WO2019112048A1 - 積層体及び電子装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a laminate including a metal substrate, an insulating layer, and a metal layer.
- a ceramic substrate having high thermal conductivity As one means for solving the above-mentioned problems, there is a means using a ceramic substrate having high thermal conductivity as a heat dissipation substrate on which a power semiconductor device or the like is mounted.
- An alumina substrate, an aluminum nitride substrate, etc. are mentioned as such a ceramic substrate.
- a resin composition using boron nitride having a low coefficient of linear expansion has attracted attention as a heat dissipation material.
- the crystal structure of hexagonal boron nitride is a layered structure of a hexagonal network similar to graphite, and the particle shape of hexagonal boron nitride is scaly.
- hexagonal boron nitride has a property that the thermal conductivity in the plane direction is higher than the thermal conductivity in the thickness direction, and the thermal conductivity is anisotropic.
- the said resin composition may be used as insulating layers, such as a resin sheet and a prepreg.
- Patent Document 1 discloses a thermosetting resin composition in which a thermally conductive filler is dispersed in a thermosetting resin matrix.
- the filler is a secondary aggregate in which primary particles are aggregated.
- the resin matrix has a glass transition temperature of 170 ° C. or more after curing, and a viscosity at 100 ° C. of 20 Pa ⁇ s or less before curing starts.
- the primary particles are crystals of boron nitride.
- Patent Document 2 discloses a heat dissipation member having an insulating resin layer composed of a thermosetting adhesive. At the time of use of the member for heat dissipation, one surface side of the insulating resin layer is adhesively cured to the adherend, and the heat of the adherend is dissipated through the insulating resin layer.
- the thermosetting adhesive contains boron nitride particles (A), an epoxy resin (B), a phenol resin (C), and tetraphenylphosphonium tetraphenylborate (D1).
- the content of the boron nitride particles (A) in the thermosetting adhesive is 40% by volume or more and 65% by volume or less.
- the thermosetting adhesive contains a trishydroxyphenylmethane epoxy resin (B1) as the epoxy resin (B).
- the thermosetting adhesive contains a phenol novolak resin (C1), a phenol aralkyl resin (C2), or a trishydroxyphenylmethane type phenol resin (C3) as the phenol resin (C).
- a conventional resin composition or the like containing boron nitride may be molded into a resin sheet or the like and used as an insulating layer.
- the said insulating layer may be laminated
- a circuit pattern may be formed by processing the metal layer by etching or the like.
- the thickness of a metal layer forming the circuit pattern is increased in order to cope with the increase in current of the power device etc. and the reduction of thermal load. Thick coppering is in progress to make it significantly thicker.
- the thermal conductivity is enhanced because boron nitride is used. Although it is possible, it is difficult to improve the adhesion between the circuit pattern (thick copper) and the insulating layer. In the conventional insulating layer containing boron nitride, it is difficult to achieve both thermal conductivity and adhesiveness.
- a metal substrate an insulating layer laminated on one surface of the metal substrate, and a patterned metal laminated on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate side
- a laminate including a layer, wherein the thickness of the metal layer is 300 ⁇ m or more, and the insulating layer includes boron nitride and an inorganic filler other than boron nitride.
- the average aspect ratio of the boron nitride is 2 or more, and the average aspect ratio of the inorganic filler other than the boron nitride is less than 2.
- the material of the inorganic filler other than boron nitride is aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium oxide, or silicon carbide.
- the content of the inorganic filler other than boron nitride on the metal layer side of the insulating layer is the content of the inorganic filler other than the boron nitride on the metal substrate side of the insulating layer More than the amount.
- the insulating layer contains the boron nitride as boron nitride agglomerated particles.
- the insulating layer contains a thermosetting compound and a thermosetting agent or a curing catalyst.
- the thermosetting compound contains an epoxy compound, an oxetane compound, an episulfide compound or a silicone compound.
- a semiconductor chip is disposed and used on the surface of the metal layer opposite to the insulating layer side.
- an electronic device comprising: the above-described laminate; and a semiconductor chip disposed on the surface of the laminate opposite to the insulating layer of the metal layer.
- a laminate according to the present invention comprises a metal substrate, an insulating layer laminated on one surface of the metal substrate, and a patterned metal layer laminated on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate side. And
- the thickness of the metal layer is 300 ⁇ m or more.
- the insulating layer contains boron nitride and an inorganic filler other than boron nitride. In the laminate according to the present invention, since the above-described configuration is provided, the thermal conductivity and the adhesiveness can be effectively improved although the thickness of the pattern-like metal layer is relatively thick.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a laminate according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of an electronic device using a laminate according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a schematic view for explaining each region for obtaining the content of the inorganic filler other than boron nitride in the laminate according to the present invention.
- FIGS. 4 (a) to 4 (c) are schematic diagrams for explaining each step of an example of a method for producing a laminate according to the present invention.
- a laminate according to the present invention comprises a metal substrate, an insulating layer, and a metal layer.
- the insulating layer is laminated on one surface of the metal substrate.
- the metal layer is laminated on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate side.
- the insulating layer may be laminated also on the other surface of the metal substrate.
- the metal layer is patterned and is a patterned metal layer.
- the patterned metal layer is preferably, for example, a metal layer that is a circuit pattern.
- the metal layer is disposed in a partial region of the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate side. In the laminate, a region where the metal layer is not disposed exists on the surface of the insulating layer opposite to the metal substrate side.
- the thickness of the metal layer is 300 ⁇ m or more.
- the metal layer is relatively thick because it has a thickness of 300 ⁇ m or more.
- the insulating layer contains boron nitride and an inorganic filler other than boron nitride.
- the thermal conductivity and the adhesiveness can be effectively improved although the thickness of the pattern-like metal layer is relatively thick.
- the thickness of the metal layer of the laminate is less than 300 ⁇ m (that is, the thickness of the metal layer is relatively thin) and the thickness of the metal layer of the laminate is 300 ⁇ m or more (that is, In the case where the thickness of the metal layer is relatively thick), it was discovered that when peeling occurs between the insulating layer and the metal layer, the mechanism of occurrence of peeling is different.
- the thickness of the metal layer of the laminate is 300 ⁇ m or more, the present inventors crack when the peeling between the insulating layer and the metal layer occurs, starting from the fragile point in the insulating layer, and the insulating layer Found a problem of tearing. This problem occurs when the thickness of the metal layer of the laminate is 300 ⁇ m or more.
- the inventors of the present invention conducted intensive studies to suppress the occurrence of cracks in the insulating layer, and as a result, the stress applied to the insulating layer is dispersed by using boron nitride and an inorganic filler other than boron nitride in combination. It has been found that the generation of cracks between the insulating layers can be suppressed. As a result, the adhesion between the insulating layer and the metal layer can be more effectively enhanced.
- the laminate according to the present invention since the above-described configuration is provided, it is possible to achieve both of the enhancement of the thermal conductivity and the enhancement of the adhesion between the insulating layer and the metal layer.
- the insulating layer includes boron nitride and an inorganic filler other than boron nitride.
- the thickness of the metal layer is 300 ⁇ m or more. From the viewpoint of enhancing the thermal conductivity more effectively, the thickness of the metal layer is preferably 350 ⁇ m or more, and more preferably 400 ⁇ m or more. The thickness of the metal layer is preferably 3000 ⁇ m or less, more preferably 2000 ⁇ m or less, from the viewpoint of avoiding excessive enlargement of the laminate.
- the thickness of the insulating layer is preferably 60 ⁇ m or more, more preferably 70 ⁇ m or more, preferably 500 ⁇ m or less, more preferably 400 ⁇ m or less from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness. .
- the thickness of the metal substrate is preferably 300 ⁇ m or more, more preferably 500 ⁇ m or more, preferably 5000 ⁇ m or less, more preferably 4000 ⁇ m or less.
- the insulating layer contains boron nitride and an inorganic filler other than boron nitride.
- the insulating layer contains boron nitride.
- the boron nitride is not particularly limited. Examples of the boron nitride include hexagonal boron nitride, cubic boron nitride, boron nitride produced by a reduction nitriding method of a boron compound and ammonia, boron nitride produced from a boron compound and a nitrogen-containing compound such as melamine, and And boron nitride produced from sodium borohydride and ammonium chloride. From the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity, the boron nitride is preferably hexagonal boron nitride.
- the average aspect ratio of the boron nitride is preferably 2 or more, more preferably 4 or more, preferably 20 or less, more preferably 15 or less from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness. It is.
- the aspect ratio of the said boron nitride shows a long diameter / short diameter.
- the average aspect ratio of the boron nitride is obtained by observing 50 arbitrarily selected boron nitrides with an electron microscope or an optical microscope, measuring the major axis / minor axis of each boron nitride, and calculating the average value. It is preferable to obtain it.
- the average major axis of the boron nitride is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, preferably 40 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness. is there.
- the average major axis of the boron nitride is preferably determined by observing 50 arbitrarily selected boron nitrides with an electron microscope or an optical microscope, measuring the major axes of the respective boron nitrides, and calculating the average value. .
- the content of the boron nitride is preferably 20% by volume or more, more preferably 30% by volume or more in 100% by volume of the insulating layer. Preferably it is 80 volume% or less, More preferably, it is 70 volume% or less.
- the insulating layer preferably contains agglomerated particles of boron nitride.
- the insulating layer preferably contains the boron nitride as boron nitride agglomerated particles.
- the boron nitride contained in the insulating layer is preferably boron nitride agglomerated particles.
- the average aspect ratio of the boron nitride agglomerated particles is preferably 0.6 or more, more preferably 0.8 or more, from the viewpoint of more effectively improving the thermal conductivity and the adhesiveness, and preferably 1. It is 8 or less, more preferably 1.6 or less.
- the aspect ratio of the boron nitride agglomerated particles indicates the major axis / minor axis.
- the average aspect ratio of the boron nitride agglomerated particles is obtained by observing 50 arbitrarily selected boron nitride agglomerated particles with an electron microscope or an optical microscope, and measuring the major axis / minor axis of each boron nitride agglomerated particle.
- the value is obtained by calculating a value.
- the particle diameter of the boron nitride agglomerated particles is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m, from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness. It is below.
- the particle size of the boron nitride agglomerated particles is preferably an average particle size obtained by averaging the particle sizes on a volume basis.
- the particle diameter of the boron nitride agglomerated particles can be measured using a "laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus" manufactured by Malvern.
- the particle diameter of the boron nitride agglomerated particle is obtained by observing the 50 arbitrarily selected boron nitride agglomerated particles with an electron microscope or an optical microscope, measuring the particle diameter of each boron nitride agglomerated particle, and calculating the average value It can also be determined by In the observation with an electron microscope or an optical microscope, the particle diameter of the boron nitride aggregated particles per particle is determined as the particle diameter at the equivalent circle diameter. In observation with an electron microscope or an optical microscope, the average particle diameter at the equivalent circle diameter of arbitrary 50 boron nitride agglomerated particles is approximately equal to the average particle diameter at the equivalent sphere diameter.
- the particle diameter of the boron nitride agglomerated particles per particle is determined as the particle diameter at a sphere equivalent diameter.
- the average particle size of the boron nitride agglomerated particles is preferably calculated by measurement using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus.
- the thermal conductivity of the boron nitride agglomerated particles is preferably 5 W / m ⁇ K or more, more preferably 10 W / m ⁇ K or more.
- the upper limit of the thermal conductivity of the boron nitride agglomerated particles is not particularly limited.
- the thermal conductivity of the boron nitride agglomerated particles may be 1000 W / m ⁇ K or less.
- the content of the boron nitride agglomerated particles is preferably 20% by volume or more, more preferably 30% by volume or more in 100% by volume of the insulating layer. Preferably it is 80 volume% or less, More preferably, it is 70 volume% or less.
- the method for producing the boron nitride agglomerated particles is preferably a spray drying (also called spray drying) method.
- the spray drying method can be classified into a two-fluid nozzle method, a disc method (also referred to as a rotary method), an ultrasonic nozzle method, and the like according to a spray method, and any of these methods can be applied.
- the ultrasonic nozzle system is preferable from the viewpoint that the total pore volume can be controlled more easily.
- boron nitride aggregation particle grains
- a granulation process is not necessarily required. It may be boron nitride agglomerated particles formed by the natural aggregation of primary particles of boron nitride with the growth of crystals of boron nitride. Also, in order to make the particle diameter of the boron nitride agglomerated particles uniform, it may be crushed boron nitride agglomerated particles.
- the said boron nitride aggregated particle is manufactured by using the primary particle of boron nitride as a material. It does not specifically limit as a boron nitride used as the material of the said boron nitride aggregate particle, The boron nitride mentioned above is mentioned. From the viewpoint of more effectively improving the thermal conductivity of the boron nitride agglomerated particles, it is preferable that boron nitride to be a material of the boron nitride agglomerated particles be hexagonal boron nitride.
- the insulating layer contains an inorganic filler other than boron nitride. It is preferable that inorganic fillers other than the said boron nitride have insulation.
- the inorganic filler other than the boron nitride is preferably insulating particles.
- the average aspect ratio of the inorganic filler other than the boron nitride is preferably less than 2, and more preferably 1.5 or less, from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness.
- the lower limit of the average aspect ratio of the inorganic filler other than the boron nitride is not particularly limited.
- the average aspect ratio of the inorganic filler other than the boron nitride may be 1 or more.
- the aspect ratio of the inorganic filler other than the boron nitride indicates a major axis / a minor axis.
- the average aspect ratio of the inorganic filler other than the boron nitride is obtained by observing the 50 inorganic fillers other than the boron nitride arbitrarily selected with an electron microscope or an optical microscope, and the long diameter / short of the inorganic filler other than the boron nitride It is preferable to obtain
- the particle diameter of the inorganic filler other than the boron nitride is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and preferably 100 ⁇ m or more from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness. Or less, more preferably 80 ⁇ m or less.
- the particle diameter of the inorganic filler other than boron nitride means a diameter when the inorganic filler other than boron nitride is spherical, and when the inorganic filler other than boron nitride has a shape other than spherical, it is nitrided. It means the diameter when it is assumed that it is a sphere equivalent to the volume of the inorganic filler other than boron.
- the particle size of the inorganic filler other than boron nitride is preferably an average particle size obtained by averaging the particle sizes on a volume basis.
- the particle diameter of the inorganic filler other than the boron nitride can be measured using a "laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus" manufactured by Malvern.
- the particle diameter of the inorganic filler other than boron nitride is obtained by observing the 50 inorganic fillers other than boron nitride arbitrarily selected with an electron microscope or an optical microscope, and measuring the particle diameter of the inorganic filler other than each boron nitride. It can also be determined by calculating the average value.
- the particle size of the inorganic filler other than boron nitride per piece is determined as the particle size at the equivalent circle diameter.
- the average particle diameter at the equivalent circle diameter of any 50 inorganic fillers other than boron nitride is approximately equal to the average particle diameter at the equivalent sphere diameter.
- the particle diameter of the inorganic filler other than boron nitride per one particle is determined as the particle diameter at a sphere equivalent diameter.
- the material of the inorganic filler other than the boron nitride is not particularly limited.
- the inorganic filler other than boron nitride is preferably an insulating filler.
- materials of inorganic fillers other than boron nitride metal oxides such as aluminum oxide (alumina), calcium oxide and magnesium oxide, metal nitrides such as aluminum nitride and titanium nitride, aluminum hydroxide and magnesium hydroxide
- metal carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate, metal salts of silicates such as calcium silicate, hydrated metal compounds, crystalline silica, non-crystalline silica, silicon carbide and the like .
- the materials of inorganic fillers other than boron nitride may be used alone or in combination of two or more.
- the material of the inorganic filler other than the boron nitride is preferably aluminum oxide, aluminum nitride, magnesium oxide or silicon carbide. From the viewpoint of further effectively improving the thermal conductivity and the adhesiveness, the material of the inorganic filler other than the boron nitride is more preferably aluminum oxide, aluminum nitride or magnesium oxide, and aluminum oxide or nitrided More preferably, it is aluminum.
- the thermal conductivity of the inorganic filler other than the boron nitride is preferably 10 W / m ⁇ K or more, more preferably 20 W / m ⁇ K or more.
- the upper limit of the thermal conductivity of the inorganic filler other than the boron nitride is not particularly limited.
- the thermal conductivity of the inorganic filler other than the boron nitride may be 300 W / m ⁇ K or less, and may be 200 W / m ⁇ K or less.
- the content of the inorganic filler other than the boron nitride on the metal layer side of the insulating layer is the content other than the boron nitride on the metal substrate side of the insulating layer. It is preferable that it is more than content of the inorganic filler of this.
- the content of the inorganic filler other than the boron nitride in the region of 1/2 of the thickness of the insulating layer located on the metal layer side is the metal substrate It is preferable that the content of the inorganic filler other than the boron nitride in the region of 1/2 of the thickness of the insulating layer located on the side is larger than the content of the inorganic filler.
- the content of the inorganic filler other than boron nitride in 100% by volume of the 30% thick region (R1) from the surface on the metal layer side of the insulating layer to the surface on the metal substrate side of the insulating layer is Content of
- the content of the inorganic filler other than boron nitride in 100% by volume of the 70% thick region (R2) from the surface on the metal substrate side of the insulating layer to the surface on the metal layer side of the insulating layer is Content of From the viewpoint of more effectively improving the thermal conductivity and the adhesiveness, the first content is preferably larger than the second content. It is preferable that a large amount of inorganic filler other than the boron nitride is contained in the region (R1).
- the region (R1) is a region between the first surface 2a and the broken line L1 in FIG.
- the region (R2) is a region between the second surface 2b and the broken line L1 in FIG.
- the content of the inorganic filler other than the boron nitride is preferably 3% by volume or more, more preferably 5% in 100% by volume of the insulating layer. % Or more, preferably 60% by volume or less, more preferably 50% by volume or less, and still more preferably 45% by volume or less.
- the first content of the inorganic filler other than the boron nitride in 100% by volume of the region (R1) is preferably 5% by volume or more, More preferably, it is 10 volume% or more, preferably 60 volume% or less, more preferably 50 volume% or less.
- the second content of the inorganic filler other than the boron nitride in 100 volume% of the region (R2) is preferably 1 volume% or more, More preferably, it is 3% by volume or more, preferably 50% by volume or less, and more preferably 45% by volume or less.
- the absolute value of the difference between the first content and the second content is preferably 3% by volume or more, more preferably 5%, from the viewpoint of more effectively enhancing the thermal conductivity and the adhesiveness. It is at least 50% by volume, more preferably at most 40% by volume.
- Thermosetting compound preferably contains a thermosetting compound and a thermosetting agent or curing catalyst.
- the said thermosetting compound is not specifically limited.
- examples of the thermosetting compound include styrene compounds, phenoxy compounds, oxetane compounds, epoxy compounds, episulfide compounds, (meth) acrylic compounds, phenol compounds, amino compounds, unsaturated polyester compounds, polyurethane compounds, silicone compounds, and polyimide compounds. It can be mentioned. Only one type of the thermosetting compound may be used, or two or more types may be used in combination.
- the thermosetting compound preferably contains an epoxy compound, an oxetane compound, an episulfide compound or a silicone compound, and more preferably contains an epoxy compound.
- the epoxy compound is an organic compound having at least one epoxy group. The epoxy compounds may be used alone or in combination of two or more.
- epoxy compound bisphenol A type epoxy compound, bisphenol F type epoxy compound, bisphenol S type epoxy compound, glycol modified epoxy compound, glycidyl amine type epoxy compound, phenol novolac type epoxy compound, biphenyl type epoxy compound, biphenyl novolac type epoxy Compound, biphenol type epoxy compound, naphthalene type epoxy compound, fluorene type epoxy compound, phenol aralkyl type epoxy compound, naphthol aralkyl type epoxy compound, dicyclopentadiene type epoxy compound, anthracene type epoxy compound, epoxy compound having adamantane skeleton, tricyclo Epoxy compound having decane skeleton, naphthylene ether type epoxy compound, and triazine nucleus Epoxy compounds having the skeleton.
- the said epoxy compound is a bisphenol A type epoxy compound from a viewpoint of improving thermal conductivity and adhesiveness much more effectively.
- the content of the thermosetting compound is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more in 100% by volume of the insulating layer. Preferably it is 80 volume% or less, More preferably, it is 70 volume% or less. From the viewpoint of more effectively improving the thermal conductivity and adhesiveness, the content of the component derived from the thermosetting compound is preferably 5% by volume or more, more preferably 100% by volume of the insulating layer. It is 10% by volume or more, preferably 80% by volume or less, and more preferably 70% by volume or less.
- Thermosetting agent preferably contains a thermosetting compound and a thermosetting agent or curing catalyst.
- the said thermosetting agent is not specifically limited.
- the thermosetting agent which can harden the above-mentioned thermosetting compound can be used suitably. From the viewpoint of enhancing the adhesion more effectively, it is preferable to use the thermosetting agent and the effect catalyst in combination in the insulating layer. Only one type of the thermosetting agent may be used, or two or more types may be used in combination.
- thermosetting agent cyanate ester compound (cyanate ester curing agent), phenol compound (phenol heat curing agent), amine compound (amine heat curing agent), thiol compound (thiol heat curing agent), imidazole compound, phosphine compound, An acid anhydride, an active ester compound, and a carbodiimide compound etc. are mentioned.
- the thermosetting agent preferably has a functional group capable of reacting with the epoxy group of the epoxy compound.
- novolak-type cyanate ester resin novolak-type cyanate ester resin, bisphenol-type cyanate ester resin, the prepolymer by which these were partially trimerized, etc.
- the novolac type cyanate ester resin include phenol novolac type cyanate ester resin and alkylphenol type cyanate ester resin.
- bisphenol type cyanate ester resin bisphenol A type cyanate ester resin, bisphenol E type cyanate ester resin, tetramethyl bisphenol F type cyanate ester resin, etc. are mentioned.
- phenol compound examples include novolac type phenol, biphenol type phenol, naphthalene type phenol, dicyclopentadiene type phenol, aralkyl type phenol and dicyclopentadiene type phenol.
- novolac type phenol (“TD-2091” manufactured by DIC Corporation), biphenyl novolac type phenol (“MEHC-7851” manufactured by Meiwa Kasei Co., Ltd.), aralkyl type phenol compound (“MEH manufactured by Meiwa Chemical Co., Ltd.”
- phenol having an aminotriazine skeleton (“LA1356” and “LA3018-50P” manufactured by DIC Corporation).
- Examples of the amine compound include dicyandiamide and the like.
- the content of the total of the thermosetting compound and the thermosetting agent in 100 volume% of the insulating layer is preferably 20 volume% or more, more preferably 25 volume% or more, and preferably 50 volume% or less. More preferably, it is 45 volume% or less.
- the total content of the thermosetting compound and the component derived from the thermosetting agent in 100 volume% of the insulating layer is preferably 20 volume% or more, more preferably 25 volume% or more, and preferably 50 volume%. % Or less, more preferably 45% by volume or less.
- the content ratio of the thermosetting compound to the thermosetting agent is appropriately selected so that the thermosetting compound is cured.
- the content of the thermosetting agent is appropriately selected so that the thermosetting compound cures well.
- the content of the thermosetting agent is preferably 1 part by weight or more, more preferably 3 parts by weight or more, preferably 100 parts by weight or less, more preferably 80 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the thermosetting compound. Part or less. It becomes much easier to fully harden a thermosetting compound as content of the above-mentioned thermosetting agent is more than the above-mentioned minimum.
- the content of the thermosetting agent is less than or equal to the upper limit, it is difficult to generate an excess of thermosetting agent that does not contribute to curing. For this reason, the heat resistance and adhesiveness of hardened
- the insulating layer preferably contains a thermosetting compound and a thermosetting agent or curing catalyst.
- the curing catalyst is not particularly limited.
- the curing catalyst acts as a curing catalyst in the reaction of the thermosetting compound with the thermosetting agent.
- the said curing catalyst acts as a polymerization catalyst, when not using the said thermosetting agent. From the viewpoint of enhancing the adhesion more effectively, it is preferable to use the thermosetting agent and the curing catalyst in combination in the insulating layer.
- the curing catalyst may be used alone or in combination of two or more.
- Examples of the curing catalyst include tertiary amines, tertiary amine salts, quaternary onium salts, tertiary phosphines, crown ether complexes, and phosphonium ylides.
- imidazole compounds isocyanurates of imidazole compounds, dicyandiamide, derivatives of dicyandiamide, melamine compounds, derivatives of melamine compounds, diaminomaleonitrile, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, Amine compounds such as bis (hexamethylene) triamine, triethanolamine, diaminodiphenylmethane, organic acid dihydrazide, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7,3,9-bis (3-aminopropyl)- 2,4,8,10-Tetraoxaspiro [5,5] undecane, and organic phosphines such as triphenyl phosphine, tricyclohexyl phosphine, tributyl phosphine and methyl diphenyl phosphine Compounds, and the like.
- Amine compounds such as bis (hexamethylene) triamine, triethanol
- the content of the curing catalyst is appropriately selected so that the thermosetting compound cures well.
- the content of the curing catalyst is preferably 0.05 parts by weight or more, more preferably 0.1 parts by weight or more, and preferably 10 parts by weight or less, relative to 100 parts by weight of the thermosetting compound. Is 5 parts by weight or less.
- the thermosetting compound can be favorably cured.
- the insulating layer may contain, in addition to the components described above, other components generally used in thermally conductive sheets such as dispersants, chelating agents, and antioxidants, laminates, and the like.
- the thermal conductivity of the metal substrate is preferably 10 W / m ⁇ K or more.
- An appropriate material can be used as the metal substrate.
- the metal substrate is preferably a metal material.
- metal foil, a metal plate, etc. are mentioned.
- the metal substrate is preferably the metal foil or the metal plate, and more preferably the metal plate.
- the material of the metal material is preferably aluminum, copper or gold, and more preferably aluminum or copper.
- the material of the metal layer is not particularly limited.
- Materials for the metal layer include gold, silver, palladium, copper, platinum, zinc, iron, tin, lead, aluminum, cobalt, indium, nickel, chromium, titanium, antimony, bismuth, thallium, germanium, cadmium, silicon, Tungsten, molybdenum, alloys thereof and the like can be mentioned.
- tin-doped indium oxide (ITO), a solder, etc. are mentioned as said alloy.
- the material of the metal layer is preferably aluminum, copper or gold, and more preferably aluminum or copper.
- the metal layer is patterned and is a patterned metal layer.
- the method of forming the metal layer into a pattern is not particularly limited.
- a method of forming a metal layer into a pattern after forming the metal layer, a part of the metal layer may be removed to form a pattern.
- the method by electroless-plating, the method by electroplating, the method of thermocompression-bonding the said insulating layer and metal foil, etc. are mentioned. Since the formation of the metal layer is simple, it is preferable to heat and pressure the insulating layer and the metal foil. An etching etc. are mentioned as a method of making a metal layer into pattern shape.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a laminate according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 1 for convenience of illustration, the actual size and thickness are different.
- a laminate 1 shown in FIG. 1 includes an insulating layer 2, a metal layer 3, and a metal substrate 4.
- the insulating layer 2, the metal layer 3, and the metal substrate 4 are the insulating layer, the metal layer, and the metal substrate described above.
- Insulating layer 2 has one surface 2a (first surface) and the other surface 2b (second surface).
- the metal layer 3 has one surface 3a (first surface) and the other surface 3b (second surface).
- the metal substrate 4 has one surface 4a (first surface) and the other surface 4b (second surface).
- the metal layer 3 is laminated on the side of one surface 2 a (first surface) of the insulating layer 2.
- the metal substrate 4 is stacked on the other surface 2 b (second surface) side of the insulating layer 2.
- the insulating layer 2 is laminated on the other surface 3 b (second surface) side of the metal layer 3.
- the insulating layer 2 is laminated on the side of one surface 4 a (first surface) of the metal substrate 4.
- An insulating layer 2 is disposed between the metal layer 3 and the metal substrate 4.
- the manufacturing method of the said laminated body is not specifically limited.
- Examples of the method for producing the laminate include a method in which the metal substrate, the insulating layer, and the metal layer are stacked and heat-pressed by a vacuum press or the like.
- FIGS. 4 (a) to 4 (c) are schematic diagrams for explaining each step of an example of a method for producing a laminate according to the present invention.
- the arrows in FIG. 4B indicate the stacking direction.
- the first curable material 34 in which the boron nitride 12 and the inorganic filler 13 other than the boron nitride are dispersed in the thermosetting compound and the thermosetting agent is applied onto the release film 33.
- the first insulating layer material 31 is prepared.
- a second insulating layer material 32 in which a second curable material 35 in which boron nitride 12 and an inorganic filler 13 other than boron nitride are dispersed in a thermosetting compound, a thermosetting agent, or the like is applied onto the release film 33.
- the first curable material 34 and the second curable material 35 may have the same composition or different compositions.
- the first curable material 34 and the second curable material 35 are preferably applied to the release film 33 and then in a semi-cured state by heating or the like, and are preferably a semi-cured product.
- the first insulating layer material 31 and the second insulating layer material 32 are preferably in a semi-cured state by heating or the like, and are preferably a semi-cured product.
- the semi-cured product is not completely cured, and curing may be further progressed.
- the specific gravity of the boron nitride and the inorganic filler other than the boron nitride is larger than the specific gravity of the thermosetting compound and the like, the inorganic material other than the boron nitride and the boron nitride in the insulating layer material Distribution occurs in the filler.
- the concentration of the boron nitride and the inorganic filler other than the boron nitride on the air interface side of the insulating layer material (the side opposite to the releasing film side of the insulating layer material), on the releasing film side of the insulating layer material
- the concentration of the boron nitride and the inorganic filler other than the boron nitride is increased.
- the release of the insulating layer material is greater than the concentration of the inorganic filler other than the boron nitride on the air interface side of the insulating layer material.
- the concentration of the inorganic filler other than the boron nitride on the film side is increased.
- the metal substrate 4 the second insulating layer material, the first insulating layer material, and the metal layer 3 are laminated and pressed, as shown in FIG. 4 (c).
- the laminate 1 according to the present invention can be obtained.
- the second insulating layer material 32 is laminated on the metal substrate 4 from the air interface side, and the release film is peeled off.
- the first insulating layer material 31 is laminated on the second insulating layer material 32 from the air interface side, the first and second insulating layer materials are laminated, and the release film is peeled off.
- the metal layer 3 on the first insulating layer material 31 disappears and the insulating layer is formed.
- the metal layer is patterned by etching, and an opening without a metal layer is formed in a partial region on the insulating layer, whereby the laminate 1 according to the present invention can be obtained.
- the insulating layer is a continuous layer.
- the thermal conductivity can be increased by extruding air having a low thermal conductivity, and the insulation characteristics can be enhanced by suppressing the voids such as voids.
- the resin is apt to be insufficient at the interface and the insulation property is enhanced by generation of voids such as voids. Is difficult.
- interface peeling is apt to occur due to the lack of resin in the interface portion, making it difficult to improve adhesion.
- the insulating layer 2 includes the cured product portion 11, the boron nitride 12, and the inorganic filler 13 other than the boron nitride.
- the boron nitride 12 and the inorganic filler 13 other than the boron nitride are inorganic fillers other than the above-described boron nitride and the boron nitride.
- the cured product portion 11 is a portion where the thermosetting compound is cured.
- the cured product portion 11 may be a portion obtained by curing the thermosetting compound and the thermosetting agent, or may be a portion obtained by curing the thermosetting compound, the thermosetting agent and the curing catalyst. It may be a portion where the compound and the curing catalyst are cured.
- the laminate can be used in various applications where high thermal conductivity and mechanical strength are required. It is preferable that a semiconductor chip be arrange
- the said laminated body is arrange
- the laminate is used as a radiator of a power card installed between a CPU and a fin, or an inverter of an electric car.
- the pattern-like metal layer of the said laminated body can act as a circuit, the said laminated body can be used as an insulated circuit board.
- An electronic device includes the above-described laminate and a semiconductor chip.
- the semiconductor chip is disposed on the surface of the metal layer opposite to the insulating layer side in the laminate.
- the semiconductor chip may be stacked on the surface of the metal layer through the connection conductive portion.
- the laminate can be suitably used to obtain an electronic device in which semiconductor chips are stacked.
- FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of an electronic device using a laminate according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 for convenience of illustration, the actual size and thickness are different.
- An electronic device 21 shown in FIG. 2 includes an insulating layer 2, a metal layer 3, and a metal substrate 4.
- the laminate 1 shown in FIG. 1 is used.
- the cured product portion 11 contained in the insulating layer 2, the boron nitride 12, and the inorganic filler 13 other than the boron nitride are omitted.
- the electronic device 21 shown in FIG. 2 includes the connection conductive portion 5, the semiconductor chip 6, the lead 7, the wire (metal wiring) 8, and the sealing resin 9 in addition to the above configuration.
- the lead 7 has an electrode.
- Connection conductive portion 5 has one surface 5a (first surface) and the other surface 5b (second surface).
- the semiconductor chip 6 has one surface 6a (first surface) and the other surface 6b (second surface).
- the semiconductor chip 6 is stacked on the one surface 5 a (first surface) side of the connection conductive portion 5.
- the metal layer 3 is stacked on the other surface 5 b (second surface) side of the connecting conductive portion 5.
- the connection conductive portion 5 is stacked on the other surface 6 b (second surface) side of the semiconductor chip 6.
- the connection conductive portion 5 is disposed between the semiconductor chip 6 and the metal layer 3.
- the semiconductor chip 6 is fixed to the one surface 3 a (first surface) side of the metal layer 3 by the connection conductive portion 5.
- the number of the fixed semiconductor chips may be one, or two or more.
- the connection conductive portion may be formed of silver paste or may be formed of solder.
- the metal layer is formed in a pattern by etching or the like.
- a circuit pattern (not shown) is formed on one surface 6 a (first surface) and the other surface 6 b (second surface) of the semiconductor chip 6.
- the circuit pattern formed on one surface 6 a (first surface) of the semiconductor chip 6 is electrically connected to the electrode of the lead 7 through the wire 8.
- the metal layer 3 may function as a heat sink because it is formed of metal.
- the metal layer 3 and the metal substrate 4 may be formed of the same material.
- the metal layer 3 and the metal substrate 4 may be formed of copper.
- the sealing resin 9 seals the semiconductor chip 6, the connection conductive portion 5, the metal layer 3, the wire 8 and a part of the lead 7 inside.
- the lead 7 has a portion protruding from the side surface of the sealing resin 9 to the outside of the sealing resin 9.
- a sealing resin 9 is laminated on one surface 2 a (first surface) side of the insulating layer 2. The insulating layer 2 and the metal substrate 4 are not sealed by the sealing resin 9, and are exposed to the outside of the sealing resin 9.
- a heat dissipating fin may be provided on the other surface (second surface) side of the metal substrate.
- a semiconductor package etc. are mentioned as a specific example of the said electronic device.
- the electronic device is not limited to the semiconductor package.
- Thermosetting compound (1) "Epicoat 828US” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, epoxy compound
- Thermosetting agent (1) "Dicyandiamide” manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (2) "2 MZA-PW” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., an isocyanuric modified solid dispersion type imidazole
- Boron nitride (1) Showa Denko UHP-G1H, average aspect ratio: 11, average major axis: 3.2 ⁇ m, particle size: 35 ⁇ m
- Inorganic fillers other than boron nitride (1) Showa Denko "A20S”, average aspect ratio: 1, particle diameter: 20 ⁇ m, aluminum oxide (2) Admatex Corporation "AO-502", average aspect ratio: 1, particle diameter: 0.7 ⁇ m, Aluminum oxide (3) "BMF-B” manufactured by Kawai Lime Industry Co., Ltd., average aspect ratio: 30, particle diameter: 5 ⁇ m, aluminum oxide (4) Ube Materials "RF-10C”, average aspect ratio: 1, particles Diameter: 10 ⁇ m, magnesium oxide (5) “AlN 200 SF” manufactured by ThruTek, average aspect ratio: 1, particle diameter: 20 ⁇ m, aluminum nitride
- the inorganic fillers other than 50 boron nitride or boron nitride arbitrarily selected are observed with an electron microscope or an optical microscope, and the long diameter / short diameter of inorganic fillers other than each boron nitride or each boron nitride is measured, and it is an average value It calculated
- Measurement method of average major axis of boron nitride Each of the 50 arbitrarily selected boron nitrides was observed with an electron microscope or an optical microscope, the major diameter of each boron nitride was measured, and the average value was calculated.
- Method of measuring particle size of inorganic filler other than boron nitride The inorganic fillers other than 50 arbitrarily selected boron nitrides were observed with an electron microscope or an optical microscope, the particle diameters of the inorganic fillers other than each boron nitride were measured, and the average values were calculated.
- Example 1 (1) Preparation of first and second curable materials
- the thermosetting compound and the thermosetting agent 10 parts by weight of "Dicyandiamide” manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. per 100 parts by weight of "Epikote 828US” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation It was blended so as to be 1 part by weight of "2MZA-PW” manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.
- inorganic fillers other than boron nitride and boron nitride shown in Table 1 below were blended at contents (volume%) shown in Table 1 below.
- the first and second curable materials were obtained by appropriately diluting with methyl ethyl ketone and stirring at 500 rpm for 25 minutes using a planetary stirrer.
- the first curable material obtained is coated on a release PET sheet (thickness 50 ⁇ m) to a thickness of 120 ⁇ m and dried in an oven at 50 ° C. for 20 minutes. An insulating layer material of 1 was formed.
- the obtained second curable material is coated on a release PET sheet (thickness 50 ⁇ m) to a thickness of 280 ⁇ m and dried in an oven at 50 ° C. for 20 minutes to form a second insulating layer. The material was formed.
- the specific gravity of the inorganic filler other than boron nitride is larger than the specific gravity of boron nitride, the boron nitride on the release film side of the insulating layer material than the concentration of the inorganic filler other than boron nitride on the air interface side of the insulating layer material The concentration of non-inorganic fillers increased.
- the aluminum plate (thickness: 1.0 mm) from the air interface side of 2nd insulation layer material, and peeled mold release PET sheet.
- the second insulating layer material was laminated from the air interface side of the first insulating layer material, the first and second insulating layer materials were laminated, and the release PET sheet was peeled off.
- a copper plate (thickness: 500 ⁇ m) is laminated on the side from which the release PET sheet of the first insulating layer material is peeled off, that is, the side where the concentration of inorganic filler other than boron nitride is high, and the temperature is 200 ° C., and the pressure is 10 MPa. Vacuum pressed under the conditions.
- the insulating layer was formed of the cured product of the first insulating layer material and the cured product of the second insulating layer material, and was a continuous layer.
- the insulating layer was formed by the cured product of the first curable material and the cured product of the second curable material. The thickness of the insulating layer of the obtained laminate was 245 ⁇ m.
- Examples 2 to 11, Comparative Examples 1 to 3 The same as Example 1 except that the type and content (vol%) of the inorganic filler other than boron nitride and boron nitride, and the thickness of the insulating layer of the laminate were changed as shown in Tables 1 to 3 below.
- a first curable material, a second curable material, and a laminate The same as Example 1 except that the type and content (vol%) of the inorganic filler other than boron nitride and boron nitride, and the thickness of the insulating layer of the laminate were changed as shown in Tables 1 to 3 below.
- an inorganic filler other than boron nitride in 100% by volume of a 30% thick region from the first surface of the insulating sheet (insulating layer) to the second surface of the insulating sheet The first content was calculated.
- the second content of the inorganic filler other than boron nitride in 100% by volume of the 70% thick region from the second surface of the insulating sheet (insulating layer) to the first surface of the insulating sheet Calculated.
- peel strength The obtained laminate was cut into a size of 50 mm ⁇ 120 mm to obtain a test sample.
- the copper plate was peeled off so that a copper plate with a central width of 10 mm of the obtained test sample remained, and the peel strength of the copper plate was measured according to JIS C 6481 to the copper plate with a central width of 10 mm.
- a "Tensilon universal tester" manufactured by Orientec Co., Ltd. was used.
- the peel strength of the copper plate was measured to obtain 20 measured values of 90 degree peel strength.
- the average value of the 20 measured values of the 90 degree peel strength was taken as the 90 degree peel strength.
- the 90-degree peel strength was determined based on the following criteria by calculating a relative value with the value of Comparative Example 1 being 1.0.
- boron nitride 13 ... inorganic filler other than boron nitride 21 ... electronic device 31 ... first insulating layer material 32 . second insulating layer material 33 ... release film 34 ... first curable material 35 ... second Curable material
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Abstract
発明が解決しようとする課題は、パターン状の金属層の厚みが比較的厚いにもかかわらず、熱伝導性と接着性とを効果的に高めることができる積層体を提供することである。本発明に係る積層体(1)は、金属基板(4)と、前記金属基板(4)の一方の表面に積層された絶縁層(2)と、前記絶縁層(2)の前記金属基板(4)側とは反対側の表面に積層されたパターン状の金属層(3)とを備え、前記金属層(3)の厚みが、300μm以上であり、前記絶縁層(2)が、窒化ホウ素(12)と、窒化ホウ素以外の無機フィラー(13)とを含む。
Description
本発明は、金属基板と絶縁層と金属層とを備える積層体に関する。
近年、電子機器の小型化及び高性能化が進行しており、電子部品の実装密度が高くなっている。このため、狭いスペースの中で電子部品から発生する熱を、如何に放熱するかが問題となっている。電子部品から発生した熱は、電子機器の信頼性に直結するので、発生した熱の効率的な放散が緊急の課題となっている。
上記の課題を解決する一つの手段としては、パワー半導体デバイス等を実装する放熱基板に、高い熱伝導性を有するセラミックス基板を用いる手段が挙げられる。このようなセラミックス基板としては、アルミナ基板及び窒化アルミニウム基板等が挙げられる。
しかしながら、上記セラミックス基板を用いる手段では、多層化が困難であり、加工性が悪く、コストが非常に高いという課題がある。さらに、上記セラミックス基板と銅回路との線膨張係数の差が大きいので、冷熱サイクル時に銅回路が剥がれやすいという課題もある。
そこで、線膨張係数が低い窒化ホウ素、特に六方晶窒化ホウ素を用いた樹脂組成物が、放熱材料として注目されている。六方晶窒化ホウ素の結晶構造は、グラファイトに類似した六角網目の層状構造であり、六方晶窒化ホウ素の粒子形状は、鱗片状である。このため、六方晶窒化ホウ素は、面方向の熱伝導率が厚さ方向の熱伝導率よりも高く、かつ熱伝導率に異方性がある性質を有することが知られている。上記樹脂組成物は、樹脂シートやプリプレグ等の絶縁層として用いられることがある。
窒化ホウ素を含む樹脂組成物の一例として、下記の特許文献1には、熱伝導性のフィラーが、熱硬化性の樹脂マトリクス中に分散された熱硬化性樹脂組成物が開示されている。上記フィラーは一次粒子を凝集させた二次凝集体である。上記樹脂マトリクスは硬化後のガラス転移温度が170℃以上であり、かつ、硬化が始まる前の100℃における粘度が20Pa・s以下である。上記一次粒子は窒化ホウ素の結晶である。
また、下記の特許文献2には、熱硬化性接着剤から構成される絶縁樹脂層を有する放熱用部材が開示されている。上記放熱用部材の使用時には、上記絶縁樹脂層の一面側を被着体に接着硬化させて、上記被着体の熱を上記絶縁樹脂層を通じて放熱させる。上記熱硬化性接着剤は、窒化ホウ素粒子(A)とエポキシ樹脂(B)とフェノール樹脂(C)とテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート(D1)とを含有する。上記熱硬化性接着剤における上記窒化ホウ素粒子(A)の含有量は40体積%以上65体積%以下である。上記熱硬化性接着剤は、上記エポキシ樹脂(B)として、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂(B1)を含む。上記熱硬化性接着剤は、上記フェノール樹脂(C)として、フェノールノボラック樹脂(C1)、フェノールアラルキル樹脂(C2)、又はトリスヒドロキシフェニルメタン型フェノール樹脂(C3)を含む。
従来の窒化ホウ素を含む樹脂組成物等は、樹脂シート等に成形されて絶縁層として用いられることがある。上記絶縁層は銅箔や金属板等の金属層と積層されて、積層体として用いられることがある。上記積層体では、上記金属層をエッチング等により処理することで、回路パターンが形成されることがある。
近年、パワーデバイス等の上記回路パターンでは、パワーデバイス等の大電流化及び熱負荷低減に対応するために、回路パターンを形成する金属層の厚みが厚くなっており、例えば、回路用の銅パターンを大幅に厚くする厚銅化が進行している。
上記回路パターンが厚銅である場合、特許文献1,2に記載のような従来の窒化ホウ素を含む樹脂組成物等を用いた絶縁層では、窒化ホウ素を用いているために熱伝導性を高めることはできるものの、上記回路パターン(厚銅)と上記絶縁層との接着性を高めることは困難である。従来の窒化ホウ素を含む絶縁層では、熱伝導性と接着性とを両立させることは困難である。
本発明の目的は、パターン状の金属層の厚みが比較的厚いにもかかわらず、熱伝導性と接着性とを効果的に高めることができる積層体を提供することである。また、本発明の目的は、上記積層体を用いた電子装置を提供することである。
本発明の広い局面によれば、金属基板と、前記金属基板の一方の表面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板側とは反対側の表面に積層されたパターン状の金属層とを備え、前記金属層の厚みが、300μm以上であり、前記絶縁層が、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む、積層体が提供される。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記窒化ホウ素の平均アスペクト比が、2以上であり、前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比が、2未満である。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は炭化ケイ素である。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記絶縁層の金属層側における前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量が、前記絶縁層の金属基板側における前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量よりも多い。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記絶縁層が、前記窒化ホウ素を、窒化ホウ素凝集粒子として含む。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記絶縁層が、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含む。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記熱硬化性化合物が、エポキシ化合物、オキセタン化合物、エピスルフィド化合物又はシリコーン化合物を含む。
本発明に係る積層体のある特定の局面では、前記金属層の前記絶縁層側とは反対側の表面上に、半導体チップを配置して用いられる。
本発明の広い局面によれば、上述した積層体と、前記積層体における前記金属層の前記絶縁層側とは反対側の表面上に配置された半導体チップとを備える、電子装置が提供される。
本発明に係る積層体は、金属基板と、上記金属基板の一方の表面に積層された絶縁層と、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面に積層されたパターン状の金属層とを備える。本発明に係る積層体では、上記金属層の厚みが、300μm以上である。本発明に係る積層体では、上記絶縁層が、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む。本発明に係る積層体では、上記の構成が備えられているので、パターン状の金属層の厚みが比較的厚いにもかかわらず、熱伝導性と接着性とを効果的に高めることができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
(積層体)
本発明に係る積層体は、金属基板と、絶縁層と、金属層とを備える。上記絶縁層は、上記金属基板の一方の表面に積層されている。上記金属層は、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面に積層されている。上記金属基板の他方の表面にも、上記絶縁層が積層されていてもよい。上記金属層は、パターン状であり、パターン形成された金属層である。上記パターン状の金属層は、例えば、回路パターンである金属層であることが好ましい。上記金属層は、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面の一部の領域に配置されている。上記積層体では、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面にて、上記金属層が配置されていない領域が存在する。
本発明に係る積層体は、金属基板と、絶縁層と、金属層とを備える。上記絶縁層は、上記金属基板の一方の表面に積層されている。上記金属層は、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面に積層されている。上記金属基板の他方の表面にも、上記絶縁層が積層されていてもよい。上記金属層は、パターン状であり、パターン形成された金属層である。上記パターン状の金属層は、例えば、回路パターンである金属層であることが好ましい。上記金属層は、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面の一部の領域に配置されている。上記積層体では、上記絶縁層の上記金属基板側とは反対側の表面にて、上記金属層が配置されていない領域が存在する。
本発明に係る積層体では、上記金属層の厚みは、300μm以上である。上記金属層は、厚みが300μm以上であるので、比較的厚い。本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む。
本発明に係る積層体では、上記の構成が備えられているので、パターン状の金属層の厚みが比較的厚いにもかかわらず、熱伝導性と接着性とを効果的に高めることができる。
本発明者らは、積層体の金属層の厚みが300μm未満である場合(すなわち、金属層の厚みが比較的薄い場合)と、積層体の金属層の厚みが300μm以上である場合(すなわち、金属層の厚みが比較的厚い場合)とでは、絶縁層と金属層との剥離が生じる際に、剥離の生じるメカニズムが異なることを発見した。本発明者らは、積層体の金属層の厚みが300μm以上である場合、絶縁層と金属層との剥離が生じる際に、絶縁層の層間における脆弱な箇所を起点に亀裂が生じ、絶縁層が裂けるという課題を見出した。この課題は、積層体の金属層の厚みが300μm以上である場合に生じる。本発明者らは、絶縁層の層間における亀裂の発生を抑制するために鋭意検討した結果、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを併用することで、絶縁層に負荷される応力を分散させることができ、絶縁層の層間における亀裂の発生を抑制することができることを見出した。結果として、絶縁層と金属層との接着性をより一層効果的に高めることができる。
本発明に係る積層体では、上記の構成が備えられているので、熱伝導性を高めることと、絶縁層と金属層との接着性を高めることとの双方を両立させることができる。
本発明では、厚みが300μm以上であるパターン状の金属層を備える積層体において、絶縁層が、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む構成を採用することが重要である。
本発明に係る積層体では、上記金属層の厚みは、300μm以上である。熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属層の厚みは、好ましくは350μm以上、より好ましくは400μm以上である。積層体の過度の大型化を避ける観点からは、上記金属層の厚みは、好ましくは3000μm以下、より好ましくは2000μm以下である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層の厚みは、好ましくは60μm以上、より好ましくは70μm以上であり、好ましくは500μm以下、より好ましくは400μm以下である。
熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属基板の厚みは、好ましくは300μm以上、より好ましくは500μm以上であり、好ましくは5000μm以下、より好ましくは4000μm以下である。
(絶縁層)
本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む。
本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む。
窒化ホウ素:
本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素を含む。上記窒化ホウ素は特に限定されない。上記窒化ホウ素としては、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ホウ素化合物とアンモニアとの還元窒化法により作製された窒化ホウ素、ホウ素化合物とメラミン等の含窒素化合物とから作製された窒化ホウ素、及び、ホウ水素ナトリウムと塩化アンモニウムとから作製された窒化ホウ素等が挙げられる。熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素は、六方晶窒化ホウ素であることが好ましい。
本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素を含む。上記窒化ホウ素は特に限定されない。上記窒化ホウ素としては、六方晶窒化ホウ素、立方晶窒化ホウ素、ホウ素化合物とアンモニアとの還元窒化法により作製された窒化ホウ素、ホウ素化合物とメラミン等の含窒素化合物とから作製された窒化ホウ素、及び、ホウ水素ナトリウムと塩化アンモニウムとから作製された窒化ホウ素等が挙げられる。熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素は、六方晶窒化ホウ素であることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素の平均アスペクト比は、好ましくは2以上、より好ましくは4以上であり、好ましくは20以下、より好ましくは15以下である。
上記窒化ホウ素のアスペクト比は、長径/短径を示す。上記窒化ホウ素の平均アスペクト比は、任意に選択された50個の各窒化ホウ素を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素の長径/短径を測定し、平均値を算出することにより求めることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素の平均長径は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上であり、好ましくは40μm以下、より好ましくは30μm以下である。
上記窒化ホウ素の平均長径は、任意に選択された50個の各窒化ホウ素を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素の長径を測定し、平均値を算出することにより求めることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層100体積%中、上記窒化ホウ素の含有量は、好ましくは20体積%以上、より好ましくは30体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層は、窒化ホウ素凝集粒子を含むことが好ましい。上記絶縁層は、上記窒化ホウ素を、窒化ホウ素凝集粒子として含むことが好ましい。上記絶縁層に含まれる上記窒化ホウ素は、窒化ホウ素凝集粒子であることが好ましい。
窒化ホウ素凝集粒子:
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素凝集粒子の平均アスペクト比は、好ましくは0.6以上、より好ましくは0.8以上であり、好ましくは1.8以下、より好ましくは1.6以下である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素凝集粒子の平均アスペクト比は、好ましくは0.6以上、より好ましくは0.8以上であり、好ましくは1.8以下、より好ましくは1.6以下である。
上記窒化ホウ素凝集粒子のアスペクト比は、長径/短径を示す。上記窒化ホウ素凝集粒子の平均アスペクト比は、任意に選択された50個の各窒化ホウ素凝集粒子を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素凝集粒子の長径/短径を測定し、平均値を算出することにより求めることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素凝集粒子の粒子径は、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下である。
上記窒化ホウ素凝集粒子の粒子径は、体積基準での粒子径を平均した平均粒子径であることが好ましい。上記窒化ホウ素凝集粒子の粒子径は、マルバーン社製「レーザー回折式粒度分布測定装置」を用いて測定することができる。上記窒化ホウ素凝集粒子の粒子径は、任意に選択された50個の上記窒化ホウ素凝集粒子を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素凝集粒子の粒子径を測定し、平均値を算出することにより求めることもできる。電子顕微鏡又は光学顕微鏡での観察では、1個当たりの窒化ホウ素凝集粒子の粒子径は、円相当径での粒子径として求められる。電子顕微鏡又は光学顕微鏡での観察において、任意の50個の窒化ホウ素凝集粒子の円相当径での平均粒子径は、球相当径での平均粒子径とほぼ等しくなる。レーザー回折式粒度分布測定装置を用いた測定では、1個当たりの窒化ホウ素凝集粒子の粒子径は、球相当径での粒子径として求められる。上記窒化ホウ素凝集粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置を用いた測定により算出することが好ましい。
熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素凝集粒子の熱伝導率は、好ましくは5W/m・K以上、より好ましくは10W/m・K以上である。上記窒化ホウ素凝集粒子の熱伝導率の上限は特に限定されない。上記窒化ホウ素凝集粒子の熱伝導率は、1000W/m・K以下であってもよい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層100体積%中、上記窒化ホウ素凝集粒子の含有量は、好ましくは20体積%以上、より好ましくは30体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。
上記窒化ホウ素凝集粒子の製造方法としては特に限定されず、噴霧乾燥方法及び流動層造粒方法等が挙げられる。上記窒化ホウ素凝集粒子の製造方法は、噴霧乾燥(スプレードライとも呼ばれる)方法であることが好ましい。噴霧乾燥方法は、スプレー方式によって、二流体ノズル方式、ディスク方式(ロータリ方式とも呼ばれる)、及び超音波ノズル方式等に分類でき、これらのどの方式でも適用できる。全細孔容積をより一層容易に制御できる観点から、超音波ノズル方式が好ましい。
また、窒化ホウ素凝集粒子の製造方法としては、必ずしも造粒工程は必要ではない。窒化ホウ素の結晶の成長に伴い、窒化ホウ素の一次粒子が自然に集結することで形成された窒化ホウ素凝集粒子であってもよい。また、窒化ホウ素凝集粒子の粒子径をそろえるために、粉砕した窒化ホウ素凝集粒子であってもよい。
上記窒化ホウ素凝集粒子は、窒化ホウ素の一次粒子を材料として製造されることが好ましい。上記窒化ホウ素凝集粒子の材料となる窒化ホウ素としては特に限定されず、上述した窒化ホウ素が挙げられる。上記窒化ホウ素凝集粒子の熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、窒化ホウ素凝集粒子の材料となる窒化ホウ素は、六方晶窒化ホウ素であることが好ましい。
窒化ホウ素以外の無機フィラー:
本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素以外の無機フィラーを含む。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーは、絶縁性を有することが好ましい。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーは、絶縁性粒子であることが好ましい。
本発明に係る積層体では、上記絶縁層は、窒化ホウ素以外の無機フィラーを含む。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーは、絶縁性を有することが好ましい。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーは、絶縁性粒子であることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比は、2未満であることが好ましく、1.5以下であることがより好ましい。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比の下限は特に限定されない。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比は、1以上であってもよい。
上記窒化ホウ素以外の無機フィラーのアスペクト比は、長径/短径を示す。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比は、任意に選択された50個の各窒化ホウ素以外の無機フィラーを電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素以外の無機フィラーの長径/短径を測定し、平均値を算出することにより求めることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.5μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは80μm以下である。
上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、窒化ホウ素以外の無機フィラーが真球状である場合には直径を意味し、窒化ホウ素以外の無機フィラーが真球状以外の形状である場合には、窒化ホウ素以外の無機フィラーの体積相当の真球と仮定した際の直径を意味する。
上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、体積基準での粒子径を平均した平均粒子径であることが好ましい。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、マルバーン社製「レーザー回折式粒度分布測定装置」を用いて測定することができる。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、任意に選択された50個の上記窒化ホウ素以外の無機フィラーを電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径を測定し、平均値を算出することにより求めることもできる。電子顕微鏡又は光学顕微鏡での観察では、1個当たりの窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、円相当径での粒子径として求められる。電子顕微鏡又は光学顕微鏡での観察において、任意の50個の窒化ホウ素以外の無機フィラーの円相当径での平均粒子径は、球相当径での平均粒子径とほぼ等しくなる。レーザー回折式粒度分布測定装置を用いた測定では、1個当たりの窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径は、球相当径での粒子径として求められる。
上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料は特に限定されない。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーは、絶縁性フィラーであることが好ましい。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料としては、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化カルシウム、及び酸化マグネシウム等の金属酸化物、窒化アルミニウム、及び窒化チタン等の金属窒化物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、炭酸カルシウム、及び炭酸マグネシウム等の炭酸金属塩、ケイ酸カルシウム等のケイ酸金属塩、水和金属化合物、結晶性シリカ、非結晶性シリカ、並びに炭化ケイ素等が挙げられる。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は炭化ケイ素であることが好ましい。熱伝導性と接着性とを更に一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、又は酸化マグネシウムであることがより好ましく、酸化アルミニウム、又は窒化アルミニウムであることがさらに好ましい。
熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの熱伝導率は、好ましくは10W/m・K以上、より好ましくは20W/m・K以上である。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの熱伝導率の上限は特に限定されない。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの熱伝導率は、300W/m・K以下であってもよく、200W/m・K以下であってもよい。上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの熱伝導率が、上記の好ましい範囲であると、熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高めることができる。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層の金属層側における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量は、上記絶縁層の金属基板側における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量よりも多いことが好ましい。熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、金属層側に位置する絶縁層の厚みの1/2の領域における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量は、上記金属基板側に位置する絶縁層の厚みの1/2の領域における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量よりも多いことが好ましい。
上記絶縁層の金属層側の表面から上記絶縁層の金属基板側の表面に向かって厚み30%の領域(R1)の100体積%中における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量を、第1の含有量とする。上記絶縁層の金属基板側の表面から上記絶縁層の金属層側の表面に向かって厚み70%の領域(R2)の100体積%中における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量を、第2の含有量とする。熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記第1の含有量は、上記第2の含有量よりも多いことが好ましい。上記領域(R1)に、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーが多く含まれることが好ましい。上記領域(R1)は、図3において、第1の表面2aと破線L1との間の領域である。上記領域(R2)は、図3において、第2の表面2bと破線L1との間の領域である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層100体積%中、上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量は、好ましくは3体積%以上、より好ましくは5体積%以上であり、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下、さらに好ましくは45体積%以下である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記領域(R1)100体積%中における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの第1の含有量は、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上であり、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記領域(R2)100体積%中における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの第2の含有量は、好ましくは1体積%以上、より好ましくは3体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは45体積%以下である。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記第1の含有量と上記第2の含有量との差の絶対値は、好ましくは3体積%以上、より好ましくは5体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは40体積%以下である。
上記領域(R1)100体積%中における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの第1の含有量、及び上記領域(R2)100体積%中における上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの第2の含有量は、上記積層体の断面の電子顕微鏡画像から算出することができる。
熱硬化性化合物:
上記絶縁層は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は特に限定されない。上記熱硬化性化合物としては、スチレン化合物、フェノキシ化合物、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記絶縁層は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含むことが好ましい。上記熱硬化性化合物は特に限定されない。上記熱硬化性化合物としては、スチレン化合物、フェノキシ化合物、オキセタン化合物、エポキシ化合物、エピスルフィド化合物、(メタ)アクリル化合物、フェノール化合物、アミノ化合物、不飽和ポリエステル化合物、ポリウレタン化合物、シリコーン化合物及びポリイミド化合物等が挙げられる。上記熱硬化性化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記熱硬化性化合物は、エポキシ化合物、オキセタン化合物、エピスルフィド化合物又はシリコーン化合物を含むことが好ましく、エポキシ化合物を含むことがより好ましい。上記エポキシ化合物は、少なくとも1個のエポキシ基を有する有機化合物である。上記エポキシ化合物は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記エポキシ化合物としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビスフェノールS型エポキシ化合物、グリコール変性エポキシ化合物、グリシジルアミン型エポキシ化合物、フェノールノボラック型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物、ビフェニルノボラック型エポキシ化合物、ビフェノール型エポキシ化合物、ナフタレン型エポキシ化合物、フルオレン型エポキシ化合物、フェノールアラルキル型エポキシ化合物、ナフトールアラルキル型エポキシ化合物、ジシクロペンタジエン型エポキシ化合物、アントラセン型エポキシ化合物、アダマンタン骨格を有するエポキシ化合物、トリシクロデカン骨格を有するエポキシ化合物、ナフチレンエーテル型エポキシ化合物、及びトリアジン核を骨格に有するエポキシ化合物等が挙げられる。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記エポキシ化合物は、ビスフェノールA型エポキシ化合物であることが好ましい。
熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層100体積%中、上記熱硬化性化合物の含有量は、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。熱伝導性と接着性とをより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層100体積%中、上記熱硬化性化合物に由来する成分の含有量は、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上であり、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。
熱硬化剤:
上記絶縁層は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含むことが好ましい。上記熱硬化剤は特に限定されない。上記熱硬化剤として、上記熱硬化性化合物を硬化させることができる熱硬化剤を適宜用いることができる。接着性をより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層では、上記熱硬化剤と上記効果触媒とを併用することが好ましい。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記絶縁層は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含むことが好ましい。上記熱硬化剤は特に限定されない。上記熱硬化剤として、上記熱硬化性化合物を硬化させることができる熱硬化剤を適宜用いることができる。接着性をより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層では、上記熱硬化剤と上記効果触媒とを併用することが好ましい。上記熱硬化剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記熱硬化剤としては、シアネートエステル化合物(シアネートエステル硬化剤)、フェノール化合物(フェノール熱硬化剤)、アミン化合物(アミン熱硬化剤)、チオール化合物(チオール熱硬化剤)、イミダゾール化合物、ホスフィン化合物、酸無水物、活性エステル化合物、及びカルボジイミド化合物等が挙げられる。上記熱硬化剤は、上記エポキシ化合物のエポキシ基と反応可能な官能基を有することが好ましい。
上記シアネートエステル化合物としては、ノボラック型シアネートエステル樹脂、ビスフェノール型シアネートエステル樹脂、並びにこれらが一部三量化されたプレポリマー等が挙げられる。上記ノボラック型シアネートエステル樹脂としては、フェノールノボラック型シアネートエステル樹脂及びアルキルフェノール型シアネートエステル樹脂等が挙げられる。上記ビスフェノール型シアネートエステル樹脂としては、ビスフェノールA型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールE型シアネートエステル樹脂及びテトラメチルビスフェノールF型シアネートエステル樹脂等が挙げられる。
上記フェノール化合物としては、ノボラック型フェノール、ビフェノール型フェノール、ナフタレン型フェノール、ジシクロペンタジエン型フェノール、アラルキル型フェノール及びジシクロペンタジエン型フェノール等が挙げられる。
上記フェノール化合物の市販品としては、ノボラック型フェノール(DIC社製「TD-2091」)、ビフェニルノボラック型フェノール(明和化成社製「MEHC-7851」)、アラルキル型フェノール化合物(明和化成社製「MEH-7800」)、並びにアミノトリアジン骨格を有するフェノール(DIC社製「LA1356」及び「LA3018-50P」)等が挙げられる。
上記アミン化合物としては、ジシアンジアミド等が挙げられる。
上記絶縁層100体積%中、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との合計の含有量は、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは45体積%以下である。上記絶縁層100体積%中、上記熱硬化性化合物及び上記熱硬化剤に由来する成分の合計の含有量は、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは45体積%以下である。上記の合計の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、熱伝導性をより一層効果的に高めることができ、接着性をより一層効果的に高めることができる。上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との含有量比は、熱硬化性化合物が硬化するように適宜選択される。
上記熱硬化性化合物が良好に硬化するように、上記熱硬化剤の含有量は適宜選択される。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記熱硬化剤の含有量は、好ましくは1重量部以上、より好ましくは3重量部以上であり、好ましくは100重量部以下、より好ましくは80重量部以下である。上記熱硬化剤の含有量が、上記下限以上であると、熱硬化性化合物を十分に硬化させることがより一層容易になる。上記熱硬化剤の含有量が、上記上限以下であると、硬化に関与しない余剰な熱硬化剤が発生し難くなる。このため、上記熱硬化剤の含有量が上記下限以上及び上記上限以下であると、硬化物の耐熱性及び接着性がより一層高くなる。
硬化触媒:
上記絶縁層は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含むことが好ましい。上記硬化触媒は特に限定されない。上記硬化触媒は、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との反応において硬化触媒として作用する。また、上記硬化触媒は、上記熱硬化剤を用いない場合に、重合触媒として作用する。接着性をより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層では、上記熱硬化剤と上記硬化触媒とを併用することが好ましい。上記硬化触媒は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記絶縁層は、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含むことが好ましい。上記硬化触媒は特に限定されない。上記硬化触媒は、上記熱硬化性化合物と上記熱硬化剤との反応において硬化触媒として作用する。また、上記硬化触媒は、上記熱硬化剤を用いない場合に、重合触媒として作用する。接着性をより一層効果的に高める観点からは、上記絶縁層では、上記熱硬化剤と上記硬化触媒とを併用することが好ましい。上記硬化触媒は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
上記硬化触媒としては、三級アミン、三級アミン塩、四級オニウム塩、三級ホスフィン、クラウンエーテル錯体、及びホスホニウムイリド等が挙げられる。具体的には、上記硬化触媒としては、イミダゾール化合物、イミダゾール化合物のイソシアヌル酸塩、ジシアンジアミド、ジシアンジアミドの誘導体、メラミン化合物、メラミン化合物の誘導体、ジアミノマレオニトリル、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ビス(ヘキサメチレン)トリアミン、トリエタノールアミン、ジアミノジフェニルメタン、有機酸ジヒドラジド等のアミン化合物、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン-7、3,9-ビス(3-アミノプロピル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、並びに、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリブチルホスフィン及びメチルジフェニルホスフィン等の有機ホスフィン化合物等が挙げられる。
上記熱硬化性化合物が良好に硬化するように、上記硬化触媒の含有量は適宜選択される。上記熱硬化性化合物100重量部に対して、上記硬化触媒の含有量は、好ましくは0.05重量部以上、より好ましくは0.1重量部以上であり、好ましくは10重量部以下、より好ましくは5重量部以下である。上記硬化触媒の含有量が、上記下限以上及び上記上限以下であると、上記熱硬化性化合物を良好に硬化させることができる。
他の成分:
上記絶縁層は、上述した成分の他に、分散剤、キレート剤、酸化防止剤等の熱伝導性シート及び積層体等に一般に用いられる他の成分を含んでいてもよい。
上記絶縁層は、上述した成分の他に、分散剤、キレート剤、酸化防止剤等の熱伝導性シート及び積層体等に一般に用いられる他の成分を含んでいてもよい。
(金属基板)
上記金属基板の熱伝導率は、好ましくは10W/m・K以上である。上記金属基板としては、適宜の材料を用いることができる。上記金属基板は、金属材を用いることが好ましい。上記金属材としては、金属箔及び金属板等が挙げられる。上記金属基板は、上記金属箔又は上記金属板であることが好ましく、上記金属板であることがより好ましい。
上記金属基板の熱伝導率は、好ましくは10W/m・K以上である。上記金属基板としては、適宜の材料を用いることができる。上記金属基板は、金属材を用いることが好ましい。上記金属材としては、金属箔及び金属板等が挙げられる。上記金属基板は、上記金属箔又は上記金属板であることが好ましく、上記金属板であることがより好ましい。
上記金属材の材料としては、アルミニウム、銅、金、銀、及びグラファイトシート等が挙げられる。熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属材の材料は、アルミニウム、銅、又は金であることが好ましく、アルミニウム又は銅であることがより好ましい。
(金属層)
上記金属層の材料は特に限定されない。上記金属層の材料としては、金、銀、パラジウム、銅、白金、亜鉛、鉄、錫、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、タリウム、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素、タングステン、モリブデン及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記合金としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)及びはんだ等が挙げられる。熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属層の材料は、アルミニウム、銅又は金であることが好ましく、アルミニウム又は銅であることがより好ましい。
上記金属層の材料は特に限定されない。上記金属層の材料としては、金、銀、パラジウム、銅、白金、亜鉛、鉄、錫、鉛、アルミニウム、コバルト、インジウム、ニッケル、クロム、チタン、アンチモン、ビスマス、タリウム、ゲルマニウム、カドミウム、ケイ素、タングステン、モリブデン及びこれらの合金等が挙げられる。また、上記合金としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)及びはんだ等が挙げられる。熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属層の材料は、アルミニウム、銅又は金であることが好ましく、アルミニウム又は銅であることがより好ましい。
本発明に係る積層体では、上記金属層はパターン状であり、パターン形成された金属層である。金属層をパターン状にする方法は特に限定されない。金属層をパターン状にする方法としては、金属層を形成した後、該金属層の一部を除去し、パターン状にする方法が挙げられる。上記金属層を形成する方法としては、無電解めっきによる方法、電気めっきによる方法、及び上記絶縁層と金属箔とを加熱圧着する方法等が挙げられる。金属層の形成が簡便であるので、上記絶縁層と金属箔とを加熱圧着する方法が好ましい。金属層をパターン状にする方法としては、エッチング等が挙げられる。
図1は、本発明の一実施形態に係る積層体を模式的に示す断面図である。なお、図1では、図示の便宜上、実際の大きさ及び厚みとは異なっている。
図1に示す積層体1は、絶縁層2と、金属層3と、金属基板4とを備える。絶縁層2、金属層3、及び金属基板4は、上述した絶縁層、金属層、及び金属基板である。
絶縁層2は、一方の表面2a(第1の表面)と、他方の表面2b(第2の表面)とを有する。金属層3は、一方の表面3a(第1の表面)と、他方の表面3b(第2の表面)とを有する。金属基板4は、一方の表面4a(第1の表面)と、他方の表面4b(第2の表面)とを有する。
絶縁層2の一方の表面2a(第1の表面)側に、金属層3が積層されている。絶縁層2の他方の表面2b(第2の表面)側に、金属基板4が積層されている。金属層3の他方の表面3b(第2の表面)側に、絶縁層2が積層されている。金属基板4の一方の表面4a(第1の表面)側に、絶縁層2が積層されている。金属層3と金属基板4との間に絶縁層2が配置されている。
上記積層体の製造方法は、特に限定されない。上記積層体の製造方法としては、上記金属基板と、上記絶縁層と、上記金属層とを積層し、真空プレス等により加熱圧着する方法等が挙げられる。
図4(a)~(c)は、本発明に係る積層体を製造する方法の一例の各工程を説明するための模式図である。なお、図4(b)中の矢印は積層方向である。
図4(a)に示すように、離型フィルム33上に、熱硬化性化合物及び熱硬化剤等に窒化ホウ素12及び窒化ホウ素以外の無機フィラー13を分散した第1の硬化性材料34を塗布した第1の絶縁層材料31を用意する。また、離型フィルム33上に、熱硬化性化合物及び熱硬化剤等に窒化ホウ素12及び窒化ホウ素以外の無機フィラー13を分散した第2の硬化性材料35を塗布した第2の絶縁層材料32を用意する。第1の硬化性材料34と第2の硬化性材料35とは同一の組成であってもよく、異なる組成であってもよい。第1の硬化性材料34及び第2の硬化性材料35は、離型フィルム33上に塗布された後に加熱等によって半硬化状態にあることが好ましく、半硬化物であることが好ましい。第1の絶縁層材料31及び第2の絶縁層材料32は、加熱等によって半硬化状態にあることが好ましく、半硬化物であることが好ましい。上記半硬化物は、完全に硬化しておらず、硬化がさらに進行され得る。
上記絶縁層材料中では、上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの比重が上記熱硬化性化合物等の比重よりも大きいため、上記絶縁層材料中の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーに分布が生じる。上記絶縁層材料の空気界面側(上記絶縁層材料の離型フィルム側とは反対側)の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度よりも、上記絶縁層材料の離型フィルム側の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高くなる。上記窒化ホウ素の比重よりも上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの比重が大きい場合には、上記絶縁層材料の空気界面側の上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度よりも、上記絶縁層材料の離型フィルム側の上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高くなる。
次に、図4(b)に示すように、金属基板4、第2の絶縁層材料、第1の絶縁層材料及び金属層3を積層してプレスすることで、図4(c)に示すように、本発明に係る積層体1を得ることができる。
具体的には、図4(b)に示すように、金属基板4に、第2の絶縁層材料32を空気界面側から積層し、離型フィルムを剥がす。次に、第2の絶縁層材料32に、第1の絶縁層材料31を空気界面側から積層して、第1,2の絶縁層材料を張り合わせて、離型フィルムを剥がす。次に、第1の絶縁層材料31に、金属層3を積層してプレスすることで、絶縁層材料の界面がなくなり絶縁層が形成される。次いで、エッチングにより金属層をパターン状にし、絶縁層上の一部の領域に、金属層がない開口部を形成することで、本発明に係る積層体1を得ることができる。上記絶縁層は、連続した層である。
本発明に係る積層体では、上記絶縁層材料の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高い面と、上記絶縁層材料の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が低い面とを張り合わせている。上記絶縁層材料の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高い面と、上記絶縁層材料の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が低い面とを張り合わせることで、熱伝導率の低い空気を押し出すことで熱伝導率を高めることができ、ボイド等の空隙を抑制することで絶縁特性を高めることができる。
上記絶縁層材料の上記窒化ホウ素及び上記窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高い面同士を張り合わせる場合には、界面部分において樹脂が不足しやすくなりボイド等の空隙の発生により絶縁特性を高めることが困難となる。また、界面部分の樹脂が不足していることに起因して界面剥離が生じやすくなり接着性を高めることが困難となる。
本実施形態に係る積層体1では、絶縁層2は、硬化物部11と、窒化ホウ素12と、窒化ホウ素以外の無機フィラー13とを含む。窒化ホウ素12及び窒化ホウ素以外の無機フィラー13は、上述した窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーである。
本実施形態に係る積層体1では、硬化物部11は、熱硬化性化合物が硬化した部分である。硬化物部11は、熱硬化性化合物と熱硬化剤とが硬化した部分であってもよく、熱硬化性化合物と熱硬化剤と硬化触媒とが硬化した部分であってもよく、熱硬化性化合物と硬化触媒とが硬化した部分であってもよい。
上記積層体は、熱伝導性及び機械的強度等が高いことが求められる様々な用途に用いることができる。上記積層体は、上記金属層の上記絶縁層側とは反対側の表面上に、半導体チップを配置して用いられることが好ましい。上記積層体は、例えば、電子機器において、発熱部品と放熱部品との間に配置されて用いられる。例えば、上記積層体は、CPUとフィンとの間に設置される放熱体、又は電気自動車のインバーター等で利用されるパワーカードの放熱体として用いられる。また、上記積層体のパターン状の金属層は、回路として作用することができるので、上記積層体を絶縁回路基板として用いることができる。
(電子装置)
本発明に係る電子装置は、上述した積層体と、半導体チップとを備える。上記半導体チップは、上記積層体における上記金属層の上記絶縁層側とは反対側の表面上に配置されている。上記半導体チップは、接続導電部を介して、上記金属層の表面上に積層されていてもよい。上記積層体は、半導体チップが積層された電子装置を得るために好適に用いることができる。
本発明に係る電子装置は、上述した積層体と、半導体チップとを備える。上記半導体チップは、上記積層体における上記金属層の上記絶縁層側とは反対側の表面上に配置されている。上記半導体チップは、接続導電部を介して、上記金属層の表面上に積層されていてもよい。上記積層体は、半導体チップが積層された電子装置を得るために好適に用いることができる。
図2は、本発明の一実施形態に係る積層体を用いた電子装置の一例を模式的に示す断面図である。なお、図2では、図示の便宜上、実際の大きさ及び厚みとは異なっている。
図2に示す電子装置21は、絶縁層2と、金属層3と、金属基板4とを備える。電子装置21では、図1に示す積層体1が用いられている。図2では、図示の便宜上、絶縁層2に含まれる硬化物部11と、窒化ホウ素12と、窒化ホウ素以外の無機フィラー13とは省略されている。
図2に示す電子装置21は、上記の構成の他に、接続導電部5と、半導体チップ6と、リード7と、ワイヤ(金属配線)8と、封止樹脂9とを備える。リード7は、電極を有する。
接続導電部5は、一方の表面5a(第1の表面)と、他方の表面5b(第2の表面)とを有する。半導体チップ6は、一方の表面6a(第1の表面)と、他方の表面6b(第2の表面)とを有する。
接続導電部5の一方の表面5a(第1の表面)側に、半導体チップ6が積層されている。接続導電部5の他方の表面5b(第2の表面)側に、金属層3が積層されている。半導体チップ6の他方の表面6b(第2の表面)側に、接続導電部5が積層されている。半導体チップ6と金属層3との間に接続導電部5が配置されている。半導体チップ6は、接続導電部5によって、金属層3の一方の表面3a(第1の表面)側に固定されている。上記固定されている半導体チップの個数は、1個であってもよく、2個以上であってもよい。上記接続導電部は、銀ペーストにより形成されていてもよく、はんだにより形成されていてもよい。上記金属層は、エッチング等によってパターン状に形成されている。
本実施形態に係る電子装置21では、半導体チップ6の一方の表面6a(第1の表面)及び他方の表面6b(第2の表面)に回路パターン(図示せず)が形成されている。半導体チップ6の一方の表面6a(第1の表面)に形成された回路パターンは、ワイヤ8を介して、リード7の電極に対して電気的に接続されている。
金属層3は、金属により形成されているため、ヒートシンクとして機能する場合がある。金属層3と金属基板4とは、同一の材料で形成されていてもよい。金属層3と金属基板4とは、銅で形成されていてもよい。
封止樹脂9は、半導体チップ6と、接続導電部5と、金属層3と、ワイヤ8と、リード7の一部とを内部に封止している。リード7は、封止樹脂9の側面から、封止樹脂9の外部に突出している部分を有する。絶縁層2の一方の表面2a(第1の表面)側に、封止樹脂9が積層されている。絶縁層2及び金属基板4は、封止樹脂9により封止されておらず、封止樹脂9の外部に露出している。
熱伝導性をより一層効果的に高める観点からは、上記金属基板の他方の表面(第2の表面)側に、放熱フィンが設置されていてもよい。
上記電子装置の具体例としては、半導体パッケージ等が挙げられる。上記電子装置は、上記半導体パッケージに限定されない。
以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにする。本発明は以下の実施例に限定されない。
熱硬化性化合物:
(1)三菱化学社製「エピコート828US」、エポキシ化合物
(1)三菱化学社製「エピコート828US」、エポキシ化合物
熱硬化剤:
(1)東京化成工業社製「ジシアンジアミド」
(2)四国化成工業社製「2MZA-PW」、イソシアヌル変性固体分散型イミダゾール
(1)東京化成工業社製「ジシアンジアミド」
(2)四国化成工業社製「2MZA-PW」、イソシアヌル変性固体分散型イミダゾール
窒化ホウ素:
(1)昭和電工社製「UHP-G1H」、平均アスペクト比:11、平均長径:3.2μm、粒子径:35μm
(1)昭和電工社製「UHP-G1H」、平均アスペクト比:11、平均長径:3.2μm、粒子径:35μm
窒化ホウ素以外の無機フィラー:
(1)昭和電工社製「A20S」、平均アスペクト比:1、粒子径:20μm、酸化アルミニウム
(2)アドマテックス社製「AO-502」、平均アスペクト比:1、粒子径:0.7μm、酸化アルミニウム
(3)河合石灰工業社製「BMF-B」、平均アスペクト比:30、粒子径:5μm、酸化アルミニウム
(4)宇部マテリアルズ社製「RF-10C」、平均アスペクト比:1、粒子径:10μm、酸化マグネシウム
(5)ThruTek社製「ALN200SF」、平均アスペクト比:1、粒子径:20μm、窒化アルミニウム
(1)昭和電工社製「A20S」、平均アスペクト比:1、粒子径:20μm、酸化アルミニウム
(2)アドマテックス社製「AO-502」、平均アスペクト比:1、粒子径:0.7μm、酸化アルミニウム
(3)河合石灰工業社製「BMF-B」、平均アスペクト比:30、粒子径:5μm、酸化アルミニウム
(4)宇部マテリアルズ社製「RF-10C」、平均アスペクト比:1、粒子径:10μm、酸化マグネシウム
(5)ThruTek社製「ALN200SF」、平均アスペクト比:1、粒子径:20μm、窒化アルミニウム
(窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比)
窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比を以下のようにして測定した。
窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比を以下のようにして測定した。
窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比の測定方法:
任意に選択された50個の窒化ホウ素又は窒化ホウ素以外の無機フィラーを電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素又は各窒化ホウ素以外の無機フィラーの長径/短径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
任意に選択された50個の窒化ホウ素又は窒化ホウ素以外の無機フィラーを電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素又は各窒化ホウ素以外の無機フィラーの長径/短径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
(窒化ホウ素の平均長径)
窒化ホウ素の平均長径を以下のようにして測定した。
窒化ホウ素の平均長径を以下のようにして測定した。
窒化ホウ素の平均長径の測定方法:
任意に選択された50個の各窒化ホウ素を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素の長径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
任意に選択された50個の各窒化ホウ素を電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素の長径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
(窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径)
窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径を以下のようにして測定した。
窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径を以下のようにして測定した。
窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径の測定方法:
任意に選択された50個の各窒化ホウ素以外の無機フィラーを電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
任意に選択された50個の各窒化ホウ素以外の無機フィラーを電子顕微鏡又は光学顕微鏡にて観察し、各窒化ホウ素以外の無機フィラーの粒子径を測定し、平均値を算出することにより求めた。
(実施例1)
(1)第1,2の硬化性材料の作製
熱硬化性化合物と熱硬化剤とを、三菱化学社製「エピコート828US」100重量部に対して、東京化成工業社製「ジシアンジアミド」10重量部、四国化成工業社製「2MZA-PW」1重量部となるように配合した。次に、下記の表1に示す窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーを下記の表1に示す含有量(体積%)で配合した。次いで、メチルエチルケトンで適宜希釈し、遊星式攪拌機を用いて500rpmで25分間攪拌することにより、第1,2の硬化性材料を得た。
(1)第1,2の硬化性材料の作製
熱硬化性化合物と熱硬化剤とを、三菱化学社製「エピコート828US」100重量部に対して、東京化成工業社製「ジシアンジアミド」10重量部、四国化成工業社製「2MZA-PW」1重量部となるように配合した。次に、下記の表1に示す窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーを下記の表1に示す含有量(体積%)で配合した。次いで、メチルエチルケトンで適宜希釈し、遊星式攪拌機を用いて500rpmで25分間攪拌することにより、第1,2の硬化性材料を得た。
(2)積層体の作製
得られた第1の硬化性材料を離型PETシート(厚み50μm)上に、厚み120μmになるように塗工し、50℃のオーブン内で20分間乾燥して第1の絶縁層材料を形成した。次に、得られた第2の硬化性材料を離型PETシート(厚み50μm)上に、厚み280μmになるように塗工し、50℃のオーブン内で20分間乾燥して第2の絶縁層材料を形成した。このとき、絶縁層材料中では、窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの比重が熱硬化性化合物等よりも大きいため、絶縁層材料中の窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーに分布が生じた。また、窒化ホウ素の比重よりも窒化ホウ素以外の無機フィラーの比重が大きいので、絶縁層材料の空気界面側の窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度よりも、絶縁層材料の離型フィルム側の窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高くなった。
得られた第1の硬化性材料を離型PETシート(厚み50μm)上に、厚み120μmになるように塗工し、50℃のオーブン内で20分間乾燥して第1の絶縁層材料を形成した。次に、得られた第2の硬化性材料を離型PETシート(厚み50μm)上に、厚み280μmになるように塗工し、50℃のオーブン内で20分間乾燥して第2の絶縁層材料を形成した。このとき、絶縁層材料中では、窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの比重が熱硬化性化合物等よりも大きいため、絶縁層材料中の窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーに分布が生じた。また、窒化ホウ素の比重よりも窒化ホウ素以外の無機フィラーの比重が大きいので、絶縁層材料の空気界面側の窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度よりも、絶縁層材料の離型フィルム側の窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高くなった。
その後、アルミニウム板(厚み:1.0mm)に、第2の絶縁層材料の空気界面側から積層して離型PETシートを剥がした。次に、第2の絶縁層材料に、第1の絶縁層材料の空気界面側から積層して、第1,2の絶縁層材料を張り合わせて、離型PETシートを剥がした。次に、第1の絶縁層材料の離型PETシートを剥がした側、即ち窒化ホウ素以外の無機フィラーの濃度が高い側に銅板(厚み:500μm)を積層して、温度200℃、圧力10MPaの条件で真空プレスした。プレスにより、第1,2の絶縁層材料の界面がなくなり絶縁層が形成された。次いで、エッチングにより銅板をパターン状にし、絶縁層上の一部の領域に、金属層がない開口部を形成した。このようにして積層体を作製した。得られた積層体において、絶縁層は、第1の絶縁層材料の硬化物と第2の絶縁層材料の硬化物とにより形成されており、連続した層であった。得られた積層体において、絶縁層は、第1の硬化性材料の硬化物と第2の硬化性材料の硬化物とにより形成された。得られた積層体の絶縁層の厚みは245μmであった。
(実施例2~11、比較例1~3)
窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの種類及び含有量(体積%)、並びに積層体の絶縁層の厚みを下記の表1~3に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、第1の硬化性材料、第2の硬化性材料及び積層体を作製した。
窒化ホウ素及び窒化ホウ素以外の無機フィラーの種類及び含有量(体積%)、並びに積層体の絶縁層の厚みを下記の表1~3に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、第1の硬化性材料、第2の硬化性材料及び積層体を作製した。
(評価)
(1)窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量
得られた積層体の断面をクロスセクションポリッシャー(日本電子社製「IB-19500CP」)にて平滑に加工し、加工後の積層体の断面を電界放出形走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製「S-4800」)で観察した。エネルギー分散型X線分光器(日立ハイテクノロジーズ社製「S-4800EN-EDS」)により窒化ホウ素以外の無機フィラーを特定した。得られた電子顕微鏡画像から、絶縁性シート(絶縁層)の第1の表面から絶縁性シートの第2の表面に向かって厚み30%の領域の100体積%中における窒化ホウ素以外の無機フィラーの第1の含有量を算出した。また、絶縁性シート(絶縁層)の第2の表面から絶縁性シートの第1の表面に向かって厚み70%の領域の100体積%中における窒化ホウ素以外の無機フィラーの第2の含有量を算出した。
(1)窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量
得られた積層体の断面をクロスセクションポリッシャー(日本電子社製「IB-19500CP」)にて平滑に加工し、加工後の積層体の断面を電界放出形走査電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製「S-4800」)で観察した。エネルギー分散型X線分光器(日立ハイテクノロジーズ社製「S-4800EN-EDS」)により窒化ホウ素以外の無機フィラーを特定した。得られた電子顕微鏡画像から、絶縁性シート(絶縁層)の第1の表面から絶縁性シートの第2の表面に向かって厚み30%の領域の100体積%中における窒化ホウ素以外の無機フィラーの第1の含有量を算出した。また、絶縁性シート(絶縁層)の第2の表面から絶縁性シートの第1の表面に向かって厚み70%の領域の100体積%中における窒化ホウ素以外の無機フィラーの第2の含有量を算出した。
(2)熱伝導率
得られた積層体を1cm角にカットした後、両面にカーボンブラックをスプレーすることで測定サンプルを作製した。得られた測定サンプルを用いて、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を算出した。熱伝導率は、比較例1の値を1.0とした相対値を算出し、以下の基準で判定した。
得られた積層体を1cm角にカットした後、両面にカーボンブラックをスプレーすることで測定サンプルを作製した。得られた測定サンプルを用いて、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を算出した。熱伝導率は、比較例1の値を1.0とした相対値を算出し、以下の基準で判定した。
[熱伝導率の判定基準]
○○:比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が1.5以上
○:比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が1.0を超え1.5未満
△:比較例1(1.0)、又は、比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が比較例1(1.0)と同等
×:比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が1.0未満
○○:比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が1.5以上
○:比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が1.0を超え1.5未満
△:比較例1(1.0)、又は、比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が比較例1(1.0)と同等
×:比較例1の熱伝導率を1.0としたとき、熱伝導率が1.0未満
(3)90度ピール強度(引きはがし強さ)
得られた積層体を50mm×120mmの大きさに切り出して、テストサンプルを得た。得られたテストサンプルの中央幅10mmの銅板が残るように銅板を剥がし、中央幅10mmの銅板に対して、JIS C 6481に準拠して、銅板の引きはがし強さを測定した。上記ピール強度測定装置としては、オリエンテック社製「テンシロン万能試験機」を用いた。20個のテストサンプルについて、銅板の引きはがし強さを測定し、20個の90度ピール強度の測定値を得た。20個の90度ピール強度の測定値の平均値を、90度ピール強度とした。90度ピール強度は、比較例1の値を1.0とした相対値を算出し、以下の基準で判定した。
得られた積層体を50mm×120mmの大きさに切り出して、テストサンプルを得た。得られたテストサンプルの中央幅10mmの銅板が残るように銅板を剥がし、中央幅10mmの銅板に対して、JIS C 6481に準拠して、銅板の引きはがし強さを測定した。上記ピール強度測定装置としては、オリエンテック社製「テンシロン万能試験機」を用いた。20個のテストサンプルについて、銅板の引きはがし強さを測定し、20個の90度ピール強度の測定値を得た。20個の90度ピール強度の測定値の平均値を、90度ピール強度とした。90度ピール強度は、比較例1の値を1.0とした相対値を算出し、以下の基準で判定した。
[90度ピール強度(引きはがし強さ)の判定基準]
○○:比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が1.5以上
○:比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が1.0を超え1.5未満
△:比較例1(1.0)、又は、比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が比較例1(1.0)と同等
×:比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が1.0未満
○○:比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が1.5以上
○:比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が1.0を超え1.5未満
△:比較例1(1.0)、又は、比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が比較例1(1.0)と同等
×:比較例1の90度ピール強度を1.0としたとき、90度ピール強度が1.0未満
詳細及び結果を下記の表1~3に示す。
1…積層体
2…絶縁層
2a…一方の表面(第1の表面)
2b…他方の表面(第2の表面)
3…金属層
3a…一方の表面(第1の表面)
3b…他方の表面(第2の表面)
4…金属基板
4a…一方の表面(第1の表面)
4b…他方の表面(第2の表面)
5…接続導電部
5a…一方の表面(第1の表面)
5b…他方の表面(第2の表面)
6…半導体チップ
6a…一方の表面(第1の表面)
6b…他方の表面(第2の表面)
7…リード
8…ワイヤ(金属配線)
9…封止樹脂
11…硬化物部(熱硬化性化合物が硬化した部分)
12…窒化ホウ素
13…窒化ホウ素以外の無機フィラー
21…電子装置
31…第1の絶縁層材料
32…第2の絶縁層材料
33…離型フィルム
34…第1の硬化性材料
35…第2の硬化性材料
2…絶縁層
2a…一方の表面(第1の表面)
2b…他方の表面(第2の表面)
3…金属層
3a…一方の表面(第1の表面)
3b…他方の表面(第2の表面)
4…金属基板
4a…一方の表面(第1の表面)
4b…他方の表面(第2の表面)
5…接続導電部
5a…一方の表面(第1の表面)
5b…他方の表面(第2の表面)
6…半導体チップ
6a…一方の表面(第1の表面)
6b…他方の表面(第2の表面)
7…リード
8…ワイヤ(金属配線)
9…封止樹脂
11…硬化物部(熱硬化性化合物が硬化した部分)
12…窒化ホウ素
13…窒化ホウ素以外の無機フィラー
21…電子装置
31…第1の絶縁層材料
32…第2の絶縁層材料
33…離型フィルム
34…第1の硬化性材料
35…第2の硬化性材料
Claims (9)
- 金属基板と、前記金属基板の一方の表面に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記金属基板側とは反対側の表面に積層されたパターン状の金属層とを備え、
前記金属層の厚みが、300μm以上であり、
前記絶縁層が、窒化ホウ素と、窒化ホウ素以外の無機フィラーとを含む、積層体。 - 前記窒化ホウ素の平均アスペクト比が、2以上であり、
前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの平均アスペクト比が、2未満である、請求項1に記載の積層体。 - 前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの材料が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、又は炭化ケイ素である、請求項1又は2に記載の積層体。
- 前記絶縁層の金属層側における前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量が、前記絶縁層の金属基板側における前記窒化ホウ素以外の無機フィラーの含有量よりも多い、請求項1~3のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記絶縁層が、前記窒化ホウ素を、窒化ホウ素凝集粒子として含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記絶縁層が、熱硬化性化合物と、熱硬化剤又は硬化触媒とを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記熱硬化性化合物が、エポキシ化合物、オキセタン化合物、エピスルフィド化合物又はシリコーン化合物を含む、請求項6に記載の積層体。
- 前記金属層の前記絶縁層側とは反対側の表面上に、半導体チップを配置して用いられる、請求項1~7のいずれか1項に記載の積層体。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の積層体と、
前記積層体における前記金属層の前記絶縁層側とは反対側の表面上に配置された半導体チップとを備える、電子装置。
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