KR102053004B1 - 전자파 흡수 열전도 시트, 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법 및 반도체 장치 - Google Patents

전자파 흡수 열전도 시트, 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법 및 반도체 장치 Download PDF

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    • H01L2224/2937—Zirconium [Zr] as principal constituent
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    • H01L2224/29363—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29371—Chromium [Cr] as principal constituent
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    • H01L2224/29363—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29379—Niobium [Nb] as principal constituent
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    • H01L2224/29363—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/29381—Tantalum [Ta] as principal constituent
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    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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    • H01L2224/83417—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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Abstract

우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트를 제공한다. 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트는 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 1 방향으로 배향되어 있는 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자파 흡수 열전도 시트, 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법 및 반도체 장치
본 발명은, 우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트, 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법 및 반도체 장치에 관한 것이다.
근년, 전자 기기는 소형화의 경향으로 나아가는 한편, 애플리케이션의 다양성으로 인해 전력 소비량을 그 만큼 변화시킬 수 없기 때문에, 기기 내에 있어서의 방열 대책이 한층 더 중요시되고 있다.
상술한 전자 기기에 있어서의 방열 대책으로서, 구리나 알루미늄 등과 같은 열전도율이 높은 금속 재료로 제작된 방열판이나 히트 파이프, 또는 히트 싱크 등이 널리 이용되고 있다. 이들 열전도성이 우수한 방열 부품은, 방열 효과 또는 기기 내의 온도 완화를 도모하기 위해서, 전자 기기 내에 있어서의 발열부인 반도체 패키지 등의 전자 부품에 근접하도록 하여 배치된다. 또한, 이들 열전도성이 우수한 방열 부품은, 발열부인 전자 부품으로부터 저온의 장소에 걸쳐 배치된다.
단, 전자 기기 내에 있어서의 발열부는, 전류 밀도가 높은 반도체 소자 등의 전자 부품이며, 전류 밀도가 높다는 것은, 불필요한 복사의 성분이 될 수 있는 전계 강도 또는 자계 강도가 큰 것을 생각할 수 있다. 이 때문에, 금속으로 제작된 방열 부품을 전자 부품의 부근에 배치하면, 열의 흡수를 행함과 함께, 전자 부품 내를 흐르는 전기 신호의 고조파 성분도 혼입해버린다는 문제가 있었다. 구체적으로는, 방열 부품이 금속 재료로 제작되어 있기 때문에, 그 자체가 고조파 성분의 안테나로서 기능하거나, 고조파 노이즈 성분의 전달 경로로서 작용해버리는 경우이다.
그러한 문제를 해결하기 위해, 열전도성 시트에 자계의 커플링을 절단하기 위해서, 자성 재료를 함유하는 기술이 개발되어 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는, CPU 등의 반도체와 히트 싱크에 끼워서 사용하는 전자 흡수 열전도 시트로서, 실리콘에 연자성 분말과 열전도 필러를 섞음으로써, 연자성 분말의 자기 흡수 효과와, 열전도 필러의 열전도 특성으로 전자파 흡수와 열전도 특성의 양립을 도모한다는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 전자파 흡수 효과에 대하여 일정의 효과는 보이기는 하기는 하지만, 시트의 수직 방향에 대한 열전도율이 1.5W/(mㆍK) 정도이며, 근년의 방열에 대한 요구에 대해서는 충분한 특성이 되지는 않는다.
또한, 특허문헌 2에는, 섬유상 도전성 카본과 카르보닐철을 포함한 전자파 간섭 억제 시트로서, 섬유상 도전성 카본과 카르보닐철의 체적 비율을 3 내지 10: 50 내지 70으로 함으로써 시트 강도, 유연성을 확보하면서 전자파 흡수량을 증가시키는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2의 기술에서는, 섬유상 도전성 카본이 10체적％를 초과하면, 분산이 불량해져 균일한 시트가 얻어지지 않게 된다는 문제가 있고, 열전도성에 대해서는 충분한 고려가 되어 있지 않았다.
또한, 특허문헌 3에는, 수지 매트릭스 중에, 탄소 섬유와 자성분을 포함한 전자파 간섭 억제 시트를 사용함으로써 전자 노이즈의 억제 및 열전도율의 향상을 도모하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 3의 기술에서는, 양호한 열전도성이 얻어지기는 하지만, 전자 노이즈의 억제라는 점에서는 충분한 효과가 얻어지지 않아, 실용화의 점을 고려하면 새로운 개량을 도모하는 것이 요망되고 있었다.
일본 특허 공개 제2001-68312호 공보 일본 특허 제5103780호 공보 일본 특허 공개 제2011-134755호 공보
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 이러한 전자파 흡수 열전도 시트를 사용하여, 방열성 및 전자파 억제가 우수한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하고, 해당 섬유상의 열전도성 충전제를 1 방향으로 배향시킴과 함께, 배향하는 방향을 조정함으로써, 종래에 비해 높은 레벨로 열전도성 및 전자파 흡수성을 양립시킬 수 있음을 알아내었다.
본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 1 방향으로 배향하고 있는 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 흡수 열전도 시트.
상기 구성에 의해, 우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 실현할 수 있다.
(2) 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향 방향이, 시트면의 연장 방향에 대하여 60°초과 내지 90°의 범위인 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(3) 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 5W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 30％ 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(4) 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향 방향이, 시트면의 연장 방향에 대하여 30° 초과 내지 60°의 범위인 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(5) 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 2.7W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 39％ 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (4)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(6) 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향 방향이, 시트면의 연장 방향에 대하여 0° 내지 30°의 범위인 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(7) 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 1.5W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 68％ 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (6)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(8) 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 함유량이 4 내지 40체적％, 상기 자성 금속분의 함유량이 35 내지 75체적％인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(9) 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 함유량이 5 내지 30체적％, 상기 자성 금속분의 함유량이 40 내지 65체적％인 것을 특징으로 하는, 상기 (8)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(10) 상기 섬유상의 열전도성 충전제가 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(11) 상기 전자파 흡수 열전도 시트가 무기물 필러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트.
(12) 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하는 시트용 조성물을 조제하는 공정과,
상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 공정과,
상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향을 유지한 상태에서, 상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시켜, 시트용 성형체를 제작하는 공정과,
상기 배향된 섬유상의 열전도성 충전제의 장축 방향에 대하여 0° 내지 90°의 각도가 되도록, 상기 시트용 성형체를 절단하고, 전자파 흡수 열전도 시트를 제작하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법.
상기 구성에 의해, 우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트를 제공할 수 있다.
(13) 상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 공정이, 중공상의 형 내에 상기 시트용 조성물을 고전단력 하에서 압출하는 것 또는 압입함으로써 행해지고,
상기 시트용 성형체를 제작하는 공정이, 상기 고분자 매트릭스 성분을 열 경화시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는, 상기 (12)에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법.
(14) 열원과, 방열 부재와, 해당 열원과 해당 방열 부재 사이에 협지된 전자파 흡수 열전도 시트를 구비하는 반도체 장치로서,
상기 전자파 흡수 열전도 시트가 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트인 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
상기 구성에 의해, 우수한 방열성 및 전자파 억제를 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 전자파 흡수 열전도 시트를 사용하여, 방열성 및 전자파 억제가 우수한 반도체 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 일 실시 형태를 모식적으로 도시한, 시트의 두께 방향의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트를 제작하는 공정에 있어서, 시트용 성형체를 절단할 때의 상태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 반도체 장치의 일 실시 형태를 모식적으로 도시한 도면이며, (b)는 본 발명의 반도체 장치의 다른 실시 형태를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 1, 비교예 4 및 비교예 1의, 주파수에 따른 전송 흡수율(％)을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 4, 비교예 4 및 비교예 2의, 주파수에 따른 전송 흡수율(％)을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 7, 비교예 4 및 비교예 3의, 주파수에 따른 전송 흡수율(％)을 나타내는 도면이다.
도 7은 전송 흡수율(％)의 측정에 사용한 측정계를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 일례를 구체적으로 설명한다.
<전자파 흡수 열전도 시트>
먼저, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트에 대하여 설명한다.
본 발명은 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트이다.
(고분자 매트릭스 성분)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트에 포함되는 고분자 매트릭스 성분은, 전자파 흡수 열전도 시트의 기재가 되는 고분자 성분이다. 그 종류에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 공지된 고분자 매트릭스 성분을 적절히 선택할 수 있다.
예를 들어, 고분자 매트릭스 성분의 하나로서, 열경화성 폴리머를 들 수 있다.
상기 열경화성 폴리머로서는, 예를 들어 가교 고무, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르, 디알릴프탈레이트 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 폴리이미드실리콘, 열경화형 폴리페닐렌에테르, 열경화형 변성 폴리페닐렌에테르 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또한, 상기 가교 고무로서는, 예를 들어 천연 고무, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 고무, 수소 첨가 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 염소화폴리에틸렌, 클로로술폰화폴리에틸렌, 부틸 고무, 할로겐화부틸 고무, 불소 고무, 우레탄 고무, 아크릴 고무, 폴리이소부틸렌 고무, 실리콘 고무 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다.
또한, 이들 열경화성 폴리머 중에서도, 성형 가공성 및 내후성이 우수함과 함께 전자 부품에 대한 밀착성 및 추종성의 관점에서, 실리콘을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 실리콘으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 실리콘의 종류를 적절히 선택할 수 있다. 상술한 성형 가공성, 내후성, 밀착성 등을 얻는 관점에서는, 상기 실리콘으로서, 액상 실리콘 겔의 주제와 경화제로 구성되는 실리콘인 것이 바람직하다. 그러한 실리콘으로서는, 예를 들어 부가 반응형 액상 실리콘, 과산화물을 가황에 사용하는 열 가황형 밀러블 타입의 실리콘 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 전자 기기의 방열 부재로서는, 전자 부품의 발열면과 히트 싱크면의 밀착성이 요구되기 때문에, 부가 반응형 액상 실리콘이 특히 바람직하다.
상기 부가 반응형 액상 실리콘으로서는, 비닐기를 갖는 폴리오르가노실록산을 주제, Si-H기를 갖는 폴리오르가노실록산을 경화제로 한, 2액성의 부가 반응형 실리콘 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액상 실리콘 겔의 주제와 경화제의 조합에 있어서, 상기 주제와 상기 경화제의 배합 비율로서는, 질량비로 주제:경화제=35:65 내지 65:35인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트에 있어서의 상기 고분자 매트릭스 성분의 함유량은 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 시트의 성형 가공성이나 시트의 밀착성 등을 확보하는 관점에서는, 20체적％ 내지 50체적％ 정도인 것이 바람직하고, 30체적％ 내지 40체적％인 것이 보다 바람직하다.
(열전도성 충전제)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트에 포함되는 열전도성 충전제는, 시트의 열전도성을 향상시키기 위한 성분이다. 열전도성 충전제의 종류에 대해서는, 섬유상의 열전도성 충전제인 것 이외에는 특별히 한정되지 않고, 공지된 열전도성 충전제를 적절히 선택할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트에 대해서, 두께 방향의 단면 상태를 모식적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트(1)에서는, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)가 일방향(도 1에서는 방향 X)으로 배향되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 섬유상의 열전도성 충전제(12)를 배향시킴으로써, 전자파 흡수 열전도 시트(1)에 있어서 섬유상의 열전도성 충전제(12)가 규칙적으로 배치되는 것 외에도, 자성 금속분(13)이 규칙적으로 균일하게 분산되게 된다. 그 결과, 섬유상의 열전도성 충전제(12) 및 자성 금속분(13)의 효과를 보다 효율적으로 발휘할 수 있기 때문에, 열전도성 및 전자파 흡수성을 높은 레벨로 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 「섬유상」이란, 애스펙트비가 높은(약 6 이상) 형상을 말한다. 그 때문에, 본 발명에서는 섬유상이나 막대 형상 등의 열도전성 충전제뿐만 아니라, 애스펙트비가 높은 입상의 충전재나, 플레이크상의 열도전성 충전제 등도 섬유상의 열도전성 충전제에 포함된다.
여기서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 종류에 대해서는, 섬유상이면서 열전도성이 높은 재료라면 특별히 한정되지는 않고, 예를 들어 은, 구리, 알루미늄 등의 금속, 알루미나, 질화알루미늄, 탄화규소, 그래파이트 등의 세라믹스, 탄소 섬유 등을 들 수 있다.
이들 섬유상의 열전도성 충전제 중에서도, 더 높은 열전도성을 얻어지는 점에서는, 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전도성 충전제에 대해서는, 1종 단독이어도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 2종 이상의 열전도성 충전제를 사용하는 경우에는, 모두 섬유상의 열전도성 충전제여도 되고, 섬유상의 열전도성 충전제와 다른 형상의 열전도성 충전제를 혼합하여 사용해도 된다.
상기 탄소 섬유의 종류에 대하여 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 피치계, PAN계, PBO 섬유를 흑연화한 것, 아크 방전법, 레이저 증발법, CVD법(화학 기상 성장법), CCVD법(촉매 화학 기상 성장법) 등으로 합성된 것을 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 높은 열전도성이 얻어지는 점에서, PBO 섬유를 흑연화한 탄소 섬유, 피치계 탄소 섬유가 보다 바람직하다.
또한, 상기 탄소 섬유는 필요에 따라서 그 일부 또는 전부를 표면 처리하여 사용할 수 있다. 상기 표면 처리로서는, 예를 들어 산화 처리, 질화 처리, 니트로화, 술폰화, 또는 이들의 처리에 의해 표면에 도입된 관능기 혹은 탄소 섬유의 표면에, 금속, 금속 화합물, 유기 화합물 등을 부착 또는 결합시키는 처리 등을 들 수 있다. 상기 관능기로서는, 예를 들어 수산기, 카르복실기, 카르보닐기, 니트로기, 아미노기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 탄소 섬유의 평균 섬유 길이(평균 장축 길이)에 대해서도, 특별히 제한없이 적절히 선택할 수 있지만, 확실하게 높은 열전도성을 얻는 점에서, 50㎛ 내지 300㎛의 범위인 것이 바람직하고, 75㎛ 내지 275㎛의 범위인 것이 보다 바람직하고, 90㎛ 내지 250㎛의 범위인 것이 특히 바람직하다.
또한, 상기 탄소 섬유의 평균 섬유 직경(평균 단축 길이)에 대해서도, 특별히 제한없이 적절히 선택할 수 있지만, 확실하게 높은 열전도성을 얻는 점에서, 4㎛ 내지 20㎛의 범위인 것이 바람직하고, 5㎛ 내지 14㎛의 범위인 것이 보다 바람직하다.
상기 탄소 섬유의 애스펙트비(평균 장축 길이/평균 단축 길이)에 대해서는, 확실하게 높은 열전도성을 얻는 점에서, 6 이상인 것이 바람직하고, 7 내지 30인 것이 보다 바람직하다. 상기 애스펙트비가 작은 경우에도 열전도율 등의 개선 효과는 보이기는 하지만, 배향성이 저하되는 등에 의해 큰 특성 개선 효과가 얻어지지 않기 때문에, 애스펙트비는 6 이상이 바람직하다. 한편, 30을 초과하면, 전자파 흡수 열전도 시트 중에서의 분산성이 저하되기 때문에, 충분한 열전도율을 얻지 못할 우려가 있다.
여기서, 상기 탄소 섬유의 평균 장축 길이 및 평균 단축 길이는, 예를 들어 현미경, 주사형 전자 현미경(SEM) 등에 의해 측정하고, 복수의 샘플로부터 평균을 산출할 수 있다.
또한, 상기 전자파 흡수 열전도 시트에 있어서의 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 함유량으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 4체적％ 내지 40체적％인 것이 바람직하고, 5체적％ 내지 30체적％인 것이 보다 바람직하고, 6체적％ 내지 20체적％인 것이 특히 바람직하다. 상기 함유량이 4체적％ 미만이면, 충분히 낮은 열저항을 얻는 것이 곤란해질 우려가 있고, 40체적％를 초과하면, 상기 열전도 시트의 성형성 및 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향성에 영향을 끼쳐버릴 우려가 있다.
또한, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트(1)에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)가 배향되어 있고, 그 배향 방향 X가, 시트면의 연장 방향 L에 대하여 특정한 각도 α를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 전자파 흡수 열전도 시트(1)의 배향 방향 X를 조정함으로써, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트(1)의 열전도성 및/또는 전자파 흡수성을 더 높은 레벨로 실현할 수 있다.
여기서, 상기 시트면의 연장 방향 L이란, 그 이름과 같이 전자파 흡수 열전도 시트(1)면이 연장되는 방향을 말하고, 후술하는 시트용 성형체로부터 전자파 흡수 열전도 시트를 잘라냈을 때의 절단면의 방향 또는 해당 절단면과 직교하는 방향을 말한다.
또한, 각 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 배향 방향 X에 대해서는, 완전 일치할 필요는 없고, 본 발명에서는 배향 방향 X가 ±10° 이내의 어긋남이면, 1 방향으로 배향되어 있다고 할 수 있다.
예를 들어, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 배향 방향 X가, 상기 시트면의 연장 방향 L에 대하여 60° 초과 내지 90°의 범위(각도 α: 60° 초과 내지 90°의 범위)로 하는 것은, 열전도성을 보다 크게 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다.
상기 섬유상의 열도전성 충전제(12)의 배향 방향 X가 상기 시트면의 연장 방향 L에 대하여 60° 초과 내지 90°의 범위인 경우, 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 5W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 30％ 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상으로 된다. 또한, 상기 전송 흡수율에 대해서는, φ20mm의 원반상으로 잘라낸, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트를 사용하여, 마이크로스트립 라인법에 의해 측정한 값이다.
또한, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 배향 방향 X가, 상기 시트면의 연장 방향 L에 대하여 30° 초과 내지 60°의 범위(각도 α: 30° 초과 내지 60°의 범위)로 하는 것은, 열전도성 및 전자파 흡수성을 높은 밸런스로 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다.
상기 섬유상의 열도전성 충전제(12)의 배향 방향 X가 상기 시트면의 연장 방향 L에 대하여 30° 초과 내지 60°의 범위인 경우, 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 2.7W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 39％ 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상으로 된다. 또한, 상기 전송 흡수율에 대해서는, φ20mm의 원반상으로 잘라낸, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트를 사용하여, 마이크로스트립 라인법에 의해 측정한 값이다.
예를 들어, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 배향 방향 X가, 상기 시트면의 연장 방향 L에 대하여 0° 내지 30°의 범위(각도 α: 0° 내지 30°의 범위)로 하는 것은, 전자파 흡수성을 보다 크게 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다.
상기 섬유상의 열도전성 충전제(12)의 배향 방향 X가 상기 시트면의 연장 방향 L에 대하여 0° 내지 30°의 범위인 경우, 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 1.5W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 68％ 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상으로 된다. 이 예에서는, 상기 섬유상의 열도전성 충전제(12)의 배향 방향 X가 작으므로 두께 방향으로의 열전도율은 낮아지지만, 면 내 방향에서의 열전도율은 높으므로 히트 스프레더로서 기능한다. 또한, 상기 전송 흡수율에 대해서는, φ20mm의 원반상으로 잘라낸, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트를 사용하여, 마이크로스트립 라인법에 의해 측정한 값이다.
또한, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 배향 방향 X를 바꾸는 방법에 대해서는, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법의 설명 중에서 상세하게 설명하지만, 전자파 흡수 열전도 시트의 바탕이 되는 시트용 성형체에 있어서, 열전도성 충전제(12)를 배향시킨 상태에서, 잘라내기 각도를 조정함으로써, 상기 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 배향 방향 X를 조정할 수 있다.
(무기물 필러)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트는 무기물 필러를 더 포함하는 것이 바람직하다. 전자파 흡수 열전도 시트의 열전도성을 보다 높이고, 시트의 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다.
상기 무기물 필러로서는, 형상, 재질, 평균 입경 등에 대해서는 특별히 제한이 되지 않고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 상기 형상으로서는, 예를 들어 구상, 타원 구상, 괴상, 입상, 편평상, 침상 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 구상, 타원 형상이 충전성의 점에서 바람직하고, 구상이 특히 바람직하다.
상기 무기물 필러의 재료로서는, 예를 들어 질화알루미늄(질화알루미늄: AlN), 실리카, 알루미나(산화알루미늄), 질화붕소, 티타니아, 유리, 산화아연, 탄화규소, 규소(실리콘), 산화규소, 산화알루미늄, 금속 입자 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서도 알루미나, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화아연, 실리카가 바람직하고, 열전도율의 관점에서, 알루미나, 질화알루미늄이 특히 바람직하다.
또한, 상기 무기물 필러는 표면 처리가 실시된 것을 사용할 수 있다. 상기 표면 처리로서 커플링제로 상기 무기물 필러를 처리하면, 상기 무기물 필러의 분산성이 향상되고, 열전도 시트의 유연성이 향상된다.
상기 무기물 필러의 평균 입경에 대해서는, 무기물의 종류 등에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
상기 무기물 필러가 알루미나인 경우, 그 평균 입경은 1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하고, 1㎛ 내지 5㎛인 것이 보다 바람직하고, 4㎛ 내지 5㎛인 것이 특히 바람직하다. 상기 평균 입경이 1㎛ 미만이면 점도가 커지고, 혼합하기 어려워질 우려가 있다. 한편, 상기 평균 입경이 10㎛을 초과하면, 상기 열전도 시트의 열저항이 커질 우려가 있다.
또한, 상기 무기물 필러가 질화알루미늄인 경우, 그 평균 입경은 0.3㎛ 내지 6.0㎛인 것이 바람직하고, 0.3㎛ 내지 2.0㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.5㎛ 내지 1.5㎛인 것이 특히 바람직하다. 상기 평균 입경이 0.3㎛ 미만이면, 점도가 커지고, 혼합하기 어려워질 우려가 있으며, 6.0㎛를 초과하면, 상기 열전도 시트의 열저항이 커질 우려가 있다.
또한, 상기 무기물 필러의 평균 입경은, 예를 들어 입도 분포계, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 측정할 수 있다.
(자성 금속분)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트에 포함되는 자성 금속분은, 시트의 전자파 흡수성을 향상시키기 위한 성분이다.
자성 금속분의 종류에 대해서는, 전자파 흡수성 갖는 것 이외에는 특별히 한정되지 않고, 공지된 자성 금속분을 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 비정질 금속분이나 결정질의 금속 분말을 사용할 수 있다. 비정질 금속분으로서는, 예를 들어 Fe-Si-B-Cr계, Fe-Si-B계, Co-Si-B계, Co-Zr계, Co-Nb계, Co-Ta계의 것 등을 들 수 있고, 결정질의 금속분으로서는, 예를 들어 순철, Fe계, Co계, Ni계, Fe-Ni계, Fe-Co계, Fe-Al계, Fe-Si계, Fe-Si-Al계, Fe-Ni-Si-Al계의 것 등을 들 수 있다. 또한, 상기 결정질의 금속분으로서는, 결정질의 금속분에 N(질소), C(탄소), O(산소), B(붕소) 등을 미량 가하여 미세화시킨 미결정질 금속분을 사용해도 된다.
또한, 상기 자성 금속분에 대해서는, 재료가 상이한 것이나, 평균 입경이 상이한 것을 2종 이상 혼합한 것을 사용해도 된다.
또한, 자성 금속분에 대해서는, 구상, 편평상 등을 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 충전성을 높게 하는 경우에는, 입경이 수㎛ 내지 수십㎛이며, 구상인 자성 금속분을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 자성 금속 분말은, 예를 들어 아토마이즈법이나, 금속 카르보닐을 열분해하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 아토마이즈법은 구상의 분말을 만들기 쉬운 이점을 가지고, 용융 금속을 노즐로부터 유출시켜, 유출시킨 용융 금속에 공기, 물, 불활성 가스 등의 제트류를 분사하여 액적으로서 응고시켜 분말을 만드는 방법이다. 아토마이즈법에 의해 비정질 자성 금속 분말을 제조할 때에는, 용융 금속이 결정화되지 않도록 하기 위해서, 냉각 속도를 106(K/s) 정도로 하는 것이 바람직하다.
상술한 아토마이즈법에 의해, 비정질 합금분을 제조한 경우에는, 비정질 합금분의 표면을 매끄러운 상태로 할 수 있다. 이렇게 표면 요철이 적고, 비표면적이 작은 비정질 합금분을 자성 금속분으로서 사용하면, 바인더 수지에 대하여 충전성을 높일 수 있다. 또한, 커플링 처리를 행함으로써 충전성을 보다 향상시킬 수 있다.
(기타 성분)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트는 상술한 고분자 매트릭스 성분, 섬유상의 열전도성 충전제, 무기물 필러 및 자성 금속분에 더하여, 목적에 따라서 그 밖의 성분을 적절히 포함할 수도 있다.
기타 성분으로서는, 예를 들어 틱소트로피성 부여제, 분산제, 경화 촉진제, 지연제, 미점착 부여제, 가소제, 난연제, 산화 방지제, 안정제, 착색제 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 두께에 대해서는, 특별히 한정은 되지 않고, 시트를 사용하는 장소 등에 의해 적절히 변경할 수 있고, 예를 들어 시트의 밀착성이나 강도를 고려하면, 0.2mm 내지 5mm의 범위로 할 수 있다.
<전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법>
이어서, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법은, 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하는 시트용 조성물을 조제하는 공정(시트용 조성물 조제 공정)과,
상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 공정(충전제 배향 공정)과,
상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향을 유지한 상태에서, 상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시켜, 시트용 성형체를 제작하는 공정(시트용 성형체 제작 공정)과,
상기 배향된 섬유상의 열전도성 충전제의 장축 방향에 대하여 0° 내지 90°의 각도가 되도록, 상기 시트용 성형체를 절단하고, 전자파 흡수 열전도 시트를 제작하는 공정(전자파 흡수 열전도 시트 제작 공정)
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 공정을 거침으로써, 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트를 얻을 수 있다. 얻어진 전자파 흡수 열전도 시트에 대해서는, 상술한 바와 같이 열전도성 및 전자파 흡수성이 우수하다.
(시트용 조성물 조제 공정)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법은, 시트용 조성물 조제 공정을 포함한다.
이 시트용 조성물 조제 공정에서는, 상술한 고분자 매트릭스 성분, 섬유상의 열전도성 충전제 및 자성 금속분, 추가로 무기물 필러 및/또는 기타 성분을 배합하고, 시트용 조성물을 조제한다. 또한, 각 성분을 배합, 조제하는 수순에 대해서는 특별히 한정은 되지 않고, 예를 들어 상기 고분자 매트릭스 성분에, 고분자 매트릭스 성분, 섬유상의 열전도성 충전제, 무기물 필러, 자성 금속분, 기타 성분을 첨가하여 혼합함으로써, 시트용 조성물의 조제가 행해진다.
(충전제 배향 공정)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법은 시트용 조성물 조제 공정을 포함한다.
상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 방법에 대해서는, 1 방향으로 배향시킬 수 있는 수단이면 특별히 제한은 되지 않다.
상기 섬유상의 열전도성 충전제를 1 방향으로 배향시키기 위한 방법으로서, 중공상의 형 내에 상기 시트용 조성물을 고전단력 하에서 압출하는 것 또는 압입함으로써 행해지는 것을 들 수 있다. 이 방법에 의해, 비교적 용이하게 상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시킬 수 있고, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향은 동일(±10° 이내)해진다.
상술한 중공상의 형 내에 상기 시트용 조성물을 고전단력 하에서 압출하는 것 또는 압입하는 방법으로서, 구체적으로는 압출 성형법 또는 금형 성형법을 들 수 있다.
상기 압출 성형법에 있어서, 상기 시트용 조성물을 다이로부터 압출할 때, 또는 상기 금형 성형법에 있어서 상기 열전도성 수지 조성물을 금형에 압입할 때, 상기 바인더 수지가 유동하고, 그 유동 방향을 따라서 탄소 섬유가 배향된다. 이 때, 다이의 선단에 슬릿을 설치하면 탄소 섬유가 보다 배향되기 쉬워진다.
성형체(블록상의 성형체)의 크기 및 형상은 요구되는 전자파 흡수 열전도 시트의 크기에 따라서 정할 수 있다. 예를 들어, 단면의 세로의 크기가 0.5cm 내지 15cm이며, 가로의 크기가 0.5cm 내지 15cm의 직육면체를 들 수 있다. 직육면체의 길이는 필요에 따라서 결정하면 된다.
(시트용 성형체 제작 공정)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법은 시트용 성형체 제작 공정을 포함한다.
여기서, 상기 시트용 성형체란, 소정의 크기로 절단하여 얻어지는 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 바탕이 되는 시트(성형체)를 말한다. 상기 시트용 성형체의 제작은, 상술한 충전제 배향 공정에서 행해진 섬유상의 열전도성 충전제의 배향 상태를 유지한 채, 상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시킴으로써 행해진다.
상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시키는 방법이나 조건에 대해서는, 고분자 매트릭스 성분의 종류에 따라서 바꿀 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 매트릭스 성분이 열경화 수지인 경우, 열경화에 있어서의 경화 온도를 조정할 수 있다. 또한, 해당 열경화성 수지가 액상 실리콘 겔의 주제와 경화제를 함유하는 것인 경우, 80℃ 내지 120℃의 경화 온도에서 경화를 행하는 것이 바람직하다. 또한, 열경화에 있어서의 경화 시간으로서는, 특별히 제한은 없지만, 1시간 내지 10시간으로 할 수 있다.
(전자파 흡수 열전도 시트 제작 공정)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법은, 전자파 흡수 열전도 시트 제작 공정을 포함한다.
상기 전자파 흡수 열전도 시트 제작 공정에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 배향된 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 장축 방향 J에 대하여 0° 내지 90°의 각도 β가 되도록, 상기 시트용 성형체를 절단한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 시트용 성형체 제작 공정에서 얻어진 시트용 성형체(10)는, 섬유상의 열전도성 충전제(12)의 장축이 일정한 방향 J로 배향된 상태로 되어 있다(도 2에서는 보기 쉽게 하기 위해 금속 자성분(13)을 생략한 상태를 나타내고 있음). 상기 탄소 섬유(12)의 장축 방향 J에 대하여 일정한 절단 각도 β로 시트상으로 절단함으로써, 도 1에 도시되는 전자파 흡수 열전도 시트(1)를 얻을 수 있다. 도 2에 있어서의, 시트용 성형체(10)의 절단면이 도 1에서의 시트면이 된다.
또한, 상기 탄소 섬유(12)의 장축 방향 J에 대한 절단 각도 β에 대해서는, 얻어진 전자파 흡수 열전도 시트(1)에 있어서의 탄소 섬유(12)의 배향 방향 X(시트면의 연장 방향에 대한 각도 α)에 따라서 적절히 조정할 수 있다.
예를 들어, 상기 전자파 흡수 열전도 시트(1)에 있어서의 탄소 섬유(12)의 배향 방향 X가, 시트면의 연장 방향에 대하여 30°(α=30°)인 경우에는, 상기 탄소 섬유(12)의 장축 방향 J에 대한 절단 각도 β도 30°로 하면 된다.
또한, 상기 시트용 성형체의 절단에 대해서는, 슬라이스 장치를 사용하여 행해진다.
슬라이스 장치에 대해서는, 상기 시트용 성형체를 절단할 수 있는 수단이면 특별히 한정은 되지 않고, 공지된 슬라이스 장치를 적절히 사용할 수 있다. 예를 들어, 초음파 커터, 대패 등을 사용할 수 있다.
(프레스 공정)
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법은, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의 표면을 평활화하고, 밀착성을 증가시키며, 경하중 시의 계면 접촉 저항을 경감시키기 위해, 상기 전자파 흡수 열전도 시트를 프레스하는 공정(프레스 공정)을 포함할 수 있다.
상기 프레스에 대해서는, 예를 들어 평반과 표면이 평탄한 프레스 헤드를 포함하는 한 쌍의 프레스 장치를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 핀치 롤을 사용하여 프레스를 행해도 된다.
상기 프레스 시의 압력으로서는, 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 너무 낮으면 프레스를 행하지 않는 경우와 열저항이 변함없는 경향이 있고, 너무 높으면 시트가 연신되는 경향이 있기 때문에, 0.1MPa 내지 100MPa의 압력 범위로 하는 것이 바람직하고, 0.5MPa 내지 95MPa의 압력 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.
<반도체 장치>
이어서, 본 발명의 반도체 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 반도체 장치는 열원과, 방열 부재와, 해당 열원과 해당 방열 부재 사이에 협지된 전자파 흡수 열전도 시트를 구비하는 반도체 장치이며, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가 상술한 본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전자파 흡수 열전도 시트를 사용함으로써, 얻어진 반도체 장치는 높은 방열성을 가지면서 전자파 억제 효과도 우수하다.
여기서, 상기 열원으로서는, 반도체 장치에 있어서 열을 발하는 것이면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 전자 부품 등을 들 수 있고, 해당 전자 부품으로서는, CPU, MPU, 그래픽 연산 소자, 이미지 센서 등을 들 수 있다.
또한, 상기 방열 부재로서는, 상기 열원으로부터 발생하는 열을 전도하여 외부로 방산시키는 것이다. 예를 들어, 방열기, 냉각기, 히트 싱크, 히트 스프레더, 다이 패드, 프린트 기판, 냉각팬, 펠티에 소자, 히트 파이프, 금속 커버, 하우징 등을 들 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 일례에 대해서, 도 3의 (a) 및 (b)을 사용하여 설명한다.
도 3의 (a)는 본 발명의 반도체 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다. 반도체 장치는 전자파 흡수 열전도 시트(1)와, 히트 스프레더(2)와, 전자 부품(3)과, 히트 싱크(5)와, 배선 기판(6)을 구비한다.
전자파 흡수 열전도 시트(1)는, 전자 부품(3)에서 발생하는 불필요한 전자파나 다른 부품으로부터 방사된 전자파를 흡수함과 함께, 전자 부품(3)이 발하는 열을 방열하는 것이며, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 히트 스프레더(2)의 전자 부품(3)과 대치하는 주면(2a)에 고정되고, 전자 부품(3)과 히트 스프레더(2) 사이에 협지되는 것이다. 또한, 전자파 흡수 열전도 시트(1)는 히트 스프레더(2)와 히트 싱크(5) 사이에 협지된다.
히트 스프레더(2)는, 예를 들어 사각형 판상으로 형성되고, 전자 부품(3)과 대치하는 주면(2a)과, 주면(2a)의 외주를 따라서 세워 설치된 측벽(2b)을 갖는다. 히트 스프레더(2)는, 측벽(2b)에 둘러싸인 주면(2a)에 전자파 흡수 열전도 시트(1)가 설치되고, 또한 주면(2a)과 반대측의 다른 면(2c)에 전자파 흡수 열전도 시트(1)를 통해 히트 싱크(5)가 설치된다. 히트 스프레더(2)는, 높은 열전도율을 가질수록 열저항이 감소하고, 효율적으로 반도체 소자 등의 전자 부품(3)의 열을 흡열하는 점에서, 예를 들어 열전도성이 높은 구리나 알루미늄을 사용하여 형성할 수 있다.
전자 부품(3)은, 예를 들어 BGA 등의 반도체 패키지이며, 배선 기판(6)에 실장된다. 또한, 히트 스프레더(2)도, 측벽(2b)의 선단면이 배선 기판(6)에 실장되고, 이에 의해 측벽(2b)에 의해 소정의 거리를 이격하여 전자 부품(3)을 둘러싸고 있다.
그리고, 히트 스프레더(2)의 주면(2a)에, 전자파 흡수 열전도 시트(1)가 접착됨으로써, 전자 부품(3)이 발하는 열을 흡수하고, 히트 싱크(5)로부터 방열한다. 히트 스프레더(2)와 전자파 흡수 열전도 시트(1)의 접착은, 전자파 흡수 열전도 시트(1) 자체의 점착력에 의해 행할 수 있다.
도 3의 (b)는 본 발명의 반도체 장치의 다른 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
반도체 장치는 전자파 흡수 열전도 시트(1)와, 히트 스프레더(2)와, 전자 부품(3)과, 히트 싱크(5)와, 배선 기판(6)을 구비한다.
전자파 흡수 열전도 시트(1)는, 전자 부품(3)에서 발생하는 불필요한 전자파나 다른 부품으로부터 방사된 전자파를 흡수함과 함께, 전자 부품(3)이 발하는 열을 방열하는 것이며, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 전자 부품(3)의 상면(3a)에 고정되고, 전자 부품(3)과 히트 스프레더(2) 사이에 협지된다.
실시예
이어서, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 전혀 아니다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘에, 평균 입경 5㎛의 Fe-Si-B-Cr 비정질 자성 입자와 평균 섬유 길이 200㎛의 피치계 탄소 섬유(「열전도성 섬유」 닛본 그래파이트 파이버 가부시키가이샤 제조)를 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:비정질 자성 입자:피치계 탄소 섬유=35vol％:53vol％:12vol％가 되도록 분산시켜, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 조제하였다.
2액성의 부가 반응형 액상 실리콘은 실리콘 A액(주제), 실리콘 B액(경화제)을 19:16의 비율로 혼합한 것이다. 얻어진 실리콘 조성물을, 내벽에 박리 처리한 PET 필름을 붙인 직육면체 형상의 금형 30mm×30mm 중에 압출하여 실리콘 성형체를 성형하였다. 얻어진 실리콘 성형체를 오븐에서 100℃에서 6시간 경화하여 실리콘 경화물(시트용 성형체)로 하였다.
이어서, 얻어진 실리콘 경화물을, 배향된 탄소 섬유의 장축에 대하여 수직, 즉, 절단 각도 β: 90°(배향 각도 α: 90°)로 초음파 커터로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 초음파 커터의 슬라이스 속도는 매초 50mm로 하였다. 또한, 초음파 커터에 부여하는 초음파 진동은, 발진 주파수를 20.5kHz로 하고, 진폭을 60㎛로 하였다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 β: 75°(배향 각도 α: 75°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합 및 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 β: 60°(배향 각도 α: 60°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합 및 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 β: 45°(배향 각도 α: 45°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합 및 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 5)
실시예 5에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 β: 30°(배향 각도 α: 30°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합 및 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 6)
실시예 6에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 β: 15°(배향 각도 α: 15°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합 및 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 6)
실시예 6에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 β: 0°(배향 각도 α: 0°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합 및 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(비교예 1)
비교예 1에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 90°(배향 각도 α: 90°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 이 예에서는 금속 자성분 대신에 3 내지 5㎛의 실리카 분말을 사용하고 있으며, 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:실리카 분말:피치계 탄소 섬유=35vol％:53vol％:12vol％가 되도록 분산시켜, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 조제하였다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(비교예 2)
비교예 2에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 45°(배향 각도 α: 45°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 이 예에서는 금속 자성분 대신에 3 내지 5㎛의 실리카 분말을 사용하고 있으며, 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:실리카 분말:피치계 탄소 섬유=35vol％:53vol％:12vol％가 되도록 분산시켜, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 조제하였다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(비교예 3)
비교예 3에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 0°(배향 각도 α: 0°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 이 예에서는 금속 자성분 대신에 3 내지 5㎛의 실리카 분말을 사용하고 있으며, 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:실리카 분말:피치계 탄소 섬유=35vol％:53vol％:12vol％가 되도록 분산시켜, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 조제하였다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(비교예 4)
비교예 4에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 0°(배향 각도 α: 0°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 이 예에서는 탄소 섬유를 포함하지 않고, 실리콘과 금속 자성분만으로 구성되며, 배합은 체적비로 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:금속 자성분=47vol％:53vol％가 되도록 분산시켜, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 조제하였다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(비교예 5)
비교예 5에서는, 금형 중에 압출하여 실리콘 성형체의 성형을 행하지 않았다. 그 때문에, 얻어진 전자파 흡수 열전도 시트 중의 탄소 섬유는 1 방향으로 배향되어 있지 않다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(비교예 6)
비교예 6에서는, 금형 중에 압출하여 실리콘 성형체의 성형을 행하지 않았다. 그 때문에, 얻어진 전자파 흡수 열전도 시트 중의 탄소 섬유는 1 방향으로 배향되어 있지 않다. 또한, 이 예에서는 금속 자성분 대신에 3 내지 5㎛의 실리카 분말을 사용하고 있으며, 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:실리카 분말:피치계 탄소 섬유=35vol％:53vol％:12vol％가 되도록 분산시켜, 실리콘 조성물(시트용 조성물)을 조제하였다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 8 내지 11)
실시예 8 내지 11에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 90°(배향 각도 α: 90°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:비정질 자성 입자:피치계 탄소 섬유가 표 2에 도시한 바와 같은 비율이 된다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 12 내지 15)
실시예 12 내지 15에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 45°(배향 각도 α: 45°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:비정질 자성 입자:피치계 탄소 섬유가 표 2에 도시한 바와 같은 비율이 된다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(실시예 16 내지 19)
실시예 16 내지 19에서는, 상기 실리콘 경화물을 절단 각도 0°(배향 각도 α: 0°)로 절단하여, 두께 1mm의 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플을 얻었다. 배합은 체적비로, 2액성의 부가 반응형 액상 실리콘:비정질 자성 입자:피치계 탄소 섬유가 표 2에 도시한 바와 같은 비율이 된다. 다른 공정은 실시예 1과 동일한 조건으로 하고 있다.
(평가)
얻어진 전자파 흡수 열전도 시트의 각 샘플에 대해서 이하의 평가를 행하였다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
(1) 열전도율
각 샘플을 φ20mm의 원반상으로 잘라내어 열저항을 측정하였다. 각 전자파 흡수 열전도 시트의 열저항은, ASTM D5470에 준거하여 열전도율 측정 장치(소니 가부시키가이샤 제조)를 사용하여, 하중 1.5kgf/cm2를 가하여 측정. 이 값으로부터 열전도율을 산출하였다. 결과를 표 1, 표 2에 나타냈다.
(2) 전송 흡수율
IEC62333-2에 기재되어 있는 마이크로스트립 라인법을 사용하였다. 측정계(100)는 도 7에 나타낸 것을 사용하고, 네트워크 애널라이저(110)에 의해 반사 신호(S11)와 투과 신호(S21)를 측정하고 있다. 마이크로스트립 라인(112)은 100×100×1.6mm의 유전체 기판(이면 구리)의 표면에 폭 4mm로 형성된 것이며 특성 임피던스 50Ω으로 조정되어 있다. 각 샘플(111)을 φ20mm의 원반상으로 잘라내어, 마이크로스트립 라인 중앙부에 붙이고, S11, S21을 측정하여 흡수율을 산출하였다.
이 때, 전자파 흡수 열전도 시트를 설치하지 않은 경우의 손실을 차감하고, 전자파 흡수 열전도 시트의 효과만의 값으로서 산출하였다. 1, 3, 6GHz에서의 값을 추출하고, 표 1 및 표 2에 나타냈다.
또한, 실시예 1, 비교예 4 및 비교예 1에 대해서, 주파수에 따른 전송 흡수율(％)을 나타낸 것을 도 4에 나타내고, 실시예 4, 비교예 4 및 비교예 2에 대해서, 주파수에 따른 전송 흡수율(％)을 나타낸 것을 도 5에 나타내고, 실시예 7, 비교예 4 및 비교예 3에 대해서, 주파수에 따른 전송 흡수율(％)을 나타낸 것을 도 6에 나타냈다.
Figure 112018090567549-pct00001
Figure 112018090567549-pct00002
표 1의 결과로부터, 실시예 1, 2에서는, 열전도율이 6W/(mㆍK) 이상으로 높고, 전송 흡수율도 특히 3GHz대에서 35％ 이상, 6GHz대에서는 76％ 이상으로 되며, 특히 고주파 영역에서 우수한 특성을 나타내고 있다. 실시예 3, 4에서는, 열전도율이 3.8W/(mㆍK) 이상으로 비교적 높고, 전송 흡수율도 3GHz대에서 약 40％ 이상, 6GHz대에서는 75％ 이상으로 되며, 조금 낮은 주파수 영역의 특성이 향상되었다. 실시예 5 내지 7에서는, 열전도율이 2.7 내지 1.5W/(mㆍK)로 조금 낮아지기는 하지만, 전송 흡수율이 1GHz대에서도 5약(弱) 이상, 3GHz대보다 고주파 영역에서는, 70％약 이상으로 특히 우수한 특성을 나타내는 것을 알았다.
이와 같이, 실시예 1 내지 7에서는 우수한 열전도율 및 전송 흡수율이 얻어지고, 또한 탄소 섬유의 배향각에 의해, 열전도율과 전송 흡수율의 적절한 밸런스 설정이 가능해지는 것을 알았다.
한편, 비교예를 보면, 자성체를 포함하지 않고 탄소 섬유와 실리카만으로 구성된 비교예 1 및 2에서는, 전송 흡수율이 현저하게 작고, 비교예 3에서는, 열전도율 및 전송 흡수율이 모두 작아져 있음을 알았다. 자성체만으로 구성된 비교예 4에서는, 열전도율이 현저하게 작아져 있음을 알았다. 또한, 탄소 섬유의 배향 처리를 하지 않은 비교예 5, 6에서는, 탄소 섬유 또는 열전도 필러의 배향이 없는 것 이외에는 동일한 조건인 실시예 1 및 비교예 1과 비교하면, 열전도성이 열악한 것을 알았다.
또한, 표 2에서는, 탄소 섬유 배향각 90°, 45°, 0°에 있어서의 탄소 섬유와 자성체의 함유 비율을 바꾼 경우의, 열전도율 및 전송 흡수율의 특성값을 나타내고 있지만, 탄소 섬유의 배향각과 함께, 탄소 섬유와 자성체의 함유 비율을 조정함으로써, 다양한 열전도율 및 전송 흡수율의 특성값 설정이 가능함을 알았다.
또한, 도 4 내지 6에서는, 전송 흡수율의 주파수 특성을 비교하였지만, 탄소 섬유의 어느 배향각 α에 있어서도, 탄소 섬유로 구성된 비교예 및 자성체로 구성된 비교예에 비해, 탄소 섬유 및 자성체의 양쪽을 혼재시킨 실시예에서는, 상승 효과에 의해 보다 우수한 전송 흡수율을 나타내는 것을 알았다.
본 발명에 따르면, 우수한 열전도성 및 전자파 흡수성을 갖는 전자파 흡수 열전도 시트 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 전자파 흡수 열전도 시트를 사용하여, 방열성 및 전자파 억제가 우수한 반도체 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
1 전자파 흡수 열전도 시트
2 히트 스프레더
2a 주면
2b 측벽
2c 다른 면
3 전자 부품
3a 상면
5 히트 싱크
6 배선 기판
10 전자파 흡수 열전도 시트
11 고분자 매트릭스 성분
12 탄소 섬유
13 자성 금속분
100 측정계
110 네트워크 애널라이저
111 전자파 흡수 열전도 시트의 샘플
112 마이크로스트립 라인

Claims (17)

  1. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 60° 초과 내지 90°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 5W/(mㆍK) 이상, 1GHz에서의 전송 흡수율이 3.6％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  2. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 30° 초과 내지 60°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 2.7W/(mㆍK) 이상, 1GHz에서의 전송 흡수율이 3.8％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  3. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 0° 내지 30°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 1.5W/(mㆍK) 이상, 1GHz에서의 전송 흡수율이 4.8％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  4. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 60° 초과 내지 90°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 5W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 30％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  5. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 30° 초과 내지 60°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 2.7W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 39％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  6. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 0° 내지 30°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 1.5W/(mㆍK) 이상, 3GHz에서의 전송 흡수율이 68％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  7. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 60° 초과 내지 90°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 5W/(mㆍK) 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  8. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 30° 초과 내지 60°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 2.7W/(mㆍK) 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  9. 고분자 매트릭스 성분과, 자성 금속분과, 섬유상의 열전도성 충전제를 포함하는 전자파 흡수 열전도 시트로서,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제가, 시트면의 연장 방향에 대하여 0° 내지 30°의 범위로 배향하고, 상기 전자파 흡수 열전도 시트의, 두께 방향의 열전도율이 1.5W/(mㆍK) 이상, 6GHz에서의 전송 흡수율이 70％ 이상인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 함유량이 4 내지 40체적％, 상기 자성 금속분의 함유량이 35 내지 75체적％인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제의 함유량이 5 내지 30체적％, 상기 자성 금속분의 함유량이 40 내지 65체적％인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유상의 열전도성 충전제가 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자파 흡수 열전도 시트가 무기물 필러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자파 흡수 열전도 시트.
  14. 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하는 시트용 조성물을 조제하는 공정과,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 공정과,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향을 유지한 상태에서, 상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시켜, 시트용 성형체를 제작하는 공정과,
    상기 배향된 섬유상의 열전도성 충전제의 장축 방향에 대하여 60° 초과 내지 90°의 각도가 되도록, 상기 시트용 성형체를 절단하고, 전자파 흡수 열전도 시트를 제작하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제1항, 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법.
  15. 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하는 시트용 조성물을 조제하는 공정과,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 공정과,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향을 유지한 상태에서, 상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시켜, 시트용 성형체를 제작하는 공정과,
    상기 배향된 섬유상의 열전도성 충전제의 장축 방향에 대하여 30° 초과 내지 60°의 각도가 되도록, 상기 시트용 성형체를 절단하고, 전자파 흡수 열전도 시트를 제작하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제2항, 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법.
  16. 고분자 매트릭스 성분과, 섬유상의 열전도성 충전제와, 자성 금속분을 포함하는 시트용 조성물을 조제하는 공정과,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제를 배향시키는 공정과,
    상기 섬유상의 열전도성 충전제의 배향을 유지한 상태에서, 상기 고분자 매트릭스 성분을 경화시켜, 시트용 성형체를 제작하는 공정과,
    상기 배향된 섬유상의 열전도성 충전제의 장축 방향에 대하여 0° 내지 30°의 각도가 되도록, 상기 시트용 성형체를 절단하고, 전자파 흡수 열전도 시트를 제작하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제3항, 제6항 및 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트의 제조 방법.
  17. 열원과, 방열 부재와, 해당 열원과 해당 방열 부재 사이에 협지된 전자파 흡수 열전도 시트를 구비하는 반도체 장치로서,
    상기 전자파 흡수 열전도 시트가, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전자파 흡수 열전도 시트인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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