JP2013254880A - Heat-conductive insulator sheet, metal based board and circuit board, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱伝導性絶縁シート、金属ベース基板及び回路基板、並びにその製造方法に関する。より詳しくは、電子部品の放熱用に使用される熱伝導性絶縁シート、熱伝導性絶縁層を備えた金属ベース基板及び回路基板に関する。 The present invention relates to a thermally conductive insulating sheet, a metal base substrate, a circuit board, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a heat conductive insulating sheet used for heat dissipation of electronic components, a metal base substrate provided with a heat conductive insulating layer, and a circuit board.
近年、半導体素子等の電子部品の高密化、高集積化及び高出力化等に伴い、これら電子部品からの発熱対策が重要となっており、放熱性に優れた金属ベース基板が注目されている。特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などのパワー半導体は、発熱量が多いことから、従来、金属ベース基板の放熱性能を向上させるための検討がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。 In recent years, with the increase in density, integration, and output of electronic components such as semiconductor elements, countermeasures for heat generation from these electronic components have become important, and metal base substrates having excellent heat dissipation have attracted attention. . In particular, since power semiconductors such as LEDs (Light Emitting Diodes) generate a large amount of heat, studies have been made to improve the heat dissipation performance of metal base substrates (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
特許文献１に記載の絶縁基板では、金属板上に、樹脂に無機フィラーを分散した伝熱層を複数層形成し、その間に測定電極を設けることにより、絶縁性と放熱性の両立を図っている。また、特許文献２に記載の高熱伝導性絶縁基板では、六方晶窒化ホウ素で被覆されたマグネシウム及び／又はカルシウムのホウ酸塩粒子（無配向ＢＮ粉）を含有する有機系高分子化合物により、絶縁層を形成している。 In the insulating substrate described in Patent Document 1, a plurality of heat transfer layers in which an inorganic filler is dispersed in a resin are formed on a metal plate, and a measurement electrode is provided therebetween, thereby achieving both insulation and heat dissipation. Yes. In addition, in the high thermal conductive insulating substrate described in Patent Document 2, insulation is achieved by an organic polymer compound containing magnesium and / or calcium borate particles (non-oriented BN powder) coated with hexagonal boron nitride. Forming a layer.
更に、特許文献３には、金属ベース板上に、エポキシ樹脂と、硬化剤と、六方晶窒化ホウ素を含有する樹脂組成物からなる絶縁層を積層し、その上に金属箔を積層し、局所的に切り欠いて回路を形成した回路基板が開示されている。この特許文献３に記載の回路基板では、絶縁層中の六方晶窒化ホウ素を、一方向に配向させることにより、放熱方向を制御して、放熱特性を向上させている。 Furthermore, in Patent Document 3, an insulating layer made of a resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride is laminated on a metal base plate, and a metal foil is laminated on the insulating layer. A circuit board in which a circuit is formed by being cut out is disclosed. In the circuit board described in Patent Document 3, the heat dissipation direction is improved by orienting the hexagonal boron nitride in the insulating layer in one direction to improve the heat dissipation characteristics.
しかしながら、前述した従来の技術には、以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１に記載の絶縁基板は、中間層に設けた電極が熱拡散の役割を担っているが、絶縁層自身の熱伝導率が低いため、十分な放熱性が得られないという問題点がある。また、特許文献２に記載の絶縁基板は、無機フィラーに無配向ＢＮ粉を使用しているため、ＢＮ粉が有する異方性熱伝導率の最大値（２００Ｗ／ｍＫ）を活用できず、こちらも十分に高い放熱性が得られないという問題点がある。これに対して、特許文献３に記載の回路基板は、優れた熱伝導性を有し、かつ絶縁信頼性も優れているが、多様な用途に合わせた絶縁性及び放熱性の向上が求められている。 However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, in the insulating substrate described in Patent Document 1, the electrode provided in the intermediate layer plays a role of heat diffusion, but the heat conductivity of the insulating layer itself is low, so that sufficient heat dissipation cannot be obtained. There is a point. In addition, since the insulating substrate described in Patent Document 2 uses non-oriented BN powder as an inorganic filler, the maximum anisotropic thermal conductivity (200 W / mK) of BN powder cannot be utilized. However, there is a problem that sufficiently high heat dissipation cannot be obtained. On the other hand, the circuit board described in Patent Document 3 has excellent thermal conductivity and excellent insulation reliability, but is required to have improved insulation and heat dissipation properties for various applications. ing.
そこで、本発明は、絶縁性及び熱放散性に優れた熱伝導性絶縁シート、金属ベース基板及び回路基板を提供することを主目的とする。 Therefore, the main object of the present invention is to provide a thermally conductive insulating sheet, a metal base substrate, and a circuit board that are excellent in insulation and heat dissipation.
本発明に係る熱伝導性絶縁シートは、エポキシ樹脂と、硬化剤と、六方晶窒化ホウ素を含む樹脂組成物の硬化物からなり、且つ六方晶窒化ホウ素が厚さ方向に配向した縦配向シートを備える熱伝導性絶縁シートであって、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方が多環芳香族構造を有し、前記縦配向シートにおける前記六方晶窒化ホウ素の含有量は、５０〜８５体積％であり、前記縦配向シートの空隙率は２％以下である。 The thermally conductive insulating sheet according to the present invention is a longitudinally oriented sheet comprising a cured product of a resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride, and the hexagonal boron nitride is oriented in the thickness direction. A thermally conductive insulating sheet provided, wherein at least one of the epoxy resin and the curing agent has a polycyclic aromatic structure, and the content of the hexagonal boron nitride in the longitudinally oriented sheet is 50 to 85 vol% And the porosity of the longitudinally oriented sheet is 2% or less.
本発明者らは縦配向シートの厚さ方向の熱伝導性をさらに高めるべく鋭意検討を行ったところ、従来の縦配向シートには数％程度の空隙が存在しており、この空隙の存在が熱伝導性を悪化させていたことに気がついた。そして、この空隙発生の原理について、さらに詳細に検討を行ったところ、特許文献３に記載されているような従来の縦配向シートは、押出成形などによって形成した横配向シートを複数枚積層した積層体を積層方向に切断することによって作製するが、この積層時に積層方向に隣接する横配向シート間に空気が残留してしまうことであることに気がついた。そして、この残留空気を減少させるべく、積層時に積層方向に数ＭＰａ程度の圧力を加えてみたが、その程度の圧力では残留空気が十分に減少しなかった。そこで、積層時にさらに強い圧力を加えてみたところ、積層体が破壊されてしまった。このような実験を通じて、従来のアプローチでは、空隙率を減少させることは非常に難しいことが分かった。 The present inventors have intensively studied to further increase the thermal conductivity in the thickness direction of the longitudinally oriented sheet. As a result, there are about several percent of voids in the conventional longitudinally oriented sheet. I noticed that it was deteriorating thermal conductivity. Then, when the principle of void generation was examined in more detail, a conventional longitudinally oriented sheet as described in Patent Document 3 is a laminate in which a plurality of laterally oriented sheets formed by extrusion molding or the like are laminated. It was made by cutting the body in the laminating direction, but it was noticed that air remained between the laterally oriented sheets adjacent in the laminating direction during this lamination. In order to reduce the residual air, a pressure of about several MPa was applied in the stacking direction during the stacking, but the residual air was not sufficiently decreased at that pressure. Therefore, when a stronger pressure was applied during lamination, the laminated body was destroyed. Through such experiments, it has been found that it is very difficult to reduce the porosity with the conventional approach.
そこで、空隙率を減少させるための別のアプローチについて検討を行ったところ、等方圧プロセスを用いれば、積層体の表面全体から積層体に対して均等に圧力を加えることができるので、比較的強い圧力を加えても積層体が破壊されないのではないかというひらめきを得て、実際に、等方圧プロセスを用いて積層体に対して２０ＭＰａ以上の圧力を加えた後に積層体を厚さ方向に切断することによって縦配向シートを形成したところ、縦配向シートの空隙率が２％以下になり、これによって従来よりも積層方向の熱伝導性が高い熱伝導性絶縁シートが得ることができ、本発明の完成に到った。 Therefore, when another approach for reducing the porosity was examined, if an isotropic pressure process is used, pressure can be uniformly applied to the laminate from the entire surface of the laminate. I got the inspiration that the laminate would not be destroyed even if a strong pressure was applied. After actually applying a pressure of 20 MPa or more to the laminate using an isotropic pressure process, When the longitudinally oriented sheet is formed by cutting into two, the porosity of the longitudinally oriented sheet is 2% or less, and thereby a thermally conductive insulating sheet having higher thermal conductivity in the stacking direction than conventional can be obtained, The present invention has been completed.
好ましくは、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方が、ナフタレン構造を有するものであってもよい。 Preferably, at least one of the epoxy resin and the curing agent may have a naphthalene structure.
本発明に係る金属ベース基板は、金属ベース材上に絶縁層と導体層とがこの順に積層された金属ベース基板であって、前記絶縁層が前述した熱伝導性絶縁シートである。 The metal base substrate according to the present invention is a metal base substrate in which an insulating layer and a conductor layer are laminated in this order on a metal base material, and the insulating layer is the above-described thermally conductive insulating sheet.
本発明に係る回路基板は、金属ベース材上に絶縁層が形成され、前記絶縁層上に導体回路が形成されている金属ベース回路基板であって、前記絶縁層が前述した伝導性絶縁シートである。 The circuit board according to the present invention is a metal base circuit board in which an insulating layer is formed on a metal base material and a conductor circuit is formed on the insulating layer, and the insulating layer is the conductive insulating sheet described above. is there.
本発明に係る熱伝導性絶縁シートの製造方法は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、六方晶窒化ホウ素を含む樹脂組成物を押出成形して得られたシートを半硬化させることによって形成され且つ六方晶窒化ホウ素が横方向に配向した横配向シートを積層して積層体を形成し、この積層体に対して等方圧プロセスによって２０ＭＰａ以上の圧力を加え、その後、前記積層体を積層方向に切断して縦配向シートを形成する工程を備え、前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方が多環芳香族構造を有し、前記六方晶窒化ホウ素は、前記縦配向シートにおける前記六方晶窒化ホウ素の含有量が５０〜８５体積％となるように配合される。好ましくは、前記等方圧プロセスは、２０〜５００℃で行われる。また、好ましくは、前記横配向シートは、Ｂステージ状態である。 A method for producing a thermally conductive insulating sheet according to the present invention is formed by semi-curing a sheet obtained by extruding a resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride, and hexagonal. A laminated body is formed by laminating laterally oriented sheets in which crystalline boron nitride is oriented in the lateral direction, and a pressure of 20 MPa or more is applied to the laminated body by an isotropic pressure process, and then the laminated body is cut in the laminating direction. And forming a longitudinally oriented sheet, wherein at least one of the epoxy resin and the curing agent has a polycyclic aromatic structure, and the hexagonal boron nitride is formed of the hexagonal boron nitride in the longitudinally oriented sheet. It mix | blends so that content may be 50-85 volume%. Preferably, the isotropic pressure process is performed at 20-500 ° C. Preferably, the laterally oriented sheet is in a B stage state.
本発明に係る金属ベース基板の製造方法は、前述した方法によって熱伝導性絶縁シートを製造し、
金属ベース材上に前記熱伝導性絶縁シート及び導体層をこの順で積層し、その状態で前記熱伝導性絶縁シートを硬化させる工程を備える。
The method for producing a metal base substrate according to the present invention produces a thermally conductive insulating sheet by the method described above,
The heat conductive insulating sheet and the conductor layer are laminated on the metal base material in this order, and the heat conductive insulating sheet is cured in this state.
本発明に係る金属ベース回路基板の製造方法は、前述した方法によって金属ベース基板を製造し、
前記導体層を加工して導体回路を形成する工程を備える。
The manufacturing method of the metal base circuit board according to the present invention is to manufacture the metal base board by the method described above,
A step of processing the conductor layer to form a conductor circuit;
本発明によれば、縦配向シートの空隙率が２％以下である構造であるため、放熱効率が向上し、放熱特性に優れた熱伝導性絶縁シート、金属ベース基板及び回路基板を実現することができる。 According to the present invention, since the longitudinally oriented sheet has a porosity of 2% or less, the heat dissipation efficiency is improved, and a heat conductive insulating sheet, a metal base substrate, and a circuit board having excellent heat dissipation characteristics are realized. Can do.
以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below.
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る熱伝導性絶縁シートについて説明する。図１は本実施形態の熱伝導性絶縁シートの構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の熱伝導性絶縁シート１は、六方晶窒化ホウ素２が厚さ方向に配向した縦配向シート４を備えている。
(First embodiment)
The thermally conductive insulating sheet according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the thermally conductive insulating sheet of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the thermally conductive insulating sheet 1 of this embodiment includes a longitudinally oriented sheet 4 in which hexagonal boron nitride 2 is oriented in the thickness direction.
［縦配向シート４］
本実施形態において、縦配向シートの空隙率は２％以下である。空隙率は、縦配向シート内の空隙の割合であるが、具体的には、以下の式に基づいて求めることができる。
空隙率＝｛１−（密度測定値）／（理論密度）｝×１００（％）
ここで、理論密度は、縦配向シートを構成する各材料の割合と密度から求めることができる。例えば、縦配向シートが樹脂成分（密度：１．２ｇ／ｃｍ３）２２体積％と六方晶窒化ホウ素（真密度：２．２８ｇ／ｃｍ3）７８体積％で構成されるとすると、理論密度は、１．２×０．２２＋２．２８×０．７８＝２．０４ｇ／ｃｍ３となる。樹脂成分の密度は、例えば、フィラー成分を含まない状態で、エポキシ樹脂と硬化剤とを反応させて得られる硬化物の密度を測定することによって求めることができる。空隙率は、具体的には例えば、２、１．８、１．６、１．４、１．２、１、０．８、０．６、０．４、０．２、０．１％であり、ここで例示した数値の何れか以下又は何れか２つの間の範囲内であってもよい。
[Vertical orientation sheet 4]
In this embodiment, the porosity of the longitudinally oriented sheet is 2% or less. The porosity is a ratio of the voids in the longitudinally oriented sheet, and can be specifically obtained based on the following formula.
Porosity = {1− (measured density value) / (theoretical density)} × 100 (%)
Here, a theoretical density can be calculated | required from the ratio and density of each material which comprise a longitudinally oriented sheet. For example, if the longitudinally oriented sheet is composed of 22% by volume of a resin component (density: 1.2 g / cm 3 ) and 78% by volume of hexagonal boron nitride (true density: 2.28 g / cm 3 ), the theoretical density is 1.2 × 0.22 + 2.28 × 0.78 = 2.04 g / cm 3 . The density of the resin component can be determined, for example, by measuring the density of a cured product obtained by reacting an epoxy resin and a curing agent in a state where the filler component is not included. Specifically, the porosity is, for example, 2, 1.8, 1.6, 1.4, 1.2, 1, 0.8, 0.6, 0.4, 0.2, 0.1%. It may be within the range between any two or less of the numerical values exemplified here.
縦配向シート４は、少なくとも、エポキシ樹脂と、硬化剤と、六方晶窒化ホウ素を有する樹脂組成物を硬化させて成形したものである。そして、その厚さ方向に、六方晶窒化ホウ素２が配向している。また、この縦配向シート４を形成する樹脂組成物でも、エポキシ樹脂及び硬化剤の少なくとも一方が、多環芳香族構造、特に、ナフタレン構造を有していることが望ましい。 The longitudinally oriented sheet 4 is formed by curing a resin composition having at least an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride. The hexagonal boron nitride 2 is oriented in the thickness direction. Also in the resin composition forming the longitudinally oriented sheet 4, it is desirable that at least one of the epoxy resin and the curing agent has a polycyclic aromatic structure, particularly a naphthalene structure.
（エポキシ樹脂）
本実施形態の熱伝導性絶縁シート１に使用されるエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物であり、且つ分子中にナフタレン構造やアントラセン構造などの多環芳香族構造を有するものである。その中でも、ナフタレン構造は、常温で液状であり、六方晶窒化ホウ素２との濡れ性が良好であるため、分子中にナフタレン構造を有するエポキシ樹脂を使用することにより、六方晶窒化ホウ素２の充填率を高め、放熱性及び耐熱性を向上させることができる。
(Epoxy resin)
The epoxy resin used for the heat conductive insulating sheet 1 of this embodiment is an epoxy compound having two or more epoxy groups in one molecule, and a polycyclic aromatic compound such as a naphthalene structure or an anthracene structure in the molecule. It has a structure. Among them, the naphthalene structure is liquid at normal temperature and has good wettability with the hexagonal boron nitride 2, so that the filling of the hexagonal boron nitride 2 can be achieved by using an epoxy resin having a naphthalene structure in the molecule. The rate can be increased, and heat dissipation and heat resistance can be improved.
縦配向シート４を形成する樹脂組成物に対するエポキシ樹脂の配合量は、特に限定するものではないが、得られる硬化体の特性、特に、絶縁性及び金属材との密着性の観点から、樹脂組成物全量あたり、７．５〜３３．０質量％であることが好ましく、より好ましくは８．８〜３１．７質量％である。 The blending amount of the epoxy resin with respect to the resin composition forming the longitudinally oriented sheet 4 is not particularly limited, but the resin composition is obtained from the viewpoint of the characteristics of the obtained cured body, in particular, insulation and adhesion to a metal material. The total amount is preferably 7.5 to 33.0% by mass, and more preferably 8.8 to 31.7% by mass.
（硬化剤）
本実施形態の熱伝導性絶縁シート１に使用される硬化剤は、前述したエポキシ樹脂の硬化剤であり、具体的には、フェノールノボラック樹脂、酸無水物樹脂、アミノ樹脂、イミダゾール類などを使用することができる。この硬化剤についても、多環芳香族構造を有するものが好ましく、特に、ナフタレン構造を有するものが好ましい。これにより、六方晶窒化ホウ素２の充填率を高め、放熱性及び耐熱性を向上させることができる。
(Curing agent)
The curing agent used in the thermally conductive insulating sheet 1 of the present embodiment is the epoxy resin curing agent described above, and specifically uses phenol novolac resin, acid anhydride resin, amino resin, imidazoles, and the like. can do. Also about this hardening | curing agent, what has a polycyclic aromatic structure is preferable, and what has a naphthalene structure is especially preferable. Thereby, the filling rate of the hexagonal boron nitride 2 can be increased, and heat dissipation and heat resistance can be improved.
縦配向シート４を形成する樹脂組成物に対する硬化剤の配合量は、特に限定するものではないが、得られる硬化体の特性、特に絶縁性及び金属材との密着性の観点から、樹脂組成物全量あたり、０．５〜８．０質量％であることが好ましく、より好ましくは０．９〜６．５５質量％である。特に、硬化剤がフェノールノボラック樹脂、酸無水物樹脂又はアミノ樹脂である場合は、エポキシ樹脂に対して当量比で０．７５〜１．２５であることが好ましく、より好ましくは当量比０．８〜１．２である。なお、イミダゾール類などのようにイオン重合により硬化するものについては、当量比は特に限定されない。
硬化剤／エポキシ樹脂の質量比は、例えば、０．０３〜０．３であり、具体的に例えば０．０３、０．０５、０．０７、０．０９、０．１１、０．１３、０．１５、０．２、０．３であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
The blending amount of the curing agent with respect to the resin composition forming the longitudinally oriented sheet 4 is not particularly limited, but from the viewpoint of the properties of the obtained cured body, particularly the insulation and the adhesion to the metal material, the resin composition. The total amount is preferably 0.5 to 8.0% by mass, more preferably 0.9 to 6.55% by mass. In particular, when the curing agent is a phenol novolac resin, an acid anhydride resin or an amino resin, the equivalent ratio to the epoxy resin is preferably 0.75 to 1.25, and more preferably an equivalent ratio of 0.8. ~ 1.2. In addition, about what hardens | cures by ion polymerization like imidazoles etc., an equivalent ratio is not specifically limited.
The mass ratio of the curing agent / epoxy resin is, for example, 0.03 to 0.3, specifically, for example, 0.03, 0.05, 0.07, 0.09, 0.11, 0.13, 0.15, 0.2, and 0.3, and may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.
（六方晶窒化ホウ素２）
六方晶窒化ホウ素２は、黒鉛に似た燐片状結晶構造を有し、熱伝導性、耐熱性及び電気絶縁性に優れた平板状粒子である。このため、六方晶窒化ホウ素２を高充填することにより、放熱性に優れた熱伝導性絶縁シートが得られる。一方、六方晶窒化ホウ素２を高充填すると、成形性が低下するという問題点がある。そこで、本実施形態の熱伝導性絶縁シートでは、ナフタレン構造を有するエポキシ樹脂及び／又は硬化剤を使用することで、六方晶窒化ホウ素２の高充填化を実現している。
(Hexagonal boron nitride 2)
Hexagonal boron nitride 2 is a tabular grain having a flake-like crystal structure similar to graphite and excellent in thermal conductivity, heat resistance and electrical insulation. For this reason, the heat conductive insulating sheet excellent in heat dissipation is obtained by highly filling the hexagonal boron nitride 2. On the other hand, when the hexagonal boron nitride 2 is highly filled, there is a problem that moldability is lowered. Therefore, in the thermally conductive insulating sheet of the present embodiment, high filling of the hexagonal boron nitride 2 is realized by using an epoxy resin having a naphthalene structure and / or a curing agent.
具体的には、縦配向シート４における六方晶窒化ホウ素２の含有量は５０〜８５体積％である。六方晶窒化ホウ素２の含有量が５０体積％未満の場合、熱伝導率が低下し、十分な放熱性能が得られない。また、六方晶窒化ホウ素２の含有量が８５体積％を超えると、成形時に空隙が生じやすくなり、絶縁性や機械強度が低下する。なお、縦配向シート４における六方晶窒化ホウ素２の含有量は、放熱性及び成形性の観点から、６５〜８３体積％であることが好ましい。この含有量は、具体的には例えば５０、５５、６０、６５、７０、７２、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５体積％であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。 Specifically, the content of hexagonal boron nitride 2 in the longitudinally oriented sheet 4 is 50 to 85% by volume. When the content of hexagonal boron nitride 2 is less than 50% by volume, the thermal conductivity is lowered and sufficient heat dissipation performance cannot be obtained. On the other hand, if the content of hexagonal boron nitride 2 exceeds 85% by volume, voids are likely to occur during molding, and insulation and mechanical strength are reduced. In addition, it is preferable that content of the hexagonal boron nitride 2 in the longitudinally oriented sheet 4 is 65 to 83 volume% from the viewpoint of heat dissipation and moldability. Specifically, this content is, for example, 50, 55, 60, 65, 70, 72, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85% by volume, It may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.
また、六方晶窒化ホウ素２は、平均粒子径が１０〜４００μｍの粗粉であることが望ましい。これにより、樹脂組成物の流動性を低下させることなく、高配向の配向シートを形成することができる。この場合、六方晶窒化ホウ素２のＧＩ（Graphitization：黒鉛化指数）値は１．５以下であることが好ましい。 The hexagonal boron nitride 2 is desirably a coarse powder having an average particle size of 10 to 400 μm. Thereby, a highly oriented alignment sheet can be formed without reducing the fluidity of the resin composition. In this case, the GI (Graphitization: graphitization index) value of the hexagonal boron nitride 2 is preferably 1.5 or less.
ここで、「ＧＩ値」とは、Ｘ線回折により測定した（００２）回折線の面積［Ａｒｅａ（００２）］と、（１００）回折線の面積［Ａｒｅａ（１００）］との比で表され、下記数式１により求められる値である。即ち、このＧＩ値が低いものほど、結晶化が進んでいることになる。そして、結晶化度が低い六方晶窒化ホウ素は、粒子が十分に成長しておらず、熱伝導度が低いため、本実施形態の熱伝導性絶縁シート１では、ＧＩ値が１．５以下で、結晶化進んでいる六方晶窒化ホウ素を使用することが望ましい。 Here, the “GI value” is represented by a ratio of the area [Area (002)] of (002) diffraction lines measured by X-ray diffraction and the area [Area (100)] of (100) diffraction lines. , Which is a value obtained by the following mathematical formula 1. That is, the lower the GI value is, the more crystallization proceeds. The hexagonal boron nitride having a low degree of crystallinity does not have a sufficiently grown particle and has a low thermal conductivity. Therefore, in the thermally conductive insulating sheet 1 of the present embodiment, the GI value is 1.5 or less. It is desirable to use hexagonal boron nitride which has been crystallized.
更に、六方晶窒化ホウ素２は、タップ密度が０．５ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。これにより、配向シートにおける無機フィラーの充填率及び分散性を良好にすることができる。ここで、「タップ密度」とは、フィラーの嵩密度を表すもので、ＪＩＳ Ｚ ２５００（２０４５）に規定されるように、振動させた容器内の粉末の単位体積当たりの質量である。 Furthermore, the hexagonal boron nitride 2 desirably has a tap density of 0.5 g / cm 3 or more. Thereby, the filling rate and dispersibility of the inorganic filler in the oriented sheet can be improved. Here, the “tap density” represents the bulk density of the filler, and is the mass per unit volume of the powder in the vibrated container as defined in JIS Z 2500 (2045).
（無機フィラー）
更に、縦配向シート４を形成する樹脂組成物には、前述した六方晶窒化ホウ素２と共に、平均粒子径が０．５〜４．０μｍの無機フィラーの微粉が配合されていることが望ましい。六方晶窒化ホウ素２の粗粉と共に、無機フィラーの微粉を配合することにより、粗粉間に微粉が充填され、全体しての充填率を増加させることができる。
(Inorganic filler)
Furthermore, it is desirable that the resin composition forming the longitudinally oriented sheet 4 is blended with fine powder of an inorganic filler having an average particle diameter of 0.5 to 4.0 μm together with the hexagonal boron nitride 2 described above. By blending the fine powder of the inorganic filler together with the coarse powder of the hexagonal boron nitride 2, the fine powder is filled between the coarse powders, and the filling rate as a whole can be increased.
この微粉の素材としては、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化窒素などが挙げられる。これらの中でも、特に、六方晶窒化ホウ素が好適であり、六方晶窒化ホウ素の微粉を配合することにより、低誘電率、高絶縁性、高熱伝導率の配向シートを得ることができる。また、球状アルミナを使用すると、高絶縁性で高熱伝導率の配向シートを得ることができる。 Examples of the fine powder material include silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, and nitrogen carbide. Among these, hexagonal boron nitride is particularly suitable. By blending hexagonal boron nitride fine powder, an oriented sheet having low dielectric constant, high insulation, and high thermal conductivity can be obtained. Moreover, when spherical alumina is used, an oriented sheet having high insulation and high thermal conductivity can be obtained.
なお、六方晶窒化ホウ素２の粗粉と、無機フィラーの微粉とを併用する場合、これらの総量に対して、粗粉の配合比率を７０質量％以上にすることが好ましく、７５質量％以上にすることがより好ましい。これにより、空隙がなく、緻密に充填された配向性シートを形成することができる。 In addition, when using together the coarse powder of the hexagonal boron nitride 2 and the fine powder of the inorganic filler, it is preferable that the blending ratio of the coarse powder is 70% by mass or more, and 75% by mass or more with respect to the total amount of these. More preferably. Thereby, there can be formed an orientation sheet with no voids and densely filled.
（その他の成分）
縦配向シート４を形成する樹脂組成物には、前述した各成分に加えて、有機溶剤、カップリング剤及び界面活性剤などが配合されていてもよい。
(Other ingredients)
In addition to the components described above, an organic solvent, a coupling agent, a surfactant, and the like may be blended in the resin composition that forms the longitudinally oriented sheet 4.
（配向度）
縦配向シート４は、下記数式２により求められる配向度（Orientation Index）がＯ．Ｉ＞０．５であることが好ましい。これにより、縦方向（厚さ方向）の伝熱性を高めることができるため、放熱効率が更に向上する。Ｏ．Ｉの値は、０．６、０．７、０．８、０．９．又は０．９５以上であることがさらに好ましい。
(Degree of orientation)
The longitudinally oriented sheet 4 has an orientation index (Oientation Index) determined by the following formula 2 of O.D. It is preferable that I> 0.5. Thereby, since the heat conductivity of the vertical direction (thickness direction) can be improved, the heat dissipation efficiency is further improved. O. The values of I are 0.6, 0.7, 0.8, 0.9. Or it is more preferable that it is 0.95 or more.
［製造方法］
次に、前述した構成の熱伝導性絶縁シート１の製造方法について、説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は本実施形態の熱伝導性絶縁シート１の製造方法の一例を、その工程順に示す模式図である。
[Production method]
Next, the manufacturing method of the heat conductive insulating sheet 1 of the structure mentioned above is demonstrated. Drawing 2 (a)-(d) is a mimetic diagram showing an example of a manufacturing method of heat conductive insulating sheet 1 of this embodiment in the order of the process.
まず、図２（ａ）に示すように、エポキシ樹脂と、硬化剤と、六方晶窒化ホウ素を有する樹脂組成物を押出成形装置１０などによりシート状に成形したものを破断刃１１により所定の長さで切断することによって、横配向シート３ａを得る。六方晶窒化ホウ素の配合量は、前記縦配向シートにおける六方晶窒化ホウ素の含有量が５０〜８５体積％となるように適宜調整される。 この押出成形の際に六方晶窒化ホウ素が横方向（面内方向）に配向される。また、押出成形後に横配向シート３ａを半効果させてＢステージ状態にしてもよい。Ｂステージ状態であれば取扱いが容易であり、かつ積層させて加熱したときに横配向シート３ａ同士が一体化されやすいからである。ここで、「Ｂステージ状態」とは、樹脂組成物が室温で乾いた状態を示し、高温に加熱すると再び溶融する状態をいい、より厳密には、ＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry：示差走査型熱量計）を用いて、硬化時に発生する熱量から計算した値で硬化度が７０％未満の状態を示す。また、半硬化させる際に、面内方向の配向度を高めるために、上下面間に圧力を加えてもよい。なお、ここでは、押出成形によって横配向シート３ａを形成する例を示したが、横配向シート３ａは、別の方法（例：プレス成形）で形成してもよい。なお、「横配向」とは、上記数式２で求められる配向度（Orientation Index）が０．１５以下の状態を意味し、配向度は、例えば０．１５、０．１、０．０５、又は０．０１以下であることが好ましい。 First, as shown in FIG. 2 (a), a resin composition having an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride is formed into a sheet shape by an extrusion molding apparatus 10 or the like, and a predetermined length is obtained by a breaking blade 11. By cutting the sheet, the laterally oriented sheet 3a is obtained. The amount of hexagonal boron nitride is appropriately adjusted so that the content of hexagonal boron nitride in the longitudinally oriented sheet is 50 to 85% by volume. During this extrusion molding, hexagonal boron nitride is oriented in the lateral direction (in-plane direction). Further, after the extrusion molding, the laterally oriented sheet 3a may be half-effected to be in a B stage state. This is because handling is easy in the B-stage state, and the laterally oriented sheets 3a are easily integrated when they are laminated and heated. Here, the “B stage state” means a state in which the resin composition is dried at room temperature and melts again when heated to a high temperature. More precisely, DSC (Differential Scanning Calorimetry) ), The degree of cure is less than 70% with a value calculated from the amount of heat generated during curing. Further, when semi-curing, pressure may be applied between the upper and lower surfaces in order to increase the degree of orientation in the in-plane direction. In addition, although the example which forms the horizontal orientation sheet | seat 3a by extrusion molding was shown here, you may form the horizontal orientation sheet | seat 3a by another method (example: press molding). Note that “lateral orientation” means a state in which the degree of orientation (Orientation Index) obtained by Equation 2 is 0.15 or less, and the degree of orientation is, for example, 0.15, 0.1, 0.05, or It is preferable that it is 0.01 or less.
次に、図２（ｂ）に示すように、横配向シート３ａを複数枚積層して積層体５とし、等方圧プロセスを用いて積層体５に対して２０ＭＰａ以上の圧力を加える。この２０ＭＰａ以上の圧力での等方圧プロセスが本実施形態の最も重要な工程である。従来のように積層体５の上下面間に圧力を加える方法では、圧力を上げ過ぎると積層体５が破壊されてしまうが、等方圧プロセスでは、積層体５の全ての面から均等に圧力が加わるので積層体５を破壊することなく強く圧力を加えることが可能である。等方圧プロセスにおいて加える圧力は、１００ＭＰａ以上が好ましい。この場合、縦配向シートの空隙率が特に小さくなりやすいからである。また、この圧力は、５００ＭＰａ以下が好ましく、３００ＭＰａがさらに好ましい。これよりも高い圧力を加えても空隙率のさらなる減少は期待しにくいからである。この圧力は、具体的には例えば、２０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、４００、５００ＭＰａであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。等方圧プロセスの温度は、特に限定されないが、例えば、１０〜５００℃であり、２０〜２００℃が好ましく、４０〜９０℃がさらに好ましい。温度が低すぎると、樹脂が流動しにくいので、空隙率が減少されにくい。また、温度が高すぎると、樹脂が分解されてしまう場合がある。この温度は、具体的には例えば１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００℃であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。等方圧プロセスを行う時間は、積層体５中の空隙が減少するのに十分な時間行えばよい。また、Ｂステージ状態の熱伝導性絶縁シートが必要な場合には、硬化が進みすぎないように、適度な時間で等方圧プロセスを終了すればよい。 Next, as shown in FIG. 2B, a plurality of laterally oriented sheets 3a are laminated to form a laminated body 5, and a pressure of 20 MPa or more is applied to the laminated body 5 using an isotropic pressure process. This isotropic pressure process at a pressure of 20 MPa or more is the most important step of this embodiment. In the conventional method in which pressure is applied between the upper and lower surfaces of the laminate 5, the laminate 5 is destroyed if the pressure is increased too much. In the isotropic pressure process, the pressure is evenly applied from all surfaces of the laminate 5. Therefore, it is possible to apply a strong pressure without destroying the laminate 5. The pressure applied in the isotropic pressure process is preferably 100 MPa or more. In this case, the porosity of the longitudinally oriented sheet tends to be particularly small. The pressure is preferably 500 MPa or less, and more preferably 300 MPa. This is because even if a pressure higher than this is applied, it is difficult to expect a further decrease in the porosity. Specifically, this pressure is, for example, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 400, or 500 MPa, and may be within a range between any two of the numerical values exemplified here. Although the temperature of an isotropic pressure process is not specifically limited, For example, it is 10-500 degreeC, 20-200 degreeC is preferable and 40-90 degreeC is more preferable. If the temperature is too low, the resin does not flow easily, so the porosity is difficult to decrease. If the temperature is too high, the resin may be decomposed. Specifically, this temperature is, for example, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 300, 400, 500 ° C., and any of the numerical values exemplified here It may be within a range between the two. The time for performing the isotropic pressure process may be sufficient for the voids in the laminate 5 to decrease. In addition, when a thermally conductive insulating sheet in a B stage state is required, the isotropic pressure process may be completed in an appropriate time so that curing does not proceed excessively.
次に、図２（ｃ）に示すように、等方圧プロセスによって空隙率が十分に小さくなった積層体５に対して、破断刃１１により、横配向シート３ａの厚さ方向、即ち、六方晶窒化ホウ素２の配向方向に垂直な方向に切断することで、縦配向シート４ａを形成することができる。この場合、縦方向シート４ａは、図２（ｄ）に示すように、複数の角柱状配向体６が一方向に配列された構成となる。 Next, as shown in FIG. 2C, the thickness direction of the laterally oriented sheet 3a, that is, the hexagonal direction is obtained by the breaking blade 11 with respect to the laminate 5 in which the porosity is sufficiently reduced by the isotropic pressure process. The longitudinally oriented sheet 4a can be formed by cutting in a direction perpendicular to the orientation direction of the crystalline boron nitride 2. In this case, the longitudinal sheet 4a has a configuration in which a plurality of prismatic alignment bodies 6 are arranged in one direction, as shown in FIG.
次に、縦配向シート４ａに対して、さらに加熱処理を行ってもよい。縦配向シート４ａがＢステージ状態である場合には、この加熱処理により硬化が進んでＣステージ状態になる。ここで、「Ｃステージ状態」とは、樹脂組成物の硬化がほぼ終了した状態で、高温に加熱しても再度溶融することはない状態をいい、硬化度７０％以上の状態をいう。 Next, you may further heat-process with respect to the vertical orientation sheet | seat 4a. In the case where the longitudinally oriented sheet 4a is in the B stage state, curing is advanced by this heat treatment and the C stage state is obtained. Here, the “C stage state” means a state where the curing of the resin composition is almost completed and does not melt again even when heated to a high temperature, and means a state where the curing degree is 70% or more.
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る熱伝導性絶縁シートについて説明する。図３は本実施形態の熱伝導性絶縁シートの構成を模式的に示す図である。図３に示すように、本実施形態の熱伝導性絶縁シート１は、六方晶窒化ホウ素２が厚さ方向に配向している縦配向シート４の上に、六方晶窒化ホウ素２が幅方向又は長さ方向（面内方向）に配向している横配向シート３が積層された構成となっている。そして、この熱伝導性絶縁シート１は、横配向シート３が、発熱する部品側になるよう配置される。
(Second Embodiment)
A thermally conductive insulating sheet according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the thermally conductive insulating sheet of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the thermally conductive insulating sheet 1 of the present embodiment has a hexagonal boron nitride 2 in the width direction or a longitudinally oriented sheet 4 in which the hexagonal boron nitride 2 is oriented in the thickness direction. The laterally oriented sheet 3 oriented in the length direction (in-plane direction) is laminated. And this heat conductive insulating sheet 1 is arrange | positioned so that the horizontal orientation sheet | seat 3 may become the component side which generate | occur | produces heat.
縦配向シート４の構成及び製造方法は、第１の実施形態と同様である。横配向シート３を形成する樹脂組成物の構成は、縦配向シート４と同様である。なお、横配向シート３と縦配向シート４とを組成が同じ樹脂組成物で形成してもよいが、組成が異なる樹脂組成物で形成することもできる。 The configuration and manufacturing method of the longitudinally oriented sheet 4 are the same as those in the first embodiment. The configuration of the resin composition forming the laterally oriented sheet 3 is the same as that of the longitudinally oriented sheet 4. In addition, although the horizontal alignment sheet 3 and the vertical alignment sheet 4 may be formed with a resin composition having the same composition, they may be formed with resin compositions having different compositions.
［各シートの厚さ］
横配向シート３及び縦配向シート４の厚さは、特に限定するものではなく、用途に応じて適宜設定することができるが、縦配向シート４の厚さを、横配向シート３よりも厚くすることが望ましい。これにより、横方向シート３による熱を拡散させる効果と、縦配向シート４による熱をシート外、例えばヒートシンクや金属ベース材などに、効率よく伝達させる効果を、効率的にかつ相乗的に得ることができる。その結果、放熱性能を更に向上させることができる。
[Thickness of each sheet]
The thicknesses of the laterally oriented sheet 3 and the longitudinally oriented sheet 4 are not particularly limited and can be set as appropriate according to the application, but the thickness of the longitudinally oriented sheet 4 is made thicker than that of the laterally oriented sheet 3. It is desirable. Thereby, the effect of diffusing the heat by the lateral sheet 3 and the effect of efficiently transferring the heat by the longitudinally oriented sheet 4 to the outside of the sheet, such as a heat sink or a metal base material, can be obtained efficiently and synergistically. Can do. As a result, the heat dissipation performance can be further improved.
なお、横配向シート３は、縦方向（厚さ方向）への熱伝達性能が低いため、放熱性向上の観点から、横配向シート３の厚さは２０μｍ以下であることが好ましい。 In addition, since the horizontal alignment sheet 3 has low heat transfer performance in the vertical direction (thickness direction), the thickness of the horizontal alignment sheet 3 is preferably 20 μm or less from the viewpoint of improving heat dissipation.
［製造方法］
第２の実施形態では、熱伝導性絶縁シート１は、例えば、第１の実施形態で説明した方法に従ってＢステージ状態の縦配向シート４ａ及び横配向シート３ａを形成し、図４に示すように、Ｂステージ状態の縦配向シート４ａ上に、Ｂステージ状態の横配向シート３ａを配置し、例えば上下方向又は全周囲から加圧しながら加熱することにより、これらをＣステージ状態にすることによって形成することができる。これにより、横配向シート３と縦配向シート４とを一体化して、熱伝導性絶縁シート１を形成することができる。
[Production method]
In the second embodiment, the thermally conductive insulating sheet 1 forms, for example, a B-staged vertically oriented sheet 4a and a laterally oriented sheet 3a according to the method described in the first embodiment, as shown in FIG. The horizontal alignment sheet 3a in the B-stage state is disposed on the vertical alignment sheet 4a in the B-stage state, and is formed by, for example, heating them while pressing them from the up-down direction or the entire periphery to bring them into the C-stage state. be able to. Thereby, the horizontal orientation sheet 3 and the vertical orientation sheet 4 can be integrated, and the heat conductive insulating sheet 1 can be formed.
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る金属ベース基板について説明する。図５は本実施形態の金属ベース基板の構成を模式的に示す図である。なお、図５においては、図３に示す熱伝導性絶縁シート１の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図５に示すように、本実施形態の金属ベース基板３０は、金属ベース材３１上に、Ｃステージ状態の熱伝導性絶縁層３２が形成されており、その上に導体箔３３が積層されている。なお、図５では、熱伝導性絶縁シート１は、第２の実施形態のように、横配向シート３と縦配向シート４が積層された構成を有しているが、横配向シート３は省略可能であり、図１に示す第１の実施形態の熱伝導性絶縁シート１を用いてもよい。
(Third embodiment)
A metal base substrate according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the metal base substrate of the present embodiment. In FIG. 5, the same components as those of the thermally conductive insulating sheet 1 shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 5, in the metal base substrate 30 of the present embodiment, a C-stage heat conductive insulating layer 32 is formed on a metal base material 31, and a conductor foil 33 is laminated thereon. Yes. In FIG. 5, the thermally conductive insulating sheet 1 has a configuration in which the horizontally oriented sheet 3 and the vertically oriented sheet 4 are laminated as in the second embodiment, but the horizontally oriented sheet 3 is omitted. It is possible and you may use the heat conductive insulating sheet 1 of 1st Embodiment shown in FIG.
［金属ベース材３１］
金属ベース材３１の材質は、特に限定されるものではないが、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス又はこれらの合金が好ましく、特に、放熱性、価格、軽量性及び加工性の面でバランスが取れているという点で、アルミニウムが好ましい。また、金属ベース材３１は、熱伝導性絶縁層３２との密着性を向上させるため、熱伝導性絶縁層３２との接着面に、アルマイト処理、脱脂処理、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、カップリング剤などを使用したプライマー処理などの各種表面処理が施されていることが望ましい。
[Metal base material 31]
The material of the metal base material 31 is not particularly limited, but is preferably aluminum, iron, copper, stainless steel, or an alloy thereof, and particularly in terms of heat dissipation, price, lightness, and workability. In view of this, aluminum is preferable. Further, the metal base material 31 has alumite treatment, degreasing treatment, sand blasting, etching, various plating treatments, cups on the adhesive surface with the heat conductive insulating layer 32 in order to improve adhesion with the heat conductive insulating layer 32. It is desirable that various surface treatments such as primer treatment using a ring agent or the like are performed.
［熱伝導性絶縁層３２］
熱伝導性絶縁層３２は、前述した第１又は第２の実施形態又はその変形例の熱伝導性絶縁シートで構成されている。即ち、熱伝導性絶縁層３２は、六方晶窒化ホウ素２が厚さ方向に配向した縦配向シート４を有する構成になっており、縦配向シート４の空隙率は２％以下になっている。
[Thermal conductive insulating layer 32]
The heat conductive insulating layer 32 is composed of the heat conductive insulating sheet of the first or second embodiment described above or its modification. That is, the heat conductive insulating layer 32 is configured to have the longitudinally oriented sheet 4 in which the hexagonal boron nitride 2 is oriented in the thickness direction, and the porosity of the longitudinally oriented sheet 4 is 2% or less.
Ｃステージ状態の熱伝導性絶縁層３２の厚さは、絶縁強度及び放熱特性の観点から、８０〜３００μｍであることが好ましい。熱伝導性絶縁層３２の厚さが８０μｍ未満の場合、所望の絶縁強度を得ることが難しくなることがあり、また、絶縁接着層２ｂの厚さが３００μｍを超えると、熱抵抗が大きくなり、放熱特性が低下することがある。 The thickness of the thermally conductive insulating layer 32 in the C-stage state is preferably 80 to 300 μm from the viewpoint of insulation strength and heat dissipation characteristics. When the thickness of the heat conductive insulating layer 32 is less than 80 μm, it may be difficult to obtain a desired insulation strength, and when the thickness of the insulating adhesive layer 2b exceeds 300 μm, the thermal resistance increases. The heat dissipation characteristics may deteriorate.
一方、Ｃステージ状態の熱伝導性絶縁層３２の絶縁強度は、３０ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは３５ｋＶ／ｍｍ以上である。これにより、より高品質で高放熱の金属ベース回路基板を実現することができる。 On the other hand, the insulation strength of the thermally conductive insulating layer 32 in the C-stage state is preferably 30 kV / mm or more, and more preferably 35 kV / mm or more. Thereby, a metal base circuit board with higher quality and higher heat dissipation can be realized.
［導体箔３３］
導体箔３３には、例えば、アルミニウム、鉄、銅、ステンレス若しくはこれらの合金からなる箔材又はクラッド箔を使用することができ、特に、電気伝導度及び放熱性の観点から銅箔を使用することが好ましい。また、熱伝導性絶縁層３２との密着性を向上させるために、熱伝導性絶縁層３２との接着面に、脱脂処理、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、カップリング剤などを使用したプライマー処理などの各種表面処理が施されていることが望ましい。
[Conductor foil 33]
For the conductor foil 33, for example, a foil material or a clad foil made of aluminum, iron, copper, stainless steel or an alloy thereof can be used, and in particular, a copper foil is used from the viewpoint of electrical conductivity and heat dissipation. Is preferred. In addition, in order to improve adhesion to the heat conductive insulating layer 32, primer treatment using a degreasing process, sand blasting, etching, various plating processes, a coupling agent, etc. on the adhesive surface with the heat conductive insulating layer 32 It is desirable that various surface treatments such as are applied.
［熱抵抗］
Ｃステージ状態の熱伝導性絶縁層３２を含む金属ベース基板の熱抵抗は、１．０℃／Ｗ以下であることが好ましく、０．９℃／Ｗ以下であることがより好ましい。これにより、より高品質で高放熱の金属ベース回路基板を実現することができる。
[Thermal resistance]
The thermal resistance of the metal base substrate including the thermally conductive insulating layer 32 in the C stage state is preferably 1.0 ° C./W or less, and more preferably 0.9 ° C./W or less. Thereby, a metal base circuit board with higher quality and higher heat dissipation can be realized.
［製造方法］
次に、本実施形態の金属ベース基板３０の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の金属ベース基板の製造方法の一例を、その工程順に示す模式図である。図６（ａ）に示すように、本実施形態の金属ベース基板３０を製造する際は、先ず、金属ベース３１上に縦配向シート４ａを配置する。その際の縦配向性シート４ａはＢステージ状態であることが望ましい。また、縦配向シート４ａは、図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程により製造された複数の角柱状配向体６が一方向に配列された構成のものでもよい。
[Production method]
Next, the manufacturing method of the metal base substrate 30 of this embodiment is demonstrated. 6A to 6C are schematic views showing an example of a method for manufacturing a metal base substrate according to this embodiment in the order of the steps. As shown in FIG. 6A, when manufacturing the metal base substrate 30 of this embodiment, first, the longitudinally oriented sheet 4 a is disposed on the metal base 31. In that case, the longitudinally oriented sheet 4a is desirably in a B-stage state. Further, the longitudinally oriented sheet 4a may have a configuration in which a plurality of prismatic oriented bodies 6 manufactured by the steps shown in FIGS. 2A to 2D are arranged in one direction.
次に、図６（ｂ）に示すように、縦配向シート４ａの上に、六方晶窒化ホウ素２が幅方向又は長さ方向に配向している横配向シート３ａを積層する。その際、横配向シート３ａもＢステージ状態であることが望ましい。また、上記の通り、横配向シート３ａは、省略可能である。 Next, as shown in FIG. 6B, a laterally oriented sheet 3a in which the hexagonal boron nitride 2 is oriented in the width direction or the length direction is laminated on the longitudinally oriented sheet 4a. At that time, it is desirable that the laterally oriented sheet 3a is also in the B stage state. Moreover, as above-mentioned, the horizontal orientation sheet | seat 3a is omissible.
次に、横配向シート３ａ（横配向シート３ａがない場合は縦配向シート４ａ）上に導体箔３３を積層し、加圧しながら加熱して、金属ベース基板３０を得る。これにより、例えば横配向シート３ａ及び縦配向シート４ａがＢステージ状態である場合は、Ｃステージ状態の横配向シート３及び縦配向シート４からなる熱伝導性絶縁層３２が形成される。 Next, the conductor foil 33 is laminated on the laterally oriented sheet 3a (or the longitudinally oriented sheet 4a when there is no laterally oriented sheet 3a), and heated while being pressed to obtain the metal base substrate 30. Thereby, for example, when the horizontally oriented sheet 3a and the vertically oriented sheet 4a are in the B stage state, the thermally conductive insulating layer 32 composed of the horizontally oriented sheet 3 and the vertically oriented sheet 4 in the C stage state is formed.
以上詳述したように、本実施形態の金属ベース基板３０では、熱伝導性絶縁層３２横配向シート３と縦配向シート４とが積層された構成となっており、半導体などの電子部品が搭載される側に横配向シート３が、放熱に寄与する金属ベース材３１側に縦配向シート４がそれぞれ配置されている。この構成により、電子部品で発生した熱を横方向に拡散すると共に、拡散した熱を縦方向シート４により金属ベース材３１に伝達することができるため、放熱効率が向上し、優れた放熱特性が得られる。また、縦方向シート４は、空隙率が２％以下であり、そのため、放熱特性が極めて良好であるので、電子部品で発生した熱を効果的に金属ベース材３１に伝達することができる。また、横配向している粒子の遮蔽効果により、金属ベース基板３０には、高い絶縁性能も付与することが可能となる。 As described above in detail, the metal base substrate 30 of the present embodiment has a configuration in which the thermally conductive insulating layer 32 and the horizontally oriented sheet 3 and the vertically oriented sheet 4 are laminated, and an electronic component such as a semiconductor is mounted. The laterally oriented sheet 3 is disposed on the side to be disposed, and the longitudinally oriented sheet 4 is disposed on the side of the metal base material 31 that contributes to heat dissipation. With this configuration, the heat generated in the electronic component can be diffused in the lateral direction, and the diffused heat can be transmitted to the metal base material 31 by the longitudinal sheet 4, thereby improving the heat dissipation efficiency and having excellent heat dissipation characteristics. can get. Further, the longitudinal sheet 4 has a porosity of 2% or less, and therefore has a very good heat dissipation characteristic, so that heat generated in the electronic component can be effectively transmitted to the metal base material 31. In addition, due to the shielding effect of the horizontally oriented particles, the metal base substrate 30 can be provided with high insulation performance.
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る金属ベース回路基板について説明する。本実施形態の回路基板は、前述した第３の実施形態の金属ベース基板３０の導体箔３３を加工して、熱伝導性絶縁層３２上に所定の導体回路を形成したものである。
(Fourth embodiment)
A metal base circuit board according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The circuit board of this embodiment is obtained by processing the conductor foil 33 of the metal base substrate 30 of the third embodiment described above to form a predetermined conductor circuit on the heat conductive insulating layer 32.
本実施形態の金属ベース回路基板における導体回路の形成方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。例えば、スクリーン印刷法又は写真現像法により、金属ベース基板３０の導体箔３３上にエッチングレジストを形成し、導体箔３３の表面の所定位置をマスクする。その状態で、導体箔３３の一部を、塩化第二鉄エッチング液、塩化第二銅エッチング液、過酸化水素／硫酸エッチング液、アルカリエッチング液等で腐食溶解した後、エッチングレジストを剥離する。これにより、熱伝導性絶縁層３２に導体回路が形成される。 The formation method of the conductor circuit in the metal base circuit board of this embodiment is not specifically limited, A well-known method is applicable. For example, an etching resist is formed on the conductor foil 33 of the metal base substrate 30 by a screen printing method or a photographic development method, and a predetermined position on the surface of the conductor foil 33 is masked. In this state, a part of the conductor foil 33 is corroded and dissolved with a ferric chloride etching solution, a cupric chloride etching solution, a hydrogen peroxide / sulfuric acid etching solution, an alkali etching solution, etc., and then the etching resist is peeled off. Thereby, a conductor circuit is formed in the heat conductive insulating layer 32.
本実施形態の金属ベース回路基板では、横配向シート３上に導体回路が形成されているため、パワー半導体などのように発熱量が大きい電子部品が搭載された場合でも、その熱を横方向に拡散することができる。そして、横方向に拡散した熱は、縦方向シート４を介して金属ベース材３１に伝達されるため、放熱効率が向上し、優れた放熱特性が得られる。 In the metal base circuit board of the present embodiment, since the conductor circuit is formed on the laterally oriented sheet 3, even when an electronic component with a large calorific value such as a power semiconductor is mounted, the heat is transmitted in the lateral direction. Can diffuse. And since the heat | fever diffused to the horizontal direction is transmitted to the metal base material 31 via the vertical direction sheet | seat 4, heat dissipation efficiency improves and the outstanding heat dissipation characteristic is acquired.
以下、本発明の実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示す構成の熱伝導性絶縁シートを作製し、その特性を評価した。 Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. In this example, a heat conductive insulating sheet having a configuration shown in Table 1 below was produced and its characteristics were evaluated.
＜熱伝導性絶縁シートの製造方法＞
下記表１に示す組成の樹脂組成物により、横配向樹脂シート及び縦配向樹脂シートを作製し、積層した。その際、エポキシ樹脂には、ナフタレン構造を含有するナフタレン型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＨＰ４０３２）、硬化剤にはイミダゾール類（四国化成社製、２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ）を使用した。また、カップリング剤には、シランカップリング剤（東レダウコーニング社製、Ｚ−０６４０Ｎ）を使用した。
<The manufacturing method of a heat conductive insulating sheet>
A laterally oriented resin sheet and a longitudinally oriented resin sheet were prepared and laminated using a resin composition having the composition shown in Table 1 below. At that time, a naphthalene type epoxy resin (manufactured by DIC, HP4032) containing a naphthalene structure was used as the epoxy resin, and an imidazole (manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd., 2E4MZ-CN) was used as the curing agent. Moreover, the silane coupling agent (the Toray Dow Corning company make, Z-0640N) was used for the coupling agent.
なお、下記表１における「ＢＮ」は、六方晶窒化ホウ素である。また、下記表１に示す六方晶窒化ホウ素（ＢＮ）の平均粒子径は、島津製作所製「レーザー回折式粒度分布測定装置ＳＡＬＤ−２００」を用いて測定した。具体的には、先ず、ガラスビーカーに、純水：５０ｃｃと六方晶窒化ホウ素：５ｇとを投入し、スパチュラを用いて撹拌した後、超音波洗浄機で１０分間、分散処理を行った。 In addition, “BN” in the following Table 1 is hexagonal boron nitride. Further, the average particle diameter of hexagonal boron nitride (BN) shown in Table 1 below was measured using “Laser Diffraction Particle Size Distribution Analyzer SALD-200” manufactured by Shimadzu Corporation. Specifically, first, pure water: 50 cc and hexagonal boron nitride: 5 g were put into a glass beaker, stirred with a spatula, and then subjected to dispersion treatment for 10 minutes with an ultrasonic cleaner.
次に、分散処理した六方晶窒化ホウ素の溶液を、スポイトを用いて、装置のサンプラ部に一滴ずつ添加し、吸光度が安定した時点で測定を行った。レーザー回折式粒度分布測定装置では、センサで検出した粒子による回折／散乱光の光強度分布のデータから粒度分布を計算した。平均粒子径は測定される粒子径の値に相対粒子量（差分％）を乗じて、相対粒子量の合計（１００％）で割って求めた。平均粒子径は粒子の平均直径である。 Next, the dispersion-treated hexagonal boron nitride solution was added drop by drop to the sampler portion of the apparatus using a dropper, and measurement was performed when the absorbance was stabilized. In the laser diffraction particle size distribution analyzer, the particle size distribution is calculated from the data of the light intensity distribution of the diffracted / scattered light by the particles detected by the sensor. The average particle size was determined by multiplying the value of the measured particle size by the relative particle amount (difference%) and dividing by the total relative particle amount (100%). The average particle diameter is the average diameter of the particles.
また、実施例及び比較例の各熱伝導性絶縁シートは、下記表１に示す樹脂組成物を、押出成型装置を用いて１．０ｍｍ厚の薄板状に成形し、更に、０．９８ＭＰａの圧力で上下面間を押し付けた状態で、１００℃で５分間の加熱により半硬化させて、Ｂステージ状態の横配向シート３ａを得た。また、この押出成型後の板状体を５０枚積層して得られた積層体に対して、表１に示す条件で等方圧プロセス又はホットプレスを行った後、厚さ方向に切断してＢステージ状態の縦配向シート４ａを得た。等方圧プロセスは、日機装社製の温水ラミネーターを用いて行った。 Moreover, each heat conductive insulating sheet of an Example and a comparative example shape | molds the resin composition shown in following Table 1 into a 1.0-mm-thick thin plate shape using an extrusion molding apparatus, Furthermore, the pressure of 0.98 MPa In the state where the upper and lower surfaces were pressed with each other, it was semi-cured by heating at 100 ° C. for 5 minutes to obtain a laterally oriented sheet 3a in a B stage state. In addition, an isotropic pressure process or hot pressing was performed on the laminate obtained by laminating 50 plate-like bodies after extrusion molding under the conditions shown in Table 1, and then cut in the thickness direction. A B-staged longitudinally oriented sheet 4a was obtained. The isotropic pressure process was performed using a hot water laminator manufactured by Nikkiso Co., Ltd.
そして、４．９ＭＰａの圧力で上下両面を押し付けた状態で、１５０℃の温度条件下で４時間加熱して硬化させ、Ｃステージ状態の熱伝導性絶縁シート１を得た。 And in the state which pressed both upper and lower surfaces with the pressure of 4.9 Mpa, it was made to heat and harden | cure for 4 hours on 150 degreeC temperature conditions, and the heat conductive insulating sheet 1 of the C stage state was obtained.
＜空隙率の測定＞
表１に記載のエポキシ樹脂、硬化剤、及びカップリング剤からなり、六方晶窒化ホウ素を含まない樹脂組成物を上記条件で硬化させた後の硬化物の密度を測定したところ、１．１５ｇ／ｃｍ３であった。また、六方晶窒化ホウ素の真密度は、２．２８ｇ／ｃｍ３であるので、理論密度は、２．０３１ｇ／ｃｍ３となる。また、実施例及び比較例の各熱伝導性絶縁シートの密度を測定し、以下の式に従って、空隙率（％）を求めた。その結果を表１に示す。評価基準は、以下の通りである。
空隙率＝｛１−（密度測定値）／（理論密度）｝×１００（％）
<Measurement of porosity>
When the density of the cured product was measured after curing the resin composition comprising the epoxy resin described in Table 1, a curing agent, and a coupling agent and not containing hexagonal boron nitride under the above conditions, 1.15 g / cm 3 . Moreover, since the true density of hexagonal boron nitride is 2.28 g / cm 3 , the theoretical density is 2.031 g / cm 3 . Moreover, the density of each heat conductive insulating sheet of an Example and a comparative example was measured, and the porosity (%) was calculated | required according to the following formula | equation. The results are shown in Table 1. The evaluation criteria are as follows.
Porosity = {1− (measured density value) / (theoretical density)} × 100 (%)
Ａ：０．５％以下
Ｂ：０．５％超１．０％以下
Ｃ：１．０％超１．５％以下
Ｄ：１．５％超２．０％以下
Ｅ：２．０％超２．５％以下
Ｆ：２．５％超
A: 0.5% or less B: more than 0.5% 1.0% or less C: more than 1.0% 1.5% or less D: more than 1.5% 2.0% or less E: more than 2.0% 2.5% or less F: Over 2.5%
＜厚さ方向の熱伝導率＞
厚さ方向の熱伝導率は、実施例・比較例の樹脂粗生物の熱拡散率、比重、比熱を全て乗じて算出した。熱拡散率は、試料を幅１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み１ｍｍに加工し、レーザーフラッシュ法により求めた。測定装置はキセノンフラッシュアナライザ（ＮＥＴＺＳＣＨ社製 ＬＦＡ４４７ ＮａｎｏＦｌａｓｈ）を用いた。比重はアルキメデス法を用いて求めた。比熱は、ＤＳＣ（リガク社製 ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓ Ｅｖｏ ＤＳＣ８２３０）を用いて求めた。熱伝導率についての評価結果を表１に示す。評価基準は、以下の通りである。
<Thermal conductivity in the thickness direction>
The thermal conductivity in the thickness direction was calculated by multiplying all of the thermal diffusivity, specific gravity, and specific heat of the crude resin product of Examples and Comparative Examples. The thermal diffusivity was determined by a laser flash method after processing the sample into a width of 10 mm × 10 mm × thickness of 1 mm. The measuring device used was a xenon flash analyzer (LFA447 NanoFlash manufactured by NETZSCH). Specific gravity was determined using the Archimedes method. Specific heat was determined using DSC (ThermoPlus Evo DSC8230, manufactured by Rigaku Corporation). Table 1 shows the evaluation results for the thermal conductivity. The evaluation criteria are as follows.
Ａ：４２Ｗ／ｍＫ以上
Ｂ：４０Ｗ／ｍＫ以上４２Ｗ／ｍＫ未満
Ｃ：３８Ｗ／ｍＫ以上４０Ｗ／ｍＫ未満
Ｄ：３６Ｗ／ｍＫ以上３８Ｗ／ｍＫ未満
Ｅ：３４Ｗ／ｍＫ以上３６Ｗ／ｍＫ未満
Ｆ：３４Ｗ／ｍＫ未満
A: 42 W / mK or more B: 40 W / mK or more and less than 42 W / mK C: 38 W / mK or more and less than 40 W / mK D: 36 W / mK or more and less than 38 W / mK E: 34 W / mK or more and less than 36 W / mK F: 34 W / <mK
＜考察＞
表１から明らかなように、本発明の実施例１〜１２では、積層体に対して等方圧プロセスが施されており、その結果、空隙率が小さくなり、そして、熱伝導率が大きくなった。また、５０〜８０℃で等方圧プロセスを行った場合に、空隙率及び熱伝導率の評価が特に高くなった。一方、比較例１のように、積層体に対してホットプレスを施しても気泡が十分に除去されず、空隙率及び熱伝導率の評価が低くなってしまった。また、空隙率を下げるために、比較例２のように、ホットプレスでの圧力を高めたところ、試料が途中で破壊されてしまった。
<Discussion>
As is apparent from Table 1, in Examples 1 to 12 of the present invention, the laminate was subjected to an isotropic pressure process. As a result, the porosity decreased and the thermal conductivity increased. It was. Moreover, when an isotropic pressure process was performed at 50-80 degreeC, the evaluation of the porosity and thermal conductivity became especially high. On the other hand, as in Comparative Example 1, even when hot pressing was performed on the laminate, the bubbles were not sufficiently removed, and the evaluation of the porosity and thermal conductivity was low. Further, when the pressure in the hot press was increased as in Comparative Example 2 in order to reduce the porosity, the sample was broken in the middle.
１、２１ 熱伝導性絶縁シート
２ 無機フィラー
３ Ｃステージ状態の横配向シート
３ａ Ｂステージ状態の横配向シート
４、２２、２３ Ｃステージ状態の縦配向シート
４ａ Ｂステージ状態の縦配向シート
５ 積層体
６ 角柱状配向体
１０ 押出成型機
１１ 切断刃
３０ 金属ベース基板
３１ 金属ベース材
３２ 熱伝導性絶縁層
３３ 導体箔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 Thermal conductive insulating sheet 2 Inorganic filler 3 Horizontally oriented sheet in C stage state 3a Horizontally oriented sheet in B stage state 4, 22, 23 Vertically oriented sheet in C stage state 4a Vertically oriented sheet in B stage state 5 Laminate 6 prismatic oriented body 10 extrusion molding machine 11 cutting blade 30 metal base substrate 31 metal base material 32 heat conductive insulating layer 33 conductor foil
Claims (9)
前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方が多環芳香族構造を有し、
前記縦配向シートにおける前記六方晶窒化ホウ素の含有量は、５０〜８５体積％であり、
前記縦配向シートの空隙率は２％以下である、熱伝導性絶縁シート。 A thermally conductive insulating sheet comprising a longitudinally oriented sheet comprising a cured product of a resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride, and having hexagonal boron nitride oriented in the thickness direction,
At least one of the epoxy resin and the curing agent has a polycyclic aromatic structure,
The content of the hexagonal boron nitride in the longitudinally oriented sheet is 50 to 85% by volume,
A thermally conductive insulating sheet, wherein the vertically oriented sheet has a porosity of 2% or less.
前記絶縁層が請求項１又は２に記載の熱伝導性絶縁シートである金属ベース基板。 A metal base substrate in which an insulating layer and a conductor layer are laminated in this order on a metal base material,
The metal base substrate whose said insulating layer is the heat conductive insulating sheet of Claim 1 or 2.
前記絶縁層が請求項１又は２に記載の熱伝導性絶縁シートである回路基板。 A metal base circuit board in which an insulating layer is formed on a metal base material, and a conductor circuit is formed on the insulating layer,
The circuit board whose said insulating layer is the heat conductive insulating sheet of Claim 1 or 2.
この積層体に対して等方圧プロセスによって２０ＭＰａ以上の圧力を加え、
その後、前記積層体を積層方向に切断して縦配向シートを形成する工程を備え、
前記エポキシ樹脂及び前記硬化剤の少なくとも一方が多環芳香族構造を有し、
前記六方晶窒化ホウ素は、前記縦配向シートにおける前記六方晶窒化ホウ素の含有量が５０〜８５体積％となるように配合される、熱伝導性絶縁シートの製造方法。 Stacked horizontally oriented sheet formed by semi-curing a sheet obtained by extrusion molding a resin composition containing an epoxy resin, a curing agent, and hexagonal boron nitride, and hexagonal boron nitride oriented in the transverse direction To form a laminate,
Apply a pressure of 20 MPa or more to the laminate by an isotropic pressure process,
Then, the step of cutting the laminate in the laminating direction to form a longitudinally oriented sheet,
At least one of the epoxy resin and the curing agent has a polycyclic aromatic structure,
The method for producing a thermally conductive insulating sheet, wherein the hexagonal boron nitride is blended so that the content of the hexagonal boron nitride in the longitudinally oriented sheet is 50 to 85% by volume.
金属ベース材上に前記熱伝導性絶縁シート及び導体層をこの順で積層し、
その状態で前記熱伝導性絶縁シートを硬化させる工程を備える、金属ベース基板の製造方法。 A thermally conductive insulating sheet is produced by the method according to any one of claims 5 to 7,
Laminating the thermally conductive insulating sheet and the conductor layer in this order on a metal base material,
The manufacturing method of a metal base board provided with the process of hardening the said heat conductive insulating sheet in the state.
前記導体層を加工して導体回路を形成する工程を備える、金属ベース回路基板の製造方法。 Producing a metal base substrate by the method of claim 8;
A method for manufacturing a metal base circuit board, comprising a step of forming a conductor circuit by processing the conductor layer.
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