(57)【要約】【課題】耐久性に優れた複合部材の提供。【解決手段】複合部材(1)は熱発生部材(10)に熱伝導性絶縁接着膜(20)を介して放熱ベース基板(30)が接着され、以下の式を充足する。X/(E×|CTE(B)−CTE(A)|)≧50, X/(E×|CTE(B)−CTE(C)|)≧50, Y/|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧50, Y/|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧50。X:放熱ベース基板／熱発生部材間のせん断接着力(MPa)、Y:熱伝導性絶縁膜の破断伸度(-)、E:熱伝導性絶縁膜の弾性率(MPa)、CTE(A):放熱ベース基板の線膨張係数(℃-1)、CTE(B):熱伝導性絶縁膜の線膨張係数(℃-1)、CTE(C):熱発生部材の熱伝導性絶縁膜と接する面の材質の線膨張係数(℃-1)、L(BA):熱伝導性絶縁膜と放熱ベース基板との初期接触長さ(m)、L(BC):熱伝導性絶縁膜と熱発生部材との初期接触長さ(m)。【選択図】図１
2019036716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された複合部材であって、
下記式（１−０）〜（４−０）を充足する、複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧50…（１−０）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧50…（２−０）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧50…（３−０）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧50…（４−０）
上記式中、各符号は以下のパラメータを示す。
X：熱伝導性絶縁接着膜を介して接着された放熱ベース基板と熱発生部材との間の２５℃におけるせん断接着力（ＭＰａ）、
Y：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度（−）、
E：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における弾性率（ＭＰａ）、
CTE(A)：放熱ベース基板の線膨張係数（℃−1）、
CTE(B)：熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数（℃−1）、
CTE(C)：熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質の線膨張係数（℃−1）、
L(BA)：熱伝導性絶縁接着膜の放熱ベース基板と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）、
L(BC)：熱伝導性絶縁接着膜の熱発生部材と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）。
【請求項２】
下記式（１−１）〜（４−１）を充足する、請求項１に記載の複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧100…（１−１）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧100…（２−１）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧100…（３−１）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧100…（４−１）
【請求項３】
下記式（１−２）〜（４−２）を充足する、請求項１に記載の複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧150…（１−２）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧150…（２−２）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧150…（３−２）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧150…（４−２）
【請求項４】
下記式（１−３）〜（４−３）を充足する、請求項１に記載の複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧200…（１−３）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧200…（２−３）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧200…（３−３）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧200…（４−３）
【請求項５】
前記熱伝導性絶縁接着膜が熱伝導性絶縁フィラーとバインダー樹脂とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項６】
前記放熱ベース基板の材質が金属であり、前記熱発生部材の前記熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質が金属および／または樹脂である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項７】
前記熱伝導性絶縁接着膜は、−４０℃以上２５℃未満の範囲における弾性率が１０ＧＰａ以下であり、２５℃以上２００℃以下の範囲における弾性率が１ＧＰａ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項８】
前記熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数が１０×１０−６〜１２０×１０−６（℃−１）である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項９】
前記熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度が０．０２（−）以上である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項１０】
前記熱発生部材がパワー半導体素子を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された複合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子部品（例えばパワー半導体素子およびこれを含むパワーカード等）の熱を発生し得る熱発生部材からヒートシンク等の放熱部材への熱伝導を促し、放熱を促すために、放熱部材の放熱ベース基板と熱発生部材との間に熱伝導性絶縁接着膜を配置することが好ましい。高熱伝導性を発現できることから、熱伝導性絶縁接着膜は、熱伝導性絶縁フィラーとバインダー樹脂とを含むことが好ましい。
熱伝導性絶縁接着膜は例えば、熱伝導性フィラーと熱硬化性樹脂であるバインダー樹脂の未硬化物および／または半硬化物とを含む熱伝導性絶縁シートを放熱部材と熱発生部材との間に配置し、加熱および加圧により硬化させることで、簡易に形成することができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、金属板、半田層、およ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、放熱部材とを含み、前記金属板と前記放熱部材との間に、エポキシ樹脂モノマーと、ノボラック樹脂硬化剤と、α−アルミナおよび窒化ホウ素の混合フィラーとを含有するエポキシ樹脂組成物の硬化体が配置されたパワー半導体装置が開示されている（請求項１７）。このパワー半導体装置では、半導体モジュールが熱発生部材であり、エポキシ樹脂組成物の硬化体が熱伝導性絶縁接着膜である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５５９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、半硬化状態であるエポキシ樹脂組成物（好ましくはシート状成形体）を放熱部材と熱発生部材である半導体モジュールとの間に配置し、加熱および加圧により硬化させることで、強固な接着力を発現させている。しかしながら、エポキシ樹脂組成物の硬化体は非常に硬いので、温度変化に伴う放熱部材および熱発生部材の膨張または伸縮から生じる応力を緩和する作用が非常に弱い。そのため、温度変化による応力ひずみによってエポキシ樹脂組成物の硬化体からなる熱伝導性絶縁接着膜にクラックおよび／または剥がれが生じて、絶縁性および／または熱伝導性が低下する恐れがある。
【０００６】
パワー半導体素子およびこれを含むパワーカード等の熱発生部材が車等に搭載されて使用される場合、使用環境温度は過酷であり、低温環境温度として例えば−４０℃程度（例えば高緯度地域の冬場）から、高温環境温度として熱発生部材の発熱温度である例えば１５０℃程度またはそれ以上（発熱温度は熱発生部材の出力による）まで、広範囲に渡る。このような温度変化の大きい条件で使用されたとしても、熱伝導性絶縁接着膜はクラックおよび剥がれの発生がなく、高絶縁性および高熱伝導性を維持できることが好ましい。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された構造を有し、温度変化の大きい条件で使用されたとしても、耐久性に優れた複合部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の複合部材は、
熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された複合部材であって、
下記式（１−０）〜（４−０）を充足するものである。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧50…（１−０）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧50…（２−０）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧50…（３−０）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧50…（４−０）
【０００９】
上記式中、各符号は以下のパラメータを示す。
X：熱伝導性絶縁接着膜を介して接着された放熱ベース基板と熱発生部材との間の２５℃におけるせん断接着力（ＭＰａ）、
Y：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度（−）、
E：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における弾性率（ＭＰａ）、
CTE(A)：放熱ベース基板の線膨張係数（℃−1）、
CTE(B)：熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数（℃−1）、
CTE(C)：熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質の線膨張係数（℃−1）、
L(BA)：熱伝導性絶縁接着膜の放熱ベース基板と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）、
L(BC)：熱伝導性絶縁接着膜の熱発生部材と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された構造を有し、温度変化の大きい条件で使用されたとしても、耐久性に優れた複合部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る第１実施形態の複合部材の模式断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施形態の複合部材の模式断面図である。
【図３】本発明に係る第３実施形態の複合部材の模式断面図である。
【図４】本発明に係る第４実施形態の複合部材の模式断面図である。
【図５】本発明に係る第５実施形態の複合部材の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［複合部材］
本発明は、熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された複合部材に関する。
一般的に、上記構成の複合部材においては、各部材の線膨張係数の差に起因して温度変化により生じる応力ひずみによって熱伝導性絶縁接着膜にクラックおよび／または剥がれが生じて、絶縁性および／または熱伝導性が低下する恐れがある。
【００１３】
複合部材の温度領域は、複合部材が使用される低温外部環境温度の下限〜熱発生部材の発熱時に複合部材が晒される高温発熱環境温度の上限である。例えば、熱発生部材として、パワー半導体素子およびこれを含むパワーカード等が挙げられる。かかる熱発生部材が車等に搭載されて使用される場合、低温外部環境温度の下限としては例えば−４０℃程度が想定され（例えば高緯度地域の冬場）、高温発熱環境温度の上限としては、例えば１５０℃程度またはそれ以上（発熱温度は熱発生部材の出力による）が想定される。
複合部材の温度変化をΔＴ（℃）とすると、想定されるΔＴは例えば５０℃以上、１００℃以上、１５０℃以上、または２００℃以上である。このような温度変化の大きい条件で使用されたとしても、熱伝導性絶縁接着膜のクラックおよび／または剥がれの発生が抑制されることが好ましい。
【００１４】
熱応力に対して熱伝導性絶縁接着膜のせん断接着力が充分に高ければ、熱伝導性絶縁接着膜の剥がれが抑制されると考えられる。各部材の線膨張係数の差により生じるひずみの大きさ（ひずみ長さ）に対して熱伝導性絶縁接着膜の破断伸度が充分に高ければ、熱伝導性絶縁接着膜のクラックが抑制されると考えられる。
【００１５】
本明細書において、以下の各符号はそれぞれ以下のパラメータを示す。
X：熱伝導性絶縁接着膜を介して接着された放熱ベース基板と熱発生部材との間の２５℃におけるせん断接着力（ＭＰａ）、
Y：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度（−）、
E：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における弾性率（ＭＰａ）、
CTE(A)：放熱ベース基板の線膨張係数（℃−１）、
CTE(B)：熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数（℃−1）、
CTE(C)：熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質の線膨張係数（℃−１）、
L(BA)：熱伝導性絶縁接着膜の放熱ベース基板と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）、
L(BC)：熱伝導性絶縁接着膜の熱発生部材と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）。
【００１６】
熱応力に対して熱伝導性絶縁接着膜のせん断接着力が充分に高いことは、下記式（１−Ａ）、（２−Ａ）で表される。
X≧E×（|CTE(B)−CTE(A)|×ΔT）…（１−Ａ）
X≧E×（|CTE(B)−CTE(C)|×ΔT）…（２−Ａ）
線膨張係数は１℃あたりの膨張の程度を表す指標であるから、互いに隣り合う部材の材質の線膨張係数差の絶対値に対して温度変化ΔＴを乗すれば、温度変化ΔＴにおける互いに隣り合う部材の材質の膨張の程度の差が表される。これに熱伝導性絶縁接着膜の弾性率を乗すことで、熱応力が表される。この値に対して、熱伝導性絶縁接着膜のせん断接着力が同一以上であれば、熱応力に対して熱伝導性絶縁接着膜のせん断接着力が充分に高いと言える。
【００１７】
上記式（１−Ａ）、（２−Ａ）から、下記式（１−Ｂ）、（２−Ｂ）が求められる。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧ΔT…（１−Ｂ）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧ΔT…（２−Ｂ）
本発明の複合部材においては、ΔＴが５０℃以上、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、特に好ましくは２００℃以上の条件において、上記式（１−Ｂ）、（２−Ｂ）を充足することができる。
【００１８】
ひずみ長さに対して熱伝導性絶縁接着膜の破断伸度が充分に高いことは、下記式（３−Ａ）、（４−Ａ）で表される。
Y≧|CTE(B)−CTE(A)|×ΔT／L(BA)…（３−Ａ）
Y≧|CTE(B)−CTE(C)|×ΔT／L(BC)…（４−Ａ）
線膨張係数は１℃あたりの膨張の程度を表す指標であるから、互いに隣り合う部材の材質の線膨張係数差の絶対値に対して温度変化ΔＴを乗すれば、温度変化ΔＴにおける互いに隣り合う部材の材質の膨張の程度の差が表される。これを熱伝導性絶縁接着膜の隣接部材との初期接触長さで除すことで、温度変化ΔＴにおける互いに隣り合う部材の材質の膨張の程度を単位長さ当たりに換算することができる。この値に対して、熱伝導性絶縁接着膜の破断伸度が同一以上であれば、ひずみ長さに対して熱伝導性絶縁接着膜の破断伸度が充分に高いと言える。
【００１９】
本明細書において、「熱伝導性絶縁接着膜が、隣接する部材と接する領域の初期の最大一軸方向長さ」は、２５℃の環境下で求められる。「最大一軸方向長さ」は、前記接する領域の面内における一軸方向の最大長さであり、例えば、前記接する領域の形状が略矩形の場合には長軸の長さ、前記接する領域の形状が略楕円の場合には長軸の長さである。また、「初期」とは、破断伸度の測定前を意味する。
【００２０】
上記式（３−Ａ）、（４−Ａ）から、下記式（３−Ｂ）、（４−Ｂ）が求められる。
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧ΔT…（３−Ｂ）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧ΔT…（４−Ｂ）
本発明の複合部材においては、ΔＴが５０℃以上、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、特に好ましくは２００℃以上の条件において、上記式（３−Ｂ）、（４−Ｂ）を充足することができる。
【００２１】
具体的には、本発明の複合部材は、下記式（１−０）〜（４−０）を充足することができる（ΔＴ＝５０（℃）の条件に相当）。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧50…（１−０）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧50…（２−０）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧50…（３−０）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧50…（４−０）
【００２２】
本発明の複合部材は好ましくは、下記式（１−１）〜（４−１）を充足することができる（ΔＴ＝１００（℃）の条件に相当）。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧100…（１−１）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧100…（２−１）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧100…（３−１）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧100…（４−１）
【００２３】
本発明の複合部材は好ましくは、下記式（１−２）〜（４−２）を充足することができる（ΔＴ＝１５０（℃）の条件に相当）。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧150…（１−２）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧150…（２−２）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧150…（３−２）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧150…（４−２）
【００２４】
本発明の複合部材はより好ましくは、下記式（１−３）〜（４−３）を充足することができる（ΔＴ＝２００（℃）の条件に相当）。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧200…（１−３）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧200…（２−３）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧200…（３−３）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧200…（４−３）
【００２５】
本発明の複合部材は、上記式（１−０）〜（４−０）、好ましくは式（１−１）〜（４−１）、より好ましくは（１−２）〜（４−２）、特に好ましくは（１−３）〜（４−３）を充足するため、温度変化の大きい条件（具体的には温度変化ΔＴが５０℃以上、１００℃以上、１５０℃以上、または２００℃以上）で使用されたとしても、熱伝導性絶縁接着膜のクラックおよび／または剥がれの発生が効果的に抑制され、耐久性に優れる。
【００２６】
放熱ベース基板の材質および熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質は選択肢が限られている。したがって、これら材質の線膨張係数に応じて、上記式（１−０）〜（４−０）、好ましくは式（１−１）〜（４−１）、より好ましくは（１−２）〜（４−２）、特に好ましくは（１−３）〜（４−３）を充足するように、熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数、弾性率、破断伸度、および接着力（放熱ベース基板と熱発生部材とを接着する力）を設計すればよい。熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数、弾性率、破断伸度、および接着力の調整方法について、後記する。
【００２７】
充分な柔軟性を有し熱応力を効果的に緩和できることから、熱伝導性絶縁接着膜は、−４０℃以上２５℃未満の範囲における弾性率が１０ＧＰａ以下であり、２５℃以上２００℃以下の範囲における弾性率が１ＧＰａ以下であることが好ましい。また、−４０〜２００℃の範囲における熱伝導性絶縁接着膜の弾性率は０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００２８】
熱伝導性絶縁接着膜は、放熱ベース基板との間の線膨張係数差、および、熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質との間の線膨張係数差がいずれも小さいことが好ましい。放熱ベース基板の材質および熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質の選択肢が限られており、これら材質の線膨張係数との差が小さくなることから、熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数は、好ましくは１０×１０−６〜１６０×１０−６（℃−１）、より好ましくは１０×１０−６〜１２０×１０−６（℃−１）、特に好ましくは１０×１０−６〜１００×１０−６（℃−１）、特に好ましくは１５×１０−６〜８０×１０−６（℃−1）である。熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数がかかる範囲内であれば、熱伝導性絶縁接着膜が放熱ベース基板および熱発生部材の温度変化による膨張または伸縮に良好に追従することができ、熱応力が効果的に低減される。
【００２９】
熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度は、好ましくは０．０２（−）以上、より好ましくは０．０５（−）以上、特に好ましくは０．１（−）以上である。熱伝導性絶縁接着膜の破断伸度が０．０２（−）以上であれば、熱応力に対して破断しにくく、クラックの発生が効果的に抑制される。
【００３０】
熱伝導性絶縁接着膜の熱伝導率は特に限定されない。一般的に、パワー半導体素子およびこれを含むパワーカード等の熱発生部材の出力が大きくなる程、また熱発生部材の小型化が進む程、単位体積あたりの発熱量が大きくなり、より高い放熱性が求められる。熱伝導性絶縁接着膜の熱伝導率は高い方が好ましく、好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは３Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００３１】
熱伝導率は例えば、熱抵抗から逆算することができる。
熱伝導率はまた、試料中を熱が伝導する速度を表す熱拡散率（ｍｍ２／ｓ）と、試料の比熱容量（Ｊ／（ｇ・Ｋ））と、密度（ｇ／ｃｍ３）とから、下記式で求めることができる。
熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）＝熱拡散率（ｍｍ２／ｓ）×比熱容量（Ｊ／（ｇ・Ｋ））×密度（ｇ／ｃｍ３）
熱拡散率の測定方法としては例えば、周期加熱法、ホットディスク法、温度波分析法、およびフラッシュ法等が挙げられる。例えば、フラッシュ法であれば、キセノンフラッシュアナライザーＬＦＡ４４７  ＮａｎｏＦｌａｓｈ（ＮＥＴＺＳＣＨ社製）を用いて熱拡散率を測定することができる。
【００３２】
熱伝導性絶縁接着膜の絶縁性は高い方が好ましい。熱伝導性絶縁接着膜の絶縁破壊電圧は高い方が好ましく、好ましくは０．５ｋＶ以上、より好ましくは３ｋＶ以上、特に好ましくは６ｋＶ以上である。
【００３３】
温度変化に対する耐久性は、冷熱サイクル試験を行うことで評価することができる。例えば、エスペック株式会社製冷熱衝撃装置ＴＳＥ−１２−Ａを用い、複合部材に対して−４０℃で１５分間保持した後１５０℃で１５分間保持する冷熱サイクルを３０００サイクル実施し、冷熱サイクル試験の前後で絶縁破壊電圧を測定することで、絶縁耐久性を評価することができる。後記［実施例］の項で示すように、本発明の複合部材は、上記冷熱サイクル試験後においても、良好な絶縁破壊電圧を維持することができる。
【００３４】
熱伝導性絶縁接着膜の厚みは特に制限されず、絶縁性、熱伝導性、ハンドリング、および熱応力緩和の観点から、好ましくは４０〜１１００μｍ、より好ましくは５０〜１０００μｍである。厚みが４０μｍ以上であれば、耐久性および絶縁性が向上する傾向がある。厚みが１１００μｍ以下であれば、熱伝導性が好適となる傾向がある。
【００３５】
本明細書において、各種パラメータは特に明記しない限り、後記［実施例］の項に記載の方法にて求めるものとする。
【００３６】
（放熱ベース基板）
放熱ベース基板は、ヒートシンク等の放熱部材のベース基板である。
放熱ベース基板の材質としては一般的に金属および／またはセラミックスが使用される。例えば、アルミニウム、銅、鉄、タングステン、モリブデン、マグネシウム、銅―タングステン合金、銅―モリブデン合金、銅―タングステンーモリブデン合金、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、および窒化ケイ素等が挙げられる。これらは１種または２種以上用いることができる。
【００３７】
放熱ベース基板の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の表面粗さ（Ｒａ）は好ましくは０．１〜２μｍ、より好ましくは０．２〜１．７μｍである。Ｒａが０．１μｍ以上であれば、アンカー効果によって放熱ベース基板と熱伝導性絶縁接着膜との密着性が向上し、耐久性が向上する。Ｒａが２μｍ以下であれば、放熱ベース基板の表面凹凸が小さく、絶縁性が向上する。
本明細書において、Ｒａは算術平均粗さであり、ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ２００１に準じて測定することができる。
【００３８】
放熱ベース基板には、放熱効率を高めるために公知のフィンが取り付けられていてもよい。フィンとしては例えば、ストレートフィン、ウェイビーフィン、オフセットフィン、ピンフィン、およびコルゲートフィン等が挙げられる。これらフィンは放熱ベース基板と一体化されていてもよい。
【００３９】
（熱発生部材）
熱発生部材は、熱を発生し得る熱発生部を含む。熱発生部材としては、集積回路、ＩＣチップ、ハイブリッドパッケージ等の半導体パッケージ、マルチモジュール等の半導体モジュール、パワートランジスタ、パワー半導体素子、パワー半導体素子を含むパワーカード、面抵抗器、および熱電変換モジュール等の各種電子部品；建材；車両、航空機、および船舶等の部材等が挙げられる。
【００４０】
本発明の複合部材は例えば、熱発生部材がパワー半導体素子を含むパワーカード等のパワー半導体モジュールである場合に、好適である。
パワーカード等のパワー半導体モジュールは、少なくとも表面（パワー半導体素子の実装面）が導電性を有する基板上に半田等の接合剤を介して１つまたは複数のパワー半導体素子が実装され、好ましくはエポキシ樹脂等の封止材で封止されたものである。パワーカード等のパワー半導体モジュールでは、パワー半導体素子が熱発生部である。パワーカード等のパワー半導体モジュールでは、その片面または両面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板を接着することができる。この場合、熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する部材は、少なくとも表面が導電性を有する基板、および／または、エポキシ樹脂等の封止材である。
【００４１】
少なくとも表面が導電性を有する基板としては例えば、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、スズ、鉄、鉛、これらの合金、およびカーボン等の導電性基板が挙げられる。導電性基板には、回路パターンが形成されていてもよい。少なくとも表面が導電性を有する基板は、樹脂およびセラミックス等の非導電性基板上に導電膜が形成された基板であってもよい。
【００４２】
熱発生部材と熱伝導性絶縁接着膜との密着性が向上し、耐久性が向上することから、熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の表面粗さ（Ｒａ）は、好ましくは０．１〜２μｍ、より好ましくは０．２〜１．７μｍである。Ｒａが０．１μｍ以上であれば、アンカー効果によって熱発生部材と熱伝導性絶縁接着膜との密着性が向上し、耐久性が向上する。Ｒａが２μｍ以下であれば、熱発生部材の表面凹凸が小さく、絶縁性が向上する。
【００４３】
（熱伝導性絶縁接着膜）
熱伝導性絶縁接着膜は、熱伝導性および絶縁性を有し、放熱ベース基板と熱発生部材とを良好に接着できるものであればよい。高熱伝導性を発現できることから、熱伝導性絶縁接着膜は、熱伝導性絶縁フィラーとバインダー樹脂とを含むことが好ましい。
【００４４】
熱伝導性絶縁フィラーとしては特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、および酸化マグネシウム等の金属酸化物；窒化アルミニウム、および窒化ホウ素等の金属窒化物；水酸化アルミニウム、および水酸化マグネシウム等の金属水酸化物；炭酸カルシウム、および炭酸マグネシウム等の炭酸金属塩；ケイ酸カルシウム等のケイ酸金属塩；水和金属化合物；結晶性シリカ、非結晶性シリカ、炭化ケイ素、およびこれらの複合物等が挙げられる。これらは、１種または２種以上用いることができる。中でも、アルミナ、窒化アルミニウム、および窒化ホウ素等が好ましい。
熱伝導性絶縁フィラーの形態は特に制限されず、一次粒子、一次粒子を造粒した造粒体、これらの凝集体、およびこれらの組合せが挙げられる。
【００４５】
熱伝導性絶縁フィラーは、熱伝導率の高い窒化ホウ素フィラーを含むことが好ましい。一般的に窒化ホウ素フィラーは濡れ性が悪くまた形状が不揃いであるので、熱伝導性絶縁フィラーとして、窒化ホウ素フィラーのみを用いる場合、内部にボイドができやすい傾向がある。高熱伝導率と低空隙率の観点から、熱伝導性絶縁フィラーは、窒化ホウ素を除く熱伝導性球状フィラーと窒化ホウ素フィラーとを含むことが好ましい。
【００４６】
本明細書において「球状」は、例えば、「円形度」で表すことができる。「円形度」は、粒子をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等で撮影した写真から任意の数の粒子を選び、粒子の面積をＳ、周囲長をＬとしたとき、式：（円形度）＝４πＳ／Ｌ２から求めることができる。本明細書において「球状の粒子」は特に明記しない限り、東亜医用電子（株）製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００を用いて粒子の平均円形度を測定した際の平均円形度が０．９〜１のものをいう。好ましくは、平均円形度が０．９６〜１である。
【００４７】
熱伝導性球状フィラーの種類は、窒化ホウ素以外の熱伝導性を有するものであればよく、例えば、アルミナ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、結晶性シリカ、および非結晶性シリカ等の金属酸化物；窒化アルミニウム等の金属窒化物；水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウム等の金属水酸化物；炭化ケイ素等の金属炭化物；炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウム等の炭酸金属塩；ケイ酸カルシウム等のケイ酸金属塩；水和金属化合物；これらの組合せ等が挙げられる。これらは、１種または２種以上用いることができる。
球形度、熱伝導性、および絶縁性の観点から、熱伝導性球状フィラーは、アルミナおよび窒化アルミニウムからなる群より選ばれることが好ましい。
【００４８】
バインダー樹脂としては特に制限されず、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルウレタン樹脂、アルキッド樹脂、ブチラール樹脂、アセタール樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン樹脂、ニトロセルロース、ベンジルセルロース、セルロース（トリ）アセテート、カゼイン、シェラック、ギルソナイト、ゼラチン、スチレン−無水マレイン酸樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル／酢酸ビニル／マレイン酸共重合体樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイン酸樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ケトン樹脂、石油樹脂、ロジン、ロジンエステル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルエチルセルロース、カルボキシメチルニトロセルロース、エチレン／ビニルアルコール樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、変性塩素化ポリオレフィン樹脂、および塩素化ポリウレタン樹脂等が挙げられる。バインダー樹脂は、１種または２種以上を用いることができる。
【００４９】
上記の中でも、柔軟性の観点からはポリウレタン樹脂およびポリアミド樹脂等が好適に用いられ、電子部品として用いる際の絶縁性および耐熱性等の観点からはエポキシ系樹脂等が好適に用いられる。
【００５０】
バインダー樹脂としては、バインダー樹脂自体硬化するか、もしくは適当な硬化剤との反応により硬化するものを用いることができる。
例えば、バインダー樹脂がカルボキシ基、アミノ基、およびフェノール性水酸基等の反応基を有する場合、この反応基と反応し得る硬化剤として、２官能以上のエポキシ基含有化合物、２官能以上のイソシアネート基含有化合物、２官能以上のカルボジイミド基含有化合物、２官能以上の金属キレート化合物、２官能以上の金属アルコキシド化合物、および２官能以上の金属アシレート化合物等を好ましく用いることができる。
【００５１】
熱伝導性絶縁接着膜は本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて、難燃剤、充填剤、およびその他各種添加剤を含むことができる。難燃剤としては例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、およびリン酸化合物等が挙げられる。他の添加剤としては例えば、基材密着性を高めるためのカップリング剤；吸湿時または高温時の信頼性を高めるためのイオン捕捉剤および酸化防止剤；レベリング剤等が挙げられる。
【００５２】
熱伝導性絶縁接着膜は、熱伝導性絶縁フィラーと熱硬化性樹脂であるバインダー樹脂の未硬化物および／または半硬化物とを含む熱伝導性絶縁シートを放熱部材と熱発生部材との間に配置し、加熱および加圧により硬化させて形成されたものであることが好ましい。この場合、熱伝導性絶縁接着膜は、熱伝導性絶縁フィラーと熱硬化性樹脂の硬化物とを含むことができる。
なお、本明細書では、相互に反応し得る官能基を有する複数種の熱硬化性樹脂を用いる場合、量的に多い方を主剤、少ない方を硬化剤と称すこともある。
【００５３】
熱伝導性絶縁シートは例えば、以下のような方法で得ることができる。
熱伝導性絶縁フィラー、バインダー樹脂、溶剤、および必要に応じて他の任意成分を含有する塗液を調製し、これを剥離性シート上に塗工した後、溶剤を揮発乾燥させることで、剥離性シート付きの熱伝導性絶縁シートを得ることができる。なお、熱伝導性絶縁シートを使用する際に、剥離性シートは剥離される。
【００５４】
塗液は、熱伝導性絶縁フィラー、バインダー樹脂、溶剤、および必要に応じて他の任意成分を撹拌混合することで製造することができる。撹拌混合機としては特に限定されず、例えば、ディスパー、ミキサー、混練機、スキャンデックス、ペイントコンディショナー、サンドミル、らいかい機、メディアレス分散機、三本ロール、およびビーズミル等が挙げられる。撹拌混合後は、塗液から気泡を除去するために、脱泡工程を実施することが好ましい。脱泡方法としては特に制限されず、例えば、真空脱泡および超音波脱泡等が挙げられる。
【００５５】
剥離性シートとしては例えば、ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、およびポリイミドフィルム等のプラスチックフィルムに離型処理したもの等が挙げられる。
【００５６】
剥離性シートへの塗液の塗工方法としては特に限定されず、例えば、ナイフコート、ブレードコオート、コンマコート、ダイコート、リップコート、ロールコート、カーテンコート、バーコート、グラビアコート、フレキソコート、ディップコート、スプレーコート、スクリーンコート、スピンコート、ディスペンサーを用いる方法、およびインクジェット印刷等が挙げられる。
【００５７】
上記方法にて得られる複数種の単層構造の熱伝導性絶縁シートを重ね、完全硬化しない温度で加圧することで、熱伝導性絶縁フィラーの種類および／または濃度、および／または、バインダー樹脂の種類および／または濃度が厚み方向に変化した積層構造の熱伝導性絶縁シートを得ることも可能である。このような積層構造の熱伝導性絶縁シートを用いることで、熱伝導性絶縁フィラーの種類および／または濃度、および／または、バインダー樹脂の種類および／または濃度が厚み方向に変化した積層構造の熱伝導性絶縁接着膜を得ることができる。
【００５８】
熱伝導性絶縁接着膜の好ましい積層構成としては例えば、柔軟性および接着性が高くなるよう熱伝導性絶縁フィラーを比較的低密度で含む２層以上の熱伝導層（Ａ）と熱伝導性絶縁フィラーを比較的高密度で含む１層以上の熱伝導層（Ｂ）とを、熱伝導層（Ａ）が最外層となるように、交互積層した構成が挙げられる。このような積層構成では、最外層をなす熱伝導層（Ａ）によって放熱ベース基板および熱発生部材に対する密着性および接着性を確保し、熱伝導層（Ｂ）によって高い熱伝導性を確保することが可能である。
【００５９】
単層構造または積層構造の熱伝導性絶縁シートを放熱部材と熱発生部材との間に配置し、加熱および加圧することで、熱伝導性絶縁接着膜を得ることができる。加熱および加圧により空隙が低減され、熱伝導性および絶縁性が向上する。熱伝導性絶縁シートが熱硬化性樹脂を含む場合、加熱および加圧により硬化反応が起こり、熱伝導性絶縁接着膜の凝集力が向上し、接着力および耐久性が向上する。複数枚の熱伝導性絶縁シートを用いて、熱伝導性絶縁接着膜を形成してもよい。
【００６０】
熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数、弾性率、破断伸度、および接着力は、バインダー樹脂の種類、バインダー樹脂の分子量、硬化剤の割合、熱伝導性絶縁フィラーの種類および量等の熱伝導性絶縁シートの組成、並びに、熱伝導性絶縁シートの加熱加圧条件等によって、調整することができる。
【００６１】
（複合部材の実施形態）
図面を参照して、本発明に係る第１〜第５実施形態の複合部材の構造について、説明する。図１〜図５は模式断面図であり、同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。
【００６２】
図１に示す第１実施形態の複合部材１は、パワー半導体素子等の熱発生部材１０の片面に熱伝導性絶縁接着膜２０を介して放熱ベース基板３０が接着されたものである。
図２に示す第２実施形態の複合部材２は、パワー半導体素子等の熱発生部材１０の両面に熱伝導性絶縁接着膜２０を介して放熱ベース基板３０が接着されたものである。
複合部材１、２では、熱発生部材１０のほぼ全体が熱発生部である。
【００６３】
図３、図４において、符号５０はパワー半導体素子を含むパワーカード等のパワー半導体モジュール（熱発生部材）である。パワー半導体モジュール５０は、金属基板等の少なくとも表面（パワー半導体素子の実装面）が導電性を有する基板５１上に半田層５２を介してパワー半導体素子５３が実装され、エポキシ樹脂等の封止材５４で封止されたものである。パワー半導体モジュール５０では、パワー半導体素子５３が熱発生部である。基板５１上に複数のパワー半導体素子５３が実装されていてもよい。
図３に示す第３実施形態の複合部材３は、上記のパワー半導体モジュール５０の片面（基板５１の非実装面）に熱伝導性絶縁接着膜２０を介して放熱ベース基板３０が接着されたものである。図３に示す例では、基板５１側に熱伝導性絶縁接着膜２０と放熱ベース基板３０とを配置しているが、封止材５４側にこれらを配置してもよい。
図４に示す第４実施形態の複合部材４は、上記のパワー半導体モジュール５０の両面に熱伝導性絶縁接着膜２０を介して放熱ベース基板３０が接着されたものである。
【００６４】
図５において、符号６０はパワー半導体素子を含むパワーカード等のパワー半導体モジュール（熱発生部材）である。パワー半導体モジュール６０は、金属基板等の少なくとも一方の面（パワー半導体素子側の面）が導電性を有する第１の基板６１上に第１の半田層６２を介してパワー半導体素子６３が実装され、その上に、第２の半田層６４を介して金属基板等の少なくとも一方の面（パワー半導体素子側の面）が導電性を有する第２の基板６５が接合され、エポキシ樹脂等の封止材６６で封止されたものである。パワー半導体モジュール６０では、パワー半導体素子６３が熱発生部である。第１の基板６１上に複数のパワー半導体素子６３が実装されていてもよい。
図５に示す第５実施形態の複合部材５は、上記のパワー半導体モジュール６０の両面に熱伝導性絶縁接着膜２０を介して放熱ベース基板３０が接着されたものである。
図１〜図５に示す複合部材は、適宜設計変更が可能である。
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された構造を有し、温度変化の大きい条件で使用されたとしても、熱伝導性絶縁接着膜のクラックおよび／または剥がれの発生を効果的に抑制され、耐久性に優れた複合部材を提供することができる。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明に係る実施例および比較例について、説明する。なお、［実施例］の項において、「部」および「％」は特に明記しない限り、それぞれ「質量部」、「質量％」を表す。ＲＨは相対湿度を表す。
【００６７】
［各部材の評価項目と評価方法］
（線膨張係数）
金属等の線膨張係数が公知である材料については、文献値を用いた。熱伝導性絶縁接着膜等の線膨張係数が未知の材料については、下記手法により線膨張係数を求めた。
幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍの短冊状の試料に対して、ＴＡインスツルメント社製ＴＭＡ  Ｑ４００を用い、５ｇの荷重で−４０℃から１８０℃まで昇温速度１０℃／分の条件で加熱負荷をかけたときの変位を測定した。線膨張係数は、試料温度を横軸に変位を縦軸に取ってプロットした際の−４０〜１５０℃の間の傾きの平均により求めた。
【００６８】
（弾性率、破断伸度）
熱伝導性絶縁接着膜形成用の熱伝導性絶縁シートを２枚の剥離性シートで挟み、複合部材のテストピース製造と同じ加熱加圧条件（１５０℃で６０分間、３ＭＰａの加熱加圧条件、または１５０℃で６０分間、１ＭＰａの加熱加圧条件）で熱プレスした後、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜単体を得た。この熱伝導性絶縁接着膜単体から幅１０ｍｍ長さ５０ｍｍの短冊状の試料を切り出した。オリエンテック社製テンシロンＲＴＥ−１２１０を用い、一対のチャックで試料の両端部を把持し、２５℃−５０％ＲＨの雰囲気下、引張強度２ｍｍ／分の条件で測定を実施した。試験開始時の一対のチャック間距離は２５ｍｍとした。
得られた測定値を用い、ＪＩＳ−Ｋ７１６１：１９９４に準拠して、弾性率を算出した。また、試料が破断したときの長さを求め、下記式より破断伸度を求めた。なお、初期長さは２５ｍｍ（試験開始時の一対のチャック間距離）である。
破断伸度（−）＝（（破断したときの長さ）−（初期長さ））／（初期長さ）
【００６９】
［フィラーの評価項目と評価方法］
（平均粒子径）
フィラーの平均粒子径は、Malvern Instruments社製粒度分布計マスターサイザー２０００を用いて測定した。測定の際には乾式ユニットを用い、空気圧は２．５バールとした。フィード速度はサンプルにより最適化した。
【００７０】
［樹脂溶液の評価項目と評価方法］
（固形分量）
薄型蓋付き金属容器内に樹脂溶液１ｇを量り採り、２００℃のオーブンで２０分間加熱した後の残質量を測定し、次式により固形分量を求めた。
固形分量（質量％）＝（残質量（ｇ）／１ｇ）×１００
【００７１】
（重量平均分子量（ＭＷ））
東ソー製ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）「ＨＬＣ８２２０ＧＰＣ」を用いて、Ｍｗを測定した。ＧＰＣは、溶媒（ＴＨＦ；テトラヒドロフラン）に溶解した物質を分子サイズの差によって分離定量する液体クロマトグラフィーである。
カラムとして、２本の「ＴＯＳＯＨ  ＴＳＫｇｅｌ Ｓｕｐｅｒ ＨＺＭ-Ｎ」（東ソー社製）を直列に接続したものを用い、試料濃度０．１質量％、流量０．３４ｍｌ／ｍｉｎ、圧力７．４ＭＰａ、カラム温度４０℃の条件で、測定を実施して、ポリスチレン換算のＭｗを求めた。装置内蔵ソフトを使用して、検量線の作成、分子量およびピーク面積の算出を行い、保持時間５〜９．８５分の範囲を分析対象としてＭｗを求めた。
【００７２】
（粘度）
樹脂溶液１０ｇをガラス製のスクリュー管に入れ、これを２５℃の恒温槽内に一晩静置した後、Ｂ型粘度計（東機産業社製  ＴＶＢ−１５）を用い、ロータＮｏ．４、回転数３０ｒｐｍの条件で、粘度を測定した。
【００７３】
［熱伝導性絶縁フィラー］
用いた熱伝導性絶縁フィラーは、以下の通りである。
（熱伝導性球状フィラー）
ＡＯ５０９：平均粒子径１０μｍの球状アルミナ（（株）アドマテックス製アドマファインＡＯ−５０９）、
ＣＢ−Ａ２０Ｓ：平均粒子径２０μｍの球状アルミナ（昭和電工株式会社製アルナビーズＣＢ−Ａ２０Ｓ）、
ＤＡＷ−４５：平均粒子径４５μｍの球状アルミナ（デンカ株式会社製ＤＡＷ−４５）、Ａ３０：平均粒子径３０μｍの球状アルミナ（昭和電工株式会社製アルナビーズＣＢ−Ａ３０Ｓ）
（窒化ホウ素フィラー）
ＰＴＸ６０：平均粒子径５５〜６５μｍの造粒窒化ホウ素フィラー（モメンティブ株式会社製ＰＴＸ−６０）、
ＰＴＸ２５：平均粒子径２５μｍの造粒窒化ホウ素フィラー（モメンティブ株式会社ＰＴＸ−２５）、
ａｇｇ１００：平均粒子径６５〜８５μｍの造粒窒化ホウ素フィラー（スリーエムジャパン株式会社製、Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ１００）、
ａｇｇ５０：平均粒子径１５〜３０μｍの造粒窒化ホウ素フィラー（スリーエムジャパン株式会社製、Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ５０）。
【００７４】
［合成例１］ポリウレタンポリウレア樹脂（樹脂Ｒ１）の溶液の合成
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下装置、および窒素導入管を備えた反応容器に、テレフタル酸とアジピン酸と３−メチル−１，５−ペンタンジオールとから得られたポリエステルポリオール（（株）クラレ製「クラレポリオールＰ−１０１１」、Ｍｎ＝１００６）４０１．９部、ジメチロールブタン酸１２．７部、イソホロンジイソシアネート１５１．０部、およびトルエン４０部を仕込み、窒素雰囲気下９０℃３時間反応させた。これにトルエン３００部を加えてイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液を得た。
次に、イソホロンジアミン２７．８部、ジ−ｎ−ブチルアミン３．２部、２−プロパノール３４２．０部、およびトルエン３９６．０部を混合した溶液に、得られたイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー溶液８１５．１部を添加し、７０℃３時間反応させた。反応終了後に、トルエン１４４．０部および２−プロパノール７２．０部の混合溶剤を用いて希釈した。以上のようにして、固形分量３０質量％、Ｍｗ１２０，０００、粘度３，０００ｍＰａ・ｓの熱硬化性のポリウレタンポリウレア樹脂（樹脂Ｒ１）の溶液を得た。
【００７５】
［合成例２］ポリアミド樹脂（樹脂Ｒ２）の溶液の合成
撹拌機、水分定量受器を付けた還流冷却管、窒素導入管、および温度計を備えた４口フラスコに、炭素数３６の多塩基酸化合物としてプリポール１００９（クローダジャパン株式会社製）を７０．７８部、フェノール性水酸基を有する多塩基酸化合物として５−ヒドロキシイソフタル酸（スガイ化学社製、以下「５−ＨＩＰＡ」ともいう）を５．２４部、炭素数３６のポリアミン化合物としてプリアミン１０７４（クローダジャパン株式会社製）を８２．８４部、トルエンを４．７４部仕込んだ。これらの混合物を撹拌しながら、水の流出を確認しつつ、温度を２２０℃まで昇温し、脱水反応を続けた。１時間ごとにサンプリングを行い、Ｍｗが４０，０００になったことを確認し、充分に冷却した後、シクロヘキサノン４０部、トルエン９１．３４部、およびイソプロピルアルコール９６．１２部を希釈溶剤として加え、充分に溶解させた。以上のようにして、固形分量４０．２質量％、Ｍｗ４１，０３８、粘度９，５８０ｍＰａ・ｓのフェノール性水酸基含有ポリアミド樹脂（樹脂Ｒ２）の溶液を得た。
【００７６】
［合成例３］ポリアミド樹脂（樹脂Ｒ３）の溶液の合成
撹拌機、水分定量受器を付けた還流冷却管、窒素導入管、温度計を備えた４口フラスコに、炭素数３６の多塩基酸化合物としてプリポール１００９（クローダジャパン株式会社製）を７０．９９部、フェノール性水酸基を有する多塩基酸化合物として５−ヒドロキシイソフタル酸（５−ＨＩＰＡ）を５．２４部、炭素数３６のポリアミン化合物としてプリアミン１０７４（クローダジャパン株式会社製）を８３．７７部、キシレンを４.２部仕込み、撹拌しながら、水の流出を確認しつつ、温度を２２０℃まで昇温し、脱水反応を続けた。１時間ごとにサンプリングを行い、Ｍｗが４５，０００になったことを確認し、充分に冷却した後、トルエン１１２．５部およびイソプロピルアルコール１１２．５部を希釈溶剤として加え、７５℃で充分に溶解させた。以上のようにして、固形分量４０．５質量％、Ｍｗ４５，２５１、粘度２２，７５０ｍＰａ・ｓのフェノール性水酸基含有ポリアミド樹脂（樹脂Ｒ３）の溶液を得た。
【００７７】
［製造例１］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−１）の製造
樹脂Ｒ１と、アルミナフィラーとしてＣＢ−Ａ２０Ｓと、窒化ホウ素フィラーとしてＰＴＸ６０とを混合した。配合割合は、樹脂Ｒ１を４０体積％、ＣＢ−Ａ２０Ｓを４５体積％、ＰＴＸ６０を１５体積％とした。さらに、硬化剤としてエピコート１００１の５０％トルエン溶液（ジャパンエポキシレジン（株）製）を、固形分換算として樹脂に対して２％となるように添加し、全体の固形分が５０％となるようにトルエンで調整した。次いで、得られた塗液を乾燥後の膜厚が５０μｍとなるように剥離性シート上に塗工し、乾燥させた。このようにして、剥離性シート上に２種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含むシート（Ａ’−１）を得た。これを２セット用意した。
【００７８】
別途、樹脂Ｒ１と、アルミナフィラーとしてＤＡＷ−４５と、窒化ホウ素フィラーとしてＰＴＸ６０とを混合した。配合割合は、樹脂Ｒ１を４０体積％、ＤＡＷ−４５を１０体積％、ＰＴＸ−６０を５０体積％とした。さらに、硬化剤としてエピコート１００１の５０％トルエン溶液（ジャパンエポキシレジン（株）製）を、固形分換算として樹脂に対して２％となるように添加し、全体の固形分が５０％となるようにトルエンで調整した。次いで、得られた塗液を乾燥後の膜厚が１００μｍとなるように剥離性シート上に塗工し、乾燥させた。このようにして、剥離性シート上に２種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含むシート（Ｂ’−１）を形成した。
【００７９】
上記で得られた２枚の剥離性シート付きシート（Ａ’−１）と１枚の剥離性シート付きシート（Ｂ’−１）とを用い、剥離性シート／シート（Ａ’−１）／シート（Ｂ’−１）／シート（Ａ’−１）／剥離性シートの積層構造となるように積層した。この積層体を、一対のロール温度８０℃、ラミネート圧１．５ＭＰａ、速度０．５ｍ／分の条件でロールラミネートした後、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜形成用の３層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−１）を得た。
【００８０】
［製造例２］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−２）の製造
樹脂Ｒ１を樹脂Ｒ２に変更し、硬化剤をＴＥＴＲＡＤ−Ｘ（三菱瓦斯化学株式会社製、５％トルエン溶液）に変更した以外は製造例１のシート（Ａ’−１）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ａ’−２）を形成した。
樹脂Ｒ１を樹脂Ｒ２に変更し、硬化剤をＴＥＴＲＡＤ−Ｘ（三菱瓦斯化学株式会社製、５％トルエン溶液）に変更した以外は製造例１のシート（Ｂ’−１）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ｂ’−２）を形成した。
製造例１と同様の方法にて、剥離性シート／シート（Ａ’−２）／シート（Ｂ’−２）／シート（Ａ’−２）／剥離性シートの積層体を得、ロールラミネートし、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜形成用の３層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−２）を得た。
【００８１】
［製造例３］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−３）の製造
樹脂Ｒ２の添加量を４５体積％とし、アルミナフィラーとして４５体積％のＡＯ５０９を用い、窒化ホウ素フィラーとして１０体積％のａｇｇ１００を用いた以外は製造例２のシート（Ａ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ａ’−３）を形成した。
樹脂Ｒ２の添加量を４５体積％とし、アルミナフィラーとしてＡ３０を用い、ＰＴＸ６０の添加量を４５体積％とした以外は製造例２のシート（Ｂ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ｂ’−３）を形成した。
製造例２と同様の方法にて、剥離性シート／シート（Ａ’−３）／シート（Ｂ’−３）／シート（Ａ’−３）／剥離性シートの積層体を得、ロールラミネートし、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜形成用の３層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−３）を得た。
【００８２】
［製造例４］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−４）の製造
硬化剤の添加量を固形分換算で樹脂に対して１０質量％に変更した以外は製造例２のシート（Ａ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ａ’−４）を形成した。
硬化剤の添加量を固形分換算で樹脂に対して１０質量％に変更した以外は製造例２のシート（Ｂ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ｂ’−４）を形成した。
製造例２と同様の方法にて、剥離性シート／シート（Ａ’−４）／シート（Ｂ’−４）／シート（Ａ’−４）／剥離性シートの積層体を得、ロールラミネートし、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜形成用の３層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−２）を得た。
【００８３】
［製造例５］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−５）の製造
樹脂Ｒ２を樹脂Ｒ３に変更し、硬化剤の添加量を固形分換算で樹脂に対して１０質量％に変更した以外は製造例２のシート（Ａ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ａ’−５）を形成した。
樹脂Ｒ２を樹脂Ｒ３に変更し、硬化剤の添加量を固形分換算で樹脂に対して１０質量％に変更した以外は製造例２のシート（Ｂ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ｂ’−５）を形成した。
製造例２と同様の方法にて、剥離性シート／シート（Ａ’−５）／シート（Ｂ’−５）／シート（Ａ’−５）／剥離性シートの積層体を得、ロールラミネートし、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜形成用の３層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−５）を得た。
【００８４】
［製造例６］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−６）の製造
樹脂Ｒ１とアルミナフィラーとしてＡＯ５０９とを混合した。配合割合は、樹脂Ｒ１を３０体積％、アルミナフィラーを７０体積％とした。さらに、硬化剤としてエピコート１００１の５０％トルエン溶液（ジャパンエポキシレジン（株）製）を、固形分換算として樹脂に対して２％となるように添加し、全体の固形分が５０％となるようにトルエンで調整した。次いで、得られた塗液を乾燥後の膜厚が１００μｍとなるように剥離性シート上に塗工し、乾燥させた。このようにして、剥離性シート上に、１種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含む単層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−６）を形成した。
【００８５】
［製造例７］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−７）の製造
樹脂Ｒ１の添加量を５５体積％、アルミナフィラーの添加量を４５体積％に変更した以外は製造例６と同様にして、剥離性シート上に、１種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含む単層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−７）を形成した。
【００８６】
［製造例８］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−８）の製造
樹脂として２５体積％の樹脂Ｒ２を用い、アルミナフィラーの代わりに７５体積％の窒化ホウ素フィラーＰＴＸ２５を用いた以外は、製造例６と同様にして、剥離性シート上に、１種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含む単層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−８）を形成した。
【００８７】
［製造例９］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−９）の製造
樹脂Ｒ２の添加量を４５体積％とし、アルミナフィラーとして３５体積％のＡＯ５０９を用い、窒化ホウ素フィラーとして２０体積％のａｇｇ５０を用いた以外は製造例２のシート（Ａ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ａ’−９）を形成した。
樹脂Ｒ２の添加量を５０体積％とし、アルミナフィラーを用いず、ＰＴＸ６０の添加量を５０体積％とした以外は製造例２のシート（Ｂ’−２）と同様にして、剥離性シート上にシート（Ｂ’−９）を形成した。
製造例２と同様の方法にて、剥離性シート／シート（Ａ’−９）／シート（Ｂ’−９）／シート（Ａ’−９）／剥離性シートの積層体を得、ロールラミネートし、２枚の剥離性シートを剥がして、熱伝導性絶縁接着膜形成用の３層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−９）を得た。
【００８８】
［製造例１０］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−１１）の製造
樹脂Ｒ１を、エポキシ基含有スチレン樹脂Ｇ−１０１０Ｓ（日油株式会社製）／結晶性ビフェニル骨格エポキシ樹脂ＹＸ−４０００（三菱化学株式会社製）／ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂エピコート８２８ＵＳ（三菱化学株式会社製）（質量比：３５／５０／５）の混合樹脂Ｒ４に変更し、硬化剤として、ジシアンジアミドと２ＭＺＡ−ＰＷ（四国化成株式会社製）の混合物（質量比：６０／４０）を、固形分換算で樹脂に対して２質量％使用した以外は製造例６と同様にして、剥離性シート上に、１種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含む単層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−１１）を形成した。
【００８９】
［製造例１１］熱伝導性絶縁シート（Ｓ−１２）の製造
硬化剤の添加量を固形分換算で樹脂に対して５％に変更した以外は、製造例１０と同様にして、剥離性シート上に、１種の熱伝導性絶縁フィラーと未硬化のバインダー樹脂とを含む単層構造の熱伝導性絶縁シート（Ｓ−１２）を形成した。
【００９０】
［実施例１〜１１、比較例１、２］
実施例１〜１１、比較例１、２の各例においては、表１に示す材質および線膨張係数の放熱ベース基板（幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み２ｍｍ）と、表１に示す熱伝導性絶縁シートと、表１に示す材質および線膨張係数の熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する部材（幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚み２ｍｍ）とを重ね、表１に示す加熱加圧条件で熱プレスを行って、複合部材のテストピースを得た。熱伝導性絶縁接着シートの上下の部材に挟まれた部分の大きさは、幅２５ｍｍ、長さ４０ｍｍとした。この「長さ４０ｍｍ」が初期の最大一軸方向長さである。
熱伝導性絶縁接着膜の形成に用いた熱伝導性絶縁シートを用い、表１に示す加熱加圧条件で熱プレスを行って、得られた熱伝導性絶縁接着膜単体の破断伸度と線膨張係数の評価結果を表１に示す。その他の主な製造条件を表１に示す。
得られたテストピースについて、下記方法にてせん断接着力の評価と初期の絶縁破壊電圧（耐電圧）の評価を実施した。
次いで、エスペック株式会社製冷熱衝撃装置ＴＳＥ−１２−Ａを用い、−４０℃で１５分間保持した後１５０℃で１５分間保持する冷熱サイクルを３０００サイクル実施した。この冷熱サイクル試験後に再度、下記方法にて絶縁破壊電圧（耐電圧）の評価を実施した。
【００９１】
［複合部材の評価項目と評価方法］
（せん断接着力）
せん断接着力は、ＪＩＳ  Ｋ  ６８５０に準拠して測定した。
複合部材のテストピースに対して、島津製作所社製ＳＨＩＭＡＤＺＵ／Ａｕｔｏｇｒａｇｈ  ＡＧＳ−Ｘを用い、２５℃にて引張り速度１ｍｍ／分の条件でせん断力を測定した。測定は２回行い、平均値をせん断接着力とした。
【００９２】
（初期および冷熱サイクル試験後の絶縁破壊電圧（耐電圧））
冷熱サイクル試験前（初期）と冷熱サイクル試験後に、以下の方法にて絶縁破壊電圧の測定を行った。
複合部材のテストピースを２５℃−５０％ＲＨの環境下で一晩放置した後、絶縁破壊電圧の測定を行った。耐電圧試験機（鶴賀電機株式会社製ＴＭ６５０）を用い、放熱ベース基板と熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する部材とにそれぞれ電極を取り付け、２５℃−５０％ＲＨの環境下で、１００秒間かけて電圧を０ｋＶから１０ｋＶまで上昇させ、閾値２ｍＡを超えた時点の電圧を読み取った。４つの試料で測定を行い、平均値を絶縁破壊電圧とした。以下の基準で評価した。
◎：絶縁破壊電圧が６ｋＶ以上。
○：絶縁破壊電圧が３ｋＶ以上６ｋＶ未満。
△：絶縁破壊電圧が０ｋＶ超３ｋＶ未満。
×：電圧印加直後に絶縁破壊が起こり、測定不可。
【００９３】
［評価結果］
実施例１〜１１、比較例１、２の各例において、式（１−Ｂ）〜（４−Ｂ）の左辺の値と評価結果を表２に示す。
実施例１〜１１では、バインダー樹脂の種類、バインダー樹脂の分子量、硬化剤の割合、熱伝導性絶縁フィラーの種類および量等の熱伝導性絶縁シートの組成、並びに、熱伝導性絶縁シートの加熱加圧条件を調整することで、式（１−Ｂ）〜（４−Ｂ）の左辺の値をいずれも５０以上、好ましくは１００以上、より好ましくは１５０以上、特に好ましくは２００以上とすることができた。実施例１〜１１では、式（１−０）〜（４−０）、好ましくは式（１−１）〜（４−１）、より好ましくは式（１−２）〜（４−２）、特に好ましくは式（１−３）〜（４−３）を充足する複合部材のテストピースを製造することができた。
上記のことから、実施例１〜１１で得られた複合部材のテストピースは、５０℃以上、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１５０℃以上、特に好ましくは２００℃以上の温度変化ΔＴに対して良好な耐久性を有することができると考えられる。実際の評価において、実施例１〜１１で得られた複合部材のテストピースはいずれも、初期の絶縁破壊電圧が高く良好であり、−４０℃と１５０℃との間で温度を変化させた冷熱サイクル試験を実施した後においても絶縁破壊電圧の低下が小さく、耐久性が良好であった。
【００９４】
比較例１、２で得られた複合部材のテストピースでは、バインダー樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂を含む熱伝導性絶縁接着シートを用いたため、熱伝導性絶縁接着膜の柔軟性が低く、熱伝導性絶縁接着膜の弾性率が実施例１〜１１と比較して顕著に大きく、熱伝導性絶縁接着膜の破断伸度が顕著に小さくなった。比較例１、２で得られた複合部材のテストピースは、式（１−Ｂ）〜（３−Ｂ）、または式（１−Ｂ）〜（４−Ｂ）の左辺の値が５０未満であった。このことから、比較例１、２で得られた複合部材のテストピースは、１００℃以上の温度変化ΔＴに対して良好な耐久性を有することができないと考えられる。実際の評価において、比較例１、２で得られた複合部材のテストピースはいずれも、初期の絶縁破壊電圧は比較的良好であったが、−４０℃と１５０℃との間で温度を変化させた冷熱サイクル試験を実施した後には、電圧印加直後に絶縁破壊が起こった。熱伝導性絶縁接着膜は、熱応力を緩和することができず、クラックおよび／または剥がれが生じたと考えられる。
【００９５】
【表１】
2019036716.tif 000003
【００９６】
【表２】
2019036716.tif 000004
【００９７】
本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１、２、３、４、５  複合部材
１０  熱発生部材
２０  熱伝導性絶縁接着膜
３０  放熱ベース基板
５０、６０  パワー半導体モジュール（熱発生部材）
５１、６１、６５  基板
５２、６２、６４  半田層
５３、６３  パワー半導体素子（熱発生部）
５４、６６  封止材
【図１】
2019036716.tif 000005
【図２】
2019036716.tif 000006
【図３】
2019036716.tif 000007
【図４】
2019036716.tif 000008
【図５】
2019036716.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月31日(2018.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を発生し得る熱発生部を含む熱発生部材の少なくとも１つの面に、熱伝導性絶縁接着膜を介して放熱ベース基板が接着された複合部材であって、
下記式（１−０）〜（４−０）を充足するものであり、
前記熱伝導性絶縁接着膜は、−４０℃以上２５℃未満の範囲における弾性率が１０ＧＰａ以下であり、２５℃以上２００℃以下の範囲における弾性率が１ＧＰａ以下である、複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧50…（１−０）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧50…（２−０）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧50…（３−０）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧50…（４−０）
上記式中、各符号は以下のパラメータを示す。
X：熱伝導性絶縁接着膜を介して接着された放熱ベース基板と熱発生部材との間の２５℃におけるせん断接着力（ＭＰａ）、
Y：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度（−）、
E：熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における弾性率（ＭＰａ）、
CTE(A)：放熱ベース基板の線膨張係数（℃−1）、
CTE(B)：熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数（℃−1）、
CTE(C)：熱発生部材の熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質の線膨張係数（℃−1）、
L(BA)：熱伝導性絶縁接着膜の放熱ベース基板と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）、
L(BC)：熱伝導性絶縁接着膜の熱発生部材と接する領域の初期の最大一軸方向長さ（ｍ）。
【請求項２】
下記式（１−１）〜（４−１）を充足する、請求項１に記載の複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧100…（１−１）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧100…（２−１）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧100…（３−１）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧100…（４−１）
【請求項３】
下記式（１−２）〜（４−２）を充足する、請求項１に記載の複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧150…（１−２）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧150…（２−２）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧150…（３−２）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧150…（４−２）
【請求項４】
下記式（１−３）〜（４−３）を充足する、請求項１に記載の複合部材。
X／（E×|CTE(B)−CTE(A)|）≧200…（１−３）
X／（E×|CTE(B)−CTE(C)|）≧200…（２−３）
Y／|CTE(B)−CTE(A)|×L(BA)≧200…（３−３）
Y／|CTE(B)−CTE(C)|×L(BC)≧200…（４−３）
【請求項５】
前記熱伝導性絶縁接着膜が熱伝導性絶縁フィラーとバインダー樹脂とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項６】
前記放熱ベース基板の材質が金属であり、前記熱発生部材の前記熱伝導性絶縁接着膜と接する面の材質が金属および／または樹脂である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項７】
前記熱伝導性絶縁接着膜の線膨張係数が１０×１０−６〜１２０×１０−６（℃−１）である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項８】
前記熱伝導性絶縁接着膜の２５℃における破断伸度が０．０２（−）以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項９】
前記熱発生部材がパワー半導体素子を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合部材。