(57)【要約】    【課題】成形品の熱伝導率を向上させ得るポリマー組成物と、優れた熱伝導率を有する熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、金属板付高熱伝導接着シート、ならびに、金属ベース回路基板と、動作時における内部の温度上昇を抑制させ得るパワーモジュールとの提供を課題としている。    【解決手段】窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物であって、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とするポリマー組成物などを提供する。【選択図】  図１
2009024126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物であって、
前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とするポリマー組成物。
【請求項２】
窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物によりシート状に形成されてなり、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱伝導性シート。
【請求項３】
窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物が用いられた高熱伝導性ポリマー層と、金属箔が用いられた金属箔層とが積層されてシート状に形成されてなり、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする金属箔付高熱伝導接着シート。
【請求項４】
窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物が用いられた高熱伝導性ポリマー層と、金属板が用いられた金属板層とが積層されてシート状に形成されてなり、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする金属板付高熱伝導接着シート。
【請求項５】
窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物により形成された絶縁層を有し、金属箔により形成された回路層が前記絶縁層を介して金属板の片面側または両面側に積層されており、前記凝集粒子が、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする金属ベース回路基板。
【請求項６】
金属ベース回路基板上に半導体素子が実装され、前記半導体素子が樹脂封止されてなるパワーモジュールであって、
前記金属ベース回路基板が、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物により形成された絶縁層を有し、しかも、前記凝集粒子が、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機化合物粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物、無機化合物粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物によりシート状に形成された熱伝導性シートなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂などに無機化合物粒子（以下「無機フィラー」ともいう）を含有させることにより、樹脂単体に比べて強度を向上させたり、熱伝導性を向上させたりすることが行われている。
例えば、エポキシ樹脂が用いられたベース樹脂に、熱伝導性を向上させるための無機フィラーを分散させたポリマー組成物は、熱伝導性シートや、チップ部品の封止や、パワーモジュールなどにおいて用いられる金属ベース回路基板の絶縁層の形成などといった電子部品用途において広く用いられている。
例えば、特許文献１には、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などのポリマー成分と無機フィラーとを含むポリマー組成物によりシート状に形成された高熱伝導性ポリマー層が、金属箔が用いられて形成された金属箔層上に積層された金属箔付の熱伝導性シート（以下「金属箔付高熱伝導接着シート」ともいう）が記載されており、この金属箔付高熱伝導接着シートが半導体チップの接着に用いられることが記載されている。
【０００３】
この高熱伝導性ポリマー層の形成などに用いられるポリマー組成物は、通常、優れた熱伝導性が求められることから、含有される無機フィラーには、窒化ホウ素や窒化アルミニウムなどといった高い熱伝導率を有する無機窒化物が用いられている。
【０００４】
ところで、窒化ホウ素粒子は、通常は、単一の粒子（以下「一次粒子」ともいう）の状態では、鱗片状の形態を呈する。
近年、結合剤を用いたり、さらには熱処理を施したりしてこの窒化ホウ素の一次粒子を複数集合させた凝集粒子をポリマー組成物に含有させることが検討されており、例えば、下記特許文献２には、凝集粒子を所定量含んだ窒化ホウ素粉末をポリマー組成物中に含有させることが記載されている。
また、特許文献２には、このような凝集粒子を用いることにより、窒化ホウ素粉末をポリマー組成物中に高充填させ得ることが記載されている。
【０００５】
従来、この窒化ホウ素粉末によらず無機フィラーをほぼ限界に近い状態まで高充填化させることも検討されており、例えば、特許文献３には、エポキシ樹脂などのポリマー成分中に所定の粒度分布の無機フィラーを８０〜９５質量％もの高充填させることが記載されている。
このように、ポリマー組成物においては、従来以上に無機フィラーの充填量を向上させることは困難な状況となっている。
【０００６】
すなわち、ポリマー組成物においては、成形品の熱伝導率をさらに向上させることが困難となっている。
また、熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、金属板付高熱伝導接着シート、ならびに、金属ベース回路基板においては熱伝導率をさらに向上させることが困難となっている。
さらには、従来のパワーモジュールにおいては、動作時における内部の温度上昇をさらに抑制させることが困難となっている.
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１８６４７３号公報
【特許文献２】特開２０００−７３１０号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８４８８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、上記問題に鑑みてなされたものであり、成形品の熱伝導率を向上させ得るポリマー組成物と、優れた熱伝導率を有する熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、金属板付高熱伝導接着シート、ならびに、金属ベース回路基板と、動作時における内部の温度上昇を抑制させ得るパワーモジュールとの提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、窒化ホウ素によって形成された粒子の中でも特定の硬度を有する凝集粒子が特に優れた熱伝導率を有すること、ならびに、この凝集粒子をポリマー組成物に含有させることで、このポリマー組成物によって形成される成形品の熱伝導率を向上させ得ることを見出し本発明の完成に到った。
【００１０】
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物であって、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とするポリマー組成物を提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記課題を解決すべく、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とが含有されているポリマー組成物によりシート状に形成されてなり、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱伝導性シートを提供する。
【００１２】
また、本発明は、前記課題を解決すべく、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物が用いられた高熱伝導性ポリマー層と、金属箔が用いられた金属箔層とが積層されてシート状に形成されてなり、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする金属箔付高熱伝導接着シートを提供する。
【００１３】
また、本発明は、前記課題を解決すべく、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物が用いられた高熱伝導性ポリマー層と、金属板が用いられた金属板層とが積層されてシート状に形成されてなり、前記凝集粒子は、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする金属板付高熱伝導接着シートを提供する。
【００１４】
また、本発明は、前記課題を解決すべく、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物により形成された絶縁層を有し、金属箔により形成された回路層が前記絶縁層を介して金属板の片面側または両面側に積層されており、前記凝集粒子が、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする金属ベース回路基板を提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、前記課題を解決すべく、金属ベース回路基板上に半導体素子が実装され、前記半導体素子が樹脂封止されてなるパワーモジュールであって、前記金属ベース回路基板が、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物により形成された絶縁層を有し、しかも、前記凝集粒子が、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とするパワーモジュールを提供する。
【００１６】
なお、本明細書中における“凝集粒子”との用語は、鱗片状に形成されている窒化ホウ素の一次粒子が単に集合して凝集している粒子のみならず、熱処理や結合剤によって一次粒子どうしが結着された粒子などをも包含する意味で用いている。
また、その形態についても、個々の鱗片状構造が区別できる程度の集合状態を呈する凝集粒子（以下「集合状粒子」ともいう）のみならず、例えば、一次粒子の鱗片状構造が明確でない全体顆粒状を呈する状態に形成された凝集粒子（以下「顆粒状粒子」ともいう）などをも包含する意味で“凝集粒子”との用語を用いている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポリマー組成物中に、熱伝導率に優れた凝集粒子が含有されることから、熱伝導率に優れた成形品をこのポリマー組成物によって形成させ得る。
すなわち、本発明によれば、成形品の熱伝導率を向上させ得るポリマー組成物を提供し得る。
【００１８】
また、本発明によれば、優れた熱伝導率を有する熱伝導性シート、金属箔付高熱伝導接着シート、金属板付高熱伝導接着シート、ならびに、金属ベース回路基板を提供し得る。
【００１９】
さらに、本発明によれば、動作時における内部の温度上昇を抑制させ得るパワーモジュールを提供し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について、高熱伝導性ポリマー層と、金属箔が用いられた金属箔層とが積層されてシート状に形成されてなる金属箔付高熱伝導接着シートを例に図１を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、金属箔付高熱伝導接着シート１の断面を表す断面図であり、１０は、高熱伝導性ポリマー層を表し、２０は、金属箔層を表している。
この高熱伝導性ポリマー層１０の形成には、無機フィラーとポリマー成分とを含むポリマー組成物が用いられている。
【００２２】
このポリマー成分としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられている樹脂成分やゴム成分を単独または複数組み合わせて用いることができる。
この樹脂成分としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を例示でき、この内、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂などのポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルアミドイミド樹脂、ポリエーテルアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などが挙げられる。
前記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。
また、前記ゴム成分としては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体ゴム、イソブチレン−イソプレン共重合体ゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴム、フッソゴム、クロロ・スルホン化ポリエチレン、ポリウレタンゴムなどが挙げられる。
なかでも、金属箔付高熱伝導接着シートに用いるポリマー成分には、優れた接着性を示すと共に耐熱性にも優れていることからエポキシ樹脂を用いることが好適である。
【００２３】
しかも、常温固体のエポキシ樹脂が好ましい。
この常温固体のエポキシが好ましいのは、常温液体状のエポキシ樹脂を用いた場合には、金属箔付高熱伝導接着シートを被着体に接着すべく加熱条件下において高熱伝導性ポリマー層側を被着体に当接させた場合に、エポキシ樹脂の粘度が低下しすぎて、金属箔付高熱伝導接着シートの端縁部から外にエポキシ樹脂が大きく滲み出してしまうおそれがあるためである。
このエポキシ樹脂の滲み出しが激しい場合には、例えば、金属箔層の背面側など本来金属部分が露出しているべき個所にエポキシ樹脂被膜を形成させてしまうおそれがある。
【００２４】
一方で、被着体への接着時にある程度の粘度低下が生じないと被着体と高熱伝導性ポリマー層側との間に空隙などが生じやすく被着体側から金属箔層側への熱伝導性を低下させるおそれもある。
ポリマー組成物に適度な流れ性を付与して、これらの問題をより確実に抑制させ得る点において、このエポキシ樹脂としては、エポキシ当量４５０〜２０００ｇ／ｅｑの常温固体のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と、エポキシ当量１６０〜２２０ｇ／ｅｑの多官能の常温固体で８７℃から９３℃の間に軟化点を有するノボラック型エポキシ樹脂とが（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂／ノボラック型エポキシ樹脂）＝４０／６０〜６０／４０となる質量比率で混合されているものを用いることが好ましい。
なお、このエポキシ当量は、ＪＩＳ  Ｋ  ７２３６により求めることができる。
【００２５】
このように、ポリマー組成物にポリマー成分としてエポキシ樹脂が含まれる場合においては、さらに、エポキシ樹脂の硬化剤、硬化促進剤をポリマー組成物に含有させて熱硬化性を付与することができる。
この硬化剤としては、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。
【００２６】
前記無機フィラーには、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子が含有されており、しかも、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上の凝集粒子が含有されている。
この凝集粒子としては、全体顆粒状を呈する状態に形成された凝集粒子（顆粒状粒子）や窒化ホウ素の一次粒子の鱗片状構造が区別できる程度に集合された集合状態を呈する凝集粒子（集合状粒子）などを用いることができる。
このような凝集粒子がナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上であるかどうかについては、例えば、Ｈｙｓｉｔｒｏｎ  Ｉｎｃ．社製、商品名「Ｔｒｉｂｏ  Ｉｎｄｅｎｔｅｒ」を用いて測定することができる。
より詳しくは、先端曲率半径０．１μｍの圧子を、試料表面に直角に当て最大圧入深さが５μｍとなるまで徐々に荷重を印加し、最大荷重（最大圧入深さ）に到達した後に荷重を０にまで徐々に戻し、前記最大荷重の値と、圧子接触部に形成された圧痕の投影面積とを求めて以下の式（１）により求めることができる。
Ｈ＝Ｐ／Ａ  ・・・（１）
（ただし、Ｈは、硬度（ＭＰａ）を表し、Ｐは、最大荷重（Ｎ）、Ａは、投影面積（ｍｍ2）を表す。）
【００２７】
なお、前記無機フィラーには、形成させる高熱伝導性ポリマー層１０の厚みなどにもよるが、通常、１０〜１００μｍの平均粒径を有する凝集粒子を含有させ得る。
なお、この“平均粒径”については、例えば、レーザー回折法での粒度分布測定などを実施してＤ５０値を測定することにより求めることができる。
【００２８】
また、前記無機フィラーには、このような凝集粒子以外に、例えば、窒化ホウ素以外の物質で形成された凝集粒子や、窒化ホウ素によって形成されたナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ未満の凝集粒子などを本発明の効果を損ねない範囲において含有させ得る。
また、前記無機フィラーには、窒化ホウ素によって鱗片状構造を有する状態に形成された一次粒子や、他の無機化合物で形成された一次粒子などを本発明の効果を損ねない範囲において含有させ得る。
この窒化ホウ素以外の他の無機化合物としては、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、二酸化ケイ素、ダイヤモンドなどが挙げられる。
【００２９】
なお、高熱伝導性ポリマー層１０を形成させるポリマー組成物に占める無機フィラーの含有量としては、５０％体積以上であることが好ましく、５５体積％以上であることがより好ましい。
【００３０】
また、ここでは詳述しないが、この高熱伝導性ポリマー層１０を形成させるポリマー組成物には、上記のようなポリマー成分、無機フィラーなど以外に、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、顔料などといったゴム、プラスチック配合薬品として一般に用いられるもの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。
【００３１】
前記金属箔層２０の形成には、通常、５０〜３００μｍの厚さの金属箔を用いることができる。
この金属箔としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄などを主たる成分とする金属箔や、これら同士、あるいは、さらに他の金属を含む合金が用いられた金属箔を採用することができる。
また、この金属箔としては、各種メッキやプライマー処理が施されたものや、あるいは、複数種類の金属が積層されているクラッド箔なども採用可能である。
【００３２】
また、この金属箔層２０の金属箔は、高熱伝導性ポリマー層１０との接着力を向上させるべく、高熱伝導性ポリマー層１０との界面側の表面が粗化されていることが好ましい。
この表面粗化については、金属箔の表面をサンドブラスト処理や酸化処理するなどして施すことができる。
なお、電解金属箔を用いる場合においては、そのマット面（粗化面）を高熱伝導性ポリマー層との積層界面として利用することができ、サンドブラスト処理や酸化処理などの特段の処理を必要としない点において好適である。
【００３３】
なお、この金属箔層２０の形成に用いる電解金属箔としては、比較的安価であり、耐腐蝕性にも優れ、高い熱伝導性を有する点において、電解銅箔を用いることが好ましい。
さらに、この電解銅箔には、マット面にジンケート処理が施されているものを用いることが好ましい。
【００３４】
次いで、このようなポリマー組成物と金属箔とを用いて金属箔付高熱伝導接着シート１を作製する方法について説明する。
この金属箔付高熱伝導接着シート１の製造方法については、特に限定されるものではないが、例えば、液状化させたポリマー組成物を金属箔上にコーティング（塗工）した後に、コーティングされたポリマー組成物を固化させる方法が挙げられる。
【００３５】
より詳しくは、前記ポリマー成分などを溶解可能な溶媒をさらにポリマー組成物に含有させることにより、液状のポリマー組成物を作製し、連続塗工機やスクリーン印刷機などを用いて金属箔上に液状のポリマー組成物をコーティングした後に、加熱炉などで加熱して溶媒を揮発除去させてコーティングされたポリマー組成物を固化させる方法が挙げられる。
【００３６】
このとき、ポリマー組成物には、窒化ホウ素によって形成されたナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ未満の凝集粒子が含有されている。
したがって、従来用いられている無機フィラーを用いるに比べて、熱伝導率の向上された高熱伝導性ポリマー層を形成させ得る。
言い換えれば、フィラーの含有量を低減することも可能であり、無機フィラーを限界状態に近い状態にまで含有させる必要がなく、高熱伝導性ポリマー層に気泡を含有させたり、あるいは、曲げ時に高熱伝導性ポリマー層にクラックを発生させたりするおそれを低減させることができる。
したがって、例えば、金属箔ロール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ポリマー組成物のコーティング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製造方法を採用することも容易である。
また、液状のポリマー組成物の作製時においても、真空脱泡などの手順を省略させ得る。
したがって、製造装置が特別な機器に限定されるおそれを抑制しつつ液状のポリマー組成物の製造を実施させ得る。
すなわち、本発明にかかるポリマー組成物を用いることにより、単に熱伝導率に優れた金属箔付高熱伝導接着シートを製造させ得るのみならず信頼性に優れた金属箔付高熱伝導接着シートを簡便な製造方法により製造させ得る。
【００３７】
なお、この金属箔付高熱伝導接着シート１は、例えば、図２のようにして用いられる。
この図２は、半導体モジュール２の断面を示しており、この図２におけるヒートシンク３０は、半導体モジュール２の動作時においては通電状態となる。そのため、半導体モジュール２からの放熱を実施させるべく、このヒートシンク３０を筐体や放熱器などの部材（図示せず）に直接接触させることが困難である。
【００３８】
この図２における金属箔付高熱伝導接着シート１は、ヒートシンク３０に対して高熱伝導性ポリマー層１０を接着させて用いられており、しかも、ヒートシンク３０が半導体モジュール２から露出する領域全てを覆った状態で接着されている。
前述のように高熱伝導性ポリマー層１０は、従来に比べて熱伝導率が向上されているのみならず、クラックの発生や気泡の混入が抑制され、優れた絶縁信頼性を有している。
したがって、放熱器などをこの金属箔付高熱伝導接着シート１を介して半導体モジュール２に取付けることにより、半導体チップ５０からヒートシンク３０に伝達される熱を、絶縁性を確保しつつすばやく放熱させ得る。
【００３９】
この金属箔付高熱伝導接着シートの金属箔に代えて、３００μｍを超える厚さを有する金属板、例えば、数ｍｍ厚さのアルミニウム板や銅板などといった金属板層に高熱伝導性ポリマー層を積層させることにより、本発明にかかる金属板付高熱伝導接着シートを作製させ得る。
この金属板付高熱伝導接着シートは、スクリーン印刷機などを用いて金属板上に液状のポリマー組成物をコーティングした後に、加熱して液状のポリマー組成物に含有されている溶媒を揮発除去させて乾燥固化させる方法などにより製造することが可能である。
【００４０】
また、金属箔付高熱伝導接着シートの金属箔に代えて、例えば、表面離型処理されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどに液状のポリマー組成物をコーティングした後に、加熱して液状のポリマー組成物に含有されている溶媒を揮発除去させて乾燥固化させ、さらに、ＰＥＴフィルムを除去することによりポリマー組成物でシート状に形成されてなる熱伝導性シートを作製させ得る。
【００４１】
この金属板付高熱伝導接着シートや熱伝導性シートについても、金属箔付高熱伝導接着シートと同様の効果を奏する。
すなわち、本発明にかかる金属板付高熱伝導接着シートと同様に、窒化ホウ素で形成された、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上の凝集粒子が用いられていることから、この金属板付高熱伝導接着シートや熱伝導性シートも優れた熱伝導率を有するとともに、高い絶縁信頼性を有する。しかも、簡便な方法により製造し得る。
【００４２】
さらに、一旦、金属箔付高熱伝導接着シートを上記例示の方法により作製し、該金属箔付高熱伝導接着シートをアルミニウム板や銅板などの金属板に接着させて積層一体化させるか、あるいは、一旦、金属板付高熱伝導接着シートを上記例示の方法により作製し、該金属板付高熱伝導接着シートに金属箔を接着させて積層一体化させるか、あるいは、一旦、熱伝導性シートを上記例示の方法により作製し、該熱伝導性シートを金属箔と金属板とにより挟持させた状態で積層一体化させることにより、ポリマー組成物を介して金属箔と金属板とが積層された、金属ベース回路基板用の生板を作製することができる。
すなわち、本発明にかかる金属ベース回路基板は、例えば、上記のようにして一旦生板を形成し、該生板の金属箔をエッチングするなどして回路層を形成し、さらに、必要に応じて外形加工を施して製造することができる。
【００４３】
このとき、金属箔付高熱伝導接着シート、金属板付高熱伝導接着シートの高熱伝導性ポリマー層、あるいは、熱伝導性シートが金属ベース回路基板の絶縁層に相当することとなる。
したがって、この金属ベース回路基板も熱伝導性ならびに絶縁信頼性に優れたものとなる。
【００４４】
図３は、このような金属ベース回路基板４が用いられたパワーモジュール３を示す断面図である。
この図３においては、金属ベース回路基板４の回路層２１の上に半導体チップ５０や、パワーＩＣ５１などの発熱素子が実装され、これらの素子が一旦シリコーンゲル９１にて封止され、さらにシリコーンゲル９１上に樹脂モールド９０が実施されている。
【００４５】
このパワーモジュール３の半導体チップ５０やパワーＩＣ５１などによって発生した熱は、絶縁層１１と金属板３１とを通じて放熱器（図示せず）などによって放熱されることとなるが、この絶縁層１１は、窒化ホウ素によって形成されてなる凝集粒子とポリマー成分とを含むポリマー組成物により形成されている。
しかも、先に説明したように、この金属ベース回路基板４は、絶縁層１１の絶縁信頼性が向上されていることから、要すれば、絶縁層１１の厚みを減少させることも可能である。
したがって、絶縁層１１の厚みを減少させることにより、半導体チップ５０やパワーＩＣ５１などの発熱素子から金属板３１側にかけての熱抵抗をよりいっそう低減させることができる。
すなわち、半導体チップ５０やパワーＩＣ５１などから発生した熱は、すばやく、金属板３１側に伝達される、パワーモジュール３の動作時における内部の温度上昇が抑制されることとなる。
【００４６】
このようなことから、パワーモジュール３を従来よりも高い環境温度で使用しても半導体チップ５０やパワーＩＣ５１がジャンクション温度以上となるおそれを抑制させることができる。
すなわち、パワーモジュール３の使用範囲を広げ得るとともに、半導体チップ５０やパワーＩＣ５１の劣化を防止することができパワーモジュール３の耐用期間を長期化させ得る。
【００４７】
なお、本実施形態においては、溶媒によって液状化されたポリマー組成物を用いて、金属箔付高熱伝導接着シートや金属板付高熱伝導接着シートの高熱伝導性ポリマー層、あるいは、熱伝導性シートを形成させる場合を例示しつつ説明したが、本発明においては、上記例示の方法に限定されるものではなく、例えば、Ｔ−ダイなどを用いた押出し成形や、金型を用いた射出成形など、ポリマー組成物を加熱溶融させて熱伝導性シートなどを作製することも可能である。
また、本発明は、ポリマー組成物を液状のものに限定するものでもない。
【実施例】
【００４８】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
（ポリマー組成物の作製）
ビスフェノール型エポキシ樹脂（東都化成社製、商品名「ＹＤ−０１１」）２２．３７ｇと、クレゾールノボラック樹脂（東都化成社製、商品名「ＹＤＣＮ７０４」）２２．３７ｇと、硬化剤である４，４’−ジアミノジフェニルスルホン（和歌山精化社製、商品名「セイカキュアーＳ」）８．８５ｇ、硬化促進剤である三酸化ホウ素モノエチルアミン０．４４ｇと、粒度分布が１〜１００μｍ程度の窒化ホウ素粒子（凝集粒子と一次粒子との混合品、以下「窒化ホウ素フィラーＡ」ともいう）１００ｇと、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）６３．６２ｇと、トルエン５５．２２ｇとを混合して、乾燥後において窒化ホウ素粒子の占める割合が５０体積％となるようにして実施例１の液状のポリマー組成物（樹脂溶液）を作製した。
【００５０】
（金属箔付高熱伝導接着シートの作製）
前記液状のポリマー組成物を、厚み１ｏｚ（約３８μｍ）の銅箔に塗布、乾燥して厚み約２００μｍの高熱伝導性ポリマー層を有する金属箔付高熱伝導接着シートを作製した。
【００５１】
（硬度測定用試料の作製）
作製した金属箔付高熱伝導接着シートを断面観察用のエポキシ樹脂に縦方向に埋め込んだ後に、前記エポキシ樹脂を硬化させて金属箔付高熱伝導接着シートごと切断した。
この切断した試料の切断面を顕微鏡にて観察しつつ研磨機にて研磨し、表面に凝集粒子を露出させてナノインデンテーション硬度測定用の試料とした。
【００５２】
（実施例２）
窒化ホウ素フィラーＡの配合量を１５０ｇとし、乾燥後における窒化ホウ素粒子の割合が６０体積％となるようにした以外は実施例１と同様にポリマー組成物を作製し、金属箔付高熱伝導接着シートならびにナノインデンテーション硬度測定用の試料を作製した。
【００５３】
（比較例１）
窒化ホウ素フィラーＡに代えて、粒度分布が１〜２０μｍ程度の窒化ホウ素粒子（凝集粒子と一次粒子との混合品、以下「窒化ホウ素フィラーＢ」ともいう）を用いた以外は実施例１と同様にポリマー組成物を作製し、金属箔付高熱伝導接着シートならびにナノインデンテーション硬度測定用の試料を作製した。
【００５４】
（硬度測定）
実施例１、比較例１のポリマー組成物を用いて形成されたナノインデンテーション硬度測定用の試料を用いて硬度測定を実施した。
なお、測定にはＨｙｓｉｔｒｏｎ  Ｉｎｃ．社製、商品名「Ｔｒｉｂｏ  Ｉｎｄｅｎｔｅｒ」を用いた。
また、圧子には、先端曲率半径０．１μｍのものを用いて最大圧入深さ５μｍの条件で測定を実施した。
結果、実施例１のポリマー組成物に用いた窒化ホウ素フィラーＡに含有されている凝集粒子は、硬度が６１２ＭＰａであることがわかった。
また、併せて高熱伝導性ポリマー層の複合弾性率を測定したところ、実施例１のポリマー組成物で形成された高熱伝導性ポリマー層の複合弾性率は１９．８ＧＰａであった。
また、比較例１のポリマー組成物に用いた窒化ホウ素フィラーＢに含有されている凝集粒子は、硬度が４６９ＭＰａであることがわかった。
さらに、比較例１のポリマー組成物で形成された高熱伝導性ポリマー層の複合弾性率は１６．７ＧＰａであった。
【００５５】
（表面切削試験）
刃角４０度のダイヤモンド刃を用いて、実施例１のポリマー組成物が用いられた金属箔付高熱伝導接着シートならびに比較例１のポリマー組成物が用いられた金属箔付高熱伝導接着シートについて、ＳＡＩＣＡＳ（Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）法により表面切削試験を実施した。
なお、切削深さはいずれも３０μｍとした。
結果、実施例１のポリマー組成物が用いられた金属箔付高熱伝導接着シートは、１〜１．１Ｎの平均荷重が観察された。
一方、比較例１のポリマー組成物が用いられた金属箔付高熱伝導接着シートは、０．８〜０．９５Ｎの平均荷重が観察された。
【００５６】
（熱伝導率の測定）
各実施例、比較例のポリマー組成物が用いられた金属箔付高熱伝導接着シートの熱伝導率の測定を実施した。
なお、熱伝導率は、アイフェイズ社製、商品名「ａｉ−ｐｈａｓｅ  ｍｏｂｉｌｅ」により熱拡散率を求め、さらに、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いた測定により熱伝導性シートの単位体積あたりの熱容量を測定し、先の熱拡散率に乗じることにより算出した。
結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2009024126.tif 000003
【００５８】
この表からもポリマー組成物中に、窒化ホウ素によって形成されており、ナノインデンテーション法による硬度が５００ＭＰａ以上である凝集粒子を含有させることにより、熱伝導率に優れた成形品を形成させ得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】金属箔付高熱伝導接着シートを示す断面図。
【図２】金属箔付高熱伝導接着シートの使用方法を示す半導体モジュール断面図。
【図３】金属ベース回路基板の使用方法を示すパワーモジュール断面図。
【符号の説明】
【００６０】
１：金属箔付高熱伝導接着シート、３：パワーモジュール、４：金属ベース回路基板、１０：高熱伝導性ポリマー層、１１：絶縁層、２０：金属箔層、２１：回路層、３１：金属板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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