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技術 絶縁シートの製造方法

出願人 日東シンコー株式会社
発明者 中尾真樹
出願日 2013年10月24日 (6年8ヶ月経過) 出願番号 2013-221526
公開日 2015年4月27日 (5年2ヶ月経過) 公開番号 2015-082651
状態 特許登録済
技術分野 積層体(2) 高分子組成物 多層プリント配線板の製造
主要キーワード カットオフ電流 球状電極 多段プレス機 各樹脂シート 加熱プレス後 熱プレス前 評価温度 パルス加熱
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

熱伝導性及び絶縁性に優れた絶縁シートを製造し得る絶縁シートの製造方法を提供する。

解決手段

積層構造を有する絶縁層を備えた絶縁シートを作製すべく、窒化ホウ素を含む凝集体エポキシ樹脂とを含有する樹脂シートを少なくとも2枚積層し、積層した該樹脂シートを熱プレスすることにより前記絶縁層を形成させる絶縁シートの製造方法であって、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施し、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下にすることを特徴とする絶縁シートの製造方法を提供する。

概要

背景

従来、エレクトロニクス分野において、金属ベース回路基板パワーモジュール等に用いられている絶縁シートは、エポキシ樹脂無機フィラーとを含有している。

例えば、特許文献1には、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含む樹脂組成物により形成された樹脂シートと、金属箔により形成された金属層とが積層された絶縁シートが記載されており、この絶縁シートが多層プリント配線板に用いられることが記載されている。

斯かる絶縁シートは、通常、絶縁性に加え、熱伝導性が求められていることから、含有される無機フィラーには、高い熱伝導率を有する窒化ホウ素等が用いられている。

また、粒径の大きな窒化ホウ素を含有させる方が、熱伝達経路において窒化ホウ素とエポキシ樹脂との界面の形成が少なく熱伝導性に有利であり、また、窒化ホウ素を高充填させる方が熱伝導性に有利である。

しかるに、窒化ホウ素を高充填させると、樹脂シートにはボイドが形成されやすくなり、斯かるボイドが樹脂シートを貫通する場合には、ボイドを介して、絶縁されるべき媒体間通電されるという問題がある。
斯かる観点から、樹脂シートを貫通するボイドが形成されても、このボイドを介して、絶縁されるべき媒体間が通電されないように、前記樹脂シートを少なくとも2枚積層し、熱プレスし2層以上の樹脂層を有する積層体を形成する方法も提案されている(例えば、特許文献2、3)。

概要

熱伝導性及び絶縁性に優れた絶縁シートを製造し得る絶縁シートの製造方法を提供する。積層構造を有する絶縁層を備えた絶縁シートを作製すべく、窒化ホウ素を含む凝集体とエポキシ樹脂とを含有する樹脂シートを少なくとも2枚積層し、積層した該樹脂シートを熱プレスすることにより前記絶縁層を形成させる絶縁シートの製造方法であって、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施し、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下にすることを特徴とする絶縁シートの製造方法を提供する。

目的

本発明は、上記要望点に鑑み、絶縁性及び熱伝導性に優れる絶縁シートを製造しうる絶縁シートの製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

積層構造を有する絶縁層を備えた絶縁シートを作製すべく、窒化ホウ素を含む凝集体エポキシ樹脂とを含有する樹脂シートを少なくとも2枚積層し、積層した該樹脂シートを熱プレスすることにより前記絶縁層を形成させる絶縁シートの製造方法であって、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施し、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下にすることを特徴とする絶縁シートの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、絶縁シートの製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、エレクトロニクス分野において、金属ベース回路基板パワーモジュール等に用いられている絶縁シートは、エポキシ樹脂無機フィラーとを含有している。

0003

例えば、特許文献1には、エポキシ樹脂と無機フィラーとを含む樹脂組成物により形成された樹脂シートと、金属箔により形成された金属層とが積層された絶縁シートが記載されており、この絶縁シートが多層プリント配線板に用いられることが記載されている。

0004

斯かる絶縁シートは、通常、絶縁性に加え、熱伝導性が求められていることから、含有される無機フィラーには、高い熱伝導率を有する窒化ホウ素等が用いられている。

0005

また、粒径の大きな窒化ホウ素を含有させる方が、熱伝達経路において窒化ホウ素とエポキシ樹脂との界面の形成が少なく熱伝導性に有利であり、また、窒化ホウ素を高充填させる方が熱伝導性に有利である。

0006

しかるに、窒化ホウ素を高充填させると、樹脂シートにはボイドが形成されやすくなり、斯かるボイドが樹脂シートを貫通する場合には、ボイドを介して、絶縁されるべき媒体間通電されるという問題がある。
斯かる観点から、樹脂シートを貫通するボイドが形成されても、このボイドを介して、絶縁されるべき媒体間が通電されないように、前記樹脂シートを少なくとも2枚積層し、熱プレスし2層以上の樹脂層を有する積層体を形成する方法も提案されている(例えば、特許文献2、3)。

先行技術

0007

特開2006−191150号公報
特開2005−298582号公報
特開2010−094887号公報

発明が解決しようとする課題

0008

ところで、昨今では、絶縁性及び熱伝導性がより一層優れた絶縁シートが求められることがあるが、従来の絶縁シートでは、斯かる要求を十分満足できない場合がある。

0009

本発明は、上記要望点に鑑み、絶縁性及び熱伝導性に優れる絶縁シートを製造しうる絶縁シートの製造方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、積層構造を有する絶縁層を備えた絶縁シートを作製すべく、窒化ホウ素を含む凝集体とエポキシ樹脂とを含有する樹脂シートを少なくとも2枚積層し、積層した該樹脂シートを熱プレスすることにより前記絶縁層を形成させる絶縁シートの製造方法であって、
175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施し、
前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下にすることを特徴とする絶縁シートの製造方法にある。

0011

斯かる絶縁シートの製造方法によれば、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施し、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下にすることにより、絶縁性及び熱伝導性に優れた絶縁シートを作製することができる。これは、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施し、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下にすることにより、樹脂シートどうしの間に界面が生じるのを抑制でき、その結果、絶縁性及び熱伝導性に優れた絶縁シートを作製することができることによるものと考えられる。
また、凝集された形態で窒化ホウ素が含有された樹脂シートを用いることにより、得られる絶縁シートを熱伝導性に優れたものとすることができる。

発明の効果

0012

以上のように、本発明によれば、絶縁性及び熱伝導性に優れた絶縁シートを作製することができる。

図面の簡単な説明

0013

塗工装置を表す概略断面図。
熱プレスを行う直前の状態を表す概略断面図。
熱プレスを行った直後の状態を表す概略断面図。
支持層剥離した直後の状態を表す概略断面図。
粘度の測定時の樹脂シートの状態を表す概略図。
エッチングされた積層体を表す概略図。
耐電圧の測定における配置を表す概略図。

0014

以下に、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面に基づき説明する。

0015

本実施形態の絶縁シートの製造方法では、無機充填剤としての窒化ホウ素を含む凝集体と、エポキシ樹脂とを含有する樹脂組成物を調製する樹脂組成物調製工程と、前記樹脂組成物をシート状に成形して樹脂シートを形成する樹脂シート形成工程と、少なくとも2枚の前記樹脂シートを積層し、積層した該樹脂シートを熱プレスし2層以上の樹脂層を有する積層体たる絶縁層を形成する熱プレス工程とを実施し、該積層体たる絶縁層を備える絶縁シートを形成する。

0016

本実施形態の絶縁シートの製造方法では、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度、好ましくは1.0×106 〜1.0×108 Pa・sの粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シートを隣接させて、前記熱プレスを実施する。
前記樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度は、動的粘弾性法により測定することができる。

0017

また、本実施形態の絶縁シートの製造方法では、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の40%以上80%以下、好ましくは50%以上70%以下にする。
前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計は、マイクロメーター又は高周波膜圧計により測定することができる。
前記熱プレス前における前記隣接する各樹脂シートの厚みは、マイクロメーター又は高周波膜圧計により測定することができる。

0018

前記樹脂組成物調製工程は、窒化ホウ素を含む凝集体と、エポキシ樹脂と、必要に応じて揮発性溶媒とその他の成分とを一般的な方法で混合して前記樹脂組成物を調製する工程である。

0019

前記樹脂組成物調製工程における樹脂組成物の作製方法としては、例えば、エポキシ樹脂を揮発性溶媒で溶解し、更に前記凝集体やその他の成分を加え混合する方法を採用することができる。また、例えば、エポキシ樹脂を加熱溶融しながら、前記凝集体とこの加熱溶融したエポキシ樹脂とその他の成分とをミキサー等によって混合する方法を採用することができる。

0020

前記凝集体は、積層体において窒化ホウ素が所望の含有量となるように前記樹脂組成物に配合される。具体的には、前記窒化ホウ素の含有量は、積層体を形成させる樹脂組成物のうち、揮発性溶媒を除いた成分に占める窒化ホウ素の体積割合により決定することができる。

0021

前記積層体における窒化ホウ素は、50体積%以上であることが好ましく、65体積%以下であることが好ましい。50体積%以上であることにより、絶縁シートの熱伝導性がより高まり得る。また、積層体に含有し得る上限という点で、前記窒化ホウ素の含有量は65体積%以下であることが好ましい。なお、体積は20℃における体積を意味する。

0022

なお、本明細書中における“凝集体”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(集合状粒子)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(顆粒状粒子)などをも包含する意味で“凝集体”との用語を用いている。

0023

凝集体の平均粒径は、好ましくは10〜50μmである。
熱伝導性の観点からは、凝集体の粒径が大きいほど好ましいが、凝集体の最大粒径が、積層体の厚さを超えると、絶縁されるべき媒体間が通電される虞があることから、最大粒径が樹脂層の厚さを超え積層体の厚さ以下となるように、樹脂層の厚さを超え積層体の厚さ以下の目開きを有する標準ふるい(JIS Z 8801−1:2006)を用いて、凝集体をい分けしてこのふるい上に残る凝集体を除去し、このふるいの目を通過した凝集体を用いることが好ましい。
例えば、樹脂層の厚さを100μm、積層体の厚さを200μmに形成させる場合には、目開きが105μmである標準ふるいを用いて、凝集体を篩い分けしてこのふるい上に残る凝集体を除去し、このふるいの目を通過した凝集体を用いる。

0024

前記樹脂組成物には、前記凝集体以外の無機充填剤を含有させてもよい。前記凝集体以外の無機充填剤としては、特に限定するものではなく従来公知の各種無機充填剤が挙げられ、例えば、石英ガラス粉末タルクシリカ粉末溶融シリカ粉末結晶性シリカ粉末等)、アルミナ粉末窒化アルミニウム粉末窒化ケイ素粉末等が挙げられる。なかでも、アルミナ粉末、又はシリカ粉末を用いることがより好ましく、アルミナ粉末及びシリカ粉末を用いることがさらにより好ましい。

0025

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積層体にあるボイド(空隙)などが消滅しにくく、絶縁性を低下させるおそれもある。
樹脂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60℃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 7236:2001により求めることができる。

0026

さらに、エポキシ樹脂の硬化剤硬化促進剤を樹脂組成物に含有させて熱硬化性を付与することができる。
前記硬化剤としては、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保存性などにおいて好適である。

0027

前記その他の成分としては、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プラスチック配合薬品として一般に用いられるその他の成分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。

0028

前記揮発性溶媒は、前記樹脂組成物に含まれる成分を均一分散させるべく用いられる。
前記揮発性溶媒としては、特に限定されないが、樹脂シート形成工程時において揮発除去が容易であるという点で、沸点が120℃以下のものが好ましい。また、樹脂組成物との反応性がないという点で、メチルエチルケトンアセトントルエン等を用いることが好ましい。

0029

前記樹脂シート形成工程は、前記凝集体とエポキシ樹脂とを備える樹脂組成物をシート状に成形して樹脂シートを形成する工程である。

0030

前記樹脂シート形成工程では、例えば、揮発性溶媒が用いられるなどして樹脂組成物として常温で液状のものを用いる場合には、図1に示すような一般的な塗工装置により、樹脂シートを形成させるための樹脂組成物2’を支持層1の一面側に塗工し、続いて、樹脂組成物2’を乾燥させることにより支持層1上に樹脂シートを形成させることができる。

0031

前記樹脂組成物2’を塗工する方法としては、特に限定されず、ドクターブレード法コーター法、押し出し成形法スクリーン印刷法メタルマスク印刷法などを採用できる。

0032

前記樹脂組成物2’を乾燥する方法としては、常圧での加温による乾燥方法の他、真空条件下で前記樹脂組成物2’中の揮発性溶媒を揮発除去させる方法も採用できる。前記樹脂組成物2’中に揮発性溶媒が含まれている場合、通常、この乾燥により樹脂組成物2’が乾燥し固化する。前記樹脂組成物2’を乾燥する温度としては、特に限定されないが、樹脂組成物2’に配合された揮発性溶媒の沸点以上であってエポキシ樹脂の完全硬化温度以下の温度が好ましく、通常は70〜130℃が適当である。

0033

前記樹脂シート形成工程では、図1に示したように支持層1を用いる場合、該支持層1としては、例えば、表面未処理の他、表面粗化処理表面離型処理されたシート状のものを用いることができる。前記支持層1の材質としては、特に限定されるものではなく、ポリエステルポリオレフィンポリイミドなどのプラスチック、銅、アルミニウムニッケルなどの金属等が挙げられる。なかでも、剥離性が良好で、外形加工性もよく、安価であるという点において、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。前記支持層1の厚みとしては、通常、25〜188μmを例示できる。

0034

また、前記樹脂シート形成工程では、例えば、支持層1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樹脂組成物2’の塗工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方法などを採用することもできる。

0035

前記樹脂シートは、図2に示すように、ボイド5を有している。樹脂シート2a、2a’を熱プレスすることにより、樹脂シート2a、2a’のボイド5を減少させることができるため、図3に示すように、熱プレス工程後に形成される樹脂層2b、2b’の方が、樹脂シート2a、2a’よりも厚さが小さくなる。したがって、斯かる厚さの変化を考慮して、例えば、支持層1に樹脂組成物2’を塗工する際の厚みを適切に設定することにより、所望の樹脂層2b、2b’の厚みとすることができる。樹脂シート2a、2a’の厚みとしては、特に限定されるものではなく、通常、50〜300μmが挙げられる。前記樹脂シート2a、2a’の厚みは、容易にシート状に形成できる厚みの下限という点で、50μm以上であることが好ましい。また、樹脂シート2a、2a’に含有されうるボイドを熱プレス工程で容易に減少させることができるという観点で、300μm以下であることが好ましい。

0036

尚、樹脂層が積層されている面の単位面積当たりの樹脂層の質量をw、樹脂層の厚さをm、樹脂層の密度をρとすると、下記式(1)で表される。
w=m×ρ (1)
また、樹脂層の密度ρは、樹脂シートにおいて、樹脂層の各成分の密度に、樹脂層における各成分の体積割合を乗じたものの和から算出することができる。若しくは、別途樹脂層を1層形成し、斯かる質量と体積を測定して、樹脂層の密度ρを算出しても良い。
更に、樹脂層の質量は、該樹脂層の形成に使用された樹脂組成物の質量から、熱プレス時揮発する成分の質量分を引いて算出することができる。
従って、乾燥後の単位面積当たりの質量がwとなるように樹脂シートを形成させることにより、後段における熱プレス工程後の樹脂層の厚さを目的とする厚さmとすることができる。

0037

前記熱プレス工程は、少なくとも2枚の樹脂シート2a、2a’を積層し、積層した前記樹脂シート2a、2a’を熱プレスし2層以上の樹脂層2b、2b’を有する積層体2cを形成する工程である。
前記熱プレスでの圧力は、好ましくは1〜20MPa、より好ましくは2〜15MPa、更により好ましくは4〜10MPaとする。
熱プレスの圧力を20MPa以下とすることにより、窒化ホウ素3aによって形成された凝集体3が崩壊するのを抑制することができる。よって、得られる絶縁シートを熱伝導性に優れたものとすることができる。また、熱プレスの圧力を1MPa以上とすることにより、樹脂シート2a、2a’に含まれていたボイド5を減少させることができる。よって、得られる絶縁シートを絶縁性に優れたものとすることができる。

0038

前記熱プレス工程では、例えば図2に示すように、前記樹脂シート形成工程で調製した支持層1付き樹脂シート2a、2a’を2枚、樹脂シート2a、2a’の支持層がない面同士が向かい合うように重ねあわせ、図3のように重ね合わせた樹脂シート2a、2a’を熱プレスによって一体化して、2層の樹脂層2b、2b’を有する絶縁層たる積層体2cを形成する。
また、図4に示すように、熱プレスで形成した積層体における樹脂層2b、2b’の一方から支持層1を剥離し、該支持層1が剥離された樹脂層2bに、さらに樹脂シート2aを積層し、該積層した樹脂シート2aを熱プレスによって一体化し、3層の樹脂層2bを有する積層体2cを形成してもよい。
更に、3枚以上の樹脂シート2aを積層し、該積層した樹脂シート2aを熱プレスによって一体化して、3層以上の樹脂層2bを有する積層体2cを形成してもよい。
また、積層する樹脂シートとしては、シートの厚さ、エポキシ樹脂の種類、窒化ホウ素の種類等が異なるもの同士を積層したものを用いても良いが、同種のものを用いる方が好ましい。

0039

圧力以外の前記熱プレスの条件としては、特に限定されないが、温度40〜160℃、2秒〜10時間が例示できる。熱硬化をさらに促進するという点で40℃以上であることが好ましく、積層体2cに含まれているエポキシ樹脂の硬化反応が進みすぎて、電気が絶縁されるべき媒体間に積層体2cを接着できなくなることを防止するという点で160℃以下であることが好ましい。
また、ボイド5を効率良く取り除き得るという点で、減圧下にて熱プレスを行うことがより好ましい。

0040

前記熱プレスを実施した後、積層体2cに含まれているエポキシ樹脂は、未硬化の状態、より詳しくは、完全に硬化していない半硬化の状態であるのが好ましい。半硬化の状態としては、実施例に記載されているDSC測定において、全く硬化させていない積層体2cの発熱量を100%として、前記熱プレス工程を実施したあとの積層体2cの発熱量が20〜85%の範囲であることが好ましい。

0041

前記熱プレス工程において、前記樹脂シート2aを複数枚重ねた状態で熱プレスする場合、該積層体2cの厚みとしては、限定されるものではないが、例えば100〜300μmが挙げられる。

0042

前記熱プレス工程は、加熱装置を備えているほかに、例えば、減圧装置を備えているプレス機冷却装置を備えているプレス機、その他、多段プレス機などによって実施することができる。
また、前記熱プレス工程を実施する具体的方法としては、加熱プレスして自然冷却する方法、熱交換による加熱冷却一貫プレス方法、加熱プレスと冷却プレスとを分け加熱プレス後冷却プレスを行う方法等が例示される。

0043

本実施形態の絶縁シートの製造方法において形成された絶縁シートは、例えば、5kV以上の耐電圧を備えてなる。

0044

絶縁シートは、絶縁層たる積層体2cが脆いため、例えば、積層体2cに、支持層1が積層された構成で用いられうる。支持層としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属箔若しくは金属板等が挙げられる。絶縁シートは、積層体2cに金属箔若しくは金属板が積層されてなることにより、絶縁シートの強度が高まる。

0045

また、本実施形態における絶縁シートは、金属ベース回路基板に用いられうる。該金属ベース回路基板は、例えば、前記金属板を備えた絶縁シートにおける積層体2c上に回路層が接着されて構成されうる。斯かる構成からなる金属ベース回路基板は、前記絶縁シートを有しているため、この金属ベース回路基板も熱伝導性ならびに絶縁性に比較的優れたものとなる。

0046

更に、本実施形態における絶縁シートは、パワーモジュールに用いられうる。該パワーモジュールは、例えば、前記金属ベース回路基板の回路層の上に半導体チップや、パワーICなどの発熱素子実装され、これらの素子が一旦シリコーンゲルにて封止され、さらにシリコーンゲル上に樹脂モールドが実施されて構成されうる。斯かる構成からなるパワーモジュールは、前記絶縁シートを有しているため、このパワーモジュールも熱伝導性ならびに絶縁性に比較的優れたものとなる。

0047

本実施形態の絶縁シートの製造方法は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。

0048

即ち、本実施形態の絶縁シートの製造方法は、積層構造を有する絶縁層を備えた絶縁シートを作製すべく、窒化ホウ素3aを含む凝集体3とエポキシ樹脂4とを含有する樹脂シート2a、2a’を少なくとも2枚積層して前記絶縁層を形成させる絶縁シートの製造方法である。また、本実施形態の絶縁シートの製造方法では、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シート2a、2a’を隣接させて、前記熱プレスを実施する。さらに、本実施形態の絶縁シートの製造方法は、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シート2a、2a’の厚みの合計の40%以上80%以下にする。
斯かる絶縁シートの製造方法によれば、175℃に加熱した際に1.0×108 Pa・s以下の粘度を示し、且つ、内部に空隙を有する2枚の樹脂シート2a、2a’を隣接させて、前記熱プレスを実施し、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計を、前記熱プレス前における前記隣接する2枚の樹脂シート2a、2a’の厚みの合計の40%以上80%以下にすることにより、絶縁性及び熱伝導性に優れた絶縁シートを作製することができる。
また、凝集された形態で窒化ホウ素3aが含有された樹脂シート2a、2a’を用いることにより、得られる絶縁シートを熱伝導性に優れたものとすることができる。

0049

なお、樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度については、従来公知の方法で低く調整することが可能である。例えば、樹脂組成物に含有させる窒化ホウ素の量を少なくしたり、平均粒径が大きい窒化ホウ素を用いたりすることでこの粘度を低く調整することができる。また、樹脂シートを形成する際にエポキシ樹脂の硬化反応を抑制することでこの粘度を低く調整することができる。

0050

次に、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。

0051

<樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度>
樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度は、上述した方法によって求めた。具体的には、以下の方法によって求めた。
すなわち、まず、樹脂シートから支持層を剥離し、10mm(幅)×50mm(長さ)×200μm(厚み)に樹脂シートを切り出して、測定試料を得た。そして、図5に示すように、この測定試料2aについて長さ方向の両端を測定ヘッド7でクランプし、下記の条件で前記粘度を測定した。
測定装置:ARES(TA Instruments社製)
測定条件測定モード :トーションフリー
周波数/歪み :1Hz/0.03%
測定長:33mm
昇温速度 :40℃/min(30℃→175℃)
評価温度・時間:175℃等温保持30分

0052

<熱プレス前における隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計に対する、熱プレス後における隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の比>
熱プレス前における隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計に対する、熱プレス後における隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計の比(「圧縮比」ともいう。)については、上述した方法によって、前記熱プレス後における前記隣接する2枚の樹脂シートの厚みの合計、及び、前記熱プレス前における前記隣接する各樹脂シートの厚みを求め、これらの値から求めた。

0053

(実施例1)
下記の<樹脂組成物の配合>に示す配合にて樹脂組成物をディスパーにて減圧下で混合し、樹脂組成物調製工程を実施した。なお、下記の無機充填剤としての窒化ホウ素粉末と、カップリング剤としての3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランとについては、他の材料と混合する前に、前もって窒化ホウ素粉末と3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランとを混合させた。
<樹脂組成物の配合>
・エポキシ樹脂としてのトリスフェノールメタン型エポキシ樹脂分子量:900) 100.0質量部
・硬化剤としてのフェノールノボラック樹脂(分子量:1650) 62.13質量部
・硬化促進剤としてのテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート平均粒子径:2μm) 1.00質量部
・カップリング剤としての3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 6.00質量部
・無機充填剤としての窒化ホウ素を含む凝集体(平均粒子径:30μm) 400.0質量部
・無機充填剤としてのシリカ粉末4.6質量部
・揮発性溶媒としてのメチルエチルケトン308.9質量部

0054

基材たる銅箔面積:2500cm2)に上記樹脂組成物(厚み:約200μm)を塗工した。塗工方式としては、コーター方式、ロールトゥロールを採用し、乾燥条件としては、120℃で5分間とした。以上のようにして、樹脂シート形成工程を実施した。
得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度(単に「粘度」ともいう。)は、下記表1に示す。

0055

上記方法で得られた樹脂シートうち、支持層と接していない面同士が向かい合うように、2枚の樹脂シートを重ね合わせて、温度:100℃、圧力:8MPa、時間:20分間の条件で熱プレスし、実施例1の金属箔を備えた絶縁シートを作製した。
圧縮比は、下記表1に示す。

0056

(実施例2)
エポキシ樹脂100質量部に対して、カップリング剤を5.70質量部、凝集体を380.0質量部、シリカ粉末を16.5質量部、揮発性溶媒を304.4質量部にして樹脂シートを得たこと以外は、実施例1と同様にして、絶縁シートを作製した。得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度と、圧縮比とは、下記表1に示す。

0057

(実施例3)
エポキシ樹脂100質量部に対して、カップリング剤を6.29質量部、凝集体を419.2質量部、シリカ粉末を17.7質量部、揮発性溶媒を326.5質量部にして樹脂シートを得たこと以外は、実施例1と同様にして、絶縁シートを作製した。得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度と、圧縮比とは、下記表1に示す。

0058

(実施例4)
エポキシ樹脂100質量部に対して、カップリング剤を6.42質量部、凝集体を428.0質量部、シリカ粉末を4.8質量部、揮発性溶媒を324.3質量部にして樹脂シートを得たこと以外は、実施例1と同様にして、絶縁シートを作製した。得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度と、圧縮比とは、下記表1に示す。

0059

(実施例5)
エポキシ樹脂100質量部に対して、カップリング剤を6.29質量部、凝集体を419.2質量部、シリカ粉末を4.7質量部、揮発性溶媒を319.5質量部にして樹脂シートを得たこと以外は、実施例1と同様にして、絶縁シートを作製した。得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度と、圧縮比とは、下記表1に示す。

0060

(比較例1)
実施例5で得られた樹脂シートを、温度:150℃、圧力:8MPa、時間:15分間の条件で熱プレスすることにより比較例1の樹脂シートを得たこと以外は、実施例1と同様にして、絶縁シートを作製した。得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度と、圧縮比とは、下記表1に示す。

0061

(比較例2)
乾燥条件を150℃で20分間としたこと以外は、実施例5と同様にして樹脂シートを得、そして、絶縁シートを得た。得られた樹脂シートの175℃に加熱した際の粘度と、圧縮比とは、下記表1に示す。

0062

上記のとおり製造した、各実施例、比較例の絶縁シートの絶縁層たる積層体を完全硬化させ、耐電圧、熱伝導率を測定した。完全硬化のための処理条件は、170℃で8時間とした。各測定方法の詳細は以下に説明する。結果を表1に示す。

0063

<耐電圧>
耐電圧は、波高率が1.34〜1.48の間にあり、50又は60Hzの周波数の電圧を加えることができる最大電圧AC10kV以上の絶縁破壊装置により測定した。測定方法の詳細については図6、7を参照しながら以下に説明する。
70mm×60mmの絶縁シートの片側の銅箔を剥離し、該剥離面にアルミ板を積層し加熱して、アルミ板を絶縁シートに一体化させ、さらに加熱して積層体を完全硬化させた。積層体の界面から放電が生じることを避けるべく、図6に示すように、銅箔11を60mm×50mmのサイズで銅箔11の四つの角をとるように(半径が5mmとなるように)エッチングして、試料を得た。図7に示すように、この試料6を油槽24の絶縁油23(JIS C2320:1999)中でアルミ板側を下にして黄銅性円板電極22(φ:40mm)上に置き、この試料6の上に、この試料6の略中央部分で接するように黄銅性球状電極21(φ:15mm、重さ:50g)を置いた。この絶縁油23は20±10℃に保ち、試料6に約AC7kVrmsで1分間印加した。そして、絶縁破壊が発生していない場合には、速やかにAC0.5kVrms上げて1分間印加し、絶縁破壊が発生するまでAC0.5kVrms間隔(0.5kVステップ、1分間印加)で昇圧した。
尚、絶縁破壊の判断基準として、カットオフ電流を10mAとした。そして、絶縁破壊が発生した電圧より0.5kV低い印加電圧を耐電圧とした。

0064

<熱伝導率>
厚み方向の熱伝導率は、パルス加熱法で、キセノンフラッシュアナライザー(NETZSCH社製)を用いて測定した。

0065

<無機充填剤の充填率
絶縁層における無機充填剤の充填率は、絶縁層を700℃で1時間加熱し、また、加熱前後の質量をそれぞれ測定し、下記式により求めた。
充填率(%) = (加熱後の質量/加熱前の質量)×100%

0066

結果を表1に示す。

0067

実施例

0068

本発明の範囲内の方法で作製した実施例1〜5の絶縁シートは、圧縮比が98.2%である比較例1の絶縁シート、及び、175℃に加熱した際に1.43×108 Pa・sの粘度を示す樹脂シートを用いて作製した比較例2の絶縁シートに比べて、耐電圧が高く、更に、熱伝導率が高かった。
すなわち、本発明によれば、絶縁性及び熱伝導性に優れた絶縁シートを作製することができる。

0069

1:支持層、2’:樹脂組成物、2a、2a’:樹脂シート、2b、2b’:樹脂層、2c:積層体(絶縁層)、3a:窒化ホウ素、3:凝集体、4:エポキシ樹脂、5:ボイド、6:試料、7:測定ヘッド、11:銅箔、21:黄銅性球状電極、22:黄銅性円板電極、23:絶縁油、24:油槽

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