JP2015229772A - 熱伝導性ペーストの製造と製造方法 - Google Patents
熱伝導性ペーストの製造と製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015229772A JP2015229772A JP2014126696A JP2014126696A JP2015229772A JP 2015229772 A JP2015229772 A JP 2015229772A JP 2014126696 A JP2014126696 A JP 2014126696A JP 2014126696 A JP2014126696 A JP 2014126696A JP 2015229772 A JP2015229772 A JP 2015229772A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- substrate
- conductive paste
- metal
- alcohol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 123
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 101
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 75
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 75
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 56
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 35
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 33
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 129
- -1 carboxylic acid metal compound Chemical class 0.000 claims description 103
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 42
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 32
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 29
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 claims description 23
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 11
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 8
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 125000005396 acrylic acid ester group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000005397 methacrylic acid ester group Chemical group 0.000 claims description 6
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 65
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 31
- 238000007639 printing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract 1
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 80
- 239000002585 base Substances 0.000 description 73
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 56
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 52
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 48
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 47
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 32
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 32
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 32
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 30
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 22
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 21
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 17
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 17
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 description 16
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 16
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 16
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 15
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 15
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 13
- 239000003317 industrial substance Substances 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 13
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical group C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- CSJKPFQJIDMSGF-UHFFFAOYSA-K aluminum;tribenzoate Chemical compound [Al+3].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1.[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1.[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 CSJKPFQJIDMSGF-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 12
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Natural products CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 11
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 10
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 9
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 9
- SOGAXMICEFXMKE-UHFFFAOYSA-N Butylmethacrylate Chemical compound CCCCOC(=O)C(C)=C SOGAXMICEFXMKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CQEYYJKEWSMYFG-UHFFFAOYSA-N butyl acrylate Chemical compound CCCCOC(=O)C=C CQEYYJKEWSMYFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 6
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 6
- SUPCQIBBMFXVTL-UHFFFAOYSA-N ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCOC(=O)C(C)=C SUPCQIBBMFXVTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 6
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 5
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 5
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 5
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 5
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 4
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N Benzoic acid Natural products OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N Caprylic acid Natural products CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005635 Caprylic acid (CAS 124-07-2) Substances 0.000 description 4
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 description 4
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 4
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 4
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 229960002446 octanoic acid Drugs 0.000 description 4
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 4
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 3
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000013039 cover film Substances 0.000 description 3
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 3
- XJELOQYISYPGDX-UHFFFAOYSA-N ethenyl 2-chloroacetate Chemical compound ClCC(=O)OC=C XJELOQYISYPGDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 3
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N Acrylic acid Chemical class OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical group [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 229920000800 acrylic rubber Polymers 0.000 description 2
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 2
- PJJZFXPJNUVBMR-UHFFFAOYSA-L magnesium benzoate Chemical compound [Mg+2].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1.[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 PJJZFXPJNUVBMR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 2
- BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M (3-methylphenyl)methyl-triphenylphosphanium;chloride Chemical compound [Cl-].CC1=CC=CC(C[P+](C=2C=CC=CC=2)(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 BNGXYYYYKUGPPF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GOXQRTZXKQZDDN-UHFFFAOYSA-N 2-Ethylhexyl acrylate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C=C GOXQRTZXKQZDDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LCZVSXRMYJUNFX-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-hydroxypropoxy)propoxy]propan-1-ol Chemical compound CC(O)COC(C)COC(C)CO LCZVSXRMYJUNFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WDQMWEYDKDCEHT-UHFFFAOYSA-N 2-ethylhexyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C(C)=C WDQMWEYDKDCEHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PRQREXSTQVWUGV-UHFFFAOYSA-N 6-ethenoxy-6-oxohexanoic acid Chemical compound OC(=O)CCCCC(=O)OC=C PRQREXSTQVWUGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acrylate Chemical compound CCOC(=O)C=C JIGUQPWFLRLWPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 239000004902 Softening Agent Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- QHIWVLPBUQWDMQ-UHFFFAOYSA-N butyl prop-2-enoate;methyl 2-methylprop-2-enoate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.COC(=O)C(C)=C.CCCCOC(=O)C=C QHIWVLPBUQWDMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- OIWOHHBRDFKZNC-UHFFFAOYSA-N cyclohexyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OC1CCCCC1 OIWOHHBRDFKZNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000005548 dental material Substances 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- SZXQTJUDPRGNJN-UHFFFAOYSA-N dipropylene glycol Chemical compound OCCCOCCCO SZXQTJUDPRGNJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- GMSCBRSQMRDRCD-UHFFFAOYSA-N dodecyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCOC(=O)C(C)=C GMSCBRSQMRDRCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- IYNRVIKPUTZSOR-HWKANZROSA-N ethenyl (e)-but-2-enoate Chemical compound C\C=C\C(=O)OC=C IYNRVIKPUTZSOR-HWKANZROSA-N 0.000 description 1
- MEGHWIAOTJPCHQ-UHFFFAOYSA-N ethenyl butanoate Chemical compound CCCC(=O)OC=C MEGHWIAOTJPCHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CMDXMIHZUJPRHG-UHFFFAOYSA-N ethenyl decanoate Chemical compound CCCCCCCCCC(=O)OC=C CMDXMIHZUJPRHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GLVVKKSPKXTQRB-UHFFFAOYSA-N ethenyl dodecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCC(=O)OC=C GLVVKKSPKXTQRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UJRIYYLGNDXVTA-UHFFFAOYSA-N ethenyl hexadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC=C UJRIYYLGNDXVTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZWYWAIOTBEZFN-UHFFFAOYSA-N ethenyl hexanoate Chemical compound CCCCCC(=O)OC=C LZWYWAIOTBEZFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFSIMBWBBOJPJG-UHFFFAOYSA-N ethenyl octadecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OC=C AFSIMBWBBOJPJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QBDADGJLZNIRFQ-UHFFFAOYSA-N ethenyl octanoate Chemical compound CCCCCCCC(=O)OC=C QBDADGJLZNIRFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIWXSTHGICQLQT-UHFFFAOYSA-N ethenyl propanoate Chemical compound CCC(=O)OC=C UIWXSTHGICQLQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZQZUENMXBZVXIZ-UHFFFAOYSA-N ethenyl tetradecanoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCC(=O)OC=C ZQZUENMXBZVXIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L magnesium acetate Chemical compound [Mg+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O UEGPKNKPLBYCNK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011654 magnesium acetate Substances 0.000 description 1
- 229940069446 magnesium acetate Drugs 0.000 description 1
- 235000011285 magnesium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- CVMDVTFDSMNZTQ-UHFFFAOYSA-L magnesium dibenzoate tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.C(C1=CC=CC=C1)(=O)[O-].[Mg+2].C(C1=CC=CC=C1)(=O)[O-] CVMDVTFDSMNZTQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- JESHZQPNPCJVNG-UHFFFAOYSA-L magnesium;sulfite Chemical compound [Mg+2].[O-]S([O-])=O JESHZQPNPCJVNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- HMZGPNHSPWNGEP-UHFFFAOYSA-N octadecyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCOC(=O)C(C)=C HMZGPNHSPWNGEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N pent‐4‐en‐2‐one Natural products CC(=O)CC=C PNJWIWWMYCMZRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229920006267 polyester film Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 description 1
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- KEROTHRUZYBWCY-UHFFFAOYSA-N tridecyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CCCCCCCCCCCCCOC(=O)C(C)=C KEROTHRUZYBWCY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 description 1
- KOZCZZVUFDCZGG-UHFFFAOYSA-N vinyl benzoate Chemical compound C=COC(=O)C1=CC=CC=C1 KOZCZZVUFDCZGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
- Graft Or Block Polymers (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
【解決策】 熱分解によって金属に近い熱伝導性と優れた絶縁性を兼備する金属酸化物を析出する有機金属化合物をアルコールに分散し、この分散液に、有機金属化合物の熱分解温度より沸点が低い有機化合物を混合して、熱伝導性ペーストを製造する。この熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷して熱処理し、金属酸化物微粒子の集まりからなる膜状体を部品ないしは基材の表面に形成することによって、部品ないしは基材の表面を金属に近い熱伝導性で電気絶縁性の性質とする。
【選択図】図2
Description
いっぽう、エレクトロニクス分野では、絶縁材の多くは熱伝導性に劣る高分子材料が用いられている。このため、高分子材料の熱伝導性を高めるために、固体の熱伝導性粒子を熱伝導の担い手として高分子材料に充填する方法が用いられている。この方法では、熱伝導性粒子の集まりが、高分子材料の内部に熱伝導経路を形成することで、優れた熱伝導性が実現する。いっぽう、熱伝導性粒子が高分子材料の内部に熱伝導経路を形成するには、熱伝導性粒子の充填率を高めることが必要になるが、融解した高分子材料に熱伝導性粒子を充填させる割合は粘度の上昇によって限度がある。この結果、固体の熱伝導性粒子を高分子材料に充填させる従来の方法では、高分子材料の熱伝導性の向上には限界がある。
また、特許文献2には、熱伝導性、制振性、緩衝性を兼備したエラストマー材料の製造技術が記載されている。つまり、熱可塑性エラストマーの重量に対し、3倍〜10倍の軟化剤を加えることで、制振性と緩衝性とを確保し、また、熱伝導性の担い手としてピッチ系炭素繊維を用い、成形体の体積の10%〜40%の体積割合でピッチ系炭素繊維を充填することで、制振性と緩衝性とを犠牲にすることなく熱伝導性を確保する、としている。
さらに、特許文献3には、ポリフェニレンサルファイド系樹脂とポリアミド系樹脂とからなる2種類の樹脂のうちの一方の樹脂を島状構造とし、他方の樹脂を海状構造とする三次元網目構造を形成し、熱伝導性付与剤を海状構造の樹脂中に偏在させることで、機械的強度及び成形性を低下させることなく、熱伝導率が向上する樹脂組成物の製造技術が記載されている。つまり、熱伝導性付与剤を海状構造樹脂中に充填させることで、海状構造樹脂の熱伝導性を高め、海状構造の部分に沿って熱を伝導させ、これによって、樹脂組成物の熱伝導性を高める、としている。
また、特許文献4には、電気絶縁性を低下させることなく、機械的強度、耐熱性、寸法精度、薄肉成形性に優れ、且つ熱伝導性の熱硬化性樹脂の成形材料の製造技術が記載されている。つまり、第一のフィラーとして針状形状で、モース硬度が4.5〜5.0の値を持つウォラストナイトを充填することで、引張強度と曲げ強度とを確保し、また、ウォラストナイトの熱膨張係数が6.5×10−6/℃と小さいため、寸法安定性と薄肉成形性が確保される。さらに、ウォラストナイトの融点が1540℃と高いため耐熱性が得られる。また、第二のフィラーとして絶縁性で熱伝導性であるアルミナの球状粒子を用いることで、熱硬化性樹脂の電気絶縁性を低下させることなく、熱導電性を向上させる構成としている。
さらに、特許文献1に記載された技術は、分断された複数の製作工程によって、熱伝導シートを製造するため製造費用が高価になる。また、原料として用いる熱伝導性粒子が、高価な球状微粒子でかつ使用量が少量でないため、高い付加価値、例えば、金属並みの熱伝導性を持ち、かつ、絶縁性であればよいが、本技術で得られた熱伝導性は、金属の熱伝導性より1桁以上低いため、本技術が適応できる製品分野は制限される。
熱伝導性を担う物質が、部品ないしは基材において、連続した構造ないしは近接した構造が取れれば、熱伝導経路が部品ないしは基材に形成され、熱伝導性が著しく増大する。いっぽう、従来技術においては、熱伝導性を担う物質の間に必ず非熱伝導性の物質が介在し、これによって、熱伝導を妨げる抵抗が形成され、熱伝導性の向上が抑制された。このため、第一の課題は、熱伝導性を担う物質が、部品ないしは基材において、連続した構造ないしは近接した構造を取ることである。従って、熱伝導性の物質を非熱伝導性の物質に複合化するないしは混合する従来技術では、この課題を解決することはできない。
第二の課題は、熱伝導性を担う物質の分散性である。つまり、熱伝導性を担う物質の体積占有率が増大するほど、部品ないしは基材の内部で、熱伝導性を担う物質同士が互いに接触ないしは近接する確率が高くなり、これによって、熱伝導性を担う物質が連続した構造ないしは近接した構造が取りやすくなり、この結果、部品ないしは基材の熱伝導性が増大する。しかしながら、熱伝導性を担う物質が固体である場合は、部品ないしは基材の内部に分散できる割合には限度がある。すなわち、従来技術で説明したように、熱伝導性粒子の充填率を高めるほど、融解した高分子材料の粘度が高まり、融解した高分子材料が押出や射出といった成形加工ができなくなる。また、特許文献2の問題点で説明したように、融解した高分子材料にピッチ系炭素繊維を繊維軸方向に配向させて分散することは困難である。また、特許文献4における針状粒子を針状方向に配向させて分散することも困難である。このため、固体からなる熱伝導性の物質を、非熱伝導性の物質に複合化するないしは混合する従来技術では、熱伝導性を担う物質の分散性の課題を解決することはできない。
第三の課題は、熱伝導性を担う物質の凝集である。つまり、特許文献1、特許文献3および特許文献4には、熱伝導性粒子を融解した高分子材料に充填する技術が記載されているが、粒子が微細になるほど、また、粒子が対称形状であるほど、粒子が凝集しやすくなる。粒子の凝集が起こると、部品ないしは基材の内部で粒子が偏在し、結果として前記した分散性と同様の問題が起こる。従って、微細な粒子や球状粒子を、融解した高分子材料に充填する従来技術では、熱伝導性を担う物質の凝集の課題を解決することはできない。
第四の課題は、部品ないしは基材に付与される性質が、熱伝導性が金属に近く、かつ、優れた絶縁性であることである。特に、エレクトロニクス分野に用いる製品は、こうした性質が必要となる。つまり、部品ないしは基材に金属に近い熱伝導性が付与されたとしても、導電性である場合は、電気絶縁性を確保することが必要になり、多くの場合は電気絶縁性で非熱伝導性である安価な接着剤を用いるが、非熱伝導性の接着層によって、部品同士ないしは基材同士の熱伝導性を伴った接合ができない。なお、熱伝導性が高いほど、部品ないしは基材が持つ付加価値は高い。前記した従来技術の熱伝導性は、金属の熱伝導性に比べ1桁以上熱伝導性が低いため、付加価値は低い。
第五の課題は、安価な製造方法で部品ないしは基材に熱伝導性を付与できることである。特に、エレクトロニクス分野に用いる製品は、安価な部品ないしは安価な基材が採用される。従って、前記した従来技術のように、分断された複数の工程からなる製法や、非常に高価な原料を用いる製法や、原料に事前処理が必要になる製法を伴う場合は、製造費用が高騰し、安価な工業用製品を製造する製法として適切でない。
第六の課題は、熱伝導性が付与された部品ないしは基材が、容易に製品として組み付けられることである。つまり、安価な製造方法で部品ないしは基材に熱伝導性を付与できても、容易に製品として組み付けられなければ、部品ないしは基材の付加価値は低い。
第七の課題は、熱伝導性が付与された部品ないしは基材が、軽量で厚みが薄いことである。特に、エレクトロニクス分野における製品は、小型化、軽量化および薄肉化が進んでいるため、重量がかさみ、厚みを占有する部品ないしは基材の付加価値は低い。
本発明が解決しようとする課題は、部品ないしは基材に熱伝導性を付与するに際し、8段落で説明した7つの課題が同時に解決される全く新たな技術を実現することにある。
つまり、本特徴手段における熱伝導性ペーストは、有機金属酸化物のアルコール分散液に、アルコールに溶解ないしは混和する有機化合物を混合した液状物質からなる。このため、部品ないしは基材に熱伝導性を付与するに際し、8段落で説明した多くの課題が同時に解決される全く新たな技術である。従って、固体からなる熱伝導性粒子の集まりを、融解した高分子材料に充填する従来の熱伝導性部品ないしは熱伝導性基材とは、材料構成と製法とが全く異なる新規な技術であるため、前記した従来の熱伝導性部品ないしは熱伝導性基材における問題点を一切持たない。
また、有機金属化合物と有機化合物とは安価な汎用的な工業用薬品であるため、熱伝導性ペーストは安価な費用で製造できる。さらに、熱伝導性ペーストを部品なしは基材の表面に塗布ないしは印刷し、この部品ないしは基材を熱処理するだけで、金属酸化物微粒子の集まりが析出するため、製造費用も安価である。さらに、部品ないしは基材が、有機金属化合物の熱分解温度に対する耐熱性を持てば、様々な部品や基材の表面に熱伝導性で電気絶縁性の性質を併せ持つ金属酸化物の微粒子の集まりからなる膜状体が形成できる。
さらに、熱伝導性で電気絶縁性の性質を併せ持つ膜状体の厚みは、熱伝導性ペーストの塗布ないしは印刷した厚みに応じて自在に変えられ、ミクロンレベルのごく薄い厚みが容易に形成でき、膜状体の重量は1g以下であり、重量をほとんど持たない。
また、金属酸化物微粒子の大きさが、部品ないしは基材の表面粗さより2桁近く小さいため、金属酸化物微粒子は部品ないしは基材の表面の凹部にも入り込んで析出し、部品ないしは基材の表面に、金属酸化物微粒子の集まりの連続構造が形成される。このため、部品ないしは基材の表面は、確実に熱導電性と電気絶縁性との性質を併せ持つことになる。
なお、有機化合物はアルコールに溶解ないしは混和し、有機化合物のアルコール溶解液ないしはアルコール混和液の粘度はアルコールの粘度より高まり、熱伝導性ペーストの塗布ないしは印刷が可能になる。熱伝導性ペーストは液状物質であり、従来のペースト材のように固体の粒子を含まないため粘度は低く、塗布ないしは印刷が容易になる。
以上に説明したように、本特徴手段によれば、液状物質の熱伝導性ペーストが製造でき、この熱伝導性ペーストを用いることで、金属に近い熱伝導性で優れた電気絶縁性の膜状体が部品ないしは基材の表面に形成され、8段落で説明した7つの課題が同時に解決できる。
すなわち、カルボキシル基を構成する酸素イオンが、金属イオンに近づいて配位結合するカルボン酸金属化合物は、最も大きいイオン半径を有する金属イオンに配位子イオンである酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、金属イオンと配位結合する酸素イオンが、金属イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つカルボン酸金属化合物は、カルボン酸金属化合物を構成するカルボン酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、金属イオンと酸素イオンとの化合物である金属酸化物とカルボン酸とに分解する。さらに昇温すると、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後に金属酸化物が析出する。こうしたカルボン酸金属化合物として、酢酸金属化合物、カプリル酸金属化合物、安息香酸金属化合物、ナフテン酸金属化合物などがある。なお、カルボン酸金属化合部の熱分解温度は、大気雰囲気では窒素雰囲気より40℃程度低い。
このようなカルボン酸金属化合物をアルコールに分散し、この分散液にカルボン酸金属化合物が熱分解される温度より低い沸点を有する有機化合物を混合して熱伝導性ペーストを作成し、この熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布して熱処理すると、最初にアルコールが気化し、次に有機化合物が気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解し、大きさが10nm〜100nmの範囲に入る粒状の金属酸化物微粒子の集まりが析出し、微粒子の集まりからなるごく薄い膜状体が部品ないしは基材の表面に形成される。
さらに、前記したカルボン酸金属化合物は、いずれも容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、カルボン酸を強アルカリと反応させるとカルボン酸アルカリ金属化合物が生成される。この後、カルボン酸アルカリ金属化合物を無機金属化合物と反応させると、カルボン酸金属化合物が合成される。また、カルボン酸は有機酸の沸点の中で相対的に低い沸点を有する有機酸であるため、大気雰囲気においては300℃程度の比較的低い熱処理温度で熱分解して金属酸化物が析出するため、熱処理費用も安価で済む。
なお、酸化マグネシウムないしは酸化アルミニウムより熱伝導性が優れた絶縁性材料として窒化アルミニウムがあるが、窒化アルミニウムはその製法によって極めて高価な材料である。すなわち、窒化アルミニウムの製法として還元窒化法と直接窒化法とがある。還元窒化法は、アルミナAl2O3粒子を出発原料として用い、アルミナ粒子を炭素還元しながら窒化反応によって窒化アルミニウムを製造する。従って、高純度のアルミナ粒子を用いることで、優れた熱伝導性と絶縁性を兼ねる窒化アルミニウム粒子が製造されるが、長時間の高温加熱処理が必要になり、出発原料のアルミナ粒子の10倍近い製造費用が掛かるいっぽう、直接窒化法は、高純度のアルミニウム粒子を直接高温環境下で窒化させる製法であるため、還元窒化法に比べると製造時に消費する熱エネルギーは少ないが、高温の反応時に窒化アルミニウム粒子の粒成長と焼結が進み、後処理として強制粉砕が必須になる。しかしながら、窒化アルミニウムは非常に硬い物質であるため、強制粉砕の際に酸素と金属のコンタミネーションを伴う。このため、純度の高い窒化アルミニウム粒子を製造する費用は、アルミナ粒子の製造費の10倍に近くなる。
なお、熱分解で酸化マグネシウムないしは酸化アルミニウムを析出するカルボン酸金属化合物としては、酢酸金属化合物、カプリル酸金属化合物、安息香酸金属化合物、ナフテン酸金属化合物などの汎用的な安価なカルボン酸金属化合物の中で、カルボン酸マグネシウム化合物ないしはカルボン酸アルミニウム化合物を選択すればよい。
熱処理で金属酸化物を析出する有機金属化合物を、メタノールやn−ブタノールなどのアルコールに分散して分散液を作成し、この分散液に前記したいずれかの有機化合物を混合すると、アルコール分散液より高い粘度を有する液状物質となって熱伝導性ペーストが製造できる。この熱伝導性ペーストを、部品ないしは基材に塗布ないしは印刷して熱処理する。最初にアルコールが気化し、次いで有機化合物が気化し、さらに昇温すると、有機金属化合物が熱分解して熱伝導性で電気絶縁性の金属酸化物微粒子が析出し、この金属酸化物の粒状微粒子の集まりからなる膜状物質が、部品ないしは基材の表面に形成される。
すなわち、金属酸化物微粒子の大きさが、部品ないしは基材の表面粗さより2桁近く小さいため、金属酸化物微粒子は部品ないしは基材の表面の凹部にも入り込んで析出する。また、金属酸化物微粒子の集まりに圧縮荷重が加えられると、金属酸化物微粒子は部品ないしは基材の表面の凹部に食い込む。さらに、金属酸化物微粒子は粒状形状であるため、金属酸化物微粒子は互いに点接触に近い接触で接しているため、複数の接触点に過大な摩擦熱が発生し、摩擦熱で微粒子同士が互いに接合される。このため、一定の接合強度を持って部品同士ないしは基材同士が接合される。
例えば、ヒートシンクの表面に金属酸化物微粒子の集まりを析出させ、このヒートシンクをプリント基板に載せて圧縮荷重を加えると、硬度が大きい金属酸化物微粒子の集まりが、ヒートシンクの表面とプリント基板の表面とに食い込むとともに、金属酸化物微粒子同士が互いに接触する部位で発生する摩擦熱で接合する。この結果、ヒートシンクとプリント基板とは、金属酸化物微粒子の集まりを介して接合される。これによって、プリント基板の熱が金属酸化物微粒子の集まりを介して効率よくヒートシンクに伝達され、ヒートシンクから大気に放出される。従って、プリント基板に多くの発熱素子を実装しても、プリント基板に実装された半導体素子が熱劣化することはない。
なお、発熱素子としては、例えば、発光ダイオード素子、ワイドギャップ半導体からなるICチップないしはIGBTチップないしはパワーMOSFETなどの発熱素子が挙げられる。
例えば、基板の表面に熱伝導性ペーストを印刷ないしは塗布し、この基板に金属箔を載せて圧縮荷重を加えて熱処理すると、析出した硬度が大きい金属酸化物微粒子の集まりが、基板の表面と金属箔の表面とに食い込むとともに、金属酸化物微粒子同士が互いに接触する部位で発生する摩擦熱で接合する。この結果、基板と金属箔とは、金属酸化物微粒子の集まりを介して接合される。この後、金属箔を導体パターンが形成されたプリント配線に加工とすると、金属酸化物が化学的に極めて安定であるため、金属酸化物微粒子の集まりが残存してプリント基板が作成される。このプリント基板においては、プリント配線の熱が、効率よく金属酸化物微粒子の集まりからなる膜状体に伝達され、この膜状体から大気に放出される。従って、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子が熱劣化することはない。
なお、発熱素子としては、例えば、発光ダイオード素子、ワイドギャップ半導体からなるICチップないしはIGBTチップないしはパワーMOSFETなどの素子が挙げられる。
熱分解で酸化マグネシウムないしは酸化アルミニウムを析出する物質が、熱伝導性ペーストを構成するには、液相化しなければならない。亜硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硝酸マグネシウムなどの無機マグネシウム化合物は、液相化された無機マグネシウム化合物にマグネシウムイオンが溶出し、多くのマグネシウムイオンが酸化マグネシウムの析出に参加できなくなる。従って、マグネシウム化合物は溶剤に溶解せず、溶剤に分散する性質が必要になる。
同様に、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの無機アルミニウム化合物は、液相化された無機アルミニウム化合物にアルミニウムイオンが溶出し、多くのアルミニウムイオンが酸化アルミニウムの析出に参加できなくなる。従って、アルミニウム化合物は溶剤に溶解せず、溶剤に分散する性質が必要になる。
また、アルコールなどの汎用的な有機溶剤に分散できれば、マグネシウム化合物ないしはアルミニウム化合物が溶剤中に均一に分散するため、熱伝導性ペーストの原料になる。無機マグネシウム化合物ないしは無機アルミニウム化合物は、アルコールに分散しない。このため、熱分解で酸化マグネシウムないしは酸化アルミニウムを析出する物質は、無機金属化合物ではなく有機金属化合物が望ましい。
さらに、有機金属化合物は熱分解で金属酸化物を析出しなければならない。いっぽう、有機金属化合物から金属酸化物が生成される化学反応の中で、最も簡単な化学反応に熱分解反応がある。つまり、有機金属化合物のアルコール分散液を昇温するだけで、有機金属化合物が熱分解して金属酸化物が析出する。さらに、有機金属化合物の合成が容易でれば、有機金属化合物を安価に製造できる。こうした性質を兼備する有機金属化合物にカルボン酸金属化合物がある。
つまり、カルボン酸金属化合物を構成する物質の中で、最も大きい共有結合半径を持つ物質は金属イオンである。いっぽう、金属イオンとカルボキシル基を構成する酸素イオンとが共有結合するカルボン酸金属化合物は、金属イオンと酸素イオンとの距離が最大になる。こうした分子構造上の特徴を持つカルボン酸金属化合物を昇温させると、カルボン酸の沸点において、カルボン酸と金属とに分解する。さらに昇温すると、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後に金属が析出する。従って、熱分解によって金属酸化物を析出するカルボン酸金属化合物は、金属イオンと結合する酸素イオンとの距離が短く、酸素イオンが金属イオンの反対側で結合するイオンと結合する距離が最も長い分子構造上の特徴を持つ必要がある。つまり、カルボン酸金属化合物を昇温させると、カルボン酸の沸点において、酸素イオンが金属イオンの反対側で結合するイオンと結合する部位が最初に切れ、金属酸化物とカルボン酸とに分解する。このような分子構造上の特徴を持つカルボン酸金属化合物は、カルボキシル基を構成する酸素イオンが配位子になって金属イオンに近づいて配位結合するカルボン酸金属化合物である。
また、有機金属化合物の中でカルボン酸金属化合物は、合成が容易で、安価な有機金属化合物である。つまり、カルボン酸を水酸化ナトリウムなどの強アルカリ溶液と反応させると、カルボン酸アルカリ金属が生成される。このカルボン酸アルカリ金属を、硫酸塩などの無機金属塩と反応させると、カルボン酸金属化合物が生成される。また、カルボン酸や沸点が低い有機酸であるため、熱分解温度が比較的低い。このため、カルボキシル基を構成する酸素イオンが、配位子となって金属イオンに近づいて配位結合するカルボン酸金属化合物は、安価な工業用薬品であり、熱処理費用も安価で済む。
こうしたカルボン酸金属化合物として、酢酸金属化合物、カプリル酸金属化合物、安息香酸金属化合物、ナフテン酸金属化合物などが挙げられる。従って、酸化マグネシウムないしは酸化アルミニウムを熱分解で析出する原料は、酢酸金属化合物、カプリル酸金属化合物、安息香酸金属化合物、ナフテン酸金属化合物などからなるカルボン酸マグネシウム化合物ないしはカルボン酸アルミニウム化合物である。
このような有機化合物として、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類などのエステル類、グリコール類、ないしは、スチレンモノマーなどの液状モノマーに、前記した3つの性質を兼備するものがある。
カルボン酸ビニルエステル類は、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、ピパリン酸ビニル、オクチル酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、アジピン酸ビニル、クロトン酸ビニル、安息香酸ビニルなど様々なカルボン酸ビニルがある。
例えば、酢酸ビニルは化学式がCH3COO‐CH=CH2で示され、メタノールに溶解し、メタノールより高い粘性を持ち、沸点がメタノールより高い72.7℃である。従って、カルボン酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液に酢酸ビニルを混合すると、混合した酢酸ビニルの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、メタノールが気化した後に酢酸ビニルが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解し、金属酸化物の微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、酢酸ビニルは、酢酸とビニルアルコールとを反応させたエステルで、ポリ酢酸ビニルの合成に用いる原料であって、汎用的な工業用薬品である。
また、モノクロロ酢酸ビニルは化学式がCl‐CH2COO‐CH=CH2で示され、n−ブタノールに溶解し、沸点がn−ブタノールより高い136℃である。従って、カルボン酸金属化合物をn−ブタノールに分散し、この分散液にモノクロロ酢酸ビニルを混合すると、混合したモノクロロ酢酸ビニルの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、n−ブタノールが気化した後にモノクロロ酢酸ビニルが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解され、金属酸化物の微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、モノクロロ酢酸ビニルは、アクリルゴムの架橋サイトとして用いられている汎用的な工業用薬品である。
さらに、アクリル酸エステル類は、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2エチルヘキシルなどの様々なアクリル酸エステルがある。
例えば、アクリル酸メチルは化学式がCH2=CH‐COOCH3で示され、メタノールに溶解し、沸点がメタノールより高い80℃である。従って、カルボン酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にアクリル酸メチルを混合すると、アクリル酸メチルの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、メタノールが気化した後にアクリル酸メチルが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解し、金属酸化物微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、アクリル酸メチルはアクリル樹脂の原料であって、汎用的な工業用薬品である。
また、アクリル酸ブチルは化学式がCH2=CH‐COOC4H9で示され、n−ブタノールに溶解し、沸点がn−ブタノールより高い148℃である。従って、カルボン酸金属化合物をn−ブタノールに分散し、この分散液にアクリル酸ブチルを混合すると、アクリル酸ブチルの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、n−ブタノールが気化した後にアクリル酸ブチルが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解され、金属酸化物微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、アクリル酸ブチルは、アクリル酸とn−ブタノールを反応させたエステルで、繊維処理剤、粘接着剤、塗料、合成樹脂、アクリルゴム、エマルションの原料として使用される汎用的な工業用薬品である。
また、メタクリル酸エステル類は、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸アルキル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリルなど様々なメタクリル酸エステルがある。
例えば、メタクリル酸エチルは化学式がH2C=C(CH3)COOC2H5で示され、メタノールに溶解し、沸点がメタノールより高い117℃である。従って、カルボン酸金属化合物をメタノールに分散し、この分散液にメタクリル酸エチルを混合すると、メタクリル酸エチルの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、メタノールが気化した後にメタクリル酸エチルが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解し、金属酸化物の微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、メタクリル酸エチルは、顔料、塗料、接着剤、繊維処理剤、成形材料、歯科用材料の原料として用いられている汎用的な工業用薬品である。
さらに、メタクリル酸nブチルは化学式がCH2C(CH3)COO(CH2)3CH3で示され、n−ブタノールに溶解し、沸点がn−ブタノールより高い163.5℃である。従って、カルボン酸金属化合物をn−ブタノールに分散し、この分散液にメタクリル酸nブチルを混合すると、メタクリル酸nブチルの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、n−ブタノールが気化した後にメタクリル酸nブチルが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解され、金属酸化物微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、メタクリル酸nブチルは、塗料、分散剤、繊維処理剤の原料として用いられている汎用的な工業用薬品である。
さらに、スチレンモノマーは化学式がC6H5CH=CH2で示され、n−ブタノールと混和し、沸点がn−ブタノールより高い145℃の液状モノマーである。カルボン酸金属化合物をn−ブタノールに分散し、この分散液にスチレンモノマーを混合すると、スチレンモノマーの量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、n−ブタノールが気化した後にスチレンモノマーが気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解され、金属酸化物微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。なお、スチレンモノマーは、ポリスチレンを始めとして、発泡ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、不飽和ポリエステルなどの合成樹脂の原料となる汎用的な工業用薬品である。
また、化学式がC2H4(OH)2で示されるエチレングリコールは、n−ブタノールと混和し、沸点が197.3℃の液状モノマーである。さらに、化学式がO(CH2CH2OH)2で示されるジエチレングリコールは、n−ブタノールと混和し、沸点が244.3℃の液状モノマーである。さらに、化学式がCH3CHOHCH2OHで示されるプロピレングリコールは、n−ブタノールと混和し、沸点が188.2℃の液状モノマーである。さらに、ジプロピレングリコールは、化学式が[CH3CH(OH)CH2]2Oで示され、n−ブタノ−ルと混和し、沸点が232.2℃の液状モノマーである。また、トリプロピレングリコールは、化学式が[CH3CH(OH)CH2]2Oで示され、n−ブタノールと混和し、沸点が265.1℃の液状モノマーである。従って、カルボン酸金属化合物をn−ブタノールに分散し、この分散液に前記したグリコール類を混合すると、グリコール類の量に応じて粘度が増大する。このような方法で熱伝導性ペーストを製造し、熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷する。その後、大気雰囲気で熱処理すると、n−ブタノールが気化した後にグリコール類が気化し、この後、カルボン酸金属化合物が熱分解され、金属酸化物微粒子の集まりからなるごく薄い膜が、部品ないしは基材の表面に形成される。また、グリコール類は、樹脂の中間原料として用いるほか、溶剤としての性質に優れ、さらに湿潤作用、保湿作用、保存作用、乳化作用、高沸点、低凝固点などの特長を活かして、食品、医薬品、化粧品、熱媒、冷媒、不凍液などに幅広く用いられる汎用的な工業用薬品である。
本実施例において用いたアルミニウム板は、2cm×2cmで板厚が2mmである。また、酸化マグネシウムの原料は、安息香酸マグネシウム・四水和物Mg(C6H5COO)2・4H2O(例えば、三津和化学薬品株式会社の製品)を用いた。また有機化合物は、沸点が245℃のジエチレングリコール(CH2CH2OH)2O(例えば、三菱化学の製品)を用いた。アルコールは、試薬1級のn−ブタノールを用いた。
最初に、安息香酸マグネシウムを10重量%としてn−ブタノールに分散し、この分散液にジエチレングリコールが5重量%になるように混合し、熱伝導性ペーストを作成した。この熱伝導性ペーストを、アルミニウム板の表面にスクリーン印刷した。スクリーン印刷にあたっては、厚みが60μmで開口率が37%のスクリーンを用い、マイクロテック社の印刷装置MT−320TVを用いて印刷した。
次に、熱伝導性ペーストが印刷された試料を大気雰囲気で熱処理した。最初に、120℃に昇温してn−ブタノールを気化させ、さらに、250℃に昇温してジエチレングリコールを気化させ、310℃に1分間放置して安息香酸マグネシウムを熱分解した。
次に、試料の表面を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、JFEテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧SEMを用いた。この装置は、100Vからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を持つ。最初に、反射電子線の900V〜1kVの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行った。表面には40nm〜60nmの大きさからなる粒状粒子が、表面全体に形成されていることが分かった。次に、反射電子線の900V〜1kVの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって材質の違いを観察した。濃淡が認められなかったので、同一の物質から形成されていることが分かった。さらに、特性X線のエネルギーとその強度を画像処理し、基板表面に形成された微粒子を構成する元素を分析した。マグネシウム原子と酸素原子とがほぼ同じ頻度で存在していることが確認できた。さらに、試料の断面の観察から、粒状微粒子が200層に近い厚みで多層構造を形成していることが分かった。以上の表面観察の結果から、40nm〜60nmの大きさの幅に入る酸化マグネシウムの粒状微粒子の集まりが、200層前後の層をなして析出していることが確認できた。
なお、プリント基板は、柔軟性を持たないリジッド基板と柔軟性を持つフレキシブル基板に2分される。さらに、リジッド基板は、屈曲強度、はんだ耐熱性、熱膨張係数、電気絶縁性、誘電率特性などの性質によって、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジッド基板、ガラスエポキシ基板、テフロン基板、アルミナ基板、低温同時焼成(LTCC)基板、コンポジッド基板、ハロゲンフリー基板などの様々な材質からなるリジッド基板を使分けている。また、フレキシブル基板は、ポリイミドやポリエステルのフィルムの上に銅箔の配線パターンを持ち、表面が絶縁フィルムで被覆されている。
このように、プリント基板は様々な材質で構成されるが、酸化マグネシウム微粒子がモース硬度5.5の硬さを持つため、酸化マグネシウム微粒子の集まりが析出したヒートシンクをプリント基板に載せて、ヒートシンクに圧縮荷重を加えると、ヒートシンクの表面とアルミナ基板を除く全ての材質からなるプリント基板の表面とに、酸化マグネシウム微粒子が食い込み、また、酸化マグネシウム微粒子同士が摩擦熱で接合し、酸化マグネシウム微粒子の集まりを介して、ヒートシンクがプリント基板に接合される。従って、ガラスエポキシ基板によってプリント基板を代表させても支障がない。なお、カルボン酸アルミニウム化合物の熱分解で析出する酸化アルミニウムは、アルミナ基板を構成するアルミナより純度が高いため、酸化アルミニウム微粒子はアルミナ基板のアルミナより硬い。このため、酸化アルミニウム微粒子の集まりが析出したヒートシンクをアルミナ基板に載せ、ヒートシンクに圧縮荷重を加えると、ヒートシンクの表面とアルミナ基板の表面とに、酸化アルミニウム微粒子が食い込み、また、酸化アルミニウム微粒子同士が摩擦熱で接合し、酸化アルミニウム微粒子の集まりを介して、ヒートシンクがアルミナ基板に接合される。
ガラスエポキシ基板は、FR‐4のガラスエポキシ基板で、大きさが20cm×20cmで、厚さが1.6mmからなる。このガラスエポキシ基板の表面に、実施例1で製作したアルミニウム板の6個を離散的に載せ、6個のアルミニウム板に治具を用いて10トン/cm2の圧縮荷重を同時に加え、6個のアルミニウム板をエポキシ基板に接合した。アルミニウム板が接合された部位を切断し、切断面を前記した電子顕微鏡で観察した。この結果、酸化マグネシウム微粒子がアルミニウム板の表面とガラスエポキシ基板の表面との双方に食い込むとともに、隣接する酸化マグネシウム微粒子同士が接合され、酸化マグネシウム微粒子の集まりが約8μmの厚さからなる多層構造を形成していた。このため、酸化マグネシウム微粒子の集まりによって、ガラスエポキシ基板とアルミニウム板とが確実に絶縁化されるとともに、酸化マグネシウム微粒子を介して、ガラスエポキシ基板の熱が効率よくアルミニウム板に伝導され、アルミニウム板から大気に熱が放出される。さらに、アルミニウム板の接合強度を引張試験機によって調べた結果、引張応力は20MPaに近い引張強度を有した。
図1は、ガラスエポキシ基板1にアルミニウム板2の6枚を接合した状態を模式的に示す図である。図2は、接合面の断面を模式的に示した図であり、ガラスエポキシ基板1とアルミニウム板2との接合面は、酸化マグネシウム微粒子の集まり3を介して接合される。
本実施例におけるアルミニウム板は、実施例1と同様に2cm×2cmで板厚が2mmである。また、酸化アルミニウムの原料は安息香酸アルミニウムAl(C6H5COO)3(例えば、三津和化学薬品株式会社の製品)を用いた。有機化合物は実施例1と同様に沸点が245℃のジエチレングリコールを用いた。アルコールは、試薬1級のn−ブタノールを用いた。
最初に、安息香酸アルミニウムを10重量%としてn−ブタノールに分散し、この分散液にジエチレングリコールが5重量%になるように混合し、熱伝導性ペーストを作成した。この熱伝導性ペーストを、前記したアルミニウム板の表面にスクリーン印刷した。スクリーン印刷にあたっては、実施例1と同様のスクリーン印刷機を用いた。
熱伝導性ペーストが印刷された試料を、大気雰囲気で熱処理した。最初に、120℃に昇温してn−ブタノールを気化させ、さらに、250℃に昇温してジエチレングリコールを気化させ、310℃に1分間放置して安息香酸アルミニウムを熱分解した。
次に、試料の表面を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、実施例1で用いたJFEテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧SEMを用いた。最初に、反射電子線の900V〜1kVの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行った。表面には40nm〜60nmの大きさからなる粒状粒子が、表面全体に形成されていることが分かった。次に、反射電子線の900V〜1kVの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって材質の違いを観察した。濃淡が認められなかったので、同一の物質から形成されていることが分かった。さらに、特性X線のエネルギーとその強度を画像処理し、基板表面に形成された微粒子を構成する元素を分析した。酸素原子がアルミニウム原子より過剰に存在していることが確認できた。さらに、試料の断面の観察から、粒状微粒子が200層に近い厚みで多層構造を形成していることが分かった。以上の表面観察の結果から、40nm〜60nmの大きさの幅に入る酸化アルミニウムの粒状微粒子の集まりが、200層前後の層をなして析出していることが確認できた。
アルミナ基板は、96%が酸化アルミニウムからなるアルミナ基板を用い、大きさが60cm×50cmで、厚さが0.5mmからなる(例えば、株式会社フォノン明和の製品)。このアルミナ基板の表面に、実施例3で製作したアルミニウム板の6個を離散的に載せ、6個のアルミニウム板に治具を用いて50トン/cm2の圧縮荷重を同時に加え、6個のアルミニウム板をアルミナ基板に接合した。アルミニウム板が接合された部位を切断し、切断面を前記した電子顕微鏡で観察した。この結果、酸化アルミニウム微粒子がアルミニウム板の表面とアルミナ基板の表面との双方に食い込むとともに、隣接する酸化アルミニウム微粒子同士が接合され、酸化アルミニウム微粒子の集まりが約9μmの厚さからなる多層構造を形成していた。この結果、酸化アルミニウム微粒子がアルミニウム板の表面とアルミナ基板の表面との双方に食い込むとともに、隣接する酸化アルミニウム微粒子同士が接合され、酸化アルミニウム微粒子の集まりが約9μmの厚さからなる多層構造を形成していた。このため、酸化アルミニウム微粒子の集まりによって、アルミナ基板とアルミニウム板とが確実に絶縁化されるとともに、酸化アルミニウム微粒子を介して、アルミナ基板の熱が効率よくアルミニウム板に伝導され、アルミニウム板から大気に熱が放出される。さらに、アルミニウム板の接合強度を引張試験機によって調べた結果、引張応力は60MPaに近い引張強度を有した。なお、アルミニウム板がアルミナ基板に接合される状態は、実施例3の図1及び図2と同様であるため図示しない。
本実施例では、厚みが35μmからなる銅箔を10cm×10cmに切断した。また、アルミニウム板は厚みが1mmからなり、12cm×12cmの大きさに切断した。また、実施例3と同様に、酸化アルミニウムの原料は安息香酸アルミニウムを用い、有機化合物はジエチレングリコールを用い、アルコールは試薬1級のn−ブタノールを用いた。
実施例3と同様に、安息香酸アルミニウムを10重量%としてn−ブタノールに分散し、この分散液にジエチレングリコールが5重量%になるように混合し、熱伝導性ペーストを作成した。この熱伝導性ペーストを、前記したアルミニウム板の表面にスクリーン印刷した。スクリーン印刷にあたっては、実施例1と同様のスクリーン印刷機を用いた。
次に、熱伝導性ペーストが印刷されたアルミニウム板の表面に、前記した銅箔を載せ、治具を用いて10トン/cm2の圧縮荷重を銅箔全体に加え、窒素雰囲気で熱処理した。最初に、120℃に昇温してn−ブタノールを気化させ、さらに、250℃に昇温してジエチレングリコールを気化させ、350℃に1分間放置して安息香酸アルミニウムを熱分解した。
さらに、得られた試料を切断し、切断面を前記した電子顕微鏡で観察した。この結果、酸化アルミニウム微粒子がアルミニウム板の表面と銅箔の表面との双方に食い込むとともに、隣接する酸化アルミニウム微粒子同士が接合され、酸化アルミニウム微粒子の集まりが約8μmの厚さからなる多層構造を形成していた。また、銅箔の接合強度を引張試験機によって調べた結果、引張応力は10MPaに近い引張強度を有した。
なお、本実施例で製造した片面銅張メタル基板に対して、エッチングレジストからなるドライフィルムを銅箔にラミネートし、露光と現像とエッチングとエッチングレジストのはく離とによって、銅箔を導体パターンが形成されたプリント配線とすると、酸化アルミニウムは化学的に極めて安定な物質であるため、酸化アルミニウム微粒子はアルミ板の表面に残留し、絶縁性の熱伝導層として作用する。こうしたメタル基板をプリント基板として用いると、プリント配線に実装される発熱素子の熱が、酸化アルミニウム微粒子の集まりからなる膜状体によって、効率よくアルミ板に伝わる。このため、酸化アルミニウム微粒子の集まりからなる膜状体とアルミ板とはヒートシンクの作用を発揮し、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子は熱劣化しない。
なお、本実施例では、銅箔をアルミ板の片面にのみ接合したが、本実施例に準じて、アルミ板の両面に銅箔を接合することができる。これによって、両面銅張メタル基板が製造される。この両面銅張メタル基板についても、銅箔を導体パターンが形成されたプリント配線とすることができる。片面銅張メタル基板と同様に、酸化アルミニウム微粒子の集まりはアルミ板の表面に残留するため、酸化アルミニウム微粒子の集まりからなる膜状体とアルミ板とはヒートシンクの作用を発揮し、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子は熱劣化しない。
本実施例では、厚みが35μmからなる銅箔を10cm×10cmに切断した。また、ガラスエポキシ樹脂基板の厚みが0.6mmからなり、12cm×12cmの大きさに切断した。また、実施例3と同様に、酸化アルミニウムの原料は安息香酸アルミニウムを用い、有機化合物はジエチレングリコールを用い、アルコールは試薬1級のn−ブタノールを用いた。
実施例3と同様に、安息香酸アルミニウムを10重量%としてn−ブタノールに分散し、この分散液にジエチレングリコールが5重量%になるように混合し、熱伝導性ペーストを作成した。この熱伝導性ペーストを、ガラスエポキシ樹脂の両面に10cm×10cmの面積でスクリーン印刷した。スクリーン印刷は、実施例1と同様のスクリーン印刷機を用いた。
熱伝導性ペーストが印刷されたガラスエポキシ樹脂の両面に、前記した銅箔を載せ、治具を用いて10トン/cm2の圧縮荷重を加え、窒素雰囲気で熱処理した。最初に、120℃に昇温してn−ブタノールを気化させ、さらに、250℃に昇温してジエチレングリコールを気化させ、350℃に1分間放置して安息香酸アルミニウムを熱分解した。
さらに、得られた試料を切断し、切断面を前記した電子顕微鏡で観察した。この結果、酸化アルミニウム微粒子が銅箔の表面とガラスエポキシ樹脂基板の表面との双方に食い込むとともに、隣接する酸化アルミニウム微粒子同士が接合され、酸化アルミニウム微粒子の集まりが約8μmの厚さからなる多層構造を形成していた。また、銅箔の接合強度を引張試験機によって調べた結果、引張応力は10MPaに近い引張強度を有した。
なお、本実施例で製造した両面銅張ガラスエポキシ樹脂基板に対して、エッチングレジストからなるドライフィルムを銅箔にラミネートし、露光と現像とエッチングとエッチングレジストのはく離とによって、銅箔を導体パターンが形成されたプリント配線とすると、酸化アルミニウムは化学的に極めて安定な物質であるため、酸化アルミニウム微粒子の集まりは、ガラスエポキシ樹脂基板の表面に残留し、絶縁性の熱伝導層として作用する。こうした両面銅張ガラスエポキシ樹脂基板をプリント基板として用いると、プリント配線に実装される発熱素子の熱が、酸化アルミニウム微粒子の集まりからなる膜状体に伝わり、この膜状体から大気に発散される。このため、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子は熱劣化しない。
さらに、本実施例で製造した両面銅張ガラスエポキシ樹脂基板を用いて多層基板を製造する際は、プリント配線が形成された内層基板を、プリント配線が形成されていない2枚の外層基板で挟み、圧縮荷重を加えると、酸化アルミニウム微粒子の集まりを介して基板同士が接合される。従来は、プリプレグと呼ばれる接着シートを介して基板同士を積層するため、非熱伝導性の接着シートによって、熱伝導性がさらに悪化する。この後、穴あけ加工を行い、貫通穴の内側を銅メッキし、さらに、内層基板と同様に外層基板にプリント配線を形成する。このようにして製造した多層基板をプリント基板として用いると、プリント配線に実装される発熱素子の熱が、酸化アルミニウム微粒子からなる膜状体に伝わり、この膜状体から大気に発散される。さらに、多層基板の内部に酸化アルミニウム微粒子からなる膜状体が形成されているため、多層基板内部の熱は、酸化アルミニウム微粒子からなる膜状体に伝わり、この膜状体の側面から大気に発散される。このため、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子は熱劣化しない。
本実施例では、厚みが12μmからなる銅箔を2cm×10cmに切断した。また、ポリイミドフィルムの厚みが25μmからなり、2.5cm×11cmの大きさに切断した。また、実施例3と同様に、酸化アルミニウムの原料は安息香酸アルミニウムを用い、有機化合物はジエチレングリコールを用い、アルコールは試薬1級のn−ブタノールを用いた。
実施例3と同様に、安息香酸アルミニウムを10重量%としてn−ブタノールに分散し、この分散液にジエチレングリコールが5重量%になるように混合し、熱伝導性ペーストを作成した。この熱伝導性ペーストを、ポリイミドフィルムの表面に2cm×10cmの面積でスクリーン印刷した。スクリーン印刷は、実施例1と同様のスクリーン印刷機を用いた。
熱伝導性ペーストが印刷されたポリイミドフィルムの上に、前記した銅箔を載せ、治具を用いて10トン/cm2の圧縮荷重を加え、窒素雰囲気で熱処理した。最初に、120℃に昇温してn−ブタノールを気化させ、さらに、250℃に昇温してジエチレングリコールを気化させ、350℃に1分間放置して安息香酸アルミニウムを熱分解した。
さらに、得られた試料を切断し、切断面を前記した電子顕微鏡で観察した。この結果、酸化アルミニウム微粒子が銅箔の表面とガラスエポキシ樹脂基板の表面との双方に食い込むとともに、隣接する酸化アルミニウム微粒子同士が接合され、酸化アルミニウム微粒子の集まりが約8μmの厚さからなる多層構造を形成していた。また、銅箔の接合強度を引張試験機によって調べた結果、引張応力は10MPaに近い引張強度を有した。
本実施例で製造した片面銅張ポリイミドフィルムに対して、エッチングレジストからなるドライフィルムを銅箔にラミネートし、露光と現像とエッチングとエッチングレジストのはく離とによって、銅箔を導体パターンが形成されたプリント配線とすると、酸化アルミニウムは化学的に極めて安定な物質であるため、酸化アルミニウム微粒子の集まりは、ポリイミドフィルムの表面に残留し、絶縁性の熱伝導層として作用する。この後、前記した方法に準じて、ポリイミドフィルムの片面に酸化アルミニウムの微粒子の集まりを析出させ、このポリイミドフィルムをカバーフィルムとして、導体パターンが形成されたプリント配線の上に載せて圧縮荷重を加えると、ポリイミドフィルムが酸化アルミニウム微粒子の集まりを介してプリント配線に接合し、片面フレキシブル基板が製作される。この片面フレキシブル基板は、プリント配線の上下に酸化アルミニウム微粒子の膜状体が形成されるため、プリント配線に実装される発熱素子の熱が、酸化アルミニウム微粒子の集まりからなる膜状体に伝わり、この膜状体から大気に発散される。このため、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子は熱劣化しない。
なお、両面フレキシブル基板の製作に当たっては、ベースフィルムの両面に熱伝導性ペーストを印刷し、ベースフィルムの両面に銅箔を載せ、圧縮荷重を加えて熱処理する。さらに、銅箔を導体パターンが形成されたプリント配線とする。さらに、カバーフィルムとして用いるポリイミドフィルムの片面に、酸化アルミニウム微粒子の集まりを析出させ、このポリイミドフィルムの2枚の各々を、導体パターンが形成されたプリント配線に接合させると、両面フレキシブル基板が製作される。この両面フレキシブル基板は、プリント配線の上下とカバーフィルムの内側の4カ所に、酸化アルミニウム微粒子の膜状体が形成されるため、プリント配線に実装される発熱素子の熱が、酸化アルミニウム微粒子の集まりからなる膜状体に伝わり、この膜状体から大気に発散される。このため、プリント配線に多くの発熱素子を実装しても、プリント配線に実装された半導体素子は熱劣化しない。
以上に、酸化マグネシウム微粒子の集まり、ないしは、酸化アルミニウム微粒子の集まりを介して、金属板とプリント基板との接合、および、金属箔とプリント基板との接合に係わる実施例を説明した。いずれの実施例においても、安価な工業用薬品からなる熱伝導性ペーストを接合面に印刷して熱処理し、この後、接合面を重ね合わせ、重ね合わされた被接合体に圧縮荷重をかける、ないしは、熱伝導性ペーストを接合面に印刷して接合面を重ね合わせ、重ね合わされた被接合体に圧縮荷重をかけて熱処理するという極めて簡単な処理によって、酸化マグネシウム微粒子の集まり、ないしは、酸化アルミニウム微粒子の集まりを介して、接合面同士が金属に近い熱伝導性と優れた絶縁性の膜状体を介して接合される。このため、部品ないしは基材が熱処理温度に対する耐熱性を持てば、実施例に限定されることなく、異質の材質の組み合わせであっても、また、どのような材質の組み合わせであっても部品同士ないしは基材同士の接合が容易にできる。また、接合面の清浄化、平坦化や、接合面の溶融や軟化を伴う高温処理などの一切の事前処理が不要である。これによって、安価な費用で部品同士ないしは基材同士の接合ができる。この結果、部品同士ないしは基材同士が、金属に近い熱伝導性と優れた絶縁性の膜状体を介して接合される。
Claims (7)
- 熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷し、該部品ないしは該基材を熱処理すると、熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する膜状物質が、前記部品の表面ないしは前記基材の表面に形成される熱伝導性ペーストの製造は、
熱分解によって熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する金属酸化物が析出する有機金属化合物を、アルコールに分散してアルコール分散液を作成し、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールに溶解した溶解液ないしは前記アルコールに混和した混和液は、前記アルコールより高い粘度を有する第二の性質と、沸点が前記有機金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とからなる3つの性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して熱伝導性ペーストを製造することを特徴とする、熱伝導性ペーストの製造。 - 請求項1における有機金属化合物は、カルボキシル基を構成する酸素イオンが金属イオンに配位結合するカルボン酸金属化合物であって、該カルボン酸金属化合物は、熱分解によって熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する金属酸化物を析出する有機金属化合物であることを特徴とする、請求項1に記載した有機金属化合物。
- 請求項2におけるカルボン酸金属化合物は、熱分解によって酸化マグネシウムないしは酸化アルミニウムを析出するカルボン酸金属化合物であることを特徴とする、請求項2に記載したカルボン酸金属化合物。
- 請求項1における有機化合物は、カルボン酸ビニルエステル類、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類からなるエステル類、ないしはグリコール類、ないしは液状モノマーからなるいずれかの有機化合物であって、該有機化合物は、請求項1における3つの性質を兼備する有機化合物であることを特徴とする、請求項1に記載した有機化合物。
- 請求項1に準じて製造した熱伝導性ペーストを、部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷し、該部品ないしは該基材を熱処理する、さらに、該部品の表面ないしは該基材の表面に、別の部品ないしは別の基材を重ね合わせ、該重ね合わされた部品の一方に、ないしは、該重ね合わされた基材の一方に圧縮荷重を加える、これによって、該重ね合わされた部品ないしは該重ね合わされた基材が、熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する金属酸化物の微粒子の集まりを介して接合されることを特徴とする、請求項1に準じて製造した熱伝導性ペーストを用いた部品同士ないしは基材同士の接合。
- 請求項1に準じて製造した熱伝導性ペーストを、部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷し、該部品の表面ないしは該基材の表面に、別の部品ないしは別の基材を重ね合わせ、該重ね合わされた部品の一方に、ないしは、該重ね合わされた基材の一方に圧縮荷重を加え、該重ね合わされた部品ないしは該重ね合わされた基材を熱処理する、これによって、該重ね合わされた部品、ないしは、該重ね合わされた基材が、熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する金属酸化物の微粒子の集まりを介して接合されることを特徴とする、請求項1に準じて製造した熱伝導性ペーストを用いた部品同士ないしは基材同士の接合。
- 熱伝導性ペーストを部品ないしは基材の表面に塗布ないしは印刷し、該部品ないしは該基材を熱処理すると、熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する膜状物質が前記部品の表面ないしは前記基材の表面に形成される熱伝導性ペーストを製造する製造方法は、
熱分解によって熱伝導性と電気絶縁性との性質を兼備する金属酸化物を析出する有機金属化合物を、アルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールに溶解した溶解液、ないしは、前記アルコールに混和した混和液は、前記アルコールより高い粘度を有する第二の性質と、沸点が前記有機金属化合物の熱分解温度より低い第三の性質とからなる3つの性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合する第二の工程とからなり、これら2つの工程を連続して実施することで、熱伝導性ペーストが製造される製造方法であることを特徴とする、熱伝導性ペーストを製造する製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014126696A JP6385155B2 (ja) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | 熱伝導性ペーストの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014126696A JP6385155B2 (ja) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | 熱伝導性ペーストの製造方法 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015229772A true JP2015229772A (ja) | 2015-12-21 |
JP2015229772A5 JP2015229772A5 (ja) | 2017-04-13 |
JP6385155B2 JP6385155B2 (ja) | 2018-09-05 |
Family
ID=54886732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014126696A Expired - Fee Related JP6385155B2 (ja) | 2014-06-03 | 2014-06-03 | 熱伝導性ペーストの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6385155B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017125252A (ja) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | 小林 博 | 有機化合物に分散された金属ないしは金属酸化物からなるナノ粒子の製造 |
JP2018022767A (ja) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 熱伝導シートの製造方法 |
JP2019204687A (ja) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | 小林 博 | 容器の底面に該底面の形状からなる絶縁性扁平紛の扁平面同士が重なり合った該扁平粉の集まりの絶縁膜の製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01234569A (ja) * | 1988-03-15 | 1989-09-19 | Toshiro Maruyama | 酸化マグネシウム膜の製造方法 |
JP2004277648A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Nof Corp | 酸化マグネシウム薄膜形成用水系塗布液 |
JP2005236276A (ja) * | 2004-01-20 | 2005-09-02 | Mitsubishi Materials Corp | 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 |
JP2011251890A (ja) * | 2010-05-07 | 2011-12-15 | Canon Inc | 酸化アルミニウム前駆体ゾル、光学用部材および光学用部材の製造方法 |
JP2014003261A (ja) * | 2012-05-21 | 2014-01-09 | Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd | 熱伝導性易変形性凝集体およびその製造方法 |
-
2014
- 2014-06-03 JP JP2014126696A patent/JP6385155B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01234569A (ja) * | 1988-03-15 | 1989-09-19 | Toshiro Maruyama | 酸化マグネシウム膜の製造方法 |
JP2004277648A (ja) * | 2003-03-18 | 2004-10-07 | Nof Corp | 酸化マグネシウム薄膜形成用水系塗布液 |
JP2005236276A (ja) * | 2004-01-20 | 2005-09-02 | Mitsubishi Materials Corp | 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 |
JP2011251890A (ja) * | 2010-05-07 | 2011-12-15 | Canon Inc | 酸化アルミニウム前駆体ゾル、光学用部材および光学用部材の製造方法 |
JP2014003261A (ja) * | 2012-05-21 | 2014-01-09 | Toyo Ink Sc Holdings Co Ltd | 熱伝導性易変形性凝集体およびその製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017125252A (ja) * | 2016-01-13 | 2017-07-20 | 小林 博 | 有機化合物に分散された金属ないしは金属酸化物からなるナノ粒子の製造 |
JP2018022767A (ja) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 熱伝導シートの製造方法 |
JP2019204687A (ja) * | 2018-05-23 | 2019-11-28 | 小林 博 | 容器の底面に該底面の形状からなる絶縁性扁平紛の扁平面同士が重なり合った該扁平粉の集まりの絶縁膜の製造方法 |
JP7023035B2 (ja) | 2018-05-23 | 2022-02-21 | 博 小林 | 容器の底面に該底面の形状からなる絶縁膜を、絶縁性扁平紛の扁平面同士が重なり合った該扁平粉の集まりからなる絶縁膜として製造する絶縁膜の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6385155B2 (ja) | 2018-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100769016B1 (ko) | GHz 대역 전자 부품용 수지 조성물 및 GHz 대역 전자부품 | |
JP2007332224A (ja) | シート状複合材料及びその製造方法 | |
JP5652307B2 (ja) | 加熱加圧成形用プリプレグおよび積層板 | |
CN103144377B (zh) | 具有高导热效应的复合式电磁屏蔽铜箔基板及其制造方法 | |
JP5447355B2 (ja) | 熱硬化性樹脂組成物の製造法、プリプレグおよび積層板の製造法 | |
JP7175586B2 (ja) | 窒化ホウ素粒子凝集体、その製造方法、組成物及び樹脂シート | |
JP2012072405A (ja) | 高分子樹脂組成物及びこれを用いて製造された絶縁フィルム並びにその製造方法 | |
KR20210087026A (ko) | 질화붕소 나노 재료, 및 수지 조성물 | |
JP2012116715A5 (ja) | ||
JP5370129B2 (ja) | 熱硬化性樹脂組成物並びにプリプレグ及び積層板 | |
JP6385155B2 (ja) | 熱伝導性ペーストの製造方法 | |
TW201823148A (zh) | 表面經粗糙化之六方晶氮化硼粒子與其製造方法、及組成物、樹脂片、預浸體、覆金屬箔疊層板與印刷電路板 | |
JP6313602B2 (ja) | エポキシ樹脂材料及び多層基板 | |
JP2015229772A5 (ja) | ||
JP2016074546A (ja) | 造粒粉、放熱用樹脂組成物、放熱シート、半導体装置、および放熱部材 | |
CN104303605A (zh) | 金属基印刷电路板 | |
WO2016175295A1 (ja) | 樹脂組成物、樹脂シート、樹脂硬化物および樹脂基板 | |
JP2018030942A (ja) | 熱伝導シートの製造方法 | |
JP2016175055A (ja) | 金属ないしは合金ないしは金属酸化物のいずれかの材質からなる微粒子が液相の有機化合物中に高密度に分散されたペーストの製造と製造方法 | |
JP2016175055A5 (ja) | ||
JP5263076B2 (ja) | 酸化マグネシウム粉末の製造法、熱硬化性樹脂組成物、プリプレグおよび積層板の製造法 | |
JP2015056392A (ja) | 導電性ペースト材料の製造と製造方法 | |
KR101573372B1 (ko) | 저온 경화형 도전성 페이스트 조성물 및 그 제조방법 | |
JP2011046760A5 (ja) | ||
JP5712488B2 (ja) | 絶縁性樹脂フィルム及びそれを用いた積層板、配線板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170307 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170520 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180316 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180417 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180424 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180731 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180807 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6385155 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |