Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7655035B2 - Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7655035B2 - Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device - Google Patents

Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP7655035B2
JP7655035B2 JP2021051354A JP2021051354A JP7655035B2 JP 7655035 B2 JP7655035 B2 JP 7655035B2 JP 2021051354 A JP2021051354 A JP 2021051354A JP 2021051354 A JP2021051354 A JP 2021051354A JP 7655035 B2 JP7655035 B2 JP 7655035B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
boron nitride
thermally conductive
agglomerated particles
resin
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021051354A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022149288A (en
Inventor
俊昭 蛯谷
展 渡邉
秀次 鈴木
純 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2021051354A priority Critical patent/JP7655035B2/en
Priority to PCT/JP2022/014231 priority patent/WO2022203031A1/en
Priority to TW111111372A priority patent/TW202302763A/en
Publication of JP2022149288A publication Critical patent/JP2022149288A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7655035B2 publication Critical patent/JP7655035B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、熱伝導性樹脂組成物、熱伝導性樹脂シート、該熱伝導性樹脂シート表面に、放熱用金属層を積層してなる構成を備えた積層放熱シート、さらに導電回路を形成してなる構成を備えた放熱性回路基板に関する。 The present invention relates to a thermally conductive resin composition, a thermally conductive resin sheet, a laminated heat dissipation sheet having a configuration in which a heat dissipation metal layer is laminated on the surface of the thermally conductive resin sheet, and a heat dissipation circuit board having a configuration in which a conductive circuit is further formed.

近年、鉄道・自動車・産業用、一般家電用等の様々な分野で使用されているパワー半導体デバイスは、更なる小型化・低コスト化・高効率化等の為に、従来のSiパワー半導体から、SiC、AlN、GaN等を使用したパワー半導体へ移行しつつある。
パワー半導体デバイスは、一般的には、複数の半導体デバイスを共通のヒートシンク上に配してパッケージングしたパワー半導体モジュールとして利用される。
In recent years, power semiconductor devices used in various fields such as railways, automobiles, industry, and general home appliances are being shifted from conventional Si power semiconductors to power semiconductors using SiC, AlN, GaN, etc. in order to achieve further miniaturization, cost reduction, and efficiency improvement.
Power semiconductor devices are generally used as power semiconductor modules in which a plurality of semiconductor devices are arranged on a common heat sink and packaged.

このようなパワー半導体デバイスの実用化に向けて、種々の課題が指摘されている。そのうちの一つにデバイスからの発熱の問題がある。パワー半導体デバイスは、高温で作動させることにより高出力・高密度化が可能となる。他方、デバイスのスイッチングに伴う発熱等は、パワー半導体デバイスの信頼性を低下させることが懸念されている。 Various issues have been raised in the practical application of such power semiconductor devices. One of these issues is the problem of heat generation from the devices. Power semiconductor devices can achieve high output and high density when operated at high temperatures. However, there are concerns that the heat generated by device switching may reduce the reliability of power semiconductor devices.

近年、特に電気・電子分野では、集積回路の高密度化に伴う発熱が大きな問題となっており、いかに熱を放散するかが緊急の課題となっている。この課題を解決する一つの手法として、パワー半導体デバイスを実装する放熱基板に、アルミナ基板や窒化アルミニウム基板などの熱伝導性の高いセラミック基板を使用することが行われている。しかし、セラミックス基板では、衝撃で割れやすい、薄膜化が困難で小型化が難しいなどの問題があった。 In recent years, particularly in the electrical and electronics fields, heat generation due to the increasing density of integrated circuits has become a major problem, and how to dissipate the heat has become an urgent issue. One method of solving this problem is to use highly thermally conductive ceramic substrates such as alumina substrates and aluminum nitride substrates as heat dissipation substrates on which power semiconductor devices are mounted. However, ceramic substrates have problems such as being easily cracked by impact, and being difficult to make into thin films and compact.

そこで、前記セラミックス基板の代替製品として、樹脂と無機フィラーを含有する熱伝導性樹脂シートが検討されている。
中でも、無機フィラーとしては、熱伝導性等の観点から六方晶窒化ホウ素が注目されている。
しかし、六方晶窒化ホウ素粒子は板状であるため、面方向(ab軸方向)には熱伝導性が高いが、厚み方向(c軸方向)には熱伝導性が低い。この六方晶窒化ホウ素を樹脂に配合してシートに成形した場合、六方晶窒化ホウ素は樹脂組成物の流動方向、つまりシートの面方向に配向しやすいので、得られる熱伝導性樹脂シートは、面方向の熱伝導率は高いが、厚み方向の熱伝導率が低くなってしまう。
Therefore, thermally conductive resin sheets containing resin and inorganic filler are being considered as alternative products to the ceramic substrates.
Among these, as an inorganic filler, hexagonal boron nitride has attracted attention from the viewpoint of thermal conductivity and the like.
However, since hexagonal boron nitride particles are plate-shaped, they have high thermal conductivity in the plane direction (the a-b axis direction) but low thermal conductivity in the thickness direction (the c axis direction). When this hexagonal boron nitride is mixed with a resin and molded into a sheet, the hexagonal boron nitride tends to be oriented in the flow direction of the resin composition, that is, in the plane direction of the sheet, so the resulting thermally conductive resin sheet has high thermal conductivity in the plane direction but low thermal conductivity in the thickness direction.

熱伝導性樹脂シートの熱伝導率の異方性を改良するために、窒化ホウ素粒子を凝集させた窒化ホウ素凝集粒子を用いることで、粒子の配向を少なくすることが検討されてきた。
例えば、特許文献1及び2には、窒化ホウ素粒子をバインダーで結合した後、噴霧乾燥した球状凝集体が提案されている。
また、特許文献3には、六方晶窒化ホウ素の一次粒子同士が松ぼっくり状に集合してなる六方晶窒化ホウ素粒子が提案されている。
さらに、特許文献4には、鱗片状の窒化ホウ素を凝集させることにより形成された球状の二次粒子を含み、当該二次粒子のコア部における一次粒子の密度が、シェル部における一次粒子の密度よりも低い造粒粉が提案されている。
そして、特許文献5には、六方晶窒化ホウ素の一次粒子が凝集した窒化ホウ素凝集粒子であって、該窒化ホウ素凝集粒子中の一次粒子同士がカードハウス構造を有する、窒化ホウ素凝集粒子が提案されている。
In order to improve the anisotropy of the thermal conductivity of a thermally conductive resin sheet, studies have been conducted on reducing particle orientation by using agglomerated boron nitride particles obtained by agglomerating boron nitride particles.
For example, Patent Documents 1 and 2 propose spherical agglomerates obtained by binding boron nitride particles with a binder and then spray-drying the particles.
Moreover, Patent Document 3 proposes hexagonal boron nitride particles in which primary particles of hexagonal boron nitride are aggregated together in a pinecone shape.
Furthermore, Patent Document 4 proposes a granulated powder that contains spherical secondary particles formed by agglomerating scaly boron nitride, in which the density of the primary particles in the core portion of the secondary particles is lower than the density of the primary particles in the shell portion.
Patent Document 5 proposes boron nitride agglomerated particles in which primary particles of hexagonal boron nitride are agglomerated, and the primary particles in the boron nitride agglomerated particles have a house-of-cards structure.

特開2006-257392号公報JP 2006-257392 A 特表2008-510878号公報Special Publication No. 2008-510878 特開平09-202663号公報Japanese Patent Application Publication No. 09-202663 特開2016-044098号公報JP 2016-044098 A 特開2015-006985号公報JP 2015-006985 A

従来の熱伝導性樹脂シートでは、耐電圧性能及び熱伝導率が十分ではない場合があった。 Conventional thermally conductive resin sheets sometimes lacked sufficient voltage resistance and thermal conductivity.

また、パワー半導体デバイス用途としての熱伝導性樹脂シートは、リフロー工程に対する耐性が求められている。
リフロー工程とは、パワー半導体モジュールを組み立てる工程のひとつである。当該リフロー工程では、急速に部材を昇温することで、はんだを溶融させ、金属部材同士を接合する。近年、パワー半導体デバイスの高出力・高密度化に伴い作動温度が上昇していることから、上記リフロー工程に用いるはんだについても耐熱性が求められており、290℃のリフロー温度を要する高温はんだを用いることが一般的になってきている。したがって、リフロー工程では、当該高温はんだが流動する290℃付近まで昇温した後に冷却する工程が繰り返される。
さらにまた、リフロー工程を行う前に部材が吸湿すると、リフロー工程での部材劣化が大幅に促進されるため、耐電圧性能が大きく低下する場合があった。
Moreover, thermally conductive resin sheets for use in power semiconductor devices are required to have resistance to a reflow process.
The reflow process is one of the processes for assembling a power semiconductor module. In this reflow process, the temperature of the components is rapidly raised to melt the solder and join the metal components together. In recent years, the operating temperature of power semiconductor devices has increased with the increase in output and density, so the solder used in the reflow process is also required to have heat resistance, and it has become common to use high-temperature solder that requires a reflow temperature of 290°C. Therefore, in the reflow process, a process of raising the temperature to around 290°C at which the high-temperature solder flows and then cooling it is repeated.
Furthermore, if the components absorb moisture before the reflow process is performed, deterioration of the components during the reflow process is greatly accelerated, and the voltage resistance performance may be greatly reduced.

そこで、本発明は、耐電圧性能及び熱伝導率が良好であり、吸湿リフロー耐性に優れる熱伝導性樹脂シートを提供することを課題とする。
なお、本明細書において「吸湿リフロー耐性」とは、熱伝導性樹脂シートを金属板との積層体とし、高温高湿条件(例えば85℃、85%RHの環境で3日間)で保管した後にリフロー試験(例えば290℃)を実施する吸湿リフロー試験を行った後も、高い耐電圧性を有し、金属板との界面剥離及び熱伝導性樹脂シートの発泡に起因する変形を生じないことをいう。
Therefore, an object of the present invention is to provide a thermally conductive resin sheet that has good voltage resistance performance and thermal conductivity, and is excellent in moisture absorption and reflow resistance.
In this specification, "moisture absorption reflow resistance" means that even after a moisture absorption reflow test in which a thermally conductive resin sheet is laminated with a metal plate and stored under high temperature and high humidity conditions (e.g., an environment of 85°C and 85% RH for 3 days) and then a reflow test (e.g., 290°C) is performed, the thermally conductive resin sheet has high voltage resistance and does not delaminate at the interface with the metal plate or deform due to foaming of the thermally conductive resin sheet.

本発明の一態様に係る熱伝導性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂及び窒化ホウ素凝集粒子を含む樹脂組成物であって、水銀圧入法により測定される、前記窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、B/(A+B)が0.60以上である。 A thermally conductive resin composition according to one embodiment of the present invention is a resin composition comprising a thermoplastic resin and boron nitride agglomerated particles, wherein, when the intraparticle pore volume of the boron nitride agglomerated particles, as measured by mercury intrusion porosimetry, is A1 and the interparticle space volume of the boron nitride agglomerated particles is B1 , B1 /( A1 + B1 ) is 0.60 or more.

本発明の熱伝導性樹脂組成物より得られる熱伝導性樹脂シートは、耐電圧性能及び熱伝導率が良好であり、吸湿リフロー耐性に優れる。 The thermally conductive resin sheet obtained from the thermally conductive resin composition of the present invention has good voltage resistance and thermal conductivity, and is excellent in moisture absorption and reflow resistance.

水銀圧入法による窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積、粒子間隙容積の測定原理を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the principle of measuring the intraparticle pore volume and interparticle space volume of boron nitride agglomerated particles by mercury intrusion porosimetry. 粒子内細孔容積の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of intra-particle pore volume. 粒子間隙容積の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of interparticle volume. 粒子間隙容積の小さい窒化ホウ素凝集粒子の一例に係る粒子断面図の概念図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a particle cross-section of an example of a boron nitride agglomerated particle having a small interparticle volume. 粒子間隙容積の小さい窒化ホウ素凝集粒子の一例に係る粒子表面のSEM写真(図面代用写真)である。1 is a SEM photograph (a photograph substituted for a drawing) of a particle surface according to an example of boron nitride agglomerated particles having a small interparticle void volume. 粒子間隙容積の大きい窒化ホウ素凝集粒子の一例に係る粒子断面図の概念図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a particle cross-section of an example of a boron nitride agglomerated particle having a large interparticle void volume. 粒子間隙容積の大きい窒化ホウ素凝集粒子の一例に係る粒子表面のSEM写真(図面代用写真)である。1 is a SEM photograph (a photograph substituted for a drawing) of a particle surface according to an example of a boron nitride agglomerated particle having a large interparticle void volume. カードハウス構造の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a house of cards structure. 実施例2の熱伝導性樹脂シートを700℃に加熱したときの残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子のSEM写真の一例を示すものである。13 shows an example of an SEM photograph of boron nitride agglomerated particles contained in residual ash when the thermally conductive resin sheet of Example 2 is heated to 700° C.

以下に、本発明の実施の形態の一例について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。 An example of an embodiment of the present invention is described in detail below. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and can be modified in various ways within the scope of the gist of the invention.

1.樹脂組成物
本発明の熱伝導性樹脂シートは、熱可塑性樹脂及び窒化ホウ素凝集粒子を含む樹脂組成物であって、水銀圧入法により測定される、前記窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、B/(A+B)が0.60以上である、熱伝導性樹脂組成物からなる。
以下、各成分について詳細に説明する。
1. Resin Composition The thermally conductive resin sheet of the present invention is a resin composition containing a thermoplastic resin and boron nitride agglomerated particles, in which, when the intraparticle pore volume of the boron nitride agglomerated particles is defined as A1 and the interparticle volume is defined as B1 , the ratio B1 /( A1 + B1 ) is 0.60 or more, as measured by mercury intrusion porosimetry.
Each component will be described in detail below.

(1)熱可塑性樹脂
本発明の熱伝導性樹脂組成物に用いる前記熱可塑性樹脂は、放熱性回路基板のリフロー条件、例えば290℃、5分間の条件下でも、弾性率の低下による樹脂の流動、塑性変形、熱復元性歪の回復が生じ難いことが好ましい。それを満たす為には、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)が300℃以上であるか、又は、融点(Tm)が300℃以上であることが好ましい。
(1) Thermoplastic Resin The thermoplastic resin used in the thermally conductive resin composition of the present invention is preferably resistant to flow of the resin due to a decrease in elastic modulus, plastic deformation, and recovery of thermal restoring strain even under reflow conditions for a heat dissipating circuit board, for example, under conditions of 290° C. and 5 minutes. To satisfy this requirement, it is preferable that the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin is 300° C. or higher, or the melting point (Tm) is 300° C. or higher.

前記熱可塑性樹脂が、2種類以上の熱可塑性樹脂の組み合わせからなり、それらが互いに相溶する樹脂からなる樹脂組成物である場合、当該樹脂組成物のガラス転移温度(Tg)が300℃以上であるか、又は、当該樹脂組成物の融点(Tm)が300℃以上であるのが好ましい。
他方、前記熱可塑性樹脂が、2種類以上の熱可塑性樹脂の組み合わせからなり、それらが互いに相溶しない樹脂からなる樹脂組成物である場合、当該樹脂組成物の主成分である熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)が300℃以上であるか、又は、当該樹脂組成物の主成分である熱可塑性樹脂の融点(Tm)が300℃以上であるのが好ましい。
ここで、「主成分」とは、樹脂組成物の中で最も含有質量割合の高い樹脂を意味し、当該樹脂組成物の50質量%以上、中でも60質量%以上、中でも70質量%以上、中でも80質量%以上、中でも90質量%以上、中でも95質量%以上(100質量%含む)を占める樹脂をいう。
When the thermoplastic resin is a resin composition consisting of a combination of two or more types of thermoplastic resins that are mutually compatible, it is preferable that the glass transition temperature (Tg) of the resin composition is 300°C or higher, or the melting point (Tm) of the resin composition is 300°C or higher.
On the other hand, when the thermoplastic resin is a resin composition consisting of a combination of two or more types of thermoplastic resins that are incompatible with each other, it is preferable that the glass transition temperature (Tg) of the thermoplastic resin that is the main component of the resin composition is 300°C or higher, or the melting point (Tm) of the thermoplastic resin that is the main component of the resin composition is 300°C or higher.
Here, "main component" means the resin that has the highest mass content in the resin composition, and refers to a resin that accounts for 50 mass% or more of the resin composition, preferably 60 mass% or more, preferably 70 mass% or more, preferably 80 mass% or more, preferably 90 mass% or more, and preferably 95 mass% or more (including 100 mass%).

上記の観点から、前記熱可塑性樹脂として、ガラス転移温度(Tg)が300℃以上の非結晶性熱可塑性樹脂及び/又は融点(Tm)が300℃以上の結晶性熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。
中でも、ガラス転移温度(Tg)が300℃以上の非結晶性熱可塑性樹脂及び/又は融点(Tm)が300℃以上の結晶性熱可塑性樹脂が、前記熱可塑性樹脂の主成分であること、すなわち、前記熱可塑性樹脂全体の50質量%以上を占めることが好ましい。中でも60質量%以上、その中でも70質量%以上、その中でも80質量%以上、その中でも90質量%以上(100質量%を含む)を占めることがさらに好ましい。
From the above viewpoint, the thermoplastic resin preferably contains a non-crystalline thermoplastic resin having a glass transition temperature (Tg) of 300° C. or higher and/or a crystalline thermoplastic resin having a melting point (Tm) of 300° C. or higher.
Among these, it is preferable that a non-crystalline thermoplastic resin having a glass transition temperature (Tg) of 300° C. or higher and/or a crystalline thermoplastic resin having a melting point (Tm) of 300° C. or higher is the main component of the thermoplastic resin, i.e., that it accounts for 50% by mass or more of the entire thermoplastic resin, and more preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more (including 100% by mass).

なお、本発明において「非結晶性熱可塑性樹脂」とは、融点を有しない熱可塑性樹脂をいう。一方、「結晶性熱可塑性樹脂」とは、融点を有する熱可塑性樹脂をいう。 In the present invention, "non-crystalline thermoplastic resin" refers to a thermoplastic resin that does not have a melting point. On the other hand, "crystalline thermoplastic resin" refers to a thermoplastic resin that has a melting point.

市販原料として入手可能な耐熱性の非結晶性熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂(Tg:152℃)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(Tg:211℃)、ポリサルホン樹脂(Tg:190℃)、ポリフェニルサルホン樹脂(Tg:220℃)、ポリエーテルサルホン樹脂(Tg:225℃)、ポリエーテルイミド樹脂(Tg:217℃)等が挙げられる。
しかしながら、これら市販の耐熱性非結晶性熱可塑性樹脂は、いずれも300℃以上のガラス転移温度には大きく及ばない。
また、ガラス転移温度が300℃以上の熱可塑性ポリイミド樹脂が市販されている。しかし、前記熱可塑性ポリイミド樹脂は、成形可能温度が非常に高く、当該成形可能温度での溶融粘度が非常に高いため、窒化ホウ素凝集粒子を多量に充填することが難しい。さらには、分子構造にイミド基が含まれているため、吸湿性が高い点などから、本発明の熱可塑性樹脂の主成分として用いるには好ましくない。
Examples of heat-resistant amorphous thermoplastic resins available as commercially available raw materials include polycarbonate resin (Tg: 152°C), modified polyphenylene ether resin (Tg: 211°C), polysulfone resin (Tg: 190°C), polyphenylsulfone resin (Tg: 220°C), polyethersulfone resin (Tg: 225°C), polyetherimide resin (Tg: 217°C), and the like.
However, none of these commercially available heat-resistant amorphous thermoplastic resins has a glass transition temperature far below 300° C. or higher.
Thermoplastic polyimide resins having a glass transition temperature of 300° C. or higher are commercially available. However, the moldable temperature of the thermoplastic polyimide resin is very high, and the melt viscosity at the moldable temperature is very high, making it difficult to fill a large amount of boron nitride agglomerated particles. Furthermore, since the molecular structure contains imide groups, it is highly hygroscopic, and therefore is not suitable for use as the main component of the thermoplastic resin of the present invention.

以上のことから、本発明の熱伝導性樹脂組成物に用いる前記熱可塑性樹脂は、300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂であるのが好ましい。300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂を主成分とすることによって、パワー半導体デバイスの基板として十分な耐熱耐久性が得られる。また、窒化ホウ素凝集粒子を多量に充填しても成形性が良く、凝集粒子の形状や内部空隙に起因して発生するシート内部のボイドや、樹脂成分又は凝集粒子の吸湿により発生するシート内部のボイドを十分に低減できるため、絶縁性が良好となる。また、300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂は、リフロー条件下で弾性率の低下による樹脂の流動、塑性変形、熱復元性歪の回復が生じ難いため、吸湿リフロー耐性も良好となる。 For the above reasons, the thermoplastic resin used in the thermally conductive resin composition of the present invention is preferably a resin mainly composed of a crystalline thermoplastic resin having a melting point of 300°C or higher. By using a crystalline thermoplastic resin having a melting point of 300°C or higher as the main component, sufficient heat resistance and durability as a substrate for a power semiconductor device can be obtained. In addition, even if a large amount of boron nitride agglomerated particles are filled, the moldability is good, and voids inside the sheet caused by the shape of the agglomerated particles or internal voids, and voids inside the sheet caused by moisture absorption of the resin components or agglomerated particles can be sufficiently reduced, resulting in good insulation. In addition, a crystalline thermoplastic resin having a melting point of 300°C or higher is less likely to flow, plastically deform, or recover from thermal restoring strain due to a decrease in elastic modulus under reflow conditions, so that the moisture absorption reflow resistance is also good.

なお、熱可塑性樹脂の融点は、JIS K-7121「プラスチックの転移温度測定方法-融解温度の求め方」に規定される方法で測定できる。具体的には、当該熱可塑性樹脂組成物を示差走査熱量計(DSC:一例としては、パーキンエルマー社製の「DSC-7」等)を用いて、試料10mgを供試体とし、加熱速度10℃/分で-40℃から380℃まで昇温し、380℃で1分間保持した後、冷却速度10℃/分で-40℃まで降温し、同温度で1分間保持した後、再度10℃/分で昇温した際の融解ピークの頂点の温度(Tpm)を融点(Tm)として読み取ることで求められる。
本発明における結晶性熱可塑性樹脂としては、少なくとも結晶融解に起因する吸熱ピークが明確に確認でき、かつ、そのピークの内の、主要であるピークの頂点の温度が300℃以上であるものを用いることができる。
なお、窒化ホウ素凝集粒子を添加した樹脂組成物を示差走査熱量計(DSC)で測定した場合も、窒化ホウ素凝集粒子の添加によりマトリクス樹脂の加熱成形時の劣化が促進されるような場合を除いては、融点に大きな差は生じない。
The melting point of the thermoplastic resin can be measured by the method specified in JIS K-7121 "Method of measuring transition temperature of plastics - Determination of melting temperature". Specifically, the thermoplastic resin composition is used as a specimen, and 10 mg of the sample is heated from -40°C to 380°C at a heating rate of 10°C/min, held at 380°C for 1 minute, cooled to -40°C at a cooling rate of 10°C/min, held at the same temperature for 1 minute, and then heated again at 10°C/min. The temperature (Tpm) at the apex of the melting peak is read as the melting point (Tm).
The crystalline thermoplastic resin used in the present invention can be one in which at least endothermic peaks due to crystalline melting can be clearly confirmed and the temperature of the apex of the main peak among the peaks is 300° C. or higher.
When a resin composition containing added boron nitride agglomerated particles is measured by a differential scanning calorimeter (DSC), there is no significant difference in melting point, except in cases where the addition of the boron nitride agglomerated particles accelerates deterioration of the matrix resin during heat molding.

前記結晶性熱可塑性樹脂の融点は、290℃の吸湿リフロー耐性の観点から、310℃以上であるのがより好ましく、中でも320℃以上、その中でも330℃以上であるのがさらに好ましい。一方、融点の上限は、特に限定はされない。中でも、成形加工性、生産性の観点から、380℃以下であるのがより好ましく、中でも370℃以下、その中でも360℃以下であるのがさらに好ましい。 From the viewpoint of moisture absorption reflow resistance at 290°C, the melting point of the crystalline thermoplastic resin is more preferably 310°C or higher, of which 320°C or higher, and even more preferably 330°C or higher. On the other hand, there is no particular upper limit to the melting point. From the viewpoint of moldability and productivity, it is more preferably 380°C or lower, of which 370°C or lower, and even more preferably 360°C or lower.

前記熱可塑性樹脂の融点が300℃以上であることによって、リフロー条件の290℃においても樹脂原料の弾性率が低くなり難い。そのため、リフロー工程でも樹脂の流動変形が生じることを抑制でき、樹脂層の弾性歪も復元され難いため、熱伝導性樹脂シートの表面外観の悪化や、熱伝導性樹脂シートの厚みが不均一となることを抑制でき、十分な強度の熱伝導性樹脂シートを得ることができる。
また、290℃において樹脂原料の弾性率が低くなり難いことによって、湿熱環境下で樹脂組成物が吸湿し、樹脂組成物中に水分が存在する場合であっても、リフロー工程やモジュールへの実装工程で樹脂組成物内の水分が膨張しにくくなり、熱伝導性樹脂シートに発泡が生じにくくなるため、耐電圧性能及び熱伝導率が良好となる。
By having the melting point of the thermoplastic resin be 300° C. or higher, the elastic modulus of the resin raw material is unlikely to decrease even under the reflow condition of 290° C. Therefore, the flow deformation of the resin can be suppressed even during the reflow process, and the elastic strain of the resin layer is unlikely to be restored, so that the deterioration of the surface appearance of the thermally conductive resin sheet and the unevenness of the thickness of the thermally conductive resin sheet can be suppressed, and a thermally conductive resin sheet with sufficient strength can be obtained.
In addition, since the elastic modulus of the resin raw material is unlikely to decrease at 290°C, even if the resin composition absorbs moisture in a humid and hot environment and moisture is present in the resin composition, the moisture in the resin composition is unlikely to expand during the reflow process or the process of mounting on a module, and foaming is unlikely to occur in the thermally conductive resin sheet, resulting in good voltage resistance performance and thermal conductivity.

なお、リフロー工程における熱伝導性樹脂シート内の発泡と、耐電圧性能及び熱伝導率とは、例えば以下のような関連があると考えられる。
リフロー工程やモジュールへの実装工程によって樹脂組成物内の水分が膨張すると、熱伝導性樹脂シート内部、放熱用金属層と熱伝導性樹脂シートとの界面近傍、あるいは導電回路パターンと熱伝導性樹脂シートとの界面近傍で発泡が生じる場合がある。
例えば、熱伝導性樹脂シート内部に発泡が生じた場合、耐電圧性能が顕著に低下するおそれがある。
熱伝導性樹脂シートの一方の表面に放熱用金属材料が積層されている場合には、当該放熱用金属材料と熱伝導性樹脂シートとの界面近傍で発泡が生じると、当該放熱用金属材料が剥離し、熱伝導率が著しく低下するおそれがある。
また、熱伝導性樹脂シートの他方の表面に導電回路パターンが形成されている場合には、当該導電回路パターンと熱伝導性樹脂シートとの界面近傍で発泡が生じると、当該導電回路パターンが剥離したり、脱落したりして、電気回路に異常が発生したり、熱伝導性樹脂シートの熱伝導率が著しく低下するおそれがある。
It is believed that there is a relationship between the foaming in the thermally conductive resin sheet during the reflow process and the voltage resistance performance and thermal conductivity, for example, as follows.
When moisture in the resin composition expands during the reflow process or the process of mounting on a module, foaming may occur inside the thermally conductive resin sheet, near the interface between the heat dissipation metal layer and the thermally conductive resin sheet, or near the interface between the conductive circuit pattern and the thermally conductive resin sheet.
For example, when bubbles are generated inside the thermally conductive resin sheet, there is a risk that the voltage resistance performance will be significantly reduced.
When a heat dissipating metal material is laminated on one surface of a thermally conductive resin sheet, if foaming occurs near the interface between the heat dissipating metal material and the thermally conductive resin sheet, the heat dissipating metal material may peel off, resulting in a significant decrease in thermal conductivity.
Furthermore, if a conductive circuit pattern is formed on the other surface of the thermally conductive resin sheet, if foaming occurs near the interface between the conductive circuit pattern and the thermally conductive resin sheet, the conductive circuit pattern may peel off or fall off, causing abnormalities in the electrical circuit or a significant decrease in the thermal conductivity of the thermally conductive resin sheet.

耐熱性の結晶性熱可塑性樹脂としては、具体的にはポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT、融点:224℃)、ポリアミド6(ナイロン6、融点:225℃)、ポリアミド66(ナイロン66、融点:265℃)、液晶ポリマー(LCP、融点:320℃~344℃)、ポリエーテルケトン系樹脂(融点:303℃~400℃)、ポリテトラフロロエチレン樹脂(PTFE、融点:327℃)、四フッ化エチレン・パーフロロアルコキシエチレン共重合体樹脂(PFA、融点:302℃~310℃)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP、融点:250℃~290℃)等が挙げられる。 Specific examples of heat-resistant crystalline thermoplastic resins include polybutylene terephthalate resin (PBT, melting point: 224°C), polyamide 6 (nylon 6, melting point: 225°C), polyamide 66 (nylon 66, melting point: 265°C), liquid crystal polymer (LCP, melting point: 320°C to 344°C), polyether ketone resin (melting point: 303°C to 400°C), polytetrafluoroethylene resin (PTFE, melting point: 327°C), tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylene copolymer resin (PFA, melting point: 302°C to 310°C), and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin (FEP, melting point: 250°C to 290°C).

本発明で用いる結晶性熱可塑性樹脂としては、300℃以上の融点を有するという点から、液晶ポリマー、ポリエーテルケトン系樹脂、PTFE、PFAが好ましい。
これら300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂の中でも、成形性等の観点から、液晶ポリマー及び/又はポリエーテルケトン系樹脂が特に好ましい。さらにその中でも、銅板をはじめとした放熱用金属層との接着性の観点から、ポリエーテルケトン系樹脂が好ましい。
As the crystalline thermoplastic resin used in the present invention, liquid crystal polymers, polyether ketone resins, PTFE, and PFA are preferred because they have a melting point of 300° C. or higher.
Among these crystalline thermoplastic resins having a melting point of 300° C. or more, liquid crystal polymers and/or polyether ketone resins are particularly preferred from the viewpoint of moldability, etc. Furthermore, among these, polyether ketone resins are preferred from the viewpoint of adhesion to heat dissipating metal layers such as copper plates.

本発明に用いることができるポリエーテルケトン系樹脂は、下記式(1)(式中のm,nは1あるいは2)で表される繰り返し単位を有する熱可塑性樹脂の総称である。 The polyether ketone resin that can be used in the present invention is a general term for thermoplastic resins having repeating units represented by the following formula (1) (where m and n are 1 or 2):

Figure 0007655035000001
Figure 0007655035000001

ポリエーテルケトン系樹脂としては、ポリエーテルケトン(PEK;m=1、n=1、融点373℃)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK;m=2、n=1、融点343℃)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK;m=1、n=2、融点303℃~400℃)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK;m=2、n=2、融点358℃)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK;m=1、n=1の構成単位と、m=1、n=2の構成単位の双方を含む共重合体、融点387℃)等を例示することができる。いずれも市販原料として入手可能である。 Examples of polyetherketone resins include polyetherketone (PEK; m=1, n=1, melting point 373°C), polyetheretherketone (PEEK; m=2, n=1, melting point 343°C), polyetherketoneketone (PEKK; m=1, n=2, melting point 303°C to 400°C), polyetheretherketoneketone (PEEKK; m=2, n=2, melting point 358°C), and polyetherketoneetherketoneketone (PEKEKK; copolymer containing both m=1, n=1 structural units and m=1, n=2 structural units, melting point 387°C). All of these are available as commercially available raw materials.

ポリエーテルケトン系樹脂の中では、融点が十分に高く、かつ、成形加工温度が比較的低く成形サイクルを短縮できる点、連続耐熱温度も200℃以上であり耐熱用途にも支障なく使えることが実証されている点、成形加工性に関連する溶融粘度に関して各種グレードが用意されている点、ポリエーテルケトン系樹脂の中では最も化学的に安定な構造とされ、耐熱水性や耐薬品性にも優れる点、広汎な用途への利用から価格がこなれて来ている点などを総合的に勘案して、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を特に好ましく用いることができる。 Among polyether ketone resins, polyether ether ketone (PEEK) is particularly preferred, taking into consideration a number of factors, including its sufficiently high melting point and relatively low molding processing temperature, which allows for a shortened molding cycle; its continuous heat resistance of 200°C or higher, which has been proven to allow for use in heat-resistant applications without problems; various grades available in terms of melt viscosity, which is related to molding processability; its structure being the most chemically stable among polyether ketone resins, its excellent resistance to hot water and chemicals; and its price, which has come down due to its use in a wide range of applications.

本発明の結晶性熱可塑性樹脂としてポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を用いる場合は、他の熱可塑性樹脂とブレンドしてもよい。
他の熱可塑性樹脂の種類は、特に限定されない。中でも、他の熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトンのみを本発明の用途に用いた場合に不足する性能を補う効果を有する相溶系の樹脂が好ましい。
When polyether ether ketone (PEEK) is used as the crystalline thermoplastic resin in the present invention, it may be blended with other thermoplastic resins.
The type of the other thermoplastic resin is not particularly limited. Among them, the other thermoplastic resin is preferably a compatible resin that has the effect of compensating for the performance that is insufficient when only polyether ether ketone is used for the application of the present invention.

当該相溶系の樹脂としては、ポリエーテルイミド(PEI)がより好ましい。
PEEKとPEIとを組み合わせれば、PEEKの結晶性(結晶融解熱量)を調整することができるばかりか、PEEKの結晶化速度の調整と併せて、樹脂組成物が非晶状態にある場合のガラス転移温度を上昇させることができる(PEEKのTgは143℃に対し、PEIのTgは217℃)。
なお、PEIは非晶性樹脂であるため、PEEKとPEIを組み合わせても、樹脂の融点自体は変わらない。
加えて、本発明においては、イミド基を有し、かつ非晶性であるPEIを用いることで、銅板等の放熱用金属材料に対する接着性を良好にすることができる。
As the compatible resin, polyetherimide (PEI) is more preferable.
Combining PEEK with PEI not only makes it possible to adjust the crystallinity (heat of crystalline fusion) of PEEK, but also makes it possible to adjust the crystallization rate of PEEK and increase the glass transition temperature when the resin composition is in an amorphous state (Tg of PEEK is 143° C., while Tg of PEI is 217° C.).
Since PEI is an amorphous resin, the melting point of the resin itself does not change even when PEEK and PEI are combined.
In addition, in the present invention, by using PEI which has an imide group and is amorphous, it is possible to improve the adhesion to heat dissipating metal materials such as copper plates.

PEIの添加量は、樹脂組成物の全量を100質量%として、50質量%以下であることが好ましい。PEIの添加量を50質量%以下とすることで、吸湿リフロー試験での耐熱性をPEEKの結晶性により維持しつつ、放熱用金属材料に対する接着性を良好にすることができる。 The amount of PEI added is preferably 50% by mass or less, with the total amount of the resin composition being 100% by mass. By adding 50% by mass or less of PEI, the heat resistance in the moisture absorption reflow test can be maintained by the crystallinity of PEEK, while the adhesion to the heat dissipating metal material can be improved.

PEEKは、各種市販品を用いることができる。例えば、ソルベイ社製「キータスパイア(登録商標)」、ダイセルエボニック社製「ベスタキープ(登録商標)」、ビクトレックス社製「ビクトレックスPEEK」などとして、各社から各種溶融粘度のものを入手することが出来る。
これらPEEK原料は、単一グレードを用いてもよく、溶融粘度等の異なる複数グレードをブレンドして用いてもよい。
Various commercially available PEEK products can be used, such as "KetaSpire (registered trademark)" manufactured by Solvay, "Vestakeep (registered trademark)" manufactured by Daicel-Evonik Ltd., and "Victrex PEEK" manufactured by Victrex, which are available from various companies with various melt viscosities.
These PEEK raw materials may be of a single grade, or may be a blend of multiple grades with different melt viscosities, etc.

本発明における結晶性熱可塑性樹脂の溶融粘度は、特に限定されない。中でも、窒化ホウ素凝集粒子を比較的多量に配合することから、加熱成形加工を容易なものとする為に、前記結晶性熱可塑性樹脂の溶融粘度は,0.60kPa・s以下が好ましく、0.30kPa・s以下がより好ましい。溶融粘度が上記範囲内であることによって、成形機の温度を過剰に高く設定する必要がなく、原料の劣化を抑制することができる。一方、溶融粘度の下限は、特に限定はされない。中でも、0.01kPa・s以上が好ましい。
なお、溶融粘度は、ASTM D3835に準拠しており、剪断速度が1000s-1、温度が400℃の条件下で測定された値である。
The melt viscosity of the crystalline thermoplastic resin in the present invention is not particularly limited. In particular, since a relatively large amount of boron nitride agglomerated particles is blended, in order to facilitate hot molding, the melt viscosity of the crystalline thermoplastic resin is preferably 0.60 kPa·s or less, more preferably 0.30 kPa·s or less. By having the melt viscosity within the above range, it is not necessary to set the temperature of the molding machine excessively high, and deterioration of the raw material can be suppressed. On the other hand, the lower limit of the melt viscosity is not particularly limited. In particular, 0.01 kPa·s or more is preferable.
The melt viscosity is a value measured in accordance with ASTM D3835 under conditions of a shear rate of 1000 s -1 and a temperature of 400°C.

結晶性熱可塑性樹脂の質量平均分子量(Mw)は、加熱環境下での長期耐久性の観点から、48000以上であるのが好ましく、中でも49000以上、その中でも50000以上であるのがさらに好ましい。他方、成形加工性の観点から、120000以下であるのが好ましく、中でも110000以下、その中でも100000以下であるのがさらに好ましい。 From the viewpoint of long-term durability in a heated environment, the mass average molecular weight (Mw) of the crystalline thermoplastic resin is preferably 48,000 or more, more preferably 49,000 or more, and even more preferably 50,000 or more. On the other hand, from the viewpoint of moldability, it is preferably 120,000 or less, more preferably 110,000 or less, and even more preferably 100,000 or less.

結晶性熱可塑性樹脂のMFRは、成形加工性や、添加した窒化ホウ素凝集粒子との間に空隙を作り難い点から、8g/10分以上であるのが好ましく、中でも9g/10分以上、その中でも10g/10分以上であるのがさらに好ましい。他方、加熱環境下での長期耐久性の観点から、180g/10分以下であるのが好ましく、中でも170g/10分以下、その中でも160g/10分以下であるのがさらに好ましい。
なお、MFRは、JIS K7210:2014に準拠して380℃・5kgfで測定された値である。
The MFR of the crystalline thermoplastic resin is preferably 8 g/10 min or more, more preferably 9 g/10 min or more, and even more preferably 10 g/10 min or more, from the viewpoint of moldability and the difficulty of forming voids between the resin and the added boron nitride agglomerated particles. On the other hand, from the viewpoint of long-term durability under a heated environment, the MFR is preferably 180 g/10 min or less, more preferably 170 g/10 min or less, and even more preferably 160 g/10 min or less.
The MFR is a value measured at 380° C. and 5 kgf in accordance with JIS K7210:2014.

(2)窒化ホウ素凝集粒子
本発明の窒化ホウ素凝集粒子は、水銀圧入法により測定される、前記窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、B/(A+B)が0.60以上であるのが好ましい。
なお、本発明において窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積及び粒子間隙容積は、それぞれJIS R1655:2003に準じて、実施例に記載の方法により求められる。
具体的には、まず、水銀圧入法により水銀圧入退出曲線を測定する。次に、図1に例示されるように、細孔径を横軸とし、対数微分細孔容積を縦軸とする細孔径分布曲線を作成する。粒子内細孔を表すピークaと、粒子間細孔を表すピークbとの間で、対数微分細孔容積が細孔径に対して極小値をとる径(分割径、図1におけるX)を読み取る。当該分割径よりも細孔径が大きい領域(図1における破線矢印)における水銀圧入退出曲線の積分値が粒子間隙容積となる。
また、全測定領域における水銀圧入退出曲線の積分値が全細孔容積となり、当該全細孔容積から上記粒子間隙容積を差し引いたものが粒子内細孔容積となる。
(2) Boron Nitride Agglomerated Particles In the boron nitride agglomerated particles of the present invention, when the intraparticle pore volume of the boron nitride agglomerated particles is A1 and the interparticle space volume of the boron nitride agglomerated particles is B1 , the ratio B1 /( A1 + B1 ) is preferably 0.60 or more, as measured by mercury intrusion porosimetry.
In the present invention, the intraparticle pore volume and interparticle space volume of the boron nitride agglomerated particles are each determined in accordance with JIS R1655:2003 by the method described in the Examples.
Specifically, first, a mercury intrusion/extrusion curve is measured by mercury intrusion porosimetry. Next, as illustrated in Figure 1, a pore size distribution curve is created with pore size on the horizontal axis and logarithmic differential pore volume on the vertical axis. Between peak a representing intraparticle pores and peak b representing interparticle pores, a diameter (division diameter, X in Figure 1) at which the logarithmic differential pore volume is a minimum value relative to the pore size is read. The integral value of the mercury intrusion/extrusion curve in the region (dashed arrow in Figure 1) where the pore size is larger than the division diameter is the interparticle void volume.
The integral value of the mercury intrusion-extrusion curve in the entire measurement region is the total pore volume, and the intra-particle pore volume is the total pore volume minus the inter-particle volume.

粒子内細孔容積は、図2において、凝集粒子の内部に存在する細孔αのうち、水銀が圧入されない閉じた細孔等を除いたものである。この粒子内細孔容積は、凝集粒子を構成する窒化ホウ素一次粒子の緻密さや、平均アスペクト比、粒子厚み等により決まる数値であり、窒化ホウ素凝集粒子の機械的物性や、凝集粒子内部における熱伝導性等に関与する。
粒子内細孔容積を適度に小さくすると、凝集粒子の強度を高めることができ、例えば、プレス成形によりシートを作製する場合も、凝集粒子自体が潰れたり、過度な変形を生じたりすることがなく、凝集粒子の等方性が維持されることから、熱伝導性樹脂シートにおける厚み方向の熱伝導率の低下を効果的に抑止できる。
一方、粒子内細孔容積を適度に大きくすると、凝集粒子の内部細孔への樹脂の浸透を十分に確保でき、熱伝導性樹脂シート中のボイドの発生を抑えることができることから、耐電圧性能を良好にできる。
The intraparticle pore volume is the pores a present inside the agglomerated particles in Fig. 2 excluding closed pores into which mercury is not pressed in. This intraparticle pore volume is a value determined by the density, average aspect ratio, particle thickness, etc. of the boron nitride primary particles constituting the agglomerated particles, and is involved in the mechanical properties of the boron nitride agglomerated particles and the thermal conductivity inside the agglomerated particles.
By appropriately reducing the intra-particle pore volume, the strength of the agglomerated particles can be increased. For example, even when a sheet is produced by press molding, the agglomerated particles themselves will not be crushed or excessively deformed, and the isotropy of the agglomerated particles will be maintained, effectively preventing a decrease in thermal conductivity in the thickness direction of the thermal conductive resin sheet.
On the other hand, if the intra-particle pore volume is appropriately increased, sufficient penetration of the resin into the internal pores of the aggregated particles can be ensured, and the generation of voids in the thermally conductive resin sheet can be suppressed, resulting in good voltage resistance performance.

以上の観点から、粒子内細孔容積Aは0.30mL/g以上が好ましく、0.35mL/g以上がより好ましく、0.40mL/g以上がさらに好ましく、0.42mL/g以上がよりさらに好ましい。また、粒子内細孔容積Aは0.80mL/g以下が好ましく、0.70mL/g以下がより好ましく、0.60mL/g以下がさらに好ましく、0.55mL/g以下がよりさらに好ましく、0.50mL/g以下がとりわけ好ましい。 From the above viewpoints, the intraparticle pore volume A1 is preferably 0.30 mL/g or more, more preferably 0.35 mL/g or more, even more preferably 0.40 mL/g or more, and even more preferably 0.42 mL/g or more. The intraparticle pore volume A1 is preferably 0.80 mL/g or less, more preferably 0.70 mL/g or less, even more preferably 0.60 mL/g or less, even more preferably 0.55 mL/g or less, and particularly preferably 0.50 mL/g or less.

粒子間隙容積は、図3において、複数の凝集粒子の間に存在する細孔βであり、一般的に、凝集粒子の形状や粒径及びその分布に起因するパッキングの度合いを表す。しかし、窒化ホウ素凝集粒子に関しては、上記に加えて凝集粒子表面の一次粒子の配向状態(凝集粒子の放射方向に一次粒子面が配向しているか、あるいは、凝集粒子の円周面方向に一次粒子面が配向しているか等)や、表面一次粒子の緻密さ、平均アスペクト比や粒子厚み等をも総合した数値であり、さらには、凝集粒子全体を構成する一次粒子の緻密さ、平均アスペクト比や粒子厚み等にも関与している。これは一次粒子のサイズが過大で、かつ、緻密さに欠けるような場合等には、凝集粒子自体の強度不足に起因して、樹脂との配合前の各種操作時に、粒子破壊を受け、あるいは、表面一次粒子の脱落を生じ、これらの破砕を受け単離した一次粒子が、水銀圧入法測定時に凝集粒子間の隙間を埋めることが発生することによる。 The interparticle volume is the pore β present between multiple agglomerated particles in Figure 3, and generally represents the degree of packing due to the shape, particle size, and distribution of the agglomerated particles. However, for boron nitride agglomerated particles, in addition to the above, it is a numerical value that also takes into account the orientation state of the primary particles on the agglomerated particle surface (whether the primary particle surface is oriented in the radial direction of the agglomerated particle, or whether the primary particle surface is oriented in the circumferential direction of the agglomerated particle, etc.), the density of the surface primary particles, the average aspect ratio, the particle thickness, etc., and it is also related to the density, average aspect ratio, particle thickness, etc., of the primary particles that make up the entire agglomerated particle. This is because, when the size of the primary particles is excessively large and lacks density, the agglomerated particles themselves are insufficiently strong, and during various operations before blending with the resin, the particles are destroyed or the surface primary particles fall off, and the primary particles isolated by these crushings fill the gaps between the agglomerated particles during mercury intrusion measurement.

ここで、図4~図7を用いて、粒子間隙容積をより詳細に説明する。
例えば、図4及び図5に示すように、凝集粒子の最表面近傍の一次粒子の厚み方向(c軸方向)と、凝集粒子の放射方向とが一致する構造を有する場合、粒子間隙容積は小さくなる。このような凝集粒子は、熱伝導性樹脂シートを湿式塗布法で作製する場合の塗工性が良好であり、ボイドの残留が少ないシートを得やすいという利点がある一方で、最表面近傍の一次粒子が凝集粒子を覆うように寝ていることにより、凝集粒子表面と樹脂との界面、又は、複数の凝集粒子の接触界面における熱抵抗が増大してしまう場合がある。
また。複数の凝集粒子が熱伝導性樹脂シート内で接触するように充填した場合、図4及び図5に示す凝集粒子同士は、それぞれの凝集粒子の表面部分において、一次粒子の厚み方向(c軸方向)を介して熱伝導がなされる。一次粒子の厚み方向は熱伝導率が低いため、熱伝導性樹脂シートの厚み方向の熱伝導率には限界がある。
また、例えば、凝集粒子を構成する一次粒子が過度に大きく、かつ、緻密さに欠けるような場合も、粒子間隙容積が小さくなる。このような凝集粒子は強度が不足するため、例えば、プレス成形によりシートを作製する場合、凝集粒子が破壊したり、表面一次粒子が脱落したりするおそれがある。この単離された一次粒子は平板状又は鱗片状であるため、粒子の厚み方向(c軸方向)がシートの面方向に配向し、熱伝導性樹脂シートにおける厚み方向の熱伝導率が低下する場合がある。
Here, the interparticle volume will be described in more detail with reference to FIGS.
For example, when the thickness direction (c-axis direction) of the primary particles near the outermost surface of the agglomerated particles coincides with the radial direction of the agglomerated particles, the interparticle volume is small. Such agglomerated particles have the advantage that they have good coatability when a thermally conductive resin sheet is produced by a wet coating method and that it is easy to obtain a sheet with few residual voids. However, because the primary particles near the outermost surface lie flat so as to cover the agglomerated particles, the thermal resistance at the interface between the agglomerated particle surface and the resin or at the contact interface between multiple agglomerated particles may increase.
In addition, when a plurality of aggregated particles are packed so as to come into contact with each other in a thermally conductive resin sheet, the aggregated particles shown in Fig. 4 and Fig. 5 conduct heat to each other at the surface portions of the aggregated particles through the thickness direction (c-axis direction) of the primary particles. Since the thermal conductivity of the primary particles is low in the thickness direction, there is a limit to the thermal conductivity of the thermally conductive resin sheet in the thickness direction.
In addition, for example, when the primary particles constituting the aggregated particles are excessively large and lack denseness, the interparticle volume is small. Since such aggregated particles lack strength, for example, when a sheet is produced by press molding, the aggregated particles may be broken or the surface primary particles may fall off. Since the isolated primary particles are flat or scaly, the thickness direction (c-axis direction) of the particles may be oriented in the plane direction of the sheet, and the thermal conductivity in the thickness direction of the thermal conductive resin sheet may decrease.

一方で、例えば、図6及び図7に示すように、凝集粒子の最表面近傍の一次粒子の面方向(ab軸方向)が凝集粒子の放射方向と一致する構造を有し、かつ、それら配向した表面一次粒子が緻密に存在している場合、粒子間隙容積は大きくなる。
このような凝集粒子を、複数の凝集粒子が熱伝導性樹脂シート内で接触するように充填した場合、最表面近傍の一次粒子が凝集粒子を覆うように寝ている凝集粒子に比べて、粒子同士の接触面積が増大する。そのため、粒子間の熱抵抗が低減されるので、熱伝導性樹脂シートの厚み方向の熱伝導率が高くなる。また、粒子間隙容積が大きいと、仮に粒子内細孔容積、平均粒子径及び粒径分布を同一とした場合、シート成形等の加圧工程により、複数の凝集粒子の接触面が図9に示すように変形し、多面体同士が接触するように接触面積が増加し、面接触のような状態を形成するため、さらに粒子間の熱抵抗が低減される。
また、例えば、凝集粒子を構成する一次粒子が適度に小さく、かつ、緻密であるような場合も、粒子間隙容積が大きくなる。このような凝集粒子は強度が良好であるため、成形時などの凝集粒子の破壊や、表面一次粒子の脱落を防げる。よって、一次粒子が単離することを抑えることができるため、熱伝導性樹脂シートにおける厚み方向の熱伝導率を良好にできる。
On the other hand, for example, as shown in Figures 6 and 7, when the surface direction (ab axis direction) of the primary particles near the outermost surface of the agglomerated particles is aligned with the radial direction of the agglomerated particles, and these oriented surface primary particles are densely present, the interparticle volume becomes large.
When such aggregated particles are filled in a thermal conductive resin sheet so that multiple aggregated particles contact each other, the contact area between the particles is increased compared to aggregated particles in which the primary particles near the outermost surface lie down to cover the aggregated particles. Therefore, the thermal resistance between the particles is reduced, and the thermal conductivity in the thickness direction of the thermal conductive resin sheet is increased. In addition, if the particle gap volume is large, assuming that the intraparticle pore volume, average particle diameter, and particle size distribution are the same, the contact surface of multiple aggregated particles is deformed by the pressurizing process such as sheet molding as shown in Figure 9, and the contact area increases so that polyhedrons contact each other, forming a state similar to surface contact, thereby further reducing the thermal resistance between the particles.
In addition, for example, when the primary particles constituting the aggregated particles are appropriately small and dense, the interparticle volume is also large. Such aggregated particles have good strength, so that the aggregated particles can be prevented from being destroyed during molding, and the surface primary particles can be prevented from falling off. Therefore, the isolation of the primary particles can be suppressed, and the thermal conductivity in the thickness direction of the thermal conductive resin sheet can be improved.

以上の観点から、粒子間隙容積Bは0.50mL/g以上が好ましく、0.55mL/g以上がより好ましく、0.60mL/g以上がさらに好ましく、0.65mL/g以上がよりさらに好ましい。さらには、0.70mL/g以上が好ましく、0.75mL/g以上がより好ましく、0.80mL/g以上がさらに好ましく、0.85mL/g以上がよりさらに好ましい。また、粒子間隙容積Bは1.0mL/g以下が好ましく、0.95mL/g以下がより好ましく、0.90mL/g以下がさらに好ましい。 From the above viewpoints, the particle gap volume B1 is preferably 0.50 mL/g or more, more preferably 0.55 mL/g or more, even more preferably 0.60 mL/g or more, and even more preferably 0.65 mL/g or more. Furthermore, it is preferably 0.70 mL/g or more, more preferably 0.75 mL/g or more, even more preferably 0.80 mL/g or more, and even more preferably 0.85 mL/g or more. In addition, the particle gap volume B1 is preferably 1.0 mL/g or less, more preferably 0.95 mL/g or less, and even more preferably 0.90 mL/g or less.

本発明におけるB/(A+B)とは、全細孔容積に対する粒子間隙容積の割合を示す。B/(A+B)は0.60以上が好ましく、0.62以上がより好ましく、0.64以上がさらに好ましく、0.66以上がよりさらに好ましい。また、B/(A+B)は1.00未満が好ましく、0.90以下がより好ましく、0.80以下がさらに好ましく、0.75以下がよりさらに好ましく、0.70以下がとりわけ好ましい。
上述のとおり、粒子内細孔容積や粒子間隙容積によって表される凝集粒子の強度、一次粒子の配向状態等は、耐電圧性能や熱伝導率に影響をもたらす。本発明者らは、粒子内細孔容積と粒子間隙容積のバランスが、特にこれらに影響することを突き止めた。
より具体的には、B/(A+B)が上記範囲であることにより、凝集粒子として十分な強度を有するため、成形時等における凝集粒子の崩壊を防ぐことができ、かつ、凝集粒子表面の一次粒子は放射状に配向しているため、凝集粒子間における熱伝導パスを十分に形成できる。加えて、B/(A+B)が上記範囲であると、凝集粒子内部は緻密であって等方性の熱伝導率を備えた構造が維持されたまま、凝集粒子表面の一次粒子が放射状に配向した領域は成形時等に適度に変形する、いわば「内剛外柔」の構造を有することとなるため、隣接する凝集粒子同士の接触面積が増加し、熱伝導性樹脂シートにおける厚み方向の熱伝導率をさらに高めることができる。
また、B/(A+B)が上記範囲であると、凝集粒子内部が緻密でありながら、樹脂が粒子内に十分に浸透するため、成形時のボイドの発生を抑えることができ、耐電圧性能もより高めることができる。
In the present invention, B1 /( A1 + B1 ) indicates the ratio of the interparticle volume to the total pore volume. B1 /( A1 + B1 ) is preferably 0.60 or more, more preferably 0.62 or more, even more preferably 0.64 or more, and even more preferably 0.66 or more. B1 /( A1 + B1 ) is preferably less than 1.00, more preferably 0.90 or less, even more preferably 0.80 or less, even more preferably 0.75 or less, and especially preferably 0.70 or less.
As described above, the strength of agglomerated particles, which is represented by the intraparticle pore volume and interparticle gap volume, the orientation state of primary particles, etc., affect the voltage resistance performance and thermal conductivity. The inventors have found that the balance between the intraparticle pore volume and the interparticle gap volume particularly affects these.
More specifically, when B 1 /(A 1 +B 1 ) is in the above range, the aggregate particles have sufficient strength, so that the collapse of the aggregate particles can be prevented during molding, etc., and the primary particles on the surface of the aggregate particles are radially oriented, so that a heat conduction path between the aggregate particles can be sufficiently formed. In addition, when B 1 /(A 1 +B 1 ) is in the above range, the inside of the aggregate particles maintains a dense structure with isotropic thermal conductivity, while the area where the primary particles on the surface of the aggregate particles are radially oriented deforms appropriately during molding, so that it has a so-called "hard inside, soft outside" structure, so that the contact area between adjacent aggregate particles increases, and the thermal conductivity in the thickness direction of the thermal conductive resin sheet can be further increased.
Furthermore, when B 1 /(A 1 +B 1 ) is in the above range, the inside of the agglomerated particles is dense while the resin sufficiently penetrates into the particles, so that the generation of voids during molding can be suppressed and the voltage resistance performance can be further improved.

上記B/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子としては、例えば、カードハウス構造を有する凝集粒子が挙げられる。また、公知の方法で窒化ホウ素凝集粒子を得た後、物理的、あるいは化学的な粗面化処理を施してB/(A+B)が0.60以上となるように調整してもよい。
各社で市販されている窒化ホウ素凝集粒子は、造粒時に比較的結晶化が進んだ窒化ホウ素一次粒子を用いるため、安定な一次粒子の面(ab面)同士のスタックが優先して発生することにより、凝集粒子の最表面近傍の一次粒子の厚み方向と、凝集粒子の放射方向とが一致する「キャベツ構造」であるものが多い。「キャベツ構造」の凝集粒子は、最表面近傍の一次粒子が凝集粒子を覆うように寝ているため、B/(A+B)は0.60以上となりにくい。そのため、「キャベツ構造」の凝集粒子を用いる場合は、上記粗面化処理を施して調整することが好ましい。
Examples of boron nitride agglomerated particles having the above-mentioned B1 /( A1 + B1 ) of 0.60 or more include agglomerated particles having a house of cards structure. After obtaining boron nitride agglomerated particles by a known method, the particles may be subjected to a physical or chemical surface roughening treatment to adjust the B1 /( A1 + B1 ) to 0.60 or more.
Boron nitride agglomerated particles commercially available from various companies use boron nitride primary particles that are relatively highly crystallized during granulation, and as a result, stable primary particle faces (ab faces) tend to stack with each other, resulting in a "cabbage structure" in which the thickness direction of the primary particles near the outermost surface of the agglomerated particles coincides with the radial direction of the agglomerated particles. In agglomerated particles with a "cabbage structure," the primary particles near the outermost surface lie flat so as to cover the agglomerated particles, making it difficult for B1 /( A1 + B1 ) to be 0.60 or more. Therefore, when using agglomerated particles with a "cabbage structure," it is preferable to adjust the surface roughening treatment as described above.

本発明の窒化ホウ素凝集粒子の形状は、球状であることが好ましい。
「球状」とは、通常アスペクト比(長径と短径の比)が1以上2以下、好ましくは1以上1.75以下、より好ましくは1以上1.5以下、さらに好ましくは1以上1.4以下であることをいう。
当該アスペクト比は、熱伝導性樹脂シートの断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した画像から200個以上の粒子を任意に選択し、それぞれの長径と短径の比を求めて平均値を算出することにより求めることができる。
The boron nitride agglomerated particles of the present invention preferably have a spherical shape.
The term "spherical" generally means that the aspect ratio (ratio of major axis to minor axis) is from 1 to 2, preferably from 1 to 1.75, more preferably from 1 to 1.5, and even more preferably from 1 to 1.4.
The aspect ratio can be determined by randomly selecting 200 or more particles from an image of the cross section of a thermally conductive resin sheet taken with a scanning electron microscope (SEM), determining the ratio of the long axis to the short axis of each particle, and calculating the average value.

また、粒子画像解析装置(マルバーン社製、モフォロギG3S)を用いて測定した「円形度」を「球状」の指標として用いてもよい。同測定は、粒子の投影平面像(二次元像)について観察を行うものであるが、測定数を増やして平均化する事で、「球状」度を評価することができる。
上記円形度は、1を上限として、0.90以上が好ましく、0.92以上がより好ましく、0.94以上がさらに好ましく、0.96以上がよりさらに好ましい。
Alternatively, the "circularity" measured using a particle image analyzer (Malvern Instruments, Morphologi G3S) may be used as an index of "sphericity". This measurement involves observing a projected planar image (two-dimensional image) of the particle, but the "sphericity" can be evaluated by increasing the number of measurements and averaging them.
The circularity is preferably 0.90 or more, more preferably 0.92 or more, even more preferably 0.94 or more, and even more preferably 0.96 or more, with 1 being the upper limit.

窒化ホウ素凝集粒子の凝集構造は、熱伝導率を向上させる観点から、カードハウス構造が好ましい。
なお、窒化ホウ素凝集粒子の凝集構造は、走査型電子顕微鏡(SEM)により確認することができる。
From the viewpoint of improving thermal conductivity, the aggregated structure of the boron nitride aggregated particles is preferably a card house structure.
The aggregate structure of the boron nitride aggregated particles can be confirmed by a scanning electron microscope (SEM).

カードハウス構造とは、板状粒子が配向せず複雑に積層されたものであり、「セラミックス・43・No.2」(2008年、日本セラミックス協会発行)に記載されている。より具体的には、凝集粒子を形成する一次粒子の平面部と、該凝集粒子内に存在する他の一次粒子の端面部が接触している構造をいう。カードハウス構造の模式図を図8に示す。
該カードハウス構造の凝集粒子は、その構造上破壊強度が非常に高く、熱伝導性樹脂シート成形時に行われる加圧工程でも圧壊しない。そのため、通常熱伝導性樹脂シートの長手方向に配向してしまう一次粒子を、ランダムな方向に存在させることができる。したがって、カードハウス構造の凝集粒子を用いると、熱伝導性樹脂シートの厚み方向に一次粒子のab面が配向する割合をより高めることができるので、該シートの厚み方向に効果的に熱伝導を行うことができ、厚み方向の熱伝導率を一層高めることができる。
The house of cards structure is a structure in which plate-like particles are stacked in a complex manner without being oriented, as described in "Ceramics 43 No. 2" (published by the Ceramic Society of Japan in 2008). More specifically, it is a structure in which the flat surface of a primary particle forming an aggregated particle is in contact with the end surface of another primary particle present within the aggregated particle. A schematic diagram of the house of cards structure is shown in Figure 8.
The card-house structured aggregated particles have a very high fracture strength due to their structure, and do not collapse even during the pressurizing process performed during the molding of the thermally conductive resin sheet. Therefore, the primary particles that are usually oriented in the longitudinal direction of the thermally conductive resin sheet can be made to exist in a random direction. Therefore, by using the card-house structured aggregated particles, the proportion of the primary particles that have the ab plane oriented in the thickness direction of the thermally conductive resin sheet can be increased, so that the heat can be effectively conducted in the thickness direction of the sheet, and the thermal conductivity in the thickness direction can be further increased.

なお、カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子は、例えば国際公開第2015/119198号に記載される方法で製造することができる。本発明における窒化ホウ素凝集粒子は、ボールミル等の表面に力を加える処理を行わないことが好ましい。 The boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure can be produced, for example, by the method described in International Publication No. 2015/119198. It is preferable that the boron nitride agglomerated particles of the present invention are not subjected to a treatment that applies force to the surface of a ball mill or the like.

カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子を用いる場合、当該粒子は表面処理剤により表面処理が施されていてもよい。
表面処理剤は、一例としてシランカップリング処理などの公知の表面処理剤を用いることができる。一般的に、窒化ホウ素凝集粒子と熱可塑性樹脂との間には直接的な親和性や密着性は認められない場合が多く、これは窒化ホウ素凝集粒子としてカードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子を用いた場合も同様である。窒化ホウ素凝集粒子とマトリクス樹脂との界面の密着性を化学的処理により高める事で、界面での熱伝導性減衰をより低減できると考えられる。
When using boron nitride agglomerated particles having a house-of-card structure, the particles may be surface-treated with a surface treatment agent.
The surface treatment agent may be a known surface treatment agent such as a silane coupling treatment. In general, direct affinity or adhesion between the boron nitride agglomerated particles and the thermoplastic resin is not observed in many cases, and this is also the case when the boron nitride agglomerated particles having a card house structure are used as the boron nitride agglomerated particles. It is believed that the thermal conductivity attenuation at the interface can be further reduced by increasing the adhesion at the interface between the boron nitride agglomerated particles and the matrix resin by chemical treatment.

本発明の窒化ホウ素凝集粒子は、一次粒子をそのまま用いる場合に比べて、粒径を大きくすることができる。
窒化ホウ素凝集粒子の粒径を大きくすることによって、熱伝導率の低い熱可塑性樹脂を介した窒化ホウ素凝集粒子間の伝熱経路を少なくでき、従って、厚み方向の伝熱経路中での熱抵抗増大を低減できる。
The boron nitride agglomerated particles of the present invention can have a larger particle size than when primary particles are used as they are.
By increasing the particle size of the boron nitride agglomerated particles, the number of heat transfer paths between the boron nitride agglomerated particles via the thermoplastic resin with low thermal conductivity can be reduced, and therefore the increase in thermal resistance in the heat transfer paths in the thickness direction can be reduced.

上記の観点から、窒化ホウ素凝集粒子の体積基準の最大粒子径Dmax(以下「最大粒子径」とも称する)の下限は、好ましくは20μm以上であり、より好ましくは30μm以上であり、さらに好ましくは50μm以上である。一方、前記最大粒子径Dmaxの上限は、好ましくは300μm以下であり、より好ましくは200μm以下であり、さらに好ましくは100μm以下であり、よりさらに好ましくは90μm以下である。 From the above viewpoints, the lower limit of the volume-based maximum particle diameter Dmax (hereinafter also referred to as "maximum particle diameter") of the boron nitride agglomerated particles is preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and even more preferably 50 μm or more. On the other hand, the upper limit of the maximum particle diameter Dmax is preferably 300 μm or less, more preferably 200 μm or less, even more preferably 100 μm or less, and even more preferably 90 μm or less.

また、窒化ホウ素凝集粒子の体積基準の平均粒子径D50の下限は、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは20μm以上であり、さらに好ましくは30μm以上である。一方、前記平均粒子径D50の上限は、好ましくは200μm以下であり、より好ましくは100μm以下であり、さらに好ましくは80μm以下であり、よりさらに好ましくは60μm以下である。 The lower limit of the volume-based average particle diameter D50 of the boron nitride agglomerated particles is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and even more preferably 30 μm or more. On the other hand, the upper limit of the average particle diameter D50 is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, even more preferably 80 μm or less, and even more preferably 60 μm or less.

窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径が上記上限以下であることにより、マトリクス樹脂中に窒化ホウ素凝集粒子を含有させた場合に、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の界面が減少する結果、熱抵抗が小さくなり、高熱伝導化を達成できるとともに、表面荒れなどのない良質な膜を形成できる。最大粒子径が上記下限以上であることにより、パワー半導体デバイスに求められる窒化ホウ素凝集粒子としての十分な熱伝導性向上効果を得ることができる。 By having the maximum particle size of the boron nitride agglomerated particles be equal to or less than the above upper limit, when the boron nitride agglomerated particles are contained in a matrix resin, the interface between the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles is reduced, resulting in lower thermal resistance, high thermal conductivity, and the formation of a high-quality film without surface roughness. By having the maximum particle size be equal to or greater than the above lower limit, it is possible to obtain a sufficient thermal conductivity improvement effect of the boron nitride agglomerated particles required for power semiconductor devices.

また、熱伝導性樹脂シートの厚みに対してマトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の界面の熱抵抗の影響が顕著になるのは、熱伝導性樹脂シートの厚みに対する窒化ホウ素凝集粒子の大きさが1/10以下の場合であると考えられる。特に、パワー半導体デバイス向けの場合、厚みが100μm~300μmの熱伝導性樹脂シートが適用されるケースが多いため、熱伝導性の観点からも、窒化ホウ素凝集粒子の体積基準の最大粒子径Dmaxは上記下限より大きいことが好ましい。
また、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmaxが上記下限以上であることにより、窒化ホウ素凝集粒子とマトリクス樹脂との界面によりもたらされる熱抵抗の増大が抑制されるだけでなく、必要となる粒子間の熱伝導パス数が減少して、熱伝導性樹脂シートの厚み方向に一方の面から他方の面まで繋がる確率が大きくなる。
さらに、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmaxが上記下限以上であることにより、Dmaxが上記下限より小さい粒子を同質量用いた場合に比べて、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子との界面面積が小さくなることから、熱伝導性樹脂シート中において、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の界面に発生し易いボイドの発生を低減する事ができ、優れた耐電圧特性を得やすい。
一方で、窒化ホウ素凝集粒子の体積基準の最大粒子径Dmaxが上記上限以下であることにより、熱伝導性樹脂シートの表面への窒化ホウ素凝集粒子の突出が抑えられ、表面荒れのない良好な表面形状が得られるため、銅基板と貼り合わせたシートを作製する際に、十分な密着性を有し、優れた耐電圧特性を得ることができる。
It is also considered that the effect of the thermal resistance at the interface between the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles on the thickness of the thermal conductive resin sheet becomes significant when the size of the boron nitride agglomerated particles is 1/10 or less of the thickness of the thermal conductive resin sheet. In particular, in the case of power semiconductor devices, thermal conductive resin sheets with thicknesses of 100 μm to 300 μm are often used, so from the viewpoint of thermal conductivity as well, it is preferable that the volume-based maximum particle size Dmax of the boron nitride agglomerated particles be larger than the above lower limit.
Furthermore, by having the maximum particle diameter Dmax of the boron nitride agglomerated particles be equal to or greater than the above lower limit, not only is the increase in thermal resistance caused by the interface between the boron nitride agglomerated particles and the matrix resin suppressed, but the number of required thermal conduction paths between particles is reduced, increasing the probability that they will be connected from one side to the other side in the thickness direction of the thermal conductive resin sheet.
Furthermore, by having the maximum particle diameter Dmax of the boron nitride agglomerated particles be equal to or greater than the above lower limit, the interfacial area between the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles is smaller than when the same mass of particles having a Dmax smaller than the above lower limit is used. This makes it possible to reduce the occurrence of voids that tend to occur at the interface between the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles in the thermally conductive resin sheet, making it easier to obtain excellent voltage resistance characteristics.
On the other hand, by having the volume-based maximum particle diameter Dmax of the boron nitride agglomerated particles be equal to or less than the above upper limit, protrusion of the boron nitride agglomerated particles onto the surface of the thermal conductive resin sheet is suppressed, and a good surface shape without surface roughness can be obtained. Therefore, when a sheet is produced by bonding it to a copper substrate, sufficient adhesion can be obtained and excellent voltage resistance characteristics can be obtained.

熱伝導性樹脂シートの厚みに対する、窒化ホウ素凝集粒子の大きさ(Dmax)の比率(Dmax/厚さ)は0.3以上1.0以下であるのが好ましく、中でも0.35以上或いは0.95以下、その中でも0.4以上或いは0.9以下であるのがさらに好ましい。 The ratio (Dmax/thickness) of the size of the boron nitride agglomerated particles to the thickness of the thermally conductive resin sheet is preferably 0.3 or more and 1.0 or less, more preferably 0.35 or more or 0.95 or less, and even more preferably 0.4 or more or 0.9 or less.

なお、窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50は、例えば以下の方法で測定できる。
窒化ホウ素凝集粒子を溶剤に分散させた試料、具体的には、分散安定剤としてヘキサメタリン酸ナトリウムを含有する純水媒体中に窒化ホウ素凝集粒子を分散させた試料に対して、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920(堀場製作所社製)にて粒度分布を測定し、得られた粒度分布から窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50を求めることができる。
また、モフォロギG3S(マルバーン社製)等の乾式の粒度分布測定装置で最大粒子径及び平均粒子径を求めることもできる。
熱可塑性樹脂中に添加された窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50についても、溶媒(加熱溶媒を含む)中で熱可塑性樹脂を溶解除去、あるいは、膨潤させて窒化ホウ素凝集粒子との付着強度を低減せしめた後に物理的に除去し、さらには樹脂成分を大気下で加熱し灰化させて除去することで、上記と同様の方法で測定することが可能である。
The maximum particle size Dmax and the average particle size D50 of the boron nitride agglomerated particles can be measured, for example, by the following method.
A sample in which boron nitride agglomerated particles are dispersed in a solvent, specifically, a sample in which boron nitride agglomerated particles are dispersed in a pure water medium containing sodium hexametaphosphate as a dispersion stabilizer, is subjected to particle size distribution measurement using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device LA-920 (manufactured by HORIBA, Ltd.), and the maximum particle diameter Dmax and average particle diameter D50 of the boron nitride agglomerated particles can be obtained from the particle size distribution obtained.
The maximum particle size and the average particle size can also be determined using a dry particle size distribution measuring device such as Morphologi G3S (manufactured by Malvern Instruments).
The maximum particle diameter Dmax and average particle diameter D50 of the boron nitride agglomerated particles added to the thermoplastic resin can also be measured in a similar manner to that described above, by dissolving and removing the thermoplastic resin in a solvent (including a heated solvent), or by swelling the thermoplastic resin to reduce the adhesive strength with the boron nitride agglomerated particles and then physically removing it, and further by heating the resin component in the atmosphere to incinerate it and remove it.

(3)各成分の含有量
本発明の樹脂組成物100質量%中の熱可塑性樹脂の含有量の下限は、15質量%以上が好ましく、20質量%以上がより好ましい。一方、熱可塑性樹脂の含有量の上限は、40質量%以下が好ましく、35質量%以下がより好ましい。
また、本発明の樹脂組成物100質量%中の窒化ホウ素凝集粒子の含有量の下限は、60質量%以上が好ましく、65質量%以上がより好ましい。一方、窒化ホウ素凝集粒子の含有量の上限は、85質量%以下が好ましく、80質量%以下がより好ましい。
窒化ホウ素凝集粒子の含有量が上記下限値以上であることによって、窒化ホウ素凝集粒子による熱伝導性の向上効果や、線膨張係数の制御効果が良好に発現する。一方、窒化ホウ素凝集粒子の含有量が上記上限値以下であることによって、樹脂組成物の成形性や、異種材料との界面接着性が良好となる。
(3) Content of each component The lower limit of the content of the thermoplastic resin in 100% by mass of the resin composition of the present invention is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more. On the other hand, the upper limit of the content of the thermoplastic resin is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less.
The lower limit of the content of the boron nitride agglomerated particles in 100% by mass of the resin composition of the present invention is preferably 60% by mass or more, more preferably 65% by mass or more, while the upper limit of the content of the boron nitride agglomerated particles is preferably 85% by mass or less, more preferably 80% by mass or less.
When the content of the boron nitride agglomerated particles is equal to or greater than the lower limit, the effect of improving thermal conductivity and the effect of controlling the linear expansion coefficient due to the boron nitride agglomerated particles are satisfactorily exhibited, whereas when the content of the boron nitride agglomerated particles is equal to or less than the upper limit, the moldability of the resin composition and the interfacial adhesion with different materials are improved.

一般的には、熱伝導性樹脂組成物の配合比率の規定では、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の夫々の体積分率(従って、熱伝導性樹脂シート断面における面積比率)で規定する場合が多い。熱伝導性樹脂シートの厚み方向の熱伝導率に関しては、体積分率だけで決まるものではなく、前述の好ましい粒子サイズ、粒子の配向状態、粒子の形状等の様々な因子が関与してくるものであるため、本発明に於いては、実配合上の利便性から、質量分率を用いている。
特に、カードハウス構造の窒化ホウ素凝集粒子を用いた場合は、該粒子の内部構造がカードハウス構造を呈し、該粒子表面には、放射方向に配向した平板状の窒化ホウ素一次粒子を所謂イガグリ状、あるいは金平糖状と称されるような突起状態で多数を形成し、隣接するカードハウス構造粒子の該突起同士が物理的に接触することになり、厚み方向に熱抵抗の小さい伝熱パスを形成することになる。よって、通常の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察では、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の夫々の体積分率を判定することが容易ではない場合がある。さらに、本発明の特徴を有するカードハウス構造の窒化ホウ素凝集粒子の添加量を増やしていくと、樹脂組成物の加熱プレス成形時に付加される圧力により、該粒子同士が球状の粒子として接触し合う点接触ではなく、粒子同士が接触した部分が変形し、接触部が直線状に、すなわち、面状に接触している状態が観察される。このような接触状態となった場合、カードハウス構造の窒化ホウ素の添加によって、効率的な熱伝導パス形成が可能となる。しかし、このような場合も、SEM観察でマトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子の夫々の体積分率を判定することは容易ではない。
In general, the compounding ratio of a thermally conductive resin composition is often specified by the volume fraction of the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles (hence, the area ratio in the cross section of the thermally conductive resin sheet). The thermal conductivity in the thickness direction of the thermally conductive resin sheet is not determined only by the volume fraction, but is affected by various factors such as the above-mentioned preferred particle size, particle orientation state, and particle shape, so in the present invention, the mass fraction is used for convenience in practical compounding.
In particular, when using boron nitride agglomerated particles with a house-of-cards structure, the internal structure of the particle exhibits a house-of-cards structure, and a large number of flat boron nitride primary particles oriented in the radial direction are formed on the particle surface in a protruding state, which is called a burr shape or a confetti shape, and the protrusions of adjacent house-of-cards structure particles come into physical contact with each other, forming a heat transfer path with low thermal resistance in the thickness direction. Therefore, it may not be easy to determine the volume fraction of the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles by observation with a normal scanning electron microscope (SEM). Furthermore, when the amount of the boron nitride agglomerated particles with a house-of-cards structure having the characteristics of the present invention is increased, the pressure applied during the hot press molding of the resin composition causes the particles to deform at the contact points, rather than being in point contact as spherical particles, and the contact points are observed to be in linear, i.e., planar contact. When such a contact state is reached, the addition of boron nitride with a house-of-cards structure enables the formation of an efficient heat transfer path. However, even in such a case, it is not easy to determine the respective volume fractions of the matrix resin and the boron nitride agglomerated particles by SEM observation.

本発明の樹脂組成物は、熱可塑性樹脂及び窒化ホウ素凝集粒子以外に他の成分を含有してもよい。但し、熱伝導性を高める観点からは、他の成分を含有しない方が好ましい。
他の成分としては、リン系、フェノール系他の各種酸化防止剤、フェノールアクリレート系他のプロセス安定剤、熱安定剤、ヒンダードアミン系ラジカル補足剤(HAAS)、衝撃改良剤、加工助剤、金属不活化剤、銅害防止剤、帯電防止剤、難燃剤、シランカップリング剤等の窒化ホウ素凝集粒子と熱可塑性樹脂との界面の親和性を向上させる添加剤、同様にシランカップリング剤等の樹脂シートと金属板状材との密着強度を高める効果を期待できる添加剤、増量剤等を挙げることができる。これらの添加剤を使用する場合の添加量は、通常、これらの目的に使用される量の範囲であればよい。
The resin composition of the present invention may contain other components in addition to the thermoplastic resin and the boron nitride agglomerated particles, although from the viewpoint of increasing thermal conductivity, it is preferable that the resin composition does not contain other components.
Other components include various antioxidants such as phosphorus-based and phenol-based, phenol acrylate-based and other process stabilizers, heat stabilizers, hindered amine radical scavengers (HAAS), impact modifiers, processing aids, metal deactivators, copper inhibitors, antistatic agents, flame retardants, additives such as silane coupling agents that improve the affinity at the interface between the boron nitride agglomerated particles and thermoplastic resins, as well as additives such as silane coupling agents that can be expected to increase the adhesive strength between the resin sheet and the metal plate material, extenders, etc. When these additives are used, the amount added may be within the range of the amount usually used for these purposes.

2.熱伝導性樹脂シート
本発明の熱伝導性樹脂シートは、上記樹脂組成物からなり、吸湿リフロー耐性に優れ、金属板との積層体としたときに熱膨張及び熱収縮による界面剥離が起こり難いという特徴を有している。
2. Thermally conductive resin sheet The thermally conductive resin sheet of the present invention is made of the above-mentioned resin composition, and has the characteristics of excellent moisture absorption reflow resistance and being less susceptible to interfacial peeling due to thermal expansion and thermal contraction when laminated with a metal plate.

前記熱伝導性樹脂シートの25℃における厚み方向の熱伝導率は、16W/m・K以上であることが好ましく、18W/m・K以上であることがより好ましく、19W/m・K以上であることがさらに好ましく、20W/m・K以上であることがよりさらに好ましい。厚み方向の熱伝導率が上記下限値以上であることにより、高温で作動させるパワー半導体デバイス等にも好適に用いることができる。
当該熱伝導率は、熱可塑性樹脂の種類及び溶融粘度等の物性値、窒化ホウ素凝集粒子のB/(A+B)の値、構造及び含有量、熱可塑性樹脂と窒化ホウ素凝集粒子との混合方法、後述する加熱混練工程における条件等によって調整することができる。
The thermal conductivity of the thermal conductive resin sheet in the thickness direction at 25° C. is preferably 16 W/m·K or more, more preferably 18 W/m·K or more, even more preferably 19 W/m·K or more, and even more preferably 20 W/m·K or more. By having a thermal conductivity in the thickness direction equal to or more than the above lower limit, the sheet can be suitably used in power semiconductor devices that operate at high temperatures.
The thermal conductivity can be adjusted by the type of thermoplastic resin, physical properties such as melt viscosity, the value of B1 /( A1 + B1 ) of the boron nitride agglomerated particles, the structure and content, the method of mixing the thermoplastic resin and the boron nitride agglomerated particles, and the conditions in the heating and kneading process described below.

なお、熱伝導率は、以下の方法により測定できる。
まず、レーザーフラッシュ法により、測定温度25℃での樹脂シート厚み方向の熱拡散率a(mm2/秒)を測定する。樹脂系材料における熱拡散率・熱伝導率のJIS規格が存在しないため、JIS R1611:2010(ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法)に準拠して測定する。
なお、JIS R1611:2010では、「試料の厚さは、0.5mm以上5mm以下」と規定していることから、樹脂シートの厚みを0.5mm以上に調整して測定する。樹脂シートの厚みが0.5mm未満の場合には、複数枚を重ねて全体の厚みを0.5mm以上に調整して測定してもよい。
次に、JIS K6268に準拠し、アルキメデス法で樹脂シートの密度ρ(g/m)を求める。
さらに、JIS K7123に準拠し、DSC測定装置を用いて25℃での比熱容量c(J/(g・K))を測定する。
これらの各測定値から、「H=a×ρ×c」として25℃でのシート厚み方向の熱伝導率を求めることができる。
The thermal conductivity can be measured by the following method.
First, the thermal diffusivity a ( mm2 /sec) in the thickness direction of the resin sheet is measured by the laser flash method at a measurement temperature of 25° C. Since there are no JIS standards for thermal diffusivity and thermal conductivity of resin-based materials, the measurement is performed in accordance with JIS R1611:2010 (Method for measuring thermal diffusivity, specific heat capacity, and thermal conductivity of fine ceramics by the flash method).
In addition, since JIS R1611:2010 specifies that "the thickness of the sample is 0.5 mm or more and 5 mm or less," the thickness of the resin sheet is adjusted to 0.5 mm or more for measurement. If the thickness of the resin sheet is less than 0.5 mm, multiple sheets may be stacked to adjust the total thickness to 0.5 mm or more for measurement.
Next, the density ρ (g/m 3 ) of the resin sheet is determined by Archimedes' method in accordance with JIS K6268.
Furthermore, in accordance with JIS K7123, the specific heat capacity c (J/(g·K)) at 25° C. is measured using a DSC measuring device.
From these measured values, the thermal conductivity in the sheet thickness direction at 25° C. can be calculated as "H=a×ρ×c".

熱伝導性樹脂シートの厚みの下限値は、50μm以上が好ましく、60μm以上がより好ましく、70μm以上がさらに好ましい。一方、厚みの上限値は、300μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、160μm以下がさらに好ましい。
熱伝導性樹脂シートの厚みを50μm以上とすることで、十分な耐電圧特性を確保できる。一方、300μm以下とすることで、特に熱伝導性樹脂シートをパワー半導体デバイス等に用いる場合、小型化や薄型化が達成可能であり、また、セラミックス材料による絶縁性熱伝導性層に比較して、薄膜化による厚み方向の熱抵抗低減の効果を得ることができる。
The lower limit of the thickness of the thermally conductive resin sheet is preferably 50 μm or more, more preferably 60 μm or more, and even more preferably 70 μm or more, while the upper limit of the thickness is preferably 300 μm or less, more preferably 200 μm or less, and even more preferably 160 μm or less.
By making the thickness of the thermally conductive resin sheet 50 μm or more, sufficient voltage resistance characteristics can be ensured. On the other hand, by making the thickness 300 μm or less, it is possible to achieve miniaturization and thinning, particularly when the thermally conductive resin sheet is used in a power semiconductor device, and further, compared to an insulating thermally conductive layer made of a ceramic material, it is possible to obtain the effect of reducing the thermal resistance in the thickness direction by making the thickness thinner.

本発明の熱伝導性樹脂シートは、熱伝導率の異方性を少なくして、厚み方向の熱伝導率も高くするために、窒化ホウ素凝集粒子の一次粒子の配向性を低くすることが好ましい。
一次粒子の配向性は、X線回折法により熱伝導性樹脂シートを測定した際に、(002)面の回折ピーク強度をI(002)とし、(100)面の回折ピーク強度をI(100)とした場合の比「I(002)/I(100)」を求めることで評価することができる。
上記比「I(002)/I(100)」が20以下であることが好ましく、17以下であることがより好ましく、15以下であることがさらに好ましい。上記比が20を超える場合、溶融混練工程において窒化ホウ素凝集粒子が崩壊しているか、又は、プレス加圧工程において窒化ホウ素凝集粒子が過剰に潰れており、熱伝導性樹脂シートの面方向と平行、又は成す角度が小さい一次粒子が多くなる。この場合、窒化ホウ素凝集粒子の含有量を高くしても、厚み方向の熱伝導率を高くすることは困難となる。
なお、上記比「I(002)/I(100)」の下限は特に限定されない。例えば、等方性が高く、従って窒化ホウ素一次粒子の特定方向への配向が極めて少ないカードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子を用いる場合には、当該粒子のみでの比「I(002)/I(100)」が4.5~6.6程度であるため、意図的な配向操作を行う場合を除けば、4.5が下限値となると考えられる。
In the thermally conductive resin sheet of the present invention, in order to reduce the anisotropy of thermal conductivity and increase the thermal conductivity in the thickness direction, it is preferable to reduce the orientation of the primary particles of the boron nitride agglomerated particles.
The orientation of the primary particles can be evaluated by determining the ratio "I(002)/I(100)" of the diffraction peak intensity of the (002) plane to the diffraction peak intensity of the (100) plane when the thermally conductive resin sheet is measured by X-ray diffraction.
The ratio "I(002)/I(100)" is preferably 20 or less, more preferably 17 or less, and even more preferably 15 or less. If the ratio exceeds 20, the boron nitride agglomerated particles collapse in the melt-kneading step or are excessively crushed in the pressurizing step, resulting in an increase in primary particles that are parallel to the surface direction of the thermal conductive resin sheet or form a small angle with the surface direction. In this case, even if the content of the boron nitride agglomerated particles is increased, it is difficult to increase the thermal conductivity in the thickness direction.
The lower limit of the ratio "I(002)/I(100)" is not particularly limited. For example, when using boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure with high isotropy and therefore very little orientation of the boron nitride primary particles in a specific direction, the ratio "I(002)/I(100)" of the particles alone is about 4.5 to 6.6, so that 4.5 is considered to be the lower limit, except when intentional orientation manipulation is performed.

本発明の熱伝導性樹脂シートは、700℃に加熱したときの残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子について、水銀圧入法で測定した粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、A/Aが0.70以上であり、B/Bが0.85以下であることが好ましい。
/Aが0.70以上であるということは、シート成形前後において、凝集粒子の内部における一次粒子の状態は大きく変化しておらず、従って凝集粒子の強度が比較的高いことを示す。よって、A/Aが0.70以上であるということは、元の窒化ホウ素凝集粒子の内部での熱伝導性パスを形成する構造がシート成形後も十分に維持されているということである。また、成形時の加圧による変形を受けながらも、凝集粒子の破砕に起因する単離した一次粒子の発生が少ないということもいえる。この単離した一次粒子の発生が少ないことは、シートの厚み方向の熱抵抗を低減させる効果をもたらす。単離した一次粒子が厚み方向の効率的な熱伝導を妨げるのは、一次粒子は平板状又は鱗片状の粒子であることから、成型したシート中で、粒子の厚み方向(c軸方向)をシートの面方向に配向させるためである。
一方、B/Bが0.85以下であるということは、シート成形前後において、凝集粒子の表面で比較的大きな変形が起こっていることを示す。この変形は、図9に示すように、複数の凝集粒子の接触面が多面体同士が接触するように接触面積が増加し、面接触のような状態を形成することによるものである。
したがって、A/AとB/Bの両方が上記数値範囲を満たす状態で窒化ホウ素凝集粒子がシート内に存在することにより、高い熱伝導率を得ることができる。
In the thermally conductive resin sheet of the present invention, when the boron nitride agglomerated particles contained in the residual ash when heated to 700°C have an intraparticle pore volume A2 and an interparticle volume B2 measured by mercury intrusion porosimetry, it is preferable that A2 / A1 is 0.70 or more and B2 / B1 is 0.85 or less.
A2 / A1 being 0.70 or more indicates that the state of the primary particles inside the agglomerated particles does not change significantly before and after sheet formation, and therefore the strength of the agglomerated particles is relatively high. Therefore, A2 / A1 being 0.70 or more indicates that the structure forming the thermal conductive path inside the original boron nitride agglomerated particles is sufficiently maintained even after sheet formation. It can also be said that there is little generation of isolated primary particles due to the crushing of the agglomerated particles, even though the particles are deformed by the pressure during molding. The little generation of isolated primary particles has the effect of reducing the thermal resistance in the thickness direction of the sheet. The reason why isolated primary particles hinder efficient thermal conduction in the thickness direction is that the primary particles are flat or scaly particles, and therefore the thickness direction (c-axis direction) of the particles is oriented in the plane direction of the sheet in the molded sheet.
On the other hand, B2 / B1 being 0.85 or less indicates that the surface of the agglomerated particles is deformed relatively significantly before and after sheet forming. This deformation occurs because the contact area of the contact surfaces of multiple agglomerated particles increases so that polyhedrons come into contact with each other, forming a surface-like contact state, as shown in Fig. 9.
Therefore, when boron nitride agglomerated particles are present in a sheet with both A 2 /A 1 and B 2 /B 1 satisfying the above numerical ranges, high thermal conductivity can be obtained.

上記の観点から、A/Aは0.70以上が好ましく、0.72以上がより好ましく、0.75以上がさらに好ましく、0.80以上がよりさらに好ましい。また、A/Aは1.0以下が好ましく、0.90以下がより好ましく、0.88以下がさらに好ましい。
一方、B/Bは0.85以下が好ましく、0.80以下がより好ましく、0.75以下がさらに好ましく、0.70以下がよりさらに好ましい。さらには、0.65以下が好ましく、0.60以下がより好ましく、0.50以下がさらに好ましい。また、B/Bは0.40以上が好ましく、0.45以上がより好ましい。
From the above viewpoints, A2 / A1 is preferably 0.70 or more, more preferably 0.72 or more, even more preferably 0.75 or more, and even more preferably 0.80 or more. Also, A2 / A1 is preferably 1.0 or less, more preferably 0.90 or less, and even more preferably 0.88 or less.
On the other hand, B2 / B1 is preferably 0.85 or less, more preferably 0.80 or less, even more preferably 0.75 or less, even more preferably 0.70 or less, still more preferably 0.65 or less, more preferably 0.60 or less, even more preferably 0.50 or less , and preferably 0.40 or more, more preferably 0.45 or more.

残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積Aは0.20mL/g以上が好ましく、0.25mL/g以上がより好ましく、0.30mL/g以上がさらに好ましく、0.32mL/g以上がよりさらに好ましく、0.34mL/g以上がとりわけ好ましい。また、粒子内細孔容積Aは0.60mL/g以下が好ましく、0.50mL/g以下がより好ましく、0.45mL/g以下がさらに好ましく、0.40mL/g以下がよりさらに好ましい。 The intraparticle pore volume A2 of the boron nitride agglomerated particles contained in the residual ash is preferably 0.20 mL/g or more, more preferably 0.25 mL/g or more, even more preferably 0.30 mL/g or more, even more preferably 0.32 mL/g or more, and particularly preferably 0.34 mL/g or more. Also, the intraparticle pore volume A2 is preferably 0.60 mL/g or less, more preferably 0.50 mL/g or less, even more preferably 0.45 mL/g or less, and even more preferably 0.40 mL/g or less.

残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子の粒子間隙容積Bは0.35mL/g以上が好ましく、0.40mL/g以上がより好ましく、0.45mL/g以上がさらに好ましく、0.50mL/g以上がよりさらに好ましい。また、粒子間隙容積Bは0.80mL/g以下が好ましく、0.70mL/g以下がより好ましく、0.65mL/g以下がさらに好ましい。 The interparticle volume B2 of the boron nitride agglomerated particles contained in the residual ash is preferably 0.35 mL/g or more, more preferably 0.40 mL/g or more, even more preferably 0.45 mL/g or more, and even more preferably 0.50 mL/g or more. The interparticle volume B2 is preferably 0.80 mL/g or less, more preferably 0.70 mL/g or less, and even more preferably 0.65 mL/g or less.

また、残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子の円形度は0.85以上が好ましく、0.90以上がより好ましく、0.92以上がさらに好ましく、0.94以上がよりさらに好ましい。 The circularity of the boron nitride agglomerated particles contained in the residual ash is preferably 0.85 or more, more preferably 0.90 or more, even more preferably 0.92 or more, and even more preferably 0.94 or more.

3.熱伝導性樹脂シートの製造方法
以下、本発明の熱伝導性樹脂シートの製造方法の一例について説明する。
本発明の熱伝導性樹脂シートの製造方法の一例として、例えば混合工程と、プレス成形工程とを含む方法を挙げることができる。
3. Method for Producing Thermally Conductive Resin Sheet Hereinafter, an example of the method for producing a thermally conductive resin sheet of the present invention will be described.
An example of the method for producing the thermally conductive resin sheet of the present invention includes a method including a mixing step and a press molding step.

従来の製造方法として、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子を溶剤に分散させたスラリーを基材に塗布して、熱伝導性樹脂膜を得る方法(湿式塗布法)がある。しかし、基板への塗工時に気泡を含んでしまったり、溶剤の乾燥が不十分である場合には塗布膜中の残留溶剤に起因する発泡を生じてしまったりすることによって、耐電圧性能が低下する場合があった。特に、窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、B/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子を用いた場合には、凝集粒子表面の一次粒子が放射状になっているため、凝集粒子表面の凹凸が多くなり、スラリーが増粘しやすく、樹脂との混練時や基板への塗工時に気泡をより含みやすいため、樹脂膜中に気泡が残存しやすく、この耐電圧性能の低下が起こりやすい。
また、上記湿式塗布法では、熱伝導性を高めるために窒化ホウ素凝集粒子の添加量を増やすと、塗布したときにスジが発生してしまい、生産性が悪くなる場合があった。特に、上述のB/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子を用いた場合にはこのスジが発生しやすい。
As a conventional manufacturing method, there is a method (wet coating method) in which a matrix resin and a slurry of boron nitride agglomerated particles dispersed in a solvent are applied to a substrate to obtain a thermally conductive resin film. However, when the substrate is coated with the slurry, or when the solvent is not dried sufficiently, bubbles are generated due to the residual solvent in the coating film, which may result in a decrease in voltage resistance. In particular, when boron nitride agglomerated particles are used in which the intraparticle pore volume of the boron nitride agglomerated particles is A1 and the interparticle volume is B1 , the primary particles on the agglomerated particle surface are radial, so that the agglomerated particle surface has many irregularities, the slurry is easily thickened, and the slurry is more likely to contain bubbles when kneaded with the resin or when coated on the substrate, so that bubbles are more likely to remain in the resin film, which is likely to cause a decrease in voltage resistance.
Furthermore, in the above-mentioned wet coating method, when the amount of boron nitride agglomerated particles added is increased in order to increase thermal conductivity, streaks may occur during coating, resulting in poor productivity. These streaks are particularly likely to occur when using boron nitride agglomerated particles having the above-mentioned B1 /( A1 + B1 ) of 0.60 or more.

本発明の製造方法では、熱可塑性樹脂が流動性を発現する温度で加圧してシート成形することにより、窒化ホウ素凝集粒子中の空隙に熱可塑性樹脂が圧入されるため、シート内に気泡を含みにくい。加えて、本発明では溶剤を用いずにシートを得ることができるため、残留溶剤に起因する発泡を生じることもない。よって、本発明の製造方法によれば、熱伝導性樹脂シートの耐電圧性能を良好とすることができる。
また、本発明の製造方法では塗布工程を経ないため、上述のB/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子を用いても、スジの発生等の塗工による問題点が発生することはなく、生産性が良好である。
In the manufacturing method of the present invention, the thermoplastic resin is pressed into the voids in the boron nitride agglomerated particles by forming the sheet at a temperature at which the thermoplastic resin exhibits fluidity, so that the sheet is less likely to contain air bubbles. In addition, since the sheet can be obtained without using a solvent in the present invention, there is no foaming caused by the residual solvent. Therefore, the manufacturing method of the present invention can improve the voltage resistance performance of the thermal conductive resin sheet.
In addition, since the manufacturing method of the present invention does not involve a coating step, even if the above-mentioned boron nitride agglomerated particles having B1 /( A1 + B1 ) of 0.60 or more are used, problems due to coating, such as the occurrence of streaks, do not occur, and productivity is good.

特許文献4及び5の実施例にも記載されているように、従来は熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂として用いることが主流であったため、熱伝導性樹脂シートの製造方法としては湿式塗布法が多く用いられていた。この湿式塗布法では、凝集粒子表面の凹凸が多いと上述のような不具合が生じることが多いため、できるだけ凝集粒子表面の凹凸が少ない、(すなわち上述のB/(A+B)の比が0.60よりも小さい)凝集粒子が好ましいと考えられる。
一方で、熱伝導性の観点では、凝集粒子表面の一次粒子が放射状になっていることが好ましく、そのような粒子は、B/(A+B)の比が0.60よりも大きくなる場合が多い。
このように、従来の製造方法を用いる場合においては、耐電圧性能及び生産性の向上と、熱伝導性の向上とは、窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積Aと粒子間隙容積Bとの関係、すなわちB/(A+B)においてトレードオフの関係であった。
本発明の製造方法によれば、湿式塗布法における不具合を考慮することなくB/(A+B)の比が0.60以上の凝集粒子を用いることができるため、耐電圧性能及び生産性を良好にしつつ、熱伝導性を高くすることができる。
As described in the examples of Patent Documents 4 and 5, it was common to use a thermosetting resin as a matrix resin in the past, and therefore wet coating methods were often used to manufacture thermally conductive resin sheets. In this wet coating method, if the aggregated particle surface is uneven, the above-mentioned problems often occur, so it is considered that aggregated particles with as little unevenness on the aggregated particle surface as possible (i.e., the above-mentioned ratio B1 /( A1 + B1 ) is smaller than 0.60) are preferable.
On the other hand, from the viewpoint of thermal conductivity, it is preferable that the primary particles on the surface of the aggregated particles are radial, and such particles often have a ratio of B 1 /(A 1 +B 1 ) greater than 0.60.
Thus, when the conventional manufacturing method is used, there is a trade-off between the improvement in voltage resistance performance and productivity and the improvement in thermal conductivity in terms of the relationship between the intraparticle pore volume A1 and the interparticle space volume B1 of the boron nitride agglomerated particles, i.e., B1 /( A1 + B1 ).
According to the manufacturing method of the present invention, agglomerated particles having a B1 /( A1 + B1 ) ratio of 0.60 or more can be used without having to consider the problems that may occur in wet coating methods, and therefore it is possible to improve the voltage resistance and productivity while also increasing the thermal conductivity.

(1)混合工程
混合工程では、熱可塑性樹脂からなる粉体と、窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、B/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子とを、常温で撹拌混合する。
従来の製造方法として、マトリクス樹脂と窒化ホウ素凝集粒子を加熱溶融混練する方法がある。しかし、この溶融混練によって窒化ホウ素凝集粒子が剪断破壊してしまう場合があった。特に、B/(A+B)の比が0.60以上の窒化ホウ素凝集粒子を用いた場合には表面の凹凸が多いため、剪断破壊が生じやすい。
そこで本発明では、加熱溶融混練を行わず、熱可塑性樹脂からなる粉体と、B/(A+B)の比が0.60以上の窒化ホウ素凝集粒子とを、常温で撹拌混合することによって、凝集粒子の剪断破壊を生じにくくし、得られるシートの熱伝導性を高くできる。
(1) Mixing Step In the mixing step, a powder made of a thermoplastic resin and boron nitride agglomerated particles in which the intraparticle pore volume of the boron nitride agglomerated particles is A1 and the interparticle volume is B1 , and B1 /( A1 + B1 ) is 0.60 or more, are stirred and mixed at room temperature.
A conventional manufacturing method involves heating, melting and kneading a matrix resin and boron nitride agglomerated particles. However, this melting and kneading can cause shear fracture of the boron nitride agglomerated particles. In particular, when using boron nitride agglomerated particles with a B1 /( A1 + B1 ) ratio of 0.60 or more, the surface is highly uneven, and shear fracture is likely to occur.
In the present invention, instead of performing the heating and melting kneading, a powder made of a thermoplastic resin and boron nitride agglomerated particles having a B1 /( A1 + B1 ) ratio of 0.60 or more are stirred and mixed at room temperature, which makes it difficult for the agglomerated particles to be subjected to shear fracture and increases the thermal conductivity of the resulting sheet.

(2)プレス成形工程
プレス成形工程では、上記混合工程で得られた混合物をプレスしてシート状に成形する。
(2) Press Molding Step In the press molding step, the mixture obtained in the mixing step is pressed to be molded into a sheet.

プレス成形方法としては、各種公知の熱可塑性樹脂成形用のプレス装置を用いることができる。
加熱プレス中の樹脂劣化を防止する観点から、加熱中のプレス機内の酸素量を低減できる真空プレス装置や、窒素置換装置を備えたプレス装置を用いることが特に好ましい。
As the press molding method, various known press machines for molding thermoplastic resins can be used.
From the viewpoint of preventing deterioration of the resin during the heat pressing, it is particularly preferable to use a vacuum press capable of reducing the amount of oxygen in the press during heating, or a press equipped with a nitrogen replacement device.

プレス成形工程では、上記溶融混練物を厚みの揃ったシート体とする目的に加えて、添加された窒化ホウ素凝集粒子同士を接合させ、さらに接合部の粒子表面を変形させることによりヒートパスを形成する目的、シート内のボイドや空隙をなくす目的等から、加圧圧力を設定するのが好ましい。
かかる観点から、プレス成形工程での圧力は、試料に付加される実圧として、通常8MPa以上であり、好ましくは9MPa以上であり、より好ましくは10MPa以上である。また、好ましくは50MPa以下であり、より好ましくは40MPa以下、さらに好ましくは30MPa以下である。
この加圧時の圧力を上記上限値以下とすることにより、窒化ホウ素凝集粒子の破砕を防ぐ事ができ、高い熱伝導性を備えた熱伝導性樹脂シートとすることができる。また、プレス圧力を上記下限値以上とすることで、窒化ホウ素凝集粒子間の接触が良好となり、熱伝導パスを形成し易くなり、高い熱伝導性を有するシートを得られ、加えて、樹脂シート中の空隙を少なくできることから、吸湿リフロー試験後においても、高い絶縁破壊電圧を備えた熱伝導性樹脂シートとすることができる。
In the press molding process, it is preferable to set the pressurizing pressure in order to form the molten kneaded material into a sheet body of uniform thickness, as well as to bond the added boron nitride agglomerated particles together and further to form heat paths by deforming the particle surfaces at the joints, and to eliminate voids and spaces within the sheet.
From this viewpoint, the pressure in the press molding step, as the actual pressure applied to the sample, is usually 8 MPa or more, preferably 9 MPa or more, more preferably 10 MPa or more, and is preferably 50 MPa or less, more preferably 40 MPa or less, and further preferably 30 MPa or less.
By setting the pressure during pressing to the upper limit or less, it is possible to prevent the boron nitride agglomerated particles from being crushed, and a thermally conductive resin sheet having high thermal conductivity can be obtained. Also, by setting the pressing pressure to the lower limit or more, contact between the boron nitride agglomerated particles is improved, making it easier to form a thermally conductive path, and a sheet having high thermal conductivity can be obtained. In addition, since the voids in the resin sheet can be reduced, a thermally conductive resin sheet having a high breakdown voltage can be obtained even after a moisture absorption reflow test.

プレス成形工程におけるプレス装置の設定温度は、熱可塑性樹脂が流動性を発現する温度、例えば主成分となる熱可塑性樹脂の融点+30℃以上であることが好ましい。例えば、ポリエーテルケトン系樹脂を主成分として用いる場合には、プレス装置の設定温度を370℃~440℃とすることが好ましく、中でも380℃以上或いは420℃以下とすることがより好ましい。
この範囲の温度でプレス成形を実施することにより、得られる熱伝導性樹脂シートに、良好な厚み均一性と、添加された窒化ホウ素凝集粒子間の良好な接触による高い熱伝導性を付与できる。成形温度が370℃以上であれば、樹脂粘度が賦形加工に充分なレベルまで低くなり、成形する熱伝導性樹脂シートに十分な厚み均一性を付与することができる。一方、プレス機の設定温度が440℃以下であれば、樹脂自体の劣化や、成形した熱伝導性樹脂シートの物性低下を抑えることができる。
The set temperature of the press machine in the press molding step is preferably a temperature at which the thermoplastic resin exhibits fluidity, for example, the melting point of the thermoplastic resin as the main component + 30° C. For example, when a polyether ketone resin is used as the main component, the set temperature of the press machine is preferably 370° C. to 440° C., and more preferably 380° C. or higher or 420° C. or lower.
By carrying out press molding at a temperature in this range, the obtained thermally conductive resin sheet can be given good thickness uniformity and high thermal conductivity due to good contact between the added boron nitride agglomerated particles. If the molding temperature is 370°C or higher, the resin viscosity is reduced to a level sufficient for shaping processing, and the molded thermally conductive resin sheet can be given sufficient thickness uniformity. On the other hand, if the set temperature of the press machine is 440°C or lower, deterioration of the resin itself and deterioration of the physical properties of the molded thermally conductive resin sheet can be suppressed.

加圧時間は、通常30秒以上で、好ましくは1分以上、より好ましくは3分以上、さらに好ましくは5分以上である。また、好ましくは1時間以下で、より好ましくは30分以下、さらに好ましくは15分以下である。
上記上限値以下であることで、熱伝導性樹脂シートの製造工程時間が抑制でき、耐熱性の熱硬化性樹脂を用いた熱伝導性樹脂シートに比べてサイクル時間を短縮でき、生産コストを抑制できる傾向にある。また、上記下限値以上であることで、熱伝導性樹脂シートの厚みの均一性を十分に得られ、内部の空隙やボイドを十分に取り除くことができ、熱伝導性能や耐電圧特性の不均一を防止することができる。
The pressurization time is usually 30 seconds or more, preferably 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, and even more preferably 5 minutes or more, and is preferably 1 hour or less, more preferably 30 minutes or less, and even more preferably 15 minutes or less.
By being equal to or less than the upper limit, the manufacturing process time of the thermally conductive resin sheet can be reduced, and the cycle time can be shortened compared to a thermally conductive resin sheet using a heat-resistant thermosetting resin, which tends to reduce production costs. Also, by being equal to or more than the lower limit, the thickness of the thermally conductive resin sheet can be sufficiently uniform, internal gaps and voids can be sufficiently removed, and unevenness in thermal conductivity performance and voltage resistance characteristics can be prevented.

4.積層放熱シート
本発明の積層放熱シートは、上記本発明の熱伝導性樹脂シートの一方の表面に、放熱性材料を含む放熱用金属層を積層したものである。
当該放熱性材料は、熱伝導性の良好な材質から成るものであれば特段限定されない。中でも、積層構成での熱伝導性を高くするために、放熱用金属材料を用いることが好ましく、中でも平板状の金属材料を用いることがより好ましい。
金属材料の材質は、特に限定されない。中でも、熱伝導性が良く、かつ比較的廉価である点から、銅板、アルミニウム板、アルミニウム合金板等が好ましい。
4. Laminated Heat Dissipation Sheet The laminated heat dissipation sheet of the present invention is obtained by laminating a heat dissipation metal layer containing a heat dissipation material on one surface of the above-mentioned thermally conductive resin sheet of the present invention.
The heat dissipating material is not particularly limited as long as it is made of a material having good thermal conductivity. In particular, in order to increase the thermal conductivity in the laminated structure, it is preferable to use a heat dissipating metal material, and more preferably to use a flat metal material.
The type of metal material is not particularly limited, but among them, a copper plate, an aluminum plate, an aluminum alloy plate, etc. are preferable because they have good thermal conductivity and are relatively inexpensive.

積層放熱シートにおける放熱用金属材料として平板状の金属材料を用いる場合、当該金属材料の厚みは、十分な放熱性を確保するという理由から、0.03~6mmであることが好ましく、中でも0.1mm以上或いは5mm以下であることがより好ましい。 When a flat metal material is used as the heat dissipating metal material in the laminated heat dissipation sheet, the thickness of the metal material is preferably 0.03 to 6 mm, and more preferably 0.1 mm or more or 5 mm or less, in order to ensure sufficient heat dissipation.

放熱用金属材料との接着に関して、金属材料の熱伝導性樹脂シートと積層される側の表面に、ソフトエッチング、ヤケメッキ処理、酸化還元処理等による粗面化処理、接着耐久性確保の為の各種金属・金属合金のメッキ処理、アミノ系、メルカプト系等のシランカップリング処理を含む有機系表面処理や、有機・無機コンポジット材料による表面処理等の表面処理を施してもよい。これらの表面処理を行うことによって、初期接着力、接着力の耐久性、吸湿リフロー試験を行った後の界面剥離の抑制効果をさらに良好にすることができる。 Regarding adhesion to heat-dissipating metal materials, the surface of the metal material on the side that is laminated with the thermally conductive resin sheet may be subjected to surface treatments such as soft etching, burnt plating, and oxidation-reduction treatment to roughen the surface; plating with various metals and metal alloys to ensure adhesion durability; organic surface treatments including amino- and mercapto-based silane coupling treatments; and surface treatments with organic/inorganic composite materials. By carrying out these surface treatments, it is possible to further improve the initial adhesive strength, the durability of the adhesive strength, and the effect of suppressing interfacial peeling after a moisture absorption reflow test.

一方、放熱用金属材料の熱伝導性樹脂シートと積層される側と反対側の面は、単純な平板でなくてもよく、気体又は液体である冷却媒体との接触面積を確保するために表面積を増大させる加工等が施されていてもよい。
該表面積を増大させる為の加工の例としては、ブラスチング加工等により、表面を荒らして表面積を増大させること、V型・矩形等の溝又は各種形状の凹凸を切削加工やプレス加工により放熱用金属材料に直接形成する方法、平板状の金属材料からなる放熱用金属層に、さらに、鋳込み加工、拡散接合、あるいはボルト締結、ハンダ付け、ロウ付け等により、表面積を増大させる為の加工が賦与された別の金属材を接合することや、金属製のピンを埋め込むこと等を挙げることができる。さらには、冷却媒体を通過させるためのキャビティを有する放熱用金属層に、熱伝導性樹脂シートを直接プレス積層する事も考えられる。しかし、熱伝導性樹脂シートと放熱性金属板とのプレス圧力が比較的高い点から、これらの場合では、平板状の金属材と熱伝導性樹脂シートを積層一体化したものに、後工程で、溝切り加工を施した金属板や、冷媒を流すキャビティを有する金属層と、ハンダ付け、ロウ付け、ボルト接合等で一体化させることが好ましい。
On the other hand, the side of the heat dissipating metal material opposite to the side laminated with the thermally conductive resin sheet does not have to be a simple flat plate, and may be subjected to processing such as increasing the surface area in order to ensure a contact area with the cooling medium, which is a gas or liquid.
Examples of processing for increasing the surface area include increasing the surface area by roughening the surface with blasting processing, etc., directly forming V-shaped or rectangular grooves or various shapes of unevenness on the heat dissipating metal material by cutting or pressing, joining another metal material that has been further processed to increase the surface area by casting, diffusion bonding, bolt fastening, soldering, brazing, etc. to the heat dissipating metal layer made of a flat metal material, or embedding a metal pin, etc. Furthermore, it is also possible to directly press-laminated a thermally conductive resin sheet onto a heat dissipating metal layer having a cavity for passing a cooling medium. However, since the pressing pressure between the thermally conductive resin sheet and the heat dissipating metal plate is relatively high, in these cases, it is preferable to integrate the laminated and integrated flat metal material and the thermally conductive resin sheet with a grooved metal plate or a metal layer having a cavity for flowing a refrigerant in a later process by soldering, brazing, bolt joining, etc.

積層放熱シートにおける放熱用金属材料と熱伝導性樹脂シートとの積層一体化に関しては、バッチプロセスであるプレス成形を好ましく用いる事ができる。この場合のプレス設備やプレス条件等は、前述の熱伝導性樹脂シートを得るためのプレス成形条件の範囲と同一である。 When laminating and integrating the heat-dissipating metal material and the thermally conductive resin sheet in the laminated heat dissipation sheet, press molding, which is a batch process, can be preferably used. In this case, the press equipment and press conditions are the same as the range of press molding conditions for obtaining the thermally conductive resin sheet described above.

5.放熱性回路基板
本発明の放熱性回路基板は、上記積層放熱シートを有するものである。すなわち、本発明の熱伝導性樹脂シートの一方の表面に上記放熱用金属層を積層し、前記熱伝導性樹脂シートの放熱用金属層とは他方の表面に、例えばエッチング処理等により回路基板を形成してなる構成を有するものである。
The heat dissipating circuit board of the present invention has the above-mentioned laminated heat dissipation sheet, that is, the heat dissipating metal layer is laminated on one surface of the thermally conductive resin sheet of the present invention, and a circuit board is formed on the surface of the thermally conductive resin sheet other than the heat dissipating metal layer by, for example, etching or the like.

当該放熱性回路基板の構成としては、「放熱用金属層/熱伝導性樹脂シート/導電回路」で一体化されたものがより好ましい。回路エッチング前の状態としては、例えば「放熱用金属層/熱伝導性樹脂シート/導電回路形成用金属層」の一体化構成で、導電回路形成用金属層が平板状であり、熱伝導性樹脂シートの片面側全表面に形成されたものや、一部面積で形成されたものが挙げられる。 The heat dissipating circuit board is preferably configured as an integrated structure of "heat dissipating metal layer/thermally conductive resin sheet/conductive circuit". The state before the circuit etching is, for example, an integrated structure of "heat dissipating metal layer/thermally conductive resin sheet/conductive circuit forming metal layer", in which the conductive circuit forming metal layer is flat and formed on the entire surface of one side of the thermally conductive resin sheet, or formed on a partial area.

導電回路形成用金属層の材料は、特に限定されない。中でも、一般的には電気伝導性やエッチング性の良さ、コスト面などの観点から、厚み0.05mm以上1.2mm以下の銅の薄板により形成される事が好ましい。 The material of the metal layer for forming the conductive circuit is not particularly limited. In particular, it is generally preferable to form it from a copper thin plate having a thickness of 0.05 mm to 1.2 mm from the viewpoints of electrical conductivity, etching properties, cost, etc.

放熱性回路基板の絶縁破壊電圧は40kV/mm以上が好ましく、50kV/mm以上がより好ましく、60kV/mm以上がさらに好ましく、80kV/mm以上がよりさらに好ましい。絶縁破壊電圧が40kV/mm以上であることによって、例えば厚み100μmの熱伝導性樹脂シートであっても、絶縁破壊電圧として4kV以上を得ることができ、絶縁破壊電圧が80kV/mm以上であれば、厚み50μmでも4kV以上の絶縁破壊電圧を得られるため、熱抵抗の点で有利な薄い熱伝導性樹脂層を用いつつ、十分な耐電圧性能を有し、高電圧印加時の絶縁破壊の発生を抑えることができる。 The breakdown voltage of the heat dissipating circuit board is preferably 40 kV/mm or more, more preferably 50 kV/mm or more, even more preferably 60 kV/mm or more, and even more preferably 80 kV/mm or more. With a breakdown voltage of 40 kV/mm or more, even a thermally conductive resin sheet with a thickness of, for example, 100 μm can have a breakdown voltage of 4 kV or more, and with a breakdown voltage of 80 kV/mm or more, even a thickness of 50 μm can have a breakdown voltage of 4 kV or more. Therefore, while using a thin thermally conductive resin layer that is advantageous in terms of thermal resistance, it has sufficient voltage resistance performance and can suppress the occurrence of breakdown when a high voltage is applied.

6.パワー半導体デバイス
本発明の熱伝導性樹脂シート乃至本発明の積層放熱シートは、パワー半導体デバイス用の放熱シートとして好適に用いることができ、信頼性の高いパワー半導体モジュールを実現することができる。
当該パワー半導体デバイスは、上記熱伝導性樹脂シート又は上記積層放熱シートを用いたパワー半導体デバイスであり、上記熱伝導性樹脂シート又は上記積層放熱シートを放熱性回路基板としてパワー半導体デバイス装置に実装したものである。
該パワー半導体デバイス装置は、高い熱伝導性による放熱効果で、高い信頼性のもとに、高出力、高密度化が可能である。
パワー半導体デバイス装置において、熱伝導性樹脂シート又は積層放熱シート以外のアルミ配線、封止材、パッケージ材、ヒートシンク、サーマルペースト、はんだというような部材は従来公知の部材を適宜採用できる。
6. Power Semiconductor Device The thermally conductive resin sheet of the present invention and the laminated heat dissipation sheet of the present invention can be suitably used as a heat dissipation sheet for power semiconductor devices, and a highly reliable power semiconductor module can be realized.
The power semiconductor device is a power semiconductor device that uses the above-mentioned thermally conductive resin sheet or the above-mentioned laminated heat dissipation sheet, and the above-mentioned thermally conductive resin sheet or the above-mentioned laminated heat dissipation sheet is mounted on a power semiconductor device apparatus as a heat dissipation circuit board.
The power semiconductor device has a high thermal conductivity and hence a heat dissipation effect, which allows it to achieve high output and high density with high reliability.
In a power semiconductor device, conventionally known materials can be appropriately used for the materials other than the thermally conductive resin sheet or laminated heat dissipation sheet, such as aluminum wiring, sealing material, packaging material, heat sink, thermal paste, and solder.

<語句の説明>
本発明において「X~Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」あるいは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)あるいは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」あるいは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
本発明において「シート」とは、シート、フィルム、テープを概念的に包含するものである。
<Explanation of terms>
In the present invention, when expressed as "X to Y" (X and Y are arbitrary numbers), unless otherwise specified, it includes the meaning of "X or more and Y or less", as well as "preferably larger than X" or "preferably smaller than Y".
Furthermore, when it is expressed as "X or more" (X is any number) or "Y or less" (Y is any number), it also includes the intention that "it is preferably greater than X" or "it is preferably less than Y".
In the present invention, the term "sheet" conceptually includes a sheet, a film, and a tape.

以下、実施例により本発明を更に詳説する。但し、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as it does not depart from the gist of the invention.

<実施例1~3及び比較例1~4>
実施例1~3及び比較例1~4における熱伝導性樹脂シートの使用材料、作製方法、および測定条件・評価方法は以下の通りである。
<Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4>
The materials used, the manufacturing method, and the measurement conditions and evaluation methods of the thermally conductive resin sheets in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 are as follows.

[使用材料]
(熱可塑性樹脂)
熱可塑性樹脂1:ポリエーテルエーテルケトン「KetaSpire KT-880FP」(ソルベィ社製、融点:343℃、溶融粘度:0.15kPa・s(400℃)、平均粒子径(D50):30.0~45.0μm、MFR:86g/10分、質量平均分子量(Mw):58000を使用した。
[Materials used]
(Thermoplastic resin)
Thermoplastic resin 1: Polyether ether ketone "KetaSpire KT-880FP" (manufactured by Solvay, melting point: 343°C, melt viscosity: 0.15 kPa·s (400°C), average particle size (D50): 30.0 to 45.0 μm, MFR: 86 g/10 min, mass average molecular weight (Mw): 58,000 was used.

(熱硬化性樹脂)
熱硬化性樹脂1:エポキシ系樹脂組成物(ビスフェノールF型エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製、ポリスチレン換算の質量平均分子量:60000)8.74質量部、水添ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製)10.93質量部、p-アミノフェノール型液状エポキシ樹脂(三菱ケミカル社製)2.62質量部、フェノール樹脂系硬化剤「MEH-8000H」(明和化成社製)5.73質量部、硬化触媒である1-シアノエチル-2-ウンデシルイミダゾール「C11Z-CN」(四国化成社製、分子量275)0.48質量部)を使用した。
(Thermosetting resin)
Thermosetting resin 1: Epoxy resin composition (bisphenol F type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, weight average molecular weight in terms of polystyrene: 60,000) 8.74 parts by mass, hydrogenated bisphenol A type liquid epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) 10.93 parts by mass, p-aminophenol type liquid epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) 2.62 parts by mass, phenol resin curing agent "MEH-8000H" (manufactured by Meiwa Chemical Industry Co., Ltd.) 5.73 parts by mass, 1-cyanoethyl-2-undecylimidazole "C11Z-CN" (manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd., molecular weight 275) as a curing catalyst 0.48 parts by mass) was used.

窒化ホウ素凝集粒子(熱伝導性フィラー)
窒化ホウ素凝集粒子として用いた熱伝導性フィラーは以下の通りである。
熱伝導性フィラー1:カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子(B/(A+B)=0.664、平均粒子径(D50):35μm、最大粒子径Dmax:90μm)
熱伝導性フィラー2:カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子(B/(A+B)=0.662、平均粒子径(D50):35μm、最大粒子径Dmax:90μm)
熱伝導性フィラー3:カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子(B/(A+B)=0.648、平均粒子径(D50):35μm、最大粒子径Dmax:90μm)
熱伝導性フィラー4:カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子(B/(A+B)=0.516、平均粒子径(D50):34μm、最大粒子径Dmax:90μm)
熱伝導性フィラー5:カードハウス構造を有する窒化ホウ素凝集粒子(B/(A+B)=0.556、平均粒子径(D50):40μm、最大粒子径Dmax:90μm)
熱伝導性フィラー6:キャベツ構造(凝集粒子の最表面近傍の一次粒子の厚み方向と、凝集粒子の放射方向とが一致する)を有する窒化ホウ素凝集粒子(「PTX25」(モメンティブ社製、B/(A+B)=0.441、平均粒子径(D50)25μm、比表面積7m2/g)
Boron nitride agglomerated particles (thermally conductive filler)
The thermally conductive filler used as the boron nitride agglomerated particles is as follows:
Thermally conductive filler 1: boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure (B 1 /(A 1 +B 1 )=0.664, average particle size (D50): 35 μm, maximum particle size Dmax: 90 μm)
Thermally conductive filler 2: boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure (B 1 /(A 1 +B 1 )=0.662, average particle size (D50): 35 μm, maximum particle size Dmax: 90 μm)
Thermally conductive filler 3: boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure (B 1 /(A 1 +B 1 )=0.648, average particle size (D50): 35 μm, maximum particle size Dmax: 90 μm)
Thermally conductive filler 4: boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure (B 1 /(A 1 +B 1 )=0.516, average particle size (D50): 34 μm, maximum particle size Dmax: 90 μm)
Thermally conductive filler 5: boron nitride agglomerated particles having a house-of-cards structure (B 1 /(A 1 +B 1 )=0.556, average particle size (D50): 40 μm, maximum particle size Dmax: 90 μm)
Thermally conductive filler 6: boron nitride agglomerated particles having a cabbage structure (the thickness direction of the primary particles near the outermost surface of the agglomerated particles coincides with the radial direction of the agglomerated particles) ("PTX25" (manufactured by Momentive Corp., B1 /( A1 + B1 )=0.441, average particle diameter (D50) 25 μm, specific surface area 7 m2 /g)

熱伝導性フィラー1及び2は、以下に記載する方法で作製した。
なお、熱伝導性フィラー1及び2は、以下に説明する(原料)、(スラリーの調製)、(造粒)、(熱分解)までは同一ロットとして実施し、(窒化ホウ素凝集粒子の作製)の項の2000℃での炉内処理のみ別バッチとして逐次実施した。
Thermally conductive fillers 1 and 2 were prepared by the method described below.
For the thermally conductive fillers 1 and 2, the processes up to (raw material), (preparation of slurry), (granulation), and (pyrolysis) described below were carried out as one batch, and only the furnace treatment at 2000° C. in the section (production of boron nitride agglomerated particles) was carried out sequentially as separate batches.

(原料)
原料として、粉末X線回折測定(Cu-Kα)により得られる(002)面ピークの半値幅が2θ=0.67°、酸素濃度が6.0質量%である六方晶窒化ホウ素(以下「原料h-BN粉末」と記載):10000gと、バインダー(多木化学(株)製「タキセラムM160L」、固形分濃度21質量%):11496gと、界面活性剤(花王(株)製界面活性剤「アンモニウムラウリルサルフェート」:固形分濃度14質量%):250gを用いた。
(Raw materials)
The raw materials used were 10,000 g of hexagonal boron nitride (hereinafter referred to as "raw h-BN powder") having a half-width of the (002) plane peak of 2θ = 0.67° and an oxygen concentration of 6.0 mass% as measured by powder X-ray diffraction measurement (Cu-Kα), 11,496 g of a binder (Taki Chemical Industry Co., Ltd.'s "Taxeram M160L", solids concentration 21 mass%), and 250 g of a surfactant (Kao Corporation's surfactant "ammonium lauryl sulfate", solids concentration 14 mass%).

(スラリーの調製)
原料h-BN粉末を樹脂製のボトルに上記の量計量し、次いでバインダーを上記の量で添加した。さらに、界面活性剤を上記の量で添加した後、ジルコニア性のセラミックボールを添加して、ポットミル回転台で1時間撹拌してBNスラリーを得た。このスラリーの粘度は、810mPa・sであった。
(Preparation of Slurry)
The raw material h-BN powder was weighed out in the above amount into a resin bottle, and then the binder was added in the above amount. Furthermore, the surfactant was added in the above amount, and then zirconia ceramic balls were added, and the mixture was stirred for 1 hour on a pot mill rotating table to obtain a BN slurry. The viscosity of this slurry was 810 mPa·s.

(造粒)
前記BNスラリーを、スプレードライヤー(大河原化工機株式会社製FOC-20)を用いて、ディスク回転数20000~23000rpm、乾燥温度80℃の条件で噴霧乾燥して、球状のBN造粒粒子を得た。
(Granulation)
The BN slurry was spray-dried using a spray dryer (Okawara Kakoki Co., Ltd., FOC-20) at a disk rotation speed of 20,000 to 23,000 rpm and a drying temperature of 80° C. to obtain spherical BN granulated particles.

(熱分解)
上記BN造粒粒子を大気雰囲気にて700℃で5時間加熱処理して前駆体粒子を得た。
(Thermal decomposition)
The BN granulated particles were heat-treated in an air atmosphere at 700° C. for 5 hours to obtain precursor particles.

(窒化ホウ素凝集粒子の作製)
上記前駆体粒子を、円形の黒鉛製蓋つきルツボに円盤状に充填し、室温で常圧の窒素ガス流通にて炉内を置換し、窒素ガスを流通しながら2000℃まで83℃/時で昇温し、2000℃到達後、そのまま窒素ガスを流通しながら5時間保持し、その後、室温まで冷却した。坩堝から取り出した被焼成物から黒鉛と接触していた部位を除去し、乳鉢と乳棒を用いて人力で解砕、続いてロールミルで処理してカードハウス構造を有する球状の窒化ホウ素凝集粒子を得た。
得られた窒化ホウ素凝集粒子を、開き目90μmの篩を用いて篩分けを行い、篩を通過した粒子のみを熱伝導性フィラーとして用いた。
なお、熱伝導性フィラー1及び2は、上記2000℃での炉内処理を行った後、人力解砕とロールミル処理についても別々に実施したが、2000℃炉内処理を別バッチとして逐次実施したことは、水銀圧入法の測定結果に差異を与えていない結果となった。
(Preparation of boron nitride agglomerated particles)
The precursor particles were filled in a circular graphite crucible with a lid in the shape of a disk, the atmosphere in the furnace was replaced with nitrogen gas at normal pressure at room temperature, the temperature was raised to 2000° C. at a rate of 83° C./hour while passing nitrogen gas, and after reaching 2000° C., the temperature was maintained for 5 hours while passing nitrogen gas, and then cooled to room temperature. The part that had been in contact with the graphite was removed from the fired material taken out of the crucible, and the material was manually crushed using a mortar and pestle, and then treated with a roll mill to obtain spherical agglomerated particles of boron nitride having a card house structure.
The obtained boron nitride agglomerated particles were sieved using a sieve with 90 μm openings, and only the particles that passed through the sieve were used as the thermally conductive filler.
In addition, after the above-mentioned furnace treatment at 2000°C, thermally conductive fillers 1 and 2 were also subjected to manual crushing and roll mill treatment separately. However, the fact that the 2000°C furnace treatment was performed sequentially as separate batches did not result in any difference in the measurement results by the mercury intrusion method.

熱伝導性フィラー3は、原料として酸素濃度が5質量%である六方晶窒化ホウ素と、酸素濃度が7.5質量%である六方晶窒化ホウ素を各5000g混合して用いた以外は、熱伝導性フィラー1と同様の方法で作製した。
熱伝導性フィラー4は、熱伝導性フィラー2を、直径10mmのナイロンボールを用いたビーズミルで30分乾式処理することで、凝集粒子表面の一次粒子が折れ曲がり凝集粒子を覆う様に折れた構造となった球状の凝集粒子を用いた。図5に示すように、この凝集粒子単体のSEM観察像から、凝集粒子自体の崩壊・破損はなく、内部のカードハウス構造も維持されていると判断される。
また、熱伝導性フィラー5は、原料として酸素濃度が7.5質量%である六方晶窒化ホウ素を10000g用いた以外は、熱伝導性フィラー1と同様の方法で作製した後、直径10mmのナイロンボールを用いたビーズミルで30分乾式処理することで、凝集粒子表面の一次粒子が折れ曲がり凝集粒子を覆う様に折れた構造となった球状の凝集粒子として用いた。この凝集粒子単体のSEM観察像から、フィラー5についても、凝集粒子自体の崩壊・破損はなく、内部のカードハウス構造も維持されていると判断された。
Thermally conductive filler 3 was produced in the same manner as thermally conductive filler 1, except that 5,000 g each of hexagonal boron nitride having an oxygen concentration of 5 mass % and hexagonal boron nitride having an oxygen concentration of 7.5 mass % was mixed as the raw materials.
Thermally conductive filler 4 was made by dry-treating thermally conductive filler 2 for 30 minutes in a bead mill using nylon balls with a diameter of 10 mm, resulting in spherical aggregated particles in which the primary particles on the surface of the aggregated particles were bent to cover the aggregated particles. As shown in Fig. 5, from the SEM observation image of the aggregated particles alone, it is determined that the aggregated particles themselves are not broken or damaged, and the internal house-of-cards structure is maintained.
Thermally conductive filler 5 was prepared in the same manner as thermally conductive filler 1, except that 10,000 g of hexagonal boron nitride with an oxygen concentration of 7.5% by mass was used as a raw material, and then dry-treated for 30 minutes in a bead mill using nylon balls with a diameter of 10 mm to obtain spherical agglomerated particles in which the primary particles on the surface of the agglomerated particles were bent to cover the agglomerated particles. From the SEM observation image of the agglomerated particles alone, it was determined that the agglomerated particles themselves of filler 5 were not broken or damaged, and the internal house-of-cards structure was also maintained.

[実施例1~3及び比較例1~3の熱伝導性樹脂シートの作製]
マトリクス樹脂の粉体及び熱伝導性フィラーの粉体を常温で混合し、得られた粉体混合物を、高温真空プレス装置(北川精機社製)でプレス温度395℃、プレス面圧10MPaで10分間プレスを行い、15cm四方で厚み150μmの熱伝導性樹脂シート、及び、15cm四方で厚み500μmの熱伝導性樹脂シートを得た。この際、粉体の量を調整してシートの厚みを調整した。ただし、実施例2のみはプレス温度395℃、プレス面圧20MPaで10分間のプレスとしている。
そして、厚み150μmの熱伝導性樹脂シートは、後述する吸湿リフロー試験の供試体とし、厚み500μmの熱伝導性樹脂シートは、後述する熱伝導率の測定用の供試体とした。
[Preparation of thermally conductive resin sheets of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3]
The matrix resin powder and the thermally conductive filler powder were mixed at room temperature, and the obtained powder mixture was pressed for 10 minutes in a high-temperature vacuum press device (manufactured by Kitagawa Seiki Co., Ltd.) at a press temperature of 395°C and a press surface pressure of 10 MPa to obtain a thermally conductive resin sheet having a thickness of 150 μm and a size of 15 cm square, and a thermally conductive resin sheet having a thickness of 500 μm and a size of 15 cm square. At this time, the thickness of the sheet was adjusted by adjusting the amount of powder. However, only in Example 2, pressing was performed for 10 minutes at a press temperature of 395°C and a press surface pressure of 20 MPa.
The 150 μm thick thermally conductive resin sheet was used as a specimen for a moisture absorption reflow test described later, and the 500 μm thick thermally conductive resin sheet was used as a specimen for measuring thermal conductivity described later.

ここで、上記の10分間とは、真空プレス機の内部を150℃に予熱しておき、そこに上記粉体混合物をプレス仕込み構成物として投入し、真空ポンプを作動させつつ、粉体混合物に数MPaの軽い与圧を掛けておき、プレス機内部温度を395℃に設定し、40分間の昇温の後、プレス面圧10MPaとなるように設定し、10分間という意味である。10分経過後は、プレス機内部温度を再び150℃として、内部温度が150℃に漸近した所で真空を解除し、熱伝導性樹脂シートを取り出した。 Here, the 10 minutes mentioned above means that the inside of the vacuum press was preheated to 150°C, the powder mixture was added there as the press feed composition, a light pressure of several MPa was applied to the powder mixture while operating the vacuum pump, the temperature inside the press was set to 395°C, and after 40 minutes of heating, the press surface pressure was set to 10 MPa for 10 minutes. After the 10 minutes had passed, the temperature inside the press was again set to 150°C, and when the internal temperature approached 150°C, the vacuum was released and the thermally conductive resin sheet was removed.

上記プレス仕込み構成物とは、下部メッキ板上に、厚み6mm、外辺の縦横が各20cmであり、内部に縦横各15cm×15cmの開口が開けられた額縁状のスペーサーを載置し、スペーサー内に、厚み150μmのプレスシート又は厚み500μmのプレスシートを得るのに必要な質量の粉末状の混合物を散布し、更に15cm×15cmの上記開口部に厚み5.85mm(試料厚み150μmを採取する場合)、または厚み5.50mm(試料厚み500μmを採取する場合)で、縦横各14.6cm×14.6cmの落とし蓋を嵌め込み、上部メッキ板を載せた、バッチでの一回のプレスに必要な構成物である。 The press-prepared structure is a structure required for one press in a batch, in which a frame-shaped spacer 6 mm thick, 20 cm long and wide on the outside, and an opening of 15 cm x 15 cm long and wide on the inside is placed on the lower plated plate, the powder mixture is scattered in the spacer in the amount of mass required to obtain a 150 μm-thick pressed sheet or a 500 μm-thick pressed sheet, a 5.85 mm-thick drop lid (when taking a sample of 150 μm thickness) or a 5.50 mm-thick drop lid (when taking a sample of 500 μm thickness) and a 14.6 cm x 14.6 cm long and wide drop lid is fitted into the 15 cm x 15 cm opening, and the upper plated plate is placed on top.

[比較例4の熱伝導性樹脂シートの作製]
エポキシ系樹脂組成物と熱伝導性フィラーとの総量が100質量%となるように熱伝導性フィラーを添加し、さらに上記エポキシ系樹脂組成物と熱伝導性フィラーとの合計の固形分濃度が62.8質量%となるように、メチルエチルケトンとシクロヘキサノンの混合溶液(混合比(体積比)1:1)を37.2質量%加えて混合し、塗布スラリー(シート用塗工液)を得た。これらの混合に際しては、手撹拌の後、自公転撹拌機「泡取り錬太郎 AR-250」を用いて2分間撹拌を行った。
上記で得られた塗布スラリーを、ドクターブレード法で厚み38μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(以下「PETフィルム」ともいう)上に塗布し、60℃で120分間加熱乾燥を行った後、プレス温度42℃、プレス面圧15MPaで10分間プレスを行い、未硬化のエポキシ樹脂シート状成形体を得た。このエポキシ樹脂シート状成形体は、後述する吸湿リフロー試験の供試体とした。
[Preparation of thermally conductive resin sheet of Comparative Example 4]
A thermally conductive filler was added so that the total amount of the epoxy resin composition and the thermally conductive filler was 100% by mass, and then 37.2% by mass of a mixed solution of methyl ethyl ketone and cyclohexanone (mixing ratio (volume ratio) 1:1) was added and mixed so that the total solid content concentration of the epoxy resin composition and the thermally conductive filler was 62.8% by mass, to obtain a coating slurry (coating liquid for sheets). When mixing these, after manual stirring, stirring was performed for 2 minutes using a planetary stirrer "Awatori Rentaro AR-250".
The coating slurry obtained above was applied onto a polyethylene terephthalate film (hereinafter also referred to as "PET film") having a thickness of 38 μm by a doctor blade method, and then heated and dried at 60° C. for 120 minutes, and then pressed at a press temperature of 42° C. and a press surface pressure of 15 MPa for 10 minutes to obtain an uncured epoxy resin sheet-shaped molding. This epoxy resin sheet-shaped molding was used as a specimen for a moisture absorption reflow test described later.

また、後述する熱伝導率の測定に用いる厚み500μmの熱伝導性樹脂シートを以下の方法で作製した。上記未硬化のエポキシ樹脂シート状成形体を10cm×10cmに切り出し、当該成形体を4枚積層したものをプレス仕込み構成物とし、実施例1~3及び比較例1~3において厚み500μmのシートを得る場合と同様のスペーサーと落とし蓋を用いて、プレス温度175℃、プレス面圧10MPaで1時間プレスを行い、厚み500μmの熱伝導性樹脂シートを得た。なお、積層した未硬化エポキシ樹脂シート状成形体の厚み過剰分は、シート寸法10cm×10cmとスペーサー寸法15cm×15cmの間の空容積部分で吸収している。 A thermally conductive resin sheet with a thickness of 500 μm used for the thermal conductivity measurement described later was prepared by the following method. The uncured epoxy resin sheet-like molded body was cut into a size of 10 cm x 10 cm, and four of the molded bodies were stacked to prepare a press-prepared structure. Using the same spacers and drop lids as those used to obtain 500 μm-thick sheets in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the press was performed at a press temperature of 175°C and a press surface pressure of 10 MPa for one hour to obtain a thermally conductive resin sheet with a thickness of 500 μm. The excess thickness of the laminated uncured epoxy resin sheet-like molded body was absorbed by the empty volume between the sheet dimensions of 10 cm x 10 cm and the spacer dimensions of 15 cm x 15 cm.

<測定条件、評価方法>
熱伝導性フィラー1~6と、実施例1~3及び比較例1~4の熱伝導性樹脂シートについて、以下の方法で測定及び評価を行った。
<Measurement conditions and evaluation method>
The thermally conductive fillers 1 to 6 and the thermally conductive resin sheets of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were measured and evaluated by the following methods.

[凝集粒子の物性(原料粉)]
(Dmax及びD50)
窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50は、以下の方法で測定した。
ヘキサメタリン酸ナトリウムを含有する純水媒体10mL中に、窒化ホウ素凝集粒子20mgを超音波で分散させた試料に対して、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA-920(堀場製作所社製)を用いて粒度分布を測定し、得られた粒度分布から窒化ホウ素凝集粒子の最大粒子径Dmax及び平均粒子径D50を求めた。
[Physical properties of agglomerated particles (raw powder)]
(Dmax and D50)
The maximum particle diameter Dmax and average particle diameter D50 of the boron nitride agglomerated particles were measured by the following method.
A sample was prepared by ultrasonically dispersing 20 mg of boron nitride agglomerated particles in 10 mL of a pure water medium containing sodium hexametaphosphate, and the particle size distribution of the sample was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer LA-920 (manufactured by HORIBA, Ltd.). From the particle size distribution thus obtained, the maximum particle diameter Dmax and the average particle diameter D50 of the boron nitride agglomerated particles were determined.

(粒子内細孔容積A、粒子間隙容積B及びB/(A+B))
窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積A(mL/g)及び粒子間隙容積B(mL/g)は、それぞれJIS R1655:2003「ファインセラミックスの水銀圧入法による成形体気孔径分布試験方法」に従って測定した。
具体的には、水銀ポロシメーターとして、マイクロメリテックス社製・オートポアIVを用い、試料200mgを測定用セルに充填し、減圧下(50μmHg以下)で10分間減圧処理をした後、全細孔容積を求め、また、水銀圧入退出曲線を測定した。細孔径を横軸とし、対数微分細孔容積を縦軸とする細孔径分布曲線を作成し、細孔を円筒と仮定して、粒子内細孔を表すピークaと、粒子間細孔を表すピークbとの間で対数微分細孔容積が細孔径に対して極小値をとる径(分割径)を読み取った。当該分割径よりも細孔径が大きい領域における水銀圧入退出曲線の積分値から、粒子間隙容積B(mL/g)を求めた。
また、全細孔容積から上記粒子間隙容積Bを差し引いて、粒子内細孔容積A(mL/g)を求めた。この測定結果から、「B/(A+B)」を求めた。
なお、水銀ポロシメーターのセルへの試料の充填に際しては、特にタッピング等の操作は行わないが、測定自体が比重の大きい水銀を圧入するものであるため、試料の初期の充填状況に依存せず、窒化ホウ素凝集粒子の性状のみに依存した測定結果が得られるものである。
上記の水銀圧入により破壊を受ける窒化ホウ素凝集粒子も存在する可能性もあるが、そのような粒子では本発明の条件を満たさない。
(Intra-particle pore volume A1 , inter-particle void volume B1 and B1 /( A1 + B1 ))
The intraparticle pore volume A 1 (mL/g) and interparticle volume B 1 (mL/g) of the boron nitride agglomerated particles were measured according to JIS R1655:2003 "Test method for pore size distribution of fine ceramics molded bodies by mercury intrusion porosity method".
Specifically, a Micromeritics Autopore IV mercury porosimeter was used, 200 mg of sample was filled into a measurement cell, and the cell was subjected to a reduced pressure treatment (50 μmHg or less) for 10 minutes, after which the total pore volume was determined, and the mercury intrusion/extrusion curve was measured. A pore size distribution curve was created with the pore size on the horizontal axis and the logarithmic differential pore volume on the vertical axis, and the diameter (division diameter) at which the logarithmic differential pore volume was a minimum value with respect to the pore size was read between peak a representing the intraparticle pores and peak b representing the interparticle pores, assuming that the pores are cylindrical. The interparticle volume B 1 (mL/g) was calculated from the integral value of the mercury intrusion/extrusion curve in the region where the pore size is larger than the division diameter.
Furthermore, the inter-particle pore volume B1 was subtracted from the total pore volume to determine the intra-particle pore volume A1 (mL/g). From the measurement results, " B1 /( A1 + B1 )" was calculated.
When filling the cell of the mercury porosimeter with the sample, no special operations such as tapping are performed. However, since the measurement itself involves forcing mercury, which has a high specific gravity, the measurement results are not dependent on the initial filling condition of the sample and depend only on the properties of the boron nitride agglomerated particles.
Although there may be boron nitride agglomerated particles that are destroyed by the above-mentioned mercury intrusion, such particles do not satisfy the conditions of the present invention.

(円形度)
熱伝導性フィラー2及び熱伝導性フィラー4について、粒子画像解析装置(マルバーン社製、モフォロギ G3S)を用いて円形度を測定した。なお、上記いずれの窒化ホウ素凝集粒子についても、凝集体を形成せず一次粒子のままの窒化ホウ素粒子、あるいは一旦は凝集粒子を形成したものの、その後の取り扱いにおいて凝集粒子から脱落して窒化ホウ素一次粒子となった粒子等の存在が考えられるため、1Barの気流分散による分級を実施した後、画像解析を実施し円形度を測定した。モフォロギでの円形度の測定は、粒子周囲長と、粒子面積と等しい面積の円の周囲長を測定・算出し、前者を分母に、後者を分子として求めている。10000個について測定し、平均値を円形度とした。
(Circularity)
The circularity of the thermally conductive filler 2 and the thermally conductive filler 4 was measured using a particle image analyzer (Malvern, Morphologi G3S). For all of the boron nitride agglomerated particles, there may be boron nitride particles that do not form agglomerates and remain as primary particles, or particles that once formed agglomerates but then dropped off from the agglomerates during subsequent handling to become primary boron nitride particles. Therefore, classification was performed using air flow dispersion at 1 Bar, and then image analysis was performed to measure the circularity. The circularity was measured using Morphologi by measuring and calculating the particle perimeter and the perimeter of a circle with an area equal to the particle area, with the former as the denominator and the latter as the numerator. Measurements were performed on 10,000 particles, and the average value was taken as the circularity.

[凝集粒子の物性(シート灰分)]
(粒子内細孔容積A、粒子間隙容積B、A/A及びB/B
熱伝導性樹脂シートを700℃に加熱したときの残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子の水銀圧入法で測定した粒子内細孔容積 A(mL/g)及び粒子間隙容積 B(mL/g)はそれぞれ以下のように測定した。
まず、後述の吸湿リフロー試験のために作成した厚み150μmの熱伝導性樹脂層を銅板と積層した「放熱用金属板状材(銅板・厚み2mm)/熱伝導性樹脂シート(厚み0.15mm)/導電回路形成用銅板(厚み0.5mm)」からなる積層放熱シートから、エッチング処理により銅板を全て除去し、樹脂シートのみを単離したものを試料とした。該試料400mg(樹脂シート面積としては約3.6cm×3.6cm程度)を採取し、加熱炉で大気中、700℃で5時間加熱し、樹脂分を分解除去する事により、加熱灰分とした。
加熱前のシート及び加熱後の灰分をそれぞれ秤量し、灰分の質量が配合した窒化ホウ素凝集粒子の質量の計算値と概略一致することを確認した。
次いで、水銀ポロシメーターとして、マイクロメリテックス社製・オートポアIVを用い、試料200mgを測定用セルに充填し、前述のA、Bの測定と同様にして、シート灰分中の窒化ホウ素凝集粒子の粒子間隙容積 B(ml/g)、粒子内細孔容積 A(ml/g)を求めた。
実施例1~3及び比較例1~4でそれぞれ使用したフィラーの粒子内細孔容積A、粒子間隙容積Bと、熱伝導性樹脂シートの灰分における粒子内細孔容積A、粒子間隙容積Bとから、残存率A/A及びB/Bを求めた。
[Physical properties of agglomerated particles (sheet ash)]
(Intra-particle pore volume A2 , inter-particle void volume B2 , A2 / A1 and B2 / B1 )
The intraparticle pore volume A 2 (mL/g) and interparticle volume B 2 (mL/g) of the boron nitride agglomerated particles contained in the residual ash when the thermally conductive resin sheet was heated to 700° C. were measured by mercury intrusion porosimetry as follows.
First, a laminated heat dissipation sheet consisting of a heat conductive resin layer of 150 μm thickness, laminated with a copper plate, was prepared for the moisture absorption reflow test described later, and was made of "heat dissipation metal plate material (copper plate, thickness 2 mm) / heat conductive resin sheet (thickness 0.15 mm) / copper plate for forming conductive circuit (thickness 0.5 mm)". The copper plate was removed by etching, and only the resin sheet was isolated. 400 mg of the sample (resin sheet area is about 3.6 cm x 3.6 cm) was taken and heated in a heating furnace in the air at 700 ° C for 5 hours to decompose and remove the resin content, and the heated ash was obtained.
The sheet before heating and the ash content after heating were each weighed, and it was confirmed that the mass of the ash content approximately coincided with the calculated mass of the boron nitride agglomerated particles blended.
Next, a Micromeritics Autopore IV mercury porosimeter was used, and 200 mg of sample was loaded into the measurement cell. The interparticle void volume B2 (ml/g) and intraparticle pore volume A2 (ml/g) of the boron nitride agglomerated particles in the sheet ash were determined in the same manner as in the measurements of A1 and B1 described above.
The residual ratios A2 /A1 and B2/B1 were calculated from the intraparticle pore volume A1 and interparticle space volume B1 of the fillers used in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 , respectively, and the intraparticle pore volume A2 and interparticle space volume B2 of the ash of the thermally conductive resin sheet.

(円形度)
実施例2及び比較例1について、熱伝導性樹脂シートの灰分の円形度を粒子画像解析装置(マルバーン社製、モフォロギG3S)で測定した。なお、いずれのシート灰分も、凝集体を形成せず一次粒子のままの窒化ホウ素粒子、あるいは一旦は凝集粒子を形成したものの、その後の取り扱いや、シート成形の為の加圧工程において凝集粒子から脱落して窒化ホウ素一次粒子となった粒子等の存在が考えられるため、1Barの気流分散による分級を実施した後、画像解析を実施し円形度を測定した。モフォロギでの円形度の測定は、粒子周囲長と、粒子面積と等しい面積の円の周囲長を測定・算出し、前者を分母に、後者を分子として求めている。10000個について測定し、平均値を円形度とした。
(Circularity)
For Example 2 and Comparative Example 1, the circularity of the ash of the thermally conductive resin sheet was measured using a particle image analyzer (Malvern, Morphologi G3S). In addition, since it is possible that the boron nitride particles in each sheet ash are primary particles without forming aggregates, or particles that once formed aggregate particles but fell off from the aggregate particles during subsequent handling or the pressurizing process for sheet molding to become primary boron nitride particles, etc., classification was performed by air flow dispersion at 1 Bar, and then image analysis was performed to measure the circularity. The circularity measurement using Morphologi was performed by measuring and calculating the particle perimeter and the perimeter of a circle with an area equal to the particle area, with the former as the denominator and the latter as the numerator. Measurements were performed for 10,000 particles, and the average value was taken as the circularity.

[25℃での熱伝導率]
実施例1~3及び比較例1~4で得られた厚み500μmの熱伝導性樹脂シート(供試体)から、10mm四方の大きさに切り出した測定用試料を用い、「レーザー光吸収用スプレー(ファインケミカルジャパン社製「ブラックガードスプレーFC-153」)を両面に薄く塗布して乾燥させた後、キセノンフラッシュアナライザー(NETZSCH社製「LFA447・NanoFlash300」)によるレーザーフラッシュ法測定で、測定温度25℃での樹脂シート厚み方向の熱拡散率a(mm2/秒)を測定した。測定は、同一シートから切り出した5点について実施し、その算術平均値を求めた。
[Thermal conductivity at 25° C.]
Measurement samples were cut into 10 mm squares from the 500 μm thick thermally conductive resin sheets (specimens) obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, and after a thin layer of laser light absorbing spray (Fine Chemical Japan's Blackguard Spray FC-153) was applied to both sides and dried, the thermal diffusivity a ( mm2 /sec) in the thickness direction of the resin sheet at a measurement temperature of 25° C. was measured by the laser flash method using a xenon flash analyzer (NETZSCH's LFA447 NanoFlash300). The measurement was performed on five points cut out from the same sheet, and the arithmetic average value was calculated.

次に、JIS K6268に準拠し、アルキメデス法にて、比重測定機(エー・アンド・デイ社製)を用いて樹脂シートの密度ρ(g/m)を求めた。また、JIS K7123に準拠し、DSC測定装置(ThermoPlusEvo DSC8230、リガク社製)を用いて25℃での比熱容量c(J/(g・K))を測定した。
これらの各測定値から、「H=a×ρ×c」として25℃でのシート厚み方向の熱伝導率を求めた。
Next, the density ρ (g/m 3 ) of the resin sheet was determined by the Archimedes method using a specific gravity measuring device (manufactured by A&D Co., Ltd.) in accordance with JIS K 6268. In addition, the specific heat capacity c (J/(g·K)) at 25° C. was measured using a DSC measuring device (ThermoPlusEvo DSC8230, manufactured by Rigaku Corporation) in accordance with JIS K 7123.
From these measured values, the thermal conductivity in the sheet thickness direction at 25° C. was calculated as "H=a×ρ×c".

なお、前記の熱拡散率a(mm/秒)は、樹脂系材料の熱拡散率・熱伝導率に関するJIS規格が存在しない事から、JIS R1611:2010(ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法)を参考にしており、同規格が「試料の厚さは、0.5mm以上5mm以下」と規定している事から、熱伝導率測定に供する試料のみ厚みを0.5mmに調整して測定した。 In addition, since there is no JIS standard regarding the thermal diffusivity and thermal conductivity of resin-based materials, the thermal diffusivity a ( mm2 /sec) was determined based on JIS R1611:2010 (Method for measuring thermal diffusivity, specific heat capacity, and thermal conductivity of fine ceramics by the flash method). Since the standard stipulates that "the thickness of the sample shall be 0.5 mm or more and 5 mm or less," only the thickness of the sample used for thermal conductivity measurement was adjusted to 0.5 mm and then measured.

[吸湿リフロー試験前の絶縁破壊電圧(BDV)]
(放熱用回路基板の作製)
実施例1~3、及び比較例1~4で作製した厚み150μmの熱伝導性樹脂シートを40mm×80mmのサイズに切断して、回路基板用熱伝導性樹脂シートとした。
他方、放熱用金属板状材となる40mm×80mmのサイズの、厚み2000μmの銅板、及び、導電回路形成用銅板となる40mm×80mmのサイズの、厚み500μmの銅板を、前記回路基板用熱伝導性樹脂シート1枚に対し、各1枚用意した。
厚み2000μmの銅板、及び厚み500μmの銅板の片面をそれぞれ事前に#100のサンドペーパーで研磨することで表面を粗化処理し、厚み違いの銅板各1枚ずつの粗化処理面が前記回路基板用熱伝導性樹脂シートに対向する様に、前記回路基板用熱伝導性樹脂シートを挟み、プレス温度390℃、プレス面圧13MPaで10分間、プレスを行い、「放熱用金属板状材(銅板)/熱伝導性樹脂シート/導電回路形成用銅板」からなる積層放熱シートを得た。
[Breakdown voltage before moisture absorption and reflow test (BDV)]
(Preparation of heat dissipation circuit board)
The thermally conductive resin sheets having a thickness of 150 μm produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were cut into a size of 40 mm×80 mm to prepare thermally conductive resin sheets for circuit boards.
On the other hand, a copper plate having a thickness of 2000 μm and a size of 40 mm x 80 mm was prepared as a metal plate material for heat dissipation, and a copper plate having a thickness of 500 μm and a size of 40 mm x 80 mm was prepared as a copper plate for forming a conductive circuit, one of each being prepared for each thermally conductive resin sheet for the circuit board.
One side of a 2000 μm thick copper plate and one side of a 500 μm thick copper plate were each polished in advance with #100 sandpaper to roughen the surface, and the thermally conductive resin sheet for circuit boards was sandwiched between the copper plates of different thicknesses so that the roughened surface faced the thermally conductive resin sheet for circuit boards. The copper plates were pressed at a press temperature of 390° C. and a press surface pressure of 13 MPa for 10 minutes to obtain a laminated heat dissipation sheet consisting of "heat dissipating metal plate material (copper plate)/thermal conductive resin sheet/copper plate for forming conductive circuits."

一方、熱硬化性樹脂から成る熱伝導性樹脂シートである比較例4については、未硬化、或いは極僅かにしか硬化反応の進行していない厚み150μmのエポキシ樹脂シート状成形体を上記粗化処理した放熱用金属板状材(銅板)と導電回路形成用銅板で挟み、プレス温度175℃、プレス面圧10MPaで30分間真空プレスを行い、熱硬化性樹脂の硬化反応を完結させ、「放熱用金属板状材(銅板)/熱伝導性樹脂シート/導電回路形成用銅板」からなる積層放熱シートを得た。 On the other hand, for Comparative Example 4, which is a thermally conductive resin sheet made of a thermosetting resin, a 150 μm thick epoxy resin sheet molded body that was uncured or in which the curing reaction had only progressed very slightly was sandwiched between the above-mentioned roughened metal plate material for heat dissipation (copper plate) and a copper plate for forming a conductive circuit, and vacuum pressed for 30 minutes at a press temperature of 175°C and a press surface pressure of 10 MPa to complete the curing reaction of the thermosetting resin, thereby obtaining a laminated heat dissipation sheet consisting of "metal plate material for heat dissipation (copper plate)/thermally conductive resin sheet/copper plate for forming a conductive circuit."

さらに、夫々の積層放熱シートの前記導電回路形成用銅板にエッチング処理を施し、パターニングすることで放熱性回路基板を得た。パターンは40mm×80mmの熱伝導性樹脂シート上に、φ25mmの円状パターンの導電回路用銅板が2カ所残存するようにした。 The copper plate for forming the conductive circuit of each laminated heat dissipation sheet was then etched and patterned to obtain a heat dissipation circuit board. The pattern was such that two copper plates for the conductive circuit with a circular pattern of φ25 mm remained on a 40 mm x 80 mm thermally conductive resin sheet.

(絶縁破壊電圧(BDV)の測定)
上記の方法で、実施例1~3及び比較例1~4で得た熱伝導性樹脂シートを用いて作製した放熱性回路基板を、フロリナートFC-40(3M社製)に浸し、超高電圧耐圧試験器7470(計測技術研究所社製)を用いて、上記放熱性回路基板にエッチングによりパターニングしたφ25mmの銅板上に、φ25mmの電極を置いて、0.5kV電圧を印加し、60秒おきに0.5kVずつ昇圧していき、絶縁破壊に至るまで測定を実施した。測定は、周波数60Hz、昇圧速度1000V/secで実施した。
(Measurement of dielectric breakdown voltage (BDV))
The heat dissipating circuit boards prepared using the thermally conductive resin sheets obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 by the above method were immersed in Fluorinert FC-40 (manufactured by 3M), and a φ25 mm electrode was placed on a φ25 mm copper plate patterned by etching on the heat dissipating circuit board using an ultra-high voltage withstand voltage tester 7470 (manufactured by Keisoku Gijutsu Kenkyusho Co., Ltd.), a voltage of 0.5 kV was applied, and the voltage was increased by 0.5 kV every 60 seconds until dielectric breakdown occurred. The measurement was performed at a frequency of 60 Hz and a voltage increase rate of 1000 V/sec.

絶縁破壊電圧が単位厚み当たり(厚み1mmの場合の換算値)で60kV/mm以上である場合は「〇(good)」、40kV/mm以上で60kV/mmに未満の場合は「△(not good)」、40kV/mm未満の場合は「×(poor)」と表記した。これらの測定結果を表1中に示した。
吸湿リフロー試験前の絶縁破壊電圧(BDV)の評価は、耐電圧性能の評価とすることができる。
When the breakdown voltage per unit thickness (converted value for a thickness of 1 mm) was 60 kV/mm or more, it was indicated as "◯ (good)", when it was 40 kV/mm or more and less than 60 kV/mm, it was indicated as "△ (not good)", and when it was less than 40 kV/mm, it was indicated as "× (poor)". The measurement results are shown in Table 1.
The evaluation of the dielectric breakdown voltage (BDV) before the moisture absorption reflow test can be used as an evaluation of the voltage resistance performance.

[吸湿リフロー試験後の絶縁破壊電圧(BDV)]
(絶縁破壊電圧(BDV)の測定)
実施例1~3及び比較例1~4で得た熱伝導性樹脂シートを用いて、上記[吸湿リフロー試験前の絶縁破壊電圧(BDV)]と同じ方法で作製した放熱性回路基板を、恒温恒湿機SH-221(エスペック社製)を用いて85℃、85%RHの環境に3日保管した後、30分以内に窒素雰囲気下において室温から290℃まで12分で昇温し、290℃で10分保持した後、室温まで冷却した(吸湿リフロー試験)。その後、放熱性回路基板をフロリナートFC-40(3M社製)に浸し、超高電圧耐圧試験器7470(計測技術研究所社製)を用いて、上記放熱性回路基板にエッチングによりパターニングしたφ25mmの銅板上に、φ25mmの電極を置いて、0.5kV電圧を印加し、60秒おきに0.5kVずつ昇圧していき、絶縁破壊に至るまで測定を実施した。測定は、周波数60Hz、昇圧速度1000V/secで実施した。
[Breakdown voltage after moisture absorption reflow test (BDV)]
(Measurement of dielectric breakdown voltage (BDV))
Using the thermally conductive resin sheets obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, a heat dissipating circuit board was prepared in the same manner as in the above [Breakdown voltage (BDV) before moisture absorption reflow test], and stored in an environment of 85 ° C. and 85% RH for 3 days using a thermohygrostat SH-221 (manufactured by Espec Corporation). After that, the temperature was raised from room temperature to 290 ° C. in 12 minutes in a nitrogen atmosphere within 30 minutes, and the temperature was kept at 290 ° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature (moisture absorption reflow test). Thereafter, the heat dissipating circuit board was immersed in Fluorinert FC-40 (manufactured by 3M Corporation), and a φ25 mm electrode was placed on a φ25 mm copper plate patterned by etching on the heat dissipating circuit board using an ultra-high voltage withstand voltage tester 7470 (manufactured by Keisoku Gijutsu Kenkyusho Co., Ltd.), and a voltage of 0.5 kV was applied, and the voltage was increased by 0.5 kV every 60 seconds, and measurements were performed until the insulation breakdown occurred. The measurement was carried out at a frequency of 60 Hz and a voltage rise rate of 1000 V/sec.

絶縁破壊電圧が単位厚み当たり(厚み1mmの場合の換算値)で60kV/mm以上である場合は「〇(good)」、40kV/mm以上で60kV/mmに満たない場合は「△(not good)」、40kV/mm未満の場合は「×(poor)」と表記した。これらの測定結果を表1中に示した。
吸湿リフロー試験後の絶縁破壊電圧(BDV)の評価は、吸湿リフロー耐性の評価とすることができる。
When the breakdown voltage per unit thickness (converted value for a thickness of 1 mm) was 60 kV/mm or more, it was indicated as "◯ (good)", when it was 40 kV/mm or more but less than 60 kV/mm, it was indicated as "△ (not good)", and when it was less than 40 kV/mm, it was indicated as "× (poor)". The measurement results are shown in Table 1.
The evaluation of the dielectric breakdown voltage (BDV) after the moisture absorption reflow test can be used as an evaluation of the moisture absorption reflow resistance.

[吸湿リフロー試験後の試料状態の観察]
実施例1~3及び比較例1~4で作成した放熱性回路基板を上記と同様に吸湿リフロー試験した後、超音波映像装置FinSAT(FS300III)(日立パワーソリューションズ製)により、上記エッチングによりパターニングしたφ25mmの銅電極と熱伝導性樹脂シートの界面を観察した。測定には周波数50MHzのプローブを用い、ゲイン30dB、ピッチ0.2mmとし、試料を水中に置いて実施した。界面に剥離や浮き、ボイドの発生が認められないものを「○(good)」、界面に剥離や浮き、ボイドの発生が認められたものを「×(poor)」と表記した。この評価結果も表1に示した。
吸湿リフロー試験後界面剥離の評価は、熱伝導性樹脂シートを金属板と積層してリフロー工程を行う際に、熱膨張及び熱収縮による界面剥離及び熱伝導性樹脂シートの発泡に起因する変形が起こり易いか否かの評価とすることができる。
[Observation of sample condition after moisture absorption reflow test]
The heat dissipating circuit boards prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 were subjected to a moisture absorption reflow test in the same manner as described above, and then the interface between the copper electrode with a diameter of 25 mm patterned by the above etching and the thermally conductive resin sheet was observed using an ultrasonic imaging device FinSAT (FS300III) (manufactured by Hitachi Power Solutions). The measurement was performed using a probe with a frequency of 50 MHz, a gain of 30 dB, a pitch of 0.2 mm, and by placing the sample in water. Those that did not show peeling, lifting, or voids at the interface were marked as "○ (good)", and those that showed peeling, lifting, or voids at the interface were marked as "× (poor)". The evaluation results are also shown in Table 1.
The evaluation of interfacial peeling after the moisture absorption reflow test can be made as an evaluation of whether or not interfacial peeling due to thermal expansion and thermal contraction and deformation due to foaming of the thermal conductive resin sheet are likely to occur when the thermal conductive resin sheet is laminated with a metal plate and subjected to a reflow process.

Figure 0007655035000002
Figure 0007655035000002

実施例1~3と比較例1~3とを比べると、B/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子を用いることで、熱伝導率が顕著に高い放熱シートを得られることがわかった。
また、実施例1~3においては、シート成形の前後におけるA/Aが0.70以上であり、B/Bが0.85以下であることから、これらに用いた窒化ホウ素凝集粒子においては、シート成形後においても凝集粒子自体の内部構造を維持することで、凝集粒子内部での高い熱伝導性が維持されていると同時に、隣接する粒子同士の接触部分の表面は大きく変形することにより、粒子相互間の熱抵抗も低く抑えられていると考えられる。図9に示される、実施例2の熱伝導性樹脂シートの灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子のSEM写真からも、凝集粒子の内部構造は維持しながらも、隣接する粒子同士の接触部分の表面は大きく変形していることが確認できる。
また、吸湿リフロー試験前・後の絶縁破壊電圧の値に関し、実施例1~3と比較例4とを比べると、マトリクス樹脂として300℃以上の融点を有する熱可塑性樹脂を用いることにより、耐電圧性能及び吸湿リフロー耐性が良好となることが分かった。
さらに、実施例1~3では、熱可塑性樹脂からなる粉体と、窒化ホウ素凝集粒子とを混合する混合工程と、前記混合物をプレスしてシート成形するプレス成形工程とを含む製造方法であることによって、高熱伝導性を備えた窒化ホウ素凝集粒子の本来の特性を損なうことなく、且つ、成型時のシート内へのボイドの残留も抑制されることにより、耐電圧性能と熱伝導率を両立できることが分かった。
比較例4では、エポキシ系樹脂とB/(A+B)が0.60以上である窒化ホウ素凝集粒子を用いて、従来の湿式塗布法によってシート成形した。窒化ホウ素凝集粒子の粒子間隙容積が湿式塗布法に用いるには過大と推定され、塗布製膜したときにスジが発生してしまい、シート内に気泡も多く含んでしまったために、耐電圧性能が低下してしまったと考えられる。このシート内の気泡の影響により、同じ窒化ホウ素凝集粒子を同量配合した実施例1に比べて熱伝導率も劣っていた。
Comparing Examples 1 to 3 with Comparative Examples 1 to 3, it was found that by using boron nitride agglomerated particles in which B 1 /(A 1 +B 1 ) is 0.60 or more, a heat dissipation sheet with significantly high thermal conductivity can be obtained.
In addition, in Examples 1 to 3, A2 / A1 before and after sheet forming was 0.70 or more, and B2 / B1 was 0.85 or less, so it is believed that the boron nitride agglomerated particles used in these examples maintain the internal structure of the agglomerated particles themselves even after sheet forming, thereby maintaining high thermal conductivity inside the agglomerated particles, and at the same time, the surfaces of the contact parts between adjacent particles are significantly deformed, thereby suppressing the thermal resistance between particles to a low level. From the SEM photograph of the boron nitride agglomerated particles contained in the ash of the thermal conductive resin sheet of Example 2 shown in Figure 9, it can be confirmed that while the internal structure of the agglomerated particles is maintained, the surfaces of the contact parts between adjacent particles are significantly deformed.
In addition, when comparing the values of the breakdown voltage before and after the moisture absorption reflow test between Examples 1 to 3 and Comparative Example 4, it was found that the use of a thermoplastic resin having a melting point of 300°C or higher as the matrix resin improved the voltage resistance performance and moisture absorption reflow resistance.
Furthermore, in Examples 1 to 3, the manufacturing method includes a mixing step of mixing a powder made of thermoplastic resin with boron nitride agglomerated particles, and a press molding step of pressing the mixture to form a sheet. This makes it possible to achieve both high voltage resistance and high thermal conductivity without impairing the inherent properties of the boron nitride agglomerated particles, which have high thermal conductivity, and also suppresses the formation of voids in the sheet during molding.
In Comparative Example 4, an epoxy resin and boron nitride agglomerated particles having a B1 /( A1 + B1 ) of 0.60 or more were used to form a sheet by a conventional wet coating method. It is estimated that the interparticle volume of the boron nitride agglomerated particles is too large for use in a wet coating method, and streaks were generated when the film was coated and formed, and the sheet also contained many air bubbles, which is thought to have reduced the voltage resistance performance. Due to the influence of the air bubbles in the sheet, the thermal conductivity was also inferior to that of Example 1, which contained the same amount of the same boron nitride agglomerated particles.

Claims (17)

熱可塑性樹脂及び窒化ホウ素凝集粒子を含む樹脂組成物であって、
前記樹脂組成物に含まれる樹脂の中で含有質量割合が最も高い樹脂が、300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂であり、
前記樹脂組成物100質量%中に、前記熱可塑性樹脂を15質量%以上40質量%以下含み、前記窒化ホウ素凝集粒子を60質量%以上85質量%以下含み、
水銀圧入法により測定される、前記窒化ホウ素凝集粒子の粒子内細孔容積をA1とし、粒子間隙容積をB1としたとき、B1/(A1+B1)が0.60以上である、熱伝導性樹脂組成物。
A resin composition comprising a thermoplastic resin and boron nitride agglomerated particles,
the resin having the highest content by mass ratio among the resins contained in the resin composition is a crystalline thermoplastic resin having a melting point of 300° C. or more;
The resin composition contains 15% by mass or more and 40% by mass or less of the thermoplastic resin and 60% by mass or more and 85% by mass or less of the boron nitride agglomerated particles, based on 100% by mass of the resin composition;
a pore volume within the boron nitride agglomerated particles measured by mercury intrusion porosimetry of A1 and a volume of interparticle spaces of the boron nitride agglomerated particles measured by mercury intrusion porosimetry of B1, the ratio B1/(A1+B1) being 0.60 or more.
前記粒子間隙容積B1は、0.85mL/g以上である、請求項1に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 1, wherein the interparticle volume B1 is 0.85 mL/g or more. 前記300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂が、ポリエーテルケトン系樹脂である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 1 or 2, wherein the crystalline thermoplastic resin having a melting point of 300°C or higher is a polyether ketone resin. 前記ポリエーテルケトン系樹脂が、ポリエーテルエーテルケトンである請求項3に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to claim 3, wherein the polyether ketone resin is polyether ether ketone. 前記窒化ホウ素凝集粒子が、カードハウス構造を有するものである、請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the boron nitride agglomerated particles have a house of cards structure. 前記窒化ホウ素凝集粒子の体積基準の平均粒子径D50が、10μm以上200μm以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。 The resin composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the volume-based average particle diameter D50 of the boron nitride agglomerated particles is 10 μm or more and 200 μm or less. 請求項1~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物からなる熱伝導性樹脂シート。 A thermally conductive resin sheet comprising the resin composition according to any one of claims 1 to 6. 前記熱伝導性樹脂シートを700℃に加熱したときの残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子について、水銀圧入法で測定した粒子内細孔容積をAとし、粒子間隙容積をBとしたとき、A/Aが0.70以上であり、B/Bが0.85以下である、請求項7に記載の熱伝導性樹脂シート。 8. The thermally conductive resin sheet according to claim 7, wherein, for boron nitride agglomerated particles contained in residual ash when the thermally conductive resin sheet is heated to 700°C, the intraparticle pore volume measured by mercury intrusion porosimetry is A2 and the interparticle volume is B2 , A2 / A1 is 0.70 or more and B2 / B1 is 0.85 or less. 前記熱伝導性樹脂シートを700℃に加熱した残留灰分に含まれる窒化ホウ素凝集粒子の円形度が0.85以上である、請求項7又は8に記載の熱伝導性樹脂シート。 The thermally conductive resin sheet according to claim 7 or 8, wherein the circularity of the boron nitride agglomerated particles contained in the residual ash when the thermally conductive resin sheet is heated to 700°C is 0.85 or more. 厚みが50μm以上300μm以下である、請求項7~9のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂シート。 The thermally conductive resin sheet according to any one of claims 7 to 9, having a thickness of 50 μm or more and 300 μm or less. 25℃での厚み方向の熱伝導率が16W/m・K以上である、請求項7~10のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂シート。 The thermally conductive resin sheet according to any one of claims 7 to 10, having a thermal conductivity in the thickness direction at 25°C of 16 W/m·K or more. 請求項7~11のいずれか1項に記載の熱伝導性樹脂シートの一方の表面に、放熱用金属層を積層してなる構成を備えた積層放熱シート。 A laminated heat dissipation sheet having a configuration in which a heat dissipation metal layer is laminated on one surface of the thermally conductive resin sheet according to any one of claims 7 to 11. 請求項12に記載の積層放熱シートを有する放熱性回路基板。 A heat dissipating circuit board having the laminated heat dissipation sheet according to claim 12. 前記熱伝導性樹脂シートの他方の表面に、導電回路が形成されてなる構成を備えた請求項13に記載の放熱性回路基板。 The heat dissipation circuit board according to claim 13, comprising a conductive circuit formed on the other surface of the thermally conductive resin sheet. 請求項13又は14に記載の放熱性回路基板を有するパワー半導体デバイス。 A power semiconductor device having a heat dissipation circuit board according to claim 13 or 14. 熱可塑性樹脂からなる粉体と、窒化ホウ素凝集粒子との混合物を得て樹脂組成物を調製する混合工程と、
前記樹脂組成物をプレスしてシート成形するプレス成形工程と、を含み、
前記樹脂組成物に含まれる樹脂の中で含有質量割合が最も高い樹脂が、300℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性樹脂であり、
前記樹脂組成物100質量%中に、前記熱可塑性樹脂を15質量%以上40質量%以下含み、前記窒化ホウ素凝集粒子を60質量%以上85質量%以下含み、
水銀圧入法により測定される、前記窒化ホウ素凝集粒子原料の粒子内細孔容積をA1とし、粒子間隙容積をB1としたとき、B1/(A1+B1)が0.60以上である、熱伝導性樹脂シートの製造方法。
A mixing step of obtaining a mixture of powder made of a thermoplastic resin and agglomerated particles of boron nitride to prepare a resin composition;
A press molding step of pressing the resin composition into a sheet,
the resin having the highest content by mass ratio among the resins contained in the resin composition is a crystalline thermoplastic resin having a melting point of 300° C. or more;
The resin composition contains 15% by mass or more and 40% by mass or less of the thermoplastic resin and 60% by mass or more and 85% by mass or less of the boron nitride agglomerated particles, based on 100% by mass of the resin composition;
a pore volume within a particle of the boron nitride agglomerated particle raw material measured by mercury intrusion porosimetry is defined as A1, and an interparticle volume therebetween is defined as B1, where B1/(A1+B1) is 0.60 or more.
前記混合工程において、前記熱可塑性樹脂からなる粉体と、前記窒化ホウ素凝集粒子とを、常温で撹拌混合する、請求項16に記載の熱伝導性樹脂シートの製造方法。 The method for producing a thermally conductive resin sheet according to claim 16, wherein in the mixing step, the powder made of the thermoplastic resin and the boron nitride agglomerated particles are stirred and mixed at room temperature.
JP2021051354A 2021-03-25 2021-03-25 Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device Active JP7655035B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021051354A JP7655035B2 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device
PCT/JP2022/014231 WO2022203031A1 (en) 2021-03-25 2022-03-25 Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, multilayer heat dissipation sheet, heat-dissipating circuit board, and power semiconductor device
TW111111372A TW202302763A (en) 2021-03-25 2022-03-25 Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, multilayer heat dissipation sheet, heat-dissipating circuit board, and power semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021051354A JP7655035B2 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022149288A JP2022149288A (en) 2022-10-06
JP7655035B2 true JP7655035B2 (en) 2025-04-02

Family

ID=83463726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021051354A Active JP7655035B2 (en) 2021-03-25 2021-03-25 Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7655035B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7621682B2 (en) * 2022-11-10 2025-01-27 旭立科技股▲ふん▼有限公司 Automotive thermal conductive materials, thermal conductive adhesives, thermal conductive pastes and thermal conductive sheets
JP7796302B1 (en) * 2024-06-17 2026-01-08 株式会社トクヤマ Hexagonal boron nitride particle powder, its manufacturing method, resin composition, and heat dissipation material
JP7808162B1 (en) * 2024-09-20 2026-01-28 株式会社トクヤマ Hexagonal boron nitride powder and method for producing hexagonal boron nitride powder

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014136959A1 (en) 2013-03-07 2014-09-12 電気化学工業株式会社 Boron-nitride powder and resin composition containing same
JP2015006980A (en) 2013-05-27 2015-01-15 三菱化学株式会社 Boron nitride aggregated particle, aggregated bn particle-containing resin composition, and heat-radiation sheet
JP2015168783A (en) 2014-03-07 2015-09-28 三井・デュポンフロロケミカル株式会社 Highly thermal conductive resin composition
JP2016027142A (en) 2014-07-02 2016-02-18 住友ベークライト株式会社 Thermally conductive sheet, cured product of thermally conductive sheet, and semiconductor device
WO2020175377A1 (en) 2019-02-27 2020-09-03 三菱ケミカル株式会社 Boron nitride aggregate powder, heat dissipation sheet and semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014136959A1 (en) 2013-03-07 2014-09-12 電気化学工業株式会社 Boron-nitride powder and resin composition containing same
JP2015006980A (en) 2013-05-27 2015-01-15 三菱化学株式会社 Boron nitride aggregated particle, aggregated bn particle-containing resin composition, and heat-radiation sheet
JP2015168783A (en) 2014-03-07 2015-09-28 三井・デュポンフロロケミカル株式会社 Highly thermal conductive resin composition
JP2016027142A (en) 2014-07-02 2016-02-18 住友ベークライト株式会社 Thermally conductive sheet, cured product of thermally conductive sheet, and semiconductor device
WO2020175377A1 (en) 2019-02-27 2020-09-03 三菱ケミカル株式会社 Boron nitride aggregate powder, heat dissipation sheet and semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022149288A (en) 2022-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7581740B2 (en) Thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board and power semiconductor device
JP7726065B2 (en) Thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device
JP7655035B2 (en) Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device
JP7786500B2 (en) Boron nitride agglomerated powder, heat dissipation sheet and semiconductor device
TWI470010B (en) A heat-conductive sheet, a method for manufacturing the same, and a heat radiating device using a heat-conducting sheet
US12145844B2 (en) Hexagonal boron nitride powder, resin composition, resin sheet, and method for producing hexagonal boron nitride powder
CN102197069B (en) Thermally conductive sheet, manufacturing method thereof, and heat dissipation device using the thermally conductive sheet
CN106029561A (en) Boron nitride aggregated particles, method for producing boron nitride aggregated particles, resin composition containing the boron nitride aggregated particles, molded body, and sheet
JP7826781B2 (en) Thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board and power semiconductor device
JP7772151B2 (en) Resin composition, cured resin product, and composite molded product
WO2020138335A1 (en) Inorganic powder for heat-dissipating resin composition, heat-dissipating resin composition using same, and methods for producing same
WO2022203031A1 (en) Thermally conductive resin composition, thermally conductive resin sheet, multilayer heat dissipation sheet, heat-dissipating circuit board, and power semiconductor device
JP7643129B2 (en) Resin composition, thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board, and power semiconductor device
JP7826782B2 (en) Thermally conductive resin sheet, laminated heat dissipation sheet, heat dissipation circuit board and power semiconductor device
JP2020138903A (en) Boron nitride agglomerated powder, heat dissipation sheet and semiconductor device
JP7383971B2 (en) Resin compositions, cured resin products and composite molded bodies
US20250109076A1 (en) Boron nitride composite and manufacturing method thereof
WO2026070594A1 (en) Thermally conductive sheet
JP2022151865A (en) Laminated structure and manufacturing method thereof
JP2025129462A (en) Resin sheet, composite molded body and semiconductor device
JP2026061739A (en) Thermal conductive sheet
WO2025121381A1 (en) Resin sheet and method for manufacturing same
JP2024152598A (en) Boron nitride agglomerated powder, heat dissipation sheet and semiconductor device module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240819

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250303

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7655035

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150