(57)【要約】  超小型電子機器のダイレベル・パッケージング用の組成物および方法が開示される。組成物は、２０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数および１．０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有するように、約２０％から約８０％のサーモプラスチック基材と、約２０％から約７０％の非金属熱伝導性材料とを含む。射出成形技法を用いて、組成物は溶融され、次いで、その中に超小型電子機器を封止するために超小型電子機器を含むダイの中に射出されてよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電子機器のダイレベル・パッケージング用の組成物において、
約２０％から約８０％のサーモプラスチック・ポリマー基材と、
約２０％から約７０％の非金属熱伝導性材料とを含み、
２０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数と、１．０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率とを有する組成物。
【請求項２】
前記組成物が約３０％から約６５％の非金属熱伝導性材料を含む請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記非金属熱伝導性材料が六方晶窒化ホウ素である請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記六方晶窒化ホウ素が、約１０ミクロンから約５０ミクロンのＤ５０粒子サイズを有する請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記六方晶窒化ホウ素が、０．６％未満のＯ２を有する請求項３に記載の組成物。
【請求項６】
前記六方晶窒化ホウ素が、０．０６％未満のＢ２Ｏ３を有する請求項３に記載の組成物。
【請求項７】
前記六方晶窒化ホウ素が、約０．３ｍ２／ｇから約５ｍ２／ｇの間の比表面積を有する請求項３に記載の組成物。
【請求項８】
前記サーモプラスチック・ポリマー基材が、基本的にＬＣＰ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミドおよびポリアミドからなる群から選択される請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記組成物が１５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
前記組成物が１０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
前記組成物が１．５Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
前記組成物が２．０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する請求項１に記載の組成物。
【請求項１３】
約３％から約２５％の補強材料をさらに含む請求項１に記載の組成物。
【請求項１４】
前記補強材料がガラス繊維を含む請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
超小型電子機器のダイレベル・パッケージングの方法において、
ｉ）重量で約２０％から約８０％のサーモプラスチック基材と、
ｉｉ）重量で約２０％から約７０％の非金属熱伝導性材料とを含み、２０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数および１．０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する溶融組成物を提供するステップａ）と、
ダイ内部に確実に保持され、前記溶融組成物によって封止されるべき所望の超小型電子機器を提供するステップｂ）と、
前記ダイ中に前記溶融組成物を注入するステップｃ）と、
前記ダイから前記超小型電子機器を取り外すステップｄ）とを含む方法。
【請求項１６】
前記組成物が約３０％から約６５％の非金属熱伝導性材料を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記非金属熱伝導性材料が六方晶窒化ホウ素である請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記六方晶窒化ホウ素が、約１０ミクロンから約５０ミクロンのＤ５０粒子サイズを有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記六方晶窒化ホウ素が、０．６％未満のＯ２を有する請求項１７に記載の組成物。
【請求項２０】
前記六方晶窒化ホウ素が、０．０６％未満のＢ２Ｏ３を有する請求項１７に記載の組成物。
【請求項２１】
前記六方晶窒化ホウ素が、約０．３ｍ２／ｇから約５ｍ２／ｇの間の比表面積を有する請求項１７に記載の組成物。
【請求項２２】
前記サーモプラスチック・ポリマー基材が、基本的にＬＣＰ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミドおよびポリアミドからなる群から選択される請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記組成物が１５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記組成物が１０ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記組成物が１．５Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
前記組成物が２．０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記溶融組成物に追加した約３％から約２５％の補強材料をさらに含む請求項15に記載の方法。
【請求項２８】
前記補強材料がガラス繊維を含む請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に超小型電子コンポーネントのパッケージング用材料、より詳細にはこのようなコンポーネントのパッケージング用熱伝導性プラスチックに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような超小型電子機器製品の製造では、電子機器の小型化の一般的傾向を含む多くの理由のために、小さな寸法を有するコンポーネントを製造することが特定のより小さな形状因子の美的アピールにとって望ましい。しかし、パッケージングのより小さい寸法のために、コンポーネントの性能の劣化、不規則動作、短縮される寿命、および他の望ましくない結果につながる恐れがある、コンポーネントの放熱特性が劣化することがある。これらの問題の全ては、当技術分野では十分に文書により立証されている。したがって超小型電子機器のパッケージングに用いるのに適する、高い熱伝導率を有する材料に対する要求がある。
【０００３】
さらに、ＬＥＤに関しては特に、業界の趨勢は，ＬＥＤの輝度を増加させてきている。輝度の増加は、ある程度ＬＥＤによって消費される電力を増加させることにより達成されている。ＬＥＤに加わる電力の増加は、ＬＥＤの動作温度の増加を引き起こし、したがってＬＥＤに対する温度管理の新しい方法を必要とする。このために、ＬＥＤのパッケージングに使用できる高い熱伝導率を有する材料に対する要求がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に言えば、周囲温度が増加すると材料が膨張することは物理および化学において周知の概念である。異なる材料は、問題の材料の物理的特性により異なる比率で膨張する。異なる熱膨張率を持つ２つの異なる材料が互いに直ぐそばに置かれた場合、高い膨張率を持つ材料が低い膨張率を持つ材料を押しつけることになりがちである。用途によっては、この既知の特性が非常に役に立つ場合がある。しかし、超小型電子機器のパッケージングにおいて、隣接材料の熱膨張特性が互いにぴったり一致しない場合、材料が別々に分離することに起因して超小型電子デバイスが動作温度の下で故障する恐れがあるので、この熱膨張特性は、克服されるべきハードルとなる。したがって、超小型電子デバイスを封止するための、封止される脆弱な回路のそれと類似の熱膨張率を有する熱伝導性材料に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、超小型電子デバイスをパッケージングするための封止材として使用することができる熱伝導性サーモプラスチックを提供することによって、従来技術の問題を解決する。本出願の発明の好ましい材料は、ほとんどの高電力ＬＥＤに対して要求される高温（鉛フリー）のリフロー温度に耐えることができるＬＣＰ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、特定のポリアミド、および他のサーモプラスチックを含む、修正された等級の高温サーモプラスチックに基づく。この添加物として働く好ましい材料は六方晶窒化ホウ素である。必要な特性を達成するための典型的なｈＢＮの充填レベルは、通常、２０〜７０重量％であるが、３０〜６５重量％であることがさらに好ましい。
【０００６】
次いで、組成物が溶融され超小型電子機器を含むダイの中に射出成型技法を用いて射出され、組成物の中に超小型電子機器を封止することができる。
したがって本発明の目的の中でも特に、低い熱膨張特性を有する超小型電子機器を封止するための組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、熱伝導性である超小型電子機器を封止するための組成物を提供することである。
本発明のこれらのならびに他の特徴、態様および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲および付随する図面を参照していっそう良く理解されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１および２を参照すると、本発明は、ＬＥＤのような超小型電子デバイスをパッケージングするための封止材として使用することができる熱伝導性サーモプラスチックを提供することによって、従来技術の問題を解決する。図１および２に図示したＬＥＤなどの超小型電子デバイス１２が、当技術分野で既知の射出成形技法を用いて熱伝導性サーモプラスチック１４によって封止されることがある。
【０００８】
本出願の発明の好ましい材料は、ほとんどの高電力ＬＥＤに対して要求される高温（鉛フリー）のリフロー温度に耐えることができるＬＣＰ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミド、特定のポリアミド、および他のサーモプラスチックを含む、修正された等級の高温サーモプラスチックに基づく。ＬＣＰおよびＰＰＳは、それらが加工性と高温性能のバランスを示すので好ましい実施形態である。これらの材料は、射出成形プロセスに使用することができる追加的利点も有する。固有の高い熱伝導性を有し、電気的絶縁体であり、低いまたは負の熱膨張係数を有し、鋼よりも低い硬度を有し、さらに少なくとも２方向でかなり等方性である添加物と、高温サーモプラスチックを配合することによって、熱伝導性および制御された熱膨張性成形用樹脂が製造される。この添加物として働く好ましい材料は六方晶窒化ホウ素である。他の材料が追加されてよく、挙げた多くの要件のいくつかを満たすことがある。ただ六方晶窒化ホウ素だけが、全ての要求を満たす。加工および性能要求の範囲を確保するために、多くの他の添加物がポリマー・コンパウンド中に含まれてよい。
【０００９】
ＬＥＤパッケージング設計における電力および伝導経路長に基づく本発明の望ましい熱伝導率は、１．０Ｗ／ｍＫより大きく、好ましくは１．５Ｗ／ｍＫより大きく、２．０Ｗ／ｍＫより大きいことがさらに好ましい。他のコンポーネントの熱膨張に基づく本発明の所望の熱膨張係数は、２０ｐｐｍ／℃未満であり、好ましくは１５ｐｐｍ／℃未満であり、１０ｐｐｍ／℃未満であることがさらに好ましい。
【００１０】
本発明の特性を達成するためには、ｈＢＮが特定の特性（例えば、酸素含有量、結晶寸法、純度）を有し、その特性を転化するように効果的に配合されことが必要である。特に、０．６％未満の酸素含有量および０．０６％未満のＢ２Ｏ３不純物がとりわけ望ましい。ｈＢＮ粒子は、フレーク形状であり、Ｄ５０が１０＜５０ミクロンの間の範囲にあり、約０．３〜５ｍ２／ｇの間の比表面積を有することが好ましい。ｈＢＮのタップ密度は０．５ｇ／ｃｃより大きいことがやはり好ましい。必要な特性を達成するための典型的な充填レベルは、通常、２０〜７０重量％であるが、３０〜６５重量％であることがさらに好ましい。これらの特定の特性範囲外では、組成物が望ましくない熱膨張特性を示し始める。
【００１１】
組成物の電気絶縁特性は、１０Ｅ１２Ωｃｍの電気抵抗率以上であることが好ましい。この電気抵抗率は、１０Ｅ１４Ωｃｍ以上であることがさらに好ましく、１０Ｅ１６Ωｃｍ以上であることがなおさら好ましい。本発明の組成物は超小型電子デバイス用の封止材として使用されるので、この組成物は特性を機能させるために良好な電気絶縁体でなればならない。
【００１２】
他の電気特性も重要である。例えば、比誘電率は５．０以下が望ましいが、好ましくは４．０以下、３．５以下であることがさらに好ましい。絶縁耐力は、やはり組成物の重要な特性である。絶縁耐力は４００Ｖ／ｍｉｌより大きいことが望ましく、６００Ｖ／ｍｉｌより大きいことが好ましいが、７００Ｖ／ｍｉｌより大きいことはなおさら好ましい。誘電損失または誘電正接が、やはり重要である。０．１未満の誘電損失であることが望ましく、０．０１未満が好ましく、さらに０．００１未満が、最も好ましい。
【００１３】
比較トラッキング指数、耐アーク性、熱線着火性、高電圧アーク・トラッキング抵抗性および着火特性に対する高電圧アーク抵抗性が、やはり全て重要であり、従来のプラスチックと比較して熱伝導性プラスチック基材において特徴的に改善されている。これらの試験の中には、業界特有、または業界共通（例えば、電気業界、自動車業界などに対するＵＬ）のものがある。
【００１４】
任意の補強材料がポリマー基材に追加されてよい。補強材料は、ガラス繊維、無機鉱物または他の適切な材料であってよい。補強材料は、ポリマー基材を強化する。補強材料は、追加する場合、組成物の重量で約３％〜約２５％を構成するが、約１０％と約１５％の間がさらに好ましい。
【００１５】
熱伝導性材料と任意の補強材料が、非伝導性ポリマー基材と密接に混合されポリマー組成物を形成する。必要に応じて、混合物は、例えば難燃剤、酸化防止剤、可塑剤、分散助剤および離型剤などの添加物を含むことがある。好ましくは、そのような添加物は生物学的に不活性である。混合物は、当技術分野で既知の技法を用いて準備できる。
本発明が、さらに以下の実施例によって例示されるが、これらの例が、本発明を制限すると解釈されるべきでない。
【実施例１】
【００１６】
この実施例では、約３５％ＰＰＳに関するサーモプラスチック基材を含む組成物が、約６５％ｈＢＮで高度に充填されている。この実施例は１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を示し、６ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有した。この実施例は、また２．５Ｅ１６Ωｃｍの電気抵抗率を示した。この実施例は、また、３６ＭＰａの張力、６８Ｍｐａの屈曲力および１〜３ｋＪ／ｍ２の範囲の衝撃に対しそれぞれ抵抗し、良好な機械的強度を有した。
【実施例２】
【００１７】
この実施例では、約４５％ＰＰＳに関するサーモプラスチック基材を含む組成物が、約５５％ｈＢＮで高度に充填されている。この実施例は１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を示し、１１．３ｐｐｍ／℃の熱膨張係数を有した。この実施例は、また1．６Ｅ１６Ωｃｍの電気抵抗率を示した。この実施例は、また、５ＭＰａの張力、８４Ｍｐａの屈曲力および２．８〜５．６ｋＪ／ｍ２の範囲の衝撃に対しそれぞれ抵抗し、良好な機械的強度を有した。
【００１８】
したがって、超小型電子デバイスのパッケージング用に適した、高い熱伝導率と、低い熱膨張特性を有し、封止材として使用できるサーモプラスチックを提供することによって、本発明が独自の解決策を与えることが分かった。
【００１９】
本発明の範囲を逸脱せずに例示の実施形態に対し種々の変更と修正が加えられてよいことを当業者には理解されたい。このような修正および変更は全て、添付の特許請求の範囲で制限される場合以外は本発明の範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の組成物中に封止された例示のＬＥＤの斜視図である。
【図２】図１に示した封止されたＬＥＤの上面図である。
【図１】
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【図２】
2009510716.tif 000004