(57)【要約】【課題】本発明の課題は、優れた熱伝導性を有する電子部品の基板や放熱器等に使用される熱伝導性電気絶縁性材料を提供することにある。【解決手段】基材２と、該基材２の表面に一体的に形成される有機・無機ハイブリッド層３からなる熱伝導性電気絶縁性材料１であって、該有機・無機ハイブリッド層３は、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物を、基材の表面に有機・無機ハイブリッド層として形成したことを特徴とする熱伝導性電気絶縁部材。
【請求項２】
該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物の微粒子である請求項１に記載の熱伝導性電気絶縁部材。
【請求項３】
該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる２種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は３倍以上である請求項１または請求項２に記載の熱伝導性電気絶縁部材。
【請求項４】
該熱伝導性フィラーは、該ゾル液１００質量部に対し５０〜３０００質量部混合されている請求項１〜請求項３に記載の熱伝導性電気絶縁部材。
【請求項５】
該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる１種または２種以上の金属である請求項１に記載の熱伝導性電気絶縁部材。
【請求項６】
基材の表面に、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる有機・無機ハイブリッド層を一体成形し、該有機・無機ハイブリッド層を加熱ゲル化することを特徴とする熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。
【請求項７】
該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物の微粒子である請求項６に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。
【請求項８】
該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる２種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は３倍以上である請求項６または請求項７に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。
【請求項９】
該熱伝導性フィラーは、該ゾル液１００質量部に対し５０〜３０００質量部混合されている請求項６〜請求項８に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。
【請求項１０】
該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる１種または２種以上の金属である請求項６に記載の熱伝導性電気絶縁部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜５の熱伝導性電気絶縁部材の基材表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成したことを特徴とする熱伝導性電気絶縁部材。
【請求項１２】
請求項１〜５の熱伝導性電気絶縁部材の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上に半導体チップを接着し該半導体チップを含む該有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成して該半導体チップを封止したことを特徴とする半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱性電子部品の放熱部材として使用される熱伝導性電気絶縁部材および該部材の製造方法に関するものである。
また更に本発明は、該熱伝導性電気絶縁部材に半導体チップを実装し、エポキシ樹脂で封止した半導体パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器や電子機器の高性能化に伴い、これらの発熱性電子部品の消費電力が高くなっている。そのため発熱性電子部品から発生する熱量も増加傾向にあり、発熱性電子部品から効率良く熱を除去することが、電気機器や電子機器の熱対策上の重要な課題となっている。
そこで、発熱性電子部品を冷却する方法として、一般的に、発熱性電子部品の表面に金属板や放熱器（ヒートシンク）等の放熱体を、熱伝導性シートや、グリースを介して、圧接し、放熱面積を大きくすることが行われている。該熱伝導性シートには、特に高い電気絶縁性、熱伝導性が要求されている。
【０００３】
上記熱伝導性シートの材料として、電気絶縁性、耐熱性、柔軟性等の観点より、シリコーンゴムをベースポリマーとする組成物に、熱伝導性充填剤を配合させたものが使用されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９４８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記熱伝導性シートの材料として、シリコーンゴムをベースポリマーとする組成物を使用する場合、該シリコーンゴム組成物に熱伝導性フィラーを配合させて熱伝導性を付与する必要があるが、該シリコーンゴム組成物は粘度が高く、高い熱伝導性を付与しようとしても、熱伝導性フィラーを大量に添加することが出来ないとい問題がある。
また該シリコーンゴム組成物に熱伝導性フィラーを高配合すると、該シリコーンゴム組成物からなる熱伝導性シートの耐熱性が悪くなるという問題がある。
また更に、上記熱伝導性シートを金属板等の他の部材に接着する場合、シリコーンゴム組成物中に予め接着助剤を配合し焼付け成形するか、あるいは熱伝導性シートと他の部材の間に接着層を介在させる必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するための手段として、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物を、基材２の表面に有機・無機ハイブリッド層３として形成した熱伝導性電気絶縁部材１を提供する。
該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。
また該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる２種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は３倍以上であることが望ましい。
また更に、該熱伝導性フィラーは、該ゾル液１００質量部に対し５０〜３０００質量部混合されていることが望ましい。
該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる１種または２種以上の金属であることが望ましい。
また本発明は上記課題を解決するための手段として、基材の表面に、金属アルコキシドと、片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる有機・無機ハイブリッド層を一体成形し、該有機・無機ハイブリッド層を加熱ゲル化する熱伝導性電気絶縁部材の製造方法を提供する。
該熱伝導性フィラーは、金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる２種以上の同種または異種フィラーの混合物であって、上記粒子径の差は３倍以上であることが望ましい。
該熱伝導性フィラーは、該ゾル液１００質量部に対し５０〜３０００質量部混合されていることが望ましい。
該金属アルコキシドの金属は、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステンから選ばれる１種または２種以上の金属であることが望ましい。
また本発明は、上記熱伝導性電気絶縁部材の基材表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成した熱伝導性電気絶縁部材を提供する。
また更に、本発明は熱伝導性電気絶縁部材の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上に半導体チップを接着し該半導体チップを含む該有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成して該半導体チップを封止した半導体パッケージを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の熱伝導性電気絶縁部材は特に、熱伝導性、電気絶縁性、耐熱性に優れる。
また、有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成した熱伝導性電気絶縁部材においては、該有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層とが強固に接着し、振動等によって剥れることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の熱伝導性電気絶縁部材１は、基材２の表面に有機・無機ハイブリッド層を一体的に形成したものである。該有機・無機ハイブリッド層は、金属アルコキシドと片末端または両末端に該金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサンとの反応によって得られるゾル液に、熱伝導性フィラーを混合した有機・無機ハイブリッド配合物からなる。
【０００９】
〔基材〕
本発明で使用される基材は、例えば、機械構造用炭素鋼、合金鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、アルミニウムクロムモリブデン鋼、オーステナイト系ステンレス、フェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、銅および銅の合金、金銀およびそれらの合金、異種の金属で表面処理された金属等の金属材料、単純酸化物系のアルミナ、マグネシア、ベリリア、ジルコニア、ケイ酸塩系のシリカ、ホルステライト、ステアタイト、ジルコン、複酸化物系のチタン酸アルミニウム、サイアロン、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化物系、ホウ化物系、ケイ化物系等のセラミック材料からなる。また、ポリイミド樹脂等の熱伝導性の良好な樹脂を本発明の基材として使用することができる。
本発明で使用される基材２の形状は、例えば、図１に示されるような板状の基材２がある。また本発明で使用される基材の形状は、図２に示されるような基材２Ａの形状であってもよい。
【００１０】
〔金属アルコキシド〕
本発明で使用される金属アルコキシドの金属の種類としては、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、亜鉛、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、ランタン、セリウム、カドミウム、タンタル、タングステン等のアルコキシドが挙げられるが、特に望ましい金属は、チタン、ジルコニウムである。
またアルコキシドの種類としては特に限定されることなく、例えばメトキシド、エトキシド、ｎ−プロポキシド、ｉｓｏ−プロポキシド、ｎ−ブトキシド、ｉｓｏ−ブトキシド、ｓｅｃ−ブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシド、メトキシエトキシド、エトキシエトキシド等が挙げられる。
上記アルコキシドは、使用するオルガノポリシロキサンとの反応性を適宜検討して選択されるが、一般的に、プロポキシドを使用することが望ましい。
上記金属はアセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸イソプロピル等のアセト酢酸エステル等の化学修飾剤によって化学修飾されることが望ましい。
【００１１】
〔オルガノポリシロキサン〕
本発明で使用されるポリオルガノシロキサンとして、片末端または両末端シラノールポリジメチルシロキサン等の片末端または両末端に金属アルコキシドと反応可能な官能基を有するオルガノポリシロキサン等を使用することが望ましい。
【００１２】
上記オルガノポリシロキサンとしては、一般に重量平均分子量が４００〜７００００の範囲にあるものが使用される。金属アルコキシドとの反応性の観点から、重量平均分子量が５０００〜４００００の範囲にあるオルガノポリシロキサンが好ましい。
重量平均分子量が上記範囲にあるオルガノポリシロキサンを使用した有機・無機ハイブリッド層は、高温条件下で連続使用しても劣化し難く、熱伝導性、絶縁性等の機能が安定している。
オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が５０００未満であると、得られる有機・無機ハイブリッド層は、耐熱耐久性に欠ける。
１５０℃以上の高温条件下では、重量平均分子量が１５０００以上のオルガノポリシロキサンを使用することが望ましい。該オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が７００００を超えると、ゾル液の粘度が高くなり過ぎてフィラーの配合が困難になる。
該オルガノポリシロキサンの重量平均分子量が１５０００未満であると、得られる有機・無機ハイブリット材料の耐熱性が劣る。
【００１３】
該オルガノポリシロキサンの片末端または両末端に存する金属または半金属のアルコキシドと反応可能な官能基とは、例えば以下に示される官能基（化学式１〜化学式１３）である。なお化学式のＲおよびＲ´は、メチレン、アルキレン、アルキルを示す。
【００１４】
【化１】
2005350639.tif 000002
【００１５】
【化２】
2005350639.tif 000003
但し、X=−OCH3、−OC2H5等のアルコキシル基、
−Cl、Br等のハロゲン原子
【００１６】
【化３】
2005350639.tif 000004
【００１７】
【化４】
2005350639.tif 000005
【００１８】
【化５】
2005350639.tif 000006
【００１９】
【化６】
2005350639.tif 000007
【００２０】
【化７】
2005350639.tif 000008
【００２１】
【化８】
2005350639.tif 000009
【００２２】
【化９】
2005350639.tif 000010
【００２３】
【化１０】
2005350639.tif 000011
【００２４】
【化１１】
2005350639.tif 000012
【００２５】
【化１２】
2005350639.tif 000013
【００２６】
【化１３】
2005350639.tif 000014
【００２７】
また、必要に応じて、上記オルガノポリシロキサンと共に、ジアルキルジアルコキシシランを使用してもよい。
該ジアルキルジアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジプロポキシシラン、ジメチルジブトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジプロポキシシラン、ジエチルジブトキシシラン、ジプロピルジメトキシシラン、ジプロピルジエトキシシラン、ジプロピルジプロポキシシラン、ジプロピルジブトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジプロポキシシラン、ジフェニルジブトキシシラン等が挙げられる。
【００２８】
〔熱伝導性フィラー〕
本発明で使用される熱伝導性フィラーとしては、金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物の微粒子であることが望ましい。例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化銅、酸化鉄、酸化銀等の金属酸化物、または窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の金属窒化物または金属炭化物等がある。
熱伝導性フィラーの粒子形状は、球状およびフレーク状のいずれでもよいが、その平均粒子径は、通常、０．１μｍ〜３００μｍの範囲内であることが望ましい。
熱伝導性フィラーは、金属アルコキシド溶液とオルガノポリシロキサン溶液とを混合して得られるゾル液に添加される。該ゾル液への分散性、物理特性を改善するために、該熱伝導性フィラーに表面処理を施しても良い。表面処理方法としては、例えば、シランカップリング剤による処理方法がある。該シランカップリング剤としては、例えば、Ｎ−ヘキシルトリエトキシシラン、Ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、Ｎ−オクチルトリエトキシシラン、Ｎ−デシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、市販されているシランカップリング剤等がある。
なお熱伝導性フィラーは、オルガノポリシロキサン溶液に添加しても良い。該熱伝導性フィラーを添加後のオルガノポリシロキサンに、金属アルコキシド溶液を添加してゾル液を調製しても良い。
本発明で使用される熱伝導性フィラーは、粒子径の異なる２種以上の同種または異種の熱伝導性フィラーの混合物として使用することが好ましい。該熱伝導性フィラーの粒子径の差は、３倍以上であることが望ましい。
【００２９】
〔有機・無機ハイブリッド配合物の製造〕
有機・無機ハイブリッド配合物を製造するには、まず、所望の金属アルコキシドの加水分解物を含む金属アルコキシド溶液と、上記オルガノポリシロキサン溶液とを混ぜ合わせ、上記オルガノポリシロキサンの片末端または両末端の金属アルコキシドと反応可能な官能基と金属アルコキシドとの加水分解を伴う縮合反応を行い、有機・無機ハイブリッドゾル液を調製する。
【００３０】
具体的には、上記オルガノポリシロキサン溶液中に上記金属アルコキシドあるいは、所望なれば上記化学修飾剤によって修飾された金属アルコキシドを滴下する。
【００３１】
上記オルガノポリシロキサン溶液に使用される溶媒は、オルガノポリシロキサンや金属アルコキシドの溶解度を考慮して選択されるが、一般的に、メタノール、エタノール等のアルコール、アセトン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン等を使用出来る。
【００３２】
オルガノポリシロキサン溶液に加えられる金属アルコキシドを化学修飾剤によって化学修飾剤する場合、該化学修飾剤は金属アルコキシド１モルに対して２モル以下の量、望ましくは０．５モル以上１モル以下の量で使用される。
【００３３】
上記金属アルコキシドのオルガノポリシロキサンに対する添加量は、通常モル比で１：０．１〜１：３０の範囲とする。
また該金属アルコキシドに対して該オルガノポリシロキサンは８０体積％程度であることが望ましい。
上記比率よりも金属成分が多いと該金属成分が粒塊を形成して、得られる有機・無機ハイブリッド層にうねりや気孔が形成され、またオルガノポリシロキサンが多いと無機成分と有機成分の相乗効果が現れず、有機成分の特性に近づく。
【００３４】
上記有機・無機ハイブリッドゾル液には、前記熱伝導性フィラーが添加、混合され、有機・無機ハイブリッド配合物が得られる。
該熱伝導性フィラーの添加量は、通常、有機・無機ハイブリッドゾル液１００質量部に対し１００〜３０００質量部添加されていることが好ましいが、より好ましくは１００質量部〜２５００質量部である。本発明の有機・無機ハイブリッドゾル液は、フィラー分散性に優れるので、容易に該熱伝導性フィラーを均一に分散させることが出来る。
【００３５】
なお上記有機・無機ハイブリッドゾル液には、該熱伝導性フィラー以外に、所望により、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防腐剤、接着付与剤、粘度調節剤等の充填剤を添加しても良い。以上のようにして得られる有機・無機ハイブリッドゾル液は、白濁化することなく、かつポットライフの長いゾル液となる。
【００３６】
〔有機・無機ハイブリッド層の形成〕
上記有機・無機ハイブリッド配合物は、上記基材の表面上に有機・無機ハイブリッド層として一体的に形成される。
該基材表面上に一体的に形成された有機・無機ハイブリッド層は更に、加熱ゲル化される。
該有機・無機ハイブリッド層は、基材表面において、部分的また全面的に形成されてもよい。ここで基材が板状である場合、該基材の片面または両面に有機・無機ハイブリッド層を形成してもよい。また板状の基材表面において、有機・無機ハイブリッド層が全面的または部分的に形成されてもよい。
【００３７】
上記ゾル液の層を基材表面上に一体的に形成する方法（一体成形法）としては、例えば、インサートトランスファー成型法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、ディップコート法等がある。
該有機・無機ハイブリッド層を基材表面に形成する前に、予め、基材表面を脱脂洗浄してもよい。
また、所望により、基材表面にプライマー処理して該有機・無機ハイブリッド層と基材との接着性を向上させてもよい。
基材表面上に、該有機・無機ハイブリッド層を隙間無く、かつ密着性良く一体的に形成するには、特に、インサートトランスファー成型法、スクリーン印刷法が望ましい。
【００３８】
ここで、本発明において、有機・無機ハイブリッド層を基材表面上に一体的に形成する方法の一例として、インサートトランスファー成型法を説明する。
該成型法で使用される金型の概略図を図３に示す。該金型５は、上型６と下型７と、ピストン型８を有する。該上型の上部には、熱伝導性フィラーを配合したゾル状の有機・無機ハイブリッド配合物を格納するシリンダー部９がある。また該上型６および下型７には、それぞれ基材２を嵌合し固定するための上型凹部１０、下型凹部１１がある。該上型凹部１０の上部にはキャビティ１２があり、該キャビティ１２と該シリンダー部９とは、複数個のライナー１３，１３によって接続している。また上型６の上方に位置するピストン型８は、上型６のシリンダー部９の形状に嵌合する凸部１４を有する。
基材２に、有機・無機ハイブリッド層３を形成する工程を説明する。まず、下型７の下型凹部１１に基材２を嵌め込む。この際、基材２は下型凹部１１に完全に嵌合させるのではなく、例えば、基材２の厚みの半分の位置まで嵌合させる。次に基材２を嵌め込んだ下型７を、基材２を上型凹部１０に嵌合させながら、上型６と下型７とを重ね合わせる。
次に、有機・無機ハイブリッド配合物を上型のシリンダー部９に充填し、さらに配合物を充填したシリンダー部９にピストン型８の凸部１４の先端部分を嵌合させる。
この状態の金型５を、真空プレス内に投入し、減圧しながらピストン型８の上方から加圧して、ピストン型８を下降させる。ピストン型８が下降すると、シリンダー部９内のゾル液がピストン型８の凸部１４に押圧され、ライナー１３，１３を通じてキャビティ１２内に圧入され、基材２上に有機・無機ハイブリッド層を形成する。該有機・無機ハイブリッド層を形成後、型開きをすると、有機・無機ハイブリッド層が形成された基材２が得られる。
形成された有機・無機ハイブリッド層は基材２上に一体的に成形されるので、基材２と該有機・無機ハイブリッド層との密着性に優れる。従って、基材２と該有機・無機ハイブリッド層との間に微細な隙間を生じさせない。
【００３９】
なお、基材２の両面に有機・無機ハイブリッドゾル液の層を形成する場合には、図４に示すように、所定個所に孔４，４を設けた基材２Ａを使用し、かつ下型７Ａの下型凹部１１Ａの下側に更にキャビティ１５を儲けた下型７Ａを有する金型５Ａを使用すれば良い。この場合、シリンダー部９内に充填されたゾル状の有機・無機ハイブリッド配合物は、ピストン型８の下降に伴い該ピストン型８の凸部１４に押圧され、ライナー１３，１３を通じて上型６のキャビティ９内に圧入する。該キャビティ９内に圧入した有機・無機配合物は、更に基材２Ａの孔４，４を通じて下型７Ａのキャビティ１５内へ圧入する。
【００４０】
有機・無機ハイブリッド層を形成した基材は、引き続き焼成工程に付され、該有機・無機ハイブリッド層のゲル化が行われる。
このようにして、基材表面上に有機・無機ハイブリッド層を一体的に形成した熱伝導性電気絶縁部材が得られる。
【００４１】
〔熱伝導性電気絶縁部材〕
本発明の熱伝導性電気絶縁部材とは、基材と、該基材の表面上に形成される有機・無機ハイブリッド層からなり、該基材と該有機・無機ハイブリッド層が一体成形することによって製造されるものである。
該有機・無機ハイブリッド層の厚みは、０．０５ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。
また該有機・無機ハイブリッド層の硬度（ＪＩＳ  Ｋ６２５３定荷重式  Ｍ法）が３５〜９０であることが望ましい。
【００４２】
本発明の熱伝導性電気絶縁部材の一例を示すと、例えば、図５に示すような、板状の基材２上面に有機・無機ハイブリッド層３を形成した熱伝導性電気絶縁部材１がある。この熱伝導性電気絶縁部材１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールに使用することが出来る。
他の例として、図６に示すような板状の基材２Ａの両面上に有機・無機ハイブリッド層３を形成した熱伝導性電気絶縁部材１Ａがある。
また他の例として、図７に示すような基材２Ｂの底面に有機・無機ハイブリッド層３を形成した熱伝導性電気絶縁部材１Ｂがある。
この熱伝導性電気絶縁部材１Ｂは、例えば、電子部品の放熱器として使用することが出来る。
【００４３】
また更に他の例として、上記熱伝導性電気絶縁部材１の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成した熱伝導性電気絶縁部材がある。
上記エポキシ樹脂層は、エポキシ樹脂と硬化剤とを混合し、所望ならば溶剤を添加し、有機・無機ハイブリッド層表面に塗布することによって形成される。またエポキシ樹脂と硬化剤とを混合して半硬化状態としたシートを作製し、該シートを有機・無機ハイブリッド層上に圧着し、該シートを完全硬化させることによっても形成することができる。なおエポキシ樹脂と硬化剤との混合物をガラス繊維シートに含浸させ、半硬化させてプリプレグとし、該プリプレグを有機・無機ハイブリッド層上に圧着してもよい。
【００４４】
上記熱伝導性電気絶縁部材の有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は親和性に優れ、該有機・無機ハイブリッド層と該エポキシ樹脂層は強固に接着する。従って、該有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は、振動等によって剥れることがない。
【００４５】
上記熱伝導性電気絶縁部材１の基材の表面に形成されている有機・無機ハイブリッド層の上に半導体チップを実装し、該半導体チップを含む該有機・無機ハイブリッド層の上にエポキシ樹脂層を形成して該半導体チップを封止することによって、半導体パッケージが得られる。
【００４６】
本発明で使用されるエポキシ樹脂は、１分子内に平均２個以上のエポキシ基を有するものであり、その種類は特に限定されない。これらの具体例としては、ビスフェノール−Ａ、ビスフェノール−Ｆ、テトラブロモビスフェノール−Ａ、テトラフェニロールエタン、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等のフェノール系のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール、水添ビスフェノール−Ａ等のアルコール系グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ヘキサヒドロ無水フタル酸やダイマー酸などを原料としたグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ヒダントイン、イソシアヌル酸、ジアミノジフェニルメタンなどのグリシジルアミン型エポキシ樹脂、アミノフェノールやオキシ安息香酸を原料とする混合型エポキシ樹脂、脂環式型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらは単独で使用してもよく、あるいは２種以上を併用してもよい。
【００４７】
本発明で使用される硬化剤としては、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ジヒドラジド系硬化剤等の公知のエポキシ樹脂用硬化剤が挙げられる。
【００４８】
なお上記エポキシ樹脂には、公知の硬化促進剤、可塑剤、着色剤、充填材が添加されてもよい。
【００４９】
また、エポキシ樹脂に添加される溶剤としては、例えば、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などのエーテル系、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）などのアミド系、アセトンや２−ブタノン（ＭＥＫ）などのケトン系、メタノール、エタノール、２―プロパノール、ブタノールなどのアルコール系、あるいはメチルエチルセロルブなどの有機溶媒やエポキシ樹脂で通常用いられるグリシジルメタクリレートなどの反応性希釈剤等の公知の溶剤が使用される。
【００５０】
以下に本発明を更に具体的に説明するための実施例を記載する。
【実施例】
【００５１】
〔実施例１〕
両末端シラノールジメチルポリシロキサン（重量平均分子量：３８０００、ＹＦ３０５７、ＧＥ東芝シリコーン製）０．３５ｍｏｌを加熱処理したものをＡ液とした。
一方、窒素雰囲気下で、ジルコニウムプロポキシド１ｍｏｌとアセト酢酸エチル０．５ｍｏｌとを反応させて、アセト酢酸エチルで化学修飾されたジルコニウムプロポキシドを調製した（Ｂ液）。
上記Ａ液にＢ液を滴下、混合してゾル液（Ｃ液）を調製した。
１００質量部のゾル液（Ｃ液）を４つ用意し、それぞれのゾル液に対しアルミナを７５０質量部、１０００質量部、１５００質量部、および２０００質量部を添加し、混練装置により混練して、アルミナを配合した４種の配合液（有機・無機ハイブリッド配合物のゾル液）を得た。
なお、上記アルミナは、平均粒径３．０μｍ（ＡＬ−３０、昭和電工株式会社製）および４０．０μｍ（ＡＳ−１０、昭和電工株式会社製）の酸化アルミニウムを１：４の質量比で均一に分散、混合したものである。
次に、上記４種の配合液を、それぞれ基材（アルミニウム板、厚み：０．２０ｍｍ）の片面上にインサートトランスファー成型法により有機・無機ハイブリッド層を形成し、その後、有機・無機ハイブリッド層を形成した基材を加熱炉で焼成した。焼成条件は、１００℃×２時間、１２０℃×２時間、１５０℃×２時間、１８０℃×２時間、２００℃×２時間、２５０℃×２時間、３００℃×２時間を連続して行った。
焼成後、それぞれの基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層の厚みは０．３ｍｍであった。以上のようにして、４種の熱伝導性電気絶縁部材を作製した。
【００５２】
得られた熱伝導性電気絶縁部材の熱抵抗値、熱伝導率の評価を行った。熱抵抗値は、ＡＳＴＭ  Ｄ５４７０、熱伝導率は、ＪＩＳ  Ｒ２６１６に基づき測定した。結果は表１に示した。
またそれぞれの熱伝導性電気絶縁部材の絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊電圧は、ＪＩＳ−Ｋ−６２４９に基づき測定した。
【００５３】
【表１】
2005350639.tif 000015
【００５４】
何れの熱伝導性電気絶縁部材も優れた放熱効果を有することが確かめられた。また何れの熱伝導性電気絶縁部材も高い電気絶縁性能を示すことが確かめられた。
【００５５】
また更に、上記の熱伝導性電気絶縁部材を２００℃×５００時間の条件で加熱して、耐熱性の評価を行った。評価の結果、何れの熱伝導性電気絶縁部材も上記温度条件下では、分解や表面の変質等は起こらなかった。
【００５６】
次に、それぞれの基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層の上にＩＧＢＴパワーモジュールの素子を圧着した後、絶縁封止用エポキシ樹脂（ペルノックスＭＥ５０２、日本ペルノックス株式会社製）で真空注型・充填した後、１２０℃×２時間加熱成型し、試料１、２、３および４を作製した。
【００５７】
上記試料の基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層と絶縁封止用エポキシ樹脂層のそれぞれの接着状態を測定した。なお接着状態の測定は、ＪＩＳ  Ｋ６８５０に準拠して行った。
何れの試料の有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は相互に強く接着しており、該試料に界面破壊が生じた。
したがって、何れの試料の有機・無機ハイブリッド層とエポキシ樹脂層は、材料強度以上の接着力によって接着していることが確かめられた。
【００５８】
〔実施例２〕
両末端シラノールジメチルポリシロキサン（重量平均分子量：３８０００、ＹＦ３０５７、ＧＥ東芝シリコーン製）０．３５ｍｏｌを加熱処理したものをＡ1液とした。
一方、窒素雰囲気下で、ジルコニウムプロポキシド１ｍｏｌとアセト酢酸エチル０．５ｍｏｌとを反応させて、アセト酢酸エチルで化学修飾されたジルコニウムプロポキシドを調製した（Ｂ1液）。
上記Ａ1液にＢ1液を滴下、混合してゾル液（Ｃ1液）を調製した。
１００質量部のゾル液（Ｃ1液）を４つ用意し、それぞれのゾル液に対しアルミナを７５０質量部、１０００質量部、１５００質量部、および２０００質量部を添加し、混練装置により混練して、アルミナを配合した４種の配合液（有機・無機ハイブリッド配合物のゾル液）を得た。
なお、上記アルミナは、上記実施例１と同様のアルミナを使用した。
次に、上記４種の配合液を、それぞれ基材（熱伝導性ポリイミドフィルム、カプトンＭＴ、東レデュポン株式会社製、厚み：０．０５ｍｍ）の片面上にインサートトランスファー成型法により有機・無機ハイブリッド層を形成し、その後、有機・無機ハイブリッド層を形成した基材を加熱炉で焼成した。焼成条件は、１００℃×２時間、１２０℃×２時間、１５０℃×２時間、１８０℃×２時間、２００℃×２時間、２５０℃×２時間、３００℃×２時間を連続して行った。
焼成後、それぞれの基材上に形成された有機・無機ハイブリッド層の厚みは０．３ｍｍであった。以上のようにして、４種の熱伝導性電気絶縁部材を作製した。
【００５９】
得られた熱伝導性電気絶縁部材の熱抵抗値、熱伝導率の評価を行った。評価方法は上記実施例１と同様である。結果は表２に示した。またそれぞれの熱伝導性電気絶縁部材の絶縁破壊電圧も測定した。該絶縁破壊電圧も上記実施例１と同様にして測定した。
【００６０】
【表２】
2005350639.tif 000016
【００６１】
４種の熱伝導性電気絶縁性部材の基材（熱伝導性ポリイミドフィルム）と有機・無機ハイブリッド層との接着状態を測定した。その結果、何れの熱伝導性電気絶縁部材も界面破壊を生じた。従って、基材と有機・無機ハイブリッド層は、それぞれの材料強度以上の接着力によって接着していることが確かめられた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の熱伝導性電気絶縁部材は、例えば、ＩＧＢＴモジュール等のパワーモジュール
等の電子部品等に使用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】基材の斜視図
【図２】他の基材の斜視図
【図３】インサートトランスファー成型法で使用される金型の概略図
【図４】インサートトランスファー成型法で使用される他の金型の概略図
【図５】熱伝導性電気絶縁部材の斜視図
【図６】他の熱伝導性電気絶縁部材の側面図
【図７】他の熱伝導性電気絶縁部材の側面図
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ  熱伝導性電気絶縁部材
２，２Ａ，２Ｂ  基材
３              有機・無機ハイブリッド層
４              孔
５，５Ａ        金型
６              上型
７，７Ａ        下型
８              ピストン型
９              シリンダー部
１０            上型凹部
１１            下型凹部
１２            キャビティ
１３            ライナー
１４            凸部
１５            キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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