電子装置およびその製造方法
【課題】熱伝導性の接着剤を介して両部材間を熱的および機械的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラーを介した両部材の熱的接続性を向上させる。
【解決手段】両部材１０、２０の間を、樹脂３１に熱伝導性フィラー３２１、３２２を含有してなる熱伝導性の接着剤３０によって、機械的・熱的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラー３２１、３２２は、第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とよりなり、さらに、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性であり、第２のフィラー３２２は第１のフィラー３２１よりも低融点である。
【解決手段】両部材１０、２０の間を、樹脂３１に熱伝導性フィラー３２１、３２２を含有してなる熱伝導性の接着剤３０によって、機械的・熱的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラー３２１、３２２は、第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とよりなり、さらに、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性であり、第２のフィラー３２２は第１のフィラー３２１よりも低融点である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の部材と第２の部材とを、熱伝導性フィラーを含有してなる熱伝導性の接着剤によって熱的および機械的に接続してなる電子装置およびそのような電子装置の製造方法に接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、この種の電子装置の接続は、はんだを介して行われてきたが、近年、はんだ接続に替わる接続方法として、熱伝導性の接着剤を用いた接続方法が採用されてきている。
【０００３】
熱伝導性の接着剤は、樹脂に熱伝導性フィラーを含有してなるものであるが、この場合、当該接着剤を、被接着部材である第１の部材と第２の部材との間に介在させ（組み付け工程）、続いて、樹脂を固化させることにより両部材を接続する（接続工程）（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような熱伝導性の接着剤による接続は、Ｐｂを使用しないため環境問題に対応できること、洗浄を廃止できること、コストをセーブできること等、はんだには無いメリットを有する。そして、この接着剤では、当該接着剤を高熱伝導化するために、熱伝導性フィラーの含有割合を高める、いわゆるフィラーの高充填化を行う手法が一般的である。
【特許文献１】特開２００１−２６６６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、実際に、熱伝導性フィラーの高充填化について検討を行った。図５は、本発明者が行った試作検討の結果を示すものであり、従来技術に基づき、接着剤中の熱伝導性フィラーの割合を変えた場合において、各部材と接着剤との界面における熱抵抗（以下、界面熱抵抗という）を測定した結果を示す図である。
【０００６】
図５に示されるように、たとえば熱伝導性フィラーの割合を７７．２ｗｔ％から８７．６ｗｔ％というように熱伝導性フィラーを高充填化して、接着剤自体の熱伝導率を向上させても、界面熱抵抗を十分に低減できない。また、高充填化したものであっても、はんだと比べると界面熱抵抗がかなり高い。
【０００７】
これは、被接着部材との接続界面において、熱伝導性フィラーの接触面積および接触圧が不十分なためである。また、接着剤において樹脂中に熱伝導性フィラーを分散させる場合、そのフィラーの量は９０ｗｔ％程度が限界であり、熱伝導性フィラーの高充填化によって高熱伝導化の問題を解決することは困難である。
【０００８】
たとえば、熱伝導性接着剤を介して、第１の部材としてのＩＣチップを、第２の部材としての基板に接続した場合の接続厚さは、一般的に１０〜４０μｍで制御可能である。この場合、接着剤の材料の母材である樹脂の熱抵抗の低さは、あまり影響ないが、熱伝導性フィラーを分散させた材料であることから、当該フィラーが被接着部材に完全に接触することが困難となる。仮に、接触したとしてもその点数は少なく、非常に微小な点接触であるため、接続部の熱抵抗において支配的なのは界面熱抵抗である。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、熱伝導性の接着剤を介して両部材間を熱的および機械的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラーを介した両部材の熱的接続性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、両部材（１０、２０）の間を、樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）によって、機械的・熱的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）は、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなり、さらに、第１のフィラー（３２１）は第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、第２のフィラー（３２２）は第１のフィラー（３２１）よりも低融点であることを特徴としている。
【００１１】
それによれば、両部材（１０、２０）間の接着剤（３０）を加熱・加圧して接着を行うときに、第１のフィラー（３２１）が加圧によって押し潰れて、両部材（１０、２０）間および隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）間の接触を確保し、一方、第２のフィラー（３２２）が加熱によって溶融することで、各部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間が融着されるので、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を介した両部材（１０、２０）の熱的接続性が向上する。
【００１２】
ここで、請求項２に記載の発明のように、第１のフィラー（３２１）は、樹脂よりなる芯部（３２１ａ）の表面に金属よりなる金属部（３２１ｂ）を設けたものであり、第２のフィラー（３２２）は金属粉よりなるものにできる。
【００１３】
それによれば、第１のフィラー（３２１）の芯部（３２１ａ）が金属よりも低弾性な樹脂により構成されるので、第１のフィラー（３２１）を低弾性なものにしやすい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）を、第１の部材（１０）と第２の部材（２０）との間に介在させる組み付け工程と、続いて、樹脂（３１）を固化することにより、両部材（１０、２０）を接続する接続工程と、を備える電子装置の製造方法において、以下の特徴を有するものである。
【００１５】
すなわち、請求項３に記載の発明においては、接着剤（３０）として、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）が、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなるとともに、第１のフィラー（３２１）は第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、第２のフィラー（３２２）は第１のフィラー（３２１）よりも低融点であるものを用意し、組み付け工程では、両部材（１０、２０）の間で接着剤（３０）を加圧して第１のフィラー（３２１）を押し潰し、接続工程は、第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱によって樹脂（３１）に流動性を持たせることにより、両部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行う第１の接続工程と、続いて樹脂（３１）を固化させる第２の接続工程と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
それによれば、組み付け工程では、両部材（１０、２０）間にて第１のフィラー（３２１）が加圧によって押し潰れて、両部材（１０、２０）間および隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）間の接触が確保され、一方、接続工程では、加熱によって、樹脂（３１）を流動状態としつつ第２のフィラー（３２２）を溶融することで、各部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）間が融着されるので、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を介した両部材（１０、２０）の熱的接続性が向上する。
【００１７】
ここで、請求項４に記載の発明では、樹脂（３１）は熱硬化性樹脂であり、第１の接続工程では、誘導加熱によって第２のフィラー（３２２）を選択的に加熱することで、第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱では樹脂（３１）をその硬化温度未満として流動性を持たせることにより、両部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行い、第２の接続工程では、樹脂（３１）をその硬化温度以上に加熱して固化させることを特徴とする。
【００１８】
このように、樹脂（３１）が熱硬化性樹脂である場合には、誘導加熱を用いて、第２のフィラー（３２２）による融着を容易に実現できる。
【００１９】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る熱伝導性接着剤３０を用いた電子装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
【００２２】
第１の部材としての電子部品１０が第２の部材としての回路基板２０の上に搭載され、回路基板２０の電極２１と電子部品１０とが導電性接着剤３０を介して電気的・熱的に接続されている。なお、回路基板２０の電極２１を以下、基板電極２１ということにする。
【００２３】
回路基板２０は、セラミック基板やプリント基板、あるいはリードフレームなどを採用することができ、特に限定されるものではない。
【００２４】
基板電極２１は、回路基板２０の一面に形成されており、表面が金属よりなる。そのような金属としては、たとえば、Ａｇを含むＡｇ系金属、Ａｕを含むＡｕ系金属、Ｎｉを含むＮｉ系金属、Ｓｎを含むＳｎ系金属、Ｃｕを含むＣｕ系金属が挙げられ、基板電極２１は、これら金属材料を用いた厚膜やめっきなどにより構成されたものである。
【００２５】
電子部品１０としては、コンデンサや抵抗、半導体素子などの表面実装部品を採用することができる。図１に示される例では、電子部品１０は、シリコン半導体などの半導体よりなるＩＣチップとして示してある。
【００２６】
熱伝導性接着剤３０は、樹脂３１とこの樹脂３１に含有され樹脂３１中に分散する熱伝導性フィラー３２１、３２２とからなる。ここでは、樹脂３１は、主剤、硬化剤、硬化触媒などを含有する高分子であり、加熱により硬化する熱硬化性樹脂である。その使用材料は、高純度で低吸水率となる硬化物となる、耐熱性のある硬化物となるといった特徴を発現するもので、作業性・ペースト適性も考慮し選択したものである。
【００２７】
このような電子装置Ｓ１は、回路基板２０上に電子部品１０を搭載するとともに、回路基板２０上に熱伝導性接着剤３０を介して電子部品１０を接触させ、両部材１０、２０の間隔を固定状態に保持しながら熱伝導性接着剤３０を加熱して樹脂３１を硬化することによって、電子部品１０と回路基板２０とを接続することにより製造される。
【００２８】
本実施形態の接着剤３０について、さらに具体的に述べることとする。樹脂３１は、硬化前はペースト状またはＢステージ状態（つまり半硬化状態）であり、熱により硬化する熱硬化性樹脂である。このような樹脂３１としては、たとえばシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アミン系樹脂、イミダゾール系樹脂などが好ましい。
【００２９】
樹脂３１に含有されている熱伝導性フィラー３２１、３２２は、材質の異なる第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とより構成される。そして、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性であり、第２のフィラー３２２は第１のフィラー３２１よりも低融点である。
【００３０】
具体的には、第１のフィラー３２１は、樹脂よりなる芯部３２１ａの表面に金属よりなる金属部３２１ｂを設けたものであり、第２のフィラー３２２は金属粉よりなる。第１のフィラー３２１の芯部３２１ａが金属よりも低弾性な樹脂により構成されるので、第１のフィラー３２１を低弾性なものにしやすい。さらに、各フィラー３２１、３２２について具体的に述べる。
【００３１】
芯部３２１ａは、粒状等のこの種の一般的なフィラー形状をなすもので、加熱前は柔軟性がある材料、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂およびそれらのＢステージ状態の樹脂などが好ましい。それ以外にも、芯部３２１ａとしては、内部に無数の気泡を持つ樹脂などでもよい。
【００３２】
また、芯部３２１ａのサイズは、数μｍ〜５００μｍ程度のものである。また、芯部３２１ａから金属部３２２が剥離しないように、芯部３２１aの表面をエッチングやサンドブラストなどによって粗化させておいてもよい。また、芯部３２１ａの形状は、球形がのぞましいが、立方形、柱形、丸太形、円盤形、リン片形でもよい。
【００３３】
また、第１のフィラー３２１の金属部３２１ｂは、芯部３２１ａを被覆している。この金属部３２１ｂとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ系などの金属よりなり、伸縮性が高い金属が好ましい。また、金属部３２１ｂの膜厚は数ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。
【００３４】
図１に示される例では、金属部３２１ｂのコーティング形態は、芯部３２１ａの表面の全面に均一に形成されたものであるが、これに限定されるものではない。たとえば、金属部３２１ｂのコーティング形態の他の例としては、芯部３２１ａの表面の全体に均一に配置された膜であって部分的に切れ目を設けた膜や、芯部３２１ａの表面に断続的、たとえば島状に配置したものとしてもよい。このように切れ目や断続的な配置を取り入れることにより、芯部３２１ａの膨張が阻害されにくくなり、第１のフィラー３２１の熱膨張が容易なコーティング形態となる。
【００３５】
ここで、金属部３２１ｂのコーティング方法としては、めっき法、ディップ法、蒸着法等が挙げられる。また、上記切れ目の形成方法としては、たとえば、第１のフィラー３２１単体を高温に加熱して芯部３２１ａを膨張させることによって、金属部３２１ｂを予め割っておく方法が挙げられる。また、上記切れ目を入れる場合には、当該切れ目の深さは金属部３２１ｂの膜厚の半分以下が好ましい。
【００３６】
また、金属部３２１ｂを芯部３２１ａの表面に断続的に配置させる方法としては、たとえば、めっきで形成するときに当該めっき液中の金属部の成分を薄くするなど、めっき条件を制御することなどが挙げられる。
【００３７】
また、第１のフィラー３２１は、上記に限らず芯部３２１ａに、金属部３２１ｂとしてＡｇ系／Ａｕ系／Ｃｕ系のナノ金属（粒径：１ｎｍ〜５００ｎｍ）をコーティングしたものや、低融点金属（Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎ）をコーティングしたものや、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの少なくとも２種類以上の金属を含有し、加熱による共晶反応により、融点上昇する金属をコーティングしてものであってもよい。
【００３８】
また、第２のフィラー３２２としては、たとえばＳｎ、Ｂｉ、Ｉｎなどの低融点金属が挙げられ、その粒径はたとえば数ｎｍ〜２００μｍ程度のものにできる。また、第２のフィラー３２２としては、Ａｇ系／Ａｕ系／Ｃｕ系のナノ金属（たとえば粒径：１ｎｍ〜５００ｎｍ）や、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの少なくとも２種類以上の金属を含有し、加熱による共晶反応により、融点上昇する金属を採用してもよい。
【００３９】
そして、これら熱伝導性フィラー３２１、３２２の充填率は、接着剤３０の全体の体積、すなわち樹脂３１および熱伝導性フィラー３２１、３２２を合わせた体積に対して、体積比率として５０〜９５ｖｏｌ％程度であり、好ましくは、接着力も確保するために、７０〜８０ｖｏｌ％程度である。
【００４０】
ここで、第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２との合計の体積すなわち熱伝導性フィラー３２１、３２２全体の体積に対して、第２のフィラー３２２の比率は、５〜５０ｖｏｌ％程度である。
【００４１】
次に、本実施形態の電子装置Ｓ１の製造方法について、図２を参照して、より詳細に述べる。図２（ａ）は、接着剤３０の塗布後であって組み付け工程前のワークの概略断面図、図２（ｂ）は接続工程後のワークの概略断面図である。
【００４２】
本製造方法は、熱伝導性接着剤３０を、電子部品１０と回路基板２０との間に介在させる組み付け工程と、続いて、接着剤３０の樹脂３１を固化することにより両部材１０、２０を接続する接続工程とを行う。
【００４３】
まず、本製造方法では、接着剤３０として、熱硬化性樹脂よりなる樹脂３１に上記第１のフィラー３２１および第２のフィラー３２２が含有されてなるものを用意する。そして、組み付け工程では、電子部品１０または回路基板２０の基板電極２１上に、接着剤３０を配置する。ここでは、図２（ａ）に示されるように、回路基板２０側に接着剤３０を配置している。
【００４４】
この接着剤３０を配置することは、塗布またはシート成形された樹脂として行う。たとえば、塗布する場合には、熱伝導性フィラー３２１、３２２を含有する樹脂３１を塗布する。また、シートの場合には、熱伝導性フィラー３２１、３２２を含有する樹脂３１が成形されたシートを、回路基板２０に搭載すればよい。
【００４５】
そして、接着剤３０を介して電子部品１０を回路基板２０上に搭載することで、熱伝導性接着剤３０を、電子部品１０と回路基板２０との間に介在させる。このとき、電子部品１０を基板２０に搭載する際に荷重を加えることによって、両部材１０、２０の間で接着剤３０を加圧して接着剤３０中の第１のフィラー３２１を押し潰す。
【００４６】
すると、両部材１０、２０間にて第１のフィラー３２１が押し潰れて樹脂３１中を広がるため、各部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との接触面積、および、隣り合う熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の接触面積が増大化され、これらの接触が確保される。
【００４７】
次に、接続工程を行うが、図３は、接続工程における加熱プロファイルを示す図であり、時間とともに変化する熱伝導性フィラー３２１、３２２の温度（フィラー温度）と樹脂３１の温度（樹脂温度）とを別々に示している。本接続工程では、第１の接続工程である加熱ゾーンＡ、第２の接続工程である加熱ゾーンＢの順に加熱を行っていく。
【００４８】
まず、加熱ゾーンＡでは、第２のフィラー３２２をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱によって樹脂３１に流動性を持たせるようにする。それにより、両部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との間、および、熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の間の接続を、第２のフィラー３２２を介した融着によって行う。
【００４９】
つまり、加熱ゾーンＡでは、第２のフィラー３２２は溶融させつつ、熱硬化性樹脂である樹脂３１は硬化させないように、第２のフィラー３２２を選択的に加熱する。具体的には、誘導加熱によって第２のフィラー３２２を選択的に加熱する。
【００５０】
誘導加熱は、電磁誘導を利用して加熱する一般的な加熱方法であり、この方法によれば、第１のフィラー３２１および第２のフィラー３２２は加熱されるが、樹脂３１はほとんど加熱されずに、これらフィラー３２１、３２２からの伝熱により温度上昇する程度である。
【００５１】
つまり、図３に示されるように、加熱ゾーンＡでは、第２のフィラー３２２は、その融点以上に加熱されて溶融するが、樹脂３１には熱伝導性フィラー３２１、３２２の熱が多少伝わる程度であるため、樹脂３１は、第１のフィラー３２１および第２のフィラー３２２よりも低温であり、その硬化温度未満とされた状態で流動性を維持している。
【００５２】
そして、この加熱ゾーンＡでは、流動状態にある樹脂３１中を溶融した第２のフィラー３２２が広がっていく。そして、両部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との間、および、熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の間が、第２のフィラー３２２を介した融着によって接続される。ここで、樹脂３１は流動状態であるため、この融着挙動は、阻害されない。
【００５３】
このように、上記組み付け工程で熱伝導性フィラー３２１、３２２による接触面積が確保された状態が、さらに加熱ゾーンＡ（第１の接続工程）による融着によって熱的な接続が確保された状態となる。この融着による接続の場合、従来のようなフィラー同士が単に接触する場合よりも接触面積の増加が期待できる。
【００５４】
なお、加熱ゾーンＡの誘導加熱においては、回路基板２０に搭載される電子部品１０の材質や構造などによっては、当該誘導加熱によるダメージが懸念されるため、その加熱温度や時間としては、一般的なＰｂフリーはんだのリフロー温度以下の熱量に抑えることが望ましい。
【００５５】
上記した各フィラー３２１、３２２の材質例においては、当該誘導加熱の条件、たとえば周波数１０〜４００ｋＨｚ、出力１０〜３００ｋｗ、時間２秒〜５分内であり、これら条件は、フィラーの量や材質等により適宜調整すればよい。
【００５６】
次に、加熱ゾーンＢ（第２の接続工程）では、樹脂３１を固化させるが、ここでは、樹脂３１をその硬化温度（たとえばエポキシ樹脂では１５０℃程度）以上に加熱して固化させる。この加熱ゾーンＢでの加熱方式は、従来の一般的な熱風式、ＩＲ式、ベルト加熱式等の樹脂３１の硬化に適した加熱方式、加熱温度を設定することができる。
【００５７】
この加熱ゾーンＢを行うことにより、上記した接触面積および熱的接続が確保された状態を維持したまま、固化した樹脂３１によって、両部材１０、２０が機械的に接続される。こうして、電子部品１０と回路基板２０とが接着剤３０を介して、熱的・機械的に接続され、図２（ｂ）に示されるように、本実施形態の電子装置Ｓ１ができあがる。
【００５８】
ところで、本実施形態の電子装置Ｓ１においては、熱伝導性フィラー３２１、３２２は、材質の異なる第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とよりなり、さらに、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性且つ高融点なものである。
【００５９】
つまり、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性であるため、加圧によって変形しやすいものであり、第２のフィラー３２２は第１のフィラー３２１よりも低融点であるため、加熱によって溶融しやすいものとなる。
【００６０】
そのため、上記製造方法において、両部材１０、２０間の接着剤３０を加熱・加圧して接着を行うときに、第１のフィラー３２１が加圧によって押し潰れて樹脂３１中を広がるため、両部材１０、２０間および隣り合う熱伝導性フィラー３２１、３２２間の接触確率および接触面積が確保される。
【００６１】
一方、第２のフィラー３２２が加熱によって溶融することで、各部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との間、および、隣り合う熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の間が融着され、接続が確保される。そのため、本実施形態によれば、熱伝導性フィラー３２１、３２２を介した両部材１０、２０の熱的接続性が向上する。
【００６２】
なお、第２のフィラー３２２としては、第１のフィラー３２１よりも平均粒径が小さいものが好ましく、それによれば、第２のフィラー３２２が第１のフィラー３２１の隙間に介在しやすくなり、第２のフィラー３２２の融着による熱伝導性フィラー３２１、３２２間の接続が行いやすい。
【００６３】
次に、本実施形態の上記効果について、図４を参照して具体的に述べる。図４は、本発明者が上記効果を調査した結果を示す図であり、各部材１０、２０と接着剤３０との界面熱抵抗を測定した結果を示す図である。図４では、上記図５に示してある従来技術の試作検討結果も並べて記してある。
【００６４】
本実施形態の接着剤３０としては、エポキシ系のＢステージ樹脂よりなる芯部３２１ａにＳｎよりなる金属部３２１ｂを施したものを第１のフィラー３２１とし、Ｉｎ粉を第２のフィラー３２２とし、主剤である熱硬化型のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂にアミン系硬化剤を分散してなる熱硬化性樹脂を樹脂３１とした。
【００６５】
ここで、熱伝導性フィラー３２１、３２２全体に対する第２のフィラー３２２の比率は２５ｖｏｌ％であり、熱伝導性フィラー３２１、３２２の充填率は接着剤３０の全体に対して７０ｖｏｌ％とした。
【００６６】
図４に示されるように、本実施形態の接着剤３０によれば、従来の単に熱伝導性フィラーの割合を高くしたものに比べて、界面熱抵抗を大幅に低減することができ、はんだと同レベルのものにできる。また、上記した接着剤３０の各形態において、この図４に示されるものと同程度の界面熱抵抗が得られている。
【００６７】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、第１の部材が電子部品１０であり、第２の部材が回路基板２０である例を示したが、これら第１および第２の部材は、熱伝導性の接着剤３０を介して熱的・機械的に接続されるものであればよく、上記実施形態に限定されない。
【００６８】
たとえば、両部材がともに電子部品であってもよいし、両部材がともに回路基板であってもよい。また、第１および第２の部材としては、リードフレームやバスバーなどであってもよく、電子装置を構成するものであればかまわない。
【００６９】
また、第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とでは、前者が低弾性で後者が低融点であれば、たとえば第１のフィラー３２１は、上述のような芯材部と金属部とよりなるものに限定されるものではなく、第２のフィラー３２２よりも低弾性且つ高融点の金属単体よりなるものであってもよい。
【００７０】
また、上記第１の接続工程において、第２のフィラー３２２を優先的に加熱する方法としては、電子部品１０を加圧して回路基板２０に組み付ける際に、加圧しながら超音波振動をかけることにより、第２のフィラー３２２と部品電極とが接触して摺動する部分において、摩擦熱による融着または金属相互拡散を得るようにしてもよい。この場合も、通常の接触以上の接続面積を確保することができる。
【００７１】
また、接着剤３０の樹脂３１としては、熱硬化性樹脂に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂であってもよい。具体的には、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメット酸エステル、ポリエステル、リン酸エステル、クエン酸エステル、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、安息香酸エステルなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
【００７２】
このような熱可塑性樹脂を用いた場合は、第１の接続工程においては、加熱によって硬化することなく十分な流動性があるため、上述した誘導加熱などを使用して、特に第２のフィラー３２２を優先して加熱する必要はなく、一般的な熱風式や赤外線式などの加熱方法によって、第２のフィラー３２２による融着が十分なされるまで加熱すればよい。そして、樹脂３１を固化させる第２の接続工程では、熱可塑性樹脂を冷却することで固化すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る熱伝導性接着剤を用いた電子装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）は、接着剤塗布後であって組み付け工程前のワークの概略断面図、（ｂ）は接続工程後のワークの概略断面図である。
【図３】接続工程における加熱プロファイルを示す図である。
【図４】実施形態の具体的な効果を示す図である。
【図５】本発明者が行った試作検討の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 第１の部材としての電子部品
２０ 第２の部材としての回路基板
３０ 接着剤
３１ 樹脂
３２１ 第１のフィラー
３２１ａ 芯部
３２１ｂ 金属部
３２２ 第２のフィラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の部材と第２の部材とを、熱伝導性フィラーを含有してなる熱伝導性の接着剤によって熱的および機械的に接続してなる電子装置およびそのような電子装置の製造方法に接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、この種の電子装置の接続は、はんだを介して行われてきたが、近年、はんだ接続に替わる接続方法として、熱伝導性の接着剤を用いた接続方法が採用されてきている。
【０００３】
熱伝導性の接着剤は、樹脂に熱伝導性フィラーを含有してなるものであるが、この場合、当該接着剤を、被接着部材である第１の部材と第２の部材との間に介在させ（組み付け工程）、続いて、樹脂を固化させることにより両部材を接続する（接続工程）（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような熱伝導性の接着剤による接続は、Ｐｂを使用しないため環境問題に対応できること、洗浄を廃止できること、コストをセーブできること等、はんだには無いメリットを有する。そして、この接着剤では、当該接着剤を高熱伝導化するために、熱伝導性フィラーの含有割合を高める、いわゆるフィラーの高充填化を行う手法が一般的である。
【特許文献１】特開２００１−２６６６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、実際に、熱伝導性フィラーの高充填化について検討を行った。図５は、本発明者が行った試作検討の結果を示すものであり、従来技術に基づき、接着剤中の熱伝導性フィラーの割合を変えた場合において、各部材と接着剤との界面における熱抵抗（以下、界面熱抵抗という）を測定した結果を示す図である。
【０００６】
図５に示されるように、たとえば熱伝導性フィラーの割合を７７．２ｗｔ％から８７．６ｗｔ％というように熱伝導性フィラーを高充填化して、接着剤自体の熱伝導率を向上させても、界面熱抵抗を十分に低減できない。また、高充填化したものであっても、はんだと比べると界面熱抵抗がかなり高い。
【０００７】
これは、被接着部材との接続界面において、熱伝導性フィラーの接触面積および接触圧が不十分なためである。また、接着剤において樹脂中に熱伝導性フィラーを分散させる場合、そのフィラーの量は９０ｗｔ％程度が限界であり、熱伝導性フィラーの高充填化によって高熱伝導化の問題を解決することは困難である。
【０００８】
たとえば、熱伝導性接着剤を介して、第１の部材としてのＩＣチップを、第２の部材としての基板に接続した場合の接続厚さは、一般的に１０〜４０μｍで制御可能である。この場合、接着剤の材料の母材である樹脂の熱抵抗の低さは、あまり影響ないが、熱伝導性フィラーを分散させた材料であることから、当該フィラーが被接着部材に完全に接触することが困難となる。仮に、接触したとしてもその点数は少なく、非常に微小な点接触であるため、接続部の熱抵抗において支配的なのは界面熱抵抗である。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、熱伝導性の接着剤を介して両部材間を熱的および機械的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラーを介した両部材の熱的接続性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、両部材（１０、２０）の間を、樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）によって、機械的・熱的に接続してなる電子装置において、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）は、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなり、さらに、第１のフィラー（３２１）は第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、第２のフィラー（３２２）は第１のフィラー（３２１）よりも低融点であることを特徴としている。
【００１１】
それによれば、両部材（１０、２０）間の接着剤（３０）を加熱・加圧して接着を行うときに、第１のフィラー（３２１）が加圧によって押し潰れて、両部材（１０、２０）間および隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）間の接触を確保し、一方、第２のフィラー（３２２）が加熱によって溶融することで、各部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間が融着されるので、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を介した両部材（１０、２０）の熱的接続性が向上する。
【００１２】
ここで、請求項２に記載の発明のように、第１のフィラー（３２１）は、樹脂よりなる芯部（３２１ａ）の表面に金属よりなる金属部（３２１ｂ）を設けたものであり、第２のフィラー（３２２）は金属粉よりなるものにできる。
【００１３】
それによれば、第１のフィラー（３２１）の芯部（３２１ａ）が金属よりも低弾性な樹脂により構成されるので、第１のフィラー（３２１）を低弾性なものにしやすい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）を、第１の部材（１０）と第２の部材（２０）との間に介在させる組み付け工程と、続いて、樹脂（３１）を固化することにより、両部材（１０、２０）を接続する接続工程と、を備える電子装置の製造方法において、以下の特徴を有するものである。
【００１５】
すなわち、請求項３に記載の発明においては、接着剤（３０）として、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）が、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなるとともに、第１のフィラー（３２１）は第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、第２のフィラー（３２２）は第１のフィラー（３２１）よりも低融点であるものを用意し、組み付け工程では、両部材（１０、２０）の間で接着剤（３０）を加圧して第１のフィラー（３２１）を押し潰し、接続工程は、第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱によって樹脂（３１）に流動性を持たせることにより、両部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行う第１の接続工程と、続いて樹脂（３１）を固化させる第２の接続工程と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
それによれば、組み付け工程では、両部材（１０、２０）間にて第１のフィラー（３２１）が加圧によって押し潰れて、両部材（１０、２０）間および隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）間の接触が確保され、一方、接続工程では、加熱によって、樹脂（３１）を流動状態としつつ第２のフィラー（３２２）を溶融することで、各部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、隣り合う熱伝導性フィラー（３２１、３２２）間が融着されるので、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を介した両部材（１０、２０）の熱的接続性が向上する。
【００１７】
ここで、請求項４に記載の発明では、樹脂（３１）は熱硬化性樹脂であり、第１の接続工程では、誘導加熱によって第２のフィラー（３２２）を選択的に加熱することで、第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱では樹脂（３１）をその硬化温度未満として流動性を持たせることにより、両部材（１０、２０）と熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行い、第２の接続工程では、樹脂（３１）をその硬化温度以上に加熱して固化させることを特徴とする。
【００１８】
このように、樹脂（３１）が熱硬化性樹脂である場合には、誘導加熱を用いて、第２のフィラー（３２２）による融着を容易に実現できる。
【００１９】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る熱伝導性接着剤３０を用いた電子装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
【００２２】
第１の部材としての電子部品１０が第２の部材としての回路基板２０の上に搭載され、回路基板２０の電極２１と電子部品１０とが導電性接着剤３０を介して電気的・熱的に接続されている。なお、回路基板２０の電極２１を以下、基板電極２１ということにする。
【００２３】
回路基板２０は、セラミック基板やプリント基板、あるいはリードフレームなどを採用することができ、特に限定されるものではない。
【００２４】
基板電極２１は、回路基板２０の一面に形成されており、表面が金属よりなる。そのような金属としては、たとえば、Ａｇを含むＡｇ系金属、Ａｕを含むＡｕ系金属、Ｎｉを含むＮｉ系金属、Ｓｎを含むＳｎ系金属、Ｃｕを含むＣｕ系金属が挙げられ、基板電極２１は、これら金属材料を用いた厚膜やめっきなどにより構成されたものである。
【００２５】
電子部品１０としては、コンデンサや抵抗、半導体素子などの表面実装部品を採用することができる。図１に示される例では、電子部品１０は、シリコン半導体などの半導体よりなるＩＣチップとして示してある。
【００２６】
熱伝導性接着剤３０は、樹脂３１とこの樹脂３１に含有され樹脂３１中に分散する熱伝導性フィラー３２１、３２２とからなる。ここでは、樹脂３１は、主剤、硬化剤、硬化触媒などを含有する高分子であり、加熱により硬化する熱硬化性樹脂である。その使用材料は、高純度で低吸水率となる硬化物となる、耐熱性のある硬化物となるといった特徴を発現するもので、作業性・ペースト適性も考慮し選択したものである。
【００２７】
このような電子装置Ｓ１は、回路基板２０上に電子部品１０を搭載するとともに、回路基板２０上に熱伝導性接着剤３０を介して電子部品１０を接触させ、両部材１０、２０の間隔を固定状態に保持しながら熱伝導性接着剤３０を加熱して樹脂３１を硬化することによって、電子部品１０と回路基板２０とを接続することにより製造される。
【００２８】
本実施形態の接着剤３０について、さらに具体的に述べることとする。樹脂３１は、硬化前はペースト状またはＢステージ状態（つまり半硬化状態）であり、熱により硬化する熱硬化性樹脂である。このような樹脂３１としては、たとえばシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アミン系樹脂、イミダゾール系樹脂などが好ましい。
【００２９】
樹脂３１に含有されている熱伝導性フィラー３２１、３２２は、材質の異なる第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とより構成される。そして、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性であり、第２のフィラー３２２は第１のフィラー３２１よりも低融点である。
【００３０】
具体的には、第１のフィラー３２１は、樹脂よりなる芯部３２１ａの表面に金属よりなる金属部３２１ｂを設けたものであり、第２のフィラー３２２は金属粉よりなる。第１のフィラー３２１の芯部３２１ａが金属よりも低弾性な樹脂により構成されるので、第１のフィラー３２１を低弾性なものにしやすい。さらに、各フィラー３２１、３２２について具体的に述べる。
【００３１】
芯部３２１ａは、粒状等のこの種の一般的なフィラー形状をなすもので、加熱前は柔軟性がある材料、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂およびそれらのＢステージ状態の樹脂などが好ましい。それ以外にも、芯部３２１ａとしては、内部に無数の気泡を持つ樹脂などでもよい。
【００３２】
また、芯部３２１ａのサイズは、数μｍ〜５００μｍ程度のものである。また、芯部３２１ａから金属部３２２が剥離しないように、芯部３２１aの表面をエッチングやサンドブラストなどによって粗化させておいてもよい。また、芯部３２１ａの形状は、球形がのぞましいが、立方形、柱形、丸太形、円盤形、リン片形でもよい。
【００３３】
また、第１のフィラー３２１の金属部３２１ｂは、芯部３２１ａを被覆している。この金属部３２１ｂとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ系などの金属よりなり、伸縮性が高い金属が好ましい。また、金属部３２１ｂの膜厚は数ｎｍ〜数μｍ程度とすることができる。
【００３４】
図１に示される例では、金属部３２１ｂのコーティング形態は、芯部３２１ａの表面の全面に均一に形成されたものであるが、これに限定されるものではない。たとえば、金属部３２１ｂのコーティング形態の他の例としては、芯部３２１ａの表面の全体に均一に配置された膜であって部分的に切れ目を設けた膜や、芯部３２１ａの表面に断続的、たとえば島状に配置したものとしてもよい。このように切れ目や断続的な配置を取り入れることにより、芯部３２１ａの膨張が阻害されにくくなり、第１のフィラー３２１の熱膨張が容易なコーティング形態となる。
【００３５】
ここで、金属部３２１ｂのコーティング方法としては、めっき法、ディップ法、蒸着法等が挙げられる。また、上記切れ目の形成方法としては、たとえば、第１のフィラー３２１単体を高温に加熱して芯部３２１ａを膨張させることによって、金属部３２１ｂを予め割っておく方法が挙げられる。また、上記切れ目を入れる場合には、当該切れ目の深さは金属部３２１ｂの膜厚の半分以下が好ましい。
【００３６】
また、金属部３２１ｂを芯部３２１ａの表面に断続的に配置させる方法としては、たとえば、めっきで形成するときに当該めっき液中の金属部の成分を薄くするなど、めっき条件を制御することなどが挙げられる。
【００３７】
また、第１のフィラー３２１は、上記に限らず芯部３２１ａに、金属部３２１ｂとしてＡｇ系／Ａｕ系／Ｃｕ系のナノ金属（粒径：１ｎｍ〜５００ｎｍ）をコーティングしたものや、低融点金属（Ｓｎ、Ｂｉ、Ｉｎ）をコーティングしたものや、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの少なくとも２種類以上の金属を含有し、加熱による共晶反応により、融点上昇する金属をコーティングしてものであってもよい。
【００３８】
また、第２のフィラー３２２としては、たとえばＳｎ、Ｂｉ、Ｉｎなどの低融点金属が挙げられ、その粒径はたとえば数ｎｍ〜２００μｍ程度のものにできる。また、第２のフィラー３２２としては、Ａｇ系／Ａｕ系／Ｃｕ系のナノ金属（たとえば粒径：１ｎｍ〜５００ｎｍ）や、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉの少なくとも２種類以上の金属を含有し、加熱による共晶反応により、融点上昇する金属を採用してもよい。
【００３９】
そして、これら熱伝導性フィラー３２１、３２２の充填率は、接着剤３０の全体の体積、すなわち樹脂３１および熱伝導性フィラー３２１、３２２を合わせた体積に対して、体積比率として５０〜９５ｖｏｌ％程度であり、好ましくは、接着力も確保するために、７０〜８０ｖｏｌ％程度である。
【００４０】
ここで、第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２との合計の体積すなわち熱伝導性フィラー３２１、３２２全体の体積に対して、第２のフィラー３２２の比率は、５〜５０ｖｏｌ％程度である。
【００４１】
次に、本実施形態の電子装置Ｓ１の製造方法について、図２を参照して、より詳細に述べる。図２（ａ）は、接着剤３０の塗布後であって組み付け工程前のワークの概略断面図、図２（ｂ）は接続工程後のワークの概略断面図である。
【００４２】
本製造方法は、熱伝導性接着剤３０を、電子部品１０と回路基板２０との間に介在させる組み付け工程と、続いて、接着剤３０の樹脂３１を固化することにより両部材１０、２０を接続する接続工程とを行う。
【００４３】
まず、本製造方法では、接着剤３０として、熱硬化性樹脂よりなる樹脂３１に上記第１のフィラー３２１および第２のフィラー３２２が含有されてなるものを用意する。そして、組み付け工程では、電子部品１０または回路基板２０の基板電極２１上に、接着剤３０を配置する。ここでは、図２（ａ）に示されるように、回路基板２０側に接着剤３０を配置している。
【００４４】
この接着剤３０を配置することは、塗布またはシート成形された樹脂として行う。たとえば、塗布する場合には、熱伝導性フィラー３２１、３２２を含有する樹脂３１を塗布する。また、シートの場合には、熱伝導性フィラー３２１、３２２を含有する樹脂３１が成形されたシートを、回路基板２０に搭載すればよい。
【００４５】
そして、接着剤３０を介して電子部品１０を回路基板２０上に搭載することで、熱伝導性接着剤３０を、電子部品１０と回路基板２０との間に介在させる。このとき、電子部品１０を基板２０に搭載する際に荷重を加えることによって、両部材１０、２０の間で接着剤３０を加圧して接着剤３０中の第１のフィラー３２１を押し潰す。
【００４６】
すると、両部材１０、２０間にて第１のフィラー３２１が押し潰れて樹脂３１中を広がるため、各部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との接触面積、および、隣り合う熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の接触面積が増大化され、これらの接触が確保される。
【００４７】
次に、接続工程を行うが、図３は、接続工程における加熱プロファイルを示す図であり、時間とともに変化する熱伝導性フィラー３２１、３２２の温度（フィラー温度）と樹脂３１の温度（樹脂温度）とを別々に示している。本接続工程では、第１の接続工程である加熱ゾーンＡ、第２の接続工程である加熱ゾーンＢの順に加熱を行っていく。
【００４８】
まず、加熱ゾーンＡでは、第２のフィラー３２２をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱によって樹脂３１に流動性を持たせるようにする。それにより、両部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との間、および、熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の間の接続を、第２のフィラー３２２を介した融着によって行う。
【００４９】
つまり、加熱ゾーンＡでは、第２のフィラー３２２は溶融させつつ、熱硬化性樹脂である樹脂３１は硬化させないように、第２のフィラー３２２を選択的に加熱する。具体的には、誘導加熱によって第２のフィラー３２２を選択的に加熱する。
【００５０】
誘導加熱は、電磁誘導を利用して加熱する一般的な加熱方法であり、この方法によれば、第１のフィラー３２１および第２のフィラー３２２は加熱されるが、樹脂３１はほとんど加熱されずに、これらフィラー３２１、３２２からの伝熱により温度上昇する程度である。
【００５１】
つまり、図３に示されるように、加熱ゾーンＡでは、第２のフィラー３２２は、その融点以上に加熱されて溶融するが、樹脂３１には熱伝導性フィラー３２１、３２２の熱が多少伝わる程度であるため、樹脂３１は、第１のフィラー３２１および第２のフィラー３２２よりも低温であり、その硬化温度未満とされた状態で流動性を維持している。
【００５２】
そして、この加熱ゾーンＡでは、流動状態にある樹脂３１中を溶融した第２のフィラー３２２が広がっていく。そして、両部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との間、および、熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の間が、第２のフィラー３２２を介した融着によって接続される。ここで、樹脂３１は流動状態であるため、この融着挙動は、阻害されない。
【００５３】
このように、上記組み付け工程で熱伝導性フィラー３２１、３２２による接触面積が確保された状態が、さらに加熱ゾーンＡ（第１の接続工程）による融着によって熱的な接続が確保された状態となる。この融着による接続の場合、従来のようなフィラー同士が単に接触する場合よりも接触面積の増加が期待できる。
【００５４】
なお、加熱ゾーンＡの誘導加熱においては、回路基板２０に搭載される電子部品１０の材質や構造などによっては、当該誘導加熱によるダメージが懸念されるため、その加熱温度や時間としては、一般的なＰｂフリーはんだのリフロー温度以下の熱量に抑えることが望ましい。
【００５５】
上記した各フィラー３２１、３２２の材質例においては、当該誘導加熱の条件、たとえば周波数１０〜４００ｋＨｚ、出力１０〜３００ｋｗ、時間２秒〜５分内であり、これら条件は、フィラーの量や材質等により適宜調整すればよい。
【００５６】
次に、加熱ゾーンＢ（第２の接続工程）では、樹脂３１を固化させるが、ここでは、樹脂３１をその硬化温度（たとえばエポキシ樹脂では１５０℃程度）以上に加熱して固化させる。この加熱ゾーンＢでの加熱方式は、従来の一般的な熱風式、ＩＲ式、ベルト加熱式等の樹脂３１の硬化に適した加熱方式、加熱温度を設定することができる。
【００５７】
この加熱ゾーンＢを行うことにより、上記した接触面積および熱的接続が確保された状態を維持したまま、固化した樹脂３１によって、両部材１０、２０が機械的に接続される。こうして、電子部品１０と回路基板２０とが接着剤３０を介して、熱的・機械的に接続され、図２（ｂ）に示されるように、本実施形態の電子装置Ｓ１ができあがる。
【００５８】
ところで、本実施形態の電子装置Ｓ１においては、熱伝導性フィラー３２１、３２２は、材質の異なる第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とよりなり、さらに、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性且つ高融点なものである。
【００５９】
つまり、第１のフィラー３２１は第２のフィラー３２２よりも低弾性であるため、加圧によって変形しやすいものであり、第２のフィラー３２２は第１のフィラー３２１よりも低融点であるため、加熱によって溶融しやすいものとなる。
【００６０】
そのため、上記製造方法において、両部材１０、２０間の接着剤３０を加熱・加圧して接着を行うときに、第１のフィラー３２１が加圧によって押し潰れて樹脂３１中を広がるため、両部材１０、２０間および隣り合う熱伝導性フィラー３２１、３２２間の接触確率および接触面積が確保される。
【００６１】
一方、第２のフィラー３２２が加熱によって溶融することで、各部材１０、２０と熱伝導性フィラー３２１、３２２との間、および、隣り合う熱伝導性フィラー３２１、３２２同士の間が融着され、接続が確保される。そのため、本実施形態によれば、熱伝導性フィラー３２１、３２２を介した両部材１０、２０の熱的接続性が向上する。
【００６２】
なお、第２のフィラー３２２としては、第１のフィラー３２１よりも平均粒径が小さいものが好ましく、それによれば、第２のフィラー３２２が第１のフィラー３２１の隙間に介在しやすくなり、第２のフィラー３２２の融着による熱伝導性フィラー３２１、３２２間の接続が行いやすい。
【００６３】
次に、本実施形態の上記効果について、図４を参照して具体的に述べる。図４は、本発明者が上記効果を調査した結果を示す図であり、各部材１０、２０と接着剤３０との界面熱抵抗を測定した結果を示す図である。図４では、上記図５に示してある従来技術の試作検討結果も並べて記してある。
【００６４】
本実施形態の接着剤３０としては、エポキシ系のＢステージ樹脂よりなる芯部３２１ａにＳｎよりなる金属部３２１ｂを施したものを第１のフィラー３２１とし、Ｉｎ粉を第２のフィラー３２２とし、主剤である熱硬化型のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂にアミン系硬化剤を分散してなる熱硬化性樹脂を樹脂３１とした。
【００６５】
ここで、熱伝導性フィラー３２１、３２２全体に対する第２のフィラー３２２の比率は２５ｖｏｌ％であり、熱伝導性フィラー３２１、３２２の充填率は接着剤３０の全体に対して７０ｖｏｌ％とした。
【００６６】
図４に示されるように、本実施形態の接着剤３０によれば、従来の単に熱伝導性フィラーの割合を高くしたものに比べて、界面熱抵抗を大幅に低減することができ、はんだと同レベルのものにできる。また、上記した接着剤３０の各形態において、この図４に示されるものと同程度の界面熱抵抗が得られている。
【００６７】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、第１の部材が電子部品１０であり、第２の部材が回路基板２０である例を示したが、これら第１および第２の部材は、熱伝導性の接着剤３０を介して熱的・機械的に接続されるものであればよく、上記実施形態に限定されない。
【００６８】
たとえば、両部材がともに電子部品であってもよいし、両部材がともに回路基板であってもよい。また、第１および第２の部材としては、リードフレームやバスバーなどであってもよく、電子装置を構成するものであればかまわない。
【００６９】
また、第１のフィラー３２１と第２のフィラー３２２とでは、前者が低弾性で後者が低融点であれば、たとえば第１のフィラー３２１は、上述のような芯材部と金属部とよりなるものに限定されるものではなく、第２のフィラー３２２よりも低弾性且つ高融点の金属単体よりなるものであってもよい。
【００７０】
また、上記第１の接続工程において、第２のフィラー３２２を優先的に加熱する方法としては、電子部品１０を加圧して回路基板２０に組み付ける際に、加圧しながら超音波振動をかけることにより、第２のフィラー３２２と部品電極とが接触して摺動する部分において、摩擦熱による融着または金属相互拡散を得るようにしてもよい。この場合も、通常の接触以上の接続面積を確保することができる。
【００７１】
また、接着剤３０の樹脂３１としては、熱硬化性樹脂に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂であってもよい。具体的には、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメット酸エステル、ポリエステル、リン酸エステル、クエン酸エステル、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、安息香酸エステルなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。
【００７２】
このような熱可塑性樹脂を用いた場合は、第１の接続工程においては、加熱によって硬化することなく十分な流動性があるため、上述した誘導加熱などを使用して、特に第２のフィラー３２２を優先して加熱する必要はなく、一般的な熱風式や赤外線式などの加熱方法によって、第２のフィラー３２２による融着が十分なされるまで加熱すればよい。そして、樹脂３１を固化させる第２の接続工程では、熱可塑性樹脂を冷却することで固化すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る熱伝導性接着剤を用いた電子装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）は、接着剤塗布後であって組み付け工程前のワークの概略断面図、（ｂ）は接続工程後のワークの概略断面図である。
【図３】接続工程における加熱プロファイルを示す図である。
【図４】実施形態の具体的な効果を示す図である。
【図５】本発明者が行った試作検討の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 第１の部材としての電子部品
２０ 第２の部材としての回路基板
３０ 接着剤
３１ 樹脂
３２１ 第１のフィラー
３２１ａ 芯部
３２１ｂ 金属部
３２２ 第２のフィラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材（１０）と、前記第１の部材（１０）に対向して配置された第２の部材（２０）と、これら両部材（１０、２０）の間に介在し樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）とを、備え、
前記両部材（１０、２０）は、前記樹脂（３１）を介して機械的に接続されるとともに、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を介して熱的に接続されている電子装置において、
前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）は、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなり、
さらに、前記第１のフィラー（３２１）は前記第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、前記第２のフィラー（３２２）は前記第１のフィラー（３２１）よりも低融点であることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記第１のフィラー（３２１）は、樹脂よりなる芯部（３２１ａ）の表面に金属よりなる金属部（３２１ｂ）を設けたものであり、前記第２のフィラー（３２２）は金属粉よりなることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）を、第１の部材（１０）と第２の部材（２０）との間に介在させる組み付け工程と、
続いて、前記樹脂（３１）を固化することにより、前記両部材（１０、２０）を接続する接続工程と、を備える電子装置の製造方法において、
前記接着剤（３０）として、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）が、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなるとともに、前記第１のフィラー（３２１）は前記第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、前記第２のフィラー（３２２）は前記第１のフィラー（３２１）よりも低融点であるものを用意し、
前記組み付け工程では、前記両部材（１０、２０）の間で前記接着剤（３０）を加圧して前記第１のフィラー（３２１）を押し潰し、
前記接続工程は、前記第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱によって前記樹脂（３１）に流動性を持たせることにより、前記両部材（１０、２０）と前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、前記第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行う第１の接続工程と、
続いて前記樹脂（３１）を固化させる第２の接続工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂（３１）は熱硬化性樹脂であり、
前記第１の接続工程では、誘導加熱によって前記第２のフィラー（３２２）を選択的に加熱することで、前記第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱では前記樹脂（３１）をその硬化温度未満として流動性を持たせることにより、前記両部材（１０、２０）と前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、前記第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行い、
前記第２の接続工程では、前記樹脂（３１）をその硬化温度以上に加熱して固化させることを特徴とする請求項３に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１】
第１の部材（１０）と、前記第１の部材（１０）に対向して配置された第２の部材（２０）と、これら両部材（１０、２０）の間に介在し樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）とを、備え、
前記両部材（１０、２０）は、前記樹脂（３１）を介して機械的に接続されるとともに、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を介して熱的に接続されている電子装置において、
前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）は、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなり、
さらに、前記第１のフィラー（３２１）は前記第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、前記第２のフィラー（３２２）は前記第１のフィラー（３２１）よりも低融点であることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記第１のフィラー（３２１）は、樹脂よりなる芯部（３２１ａ）の表面に金属よりなる金属部（３２１ｂ）を設けたものであり、前記第２のフィラー（３２２）は金属粉よりなることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
樹脂（３１）に熱伝導性フィラー（３２１、３２２）を含有してなる熱伝導性の接着剤（３０）を、第１の部材（１０）と第２の部材（２０）との間に介在させる組み付け工程と、
続いて、前記樹脂（３１）を固化することにより、前記両部材（１０、２０）を接続する接続工程と、を備える電子装置の製造方法において、
前記接着剤（３０）として、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）が、第１のフィラー（３２１）と第２のフィラー（３２２）とよりなるとともに、前記第１のフィラー（３２１）は前記第２のフィラー（３２２）よりも低弾性であり、前記第２のフィラー（３２２）は前記第１のフィラー（３２１）よりも低融点であるものを用意し、
前記組み付け工程では、前記両部材（１０、２０）の間で前記接着剤（３０）を加圧して前記第１のフィラー（３２１）を押し潰し、
前記接続工程は、前記第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱によって前記樹脂（３１）に流動性を持たせることにより、前記両部材（１０、２０）と前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、前記第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行う第１の接続工程と、
続いて前記樹脂（３１）を固化させる第２の接続工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂（３１）は熱硬化性樹脂であり、
前記第１の接続工程では、誘導加熱によって前記第２のフィラー（３２２）を選択的に加熱することで、前記第２のフィラー（３２２）をその融点以上に加熱するとともに、当該加熱では前記樹脂（３１）をその硬化温度未満として流動性を持たせることにより、前記両部材（１０、２０）と前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）との間、および、前記熱伝導性フィラー（３２１、３２２）同士の間の接続を、前記第２のフィラー（３２２）を介した融着によって行い、
前記第２の接続工程では、前記樹脂（３１）をその硬化温度以上に加熱して固化させることを特徴とする請求項３に記載の電子装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１２９８２７（Ｐ２０１０−１２９８２７Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３８７３（Ｐ２００８−３０３８７３）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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