WO2007010615A1 - 熱伝導シートおよびその製造方法、並びに熱伝導シートを用いたパワーモジュール - Google Patents

熱伝導シートおよびその製造方法、並びに熱伝導シートを用いたパワーモジュール Download PDF

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thin
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heat conductive
heat
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Kei Yamamoto
Tetsuji Sorita
Kazuhiro Tada
Seiki Hiramatsu
Naoshi Yamada
Hiromi Ito
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • Thermal conductive sheet Method for producing the same, and power module using the thermal conductive sheet
  • the present invention relates to a heat conductive sheet that emits heat generated by a heat generating body such as a power semiconductor element, a manufacturing method thereof, and a power module using the heat conductive sheet.
  • insulation such as Al 2 O, A1N or BeO that also has a material force with excellent insulation and thermal conductivity
  • Patent Document 1 JP 2001-156253 A (page 3)
  • the ceramic plate is made thin, the strength is inferior, so that cracks due to the stress are likely to occur. If the ceramic plate is made thick, the crack can be prevented, but the thermal conductivity of the heat conductive sheet is lowered.
  • the present invention has been made in order to solve a problem to be solved, and has excellent thermal conductivity and is a crack in a material having thermal conductivity typified by ceramics in a thermal conductive sheet. It aims at obtaining the heat conductive sheet by which generation
  • a heat conductive sheet according to the present invention is provided adjacent to each other, and is interposed between a plurality of thin body pieces having heat conductivity and side surfaces of the plurality of thin body pieces, and bonds the side surfaces to each other. And a resin composition as a sheet.
  • the thermal conductivity is excellent and cracks in the thermal conductive sheet are prevented. .
  • FIG. 1 is a top view and a cross-sectional view showing a schematic configuration of a heat conductive sheet in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the size in the surface direction of the thin piece of the heat conductive sheet and the thermal resistance of the heat conductive sheet in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the size in the surface direction of the thin piece of the heat conductive sheet and the withstand voltage of the heat conductive sheet in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the size in the surface direction of the thin piece of the heat conductive sheet and the defect rate of the heat conductive sheet in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a thin piece of another heat conductive sheet in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a process diagram showing an outline of a method for producing a heat conductive sheet in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a thin body used in another method for producing a heat conductive sheet in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a characteristic showing the relationship between the V-shaped apex angle of the V-shaped groove and the pressure required to divide the thin body piece and the withstand voltage of the heat conductive sheet in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a process diagram showing an outline of a method for producing a heat conductive sheet in the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view showing a schematic configuration of a heat conductive sheet and a layout diagram of a heating element (heated conductor) mounted thereon in Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 11 is a top view showing a schematic configuration of a heat conductive sheet and a layout diagram of a heating element (heated conductor) mounted thereon in Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a power module in a seventh embodiment of the present invention.
  • thermal conductive sheet 2 resin composition, 20 resin layer, 21 surface resin layer, 3 thin body, 31 thin body piece, 32 side surface (split section), 33 groove, 34 surface, 5 holding sheet (Adhesive sheet), 6 heat generator (heated conductor), 7 power module.
  • FIG. 1 is a top view and a cross-sectional view showing a schematic configuration of a heat conductive sheet in Embodiment 1 of the present invention, and (a) is a surface view provided on the surface of the heat conductive sheet 1 of the present embodiment.
  • a plurality of thin pieces 31 having heat conductivity are adjacent to each other in the plane direction, and between the side faces 32 of the thin pieces 31.
  • the thermal conductivity is not limited to the use of a single thermal conductive material, such as a ceramic plate, in which the resin composition 2 is interposed and the side surface 32 is bonded to the resin composition 2 to form a sheet.
  • the resin composition 2 is continuously provided on the surface 34 of the thin piece 31 to form a surface resin layer 21.
  • Table 1 shows the size and interval in the surface direction of the thin body piece 31 in the heat conductive sheet 1 of the present embodiment, and the characteristics of the heat conductive sheet 1.
  • the resin composition 2 is an epoxy resin
  • the thin piece 31 also has a 0.61 mm thick A1N (aluminum nitride) ceramic plate force, as shown in Table 1.
  • the square in the direction of the surface is a square of lmm square to 30mm square, and the distance between them is 0.05m! Thermal resistance, dielectric strength, and defect rate were measured for a thermal conductive sheet 1 (0.7 mm thickness) of ⁇ 5 mm.
  • the defect rate refers to the heat conduction sheet 1 after performing a 300-cycle heat cycle test with "-30 ° C hold for 30 minutes and 125 ° C hold for 30 minutes" as one cycle. It is the ratio of the thin piece 31 with cracks to the total thin piece 31 of the heat conductive sheet 1, and the heat conductive sheet 1 is provided with the surface resin layer 21 on the surface 34 of the thin piece 31. It is 0.7mm thick.
  • Fig. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the thermal resistance of the thin piece 31
  • Fig. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the size of the thin piece 31 in the surface direction and the dielectric strength of the heat conducting sheet 1.
  • Fig. 4 shows a characteristic diagram showing the relationship between the size of the direction and the defect rate of the thermal conductive sheet 1. 2 to 4, a is a characteristic when the interval between the thin pieces 31 is 0.05 mm, b is a characteristic when the interval between the thin pieces 31 is 0.1 mm, and c is a thin piece. The characteristic when the interval of 31 is 3 mm, and d is the characteristic when the interval between the thin pieces 31 is 5 mm.
  • the withstand voltage of the heat conducting sheet 1 is not affected by the size of the thin piece 31 and is constant. If the size of the thin piece 31 is less than 3 mm square, the thermal resistance of the heat conductive sheet 1 is increased if the size is less than 3 mm square. Tend to be prominent.
  • the thin piece 31 exceeds 25 mm square, the possibility of cracks in the thin piece increased due to impact stress during the manufacturing process or during use. From the above, when the force in the surface direction of the thin piece 31 relating to the heat conductive sheet 1 of the present embodiment is 3 mm square or more and 25 mm square or less, the stress can be relaxed and the heat conduction It can be seen that cracks in the gate can be prevented, and that dielectric strength and thermal conductivity can be secured.
  • the size of the thin piece 31 relating to the heat conductive sheet 1 of the present embodiment is 5 mm square or more and 15 mm square or less, cracking of the heat conductive sheet can be further prevented. As a result, it is possible to ensure thermal conductivity.
  • the thin piece 31 is made of a ceramic plate such as Al 2 O (alumina) or BN (boron nitride).
  • the same result as in the present embodiment was obtained.
  • the same result as in the present embodiment was obtained even when the thickness of the thin piece 31 was in the range of 0.1 mm or more and 2 mm or less.
  • the surface direction force side of the thin piece 31 relating to the heat conductive sheet 1 is a square of 3 mm or more and 25 mm or less.
  • the longest diagonal length of the thin piece 31 is a square diagonal length of 3 mm on a side (3 2 + 3 2 ) 1/2 mm or more, and a diagonal length of a square with a side of 25 mm. If it is less than (25 2 + 25 2 ) 1/2 mm, the shape in the surface direction of the thin piece 31 is not limited to a square, and even if it is a polygon or a circle, the same effect as this embodiment Can be obtained.
  • the interval between the thin body pieces 31 in the heat conductive sheet 1 is narrow, because the thermal resistance is low. However, if the distance is too small, the resin composition 2 enters between the thin body pieces 31.
  • the gap is 0.1 mm or more. Preferably there is. However, since the thermal resistance tends to increase when the thickness exceeds 3 mm, the interval is preferably 0.1 mm or more and 3 mm or less.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (d) are cross-sectional views showing a schematic configuration of a thin piece of another heat conductive sheet in the first embodiment of the present invention, and the thin piece in the present embodiment.
  • the sectional shape of 31 (side surface) 3 2 is oblique with respect to the sheet surface of the heat conducting sheet 1, and (c) is the case where the sectional shape is part of an arc.
  • the sectional shape (side surface) 32 of the thin piece 31 is not vertical to the heat conductive sheet 1 surface.
  • electric field concentration is prevented from occurring at the corners of the thin piece 31 and dielectric breakdown is unlikely to occur.
  • the creepage distance in the thickness direction of the heat conductive sheet 1 of the divided section (side surface) 32 of the thin piece 31 is The insulation withstand voltage improves as the length increases.
  • the resin composition 2 related to the heat conductive sheet 1 of the present embodiment is for adhering between the divided sections (side surfaces) 32 of the thin piece 31 to form a sheet.
  • the thin piece 31 is not necessarily required on the surface 34, but considering the thermal resistance and adhesiveness that are preferable from the viewpoint of adhesion to the adhesive member, the thin piece
  • the thickness of the surface resin layer 21 on the surface 31 is preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less. If the thickness of the surface resin layer 21 is less than l / z m, adhesion is difficult to obtain. If it exceeds 100 / z m, the thermal resistance becomes very large.
  • the resin composition 2 contains particles for thermal conductivity.
  • a metal filler or an inorganic powder filler having excellent thermal conductivity can be used, and the insulating property is excellent.
  • An inorganic powder filler such as aluminum halide
  • the particle size of the above particles is 0. Ol / zm or more, 100 m or less, 0. or more, and 20 m or less. improves.
  • the sheet-like or plate-like thin body 3 having thermal conductivity related to the thermal conductive sheet 1 of the present embodiment one having a high thermal conductivity of 1 OWZmK or more and a thermal conductivity is used.
  • a thermal conductivity for example, Al O (aluminum) with a thermal conductivity of 30 WZmK or more is preferred.
  • the divided section 32 of the thin piece 31 is not flat, so that the adhesion is improved by the anchor effect and the withstand voltage is improved.
  • the thickness of the thin body 3 is more preferably 0.1 mm or more, 2 mm or less, 0.1 mm or more, or 0.8 mm or less, as the thermal resistance is reduced. If the thickness of the thin body 3 is less than 0.1 mm, the strength of the sheet becomes weak and warpage may occur, and if it exceeds 2 mm, the thermal resistance may increase.
  • FIG. 6 is a process diagram showing an outline of a method for producing a heat conductive sheet in the second embodiment of the present invention.
  • grooves 33 are formed on the surface of the sheet-like or plate-like thin body 3 having thermal conductivity, and as shown in FIG. 6 (b), the thin body 3
  • the resin layer 20 comprising the resin composition 2 is provided on both surfaces of the thin film 3 and the thin film 3 is coated with a pressure 30 by applying pressure 30 to the resin layer 20 from at least one surface of the thin film 3.
  • the resin composition 2 is interposed between the divided sections 32 of the thin piece 31 and the thin piece 31 is cut. To form a sheet.
  • the thin body 3 is formed into the thin piece 31 by providing the groove 33 on the surface of the thin body 3 as described above so as to be easily divided.
  • a first step of dividing, and a second step of interposing the resin composition 2 between the divided sections (side surfaces) 32 of the thin piece 31 and bonding the side surfaces to form a sheet. Can be applied at the same time.
  • the thin groove 3 is provided with a dividing groove 33, the thin body 3 is divided easily and in a controlled manner by the pressure applied to the side surface of the groove 33.
  • the groove 33 in addition to the groove 33 having a cross-sectional shape in the width direction as shown in FIG. 6 (a), in the second embodiment of the present invention of FIG.
  • the same effect can be obtained by using a groove 33 having a semicircular cross-sectional shape in the width direction.
  • the thin body 3 having the cross-sectional shape shown in FIG. 6 (a) when used, the thin body 3 having the cross-sectional shape shown in FIG. 7 is used for the thin piece 31 having the cross-sectional shape shown in FIG. 5 (a). Is the cross-sectional shape shown in Fig. 5 (c) It is divided into thin thin pieces 31.
  • Fig. 6 (a) if grooves 33 are formed on both sides of thin body 3, it will be easier to divide. Even if it is formed on at least one surface of thin body 3, it can be divided. In this case, the thin piece 31 having a cross-sectional shape shown in FIG.
  • the groove 33 is formed only on one surface of the thin body 3, when the heat conductive sheet 1 is used, by forming the groove 33 on the side on which the heating element is mounted, the thin body piece 31 can efficiently generate the heating element force. Can spread the transmitted heat.
  • the thickness of the heat conductive sheet 1 can be controlled by the thickness of the thin body 3 and the amount of the resin composition 2.
  • the heat conductive sheet 1 can be easily manufactured with a thin and high thermal conductivity.
  • Table 2 shows the material, thickness, and thickness of the sheet-like or plate-like thin body 3 having thermal conductivity used in the method for manufacturing the heat conductive sheet 1 of the present embodiment.
  • V-shaped apex angle (V-groove angle) in the groove 33 having a V-shaped cross section in the width direction and the pressure required to divide the thin body 3, the composition of the resin composition 2, and the surface on the thin piece 31
  • the thickness (surface thickness) of the resin layer 21 and the withstand voltage of the heat conductive sheet 1 are shown.
  • epoxy resin filled with Al 2 O (alumina) filler as the resin composition 2 epoxy resin filled with Al 2 O (alumina) filler as the resin composition 2
  • a 0.635 mm thick A1N (aluminum nitride) ceramic plate was used as the thin body 3. As shown in Table 2, V-shaped grooves 33 with apex angles of 10 ° to 160 ° were formed at a depth of 0.2 mm.
  • the heat conduction sheet 1 of Embodiment 2-1 to Embodiment 2-6 was manufactured as described above by providing and dividing by applying the pressure shown in Table 2, and the dielectric strength voltage was measured.
  • the resin composition 2 is interposed between each thin piece 31 and also across the surface of the thin piece 31 to become a surface fat layer 21 (surface thickness) and used as an adhesive layer.
  • the final thickness of the surface resin layer 21 is determined by the pressure 30 applied to the resin layer 20 and the particle size of the filler filled in the resin composition 2, for example, the surface resin layer When 21 is set to 200 m or less, the maximum particle size distribution of 200 m is not taken into consideration in consideration of the particle size distribution of the filler.
  • the adhesive layer when the adhesive layer is to be thinned to 100 m or less, it is filled with a flake-form boron nitride filler, the force to make the pressure 30 above lOMPa, and the maximum particle size distribution of the filler is 100 m. Fill something.
  • the thin piece 31 The size is 10 mm square, and the interval between each thin piece 31 is 0.5 mm.
  • FIG. 8 is obtained based on Table 2.
  • p is the V-shape provided in the thin body 3 in the method for manufacturing the heat conductive sheet 1 of the present embodiment.
  • the relationship between the V-shaped apex angle of the groove 33 and the pressure required to divide the thin body 3 into the thin piece 31 is shown, and q indicates the relationship between the apex angle and the dielectric strength of the heat conductive sheet 1.
  • the apex angle is preferably 20 ° or more and 160 ° or less. Furthermore, when the V-shaped apex angle is 60 ° or more, the dielectric strength is excellent. When the V-shaped apex angle is 120 ° or less, the pressure required for cutting is small. Therefore, the V-shaped apex angle of the V-shaped groove 33 is 60 ° or more, 120 It is more preferable that the temperature is not more than °.
  • a ceramic plate such as Al 2 O 3 (alumina) or BN (boron nitride) is used.
  • the present embodiment can be applied even when the thickness of the thin body 3 is in the range of 0.1 mm or more and 2 mm or less and the depth of the groove 33 is in the range of 0.05 mm or more and 0.4 mm or less. Similar results were obtained.
  • Table 3 shows, in another heat conductive sheet according to the present embodiment, the occupation ratio of the thin piece 31 in the material and thickness of the thin piece 31 and the surface area of the heat conductive sheet 1, and the resin composition.
  • the composition of the product 2 and the thickness (surface thickness) of the surface resin layer 21 on the thin piece 31 and the thermal conductivity of the thermal conductive sheet 1 are shown.
  • the thin body 3 with thermal conductivity is made of A1N (aluminum nitride) or Al 2 O (alumina).
  • Ceramic plate as the resin composition 2 with Al 2 O (alumina) filler or BN (boron nitride).
  • the thermal conductive sheet 1 according to the present embodiment is excellent in thermal conductivity.
  • the thermal conductive sheet 1 can be subjected to a 300-cycle heat cycle test during the manufacturing process and “holding at -40 ° C for 30 minutes and holding at 125 ° C for 30 minutes” as one cycle. The ceramic plate was not cracked.
  • FIGS. 9 (a) and 9 (f) are process diagrams showing an outline of the manufacturing method of the heat conductive sheet in Embodiment 3 of the present invention.
  • the thin body 3 in the first process is shown in FIG. This is a case where the division is performed using the holding sheet 5.
  • the thin body 3 is divided by the force 40 that pulls the holding sheet 5 in the surface direction to obtain the thin body piece 31.
  • the thin body 3 is made fragile like a ceramics plate, a groove 33 is provided on the surface of the thin body 3, or the thin body 3 is thinned to a thickness of, for example, about 100 m. It can be done easily.
  • the resin layer 20 made of the resin composition 2 is provided on the thin piece 31, and the pressure 30 is applied to the resin layer 20 to perform the second step.
  • the resin composition 2 is interposed between the split sections 32 of the thin piece 31, and thereafter the holding sheet 5 is removed as shown in FIG. 9 (e).
  • the heat conductive sheet 1 is to have adhesiveness
  • the resin is coated or pressed on the surface from which the holding sheet 5 is removed, and the resin is left in a semi-cured state.
  • the heat conductive sheet is obtained by the presence of the copper foil 4 on one side, which may be adhered to the copper foil 4 by the resin composition 2 on the surface from which the holding sheet 5 is removed.
  • the moisture resistance of 1 is improved.
  • the manufacturing method of the heat conductive sheet 1 according to Embodiment 4 of the present invention is the same as that in Embodiment 2, except that the thin body 3 is divided, and at least one surface of the thin body 3 is made of the resin composition 2 made of the resin composition 2. Is bonded in a semi-cured state, and heating and cooling are alternately applied to divide by utilizing the difference in thermal expansion coefficient between the thin body 3 and the resin layer 20 made of the resin composition 2. Other than that, the heat conductive sheet 1 is manufactured in the same manner as in the second embodiment.
  • the groove 33 on at least one surface of the thin body 3, it can be easily divided with good control.
  • FIG. 10 is a top view showing a schematic configuration of a heat conductive sheet and a layout diagram of a heating element (heated conductor) mounted thereon in Embodiment 5 of the present invention.
  • the heat conductive sheet 1 is a heat conductor to be radiated and released from the heat. That is, as shown in FIG. 10 (a) with the surface resin layer 21 seen through, the heat conductive sheet 1 of the present embodiment is directly below the heating element 6 mounted so that the thin pieces 31 are spaced at equal intervals. Part (mounting area Embodiment 1 except that the intervals between the thin pieces 31 in the region (1) are concentrated more narrowly than the intervals between the thin pieces 31 in the place where the direct force of the heating element 6 is also separated (the non-mounting region). This is the same as the heat conduction sheet 1.
  • the thin pieces 31 are arranged as described above, so that the intervals between the thin pieces 31 are uniform throughout the heat conductive sheet 1 and the heating element. Compared with the case where the heat conductive sheet 1 is narrow and densely packed as in the portion immediately below 6, stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the heat conductive sheet 1 and the member to be bonded to the heat conductive sheet 1 can be further relaxed.
  • the interval between the thin pieces 31 is 0.1 mm or more and lm m or less. Even in the part where the spacing is wider, the spacing between the thin body pieces 31 is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less.
  • the heat generating sheet 6 is not limited to being directly mounted on the heat conductive sheet 1, and a metal or ceramic plate may be interposed between the heat generating element 6 and the heat conductive sheet 1.
  • FIG. 11 is a top view showing a schematic configuration of the heat conductive sheet and a layout diagram of a heating element (heated conductor) mounted thereon according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the heat conductive sheet 1 of the present embodiment has the thin body pieces 31 at equal intervals, but the mounted heating element.
  • the size of the thin piece 31 in the portion directly under 6 (mounting area) is set larger than the size of the thin piece 31 in the position where the partial force directly under the heating element 6 is separated (non-mounting area).
  • the rest is the same as the heat conductive sheet 1 of the first embodiment, which reduces the thermal resistance and can efficiently dissipate the heat of the heating element.
  • the shape of the thin body piece 31 is not limited to the shape shown in the above embodiment, and the groove 33 is provided so as to be a triangle or a hexagon when viewed from the top surface of the heat conduction sheet 1. Thus, the size and shape of the thin piece 31 are adjusted.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the power module in the seventh embodiment of the present invention, and uses the heat conductive sheet 1 in any of the first to sixth embodiments.
  • the power module 7 of the present embodiment is mounted on a heat sink 9 in which the power semiconductor element 6 is connected to the lead frame 8, and the heat conductive sheet 1 of the first to sixth embodiments is composed of the heat sink 9 and the heat spreader 11.
  • the above components are sealed with a mold resin 10.
  • the heat conductive sheet 1 of Embodiments 1 to 6 is disposed between the heat sink 9 and the heat spreader 11 as a semi-cured solid sheet and is heat-cured, it can be bonded with high productivity. Further, the bonding process between the heat sink 9 and the heat spreader 11 by the curing reaction of the heat conductive sheet 1 may be performed simultaneously in the sealing step with the mold resin 10.
  • the power module 7 of the present embodiment was subjected to a heat cycle test with 300 cycles, with one cycle of “holding at 40 ° C for 30 minutes and holding at 125 ° C for 30 minutes” as one cycle.
  • the thin piece 31 in the heat conductive sheet 1 to which the heat sink 9 and the heat spreader 11 are bonded is not cracked and heat dissipation can be maintained, and high capacity can be achieved.
  • the heat conductive sheet 1 according to the present invention can be used, for example, in a semiconductor device such as a power module on which a heating element such as a power semiconductor element is mounted.

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Abstract

　従来のセラミックス板を用いた熱伝導シートでは、セラミックス板を薄くすると強度が劣るためクラックが発生しやすくなり、厚くすると熱伝導性が低下するという問題がある。 　この発明の熱伝導シートは、上述の問題を解決するためになされたものであり、互いに隣接して設けられ、熱伝導性を有する複数の薄体片３１と、上記複数の薄体片３１の側面３２の間に介在し、上記側面３２間を接着してシートとする樹脂組成物２とを備えたものであって、複数の薄体片３１を用いることにより、応力を緩和することが可能となりクラックが防止できる。

Description

明 細 書
熱伝導シートおよびその製造方法、並びに熱伝導シートを用いたパワー モシ ール
技術分野
[0001] 本発明は、例えばパワー半導体素子等の発熱体力 の熱を放出する熱伝導シート およびその製造方法、並びに熱伝導シートを用いたパワーモジュールに関するもの である。
背景技術
[0002] 電力回路が実装されたリードフレームの、上記電力回路が実装された面の反対面 に、 Al O、 A1Nまたは BeO等、絶縁性および熱伝導性に優れた物質力もなる絶縁
2 3
体 (セラミックス板)を熱伝導シートとして接着したものがある（例えば特許文献 1参照）
[0003] 特許文献 1：特開 2001— 156253号公報 (第 3頁）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 従来のセラミックス板力 なる熱伝導シートは、接着面形状に追随するのが困難で
、例えばヒートスプレッダまたはリードフレームなどに接着した場合、ヒートスプレッダま たはリードフレームからの応力を受けやすい。
そこで、セラミックス板を薄くすると強度が劣るため、上記応力によるクラックが発生 し易くなり、セラミックス板を厚くすると上記クラックは防止できるが熱伝導シートの熱 伝導性が低下するという課題があった。
[0005] 本発明は、カゝかる課題を解決するためになされたものであり、熱伝導性に優れると 共に、熱伝導シート内の、セラミックスに代表される熱伝導性を有する材料におけるク ラックの発生が防止された熱伝導シートを得ることを目的とする。また、製造方法が容 易でコスト面でも有利である熱伝導シートの製造方法を得ることを目的とする。また、 高容量ィ匕が可能なパワーモジュールを得ることを目的とする。
課題を解決するための手段 [0006] 本発明に係る熱伝導シートは、互いに隣接して設けられ、熱伝導性を有する複数 の薄体片と、上記複数の薄体片の側面の間に介在し、上記側面間を接着してシート とする榭脂組成物とを備えたものである。
発明の効果
[0007] 本発明によれば、熱伝導性を有する複数の薄体片が互いに隣接して設けられてい るので、熱伝導性に優れると共に熱伝導シートにおけるクラックが防止されるという効 果がある。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]本発明の実施の形態 1における、熱伝導シートの概略構成を示す上面図と断 面図である。
[図 2]本発明の実施の形態 1における、熱伝導シートの薄体片の面方向の大きさと熱 伝導シートの熱抵抗との関係を示す特性図である。
[図 3]本発明の実施の形態 1における、熱伝導シートの薄体片の面方向の大きさと熱 伝導シートの絶縁耐圧との関係を示す特性図である。
[図 4]本発明の実施の形態 1における、熱伝導シートの薄体片の面方向の大きさと熱 伝導シートの不良率との関係を示す特性図である。
[図 5]本発明の実施の形態 1における、別の熱伝導シートの薄体片の概略構成を示 す断面図である。
[図 6]本発明の実施の形態 2における、熱伝導シートの製造方法の概略を示す工程 図である。
[図 7]本発明の実施の形態 2における、別の熱伝導シートの製造方法において用いる 薄体の概略を示す断面図である。
[図 8]本発明の実施の形態 2における、 V字状溝の V字の頂角と、薄体片への分断に 要する圧力との関係および熱伝導シートの絶縁耐圧との関係を示す特性図である。
[図 9]本発明の実施の形態 3における、熱伝導シートの製造方法の概略を示す工程 図である。
[図 10]本発明の実施の形態 5における、熱伝導シートの概略構成を示す上面図とこ れに搭載された発熱体 (被熱伝導体)の配置図である。 [図 11]本発明の実施の形態 6における、熱伝導シートの概略構成を示す上面図とこ れに搭載された発熱体 (被熱伝導体)の配置図である。
[図 12]本発明の実施の形態 7における、パワーモジュールの概略構成を示す断面図 である。
符号の説明
[0009] 1 熱伝導シート、 2 榭脂組成物、 20 榭脂層、 21 表面榭脂層、 3 薄体、 31 薄体片、 32 側面 (分断面)、 33 溝、 34 表面、 5 保持シート (粘着シート)、 6 発 熱体（被熱伝導体）、 7 パワーモジュール。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 実施の形態 1.
図 1は、本発明の実施の形態 1における、熱伝導シートの概略構成を示す上面図と 断面図であり、 (a)は本実施の形態の熱伝導シート 1の表面に設けられた表面榭脂 層 21を透視した上面図、（b)は（a)の a— a線断面における、熱伝導シート 1の断面図 である。
図 1に示すように、本実施の形態の熱伝導シート 1は、熱伝導性を有する複数の薄 体片 31が面方向に互 、に隣接し、この薄体片 31の側面 32の間に榭脂組成物 2が 介在し、上記側面 32が榭脂組成物 2により接着されてシートとなったもので、セラミツ タス板に代表される熱伝導材料を一枚で用いるのではなぐ上記熱伝導材料を複数 の薄体片 31として用いることにより、例えばヒートスプレッダまたはリードフレームから の応力を緩和することが可能となり、クラックが防止できる。なお、本実施の形態の熱 伝導シート 1には、上記榭脂組成物 2が薄体片 31の表面 34にも連続して設けられて 、表面榭脂層 21を形成している。
[0011] 表 1は、本実施の形態の熱伝導シート 1における薄体片 31の面方向の大きさおよ び間隔と、熱伝導シート 1の特性を示す。
[0012] [表 1] ί#体片ー J2:Rさ ifwni 1 3 5 to 5 20 30 熱抵抗 X10'S(K W) B-57 5.18 4,83 4.72 4 2 樣 .05 絶綠耐圧（kV) 2 3 3 3 3 4 4 4 片; 0
： 熱.擬抗 X1(JS(K/W) 1377 6.88 5,82 5,13 4,91 4.81 4.75 4.71 間： 絶緣遍 SiO 6 11 12 12 13 13 14
0.1 不良率 0—01 0,01 0,02 0,05 0,1 d 1 10
(mm); 52,0? 36,2.2 27.75 10,29 14.28 1 07 o ：
絶綠 KS(kV) 7 12 13 13 13 14 ] 14 14
3 不 ja率《％) 0.01 o.ot 0,02 0,05 0.1 0.5 1 10
5 熱抵抗 X10'8(K W〉 D J.36 49,81 43.6Θ tJ 27.58 20.82 3,74
[0013] つまり、本実施の形態においては、榭脂組成物 2がエポキシ榭脂であり、薄体片 31 が 0. 63mm厚の A1N (窒化アルミ）のセラミックス板力もなり、表 1に示すように面方 向の大きさが lmm角〜 30mm角の正方形で、それらの間隔が 0. 05mn！〜 5mmで ある熱伝導シート 1 (0. 7mm厚）に対して、熱抵抗、絶縁耐圧および不良率を測定し た。
なお、不良率とは、上記熱伝導シート 1に対して「― 40°Cでの 30分間保持と 125°C での 30分間保持」を 1サイクルとして 300サイクルのヒートサイクル試験を施した後に 、上記熱伝導シート 1の全薄体片 31に対して、クラックが入った薄体片 31の割合で あり、上記熱伝導シート 1は、薄体片 31の表面 34に表面榭脂層 21が設けられて 0. 7mm厚となっている。
また、表 1に基づいて得られたものである力 本実施の形態の熱伝導シート 1にお いて、薄体片 31の各間隔における、薄体片 31の面方向の大きさと熱伝導シート 1の 熱抵抗との関係を示す特性図を図 2に、薄体片 31の面方向の大きさと熱伝導シート 1の絶縁耐圧との関係を示す特性図を図 3に、薄体片 31の面方向の大きさと熱伝導 シート 1の不良率との関係を示す特性図を図 4に示す。なお、図 2〜図 4において、 a は薄体片 31の間隔が 0. 05mmである場合の特性、 bは薄体片 31の間隔が 0. lmm である場合の特性、 cは薄体片 31の間隔が 3mmである場合の特性、 dは薄体片 31 の間隔が 5mmである場合の特性である。
[0014] 図 3に示すように、薄体片 31の面方向の大きさが 3mm角以上では熱伝導シート 1 の絶縁耐圧は薄体片 31の面方向の大きさによる影響が少なく一定であり、 3mm角 未満では熱伝導シート 1の絶縁耐圧の低下が顕著となり、図 2に示すように、薄体片 31の面方向の大きさが 3mm角未満では熱伝導シート 1の熱抵抗の増カロも顕著とな る傾向が見られる。
また、図 4に示すように、薄体片 31の面方向の大きさが 25mm角を越えると不良率 の増加が顕著となる。
これは、熱伝導シート 1において、薄体片 31が 3mm角未満では、数が非常に多く なることによって作業が困難になるば力りでなぐ榭脂組成物 2の占める割合が多くな つて熱抵抗が大きくなり、また、熱伝導シート 1の厚さ方向において、榭脂組成物 2と 薄体片 31との界面が多く存在することになり、絶縁破壊が起こる確率が高くなつて絶 縁耐圧が低下したものと推察される。
また、薄体片 31が 25mm角を越えることにより、製造工程中や使用時の衝撃ゃ応 力などによって薄体片にクラックが生じる可能性が増したことによると推察される。 以上のことから、本実施の形態の熱伝導シート 1に係わる薄体片 31の面方向の大 きさ力 3mm角以上、 25mm角以下であると、応力を緩和することができて熱伝導シ ートのクラックが防止できるとともに、絶縁耐圧と熱伝導性を確保することができること が分かる。
[0015] さらに、図 2に示すように、薄体片 31の大きさが 5mm角以上では熱抵抗の減少傾 向が顕著となって放熱性が向上する力 これは熱伝導シート 1の面方向への熱伝導 の広がりが増したことによると推察される。また、図 4に示すように、薄体片 31の大きさ が 15mm角以下では不良率の減少が顕著となるが、これは製造工程中や使用時に 薄体片のクラックが生じる可能性がより減少したことによると推察される。
以上のことから、本実施の形態の熱伝導シート 1に係わる薄体片 31の面方向の大 きさは、 5mm角以上、 15mm角以下であると、熱伝導シートのクラックがさらに防止 できるとともに、熱伝導性を確保することができることが分力る。
なお、薄体片 31が Al O (アルミナ）または BN (窒化ホウ素）等のセラミックス板から
2 3
なるものでも本実施の形態と同様の結果が得られた。また、薄体片 31の厚さが 0. 1 mm以上、 2mm以下の範囲のものでも、本実施の形態と同様の結果が得られた。
[0016] なお、本実施の形態において、熱伝導シート 1に係わる薄体片 31の面方向力 一 辺が 3mm以上、 25mm以下の正方形であると、上記効果が得られることを示したが 、上記薄体片 31面の最長の対角線長さが、一辺が 3mmである正方形の対角線長さ である（32+ 32) 1/2mm以上、一辺が 25mmである正方形の対角線長さである（252 + 252) 1/2mm以下であれば、上記薄体片 31の面方向の形状が、正方形に限定さ れず多角形または円であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
[0017] また、熱伝導シート 1における各薄体片 31間の間隔は狭い程、熱抵抗が低くなるた め好ましいが、狭すぎると榭脂組成物 2が上記薄体片 31の間に入り込むことが困難 となって空隙が残り絶縁耐圧の低下が懸念されるため、上記間隔は 0. 1mm以上で あることが好ましい。しかし、 3mmを越えると熱抵抗が高くなる傾向があるため、上記 間隔は、 0. 1mm以上、 3mm以下が好ましい。
[0018] 図 5 (a)〜（d)は、本発明の実施の形態 1における、別の熱伝導シートの薄体片の 概略構成を示す断面図であり、本実施の形態における薄体片 31の分断面 (側面） 3 2の断面形状が熱伝導シート 1のシート面に対して斜めであり、 (c)は上記断面形状 が円弧の一部の場合である。
図 5に示すように、本実施の形態の熱伝導シート 1は、上記薄体片 31の分断面 (側 面） 32の断面形状が、熱伝導シート 1面に対して垂直に切り立っていないので、薄体 片 31の角に電界集中することが防止され絶縁破壊が起こり難ぐまた、上記薄体片 3 1の分断面 (側面） 32の、熱伝導シート 1の厚さ方向における沿面距離が長くなつて 絶縁耐圧が向上する。
[0019] 本実施の形態の熱伝導シート 1に係わる榭脂組成物 2は、薄体片 31の分断面 (側 面） 32の間を接着してシートとするためのものであるので、熱伝導性の面からは薄体 片 31表面 34上には必ずしも必要ではないが、接着部材との接着性の観点からは設 けることが好ましぐ熱抵抗と接着性とを考慮すると薄体片 31表面 34の表面榭脂層 2 1の厚さは 1 μ m以上、 100 μ m以下が好ましぐ 5 μ m以上、 40 μ m以下であること 力 り好ましい。表面榭脂層 21の厚さは l /z m未満では接着性が得難ぐ 100 /z mを 越えると熱抵抗が非常に大きくなる。
また、上記榭脂組成物 2には熱伝導性のょ 、粒子が含有されて 、ることが好ましぐ 例えば熱伝導性に優れた金属フィラーや無機粉末フィラーを用いることができ、絶縁 性が要求される場合は、例えば Al O (アルミナ）、 BN (窒化ホウ素）または A1N (窒
2 3
化アルミニウム)等の無機粉末フィラーを用いる。上記粒子の粒径は 0. Ol /z m以上 、 100 m以下、 0. 以上、 20 m以下がより好ましぐ表面榭脂層 21厚と同定 度の大きさのものを用いることにより熱伝導が向上する。
[0020] 本実施の形態の熱伝導シート 1に係わる、熱伝導性を有するシート状または板状の 薄体 3としては、熱伝導率が 1 OWZmK以上の高 、熱伝導率を有するものが用いら れるが、 30WZmK以上の熱伝導率を有するものが好ましぐ例えば、 Al O (アルミ
2 3 ナ）、 BN (窒化ホウ素）または A1N (窒化アルミニウム)等の材料を用いたセラミックス 板を用いる。
なお、上記セラミックス板を用いた熱伝導シート 1では、薄体片 31の分断面 32が平 坦でないことからアンカー効果によって接着性が向上し、絶縁耐圧性が向上する。 また、上記薄体 3の厚さは、薄い程熱抵抗が小さくなる力 0. 1mm以上、 2mm以 下、 0. 1mm以上、 0. 8mm以下がより好ましい。薄体 3の厚さが 0. 1mm未満では シートの強度が弱くなり反りが発生する可能性があり、 2mmを越えると熱抵抗が大き くなる可能性がある。
[0021] 実施の形態 2.
図 6は、本発明の実施の形態 2における、熱伝導シートの製造方法の概略を示す 工程図である。
まず、図 6 (a)に示すように、上記熱伝導性を有するシート状または板状の薄体 3の 表面に溝 33を形成し、図 6 (b)に示すように、上記薄体 3の両面に榭脂組成物 2から なる榭脂層 20を設け、上記薄体 3の少なくとも一方の面から上記榭脂層 20に圧力 3 0をカ卩えることにより応力を利用して、薄体 3を薄体片 31に分断すると同時に、図 6 (c )に示すように、薄体片 31の分断面 32の間に榭脂組成物 2を介在させ、薄体片 31に 分断された状態でシートを形成する。
本実施の形態の熱伝導シート 1の製造方法においては、上記のように薄体 3の表面 に溝 33を設け容易に分断されるようにすることにより、上記薄体 3を薄体片 31に分断 する第 1の工程と、上記薄体片 31の分断面 (側面) 32の間に榭脂組成物 2を介在さ せ、上記側面の間を接着してシートとする第 2の工程とを同時に施すことができる。
[0022] 本実施の形態における第 1の工程において、薄体 3に分断用の溝 33を設けると、 上記溝 33の側面に力かる圧力で、薄体 3の分断を制御良くかつ容易に行うことがで きるが、上記溝 33としては、図 6 (a)に示すように溝 33の幅方向の断面形状力 字状 のものの他に、図 7の、本発明の実施の形態 2における、別の熱伝導シートの製造方 法において用いる薄体 3の断面形状に示すように、溝 33の幅方向の断面形状が半 円状のものを用いても同様の効果がある。
つまり、図 6 (a)に示す断面形状の薄体 3を用いた場合は図 5 (a)に示す断面形状 の薄体片 31に、図 7に示す断面形状の薄体 3を用いた場合は図 5 (c)に示す断面形 状の薄体片 31に分断される。
また、図 6 (a)に示すように、薄体 3の両面に溝 33を形成すると、分断がより容易とな る力 薄体 3の少なくとも一方の表面に形成しても分断することは可能であり、この場 合は、図 5 (d)に示す断面形状の薄体片 31に分断される。薄体 3の片面のみに溝 33 を形成する場合は、熱伝導シート 1を用いる際に、発熱体を搭載する側に溝 33を形 成することにより、薄体片 31が効率よく発熱体力も伝わった熱を広げることができる。
[0023] 本実施の形態の熱伝導シート 1の製造方法により、熱伝導シート 1の厚さは、薄体 3 の厚さと榭脂組成物 2の量によってコントロールすることができ、熱伝導シート 1の所 定の厚さに近 、厚さの薄体 3を用いることで、薄くて熱伝導率が高 、熱伝導シート 1 を容易に製造することができる。
[0024] 表 2に、本実施の形態の熱伝導シート 1の製造方法において用いる、熱伝導性を有 するシート状または板状の薄体 3の材料、厚さ、上記薄体 3に設けた幅方向の断面が V字状である溝 33における V字の頂角（V溝角度）および薄体 3を分断するに要する 圧力と、榭脂組成物 2の組成および薄体片 31上の表面榭脂層 21の厚さ (表面厚)、 並びに熱伝導シート 1の絶縁耐圧を示す。
つまり、榭脂組成物 2として Al O (アルミナ)フィラーを充填したエポキシ榭脂を、上
2 3
記薄体 3として 0. 635mm厚の A1N (窒化アルミ）のセラミックス板を用い、表 2に示す ように、頂角が 10° 〜160° の V字状の溝 33を深さ 0. 2mmで設け、表 2に示す圧 力を加えて分断することにより、上記のようにして実施の形態 2— 1〜実施の形態 2— 6の熱伝導シート 1を製造し、絶縁耐圧を測定した。
この場合、榭脂組成物 2は各薄体片 31の間に介在するとともに薄体片 31の表面に も渡り表面榭脂層 21 (表面厚）となり接着層として用いられる。この表面榭脂層 21の 最終的な厚さを決めるのが上記榭脂層 20にかける圧力 30と榭脂組成物 2に充填さ れているフィラーの粒径であり、例えば上記表面榭脂層 21を 200 m以下とする場 合には上記フィラーの粒度分布を考慮して最大で 200 mを越えないようにする。ま た、上記接着層を 100 m以下に薄くしたい場合には燐片状の窒化ホウ素フイラ一 を充填し、上記圧力 30を lOMPa以上にする力、フィラーの粒度分布の最大値が 10 0 mであるものを充填する。なお、表 2に示す熱伝導シート 1における、薄体片 31の 大きさは 10mm角、各薄体片 31の間隔は 0. 5mmである。
[表 2]
実施の开態 2—1 2-2 一 4 2-5 2 - 6
*- - AI AIN AI AIN AIN AIN
V l z. Κ ) 10 20 80 90 120 180 簿体 庠 <> (mm) 0.835 0.835 0,635 0.635 0.835 0.835 分断に要する圧入力（MPa) 12 10 7 9 13 20 樹脂 JL ャ エポキシ 丄ホキ エポキシ エポキシ エポキシ 樹月旨組成物 A1203/80% AI2O3/80I Ai2O3/80 AI2O3/80 AI203/80% AI2O3/801 表面厚 (mm) 0—01 0.07 0.07 0.07 熱 1¾3#シ一卜の絶 lift'圧（kV) 6 9 12 13 15 18
[0026] 図 8は、表 2に基づいて得られたものであるが、図 8において、 pは本実施の形態の 熱伝導シート 1の製造方法において、薄体 3に設けた上記 V字状の溝 33の V字の頂 角と、薄体 3を薄体片 31へ分断するに要する圧力との関係を示し、 qは上記頂角と熱 伝導シート 1の絶縁耐圧との関係を示す。
図 8に示すように、上記頂角が 20° 未満では薄体 3を分割するための圧力が増す とともに、絶縁耐圧の低下が顕著になる。また、 160° を越えると分割するための圧 力が工業的に実施するには大きくなり過ぎ、溝 33以外のところでもクラックが生じる危 険性があるため、 V字状の溝 33の V字の頂角は 20° 以上、 160° 以下が好ましい。 さらに、 V字の頂角が 60° 以上では絶縁耐圧性に優れ、 120° 以下では分断に要 する圧力が小さくなるため、 V字状の溝 33の V字の頂角は 60° 以上、 120° 以下で あるのがより好ましい。
なお、薄体 3として Al O (アルミナ)または BN (窒化ホウ素）等のセラミックス板を用
2 3
いても、また、薄体 3の厚さが 0. 1mm以上、 2mm以下の範囲で、溝 33の深さが 0. 05mm以上、 0. 4mm以下の範囲のものを用いても本実施の形態と同様の結果が得 られた。
[0027] 表 3に、本実施の形態による別の熱伝導シートにおいて、薄体片 31の材料、厚さお よび熱伝導シート 1の表面積における薄体片 31の占有面積率と、榭脂組成物 2の組 成および薄体片 31上の表面榭脂層 21の厚さ (表面厚)と、熱伝導シート 1の熱伝導 率を示す。
つまり、熱伝導性を有する薄体 3として A1N (窒化アルミ)または Al O (アルミナ）の
2 3
セラミックス板を、榭脂組成物 2として Al O (アルミナ）フィラーまたは BN (窒化ホウ素
2 3
)を充填したエポキシ榭脂を用い、上記のようにして実施の形態 2— 7〜実施の形態 2 19の熱伝導シート 1を製造し、上記熱伝導シート 1の表面積における薄体片 31の 占める面積（占有面積)と熱伝導シート 1の熱伝導率を測定した。
[0028] [表 3] 薄体片 樹脂組成物 1 卜 充填材 表面厚 熱伝 车 実施の形態 材 斗 厚 c (.mm J ΐϋ面員 (wt%) Ι,ΕΠΓΠ (W/mK)
2-7 A1N 0—3 90% ェポ ン アルミナ 004 20—5
80%
2-8 A! 0.5 90% エポキシ 0.04 30.2
80%
2-9 A1N 0,64 エポキシ
90% y Jし 十 0.04 34.5
80%
2-10 姻 0.64 70% T—ポキ、 アルミナ 0.04 27.5
80%
2-11 0.64 90% エホキシ アルミナ αι ΠΑ
80%
2 - 12 AIM 0—64 90% エホキ アルミナ 0.2 10-5
80%
J
2 - 13 AIM 0.64 90% エポキシ ホウ素 OA 318
65%
2 14 AIN 0—64 90% エポキシ ホウ棄 02 20—1
65%
至化
AIN 0.64 70% • ホ ホウ棄 0.1
65%
2 - 16 アルミナ 0—1 90% JL^ アルミナ 0—04 7,9
80%
2-17 アルミナ 0—3 90% エポキシ アルミナ 0.04 13—4
80%
2-18 アルミナ 0.84 90% エポキシ 0.1 12.1
80%
至化
2-19 アルミナ ひ 64 90% ェポキン ホウ 0—1 17.8
65%
[0029] 表 3に示すように、本実施の形態による熱伝導シート 1は熱伝導率に優れていること がわかる。また、上記熱伝導シート 1は、製造工程中および「-40°Cでの 30分間保 持と 125°Cでの 30分間保持」を 1サイクルとして、 300サイクルのヒートサイクル試験 を施しても、セラミックス板にクラックが生じな力 た。
[0030] 実施の形態 3.
図 9 (a) (f)は、本発明の実施の形態 3における、熱伝導シートの製造方法の概 略を示す工程図であり、実施の形態 2において、第 1の工程における薄体 3の分断を 、保持シート 5を用いて行う場合である。
図 9 (a)に示すように、まず、溝 33を設けた薄体 3を例えば粘着シート等の保持シー ト 5に保持し、第 1の工程である図 9 (b)に示すように、保持シート 5を面方向に引張る 力 40によって薄体 3を分断して薄体片 31を得る。この場合、例えば、薄体 3をセラミツ タス板のようにもろいものにしたり、薄体 3の表面に溝 33を設けたり、薄体 3の厚さを 例えば 100 m程度に薄くすることにより分断を容易に行うことができる。
その後、図 9 (c)に示すように、薄体片 31上に榭脂組成物 2からなる榭脂層 20を設 けて、上記榭脂層 20に圧力 30をかけて、第 2の工程である図 9 (d)に示すように、薄 体片 31の分断面 32間に榭脂組成物 2を介在させ、図 9 (e)に示すように、その後保 持シート 5を取り除く。熱伝導シート 1に接着性を持たせる場合には保持シート 5を取 り除いた面に榭脂を塗布またはプレスし、上記榭脂を半硬化状態にしておく。榭脂を 最終的に半硬化状態にしておくには、榭脂シートをプレスして半硬化状態で止めて おいたり、液状榭脂を塗布した後に半硬化状態で止めておく。
また、図 9 (f)に示すように、保持シート 5を取り除いた面に、榭脂組成物 2により銅 箔 4を接着させても良ぐ銅箔 4が片面に存在することによって熱伝導シート 1の耐湿 性が向上する。
[0031] 実施の形態 4.
本発明の実施の形態 4の熱伝導シート 1の製造方法は、実施の形態 2において、薄 体 3の分断を、薄体 3の少なくとも一方の表面に榭脂組成物 2からなる榭脂層 20を半 硬化状態で接着させておき、加熱と冷却とを交互に与えることによって、上記薄体 3と 榭脂組成物 2からなる榭脂層 20との熱膨張率の差を利用して分断を行う他は、実施 の形態 2と同様にして熱伝導シート 1を製造する方法である。
なお、本実施の形態においても、薄体 3の少なくとも一方の表面に溝 33を形成する ことにより、容易に制御良く分断することができる。
[0032] 実施の形態 5.
図 10は、本発明の実施の形態 5における、熱伝導シートの概略構成を示す上面図 とこれに搭載された発熱体 (被熱伝導体)の配置図であり、上記発熱体 6は、上記熱 伝導シート 1によってこれからの熱が伝導され放出されるべき被熱伝導体である。 つまり、図 10 (a)に表面榭脂層 21を透視して示すように、本実施の形態の熱伝導 シート 1は、薄体片 31の間隔が等間隔でなぐ搭載した発熱体 6の直下部分 (搭載領 域）における薄体片 31の間隔を、発熱体 6の直下力も離れたところ (非搭載領域）に おける薄体片 31の間隔より狭く集中させて配置したものである他は、実施の形態 1の 熱伝導シート 1と同様である。
本実施の形態の熱伝導シート 1にお 、ては、薄体片 31が上記のように配置して 、 るので、薄体片 31の間隔が熱伝導シート 1全体で均等で、上記発熱体 6の直下部分 のように狭く密に詰まっている場合に比べて、熱伝導シート 1とこの熱伝導シート 1と 接着する部材との熱膨張率の差などによる応力をより緩和することができる。
但し、薄体片 31を密に詰める場合でも、薄体片 31間の間隔は 0. 1mm以上、 lm m以下であることが好ましぐ一方、発熱体 6直下でない部分における薄体片 31の間 隔がより広い部分においても、薄体片 31間の間隔は 0. 5mm以上、 3mm以下であ るのが好ましい。
なお、熱伝導シート 1に直接発熱体 6が搭載されていることに限定されず、発熱体 6 と熱伝導シート 1の間に金属やセラミックス板が介在して 、てもよ 、。
[0033] 実施の形態 6.
図 11は、本発明の実施の形態 6における、熱伝導シートの概略構成を示す上面図 とこれに搭載された発熱体 (被熱伝導体)の配置図である。
つまり、図 11 (a)に表面榭脂層 21を透視して示すように、本実施の形態の熱伝導 シート 1は、薄体片 31の間隔は等間隔であるが、搭載された発熱体 6の直下部分 (搭 載領域）における薄体片 31の大きさを、発熱体 6の直下部分力も離れたところ (非搭 載領域）における薄体片 31の大きさより大きくして配置したものである他は、実施の 形態 1の熱伝導シート 1と同様で、これによつて熱抵抗が低減し発熱体力 の熱を効 率よく放熱することができる。
[0034] なお、薄体片 31の形状は上記実施の形態に示した形状に限定されず、熱伝導シ ート 1の上面から見て三角形または六角形になるように、上記溝 33を設けることにより 、薄体片 31の大きさや形状を調整する。
[0035] 実施の形態 7.
図 12は、本発明の実施の形態 7における、パワーモジュールの概略構成を示す断 面図であり、実施の形態 1〜6のいずれかの熱伝導シート 1を用いたものである。 本実施の形態のパワーモジュール 7は、パワー半導体素子 6がリードフレーム 8とつ ながったヒートシンク 9に搭載され、上記実施の形態 1〜6の熱伝導シート 1がヒートシ ンク 9とヒートスプレッダ 11とに接着し、上記構成部材がモールド榭脂 10で封止され た構造となっている。
なお、実施の形態 1〜6の熱伝導シート 1を半硬化状態の固形シートとしてヒートシ ンク 9とヒートスプレッダ 11の間に配置し、加熱硬化すれば、生産性よく接着できる。 また、熱伝導シート 1の硬化反応によるヒートシンク 9とヒートスプレッダ 11との接着工 程は、モールド榭脂 10による封止工程で同時に行ってもよい。
本実施の形態のパワーモジュール 7に対して、「一 40°Cでの 30分間保持と 125°C での 30分間保持」を 1サイクルとして、 300サイクルを施したヒートサイクル試験を施し たところ、ヒートシンク 9とヒートスプレッダ 11とを接着する熱伝導シート 1における薄体 片 31に割れが認められず放熱性を維持することができ、高容量ィ匕が可能となった。 産業上の利用可能性
本発明による熱伝導シート 1は、例えば、パワー半導体素子等の発熱体を搭載した パヮモジュール等の半導体装置に用いることができる。

Claims

請求の範囲
[I] 互いに隣接して設けられ、熱伝導性を有する複数の薄体片と、上記複数の薄体片の 側面の間に介在し、上記側面間を接着してシートとする榭脂組成物とを備えたことを 特徴とする熱伝導シート。
[2] 薄体片の面方向の大きさが 3mm角以上、 25mm角以下であることを特徴とする請求 項 1に記載の熱伝導シート。
[3] 複数の薄体片の側面間の間隔が、 0. 1mm以上、 3mm以下であることを特徴とする 請求項 1に記載の熱伝導シート。
[4] 被熱伝導体の搭載領域における薄体片の間隔が、被熱伝導体の非搭載領域にお ける薄体片の間隔より狭いことを特徴とする請求項 3に記載の熱伝導シート。
[5] 被熱伝導体の搭載領域における薄体片の面方向の大きさが、被熱伝導体の非搭載 領域における薄体片の大きさより大であることを特徴とする請求項 2に記載の熱伝導 シート。
[6] 榭脂組成物が薄体片の表面に連続して設けられ、上記薄体片表面の上記榭脂組成 物からなる表面榭脂層の厚さが 1 μ m以上、 100 μ m以下であることを特徴とする請 求項 1に記載の熱伝導シート。
[7] 薄体片は 0. 1mm以上、 2mm以下の厚さのセラミックス板力もなることを特徴とする 請求項 1に記載の熱伝導シート。
[8] 榭脂組成物は熱伝導性の無機粉末フィラーを含有することを特徴とする請求項 6記 載の熱伝導シート。
[9] 熱伝導性を有するシート状または板状の薄体を分断して複数の薄体片を得る第 1の 工程と、上記複数の薄体片の分断面間に榭脂組成物を介在させて、上記薄体片を 接着してシートとする第 2の工程とを備えたことを特徴とする熱伝導シートの製造方法
[10] 第 1の工程の前に、薄体の少なくとも一方の面に溝を形成する工程を備えたことを特 徴とする請求項 9に記載の熱伝導シートの製造方法。
[II] 溝の幅方向の断面形状が V字状または半円状であることを特徴とする請求項 10に記 載の熱伝導シートの製造方法。
[12] 薄体の少なくとも一方の面に榭脂組成物力もなる榭脂層を設け、上記薄体の少なくと も一方から上記榭脂層に圧力をかけて第 1の工程と第 2の工程とを同時に施すことを 特徴とする請求項 9に記載の熱伝導シートの製造方法。
[13] 第 1の工程の前に、薄体を保持シートに保持する工程を備え、上記保持シートを面 方向に引張ることにより第 1の工程を施すことを特徴とする請求項 9に記載の熱伝導 シートの製造方法。
[14] ヒートシンクと、このヒートシンク上に搭載されたパワー半導体素子と、上記パワー半 導体素子を封止するモールド榭脂と、上記ヒートシンクのパワー半導体素子の搭載 面の反対面に接着した請求項 1に記載の熱伝導シートとを備えたことを特徴とするパ ヮーモジユーノレ。
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