KR20140111302A - 경화성 방열 조성물 - Google Patents

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KR20140111302A
KR20140111302A KR1020147020330A KR20147020330A KR20140111302A KR 20140111302 A KR20140111302 A KR 20140111302A KR 1020147020330 A KR1020147020330 A KR 1020147020330A KR 20147020330 A KR20147020330 A KR 20147020330A KR 20140111302 A KR20140111302 A KR 20140111302A
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요이치로 사카구치
켄타로우 타카하시
케이스케 마메다
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 상이한 압축 파괴 강도를 갖는 2종의 필러(단, 상기 2종의 필러가 동일 물질일 경우에는 제외한다)와 열경화성 수지를 포함하고, 상기 2종의 필러의 압축 파괴 강도비[압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 압축 파괴 강도/압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 압축 파괴 강도]가 5~1500이며, 필러(A)의 압축 파괴 강도가 100~1500㎫이며, 필러(B)의 압축 파괴 강도가 1.0~20㎫인 경화성 방열 조성물, 그 조성물을 사용한 접착 시트와 그 제조 방법, 및 상기 조성물을 경화해서 얻어지는 방열 경화물에 관한 것이다. 본 발명의 경화성 방열 조성물은 두께 방향으로의 방열성이 우수하고, 가압 성형 조건의 허용 폭(마진)이 크고, 전자 부품이나 전기 부품용의 접착제로서 바람직하게 사용할 수 있다. 필러(A)로서는 질화 알루미늄이 바람직하고, 필러(B)로서는 육방정 질화 붕소 응집 입자가 바람직하다.

Description

경화성 방열 조성물{CURABLE HEAT RADIATION COMPOSITION}
본 발명은 전자, 전기 부품 등의 발열 부재로부터 방열 부재로의 열전달을 목적으로 사용되는 두께 방향으로의 방열성이 우수한 경화성 방열 조성물, 상기 조성물을 사용한 접착 시트, 및 상기 조성물을 경화해서 얻어지는 방열 경화물에 관한 것이다.
최근, 전기, 전자 부품의 소형화, 하이파워화에 의해 좁은 스페이스 중에서 전자 부품 등으로부터 발생하는 열을 어떻게 방열할지가 문제가 되고 있다. 그 수단의 하나로 전자 부품의 발열 대상부로부터 방열 부재로 열을 전도시키는 절연성의 접착제나 시트가 사용되고 있다. 이들 접착제 및 시트에서는 열경화성 수지에 무기의 고방열 필러를 충전한 조성물이 사용되어 있다. 그러나, 전자 기기, 전자 부품으로부터의 발열량은 증대하는 경향이 있어 이들에 사용되는 접착제 및 시트에는 추가적인 열전도성의 향상이 요구되고 있다. 그러기 위해서는 무기 고방열 필러를 수지에 더 고충전할 필요가 있다. 절연성의 접착제 및 시트로서 사용될 경우, 두께 방향의 열전도율을 올릴 필요가 있지만, 거기에 적합한 필러로서는 구형상의 알루미나(열전도율 36W/m·K), 결정 실리카(12W/m·K)가 있다. 그러나, 이들 필러의 열전도율에서는 고방열로 하기 위해서는 한계가 있다. 그래서, 최근 두께 방향의 방열성을 개선하는 필러로서 육방정 질화 붕소(이하, hBN으로 약기하는 경우가 있다)의 응집 입자가 주목을 모으고 있다. hBN의 1차 입자는 그 결정 구조가 그라파이트 유사의 6각 망눈의 층상 구조임과 아울러 입자 형상이 인편상이며, 그 인편상 입자의 두께 방향의 열전도율에 대하여 면 방향의 열전도율이 약 20배 정도(60~80W/m·K)로 열전도율이 이방성인 것을 특징으로 한다. hBN 응집 입자는 그 1차 입자가 응집한 것이며, 열전도율이 등방성의 특징을 갖고, 그것을 함유하는 성형체의 두께 방향의 방열성을 대폭 개량할 수 있다.
hBN 응집 입자를 사용한 방열성 조성물을 개시한 선행기술문헌으로서는 예를 들면 일본 특허 공개 2003-60134호 공보(USP6831031)(특허문헌 1), 일본 특허 공개 2009-24126호 공보(특허문헌 2) 및 일본 특허 공개 2011-6586호 공보(특허문헌 3)가 있다.
그러나, 특허문헌 1에서는 hBN 1차 입자와 hBN 응집 입자를 조합시켜서 사용하고 있지만, 두께 방향의 열전도율은 3.8W/m·K까지 밖에 얻어지지 않는다.
또한, 특허문헌 2에서는 일정한 나노인덴테이션법에 의한 경도가 500㎫ 이상의 hBN 응집 입자를 사용함으로써 성형시에 hBN 응집 입자가 파괴하지 않는 것을 주지로 한 제안을 하고 있지만, 두께 방향의 열전도율은 10W/m·K까지 밖에 얻어지지 않는다.
또한, 특허문헌 3은 응집 강도가 상이한 2종류의 hBN 응집 입자를 사용하고, 프레스에 의한 성형 가공시에 응집 강도가 작은 hBN 응집 입자가 변형, 붕괴됨으로써 최밀 충전을 도모하고, 두께 방향 열전도율을 개선하는 제안을 하고 있다. 그러나, 본 제안에서는 응집 강도가 큰 hBN 응집 입자를 파괴하지 않는 조건으로 프레스 성형할 필요가 있으므로 압력 제어가 어렵다고 생각된다.
일본 특허 공개 2003-60134호 공보 일본 특허 공개 2009-24126호 공보 일본 특허 공개 2011-6586호 공보
본 발명은 상기 사정을 감안하여 고열전도율과 저공극률을 구비함으로써 두께 방향으로의 방열성이 우수하고, 가압 성형 조건의 허용 폭(마진)이 큼과 동시에 전자 부품, 전기 부품의 접착제로서 사용할 수 있는 경화성 방열 조성물 및 그 조성물을 사용한 접착 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)를 일정한 압축 파괴 강도비가 되도록 열경화성 수지에 배합함으로써 두께 방향의 열전도율이 높고 공극률이 작은 경화성 방열 조성물이 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성했다.
본 발명의 열경화성 방열 조성물은 가압 성형시에 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)에 의해 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)가 변형 또는 파괴되고, 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 파괴·변형한 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 접촉 면적이 커지기 때문에 유효한 전열 패스 루트가 형성되고, 두께 방향으로의 특히 높은 열전도율이 얻어진다고 추측된다. 또한, 이러한 배합에 의해 공극률이 작아지므로 실질적인 방열성이 현격히 향상된다고 추측된다.
즉, 본 발명은 하기 [1]~[11]의 경화성 방열 조성물, [12]의 접착 시트, [13]~[14]의 접착 시트의 제조 방법, 및 [15]~[16]의 방열 경화물을 제공한다.
[1] 상이한 압축 파괴 강도를 갖는 2종의 필러(단, 상기 2종의 필러는 동일 물질일 경우에는 제외한다)와 열경화성 수지(C)를 포함하고, 상기 2종의 필러의 압축 파괴 강도비[압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 압축 파괴 강도/압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 압축 파괴 강도]가 5~1500인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[2] 상기 [1]에 있어서, 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 압축 파괴 강도가 100~1500㎫이며, 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 압축 파괴 강도가 1.0~20㎫인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[3] 상기 [2]에 있어서, 상기 필러(A)가 질화 알루미늄 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[4] 상기 [2]에 있어서, 상기 필러(B)가 육방정 질화 붕소 응집 입자인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[5] 상기 [1]에 있어서,
상기 2종의 필러 이외에 기타 무기 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[6] 상기 [5]에 있어서, 상기 기타 무기 필러가 수산화 알루미늄, 흄드 실리카, 및 산화 티타늄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[7] 상기 [1] 내지 상기 [6] 중 어느 하나에 있어서, 압축 파괴 강도가 큰 필러(A) 및 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 총 함유량이 50~95질량%이거나, 또는 압축 파괴 강도가 큰 필러(A), 압축 파괴 강도가 작은 필러(B) 및 상기 기타 무기 필러의 총 함유량이 50~95질량%이며, 또한 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 질량 비율[(A)/(B)]이 0.1~10의 범위인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[8] 상기 [1]에 있어서, 열가소성 수지(D)를 더 포함하고, 상기 열경화성 수지(C)와 상기 열가소성 수지(D)의 합계 100질량부에 대하여 열경화성 수지(C) 70~95질량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[9] 상기 [8]에 있어서, 열경화성 수지(C)가 에폭시기 및 (메타)아크릴로일기 중 적어도 1종류의 반응성 기를 1분자 중에 3개 이상 갖고, 상기 반응성 기 1개당 분자량이 200 미만이며, 또한 수 평균 분자량이 1000 미만인 제 1 열경화성 수지(C-1)를 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[10] 상기 [8]에 있어서, 상기 열가소성 수지(D)가 폴리비닐부티랄 수지 및 폴리에스테르 수지로부터 선택되는 적어도 1종류를 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[11] 상기 [1] 내지 상기 [10] 중 어느 하나에 있어서, 용제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
[12] 상기 [1] 내지 상기 [11] 중 어느 하나에 기재된 경화성 방열 수지 조성물로 이루어지는 막을 지지막과 피복막 사이에 형성시킨 것을 특징으로 하는 접착 시트.
[13] 상기 [1] 내지 상기 [11] 중 어느 하나에 기재된 경화성 방열 수지 조성물을 지지막에 도포하고, 상기 도포된 면의 일부 또는 전체면에 피복막을 씌워서 얻어지는 적층체를 롤 프레스로 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 접착 시트의 제조 방법.
[14] 상기 [1] 내지 상기 [11] 중 어느 하나에 기재된 경화성 방열 수지 조성물을 2개의 지지막에 도포하고, 상기 한쪽의 지지막에 도포된 면과 다른 쪽의 지지막에 도포된 면을 접합시켜 얻어지는 적층체를 롤 프레스로 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 접착 시트의 제조 방법.
[15] 상기 [1] 내지 상기 [11] 중 어느 하나에 기재된 경화성 방열 조성물을 70~200℃의 온도 범위, 또한 1~100㎫의 압력으로 가열 성형해서 얻어지는 공극률이 5% 이하이며, 두께 방향의 열전도율이 10W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 방열 경화물.
[16] 상기 [13] 또는 상기 [14]에 기재된 제조 방법으로 얻은 접착 시트에 기재를 얹은 적층체를 70~200℃의 온도 범위, 또한 0.1~10㎫의 압력으로 가열 성형해서 얻어지는 공극률이 5% 이하이며, 두께 방향의 열전도율이 10W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 방열 경화물.
(발명의 효과)
본 발명의 경화성 방열 조성물은 우수한 두께 방향의 방열성을 갖기 때문에 파워 반도체, 광반도체를 포함하는 반도체 소자, 반도체 장치, 회로용 금속판, 상기 금속판으로 이루어지는 회로, 회로 기판, 혼성 집적 회로 분야 등의 전기 부품을 고정하는 접착제나 시트로서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용하는 파워 모듈 예의 모식 단면도이다.
도 2는 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용하는 다른 파워 모듈 예의 모식 단면도이다.
도 3은 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용하는 다른 파워 모듈 예의 모식 단면도이다.
도 4는 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용하는 다른 파워 모듈 예의 모식 단면도이다.
도 5는 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용하는 양면 냉각형 파워 모듈의 모식 단면도이다.
이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 경화성 방열 조성물에 있어서는 압축 파괴 강도가 상이한 2종의 필러를 사용한다. 본 발명에 있어서, 필러의 압축 파괴 강도는 SHIMADZU CORPORATION의 미소 압축 시험기(예를 들면, MCT-510)에 의해 측정할 수 있다. 본 시험기는 상부 가압 단자와 하부 가압판 사이에 고정된 필러의 입자에 일정한 증가 비율로 시험력을 부여하고, 이때의 필러의 변형량을 측정함으로써 파괴 강도를 측정할 수 있다. 압축 파괴 강도는 JIS R 1639-5(2007)에 나타내어져 있는 하기 식(1)에 의해 계산할 수 있다.
Cs=2.48×(P/πd2) (1)
식 중, Cs는 강도(㎫), P는 시험력(N), d는 입자 지름(㎜)을 나타낸다.
상이한 압축 파괴 강도를 갖는 2종의 필러와 열경화성 수지를 포함하는 본 발명의 경화성 방열 조성물에 있어서는 상기 2종의 필러의 압축 파괴 강도비[압축 파괴 강도가 큰 필러의 압축 파괴 강도(A)/압축 파괴 강도가 작은 필러의 압축 파괴 강도(B)]가 5~1500인 것이 바람직하고, 10~500이 보다 바람직하다. 1500배를 초과하면 압축 파괴 강도가 작은 필러가 지나치게 파괴되어서 효율적인 전열 패스 루트를 형성할 수 없게 된다. 또한, 5배 미만에서는 압축 파괴 강도가 작은 필러가 변형·파괴 불가능하여 필러 간의 접촉이 점 접촉이 되기 때문에 효율적인 전열 패스 루트의 형성이 곤란해진다.
본 발명에 있어서의 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 바람직한 압축 파괴 강도의 범위는 100~1500㎫이며, 보다 바람직하게는 150~800㎫이다. 1500㎫를 초과하면 프레스기 등의 성형기에 손상을 부여할 가능성이 있고, 100㎫ 미만에서는 압축 파괴 강도가 작은 필러의 변형 또는 파괴를 충분히 행할 수 없고, 충분한 방열성이 얻어지지 않게 된다.
본 발명에 있어서의 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 바람직한 압축 파괴 강도의 범위는 1.0~20㎫이며, 보다 바람직하게는 1.5~10㎫이다. 20㎫를 초과하면 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)에 의해 충분히 변형 또는 파괴가 일어나지 않게 되고, 필러의 면 접촉을 요인으로 하는 높은 방열성은 얻어지지 않게 된다. 또한, 1.5㎫ 미만에서는 필러를 수지에 분산하는 과정에서 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)가 파괴되어버려 프레스시에 필러가 전부 면 방향으로 뉘어버려 목적으로 하는 두께 방향의 전열 패스 루트 형성이 곤란해진다.
압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 바람직한 평균 입자 지름의 범위는 20~100㎛, 바람직하게는 40~80㎛이다. 20㎛ 미만에서 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 변형, 파괴를 효율 좋게 행할 수 없고, 100㎛를 초과하면 기재에 도포했을 때에 평활성이 손실된다.
압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 바람직한 평균 입자 지름의 범위는 10~120㎛, 바람직하게는 30~80㎛이다. 10㎛ 미만에서는 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 변형, 파괴를 효율 좋게 행할 수 없고, 120㎛를 초과하면 기재에 도포했을 때에 평활성이 손실된다.
압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 평균 입자 지름의 비율은 0.1~10이 바람직하고, 0.5~2.7이 보다 바람직하다.
본 발명에 사용되는 필러의 평균 입자 지름은 레이저 회절·산란법에 의해 입도 분포를 측정함으로써 얻어진 값이다. 구체적으로는 SEISHIN ENTERPRISE CO., LTD. 제·레이저 회절 산란식 입도 분포 측정기(LMS-2000e)를 사용함으로써 측정할 수 있다. 또한, 평균 입자 지름은 어떤 입도 분포에 대하여 적산값이 50%인 입경의 지름을 나타내고 있다.
본 발명에 있어서, 휘발 성분을 제외하는 경화성 방열 조성물 중의 바람직한 필러의 총 함유량은 50~95질량%이며, 바람직하게는 60~90질량%의 범위이다. 95질량%를 초과하면 접착성, 강도가 저하된다. 한편, 50질량% 미만에서는 충분한 방열성이 얻어지지 않는다.
또한, 본 발명의 경화성 방열 조성물 중의 총 필러량에 있어서의 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 바람직한 질량 비율[(A)/(B)]은 0.1~10의 범위이며, 바람직하게는 1~5의 범위이다. 0.1 미만에서는 압축 파괴 강도가 작은 필러의 변형·파괴가 충분히 일어나지 않고, 방열성은 저하된다. 또한, 10을 초과하면 변형·파괴에 의해 공극을 충전해야 할 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)가 적어지기 때문에 방열성이 저하된다.
본 발명에 있어서, 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 예로서는 알루미나, 질화 알루미늄, 유리 비즈, 용융 실리카, 입방정 질화 붕소(cBN) 등을 들 수 있지만, 특히 열전도율이 높은(200W/m·K) 질화 알루미늄이 바람직하다.
압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 구체예로서, FURUKAWA DENSHI CO.,LTD. 제의 질화 알루미늄 FAN-f50-J(평균 입자 지름 50㎛), FAN-f30(평균 입자 지름 30㎛)을 들 수 있다. 또한, 알루미나로서는 Showa Denko K.K. 제의 CB-A50S(평균 입자 지름 50㎛), CB-A30S(평균 입자 지름 28㎛), CB-A20S(평균 입자 지름 21㎛), AS-10(평균 입자 지름 39㎛), AS-20(평균 입자 지름 22㎛), AL-17-1(평균 입자 지름 60㎛), AL-17-2(평균 입자 지름 60㎛), AL-13-H(평균 입자 지름 60㎛), AL-13-M(평균 입자 지름 60㎛), AL-13KT(평균 입자 지름 97㎛)를 들 수 있고, 유리 비즈로서는 Potters-Ballotini Co.,Ltd. 제의 J-320(평균 입자 지름 50㎛), GB301S(평균 입자 지름 50㎛), GB301SA-PN(평균 입자 지름 50㎛), GB301SB-PN(평균 입자 지름 50㎛), GB-301SC-PN(평균 입자 지름 50㎛)을 들 수 있고, 용융 실리카로서는 DENKI KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA 제의 FB-20D(평균 입자 지름 23㎛), FB-950(평균 입자 지름 24㎛) 등을 들 수 있다.
압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 예로서는 산화 아연, 산화 철, 산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 규소 등의 금속 산화물의 응집 입자, 수산화 니켈, 수산화 이트륨 등의 금속 수산화물의 응집 입자, 탄탈 등의 금속의 응집 입자, 탄산 칼슘, 망간 산 리튬 등의 염의 응집 입자, 육방정 질화 붕소(hBN) 응집 입자를 들 수 있다. 이들 중에서도, 우수한 방열성을 얻을 수 있다는 관점으로부터 hBN 응집 입자가 바람직하다.
압축 파괴 강도가 작은 필러(B)인 hBN 응집 입자의 구체예로서, Showa Denko K.K. 제의 UHP-2(hBN 응집 입자의 분급품), Momentive Performance Materials Inc. 제의 PTX-60S(평균 입자 지름 60㎛), PT-405(평균 입자 지름 40㎛), TECO-20091045-B(평균 입자 지름 60㎛) 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서 사용하는 열경화성 수지(C)는 특별히 한정되는 일은 없이 공지의 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 그러한 열경화성 수지의 구체예로서는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, (메타)아크릴로일기 함유 수지, 비닐에스테르 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 기재와의 접착성의 관점으로부터 에폭시 수지를 함유하는 것이 바람직하다. 본원 명세서에 있어서, (메타)아크릴로일의 표기는 아크릴로일, 메타크릴로일, 또는 그 양쪽을 의미한다. (메타)아크릴의 표기도 마찬가지로, 아크릴, 메타크릴, 또는 그 양쪽을 의미한다.
본 발명의 경화성 방열 조성물이 도 1~도 5에 나타내는 바와 같은 파워 반도체 모듈의 열전도성 수지 시트로서 사용될 경우에는 기재와의 접착성뿐만 아니라 내열성, 내전압성이 필요하게 되기 때문에 그들의 요구 특성에 맞춘 수지 성분을 선택할 필요가 있다.
제 1 열경화성 수지(C-1):
본 발명의 열경화성 수지로서 사용되는 제 1 열경화성 수지(C-1)는 에폭시기, (메타)아크릴로일기 중 적어도 1종류의 반응성 기를 1분자 중에 3개 이상 갖고, 반응성 기 1개당 분자량이 80 이상 200 미만이며, 또한 수 평균 분자량이 300 이상 1000 미만의 수지이다. 열경화성 수지(C-1)는 본 발명의 경화성 방열 조성물의 경화 후의 가교 밀도를 올리고, 경화물에 내열성, 내전압을 부여할 목적으로 배합된다. 1분자 중에 갖는 반응성 기가 3개 미만, 또는 반응성 기 1개당 분자량이 200 이상인 경우에서는 가교 밀도가 저하되어 내열성이 저하된다. 또한, 수 평균 분자량이 1000을 초과하면 수지 조성물의 유동성이 저하되고, 시트 성형성의 저하에 의해 미소 크랙의 발생이나 보이드의 존재에 의해 내전압이 저하된다.
열경화성 수지(C-1)의 에폭시기를 갖는 수지로서는 글리시딜아민형 에폭시 수지, 복소환형 에폭시 수지, 3관능 이상의 방향족 에폭시 수지를 들 수 있다. 글리시딜아민형 에폭시 수지의 구체예로서는 N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노디페닐메탄(제품명: 에포토토 YH-434L, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD.), N,N,N',N'-테트라글리시딜-1,3-벤젠디(메탄아민)(제품명: TETRAD-X, Mitsubishi Gas Chemical Company), 4-(글리시딜옥시)-N,N-디글리시딜아닐린, 3-(글리시딜옥시)-N,N-디글리시딜아닐린 등을 들 수 있고, 복소환형 에폭시 수지의 구체예로서는 트리글리시딜이소시아누레이트(제품명: TEPIC-S, Nissan Chemical Industries, Ltd.) 등을 들 수 있고, 3관능 이상의 방향족 에폭시 수지의 구체예로서는 4관능 나프탈렌형 에폭시 수지(제품명: 에피클론 HP-4700, DIC Corporation), 트리페닐메탄형 에폭시 수지(제품명: 1032H60, Mitsubishi Chemical Corporation) 등을 들 수 있다.
(메타)아크릴로일기를 갖는 수지로서는 1분자에 3개 이상의 수산기를 갖는 폴리올의 (메타)아크릴산 에스테르, 복소환형 (메타)아크릴레이트를 들 수 있다. 1분자에 3개 이상의 수산기를 갖는 폴리올의 (메타)아크릴산 에스테르의 구체예로서는 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트를 들 수 있고, 복소환형 (메타)아크릴레이트의 구체예로서는 트리스(2-아크릴로일옥시에틸)이소시아누레이트, 트리스(2-메타크릴로일옥시에틸)이소시아누레이트 등의 수지를 들 수 있다.
열경화성 수지(C-1)는 수지 성분 중 25~60질량% 함유함으로써 목적의 성능을 발현할 수 있다. 보다 바람직하게는 30~50질량%이다. 25질량% 미만에서는 내열성, 내전압 특성이 저하되고, 60질량%를 초과하면 경화물의 유연성이 저하된다.
제 2 열경화성 수지(C-2):
본 발명에 사용되는 열경화성 수지(C-2)는 경화성 방열 조성물의 유동성이나 경화물의 접착성, 유연성을 제어할 목적으로 배합된다. 그러한 것으로서는 상기 (C-1) 이외의 에폭시 수지나, (메타)아크릴로일기를 갖는 수지를 예시할 수 있고, 상술한 바와 같이 접착성의 관점으로부터 에폭시 수지가 특히 바람직하다.
열경화성 수지(C-2)에 해당하는 에폭시 수지로서는 2관능 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지, 열경화성 수지(C-1)에 포함되지 않는 다관능 에폭시 수지, 선상 지방족 에폭시 수지를 들 수 있다. 2관능 글리시딜에테르형 에폭시 수지의 구체예로서는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지를 들 수 있고, 글리시딜에스테르형 에폭시 수지의 구체예로서는 헥사히드로프탈산 글리시딜에스테르, 다이머산 글리시딜에스테르 등을 들 수 있고, 열경화성 수지(C-1)에 포함되지 않는 다관능 에폭시 수지의 구체예로서는 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐아랄킬형 에폭시 수지, 나프탈렌아랄킬형 에폭시 수지 등의 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 선상 지방족 에폭시 수지의 구체예로서는 에폭시화 폴리부타디엔, 및 에폭시화 대두유 등의 선상 지방족 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 상기 에폭시 수지는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합해서 사용할 수 있다.
또한, (메타)아크릴로일기를 갖는 수지로서는 디올 화합물의 (메타)아크릴산 에스테르, 폴리올의 카프로락톤 부가물의 (메타)아크릴산 에스테르 등을 들 수 있다. 디올 화합물의 (메타)아크릴산 에스테르의 구체예로서는 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 1,4-부탄디올디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올디(메타)아크릴레이트, 1,9-노난디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 폴리올의 카프로락톤 부가물의 (메타)아크릴산 에스테르의 구체예로서는 펜타에리스리톨·카프로락톤의 (메타)아크릴산 에스테르, 디펜타에리스리톨·카프로락톤의 (메타)아크릴산 에스테르 등을 들 수 있다.
또한, 열경화성 수지(C-1) 및 (C-2)에 에폭시 수지를 사용한 경우에는 경화제, 경화 촉진제(경화 촉매)를 배합하고 있어도 좋다. 경화제로서는, 예를 들면 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산 및 무수 하이믹산 등의 지환식 산 무수물; 도데세닐 무수 숙신산 등의 지방족 산 무수물; 무수 프탈산 및 무수 트리멜리트산 등의 방향족 산 무수물; 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판(별명: 비스페놀 A), 2-(3-히드록시페닐)-2-(4'-히드록시페닐)프로판, 비스(4-히드록시페닐)메탄(별명: 비스페놀 F), 비스(4-히드록시페닐)술폰(별명: 비스페놀 S)등의 비스페놀류; 페놀·포름알데히드 수지, 페놀·아랄킬 수지, 나프톨·아랄킬 수지, 페놀-디시클로펜타디엔 공중합체 수지 등의 페놀 수지류; 디시안디아미드 및 아디프산 디히드라지드 등의 유기 디히드라지드를 들 수 있고, 경화 촉매로서는, 예를 들면 트리스(디메틸아미노메틸)페놀; 디메틸벤질아민; 1,8-디아자비시클로(5,4,0)운데센 및 그 유도체; 2-메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸 및 2-페닐이미다졸 등의 이미다졸류를 들 수 있다. 이들은 단독으로, 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
또한, 열경화성 수지(C-1) 및 (C-2)로서 (메타)아크릴로일기를 갖는 수지를 사용할 경우에는 경화제로서 유기 과산화물을 배합해도 좋다. 그러한 유기 과산화물의 구체예로서는 디이소프로필퍼옥시디카보네이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-헥실퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 1,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 라우릴퍼옥사이드, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산온, 시클로헥산온퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, 디쿠밀퍼옥사이드, t-부틸쿠밀퍼옥사이드, 쿠멘히드로퍼옥사이드 등을 들 수 있다.
본 발명의 경화성 방열 조성물에 사용되는 수지 성분으로서는 열가소성 수지(D)를 들 수 있다. 열가소성 수지는 미경화의 시트나 경화한 시트에 적당한 유연성을 부여하고, 시트 취급시의 작업성 개선이나 경화물의 응력 완화제로서 중요한 역할을 한다. 그러한 열가소성 수지의 구체예로서는 폴리비닐부티랄 수지, 폴리에스테르 수지, 페녹시 수지, 아크릴계 공중합체를 예시할 수 있지만, 본 발명에서는 유연성 부여 효과의 관점으로부터 폴리비닐부티랄 수지, 폴리에스테르 수지가 바람직하게 사용된다. 이들 열가소성 수지의 바람직한 배합량은 수지 성분 중 5~30질량%, 보다 바람직하게는 10~25질량이다. 5질량% 미만에서는 유연성이 부족하고, 30질량%를 초과하면 성형성이 나빠진다.
본 발명의 경화성 방열 조성물에는 수지 성분으로의 무기 필러의 분산성, 기재로의 밀착성을 올릴 목적으로 커플링제를 첨가할 수 있다. 커플링제로서는 실란계, 티타네이트계, 알루미늄계 등을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는 실란계 커플링제를 바람직하게 사용할 수 있고, 그 바람직한 구체예로서, γ-아미노프로필트리메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, γ-(2-아미노에틸)아미노프로필트리메톡시실란, 3-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 3-글리시드옥시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란 등을 들 수 있다.
본 발명의 실시형태의 경화성 방열 조성물은 상기 조성물의 점도를 조정하는 관점으로부터 용제를 함유할 수 있다. 용제로서는 특별히 한정되는 일 없이, 열경화성 수지나 무기 충전재의 종류에 따라서 공지의 것을 적당히 선택하면 좋다. 이러한 용제로서는, 예를 들면 톨루엔, 자일렌, 시클로헥산, 이소포론, 테트라히드로푸란, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜에틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 메톡시프로피온산 메틸, 메톡시프로피온산 에틸, 에톡시프로피온산 메틸, 에톡시프로피온산 에틸, 아세트산 에틸, 아세트산 n-부틸, 아세트산 이소아밀, 락트산 에틸, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥산온 등 톨루엔이나 메틸에틸케톤 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 사용할 수 있다.
본 발명의 경화성 방열 조성물에 있어서의 용제의 배합량은 혼련이 가능한 양이면 특별히 한정되는 일은 없고, 일반적으로 경화성 방열 조성물 중의 수지와 무기 충전제의 총계 100질량부에 대하여 30질량부 이상 300질량부 이하이다.
본 발명의 경화성 방열 조성물에 있어서는 방열성 이외의 특성을 컨트롤할 목적으로 방열성을 저해하지 않는 범위의 양으로 다른 무기 필러를 배합할 수 있다. 그러한 무기 필러의 예로서는 난연성을 부여할 목적으로 수산화 알루미늄, 조성물의 유동성을 컨트롤할 목적으로 흄드 실리카, 착색의 목적으로 산화 티타늄 등의 무기 안료를 들 수 있다.
본 실시형태의 경화성 방열 조성물의 제조 방법은 특별히 한정되는 일 없이, 공지의 방법을 따라서 행할 수 있다. 예를 들면, 본 실시형태의 경화성 방열 조성물은 이하와 같이 해서 제조할 수 있다.
우선, 소정량의 경화성 수지와, 이 경화성 수지를 경화시키기 위해서 필요한 양의 경화제 또는 경화 촉진제를 혼합한다. 이어서, 이 혼합물에 필요에 따라 용제를 첨가한 후, 무기 필러, 구체적으로는 파괴 강도가 큰 필러(A), 파괴 강도가 작은 필러(B)를 첨가해서 예비 혼합한다. 이 예비 혼합물을 플레너타리 믹서 등을 사용해서 혼련함으로써 경화성 방열 조성물을 얻을 수 있다. 또한, 경화성 방열 조성물에 커플링제를 배합할 경우, 커플링제는 혼련 공정 전까지 첨가하면 좋다.
또한, 필요에 따라 상기 경화성 방열 조성물을 기재에 도포, 필요에 따라 용제를 건조해서 시트 형상으로 가공할 수도 있다.
이와 같이 해서 얻어진 경화성 방열 조성물, 또는 시트를 기재에 얹어서 소정의 프레스압으로 가압하면서 경화시킴으로써 방열성이 우수한 경화물로 할 수 있다. 일반적으로, 방열성을 올리기 위해서 무기 필러를 고충전화시키면 경화물 내에 공극이 발생하기 때문에 프레스 공정에서의 프레스압을 크게 할 필요가 있지만, 상기한 바와 같이 본 발명의 경화성 방열 조성물에 있어서, 파괴 강도가 상이한 2종류의 필러를 사용하고 있기 때문에 공극의 부분에 변형·파괴한 파괴 강도가 작은 필러(B)가 들어가 공극이 발생하지 않는다. 그 결과, 본 발명의 방열성 경화 조성물은 높은 방열성이 얻어진다. 높은 방열성을 얻기 위해서는 파괴 강도가 작은 필러(B)를 변형·파괴하기 위한 프레스시의 압력, 조성물의 유동성, 경화를 컨트롤하는 온도가 중요하다. 바람직한 압력의 범위로서는 1~100㎫, 보다 바람직하게는 2~50㎫이다. 100㎫를 초과하면 파괴 강도가 큰 필러(A)도 파괴되어버리고, 1㎫ 미만에서는 파괴 강도가 작은 필러(B)가 충분히 변형·파괴되지 않기 때문에 어느 경우도 방열성은 저하된다. 바람직한 온도의 범위는 70~200℃이며, 보다 바람직하게는 90~180℃이다. 200℃보다 높으면 수지 성분이 산화 등에 의해 분해의 가능성이 있고, 70℃보다 낮으면 조성물의 유동성이 부족하기 때문에 얻어지는 경화물의 평탄성을 확보할 수 없음과 동시에 경화도 진행되지 않는다. 이러한 조건으로 본 발명의 경화성 방열 조성물을 경화했을 경우, 얻어진 경화물의 공극률은 5% 이하의 낮은 값이 얻어진다.
이어서, 본 발명의 경화성 방열 조성물을 접착 시트에 가공해서 사용할 경우에 대해서 설명한다.
접착 시트로 할 경우에는 도공성을 고려해서 유기 용제에 분산 및/또는 용해된 경화성 방열 조성물(경화성 방열 조성물 액)을 사용한다. 경화성 방열 조성물 액은 애플리케이터, 나이프 코터 등의 도공 장치를 이용해 지지막에 도포 후, 가열해서 유기 용제를 건조한다. 바람직한 건조 온도는 40~150℃이며, 보다 바람직하게는 50~120℃이다. 40℃ 미만에서는 유기 용제가 잔존하고, 150℃를 초과하면 경화성 수지 성분의 반응이 지나치게 진행한다. 용제 건조 후의 바람직한 막 두께의 범위는 30~500㎛, 보다 바람직하게는 50~300㎛이다. 30㎛ 미만에서는 사용하는 필러의 입자 지름의 영향을 받아서 도막의 평탄성이 손실되고, 500㎛를 초과하면 유기 용제가 잔존하여 열전도율, 경화물 물성에 악영향을 준다.
접착 시트의 제조 방법은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 지지막에 경화성 방열 조성물 액을 도포하여 형성한 시트의 도면의 일부 또는 전체면에 피복막을 씌워서 얻어지는 적층체를 상기 조건으로 가열 및 가압하는 방법에 의해 접착 시트로 할 수 있다. 또한, 경화성 방열 조성물층의 두께를 크게 하고 싶을 경우에는 경화성 방열 조성물 액을 2개의 지지막에 도포하고, 상기 한쪽의 지지막에 도포된 면과 다른 쪽의 지지막에 도포된 면을 접합해서 얻어지는 적층체를 상기 조건으로 가열 및 가압하는 방법을 들 수 있다.
접착 시트로 할 경우에는 가열·가압 공정으로 파괴 강도가 작은 필러(B)를 변형·파괴하고, 파괴된 파괴 강도가 작은 필러(B)가 공극에 충전되어 높은 열전도율을 내도록 하는 것이 바람직하고, 그 결과 전자 부품의 실장시에 저압력에서 접착할 수 있다.
파괴 강도가 작은 필러(B)가 파괴·변형한 접착 시트로 할 때의 가열 조건으로서는 사용하는 수지 성분의 연화점 이상이 바람직하고, 구체적으로는 50~150℃, 보다 바람직하게는 70~120℃이다. 50℃ 미만에서는 수지가 연화되지 않기 때문에 파괴 강도가 작은 필러(B)가 그대로의 형태로 남으므로 열전도율이 나빠진다. 150℃를 초과하면 경화성 수지 성분의 반응이 지나치게 진행해서 전자 부품의 실장시에 접착하지 않게 된다. 또한, 바람직한 압력 조건으로서는 1~100㎫, 보다 바람직하게는 2~50㎫이다. 1㎫ 미만에서는 파괴 강도가 작은 필러(B)의 형상이 그대로 남으므로 열전도율이 나빠진다. 100㎫를 초과하면 파괴 강도가 작은 필러(B)가 대부분 파괴되고, 또한 예를 들면, 육방정 질화 붕소 응집을 사용한 경우에는 육방정 질화 붕소의 편평 형상의 1차 입자가 면내 방향으로 배향하고, 두께 방향의 열전도율이 저하된다.
접착 시트 제작시의 가열·가압시의 수단으로서는 배치식 프레스기를 사용할 수 있지만, 생산성을 고려하면 연속적으로 가열·가압할 수 있는 롤 프레스가 바람직한 장치로서 들 수 있다. 롤 프레스를 사용할 경우의 바람직한 라인 속도로서는 0.1~5m/분이며, 보다 바람직하게는 0.3~3m/분이다. 0.1m/분 미만에서는 생산성이 나쁘고, 5m/분을 초과하면 파괴 강도가 작은 필러(B)의 파괴가 불충분해서 두께 방향의 열전도율이 저하된다.
접착 시트를 제작할 경우에 사용되는 지지막은 상기 접착 시트의 사용 목적에 의해 선택할 수 있고, 예를 들면, 구리, 알루미늄 등의 금속박이나, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리페닐렌술피드, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리이미드 등의 고분자 필름을 들 수 있다. 고분자 필름을 사용할 경우에는 경화성 방열 조성물과의 이형성을 좋게 하기 위해서 이형 처리를 실시한 것을 사용해도 좋다. 본 발명의 적층 시트 제작시에 사용되는 피복막은 상술한 지지막으로서 열거한 것으로부터 선택할 수 있다. 지지막, 피복막의 바람직한 두께로서는 10~200㎛이다.
이와 같이 해서 얻어진 접착 시트를 기재에 얹어서 소정의 프레스로 가압하면서 가열 경화시킴으로써 방열성이 우수한 경화물로 할 수 있다. 또한, 전자 부품을 접착할 경우에는 지지막의 적어도 1매를 박리한 후, 경화성 방열 수지면에 전자 부품을 부착하고, 가열·가압해서 경화함으로써 접착할 수 있다. 전자 부품의 접착을 행할 경우에는 지나치게 큰 압력에서는 전자 부품이 파손되므로 전자 부품이 파손되지 않고 접착할 수 있는 압력 범위로 할 필요가 있다.
본 발명의 접착 시트를 전자 부품의 접착에 사용할 경우에 있어서는 접착만이 일어나는 조건에서 가압·가열한다. 바람직한 압력의 범위로서는 0.1~10㎫, 보다 바람직하게는 0.5~8㎫이다. 0.1㎫ 미만에서는 접착하지 않고, 10㎫를 초과하면 전자 부품이 파손될 가능성이 있다. 온도 범위로서는 70~200℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 90~180℃이다. 200℃보다 높으면 수지 성분이 산화 등에 의해 분해의 가능성이 있고, 70℃보다 낮으면 조성물의 유동성이 부족하기 때문에 접착되지 않는다.
본 발명에 있어서 경화물의 두께 방향의 열전도율은 파인세라믹스의 레이저 플래시법에 의한 열 확산율, 비열, 열전도율 시험법: JISR 1611(2010)로 규정되는 방법에 준해서 측정된다. 구체적으로는 본 발명의 경화성 방열 조성물을 경화해서 얻어진 두께 200~500㎛의 시험편을 10㎜×10㎜ 정도의 시험편으로 해서 잘라내고, 열전도율 측정 장치 LFA447 NanoFlash(NETZSCH사제)를 사용함으로써 25℃에 있어서의 열확산율을 측정했다. 또한, 별도로 DSC법에 의해 구한 비열, 및 밀도로부터 하기의 식(2)에 의해 열전도율을 산출했다.
열전도율(W/m·K)=열확산율×비열×비중 (2)
본 발명의 경화성 방열 조성물, 및 상기 조성물로부터 제작된 시트를 경화함으로써 두께 방향의 열전도율은 10W/m·K 이상의 열전도율이 얻어진다.
본 발명의 경화성 방열 조성물은 고방열성과 경화 후의 접착성, 장기 신뢰성을 갖는 접착제로서 파워 반도체, 광반도체를 포함하는 반도체 소자, 반도체 장치, 회로용 금속판, 전기 금속판으로 이루어지는 회로, 회로 기판, 혼성 집적 회로 등의 전기 부품의 고정에 사용할 수 있다.
본 발명의 경화성 방열 조성물을 파워 반도체의 용도로 사용하는 예에 대해서 설명한다.
본 발명의 경화성 방열 조성물은, 예를 들면 일본 특허 공개 평 2005-232313호 공보에 기재되어 있는 파워 모듈의 열전도성 수지 시트에 적합하게 사용할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 3은 상기 공개 공보의 도 4, 도 5 및 도 7에 대응하는 파워 모듈의 모식 단면도이다.
도 1의 파워 모듈(10)에서는 리드 프레임(1a)의 한 면에 파워 반도체 소자(2)가 적재되고, 리드 프레임(1a)의 파워 반도체 소자(2) 적재의 대향하는 반대면에 열전도성 수지 시트의 경화체(3)를 개재해서 히트 싱크 부재(4)가 설치되어 있다. 파워 반도체 소자(2)는 리드 프레임(1b)에 적재된 제어용 반도체 소자(5)와 금속선(6)으로 접속되어 있고, 열전도성 수지 시트(3), 리드 프레임(1a, 1b), 히트 싱크 부재(4), 파워 반도체 소자(2), 제어용 반도체 소자(5), 금속선(6) 등의 파워 모듈 구성 부재는 몰드 수지(7)에 의해 밀봉되어 있지만, 리드 프레임(1a, 1b)의 외부 회로와 접속하는 부분 및 히트 싱크 부재(4)의 열전도성 수지 시트(3)와의 접착면에 대향하는 면은 몰드 수지(7)로 덮여 있지 않은 구조를 갖는다.
도 2의 파워 모듈(20)은 도 1의 파워 모듈에 있어서 히트 싱크 부재(4)를 열전도성 수지 시트의 경화체(3) 내에 매몰시킨 구조를 갖는다.
도 3은 케이싱 타입의 파워 모듈(30)이며, 무기의 절연판으로 이루어지는 히트 싱크 부재(14)와, 히트 싱크 부재(14)의 표면에 형성된 회로 기판(12)과, 회로 기판(12)에 적재된 파워 반도체(13)와, 히트 싱크 부재(14)의 둘레 가장가리부에 접착된 케이싱(15)과, 케이스 내의 회로 기판(12) 및 파워 반도체(13) 등을 밀봉하는 몰드 수지(16)와, 히트 싱크 부재(14)의 회로 기판(12)이 설치된 면에 대향하는 반대면에 적층된 열전도성 수지 시트의 경화체(11)와, 열전도성 수지 시트의 경화체(11)를 개재해서 히트 싱크 부재(14)에 접합된 히트 스프레더(17)로 이루어진다.
상기 도 1~도 3의 파워 모듈의 열전도 수지 시트에 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용할 경우에는 히트 싱크(도 1 및 도 2의 4) 또는 히트 스프레더(도 3의 17)가 되는 금속판에 본 발명의 경화성 방열 조성물을 원하는 두께가 되도록 도포하고, 용제 건조, 경우에 따라 B 스테이지화를 행하고, 또한 필요한 부재를 경화성 방열 조성물로 형성된 층에 접착시킨다. 또한, 사전에 시트화한 경화성 방열 조성물을 히트 싱크(4) 또는 히트 스프레더(17)에 접합시켜 접착한 후에 필요한 부재의 접착을 행해도 좋다.
또한, 본 발명의 경화성 방열 조성물은 도 4에 나타내는 구조의 파워 모듈(40)의 고열 전도 절연 시트로서도 적합하게 사용할 수 있다.
도 4의 파워 모듈(40)에서는 금속박(22) 상에 본 발명에 의한 열전도성 수지 시트(23)에 의해 금속 히트 스프레더(24)를 고정하고, 히트 스프레더(24) 위에 파워 반도체 소자(25, 26)를 땜납(27) 부착하고, 파워 반도체 소자(25, 26)는 금속선(28)을 개재해서 리드 프레임(21a, 21b)에 접속되어서 이루어지고, 히트 스프레더(24), 파워 반도체 소자(25, 26), 금속선(28) 및 리드 프레임(21a, 21b)의 금속선(28)과의 접속부는 몰드 수지(29)에 의해 밀봉된 구조를 갖는다.
본 발명의 경화성 방열 조성물을 도 4의 파워 모듈의 고열 전도 절연 시트(23)로서 사용할 경우에는 금속박(22) 상에 본 발명의 경화성 방열 조성물을 원하는 두께가 되도록 도포하고, 용제 건조, 경우에 따라 B 스테이지화를 행하고, 또한 히트 스프레더(24) 등 필요한 부재를 경화성 방열 조성물로 형성된 층에 접착시킨다. 또한, 사전에 시트화한 경화성 방열 조성물을 금속박에 접합시키고, 접착한 후에 히트 스프레더 등의 필요한 부재의 접착을 행해도 좋다.
도 4에 기재된 파워 모듈의 고열전도성 시트로서 사용하는 다른 하나의 방법으로서, 금속박 및 금속제 히트 스프레더의 양쪽에 각각 본 발명의 경화성 방열 조성물을 원하는 두께가 되도록 도포·용제 건조, 경우에 따라 B 스테이지화를 행하고, 경화성 방열 조성물층이 형성된 면끼리, 금속박과 금속제 히트 스프레더의 경화성 방열 조성물 형성면끼리를 가열·가압에 의해 접합시켜·접착을 행한다. 또한, 히트 스프레더 상에 필요한 부재의 접착을 행해도 좋다.
도 4의 파워 모듈에 사용하는 히트 스프레더, 히트 싱크, 금속박의 재질로서는 구리, 알루미늄 등의 열전도성이 우수한 금속이 적합하게 사용된다.
또한, 본 발명의 경화성 방열 조성물은 도 5에 나타내는 바와 같은 양면 냉각형 반도체 장치의 고열전도성 절연 수지 접착 시트(38)로서도 적합하게 사용할 수 있다. 도 5에 있어서, 30은 파워 도체 소자, 31은 땜납, 32는 금속제 열전도성 스페이서, 33a는 금속 전열판, 33b는 돌출 단자부, 34는 제어 전극 단자부, 35는 냉매 튜브, 36은 본딩 와이어, 37은 몰드 수지이다. 본 발명의 경화성 방열 조성물을 사용한 고열전도성 절연 수지 접착 시트(경화체)(38)를 개재해서 금속 전열판(33a)과 냉매 튜브(35)가 접합하고, 금속 파워 도체 소자(30)의 열이 전열판 (33a)으로부터 냉매 튜브에 효율적으로 전도된다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예를 들어서 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
필러 및 그 압축 파괴 강도:
[필러(A)]
압축 파괴 강도가 큰 필러(A)로서 하기의 필러를 사용했다.
(1) CB-A50S: Showa Denko K.K. 제의 평균 입자 지름 50㎛의 구형상 알루미나,
(2) FAN-f50-J: FURUKAWA DENSHI CO.,LTD. 제의 평균 입자 지름 50㎛의 질화 알루미늄,
(3) GB301S: Potters-Ballotini Co.,Ltd. 제의 평균 입자 지름 50㎛의 유리 비즈,
(4) 하이지라이트 HT-32I: Showa Denko K.K. 제의 평균 입자 지름 8㎛의 수산화 알루미늄.
[필러(B)]
압축 파괴 강도가 작은 필러(B)로서 하기의 필러를 사용했다.
(1) UHP-2: Showa Denko K.K. 제 hBN 응집 입자 분급품,
(2) PTX-60S: 평균 입경 60㎛의 Momentive Performance Materials Inc. 제 hBN 응집 입자,
(3) PT-405: 평균 입경 40㎛의 Momentive Performance Materials Inc. 제 hBN 응집 입자,
(4) TECO-20091045-B: 평균 입경 63㎛의 Momentive Performance Materials Inc. 제 hBN 응집 입자.
필러의 압축 파괴 강도는 상술한 방법으로 SHIMADZU CORPORATION의 미소 압축 시험기 MCT-510에 의해 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
수지 성분:
[열경화성 수지(C-1)]
(1) 에폭시 수지 1: 4관능형 에폭시 수지, 수 평균 분자량 420, 에폭시 당량 118g/eq, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제, 제품명: 에포토토 YH-434L,
(2) 에폭시 수지 2: 4관능 나프탈렌형 에폭시 수지, 수 평균 분자량 560, 에폭시기 당량 166g/eq, DIC Corporation 제, 제품명: 에피클론 HP- 4700,
(3) 아크릴 수지 1: 3관능형 아크릴 수지, 수 평균 분자량 423, 관능기 당량 141g/eq, Hitachi Chemical Co., Ltd. 제, 제품명: 팬크릴 FA-731A.
[열경화성 수지(C-2)]
(1) 에폭시 수지 3: 비스페놀 A형 에폭시 수지, 에폭시 당량 190g/eq, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제, 제품명: 에포토토 YD-128,
(2) 에폭시 수지 4: 비스페놀 F형 에폭시 수지, 에폭시 당량 160g/eq, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제, 제품명: 에포토토 YDF-870GS,
(3) 에폭시 수지 5: 다관능형 에폭시 수지, 수 평균 분자량 1280, 에폭시 당량 218g/eq, DIC Corporation 제, 제품명: 에피클론 N-680,
(4) 에폭시 수지 6: 다관능형 에폭시 수지, 수 평균 분자량 400, 에폭시 당량 250g/eq, DIC Corporation 제, 제품명: 에피클론 HP-7200L,
(5) 아크릴 수지 2: 6관능형 아크릴 수지, 수 평균 분자량 1260, 관능기 등량 141g/eq, Nippon Kayaku Co., Ltd. 제, 제품명: 카야라드 DPCA-60.
[열가소성 수지(D)]
(1) 폴리비닐부티랄 수지: 수 평균 분자량 53,000, SEKISUI CHEMICAL CO., LTD. 제, 제품명: 에스레크 SV-02,
(2) 폴리에스테르 수지: 수 평균 분자량 22,000, Nippon Synthetic Chemical Industry Co.,Ltd. 제, 제품명: SP182.
[기타 열경화성 수지]
(1) 페놀 수지: 다관능형 페놀 수지, 수 평균 분자량 470, 수산기 당량 108g/eq, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제, 제품명: SN-395,
(2) 페놀 수지: 페놀 노볼락 수지, Showa Denko K.K., 제품명: 쇼놀 BRN-5834Y.
[경화 촉매]
(1) 이미다졸 화합물: 1-(시아노에틸)-2-운데실이미다졸, SHIKOKU　CHEMICALS　CORPORATION 제, 제품명: 큐아졸 C11Z-CN,
(2) 유기 과산화물: 쿠멘하이드로퍼옥사이드, NOF CORPORATION 제, 제품명: 파크밀 H-80.
수지 성분의 분석 방법:
[수 평균 분자량]
겔 침투 크로마토그래피를 사용해서 측정을 행했다. 또한, 측정에는 Showa Denko K.K. 제 Shodex GPC System-21(컬럼 KF-802, KF-803, KF-805)을 사용하고, 측정 조건은 컬럼 온도 40℃, 용출액 테트라히드로푸란, 용출 속도 1ml/분. 표준 폴리스티렌 환산 분자량(Mw)으로 표시했다.
성형물의 평가 방법:
[밀도(비중)]
모든 실시예 및 비교예에 있어서 측정된 성형물의 비중은 Sartorius Mechatronics Japan K.K.의 전자 천칭(CP224S)과 비중/밀도 측정 키트(YDＫ01/YDＫ01-OD/YDK01LP)를 사용해서 공기 중에서의 성형체의 질량과 물 중에서의 성형체의 질량을 측정하고, 하기의 식(3)을 사용해서 비중을 산출했다.
ρ=W(a)×ρ(fl)/{W(a)-W(fl)} (3)
식 중, ρ는 고체의 비중, ρ(fl)는 액체의 밀도, W(a)는 공기 중에 있어서의 고체의 질량, W(fl)는 액체 중에 있어서의 고체의 질량을 나타내고, 밀도 측정의 액체로서는 모두 물을 사용하고 있다.
[열전도율]
경화성 방열 조성물을 사용해서 제작한 두께 200~500㎛의 성형물을 10㎜×10㎜로 절단하고, 열전도율 측정 장치 LFA447 NanoFlash(NETZSCH사제)를 사용함으로써 25℃에 있어서의 열확산율을 측정했다. 또한, 별도 구한 비열 및 비중으로부터 하기의 식(2)에 의해 열전도율을 산출했다.
열전도율(W/m·K)=열확산율×비열×비중 (2)
[공극률]
성형체의 공극률에 관해서는 실시예 또는 비교예에 나타내어지는 수지, 및 각 필러의 질량%로부터 성형체의 이론 비중을 계산한다. 또한, 실제로 성형한 성형체의 비중을 식(3)에 의해 산출한다. 이들 수치를 하기의 식(4)을 사용해서 공극률을 산출했다.
공극률(%)=100-(성형체의 비중/이론 비중×100) (4)
실시예 1:
비스페놀 A형 에폭시 수지(제품명: 에포토토 YD-128, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제) 17.6질량부, 압축 파괴 강도가 낮은 필러로서 질화 붕소 응집 입자(UHP-2, Showa Denko K.K. 제)를 66.5질량부, 압축 파괴 강도가 높은 필러로서 질화 알루미늄(FAN-f50-J, FURUKAWA DENSHI CO.,LTD. 제) 15.9질량부를 배합한 후, 자전·공전 믹서(THINKY CORPORATION 제, 아와토리 렌타로)를 사용해서 혼련하고, 원하는 경화성 방열 수지 조성물을 얻었다. 이 경화성 방열 수지 조성물을 열 프레스를 사용해서 소정(10㎫)의 압력으로 130℃에서 30분 가열 성형하고, 시트 형상으로 해서 경화시킨 성형 경화판을 제작하고, 열전도율을 측정한 결과 두께 방향의 열전도율은 16.4W/m·K로 높은 값을 나타냈다. 또한, 상기 방법에 의해 성형체의 공극률을 계산한 결과 0.20%이었다.
실시예 2~12:
표 2에 나타내는 조성으로 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 경화성 방열 조성물 및 성형 경화판을 제작하고, 열전도율을 측정하고, 공극률을 계산했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
비교예 1~5:
표 3에 나타내는 조성으로 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해 경화성 방열 조성물 및 성형 경화판을 제작하고, 열전도율을 측정하고, 공극률을 계산했다. 결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 13: 시트의 제작(1)
표 4에 기재한 바와 같이, (C-1) 성분의 N,N,N',N'-테트라글리시딜-4,4'-디아미노디페닐메탄(제품명: YH-434L, NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제) 35질량부, (C-2) 성분의 비스페놀 A형 에폭시 수지(제품명: 에포토토 YD-128 NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제) 10질량부, 열가소성 수지 성분(D)의 폴리비닐부티랄 수지(제품명 에스레크 SV-02 SEKISUI CHEMICAL CO., LTD.) 25질량부, 페놀 노볼락 수지(제품명: 쇼놀 BRN-3824Y Showa Denko K.K. 제) 10질량부, 다관능형 페놀 수지(제품명: SN-395 NIPPON STEEL & SUMIKIN CHEMICAL CO., LTD. 제) 20질량부에 용제로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제) 150질량부를 첨가해서 수지 성분을 용해했다. 또한, 경화 촉매로서 1-(시아노에틸)-2-운데실이미다졸(제품명: 큐아졸 C11Z-CN SHIKOKU　CHEMICALS　CORPORATION) 0.3질량부를 첨가했다. 조제한 수지 용액에 압축 파괴 강도가 높은 필러(A)로서 질화 알루미늄(제품명: FAN-f50-J, FURUKAWA DENSHI CO.,LTD. 제) 309질량부, 압축 파괴 강도가 작은 필러로서 질화 붕소 응집 입자(제품명: TECO20091045-B, Momentive Performance Materials Inc. 제) 71질량부, 용제로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르 650질량부를 배합하고, 자전 공전 믹서(THINKY CORPORATION 제, 아와토리 렌타로)를 사용해서 혼련하고, 실시예 13의 경화성 방열 조성물을 얻었다.
이와 같이 조제한 경화성 방열 조성물을 두께 75㎛의 PET 필름에 용제 건조 후의 도막이 약 150㎛가 되도록 자동 바 코터(TESTER SANGYO CO,. LTD. 제 PI-1210)로 도포하고, 상압 70℃×20분, 또한 70℃×20분간 진공 건조에 의해 용제를 건조함으로써 PET 필름에 방열 경화성 조성물의 도막이 형성된 시트를 얻었다. 상기 시트의 방열 경화성 조성물이 형성된 면끼리를 접합하고, 탁상 소형 롤 프레스(TESTER SANGYO CO,. LTD. 제)를 사용하여 온도 90℃, 가압 압력 10㎫, 롤 속도 0.3m/분의 조건으로 3회 가열·가압함으로써 두께 약 200㎛의 실시예 13의 접착 시트를 얻었다.
실시예 14: 시트의 제작(2)
실시예 13과 같은 배합의 경화성 방열 조성물을 사용하여 이하의 방법으로 해서 접착 시트를 제작했다.
경화성 방열 조성물을 두께 75㎛의 PET 필름에 용제 건조 후의 도막이 약 300㎛가 되도록 자동 바 코터(TESTER SANGYO CO,. LTD. 제 PI-1210)로 도장하고, 상압 70℃×20분, 또한 70℃×20분간 진공 건조에 의해 용제를 건조함으로써 PET 필름에 방열 경화성 조성물의 도막이 형성된 시트를 얻었다. 이 시트에 PET 필름을 피복하고, 탁상 소형 롤 프레스(TESTER SANGYO CO,. LTD. 제)를 사용하여 온도 90℃, 가압 압력 10㎫, 롤 속도 0.3m/분의 조건으로 3회 가열·가압함으로써 두께 약 200㎛의 실시예 14의 접착 시트를 얻었다.
실시예 15~22, 비교예 6~12:
표 4 및 표 5에 나타낸 배합으로 실시예 13과 마찬가지의 방법에 의해 두께 약 200㎛의 실시예 15~22 및 비교예 6~12의 접착 시트를 제작했다.
접착 시트의 평가 시험:
실시예 13~22 및 비교예 6~12에서 제작한 각 접착 시트에 대해서 하기의 방법으로 절연 파괴 전압, 유리 전이 온도, 작업성, 성형성, 유연성, 접착성, 내전압, 열전도율 및 공극률을 측정했다. 결과를 정리해서 표 4 및 5에 나타낸다.
[절연 파괴 전압의 측정 방법]
주파수 50Hz의 교류 전원을 매분 5㎸의 속도로 5㎸까지 승압 후, 1분간 유지, 매분 5㎸의 속도로 0㎸까지 강압하는 사이클을 행한다. 사이클 중에 1mA 이상의 통전이 확인된 시점에서 절연 파괴했다고 판단했다. 또한, 시험에는 KIKUSUI ELECTRONICS CORP. 제 내전압/절연 저항 측정 장치 TOS9201을 사용하고, 전극에는 Φ25㎜ 원기둥/Φ75㎜ 원기둥 형상의 것을 사용했다.
[경화 후의 유리 전이 온도]
소정의 방법으로 제작한 접착 시트를 20㎜×20㎜의 몰드 프레임에 25매 겹친 상태로 20㎜×20㎜의 몰드 프레임에 넣어 온도 180℃, 압력 3㎫로 프레스 경화했다. 얻어진 성형물은 시트의 면 방향을 시험편의 높이가 되도록 절삭 가공해 높이 10㎜, 폭 5㎜×5㎜의 시험편을 얻었다. 이 시험편에 대해서 TMA법으로 유리 전이 온도를 측정했다. 측정 조건은 승온 속도 분당 10K, 하중 5g의 조건이다. 측정 장치로서 SII Nano Technology Inc. 제 EXSTAR TMA/SS7000을 사용했다.
[작업성]
소정의 방법으로 제작한 접착 시트에 대해서 23℃에 보관한 후에 지지 필름으로부터의 이형성, 및 경화 전 시트의 유연성에 대해서 확인을 행했다. 이형성은 지지 필름을 박리했을 때에 시트에 파손의 유무로 판단했다. 유연성에 대해서는 경화 전 시트를 지지 필름이 부착된 상태로 Φ50㎜의 원기둥에 권취해서 시트의 파손의 유무로 판단했다. 파손하지 않았을 경우를 ○, 파손한 경우를 ×로 판정했다.
[성형성]
소정의 방법으로 제작한 접착 시트를 50㎜×50㎜로 절단하고, 지지 필름을 박리했다. 70㎜×70㎜×35㎛와 40㎜×40㎜×35㎛의 전해 동박에 끼운 상태로 온도 180℃, 압력 3㎫로 프레스 경화했다. 얻어진 편면 동장 시트에 대해서 동박이 시트에 매설되어 있는 것, 매설된 동박의 주위에 크랙이 발생하고 있지 않는 것을 확인했다. 크랙의 유무는 절연 파괴 전압 시험을 행하고, 1.0㎸ 미만에서 통전이 확인된 것을 크랙이 발생하고 있다고 판단했다. 크랙이 발생하지 않았을 경우를 ○, 크랙이 발생한 경우를 ×로 판정했다.
[유연성]
소정의 방법으로 작성한 접착 시트에 대해서 50㎜×50㎜로 절단하고, 지지 필름을 박리했다. 70㎜×70㎜×35㎛의 전해 동박으로 끼운 상태로 온도 180℃, 압력 3㎫로 프레스 경화했다. 얻어진 양면 동장 시트로부터 한 쪽만 동박을 박리하여 편면 동장 시트를 작성했다. 이 편면 동장 시트에 대해서 동박을 외측으로 한 상태로 Φ100㎜의 원기둥에 권취해서 시트의 파손의 유무로 유연성을 판단했다. 시트가 파손하지 않았을 경우를 ○, 파손한 경우를 ×로 판정했다.
[접착성]
소정의 방법으로 제작한 접착 시트를 100㎜×30㎜로 절단하고, 지지 필름을 박리했다. 150㎜×30㎜×1㎜의 알루미늄판과 150㎜×30㎜×35㎛의 전해 동박에 끼운 상태로 온도 180℃, 압력 3㎫로 프레스 경화했다. 얻어진 편면 동장 알루미늄판 부착 시트에 대해서 중심 부분의 폭 10㎜ 이외의 동박을 제거하고, 90℃ 박리 강도용 시험편을 작성했다. 이 시험편에 대해서 JIS-C6481에 준거해서 측정하고, 0.5kN/m 이상의 박리 강도를 갖고 있을 경우를 접착성 양호로 ○으로 하고, 0.5kN/m 미만의 박리 강도에서는 접착성 불량으로 ×로 판정했다.
[내전압]
소정의 방법으로 제작한 접착 시트를 50㎜×50㎜로 절단하고, 지지 필름을 박리했다. 70㎜×70㎜×35㎛의 전해 동박으로 끼운 상태로 온도 180℃, 압력 3㎫로 프레스 경화했다. 얻어진 양면 동장 시트로부터 양면의 동박을 박리하고, 경화 시트 단체(單體)를 얻었다. 이 경화 시트 단체 5매를 사용해서 하기의 조건으로 절연 파괴 전압 시험을 행했다. 절연 파괴 전압 5㎸ 이상의 합격률이 80% 이상인 경우를 내전압 양호로서 ○, 합격률 80% 미만의 경우에는 내전압 불량으로서 ×로 판정했다.
[열전도율]
소정의 방법으로 제작한 접착 시트에 대해서 50㎜×50㎜로 절단하고, 지지 필름을 박리했다. 70㎜×70㎜×35㎛의 전해 동박으로 끼운 상태로 온도 180℃, 압력 3㎫로 프레스 경화했다. 얻어진 양면 동장 시트로부터 양면의 동박을 박리하고, 경화 시트 단체를 얻었다. 이 경화 시트 단체에 대해서 10㎜×10㎜로 절단한 후에 열전도율 측정 장치 LFA447 NanoFlash(NETZSCH사제)를 사용함으로써 25℃에 있어서의 열확산율을 측정했다. 열전도율은 상술한 성형체의 열전도율과 마찬가지의 방법으로 산출했다.
[공극률]
성형체의 공극률과 같은 방법으로 경화한 접착 시트의 공극률을 측정했다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
표 2 및 표 3의 결과와 같이, 열경화성 수지와 압축 파괴 강도가 큰 필러(A), 특히 질화 알루미늄과 압축 파괴 강도가 작은 필러(B), 특히 hBN 응집 입자를 조합시킴으로써 두께 방향으로의 열전도율이 높은 경화물을 얻을 수 있었다.
또한, 표 4 및 표 5의 결과와 같이, 열경화성 수지와 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 압축 파괴 강도가 작은 필러(B), 특히 hBN 응집 입자를 조합시킴으로써 시트의 제조 공정을 거친 후에도 두께 방향으로의 열전도율이 높고, 동시에 성형체 내의 공극률이 낮은 상태를 유지한 경화물을 얻을 수 있었다. 또한, 실용 물성도 양호했다.
실시예 13~22의 접착 시트는 실용 물성에 문제는 보이지 않고, 열전도율도 양호했다. 동일한 조성으로 방열 수지층끼리를 접합시켜 공정을 거치지 않았던 실시예 14는 실시예 13에 비해서 열전도율은 좋아졌다.
비교예 6은 열경화성 수지(C-1)를 전체 수지 성분에 대하여 25질량% 미만 배합한 것이며, 시트의 유리 전이 온도가 낮고, 내열성이 떨어진다. 열경화성 수지 성분(C-1) 대신에 수 평균 분자량이 1000 이상인 다관능 에폭시 수지를 배합한 비교예 7에서는 다관능 에폭시 수지를 배합하고 있기 때문에 유리 전이 온도는 높지만, 접착 시트의 핸들링성, 성형성, 내전압성이 떨어졌다. 열경화성 수지(C-1) 대신에 관능기 밀도가 낮은 에폭시 수지를 배합한 비교예 8에서는 유리 전이 온도가 낮고 내열성이 떨어졌다. 열경화성 수지(C-1) 대신에 관능기 밀도가 낮은 아크릴 수지를 배합한 비교예 9는 유리 전이 온도가 낮고 내열성이 떨어졌다. 열가소성 수지(D)를 배합하지 않는 비교예 10에서는 안정되게 시트화가 발생되지 않았다. 열가소성 수지(D)의 배합량이 적은 비교예 11은 시트의 유연성, 접착성, 내전압이 떨어졌다. 열가소성 수지(D)의 배합량이 많은 비교예 12는 시트의 내열성, 성형성, 내전압이 떨어졌다.
<산업상의 이용 가능성>
열경화성 수지와 압축 파괴 강도가 큰 필러(A), 특히 질화 알루미늄과 압축 파괴 강도가 작은 필러(B), 특히 hBN 응집 입자를 조합시킴으로써 경화물의 두께 방향으로의 열전도율이 높은 경화성 방열 조성물로 할 수 있다. 본 발명의 경화성 방열 수지 조성물은 비교적 적은 필러 함유량으로 높은 열전도율을 나타내고, 기재로의 접착성이 우수하다는 점에서 파워 반도체, 광반도체를 포함하는 반도체 소자, 반도체장치, 회로용 금속판, 상기 금속판으로 이루어지는 회로, 회로 기판, 혼성 집적 회로 분야 등에서 매우 유용하다.
10, 20, 30, 40: 파워 모듈 1a, 1b: 리드 프레임
2: 파워 반도체 3: 열전도성 수지 시트(경화체)
4: 히트 싱크 부재 5: 제어용 반도체 소자
6: 금속선 7: 몰드 수지
11: 열전도성 수지 시트의 경화체 12: 회로 기판
13: 파워 반도체 14: 히트 싱크 부재
15: 케이싱 16: 몰드 수지
17: 히트 스프레더 21a, 21b: 리드 프레임
22: 금속박
23: 열전도성 수지 시트(고열 전도 절연 시트)
24: 금속 히트 스프레더 25, 26: 파워 반도체 소자
27: 땜납 28: 금속선
29: 몰드 수지 30: 파워 반도체 소자
31: 땜납 32: 금속제 열전도성 스페이서
33a: 금속 전열판 33b: 돌출 단자부
34: 제어 전극 단자부 35: 냉매 튜브
36: 본딩 와이어 37: 몰드 수지
38: 고열전도성 수지 접착 시트(경화체)

Claims (16)

  1. 상이한 압축 파괴 강도를 갖는 2종의 필러(단, 상기 2종의 필러는 동일 물질일 경우에는 제외한다)와 열경화성 수지(C)를 포함하고, 상기 2종의 필러의 압축 파괴 강도비[압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 압축 파괴 강도/압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 압축 파괴 강도]가 5~1500인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    압축 파괴 강도가 큰 필러(A)의 압축 파괴 강도가 100~1500㎫이며, 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 압축 파괴 강도가 1.0~20㎫인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 필러(A)가 질화 알루미늄 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 필러(B)가 육방정 질화 붕소 응집 입자인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2종의 필러 이외에 기타 무기 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기타 무기 필러가 수산화 알루미늄, 흄드 실리카, 및 산화 티타늄으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    압축 파괴 강도가 큰 필러(A) 및 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 총 함유량이 50~95질량%이거나, 또는 압축 파괴 강도가 큰 필러(A), 압축 파괴 강도가 작은 필러(B) 및 상기 기타 무기 필러의 총 함유량이 50~95질량%이며, 또한 압축 파괴 강도가 큰 필러(A)와 압축 파괴 강도가 작은 필러(B)의 질량 비율[(A)/(B)]이 0.1~10의 범위인 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    열가소성 수지(D)를 더 포함하고, 상기 열경화성 수지(C)와 상기 열가소성 수지(D)의 합계 100질량부에 대하여 열경화성 수지(C) 70~95질량부를 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    열경화성 수지(C)가 에폭시기 및 (메타)아크릴로일기 중 적어도 1종류의 반응성 기를 1분자 중에 3개 이상 갖고, 상기 반응성 기 1개당 분자량이 200 미만이며, 또한 수 평균 분자량이 1000 미만인 제 1 열경화성 수지(C-1)를 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지(D)가 폴리비닐부티랄 수지 및 폴리에스테르 수지로부터 선택되는 적어도 1종류를 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 방열 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 경화성 방열 수지 조성물로 이루어지는 막을 지지막과 피복막 사이에 형성시킨 것을 특징으로 하는 접착 시트.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 경화성 방열 수지 조성물을 지지막에 도포하고, 상기 도포된 면의 일부 또는 전체면에 피복막을 씌워서 얻어지는 적층체를 롤 프레스로 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 접착 시트의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 경화성 방열 수지 조성물을 2개의 지지막에 도포하고, 상기 한쪽의 지지막에 도포된 면과 다른 쪽의 지지막에 도포된 면을 접합시켜 얻어지는 적층체를 롤 프레스로 가열 및 가압하는 것을 특징으로 하는 접착 시트의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 경화성 방열 조성물을 70~200℃의 온도 범위, 또한 1~100㎫의 압력으로 가열 성형해서 얻어지는 공극률이 5% 이하이며, 두께 방향의 열전도율이 10W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 방열 경화물.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 기재된 접착 시트의 제조 방법으로 얻은 접착 시트에 기재를 얹은 적층체를 70~200℃의 온도 범위, 또한 0.1~10㎫의 압력으로 가열 성형해서 얻어지는 공극률이 5% 이하이며, 두께 방향의 열전도율이 10W/m·K 이상인 것을 특징으로 하는 방열 경화물.
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