熱伝導性シート
【課題】磁性金属粒子と、磁性金属粒子より熱伝導性がよい熱伝導性粒子との高充填化を図ることで、熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能が良好な熱伝導性シートを提供する。
【解決手段】電子部品１４と、この電子部品１４が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材１２との間に配置される熱伝導性シート１１において、電子部品１４から放出される電磁波を吸収する球状の磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、磁性金属粒子の平均粒径は、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、当該熱伝導性シートに占める磁性金属粒子の体積率は５５［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする。
【解決手段】電子部品１４と、この電子部品１４が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材１２との間に配置される熱伝導性シート１１において、電子部品１４から放出される電磁波を吸収する球状の磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、磁性金属粒子の平均粒径は、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、当該熱伝導性シートに占める磁性金属粒子の体積率は５５［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージなどの電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される熱伝導性シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は小型化の傾向をたどる一方、アプリケーションの多様性のために電力消費量はそれほど変化させることができないため、機器内における放熱対策がより一層重要視されている。
【０００３】
上述した電子機器における放熱対策として、銅やアルミなどといった熱伝導率の高い金属材料で作製された放熱板やヒートパイプ、あるいはヒートシンクなどが広く利用されている。これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、放熱効果または機器内の温度緩和を図るため、電子機器内における発熱部である半導体パッケージなどの電子部品に近接するようにして配置される。また、これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、発熱部である電子部品から低温場所へ亘って配置される。また、電子部品と金属放熱部品とを接着させたときに生じる空間を埋めるため、可撓性を有する熱伝導性シートが、電子部品と金属放熱部品との間に配置される。
【０００４】
電子機器内における発熱部は、電流密度が高い半導体素子などの電子部品である。電流密度が高いということは、不要輻射の成分となりうる電界強度または磁界強度が大きい。このため金属で作製された放熱部品を電子部品の近辺に配置すると、熱とともに電子部品内を流れる電気信号の高調波成分をも拾ってしまうケースがしばしば見られる。
【０００５】
具体的には、放熱部品は、金属材料で作製されているため、それ自体が高調波成分のアンテナとして働いてしまうことや、高調波ノイズ成分の伝達経路として働いてしまうという現象が生じる。
【０００６】
このような背景により、熱伝導性シートは、放熱部品がアンテナとして働いてしまうのを抑制するため、すなわち磁界のカップリングを断ち切るために、磁性材料を含有するものがある（特許文献１）。このような熱伝導性シートは、例えばフェライトなどの高透磁率を有する磁性材料を、シリコーン系やアクリル系などの高分子材に含有させることにより、熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能を有する熱伝導性シートは、母材となる高分子材に含まれる目的粉末の充填量に応じて大きく特性が変化する。
【０００９】
例えば、熱伝導率は、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎの式によると以下のような関係がある。（参考：“電子機器部品用放熱材料の高熱伝導化および熱伝導性の測定・評価技術”，技術情報協会，２００３年出版）
【００１０】
【数１】
【００１１】
ここで、λｅはシート全体の熱伝導率、λｄは熱伝導性材料の熱伝導率、λｃは母材の高分子材の熱伝導率、φは熱伝導性材料のシートに占める体積率である。
【００１２】
また、電磁波抑制特性の指標として、一般的には複素比透磁率（μｒ=μｒ’−ｊμｒ”）の虚部μｒ”が用いられる。この磁性特性についても、例えばＬｉｃｈｔｅｎｅｃｋｅｒの式によると以下のような関係がある。（参考：“低損失高誘電率磁性体に関する研究”,電子情報通信学会論文誌 C, Vol. J86-C, No. 4, pp. 450-456, 2003）
【００１３】
【数２】
【００１４】
ここで、μｒはシート全体の複素比透磁率、μｒ１は磁性材料の複素比透磁率、μｒ２は母材の複素比透磁率、ν１は磁性材料の体積率、ν２は母材の体積率である。
【００１５】
上述のように、熱伝導特性と、電磁波抑制特性とは、それぞれシートに充填される磁性材料と熱伝導性材料との充填量に応じて大きく変化する。
【００１６】
しかしながら、このような熱伝導性シートの作製にあたり、任意の金属粉末と樹脂を単に混ぜるだけでは、シートに充填する磁性材料と熱伝導性材料の充填量に限界がある。
【００１７】
従来の電磁波抑制機能を有する熱伝導性シートには、磁性材料として、偏平状磁性粉末、または破砕磁性粉末が使用されている。偏平状磁性粉末、破砕磁性粉末は透磁率が大きいが比表面積が大きい。このため、樹脂とこれらの粉末を練るという単純な混合プロセスによってシート内に最密充填させることが困難であり、高充填化に限界がある。また熱伝導性を高めるため、偏平状磁性粉末又は破砕磁性粉末と充填性の高い球状の熱伝導性粉末とを混合させる場合も、これらの形状から最密充填させることが困難であり、高充填化に限界がある。磁性材料を高充填するためには熱伝導性材料を高い割合で充填することを要するが、この結果、磁性材料の充填量が減り、高い透磁率を得ることができない。
【００１８】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、磁性金属粒子と、磁性金属粒子より熱伝導性が高い熱伝導性粒子との高充填化を図ることで、熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能が良好な熱伝導性シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のように、高い熱伝導特性を有しながら電磁波を抑制するという目的にて、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との両者の充填量を増やすために、発明者らは下記の熱伝導性シートを発明するに至った。
【００２０】
すなわち、本発明は、電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される熱伝導性シートにおいて、球状の磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、磁性金属粒子の平均粒径は、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、当該熱伝導性シートに占める磁性金属粒子の体積率は５５［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、電磁波吸収性材料である磁性金属粒子の形状を球状とし、磁性金属粒子の平均粒径を、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きくすることで、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との高充填化を可能にし、さらに、磁性金属粒子の高充填化に伴い複素比透磁率の虚数部の値を高めることができるので、熱伝導特性と電磁波抑制特性との両者の機能が良好な熱伝導性シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用された熱伝導性シートが実装される回路基板の構成を示す図である。
【図２】回路基板における遠方電界強度の周波数特性を示すグラフである。
【図３】熱伝導性シートの特性に応じた回路基板における遠方電界強度の周波数特性を示すグラフである。
【図４】磁性金属粒子として、球状センダストと球状アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）とにおける体積率に応じた、５００ＭＨｚにおける複素比透磁率の虚数部の変化を示すグラフである。
【図５】シートにおける熱伝導性材料の充填量とシート全体の熱伝導率との関係を算出したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００２４】
本発明が適用された熱伝導性シートは、半導体パッケージなどの電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される。
【００２５】
＜熱伝導性シートが貼着される回路基板＞
例えば本発明が適用された熱伝導性シートは、図１に示すような、回路基板１に貼着される。すなわち、図１に示す熱伝導性シート１１は、発熱部である高周波基板１７と、高周波基板１７が発熱する熱を放熱させる放熱金属板１２との間に配置される。具体的に、熱伝導性シート１１は、一方の面１１ａが高周波基板１７を構成する半導体パッケージを封止する樹脂モールド１３と、他方の面１１ｂが放熱金属板１２とそれぞれ密着するように、回路基板１に貼着される。
【００２６】
高周波基板１７は、誘電体基板１６の一方の面にＧＮＤ電極となる銅箔１５と、もう一方の面にパターニングにより構成された銅の信号線１４からなるものでマイクロストリップラインを構成している。
【００２７】
高周波基板１７は、不要輻射の影響が生じないようにするため、それ自体が動作した際の遠方電界強度が所定の値以下に抑制するように設計されている。このような高周波基板１７を有する回路基板１では、放熱金属板１２が、熱伝導性シート１１を介して対向する高周波基板１７の信号線１４内を流れる電気信号の高調波成分を拾ってしまい、高調波成分のアンテナとして機能し、結果的に遠方電界強度を増大させてしまう。熱伝導性シート１１には、放熱金属板１２がアンテナとして作用するのを抑制するため、シートに占める体積率が所定の値以上になるように、球状の磁性金属粒子が含有されている。また、熱伝導性シート１１には、良好な熱伝導特性を実現するため、球状の磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い熱伝導性粒子が含有されている。
【００２８】
＜シミュレーション＞
本発明が適用された熱伝導性シート１１の具体的な構成を説明する前に、十分な熱伝導特性と電磁波吸収特性とを発揮するために必要な条件について説明する。
【００２９】
第１に、遠方電界強度と熱伝導性シート１１の磁気特性との関係について説明する。上述した回路基板１を解析用モデルとし、シミュレーションにはアンソフト社製の電磁界シミュレーターＨＦＳＳを用い、次のように各条件を設定して３ｍ遠方での電界強度を算出した。
【００３０】
図２は、回路基板１において、熱伝導性シート１１を省いた状態で、放熱金属板１２がある場合とない場合の遠方電界強度の周波数特性を比較したものである。図２から明らかなように、高周波基板１７に熱伝導性シート１１を介さない状態で放熱金属板１２が積層されていると、高周波基板１７と放熱金属板１２の間での電磁気的な結合により平行平板共振が発生し、この共振に対応した周波数で電界の放射が強くなる。本例では、高周波基板１７から発信される高調波の周波数が１.１［ＧＨｚ］、２.１［ＧＨｚ］付近で強い電界放射がみられる。
【００３１】
図３は、回路基板１において熱伝導性シート１１を含めた状態で、熱伝導性シート１１の複素比透磁率の実数部を１０に固定して虚数部の値のみを変えたときの、遠方電界強度の周波数特性を比較したものである。図２と図３との解析結果を比較すると、虚数部の値が１では放射電界強度のピークを抑制できるが、図２の放射金属板無しの結果と比べると周波数全体に亘り放射電界強度が高い。これに対して、虚数部の値が３では上述した周波数の放射電界ピークは完全に抑えられ、また周波数全体に亘り図２の放射金属板無しの結果とほぼ同等な電界強度特性となっている。また、虚数部の値が５の場合は、更に放射電界強度が下がる。以上の解析結果から、熱伝導性シートの複素比透磁率虚数部が大きいほど、放射電界に対する低減効果が大きい傾向がある。特に、熱伝導性シート１１は、虚数部の値が３以上であれば平行平板共振の影響を取り除くことができ、放熱金属板１２を高周波基板１７に近接させたとしても、不要輻射を増大させないようにすることができる。
【００３２】
第２に、熱伝導性シート１１における磁性金属粒子の充填量に応じた磁気特性の変化について説明する。
【００３３】
ここでは、具体例として実際に次の２種類の磁性金属粒子を２０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲で変化させて充填させたシートを用いて説明する。図４は、磁性金属粒子として、球状センダストと球状アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）とにおける体積率に応じた、５００ＭＨｚにおける複素比透磁率の虚数部の変化を示している。球状の磁性金属粒子は、偏平形状の磁性金属粒子に比べて、粒子単体での透磁率は低いが、分散性が高く高充填することが可能である。また、図４から明らかなように、磁性金属粒子の体積率が大きくなるのに伴って、シート全体での透磁率も大きくなる。よって、球状の磁性金属粒子は、シート内に高充填可能であり、その結果として高透磁率、高熱伝導率を実現することができる。
【００３４】
図２、図３で示される解析結果を踏まえると、２種類の磁性金属粒子において両方とも複素比透磁率の虚数部の値が３以上となる条件は、体積率が５５ｖｏｌ％である。したがって、熱伝導性シート１１は、球状の磁性金属粒子が５５ｖｏｌ％以上で充填されていることで、放熱金属板１２を高周波基板１７に近接させたとしても、不要輻射を増大させないようにすることができる。
【００３５】
第３に、熱伝導性シート１１における熱伝導性材料の充填量に応じた熱伝導率の変化について説明する。
【００３６】
熱伝導率は、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎの式によると以下のような関係がある。
【００３７】
【数３】
【００３８】
ここで、λｅはシート全体の熱伝導率、λｄは熱伝導性材料の熱伝導率、λｃは母材の高分子材の熱伝導率、φは熱伝導性材料のシートに占める体積率である。
【００３９】
図５は、上記のＢｒｕｇｇｅｍａｎの式を用い、シートにおける熱伝導性材料の充填量とシート全体の熱伝導率との関係を算出したグラフを示している。母材の高分子材の熱伝導率を０．２Ｗ／ｍＫとし、熱伝導性材料の熱伝導率を１０、３０、５０、７０Ｗ／ｍＫとした。ここで、熱伝導性シート１１は、磁気特性が高い磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い熱伝導性粒子との両方を、熱伝導性材料として含有するため、これらの含有比率に起因して、仮想的に１種類の熱伝導性材料としてみなしたときの熱伝導率が変化する。このため、含有比率に応じて熱伝導率が変化するが、図５から明らかなように、シート全体の熱伝導率は熱伝導性材料の充填量の増加に応じて単調増加し、特に、熱伝導性材料の充填量が約６５％以上になると、シート全体の熱伝導率も急激に増加する。特に、シート全体で高い熱伝導率を実現するためには、７０ｖｏｌ％以上となるように熱伝導性材料が充填されていることが望ましい。
【００４０】
上述した解析結果を踏まえ、本願の発明者らは、球状の磁性粉末を使用して良好な熱伝導特性と良好な電磁波抑制を同時に実現するために最適な配合の研究を行った結果、球状の磁性金属粒子を、シリコン樹脂などの可撓性樹脂に対して５５ｖｏｌ％以上含有されていることが、熱伝導性シート１１の良好な特性を満たす上で必要であるということを見出した。さらに熱伝導性材料として、磁性金属粒子より熱伝導率が高い熱伝導性粒子を３ｖｏｌ％以上含有されていること、及び、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との合計で７０ｖｏｌ％以上含有されていることが、熱伝導性シート１１の熱伝導率を高めるという観点から好ましいことを見出した。
【００４１】
＜熱伝導性シート＞
次に、本願の発明者らが見出した良好な特性を実現する熱伝導性シート１１の具体的な構成について説明する。
【００４２】
熱伝導性シート１１は、高周波基板１７などの電子部品から放出される電磁波を吸収する電磁波吸収材料である球状の磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、磁性金属粒子の平均粒径が熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、この熱伝導性シート１１に占める磁性金属粒子の体積率が５５［ｖｏｌ％］以上である。このような構成からなる熱伝導性シート１１は、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との高充填化を可能にし、さらに、磁性金属粒子の高充填化に伴いシート内の複素比透磁率の虚数部の値を高めることができるので、良好な熱伝導特性と電磁波抑制効果とを実現することができる。
【００４３】
また、熱伝導性シート１１は、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上が含有されていることによって、例えば偏平形状の磁性金属粒子を用いた熱伝導性シートと比べて高い熱伝導特性を実現することができる。
【００４４】
また、熱伝導性シート１１は、体積率の和で７０ｖｏｌ％以上となるように磁性金属粒子と熱伝導性粒子が充填されていることによって、特に良好な熱伝導特性と電磁波抑制効果とを実現することができる。なお、熱伝導性シート１１は、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との平均粒径比を調節することにより、球状の磁性金属粒子の分散性の良さを利用して、シートに占める体積率の和が最大８０ｖｏｌ％程度となるように、磁性金属粒子と熱伝導性粒子とを含有することができる。
【００４５】
また、熱伝導性シート１１は、カップリング処理の有無に拘わらず、良好な熱伝導特性と電磁波抑制特性を実現するが、熱伝導性粒子に対してカップリング処理を施すカップリング剤が含有されていることによって、シート内での分散性が向上し、特に良好な熱伝導特性を実現することができる。
【００４６】
また、熱伝導性シート１１は、磁性金属粒子より熱伝導率が高い複数種類の熱伝導性粒子が充填されていることによって、十分な熱伝導特性と電磁波抑制特性と維持しつつ、種々の熱伝導性粒子の充填量を調整することにより容易に特性を変更することができる。
【００４７】
次に熱伝導性シート１１に用いられる具体的な材料について説明する。
【００４８】
熱伝導性シート１１は、シリコン樹脂などの可撓性樹脂に、下記のような粒子状の粉末が含有されることにより形成されている。
【００４９】
すなわち、熱伝導性シート１１は、透磁率特性が良く、かつ上記の電磁波抑制特性の要求を満たす磁性金属粒子として、粉末作製の観点から比較的作製しやすい、ボロン（Ｂ）や炭素（Ｃ）などを添加した磁性金属アモルファス粉末を含有している。磁性金属アモルファス粉末は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系などがあげられる。
【００５０】
また、熱伝導性シート１１に含有される磁性金属粒子は、上述した磁性金属アモルファスのみに限らず、例えば、球状センダストなどの結晶系磁性粉末であってもよい。すなわち、結晶化した金属粉末、金属合金粉末として、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、あるいはＦｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系などがあげられ、これにＮ、Ｃ、Ｏを微量加えて微細化させた微結晶材料を磁性金属粒子として用いてもよい。
【００５１】
また、熱伝導性シート１１は、上述した磁性金属粒子とともに、シートの熱伝導率を高めるため、磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い熱伝導性粒子として、アルミナ、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミ、炭化珪素などの高熱伝導性セラミックス、また銅やアルミなどに絶縁体をコーティングした粉末を含有している。なお、熱伝導性粒子は、上述したものに限定されず、磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い材料であればよいが、特に、平均粒径が磁性金属粒子に比べてより小さいものを用いることで、更なる高充填化が実現される。一般に熱伝導性シートの厚みにも依存するが、更なる高充填化を実現するには、熱伝導性粒子の平均粒径が磁性金属粒子の平均粒径よりも小さいことを前提として、磁性金属粒子の粒径が４〜１００μｍの範囲であり、熱伝導性粒子の粒径が０．１〜２０μｍの範囲が好ましい。
【実施例１】
【００５２】
次に、熱伝導性シート１１の実施例１として、下記のシートＡ〜Ｄを用いて、熱伝導特性と電磁波抑制効果について評価した。
【００５３】
＜シートＡ＞
シートＡを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと、熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２１ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２０００ｇ（６５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末１０６ｇ（６ｖｏｌ％）の合計７１ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが１．５ｍｍのシートにし、１００度で６０分間加熱して硬化させることにより、シートＡを作製した。
【００５４】
＜シートＢ＞
シートＢを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤３５ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金(Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ)を３１００ｇ（６２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末３８０ｇ（１６ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が０．２μｍの球状アルミナ８７ｇ（２ｖｏｌ％）の合計８０％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＢを作製した。
【００５５】
＜シートＣ＞
シートＣを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤６６ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を４２００ｇ（６７ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末を３００ｇ（１０ｖｏｌ％）の合計７７ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＣを作製した。
【００５６】
＜シートＤ＞
シートＤを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤１８ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状センダスト１６１５ｇ（５５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末２０５ｇ（１５ｖｏｌ％）の合計７０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＤを作製した。
【００５７】
このような４種類のシートＡ〜Ｄに対し、比較対象として次の４種類のシートＥ〜Ｈを用いた。
【００５８】
＜シートＥ＞
シートＥを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤１３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を６００ｇ（２２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末１００ｇ（８ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が４５μｍの球状アルミナ６２０ｇ（４０ｖｏｌ％）の合計７０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＥを作製した。
【００５９】
＜シートＦ＞
シートＦを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒１％未満を含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が６０μｍの偏平形状センダスト２６５ｇ（２４ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が５μｍの窒化アルミ破砕粉末５０ｇ（８ｖｏｌ％）の合計３２ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＦを作製した。
【００６０】
＜シートＧ＞
シートＧを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤５．３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が６０μｍの偏平形状センダスト２３０ｇ（１５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が５μｍの球状アルミナ粉末２８０ｇ（３２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が０．２μｍの球状アルミナ粉末３５ｇ（３ｖｏｌ％）の合計５０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＧを作製した。
【００６１】
＜シートＨ＞
シートＨを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤５．３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２０μｍの偏平形状のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉ２３０ｇ（１５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が５μｍの球状アルミナ粉末２８０ｇ（３２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が０．２μｍの球状アルミナ粉末３５ｇ（３ｖｏｌ％）の合計５０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＨを作製した。
【００６２】
＜評価＞
以上のような合計８種類のシートの電磁波吸収特性を評価するための指標として、次のような条件下で複素比透磁率の虚数部μ”を測定した。
【００６３】
すなわち、各シートを外径２０ｍｍ、内径６ｍｍのリング状体に打ち抜いて作製したサンプルについて、アジレントテクノロジー社製の測定器「Ａｇｉｌｅｎｔ ４２９１Ｂ ＲＦインピーダンス／マテリアル・アナライザ」を使用して、電磁波の発振周波数が５００ＭＨｚでの複素比透磁率の虚数部を測定した。
【００６４】
また、熱伝導特性の評価指標として、次のような条件下で熱伝導率を算出した。
【００６５】
すなわち、各シートを１ｃｍ角程度の大きさに切り出し、これを金属性ヒートシンクと金属製ヒーターケースの間に挟んで、１ｋｇｆの力で加圧して接触させ、金属製ヒータケースに電力をかけて加熱して、金属製ヒータケースと金属性ヒートシンクの温度が一定になったところで、この間の温度差を計測した。ここで、熱伝導率は下記の式より算出した。
【００６６】
熱伝導率＝（電力×サンプル厚み）／（温度差×測定面積）
【００６７】
上記の条件下で測定した複素比透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率とを下記の表１に示す。表１においては、シートの厚みと磁性金属粒子の体積率と熱伝導性粒子の体積率とを示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
上記の表１を見ると、シートＡ〜Ｄは、複素比透磁率の虚数部μ”の値が３以上であり、放熱金属板１２を高周波基板１７に近接させたとしても、不要輻射を増大させないようにすることができた。
【００７０】
これに対して、比較対象であるシートＥ〜Ｈのうち、シートＦを除くものは、複素透磁率の虚数部μ”の値が３以下であり、十分に電磁波を抑制させることができなかった。シートＦは、複素透磁率の虚数部μ”の値が３以上であり電磁波抑制効果に優れているが、熱伝導率が低く十分な熱伝導特性を実現することができなかった。シートＥは、シートＡ、Ｃ、Ｄに比べて熱伝導性に優れているが、複素透磁率の虚数部μ”が非常に小さく電磁波を十分に抑制させることができなかった。
【００７１】
この結果から明らかなように、シートＡ〜Ｄにおいて、磁性金属粒子と、熱伝導性粒子とを互いに高充填することができたのは、比較対象のシートＦ〜Ｈに含有されている偏平形状の磁性金属粒子に比べて、球状の磁性金属粒子の方が分散性に優れているからである。
【００７２】
また、シートＡ〜Ｄにおいて、磁性金属粒子と、熱伝導性粒子とを互いに高充填することができたのは、磁性金属粒子の平均粒径が熱伝導性粒子に比べて大きいからである。これは、比較対象であるシートＥにおいて、磁性金属粒子の形状が球形であっても、磁性金属粒子の平均粒径に比べて熱伝導性粒子の平均粒径が大きいため、磁性金属粒子を高充填できず電磁波抑制効果が十分ではない点からみても明らかである。
【００７３】
また、シートＡ〜Ｄにおいて、熱伝導性粒子が球状であるか破砕粉末であるかに拘わらず高充填できたのは、球状の磁性金属粒子の分散性が高く、さらに、磁性金属粒子の平均粒径が熱伝導性粒子の平均粒径に比べて大きいからである。
【００７４】
また、シートＢにおいて、２種類の熱伝導性粒子を含有することができたのは、磁性金属粒子の分散性が高いので、種々の熱伝導性粒子を充填できるからである。
【００７５】
以上の評価から明らかなように、シートＡ〜Ｄは、電磁波吸収性材料を球状の磁性金属粒子にしたことで、例えば体積率の和で７０ｖｏｌ％以上となるように磁性金属粒子と熱伝導性粒子との高充填化を可能にし、さらに、磁性金属粒子の高充填化に伴いシート内の複素比透磁率の虚数部の値を高めることができたので、良好な熱伝導特性と電磁波抑制効果とを実現することができた。
【００７６】
また、シートＡ〜Ｄは、磁性金属粒子の平均粒径が、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きいので、磁性金属粒子の分散性を利用して熱伝導性粒子を高充填化でき、結果として高い電磁波抑制効果を維持しつつ、高い熱伝導特性を実現することができた。
【００７７】
また、シートＢは、磁性金属粒子の分散性が高いので、球状粉末であるか破砕粉末であるかに拘わらず、種々の熱伝導性粒子を高充填することができた。このため、シートＢは、十分な熱伝導特性と電磁波抑制特性と維持しつつ、種々の熱伝導性粒子の充填量を調整することにより容易に特性を変更することができたことを明示している。
【実施例２】
【００７８】
次に、熱伝導性シート１１の実施例２として、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上であることが、偏平形状の磁性金属粒子を用いた熱伝導性シートと比べて高い熱伝導特性を実現するために望ましいことを、下記のシートＩ、Ｊを用いて説明する。
【００７９】
＜シートＩ＞
シートＩを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤１２．８ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２５００ｇ（７３ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末６０ｇ（３ｖｏｌ％）の合計７６ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＩを作製した。
【００８０】
＜シートＪ＞
シートＪを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２０．５ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が５０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２０００ｇ（６７ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末５０ｇ（３ｖｏｌ％）の合計７０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＪを作製した。
【００８１】
＜評価＞
これら２種類の熱伝導性シートＩ、Ｊに対して、上述した実施例１において行った条件下で、複素比透磁率の虚数部μ”を測定し、熱伝導率を算出した。
【００８２】
測定した複素比透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率を、下記の表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
上記の表２に示されるように、磁性金属粒子の体積率に応じて特性が変化するものの、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上を含有されていることにより、熱伝導率の値が２以上となった。
【００８５】
この評価結果から明らかなように、シートＩ、Ｊは、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上含有されていることによって、例えば偏平形状の磁性金属粒子を用いた熱伝導性シートと比べて高い熱伝導特性を実現することができた。
【実施例３】
【００８６】
次に、熱伝導性シート１１の実施例３として、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との平均粒径比を調節することにより、シートに占める体積率の和が最大８０ｖｏｌ％程度となるように、磁性金属粒子と熱伝導性粒子とを高充填することができることを、下記のシートＫ、Ｌを用いて説明する。
【００８７】
＜シートＫ＞
シートＫを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２７ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２３５０ｇ（６０ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末３５５ｇ（１６ｖｏｌ％）の合計７６ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＫを作製した。
【００８８】
＜シートＬ＞
シートＬを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２０ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が５０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２４３５ｇ（５８ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末５２５ｇ（２２ｖｏｌ％）の合計８０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることにより熱伝導性シートＬを作製した。
【００８９】
＜評価＞
これら２種類のシートＫ、Ｌに対して、上述した実施例１及び２で行ったときと同様の条件下で複素比透磁率の虚数部μ”を測定し、熱伝導率を算出した。
【００９０】
測定した複素比透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率を、下記の表３に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
上記の表３に示すように、シートＫ、Ｌでは、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との平均粒径比を調節することにより、球状の磁性金属粒子の分散性の良さを利用して、シートに占める体積率の和が最大８０ｖｏｌ％程度となるように、磁性金属粒子と熱伝導性粒子とを含有することができ、結果として良好な熱伝導特性及び電磁波抑制特性を実現することができた。
【実施例４】
【００９３】
次に、熱伝導性シート１１の実施例４として、カップリング処理の有無による特性の変化について、下記のシートＭ、Ｎを用いて説明する。
【００９４】
＜シートＭ＞
カップリング処理が施されていない具体例として、シートＭを次のように作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を１９７０ｇ（６０ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末３３５ｇ（１８ｖｏｌ％）の合計７８ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化して、シートＭを作製した。
【００９５】
＜シートＮ＞
カップリング処理が施されている以外を熱伝導性シートＭと同様にして、シートＮを作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤３１ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２６５０ｇ（６０ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末４５０ｇ（１８ｖｏｌ％）の合計７８ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させてシートＮを作製した。
【００９６】
＜評価＞
これら２種類のシートＭ、Ｎに対して、上述した実施例１〜３で行ったときと同様の条件下で、複素比透磁率の虚数部μ”を測定し、熱伝導率を算出した。
【００９７】
測定した複素透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率を、下記の表４に示す。
【００９８】
【表４】
【００９９】
上記の表４から明らかなように、カップリング処理の有無に拘わらず、熱伝導性シートＭ、Ｎ両者とも良好な熱伝導特性と電磁波抑制特性を実現することができた。また、熱伝導性シートＮは、特に熱伝導性粒子に対してカップリング処理を施すカップリング剤を含有することで、シート内での分散性が向上し、特に良好な熱伝導特性を実現することができた。
【符号の説明】
【０１００】
１ 回路基板、１１ 熱伝導性シート、１２ 放熱金属板、１３ 樹脂モールド、１４ 信号線、１５ 銅箔、１６ 誘電体基板、１７ 高周波基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージなどの電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される熱伝導性シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は小型化の傾向をたどる一方、アプリケーションの多様性のために電力消費量はそれほど変化させることができないため、機器内における放熱対策がより一層重要視されている。
【０００３】
上述した電子機器における放熱対策として、銅やアルミなどといった熱伝導率の高い金属材料で作製された放熱板やヒートパイプ、あるいはヒートシンクなどが広く利用されている。これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、放熱効果または機器内の温度緩和を図るため、電子機器内における発熱部である半導体パッケージなどの電子部品に近接するようにして配置される。また、これらの熱伝導性に優れた放熱部品は、発熱部である電子部品から低温場所へ亘って配置される。また、電子部品と金属放熱部品とを接着させたときに生じる空間を埋めるため、可撓性を有する熱伝導性シートが、電子部品と金属放熱部品との間に配置される。
【０００４】
電子機器内における発熱部は、電流密度が高い半導体素子などの電子部品である。電流密度が高いということは、不要輻射の成分となりうる電界強度または磁界強度が大きい。このため金属で作製された放熱部品を電子部品の近辺に配置すると、熱とともに電子部品内を流れる電気信号の高調波成分をも拾ってしまうケースがしばしば見られる。
【０００５】
具体的には、放熱部品は、金属材料で作製されているため、それ自体が高調波成分のアンテナとして働いてしまうことや、高調波ノイズ成分の伝達経路として働いてしまうという現象が生じる。
【０００６】
このような背景により、熱伝導性シートは、放熱部品がアンテナとして働いてしまうのを抑制するため、すなわち磁界のカップリングを断ち切るために、磁性材料を含有するものがある（特許文献１）。このような熱伝導性シートは、例えばフェライトなどの高透磁率を有する磁性材料を、シリコーン系やアクリル系などの高分子材に含有させることにより、熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１０８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能を有する熱伝導性シートは、母材となる高分子材に含まれる目的粉末の充填量に応じて大きく特性が変化する。
【０００９】
例えば、熱伝導率は、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎの式によると以下のような関係がある。（参考：“電子機器部品用放熱材料の高熱伝導化および熱伝導性の測定・評価技術”，技術情報協会，２００３年出版）
【００１０】
【数１】
【００１１】
ここで、λｅはシート全体の熱伝導率、λｄは熱伝導性材料の熱伝導率、λｃは母材の高分子材の熱伝導率、φは熱伝導性材料のシートに占める体積率である。
【００１２】
また、電磁波抑制特性の指標として、一般的には複素比透磁率（μｒ=μｒ’−ｊμｒ”）の虚部μｒ”が用いられる。この磁性特性についても、例えばＬｉｃｈｔｅｎｅｃｋｅｒの式によると以下のような関係がある。（参考：“低損失高誘電率磁性体に関する研究”,電子情報通信学会論文誌 C, Vol. J86-C, No. 4, pp. 450-456, 2003）
【００１３】
【数２】
【００１４】
ここで、μｒはシート全体の複素比透磁率、μｒ１は磁性材料の複素比透磁率、μｒ２は母材の複素比透磁率、ν１は磁性材料の体積率、ν２は母材の体積率である。
【００１５】
上述のように、熱伝導特性と、電磁波抑制特性とは、それぞれシートに充填される磁性材料と熱伝導性材料との充填量に応じて大きく変化する。
【００１６】
しかしながら、このような熱伝導性シートの作製にあたり、任意の金属粉末と樹脂を単に混ぜるだけでは、シートに充填する磁性材料と熱伝導性材料の充填量に限界がある。
【００１７】
従来の電磁波抑制機能を有する熱伝導性シートには、磁性材料として、偏平状磁性粉末、または破砕磁性粉末が使用されている。偏平状磁性粉末、破砕磁性粉末は透磁率が大きいが比表面積が大きい。このため、樹脂とこれらの粉末を練るという単純な混合プロセスによってシート内に最密充填させることが困難であり、高充填化に限界がある。また熱伝導性を高めるため、偏平状磁性粉末又は破砕磁性粉末と充填性の高い球状の熱伝導性粉末とを混合させる場合も、これらの形状から最密充填させることが困難であり、高充填化に限界がある。磁性材料を高充填するためには熱伝導性材料を高い割合で充填することを要するが、この結果、磁性材料の充填量が減り、高い透磁率を得ることができない。
【００１８】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、磁性金属粒子と、磁性金属粒子より熱伝導性が高い熱伝導性粒子との高充填化を図ることで、熱伝導特性と電磁波抑制特性の両者の機能が良好な熱伝導性シートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のように、高い熱伝導特性を有しながら電磁波を抑制するという目的にて、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との両者の充填量を増やすために、発明者らは下記の熱伝導性シートを発明するに至った。
【００２０】
すなわち、本発明は、電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される熱伝導性シートにおいて、球状の磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、磁性金属粒子の平均粒径は、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、当該熱伝導性シートに占める磁性金属粒子の体積率は５５［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、電磁波吸収性材料である磁性金属粒子の形状を球状とし、磁性金属粒子の平均粒径を、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きくすることで、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との高充填化を可能にし、さらに、磁性金属粒子の高充填化に伴い複素比透磁率の虚数部の値を高めることができるので、熱伝導特性と電磁波抑制特性との両者の機能が良好な熱伝導性シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明が適用された熱伝導性シートが実装される回路基板の構成を示す図である。
【図２】回路基板における遠方電界強度の周波数特性を示すグラフである。
【図３】熱伝導性シートの特性に応じた回路基板における遠方電界強度の周波数特性を示すグラフである。
【図４】磁性金属粒子として、球状センダストと球状アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）とにおける体積率に応じた、５００ＭＨｚにおける複素比透磁率の虚数部の変化を示すグラフである。
【図５】シートにおける熱伝導性材料の充填量とシート全体の熱伝導率との関係を算出したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００２４】
本発明が適用された熱伝導性シートは、半導体パッケージなどの電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される。
【００２５】
＜熱伝導性シートが貼着される回路基板＞
例えば本発明が適用された熱伝導性シートは、図１に示すような、回路基板１に貼着される。すなわち、図１に示す熱伝導性シート１１は、発熱部である高周波基板１７と、高周波基板１７が発熱する熱を放熱させる放熱金属板１２との間に配置される。具体的に、熱伝導性シート１１は、一方の面１１ａが高周波基板１７を構成する半導体パッケージを封止する樹脂モールド１３と、他方の面１１ｂが放熱金属板１２とそれぞれ密着するように、回路基板１に貼着される。
【００２６】
高周波基板１７は、誘電体基板１６の一方の面にＧＮＤ電極となる銅箔１５と、もう一方の面にパターニングにより構成された銅の信号線１４からなるものでマイクロストリップラインを構成している。
【００２７】
高周波基板１７は、不要輻射の影響が生じないようにするため、それ自体が動作した際の遠方電界強度が所定の値以下に抑制するように設計されている。このような高周波基板１７を有する回路基板１では、放熱金属板１２が、熱伝導性シート１１を介して対向する高周波基板１７の信号線１４内を流れる電気信号の高調波成分を拾ってしまい、高調波成分のアンテナとして機能し、結果的に遠方電界強度を増大させてしまう。熱伝導性シート１１には、放熱金属板１２がアンテナとして作用するのを抑制するため、シートに占める体積率が所定の値以上になるように、球状の磁性金属粒子が含有されている。また、熱伝導性シート１１には、良好な熱伝導特性を実現するため、球状の磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い熱伝導性粒子が含有されている。
【００２８】
＜シミュレーション＞
本発明が適用された熱伝導性シート１１の具体的な構成を説明する前に、十分な熱伝導特性と電磁波吸収特性とを発揮するために必要な条件について説明する。
【００２９】
第１に、遠方電界強度と熱伝導性シート１１の磁気特性との関係について説明する。上述した回路基板１を解析用モデルとし、シミュレーションにはアンソフト社製の電磁界シミュレーターＨＦＳＳを用い、次のように各条件を設定して３ｍ遠方での電界強度を算出した。
【００３０】
図２は、回路基板１において、熱伝導性シート１１を省いた状態で、放熱金属板１２がある場合とない場合の遠方電界強度の周波数特性を比較したものである。図２から明らかなように、高周波基板１７に熱伝導性シート１１を介さない状態で放熱金属板１２が積層されていると、高周波基板１７と放熱金属板１２の間での電磁気的な結合により平行平板共振が発生し、この共振に対応した周波数で電界の放射が強くなる。本例では、高周波基板１７から発信される高調波の周波数が１.１［ＧＨｚ］、２.１［ＧＨｚ］付近で強い電界放射がみられる。
【００３１】
図３は、回路基板１において熱伝導性シート１１を含めた状態で、熱伝導性シート１１の複素比透磁率の実数部を１０に固定して虚数部の値のみを変えたときの、遠方電界強度の周波数特性を比較したものである。図２と図３との解析結果を比較すると、虚数部の値が１では放射電界強度のピークを抑制できるが、図２の放射金属板無しの結果と比べると周波数全体に亘り放射電界強度が高い。これに対して、虚数部の値が３では上述した周波数の放射電界ピークは完全に抑えられ、また周波数全体に亘り図２の放射金属板無しの結果とほぼ同等な電界強度特性となっている。また、虚数部の値が５の場合は、更に放射電界強度が下がる。以上の解析結果から、熱伝導性シートの複素比透磁率虚数部が大きいほど、放射電界に対する低減効果が大きい傾向がある。特に、熱伝導性シート１１は、虚数部の値が３以上であれば平行平板共振の影響を取り除くことができ、放熱金属板１２を高周波基板１７に近接させたとしても、不要輻射を増大させないようにすることができる。
【００３２】
第２に、熱伝導性シート１１における磁性金属粒子の充填量に応じた磁気特性の変化について説明する。
【００３３】
ここでは、具体例として実際に次の２種類の磁性金属粒子を２０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲で変化させて充填させたシートを用いて説明する。図４は、磁性金属粒子として、球状センダストと球状アモルファス（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）とにおける体積率に応じた、５００ＭＨｚにおける複素比透磁率の虚数部の変化を示している。球状の磁性金属粒子は、偏平形状の磁性金属粒子に比べて、粒子単体での透磁率は低いが、分散性が高く高充填することが可能である。また、図４から明らかなように、磁性金属粒子の体積率が大きくなるのに伴って、シート全体での透磁率も大きくなる。よって、球状の磁性金属粒子は、シート内に高充填可能であり、その結果として高透磁率、高熱伝導率を実現することができる。
【００３４】
図２、図３で示される解析結果を踏まえると、２種類の磁性金属粒子において両方とも複素比透磁率の虚数部の値が３以上となる条件は、体積率が５５ｖｏｌ％である。したがって、熱伝導性シート１１は、球状の磁性金属粒子が５５ｖｏｌ％以上で充填されていることで、放熱金属板１２を高周波基板１７に近接させたとしても、不要輻射を増大させないようにすることができる。
【００３５】
第３に、熱伝導性シート１１における熱伝導性材料の充填量に応じた熱伝導率の変化について説明する。
【００３６】
熱伝導率は、Ｂｒｕｇｇｅｍａｎの式によると以下のような関係がある。
【００３７】
【数３】
【００３８】
ここで、λｅはシート全体の熱伝導率、λｄは熱伝導性材料の熱伝導率、λｃは母材の高分子材の熱伝導率、φは熱伝導性材料のシートに占める体積率である。
【００３９】
図５は、上記のＢｒｕｇｇｅｍａｎの式を用い、シートにおける熱伝導性材料の充填量とシート全体の熱伝導率との関係を算出したグラフを示している。母材の高分子材の熱伝導率を０．２Ｗ／ｍＫとし、熱伝導性材料の熱伝導率を１０、３０、５０、７０Ｗ／ｍＫとした。ここで、熱伝導性シート１１は、磁気特性が高い磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い熱伝導性粒子との両方を、熱伝導性材料として含有するため、これらの含有比率に起因して、仮想的に１種類の熱伝導性材料としてみなしたときの熱伝導率が変化する。このため、含有比率に応じて熱伝導率が変化するが、図５から明らかなように、シート全体の熱伝導率は熱伝導性材料の充填量の増加に応じて単調増加し、特に、熱伝導性材料の充填量が約６５％以上になると、シート全体の熱伝導率も急激に増加する。特に、シート全体で高い熱伝導率を実現するためには、７０ｖｏｌ％以上となるように熱伝導性材料が充填されていることが望ましい。
【００４０】
上述した解析結果を踏まえ、本願の発明者らは、球状の磁性粉末を使用して良好な熱伝導特性と良好な電磁波抑制を同時に実現するために最適な配合の研究を行った結果、球状の磁性金属粒子を、シリコン樹脂などの可撓性樹脂に対して５５ｖｏｌ％以上含有されていることが、熱伝導性シート１１の良好な特性を満たす上で必要であるということを見出した。さらに熱伝導性材料として、磁性金属粒子より熱伝導率が高い熱伝導性粒子を３ｖｏｌ％以上含有されていること、及び、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との合計で７０ｖｏｌ％以上含有されていることが、熱伝導性シート１１の熱伝導率を高めるという観点から好ましいことを見出した。
【００４１】
＜熱伝導性シート＞
次に、本願の発明者らが見出した良好な特性を実現する熱伝導性シート１１の具体的な構成について説明する。
【００４２】
熱伝導性シート１１は、高周波基板１７などの電子部品から放出される電磁波を吸収する電磁波吸収材料である球状の磁性金属粒子と、磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、磁性金属粒子の平均粒径が熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、この熱伝導性シート１１に占める磁性金属粒子の体積率が５５［ｖｏｌ％］以上である。このような構成からなる熱伝導性シート１１は、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との高充填化を可能にし、さらに、磁性金属粒子の高充填化に伴いシート内の複素比透磁率の虚数部の値を高めることができるので、良好な熱伝導特性と電磁波抑制効果とを実現することができる。
【００４３】
また、熱伝導性シート１１は、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上が含有されていることによって、例えば偏平形状の磁性金属粒子を用いた熱伝導性シートと比べて高い熱伝導特性を実現することができる。
【００４４】
また、熱伝導性シート１１は、体積率の和で７０ｖｏｌ％以上となるように磁性金属粒子と熱伝導性粒子が充填されていることによって、特に良好な熱伝導特性と電磁波抑制効果とを実現することができる。なお、熱伝導性シート１１は、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との平均粒径比を調節することにより、球状の磁性金属粒子の分散性の良さを利用して、シートに占める体積率の和が最大８０ｖｏｌ％程度となるように、磁性金属粒子と熱伝導性粒子とを含有することができる。
【００４５】
また、熱伝導性シート１１は、カップリング処理の有無に拘わらず、良好な熱伝導特性と電磁波抑制特性を実現するが、熱伝導性粒子に対してカップリング処理を施すカップリング剤が含有されていることによって、シート内での分散性が向上し、特に良好な熱伝導特性を実現することができる。
【００４６】
また、熱伝導性シート１１は、磁性金属粒子より熱伝導率が高い複数種類の熱伝導性粒子が充填されていることによって、十分な熱伝導特性と電磁波抑制特性と維持しつつ、種々の熱伝導性粒子の充填量を調整することにより容易に特性を変更することができる。
【００４７】
次に熱伝導性シート１１に用いられる具体的な材料について説明する。
【００４８】
熱伝導性シート１１は、シリコン樹脂などの可撓性樹脂に、下記のような粒子状の粉末が含有されることにより形成されている。
【００４９】
すなわち、熱伝導性シート１１は、透磁率特性が良く、かつ上記の電磁波抑制特性の要求を満たす磁性金属粒子として、粉末作製の観点から比較的作製しやすい、ボロン（Ｂ）や炭素（Ｃ）などを添加した磁性金属アモルファス粉末を含有している。磁性金属アモルファス粉末は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ系、Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｚｒ系、Ｃｏ−Ｎｂ系、Ｃｏ−Ｔａ系などがあげられる。
【００５０】
また、熱伝導性シート１１に含有される磁性金属粒子は、上述した磁性金属アモルファスのみに限らず、例えば、球状センダストなどの結晶系磁性粉末であってもよい。すなわち、結晶化した金属粉末、金属合金粉末として、Ｆｅ系、Ｃｏ系、Ｎｉ系、あるいはＦｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系などがあげられ、これにＮ、Ｃ、Ｏを微量加えて微細化させた微結晶材料を磁性金属粒子として用いてもよい。
【００５１】
また、熱伝導性シート１１は、上述した磁性金属粒子とともに、シートの熱伝導率を高めるため、磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い熱伝導性粒子として、アルミナ、窒化ホウ素、窒化珪素、窒化アルミ、炭化珪素などの高熱伝導性セラミックス、また銅やアルミなどに絶縁体をコーティングした粉末を含有している。なお、熱伝導性粒子は、上述したものに限定されず、磁性金属粒子よりも熱伝導率が高い材料であればよいが、特に、平均粒径が磁性金属粒子に比べてより小さいものを用いることで、更なる高充填化が実現される。一般に熱伝導性シートの厚みにも依存するが、更なる高充填化を実現するには、熱伝導性粒子の平均粒径が磁性金属粒子の平均粒径よりも小さいことを前提として、磁性金属粒子の粒径が４〜１００μｍの範囲であり、熱伝導性粒子の粒径が０．１〜２０μｍの範囲が好ましい。
【実施例１】
【００５２】
次に、熱伝導性シート１１の実施例１として、下記のシートＡ〜Ｄを用いて、熱伝導特性と電磁波抑制効果について評価した。
【００５３】
＜シートＡ＞
シートＡを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと、熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２１ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２０００ｇ（６５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末１０６ｇ（６ｖｏｌ％）の合計７１ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが１．５ｍｍのシートにし、１００度で６０分間加熱して硬化させることにより、シートＡを作製した。
【００５４】
＜シートＢ＞
シートＢを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤３５ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金(Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ)を３１００ｇ（６２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末３８０ｇ（１６ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が０．２μｍの球状アルミナ８７ｇ（２ｖｏｌ％）の合計８０％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＢを作製した。
【００５５】
＜シートＣ＞
シートＣを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤６６ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を４２００ｇ（６７ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末を３００ｇ（１０ｖｏｌ％）の合計７７ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＣを作製した。
【００５６】
＜シートＤ＞
シートＤを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤１８ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状センダスト１６１５ｇ（５５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末２０５ｇ（１５ｖｏｌ％）の合計７０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＤを作製した。
【００５７】
このような４種類のシートＡ〜Ｄに対し、比較対象として次の４種類のシートＥ〜Ｈを用いた。
【００５８】
＜シートＥ＞
シートＥを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤１３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が１０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を６００ｇ（２２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が１μｍの窒化アルミ破砕粉末１００ｇ（８ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が４５μｍの球状アルミナ６２０ｇ（４０ｖｏｌ％）の合計７０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＥを作製した。
【００５９】
＜シートＦ＞
シートＦを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒１％未満を含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が６０μｍの偏平形状センダスト２６５ｇ（２４ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が５μｍの窒化アルミ破砕粉末５０ｇ（８ｖｏｌ％）の合計３２ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＦを作製した。
【００６０】
＜シートＧ＞
シートＧを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤５．３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が６０μｍの偏平形状センダスト２３０ｇ（１５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が５μｍの球状アルミナ粉末２８０ｇ（３２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が０．２μｍの球状アルミナ粉末３５ｇ（３ｖｏｌ％）の合計５０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＧを作製した。
【００６１】
＜シートＨ＞
シートＨを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤５．３ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２０μｍの偏平形状のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉ２３０ｇ（１５ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が５μｍの球状アルミナ粉末２８０ｇ（３２ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が０．２μｍの球状アルミナ粉末３５ｇ（３ｖｏｌ％）の合計５０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＨを作製した。
【００６２】
＜評価＞
以上のような合計８種類のシートの電磁波吸収特性を評価するための指標として、次のような条件下で複素比透磁率の虚数部μ”を測定した。
【００６３】
すなわち、各シートを外径２０ｍｍ、内径６ｍｍのリング状体に打ち抜いて作製したサンプルについて、アジレントテクノロジー社製の測定器「Ａｇｉｌｅｎｔ ４２９１Ｂ ＲＦインピーダンス／マテリアル・アナライザ」を使用して、電磁波の発振周波数が５００ＭＨｚでの複素比透磁率の虚数部を測定した。
【００６４】
また、熱伝導特性の評価指標として、次のような条件下で熱伝導率を算出した。
【００６５】
すなわち、各シートを１ｃｍ角程度の大きさに切り出し、これを金属性ヒートシンクと金属製ヒーターケースの間に挟んで、１ｋｇｆの力で加圧して接触させ、金属製ヒータケースに電力をかけて加熱して、金属製ヒータケースと金属性ヒートシンクの温度が一定になったところで、この間の温度差を計測した。ここで、熱伝導率は下記の式より算出した。
【００６６】
熱伝導率＝（電力×サンプル厚み）／（温度差×測定面積）
【００６７】
上記の条件下で測定した複素比透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率とを下記の表１に示す。表１においては、シートの厚みと磁性金属粒子の体積率と熱伝導性粒子の体積率とを示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
上記の表１を見ると、シートＡ〜Ｄは、複素比透磁率の虚数部μ”の値が３以上であり、放熱金属板１２を高周波基板１７に近接させたとしても、不要輻射を増大させないようにすることができた。
【００７０】
これに対して、比較対象であるシートＥ〜Ｈのうち、シートＦを除くものは、複素透磁率の虚数部μ”の値が３以下であり、十分に電磁波を抑制させることができなかった。シートＦは、複素透磁率の虚数部μ”の値が３以上であり電磁波抑制効果に優れているが、熱伝導率が低く十分な熱伝導特性を実現することができなかった。シートＥは、シートＡ、Ｃ、Ｄに比べて熱伝導性に優れているが、複素透磁率の虚数部μ”が非常に小さく電磁波を十分に抑制させることができなかった。
【００７１】
この結果から明らかなように、シートＡ〜Ｄにおいて、磁性金属粒子と、熱伝導性粒子とを互いに高充填することができたのは、比較対象のシートＦ〜Ｈに含有されている偏平形状の磁性金属粒子に比べて、球状の磁性金属粒子の方が分散性に優れているからである。
【００７２】
また、シートＡ〜Ｄにおいて、磁性金属粒子と、熱伝導性粒子とを互いに高充填することができたのは、磁性金属粒子の平均粒径が熱伝導性粒子に比べて大きいからである。これは、比較対象であるシートＥにおいて、磁性金属粒子の形状が球形であっても、磁性金属粒子の平均粒径に比べて熱伝導性粒子の平均粒径が大きいため、磁性金属粒子を高充填できず電磁波抑制効果が十分ではない点からみても明らかである。
【００７３】
また、シートＡ〜Ｄにおいて、熱伝導性粒子が球状であるか破砕粉末であるかに拘わらず高充填できたのは、球状の磁性金属粒子の分散性が高く、さらに、磁性金属粒子の平均粒径が熱伝導性粒子の平均粒径に比べて大きいからである。
【００７４】
また、シートＢにおいて、２種類の熱伝導性粒子を含有することができたのは、磁性金属粒子の分散性が高いので、種々の熱伝導性粒子を充填できるからである。
【００７５】
以上の評価から明らかなように、シートＡ〜Ｄは、電磁波吸収性材料を球状の磁性金属粒子にしたことで、例えば体積率の和で７０ｖｏｌ％以上となるように磁性金属粒子と熱伝導性粒子との高充填化を可能にし、さらに、磁性金属粒子の高充填化に伴いシート内の複素比透磁率の虚数部の値を高めることができたので、良好な熱伝導特性と電磁波抑制効果とを実現することができた。
【００７６】
また、シートＡ〜Ｄは、磁性金属粒子の平均粒径が、熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きいので、磁性金属粒子の分散性を利用して熱伝導性粒子を高充填化でき、結果として高い電磁波抑制効果を維持しつつ、高い熱伝導特性を実現することができた。
【００７７】
また、シートＢは、磁性金属粒子の分散性が高いので、球状粉末であるか破砕粉末であるかに拘わらず、種々の熱伝導性粒子を高充填することができた。このため、シートＢは、十分な熱伝導特性と電磁波抑制特性と維持しつつ、種々の熱伝導性粒子の充填量を調整することにより容易に特性を変更することができたことを明示している。
【実施例２】
【００７８】
次に、熱伝導性シート１１の実施例２として、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上であることが、偏平形状の磁性金属粒子を用いた熱伝導性シートと比べて高い熱伝導特性を実現するために望ましいことを、下記のシートＩ、Ｊを用いて説明する。
【００７９】
＜シートＩ＞
シートＩを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤１２．８ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２５００ｇ（７３ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末６０ｇ（３ｖｏｌ％）の合計７６ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＩを作製した。
【００８０】
＜シートＪ＞
シートＪを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２０．５ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が５０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２０００ｇ（６７ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末５０ｇ（３ｖｏｌ％）の合計７０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＪを作製した。
【００８１】
＜評価＞
これら２種類の熱伝導性シートＩ、Ｊに対して、上述した実施例１において行った条件下で、複素比透磁率の虚数部μ”を測定し、熱伝導率を算出した。
【００８２】
測定した複素比透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率を、下記の表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
上記の表２に示されるように、磁性金属粒子の体積率に応じて特性が変化するものの、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上を含有されていることにより、熱伝導率の値が２以上となった。
【００８５】
この評価結果から明らかなように、シートＩ、Ｊは、熱伝導性粒子の体積率が３ｖｏｌ％以上含有されていることによって、例えば偏平形状の磁性金属粒子を用いた熱伝導性シートと比べて高い熱伝導特性を実現することができた。
【実施例３】
【００８６】
次に、熱伝導性シート１１の実施例３として、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との平均粒径比を調節することにより、シートに占める体積率の和が最大８０ｖｏｌ％程度となるように、磁性金属粒子と熱伝導性粒子とを高充填することができることを、下記のシートＫ、Ｌを用いて説明する。
【００８７】
＜シートＫ＞
シートＫを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２７ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２３５０ｇ（６０ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末３５５ｇ（１６ｖｏｌ％）の合計７６ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることによりシートＫを作製した。
【００８８】
＜シートＬ＞
シートＬを、次のようにして作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤２０ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が５０μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２４３５ｇ（５８ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末５２５ｇ（２２ｖｏｌ％）の合計８０ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させることにより熱伝導性シートＬを作製した。
【００８９】
＜評価＞
これら２種類のシートＫ、Ｌに対して、上述した実施例１及び２で行ったときと同様の条件下で複素比透磁率の虚数部μ”を測定し、熱伝導率を算出した。
【００９０】
測定した複素比透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率を、下記の表３に示す。
【００９１】
【表３】
【００９２】
上記の表３に示すように、シートＫ、Ｌでは、磁性金属粒子と熱伝導性粒子との平均粒径比を調節することにより、球状の磁性金属粒子の分散性の良さを利用して、シートに占める体積率の和が最大８０ｖｏｌ％程度となるように、磁性金属粒子と熱伝導性粒子とを含有することができ、結果として良好な熱伝導特性及び電磁波抑制特性を実現することができた。
【実施例４】
【００９３】
次に、熱伝導性シート１１の実施例４として、カップリング処理の有無による特性の変化について、下記のシートＭ、Ｎを用いて説明する。
【００９４】
＜シートＭ＞
カップリング処理が施されていない具体例として、シートＭを次のように作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇとを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を１９７０ｇ（６０ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末３３５ｇ（１８ｖｏｌ％）の合計７８ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化して、シートＭを作製した。
【００９５】
＜シートＮ＞
カップリング処理が施されている以外を熱伝導性シートＭと同様にして、シートＮを作製した。すなわち、分子鎖両末端にのみアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンと側鎖にのみケイ素原子に直接結合した水素原子をもつメチルハイドロジェンポリシロキサンと白金族系付加反応触媒を１％未満含んだシリコーン混合物１００ｇと熱伝導性粒子にカップリング処理を施すためのカップリング剤３１ｇを可撓性樹脂材料とした。この可撓性樹脂材料に、磁性金属粒子として平均粒径が２６μｍの球状アモルファス合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃｒ）を２６５０ｇ（６０ｖｏｌ％）、熱伝導性粒子として平均粒径が３μｍの球状アルミナ粉末４５０ｇ（１８ｖｏｌ％）の合計７８ｖｏｌ％を真空攪拌機にて攪拌した後に、厚さが２ｍｍのシートにし、１００℃で６０分間加熱して硬化させてシートＮを作製した。
【００９６】
＜評価＞
これら２種類のシートＭ、Ｎに対して、上述した実施例１〜３で行ったときと同様の条件下で、複素比透磁率の虚数部μ”を測定し、熱伝導率を算出した。
【００９７】
測定した複素透磁率の虚数部μ”と、算出した熱伝導率を、下記の表４に示す。
【００９８】
【表４】
【００９９】
上記の表４から明らかなように、カップリング処理の有無に拘わらず、熱伝導性シートＭ、Ｎ両者とも良好な熱伝導特性と電磁波抑制特性を実現することができた。また、熱伝導性シートＮは、特に熱伝導性粒子に対してカップリング処理を施すカップリング剤を含有することで、シート内での分散性が向上し、特に良好な熱伝導特性を実現することができた。
【符号の説明】
【０１００】
１ 回路基板、１１ 熱伝導性シート、１２ 放熱金属板、１３ 樹脂モールド、１４ 信号線、１５ 銅箔、１６ 誘電体基板、１７ 高周波基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される熱伝導性シートにおいて、
球状の磁性金属粒子と、上記磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、
上記磁性金属粒子の平均粒径は、上記熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、
当該熱伝導性シートに占める上記磁性金属粒子の体積率は５５［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする熱伝導性シート。
【請求項２】
上記熱伝導性粒子の体積率は、３［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シート。
【請求項３】
当該熱伝導性シートに占める上記磁性金属粒子の体積率と、当該熱伝導性シートに占める上記熱伝導性粒子の体積率との和は、７０［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする請求項２記載の熱伝導性シート。
【請求項４】
上記熱伝導性粒子には、カップリング処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シート。
【請求項５】
上記熱伝導性粒子は、２種類以上の熱伝導性材料から構成されている請求項１記載の熱伝導性シート。
【請求項１】
電子部品と、この電子部品が発熱する熱を放熱させる金属製放熱部材との間に配置される熱伝導性シートにおいて、
球状の磁性金属粒子と、上記磁性金属粒子よりも熱伝導性が高い熱伝導性粒子とを含有する可撓性樹脂からなり、
上記磁性金属粒子の平均粒径は、上記熱伝導性粒子の平均粒径よりも大きく、
当該熱伝導性シートに占める上記磁性金属粒子の体積率は５５［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする熱伝導性シート。
【請求項２】
上記熱伝導性粒子の体積率は、３［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シート。
【請求項３】
当該熱伝導性シートに占める上記磁性金属粒子の体積率と、当該熱伝導性シートに占める上記熱伝導性粒子の体積率との和は、７０［ｖｏｌ％］以上であることを特徴とする請求項２記載の熱伝導性シート。
【請求項４】
上記熱伝導性粒子には、カップリング処理が施されていることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性シート。
【請求項５】
上記熱伝導性粒子は、２種類以上の熱伝導性材料から構成されている請求項１記載の熱伝導性シート。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１８６８５６（Ｐ２０１０−１８６８５６Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９６８５（Ｐ２００９−２９６８５）
【出願日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（０００１０８４１０）ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 (595)
【Ｆターム（参考）】
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