WO2019229962A1 - 樹脂組成物、樹脂部材、樹脂シート、bステージシート、cステージシート、樹脂付金属箔、金属基板及びパワー半導体装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a resin composition, a resin member, a resin sheet, a B stage sheet, a C stage sheet, a metal foil with resin, a metal substrate, and a power semiconductor device.
- a member (resin member) containing a resin for the purpose of electrical insulation or the like is used.
- the amount of heat generation tends to increase with the downsizing and high output of electronic component devices, and how to dissipate the generated heat has become an important issue.
- the resin has a property of being inferior in thermal conductivity while being excellent in insulation. Then, development of the technique which provides the heat conductivity excellent in the resin member is advanced (for example, refer patent document 1 and patent document 2).
- the thermal conductivity of the resin member is improved by using a resin composition in which a specific filler is blended with an epoxy resin.
- the heat conductivity of the resin member is improved by using a resin composition containing an epoxy resin having a mesogen structure in the molecule as an insulating material.
- connection reliability may be impaired. Therefore, development of a material capable of forming a resin member that can obtain good connection reliability while maintaining sufficient thermal conductivity is desired.
- a resin composition capable of forming a resin member capable of obtaining good connection reliability while maintaining sufficient thermal conductivity, and a resin member using the resin composition, It is an object to provide a resin sheet, a B stage sheet, a C stage sheet, a metal foil with resin, a metal substrate, and a power semiconductor device.
- Means for solving the above problems include the following embodiments.
- ⁇ 5> A resin composition containing an epoxy resin containing an acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms.
- ⁇ 6> A resin member comprising a cured product of the resin composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>.
- ⁇ 7> A resin sheet comprising the resin composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>.
- a C stage sheet comprising a cured product of the resin sheet according to ⁇ 7>.
- a metal substrate comprising a metal support, a cured product of the resin sheet according to ⁇ 7> disposed on the metal support, and a metal foil disposed on the cured product.
- a power semiconductor device comprising: a cured sheet.
- a resin composition capable of forming a resin member that can obtain good connection reliability while maintaining sufficient thermal conductivity, and a resin member, a resin sheet using the resin composition, A B stage sheet, a C stage sheet, a metal foil with resin, a metal substrate, and a power semiconductor device are provided.
- the present invention is not limited to the following embodiments.
- the components including element steps and the like are not essential unless otherwise specified.
- the term “process” includes a process that is independent of other processes and includes the process if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from the other processes.
- numerical ranges indicated using “to” include numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
- each component may contain a plurality of corresponding substances.
- the content or content of each component is the total content or content of the multiple types of substances present in the composition unless otherwise specified. Means quantity.
- a plurality of particles corresponding to each component may be included.
- the particle diameter of each component means a value for a mixture of the plurality of particles present in the composition unless otherwise specified.
- the term “layer” refers to a case where the layer is formed only in a part of the region in addition to the case where the layer is formed over the entire region. included.
- the term “lamination” indicates that layers are stacked, and two or more layers may be combined, or two or more layers may be detachable.
- the configuration of the embodiment is not limited to the configuration shown in the drawings.
- size of the member in each figure is notional, The relative relationship of the magnitude
- the resin composition of this embodiment is a resin composition having a thermal conductivity of 5 W / (m ⁇ K) or more in a cured state and a storage elastic modulus of 8 GPa or less.
- connection reliability of the resin member can be maintained well by appropriately adjusting the storage elastic modulus of the resin member.
- the resin composition of the present disclosure has been made based on this finding. That is, since the resin composition of the present disclosure has a storage elastic modulus in a cured state of 8 GPa or less, a resin member using a cured product exhibits good connection reliability. Furthermore, the resin composition of the present disclosure has a thermal conductivity of 5 W / (m ⁇ K) or more in a cured state. For this reason, the hardened
- the storage elastic modulus of the cured resin composition is not particularly limited as long as it is 8 GPa or less. For example, it is preferably 5 GPa or less, and more preferably 2 GPa or less.
- the storage elastic modulus of the resin composition in a cured state is measured by the method described in Examples described later.
- the thermal conductivity of the cured resin composition is not particularly limited as long as it is 5 W / (m ⁇ K) or more, and can be selected according to the use of the resin composition. For example, it may be 8 W / (m ⁇ K) or more, or 10 W / (m ⁇ K) or more.
- the thermal conductivity of the resin composition in a cured state is measured by the method described in Examples described later.
- the resin composition includes a resin.
- the kind of resin is not particularly limited, and examples thereof include thermosetting resins and thermoplastic trees.
- the resin may be a combination of a thermosetting resin and a curing agent.
- the resin composition preferably contains a thermosetting resin.
- the thermosetting resin include an epoxy resin, a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, a urethane resin, a silicone resin, and an unsaturated polyester resin.
- the thermoplastic and thermosetting properties such as an acrylic resin containing an epoxy group, is included in the “thermosetting resin”.
- the resin contained in the resin composition may be one type or two or more types.
- the resin composition preferably contains an epoxy resin from the viewpoints of electrical insulation and heat resistance.
- the kind in particular of epoxy resin is not restrict
- the epoxy resin is at least one selected from the group consisting of phenol compounds such as phenol, cresol, xylenol, resorcin, catechol, bisphenol A and bisphenol F, and naphthol compounds such as ⁇ -naphthol, ⁇ -naphthol and dihydroxynaphthalene.
- a novolak-type epoxy resin obtained by epoxidizing a novolak resin obtained by condensation or co-condensation of various phenolic compounds and aliphatic aldehyde compounds such as formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, etc.
- the resin composition may include an epoxy resin containing an acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms (hereinafter also referred to as a specific epoxy resin).
- the storage elastic modulus can be reduced while maintaining the thermal conductivity in the cured state by including the specific epoxy resin in the resin composition.
- the storage elastic modulus is reduced because the molecular structure of the specific epoxy resin is relatively flexible by including an acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms.
- the acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms acts to enhance the molecular orientation in the cured product, and the thermal conductivity is maintained.
- the acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms which the specific epoxy resin has may have a branch or a substituent.
- the number of carbon atoms contained in the branch or substituent is not included in the “carbon number” of the acyclic alkylene group.
- the acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms preferably has no branch or substituent.
- the carbon number of the acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms in the specific epoxy resin is not particularly limited as long as it is 4 or more. For example, it may be in the range of 4-8. Further, the number of acyclic alkylene groups having 4 or more carbon atoms in the specific epoxy resin is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 5 or 2 to 4.
- the number of epoxy groups that the specific epoxy resin has is not particularly limited.
- the number is preferably 2 or more, more preferably 2 in one molecule.
- the specific epoxy resin may be an epoxy resin represented by the following general formula (1) or general formula (2).
- n is 1 to 30.
- n is 1 to 30.
- the weight average molecular weight (Mw) of the specific epoxy resin is preferably 600 or more, more preferably 700 or more, More preferably, it is 800 or more. Further, the number average molecular weight (Mn) of the specific epoxy resin is preferably 50 or more, more preferably 100 or more, and further preferably 150 or more.
- the weight average molecular weight (Mw) of the specific epoxy resin is preferably 20000 or less, more preferably 15000 or less, and even more preferably 10,000 or less.
- the number average molecular weight (Mn) of the specific epoxy resin is preferably 1000 or less, more preferably 800 or less, and further preferably 500 or less.
- the weight average molecular weight and the number average molecular weight of the specific epoxy resin refer to values measured by gel permeation chromatography (GPC).
- GPC gel permeation chromatography
- Tosoh Corporation G2000HXL and 3000HXL are used for the GPC column for analysis
- tetrahydrofuran is used for the mobile phase
- the sample concentration is 0.2 mass%
- the flow rate is 1.0 mL / min.
- a calibration curve is created using a polystyrene standard sample, and Mw and Mn are calculated in terms of polystyrene.
- the epoxy equivalent of the specific epoxy resin is preferably 300 g / eq to 2000 g / eq, more preferably 350 g / eq to 1700 g / eq, and further preferably 350 g / eq to 1500 g / eq.
- the epoxy equivalent of the specific epoxy resin is a value measured by a perchloric acid titration method.
- the epoxy resin may include only the specific epoxy resin or may include a specific epoxy resin and an epoxy resin that does not correspond to the specific epoxy resin.
- the ratio of the specific epoxy resin in the entire epoxy resin is preferably 50% by mass or more, and preferably 70% by mass or more. More preferably, it is more preferably 90% by mass or more.
- the resin composition may contain a curing agent.
- curing agent is not restrict
- Examples of the curing agent when the resin composition contains an epoxy resin include phenol curing agents, amine curing agents, acid anhydride curing agents, polymercaptan curing agents, polyaminoamide curing agents, isocyanate curing agents, and blocked isocyanate curing agents. It is done. Of these, phenol curing agents and amine curing agents are preferred.
- curing agent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the phenol curing agent examples include monofunctional phenol compounds such as phenol, o-cresol, m-cresol, and p-cresol, bifunctional phenol compounds such as catechol, resorcinol, and hydroquinone, 1,2,3-triol, and the like. Trifunctional phenolic compounds such as hydroxybenzene, 1,2,4-trihydroxybenzene, 1,3,5-trihydroxybenzene, etc., and phenol resins obtained by linking (novolacizing) these phenolic compounds with methylene chains, etc. Etc.
- phenol resin examples include phenol novolak resin, cresol novolak resin, catechol novolak resin, resorcinol novolak resin, hydroquinone novolak resin, etc.
- examples thereof include phenolic resins obtained by novolacizing two or more phenolic compounds such as novolak resins.
- the amine curing agent is preferably a compound having two or more functional groups (active hydrogen) from the viewpoint of curability, and is further a compound having a rigid skeleton such as an aromatic ring from the viewpoint of thermal conductivity. Is more preferable.
- bifunctional amine curing agent examples include 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, 4,4′-diamino-3,3′-dimethoxy.
- thermo conductivity it is preferably at least one selected from the group consisting of 4,4′-diaminodiphenylmethane, 1,5-diaminonaphthalene and 4,4′-diaminodiphenylsulfone, More preferred is 5-diaminonaphthalene.
- the curing agent is a compound having a biphenyl aralkyl skeleton (hereinafter also referred to as a biphenyl aralkyl type curing agent), and an aromatic ring carbon atom. It is selected from the group consisting of a phenol resin having an alkyl group having 4 or more carbon atoms directly bonded to an allyl group or an aromatic ring carbon atom (hereinafter also referred to as an allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent). It is preferable that at least one kind (hereinafter also referred to as a specific curing agent) is included.
- Biphenyl aralkyl type curing agent is not particularly limited as long as it has a biphenyl aralkyl skeleton and can act as a curing agent.
- Examples include a compound in which a biphenyl aralkyl skeleton is introduced into a phenol compound (biphenyl aralkyl type phenol curing agent) and a compound in which a biphenyl aralkyl skeleton is introduced into an aromatic amine compound (biphenyl aralkyl type amine curing agent).
- Phenol curing agents are preferred.
- biphenyl aralkyl type phenol curing agent examples include compounds having a structural unit represented by the following general formula (3).
- R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- l, m, and n are each independently an integer of 1 or more.
- Z is a structure represented by any of the following general formula (4).
- p and q are each independently an integer of 0 to 2. However, at least one of Z in the general formula (1) has a hydroxyl group (p or q is 1 or 2).
- R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Is preferable, and a hydrogen atom is more preferable.
- m and n are each independently preferably an integer of 1 to 4, more preferably 1 or 2, and even more preferably 1.
- l is preferably 1 or 2.
- p and q are each independently preferably 1 or 2, and more preferably 1.
- the biphenyl aralkyl type phenol curing agent may be a compound represented by the following general formula (5).
- R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 , and l and p are R 1 in general formula (3) and general formula (4). , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 as well as l and p.
- the weight average molecular weight (Mw) of the biphenyl aralkyl type curing agent is preferably 400 to 2000, more preferably 500 to 1700, and still more preferably 800 to 1200.
- the number average molecular weight (Mn) of the biphenyl aralkyl type curing agent is preferably 200 to 1000, more preferably 250 to 700, and still more preferably 300 to 600.
- the weight average molecular weight and number average molecular weight of the biphenyl aralkyl type curing agent refer to values measured in the same manner as the weight average molecular weight and number average molecular weight of the specific epoxy resin.
- the hydroxyl group equivalent is preferably 120 g / eq to 200 g / eq, more preferably 125 g / eq to 170 g / eq, and 130 g / eq to 150 g / eq. More preferably, it is eq.
- the measurement of the hydroxyl equivalent of the biphenyl aralkyl type curing agent is performed according to JIS K 0070: 1992.
- the active hydrogen equivalent is preferably 60 g / eq to 200 g / eq, more preferably 60 g / eq to 170 g / eq, and 65 g / eq to 150 g. More preferably, it is / eq.
- the measurement of the active hydrogen equivalent of the biphenyl aralkyl type curing agent refers to a value measured according to JIS K7237: 1995.
- the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent is an allyl group directly bonded to a carbon atom of an aromatic ring or a carbon number directly bonded to a carbon atom of an aromatic ring. Is a phenol resin having 4 or more acyclic alkyl groups. Since this hardening
- the structure of the phenol resin in the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent is not particularly limited, but a monofunctional phenol compound obtained by novolacization is preferred.
- the number of aromatic rings derived from the phenol compound in the phenol resin is not particularly limited, but is preferably 2 to 10.
- the number of allyl groups or acyclic alkyl groups having 4 or more carbon atoms bonded to one aromatic ring is not particularly limited, but is 1 or 2 It is preferable that the number is one.
- an aromatic ring to which an allyl group or an acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms is not bonded may be contained in the phenol resin.
- the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent has a C4 or more acyclic alkylene group which may have a branch or a substituent.
- the number of carbon atoms contained in the branch or substituent is not included in the “carbon number” of the acyclic alkyl group.
- the acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms preferably does not have a branch or substituent.
- the carbon number of the acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms in the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent is not particularly limited as long as it is 4 or more. For example, it may be in the range of 4-20.
- the position at which the allyl group or the acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms is bonded to the aromatic ring is not particularly limited. For example, it may be in the ortho position with respect to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring.
- two or more allyl groups or a non-cyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms are bonded to one aromatic ring, even if both are in the ortho position relative to the hydroxyl group, either one is You may be in the ortho position.
- the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent may be a phenol resin having a structural unit represented by the following general formula (6).
- each R is independently an allyl group or an acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms.
- n is 1 or 2, preferably 1.
- the carbon number of the acyclic alkyl group represented by R is not particularly limited as long as it is 4 or more. For example, it may be in the range of 4-20.
- the allyl group / long-chain alkyl group-containing phenol curing agent is a phenol resin having a structural unit represented by the general formula (6)
- the number of structural units represented by the general formula (6) is not particularly limited, It is preferably 2 to 10 per molecule.
- an aromatic ring to which an allyl group or an acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms is not bonded may be contained in the phenol resin.
- the position at which the allyl group or the acyclic alkyl group having 4 or more carbon atoms is bonded is not particularly limited. For example, it may be in the ortho position with respect to the hydroxyl group bonded to the aromatic ring.
- bonded may be contained, and the allyl group and the four or more acyclic ring are contained in the phenol resin.
- An aromatic ring bonded to an alkyl group may be contained.
- the weight average molecular weight (Mw) of the allyl group / long-chain alkyl group-containing phenol curing agent is preferably 200 to 2500, more preferably 300 to 1800, and still more preferably 400 to 1200.
- the number average molecular weight (Mn) of the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent is preferably 100 to 1300, more preferably 150 to 800, and further preferably 200 to 400. .
- the weight average molecular weight and number average molecular weight of the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent refer to values measured in the same manner as the weight average molecular weight and number average molecular weight of the specific epoxy resin.
- the hydroxyl equivalent of the allyl group / long-chain alkyl group-containing phenol curing agent is preferably 100 g / eq to 300 g / eq, more preferably 110 g / eq to 290 g / eq, and 120 g / eq to 280 g / eq. More preferably.
- the measurement of the hydroxyl equivalent of the allyl group / long chain alkyl group-containing phenol curing agent is performed in accordance with JIS K 0070: 1992.
- the resin composition when the resin composition includes a specific curing agent, it may include only the specific curing agent as the curing agent, or may include a specific curing agent and a curing agent that does not correspond to the specific curing agent.
- the ratio of the specific curing agent in the entire curing agent is preferably 50% by mass or more, and preferably 70% by mass or more. More preferably, it is more preferably 80% by mass or more.
- the resin composition contains a biphenyl aralkyl type curing agent as a specific curing agent, at least one of a phenol curing agent having a hydroxyl group equivalent of 120 g / eq or less and an amine curing agent having an active hydrogen equivalent of 120 g / eq or less It is preferable to use together. From the viewpoint of storage stability, it is more preferable to use in combination with a phenol curing agent having a hydroxyl group equivalent of 120 g / eq or less.
- the kind of the phenol curing agent having a hydroxyl group equivalent of 120 g / eq or less is not particularly limited. For example, you may use what has a hydroxyl equivalent of 120 g / eq or less among the phenol hardeners mentioned above. Among them, a phenol resin obtained by novolak conversion of a phenol compound is preferable, a phenol resin obtained by novolak conversion of a bifunctional phenol compound is more preferable, and a phenol resin obtained by novolak conversion of two or more types of bifunctional phenol compounds is preferable. Further preferred are catechol resorcinol novolak resins. In the present disclosure, the hydroxyl equivalent of the phenol curing agent refers to a value measured according to JIS K0070: 1992.
- the kind of amine curing agent having an active hydrogen equivalent of 120 g / eq or less is not particularly limited.
- an amine curing agent having an active hydrogen equivalent of 120 g / eq or less may be used.
- the active hydrogen equivalent of the amine curing agent refers to a value measured according to JIS K7237: 1995.
- the resin composition may contain a curing accelerator.
- a curing accelerator By using a curing accelerator in combination with the resin, the resin can be further sufficiently cured.
- the kind and content of the curing accelerator are not particularly limited, and an appropriate one can be selected from the viewpoints of reaction rate, reaction temperature, and storage property.
- the curing accelerator include imidazole compounds, tertiary amine compounds, organic phosphine compounds, complexes of organic phosphine compounds and organic boron compounds, and the like.
- it is preferably at least one selected from the group consisting of an organic phosphine compound and a complex of an organic phosphine compound and an organic boron compound.
- organic phosphine compound examples include triphenylphosphine, diphenyl (p-tolyl) phosphine, tris (alkylphenyl) phosphine, tris (alkoxyphenyl) phosphine, tris (alkylalkoxyphenyl) phosphine, and tris (dialkylphenyl).
- Phosphine tris (trialkylphenyl) phosphine, tris (tetraalkylphenyl) phosphine, tris (dialkoxyphenyl) phosphine, tris (trialkoxyphenyl) phosphine, tris (tetraalkoxyphenyl) phosphine, trialkylphosphine, dialkylarylphosphine And alkyldiarylphosphine.
- an organic phosphine compound and an organic boron compound include tetraphenylphosphonium / tetraphenylborate, tetraphenylphosphonium / tetra-p-tolylborate, tetrabutylphosphonium / tetraphenylborate, and tetraphenylphosphonium.
- a hardening accelerator may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the content of the curing accelerator in the resin composition is not particularly limited.
- the content of the curing accelerator is preferably 0.2% by mass to 3.0% by mass of the total mass of the resin, more preferably 0.3% by mass to 2.0% by mass, More preferably, the content is 0.4% by mass to 1.5% by mass.
- the resin composition may include a thermally conductive filler.
- the thermally conductive filler may be non-conductive or conductive. Use of a non-conductive heat conductive filler tends to suppress a decrease in insulation. Moreover, it exists in the tendency for thermal conductivity to improve more by using an electroconductive heat conductive filler.
- non-conductive heat conductive filler examples include aluminum oxide (alumina), magnesium oxide, aluminum nitride, boron nitride, silicon nitride, silica (silicon dioxide), silicon oxide, aluminum hydroxide, barium sulfate and the like. It is done.
- the conductive heat conductive filler examples include gold, silver, nickel, copper, and graphite.
- the thermally conductive filler is at least one selected from the group consisting of aluminum oxide (alumina), boron nitride, magnesium oxide, aluminum nitride, silica (silicon oxide), and graphite.
- a heat conductive filler may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- aluminum oxide and boron nitride may be used in combination as the heat conductive filler.
- the small particle size heat conductive filler is packed in the voids of the large particle size heat conductive filler so that the heat conductive filler is denser than using only the single particle size heat conductive filler. Since it is filled, higher thermal conductivity can be exhibited.
- boron nitride and aluminum oxide are used in combination as the thermally conductive filler
- boron nitride having a volume average particle diameter of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m in the thermally conductive filler is 60 volume% to 95 volume%, and the volume average particle diameter is 0.3 ⁇ m.
- the volume average particle diameter (D50) of the thermally conductive filler can be measured using a laser diffraction method.
- the heat conductive filler in the resin composition is extracted and measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device (for example, Beckman Coulter, trade name: LS230).
- a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device for example, Beckman Coulter, trade name: LS230.
- the thermally conductive filler component is extracted from the resin composition and sufficiently dispersed with an ultrasonic disperser, etc., and the volume cumulative particle size distribution curve of this dispersion liquid Measure.
- the volume average particle diameter (D50) refers to the particle diameter at which accumulation is 50% from the small diameter side in the volume cumulative particle size distribution curve obtained from the above measurement.
- the content of the heat conductive filler is not particularly limited.
- the content of the thermal conductive filler is preferably more than 40% by volume, more than 50% by volume when the total volume of the solid content of the resin composition is 100% by volume, It is more preferably 90% by volume or less, and further preferably 55% by volume to 80% by volume.
- the content rate of a heat conductive filler exceeds 50 volume%, it exists in the tendency which becomes possible to achieve a higher heat conductivity.
- the content of the heat conductive filler is 90% by volume or less, there is a tendency to suppress a decrease in flexibility and a decrease in insulation of the cured product of the resin composition.
- the content by mass of the heat conductive filler is preferably 30% by mass to 80% by mass, and more preferably 35% by mass to 65% by mass. More preferably, the content is 40% by mass to 60% by mass.
- the resin composition may contain at least one silane coupling agent.
- a silane coupling agent is insulated by preventing the penetration of moisture by forming a covalent bond between the surface of the thermally conductive filler and the resin surrounding it (equivalent to a binder agent), improving thermal conductivity, and moisture penetration. It can be considered to serve to improve reliability.
- the type of silane coupling agent is not particularly limited, and a commercially available product may be used.
- the terminal is an epoxy group, an amino group, a mercapto group, a ureido group.
- a silane coupling agent having a hydroxyl group it is preferable to use.
- silane coupling agent examples include 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, and 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane.
- silane coupling agent oligomers Hitachi Chemical Techno Service Co., Ltd.
- SC-6000KS2 silane coupling agent oligomers
- the content of the silane coupling agent in the resin composition is not particularly limited.
- the content of the silane coupling agent is preferably 0.01% by mass to 0.2% by mass, and preferably 0.03% by mass to 0.1% by mass of the total mass of the epoxy resin and the curing agent used as necessary. More preferably, it is mass%.
- the resin composition may contain other components in addition to the above components, as necessary.
- other components include solvents, elastomers, dispersants, anti-settling agents, and the like.
- the resin composition of this embodiment is a resin composition containing an epoxy resin (specific epoxy resin) containing an acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms.
- the storage elastic modulus can be reduced while maintaining the thermal conductivity in the cured state by including the specific epoxy resin in the resin composition. Therefore, by using this resin composition, it is possible to form a resin member having excellent connection reliability while maintaining sufficient thermal conductivity.
- the use of the resin composition is not particularly limited.
- the resin composition of the present disclosure is excellent in thermal conductivity in a cured state and has a low storage elastic modulus, so that it forms a resin member that is placed in a portion where electronic component devices are likely to be hot or easily warped. It can use especially suitably as a material for doing. Specifically, it can be suitably used as a thermal interface material (TIM) for improving the efficiency of heat conduction from a device that generates heat to a heat sink, a heat dissipation sheet of a power module, or the like.
- TIM thermal interface material
- the resin member of the present disclosure includes a cured product of the resin composition of the present disclosure.
- the use of the resin composition is not particularly limited. Since the resin member of the present disclosure is excellent in thermal conductivity and has a low storage elastic modulus, it can be particularly suitably used as a resin member disposed in a portion where an electronic component device is likely to become high temperature or easily warps. . Specifically, it can be suitably used as a thermal interface material (TIM) for improving the efficiency of heat conduction from a device that generates heat to a heat sink, a heat dissipation sheet of a power module, or the like.
- TIM thermal interface material
- the resin sheet of the present disclosure includes the resin composition of the present disclosure.
- the density of the resin sheet is not particularly limited, and can be, for example, 3.0 g / cm 2 to 3.4 g / cm 2 . Considering the compatibility between the flexibility and thermal conductivity of the resin sheet, it is preferably 3.0 g / cm 2 to 3.3 g / cm 2 , and preferably 3.1 g / cm 2 to 3.3 g / cm 2 . It is more preferable.
- the density of a resin sheet can be adjusted with the compounding quantity of the heat conductive filler in a resin composition, for example.
- the thickness of the resin sheet is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
- the thickness of the resin sheet can be 10 ⁇ m to 350 ⁇ m, and is preferably 50 ⁇ m to 300 ⁇ m from the viewpoint of thermal conductivity, electrical insulation, and sheet flexibility.
- the thickness of the resin sheet or the like can be measured by a known method. When the thickness of the resin sheet is not constant, the arithmetic average value of the values measured at five points is used.
- the method for producing the resin sheet of the present disclosure is not particularly limited.
- a resin composition layer obtained by applying a varnish-like resin composition (hereinafter also referred to as “resin varnish”) prepared by adding an organic solvent such as methyl ethyl ketone or cyclohexanone on a support using a dispenser or the like. After forming, at least a part of the organic solvent can be removed by drying from the layer of the resin composition.
- a varnish-like resin composition herein varnish
- organic solvent such as methyl ethyl ketone or cyclohexanone
- the drying method is not particularly limited as long as at least a part of the organic solvent contained in the resin varnish can be removed, and is appropriately selected from the commonly used drying methods according to the type and content of the organic solvent contained in the resin varnish. Can do.
- Resin sheet hardly undergoes curing reaction. For this reason, although it has flexibility, its flexibility as a sheet is poor. Therefore, in a state where a support such as a PET film is removed, the sheet self-supporting property is poor and handling may be difficult. Therefore, it is preferable that the resin sheet is further heat-treated until the resin composition constituting the resin sheet is in a semi-cured state.
- the resin sheet obtained by drying the resin composition is also referred to as an A stage sheet.
- a semi-cured resin sheet obtained by further heat-treating the A-stage sheet is also referred to as a B-stage sheet
- a cured sheet obtained by further heat-treating the A-stage sheet or the B-stage sheet is also referred to as a C-stage sheet.
- a stage, B stage, and C stage refer to the provisions of JIS K6900: 1994.
- the B stage sheet of the present disclosure includes a semi-cured product of the resin sheet of the present disclosure.
- the B stage sheet can be manufactured, for example, by a manufacturing method including a step of heat-treating the resin sheet to the B stage state. By heat-treating the resin sheet, a B stage sheet having excellent thermal conductivity and electrical insulation, and excellent flexibility and pot life can be obtained.
- the semi-cured product of the resin sheet means that the viscosity of the resin sheet is 10 4 Pa ⁇ s to 10 5 Pa ⁇ s at room temperature (25 ° C.), and 10 2 Pa ⁇ s to 10 3 Pa ⁇ s at 100 ° C. It means a certain state.
- the viscosity is measured by dynamic viscoelasticity measurement (frequency 1 Hz, load 40 g, temperature increase rate 3 ° C./min).
- the conditions for heat-treating the resin sheet are not particularly limited as long as the resin composition can be semi-cured to the B stage state, and can be appropriately selected according to the configuration of the resin composition.
- the heat treatment is preferably performed by a method selected from hot vacuum press, hot roll laminating and the like for the purpose of reducing voids in the resin sheet generated when the resin varnish is applied.
- seat with a flat surface can be manufactured efficiently.
- the resin composition is heated and pressurized under reduced pressure (eg, 1 MPa) at a temperature of 50 ° C. to 180 ° C. for 1 second to 3 minutes with a press pressure of 1 MPa to 30 MPa. It can be semi-cured to a stage state.
- the thickness of the B stage sheet can be appropriately selected according to the purpose.
- the thickness may be 10 ⁇ m to 350 ⁇ m, and is preferably 50 ⁇ m to 300 ⁇ m from the viewpoints of thermal conductivity, electrical insulation, and flexibility.
- seat can also be produced by heat-pressing, laminating
- the C stage sheet of the present disclosure includes a cured product of the resin sheet of the present disclosure.
- the C stage sheet can be manufactured, for example, by a manufacturing method including a step of heat-treating the A stage sheet or the B stage sheet to the C stage state.
- the conditions for heat-treating the A stage sheet or the B stage sheet are not particularly limited as long as the A stage sheet or the B stage sheet can be cured to the C stage state, and can be appropriately selected according to the configuration of the resin composition. .
- the heat treatment is preferably performed by a heat treatment method such as a thermal vacuum press from the viewpoint of suppressing generation of voids in the C stage sheet and improving the voltage resistance of the C stage sheet. Thereby, a flat C stage sheet can be manufactured efficiently.
- the A stage sheet or the B stage sheet can be cured in the C stage state by performing a heat press treatment at a heating temperature of 100 ° C. to 250 ° C. for 1 minute to 30 minutes and 1 MPa to 20 MPa.
- the heating temperature is preferably 130 ° C to 230 ° C, and more preferably 150 ° C to 220 ° C.
- the thickness of the C stage sheet can be appropriately selected according to the purpose, and can be, for example, 10 ⁇ m to 350 ⁇ m. From the viewpoint of thermal conductivity, electrical insulation, and sheet flexibility, the thickness is 50 ⁇ m to 300 ⁇ m. Preferably there is.
- seat can also be produced by heat-pressing in the state which laminated
- the metal foil with resin of this indication is provided with metal foil and the semi-hardened material of the resin sheet of this indication arranged on metal foil. Since the metal foil with resin has the semi-cured product of the resin sheet of the present disclosure, it has excellent thermal conductivity. The semi-cured product of the resin sheet can be obtained by heat-treating the resin sheet in the A stage state until it becomes the B stage state.
- metal foil Gold foil, copper foil, aluminum foil etc. are mentioned, Generally copper foil is used.
- the thickness of the metal foil is, for example, 1 ⁇ m to 35 ⁇ m, and is preferably 20 ⁇ m or less from the viewpoint of flexibility.
- the metal foil is a three-layer composite foil in which nickel, nickel-phosphorus alloy, nickel-tin alloy, nickel-iron alloy, lead, lead-tin alloy, etc. are used as intermediate layers and copper layers are provided on both sides. And a two-layer composite foil in which an aluminum foil and a copper foil are combined.
- the thickness of one copper layer is 0.5 ⁇ m to 15 ⁇ m and the thickness of the other copper layer is 10 ⁇ m to 300 ⁇ m.
- the metal foil with resin is manufactured by, for example, forming a resin sheet by applying and drying a resin composition (preferably, resin varnish) on the metal foil, and heat-treating the resin sheet into a B-stage state. Can do.
- a resin composition preferably, resin varnish
- the method for forming the resin sheet is as described above.
- the production conditions of the metal foil with resin are not particularly limited, and it is preferable that 80% by mass or more of the organic solvent used in the resin varnish is volatilized in the resin sheet after drying.
- the drying temperature is not particularly limited and is preferably about 80 to 180 ° C.
- the drying time can be appropriately selected in consideration of the gelation time of the resin varnish.
- the application amount of the resin varnish is preferably applied so that the thickness of the resin sheet after drying is 50 ⁇ m to 350 ⁇ m, and more preferably 60 ⁇ m to 300 ⁇ m.
- the resin sheet after drying becomes a B stage state by further heat treatment.
- the conditions for heat-treating the resin sheet are the same as those for the B-stage sheet.
- the metal substrate of the present disclosure includes a metal support, a cured product of the resin sheet of the present disclosure disposed on the metal support, and a metal foil disposed on the cured product. Since the metal substrate has a cured product of the resin sheet of the present disclosure, the metal substrate of the present disclosure is excellent in thermal conductivity.
- the material, thickness, etc. of the metal support can be appropriately selected according to the purpose. Specifically, a metal such as aluminum or iron can be used and the thickness can be set to 0.5 mm to 5 mm.
- the metal foil in the metal substrate can be the same as the metal foil described in the metal foil with resin, and the preferred embodiment is also the same.
- the metal substrate of the present disclosure can be manufactured as follows, for example.
- a resin sheet is formed on a metal support by applying and drying the resin composition. Further, a metal foil is placed on the resin sheet, and the resin sheet is cured by heat treatment and pressure treatment.
- a metal substrate can be manufactured.
- As a method for applying a resin sheet on a metal support and drying it a method similar to the method described for the metal foil with resin can be used.
- the resin sheet is cured by heat treatment and pressure treatment to obtain the resin sheet semi-cured product. It can also be cured to produce a metal substrate.
- the power semiconductor device includes a semiconductor module in which a metal plate, a solder layer, and a semiconductor chip are laminated in this order, a heat dissipation member, and a resin sheet according to the present disclosure disposed between the metal plate of the semiconductor module and the heat dissipation member. And a cured product.
- the semiconductor module portion may be sealed with a sealing material or the like, or the entire power semiconductor module may be molded with a molding resin or the like.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a power semiconductor device.
- a cured product 102 of a resin sheet is disposed between a metal plate 106 and a heat dissipation base substrate 104 in a semiconductor module in which a metal plate 106, a solder layer 110, and a semiconductor chip 108 are laminated in this order. These parts are sealed with a sealing material 114.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the power semiconductor device. In FIG.
- a cured resin sheet 102 is disposed between the metal plate 106 and the heat dissipation base substrate 104 in the semiconductor module in which the metal plate 106, the solder layer 110, and the semiconductor chip 108 are laminated in this order. And the heat dissipation base substrate 104 are molded with a mold resin 112.
- the cured product of the resin sheet of the present disclosure can be used as a heat-dissipating adhesive layer between the semiconductor module and the heat-dissipating base substrate as shown in FIG. Further, even when the entire power semiconductor device is molded as shown in FIG. 2, it can be used as a heat dissipation material between the heat dissipation base substrate and the metal plate.
- Epoxy resin 1 YL6121H [biphenyl type epoxy monomer, Mitsubishi Chemical Corporation, epoxy equivalent: 172 g / eq]
- Curing agent 1 Biphenyl aralkyl type curing agent [MEHC-7403H, Meiwa Kasei Co., Ltd., hydroxyl equivalent: 136 g / eq]
- Curing agent 2 Catechol resorcinol novolak resin (CRN) synthesized by the following method
- Curing agent 3 phenol novolac resin having an allyl group directly bonded to an aromatic ring carbon atom [MEH8000S, Meiwa Kasei Co., Ltd., hydroxyl group equivalent: 140 g / eq]
- Curing agent 4 Phenol novolak resin having an alkyl group having 4 or more carbon atoms directly bonded to a carbon atom of an aromatic ring [ELPC80S, Gunei Chemical Co., Ltd., hydroxyl equivalent: 213 g / eq]
- the obtained CRN contained 35% by mass of an unreacted monomer component (resorcinol), and had a hydroxyl group equivalent: 62 g / eq, a number average molecular weight: 422, and a weight average molecular weight: 564.
- Curing Accelerator 1 Triphenylphosphine [Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.]
- Curing accelerator 2 Hydroquinone adduct of trialkylphosphine
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- PET polyethylene terephthalate
- the PET film was peeled off from the resin sheet with copper foil in the B-stage state, and a resin sheet with copper foil similarly produced thereon was placed so that the resin sheets face each other.
- vacuum thermocompression bonding press temperature: 150 ° C., degree of vacuum: 1 kPa, press pressure: 10 MPa, pressurization time: 30 minutes
- the copper foil of the produced C stage sheet with copper foil was removed by etching to obtain a C stage sheet.
- the obtained C stage sheet was cut into 10 mm length and 10 mm width to obtain a sample.
- the sample was blackened with graphite spray, and then the thermal diffusivity was evaluated by a xenon flash method (trade name: LFA447 nanoflash, manufactured by NETZSCH). From the product of this value, the density measured by the Archimedes method, and the specific heat measured by DSC (Differential Scanning Calorimeter; trade name: DSC Pyris 1 from Perkin Elmer), the heat conduction in the thickness direction of the C stage sheet The rate was determined. The results are shown in Table 1.
- the copper foil of the produced C stage sheet with copper foil was removed by etching to obtain a C stage sheet.
- the obtained C stage sheet was cut into a length of 30 mm and a width of 5 mm to obtain a sample.
- a dynamic viscoelasticity measuring apparatus (TA Instruments, trade name RSA II)
- a tensile test was performed under the conditions of a frequency: 10 Hz, a heating rate of 5 ° C./min, and 25 ° C. to 300 ° C.
- the elastic modulus (storage elastic modulus) at 0 ° C. was determined. The results are shown in Table 1.
- a simple package for evaluating connection reliability includes a substrate mounted with a semiconductor chip (MCL-E-700G (R), 0.81 mm, Hitachi Chemical Co., Ltd.), an underfill material (CEL-C-3730N-2, Hitachi Chemical Co., Ltd.) and a silicone adhesive (SE4450, Dow Corning Toray) as a sealing material.
- a heat spreader having a thickness of 1 mm and a copper surface plated with nickel was used. The size of the substrate and the heat spreader was 45 mm, and the size of the semiconductor chip was 20 mm.
- the resin compositions prepared in Examples and Comparative Examples were applied onto a heat spreader using a dispenser (SHOTMASTER300DS-S, Musashi Engineering Co., Ltd.) so as to be 30 mm ⁇ 30 mm and a thickness of 200 ⁇ m.
- a dispenser SHOTMASTER300DS-S, Musashi Engineering Co., Ltd.
- HTB-MM high-precision pressurizing / heating joining device
- heat and press at a hot plate temperature of 150 ° C and 1MPa for 3 minutes then treat in a thermostatic bath at 150 ° C for 2 hours, and seal material
- the simple package of the structure shown in FIG. 3 was produced by fully hardening
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g / cm 3 .
- Example 1> (Preparation of resin composition) 17.14% by mass of epoxy resin 3, 0.37% by mass of curing agent 1, 1.67% by mass of curing agent 2, 0.15% by mass of curing accelerator 1 as a curing accelerator, heat 41-40% by mass of HP-40 as a conductive filler, 5.13% by mass of AA-04, 0.05% by mass of KBM-573 as an additive, and 34.01% by mass of CHN as a solvent. Were mixed to prepare a varnish-like resin composition.
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- Example 2 (Preparation of resin composition) 17.61% by mass of epoxy resin 3, 2.13% by mass of curing agent 3, 0.16% by mass of curing accelerator 1 as a curing accelerator, and 43.12 of HP-40 as a thermally conductive filler
- a varnish-like resin composition obtained by mixing 5 mass%, 5.33 mass% AA-04, 0.05 mass% KBM-573 as an additive, and 31.59 mass% CHN as a solvent. was prepared.
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- Example 3> (Preparation of resin composition) 16.60% by mass of epoxy resin 3, 3.15% by mass of curing agent 4, 0.16% by mass of curing accelerator 1 as a curing accelerator, and 43.12 of HP-40 as a thermally conductive filler.
- a varnish-like resin composition obtained by mixing 5 mass%, 5.33 mass% AA-04, 0.05 mass% KBM-573 as an additive, and 31.59 mass% CHN as a solvent. was prepared.
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- Example 4> (Preparation of resin composition) 14.88% by mass of epoxy resin 4, 0.82% by mass of curing agent 1, 3.70% by mass of curing agent 2, 0.15% by mass of curing accelerator 2 as a curing accelerator, heat 41-40% by mass of HP-40 as a conductive filler, 5.13% by mass of AA-04, 0.05% by mass of KBM-573 as an additive, and 33.79% by mass of CHN as a solvent.
- resin composition 14.88% by mass of epoxy resin 4, 0.82% by mass of curing agent 1, 3.70% by mass of curing agent 2, 0.15% by mass of curing accelerator 2 as a curing accelerator, heat 41-40% by mass of HP-40 as a conductive filler, 5.13% by mass of AA-04, 0.05% by mass of KBM-573 as an additive, and 33.79% by mass of CHN as a solvent.
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- Example 5 (Preparation of resin composition) 14.98% by mass of epoxy resin 4, 4.77% by mass of curing agent 3, 0.16% by mass of curing accelerator 2 as a curing accelerator, and 43.12 of HP-40 as a thermally conductive filler.
- a varnish-like resin composition obtained by mixing 5 mass%, 5.33 mass% AA-04, 0.05 mass% KBM-573 as an additive, and 31.59 mass% CHN as a solvent. was prepared.
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- Example 6> (Preparation of resin composition) 13.30% by mass of epoxy resin 4, 6.44% by mass of curing agent 4, 0.16% by mass of curing accelerator 2 as a curing accelerator, and 43.12 of HP-40 as a thermally conductive filler A varnish-like resin composition obtained by mixing 5% by mass, 5.33% by mass of AA-04, 0.05% by mass of KBM-573 as an additive, and 31.60% by mass of CHN as a solvent. was prepared.
- the density of boron nitride (HP-40) is 2.20 g / cm 3
- the density of alumina (AA-04) is 3.98 g / cm 3
- the density of resin (mixture of epoxy resin and curing agent) is 1.20 g. It was 56 volume% when the ratio of the heat conductive filler with respect to the total volume of all the solid content of a resin composition was computed as / cm ⁇ 3 >.
- Comparative Example 1 As shown in Table 1, in Comparative Example 1 using an epoxy resin having a mesogen structure, the cured product of the resin composition had a sufficient thermal conductivity, but the storage elastic modulus was high and the connection reliability was a standard. Did not clear. In Comparative Example 2, in which the amount of filler was reduced compared to Comparative Example 1, the storage elastic modulus was lower than that of Comparative Example 1, and the connection reliability cleared the standard, but sufficient thermal conductivity was not obtained. In Examples 1 to 6 using an epoxy resin having an acyclic alkylene group having 4 or more carbon atoms, the cured product of the resin composition has sufficient thermal conductivity, and the connection reliability is the standard. Cleared.
- 102 cured resin sheet
- 104 heat dissipation base substrate
- 106 metal plate
- 108 semiconductor chip
- 110 solder layer
- 112 mold resin
- 114 sealing material
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Abstract
硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上であり、貯蔵弾性率が8GPa以下である、樹脂組成物。
Description
本発明は、樹脂組成物、樹脂部材、樹脂シート、Bステージシート、Cステージシート、樹脂付金属箔、金属基板及びパワー半導体装置に関する。
電子部品装置には、電気絶縁等を目的とした樹脂を含む部材(樹脂部材)が用いられている。近年、電子部品装置の小型化、高出力化に伴って発熱量が増大する傾向にあり、発生した熱をいかに放散させるかが重要な課題となっている。しかし、樹脂は絶縁性に優れる一方で熱伝導性に劣る性質を有する。そこで、樹脂部材に優れた熱伝導性を付与する技術の開発が進められている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
特許文献1に記載の発明では、エポキシ樹脂に特定のフィラーを配合した樹脂組成物を用いることで、樹脂部材の熱伝導性の向上を達成している。
また、特許文献2に記載の発明では、絶縁材料として分子中にメソゲン構造を有するエポキシ樹脂を含む樹脂組成物を用いることで、樹脂部材の熱伝導性の向上を達成している。
また、特許文献2に記載の発明では、絶縁材料として分子中にメソゲン構造を有するエポキシ樹脂を含む樹脂組成物を用いることで、樹脂部材の熱伝導性の向上を達成している。
一方、近年の電子部品装置の薄型化に伴って、樹脂部材が接している部材の熱膨張率の違いに起因する反りが生じ易くなり、電子部品装置の反りによって樹脂部材の剥離、亀裂等が生じて接続信頼性を損なう事態が懸念されている。そこで、充分な熱伝導性を維持しながら良好な接続信頼性が得られる樹脂部材を形成しうる材料の開発が望まれている。
本発明の一形態は、上記課題に鑑み、充分な熱伝導性を維持しながら良好な接続信頼性が得られる樹脂部材を形成可能な樹脂組成物、並びにこの樹脂組成物を用いた樹脂部材、樹脂シート、Bステージシート、Cステージシート、樹脂付金属箔、金属基板及びパワー半導体装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上であり、貯蔵弾性率が8GPa以下である、樹脂組成物。
<2>熱硬化性樹脂を含有する、<1>に記載の樹脂組成物。
<3>炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂を含有する、<1>又は<2>に記載の樹脂組成物。
<4>芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基又は芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上のアルキル基を有するフェノール樹脂を含有する、<1>~<3>のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
<5>炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂を含有する、樹脂組成物。
<6><1>~<5>のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を含む、樹脂部材。
<7><1>~<5>のいずれか1項に記載の樹脂組成物を含む、樹脂シート。
<8><7>に記載の樹脂シートの半硬化物を含む、Bステージシート。
<9><7>に記載の樹脂シートの硬化物を含む、Cステージシート。
<10>金属箔と、前記金属箔上に配置された<7>に記載の樹脂シートの半硬化物と、を備える樹脂付金属箔。
<11>金属支持体と、前記金属支持体上に配置された<7>に記載の樹脂シートの硬化物と、前記硬化物上に配置された金属箔と、を備える金属基板。
<12>金属板、はんだ層及び半導体チップがこの順に積層された半導体モジュールと、放熱部材と、前記半導体モジュールの前記金属板と前記放熱部材との間に配置された<7>に記載の樹脂シートの硬化物と、を備えるパワー半導体装置。
<1>硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上であり、貯蔵弾性率が8GPa以下である、樹脂組成物。
<2>熱硬化性樹脂を含有する、<1>に記載の樹脂組成物。
<3>炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂を含有する、<1>又は<2>に記載の樹脂組成物。
<4>芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基又は芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上のアルキル基を有するフェノール樹脂を含有する、<1>~<3>のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
<5>炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂を含有する、樹脂組成物。
<6><1>~<5>のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を含む、樹脂部材。
<7><1>~<5>のいずれか1項に記載の樹脂組成物を含む、樹脂シート。
<8><7>に記載の樹脂シートの半硬化物を含む、Bステージシート。
<9><7>に記載の樹脂シートの硬化物を含む、Cステージシート。
<10>金属箔と、前記金属箔上に配置された<7>に記載の樹脂シートの半硬化物と、を備える樹脂付金属箔。
<11>金属支持体と、前記金属支持体上に配置された<7>に記載の樹脂シートの硬化物と、前記硬化物上に配置された金属箔と、を備える金属基板。
<12>金属板、はんだ層及び半導体チップがこの順に積層された半導体モジュールと、放熱部材と、前記半導体モジュールの前記金属板と前記放熱部材との間に配置された<7>に記載の樹脂シートの硬化物と、を備えるパワー半導体装置。
本発明の一形態によれば、充分な熱伝導性を維持しながら良好な接続信頼性が得られる樹脂部材を形成可能な樹脂組成物、並びにこの樹脂組成物を用いた樹脂部材、樹脂シート、Bステージシート、Cステージシート、樹脂付金属箔、金属基板及びパワー半導体装置が提供される。
以下、本開示の実施形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
<樹脂組成物(第1実施形態)>
本実施形態の樹脂組成物は、硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上であり、貯蔵弾性率が8GPa以下である、樹脂組成物である。
本実施形態の樹脂組成物は、硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上であり、貯蔵弾性率が8GPa以下である、樹脂組成物である。
本発明者らの検討の結果、樹脂部材の接続信頼性は、樹脂部材の貯蔵弾性率を適切に調節することで良好に維持できることがわかった。本開示の樹脂組成物はこの知見に基づきなされたものである。すなわち、本開示の樹脂組成物は硬化した状態での貯蔵弾性率が8GPa以下であることで、これを硬化したものを用いた樹脂部材は良好な接続信頼性を示す。さらに本開示の樹脂組成物は、硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上である。このため、本開示の樹脂組成物の硬化物は良好な熱伝導性を示す。
樹脂組成物の硬化した状態での貯蔵弾性率は、8GPa以下であれば特に制限されない。例えば、5GPa以下であることが好ましく、2GPa以下であることがさらに好ましい。
本開示において樹脂組成物の硬化した状態での貯蔵弾性率は、後述する実施例に記載した方法により測定される。
樹脂組成物の硬化した状態での熱伝導率は、5W/(m・K)以上であれば特に制限されず、樹脂組成物の用途等に応じて選択できる。例えば、8W/(m・K)以上であってもよく、10W/(m・K)以上であってもよい。
本開示において樹脂組成物の硬化した状態での熱伝導率は、後述する実施例に記載した方法により測定される。
(樹脂)
樹脂組成物は、樹脂を含む。樹脂の種類は特に制限されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹等が挙げられる。樹脂は、熱硬化性樹脂と硬化剤の組み合わせであってもよい。
樹脂組成物は、樹脂を含む。樹脂の種類は特に制限されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹等が挙げられる。樹脂は、熱硬化性樹脂と硬化剤の組み合わせであってもよい。
電気絶縁性、耐熱性等の観点からは、樹脂組成物は熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。本開示では、エポキシ基を含有するアクリル樹脂等の、熱可塑性と熱硬化性の両方の性質を示すものは「熱硬化性樹脂」に含めるものとする。樹脂組成物に含まれる樹脂は、1種であっても2種以上であってもよい。
熱硬化性樹脂の中でも、電気絶縁性、耐熱性等の観点からは、樹脂組成物はエポキシ樹脂を含むことが好ましい。
エポキシ樹脂の種類は特に制限されず、樹脂組成物の所望の特性等に応じて選択できる。エポキシ樹脂として具体的には、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のフェノール化合物及びα-ナフトール、β-ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等の脂肪族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したものであるノボラック型エポキシ樹脂(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等);上記フェノール性化合物と、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等の芳香族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるトリフェニルメタン型フェノール樹脂をエポキシ化したものであるトリフェニルメタン型エポキシ樹脂;上記フェノール化合物及びナフトール化合物と、アルデヒド化合物とを酸性触媒下で共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したものである共重合型エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のジグリシジルエーテルであるジフェニルメタン型エポキシ樹脂;アルキル置換又は非置換のビフェノールのジグリシジルエーテルであるビフェニル型エポキシ樹脂;スチルベン系フェノール化合物のジグリシジルエーテルであるスチルベン型エポキシ樹脂;ビスフェノールS等のジグリシジルエーテルである硫黄原子含有エポキシ樹脂;ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のアルコール類のグリシジルエーテルであるエポキシ樹脂;フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等の多価カルボン酸化合物のグリシジルエステルであるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;アニリン、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等の窒素原子に結合した活性水素をグリシジル基で置換したものであるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエンとフェノール化合物の共縮合樹脂をエポキシ化したものであるジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂;分子内のオレフィン結合をエポキシ化したものであるビニルシクロヘキセンジエポキシド、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2-(3,4-エポキシ)シクロヘキシル-5,5-スピロ(3,4-エポキシ)シクロヘキサン-m-ジオキサン等の脂環型エポキシ樹脂;パラキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるパラキシリレン変性エポキシ樹脂;メタキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるメタキシリレン変性エポキシ樹脂;テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるテルペン変性エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂;シクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂;多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルである多環芳香環変性エポキシ樹脂;ナフタレン環含有フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるナフタレン型エポキシ樹脂;ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂;ハイドロキノン型エポキシ樹脂;トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂;フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂をエポキシ化したものであるアラルキル型エポキシ樹脂;などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
エポキシ樹脂の種類は特に制限されず、樹脂組成物の所望の特性等に応じて選択できる。エポキシ樹脂として具体的には、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン、カテコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のフェノール化合物及びα-ナフトール、β-ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等のナフトール化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等の脂肪族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したものであるノボラック型エポキシ樹脂(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等);上記フェノール性化合物と、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等の芳香族アルデヒド化合物とを酸性触媒下で縮合又は共縮合させて得られるトリフェニルメタン型フェノール樹脂をエポキシ化したものであるトリフェニルメタン型エポキシ樹脂;上記フェノール化合物及びナフトール化合物と、アルデヒド化合物とを酸性触媒下で共縮合させて得られるノボラック樹脂をエポキシ化したものである共重合型エポキシ樹脂;ビスフェノールA、ビスフェノールF等のジグリシジルエーテルであるジフェニルメタン型エポキシ樹脂;アルキル置換又は非置換のビフェノールのジグリシジルエーテルであるビフェニル型エポキシ樹脂;スチルベン系フェノール化合物のジグリシジルエーテルであるスチルベン型エポキシ樹脂;ビスフェノールS等のジグリシジルエーテルである硫黄原子含有エポキシ樹脂;ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のアルコール類のグリシジルエーテルであるエポキシ樹脂;フタル酸、イソフタル酸、テトラヒドロフタル酸等の多価カルボン酸化合物のグリシジルエステルであるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;アニリン、ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等の窒素原子に結合した活性水素をグリシジル基で置換したものであるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエンとフェノール化合物の共縮合樹脂をエポキシ化したものであるジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂;分子内のオレフィン結合をエポキシ化したものであるビニルシクロヘキセンジエポキシド、3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、2-(3,4-エポキシ)シクロヘキシル-5,5-スピロ(3,4-エポキシ)シクロヘキサン-m-ジオキサン等の脂環型エポキシ樹脂;パラキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるパラキシリレン変性エポキシ樹脂;メタキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるメタキシリレン変性エポキシ樹脂;テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるテルペン変性エポキシ樹脂;ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるジシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂;シクロペンタジエン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるシクロペンタジエン変性エポキシ樹脂;多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテルである多環芳香環変性エポキシ樹脂;ナフタレン環含有フェノール樹脂のグリシジルエーテルであるナフタレン型エポキシ樹脂;ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂;ハイドロキノン型エポキシ樹脂;トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂;フェノールアラルキル樹脂、ナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型フェノール樹脂をエポキシ化したものであるアラルキル型エポキシ樹脂;などが挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物は、炭素数が4以上の非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂(以下、特定エポキシ樹脂ともいう)を含んでもよい。
本発明者らの検討の結果、樹脂組成物が特定エポキシ樹脂を含むことで、硬化した状態での熱伝導率を維持しつつ貯蔵弾性率を低減できることがわかった。その理由は明らかではないが、まず、炭素数が4以上の非環状アルキレン基を含むことで特定エポキシ樹脂の分子構造が比較的柔軟であるために貯蔵弾性率が低減することが考えられる。その一方で、炭素数が4以上の非環状アルキレン基が硬化物中での分子配向性を高めるように作用し、熱伝導性が維持されることが考えられる。
特定エポキシ樹脂が有する炭素数が4以上の非環状アルキレン基は、分岐又は置換基を有していてもよい。この場合、分岐又は置換基に含まれる炭素原子の数は非環状アルキレン基の「炭素数」に含めないものとする。熱伝導性を維持しつつ貯蔵弾性率を低減する効果を充分に発揮する観点からは、炭素数が4以上の非環状アルキレン基は、分岐又は置換基を有していないことが好ましい。
特定エポキシ樹脂が有する炭素数が4以上の非環状アルキレン基の炭素数は、4以上であれば特に制限されない。例えば、4~8の範囲内であってもよい。また、特定エポキシ樹脂が有する炭素数が4以上の非環状アルキレン基の数は特に制限されないが、例えば、1個~5個であってもよく、2個~4個であってもよい。
特定エポキシ樹脂が有するエポキシ基の数は特に制限されない。例えば、1分子中に2個以上であることが好ましく、2個であることがより好ましい。
ある実施態様では、特定エポキシ樹脂は、下記一般式(1)又は一般式(2)で表されるエポキシ樹脂であってもよい。
一般式(1)において、mはそれぞれ独立に4~8の整数であり、nは1~30である。
一般式(2)において、mはそれぞれ独立に4~8の整数であり、nは1~30である。
硬化物としたときの架橋密度を低く抑えて貯蔵弾性率を低減する観点からは、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は600以上であることが好ましく、700以上であることがより好ましく、800以上であることがさらに好ましい。
また、特定エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は50以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましく、150以上であることがさらに好ましい。
また、特定エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は50以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましく、150以上であることがさらに好ましい。
充分な硬化性を得る観点からは、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は20000以下であることが好ましく、15000以下であることがより好ましく、10000以下であることがさらに好ましい。
また、特定エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は1000以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましく、500以下であることがさらに好ましい。
また、特定エポキシ樹脂の数平均分子量(Mn)は1000以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましく、500以下であることがさらに好ましい。
本開示において、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定された値をいう。GPCによるMw及びMnの測定は、分析用GPCカラムに東ソー株式会社のG2000HXL及び3000HXLを使用し、移動相にはテトラヒドロフランを用い、試料濃度を0.2質量%とし、流速を1.0mL/minとして測定を行う。ポリスチレン標準サンプルを用いて検量線を作成し、ポリスチレン換算値でMw及びMnを計算する。
特定エポキシ樹脂のエポキシ当量は、300g/eq~2000g/eqであることが好ましく、350g/eq~1700g/eqであることがより好ましく、350g/eq~1500g/eqであることがさらに好ましい。
本開示において、特定エポキシ樹脂のエポキシ当量は、過塩素酸滴定法により測定される値とする。
本開示において、特定エポキシ樹脂のエポキシ当量は、過塩素酸滴定法により測定される値とする。
樹脂組成物が特定エポキシ樹脂を含む場合、エポキシ樹脂として特定エポキシ樹脂のみを含んでも、特定エポキシ樹脂と特定エポキシ樹脂に該当しないエポキシ樹脂とを含んでもよい。
樹脂組成物が特定エポキシ樹脂と特定エポキシ樹脂に該当しないエポキシ樹脂とを含む場合、エポキシ樹脂全体に占める特定エポキシ樹脂の割合が50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
樹脂組成物は、硬化剤を含んでもよい。硬化剤の種類は特に制限されず、樹脂組成物の所望の特性等に応じて選択できる。
樹脂組成物がエポキシ樹脂を含む場合の硬化剤としては、フェノール硬化剤、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤等が挙げられる。中でも、フェノール硬化剤及びアミン硬化剤が好ましい。硬化剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物がエポキシ樹脂を含む場合の硬化剤としては、フェノール硬化剤、アミン硬化剤、酸無水物硬化剤、ポリメルカプタン硬化剤、ポリアミノアミド硬化剤、イソシアネート硬化剤、ブロックイソシアネート硬化剤等が挙げられる。中でも、フェノール硬化剤及びアミン硬化剤が好ましい。硬化剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
フェノール硬化剤として具体的には、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール等の単官能のフェノール化合物、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等の2官能のフェノール化合物、1,2,3-トリヒドロキシベンゼン、1,2,4-トリヒドロキシベンゼン、1,3,5-トリヒドロキシベンゼン等の3官能のフェノール化合物、これらのフェノール化合物をメチレン鎖等で連結(ノボラック化)して得られるフェノール樹脂などが挙げられる。
フェノール樹脂として具体例には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、カテコールノボラック樹脂、レゾルシノールノボラック樹脂、ヒドロキノンノボラック樹脂等の1種のフェノール化合物をノボラック化して得られるフェノール樹脂、カテコールレゾルシノールノボラック樹脂、レゾルシノールヒドロキノンノボラック樹脂等の2種以上のフェノール化合物をノボラック化して得られるフェノール樹脂などが挙げられる。
アミン硬化剤は、硬化性の観点から、2以上の官能基(活性水素)を有する化合物であることが好ましく、さらに熱伝導性の観点から、芳香環等の剛直な骨格を有する化合物であることがより好ましい。
2官能のアミン硬化剤として具体的には、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノ-3,3’-ジメトキシビフェニル、4,4’-ジアミノフェニルベンゾエート、1,5-ジアミノナフタレン、1,3-ジアミノナフタレン、1,4-ジアミノナフタレン、1,8-ジアミノナフタレン、トリメチレン-ビス-4-アミノベンゾアート、ポリ-1,4-ブタンジオール-ビス-4-アミノ安息香酸、o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン等が挙げられる。
中でも、熱伝導率の観点から、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、1,5-ジアミノナフタレン及び4,4’-ジアミノジフェニルスルホンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、1,5-ジアミノナフタレンであることがより好ましい。
中でも、熱伝導率の観点から、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、1,5-ジアミノナフタレン及び4,4’-ジアミノジフェニルスルホンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、1,5-ジアミノナフタレンであることがより好ましい。
硬化した状態での熱伝導率を維持しつつ貯蔵弾性率を低減する観点からは、硬化剤はビフェニルアラルキル骨格を有する化合物(以下、ビフェニルアラルキル型硬化剤ともいう)、及び芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基又は芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上のアルキル基を有するフェノール樹脂(以下、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤ともいう)からなる群より選択される少なくとも1種(以下、特定硬化剤ともいう)を含むことが好ましい。
(1)ビフェニルアラルキル型硬化剤
ビフェニルアラルキル型硬化剤は、ビフェニルアラルキル骨格を有し、硬化剤として作用しうる化合物であれば特に制限されない。例えば、フェノール化合物にビフェニルアラルキル骨格が導入された化合物(ビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤)及び芳香族アミン化合物にビフェニルアラルキル骨格が導入された化合物(ビフェニルアラルキル型アミン硬化剤)が挙げられ、ビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤が好ましい。
ビフェニルアラルキル型硬化剤は、ビフェニルアラルキル骨格を有し、硬化剤として作用しうる化合物であれば特に制限されない。例えば、フェノール化合物にビフェニルアラルキル骨格が導入された化合物(ビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤)及び芳香族アミン化合物にビフェニルアラルキル骨格が導入された化合物(ビフェニルアラルキル型アミン硬化剤)が挙げられ、ビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤が好ましい。
ビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤としては、下記一般式(3)で表される構造単位を有する化合物が挙げられる。
一般式(1)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8はそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表す。l、m及びnはそれぞれ独立に、1以上の整数である。Zは下記一般式(4)のいずれかで表される構造である。
一般式(4)中、p及びqはそれぞれ独立に、0~2の整数である。ただし、一般式(1)中のZの少なくとも1つは、水酸基を有している(p又はqが1又は2である)。
一般式(1)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1~4であるアルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。m及びnはそれぞれ独立に、1~4の整数であることが好ましく、1又は2であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。lは1又は2であることが好ましい。
一般式(4)中、p及びqはそれぞれ独立に、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
一般式(4)中、p及びqはそれぞれ独立に、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
ビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤は、下記一般式(5)で表される化合物であってもよい。
一般式(5)中、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8並びにl及びpは、一般式(3)及び一般式(4)におけるR1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及びR8並びにl及びpと同様である。
ビフェニルアラルキル型硬化剤の重量平均分子量(Mw)は、400~2000であることが好ましく、500~1700であることがより好ましく、800~1200であることがさらに好ましい。
また、ビフェニルアラルキル型硬化剤の数平均分子量(Mn)は、200~1000であることが好ましく、250~700であることがより好ましく、300~600であることがさらに好ましい。
本開示において、ビフェニルアラルキル型硬化剤の重量平均分子量及び数平均分子量は、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量と同様にして測定された値をいう。
また、ビフェニルアラルキル型硬化剤の数平均分子量(Mn)は、200~1000であることが好ましく、250~700であることがより好ましく、300~600であることがさらに好ましい。
本開示において、ビフェニルアラルキル型硬化剤の重量平均分子量及び数平均分子量は、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量と同様にして測定された値をいう。
ビフェニルアラルキル型硬化剤がフェノール硬化剤である場合の水酸基当量は、120g/eq~200g/eqであることが好ましく、125g/eq~170g/eqであることがより好ましく、130g/eq~150g/eqであることがさらに好ましい。
本開示において、ビフェニルアラルキル型硬化剤の水酸基当量の測定は、JIS K 0070:1992に準拠して行う。
本開示において、ビフェニルアラルキル型硬化剤の水酸基当量の測定は、JIS K 0070:1992に準拠して行う。
ビフェニルアラルキル型硬化剤がアミン硬化剤である場合の活性水素当量は、60g/eq~200g/eqであることが好ましく、60g/eq~170g/eqであることがより好ましく、65g/eq~150g/eqであることがさらに好ましい。
本開示において、ビフェニルアラルキル型硬化剤の活性水素当量の測定は、JIS K7237:1995に準拠して測定された値をいう。
本開示において、ビフェニルアラルキル型硬化剤の活性水素当量の測定は、JIS K7237:1995に準拠して測定された値をいう。
(2)アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤は、芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基又は芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上の非環状アルキル基を有するフェノール樹脂である。この硬化剤は常温(25℃)で液状であるため、硬化物の弾性率低減に有効であると考えられる。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤は、芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基又は芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上の非環状アルキル基を有するフェノール樹脂である。この硬化剤は常温(25℃)で液状であるため、硬化物の弾性率低減に有効であると考えられる。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤におけるフェノール樹脂の構造は特に制限されないが、単官能のフェノール化合物をノボラック化したものが好ましい。フェノール樹脂中のフェノール化合物に由来する芳香環の数は特に制限されないが、2個~10個であることが好ましい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤において、1個の芳香環に結合するアリル基又は炭素数が4以上である非環状アルキル基の数は特に制限されないが、1個又は2個であることが好ましく、1個であることがより好ましい。また、フェノール樹脂中にアリル基又は炭素数が4以上である非環状アルキル基が結合していない芳香環が含まれていてもよい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤が有する炭素数が4以上の非環状アルキレン基は、分岐又は置換基を有していてもよい。この場合、分岐又は置換基に含まれる炭素原子の数は非環状アルキル基の「炭素数」に含めないものとする。熱伝導性を維持しつつ貯蔵弾性率を低減する効果を充分に発揮する観点からは、炭素数が4以上の非環状アルキル基は、分岐又は置換基を有していないことが好ましい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤が有する炭素数が4以上の非環状アルキル基の炭素数は、4以上であれば特に制限されない。例えば、4~20の範囲内であってもよい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤において、アリル基又は炭素数が4以上の非環状アルキル基が芳香環に結合している位置は特に制限されない。例えば、芳香環に結合した水酸基に対してオルト位であってもよい。2個以上のアリル基又は炭素数が4以上の非環状アルキル基が1つの芳香環に結合している場合、その両方が水酸基に対してオルト位にあっても、いずれか一方が水酸基に対してオルト位にあってもよい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤は、下記一般式(6)で表される構造単位を有するフェノール樹脂であってもよい。
一般式(6)中、Rはそれぞれ独立にアリル基又は炭素数が4以上の非環状アルキル基である。nは1又は2であり、好ましくは1である。
一般式(6)において、Rで表される非環状アルキル基の炭素数は、4以上であれば特に制限されない。例えば、4~20の範囲内であってもよい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤が一般式(6)で表される構造単位を有するフェノール樹脂である場合、一般式(6)で表される構造単位の数は特に制限されないが、1分子中に2個~10個であることが好ましい。また、フェノール樹脂中にアリル基又は炭素数が4以上の非環状アルキル基が結合していない芳香環が含まれていてもよい。
一般式(6)で表される構造単位においてアリル基又は炭素数が4以上の非環状アルキル基が結合している位置は、特に制限されない。例えば、芳香環に結合した水酸基に対してオルト位であってもよい。また、フェノール樹脂中にアリル基が結合した芳香環と炭素数が4以上の非環状アルキル基が結合した芳香環とが含まれていてもよく、フェノール樹脂中にアリル基と4以上の非環状アルキル基とが結合した芳香環が含まれていてもよい。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の重量平均分子量(Mw)は、200~2500であることが好ましく、300~1800であることがより好ましく、400~1200であることがさらに好ましい。
また、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の数平均分子量(Mn)は、100~1300であることが好ましく、150~800であることがより好ましく、200~400であることがさらに好ましい。
本開示において、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の重量平均分子量及び数平均分子量は、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量と同様にして測定された値をいう。
また、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の数平均分子量(Mn)は、100~1300であることが好ましく、150~800であることがより好ましく、200~400であることがさらに好ましい。
本開示において、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の重量平均分子量及び数平均分子量は、特定エポキシ樹脂の重量平均分子量及び数平均分子量と同様にして測定された値をいう。
アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の水酸基当量は、100g/eq~300g/eqであることが好ましく、110g/eq~290g/eqであることがより好ましく、120g/eq~280g/eqであることがさらに好ましい。
本開示において、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の水酸基当量の測定は、JIS K 0070:1992に準拠して行う。
本開示において、アリル基/長鎖アルキル基含有フェノール硬化剤の水酸基当量の測定は、JIS K 0070:1992に準拠して行う。
樹脂組成物が特定硬化剤を含む場合、硬化剤として特定硬化剤のみを含んでも、特定硬化剤と特定硬化剤に該当しない硬化剤とを含んでもよい。
樹脂組成物が特定硬化剤と特定硬化剤に該当しない硬化剤とを含む場合、硬化剤全体に占める特定硬化剤の割合が50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、80質量%以上であることがさらに好ましい。
樹脂組成物が特定硬化剤としてビフェニルアラルキル型硬化剤を含む場合は、水酸基当量が120g/eq以下であるフェノール硬化剤及び活性水素当量が120g/eq以下であるアミン硬化剤の少なくとも一方の硬化剤と併用することが好ましい。保存安定性の観点からは、水酸基当量が120g/eq以下であるフェノール硬化剤と併用することがより好ましい。
水酸基当量が120g/eq以下であるフェノール硬化剤の種類は、特に制限されない。例えば、上述したフェノール硬化剤のうち水酸基当量が120g/eq以下であるものを用いてもよい。中でも、フェノール化合物をノボラック化して得られるフェノール樹脂が好ましく、2官能のフェノール化合物をノボラック化して得られるフェノール樹脂がより好ましく、2種以上の2官能のフェノール化合物をノボラック化して得られるフェノール樹脂がさらに好ましく、カテコールレゾルシノールノボラック樹脂が特に好ましい。
本開示において、フェノール硬化剤の水酸基当量は、JIS K0070:1992に準拠して測定された値をいう。
本開示において、フェノール硬化剤の水酸基当量は、JIS K0070:1992に準拠して測定された値をいう。
活性水素当量が120g/eq以下であるアミン硬化剤の種類は、特に制限されない。例えば、上述したアミン硬化剤のうち活性水素当量が120g/eq以下であるものを用いてもよい。
本開示において、アミン硬化剤の活性水素当量は、JIS K7237:1995に準拠して測定された値をいう。
本開示において、アミン硬化剤の活性水素当量は、JIS K7237:1995に準拠して測定された値をいう。
(硬化促進剤)
樹脂組成物は、硬化促進剤を含んでもよい。樹脂に硬化促進剤を併用することで、樹脂をさらに充分に硬化させることができる。硬化促進剤の種類及び含有率は特に制限されず、反応速度、反応温度及び保管性の観点から、適切なものを選択することができる。
樹脂組成物は、硬化促進剤を含んでもよい。樹脂に硬化促進剤を併用することで、樹脂をさらに充分に硬化させることができる。硬化促進剤の種類及び含有率は特に制限されず、反応速度、反応温度及び保管性の観点から、適切なものを選択することができる。
硬化促進剤として具体的には、イミダゾール化合物、第3級アミン化合物、有機ホスフィン化合物、有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物との錯体等が挙げられる。中でも、耐熱性の観点から、有機ホスフィン化合物、及び有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物との錯体からなる群より選択される少なくとも1つであることが好ましい。
有機ホスフィン化合物としては、具体的には、トリフェニルホスフィン、ジフェニル(p-トリル)ホスフィン、トリス(アルキルフェニル)ホスフィン、トリス(アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(アルキル・アルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルキルフェニル)ホスフィン、トリス(ジアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(トリアルコキシフェニル)ホスフィン、トリス(テトラアルコキシフェニル)ホスフィン、トリアルキルホスフィン、ジアルキルアリールホスフィン、アルキルジアリールホスフィン等が挙げられる。
また、有機ホスフィン化合物と有機ボロン化合物との錯体としては、具体的には、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・テトラ-p-トリルボレート、テトラブチルホスホニウム・テトラフェニルボレート、テトラフェニルホスホニウム・n-ブチルトリフェニルボレート、ブチルトリフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、メチルトリブチルホスホニウム・テトラフェニルボレート等が挙げられる。硬化促進剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物が硬化促進剤を含む場合、樹脂組成物中の硬化促進剤の含有率は特に制限されない。例えば、硬化促進剤の含有率は、樹脂の合計質量の0.2質量%~3.0質量%であることが好ましく、0.3質量%~2.0質量%であることがより好ましく、0.4質量%~1.5質量%であることがさらに好ましい。
(熱伝導性フィラー)
樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含んでもよい。熱伝導性フィラーは、非導電性であっても、導電性であってもよい。非導電性の熱伝導性フィラーを使用することによって絶縁性の低下が抑制される傾向にある。また、導電性の熱伝導性フィラーを使用することによって熱伝導性がより向上する傾向にある。
樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含んでもよい。熱伝導性フィラーは、非導電性であっても、導電性であってもよい。非導電性の熱伝導性フィラーを使用することによって絶縁性の低下が抑制される傾向にある。また、導電性の熱伝導性フィラーを使用することによって熱伝導性がより向上する傾向にある。
非導電性の熱伝導性フィラーとして具体的には、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、シリカ(二酸化ケイ素)、酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム等が挙げられる。また導電性の熱伝導性フィラーとしては、金、銀、ニッケル、銅、黒鉛等が挙げられる。中でも熱伝導率の観点から、熱伝導性フィラーとしては、酸化アルミニウム(アルミナ)、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、シリカ(酸化ケイ素)及び黒鉛からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、窒化ホウ素及び酸化アルミニウム(アルミナ)からなる群より選択される少なくとも1種であることがより好ましい。熱伝導性フィラーは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、熱伝導性フィラーとして酸化アルミニウムと窒化ホウ素とを組み合わせて用いてもよい。
熱伝導性フィラーは、2種以上の互いに体積平均粒子径の異なるものを混合して用いることが好ましい。これにより大粒子径の熱伝導性フィラーの空隙に小粒子径の熱伝導性フィラーがパッキングされることによって、単一粒子径の熱伝導性フィラーのみを使用するよりも熱伝導性フィラーが密に充填されるため、より高熱伝導率を発揮することが可能となる。
例えば、熱伝導性フィラーとして窒化ホウ素及び酸化アルミニウムを併用する場合、熱伝導性フィラー中に、体積平均粒子径20μm~100μmの窒化ホウ素を60体積%~95体積%、体積平均粒子径0.3μm~4μmの酸化アルミニウムを5体積%~40体積%の範囲の割合で混合することによって、より高熱伝導化が可能となる。
熱伝導性フィラーの体積平均粒子径(D50)は、レーザー回折法を用いて測定することができる。例えば、樹脂組成物中の熱伝導性フィラーを抽出し、レーザー回折散乱粒度分布測定装置(例えば、ベックマン・コールター社、商品名:LS230)を用いて測定する。具体的には、有機溶剤、硝酸、王水等を用い、樹脂組成物中から熱伝導性フィラー成分を抽出し、超音波分散機等で十分に分散し、この分散液の体積累積粒度分布曲線を測定する。
体積平均粒子径(D50)は、上記測定より得られた体積累積粒度分布曲線において、小径側から累積が50%となる粒子径をいう。
体積平均粒子径(D50)は、上記測定より得られた体積累積粒度分布曲線において、小径側から累積が50%となる粒子径をいう。
樹脂組成物が熱伝導性フィラーを含む場合、熱伝導性フィラーの含有率は特に制限されない。中でも熱伝導性の観点から、熱伝導性フィラーの含有率は、樹脂組成物の固形分の全体積を100体積%とした場合に、40体積%を超えることが好ましく、50体積%を超え、90体積%以下であることがより好ましく、55体積%~80体積%であることがさらに好ましい。
熱伝導性フィラーの含有率が50体積%を超えると、より高い熱伝導率を達成することが可能となる傾向にある。一方、熱伝導性フィラーの含有率が90体積%以下であると、樹脂組成物の硬化物の柔軟性の低下及び絶縁性の低下を抑制する傾向にある。
熱伝導性フィラーの含有率が50体積%を超えると、より高い熱伝導率を達成することが可能となる傾向にある。一方、熱伝導性フィラーの含有率が90体積%以下であると、樹脂組成物の硬化物の柔軟性の低下及び絶縁性の低下を抑制する傾向にある。
樹脂組成物が熱伝導性フィラーを含む場合、熱伝導性フィラーの質量基準の含有率は、30質量%~80質量%であることが好ましく、35質量%~65質量%であることがより好ましく、40質量%~60質量%であることがさらに好ましい。
(シランカップリング剤)
樹脂組成物は、シランカップリング剤の少なくとも1種を含んでいてもよい。シランカップリング剤は、熱伝導性フィラーの表面とその周りを取り囲む樹脂との間で共有結合を形成する役割(バインダ剤に相当)、熱伝導率の向上、及び水分の侵入を妨げることによって絶縁信頼性を向上させる働きを果たすと考えることができる。
樹脂組成物は、シランカップリング剤の少なくとも1種を含んでいてもよい。シランカップリング剤は、熱伝導性フィラーの表面とその周りを取り囲む樹脂との間で共有結合を形成する役割(バインダ剤に相当)、熱伝導率の向上、及び水分の侵入を妨げることによって絶縁信頼性を向上させる働きを果たすと考えることができる。
シランカップリング剤の種類としては特に限定されず、市販されているものを用いてもよい。樹脂と硬化剤との相溶性、及び樹脂と熱伝導性フィラーとの界面での熱伝導欠損を低減することを考慮すると、本開示においては、末端にエポキシ基、アミノ基、メルカプト基、ウレイド基又は水酸基を有するシランカップリング剤を用いることが好適である。
シランカップリング剤の具体例としては、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等を挙げることができる。また、商品名:SC-6000KS2に代表されるシランカップリング剤オリゴマー(日立化成テクノサービス株式会社)等も挙げられる。これらシランカップリング剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂組成物がシランカップリング剤を含む場合、樹脂組成物中のシランカップリング剤の含有率は特に制限されない。シランカップリング剤の含有率は、必要に応じて用いられるエポキシ樹脂と硬化剤の合計質量の0.01質量%~0.2質量%であることが好ましく、0.03質量%~0.1質量%であることがより好ましい。
(その他の成分)
樹脂組成物は、必要に応じて、上記成分に加えてその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、溶剤、エラストマ、分散剤、沈降防止剤等が挙げられる。
樹脂組成物は、必要に応じて、上記成分に加えてその他の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、溶剤、エラストマ、分散剤、沈降防止剤等が挙げられる。
<樹脂組成物(第2実施形態)>
本実施形態の樹脂組成物は、炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂(特定エポキシ樹脂)を含有する、樹脂組成物である。
本実施形態の樹脂組成物は、炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂(特定エポキシ樹脂)を含有する、樹脂組成物である。
本発明者らの検討の結果、樹脂組成物が特定エポキシ樹脂を含むことで、硬化した状態での熱伝導率を維持しつつ貯蔵弾性率を低減できることがわかった。したがってこの樹脂組成物を用いることで、充分な熱伝導率を維持しながら接続信頼性に優れる樹脂部材を形成することができる。
本実施形態の樹脂組成物の詳細及び好ましい態様については、上述した第1実施形態の樹脂組成物の詳細及び好ましい態様を参照することができる。
(樹脂組成物の用途)
樹脂組成物の用途は、特に制限されない。本開示の樹脂組成物は硬化した状態での熱伝導性に優れ、かつ貯蔵弾性率が低いことから、電子部品装置の高温になり易かったり、反りが生じ易い部分に配置される樹脂部材を形成するための材料として特に好適に用いることができる。具体的には、発熱するデバイスからヒートシンクへの熱伝導を効率化するためのサーマルインターフェースマテリアル(TIM)、パワーモジュールの放熱シート等として好適に用いることができる。
樹脂組成物の用途は、特に制限されない。本開示の樹脂組成物は硬化した状態での熱伝導性に優れ、かつ貯蔵弾性率が低いことから、電子部品装置の高温になり易かったり、反りが生じ易い部分に配置される樹脂部材を形成するための材料として特に好適に用いることができる。具体的には、発熱するデバイスからヒートシンクへの熱伝導を効率化するためのサーマルインターフェースマテリアル(TIM)、パワーモジュールの放熱シート等として好適に用いることができる。
<樹脂部材>
本開示の樹脂部材は、本開示の樹脂組成物の硬化物を含む。
樹脂組成物の用途は、特に制限されない。本開示の樹脂部材は熱伝導性に優れ、かつ貯蔵弾性率が低いことから、電子部品装置の高温になり易かったり、反りが生じ易い部分に配置される樹脂部材として特に好適に用いることができる。
具体的には、発熱するデバイスからヒートシンクへの熱伝導を効率化するためのサーマルインターフェースマテリアル(TIM)、パワーモジュールの放熱シート等として好適に用いることができる。
本開示の樹脂部材は、本開示の樹脂組成物の硬化物を含む。
樹脂組成物の用途は、特に制限されない。本開示の樹脂部材は熱伝導性に優れ、かつ貯蔵弾性率が低いことから、電子部品装置の高温になり易かったり、反りが生じ易い部分に配置される樹脂部材として特に好適に用いることができる。
具体的には、発熱するデバイスからヒートシンクへの熱伝導を効率化するためのサーマルインターフェースマテリアル(TIM)、パワーモジュールの放熱シート等として好適に用いることができる。
<樹脂シート>
本開示の樹脂シートは、本開示の樹脂組成物を含む。
樹脂シートの密度は特に制限されず、例えば、3.0g/cm2~3.4g/cm2とすることができる。樹脂シートの柔軟性と熱伝導率との両立を考慮すると、3.0g/cm2~3.3g/cm2であることが好ましく、3.1g/cm2~3.3g/cm2であることがより好ましい。
樹脂シートの密度は、例えば、樹脂組成物中の熱伝導性フィラーの配合量で調整することができる。
本開示の樹脂シートは、本開示の樹脂組成物を含む。
樹脂シートの密度は特に制限されず、例えば、3.0g/cm2~3.4g/cm2とすることができる。樹脂シートの柔軟性と熱伝導率との両立を考慮すると、3.0g/cm2~3.3g/cm2であることが好ましく、3.1g/cm2~3.3g/cm2であることがより好ましい。
樹脂シートの密度は、例えば、樹脂組成物中の熱伝導性フィラーの配合量で調整することができる。
樹脂シートの厚さは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、樹脂シートの厚さは、10μm~350μmとすることができ、熱伝導率、電気絶縁性及びシート可とう性の観点から、50μm~300μmであることが好ましい。樹脂シート等の厚さは公知の方法により測定できる。樹脂シートの厚さが一定でない場合は、5点で測定した値の算術平均値とする。
本開示の樹脂シートの製造方法は特に限定されるものではない。例えば、支持体上に、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等の有機溶剤を添加して調製したワニス状の樹脂組成物(以下、「樹脂ワニス」ともいう。)を、ディスペンサー等により付与して樹脂組成物の層を形成した後、樹脂組成物の層から有機溶剤の少なくとも一部を乾燥により除去することで製造することができる。
乾燥方法は、樹脂ワニスに含まれる有機溶剤の少なくとも一部を除去できれば特に制限されず、通常用いられる乾燥方法から、樹脂ワニスに含まれる有機溶剤の種類、含有量等に応じて適宜選択することができる。
樹脂シートは、硬化反応がほとんど進行していない。このため、可とう性を有するものの、シートとしての柔軟性に乏しい。したがって、PETフィルム等の支持体を除去した状態ではシート自立性に乏しく、取り扱いが困難な場合がある。そこで、樹脂シートは、これを構成する樹脂組成物が半硬化状態になるまで、さらに熱処理されてなることが好ましい。
ここで、樹脂組成物を乾燥して得られる樹脂シートをAステージシートとも称する。また、Aステージシートをさらに熱処理して得られる半硬化状態の樹脂シートをBステージシートとも称し、Aステージシート又はBステージシートをさらに熱処理して得られる硬化状態のシートをCステージシートとも称する。なお、Aステージ、Bステージ、及びCステージについては、JIS K6900:1994の規定を参照するものとする。
<Bステージシート>
本開示のBステージシートは、本開示の樹脂シートの半硬化物を含む。
Bステージシートは、例えば、樹脂シートをBステージ状態まで熱処理する工程を含む製造方法により製造することができる。樹脂シートを熱処理することで、熱伝導率及び電気絶縁性に優れ、可とう性及び可使時間に優れるBステージシートが得られる。
本開示のBステージシートは、本開示の樹脂シートの半硬化物を含む。
Bステージシートは、例えば、樹脂シートをBステージ状態まで熱処理する工程を含む製造方法により製造することができる。樹脂シートを熱処理することで、熱伝導率及び電気絶縁性に優れ、可とう性及び可使時間に優れるBステージシートが得られる。
樹脂シートの半硬化物とは、樹脂シートの粘度が常温(25℃)においては104Pa・s~105Pa・sであり、100℃で102Pa・s~103Pa・sである状態を意味する。なお、上記粘度は、動的粘弾性測定(周波数1Hz、荷重40g、昇温速度3℃/分)によって測定される。
樹脂シートを熱処理する条件は、樹脂組成物をBステージ状態にまで半硬化することができれば特に制限されず、樹脂組成物の構成に応じて適宜選択することができる。熱処理は、樹脂ワニスを塗布する際に生じた樹脂シート中の空隙(ボイド)を減らす目的から、熱真空プレス、熱ロールラミネート等から選択される方法により行うことが好ましい。これにより、表面が平坦なBステージシートを効率よく製造することができる。
具体的には、例えば、減圧下(例えば、1MPa)、温度50℃~180℃で、1秒間~3分間、1MPa~30MPaのプレス圧で加熱及び加圧処理することで、樹脂組成物をBステージ状態に半硬化させることができる。
具体的には、例えば、減圧下(例えば、1MPa)、温度50℃~180℃で、1秒間~3分間、1MPa~30MPaのプレス圧で加熱及び加圧処理することで、樹脂組成物をBステージ状態に半硬化させることができる。
Bステージシートの厚さは、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、10μm~350μmとすることができ、熱伝導率、電気絶縁性及び可とう性の観点から、50μm~300μmであることが好ましい。また、2層以上の樹脂シートを積層しながら熱プレスすることによりBステージシートを作製することもできる。
<Cステージシート>
本開示のCステージシートは、本開示の樹脂シートの硬化物を含む。
Cステージシートは、例えば、Aステージシート又はBステージシートをCステージ状態まで熱処理する工程を含む製造方法により製造することができる。
Aステージシート又はBステージシートを熱処理する条件は、Aステージシート又はBステージシートをCステージ状態にまで硬化することができれば特に制限されず、樹脂組成物の構成に応じて適宜選択することができる。熱処理は、Cステージシート中のボイドの発生を抑制し、Cステージシートの耐電圧性を向上させる観点から、熱真空プレス等の熱処理方法により行うことが好ましい。これにより平坦なCステージシートを効率よく製造することができる。
具体的には、例えば、加熱温度100℃~250℃で、1分間~30分間、1MPa~20MPaで加熱プレス処理することでAステージシート又はBステージシートをCステージ状態に硬化することができる。加熱温度は130℃~230℃であることが好ましく、150℃~220℃であることがより好ましい。
本開示のCステージシートは、本開示の樹脂シートの硬化物を含む。
Cステージシートは、例えば、Aステージシート又はBステージシートをCステージ状態まで熱処理する工程を含む製造方法により製造することができる。
Aステージシート又はBステージシートを熱処理する条件は、Aステージシート又はBステージシートをCステージ状態にまで硬化することができれば特に制限されず、樹脂組成物の構成に応じて適宜選択することができる。熱処理は、Cステージシート中のボイドの発生を抑制し、Cステージシートの耐電圧性を向上させる観点から、熱真空プレス等の熱処理方法により行うことが好ましい。これにより平坦なCステージシートを効率よく製造することができる。
具体的には、例えば、加熱温度100℃~250℃で、1分間~30分間、1MPa~20MPaで加熱プレス処理することでAステージシート又はBステージシートをCステージ状態に硬化することができる。加熱温度は130℃~230℃であることが好ましく、150℃~220℃であることがより好ましい。
Cステージシートの厚さは、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、10μm~350μmとすることができ、熱伝導率、電気絶縁性及びシート可とう性の観点から、50μm~300μmであることが好ましい。また、2層以上の樹脂シート又はBステージシートを積層した状態で熱プレスすることによりCステージシートを作製することもできる。
<樹脂付金属箔>
本開示の樹脂付金属箔は、金属箔と、金属箔上に配置された本開示の樹脂シートの半硬化物と、を備える。樹脂付金属箔が、本開示の樹脂シートの半硬化物を有することで、熱伝導性に優れる。樹脂シートの半硬化物は、Aステージ状態である樹脂シートをBステージ状態になるまで熱処理して得ることができる。
本開示の樹脂付金属箔は、金属箔と、金属箔上に配置された本開示の樹脂シートの半硬化物と、を備える。樹脂付金属箔が、本開示の樹脂シートの半硬化物を有することで、熱伝導性に優れる。樹脂シートの半硬化物は、Aステージ状態である樹脂シートをBステージ状態になるまで熱処理して得ることができる。
金属箔としては、特に制限されず、金箔、銅箔、アルミニウム箔等が挙げられ、一般的には銅箔が用いられる。
金属箔の厚さとしては、例えば、1μm~35μmが挙げられ、可とう性の観点から、20μm以下であることが好ましい。
また、金属箔としては、ニッケル、ニッケル-リン合金、ニッケル-スズ合金、ニッケル-鉄合金、鉛、鉛-スズ合金等を中間層とし、この両面に銅層を設けた3層構造の複合箔、アルミニウム箔と銅箔とを複合した2層構造の複合箔などが挙げられる。中間層の両面に銅層を設けた3層構造の複合箔では、一方の銅層の厚さを0.5μm~15μmとし、他方の銅層の厚さを10μm~300μmとすることが好ましい。
金属箔の厚さとしては、例えば、1μm~35μmが挙げられ、可とう性の観点から、20μm以下であることが好ましい。
また、金属箔としては、ニッケル、ニッケル-リン合金、ニッケル-スズ合金、ニッケル-鉄合金、鉛、鉛-スズ合金等を中間層とし、この両面に銅層を設けた3層構造の複合箔、アルミニウム箔と銅箔とを複合した2層構造の複合箔などが挙げられる。中間層の両面に銅層を設けた3層構造の複合箔では、一方の銅層の厚さを0.5μm~15μmとし、他方の銅層の厚さを10μm~300μmとすることが好ましい。
樹脂付金属箔は、例えば、樹脂組成物(好ましくは、樹脂ワニス)を金属箔上に付与及び乾燥することにより樹脂シートを形成し、これを熱処理してBステージ状態とすることで製造することができる。樹脂シートの形成方法は上述の通りである。
樹脂付金属箔の製造条件は特に制限はなく、乾燥後の樹脂シートにおいて、樹脂ワニスに使用した有機溶剤の80質量%以上が揮発していることが好ましい。乾燥温度としては、特に制限はなく、80℃~180℃程度が好ましい。乾燥時間としては、樹脂ワニスのゲル化時間との兼ね合いで適宜選択することができる。樹脂ワニスの付与量は、乾燥後の樹脂シートの厚さが50μm~350μmとなるように付与することが好ましく、60μm~300μmとなることがより好ましい。
乾燥後の樹脂シートは、さらに熱処理されることでBステージ状態になる。樹脂シートを熱処理する条件はBステージシートにおける熱処理条件と同様である。
乾燥後の樹脂シートは、さらに熱処理されることでBステージ状態になる。樹脂シートを熱処理する条件はBステージシートにおける熱処理条件と同様である。
<金属基板>
本開示の金属基板は、金属支持体と、金属支持体上に配置された本開示の樹脂シートの硬化物と、硬化物上に配置された金属箔と、を備える。金属基板が、本開示の樹脂シートの硬化物を有するため、本開示の金属基板は熱伝導率に優れる。
本開示の金属基板は、金属支持体と、金属支持体上に配置された本開示の樹脂シートの硬化物と、硬化物上に配置された金属箔と、を備える。金属基板が、本開示の樹脂シートの硬化物を有するため、本開示の金属基板は熱伝導率に優れる。
金属支持体は、目的に応じて、その素材、厚さ等は適宜選択することができる。具体的には、アルミニウム、鉄等の金属を用い、厚さを0.5mm~5mmとすることができる。
金属基板における金属箔は、樹脂付金属箔で説明した金属箔と同様のものを用いることができ、好ましい態様も同様である。
本開示の金属基板は、例えば、以下のようにして製造することができる。
金属支持体上に、樹脂組成物を付与し乾燥することで樹脂シートを形成し、さらに樹脂シート上に金属箔を配置して、これを熱処理及び加圧処理することで樹脂シートを硬化して、金属基板を製造することができる。金属支持体上に樹脂シートを付与し乾燥する方法としては、樹脂付金属箔で説明した方法と同様の方法を用いることができる。また、金属支持体上に、樹脂付金属箔を樹脂シートの半硬化物が金属支持体に対向するように貼り合わせた後、これを熱処理及び加圧処理することで樹脂シートの半硬化物を硬化して、金属基板を製造することもできる。
金属支持体上に、樹脂組成物を付与し乾燥することで樹脂シートを形成し、さらに樹脂シート上に金属箔を配置して、これを熱処理及び加圧処理することで樹脂シートを硬化して、金属基板を製造することができる。金属支持体上に樹脂シートを付与し乾燥する方法としては、樹脂付金属箔で説明した方法と同様の方法を用いることができる。また、金属支持体上に、樹脂付金属箔を樹脂シートの半硬化物が金属支持体に対向するように貼り合わせた後、これを熱処理及び加圧処理することで樹脂シートの半硬化物を硬化して、金属基板を製造することもできる。
<パワー半導体装置>
本開示のパワー半導体装置は、金属板、はんだ層及び半導体チップがこの順に積層された半導体モジュールと、放熱部材と、半導体モジュールの金属板と放熱部材との間に配置された本開示の樹脂シートの硬化物と、を備える。
パワー半導体装置は、半導体モジュール部分のみが封止材等で封止されていても、パワー半導体モジュール全体がモールド樹脂等でモールドされていてもよい。以下、パワー半導体装置の例を、図面を用いて説明する。
本開示のパワー半導体装置は、金属板、はんだ層及び半導体チップがこの順に積層された半導体モジュールと、放熱部材と、半導体モジュールの金属板と放熱部材との間に配置された本開示の樹脂シートの硬化物と、を備える。
パワー半導体装置は、半導体モジュール部分のみが封止材等で封止されていても、パワー半導体モジュール全体がモールド樹脂等でモールドされていてもよい。以下、パワー半導体装置の例を、図面を用いて説明する。
図1はパワー半導体装置の構成の一例を示す概略断面図である。図1では、金属板106とはんだ層110と半導体チップ108とがこの順に積層された半導体モジュールにおける金属板106と、放熱ベース基板104との間に樹脂シートの硬化物102が配置され、半導体モジュールの部分が封止材114で封止されている。
また、図2はパワー半導体装置の構成の別の一例を示す概略断面図である。図2では、金属板106とはんだ層110と半導体チップ108とがこの順に積層された半導体モジュールにおける金属板106と、放熱ベース基板104との間に樹脂シートの硬化物102が配置され、半導体モジュールと放熱ベース基板104とがモールド樹脂112でモールドされている。
また、図2はパワー半導体装置の構成の別の一例を示す概略断面図である。図2では、金属板106とはんだ層110と半導体チップ108とがこの順に積層された半導体モジュールにおける金属板106と、放熱ベース基板104との間に樹脂シートの硬化物102が配置され、半導体モジュールと放熱ベース基板104とがモールド樹脂112でモールドされている。
このように、本開示の樹脂シートの硬化物は、図1に示すように半導体モジュールと放熱ベース基板との間の放熱性の接着層として用いることが可能である。また、図2のようにパワー半導体装置の全体をモールド成形する場合でも、放熱ベース基板と金属板との間の放熱材として用いることが可能である。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。以下に樹脂組成物の調製に用いた材料とその略号を示す。
(エポキシ樹脂)
・エポキシ樹脂1:YL6121H[ビフェニル型エポキシモノマー、三菱ケミカル株式会社、エポキシ当量:172g/eq]
・エポキシ樹脂2:[4-{4-(2,3-エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル=4-(2,3-エポキシプロポキシ)ベンゾエート、エポキシ当量:212g/eq、特開2011-74366号公報に記載の方法により調製した下記構造のメソゲン構造を有するエポキシ樹脂]
・エポキシ樹脂1:YL6121H[ビフェニル型エポキシモノマー、三菱ケミカル株式会社、エポキシ当量:172g/eq]
・エポキシ樹脂2:[4-{4-(2,3-エポキシプロポキシ)フェニル}シクロヘキシル=4-(2,3-エポキシプロポキシ)ベンゾエート、エポキシ当量:212g/eq、特開2011-74366号公報に記載の方法により調製した下記構造のメソゲン構造を有するエポキシ樹脂]
・エポキシ樹脂3…一般式(1)においてmが6であるエポキシ樹脂(n=1~20、エポキシ当量:1124g/eq)
・エポキシ樹脂4…一般式(2)においてmが4であるエポキシ樹脂(n=1~20、エポキシ当量:440g/eq)
・エポキシ樹脂4…一般式(2)においてmが4であるエポキシ樹脂(n=1~20、エポキシ当量:440g/eq)
・硬化剤1…ビフェニルアラルキル型硬化剤[MEHC-7403H、明和化成株式会社、水酸基当量:136g/eq]
・硬化剤2…下記方法で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂(CRN)
・硬化剤3…芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基を有するフェノールノボラック樹脂[MEH8000S、明和化成株式会社、水酸基当量:140g/eq]
・硬化剤4…芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上のアルキル基を有するフェノールノボラック樹脂[ELPC80S、群栄化学株式会社、水酸基当量:213g/eq]
・硬化剤2…下記方法で合成したカテコールレゾルシノールノボラック樹脂(CRN)
・硬化剤3…芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基を有するフェノールノボラック樹脂[MEH8000S、明和化成株式会社、水酸基当量:140g/eq]
・硬化剤4…芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上のアルキル基を有するフェノールノボラック樹脂[ELPC80S、群栄化学株式会社、水酸基当量:213g/eq]
(CRNの合成方法)
撹拌機、冷却器及び温度計を備えた3Lのセパラブルフラスコに、レゾルシノール627g、カテコール33g、37質量%ホルムアルデヒド水溶液316.2g、シュウ酸15g、水300gを入れ、オイルバスで加温しながら100℃に昇温した。104℃前後で還流し、還流温度で4時間反応を続けた。その後、水を留去しながらフラスコ内の温度を170℃に昇温した。170℃を保持しながら8時間反応を続けた。反応後、減圧下20分間濃縮を行い、系内の水等を除去し、目的物であるカテコールレゾルシノールノボラック樹脂(CRN)を得た(質量基準の仕込み比:カテコール/レゾルシノール=5/95、シクロヘキサノン50質量%含有)。
撹拌機、冷却器及び温度計を備えた3Lのセパラブルフラスコに、レゾルシノール627g、カテコール33g、37質量%ホルムアルデヒド水溶液316.2g、シュウ酸15g、水300gを入れ、オイルバスで加温しながら100℃に昇温した。104℃前後で還流し、還流温度で4時間反応を続けた。その後、水を留去しながらフラスコ内の温度を170℃に昇温した。170℃を保持しながら8時間反応を続けた。反応後、減圧下20分間濃縮を行い、系内の水等を除去し、目的物であるカテコールレゾルシノールノボラック樹脂(CRN)を得た(質量基準の仕込み比:カテコール/レゾルシノール=5/95、シクロヘキサノン50質量%含有)。
得られたCRNは、未反応の単量体成分(レゾルシノール)を35質量%含み、水酸基当量:62g/eq、数平均分子量:422、重量平均分子量:564であった。
(熱伝導性フィラー)
・AA-04[アルミナ粒子、住友化学株式会社、D50:0.4μm]
・HP-40[窒化ホウ素粒子、水島合金鉄株式会社、D50:40μm]
・AA-04[アルミナ粒子、住友化学株式会社、D50:0.4μm]
・HP-40[窒化ホウ素粒子、水島合金鉄株式会社、D50:40μm]
(硬化促進剤)
・硬化促進剤1:トリフェニルホスフィン[富士フイルム和光純薬株式会社]
・硬化促進剤2:トリアルキルホスフィンのハイドロキノン付加体
・硬化促進剤1:トリフェニルホスフィン[富士フイルム和光純薬株式会社]
・硬化促進剤2:トリアルキルホスフィンのハイドロキノン付加体
(シランカップリング剤)
・KBM-573:N-フェニル-3アミノプロピルトリメトキシシラン[信越化学工業株式会社、商品名]
・KBM-573:N-フェニル-3アミノプロピルトリメトキシシラン[信越化学工業株式会社、商品名]
(溶剤)
・CHN:シクロヘキサノン
・CHN:シクロヘキサノン
(支持体)
・PETフィルム[帝人フィルムソリューション株式会社、商品名:A53、厚さ50μm]
・銅箔[古河電気工業株式会社、厚さ:105μm、GTSグレード]
・PETフィルム[帝人フィルムソリューション株式会社、商品名:A53、厚さ50μm]
・銅箔[古河電気工業株式会社、厚さ:105μm、GTSグレード]
<比較例1>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂1を2.12質量%と、エポキシ樹脂2を10.72質量%と、硬化剤1を2.60質量%と、硬化剤2を5.19質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.14質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を39.39質量%と、AA-04を4.87質量%と、添加剤としてKBM-573を0.04質量%と、溶剤としてCHNを34.94質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂1を2.12質量%と、エポキシ樹脂2を10.72質量%と、硬化剤1を2.60質量%と、硬化剤2を5.19質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.14質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を39.39質量%と、AA-04を4.87質量%と、添加剤としてKBM-573を0.04質量%と、溶剤としてCHNを34.94質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価用のCステージシートの作製)
樹脂組成物を、ディスペンサー(武蔵エンジニアリング株式会社の商品名:SHOTMASTER300DS-S)を用いて、乾燥後の樹脂シートの大きさが50mm×50mm、厚さが200μmとなるように、銅箔の粗化面上に付与した。その後、オーブン(ESPEC社の商品名:SPHH-201)を用い、常温(20℃~30℃)で5分、さらに130℃で5分間乾燥させた。
樹脂組成物を、ディスペンサー(武蔵エンジニアリング株式会社の商品名:SHOTMASTER300DS-S)を用いて、乾燥後の樹脂シートの大きさが50mm×50mm、厚さが200μmとなるように、銅箔の粗化面上に付与した。その後、オーブン(ESPEC社の商品名:SPHH-201)を用い、常温(20℃~30℃)で5分、さらに130℃で5分間乾燥させた。
次いで、乾燥後の樹脂シートの上にポリエチレンテレフタラート(PET)フィルムを設置し、真空プレスにて熱間加圧(プレス温度:150℃、真空度:1kPa、プレス圧:10MPa、加圧時間:1分)を行い、銅箔付きの樹脂シートをBステージの状態にした。
次いで、Bステージ状態の銅箔付きの樹脂シートからPETフィルムを剥がし、その上に同様に作製した銅箔付きの樹脂シートを、樹脂シートが対向するように配置した。この状態で、真空プレスにて真空熱圧着(プレス温度:150℃、真空度:1kPa、プレス圧:10MPa、加圧時間:30分)した。その後、大気圧条件下で、150℃で2時間、210℃で4時間加熱して、銅箔付のCステージシートを得た。
(熱伝導率の測定)
作製した銅箔付のCステージシートの銅箔をエッチングして取り除き、Cステージシートを得た。得られたCステージシートを縦10mm、横10mmに切って試料を得た。試料をグラファイトスプレーにて黒化処理した後、キセノンフラッシュ法(NETZSCH社の商品名:LFA447 nanoflash)にて熱拡散率を評価した。この値と、アルキメデス法で測定した密度と、DSC(示差走査熱量測定装置;Perkin Elmer社の商品名:DSC Pyris1)にて測定した比熱との積から、Cステージシートの厚さ方向の熱伝導率を求めた。結果を表1に示す。
作製した銅箔付のCステージシートの銅箔をエッチングして取り除き、Cステージシートを得た。得られたCステージシートを縦10mm、横10mmに切って試料を得た。試料をグラファイトスプレーにて黒化処理した後、キセノンフラッシュ法(NETZSCH社の商品名:LFA447 nanoflash)にて熱拡散率を評価した。この値と、アルキメデス法で測定した密度と、DSC(示差走査熱量測定装置;Perkin Elmer社の商品名:DSC Pyris1)にて測定した比熱との積から、Cステージシートの厚さ方向の熱伝導率を求めた。結果を表1に示す。
(貯蔵弾性率の測定)
作製した銅箔付のCステージシートの銅箔をエッチングして取り除き、Cステージシートを得た。得られたCステージシートを縦30mm、横5mmに切って試料を得た。動的粘弾性測定装置(TAインスツルメント社、商品名RSA II)を用いて引っ張り試験にて、周波数:10Hz、昇温速度5℃/分、25℃~300℃の条件で測定し、30℃の弾性率(貯蔵弾性率)を求めた。結果を表1に示す。
作製した銅箔付のCステージシートの銅箔をエッチングして取り除き、Cステージシートを得た。得られたCステージシートを縦30mm、横5mmに切って試料を得た。動的粘弾性測定装置(TAインスツルメント社、商品名RSA II)を用いて引っ張り試験にて、周波数:10Hz、昇温速度5℃/分、25℃~300℃の条件で測定し、30℃の弾性率(貯蔵弾性率)を求めた。結果を表1に示す。
(接続信頼性の評価)
接続信頼性を評価するための簡易パッケージを、半導体チップを搭載した基板(MCL-E-700G(R)、0.81mm、日立化成株式会社)、アンダーフィル材(CEL-C-3730N-2、日立化成株式会社)、シール材としてシリコーン系接着剤(SE4450、東レ・ダウコーニング株式会社)を用いて作製した。また、ヒートスプレッダとして厚みが1mmであり、銅の表面にニッケルでメッキ処理したものを用いた。基板及びヒートスプレッダのサイズを45mm、半導体チップのサイズを20mmとした。
接続信頼性を評価するための簡易パッケージを、半導体チップを搭載した基板(MCL-E-700G(R)、0.81mm、日立化成株式会社)、アンダーフィル材(CEL-C-3730N-2、日立化成株式会社)、シール材としてシリコーン系接着剤(SE4450、東レ・ダウコーニング株式会社)を用いて作製した。また、ヒートスプレッダとして厚みが1mmであり、銅の表面にニッケルでメッキ処理したものを用いた。基板及びヒートスプレッダのサイズを45mm、半導体チップのサイズを20mmとした。
実施例及び比較例で調製した樹脂組成物を、ディスペンサー(SHOTMASTER300DS-S、武蔵エンジニアリング株式会社)を用いて、30mm×30mm、厚さが200μmとなるように、ヒートスプレッダ上へ付与した。高精度加圧・加熱接合装置(HTB-MM、アルファーデザイン株式会社)を用いて熱板温度150℃、1MPaで3分加熱加圧し、その後、150℃の恒温槽で2時間処理し、シール材及び樹脂組成物を完全に硬化することで、図3に示す構成の簡易パッケージを作製した。次いで、リフロー試験(260℃、300秒、3回)を行った。
リフロー試験後の簡易パッケージを、超音波画像診断装置(Insight-300、インサイト株式会社製)を用いて、反射法、35MHzの条件で観察した。さらに、その画像を画像解析ソフト(ImageJ)により2値化し、20mm角のチップ部分のうち、ヒートスプレッダに樹脂組成物の硬化物が張り付いている面積、チップに樹脂組成物の硬化物が張り付いている面積の割合を接着面積(%)とした。結果を下記の基準に従って評価した。
OK…リフロー試験後の接着面積が95%以上である
NG…リフロー試験後の接着面積が95%未満である
OK…リフロー試験後の接着面積が95%以上である
NG…リフロー試験後の接着面積が95%未満である
<比較例2>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂1を3.39質量%と、エポキシ樹脂2を17.13質量%と、硬化剤1を2.36質量%と、硬化剤2を10.61質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.26質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を36.97質量%と、AA-04を4.57質量%と、添加剤としてKBM-573を0.04質量%と、溶剤としてCHNを24.67質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂1を3.39質量%と、エポキシ樹脂2を17.13質量%と、硬化剤1を2.36質量%と、硬化剤2を10.61質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.26質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を36.97質量%と、AA-04を4.57質量%と、添加剤としてKBM-573を0.04質量%と、溶剤としてCHNを24.67質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、40体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例1>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂3を17.14質量%と、硬化剤1を0.37質量%と、硬化剤2を1.67質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.15質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を41.48質量%と、AA-04を5.13質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを34.01質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂3を17.14質量%と、硬化剤1を0.37質量%と、硬化剤2を1.67質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.15質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を41.48質量%と、AA-04を5.13質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを34.01質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例2>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂3を17.61質量%と、硬化剤3を2.13質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.59質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂3を17.61質量%と、硬化剤3を2.13質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.59質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例3>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂3を16.60質量%と、硬化剤4を3.15質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.59質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂3を16.60質量%と、硬化剤4を3.15質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤1を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.59質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例4>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂4を14.88質量%と、硬化剤1を0.82質量%と、硬化剤2を3.70質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤2を0.15質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を41.48質量%と、AA-04を5.13質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを33.79質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂4を14.88質量%と、硬化剤1を0.82質量%と、硬化剤2を3.70質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤2を0.15質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を41.48質量%と、AA-04を5.13質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを33.79質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例5>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂4を14.98質量%と、硬化剤3を4.77質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤2を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.59質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂4を14.98質量%と、硬化剤3を4.77質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤2を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.59質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
<実施例6>
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂4を13.30質量%と、硬化剤4を6.44質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤2を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.60質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
(樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂4を13.30質量%と、硬化剤4を6.44質量%と、硬化促進剤として硬化促進剤2を0.16質量%と、熱伝導性フィラーとしてHP-40を43.12質量%と、AA-04を5.33質量%と、添加剤としてKBM-573を0.05質量%と、溶剤としてCHNを31.60質量%と、を混合し、ワニス状の樹脂組成物を調製した。
窒化ホウ素(HP-40)の密度を2.20g/cm3、アルミナ(AA-04)の密度を3.98g/cm3、及び樹脂(エポキシ樹脂と硬化剤の混合物)の密度を1.20g/cm3として、樹脂組成物の全固形分の全体積に対する熱伝導性フィラーの割合を算出したところ、56体積%であった。
(評価)
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
プレス圧力を1MPaに変更したこと以外は比較例1と同様にしてCステージシートを作製し、熱伝導率と貯蔵弾性率を測定した。また、比較例1と同様にしてパッケージを作製し、接続信頼性を評価した。結果を表1に示す。
表1に示すように、メソゲン構造を有するエポキシ樹脂を用いた比較例1では、樹脂組成物の硬化物は充分な熱伝導率を有していたが、貯蔵弾性率が高く接続信頼性が基準をクリアしなかった。
比較例1よりもフィラーの量を減らした比較例2では、貯蔵弾性率が比較例1よりも低く接続信頼性が基準をクリアしたが、充分な熱伝導率が得られなかった。
炭素数が4以上である非環状アルキレン基を有するエポキシ樹脂を用いた実施例1~6では、いずれも樹脂組成物の硬化物が充分な熱伝導率を有し、かつ接続信頼性が基準をクリアした。
比較例1よりもフィラーの量を減らした比較例2では、貯蔵弾性率が比較例1よりも低く接続信頼性が基準をクリアしたが、充分な熱伝導率が得られなかった。
炭素数が4以上である非環状アルキレン基を有するエポキシ樹脂を用いた実施例1~6では、いずれも樹脂組成物の硬化物が充分な熱伝導率を有し、かつ接続信頼性が基準をクリアした。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に援用されて取り込まれる。
102:樹脂シートの硬化物、104:放熱ベース基板、106:金属板、108:半導体チップ、110:はんだ層、112:モールド樹脂、114:封止材
Claims (12)
- 硬化した状態での熱伝導率が5W/(m・K)以上であり、貯蔵弾性率が8GPa以下である、樹脂組成物。
- 熱硬化性樹脂を含有する、請求項1に記載の樹脂組成物。
- 炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂を含有する、請求項1又は請求項2に記載の樹脂組成物。
- 芳香環の炭素原子に直接結合したアリル基又は芳香環の炭素原子に直接結合した炭素数が4以上のアルキル基を有するフェノール樹脂を含有する、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 炭素数が4以上である非環状アルキレン基を含むエポキシ樹脂を含有する、樹脂組成物。
- 請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の樹脂組成物の硬化物を含む、樹脂部材。
- 請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の樹脂組成物を含む、樹脂シート。
- 請求項7に記載の樹脂シートの半硬化物を含む、Bステージシート。
- 請求項7に記載の樹脂シートの硬化物を含む、Cステージシート。
- 金属箔と、前記金属箔上に配置された請求項7に記載の樹脂シートの半硬化物と、を備える樹脂付金属箔。
- 金属支持体と、前記金属支持体上に配置された請求項7に記載の樹脂シートの硬化物と、前記硬化物上に配置された金属箔と、を備える金属基板。
- 金属板、はんだ層及び半導体チップがこの順に積層された半導体モジュールと、放熱部材と、前記半導体モジュールの前記金属板と前記放熱部材との間に配置された請求項7に記載の樹脂シートの硬化物と、を備えるパワー半導体装置。
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