TW202100716A - 導熱性樹脂片、積層散熱片、散熱性電路基板、以及功率半導體裝置 - Google Patents

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蛯谷俊昭
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日商三菱化學股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種具有充分之耐電壓性能、且吸濕回焊耐性優異之導熱性樹脂片，其包含含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂與導熱性填料而成之樹脂組合物，該導熱性填料含有氮化硼凝集粒子。 又，本發明之另一態樣之導熱性樹脂片包含含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂15質量%以上40質量%以下、導熱性填料60質量%以上85質量%以下的樹脂組合物，該導熱性樹脂片於25℃時之厚度方向之導熱率為5.0 W/m・K以上。

Description

導熱性樹脂片、積層散熱片、散熱性電路基板、以及功率半導體裝置
本發明係關於一種導熱性樹脂片、於導熱性樹脂片積層有金屬板狀材之積層散熱片、進而積層有導電電路之散熱性電路基板。
近年來，鐵路、汽車、工業用、普通家電用等各領域中使用之功率半導體裝置為了實現更小型化、低成本化、高效率化等，正逐漸由先前之Si功率半導體過渡為使用SiC、AlN、GaN等之功率半導體。 功率半導體裝置一般而言作為將複數個半導體裝置配設於共通之散熱座上並進行封裝而成之功率半導體模組來利用。
面對此種功率半導體裝置之實用化，指出各種課題，其一在於源自裝置之發熱之問題。藉由使功率半導體裝置於高溫下作動，能夠實現高輸出、高密度化，但裝置之伴隨開關之發熱等有導致功率半導體裝置之可靠性降低之虞。
近年來，尤其於電氣、電子領域，伴隨積體電路之高密度化之發熱為大問題，如何散熱成為緊急課題。作為解決該課題之一方法，使用氧化鋁基板或氮化鋁基板等導熱性較高之陶瓷基板作為供安裝功率半導體裝置之散熱基板。然而，陶瓷基板存在受到衝擊時易破裂、難以薄膜化且難以小型化等缺點。
因此，提出有使用環氧樹脂等熱硬化性樹脂與無機填料之散熱片。例如，於專利文獻1中提出有含有Tg為60℃以下之環氧樹脂與氮化硼之散熱樹脂片，且氮化硼之含量為30體積%以上60體積%以下。
於專利文獻2中提出有特徵在於使聚醚酮系樹脂含有平均長徑為1～50 μm之無機填料而成之金屬基板用膜。
專利文獻3中提出有對聚醚醚酮(PEEK)填充導熱性填料而成之耐熱導熱性襯墊。
又，專利文獻4中提出有對半晶質聚合物分別添加各1種以上之電負度處於特定範圍之氧化物、電負度處於特定範圍之氮化物而成之聚合物組合物。
另一方面，專利文獻5中提出有一種無機有機複合材料，其具有作為高導熱性填料之氮化硼粒子分散於作為基質之樹脂中之結構，且該氮化硼粒子係以經過使作為一次粒子之積層體之二次粒子層間剝離之步驟而產生之「剝離扁平粒子」之狀態分散於樹脂中。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2017-036415號公報 專利文獻2：日本專利特開平03-020354號公報 專利文獻3：日本專利特開平07-157569號公報 專利文獻4：日本專利特表2008-524362號公報 專利文獻5：日本專利特開2012-255055號公報
[發明所欲解決之問題]
組裝功率半導體模組之步驟之一有回焊步驟。於該回焊步驟中，藉由將構件急速升溫而使焊料熔融來接合金屬構件彼此。近年來，隨著功率半導體裝置之高輸出、高密度化，作動溫度上升，從而對於上述回焊步驟中使用之焊料亦要求耐熱性，使用需要290℃之回焊溫度之高溫焊料變得普遍。因此，於回焊步驟中，反覆進行升溫至該高溫焊料流動之290℃附近後再冷卻之步驟。 又，將功率半導體裝置安裝於模組時亦同樣地反覆進行加熱與冷卻。
使用於先前之散熱樹脂片貼合有金屬板等之電路基板之情形時，存在如下情況：於上述回焊步驟等中經受反覆之溫度變化而引起熱膨脹與收縮，因樹脂與金屬板之熱膨脹係數之差異而導致散熱樹脂片與金屬板發生界面剝離，功率半導體模組之性能降低。 並且，亦存在如下情況：於上述回焊步驟前之保管過程中構件吸濕，大幅促進回焊步驟中之構件劣化，從而導致功率半導體模組之性能進一步降低。
又，先前之散熱樹脂片存在作為於高電壓下流通大電流之功率半導體裝置用途而耐電壓性能不充分之情況。
因此，本發明之課題在於提供一種具備充分之耐電壓性能、且吸濕回焊耐性優異之導熱性樹脂片。 再者，本說明書中所謂「吸濕回焊耐性」係指將導熱性樹脂片製成與金屬板之積層體，於進行在高溫高濕條件(例如85℃、85%RH之環境中3天)下保管後實施回焊試驗(例如290℃)之吸濕回焊試驗後，亦具有較高之耐電壓性，且不會發生與金屬板之界面剝離及導熱性樹脂片之發泡所引起之變形。 [解決問題之技術手段]
本發明之一態樣之導熱性樹脂片包含含有熔點為300℃以上之結晶性熱塑性樹脂與導熱性填料之樹脂組合物，該導熱性填料含有氮化硼凝集粒子。 又，本發明之另一態樣之導熱性樹脂片包含含有熔點為300℃以上之結晶性熱塑性樹脂15質量%以上40質量%以下、導熱性填料60質量%以上85質量%以下之樹脂組合物，25℃時之厚度方向之導熱率為5.0 W/m・K以上。 [發明之效果]
本發明之導熱性樹脂片具備充分之耐電壓性能，且吸濕回焊耐性亦優異。
以下詳細地說明本發明之實施形態，但本發明並不限定於以下之實施形態，可於其主旨之範圍內施加各種變形而實施。
＜本發明之概要＞ 首先，對本發明之概要進行說明。
如上所述，先前之使用陶瓷材料之散熱基板存在受到衝擊時易破裂、難以薄膜化且難以小型化之問題。 又，亦已知一般之陶瓷基板隨著溫度上升而導熱率降低(參照NETZSCH公司之「Manufacture's Certification」(依據ASTM-E1416之氙燈閃光法測定用之校正用「Pyroceram 9696」試樣之認證書))。因此，若於近年來作動溫度逐漸高溫化之功率半導體裝置中使用陶瓷基板，則有無法獲得較高之導熱率之虞。
為了解決如上所述之陶瓷材料之課題，提出有使用環氧樹脂等熱硬化性樹脂與無機填料之散熱片(專利文獻1)。 然而，若將此種使用熱硬化性樹脂之散熱片製成與金屬板之積層體，則存在如下問題：因回焊步驟或功率半導體裝置之使用時之溫度變化而引起熱膨脹及熱收縮，產生界面剝離、或耐電壓性能不充分。
為了改善該界面剝離，研究增大環氧樹脂之交聯度以提高樹脂硬化物之強度。然而，為了增大環氧樹脂之交聯度，必須增加每單位分子量之環氧官能基數，由於環氧樹脂之環氧基與活性氫之加成反應而使羥基濃度變高，故而環氧樹脂之吸濕率增大。若環氧樹脂之吸濕率增大，則樹脂硬化物之絕緣性降低，高溫高濕條件下之耐電壓性能亦降低，因此認為將此種樹脂用作功率半導體裝置用之導熱性片欠佳。
又，亦研究藉由使用具有剛直之分子結構之環氧樹脂單體或使用熱硬化型聚醯亞胺樹脂，提高樹脂硬化物之耐熱性、降低線膨脹係數。然而，如上所述之樹脂存在如下問題：硬化條件成為高溫且長時間，或樹脂硬化物變得易碎，難以大量添加無機填料以獲得較高之導熱性。
因此，為了解決如上所述之熱硬化性樹脂之課題，亦研究使用熱塑性樹脂之散熱片(專利文獻2～4)。
於專利文獻2中，使用玻璃粉等作為無機填料，但認為由於玻璃粒子之導熱率一般未達1 W/m・K，故而即便於聚醚酮系樹脂中大量添加玻璃粒子，亦難以獲得較高之導熱率。
又，於專利文獻3中記載有作為導熱性填料宜為球狀氧化鋁，但對聚醚醚酮樹脂添加有球狀氧化鋁之實施例中之導熱率為1.5 W/m・K，認為藉由該技術難以獲得更高之導熱率。
進而，於專利文獻4中，作為半晶質聚合物之例而列舉出聚碳酸酯等，但認為由於一般之聚碳酸酯系樹脂之玻璃轉移溫度為150℃，故無法設想於如高達290℃之回焊步驟中之耐性。
另一方面，為了提高散熱片之導熱率，亦對與樹脂組合之導熱性填料進行研究(專利文獻5)。 於專利文獻5中，藉由使用經過特殊處理之氮化硼粒子而達成較高之導熱率，但作為樹脂之例所列舉的是聚碳酸酯或環氧樹脂等，使用該等樹脂之情形時之吸濕回焊耐性並未得到解決。
因此，本發明者等人針對用於導熱性樹脂片之樹脂及導熱性填料之種類進行多方研究，發現可獲得吸濕回焊耐性優異之導熱性樹脂片。
本發明之導熱性樹脂片、使用該導熱性樹脂片之積層散熱片及散熱性電路基板可較佳地用作功率半導體裝置用之散熱片，可實現可靠性較高之功率半導體模組。 又，本發明之導熱性樹脂片無需如熱硬化性樹脂之高溫且長時間之硬化條件，因此可簡便地製造。
＜本發明之構成＞ 其次，對本發明之構成進行說明。
1.樹脂組合物 本發明之導熱性樹脂片包含含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂與導熱性填料之樹脂組合物。 以下，對各成分進行詳細說明。
(1)熱塑性樹脂 用於導熱性樹脂片之熱塑性樹脂較佳為於作為散熱性電路基板之回焊條件的290℃、5分鐘下亦不會產生異常。為滿足此點，較佳為使用玻璃轉移溫度(Tg)至少300℃以上之非晶質熱塑性樹脂、或使用熔點(Tm)至少300℃以上之晶質熱塑性樹脂。
再者，於本發明中，所謂「非晶質熱塑性樹脂」係指不具有熔點之熱塑性樹脂。另一方面，所謂「晶質熱塑性樹脂」係指具有熔點之熱塑性樹脂。
關於能夠作為市售原料獲得之耐熱性之非晶質熱塑性樹脂，可列舉：聚碳酸酯樹脂(Tg：152℃)、改性聚苯醚樹脂(Tg：211℃)、聚碸樹脂(Tg：190℃)、聚苯碸樹脂(Tg：220℃)、聚醚碸樹脂(Tg：225℃)、聚醚醯亞胺樹脂(Tg：217℃)等。 然而，該等市售之耐熱性非晶質熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度均距離300℃以上相去甚遠。 又，市售有玻璃轉移溫度為300℃以上之熱塑性聚醯亞胺樹脂。然而，由於上述熱塑性聚醯亞胺樹脂之可成型溫度非常高，該可成型溫度下之熔融黏度非常高，故而難以大量填充導熱性填料。進而，由於分子結構中包含醯亞胺基，故而吸濕性較高，就該等方面而言，用作本發明之熱塑性樹脂之主成分欠佳。
根據以上內容，本發明中用作基質樹脂之熱塑性樹脂較佳為熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂。
再者，該晶質熱塑性樹脂之熔點可藉由ISO 1183中規定之方法測定。具體而言，可由利用示差掃描熱量計(DSC)對該晶質熱塑性樹脂進行測定時之2次升溫時之結晶熔解峰值溫度而求出。作為本發明中之晶質熱塑性樹脂，可使用至少能夠明確地確認起因於結晶熔解之吸熱波峰、且其峰頂溫度為300℃以上者。 再者，於利用示差掃描熱量計(DSC)對添加有導熱性填料之樹脂組合物進行測定之情形時，亦除了如因添加導熱性填料而導致促進基質樹脂之加熱成型時之劣化之情形以外，熔點不會產生較大差異。
就290℃之吸濕回焊耐性之觀點而言，本發明中之晶質熱塑性樹脂之熔點較佳為310℃以上，更佳為320℃以上，進而較佳為330℃以上。另一方面，熔點之上限並無特別限定。其中，就成型加工性、生產性之觀點而言，較佳為380℃以下，更佳為370℃以下，進而較佳為360℃以下。 於熔點未達300℃之情形時，有於290℃時之吸濕回焊中，樹脂原料之彈性模數降低而引起樹脂之流動變形、或樹脂層之彈性應變復原，因此導熱性樹脂片之表面外觀劣化、或導熱性樹脂片之厚度變得不均勻，又，無法獲得與金屬基板之充分之密接強度之虞。 又，亦有於濕熱環境下樹脂組合物所吸收之水分膨脹而致使導熱性樹脂片產生發泡之虞。於導熱性樹脂片內部產生發泡之情形時，有絕緣破壞電壓明顯降低之虞。於在導熱性樹脂片之一表面積層有散熱用金屬材料之情形時，若於該散熱用金屬材料與導熱性樹脂片之界面附近產生發泡，則有該散熱用金屬材料剝離、導熱率明顯降低之虞。又，於在導熱性樹脂片之另一表面形成有導電電路圖案之情形時，若於該導電電路圖案與導熱性樹脂片之界面附近產生發泡，則有該導電電路圖案剝離或脫落、或者電路中出現以上情況、或者導熱性樹脂片之導熱率明顯降低之虞。
作為耐熱性之晶質熱塑性樹脂，具體而言，可列舉：聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(PBT，熔點：224℃)、聚醯胺6(尼龍6，熔點：225℃)、聚醯胺66(尼龍66，熔點：265℃)、液晶聚合物(LCP，熔點：320℃～344℃)、聚醚酮系樹脂(熔點：303℃～400℃)、聚四氟烯樹脂(PTFE，熔點：327℃)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物樹脂(PFA，熔點：302℃～310℃)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚樹脂(FEP，熔點：250℃～290℃)等。 其中，作為本發明中使用之晶質熱塑性樹脂，就熔點為300℃以上之方面而言，可列舉：液晶聚合物、聚醚酮系樹脂、PTFE、PFA。
熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂之中，就成形性等觀點而言，較佳為液晶聚合物及/或聚醚酮系樹脂。 進而，上述之中，就與以銅板為代表之散熱用金屬材料之接著性之觀點而言，較佳為聚醚酮系樹脂。
本發明中可使用之聚醚酮系樹脂係具有式(1)(式中之m、n為1或2)所表示之重複單元之熱塑性樹脂之統稱。
[化1]
Figure 02_image001
式(1)
作為聚醚酮系樹脂，可例示：聚醚酮(PEK；m＝1、n＝1，熔點373℃)、聚醚醚酮(PEEK；m＝2、n＝1，熔點343℃)、聚醚酮酮(PEKK；m＝1、n＝2，熔點303℃～400℃)、聚醚醚酮酮(PEEKK；m＝2、n＝2，熔點358℃)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK；包含m＝1、n＝1之結構單元與m＝1、n＝2之結構單元兩者之共聚物，熔點387℃)等。均可作為市售原料而獲得。
聚醚酮系樹脂之中，綜合考慮熔點充分高、且成型加工溫度相對較低而可縮短成型週期之方面、已證實連續耐熱溫度為200℃以上且可無障礙地用於耐熱用途之方面、關於與成型加工性有關之熔融黏度已備有各種等級之方面、聚醚酮系樹脂之中化學穩定性最高之結構、耐熱水性或耐化學品性亦優異之方面、利用用途廣泛而價格公開等方面，可尤佳地使用聚醚醚酮(PEEK)。
於使用聚醚醚酮(PEEK)作為本發明之晶質熱塑性樹脂之情形時，亦可與其他熱塑性樹脂摻合。其他熱塑性樹脂之種類並無特別限定。其中，作為其他熱塑性樹脂，較佳為具有對僅將聚醚醚酮用於本發明之用途之情形時所欠缺之性能加以補充之效果的相溶系之樹脂。 於摻合其他熱塑性樹脂之情形時，只要所摻合之樹脂之熔點為300℃以上即可。
作為該相溶系之樹脂，更佳為聚醚醯亞胺(PEI)。若將PEEK與PEI組合，則不僅可調整PEEK之結晶性(結晶熔解熱量)，且於調整PEEK之結晶化速度之同時，可提昇樹脂組合物處於非晶狀態之情形時之玻璃轉移溫度(PEEK之Tg為143℃，相對於此，PEI之Tg為217℃)。再者，由於PEI為非晶性樹脂，故而即便PEEK與PEI組合，亦不會使樹脂之熔點本身發生變化。 並且，於本發明中，藉由使用具有醯亞胺基、且為非晶性之PEI，可使對銅板等散熱用金屬材料之接著性變得良好。
將樹脂組合物之總量設為100質量%，PEI之添加量較佳為50質量%以下。藉由將PEI之添加量設為50質量%以下，可一面藉由PEEK之結晶性而維持於吸濕回焊試驗中之耐熱性，一面使對散熱用金屬材料之接著性變得良好。
PEEK可使用各種市售品。例如作為Solvay公司製造之「KetaSpire(註冊商標)」、Daicel-Evonik公司製造之「VESTAKEEP(註冊商標)」、Victrex公司製造之「Victrex PEEK」等，可自各公司獲得各種熔融黏度者。 該等PEEK原料可使用單一等級者，亦可將熔融黏度等不同之多種等級者摻合使用。
本發明中之晶質熱塑性樹脂之熔融黏度並無特別限定。其中，藉由相對多量地調配導熱性填料而易於進行加熱成型加工，為此，較佳為0.60 kPa・s以下，更佳為0.30 kPa・s以下。藉由使熔融黏度為上述範圍內，無需過高地設定成型機之溫度，可抑制原料之劣化。另一方面，熔融黏度之下限並無特別限定。其中，較佳為0.01 kPa・s以上。 再者，熔融黏度係依據ASTM D3835，於剪切速率1000 s-1 、溫度400℃之條件下測定之值。
晶質熱塑性樹脂之質量平均分子量(Mw)就加熱環境下之長期耐久性之觀點而言，較佳為48000以上，其中進而較佳為49000以上、其中50000以上。另一方面，就成型加工性之觀點而言，較佳為120000以下，其中進而較佳為110000以下、其中100000以下。 晶質熱塑性樹脂之MFR就成型加工性、或與所添加之導熱性填料之間不易形成空隙之方面而言，較佳為8 g/10分鐘以上，其中進而較佳為9 g/10分鐘以上、其中10 g/10分鐘以上。另一方面，就加熱環境下之長期耐久性之觀點而言，較佳為180 g/10分鐘以下，其中進而較佳為170 g/10分鐘以下、其中160 g/10分鐘以下。 再者，MFR係依據JIS K7210(2014)於380℃・5 kgf下測定之值。
(2)導熱性填料 為了提高導熱性、抑制線膨脹係數及確保絕緣性能，本發明之導熱性樹脂片較佳為含有電絕緣性之導熱性填料。 藉由抑制本發明之導熱性樹脂片之線膨脹係數，例如將本發明之導熱性樹脂片與銅板等異種材料進行積層一體化之構成中，即便於低溫(例如-40℃)與高溫(例如200℃)之間反覆經歷溫度變化，亦可抑制導熱性樹脂片與異種材料之界面剝離。 再者，於本發明中，所謂導熱性填料係指導熱率為1.0 W/m・K以上、較佳為1.2 W/m・K以上之粒子。
作為導熱性填料，可列舉：僅包含碳且電絕緣性之填料、金屬碳化物或半金屬碳化物、金屬氧化物或半金屬氧化物、及金屬氮化物或半金屬氮化物等。
作為僅包含碳且電絕緣性之填料，例如可列舉：金剛石(導熱率：約2000 W/m・K)等。 作為金屬碳化物或半金屬碳化物，例如可列舉：碳化矽(導熱率：約60～270 W/m・K)、碳化鈦(導熱率：約21 W/m・K)、碳化鎢(導熱率：約120 W/m・K)等。
作為金屬氧化物或半金屬氧化物之例，可列舉：氧化鎂(導熱率：約40 W/m・K)、氧化鋁(導熱率：約20～35 W/m・K)、氧化矽(導熱率：約1.2 W/m・K)、氧化鋅(導熱率：約54 W/m・K)、氧化釔(導熱率：約27 W/m・K)、氧化鋯(導熱率：約3 W/m・K)、氧化鐿(導熱率：約38.5 W/m・K)、氧化鈹(導熱率：約250 W/m・K)、「賽隆」(包含矽、鋁、氧、氮之陶瓷，導熱率：約21 W/m・K)等。 作為金屬氮化物或半金屬氮化物之例，可列舉：氮化硼(六方晶氮化硼(h-BN)之板狀粒子之面方向之導熱率：約200～500 W/m・K)、氮化鋁(導熱率：約160～285 W/m・K)、氮化矽(導熱率：約30～80 W/m・K)等。
該等導熱性填料可僅使用1種，亦可將2種以上組合使用。
又，於將本發明之導熱性樹脂片用於功率半導體裝置用途之情形時，由於要求電絕緣性，故而較佳為絕緣性優異之無機化合物。就該觀點而言，導熱性填料於20℃時之體積電阻率較佳為1013 Ω・cm以上，尤其更佳為1014 Ω・cm以上。 其中，就易使導熱性樹脂片之電絕緣性充分之方面而言，較佳為金屬氧化物、半金屬氧化物、金屬氮化物或半金屬氮化物。作為此種導熱性填料，具體而言，可列舉：氧化鋁(Al2 O3 ，體積電阻率：＞1014 Ω・cm)、氮化鋁(AlN，體積電阻率：＞1014 Ω・cm)、氮化硼(BN，體積電阻率：＞1014 Ω・cm)、氮化矽(Si3 N4 ，體積電阻率：＞1014 Ω・cm)、二氧化矽(SiO2 ，體積電阻率：＞1014 Ω・cm)等。 其中，較佳為氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、二氧化矽，就可對導熱性樹脂片賦予較高之絕緣性之方面而言，尤佳為氧化鋁、氮化硼。
上述之中，就加熱成型時之吸濕問題較少、毒性亦較低之方面、可有效率地提高導熱率之方面、以及可對導熱性樹脂片賦予較高之絕緣性之方面而言，本發明之導熱性填料較佳為含有氮化硼。 該氮化硼亦較佳為含有由氮化硼之一次粒子凝集而成之氮化硼凝集粒子作為主成分。所謂「含有氮化硼凝集粒子作為主成分」，意指氮化硼凝集粒子占氮化硼之50質量%以上，其中占70質量%以上、其中占80質量%以上、其中占90質量%以上(包含100質量%)。
又，亦可將氮化硼與其他導熱性填料併用。其中，導熱性樹脂片中之傳熱行為如下所述並非僅取決於導熱性填料內部之導熱率。因此，即便於使用上述例示之粒子中的導熱率特別高但價格亦特別貴之金剛石粒子等之情形時，導熱性樹脂片之厚度方向之導熱率亦不會變得特別高。因此，併用氮化硼與其他導熱性填料之情形主要著眼於從縮減組合物成本之方面出發而實施。因此，就價格相對較低、且導熱率相對較高之方面而言，作為與氮化硼併用之導熱性填料，較佳為自氧化鎂、氧化鋁、碳化鎢、碳化矽、氮化鋁等之中適當選擇。
導熱性填料之形狀可為不定形粒子狀、球狀、晶鬚狀、纖維狀、板狀、或該等之凝集體、混合體。 其中，本發明之導熱性填料之形狀較佳為球狀。所謂「球狀」係指通常縱橫比(長徑與短徑之比)為1以上2以下、較佳為1以上1.75以下、更佳為1以上1.5以下、進而較佳為1以上1.4以下。 再者，該縱橫比可藉由如下方式求出：於利用SEM對導熱性樹脂片之剖面進行拍攝所獲得之圖像中任意選擇200個以上之粒子，求出各自之長徑與短徑之比而算出平均值。
本發明之導熱性填料較佳為含有由平板狀之氮化硼粒子(亦稱為「一次粒子」)凝集而成之氮化硼凝集粒子(亦稱為「二次粒子」)。 作為上述一次粒子，例如可列舉：立方晶氮化硼、六方晶氮化硼(h-BN)等。其中，就提高導熱率之觀點而言，較佳為六方晶氮化硼。
六方晶氮化硼粒子呈稱為平板狀或鱗片狀之形狀，具有平板狀面方向之導熱率非常高之特徵(約200～500 W/m・K)。然而，由於為該形狀，故而於藉由通常之熱塑性樹脂之成型方法(例如利用具備雙螺旋之擠出機與T模進行之片材擠出等)製作樹脂片之情形時，所添加之氮化硼大部分與樹脂片表面平行地配向。因此，亦有樹脂片之厚度方向之導熱率低於添加具有同程度導熱率之球狀填料之情形時之導熱率的情況。因此，若使沿厚度方向與平行方向配向之平板狀一次粒子凝集而打亂面配向，則厚度方向之導熱率變得良好。
作為氮化硼凝集粒子之凝集結構，例如可列舉：捲心菜結構及卡屋構造(card‐house structure)。其中，就提高導熱率之觀點而言，較佳為卡屋構造。 再者，氮化硼凝集粒子之凝集結構可藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)確認。
所謂捲心菜結構係指使平板狀之一次粒子彙集而如捲心菜之結構般凝集成球狀者。於樹脂片中添加該捲心菜結構之凝集粒子之情形時，構成氮化硼凝集粒子之氮化硼一次粒子不會僅沿導熱性樹脂片之面方向配向，因此關於片材之厚度方向之導熱率，亦可容易地較單純添加氮化硼之一次粒子之情形有所提高。然而，自該捲心菜結構之凝集粒子之大致中心部向放射方向觀察之情形時，大部分一次粒子以其平板面與放射方向垂直之方式配向。因此，一部分一次粒子確實沿片材之厚度方向配向、或向厚度方向靠攏而配向，但有效地於厚度方向上進行導熱之粒子僅為有限之一部分。 圖1中示出於熱塑性樹脂中添加捲心菜結構之氮化硼凝集粒子並進行加熱加壓成型之情形時的剖面SEM圖像。參照圖1，可知多數氮化硼一次粒子相對於樹脂片之表面方向而呈較淺之角度配向。
另一方面，所謂卡屋構造係指板狀粒子不配向而進行複雜積層者，於「陶瓷・43・No.2」(2008年，日本陶瓷協會發行)中有記載。更具體而言係指形成凝集粒子之一次粒子之平面部與該凝集粒子內存在之其他一次粒子之端面部接觸之結構。圖2中示出卡屋構造之模式圖。 該卡屋構造之凝集粒子其結構上破壞強度非常高，於散熱樹脂片成形時進行之加壓步驟中亦不會被壓壞。因此，可使通常沿散熱樹脂片之長度方向配向之一次粒子存在於無規律之方向上。因此，不僅散熱樹脂片之長度方向、且厚度方向上亦可達成較高之導熱性。 圖3中示出於熱塑性樹脂中添加卡屋構造之氮化硼凝集粒子並進行加熱加壓成型之情形時之剖面SEM圖像。可知與添加同質量之捲心菜結構之氮化硼凝集粒子之圖1相比，相對於導熱性樹脂片之厚度方向而呈較淺之角度配向之粒子更多。如此，卡屋構造之氮化硼凝集粒子與捲心菜結構之氮化硼凝集粒子相比，沿厚度方向配向之一次粒子較多，因此可有效地於厚度方向上進行導熱，可進一步提高厚度方向之導熱率。 再者，具有卡屋構造之氮化硼凝集粒子例如可藉由國際公開第2015/119198號中記載之方法製造。
於使用具有卡屋構造之氮化硼凝集粒子之情形時，可利用表面處理劑對該粒子實施表面處理。作為表面處理劑之一例，可採用矽烷偶合處理等公知之表面處理。一般而言，導熱性填料與熱塑性樹脂之間大多不會表現出直接之親和性或密接性，此於使用具有卡屋構造之氮化硼凝集粒子作為導熱性填料之情形時亦同樣。認為利用化學處理來提高導熱性填料與基質樹脂之界面之密接性，藉此可進一步降低界面處之導熱性衰減。
藉由使用氮化硼凝集粒子作為本發明之導熱性填料，與直接使用一次粒子之導熱性填料相比，可增大粒徑。藉由增大導熱性填料之粒徑，可減少被導熱率較低之熱塑性樹脂隔開之導熱性填料間之傳熱路徑，因此可減輕於厚度方向之傳熱路徑中熱阻增大之情況。
就上述觀點而言，導熱性填料之體積基準之最大粒徑Dmax(以下亦稱為「最大粒徑」)之下限較佳為20 μm以上，更佳為30 μm以上，進而較佳為50 μm以上。另一方面，上述最大粒徑Dmax之上限較佳為300 μm以下，更佳為200 μm以下，進而較佳為100 μm以下，進而更佳為90 μm以下。
又，導熱性填料之體積基準之平均粒徑D50之下限較佳為2 μm以上，更佳為5 μm以上，進而較佳為10 μm以上，進而更佳為20 μm以上。另一方面，上述平均粒徑D50之上限較佳為300 μm以下，更佳為200 μm以下，進而較佳為100 μm以下，進而更佳為80 μm以下。
藉由導熱性填料之最大粒徑為上述上限以下，而於使基質樹脂中含有導熱性填料之情形時，基質樹脂與導熱性填料之界面縮小，結果熱阻變小，可達成高導熱化，且可形成無表面粗糙等之良質之膜。藉由最大粒徑為上述下限以上，可獲得功率半導體裝置所要求之作為導熱性填料之充分之導熱性提高效果。
又，認為於導熱性填料之大小相對於導熱性樹脂片之厚度為1/10以下之情形時，基質樹脂與導熱性填料之界面之熱阻對於導熱性樹脂片之厚度上之影響變得明顯。尤其於面向功率半導體裝置之情形時，應用厚度為100 μm～300 μm之導熱性樹脂片之情況居多，因此就導熱性之觀點而言，亦較佳為導熱性填料之體積基準之最大粒徑Dmax大於上述下限。 又，藉由使導熱性填料之最大粒徑Dmax為上述下限以上，不僅抑制因導熱性填料與基質樹脂之界面引起之導熱性衰減，且粒子間所需之導熱路徑數減少，導熱性樹脂片之厚度方向上，自一面至另一面之連接機率增大。 進而，藉由使導熱性填料之最大粒徑Dmax為上述下限以上，與使用同質量之Dmax小於上述下限之粒子之情形相比，基質樹脂與導熱性填料之界面面積變小，因此可減少導熱性樹脂片中產生易出現於基質樹脂與導熱性填料之界面之孔隙之情況，易獲得優異之耐電壓特性。 另一方面，藉由使導熱性填料之體積基準之最大粒徑Dmax為上述上限以下，抑制導熱性填料向導熱性樹脂片之表面突出，可獲得無表面粗糙之良好之表面形狀，因此於製作與銅基板貼合之片材時，具有充分之密接性，可獲得優異之耐電壓特性。
導熱性填料之大小(Dmax)相對於導熱性樹脂片之厚度的比率(Dmax/厚度)較佳為0.3以上1.0以下，其中較佳為0.35以上或0.95以下、其中進而較佳為0.4以上或0.9以下。
再者，導熱性填料之最大粒徑Dmax及平均粒徑D50例如可藉由以下之方法測定。 針對使導熱性填料分散於溶劑而成之試樣、具體而言使導熱性填料分散於含有作為分散穩定劑之六偏磷酸鈉之純水介質中而成之試樣，利用雷射繞射/散射式粒度分佈測定裝置LA-920(堀場製作所公司製造)測定粒度分佈，根據所獲得之粒度分佈，可求出導熱性填料之最大粒徑Dmax及平均粒徑D50。 又，亦可利用Morpholog G3(Malvern公司製造)等乾式之粒度分佈測定裝置求出最大粒徑及平均粒徑。 關於已添加至熱塑性樹脂中之導熱性填料之最大粒徑Dmax及平均粒徑D50，藉由於溶劑(包含加熱溶劑)中溶解去除熱塑性樹脂，或使之膨潤而降低與導熱性填料之附著強度後以物理方式去除、進而將樹脂成分於大氣下加熱使之灰化而去除，從而可利用與上述相同之方法測定。
(3)各成分之含量 本發明之樹脂組合物100質量%中之熱塑性樹脂之含量之下限較佳為15質量%以上，更佳為20質量%以上。另一方面，熱塑性樹脂之含量之上限較佳為40質量%以下，更佳為35質量%以下。 又，本發明之樹脂組合物100質量%中之導熱性填料之含量之下限較佳為60質量%以上，更佳為65質量%以上。另一方面，導熱性填料之含量之上限較佳為85質量%以下，更佳為80質量%以下。 藉由使導熱性填料之含量為上述下限值以上，良好地表現出利用導熱性填料之提高導熱性之效果或控制線膨脹係數之效果。另一方面，藉由使導熱性填料之含量為上述上限值以下，樹脂組合物之成形性、或與異種材料之界面接著性良好。
一般而言，導熱性樹脂組合物之調配比率之規定大多基於基質樹脂與導熱性填料之各自之體積分率(故為導熱性樹脂片剖面中之面積比率)而規定。關於導熱性樹脂片之厚度方向之導熱率，並非僅取決於體積分率，與上述較佳之粒子尺寸、粒子之配向狀態、粒子之形狀等各種因素有關，因此，於本發明中，就實際調配中之便利性而言，採用質量分率。 尤其於使用卡屋構造之氮化硼凝集粒子作為導熱性填料之情形時，該粒子之特徵並非僅在於作為內部結構之卡屋構造，於該粒子表面以如所謂毛栗子狀或稱為金平糖狀之突起狀態形成多個沿放射方向配向之平板狀之氮化硼一次粒子，且鄰接之卡屋構造粒子之該突起彼此物理接觸，於厚度方向上形成熱阻較小之傳熱路徑。因此，利用通常之掃描式電子顯微鏡(SEM)進行觀察時，存在並不容易判定基質樹脂與導熱性填料之各自之體積分率之情況。進而，若逐漸增加卡屋構造之氮化硼凝集粒子之添加量，則於樹脂組合物之加熱加壓成型時施加之壓力之作用下，該粒子彼此並非作為球狀粒子相互接觸之點接觸，而是粒子彼此接觸之部分發生變形，觀察到接觸部呈直線狀即面狀地接觸之狀態。於成為此種接觸狀態之情形時，藉由添加卡屋構造之氮化硼而可有效率地形成導熱路徑。然而，此種情形時，亦不容易藉由SEM觀察來判定基質樹脂與導熱性填料之各自之體積分率。
本發明之導熱性填料較佳為於導熱性填料100質量%中含有氮化硼凝集粒子50質量%以上，更佳為含有60質量%以上，進而較佳為含有70質量%以上，進而更佳為含有80質量%以上。導熱性填料之總量(100質量%)亦可為氮化硼凝集粒子。 藉由使氮化硼凝集粒子之含量為上述下限值以上，導熱性樹脂片之厚度方向之導熱率變高。
本發明之樹脂組合物亦可含有晶質熱塑性樹脂及導熱性填料以外之其他成分。但就提高導熱性之觀點而言，較佳為不含其他成分。 作為其他成分，可列舉：磷系、酚系以外之各種抗氧化劑、苯酚丙烯酸酯系以外之製程穩定劑、熱穩定劑、受阻胺系自由基捕獲劑(HAAS)、衝擊改良劑、加工助劑、金屬鈍化劑、銅毒抑制劑、抗靜電劑、阻燃劑、矽烷偶合劑等提高導熱性填料與熱塑性樹脂之界面之親和性的添加劑、同樣可期待矽烷偶合劑等之提高樹脂片與金屬板狀材之密接強度之效果的添加劑、增量劑等。使用該等添加劑之情形時之添加量通常只要為基於該等之目的而使用之量之範圍即可。
(4)尤佳之實施形態 本發明之較佳實施形態之一例之樹脂組合物含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂與導熱性填料，且該導熱性填料含有氮化硼凝集粒子。 又，本發明之較佳實施形態之另一例之樹脂組合物含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂15質量%以上40質量%以下、導熱性填料60質量%以上85質量%以下。
2.導熱性樹脂片 本發明之導熱性樹脂片包含上述樹脂組合物，吸濕回焊耐性優異，於製作與金屬板之積層體時不易發生由熱膨脹及熱收縮引起之界面剝離。
導熱性樹脂片於25℃時之厚度方向之導熱率較佳為5.0 W/m・K以上，更佳為7.0 W/m・K以上，進而較佳為9.0 W/m・K以上，進而更佳為10.0 W/m・K以上，尤佳為15.0 W/m・K以上。藉由使厚度方向之導熱率為上述下限值以上，亦可較佳地用於在高溫下作動之功率半導體裝置等。 該導熱率可藉由熱塑性樹脂之種類及熔融黏度等物性值、導熱性填料之種類及含量、熱塑性樹脂與導熱性填料之混合方法、後述加熱混練步驟中之條件等來調整。
又，本發明之導熱性樹脂片較佳為200℃時之厚度方向之導熱率為25℃時之厚度方向之導熱率之90%以上，更佳為92%以上。藉由使200℃時之厚度方向之導熱率為上述下限值以上，亦可較佳地用於在高溫下作動之功率半導體裝置等。
導熱性樹脂片之厚度之下限值較佳為50 μm以上，更佳為60 μm以上，進而較佳為70 μm以上。另一方面，厚度之上限值較佳為300 μm以下，更佳為200 μm以下，進而較佳為160 μm以下。藉由將導熱性樹脂片之厚度設為50 μm以上，可確保充分之耐電壓特性。另一方面，藉由設為300 μm以下，尤其於將導熱性樹脂片用於功率半導體裝置等之情形時，能夠達成小型化或薄型化，又，與使用陶瓷材料之絕緣性導熱性層相比，可獲得利用薄膜化而產生之減小厚度方向之熱阻之效果。
為了減小導熱率之各向異性、亦提高厚度方向之導熱率，本發明之導熱性樹脂片較佳為將導熱性填料之一次粒子之配向性設為較低。 關於一次粒子之配向性，於利用X射線繞射法對導熱性樹脂片進行測定時，可藉由求出將(002)面之繞射峰強度設為I(002)、(100)面之繞射峰強度設為I(100)之情形時之比「I(002)/I(100)」而評價。 上述比「I(002)/I(100)」較佳為20.0以下，更佳為17.0以下，進而較佳為15.0以下。於上述比超過20.0之情形時，於熔融混練步驟中導熱性填料崩解、或者於加壓步驟中導熱性填料被過度壓碎、與導熱性樹脂片之面方向平行或所成角度較小之導熱性填料變多。於該情形時，即便增大導熱性填料之含量，亦難以提高厚度方向之導熱率。 再者，上述比「I(002)/I(100)」之下限並無特別限定。例如於使用具有卡屋構造之氮化硼凝集粒子作為導熱性填料之情形時，僅該粒子時之比「I(002)/I(100)」為4.5～6.6左右，因此，若排除有意進行配向操作之情形，則可認為4.5為下限值。
就簡化製造製程之觀點而言，較佳為於不有意進行配向操作之情況下調整導熱性填料之一次粒子之配向性。該配向性例如可藉由適當變更熱塑性樹脂之種類及熔融黏度等物性值、導熱性填料之種類及含量、熱塑性樹脂與導熱性填料之混合方法、後述加熱混練步驟中之條件等來調整。
3.導熱性樹脂片之製造方法 以下，作為本發明之導熱性樹脂片之製造方法之例，對第1製造方法及第2製造方法進行說明。但本發明之導熱性樹脂片之製造方法並不限定於該等製造方法。
＜第1製造方法＞ 本發明之導熱性樹脂片之第1製造方法係包括加熱混練步驟與加壓成型步驟之方法，上述加熱混練步驟係將熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂與導熱性填料進行加熱並混練而製備樹脂組合物，上述加壓成型步驟係利用加熱體對該樹脂組合物加壓而進行片材成形。
(1)加熱混練步驟 於加熱混練步驟中，藉由加熱而使晶質熱塑性樹脂與導熱性填料熔融混練。 於加熱混練步驟中，可將晶質熱塑性樹脂與導熱性填料投入加工機中進行熔融混練。 加熱混練步驟中使用之加工機可為基於對樹脂混合導熱性填料或各種添加劑之目的而通常使用者。例如可列舉：連續捏合機、PLASTOMILL混練機、同方向雙軸擠出機型混練機、異方向雙軸擠出機型混練機、單軸擠出機型混練機等。 熔融混練溫度為成型機之設定溫度(擠出機型之熔融混練裝置之情形時為料缸加熱器之設定溫度等)，較佳為370℃～430℃，更佳為380℃～420℃。藉由將熔融混練溫度設為370℃以上，樹脂黏度充分降低，可抑制成型機之負荷上升。進而，可抑制導熱性填料於混練時發生剪切破壞，因此，所獲得之導熱性樹脂片之導熱性良好。另一方面，藉由將熔融混練溫度設為450℃以下，可抑制樹脂本身之劣化、或成型之導熱性樹脂片之物性降低。
(2)加壓成型步驟 經加熱熔融混練之本發明之樹脂組合物由於樹脂組合物中包含大量之導熱性填料，故而即便為經過加熱混練步驟之狀態，亦多為塊狀～粉末狀之形狀。因此，如通常之熱塑性樹脂組合物之片材成型般於熔融混練步驟後之步驟中連續地對其進行片材成型、捲取之製法大多難以實施。因此，於本發明中，較佳為藉由作為分批製程之加壓成型將上述獲得之塊狀～粉末狀之混合物製成片材。但本發明之導熱性樹脂片之製法並不限定於分批加壓，認為若有採用能夠進行一定程度之高溫、高壓下之連續成型之鋼帶法的片化裝置等，則亦可作為連續之片材製造。
於作為分批製程之加壓成型中，可使用各種公知之熱塑性樹脂成型用之加壓裝置。就防止加熱加壓中之樹脂劣化之觀點而言，尤佳為使用可減少加熱中加壓機內之氧量之真空加壓裝置、或具備氮置換裝置之加壓裝置。 於加壓步驟中，基於將上述熔融混練物製成厚度均勻之片體之目的，以及使所添加之導熱性填料彼此接合而形成導熱路徑之目的、消除片材內之孔隙或空隙之目的等，較佳為設定加壓壓力。就該觀點而言，加壓步驟中之壓力以施加於試樣之實際壓力計，通常以8 MPa以上實施，較佳為9 MPa以上，更佳為10 MPa以上。又，較佳為50 MPa以下，更佳為40 MPa以下，進而較佳為30 MPa以下。藉由將該加壓時之壓力設為上述上限值以下，可防止導熱性填料破碎，可製成具備較高之導熱性之導熱性樹脂片。又，藉由將加壓壓力設為上述下限值以上，導熱性填料間之接觸變得良好，易形成導熱路徑，可獲得具有較高之導熱性之片材，並且可減少樹脂片中之空隙，因此，可製成即便於吸濕回焊試驗後亦具備較高之絕緣破壞電壓之導熱性樹脂片。
於加壓成型步驟中，較佳為將樹脂加壓裝置之設定溫度設為370℃～440℃，其中更佳為設為380℃以上或420℃以下。 藉由於該範圍之溫度下實施加壓成型，可對所獲得之導熱性樹脂片賦予良好之厚度均勻性、及由所添加之導熱性填料間之良好之接觸而產生之較高之導熱性。若成型溫度為370℃以上，則樹脂黏度低至足以進行賦形加工之程度，可對所成型之導熱性樹脂片賦予充分之厚度均勻性。另一方面，若加壓機之設定溫度為440℃以下，則可抑制樹脂本身之劣化、或成型之導熱性樹脂片之物性降低。
加壓時間通常為30秒以上，較佳為1分鐘以上，更佳為3分鐘以上，進而較佳為5分鐘以上。又，較佳為1小時以下，更佳為30分鐘以下，進而較佳為15分鐘以下。藉由為上述上限值以下，而存在可抑制導熱性樹脂片之製造步驟時間，與使用耐熱性之熱硬化性樹脂之導熱性樹脂片相比可縮短週期時間，可抑制生產成本之傾向。又，藉由為上述下限值以上，而充分地獲得導熱性樹脂片之厚度之均勻性，可充分地去除內部之空隙或孔隙，可防止導熱性能或耐電壓特性之不均勻。
＜第2製造方法＞ 本發明之導熱性樹脂片之第2製造方法包括將包含熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂之粉體與導熱性填料之粉體加以混合而製備樹脂組合物，利用加熱體對該樹脂組合物加壓而進行片材成形。
於第2製造方法中，可與第1製造方法中之熔融混練步驟同樣地，將上述樹脂組合物投入加工機中進行熔融混練後加壓。 另一方面，就使所獲得之導熱性樹脂片之導熱性變得良好之觀點而言，於第2製造方法中，較佳為不進行上述加熱混練步驟，而將熱塑性樹脂之粉體與導熱性填料之粉體於常溫下攪拌混合來製備樹脂組合物。藉由使用該方法，可抑制導熱性填料於熔融混練時發生剪切破壞。
尤其於使用含有氮化硼者、其中含有氮化硼凝集粒子者作為上述導熱性填料之情形時，若依據第1製造方法進行熔融混練，則有導熱性填料發生剪切破壞之情況。 另一方面，於第2製造方法中，不進行加熱混練步驟而可製備樹脂組合物，因此，可抑制因熔融混練引起之剪切破壞，可維持優異之導熱性。 就以上之觀點而言，第2製造方法尤其適於使用含有氮化硼者、其中含有氮化硼凝集粒子者作為導熱性填料之情形。
又，上述導熱性填料之粉體之D50相對於包含晶質熱塑性樹脂之粉體之D50的比率(填料/熱塑性樹脂)較佳為0.3以上6.0以下。 認為若該比率(填料/熱塑性樹脂)為0.3以上，則抑制導熱性樹脂片中之導熱性填料之密度不均勻，因此不易出現局部導熱率不均之情況。另一方面，認為若該比率(填料/熱塑性樹脂)為6.0以下，則抑制導熱性樹脂片之表面過度露出導熱性填料，因此可使導熱性樹脂片與金屬板積層時之密接強度變得良好，於與金屬板之積層界面不易產生孔隙。
於第2製造方法中，就提高導熱性之效果或控制線膨脹係數之效果之觀點而言，較佳為於樹脂組合物100質量%中含有導熱性填料之粉體60質量%以上，更佳為含有65質量%以上。另一方面，就成形性或與金屬材料等之界面接著性之觀點而言，較佳為於樹脂組合物100質量%中含有導熱性填料之粉體85質量%以下，更佳為含有80質量%以下。
再者，第2製造方法中之加壓溫度及加壓壓力可與上述加壓成型步驟中相同。
4.積層散熱片 本發明之積層散熱片係於上述本發明之導熱性樹脂片之一表面積層有散熱性材料者。 散熱性材料只要為包含導熱性良好之材質者則無特別限定。其中，為了提高積層構成時之導熱性，較佳為使用散熱用金屬材料，其中更佳為使用平板狀之金屬材料。 金屬材料之材質並無特別限定。其中，較佳為導熱性良好且價格相對較低之銅板、鋁板、鋁合金板等。
於使用平板狀之金屬材料作為積層散熱片中之散熱用金屬材料之情形時，為了確保充分之散熱性，該金屬材料之厚度較佳為0.03～6 mm，其中更佳為0.1 mm以上或5 mm以下。
關於與散熱用金屬材料之接著，可對金屬材料之與導熱性樹脂片積層之側之表面實施利用軟蝕刻、風化鍍覆處理、氧化還原處理等之粗面化處理、用以確保接著耐久性之各種金屬、金屬合金之鍍覆處理、包含胺基系、巰基系等之矽烷偶合處理之有機系表面處理、或利用有機-無機複合材料之表面處理等表面處理。藉由進行該等表面處理，可使初期接著力、接著力之耐久性、抑制於進行吸濕回焊試驗後界面剝離之效果變得更良好。
另一方面，散熱用金屬材料之與導熱性樹脂片積層之側的相反側之面可並非單純之平板，為了確保與作為氣體或液體之冷卻介質之接觸面積，可實施增大表面積之加工等。 作為該用以增大表面積之加工之例，可列舉：藉由噴擊加工等使表面變得粗燥而增大表面積；藉由切削加工或加壓加工於散熱用金屬材料直接形成V型、矩形等之溝槽或各種形狀之凹凸之方法；對包含平板狀之金屬材料之散熱用金屬層，進而藉由澆鑄加工、擴散接合、或螺栓緊固、焊接、釺接等來接合已賦予用以增大表面積之加工之另一金屬材；或嵌埋金屬製銷等。進而，亦考慮於具有用以使冷卻介質通過之空腔之散熱用金屬層上直接加壓積層導熱性樹脂片。然而，由於導熱性樹脂片與散熱性金屬板之加壓壓力相對較高，故而於該等情形時，較佳為對於將平板狀之金屬材與導熱性樹脂片積層一體化所得者，於後續步驟中藉由焊接、釺接、螺栓接合等而與實施切槽加工之金屬板或具有供冷媒流通之空腔之金屬層進行一體化。
關於積層散熱片中之散熱用金屬材料與導熱性樹脂片之積層一體化，可較佳地採用作為分批製程之加壓成型。該情形時之加壓設備或加壓條件等係與上述用以獲得導熱性樹脂片之加壓成型條件之範圍相同。
5.散熱性電路基板 本發明之散熱性電路基板係具有上述積層散熱片者。該散熱性電路基板例如為具備於本發明之導熱性樹脂片之一表面積層有散熱用金屬材料之構成者。其中較佳可為例如於導熱性樹脂片之與積層有散熱用金屬材料之表面相反之另一表面，藉由後續步驟之蝕刻處理等積層導電電路之構成。 作為該散熱性電路基板之構成，更佳為「散熱用金屬材料/導熱性樹脂片/導電電路」之一體化者。作為電路蝕刻前之狀態，例如可列舉如下者：於「散熱用金屬材料/導熱性樹脂片/導電電路形成用金屬材料」之一體化構成中，導電電路形成用金屬材料為平板狀，形成於導熱性樹脂片之單面側整個表面或形成於一部分面積。
導電電路形成用金屬材料之材料並無特別限定。其中，一般而言就良好之導電性或蝕刻性、成本方面等觀點而言，較佳為由厚度0.05 mm以上1.2 mm以下之銅之薄板形成。
散熱性電路基板之絕緣破壞電壓較佳為40 kV/mm以上，更佳為50 kV/mm以上，進而較佳為60 kV/mm以上，進而更佳為80 kV/mm以上。藉由使絕緣破壞電壓為40 kV/mm以上，例如厚度100 μm之導熱性樹脂片亦可獲得4 kV以上之絕緣破壞電壓，若絕緣破壞電壓為80 kV/mm以上，則厚度50 μm時亦獲得4 kV以上之絕緣破壞電壓，因此可使用對熱阻有利之較薄之導熱性樹脂層，與此同時具有充分之耐電壓性能，而可抑制於施加高電壓時發生絕緣破壞之情況。
6.功率半導體裝置 本發明之導熱性樹脂片可較佳地用作功率半導體裝置用之散熱片，可實現可靠性較高之功率半導體模組。 該功率半導體裝置係使用上述導熱性樹脂片或上述積層散熱片之功率半導體裝置，將上述導熱性樹脂片或上述積層散熱片作為散熱性電路基板安裝於功率半導體器件裝置中。 該功率半導體器件裝置藉由基於較高之導熱性之散熱效果，能夠於較高之可靠性之基礎上實現高輸出、高密度化。 於功率半導體器件裝置中，可適當採用導熱性樹脂片或積層散熱片以外之鋁配線、密封材、封裝材、散熱座、散熱膏、焊料之類的先前公知之構件。
＜語句之說明＞ 於本發明中，以「X～Y」(X、Y為任意之數字)表述之情形時，只要無特別說明，意為「X以上Y以下」，並且亦包含「較佳為大於X」或「較佳為小於Y」之意。 又，以「X以上」(X為任意之數字)或「Y以下」(Y為任意之數字)表述之情形時，亦包含「較佳為大於X」或「較佳為未達Y」之主要含義。 於本發明中，所謂「片材」，包含片、膜、帶之概念。 [實施例]
以下，藉由實施例更詳細地說明本發明。本發明只要不超出其主旨，則不限定於以下之實施例。
＜實施例1～14、比較例1、2及參考例1、2＞ 實施例1～14、比較例1、2及參考例1、2之導熱性片之使用材料、製造方法如下所述。
[使用材料] (基質樹脂) 作為實施例1～14、比較例1、2及參考例1、2之基質樹脂，使用以下者。
・聚醚醚酮「VESTAKEEP 1000G」(Daicel-Evonik公司製造，熔點343℃、熔融黏度：0.14 kPa・s(400℃)、MFR：158 g/10分鐘、質量平均分子量(Mw)：52000) ・聚醚醚酮「KetaSpire KT-880FP」(Solvay公司製造，熔點：343℃、熔融黏度：0.15 kPa・s(400℃)、平均粒徑(D50)：30.0～45.0 μm、MFR：86 g/10分鐘、質量平均分子量(Mw)：58000) ・均聚對苯二甲酸丁二酯「NOVADURAN 5010R」(Mitsubishi Engineering-Plastics公司製造，熔點224℃、熔融黏度：0.12 kPa・s(300℃)、MFR：16 g/10分鐘(自MVR(cm3 /10分鐘)之換算值・250℃・2.16 kg)、質量平均分子量：88000) ・環氧系樹脂組合物(雙酚F型環氧樹脂(三菱化學公司製造，聚苯乙烯換算之質量平均分子量：60000)8.74質量份、氫化雙酚A型液狀環氧樹脂(三菱化學公司製造)10.93質量份、對胺基苯酚型液狀環氧樹脂(三菱化學公司製造)2.62質量份、酚樹脂系硬化劑「MEH-8000H」(明和化成公司製造)5.73質量份、作為硬化觸媒之1-氰乙基-2-十一烷基咪唑「C11Z-CN」(四國化成公司製造，分子量275)0.48質量份)
再者，各樹脂之熔融黏度係依據ASTM D3835之剪切速率1000 s-1 、溫度400℃時之熔融黏度。均聚對苯二甲酸丁二酯之熔融黏度係於剪切速率1000 s-1 、溫度300℃時之熔融黏度。
(導熱性填料) 作為實施例1～14、比較例1、2及參考例1、2之導熱性填料，使用以下者。
・導熱性填料1：使平板狀之氮化硼粒子(一次粒子)彙集而凝集成球狀之所謂「捲心菜」結構之氮化硼凝集粒子(二次粒子)「PTX25」(Momentive公司製造，平均粒徑(D50)25 μm、比表面積7 m2 /g) ・導熱性填料2：基於國際公開第2015/119198號所製造之具有卡屋構造之氮化硼凝集粒子(平均粒徑(D50)35 μm、Dmax：90 μm) ・導熱性填料3：平板狀之氮化硼一次粒子「AP-10S」(MARUKA公司製造，平均粒徑(D50)3.0 μm、比表面積10 m2 /g)
[導熱性樹脂片之製作] 基質樹脂及導熱性填料之種類、添加量如表1及表2所示，藉由以下之方法製作導熱性樹脂片。
(實施例1～8及參考例1) 利用Laboplastomill(「4C150」，東洋精機公司製造)將基質樹脂及導熱性填料於380℃下混練5分鐘，而獲得基質樹脂與導熱性填料之熔融混練物。實施例5除了將熔融混練溫度變更為395℃以外，與上述同樣地獲得熔融混練物。 再者，上述所謂5分鐘，意指將基質樹脂與導熱性填料之調配物之總量設為80 g，首先自其中分取少量基質樹脂投入Laboplastomill中，確認已塑化後，同樣地投入少量分取之導熱性填料，反覆進行此操作，將80 g調配物全部投入結束後，進而進行5分鐘熔融混練。
其次，使用高溫真空加壓裝置(北川精機公司製造)，將上述熔融混練物於加壓溫度395℃、加壓面壓10 MPa下進行10分鐘之加壓，獲得15 cm見方且厚度150 μm之導熱性樹脂片。 此處，上述所謂10分鐘，意指將真空加壓機之內部預熱至150℃，向其中導入作為壓入構成物之上述熔融混練物，一面使真空泵作動，一面對熔融混練物施加數MPa之較輕壓力，將加壓機內部溫度設定為395℃，經過40分鐘之升溫後，將加壓面壓設定為10 MPa，其後進行10分鐘之加壓。經過10分鐘後，將加壓機內部溫度再次設為150℃，於內部溫度近乎於150℃時解除真空，取出壓入構成物而獲得導熱性樹脂片。
上述所謂壓入構成物係指批次中之一次加壓所需之構成物，該構成物係於縱橫各30 cm之尺寸之下部鍍覆板上載置厚度6 mm、縱橫各20 cm之邊框狀且邊框之內長呈縱橫各15 cm×15 cm之開口的金屬製間隔件，於間隔件內散佈用以獲得厚度150 μm之加壓片所需之質量之上述熔融混練物，進而於15 cm×15 cm之上述開口部嵌入厚度5.85 mm且縱橫各14.6 cm×14.6 cm之蓋板，載置與下部鍍覆板同尺寸之上部鍍覆板。
(實施例9～14及參考例2) 使用不進行基質樹脂及導熱性填料之熔融混練而將該等於常溫下混合所得者作為壓入構成物，除此以外，藉由與實施例1～8及參考例1相同之方式獲得導熱性樹脂片。
(比較例1) 將Laboplastomill中之熔融混練溫度設為290℃、加壓成型溫度設為300℃，除此以外，藉由與實施例1～8及參考例1相同之方式獲得導熱性樹脂片。
(比較例2) 以環氧系樹脂組合物與導熱性填料2之總量成為100質量%之方式添加導熱性填料2，進而以上述環氧系樹脂組合物與導熱性填料2之合計之固形物成分濃度成為62.8質量%之方式添加甲基乙基酮與環己酮之混合溶液(混合比(體積比)1：1)37.2質量%進行混合，而獲得塗佈漿料(片材用塗佈液)。該等之混合時，於手動攪拌後，使用自轉公轉攪拌機「脫泡練太郎AR-250」進行2分鐘攪拌。 藉由刮刀法將上述獲得之塗佈漿料塗佈於厚度38 μm之聚對苯二甲酸乙二酯膜(以下亦稱為「PET膜」)上，於60℃下進行120分鐘之加熱乾燥後，於加壓溫度42℃、加壓面壓15 MPa下進行10分鐘之加壓，而獲得未硬化之環氧樹脂片狀成形體。 其後，將上述獲得之片狀成形體進而連同PET膜一起投入170℃之熱風烘箱中1小時，使上述片狀成形體硬化後，剝離PET膜，而獲得厚度150 μm之導熱性樹脂片。
[散熱性電路基板之製作] 使用實施例7、實施例13、比較例1及比較例2中獲得之導熱性樹脂片，藉由以下之方法製作散熱性電路基板。
(實施例7及實施例13) 將導熱性樹脂片切割成40 mm×80 mm之尺寸，預先利用#100之砂紙研磨成為散熱用金屬板狀材之尺寸40 mm×80 mm且厚度2000 μm之銅板、及成為導電電路形成用銅板之尺寸40 mm×80 mm且厚度500 μm之銅板各1片之單面而對表面進行粗化處理，以每片銅板各自之粗化處理面與導熱性樹脂片對向之方式夾住上述導熱性樹脂片，於加壓溫度390℃、加壓面壓13 MPa下進行10分鐘之加壓，而獲得包含「散熱用金屬材料(銅板)/導熱性樹脂片/導電電路形成用銅板」之積層散熱片。 進而，藉由特定之方法對上述導電電路形成用銅板實施蝕刻處理而形成圖案，藉此獲得散熱性電路基板。圖案係使40 mm×80 mm之導熱性樹脂片上殘存兩處
Figure 02_image003
25 mm之圓狀圖案之導電電路形成用銅板。
(比較例1) 將加壓溫度設為300℃，除此以外，藉由與實施例7及實施例13相同之方法獲得散熱性電路基板。
(比較例2) 將加壓溫度設為175℃，除此以外，藉由與實施例7及實施例13相同之方法獲得散熱性電路基板。
＜測定條件、評價方法＞ 針對實施例1～14、比較例1、2及參考例1、2之導熱性樹脂片，藉由以下之方法進行測定及評價。
[25℃時之導熱率] 藉由與實施例1等相同之製造方法，製作15 cm見方且厚度500 μm之導熱性樹脂片，切割成10 mm見方而作為測定用試樣。於測定用試樣之兩面塗佈薄薄之雷射光吸收用噴霧(Fine Chemical Japan公司製造之「Black Guard Spray FC-153」)，加以乾燥後，藉由使用氙燈閃光法導熱分析儀(NETZSCH公司製造之「LFA447・NanoFlash300」)之雷射閃光法測定，對測定溫度25℃時之樹脂片厚度方向之熱擴散率a(mm2 /秒)進行測定。針對自同一片材切出之5點實施測定，求出其算術平均值。
又，使用比重測定機(A&D公司製造)求出樹脂片之密度ρ(g/m3 )，使用DSC測定裝置(ThermoPlusEvo DSC8230，RIGAKU公司製造)測定25℃時之比熱容c(J/(g・K))。 根據該等之各測定值，作為「H＝a×ρ×c」而求出25℃時之片材厚度方向之導熱率。
再者，關於上述熱擴散率a(mm2 /秒)，由於不存在有關樹脂系材料之熱擴散率、導熱率之JIS規格，故而參考JIS R1611-2010(精密陶瓷之藉由閃光法之熱擴散率、比熱容、導熱率之測定方法)，規定為同一規格「試樣之厚度為0.5 mm以上5 mm以下」，因此僅供於導熱率測定之試樣以厚度0.5 mm進行測定。又，密度ρ係依據JIS K6268，藉由阿基米德法所求出之值。進而，比熱容c係依據JIS K7123，使用DSC測定裝置所求出之值。
[200℃時之導熱率之保持率之評價] 針對實施例11、實施例13及實施例14之導熱性樹脂片，藉由以下之方法評價200℃時之導熱率之保持率，於表3中示出結果。
藉由「25℃時之導熱率之評價」中所使用之利用氙燈閃光法導熱分析儀(NETZSCH公司製造之「LFA447・NanoFlash300」)之雷射閃光法測定，使用分步測定模式，起始溫度設定為25℃、間隔溫度設定為25℃，升溫至200℃，測定各溫度下之熱擴散率a。該等溫度為測定裝置之腔室內溫度。
比熱容c係利用DSC測定裝置進行直至250℃之測定，求出與熱擴散率之測定溫度對應之溫度下之比熱。 關於密度ρ，無法採用25℃以外之測定值，但導熱性樹脂片之面方向之線膨脹率於180℃～200℃之間為27 ppm之相對較小之值，因此認為本發明之導熱性樹脂片之25℃與200℃之體積變化不大，直接採用25℃之測定值。 再者，線膨脹率之測定係依據JIS K7197・1991，針對厚度150 μm之導熱性樹脂片於拉伸模式下所測定者。 又，作為純淨之PEEK樹脂之線膨脹係數，於本實施例中使用之「KetaSpireKT-880FP」之情形時，目錄中記載為50 ppm(-50℃～50℃・ASTM E831)，純PEEK之線膨脹係數亦較小。 由該等各測定值，作為「H＝a×ρ×c」而求出直至200℃之片材厚度方向之導熱率，採用將25℃之導熱率設為100%時之各溫度下之導熱率作為保持率(%)。
又，關於參考例3中作為陶瓷系材料之「Pyroceram 9696」於上述各溫度下之導熱率，轉抄NETZSCH公司之「Manufacture's Certification」(依據ASTM-E1416之氙燈閃光法測定用之校正用「Pyroceram 9696」試樣之認證書)中記載之數值。
[吸濕回焊試驗前之絕緣破壞電壓(BDV)] 將實施例7、實施例13、比較例1及比較例2中所製作之散熱性電路基板浸漬於Fluorinert FC-40(3M公司製造)中，使用超高電壓耐壓試驗器7470(計測技術研究所公司製造)，於藉由蝕刻對上述散熱性電路基板進行圖案化所得之
Figure 02_image003
25 mm之銅板上載置
Figure 02_image003
25 mm之電極，施加0.5 kV電壓，每隔60秒增加0.5 kV，逐步升壓實施測定直至達到絕緣破壞。測定係於頻率60 Hz、升壓速度1000 V/sec下實施。
對於以單位厚度 (厚度1 mm之情形時之換算值)計之絕緣破壞電壓為40 kV/mm以上者，繼續實施吸濕回焊試驗後之BDV之測定。另一方面，上述以單位厚度計之絕緣破壞電壓未達40 kV/mm者於表3中記載為「N.D.」。 吸濕回焊試驗前之絕緣破壞電壓(BDV)之評價可作為耐電壓性能之評價。
[吸濕回焊試驗後之絕緣破壞電壓(BDV)] 使用恆溫恆濕機SH-221(愛斯佩克公司製造)，將吸濕回焊試驗前之絕緣破壞電壓為40 kV/mm以上之實施例7、實施例13及比較例1之散熱性電路基板於85℃、85%RH之環境中保管3天後，於30分鐘以內，在氮氣氛圍下自室溫歷時12分鐘升溫至290℃，在290℃下保持10分鐘後，冷卻至室溫(吸濕回焊試驗)。其後，與上述同樣地測定絕緣破壞電壓，單位厚度(厚度1 mm之情形時之換算值)之絕緣破壞電壓為40 kV/mm以上之情形時記為「〇(good)」、未達40 kV/mm之情形時記為「×(poor)」。該等之測定結果示於表3。 吸濕回焊試驗後之絕緣破壞電壓(BDV)之評價可作為吸濕回焊耐性之評價。
[吸濕回焊試驗後界面觀察] 與上述同樣地對實施例7、實施例13、比較例1及比較例2中所製作之散熱性電路基板進行吸濕回焊試驗後，利用超音波攝影裝置FinSAT(FS300III)(Hitachi Power Solutions製造)，觀察上述藉由蝕刻進行圖案化所得之
Figure 02_image003
25 mm之銅電極與導熱性樹脂片之界面。測定時使用頻率50 MHz之探針，設為增益30 dB、間距0.2 mm，將試樣置於水中實施。 將未觀察到於界面產生剝離或鼓起、孔隙之情況者記為「○(good)」，將觀察到於界面產生剝離或鼓起、孔隙之情況者記為「×(poor)」。該評價結果亦示於表3。 吸濕回焊試驗後界面觀察之評價可作為將導熱性樹脂片與金屬板積層進行回焊步驟時，是否易於發生由熱膨脹及熱收縮引起之界面剝離及導熱性樹脂片之發泡所導致之變形之評價。
[導熱性填料之一次粒子之配向度] 藉由與實施例7及實施例13相同之製造方法，製作15 cm見方且厚度150 μm之導熱性樹脂片，切割成40 mm見方而作為測定用試樣。藉由X射線繞射法對測定用試樣進行測定，求出將(002)面之繞射峰強度設為I(002)、(100)面之繞射峰強度設為I(100)之情形時之比「I(002)/I(100)」。將該評價結果示於表1及2。
[表1]
   實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8
樹脂                        
   PEEK(VESTAKEEP 100DG) [質量%] 27 23 43 37 37 30 27 23
導電性填料                        
   填料1(捲心菜結構BN凝集粒子) [質量%] 73 77 - - - - - -
   填料2(卡屋構造BN凝集粒子) [質量%] - - 57 63 63 70 73 77
導熱率(25℃) [W/m•K] 5.38 6.17 3.73 5.03 5.11 9.39 10.3 14.1
絕緣破壞電壓                           
   吸濕回焊試驗前(N.D.係未達40 kV/mm) [kV/mm] - - - - - - 75.8 -
   吸濕回焊試驗後(○係40 kV/mm以上) [kV/mm] - - - - - - 〇 -
界面觀察(吸濕回焊試驗後)    - - - - - - 〇 -
配向度 [-] - - - - - - 15.87   
備註                熔融混練溫度：395℃         
[表2]
   實施例9 實施例10 實施例11 實施例12 實施例13 實施例14 比較例1 比較例2 參考例1 參考例2
樹脂                              
   PEEK(VESTAKEEP 100DG) [質量%] - - - - - - - - 17 -
   PEEK(KetaSpire KT-880FP) [質量%] 27 43 37 33 27 23 - - - 27
   PBT(NOVADURAN 5010R) [質量%] - - - - - - 27 - - -
   雙酚F型環氧樹脂 [質量%] - - - - - - - 8.74 - -
   氫化雙酚A型液狀環氧樹脂 [質量%] - - - - - - - 10.93 - -
   對胺基苯酚型液狀環氧樹脂 [質量%] - - - - - - - 2.62 - -
   酚樹脂系硬化劑(MEH-8000H) [質量%] - - - - - - - 5.73 - -
   硬化觸媒(C11Z-CN) [質量%] - - - - - - - 0.48 - -
導熱性填料                              
   填料1(捲心菜結構BN凝集粒子) [質量%] 73 - - - - - - - - -
   填料2(卡屋構造BN凝集粒子) [質量%] - 57 63 67 73 77 73 71.5 - -
   填料3(平板狀BN粒子) [質量%] - - - - - - - - 83 73
導熱率(25℃) [W/m•K] 9.71 9.24 11.7 13.5 16.2 17.4 11.7 13.3 5.92 5.62
絕緣破壞電壓                                 
   吸濕回焊試驗前(N.D.係未達40 kV/mm) [kV/mm] - - - - 86.3 - 80.6 N.D. - -
   吸濕回焊試驗後(○係40 kV/mm以上) [kV/mm] - - - - 〇 - × × - -
界面觀察(吸濕回焊試驗後)    - - - - 〇 - × × - -
配向度 [-] - - - - 12.14 - - - - -
[表3]
   導熱率測定溫度
25℃ 50℃ 75℃ 100℃ 125℃ 150℃ 175℃ 200℃
實施例11 導熱率 [W/m•K] 11.7 11.9 11.9 11.7 11.7 11.5 11.3 11.2
保持率 [%] 100 102.1 101.5 100.4 99.8 98.5 96.6 95.4
實施例13 導熱率 [W/m•K] 16.2 16.4 16.1 16.1 16.1 15.9 15.5 15.1
保持率 [%] 100 101.4 99.5 99.4 99.4 98.0 95.7 93.2
實施例14 導熱率 [W/m•K] 17.4 17.6 17.3 17.4 17.0 17.1 16.8 16.5
保持率 [%] 100 101.1 99.5 99.8 97.9 98.1 93.8 94.8
參考例3 導熱率 [W/m•K] 4.01 3.91 N.D. 3.76 N.D. N.D. N.D. 3.48
保持率 [%] 100 97.6 - 93.8 - - - 86.8
比較實施例7及13與比較例1及2，使用實施例7及13之導熱性樹脂片之散熱性電路基板於吸濕回焊試驗之前後其絕緣破壞電壓均保持40 kV/mm以上。又，觀察吸濕回焊試驗後之導熱性樹脂片與銅電極之界面，結果未確認到剝離或鼓起、形成孔隙之情況。
另一方面，於使用作為熔點224℃之晶質熱塑性樹脂之PBT作為基質樹脂之比較例1中，吸濕回焊試驗前之絕緣破壞電壓可獲得相對較高之值，但吸濕回焊試驗後之值低於40 kV/mm。又，觀察吸濕回焊試驗後之導熱性樹脂片與銅電極之界面，結果觀察到剝離或鼓起、產生比較明顯之孔隙。由此可知，於使用PBT等熔點比本發明之範圍低之熱塑性樹脂之情形時，無法耐受吸濕回焊試驗，製成與金屬板之積層體時會發生界面剝離。
又，於使用作為熱硬化性樹脂之環氧樹脂組合物作為基質樹脂之比較例2中，結果吸濕回焊試驗前之絕緣破壞電壓亦低於40 kV/mm。其原因無法斷定，推測係由於塗佈時使用之溶劑殘留於樹脂組合物中，熱硬化時發泡，形成孔隙等缺陷部等。 進而，觀察吸濕回焊試驗後之導熱性樹脂片與銅電極之界面，結果觀察到明顯之剝離或鼓起、產生孔隙之情況。一般認為熱硬化性樹脂即便於超過其玻璃轉移溫度之溫度下使用時，亦具備三維交聯結構，藉此表現出良好之耐熱性，但上述吸濕回焊試驗對於熱硬化性樹脂而言亦為嚴苛之條件。
綜上可知，本發明之導熱性樹脂片藉由使用熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂作為基質樹脂，吸濕回焊耐性良好，製成與金屬板之積層體時不易產生由熱膨脹及熱收縮引起之界面剝離。
又，比較實施例1～14與參考例1及2，於使用氮化硼作為導熱性填料之情形時，相較於使用平板狀之氮化硼一次粒子，使用氮化硼凝集粒子時導熱率更高，其中，相較於使用捲心菜結構之氮化硼凝集粒子，使用卡屋構造之氮化硼凝集粒子時導熱率更高。
更具體而言，比較實施例9、實施例13及參考例2，於分別使用等量之氮化硼凝集粒子與平板狀之氮化硼一次粒子之情形時，使用氮化硼凝集粒子之實施例9及實施例13之導熱性樹脂片之導熱率更高。 又，比較實施例2、實施例8及參考例1，即便增加平板狀之氮化硼一次粒子之含量，亦比不上使用氮化硼凝集粒子之情形時之導熱率。 進而，分別比較實施例1與實施例7、實施例2與實施例8、實施例9與實施例13，於分別使用等量之捲心菜結構之氮化硼凝集粒子與卡屋構造之氮化硼凝集粒子之情形時，使用卡屋構造之氮化硼凝集粒子之實施例7、8及13之導熱性樹脂片之導熱率更高。
綜上可知，本發明之導熱性樹脂片藉由使用氮化硼凝集粒子作為導熱性填料，導熱率提高，其中藉由使用卡屋構造之氮化硼凝集粒子，導熱率進一步提高。
又，比較實施例11、13及14與參考例3，實施例11、13及14之導熱性樹脂片於200℃時之厚度方向之導熱率為25℃時之厚度方向之導熱率之90%以上，相對於此，參考例3之陶瓷系材料於200℃時之厚度方向之導熱率低至25℃時之厚度方向之導熱率之87%。
綜上可知，本發明之導熱性樹脂片即便於200℃下亦可維持較高之導熱率。
又，比較實施例4與實施例5，將熔融混練溫度設為395℃之實施例5之導熱性樹脂片之導熱率更高。認為其原因在於，藉由提高熔融混練溫度，基質樹脂之黏度降低，施加於導熱性填料上之剪切應力減小，抑制導熱性填料之破碎。
進而，比較實施例1～8與實施例9～14，不經加熱混練步驟而將基質樹脂之粉體原料與導熱性填料之粉體於室溫下攪拌混合進行加壓成型之實施例9～14之導熱性樹脂片之導熱率更高。認為其原因在於，因混練對導熱性填料造成剪切破壞之情況得到抑制。
綜上可知，本發明之導熱性樹脂片可藉由變更基質樹脂之種類、導熱性填料之種類及含量、基質樹脂與導熱性填料之混合方法、加熱混練步驟中之條件等來提高導熱率。
圖1係本發明之實施形態之一例之剖面SEM圖像。 圖2係本發明之實施形態之另一例之模式圖。 圖3係本發明之實施形態之另一例之剖面SEM圖像。

Claims (22)

  1. 一種導熱性樹脂片，其包含含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂與導熱性填料之樹脂組合物，該導熱性填料含有氮化硼凝集粒子。
  2. 如請求項1之導熱性樹脂片，其中上述樹脂組合物含有上述晶質熱塑性樹脂15質量%以上40質量%以下，且含有上述導熱性填料60質量%以上85質量%以下。
  3. 如請求項1或2之導熱性樹脂片，其中於導熱性填料100質量%中含有上述氮化硼凝集粒子50質量%以上。
  4. 如請求項1至3中任一項之導熱性樹脂片，其中上述氮化硼凝集粒子係具有卡屋構造者。
  5. 如請求項1至4中任一項之導熱性樹脂片，其於25℃時之厚度方向之導熱率為5.0 W/m・K以上。
  6. 如請求項1至4中任一項之導熱性樹脂片，其於25℃時之厚度方向之導熱率為7.0 W/m・K以上。
  7. 如請求項5或6之導熱性樹脂片，其於200℃時之厚度方向之導熱率為上述25℃時之厚度方向之導熱率之90%以上。
  8. 如請求項1至7中任一項之導熱性樹脂片，其中導熱性樹脂片之厚度為50 μm以上300 μm以下。
  9. 一種導熱性樹脂片，其包含以15質量%以上40質量%以下之比率含有熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂、且以60質量%以上85質量%以下之比率含有導熱性填料的樹脂組合物，該導熱性樹脂片於25℃時之厚度方向之導熱率為5.0 W/m・K以上。
  10. 如請求項9之導熱性樹脂片，其中於上述導熱性填料100質量%中含有氮化硼50質量%以上。
  11. 如請求項10之導熱性樹脂片，其中上述氮化硼係以使氮化硼一次粒子凝集而成之氮化硼凝集粒子作為主成分者。
  12. 如請求項11之導熱性樹脂片，其中上述氮化硼凝集粒子係具有卡屋構造者。
  13. 如請求項1至12中任一項之導熱性樹脂片，其中上述晶質熱塑性樹脂為聚醚酮系樹脂。
  14. 如請求項13之導熱性樹脂片，其中上述聚醚酮系樹脂為聚醚醚酮。
  15. 一種積層散熱片，其於如請求項1至14中任一項之導熱性樹脂片之一表面積層有散熱用金屬材料。
  16. 一種散熱性電路基板，其具有如請求項15之積層散熱片。
  17. 如請求項16之散熱性電路基板，其中於上述導熱性樹脂片之另一表面積層導電電路。
  18. 如請求項16或17之散熱性電路基板，其絕緣破壞電壓為40 kV/mm以上。
  19. 一種功率半導體裝置，其具有如請求項16至18中任一項之散熱性電路基板。
  20. 一種導熱性樹脂片之製造方法，其包括：將包含熔點為300℃以上之晶質熱塑性樹脂之粉體與導熱性填料之粉體加以混合而製備樹脂組合物，利用加熱體對該樹脂組合物加壓而進行片材成形。
  21. 如請求項20之導熱性樹脂片之製造方法，其中上述樹脂組合物含有上述包含晶質熱塑性樹脂之粉體15質量%以上40質量%以下，且含有上述導熱性填料之粉體60質量%以上85質量%以下。
  22. 如請求項20或21之導熱性樹脂片之製造方法，其中上述導熱性填料之粉體之D50相對於上述包含晶質熱塑性樹脂之粉體之D50的比率(填料/熱塑性樹脂)為0.3～6.0。
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