TWI609077B - 熱傳導性片、其製造方法以及半導體裝置 - Google Patents

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Description

熱傳導性片、其製造方法以及半導體裝置
本發明係關於熱傳導性片、其製造方法以及半導體裝置。
伴隨電子裝置的進一步高性能化，半導體元件之高密度化及高組裝化已有進展。伴隨於此，將自構成電子裝置之電子零件發熱的熱予以進一步效率良好的散熱極為重要。半導體元件，為了要效率良好的散熱，則經由熱傳導性片安裝於散熱片、散熱板等散熱器。以熱傳導性片而言，將無機物充填劑等之填充劑(熱傳導性充填劑)分散含有於矽之物，正被廣泛使用。以該無機物充填劑而言，可列舉例如氧化鋁、氮化鋁、氫氧化鋁等。
在此種熱傳導性片中，以高熱傳導性為目的已進行各種研討。
例如，吾人進行提高基質內所調配的無機物充填劑之填充率。但是，若提高無機物充填劑之填充率，則因會損及柔軟性，或使無機物充填劑之填充率增高，故有粉末掉落發生之虞，因此提高無機物充填劑之填充率的方法有其界限。
又，有提案一種將氮化硼(BN)、石墨等鱗片狀微粒、碳纖維等填充於基質內之技術(例如參照專利文獻1及2)。該等提案之技術係利用鱗片狀微粒等具有之熱傳導率之各向異性之技術。例如，在碳纖維之情形，在纖維方向具有約600W/m‧K至1,200W/m‧K之熱傳導率。在氮化硼之情形，已知在面方向為約110W/m‧K，在對面方向呈垂直的方向為約2W/m‧K左右，具有各向異性。
近年來，半導體元件之高密度化，及高組裝化有顯著進展，對熱 傳導性片被要求進一步高熱傳導性。又，冀望獲得具高熱傳導性之厚度薄的片。
在使用該碳纖維時，可獲得使優異的高熱傳導性與柔軟性並存的熱傳導性片(參照例如專利文獻3)。但是，在厚度薄的片(例如平均厚度為500μm以下)，因界面之熱電阻變大，故無法獲得可使近年所冀望的優異的高熱傳導性與優異的柔軟性並存的熱傳導性片。
因此，現有狀況是冀望即使厚度為薄，也可提供優異的高熱傳導性與優異的柔軟性並存的熱傳導性片、其製造方法，以及使用了該熱傳導性片的半導體裝置。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
[專利文獻1]日本特開2006-335957號公報
[專利文獻2]日本特開2012-15273號公報
[專利文獻3]日本特開2011-241403號公報
本發明課題係解決先前技術之前述多個問題，並達成以下目的。亦即，本發明之目的係提供一種即使厚度薄，也可使優異的高熱傳導性與優異的柔軟性並存的熱傳導性片及其製造方法，以及使用了該熱傳導性片的半導體裝置。
以該解決課題方法而言，係如以下。亦即，
<1>一種熱傳導性片，其係為夾持於半導體裝置之熱源及散熱構件之間的熱 傳導性片，其特徵為：含有黏著劑、碳纖維及無機物充填劑；該碳纖維之平均纖維長度為50μm至250μm；依照ASTM-D5470所測定的在負荷7.5kgf/cm2條件下之熱電阻小於0.17K‧cm2/W；及該熱傳導性片之平均厚度為500μm以下。
<2>如該<1>所述的熱傳導性片，其中在依照ASTM-D5470而測定熱電阻時，在負荷2.0kgf/cm2至負荷7.5kgf/cm2之範圍，熱電阻為0.20K‧cm2/W以下。
<3>如該<1>及<2>中任一項所述之熱傳導性片，其中在熱傳導性片表面，使該碳纖維之長軸沿著該熱傳導性片之面方向，配置碳纖維之一部分。
<4>如該<1>至<3>中任一項所述之熱傳導性片，其中無機物充填劑含有氧化鋁。
<5>如該<4>所述之熱傳導性片，其中氧化鋁之平均粒徑為1μm至5μm。
<6>如該<1>至<5>中任一項所述之熱傳導性片，其中無機物充填劑為含有氮化鋁。
<7>如該<1>至<6>中任一項所述之熱傳導性片，其中碳纖維含量為20體積%至40體積%。
<8>如該<1>至<7>中任一項所述之熱傳導性片，其中無機物充填劑之含量為30體積%至55體積%。
<9>如該<1>至<8>中任一項所述之熱傳導性片，其中熱傳導性片之平均厚度(μm)較碳纖維之平均纖維長(μm)更大。
<10>一種熱傳導性片之製造方法，其係為該<1>至<9>中任一項所述之熱傳導性片之製造方法，其包含下列步驟：擠壓成形步驟，以擠壓機擠壓含有黏著劑先質、碳纖維及無機物充填劑的 熱傳導性組成物，獲得擠壓成形物；硬化步驟，將該擠壓成形物硬化，製成硬化物；切斷步驟，相對該擠壓之方向的垂直方向切斷該硬化物成為平均厚度500μm以下。
<11>一種半導體裝置，其具有熱源、散熱構件及夾持於該熱源與該散熱構件之間的熱傳導性片，該熱傳導性片係為該<1>至<9>中任一項所述之熱傳導性片。
根據本發明，可解決先前之多個問題，可達成該目的，可提供即使厚度為薄，也可使優異的高熱傳導性與優異的柔軟性並存的熱傳導性片、及其製造方法以及使用了該熱傳導性片的半導體裝置。
1‧‧‧基板
2‧‧‧半導體元件
3‧‧‧熱傳導性片
4‧‧‧散熱構件
10‧‧‧半導體裝置
11‧‧‧碳纖維
12‧‧‧無機物充填劑
第1A圖係表示擠壓成形時碳纖維配向態樣的示意圖。
第1B圖係表示擠壓成形時碳纖維配向態樣之示意圖。
第2圖係用以說明本發明熱傳導性片之製造方法之一例的概要圖。
第3圖係表示本發明半導體裝置之一例的概要剖面圖。
第4圖係實施例1之熱傳導性片表面之SEM照片。
第5圖係表示負荷及熱電阻之關係的圖表。
第6圖係實施例16的熱傳導性片之表面及剖面之SEM照片。
(熱傳導性片)
本發明之熱傳導性片，至少含有黏著劑、碳纖維及無機物充填劑，進一步可依照需要含有其他成分。
該熱傳導性片係夾持於半導體裝置之熱源及散熱構件之間被使用。
<黏著劑>
以該黏著劑而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉例如黏著劑樹脂等。以該黏著劑樹脂而言，可列舉例如熱塑性聚合物、熱硬化性聚合物之硬化物等。
以該熱塑性聚合物而言，可列舉例如熱塑性樹脂、熱塑性彈性體或該等聚合物合金等。
以該熱塑性樹脂而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-烯烴共聚物、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、聚二氯亞乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇、聚縮醛、聚氟化亞乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)樹脂、聚伸苯醚、變性聚伸苯醚、脂肪族聚醯胺類、芳香族聚醯胺類、聚醯胺醯亞胺、聚甲基丙烯酸或其酯、聚丙烯酸或其酯、聚碳酸酯、聚苯硫、聚碸、聚醚碸、聚醚腈、聚醚酮、聚酮、液晶聚合物、矽樹脂、離聚物等。該等可單獨使用一種，亦可併用二種以上。
以該熱塑性彈性體而言，可列舉例如苯乙烯系熱塑性彈性體、烯烴系熱塑性彈性體、氯乙烯系熱塑性彈性體、聚酯系熱塑性彈性體、聚胺基甲酸酯系熱塑性彈性體、聚醯胺系熱塑性彈性體等。該等可單獨使用一種，亦可併用二種以上。
以該熱硬化性聚合物而言，可列舉例如交聯橡膠、環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙順丁烯二醯亞胺樹脂、苯并環丁烯樹脂、酚樹脂、不飽和聚酯、 鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、矽樹脂、聚胺基甲酸酯、聚醯亞胺矽、熱硬化型聚伸苯醚、熱硬化型變性聚伸苯醚等。該等可單獨使用一種、亦可併用二種以上。
以該交聯橡膠而言，可列舉例如天然橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、腈橡膠、氫化腈橡膠、氯平橡膠、乙烯丙烯橡膠、氯化聚乙烯、氯碸化聚乙烯、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠、氟橡膠、胺基甲酸酯橡膠、丙烯酸橡膠、聚異丁烯橡膠、矽橡膠等。該等可單獨使用一種，亦可併用二種以上。
該等中，由成形加工性、耐氣候性優異，同時對電子零件之密接性及追隨性之觀點來看，該熱硬化性聚合物特佳為矽樹脂。
以該矽樹脂而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉例如加成反應型液狀矽樹脂，將過氧化物用於加硫的熱加硫型可研磨型的矽樹脂等。該等中，以電子裝置之散熱構件而言，因有要求電子零件之發熱面與散熱器面之密接性，故特佳為加成反應型液狀矽樹脂。
以該加成反應型液狀矽樹脂而言，較佳為將具有乙烯基之聚有機矽氧烷作成A液，將具有Si-H基之聚有機矽氧烷作成B液的二液性加成反應型矽樹脂。A液與B液之混合比率因所期望之熱傳導性片之柔軟性而可適宜選擇。
以該熱傳導性片中該黏著劑之含量而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，不過較佳為25體積%至50體積%。
<碳纖維>
以該碳纖維而言，只要是平均纖維長度(平均長軸長度)為50μm至250μm，則並無特別限制，可依目的適宜選擇、例如可使用以瀝青系、PAN系、電弧放電法、雷射蒸發法、CVD法(化學氣相成長法)、CCVD法(觸媒化學氣相成長法)等所合成之物。該等中，由熱傳導性之觀點來看，特佳為瀝青系碳纖維。
該碳纖維，可依照需要，將其一部分或全部予以表面處理使用。以該表面處理而言，可列舉例如氧化處理、氮化處理、硝基化、碸化，或者在藉由該等 處理所導入表面的官能基或者碳纖維之表面，將金屬、金屬化合物、有機化合物等予以附著或者結合處理等。以該官能基而言，可列舉例如羥基、羧基、羰基、硝基、胺基等。
在熱傳導性片之表面，使該碳纖維之長軸沿著該熱傳導性片之面方向，配置碳纖維一部分，以降低熱電阻之特點為較佳。
該碳纖維之平均纖維長度(平均長軸長度)為50μm至250μm，較佳為75μm至200μm，更佳為100μm至150μm。該平均纖維長度小於50μm時，則無法充分獲得各向異性熱傳導性，造成熱電阻變高。該平均纖維長，超過250μm時，則該熱傳導性片之壓縮性降低，使用時不再能獲得充分低的熱電阻。
以該碳纖維之平均短軸長度而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，不過較佳為6μm至15μm，更佳為8μm至13μm。
以該碳纖維之縱橫比(平均長軸長度/平均短軸長度)而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為8以上，更佳為12至30。該縱橫比小於8時，因碳纖維之纖維長度(長軸長度)短，故會有熱傳導率降低之情況。
在此，該碳纖維之平均長軸長度及平均短軸長度，例如可以測微顯微鏡、掃描型電子顯微鏡(SEM)等來測定。
以該熱傳導性片中該碳纖維之含量而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為20體積%至40體積%，更佳為22體積%至36體積%，特佳為28體積%至36體積%。該含量小於20體積%時，獲得充分低的熱電阻變得困難，超過40體積%時，會有對該熱傳導性片之成形性及該碳纖維之配向性產生影響之情況。
<無機物充填劑>
以該無機物充填劑而言，就其形狀、材質、平均粒徑等並無特別限制，可依目的適宜選擇。以該形狀而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉 例如球狀、橢圓球狀、塊狀、粒狀、扁平狀、針狀等。該等中，由填充性之觀點來看，球狀、橢圓形狀為較佳，球狀為特佳。
此外，在本說明書，該無機物充填劑與該碳纖維不同。
以該無機物充填劑而言，可列舉例如氮化鋁(AlN)、二氧化矽、氧化鋁、氮化硼、二氧化鈦、玻璃、氧化鋅、碳化矽、矽、氧化矽、氧化鋁、金屬微粒等。該等可單獨使用一種，亦可併用二種以上。該等中，較佳為氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氧化鋅、二氧化矽，由熱傳導率之觀點來看，特佳為氧化鋁、氮化鋁。
此外，該無機物充填劑可實施表面處理。該表面處理在以偶合劑處理該無機物充填劑時，可提高該無機物充填劑之分散性，並提高熱傳導性片之柔軟性。
以該無機物充填劑之平均粒徑而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇。
該無機物充填劑為氧化鋁之情形，其平均粒徑，較佳為1μm至10μm，更佳為1μm至5μm，特佳為4μm至5μm。該平均粒徑小於1μm時，則黏度變大，會有難以混合的情況，超過10μm時，會有該熱傳導性片之熱電阻變大之情況。
該無機物充填劑為氮化鋁之情形，其平均粒徑，較佳為0.3μm至6.0μm，更佳為0.3μm至2.0μm，特佳為0.5μm至1.5μm。該平均粒徑小於0.3μm時，黏度變大，會有難以混合之情況，超過6.0μm時，則會有該熱傳導性片之熱電阻變大之情況。
該無機物充填劑之平均粒徑，例如可以粒度分佈計、掃描型電子顯微鏡(SEM)來測定。
以該無機物充填劑之比表面積而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇。
該無機物充填劑為氧化鋁之情形，其比表面積，較佳為0.3m2/g至0.9m2/g。
該無機物充填劑為氮化鋁之情形，其比表面積，較佳為1m2/g至3m2/g。
該無機物充填劑之比表面積，例如可以BET法來測定。
以該熱傳導性片中之無機物充填劑的含量而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為30體積%至55體積%，更佳為35體積%至50體積%。該含量小於30體積%時，則會有該熱傳導性片之熱電阻變大之情況，超過55體積%時，則會有該熱傳導性片之柔軟性降低之情形。
<其他成分>
以該其他成分而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉例如觸變性提供劑、分散劑、硬化促進劑、延遲劑、微增黏劑、塑化劑、難燃劑、抗氧化劑、穩定劑、著色劑等。
該熱傳導性片之平均厚度為500μm以下，較佳為100μm至400μm，更佳為200μm至350μm。該平均厚度係無施加負荷時的平均厚度。
該熱傳導性片之平均厚度(μm)，較佳為大於該碳纖維之平均纖維長(μm)。藉此在使用時，可獲得易於壓縮之充分低的熱電阻。
該熱傳導性片，在施加負荷7.5kgf/cm2時之壓縮率，較佳為5%以上，更佳為10%至70%。該壓縮率小於5%時，會有壓縮時不再使熱電阻減小之情況。
該壓縮率可由下述式求得。
壓縮率(%)=100×(X-Y)/X
X：在施加負荷前之熱傳導性片之平均厚度(μm)
Y：在施加負荷7.5kgf/cm2後之熱傳導性片之平均厚度(μm)
該熱傳導性片係依照ASTM-D5470測定，在負荷7.5kgf/cm2條件下之熱電阻小於0.17K‧cm2/W。以該熱電阻之下限值而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為0.04K‧cm2/W。
在此，施加負荷而測定熱電阻，係因在使用時，通常藉由夾持於半導體裝置之熱源與散熱構件之間，而對熱傳導性片施加負荷。接著，在施加負荷於熱傳導性片之情形，與不施加負荷之情形，因該熱傳導性片之厚度、該熱傳導性片內之碳纖維密度、配向以及該熱傳導性片內之無機物充填劑之密度等不同，故熱電阻變化。
該熱傳導性片，較佳是在依照ASTM-D5470而測定熱電阻時之負荷2.0kgf/cm2至負荷7.5kgf/cm2之範圍，熱電阻較佳為0.20K‧cm2/W以下。藉此，而不受使用環境所左右，在獲得具有非常優異的熱電阻之熱傳導性片之特點為有利。以該熱電阻下限值而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為0.04K‧cm2/W。
以該熱傳導性片之製造方法而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，而較佳為以下說明的本發明熱傳導性片之製造方法。
(熱傳導性片之製造方法)
本發明熱傳導性片之製造方法，至少包含擠壓成形步驟、硬化步驟及切斷步驟，進一步可依照需要包含其他步驟。
<擠壓成形步驟>
該擠壓成形步驟，係只要以擠壓機擠壓熱傳導性組成物，獲得擠壓成形物之步驟，則並無特別限制，可依目的適宜選擇。
-熱傳導性組成物-
該熱傳導性組成物，含有黏著劑先質、碳纖維及無機物充填劑，進一步可依照需要，含有其他成分。
該黏著劑先質，係藉由後述硬化步驟而硬化，成為該熱傳導性片之黏著劑，該黏著劑之先質，可列舉例如在本發明之熱傳導性片中說明所例示的熱硬化性聚合物等。
該碳纖維，係本發明之熱傳導性片之說明中例示的碳纖維。
該無機物充填劑，係在本發明之熱傳導性片說明中例示的無機物充填劑。
該熱傳導性組成物，可藉由將該黏著劑先質、該碳纖維、該無機物充填劑及進一步可依照需要的其他成分，使用混合器等予以混合來調製。
藉由使用擠壓機，將該熱傳導性組成物在鑄模內擠壓成形，而可獲得擠壓成形物。
以該擠壓機而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇。
在該擠壓機之擠壓口，通常設置有複數個縫隙，藉此，而使碳纖維在擠壓方向被配向。
以該縫隙形狀、大小而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，以該縫隙形狀而言，可列舉例如平板狀、格子狀、蜂巢狀等。以該縫隙大小(寬)而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為0.5mm至10mm。
以該熱傳導性組成物之擠壓速度而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為0.001L/min以上。
就該鑄模形狀、大小、材質等，並無特別限制，可依目的適宜選擇，以該形狀而言，可列舉中空圓柱狀、中空角柱狀等。以該大小而言，可因應製作的熱傳導性片大小而適宜選擇。以該材質而言，可列舉例如不銹鋼等。
在該熱傳導性組成物通過擠壓機等之過程中，該碳纖維、該無機物充填劑等係集中於熱傳導性組成物之中心方向，在擠壓成形物之表面與中心，該碳纖維及該無機物充填劑之密度不同。亦即，在通過擠壓機的熱傳導性組成物(成形體)之表面，因該碳纖維及該無機物充填劑不突出於表面，故硬化熱傳導性組成物(成形體)的硬化物之表面部(熱傳導性片中之外周部)具備良好的微黏著性，對被黏著體(半導體裝置等)的黏結性為良好。
又，如第1A圖及第1B圖所示，藉由將含碳纖維11及無機物充填劑12的熱傳 導性組成物予以擠壓成形，而可在擠壓碳纖維之方向配向。
在此，該微黏著性，係指具有再剝離性，其經時間及濕熱所致黏結力上升較少，且在黏貼於被黏著體之情形，具有黏著性，其程度不致有簡單地位置偏離之意。
<硬化步驟>
該硬化步驟係將該擠壓成形物硬化，製成硬化物之步驟。
在該擠壓成形步驟所成形的擠壓成形物，係藉由因應使用之黏著劑先質的適當硬化反應而成為硬化物。
以該擠壓成形物之硬化方法而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，不過在作為該黏著劑先質使用矽樹脂等熱硬化性聚合物之情形，較佳為以加熱予以硬化。
以使用於該加熱之裝置而言，可列舉例如遠紅外爐、熱風爐等。
以該加熱溫度而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，較佳為在40℃至150℃進行。
使該矽樹脂硬化的矽硬化物之柔軟性，並無特別限制，可依目的適宜選擇，例如，可藉由矽硬化物之交聯密度、碳纖維填充量、無機物充填劑之填充量等而調整。
<切斷步驟>
以該切斷步驟而言，只要是相對該擠壓之方向的垂直方向切斷該硬化物成為平均厚度500μm以下之步驟，則並無特別限制，可依目的適宜選擇。
該切斷，例如係使用超音波切刀、鉋子等進行。該超音波切刀，可調節發信頻率與振幅，較佳為發信頻率在10kHz至100kHz、振幅在10μm至100μm之範圍調節。該切斷若不以超音波切刀，而以截切刀、切片機(旋轉刃)進行時，則切剖面之表面粗度Ra變大，熱電阻變大了。
根據該切斷步驟，相對該擠壓方向的垂直方向切斷硬化反應完成了的硬化物成為預定之厚度，而可獲得使該碳纖維向熱傳導性片厚度方向配向(垂直配向)的熱傳導性片。
又，該加成反應型液狀矽樹脂中，該A液與該B液之混合比率(質量比)，於A液：B液=5：5至6：4範圍之情形，藉由在熱傳導性片之表面，使該碳纖維之長軸沿著該熱傳導性片之面方向，使切斷時碳纖維一部分附著，而可獲得熱傳導性片，其係在熱傳導性片表面具有沿著該熱傳導性片之面方向所配置的碳纖維。
又，要獲得熱傳導性片，其在熱傳導性片表面具有沿著該熱傳導性片之面方向所配置的碳纖維，則在該加成反應型液狀矽樹脂中，該A液與該B液之混合比率(質量比)，特佳為A液：B液=5：5至6：4。在混合比率中，若A液變少，則碳纖維不附著於熱傳導性片表面，變多時，則熱傳導性片之柔軟性變得過高，製造造成困難。
在此，使用圖說明本發明熱傳導性片之製造方法一例。
如第2圖所示，經過擠壓、成形、硬化、切斷(切片)等一連串的步驟，而製造熱傳導性片。
如第2圖所示，首先，將黏著劑先質、碳纖維及無機物充填劑加以調配及攪拌，調製熱傳導性組成物。其後，在將已調製的熱傳導性組成物進行擠壓成形時，藉由通過複數個縫隙，而將調配於熱傳導性組成物中的碳纖維在熱傳導性片之厚度方向配向。其後，將所得之成形體予以硬化後，藉由相對該擠壓方向的垂直方向以超音波切刀切斷(切片)硬化物成為預定厚度，而可製作熱傳導性片。
(半導體裝置)
本發明之半導體裝置，具有散熱構件、熱源、熱傳導性片，進一步可依照需要具有其他構件。
該熱傳導性片，係夾持於該熱源及該散熱構件之間。
<熱源>
以作為該熱源之半導體元件而言，並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉例如中央處理器(CPU)、微處理器(MPU)、圖解演算元件等。
<散熱構件>
以該散熱構件而言，只要是傳導自半導體元件發生之熱再往外部散出之物，則並無特別限制，可依目的適宜選擇，可列舉例如散熱器、冷卻器、放熱器、放熱裝置、模墊片、印刷基板、冷卻風扇、泊耳帖元件(Peltier element)、熱管、外殼等。
<熱傳導性片>
該熱傳導性片係本發明之熱傳導性片。
在此，第3圖係表示半導體裝置10一例的概要圖，在基板1上配設半導體元件2，且在與散熱構件4之間，夾持熱傳導性片3。
[實施例]
茲說明本發明之實施例如下，但本發明並非對該等實施例有任何限定。
在以下之實施例及比較例，氧化鋁微粒及氮化鋁之平均粒徑係以粒度分佈計而測定之值。又，瀝青系碳纖維之平均長軸長度及平均短軸長度係以測微顯微鏡(HiROX Co Ltd製，KH7700)測定之值。
(實施例1) -熱傳導性片製作-
在將矽A液(具有乙烯基之有機聚矽氧烷)與矽B液(具有H-Si基之有機聚矽氧烷)以3：7(A液：B液)之質量比混合的二液性加成反應型液狀矽樹脂中，予以分級，將調整了比表面積的18體積%氧化鋁(平均粒徑4μm，球狀，比表面積 0.3m2/g，新日鐵住金材料股份有限公司Micron公司製)；21體積%氮化鋁(平均粒徑1μm，球狀，比表面積3m2/g，H等級，Tokuyama股份有限公司製)；與31體積%瀝青系碳纖維(平均纖維長度100μm，平均短軸長度9.2μm，XN100-10M，日本石墨纖維股份有限公司製)加以分散，調製矽樹脂組成物。此外，在上述調配中之體積%，係在所得熱傳導性片中之體積%。
又，氧化鋁及氮化鋁，係使用以矽烷偶合劑經偶合處理之物。
將所得矽樹脂組成物以擠壓機在鑄模(中空圓柱狀)中進行擠壓成形，製作矽成形體。在擠壓機之擠壓口形成有縫隙(排出口形狀：平板)。
將所得矽成形體在烤爐於100℃加熱6小時，製成矽硬化物。
以超音波切刀相對擠壓方向之垂直方向切斷所得矽硬化物成為平均厚度為100μm(發信頻率20.5kHz，振幅50μm至70μm)。藉由以上，而製作平均厚度100μm、縱30mm、橫30mm之正方形狀之實施例1熱傳導性片。
所得之熱傳導性片，在以測微顯微鏡(HiROX Co Ltd製，KH7700)觀察其剖面，則相對於熱傳導性片之厚度方向，瀝青系碳纖維配向成0度至5度。第4圖表示熱傳導性片表面的SEM照片。
又，測定所得熱傳導性片之壓縮率。其結果如表5-1所示。
〔評價〕 <熱電阻>
依照ASTM-D5470，測定熱電阻。結果如表1、表4及第5圖所示。
熱電阻係在負荷0.5kgf/cm2、1.0kgf/cm2、1.5kgf/cm2、2.0kgf/cm2、3.0kgf/cm2、4.0kgf/cm2、5.3kgf/cm2、6.0kgf/cm2、7.5kgf/cm2之條件下各自測定。
<柔軟性>
柔軟性係以熱傳導性片之壓縮率來評價。具體言之，測定在施加負荷7.5kgf/cm2於熱傳導性片時之壓縮率，以下述評價基準來評價。
〔評價基準〕
￮：壓縮率為5%以上
×：壓縮率小於5%
<在熱傳導性片之表面，該碳纖維長軸沿著該熱傳導性片面方向而配置碳纖維之一部分(熱傳導性片之表面中有無碳纖維)>
在熱傳導性片之表面，該碳纖維之長軸沿著該熱傳導性片面方向，是否配置碳纖維之一部分，係由如第4圖之SEM照片來確認。以下述評價基準來評價。結果如表1所示。
〔評價基準〕
A：有配置
B：無配置
(實施例2至15、比較例1至4)
除了在實施例1，將碳纖維之種類及量(體積%)、氧化鋁之種類及量(體積%)、氮化鋁之種類及量(體積%)以及熱傳導性片之平均厚度，變更為表1至3記載的碳纖維之種類及量(體積%)、氧化鋁之種類及量(體積%)、氮化鋁之種類及量(體積%)、以及熱傳導性片之平均厚度以外，其他與實施例1同樣地，製作熱傳導性片。
就所得之熱傳導性片，與實施例1同樣地進行評價。結果如表1至4及第5圖所示。
(實施例16)
除了在實施例1，將矽A液及矽B液之調配比率(質量比)變更為5：5以外，其他與實施例1同樣地，製作熱傳導性片。
就所得熱傳導性片，與實施例1同樣地評價。結果如表3及第5圖所示。又，測定各負荷中之壓縮率。測定結果如表5-1所示。再者，熱傳導性片之SEM照片 如第6圖所示。在此，在比SEM照片上之箭頭更上方的部分，表示熱傳導性片之表面，下方部分表示熱傳導性片之剖面。
(實施例17)
除了在實施例7，將矽A液及矽B液之調配比率(質量比)變更為5：5以外，其他與實施例7同樣地，製作熱傳導性片。
就所得之熱傳導性片，與實施例1同樣地進行評價。結果如表3所示。又，測定各負荷中之壓縮率。測定結果如表5-2所示。
(比較例X、Y、Z)
就市售品之熱傳導性片，將負荷及熱電阻之關係與實施例1同樣地測定。結果如表4及第5圖所示。
此外，比較例X之熱傳導性片係親和產業股份有限公司製SS-HCTα50-302(厚度0.2mm)，比較例Y之熱傳導性片，係Axix公司製之銦片，比較例Z之熱傳導性片係Nilaco公司製之銦片。
*碳纖維(平均纖維長度：50μm)：XN100-05M(日本石墨纖維股份有限公司製)
*碳纖維(平均纖維長度：100μm)：XN100-10M(日本石墨纖維股份有限公司製)
*碳纖維(平均纖維長度：150μm)：XN100-15M(日本石墨纖維股份有限公司製)
*碳纖維(平均纖維長度：250μm)：XN100-25M(日本石墨纖維股份有限公司製)
*氧化鋁：新日鐵住金材料股份有限公司製
*AlN(比表面積：1m2/g)：JC(東洋鋁股份有限公司製)
*AlN(比表面積：3m2/g)：H等級(Tokuyama股份有限公司製)
實施例1至15之熱傳導性片，即使平均厚度薄至500μm以下，依照ASTM-D5470所測定之負荷7.5kgf/cm2條件下的熱電阻小於0.17K‧cm2/W，具有優異的熱電阻，且柔軟性亦優異。
在實施例1，矽A液與矽B液之調配比率(質量比)改為A液：B液=5：5的實施例16之熱傳導性片，藉由在熱傳導性片之表面，使該碳纖維之長軸沿著該熱傳導性片之面方向，配置碳纖維之一部分，而增加發熱體或者散熱構件與碳纖維之接觸面積，帶來熱電阻降低。又，藉由使矽A液與矽B液之調配比率(質量比)成為A液：B液=5：5，而提高柔軟性，沿著熱傳導性片表面方向使碳纖維一部分附著，在低負荷之情形中與熱電阻降低相關。
在實施例7，將矽A液與矽B液之調配比率(質量比)改為A液：B液=5：5的實施例17之熱傳導性片，亦獲得與上述相同的傾向。
一方面，在比較例1至3，並無法使優異的熱電阻與優異的柔軟性並存。在比較例4，片形成性不良，無法評價。
[產業上可利用性]
本發明之熱傳導性片，因熱傳導性高，故例如因溫度而對元件動作效率或壽命等產生不良影響的CPU、MPU、功率電晶體、LED、雷射二極體、各種電池(鋰離子電池等各種二次電池、各種燃料電池、電容器、非晶形矽、結晶矽、化合物半導體、濕式太陽電池等各種太陽電池等)等各種電氣裝置周圍或 冀望熱之有效利用的加熱設備之熱源周圍、熱交換器或地板發熱裝置之熱配管周圍等可適當使用。
11‧‧‧碳纖維
12‧‧‧無機物充填劑

Claims (11)

  1. 一種熱傳導性片，其係為夾持於半導體裝置之熱源與散熱構件間的熱傳導性片，其特徵為：含有黏著劑、碳纖維及無機物充填劑；該碳纖維之平均纖維長度為50μm至250μm；該熱傳導性片中該碳纖維之含量為28體積%至40體積%；依照ASTM-D5470所測定的負荷7.5kgf/cm2條件下之熱電阻小於0.17K‧cm2/W；及該熱傳導性片之平均厚度為500μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱傳導性片，其中該熱傳導性片之平均厚度為400μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之熱傳導性片，其中無機物充填劑含有氧化鋁。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之熱傳導性片，其中氧化鋁之平均粒徑為1μm至5μm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之熱傳導性片，其中無機物充填劑含有氮化鋁。
  6. 一種熱傳導性片，其係為夾持於半導體裝置之熱源與散熱構件間的熱傳導性片，其特徵為：含有黏著劑、碳纖維及無機物充填劑；該碳纖維之平均纖維長度為50μm至250μm；該熱傳導性片中該碳纖維含量為20體積%至40體積%；該熱傳導性片中該無機物充填劑含量為30體積%至55體積%；前述無機物充填劑係含有氧化鋁、氮化鋁；該氧化鋁的平均粒徑為4μm至5μm；該氮化鋁的平均粒徑為0.5μm至1.5μm； 依照ASTM-D5470所測定的負荷7.5kgf/cm2條件下之熱電阻小於0.17K‧cm2/W；及該熱傳導性片之平均厚度為400μm以下。
  7. 如申請專利範圍第1、2、6項中任一項所述之熱傳導性片，其中依照ASTM-D5470測定熱電阻時之負荷2.0kgf/cm2至負荷7.5kgf/cm2範圍中之熱電阻為0.20K‧cm2/W以下。
  8. 如申請專利範圍第1、2、6項中任一項所述之熱傳導性片，其中在熱傳導性片表面，使該碳纖維之長軸沿著該熱傳導性片之面方向，配置碳纖維之一部分。
  9. 如申請專利範圍第1、2、6項中任一項所述之熱傳導性片，其中熱傳導性片之平均厚度(μm)較碳纖維之平均纖維長(μm)大。
  10. 一種熱傳導性片製造方法，其係為如申請專利範圍第1、2、6項中任一項所述之熱傳導性片的製造方法，其特徵為包含下列步驟：擠壓成形步驟，以擠壓機擠壓含有黏著劑先質、碳纖維及無機物充填劑的熱傳導性組成物，獲得擠壓成形物；硬化步驟，將該擠壓成形物硬化，製成硬化物；及切斷步驟，相對該擠壓方向的垂直方向切斷該硬化物。
  11. 一種半導體裝置，其具備熱源、散熱構件及夾持於該熱源與該散熱構件間的熱傳導性片，該熱傳導性片係為如申請專利範圍第1、2、6項中任一項所述之熱傳導性片。
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