JP2014150161A - 熱伝導シートの製造方法および熱伝導シート - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導シートの厚み方向において十分な熱伝導性を得る。
【解決手段】熱伝導シートの製造方法は、半硬化状態の第１有機樹脂中に熱伝導性フィラーを含んでなる複数の第１シートを作製する工程と、第２有機樹脂中に充填材を含んでなる複数の第２シートを作製する工程を有する。第１シート内において、熱伝導性フィラーをシート面方向に配向させる。この製造方法は、更に、第１シートと第２シートとを交互に積層する工程と、少なくとも第１有機樹脂を硬化させることによって、交互に積層された第１シートと第２シートとが一体化されてなる積層体を作製する工程と、積層体を積層方向にスライスして熱伝導シートを作製する工程を有する。充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱伝導シートの製造方法および熱伝導シートに関する。

発熱体（半導体チップなど）と放熱体（ヒートシンクなど）との間などのように、高い熱伝導性が要求される接合界面に設けられる熱伝導シートが知られている（特許文献１乃至６）。

特許文献１及び２に記載された熱伝導シートの製造方法では、先ず、熱伝導性フィラーの長軸方向が一次シートの面方向に配向された樹脂製の一次シートを作製する。次に、一次シートを積層して成形体を得、成形体を加熱して硬化させる。そして、一次シートの積層方向に成形体をスライスすることにより、熱伝導性フィラーの長軸方向が熱伝導シートの厚さ方向に配向された熱伝導シートを得る。

特許文献３にも特許文献１、２と同様の製造方法が記載されている。ただし、特許文献３に記載された熱伝導シートの製造方法は、成形体を加熱して硬化させる工程を含まない。

更に、特許文献４及び５には、両面又は片面に粘着層が形成された熱伝導シートが記載され、特許文献６には、両面又は片面に絶縁層が形成された熱伝導シートが記載されている。

特開２０１２−３８７６３号公報 特開２０１１−１６２６４２号公報 特開２０１２−１５２７３号公報 特開２０１２−１０９３１３号公報 特開２０１２−１０９３１２号公報 特開２０１１−２３０４７２号公報

上記の製造方法では、樹脂が未硬化の状態の一次シートを積層して成形体を得るため、一次シートの相互間で樹脂が流動し、樹脂の流動につられて熱伝導性フィラーの配向が乱れてしまう。その結果、熱伝導シートの厚み方向における熱伝導性が不十分となる可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、厚み方向において十分な熱伝導性を有する熱伝導シートを製造する方法および熱伝導シートを提供する。

本発明は、薄膜状に形成され且つ半硬化状態とされた第１有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の熱伝導性フィラーを含んでなる複数の第１シートを、前記第１シートの厚み方向における前記熱伝導性フィラーの寸法よりも前記第１シートの面方向における前記熱伝導性フィラーの寸法の方が大きくなるように前記熱伝導性フィラーを配向させて作製する工程と、
薄膜状に形成された第２有機樹脂中に充填材を含んでなる複数の第２シートを作製する工程と、
前記第１シートと前記第２シートとを交互に積層する工程と、
少なくとも前記第１有機樹脂を硬化させることによって、交互に積層された前記第１シートと前記第２シートとが一体化されてなる積層体を作製する工程と、
前記積層体をスライスして熱伝導シートを作製する工程であって、前記積層体を前記第１シート及び前記第２シートの積層方向に切断することにより、前記熱伝導シートの厚み方向における前記熱伝導性フィラーの寸法が、前記熱伝導シートの面方向における前記熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、前記熱伝導シートを作製する工程と、
を有し、
前記充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、前記熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である熱伝導シートの製造方法を提供する。

この製造方法によれば、熱伝導シートの厚み方向における熱伝導性フィラーの寸法が、熱伝導シートの面方向における熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、熱伝導シートを作製する。すなわち、熱伝導シート内において、第１熱伝導性フィラーを熱伝導シートの厚み方向に配向する。よって、熱伝導シートの厚み方向における熱伝導性を良好にすることができる。

ここで、第１シートは、半硬化状態とされた第１有機樹脂中に熱伝導性フィラーを含んでなる。また、第２シートは、薄膜状に形成された第２有機樹脂中に充填材を含んでなる。
そして、第１シートと第２シートとを交互に積層した後で、少なくとも第１有機樹脂を硬化させることによって積層体を作製し、その積層体をスライスして熱伝導シートを作製する。ここで、第２シートが含有する充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である。
このため、積層体を作製する段階において、各第２シートの少なくとも充填材は、各第１シートの内部の熱伝導性フィラーが第１有機樹脂の流動につられて隣の第１シート側に移動することによる熱伝導性フィラーの配向の乱れを規制することで、熱伝導性フィラーの配向性を維持する機能を担う。
これにより、積層体内における熱伝導性フィラーの配向性を良好にできる。その結果、積層体を積層方向にスライスすることにより得られる熱伝導シートの厚み方向において、十分な熱伝導性が得られる。

また、本発明は、熱伝導シートであって、
当該熱伝導シートは、
複数の四角柱形状部と、
複数の仕切部と、
を有し、
前記複数の四角柱形状部は、各々の軸方向に長尺であり、
前記複数の仕切部は、前記四角柱形状部と同じ方向に長尺であり、
前記複数の四角柱形状部および前記複数の仕切部は、互いに並列となり、且つ、隣り合う前記四角柱形状部の間に前記仕切部が位置するように、当該熱伝導シートの面方向に沿って配置されるとともに、互いに隣り合う前記四角柱形状部と前記仕切部との側面どうしが接合されることにより、一枚のシート形状をなし、
前記四角柱形状部は、硬化状態とされた第１有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の熱伝導性フィラーを含んでなり、
前記複数の四角柱形状部の各々において、当該熱伝導シートの厚み方向における前記熱伝導性フィラーの寸法が、当該熱伝導シートの面方向における前記熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、前記熱伝導性フィラーが配向され、
前記仕切部は、硬化状態とされた第２有機樹脂中に、充填材を含んでなり、
前記充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、前記熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である熱伝導シートを提供する。

この熱伝導シートによれば、複数の四角柱形状部の各々において、熱伝導シートの厚み方向における熱伝導性フィラーの寸法が、熱伝導シートの面方向における熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、熱伝導性フィラーが配向されている。すなわち、各々の四角柱形状部内において、熱伝導性フィラーが熱伝導シートの厚み方向に配向されている。よって、熱伝導シートの厚み方向において良好な熱伝導性が得られる。
また、このような構成の熱伝導シートは、個々の四角柱形状部内において熱伝導性フィラーが熱伝導シートの厚み方向に配向されているため、厚み方向において良好な熱伝導性を示す製品を、製造安定性良く、高歩留まりで製造することが可能な構造であるといえる。
更に、四角柱形状部と仕切部とが交互に配置され、且つ、個々の仕切部は、第２有機樹脂中に充填材を含んでなる。この充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である。よって、仕切部の少なくとも充填材は、四角柱形状部の熱伝導性フィラーが隣の四角柱形状部側に移動することによる熱伝導性フィラーの配向の乱れを規制することで、熱伝導性フィラーの配向性を維持する機能を担う。
これにより、熱伝導シートにおける熱伝導性フィラーの配向性を良好に維持することができる。

本発明によれば、熱伝導シートの厚み方向において十分な熱伝導性が得られる。

実施形態に係る熱伝導シートの製造方法を示すフローチャートである。 実施形態に係る熱伝導シートの製造方法における各工程による成型物を示す模式的な斜視図であり、このうち（ａ）は第１シートを、（ｂ）は第２シートを、（ｃ）は第１シート及び第２シートを交互に積層する様子を、（ｄ）は積層体を、（ｅ）は熱伝導シートを、それぞれ示す。 実施形態に係る熱伝導シートの製造方法により得られる熱伝導シートを示す模式図であり、このうち（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部の拡大断面図である。 実施形態に係る熱伝導シート４０の他の例を示す模式的な要部断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

図１は実施形態に係る熱伝導シートの製造方法を示すフローチャートである。
図２は実施形態に係る熱伝導シートの製造方法における各工程による成型物を示す模式図であり、このうち（ａ）は第１シート１０を示す斜視図、（ｂ）は第２シート２０を示す斜視図、（ｃ）は第１シート２０及び第２シート２０を交互に積層する様子を示す分解斜視図、（ｄ）は積層体を示す斜視図、（ｅ）は熱伝導シートを示す斜視図である。
図３は実施形態に係る熱伝導シートの製造方法により得られる熱伝導シート４０を示す模式図であり、このうち（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ部の拡大断面図である。

本実施形態に係る熱伝導シートの製造方法は、以下の（１）〜（５）の工程を有する。
（１）複数の第１シート１０を作製する工程（図１のステップＳ１〜Ｓ２、図２（ａ））
ここで、第１シート１０は、薄膜状に形成され且つ半硬化状態とされた第１有機樹脂１１中に、鱗片状、楕球状又は棒状の熱伝導性フィラー１２を含んでなる。第１シート１０は、第１シート１０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも第１シート１０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法の方が大きくなるように熱伝導性フィラー１２を配向させて作製する。
（２）複数の第２シート２０を作製する工程（図１のステップＳ３〜Ｓ４、図２（ｂ））
ここで、第２シート２０は、薄膜状に形成された第２有機樹脂２１中に充填材２２を含んでなる。この充填材２２は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラー１２とは異種の無機充填材である。
（３）第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層する工程（図１のステップＳ５、図２（ｃ））
（４）少なくとも第１有機樹脂１１を硬化させることによって、交互に積層された第１シート１０と第２シート２０とが一体化されてなる積層体３０を作製する工程（図１のステップＳ６、図２（ｄ））
なお、第２シート２０の第２有機樹脂２１が未硬化（硬化前且つ半硬化前）であるか又は半硬化状態の場合、この工程にて、第１有機樹脂１１および第２有機樹脂２１を硬化させることによって、交互に積層された第１シート１０と第２シート２０とが一体化されてなる積層体３０を作製する。
（５）積層体３０をスライスして熱伝導シート４０を作製する工程（図１のステップＳ７、図２（ｅ））
この工程では、積層体３０を第１シート１０及び第２シート２０の積層方向に切断することにより、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法が、熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも大きくなるように、熱伝導シート４０を作製する。
以下、詳細に説明する。

先ず、第１シート１０の材料である熱伝導性フィラー１２と第１有機樹脂１１とを準備する。

熱伝導性フィラー１２は、熱伝導性が良好で、有機樹脂の硬化処理を経ても所定の形状に維持されるものであれば良い。なお、熱伝導性フィラー１２の熱伝導率は、後述する充填材２２の熱伝導率よりも高いことが好ましい。熱伝導性フィラー１２は、例えば、無機充填材である。

熱伝導シート４０は、その厚み方向に電気伝導性を有するものであっても良いし、絶縁性のものであっても良い。厚み方向に電気伝導性を有する熱伝導シート４０を作製する場合、熱伝導性フィラー１２としては、導電性のものを用いることが好ましい。絶縁性の熱伝導シート４０を作製する場合、熱伝導性フィラー１２としては、絶縁性のものを用いる。

熱伝導性フィラー１２は、鱗片状、楕球状又は棒状の形状のものである。より具体的には、例えば、熱伝導性フィラー１２は、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子又は黒鉛粒子である。或いは、熱伝導性フィラー１２は、鱗片状のアルミナであっても良い。熱伝導性フィラー１２の粒径（熱伝導性フィラー１２の個々の粒子の最大寸法）の平均は、例えば、１μｍ以上１５０μｍ以下とすることができる。

第１有機樹脂１１は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンであることが挙げられる。エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型の何れでも良い。エポキシ樹脂は、硬化剤として、イミダゾール、アミン又はフェノール化合物を含有している。

次に、硬化前、且つ半硬化前の第１有機樹脂１１と多数の熱伝導性フィラー１２とを混合し、第１有機樹脂１１中に熱伝導性フィラー１２が均一に存在するように混練する（図１のステップＳ１）。以下、第１有機樹脂と多数の熱伝導性フィラー１２とを混練することにより得られたものを混練物（または樹脂組成物）と称する。

次に、第１シート１０を作製する。第１シート１０は、上記混練物、すなわち熱伝導性フィラー１２を含有する第１有機樹脂１１を薄膜形状に成形した後、当該第１有機樹脂を半硬化させることにより得られる（図１のステップＳ２）。第１有機樹脂１１として、エポキシ樹脂やポリイミドを用いる場合、第１有機樹脂１１を薄膜形状に成形した後、当該第１有機樹脂１１をＢステージにすることにより、第１シート１０が得られる（図２（ａ））。

ここで、プレス成形などによって上記混練物を薄膜形状に成形する。これにより、第１シート１０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも、第１シート１０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法の方が大きくなるように、第１シート１０内における熱伝導性フィラー１２が配向される。以下、このような向きに熱伝導性フィラー１２を配向することを、面方向に配向する、などという。

ここで、第１シート１０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法とは、第１シート１０内のある熱伝導性フィラー１２を第１シート１０の面方向（厚み方向に対して直交する方向）に投影したときの最大寸法である。また、第１シート１０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法とは、第１シート１０内のある熱伝導性フィラー１２を第１シート１０の厚み方向（面方向に対して直交する方向）に投影したときの最大寸法である。

例えば、第１シート１０内の熱伝導性フィラー１２のアスペクト比（第１シート１０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法／第１シート１０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法）の平均値が、１／２以下、好ましくは１／５以下となるように、熱伝導性フィラー１２の形状の選択と、熱伝導性フィラー１２の配向性の設定とを行うことが望ましい。

なお、ここで言う熱伝導性フィラー１２の配向は、必ずしも第１シート１０内のすべての熱伝導性フィラー１２について、面方向に配向されていることを意味する訳ではない。例えば、第１シート１０内の熱伝導性フィラー１２の６０％以上が面方向に配向されていること、第１シート１０内の熱伝導性フィラー１２の７０％以上が面方向に配向されていること、或いは、第１シート１０内の熱伝導性フィラー１２の８０％以上が面方向に配向されていることなど、第１シート１０内のある一定割合以上（ただし過半数以上）の熱伝導性フィラー１２が面方向に配向されていることを意味する。

なお、上記混練物を薄膜形状に成形する方法は、プレス成形に限らず、圧延成形、押出成形、又は塗布成形であっても良い。

図１のステップＳ２において、例えば、上記混練物を薄膜形状に成形する際に、或いは、上記混練物を薄膜形状に成形した後で、第１シート１０を構成する第１有機樹脂１１を第１所定温度に加熱することにより、当該第１有機樹脂を半硬化状態にする。すなわち、第１有機樹脂として、エポキシ樹脂やポリイミドを用いる場合、第１有機樹脂をＢステージにする。具体的には、例えば、加熱しながらプレス加工を行うことなどにより、上記混練物を薄膜形状に成形しつつ、第１シート１０を構成する有機樹脂を半硬化状態にする。これにより、第１シート１０が得られる。この際に、第１シート１０の平坦性を良好にするため、例えば、平坦な一対の加熱加圧板を用いて第１シート１０を加熱加圧成形することが好ましい。

一方、第２シート２０の材料である充填材２２と第２有機樹脂２１とを準備する。

充填材２２は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラー１２とは異種の材料からなる無機充填材である。

なお、充填材２２が繊維織布又は繊維不織布の場合、無機繊維又は有機繊維の何れでも良い。つまり、充填材２２は、無機材料からなるものであっても良いし、有機材料からなるものであっても良い。ただし、充填材２２の材質のガラス転移温度（Ｔｇ）は、第１有機樹脂１１のガラス転移温度よりも高い。つまり、充填材２２の材質は、第１有機樹脂１１の硬化処理を経ても所定の形状に維持されるものであれば良い。また、充填材２２の材質は、第２有機樹脂２１の硬化処理を経ても所定の形状に維持されるものであることが好ましい。

充填材２２は、例えば、繊維織布又は繊維不織布からなる繊維基材とすることができる。より具体的には、この充填材２２を構成する繊維は、ガラス繊維又はアラミド繊維などであることが挙げられる。つまり、繊維基材は、例えば、ガラスクロス、ガラス不織布、アラミドクロス、アラミド不織布などであることが挙げられる。

充填材２２が繊維基材の場合、第２シート２０を作製する工程は、この繊維基材に、硬化前且つ半硬化前の（未硬化の）第２有機樹脂２１を含浸させる工程を含む。更に、第２シート２０を作製する工程は、第２有機樹脂２１を半硬化又は硬化させる工程を含んでいても良い。

また、上記のように、充填材２２は、熱伝導性フィラー１２とは異種の材料からなる無機充填材であっても良い。この無機充填材の形状は、球状又は楕球状などの粒状とすることができる。この無機充填材としては、シリカ又はアルミナなどを用いることができる。

充填材２２が、熱伝導性フィラー１２とは異種の材料からなる無機充填材である場合、第２シート２０を作製する工程は、例えば、硬化前且つ半硬化前（未硬化）の第２有機樹脂２１と無機充填材とを混練する工程と、無機充填材を含有する第２有機樹脂２１を薄膜形状に成形する工程と、第２有機樹脂２１を硬化させる工程と、を含む。

上記のように、熱伝導シート４０は、その厚み方向に電気伝導性を有するものであっても良いし、絶縁性のものであっても良い。厚み方向に電気伝導性を有する熱伝導シート４０を作製する場合、充填材２２としては、導電性のものを用いることが好ましい。厚み方向に絶縁性の熱伝導シート４０を作製する場合、充填材２２としては、絶縁性のものを用いる。

なお、本実施形態では、充填材２２がガラスクロスであるものとして以下の説明を続ける。第２シート２０の具体例としては、例えば、ガラスエポキシ基板（商品名：ＦＲ−４、松下電工株式会社製）が挙げられる。

第２有機樹脂２１は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンであることが挙げられる。エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型又はビスフェノールＦ型の何れでも良い。エポキシ樹脂は、硬化剤として、イミダゾール、アミン又はフェノール化合物を含有している。なお、第２有機樹脂２１と第１有機樹脂１１とは、互いに同じ材料により構成されていても良いし、互いに異なる材料により構成されていても良い。

第２有機樹脂２１と充填材２２（ガラスクロス）とを準備した後、硬化前、且つ半硬化前の第２有機樹脂２１を充填材２２（ガラスクロス）に含浸させる（図１のステップＳ３）。

次に、例えば、充填材２２に含浸された第２有機樹脂２１を半硬化又は硬化させることによって、第２シート２０を得ることができる（図１のステップＳ４）。第２有機樹脂２１として、エポキシ樹脂やポリイミドを用いる場合、例えば、第２有機樹脂２１をＢステージ又はＣステージにすることにより、第２シート２０が得られる（図２（ｂ））。
なお、第２シート２０は、第２有機樹脂２１を充填材２２に含浸させるのみにより作製しても良い。この場合に、第２有機樹脂２１として、エポキシ樹脂やポリイミドを用いる場合、第２シート２０の第２有機樹脂２１はＡステージのままである。
すなわち、第２シート２０の第２有機樹脂２１は、硬化状態となっていても良いし、半硬化状態となっていても良いし、未硬化（硬化前、且つ半硬化前）の状態となっていても良い。

以上のようにして、第１シート１０（図２（ａ））と第２シート２０（図２（ｂ））とをそれぞれ複数枚ずつ作製する。

第２シート２０の厚さは、第１シート１０の厚さの１／１０以下であることが好ましい。換言すれば、第１シート１０の厚さを第２シート２０の厚さの１０倍以上とする。これにより、熱伝導シート４０において熱伝導性フィラー１２を含有する領域の割合を高めることができるので、熱伝導シート４０の熱伝導性を良好にすることができる。

第１シート１０の厚さは、例えば、５０μｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。第２シート２０の厚さは、例えば、５μｍ以上０．２ｍｍ以下とすることができる。

次に、第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層する（図１のステップＳ５、図２（ｃ））。ここで、図２（ｄ）に示すように、積層体３０の最上層と最下層とがそれぞれ第１シート１０となるように、第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層することが好ましい。

次に、積層された第１シート１０及び第２シート２０を、それらの積層方向にプレス加工（加熱加圧成形）することにより、第１シート１０を構成する第１有機樹脂１１を硬化させる。これにより、交互に積層された第１シート１０と第２シート２０とが一体化されてなる直方体形状の積層体３０を得ることができる（図１のステップＳ６、図２（ｄ））。ここで、第１シート１０を構成する第１有機樹脂１１は、硬化することによって、隣り合う第２シート２０どうしを接着させる。ここで、第１有機樹脂１１を上記第１所定温度よりも高温の第２所定温度に加熱する。なお、第１有機樹脂１１を硬化させる前の段階で、第２有機樹脂２１が未硬化（半硬化状態を含む）の場合、第１有機樹脂１１を硬化させる工程にて、併せて第２有機樹脂２１も硬化させる。

次に、積層体３０を第１シート１０及び第２シート２０の積層方向に切断（スライス）することにより、熱伝導シート４０を作製する（図１のステップＳ７、（図２（ｅ））。ここで、積層体３０をスライスする方法としては、カンナを用いてスライスする方法や、その他の切断刃によりスライスする方法が挙げられる。

これにより、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法が、熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも大きくなるように、熱伝導シート４０内における熱伝導性フィラー１２が配向される。以下、このような向きに熱伝導性フィラー１２を配向することを、厚み方向に配向する、などという。

ここで、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法とは、熱伝導シート４０内のある熱伝導性フィラー１２を熱伝導シート４０の面方向（厚み方向に対して直交する方向）に投影したときの最大寸法である。また、熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法とは、熱伝導シート４０内のある熱伝導性フィラー１２を熱伝導シート４０の厚み方向（面方向に対して直交する方向）に投影したときの最大寸法である。

例えば、熱伝導シート４０内の熱伝導性フィラー１２のアスペクト比（熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法／熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法）の平均値が、２以上、好ましくは５以上となるように、熱伝導性フィラー１２の形状の選択と、熱伝導性フィラー１２の配向性の設定とを行うことが望ましい。

熱伝導シート４０内において、熱伝導性フィラー１２が厚み方向に配向されるため、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性を良好にすることができる。

ここで、上記のような製造方法により得られる熱伝導シート４０の構造について、図３を参照して詳述する。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、熱伝導シート４０は、複数の四角柱形状部４１と、複数の仕切部４２と、を有する。複数の四角柱形状部４１は、各々の軸方向（底面の中心と上面の中心とを結ぶ方向）に長尺である。複数の仕切部４２は、四角柱形状部４１と同じ方向に長尺である。複数の四角柱形状部４１および複数の仕切部４２は、互いに並列となり、且つ、隣り合う四角柱形状部４１の間に仕切部４２が位置するように、熱伝導シート４０の面方向に沿って（図３（ａ）〜（ｃ）では左右方向に）配置されている。そして、互いに隣り合う四角柱形状部４１と仕切部４２との側面どうしが接合されることにより、複数の四角柱形状部４１および複数の仕切部４２は、一枚のシート形状をなしている。四角柱形状部４１は、硬化状態とされた第１有機樹脂１１中に、鱗片状、楕球状又は棒状の熱伝導性フィラー１２を含んでなる。複数の四角柱形状部４１の各々において、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法が、熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも大きくなるように、熱伝導性フィラー１２が配向されている。また、仕切部４２は、硬化状態とされた第２有機樹脂２１中に、充填材２２を含んでなる。充填材２２は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラー１２とは異種の材料からなる無機充填材である。

ここで、四角柱形状部４１は、第１シート１０の一部分からなる。また、仕切部４２は、第２シート２０の一部分からなる。

複数の四角柱形状部４１および複数の仕切部４２の並び方向（図３（ａ）〜（ｃ）の左右方向）における仕切部４２の寸法は、当該並び方向における四角柱形状部４１の寸法の１／１０以下であることが好ましい。

熱伝導シート４０は、例えば、発熱体（半導体チップなど）と放熱体（ヒートシンクなど）との間などのように、高い熱伝導性が要求される接合界面に設けられ、発熱体から放熱体への熱伝導を促進する。なお、熱伝導シート４０を有する具体的な半導体装置構造の一例としては、例えば、半導体チップが配線基板（インターポーザ）上に搭載され、且つ、この配線基板がヒートシンク上に搭載されており、半導体チップと配線基板との接合界面、並びに、配線基板とヒートシンクとの接合界面に、それぞれ熱伝導シート４０を設けた構造が挙げられる。

熱伝導シート４０の厚さは、例えば、５０μｍ以上２５０μｍ以下とすることができ、好ましくは、１８０μｍ程度とすることができる。

図４は実施形態に係る熱伝導シート４０の他の例を示す模式的な要部断面図である。
図４に示すように、熱伝導シート４０は、図３に示す構成に加えて、表裏両面にそれぞれ形成された密着層４５を有していても良い。この密着層４５は、熱伝導シート４０の設置面に対する熱伝導シート４０の密着性を良好にするために設けられる。

密着層４５の材質としては、例えば、（メタ）アクリル酸ブチル、又は（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル等の（メタ）アクリル酸エステルなどが挙げられる。なお、密着層４５は、熱伝導シート４０の何れか一方の面にのみ形成されていても良い。

熱伝導シート４０が密着層４５を有する場合、密着層４５の厚さは、熱伝導シート４０における密着層４５を除く部分の厚さよりも薄い。密着層４５の厚さは、例えば、５μｍ以上２０μｍ以下とすることができ、好ましくは、１０μｍ程度とすることができる。

以上のような実施形態に係る熱伝導シートの製造方法によれば、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法が、熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも大きくなるように、熱伝導シート４０を作製する。すなわち、熱伝導シート４０内において、熱伝導性フィラー１２を熱伝導シート４０の厚み方向に配向する。よって、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性を良好にすることができる。

ここで、第１シート１０は、半硬化状態とされた第１有機樹脂１１中に熱伝導性フィラー１２を含んでなる。また、第２シート２０は、薄膜状に形成された第２有機樹脂２１中に充填材２２を含んでなる。そして、第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層した後で、少なくとも第１有機樹脂１１を硬化させることによって積層体３０を作製し、その積層体３０をスライスして熱伝導シート４０を作製する。
ここで、第２シート２０が含有する充填材２２は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラー１２とは異種の材料からなる無機充填材である。
このため、積層体３０を作製する段階において、各第２シート２０の少なくとも充填材２２は、各第１シート１０の内部の熱伝導性フィラー１２が第１有機樹脂１１の流動につられて隣の第１シート１０側に移動することによる熱伝導性フィラー１２の配向の乱れを規制することで、熱伝導性フィラー１２の配向性を維持する機能を担う。換言すれば、各第２シート２０の少なくとも充填材２２が、熱伝導性フィラー１２の移動障壁となるため、熱伝導性フィラー１２の配向性が維持される。
これにより、積層体３０内における熱伝導性フィラー１２の配向性を良好にできる。その結果、積層体３０を積層方向にスライスすることにより得られる熱伝導シート４０の熱伝導性フィラー１２を、熱伝導シート４０の厚み方向に良好に配向することができる。よって、熱伝導シート４０の厚み方向において、十分な熱伝導性が得られる。

また、充填材２２として、繊維織布又は繊維不織布からなる繊維基材を用いることにより、移動しようとする熱伝導性フィラー１２を、この繊維基材によって容易に捕捉することができるため、より確実に、熱伝導性フィラー１２の配向の乱れを抑制することができる。この場合、繊維基材に硬化前且つ半硬化前の第２有機樹脂２１を含浸させる工程を経て、第２シート２０を作製することができる。上記のように、第２シート２０を作製する工程は、繊維基材に含浸された第２有機樹脂２１を半硬化又は硬化させる工程を更に含んでいても良い。

また、充填材２２として、熱伝導性フィラー１２とは異種の材料からなる無機充填材を用いても良い。この場合、例えば、硬化前且つ半硬化前の第２有機樹脂２１と無機充填材とを混練する工程と、無機充填材を含有する第２有機樹脂２１を薄膜形状に成形する工程と、第２有機樹脂２１を硬化させる工程と、を経て、第２シート２０を作製することができる。この場合も、無機充填材が熱伝導性フィラー１２の移動障壁となるため、熱伝導性フィラー１２の配向性が維持される。なお、充填材２２としての無機充填材は、熱伝導性フィラー１２よりも高密度に充填することが好ましく、これによって、より良好に、熱伝導性フィラー１２の配向性を維持することができる。

また、第２シート２０の厚さを第１シート１０の厚さの１／１０以下とすることにより、熱伝導シート４０において熱伝導性フィラー１２を含有する領域（四角柱形状部４１）の割合を高め、熱伝導シート４０において熱伝導性フィラー１２を含有しない領域（仕切部４２）の割合を抑制することができる。よって、熱伝導シート４０の熱伝導性を良好にすることができる。

また、実施形態に係る熱伝導シート４０によれば、複数の四角柱形状部４１の各々において、熱伝導シート４０の厚み方向における熱伝導性フィラー１２の寸法が、熱伝導シート４０の面方向における熱伝導性フィラー１２の寸法よりも大きくなるように、熱伝導性フィラー１２が配向されている。すなわち、各々の四角柱形状部４１内において、熱伝導性フィラー１２が熱伝導シート４０の厚み方向に配向されている。よって、熱伝導シート４０の厚み方向において良好な熱伝導性が得られる。
また、このような構成の熱伝導シート４０は、個々の四角柱形状部４１内において熱伝導性フィラー１２が熱伝導シート４０の厚み方向に配向されているため、厚み方向において良好な熱伝導性を示す製品を、製造安定性良く、高歩留まりで製造することが可能な構造であるといえる。
更に、四角柱形状部４１と仕切部４２とが交互に配置され、且つ、個々の仕切部４２は、第２有機樹脂２１中に充填材２２を含んでなる。この充填材２２は、繊維織布、繊維不織布、又は、熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である。よって、仕切部４２の少なくとも充填材２２は、四角柱形状部４１の熱伝導性フィラー１２が隣の四角柱形状部４１側に移動することによる熱伝導性フィラー１２の配向の乱れを規制することで、熱伝導性フィラー１２の配向性を維持する機能を担う。
これにより、熱伝導シート４０における熱伝導性フィラー１２の配向性を良好に維持することができる。

複数の四角柱形状部４１および複数の仕切部４２の並び方向（図３（ａ）〜（ｃ）の左右方向）における仕切部４２の寸法を、当該並び方向における四角柱形状部４１の寸法の１／１０以下とすることにより、熱伝導シート４０において熱伝導性フィラー１２を含有する領域（四角柱形状部４１）の割合を高め、熱伝導シート４０において熱伝導性フィラー１２を含有しない領域（仕切部４２）の割合を抑制することができる。よって、熱伝導シート４０の熱伝導性を良好にすることができる。

（実施例）
次に、実施例を説明する。

（樹脂組成物の調整）
熱伝導性フィラー１２としては、板状（鱗片状）の窒化ホウ素粉末「ＰＴ−１１０（商品名）」（モメンティブパフォーマンスマテリアルズジャパン合同会社製、平均粒径：４５μｍ、長軸方向と短軸方向の比率：２０）を用いた。ここで、平均粒径とは、窒化ホウ素粉末の板面方向における長手寸法（最大寸法）の平均値を意味する。また、長軸方向と短軸方向の比率とは、板状の窒化ホウ素粉末の板厚と、窒化ホウ素粉末の板面方向における長手寸法（最大寸法）と、の比率を意味する。すなわち、窒化ホウ素粉末の平均的な形状は、板厚が１に対して、板面方向における長手寸法（最大寸法）が２０である。
有機樹脂は、４，４'−ジアミノベンズアニリド（三井化学ファイン社製）と、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂「８３０Ｓ（商品名）」（ＤＩＣ社製、エポキシ当量１７０）とにより作製した。
具体的には、６６．０ｇの上記窒化ホウ素粉末と、８．５ｇの上記４，４'−ジアミノベンズアニリドと、２５．５ｇの上記ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂とを、１２０℃に加熱して混練することによって樹脂組成物を調製した（図１のステップＳ１に相当）。

（一次シートの調整）
先に調製した樹脂組成物を、離型処理した一対のＰＥＴフィルムにより挟み込み、プレス機を用いて、ツール圧１０ＭＰａ、ツール温度１２０℃の条件下で、一対のＰＥＴフィルムを挟み込むようにして１０秒間にわたってプレスすることにより、厚さが１．０ｍｍの一次シートを得た。すなわち、一次シートは、一方のＰＥＴフィルムと、当該ＰＥＴフィルム上に形成された上記樹脂組成物の薄膜と、当該薄膜上に位置する他方のＰＥＴフィルムと、からなる。この操作を繰り返すことによって、多数枚の一次シートを作製した。ここで、この一次シートを構成する有機樹脂は、上記条件でプレス加工することによって、半硬化状態となった（Ｂステージとなった）（図１のステップＳ２に相当）。

（一次シートの成形）
先に調整した１．０ｍｍの一次シートの両面のＰＥＴフィルムをはがし、一次シートを１辺が１０ｃｍの正方形の小片に切り分けることにより、複数の第１シート１０を得た。

（第２シートの準備）
また、ガラスエポキシ基板（商品名：ＦＲ−４、松下電工株式会社製）を１辺が１０ｃｍの正方形の小片に切り分けることにより、第２シート２０を得た。なお、第２シート２０の膜厚は、０．１ｍｍ程度である。

（積層体の作製、交互積層）
次に、第１シート１０と第２シート２０とを交互に積層した。ここで、第１シート１０を合計２０枚、第２シート２０を合計１９枚用いて、最も外側（最下層及び最上層）にそれぞれ第１シート１０が位置するように（最も外側に第２シート２０が位置しないように）積層した。なお、各第１シート１０及び各第２シート２０の外形線が平面視において一致するように、各第１シート１０及び各第２シート２０の位置を揃えて積層した（図１のステップＳ５に相当）。
更に、最下層の第１シート１０の下面及び最上層の第１シート１０の上面にそれぞれ厚さ１８μｍの電解銅箔（古河サーキットホイル社製、ＧＴＳＭＰ）を重ねた後、圧力１０ＭＰａ、温度２２０℃で１８０分間の加熱加圧成形を行い、両面銅張積層体を得た。ここで、この両面銅張積層体の各第１シート１０を構成する有機樹脂（第１有機樹脂１１）は、上記条件で加熱加圧成形を行うことによって、硬化状態となった（Ｃステージとなった）。その結果、隣り合う第２シート２０同士が、それらの間の第１シート１０を介して相互に一体化した（図１のステップＳ６に相当）。
次に、この両面銅張積層体をエッチング処理することにより、両面銅張積層体から、その上下面の銅箔を除去し、厚さ２ｃｍの積層体３０を作製した。
なお、ここで最下層の第１シート１０の下面及び最上層の第１シート１０の上面に銅箔を貼る理由は、加熱加圧成形の際に、加圧面に第１シート１０が貼り付いてしまうことを防止する（加圧後の離型を容易にする）ためである。

（熱伝導シートの作製（積層体のスライス））
次に、積層体３０を第１シート１０及び第２シート２０の積層方向に切断（スライス）した。具体的には、積層体３０の１ｃｍ×２ｃｍの積層断面をカンナ（スリット部からの刃部の突出長さ：０．３４ｍｍ）を用いてスライス（第１シート１０（及び第２シート２０）のシート面の法線に対し０度の角度でスライス）し、縦１ｃｍ、横２ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの熱伝導シート４０を得た（図１のステップＳ７に相当）。

（比較例）
次に、比較例を説明する。

（樹脂組成物の調整）
上記の実施例と同じ方法で樹脂組成物を調整した。

（一次シートの調整）
上記の実施例と同じ方法で多数枚の一次シートを作製した。すなわち、この一次シートを構成する有機樹脂は、半硬化状態となった（Ｂステージとなった）。

（一次シートの成形）
先に調整した１．０ｍｍの一次シートのＰＥＴフィルムをはがし、一次シートを１辺が１０ｃｍの正方形の小片に切り分けた。

（積層体の作製）
次に、上記のように切り分けた一次シートを２２枚重ねた。なお、各一次シートの外形線が平面視において一致するように、各一次シートの位置を揃えて積層した。
更に、最下層の一次シートの下面及び最上層の一次シートの上面にそれぞれ厚さ１８μｍの電解銅箔（古河サーキットホイル社製、ＧＴＳＭＰ）を重ねた後、圧力１０ＭＰａ、温度２２０℃で１８０分間の加熱加圧成形を行い、両面銅張積層体を得た。ここで、この両面銅張積層体の各一次シートを構成する有機樹脂は、上記条件で加熱加圧成形を行うことによって、硬化状態となった（Ｃステージとなった）。
次に、この両面銅張積層体をエッチング処理することにより、両面銅張積層体から、その上下面の銅箔を除去し、厚さ２ｃｍの積層体を作製した。

（熱伝導シートの作製（積層体のスライス））
次に、積層体を一次シートの積層方向に切断（スライス）した。具体的には、積層体の１ｃｍ×２ｃｍの積層断面をカンナ（スリット部からの刃部の突出長さ：０．３４ｍｍ）を用いてスライス（一次シートのシート面の法線に対し０度の角度でスライス）し、縦１ｃｍ、横２ｃｍ、厚さ０．５ｍｍの熱伝導シートを得た。

（配向方向の確認）
実施例で得られた熱伝導シート４０について、断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、任意の５０個の熱伝導性フィラー１２について見えている方向に基づいて、鱗片の長軸方向（面方向）の熱伝導シート４０の表面に対する角度を測定した。
同様に、比較例で得られた熱伝導シートについて、断面をＳＥＭを用いて観察し、任意の５０個の熱伝導性フィラーについて見えている方向に基づいて、鱗片の長軸方向（面方向）の熱伝導シートの表面に対する角度を測定した。

（熱伝導率の測定）
実施例で得られた熱伝導シート４０及び比較例で得られた熱伝導シートの各々について、密度を水中置換法により測定し、比熱をＤＳＣ（示差走査熱量測定）により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。
そして、実施例で得られた熱伝導シート４０及び比較例で得られた熱伝導シートの各々について、厚み方向における熱伝導率を以下の式から算出した。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝密度（ｋｇ／ｍ^３）×比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）×熱拡散率（ｍ^２／Ｓ）×１０００

（結果）
実施例： 角度（配向方向）：８７．２度
厚み方向における熱伝導率：２３Ｗ／ｍＫ
比較例： 角度（配向方向）：６３．４度
厚み方向における熱伝導率：１５Ｗ／ｍＫ
ここで、角度（配向方向）は、最頻値である。
ここに示した結果から、実施例で得られた熱伝導シート４０においては、熱伝導性フィラー１２の角度（配向方向）が、比較例で得られた熱伝導シートにおける熱伝導性フィラーの角度に比べて、９０度に近いことが分かる。すなわち、実施例で得られた熱伝導シート４０においては、比較例と比べて、熱伝導性フィラー１２が熱伝導シート４０の厚み方向に良好に配向している。
そして、実施例で得られた熱伝導シート４０においては、比較例で得られた熱伝導シートと比べて、厚み方向における熱伝導率が飛躍的に向上していることが分かる。

１０ 第１シート
１１ 第１有機樹脂
１２ 熱伝導性フィラー
２０ 第２シート
２１ 第２有機樹脂
２２ 充填材
３０ 積層体
４０ 熱伝導シート
４１ 四角柱形状部
４２ 仕切部
４５ 密着層

Claims (15)

1. 薄膜状に形成され且つ半硬化状態とされた第１有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の熱伝導性フィラーを含んでなる複数の第１シートを、前記第１シートの厚み方向における前記熱伝導性フィラーの寸法よりも前記第１シートの面方向における前記熱伝導性フィラーの寸法の方が大きくなるように前記熱伝導性フィラーを配向させて作製する工程と、
   薄膜状に形成された第２有機樹脂中に充填材を含んでなる複数の第２シートを作製する工程と、
   前記第１シートと前記第２シートとを交互に積層する工程と、
   少なくとも前記第１有機樹脂を硬化させることによって、交互に積層された前記第１シートと前記第２シートとが一体化されてなる積層体を作製する工程と、
   前記積層体をスライスして熱伝導シートを作製する工程であって、前記積層体を前記第１シート及び前記第２シートの積層方向に切断することにより、前記熱伝導シートの厚み方向における前記熱伝導性フィラーの寸法が、前記熱伝導シートの面方向における前記熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、前記熱伝導シートを作製する工程と、
   を有し、
   前記充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、前記熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である熱伝導シートの製造方法。
2. 前記充填材は無機材料からなる請求項１に記載の熱伝導シートの製造方法。
3. 前記充填材は、前記繊維織布又は前記繊維不織布からなる繊維基材であり、
   前記第２シートを作製する工程は、前記繊維基材に、硬化前且つ半硬化前の前記第２有機樹脂を含浸させる工程を含む請求項１又は２に記載の熱伝導シートの製造方法。
4. 前記第２シートを作製する工程は、
   前記繊維基材に含浸された前記第２有機樹脂を半硬化又は硬化させる工程を更に含む請求項３に記載の熱伝導シートの製造方法。
5. 前記充填材は、前記熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材であり、
   前記第２シートを作製する工程は、硬化前且つ半硬化前の前記第２有機樹脂と前記無機充填材とを混練する工程と、
   前記無機充填材を含有する前記第２有機樹脂を薄膜形状に成形する工程と、
   前記第２有機樹脂を硬化させる工程と、
   を含む請求項２に記載の熱伝導シートの製造方法。
6. 前記第２シートの厚さは、前記第１シートの厚さの１／１０以下である請求項１乃至５の何れか一項に記載の熱伝導シートの製造方法。
7. 前記熱伝導性フィラーは、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子又は黒鉛粒子である請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱伝導シートの製造方法。
8. 前記第１有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンであり、
   前記第２有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンである請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱伝導シートの製造方法。
9. 前記第１シートを作製する工程は、
   半硬化前の前記第１有機樹脂と前記熱伝導性フィラーとを混練する工程と、
   前記熱伝導性フィラーを含有する前記第１有機樹脂を薄膜形状に成形する工程と、
   前記第１有機樹脂を半硬化させる工程と、
   を含む請求項１乃至８の何れか一項に記載の熱伝導シートの製造方法。
10. 熱伝導シートであって、
    当該熱伝導シートは、
    複数の四角柱形状部と、
    複数の仕切部と、
    を有し、
    前記複数の四角柱形状部は、各々の軸方向に長尺であり、
    前記複数の仕切部は、前記四角柱形状部と同じ方向に長尺であり、
    前記複数の四角柱形状部および前記複数の仕切部は、互いに並列となり、且つ、隣り合う前記四角柱形状部の間に前記仕切部が位置するように、当該熱伝導シートの面方向に沿って配置されるとともに、互いに隣り合う前記四角柱形状部と前記仕切部との側面どうしが接合されることにより、一枚のシート形状をなし、
    前記四角柱形状部は、硬化状態とされた第１有機樹脂中に、鱗片状、楕球状又は棒状の熱伝導性フィラーを含んでなり、
    前記複数の四角柱形状部の各々において、当該熱伝導シートの厚み方向における前記熱伝導性フィラーの寸法が、当該熱伝導シートの面方向における前記熱伝導性フィラーの寸法よりも大きくなるように、前記熱伝導性フィラーが配向され、
    前記仕切部は、硬化状態とされた第２有機樹脂中に、充填材を含んでなり、
    前記充填材は、繊維織布、繊維不織布、又は、前記熱伝導性フィラーとは異種の材料からなる無機充填材である熱伝導シート。
11. 前記充填材は無機材料からなる請求項１０に記載の熱伝導シート。
12. 前記充填材は、前記繊維織布又は前記繊維不織布からなる繊維基材である請求項１０又は１１に記載の熱伝導シート。
13. 前記複数の四角柱形状部および前記複数の仕切部の並び方向における前記仕切部の寸法は、当該並び方向における前記四角柱形状部の寸法の１／１０以下である請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の熱伝導シート。
14. 前記熱伝導性フィラーは、結晶中の六角平面が、鱗片の面方向、楕球の長軸方向又は棒の軸方向に配向している六方晶窒化ホウ素粒子又は黒鉛粒子である請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の熱伝導シート。
15. 前記第１有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンであり、
    前記第２有機樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド又はベンゾオキサジンである請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の熱伝導シート。

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