ja) |
TR (1) | TR25806A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06299129A (ja) * | 1993-04-12 | 1994-10-25 | Nec Corp | 電子デバイス用接着剤 |
JP2000281995A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-10 | Polymatech Co Ltd | 熱伝導性接着フィルムおよび半導体装置 |
WO2008013252A1 (en) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Teijin Limited | Heat conductive adhesive |
Families Citing this family (35)
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