KR20030047839A - 열전도성 실리콘 조성물, 그의 경화물 및 부설 방법 및이를 이용한 반도체 장치의 방열 구조체 - Google Patents

열전도성 실리콘 조성물, 그의 경화물 및 부설 방법 및이를 이용한 반도체 장치의 방열 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방열 성능이 우수한 열전도성 실리콘 조성물 및 경화물, 상기 조성물을 IC 패키지와 방열체 등 사이에 부설하는 방법, 및 방열성이 우수한 반도체 장치의 방열 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명은 성분 (A): 1 분자 중에 2 개 이상의 알케닐기를 가지고, 25 ℃의 점도가 10 내지 100,000 mm2/s인 오르가노폴리실록산 100 중량부,
성분 (B): 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 오르가노하이드로젠폴리실록산, {규소 원자에 직접 결합된 수소 원자의 총수}/{성분 (A)의 알케닐기의 총수}가 0.5 내지 5.0가 되는 양,
성분 (C): 용융 온도가 40 내지 250 ℃이고, 평균 입경이 0.1 내지 100 ㎛인 저융점 금속 분말, 및
성분 (D): 평균 입경이 0.1 내지 100 ㎛인 고열전도성 충전제가 성분 (C)와 성분 (D)의 총량이 800 내지 2,200 중량부인 동시에 (C)/((C)+(D))가 0.05 내지 0.9가 되는 양,
성분 (E): 백금 및 백금 화합물을 포함하는 군에서 선택되는 촉매, 백금 원자로서 성분 (A)에 대하여 0.1 내지 500 ppm이 되는 양, 및
성분 (F): 성분 (E)의 촉매 활성을 억제하는 제어제 0.001 내지 5 중량부를 포함하고, 25 ℃의 경화 전에 있어서의 점도가 1O 내지 1,OOOPaㆍs인 열전도성 실리콘 조성물, 그 부설 방법 및 그것을 사용한 반도체 장치의 방열 구조체, 및 상기 조성물을 2단 가열하여 이루어지는 경화물을 제공한다.

Description

열전도성 실리콘 조성물, 그의 경화물 및 부설 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 방열 구조체 {A Thermoconducting Silicone Composition, Its Curing Product and Installation Method, and a Heat Dissipating Structure of Semiconductor Device Using the same}
본 발명은 열전도성 실리콘 조성물에 관한 것이며 특히 IC 패키지의 방열에 적합하고 경화 후의 열전도성이 우수한 열전도성 실리콘 조성물, 그의 부설 방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 방열 구조체에 관한 것이다.
프린트 배선 기판 상에 실장되는 전자 부품인 CPU 등의 IC 패키지는 사용시의 발열에 의한 온도 상승에 따라 성능이 저하되거나 파손되는 일이 있기 때문에, 종래, IC 패키지와 방열핀 등의 사이에 열전도성이 좋은 방열 시트나 방열 그리스가 사용되고 있다. 그러나 전자 부품 등의 고성능화에 따라 그 발열량이 해마다 증가하기 때문에 열전도성이 보다 우수한 물질의 개발이 요망되고 있다.
종래의 방열 시트는 손 쉽게 마운트할 수 있다는 장점이 있지만 그의 제조 과정의 가공성의 관점에서 충전제의 함유량에 제한이 있기 때문에 충분한 열전도성이 얻어지지 않는다는 결점이 있었다. 또한 방열 그리스는 CPU나 방열핀 등의 표면의 요철에 영향을 끼치지 않고 이들을 피착면에 추종, 밀착시킨다는 이점이 있는 한편 다른 부품을 오염시키거나 장시간 사용하면 오일이 유출하는 등의 문제가 있었다.
그래서 액상 실리콘 고무 조성물을 포팅제나 접착제로서 사용하는 방법이나 방열 그리스를 경화 개재시키는 방법이 제안되어 있다 (일본 특허 공개 (소) 61-157569, 일본 특허 공개 (평)8-208993). 그러나 방열 그리스의 부설시의 작업성을 중시하기 위해서 열전도성을 부여하도록 배합하는 열전도성 충전제의 배합량에는 한계가 있다는 문제가 있었다. 또한 열전도성을 향상시키는 수단으로서 상온으로 고체상의 저융점 금속 또는 합금을 실리콘 조성물 중에 용융 분산시킨 것이 제안되어 있다 (일본 특허 공개 (평)7-207160, 미국 특허 제5,445,308). 그러나 이들은 분쇄한 저융점 금속 또는 합금을 용융 배합하는 것이기 때문에 균일 분산성이 부족하여 열전도성 실리콘 조성물이 불균일하게 되는 데다가 열전도성 실리콘 조성물중에는 저융점 금속에서 유래하는 대입경의 가루가 포함되기 때문에 박막 도포할 수 없다는 등의 결점이 있었다.
본 발명자들은 상기 결점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 충전제로서 입경을 컨트롤한, 상온에서 고체의 저융점 금속 분말 및 열전도성 충전제를 병용한 열전도성 실리콘 조성물이 우수한 방열 성능을 제공하는 것, 특히 상기 저융점 금속의 융점 이하의 온도로 배합 혼련한 경우에는 균일성이 우수하고 고열전도율을 갖는 열전도성 실리콘 조성물이 되는 것, 또한 이 열전도성 실리콘 조성물의 열저항은 경화 후에 저융점 금속 분말의 융점 이상의 온도가 되도록 열을 일시적으로 가함에 따라 매우 낮아진다는 것을 발견하여 본 발명에 이르렀다.
따라서 본 발명의 제1의 목적은 반도체 장치의 방열 구조체에 사용한 경우의 방열 성능이 우수한 열전도성 실리콘 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 후가열에 의해 열전도성을 개선한 열전도성 실리콘 경화물을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3의 목적은 상기 열전도성 실리콘 조성물을 IC 패키지와 방열 핀 등의 사이에 부설하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 제4의 목적은 방열 성능이 우수한 반도체 장치의 방열 구조체를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 있어서의 반도체 장치의 방열 구조체의 종단면 개념도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1. 열전도성 실리콘 조성물
2. 센트럴ㆍ프로세싱ㆍ유닛 (CPU) 등의 IC 패키지
3. 프린트 배선 기판
4. 방열체
5. 클램프
본 발명의 상기 여러가지 목적은 하기 성분 (A) 내지 (F)를 포함하고, 25 ℃의 경화 전의 점도가 10 내지 1,OOO Paㆍs인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 조성물, 그의 사용 방법 및 그것을 사용한 반도체 장치의 방열 구조체에 의해 달성되었다.
성분 (A): 1 분자 중에 2 개 이상의 알케닐기를 갖는, 25 ℃의 점도가 10 내지 100,000 mm2/s인 오르가노폴리실록산 100 중량부,
성분 (B): 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 오르가노하이드로젠폴리실록산, {규소 원자에 직접 결합된 수소 원자의 총수}/{성분 (A)의 알케닐기의 총수}가 0.5 내지 5.0이 되는 양,
성분 (C): 용융 온도가 40 내지 250 ℃이고, 평균 입경이 0.1 내지 100 ㎛인 저융점 금속 분말, 및
성분 (D): 용융 온도가 250 ℃를 초과하고 평균 입경이 0.1 내지 100 ㎛인 고열전도성 충전제가 (C)와 (D)의 총량이 800 내지 2,200 중량부인 동시에 (C)/((C)+(D))=0.05 내지 0.9가 되는 양,
성분 (E): 백금 및 백금 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 촉매, 백금 원자로서 성분　(A)에 대하여 0.1 내지 500 ppm이 되는 양, 및
성분　(F): 성분　(E)의 촉매　활성을 억제하는 제어제 O.001 내지 5 중량부.
또한 본 발명에 있어서는 충전제와 실리콘 성분의 습윤성을 향상시키는 첨가제를 부가적으로 사용하는 것이　더욱 유효하다. 　이러한 첨가제로서는 화학식　1의 오르가노실란 [성분 (G)]이 특히 유효하다.
[화학식 1]
R1 aR2 bSi(OR3)4-a-b
상기 식 중, R1은 탄소수 6 내지 15의 알킬기, R2는 탄소수 1 내지 8의 1가탄화수소기, R3은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, a는 1 내지 3의 정수, b는 0 내지 2의 정수, a+b는 1 내지 3의 정수이다.
또한 본 발명에 있어서는, 사용하는 금속 필러 성분의 표면에 존재하는 산화막을 제거하고, 필러의 특성을 보다 향상시키기 위해서 플럭스 성분 (H)을 부가적으로 사용하는 것이 더욱 유효하다. 특히 본 실리콘 조성물은 부가 반응을 이용하기 위해서 유기산계 또는 수지계의 플럭스를 사용할 수 있다.
성분 (A) 내지 (H)를 배합 혼련함에 있어서 성분 (C)의 융점 이하에서 균일하게 분산시킨다.
<발명의 실시의 형태>
본 발명을 구성하는 성분 (A)의 오르가노폴리실록산은 규소 원자에 직접 결합된 알케닐기를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 것이면 직쇄상 또는 분지상일 수 있다. 이 오르가노폴리실록산은 1종 또는 2종 이상의 다른 점도의 것의 혼합물일 수 있다. 상기 알케닐기로서는 비닐기, 알릴기, 1-부테닐기, 1-헥세닐기 등을 예시할 수 있지만 합성의 용이함 및 비용의 면에서 비닐기인 것이 바람직하다. 규소 원자에 결합하는 다른 유기기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기, 도데실기 등의 알킬기, 페닐기 등의 아릴기, 2-페닐에틸기, 2-페닐프로필기 등의 아랄킬기, 또는 클로로메틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 치환 탄화수소기 등을 들 수 있다.
이들 중, 합성의 용이함 및 비용의 면에서 90 ％ 이상이 메틸기인 것이 바람직하다. 규소 원자에 결합하는 알케닐기는 오르가노폴리실록산의 분자쇄의 말단, 도중 중 어느 부분에 존재할 수도 있지만 유연성의 면에서 양말단에만 존재하는 것이 바람직하다. 25 ℃에서의 점도는 10 mm2/s보다 낮으면 조성물의 보존 안정성이 나빠지고, 100,000 mm2/s보다 커지면 얻어지는 조성물의 신전성(伸展性)이 나빠지기 때문에 10 내지 100,000 mm2/s의 범위일 필요가 있고, 특히 100 내지 50,000 mm2/s의 범위인 것이 바람직하다.
성분 B)의 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자를 갖는 오르가노하이드로젠폴리실록산은 가교에 의해 조성물을 메쉬형화하기 위해서 사용하기 때문에 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자를 1 분자 중에 2 개 이상 가질 필요가 있다. 규소 원자에 결합하는 다른 유기기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 헥실기, 도데실기 등의 알킬기, 페닐기 등의 아릴기, 2-페닐에틸기, 2-페닐프로필기 등의 아랄킬기 또한 클로로메틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기 등의 치환 탄화수소기를 예로서 들 수 있다. 이들 중에서 합성의 용이함 및 비용의 면에서 메틸기가 바람직하다. 이러한 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자를 갖는 오르가노하이드로젠폴리실록산은 직쇄상, 분지상 및 환상 중 어떤 것일 수도 있고, 또한 이들의 혼합물일 수 있다. 성분 (B)의 배합량은 성분 (A) 중의 알케닐기의 수에 대하여 성분 (B) 중의 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자의 수, 즉 {규소 원자에 직접 결합된 수소 원자의 총수}/{성분 (A)의 알케닐기의 총수}의 비가 0.5보다 작으면 충분한 메쉬형 구조를 취할 수 없기 때문에 경화 후에 필요한 경도를 얻을 수 없고, 5.0보다 크면 경화 후의 경시 변화가 커지기 때문에 상기 비가 0.5 내지 5.0의 범위인 것이 좋다. 바람직하게는 1.0 내지 3.0이다.
성분 (C)의 저융점 금속 분말은 본 발명에 열전도성을 부여하기 위한 성분이다. 이 저융점 금속 분말의 융점은 40 ℃ 이하에서는 취급이 어렵고, 250 ℃ 이상으로 가열하면 실장되는 프린트 기반 그 자체가 파괴되어 버리기 때문에 40 내지 250 ℃의 범위일 필요가 있지만 특히 100 내지 220 ℃인 것이 바람직하다. 저융점 금속 분말의 평균 입경은 O.1 ㎛보다 작으면 얻어지는 조성물의 점도가 지나치게 높아지기 때문에 신전성이 부족한 것이 되고, 1OO ㎛보다 크면 얻어지는 조성물이 불균일하게 되고 박막 도포를 할 수 없게 된다. 따라서 그 평균 입경은 0.1 내지 100 ㎛의 범위일 필요가 있고, 특히 20 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 또한 이 분말의 형상은 구상 또는 부정형상일 수 있다..
성분 (C)의 금속 분말은 인듐, 주석 등의 금속 단체일수도 있고 각종 금속의 합금일 수도 있다. 합금으로서는 비스무스, 납, 주석, 또는 안티몬으로 이루어지는 말롯트 합금, 셀로마트릭스 합금, 또는 주석, 납, 비스무스, 인듐, 카드뮴, 아연, 은, 안티몬으로 이루어지는 땜납, 목재 메탈, 셀로톨-합금, 또한 알루미늄, 아연, 주석, 납, 카드뮴 등으로 이루어지는 알루미 땜납 등이 있다 (화학 편람 기초편개정 4 판: 일본 화학회편 평성 5년 9월 30일 발행 PI-547).
성분 (D)의 충전제도 본 발명에 열전도성을 부여하기 위한 것이다. 이 열전도성 충전제의 평균 입경은 O.1 ㎛보다 작으면 얻어지는 조성물의 점도가 지나치게 높아지기 때문에 신정성이 부족한 것이 되고 1OO ㎛보다 크면 얻어지는 조성물이 불균일해지기 때문에 O.1 내지 1OO ㎛의 범위일 필요가 있지만 특히 1 내지 20 ㎛의 범위인 것이 바람직하다.
또한 (C)와 (D)의 총량이 800 내지 2,200 중량부인 동시에 (C)/((C)+(D))=0.05 내지 0.9가 되도록 성분 (C) 및 (D)를 배합한다. (C)와 (D)의 총량이 800 중량부보다 적으면 얻어지는 조성물의 열전도율이 나쁜 데다가, 보존 안정성이 부족한 것이 된다. 또한 2,200 중량부보다 많으면 신전성이 부족한 것으로 되기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명에 있어서는 특히 총량이 1,000 내지 1,700 중량부인 것이 바람직하다. 또한 (C)/((C)+(D))가 0.05보다 작으면 방열 특성이 나빠지고, 0.9보다 크면 보존 안정성이 나빠지기 때문에 전체 성분 (C)와 (D) 중에 차지하는 성분 (C)의 비율은 0.2 내지 0.8인 것이 바람직하다.
성분 (D)의 충전제는 열전도율이 양호하고 융점이 250 ℃를 초과하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 알루미늄 분말, 산화아연 분말, 알루미나 분말, 질화붕소 분말, 질화알루미늄 분말, 질화규소 분말, 구리 분말, 은 분말, 다이아몬드 분말, 니켈 분말, 아연 분말, 스테인레스 분말, 카본 분말 등을 들 수 있지만 이들에 한정되는 것이 아니다. 이들은 구상 또는 부정형상일 수 있고 단독으로 또는 2 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
성분 (E)의 백금 및 백금 화합물에서 선택되는 촉매는 성분 (A)의 알케닐기와 성분 (B)의 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자의 사이의 부가 반응의 촉진 성분이다. 이 성분 (E)로서는 예를 들면 백금의 단체, 염화 백금산, 백금-올레핀 착체, 백금-알코올 착체, 백금 배위 화합물 등을 들 수 있다. 성분 (E)의 배합량은 백금원자로서 성분 (A)의 중량에 대하여 0.1 ppm보다 적으면 촉매로서의 효과가 없고, 500 ppm을 초과하여도 특히 경화 속도의 향상은 기대할 수 없기 때문에 0.1 내지 500 ppm의 범위일 수 있다.
성분 (F)의 제어제는 실온에서의 히드로실릴화 반응의 진행을 억제하고, 저장 수명, 가용 시간을 연장시키는 것이다. 이 제어제는 공지된 반응 제어제 중에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 그 구체예로서는 예를 들면 아세틸렌 화합물, 각종 질소 화합물, 유기 인화합물, 옥심 화합물, 유기 클로로 화합물 등을 이용할 수 있지만 이들에 한정되는 것이 아니다. 성분 (F)의 배합량은 0.001 중량부보다 적으면 충분한 저장 수명, 가용 시간을 얻을 수 없고, 5 중량부보다 많으면 경화성이 저하되기 때문에 0.001 내지 5 중량부의 범위이면 좋다. 이들은 실리콘 수지에의 분산성을 좋고 하기 위해서 톨루엔, 크실렌, 이소프로필알코올 등의 유기 용제로 희석하여 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물에는 충전제와 실리콘 성분의 습윤성을 향상시키기 위해서 화학식 (1) R1 aR2 bSi(OR3)4-a-b로 표시되는 오르가노실란 [성분 (G)]을 필요에 따라서이용하는 것이 더욱 유효하다. 습윤성 향상제로서 이용되는 오르가노실란 [성분 (G)]의 상기 화학식 1에 있어서의 R1은 탄소수 6 내지 15의 알킬기이고, 그 구체적으로 예로서는 예를 들면 헥실기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 도데실기, 테트라데실기 등을 들 수 있다. 탄소수가 6보다 작으면 충전제와의 습윤성이 충분하지 않고 15보다 크면 오르가노실란이 상온으로 고화하기 때문에 취급이 불편한 데다가 얻어진 조성물의 저온 특성이 저하된다. 또한 a는 1, 2 또는 3이지만 특히 1인 것이 바람직하다. 또한 R2는 탄소수 1 내지 8의 포화 또는 불포화의 1가의 탄화수소기이고, 이와 같은 기로서는 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 헥실기, 옥틸기 등의 알킬기; 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기; 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기; 2-페닐에틸기, 2-메틸-2-페닐에틸기 등의 아랄킬기; 3,3,3-트리플루오로프로필기, 2-(나노플루오로부틸)에틸기, 2-(헵타데카플루오로옥틸)에틸기, p-클로로페닐기 등의 할로겐화 탄화수소기를 들 수 있다. 본 발명에 있어서는 특히 메틸기 또는 에틸기인 것이 바람직하다. R3은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등의 탄소수 1 내지 6의 1종 이상의 알킬기이고 특히 메틸기, 에틸기가 바람직하다.
상기 화학식으로 표시되는 오르가노실란 [성분 (G)]의 구체적인 예로서는 하기의 것을 들 수 있다.
C6H13Si(OCH3)3, C10H21Si(OCH3)3, C12H25Si(OCH3)3, C12H25Si(OC2H5)3,C10H21Si(CH3)(OCH3)2, C10H21Si(C6H5)(OCH3)2, C10H21Si(CH3)(OC2H5)2, C10H21Si(CH=CH2)(OCH3)2, C10H21Si(CH2CH2CF3)(OCH3)2.
이 오르가노실란 성분 (G)의 사용량은 (A) 성분 100 중량부에 대하여 0.01 중량부보다 적으면 충전제와 실리콘 성분의 습윤성이 부족한 것이 되고 10 중량부보다 많게 하여도 효과가 증대하는 일이 없이 비경제적이다. 따라서 0.01 내지 10 중량부의 범위이면 좋고, 바람직하게는 0.1 내지 7 중량부이다.
본 조성물에 있어서는, 사용하는 금속 필러 성분의 표면에 존재하는 산화막을 제거하고 필러의 특성을 보다 향상시키기 위해서 플럭스 성분 (H)을 부가적으로 이용하는 것이 더욱 유효하다. 플럭스 성분 (H)은 크게 나누어 무기계, 유기계, 수지계의 3개로 나누어진다. 무기계로서는 정인산, 염산, 브롬화수소산, 불산 등의 무기산계, 염화아연, 염화제일주석, 염화암모늄, 불화암모늄, 불화나트륨, 염화아연/염화암모늄=75/25 등의 무기산계 등이 있다. 유기계의 구체적인 예로서는 포름산, 아세트산, 올레산, 스테아린산, 아디프산, 락트산, 글루타민산 등의 유기산계, 포름산암모늄, 메틸아민락트산염 등의 유기산염계, 에틸렌디아민 등의 아민계, 메틸아민염산염, 부틸아민브롬화수소산염, 에틸렌디아민염산염, 트리에탄올아민염산염, 염산아닐린 등의 아민할로겐화수소산염계 등이 있다. 수지계로서는 로진, 활성 로진 등이 있다. 특히 본 발명의 실리콘 조성물은 부가 반응을 이용하기 때문에 유기산계 또는 수지계의 플럭스를 사용할 수 있다. 성분 (H)의 배합량은 성분 (A) 100 중량부에 대하여 0.05 중량부보다 적으면 효과가 적고, 20 중량부보다많아도 효과가 증대하는 일이 없기 때문에 0.05 내지 20 중량부의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 중량부이다.
본 발명의 실리콘 조성물은 성분 (A) 내지 (F) 및 필요에 따라서 또한 성분 (G) 및(또는) (H)를, 성분 (C)의 융점 이하의 온도로 배합 혼련함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 성분 (A) 내지 (H) 이외에, 필요에 따라 CPU 등의 IC 패키지와 히트 싱크 등의 방열체를 화학적으로 접착, 고정하기 위한 접착 조제 등을 넣을 수 있고, 열화를 방지하기 위한 산화 방지제 등을 또한 첨가할 수 있다. 본 발명의 열전도성 실리콘 조성물은 상기 성분 (A) 내지 (F) 및 필요에 따라 또한 성분 (G) 및 (또는) (H) 등을 혼합한 1액 부가 타입으로서 장기간 저온 보존할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 방열 구조체 조립시에는 본 발명의 열전도성 실리콘 조성물을 시판되는 시린지에 채워 CPU 등의 IC 패키지 표면 상에 도포하여 도포 후의 표면에 방열체가 접합시킨다. 따라서 본 발명의 조성물의 점도가 10 Paㆍs보다 낮으면 도포시에 액의 흐름이 생기고 1,OOO Paㆍs보다 높으면 도포 효율이 나빠지기 때문에 1O 내지 1,OOO Paㆍs의 범위로 하는 것이 필요하지만 특히 50내지 400 Paㆍs인 것이 바람직하다.
본 발명의 열전도성 실리콘 조성물은 방열체와 프린트 배선 기판을 클램프 등으로 조임으로써 IC 패키지와 방열체의 사이에 고정, 가압되지만 그 때의 IC 패키지와 방열체의 사이에 끼워지는 열전도성 실리콘 조성물의 두께는 10 ㎛보다 작으면 상기 가압의 변화에 대한 추종성이 불충분해지고 IC 패키지와 방열체와의 사이에 간극이 생길 우려가 있고, 100 ㎛보다 크면 그 두께 때문에 열 저항이 커져 방열 효과가 나빠지기 때문에, 그 두께는 10 내지 100 ㎛의 범위인 것이 바람직하고, 특히 25 내지 50 ㎛의 두께인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 디스펜스된 후 성분 (C)의 융점 이하의 온도 범위에서 가열함으로써 이 실리콘 조성물을 경화시킨다. 또한 경화 후 일시적으로 성분 (C)의 융점 이상의 열을 가함에 따라 성분 (C)가 녹고, 성분 (C) 끼리, 또는 성분 (C)와 성분 (D), 또한 IC 패키지 기재 표면이나 방열체 기재 표면 등과 융착하여 금속의 연속상이 형성되기 때문에 보다 높은 방열 효과가 발휘된다. 또한 용융한 성분 (C)는 경화물 중에 가두어지기 때문에 흘러 나오는 일은 없다. 또한 이 경화물은 점착성을 갖기 때문에 틀어진 경우나 시간 경과에 있어서도 안정된 유연성을 갖기때문에 기재로부터 박리되거나 하는 일이 없다. 또한 미리 원하는 두께의 시트상 경화물을 상기 2단 가열을 행하여 제조하고 이것을 IC 패키지 기재와 방열체 기재와의 사이에 개재시키는 것도 가능한 한편, 열전도성과 내열성이 필요한 다른 장치 등의 부품으로서 경화물을 적절하게 사용할 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예를 들어 본 발명을 또한 상술하지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
우선 본 발명의 조성물을 형성하는 이하의 각 성분을 준비하였다.
성분 (A):
양말단이 디메틸비닐실릴기로 봉쇄되고, 25 ℃에서의 점도가 600 mm2/s인 디메틸폴리실록산 (A-1)
성분 (B):
하기 화학식으로 표시되는 오르가노하이드로젠폴리실록산 (B-1)
<화학식>
성분 (C):
C-1: 평균 입경 18.4 ㎛의 인듐 [융점 156.7 ℃] 분말
C-2: 평균 입경 47.6 ㎛의 인듐 [융점 156.7 ℃] 분말
C-3: 평균 입경 26.9 ㎛의 주석 (42 중량％)/비스무스 (58 중량％)의 합금 [융점 139 ℃] 분말
C-4: 평균 입경 110 ㎛의 인듐 [융점 156.7 ℃] 분말
성분 (D):
D-1: 평균 입경 7.4 ㎛의 알루미늄 분말
D-2: 평균 입경 1.0㎛의 산화아연 분말
성분 (E):
백금-디비닐테트라메틸디실록산 착체의 (A-1) 용액, 백금 원자로서 1 중량％ 함유 (E-1)
성분 (F):
1-에티닐-1-시클로헥산올의 50 중량％ 톨루엔 용액 (F-1)
성분 (G):
C10H21Si(OCH3)3으로 표시되는 오르가노실란 (G-1)
성분 (H):
로진 분말 (H-1)
<실시예 1 내지 6>
성분 (A) 내지 (G)를 5 리터의 게이트-믹서 (이노우에 세이사꾸쇼(주) 제조, 상품명: 5 리터 행성형 믹서)에, 성분 (A), (C), (D), (G)를 (표 1)에 나타내는 배합량으로 가하고, 70 ℃ (성분 (C)의 융점 이하)에서 1 시간 혼합하였다. 상온이 될 때까지 냉각하고 다음으로 성분 (B), (E), (F), (H)를 (표 1)에 나타내는 배합량으로 가하여, 균일하게 되도록 혼합하여 본 발명의 열전도성 실리콘 조성물을 제조하였다. 얻어진 조성물의 25 ℃에서의 점도를, 마르콤 점도계 (가부시끼 가이샤 마르콤, 형식; PC-1T)을 사용하여 측정하였다.
다음으로 두장의 표준 알루미늄 플레이트에 상기 열전도성 실리콘 조성물을 끼우고, 약 1.80 kg/cm2의 압력을 가하면서 120 ℃에서 1 시간으로 실리콘 조성물을 경화시킨 후, 또한 170 ℃에서 15 분간 가열하였다. 상기한 바와 같이 열저항 측정 샘플을 제조한 후, 두장의 표준 플레이트마다 두께를 측정하고 미리 두께를 알 수 있는 표준 알루미늄 플레이트의 두께를 뺌으로써 경화한 조성물의 두께를 측정하였다. 또한 상기 조성물의 측정에 있어서는 마이크로미터 (가부시끼가이샤 미쯔토요, 형식: M820-25VA)를 사용하였다. 또한 최종 경화물의 열저항을 열저항 측정기 (호로 메트릭스사 제조의 마이크로 플래시)를 사용하여 측정하였다. 이러한 측정 결과는 표 1에 나타낸 바와 같다.
<비교예 1 내지 6>
표 1의 각 성분 대신에 표 2의 각 성분을 사용하고, 실시예 1 내지 6과 완전히 동일하게 하여 경화물을 얻었다. 얻어진 경화물에 대해서 실시예 1 내지 6과 동일하게 각 항목의 측정을 행한 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.
표 1과 표 2의 결과는 본 발명의 실리콘 조성물의 유효성을 실증하는 것이다.
도 1은 본 발명에 있어서의 반도체 장치의 방열 구조체의 한 실시예를 나타내는 종단면 개념도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 본 반도체 장치의 방열 구조체는 프린트 배선 기판 (3) 위에 실장된 CPU (2)와, CPU (2) 위에서 방열체 (4)와의 사이에 개재되어 있는 열전도성 실리콘 조성물 (1)에 의해 구성되어 있다. 여기에서 방열체 (4)는 알루미늄에 의해 형성되고, 표면적을 넓게 취하여 방열 작용을 향상시키기 위해서 핀 부 착 구조로 되어 있다. 또한 방열체 (4)와 프린트 배선 기판 (3)은 클램프 (5)로 조이고 고정시켜 압착되어 있다.
본 실시예 및 비교예의 반도체 장치에는, 2 cm×2 cm의 평면 상에 0.2 g의 본 발명의 방열용 실리콘 조성물을 끼웠지만 이 때의 열전도성 실리콘 조성물의 두께는 30 내지 40 ㎛이었다.
이상과 같은 구성을 갖는 IC 패키지의 방열 장치를, 호스트 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서 등에 사용되는 발열 온도가 10O ℃ 레벨의 CPU에 적용하였더니 본 발명의 열전도성 조성물을 사용한 경우만 안정한 방열과 열 확산이 가능해지고, 열 축적에 의한 CPU의 성능 저하나 파손을 방지할 수 있었다.
본 발명에 의하면, IC 패키지와 방열체의 사이에 개재시키는 열전도성 실리콘 조성물이 페이스트상이고 신전성이 있기 때문에, 그 위로부터 방열체를 압착 고정하면 IC 패키지 및 방열체의 표면에 요철이 생기는 경우에도 압착하여 그 간극을 열전도성 실리콘 조성물로 균일하게 매립할 수 있다. 또한 실리콘 조성물의 경화 후에, 성분 (C)의 융점 이상의 온도를 일시적으로 가함으로써 보다 높은 방열 효과를 확실하게 발휘시킬 수 있고, 전자 부품 전체의 신뢰성을 향상시킬 수도 있다.

Claims (7)

  1. 성분 (A): 1 분자 중에 2 개 이상의 알케닐기를 가지고, 25 ℃의 점도가 10 내지 100,000 mm2/s인 오르가노폴리실록산 100 중량부,
    성분 (B): 규소 원자에 직접 결합된 수소 원자를 1 분자 중에 2 개 이상 갖는 오르가노하이드로젠폴리실록산, {규소 원자에 직접 결합된 수소 원자의 총수}/{성분 (A)의 알케닐기의 총수}가 0.5 내지 5.0이 되는 양,
    성분 (C): 용융 온도가 40 내지 250 ℃이고, 평균 입경이 0.1 내지 100 ㎛인 저융점 금속 분말, 및
    성분 (D): 용융 온도가 250 ℃를 초과하고, 평균 입경이 0.1 내지 100 ㎛인 고열전도성 충전제가 성분 (C)와 성분 (D)의 총량이 800 내지 2,200 중량부인 동시에 (C)/((C)+(D))=0.05 내지 0.9가 되는 양,
    성분 (E): 백금 및 백금 화합물로 이루어지는 군에서 선택되는 촉매, 백금 원자로서 성분 (A)에 대하여 0.1 내지 500 ppm이 되는 양, 및
    성분 (F): 성분 (E)의 촉매 활성을 억제하는 제어제 0.001 내지 5 중량부를 포함하고, 25 ℃의 경화 전에 있어서의 점도가 10 내지 1,OOO Paㆍs인 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 성분 (A) 100 중량부에 대하여 하기 화학식 1로 표시되는오르가노실란 [성분 (G)]를 0.01 내지 10 중량부 더 포함하는 열전도성 실리콘 조성물.
    <화학식 1>
    R1 aR2 bSi(OR3)4-a-b
    상기 식 중, R1은 탄소수 6 내지 15의 알킬기, R2는 탄소수 1 내지 8의 1가의 탄화 수소기, R3은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 이들은 동일 또는 다를 수 있고, a는 1 내지 3의 정수, b는 0 내지 2의 정수, a+b는 1 내지 3의 정수이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 (A) 100 중량부에 대하여 플럭스 (H)를 0.05 내지 20 중량부 포함하는 열전도성 실리콘 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, (C) 성분의 융점 이하의 온도로 분산 혼합하여 이루어지는 열전도성 실리콘 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 실리콘 조성물을 성분 (C)의 융점 이하의 온도로 가열하여 경화시킨 후, 성분 (C)의 융점 이상의 온도로 가열하여 성분 (C)를 용해시켜 되는 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 경화물.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 열전도성 실리콘 조성물을 IC 패키지와 방열체의 사이에 부설하는 방법으로서,
    공정 1: IC 패키지 상에 열전도성 실리콘 조성물을 소정량 도포하는 공정,
    공정 2: 열전도성 실리콘 조성물 상에 방열핀을 올려 클램프 등으로 고정하는 공정,
    공정 3: 성분 (C)의 융점 이하의 온도로 열전도성 실리콘 조성물을 열경화시키는 공정, 및
    공정 4: 성분 (C)의 융점 이상의 온도로 열전도성 실리콘 조성물의 경화물을 가열하는 공정을 순차적으로 행하는 것을 특징으로 하는 열전도성 실리콘 조성물의 부설 방법.
  7. 프린트 배선 기판 상에 실장한 IC 패키지와, 그 IC 패키지의 표면에 설치된 방열체를 구비하고 있는 반도체 장치의 방열 구조체로서, 상기 IC 패키지의 표면과 방열체와의 사이에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 하에 기재된 열전도성 실리콘 조성물의 경화물을 개재시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 방열 구조체.
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