特開 2023-121966 熱伝導性積層絶縁基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023121966

(43)【公開日】2023-09-01

(54)【発明の名称】熱伝導性積層絶縁基板

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20230825BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20230825BHJP

   H01L 23/15 20060101ALI20230825BHJP

   H01L 23/13 20060101ALI20230825BHJP

   H05K 1/03 20060101ALI20230825BHJP

   B32B 7/027 20190101ALI20230825BHJP

   B32B 18/00 20060101ALI20230825BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H01L23/12 J

H01L23/14 C

H01L23/12 C

H05K1/03 630J

B32B7/027

B32B18/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022025356

(22)【出願日】2022-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】茂木 弘

(72)【発明者】

【氏名】内田 修

(72)【発明者】

【氏名】柳沼 篤

(72)【発明者】

【氏名】茂木 正樹

【テーマコード（参考）】

4F100

5F136

【Ｆターム（参考）】

4F100AA12B

4F100AA13A

4F100AA17A

4F100AA18A

4F100AA19A

4F100AA20A

4F100AD00A

4F100AD03B

4F100AD04B

4F100AD05A

4F100AK52B

4F100AN02B

4F100AR00B

4F100BA02

4F100DE01A

4F100EH462

4F100EH46B

4F100EJ082

4F100EJ08B

4F100EJ421

4F100EJ42A

4F100JJ01A

4F100JK07B

5F136BB04

5F136FA14

5F136FA16

5F136FA18

5F136FA53

5F136FA82

5F136GA31

(57)【要約】

【課題】熱抵抗値が小さく、熱伝導性に優れる熱伝導性積層絶縁基板を提供することを目的とする。
【解決手段】弾性層を有する熱伝導性積層絶縁基板であって、前記熱伝導性積層絶縁基板は、熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に直接、前記弾性層が積層されているものである熱伝導性積層絶縁基板。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性層を有する熱伝導性積層絶縁基板であって、
前記熱伝導性積層絶縁基板は、熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に直接、前記弾性層が積層されているものであることを特徴とする熱伝導性積層絶縁基板。

【請求項2】

前記熱伝導性セラミックス絶縁基板は、金属酸化物および金属窒化物から選ばれる１種以上の熱伝導性粉末、及びバインダー樹脂を含むスラリーの焼結体からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性積層絶縁基板。

【請求項3】

前記熱伝導性粉末は、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末のうち１種以上を含むものであることを特徴とする請求項２に記載の熱伝導性積層絶縁基板。

【請求項4】

前記スラリーは、焼結助剤として、シリカ、マグネシアおよび酸化イットリウムのうち１種以上を更に含むものであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の熱伝導性積層絶縁基板。

【請求項5】

前記弾性層は、液状シリコーンゴム組成物の硬化物であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱伝導性積層絶縁基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は熱伝導性積層絶縁基板に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車、航空機、船舶あるいは家庭用若しくは業務用電子機器の制御システムは、より高精度かつ複雑化してきており、それに伴って、回路基板上の小型電子部品の集積密度が増加の一途を辿っている。この結果、回路基板周辺の発熱による電子部品の故障や短寿命化を解決することが強く望まれている。回路基板からの速やかな放熱を実現するには、従来から、回路基板自体を放熱性に優れた材料で構成する方法が知られている。

【0003】

一方、高い熱伝導率を有するダイヤモンド、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）などから構成されるセラミックス基板は、単独ではその硬さのため電子部品などとの接触界面における応力に追従できず、接触熱抵抗が高くなり、セラミックスの高放熱性を生かすことができない。

【0004】

応力緩衝層として、シリコーンゴムシートを金属基板やセラミックス基板に接着剤を用いて接着した積層型の回路基板が提案されている（特許文献１）。しかしながら、接着剤を介してシリコーンゴムシートを積層したセラミックス基板は、安定した密着性が得られなかったり、プレス時に流れや膨張によるシリコーンゴムシートの剥離に伴う欠陥を生じ、熱抵抗が大きくなるなどの問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６３－２４６８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来技術では、接着剤を介してシリコーンゴムシートを積層したセラミックス基板は、安定した密着性が得られなかったり、プレス時に流れや膨張によるシリコーンゴムシートの剥離に伴う欠陥を生じ、熱抵抗が大きくなるといった問題がある。

【0007】

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、熱抵抗値が小さく、熱伝導性に優れる熱伝導性積層絶縁基板を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明では、
弾性層を有する熱伝導性積層絶縁基板であって、
前記熱伝導性積層絶縁基板は、熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に直接、前記弾性層が積層されているものである熱伝導性積層絶縁基板を提供する。

【0009】

このような熱伝導性積層絶縁基板であれば、熱抵抗値が小さく、熱伝導性に優れる熱伝導性積層絶縁基板を提供できる。

【0010】

また、前記熱伝導性セラミックス絶縁基板は、金属酸化物および金属窒化物から選ばれる１種以上の熱伝導性粉末、及びバインダー樹脂を含むスラリーの焼結体からなるものであることが好ましい。

【0011】

このような熱伝導性セラミックス絶縁基板を有する熱伝導性積層絶縁基板であれば、熱伝導率がより大きい熱伝導性積層絶縁基板を提供できる。

【0012】

また、前記熱伝導性粉末は、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末のうち１種以上を含むものであることが好ましい。

【0013】

このような熱伝導性セラミックス絶縁基板を有する熱伝導性積層絶縁基板であれば、熱伝導率がより大きい熱伝導性積層絶縁基板を提供できる。

【0014】

また、前記スラリーは、焼結助剤として、シリカ、マグネシアおよび酸化イットリウムのうち１種以上を更に含むものであることが好ましい。

【0015】

このような焼結助剤を用いて焼結した熱伝導性セラミックス絶縁基板を有する熱伝導性積層絶縁基板であれば、熱伝導率がより大きい熱伝導性積層絶縁基板を提供できる。

【0016】

また、前記弾性層は、液状シリコーンゴム組成物の硬化物であることが好ましい。

【0017】

このような弾性層を有する熱伝導性積層絶縁基板であれば、弾性変形能を有するため効率よく熱を伝達することができる。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明の熱伝導性積層絶縁基板であれば、熱抵抗値が小さく、接触熱抵抗が抑制され、熱伝導性に優れるため、電子部品などからの発熱が熱伝導性積層絶縁基板に素早く伝わり、放熱することができる熱伝導性積層絶縁基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の熱伝導性積層絶縁基板の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

上述のように、熱抵抗値が小さく、熱伝導性に優れる熱伝導性積層絶縁基板が求められていた。

【0021】

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、下記の熱伝導性積層絶縁基板であれば、上記課題を達成でき、回路基板として好適なものとなることを見出し、本発明を完成させた。

【0022】

即ち、本発明は、
弾性層を有する熱伝導性積層絶縁基板であって、
前記熱伝導性積層絶縁基板は、熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に直接、前記弾性層が積層されているものである熱伝導性積層絶縁基板である。

【0023】

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0024】

［熱伝導性積層絶縁基板］
図１に示したように、本発明の熱伝導性積層絶縁基板１０は、熱伝導性セラミックス絶縁基板１の表面に直接、弾性層２が積層されているものである。すなわち、本発明の熱伝導性積層絶縁基板１０は、熱伝導性セラミックス絶縁基板１と弾性層２の間に接着剤層はない。

【0025】

［熱伝導性セラミックス絶縁基板］
熱伝導性セラミックス絶縁基板としては、金属酸化物および金属窒化物から選ばれる１種以上の熱伝導性粉末、及びバインダー樹脂を含むスラリーの焼結体からなるものを用いることができる。

【0026】

上記熱伝導性粉末は、電気絶縁性を有し、熱伝導性を示すものであれば特に限定されるものではないが、金属酸化物および金属窒化物等の熱伝導性粉末が好ましく、なかでも、アルミナ粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ケイ素粉末がより好ましい。

【0027】

上記バインダー樹脂としては特に限定されないが、ブチラール樹脂が好ましく、例えば、積水化学工業（株）製エスレックＢ等の市販品を使用してもよい。

【0028】

また、前記スラリーは、焼結を促進し、安定化させるための焼結助剤を更に含んでもよく、上記焼結助剤としては、シリカ、マグネシア、酸化イットリウム等が好適に使用できる。

【0029】

前記スラリーは、上記の成分以外に溶剤、可塑剤、分散剤等を含んでいてもよく、上記溶剤としては、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコールが好ましい。また、上記可塑剤としてはフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル等が使用できる。

【0030】

［熱伝導性セラミックス絶縁基板の製造方法］
熱伝導性セラミックス絶縁基板は、例えば、熱伝導性粉末、バインダー樹脂、ならびに必要に応じて焼結助剤、溶剤、およびその他の成分をボールミルポット内で混合し、得られたスラリーをドクターブレード法でシート状に成形し、所定の寸法に切断後、脱脂工程、焼結工程を経て製造することができる。

【0031】

脱脂工程は、１００～８００℃での加熱により行うことが好ましく、焼結工程は、１，５００℃～２，０００℃の温度で、窒素等の不活性ガス雰囲気下で行う事が好ましい。

【0032】

熱伝導性セラミックス絶縁基板の熱伝導率は、１００Ｗ/ｍ・ｋ以上が好ましく、より好ましくは１５０Ｗ/ｍ・ｋ以上である。熱伝導率の上限については特に限定されないが、通常、５００Ｗ/ｍ・ｋ程度である。

【0033】

［弾性層］
本発明の熱伝導性積層絶縁基板は、熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に、接着剤等を介さず直接、弾性層が積層されているものである。

【0034】

弾性層としては、例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、スチレンブタジエンゴム等の弾性体を用いることができるが、中でも、液状シリコーンゴム組成物の硬化物を用いることが好ましい。

【0035】

液状シリコーンゴム組成物としては、硬化時に副生成物がない点、短時間で硬化する点から、自己接着タイプの付加硬化型液状シリコーンゴムが好ましい。

【0036】

また、熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である液状シリコーンゴム組成物が好ましく、より好ましくは３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。このような液状シリコーンゴム組成物としては、特に限定されないが、例えば窒化アルミニウム等の熱伝導性充填剤を含むものが挙げられ、電子部品などから発生した熱を、弾性層を介してより容易に伝えることができる。

【0037】

熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面へ弾性層を積層する方法としては、液状シリコーンゴム組成物を熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面にスクリーン印刷などでコーティングし、硬化させればよく、これにより、接着剤などを介さず直接、弾性層を形成することができる。

【0038】

液状シリコーンゴム組成物の硬化は、公知の条件で行えばよく、特に限定されないが、付加硬化型シリコーンゴム組成物の場合の一例としては、１００～１８０℃において１０分～５時間の条件で硬化させることが出来る。

【実施例0039】

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0040】

なお、動粘度はキャノン・フェンスケ粘度計を用いて測定した２５℃における値であり、得られた熱伝導性積層絶縁基板の熱抵抗値は、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０に従って５０℃／１００ｐｓｉの条件で測定した。

【0041】

［実施例１］
窒化アルミニウム粉末９７質量％と酸化イットリウム粉末３質量％とからなる混合物１００質量部に、ブチラール樹脂（積水化学工業（株）製エスレックＢ）１０質量部、エタノール６０質量部及びフタル酸ジオクチル１２質量部を添加した後、ボールミル中で５０時間混練してスラリーを作製した。

【0042】

次いで、得られたスラリーを真空脱泡機で処理して溶剤を一部飛散させ、動粘度３０，０００ｍｍ²/ｓとしたスラリーから、ドクターブレードを用いて厚さ０．７ｍｍのグリーンシートを作製し、このグリーンシートから１００×１００ｍｍを切り出し、大気中で７００℃で脱脂処理を行い、次いで窒素ガス中で１，８５０℃で焼結した。得られた焼結体の両面を研磨し、厚さ０．７ｍｍの熱伝導性セラミックス絶縁基板を作製した。

【0043】

得られた熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に液状シリコーンゴム組成物（信越化学工業（株）製ＫＥ１８６７、熱伝導率：２．２Ｗ／ｍ・ｋ）をスクリーン印刷で塗布し、１５０℃で硬化させ、厚さ０．４５ｍｍの弾性層を形成した（厚さ０．４５ｍｍ）。得られた熱伝導性積層絶縁基板の熱抵抗値は１．５ｃｍ²・ｋ/Ｗであった。

【0044】

［実施例２］
酸化アルミニウム粉末９６質量％、シリカ粉末３質量％及びマグネシア粉末１質量％とからなる混合物１００質量部に、ブチラール樹脂（積水化学工業（株）製エスレックＢ）８質量部、エタノール６０質量部及びフタル酸ジオクチル１２質量部を添加した後、ボールミル中で５０時間混練してスラリーを作製した。

【0045】

次いで、得られたスラリーを真空脱泡機で処理して溶剤を一部飛散させ、動粘度３０，０００ｍｍ²/ｓとしたスラリーから、ドクターブレードを用いて厚さ０．７ｍｍのグリーンシートを作製し、このグリーンシートから１００×１００ｍｍを切り出し、大気中で７００℃で脱脂処理を行い、次いで窒素ガス中で１，６３０℃で焼結した。得られた焼結体の両面を研磨し、厚さ０．７ｍｍの熱伝導性セラミックス絶縁基板を作製した。

【0046】

得られた熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に液状シリコーンゴム組成物（信越化学工業（株）製ＫＥ１８６７、熱伝導率：２．２Ｗ／ｍ・ｋ）をスクリーン印刷で塗布し、１５０℃で硬化させ、厚さ０．４５ｍｍの弾性層を形成した（厚さ０．４５ｍｍ）。得られた熱伝導性積層絶縁基板の熱抵抗値は２．３ｃｍ²・ｋ/Ｗであった。

【0047】

［実施例３］
窒化ケイ素粉末９５質量％と酸化イットリウム粉末５質量％とからなる混合物１００質量部に、ブチラール樹脂（積水化学工業（株）製エスレックＢ）１０質量部、エタノール６０質量部及びフタル酸ジオクチル１２質量部を添加した後、ボールミル中で５０時間混練してスラリーを作製した。

【0048】

次いで、得られたスラリーを真空脱泡機で処理して溶剤を一部飛散させ、動粘度３０，０００ｍｍ²/ｓとしたスラリーから、ドクターブレードを用いて厚さ０．７ｍｍのグリーンシートを作製し、このグリーンシートから１００×１００ｍｍを切り出し、大気中で７００℃で脱脂処理を行い、次いで窒素ガス中で１，８５０℃で焼結した。得られた焼結体の両面を研磨し、厚さ０．７ｍｍの熱伝導性セラミックス絶縁基板を作製した。

【0049】

得られた熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に液状シリコーンゴム組成物（信越化学工業（株）製ＫＥ１８６７、熱伝導率：２．２Ｗ／ｍ・ｋ）をスクリーン印刷で塗布し、１５０℃で硬化させ、厚さ０．４５ｍｍの弾性層を形成した（厚さ０．４５ｍｍ）。得られた熱伝導性積層絶縁基板の熱抵抗値は２．０ｃｍ²・ｋ/Ｗであった。

【0050】

［比較例１］
実施例１と同様の方法により得られた熱伝導性セラミックス絶縁基板の表面に、予めシリコーンゴム組成物（信越化学工業（株）製ＴＣ－４５Ａ、熱伝導率：０．８Ｗ/ｍ・ｋ）を厚さ０．４５ｍｍに成形したシリコーンゴムシートをエポキシ樹脂系接着剤を用いて接着し、熱伝導性積層絶縁基板を作製した。得られた熱伝導性積層絶縁基板の熱抵抗値は４．５ｃｍ²・ｋ/Ｗであった。

【0051】

比較例１の熱伝導性積層絶縁基板の熱抵抗値は４．５ｃｍ²・ｋ/Ｗであった。一方、実施例１～３の熱抵抗値は１．５～２．３ｃｍ²・ｋ/Ｗであったことから、本発明の熱伝導性積層絶縁基板は、接着剤を用いた熱伝導性積層絶縁基板よりも熱抵抗値が低いことが示された。また、熱抵抗値が低いほど熱伝導率は高いことから、本発明の熱伝導性積層絶縁基板は、熱伝導性に優れることが示された。

【0052】

以上の結果より、本発明であれば、熱抵抗値が小さいため、接着剤等を用いた従来の熱伝導性積層絶縁基板よりも接触熱抵抗が抑制され、熱伝導性に優れる熱伝導性積層絶縁基板を得られることが示された。

【0053】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0054】

１…熱伝導性セラミックス絶縁基板、 ２…弾性層、
１０…熱伝導性積層絶縁基板。

【図1】