(57)【要約】  発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、（Ａ）１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する、２５℃の動粘度が１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓのオルガノポリシロキサン、（Ｂ）一般式（１）で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサン、（Ｃ）１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材、（Ｄ）一般式（２）で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、（Ｅ）（Ｄ）成分以外の、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、（Ｆ）白金及び白金化合物からなる群より選択される触媒を含有してなり、貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失係数の適切な範囲を有し、冷熱サイクル時のポンプアウトや剥離が発生しづらく、熱抵抗の上昇が抑制された硬化物を与える熱伝導性シリコーン組成物を提供する。
2014115456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有してなることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物。
（Ａ）１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する、２５℃の動粘度が１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓのオルガノポリシロキサン
１００質量部、
（Ｂ）下記一般式（１）
【化１】
2014115456.tif 000022
（式中、ａは５〜１００の正数、Ｒ1は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサン
５０〜１５０質量部、
（Ｃ）１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対し
８００〜２，０００質量部、
（Ｄ）下記一般式（２）
【化２】
2014115456.tif 000023
（式中、ｂは５〜５００の正数、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
（Ｅ）（Ｄ）成分以外の、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）成分と（Ｅ）成分の配合量は、｛（Ｄ）成分と（Ｅ）
成分を合わせたＳｉ−Ｈ基の個数｝／｛（Ａ）成分のアルケ
ニル基の個数｝が０．５〜２．０になる配合量であり、かつ
（（Ｄ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）／（（Ｅ）成分由来
のＳｉ−Ｈ基の個数）が０．６〜１０．０になる割合、
（Ｆ）白金及び白金化合物からなる群より選択される触媒
白金原子として（Ａ）成分の
０．１〜５００ｐｐｍとなる配合量
【請求項２】
更に、（Ｇ）（Ｆ）成分の触媒活性を抑制するアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物及び有機クロロ化合物より選択される制御剤
（Ａ）成分に対して０．１〜５質量％となる配合量
を含有する請求項１記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項３】
１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲である硬化物を与える請求項１又は２記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のシリコーン組成物を基材上に塗布、硬化させて得られる硬化物の熱抵抗値αと、この硬化物を凝集破壊又は基材から界面剥離させ、再度上記基材に密着させた後の熱抵抗値βとの比β／αが、１．１以下である硬化物を与える請求項１〜３のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物を硬化することによって形成され、発熱性電子部品と放熱用部材との間に配置されて、発熱性電子部品からの熱を放熱用部材に伝熱する熱伝導性層。
【請求項６】
発熱性電子部品と、放熱用部材と、請求項１〜４のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物からなる熱伝導性層とを有してなる半導体装置であって、前記発熱性電子部品と前記放熱用部材とが前記熱伝導性層を介して接合されている半導体装置。
【請求項７】
熱伝導性層の厚さが２００μｍ以下である請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
発熱性電子部品が半導体素子であって、該素子のチップの面積が５０ｍｍ2以上の大きさである請求項６又は７記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子に実装した際に発熱⇔冷却の繰り返しによるポンプアウト現象や剥離が発生しづらい熱伝導性シリコーン組成物、熱伝導性層及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩやＩＣチップ等の電子部品は使用中の発熱及びそれに伴う性能の低下が広く知られており、これを解決するための手段として様々な放熱技術が用いられている。一般的な方法としては発熱部の付近に冷却部材を配置し、両者を密接させたうえで冷却部材から効率的に除熱することにより放熱を行っている。その際、発熱部材と冷却部材との間に隙間があると、熱伝導性の低い空気が介在することにより熱伝導が効率的でなくなるために発熱部材の温度が十分に下がらなくなってしまう。このような現象を防止するために空気の介在を防ぐ目的として、熱伝導率がよく部材の表面に追随性のある放熱材料、放熱シートや放熱グリースが用いられる（特許第２９３８４２８号公報、特許第２９３８４２９号公報、特許第３９５２１８４号公報：特許文献１〜３）。【０００３】
放熱グリースの中には半導体チップとヒートスプレッダーの間に挟み込んで加熱することによって硬化し、半導体チップとヒートスプレッダーを密着させるようにして用いるものがある。このような材料はこれまでに各種材料が報告されている（特許第５０４７５０５号公報：特許文献４）。しかし、これまでの材料は貯蔵弾性率Ｇ’が高く、発熱素子の稼動⇔停止によって発生する冷熱サイクルによる発熱体と冷却部材との間のそりに追従できず、放熱グリースの基材からの剥離が発生してしまうことがあった。一方、Ｇ’の低い材料として、例えば非反応型のグリースを用いるとポンプアウトが発生してしまう。このように剥離やポンプアウトが発生してしまうと、発熱体と冷却部材の密着が悪くなるため冷却効率が低下してしまい、電子部品の性能が低下してしまう。また、これまでの材料は実装中のチップやヒートスプレッダーのそりによってこれら基材からの剥離又は材料自身の破壊が発生した場合、間に空気が介在してしまい、熱抵抗が顕著に上昇してしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９３８４２８号公報
【特許文献２】特許第２９３８４２９号公報
【特許文献３】特許第３９５２１８４号公報
【特許文献４】特許第５０４７５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、冷熱サイクル時のポンプアウトや剥離が発生せず、熱抵抗の上昇が抑制された硬化物を与える熱伝導性シリコーン組成物、熱伝導性層及び半導体装置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】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含む熱伝導性シリコーン組成物を用いてこれを発熱性電子部品と放熱用部材との間に配置することにより、この組成物が適切な貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失係数を与え、冷熱サイクルを繰り返しても剥離が発生しにくく、ポンプアウトの発生しづらいもので、熱抵抗の上昇が抑えられることを知見した。また、適切な損失係数を有するように材料を設計することにより、剥離（界面剥離）や、材料自身の破壊（凝集破壊）が発生した場合でも再密着性に優れ、再密着後の熱抵抗の上昇が抑えられることを見出し、本発明をなすに至った。【０００７】
従って、本発明は下記の熱伝導性シリコーン組成物、熱伝導性層及び半導体装置を提供する。
〔１〕
発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有してなることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物。
（Ａ）１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する、２５℃の動粘度が１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓのオルガノポリシロキサン
１００質量部、
（Ｂ）下記一般式（１）
【化１】
2014115456.tif 000003
（式中、ａは５〜１００の正数、Ｒ1は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサン
５０〜１５０質量部、
（Ｃ）１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対し
８００〜２，０００質量部、
（Ｄ）下記一般式（２）
【化２】
2014115456.tif 000004
（式中、ｂは５〜５００の正数、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
（Ｅ）（Ｄ）成分以外の、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）成分と（Ｅ）成分の配合量は、｛（Ｄ）成分と（Ｅ）
成分を合わせたＳｉ−Ｈ基の個数｝／｛（Ａ）成分のアルケ
ニル基の個数｝が０．５〜２．０になる配合量であり、かつ
（（Ｄ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）／（（Ｅ）成分由来
のＳｉ−Ｈ基の個数）が０．６〜１０．０になる割合、
（Ｆ）白金及び白金化合物からなる群より選択される触媒
白金原子として（Ａ）成分の
０．１〜５００ｐｐｍとなる配合量
〔２〕
更に、（Ｇ）（Ｆ）成分の触媒活性を抑制するアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物及び有機クロロ化合物より選択される制御剤
（Ａ）成分に対して０．１〜５質量％となる配合量
を含有する〔１〕記載の熱伝導性シリコーン組成物。
〔３〕
１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲である硬化物を与える〔１〕又は〔２〕記載の熱伝導性シリコーン組成物。
〔４〕
〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載のシリコーン組成物を基材上に塗布、硬化させて得られる硬化物の熱抵抗値αと、この硬化物を凝集破壊又は基材から界面剥離させ、再度上記基材に密着させた後の熱抵抗値βとの比β／αが、１．１以下である硬化物を与える〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物。
〔５〕
〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物を硬化することによって形成され、発熱性電子部品と放熱用部材との間に配置されて、発熱性電子部品からの熱を放熱用部材に伝熱する熱伝導性層。
〔６〕
発熱性電子部品と、放熱用部材と、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物からなる熱伝導性層とを有してなる半導体装置であって、前記発熱性電子部品と前記放熱用部材とが前記熱伝導性層を介して接合されている半導体装置。
〔７〕
熱伝導性層の厚さが２００μｍ以下である〔６〕記載の半導体装置。
〔８〕
発熱性電子部品が半導体素子であって、該素子のチップの面積が５０ｍｍ2以上の大きさである〔６〕又は〔７〕記載の半導体装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、貯蔵弾性率、損失弾性率及び損失係数の適切な範囲を有し、冷熱サイクル時のポンプアウトや剥離が発生しづらく、熱抵抗の上昇が抑制されるものである。また、適切な範囲の損失係数を有するように材料を設計することにより、剥離や材料自身の破壊が発生した場合でも、基材に再度密着させることができ、再密着後の熱抵抗が大きく上昇しないものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の組成物を適用する半導体装置の一例を示す縦断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有する。
この場合、本発明の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物の１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’は２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下がよく、好ましくは２，０００Ｐａ以上１８，０００Ｐａ以下がよい。２，０００Ｐａ未満であると貯蔵弾性率が低すぎて素子稼動時に組成物がポンプアウトしてしまうし、２０，０００Ｐａを超えると弾性率が高すぎるため素子稼動時の冷熱サイクル中に剥離が発生してしまう。
また、本発明の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物の損失弾性率Ｇ”は５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下がよく、好ましくは５，０００Ｐａ以上３５，０００Ｐａ以下がよい。５，０００Ｐａ未満であると組成物の粘性が乏しく密着が悪いため熱抵抗が上昇してしまうし、４０，０００Ｐａを超えると素子稼動時に組成物がポンプアウトしてしまう。
更に、損失係数ｔａｎδは０．８〜３．０の範囲、好ましくは０．８〜２．５の範囲がよい。０．８より低いと素子稼動時の冷熱サイクル中に組成物が硬くなってしまい剥離が発生してしまうし、３．０を超えると素子稼動時に組成物のポンプアウトが発生してしまう。
【００１１】
本発明を構成する（Ａ）成分のオルガノポリシロキサンは、ケイ素原子に直結したアルケニル基を１分子中に少なくとも２個有するもので、直鎖状でも分岐状でもよく、またこれら２種以上の異なる粘度の混合物でもよい。アルケニル基としては、ビニル基、アリル基、１−ブテニル基、１−ヘキセニル基等が例示されるが、合成のし易さ、コストの面からビニル基が好ましい。ケイ素原子に結合する残余の有機基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、２−フェニルエチル基、２−フェニルプロピル基等のアラルキル基が例示され、更にクロロメチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基も例として挙げられる。これらのうち、合成のし易さ、コストの面からメチル基が好ましい。ケイ素原子に結合するアルケニル基は、オルガノポリシロキサンの分子鎖の末端、途中の何れに存在してもよいが、少なくとも末端に存在することが好ましい。２５℃におけるオストワルド粘度計による動粘度は１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓの範囲、好ましくは１００〜５０，０００ｍｍ2／ｓがよい。
【００１２】
（Ｂ）成分は、下記一般式（１）で示される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサンである。
【化３】
2014115456.tif 000005
（式中、ａは５〜１００の正数、Ｒ1は炭素数１〜６のアルキル基である。）
【００１３】
（Ｂ）成分の一般式（１）で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサンのａは５より小さいと組成物のオイルブリードがひどくなり信頼性が悪くなるし、１００より大きいと濡れ性が十分でないため５〜１００がよく、好ましくは１０〜６０の範囲がよい。
【００１４】
この片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサンの添加量は（Ａ）成分１００質量部に対して５０質量部より少ないと十分な濡れ性を発揮できないし、１５０質量部より多いとオイルブリードがひどくなり信頼性が悪くなり、再度密着させた後の信頼性も悪くなるため、５０〜１５０質量部、好ましくは６０〜１５０質量部、より好ましくは６０〜１３０質量部、更に好ましくは６０〜１２０質量部の範囲がよい。
【００１５】
（Ｃ）成分は、１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材である。
（Ｃ）成分の平均粒径は０．１〜１００μｍ、特に０．１〜５０μｍの範囲がよい。該平均粒径が０．１μｍより小さいと得られる組成物がグリース状にならず伸展性に乏しいものになり、１００μｍより大きいと放熱グリースの均一性が乏しくなり、再密着性が悪化する場合がある。なお、本発明において、平均粒径は日機装（株）製マイクロトラックＭＴ３３０ＯＥＸにより測定できる体積基準の体積平均径である。（Ｃ）成分の形状は、不定形でも球形でも如何なる形状でもよい。
【００１６】
（Ｃ）成分の充填量は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部当たり８００質量部より少ないと組成物の熱伝導率が低くなってしまうし、２，０００質量部より多いと組成物の粘度が上昇し伸展性の乏しいものになるため、８００〜２，０００質量部の範囲がよく、好ましくは８００〜１，８００質量部の範囲がよい。
【００１７】
（Ｃ）成分の熱伝導率を有する熱伝導性充填材としては、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ℃以上のものが使用される。充填材のもつ熱伝導率が１０Ｗ／ｍ℃より小さいと、熱伝導性シリコーングリース組成物の熱伝導率そのものが小さくなるためである。かかる熱伝導性充填材としては、アルミニウム粉末、銅粉末、銀粉末、鉄粉末、ニッケル粉末、金粉末、錫粉末、金属ケイ素粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、アルミナ粉末、ダイヤモンド粉末、カーボン粉末、インジウム粉末、ガリウム粉末、酸化亜鉛粉末、酸化アルミニウム粉末等が挙げられるが、１０Ｗ／ｍ℃以上を有する充填材であれば如何なる充填材でもよく、１種類又は２種類以上混ぜ合わせたものでもよい。
【００１８】
（Ｄ）成分は、下記一般式（２）で示されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
【化４】
2014115456.tif 000006
（式中、ｂは５〜５００の正数、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
【００１９】
（Ｄ）成分の一般式（２）で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサンのｂは、５より小さいと揮発成分となるため電子部品の使用上好ましくなく、５００より大きいと粘度が高くなり取り扱いが困難となるため５〜５００の範囲がよく、好ましくは５〜１００の範囲がよい。Ｒ2としてはメチル基、エチル基、プルピル基、ブチル基、ヘキシル基等から選択されるアルキル基で、これらのうち、合成のし易さ、コストの面からメチル基が好ましい。
【００２０】
（Ｅ）成分は、上記（Ｄ）成分を除くオルガノハイドロジェンポリシロキサンである。
（Ｅ）成分のＳｉ−Ｈ基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、架橋により組成物を網状化するためにＳｉ−Ｈ基を少なくとも１分子中に２個有することが必要である。ケイ素原子に結合する残余の有機基としてはメチル基、エチル基、プルピル基、ブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、２−フェニルエチル基、２−フェニルプロピル基等のアラルキル基、クロロメチル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等の置換炭化水素基が挙げられ、また２−グリシドキシエチル基、３−グリシドキシプロピル基、４−グリシドキシブチル基等のエポキシ環含有有機基も例として挙げられる。かかるＳｉ−Ｈ基を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、直鎖状、分岐状及び環状のいずれであってもよく、またこれらの混合物であってもよい。
【００２１】
（Ｅ）成分の具体例としては、下記のものを挙げることができる。
【化５】
2014115456.tif 000007
【００２２】
【化６】
2014115456.tif 000008
【００２３】
（Ｄ）成分と（Ｅ）成分の配合量は、｛（Ｄ）成分と（Ｅ）成分を合わせたＳｉ−Ｈ基の個数｝／｛（Ａ）成分のアルケニル基の個数｝が０．５より小さいと十分に組成物を網状化できないため損失係数ｔａｎδが高くなりすぎるし、２．０より大きいと損失係数ｔａｎδが低くなりすぎてしまうため、０．５〜２．０の範囲がよく、好ましくは０．５〜１．８の範囲がよい。この場合、再密着性の点からは、０．７より小さいと十分に組成物を網状化できないため再密着後のシリコーン組成物が信頼性試験中にポンプアウトしてしまうおそれがあり、１．５より大きいと架橋密度が高くなりすぎてしまい再密着性が発現しなくなってしまうおそれがあるため、０．７〜１．５が好ましく、より好ましくは０．７〜１．３の範囲がよい。
【００２４】
また、（（Ｄ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）／（（Ｅ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）は０．６〜１０．０である。１０．０より大きいと損失弾性率Ｇ”が大きくなりすぎるため信頼性が悪くなり、０．６より小さいと架橋密度が高くなりすぎてしまい再密着性が発現しなくなってしまう。より好ましくは１．０〜６．０の範囲である。
【００２５】
（Ｆ）成分の白金及び白金化合物から選択される触媒は、（Ａ）成分のアルケニル基と（Ｂ）成分のＳｉ−Ｈ基との間の付加反応の促進成分である。この（Ｆ）成分は、例えば白金の単体、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、白金−アルコール錯体、白金配位化合物等が挙げられる。（Ｆ）成分の配合量は（Ａ）成分の質量に対し０．１〜５００ｐｐｍの範囲がよい。
【００２６】
本発明のシリコーン組成物には、必要に応じ（Ｇ）成分として、上記（Ｆ）成分の触媒活性を抑制する目的でアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物より選択される制御剤を配合し得る。
（Ｇ）成分の制御剤は、室温でのヒドロシリル化反応の進行を抑え、シェルフライフ、ポットライフを延長させるものである。反応制御剤としては公知のものを使用することができ、アセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物、有機クロロ化合物等が利用できる。（Ｇ）成分の配合量は（Ａ）成分に対して０．１〜５質量％となる範囲がよい。これらはシリコーン樹脂への分散性をよくするためにトルエン等で希釈して使用してもよい。
【００２７】
また、本発明には、上記した（Ａ）〜（Ｇ）成分以外に必要に応じて、劣化を防ぐために酸化防止剤等を入れてもよい。
【００２８】
本発明のシリコーン組成物を製造するには、（Ａ）〜（Ｇ）成分をトリミックス、ツウィンミックス、プラネタリミキサー（何れも井上製作所（株）製混合機の登録商標）ウルトラミキサー（みずほ工業（株）製混合機の登録商標）、ハイビスディスパーミックス（特殊機化工業（株）製混合機の登録商標）等の混合機にて混合する。
【００２９】
本発明のシリコーン組成物は、２５℃において１０〜５００Ｐａ・ｓ、特に５０〜４００Ｐａ・ｓを有するグリース状であり、７０〜３００℃、３０〜１８０分の硬化条件で硬化する。
この場合、本発明のシリコーン組成物は上述したように、通常１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲である硬化物を与える。
【００３０】
また、本発明のシリコーン組成物は、通常０．１〜２０Ｗ／ｍＫ、特に１〜１０Ｗ／ｍＫの熱伝導を有し、また３〜１１ｍｍ2・Ｋ／Ｗ、特に４〜１０ｍｍ2・Ｋ／Ｗの熱抵抗を有する硬化物を与える。
【００３１】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物は、発熱性電子部品等の基材に密着させた後、基材からの剥離（界面剥離）又は材料自身の破壊（凝集破壊）が生じても基材に対する再密着性に優れ、再密着後も上記範囲の熱抵抗を有する。この場合、界面剥離又は凝集破壊前の熱抵抗値をα、再密着後の熱抵抗値をβとしたときのこれらの比β／αの値は１．１以下が好ましい。下限値は特に制限されないが、通常０．５以上である。
なお、上記β／αの値は、適切な範囲の損失係数を有するように材料を設計することにより達成することができるものである。
この場合、この熱抵抗は−５５℃（３０分）⇔１２５℃（３０分）のヒートサイクル試験を１，５００サイクル実施した後でも、特に−４０℃（３０分）⇔１２５℃（３０分）のヒートサイクル試験を１，０００サイクル実施した後でも殆んど変わらないものである。
【００３２】
本発明のシリコーン組成物の硬化物は、熱伝導性層として発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置され、発熱性電子部品から発生した熱を効率よく放熱用部材に伝熱するものである。
【００３３】
具体的には、本発明の組成物の硬化物は、発熱性電子部品と放熱用部材との間に介在させて熱伝導性層を形成するための熱伝導性硬化物として使用することができる。この場合、上記本発明組成物を用いて放熱特性に優れた半導体装置、即ち、発熱性電子部品と、放熱用部材と、上記本発明組成物の硬化物からなる熱伝導性層とを有してなる半導体装置であって、前記発熱性電子部品と前記放熱用部材とが前記熱伝導性層を介して接合されている半導体装置を得ることができる。
【００３４】
前記半導体装置は、
（ａ）前記発熱性電子部品の表面又は放熱用部材に塗布する場合は、前記組成物を前記部品又は部材表面に塗布して、前記表面に前記組成物からなる被覆層（熱伝導性層）を形成させる工程、
（ｂ）前記被覆層、前記発熱性電子部品及び前記放熱用部材を圧接して固定させる工程、及び
（ｃ）得られた構造体を８０〜１８０℃で処理して、前記被覆層を硬化させて前記熱伝導性層とする工程
を含む製造方法によって得ることができる。
【００３５】
前記半導体装置及びその製造方法について、図１を参照しながら説明する。なお、図１に記載の装置は、本発明組成物の半導体装置への適用の一例を示したものにすぎず、本発明に係る半導体装置を図１に記載のものに限定するとの趣旨ではない。
【００３６】
先ず、冷凍保存状態の本発明組成物を室温に放置して自然に解凍させてグリース状とする。次に、シリンジ等の塗工用具内に液状の本発明組成物を収納させる。
【００３７】
発熱性電子部品、例えば、図１に記載のプリント配線基板１上に実装された発熱性電子部品であるＣＰＵ等のＩＣパッケージ２の表面に、シリンジ等から本発明組成物を塗布（ディスペンス）して被覆層３を形成させる。その上に、放熱用部材、例えば、通常、アルミニウム製の放熱フィンを有する放熱用部材４を配置し、クランプ５を用いて、放熱用部材４を被覆層３を介してＩＣパッケージ２に圧接して固定させる。ＩＣ等の半導体素子としては、チップの面積が５０ｍｍ2以上の大きさのものを用いるのが好ましい。
【００３８】
この際に、ＩＣパッケージ２と放熱用部材４とに挟まれて存在する被覆層３の厚さは、通常、２００μｍ以下が好ましく、特に好ましくは１８０μｍ以下となるように、クランプ５を調整又は選択するのがよい。前記厚さが薄すぎると、前記圧接に際し、ＩＣパッケージ２及び放熱用部材４への本発明組成物の追随性が不十分となり、前記両者間に隙間が生じるおそれがある。従って、下限値は１０μｍ以上が好ましい。また、逆に、厚すぎると熱抵抗が大きくなるので十分な放熱効果を得ることができない場合がある。
【００３９】
次いで、上記のとおりに構成された装置を、リフロー炉等の加熱装置内を通過させて、本発明組成物からなる被覆層３を硬化させて熱伝導性層とする。この硬化に要する温度条件は、８０〜１８０℃であり、特に好ましくは１００〜１８０℃である。前記温度が８０℃未満であると硬化が不十分となり、逆に１８０℃を超える高温では、電子部品や基材が劣化するおそれがある。
【００４０】
上記のとおりにして得られた半導体装置を稼動・使用する場合、ＩＣパッケージ等の発熱性電子部品はその表面温度が、通常、６０〜１２０℃程度の高温となる。この発熱に対し、本発明組成物の硬化物からなる熱伝導性層は、高い熱伝導性を示し、また、発熱性電子部品等の基材からの剥離（界面剥離）や、材料自身の破壊（凝集破壊）が発生した場合でも再密着性に優れ、再密着後の熱抵抗の上昇を抑えることができる。
【００４１】
なお、予め本発明組成物から所望の厚さのシート状硬化物を作製し、これを従来の熱伝導性シートと同様に発熱性電子部品と放熱用部材との間に介在させることによっても、同様な効果を得ることができる。その他、熱伝導性及び耐熱性が必要とされる他の装置等の部品として、本発明組成物の硬化物のシート等を適宜使用することもできる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を掲げて本発明を更に詳述する。【００４３】
［実施例１〜１３、比較例１〜５］
本発明に関わる効果に関する試験は次のように行った。
〔弾性率評価〕
直径２．５ｃｍの２枚のパラレルプレートの間に、熱伝導性シリコーン組成物を厚み２ｍｍで塗布した。塗布したプレートを２５℃から５℃／分にて昇温後、１５０℃において１２０分間温度を維持するようにプログラムを作成し、貯蔵弾性率Ｇ’、損失弾性率Ｇ”及び損失係数ｔａｎδの測定を行った。測定は、粘弾性測定装置（レオメトリック・サイエンティフィック社製、タイプＲＤＡＩＩＩ）を用いて行い、昇温開始後５，６２０秒後又は７，２００秒後の数値を採用した。【００４４】
〔熱抵抗測定Ｉ〕
直径１２．７ｍｍの円形アルミニウム板２枚に、熱伝導性シリコーン組成物を挟み込み、１５０℃のオーブンに９０分間装入して熱伝導性シリコーン組成物を加熱硬化させ、熱抵抗測定用の試験片を作製し、熱抵抗を測定した。更にこの試験片を１サイクル−５５℃（３０分）⇔１２５℃（３０分）のヒートサイクル試験下に静置し、１，５００サイクル実施後に再び熱抵抗を測定した。なお、この熱抵抗測定はナノフラッシュ（ニッチェ社製、ＬＦＡ４４７）によって行った。【００４５】
〔熱抵抗測定ＩＩ〕
直径１２．７ｍｍの円形アルミニウム板２枚に、熱伝導性シリコーン組成物を挟み込み、１５０℃のオーブンに９０分間装入して熱伝導性シリコーン組成物を加熱硬化させ、熱抵抗測定用の試験片を作製し、熱抵抗を測定した。この測定値を熱抵抗αとした。さらに、この試験片を引っ張ることで意図的に材料を剥離させ、常温にて加圧することにより再び熱抵抗を測定した。この測定値を熱抵抗βとした。さらに、その後ヒートサイクル試験（１サイクル−４０℃（３０分）⇔１２５℃（３０分））を１，０００サイクル実施して熱抵抗の変化を観察した。なお、この熱抵抗測定はナノフラッシュ（ニッチェ社製、ＬＦＡ４４７）によって行った。【００４６】
〔粘度〕
熱伝導性シリコーン組成物の絶対粘度は、マルコム粘度計（タイプＰＣ−１ＴＬ）を用いて２５℃で測定した。【００４７】
〔熱伝導率〕
各組成物を３ｃｍ厚の型に流し込み、キッチン用ラップをかぶせて京都電子工業（株）製のＭｏｄｅｌ  ＱＴＭ−５００で測定した。【００４８】
本発明組成物を形成する以下の各成分を用意した。
（Ａ）成分
Ａ−１：両末端がジメチルビニルシリル基で封鎖され、２５℃における動粘度が６００ｍｍ2／ｓのジメチルポリシロキサン【００４９】
（Ｂ）成分
Ｂ−１：下記式で表される加水分解性ジメチルポリシロキサン
【化７】
2014115456.tif 000009
【００５０】
（Ｃ）成分
下記のアルミニウム粉末と酸化亜鉛粉末を、５リットルプラネタリーミキサー（井上製作所（株）製）を用い、下記表１の混合比で室温にて１５分間混合し、Ｃ−１を得た。
平均粒径２．０μｍのアルミニウム粉末
平均粒径２０．０μｍのアルミニウム粉末
平均粒径１．０μｍの酸化亜鉛粉末【００５１】
【表１】
2014115456.tif 000010
【００５２】
（Ｄ）成分
下記式で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン
Ｄ−１：
【化８】
2014115456.tif 000011
Ｄ−２：
【化９】
2014115456.tif 000012
【００５３】
（Ｅ）成分
Ｅ−１：
【化１０】
2014115456.tif 000013
Ｅ−２：
【化１１】
2014115456.tif 000014
Ｅ−３：
【化１２】
2014115456.tif 000015
Ｅ−４：
【化１３】
2014115456.tif 000016
Ｅ−５：
【化１４】
2014115456.tif 000017
【００５４】
（Ｆ）成分
Ｆ−１：白金−ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体のＡ−１溶液、白金原子として１質量％含有【００５５】
（Ｇ）成分
Ｇ−１：１−エチニル−１−シクロヘキサノールの５０質量％トルエン溶液【００５６】
（Ａ）〜（Ｇ）成分を以下のように混合して実施例及び比較例の熱伝導性シリコーン組成物を得た。
即ち、５リットルプラネタリーミキサー（井上製作所（株）製）に（Ａ）成分をとり、下記表に示す配合量で（Ｂ）、（Ｃ）成分を加え、１７０℃で１時間混合した。常温になるまで冷却し、次に（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）成分を下記表に示す配合量で加えて均一になるように混合した。【００５７】
【表２】
2014115456.tif 000018
＊１：昇温開始後５，６２０秒後の値を示す。
＊２：熱抵抗測定Ｉの結果を示す。【００５８】
【表３】
2014115456.tif 000019
＊１：昇温開始後５，６２０秒後の値を示す。
＊２：熱抵抗測定Ｉの結果を示す。【００５９】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物を用いることにより、ポンプアウトや剥離が発生しづらく、その結果、ヒートサイクル試験後の熱抵抗の上昇を抑制することが可能になった。【００６０】
【表４】
2014115456.tif 000020
＊３：昇温開始後７，２００秒後の値を示す。
＊４：熱抵抗測定ＩＩの結果を示す。【００６１】
【表５】
2014115456.tif 000021
＊３：昇温開始後７，２００秒後の値を示す。
＊４：熱抵抗測定ＩＩの結果を示す。【００６２】
本発明の熱伝導性シリコーン組成物は、電子部品等の基材からの剥離や材料自身の破壊が発生した場合でも、基材に再密着させることができ、再密着後も熱抵抗が殆ど変わらないため、熱抵抗の上昇を抑制することが可能になった。
【符号の説明】
【００６３】
１  プリント配線基板
２  ＩＣパッケージ
３  被覆層（熱伝導性層）
４  放熱部材
５  クランプ
【図１】
2014115456.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月23日(2016.6.23)
【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】
発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有してなり、その硬化物が、１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲であることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物。
（Ａ）１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する、２５℃の動粘度が１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓのオルガノポリシロキサン
１００質量部、
（Ｂ）下記一般式（１）
【化１】
2014115456.tif 000025
（式中、ａは５〜１００の正数、Ｒ1は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサン
５０〜１５０質量部、
（Ｃ）１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対し
８００〜２，０００質量部、
（Ｄ）下記一般式（２）
【化２】
2014115456.tif 000026
（式中、ｂは５〜５００の正数、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
（Ｅ）（Ｄ）成分以外の、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）成分と（Ｅ）成分の配合量は、｛（Ｄ）成分と（Ｅ）
成分を合わせたＳｉ−Ｈ基の個数｝／｛（Ａ）成分のアルケ
ニル基の個数｝が０．５〜２．０になる配合量であり、かつ
（（Ｄ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）／（（Ｅ）成分由来
のＳｉ−Ｈ基の個数）が０．６〜１０．０になる割合、
（Ｆ）白金及び白金化合物からなる群より選択される触媒
白金原子として（Ａ）成分の
０．１〜５００ｐｐｍとなる配合量
【請求項２】
発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有してなり、その硬化物が、１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲であることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物（但し、（Ｃ）下記一般式：
Ｒ3'c'Ｒ4'd'Ｓｉ（ＯＲ5'）4-c'-d' ）
（式中、Ｒ3'は同一または異種の炭素原子数９〜１５のアルキル基であり、Ｒ4'は同一または異種の非置換もしくは置換の炭素原子数１〜８の一価炭化水素基であり、Ｒ5'は同一または異種の炭素原子数１〜６のアルキル基であり、ｃ'は１〜３の整数であり、ｄ'は０〜２の整数であり、ただし、ｃ'＋ｄ'は１〜３の整数である。）
で表されるアルコキシシランを含むものを除く。）
（Ａ）１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する、２５℃の動粘度が１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓのオルガノポリシロキサン
１００質量部、
（Ｂ）下記一般式（１）
【化３】
2014115456.tif 000027
（式中、ａは５〜１００の正数、Ｒ1は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサン
５０〜１５０質量部、
（Ｃ）１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対し
８００〜２，０００質量部、
（Ｄ）下記一般式（２）
【化４】
2014115456.tif 000028
（式中、ｂは５〜５００の正数、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
（Ｅ）（Ｄ）成分以外の、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）成分と（Ｅ）成分の配合量は、｛（Ｄ）成分と（Ｅ）
成分を合わせたＳｉ−Ｈ基の個数｝／｛（Ａ）成分のアルケ
ニル基の個数｝が０．５〜２．０になる配合量であり、かつ
（（Ｄ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）／（（Ｅ）成分由来
のＳｉ−Ｈ基の個数）が０．６〜１０．０になる割合、
（Ｆ）白金及び白金化合物からなる群より選択される触媒
白金原子として（Ａ）成分の
０．１〜５００ｐｐｍとなる配合量
【請求項３】
更に、（Ｇ）（Ｆ）成分の触媒活性を抑制するアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物及び有機クロロ化合物より選択される制御剤
（Ａ）成分に対して０．１〜５質量％となる配合量
を含有する請求項１又は２記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載のシリコーン組成物を基材上に塗布、硬化させて得られる硬化物の熱抵抗値αと、この硬化物を凝集破壊又は基材から界面剥離させ、再度上記基材に密着させた後の熱抵抗値βとの比β／αが、１．１以下である硬化物を与える請求項１〜３のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物を硬化することによって形成され、発熱性電子部品と放熱用部材との間に配置されて、発熱性電子部品からの熱を放熱用部材に伝熱する熱伝導性層。
【請求項６】
発熱性電子部品と、放熱用部材と、請求項１〜４のいずれか１項記載の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物からなる熱伝導性層とを有してなる半導体装置であって、前記発熱性電子部品と前記放熱用部材とが前記熱伝導性層を介して接合されている半導体装置。
【請求項７】
熱伝導性層の厚さが２００μｍ以下である請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
発熱性電子部品が半導体素子であって、該素子のチップの面積が５０ｍｍ2以上の大きさである請求項６又は７記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
従って、本発明は下記の熱伝導性シリコーン組成物、熱伝導性層及び半導体装置を提供する。
〔１〕
発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、下記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有してなり、その硬化物が、１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲であることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物。
（Ａ）１分子中に少なくとも２個のアルケニル基を有する、２５℃の動粘度が１０〜１００，０００ｍｍ2／ｓのオルガノポリシロキサン
１００質量部、
（Ｂ）下記一般式（１）
【化１】
2014115456.tif 000029
（式中、ａは５〜１００の正数、Ｒ1は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表される片末端３官能の加水分解性ジメチルポリシロキサン
５０〜１５０質量部、
（Ｃ）１０Ｗ／ｍ℃以上の熱伝導率を有する熱伝導性充填材
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対し
８００〜２，０００質量部、
（Ｄ）下記一般式（２）
【化２】
2014115456.tif 000030
（式中、ｂは５〜５００の正数、Ｒ2は炭素数１〜６のアルキル基である。）
で表されるオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
（Ｅ）（Ｄ）成分以外の、１分子中に少なくとも２個のケイ素原子に直結した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
（Ｄ）成分と（Ｅ）成分の配合量は、｛（Ｄ）成分と（Ｅ）
成分を合わせたＳｉ−Ｈ基の個数｝／｛（Ａ）成分のアルケ
ニル基の個数｝が０．５〜２．０になる配合量であり、かつ
（（Ｄ）成分由来のＳｉ−Ｈ基の個数）／（（Ｅ）成分由来
のＳｉ−Ｈ基の個数）が０．６〜１０．０になる割合、
（Ｆ）白金及び白金化合物からなる群より選択される触媒
白金原子として（Ａ）成分の
０．１〜５００ｐｐｍとなる配合量
〔２〕
発熱性電子部品と放熱用部材の間に配置される熱伝導性シリコーン組成物であって、上記（Ａ）〜（Ｆ）成分を含有してなり、その硬化物が、１５０℃における貯蔵弾性率Ｇ’が２，０００Ｐａ以上２０，０００Ｐａ以下であり、損失弾性率Ｇ”が５，０００Ｐａ以上４０，０００Ｐａ以下であり、かつ損失係数ｔａｎδが０．８〜３．０の範囲であることを特徴とする熱伝導性シリコーン組成物（但し、（Ｃ）下記一般式：
Ｒ3'c'Ｒ4'd'Ｓｉ（ＯＲ5'）4-c'-d' ）
（式中、Ｒ3'は同一または異種の炭素原子数９〜１５のアルキル基であり、Ｒ4'は同一または異種の非置換もしくは置換の炭素原子数１〜８の一価炭化水素基であり、Ｒ5'は同一または異種の炭素原子数１〜６のアルキル基であり、ｃ'は１〜３の整数であり、ｄ'は０〜２の整数であり、ただし、ｃ'＋ｄ'は１〜３の整数である。）
で表されるアルコキシシランを含むものを除く。）
〔３〕
更に、（Ｇ）（Ｆ）成分の触媒活性を抑制するアセチレン化合物、各種窒素化合物、有機りん化合物、オキシム化合物及び有機クロロ化合物より選択される制御剤
（Ａ）成分に対して０．１〜５質量％となる配合量
を含有する〔１〕又は〔２〕記載の熱伝導性シリコーン組成物。
〔４〕
〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載のシリコーン組成物を基材上に塗布、硬化させて得られる硬化物の熱抵抗値αと、この硬化物を凝集破壊又は基材から界面剥離させ、再度上記基材に密着させた後の熱抵抗値βとの比β／αが、１．１以下である硬化物を与える〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物。
〔５〕
〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物を硬化することによって形成され、発熱性電子部品と放熱用部材との間に配置されて、発熱性電子部品からの熱を放熱用部材に伝熱する熱伝導性層。
〔６〕
発熱性電子部品と、放熱用部材と、〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の熱伝導性シリコーン組成物の硬化物からなる熱伝導性層とを有してなる半導体装置であって、前記発熱性電子部品と前記放熱用部材とが前記熱伝導性層を介して接合されている半導体装置。
〔７〕
熱伝導性層の厚さが２００μｍ以下である〔６〕記載の半導体装置。
〔８〕
発熱性電子部品が半導体素子であって、該素子のチップの面積が５０ｍｍ2以上の大きさである〔６〕又は〔７〕記載の半導体装置。
【国際調査報告】
2014115456.tif 000031
2014115456.tif 000032
2014115456.tif 000033
2014115456.tif 000034