热传导性组合物和使用它的散热板、散热基板、电路模块、热传导性组合物的制造方法
【专利说明】热传导性组合物和使用它的散热板、散热基板、电路模块、 热传导性组合物的制造方法
[0001] 本申请是分案申请，其母案申请的申请号=201080009364. 6 (PCT/ JP2010/001171)，申请日：2010. 2. 23,发明名称：热传导性组合物和使用它的散热板、散热 基板、电路模块、热传导性组合物的制造方法
技术领域
[0002] 本发明涉及需要散热的各种电子部件中所用的热传导性组合物、和使用它的散热 板、散热基板、电路模块以及热传导性组合物的制造方法。
【背景技术】
[0003] 由于电子机器的小型化，功率系的半导体、高功能半导体、发光元件等的发热密度 不断增加。在此种电子部件的散热用途中，使用热传导性组合物。但是，在树脂中添加无机 填充剂而制作的以往的热传导性组合物中存在如下的问题。当提高热传导性组合物中的无 机填充剂的含有率时，热导率就会增加。然而，热传导性组合物的表面粗糙度增加，成型性 降低。此外热传导性组合物的表面的光泽降低，表面或内部的空隙等增加。
[0004] 越是提高无机填充剂的含有率，就越容易发生此种问题。这是因为，热传导性组合 物中的树脂成分的含有率降低，因而难以将无机填充剂用树脂浸润、固定。
[0005] 像这样，越是提高无机填充剂的含有率，则不仅成型性越是降低，而且也越容易产 生表面的裂痕或裂纹、空隙等。另外，无机填充剂本身的粘结力降低。或者在表面露出的无 机填充剂容易脱落。由此，电子部件等向热传导性组合物表面的固定本身就会变得困难。例 如，当无机填充剂的体积百分率超过66vol%时，则热传导性组合物的成型等就会变得极为 困难。另外，当无机填充剂的体积百分率超过66vol%以上，甚至超过70vol%以上时，则表 面粗糙度Rmax就会超过7500A。这样，越是增加无机填充剂的体积百分率，从而增加表面 粗糙度Rmax，光泽度就越是急剧地降低。
[0006] 像这样越是增加无机填充剂的含有率，则虽然热导率本身增加，然而实际的成型 粒子的表面的表面粗糙度就越是急剧地增加，光泽度越是急剧地降低。表面粗糙度增加而 光泽度降低意味着，热传导性组合物的成型性降低，或者在热传导性组合物的内部或表面 产生无数的空隙（void)。
[0007] 下面，使用图34,进行更详细的说明。图34是无机填充剂的含有率高的情况下 (66vol%以上、甚至70vol%以上）的、以往的热传导性组合物的示意性剖面图。
[0008] 在无机填充剂的含有率为66vol%以上的情况下，如图34所示，在热传导性组合 物7的自由表面8的表面或内部产生无数的空隙9。这样，由于空隙9,自由表面8的表面 粗糙度急剧地增加，光泽度降低。而且，所谓自由表面8是指，不与其他的个体接触、也没有 进行研磨或切削等的自然的表面。
[0009] 像这样，当自由表面8的表面粗糙度增加，甚至在内部或表面产生空隙9时，即使 提高无机填充剂的含有率，热传导性组合物7的热导率也不太会增加。另外，因与发热体的 密合性降低，而会有热导率降低的情况。此外热传导性组合物7的成型性降低。或者热传 导性组合物7自身变脆，容易出缺口。
[0010] 针对此种问题，例如提出过如下的方案，即，通过在热传导性组合物7中，使用聚 酰亚胺薄膜之类的表面性优异、光泽度高的树脂，而借助其密合性改善来提高散热效果。另 外，作为其应用例，提出过金属芯基板。下面，使用图35对以往的金属芯基板进行说明。图 35是以往的金属芯基板的剖面图。
[0011] 在金属板1〇上形成有电绝缘层11。在电绝缘层11上层叠有铜箔12。此外，在其 上，使用焊膏13安装有电子部件14、半导体15、端子16等。电绝缘层11的热导率越高，就 越可以将来自电子部件14或半导体15的热向金属板10传递，从而可以抑制温度上升。作 为电绝缘层11，可以使用在薄膜状的树脂薄片中添加了无机填充剂的材料（例如专利文献 1)。
[0012] 另外，作为提高热导率的方法，经常使用如下的方法，即，作为电绝缘层11的填充 剂使用热导率高的材料，或者增加填充剂的填充量。另外，提高树脂的热导率也有效果。使 用图36A~图36C对此种结构进行说明。例如，作为提高树脂的热导率的手段，提出过使用 结晶性树脂的方案（例如专利文献2)。
[0013] 图36A~图36C是以往的结晶性树脂的说明图。使用结晶性树脂的目的，是意图 通过使具有介晶基（mesogengroup) 17的单体18相互重合，而获得电绝缘性并且获得优异 的导热性。为使用结晶性树脂获得高散热性（或者高导热性），需要提高结晶性树脂的结晶 化率。但是，在结晶性树脂中，越是提高其结晶化率，则所形成的基板就变得越硬越脆。艮P， 不发生弯曲而断掉，或者易于产生缺口或裂痕。由此，即使使用结晶性树脂来制作用于安装 电子部件的散热基板，其使用用途也受到很大限制。
[0014] 另外，即使使用具有介晶基的环氧树脂，也难解决使用图34说明的问题。此外，环 氧树脂越是结晶化，则越有可能易于产生使用图34说明的问题。此外，由于是无机填充剂 的含有率为低于66vol%的区域，因此易于产生此种问题。
[0015] 作为提高强度的方法，还提出过配合容易形成网络结构的固化剂的方法等。但是， 在结晶性环氧树脂的情况下，因立体地成键而妨碍结晶性，因而经常会有无法获得高热导 率的情况。
[0016] 此外，使用了结晶性树脂的基板又硬又脆，存在不发生弯曲而折断、或者易于产生 缺口或裂痕的倾向。由此，在制作成散热基板的情况下，会有在落下试验等耐冲击性方面存 在问题的情况。
[0017] 专利文献1 :日本专利第3255315号公报
[0018] 专利文献2 :日本特开平11-323162号公报
【发明内容】
[0019] 本发明提供一种提高了热传导效率的热传导性组合物。本发明的热传导性组合物 由含有结晶性环氧树脂成分的固化完毕的热固化性树脂、和无机填充剂形成。热传导性组 合物中的无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol%以下。该热传导性组合物具有主要 部和表层部，上述主要部主要含有无机填充剂，上述表层部以结晶性环氧树脂成分为主体， 在主要部上与主要部连续地形成。
[0020] 另外，本发明提供一种将上述热传导性组合物固定于金属板上的散热板。此外，本 发明还提供一种电路模块，其使用该散热板将发热部件固定于热传导性组合物，并且将电 路基板固定于金属板，与发热部件连接。另外，本发明提供一种散热基板，其将上述热传导 性组合物固定于金属板上，将配线固定于热传导性组合物。此外，本发明还提供一种电路模 块，其使用该散热基板将发热部件固定于热传导性组合物，并且使发热部件与配线连接，此 外还将电路基板固定于配线。都可以通过使用本发明的热传导性组合物来大幅度提高散热 特性和便利性。另外，可以提高热传导性组合物与金属板的浸润性，还可以提高与金属板之 间的密合力。
[0021] 此外，本发明还提供上述热传导性组合物的制造方法。该制造方法具有以下的A 步骤、B步骤。A)制备含有固化前的结晶性环氧树脂成分的主剂、固化剂、和无机填充剂的 混合体的步骤；B)加热到结晶性环氧树脂成分的结晶化温度以上，使主剂和固化剂固化而 形成固化完毕的热固化性树脂的步骤。这里无机填充剂的含有率为66vol%以上、90vol% 以下。像这样，在B步骤中，可以形成主要含有无机填充剂的主要部，并且在主要部上形成 以结晶性环氧树脂成分为主体并与主要部连续地形成的表层部。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明的实施方式的热传导性组合物的剖面图。
[0023] 图2是说明图1所示的热传导性组合物的光泽的评价方法的图。
[0024] 图3是说明图1所示的热传导性组合物的表面粗糙度的评价方法的示意图。
[0025] 图4A是表示图1所示的热传导性组合物的形成过程的流程图。
[0026] 图4B是示意性地说明图1所示的热传导性组合物的自由表面的图。
[0027] 图4C是示意性地说明图1所示的热传导性组合物的剖面图。
[0028] 图5是说明将本发明的实施方式的热传导性材料以薄片状成型的成型装置的结 构的示意图。
[0029] 图6是对本发明的实施方式的散热板进行说明的剖面图。
[0030] 图7A是说明研磨本发明的实施方式的散热板上的热传导性组合物的表面的一部 分之前的样子的剖面图。
[0031] 图7B是说明研磨本发明的实施方式的散热板上的热传导性组合物的表面的一部 分之后的样子的剖面图。
[0032] 图8A是说明设于本发明的实施方式的热传导性组合物的自由表面的图案 (pattern)的立体图。
[0033] 图8B是说明设于本发明的实施方式的热传导性组合物的自由表面的图案或表面 状态的立体图。
[0034] 图9是本发明的实施方式的散热板的立体图。
[0035] 图10A是说明制造图9所示的散热板的样子的剖面图。
[0036] 图10B是说明制造图9所示的散热板的样子的剖面图，表示接在图10A之后的状 态。
[0037] 图11A是说明安放于模具内的热传导性材料流动的样子的俯视图。
[0038] 图11B是说明安放于模具内的热传导性材料流动的样子的俯视图，是说明图9所 示的结构的效果的图。
[0039] 图12是表示将发热部件固定于图6所示的散热板的状态的剖面图。
[0040] 图13是说明在图9所示的散热板安装了带有引线的发热部件的状态的立体图。 [0041]图14是使用图9所示的散热板制作出的电路模块的组装剖面图。
[0042]图15是由图9所示的散热板、发热部件和大致平行于散热板地固定的电路基板构 成的电路模块的剖面图。
[0043] 图16是本发明的实施方式的散热基板的切口立体图。
[0044] 图17A是对图16所示的散热板的制造方法的一例进行说明的剖面图。
[0045] 图17B是对图16所示的散热板的制造方法的一例进行说明的剖面图，表示接在图 17A之后的状态。
[0046] 图18A是说明嵌入了配线图案的本发明的实施方式的散热基板的散热机理的剖 面图。
[0047] 图18B是说明嵌入了配线图案的本发明的实施方式的散热基板的散热机理的剖 面图。
[0048] 图19是本发明的实施方式的电路模块的剖面图。
[0049] 图20A是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的一例的、自由表面的显微镜 像的图。
[0050] 图20B是图20A的示意图。
[0051] 图21是表不本发明的实施方式的热传导性组合物的一例的、自由表面的表面粗 糙度Rmax的曲线图。
[0052] 图22A是表示在非晶体环氧树脂中以66vol%分散形成市售的氧化铝填充剂的以 往的热传导性组合物的自由表面的显微镜像的图。
[0053] 图22B是图22A的示意图。
[0054] 图23A是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的其他例子的、自由表面的显 微镜像的图。
[0055] 图23B是图23A的示意图。
[0056] 图24A是表示将图23A所示的热传导性组合物的表面进行薄层研磨（slice polishing)后的显微镜像的图。
[0057] 图24B是图24A的示意图。
[0058] 图25A是表示说明将图23A所示的热传导性组合物的自由表面的一部分使用圆头 刮刀等刮掉后的状态的显微镜像的图。
[0059] 图25B是图25A的示意图。
[0060] 图26A是表示将焦点对齐在图25A中使用圆头刮刀等刮掉的部分的显微镜像的 图。
[0061] 图26B是图26A的示意图。
[0062] 图27A是表示将无机填充剂的含有率设为66vol%以上时的以往品的另外的自由 表面的显微镜像的图。
[0063] 图27B是图27A的示意图。
[0064] 图28A是表示本发明的实施方式的热传导性组合物的另一个例子的自由表面的 显微镜像的图。
[0065] 图28B是图28A的示意图。
[0066] 图29A是表示对图28A所示的热传导性组合物的表面进行三维的评价后的结果的 图。
[0067] 图29B是图29A的示意图。
[0068] 图30A是表示将无机填充剂的含有率设为70vol%以上时的以往品的自由表面的 显微镜像的图。
[0069] 图30B是图30A的示意图。
[0070] 图31A是表示对图30A所示的热传导性组合物的表面进行三维的评价后的结果的 图。
[0071] 图31B是图31A的示意图。
[0072] 图32是表示本实施方式的热传导性组合物和以往例的热传导性组合物的泄漏电 流的温度特性的曲线图。
[0073] 图33是说明针对无机填充剂的体积百分率与热导率的关系的实验结果的一例的 图。
[0074] 图34是无机填充剂的含有率高时的、以往的热传导性组合物的示意性剖面图。
[0075] 图35是以往的散热基板的剖面图。
[0076] 图36A是以往的散热基板中所用的结晶性树脂的说明图。
[0077] 图36B是以往的散热基板中所用的结晶性树脂的说明图。
[0078] 图36C是以往的散热基板中所用的结晶性树脂的说明图。
[0079] 其中，9空隙，31、34线，32、33标绘点，1000光泽度计，1001光源，1002透镜，1003 受光部，1004主要部，1005凸部，1006热传导性组合物，1007、1007A、1007B、1007C自由表 面，1008表面粗糙度计，1009无机填充剂，1010热固化性树脂，1011表层部，1012金属板， 1013散热板，1014发热部件，1015加工表面，1016图案，1017安装部，1018通路部，1019鼓 出部，1020引线，1021电路基板，1022孔，1023壳体，1024焊膏，1025电路模块，1026热传导 性材料，1027薄膜，1028模具，1029安装部形成部，1030未填充部，1031通路部形成部，1032 鼓出部形成部，1033配线图案，1034圆角，1035散热基板，1036冲压机，1037加压辊，1039 凸部，1039A褶状部，1039B痕迹，1040自由表面，1041表面，1042表层部除去部分，1044污 垢，1045突起部，1050、1052标绘点
【具体实施方式】
[0080] 下面，在参照附图的同时，对本发明的实施方式进行说明。而且，在各实施方式中， 对与先行的实施方式采用相同结构的部分使用相同的符号，有时省略详细的说明。另外，本 发明并不限定于以下的实施方式。
[0081] (实施方式1)
[0082] 图1是本发明的实施方式1的热传导性组合物的剖面图。
[0083] 热传导性组合物1006包括含有结晶性的环氧树脂成分的热固化性树脂1010、和 无机填充剂1009。无机填充剂1009主要包含于主要部1004中。在主要部1004上形成有 仅为热固化性树脂1010、或者以热固化性树脂1010为主体的表层部1011。图1中，虽然方 便起见，为了区别主要部1004和表层部1011而表示出虚线，然而在两者之间没有明确的界 面，主要部1004与表层部1011被连续地形成。像这样，热传导性组合物1006也包括设于 表层的表层部1011。即，表层部1011也好，无机填充剂1009也好，热固化性树脂1010也 好，都构成热传导性组合物1006的一部分。
[0084] 表层部1011是形成于自由表面1007的表面附近的、以厚度为20iim以下、优选为 10ym以下、进一步优选为5ym以下的热固化性树脂1010为主体的树脂的层状部分。本实 施方式中，将表层部1011积极地设于热传导性组合物1006的自由表面1007的表面附近。 而且，在表层部1011的厚度超过20ym的情况下，有可能妨碍对固定于其上的发热部件的 热传导。
[0085] 另外，热传导性组合物1006中的无机填充剂1009的含有率（体积百分率）为 66vol%以上、90vol%以下。vol%是指体积的百分率。在小于66vol%的情况下，虽然成型 性等优异，然而会有热导率低的情况。此外，热传导性组合物1006中的无机填充剂的含有 率优选为85vol%以上。无机填充剂1009在热传导性组合物1006中的含有率小于85 %的 情况下，会有无法获得给定的热传导的情况。
[0086] 而且，将热传导性组合物1006设为或者定义为热传导性树脂固化物都是有用的。 这是因为，如图1所示，热传导性组合物1006是将无机填充剂1009用热固化性树脂1010固 化而形成的。所以，上述无机填充剂1009的含有率是在固化后的热传导性组合物1006中 被定义的。另外，将表层部1011、主要部1004合在一起作为整体来定义。
[0087] 但是，无机填充剂1009的含有率最好以图1的作为虚线之下的部分的主要部1004 来规定。这是因为，存在表层部1011被利用研磨等除去的情况。
[0088] 而且，可以通过将无机填充剂1009的表面的98%以上用热固化性树脂1010覆盖， 而使热传导性组合物1006的热导率为lW/mK以上。在无机填充剂1009的表面的只有不足 98%由热固化性树脂1010覆盖的情况下，会有热导率降低的情况。或者会有无法获得给定 的强度的情况。
[0089] 如上所述，优选将无机填充剂1009的表面的98%以上用热固化性树脂1010覆盖， 并且在主要部1004的表层，存在以热固化性树脂1010为主体的表层部1011。这样，由于可 以防止沿着无机填充剂1009与热固化性树脂1010的界面电流流动，因此耐电压特性很难 降低。
[0090] 另外，优选将覆盖无机填充剂1009的表面的热固化性树脂1010的一部分作为表 层部1011设于热传导性组合物1006的表面。这样，就可以提高热传导性组合物1006的弯 曲强度，另外，即使弯曲热传导性组合物1006,也很难产生裂纹。
[0091] 表层部1011例如是在金属板（未图示）上被加热，使固定无机填充剂1009的热 固化性树脂1010热固化时，热固化性树脂1010的一部分从无机填充剂1009的间隙向表面 渗出，固化而形成的。利用该结构，热固化性树脂1010具有优异的导热性和可靠性。表层 部1011成为一种无机填充剂缺乏层。这里所说的无机填充剂缺乏是指，在形成于表面的表 层部1011中，基本上不含有无机填充剂1009。
[0092] 而且，最好利用对流等使填充于无机填充剂1009之间的热固化性树脂1010的一 部分向表面浮出，形成表层部1011。通过如此操作，就可以将填充于无机填充剂1009之间 的热固化性树脂1010、与构成表层部1011的树脂设为相同的树脂组成。由此，在图1的以 虚线表示的部分中，可以抑制裂纹等的产生。
[0093] 特别是在热传导性组合物1006被加热固化时，最好使得热固化性树脂1010在以 高密度的石墙状填塞的无机填充剂1009的间隙中对流，向表面渗出固化而形成。通过像这 样使热固化性树脂1010在热固化时低粘度化，在无机填充剂1009的狭窄的间隙中对流，就 会将残留于无机填充剂1009的间隙中的气泡等向表面渗出而排出。
[0094] 而且，也可以在使无机填充剂1009与热固化性树脂1010的混合物固化，形成相当 于主要部1004的基底层后，薄薄地涂布另外准备的热固化性树脂1010,使之固化，形成相 当于表层部1011的树脂层。但是，即使像这样制作类似于热传导性组合物1006的结构，也 无法发挥优异的散热效果。另外，在基底层与树脂层的界面中有可能产生剥离等。
[0095] 另外，也可以不使上述的基底层完全固化，而是设为半固化状态，在其上薄薄地涂 布热固化性树脂1010,使之与基底层一起固化，形成相当于表层部1011的树脂层。该情况 下，将基底层例如制成向玻璃纤维中浸渍环氧树脂而成的预浸渍片等半固化状态。即使像 这样制作类似于热传导性组合物1006的结构，也无法发挥优异的散热效果。另外，在基底 层与树脂层的界面中有可能产生剥离等。这是因为，涂布于表层的热固化性树脂1010在被 与半固化状态的基底层一起加热、固化时，基底层中所含的无机填充剂1009向表面浮出。 此种界面成为使导热性降低的原因。
[0096] 另外，在如上所述地制作类似于热传导性组合物1006的结构的情况下，由于工时 增加，成本和管理项目就会增加，此外还有可能降低导热性。
[0097] 像这样，最好将热固化性树脂1010中所含的环氧树脂、与表层部1011中所含的环 氧树脂设为大致相同的树脂组成，或者设为几乎单一的树脂组成（即几乎单一的环氧树脂 组成）。通过将热固化性树脂1010中所含的环氧树脂设为大致相同的树脂组成，就可以抑 制在图1的虚线所示的那样的部分因应力集中而产生裂纹等。
[0098] 而且，对于表层部1011是否是在热固化时从无机填充剂1009的间隙中渗出的物 质，只要用扫描型显微镜（SEM)或使用了显微镜的FTIR等分析装置来解析剖面，就很容易 判断。如果像这样从无机填充剂1009的间隙中渗出热固化性树脂1010而形成表层部1011， 则填充无机填充剂1009的间隙的热固化性树脂1010、与构成表层部1011的热固化性树脂 1010在实质上就是相同的材料。另外，在相互之间不存在连接面或界面，或者即使分析也无 法看到。将像这样无法用通常的分析方法检出连接面或界面的状态，在以下说明中作为渗 出的状态来表现。
[0099] 而且，表层部1011中的无机填充剂1009的含有率