(57)【要約】【課題】厚み方向の熱伝導性に優れる放熱シートや放熱部材を実現できる造粒粉を提供する。【解決手段】造粒粉１０は、コア部３１０と、コア部３１０を被覆するシェル部３２０とを有するコアシェル粒子３０を含む。シェル部３２０は鱗片状の窒化ホウ素粒子２０と、結着樹脂とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、前記コア部を被覆するシェル部とを有するコアシェル粒子を含み、
前記シェル部は鱗片状の窒化ホウ素粒子と、結着樹脂とを含む、
造粒粉。
【請求項２】
請求項１に記載の造粒粉において、
前記コア部は、無機粒子からなる、
造粒粉。
【請求項３】
請求項２に記載の造粒粉において、
前記無機粒子は、酸化アルミニウムおよび二酸化ケイ素の少なくとも一方を含む、
造粒粉。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の造粒粉において、
前記結着樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる１種以上を含む、
造粒粉。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の造粒粉において、
前記シェル部における前記窒化ホウ素粒子が、前記コア部の外周面に沿うように全体を覆い、前記コア部の半径方向に積層するように配向している、
造粒粉。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の造粒粉において、
１０ＭＰａで圧縮した場合の、圧縮前のメディアン径をＤ５０（０）とし、圧縮後のメディアン径をＤ５０（１）としたとき、Ｄ５０（１）／Ｄ５０（０）が０．８以上である、
造粒粉。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の造粒粉において、
前記コアシェル粒子の断面観察像における、前記コア部の占める面積をＳｃ、前記シェル部の占める面積をＳｓとしたとき、Ｒ＝Ｓｓ／Ｓｃ×１００（％）で表される前記シェル部の体積比率Ｒの平均値が０．２％以上３００％以下である、
造粒粉。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の造粒粉と、
熱硬化性樹脂とを含む放熱用樹脂組成物。
【請求項９】
請求項８に記載の放熱用樹脂組成物からなる放熱シート。
【請求項１０】
請求項９に記載の放熱シートにおいて、
２５℃における厚み方向の熱伝導率が４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、
放熱シート。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の放熱シートにおいて、
厚み方向の耐電圧が２００μｍあたり１０００Ｖ以上である、
放熱シート。
【請求項１２】
請求項８に記載の放熱用樹脂組成物の硬化体を含む半導体装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の放熱用樹脂組成物の硬化体を含む放熱部材。
【請求項１４】
請求項１３に記載の放熱部材を含む半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造粒粉、放熱用樹脂組成物、放熱シート、放熱部材、および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器等に用いられる放熱シートには、高い熱伝導性と、高い耐熱性が求められている。放熱シートの特性を向上させるためには、特許文献１のように六方晶窒化ホウ素を用いる技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、鱗片状の六方晶窒化ホウ素粒子やその凝集粒子を樹脂組成物に含有させても、厚み方向の熱伝導性が十分に得られないことがあった。これは、鱗片の面内方向に高い熱伝導性を有する六方晶窒化ホウ素粒子が、成形時の圧力や流動等によって、配向してしまうことに起因する。すなわち、鱗片状の粒子の主面が放熱シートのシート面に平行な方向に揃うように配向することにより、放熱シートの面内方向の熱伝導性に優れる一方、放熱シートの厚み方向の熱伝導性が損なわれるということが生じていた。
【０００５】
特許文献１には、六方晶窒化ホウ素の一次粒子を凝集させた凝集粒子を用いる放熱スペーサーが記載されている。しかし、この凝集粒子では、成形時の加圧等によって、凝集状態が損なわれ、個々の一次粒子として配向してしまうことがあった。そのため、放熱シートの厚み方向の熱伝導性が十分得られなかった。
【０００６】
本発明は、厚み方向の熱伝導性に優れる放熱シートや放熱部材を実現できる造粒粉を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、
コア部と、前記コア部を被覆するシェル部とを有するコアシェル粒子を含み、
前記シェル部は鱗片状の窒化ホウ素粒子と、結着樹脂とを含む、
造粒粉
が提供される。
【０００８】
本発明によれば、
上記の造粒粉と、
熱硬化性樹脂とを含む放熱用樹脂組成物
が提供される。
【０００９】
本発明によれば、
上記の放熱用樹脂組成物からなる放熱シート
が提供される。
【００１０】
本発明によれば、
上記の放熱用樹脂組成物の硬化体を含む半導体装置
が提供される。
【００１１】
本発明によれば、
上記の放熱用樹脂組成物の硬化体を含む放熱部材
が提供される。
【００１２】
本発明によれば、
上記の放熱部材を含む半導体装置
が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、厚み方向の熱伝導性に優れる放熱シートや放熱部材を実現できる造粒粉を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るコアシェル粒子の構造の一例を模式的に示した図である。
【図２】実施形態に係る放熱シートの構造の一例を模式的に示した断面図である。
【図３】実施形態に係る半導体装置の構造の一例を模式的に示した断面図である。
【図４】実施例１の造粒粉に含まれていたコアシェル粒子の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るコアシェル粒子３０の構造の一例を模式的に示した図である。
本実施形態に係る造粒粉１０は、コア部３１０と、コア部３１０を被覆するシェル部３２０とを有するコアシェル粒子３０を含む。シェル部３２０は鱗片状の窒化ホウ素粒子２０と、結着樹脂とを含む。以下に詳細を説明する。
【００１７】
なお、本実施形態において、「放熱シート」はＢステージ状態の樹脂を含むものをいう。また、「放熱部材」は硬化されたＣステージ状態の樹脂を含むものをいい、たとえばさらに金属部材などを含んでも良い。放熱部材の形状は特に限定されず、任意の形状とすることができる。
【００１８】
本実施形態において、鱗片状の窒化ホウ素粒子２０における対向する２つの平面を「主面」と呼び、主面に垂直な方向を「厚み方向」と呼ぶ。
【００１９】
コアシェル粒子３０は、コア部３１０を有することにより、樹脂組成物を成形した場合に窒化ホウ素粒子２０が配向するのを防ぐことができる。たとえば本実施形態に係る造粒粉１０を含む樹脂組成物をシート状に成形した場合、窒化ホウ素粒子２０の厚み方向がシート厚み方向に揃うように配向してしまい熱伝導性が低下するのを防ぐことができる。十分な強度を持つコアシェル粒子３０の構造が成形品中でも維持され、コア部３１０がスペーサーとして機能することにより、窒化ホウ素粒子２０の向きのバランスを保つことができるからである。
【００２０】
その結果、造粒粉１０を用いた成形品において厚み方向の熱伝導性を高めることができる。なお、成形品がシート状、板状ではない場合、厚み方向とは、たとえば、成形時の加圧方向ととらえることができる。コアシェル粒子３０を有しない樹脂組成物においては、窒化ホウ素粒子２０の厚み方向が加圧方向に揃うように配向しやすく、その結果、加圧方向の熱伝導率の低下が生じやすい。もしくは、厚み方向とは、たとえば成形時の樹脂組成物の流動方向に垂直な方向ととらえることができる。コアシェル粒子３０を有しない樹脂組成物においては、窒化ホウ素粒子２０の厚み方向が流動方向に垂直な方向に揃うよう配向しやすく、その結果、流動方向に垂直な方向の熱伝導率の低下が生じやすい。本実施形態に係る造粒粉１０では、これらの問題を回避することができる。結果として、成形品における熱伝導率の異方性を低減できる。
【００２１】
コアシェル粒子３０は複数の窒化ホウ素粒子２０を凝集させることにより形成された球状の粒子である。なお、ここで球状とは真球には限らず、楕円回転体や、窒化ホウ素粒子２０の凝集体が球形化され丸みを帯びた形状を含む。また、全体として丸みを帯びていれば表面に凹凸があってもよい。
【００２２】
コアシェル粒子３０は球状であれば、ハンドリング性、および分散性に優れる。加えて、熱硬化性樹脂組成物に多く含有させても熱硬化性樹脂組成物の粘度が高くなりにくい。すなわち、熱硬化性樹脂組成物にコアシェル粒子３０を多く含有させることができる。さらに、熱伝導性および絶縁性に優れる熱硬化性樹脂組成物、放熱シート、および放熱部材を製造安定性よく製造することができる。
【００２３】
成形品における窒化ホウ素粒子２０の配向をより抑制する観点から、シェル部３２０における窒化ホウ素粒子２０が、コア部３１０の外周面に沿うように全体を覆っていることが好ましい。ただし、被覆率は特に限定されず、シェル部３２０がコア部３１０の一部分のみを覆っていても良い。
【００２４】
また、シェル部３２０における窒化ホウ素粒子２０はコア部３１０の半径方向に積層するように配向していることが好ましい。すなわち、窒化ホウ素粒子２０の厚み方向が当該半径方向におよそ揃っていることが好ましい。そうすれば、コア部３１０の周りを窒化ホウ素粒子２０で高密度に被覆できるため、成形品における窒化ホウ素粒子２０の充填率を増大させて熱伝導性を向上させることができる。
【００２５】
なお、シェル部３２０における窒化ホウ素粒子２０はコア部３１０の半径方向に積層するように配向している場合、シェル部３２０を形成する複数の窒化ホウ素粒子２０、特に、シェル部３２０の最表面、すなわちコアシェル粒子３０の最表面を形成する複数の窒化ホウ素粒子２０は、互いに重なり合い、圧縮されて一体化されていても良い。
【００２６】
コアシェル粒子３０の外観や断面は、走査型電子顕微鏡を用いて観察できる。なかでも、断面を観察する場合には、まず、クロスセクションポリッシャ（ＳＭ−０９０１０、日本電子製）を用いて、コアシェル粒子３０を切断し断面を露出する。そして、露出したコアシェル粒子３０の断面を、たとえば走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、ＪＳＭ−７４０１Ｆ）を用いて観察する。
【００２７】
なお、シェル部３２０において窒化ホウ素粒子２０が密に凝集している場合、窒化ホウ素粒子２０同士が一体化されて、界面が必ずしも明瞭に観察されないことがある。この場合、電子顕微鏡によるコアシェル粒子３０の断面像において、シェル部３２０に見られる空孔が、コアシェル粒子３０の外周に沿った線状に観察されることにより、窒化ホウ素粒子２０はコア部３１０の半径方向に積層するように配向していると理解できる。ここで、外周に沿った線状とは、外周に沿う方向の長さが、当該方向に垂直な方向の長さより大きい形をいう。
【００２８】
ただし、コアシェル粒子３０は、シェル部３２０における窒化ホウ素粒子２０がコア部３１０の半径方向に積層するように配向している構造に限定されず、シェル部３２０における窒化ホウ素粒子２０の向きはたとえばランダムであっても良いし、窒化ホウ素粒子２０の厚み方向がコア部３１０の半径方向におよそ垂直に揃っていても良い。
【００２９】
なお、造粒粉１０は、コアシェル粒子３０を少なくとも全粒子の一部に含めばよく、コア部３１０を有しない窒化ホウ素粒子２０の凝集粒子、シェル部３２０を有しないコア部３１０構成粒子、凝集していない窒化ホウ素粒子２０、材質の異なるその他の構成粒子、および不純物などをさらに含んでもよい。たとえば造粒粉１０は、当該造粒粉の全個数に対してコアシェル粒子３０を２０％以上含むことが好ましく、５０％以上含むことがより好ましい。造粒粉１０の全個数に対するコアシェル粒子３０の含有量は、たとえば、造粒粉１０のからランダムに抽出した５０個の粒子を、上述のように断面観察することで確認できる。
【００３０】
造粒粉１０の製造方法について以下に説明する。
【００３１】
窒化ホウ素粒子２０としては、六方晶窒化ホウ素粒子を用いることができる。窒化ホウ素粒子２０の平均長径は特に限定されないが、効率良くコアシェル粒子３０を形成する観点、および良好な熱伝導性を得る観点から、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましい。また、同様の観点から、一次粒子２０の平均長径は５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。
【００３２】
なお、この平均長径は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いた観察により測定することができる。たとえば、以下の手順で測定する。まず、コアシェル粒子３０またはコアシェル粒子３０を含む放熱シートをミクロトームなどで切断し、断面を作製する。次いで、走査型電子顕微鏡により、数千倍に拡大した断面像を数枚撮影する。次いで、任意のコアシェル粒子３０を選択し、写真から確認できる各窒化ホウ素粒子２０の最長の断面長さを長径として測定する。このとき、１００個以上の窒化ホウ素粒子２０について長径を測定し、それらの平均値を平均長径とする。
【００３３】
造粒粉１０中に含まれる窒化ホウ素粒子２０の含有量は、特に限定されないが、コアシェル粒子３０を効率良く得る観点から、造粒粉１００質量％に対し、３０質量％以上が好ましく、４０質量％以上がより好ましい。また、当該含有量は、８０質量％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましい。
【００３４】
シェル部３２０に含まれる結着樹脂は、バインダーとして作用し得るものであれば特に限定されるものではなく、例として熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。結着樹脂を含有することで、シェル部３２０が厚く形成され、熱伝導性に優れる成形品を得ることができる。
【００３５】
結着樹脂としては、たとえば、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ）樹脂や、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル系樹脂、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタンからなる群から選ばれる１種以上を用いることができる。
【００３６】
これらの中でも、コアシェル粒子３０の製造効率向上の観点から、結着樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、および不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる１種以上を含むことが好ましく、レゾール型フェノール樹脂を含むことがさらに好ましい。
【００３７】
造粒粉１０中に含まれる結着樹脂の含有量は、特に限定されないが、コアシェル粒子３０を効率良く得る観点から、造粒粉１００質量％に対し、５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましい。また、当該含有量は、４０質量％以下が好ましく、２５質量％以下がより好ましい。
【００３８】
コアシェル粒子３０においてコア部３１０を形成する粒子（以下、「コア部形成粒子」と呼ぶ。）は、絶縁性向上の観点およびコアシェル粒子３０の強度向上の観点から、無機粒子であることが好ましい。中でも、コアシェル粒子３０を効率良く製造する観点から、無機粒子は、酸化アルミニウム、および二酸化ケイ素の少なくとも一方を含むことが好ましい。熱伝導率向上の観点から、無機粒子は、二酸化ケイ素を含むことが好ましい。造粒粉１０は、コア部３１０の材質の異なる複数種類のコアシェル粒子３０を含んでいても良い。
【００３９】
コア部形成粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円球体状、棒状、板状等であってよい。ただし、成形品における窒化ホウ素粒子２０の配向のバランスをとる観点から、コア部形成粒子の形状は球状が好ましい。また、コア部形成粒子の内部には、空隙が含まれていても良い。
【００４０】
コア部形成粒子の粒径は特に限定されないが、メディアン径で１０μｍ以上が好ましく、３０μｍ以上がより好ましい。また、１００μｍ以下が好ましく、８０μｍ以下がより好ましい。なお、１つのコアシェル粒子３０には、１つのコア部形成粒子が含まれる。
【００４１】
造粒粉１０中に含まれるコア部形成粒子の含有量は、特に限定されないが、コアシェル粒子３０を効率良く得る観点から、造粒粉１００質量％に対し、１０質量％以上が好ましく、１５質量％以上がより好ましい。また、当該含有量は、５０質量％以下が好ましく、３５質量％以下がより好ましい。
【００４２】
コアシェル粒子３０は、ほかに特性向上を目的とした無機粉末、金属粉、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤などを含んでもよい。
【００４３】
本実施形態に係る造粒粉１０は、たとえば次のようにして作製することができる。まず、窒化ホウ素粒子２０と、コア部形成粒子と、結着樹脂とを、ミキサー等を用いてたとえば３分以上１０分未満の混合時間で混合する。なお、結着樹脂は必要に応じて溶剤に溶かして加えることができる。こうして得られたスラリーを、機械的粒子複合化装置の処理容器に入れ、機械的粒子複合化装置を駆動する。このことで窒化ホウ素粒子２０はコア部形成粒子の表面に凝集され、粒子が球形化される。こうして得られた凝集物を、乾燥オーブンを用いて加熱処理し、コアシェル粒子３０を得る。加熱処理は大気下で行うことができる。加熱処理の温度はたとえば９０℃以上１５０℃以下とすることができ、加熱時間はたとえば３０分以上５時間以下とすることができる。このように、本実施形態に係る造粒粉１０は焼結することなく製造することができ、製造コストを低減できる。
【００４４】
ここで、機械的粒子複合化装置について説明する。機械的粒子複合化装置とは、複数種の粉体等の原料に対して圧縮力やせん断力および衝撃力を含む機械的作用を加えることで、複数種の粉体等の原料同士が結合した粉体を得ることができる装置である。機械的作用を加える方式としては、一つあるいは複数の撹拌翼等を備えた回転体と撹拌翼等の先端部と近接した内周面を備えた混合容器を有し、撹拌翼等を回転させる方式や、撹拌翼等を固定し、または回転させながら混合容器を回転させる等の方式が挙げられる。撹拌翼等の形状については、機械的作用を加えることができれば特に制限はなく、楕円型や板状等が挙げられる。また、撹拌翼等は、回転方向に対して角度をもってもよい。また、混合容器はその内面に溝等の加工を施してもよい。
【００４５】
上記攪拌翼等を高速回転させることにより、個々の粒子に圧縮力やせん断力および衝撃力を含む機械的作用を加えることで、コアシェル粒子３０が形成される。コアシェル粒子３０を効率良く得るために、圧縮せん断応力を含む機械的作用を加えて窒化ホウ素粒子２０を凝集させることが特に好ましいが、これに限定されない。
【００４６】
機械的粒子複合化装置としては、たとえば、株式会社奈良機械製作所製ハイブリダイゼーション、川崎重工業株式会社製クリプトロン、ホソカワミクロン株式会社製メカノフュージョンおよびノビルタ、株式会社徳寿工作所製シータコンポーザ、岡田精工株式会社製メカノミル、日本コークス工業株式会社製ＣＯＭＰＯＳＩ、宇部興産株式会社製ＣＦミル等が挙げられるが、この限りではない。
【００４７】
攪拌翼等の回転速度は、５００ｒｐｍ以上が好ましく、２０００ｒｐｍ以上がより好ましい。また、攪拌翼の回転速度は５０００ｒｐｍ以下が好ましく、４０００ｒｐｍ以下がより好ましい。上記下限値以上であることによりコアシェル粒子３０を効率良く得られる。上記上限値以下であることにより、処理時の発熱を抑制し、過粉砕を防止することができる。
【００４８】
機械的粒子複合化装置を用いて窒化ホウ素粒子２０を凝集させる際、処理容器内の温度は、基材、被覆粒子に応じて設定されるが、たとえば５℃以上５０℃以下とすることができる。また、機械的粒子複合化装置による処理時間は、原料に応じて設定されるが、３０秒以上が好ましく、１分以上がより好ましく、１０分以上がさらに好ましい。一方、当該処理時間は、１２０分以下が好ましく、９０分以下がより好ましく、６０分以下がさらに好ましい。上記下限値以上、上限値以下とすることで、より効率的にコアシェル粒子３０を得られる。
【００４９】
コアシェル粒子３０は、成形時の流動や圧縮に耐える強度を有することが好ましい。具体的には、１０ＭＰａで圧縮した場合の、圧縮前の造粒粉１０のメディアン径をＤ５０（０）とし、圧縮後の造粒粉１０のメディアン径をＤ５０（１）としたとき、Ｄ５０（１）／Ｄ５０（０）が０．８以上であることが好ましい。
【００５０】
造粒粉１０の圧縮前のメディアン径Ｄ５０（０）は、ハンドリング性向上の観点から、３０μｍ以上であることが好ましく、４０μｍ以上であることがより好ましい。一方、造粒粉１０の圧縮前のメディアン径Ｄ５０（０）は、１２０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００５１】
造粒粉１０の圧縮前後のメディアン径は、たとえばフランホーファー回折理論およびミーの散乱理論による解析を利用したレーザー回折式粒度分布計（堀場製作所製、ＬＡ−９５０Ｖ２）を用いて、湿式法にて測定を行い測定することができる。体積基準で粒度分布を解析し、粉体をある粒子径から２つに分けたとき、大きい側と小さい側が等量となる径をメディアン径とする。湿式法での測定では、純水５０ｍＬ中に測定試料を少量（たとえば３ｍｇ程度。試料により測定に最適な量を調整する。）を加えた後、界面活性剤を添加し、超音波バス中で３分間処理し、試料が分散した溶液を用いる。
【００５２】
造粒粉１０の圧縮はたとえば粉体層せん断力測定装置（株式会社ナノシーズ製、ＮＳ−Ｓ５００）を用いて行うことができ、１０ＭＰａで１２０秒間、造粒粉１０を圧縮する。
【００５３】
成形品の熱伝導性向上の観点から、コアシェル粒子３０の断面観察像における、コア部３１０の占める面積をＳｃ、シェル部３２０の占める面積をＳｓとしたとき、Ｒ＝Ｓｓ／Ｓｃ×１００（％）で表されるシェル部３２０の体積比率Ｒの平均値は０．２％以上であることが好ましく、０．５％以上であることがより好ましい。一方、Ｒの平均値は３００％以下であることが好ましく、２５０％以下であることがより好ましい。コアシェル粒子３０の断面観察像は、上述の様に走査型電子顕微鏡を用いて得ることができ、たとえば１０個のコアシェル粒子３０の平均値を、Ｒの平均値として求めることができる。
【００５４】
造粒粉１０の圧縮前後のメディアン径、体積比率Ｒの平均値等は、造粒粉１０における窒化ホウ素粒子２０、結着樹脂、およびコア部形成粒子の種類や配合、機械的粒子複合化装置の駆動条件等を調整することによって制御できる。
【００５５】
以下に、本実施形態に係る放熱用樹脂組成物、放熱シート１４０、および放熱部材について説明する。
【００５６】
図２は、本実施形態に係る放熱シート１４０の構造の一例を模式的に示した断面図である。
本実施形態に係る放熱用樹脂組成物は、上記の造粒粉１０と、熱硬化性樹脂（Ａ）とを含む。放熱シート１４０は当該放熱用樹脂組成物からなり、たとえば図２のようにコアシェル粒子３０、および熱硬化性樹脂４１０を含む。放熱シート１４０における熱硬化性樹脂４１０はたとえば熱硬化性樹脂（Ａ）をＢステージ化したものである。また、本実施形態に係る放熱部材は当該放熱用樹脂組成物の硬化体を含む。以下で詳細に説明する。
【００５７】
コアシェル粒子３０は、コア部３１０を含むため、成形品である放熱シート１４０および放熱部材において、形状を維持することができる。なお、放熱シート１４０は、コアシェル粒子３０の他に、コア部３１０を有さず窒化ホウ素粒子２０が凝集した凝集粒子３２が含まれても良い。その場合でも、一部に含まれるコアシェル粒子３０がスペーサーとなって、窒化ホウ素粒子２０の配向のバランスを維持できる。
【００５８】
（熱硬化性樹脂（Ａ））
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、たとえば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ビスマレイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂（Ａ）として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、エポキシ樹脂（Ａ１）が好ましい。エポキシ樹脂（Ａ１）を使用することで、ガラス転移温度を高くするとともに、放熱用樹脂組成物、放熱シート１４０、および放熱部材の熱伝導性を向上させることができる。
【００５９】
エポキシ樹脂（Ａ１）としては、たとえば、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、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，３−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂（４，４'−（１，４−フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂（４，４'−シクロヘキシジエンビスフェノール型エポキシ樹脂）等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノール基メタン型ノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂，縮合環芳香族炭化水素構造を有するノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂；ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、２官能ないし４官能エポキシ型ナフタレン樹脂、ビナフチル型エポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル型エポキシ樹脂等のナフタレン型エポキシ樹脂；アントラセン型エポキシ樹脂；フェノキシ型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；ノルボルネン型エポキシ樹脂；アダマンタン型エポキシ樹脂；フルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００６０】
エポキシ樹脂（Ａ１）として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【００６１】
エポキシ樹脂（Ａ１）の中でも、得られる放熱用樹脂組成物、放熱シート１４０、および放熱部材の耐熱性および絶縁信頼性をより一層向上できる観点から、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂からなる群から選択される一種または二種以上が好ましい。
【００６２】
放熱用樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、その目的に応じて適宜調整されればよく、特に限定されないが、放熱用樹脂組成物を１００質量％として、１質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記下限値以上であると、放熱用樹脂組成物のハンドリング性が向上し、放熱シート１４０および放熱部材を形成するのが容易となるとともに放熱シート１４０および放熱部材の強度が向上する。熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記上限値以下であると、放熱シート１４０および放熱部材の線膨張率や弾性率がより一層向上したり、放熱シート１４０、および放熱部材の熱伝導性がより一層向上したりする。
【００６３】
（充填剤（Ｂ））
本実施形態に係る放熱用樹脂組成物は、充填剤（Ｂ）を含む。充填剤（Ｂ）は、上述した造粒粉１０を含み、造粒粉１０は、コアシェル粒子３０を含む。
【００６４】
放熱用樹脂組成物に含まれる造粒粉１０の含有量は、放熱用樹脂組成物を１００質量％として、３０質量％以上であることが好ましく、４０質量％以上であることがより好ましい。一方、当該含有量は９５質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下であることがより好ましい。造粒粉１０の含有量を上記下限値以上とすることにより、放熱シート１４０、および放熱部材における熱伝導性や機械的強度の向上をより効果的に図ることができる。一方で、コアシェル粒子３０の含有量を上記上限値以下とすることにより、放熱用樹脂組成物の成形における作業性を向上させ、放熱シート１４０および放熱部材の膜厚の均一性をより一層良好なものとすることができる。
【００６５】
本実施形態に係る充填剤（Ｂ）は、放熱用樹脂組成物、放熱シート１４０、および放熱部材の熱伝導性をより一層向上させる観点から、造粒粉１０に加えて、造粒粉１０を構成しない鱗片状（六方晶）窒化ホウ素の粒子をさらに含むことが好ましい。当該粒子は、窒化ホウ素粒子２０と同じ粒子でもよいし、異なる粒子でも良い。この鱗片状窒化ホウ素の粒子の平均長径は、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がより好ましい。一方、当該平均長径は、７０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。放熱用樹脂組成物に含まれる造粒粉１０を構成しない鱗片状窒化ホウ素の粒子の含有量は、特に限定されないが、放熱用樹脂組成物を１００質量％として、１０質量％以上が好ましく、２０質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は５０質量％以下が好ましく、４０質量％以下がより好ましい。これにより、熱伝導性と電気絶縁性のバランスについてより一層優れた放熱シート１４０および放熱部材を実現することができる。充填剤として、鱗片状窒化ホウ素のみを含むような場合には、圧縮された際、窒化ホウ素の主面が放熱シートの主面に平行になるよう配向してしまい、放熱シートの厚さ方向の熱伝導率が低下するのに対し、本実施形態に係る放熱シート１４０および放熱部材では、コアシェル粒子３０が含まれることにより、コアシェル粒子３０を構成しない鱗片状窒化ホウ素の粒子が、コアシェル粒子３０同士の間に分散され、ランダムな方向を向くため、厚さ方向の熱伝導率が向上する。
【００６６】
充填剤（Ｂ）は、熱伝導性と電気絶縁性とのバランスを図る観点から、本発明の効果を損なわない範囲において、たとえばシリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等をさらに含んでもよい。これらは１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
【００６７】
成形性向上の観点から、充填剤（Ｂ）の合計含有量は放熱用樹脂組成物を１００質量％として、９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。一方、熱伝導性の観点から、当該含有量は４０質量％以上が好ましく、５０質量％以上がより好ましい。
【００６８】
（硬化剤（Ｃ））
放熱用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）としてエポキシ樹脂（Ａ１）を用いる場合、さらに硬化剤（Ｃ）を含むことが好ましい。
硬化剤（Ｃ）としては、硬化触媒（Ｃ−１）およびフェノール系硬化剤（Ｃ−２）から選択される１種以上を用いることができる。
硬化触媒（Ｃ−１）としては、たとえばナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，４−ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の３級アミン類；２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２，４−ジエチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシイミダゾール、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ−ｐ−トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２−ビス−（ジフェニルホスフィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、ｐ−トルエンスルホン酸等の有機酸；等、またはこの混合物が挙げられる。硬化触媒（Ｃ−１）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
放熱用樹脂組成物中に含まれる硬化触媒（Ｃ−１）の含有量は、特に限定されないが、放熱用樹脂組成物を１００質量％として、０．００１質量％以上１質量％以下が好ましい。
【００６９】
また、フェノール系硬化剤（Ｃ−２）としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、トリスフェノールメタン型ノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物；レゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤（Ｃ−２）がノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
フェノール系硬化剤（Ｃ−２）の含有量は、特に限定されないが、放熱用樹脂組成物を１００質量％として、１質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は、３０質量％以下が好ましく、１５質量％以下がより好ましい。
【００７０】
（カップリング剤（Ｄ））
さらに、放熱用樹脂組成物は、カップリング剤（Ｄ）を含んでもよい。カップリング剤（Ｄ）は、熱硬化性樹脂（Ａ）と充填剤（Ｂ）との界面の濡れ性を向上させることができる。
【００７１】
カップリング剤（Ｄ）としては、通常用いられるものなら何でも使用できるが、具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる１種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。
カップリング剤（Ｄ）の添加量は特に限定されないが、充填剤（Ｂ）を１００質量％として０．０５質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましい。一方、当該添加量は、３質量％以下が好ましく、２質量％以下がより好ましい。
【００７２】
さらに、放熱用樹脂組成物は、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含んでもよい。フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより放熱シート１４０や放熱部材の耐屈曲性を向上できる。
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより、放熱シート１４０および放熱部材の弾性率を低下させることが可能となり、放熱シート１４０および放熱部材の応力緩和力を向上させることができる。
【００７３】
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むと、粘度上昇により、流動性が低減し、ボイド等が発生することを抑制できる。また、放熱シート１４０を金属部材と密着させて用いる場合や、放熱部材に金属部材を含む場合などに、金属と放熱用樹脂組成物の硬化体との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、半導体装置の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
【００７４】
フェノキシ樹脂（Ｅ）としては、たとえば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
【００７５】
フェノキシ樹脂（Ｅ）の含有量は、たとえば、放熱用樹脂組成物、放熱シート１４０、および放熱部材をそれぞれ１００質量％として、３質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
【００７６】
（その他の成分）
放熱用樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、ほかに酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。
【００７７】
本実施形態に係る放熱用樹脂組成物、放熱シート１４０、および放熱部材はたとえば以下のようにして作製することができる。
まず、上述の各成分を溶媒へ添加して、ワニス状の放熱用樹脂組成物を得る。本実施形態においては、たとえば溶媒中に熱硬化性樹脂（Ａ）等を添加して樹脂ワニスを作製したのち、当該樹脂ワニスへ充填剤（Ｂ）を入れて三本ロール等を用いて混練することにより放熱用樹脂組成物を得ることができる。これにより、充填剤（Ｂ）をより均一に、熱硬化性樹脂（Ａ）中へ分散させることができる。
上記溶媒としては特に限定されないが、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、シクロヘキサノン等が挙げられる。
【００７８】
次いで、上記放熱用樹脂組成物をシート状に成形して、放熱シート１４０を形成する。本実施形態においては、たとえば基材上にワニス状の上記放熱用樹脂組成物を塗布した後、これを加熱して乾燥させる。この乾燥処理により、放熱用樹脂組成物からなる樹脂膜はＢステージ化され、基材上に形成された放熱シート１４０を得ることができる。基材及び放熱シート１４０を合わせて、以後「基材付き樹脂膜」と呼ぶ。基材としては、たとえば剥離可能なキャリア材等を構成する金属箔やＰＥＴ（Ｐｏｌｙ  ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）フィルムが挙げられる。また、放熱用樹脂組成物の乾燥処理は、たとえば８０℃以上１５０℃以下、５分以上１時間以下の条件において行われる。樹脂層の膜厚は、たとえば５０μｍ以上５００μｍ以下である。
【００７９】
なお、乾燥処理に次いで、上記基材付き樹脂膜を二本のロール間に通して圧縮することにより樹脂膜（放熱シート１４０）内の気泡を除去することが好ましい。本実施形態においては、このようにロールによる圧縮圧力をかけて気泡を除去する工程を含むことにより、放熱シート１４０および放熱部材の熱伝導率を向上させることができる。これは、気泡を除去することにより熱伝導性シート１４０および放熱部材内における樹脂成分の密度が上昇すること等が要因として推定される。ここで、圧縮圧力はたとえば５ＭＰａ以上２０ＭＰａ以下とすることができる。なお、圧縮する際、同時に加熱を行って硬化させ、Ｃステージ化することもできる。ここで、加熱温度はたとえば、１５０℃以上２００℃以下とすることができる。
【００８０】
放熱シート１４０の２５℃における厚み方向の熱伝導率は、４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましい。熱伝導率が上記下限値以上であることによって、放熱シート１４０を用いて動作の安定性に優れる半導体装置を得ることができる。放熱シートの熱伝導率は、たとえば以下の様に測定できる。まず、放熱シート硬化体の密度を水中置換法により測定し、比熱を示差走査熱量測定（ＤＳＣ：Differential Scanning Calorimetry）により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定する。そして、厚み方向における熱伝導率をλ＝ρ×ｃ×α×１０００の式を用いて算出する。ここで、λは熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ρは密度［ｋｇ／ｍ３］、ｃは比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、αは熱拡散率［ｍ２／ｓ］である。
【００８１】
放熱シート１４０の厚み方向の耐電圧は２００μｍあたり１０００Ｖ以上であることが好ましく、１２００Ｖ以上であることがより好ましい。耐電圧が上記下限値以上であることによって、放熱シート１４０を用いて信頼性の高い半導体装置を得ることができる。放熱シート１４０の厚み方向の耐電圧は、たとえば耐電圧試験器によって印加電圧の周波数を６０Ｈｚとして測定できる。
【００８２】
また、Ｂステージ状態の放熱シート１４０を金属部材等に適用した上で、硬化させることで、上記の放熱用樹脂組成物の硬化体を含む放熱部材を得ることができる。具体的にはまず、金属部材上に上記基材付き樹脂膜を、放熱シート１４０の露出面が金属部材の方に向くようにして積層する。金属部材はたとえば金属製のヒートシンクやリードフレームである。そして、基材を剥離した後、たとえば１５０℃以上２００℃以下で加熱して放熱シート１４０を硬化させる。
【００８３】
なお、基材付き樹脂膜を作製することなく、ワニス状の放熱用樹脂組成物を直接金属部材などの上に塗布し、硬化させて放熱部材を得てもよい。また、ワニス上の放熱用樹脂組成物を所望の形状に成形して放熱部材を得ることもできる。成形には、たとえば射出成形、圧縮成形等の方法を用いることができる。放熱部材は放熱用樹脂組成物のみから成るものでも良いし、上記の様に金属部材などをさらに含むものでも良い。
【００８４】
上記の放熱部材や放熱シートを含む半導体装置として、放熱性に優れ、動作の安定性、信頼性に優れる半導体装置を得ることができる。
【００８５】
なお、放熱シート１４０はたとえば熱伝導シートとして用いることもできる。また、放熱部材はたとえば熱伝導部材として用いることもできる。
【００８６】
以下に、本実施形態に係る半導体装置１００について説明する。
半導体装置１００は、上記の放熱用樹脂組成物の硬化体１４４を放熱部材として含む。図３は、半導体装置１００の構造の一例を模式的に示した断面図である。
【００８７】
以下においては、説明を簡単にするため、半導体装置１００の各構成要素の位置関係（上下関係等）が各図に示す関係であるものとして説明を行う場合がある。ただし、この説明における位置関係は、半導体装置１００の使用時や製造時の位置関係とは無関係である。
【００８８】
本実施形態に係る半導体装置１００は、ヒートシンク１３０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１側に設けられた半導体チップ１１０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１とは反対側の第２面１３２に接合された硬化体１４４と、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０を封止している封止樹脂１８０と、を備えている。以下で、詳細に説明する。
【００８９】
半導体装置１００は、例えば、上記の構成の他に、導電層１２０、金属層１５０、リード１６０およびワイヤ（金属配線）１７０を有する。
【００９０】
半導体チップ１１０の上面１１１には図示しない電極パターンが形成され、半導体チップ１１０の下面１１２には図示しない導電パターンが形成されている。半導体チップ１１０の下面１１２は、銀ペースト等の導電層１２０を介してヒートシンク１３０の第１面１３１に固着されている。半導体チップ１１０の上面１１１の電極パターンは、ワイヤ１７０を介してリード１６０の電極１６１に電気的に接続されている。
【００９１】
ヒートシンク１３０は、金属板により構成されている。
【００９２】
封止樹脂１８０は、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０の他に、ワイヤ１７０と、導電層１２０と、リード１６０の一部分ずつとを内部に封止している。各リード１６０の他の一部分ずつは、封止樹脂１８０の側面より、該封止樹脂１８０の外部に突出している。本実施形態の場合、例えば、封止樹脂１８０の下面１８２とヒートシンク１３０の第２面１３２とが互いに同一平面上に位置している。
【００９３】
硬化体１４４の上面１４１は、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、封止樹脂１８０の下面１８２と、に対して貼り付けられている。つまり、封止樹脂１８０は、ヒートシンク１３０の周囲において硬化体１４４のヒートシンク１３０側の面（上面１４１）に接している。
【００９４】
硬化体１４４の下面１４２には、金属層１５０の上面１５１が固着されている。すなわち、金属層１５０の一方の面（上面１５１）は、硬化体１４４におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して固着されている。
【００９５】
平面視において、金属層１５０の上面１５１の外形線と、硬化体１４４におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）の外形線とが重なっていることが好ましい。
【００９６】
また、金属層１５０は、その一方の面（上面１５１）に対する反対側の面（下面１５２）の全面が封止樹脂１８０から露出している。なお、本実施形態の場合、上記のように、硬化体１４４は、その上面１４１が、ヒートシンク１３０の第２面１３２および封止樹脂１８０の下面１８２に貼り付けられているため、硬化体１４４は、その上面１４１を除き、封止樹脂１８０の外部に露出している。そして、金属層１５０は、その全体が封止樹脂１８０の外部に露出している。
【００９７】
なお、ヒートシンク１３０の第２面１３２および第１面１３１は、例えば、それぞれ平坦に形成されている。
【００９８】
半導体装置１００の実装床面積は、特に限定されないが、一例として、１０×１０ｍｍ以上１００×１００ｍｍ以下とすることができる。ここで、半導体装置１００の実装床面積とは、金属層１５０の下面１５２の面積である。
【００９９】
また、一のヒートシンク１３０に搭載された半導体チップ１１０の数は、特に限定されない。１つであっても良いし、複数であっても良い。例えば、３つ以上（６個等）とすることもできる。すなわち、一例として、一のヒートシンク１３０の第１面１３１側に３つ以上の半導体チップ１１０が設けられ、封止樹脂１８０はこれら３つ以上の半導体チップ１１０を一括して封止してもよい。
【０１００】
半導体装置１００は、例えば、パワー半導体装置である。この半導体装置１００は、例えば、封止樹脂１８０内に２つの半導体チップ１１０が封止された２ｉｎ１、封止樹脂１８０内に６つの半導体チップ１１０が封止された６ｉｎ１または封止樹脂１８０内に７つの半導体チップ１１０が封止された７ｉｎ１の構成とすることができる。
【０１０１】
次に、本実施形態に係る半導体装置１００を製造する方法の一例を説明する。
【０１０２】
先ず、ヒートシンク１３０および半導体チップ１１０を準備し、銀ペースト等の導電層１２０を介して、半導体チップ１１０の下面１１２をヒートシンク１３０の第１面１３１に固着する。
【０１０３】
次に、リード１６０を含むリードフレーム（全体図示略）を準備し、半導体チップ１１０の上面の電極パターンとリード１６０の電極１６１とをワイヤ１７０を介して相互に電気的に接続する。
【０１０４】
次に、半導体チップ１１０と、導電層１２０と、ヒートシンク１３０と、ワイヤ１７０と、リード１６０の一部分ずつとを封止樹脂１８０により一括して封止する。
【０１０５】
次に、放熱シート１４０を準備し、この放熱シート１４０の上面１４１を、ヒートシンク１３０の第２面１３２と、封止樹脂１８０の下面１８２と、に対して貼り付ける。更に、金属層１５０の一方の面（上面１５１）を、放熱シート１４０におけるヒートシンク１３０側とは反対側の面（下面１４２）に対して固着する。次いで、放熱シート１４０を加熱硬化させ、硬化体１４４とする。なお、放熱シート１４０をヒートシンク１３０および封止樹脂１８０に対して貼り付ける前に、予め放熱シート１４０の下面１４２に金属層１５０を固着しておいてもよい。
次に、各リード１６０をリードフレームの枠体（図示略）から切断する。こうして、図３に示すような構造の半導体装置１００が得られる。
【０１０６】
以上のような実施形態によれば、半導体装置１００は、ヒートシンク１３０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１側に設けられた半導体チップ１１０と、ヒートシンク１３０の第１面１３１とは反対側の第２面１３２に貼り付けられた絶縁性の硬化体１４４と、半導体チップ１１０およびヒートシンク１３０を封止している封止樹脂１８０と、を備えている。
【０１０７】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
本実施形態によれば、厚み方向の熱伝導性に優れる放熱シートや放熱部材を実現できる造粒粉を提供する。
【０１０８】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【実施例】
【０１０９】
以下、本実施形態を、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
【０１１０】
（実施例１）
＜造粒粉の形成＞
以下のようにコアシェル粒子を含む造粒粉を作製した。
まず、六方晶窒化ホウ素１（昭和電工株式会社製、ＵＨＰ−１Ｋ）５８．８質量％と、結着樹脂としてレゾール型フェノール樹脂１（住友ベークライト株式会社製、ＰＲ−９４０Ｃ）１２．３質量％と、コア部形成粒子として酸化アルミニウム粒子（アルミナ粒子）（電気化学工業社製、ＤＡＭ−７０）２８．９質量％とを、ミキサーを用いて５分間混合した。そうして得られた混合物Ａ１を、機械的粒子複合化装置（ホソカワミクロン株式会社製、ノビルタ）のケーシング（処理容器）にセットした。なお、上記機械的粒子複合化装置（粉体処理装置）は、被処理粉体を受け入れるケーシングと、ケーシングに対して相対回転され、その外周にケーシングの内面との間で被処理粉体に圧縮剪断力を加える羽根部を設けた攪拌翼とを備えるものである。機械的粒子複合化装置のジャケットをチラー水にて１５℃に保ちながら、攪拌翼を回転数３０００ｒｐｍで２０分間、駆動させた。そうして、ケーシングに、混合物Ａ１の凝集物を得た。
【０１１１】
得られた凝集物をケーシングから取り出し、乾燥オーブンを用いて大気下にて１２０℃で２時間、加熱処理を行い、コアシェル粒子を含む造粒粉１を得た。
【０１１２】
＜放熱シートの作製＞
得られた造粒粉を用いて放熱シートを作製した。まず、予め熱硬化性樹脂（Ａ）と硬化触媒（Ｃ−１）とフェノール系硬化剤（Ｃ−２）と希釈溶剤とを混合した溶液に造粒粉１を含む充填剤（Ｂ）を加え、ディスパーザーを用いて１０分間混合し、混合物Ｂ１を得た。
【０１１３】
放熱シートの各成分と配合量の詳細は下記の通りである。なお、希釈溶剤を除いた固形分の配合量を示している。
熱硬化性樹脂（Ａ）：ビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学株式会社製、ＹＸ４０００Ｋ）  １５．２質量％
充填剤（Ｂ）：造粒粉１  ４７．２質量％、および六方晶窒化ホウ素２（昭和電工株式会社製、ＵＨＰ−２）  ２９．６質量％
硬化触媒（Ｃ−１）：２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾール（四国化成工業株式会社製、２ＰＨＺ−ＰＷ）  ０．１質量％
フェノール系硬化剤（Ｃ−２）：トリスフェノールメタン型ノボラック樹脂（明和化成株式会社製、ＭＥＨ−７５００）  ７．９質量％
【０１１４】
次に、得られた混合物Ｂ１を銅箔上にコンマーターを用いて塗布し、乾燥機にて１２０℃で１５分間の加熱処理を行い、Ｂステージ化した。その後、プレス機を用いて、ツール圧１０ＭＰａ、ツール温度１８０℃の条件下で、当該基板を挟み込むようにして３０分間にわたってプレスすることにより、厚さ２００μｍの放熱シート硬化体１（放熱部材）を得た。
【０１１５】
＜造粒粉の評価＞
得られた造粒粉１について、以下の各評価を行った。
【０１１６】
（コアシェル粒子の有無）
造粒粉１の粒子の断面を観察した。断面観察は以下の様にして行った。まず、得られた造粒粉１を基板上に少量付着させ、クロスセクションポリッシャ（ＳＭ−０９０１０、日本電子製）を用いて、基板上の粒子を切断し、断面を露出した。そして、露出した粒子の断面を走査型電子顕微鏡（日本電子株式会社製、ＪＳＭ−７４０１Ｆ）を用いて観察した。
【０１１７】
造粒粉１に含まれる粒子の断面を５個観察し、コア部とコア部を被覆するシェル部とを有するコアシェル粒子を含む場合をコアシェル粒子「あり」、そのようなコアシェル粒子を含まない場合をコアシェル粒子「なし」として評価した。
【０１１８】
図４は、実施例１の造粒粉１に含まれていたコアシェル粒子の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す図である。本図から、シェル部３２０における窒化ホウ素粒子が、コア部３１０の外周面に沿うように全体を覆い、コア部３１０の半径方向に積層するように配向していることが確認された。なお、コア部３１０の内部には空隙が存在した。この空隙は、元々のコア部形成粒子の内部に存在していたものであることを確認している。
【０１１９】
（圧縮前後のメディアン径）
得られた造粒粉１の圧縮前後のメディアン径を測定した。メディアン径は、レーザー回折式粒度分布計（堀場製作所製、ＬＡ−９５０Ｖ２）を用いて測定した。圧縮は粉体層せん断力測定装置（株式会社ナノシーズ製、ＮＳ−Ｓ５００）を用いて行い、７ｇの造粒粉１に対し、１０ＭＰａの圧力を１２０秒間加えた。圧縮前および圧縮後に測定したメディアン径から、圧縮前後のメディアン径の比を求めた。
【０１２０】
（シェル部の体積比率Ｒの平均値）
得られた造粒粉１に含まれるコアシェル粒子の、シェル部の体積比率Ｒの平均値を測定した。具体的には、上記（コアシェル粒子の有無）と同様にして、コアシェル粒子の断面観察を行い、１０個について、シェル部の体積比率Ｒの値を求めた。ここで、体積比率Ｒは、断面観察像において、コア部の占める面積をＳｃ、シェル部の占める面積をＳｓとしたとき、Ｒ＝Ｓｓ／Ｓｃ×１００（％）で表される値である。測定した１０個の体積比率Ｒの平均値を求めた。求めたＲの平均値が０．２％以上３００％以下の場合を○、０．２％未満の場合を×として評価した。
【０１２１】
＜放熱シートの評価＞
得られた放熱シート硬化体１について、以下の各評価を行った。
【０１２２】
（熱伝導率）
放熱シート硬化体１の密度を水中置換法により測定し、比熱を示差走査熱量測定（ＤＳＣ：Differential Scanning Calorimetry）により測定し、さらに、レーザーフラッシュ法により熱拡散率を測定した。そして、厚み方向の熱伝導率を以下の式（１）から算出した。
λ＝ρ×ｃ×α×１０００    （１）
ここで、λは熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、ρは密度［ｋｇ／ｍ３］、ｃは比熱［ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）］、αは熱拡散率［ｍ２／ｓ］である。なお、測定は２５℃で行った。求めた熱伝導率が６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の場合を○、４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合を△、４Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合を×として評価した。
【０１２３】
（耐電圧）
得られた放熱シート硬化体１（厚さ２００μｍ）の耐電圧を、耐電圧試験器によって測定した。印加電圧の周波数は６０Ｈｚとした。求めた耐電圧が１２００Ｖ以上の場合を○、１０００Ｖ以上１２００Ｖ未満の場合を△、１０００Ｖ未満の場合を×として評価した。各評価の結果を表２に示す。
【０１２４】
また、放熱シート硬化体１の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察したところ、コアシェル粒子の形態が保たれたまま、シート内に含まれていることが確認された。なお、放熱シート硬化体１の断面観察は、具体的には、クロスセクションポリッシャ（ＳＭ−０９０１０、日本電子製）を用いて放熱シート硬化体１を切断し、露出した断面を走査型電子顕微鏡（ＪＳＭ−７４０１Ｆ、日本電子製）を用いて観察した。
【０１２５】
（実施例２）
結着樹脂としてレゾール型フェノール樹脂１の代わりにレゾール型フェノール樹脂２（住友ベークライト株式会社製、ＰＲ−５３０７４）を用いた以外は実施例１と同様にして造粒粉２を得た。また、造粒粉１の代わりに造粒粉２を用いた以外は実施例１と同様にして放熱シート硬化体２を得た。
【０１２６】
実施例１と同様にして造粒粉２および放熱シート硬化体２の各評価を行った。結果を表２に示す。
【０１２７】
また、造粒粉２に含まれていたコアシェル粒子では、シェル部における窒化ホウ素粒子が、コア部の外周面に沿うように全体を覆い、コア部の半径方向に積層するように配向している、ことが確認された。また、放熱シート硬化体２の断面観察の結果、コアシェル粒子の形態が保たれたまま、シート内に含まれていることが確認された。
【０１２８】
（実施例３）
コア部形成粒子として酸化アルミニウム粒子の代わりに二酸化ケイ素粒子（シリカ粒子）（電気化学工業社製、溶融球状シリカ）を分級して用いた以外は実施例１と同様にして造粒粉３を得た。分級は目開き７５μｍの篩を用いて粗粒の除去を行った。また、造粒粉１の代わりに造粒粉３を用いた以外は実施例１と同様にして放熱シート硬化体３を得た。
【０１２９】
実施例１と同様にして造粒粉３および放熱シート硬化体３の各評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３０】
また、造粒粉３に含まれていたコアシェル粒子では、シェル部における窒化ホウ素粒子が、コア部の外周面に沿うように全体を覆い、コア部の半径方向に積層するように配向している、ことが確認された。また、放熱シート硬化体３の断面観察の結果、コアシェル粒子の形態が保たれたまま、シート内に含まれていることが確認された。
【０１３１】
（実施例４）
シリカ（二酸化ケイ素）粒子を分級せずに用いた以外は実施例３と同様にして造粒粉４を得た。また、造粒粉１の代わりに造粒粉４を用いた以外は実施例１と同様にして放熱シート硬化体４を得た。
【０１３２】
実施例１と同様にして造粒粉４および放熱シート硬化体４の各評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３３】
また、造粒粉４に含まれていたコアシェル粒子では、シェル部における窒化ホウ素粒子が、コア部の外周面に沿うように全体を覆い、コア部の半径方向に積層するように配向している、ことが確認された。また、放熱シート硬化体４の断面観察の結果、コアシェル粒子の形態が保たれたまま、シート内に含まれていることが確認された。
【０１３４】
（比較例１）
充填剤（Ｂ）として造粒粉１および六方晶窒化ホウ素２を用いる代わりに、充填剤として六方晶窒化ホウ素３（昭和電工株式会社製、ＵＨＰ−１Ｋ）を用いた以外は実施例１と同様にして放熱シート硬化体５を得た。六方晶窒化ホウ素３の配合量は放熱シートの固形分全体に対して７６．８質量％とした。六方晶窒化ホウ素３は互いに分散した鱗片状粒子と少量の凝集物が混在したものであり、コアシェル粒子を有していなかった。
【０１３５】
実施例１と同様にして放熱シート硬化体５の各評価を行った。結果を表２に示す。
【０１３６】
また、放熱シート硬化体５の断面観察の結果、六方晶窒化ホウ素の粒子の長軸がシートの面に平行な方向に揃うように配向して含まれていることが確認された。
【０１３７】
各実施例および比較例の造粒粉の配合を表１に、評価結果を表２に示す。
【０１３８】
【表１】
2016192474.tif 000003
【表２】
2016192474.tif 000004
【０１３９】
表２に示した評価結果から、実施例１〜４の造粒粉を充填剤として用いた放熱シートでは、厚み方向の熱伝導率が高かった。一方、窒化ホウ素粒子をそのまま充填剤として用いた比較例１では、厚み方向の熱伝導率が低かった。この様に、実施例１〜４の造粒粉を用いることにより、厚み方向の熱伝導性に優れる放熱シートや放熱部材を実現できることが確かめられた。
【０１４０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１４１】
１０ 造粒粉
１００ 半導体装置
１１０ 半導体チップ
１１１ 上面
１１２ 下面
１２０ 導電層
１３０ ヒートシンク
１３１ 第１面
１３２ 第２面
１４０ 放熱シート
１４１ 上面
１４２ 下面
１４４ 硬化体
１５０ 金属層
１５１ 上面
１５２ 下面
１６０ リード
１６１ 電極
１７０ ワイヤ
１８０ 封止樹脂
１８２ 下面
２０ 窒化ホウ素粒子
３０ コアシェル粒子
３１０ コア部
３２ 凝集粒子
３２０ シェル部
４１０ 熱硬化性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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