KR101958049B1 - 반도체 장치, 광 반도체 장치 및 방열 부재 - Google Patents

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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 장치는, 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과, 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재와, 실장 기판과 냉각 부재 사이에 개재되고, 실장 기판과 냉각 부재에 밀착되는 방열 부재를 구비한다. 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이, 600㎫ 이하이다.

Description

반도체 장치, 광 반도체 장치 및 방열 부재{SEMICONDUCTOR DEVICE, OPTICAL SEMICONDUCTOR DEVICE, AND HEAT-DISSIPATING MEMBER}
본 발명은 반도체 장치, 광 반도체 장치 및 방열 부재, 상세하게는, 광 반도체 장치를 포함하는 반도체 장치 및, 거기에 사용되는 방열 부재에 관한 것이다.
최근 들어, 액정 표시 장치나 조명 장치는, 광 반도체 장치(발광 다이오드 장치) 등의 반도체 장치를 구비한다.
그러한 광 반도체 장치로서, 예를 들어 기판 및 그것의 전방면에 실장되는 LED 소자를 갖는 발광 모듈과, 그것의 후방측에 간격을 두고 배치되는 히트 싱크와, 그들 사이에 개재되는 방열 시트를 구비하는 광원 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 1 참조.).
또한, 하기 특허문헌 1의 광원 장치에서는, 히트 싱크의 측부에 설치되고, 전방으로 연장되는 훅 부재의 전단부의 갈고리에 의해 기판의 단부를 걺으로써, 발광 모듈을 방열 시트를 개재하여 히트 싱크에 밀착시키고 있다.
이에 의해, 하기 특허문헌 1의 광원 장치에서는, LED 소자에서 발생하는 열을 방열 시트에 의해 히트 싱크에 효율적으로 열전도시키고 있다.
특허문헌1 : 일본 특허 공개 제2011-204495호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1의 광원 장치에서는, 기판은, 단부가 갈고리에 의해 걸려있기 때문에, 갈고리에 의한 체결력이 강한 경우에는, 기판의 중앙부가 들뜨는(휘는) 경우가 있다. 그 경우에는, 점착성 방열 시트의 중앙부도, 기판의 들뜸에 부수하여, 들뜬다. 그렇게 하면, 점착성 방열 시트와 히트 싱크 사이에 간극이 발생한다. 그 결과, 점착성 방열 시트 및 히트 싱크에 의한 상기한 열전도성이 저하하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 실장 기판 및 방열 부재의 들뜸을 유효하게 방지할 수 있는 반도체 장치를 포함하는 광 반도체 장치 및, 거기에 사용되는 방열 부재를 제공하는 데 있다.
본 발명의 반도체 장치는, 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과, 상기 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재와, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재 사이에 개재되고, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재에 밀착되는 방열 부재를 구비하고, 상기 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이, 600㎫ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 반도체 장치에서는, 상기 방열 부재는, 점착성인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 반도체 장치에서는, 상기 방열 부재는, 점착성 수지 조성물 및 열전도성 입자를 함유하는 점착성 열전도 조성물로 형성되는 점착성 열전도층을 구비하는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 반도체 장치에서는, 상기 점착성 수지 조성물은, 아크릴계 폴리머를 포함하고 있는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 광 반도체 장치는, 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과, 상기 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재와, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재 사이에 개재되고, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재에 밀착되는 방열 부재를 구비하는 반도체 장치를 포함하는 광 반도체 장치이며, 상기 반도체 소자가, 광 반도체 소자이며, 상기 실장 기판이, 광 반도체 실장 기판이며, 상기 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이, 600㎫ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 방열 부재는, 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과, 상기 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재 사이에 개재되고, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재에 밀착하기 위한 방열 부재이며, 상기 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이, 600㎫ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 방열 부재를 구비하는 본 발명의 반도체 장치에서는, 실장 기판에 있어서, 반도체 소자에 의해 발생하는 열을, 방열 부재를 개재하여, 냉각 부재에 열전도시킬 수 있다.
또한, 방열 부재는, 인장 탄성률이, 600㎫ 이하이므로, 실장 기판이, 냉각 부재에 대한 체결력에 기초하여 고정되는 경우에도, 실장 기판에 가해지는 가압력을 방열 부재가 충분히 흡수할 수 있으므로, 실장 기판 및 방열 부재의 들뜸(휨)을 유효하게 방지할 수 있다.
그로 인해, 상기한 방열 부재를 개재한 냉각 부재에의 열전도성의 저하를 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 반도체 장치는, 열전도성이 우수한 반도체 장치를 포함하므로, 광 반도체 소자 및 광 반도체 실장 기판에 있어서의 열을 효율적으로 열전도시킴으로써, 광 반도체 소자의 발광 효율의 저하를 유효하게 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 방열 부재의 일 실시 형태인 점착성 방열 시트를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 반도체 장치의 실시 형태인 광 반도체 장치의 단면도이며, (a)는 광 반도체 실장 기판 및 히트 싱크가 점착성 방열 시트를 개재하여 접착되는 상태, (b)는 광 반도체 장치의 양단부가 나사에 의해 체결되는 상태를 나타내는 도면.
도 3은 비교예 1 및 2의 광 반도체 장치의 양단부가 나사에 의해 체결되는 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 실시예의 평가에 있어서 열저항을 측정하는 열특성 평가 장치의 설명도이며, (a)는 정면도, (b)는 측면도.
도 1은, 본 발명의 방열 부재의 일 실시 형태인 점착성 방열 시트의 단면도이다.
도 1에 있어서, 점착성 방열 시트(1)는, 기재(2)와, 기재(2)의 양면에 적층되는 점착성 열전도층(3)을 구비한다.
기재(2)는, 예를 들어 종이 등의 종이계 기재, 예를 들어 천, 부직포, 네트 등의 섬유계 기재, 예를 들어 금속박, 금속판 등의 금속계 기재, 예를 들어 수지의 필름이나 시트 등의 수지계 기재, 예를 들어 고무 시트 등의 고무계 기재, 예를 들어 발포 시트 등의 발포체나 이들의 적층체(특히, 플라스틱계 기재와 다른 기재의 적층체나, 플라스틱 필름(또는 시트)끼리의 적층체 등) 등의 적당한 박엽체 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 수지계 기재를 들 수 있다.
수지계 기재를 형성하는 수지로서, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등의 폴리에스테르 수지, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(EVA) 등의 α-올레핀을 모노머 성분으로 하는 올레핀계 수지, 예를 들어 폴리염화비닐(PVC), 예를 들어 아세트산 비닐계 수지, 예를 들어 폴리페닐렌술피드(PPS), 예를 들어 폴리아미드(나일론), 전체 방향족 폴리아미드(아라미드) 등의 아미드계 수지, 예를 들어 폴리이미드계 수지, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등을 들 수 있다.
수지로서, 바람직하게는 폴리에스테르 수지를 들 수 있다.
수지는, 단독 사용 또는 병용할 수 있다
기재(2)는, 복수층으로 형성할 수도 있다.
기재(2)의 두께는, 예를 들어 2 내지 100㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는, 12 내지 38㎛이다.
또한, 기재(2)의 표면(상면 및 하면의 양면)에, 점착성 열전도층(3)과의 밀착성을 높이기 위해서, 표면 처리, 예를 들어 코로나 처리, 크롬산 처리, 오존 폭로, 화염 폭로, 고압 전격 폭로, 이온화 방사선 처리 등의 화학적 또는 물리적 방법에 의한 산화 처리 등을 실시할 수 있고, 또는, 하도제나 박리제 등에 의한 코팅 처리를 실시할 수도 있다.
점착성 열전도층(3)은, 점착성과 열전도성을 병유하는 층이며, 예를 들어 점착성 열전도 조성물로 형성되어 있다.
점착성 열전도 조성물은, 점착성 수지 조성물과 열전도성 입자를 함유하고 있다.
점착성 수지 조성물로서는, 예를 들어 열가소성 엘라스토머, 실리콘 고무, 아크릴계 폴리머 등을 들 수 있다. 이들은, 단독 사용 또는 병용할 수 있다. 바람직하게는, 점착성 및 완충성의 관점에서, 아크릴계 폴리머를 들 수 있다. 즉, 바람직하게는 점착성 열전도 조성물은, 아크릴계 폴리머와 열전도성 입자를 함유하고 있다.
아크릴계 폴리머는, 알킬 부분의 탄소수가 2 내지 14인 (메타)아크릴산 알킬에스테르를 주성분으로서 함유하는 모노머 성분을 공중합함으로써 얻어진다.
(메타)아크릴산 알킬에스테르는, 하기 일반식(1)로 표현된다.
CH2=C (R1)COOR2 (1)
상기 일반식(1)에 있어서, R1은 수소 또는 메틸기이다.
또한, 상기 일반식(1)에 있어서, R2는, 예를 들어 탄소수 2 내지 14의 알킬기이며, 바람직하게는 탄소수 3 내지 12의 알킬기, 보다 바람직하게는, 탄소수 4 내지 9의 알킬기이다. 또한, R2의 알킬기는, 직쇄 또는 분지쇄 모두 사용할 수 있고, 바람직하게는 유리 전이 온도가 낮기 때문에, 분지쇄를 들 수 있다.
구체적으로는, (메타)아크릴산 알킬에스테르로서는, 예를 들어 (메타)아크릴산 에틸, (메타)아크릴산 프로필, (메타)아크릴산 이소프로필, (메타)아크릴산 부틸, (메타)아크릴산 이소부틸, (메타)아크릴산 s-부틸, (메타)아크릴산 t-부틸, (메타)아크릴산 펜틸, (메타)아크릴산 이소펜틸, (메타)아크릴산 헥실, (메타)아크릴산 헵틸, (메타)아크릴산 이소헵틸, (메타)아크릴산 옥틸, (메타)아크릴산 2-에틸헥실, (메타)아크릴산 이소옥틸, (메타)아크릴산 노닐, (메타)아크릴산 이소노닐, (메타)아크릴산 데실, (메타)아크릴산 이소데실, (메타)아크릴산 운데실, (메타)아크릴산 이소운데실, (메타)아크릴산 도데실, (메타)아크릴산 이소도데실, (메타)아크릴산 트리데실, (메타)아크릴산 이소트리데실, (메타)아크릴산 테트라데실, (메타)아크릴산 이소테트라데실 등의 (메타)아크릴산 C2-14 알킬에스테르를 들 수 있다.
특히 접착 특성의 균형을 취하기 쉽다는 점에서, 바람직하게는 (메타)아크릴산 C3-12 알킬에스테르, 더욱 바람직하게는, (메타)아크릴산 C4-9 알킬에스테르를 들 수 있다.
(메타)아크릴산 알킬에스테르는, 단독 사용 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.
(메타)아크릴산 알킬에스테르의 배합 비율은, 예를 들어 모노머 성분에 대하여, 60질량％ 이상(구체적으로는, 60 내지 99질량％), 바람직하게는 80질량％ 이상(구체적으로는, 80 내지 98질량％)이다. 또한, (메타)아크릴산 알킬에스테르의 배합 비율을, 모노머 성분에 대하여, 예를 들어 50 내지 98질량％, 바람직하게는 60 내지 98질량％, 보다 바람직하게는, 70 내지 90질량％로 설정할 수도 있다. (메타)아크릴산 알킬에스테르의 배합 비율이 상기 하한에 미치지 못하면, 접착성이 부족해지는 경우가 있다.
모노머 성분에는, 극성기 함유 모노머를 함유시킬 수도 있다.
이에 의해, 예를 들어 광 반도체 실장 기판(6)(후술, 도 2(a) 참조)에의 접착력을 향상시키거나, 점착성 열전도층(3)의 응집력을 높이거나 할 수 있다.
극성기 함유 모노머로서는, 예를 들어 질소 함유 모노머, 수산기 함유 모노머, 술폰산기 함유 모노머, 인산기 함유 모노머, 카르복실기 함유 모노머 등을 들 수 있다.
질소 함유 모노머로서는, 예를 들어 N-(2-히드록시에틸)(메타)아크릴아미드(HEMA/HEAA), N-(2-히드록시프로필)(메타)아크릴아미드, N-(1-히드록시프로필)(메타)아크릴아미드, N-(3-히드록시프로필)(메타)아크릴아미드, N-(2-히드록시부틸)(메타)아크릴아미드, N-(3-히드록시부틸)(메타)아크릴아미드, N-(4-히드록시부틸)(메타)아크릴아미드 등의 N-히드록시알킬(메타)아크릴아미드, 예를 들어 N-(메타)아크릴로일모르폴린, N-아크릴로일피롤리딘 등의 환상(메타)아크릴아미드, 예를 들어 (메타)아크릴아미드, N-메틸올(메타)아크릴아미드, N-메톡시메틸(메타)아크릴아미드, N-부톡시 메틸(메타)아크릴아미드, 다이아세톤(메타)아크릴아미드, N-비닐아세트아미드, N,N'-메틸렌비스(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 등의 N-치환(메타)아크릴아미드(그 밖에도, 예를 들어 N-에틸(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N-n-부틸(메타)아크릴아미드 등의 N-알킬(메타)아크릴아미드, 예를 들어 N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, N,N-디에틸(메타)아크릴아미드, N,N-디프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디(n-부틸)(메타)아크릴아미드, N,N-디(t-부틸)(메타)아크릴아미드 등의 N,N-디알킬(메타)아크릴아미드가 예시됨.) 등의 비환상 (메타)아크릴아미드, 예를 들어 N-비닐-2-피롤리돈(NVP), N-비닐-2-피페리돈, N-비닐-3-모르폴리논, N-비닐-2-카프로락탐, N-비닐-1,3-옥사진-2-온, N-비닐-3,5-모르폴린디온, N-비닐-2-피롤리돈 등의 N-비닐 환상 아미드, 예를 들어 아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, t-부틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴레이트, N-(메타)아크릴로일모르폴린 등의, 아미노기를 갖는 모노머, 예를 들어 N-메틸말레이미드, N-에틸말레이미드, N-프로필말레이미드, N-이소프로필말레이미드, N-부틸말레이미드, N-시클로헥실말레이미드, N-페닐말레이미드 등의, 말레이미드 골격을 갖는 모노머, 예를 들어 N-메틸이타콘이미드, N-에틸이타콘이미드, N-부틸이타콘이미드, N-2-에틸헥실이타콘이미드, N-라우릴이타콘이미드, N-시클로헥실이타콘이미드 등의, 이타콘이미드계 모노머 등을 들 수 있다. 또한, 질소 함유 모노머로서, 예를 들어 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 시아노기 함유 모노머도 들 수 있다.
질소 함유 모노머 중, 바람직하게는 접착 초기의 접착성이 양호하다는 점에서, N-히드록시알킬(메타)아크릴아미드, N-비닐 환상 아미드를 들 수 있고, 더욱 바람직하게는, HEMA/HEAA, NVP를 들 수 있다.
수산기 함유 모노머는, 상기한 N-히드록시알킬(메타)아크릴아미드를 제외한 모노머이며, 예를 들어 (메타)아크릴산2-히드록시에틸, (메타)아크릴산3-히드록시프로필, (메타)아크릴산4-히드록시부틸, (메타)아크릴산2-히드록시부틸, (메타)아크릴산6-히드록시헥실, (메타)아크릴산8-히드록시옥틸, (메타)아크릴산10-히드록시데실, (메타)아크릴산12-히드록시라우릴, (4-히드록시메틸시클로헥실)메틸메타크릴레이트, N-메틸올(메타)아크릴아미드, N-히드록시(메타)아크릴아미드, 비닐알코올, 알릴알코올, 2-히드록시에틸비닐에테르, 4-히드록시부틸비닐에테르, 디에틸렌글리콜모노비닐에테르 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 바람직하게는 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트를 들 수 있다.
술폰산기 함유 모노머로서는, 스티렌술폰산, 알릴술폰산, 2-(메타)아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, (메타)아크릴아미도프로판술폰산, 술포프로필(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴로일옥시나프탈렌술폰산 등을 들 수 있다.
인산기 함유 모노머로서는, 2-히드록시에틸아크릴로일포스페이트 등을 들 수 있다.
카르복실기 함유 모노머는, 1분자 중에 카르복실기(무수물의 형태일 수 있음) 를 1개 이상 갖는 모노머이며, 예를 들어 (메타)아크릴산, 이타콘산, 말레산, 푸마르산, 크로톤산, 이소크로톤산, 카르복시에틸(메타)아크릴레이트, 카르복시펜틸(메타)아크릴레이트, 무수 말레산, 무수 이타콘산 등을 들 수 있다. 바람직하게는, (메타)아크릴산을 들 수 있다.
극성기 함유 모노머 중, 시아노기 함유 모노머, 술폰산기 함유 모노머, 인산기 함유 모노머, 카르복실기 함유 모노머는, 응집성·내열성 향상 성분으로 된다.
극성기 함유 모노머 중, 바람직하게는 카르복실기 함유 모노머 이외의 모노머, 구체적으로는, 수산기 함유 모노머, 질소 함유 모노머, 술폰산기 함유 모노머, 인산기 함유 모노머를 들 수 있고, 더욱 바람직하게는, 접착 특성의 관점에서, 수산기 함유 모노머, 질소 함유 모노머를 들 수 있다.
극성기 함유 모노머는, 단독 사용 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.
극성기 함유 모노머의 배합 비율은, 모노머 성분에 대하여 예를 들어 5질량％ 이상, 바람직하게는 5 내지 30질량％, 더욱 바람직하게는, 6 내지 25질량％이다. 또한, 극성기 함유 모노머의 배합 비율을, 모노머 성분에 대하여, 예를 들어 0.1 내지 20질량％, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10질량％, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 7질량％로 설정할 수도 있다.
극성기 함유 모노머의 배합 비율이 상기 하한 이상이면, 양호한 보유력을 얻을 수 있다. 한편, 극성기 함유 모노머의 배합 비율이 상기 하한 미만이면 점착성 열전도층(3)의 응집력이 저하하여, 높은 보유력이 얻어지지 않는 경우가 있고, 상기 상한을 초과하면 점착성 열전도층(3)의 응집력이 너무 높아져, 접착성이 저하하는 경우가 있다.
또한, 모노머 성분에, 필요에 따라, 다관능성 모노머를 배합할 수도 있다.
다관능성 모노머를 모노머 성분에 배합함으로써, 아크릴계 폴리머에 가교 구조를 도입할 수 있고, 점착성 열전도층(3)으로서 필요한 응집력을 조정할 수 있다.
다관능성 모노머로서는, 예를 들어 헥산디올(메타)아크릴레이트, (폴리)에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리 (메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 테트라메틸올메탄 트리(메타)아크릴레이트, 알릴(메타)아크릴레이트, 비닐(메타)아크릴레이트, 디비닐벤젠, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트를 들 수 있다.
다관능성 모노머는, 단독 사용 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.
다관능성 모노머의 배합 비율은, 모노머 성분에 대하여, 예를 들어 2질량％ 이하, 바람직하게는 0.01 내지 2질량％, 더욱 바람직하게는, 0.02 내지 1질량％이다.
다관능성 모노머의 배합 비율이 상기 상한을 초과하면, 점착성 열전도층(3)의 응집력이 너무 높아져, 접착성이 저하하는 경우가 있다. 또한, 다관능성 모노머의 배합 비율이 상기 하한 미만이면 점착성 열전도층(3)의 응집력이 저하하는 경우가 있다.
또한, 모노머 성분으로서, 필요에 따라, 그 밖의 모노머를 배합할 수도 있다.
그 밖의 모노머는, (메타)아크릴산 알킬에스테르 및 극성기 함유 모노머와 공중합 가능하는 공중합성 모노머이며, 구체적으로는, 예를 들어 글리시딜(메타)아크릴레이트, 알릴글리시딜에테르 등의 에폭시기 함유 모노머, 예를 들어 (메타)아크릴산2-메톡시에틸, (메타)아크릴산3-메톡시프로필, (메타)아크릴산 메톡시에틸렌글리콜, (메타)아크릴산 메톡시폴리프로필렌글리콜 등의 알콕시기 함유 모노머, 예를 들어 스티렌, 클로로스티렌, 클로로메틸스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔 등의 방향족 비닐 모노머(스티렌계 모노머), 예를 들어 에틸렌, 프로필렌, 이소프렌, 부타디엔, 이소부틸렌 등의 α-올레핀, 예를 들어 2-이소시아네이토에틸아크릴레이트, 2-이소시아네이토에틸메타크릴레이트 등의 이소시아네이트기 함유 모노머, 예를 들어 아세트산 비닐, 프로피온산 비닐, 라우르산 비닐 등의 비닐에스테르계 모노머, 예를 들어 테트라히드로푸르푸릴(메타)아크릴레이트 등의 복소환 함유 (메타)아크릴산 에스테르, 예를 들어 불소(메타)아크릴레이트 등의, 할로겐 원자 함유 모노머, 예를 들어 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란 등의 알콕시 실릴기 함유 모노머, 예를 들어 실리콘(메타)아크릴레이트 등의, 실록산 결합 함유 모노머 등을 들 수 있다. 또한, 그 밖의 모노머로서, 비닐에테르계 모노머 등의 접착력 향상이나 가교화 기점으로서 작용하는 관능기를 갖는 성분, 나아가서는, 직쇄상의 알킬 부분의 탄소수가 1 또는 15 이상인 (메타)아크릴산 알킬에스테르, 환상의 알킬 부분(시클로알킬)을 갖는 (메타)아크릴산 시클로알킬 등을 들 수도 있다.
비닐에테르계 모노머로서는, 예를 들어 메틸비닐에테르, 에틸비닐에테르, 이소부틸비닐에테르 등을 들 수 있다.
알킬 부분의 탄소수가 1 또는 15 이상인 (메타)아크릴산 알킬에스테르로서는, 예를 들어 (메타)아크릴산 메틸, (메타)아크릴산 펜타데실, (메타)아크릴산 헥사데실, (메타)아크릴산 헵타데실, (메타)아크릴산 옥타데실, 아크릴산 이소옥타데실, (메타)아크릴산 노나데실, (메타)아크릴산 에이코실 등을 들 수 있다.
(메타)아크릴산 시클로알킬로서는, 예를 들어 시클로펜틸(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 그 밖의 중합성 모노머는, 단독으로 사용해도 되고, 또한 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
바람직하게는, 알콕시기 함유 모노머를 들 수 있다.
이들 그 밖의 모노머는, 단독 사용 또는 병용할 수 있다.
그 밖의 모노머의 비율은, 모노머 성분에 대하여 예를 들어 30질량％ 이하, 바람직하게는 20질량％ 이하이고, 또한, 예를 들어 0.1질량％ 이상, 바람직하게는 1질량％ 이상이기도 하다. 또한, 그 밖의 모노머의 비율을, 모노머 성분에 대하여, 예를 들어 50질량％ 이하, 바람직하게는 35질량％ 이하, 보다 바람직하게는, 25질량％ 이하로 설정할 수도 있다.
그리고, 아크릴계 폴리머를 제조하기 위해서는, 예를 들어 용액 중합, 괴상 중합, 유화 중합, 각종 라디칼 중합 등의 공지된 제조 방법을 적절히 선택할 수 있다. 또한, 얻어지는 아크릴계 폴리머는, 단독 중합체(호모폴리머)이어도 공중합체(코폴리머)이어도 되고, 공중합체인 경우에는, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 그래프트 공중합체 등 어느 것이어도 좋다.
구체적으로는, 상기한 모노머 성분을, 광중합 개시제(광개시제)나 열 중합 개시제 등의 중합 개시제의 존재 하에서, 열이나 자외선에 의해 중합(경화 반응)시킨다.
중합 개시제로서, 예를 들어 괴상 중합이 채용되는 경우에는, 바람직하게는 광중합 개시제를 들 수 있고, 또한, 예를 들어 용액 중합이 채용되는 경우에는, 바람직하게는 열 중합 개시제가 채용된다.
광중합 개시제로서는, 예를 들어 벤조인에테르계 광중합 개시제, 아세토페논계 광중합 개시제, α-케톨계 광중합 개시제, 방향족 술포닐클로라이드계 광중합 개시제, 광 활성 옥심계 광중합 개시제, 벤조인계 광중합 개시제, 벤질계 광중합 개시제, 벤조페논계 광중합 개시제, 케탈계 광중합 개시제, 티오크산톤계 광중합 개시제 등을 들 수 있다.
구체적으로는, 벤조인에테르계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인프로필에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 아니솔메틸에테르 등을 들 수 있다. 아세토페논계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 4-페녹시디클로로아세토페논, 4-(t-부틸)디클로로아세토페논 등을 들 수 있다. α-케톨계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 2-메틸-2-히드록시 프로피오페논, 1-[4-(2-히드록시에틸)페닐]-2-메틸프로판-1-온 등을 들 수 있다. 방향족 술포닐클로라이드계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 2-나프탈렌술포닐클로라이드 등을 들 수 있다. 광 활성 옥심계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 1-페닐-1, 1-프로판디온-2-(o-에톡시카르보닐)-옥심 등을 들 수 있다.
또한, 벤조인계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 벤조인 등을 들 수 있다. 벤질계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 벤질 등을 들 수 있다. 벤조페논계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 벤조페논, 벤조일벤조산, 3,3′-디메틸-4-메톡시벤조페논, 폴리비닐벤조페논, α-히드록시시클로헥실페닐케톤 등을 들 수 있다. 케탈계 광중합 개시제로서는, 예를 들어 티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2-메틸티오크산톤, 2,4-디메틸티오크산톤, 이소프로필티오크산톤, 2,4-디이소프로필티오크산톤, 데실티오크산톤 등을 들 수 있다.
광중합 개시제는, 단독 사용 또는 병용할 수 있다.
광중합 개시제로서, 바람직하게는 벤조인에테르계 광중합 개시제, 아세토페논계 광중합 개시제를 들 수 있다.
광중합 개시제의 배합 비율은, 모노머 성분 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.01 내지 5질량부, 바람직하게는 0.05 내지 3질량부이다.
또한, 열 중합 개시제로서는, 예를 들어 2,2′-아조비스이소부티로니트릴(AIBN), 2,2′-아조비스-2-메틸부티로니트릴, 2,2′-아조비스(2-메틸프로피온산)디메틸, 4,4′-아조비스-4-시아노발레리안산, 아조비스이소발레로니트릴, 2,2′-아조비스(2-아미디노프로판)디히드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-(5-메틸-2-이미다졸린-2-일)프로판]디히드로클로라이드, 2,2′-아조비스(2-메틸프로피온아미딘)이황산염, 2,2′-아조비스(N,N′-디메틸렌이소부틸아미딘)히드로클로라이드, 2,2'-아조비스[N-(2-카르복시에틸)-2-메틸프로피온아미딘]하이드레이트 등의 아조계 중합 개시제, 예를 들어 디(2-에틸헥실)퍼옥시디카르보네이트, 디(4-t-부틸시클로헥실)퍼옥시디카르보네이트, 디-sec-부틸퍼옥시 디카르보네이트, t-부틸퍼옥시네오데카노에이트, t-헥실퍼옥시피발레이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, 디라우로일퍼옥시드, 디-n-옥타노일퍼옥시드, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 디(4-메틸 벤조일)퍼옥시드, 디벤조일퍼옥시드, t-부틸퍼옥시이소부티레이트, 1,1-디(t-헥실퍼옥시)시클로헥산, t-부틸히드로퍼옥시드, 과산화수소 등의 과산화물계 중합 개시제, 예를 들어 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염, 예를 들어 과황산염과 아황산 수소 나트륨의 조합, 과산화물과 아스코르브산 나트륨의 조합 등의 산화 환원계 중합 개시제 등을 들 수 있다. 열 중합 개시제로서, 바람직하게는 아조계 중합 개시제를 들 수 있고, 보다 바람직하게는, AIBN을 들 수 있다.
또한, 중합 개시제는, 단독으로 사용해도 되고, 또한 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 되지만, 전체로서의 배합 비율은, 모노머 성분 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.005 내지 1질량부이며, 바람직하게는 0.02 내지 0.5질량부이다.
특히, 광중합 개시제의 배합 비율은, 모노머 성분 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.01 내지 5질량부, 바람직하게는 0.05 내지 3질량부이다.
또한, 특히, 열 중합 개시제의 배합 비율은, 모노머 성분 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.01 내지 0.2질량부이다.
아크릴계 폴리머를 괴상 중합에 의해 제조하기 위해서는, 바람직하게는 모노머 성분을, 상기한 광중합 개시제의 존재 하에서, 자외선의 조사에 의해 중합시킨다.
자외선의 조사 조건에 관하여, 조사 에너지가, 예를 들어 100 내지 5000mJ/㎠, 바람직하게는 300 내지 3000이며, 조도가, 예를 들어 1 내지 20mW/㎠, 바람직하게는 3 내지 15mW/㎠이며, 조사 시간이, 예를 들어 0.1 내지 10분간, 바람직하게는 1 내지 5분간이다.
또한, 모노머 성분에 대한 자외선의 조사를 분할하여 실시함으로써 아크릴계 폴리머를 제조할 수도 있다. 구체적으로는, 모노머 성분의 반응물을 포함하는 반응액의 점도가 소정의 범위로 되도록, 모노머 성분에 자외선을 조사(제1회째의 중합)하고, 전구체(모노머의 일부만이 중합된 부분 중합물을 포함하는 시럽)를 제조하고, 그 후, 전구체에 자외선을 조사(제2회째의 중합, 구체적으로는, 경화)함으로써, 아크릴계 폴리머를 제조한다.
그 경우에는, 제1회째의 중합에 있어서, 모노머 성분 중, 일부만을 반응시켜서, 전구체를 제조하고, 그 후, 전구체에 잔량부(추가)의 모노머 성분을 첨가하고, 전구체 조성물을 제2회째의 중합에 제공할 수도 있다.
예를 들어, (메타)아크릴산 알킬에스테르, 극성기 함유 모노머 및 그 밖의 모노머를, 광중합 개시제의 존재 하에서, 광중합(제1회째의 중합)시켜서, 전구체를 제조하고, 거기에 다관능성 모노머를 첨가하여 전구체 조성물을 제조하고, 이것을 광중합(제2회째의 중합)에 제공한다.
전구체의 점도는, 예를 들어 1 내지 100㎩·s, 바람직하게는 10 내지 50㎩·s이다. 점도는, No.5 로터를 사용하는 BH 점도계에 의해, 회전 속도 10rpm, 측정 온도 30℃로 측정된다.
한편, 아크릴계 폴리머를 용액 중합에 의해 제조하기 위해서는, 모노머 성분을, 열 중합 개시제의 존재 하에서, 중합시킨다. 구체적으로는, 모노머 성분 및 열 중합 개시제를 적당한 용매(예를 들어, 톨루엔이나 아세트산 에틸)에 용해하여, 모노머 용액을 제조한다. 용매는, 모노머 용액에 있어서의 모노머 성분의 배합 비율이, 예를 들어 1 내지 60질량％, 바람직하게는 10 내지 50질량％로 되도록, 모노머 성분에 배합된다. 계속해서, 모노머 용액을, 예를 들어 20 내지 100℃, 바람직하게는 40 내지 80℃, 보다 바람직하게는, 50 내지 80℃의 온도에서, 예를 들어 0.1 내지 40시간, 바람직하게는 2 내지 30시간 가열한다. 또한, 반응은 질소 등의 불활성 가스 기류 하에서 실시된다.
또한, 용액 중합 및/또는 괴상 중합에서는, 필요에 따라, 연쇄 이동제를 모노머 성분에 배합할 수도 있다. 연쇄 이동제를 사용함으로써, 아크릴계 폴리머의 분자량(중량 평균 분자량)을 적절히 조정할 수 있다.
연쇄 이동제로서는, 예를 들어 라우릴머캅탄, 글리시딜머캅탄, 머캅토아세트산, 2-머캅토에탄올, 티오글리콜산, 티오글리콜산2-에틸헥실, 2,3-디머캅토-1-프로판올 등을 들 수 있다.
이들 연쇄 이동제는, 단독으로 사용해도 되고, 또한 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 연쇄 이동제의 배합 비율은, 모노머 성분 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.01 내지 0.1질량부이다.
또한, 유화 중합에서는, 유화제의 존재 하에서 모노머 성분을 중합시킨다. 유화제로서는, 예를 들어 라우릴 황산나트륨, 라우릴 황산암모늄, 도데실벤젠술폰산 나트륨, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 황산암모늄, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르 황산나트륨 등의 음이온계 유화제, 예를 들어 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 블록 중합체 등의 비이온계 유화제 등을 들 수 있다. 이들 유화제는, 단독으로 사용해도 되고 2종류 이상을 병용할 수도 있다.
또한, 유화제로서, 프로페닐기, 알릴에테르기 등의 라디칼 중합성 관능기가 도입된 반응성 유화제를 사용할 수도 있다. 반응생 유화제로서는, 구체적으로는, 예를 들어 아쿠아론 HS-10, HS-20, KH-10, BC-05, BC-10, BC-20(이상, 모두 다이이찌 고교 세야꾸사제), 아데카리아소프 SE10N(ADEKA사제) 등을 들 수 있다.
유화제로서, 바람직하게는 중합 후에 폴리머쇄에 반응성 유화제가 도입되어, 내수성이 향상된다는 점에서, 반응성 유화제를 들 수 있다.
유화제의 배합 비율은, 모노머 성분 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.3 내지 5질량부, 바람직하게는 중합 안정성이나 기계적 안정성으로부터, 0.5 내지 1질량부이다.
상기한 제조 방법에 의해 얻어지는 아크릴계 폴리머의 중량 평균 분자량은, 예를 들어 60만 이상이며, 바람직하게는 70만 내지 300만이며, 보다 바람직하게는, 80만 내지 250만이다. 중량 평균 분자량이 60만보다 작아지면, 내구성이 부족해지는 경우가 있다. 한편, 작업성의 관점에서, 중량 평균 분자량은 300만 이하가 바람직하다. 또한, 중량 평균 분자량은, GPC(겔·투과·크로마토그래피)에 의해 측정하고, 폴리스티렌 환산에 의해 산출된 값이다.
또한, 아크릴계 폴리머의 유리 전이 온도(Tg)는, 예를 들어 -5℃ 이하, 바람직하게는 -10℃ 이하일 것. 아크릴계 폴리머의 유리 전이 온도가 -5℃보다 높은 경우에는, 아크릴계 폴리머가 유동하기 어려워, 실장 기판 및 냉각 부재에의 누설이 불충분해지고, 접착력이 저하되는 경우가 있다. 또한, 아크릴계 폴리머의 유리 전이 온도(Tg)는, 사용하는 모노머 성분이나 조성비를 적절히 바꿈으로써 상기 범위 내로 조정할 수 있다.
또한, 점착성 수지 조성물에는, 접착력 및 내구력을 보다 향상시킬 목적으로, 가교제를 함유할 수도 있다. 가교제로서는, 예를 들어 이소시아네이트계 가교제, 에폭시계 가교제, 멜라민계 가교제, 옥사졸린계 가교제, 카르보디이미드계 가교제, 아지리딘계 가교제, 금속 킬레이트계 가교제, 등 종래 주지의 가교제를 들 수 있고, 바람직하게는 이소시아네이트계 가교제를 들 수 있다.
이소시아네이트계 가교제는, 분자 중에 복수의 이소시아네이트기를 갖는 다관능 이소시아네이트이며, 예를 들어 톨릴렌디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트 등의 방향족 이소시아네이트, 예를 들어 시클로펜틸렌디이소시아네이트, 시클로헥실렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등의 지환족 이소시아네이트, 예를 들어 부틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트 등의 지방족 이소시아네이트, 예를 들어 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 폴리메틸렌폴리페닐이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트류, 예를 들어 트리메틸올프로판/톨릴렌디이소시아네이트 삼량체 부가물(닛본 폴리우레탄 고교사제, 상품명 코로네이트 L), 트리메틸올프로판/헥사메틸렌디이소시아네이트 삼량체 부가물(닛본 폴리우레탄 고교사제, 상품명 코로네이트 HL), 헥사메틸렌디이소시아네이트의 이소시아누레이트체(닛본 폴리우레탄 고교사제, 상품명 코로네이트 HX) 등의 이소시아네이트 부가물, 예를 들어 폴리에테르폴리이소시아네이트, 폴리에스테르폴리이소시아네이트, 및 이들과 각종 폴리올의 부가물, 또한, 예를 들어 이소시아누레이트 결합, 뷰렛 결합, 알로파네이트 결합 등으로 다관능화한 폴리이소시아네이트 등을 들 수 있다.
가교제는 단독으로 사용해도 되고, 또한 2종류 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
가교제의 배합 비율은, 점착성 열전도층(3)의 후술하는 겔 분율이 원하는 범위로 되도록 설정되고, 구체적으로는, 아크릴계 폴리머 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.02 내지 5질량부, 바람직하게는 0.04 내지 3질량부, 보다 바람직하게는, 0.05 내지 2질량부이다. 가교제를 상기 범위에서 사용함으로써, 보다 확실하게 응집력이나 내구성이 향상된 것으로 할 수 있고, 한편, 상기 상한을 초과하면, 가교 형성이 과다하게 되어, 접착성이 저하되는 경우가 있다.
점착성 열전도 조성물로 형성된 점착성 열전도층(3)의 겔 분율은, 예를 들어 40 내지 90질량％, 바람직하게는 50 내지 85질량％, 보다 바람직하게는, 55 내지 80질량％이다.
겔 분율이 상기 하한보다 작아지면, 응집력이 저하하기 때문에 내구성이 저하하는 경우가 있고, 겔 분율이 상기 상한보다 커지면, 접착성이 저하하는 경우가 있다.
점착성 열전도층(3)의 겔 분율(질량％)은, 열전도성 유기 수지층(3)으로부터 건조 질량 W1(g)의 시료를 채취하고, 이것을 아세트산 에틸에 침지한 후, 시료의 불용분을 아세트산 에틸 중에서 취출하고, 건조 후의 질량 W2(g)를 측정하고, (W2/W1)×100을 계산하여 구할 수 있다.
열전도성 입자는, 열전도성(방열성)이 우수한 입자이며, 예를 들어 무기 입자, 유기 입자를 들 수 있다. 바람직하게는, 무기 입자를 들 수 있다.
무기 입자를 형성하는 무기 재료로서는, 예를 들어 수화 금속 화합물, 탄화물, 질화물, 산화물, 금속, 탄소계 재료 등을 들 수 있다.
수화 금속 화합물은, 화학식 MmOn·XH2O(여기에 M은 금속, m, n은 금속의 원자가에 의해 정해지는 1 이상의 정수, X는 함유 결정수를 나타내는 수)로 표현되는 화합물 또는 상기 화합물을 포함하는 복염이다.
수화 금속 화합물로서는, 예를 들어 수산화알루미늄[Al2O3·3H2O 또는 Al(OH)3], 베마이트[Al2O3·H2O 또는 AlOOH], 수산화마그네슘[MgO·H2O 또는 Mg(OH)2], 수산화칼슘[CaO·H2O 또는 Ca(OH)2], 수산화 아연[Zn(OH)2], 규산[H4SiO4, H2SiO3 또는 H2Si2O5], 수산화철[Fe2O3·H2O 또는 2FeO(OH)], 수산화 구리[Cu(OH)2], 수산화 바륨[BaO·H2O 또는 BaO·9H2O], 산화지르코늄 수화물[ZrO·nH2O], 산화주석 수화물[SnO·H2O], 염기성 탄산마그네슘[3MgCO3·Mg(OH)2·3H2O], 히드로탈사이트[6MgO·Al2O3·H2O], 도소나이트[Na2CO3·Al2O3·nH2O], 붕사[Na2O·B2O5·5H2O], 붕산 아연[2ZnO·3B2O5·3.5H2O] 등을 들 수 있다.
탄화물로서는, 예를 들어 탄화규소, 탄화붕소, 탄화알루미늄, 탄화티타늄, 탄화텅스텐 등을 들 수 있다.
질화물로서는, 예를 들어 질화규소, 질화붕소, 질화알루미늄, 질화갈륨, 질화크롬, 질화텅스텐, 질화마그네슘, 질화몰리브덴, 질화리튬 등을 들 수 있다.
산화물은, 상기한 수화 금속 화합물(산화지르코늄 수화물 및 산화주석 수화물 등)을 제외한 산화물이며, 구체적으로는, 예를 들어 산화철, 산화규소(실리카), 산화 알루미늄(알루미나), 산화마그네슘(마그네시아), 산화티타늄, 산화세륨, 산화아연, 티타늄산바륨, 티타늄산 칼륨 등을 들 수 있다. 또한, 산화물로서, 금속 이온이 도핑되어 있는, 예를 들어 산화인듐 주석, 산화안티몬 주석 등도 들 수 있다.
금속으로서는, 예를 들어 구리, 금, 은, 니켈, 알루미늄, 백금, 주석, 철 또는, 그들의 합금을 들 수 있다.
탄소계 재료로서는, 예를 들어 카본블랙, 흑연, 다이아몬드, 풀러렌, 카본나노튜브, 카본나노파이버, 나노혼, 카본마이크로코일, 나노코일 등을 들 수 있다.
무기 재료로서, 바람직하게는 수화 금속 화합물을 들 수 있다.
열전도성 입자의 형상은 특별히 한정되지 않고, 벌크 형상, 바늘 형상, 판 형상, 층상 등을 들 수 있다. 벌크 형상은, 예를 들어 구 형상, 직육면체 형상, 파쇄 형상 또는 그들의 이형 형상을 포함한다.
열전도성 입자의 최대 길이의 평균값은, 벌크 형상(구상)의 열전도성 입자의 경우에는, 1차 입자 직경(1차 평균 입자 직경)으로서, 예를 들어 0.1 내지 1000㎛, 바람직하게는 1 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는, 5 내지 80㎛이다. 1차 입자 직경이 상기 범위를 초과하면 열전도성 입자가 점착성 열전도층(3)의 두께를 초과하여, 점착성 열전도층(3)의 두께 편차의 원인이 되는 경우가 있다. 또한, 1차 입자 직경은, 레이저 산란법에 있어서의 입도 분포 측정법에 의해 구해지는 체적 기준의 값이다. 구체적으로는, 레이저 산란식 입도 분포계에 의해, D50값을 측정함으로써 구해지는 것이다.
열전도성 입자가 바늘 형상 또는 판 형상의 열전도성 입자인 경우에는, 최대 길이의 평균값이, 0.1 내지 1000㎛, 바람직하게는 1 내지 100㎛, 더욱 바람직하게는, 5 내지 45㎛이다. 상기 범위를 초과하면 열전도성 입자끼리가 응집하기 쉬워져, 취급이 어려워지는 경우가 있다.
최대 길이의 평균값은, 상기한 평균 입자 직경과 마찬가지의 측정 방법에 의해 구해진다.
또한 바늘 형상 또는 판 형상의 열전도성 입자의 종횡비(바늘 형상 결정의 경우에는, 장축 길이/단축 길이 또는 장축 길이/두께로 표현된다. 또한 판상 결정의 경우에는, 대각 길이/두께 또는 긴 변 길이/두께로 표현됨)가, 예를 들어, 1 내지 10000, 바람직하게는 1 내지 1000이다.
열전도성 입자는, 단독 사용 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.
바람직하게는, 최대 길이의 평균값(평균 입자 직경)이 상이한 2종류 이상의 열전도성 입자를 병용한다. 최대 길이의 평균값(평균 입자 직경)이 상이한 2종류 이상의 열전도성 입자를 병용하는 경우, 예를 들어 열전도성 입자의 최대 길이의 평균값(평균 입자 직경)이 25㎛ 이상인 큰 입자와 25㎛ 미만인 작은 입자의 조합을 들 수 있다. 이에 의해, 열전도성 입자를 점착성 열전도층(3) 내에 보다 최밀하게 충전할 수 있다. 그로 인해, 열전도성 입자에 의한 열 전도 경로가 구축되기 쉬워져, 점착성 열전도층(3)의 열전도성을 향상시킬 수 있다.
상기한 효과를 높이기 위해, 예를 들어 최대 길이의 평균값이 25㎛ 이상인 큰 입자와 25㎛ 미만인 작은 입자의 배합비(질량비, 최대 길이의 평균값이 25㎛ 이상인 큰 입자의 질량부수 : 최대 길이의 평균값이 25㎛ 미만인 작은 입자의 질량부수)가, 예를 들어 1:10 내지 10:1, 바람직하게는 1:5 내지 5:1, 더욱 바람직하게는, 1:2 내지 2:1인 것이 바람직하다.
열전도성 입자는, 일반의 시판품을 사용할 수 있고, 예를 들어 수산화알루미늄으로서, 상품명 「하이디라이트 H-100-ME」(1차 입자 직경 75㎛)(쇼와 덴꼬사제), 상품명 「하이디라이트 H-10」(1차 입자 직경 55㎛)(쇼와 덴꼬사제), 상품명 「하이디라이트 H-32」(1차 입자 직경 8㎛)(쇼와 덴꼬사제), 상품명 「하이디라이트 H-42」(1차 입자 직경 1㎛)(쇼와 덴꼬사제), 상품명 「B103ST」(1차 입자 직경 8㎛)(닛본 게긴조꾸사제) 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 수산화마그네슘으로서, 상품명 「KISUMA 5A」(1차 입자 직경 1㎛)(교와 가가꾸 고교사제) 등을 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 질화붕소로서, 상품명 「HP-40」(미즈시마 고우낀데쯔사제), 상품명 「PT620」(모멘티브사제) 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄으로서, 상품명 「AS-50」(쇼와 덴꼬사제) 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 안티몬산 도프 주석으로서는, 상품명 「SN-100S」(이시하라 산교사제), 상품명 「SN-100P」(이시하라 산교사제), 상품명 「SN-100D(수분산품)」(이시하라 산교사제) 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화티타늄으로서는, 상품명 「TTO 시리즈」(이시하라 산교사제) 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화아연으로서는, 상품명 「SnO-310」(스미토모 오사카시멘트사제), 상품명 「ZnO-350」(스미토모 오사카시멘트사제), 상품명 「ZnO-410」(스미토모 오사카시멘트사제) 등을 사용할 수 있다.
열전도성 입자의 배합 비율은, 아크릴계 폴리머 100질량부에 대하여, 예를 들어 100 내지 500질량부, 바람직하게는 200 내지 450질량부, 더욱 바람직하게는, 300 내지 400질량부이다. 열전도성 입자의 배합 비율이 상기 범위 내이면, 높은 열전도성을 얻을 수 있다. 한편, 열전도성 입자의 배합 비율이 상기 범위 미만이면 충분한 열전도성을 부여할 수 없는 경우가 있고, 또한, 배합 비율이 상기 범위를 초과하면 가요성이 저하하여, 점착력이나 보유력이 저하하는 경우가 있다.
또한, 점착성 열전도 조성물에는, 분산제를 분산시킬 수도 있다.
분산제는, 열전도성 입자를 아크릴계 폴리머 중에 응집시키지 않고 안정되게 분산시키기 위해서, 점착성 열전도 조성물에 배합된다.
분산제로서는, 예를 들어 인산 에스테르를 들 수 있다.
인산 에스테르로서는, 예를 들어 폴리옥시에틸렌알킬(또는 알킬알릴)에테르 또는 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르의 인산 모노에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 또는 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르의 인산 디에스테르, 인산 트리에스테르, 또는 그들의 유도체 등을 들 수 있다.
분산제는, 단독 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.
바람직하게는, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 또는 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르의 인산 모노에스테르, 인산 디에스테르를 들 수 있다.
분산제는, 일반의 시판품을 사용할 수 있고, 예를 들어 상품명 「플라이 서프 A212E」(다이이찌 고교 세야꾸사제), 상품명 「플라이 서프 A210G」(다이이찌 고교 세야꾸사제), 상품명 「플라이 서프 A212C」(다이이찌 고교 세야꾸사제), 상품명 「플라이 서프 A215C」(다이이찌 고교 세야꾸사제), 상품명 「포스페놀 RE610」(도호 가가꾸사제), 상품명 「포스페놀 RS710」(도호 가가꾸사제), 상품명 「포스페놀 RS610」(도호 가가꾸사제) 등이 사용된다.
또한, 분산제의 배합 비율은, 아크릴계 폴리머 100질량부에 대하여, 예를 들어 0.01 내지 10질량부, 바람직하게는 0.05 내지 5질량부, 더욱 바람직하게는, 0.1 내지 3질량부이다.
또한, 점착성 열전도 조성물에는, 필요에 따라, 예를 들어 로진계 수지 등의 점착 부여 수지를 첨가할 수도 있다. 점착 부여 수지의 첨가 비율은, 아크릴계 폴리머 100질량부에 대하여, 예를 들어 5 내지 50질량부, 바람직하게는 10 내지 40질량부이다.
그리고, 점착성 열전도 조성물을 제조하기 위해서는, 예를 들어 아크릴계 폴리머와, 열전도성 입자와, 필요에 따라 배합되는 가교제, 분산제 및/또는 점착 부여 수지를, 상기한 배합 비율로 배합한다.
구체적으로는, 아크릴계 폴리머를 괴상 중합에 의해 제조하는 경우에는, 우선, 전구체를 제조하고, 그 후, 전구체에, 열전도성 입자와, 필요에 따라 분산제와, 필요에 따라 잔량부의 모노머 성분을 배합하여, 전구체와, 열전도성 입자와, 필요에 따라 분산제와, 필요에 따라 잔량부의 모노머 성분을 함유하는 전구체 조성물을 제조하고, 이것을 중합(제2회째의 중합을 실시)함으로써, 점착성 열전도 조성물을 제조할 수도 있다.
구체적으로는, 우선, (메타)아크릴산 알킬에스테르, 극성기 함유 모노머 및 그 밖의 모노머를, 중합(제1회째의 중합)시켜서, 전구체를 제조한다. 그 후, 전구체에, 열전도성 입자와, 분산제와, 다관능성 모노머를 배합하여 전구체 조성물을 제조하고, 이것을 중합(제2회째의 중합)에 제공한다.
한편, 아크릴계 폴리머를 용액 중합에 의해 제조하는 경우에는, 우선, 아크릴계 폴리머 및 용매를 포함하는 아크릴계 폴리머 용액을 제조하고, 계속해서, 이것에, 가교제, 분산제 및/또는 점착 부여 수지를 배합하여, 그들을 포함하는 용액으로서 제조한다.
그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 점착성 방열 시트(1)를 얻기 위해서는, 우선, 기재(2)를 준비하고, 그 양면에, 점착성 열전도층(3)을 적층한다.
점착성 열전도층(3)을 기재(2)의 양면에 적층하기 위해서는, 예를 들어 미리, 점착성 열전도층(3)을 이형 필름(도시하지 않음) 상에 적층하고, 기재(2)의 양면에 점착성 열전도층(3)을 이형 필름으로부터 전사한다(전사법). 또는, 기재(2)의 양면에, 점착성 열전도층(3)을 직접 형성할 수도 있다.
바람직하게는, 전사법이 사용된다.
전사법에 있어서, 아크릴계 폴리머가 괴상 중합(광중합법)에 의해 제조되는 경우에는, 예를 들어 이형 시트의 표면에 전구체 조성물을 도포하고, 그 후, 다른 이형 시트를 전구체 조성물의 상면에 접착함으로써, 2매의 이형 시트에 의해, 전구체 조성물을 끼워 넣는다. 그 후, 자외선을, 전구체 조성물에 대하여, 이형 시트를 통과시키면서 조사한다.
이형 시트로서는, 폴리에스테르 필름(폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 등), 올레핀계 수지 필름(폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름 등), 폴리염화비닐 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름(나일론 필름), 레이온 필름 등의 플라스틱계 필름(합성 수지 필름) 이외에, 이들을, 라미네이트나 공압출 등에 의해, 복층화한 것(2 내지 3층의 복합체) 등도 들 수 있다.
또한, 이형 시트에는, 박리 처리제 등에 의해 처리할 수도 있고, 그러한 박리 처리제로서는, 예를 들어 실리콘계 박리 처리제, 불소계 박리 처리제, 장쇄 알킬계 박리 처리제 등을 들 수 있다.
이형 시트의 두께는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 1 내지 1000㎛이다.
또한, 전구체 조성물을 이형 시트에 도포하는 방법으로서, 예를 들어 롤 코팅, 키스 롤 코팅, 그라비아 코팅, 리버스 코팅, 롤 브러시, 스프레이 코팅, 딥 롤 코팅, 바 코팅, 나이프 코팅, 에어나이프 코팅, 커튼 코팅, 립 코팅, 다이 코터 등을 들 수 있다.
한편, 전사법에 있어서, 아크릴계 폴리머가 용액 중합(열중합법)에 의해 제조되는 경우에는, 아크릴계 폴리머를 포함하는 용액을 1매의 이형 시트의 상면에 도포하고, 그 후, 예를 들어 50 내지 100℃에서, 1 내지 60분간 가열하고, 건조시킨다.
이에 의해, 점착성 열전도층(3)을 제작한다.
이와 같이 하여 형성되는 점착성 열전도층(3)의 두께는, 예를 들어 10 내지 250㎛, 바람직하게는 20 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는, 30 내지 100㎛이다.
점착성 열전도층(3)의 두께가 상기 범위에 미치지 못하면, 충분한 접착력 및 보유력을 얻을 수 없는 경우가 있는 한편, 상기 범위를 초과하면, 충분한 열전도성을 얻을 수 없는 경우가 있다.
점착성 방열 시트(1)의 두께(총 두께)는, 예를 들어 10 내지 1000㎛, 바람직하게는 50 내지 500㎛이다. 점착성 방열 시트(1)의 두께가 상기 하한 미만이면 열전도성 입자의 최대 길이의 평균값을 초과하기 때문에 제막할 수 없는 경우가 있다. 점착성 방열 시트(1)의 두께가 상기 상한을 초과하면, 열전도성을 충분히 향상시킬 수 없는 경우가 있다.
또한, 점착성 방열 시트(1)의 두께(총 두께)는, 기재(2) 및 점착성 열전도층(3)의 두께의 총합이며, 이형 시트(도시하지 않음)의 두께는 포함하지 않는다.
그리고, 점착성 방열 시트(1)의 23℃에서 측정되는 인장 탄성률은, 600㎫ 이하, 바람직하게는 500㎫ 이하, 더욱 바람직하게는, 450㎫ 이하, 특히 바람직하게는, 400㎫ 이하, 나아가서는, 350㎫ 이하, 300㎫ 이하, 200㎫ 이하, 100㎫ 이하가 바람직하고, 또한, 예를 들어 0.01㎫ 이상, 바람직하게는 0.1㎫ 이상이기도 하다.
인장 탄성률이 상기 상한을 초과하면, 점착성 방열 시트(1) 및 그것에 밀착되는 광 반도체 실장 기판(6)의 들뜸을 유효하게 방지할 수 없다. 한편, 인장 탄성률이 상기 하한에 미치지 못하는 경우에는, 점착성 방열 시트(1)가 너무 부드러워져서, 취급성이 저하되고, 또한, 리워크 시의 박리에 있어서 점착제 잔류가 생기는 경우가 있다.
또한, 인장 탄성률은, 점착성 방열 시트(1)를 크기 20×10㎜로 절단 가공하여, 샘플을 제작하고, 그 후, 샘플을, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 인장 시험을 실시함으로써, 측정된다.
또한, 샘플의 제작 시에, 길이 방향의 길이를 20㎜로 설정하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 두께 방향 및 길이 방향을 따르는 단면적이 1.2 내지 5.0㎟가 되도록, 길이 방향 길이를 설정할 수도 있다.
또한, 점착성 방열 시트(1)의 열저항은, 예를 들어 10㎠·K/W 이하, 바람직하게는 6㎠·K/W 이하, 더욱 바람직하게는, 4㎠·K/W 이하이다. 열저항은, 후술하는 실시예에서 상세하게 설명하는 방법에 의해 측정된다.
도 2는, 본 발명의 반도체 장치의 실시 형태인 광 반도체 장치의 단면도를 도시한다.
이어서, 도 1에 도시하는 점착성 방열 시트(1)를 구비하는 광 반도체 장치를 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)를 참조하여 설명한다.
도 2의 (a)에 있어서, 광 반도체 장치(5)는, 실장 기판으로서의 광 반도체 실장 기판(6)과, 광 반도체 실장 기판(6)의 하방에 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재로서의 히트 싱크(7)와, 그들 사이에 개재되는 점착성 방열 시트(1)를 구비하고 있다.
광 반도체 실장 기판(6)은, 평판 형상을 이루고, 그 상면의 중앙부에 있어서, 반도체 소자로서의 광 반도체 소자(8)를 실장한다.
광 반도체 실장 기판(6)은, 예를 들어 알루미늄, 철, 구리 등의 금속, 예를 들어 폴리이미드 등의 수지로 형성되어 있다. 바람직하게는, 금속으로 형성되어 있다.
광 반도체 실장 기판(6)의 두께는, 예를 들어 10 내지 5000㎛, 바람직하게는 100 내지 3000㎛이다.
히트 싱크(7)는, 두께 방향으로 투영했을 때에, 광 반도체 실장 기판(6)을 포함하는 크기의 시트 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 히트 싱크(7)는, 평면에서 보아, 광 반도체 실장 기판(6)보다 크게 형성되어 있다.
히트 싱크(7)는, 예를 들어 니켈, 구리, 알루미늄 등, 열전도성이 우수한 금속으로 형성되어 있다.
히트 싱크(7)의 두께는, 예를 들어 0.01 내지 100㎜, 바람직하게는 0.1 내지 50㎜이다.
점착성 방열 시트(1)는, 두께 방향으로 투영했을 때에, 광 반도체 실장 기판(6)과 중복되는 시트 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 점착성 방열 시트(1)는, 평면에서 보아, 광 반도체 실장 기판(6)과 동일 형상으로 형성되어 있다.
그리고, 이 광 반도체 장치(5)를 제조하기 위해서는, 점착성 방열 시트(1)를 소정의 크기로 절단 가공(커트)하고, 점착성 열전도층을 사이에 끼우는 2매의 이형 시트(도시하지 않음)를 점착성 열전도층 각각으로부터 박리한다. 즉, 기재의 표면 및 이면에 형성되는 2매의 점착성 열전도층을 노출시킨다.
별도로, 광 반도체 실장 기판(6) 및 히트 싱크(7)를 준비한다.
계속해서, 히트 싱크(7)의 중앙부의 상방에, 광 반도체 실장 기판(6)을 대향 배치하고, 그들을 점착성 방열 시트(1)를 개재시켜서, 두께 방향으로 밀착시킨다. 이에 의해, 광 반도체 장치(5)를 제작한다.
그 후, 제조한 광 반도체 장치(5)의 장기 신뢰성을 확보하기 위해, 광 반도체 장치(5)의 길이 방향 양단부에 구멍(10)을 형성하고, 그 후, 축부(11) 및 축부(11)의 상단부에 설치되는 헤드부(12)를 일체적으로 구비하는 나사(9)의 축부(11)를 구멍(10)에 삽입함으로써, 광 반도체 장치(5)의 길이 방향 양단부를 체결한다. 이에 의해, 광 반도체 실장 기판(6)을 히트 싱크(7)에 고정한다.
그리고, 광 반도체 장치(5)에서는, 광 반도체 실장 기판(6)에 있어서, 광 반도체 소자(8)에 의해 발생하는 열을, 점착성 방열 시트(1)를 개재하여, 히트 싱크(7)에 열전도시킬 수 있다.
또한, 점착성 방열 시트(1)는, 인장 탄성률이, 600㎫ 이하이므로, 광 반도체 실장 기판(6)이, 히트 싱크(7)에 대한 체결력에 기초하여 고정되는 경우에도, 광 반도체 실장 기판(6)에 가해지는 가압력을 점착성 방열 시트(1)가 충분히 흡수할 수 있으므로, 광 반도체 실장 기판(6) 및 점착성 방열 시트(1)의 들뜸을 유효하게 방지할 수 있다.
즉, 도 3에 도시하는 바와 같이, 광 반도체층 장치(5)에 있어서, 길이 방향 양단부에 형성된 구멍(10)에 나사(9)의 축부(11)를 삽입하여, 광 반도체 실장 기판(6)을 히트 싱크(7)에 고정할 때, 나사(9)의 체결력이 과도하게 높은 경우에는, 광 반도체 실장 기판(6)의 길이 방향 양단부는, 하방으로의 높은 가압력을 받아서, 그 반작용에 기인하는 압력으로 반도체 기판(6)의 중앙부는, 점착성 방열 시트(1)의 중앙부와 함께, 들뜬다(휜다). 즉, 점착성 방열 시트(1)와 광 반도체 기판(6)의 중앙부는, 상측으로 만곡 형상으로 돌출된다. 그렇게 하면, 점착성 방열 시트(1)의 중앙부와, 히트 싱크(7)의 중앙부 사이에는, 간극(10)이 형성된다.
그 결과, 광 반도체 소자(8)로부터 발생하는 열을, 광 반도체 기판(6) 및 점착성 방열 시트(1)에 효율적으로 열전도시킬 수 없다.
한편, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 점착성 방열 시트(1)는, 인장 탄성률이 상기 하한 이하이므로, 광 반도체 실장 기판(6)이, 나사(9)의 히트 싱크(7)에 대한 체결력에 기초하여 고정되는 경우에도, 광 반도체 실장 기판(6)에 가해지는 높은 가압력을 점착성 방열 시트(1)에 의해 충분히 흡수할 수 있다. 그로 인해, 상기한 반작용에 기인하는 압력을 발생하지 않고, 광 반도체 실장 기판(6) 및 점착성 방열 시트(1)의 들뜸(돌출)을 유효하게 방지할 수 있다.
그로 인해, 상기한 점착성 방열 시트(1)를 개재한 히트 싱크(7)에의 열전도성을 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 이 광 반도체 장치(5)는, 광 반도체 소자(8) 및 광 반도체 실장 기판(6)에 있어서의 열을 효율적으로 열전도시킴으로써, 광 반도체 소자(8)의 발광 효율의 저하를 유효하게 방지할 수 있다.
그로 인해, 발광 효율이 우수한 광 반도체 장치(5)를, 액정 표시 장치 및 조명 장치의 광원 장치로서 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)의 실시 형태에서는, 본 발명의 반도체 장치를, 광 반도체 장치(5)로서 설명하고 있지만, 예를 들어 그 밖의 반도체 장치, 구체적으로는, 예를 들어 다이오드, 트랜지스터, 사이리스터 등의 디스크리트 디바이스, 예를 들어 마이크로컴퓨터, 메모리, ASIC 등의 IC 디바이스 등에 사용할 수도 있다.
또한, 도 1의 실시 형태에서는, 본 발명의 방열 부재의 점착성 방열 시트(1)로서 설명하고 있지만, 예를 들어 점착성 방열 필름1, 점착성 방열 테이프1 및 점착성 방열판1 등으로서 사용할 수도 있다.
또한, 도 1의 실시 형태에서는, 본 발명의 방열 부재를, 점착성이 있는 점착성 방열 시트(1)로서 설명하고 있지만, 점착성을 갖지 않는 비점착성 방열 시트(1)로서 형성할 수도 있다.
<실시예>
이하에, 실시예 및 비교예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예 및 비교예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
(점착성 방열 시트의 제작)
(메타)아크릴산 알킬에스테르로서 아크릴산2-에틸헥실 82질량부 및 아크릴산2-메톡시에틸 12질량부와, 극성기 함유 모노머로서 N-비닐-2-피롤리돈(NVP) 5질량부 및 히드록시에틸아크릴아미드(HEAA) 1질량부가 배합된 모노머 성분에, 광중합 개시제로서 상품명 「이르가큐어―651」(2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 시바 재팬사제) 0.05질량부 및 상품명 「이르가큐어―184」(1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 시바 재팬사제) 0.05질량부를 배합한 후, 점도(BH 점도계 No.5로터, 10rpm, 측정 온도 30℃)가 약 20㎩·s가 될 때까지 자외선을 조사하여, 일부가 중합된 전구체(시럽)를 제조하였다.
이 시럽 100질량부에, 다관능성 모노머로서 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(상품명 「KAYARAD DPHA-40H」, 닛본 가야꾸사제) 0.05질량부와, 분산제로서 상품명 「플라이 서프 A212E」(다이이찌 고교 세야꾸사제) 1질량부를 첨가하였다. 또한, 열전도성 입자로서 상품명 「하이디라이트 H-32」(수산화알루미늄 입자, 형상: 파쇄 형상, 최대 길이의 평균값: 8㎛, 쇼와 덴꼬사제) 175질량부 및 상품명 「하이디라이트 H-10」(수산화알루미늄 입자, 형상: 파쇄 형상, 최대 길이의 평균값: 55㎛)(쇼와 덴꼬사제) 175질량부를 첨가하고, 전구체 조성물을 제조하였다.
그 후, 전구체 조성물을, 한쪽 면에 박리 처리가 실시되어 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트제의 2매의 이형 시트(상품명 「다이어포일 MRF38」(미쯔비시 가가꾸 폴리에스테르 필름사제)의 박리 처리면 사이에, 건조 및 경화 후의 두께가 54㎛가 되도록 도포하였다. 즉, 2매의 이형 시트 사이에 전구체 조성물을 끼워 넣었다.
계속해서, 조도 약 5mW/㎠의 자외선을 전구체 조성물에 양측으로부터 3분간(조사 에너지 900mJ/㎠에 상당) 조사하고, 잔량부의 모노머 성분을 중합시킴으로써, 아크릴계 폴리머와 열전도성 입자를 함유하는 점착성 열전도 조성물을 포함하는 점착성 방열층을, 2매의 이형 시트 사이에 제작하였다.
그 후, 한쪽 이형 시트를 점착성 열전도층으로부터 박리하고, 점착성 열전도층을 두께 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)의 양면에 접착함으로써, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과, 그 양면에 적층된 점착성 열전도층을 구비하는, 총 두께(이형 시트의 두께를 제외함. 즉, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 두께 12㎛ 및 각 점착성 열전도층의 두께 54㎛. 이하 마찬가지.) 120㎛의 점착성 방열 시트를 제작하였다.
(광 반도체 장치의 제작)
우선, 제작한 점착성 방열 시트를, 크기 100×100㎜의 크기로 커트하고, 2매의 이형 시트를 점착성 열전도층 각각으로부터 박리하였다. 즉, 기재의 표측 및 이측 각각에 형성되는 2매의 점착성 열전도층을 노출시켰다.
별도로, 크기 100×100㎜, 두께 400㎛의, 알루미늄을 포함하는 광 반도체 실장 기판과, 크기 200×200㎜, 두께 1㎜의, 알루미늄을 포함하는 히트 싱크를 각각 준비하였다.
계속해서, 히트 싱크의 중앙부의 상방에, 광 반도체 실장 기판을 대향 배치하고, 그들을 점착성 방열 시트를 개재시켜서, 두께 방향으로 밀착시켰다. 이에 의해, 광 반도체 장치를 제작하였다.
그 후, 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부(양쪽 단부 테두리 각각으로부터 0.7㎜의 부분) 각각에 있어서의 폭 방향 중앙부에, 내경 1㎜, 깊이 0.6㎜의 구멍을 형성하였다. 또한, 구멍은, 광 반도체 실장 기판 및 점착성 방열 시트의 두께 방향을 관통하는 한편, 히트 싱크의 상면으로부터 깊이 0.5㎜의 부분까지 형성되었다.
그 후, 2개의 구멍 각각에, 내경 1㎜, 길이 1.1㎜의 축부와, 외경 3㎜의 헤드부를 구비하는 나사를, 압력 2kgf·cm의 토크(압력 46㎫에 상당)로 회전시키면서 삽입함으로써, 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 2>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 119㎛로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 250㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 3>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 244㎛로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 500㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 4>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 47.5㎛로 하고, 기재로서 두께가 25㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 120㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 5>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 112.5㎛로 하고, 기재로서 두께가 25㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 250㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 6>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 237.5㎛로 하고, 기재로서 두께가 25㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 500㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 7>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 41㎛로 하고, 기재로서 두께가 38㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 120㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 8>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 106㎛로 하고, 기재로서 두께가 38㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 250㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 9>
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 231㎛로 하고, 기재로서 두께가 38㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 500㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
<실시예 10>
(아크릴계 폴리머 용액의 제조)
냉각관, 질소 도입관, 온도계 및 교반기를 구비한 반응 용기를 사용하고, (메타)아크릴산 알킬에스테르로서 아크릴산 부틸 70질량부 및 2-에틸헥실아크릴레이트 30질량부와, 극성기 함유 모노머로서 아크릴산 3질량부 및 4-히드록시부틸아크릴레이트 0.05질량부와, 열 중합 개시제로서 2,2′-아조비스이소부티로니트릴 0.1부와, 용매로서 톨루엔 155질량부를 첨가하고, 계 내를 충분히 질소 가스로 치환한 후, 80℃에서 3시간 가열하여 고형분이 40.0질량％인 아크릴계 폴리머 용액을 얻었다.
(점착성 열전도 조성물의 제조)
상기 아크릴계 폴리머 용액에, 그 고형분 100질량부에 대하여, 점착 부여 수지로서 상품명 「펜셀 D-125」(로진계 수지, 아라까와 가가꾸사제) 30질량부와, 열전도성 입자로서 상품명 「하이디라이트 H-32」(수산화알루미늄 입자, 형상: 파쇄 형상, 최대 길이의 평균값: 8㎛, 쇼와 덴꼬사제) 100질량부와, 분산제로서 상품명 「플라이 서프 A212E」(다이이찌 고교 세야꾸사제) 1질량부와, 가교제로서 상품명 「코로네이트 L」(다관능 이소시아네이트 화합물, 닛본 폴리우레탄 고교사제) 2질량부를 배합하고, 디스퍼로 15분간 교반하고, 점착성 열전도 조성물을 제조하였다. 얻어진 점착성 열전도 조성물을 폴리에틸렌테레프탈레이트의 한쪽 면을 실리콘 박리제로 처리한 박리 필름의 박리 처리면에 건조 후의 두께가 44㎛가 되도록 도포하고, 70℃에서 15분간 건조하고, 점착성 열전도층을 제작하였다. 점착성 열전도층을 두께 12㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)의 양면에 접합하고, 총 두께 100㎛의 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서, 점착성 열전도층의 두께를 100㎛로 하고, 기재로서 두께가 50㎛인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 상품명 「루미러 S-10」(도레이사제)을 사용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 처방으로, 총 두께가 250㎛인 점착성 방열 시트를 제작하고, 계속해서, 광 반도체 장치를 제작하고, 그 후, 나사로 광 반도체 장치의 길이 방향 양단부를 체결하였다.
(시험 평가)
각 실시예 및 각 비교예의 점착성 방열 시트 및 광 반도체 장치에 대하여 이하의 시험을 실시하였다. 시험 결과를 표 1에 나타내었다.
(열저항)
열저항의 측정은, 도 4에 도시하는 열특성 평가 장치를 사용하여 실시하였다.
구체적으로는, 1변이 20㎜인 입방체가 되도록 형성된 알루미늄제(A5052, 열전도율: 140W/m·K)의 1쌍의 블록(로드라고 칭하는 경우도 있음) L간에, 각 실시예 및 각 비교예의 점착성 방열 시트(1)(20㎜×20㎜)를 끼워 넣고, 1쌍의 블록 L을 점착성 방열 시트(1)로 접착하였다.
그리고, 1쌍의 블록 L이 상하가 되도록 발열체(히터 블록) H와 방열체(냉각수가 내부를 순환하도록 구성된 냉각 베이스판) C 사이에 배치하였다. 구체적으로는, 상측의 블록 L 상에 발열체 H를 배치하고, 하측에 블록 L 아래에 방열체 C를 배치하였다.
이때, 점착성 방열 시트(1)로 접착된 1쌍의 블록 L은, 발열체 H 및 방열체 C를 관통하는 1쌍의 압력 조정용 나사 T 사이에 위치하고 있다. 또한, 압력 조정용 나사 T와 발열체 H 사이에는 로드셀 R이 배치되어 있고, 압력 조정용 나사 T를 조였을 때의 압력이 측정되도록 구성되어 있고, 이러한 압력을 점착성 방열 시트(1)에 가해지는 압력으로서 사용하였다.
또한, 하측의 블록 L 및 점착성 방열 시트(1)를 방열체 C 측으로부터 관통하도록 접촉식 변위계의 3개의 프로브 P(직경 1㎜)를 설치하였다. 이때, 프로브 P의 상단부는, 상측의 블록 L의 하면에 접촉된 상태로 되어 있고, 상하의 블록 L간의 간격(점착성 방열 시트(1)의 두께)을 측정 가능하게 구성되어 있다.
발열체 H 및 상하의 블록 L에는 온도 센서 D를 부착하였다. 구체적으로는, 발열체 H의 1군데에 온도 센서 D를 부착하고, 각 블록 L의 5군데에 상하 방향으로 5㎜ 간격으로 온도 센서 D를 각각 부착하였다.
측정에서는, 우선 처음에, 압력 조정용 나사 T를 조이고, 점착성 방열 시트(1)에 압력을 가하고, 발열체 H의 온도를 80℃로 설정함과 함께, 방열체 C에 20℃의 냉각수를 순환시켰다.
그리고, 발열체 H 및 상하의 블록 L의 온도가 안정된 후, 상하의 블록 L의 온도를 각 온도 센서 D로 측정하고, 상하의 블록 L의 열전도율(W/m·K)과 온도 구배로부터 점착성 방열 시트(1)를 통과하는 열 유속을 산출함과 함께, 상하의 블록 L과 점착성 방열 시트(1)의 계면의 온도를 산출하였다. 그리고, 이들을 사용하여 당해 압력에 있어서의 열저항(㎠·K/W)을 하기의 열전도율 방정식(푸리에의 법칙)을 사용하여 산출하였다.
Q=-λgradT
R=L/λ
Q: 단위 면적당의 열 유속
gradT: 온도 구배
L: 점착성 방열 시트(1)의 두께
λ: 열전도율
R: 열저항
점착성 방열 시트(1)에 첨가하는 압력 25N/㎠(250k㎩)에 있어서의 열저항을 채용하였다.
(열전도성)
열전도성의 측정은, 상기에서 설명한 도 4에 도시하는 열특성 평가 장치를 사용하여 실시하였다.
각 실시예 및 각 비교예의 점착성 방열 시트(1)(20㎜×20㎜)를 열저항 측정의 경우와 마찬가지로 하여 평가 장치에 장전하였다.
측정은 우선 처음에, 압력 조정용 나사 T를 조여서, 상하의 블록 사이에 끼워넣고 점착성 방열 시트(1)에 25N/㎠(250k㎩)의 압력을 가하고, 발열체 H의 발열량을 30W로 일정하게 설정함과 함께, 방열체 C에 20℃의 냉각수를 순환시켰다. 그 때, 열전대의 온도 변화가 30초간에 0.02℃ 이하인 경우를 안정 상태로 간주하고, 점착성 방열 시트로부터 가장 가까운 히터측의 열전대의 온도를 모듈 온도로서 판독하였다.
(인장 탄성률)
각 실시예 및 각 비교예의 점착성 방열 시트를, 초기의 길이 방향 길이 20㎜, 초기의 폭 10㎜, 단면적(두께 방향 및 길이 방향을 따르는 단면적)이 1.2 내지 5.0㎟가 되도록 절단하여, 샘플을 제작하였다. 즉, 실시예 1, 4, 7 및 비교예 1의 샘플에서는, 단면적이 0.12㎜×10㎜=1.2㎟, 실시예 2, 5, 8 및 비교예 2, 5의 샘플에서는, 단면적이 0.25㎜×10㎜=2.5㎟, 실시예 3, 6 및 비교예 3, 4의 샘플에서는, 단면적이 0.0.50㎜×10㎜=5.0㎟이었다.
계속해서, 측정 온도 23℃, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min으로 인장 시험을 행하고, 샘플의 신장의 변화량(㎜)을 측정하였다.
그 결과, 얻어진 S-S 곡선의 초기의 상승 부분에 접선을 긋고, 그 접선이 100％ 신장에 상당할 때의 인장 강도를 샘플의 단면적으로 나누어, 인장 탄성률로 하였다.
(간극의 관찰)
각 실시예 및 각 비교예의 광 반도체 장치에 있어서의 점착성 방열 시트의 상태를 관찰하였다.
그 결과, 실시예 1 내지 9의 점착성 방열 시트는, 광 반도체 실장 기판 및 히트 싱크의 양쪽에 밀착하고 있었다. 즉, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 점착성 방열 시트(1)와 히트 싱크(7) 사이에 간극이 관찰되지 않았다.
한편, 비교예 1의 광 반도체 실장 기판에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 점착성 방열 시트(1)의 중앙부는, 광 반도체 기판(6)의 중앙부와 함께, 들떠 있었다. 상세하게는, 점착성 방열 시트(1)와 광 반도체 기판(6)의 중앙부는, 상측에 만곡 형상으로 돌출되어 있었다.
점착성 방열 시트(1)의 중앙부와, 히트 싱크(7)의 중앙부 사이에는, 간극(10)이 형성된 것을 관찰하였다.
간극(10)의 크기는, 비교예 1에서, 최대 두께 10㎛, 길이 방향 길이 45㎜이었다.
Figure 112014052004392-pct00001
또한, 상기 발명은, 본 발명의 예시의 실시 형태로서 제공했지만, 이것은 단순한 예시에 불과하며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 당해 기술분야의 당업자에 의해 명확한 본 발명의 변형예는, 다음에 기재하는 특허 청구 범위에 포함된다.
<산업상 이용 가능성>
본 발명의 광 반도체 장치는, 광 반도체 장치, 그 밖의 반도체 장치, 구체적으로는, 예를 들어 다이오드, 트랜지스터, 사이리스터 등의 디스크리트 디바이스, 예를 들어 마이크로컴퓨터, 메모리, ASIC 등의 IC 디바이스 등에 사용된다.

Claims (9)

  1. 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과,
    상기 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재와,
    상기 실장 기판과 상기 냉각 부재 사이에 개재되고, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재에 밀착되는 방열 부재를 구비하고,
    상기 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이 600㎫ 이하이고,
    상기 방열 부재는 점착성 수지 조성물 및 열전도성 입자를 함유하는 점착성 열전도 조성물로 형성되는 점착성 열전도층을 구비하고,
    상기 열전도성 입자는,
    최대 길이의 평균값이 25㎛ 이상인 제1 입자와,
    최대 길이의 평균값이 25㎛ 미만인 제2 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는 점착성인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 점착성 수지 조성물은 아크릴계 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열 부재는, 기재와, 기재에 적층되는 상기 점착성 열전도층을 구비하는 점착성 방열 시트이며,
    상기 기재의 두께가, 2~38㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 점착성 방열 시트의 총 두께가, 10~500㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과, 상기 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재와, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재 사이에 개재되고 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재에 밀착되는 방열 부재를 구비하는 반도체 장치를 포함하는 광 반도체 장치이며,
    상기 반도체 소자가 광 반도체 소자이며,
    상기 실장 기판이 광 반도체 실장 기판이며,
    상기 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이 600㎫ 이하이고,
    상기 방열 부재는 점착성 수지 조성물 및 열전도성 입자를 함유하는 점착성 열전도 조성물로 형성되는 점착성 열전도층을 구비하고,
    상기 열전도성 입자는,
    최대 길이의 평균값이 25㎛ 이상인 제1 입자와,
    최대 길이의 평균값이 25㎛ 미만인 제2 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
  9. 반도체 소자를 실장하는 실장 기판과, 상기 실장 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 냉각 부재 사이에 개재되고, 상기 실장 기판과 상기 냉각 부재에 밀착하기 위한 방열 부재이며,
    상기 방열 부재는, 척간 거리 20㎜, 인장 속도 300㎜/min, 23℃에서 측정되는 인장 탄성률이 600㎫ 이하이고,
    상기 방열 부재는 점착성 수지 조성물 및 열전도성 입자를 함유하는 점착성 열전도 조성물로 형성되는 점착성 열전도층을 구비하고,
    상기 열전도성 입자는,
    최대 길이의 평균값이 25㎛ 이상인 제1 입자와,
    최대 길이의 평균값이 25㎛ 미만인 제2 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 방열 부재.
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