WO2025197972A1 - 熱硬化性組成物、熱硬化性シートの製造方法、熱伝導性シート、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置 - Google Patents
熱硬化性組成物、熱硬化性シートの製造方法、熱伝導性シート、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置Info
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Definitions
- thermosetting composition having thermosetting properties, for example, a thermosetting composition whose cured product can be suitably used as a heat sink for a power semiconductor device, a method for producing a thermosetting sheet using the thermosetting composition, a thermally conductive sheet using the thermosetting composition, and a heat-dissipating laminate, a heat-dissipating circuit board, and a power semiconductor device using the thermally conductive sheet.
- a power semiconductor device generally has a configuration in which a power semiconductor that converts and controls electric power and electronic components are mounted on a substrate that functions as a heat sink.
- power semiconductor devices used in various fields such as railways, automobiles, industry, and general home appliances are being replaced by power semiconductors using SiC, AlN, GaN, etc. in order to achieve further miniaturization, cost reduction, and efficiency improvement.
- heat generation due to the increasing density of integrated circuits has become a major problem in the electrical and electronic fields, making methods for dissipating heat an urgent issue.
- heat dissipation components such as heat sinks and heat dissipation fins are essential for heat dissipation, and there is a demand for materials that combine thermal conductivity and insulation to join components such as circuits containing power semiconductors to heat dissipation components such as heat sinks.
- ceramic substrates with high thermal conductivity such as alumina substrates and aluminum nitride substrates, have been used as materials that combine thermal conductivity and insulation.
- ceramic substrates have had issues such as being prone to cracking when subjected to impact, and being difficult to make thin and compact.
- Hexagonal boron nitride is generally in the form of thin plate crystals, which have high thermal conductivity in the planar direction of the thin plate, but low thermal conductivity in the thickness direction of the plate. Furthermore, when thin plate-shaped boron nitride is incorporated into heat-dissipating resin sheets, it is oriented parallel to the sheet surface when formed into a sheet, so the thermal conductivity in the thickness direction of the sheet is never good.
- Boron nitride agglomerated particles are an example of a material that increases the thermal conductivity of a sheet in the thickness direction. It is widely known that the use of boron nitride agglomerated particles can improve the thermal conductivity of a sheet in the thickness direction.
- the present applicant has previously developed a house-of-cards structure of boron nitride agglomerated particles (see, for example, Patent Document 2).
- Patent Document 3 agglomerated boron nitride particles that have a relatively large average particle size and a house-of-card structure that is less likely to collapse even when pressure is applied.
- boron nitride agglomerated particles ensure a heat conduction path due to their card-house structure, and by incorporating them into a heat-dissipating resin sheet, excellent heat conductivity in the thickness direction of the sheet is achieved. Furthermore, the boron nitride agglomerated particles are formed by agglomerating boron nitride particles without the use of a separate binder. Therefore, even when external force is applied during sheeting, the card-house structure does not easily collapse, maintaining the heat conduction path, allowing heat to be dissipated in the thickness direction of the sheet, and achieving excellent thermal conductivity (see, for example, Patent Documents 4 and 5). Furthermore, a known molding method for increasing the thermal conductivity in the thickness direction of a sheet involves bringing agglomerated boron nitride particles into surface contact with each other within the sheet to increase the thermal conductivity (see, for example, Patent Document 6).
- the applicant has proposed a resin composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound, wherein the inorganic filler accounts for 50% by volume or more of the solid content of the resin composition, the inorganic filler accounts for 82% by volume or more of boron nitride filler (A), the boron nitride filler includes an aggregated filler, the thermosetting compound contains an epoxy resin with a mass average molecular weight of 5,000 or more, the epoxy equivalent (WPE) of the resin component in the resin composition is 100 ⁇ WPE ⁇ 300, and the storage modulus E' of the cured resin composition is 1 ⁇ (E' at 270°C)/(E' at 30°C) ⁇ 0.2 (Patent Document 7).
- thermosetting resin composition containing a thermosetting compound, an inorganic filler, and a polymer with a mass-average molecular weight of 10,000 or more, characterized in that the inorganic filler contains agglomerated boron nitride particles and the thermosetting compound contains an epoxy compound and a benzoxazine compound, as well as a thermally conductive sheet formed from the thermosetting resin composition (Patent Document 8).
- solder reflow process In which components are rapidly heated to melt the solder and join the metal components together.
- internal stress is applied due to the expansion of the components and moisture, causing deterioration of the components used in power semiconductor devices.
- the insulating performance of the cured product decreases, which has been an issue in reducing the reliability of the power semiconductor device. Therefore, a cured product of a thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound is required to have sufficient insulating properties even after reflow.
- sinter bonding a semiconductor chip with a thermally conductive sheet to a support substrate
- the semiconductor chip is first placed on the support substrate at the intended chip bonding location via a sinter bonding material under predetermined temperature and load conditions.
- a heat treatment is performed under high temperature and pressure conditions between the support substrate and the semiconductor chip on it, so that the solvent in the sinter bonding material evaporates and sintering proceeds between the sinterable particles.
- thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound
- the object of the present invention is to provide a thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound, in which the cured product (also referred to as the "cured product of the thermosetting composition") obtained by curing the thermosetting composition not only has sufficient insulating performance after the reflow process, but also has excellent high-temperature resistance, preventing cracks from occurring in the cured product or peeling when the cured product is bonded to a substrate under conditions in which an external force is applied at high temperatures, such as sinter bonding.
- the object of the present invention is to provide a thermosetting composition as well as a method for producing a thermosetting sheet using the thermosetting composition, a thermally conductive sheet made of a sheet-like cured product of the thermosetting composition, and a heat dissipation laminate, a heat dissipation circuit board, and a power semiconductor device that include the thermally conductive sheet.
- thermosetting compositions thermally conductive sheets, heat dissipation laminates, heat dissipation circuit boards, power semiconductor devices, and methods for producing thermosetting sheets.
- the first aspect of the present invention is a thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound, characterized in that the cured product of the thermosetting composition (also referred to as the "cured product of the thermosetting composition") has a breaking energy of 55 kPa or more as measured by three-point bending at 190°C, and a breaking energy of 80 kPa or more as measured by three-point bending at 150°C.
- a second aspect of the present invention is a thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound, wherein, when the breaking energy of a cured product (also referred to as a "cured product of the thermosetting composition") obtained by curing the thermosetting composition is determined by three-point bending measurement at 190°C as x and the breaking energy of a cured product (also referred to as a "cured product of the thermosetting composition") obtained by three-point bending measurement at 150°C as y, the value of x/y is 0.7 or more and 1.15 or less, and the value of x is 55 kPa or more.
- the second aspect of the present invention may also be the first aspect but also the second aspect.
- a third aspect of the present invention is the thermosetting composition according to the first or second aspect, characterized in that a cured product of the thermosetting composition has a Young's modulus of 5.5 GPa or more as determined by three-point bending measurement at 190°C.
- a fourth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to third aspects, characterized in that a sheet-like cured product obtained by curing the thermosetting composition (also referred to as a "sheet-like cured product of the thermosetting composition”) has a thermal conductivity in the thickness direction at 25°C of 14 W/m K or more.
- a fifth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to fourth aspects, characterized in that a sheet-like cured product of the thermosetting composition has a breakdown voltage of 6.5 kV or more when the thickness of the sheet-like cured product is 150 ⁇ m.
- a sixth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to fifth aspects, characterized in that a sheet-shaped cured product of the thermosetting composition has a volume resistivity (1000 V, 200°C) of 3.0E+10 ⁇ cm or more.
- a seventh aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to sixth aspects, characterized in that the moisture absorption rate of the sheet-shaped cured product of the thermosetting composition is 0.7% by mass or more and 1.2% by mass or less.
- An eighth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to seventh aspects, characterized in that the storage modulus at 200°C of a sheet-like cured product of the thermosetting composition is 6.0 GPa or more and 100 GPa or less.
- a ninth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to eighth aspects, characterized in that the glass transition temperature (Tg) of a sheet-shaped cured product of the thermosetting composition is 170°C or higher.
- a tenth aspect of the present invention is a thermosetting composition according to any one of the first to ninth aspects, which comprises an epoxy compound and at least one of a phenolic resin, a benzoxazine compound, a polyarylate, a cyanate, and a maleimide.
- An eleventh aspect of the present invention is a thermosetting composition according to any one of the first to tenth aspects, which contains an epoxy compound and a phenolic resin.
- a twelfth aspect of the present invention is a thermosetting composition according to any one of the first to eleventh aspects, comprising a polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule and a mass average molecular weight (Mw) of less than 5,000.
- a thirteenth aspect of the present invention is a thermosetting composition according to any one of the first to twelfth aspects, comprising a high-molecular-weight epoxy compound having a mass-average molecular weight (Mw) of 5,000 or more.
- a fourteenth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to thirteenth aspects, further comprising a polymer having a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more in a proportion of 5% by mass or more and less than 30% by mass, relative to 100% by mass of the solid content excluding the inorganic filler.
- Mw mass average molecular weight
- a fifteenth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein the thermosetting composition contains a polymer having a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more in a proportion of 5% by mass to 23% by mass, relative to 100% by mass of the solid content excluding the inorganic filler.
- a sixteenth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to fifteenth aspects, which comprises an epoxy compound, and wherein the epoxy equivalent (WPE) of the solid content of the thermosetting composition excluding the inorganic filler is 200 g/equivalent or more and less than 250 g/equivalent.
- WPE epoxy equivalent
- a seventeenth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to sixteenth aspects, wherein the inorganic filler comprises agglomerated particles of boron nitride.
- An eighteenth aspect of the present invention is the thermosetting composition according to any one of the first to seventeenth aspects, wherein the inorganic filler is contained in a proportion of 30% by mass or more and less than 90% by mass relative to 100% by mass of the solid content of the total composition.
- a nineteenth aspect of the present invention is a thermally conductive sheet comprising a sheet-shaped cured product of the thermosetting composition of any one of the first to eighteenth aspects.
- a twentieth aspect of the present invention is a heat dissipation laminate comprising the thermally conductive sheet of the nineteenth aspect.
- a twenty-first aspect of the present invention is a heat dissipation circuit board comprising the thermally conductive sheet of the nineteenth aspect.
- a twenty-second aspect of the present invention is a power semiconductor device comprising the thermally conductive sheet of the nineteenth aspect.
- the 23rd aspect of the present invention is a method for producing a thermosetting sheet, comprising forming a thermosetting composition according to any one of aspects 1 to 18 into a sheet and subjecting it to low-temperature aging at an ambient temperature of 0°C or below.
- thermosetting composition proposed by the present invention not only provides sufficient insulating performance after a reflow process for the cured product, but also prevents cracks from occurring in the cured product and peeling from the bond when the cured product is bonded to a substrate under conditions where an external force is applied at a high temperature of 150°C or higher, such as in sinter bonding.
- the cured product of the thermosetting composition proposed by the present invention has such excellent high-temperature resistance that it can be suitably applied to various processes at high temperatures of 150°C or higher, and for example, when bonded to a substrate by sinter bonding, it can ensure excellent electrical conductivity and continuous bonding stability. Therefore, it is possible to provide a thermally conductive sheet that can be suitably used in heat dissipation laminates, heat dissipation circuit boards, power semiconductor devices, etc.
- FIG. 1 is a conceptual diagram of a particle cross section according to an example of a boron nitride agglomerated particle having a house-of-card structure.
- composition according to an embodiment of the present invention is a thermosetting composition containing a thermosetting compound and an inorganic filler.
- thermosetting composition refers to a composition containing a compound or resin that has the property of being cured by heat. That is, the term “thermosetting composition” is used as long as the composition has the property of being cured by heat, and may be one that has already been cured to a state where there is still room for curing (also referred to as “temporarily cured"), or one that has not yet been cured at all (also referred to as “uncured”).
- the term “resin” encompasses organic compounds, monomers, oligomers, and polymers, regardless of molecular weight.
- composition of the present invention may be in any form, such as a powder, a slurry, a liquid, a solid, or a molded product formed into a sheet, etc.
- the composition of the present invention also includes a thermosetting composition in a slurry form to be subjected to the coating step described below, a sheet that has undergone the coating step, and a sheet that has undergone steps such as coating and drying.
- thermosetting composition of the present invention i.e., a cured product obtained by curing the composition of the present invention (also referred to as the "cured product of the thermosetting composition")
- cured product of the thermosetting composition a sheet-like cured product obtained by curing the sheet-like composition of the present invention (also referred to as the "cured product of the thermosetting composition”)
- cured product of the present sheet a sheet-like cured product obtained by curing the sheet-like composition of the present invention
- the composition of the present invention can be converted into a fully cured product by heating.
- composition of the present invention can be formed into a sheet-like thermosetting composition (also referred to as the "present thermosetting sheet"), and the present thermosetting sheet can be cured to form a sheet with thermal conductivity (also referred to as the "present thermally conductive sheet”).
- the present thermally conductive sheet is the present sheet-like cured product, and is also a cured product of the present thermosetting sheet.
- the breaking energy of the fully cured product measured by three-point bending at 190°C is preferably 55 kPa or more, and the breaking energy of the fully cured product measured by three-point bending at 150°C is preferably 80 kPa or more.
- thermosetting compositions tend to accumulate strain during curing, and stress due to strain tends to accumulate at temperatures around the curing temperature. For example, in the case of a thermosetting composition containing an epoxy compound, stress due to strain tends to accumulate at 120 to 200°C.
- the breaking energy value of the present cured product obtained by three-point bending measurement at 190°C is 55 kPa or more and the breaking energy value of the present cured product obtained by three-point bending measurement at 150°C is 80 kPa or more, not only is the present sheet-like cured product less likely to crack when stress due to warping or distortion is applied, but the present cured product also deteriorates little even after being exposed to conditions in which internal stress is applied at high temperatures, such as in a reflow process, and can maintain its dielectric strength voltage, and further when the present cured product is bonded to a substrate by sinter bonding under conditions in which further external force is applied at high temperatures, the present cured product can be prevented from cracking or the bond from peeling off.
- the composition of the present invention is preferably one in which the breaking energy of the cured product, as measured by three-point bending at 190° C., is 55 kPa or more, more preferably 60 kPa or more, even more preferably 70 kPa or more, and even more preferably 80 kPa or more.
- the upper limit is not particularly limited, but is likely to be around 500 kPa, and may be 300 kPa or less, or even 150 kPa or less.
- the composition of the present invention is preferably one in which the breaking energy of the cured product, as measured by three-point bending at 150° C., is 80 kPa or more, more preferably 85 kPa or more, even more preferably 90 kPa or more, and even more preferably 100 kPa or more.
- the upper limit is not particularly limited, but is presumed to be around 500 kPa, and may be 300 kPa or less, or even 200 kPa or less.
- the breaking energy of the fully cured product obtained by three-point bending measurement at 190°C is defined as x
- the breaking energy of the fully cured product obtained by three-point bending measurement at 150°C is defined as y
- the value of x/y is preferably 0.7 or more and 1.15 or less
- the value of x is 55 kPa or more.
- the ratio (x/y) of the breaking energy x obtained by three-point bending measurement at 190°C to the breaking energy y obtained by three-point bending measurement of the cured product at 150°C is 0.7 or more, and the value of x is 55 kPa or more, bending stress can be maintained even in high temperature ranges of 150°C and above, so that the cured product will deteriorate little even after being exposed to conditions in which internal stress is applied at high temperatures, such as in a reflow process, and will be able to maintain its dielectric strength voltage.Furthermore, when the cured product is bonded to a substrate by sinter bonding under conditions in which external force is applied at high temperatures, cracks will occur in the cured product and the bond will not peel off.On the other hand, if the ratio (x/y) is 1.15 or less, the breaking energy will be similar at 150°C and 190°C, so that deterioration will be reduced when the heating cycle is repeated.
- the difference in breaking strength between 150°C and 190°C becomes smaller and the ratio (x/y) approaches 1, so that even when internal stress or external force is applied at temperatures above 200°C or when the temperature is subsequently lowered, the stress is dispersed, and it is thought that not only is the insulation resistance improved in reflow tests and sinter resistance tests, but the sheet is also less likely to crack or peel at the interface with the substrate.
- the composition of the present invention preferably has a ratio (x/y) of the breaking energy x obtained by three-point bending measurement at 190°C to the breaking energy y obtained by three-point bending measurement at 150°C of the cured product, of 0.7 or more, more preferably 0.72 or more, even more preferably 0.74 or more, and even more preferably 0.76 or more.
- it is preferably 1.15 or less, even more preferably 1.1 or less, even more preferably 1.05 or less, and even more preferably 1.03 or less.
- the breaking energy value of the cured product obtained by three-point bending measurement at 190°C, the breaking energy value obtained by three-point bending measurement at 150°C, or the ratio (x/y) of the breaking energy x obtained by three-point bending measurement at 190°C to the breaking energy y obtained by three-point bending measurement at 150°C falls within the above-mentioned ranges
- Tg glass transition temperature
- One preferred example is to prepare the composition of the present invention by increasing the content of a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound and reducing the content of a polymer, such as an epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further using a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and by performing low-temperature aging.
- Increasing the crosslink density of the cured product increases the strength of contact between inorganic fillers, thereby increasing the fracture energy at high temperatures.
- increasing the strength of contact between inorganic fillers reduces the thermal resistance between the inorganic fillers, thereby increasing, for example, the thermal conductivity.
- the method is not limited to the above. For the methods for measuring the breaking energy of the cured product by three-point bending at 190°C and the breaking energy by three-point bending at 150°C, see the methods described in the Examples below.
- the breaking energy of the fully cured product at 190°C is within the above range
- the breaking energy of the fully cured product at 150°C is within the above range
- the ratio (x/y) of the breaking energy x at 190°C to the breaking energy y at 150°C of the fully cured product is within the above range.
- the composition of the present invention is preferably one that, when cured, i.e., when formed into a fully cured product, has a Young's modulus of 5.5 GPa or more as determined by three-point bending measurement at 190°C.
- the Young's modulus value obtained by three-point bending measurement of the present cured product at 190°C is 5.5 GPa or more, not only will the present sheet-shaped cured product be less likely to crack when stress due to warping or distortion is applied, but the present cured product will also be less likely to deteriorate and be able to maintain its dielectric strength voltage even after being exposed to conditions in which internal stress is applied at high temperatures, such as in a reflow process, and will be able to prevent cracking of the present cured product and separation of the bond when bonded to a substrate by sinter bonding under conditions in which an external force is applied at high temperatures of 150°C or more.
- the composition of the present invention is preferably one in which the Young's modulus of the cured product, as determined by three-point bending measurement at 190° C., is 5.5 GPa or more, more preferably 5.6 GPa or more, even more preferably 5.7 GPa or more, even more preferably 5.8 GPa or more, even more preferably 5.9 GPa or more, and even more preferably 6.0 GPa or more.
- the upper limit is not particularly limited, but is presumed to be around 100 GPa, and may be 50 GPa or less, or even 10 GPa or less.
- the composition of the present invention is preferably one that, when cured, i.e., when formed into a fully cured product, has a Young's modulus of 5.5 GPa or more as determined by three-point bending measurement at 150°C.
- the Young's modulus value obtained by three-point bending measurement of the present cured product at 150°C is 5.5 GPa or more, not only will the present sheet-like cured product be less likely to crack when stress due to warping or distortion is applied, but the present cured product will also be less likely to deteriorate and be able to maintain its dielectric strength voltage even after being exposed to conditions in which internal stress is applied at high temperatures, such as in a reflow process, and will be able to prevent cracking of the present cured product and separation of the bond when bonded to a substrate by sinter bonding under conditions in which an external force is applied at a high temperature of 150°C or more.
- the composition of the present invention is preferably one in which the Young's modulus of the cured product, as determined by three-point bending measurement at 150° C., is 5.5 GPa or more, more preferably 5.8 GPa or more, even more preferably 6.0 GPa or more, and even more preferably 6.3 GPa or more.
- the upper limit is not particularly limited, but is presumed to be around 100 GPa, and may be 50 GPa or less, or even 10 GPa or less.
- the composition of the present invention so that the Young's modulus values obtained by three-point bending measurement at 190°C and 150°C of the cured product fall within the above-mentioned ranges, it is preferable to adjust the type and content of the thermosetting compound or curing agent to increase the crosslink density of the cured product, and to adjust the polymer concentration or low-temperature aging conditions, thereby preparing the composition of the present invention so that the cured product can maintain its bending stress at temperatures above the glass transition temperature (Tg).
- Tg glass transition temperature
- One preferred example is to increase the content of a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound and reduce the content of a polymer, such as an epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and to perform low-temperature aging.
- Increasing the crosslink density of the cured product can increase the Young's modulus at high temperatures.
- the method is not limited to the above. For the method of measuring the Young's modulus of the cured product by three-point bending at 150°C and 190°C, see the method described in the Examples below.
- the composition of the present invention is preferably one that, when formed into a sheet and cured, i.e., into the present sheet-like cured product, has a thermal conductivity in the thickness direction at 25°C of 14 W/m K or more. If the thermal conductivity of the sheet-like cured product in the thickness direction at 25° C. is 14 W/m ⁇ K or more, it can be suitably used in power semiconductor devices that operate at high temperatures. From this viewpoint, the composition of the present invention is preferably one that results in a sheet-like cured product with a thermal conductivity in the thickness direction at 25°C of 14 W/m K or more, more preferably 15 W/m K or more, and even more preferably 17 W/m K or more.
- the composition of the present invention can be prepared so that the thermal conductivity of the sheet-like cured product falls within the above range by adjusting, for example, the type of thermosetting compound, the type and content of the inorganic filler, the conditions in the low-temperature aging step, the conditions in the pressurizing step, the conditions in the curing step, etc.
- the present invention is not limited to these methods.
- the method of measuring the thermal conductivity in the thickness direction of the sheet-like cured product please refer to the method in the Examples described below.
- the composition of the present invention is preferably one that, when formed into a sheet and cured, i.e., when formed into the present sheet-like cured product, has a dielectric breakdown voltage of 6.5 kV or more when the thickness of the present sheet-like cured product is 150 ⁇ m. If the dielectric breakdown voltage of the sheet-like cured product is 6.5 kV or more, it can be suitably used in power semiconductor devices that operate power semiconductors at high voltages.
- the composition of the present invention is preferably one that results in a dielectric breakdown voltage of the sheet-like cured product of 6.5 kV or more, more preferably 7 kV or more, even more preferably 7.5 kV or more, even more preferably 8 kV or more, and even more preferably 9 kV or more.
- the composition of the present invention can be prepared so that the breakdown voltage of the sheet-like cured product falls within the above range by adjusting, for example, the type of thermosetting compound, the type and content of the inorganic filler, the conditions in the low-temperature aging step, the conditions in the pressure step, the conditions in the curing step, etc.
- the present invention is not limited to these methods.
- the method for measuring the breakdown voltage of the sheet-like cured product please refer to the method in the Examples described below.
- the composition of the present invention is preferably one in which, when formed into a sheet and cured, i.e., into the present sheet-like cured product, the volume resistivity (1000 V, 200°C) of the present sheet-like cured product is 3.0E+10 ⁇ cm or more. It is preferable that the volume resistivity of the sheet-like cured product is 3.0E+10 ⁇ cm or more, since this is favorable from the viewpoint of electrical insulation.
- the composition of the present invention is preferably one that results in a sheet-like cured product with a volume resistivity of 3.0E+10 ⁇ cm or more, more preferably 3.1E+10 ⁇ cm or more, and even more preferably 3.2E+10 ⁇ cm or more.
- thermosetting compound or curing agent is adjusted to increase the crosslink density of the cured product, and the polymer concentration is adjusted to allow the cured product to maintain electrical insulation even at temperatures above the glass transition temperature (Tg).
- a preferred example is to increase the content of a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound, reduce the content of a polymer, such as an epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and then perform low-temperature aging to prepare the composition of the present invention.
- a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound
- reduce the content of a polymer such as an epoxy polymer
- a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and then perform low-temperature aging to prepare the composition of the present invention.
- the volume resistivity (1000 V, 200° C.) of the sheet-like cured product can be measured by the method described in the Examples below.
- the composition of the present invention is preferably one in which, when the composition of the present invention is formed into a sheet and cured, i.e., when the composition is formed into the present sheet-like cured product, the moisture absorption rate of the present sheet-like cured product is 0.7 mass % or more and 1.2 mass % or less.
- a moisture absorption rate of 0.7% by mass or more of the cured sheet material is preferable because the absorbed moisture and the hydroxyl groups in the cured sheet material form hydrogen bonds to toughen the cured sheet material and improve its bending resistance, whereas a moisture absorption rate of 1.2% by mass or less is preferable because it is good from the viewpoint of moisture absorption reflow resistance.
- the composition of the present invention is such that the moisture absorption rate of the sheet-like cured product is preferably 0.7% by mass or more, more preferably 0.72% by mass or more, and even more preferably 0.75% by mass or more, and is preferably 1.2% by mass or less, more preferably 1.1% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or less.
- composition of the present invention so that the moisture absorption rate of the sheet-like cured product falls within the above range, methods such as adjusting the amount of epoxy monomer (i.e., epoxy compound other than epoxy polymer) and the amount of curing agent to strengthen crosslinking or adjust the hydroxyl group concentration in the resin component, or adjusting low-temperature aging conditions, can be used.
- epoxy monomer i.e., epoxy compound other than epoxy polymer
- curing agent to strengthen crosslinking or adjust the hydroxyl group concentration in the resin component, or adjusting low-temperature aging conditions
- a preferred example is to increase the content of a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound and reduce the content of a polymer, such as an epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and then perform low-temperature aging to prepare the composition of the present invention.
- a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound and reduce the content of a polymer, such as an epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and then perform low-temperature aging to prepare the composition of the present invention.
- a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and then perform low-temperature aging to prepare the composition
- the composition of the present invention is preferably such that when the composition of the present invention is formed into a sheet and cured, i.e., when the composition is formed into a sheet-like cured product, the storage modulus of the sheet-like cured product at 200°C is 6.0 GPa or more and 100 GPa or less. When the storage modulus at 200°C of the present sheet-shaped cured product is within the above range, the present sheet-shaped cured product is less likely to crack at high temperatures.
- the storage modulus of the composition of the present invention in the form of a cured sheet at 200°C is preferably 6.0 GPa or more, more preferably 7.0 GPa or more, even more preferably 7.5 GPa or more, and even more preferably 7.7 GPa or more.
- it is preferably 100 GPa or less, even more preferably 90 GPa or less, even more preferably 80 GPa or less, and may be 50 GPa or less, 20 GPa or less, or 15 GPa or less.
- the epoxy equivalent weight of the resin component for example, the amount of polyfunctional epoxy, the ratio of epoxy polymer to epoxy compound other than epoxy polymer, or the low-temperature aging conditions may be adjusted.
- a preferred example is to increase the content of polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound and reduce the content of polymer, e.g., epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and then perform low-temperature aging.
- the present invention is not limited to these methods.
- the storage modulus of the sheet-like cured product at 200°C can be measured by laminating a sheet-like thermosetting composition, adjusting the sample thickness to 0.1 to 1.0 mm, heat-curing to form a sheet-like cured product, cutting the sheet-like cured product into strips 4 mm wide, and subjecting the strips to a dynamic viscoelasticity test in a tensile mode.
- a sheet-like thermosetting composition adjusting the sample thickness to 0.1 to 1.0 mm
- heat-curing to form a sheet-like cured product
- cutting the sheet-like cured product into strips 4 mm wide and subjecting the strips to a dynamic viscoelasticity test in a tensile mode.
- the composition of the present invention is preferably one that, when formed into a sheet and cured, i.e., when formed into the present sheet-like cured product, has a glass transition temperature (Tg) of 170°C or higher. It is preferable that the glass transition temperature (Tg) of the cured sheet material is 170° C. or higher, since the cured sheet material is strong even at high temperatures of 175° C. or higher.
- the upper limit is preferably 300° C. or lower, from the viewpoint of the cracking tendency of the cured sheet material. From this viewpoint, the composition of the present invention is one that results in a sheet-like cured product having a glass transition temperature (Tg) of preferably 170° C.
- composition of the present invention is one that preferably has a glass transition temperature of 300° C. or lower, more preferably 275° C. or lower, and even more preferably 250° C. or lower.
- thermosetting compound or curing agent are adjusted to increase the crosslink density of the cured product and the polymer concentration is adjusted.
- a preferred example is to increase the content of a polyfunctional epoxy compound as a thermosetting compound and reduce the content of a polymer, such as an epoxy polymer, to increase the number of crosslinking points, and further use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to promote crosslinking, thereby increasing the crosslink density of the cured product, and to perform low-temperature aging to prepare the composition of the present invention.
- the present invention is not limited to these methods.
- the method for measuring the glass transition temperature (Tg) of the sheet-like cured product please refer to the method in the Examples section described below.
- the epoxy equivalent weight (WPE) of the component (also referred to as the "resin component") excluding the solvent and the inorganic filler from the composition of the present invention is preferably WPE ⁇ 250 g/equivalent.
- the solid content of the composition of the present invention means the components remaining after excluding the solvent from the composition of the present invention.
- the epoxy equivalent weight (WPE) here refers to the mass (g/equivalent) of the resin component per equivalent of epoxy group.
- the epoxy equivalent (WPE) of the resin component of the composition of the present invention is preferably less than 250 g/equivalent, more preferably 245 g/equivalent or less, even more preferably 240 g/equivalent or less, even more preferably 235 g/equivalent or less, and even more preferably 230 g/equivalent or less.
- the epoxy equivalent (WPE) of the resin component of the composition of the present invention is preferably 100 g/eq or more, more preferably 110 g/eq or more, even more preferably 120 g/eq or more, even more preferably 150 g/eq or more, even more preferably 170 g/eq or more, even more preferably 200 g/eq or more, and even more preferably 210 g/eq or more.
- methods include adjusting the content ratio of epoxy compounds having a specified epoxy equivalent weight, such as epoxy polymers and polyfunctional epoxy compounds, or adjusting the type and content of curing agents.
- One preferred example is to increase the content ratio of polyfunctional epoxy compounds as thermosetting compounds and reduce the content ratio of polymers, such as epoxy polymers, and further adjust the content of a phenolic resin-based curing agent to adjust the epoxy equivalent weight (WPE) of the resin component of the composition of the present invention within the above range.
- methods are not limited to these.
- thermosetting compound contained in the composition of the present invention examples include epoxy compounds, phenolic resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, urea resins, benzoxazine compounds, cyanates, and maleimides.
- the content of the thermosetting compound is preferably 10% by mass or more and 70% by mass or less relative to 100% by mass of the components excluding volatile components, such as solvents, in the composition of the present invention (also referred to as "solids content"). If the content of the thermosetting compound is 10% by mass or more, it is preferable because the moldability is good, and on the other hand, if it is 70% by mass or less, it is preferable because the content of other components can be secured and, for example, thermal conductivity can be increased.
- the content of the thermosetting compound is preferably 10% by mass or more and 70% by mass or less, more preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and even more preferably 25% by mass or more, relative to 100% by mass of the solid content in the composition of the present invention, while it is even more preferable for the content to be 60% by mass or less.
- an epoxy compound is used as the thermosetting compound
- the curing agent or the thermosetting catalyst corresponds to the thermosetting compound, and therefore is included in the thermosetting compound in the above-mentioned "content of thermosetting compound.”
- composition of the present invention preferably contains an epoxy compound as the thermosetting compound.
- the epoxy compounds preferably account for 30 to 100 mass%, more preferably 40 mass% or more, even more preferably 50 mass% or more, even more preferably 60 mass% or more, and even more preferably 70 mass% or more.
- the epoxy compound in this case also includes the epoxy polymer described below.
- the epoxy compound used as the thermosetting compound in the composition of the present invention may be any compound having one or more oxirane rings, i.e., epoxy groups, in one molecule.
- the epoxy group contained in the epoxy compound may be either an alicyclic epoxy group or a glycidyl group. From the standpoint of reaction speed and heat resistance, a glycidyl group is more preferable.
- epoxy compounds include epoxy group-containing silicon compounds, aliphatic epoxy compounds, bisphenol A or F epoxy compounds, novolac epoxy compounds, aromatic epoxy compounds, alicyclic epoxy compounds, glycidyl ester epoxy compounds, polyfunctional epoxy compounds, and polymeric epoxy compounds.
- the epoxy compound may be an aromatic epoxy group-containing compound.
- Specific examples include bisphenol-type epoxy compounds obtained by glycidylating bisphenols such as bisphenol A, bisphenol F, bisphenol AD, bisphenol S, tetramethylbisphenol A, tetramethylbisphenol F, tetramethylbisphenol AD, tetramethylbisphenol S, and tetrafluorobisphenol A; biphenyl-type epoxy compounds; epoxy compounds obtained by glycidylating dihydric phenols such as dihydroxynaphthalene and 9,9-bis(4-hydroxyphenyl)fluorene; epoxy compounds obtained by glycidylating trisphenols such as 1,1,1-tris(4-hydroxyphenyl)methane; epoxy compounds obtained by glycidylating tetrakisphenols such as 1,1,2,2-tetrakis(4-hydroxyphenyl)ethane; novolac-type epoxy compounds obtained by glycidylating novolacs such as
- an epoxy compound having at least one skeleton selected from epoxy compounds having a biphenyl skeleton, epoxy compounds having a dicyclopentadiene skeleton, and epoxy compounds having a naphthalene skeleton.
- the composition of the present invention preferably contains a polyfunctional epoxy compound as described below.
- polyfunctional epoxy compound refers to an epoxy compound having two or more epoxy groups in one molecule and a mass average molecular weight (Mw) of less than 5,000, and the composition of the present invention preferably contains a polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule and a mass average molecular weight (Mw) of less than 5,000. It is more preferable that the polyfunctional epoxy compound contains a compound having four or more epoxy groups in one molecule.
- polyfunctional epoxy compound allows for the introduction of highly polar epoxy groups at a high density, thereby enhancing the effects of physical interactions such as van der Waals forces and hydrogen bonding, thereby improving the adhesion between the thermally conductive sheet formed from the composition of the present invention and electrical conductors such as metal plates and circuit boards. Furthermore, the inclusion of a polyfunctional epoxy compound increases the storage modulus of the thermally conductive sheet, thereby providing a strong anchoring effect after the cured product penetrates into the irregularities on the surface of the electrical conductor to be adhered, thereby improving the adhesion between the thermally conductive sheet and electrical conductors such as metal plates and circuit boards.
- the inclusion of a polyfunctional epoxy compound in the composition of the present invention further increases the crosslink density of the cured product, thereby increasing the breaking energy of the cured product measured by three-point bending at 150°C and 190°C.
- the inclusion of a polyfunctional epoxy compound tends to increase the hygroscopicity of the composition of the present invention, but by improving the reactivity of the epoxy groups, the amount of hydroxyl groups during the reaction can be reduced, and the increase in hygroscopicity can be suppressed.
- by preparing the composition of the present invention by combining an epoxy polymer and a polyfunctional epoxy compound, which will be described later, it becomes possible to achieve both high elasticity and low moisture absorption in the thermally conductive sheet.
- the polyfunctional epoxy compound is an epoxy compound having two or more epoxy groups per molecule, from the perspective of increasing the storage modulus of the cured product, particularly at high temperatures, which is important in devices such as power semiconductor devices that generate a lot of heat.
- epoxy compounds having three or more epoxy groups per molecule are preferred, and epoxy compounds having four or more epoxy groups per molecule are even more preferred.
- Having multiple epoxy groups, particularly glycidyl groups, per molecule improves the crosslink density of the cured product, and the cured product, the thermally conductive sheet, becomes stronger.
- the thermally conductive sheet retains its shape without deforming or breaking, thereby preventing the formation of voids and other gaps within the thermally conductive sheet.
- the molecular weight of the polyfunctional epoxy compound is preferably 800 or less, more preferably 700 or less, even more preferably 650 or less, particularly preferably 100 or more or 630 or less, even more preferably 200 or more or 600 or less.
- the composition contains one that is liquid at 25°C.
- the polyfunctional epoxy compound does not contain an amine-based or amide-based structure containing a nitrogen atom.
- the epoxy equivalent of a polyfunctional epoxy compound is preferably 75 g/equivalent or more, and more preferably 80 g/equivalent or more, from the viewpoint of improving the heat resistance of the thermally conductive sheet.
- it is preferably 200 g/equivalent or less, and even more preferably 180 g/equivalent or less, even more preferably 160 g/equivalent or less, and even more preferably 150 g/equivalent or less.
- the polyfunctional epoxy compound may be any compound having two or more epoxy groups in one molecule, and is preferably a polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule and a molecular weight of 800 or less, and more preferably 650 or less.
- EX321L, DLC301, DLC402, etc., manufactured by Nagase ChemteX Corporation can be used. These polyfunctional epoxy compounds may be used alone or in combination of two or more.
- the composition of the present invention preferably contains a high-molecular-weight epoxy compound (also referred to as an "epoxy polymer”) having a mass-average molecular weight (Mw) of 5,000 or more.
- a high-molecular-weight epoxy compound also referred to as an "epoxy polymer” having a mass-average molecular weight (Mw) of 5,000 or more.
- epoxy polymers include phenoxy resins having at least one skeleton selected from the group consisting of a bisphenol A skeleton, a bisphenol F skeleton, a bisphenol A/F mixed skeleton, a naphthalene skeleton, a fluorene skeleton, a biphenyl skeleton, anthracene skeleton, a pyrene skeleton, a xanthene skeleton, an adamantane skeleton, and a dicyclopentadiene skeleton.
- the epoxy polymer is preferably an epoxy polymer having at least one structure selected from the structure represented by the following formula (1) (also referred to as “structure (1)”) and the structure represented by the following formula (2) (also referred to as “structure (2)”):
- R1 and R2 each represent an organic group, at least one of which is an organic group having a molecular weight of 16 or more, and in formula (2), R3 represents a divalent cyclic organic group.
- organic group refers to any group containing carbon atoms. Specific examples include alkyl groups, alkenyl groups, and aryl groups, which may be substituted with halogen atoms, groups containing heteroatoms, or other hydrocarbon groups. The same applies hereinafter.
- At least one of R1 and R2 represents an organic group having a molecular weight of 16 or more, preferably a molecular weight of 16 to 1,000.
- Examples include alkyl groups such as ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, and heptyl, and aryl groups such as phenyl, tolyl, xylyl, naphthyl, and fluorenyl.
- Both R1 and R2 may be organic groups having a molecular weight of 16 or more, or one may be an organic group having a molecular weight of 16 or more and the other may be an organic group having a molecular weight of 15 or less or a hydrogen atom.
- one is an organic group having a molecular weight of 16 or more and the other is an organic group having a molecular weight of 15 or less, and in particular, one being a methyl group and the other being a phenyl group, which is preferred from the standpoint of easier control of handleability such as resin viscosity and the strength of the cured product.
- R3 is a divalent cyclic organic group, which may be an aromatic ring structure such as a benzene ring structure, a naphthalene ring structure, or a fluorene ring structure, or an aliphatic ring structure such as cyclobutane, cyclopentane, or cyclohexane. These may also independently have a substituent such as a hydrocarbon group or a halogen atom.
- the divalent bond may be a divalent group on a single carbon atom or on different carbon atoms.
- Preferred examples include divalent aromatic groups having 6 to 100 carbon atoms and groups derived from cycloalkanes having 2 to 100 carbon atoms, such as cyclopropane and cyclohexane.
- the 3,3,5-trimethyl-1,1-cyclohexylene group (also referred to as "structure (4)") represented by the following formula (4) is preferred from the viewpoints of controlling handleability such as resin viscosity and the strength of the cured product.
- the epoxy polymer has a fluorene skeleton represented by the following formula (5).
- the rigidity of the fluorene skeleton represented by the following formula (5) results in excellent heat resistance and low linear expansion, and the molecular weight per unit is larger than that of ordinary epoxy compounds, so the proportion of secondary hydroxyl groups, which cause moisture absorption, in the overall molecular structure is relatively low, resulting in low moisture absorption.
- the epoxy polymer may include an epoxy polymer having a structure represented by the following formula (3) (also referred to as "structure (3)").
- R 4 , R 5 , R 6 , and R 7 are each an organic group having a molecular weight of at least 15. Preferably, they are alkyl groups having a molecular weight of 15 to 1,000, and it is particularly preferred that R 4 , R 5 , R 6 , and R 7 are all methyl groups from the viewpoints of controlling handleability such as resin viscosity and the strength of the cured product.
- the epoxy polymer is preferably an epoxy polymer containing either one of Structure (1) or Structure (2) and Structure (3), from the viewpoint of achieving both reduced moisture absorption and strength retention in the present cured product and the present thermal conductive sheet.
- Such epoxy polymers contain more hydrophobic hydrocarbon and aromatic structures than general epoxy polymers having a bisphenol A or bisphenol F skeleton, and therefore, by blending such epoxy polymers, it is possible to reduce the moisture absorption amount of the thermally conductive sheet, which is the cured product obtained.
- the epoxy polymer contains a large amount of hydrophobic structures (1), (2), and (3).
- the mass average molecular weight (Mw) of the epoxy polymer is preferably 5,000 or more, and more preferably 10,000 or more, more preferably 15,000 or more, more preferably 20,000 or more, more preferably 25,000 or more, and even more preferably 30,000 or more.
- An upper limit of 100,000 or less is preferred. Keeping the Mw in this range tends to improve the film-forming properties of the composition of the present invention and improve the handleability of the uncured thermosetting sheet. Improved film-forming properties also have the effect of binding fillers together in the uncured thermosetting sheet, making voids less likely to occur.
- the epoxy equivalent of the epoxy polymer is preferably 5,000 g/equivalent or more, 7,000 g/equivalent or more, and more preferably 8,000 g/equivalent or more.
- it is preferably 25,000 g/equivalent or less, and more preferably 20,000 g/equivalent or less.
- the mass average molecular weight (Mw) of the epoxy polymer is a value calculated as polystyrene measured by gel permeation chromatography.
- the epoxy equivalent is defined as "the mass of an epoxy polymer containing one equivalent of epoxy groups" and can be measured in accordance with JIS K7236.
- the above epoxy polymers may be used alone or in combination of two or more.
- the content of the epoxy polymer is preferably 5% by mass or more and less than 30% by mass relative to 100% by mass of the components (resin components) excluding the solvent and inorganic filler from the composition of the present invention, in other words, the solid content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler.
- the epoxy polymer content of the composition of the present invention is preferably 5% by mass or more relative to 100% by mass of the solids content excluding the inorganic filler, since film-forming properties can be maintained, while the epoxy polymer content of less than 30% by mass is preferably less than 30% by mass, since flexibility of the thermosetting sheet in an uncured state can be maintained.
- the content of the epoxy polymer is preferably 5% by mass or more, more preferably 7.5% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more, based on 100% by mass of the solid content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler.
- the content is preferably less than 30% by mass, more preferably 27.5% by mass or less, even more preferably 25% by mass or less, even more preferably 24% by mass or less, even more preferably 23% by mass or less, and even more preferably 22% by mass or less.
- the content of the polyfunctional epoxy compound is preferably 5% by mass or more and 95% by mass or less based on the components (resin components) excluding the solvent and inorganic filler from the composition of the present invention, in other words, 100% by mass of the solid content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention.
- the content of the polyfunctional epoxy compound is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more, based on 100% by mass of the solid content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler, and is preferably 95% by mass or less, and even more preferably 90% by mass or less.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, based on 100% by mass of the solid content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention. If the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is 5% by mass or more, the crosslink density of the cured product can be increased and the storage modulus of the cured product can be maintained, thereby improving resistance, for example, when exposed to conditions in which internal stress or external force is applied at high temperatures, such as reflow resistance and sintering resistance, which is preferable.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is preferably 5% by mass or more, more preferably 7.5% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more, based on 100% by mass of the solids content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is 50% by mass or less, the toughness of the present thermosetting sheet in an uncured state can be maintained and the moisture absorption rate of the present sheet-like cured product can be reduced, which is preferable.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and even more preferably 40% by mass or less, based on 100% by mass of the solids content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention.
- the content of polyfunctional epoxy compounds having three or more epoxy groups per molecule and an epoxy equivalent of 25 to 200 g/equivalent is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, based on 100% by mass of the solids content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention, from the viewpoint of adjusting the epoxy equivalent (WPE) of the resin component of the composition of the present invention within a suitable range, and is more preferably 7.5% by mass or more or 45% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or more or 40% by mass or less.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is preferably 20 parts by mass or more and 500 parts by mass or less per 100 parts by mass of the epoxy polymer.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is 20 parts by mass or more per 100 parts by mass of the epoxy polymer, this is preferred because it can increase the crosslink density of the cured product and improve resistance, for example, when exposed to conditions where internal stress or external force is applied at high temperatures, such as reflow resistance and sintering resistance.
- the content of the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is preferably 20 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or more or 400 parts by mass or less, even more preferably 40 parts by mass or more or 350 parts by mass or less, even more preferably 60 parts by mass or more or 300 parts by mass or less, and even more preferably 90 parts by mass or more or 200 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the epoxy polymer.
- the content ratio of inorganic filler to epoxy polymer is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, and even more preferably 0.03 or more, from the viewpoint of maintaining the film-forming properties of the thermosetting sheet.
- it is preferably less than 0.2, more preferably 0.15 or less, and even more preferably 0.14 or less.
- the mass ratio of the inorganic filler to the polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule is preferably 0.02 or more, more preferably 0.03 or more, and even more preferably 0.04 or more, from the viewpoint of improving the retention of the inorganic filler.
- it is preferably 0.2 or less, more preferably 0.18 or less, and even more preferably 0.16 or less.
- the mass ratio of the inorganic filler to the epoxy compound (epoxy compound/inorganic filler) is preferably 0.2 or more, more preferably 0.22 or more, and even more preferably 0.25 or more.
- the thermal conductivity of the thermally conductive sheet it is preferably 0.6 or less, more preferably 0.57 or less, and even more preferably 0.55 or less.
- the composition of the present invention may contain, in place of or together with the epoxy polymer, a polymer other than the epoxy polymer having a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more (also referred to as "other polymer”).
- Mw mass average molecular weight
- the term "polymer” encompasses epoxy polymers and other polymers.
- the other polymer may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
- the thermoplastic resins and thermosetting resins include thermoplastic resins such as polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polyarylate, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, and polyether ketone.
- the thermoplastic resins and thermosetting resins may also include heat-resistant resins known as super engineering plastics, such as thermoplastic polyimide, thermosetting polyimide, benzoxazine, and reaction products of polybenzoxazole and benzoxazine.
- thermosetting resins examples include styrene-based polymers such as styrene and alkylstyrene, (meth)acrylic polymers such as alkyl (meth)acrylate and glycidyl (meth)acrylate, styrene-based-(meth)acrylic copolymers such as styrene-glycidyl methacrylate, polyvinyl alcohol derivatives such as polyvinyl butyral, polyvinyl benzal, and polyvinyl acetal, norbornene-based polymers containing norbornene compounds, and phenoxy resins.
- phenoxy resins are preferred in terms of their heat resistance and compatibility with thermosetting resins.
- the thermoplastic resin and the thermosetting resin may each be used alone or in combination of two or more thereof. Either a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used alone, or a thermoplastic resin and a thermosetting resin may be used in combination.
- the content of the polymer having a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more is preferably 5% by mass or more and less than 30% by mass, based on 100% by mass of the solid content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention.
- Mw mass average molecular weight
- the content of the polymer having a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more is preferably 5% by mass or more, more preferably 7.5% by mass or more, and even more preferably 10% by mass or more, based on 100% by mass of the solid content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler.
- it is preferably less than 30% by mass, and even more preferably 27.5% by mass or less, even more preferably 25% by mass or less, even more preferably 24% by mass or less, even more preferably 23% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or less.
- it is even more preferably 18% by mass or less.
- the other polymers are preferably those having a functional group that reacts with the epoxy compound.
- the functional group that reacts with the epoxy compound include a phenolic hydroxyl group, an epoxy group, a carboxylic acid group, a carboxylic anhydride group, and an active ester.
- the composition of the present invention preferably contains a curing agent as needed.
- the curing agent include phenolic resins, compounds having a heterocyclic structure containing a nitrogen atom (also referred to as "nitrogen-containing heterocyclic compounds"), acid anhydrides having an aromatic skeleton or an alicyclic skeleton, water additives of such acid anhydrides, and modified products of such acid anhydrides.
- the curing agent may be used alone or in combination of two or more kinds. By using these preferred curing agents, it is possible to obtain a cured product that has an excellent balance of heat resistance, moisture resistance, and electrical properties.
- the composition of the present invention contains the above-mentioned epoxy compound as a thermosetting compound, it is preferable to use in combination with a curing agent having an active group capable of reacting with an epoxy group.
- a curing agent having an active group capable of reacting with an epoxy group For example, it is preferable to use in combination with an epoxy compound at least one of a phenolic resin, a benzoxazine compound, a polyarylate, a cyanate, and a maleimide. That is, it is preferable that the composition of the present invention contains an epoxy compound and at least one of a phenolic resin, a benzoxazine compound, a polyarylate, a cyanate, and a maleimide.
- phenolic resin examples include phenol novolac, o-cresol novolac, p-cresol novolac, t-butylphenol novolac, dicyclopentadiene cresol, polyparavinylphenol, bisphenol A novolac, xylylene-modified novolac, decalin-modified novolac, poly(di-o-hydroxyphenyl)methane, poly(di-m-hydroxyphenyl)methane, and poly(di-p-hydroxyphenyl)methane.
- novolac-type phenolic resins with rigid main chain skeletons and phenolic resins with triazine skeletons are preferred for further improving the flexibility of the present composition, the present cured product, and the present thermally conductive sheet, and for improving the mechanical properties and heat resistance of the present cured product.
- phenolic resins containing allyl groups are preferred for improving the flexibility of the present thermosetting sheet in an uncured state and the toughness of the present cured product. The inclusion of a phenolic resin increases the curing rate of the epoxy compound and effectively improves heat resistance by minimizing residual groups.
- the benzoxazine compound is a compound that crosslinks and hardens when heated, and also functions as a curing agent for the epoxy compound. Therefore, by using an epoxy compound and a benzoxazine compound in combination, the hydroxyl groups generated when the benzoxazine compound crosslinks react with the epoxy groups of the epoxy compound to bond, so that the crosslinked structure of the epoxy compound and the crosslinked structure of the benzoxazine compound are combined to form a stronger crosslinked structure, which can increase the glass transition temperature (Tg) of the cured product and further improve heat resistance.
- Tg glass transition temperature
- the benzoxazine compound preferably has a structure represented by formula (I) or (II) below.
- a represents an integer of 0 to 3, preferably 0 or 1, and more preferably 0.
- R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or a monovalent organic group.
- R1 include a hydrogen atom, an alkyl group, an alkenyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, an aralkyl group, an alkynyl group, etc.
- R1 may be substituted with any substituent.
- R2 include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group. * indicates a bond to another chemical structure.
- b represents an integer of 0 to 4, preferably 0 or 1, and more preferably 0.
- R3 represents a hydrogen atom or a monovalent organic group, and when b is 2 or greater, multiple R3s may be the same or different. Specific examples of R3 include an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group. * indicates a bond to another chemical structure.
- the benzoxazine compound preferably has multiple structures represented by formula (I) and/or formula (II) per molecule. More specifically, the benzoxazine compound preferably has two to four, and more preferably two, structures represented by formula (I) and/or formula (II) per molecule. It is believed that the use of such a benzoxazine compound can further enhance curing performance and improve heat resistance.
- the benzoxazine compound preferably includes a benzoxazine compound represented by formula (III).
- the benzoxazine compound represented by formula (III) is often also called a Pd-type benzoxazine.
- X2 is a single bond or a divalent linking group. More specifically, X 2 can be a single bond, a linear or branched alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, —O—, —SO 2 —, —CO—, or a structure in which two or more of these are linked together.
- the benzoxazine compound may include a benzoxazine compound represented by the following formula (IV):
- the benzoxazine compound represented by the following formula (IV) is often also called Fa-type benzoxazine.
- the definition and specific examples of X2 are the same as those of X2 in formula (III) above.
- Benzoxazine compounds are available in solid and liquid forms at 25°C. From the perspective of increasing the glass transition temperature (Tg) of the composition of the present invention and its cured product, thereby enhancing heat resistance, those that are solid at 25°C are more preferred.
- the content of the benzoxazine compound is preferably 3% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 5% by mass or more or 30% by mass or less, and even more preferably 7% by mass or more or 25% by mass or less, based on 100% by mass of the solids content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler.
- the content of benzoxazine compound in the composition of the present invention is preferably lower than the content of epoxy compound.
- the mass ratio of the content of the benzoxazine compound to the content of the epoxy compound in the solid content excluding the inorganic filler from the composition of the present invention is preferably less than 0.8, and more preferably 0.7 or less, even more preferably 0.6 or less, and even more preferably 0.5 or less.
- this mass ratio is preferably 0.05 or more, even more preferably 0.07 or more, and even more preferably 0.08 or more.
- polyarylate is a compound represented by the following formula (A):
- each X may independently represent a hydrogen atom group, an aliphatic group, or an aromatic group, such as a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, or an aryl group.
- Each Y may independently be a single bond, —CR 1 R 2 —, O, CO, or S.
- Each of R 1 and R 2 independently represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, or a cyclohexylidene group formed by bonding R 1 and R 2.
- alkylene groups include linear, branched, or cyclic alkylene groups having 1 to 12 carbon atoms.
- Each Z may independently be a hydrogen atom, a hydroxy group, or an alkoxy group.
- n is the number of repetitions and may be an integer of 1 or more, for example, an integer of 1 to 100 is preferred, and among these, an integer of 1 or more or 90 or less, and among these, an integer of 2 or more or 80 or less is more preferred.
- the molecular weight of the polyarylate is preferably 500 or more, more preferably 700 or more, and even more preferably 1,000 or more.
- the molecular weight is preferably 10,000 or less, more preferably 8,000 or less, and even more preferably 5,000 or less.
- the glass transition temperature of the polyarylate is preferably 80° C. or higher, more preferably 100° C. or higher, and even more preferably 120° C. or higher.
- the glass transition temperature is preferably 300° C. or lower, more preferably 270° C. or lower, and even more preferably 250° C. or lower.
- the functional group equivalent weight (amount of hydroxyl groups and ester groups) of the polyarylate is preferably 100 g/equivalent or more, more preferably 120 g/equivalent or more, and even more preferably 140 g/equivalent or more, from the viewpoint of reducing moisture absorption. On the other hand, from the viewpoint of improving heat resistance, it is preferably 1000 g/equivalent or less, more preferably 800 g/equivalent or less, and even more preferably 600 g/equivalent or less.
- the cyanate may be, for example, a compound having an -OCN group in the molecule, which reacts with the -OCN group upon heating.
- Specific examples include 1,3-dicyanatobenzene, 1,4-dicyanatobenzene, 1,3,5-tricyanatobenzene, 1,3-dicyanatonaphthalene, 1,4-dicyanatonaphthalene, 1,6-dicyanatonaphthalene, 1,8-dicyanatonaphthalene, 2,6-dicyanatonaphthalene, 2,7-dicyanatonaphthalene, 1,3,6-tricyanatonaphthalene, 4,4'-dicyanatobiphenyl, bis(4-cyanatophenyl)methane, bis(3,5-dimethyl-4-cyanatophenyl)methane, and 2,2-bis(4-cyanatophenyl)propane.
- Suitable cyanates include bis(4-cyanatophenyl)propane, 2,2-bis(3,5-dibromo-4-cyanatophenyl)propane, bis(4-cyanatophenyl)ether, bis(4-cyanatophenyl)thioether, bis(4-cyanatophenyl)sulfone, tris(4-cyanatophenyl)phosphite, tris(4-cyanatophenyl)phosphate, and cyanates obtained by reacting a novolak resin with a cyanogen halide.
- Prepolymers having a triazine ring formed by trimerizing the cyanate groups of these polyfunctional cyanates can also be used.
- the maleimide may be a compound having one or more, preferably two or more, maleimide groups (2,5-dihydro-2,5-dioxo-1H-pyrrol-1-yl groups) in one molecule.
- Maleimides can react with epoxy compounds in the presence of an appropriate catalyst to form bonds.
- maleimides can also bond with each other because radical polymerization can occur due to the ethylenic carbon-carbon unsaturated bond contained in the maleimide group.
- the maleimide may be, for example, an aliphatic maleimide containing an aliphatic amine skeleton, or an aromatic maleimide containing an aromatic amine skeleton.
- the curing agent is preferably contained in an amount of 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 3% by mass or more or 40% by mass or less, even more preferably 5% by mass or more or 30% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or more or 25% by mass or less, based on 100% by mass of the solid content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler.
- content of the curing agent is equal to or greater than the lower limit, the reaction proceeds effectively and sufficient curing performance can be obtained, whereas when the content is equal to or less than the upper limit, the crosslinking density can be increased, thereby increasing the strength, which is preferable.
- composition of the present invention may contain a thermosetting catalyst as a curing accelerator, if necessary, in order to adjust the curing rate and the physical properties of the cured product.
- thermosetting catalyst is preferably selected appropriately depending on the type of thermosetting compound and curing agent.
- specific examples of the thermosetting catalyst include linear or cyclic tertiary amines, organophosphorus compounds, diazabicycloalkenes such as quaternary phosphonium salts or organic acid salts, and imidazoles.
- Organometallic compounds, quaternary ammonium salts, metal halides, etc. may also be used.
- organometallic compounds include zinc octoate, tin octoate, and aluminum acetylacetone complex.
- the nitrogen-containing heterocyclic compound described above as a curing agent also functions as a thermosetting catalyst, and therefore may be blended as a thermosetting catalyst.
- imidazole-based compounds compounds containing imidazole are preferred as the thermosetting catalyst, particularly from the viewpoints of storage stability, heat resistance, and curing speed.
- imidazole compounds include, for example, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenylimidazole, 1-benzyl-2-methylimidazole, 1-benzyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 1-cyanoethyl-2-phenylimidazolium trimellitate, 2,4-diamino-6-[2'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine, 2, Examples include 4-diamino-6-[2'-undecylimidazolyl-(1')]
- an imidazole compound having a melting point of 100° C. or higher, more preferably 200° C. or higher a cured product having excellent storage stability and adhesion can be obtained.
- those containing a nitrogen-containing heterocyclic compound other than the above-mentioned imidazole ring are more preferred from the viewpoint of adhesiveness.
- the thermosetting catalyst may be used alone or in combination of two or more.
- two or more imidazole compounds having a melting point of 100° C. or higher it is possible to obtain a composition of the present invention having excellent storage stability and a cured product having excellent heat resistance.
- thermosetting catalyst is preferably contained in an amount of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, based on 100% by mass of the solid content of the composition of the present invention excluding the inorganic filler.
- content of the thermosetting catalyst is equal to or greater than the lower limit, the progress of the curing reaction can be sufficiently promoted to achieve good curing, whereas when the content is equal to or less than the upper limit, the curing rate is not too fast, and therefore the storage stability of the composition of the present invention can be improved.
- the inorganic filler contained in the composition of the present invention preferably has a thermal conductivity of 2.0 W/m K or more, more preferably 3.0 W/m K or more, even more preferably 5.0 W/m K or more, and even more preferably 10.0 W/m K or more.
- inorganic fillers include electrically insulating fillers made solely of carbon, fillers made of metal carbides or semi-metal carbides, metal oxides or semi-metal oxides, and metal nitrides or semi-metal nitrides.
- An example of the electrically insulating filler made only of carbon is diamond (thermal conductivity: approximately 2000 W/m ⁇ K).
- Examples of the metal carbide or semi-metal carbide include silicon carbide (thermal conductivity: approximately 60 to 270 W/m ⁇ K), titanium carbide (thermal conductivity: approximately 21 W/m ⁇ K), and tungsten carbide (thermal conductivity: approximately 120 W/m ⁇ K).
- metal oxide or semi-metal oxide examples include magnesium oxide (thermal conductivity: about 40 W/m ⁇ K), aluminum oxide (thermal conductivity: about 20 to 35 W/m ⁇ K), zinc oxide (thermal conductivity: about 54 W/m ⁇ K), yttrium oxide (thermal conductivity: about 27 W/m ⁇ K), zirconium oxide (thermal conductivity: about 3 W/m ⁇ K), ytterbium oxide (thermal conductivity: about 38.5 W/m ⁇ K), beryllium oxide (thermal conductivity: about 250 W/m ⁇ K), and sialon (ceramics composed of silicon, aluminum, oxygen, and nitrogen, thermal conductivity: about 21 W/m ⁇ K).
- metal nitride or semi-metal nitride examples include boron nitride (thermal conductivity in the plane direction of plate-like particles of hexagonal boron nitride (h-BN): about 200 to 500 W/m ⁇ K), aluminum nitride (thermal conductivity: about 160 to 285 W/m ⁇ K), and silicon nitride (thermal conductivity: about 30 to 80 W/m ⁇ K).
- These inorganic fillers may be used alone or in combination of two or more.
- the volume resistivity of the inorganic filler at 20°C is preferably 10 13 ⁇ cm or more, and more preferably 10 14 ⁇ cm or more.
- metal oxides, semi-metal oxides, metal nitrides, or semi-metal nitrides are preferred because they make it easier to ensure sufficient electrical insulation of the thermally conductive sheet.
- inorganic fillers include aluminum oxide (Al 2 O 3 , volume resistivity: >10 14 ⁇ cm), aluminum nitride (AlN, volume resistivity: >10 14 ⁇ cm), boron nitride (BN, volume resistivity: >10 14 ⁇ cm), silicon nitride (Si 3 N 4 , volume resistivity: >10 14 ⁇ cm), and silica (SiO 2 , volume resistivity: >10 14 ⁇ cm).
- aluminum oxide, aluminum nitride, and boron nitride are preferred, with aluminum oxide and boron nitride being particularly preferred because they can impart high insulating properties to the thermally conductive sheet.
- the inorganic filler may be in the form of irregular particles, spheres, whiskers, fibers, plates, or aggregates or mixtures thereof.
- “spherical” generally means that the aspect ratio (ratio of major axis to minor axis) is 1 or more and 2 or less, preferably 1 or more and 1.75 or less, more preferably 1 or more and 1.5 or less, and even more preferably 1 or more and 1.4 or less.
- the aspect ratio can be determined by randomly selecting 10 or more particles from an image of a cross section of the composition of the present invention or the thermally conductive sheet taken with a scanning electron microscope (SEM), determining the ratio of the major axis to the minor axis of each particle, and calculating the average value.
- the inorganic filler contained in the composition of the present invention preferably contains "boron nitride agglomerated particles" formed by agglomeration of primary particles of boron nitride, because these have fewer problems with moisture absorption when the composition of the present invention is formed into a sheet and cured, i.e., when the composition is formed into a sheet-like cured product, are low in toxicity, can efficiently increase thermal conductivity, and can impart high insulating properties to the thermally conductive sheet.
- the composition of the present invention preferably contains boron nitride agglomerated particles as the inorganic filler.
- boron nitride agglomerated particles may be used in combination with other inorganic fillers.
- the heat transfer behavior within the thermally conductive sheet does not depend solely on the thermal conductivity within the inorganic filler. Therefore, even if diamond particles, among the inorganic fillers exemplified above, which have extremely high thermal conductivity but are also extremely expensive, are used, the thermal conductivity of the thermally conductive sheet in the thickness direction will not increase significantly. Therefore, when using boron nitride agglomerated particles in combination with other inorganic fillers, the main focus is on reducing the cost of the composition of the present invention.
- the inorganic filler to be used in combination with boron nitride agglomerated particles is preferably selected from magnesium oxide, aluminum oxide, tungsten carbide, silicon carbide, aluminum nitride, etc., with aluminum oxide being more preferred.
- boron nitride agglomerated particles account for 75% or more by mass of the inorganic filler contained in the composition of the present invention, and even more preferably 80% or more by mass, and even more preferably 85% or more by mass (including 100% by mass) of that.
- the shape of the boron nitride agglomerated particles is preferably spherical.
- the agglomerated structure of the boron nitride agglomerated particles is preferably a house-of-card structure from the viewpoint of improving thermal conductivity.
- the agglomerated structure of the boron nitride agglomerated particles can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM).
- the house-of-card structure is a structure in which plate-like particles are stacked in a complex manner without being oriented, and is described in "Ceramics 43 No. 2" (published by the Ceramic Society of Japan, 2008). More specifically, it refers to a structure in which the flat surfaces of the primary particles forming the aggregated particles are in contact with the edge surfaces of other primary particles present within the aggregated particles.
- a schematic diagram of the house-of-card structure is shown in Figure 1.
- the card-house structured agglomerated particles have extremely high fracture strength due to their structure, and do not collapse even during the pressurization process performed during sheet formation of the thermally conductive sheet. Therefore, primary particles that are normally oriented in the longitudinal direction of the thermally conductive sheet can be made to exist in a random direction.
- card-house structured agglomerated particles can further increase the proportion of primary particles with ab planes oriented in the thickness direction of the thermally conductive sheet, thereby enabling effective heat conduction in the thickness direction of the sheet and further increasing the thermal conductivity in the thickness direction.
- Boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure can be produced, for example, by the method described in WO 2015/119198.
- the particles When using agglomerated boron nitride particles having a house-of-card structure, the particles may be surface-treated with a surface treatment agent.
- a surface treatment agent for example, a known surface treatment agent such as a silane coupling treatment can be used. It is believed that by increasing the adhesion at the interface between the inorganic filler and the thermosetting compound, i.e., the matrix resin, by chemical treatment, it is possible to further reduce the attenuation of thermal conductivity at the interface.
- the thermosetting compound is also referred to as a "matrix resin" in the sense that it plays a role in enveloping the inorganic filler and maintaining the overall shape of the composition of the present invention.
- the particle size can be made larger than that of an inorganic filler that uses primary particles as they are.
- the heat transfer paths between the inorganic fillers via the thermosetting compound with low thermal conductivity can be reduced, and therefore the increase in thermal resistance in the heat transfer paths in the thickness direction can be reduced.
- the lower limit of the maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 30 ⁇ m or more, and even more preferably 40 ⁇ m or more.
- the upper limit of the maximum particle size is preferably 300 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less, even more preferably 100 ⁇ m or less, and even more preferably 90 ⁇ m or less.
- the average particle size of the boron nitride agglomerated particles is not particularly limited. Among these, 5 ⁇ m or more is preferable, 10 ⁇ m or more is more preferable, and 15 ⁇ m or more is even more preferable. 100 ⁇ m or less is preferable, and 90 ⁇ m or less is more preferable.
- the average particle size of the boron nitride agglomerated particles is 5 ⁇ m or more, the number of particles in the composition of the present invention and the present cured product is relatively small, and the number of interparticle interfaces is reduced, which reduces thermal resistance and may result in the present thermal conductive sheet having high thermal conductivity. Furthermore, when the average particle size is equal to or less than the above upper limit, the present cured product tends to have good surface smoothness.
- the average particle size or maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles be equal to or less than the above upper limit, a high-quality film without surface roughness can be formed when the boron nitride agglomerated particles are incorporated into a thermosetting compound, i.e., a matrix resin.
- a thermosetting compound i.e., a matrix resin.
- the average particle size or maximum particle size be equal to or greater than the above lower limit, the interface between the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles is reduced, resulting in lower thermal resistance and achieving high thermal conductivity, while also providing the sufficient thermal conductivity-enhancing effect required of an inorganic filler in thermally conductive sheets for power semiconductor devices.
- thermal resistance at the interface between the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles becomes significant when the size of the boron nitride agglomerated particles relative to the thickness of the thermally conductive sheet is 1/10 or less.
- thermally conductive sheets with thicknesses of 100 ⁇ m to 300 ⁇ m are often used, so from the viewpoint of thermal conductivity as well, it is preferable that the maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles be larger than the above lower limit.
- the maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles is equal to or greater than the above lower limit, not only is the increase in thermal resistance caused by the interface between the boron nitride agglomerated particles and the matrix resin suppressed, but the number of required thermal conduction paths between particles is reduced, increasing the probability that thermal conduction will be connected from one surface to the other in the thickness direction of the thermally conductive sheet.
- the maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles be equal to or less than the above upper limit, protrusion of the boron nitride agglomerated particles onto the surface of the thermal conductive sheet is suppressed, and a good surface shape without surface roughness is obtained. Therefore, for example, when producing a sheet bonded to a copper substrate, sufficient adhesion is achieved and excellent voltage resistance characteristics can be obtained.
- the ratio of the size (maximum particle diameter) of the boron nitride agglomerated particles to the thickness of the thermally conductive sheet (maximum particle diameter/thickness) is preferably 0.3 or more and 1.0 or less, more preferably 0.35 or more or 0.95 or less, and even more preferably 0.4 or more or 0.9 or less.
- the maximum particle size and average particle size of the boron nitride agglomerated particles can be measured, for example, by the following method.
- the maximum particle size and average particle size of the boron nitride agglomerated particles used as a raw material can be determined as the maximum particle size Dmax and average particle size D50 of the boron nitride agglomerated particles from the particle size distribution obtained by measuring the particle size distribution of a sample prepared by dispersing the boron nitride agglomerated particles in a solvent, specifically, a sample prepared by dispersing the boron nitride agglomerated particles in a pure water medium containing a dispersion stabilizer, using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.
- Dmax and D50 are the maximum particle size and the particle size at 50% cumulative volume in a volume-based particle size distribution obtained by measurement using a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method.
- the maximum particle size and the average particle size can also be determined using a dry particle size distribution measuring device such as Morphologi G3 (manufactured by Malvern Instruments).
- the maximum particle size Dmax and average particle size D50 of the boron nitride agglomerated particles in the composition of the present invention or the present thermally conductive sheet can also be measured in the same manner as above by dissolving and removing organic components such as thermosetting compounds in a solvent (including a heated solvent), or by swelling the components to reduce the adhesive strength to the boron nitride agglomerated particles and then physically removing them, and then heating the organic components in air to incinerate them and remove them.
- organic components such as thermosetting compounds in a solvent (including a heated solvent)
- the maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles in the composition of the present invention or the thermally conductive sheet can be determined by directly observing a cross section of the composition of the present invention or the thermally conductive sheet using a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, a micro-Raman spectrometer, an atomic force microscope or the like to arbitrarily select 10 or more boron nitride agglomerated particles, and determining the maximum particle size among them.
- the average particle size of the boron nitride agglomerated particles in the composition of the present invention or the thermally conductive sheet can also be determined by directly observing a cross section of the composition of the present invention or the thermally conductive sheet using a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, a micro-Raman spectrometer, an atomic force microscope or the like to arbitrarily select 10 or more boron nitride agglomerated particles, and calculating the arithmetic mean value of the particle sizes.
- the longest and shortest diameters are measured, and the average value thereof is taken as the particle diameter of the particles.
- the content of the inorganic filler is preferably 30% by mass or more and less than 90% by mass relative to 100% by mass of the solid content in the composition of the present invention, that is, 100% by mass of the solid content of the entire composition. If the content of the inorganic filler is 30% by mass or more relative to 100% by mass of the solid content in the composition of the present invention, the insulating property and thermal conductivity can be improved. From this viewpoint, the content of the inorganic filler is preferably 30% by mass or more relative to 100% by mass of the solid content in the composition of the present invention, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and even more preferably 60% by mass or more.
- the thermal conductivity it is more preferably 65% by mass or more.
- the content is less than 90% by mass, handling properties and film-forming properties can be maintained.
- the content of the inorganic filler is preferably less than 90% by mass, more preferably 85% by mass or less, even more preferably 80% by mass or less, and even more preferably 75% by mass or less.
- the content of the agglomerated boron nitride particles is preferably 50% by mass or more relative to 100% by mass of the total inorganic filler.
- the content of the boron nitride particles is 50% by mass or more relative to 100% by mass of the total inorganic filler, the insulating property and thermal conductivity can be improved.
- the content of the boron nitride agglomerated particles is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more, relative to 100% by mass of the total inorganic filler.
- the composition of the present invention may contain an organic solvent as needed, for example, to improve the coatability when forming a sheet-like cured product through a coating step.
- organic solvents that may be contained in the composition of the present invention include methyl ethyl ketone, cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, propylene glycol monomethyl ether, etc. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
- the content thereof is appropriately determined depending on the handleability during production of the thermally conductive sheet, etc.
- the organic solvent is preferably used so that the solids concentration (total of components other than the solvent) in the composition of the present invention is 10% by mass or more and 90% by mass or less, and particularly preferably 40% by mass or more or 80% by mass or less.
- the organic solvent is preferably used so that the solids concentration (total of components other than the solvent) in the composition of the present invention is 95% by mass or more, more preferably 97% by mass or more, even more preferably 98% by mass or more, and still more preferably 99% by mass or more.
- the composition of the present invention may contain other components in addition to the above components.
- other components include dispersants, additives such as silane coupling agents that improve the interfacial adhesion strength between thermoplastic resins, organic fillers, and inorganic fillers and resin components, additives that are expected to have the effect of increasing the adhesion strength between the thermally conductive sheet and conductors such as metal plates and circuit boards, insulating carbon components such as reducing agents, viscosity adjusters, thixotropic agents, flame retardants, colorants, various phosphorus-based, phenol-based and other antioxidants, phenol acrylate-based and other process stabilizers, heat stabilizers, hindered amine radical scavengers (HAAS), impact modifiers, processing aids, metal deactivators, copper inhibitors, antistatic agents, extenders, and the like.
- additives such as silane coupling agents that improve the interfacial adhesion strength between thermoplastic resins, organic fillers, and inorganic fillers and resin components,
- the composition of the present invention preferably contains a silane coupling agent as needed.
- a silane coupling agent By incorporating a silane coupling agent, the interfacial adhesive strength between the inorganic filler and the thermosetting compound can be increased, and when the composition of the present invention is cured, voids and the like can be suppressed, thereby maintaining insulation resistance and insulation stability.
- silane coupling agents include N-phenyl- ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltriethoxysilane, ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltriethoxysilane, ⁇ -(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, and vinyltriethoxysilane. These agents can be used alone or in combination of two or more.
- the content of the silane coupling agent is preferably 0.05 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, even more preferably 0.15 parts by mass or more, and even more preferably 0.18 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the total inorganic filler.
- the content is preferably 5 parts by mass or less, even more preferably 3 parts by mass or less, and even more preferably 1 part by mass or less, per 100 parts by mass of the total inorganic filler.
- composition of the present invention can be converted into a fully cured product by heating. Furthermore, the composition of the present invention can be formed into a sheet to form the present thermosetting sheet, and the present thermosetting sheet can be cured to form the present sheet-like cured product, which can be used as the present thermally conductive sheet.
- the cured product and the thermally conductive sheet can be used in a variety of applications, including as components of the composite molded product, heat dissipating laminate, heat dissipating circuit board, and power semiconductor device described below, although the applications are not limited to these.
- thermosetting sheet ⁇ Method for producing the thermosetting sheet> Next, an example of a method for producing the thermosetting sheet will be described.
- thermosetting sheet can be obtained by forming the composition of the present invention into a sheet (this process is also referred to as the "film-forming process"), optionally drying the film (this process is also referred to as the “drying process”), optionally carrying out low-temperature aging by placing the film in a temperature environment of 0°C or below (this process is also referred to as the "low-temperature aging process”), and optionally further applying pressure (this process is also referred to as the "pressuring process”).
- An example of a method for producing the thermosetting sheet of the present invention is a method in which the composition of the present invention is formed into a sheet and then subjected to low-temperature aging at an environmental temperature of 0°C or below.
- the order of the steps can be changed as appropriate.
- the low-temperature aging step may be performed after the pressurizing step.
- thermosetting compound for example, a thermosetting compound, an inorganic filler, and optionally other components (raw materials) are mixed, and the solvent is added as needed to the mixture, followed by kneading to prepare a slurry of the composition of the present invention.
- This slurry of the composition of the present invention can be formed into a sheet by a coating method such as a blade method, a solvent casting method, or an extrusion film-forming method.
- a coating film is formed by first coating the surface of a substrate with the composition of the present invention in a slurry form, i.e., by dipping, spin coating, spray coating, blade coating, or any other method using the composition of the present invention in a slurry form.
- the slurry-like composition of the present invention can be applied using a coating device such as a spin coater, a slit coater, a die coater, a blade coater, etc.
- a coating device makes it possible to form a uniform coating film of a predetermined thickness on a substrate.
- the substrate is generally a copper plate or copper foil or a PET film, as described below, but is not limited thereto.
- the composition of the present invention formed into a sheet as described above is dried at a temperature (heated atmosphere temperature) of usually 10 to 150°C, preferably 25°C or higher or 120°C or lower, more preferably 30°C or higher or 110°C or lower, and most preferably 100°C or lower, in order to remove the solvent and low-molecular-weight components.
- a temperature heatated atmosphere temperature
- the drying temperature is equal to or lower than the upper limit, curing of the resin in the composition of the present invention is suppressed, and the resin in the sheet-shaped composition of the present invention tends to flow in the subsequent pressurizing step, making it easier to remove voids.
- the drying temperature is equal to or higher than the lower limit, the solvent can be effectively removed, and productivity tends to improve.
- the drying time is not particularly limited and can be adjusted appropriately depending on the state of the composition of the present invention, the drying environment, etc.
- the drying time is preferably 1 minute or more, more preferably 2 minutes or more, and even more preferably 5 minutes or more.
- the drying time is preferably 24 hours or less, more preferably 10 hours or less, even more preferably 4 hours or less, and particularly preferably 2 hours or less.
- a drying time of at least the lower limit tends to sufficiently remove the solvent and inhibit the residual solvent from forming voids in the sheet-like cured product, whereas a drying time of not more than the upper limit tends to improve productivity and reduce production costs.
- the temperature (ambient temperature) during low-temperature aging is preferably lower, as a faster cooling rate results in finer ice. From this perspective, a temperature of 0°C or lower is preferred, with -5°C or lower being particularly preferred, -10°C or lower being particularly preferred, and -15°C or lower being even more preferred. On the other hand, if the temperature is too low, the uncured thermosetting sheet will fall below the glass transition temperature (Tg) and become more susceptible to cracking, so a temperature of -50°C or higher is preferred, and if an epoxy compound is included, a temperature of -30°C or higher is particularly preferred, with -25°C or higher being even more preferred.
- Tg glass transition temperature
- the time for low-temperature aging is not particularly limited, as long as the composition of the present invention is frozen. It is sufficient to rapidly freeze and hold for 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, and of these, holding for 1 hour or more is preferred, more preferably 2 hours or more, more preferably 4 hours or more, more preferably 8 hours or more, more preferably 16 hours or more, and even more preferably 24 hours or more.
- the time to be aged it is preferable for the time to be aged to be 365 days or less, more preferably 180 days or less, more preferably 90 days or less, more preferably 30 days or less, and of these, 7 days or less is preferred.
- the pressing step it is desirable to apply a load of 2 MPa or more to the sheet-like composition of the present invention on the substrate.
- the pressing method include a plate press, a hydrostatic press, a vacuum press, a calendar press, a belt press, a servo press, etc.
- the load is preferably 5 MPa or more, more preferably 7 MPa or more, and even more preferably 9 MPa or more.
- the load is preferably 1500 MPa or less, more preferably 1000 MPa or less, and even more preferably 800 MPa or less.
- the load during compression By setting the load during compression to the above upper limit or less, voids in the sheet-like composition of the present invention can be eliminated without destroying the secondary particles of the inorganic filler, such as the boron nitride agglomerated particles, and the thermal conductivity of the cured product of the thermosetting sheet, i.e., the thermal conductive sheet, can be increased.
- the load By setting the load to the above lower limit or more, contact between the inorganic fillers is improved, making it easier to form thermal conductive paths, and the thermal conductivity of the cured product of the thermosetting sheet, i.e., the thermal conductive sheet, can be increased.
- the heating temperature of the sheet-like composition of the present invention on the substrate in the pressurizing step is not particularly limited.
- the heating temperature (product temperature) is preferably 0°C or higher, more preferably 5°C or higher, and even more preferably 10°C or higher.
- the heating temperature is preferably 300°C or lower, more preferably 250°C or lower, even more preferably 200°C or lower, still more preferably 100°C or lower, and particularly preferably 90°C or lower.
- the time for the pressurizing step is not particularly limited.
- the time for the pressurizing step is preferably 30 seconds or more, more preferably 1 minute or more, even more preferably 3 minutes or more, and particularly preferably 5 minutes or more.
- the time for the pressurizing step is preferably 1 hour or less, more preferably 30 minutes or less, and even more preferably 20 minutes or less.
- the present cured product and the present sheet-like cured product can have the above-mentioned physical properties, i.e., the breaking energy obtained by three-point bending measurement at 190°C, the breaking energy obtained by three-point bending measurement at 150°C, the ratio (x/y) of the breaking energy x obtained by three-point bending measurement at 190°C to the breaking energy y obtained by three-point bending measurement at 150°C, the Young's modulus obtained by three-point bending measurement at 190°C, the Young's modulus obtained by three-point bending measurement at 150°C, the thermal conductivity in the thickness direction at 25°C, the breakdown voltage at a thickness of 150 ⁇ m, the volume resistivity (1000 V, 200°C), the moisture absorption rate, the storage modulus at 200°C, and the glass transition temperature (Tg), within the above-mentioned ranges.
- the breaking energy obtained by three-point bending measurement at 190°C the breaking energy obtained by three-point bending measurement at 150°
- the present thermally conductive sheet may be any thermally conductive sheet formed from the present cured product, in other words, any thermally conductive sheet made of the present sheet-like cured product.
- the physical properties as described above i.e., the breaking energy obtained by three-point bending measurement at 190°C, the breaking energy obtained by three-point bending measurement at 150°C, the ratio (x/y) of the breaking energy x obtained by three-point bending measurement at 190°C to the breaking energy y obtained by three-point bending measurement at 150°C, the Young's modulus obtained by three-point bending measurement at 190°C, the Young's modulus obtained by three-point bending measurement at 150°C, the thermal conductivity in the thickness direction at 25°C, the breakdown voltage, the volume resistivity (1000V, 200°C), the moisture absorption rate, the storage modulus at 200°C, and the glass transition temperature (Tg) can be set
- the lower limit of the thickness of the thermally conductive sheet is preferably 50 ⁇ m or more, more preferably 60 ⁇ m or more, and even more preferably 70 ⁇ m or more, while the upper limit is preferably 400 ⁇ m or less, more preferably 300 ⁇ m or less, and even more preferably 250 ⁇ m or less.
- the present thermally conductive sheet can be produced as a sheet-like cured product by curing the present thermosetting sheet produced as described above (this process is also referred to as the "curing process").
- thermosetting sheet prepared as described above can be cured by heating.
- the heating temperature is preferably 30 to 400°C, and is more preferably 50°C or higher, more preferably 90°C or higher, more preferably 120°C or higher, more preferably 150°C or higher, and even more preferably 175°C or higher.
- it is more preferably 300°C or lower, and even more preferably 250°C or lower.
- the curing step for completely curing the thermosetting sheet may be carried out under pressure or without pressure.
- the pressurizing step and the curing step may be carried out simultaneously.
- the load when pressing and curing are performed simultaneously is not particularly limited. In this case, for example, it is preferable to apply a load of 5 MPa or more to the thermosetting sheet on the substrate, more preferably 7 MPa or more, and even more preferably 9 MPa or more.
- the load is preferably 2000 MPa or less, more preferably 1500 MPa or less, more preferably 1000 MPa or less, even more preferably 500 MPa or less, and even more preferably 100 MPa or less.
- the secondary particles of the inorganic filler such as boron nitride agglomerated particles, are not destroyed, voids in the thermosetting sheet are eliminated, and the thermal conductivity of the thermal conductive sheet is improved. Furthermore, by setting the load at or above the lower limit, contact between the inorganic filler particles is improved, making it easier to form thermal conduction paths, thereby improving the thermal conductivity of the thermal conductive sheet.
- the pressure application time is not particularly limited.
- the pressure application time is preferably 30 seconds or more, more preferably 1 minute or more, even more preferably 3 minutes or more, and particularly preferably 5 minutes or more.
- the pressure application time is preferably 4 hours or less, more preferably 3 hours or less, and even more preferably 2 hours or less.
- a composite molded body (also referred to as "the present composite molded body") as an example of an embodiment of the present invention has a sheet-like cured product of the composition of the present invention, i.e., a cured product part made of the present thermally conductive sheet, and a metal part, and the cured product part and the metal part are laminated together.
- the metal part may be provided on only one surface of the cured product part made of the thermally conductive sheet, or on two or more surfaces.
- the thermally conductive sheet may have a metal part on only one surface, or on both surfaces.
- the metal part may also be patterned.
- Such a composite molded product can be produced by using a metal part as the substrate and forming the thermally conductive sheet on this substrate according to the method described above.
- the composite molded product can be produced by forming the thermally conductive sheet on a substrate other than the metal part, peeling it from the substrate, and then hot-pressing the sheet onto a metal member that will become the metal part.
- the thermally conductive sheet is formed in the same manner as described above, except that it is applied to a substrate such as PET, which may be treated with a release agent, and then peeled off from the substrate. The thermally conductive sheet is then placed on another metal plate or sandwiched between two metal plates and pressed together to form a single sheet.
- the metal plate can be a metal plate made of copper, aluminum, nickel-plated metal, or the like, with a thickness of approximately 10 ⁇ m to 10 cm.
- the surface of the metal plate may be physically roughened or chemically treated with a surface treatment agent, and it is more preferable that the metal plate be subjected to such treatment in terms of adhesion between the thermally conductive sheet and conductors such as metal plates and circuit boards.
- this composite molded product includes heat dissipation laminates, heat dissipation circuit boards, and power semiconductor devices. These will be explained in turn below. However, the present invention is not limited to these.
- a heat dissipation laminate according to an embodiment of the present invention may be any laminate including the thermally conductive sheet.
- this heat dissipation laminate is one in which a heat dissipation metal layer containing a heat dissipation material is laminated on one surface of this thermally conductive sheet.
- the heat dissipating material is not particularly limited as long as it is made of a material with good thermal conductivity.
- a heat dissipating metal material in order to increase the thermal conductivity in the laminated structure, it is preferable to use a heat dissipating metal material, and it is more preferable to use a flat metal material.
- the metal material is not particularly limited, but among them, copper plate, aluminum plate, aluminum alloy plate, etc. are preferred because they have good thermal conductivity and are relatively inexpensive.
- press molding which is a batch process
- the press equipment and press conditions may be within the same range as the press molding conditions used to obtain the thermally conductive sheet described above. However, they do not necessarily have to be within the same range.
- a heat dissipation circuit board according to an embodiment of the present invention may be any circuit board provided with the thermally conductive sheet.
- An example of the present heat dissipating circuit board is one in which the heat dissipating metal layer is laminated on one surface of the present thermally conductive sheet, and a conductive circuit, for example, a circuit board is formed on the surface of the present thermally conductive sheet opposite the heat dissipating metal layer by etching or the like. Specific examples include those in which the "heat dissipating metal layer/the present thermally conductive sheet/conductive circuit" are integrated.
- Examples of the state before circuit etching include an integrated configuration of the "heat dissipating metal layer/the present thermally conductive sheet/metal layer for forming a conductive circuit," in which the metal layer for forming a conductive circuit is flat and formed over the entire surface of one side of the present thermally conductive sheet, or formed over a partial area.
- the material of the metal layer for forming the conductive circuit there are no particular restrictions on the material of the metal layer for forming the conductive circuit.
- a power semiconductor device (also referred to as "the present power semiconductor device") is a product in which a circuit combining multiple power semiconductors is integrated into a single package module, and it is sufficient if it is equipped with the present thermally conductive sheet.
- An example of the power semiconductor device of the present invention is one in which a power semiconductor is mounted using the thermally conductive sheet as a heat dissipating circuit board.
- conventionally known materials can be appropriately used for the aluminum wiring, sealing material, packaging material, heat sink, thermal paste, solder, and other materials other than the present thermally conductive sheet or the present heat dissipation laminate.
- Inorganic filler 1 Spherical agglomerated boron nitride particles having a house-of-card structure, produced in accordance with the method for producing agglomerated boron nitride particles disclosed in the examples of WO 2015/561028.
- Inorganic filler 2 Spherical alumina particles manufactured by Admatechs Co., Ltd. Average particle size (D50): 7 to 13 ⁇ m
- the maximum particle size (Dmax) and average particle size (D50) of the inorganic filler were determined by dispersing the inorganic filler in a pure water medium containing sodium hexametaphosphate as a dispersion stabilizer, measuring the volumetric particle size distribution using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-300 (manufactured by Horiba, Ltd.), and determining the maximum particle size (Dmax) and the particle size at 50% of the cumulative volume (average particle size (D50)) from the resulting particle size distribution.
- Epoxy compound 1 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, biphenyl-type solid epoxy compound, having two glycidyl groups per molecule. Mass average molecular weight (Mw): approximately 400. Epoxy equivalent (WPE): 200 g/equivalent
- Epoxy compound 2 manufactured by Nagase ChemteX Corporation, a polyfunctional epoxy compound containing a structure having four or more glycidyl groups in one molecule, which does not contain an amine or amide structure containing a nitrogen atom.
- Epoxy compound 3 alkyl diglycidyl ether manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, a multifunctional epoxy compound having two glycidyl groups in one molecule. Mass average molecular weight (Mw): approximately 240 Epoxy equivalent (WPE): 120 g/equivalent
- Epoxy compound 4 bisphenol A novolac solid epoxy compound manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, a polyfunctional epoxy compound containing a structure having four or more glycidyl groups in one molecule, and does not contain an amine or amide structure containing a nitrogen atom.
- Epoxy compound 5 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, bisphenol A diglycidyl ether, a multifunctional epoxy compound having two glycidyl groups in one molecule. Mass average molecular weight (Mw): approximately 400. Epoxy equivalent (WPE): 200 g/equivalent
- Curing agent 1 "H-4" manufactured by UBE Corporation, phenolic resin curing agent (phenol novolac)
- Curing agent 2 Pd-type benzoxazine, solid (25°C), manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd., in which X2 is CH2 in formula (III).
- Curing agent 3 "MEH-8000H", phenolic resin-based curing agent (allylphenol novolac), manufactured by Meiwa Chemical Industry Co., Ltd.
- (polymer) Epoxy polymer 1 a bifunctional epoxy polymer manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation and disclosed as resin component 1 in JP 2020-63438 A, having the above structures (2) and (3), in which R 3 in formula (2) was structure (4), and R 4 , R 5 , R 6 , and R 7 in formula (3) were all methyl groups.
- Thermosetting catalyst 1 2,4-diamino-6-[2'-ethyl-4'-methylimidazolyl-(1')]-ethyl-s-triazine, which has both an imidazole-derived structure and a triazine-derived structure in one molecule (manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd., "Curesol 2E4MZ-A"), melting point: 215-225°C
- Thermosetting catalyst 2 2-phenyl-4,5-dihydroxymethylimidazole (manufactured by Shikoku Chemicals Corporation, "Curezol 2PHZ-PW”), melting point: dec. 230, so the melting point is 230°C or higher
- Silane coupling agent 1 Silane coupling agent 1: glycidyloxypropyltrimethoxysilane (KBM-403, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.)
- Examples 1 to 4 Each raw material was weighed out so as to obtain the composition (parts by mass) shown in Table 1, and mixed using a planetary stirring device to prepare a mixture.
- a slurry-like thermosetting composition was prepared using 20% by mass each of methyl ethyl ketone and cyclohexanone so that the mixture would account for 60% by mass (solid content concentration) of the coating slurry.
- thermosetting composition was applied to a PET substrate by a doctor blade method and then dried by heating at 60°C (heating atmosphere temperature) for 120 minutes to obtain a sheet-like thermosetting composition.
- the total content of methyl ethyl ketone and cyclohexanone in the sheet-like thermosetting composition was 1 mass% or less.
- the sheet-shaped thermosetting composition was placed in a vacuum packing bag, the air inside the bag was removed, and the opening of the bag was heat-sealed to seal it. The bag was then stored in a freezer at -20°C for 72 hours to perform low-temperature aging.
- the sheet-shaped thermosetting composition was placed in a sealed vacuum packing bag, and aging was performed for 72 hours in an environment of 60°C without performing the low-temperature aging.
- the sheet-shaped thermosetting compositions obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were set in a pressure press and pressed at 40°C under a load of 150 MPa for 10 minutes to prepare sheet-shaped thermosetting compositions (samples).
- thermosetting composition for the cured product (sheet-shaped cured product) of the sheet-shaped thermosetting composition (sample), the numerical values indicating the amount of each component in the thermosetting composition indicate the mass proportion (parts by mass) of each component, and "WPE” is the epoxy equivalent (g/equivalent) of the resin component excluding the solvent and inorganic filler from the thermosetting composition.
- thermosetting composition excluding the solvent and inorganic filler
- the resin components i.e., epoxy compounds 1, 2, 3, 4, and 5, curing agents 1, 2, and 3, epoxy polymer 1, thermosetting catalysts 1 and 2, and silane coupling agent 1 were mixed in the mass ratios shown in Table 1 below to obtain thermosetting compositions.
- the potential was measured by potentiometric titration in accordance with JIS K7236, and the epoxy equivalent (g/equivalent) was calculated by converting the potential into the value of the entire resin components.
- thermosetting composition Three sheets of the sheet-like thermosetting composition (sample) prepared in each Example and Comparative Example were stacked and pressed under a load of 10 MPa while being heated at 120°C (product temperature) for 30 minutes, 175°C (product temperature) for 30 minutes, and then 200°C (product temperature) for 30 minutes to cure, yielding a sheet-like cured product with a thickness of 0.6 mm, which was then cut into a 50 mm x 8 mm test piece.
- test piece shape approx. 50 mm x 8 mm x 0.6 mm
- Test temperature 150°C
- 190°C Number of tests: n 2 Distance between supports: 40 mm
- a load was applied from the top surface of the test piece to the center between the supports, and the load was terminated at the point where the test piece broke (break point).
- ⁇ is the displacement (mm) at the breaking point
- h is the thickness (mm) of the test piece before the load is applied
- L is the distance between the supports (mm).
- the breaking bending stress ⁇ (kPa) was calculated from the following formula.
- ⁇ (3 ⁇ P ⁇ L)/(2 ⁇ b ⁇ h ⁇ h) ⁇ 1000
- P represents the load (N) at the breaking point
- b represents the width (mm) of the measurement sample before the load is applied
- h represents the thickness (mm) of the test piece before the load is applied
- L represents the distance between the supports (mm).
- Young's modulus (GPa) ⁇ ( ⁇ ;0.1)- ⁇ ( ⁇ ;0.01) ⁇ /(0.1-0.01)/1000000
- ⁇ ( ⁇ ; 0.1) is the stress when the strain is 0.1
- ⁇ ( ⁇ ; 0.01) is the stress when the strain is 0.01.
- thermosetting compositions (samples) prepared in each of the Examples and Comparative Examples were cured by heating at 175°C (product temperature) for 30 minutes and then at 200°C (product temperature) for 30 minutes while applying a load of 10 MPa to obtain sheet-shaped cured products (samples) having a thickness of 150 ⁇ m. Furthermore, four types of sheet-shaped cured products (samples) with different thicknesses were obtained by stacking two, three, or four sheets of the sheet-shaped thermosetting composition (sample) prepared in each Example and Comparative Example and applying pressure and heat in the same manner as described above.
- Thickness Thickness ( ⁇ m) when pressed at a pressure of 3400 kPa using a T3Star-DynTIM manufactured by Mentor Graphics
- Measurement area Area (cm 2 ) of the heat transfer portion when measuring using a T3Star-DynTIM manufactured by Mentor Graphics
- Thermal resistance value Thermal resistance value (K/W) when pressed at a pressure of 3400 kPa using a T3Star-DynTIM manufactured by Mentor Graphics.
- Thermal conductivity The thermal resistance values of four types of sheet-shaped cured products (samples) with different thicknesses were measured, and the thermal conductivity (W/m ⁇ K) was calculated using the following formula.
- Formula: Thermal conductivity (W/m ⁇ K) 1/((slope (thermal resistance value/thickness): K/(W ⁇ m)) ⁇ (area: cm 2 )) ⁇ 10 ⁇ 2
- thermosetting composition (sample) prepared in each Example and Comparative Example was placed on a 2 mm thick copper plate, and while applying a pressure of 10 MPa, the composition was heated at 175°C (product temperature) for 30 minutes, and then at 200°C (product temperature) for 30 minutes to bond the composition by heat-pressure curing. A 150 ⁇ m-thick sheet-like cured product was laminated on the copper plate to prepare a composite molded product (evaluation sample).
- the composite molded product (evaluation sample) was immersed in insulating oil (Fluorinert FC-40 manufactured by 3M Corporation), and an ultra-high voltage withstand voltage tester 7470 (manufactured by Keisoku Gijutsu Kenkyusho Co., Ltd.) was used to place electrodes on a patterned copper plate with a diameter of 25 mm. A voltage of 0.5 kV was applied, and the voltage was increased by 500 V every minute to measure the voltage (BDV: dielectric breakdown voltage) until the sheet-like cured product was broken down.
- insulating oil Feluorinert FC-40 manufactured by 3M Corporation
- an ultra-high voltage withstand voltage tester 7470 manufactured by Keisoku Gijutsu Kenkyusho Co., Ltd.
- thermosetting composition (sample) prepared in each Example and Comparative Example was cut into a test piece measuring 8.5 cm x 8.5 cm, and the sample was heated and cured at 120°C (product temperature) for 30 minutes, 175°C (product temperature) for 30 minutes, and then 200°C (product temperature) for 30 minutes while applying a load of 10 MPa from above and below.
- the resulting sheet-like cured product had a thickness of 150 ⁇ m and was used as an evaluation sample.
- the volume resistivity of this evaluation sample was measured under the following conditions using measuring devices: Digital Superresistance/Microcurrent Meter 5451 (manufactured by ACDMT Corporation) and Resistivity Chamber 12708 (manufactured by Espec Corporation).
- Main electrode outer diameter 50mm Guard electrode inner diameter: 70 mm Measurement temperature conditions: 200°C Measurement voltage: 1000V Power frequency: 50 Hz Current limiter: 10mA Discharge time: 10 seconds Charge time: 1 minute Measurement interval: 2 seconds Number of measurements: 90 seconds
- thermosetting composition (sample) prepared in each Example and Comparative Example was cut into a size of 6 cm x 7 cm, and while applying a load of 10 MPa from above and below, the sample was heated and cured at 120°C (product temperature) for 30 minutes, at 175°C (product temperature) for 30 minutes, and then at 200°C (product temperature) for 30 minutes, to obtain a sheet-like cured product with a thickness of 150 ⁇ m, which was used as an evaluation sample.
- the evaluation samples were dried at 150°C (product temperature) for 1 hour, and their masses a were measured.
- the storage modulus (E') of this evaluation sample was measured under the following conditions using a measuring device: Hitachi High-Tech Science "DMS6100", and the storage modulus (E') at 200°C is shown in the table.
- Measurement temperature conditions -110 to 270°C, temperature rise rate 10°C/min
- Measurement mode Tensile mode Measurement frequency: 1 Hz
- Chuck distance 35 mm
- Tg Glass Transition Temperature
- the composite molded body obtained above was subjected to an etching treatment to pattern a 500 ⁇ m copper plate, so that two circular patterns of ⁇ 25 mm remained.
- the composite molded body for the reflow test prepared as described above was stored for 3 days in an environment of 85°C and 85% RH using a thermo-hygrostat SH-221 (manufactured by Espec Corporation), and then heated from room temperature to 290°C (product temperature) in 12 minutes in a nitrogen atmosphere within 30 minutes, held at 290°C (product temperature) for 10 minutes, and then cooled to room temperature (moisture absorption reflow test). If the BDV (dielectric breakdown voltage) after the reflow test was less than 5 kV, the reflow resistance was evaluated as " ⁇ : Fail", and if it was 5 kV or more, it was evaluated as " ⁇ : Pass”.
- an evaluation sample was prepared simulating the silver sintering process.
- a copper plate simulating a chip and having a thickness of 0.2 mmt x 5 mm x 4 mm was placed on the circuit pattern of the composite molded body, which was approximately 100 mm2 , and then a 0.1 mmt Teflon TM was placed on top of that as a cushioning material to form a laminate consisting of the composite molded body, the copper plate, and the Teflon TM .
- This laminate was then sandwiched between SUS plates and heated and pressurized at 250°C (product temperature) for 10 minutes while adjusting the pressure applied to the 0.2 mmt copper plate to 19 MPa, to prepare an evaluation sample.
- the evaluation sample obtained by the process simulating the silver sintering process as described above was subjected to heating and pressing, and the interface between the 500 ⁇ m thick copper plate and the sheet-like cured product was observed using an ultrasonic imaging device FinSAT (FS300III) (manufactured by Hitachi Power Solutions).
- FinSAT ultrasonic imaging device
- the observation using the ultrasonic imaging device was carried out by using a probe with a frequency of 50 MHz, with a gain of 30 dB and a pitch of 0.1 mm, and placing the evaluation sample in water. If peeling occurred at the interface between the copper plate and the sheet-like cured product, the sinter resistance was evaluated as " ⁇ : Fail", and if no peeling occurred, it was evaluated as " ⁇ : Pass”.
- thermosetting composition (sample) prepared in Examples 1 and 2 were stacked, and while applying a load of 10 MPa from above and below, the sheets were heated and cured at 120°C (product temperature) for 30 minutes, 175°C (product temperature) for 30 minutes, and then at 200°C (product temperature) for 30 minutes, to obtain a sheet-like cured product with a thickness of approximately 450 ⁇ m.
- This cured product was cut to a predetermined size to obtain a test piece, which was used as an evaluation sample.
- the thermal diffusivity, density and specific heat were measured as described below, and the thermal conductivity was calculated using these values.
- Density measurement The density was measured under the following conditions.
- the volume expansion coefficient was set to three times the linear expansion coefficient measured by TMA, and the densities at 150°C and 175°C were determined.
- Thermal conductivity (W/mK) thermal diffusivity (m 2 /sec) ⁇ density (kg/m 3 ) ⁇ specific heat (J/KgK)
- the ratio of the thermal conductivity at 175°C ⁇ (175°C) to the thermal conductivity at 150°C ⁇ (150°C): ⁇ (175°C)/ ⁇ (150°C) was evaluated as " ⁇ (very unsatisfactory)” if it was less than 0.92, “ ⁇ (unsatisfactory)” if it was 0.92 or more but less than 0.95, “ ⁇ (satisfactory)” if it was 0.85 or more but less than 0.97, and " ⁇ (very satisfactory)” if it was 0.97 or more.
- thermosetting composition (mandrel test)
- each raw material was weighed out to obtain the composition (parts by mass) shown in Table 1, and mixed using a planetary centrifugal stirrer to prepare a mixture.
- a slurry-like thermosetting composition was prepared using 20% by mass each of methyl ethyl ketone and cyclohexanone so that the mixture would account for 60% by mass (solid content concentration) of the coating slurry.
- the resulting slurry-like thermosetting composition was applied to a PET substrate by a doctor blade method and then dried by heating at 60°C (heating atmosphere temperature) for 120 minutes to obtain a sheet-like thermosetting composition.
- the total content of methyl ethyl ketone and cyclohexanone in the sheet-like thermosetting composition was 1 mass% or less.
- thermosetting composition was then placed in a vacuum-packed bag, the air inside the bag was removed, and the opening of the bag was heat-sealed.
- the bag was then stored in a -20°C freezer for 72 hours to perform low-temperature aging, yielding a sheet-shaped thermosetting composition (sample).
- the prepared sheet-like thermosetting composition (sample) was cut into a piece 2 cm wide and 15 cm long or longer, and the bending resistance was evaluated according to the test method of JIS K5600-5-1.
- ⁇ (pass) The diameter of the jig where the sheet broke was less than 10 mm.
- ⁇ (fail) The diameter of the jig where the sheet broke was 10 mm or more.
- the breaking energy value obtained by three-point bending measurement at 190°C of a cured product of a thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound is 55 kPa or more, as obtained by three-point bending measurement at 150°C, and the breaking energy value obtained by three-point bending measurement is 80 kPa or more, the dielectric strength voltage can be maintained even after the reflow process, and further, even when bonded to a substrate under conditions in which an external force is applied at high temperatures, such as sinter bonding, the cured product will have such high temperature resistance that cracks will not occur in the cured product or the bond will not peel off.
- thermosetting composition containing an inorganic filler and a thermosetting compound
- the ratio (x/y) of the breaking energy x at 190°C to the breaking energy y at 150°C obtained by three-point bending measurement is 0.7 or more and 1.15 or less, and the value of x is 55 kPa or more
- the dielectric strength voltage can be maintained even after being exposed to a state in which internal stress is applied at high temperatures, such as in a reflow process, and further, high temperature resistance can be obtained such that the cured product does not crack or the bond does not peel off even when bonded to a substrate under conditions in which external force is applied at high temperatures, such as in sinter bonding.
- Thermosetting compositions tend to accumulate strain during curing, and stress due to strain tends to accumulate at temperatures around the curing temperature.
- stress due to strain tends to accumulate at 120 to 200°C. Therefore, by measuring the fracture energy at 150°C and 190°C in a three-point bending test and ensuring that these fracture energies are of a consistent magnitude, the composition can be made resistant to reflow conditions, which impose internal stress at temperatures above 200°C, and sintering conditions, which impose external forces. This not only improves insulation resistance, but also reduces the risk of cracking in the sheet and peeling at the interface with the substrate.
- breaking energy at 190°C remains at a certain level or above and the difference in breaking energy between 150°C and 190°C is small, even when internal stress or external force is applied at temperatures above 200°C or when the temperature is subsequently lowered, stress is dispersed, and it is thought that not only is the insulation resistance improved during the reflow process and sinter bonding, but the sheet is also less likely to crack or peel at the interface with the substrate.
- Comparative Example 1 and Comparative Example 2 the amount of polymer with a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more per 100% by mass of solid content excluding inorganic filler is high, resulting in a small breaking energy at 190°C and a small value of x/y.
- Comparative Example 3 the amount of polymer with a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more per 100% by mass of solid content excluding inorganic filler is high, and it does not contain a multifunctional epoxy compound with three or more epoxy groups in one molecule, resulting in a small breaking energy at 150°C and a small value of x/y.
- Comparative Example 4 contains a polyfunctional epoxy compound having three or more epoxy groups in one molecule but does not contain a polymer with a mass average molecular weight (Mw) of 5,000 or more, and therefore has a high storage modulus at 200°C but insufficient toughness, resulting in a small breaking energy at 150°C and a large value of x/y.
- Comparative Example 5 does not undergo low-temperature aging, which prevents freezing and dispersion of water, resulting in the formation of voids, which are thought to be the reasons for the small breaking energy and x/y values at 150°C and 190°C.
- the breaking energy value obtained by three-point bending measurement at 190°C and/or the breaking energy value obtained by three-point bending measurement at 150°C no longer satisfied the specified range, or the ratio (x/y) of the breaking energy x obtained by three-point bending measurement at 190°C to the breaking energy y obtained by three-point bending measurement at 150°C and/or the value of x no longer satisfied the specified range, which is thought to have resulted in the dielectric strength being unable to be maintained when exposed to conditions in which internal stress is applied at high temperatures, such as in a reflow process, or in the occurrence of cracks in the cured product or peeling when bonded to a substrate under conditions in which further external force is applied at high temperatures, such as in sinter bonding.
- the factors that contribute to the effects of the examples are thought to be that by incorporating a curing agent that acts on the epoxy compound, and further adjusting the amount of polymer, such as epoxy polymer, to adjust the WPE of the resin component within a specified range, adjusting the amount of polyfunctional epoxy compound to adjust the number of functional groups and molecular weight of the resin component, selecting the skeletal structure, adjusting the low-temperature aging conditions, etc., the crosslink density and cohesive strength of the cured product are increased, and elasticity and breaking energy at high temperatures are increased, providing insulation resistance when exposed to high temperatures and sintering resistance under high-temperature conditions.
- a curing agent that acts on the epoxy compound
- the amount of polymer such as epoxy polymer
- thermosetting composition of the present invention it is even more preferable to increase the content of polyfunctional epoxy compounds as thermosetting compounds, reduce the content of polymers such as epoxy polymers, use a phenolic resin-based curing agent as a curing agent to increase the crosslink density of the cured product, and perform low-temperature aging to prepare the composition of the present invention.
- Example 1 provided better handling characteristics for the sheet-shaped thermosetting composition
- Example 2 showed even less decrease in thermal conductivity at high temperatures. This is presumably because Example 1 contains a smaller amount of epoxy polymer than Example 2, allowing the flexibility of the sheet-shaped thermosetting composition in an uncured state to be maintained, while Example 2 contains a benzoxazine compound in addition to the phenolic resin, which prevents a decrease in thermal conductivity at high temperatures compared to Example 1, resulting in less change in physical properties at high temperatures.
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Abstract
無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物に関し、当該熱硬化性組成物の硬化物を、リフロー工程やシンター接合などのように150℃以上の高温条件下で基板に接合した際に、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることがないような高温耐性に優れた熱硬化性組成物として、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物であって、当該熱硬化性組成物が硬化してなる硬化物190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物を提案する。
Description
本発明は、熱硬化性を有する熱硬化性組成物、例えば、その硬化物を、パワー半導体装置用の放熱体などとして好適に用いることができる熱硬化性組成物、当該熱硬化性組成物を用いた熱硬化性シートの製造方法、前記熱硬化性組成物を用いた熱伝導性シート、並びに、当該熱伝導性シートを用いた放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置に関する。
半導体を用いたデバイスの中で、電源などの電力の制御や変換を行うデバイスは“パワー半導体装置”と呼ばれている。
パワー半導体装置は、電力の変換や制御を行うパワー半導体と電子部品とを、ヒートシンクとして機能する基盤に搭載してとした構成のものが一般的である。
近年、鉄道・自動車・産業用、一般家電用等の様々な分野で使用されているパワー半導体装置は、さらなる小型化・低コスト化・高効率化等のために、従来のSiパワー半導体から、SiC、AlN、GaN等を使用したパワー半導体へ移行しつつある。
パワー半導体装置は、電力の変換や制御を行うパワー半導体と電子部品とを、ヒートシンクとして機能する基盤に搭載してとした構成のものが一般的である。
近年、鉄道・自動車・産業用、一般家電用等の様々な分野で使用されているパワー半導体装置は、さらなる小型化・低コスト化・高効率化等のために、従来のSiパワー半導体から、SiC、AlN、GaN等を使用したパワー半導体へ移行しつつある。
このようなパワー半導体装置の実用化に向けて、種々の課題が指摘されているが、そのうちの一つにデバイスからの発熱の問題がある。パワー半導体装置は、高温で作動させることにより高出力・高密度化が可能となる一方、デバイスのスイッチングなどに伴う発熱は、パワー半導体装置の信頼性を低下させることが懸念されている。
また近年、電気・電子分野において、集積回路の高密度化に伴う発熱も大きな問題となっており、如何に熱を放散するかが緊急の課題となっている。例えば、パソコンの中央演算装置、電気自動車のモーター等の制御に用いられるパワー半導体の安定動作を行う際、放熱のためにヒートシンク、放熱フィン等の放熱部材が不可欠になっており、パワー半導体を含む回路等の部材とヒートシンク等の放熱部材とを接合する部材として、熱伝導性及び絶縁性を両立可能な部材が求められている。
熱伝導性及び絶縁性を両立可能な部材として、従来から、アルミナ基板や窒化アルミニウム基板などの熱伝導性の高いセラミック基板が使用されてきた。しかし、セラミックス基板では、衝撃で割れやすい、薄膜化が困難で小型化が難しい、といった課題を抱えていた。
上記のようなセラミック基板での課題を解決するために、熱伝導性がよく、かつ絶縁性に優れる放熱シートについて多くの検討がなされてきた。特にフィラーを樹脂に混合し、それにより熱伝導性と絶縁性を高い水準で満足する放熱樹脂シートを得るための試みが続けられている。このような放熱樹脂シートに含有されるフィラーとしては、各種酸化物や窒化物が用いられており多くの検討が行われている(例えば特許文献1参照)。
放熱樹脂シートに含有されるフィラーとして、六方晶の窒化ホウ素を用いることが試みられている。六方晶の窒化ホウ素は一般に薄板上の結晶であり、その薄板の平面方向の熱伝導率は高いが、薄板の厚さ方向の熱伝導率が低い。また、放熱樹脂シートに薄板状の窒化ホウ素を配合すると、シート化する際にシート面に平行に配向することから、シートの厚さ方向の熱伝導性は決してよいものにはならなかった。
シートの厚さ方向の熱伝導性を上げる材料として、窒化ホウ素凝集粒子が挙げられる。窒化ホウ素凝集粒子を使用することで、シートの厚さ方向への熱伝導性を向上させることができることが広く知られている。とりわけ本出願人は、先にカードハウス構造の窒化ホウ素凝集粒子を開発した(例えば特許文献2参照)。
さらに本出願人は、比較的平均粒子径が大きく、かつ圧力が加わっても崩れることの少ないカードハウス構造の窒化ホウ素凝集粒子を開発した(例えば特許文献3参照)。
さらに本出願人は、比較的平均粒子径が大きく、かつ圧力が加わっても崩れることの少ないカードハウス構造の窒化ホウ素凝集粒子を開発した(例えば特許文献3参照)。
これらの窒化ホウ素凝集粒子は、カードハウス構造による熱伝導パスが確保されることから、放熱樹脂シートに含有させることで、シートの厚さ方向への熱伝導性が優れたものとなる。また、窒化ホウ素凝集粒子は、別途バインダーを使用することなく窒化ホウ素粒子が凝集している。そのため、シート化する際に外力がかかってもカードハウス構造は容易に崩壊せず熱伝導パスを維持し、シートの厚さ方向への放熱ができ、優れた熱伝導性を達成することができる(例えば特許文献4、5参照)。
また、シートの厚さ方向の熱伝導性を上げる成形方法として、シート内の窒化ホウ素凝集粒子同士を面接触させることで熱伝導率を高める方法が知られている(例えば特許文献6参照)。
また、シートの厚さ方向の熱伝導性を上げる成形方法として、シート内の窒化ホウ素凝集粒子同士を面接触させることで熱伝導率を高める方法が知られている(例えば特許文献6参照)。
本出願人は、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する樹脂組成物であり、前記樹脂組成物の固形分のうち、前記無機フィラー含有量が50体積%以上であり、前記無機フィラーのうち、窒化ホウ素フィラー(A)が82体積%以上であり、前記窒化ホウ素フィラーが凝集フィラーを含み、前記熱硬化性化合物は、質量平均分子量5,000以上のエポキシ樹脂を含有し、樹脂組成物中の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)が100≦WPE≦300であり、前記樹脂組成物の硬化物の貯蔵弾性率E'が1≧(270℃でのE')/(30℃でのE')≧0.2である、樹脂組成物を提案している(特許文献7)。
本出願人はまた、熱硬化性化合物と、無機フィラーと、質量平均分子量10,000以上のポリマーとを含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記無機フィラーとして窒化ホウ素凝集粒子を含み、前記熱硬化性化合物としてエポキシ化合物及びベンゾオキサジン化合物を含むことを特徴とする熱硬化性樹脂組成物、並びに、当該熱硬化性樹脂組成物から形成された熱伝導性シートを提案している(特許文献8)。
パワー半導体装置を組み立てる工程の一つに、半田リフロー工程がある。半田リフロー工程では急速に部材を昇温することで、半田を溶融させ、金属部材同士を接合する。このリフロー工程で高温に晒された時に、部材の膨張や水分により内部応力がかかり、パワー半導体装置に用いられる部材が劣化し、例えば、硬化物の絶縁性能が低下することで、パワー半導体装置の信頼性が低下する点が課題であった。
そのため、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物の硬化物は、リフロー後であっても十分な絶縁性能を有することが求められている。
そのため、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物の硬化物は、リフロー後であっても十分な絶縁性能を有することが求められている。
また近年、次世代のパワー半導体装置開発のため、より信頼性の高い実装技術として、より優れた電気伝達効率と、高温で外力がかかる条件での継続的な接合安定性がより一層要求されるようになり、銀を用いたシンター接合が注目されている。
シンター接合により、熱伝導性シートを備えた半導体チップを支持基板に接合する場合の一例を挙げると、先ず、支持基板のチップ接合予定箇所に対して半導体チップを、シンター接合用材料を介して所定の温度・荷重条件で載置する。その後、支持基板とその上の半導体チップとの間において、シンター接合用材料中の溶剤の揮発が生じると共に焼結性粒子間で焼結が進行するように、高温・高圧条件での加熱処理を行う。これにより、支持基板と半導体チップとの間に焼結層が形成され、支持基板に対して半導体チップが電気的に接続されつつ機械的に接合されることとなる。
シンター接合により、熱伝導性シートを備えた半導体チップを支持基板に接合する場合の一例を挙げると、先ず、支持基板のチップ接合予定箇所に対して半導体チップを、シンター接合用材料を介して所定の温度・荷重条件で載置する。その後、支持基板とその上の半導体チップとの間において、シンター接合用材料中の溶剤の揮発が生じると共に焼結性粒子間で焼結が進行するように、高温・高圧条件での加熱処理を行う。これにより、支持基板と半導体チップとの間に焼結層が形成され、支持基板に対して半導体チップが電気的に接続されつつ機械的に接合されることとなる。
無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物の硬化物を、シンター接合などのように、高温条件下で基板に接合した場合、高温において内部応力に加えて外力が加わるため、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることがあることが分かってきた。
そこで本発明の目的は、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物に関し、当該熱硬化性組成物が硬化してなる硬化物(「熱硬化性組成物の硬化物」とも称する)のリフロー工程後の絶縁性能が十分であるだけでなく、当該硬化物を、シンター接合などのように、高温においてさらに外力が加わる条件下で基板に接合した際に、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることのない高温耐性に優れた熱硬化性組成物と共に、当該熱硬化性組成物を用いた熱硬化性シートの製造方法、前記該熱硬化性組成物のシート状硬化物からなる熱伝導性シート、当該熱伝導性シートを備えた放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために、次の態様の熱硬化性組成物、熱伝導性シート、放熱積層体、放熱性回路基板、パワー半導体装置及び熱硬化性シートの製造方法を提案する。
[1]本発明の第1の態様は、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物であって、当該熱硬化性組成物が硬化してなる硬化物(「熱硬化性組成物の硬化物」とも称する)の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[2]本発明の第2の態様は、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物であって、当該熱硬化性組成物が硬化してなる硬化物(「熱硬化性組成物の硬化物」とも称する)の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをxとし、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをyとしたとき、x/yの値が0.7以上1.15以下であり、xの値が55kPa以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
なお、本発明の第2の態様は、前記第1の態様であって第2の態様である場合も想定される。
なお、本発明の第2の態様は、前記第1の態様であって第2の態様である場合も想定される。
[3]本発明の第3の態様は、前記第1又は2の態様において、前記熱硬化性組成物の硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[4]本発明の第4の態様は、前記第1~3の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物が硬化してなるシート状硬化物(「熱硬化性組成物のシート状硬化物」とも称する)の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[5]本発明の第5の態様は、前記第1~4の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧が6.5kV以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[6]本発明の第6の態様は、前記第1~5の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)が3.0E+10Ωcm以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[7]本発明の第7の態様は、前記第1~6の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上1.2質量%以下であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[8]本発明の第8の態様は、前記第1~7の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上100GPa以下であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[9]本発明の第9の態様は、前記第1~8の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[4]本発明の第4の態様は、前記第1~3の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物が硬化してなるシート状硬化物(「熱硬化性組成物のシート状硬化物」とも称する)の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[5]本発明の第5の態様は、前記第1~4の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧が6.5kV以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[6]本発明の第6の態様は、前記第1~5の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)が3.0E+10Ωcm以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[7]本発明の第7の態様は、前記第1~6の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上1.2質量%以下であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[8]本発明の第8の態様は、前記第1~7の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上100GPa以下であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[9]本発明の第9の態様は、前記第1~8の何れか1の態様において、前記熱硬化性組成物のシート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物である。
[10]本発明の第10の態様は、前記第1~9の何れか1の態様において、エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン化合物、ポリアリレート、シアネート及びマレイミドのうちの少なくとも1種類を含む、熱硬化性組成物である。
[11]本発明の第11の態様は、前記第1~10の何れか1の態様において、エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂を含む、熱硬化性組成物である。
[12]本発明の第12の態様は、前記第1~11の何れか1の態様において、一分子内に3個以上のエポキシ基を有し、質量平均分子量(Mw)5,000未満の多官能エポキシ化合物を含む、熱硬化性組成物である。
[13]本発明の第13の態様は、前記第1~12の何れか1の態様において、質量平均分子量(Mw)5,000以上の高分子量エポキシ化合物を含む、熱硬化性組成物である。
[11]本発明の第11の態様は、前記第1~10の何れか1の態様において、エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂を含む、熱硬化性組成物である。
[12]本発明の第12の態様は、前記第1~11の何れか1の態様において、一分子内に3個以上のエポキシ基を有し、質量平均分子量(Mw)5,000未満の多官能エポキシ化合物を含む、熱硬化性組成物である。
[13]本発明の第13の態様は、前記第1~12の何れか1の態様において、質量平均分子量(Mw)5,000以上の高分子量エポキシ化合物を含む、熱硬化性組成物である。
[14]本発明の第14の態様は、前記第1~13の何れか1の態様において、前記無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上30質量%未満の割合で含有する、熱硬化性組成物である。
[15]本発明の第15の態様は、前記第1~13の何れか1の態様において、前記無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上23質量%以下の割合で含有する、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
[15]本発明の第15の態様は、前記第1~13の何れか1の態様において、前記無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上23質量%以下の割合で含有する、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
[16]本発明の第16の態様は、前記第1~15の何れか1の態様において、エポキシ化合物を含み、前記熱硬化性組成物の固形分から、前記無機フィラーを除いた固形分のエポキシ当量(WPE)が、200g/当量以上250g/当量未満である、熱硬化性組成物である。
[17]本発明の第17の態様は、前記第1~16の何れか1の態様において、前記無機フィラーとして窒化ホウ素凝集粒子を含有する、熱硬化性組成物である。
[18]本発明の第18の態様は、前記第1~17の何れか1の態様において、全組成物の固形分100質量%に対し、前記無機フィラーを30質量%以上90質量%未満の割合で含有する、熱硬化性組成物である。
[17]本発明の第17の態様は、前記第1~16の何れか1の態様において、前記無機フィラーとして窒化ホウ素凝集粒子を含有する、熱硬化性組成物である。
[18]本発明の第18の態様は、前記第1~17の何れか1の態様において、全組成物の固形分100質量%に対し、前記無機フィラーを30質量%以上90質量%未満の割合で含有する、熱硬化性組成物である。
[19]本発明の第19の態様は、前記第1~18の何れか1の態様の熱硬化性組成物のシート状硬化物からなる熱伝導性シートである。
[20]本発明の第20の態様は、前記第19の態様の熱伝導性シートを備えた放熱積層体である。
[21]本発明の第21の態様は、前記第19の態様の熱伝導性シートを備えた放熱性回路基板である。
[22]本発明の第22の態様は、前記第19の態様の熱伝導性シートを備えたパワー半導体装置である。
[20]本発明の第20の態様は、前記第19の態様の熱伝導性シートを備えた放熱積層体である。
[21]本発明の第21の態様は、前記第19の態様の熱伝導性シートを備えた放熱性回路基板である。
[22]本発明の第22の態様は、前記第19の態様の熱伝導性シートを備えたパワー半導体装置である。
[23]本発明の第23の態様は、前記第1~18の何れか1の態様の熱硬化性組成物をシート状に製膜し、0℃以下の環境温度下に置く低温エージングを行うことを特徴とする、熱硬化性シートの製造方法である。
本発明が提案する熱硬化性組成物は、その硬化物のリフロー工程後の絶縁性能が十分であるだけでなく、その硬化物を、シンター接合などのように150℃以上の高温においてさらに外力がかかる条件下で基板に接合した際に、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのも防ぐことができる。
本発明が提案する熱硬化性組成物の硬化物は、このような高温耐性に優れているから、150℃以上の高温領域での各種加工に好適に適用することができ、例えば、シンター接合により基板に接合した場合も、優れた電気伝達率と、継続的な接合安定性を確保することができる。よって、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置などに好適に利用可能な熱伝導性シートを提供することができる。
本発明が提案する熱硬化性組成物の硬化物は、このような高温耐性に優れているから、150℃以上の高温領域での各種加工に好適に適用することができ、例えば、シンター接合により基板に接合した場合も、優れた電気伝達率と、継続的な接合安定性を確保することができる。よって、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置などに好適に利用可能な熱伝導性シートを提供することができる。
以下に、本発明の実施の形態の一例について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。
<<本発明組成物>>
本発明の実施の形態の一例に係る組成物(「本発明組成物」とも称する)は、熱硬化性化合物と、無機フィラーとを含有する熱硬化性組成物である。
本発明の実施の形態の一例に係る組成物(「本発明組成物」とも称する)は、熱硬化性化合物と、無機フィラーとを含有する熱硬化性組成物である。
本発明において「熱硬化性組成物」とは、熱により硬化する性質を有する化合物乃至樹脂を含有する組成物の意味である。すなわち、熱により硬化する余地が残された硬化性を有する組成物であればよく、硬化する余地が残された状態に既に硬化(「仮硬化」とも称する)されたものであってもよいし、未だ何ら硬化されていない(「未硬化」とも称する)状態のものであってもよい。
また、本発明において「樹脂」とは、分子量を問わず、有機化合物、モノマー、オリゴマー及びポリマーを包含する。
また、本発明組成物は、粉末状、スラリー状、液状、固形状、或いは、シート状などに成形された成形体の何れであってもよい。よって、例えば、本発明組成物は、後述する塗布工程に供するスラリー状の熱硬化性組成物、塗布工程を経たシート、並びに、塗布及び乾燥等の工程を経たシート等も包含するものである。
また、本発明において「樹脂」とは、分子量を問わず、有機化合物、モノマー、オリゴマー及びポリマーを包含する。
また、本発明組成物は、粉末状、スラリー状、液状、固形状、或いは、シート状などに成形された成形体の何れであってもよい。よって、例えば、本発明組成物は、後述する塗布工程に供するスラリー状の熱硬化性組成物、塗布工程を経たシート、並びに、塗布及び乾燥等の工程を経たシート等も包含するものである。
本発明の熱硬化性組成物すなわち本発明組成物が硬化してなる硬化物(「熱硬化性組成物の硬化物」とも称する)を「本硬化物」とも称し、シート状の本発明組成物が硬化してなるシート状硬化物(「熱硬化性組成物のシート状硬化物」とも称する)を「本シート状硬化物」とも称する。
よって、本発明組成物は、加熱することにより本硬化物とすることができる。
また、本発明組成物をシート状に成形することによりシート状熱硬化性組成物(「本熱硬化性シート」とも称する)とすることができ、本熱硬化性シートを硬化させることにより、熱伝導性を備えたシート(「本熱伝導性シート」とも称する)とすることができる。すなわち、本熱伝導性シートは本シート状硬化物であり、本熱硬化性シートの硬化物でもある。
よって、本発明組成物は、加熱することにより本硬化物とすることができる。
また、本発明組成物をシート状に成形することによりシート状熱硬化性組成物(「本熱硬化性シート」とも称する)とすることができ、本熱硬化性シートを硬化させることにより、熱伝導性を備えたシート(「本熱伝導性シート」とも称する)とすることができる。すなわち、本熱伝導性シートは本シート状硬化物であり、本熱硬化性シートの硬化物でもある。
(第1の態様)
本発明組成物の第1の態様は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、その本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が、80kPa以上であるものであるのが好ましい。
本発明組成物の第1の態様は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、その本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が、80kPa以上であるものであるのが好ましい。
3点曲げ測定は、測定サンプルの中心からの1点と下方向からの2点の合計3点の位置にて、測定サンプルを曲げて測定する、応力がかかる試験のため、リフロー工程やシンター接合などのように、高温において内部応力や外力がかかる条件下で接合する場合の耐性と相関があると考えられる。
すなわち、熱硬化性組成物は、硬化時に歪が溜まりやすく、硬化温度前後の温度で歪による応力が溜まりやすい。例えばエポキシ化合物を含む熱硬化性組成物の場合、120~200℃での歪による応力が溜まりやすい。そこで、3点曲げ試験において150℃と190℃での破断強度を測定し、それらが所定範囲の大きさを持つことで、例えば、200℃以上の条件で内部応力がかかるリフローや、さらに外力がかかるシンター条件に対する耐性が得られ、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
すなわち、熱硬化性組成物は、硬化時に歪が溜まりやすく、硬化温度前後の温度で歪による応力が溜まりやすい。例えばエポキシ化合物を含む熱硬化性組成物の場合、120~200℃での歪による応力が溜まりやすい。そこで、3点曲げ試験において150℃と190℃での破断強度を測定し、それらが所定範囲の大きさを持つことで、例えば、200℃以上の条件で内部応力がかかるリフローや、さらに外力がかかるシンター条件に対する耐性が得られ、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、かつ本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上であれば、本シート状硬化物に反りや歪み等による応力がかかった際にクラックが入り難いばかりか、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また高温においてさらに外力が加わる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上となるものであるのが好ましく、中でも60kPa以上、その中でも70kPa以上、その中でも80kPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく500kPa付近であると推定され、300kPa以下であっても、150kPa以下であってもよい。
また、本発明組成物は、本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上となるものであるのが好ましく、中でも85kPa以上、その中でも90kPa以上、その中でも100kPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく500kPa付近であると推定され、300kPa以下であっても、200kPa以下であってもよい。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上となるものであるのが好ましく、中でも60kPa以上、その中でも70kPa以上、その中でも80kPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく500kPa付近であると推定され、300kPa以下であっても、150kPa以下であってもよい。
また、本発明組成物は、本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上となるものであるのが好ましく、中でも85kPa以上、その中でも90kPa以上、その中でも100kPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく500kPa付近であると推定され、300kPa以下であっても、200kPa以下であってもよい。
(第2の態様)
本発明組成物の第2の態様は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをxとし、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをyとしたとき、x/yの値が0.7以上1.15以下となり、xの値が55kPa以上となるものであるのが好ましい。
本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)が0.7以上であり、xの値が55kPa以上であれば、150℃以上の高温領域でも曲げ応力を維持できているから、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また高温においてさらに外力がかかる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。他方、当該比率(x/y)が1.15以下であれば、150℃と190℃で破断エネルギーが同程度であるから、加熱サイクルを繰り返したときの劣化が少なくなる。
この際、150℃と190℃での破断強度差が小さくなり比率(x/y)が1に近づくことで、200℃以上もの条件で内部応力や外力がかかったり、その後降温した場合にも応力が分散され、リフロー試験やシンター耐性試験において、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)が0.7以上であるのが好ましく、中でも0.72以上、その中でも0.74以上、その中でも0.76以上となるものであるのがより一層好ましい。他方、1.15以下であるのが好ましく、中でも1.1以下、その中でも1.05以下、その中でも1.03以下となるものであるのがより一層好ましい。
また、本発明組成物は、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの値が55kPa以上となるものであるのが好ましく、中でも60kPa以上、その中でも70kPa以上、その中でも80kPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく500kPa付近であると推定され、300kPa以下であっても、150kPa以下であってもよい。
本発明組成物の第2の態様は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをxとし、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをyとしたとき、x/yの値が0.7以上1.15以下となり、xの値が55kPa以上となるものであるのが好ましい。
本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)が0.7以上であり、xの値が55kPa以上であれば、150℃以上の高温領域でも曲げ応力を維持できているから、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また高温においてさらに外力がかかる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。他方、当該比率(x/y)が1.15以下であれば、150℃と190℃で破断エネルギーが同程度であるから、加熱サイクルを繰り返したときの劣化が少なくなる。
この際、150℃と190℃での破断強度差が小さくなり比率(x/y)が1に近づくことで、200℃以上もの条件で内部応力や外力がかかったり、その後降温した場合にも応力が分散され、リフロー試験やシンター耐性試験において、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)が0.7以上であるのが好ましく、中でも0.72以上、その中でも0.74以上、その中でも0.76以上となるものであるのがより一層好ましい。他方、1.15以下であるのが好ましく、中でも1.1以下、その中でも1.05以下、その中でも1.03以下となるものであるのがより一層好ましい。
また、本発明組成物は、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの値が55kPa以上となるものであるのが好ましく、中でも60kPa以上、その中でも70kPa以上、その中でも80kPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく500kPa付近であると推定され、300kPa以下であっても、150kPa以下であってもよい。
本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値、又は、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)が上記範囲となるように、本発明組成物を調製するためには、例えば、熱硬化性化合物乃至硬化剤の種類及び含有量を調整して本硬化物の架橋密度を高めると共に、ポリマーの濃度を調整したり、低温エージング条件を調整したりすることなどにより、本硬化物のガラス転移温度(Tg)以上の温度域においても、曲げ応力を維持することができるように本発明組成物を調製するのが好ましい。好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減して架橋点を増やすことができるようにし、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して架橋を促進させることができるようにして、本硬化物の架橋密度を高めることができるようにすると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのが好ましい。本硬化物の架橋密度を高めることにより、無機フィラー間の接触を保持する力が高まり、その結果、高温における破断エネルギーを高めることができる。また、無機フィラー間の接触を保持する力が高まることで、無機フィラー間の熱抵抗を下げることができ、例えば熱伝導率を高めることができる。
但し、上記方法に限定するものではない。
なお、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
但し、上記方法に限定するものではない。
なお、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
本発明組成物は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での破断エネルギーの値が上記範囲であり、且つ、その本硬化物の150℃での破断エネルギーの値が上記範囲であり、且つ、その本硬化物の150℃での破断エネルギーyに対する190℃での破断エネルギーxの比率(x/y)の値が上記範囲となるようなものがさらに好ましい。
(190℃での3点曲げ測定:ヤング率)
本発明組成物は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましい。
本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上であれば、本シート状硬化物に反りや歪み等による応力がかかった際にクラックが入り難いばかりか、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また150℃以上の高温においてさらに外力がかかる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましく、中でも5.6GPa以上、その中でも5.7GPa以上、その中でも5.8GPa以上、その中でも5.9GPa以上、その中でも6.0GPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく100GPa付近であると推定され、50GPa以下であっても、10GPa以下であってもよい。
本発明組成物は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましい。
本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上であれば、本シート状硬化物に反りや歪み等による応力がかかった際にクラックが入り難いばかりか、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また150℃以上の高温においてさらに外力がかかる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましく、中でも5.6GPa以上、その中でも5.7GPa以上、その中でも5.8GPa以上、その中でも5.9GPa以上、その中でも6.0GPa以上となるものであるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく100GPa付近であると推定され、50GPa以下であっても、10GPa以下であってもよい。
(150℃での3点曲げ測定:ヤング率)
本発明組成物は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましい。
本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上であれば、本シート状硬化物に反りや歪み等による応力がかかった際にクラックが入り難いばかりか、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また、150℃以上の高温においてさらに外力がかかる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましく、中でも5.8GPa以上、中でも6.0GPa以上、その中でも6.3GPa以上であるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく100GPa付近であると推定され、50GPa以下であっても、10GPa以下であってもよい。
本発明組成物は、本発明組成物を硬化した際すなわち本硬化物とした際、その本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましい。
本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上であれば、本シート状硬化物に反りや歪み等による応力がかかった際にクラックが入り難いばかりか、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも本硬化物の劣化が少なく、絶縁耐圧を保つことができ、また、150℃以上の高温においてさらに外力がかかる条件下で、シンター接合により基板に接合した際、本硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりするのを防ぐことができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本硬化物の150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上となるものであるのが好ましく、中でも5.8GPa以上、中でも6.0GPa以上、その中でも6.3GPa以上であるのがより一層好ましい。上限値は、特に限定するものではないが、おそらく100GPa付近であると推定され、50GPa以下であっても、10GPa以下であってもよい。
本硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値、150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が上記範囲となるように、本発明組成物を調製するためには、例えば、熱硬化性化合物乃至硬化剤の種類及び含有量を調整して本硬化物の架橋密度を高めると共に、ポリマーの濃度を調整したり、また、低温エージング条件を調整したりすることなどにより、ガラス転移温度(Tg)以上の温度域において、本硬化物が曲げ応力を維持することができるように本発明組成物を調製するのが好ましい。好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減して架橋点を増やすことができるようにし、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して架橋を促進させることができるようにして、本硬化物の架橋密度を高めることができるようにすると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのが好ましい。本硬化物の架橋密度を高めることにより、高温におけるヤング率を高めることがきる。
但し、上記方法に限定するものではない。
なお、本硬化物の150℃及び190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
但し、上記方法に限定するものではない。
なお、本硬化物の150℃及び190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
(熱伝導率)
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上であれば、パワー半導体を高温で動作させるパワー半導体装置等にも好適に用いることができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上となるものであるのが好ましく、中でも15W/m・K以上となるものであるのがより好ましく、その中でも17W/mK以上となるものであるのがより一層好ましい。
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上であれば、パワー半導体を高温で動作させるパワー半導体装置等にも好適に用いることができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上となるものであるのが好ましく、中でも15W/m・K以上となるものであるのがより好ましく、その中でも17W/mK以上となるものであるのがより一層好ましい。
本シート状硬化物の熱伝導率が上記範囲となるように、本発明組成物を調製するには、例えば熱硬化性化合物の種類、無機フィラーの種類及び含有量、低温エージング工程における条件、加圧工程における条件、硬化工程における条件等を調整すればよい。但し、これらの方法に限定するものではない。
なお、本シート状硬化物の厚み方向の熱伝導率の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
なお、本シート状硬化物の厚み方向の熱伝導率の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
(絶縁破壊電圧(BDV))
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧が6.5kV以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の絶縁破壊電圧が6.5kV以上であれば、パワー半導体を高電圧で動作させるパワー半導体装置等にも好適に用いることができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の絶縁破壊電圧が6.5kV以上となるものであるのが好ましく、中でも7kV以上、その中でも7.5kV以上、その中でも8kV以上、その中でも9kV以上となるものであるのがより一層好ましい。
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧が6.5kV以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の絶縁破壊電圧が6.5kV以上であれば、パワー半導体を高電圧で動作させるパワー半導体装置等にも好適に用いることができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の絶縁破壊電圧が6.5kV以上となるものであるのが好ましく、中でも7kV以上、その中でも7.5kV以上、その中でも8kV以上、その中でも9kV以上となるものであるのがより一層好ましい。
本シート状硬化物の絶縁破壊電圧が上記範囲となるように、本発明組成物を調製するには、例えば熱硬化性化合物の種類、無機フィラーの種類及び含有量、低温エージング工程における条件、加圧工程における条件、硬化工程における条件等を調整すればよい。但し、これらの方法に限定するものではない。
なお、本シート状硬化物の絶縁破壊電圧の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
なお、本シート状硬化物の絶縁破壊電圧の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
(体積抵抗率)
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)が3.0E+10Ωcm以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の体積抵抗率が3.0E+10Ωcm以上であれば、電気絶縁性の観点で良好であるから好ましい。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の体積抵抗率が3.0E+10Ωcm以上となるものであるのが好ましく、中でも3.1E+10Ωcm以上、その中でも3.2E+10Ωcm以上となるものであるのがより一層好ましい。
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)が3.0E+10Ωcm以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の体積抵抗率が3.0E+10Ωcm以上であれば、電気絶縁性の観点で良好であるから好ましい。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の体積抵抗率が3.0E+10Ωcm以上となるものであるのが好ましく、中でも3.1E+10Ωcm以上、その中でも3.2E+10Ωcm以上となるものであるのがより一層好ましい。
本シート状硬化物の体積抵抗率が上記範囲となるように、本発明組成物を調製するには、例えば、熱硬化性化合物乃至硬化剤の種類及び含有量を調整して本硬化物の架橋密度を高めると共に、ポリマーの濃度を調整することで、ガラス転移温度(Tg)以上の温度域においても、本硬化物が電気絶縁性を維持できるようにする方法などを挙げることができる。好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減して架橋点を増やすことができるようにし、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して架橋を促進させることができるようにして、本硬化物の架橋密度を高めることができるようにすると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのが好ましい。但し、これらの方法に限定するものではない。
なお、本シート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
なお、本シート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
(吸湿率)
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上1.2質量%以下となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上であれば、吸湿した水分と本シート状硬化物中の水酸基が水素結合することで、本シート状硬化物が強靭化され、曲げ耐性が向上するから好ましい。他方、1.2質量%以下であれば、吸湿リフロー耐性の観点で良好であるから好ましい。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上となるものであるのが好ましく、中でも0.72質量%以上、その中でも0.75質量%以上となるものであるのがより一層好ましい。他方、1.2質量%以下となるものであるのが好ましく、中でも1.1質量%以下、その中でも1.0質量%以下となるものであるのがより一層好ましい。
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上1.2質量%以下となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上であれば、吸湿した水分と本シート状硬化物中の水酸基が水素結合することで、本シート状硬化物が強靭化され、曲げ耐性が向上するから好ましい。他方、1.2質量%以下であれば、吸湿リフロー耐性の観点で良好であるから好ましい。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上となるものであるのが好ましく、中でも0.72質量%以上、その中でも0.75質量%以上となるものであるのがより一層好ましい。他方、1.2質量%以下となるものであるのが好ましく、中でも1.1質量%以下、その中でも1.0質量%以下となるものであるのがより一層好ましい。
本シート状硬化物の吸湿率が上記範囲となるように、本発明組成物を調製するには、例えばエポキシモノマーすなわちエポキシポリマー以外のエポキシ化合物の量、硬化剤の量を調整することで、架橋を強化したり樹脂成分中の水酸基濃度を調整したりする方法、低温エージング条件を調節する方法などを挙げることができる。好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減して架橋点を増やすことができるようにし、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して架橋を促進させることができるようにして、本硬化物の架橋密度を高めることができるようにすると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのが好ましい。但し、これらの方法に限定するものではない。
なお、本シート状硬化物の吸湿率の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
なお、本シート状硬化物の吸湿率の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
(貯蔵弾性率(E’))
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上100GPa以下となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が前記範囲であることで、高温時に本シート状硬化物にクラックが入りにくくなる効果を得ることができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上であることが好ましく、中でも7.0GPa以上、その中でも7.5GPa以上、中でも7.7GPa以上であるのがさらに好ましい。他方、100GPa以下であることが好ましく、中でも90GPa以下、その中でも80GPa以下であるのがさらに好ましく、50GPa以下であっても、20GPa以下であっても、15GPa以下であってもよい。
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上100GPa以下となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が前記範囲であることで、高温時に本シート状硬化物にクラックが入りにくくなる効果を得ることができる。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上であることが好ましく、中でも7.0GPa以上、その中でも7.5GPa以上、中でも7.7GPa以上であるのがさらに好ましい。他方、100GPa以下であることが好ましく、中でも90GPa以下、その中でも80GPa以下であるのがさらに好ましく、50GPa以下であっても、20GPa以下であっても、15GPa以下であってもよい。
本シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率を上記範囲となるように、本発明組成物を調製するには、例えば樹脂成分のエポキシ当量を調整したり、多官能エポキシの量を調整したり、エポキシポリマーとエポキシポリマー以外のエポキシ化合物の割合を調節したり、低温エージング条件を調整すればよい。好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減して架橋点を増やすことができるようにし、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して架橋を促進させることができるようにして、本硬化物の架橋密度を高めることができるようにすると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのが好ましい。但し、これらの方法に限定するものではない。
なお、シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率の測定は、シート状の熱硬化性組成物を積層してサンプル厚みを0.1~1.0mmに調整して加熱硬化させてシート状硬化物とし、当該シート状硬化物を幅4mmの短冊状に切り出して、引張モードでの動的粘弾性試験によって実施して測定することができる。より詳細には、シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
なお、シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率の測定は、シート状の熱硬化性組成物を積層してサンプル厚みを0.1~1.0mmに調整して加熱硬化させてシート状硬化物とし、当該シート状硬化物を幅4mmの短冊状に切り出して、引張モードでの動的粘弾性試験によって実施して測定することができる。より詳細には、シート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率の測定方法は、後述する実施例での方法を参照されたい。
(ガラス転移温度(Tg))
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上であれば、175℃以上の高温域でも本シート状硬化物が強靭であるから好ましい。上限値に関しては、本シート状硬化物の割れやすさの観点から、300℃以下であるのが好ましい。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上となるものであるのが好ましく、中でも175℃以上、その中でも180℃以上となるものであるのがより一層好ましい。他方、300℃以下となるものであるのが好ましく、中でも275℃以下、その中でも250℃以下となるものであるのがより一層好ましい。
本発明組成物は、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際、その本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上となるものであるのが好ましい。
本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上であれば、175℃以上の高温域でも本シート状硬化物が強靭であるから好ましい。上限値に関しては、本シート状硬化物の割れやすさの観点から、300℃以下であるのが好ましい。
かかる観点から、本発明組成物は、本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上となるものであるのが好ましく、中でも175℃以上、その中でも180℃以上となるものであるのがより一層好ましい。他方、300℃以下となるものであるのが好ましく、中でも275℃以下、その中でも250℃以下となるものであるのがより一層好ましい。
本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が上記範囲となるように本発明組成物を調製するには、例えば、熱硬化性化合物乃至硬化剤の種類及び含有量を調整して本硬化物の架橋密度を高めると共に、ポリマーの濃度を調整する方法などを挙げることができる。好ましい一例としては、好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減して架橋点を増やすことができるようにし、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して架橋を促進させることができるようにして、本硬化物の架橋密度を高めることができるようにすると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのが好ましい。但し、これらの方法に限定するものではない。
本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)の測定方法については、後述する実施例での方法を参照されたい。
本シート状硬化物のガラス転移温度(Tg)の測定方法については、後述する実施例での方法を参照されたい。
(樹脂成分のWPE)
本発明組成物がエポキシ化合物を含む場合、本発明組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分(「樹脂成分」とも称する)、言い方を変えれば、本発明組成物の固形分から無機フィラーを除いた固形分のエポキシ当量(WPE)はWPE<250g/当量であるのが好ましい。
本発明組成物の固形分とは、本発明組成物から溶剤を除いた成分の意味である。
ここでのエポキシ当量(WPE)とは、エポキシ基1当量あたりの樹脂成分の質量(g/当量)である。
本発明組成物がエポキシ化合物を含む場合、本発明組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分(「樹脂成分」とも称する)、言い方を変えれば、本発明組成物の固形分から無機フィラーを除いた固形分のエポキシ当量(WPE)はWPE<250g/当量であるのが好ましい。
本発明組成物の固形分とは、本発明組成物から溶剤を除いた成分の意味である。
ここでのエポキシ当量(WPE)とは、エポキシ基1当量あたりの樹脂成分の質量(g/当量)である。
本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)を上記範囲に調整すれば、その結果、本発明組成物の柔軟性を調整することができ、かつ、本硬化物における架橋密度を調整して曲げ耐性を高めることができる。さらに、無機フィラーの保持力を調整することができ、本シート状硬化物の熱伝導率を向上させることができる。
かかる観点から、本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)は、250g/当量未満であるのが好ましく、中でも245g/当量以下、その中でも240g/当量以下、その中でも235g/当量以下、その中でも230g/当量以下であるのがさらに好ましい。
他方、未硬化状態である本熱硬化性シートの製膜性及び本シート状硬化物の靭性を担保する観点から、本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)は、100g/当量以上であるのが好ましく、中でも110g/当量以上、その中でも120g/当量以上、その中でも150g/当量以上、その中でも170g/当量以上、その中でも200g/当量以上であるのがさらに好ましく、特に210g/当量以上であるのがさらに好ましい。
かかる観点から、本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)は、250g/当量未満であるのが好ましく、中でも245g/当量以下、その中でも240g/当量以下、その中でも235g/当量以下、その中でも230g/当量以下であるのがさらに好ましい。
他方、未硬化状態である本熱硬化性シートの製膜性及び本シート状硬化物の靭性を担保する観点から、本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)は、100g/当量以上であるのが好ましく、中でも110g/当量以上、その中でも120g/当量以上、その中でも150g/当量以上、その中でも170g/当量以上、その中でも200g/当量以上であるのがさらに好ましく、特に210g/当量以上であるのがさらに好ましい。
本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)を上記範囲に調整するためには、所定のエポキシ当量を有するエポキシ化合物、例えばエポキシポリマー及び多官能エポキシ化合物の含有割合を調整したり、硬化剤の種類及び含有量を調整したりする方法を挙げることができる。好ましい一例としては、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減し、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用してその含有量を調整して、本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)を上記範囲に調整するのが好ましい。但し、これらの方法に限定するものではない。
<熱硬化性化合物>
本発明組成物が含有する熱硬化性化合物としては、例えばエポキシ化合物、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ベンゾオキサジン化合物、シアネート及びマレイミド等を挙げることができる。
本発明組成物が含有する熱硬化性化合物としては、例えばエポキシ化合物、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ベンゾオキサジン化合物、シアネート及びマレイミド等を挙げることができる。
熱硬化性化合物の含有量は、本発明組成物中の揮発成分例えば溶剤を除いた成分(「固形分」とも称する)100質量%に対し、10質量%以上70質量%以下であるのが好ましい。
熱硬化性化合物の含有量が10質量%以上であれば、成形性が良好となるから好ましく、他方、70質量%以下であれば、他の成分の含有量を確保することができ、例えば熱伝導性を高めることができるから好ましい。
かかる観点から、熱硬化性化合物の含有量は、本発明組成物中の固形分100質量%に対し、10質量%以上70質量%以下であるのが好ましく、中でも15質量%以上、中でも20質量%以上、中でも25質量%以上であるのがさらに好ましい一方、60質量%以下の割合で含有することがさらに好ましい。
なお、熱硬化性化合物としてエポキシ化合物を用いる場合、後述する硬化剤や熱硬化性触媒を併用することが好ましく、この場合の硬化剤や熱硬化性触媒は、熱硬化性化合物に相当することから、上記「熱硬化性化合物の含有量」における熱硬化性化合物に含まれる。
熱硬化性化合物の含有量が10質量%以上であれば、成形性が良好となるから好ましく、他方、70質量%以下であれば、他の成分の含有量を確保することができ、例えば熱伝導性を高めることができるから好ましい。
かかる観点から、熱硬化性化合物の含有量は、本発明組成物中の固形分100質量%に対し、10質量%以上70質量%以下であるのが好ましく、中でも15質量%以上、中でも20質量%以上、中でも25質量%以上であるのがさらに好ましい一方、60質量%以下の割合で含有することがさらに好ましい。
なお、熱硬化性化合物としてエポキシ化合物を用いる場合、後述する硬化剤や熱硬化性触媒を併用することが好ましく、この場合の硬化剤や熱硬化性触媒は、熱硬化性化合物に相当することから、上記「熱硬化性化合物の含有量」における熱硬化性化合物に含まれる。
(エポキシ化合物)
本発明組成物は、熱硬化性化合物として、エポキシ化合物を含むのが好ましい。
本発明組成物は、熱硬化性化合物として、エポキシ化合物を含むのが好ましい。
本発明組成物に含まれる熱硬化性化合物のうち、30~100質量%をエポキシ化合物が占めるのが好ましく、中でも40質量%以上、その中でも50質量%以上、その中でも60質量%以上、その中でも70質量%以上をエポキシ化合物が占めるのがさらに好ましい。
なお、この際のエポキシ化合物には、後述するエポキシポリマーも包含される。
なお、この際のエポキシ化合物には、後述するエポキシポリマーも包含される。
本発明組成物に含まれる熱硬化性化合物としてのエポキシ化合物は、一分子内に1個以上のオキシラン環すなわちエポキシ基を有する化合物であればよい。
エポキシ化合物に含まれるエポキシ基は、脂環式エポキシ基、グリシジル基のどちらでも構わない。反応速度もしくは耐熱性の観点から、グリシジル基であることがより好ましい。
エポキシ化合物としては、例えば、エポキシ基含有ケイ素化合物、脂肪族型エポキシ化合物、ビスフェノールA又はF型エポキシ化合物、ノボラック型エポキシ化合物、芳香族エポキシ化合物、脂環式エポキシ化合物、グリシジルエステル型エポキシ化合物、多官能エポキシ化合物、高分子エポキシ化合物等を挙げることができる。
前記エポキシ化合物は、芳香族エポキシ基含有化合物であってもよい。その具体例としては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、テトラメチルビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールF、テトラメチルビスフェノールAD、テトラメチルビスフェノールS、テトラフルオロビスフェノールAなどのビスフェノール類をグリシジル化したビスフェノール型エポキシ化合物、ビフェニル型のエポキシ化合物、ジヒドロキシナフタレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレンなどの2価のフェノール類をグリシジル化したエポキシ化合物、1,1,1-トリス(4-ヒドロキシフェニル)メタンなどのトリスフェノール類をグリシジル化したエポキシ化合物、1,1,2,2-テトラキス(4-ヒドロキシフェニル)エタンなどのテトラキスフェノール類をグリシジル化したエポキシ化合物、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、ビスフェノールAノボラック、臭素化ビスフェノールAノボラックなどのノボラック類をグリシジル化したノボラック型エポキシ化合物、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ化合物、ナフタレン骨格を有するエポキシ化合物などを挙げることができる。中でも、ビフェニル骨格を有するエポキシ化合物、ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ化合物、及びナフタレン骨格を有するエポキシ化合物から選ばれる少なくとも一つの骨格を有するエポキシ化合物を含むことが好ましい。
(多官能エポキシ化合物)
本発明組成物は、次に説明する多官能エポキシ化合物を含むことが好ましい。
本発明組成物は、次に説明する多官能エポキシ化合物を含むことが好ましい。
多官能エポキシ化合物とは、一分子内に2個以上のエポキシ基を有し、質量平均分子量(Mw)5,000未満のエポキシ化合物をいい、中でも、本発明組成物は、一分子内に3個以上のエポキシ基を有し、質量平均分子量(Mw)5,000未満の多官能エポキシ化合物を含むのが好ましい。前記多官能エポキシ化合物として、分子内に4個以上のエポキシ基を有する化合物を含むのがより好ましい。
このような多官能エポキシ化合物を含むことにより、極性の高いエポキシ基を高密度で導入することが可能であり、それにより、ファンデルワールス力や水素結合といった物理的相互作用の効果が増し、例えば、本発明組成物から形成した本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着性を向上させることができる。また、多官能エポキシ化合物を含有することにより、本熱伝導性シートの貯蔵弾性率を高くすることができ、それにより、被着体である導電体表面の凹凸に本硬化物が入り込んだ後、強固なアンカー効果を発現し、本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着性を向上させることができる。さらに、本発明組成物が多官能エポキシ化合物、特に一分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物を含有することにより、本硬化物における架橋密度をさらに高めることができ、本硬化物の150℃及び190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーを高めることができる。
一方で、多官能エポキシ化合物を含むことにより、本発明組成物の吸湿性が高くなる傾向にあるが、エポキシ基の反応性を向上させることで、反応途中の水酸基量を減らし、吸湿性の増加を抑制することができる。
また、後述するエポキシポリマーと多官能エポキシ化合物を組み合わせて本発明組成物を調製することにより、本熱伝導性シートの高弾性化と低吸湿化を両立することが可能となる。
このような多官能エポキシ化合物を含むことにより、極性の高いエポキシ基を高密度で導入することが可能であり、それにより、ファンデルワールス力や水素結合といった物理的相互作用の効果が増し、例えば、本発明組成物から形成した本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着性を向上させることができる。また、多官能エポキシ化合物を含有することにより、本熱伝導性シートの貯蔵弾性率を高くすることができ、それにより、被着体である導電体表面の凹凸に本硬化物が入り込んだ後、強固なアンカー効果を発現し、本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着性を向上させることができる。さらに、本発明組成物が多官能エポキシ化合物、特に一分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物を含有することにより、本硬化物における架橋密度をさらに高めることができ、本硬化物の150℃及び190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーを高めることができる。
一方で、多官能エポキシ化合物を含むことにより、本発明組成物の吸湿性が高くなる傾向にあるが、エポキシ基の反応性を向上させることで、反応途中の水酸基量を減らし、吸湿性の増加を抑制することができる。
また、後述するエポキシポリマーと多官能エポキシ化合物を組み合わせて本発明組成物を調製することにより、本熱伝導性シートの高弾性化と低吸湿化を両立することが可能となる。
前記多官能エポキシ化合物としては、本硬化物の貯蔵弾性率を高くする、特にパワー半導体装置など発熱量の多い場合に重要になる高温時の貯蔵弾性率を高くする観点から、一分子内に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であればよく、中でも、一分子内に3個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物が好ましく、さらに一分子内に4個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物がより一層好ましい。一分子内に複数のエポキシ基、特にグリシジル基を有することで、本硬化物の架橋密度が向上し、本硬化物である本熱伝導性シートがより高強度となる。それにより、リフロー工程やシンター接合等のように、高温において本熱伝導性シートに内部応力が発生した際に、本熱伝導性シートが変形したり、破壊したりせずに、形態を保持することで、本熱伝導性シート内にボイド等の空隙が発生するのを抑制することができる。
また、本熱伝導性シートの架橋性を調整するという観点から、多官能エポキシ化合物、特に一分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の分子量は800以下であることが好ましく、中でも700以下、その中でも650以下、特に100以上或いは630以下、中でも200以上或いは600以下であることがさらに好ましい。また、本発明組成物及び本熱硬化性シートのハンドリング性をよくするためには、25℃で液状であるものを含むことが好ましい。
また、より低吸湿及び高架橋を達成する観点から、多官能エポキシ化合物は、窒素原子を含有するようなアミン系もしくはアミド系の構造を含まない方が好ましい。
また、より低吸湿及び高架橋を達成する観点から、多官能エポキシ化合物は、窒素原子を含有するようなアミン系もしくはアミド系の構造を含まない方が好ましい。
多官能エポキシ化合物、特に一分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物のエポキシ当量は、本熱伝導性シートの耐熱性向上の観点から、75g/当量以上であるのが好ましく、80g/当量以上であるのがさらに好ましい。他方、溶剤への溶解性向上の観点から、200g/当量以下であるのが好ましく、中でも180g/当量以下、中でも160g/当量以下、中でも150g/当量以下であるのがさらに好ましい。
多官能エポキシ化合物としては、一分子内に2個以上のエポキシ基を有するものであればよく、例えば一分子内に3個以上のエポキシ基を有し、分子量は800以下、中でも650以下の多官能エポキシ化合物が好ましい。例えばナガセケムテックス社製の、EX321L、DLC301、DLC402等を用いることができる。
これらの多官能エポキシ化合物は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの多官能エポキシ化合物は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(エポキシポリマー)
本発明組成物は、製膜性を担保する観点から、質量平均分子量(Mw)5,000以上の高分子量エポキシ化合物(「エポキシポリマー」とも称する)を含むのが好ましい。
本発明組成物は、製膜性を担保する観点から、質量平均分子量(Mw)5,000以上の高分子量エポキシ化合物(「エポキシポリマー」とも称する)を含むのが好ましい。
エポキシポリマーとしては、例えばビスフェノールA型骨格、ビスフェノールF型骨格、ビスフェノールA/F混合型骨格、ナフタレン骨格、フルオレン骨格、ビフェニル骨格、アントラセン骨格、ピレン骨格、キサンテン骨格、アダマンタン骨格及びジシクロペンタジエン骨格からなる群から選択された少なくとも1つの骨格を有するフェノキシ樹脂を挙げることができる。
中でも、エポキシポリマーとして、例えば、下記式(1)で表される構造(「構造(1)」とも称する)及び下記式(2)で表される構造(「構造(2)」とも称する)から選ばれる少なくとも一つの構造を有するエポキシポリマーであるのが好ましい。
式(1)中、R1及びR2はそれぞれ有機基を表し、少なくとも一方は分子量16以上の有機基であり、式(2)中、R3は2価の環状有機基を表す。
なお、「有機基」とは、炭素原子を含む基であれば如何なる基でもよい。具体的に例えば、アルキル基、アルケニル基、アリール基等が挙げられ、それらはハロゲン原子や、ヘテロ原子を有する基や、他の炭化水素基で置換されていても構わない。以下においても同様である。
なお、「有機基」とは、炭素原子を含む基であれば如何なる基でもよい。具体的に例えば、アルキル基、アルケニル基、アリール基等が挙げられ、それらはハロゲン原子や、ヘテロ原子を有する基や、他の炭化水素基で置換されていても構わない。以下においても同様である。
上記式(1)において、R1及びR2のうちの少なくとも一方は、分子量が16以上、好ましくは分子量16~1,000の有機基を表し、例えば、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基やフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、フルオレニル基等のアリール基を挙げることができる。R1及びR2は共に分子量16以上の有機基であってもよく、一方が分子量16以上の有機基であって、他方が分子量15以下の有機基又は水素原子であってもよい。好ましくは、一方が分子量16以上の有機基であり、他方が分子量15以下の有機基であり、特に何れか一方がメチル基であり、他方がフェニル基であることが、樹脂粘度等の取扱い性の制御が容易になることや、本硬化物の強度の観点から好ましい。
上記式(2)において、R3は2価の環状有機基であり、ベンゼン環構造、ナフタレン環構造、フルオレン環構造等の芳香族環構造であってもよいし、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂肪族環構造であってもよい。また、それらは独立に、炭化水素基、又はハロゲン原子等の置換基を有していても構わない。2価の結合部は、単一の炭素原子にある2価基であっても構わないし、異なる炭素原子にある2価基であっても構わない。好ましくは、炭素数6~100の2価の芳香族基、シクロプロパンやシクロヘキサンのような炭素数2~100のシクロアルカンに由来する基を挙げることができる。特に、下記式(4)で表される3,3,5-トリメチル-1,1-シクロへキシレン基(「構造(4)」とも称する)が、樹脂粘度等の取扱い性の制御や本硬化物の強度の観点から好ましい。
また、エポキシポリマーは下記式(5)で表されるフルオレン骨格を有するのが好ましい。下記式(5)で表示されるフルオレン骨格の剛直性によって、優れた耐熱性、低線膨張性が発現すると共に、単位ユニット当たりの分子量が通常のエポキシ化合物よりも大きくなることで、吸湿性の原因となる二級水酸基の分子構造全体に占める割合が相対的に低くなり、低吸湿性を発現させることができる。
また、エポキシポリマーとして、下記式(3)で表される構造(「構造(3)」とも称する)を有するエポキシポリマーを挙げることができる。
上記式(3)において、R4、R5、R6、R7は、それぞれ分子量15以上の有機基である。好ましくは分子量15~1,000のアルキル基であり、特にR4、R5、R6、R7のすべてがメチル基であることが、樹脂粘度等の取扱い性の制御や本硬化物の強度の観点から好ましい。
エポキシポリマーは、特に構造(1)及び構造(2)の何れか一方と、構造(3)とを含むエポキシポリマーであることが、本硬化物及び本熱伝導性シートの吸湿性の低減と強度保持の性能の両立の観点から好ましい。
このようなエポキシポリマーは、一般的なビスフェノールA、ビスフェノールF骨格を有するエポキシポリマーと比較して、疎水性の炭化水素及び芳香族構造を多く含むため、当該エポキシポリマーを配合することにより、得られる本硬化物である本熱伝導性シートの吸湿量を低減することができる。
このようなエポキシポリマーは、一般的なビスフェノールA、ビスフェノールF骨格を有するエポキシポリマーと比較して、疎水性の炭化水素及び芳香族構造を多く含むため、当該エポキシポリマーを配合することにより、得られる本硬化物である本熱伝導性シートの吸湿量を低減することができる。
また、吸湿量を低減するという観点から、エポキシポリマーは疎水性構造である構造(1)、構造(2)及び構造(3)を多く含むものが好ましい。
エポキシポリマーの質量平均分子量(Mw)は5,000以上であることが好ましく、中でも10,000以上、その中でも15,000以上、その中でも20,000以上、その中でも25,000以上、その中でも30,000以上であるのがさらに好ましい。上限としては、100,000以下が挙げられる。この範囲であることで、本発明組成物の製膜性が向上し及び未硬化状態である本熱硬化性シートのハンドリング性が向上する傾向にある。また、製膜性が向上することにより未硬化状態である本熱硬化性シートの段階でフィラー同士を繋ぎとめる効果があるため、ボイドが生じにくい。
エポキシポリマーのエポキシ当量は、本発明組成物の製膜性及び柔軟性を担保する観点から、5,000g/当量以上が好ましく、7,000g/当量以上、中でも8,000g/当量以上であるのがさらに好ましい。他方、溶剤への溶解性の観点から、25,000g/当量以下であるのが好ましく、中でも20,000g/当量以下であるのがさらに好ましい。
なお、エポキシポリマーの質量平均分子量(Mw)とは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定されたポリスチレン換算の値である。
また、エポキシ当量とは、「1当量のエポキシ基を含むエポキシポリマーの質量」と定義され、JIS K7236に準じて測定することができる。
また、エポキシ当量とは、「1当量のエポキシ基を含むエポキシポリマーの質量」と定義され、JIS K7236に準じて測定することができる。
以上のエポキシポリマーは、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(エポキシ化合物の含有量)
エポキシポリマーの含有量は、本発明組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分(樹脂成分)、言い方を変えれば、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し5質量%以上30質量%未満であるのが好ましい。
エポキシポリマーを、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上含有することで、製膜性を保つことができるから、好ましい。他方、30質量%未満の割合で含有することで、未硬化状態である本熱硬化性シートの柔軟性を保つことができるから、好ましい。
かかる観点から、エポキシポリマーの含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上、その中でも10質量%以上であるのがさらに好ましい。他方、本硬化物の架橋密度を高める観点から、30質量%未満であるのが好ましく、中でも27.5質量%以下、その中でも25質量%以下、その中でも24質量%以下、その中でも23質量%以下、その中でも22質量%以下であるのがさらに好ましい。
エポキシポリマーの含有量は、本発明組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分(樹脂成分)、言い方を変えれば、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し5質量%以上30質量%未満であるのが好ましい。
エポキシポリマーを、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上含有することで、製膜性を保つことができるから、好ましい。他方、30質量%未満の割合で含有することで、未硬化状態である本熱硬化性シートの柔軟性を保つことができるから、好ましい。
かかる観点から、エポキシポリマーの含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上、その中でも10質量%以上であるのがさらに好ましい。他方、本硬化物の架橋密度を高める観点から、30質量%未満であるのが好ましく、中でも27.5質量%以下、その中でも25質量%以下、その中でも24質量%以下、その中でも23質量%以下、その中でも22質量%以下であるのがさらに好ましい。
多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分(樹脂成分)、言い方を変えれば、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上95質量%以下であるのが好ましい。
多官能エポキシ化合物の含有量が5質量%以上であることで、本硬化物の架橋密度を高めることができ、例えば高温で内部応力がかかる状態に晒される場合の耐性、例えばリフロー耐性及びシンター耐性を高めることができる。他方、95質量%以下であることで、本発明組成物の製膜性を保つための他の成分の量を確保することができる。
かかる観点から、多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも10質量%以上、その中でも15質量%以上であることが好ましい。他方、95質量%以下であるのが好ましく、中でも90質量%以下であることがさらに好ましい。
多官能エポキシ化合物の含有量が5質量%以上であることで、本硬化物の架橋密度を高めることができ、例えば高温で内部応力がかかる状態に晒される場合の耐性、例えばリフロー耐性及びシンター耐性を高めることができる。他方、95質量%以下であることで、本発明組成物の製膜性を保つための他の成分の量を確保することができる。
かかる観点から、多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも10質量%以上、その中でも15質量%以上であることが好ましい。他方、95質量%以下であるのが好ましく、中でも90質量%以下であることがさらに好ましい。
中でも、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上50質量%以下であるのが好ましい。
1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量が5質量%以上であれば、本硬化物の架橋密度を高めることができ、本硬化物の貯蔵弾性率を保持できることから、例えば高温で内部応力や外力がかかる状態に晒される場合の耐性、例えばリフロー耐性及びシンター耐性を高めることができるから好ましい。かかる観点から、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上、その中でも10質量%以上であるのがさらに好ましい。
他方、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量が50質量%以下であれば、未硬化状態である本熱硬化性シートの靭性を保ち、本シート状硬化物の吸湿率を抑えることができることから、好ましい。かかる観点から、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、50質量%以下であるのが好ましく、中でも45質量%以下、その中でも40質量%以下であるのがさらに好ましい。
1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量が5質量%以上であれば、本硬化物の架橋密度を高めることができ、本硬化物の貯蔵弾性率を保持できることから、例えば高温で内部応力や外力がかかる状態に晒される場合の耐性、例えばリフロー耐性及びシンター耐性を高めることができるから好ましい。かかる観点から、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上、その中でも10質量%以上であるのがさらに好ましい。
他方、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量が50質量%以下であれば、未硬化状態である本熱硬化性シートの靭性を保ち、本シート状硬化物の吸湿率を抑えることができることから、好ましい。かかる観点から、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、50質量%以下であるのが好ましく、中でも45質量%以下、その中でも40質量%以下であるのがさらに好ましい。
中でも、1分子内に3個以上のエポキシ基を有し、エポキシ当量が25~200g/当量である多官能エポキシ化合物の含有量は、本発明組成物の樹脂成分のエポキシ当量(WPE)を好適な範囲に調整する観点から、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上50質量%以下であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上或いは45質量%以下、その中でも10質量%以上或いは40質量%以下であるのがさらに好ましい。
エポキシポリマー及び多官能エポキシ化合物を併用する場合、本発明組成物の製膜性と本シート硬化物の弾性率を共に高める観点から、エポキシポリマーの含有量100質量部に対し、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は20質量部以上500質量部以下であるのが好ましい。特に、エポキシポリマーの含有量100質量部に対し、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量が20質量部以上であれば、本硬化物の架橋密度を高めることができ、例えば高温で内部応力や外力がかかる状態に晒される場合の耐性、例えばリフロー耐性及びシンター耐性を高めることができるから好ましい。
かかる観点から、エポキシポリマーの含有量100質量部に対し、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は20質量部以上500質量部以下であるのが好ましく、中でも30質量部以上或いは400質量部以下、その中でも40質量部以上或いは350質量部以下、その中でも60質量部以上或いは300質量部以下、その中でも90質量部以上或いは200質量部以下であるのがさらに好ましい。
かかる観点から、エポキシポリマーの含有量100質量部に対し、1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物の含有量は20質量部以上500質量部以下であるのが好ましく、中でも30質量部以上或いは400質量部以下、その中でも40質量部以上或いは350質量部以下、その中でも60質量部以上或いは300質量部以下、その中でも90質量部以上或いは200質量部以下であるのがさらに好ましい。
無機フィラーとエポキシポリマーとの含有量比率(エポキシポリマー/無機フィラー)は、本熱硬化性シートの製膜性を保つ観点から、0.01以上であるのが好ましく、中でも0.02以上、その中でも0.03以上であるのがさらに好ましい。他方、未硬化状態である本熱硬化性シートの曲げ耐性を向上させる観点から、0.2未満であるのが好ましく、中でも0.15以下、その中でも0.14以下であるのがさらに好ましい。
無機フィラーと1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物との含有質量比率(1分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物/無機フィラー)は、無機フィラーの保持力を向上させる観点から、0.02以上であるのが好ましく、中でも0.03以上、その中でも0.04以上であるのがさらに好ましい。他方、本熱伝導性シートの熱伝導率向上の観点から、0.2以下であるのが好ましく、中でも0.18以下、その中でも0.16以下であるのがさらに好ましい。
無機フィラーとエポキシ化合物との含有質量比率(エポキシ化合物/無機フィラー)は、本熱硬化性シートのシートハンドリング性向上の観点から、0.2以上であるのが好ましく、中でも0.22以上、その中でも0.25以上であるのがさらに好ましい。他方、本熱伝導性シートの熱伝導率向上の観点から、0.6以下であるのが好ましく、中でも0.57以下、その中でも0.55以下であるのがさらに好ましい。
(分子量5,000以上のその他のポリマー)
本発明組成物は、上記エポキシポリマーの代わりに、或いは、上記エポキシポリマーと共に、上記エポキシポリマー以外の質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマー(「その他のポリマー」とも称する)を含有することができる。
本発明では、エポキシポリマー及びその他のポリマーを包含して「ポリマー」とも称する。
本発明組成物が当該ポリマーを含有することにより、窒化ホウ素凝集粒子の含有割合を高めたとしても、製膜性を高めることができる。
本発明組成物は、上記エポキシポリマーの代わりに、或いは、上記エポキシポリマーと共に、上記エポキシポリマー以外の質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマー(「その他のポリマー」とも称する)を含有することができる。
本発明では、エポキシポリマー及びその他のポリマーを包含して「ポリマー」とも称する。
本発明組成物が当該ポリマーを含有することにより、窒化ホウ素凝集粒子の含有割合を高めたとしても、製膜性を高めることができる。
前記その他のポリマーとしては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂等の何れであってもよい。
当該熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン又はポリエーテルケトン等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。また、上記熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂として、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、ベンゾオキサジン、ポリベンゾオキサゾールとベンゾオキサジンとの反応物などのスーパーエンプラと呼ばれている耐熱性樹脂群等を使用することもできる。また、スチレン、アルキルスチレンなどのスチレン系重合体、(メタ)アクリル酸アルキル、(メタ)アクリル酸グリシジルなどの(メタ)アクリル系重合体、スチレン-メタクリル酸グリシジルなどのスチレン系-(メタ)アクリル系共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルベンザール、ポリビニルアセタールなどのポリビニルアルコール誘導体、ノルボルネン化合物を含有するノルボルネン系ポリマー、フェノキシ樹脂等も使用することができる。中でも、耐熱性と熱硬化性樹脂との相溶性の点で、フェノキシ樹脂が好適である。
上記熱可塑性樹脂及び上記熱硬化性樹脂はそれぞれ、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の内の何れか一方が用いられてもよく、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とが併用されてもよい。
当該熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン又はポリエーテルケトン等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。また、上記熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂として、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、ベンゾオキサジン、ポリベンゾオキサゾールとベンゾオキサジンとの反応物などのスーパーエンプラと呼ばれている耐熱性樹脂群等を使用することもできる。また、スチレン、アルキルスチレンなどのスチレン系重合体、(メタ)アクリル酸アルキル、(メタ)アクリル酸グリシジルなどの(メタ)アクリル系重合体、スチレン-メタクリル酸グリシジルなどのスチレン系-(メタ)アクリル系共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルベンザール、ポリビニルアセタールなどのポリビニルアルコール誘導体、ノルボルネン化合物を含有するノルボルネン系ポリマー、フェノキシ樹脂等も使用することができる。中でも、耐熱性と熱硬化性樹脂との相溶性の点で、フェノキシ樹脂が好適である。
上記熱可塑性樹脂及び上記熱硬化性樹脂はそれぞれ、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂の内の何れか一方が用いられてもよく、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とが併用されてもよい。
質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーの含有量(エポキシポリマー及びその他のポリマーの合計含有量)は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上30質量%未満の割合であるのが好ましい。
質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上含有することで、無機フィラーの保持力と製膜性が保たれ、30質量%未満の割合で含有することで、硬化時の強度を保つことができるから、好ましい。
かかる観点から、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーの含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上、その中でも10質量%以上であるのがさらに好ましい。他方、30質量%未満であるのが好ましく、中でも27.5質量%以下、その中でも25質量%以下、その中でも24質量%以下、その中でも23質量%以下、その中でも20質量%以下であるのがさらに好ましい。その中でも、未硬化状態であるシート状熱硬化性組成物の柔軟性を保ち、ハンドリング性を向上させる観点から、18質量%以下であるのがさらに好ましい。
質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上含有することで、無機フィラーの保持力と製膜性が保たれ、30質量%未満の割合で含有することで、硬化時の強度を保つことができるから、好ましい。
かかる観点から、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーの含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、5質量%以上であるのが好ましく、中でも7.5質量%以上、その中でも10質量%以上であるのがさらに好ましい。他方、30質量%未満であるのが好ましく、中でも27.5質量%以下、その中でも25質量%以下、その中でも24質量%以下、その中でも23質量%以下、その中でも20質量%以下であるのがさらに好ましい。その中でも、未硬化状態であるシート状熱硬化性組成物の柔軟性を保ち、ハンドリング性を向上させる観点から、18質量%以下であるのがさらに好ましい。
前記その他のポリマーは、上記の中でも、前記エポキシ化合物と反応する官能基を有するものが好ましい。
ここで、前記エポキシ化合物と反応する官能基としては、例えば、エポキシ基と反応する官能基として、フェノール性水酸基、エポキシ基、カルボン酸基、無水カルボン酸基、活性エステルなどを挙げることができる。
ここで、前記エポキシ化合物と反応する官能基としては、例えば、エポキシ基と反応する官能基として、フェノール性水酸基、エポキシ基、カルボン酸基、無水カルボン酸基、活性エステルなどを挙げることができる。
<硬化剤>
本発明組成物は、必要に応じて、硬化剤を含有するのが好ましい。
硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、窒素原子を含有する複素環構造を有する化合物(「窒素含有複素環化合物」とも称する)、芳香族骨格もしくは脂環式骨格を有する酸無水物、該酸無水物の水添加物もしくは該酸無水物の変性物などを挙げることができる。
硬化剤は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの好ましい硬化剤の使用により、耐熱性、耐湿性及び電気物性のバランスに優れた本硬化物を得ることができる。
本発明組成物は、必要に応じて、硬化剤を含有するのが好ましい。
硬化剤としては、例えば、フェノール樹脂、窒素原子を含有する複素環構造を有する化合物(「窒素含有複素環化合物」とも称する)、芳香族骨格もしくは脂環式骨格を有する酸無水物、該酸無水物の水添加物もしくは該酸無水物の変性物などを挙げることができる。
硬化剤は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの好ましい硬化剤の使用により、耐熱性、耐湿性及び電気物性のバランスに優れた本硬化物を得ることができる。
中でも、本発明組成物が、熱硬化性化合物として、上記エポキシ化合物を含む場合、エポキシ基と反応し得る活性基を有する硬化剤を併用するのが好ましい。例えば、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン化合物、ポリアリレート、シアネート及びマレイミドのうちの少なくとも1種類以上を、エポキシ化合物と併用するのが好ましい。すなわち、本発明組成物は、エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン化合物、ポリアリレート、シアネート及びマレイミドのうちの少なくとも1種類を含むことが好ましい。中でも、架橋密度を上げて架橋速度を調整し、耐熱性を保つ観点から、エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂を含むのが好ましく、さらに、高温での熱伝導率の低下を抑制する観点から、エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂と共にベンゾオキサジン化合物を含むのが好ましい。
(フェノール樹脂)
前記フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック、o-クレゾールノボラック、p-クレゾールノボラック、t-ブチルフェノールノボラック、ジシクロペンタジエンクレゾール、ポリパラビニルフェノール、ビスフェノールA型ノボラック、キシリレン変性ノボラック、デカリン変性ノボラック、ポリ(ジ-o-ヒドロキシフェニル)メタン、ポリ(ジ-m-ヒドロキシフェニル)メタン、又はポリ(ジ-p-ヒドロキシフェニル)メタン等を挙げることができる。中でも、本発明組成物、本硬化物及び本熱伝導性シートの柔軟性をより一層向上させたり、本硬化物の力学物性及び耐熱性向上させたりするために、剛直な主鎖骨格を持つノボラック型フェノール樹脂やトリアジン骨格を有するフェノール樹脂が好ましい。また、未硬化状態である本熱硬化性シートの柔軟性及び本硬化物の靭性向上のためには、アリル基を有するフェノール樹脂が好ましい。フェノール樹脂を含むことで、エポキシ化合物の硬化速度を上げ、残存基を少なく抑えることで耐熱性向上に効果がある。
前記フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック、o-クレゾールノボラック、p-クレゾールノボラック、t-ブチルフェノールノボラック、ジシクロペンタジエンクレゾール、ポリパラビニルフェノール、ビスフェノールA型ノボラック、キシリレン変性ノボラック、デカリン変性ノボラック、ポリ(ジ-o-ヒドロキシフェニル)メタン、ポリ(ジ-m-ヒドロキシフェニル)メタン、又はポリ(ジ-p-ヒドロキシフェニル)メタン等を挙げることができる。中でも、本発明組成物、本硬化物及び本熱伝導性シートの柔軟性をより一層向上させたり、本硬化物の力学物性及び耐熱性向上させたりするために、剛直な主鎖骨格を持つノボラック型フェノール樹脂やトリアジン骨格を有するフェノール樹脂が好ましい。また、未硬化状態である本熱硬化性シートの柔軟性及び本硬化物の靭性向上のためには、アリル基を有するフェノール樹脂が好ましい。フェノール樹脂を含むことで、エポキシ化合物の硬化速度を上げ、残存基を少なく抑えることで耐熱性向上に効果がある。
(ベンゾオキサジン化合物)
前記ベンゾオキサジン化合物は、加熱されることにより架橋して硬化する化合物であると共に、エポキシ化合物の硬化剤としても機能する。よって、エポキシ化合物とベンゾオキサジン化合物を併用することにより、ベンゾオキサジン化合物が架橋した場合に生じる水酸基がエポキシ化合物のエポキシ基と反応して結合するため、エポキシ化合物による架橋構造と、ベンゾオキサジン化合物による架橋構造とが複合化して、より強固な架橋構造となり、本硬化物のガラス転移温度(Tg)を高めることができ、耐熱性をより一層優れたものとすることができる。
前記ベンゾオキサジン化合物は、加熱されることにより架橋して硬化する化合物であると共に、エポキシ化合物の硬化剤としても機能する。よって、エポキシ化合物とベンゾオキサジン化合物を併用することにより、ベンゾオキサジン化合物が架橋した場合に生じる水酸基がエポキシ化合物のエポキシ基と反応して結合するため、エポキシ化合物による架橋構造と、ベンゾオキサジン化合物による架橋構造とが複合化して、より強固な架橋構造となり、本硬化物のガラス転移温度(Tg)を高めることができ、耐熱性をより一層優れたものとすることができる。
ベンゾオキサジン化合物は、下記式(I)又は式(II)で表される構造を有するものが好ましい。
式(I)中のaは0~3の整数を表し、好ましくは0又は1であり、より好ましくは0である。
R1及びR2はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
R1の具体例としては、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキニル基などが挙げられる。R1は任意の置換基により置換されていてもよい。
R2の具体例としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。
*は、他の化学構造との結合手を意味する。
R1及びR2はそれぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表す。
R1の具体例としては、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルキニル基などが挙げられる。R1は任意の置換基により置換されていてもよい。
R2の具体例としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。
*は、他の化学構造との結合手を意味する。
式(II)中のbは0~4の整数を表し、好ましくは0又は1であり、より好ましくは0である。
R3は、水素原子又は1価の有機基を表す。bが2以上の場合、複数のR3は同一でも異なっていてもよい。
R3の具体例としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。
*は、他の化学構造との結合手を意味する。
R3は、水素原子又は1価の有機基を表す。bが2以上の場合、複数のR3は同一でも異なっていてもよい。
R3の具体例としては、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。
*は、他の化学構造との結合手を意味する。
ベンゾオキサジン化合物は、好ましくは、1分子中に複数の式(I)及び/又は式(II)で表される構造を有する。より具体的には、ベンゾオキサジン化合物は、好ましくは1分子中に2~4個、より好ましくは2個の、式(I)及び/又は式(II)で表される構造を有する。このようなベンゾオキサジン化合物を用いることで、硬化性能をより高められることができ、耐熱性も向上すると考えられる。
ベンゾオキサジン化合物は、式(III)で表されるベンゾオキサジン化合物を含むことが好ましい。式(III)で表されるベンゾオキサジン化合物は、しばしば、P-d型ベンゾオキサジンとも呼ばれる。
式(III)中、X2は、単結合又は2価の連結基である。
より具体的には、X2は、単結合、炭素数1~10の直鎖又は分岐アルキレン基、-O-、-SO2-、-CO-、これらのうち2以上が連結した構造などであることができる。
より具体的には、X2は、単結合、炭素数1~10の直鎖又は分岐アルキレン基、-O-、-SO2-、-CO-、これらのうち2以上が連結した構造などであることができる。
ベンゾオキサジン化合物は、下記式(IV)で表されるベンゾオキサジン化合物を含んでもよい。ちなみに、下記式(IV)で表されるベンゾオキサジン化合物は、しばしば、F-a型ベンゾオキサジンとも呼ばれる。
式(IV)において、X2の定義や具体例は、上記式(III)のX2と同様である。
式(IV)において、X2の定義や具体例は、上記式(III)のX2と同様である。
ベンゾオキサジン化合物には、25℃で固体であるものと、液体であるものとがあるが、本発明組成物及びその本硬化物のガラス転移温度(Tg)を高めて耐熱性を高める観点からは、25℃で固体であるものがより好ましい
ベンゾオキサジン化合物の含有量は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、3質量%以上50質量%以下であるのが好ましく、中でも5質量%以上或いは30質量%以下、その中でも7質量%以上或いは25質量%以下であるのがさらに好ましい。
ベンゾオキサジン化合物の割合が多くなると、製膜した際に脆くなり、製膜性が低下する可能性があるため、本発明組成物におけるベンゾオキサジン化合物の含有量はエポキシ化合物の含有量よりも少ない方が好ましく、中でも、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分中の前記エポキシ化合物の含有量に対する、前記ベンゾオキサジン化合物の含有量の質量比(ベンゾオキサジン化合物/エポキシ化合物)は0.8未満であるのが好ましく、中でも0.7以下、その中でも0.6以下、その中でも0.5以下であるのが好ましい。他方、耐熱性向上の観点から、当該質量比は0.05以上であるのが好ましく、中でも0.07以上、その中でも0.08以上であるのがさらに好ましい。
(ポリアリレート)
エポキシ化合物と、ポリアリレートとを含むことで、ポリアリレートの主鎖骨格中のエステル基乃至末端の水酸基が、エポキシ化合物のエポキシ基と反応して結合するため、エポキシ化合物による架橋構造と、エポキシ化合物とポリアリレートとが反応してなる架橋構造とが複合化して、より強固な架橋構造を有するものとなる。よって、本発明組成物のガラス転移温度(Tg)を高めることができ、耐熱性を優れたものとすることができ、例えば本硬化物の高温での弾性率変化を抑制することができる。
エポキシ化合物と、ポリアリレートとを含むことで、ポリアリレートの主鎖骨格中のエステル基乃至末端の水酸基が、エポキシ化合物のエポキシ基と反応して結合するため、エポキシ化合物による架橋構造と、エポキシ化合物とポリアリレートとが反応してなる架橋構造とが複合化して、より強固な架橋構造を有するものとなる。よって、本発明組成物のガラス転移温度(Tg)を高めることができ、耐熱性を優れたものとすることができ、例えば本硬化物の高温での弾性率変化を抑制することができる。
前記ポリアリレートとしては、例えば下記式(A)で表される化合物が挙げられる。
上記式(A)中、Xはそれぞれ独立に、水素原子基、脂肪族基又は芳香族基であればよい。具体的には、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基などを挙げることができる。
Yはそれぞれ独立に、単結合、-CR1R2-、O、CO又はSであればよい。なお、前記R1、R2は各々独立に、水素原子、メチル基、もしくはエチル基を示すか、又は、R1とR2とが結合して形成されるシクロヘキシリデン基を示す。例えば炭素原子数1~12の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキレン基などを挙げることができる。
Zはそれぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基又はアルコキシ基であればよい。
nは繰り返し数であり、1以上の整数であればよく、例えば1~100の整数であるのが好ましく、中でも1以上或いは90以下、その中でも2以上或いは80以下の整数であるのがさらに好ましい。
Yはそれぞれ独立に、単結合、-CR1R2-、O、CO又はSであればよい。なお、前記R1、R2は各々独立に、水素原子、メチル基、もしくはエチル基を示すか、又は、R1とR2とが結合して形成されるシクロヘキシリデン基を示す。例えば炭素原子数1~12の直鎖状、分岐状、又は環状のアルキレン基などを挙げることができる。
Zはそれぞれ独立に、水素原子、ヒドロキシ基又はアルコキシ基であればよい。
nは繰り返し数であり、1以上の整数であればよく、例えば1~100の整数であるのが好ましく、中でも1以上或いは90以下、その中でも2以上或いは80以下の整数であるのがさらに好ましい。
前記ポリアリレートの分子量は、耐熱性向上の観点から、500以上であるのが好ましく、中でも700以上、その中でも1,000以上であるのがさらに好ましい。他方、樹脂流動性の観点から、10,000以下であるのが好ましく、中でも8,000以下、その中でも5,000以下であるのがさらに好ましい。
前記ポリアリレートのガラス転移温度は、高温での寸法安定性の観点から、80℃以上であるのが好ましく、中でも100℃以上、その中でも120℃以上であるのがさらに好ましい。他方、靭性向上の観点から、300℃以下であるのが好ましく、中でも270℃以下、その中でも250℃以下であるのがさらに好ましい。
前記ポリアリレートの官能基当量(ヒドロキシ基及びエステル基の量)は、吸湿性低下の観点から、100g/当量以上であるのが好ましく、中でも120g/当量以上、その中でも140g/当量以上であるのがさらに好ましい。他方、耐熱性向上の観点から、1000g/当量以下であるのが好ましく、中でも800g/当量以下、その中でも600g/当量以下であるのがさらに好ましい。
前記ポリアリレートのガラス転移温度は、高温での寸法安定性の観点から、80℃以上であるのが好ましく、中でも100℃以上、その中でも120℃以上であるのがさらに好ましい。他方、靭性向上の観点から、300℃以下であるのが好ましく、中でも270℃以下、その中でも250℃以下であるのがさらに好ましい。
前記ポリアリレートの官能基当量(ヒドロキシ基及びエステル基の量)は、吸湿性低下の観点から、100g/当量以上であるのが好ましく、中でも120g/当量以上、その中でも140g/当量以上であるのがさらに好ましい。他方、耐熱性向上の観点から、1000g/当量以下であるのが好ましく、中でも800g/当量以下、その中でも600g/当量以下であるのがさらに好ましい。
(シアネート)
前記シアネートとしては、例えば、分子内に-OCN基を有する化合物であり、加熱により-OCN基が反応するものであればよい。具体的には、1,3-ジシアナトベンゼン、1,4-ジシアナトベンゼン、1,3,5-トリシアナトベンゼン、1,3-ジシアナトナフタレン、1,4-ジシアナトナフタレン、1,6-ジシアナトナフタレン、1,8-ジシアナトナフタレン、2,6-ジシアナトナフタレン、2,7-ジシアナトナフタレン、1,3,6-トリシアナトナフタレン、4,4'-ジシアナトビフェニル、ビス(4-シアナトフェニル)メタン、ビス(3,5-ジメチル-4-シアナトフェニル)メタン、2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、2,2-ビス(3,5-ジブロモ-4-シアナトフェニル)プロパン、ビス(4-シアナトフェニル)エーテル、ビス(4-シアナトフェニル)チオエーテル、ビス(4-シアナトフェニル)スルホン、トリス(4-シアナトフェニル)ホスファイト、トリス(4-シアナトフェニル)ホスフェート、及びノボラック樹脂とハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などが挙げられ、これらの多官能シアネートのシアネート基を三量化することによって形成されるトリアジン環を有するプレポリマーも使用できる。
前記シアネートとしては、例えば、分子内に-OCN基を有する化合物であり、加熱により-OCN基が反応するものであればよい。具体的には、1,3-ジシアナトベンゼン、1,4-ジシアナトベンゼン、1,3,5-トリシアナトベンゼン、1,3-ジシアナトナフタレン、1,4-ジシアナトナフタレン、1,6-ジシアナトナフタレン、1,8-ジシアナトナフタレン、2,6-ジシアナトナフタレン、2,7-ジシアナトナフタレン、1,3,6-トリシアナトナフタレン、4,4'-ジシアナトビフェニル、ビス(4-シアナトフェニル)メタン、ビス(3,5-ジメチル-4-シアナトフェニル)メタン、2,2-ビス(4-シアナトフェニル)プロパン、2,2-ビス(3,5-ジブロモ-4-シアナトフェニル)プロパン、ビス(4-シアナトフェニル)エーテル、ビス(4-シアナトフェニル)チオエーテル、ビス(4-シアナトフェニル)スルホン、トリス(4-シアナトフェニル)ホスファイト、トリス(4-シアナトフェニル)ホスフェート、及びノボラック樹脂とハロゲン化シアンとの反応により得られるシアネート類などが挙げられ、これらの多官能シアネートのシアネート基を三量化することによって形成されるトリアジン環を有するプレポリマーも使用できる。
(マレイミド)
前記マレイミドは、1分子中に1個以上、好ましくは2個以上のマレイミド基(2,5-ジヒドロ-2,5-ジオキソ-1H-ピロール-1-イル基)を有する化合物であればよい。
マレイミドは、適切な触媒の存在下においてエポキシ化合物と反応して結合を形成できるほか、マレイミド基に含まれるエチレン性の炭素-炭素不飽和結合によるラジカル重合を生じ得るため、マレイミド同士でも結合することができる。
マレイミドとしては、例えば、脂肪族アミン骨格を含む脂肪族マレイミドであってもよいし、芳香族アミン骨格を含む芳香族マレイミドであってもよい。
前記マレイミドは、1分子中に1個以上、好ましくは2個以上のマレイミド基(2,5-ジヒドロ-2,5-ジオキソ-1H-ピロール-1-イル基)を有する化合物であればよい。
マレイミドは、適切な触媒の存在下においてエポキシ化合物と反応して結合を形成できるほか、マレイミド基に含まれるエチレン性の炭素-炭素不飽和結合によるラジカル重合を生じ得るため、マレイミド同士でも結合することができる。
マレイミドとしては、例えば、脂肪族アミン骨格を含む脂肪族マレイミドであってもよいし、芳香族アミン骨格を含む芳香族マレイミドであってもよい。
(硬化剤の含有量)
硬化剤は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対して、1質量%以上50質量%以下の割合で含有するのが好ましく、中でも3質量%以上或いは40質量%以下、中でも5質量%以上或いは30質量%以下、その中でも10質量%以上或いは25質量%以下の割合で含有するのがさらに好ましい。
硬化剤の含有量が上記下限以上であると、反応が効果的に進行し、十分な硬化性能を得ることができ、上記上限以下であれば、架橋密度を上げることができるから、強度を増すことができて好ましい。
硬化剤は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%に対して、1質量%以上50質量%以下の割合で含有するのが好ましく、中でも3質量%以上或いは40質量%以下、中でも5質量%以上或いは30質量%以下、その中でも10質量%以上或いは25質量%以下の割合で含有するのがさらに好ましい。
硬化剤の含有量が上記下限以上であると、反応が効果的に進行し、十分な硬化性能を得ることができ、上記上限以下であれば、架橋密度を上げることができるから、強度を増すことができて好ましい。
<硬化促進剤>
本発明組成物は、必要に応じて、硬化速度や硬化物の物性などを調整するために、硬化促進剤として熱硬化性触媒を含有することができる。
本発明組成物は、必要に応じて、硬化速度や硬化物の物性などを調整するために、硬化促進剤として熱硬化性触媒を含有することができる。
熱硬化性触媒は、熱硬化性化合物や硬化剤の種類に応じて適宜に選択するのが好ましい。
熱硬化性触媒の具体例としては、鎖状又は環状の3級アミン、有機リン系化合物、4級ホスホニウム塩類又は有機酸塩等のジアザビシクロアルケン類等、イミダゾール類を挙げることができる。また、有機金属化合物類、4級アンモニウム塩類又は金属ハロゲン化物等を用いることもできる。
上記有機金属化合物類としては、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫又はアルミニウムアセチルアセトン錯体等を挙げることができる。
また、前述において、硬化剤として説明した窒素含有複素環化合物は、熱硬化性触媒としても作用するため、熱硬化性触媒として配合してもよい。
熱硬化性触媒の具体例としては、鎖状又は環状の3級アミン、有機リン系化合物、4級ホスホニウム塩類又は有機酸塩等のジアザビシクロアルケン類等、イミダゾール類を挙げることができる。また、有機金属化合物類、4級アンモニウム塩類又は金属ハロゲン化物等を用いることもできる。
上記有機金属化合物類としては、オクチル酸亜鉛、オクチル酸錫又はアルミニウムアセチルアセトン錯体等を挙げることができる。
また、前述において、硬化剤として説明した窒素含有複素環化合物は、熱硬化性触媒としても作用するため、熱硬化性触媒として配合してもよい。
中でも、特に保存安定性、耐熱性、硬化速度の観点から、熱硬化性触媒はイミダゾールを有する化合物(「イミダゾール系化合物」とも称する)が好ましい。
好ましいイミダゾール系化合物としては、例えば2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール等を挙げることができる。
特に融点が100℃以上、さらに好ましくは200℃以上のイミダゾール系化合物を用いることで、保存安定性、密着性に優れた本硬化物を得ることができる。
さらに前述のイミダゾール環以外の窒素含有複素環化合物を含むものが接着性の観点からより好ましい。
好ましいイミダゾール系化合物としては、例えば2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、1-ベンジル-2-メチルイミダゾール、1-ベンジル-2-フェニルイミダゾール、1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール、1-シアノエチル-2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、1-シアノエチル-2-フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-ウンデシルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-[2’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジンイソシアヌル酸付加物、2-フェニルイミダゾールイソシアヌル酸付加物、2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール、2-フェニル-4-メチル-5-ヒドロキシメチルイミダゾール等を挙げることができる。
特に融点が100℃以上、さらに好ましくは200℃以上のイミダゾール系化合物を用いることで、保存安定性、密着性に優れた本硬化物を得ることができる。
さらに前述のイミダゾール環以外の窒素含有複素環化合物を含むものが接着性の観点からより好ましい。
なお、熱硬化性触媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
融点が100℃以上のイミダゾール系化合物を2種以上用いることで、保存安定性に優れた本発明組成物を得ることができ、耐熱性に優れた本硬化物を得ることができる。特に2種以上のイミダゾール系化合物のうち、少なくとも1種が融点200℃以上であることがより好ましく、2種以上が融点200℃以上であることがさらに好ましい。
融点が100℃以上のイミダゾール系化合物を2種以上用いることで、保存安定性に優れた本発明組成物を得ることができ、耐熱性に優れた本硬化物を得ることができる。特に2種以上のイミダゾール系化合物のうち、少なくとも1種が融点200℃以上であることがより好ましく、2種以上が融点200℃以上であることがさらに好ましい。
熱硬化性触媒は、本発明組成物から無機フィラーを除いた固形分100質量%中に0.1質量%以上10質量%以下の割合で含まれることが好ましく、特に0.1質量%以上5質量%以下の割合で含まれることがさらに好ましい。
熱硬化性触媒の含有量が前記下限以上であると、硬化反応の進行を十分に促進して良好に硬化させることができ、前記上限以下であると、硬化速度が速すぎることがなく、従って、本発明組成物の保存安定性を良好なものとすることができる。
熱硬化性触媒の含有量が前記下限以上であると、硬化反応の進行を十分に促進して良好に硬化させることができ、前記上限以下であると、硬化速度が速すぎることがなく、従って、本発明組成物の保存安定性を良好なものとすることができる。
<無機フィラー>
本発明組成物に含まれる無機フィラーは、熱伝導率が2.0W/m・K以上であるものが好ましく、特に3.0W/m・K以上、特に5.0W/m・K以上、特に10.0W/m・K以上であるものがさらに好ましい。
本発明組成物に含まれる無機フィラーは、熱伝導率が2.0W/m・K以上であるものが好ましく、特に3.0W/m・K以上、特に5.0W/m・K以上、特に10.0W/m・K以上であるものがさらに好ましい。
無機フィラーとしては、炭素のみからなる電気絶縁性であるフィラー、金属炭化物又は半金属炭化物、金属酸化物又は半金属酸化物、及び金属窒化物又は半金属窒化物等からなるフィラーを挙げることができる。
前記炭素のみからなる電気絶縁性であるフィラーとしては、例えばダイヤモンド(熱伝導率:約2000W/m・K)等を挙げることができる。
前記金属炭化物又は半金属炭化物としては、例えば炭化ケイ素(熱伝導率:約60~270W/m・K)、炭化チタン(熱伝導率:約21W/m・K)、炭化タングステン(熱伝導率:約120W/m・K)等を挙げることができる。
前記金属炭化物又は半金属炭化物としては、例えば炭化ケイ素(熱伝導率:約60~270W/m・K)、炭化チタン(熱伝導率:約21W/m・K)、炭化タングステン(熱伝導率:約120W/m・K)等を挙げることができる。
前記金属酸化物又は半金属酸化物の例としては、酸化マグネシウム(熱伝導率:約40W/m・K)、酸化アルミニウム(熱伝導率:約20~35W/m・K)、酸化亜鉛(熱伝導率:約54W/m・K)、酸化イットリウム(熱伝導率:約27W/m・K)、酸化ジルコニウム(熱伝導率:約3W/m・K)、酸化イッテルビウム(熱伝導率:約38.5W/m・K)、酸化ベリリウム(熱伝導率:約250W/m・K)、サイアロン(ケイ素、アルミニウム、酸素、窒素からなるセラミックス、熱伝導率:約21W/m・K)等を挙げることができる。
前記金属窒化物又は半金属窒化物の例としては、窒化ホウ素(六方晶窒化ホウ素(h-BN)の板状粒子の面方向の熱伝導率:約200~500W/m・K)、窒化アルミニウム(熱伝導率:約160~285W/m・K)、窒化ケイ素(熱伝導率:約30~80W/m・K)等を挙げることができる。
前記金属窒化物又は半金属窒化物の例としては、窒化ホウ素(六方晶窒化ホウ素(h-BN)の板状粒子の面方向の熱伝導率:約200~500W/m・K)、窒化アルミニウム(熱伝導率:約160~285W/m・K)、窒化ケイ素(熱伝導率:約30~80W/m・K)等を挙げることができる。
これらの無機フィラーは、1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
電気絶縁性の観点から、無機フィラーの20℃における体積抵抗率は1013Ω・cm以上であるのが好ましく、特に1014Ω・cm以上であるのがより好ましい。中でも、本熱伝導性シートの電気絶縁性を十分なものとし易い点から、金属酸化物、半金属酸化物、金属窒化物又は半金属窒化物が好ましい。このような無機フィラーとして、具体的には、酸化アルミニウム(Al2O3、体積抵抗率:>1014Ω・cm)、窒化アルミニウム(AlN、体積抵抗率:>1014Ω・cm)、窒化ホウ素(BN、体積抵抗率:>1014Ω・cm)、窒化ケイ素(Si3N4、体積抵抗率:>1014Ω・cm)、シリカ(SiO2、体積抵抗率:>1014Ω・cm)などを挙げることができる。
中でも、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素が好ましく、本熱伝導性シートに高い絶縁性を付与できる点から、とりわけ酸化アルミニウム、窒化ホウ素が好ましい。
中でも、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素が好ましく、本熱伝導性シートに高い絶縁性を付与できる点から、とりわけ酸化アルミニウム、窒化ホウ素が好ましい。
無機フィラーの形状は、不定形粒子状、球状、ウィスカー状、繊維状、板状、又はそれらの凝集体、混合体であってもよい。
なお、本発明において「球状」とは、通常アスペクト比(長径と短径の比)が1以上2以下、好ましくは1以上1.75以下、より好ましくは1以上1.5以下、さらに好ましくは1以上1.4以下であることをいう。
当該アスペクト比は、本発明組成物或いは本熱伝導性シートの断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した画像から10個以上の粒子を任意に選択し、それぞれの長径と短径の比を求めて平均値を算出することにより求めることができる。
当該アスペクト比は、本発明組成物或いは本熱伝導性シートの断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した画像から10個以上の粒子を任意に選択し、それぞれの長径と短径の比を求めて平均値を算出することにより求めることができる。
(窒化ホウ素凝集粒子)
本発明組成物に含まれる無機フィラーは、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際の吸湿の問題が少なく、毒性も低い点、熱伝導率を効率的に高めることができる点、及び、本熱伝導性シートに高い絶縁性を付与できる点から、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなる「窒化ホウ素凝集粒子」を含有することが好ましい。すなわち、本発明組成物は、無機フィラーとして窒化ホウ素凝集粒子を含有することが好ましい。
本発明組成物に含まれる無機フィラーは、本発明組成物をシート状に成形して硬化した際すなわち本シート状硬化物とした際の吸湿の問題が少なく、毒性も低い点、熱伝導率を効率的に高めることができる点、及び、本熱伝導性シートに高い絶縁性を付与できる点から、窒化ホウ素の一次粒子が凝集してなる「窒化ホウ素凝集粒子」を含有することが好ましい。すなわち、本発明組成物は、無機フィラーとして窒化ホウ素凝集粒子を含有することが好ましい。
また、窒化ホウ素凝集粒子と、他の無機フィラーを併用してもよい。但し、本熱伝導性シート中の伝熱挙動は、後述のとおり単に無機フィラー内部での熱伝導率のみに依存するものではない。そのため、上記で例示した無機フィラーの中で、熱伝導率は極端に高いものの、価格も極端に高いダイヤモンド粒子等を使用した場合も、本熱伝導性シートの厚み方向の熱伝導率が極端に上がることはない。従って、窒化ホウ素凝集粒子と他の無機フィラーを併用する場合は、主に本発明組成物のコストカットの点からの実施が主眼となる。そのため、比較的廉価で、かつ熱伝導率が比較的高い点から、窒化ホウ素凝集粒子と併用する無機フィラーとしては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭化タングステン、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等の中から適宜選択することが好ましく、酸化アルミニウムがより好ましい。
中でも、高い熱伝導性の観点から、本発明組成物が含有する無機フィラーの75質量%以上を窒化ホウ素凝集粒子が占めるのが好ましく、中でも80質量%以上、その中でも85質量%以上(100質量%を含む)を窒化ホウ素凝集粒子が占めるのが好ましい。
窒化ホウ素凝集粒子の形状は、球状であることが好ましい。
窒化ホウ素凝集粒子の凝集構造は、熱伝導率を向上させる観点から、カードハウス構造であるのが好ましい。
なお、窒化ホウ素凝集粒子の凝集構造は、走査型電子顕微鏡(SEM)により確認することができる。
なお、窒化ホウ素凝集粒子の凝集構造は、走査型電子顕微鏡(SEM)により確認することができる。
カードハウス構造とは、板状粒子が配向せず複雑に積層されたものであり、「セラミックス・43・No.2」(2008年、日本セラミックス協会発行)に記載されている。
より具体的には、凝集粒子を形成する一次粒子の平面部と、該凝集粒子内に存在する他の一次粒子の端面部が接触している構造をいう。カードハウス構造の模式図を図1に示す。
該カードハウス構造の凝集粒子は、その構造上破壊強度が非常に高く、本熱伝導性シートのシート成形時に行われる加圧工程でも圧壊しない。そのため、通常本熱伝導性シートの長手方向に配向してしまう一次粒子を、ランダムな方向に存在させることができる。従って、カードハウス構造の凝集粒子を用いると、本熱伝導性シートの厚み方向に一次粒子のab面が配向する割合をより高めることができるので、該シートの厚み方向に効果的に熱伝導を行うことができ、厚み方向の熱伝導率を一層高めることができる。
より具体的には、凝集粒子を形成する一次粒子の平面部と、該凝集粒子内に存在する他の一次粒子の端面部が接触している構造をいう。カードハウス構造の模式図を図1に示す。
該カードハウス構造の凝集粒子は、その構造上破壊強度が非常に高く、本熱伝導性シートのシート成形時に行われる加圧工程でも圧壊しない。そのため、通常本熱伝導性シートの長手方向に配向してしまう一次粒子を、ランダムな方向に存在させることができる。従って、カードハウス構造の凝集粒子を用いると、本熱伝導性シートの厚み方向に一次粒子のab面が配向する割合をより高めることができるので、該シートの厚み方向に効果的に熱伝導を行うことができ、厚み方向の熱伝導率を一層高めることができる。
なお、カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子は、例えば国際公開第2015/119198号に記載される方法で製造することができる。
カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子を用いる場合、当該粒子は表面処理剤により表面処理が施されていてもよい。
当該表面処理剤としては、例えば、シランカップリング処理などの公知の表面処理剤を用いることができる。無機フィラーと、熱硬化性化合物すなわちマトリクス樹脂との界面の密着性を化学的処理により高めることで、界面での熱伝導性減衰をより低減できると考えられる。
なお、本発明組成物において、無機フィラーを包み込み、本発明組成物の全体形状を保持する役割を果たすという意味で、熱硬化性化合物を「マトリクス樹脂」とも称する。
当該表面処理剤としては、例えば、シランカップリング処理などの公知の表面処理剤を用いることができる。無機フィラーと、熱硬化性化合物すなわちマトリクス樹脂との界面の密着性を化学的処理により高めることで、界面での熱伝導性減衰をより低減できると考えられる。
なお、本発明組成物において、無機フィラーを包み込み、本発明組成物の全体形状を保持する役割を果たすという意味で、熱硬化性化合物を「マトリクス樹脂」とも称する。
本発明組成物に用いる無機フィラーとして、一次粒子が凝集してなる凝集粒子を用いることで、一次粒子をそのまま用いた無機フィラーに比べて、粒子径を大きくすることができる。
無機フィラーの粒子径を大きくすることによって、熱伝導率の低い熱硬化性化合物を介した無機フィラー間の伝熱経路を少なくでき、従って、厚み方向の伝熱経路中での熱抵抗増大を低減できる。
無機フィラーの粒子径を大きくすることによって、熱伝導率の低い熱硬化性化合物を介した無機フィラー間の伝熱経路を少なくでき、従って、厚み方向の伝熱経路中での熱抵抗増大を低減できる。
上記の観点から、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径の下限は、好ましくは20μm以上であり、より好ましくは30μm以上であり、さらに好ましくは40μm以上である。一方、前記最大粒子径の上限は、好ましくは300μm以下であり、より好ましくは200μm以下であり、さらに好ましくは100μm以下であり、よりさらに好ましくは90μm以下である。
また、窒化ホウ素凝集粒子の平均粒子径は、特に限定されない。中でも、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、特に15μm以上がさらに好ましい。また、100μm以下が好ましく、90μm以下がより好ましい。窒化ホウ素凝集粒子の平均粒子径が5μm以上であることで、本発明組成物及び本硬化物内において相対的に粒子数が少なくなるため、粒子間界面が少なくなることにより熱抵抗が小さくなり、本熱伝導シートが高熱伝導率になる場合がある。また、前記平均粒子径が上記上限値以下であることで、本硬化物の表面平滑性が得られる傾向にある。
窒化ホウ素凝集粒子の平均粒子径又は最大粒子径が上記上限以下であることにより、熱硬化性化合物すなわちマトリクス樹脂中に窒化ホウ素凝集粒子を含有させた場合に、表面荒れなどのない良質な膜を形成できる。平均粒子径又は最大粒子径が上記下限以上であることにより、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の界面が減少する結果、熱抵抗が小さくなり、高熱伝導化を達成できると共に、パワー半導体装置向け熱伝導性シートに求められる無機フィラーとしての十分な熱伝導性向上効果を得ることができる。
また、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の界面の熱抵抗の影響が顕著になるのは、本熱伝導性シートの厚みに対する窒化ホウ素凝集粒子の大きさが1/10以下の場合であると考えられる。特に、パワー半導体装置向けの場合、厚みが100μm~300μmの本熱伝導性シートが適用されるケースが多いため、熱伝導性の観点からも、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径は上記下限より大きいことが好ましい。
また、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径が上記下限以上であることにより、窒化ホウ素凝集粒子とマトリクス樹脂との界面によりもたらされる熱抵抗の増大が抑制されるだけでなく、必要となる粒子間の熱伝導パス数が減少して、本熱伝導性シートの厚み方向に一方の面から他方の面まで熱伝導的に繋がる確率が大きくなる。
一方で、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径が上記上限以下であることにより、本熱伝導性シートの表面への窒化ホウ素凝集粒子の突出が抑えられ、表面荒れのない良好な表面形状が得られるため、例えば、銅基板と貼り合わせたシートを作製する際に、十分な密着性を有し、優れた耐電圧特性を得ることができる。
また、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径が上記下限以上であることにより、窒化ホウ素凝集粒子とマトリクス樹脂との界面によりもたらされる熱抵抗の増大が抑制されるだけでなく、必要となる粒子間の熱伝導パス数が減少して、本熱伝導性シートの厚み方向に一方の面から他方の面まで熱伝導的に繋がる確率が大きくなる。
一方で、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径が上記上限以下であることにより、本熱伝導性シートの表面への窒化ホウ素凝集粒子の突出が抑えられ、表面荒れのない良好な表面形状が得られるため、例えば、銅基板と貼り合わせたシートを作製する際に、十分な密着性を有し、優れた耐電圧特性を得ることができる。
本熱伝導性シートの厚みに対する、窒化ホウ素凝集粒子の大きさ(最大粒子径)の比率(最大粒子径/厚さ)は0.3以上1.0以下であるのが好ましく、中でも0.35以上或いは0.95以下、その中でも0.4以上或いは0.9以下であるのがさらに好ましい。
なお、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径及び平均粒子径は、例えば以下の方法で測定することができる。
原料として用いる窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径及び平均粒子径は、窒化ホウ素凝集粒子を溶剤に分散させた試料、具体的には、分散安定剤を含有する純水媒体中に窒化ホウ素凝集粒子を分散させた試料に対して、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置にて粒度分布を測定し、得られた粒度分布から窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50として求めることができる。
ここで、Dmax及びD50は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布における最大粒子径及び累積体積50%粒子径である。
また、モフォロギG3(マルバーン社製)等の乾式の粒度分布測定装置で最大粒子径及び平均粒子径を求めることもできる。
原料として用いる窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径及び平均粒子径は、窒化ホウ素凝集粒子を溶剤に分散させた試料、具体的には、分散安定剤を含有する純水媒体中に窒化ホウ素凝集粒子を分散させた試料に対して、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置にて粒度分布を測定し、得られた粒度分布から窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50として求めることができる。
ここで、Dmax及びD50は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布における最大粒子径及び累積体積50%粒子径である。
また、モフォロギG3(マルバーン社製)等の乾式の粒度分布測定装置で最大粒子径及び平均粒子径を求めることもできる。
他方、本発明組成物或いは本熱伝導性シート中の窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径及び平均粒子径についても、溶媒(加熱溶媒を含む)中で熱硬化性化合物などの有機成分を溶解除去、或いは、膨潤させて窒化ホウ素凝集粒子との付着強度を低減せしめた後に物理的に除去し、さらには有機成分を大気下で加熱し灰化させて除去することで、上記と同様の方法で最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50を測定することが可能である。
また、本発明組成物或いは本熱伝導性シート中の窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径については、本発明組成物或いは本熱伝導性シートの断面を、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、顕微ラマン分光器、原子間力顕微鏡などにより、10個以上の任意の窒化ホウ素凝集粒子を直接観察し、そのうちの最大粒子径を求めることも可能である。
また、本発明組成物或いは本熱伝導性シート中の窒化ホウ素凝集粒子の平均粒子径については、本発明組成物或いは本熱伝導性シートの断面を、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、顕微ラマン分光器、原子間力顕微鏡などにより、10個以上の任意の窒化ホウ素凝集粒子を直接観察し、粒子の径の算術平均値によって求めることも可能である。
なお、粒子が非球形の場合は、最長径と最短径を測定し、その平均値を当該粒子の粒子径とする。
また、本発明組成物或いは本熱伝導性シート中の窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径については、本発明組成物或いは本熱伝導性シートの断面を、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、顕微ラマン分光器、原子間力顕微鏡などにより、10個以上の任意の窒化ホウ素凝集粒子を直接観察し、そのうちの最大粒子径を求めることも可能である。
また、本発明組成物或いは本熱伝導性シート中の窒化ホウ素凝集粒子の平均粒子径については、本発明組成物或いは本熱伝導性シートの断面を、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、顕微ラマン分光器、原子間力顕微鏡などにより、10個以上の任意の窒化ホウ素凝集粒子を直接観察し、粒子の径の算術平均値によって求めることも可能である。
なお、粒子が非球形の場合は、最長径と最短径を測定し、その平均値を当該粒子の粒子径とする。
(無機フィラーの含有量)
無機フィラーの含有量は、本発明組成物中の固形分100質量%すなわち全組成物の固形分100質量%に対し、30質量%以上90質量%未満であるのが好ましい。
前記無機フィラーの含有量が、本発明組成物中の固形分100質量%に対し、30質量%以上であれば、絶縁性と熱伝導性を高めることができる。かかる観点から、前記無機フィラーの含有量は、本発明組成物中の固形分100質量%に対し、30質量%以上であるのが好ましく、中でも40質量%以上、中でも50質量%以上、その中でも60質量%以上であるのがさらに好ましい。その中でも、熱伝導率をさらに高める観点からは、65質量%以上であるのがさらに好ましい。
他方、90質量%未満であれば、ハンドリング性及び製膜性を維持することができる。かかる観点から、前記無機フィラーの含有量は、90質量%未満であるのが好ましく、中でも85質量%以下、中でも80質量%以下、その中でも75質量%以下であるのがさらに好ましい。
無機フィラーの含有量は、本発明組成物中の固形分100質量%すなわち全組成物の固形分100質量%に対し、30質量%以上90質量%未満であるのが好ましい。
前記無機フィラーの含有量が、本発明組成物中の固形分100質量%に対し、30質量%以上であれば、絶縁性と熱伝導性を高めることができる。かかる観点から、前記無機フィラーの含有量は、本発明組成物中の固形分100質量%に対し、30質量%以上であるのが好ましく、中でも40質量%以上、中でも50質量%以上、その中でも60質量%以上であるのがさらに好ましい。その中でも、熱伝導率をさらに高める観点からは、65質量%以上であるのがさらに好ましい。
他方、90質量%未満であれば、ハンドリング性及び製膜性を維持することができる。かかる観点から、前記無機フィラーの含有量は、90質量%未満であるのが好ましく、中でも85質量%以下、中でも80質量%以下、その中でも75質量%以下であるのがさらに好ましい。
前記窒化ホウ素凝集粒子の含有量は、全無機フィラー100質量%に対して、50質量%以上であるのが好ましい。
前記窒化ホウ素粒子の含有量が、全無機フィラー100質量%に対して、50質量%以上であれば、絶縁性と熱伝導性を高めることができる。
かかる観点から、前記窒化ホウ素凝集粒子の含有量は、全無機フィラー100質量%に対して、50質量%以上であるのが好ましく、中でも60質量%以上、その中でも70質量%以上であるのがさらに好ましい。
前記窒化ホウ素粒子の含有量が、全無機フィラー100質量%に対して、50質量%以上であれば、絶縁性と熱伝導性を高めることができる。
かかる観点から、前記窒化ホウ素凝集粒子の含有量は、全無機フィラー100質量%に対して、50質量%以上であるのが好ましく、中でも60質量%以上、その中でも70質量%以上であるのがさらに好ましい。
<溶剤>
本発明組成物は、必要に応じて、例えば、塗布工程を経てシート状硬化物を成形する際の塗布性の向上のために、溶剤として有機溶剤を含有してもよい。
本発明組成物が含有し得る有機溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどを挙げることができる。これらの有機溶剤は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明組成物は、必要に応じて、例えば、塗布工程を経てシート状硬化物を成形する際の塗布性の向上のために、溶剤として有機溶剤を含有してもよい。
本発明組成物が含有し得る有機溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどを挙げることができる。これらの有機溶剤は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明組成物が有機溶剤を含有する場合、その含有量は、本熱伝導性シート作製時の取り扱い性等に応じて適宜決定される。通常、有機溶剤は、本発明組成物中の固形分(溶剤以外の成分の合計)濃度が10質量%以上90質量%以下となるように用いることが好ましく、特に40質量%以上或いは80質量%以下となるように用いることが好ましい。
また、本発明組成物をシート状に形成する場合、有機溶剤は、本発明組成物中の固形分(溶剤以外の成分の合計)濃度が95質量%以上、より好ましくは97質量%以上、さらに好ましくは98質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上となるように用いることが好ましい。
また、本発明組成物をシート状に形成する場合、有機溶剤は、本発明組成物中の固形分(溶剤以外の成分の合計)濃度が95質量%以上、より好ましくは97質量%以上、さらに好ましくは98質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上となるように用いることが好ましい。
<その他の成分>
本発明組成物は、上記成分以外に、他の成分を含有してもよい。
当該他の成分としては、例えば、分散剤、熱可塑性樹脂、有機フィラー、無機フィラーと樹脂成分との界面接着強度を改善するシランカップリング剤などの添加剤、本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着強度を高める効果を期待できる添加剤、還元剤等の絶縁性炭素成分、粘度調整剤、チキソ性付与剤、難燃剤、着色剤、リン系、フェノール系他の各種酸化防止剤、フェノールアクリレート系他のプロセス安定剤、熱安定剤、ヒンダードアミン系ラジカル補足剤(HAAS)、衝撃改良剤、加工助剤、金属不活化剤、銅害防止剤、帯電防止剤、増量剤等を挙げることができる。
これらの添加剤を使用する場合の添加量は、通常、これらの目的に使用される量の範囲であればよい。
本発明組成物は、上記成分以外に、他の成分を含有してもよい。
当該他の成分としては、例えば、分散剤、熱可塑性樹脂、有機フィラー、無機フィラーと樹脂成分との界面接着強度を改善するシランカップリング剤などの添加剤、本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着強度を高める効果を期待できる添加剤、還元剤等の絶縁性炭素成分、粘度調整剤、チキソ性付与剤、難燃剤、着色剤、リン系、フェノール系他の各種酸化防止剤、フェノールアクリレート系他のプロセス安定剤、熱安定剤、ヒンダードアミン系ラジカル補足剤(HAAS)、衝撃改良剤、加工助剤、金属不活化剤、銅害防止剤、帯電防止剤、増量剤等を挙げることができる。
これらの添加剤を使用する場合の添加量は、通常、これらの目的に使用される量の範囲であればよい。
(シランカップリング剤)
本発明組成物は、必要に応じて、シランカップリング剤を含むのが好ましい。
シランカップリング剤を配合することにより、無機フィラーと熱硬化性化合物との界面接着強度を高めることができ、本発明組成物を硬化させた際にボイド等を抑えて絶縁耐性や絶縁安定性を保つことができる。
本発明組成物は、必要に応じて、シランカップリング剤を含むのが好ましい。
シランカップリング剤を配合することにより、無機フィラーと熱硬化性化合物との界面接着強度を高めることができ、本発明組成物を硬化させた際にボイド等を抑えて絶縁耐性や絶縁安定性を保つことができる。
シランカップリング剤としては、例えば、N-フェニルγ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等を挙げることができる。これのうちの一種を単独で用いることも、また、2種類以上を組みあわせて利用することもできる。
シランカップリング剤の含有量は、無機フィラーと熱硬化性化合物との界面の密着性を向上させる観点から、全無機フィラー100質量部に対して、0.05質量部以上が好ましく、中でも0.1質量部以上、その中でも0.15質量部以上、その中でも0.18質量部以上がより好ましい。他方、耐熱性を維持する観点から、全無機フィラー100質量部に対して、5質量部以下が好ましく、中でも3質量部以下、その中でも1質量部以下がより好ましい。
<<本発明組成物の用途>>
本発明組成物は、加熱することにより本硬化物とすることができる。
また、本発明組成物をシート状に成形することにより本熱硬化性シートとすることができ、本熱硬化性シートを硬化させることにより本シート状硬化物を形成することができ、本熱伝導性シートとして利用することができる。
そして、本硬化物や本熱伝導性シートは、各種用途に用いることができる。例えば後述する複合成形体、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置などの構成部材として利用することができる。但し、これらの用途に限定されるものではない。
本発明組成物は、加熱することにより本硬化物とすることができる。
また、本発明組成物をシート状に成形することにより本熱硬化性シートとすることができ、本熱硬化性シートを硬化させることにより本シート状硬化物を形成することができ、本熱伝導性シートとして利用することができる。
そして、本硬化物や本熱伝導性シートは、各種用途に用いることができる。例えば後述する複合成形体、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置などの構成部材として利用することができる。但し、これらの用途に限定されるものではない。
<本熱硬化性シートの製造方法>
次に、本熱硬化性シートの製造方法の一例について説明する。
次に、本熱硬化性シートの製造方法の一例について説明する。
本熱硬化性シートは、本発明組成物をシート状に製膜し(この工程を「製膜工程」とも称する)、必要に応じて乾燥し(この工程を「乾燥工程」とも称する)、必要に応じて0℃以下の温度環境下に置く低温エージングを行い(この工程を「低温エージング工程」とも称する)、さらに必要に応じて加圧する(この工程を「加圧工程」とも称する)ことで得ることができる。
本熱硬化性シートの製造方法の一例として、本発明組成物をシート状に製膜し、0℃以下の環境温度下に置く低温エージングを行うことを特徴とする製造方法を挙げることができる。
但し、各工程の順序を適宜入れ替えることは可能である。例えば、加圧工程後に低温エージング工程を実施してもよい。
本熱硬化性シートの製造方法の一例として、本発明組成物をシート状に製膜し、0℃以下の環境温度下に置く低温エージングを行うことを特徴とする製造方法を挙げることができる。
但し、各工程の順序を適宜入れ替えることは可能である。例えば、加圧工程後に低温エージング工程を実施してもよい。
(製膜工程)
例えば、熱硬化性化合物及び無機フィラー、さらに必要に応じて上記他の成分(原料)を混合し、これに必要に応じて上記溶剤を加えて混練してスラリー状の本発明組成物を調製する。このスラリー状の本発明組成物を、ブレード法などの塗布法、溶剤キャスト法又は押し出し製膜法等の方法でシート状に成形することができる。
例えば、熱硬化性化合物及び無機フィラー、さらに必要に応じて上記他の成分(原料)を混合し、これに必要に応じて上記溶剤を加えて混練してスラリー状の本発明組成物を調製する。このスラリー状の本発明組成物を、ブレード法などの塗布法、溶剤キャスト法又は押し出し製膜法等の方法でシート状に成形することができる。
上記塗布法によりシート状に製膜する場合、先ず基材の表面に、スラリー状の本発明組成物を塗布して塗膜を形成する。即ち、スラリー状の本発明組成物を用いて、ディップ法、スピンコート法、スプレーコート法、ブレード法、その他の任意の方法で基材上に塗膜を形成する。
スラリー状の本発明組成物の塗布には、スピンコーター、スリットコーター、ダイコーター、ブレードコーターなどの塗布装置を用いることができる。このような塗布装置により、基材上に所定の膜厚の塗膜を均一に形成することが可能である。
なお、基材としては、後述の銅板乃至銅箔やPETフィルムが一般的に用いられるが、何ら限定されるものではない。
スラリー状の本発明組成物の塗布には、スピンコーター、スリットコーター、ダイコーター、ブレードコーターなどの塗布装置を用いることができる。このような塗布装置により、基材上に所定の膜厚の塗膜を均一に形成することが可能である。
なお、基材としては、後述の銅板乃至銅箔やPETフィルムが一般的に用いられるが、何ら限定されるものではない。
(乾燥工程)
上記のようにシート状に製膜した本発明組成物は、溶剤や低分子成分の除去のために、通常10~150℃、中でも25℃以上或いは120℃以下、その中でも30℃以上或いは110℃以下、その中でも100℃以下の温度(加熱雰囲気温度)で乾燥する。
乾燥温度が上記上限値以下であることで、本発明組成物中の樹脂の硬化が抑制され、その後の加圧工程でシート状の本発明組成物中の樹脂が流動してボイドを除去しやすくなる傾向がある。乾燥温度が上記下限値以上であることで、効果的に溶剤を取り除くことができ生産性が向上する傾向にある。
乾燥時間は、特に限定されず、本発明組成物の状態、乾燥環境等によって適宜調整することができる。乾燥時間は、好ましくは1分以上であり、より好ましくは2分以上、さらに好ましくは5分以上である。乾燥時間は、好ましくは24時間以下であり、より好ましくは10時間以下であり、さらに好ましくは4時間以下であり、特に好ましくは2時間以下である。
乾燥時間が上記下限値以上であることで、十分に溶剤が除去でき、残留溶剤が本シート状硬化物内でボイドを形成するのを抑制できる傾向にある。乾燥時間が上記上限値以下であることで、生産性が向上し、製造コストを抑制できる傾向にある。
上記のようにシート状に製膜した本発明組成物は、溶剤や低分子成分の除去のために、通常10~150℃、中でも25℃以上或いは120℃以下、その中でも30℃以上或いは110℃以下、その中でも100℃以下の温度(加熱雰囲気温度)で乾燥する。
乾燥温度が上記上限値以下であることで、本発明組成物中の樹脂の硬化が抑制され、その後の加圧工程でシート状の本発明組成物中の樹脂が流動してボイドを除去しやすくなる傾向がある。乾燥温度が上記下限値以上であることで、効果的に溶剤を取り除くことができ生産性が向上する傾向にある。
乾燥時間は、特に限定されず、本発明組成物の状態、乾燥環境等によって適宜調整することができる。乾燥時間は、好ましくは1分以上であり、より好ましくは2分以上、さらに好ましくは5分以上である。乾燥時間は、好ましくは24時間以下であり、より好ましくは10時間以下であり、さらに好ましくは4時間以下であり、特に好ましくは2時間以下である。
乾燥時間が上記下限値以上であることで、十分に溶剤が除去でき、残留溶剤が本シート状硬化物内でボイドを形成するのを抑制できる傾向にある。乾燥時間が上記上限値以下であることで、生産性が向上し、製造コストを抑制できる傾向にある。
(低温エージング工程)
次に、こうして成形したシート状の本発明組成物を0℃以下の温度環境下に置く低温エージングを実施するのが好ましい。
シート状の本発明組成物に対してこのような低温エージングを行うことにより、シート内部の水分を微小な氷として氷結分散させることができ、室温に戻した後も微細な空間に閉じ込められた水分の小部屋を作ることで、大きなボイドを生じないで絶縁性の悪化を防ぎつつ、シートを屈曲させた際の割れの発生を抑制することができる。
次に、こうして成形したシート状の本発明組成物を0℃以下の温度環境下に置く低温エージングを実施するのが好ましい。
シート状の本発明組成物に対してこのような低温エージングを行うことにより、シート内部の水分を微小な氷として氷結分散させることができ、室温に戻した後も微細な空間に閉じ込められた水分の小部屋を作ることで、大きなボイドを生じないで絶縁性の悪化を防ぎつつ、シートを屈曲させた際の割れの発生を抑制することができる。
低温エージングにおける温度(環境温度)は、冷却速度が速い方が微小な氷となるため、より低温であるのが好ましい。かかる観点から、0℃以下であるのが好ましく、中でも-5℃以下、その中でも-10℃以下、その中でも-15℃以下であるのがさらに好ましい。他方、温度が低すぎると、未硬化状態である本熱硬化性シートのガラス転移温度(Tg)以下になり、割れやすくなるから、-50℃以上であるのが好ましく、エポキシ化合物を含む場合には、中でも-30℃以上、その中でも-25℃以上であるのがさらに好ましい。
低温エージングを施す時間は、本発明組成物が冷凍されれば、特に限定するものではない。急速冷凍して10分以上保持すればよく、中でも30分以上、その中でも1時間以上保持するのが好ましく、2時間以上保持するのがより好ましく、4時間以上保持するのがより好ましく、8時間以上保持するのがより好ましく、16時間以上保持するのがより好ましく、24時間以上保持するのがより好ましい。他方、エポキシ化合物は低温でも徐々に反応が進むため、長期間放置することを避ける観点から、365日以下であるのが好ましく、中でも180日以下、中でも90日以下、中でも30日以下、その中でも7日以下であるのが好ましい。
なお、低温エージングの際に圧力を加えることは不要であるが、0.1kPa以下の微小圧力を加えても構わない。
(加圧工程)
次に、無機フィラー同士を接合させ熱伝導パスを形成する目的、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シート内のボイドや空隙をなくす目的、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シートと基材との密着性を向上させる目的等から、得られたシート状の本発明組成物に加圧を行うことが望ましい。
但し、目的によっては、加圧しなくてもよい。
例えば溶剤が多い場合や無機フィラーが多い場合などの場合、溶剤が抜けた孔が多く残ることがあるため、このような場合に加圧工程を実施するのが好ましい。加圧工程を実施することにより、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シート内部の空隙(ボイド)、特に連通孔を減らしたり、小さくしたりすることができる。
次に、無機フィラー同士を接合させ熱伝導パスを形成する目的、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シート内のボイドや空隙をなくす目的、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シートと基材との密着性を向上させる目的等から、得られたシート状の本発明組成物に加圧を行うことが望ましい。
但し、目的によっては、加圧しなくてもよい。
例えば溶剤が多い場合や無機フィラーが多い場合などの場合、溶剤が抜けた孔が多く残ることがあるため、このような場合に加圧工程を実施するのが好ましい。加圧工程を実施することにより、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シート内部の空隙(ボイド)、特に連通孔を減らしたり、小さくしたりすることができる。
加圧工程では、基材上のシート状の本発明組成物に2MPa以上の荷重をかけて実施することが望ましい。
加圧方法としては、例えば平板プレス、静水圧プレス、真空プレス、カレンダープレス、ベルトプレス、サーボプレス等を挙げることができる。但し、これらの方法に限定するものではない。
荷重は、好ましくは5MPa以上であり、より好ましくは7MPa以上であり、さらに好ましくは9MPa以上である。また、荷重は、好ましくは1500MPa以下であり、より好ましくは1000MPa以下であり、さらに好ましくは800MPa以下である。
加圧時の荷重を上記上限値以下とすることにより、無機フィラー例えば窒化ホウ素凝集粒子の二次粒子が破壊することなく、シート状の本発明組成物中の空隙を無くすことができ、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シートの熱伝導率を高めることができる。荷重を上記下限値以上とすることにより、無機フィラー間の接触が良好となり、熱伝導パスを形成しやすくなるため、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導シートの熱伝導性を高めることができる。
加圧方法としては、例えば平板プレス、静水圧プレス、真空プレス、カレンダープレス、ベルトプレス、サーボプレス等を挙げることができる。但し、これらの方法に限定するものではない。
荷重は、好ましくは5MPa以上であり、より好ましくは7MPa以上であり、さらに好ましくは9MPa以上である。また、荷重は、好ましくは1500MPa以下であり、より好ましくは1000MPa以下であり、さらに好ましくは800MPa以下である。
加圧時の荷重を上記上限値以下とすることにより、無機フィラー例えば窒化ホウ素凝集粒子の二次粒子が破壊することなく、シート状の本発明組成物中の空隙を無くすことができ、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導性シートの熱伝導率を高めることができる。荷重を上記下限値以上とすることにより、無機フィラー間の接触が良好となり、熱伝導パスを形成しやすくなるため、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導シートの熱伝導性を高めることができる。
加圧工程における、基板上のシート状の本発明組成物の加熱温度は、特に限定されない。加熱温度(品温)は、好ましくは0℃以上であり、より好ましくは5℃以上、さらに好ましくは10℃以上である。加熱温度は、好ましくは300℃以下であり、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下、よりさらに好ましくは100℃以下、特に好ましくは90℃以下である。
この温度範囲で加圧工程を行うことにより、シート状の本発明組成物中の樹脂の溶融粘度を低下させることができ、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導シート内のボイドや空隙をより低減することができる。また、上記上限値以下で加熱することで、本熱硬化性シート及びその硬化物すなわち本熱伝導シート中の有機成分の分解、残留溶剤により発生するボイドを抑制できる傾向にある。
この温度範囲で加圧工程を行うことにより、シート状の本発明組成物中の樹脂の溶融粘度を低下させることができ、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導シート内のボイドや空隙をより低減することができる。また、上記上限値以下で加熱することで、本熱硬化性シート及びその硬化物すなわち本熱伝導シート中の有機成分の分解、残留溶剤により発生するボイドを抑制できる傾向にある。
加圧工程の時間は、特に限定されない。加圧工程の時間は、好ましくは30秒以上であり、より好ましくは1分以上、さらに好ましくは3分以上、特に好ましくは5分以上である。加圧工程の時間は、好ましくは1時間以下であり、より好ましくは30分以下、さらに好ましくは20分以下である。
加圧時間が上記上限値以下であることで、本熱硬化性シートの製造時間を抑制することができ、生産コストを短縮できる傾向にある。加圧時間が上記下限値以上であることで、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導シート内の空隙やボイドを十分に取り除くことができ、熱伝達性能や耐電圧特性を向上できる傾向にある。
加圧時間が上記上限値以下であることで、本熱硬化性シートの製造時間を抑制することができ、生産コストを短縮できる傾向にある。加圧時間が上記下限値以上であることで、本熱硬化性シートの硬化物すなわち本熱伝導シート内の空隙やボイドを十分に取り除くことができ、熱伝達性能や耐電圧特性を向上できる傾向にある。
<本硬化物及び本シート状硬化物>
本硬化物及び本シート状硬化物は、前述したような物性、すなわち、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)、190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、25℃における厚み方向の熱伝導率、厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧、体積抵抗率(1000V、200℃)、吸湿率、200℃での貯蔵弾性率、及び、ガラス転移温度(Tg)を前述のような範囲とすることができる。
本硬化物及び本シート状硬化物は、前述したような物性、すなわち、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)、190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、25℃における厚み方向の熱伝導率、厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧、体積抵抗率(1000V、200℃)、吸湿率、200℃での貯蔵弾性率、及び、ガラス転移温度(Tg)を前述のような範囲とすることができる。
<本熱伝導性シート>
本発明の実施形態の一例に係る本熱伝導性シートは、本硬化物から形成された熱伝導性シートであればよい。言い換えれば、本シート状硬化物からなる熱伝導性シートであればよい。
本熱伝導性シートについても、前述したような物性、すなわち、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)、190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、25℃における厚み方向の熱伝導率、絶縁破壊電圧、体積抵抗率(1000V、200℃)、吸湿率、200℃での貯蔵弾性率、及び、ガラス転移温度(Tg)を前述のような範囲とすることができる。
本発明の実施形態の一例に係る本熱伝導性シートは、本硬化物から形成された熱伝導性シートであればよい。言い換えれば、本シート状硬化物からなる熱伝導性シートであればよい。
本熱伝導性シートについても、前述したような物性、すなわち、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギー、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyに対する、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxの比率(x/y)、190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、150℃での3点曲げ測定により得られるヤング率、25℃における厚み方向の熱伝導率、絶縁破壊電圧、体積抵抗率(1000V、200℃)、吸湿率、200℃での貯蔵弾性率、及び、ガラス転移温度(Tg)を前述のような範囲とすることができる。
(厚み)
本熱伝導性シートの厚みの下限値は、50μm以上が好ましく、60μm以上がより好ましく、70μm以上がさらに好ましい。他方、厚みの上限値は、400μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、250μm以下がさらに好ましい。
本熱伝導性シートの厚みを50μm以上とすることで、十分な耐電圧特性を確保できる。一方、400μm以下とすることで、特に熱伝導性シートをパワー半導体装置等に用いる場合、小型化や薄型化が達成可能であり、また、セラミックス材料による絶縁性熱伝導性層に比較して、薄膜化による厚み方向の熱抵抗低減の効果を得ることができる。
本熱伝導性シートの厚みの下限値は、50μm以上が好ましく、60μm以上がより好ましく、70μm以上がさらに好ましい。他方、厚みの上限値は、400μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましく、250μm以下がさらに好ましい。
本熱伝導性シートの厚みを50μm以上とすることで、十分な耐電圧特性を確保できる。一方、400μm以下とすることで、特に熱伝導性シートをパワー半導体装置等に用いる場合、小型化や薄型化が達成可能であり、また、セラミックス材料による絶縁性熱伝導性層に比較して、薄膜化による厚み方向の熱抵抗低減の効果を得ることができる。
<本熱伝導性シートの製造方法>
次に、本熱伝導性シートの製造方法の一例について説明する。
次に、本熱伝導性シートの製造方法の一例について説明する。
本熱伝導性シートは、前述のようにして作製した本熱硬化性シートを硬化させてシート状硬化物としての本熱伝導性シートを作製することができる(この工程を「硬化工程」とも称する)。
(硬化工程)
前述のようにして作製した本熱硬化性シートは加熱することで硬化させることができる。
この際、加熱温度(品温)は30~400℃であるのが好ましく、中でも50℃以上、その中でも90℃以上、その中でも120℃以上、その中でも150℃以上、その中でも175℃以上であるのが好ましい。他方、中でも300℃以下であるのが好ましく、その中でも250℃以下であるのがさらに好ましい。
前述のようにして作製した本熱硬化性シートは加熱することで硬化させることができる。
この際、加熱温度(品温)は30~400℃であるのが好ましく、中でも50℃以上、その中でも90℃以上、その中でも120℃以上、その中でも150℃以上、その中でも175℃以上であるのが好ましい。他方、中でも300℃以下であるのが好ましく、その中でも250℃以下であるのがさらに好ましい。
本熱硬化性シートを完全に硬化反応を行わせる硬化工程は、加圧下で行ってもよく、無加圧で行ってもよい。なお、加圧工程と硬化工程を同時に行っても構わない。
特に加圧工程と硬化工程を経るシート化工程においては、上記の範囲の荷重をかけて、加圧、硬化を行うことが好ましい。
特に加圧工程と硬化工程を経るシート化工程においては、上記の範囲の荷重をかけて、加圧、硬化を行うことが好ましい。
加圧と硬化を同時に行う場合の荷重は特に限定されない。この場合、例えば、基材上の本熱硬化性シートに5MPa以上の荷重をかけて実施することが好ましく、その際の荷重は、より好ましくは7MPa以上であり、さらに好ましくは9MPa以上である。また、荷重は好ましくは2000MPa以下であり、より好ましくは1500MPa以下、より好ましくは1000MPa以下であり、さらに好ましくは500MPa以下であり、さらに好ましくは100MPa以下である。
加圧と硬化を同時に行う場合の荷重を上記上限値以下とすることにより、無機フィラー例えば窒化ホウ素凝集粒子の二次粒子が破壊することなく、本熱硬化性シート中に空隙などを無くすことができ、本熱伝導性シートの熱伝導性を高めることができる。また、荷重を上記下限値以上とすることにより、無機フィラー間の接触が良好となり、熱伝導パスを形成しやすくなるため、本熱伝導性シートの熱伝導性を高めることができる。
加圧と硬化を同時に行う場合の荷重を上記上限値以下とすることにより、無機フィラー例えば窒化ホウ素凝集粒子の二次粒子が破壊することなく、本熱硬化性シート中に空隙などを無くすことができ、本熱伝導性シートの熱伝導性を高めることができる。また、荷重を上記下限値以上とすることにより、無機フィラー間の接触が良好となり、熱伝導パスを形成しやすくなるため、本熱伝導性シートの熱伝導性を高めることができる。
加圧と硬化を同時に行う場合の加圧時間は特に限定されない。加圧時間は好ましくは30秒以上であり、より好ましくは1分以上、さらに好ましくは3分以上、特に好ましくは5分以上である。また、加圧時間は好ましくは4時間以下であり、より好ましくは3時間以下、さらに好ましくは2時間以下である。
加圧時間が上記上限値以下であることで、本熱伝導性シートの製造時間を短縮でき、生産コストを短縮できる傾向にある。加圧時間が上記下限値以上であることで、本熱伝導性シート内の空隙やボイドを十分に取り除くことができ、熱伝達性能や耐電圧特性を向上できる傾向にある。
加圧時間が上記上限値以下であることで、本熱伝導性シートの製造時間を短縮でき、生産コストを短縮できる傾向にある。加圧時間が上記下限値以上であることで、本熱伝導性シート内の空隙やボイドを十分に取り除くことができ、熱伝達性能や耐電圧特性を向上できる傾向にある。
<本複合成形体>
本発明の実施形態の一例としての複合成形体(「本複合成形体」とも称する)は、本発明組成物のシート状硬化物、すなわち、本熱伝導性シートからなる硬化物部と金属部とを有し、当該硬化物部と金属部とが積層一体化されてなるものである。
この際、当該金属部は、本熱伝導性シートからなる硬化物部の一つの面にのみ設けられていてもよく、2以上の面に設けられてもよい。例えば、本熱伝導性シートの一方の面にのみ金属部を有するものであってもよく、両面に金属部を有するものであってもよい。また、金属部は、パターニングされていてもよい。
本発明の実施形態の一例としての複合成形体(「本複合成形体」とも称する)は、本発明組成物のシート状硬化物、すなわち、本熱伝導性シートからなる硬化物部と金属部とを有し、当該硬化物部と金属部とが積層一体化されてなるものである。
この際、当該金属部は、本熱伝導性シートからなる硬化物部の一つの面にのみ設けられていてもよく、2以上の面に設けられてもよい。例えば、本熱伝導性シートの一方の面にのみ金属部を有するものであってもよく、両面に金属部を有するものであってもよい。また、金属部は、パターニングされていてもよい。
このような本複合成形体は、金属部を上記基材として用い、この基材上に、上記の方法に従って本熱伝導性シートを形成することで製造することができる。また、金属部とは別の基材上に形成した本熱伝導性シートを基材から剥した後、金属部となる金属部材上に加熱圧着することにより製造することもできる。
この場合、剥離剤により処理されていてもよいPET等の基材上に塗布すること以外は、上記と同様にして本熱伝導性シートを形成した後、基材から剥し取り、本熱伝導性シートを別の金属板上に載置し、或いは2枚の金属板間に挟んだ状態で、加圧することにより一体化すればよい。
この場合、剥離剤により処理されていてもよいPET等の基材上に塗布すること以外は、上記と同様にして本熱伝導性シートを形成した後、基材から剥し取り、本熱伝導性シートを別の金属板上に載置し、或いは2枚の金属板間に挟んだ状態で、加圧することにより一体化すればよい。
前記金属板としては、銅、アルミニウム、ニッケルメッキされた金属等よりなる厚さ10μm~10cm程度の金属板を用いることができる。また、金属板の表面は物理的に粗化処理がなされていてもよいし、化学的に表面処理剤等で処理されていてもよく、本熱伝導性シートと金属板や回路基板などの導電体との密着性の観点から、これらの処理がなされていることがより好ましい。
本複合成形体の具体例として、放熱積層体、放熱性回路基板及びパワー半導体装置などを挙げることができる。以下、これらについて順次説明する。但し、これらに限定するものではない。
<本放熱積層体>
本発明の実施形態の一例に係る放熱積層体(「本放熱積層体」とも称する)は、本熱伝導性シートを備えた積層体であればよい。
本発明の実施形態の一例に係る放熱積層体(「本放熱積層体」とも称する)は、本熱伝導性シートを備えた積層体であればよい。
本放熱積層体の一例として、本熱伝導性シートの一方の表面に、放熱性材料を含む放熱用金属層を積層したものを挙げることができる。
当該放熱性材料は、熱伝導性の良好な材質から成るものであれば特段限定されない。中でも、積層構成での熱伝導性を高くするために、放熱用金属材料を用いることが好ましく、中でも平板状の金属材料を用いることがより好ましい。
金属材料の材質は、特に限定されない。中でも、熱伝導性が良く、かつ比較的廉価である点から、銅板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等が好ましい。
金属材料の材質は、特に限定されない。中でも、熱伝導性が良く、かつ比較的廉価である点から、銅板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等が好ましい。
本熱伝導性シートと放熱用金属層との積層一体化に関しては、バッチプロセスであるプレス成形を好ましく用いることができる。この場合のプレス設備やプレス条件等は、前述の本熱伝導性シートを得るためのプレス成形条件と同じ範囲であってもよい。但し、必ずしも同じ範囲である必要はない。
<本放熱性回路基板>
本発明の実施形態の一例に係る放熱性回路基板(「本放熱性回路基板」とも称する)は、本熱伝導性シートを備えたものであればよい。
本放熱性回路基板の一例として、本熱伝導性シートの一方の表面に、上記放熱用金属層を積層し、前記本熱伝導性シートの放熱用金属層とは他方の表面に、導電回路、例えばエッチング処理等により回路基板を形成してなる構成を有するものを挙げることができる。具体的には、「放熱用金属層/本熱伝導性シート/導電回路」で一体化されたものを挙げることができる。回路エッチング前の状態としては、例えば「放熱用金属層/本熱伝導性シート/導電回路形成用金属層」の一体化構成で、導電回路形成用金属層が平板状であり、本熱伝導性シートの片面側全表面に形成されたものや、一部面積で形成されたものが挙げられる。
本発明の実施形態の一例に係る放熱性回路基板(「本放熱性回路基板」とも称する)は、本熱伝導性シートを備えたものであればよい。
本放熱性回路基板の一例として、本熱伝導性シートの一方の表面に、上記放熱用金属層を積層し、前記本熱伝導性シートの放熱用金属層とは他方の表面に、導電回路、例えばエッチング処理等により回路基板を形成してなる構成を有するものを挙げることができる。具体的には、「放熱用金属層/本熱伝導性シート/導電回路」で一体化されたものを挙げることができる。回路エッチング前の状態としては、例えば「放熱用金属層/本熱伝導性シート/導電回路形成用金属層」の一体化構成で、導電回路形成用金属層が平板状であり、本熱伝導性シートの片面側全表面に形成されたものや、一部面積で形成されたものが挙げられる。
導電回路形成用金属層の材料は、特に限定されない。中でも、一般的には電気伝導性やエッチング性の良さ、コスト面などの観点から、厚み0.05mm以上1.2mm以下の銅の薄板により形成されることが好ましい。
<本パワー半導体装置>
本発明の実施形態の一例に係るパワー半導体装置(「本パワー半導体装置」とも称する)は、複数個のパワー半導体を組合せた回路を1パッケージのモジュールに集積化した製品であり、本熱伝導性シートを備えたものであればよい。
本パワー半導体装置の一例として、本熱伝導性シートを放熱性回路基板としてパワー半導体を実装したものを挙げることができる。
本パワー半導体装置において、本熱伝導性シート又は本放熱積層体以外のアルミ配線、封止材、パッケージ材、ヒートシンク、サーマルペースト、はんだ等の部材は従来公知の部材を適宜採用できる。
本発明の実施形態の一例に係るパワー半導体装置(「本パワー半導体装置」とも称する)は、複数個のパワー半導体を組合せた回路を1パッケージのモジュールに集積化した製品であり、本熱伝導性シートを備えたものであればよい。
本パワー半導体装置の一例として、本熱伝導性シートを放熱性回路基板としてパワー半導体を実装したものを挙げることができる。
本パワー半導体装置において、本熱伝導性シート又は本放熱積層体以外のアルミ配線、封止材、パッケージ材、ヒートシンク、サーマルペースト、はんだ等の部材は従来公知の部材を適宜採用できる。
<<語句の説明>>
本発明において、「α~β」(α,βは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「α以上β以下」の意と共に、「好ましくはαより大きい」或いは「好ましくはβより小さい」の意も包含するものである。
また、「α以上」又は「α≦」(αは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「好ましくはαより大きい」の意を包含し、「β以下」又は「≦β」(βは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「好ましくはβより小さい」の意も包含するものである。
本発明において「シート」とは、シート、フィルム、テープを概念的に包含するものである。
また、本明細書において「乃至」の表現は、「及び/又は」の意味である。
本発明において、「α~β」(α,βは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「α以上β以下」の意と共に、「好ましくはαより大きい」或いは「好ましくはβより小さい」の意も包含するものである。
また、「α以上」又は「α≦」(αは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「好ましくはαより大きい」の意を包含し、「β以下」又は「≦β」(βは任意の数字)と記載した場合、特にことわらない限り「好ましくはβより小さい」の意も包含するものである。
本発明において「シート」とは、シート、フィルム、テープを概念的に包含するものである。
また、本明細書において「乃至」の表現は、「及び/又は」の意味である。
以下、本発明の実施例の一例について説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
<原材料>
実施例及び比較例で用いた原材料は以下のとおりである。
実施例及び比較例で用いた原材料は以下のとおりである。
(無機フィラー)
・無機フィラー1:国際公開第2015/561028号の実施例に開示される窒化ホウ素凝集粒子の製造方法に準拠して製造した、カードハウス構造を有する球状の窒化ホウ素凝集粒子
最大粒子径(Dmax):90μm
平均粒子径(D50):45μm
・無機フィラー1:国際公開第2015/561028号の実施例に開示される窒化ホウ素凝集粒子の製造方法に準拠して製造した、カードハウス構造を有する球状の窒化ホウ素凝集粒子
最大粒子径(Dmax):90μm
平均粒子径(D50):45μm
・無機フィラー2:アドマテックス社製
球状アルミナ粒子
平均粒子径(D50):7~13μm
球状アルミナ粒子
平均粒子径(D50):7~13μm
無機フィラーの最大粒子径(Dmax)及び平均粒子径(D50)は、分散安定剤としてヘキサメタリン酸ナトリウムを含む純水媒体中に無機フィラーを分散させ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA-300(堀場製作所社製)にて体積基準粒度分布を測定し、得られた粒度分布から求めた最大粒子径(Dmax)及び累積体積50%粒子径(平均粒子径(D50))である。
(エポキシ化合物)
・エポキシ化合物1:三菱ケミカル株式会社製、ビフェニル型固体エポキシ化合物、1分子内にグリシジル基を2個有する
質量平均分子量(Mw):約400
エポキシ当量(WPE):200g/当量
・エポキシ化合物1:三菱ケミカル株式会社製、ビフェニル型固体エポキシ化合物、1分子内にグリシジル基を2個有する
質量平均分子量(Mw):約400
エポキシ当量(WPE):200g/当量
・エポキシ化合物2:ナガセケムテックス株式会社製、1分子内にグリシジル基を4個以上有する構造を含む多官能エポキシ化合物
窒素原子を含有するアミン系もしくはアミド系の構造を含まない。
質量平均分子量(Mw):約400
エポキシ当量(WPE):100g/当量
窒素原子を含有するアミン系もしくはアミド系の構造を含まない。
質量平均分子量(Mw):約400
エポキシ当量(WPE):100g/当量
・エポキシ化合物3:三菱ケミカル株式会社製アルキルジグリシジルエーテル、1分子内にグリシジル基を2個有する多官能エポキシ化合物
質量平均分子量(Mw):約240
エポキシ当量(WPE):120g/当量
質量平均分子量(Mw):約240
エポキシ当量(WPE):120g/当量
・エポキシ化合物4:三菱ケミカル株式会社製、ビスフェノールA型ノボラック型固形エポキシ化合物、1分子内にグリシジル基を4個以上有する構造を含む多官能エポキシ化合物
窒素原子を含有するアミン系もしくはアミド系の構造を含まない。
質量平均分子量(Mw):1,000以上5,000未満
エポキシ当量(WPE):210g/当量
窒素原子を含有するアミン系もしくはアミド系の構造を含まない。
質量平均分子量(Mw):1,000以上5,000未満
エポキシ当量(WPE):210g/当量
・エポキシ化合物5:三菱ケミカル株式会社製、ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、1分子内にグリシジル基を2個有する多官能エポキシ化合物
質量平均分子量(Mw):約400
エポキシ当量(WPE):200g/当量
質量平均分子量(Mw):約400
エポキシ当量(WPE):200g/当量
(硬化剤)
・硬化剤1:UBE株式会社製、「H-4」、フェノール樹脂系硬化剤(フェノールノボラック)
・硬化剤2:四国化成株式会社製、P-d型ベンゾオキサジン、固体(25℃)、式(III)においてX2がCH2であるもの
・硬化剤3:明和化成株式会社製、「MEH-8000H」、フェノール樹脂系硬化剤(アリルフェノールノボラック)
・硬化剤1:UBE株式会社製、「H-4」、フェノール樹脂系硬化剤(フェノールノボラック)
・硬化剤2:四国化成株式会社製、P-d型ベンゾオキサジン、固体(25℃)、式(III)においてX2がCH2であるもの
・硬化剤3:明和化成株式会社製、「MEH-8000H」、フェノール樹脂系硬化剤(アリルフェノールノボラック)
(ポリマー)
・エポキシポリマー1:三菱ケミカル株式会社製、特開2020-63438号公報の樹脂成分1として開示される二官能エポキシポリマー、上記構造(2)及び構造(3)を有し、式(2)中のR3は構造(4)、式(3)中のR4、R5、R6、R7はすべてメチル基であった。
ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw):30,000
エポキシ当量(WPE):9,000g/当量
・エポキシポリマー1:三菱ケミカル株式会社製、特開2020-63438号公報の樹脂成分1として開示される二官能エポキシポリマー、上記構造(2)及び構造(3)を有し、式(2)中のR3は構造(4)、式(3)中のR4、R5、R6、R7はすべてメチル基であった。
ポリスチレン換算の質量平均分子量(Mw):30,000
エポキシ当量(WPE):9,000g/当量
(熱硬化性触媒)
・熱硬化性触媒1:2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、イミダゾールから誘導される構造とトリアジンから誘導される構造の両方を一分子中に有する(四国化成株式会社製、「キュアゾール 2E4MZ-A」)、融点:215-225℃
・熱硬化性触媒2:2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成社株式会社製、「キュアゾール 2PHZ-PW」)、融点:dec.230なので融点は230℃以上
・熱硬化性触媒1:2,4-ジアミノ-6-[2’-エチル-4’-メチルイミダゾリル-(1’)]-エチル-s-トリアジン、イミダゾールから誘導される構造とトリアジンから誘導される構造の両方を一分子中に有する(四国化成株式会社製、「キュアゾール 2E4MZ-A」)、融点:215-225℃
・熱硬化性触媒2:2-フェニル-4,5-ジヒドロキシメチルイミダゾール(四国化成社株式会社製、「キュアゾール 2PHZ-PW」)、融点:dec.230なので融点は230℃以上
(シランカップリング剤)
・シランカップリング剤1:グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製 KBM-403)
・シランカップリング剤1:グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製 KBM-403)
<実施例1~4、比較例1~5>
表1に示す組成(質量部)となるように各原材料秤量し、自転公転式撹拌装置を用いて混合して混合物とした。この混合物を調製する際、上記混合物が塗布スラリーのうち、60質量%(固形分濃度)となるように、メチルエチルケトンとシクロヘキサノンを各20質量%ずつ用いてスラリー状の熱硬化性組成物を調製した。
表1に示す組成(質量部)となるように各原材料秤量し、自転公転式撹拌装置を用いて混合して混合物とした。この混合物を調製する際、上記混合物が塗布スラリーのうち、60質量%(固形分濃度)となるように、メチルエチルケトンとシクロヘキサノンを各20質量%ずつ用いてスラリー状の熱硬化性組成物を調製した。
得られたスラリー状の熱硬化性組成物を、ドクターブレード法でPET製基材に塗布し、60℃(加熱雰囲気温度)で120分間加熱乾燥を行い、シート状の熱硬化性組成物を得た。シート状の熱硬化性組成物中のメチルエチルケトン及びシクロヘキサノンの合計の含有量は1質量%以下であった。
次いで、実施例1~4及び比較例1~4については、シート状の熱硬化性組成物を真空パック袋に入れ、袋内の空気を排出した後、袋の開口部をヒートシールして密封した。そして、この袋を、-20℃の冷凍庫内に72時間保管して低温エージングを実施した。比較例5については、前記低温エージングを行わず、シート状の熱硬化性組成物を入れ、密封した真空パック袋を60℃の環境下にて72時間でエージングを行った。
次いで、実施例1~4及び比較例1~5で得たシート状の熱硬化性組成物を加圧プレス機にセットし、40℃で、150MPaの荷重が10分間かかるように加圧して、シート状の熱硬化性組成物(サンプル)を作製した。
次いで、実施例1~4及び比較例1~4については、シート状の熱硬化性組成物を真空パック袋に入れ、袋内の空気を排出した後、袋の開口部をヒートシールして密封した。そして、この袋を、-20℃の冷凍庫内に72時間保管して低温エージングを実施した。比較例5については、前記低温エージングを行わず、シート状の熱硬化性組成物を入れ、密封した真空パック袋を60℃の環境下にて72時間でエージングを行った。
次いで、実施例1~4及び比較例1~5で得たシート状の熱硬化性組成物を加圧プレス機にセットし、40℃で、150MPaの荷重が10分間かかるように加圧して、シート状の熱硬化性組成物(サンプル)を作製した。
<測定・評価>
各実施例・比較例で用いた原材料について、次のようにWPE測定を行うと共に、シート状の熱硬化性組成物(サンプル)の硬化物(シート状硬化物)について、次のように、3点曲げ測定、熱伝導率、絶縁破壊電圧、体積抵抗率、吸湿率、貯蔵弾性率、ガラス転移温度(Tg)の測定を行い、さらに、リフロー耐性評価試験、シンター耐性評価試験を行い、各実施例及び比較例の結果を表1に示した。
各実施例・比較例で用いた原材料について、次のようにWPE測定を行うと共に、シート状の熱硬化性組成物(サンプル)の硬化物(シート状硬化物)について、次のように、3点曲げ測定、熱伝導率、絶縁破壊電圧、体積抵抗率、吸湿率、貯蔵弾性率、ガラス転移温度(Tg)の測定を行い、さらに、リフロー耐性評価試験、シンター耐性評価試験を行い、各実施例及び比較例の結果を表1に示した。
なお、表1において、シート状の熱硬化性組成物(サンプル)の硬化物(シート状硬化物)について、熱硬化性組成物中の各成分の量を示す数値は、各成分の質量割合(質量部)を示し、「WPE」は、熱硬化性組成物から溶剤と無機フィラーを除いた樹脂成分のエポキシ当量(g/当量)である。
(樹脂成分のエポキシ当量(WPE)測定)
各実施例及び比較例で用いた樹脂成分(熱硬化性組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分)、すなわち、エポキシ化合物1,2,3,4,5、硬化剤1,2,3、エポキシポリマー1、熱硬化性触媒1,2、シランカップリング剤1を、下記表1に示す質量比で混合して得た熱硬化性組成物について、JIS K7236に準拠して、電位差滴定法により電位を測定し、樹脂成分全体の値に換算してエポキシ当量(g/当量)を求めた。
各実施例及び比較例で用いた樹脂成分(熱硬化性組成物から溶剤と無機フィラーを除いた成分)、すなわち、エポキシ化合物1,2,3,4,5、硬化剤1,2,3、エポキシポリマー1、熱硬化性触媒1,2、シランカップリング剤1を、下記表1に示す質量比で混合して得た熱硬化性組成物について、JIS K7236に準拠して、電位差滴定法により電位を測定し、樹脂成分全体の値に換算してエポキシ当量(g/当量)を求めた。
(熱硬化性組成物の硬化物の3点曲げ測定)
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、4枚積層した状態で、10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分間、175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させて、厚み0.6mmのシート状硬化物を得、それを50mm×8mmに切り出すことで試験片とした。
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、4枚積層した状態で、10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分間、175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させて、厚み0.6mmのシート状硬化物を得、それを50mm×8mmに切り出すことで試験片とした。
得られた試験片を、オートグラフ AG-20kNXplus(島津製作所製)を用いて、以下の条件で測定を行った。
試験片形状:約50mm×8mm×0.6mm
試験温度:150℃、190℃
試験数:n=2
支点間距離:40mm
支持台半径:2mm
圧子半径:3.2mm
試験速度:0.01mm/sec
試験片形状:約50mm×8mm×0.6mm
試験温度:150℃、190℃
試験数:n=2
支点間距離:40mm
支持台半径:2mm
圧子半径:3.2mm
試験速度:0.01mm/sec
支点間の中央に、試験片上面から荷重を加え、試験片が破壊した点(破断点)で終了した。
ここで、ひずみεは次式より求めた。
ε=(6×ω×h)/(L×L)
式中、ωは破断点での変位(mm)、hは負荷をかける前の試験片の厚み(mm)、Lは支点間距離(mm)を示す。
また、破断曲げ応力σ(kPa)は、次式より求めた。
σ=(3×P×L)/(2×b×h×h)×1000
式中、Pは破断点での荷重(N)を示し、bは負荷をかける前の測定サンプルの幅(mm)を示し、hは負荷をかける前の試験片の厚み(mm)、Lは支点間距離(mm)を示す。
そして、縦軸を応力、横軸をひずみで表した応力-ひずみ曲線において、破断点までの曲線の下側の面積を算出することにより、単位体積当りの曲げ破断エネルギー(kPa)を求めた。
ここで、ひずみεは次式より求めた。
ε=(6×ω×h)/(L×L)
式中、ωは破断点での変位(mm)、hは負荷をかける前の試験片の厚み(mm)、Lは支点間距離(mm)を示す。
また、破断曲げ応力σ(kPa)は、次式より求めた。
σ=(3×P×L)/(2×b×h×h)×1000
式中、Pは破断点での荷重(N)を示し、bは負荷をかける前の測定サンプルの幅(mm)を示し、hは負荷をかける前の試験片の厚み(mm)、Lは支点間距離(mm)を示す。
そして、縦軸を応力、横軸をひずみで表した応力-ひずみ曲線において、破断点までの曲線の下側の面積を算出することにより、単位体積当りの曲げ破断エネルギー(kPa)を求めた。
上記応力-ひずみ曲線中、ひずみ0.01%~0.1%までの傾きをヤング率とし、次式より求めた。
ヤング率(GPa)={σ(ε;0.1)-σ(ε;0.01)}/(0.1-0.01)/1000000
ただし、 σ(ε;0.1)はひずみ0.1のときの応力とし、σ(ε;0.01)はひずみが0.01のときの応力とする。
ヤング率(GPa)={σ(ε;0.1)-σ(ε;0.01)}/(0.1-0.01)/1000000
ただし、 σ(ε;0.1)はひずみ0.1のときの応力とし、σ(ε;0.01)はひずみが0.01のときの応力とする。
(熱硬化性組成物のシート状硬化物の厚さ方向の熱伝導率の測定)
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、10MPaの荷重で加圧しながら、175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚み150μmのシート状硬化物(サンプル)を得た。
また、各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を2枚重ね、3枚重ね、又は、4枚重ねて、上記同様に加圧及び加熱することで、厚みの異なる4種類のシート状硬化物(サンプル)を得た。
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、10MPaの荷重で加圧しながら、175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚み150μmのシート状硬化物(サンプル)を得た。
また、各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を2枚重ね、3枚重ね、又は、4枚重ねて、上記同様に加圧及び加熱することで、厚みの異なる4種類のシート状硬化物(サンプル)を得た。
これら厚みの異なる4種類のシート状硬化物(サンプル)について、下記測定を実施して、シートの厚みに対する熱抵抗値で表される傾きから、定常法でのシート厚み方向の25℃における熱伝導率を測定した(ASTMD5470準拠)。
(1) 厚み:Mentor Graphics社製 T3Ster-DynTIMを用いて、プレス圧力3400kPaでプレスしたときの厚み(μm)
(2) 測定面積:Mentor Graphics社製 T3Ster-DynTIMを用いて測定する際の、熱を伝達する部分の面積(cm2)
(3) 熱抵抗値:Mentor Graphics社製 T3Ster-DynTIMを用いて、プレス圧力3400kPaでプレスしたときの熱抵抗値(K/W)
(4) 熱伝導率:厚みの異なる4種類のシート状硬化物(サンプル)の熱抵抗値を測定し、下記の式から熱伝導率(W/m・K)を算出する。
式:熱伝導率(W/m・K)=1/((傾き(熱抵抗値/厚み):K/(W・μm))×(面積:cm2))×10-2
(1) 厚み:Mentor Graphics社製 T3Ster-DynTIMを用いて、プレス圧力3400kPaでプレスしたときの厚み(μm)
(2) 測定面積:Mentor Graphics社製 T3Ster-DynTIMを用いて測定する際の、熱を伝達する部分の面積(cm2)
(3) 熱抵抗値:Mentor Graphics社製 T3Ster-DynTIMを用いて、プレス圧力3400kPaでプレスしたときの熱抵抗値(K/W)
(4) 熱伝導率:厚みの異なる4種類のシート状硬化物(サンプル)の熱抵抗値を測定し、下記の式から熱伝導率(W/m・K)を算出する。
式:熱伝導率(W/m・K)=1/((傾き(熱抵抗値/厚み):K/(W・μm))×(面積:cm2))×10-2
(熱硬化性組成物のシート状硬化物のBDV(絶縁破壊電圧)測定)
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、2mm厚の銅板に重ね、10MPaの荷重で加圧しながら175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間加熱して加熱加圧硬化により接着させて、銅板上に、厚さ150μmのシート状硬化物を積層して複合成形体(評価サンプル)を作製した。
複合成形体(評価サンプル)を絶縁油(3M社製「フロリナートFC-40」)に浸し、超高電圧耐圧試験器7470(計測技術研究所社製)を用いて、パターニングしたφ25mmの銅板上に電極を置いて、0.5kV電圧を印加し、1分ごとに500Vずつ昇圧していき、シート状硬化物が破壊されるまでの電圧(BDV:絶縁破壊電圧)を測定した。
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、2mm厚の銅板に重ね、10MPaの荷重で加圧しながら175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間加熱して加熱加圧硬化により接着させて、銅板上に、厚さ150μmのシート状硬化物を積層して複合成形体(評価サンプル)を作製した。
複合成形体(評価サンプル)を絶縁油(3M社製「フロリナートFC-40」)に浸し、超高電圧耐圧試験器7470(計測技術研究所社製)を用いて、パターニングしたφ25mmの銅板上に電極を置いて、0.5kV電圧を印加し、1分ごとに500Vずつ昇圧していき、シート状硬化物が破壊されるまでの電圧(BDV:絶縁破壊電圧)を測定した。
(熱硬化性組成物のシート状硬化物の体積抵抗率の測定)
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を8.5cm×8.5cmの試験片に切り出し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで得られた、厚さ150μmのシート状硬化物を評価サンプルとした。
この評価サンプルについて、測定装置:デジタル超抵抗/微小電流計5451(ACDMT社製)、レジスティビティ・チェンバ12708(エスペック社製)を用いて、以下の条件で体積抵抗率を測定した。
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を8.5cm×8.5cmの試験片に切り出し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで得られた、厚さ150μmのシート状硬化物を評価サンプルとした。
この評価サンプルについて、測定装置:デジタル超抵抗/微小電流計5451(ACDMT社製)、レジスティビティ・チェンバ12708(エスペック社製)を用いて、以下の条件で体積抵抗率を測定した。
主電極外径:50mm
ガード電極内径:70mm
測定温度条件:200℃
測定電圧:1000V
電源周波数:50Hz
電流リミッタ:10mA
ディスチャージ時間:10秒
チャージ時間:1分
測定間隔:2秒
測定回数:90秒
ガード電極内径:70mm
測定温度条件:200℃
測定電圧:1000V
電源周波数:50Hz
電流リミッタ:10mA
ディスチャージ時間:10秒
チャージ時間:1分
測定間隔:2秒
測定回数:90秒
(熱硬化性組成物のシート状硬化物の吸湿率の測定)
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を6cm×7cmに切り出し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚さ150μmのシート状硬化物を得、評価サンプルとした。
この評価サンプルを150℃(品温)で1時間で乾燥し、質量aを測定した。さらに、それらのシート状の樹脂硬化物を、恒温恒湿機SH-221(エスペック社製)を用いて85℃、85%RHの環境に一定時間保管し、経時で質量を測定し、一定の質量(恒量)bになるまで保管した。下記式で質量増加率を算出し、この質量増加率を吸湿率とした。
吸湿率(質量%)=質量増加率(%)=((b-a)/a)×100
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を6cm×7cmに切り出し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚さ150μmのシート状硬化物を得、評価サンプルとした。
この評価サンプルを150℃(品温)で1時間で乾燥し、質量aを測定した。さらに、それらのシート状の樹脂硬化物を、恒温恒湿機SH-221(エスペック社製)を用いて85℃、85%RHの環境に一定時間保管し、経時で質量を測定し、一定の質量(恒量)bになるまで保管した。下記式で質量増加率を算出し、この質量増加率を吸湿率とした。
吸湿率(質量%)=質量増加率(%)=((b-a)/a)×100
(熱硬化性組成物のシート状硬化物の貯蔵弾性率(E’)測定)
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を3枚積層し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚さ450μmのシート状硬化物を得、この硬化物を4mm幅×50~60mm程度の長さに切り出して得た試験片を評価サンプルとした。
この評価サンプルについて、測定装置:日立ハイテクサイエンス社製「DMS6100」を用いて、以下の条件で貯蔵弾性率(E’)を測定し、200℃での貯蔵弾性率(E’)を表に示した。
測定温度条件:-110~270℃ 昇温速度 10℃/min
測定モード:引張モード
測定周波数:1Hz
チャック間:35mm
歪振幅(μm):5μm
力振幅初期値(mN):50mN
各実施例及び比較例で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を3枚積層し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚さ450μmのシート状硬化物を得、この硬化物を4mm幅×50~60mm程度の長さに切り出して得た試験片を評価サンプルとした。
この評価サンプルについて、測定装置:日立ハイテクサイエンス社製「DMS6100」を用いて、以下の条件で貯蔵弾性率(E’)を測定し、200℃での貯蔵弾性率(E’)を表に示した。
測定温度条件:-110~270℃ 昇温速度 10℃/min
測定モード:引張モード
測定周波数:1Hz
チャック間:35mm
歪振幅(μm):5μm
力振幅初期値(mN):50mN
(熱硬化性組成物のシート状硬化物のガラス転移温度(Tg)の測定)
上記の貯蔵弾性率測定と同様に評価サンプルを作製し、日立ハイテクサイエンス社製「DMS6100」を用いて、上記貯蔵弾性率測定と同条件で貯蔵弾性率と損失弾性率を測定し、Tanδのピーク値よりTg(℃)を求めた。
上記の貯蔵弾性率測定と同様に評価サンプルを作製し、日立ハイテクサイエンス社製「DMS6100」を用いて、上記貯蔵弾性率測定と同条件で貯蔵弾性率と損失弾性率を測定し、Tanδのピーク値よりTg(℃)を求めた。
(リフロー耐性評価)
#120ヤスリにより100回ずつ表面を粗化処理した厚さ500μm、2,000μmの銅板を用意した。これら銅板各1枚ずつで、各実施例・比較例で得たシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を挟み、2枚の銅板でその上下を挟んだ状態で、10MPaの圧力をかけ、その状態で、120℃(品温)で30分間、続いて175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間、加熱加圧を行って硬化させてリフロー試験用の複合成形体を得た。複合成形体のシート状硬化物の層厚みは150μmであった。
前記で得られた複合成形体をエッチング処理することで、500μmの銅板をパターニングした。パターンはφ25mmの円状パターンが2カ所残存するようにした。
上記のように作製したリフロー試験用の複合成形体を、恒温恒湿機SH-221(エスペック社製)を用いて85℃、85%RHの環境に3日保管した後、30分以内に窒素雰囲気下において室温から290℃(品温)まで12分で昇温し、290℃(品温)で10分保持した後、室温まで冷却した(吸湿リフロー試験)。
上記リフロー試験後のBDV(絶縁破壊電圧)が5kV未満の場合は、リフロー耐性の評価を「×:不合格」と評価し、5kV以上の場合は「〇:合格」と評価した。
#120ヤスリにより100回ずつ表面を粗化処理した厚さ500μm、2,000μmの銅板を用意した。これら銅板各1枚ずつで、各実施例・比較例で得たシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を挟み、2枚の銅板でその上下を挟んだ状態で、10MPaの圧力をかけ、その状態で、120℃(品温)で30分間、続いて175℃(品温)で30分間、続いて200℃(品温)で30分間、加熱加圧を行って硬化させてリフロー試験用の複合成形体を得た。複合成形体のシート状硬化物の層厚みは150μmであった。
前記で得られた複合成形体をエッチング処理することで、500μmの銅板をパターニングした。パターンはφ25mmの円状パターンが2カ所残存するようにした。
上記のように作製したリフロー試験用の複合成形体を、恒温恒湿機SH-221(エスペック社製)を用いて85℃、85%RHの環境に3日保管した後、30分以内に窒素雰囲気下において室温から290℃(品温)まで12分で昇温し、290℃(品温)で10分保持した後、室温まで冷却した(吸湿リフロー試験)。
上記リフロー試験後のBDV(絶縁破壊電圧)が5kV未満の場合は、リフロー耐性の評価を「×:不合格」と評価し、5kV以上の場合は「〇:合格」と評価した。
(シンター耐性評価)
化学的に表面を粗化処理した厚さ500μm、1,000μmの銅板を用意した。これら銅板各1枚ずつで、各実施例及び比較例で得たシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を挟んだ状態で、120℃(品温)で圧力10MPaをかけて30分間加圧を行い、続いて175℃(品温)で圧力10MPaをかけて30分間加圧を行い、続いて200℃(品温)で圧力10MPaをかけて30分間加圧を行って加熱加圧硬化させることで、シート状硬化物の上下に金属部(銅板)を有する積層体を作製し、それら金属部のうち厚さ500μmの銅板をエッチング処理することでパターニングして上面に回路パターンを有する複合成形体を得た。この際、シート状硬化物の層厚みは150μmであった。
化学的に表面を粗化処理した厚さ500μm、1,000μmの銅板を用意した。これら銅板各1枚ずつで、各実施例及び比較例で得たシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を挟んだ状態で、120℃(品温)で圧力10MPaをかけて30分間加圧を行い、続いて175℃(品温)で圧力10MPaをかけて30分間加圧を行い、続いて200℃(品温)で圧力10MPaをかけて30分間加圧を行って加熱加圧硬化させることで、シート状硬化物の上下に金属部(銅板)を有する積層体を作製し、それら金属部のうち厚さ500μmの銅板をエッチング処理することでパターニングして上面に回路パターンを有する複合成形体を得た。この際、シート状硬化物の層厚みは150μmであった。
次に、銀シンター工程を模した評価サンプルの作製を行った。
前記複合成形体の約100mm2の回路パターン上に、チップを模した厚み0.2mmt×5mm×4mmの銅板を置き、その上に、クッション材として0.1mmtのテフロンTMを被せて、複合成形体、銅板及びテフロンTMからなる積層体とし、この積層体をSUS板で挟み、250℃(品温)で、前記0.2mmtの銅板にかかる圧力が19MPaとなるように調整して10分間加熱加圧して評価サンプルを作製した。
前記複合成形体の約100mm2の回路パターン上に、チップを模した厚み0.2mmt×5mm×4mmの銅板を置き、その上に、クッション材として0.1mmtのテフロンTMを被せて、複合成形体、銅板及びテフロンTMからなる積層体とし、この積層体をSUS板で挟み、250℃(品温)で、前記0.2mmtの銅板にかかる圧力が19MPaとなるように調整して10分間加熱加圧して評価サンプルを作製した。
上記のように銀シンター工程を模した工程で得られた、加熱加圧後の評価サンプルを、超音波映像装置FinSAT(FS300III)(日立パワーソリューションズ製)により、厚さ500μmの銅板とシート状硬化物との界面を観察した。
なお、超音波映像装置による観察は、周波数50MHzのプローブを用い、ゲイン30dB、ピッチ0.1mmに設定し、評価サンプルを水中に置いて実施した。
銅板とシート状硬化物の界面に剥離が生じている場合は、シンター耐性の評価を「×:不合格」と評価し、剥離が生じていない場合は「〇:合格」と評価した。
なお、超音波映像装置による観察は、周波数50MHzのプローブを用い、ゲイン30dB、ピッチ0.1mmに設定し、評価サンプルを水中に置いて実施した。
銅板とシート状硬化物の界面に剥離が生じている場合は、シンター耐性の評価を「×:不合格」と評価し、剥離が生じていない場合は「〇:合格」と評価した。
(レーザーフラッシュ熱伝導率)
実施例1~2で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を3枚積層し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚さ約450μmのシート状硬化物を得、この硬化物を所定の大きさに切り出して得た試験片を評価サンプルとした。
下記のように熱拡散率、密度及び比熱を測定し、これらの値を用いて熱伝導率を求めた。
実施例1~2で作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を3枚積層し、その上下から10MPaの荷重で加圧しながら、120℃(品温)で30分、175℃(品温)で30分、続いて200℃(品温)で30分間加熱して硬化させることで、厚さ約450μmのシート状硬化物を得、この硬化物を所定の大きさに切り出して得た試験片を評価サンプルとした。
下記のように熱拡散率、密度及び比熱を測定し、これらの値を用いて熱伝導率を求めた。
=熱拡散率の測定=
下記の条件で、拡散率(m2/sec)を測定した。
測定装置:XeフラッシュアナライザーLFA447
測定温度:25℃~175℃昇温測定 (150℃,175℃結果)
評価サンプル:シート状1cm×1cm、厚み約400~500μm
下記の条件で、拡散率(m2/sec)を測定した。
測定装置:XeフラッシュアナライザーLFA447
測定温度:25℃~175℃昇温測定 (150℃,175℃結果)
評価サンプル:シート状1cm×1cm、厚み約400~500μm
=比熱の測定=
下記の条件で、比熱(J/KgK)を測定した。
分析方法:示差走査熱量分析
装置:Differential Scanning Calorimeter(DSC) 株式会社日立ハイテクサイエンス DSC600(電気冷却器)
試料量:約10mg
温度プログラム:0℃保持(5分)~50℃保持(5分)~150℃保持(5分)~200℃保持(5分) 昇温速度10 ℃/min
雰囲気:N2 30ml/min
試料容器:Al製試料容器
測定セット:空容器、標準試料+容器、試料+容器
標準試料:合成サファイア(9.925mg)[0.775J/g*℃(25℃) ]
測定:硬化物 の150℃と175℃の比熱を測定した。
下記の条件で、比熱(J/KgK)を測定した。
分析方法:示差走査熱量分析
装置:Differential Scanning Calorimeter(DSC) 株式会社日立ハイテクサイエンス DSC600(電気冷却器)
試料量:約10mg
温度プログラム:0℃保持(5分)~50℃保持(5分)~150℃保持(5分)~200℃保持(5分) 昇温速度10 ℃/min
雰囲気:N2 30ml/min
試料容器:Al製試料容器
測定セット:空容器、標準試料+容器、試料+容器
標準試料:合成サファイア(9.925mg)[0.775J/g*℃(25℃) ]
測定:硬化物 の150℃と175℃の比熱を測定した。
=線膨張率の測定=
下記の条件で、熱機械分析(TMA)により線膨張率を測定した。
測定装置:熱機械分析装置TMA7100((株)日立ハイテクサイエンス製)
測定モード:引張モード
サンプル:シート状30mm×3mm×400~500μm
チャック間:20mm
雰囲気:200mL/分 窒素フロー 、昇温速度:5℃/分
測定温度:1st step:-50~230℃ ,2nd step:230~-50℃ ,3rd step:-50~230℃
3rdstepでの21℃~150℃、21℃~175℃における線膨張率を測定した。
下記の条件で、熱機械分析(TMA)により線膨張率を測定した。
測定装置:熱機械分析装置TMA7100((株)日立ハイテクサイエンス製)
測定モード:引張モード
サンプル:シート状30mm×3mm×400~500μm
チャック間:20mm
雰囲気:200mL/分 窒素フロー 、昇温速度:5℃/分
測定温度:1st step:-50~230℃ ,2nd step:230~-50℃ ,3rd step:-50~230℃
3rdstepでの21℃~150℃、21℃~175℃における線膨張率を測定した。
=密度の測定=
下記の条件で、密度を測定した。
装置名:METTLER TOLEDO社製 アルキメデス式密度計
水温:21℃
体積膨張率を、TMAで測定した線膨張率の3倍として、150℃と175℃の密度を求めた。
下記の条件で、密度を測定した。
装置名:METTLER TOLEDO社製 アルキメデス式密度計
水温:21℃
体積膨張率を、TMAで測定した線膨張率の3倍として、150℃と175℃の密度を求めた。
=熱伝導率の算出及び評価=
前記のように測定した熱拡散率、密度及び比熱を用いて、下記式より、150℃と175℃の熱伝導率を求めた。
熱伝導率(W/mK)=熱拡散率(m2/sec)×密度(kg/m3)×比熱(J/KgK)
前記のように測定した熱拡散率、密度及び比熱を用いて、下記式より、150℃と175℃の熱伝導率を求めた。
熱伝導率(W/mK)=熱拡散率(m2/sec)×密度(kg/m3)×比熱(J/KgK)
175℃の熱伝導率 λ(175℃)と150℃の熱伝導率 λ(150℃)の比:λ(175℃)/λ(150℃)が0.92未満は「×(非常に不満足)」、0.92以上0.95未満は「△(不満足)」、0.85以上0.97未満は「〇(満足)」、0.97以上は「◎(非常に満足)」として評価を行った。
(シート状熱硬化性組成物の曲げ耐性(マンドレル試験))
実施例1~4について、表1に示す組成(質量部)となるように各原材料秤量し、自転公転式撹拌装置を用いて混合して混合物とした。この混合物を調製する際、上記混合物が塗布スラリーのうち、60質量%(固形分濃度)となるように、メチルエチルケトンとシクロヘキサノンを各20質量%ずつ用いてスラリー状の熱硬化性組成物を調製した。
得られたスラリー状の熱硬化性組成物を、ドクターブレード法でPET製基材に塗布し、60℃(加熱雰囲気温度)で120分間加熱乾燥を行い、シート状の熱硬化性組成物を得た。シート状の熱硬化性組成物中のメチルエチルケトン及びシクロヘキサノンの合計の含有量は1質量%以下であった。
実施例1~4について、表1に示す組成(質量部)となるように各原材料秤量し、自転公転式撹拌装置を用いて混合して混合物とした。この混合物を調製する際、上記混合物が塗布スラリーのうち、60質量%(固形分濃度)となるように、メチルエチルケトンとシクロヘキサノンを各20質量%ずつ用いてスラリー状の熱硬化性組成物を調製した。
得られたスラリー状の熱硬化性組成物を、ドクターブレード法でPET製基材に塗布し、60℃(加熱雰囲気温度)で120分間加熱乾燥を行い、シート状の熱硬化性組成物を得た。シート状の熱硬化性組成物中のメチルエチルケトン及びシクロヘキサノンの合計の含有量は1質量%以下であった。
次いで、シート状の熱硬化性組成物を真空パック袋に入れ、袋内の空気を排出した後、袋の開口部をヒートシールして密封した。そして、この袋を、-20℃の冷凍庫内に72時間保管して低温エージングを実施してシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を得た。
作製したシート状の熱硬化性組成物(サンプル)を、幅2cm、長さ15cm以上で切り出して、JIS K5600-5-1の試験方法に従って曲げ耐性評価を実施した。
〇(合格):シートが割れた治具の直径は10mm未満
×(不合格):シートが割れた治具の直径は10mm以上
なお、このシート状の熱硬化性組成物を加圧プレス機にセットし、40℃で、150MPaの荷重が10分間かかるように加圧したところ、膜厚は140~160μmであった。
〇(合格):シートが割れた治具の直径は10mm未満
×(不合格):シートが割れた治具の直径は10mm以上
なお、このシート状の熱硬化性組成物を加圧プレス機にセットし、40℃で、150MPaの荷重が10分間かかるように加圧したところ、膜厚は140~160μmであった。
上記実施例及び本発明者らがこれまで行ってきた試験結果から、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物の硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上であれば、リフロー工程後も絶縁耐圧を保つことができ、さらにはシンター接合などのように、高温においてさらに外力が加わる条件下で基板に接合した際も、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることがないような高温耐性を得られることが分かった。
また、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物の硬化物について、3点曲げ測定により得られる150℃での破断エネルギーyに対する、190℃での破断エネルギーxの比率(x/y)が0.7以上1.15以下であり、xの値が55kPa以上であれば、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも絶縁耐圧を保つことができ、さらにはシンター接合などのように、高温においてさらに外力が加わる条件下で基板に接合された際にも、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることがないような高温耐性を得られることも分かった。
また、無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物の硬化物について、3点曲げ測定により得られる150℃での破断エネルギーyに対する、190℃での破断エネルギーxの比率(x/y)が0.7以上1.15以下であり、xの値が55kPa以上であれば、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒された後でも絶縁耐圧を保つことができ、さらにはシンター接合などのように、高温においてさらに外力が加わる条件下で基板に接合された際にも、前記硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることがないような高温耐性を得られることも分かった。
熱硬化性組成物は、硬化時に歪が溜まりやすく、硬化温度前後の温度で歪による応力が溜まりやすい。例えばエポキシ化合物を含む熱硬化性組成物の場合、120~200℃での歪による応力が溜まりやすい。そこで、3点曲げ試験において150℃と190℃での破断エネルギーを測定し、それらが一定の大きさを持つことで、200℃以上の条件で内部応力がかかるリフローや、さらに外力がかかるシンター条件に対する耐性が得られ、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
また、190℃での破断エネルギーが一定以上の値を保ち、且つ、150℃と190℃の破断エネルギー差が小さいことで、200℃以上の条件で内部応力や外力がかかったり、その後降温した場合にも、応力が分散され、リフロー工程やシンター接合において、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
また、190℃での破断エネルギーが一定以上の値を保ち、且つ、150℃と190℃の破断エネルギー差が小さいことで、200℃以上の条件で内部応力や外力がかかったり、その後降温した場合にも、応力が分散され、リフロー工程やシンター接合において、絶縁耐性だけでなく、シートにクラックが入ったり、基材との界面に剥がれが生じたりし難くなると考えられる。
これに対し、比較例はそれぞれ、比較例1及び比較例2は無機フィラーを除いた固形分100質量%中の質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマー量が多いため、190℃での破断エネルギー及びx/yの値が小さくなり、比較例3は無機フィラーを除いた固形分100質量%中の質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマー量が多く、一分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物を含まないため、150℃及び190℃での破断エネルギーが小さくなり、比較例4は一分子内に3個以上のエポキシ基を有する多官能エポキシ化合物は含むが、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを含まず、200℃での貯蔵弾性率は高いが靭性が不足しているため、150℃での破断エネルギーが小さくなり、x/yの値が大きくなり、比較例5は低温エージングを行わなかったため、水分の氷結分散が行われずボイドが生じ、150℃及び190℃での破断エネルギーやx/yの値が小さくなったものと考えられる。その結果、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値及び/又は150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が所定範囲を満たさなくなったか、若しくは、190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーxと150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーyとの比率(x/y)及び/又はxの値が所定範囲を満たさなくなり、リフロー工程等のように高温において内部応力がかかる状態に晒されると絶縁耐圧を保てなかったり、シンター接合などのように、高温においてさらに外力が加わる条件下で基板に接合した際に、硬化物にクラックが入ったり、接合が剥がれたりすることがあったと考えられる。
他方、実施例のような効果が得られる要因としては、エポキシ化合物に作用する硬化剤を配合し、さらにポリマー例えばエポキシポリマーの配合量を調整して、樹脂成分のWPEを所定の範囲に調整したり、多官能エポキシ化合物の配合量を調整して樹脂成分の官能基数や分子量を調整したり、骨格構造を選定したり、低温エージング条件を調整したりすること等により、硬化物とした際の架橋密度と凝集力が高まり、高温での弾性及び破断エネルギーを高めることができ、高温に晒されたときの絶縁耐性及び高温条件下でのシンター耐性を備えることができたものと考えることができる。
以上の点より、本発明の熱硬化性組成物を得るためには、熱硬化性化合物としての、多官能エポキシ化合物の含有割合を高めると共に、ポリマー例えばエポキシポリマーの含有割合を低減し、さらに硬化剤としてフェノール樹脂系硬化剤を使用して本硬化物の架橋密度を高めると共に、低温エージングするようにして本発明組成物を調製するのがより一層好ましいと考えることができる。
前述のような高温耐性を満足する実施例の中でも、マンドレル試験の評価結果から、実施例1はシート状熱硬化性組成物のハンドリング性がより一層好ましい一方、レーザーフラッシュ熱伝導率の評価結果から、実施例2は高温での熱伝導の低下がより一層少ないことが分かった。これは、実施例1が実施例2に比べてエポキシポリマー量が少ないため、未硬化状態であるシート状熱硬化性組成物の柔軟性を保つことができる一方、実施例2は、フェノール樹脂と共にベンゾオキサジン化合物を含むため、実施例1に比べて、高温での熱伝導率の低下を抑制することができ、その結果、高温における物性変化が少ないからであると推察される。
Claims (23)
- 無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物であって、
当該熱硬化性組成物が硬化してなる硬化物(「熱硬化性組成物の硬化物」とも称する)の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が55kPa以上であり、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーの値が80kPa以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物。 - 無機フィラー及び熱硬化性化合物を含有する熱硬化性組成物であって、
当該熱硬化性組成物が硬化してなる硬化物(「熱硬化性組成物の硬化物」とも称する)の190℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをxとし、150℃での3点曲げ測定により得られる破断エネルギーをyとしたとき、x/yの値が0.7以上1.15以下であり、xの値が55kPa以上であることを特徴とする、熱硬化性組成物。 - 前記熱硬化性組成物の硬化物の190℃での3点曲げ測定により得られるヤング率の値が5.5GPa以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記熱硬化性組成物が硬化してなるシート状硬化物(「熱硬化性組成物のシート状硬化物」とも称する)の25℃における厚み方向の熱伝導率が14W/m・K以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の厚みが150μmのときの絶縁破壊電圧が6.5kV以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の体積抵抗率(1000V、200℃)が3.0E+10Ωcm以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の吸湿率が0.7質量%以上1.2質量%以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記熱硬化性組成物のシート状硬化物の200℃での貯蔵弾性率が6.0GPa以上100GPa以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記熱硬化性組成物のシート状硬化物のガラス転移温度(Tg)が170℃以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン化合物、ポリアリレート、シアネート及びマレイミドのうちの少なくとも1種類を含む、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- エポキシ化合物を含み、かつ、フェノール樹脂を含む、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 一分子内に3個以上のエポキシ基を有し、質量平均分子量(Mw)5,000未満の多官能エポキシ化合物を含む、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 質量平均分子量(Mw)5,000以上の高分子量エポキシ化合物を含む、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上30質量%未満の割合で含有する、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記無機フィラーを除いた固形分100質量%に対し、質量平均分子量(Mw)5,000以上のポリマーを5質量%以上23質量%以下の割合で含有する、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- エポキシ化合物を含み、前記熱硬化性組成物の固形分から、前記無機フィラーを除いた固形分のエポキシ当量(WPE)が、200g/当量以上250g/当量未満である、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 前記無機フィラーとして窒化ホウ素凝集粒子を含有する、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 全組成物の固形分100質量%に対し、前記無機フィラーを30質量%以上90質量%未満の割合で含有する、請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物。
- 請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物のシート状硬化物からなる熱伝導性シート。
- 請求項19に記載の熱伝導性シートを備えた放熱積層体。
- 請求項19に記載の熱伝導性シートを備えた放熱性回路基板。
- 請求項19に記載の熱伝導性シートを備えたパワー半導体装置。
- 請求項1又は2に記載の熱硬化性組成物をシート状に製膜し、0℃以下の環境温度下に置く低温エージングを行うことを特徴とする、熱硬化性シートの製造方法。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011079905A (ja) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Hitachi Chem Co Ltd | エポキシ樹脂組成物、半導体封止充てん用樹脂組成物及び半導体装置 |
| JP2018174250A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 住友ベークライト株式会社 | 熱硬化性樹脂組成物、キャリア付樹脂膜、プリプレグ、プリント配線基板および半導体装置 |
| JP2019083225A (ja) * | 2017-10-27 | 2019-05-30 | 日立化成株式会社 | アンダーフィル用液状樹脂組成物、電子部品装置、及び電子部品装置の製造方法 |
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Patent Citations (3)
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| JP2018174250A (ja) * | 2017-03-31 | 2018-11-08 | 住友ベークライト株式会社 | 熱硬化性樹脂組成物、キャリア付樹脂膜、プリプレグ、プリント配線基板および半導体装置 |
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