TWI758512B - 熱傳導性絕緣片及複合構件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種在加熱加壓時具有適度的流動性且不存在材料流出至較原來的片的大小更靠外側的擔憂的熱傳導性絕緣片。本發明的熱傳導性絕緣片含有作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R)的未硬化物及/或半硬化物。100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為10,000 Pa·s~150,000 Pa·s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~4.0,流動值為90%~100%。流動值(%)=W2/W1×100(W1:50 mm見方的熱傳導性絕緣片的質量、W2:對50 mm見方的熱傳導性絕緣片於150℃下且於60分鐘、1 MPa的條件下進行加熱及加壓而獲得的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物的50 mm見方的質量)
Description
本發明是有關於一種熱傳導性絕緣片及使用其的複合構件。
為了促進自各種電子零件(例如功率半導體元件及包含其的功率卡等)的可產生熱的熱產生構件向散熱裝置(heat sink)等散熱構件的熱傳導來促進散熱,較佳為於散熱構件的散熱基底基板與熱產生構件之間配置熱傳導性絕緣接著膜。就可表現出高熱傳導性的方面而言,熱傳導性絕緣接著膜較佳為包含熱傳導性絕緣填料與黏合劑樹脂。
熱傳導性絕緣接著膜例如可藉由如下方式而簡易形成:將包含熱傳導性填料與作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂的未硬化物及/或半硬化物的熱傳導性絕緣片配置於散熱構件與熱產生構件之間,並藉由加熱及加壓而使其硬化。
熱傳導性絕緣片較佳為具有高熱傳導性與高絕緣性。另外,熱傳導性絕緣片較佳為具有可良好地追隨於熱產生構件及散
熱構件的表面凹凸的柔軟性並將熱產生構件與散熱構件良好地接著。
本發明者等人於專利文獻1中揭示了一種熱傳導性絕緣片作為使高熱傳導性與高絕緣性併存的熱傳導性絕緣片,所述熱傳導性絕緣片是將除氮化硼外亦含有相對多的熱傳導性球狀填料的多個層(A)與含有相對多的氮化硼填料的一層以上的層(B)以層(A)成為最外層的方式交替地積層而成(第1發明)。
所述熱傳導性絕緣片可藉由如下方式來製造:將除氮化硼外亦含有相對多的熱傳導性球狀填料的多個片(A')與含有相對多的氮化硼填料的一層以上的片(B')以片(B')不成為最外層的方式交替地積層並進行加壓(第5發明)。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特許第6135817號公報
[專利文獻2]國際公開第2012/102212號
[專利文獻3]國際公開第2013/065758號
[專利文獻4]日本專利特開2016-79304號公報
[專利文獻5]國際公開第2012/132691號
[專利文獻6]日本專利特開2012-212727號公報
[專利文獻7]日本專利特開2015-103578號公報
熱傳導性絕緣片較佳為良好地追隨於熱產生構件及散熱構件的表面凹凸而將熱產生構件與散熱構件良好地接著,並且為了可減低孔隙(void)而在加熱加壓時進行某程度流動。然而,關於在加熱加壓時過度流動而導致材料流出(流動)至較原來的片的大小更靠外側的情況,存在無法獲得所期望的熱傳導性能的擔憂,且於外觀方面亦欠佳。
作為本發明的相關技術,可列舉專利文獻2~專利文獻8。
專利文獻2中揭示有一種樹脂組成物片,其包含熱硬化性樹脂、酚樹脂及絕緣性無機填料,且20℃~200℃下的最低熔融黏度為10Pa.s~1000Pa.s(第1發明、第2發明)。
專利文獻2中記載有:樹脂組成物片的最低熔融黏度會影響自B階段至C階段的加壓加熱步驟中的樹脂組成物的流動性,因此藉由對20℃~200℃下的最低熔融黏度進行調整,可抑制樹脂組成物片自端部流出(段落0136)。另外,記載有:若20℃~200℃下的最低熔融黏度處於所述範圍內,則在加熱時顯示優異的流動性,亦追隨於具有凹凸結構的被黏附體(段落0138)。然而,專利文獻2中,關於具體的流動水準,既無記載亦無暗示。
專利文獻3中揭示有一種樹脂片,其包含含有α-氧化鋁的第1填料、含有氮化物填料的第2填料及熱硬化性樹脂(第1發明、第4發明、第15發明)。
所述樹脂片的半硬化狀態下的流動量較佳為130%~210%
(第16發明)。另外,半硬化狀態的片(B階段片)的黏度較佳為於常溫(25℃~30℃)下為104Pa.s~105Pa.s、於100℃下為102Pa.s~103Pa.s(段落0210)。
於專利文獻3中,流動量是以如下形式算出:於大氣壓條件下且於溫度180℃、壓製壓力15MPa的條件下,將試樣按壓1分鐘時的按壓前後的B階段片的面積變化率,所述試樣是將200μm厚的B階段片沖切為10mm見方而得(段落0218)。
專利文獻3中記載的流動量大,於實用方面欠佳。
專利文獻4中揭示有一種樹脂片,其含有樹脂與無機填料,且100℃下的熔融黏度為1.0×105Pa.s~1.0×108Pa.s(第1發明)。
專利文獻4中記載有:若無機填料的含有率為40體積%~80體積%,則對樹脂賦予黏性而可防止接著時的樹脂流出(段落0056)。然而,專利文獻4中,關於具體的流動水準,既無記載亦無暗示。
專利文獻5中揭示有一種多層樹脂片,其包括包含熱硬化性樹脂及填料的樹脂組成物層、以及配置於所述樹脂組成物層的至少一面上的接著材層(第1發明)。
半硬化狀態的片(B階段片)的黏度較佳為於常溫(25度)下為104Pa.s~107Pa.s、於100℃下為102Pa.s~106Pa.s(段落0121)。
專利文獻5中,關於所述多層樹脂片,記載有:於貼合於被
黏附體前,使樹脂組成物層中的大粒子徑的填料的至少一部分嵌入接著材層中,藉此可抑制接著時的樹脂流動(段落0155)。
然而,專利文獻5中,關於具體的流動水準,既無記載亦無暗示。
專利文獻6中揭示有一種熱傳導性片的製造方法,其包括片化步驟,所述片化步驟是藉由對含有樹脂及熱傳導性無機粒子的樹脂組成物進行熱壓,自熔融狀態變為半固體狀態後,進而增加黏度來進行片化(第1發明)。
所述片化步驟較佳為包括:熔融步驟,於使所述樹脂熱熔融的加熱及加壓條件下,對所述樹脂組成物進行熱壓;以及保持步驟,於所述熔融步驟後,使溫度下降至所述樹脂基本不流動的溫度,並且於加壓狀態下進行保持,直至達到所述溫度(第2發明)。
較佳為:於所述熔融步驟中,以所述樹脂的黏度未滿5000mPa.s的方式進行熱壓,並於所述保持步驟中,對所述片進行保持,直至所述樹脂的黏度成為5000mPa.s以上(第3發明)。
專利文獻6中記載有:根據所述方法,將於熔融步驟中以樹脂的黏度未滿5000mPa.s的方式進行熱壓而成的片於保持步驟中保持至樹脂的黏度成為5000mPa.s以上,因此可提高熱傳導性無機粒子的配向性,並且可減低片中的空隙(段落0017)。
然而,專利文獻6中,關於流動水準,既無記載亦無暗示。
專利文獻7中記載有:熱傳導率為12W/m.K以上的含有熱傳導性粒子的熱硬化型晶粒接著(die bonding)膜較佳為130
℃下的熔融黏度為10Pa.s~300Pa.s的範圍內(第1發明、段落0082)。
專利文獻7中記載有:若130℃下的熔融黏度為10Pa.s~300Pa.s的範圍內,則雖維持膜的形狀,但由於黏度相對低,因此可充分追隨被黏附體的凹凸且可抑制孔隙的產生(段落0082)。
然而,專利文獻7中,關於流動水準,既無記載亦無暗示。
本發明是鑒於所述情況而成者,其目的在於提供一種熱傳導性絕緣片,所述熱傳導性絕緣片配置於熱產生構件與散熱構件之間,在進行加熱及加壓時,具有可良好地追隨於熱產生構件及散熱構件的表面凹凸的適度的流動性且不存在材料流出至較原來的片的大小更靠外側的擔憂。
本發明的熱傳導性絕緣片含有作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R)的未硬化物及/或半硬化物,且所述熱傳導性絕緣片中,100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度(complex viscosity)為10,000Pa.s~150,000Pa.s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~4.0,由下述式(1)定義的流動值為90%~100%。
流動值(%)=W2/W1×100...(1)
(式(1)中,各符號表示以下的參數;W1為50mm見方的熱傳導性絕緣片的質量;
W2為對50mm見方的熱傳導性絕緣片於150℃下且於60分鐘、1MPa的條件下進行加熱及加壓而獲得的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物的50mm見方的質量)
本發明的複合構件於包含可產生熱的熱產生部的熱產生構件的至少一個面上介隔包含所述本發明的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物且包含黏合劑樹脂(R)的硬化物的熱傳導性絕緣膜而接著有散熱基底基板。
根據本發明,可提供一種熱傳導性絕緣片,所述熱傳導性絕緣片配置於熱產生構件與散熱構件之間,在進行加熱及加壓時,具有可良好地追隨於熱產生構件及散熱構件的表面凹凸的適度的流動性且不存在材料流出至較原來的片的大小更靠外側的擔憂。
1、2、3、4、5:複合構件
10:熱產生構件
20:熱傳導性絕緣接著膜
30:散熱基底基板
50、60:功率半導體模組(熱產生構件)
51、61、65:基板
52、62、64:焊料層
53、63:功率半導體元件(熱產生部)
54、66:密封材
圖1是本發明的第1實施形態的複合構件的示意剖面圖。
圖2是本發明的第2實施形態的複合構件的示意剖面圖。
圖3是本發明的第3實施形態的複合構件的示意剖面圖。
圖4是本發明的第4實施形態的複合構件的示意剖面圖。
圖5是本發明的第5實施形態的複合構件的示意剖面圖。
[熱傳導性絕緣片]
本發明的熱傳導性絕緣片含有作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R)的未硬化物及/或半硬化物。
就可表現出高熱傳導性的方面而言,本發明的熱傳導性絕緣片較佳為含有熱傳導性絕緣填料(F)與作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R)的未硬化物或半硬化物。
於本說明書中,「未硬化物」為原料的熱硬化性樹脂完全未硬化的狀態的物,「半硬化物」是指原料的熱硬化性樹脂的硬化局部進行並完全硬化前的狀態的物(所謂B階段樹脂)。
本發明的熱傳導性絕緣片於100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為10,000Pa.s~150,000Pa.s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~4.0,由下述式(1)定義的流動值為90%~100%。
流動值(%)=W2/W1×100...(1)
(式(1)中,各符號表示以下的參數;W1為50mm見方的熱傳導性絕緣片的質量;W2為對50mm見方的熱傳導性絕緣片於150℃下且於60分鐘、1MPa的條件下進行加熱及加壓而獲得的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物的50mm見方的質量)
本發明的熱傳導性絕緣片可配置於各種電子零件(例如功率半導體元件及包含其的功率卡等)的可產生熱的熱產生構件與散熱裝置等散熱構件的散熱基底基板之間,並藉由加熱及加壓而使其硬化來使用。
於本說明書中,將熱傳導性絕緣片的加熱加壓物(硬化物)稱為「熱傳導性絕緣膜」,將包含熱產生構件/熱傳導性絕緣膜/散熱構件的散熱基底基板的結構體稱為「複合構件」。
本發明的熱傳導性絕緣片於100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為10,000Pa.s~150,000Pa.s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~4.0。
若所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)為150,000Pa.s以下,則可在加熱加壓時具有適度的流動性,可良好地追隨於熱產生構件及散熱構件的表面凹凸,並可將熱產生構件與散熱構件良好地接著。另外,由於在加熱加壓時具有適度的流動性,因此可減低孔隙來減低空隙率,藉此可形成絕緣性優異的熱傳導性絕緣膜。
若所述溫度區域內的複數黏度的最小值(β)為10,000Pa.s以上,則可抑制在加熱加壓時過度流動而導致材料流出(流動)至較原來的片的大小更靠外側。
若α/β為1.0~4.0,則α與β無大差,在加熱加壓時無急劇的黏度變化且材料的流動性適宜。
本發明的熱傳導性絕緣片較佳為於100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為27,000Pa.s~100,000Pa.s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~2.5。
本發明的熱傳導性絕緣片具有如上所述的黏度特性並在加熱加壓時具有適度的流動性,因此在加熱加壓時不會過度流
動。因此,本發明的熱傳導性絕緣片的流動值為90%~100%,且不存在如下擔憂:在加熱加壓時過度流動而導致材料流出(流動)至較原來的片的大小更靠外側。因此,在使用本發明的熱傳導性絕緣片來製造複合構件時,不存在因材料流出而無法獲得所期望的熱傳導性能及所期望的接著性能的擔憂,亦不存在由材料流出所引起的複合構件的外觀惡化的擔憂。流動值較佳為95%~100%,更佳為97%~100%。
熱傳導性絕緣片於100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度、所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)及流動值可根據黏合劑樹脂(R)的種類、黏合劑樹脂(R)的分子量、硬化劑的比例、熱傳導性絕緣填料(F)的種類及量等熱傳導性絕緣片的組成來調整。
於本說明書中,關於各種參數,只要無特別明確記載,則設為利用後述[實施例]一項中記載的方法而求出者。
(熱傳導性絕緣填料(F))
熱傳導性絕緣填料(F)若為具有熱傳導性者,則無特別限定,例如可列舉:氧化鋁、氧化鈣及氧化鎂等金屬氧化物;氮化鋁及氮化硼等金屬氮化物;氫氧化鋁及氫氧化鎂等金屬氫氧化物;碳酸鈣及碳酸鎂等碳酸金屬鹽;矽酸鈣等矽酸金屬鹽;水合金屬化合物;結晶性二氧化矽、非結晶性二氧化矽、碳化矽及該些的複合物等。該些可使用一種或兩種以上。其中,較佳為氧化鋁、氮化鋁及氮化硼等。
熱傳導性絕緣填料(F)的形態並無特別限制,可列舉:一次粒子、對一次粒子進行造粒而成的造粒體、該些的凝聚體及該些的組合。
熱傳導性絕緣填料(F)較佳為包含熱傳導率高的氮化硼填料。通常而言,氮化硼填料的潤濕性差且形狀不一致,因此於僅使用氮化硼填料作為熱傳導性絕緣填料(F)的情況下,存在於內部容易形成孔隙的傾向。就高熱傳導率與低空隙率的觀點而言,熱傳導性絕緣填料(F)較佳為除氮化硼外亦包含熱傳導性球狀填料(F1)與氮化硼填料(F2)。
就高熱傳導率與低空隙率的觀點而言,作為較佳的態樣,可列舉熱傳導性絕緣片(S),所述熱傳導性絕緣片(S)包括含有熱傳導性球狀填料(F1)與黏合劑樹脂(R)的未硬化物或半硬化物並可含有氮化硼填料(F2)的多個層(A)、以及含有氮化硼填料(F2)與黏合劑樹脂(R)的未硬化物或半硬化物並可含有熱傳導性球狀填料(F1)的一層以上的層(B),並且具有將多個層(A)與一層以上的層(B)以層(B)不成為最外層的方式交替地積層而成的結構。
於本說明書中,將多個層(A)中的位於最外側的層稱為最外層(Aout)。
層(A)為含有相對多的熱傳導性球狀填料(F1)的層,層(B)為含有相對多的氮化硼填料(F2)的層。多個層(A)中的至少最外層(Aout)中的黏合劑樹脂(R)的含量較佳為多於層
(B)中的黏合劑樹脂(R)的含量。
熱傳導性絕緣片(S)較佳為將多個片(A')與一層以上的片(B')以片(B')不成為最外層的方式交替地積層並進行加壓而成的未硬化或半硬化的積層加壓片,所述片(A')含有熱傳導性球狀填料(F1)與未硬化的黏合劑樹脂(R)並可含有氮化硼填料(F2),所述片(B')含有氮化硼填料(F2)與未硬化的黏合劑樹脂(R)並可含有熱傳導性球狀填料(F1)。
片(A')、片(B')分別視需要而可包含阻燃劑、填充劑及其他各種添加劑。作為阻燃劑,例如可列舉:氫氧化鋁、氫氧化鎂及磷酸化合物等。作為其他添加劑,例如可列舉:用以提高基材密接性的偶合劑、用以提高吸濕時.高溫時的可靠性的離子捕捉劑.抗氧化劑及調平劑等。
熱傳導性絕緣片(S)中,藉由含有相對多的熱傳導性高的氮化硼填料(F2)的片(B')而可確保高熱傳導性,若僅具有片(B'),則存在容易產生孔隙的傾向。藉由片(A')含有相對多的不易產生孔隙的熱傳導性球狀填料(F1)、較佳為含有相對多於片(B')的黏合劑樹脂(R),於加壓後、較佳為於黏合劑樹脂(R)不完全硬化的溫度下進行加熱及加壓後,可有效地填埋片(B')內的孔隙,可減低熱傳導性絕緣片(S)整體的孔隙的量,並使熱傳導性絕緣片(S)整體的空隙率降低。具體而言,可將熱傳導性絕緣片(S)整體的空隙率較佳地設為0.4以下、更佳地設為0.3以下。
含有相對多的熱傳導性球狀填料(F1)的片(A')所含的填料為球狀,因此推測:即便於無溶劑狀態下,片(A')亦藉由加壓、較佳為加熱及加壓而容易變形。其結果,推測:片(A')中所含的位於與片(B')的積層界面附近的熱傳導性球狀填料(F1)、黏合劑樹脂(R)及可任意包含的氮化硼填料(F2)的一部分藉由加壓、較佳為加熱及加壓而可填埋空隙多的片(B')內的孔隙,從而可減低熱傳導性絕緣片(S)整體的空隙率。
熱傳導性絕緣片(S)中,含有相對多的熱傳導性球狀填料(F1)、較佳為含有相對多的黏合劑樹脂(R)的相對容易變形的層(A)位於最外層,藉此可提高相對於熱產生構件及散熱構件的表面凹凸的追隨性及熱產生構件與散熱構件之間的接著性。
關於配置於熱產生構件與散熱構件之間的、藉由在黏合劑樹脂(R)完全硬化的溫度下進行加熱及加壓並硬化而生成的熱傳導性絕緣膜,藉由加壓而可有效地減低整體的孔隙的量,從而可有效地降低整體的空隙率。具體而言,可將熱傳導性絕緣膜整體的空隙率較佳地設為0.3以下、更佳地設為0.2以下。
再者,並不存在特定片(A')中所含的熱傳導性球狀填料(F1)、黏合劑樹脂(R)及可包含的氮化硼填料(F2)藉由加壓、較佳為加熱及加壓而何種程度地移動至片(B'),是否填埋片(B')的空隙率的方法(或特定時需要脫離實際的極大的勞動力)。另外,黏合劑樹脂(R)、熱傳導性球狀填料(F1)及氮化硼填料(F2)為不揮發性成分。考慮到該些方面,可視為在對片(A')
及片(B')進行加壓、較佳為進行加熱及加壓的前後,佔有體積率並未變化。即,方便起見,將片(A')中所含的各成分的量設為層(A)中的量,方便起見,將片(B')中所含的各成分的量視為層(B)中的量。
空隙率可利用後述[實施例]一項中記載的方法來求出。
<熱傳導性球狀填料(F1)>
於本說明書中,「球狀」例如可利用「圓形度」來表示。「圓形度」是自利用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)等對粒子進行攝影而得的相片中選擇任意數量的粒子,在將粒子的面積設為S、將周長設為L時,可根據式:(圓形度)=4πS/L2而求出。
於本說明書中,關於「球狀粒子」,只要無特別明確記載,則是指使用東亞醫用電子(股)製造的流動式粒子像分析裝置FPIA-1000來測定粒子的平均圓形度時的平均圓形度為0.9~1者。較佳為平均圓形度為0.96~1。
熱傳導性球狀填料(F1)的種類若為氮化硼以外的具有熱傳導性者即可,例如可列舉:氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、結晶性二氧化矽及非結晶性二氧化矽等金屬氧化物;氮化鋁等金屬氮化物;氫氧化鋁及氫氧化鎂等金屬氫氧化物;碳化矽等金屬碳化物;碳酸鈣及碳酸鎂等碳酸金屬鹽;矽酸鈣等矽酸金屬鹽;水合金屬化合物;該些的組合等。該些可使用一種或兩種以上。
就球形度、熱傳導性及絕緣性的觀點而言,熱傳導性球狀填
料(F1)較佳為選自由氧化鋁及氮化鋁所組成的群組。
熱傳導性球狀填料(F1)的平均粒子徑並無特別限制,就熱傳導性及塗液中的分散性等觀點而言,較佳為5μm~100μm,更佳為5μm~50μm。
<氮化硼填料(F2)>
氮化硼填料(F2)的形態並無特別限制,可列舉粉末狀或粒狀。例如,可使用鱗片狀的一次粒子、對鱗片狀的一次粒子進行造粒而成的造粒體及該些的凝聚體等。鱗片狀的氮化硼粒子具有熱傳導各向異性,因此可適宜地使用對鱗片狀的一次粒子進行造粒而成的造粒體或其凝聚體。就可藉由加壓來減低孔隙的方面而言,較佳為使用藉由加壓而容易變形的易變形性凝聚體。
所謂本說明書中所述的「易變形性凝聚體」,只要無特別明確記載,則是指包含平均一次粒子徑為0.1μm~15μm的氮化硼粒子的造粒體的平均粒子徑為2μm~100μm、壓縮變形率10%所需的平均壓縮力為5mN以下的氮化硼凝聚體。
於本說明書中,所謂「一次粒子」是表示可單獨存在的最小粒子,所謂「平均一次粒子徑」是指藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)等而觀察的一次粒子徑的長徑。所謂「一次粒子徑的長徑」,關於球狀粒子是指一次粒子的最大直徑,關於六角板狀或圓板狀粒子是指自厚度方向觀察的粒子的投影像中的最大直徑或最大對角線長。再者,「平均一次粒子徑」是利用所述方法來測定300個粒子的長徑,以其個數平均的形式算出。
壓縮變形率10%所需的平均壓縮力可使用微小壓縮試驗機(島津製作所股份有限公司製造,MCT-210),針對在測定區域內隨機地選擇的10個粒子,測定用以使粒子變形10%的負載而求出。
(黏合劑樹脂)
於本發明的熱傳導性絕緣片中,作為黏合劑樹脂,使用至少一種以上的作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R)。
作為熱硬化性黏合劑樹脂(R),並無特別限制,例如可列舉:聚胺基甲酸酯樹脂、聚胺基甲酸酯聚脲樹脂、聚酯樹脂、聚酯胺基甲酸酯樹脂、醇酸樹脂、丁醛樹脂、縮醛樹脂、聚醯胺樹脂、丙烯酸樹脂、苯乙烯-丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、硝基纖維素、苄基纖維素、纖維素(三)乙酸酯、酪蛋白、蟲膠、硬瀝青、苯乙烯-馬來酸酐樹脂、聚丁二烯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚偏二氯乙烯樹脂、聚偏二氟乙烯樹脂、聚乙酸乙烯酯樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯樹脂、氯乙烯/乙酸乙烯酯共聚物樹脂、氯乙烯/乙酸乙烯酯/馬來酸共聚物樹脂、氟樹脂、矽樹脂、環氧樹脂、苯氧基樹脂、酚樹脂、馬來酸樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、苯并胍胺樹脂、酮樹脂、石油樹脂、松香、松香酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮、聚丙烯醯胺、羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素、羥基乙基甲基纖維素、羥基丙基甲基纖維素、羧基甲基纖維素、羧基甲基乙基纖維素、羧基甲基硝基纖維素、乙烯/乙烯醇樹脂、聚烯烴樹脂、氯化聚烯烴樹脂、改質氯化聚烯烴樹脂及氯化聚胺基甲酸酯樹脂等。
再者,本說明書中,於使用具有可相互反應的官能基的多種熱硬化性樹脂的情況下,亦有時將量多者稱為主劑、將量少者稱為硬化劑。
關於作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R),就加熱加壓時的黏度(流動性)適宜、硬化前及硬化後的柔軟性相對高、在加熱加壓時可有效減低孔隙、在加熱加壓後表現出適宜的接著性的方面而言,較佳為選自熱硬化性聚胺基甲酸酯樹脂、熱硬化性丙烯酸樹脂及熱硬化性聚醯胺樹脂中的至少一種。
熱傳導性絕緣片中的黏合劑樹脂(R)的未硬化時的重量平均分子量(Mw)並無特別限制,較佳為10,000~100,000,更佳為15,000~90,000,進而更佳為17,000~85,000,特佳為20,000~75,000,最佳為30,000~70,000。
若Mw為10,000以上,則可抑制加熱加壓時的過度的黏度降低,可有效地抑制加熱加壓時的流出(流動),可在加熱加壓後表現出適宜的接著性。
若Mw為100,000以下,則可抑制加熱加壓時的過度的黏度上升,因此可於填埋孔隙前抑制樹脂高黏度化,硬化後的柔軟性適宜,可於加熱加壓後表現出適宜的接著性。
本發明中,視需要亦可併用熱硬化性樹脂與不具有在加熱時可進行反應的官能基的一種以上的其他黏合劑樹脂。
(熱傳導性絕緣片(S)的製造方法的例子)
熱傳導性絕緣片(S)例如可利用如下所述般的方法來製造。
製備塗液(A"),所述塗液(A")含有熱傳導性球狀填料(F1)、視需要的氮化硼填料(F2)、未硬化的黏合劑樹脂(R)、溶劑及視需要的其他任意成分。將該塗液(A")塗敷於剝離性片上後,使溶劑揮發乾燥而製作帶有剝離性片的片(A')。
另行,與所述同樣地進行,製備塗液(B"),所述塗液(B")含有氮化硼填料(F2)、視需要的熱傳導性球狀填料(F1)、未硬化的黏合劑樹脂(R)、溶劑及視需要的其他任意成分。將該塗液(B")塗敷於剝離性片上後,使溶劑揮發乾燥而製作帶有剝離性片的片(B')。
其後,使帶有剝離性片的片(B')的與剝離性片相反的一側、與帶有剝離性片的片(A')的與剝離性片相反的一側相互重疊。亦可在重疊時進行加壓。
繼而,將覆蓋片(B')的表面的剝離性片剝去,於所露出的片(B')的表面重疊其他帶有剝離性片的片(A')的與剝離性片相反的一側,從而獲得具有[剝離性片/片(A')/片(B')/片(A')/剝離性片]的積層結構的積層體。
然後,藉由對所述積層體進行加壓而將片(A')/片(B')/片(A')一體化,從而可獲得具有[層(A)/層(B)/層(A)]的積層結構的熱傳導性絕緣片(S)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。藉由反覆進行相同的操作,可形成具有五層以上的積層結構的熱傳導性絕緣片(S)。再者,亦可於剝去兩面的剝離性片後進行加壓。
片(A')形成用塗液(A")、片(B')形成用塗液(B")可藉由將熱傳導性球狀填料(F1)及/或氮化硼填料(F2)、未硬化的黏合劑樹脂(R)、溶劑及視需要的其他任意成分加以攪拌混合來製造。
攪拌混合時可使用通常的攪拌方法。作為攪拌混合機,並無特別限制,例如可列舉:混練機、分散機、斯坎戴克斯(Skandex)、塗料調節器、砂磨機、擂潰機、無介質分散機、三輥及珠磨機等。
於攪拌混合後,為了自塗液(A")及塗液(B")中去除氣泡,較佳為實施脫泡步驟。作為脫泡方法,並無特別限制,例如可列舉真空脫泡及超音波脫泡等。
作為剝離性片,例如可列舉對聚酯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜及聚醯亞胺膜等樹脂膜進行脫模處理而成者。
作為塗液(A")及塗液(B")於剝離性片上的塗敷方法,並無特別限制,例如可列舉:刀片塗佈、刮刀塗佈、缺角輪塗佈、模塗、唇口塗佈、輥塗、簾塗、棒塗、凹版塗佈、柔版塗佈、浸塗、噴塗、網版塗佈、旋塗、使用分配器的方法及噴墨印刷等。
片(A')及片(B')的厚度及每單位面積的塗敷量並無特別限制。於相對於片(A')的厚度,片(B')的厚度相對充分厚的情況下,可藉由積層而有效地減少空隙。例如,於具有[層(A)/層(B)/層(A)]的積層結構的熱傳導性絕緣片的情況下,層(A)形成用片(A')的厚度較佳為層(B)形成用片(B')的一半左右。其中,各片的厚度可一邊參照最終所獲得的[層(A)/層(B)/層
(A)]的空隙率與熱傳導率,一邊考慮積層時的加熱及加壓條件來決定。
加壓壓製處理方法並無特別限制,可使用公知的壓製處理機及層壓機等。亦可為使環境為減壓而與大氣壓之間設置差,藉此進行加壓壓製的方法。
就可有效地減低孔隙的方面而言,較佳為在加壓壓接時,以熱硬化性樹脂不完全硬化的相對低的溫度下進行加熱。
[複合構件]
本發明的複合構件於包含可產生熱的熱產生部的熱產生構件的至少一個面上介隔包含所述本發明的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物且包含黏合劑樹脂(R)的硬化物的熱傳導性絕緣膜而接著有散熱基底基板。
(散熱基底基板)
散熱基底基板為散熱裝置等散熱構件的基底基板。
作為散熱基底基板的材質,通常使用金屬及/或陶瓷。例如可列舉:鋁、銅、鐵、鎢、鉬、鎂、銅-鎢合金、銅-鉬合金、銅-鎢-鉬合金、氮化鋁、碳化矽及氮化矽等。該些可使用一種或兩種以上。
散熱基底基板的與熱傳導性絕緣接著膜相接的面的表面粗糙度(Ra)較佳為0.1μm~2μm,更佳為0.2μm~1.7μm。若Ra為0.1μm以上,則藉由錨定效果而散熱基底基板與熱傳導性絕緣接著膜的密接性提高,耐久性提高。若Ra為2μm以下,
則散熱基底基板的表面凹凸小,絕緣性提高。
於本說明書中,Ra為算數平均粗糙度,可依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards,JIS)B0601 2001來測定。
為了提高散熱效率,亦可於散熱基底基板上安裝公知的翅片(fin)。作為翅片,例如可列舉:直線狀翅片、波浪形翅片(wavy fin)、偏移翅片(offset fin)、針狀翅片(pin fin)及波紋翅片(corrugated fin)等。該些翅片亦可與散熱基底基板一體化。
(熱產生構件)
熱產生構件包含可產生熱的熱產生部。作為熱產生構件,可列舉:積體電路、積體電路(Integrated Circuit,IC)晶片、混合封裝等半導體封裝、多模組(multimodule)等半導體模組、功率電晶體、功率半導體元件、包含功率半導體元件的功率卡、表面電阻器及熱電轉換模組等各種電子零件;建材;車輛、航空器及船舶等的構件等。
本發明的複合構件例如適宜於熱產生構件為包含功率半導體元件的功率卡等功率半導體模組的情況。
功率卡等功率半導體模組為於至少表面(功率半導體元件的安裝面)具有導電性的基板上介隔焊料等接合劑而安裝一個或多個功率半導體元件、較佳為利用環氧樹脂等密封材進行密封而成者。功率卡等功率半導體模組中,功率半導體元件為熱產生部。功率卡等功率半導體模組中,可於其單面或兩面上介隔熱傳導性絕緣接著膜而接著散熱基底基板。於該情況下,熱產生構件的與
熱傳導性絕緣接著膜相接的構件為至少表面具有導電性的基板及/或環氧樹脂等密封材。
作為至少表面具有導電性的基板,例如可列舉:銀、銅、鋁、鎳、錫、鐵、鉛、該些的合金及碳等導電性基板。亦可於導電性基板上形成電路圖案。至少表面具有導電性的基板可為於樹脂及陶瓷等非導電性基板上形成有導電膜的基板。
就熱產生構件與熱傳導性絕緣接著膜的密接性提高且耐久性提高的方面而言,熱產生構件的與熱傳導性絕緣接著膜相接的面的表面粗糙度(Ra)較佳為0.1μm~2μm,更佳為0.2μm~1.7μm。若Ra為0.1μm以上,則藉由錨定效果而熱產生構件與熱傳導性絕緣接著膜的密接性提高,耐久性提高。若Ra為2μm以下,則熱產生構件的表面凹凸小,絕緣性提高。
將本發明的熱傳導性絕緣片配置於熱產生構件與散熱基底基板之間後,於黏合劑樹脂(R)完全硬化的溫度下進行加熱及加壓,藉此可製造本發明的複合構件。
於使用熱傳導性絕緣片(S)的情況下,於熱傳導性絕緣片(S)的製造步驟中,可將製造複合構件時的加壓力設定得高於將多個片(A')與一層以上的片(B')交替地積層時的加壓力。
(複合構件的實施形態)
參照圖式,對本發明的第1實施形態~第5實施形態的複合構件的結構進行說明。圖1~圖5是示意剖面圖,對相同的構成要素標注相同的參照符號。
圖1所示的第1實施形態的複合構件1於功率半導體元件等熱產生構件10的單面上介隔熱傳導性絕緣接著膜20而接著有散熱基底基板30。
圖2所示的第2實施形態的複合構件2於功率半導體元件等熱產生構件10的兩面上介隔熱傳導性絕緣接著膜20而接著有散熱基底基板30。
複合構件1、複合構件2中,熱產生構件10的整體基本為熱產生部。
於圖3、圖4中,符號50為包含功率半導體元件的功率卡等功率半導體模組(熱產生構件)。功率半導體模組50為於金屬基板等至少表面(功率半導體元件的安裝面)具有導電性的基板51上介隔焊料層52而安裝功率半導體元件53,並利用環氧樹脂等密封材54進行密封而成者。功率半導體模組50中,功率半導體元件53為熱產生部。亦可於基板51上安裝多個功率半導體元件53。
圖3所示的第3實施形態的複合構件3於所述功率半導體模組50的單面(基板51的非安裝面)上介隔熱傳導性絕緣接著膜20而接著有散熱基底基板30。圖3所示的例子中,於基板51側配置有熱傳導性絕緣接著膜20與散熱基底基板30,但亦可將該些配置於密封材54側。
圖4所示的第4實施形態的複合構件4於所述功率半導體模組50的兩面上介隔熱傳導性絕緣接著膜20而接著有散熱基底基
板30。
於圖5中,符號60為包含功率半導體元件的功率卡等功率半導體模組(熱產生構件)。功率半導體模組60為於金屬基板等至少一面(功率半導體元件側的面)具有導電性的第1基板61上介隔第1焊料層62而安裝功率半導體元件63,於功率半導體元件63上介隔第2焊料層64而接合金屬基板等至少一面(功率半導體元件側的面)具有導電性的第2基板65並利用環氧樹脂等密封材66進行密封而成者。功率半導體模組60中,功率半導體元件63為熱產生部。亦可於第1基板61上安裝多個功率半導體元件63。
圖5所示的第5實施形態的複合構件5於所述功率半導體模組60的兩面上介隔熱傳導性絕緣接著膜20而接著有散熱基底基板30。
圖1~圖5所示的複合構件可適宜設計變更。
如上所述,根據本發明,可提供一種熱傳導性絕緣片,所述熱傳導性絕緣片配置於熱產生構件與散熱構件之間,在進行加熱及加壓時,具有可良好地追隨於熱產生構件及散熱構件的表面凹凸的適度的流動性且不存在材料流出至較原來的片的大小更靠外側的擔憂。
另外,根據本發明,可提供一種具備空隙率小且將熱產生構件與散熱構件之間良好地接著的熱傳導性絕緣膜的複合構件。
[實施例]
以下,對本發明的實施例及比較例進行說明。再者,於[實施例]一項中,關於「份」及「%」,只要無特別明確記載,則分別表示「質量份」、「質量%」。
[填料的評價項目與評價方法]
(平均粒子徑)
熱傳導性絕緣填料的平均粒子徑是使用馬爾文儀器(Malvern Instruments)公司製造的粒度分佈計Mastersizer 2000來測定。測定時,使用乾式單元,氣壓設為2.5巴(bar)。進料速度根據樣品而最佳化。
(圓形度)
使用東亞醫用電子(股)製造的流動式粒子像分析裝置FPIA-1000來測定熱傳導性球狀填料的平均圓形度。於10ml的甲苯中分散約5mg的測定粒子而製備分散液,對該分散液施加5分鐘的超音波(20kHz、50W),將分散液中的粒子濃度設為5,000個/μl~2萬個/μl。使用該分散液來測定等效圓直徑粒子群的圓形度並求出平均圓形度。
(壓縮變形率10%所需的平均壓縮力)
使用微小壓縮試驗機(島津製作所股份有限公司製造,MCT-210),針對在測定區域內隨機選擇的10個粒子,測定使粒子變形10%所需的負載。將其平均值設為壓縮變形率10%所需的平均壓縮力。
[樹脂溶液的評價項目與評價方法]
(固體成分量)
量取1g的樹脂溶液至薄型帶有蓋的金屬容器內,測定於200℃的烘箱內加熱20分鐘後的殘留質量,並藉由下式來求出固體成分量。
固體成分量(%)=(殘留質量(g)/1(g))×100
(重量平均分子量(Mw))
使用東曹(Tosoh)製造的凝膠滲透層析((Gel Permeation Chromatography,GPC)、HLC8220GPC)來測定Mw。GPC為根據分子尺寸的差而對溶解於溶媒(THF(Tetrahydrofuran);四氫呋喃)中的物質進行分離定量的液體層析。
作為管柱,使用將兩根「TOSOH TSKgel Super HZM-N」(東曹(Tosoh)公司製造)串聯連接而成者,於試樣濃度0.1%、流量0.34ml/min、壓力7.4MPa、管柱溫度40℃的條件下,實施測定而求出聚苯乙烯換算的Mw。使用裝置內置軟體來進行校準曲線的製作、分子量及波峰面積的算出,以保持時間5分鐘~9.85分鐘的範圍為分析對象來求出Mw。
(酸價)
精密量取約1g的試樣至帶有塞的錐形燒瓶內,加入100mL的環己酮溶媒而進行溶解。於其中加入酚酞試液作為指示劑,並保持30秒。其後,緩緩滴加0.1N醇性氫氧化鉀溶液,直至溶液呈現淡紅色。酸價是藉由下式而求出。
酸價(KOHmg/g)=(5.611×a×F)/S
所述式中,各符號表示以下參數。
S:試樣的採取量(g)、a:0.1N醇性氫氧化鉀溶液的消耗量(mL)、F:0.1N醇性氫氧化鉀溶液的力價。
[合成例1](聚胺基甲酸酯聚脲樹脂(R-1)的溶液的合成)
於具備攪拌機、溫度計、回流冷卻器、滴液裝置及氮氣導入管的反應容器中,投入401.9份的由對苯二甲酸、己二酸及3-甲基-1,5-戊二醇獲得的聚酯多元醇(可樂麗(KURARAY)(股)製造,可樂麗多元醇P-1011、數量平均分子量Mn=1006)、12.7份的二羥甲基丁酸、151.0份的異佛爾酮二異氰酸酯及40份的甲苯,於氮氣環境下且於90℃下反應3小時。於其中加入300份的甲苯而獲得具有異氰酸酯基的胺基甲酸酯預聚物溶液。
繼而,於混合有38.3份的異佛爾酮二胺、3.2份的二正丁基胺、342.0份的2-丙醇及396.0份的甲苯的溶液中,添加815.1份的所獲得的具有異氰酸酯基的胺基甲酸酯預聚物溶液,於70℃下反應3小時。於反應結束後,使用144.0份的甲苯及72.0份的2-丙醇的混合溶劑來進行稀釋。如此,獲得固體成分量30%、Mw 85,000的熱硬化性聚胺基甲酸酯聚脲樹脂(R-1)的溶液。
[合成例2](丙烯酸樹脂(R-2)的溶液的合成)
於具備攪拌機、溫度計、回流冷卻器、滴液裝置及氮氣導入管的反應容器中,投入20.0份的甲基丙烯酸甲酯、0.6份的甲基丙
烯酸、3.0份的甲基丙烯酸-2-羥基乙酯、76.4份的甲基丙烯酸正丁酯及500份的丙二醇1-單甲醚2-乙酸酯,於氮氣環境下,一邊進行攪拌一邊升溫至100℃。繼而,加入0.5份的偶氮雙異丁腈,並進行2小時聚合反應。繼而,每隔1小時加入0.5份的偶氮雙異丁腈而進行聚合反應,直至轉化率成為98%以上。確認到轉化率成為98%以上後,加入250份的丙二醇1-單甲醚2-乙酸酯來進行稀釋。如此,獲得固體成分量40%、Mw 30,000的熱硬化性丙烯酸樹脂(R-2)的溶液。
[合成例3](聚醯胺樹脂(R-3)的溶液的合成)
於具備攪拌機、回流冷卻管、氮氣導入管、導入管及溫度計的反應容器中,投入86.8份的作為碳數36的多元酸化合物的普利拋魯(Pripol)1009(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價194KOHmg/g)、27.3份的作為具有酚性羥基的多元酸化合物的5-羥基間苯二甲酸(菅井(Sugai)化學公司製造,以下亦稱為「5-HIPA」)、146.4份的作為碳數36的多元胺化合物的普利阿民(Priamine)1074(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價210KOHmg/g)、100份的離子交換水,並進行攪拌,直至發熱的溫度成為一定。溫度穩定後,升溫至110℃。進而,確認到水流出後,於30分鐘後將溫度升溫至120℃。其後,一邊每隔30分鐘升溫10℃,一邊繼續進行脫水反應。於溫度成為230℃後,維持該溫度並繼續進行3小時反應。進而,於約2kPa的真空下保持1小時後,使溫度降低。
最後,添加抗氧化劑,於溫度成為100℃以下的時間點,使用甲苯與2-丙醇(質量比1對1)的混合溶劑來進行稀釋。如此,獲得固體成分量40%、Mw 19,000的含酚性羥基的聚醯胺樹脂(R-3)的溶液。
[合成例4](聚醯胺樹脂(R-4)的溶液的合成)
於具備攪拌機、回流冷卻管、氮氣導入管、導入管及溫度計的反應容器中,投入66.1份的作為碳數36的多元酸化合物的普利拋魯(Pripol)1009(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價194KOHmg/g)、8.3份的作為具有酚性羥基的多元酸化合物的5-羥基間苯二甲酸(5-HIPA)、81.1份的作為碳數36的多元胺化合物的普利阿民(Priamine)1074(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價210KOHmg/g)、100份的離子交換水,並進行攪拌,直至發熱的溫度成為一定。溫度穩定後,升溫至110℃。進而,確認到水流出後,於30分鐘後將溫度升溫至120℃。其後,一邊每隔30分鐘升溫10℃,一邊繼續進行脫水反應。於溫度成為230℃後,維持該溫度並繼續進行3小時反應。進而,於約2kPa的真空下保持1小時後,使溫度降低。
最後,添加抗氧化劑,於溫度成為100℃以下的時間點,使用甲苯與2-丙醇(質量比1對1)的混合溶劑來進行稀釋。如此,獲得固體成分量40%、Mw 75,000的含酚性羥基的聚醯胺樹脂(R-4)的溶液。
[合成例5](聚醯胺樹脂(R-5)的溶液的合成)
於具備攪拌機、帶有水分定量受器的回流冷卻管、氮氣導入管及溫度計的反應容器中,投入70.78份的作為碳數36的多元酸化合物的普利拋魯(Pripol)1009(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價194KOHmg/g)、5.24份的作為具有酚性羥基的多元酸化合物的5-羥基間苯二甲酸(5-HIPA)、82.84份的作為碳數36的多元胺化合物的普利阿民(Priamine)1074(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價210KOHmg/g)、4.74份的甲苯。一邊攪拌該些的混合物,一邊確認水流出且將溫度升溫至220℃,並繼續進行脫水反應。每隔1小時進行取樣,確認到Mw成為40,000而進行充分冷卻,然後,加入40份的環己酮、91.34份的甲苯及96.12份的異丙醇作為稀釋溶劑,並進行充分溶解。如此,獲得固體成分量40.2%、Mw 40,000的含酚性羥基的聚醯胺樹脂(R-5)的溶液。
[合成例6](聚醯胺樹脂(R-6)的溶液的合成)
於具備攪拌機、帶有水分定量受器的回流冷卻管、氮氣導入管及溫度計的四口燒瓶中,投入69.4份的作為碳數36的多元酸化合物的普利拋魯(Pripol)1009(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價194KOHmg/g)、5.46份的作為具有酚性羥基的多元酸化合物的5-羥基間苯二甲酸(5-HIPA)、80.97份的作為碳數36的多元胺化合物的普利阿民(Priamine)1074(日本禾大(Croda Japan)股份有限公司製造,酸價210KOHmg/g)、4.74份的甲苯。一邊攪拌該些的混合物,一邊確認水流出且將溫度升
溫至220℃,並繼續進行脫水反應。每隔1小時進行取樣,確認到Mw成為40,000而進行充分冷卻,然後,加入40份的環己酮、93.5份的甲苯及97.5份的異丙醇作為稀釋溶劑,並進行充分溶解。如此,獲得固體成分量40.2%、Mw 70,000的含酚性羥基的聚醯胺樹脂(R-6)的溶液。
[熱傳導性絕緣填料]
所使用的熱傳導性絕緣填料如以下所述。
熱傳導性球狀填料(F1-1):平均圓形度0.99、平均粒子徑10μm的球狀氧化鋁(雅都瑪科技(Admatechs)(股)製造的雅都瑪法因(Admafine)AO-509)、氮化硼填料(F2-1):壓縮變形率10%所需的平均壓縮力為1.32mN、平均粒子徑為65μm~85μm的造粒氮化硼(日本3M股份有限公司製造、造粒產物(Agglomerates)100)。
[其他材料]
(硬化劑)
CA-1:雙酚A型環氧樹脂(日本環氧樹脂(股)製造的艾匹考特(Epikote)1001)的50%甲苯溶液。
(混合溶劑)
MS-1:將甲苯與2-丙醇以質量比1對1混合而成的混合溶劑。
[製造例1-1](片1A'的製造)
製備11.5份的合成例1中所獲得的樹脂(R-1)的溶液、2.7份的硬化劑(CA-1)、10.6份的混合溶劑(MS-1)的混合液。於
該混合液中加入21份的熱傳導性球狀填料(F1-1)與4.2份的氮化硼填料(F2-1),進行分散機攪拌後,於超音波攪拌機中歷時2分鐘進行脫泡。使用6MIL的刮刀塗佈機而將所獲得的塗液塗佈於剝離性片(厚度75μm的脫模處理聚對苯二甲酸乙二酯膜)上,於100℃下進行2分鐘乾燥。如此,獲得片1A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體1A',所述片1A'的根據每單位面積的塗佈量與利用下述方法而計算的理論密度所導出的理論膜厚為34μm。再者,片1A'的理論密度為2.50。
根據組成而計算的片1A'中所含的熱傳導性球狀填料的質量%及氮化硼填料的質量%如以下所述。
熱傳導性球狀填料的質量%=(熱傳導性球狀填料的質量/片1A'各成分的乾燥質量的和)×100
氮化硼填料的質量%=(氮化硼填料的質量/片1A'各成分的乾燥質量的和)×100
根據組成而計算的片1A'的理論密度=(片1A'各成分的乾燥質量的和)/(片1A'各成分的乾燥體積的和)=(樹脂的乾燥質量+硬化劑的乾燥質量+熱傳導性球狀填料的質量+氮化硼填料的質量)/[(樹脂的乾燥質量/樹脂的密度)+(硬化劑的乾燥質量/硬化劑的密度)+(熱傳導性球狀填料的質量/熱傳導性球狀填料的密度)+(氮化硼填料的質量/氮化硼填料的密度)]
熱傳導性球狀填料及氮化硼填料等的密度使用通常的資料。
將黏合劑樹脂及其他有機成分的密度概算為「1(g/cm3)」。
[製造例1-2](片2A'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.6份的合成例2中所獲得的樹脂(R-2)的溶液、2.7份的硬化劑(CA-1)、13.5份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例1-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚為34μm的片2A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體2A'。
[製造例1-3](片3A'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.6份的合成例3中所獲得的樹脂(R-3)的溶液、2.7份的硬化劑(CA-1)、13.5份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例1-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚為34μm的片3A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體3A'。
[製造例1-4](片4A'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.6份的合成例4中所獲得的樹脂(R-4)的溶液、2.7份的硬化劑(CA-1)、13.5份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例1-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚為34μm的片4A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體4A'。
[製造例1-5](片5A'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.6份的合成例5中所獲
得的樹脂(R-5)的溶液、2.7份的硬化劑(CA-1)、13.5份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例1-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚為34μm的片5A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體5A'。
[製造例1-6](片6A'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.6份的合成例6中所獲得的樹脂(R-6)的溶液、2.7份的硬化劑(CA-1)、13.5份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例1-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚為34μm的片6A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體6A'。
[製造例1-7](片7A'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為3.1份的環氧樹脂YL6121H(三菱化學股份有限公司製造)、1.6份的酚樹脂VH-4150(迪愛生(DIC)股份有限公司製造)、0.1份的咪唑化合物2PZ(四國化成工業股份有限公司製造)、20份的環己酮,除此以外,與製造例1-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚為34μm的片7A'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體7A'。
[製造例2-1](片1B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為10.8份的合成例1中所獲得的樹脂(R-1)的溶液、2.5份的硬化劑(CA-1)、18.7份的混合溶劑(MS-1),並將熱傳導性球狀填料(F1-1)的量設為6.5份,將氮化硼填料(F2-1)的量設為11.5份,除此以外,與製造例1-1
同樣地進行,從而獲得理論膜厚51μm的片1B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體1B'。進行與片1A'相同的計算而獲得的片1B'的理論密度為2.02。
[製造例2-2](片2B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.1份的合成例2中所獲得的樹脂(R-2)的溶液、2.5份的硬化劑(CA-1)、21.4份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例2-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚51μm的片2B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體2B'。
[製造例2-3](片3B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.1份的合成例3中所獲得的樹脂(R-3)的溶液、2.5份的硬化劑(CA-1)、21.4份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例2-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚51μm的片3B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體3B'。
[製造例2-4](片4B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.1份的合成例4中所獲得的樹脂(R-4)的溶液、2.5份的硬化劑(CA-1)、21.4份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例2-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚51μm的片4B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體4B'。
[製造例2-5](片5B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.1份的合成例5中所獲得的樹脂(R-5)的溶液、2.5份的硬化劑(CA-1)、21.4份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例2-1同樣地進行,從而獲得理
論膜厚51μm的片5B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體5B'。
[製造例2-6](片6B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為8.1份的合成例6中所獲得的樹脂(R-6)的溶液、2.5份的硬化劑(CA-1)、21.4份的混合溶劑(MS-1),除此以外,與製造例2-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚51μm的片6B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體6B'。
[製造例2-7](片7B'的製造)
將填料添加前的混合液的組成設為2.9份的環氧樹脂YL6121H(三菱化學股份有限公司製造)、1.5份的酚樹脂VH-4150(迪愛生(DIC)股份有限公司製造)、0.1份的咪唑化合物2PZ(四國化成工業股份有限公司製造)、27.5份的環己酮,除此以外,與製造例2-1同樣地進行,從而獲得理論膜厚51μm的片7B'的一面由剝離性片覆蓋的中間積層體7B'。
[實施例1]
以10cm×10cm的大小自製造例1-1中所獲得的中間積層體1A'切出兩枚積層體。於該些兩枚積層體中,去除剝離性片的僅片1A'的質量分別為0.852g與0.858g。另外,以10cm×10cm的大小自製造例2-1中所獲得的中間積層體1B'切出一枚積層體。於該積層體中,去除剝離性片的僅片1B'的質量為1.042g。
將一中間積層體1A'的與剝離性片相反的一側與中間積層體1B'的與剝離性片相反的一側重合,並使用輥層壓機進行貼合。
繼而,剝離中間積層體1B'側的剝離性片,於所露出的片1B'的表面同樣地貼合另一中間積層體1A'的與剝離性片相反的一側,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-1)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
再者,層壓條件設為輥溫度上下80℃、層壓壓力0.6MPa、速度0.5m/min。
[實施例2]
代替中間積層體1A'而使用製造例1-2中所獲得的中間積層體2A',代替中間積層體1B'而使用製造例2-2中所獲得的中間積層體2B',除此以外,與實施例1同樣地進行,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-2)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
[實施例3]
代替中間積層體1A'而使用製造例1-3中所獲得的中間積層體3A',代替中間積層體1B'而使用製造例2-3中所獲得的中間積層體3B',除此以外,與實施例1同樣地進行,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-3)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
[實施例4]
代替中間積層體1A'而使用製造例1-4中所獲得的中間積層體4A',代替中間積層體1B'而使用製造例2-4中所獲得的中間積層體4B',除此以外,與實施例1同樣地進行,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-4)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
[實施例5]
代替中間積層體1A'而使用製造例1-5中所獲得的中間積層體5A',代替中間積層體1B'而使用製造例2-5中所獲得的中間積層體5B',除此以外,與實施例1同樣地進行,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-5)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
[實施例6]
代替中間積層體1A'而使用製造例1-6中所獲得的中間積層體6A',代替中間積層體1B'而使用製造例2-6中所獲得的中間積層體6B',除此以外,與實施例1同樣地進行,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-6)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
[比較例1]
代替中間積層體1A'而使用製造例1-7中所獲得的中間積層體7A',代替中間積層體1B'而使用製造例2-7中所獲得的中間積層體7B',除此以外,與實施例1同樣地進行,從而獲得三層結構的熱傳導性絕緣片(S-7)的兩面由剝離性片覆蓋的積層體。
[熱傳導性絕緣片的評價項目與評價方法]
於實施例1~實施例6及比較例1的各例中,自所獲得的三層結構的熱傳導性絕緣片的兩面由剝離性片覆蓋的積層體剝離兩面的剝離性片而取出三層結構的熱傳導性絕緣片,並實施以下的評價。
(複數黏度)
使用黏彈性測定裝置(安東帕(Anton Paar)製造,MCR流變計(rheometer)302)來求出熱傳導性絕緣片的複數黏度。將五
枚熱傳導性絕緣片重疊而形成厚度0.65mm的評價用片。利用一對25mmΦ的圓板狀的測定夾具來夾持該評價用片而設置於測定裝置上,於頻率10Hz、升溫速度3.5℃/min的條件下,對100℃~200℃的範圍內的複數黏度進行測定。求出該溫度範圍內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)並求出α/β。
(流動值)
準備50mm見方的熱傳導性絕緣片並測定初期的質量W1。繼而,利用兩枚50mm見方的剝離性片(厚度75μm的脫模處理聚對苯二甲酸乙二酯膜)夾持50mm見方的所述熱傳導性絕緣片,於150℃下且於60分鐘、1MPa的條件下,進行加熱及加壓。於加熱及加壓後,若不存在自兩枚剝離性片滲出的材料,則直接取出由兩枚剝離性片夾持的50mm見方的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物。若存在自兩枚剝離性片滲出的材料,則利用切割機將所滲出的材料切除而將熱傳導性絕緣片的加熱加壓物的大小調整為50mm見方,然後取出由兩枚剝離性片夾持的50mm見方的加熱加壓物。對所取出的50mm見方的加熱加壓物的質量W2進行測定,並藉由下述式(1)來求出流動值。
流動值(%)=W2/W1×100...(1)
(複合構件的剪切接著力)
將鋁基板(寬度25mm、長度100mm、厚度2mm、線膨脹係數23ppm/℃、相當於散熱基底基板)、熱傳導性絕緣片及銅基板(寬度25mm、長度100mm、厚度2mm、線膨脹係數16ppm/
℃、相當於熱產生構件的與熱傳導性絕緣接著膜相接的構件)重疊,於150℃下且於60分鐘、3MPa的條件下進行加熱加壓(熱壓),從而獲得複合構件的試件。熱傳導性絕緣接著片被上下的構件夾持的部分的大小設為寬度25mm、長度40mm。
剪切接著力是依據JIS K 6850來測定。
針對複合構件的試件,使用島津製作所公司製造的SHIMADZU/Autogragh AGS-X,於25℃下且於拉伸速度1mm/min的條件下測定剪切力。進行兩次測定並將平均值設為剪切接著力。
(熱傳導性絕緣膜的空隙率)
熱傳導性絕緣片的空隙率可使用下述式來算出。
空隙率=1-(熱傳導性絕緣片的實測密度/熱傳導性絕緣片的理論密度)
熱傳導性絕緣片的實測密度=熱傳導性絕緣片的質量(g)/熱傳導性絕緣片的體積(cm3)
熱傳導性絕緣片的理論密度=兩枚片(A')及一枚片(B')的質量的和(g)/兩枚片(A')及一枚片(B')的體積的和(cm3)
片(A')或片(B')的體積=片(A')或片(B')的質量(g)/片(A')或片(B')的密度(g/cm3)
熱傳導性球狀填料及氮化硼填料等的密度使用通常的資料。
將黏合劑樹脂及其他有機成分的密度概算為「1(g/cm3)」。
關於對熱傳導性絕緣片於150℃下且於60分鐘、1MPa的條件下進行加熱加壓(熱壓)而獲得的熱傳導性絕緣膜,與所述同
樣地根據式:空隙率=1-(實測密度/理論密度)而理論性求出空隙率。
[評價結果]
將主要的製造條件與評價結果示於表1中。
實施例1~實施例6中,均可藉由對黏合劑樹脂的種類、黏合劑樹脂的分子量、硬化劑的比例、熱傳導性絕緣填料的種類及量等熱傳導性絕緣片的組成進行調整來製造熱傳導性絕緣片,所述熱傳導性絕緣片於100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為10,000Pa.s~150,000Pa.s,且所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~4.0。
實施例1~實施例6中,藉由使用分子量適當的熱硬化性聚胺基甲酸酯樹脂、熱硬化性丙烯酸樹脂或熱硬化性聚醯胺樹脂作為黏合劑樹脂,可製造具有所述特性的熱傳導性絕緣片。
實施例1~實施例6中,在熱傳導性絕緣片製造中的層壓時,兩枚片(A')與一枚片(B')的積層體具有適度的流動性,藉此可減低孔隙而減低空隙率。
實施例1~實施例6中所獲得的熱傳導性絕緣片均具有如上所述的複數黏度特性且在加熱加壓時具有適度的流動性,因此在加熱加壓時,無材料流出至較原來的熱傳導性絕緣片的大小更靠外側,流動值為90%~100%而適宜。
實施例1~實施例6中所獲得的熱傳導性絕緣片的加熱加壓前及加熱加壓後的柔軟性高,在加熱加壓時具有適度的流動
性,因此可將鋁基板與銅基板良好地接著,且藉由加熱加壓,可進一步減低空隙率。使用實施例1~實施例6中所獲得的熱傳導性絕緣片的複合構件的試件的剪切接著力均為2.5MPa以上,且熱傳導性絕緣膜的空隙率均為0.2以下。
可知:藉由使用實施例1~實施例6中所獲得的熱傳導性絕緣片,可製造熱產生構件與散熱構件的接著性優異、熱傳導性絕緣膜的空隙率低且性能良好的複合構件。
比較例1中,使用熱硬化性環氧樹脂與熱硬化性酚樹脂作為黏合劑樹脂而製造熱傳導性絕緣接著片。該熱傳導性絕緣片於100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度的最大值(α)超過150,000Pa.s,且複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)超過4。
比較例1中所獲得的熱傳導性絕緣片的複數黏度的最小值(β)小於實施例1~實施例6,因此加熱加壓時的流動性大,在加熱加壓時,大量材料流出至較原來的熱傳導性絕緣片的大小更靠外側,流動值未滿90%。
關於比較例1中所獲得的熱傳導性絕緣片,藉由加熱而推進伴隨交聯的硬化反應,因此複數黏度的最大值(α)大於實施例1~實施例6。因此,硬化後的柔軟性顯著低,無法將鋁基板與銅基板良好地接著。
比較例1中所獲得的熱傳導性絕緣片的α/β大,在加熱加壓時引起急劇的黏度上升。關於比較例1中所獲得的熱傳導性絕緣
片,於填埋孔隙前,黏合劑樹脂進行高黏度化,因此無法藉由加熱加壓來有效地減低空隙率。
使用比較例1中所獲得的熱傳導性絕緣片的複合構件的試件的剪切接著力未滿1.5MPa,且熱傳導性絕緣膜的空隙率超過0.3。
本發明並不限定於所述實施形態及實施例,只要不脫離本發明的主旨,則可適宜設計變更。
該申請主張以2017年9月15日提出申請的日本專利申請特願2017-178236號為基礎的優先權,將其揭示全部併入至本說明書中。
Claims (7)
- 一種熱傳導性絕緣片,其含有作為熱硬化性樹脂的黏合劑樹脂(R)的未硬化物及/或半硬化物,且所述熱傳導性絕緣片中, 100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為10,000 Pa·s~150,000 Pa·s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~4.0,由下述式(1)定義的流動值為90%~100%; 流動值(%)=W2/W1×100¼(1) 式(1)中,各符號表示以下的參數; W1為50 mm見方的熱傳導性絕緣片的質量; W2為對50 mm見方的熱傳導性絕緣片於150℃且於60分鐘、1 MPa的條件下進行加熱及加壓而獲得的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物的50 mm見方的質量。
- 如申請專利範圍第1項所述的熱傳導性絕緣片,其中100℃~200℃的溫度區域內的複數黏度為27,000 Pa·s~100,000 Pa·s,所述溫度區域內的複數黏度的最大值(α)與最小值(β)的比(α/β)為1.0~2.5,所述流動值為95%~100%。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熱傳導性絕緣片,其中黏合劑樹脂(R)為選自熱硬化性聚胺基甲酸酯樹脂、熱硬化性丙烯酸樹脂及熱硬化性聚醯胺樹脂中的至少一種。
- 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熱傳導性絕緣片,其進而含有熱傳導性絕緣填料(F)。
- 一種複合構件,其於熱產生構件的至少一個面上,介隔熱傳導性絕緣膜而接著有散熱基底基板,所述熱產生構件包含可產生熱的熱產生部,所述熱傳導性絕緣膜包含如申請專利範圍第1項或第2項所述的熱傳導性絕緣片的加熱加壓物且包含黏合劑樹脂(R)的硬化物。
- 如申請專利範圍第5項所述的複合構件,其中所述熱傳導性絕緣膜的空隙率為0.3以下。
- 如申請專利範圍第5項所述的複合構件,其中所述熱產生構件包含功率半導體元件。
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