JPS62179570A - ダイヤモンドペ−スト - Google Patents

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、例えば半導体を用いた電子回路部品の実装に
使用される電気絶縁性で高熱伝導性の有機封止剤・接着
剤として利用できる、ダイヤモンドペーストに関する。

〔従来の技術、発明が解決しようとする問題点〕電子回
路部品に用いられる高分子材料には無機フィラーを複合
した各種のものがある。Ａｇ−エポキシ系の導゛屯性ペ
ースト、５１ｏ２やＡｔ２０３を分散した半導体封止用
シリコーン樹脂等がその例である。

特に絶縁性を要求される封止剤や接着剤の場合には５１
０２やＡｔ、０３　をフィラーとすることで樹脂の熱膨
張係数を低下させ、チップとの熱収縮の差によって生じ
る内部応力を低下させることが行なわれている。また近
年電子回路の小型化、高密度化の進展に伴って電子回路
部品の熱伝導率の改良が大きな問題となっている。特に
電子回路に用いられる部品の中で樹脂の熱伝導率は極め
て低く、その改良が望まれていた。特に集積回路パッケ
ージにおいて、絶縁基板と金属放熱フィンなどの接着を
行なう樹脂接着剤では、接着層の熱抵抗が大きな問題で
あった。このような樹脂接着剤の熱抵抗を改善するため
には樹脂に熱電導率の大きい粉末材料を混入する方法が
知られている。従来用いられていたフィラー材としては
第１表に示したような材料がある。

しかしＡｇ　　を除くこのような無機フィラーを最大限
混入しても樹脂の熱伝導率は高々５Ｘ１０−３ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃未満であり、Ａｇ　を含むものは導電
性を有するために絶縁性が要求される用途には１吏用で
きなかった。

第１表 更に熱伝導性を改良するためには、無機フィラーとして
第１表に示された材料より高い熱伝導率を有する物質を
用いることが考えられる。

ダイヤモンドは物質中で最高の熱伝導率を有しており、
特に高純度のタイプＩ［ａ　　の結晶は室温で５．００
０　ｘ　１０”−Ｊｃａｌ／ｃｒｓｅｃ’ｃ　　の熱伝
導率を有している。従ってダイヤモンドの粉末を無機フ
ィラーとして樹脂に混入することによって従来得られな
かった高熱伝導率を有するものが得られるはずである。

本発明者等はこの観点から各種の樹脂にダイヤモンド粉
末を混入することを試みた。しかしながら、ダイヤモン
ド粉末は有機高分子材料や溶剤に対するなじみ性が悪く
、分散性や高充填時の流動性が劣る等の欠点があること
が分つ九本発明者らはこの欠点を改良すべく、ダイヤモ
ンド粉末を予め表面処理することをすでに提案している
（昭和６０年９月２５日付出願）。

これは親水性と外っているダイヤモンド粉末表面を疎水
性とし、これにより有機高分子材料や溶剤に対するなじ
み性を改良する方法で、これによシ少ない有機高分子材
料や溶剤で光分な流動性を得ることができ、結果として
熱伝導率を上げることができた。

しかし、例えば銀粉末を混合した場合に比べると低い熱
伝導率しか得ることができなかつ九例えばエポキシ系銀
ペーストでは熱体、Ｖｉ率３〜１０　ｘ　１０−３ｃａ
ｌ／５ｅｃ−ｃＩＩｌ’ｃの値が得られるに対し、銀（
０，９９ｃａｌ／ｓθｃ　−ｃ＋＋ｒ　℃）よりも熱伝
導率の高いダイヤモンド（２，２〜５　ｃａｌ／　ｓｅ
ｃ−ｃｍ・’ｃ）を用いてもこのエポキシ系銀ペースト
の値を越えることができなかった。

本発明はこの現状に鑑み、ダイヤモンド粉末を含有する
ペーストの熱伝導性向上を目的としてなされたものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は （１）液状樹脂、ダイヤモンド粉末及び金属粉末を、容
積比がこの順に大なるように配合してなるダイヤモンド
ペースト、 （２）ダイヤモンド粉末及び金属粉末の粒径が５０μｍ
以下である特許請求の範囲第（１）項に記載されるダイ
ヤモンドペースト、 に関し、本発明のダイヤモンドペーストにおいて特に好
ましいものとして、ダイヤモンド粉末及び金属粉末の粒
径が５０μｍ以下のものが挙げられる。

不発明者は前述した、銀よりも熱伝導率の高いダイヤモ
ンドを銀にかえて用いても、エポキシ系銀ペーストの熱
伝導率を越えられないという事実につき、その理由を種
々考察した結果、銀とダイヤモンドの粉末の接触の仕方
に起因するのではないかと推論した。即ち有機剤の熱伝
導は１０−’　ｃａｂ／　ｓｅｃ−ｃｍ・’ｃ　　のオ
ーダであって、銀やダイヤモンドより問題なく低い。従
って、銀やダイヤモンド等の無機物質粉末どうしの接触
の仕方が複合混合物の熱伝導を決定する３、ここで、銀
は塑性変形能に富み、粉末相互の接触も点ではなく面で
できる。これに対しダイヤモンドは極めて剛性が高いの
で点接触しかできない。本発明者らはこれがダイヤモン
ドを混合した場合の低伝導率の原因と推論し、この現象
を解決するための手段として、ダイヤモンドと銀粉末の
両者を混合して用いる本発明のダイヤモンドペーストに
到達したのである。

ダイヤモンドと銀粉末の両者全混合して用いることによ
シ、硬いダイヤモンド粉末が軟かい銀粉末に喰い込み、
これにより全体としては連結したことになり、高い熱伝
導性が得られる。

また、銀粉どうしの連結はダイヤモンド粉末によって断
たれるので、ペースト全体の電気絶縁性も保たれる。さ
らに、ダイヤモンドと混合使用して上記の作用を得るに
は、銀粉に限らず高熱伝導性で軟質の金属粉であればよ
いわけで、本発明においては金属粉末として銀の他に例
えば金、銅、モリブデン等の金属粉末を用いることがで
きる。

また、本発明において、ダイヤモンドと金属粉の混合範
囲は上記したところから任意の範囲に選ぶことが可能で
あるが、好ましい範囲としては、大よそダイヤモンド／
′金属＝１／１〜５／１（容積比）の範囲が挙げられる
。

本発明で用いるダイヤモンド粉末は、その本来の目的で
ある混合する樹脂の熱伝導率を向上するため、ダイヤモ
ンド粉末自身の熱伝導率も高いものが好ましい。一般の
ダイヤモンド粉末は天然、合成によらず不純物を多く含
有するため、熱伝導率は２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃　
程度である。

特にダイヤモンドには／！素が固溶し易く、その熱伝導
度を低下させる要因となっている、本発明で用いるダイ
ヤモンド粉末は特に″′Ａ素含重含有量　００　ｐｐｍ
以下のものを用いることが好ましい。また合成ダイヤモ
ンド粉末は一般に合成時に金属触媒を使用するため、多
量の金ＩＡ不ホ１シ物を包含したものが多い。このため
粉末として感電性を有する事が多い１、本発明のダイヤ
モンド粉末は無機フィラーとして絶縁性の要求される用
途に用いるため、このような金属不純物が少ないものが
好ましい。一般的には金属不純物が１０”ｐｐｍ以下の
ダイヤモンド粉末を用いる。更に結晶形態も樹脂に対す
る充ｍ率を向上させるために不規則形状のものより、ブ
ロッキーな形状のものを選択することが望ましい。また
粉末の粒度も粗大すぎると樹脂との混合時に沈澱し易す
く均一分散が困難となる。このため本発明では平均粒径
で５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。

金属粉の粒度は、ダイヤモンド粉末どうしを連結するた
めには余りに大きいものは不適でらるので、ダイヤモン
ド粉末より小さいことが好ましい。

本発明のペーストの基材となる液状樹脂としては、例え
ばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂およ
びこれ等の変性樹脂等が挙けられ、これ等の樹脂は単独
又は２種以上の混合樹脂として使用でさる。さらに、エ
チルセルロース樹脂、アクリル系樹脂も使用できる。

本発明において液状樹脂とダイヤモンド粉末、金属粉末
混合物（フィラー）との混合割合としては、大よそ１．
５／１〜４／１（容積比）の範囲が挙げられる。

〔実施例〕

以下、実施例によυ本発明を具体的に説明する。

実施例１ 平均粒径５μｍの合成ダイヤモンド粉末と平均粒径１μ
ｍの銀粉末を体積比で３：１となるよう計量した後、予
め乳鉢を用いて混合し混合物とした。次にアラルダイト
に対し該混合物を体積比で６５チとなるよう加え、再び
乳鉢にて混合した。

以上により得られた本発明のペーストについて、その粘
度をＢ型粘度計を用いて２５℃にて測定したところ、１
００００　ＣＰ　であシ、実用上何ら問題のないことが
分った。更にレーザー法熱定数測定装ｇ１を用いて熱伝
導度’ｔ　ｆｌｌ１１定したところ、３５　ｘ　１０−
３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・’ｃ　　という高い値を得た
。これは銀粉のみをフィラーとしている市販のペースト
の約３倍の値である。Ｊまた、電気抵抗をテスターを用
いて測定したところ、電気絶縁性であった。

実施例２ 実施例１と同様な方法によシ、表１に示す配合にて本発
明のペーストを作成した。それらの熱伝導性全測定した
ところ、表１に示す如くであり、いずれも高い値であっ
た。

実施例５ 平均粒径５μｍの合成ダイヤモンド粉末と、平均粒径１
μｍの合成ダイヤモンド粉末と、平均粒径１μｍの銀粉
末を体積比で１対１対１となるように計１式した。これ
を実施例１と同様の方法でアラルダイトと、体積比が５
５優になるように混合した。この熱伝導率を測定したと
ころ、５８　ｘ　１０−３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ’ｃ　
　の値を示し九以上の実施例１〜３の結果から、本発明
品が従来品では得られなかった高熱伝導性を持ち、また
電気絶縁性を兼ね備えていることがυθ・う。

〔発明の効果〕

本発明のダイヤモンドペーストは高熱伝導性及び電気絶
縁性を有するもので、電子回路部品等の有機封止剤・接
着剤として広く利用できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）液状樹脂、ダイヤモンド粉末及び金属粉末を、容
   積比がこの順に大なるように配合してなるダイヤモンド
   ペースト。
2. （２）ダイヤモンド粉末及び金属粉末の粒径が５０μｍ
   以下である特許請求の範囲第（１）項に記載されるダイ
   ヤモンドペースト。