(57)【要約】      （修正有）【課題】多層配線板及び半導体パッケージ用配線板に対する高密度化、電子部品の搭載密度の向上からくる発熱量の増大に対し好適な、熱伝導率及び放熱性に優れ、被着体との密着性が良好な放熱性フィルムを提供する。【解決手段】黒鉛含有樹脂層と金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛とを積層してなる放熱性フィルムであって、黒鉛含有樹脂層の厚さＸが黒鉛粒子の平均粒径Ｙに対して０．５Ｙ＜Ｘ＜１．５Ｙの関係を満たす放熱性フィルムである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛含有樹脂層と、金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛とを積層してなる放熱性フィルムであって、黒鉛含有樹脂層の厚さＸが黒鉛粒子の平均粒径Ｙに対して０．５Ｙ＜Ｘ＜１．５Ｙの関係を満たすことを特徴とする放熱性フィルム。
【請求項２】
前記黒鉛粒子の２０重量％以上が、０．５Ｙ〜１．５Ｙを満たすことを特徴とする請求項１記載の放熱性フィルム。
【請求項３】
前記樹脂が、熱硬化性樹脂及び／又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱性フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱性フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の発達に伴い、多層配線板及び半導体パッケージ用配線板に対する配線の高密度化、電子部品の搭載密度の向上の要求が著しく、また半導体素子の単位面積あたりの発熱量の増大が著しい。
【０００３】
このため、電子装置、半導体パッケージからの熱放散性の向上が望まれている。
【０００４】
そこで、放熱性を向上させる目的で銅、アルミニウム等の放熱板を設置することが行われている。電子装置と放熱板の間にこれらの接触性を向上させる目的で放熱シリコーンゲルシート、熱伝導性粘接着剤が使用されている。このようなものとして特許文献１及び特許文献２があり、エチレンプロピレン弾性体及びイソブチレン系弾性体の混合物に熱伝導フィラーを添加した粘着テープが提案されている。また、特許文献３には、アクリル系接着剤１００重量部に対して熱伝導粒子を２０〜４００重量部添加してなる熱伝導性電気絶縁テープが記載されている。放熱性、熱伝導性を高めるための手段として、銀、銅等の導電性の高い金属粒子を混合する方法がある。上記テープには、熱伝導性向上を目的に各種の無機粒子又は金属粒子が使用されている。これら無機粒子又は金属粒子は通常、例えば粉砕法、気相法等の方法によって得られるが、粒度分布が大きく、また形状についても任意の形とすることは難しかった。
【０００５】
接着剤層の厚さに対して無機粒子又は金属粒子の粒径が小さい場合は、被着体に接する無機粒子又は金属粒子が少なくなり、また、粒子間にベース樹脂が存在するために熱抵抗や電気抵抗が大きくなるなどの問題があった。
【０００６】
一方、接着剤層の厚さに対して無機粒子又は金属粒子の粒径が大きい場合は、粒子が表面に凸状に露出し、粒子は堅いため容易に変形しないので凸部周辺は被着体に密着し難くなるといった問題があった。
【０００７】
粒径の揃った粒子を使用することで、接着剤層の厚さと粒子の粒径をほぼ同じにすることが出来れば、上記問題点を解決でき熱抵抗や電気抵抗が小さくなり被着体との密着性も良好になることが考えられるが、篩い分けなどの方法で粒度分布を狭くすることには限界があり、また、大幅なコストの上昇を招いていた。
【特許文献１】特開昭５２−１１８３００号公報
【特許文献２】米国特許第４０７１６５２号明細書
【特許文献３】特開平６−８８０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、熱伝導性及び放熱効果に優れ、被着体との密着性が良好な放熱性フィルムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、（１）黒鉛含有樹脂層と、金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛とを積層してなる放熱性フィルムであって、黒鉛含有樹脂層の厚さＸが黒鉛粒子の平均粒径Ｙに対して０．５Ｙ＜Ｘ＜１．５Ｙの関係を満たすことを特徴とする放熱性フィルムに関する。
【００１０】
また、本発明は、（２）前記黒鉛粒子の２０重量％以上が、０．５Ｙ〜１．５Ｙを満たすことを特徴とする前記（１）記載の放熱性フィルムに関する。
【００１１】
さらに、本発明は、（３）前記樹脂が、熱硬化性樹脂及び／又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の放熱性フィルムに関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱伝導性及び放熱性に優れ、被着体との密着性が良好な放熱性フィルムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の放熱性フィルムは、黒鉛含有樹脂層と、金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛とを積層してなる放熱性フィルムであって、黒鉛含有樹脂層の厚さＸが黒鉛粒子の平均粒径Ｙに対して０．５Ｙ＜Ｘ＜１．５Ｙの関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
本発明の黒鉛含有樹脂層はベース樹脂と黒鉛粒子を含んでなる樹脂組成物から形成される。ベース樹脂としては、熱硬化性樹脂及び／又は熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フェノキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂などが挙げられ、これらのなかでも、シリコーン樹脂が賞用される。また、取り扱い性の点から、前記樹脂は柔軟性を有するものが好ましく、Ｔｇ（ガラス転移温度）が２０℃以下であるものが好ましい。また、前記樹脂の重量平均分子量は３００００以上であることが好ましい。
本発明では硬化剤、硬化促進剤を用いてもよく、それらの種類は特に制限されない。
【００１５】
本発明では、ベースポリマーとしてゴムを併用することが出来る。このようなゴムとしては、アクリロニトリルーブタジエンゴム、アクリルゴム及びこれらにカルボキシル基、エポキシ基等の官能基を付加したゴム、天然ゴム、シリコーンゴム等が好ましく、柔軟性に優れＴｇが２０℃以下であるものがより好ましい。ここでのアクリルゴムとはアクリル酸エステルを主成分としたゴムであり、主としてブチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体や、エチルアクリレートとアクリロニトリルなどの共重合体等からなるゴムである。これらゴムは、放熱フィルムとしての強度を付与するため架橋体であるか、重量平均分子量が２０万以上であることが好ましい。可塑的成分をさらに添加することがより好ましい。
【００１６】
本発明で用いる黒鉛粒子は、天然黒鉛、人工黒鉛又は膨張黒鉛を粉砕して粉末粒子にしたもの、又は膨張黒鉛シートを粉砕し粉末粒子にしたものなどが好ましい。かかる黒鉛粒子は篩などで粒度分布を調整することがより好ましい。膨張黒鉛は、天然黒鉛や人工黒鉛などの原料黒鉛を酸性物質及び酸化剤を含む溶液中に浸漬して黒鉛層間化合物を生成させ、前記黒鉛層間化合物を加熱して黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張させて膨張黒鉛とすること製造することができる。膨張黒鉛シートは前記膨張黒鉛をロール、プレス等で加圧してシート状に成形することにより得られる。
黒鉛粒子の形状は、球状、扁平粒状、樹枝状等、特に制限はないが、球状又は粒状が好ましい。また、黒鉛粒子はショアＤ硬度が０〜７０のものが変形しやすく、放熱性が高くなる点で好ましい。
【００１７】
本発明では、被着体との良好な密着性及び熱伝導性の向上の点で、黒鉛含有樹脂層の厚さＸと黒鉛粒子の平均粒径Ｙとの関係が、０．５Ｙ＜Ｘ＜１．５Ｙであることが重要であり、好ましくは０．６５Ｙ＜Ｘ＜１．５Ｙである。Ｘ≧１．５Ｙの場合、被着体と黒鉛粒子の接触が起こりにくいため熱抵抗が大きくなり熱伝導性に劣ってしまい、Ｘ≦０．５Ｙの場合、被着体と放熱フィルムの密着性が低下してしまう。
【００１８】
黒鉛粒子の平均粒径は前記関係式を満たすように適宜設定されるが、３０〜１２０μｍが好ましく、４０〜１００μｍがより好ましい。
【００１９】
また、前記黒鉛粒子は全黒鉛粒子の２０重量％以上が、０．５Ｙ〜１．５Ｙを満たすことが好ましく、４０重量％以上が０．５Ｙ〜１．５Ｙを満たすことがより好ましい。０．５Ｙ〜１．５Ｙを満たす黒鉛粒子が全黒鉛粒子の２０重量％以上である場合、被着体との間に黒鉛粒子が挟まった状態で固定され、また、被着体と黒鉛粒子が接触し易いため、被着体との熱抵抗が小さくなり熱伝導性が向上し易くなる。前記０．５Ｙ〜１．５Ｙを満たす黒鉛粒子が全黒鉛粒子の２０重量％未満である場合は、放熱フィルムの膜厚のばらつきが大きくなり、被着体と放熱フィルムの接触が起こりにくいため熱抵抗が大きくなり熱伝導性に劣ってしまう傾向にある。
なお、本発明において、平均粒径とは、黒鉛粒子をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、任意の１００個の黒鉛粒子について各粒子の最長径を測定しその平均値を平均粒径とする。
【００２０】
黒鉛含有樹脂層を得るために用いられる黒鉛含有樹脂組成物中の黒鉛粒子の配合量は、黒鉛粒子自体の比重によって変化するため特に制限されないが、樹脂組成物の総量１００重量部に対して５〜９５重量部とするのが好ましく、２０〜８０重量部とするのがより好ましい。黒鉛粒子の配合量が５重量部未満であると熱伝導性や放熱性に劣り、また、樹脂組成物の粘度が低くなり作業性が低下する傾向があり、９５重量部を超えると、熱伝導性や放熱性には優れるが樹脂組成物の粘度が上昇し作業性が低下する傾向にある。
【００２１】
本発明の黒鉛含有樹脂層は無機フィラーを適宜含有していてもよい。無機フィラーとしては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、窒化アルミニウム、ほう酸アルミウイスカ、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、炭化ケイ素等が挙げられる。なかでも、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、結晶性シリカ、非晶性シリカ、炭化ケイ素は熱伝導性が良好な点で好ましく、アルミナは熱伝導性に加えて耐熱性及び絶縁性が良好な点で特に好適である。フィラーの形状は球形フィラーが好ましい。このようなフィラーとしては、ＡＳ−５０、ＡＳ−４０、ＡＳ−３０（昭和電工株式会社製、商品名）が挙げられる。
【００２２】
本発明の放熱フィルムは黒鉛含有樹脂層と、金属箔、金属板、金属メッシュまたはシート状黒鉛とを積層してなるものである。積層数や積層の順番等は特に制限されないが、最外層が黒鉛含有樹脂層であることが好ましい。例えば、金属箔の両面に黒鉛含有樹脂層を積層してなる三層構造の放熱フィルムが挙げられる。
本発明で用いられる金属箔、あるいは金属板は、特に制限はないが、例えば、金、銀、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属箔や金属板が挙げられ、中でも、熱伝導性が高く、加工しやすい点で銅箔、アルミ箔、アルミ板、銅板が好ましい。金属箔又は金属板の厚さは５〜２００μｍのものが好ましく用いられる。金属箔又は金属板には、例えば、エッチング、機械加工及びめっき処理から選ばれる一つ又は二つ以上の形状加工を施してもよい。これらの加工により金属箔又は金属板の表面に凹凸状、針状突起を形成することにより、放熱性及び熱伝導性が向上するなどの利点がある。
【００２３】
本発明で用いられる金属メッシュは、特に制限はないが、例えば、金、銀、銅、ニッケル、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属のワイヤーを織物状にしたものや、前記金属の金属箔を打ち抜き加工して複数の孔を開けたもの等が用いられる。金属ワイヤーを用いる場合、線径は特に限定されないが１０〜１００μm程度が好ましい。金属メッシュの開口率も特に限定されないが、金属メッシュの面方向から見た場合の開口率が５〜５０％程度であることが好ましい。金属メッシュの厚さは２０〜２００μｍのものが好ましい。
【００２４】
本発明で用いられるシート状黒鉛は人造黒鉛、天然黒鉛の粉体をカレンダーロールにて圧延、シート化したものである。
【００２５】
黒鉛含有樹脂層と、金属箔、金属メッシュまたはシート状黒鉛とを積層する際に、黒鉛含有樹脂組成物は希釈剤を添加して樹脂ペースト組成物とすることができる。希釈剤は、樹脂ペースト組成物の作製時の作業性及び使用時の塗布作業性をより良好ならしめる。これらの希釈剤としては、例えば、ブチルセロソルブ、カルビトール、酢酸ブチルセロソルブ、酢酸カルビトール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、α−テルピネオール等の比較的沸点の高い有機溶剤が好ましい。その使用量は樹脂ペースト組成物全体に対して０〜３０重量部の範囲で使用することが好ましい。
【００２６】
本発明においては、さらに必要に応じてウレタンアクリレート等の靭性改良剤、酸化カルシウム、酸化マグネシウム等の吸湿剤、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、酸無水物等の接着力向上剤、ノニオン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤等の濡れ向上剤、シリコーン油等の消泡剤、無機イオン交換体等のイオントラップ剤等を適宜添加することができる。
【００２７】
樹脂ペースト組成物を製造するには、樹脂、黒鉛粒子を必要に応じて添加される希釈剤及び各種添加剤とともに、一括又は分割して撹拌器、らいかい器、３本ロール、プラネタリーミキサー等の分散・溶解装置を適宜組み合わせ、必要に応じて加熱して混合、溶解、解粒混練又は分散して均一なペースト状とすればよい。
【００２８】
放熱性フィルムは、黒鉛含有樹脂層を金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛とを積層することにより作製できる。放熱性フィルムを作製する方法としては、例えば、黒鉛含有樹脂組成物を金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛の両面に塗布して黒鉛含有樹脂層を金属箔、金属板、金属メッシュ又はシート状黒鉛の上下に形成し、それを基材フィルムで挟んで、加熱乾燥した後、基材フィルムを剥離して得る方法等が挙げられる。加熱乾燥の条件は特に制限はないが、通常６０℃〜２００℃で、０．１〜９０分間加熱して行う。
【００２９】
基材フィルムとしては、加熱乾燥条件に耐えるものであれば特に限定するものではなく、例えば、ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルイミドフィルム、ポリエーテルナフタレートフィルム、メチルペンテンフィルム等が挙げられる。これらの基材フィルムは２種以上組み合わせて多層フィルムとしてもよく、表面がシリコーン系、シリカ系等の離型剤などで処理されたものであってもよい。基材フィルムの厚さは１０〜１００μｍが好ましい。
【００３０】
かくして作製される本発明の放熱性フィルムの黒鉛含有樹脂層の厚さＸは、黒鉛粒子の平均粒径Ｙに対して０．５Ｙ＜Ｘ＜１.５Ｙであることが重要であり、好ましくは０．７Ｙ＜Ｘ＜１．２Ｙ、より好ましくは０．８５Ｙ＜Ｘ＜１．１５Ｙである。例えば平均粒径が９０μｍの黒鉛粒子を用いた場合は、黒鉛含有樹脂層の厚さは６０〜１８０μｍとなるように設計する。黒鉛含有樹脂層の厚さＸが、０．５Ｙ＜Ｘ＜１.５Ｙの範囲にあることで、熱伝導性及び放熱性に優れ、被着体との密着性が良好な放熱性フィルムを得ることが出来る。また、本発明の放熱性フィルムの厚さは５〜５００μｍが好ましい。
【００３１】
一例としての本発明の放熱フィルムの断面図を図１に示す。図１に示す放熱性フィルムは、金属箔１の両面に黒鉛粒子４を含有する黒鉛含有樹脂層３を積層してなる三層構造の放熱フィルムである。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれによって制限するものではない。実施例及び比較例で用いた材料は、下記の方法で作製したもの又は入手したものである。
【００３３】
実施例１
ショアＤ硬度が６０の膨張黒鉛シートを粉末化した黒鉛粒子（日立化成工業株式会社製、商品名Ｓ−６０、平均粒径９０μｍ、）２０重量部、シリコーン樹脂（旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、商品名エラストジルＲＴ６０４Ａ、Ｔｇ＝−５０℃）１０重量部及びその硬化剤（旭化成ワッカーシリコーン株式会社製、商品名エラストジルＲＴ６０４Ｂ）０．５重量部を混合し、アルミ箔（厚さ５０μｍ、１００×１００ｍｍ）の両面に各５ｇ塗布し、厚さ７５μｍの離型処理ポリエチレンテレフタレートフィルム（帝人株式会社製、商品名ピューレックスＳ３１）の離型処理した面ではさんで、平板プレスで１００℃、圧力４ＭＰａ、２０秒間プレスし、シートを作製した後、離型処理ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして放熱性フィルムを作製した。用いた黒鉛粒子の４５重量％が、４５μｍ〜１３５μｍの範囲の粒径であった。得られた放熱性フィルムは、黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍ、アルミ箔５０μｍ及び黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍの三層構造であり、放熱性フィルムの総厚は３００μｍであった。
【００３４】
実施例２
黒鉛粒子として、平均粒径８５μｍの黒鉛粒子を用いたこと以外は実施例１と同様の材料を使用し、実施例１と同様の工程を経て放熱性フィルムを得た。用いた黒鉛粒子の３０重量％が、４２．５μｍ〜１２７．５μｍの範囲の粒径であった。得られた放熱性フィルムは、黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍ、アルミ箔５０μｍ及び黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍの三層構造であり、放熱性フィルムの総厚は３００μｍであった。
【００３５】
実施例３
黒鉛粒子として、平均粒径２００μｍの黒鉛粒子を用いたこと以外は実施例１と同様の材料を使用し、実施例１と同様の工程を経て放熱性フィルムを得た。用いた黒鉛粒子の２０重量％が、１００μｍ〜３００μｍの範囲の粒径であった。得られた放熱性フィルムは、黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍ、アルミ箔５０μｍ及び黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍの三層構造であり、放熱性フィルムの総厚は３００μｍであった。
【００３６】
比較例１
黒鉛粒子として、球状天然黒鉛（平均粒子径２０μｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の材料を使用し、実施例１と同様の工程を経て放熱性フィルムを得た。用いた黒鉛粒子の３重量％が、１０μｍ〜３０μｍの範囲の粒径であった。得られた放熱性フィルムは、黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍ、アルミ箔５０μｍ及び黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍの三層構造であり、放熱性フィルムの総厚は３００μｍであった。
【００３７】
比較例２
黒鉛粒子として、平均粒径７５μｍの黒鉛粒子を用いたこと以外は実施例１と同様の材料を使用し、実施例１と同様の工程を経て放熱性フィルムを得た。用いた黒鉛粒子の１５重量％が、３７．５μｍ〜１１２．５μｍの範囲の粒径であった。得られた放熱性フィルムは、黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍ、アルミ箔５０μｍ及び黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍの三層構造であり、放熱性フィルムの総厚は３００μｍであった。
【００３８】
比較例３
黒鉛粒子として、平均粒径３００μｍの黒鉛粒子を用いたこと以外は実施例１と同様の材料を使用し、実施例１と同様の工程を経て放熱性フィルムを得た。用いた黒鉛粒子の１５重量％が、１５０μｍ〜４５０μｍの範囲の粒径であった。得られた放熱性フィルムは、黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍ、アルミ箔５０μｍ及び黒鉛粒子含有樹脂層１２５μｍの三層構造であり、放熱性フィルムの総厚は３００μｍであった。
【００３９】
実施例１〜３及び比較例１〜３で得た放熱性フィルムについて、熱抵抗及び熱伝導率を下記の手順で測定した。
実施例１〜３及び比較例１〜３で得た放熱性フィルム（１０ｍｍ×１４ｍｍ）の片面をトランジスタ（２ＳＣ２２３３）を半田で固着し、もう一方の片面がアルミニウム放熱ブロックと接するようにして放熱ブロック上に設置し、トランジスタを押しつけながら電流を通じた。そして、トランジスタの温度（Ｔ１）と、放熱ブロックの温度（Ｔ２）を測定し、測定値と印可電力（Ｗ）から、次式により熱抵抗（Ｘ）を測定した。
【００４０】
Ｘ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Ｙ
この熱抵抗（Ｘ）と放熱性フィルムの総厚（ｄ、単位μｍ）、熱伝導率既知試料による補正係数Ｃから、次式により熱伝導率（Ｔｃ、単位Ｗ／ｍＫ）を算出した。
【００４１】
Ｔｃ＝Ｃ×ｄ／Ｘ
熱抵抗Ｘ（℃／Ｗ）及び熱伝導率Ｔｃ（Ｗ／ｍＫ）の結果を表１に示す。
【００４２】
なお、実施例１〜３及び比較例１〜２で得られた放熱性フィルムは表面がゴム状で若干のタックを有しており、トランジスタやアルミニウム放熱ブロックに空隙なく密着した。比較例３で得られた放熱性フィルムは表面に凹凸を有しタックがないため、トランジスタやアルミニウム放熱ブロックに密着しなかった。
【表１】
2008120065.tif 000002
【００４３】
実施例１〜３は放熱フィルムと被着体の密着性に優れ、黒鉛粒子が熱を通しやすいため、熱伝導性に優れる。一方、比較例１，２は膜厚に対して黒鉛粒子径が小さすぎるため、熱伝導パスを形成し難く、熱伝導性に劣る。また、比較例３は粒子が膜厚に対して大きすぎるため、放熱フィルムと被着体の密着性が悪化し、熱伝導率が低下している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の放熱性フィルムの断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  金属箔
３  黒鉛含有樹脂層
４  黒鉛粒子
【図１】
2008120065.tif 000003