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JP5653280B2 - Resin composition for heat conductive sheet, heat conductive sheet and power module - Google Patents

Resin composition for heat conductive sheet, heat conductive sheet and power module Download PDF

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JP5653280B2 JP2011091205A JP2011091205A JP5653280B2 JP 5653280 B2 JP5653280 B2 JP 5653280B2 JP 2011091205 A JP2011091205 A JP 2011091205A JP 2011091205 A JP2011091205 A JP 2011091205A JP 5653280 B2 JP5653280 B2 JP 5653280B2
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Description

本発明は、熱伝導性シート用樹脂組成物、熱伝導性シート及びパワーモジュールに関し、特に、パワーモジュールなどの電気・電子機器の発熱部材から放熱部材へ熱を伝達させる熱伝導性シートの製造に用いられる熱伝導性シート用樹脂組成物、並びにこの熱伝導性シート用樹脂組成物を用いて製造される熱伝導性シート及びパワーモジュールに関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a resin composition for a heat conductive sheet, a heat conductive sheet, and a power module, and particularly to the manufacture of a heat conductive sheet that transfers heat from a heat generating member of an electric / electronic device such as a power module to a heat radiating member. The present invention relates to a resin composition for a heat conductive sheet to be used, and a heat conductive sheet and a power module manufactured using the resin composition for a heat conductive sheet.

電気・電子機器の発熱部から生じた熱を放熱部材に伝達させる部材には、熱伝導性及び電気絶縁性に優れていることが要求される。この要求を満たす部材として、熱伝導性及び電気絶縁性に優れた無機充填材を熱硬化性樹脂の硬化物中に分散した熱伝導性シートが広く用いられている。熱伝導性及び電気絶縁性に優れた無機充填材としては、アルミナ、窒化ホウ素(BN)、シリカ、窒化アルミニウムなどが知られているが、その中でも窒化ホウ素は、熱伝導性及び電気絶縁性に加えて化学的安定性にも優れており、しかも無毒性且つ比較的安価でもあるため、熱伝導性シートに用いるのに最適である。また最近では、熱伝導性シート中の窒化ホウ素の配向を制御する観点から、等方的な熱伝導性を有する窒化ホウ素の二次焼結粒子が用いられている。一方、熱硬化性樹脂としては、発熱部材や放熱部材に対する接着力及び熱伝導性シートの耐熱性などの観点から、エポキシ樹脂が一般に用いられている。   A member that transmits heat generated from a heat generating portion of an electric / electronic device to a heat radiating member is required to be excellent in thermal conductivity and electrical insulation. As a member that satisfies this requirement, a thermally conductive sheet in which an inorganic filler excellent in thermal conductivity and electrical insulation is dispersed in a cured product of a thermosetting resin is widely used. As inorganic fillers excellent in thermal conductivity and electrical insulation, alumina, boron nitride (BN), silica, aluminum nitride, and the like are known. Among these, boron nitride is excellent in thermal conductivity and electrical insulation. In addition, it has excellent chemical stability, is non-toxic and relatively inexpensive, and is optimal for use in a heat conductive sheet. Recently, secondary sintered particles of boron nitride having isotropic thermal conductivity have been used from the viewpoint of controlling the orientation of boron nitride in the thermally conductive sheet. On the other hand, as the thermosetting resin, an epoxy resin is generally used from the viewpoints of the adhesive force to the heat generating member and the heat radiating member and the heat resistance of the heat conductive sheet.

一般に、熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂及び無機充填材を含む樹脂組成物を用い、放熱部材(例えば、金属箔)にシート状に塗布した後、乾燥炉などで乾燥させることによって製造される。また、パワーモジュールなどの電気・電子機器に熱伝導性シートを組み込む場合、乾燥の際に樹脂組成物を半硬化させてBステージ状態の熱伝導性シートを作った後、加熱下で放熱部材(例えば、金属板やヒートシンク)と密着させることにより、熱硬化性樹脂の完全硬化と放熱部材に対する接着とを同時に行う。したがって、ロットごと樹脂組成物の硬化反応が異なる場合、放熱部材に対する熱伝導性シートの接着性が十分でないことがある。例えば、樹脂組成物の硬化反応が進みすぎてしまったBステージ状態の熱伝導性シートを用いた場合、放熱部材と十分に接着されず、熱伝導性シートが剥離するなどの問題が生じる。また、ロットごとに樹脂組成物の硬化反応の進み具合が異なる場合、樹脂組成物のゲルタイムを安定化させることもできない。   Generally, a heat conductive sheet is manufactured by using a resin composition containing a thermosetting resin and an inorganic filler, applying the sheet on a heat dissipation member (for example, metal foil) in a sheet shape, and then drying in a drying furnace or the like. The In addition, when incorporating a heat conductive sheet into an electric / electronic device such as a power module, after the resin composition is semi-cured during drying to form a B-stage heat conductive sheet, a heat radiating member ( For example, the thermosetting resin is completely cured and adhered to the heat dissipation member at the same time by being in close contact with a metal plate or a heat sink. Therefore, when the curing reaction of the resin composition differs from lot to lot, the adhesiveness of the heat conductive sheet to the heat dissipation member may not be sufficient. For example, when a heat conductive sheet in a B-stage state in which the curing reaction of the resin composition has progressed too much, there is a problem that the heat conductive sheet is not sufficiently bonded to the heat radiating member and peeled off. In addition, when the progress of the curing reaction of the resin composition varies from lot to lot, the gel time of the resin composition cannot be stabilized.

そこで、特許文献1では、窒化ホウ素に含まれる不純物成分(三酸化ホウ素)によるエポキシ樹脂の硬化反応への影響を抑えるために、アミン系又はイミダゾール系の硬化促進剤を樹脂組成物に配合することが提案されている。また、特許文献2では、硬化時間を遅延させるために酸性化合物を配合した樹脂組成物が提案されている。   Therefore, in Patent Document 1, in order to suppress the influence of the impurity component (boron trioxide) contained in boron nitride on the curing reaction of the epoxy resin, an amine-based or imidazole-based curing accelerator is added to the resin composition. Has been proposed. Moreover, in patent document 2, the resin composition which mix | blended the acidic compound in order to delay hardening time is proposed.

特開2008−88405号公報JP 2008-88405 A 特開2005−272599号公報JP 2005-272599 A

しかしながら、窒化ホウ素には、三酸化ホウ素のような酸性物質だけでなくアンモニアのような塩基性物質も不純物として存在しているため、樹脂組成物の硬化反応を制御するためには、これらの両方の不純物による影響を考慮する必要がある。特に、これらの不純物は、窒化ホウ素の製造時に発生するため、ロットごとに窒化ホウ素の不純物の含有量も異なっていることが多く、窒化ホウ素の不純物の含有量に影響されることなく樹脂組成物の硬化反応を制御する必要がある。この点に関し、引用文献1では、三酸化ホウ素のような酸性物質による硬化反応への影響しか考慮されていないため、樹脂組成物の硬化反応を十分に制御することができない。また、引用文献2では、酸性化合物の配合によって樹脂組成物の硬化反応を遅延させることができるもの、不純物の含有量がロットごとに異なる窒化ホウ素を含む樹脂組成物の硬化反応を常に制御することは難しい。   However, since boron nitride contains not only an acidic substance such as boron trioxide but also a basic substance such as ammonia as impurities, both of these are required to control the curing reaction of the resin composition. It is necessary to consider the influence of impurities. In particular, since these impurities are generated during the manufacture of boron nitride, the content of boron nitride impurities is often different for each lot, and the resin composition is not affected by the content of boron nitride impurities. It is necessary to control the curing reaction. In this regard, in the cited document 1, only the influence on the curing reaction by an acidic substance such as boron trioxide is considered, so that the curing reaction of the resin composition cannot be sufficiently controlled. In Cited Document 2, the curing reaction of the resin composition can be delayed by blending the acidic compound, and the curing reaction of the resin composition containing boron nitride whose impurity content varies from lot to lot is always controlled. Is difficult.

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、窒化ホウ素の不純物の含有量に影響されることなく硬化反応を制御することができ、且つ熱伝導性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性にも優れた熱伝導性シートを与える熱伝導性シート用樹脂組成物を提供することを目的とする。
また、本発明は、熱伝導性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性にも優れた熱伝導性シートを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、熱放散性及び電気絶縁性に優れ、信頼性の高いパワーモジュールを提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can control the curing reaction without being affected by the content of boron nitride impurities, and has thermal conductivity and electrical insulation. It aims at providing the resin composition for heat conductive sheets which gives the heat conductive sheet which was excellent also in adhesiveness with not only a heat radiating member.
Another object of the present invention is to provide a thermally conductive sheet that is excellent not only in thermal conductivity and electrical insulation but also in adhesion to a heat radiating member.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a highly reliable power module that is excellent in heat dissipation and electrical insulation.

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、不純物として存在する酸性物質及び塩基性物質の含有量がロットごとに異なる窒化ホウ素による樹脂組成物のpH変化が、樹脂組成物の硬化反応の速度にバラツキを与える要因となっていることに着目し、樹脂組成物のpHが特定の範囲となるように両性酸化物のナノ粒子を配合することにより、樹脂組成物の硬化反応を制御し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、熱硬化性樹脂と、窒化ホウ素の二次焼結粒子とを含む熱伝導性シート用樹脂組成物において、熱伝導性シートの121℃でのプレッシャークッカーテストにおける72時間後の抽出水のpHが6.5以上8.5以下となるように両性酸化物のナノ粒子配合されており、且つ前記窒化ホウ素の二次焼結粒子及び前記両性酸化物のナノ粒子の合計質量に対する前記両性酸化物のナノ粒子の質量割合が1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする熱伝導性シート用樹脂組成物である。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the pH change of the resin composition due to boron nitride in which the content of acidic substances and basic substances present as impurities varies from lot to lot is Focusing on the fact that the rate of the curing reaction of the composition varies, the amphoteric oxide nanoparticles are blended so that the pH of the resin composition falls within a specific range. It has been found that the curing reaction can be controlled.
That is, the present invention relates to a resin composition for a heat conductive sheet containing a thermosetting resin and boron nitride secondary sintered particles, and after 72 hours in a pressure cooker test at 121 ° C. of the heat conductive sheet. The amphoteric oxide nanoparticles are blended so that the pH of the extracted water is 6.5 or more and 8.5 or less , and the total mass of the secondary sintered particles of boron nitride and the amphoteric oxide nanoparticles The amphoteric oxide nanoparticles have a mass ratio of 1% by mass to 10% by mass with respect to the resin composition for a thermally conductive sheet.

また、本発明は、熱硬化性樹脂の硬化物中に窒化ホウ素の二次焼結粒子を含む熱伝導性シートにおいて、熱伝導性シートの121℃でのプレッシャークッカーテストにおける72時間後の抽出水のpHが6.5以上8.5以下となるように両性酸化物のナノ粒子配合されており、且つ前記窒化ホウ素の二次焼結粒子及び前記両性酸化物のナノ粒子の合計質量に対する前記両性酸化物のナノ粒子の質量割合が1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする熱伝導性シートである。
さらに、本発明は、一方の放熱部材に搭載された電力半導体素子と、前記電力半導体素子で発生する熱を外部に放熱する他方の放熱部材と、前記電力半導体素子で発生する熱を前記一方の放熱部材から前記他方の放熱部材に伝達する、上記の熱伝導性シートとを備えることを特徴とするパワーモジュールである。
The present invention also relates to a thermally conductive sheet containing boron nitride secondary sintered particles in a cured product of a thermosetting resin, and extracted water after 72 hours in a pressure cooker test at 121 ° C. of the thermally conductive sheet. The amphoteric oxide nanoparticles are blended so that the pH of the solution is 6.5 or more and 8.5 or less , and the secondary sintered particles of the boron nitride and the amphoteric oxide nanoparticles A mass ratio of amphoteric oxide nanoparticles is 1% by mass or more and 10% by mass or less .
Furthermore, the present invention provides a power semiconductor element mounted on one heat radiating member, another heat radiating member that radiates heat generated in the power semiconductor element to the outside, and heat generated in the power semiconductor element. It is a power module comprising the above heat conductive sheet that transmits from the heat radiating member to the other heat radiating member.

本発明によれば、窒化ホウ素の不純物の含有量に影響されることなく硬化反応を制御することができ、且つ熱伝導性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性にも優れた熱伝導性シートを与える熱伝導性シート用樹脂組成物を提供することができる。
また、本発明によれば、熱伝導性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性にも優れた熱伝導性シートを提供することができる。
さらに、本発明によれば、熱放散性及び電気絶縁性に優れ、信頼性の高いパワーモジュールを提供することができる。
According to the present invention, the curing reaction can be controlled without being influenced by the impurity content of boron nitride, and the heat excellent not only in thermal conductivity and electrical insulation but also in adhesion to the heat radiating member. The resin composition for heat conductive sheets which gives a conductive sheet can be provided.
Moreover, according to this invention, the heat conductive sheet excellent not only in heat conductivity and electrical insulation but also in adhesiveness with a heat radiating member can be provided.
Furthermore, according to the present invention, a highly reliable power module having excellent heat dissipation and electrical insulation can be provided.

実施の形態2における熱伝導性シートの断面図である。It is sectional drawing of the heat conductive sheet in Embodiment 2. FIG. 本実施の形態3におけるパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module in this Embodiment 3. 酸化チタンの質量割合と、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mass ratio of a titanium oxide, and the difference of pH between two types of heat conductive sheets using the secondary sintered particle from which content of an impurity differs. 酸化チタンの比表面積と、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the specific surface area of a titanium oxide, and the difference of pH between two types of heat conductive sheets using the secondary sintered particle from which content of an impurity differs.

実施の形態1.
本実施の形態の熱伝導性シート用樹脂組成物(以下、「樹脂組成物」と略す。)は、窒化ホウ素の二次焼結粒子及び熱硬化性樹脂に加えて、両性酸化物のナノ粒子を含む。
両性酸化物は、酸性及び塩基性の両方の特性を示す両性物質である。つまり、両性酸化物は、酸性溶液中では塩基性物質として働き、塩基性溶液中では酸性物質として働く。そのため、両性酸化物の配合により、ロットごとに異なる窒化ホウ素の不純物の種類及び含有量に起因する樹脂組成物のpH変動を抑制することが可能になる。その結果、樹脂組成物の硬化反応の速度が安定化し、Bステージ状態の硬化の度合いを一定に保つことができ、放熱部材との接着性に優れた熱伝導性シートを得ることが可能になる。
Embodiment 1 FIG.
The resin composition for a thermally conductive sheet of the present embodiment (hereinafter abbreviated as “resin composition”) is composed of amphoteric oxide nanoparticles in addition to boron nitride secondary sintered particles and thermosetting resin. including.
Amphoteric oxides are amphoteric substances that exhibit both acidic and basic properties. That is, the amphoteric oxide functions as a basic substance in an acidic solution and functions as an acidic substance in a basic solution. Therefore, by blending amphoteric oxides, it is possible to suppress pH fluctuations of the resin composition resulting from the types and contents of boron nitride impurities that differ from lot to lot. As a result, the speed of the curing reaction of the resin composition is stabilized, the degree of curing in the B stage state can be kept constant, and it becomes possible to obtain a heat conductive sheet excellent in adhesiveness with the heat radiating member. .

両性酸化物としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを使用することができる。両性酸化物の例としては、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛などが挙げられる。これらの両性酸化物は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The amphoteric oxide is not particularly limited, and those known in the technical field can be used. Examples of amphoteric oxides include alumina, titanium oxide, and zinc oxide. These amphoteric oxides can be used alone or in combination of two or more.

両性酸化物による樹脂組成物のpH変動を抑制する効果は、両性酸化物の結晶表面に水が吸着し、結合形態の異なる2種類のOH官能基が酸及び塩基としてそれぞれ作用することによって生じると考えられる。そのため、樹脂組成物のpH変動を抑制する効果を十分に得るために、両性酸化物は、比表面積が大きいナノ粒子である必要がある。ここで、本明細書において「ナノ粒子」とは、平均粒径が1nm以上500nm以下の粒子のことを意味する。両性酸化物をナノ粒子にする方法としては、特に限定されず、公知の方法に準じて所定の平均粒径のものを作製することができる。このような両性酸化物のナノ粒子として、市販のものを用いることも可能である。   The effect of suppressing the pH fluctuation of the resin composition due to the amphoteric oxide is caused by water adsorbing on the crystal surface of the amphoteric oxide, and two kinds of OH functional groups having different bonding forms acting as an acid and a base, respectively. Conceivable. Therefore, in order to sufficiently obtain the effect of suppressing the pH fluctuation of the resin composition, the amphoteric oxide needs to be nanoparticles having a large specific surface area. Here, in the present specification, the “nanoparticle” means a particle having an average particle diameter of 1 nm to 500 nm. The method for converting the amphoteric oxide into nanoparticles is not particularly limited, and those having a predetermined average particle diameter can be produced according to a known method. Commercially available amphoteric oxide nanoparticles may be used.

両性酸化物のナノ粒子の比表面積は、BET法によって測定される場合に、好ましくは20m/g以上である。比表面積が20m/g未満であると、樹脂組成物のpH変動を抑制する効果が十分に得られない場合がある。 The specific surface area of the amphoteric oxide nanoparticles is preferably 20 m 2 / g or more when measured by the BET method. If the specific surface area is less than 20 m 2 / g, the effect of suppressing the pH fluctuation of the resin composition may not be sufficiently obtained.

両性酸化物のナノ粒子の配合量は、樹脂組成物を硬化して熱伝導性シートを作製した際に、その熱伝導性シートのプレッシャークッカーテストにおける121℃/72時間後の抽出水のpHが6.5以上8.5以下となるような量である。プレッシャークッカーテストは、pHが上記範囲内でないと、樹脂組成物のpH変動が大きくなり、樹脂組成物の硬化反応を十分に制御することができない。プレッシャークッカーテストによる抽出液のpHは、熱伝導性シート1g及び純水20gをそれぞれ秤量して容器に入れ、その容器を密封した後、121℃で72時間かけて加熱抽出し、室温まで冷却してから抽出液のpHをpH測定器で測定することによって求めることができる。   When the resin composition is cured to produce a heat conductive sheet, the amphoteric oxide nanoparticles are mixed in such a manner that the pH of the extracted water after 121 ° C./72 hours in the pressure cooker test of the heat conductive sheet is as follows. The amount is 6.5 or more and 8.5 or less. In the pressure cooker test, if the pH is not within the above range, the pH variation of the resin composition becomes large, and the curing reaction of the resin composition cannot be sufficiently controlled. The pH of the extract by the pressure cooker test was determined by weighing 1 g of the heat conductive sheet and 20 g of pure water into each container, sealing the container, heating and extracting at 121 ° C. for 72 hours, and cooling to room temperature. Then, the pH of the extract can be determined by measuring with a pH meter.

また、窒化ホウ素の二次焼結体及び両性酸化物のナノ粒子の合計質量に対する両性酸化物のナノ粒子の質量割合は、好ましくは1質量%以上、より好ましくは1質量%以上10質量%以下である。両性酸化物のナノ粒子の質量割合が1質量%未満であると、樹脂組成物のpH変動が大きくなり、樹脂組成物の硬化反応を十分に制御することができない。   The mass ratio of the amphoteric oxide nanoparticles to the total mass of the boron nitride secondary sintered body and the amphoteric oxide nanoparticles is preferably 1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less. It is. When the mass ratio of the amphoteric oxide nanoparticles is less than 1% by mass, the pH variation of the resin composition increases, and the curing reaction of the resin composition cannot be sufficiently controlled.

窒化ホウ素の二次焼結粒子は、窒化ホウ素の一次粒子を等方的に凝集させ、焼結によって一次粒子同士を結着させたものである。この二次焼結粒子は、窒化ホウ素の一次粒子から構成されているため、三酸化ホウ素のような酸性物質や、アンモニアのような塩基性物質を不純物として含有する。
窒化ホウ素の一次粒子は、鱗片状の結晶構造を有している。また、窒化ホウ素の一次粒子は、長径方向(結晶方向)の熱伝導性が大きく、短径方向(層方向)の熱伝導性が小さいという熱的異方性を有しており、結晶のa軸方向(面方向)の熱伝導性は、c軸方向(厚み方向)の熱伝導性の数倍から数十倍と言われている。このような特徴を有する窒化ホウ素の一次粒子を樹脂組成物に配合して熱伝導性シートを一般的な方法によって作製すると、窒化ホウ素の長径方向がシート面方向と一致するように配向され易いため、シート厚み方向の熱伝導性は向上しない。
そこで、本発明では、等方的な熱伝導性を有する窒化ホウ素の二次焼結粒子を配合することにより、シート厚み方向の熱伝導性を向上させている。
The secondary sintered particles of boron nitride are those in which primary particles of boron nitride are aggregated isotropically and the primary particles are bound together by sintering. Since the secondary sintered particles are composed of primary particles of boron nitride, they contain an acidic substance such as boron trioxide and a basic substance such as ammonia as impurities.
The primary particles of boron nitride have a scaly crystal structure. The primary particles of boron nitride have thermal anisotropy that the thermal conductivity in the major axis direction (crystal direction) is large and the thermal conductivity in the minor axis direction (layer direction) is small. The thermal conductivity in the axial direction (plane direction) is said to be several to several tens of times the thermal conductivity in the c-axis direction (thickness direction). When primary particles of boron nitride having such characteristics are blended in a resin composition and a heat conductive sheet is produced by a general method, the major axis direction of boron nitride is easily oriented so as to coincide with the sheet surface direction. The thermal conductivity in the sheet thickness direction is not improved.
Therefore, in the present invention, thermal conductivity in the sheet thickness direction is improved by blending secondary sintered particles of boron nitride having isotropic thermal conductivity.

二次焼結粒子を構成する窒化ホウ素の一次粒子の平均長径は、好ましくは15μm以下、より好ましくは0.1μm以上10μm以下である。ここで、本明細書において「窒化ホウ素の一次粒子の平均長径」とは、熱硬化性樹脂中に二次焼結粒子が分散された熱伝導性シートを実際に作製し、この熱伝導性シートの断面を研磨して電子顕微鏡で数千倍に拡大した写真を数枚撮影した後、一次粒子の長径を実際に測定し、その測定値を平均することによって求めた値を意味する。上記のような範囲の平均長径であれば、窒化ホウ素の一次粒子があらゆる方向を向いて凝集するため、等方的な熱伝導性を有する二次焼結粒子となる。一方、窒化ホウ素の一次粒子の平均長径が15μmよりも大きいと、窒化ホウ素の一次粒子が等方的に凝集しないため、二次焼結粒子の熱伝導性に異方性が現れることがある(すなわち、特定方向の熱伝導性だけが高くなることがある)。その結果、シート厚み方向の熱伝導性を十分に向上させることができない場合がある。   The average major axis of the primary particles of boron nitride constituting the secondary sintered particles is preferably 15 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. Here, in this specification, “the average major axis of primary particles of boron nitride” means that a thermally conductive sheet in which secondary sintered particles are dispersed in a thermosetting resin is actually produced, and this thermally conductive sheet This means the value obtained by actually measuring the major axis of the primary particles and averaging the measured values after taking several photos of the cross-section of the sample polished and enlarged several thousand times with an electron microscope. If the average major axis is in the above range, the primary particles of boron nitride are aggregated in all directions, so that secondary sintered particles having isotropic thermal conductivity are obtained. On the other hand, if the average major axis of the primary particles of boron nitride is larger than 15 μm, the primary particles of boron nitride do not aggregate isotropically, and anisotropy may appear in the thermal conductivity of the secondary sintered particles ( That is, only the thermal conductivity in a specific direction may be increased). As a result, the thermal conductivity in the sheet thickness direction may not be sufficiently improved.

二次焼結粒子の形状は、特に限定されないが、球状であることが好ましい。二次焼結粒子が球状であれば、二次焼結粒子の配合量を多くしても樹脂組成物の流動性を確保することができる。
二次焼結粒子の平均粒径は、好ましくは20μm以上180μm以下、より好ましくは40μm以上130μm以下である。ここで、本明細書において「二次焼結粒子の平均粒径」とは、熱硬化性樹脂中に二次焼結粒子が分散された熱伝導性シートを実際に作製した後、この熱伝導性シートを、電気炉を用いて500℃〜800℃の温度で空気雰囲気中にて5〜10時間程度熱処理して灰化することによって得た二次焼結粒子について、レーザー回折・散乱法による粒度分布測定によって得られた粒径の平均値を意味する。二次焼結粒子の平均粒径が20μm未満であると、所望の熱伝導性を有する熱伝導性シートが得られないことがある。一方、二次焼結粒子の平均粒径が180μmを超えると、二次焼結粒子を樹脂組成物中に混合分散させることが困難となり、作業性や成形性に支障を生じることがある。
また、製造する熱伝導性シートの厚さに対する二次焼結粒子の最大粒径が大きすぎる場合、界面を伝って絶縁性が低下するおそれがある。そのため、二次凝集粒子の最大粒径は、製造する熱伝導性シートの厚さの約9割以下であることが好ましい。
The shape of the secondary sintered particles is not particularly limited, but is preferably spherical. If the secondary sintered particles are spherical, the fluidity of the resin composition can be ensured even if the amount of the secondary sintered particles is increased.
The average particle size of the secondary sintered particles is preferably 20 μm or more and 180 μm or less, more preferably 40 μm or more and 130 μm or less. Here, in this specification, the “average particle diameter of secondary sintered particles” means that after actually producing a heat conductive sheet in which secondary sintered particles are dispersed in a thermosetting resin, this heat conduction The secondary sintered particles obtained by heat-treating the oxidative sheet by heat treatment in an air atmosphere at a temperature of 500 ° C. to 800 ° C. for about 5 to 10 hours using an electric furnace are measured by a laser diffraction / scattering method. It means the average value of particle sizes obtained by particle size distribution measurement. When the average particle size of the secondary sintered particles is less than 20 μm, a heat conductive sheet having desired heat conductivity may not be obtained. On the other hand, when the average particle diameter of the secondary sintered particles exceeds 180 μm, it becomes difficult to mix and disperse the secondary sintered particles in the resin composition, which may cause trouble in workability and moldability.
Moreover, when the maximum particle diameter of the secondary sintered particles with respect to the thickness of the heat conductive sheet to be manufactured is too large, there is a possibility that the insulating properties may be lowered through the interface. Therefore, it is preferable that the maximum particle size of the secondary agglomerated particles is about 90% or less of the thickness of the heat conductive sheet to be manufactured.

二次焼結粒子は、窒化ホウ素の一次粒子を含むスラリーをスプレードライ法などの公知の方法によって凝集させて二次凝集粒子を得た後、焼結させることによって製造することができる。ここで、焼成温度は、特に限定されることはないが、一般に約2,000℃である。二次凝集粒子の形状は、特に限定されることはないが、球状であることが好ましい。球状の二次凝集粒子であれば、熱伝導性シートを製造する際に、樹脂の流動性を確保しつつ、充填量を多くすることができる。   Secondary sintered particles can be produced by agglomerating a slurry containing primary particles of boron nitride by a known method such as a spray drying method to obtain secondary agglomerated particles, followed by sintering. Here, the firing temperature is not particularly limited, but is generally about 2,000 ° C. The shape of the secondary agglomerated particles is not particularly limited, but is preferably spherical. If it is a spherical secondary aggregate particle, when manufacturing a heat conductive sheet, the filling amount can be increased while ensuring the fluidity of the resin.

二次焼結粒子の含有量は、樹脂組成物の固形分(熱伝導性シート)中で20体積%以上80体積%以下となることが好ましい。特に、樹脂組成物の固形分中の二次焼結粒子の含有量が30体積%以上65体積%以下の場合には、二次焼結粒子を樹脂組成物中に混合分散させ易く、作業性や成形性が良好であると共に、熱伝導性シートの熱伝導性がより一層向上する。二次焼結粒子の含有量が20体積%未満であると、所望の熱伝導性を有する熱伝導性シートが得られないことがある。一方、二次焼結粒子の含有量が80体積%を超えると、二次焼結粒子を樹脂組成物中に混合分散させることが困難となり、作業性や成形性に支障を生じることがある。   The content of the secondary sintered particles is preferably 20% by volume or more and 80% by volume or less in the solid content (thermal conductive sheet) of the resin composition. In particular, when the content of the secondary sintered particles in the solid content of the resin composition is 30% by volume or more and 65% by volume or less, the secondary sintered particles are easily mixed and dispersed in the resin composition. In addition to good moldability, the thermal conductivity of the thermal conductive sheet is further improved. When the content of the secondary sintered particles is less than 20% by volume, a heat conductive sheet having desired heat conductivity may not be obtained. On the other hand, when the content of the secondary sintered particles exceeds 80% by volume, it becomes difficult to mix and disperse the secondary sintered particles in the resin composition, which may hinder workability and moldability.

熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、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、ポリイミド樹脂などが挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂は、耐熱性や接着性などの特性に優れているので好ましい。エポキシ樹脂の例としては、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、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環脂肪族エポキシ樹脂、グリシジル−アミノフェノール系エポキシ樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   It does not specifically limit as a thermosetting resin, A well-known thing can be used in the said technical field. Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a phenol resin, a melamine resin, a silicone resin, and a polyimide resin. Among these, an epoxy resin is preferable because it is excellent in characteristics such as heat resistance and adhesiveness. Examples of the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, orthocresol novolac type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, alicyclic aliphatic epoxy resin, glycidyl-aminophenol type epoxy resin and the like. . These resins can be used alone or in combination of two or more.

熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤の例としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸及び無水ハイミック酸などの脂環式酸無水物;ドデセニル無水コハク酸などの脂肪族酸無水物;無水フタル酸及び無水トリメリット酸などの芳香族酸無水物;ジシアンジアミド及びアジピン酸ジヒドラジドなどの有機ジヒドラジド;トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール;ジメチルベンジルアミン;1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)ウンデセン及びその誘導体;2−メチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール及び2−フェニルイミダゾールなどのイミダゾール類などが挙げられる。これらの硬化剤は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
硬化剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂や硬化剤の種類などに応じて適宜設定すればよいが、一般的に100質量部の熱硬化性樹脂に対して0.1質量部以上200質量部以下である。
When an epoxy resin is used as the thermosetting resin, examples of the curing agent include alicyclic acid anhydrides such as methyltetrahydrophthalic anhydride, methylhexahydrophthalic anhydride, and hymic anhydride; fats such as dodecenyl succinic anhydride Aromatic anhydrides such as phthalic anhydride and trimellitic anhydride; organic dihydrazides such as dicyandiamide and adipic dihydrazide; tris (dimethylaminomethyl) phenol; dimethylbenzylamine; 1,8-diazabicyclo (5) , 4, 0) Undecene and its derivatives; imidazoles such as 2-methylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole and 2-phenylimidazole. These hardening | curing agents can be used individually or in combination of 2 or more types.
The blending amount of the curing agent may be appropriately set according to the type of the thermosetting resin and the curing agent to be used, but is generally 0.1 parts by mass or more and 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin. It is below mass parts.

本実施の形態の樹脂組成物は、二次焼結粒子と熱硬化性樹脂の硬化物との界面の接着力を向上させる観点から、カップリング剤を含むことができる。カップリング剤の例としては、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらのカップリング剤は、単独又は組み合わせて用いることができる。
カップリング剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂やカップリング剤の種類などに応じて適宜設定すればよいが、一般的に100質量部の熱硬化性樹脂に対して0.01質量部以上1質量部以下である。
The resin composition of this Embodiment can contain a coupling agent from a viewpoint of improving the adhesive force of the interface of secondary sintered particle and the hardened | cured material of a thermosetting resin. Examples of coupling agents include γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltri And methoxysilane. These coupling agents can be used alone or in combination.
The blending amount of the coupling agent may be appropriately set according to the type of the thermosetting resin or coupling agent used, but is generally 0.01 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermosetting resin. The amount is 1 part by mass or less.

本実施の形態の樹脂組成物は、当該組成物の粘度を調整する観点から、溶剤を含むことができる。溶剤としては特に限定されず、使用する熱硬化性樹脂の種類や各成分の配合量などに応じて適宜選択すればよい。かかる溶剤としては、例えば、トルエンやメチルエチルケトンなどが挙げられる。これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
溶剤の配合量は、混練が可能な量であれば特に限定されず、一般的に熱硬化性樹脂と無機充填剤との合計100質量部に対して40質量部以上85質量部以下である。
The resin composition of the present embodiment can contain a solvent from the viewpoint of adjusting the viscosity of the composition. It does not specifically limit as a solvent, What is necessary is just to select suitably according to the kind of thermosetting resin to be used, the compounding quantity of each component, etc. Examples of such a solvent include toluene and methyl ethyl ketone. These can be used alone or in combination of two or more.
The blending amount of the solvent is not particularly limited as long as it can be kneaded, and is generally from 40 parts by mass to 85 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the thermosetting resin and the inorganic filler.

上記のような構成成分を含有する本実施の形態の樹脂組成物の製造方法は、特に限定されず、公知の方法に従って行うことができる。例えば、樹脂組成物は、以下のようにして製造することができる。
まず、所定量の熱硬化性樹脂と、この熱硬化性樹脂を硬化させるために必要な量の硬化剤とを混合する。次に、この混合物に溶剤を加えた後、二次焼結粒子及び両性酸化物のナノ粒子を加えて予備混合する。なお、樹脂組成物の粘度が低い場合には、溶剤を加えなくてもよい。次に、この予備混合物を3本ロールやニーダなどを用いて混練することによって樹脂組成物を得ることができる。なお、樹脂組成物にカップリング剤を配合する場合、カップリング剤は混練工程前までに加えればよい。
The manufacturing method of the resin composition of this Embodiment containing the above structural components is not specifically limited, It can carry out according to a well-known method. For example, the resin composition can be manufactured as follows.
First, a predetermined amount of a thermosetting resin and an amount of a curing agent necessary for curing the thermosetting resin are mixed. Next, after adding a solvent to this mixture, secondary sintered particles and amphoteric oxide nanoparticles are added and premixed. In addition, when the viscosity of a resin composition is low, it is not necessary to add a solvent. Next, a resin composition can be obtained by kneading the preliminary mixture using a three roll or a kneader. In addition, what is necessary is just to add a coupling agent before a kneading | mixing process, when mix | blending a coupling agent with a resin composition.

上記のようにして製造される本実施の形態の樹脂組成物は、不純物として存在する酸性物質及び塩基性物質の含有量がロットごとに異なる窒化ホウ素による樹脂組成物のpH変化を、樹脂組成物のpHが特定の範囲となるように両性酸化物のナノ粒子を配合することによって制御しているため、樹脂組成物の硬化反応を制御することができる。そのため、樹脂組成物のゲルタイムや、熱伝導性シートをパワーモジュールなどに組み込む際にBステージ状態の硬化の度合いを安定化させることができるので、放熱部材との接着性に優れた熱伝導性シートを得ることができる。また、この樹脂組成物は、窒化ホウ素の二次焼結粒子を配合しているため、熱伝導性及び電気絶縁性に優れた熱伝導性シートを与えることができる。   The resin composition of the present embodiment manufactured as described above is a resin composition that changes the pH of the resin composition due to boron nitride in which the contents of acidic substances and basic substances present as impurities differ from lot to lot. Since it controls by mix | blending the amphoteric oxide nanoparticle so that pH of this may become a specific range, the hardening reaction of a resin composition is controllable. Therefore, it is possible to stabilize the gel time of the resin composition and the degree of curing in the B stage state when incorporating the heat conductive sheet into a power module or the like, so that the heat conductive sheet has excellent adhesion to the heat dissipation member. Can be obtained. Moreover, since this resin composition contains the secondary sintered particles of boron nitride, a heat conductive sheet excellent in heat conductivity and electrical insulation can be provided.

実施の形態2.
本実施の形態の熱伝導性シートは、上記の樹脂組成物をシート状に成形した後、硬化してなるものである。すなわち、本実施の形態の熱伝導性シートは、熱硬化性樹脂の硬化物中に窒化ホウ素の二次焼結粒子を含み、熱伝導性シートの121℃でのプレッシャークッカーテストにおける72時間後の抽出水のpHが6.5以上8.5以下となるように両性酸化物のナノ粒子を配合している。
Embodiment 2. FIG.
The thermally conductive sheet of the present embodiment is formed by molding the above resin composition into a sheet and then curing. That is, the thermally conductive sheet of the present embodiment includes secondary sintered particles of boron nitride in the cured product of the thermosetting resin, and 72 hours after the pressure cooker test at 121 ° C. of the thermally conductive sheet. Amphoteric oxide nanoparticles are blended so that the pH of the extracted water is 6.5 or more and 8.5 or less.

以下、図面を参照して本実施の形態の熱伝導性シートについて説明する。
図1は、本実施の形態における熱伝導性シートの断面図である。図1において、熱伝導性シート1は、熱硬化性樹脂の硬化物2と、この熱硬化性樹脂の硬化物2中に分散された窒化ホウ素の二次焼結粒子3及び両性酸化物のナノ粒子5とから構成されている。そして、窒化ホウ素の二次焼結粒子3は、窒化ホウ素の一次粒子4から構成されている。
Hereinafter, the thermally conductive sheet of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a thermally conductive sheet in the present embodiment. In FIG. 1, a thermally conductive sheet 1 includes a cured product 2 of a thermosetting resin, secondary sintered particles 3 of boron nitride dispersed in the cured product 2 of the thermosetting resin, and nanostructures of amphoteric oxides. And particles 5. The secondary sintered particles 3 of boron nitride are composed of primary particles 4 of boron nitride.

本実施の形態の熱伝導性シート1は、上記の樹脂組成物を基材に塗布して乾燥した後、塗布乾燥物を加熱して硬化させることによって製造することができる。また、必要であれば塗布乾燥物を所定のプレス圧で加圧しながら加熱して硬化させてもよい。
ここで、基材としては、特に限定されず、例えば、離型処理された樹脂シートやフィルムなどの公知の離型性基材が挙げられる。また、熱伝導性シート1を放熱部材上に直接形成する場合には、放熱部材を基材として用いてもよい。ここで、放熱部材としては特に限定されないが、例えば、リードフレーム、ヒートシンク、ヒートスプレッダなどが挙げられる。
樹脂組成物の塗布方法としては、特に限定されず、ドクターブレード法などの公知の方法を用いることができる。
塗布した樹脂組成物の乾燥は、周囲温度で行ってよいが、溶剤の揮発を促進させる観点から、必要に応じて80℃以上150℃以下に加熱してもよい。
The heat conductive sheet 1 of this Embodiment can be manufactured by apply | coating said resin composition to a base material and drying, and heating and hardening a coating dried material. Further, if necessary, the coated and dried product may be heated and cured while being pressed at a predetermined press pressure.
Here, it does not specifically limit as a base material, For example, well-known releasable base materials, such as a resin sheet and a film by which the mold release process was carried out, are mentioned. Moreover, when forming the heat conductive sheet 1 directly on a heat radiating member, you may use a heat radiating member as a base material. Here, although it does not specifically limit as a heat radiating member, For example, a lead frame, a heat sink, a heat spreader etc. are mentioned.
The method for applying the resin composition is not particularly limited, and a known method such as a doctor blade method can be used.
The applied resin composition may be dried at ambient temperature, but may be heated to 80 ° C. or higher and 150 ° C. or lower as needed from the viewpoint of promoting volatilization of the solvent.

塗布乾燥物を加圧する場合、プレス圧は、特に限定されないが、好ましくは0.5MPa以上50MPa以下、より好ましくは1.9MPa以上30MPa以下である。また、プレス時間は、特に限定されないが、一般的に5分以上60分以下である。
塗布乾燥物の硬化温度は、使用する熱硬化性樹脂の種類にあわせて適宜設定すればよいが、一般的に150℃以上250℃以下である。また、硬化時間は、特に限定されないが、一般的に2分以上24時間以下である。
When pressurizing the coated dried product, the pressing pressure is not particularly limited, but is preferably 0.5 MPa or more and 50 MPa or less, more preferably 1.9 MPa or more and 30 MPa or less. The pressing time is not particularly limited, but is generally 5 minutes or more and 60 minutes or less.
The curing temperature of the coated and dried product may be appropriately set according to the type of thermosetting resin to be used, but is generally 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Moreover, although hardening time is not specifically limited, Generally it is 2 minutes or more and 24 hours or less.

上記のようにして製造される本実施の形態の熱伝導性シートは、窒化ホウ素の不純物の含有量に影響されることなく硬化反応を制御できる樹脂組成物を用いて形成しているため、放熱部材との接着性に優れている。また、この熱伝導性シートは、窒化ホウ素の二次焼結粒子を配合しているため、熱伝導性及び電気絶縁性にも優れている。   Since the heat conductive sheet of the present embodiment manufactured as described above is formed using a resin composition that can control the curing reaction without being affected by the content of boron nitride impurities, heat dissipation. Excellent adhesion to members. Moreover, since this heat conductive sheet is blended with secondary sintered particles of boron nitride, it is also excellent in heat conductivity and electrical insulation.

実施の形態3.
本実施の形態のパワーモジュールは、上記の樹脂組成物から得られる熱伝導性シートを具備する。すなわち、本実施の形態のパワーモジュールは、一方の放熱部材に搭載された電力半導体素子と、電力半導体素子で発生する熱を外部に放熱する他方の放熱部材と、半導体素子で発生する熱を一方の放熱部材から他方の放熱部材に伝達する、上記の熱伝導性シートとを備えることを特徴とする。
Embodiment 3 FIG.
The power module of the present embodiment includes a heat conductive sheet obtained from the above resin composition. That is, the power module according to the present embodiment includes a power semiconductor element mounted on one heat radiating member, the other heat radiating member that radiates heat generated in the power semiconductor element to the outside, and heat generated in the semiconductor element. The heat conductive sheet is transmitted from the heat radiating member to the other heat radiating member.

以下、本実施の形態のパワーモジュールについて図面を用いて説明する。
図2は、本実施の形態のパワーモジュールの断面図である。図2において、パワーモジュール10は、一方の放熱部材であるリードフレーム12と、他方の放熱部材であるヒートシンク14と、リードフレーム12とヒートシンク14との間に配置された熱伝導性シート11と、リードフレーム12に搭載された電力半導体素子13及び制御用半導体素子15とを備えている。そして、電力半導体素子13と制御用半導体素子15との間、及び電力半導体素子13とリードフレーム12との間は、金属線16によってワイヤボンディングされている。また、リードフレーム12の外部接続部、及びヒートシンク14の外部放熱部以外は封止樹脂17で封止されている。
Hereinafter, the power module of the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the power module of the present embodiment. In FIG. 2, the power module 10 includes a lead frame 12 that is one heat radiating member, a heat sink 14 that is the other heat radiating member, a heat conductive sheet 11 disposed between the lead frame 12 and the heat sink 14, A power semiconductor element 13 and a control semiconductor element 15 mounted on the lead frame 12 are provided. The power semiconductor element 13 and the control semiconductor element 15 and the power semiconductor element 13 and the lead frame 12 are wire-bonded by a metal wire 16. The parts other than the external connection part of the lead frame 12 and the external heat dissipation part of the heat sink 14 are sealed with a sealing resin 17.

このパワーモジュールにおいて、熱伝導性シート11以外の部材は特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。例えば、電力半導体素子13としては、ケイ素によって形成されたものを用いることができるが、ケイ素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものを用いることが好ましい。ワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドが挙げられる。
ワイドバンドギャップ半導体によって形成された電力半導体素子13は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、電力半導体素子13の小型化が可能となる。そして、このように小型化された電力半導体素子13を用いることにより、電力半導体素子13を組み込んだパワーモジュールの小型化も可能になる。
また、ワイドバンドギャップ半導体により形成された電力半導体素子13は、耐熱性も高いため、リードフレーム12やヒートシンク14などの放熱部材などの小型化にもつながり、パワーモジュールの一層の小型化が可能になる。
さらに、ワイドバンドギャップ半導体により形成された電力半導体素子13は、電力損失も低いため、素子としての高効率化も可能となる。
In this power module, members other than the heat conductive sheet 11 are not particularly limited, and those known in the technical field can be used. For example, as the power semiconductor element 13, one formed of silicon can be used, but it is preferable to use one formed of a wide band gap semiconductor having a larger band gap than silicon. Examples of the wide band gap semiconductor include silicon carbide, gallium nitride-based materials, and diamond.
Since the power semiconductor element 13 formed of a wide band gap semiconductor has high voltage resistance and high allowable current density, the power semiconductor element 13 can be downsized. And by using the power semiconductor element 13 reduced in size as described above, the power module incorporating the power semiconductor element 13 can be reduced in size.
In addition, since the power semiconductor element 13 formed of a wide band gap semiconductor has high heat resistance, it leads to miniaturization of heat radiating members such as the lead frame 12 and the heat sink 14, thereby enabling further miniaturization of the power module. Become.
Furthermore, since the power semiconductor element 13 formed of a wide band gap semiconductor has low power loss, the efficiency of the element can be increased.

パワーモジュールに熱伝導性シート11を組み込む方法としては、特に限定されることはなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、熱伝導性シート11を別個に作製した場合、電力半導体素子13などの各種部品を搭載したリードフレーム12と、ヒートシンク14との間に熱伝導性シート11を挟み込んだ後、これをトランスファーモールド成型用金型に配置し、トランスファーモールド成型装置を用いて封止樹脂17を金型に流し込み、加圧及び加熱して封止すればよい。
また、ヒートシンク14に熱伝導性シート11を直接形成した場合、電力半導体素子13などの各種部品を搭載したリードフレーム12を熱伝導性シート11上に配置した後、これをトランスファーモールド成型用金型に配置し、トランスファーモールド成型装置を用いて封止樹脂17を金型に流し込み、加圧及び加熱して封止すればよい。
なお、上記では、トランスファーモールド法による封止方法を説明したが、それ以外の公知の方法(例えば、プレス成形法、射出成形法、押出成形法)などを用いてもよい。
The method for incorporating the heat conductive sheet 11 into the power module is not particularly limited, and can be performed according to a known method. For example, when the heat conductive sheet 11 is manufactured separately, the heat conductive sheet 11 is sandwiched between the heat sink 14 and the lead frame 12 on which various parts such as the power semiconductor element 13 are mounted, and then transferred mold. What is necessary is just to arrange | position to the metal mold | die for shaping | molding, to pour sealing resin 17 into a metal mold | die using a transfer mold molding apparatus, and to seal by pressurizing and heating.
Further, when the heat conductive sheet 11 is directly formed on the heat sink 14, the lead frame 12 on which various components such as the power semiconductor element 13 are mounted is disposed on the heat conductive sheet 11, and then this is used as a transfer mold molding die. The sealing resin 17 may be poured into a mold using a transfer mold molding device, and sealed by pressurization and heating.
In addition, although the sealing method by the transfer mold method was described above, other known methods (for example, a press molding method, an injection molding method, an extrusion molding method) and the like may be used.

特に、パワーモジュールに熱伝導性シート11を組み込む場合、熱硬化性樹脂がBステージ状態(半硬化状態)にある熱伝導性シート11を予め作製しておき、これをリードフレーム12とヒートシンク14との間に挟みこんだ後、所定のプレス圧で加圧しながら150℃以上250℃以下に加熱することで熱伝導性シート11を作製することが好ましい。この方法によれば、熱伝導性シート11に対するリードフレーム12及びヒートシンク14の接着性を高めることができる。   In particular, when the heat conductive sheet 11 is incorporated into the power module, the heat conductive sheet 11 in which the thermosetting resin is in a B stage state (semi-cured state) is prepared in advance, and this is connected to the lead frame 12 and the heat sink 14. It is preferable that the heat conductive sheet 11 is produced by heating to 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower while being pressed with a predetermined press pressure. According to this method, the adhesion of the lead frame 12 and the heat sink 14 to the heat conductive sheet 11 can be improved.

上記のようにして製造される本実施の形態のパワーモジュールは、熱放散性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性に優れた熱伝導性シート11を有しているので、熱放散性及び電気絶縁性に優れていると共に、信頼性も高い。   The power module of the present embodiment manufactured as described above has the heat conductive sheet 11 that is excellent not only in heat dissipation and electrical insulation but also in adhesion to the heat radiating member. In addition to excellent electrical properties and electrical insulation, the reliability is also high.

以下、実施例及び比較例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
実施例及び比較例で用いた両性酸化物のナノ粒子(以下、「酸化チタン」と略す。)の種類及びその比表面積を表1に示す。
Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate the detail of this invention, this invention is not limited by these.
Table 1 shows the types and specific surface areas of the amphoteric oxide nanoparticles (hereinafter abbreviated as “titanium oxide”) used in Examples and Comparative Examples.

Figure 0005653280
Figure 0005653280

下記の実施例1〜18及び比較例1〜8で用いた窒化ホウ素の二次焼結粒子を公知の方法で作製した。表2に二次焼結粒子の特徴を示す。   Boron nitride secondary sintered particles used in the following Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 8 were produced by a known method. Table 2 shows the characteristics of the secondary sintered particles.

Figure 0005653280
Figure 0005653280

表2中、二次焼結粒子中の不純物(三酸化ホウ素及びアンモニア)の含有量は、2.5gの二次焼結粒子と、50gのエタノール水溶液(エタノールの含有量20質量%)とをそれぞれ秤量して容器に入れ、その容器を密封した後、50℃で10時間かけて加熱抽出した。得られた抽出液において、三酸化ホウ素(B)の含有量をICPにより測定し、アンモニア(NH )をイオンクロマトグラフにより測定した。 In Table 2, the content of impurities (boron trioxide and ammonia) in the secondary sintered particles is 2.5 g of secondary sintered particles and 50 g of an ethanol aqueous solution (ethanol content of 20% by mass). Each was weighed and placed in a container, the container was sealed, and then heated and extracted at 50 ° C. for 10 hours. In the obtained extract, the content of boron trioxide (B 2 O 3 ) was measured by ICP, and ammonia (NH 4 + ) was measured by ion chromatography.

(実施例1)
液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂(熱硬化性樹脂、ジャパンエポキシレジン株式会社製エピコート828)100質量部と、1−シアノエチル−2−メチルイミダゾール(硬化剤、四国化成工業株式会社製キュアゾール2PN−CN)1質量部とを混合した後、メチルエチルケトン(溶剤)166質量部をさらに加えて混合攪拌した。次に、この混合物に、二次焼結粒子a又はbを287質量部加えて混合した後、酸化チタンCを15.2質量部さらに加えて混合した。次に、この混合物を三本ロールにて混練し、二次焼結粒子a又はb及び酸化チタンCが均一に分散された2種類の樹脂組成物を得た。
Example 1
100 parts by mass of liquid bisphenol A type epoxy resin (thermosetting resin, Epicoat 828 manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.) and 1-cyanoethyl-2-methylimidazole (curing agent, Curazole 2PN-CN manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) After mixing with 1 part by mass, 166 parts by mass of methyl ethyl ketone (solvent) was further added and mixed and stirred. Next, after adding 287 parts by mass of the secondary sintered particles a or b to this mixture, 15.2 parts by mass of titanium oxide C was further added and mixed. Next, this mixture was kneaded with three rolls to obtain two types of resin compositions in which secondary sintered particles a or b and titanium oxide C were uniformly dispersed.

次に、この樹脂組成物を厚さ50μmの基材(PETフィルム)上にドクターブレード法にて塗布した後、110℃で15分間加熱乾燥させることによって、厚さが100μmでBステージ状態の熱伝導性シートを得た。
次に、基材上に形成したBステージ状態の熱伝導性シートを、熱伝導性シート側が内側になるように2枚重ねた後、120℃で1時間加熱し、さらに160℃で3時間加熱することで、熱硬化性樹脂を完全に硬化させ、2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
Next, this resin composition was applied on a substrate (PET film) having a thickness of 50 μm by a doctor blade method, and then heated and dried at 110 ° C. for 15 minutes, whereby the heat in a B stage state with a thickness of 100 μm. A conductive sheet was obtained.
Next, two B-stage heat conductive sheets formed on the base material are stacked so that the heat conductive sheet side is inside, then heated at 120 ° C. for 1 hour, and further heated at 160 ° C. for 3 hours. As a result, the thermosetting resin was completely cured to obtain a thermally conductive sheet sandwiched between two substrates.

(実施例2)
酸化チタンCの配合量を3質量部に変えたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(実施例3)
酸化チタンCの配合量を9質量部に変えたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(実施例4)
酸化チタンCの配合量を32質量部に変えたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(Example 2)
Except having changed the compounding quantity of the titanium oxide C into 3 mass parts, it carried out similarly to Example 1, and obtained the heat conductive sheet pinched | interposed into the resin composition and two base materials.
Example 3
Except having changed the compounding quantity of the titanium oxide C into 9 mass parts, it carried out similarly to Example 1, and obtained the heat conductive sheet pinched | interposed into the resin composition and two base materials.
Example 4
Except having changed the compounding quantity of the titanium oxide C into 32 mass parts, it carried out similarly to Example 1, and obtained the heat conductive sheet pinched | interposed into the resin composition and two base materials.

(実施例5)
酸化チタンCの代わりに酸化チタンAを用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(実施例6)
酸化チタンCの代わりに酸化チタンBを用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(実施例7)
酸化チタンCの代わりに酸化チタンDを用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(Example 5)
A heat conductive sheet sandwiched between the resin composition and the two substrates was obtained in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide A was used instead of titanium oxide C.
(Example 6)
A heat conductive sheet sandwiched between the resin composition and the two substrates was obtained in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide B was used instead of titanium oxide C.
(Example 7)
Except having used titanium oxide D instead of titanium oxide C, it carried out similarly to Example 1, and obtained the heat conductive sheet pinched | interposed into the resin composition and two base materials.

(実施例8)
酸化チタンCの代わりに酸化チタンEを用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(実施例9)
酸化チタンCの代わりに酸化チタンFを用いたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(Example 8)
A heat conductive sheet sandwiched between the resin composition and the two substrates was obtained in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide E was used instead of titanium oxide C.
Example 9
A heat conductive sheet sandwiched between a resin composition and two substrates was obtained in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide F was used instead of titanium oxide C.

(比較例1)
酸化チタンCを配合しないこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(比較例2)
酸化チタンCの配合量を1.8質量部に変えたこと以外は実施例1と同様にして、樹脂組成物及び2つの基材に挟まれた熱伝導性シートを得た。
(Comparative Example 1)
A heat conductive sheet sandwiched between a resin composition and two substrates was obtained in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide C was not blended.
(Comparative Example 2)
Except having changed the compounding quantity of the titanium oxide C into 1.8 mass parts, it carried out similarly to Example 1, and obtained the heat conductive sheet pinched | interposed into the resin composition and two base materials.

実施例1〜9及び比較例1〜2で得られた熱伝導性シートについて、プレッシャークッカーテストにおける抽出液のpHの測定を次のようにして行った。
熱伝導性シート1g及び純水20gをそれぞれ秤量して容器に入れ、その容器を密封した後、121℃で72時間かけて加熱抽出し、室温まで冷却してから抽出液のpHをpH測定器で測定した。また、異なる二次焼結粒子を用いた場合に抽出液のpHにどの程度のバラツキが出るのかを示すために、各実施例及び比較例で作製した2種類の熱伝導性シート間のpHの差の絶対値を算出した。これらの結果を表3に示す。なお、各実施例及び比較例で使用した成分の種類や配合量などについても表3にまとめた。ここで、配合量は、特に単位を明記しない限りは質量部である。
About the heat conductive sheet obtained in Examples 1-9 and Comparative Examples 1-2, the pH of the extract in the pressure cooker test was measured as follows.
1 g of heat conductive sheet and 20 g of pure water are weighed and placed in a container, the container is sealed, heated and extracted at 121 ° C. for 72 hours, cooled to room temperature, and then the pH of the extract is measured by a pH meter. Measured with In addition, in order to show how much the pH of the extract varies when different secondary sintered particles are used, the pH between the two types of thermally conductive sheets prepared in each of the examples and comparative examples is shown. The absolute value of the difference was calculated. These results are shown in Table 3. Table 3 also shows the types and amounts of components used in each example and comparative example. Here, the blending amount is part by mass unless otherwise specified.

Figure 0005653280
Figure 0005653280

表3の結果に示されているように、実施例1〜9の熱伝導性シートは、プレッシャークッカーテストにおける抽出液のpHが6.5〜8.5の範囲にあり、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差も小さかった。したがって、樹脂組成物の硬化反応速度のバラツキを抑えることができ、放熱部材との接着性が高まると考えられる。
一方、比較例1の熱伝導性シートは、酸化チタンを配合していないため、プレッシャークッカーテストにおける抽出液のpHを特定の範囲に制御することができず、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差も大きかった。また、比較例2の熱伝導性シートは、酸化チタンを配合しているものの、その配合量が適切でないため、プレッシャークッカーテストにおける抽出液のpHを特定の範囲に制御することができず、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差も大きかった。このように、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子によってpHが変化すると、樹脂組成物の硬化反応速度のバラツキを抑えることができないため、放熱部材との接着性が低下してしまうと考えられる。
As shown in the results of Table 3, in the heat conductive sheets of Examples 1 to 9, the pH of the extract in the pressure cooker test is in the range of 6.5 to 8.5, and the content of impurities is The difference in pH between the two types of thermally conductive sheets using different secondary sintered particles was also small. Therefore, it is considered that variation in the curing reaction rate of the resin composition can be suppressed, and adhesion with the heat radiating member is enhanced.
On the other hand, since the heat conductive sheet of Comparative Example 1 does not contain titanium oxide, the pH of the extract in the pressure cooker test cannot be controlled within a specific range, and the secondary firing with different impurity contents is performed. The difference in pH between the two types of thermally conductive sheets using the particles was also large. Moreover, although the heat conductive sheet of Comparative Example 2 contains titanium oxide, the amount of the mixture is not appropriate, so the pH of the extract in the pressure cooker test cannot be controlled within a specific range, and impurities The difference in pH between the two types of thermally conductive sheets using secondary sintered particles having different contents was also large. As described above, when the pH is changed by the secondary sintered particles having different impurity contents, the variation in the curing reaction rate of the resin composition cannot be suppressed, so that the adhesiveness with the heat dissipation member is reduced. It is done.

ここで、酸化チタンの質量割合(二次焼結粒子及び酸化チタンの合計質量に対する酸化チタンの質量割合)と、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差との関係を示すグラフを図3に示す。このグラフでは、同じ種類の酸化チタンCを配合した実施例1〜4及び比較例2の熱伝導性シート、並びに酸化チタンを配合していない実施例1の熱伝導性シートにおける結果を比較した。
図3のグラフに示されるように、酸化チタンCを用いた場合は、その質量割合を1質量%以上とすることで、pH差を小さくすることができ、樹脂組成物の硬化反応速度のバラツキを抑えることができると考えられる。
Here, the mass ratio of titanium oxide (mass ratio of titanium oxide with respect to the total mass of secondary sintered particles and titanium oxide) and two types of thermally conductive sheets using secondary sintered particles having different impurity contents The graph which shows the relationship with the difference of pH between is shown in FIG. In this graph, the results of the thermal conductive sheets of Examples 1 to 4 and Comparative Example 2 in which the same type of titanium oxide C was blended and the thermal conductive sheet of Example 1 in which no titanium oxide was blended were compared.
As shown in the graph of FIG. 3, when titanium oxide C is used, by setting the mass ratio to 1 mass% or more, the pH difference can be reduced, and the variation in the curing reaction rate of the resin composition can be reduced. Can be suppressed.

次に、酸化チタンの比表面積と、不純物の含有量が異なる二次焼結粒子を用いた2種類の熱伝導性シート間のpHの差との関係を示すグラフを図4に示す。このグラフでは、同じ配合量の酸化チタンを配合した実施例1及び5〜9の熱伝導性シートにおける結果を比較した。
図4のグラフに示されるように、酸化チタンの比表面積が大きくなると、pH差が小さくなる傾向にある。酸化チタンの比表面積が17m/gでもpH差は十分に小さいが、より一層pH差を小さくして樹脂組成物の硬化反応速度のバラツキを抑えるには、酸化チタンの比表面積を20m/g以上とすることが好ましいと考えられる。
Next, FIG. 4 shows a graph showing the relationship between the specific surface area of titanium oxide and the difference in pH between two types of thermally conductive sheets using secondary sintered particles having different impurity contents. In this graph, the result in the heat conductive sheet of Example 1 and 5-9 which mix | blended the same compounding quantity titanium oxide was compared.
As shown in the graph of FIG. 4, when the specific surface area of titanium oxide increases, the pH difference tends to decrease. Although the specific surface area of titanium oxide 17m pH difference even 2 / g is sufficiently small, even more by reducing the pH difference suppress the variation of the curing reaction rate of the resin composition, the specific surface area of titanium oxide 20 m 2 / It is considered preferable to be g or more.

以上の結果からわかるように、本発明によれば、窒化ホウ素の不純物の含有量に影響されることなく硬化反応を制御することができ、且つ熱伝導性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性にも優れた熱伝導性シートを与える熱伝導性シート用樹脂組成物を提供することができる。また、本発明によれば、熱伝導性及び電気絶縁性だけでなく放熱部材との接着性にも優れた熱伝導性シートを提供することができる。さらに、本発明によれば、熱放散性及び電気絶縁性に優れ、信頼性の高いパワーモジュールを提供することができる。   As can be seen from the above results, according to the present invention, the curing reaction can be controlled without being affected by the impurity content of boron nitride, and not only the thermal conductivity and electrical insulation, but also the heat dissipation member and The resin composition for heat conductive sheets which gives the heat conductive sheet excellent also in the adhesiveness of can be provided. Moreover, according to this invention, the heat conductive sheet excellent not only in heat conductivity and electrical insulation but also in adhesiveness with a heat radiating member can be provided. Furthermore, according to the present invention, a highly reliable power module having excellent heat dissipation and electrical insulation can be provided.

1 熱伝導性シート、2 熱硬化性樹脂の硬化物、3 窒化ホウ素の二次焼結粒子、4 窒化ホウ素の一次粒子、5 両性酸化物のナノ粒子、10 パワーモジュール、11 熱伝導性シート、12 リードフレーム、13 電力半導体素子、14 ヒートシンク、15 制御用半導体素子、16 金属線、17 封止樹脂。   1 thermally conductive sheet, 2 cured product of thermosetting resin, 3 secondary sintered particles of boron nitride, 4 primary particles of boron nitride, 5 nanoparticles of amphoteric oxide, 10 power module, 11 thermal conductive sheet, 12 lead frame, 13 power semiconductor element, 14 heat sink, 15 control semiconductor element, 16 metal wire, 17 sealing resin.

Claims (9)

熱硬化性樹脂と、窒化ホウ素の二次焼結粒子とを含む熱伝導性シート用樹脂組成物において、
熱伝導性シートの121℃でのプレッシャークッカーテストにおける72時間後の抽出水のpHが6.5以上8.5以下となるように両性酸化物のナノ粒子配合されており、且つ前記窒化ホウ素の二次焼結粒子及び前記両性酸化物のナノ粒子の合計質量に対する前記両性酸化物のナノ粒子の質量割合が1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする熱伝導性シート用樹脂組成物。
In the resin composition for a heat conductive sheet containing a thermosetting resin and secondary sintered particles of boron nitride,
Amphoteric oxide nanoparticles are blended such that the pH of the extracted water after 72 hours in the pressure cooker test at 121 ° C. of the heat conductive sheet is 6.5 or more and 8.5 or less , and the boron nitride The resin for a heat conductive sheet, wherein the mass ratio of the amphoteric oxide nanoparticles to the total mass of the secondary sintered particles and the amphoteric oxide nanoparticles is 1% by mass or more and 10% by mass or less. Composition.
前記両性酸化物のナノ粒子の比表面積が20m/g以上であることを特徴とする請求項に記載の熱伝導性シート用樹脂組成物。 2. The resin composition for a heat conductive sheet according to claim 1 , wherein the specific surface area of the amphoteric oxide nanoparticles is 20 m 2 / g or more. 前記両性酸化物が酸化チタンであることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱伝導性シート用樹脂組成物。The resin composition for a heat conductive sheet according to claim 1, wherein the amphoteric oxide is titanium oxide. 熱硬化性樹脂の硬化物中に窒化ホウ素の二次焼結粒子を含む熱伝導性シートにおいて、
熱伝導性シートの121℃でのプレッシャークッカーテストにおける72時間後の抽出水のpHが6.5以上8.5以下となるように両性酸化物のナノ粒子配合されており、且つ前記窒化ホウ素の二次焼結粒子及び前記両性酸化物のナノ粒子の合計質量に対する前記両性酸化物のナノ粒子の質量割合が1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする熱伝導性シート。
In a thermally conductive sheet containing secondary sintered particles of boron nitride in a cured product of a thermosetting resin,
Amphoteric oxide nanoparticles are blended such that the pH of the extracted water after 72 hours in the pressure cooker test at 121 ° C. of the heat conductive sheet is 6.5 or more and 8.5 or less , and the boron nitride A mass ratio of the amphoteric oxide nanoparticles to the total mass of the secondary sintered particles and the amphoteric oxide nanoparticles is 1% by mass or more and 10% by mass or less .
前記両性酸化物のナノ粒子の比表面積が20m/g以上であることを特徴とする請求項に記載の熱伝導性シート。 The heat conductive sheet according to claim 4 , wherein a specific surface area of the amphoteric oxide nanoparticles is 20 m 2 / g or more. 前記両性酸化物が酸化チタンであることを特徴とする請求項4又は5に記載の熱伝導性シート。The thermally conductive sheet according to claim 4 or 5, wherein the amphoteric oxide is titanium oxide. 一方の放熱部材に搭載された電力半導体素子と、前記電力半導体素子で発生する熱を外部に放熱する他方の放熱部材と、前記電力半導体素子で発生する熱を前記一方の放熱部材から前記他方の放熱部材に伝達する、請求項4〜6のいずれか一項に記載の熱伝導性シートとを備えることを特徴とするパワーモジュール。   A power semiconductor element mounted on one heat dissipation member; another heat dissipation member that radiates heat generated in the power semiconductor element to the outside; and heat generated in the power semiconductor element from the one heat dissipation member to the other A power module comprising the thermally conductive sheet according to any one of claims 4 to 6, which is transmitted to a heat radiating member. 前記電力半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項7に記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 7, wherein the power semiconductor element is formed of a wide band gap semiconductor. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項8に記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 8, wherein the wide band gap semiconductor is silicon carbide, a gallium nitride-based material, or diamond.
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