(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３層以上の層構造となっている絶縁シートであって、
被着体に接着されて用いられ、
前記被着体に接着される第１表面層と、
前記第１表面層とは反対側の面となる第２表面層と、
前記第１表面層に内側から接する中間層とを備えており、
前記第１表面層が、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有し、
前記中間層は、前記第１表面層よりも無機成分の体積含有率が高く、前記第１表面層よりも熱伝導率が高く、
前記第１表面層は、前記中間層よりも厚みが小さく、厚み方向での前記中間層との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内である、絶縁シート。
【請求項２】
前記中間層が、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する、請求項１に記載の絶縁シート。
【請求項３】
前記中間層が、セラミックプレートで構成されている、請求項１に記載の絶縁シート。
【請求項４】
前記セラミックプレートが、アルミナプレート、窒化アルミニウムプレート、又は、窒化ケイ素プレートである、請求項３に記載の絶縁シート。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、日本国特願２０１４−１５３４７７号の優先権を主張し、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、絶縁シートに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、絶縁シートは、被着体に接着されて用いられる接着シート（例えば、電子部品と、該電子部品が発した熱を外部に放出させる放熱部材との間に介装されて用いられる絶縁シート等）は、エポキシ樹脂及び無機フィラーを含有している。【０００４】
例えば、特許文献１には、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含む樹脂組成物により形成された樹脂シートと、金属箔により形成された金属層とが積層された絶縁シートが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００６−１９１１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、昨今では、絶縁性、接着性、及び、熱伝導性がより一層優れた絶縁シートが求められることがあるが、従来の絶縁シートでは、斯かる要求を十分満足できない場合がある。【０００７】
本発明は、上記要望点に鑑み、絶縁性、接着性、及び、熱伝導性に優れる絶縁シートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、３層以上の層構造となっている絶縁シートであって、
被着体に接着されて用いられ、
前記被着体に接着される第１表面層と、
前記第１表面層とは反対側の面となる第２表面層と、
前記第１表面層に内側から接する中間層とを備えており、
前記第１表面層が、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有し、
前記中間層は、前記第１表面層よりも無機成分の体積含有率が高く、前記第１表面層よりも熱伝導率が高く、
前記第１表面層は、前記中間層よりも厚みが小さく、厚み方向での前記中間層との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内である、絶縁シートにある。【０００９】
ここで、本発明に係る絶縁シートの一態様として、前記中間層は、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する。【００１０】
また、本発明に係る絶縁シートの他態様として、前記中間層は、セラミックプレートで構成されている。【００１１】
さらに、前記中間層がセラミックプレートで構成されている絶縁シートの一態様として、前記セラミックプレートは、前記セラミックプレートが、アルミナプレート、窒化アルミニウムプレート、又は、窒化ケイ素プレートである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係る絶縁シートの概略断面図。
【図２】塗工装置を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
【００１４】
本実施形態に係る絶縁シートは、３層以上の層構造となっている絶縁シートである。また、本実施形態に係る絶縁シートは、被着体に接着されて用いられる。さらに、本実施形態に係る絶縁シートは、前記被着体に接着される第１表面層と、前記第１表面層とは反対側の面となる第２表面層と、前記第１表面層に内側から接する中間層とを備えている。前記第１表面層は、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する。前記中間層は、前記第１表面層よりも無機成分の体積含有率が高く、前記第１表面層よりも熱伝導率が高い。前記第１表面層は、前記中間層よりも厚みが小さく、厚み方向での前記中間層との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内である。
【００１５】
以下、３層構造となっている絶縁シートを例にして、本実施形態に係る絶縁シートについて説明する。
【００１６】
本実施形態に係る絶縁シートは、電子部品と、該電子部品が発した熱を外部に放出させる放熱部材との間に介装されて用いられる絶縁シートである。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る絶縁シート１は、一面側の第１表面層２と、他面側の第２表面層３と、前記第１表面層２および前記第２表面層３の間に設けられ、且つ、前記第１表面層２および前記第２表面層３に接する中間層４とを備えている。
【００１８】
前記第１表面層２、前記第２表面層３、および、前記中間層４は、それぞれエポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する。
【００１９】
前記第１表面層２および前記第２表面層３は、それぞれ前記中間層４よりも無機成分たる無機フィラーの体積含有率が小さい層である。
前記第１表面層２および前記第２表面層３は、それぞれ前記中間層４よりも無機フィラーの体積含有率が小さいので、前記第１表面層２および前記第２表面層３におけるエポキシ樹脂の体積含有率を前記中間層４におけるエポキシ樹脂の体積含有率よりも大きくすることができる。また、エポキシ樹脂は、無機成分たる無機フィラーと異なり優れた接着性を有する。よって、前記第１表面層２および前記第２表面層３は、接着性に優れたものとなり、その結果、本実施形態に係る絶縁シート１は、接着性に優れたものとなる。
また、前記第１表面層および前記第２表面層は、それぞれ前記中間層よりも無機成分たる無機フィラーの体積含有率が小さいことにより、クラックが生じ難い。よって、前記第１表面層２および前記第２表面層３は、絶縁性に優れたものとなり、その結果、本実施形態に係る絶縁シート１は、絶縁性に優れたものとなる。
前記中間層４は、無機フィラーの体積含有率が、好ましくは５０体積％以上であり、より好ましくは５０〜７０体積％である。
前記第１表面層２および前記第２表面層３の各層は、無機フィラーの体積含有率が、好ましくは６０体積％以下であり、より好ましくは３０〜６０体積％である。
なお、体積は２０℃における体積を意味する。
【００２０】
前記中間層４は、前記第１表面層及び前記第２表面層よりも熱伝導率が高い。
前記中間層４は、熱伝導率が、好ましくは１０〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、より好ましくは１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
前記第１表面層は、熱伝導率が、好ましくは１０〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、より好ましくは１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、前記第２表面層は、熱伝導率が、好ましくは１０〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、より好ましくは１０〜３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
なお、熱伝導率は、ＪＩＳ  Ａ１４１２−１：１９９９に規定されている方法により測定することができる。
【００２１】
前記第１表面層２および前記第２表面層３は、それぞれ前記中間層４よりも厚みが小さい。本実施形態に係る絶縁シート１は、斯かる構成により、熱伝導性に優れたものとなる。
前記中間層４は、厚みが、好ましくは１００〜３００μｍであり、より好ましくは１００〜２００μｍである。
前記第１表面層２は、厚みが、好ましくは３０〜１００μｍであり、より好ましくは３０〜８０μｍである。また、前記第２表面層３は、厚みが、好ましくは３０〜１００μｍであり、より好ましくは３０〜８０μｍである。
なお、厚みは、マイクロメーターにより測定することができる。
【００２２】
前記第１表面層２は、厚み方向での前記中間層４との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内である。本実施形態に係る絶縁シート１では、斯かる構成により、熱溜まりが生じ難くなる。その結果、本実施形態に係る絶縁シート１は、熱伝導性に優れたものとなる。
前記第２表面層３は、厚み方向での前記中間層４との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内であることが好ましい。
前記第１表面層２は、熱抵抗が、好ましくは７５℃／Ｗ以下であり、より好ましくは６〜２０℃／Ｗである。前記第２表面層３は、それぞれ熱抵抗が、好ましくは７５℃／Ｗ以下であり、より好ましくは６〜２０℃／Ｗである。前記中間層４は、熱抵抗が、好ましくは７５℃／Ｗ以下であり、より好ましくは６〜２０℃／Ｗである。
前記第１表面層２は、厚み方向での前記中間層４との熱抵抗の差が±３℃／Ｗ以内であることが好ましい。前記第２表面層３は、厚み方向での前記中間層４との熱抵抗の差が±３℃／Ｗ以内であることが好ましい。
前記第１表面層２の厚み方向での熱抵抗に対する、前記中間層４の厚み方向での抵抗の比が、好ましくは８／１０〜１０／８であり、より好ましくは９／１０〜１０／９である。前記第２表面層３の厚み方向での熱抵抗に対する、前記中間層４の厚み方向での抵抗の比が、好ましくは８／１０〜１０／８であり、より好ましくは９／１０〜１０／９である。
なお、熱抵抗は、ＪＩＳ  Ａ１４１２−１：１９９９に規定されている方法により測定することができる。
各層の性質（熱抵抗、厚み、熱伝導率等）は、絶縁シートを研磨して測定対象の層を露出させることで測定することができる。
【００２３】
本実施形態に係る絶縁シートの絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）は、２ｋＶ以上であることが好ましく、３ｋＶ以上であることがより好ましい。
ＢＤＶは、ＪＩＳ  Ｋ６９１１：１９９５に基づいて測定することができる。
【００２４】
本実施形態に係る絶縁シートは、パワートランジスタ等の電子部品と、放熱フィン等の放熱部材の間に介装されて用いられる。
【００２５】
本実施形態に係る絶縁シートは、上記の如く構成されているが、次に、本実施形態に係る絶縁シートを製造するための製造方法について説明する。
【００２６】
前記製造方法では、第１表面層２となる第１樹脂シートと、中間層４となる第３樹脂シートと、第２表面層３となる第２樹脂シートとを熱プレスする熱プレス工程を実施することで、本実施形態に係る絶縁シートを得ることができる。
【００２７】
まず、樹脂シート（第１樹脂シート、第２樹脂シート、及び、第３樹脂シート）の製造方法について説明する。
樹脂シートの製造方法は、無機フィラーと、エポキシ樹脂と、必要に応じて揮発性溶媒とその他の成分とを一般的な方法で混合して、樹脂組成物を調製する樹脂組成物調製工程と、該樹脂組成物をシート状に成形して樹脂シートを形成する樹脂シート形成工程とを備えている。
【００２８】
前記樹脂組成物調製工程における樹脂組成物の作製方法としては、例えば、エポキシ樹脂を揮発性溶媒で溶解し、更に無機フィラーやその他の成分を加え混合する方法を採用することができる。また、例えば、エポキシ樹脂を加熱溶融しながら、前記無機フィラーとこの加熱溶融したエポキシ樹脂とその他の成分とをミキサー等によって混合する方法を採用することができる。
【００２９】
前記エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂等の各種のエポキシ樹脂を単独または２種以上併用して採用することができる。
【００３０】
前記無機フィラーは、前記エポキシ樹脂よりも熱伝導率が高ければ特に限定されないが、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ガリウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、二酸化珪素、酸化マグネシウム、ダイヤモンドなどの粒子が挙げられる。
前記無機フィラーは、平均粒子径が１０〜５０μｍであることが好ましい。
【００３１】
前記樹脂組成物には、硬化剤、硬化促進剤を含有させて熱硬化性を付与することができる。
前記硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、トリエチレンテトラミンなどのアミン系硬化剤、フェノールノボラック樹脂、アラルキル型フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、ナフタレン型フェノール樹脂、ビスフェノール系フェノール樹脂などのフェノール系硬化剤、酸無水物などを用いることができる。
中でも、電気特性における信頼性を確保し易い点において、フェノールノボラック樹脂、ジアミノジフェニルスルホンが好適である。
前記硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、イミダゾール類や、トリフェニルフォスフェイト（ＴＰＰ）、三フッ化ホウ素モノエチルアミンなどのアミン系硬化促進剤が保存性などにおいて好適である。
【００３２】
前記その他の成分としては、分散剤、粘着性付与剤、老化防止剤、酸化防止剤、加工助剤、安定剤、消泡剤、難燃剤、増粘剤、顔料などといったプラスチック配合薬品として一般に用いられるその他の成分を本発明の効果を損なわない範囲において適宜加えることができる。
【００３３】
前記揮発性溶媒は、前記樹脂組成物に含まれる成分を均一分散させるべく用いられる。
前記揮発性溶媒としては、特に限定されないが、樹脂シート形成工程時において揮発除去が容易であるという点で、沸点が１２０℃以下のものが好ましい。また、樹脂組成物との反応性がないという点で、メチルエチルケトン、アセトン、トルエン等を用いることが好ましい。
【００３４】
前記樹脂シート形成工程では、例えば、揮発性溶媒が用いられるなどして樹脂組成物として常温で液状のものを用いる場合には、図２に示すような一般的な塗工装置により、樹脂シートを形成させるための樹脂組成物５を支持層６の一面側に塗工し、続いて、樹脂組成物５を乾燥させることにより支持層６上に樹脂シートを形成させることができる。
【００３５】
前記樹脂組成物５を塗工する方法としては、特に限定されず、ドクターブレード法、コーター法、押し出し成形法、スクリーン印刷法、メタルマスク印刷法などを採用できる。
【００３６】
前記樹脂組成物５を乾燥する方法としては、常圧での加温による乾燥方法の他、真空条件下で前記樹脂組成物５中の揮発性溶媒を揮発除去させる方法も採用できる。前記樹脂組成物５中に揮発性溶媒が含まれている場合、通常、この乾燥により樹脂組成物５が乾燥し固化する。前記樹脂組成物５を乾燥する温度としては、特に限定されないが、樹脂組成物５に配合された揮発性溶媒の沸点以上であってエポキシ樹脂の完全硬化温度以下の温度が好ましく、通常は７０〜１３０℃が適当である。
【００３７】
前記樹脂シート形成工程では、図２に示したように支持層６を用いる場合、該支持層６としては、例えば、表面未処理の他、表面粗化処理、表面離型処理されたシート状のものを用いることができる。前記支持層６の材質としては、特に限定されるものではなく、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリイミドなどのプラスチック、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属等が挙げられる。なかでも、剥離性が良好で、外形加工性もよく、安価であるという点において、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が好ましい。前記支持層６の厚みとしては、通常、２５〜１８８μｍを例示できる。
【００３８】
また、前記樹脂シート形成工程では、例えば、支持層６を一方で送り出すとともに他方で巻き取り、この送り出しと巻き取りとの間において液状の樹脂組成物５の塗工と乾燥とを連続的に実施させる、いわゆる「ロール  トゥ  ロール」などと呼ばれる生産性に優れた方法などを採用することもできる。
【００３９】
前記樹脂シートは、ボイドを有している。樹脂シートを熱プレスすることにより、樹脂シートのボイドを減少させることができるため、熱プレス後に形成される樹脂層の方が、樹脂シートよりも厚さが小さくなる。したがって、斯かる厚さの変化を考慮して、例えば、支持層に樹脂組成物を塗工する際の厚みを適切に設定することにより、所望の樹脂層の厚みとすることができる。
【００４０】
尚、樹脂層が積層されている面の単位面積当たりの樹脂層の質量をｗ、樹脂層の厚さをｍ、樹脂層の密度をρとすると、下記式（１）で表される。
ｗ＝ｍ×ρ                                              （１）
また、樹脂層の密度ρは、樹脂シートにおいて、樹脂層の各成分の密度に、樹脂層における各成分の体積割合を乗じたものの和から算出することができる。若しくは、別途樹脂層を１層形成し、斯かる質量と体積を測定して、樹脂層の密度ρを算出しても良い。
更に、樹脂層の質量は、該樹脂層の形成に使用された樹脂組成物の質量から、熱プレス時に揮発する成分の質量分を引いて算出することができる。
従って、乾燥後の単位面積当たりの質量がｗとなるように樹脂シートを形成させることにより、後段における熱プレス工程後の樹脂層の厚さを目的とする厚さｍとすることができる。
【００４１】
前記熱プレス工程では、まず、第１表面層となる第１樹脂シートと、中間層となる第３樹脂シートとが接するように、支持層付きの第１樹脂シートと、支持層付きの第３樹脂シートとを積層し熱プレスして、第１樹脂シートと第３樹脂シートとを接合することにより、両面に支持層を有する接合体を作製する。
そして、この接合体から第３樹脂シート側の支持層を剥離させる。
次に、第２表面層となる第２樹脂シートと、中間層となる第３樹脂シートとが接するように、支持層付きの第２樹脂シートと、支持層付きの接合体とを積層し熱プレスして、第２樹脂シートと第３樹脂シートとを接合することにより、両面に支持層を有する絶縁シートを作製する。
そして、絶縁シートの両面から支持層を剥離することにより、絶縁シートを得ることができる。
【００４２】
前記熱プレスでの圧力は、好ましくは１〜２０ＭＰａ、より好ましくは２〜１５ＭＰａとする。
【００４３】
圧力以外の前記熱プレスの条件としては、特に限定されないが、温度４０〜１６０℃、２秒〜１０時間が例示できる。熱硬化をさらに促進するという点で４０℃以上であることが好ましく、エポキシ樹脂の硬化反応が進みすぎて、電気が絶縁されるべき媒体間に接着できなくなることを防止するという点で１６０℃以下であることが好ましい。
また、ボイドを効率良く取り除き得るという点で、減圧下にて熱プレスを行うことがより好ましい。
【００４４】
前記熱プレス工程を実施した後、エポキシ樹脂は、未硬化の状態、より詳しくは、完全に硬化していない半硬化の状態であるのが好ましい。半硬化の状態としては、ＤＳＣ測定において、全く硬化させていないエポキシ樹脂の発熱量を１００％として、前記熱プレス工程を実施した後のエポキシ樹脂の発熱量が２０〜８５％の範囲であることが好ましい。
【００４５】
前記熱プレス工程は、加熱装置を備えているほかに、例えば、減圧装置を備えているプレス機、冷却装置を備えているプレス機、その他、多段プレス機などによって実施することができる。
また、前記熱プレスを実施する具体的方法としては、加熱プレスして自然冷却する方法、熱交換による加熱冷却一貫プレス方法、加熱プレスと冷却プレスとを分け加熱プレス後冷却プレスを行う方法等が例示される。
【００４６】
ところで、第３樹脂シートは、無機フィラーの体積含有率が高いので、ひび割れが生じやすい。しかし、前記製造方法では、第３樹脂シートを第１樹脂シート及び第２樹脂シートで覆い、熱プレスするので、熱プレスした際に第１樹脂シート及び第２樹脂シートのエポキシ樹脂でそのひび割れ箇所を埋めることができる。その結果、ひび割れが少ない絶縁シートを得ることができる。
【００４７】
本実施形態の絶縁シートは、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
【００４８】
即ち、本実施形態の絶縁シート１は、３層以上の層構造となっている絶縁シートである。また、本実施形態に係る絶縁シートは、被着体に接着されて用いられる。さらに、本実施形態に係る絶縁シートは、前記被着体に接着される第１表面層２と、前記第１表面層２とは反対側の面となる第２表面層３と、前記第１表面層２に内側から接する中間層４とを備えている。前記第１表面層２は、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する。前記中間層４は、前記第１表面層２よりも無機成分の体積含有率が高く、前記第１表面層２よりも熱伝導率が高い。前記第１表面層２は、前記中間層４よりも厚みが小さく、厚み方向での前記中間層４との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内である。
斯かる絶縁シート１において、前記第１表面層２は、前記中間層４よりも無機成分の体積含有率が小さいので、前記第１表面層２におけるエポキシ樹脂の体積含有率を前記中間層４におけるエポキシ樹脂の体積含有率よりも大きくすることができる。また、エポキシ樹脂は、無機成分と異なり優れた接着性を有する。よって、前記第１表面層２は、接着性に優れたものとなり、その結果、斯かる絶縁シート１は、接着性に優れたものとなる。
また、前記第１表面層２は、前記中間層４よりも無機成分の体積含有率が小さいことにより、クラックが生じ難い。よって、前記第１表面層２は絶縁性に優れたものとなり、その結果、斯かる絶縁シート１は、絶縁性に優れたものとなる。
また、斯かる絶縁シート１において、前記中間層４は、前記第１表面層２よりも無機フィラーの体積含有率が大きい。また、無機成分はエポキシ樹脂よりも熱伝導性に優れる。よって、前記中間層４は、熱伝導性に優れたものとなる。その結果、斯かる絶縁シート１は、熱伝導性に優れたものとなる。
さらに、斯かる絶縁シート１において、前記第１表面層２は、前記中間層４よりも厚みが小さいので、斯かる絶縁シート１は、熱伝導性に優れたものとなる。
さらに、斯かる絶縁シート１において、前記第１表面層２は、厚み方向での前記中間層４との熱抵抗の差が±５℃／Ｗ以内である。そのため、斯かる絶縁シート１では、熱溜まりが生じ難くなる。その結果、斯かる絶縁シート１は、熱伝導性に優れたものとなる。
以上のように、本実施形態によれば、絶縁性、接着性、及び、熱伝導性がより一層優れた絶縁シートを提供し得る。
【００４９】
また、本実施形態の絶縁シート１では、前記中間層４が、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含有する。
【００５０】
本発明に係る絶縁シートは、上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明に係る絶縁シートは、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明に係る絶縁シートは、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００５１】
例えば、本実施形態に係る絶縁シートでは、前記中間層４がエポキシ樹脂と無機フィラーとを含有するが、本発明に係る絶縁シートでは、前記中間層がセラミックプレートで構成されてもよい。セラミックプレート自体は機械的強度が弱いが、本発明に係る絶縁シートでは、セラミックプレートが２つの表面層で覆われているので、機械的強度が高まるという利点がある。
この場合、前記中間層４は、厚みが、好ましくは１００〜３００μｍであり、より好ましくは１００〜２００μｍである。前記第１表面層２は、厚みが、好ましくは３０〜２００μｍであり、より好ましくは５０〜１５０μｍである。また、前記第２表面層３は、厚みが、好ましくは３０〜２００μｍであり、より好ましくは５０〜１５０μｍである。
【００５２】
前記セラミックプレートとしては、アルミナプレート、窒化アルミニウムプレート、又は、窒化ケイ素プレートであることが好ましく、放熱性に優れ、更に、低価格であるという観点から、窒化アルミニウムプレートが特に好ましい。
【符号の説明】
【００５３】
１：絶縁シート、２：第１表面層、３：第２表面層、４：中間層、５：樹脂組成物、６：支持層
【図１】
0006559136.tif 000002
【図２】
0006559136.tif 000003