TW201724404A - 散熱片、散熱片之製造方法及具備散熱片之半導體封裝 - Google Patents

Abstract

根據本發明，提供一種散熱片及散熱片之製造方法，該散熱片係由抄製成形體構成，該抄製成形體含有：熱硬化性樹脂、由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料；該散熱片之製造方法含有如下步驟：使用抄製法由含有熱硬化性樹脂、由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料的材料漿料製造抄製體；及於加熱加壓下使上述抄製體成形而製造由抄製成形體構成之散熱片。

Description

散熱片、散熱片之製造方法及具備散熱片之半導體封裝

本發明係關於一種散熱片、散熱片之製造方法及具備散熱片之半導體封裝。

近年來，於電子電氣設備中安裝有例如LED元件、雷射二極體、功率半導體等發熱密度高之器件。因此，為了對該等器件驅動確保較高之可靠性，要求散熱對策。作為散熱對策，一般地，將使用擠出成形法或壓鑄成形法使導熱率較高之金屬(銅、鋁、鋁合金、鎂合金等)成形所得之散熱片配置於發熱源附近，從而有效率地將熱散發至外界空氣。但是，該等散熱對策於實現較高之散熱性能時，必須增大散熱片之外尺寸以確保散熱面積。又，由於上述導熱率高之金屬之比重大，故而存在散熱片之重量增大之情形。鑒於此種課題，要求開發一種於高溫環境下耐熱穩定性優異並且具有優異之導熱性之材料。

於專利文獻1中，揭示有一種由摻合有碳纖維等之導熱性樹 脂組成物構成之散熱構造體。記載有如下內容，即，藉由使用此種導熱性樹脂組成物作為散熱構造體之構成材料，利用射出成型法製作散熱性優異且輕量之散熱構造體。

[專利文獻1]日本專利特開2012-79794號公報

[專利文獻2]日本專利第4675276號公報

[專利文獻3]日本專利第5426399號公報

然而，專利文獻1所記載之散熱構造體於散熱性或強度方面有改善之餘地。

本發明提供一種輕量並且具有優異強度及優異散熱性之散熱片、該散熱片之製造方法及具備該散熱片之半導體封裝。

根據本發明，提供一種由抄製成形體構成之散熱片，該抄製成形體含有：熱硬化性樹脂、由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料。

又，根據本發明，提供一種散熱片之製造方法，該散熱片之製造方法含有如下步驟：使用抄製法，從含有熱硬化性樹脂、由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料的材料漿料製造抄製體；及於加熱加壓下使上述抄製體成形而製造由抄製成形體構成之散熱片。

進而，根據本發明，提供一種半導體封裝，該半導體封裝具備半導體晶片及鄰接於該半導體晶片而設置之上述散熱片。

根據本發明，提供一種輕量並且具有優異之強度及優異之導熱性及散熱性之散熱片。又，根據本發明，提供此種散熱片之製造方法。又，根據本發明，提供一種具備此種散熱片之半導體封裝。

10‧‧‧抄製體

21‧‧‧外框部

22‧‧‧下部模具

23‧‧‧上部模具

30‧‧‧篩孔

100‧‧‧散熱片

101‧‧‧基部

102‧‧‧片部

103‧‧‧山部(凸部)

104‧‧‧谷部(凹部)

105‧‧‧底板部

106‧‧‧凸部

107‧‧‧腳壁

108‧‧‧頂壁

109‧‧‧基部

A‧‧‧熱硬化性樹脂

B‧‧‧纖維狀填料

C‧‧‧粉末狀填料

F‧‧‧凝聚物

圖1係示意性地表示本實施形態之片狀之抄製體之一例的立體圖。

圖2(a)~(c)係示意性地表示本實施形態之抄製體之製造方法之一例的剖面圖。

圖3(a)及(b)係示意性地表示本實施形態之散熱片之一例之立體圖。

圖4(a)及(b)係示意性地表示本實施形態之散熱片之一例之立體圖。

圖5(a)及(b)係用以說明圖3(a)及圖4(b)所示之散熱片之製造方法之圖。

圖6(a)及(b)係用以說明圖3(b)及圖4(a)所示之散熱片之製造方法之圖。

以下，使用圖式對本發明之實施形態進行說明。再者，於所有圖式中對相同之構成要素標註相同之符號，並適當省略說明。

(散熱片)

本實施形態之散熱片係由抄製成形體構成，該抄製成形體含有：熱硬化性樹脂、由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料。詳細而言，本實施形態之散熱片由如下抄製成形體構成，該抄製成形體係使用抄製法，從含有熱硬化性樹脂、上述纖維狀填料及上述粉末狀填料之材料漿料製造抄製體，並對該抄製體進行加熱加壓成形而獲得。於本實施形態中，將於加熱加壓下使抄製體成形而獲得之成形體稱為抄製成形體。

於本實施形態中，散熱片含有：熱硬化性樹脂、由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料。本發明之散熱片由於由導熱性優異之碳材料構成之粉末狀填料介於纖維狀填料之間，因此具備優異之導熱性，並且散熱性優異。又，本發明之散熱片由熱硬化性樹脂、纖維狀填料、及粉末狀填料構成，無須使用比重大之金屬材料。因此，可達成與藉由鋁壓鑄所獲得之習知之散熱片相同程度或更進一步之輕量化。又，本發明之散熱片係將使用抄製法利用上述構成材料所獲得之抄製體模具成形而獲得。藉由使用該抄製體，纖維狀填料彼此適度地相互纏繞，並且熱硬化性樹脂作為纖維狀填料間之黏結樹脂發揮功能，從而獲得具有高強度之散熱片。

於本實施形態中，散熱片係藉由使用目標形狀之模具將使用抄製法所獲得之抄製體模具成型而製造。

此處，所謂抄製法係指濕式抄紙法、即作為造紙化技術之一之抄紙技術。又，所謂抄製體係指藉由抄製法利用纖維等分散至溶劑中所 得之漿料而獲得之片狀物。於本實施形態中，所謂抄製體係指將使纖維及熱硬化性樹脂等原料分散至分散介質中而獲得之原料漿料抄起至過濾器上之後，自殘留於該過濾器上之濕潤狀態之上述原料將上述分散介質乾燥去除而獲得的片狀物。於抄製體中，其中含有之熱硬化性樹脂處於完全硬化前之狀態。

再者，所謂抄製法及抄製體之用語係例如如專利文獻2及專利文獻3所記載般，為表示使用纖維材料之抄製方法獲得之物體之狀態的於本發明所屬之技術領域中通常使用之技術用語。於該等文獻中記載有所謂抄製體係指自使纖維或樹脂等原料分散至分散介質中所得之原料漿料，將液體成分脫水而殘留於過濾器上的濕式狀態之固形物成分。此處，所謂濕式狀態係指實施乾燥及加熱處理前之狀態，即後硬化處理前之硬化狀態。又，根據該等文獻，該抄製體係用以在成形模具內進行加熱並乾燥成形而獲得成形體。因此，記載有抄製體用作成形材料。

圖1係示意性地表示本實施形態之片狀之抄製體之一例的立體圖。又，圖1表示片狀之抄製體10、及該抄製體10之由虛線包圍之區域之放大圖。本實施形態之抄製體10含有熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B及由碳材料構成之粉末狀填料C。抄製體10藉由使用抄製法製作，而高度地控制該抄製體10中之纖維狀填料B之配向。詳細而言，如圖1所示，自抄製體10之面內方向觀察時，纖維狀填料B係無規則地配向，另一方面，自抄製體10之厚度方向觀察時，纖維狀填料B係沿抄製體10之平面方向配向。

抄製體10所含有之熱硬化性樹脂A作為將碳纖維B彼此黏 結之黏合劑發揮功能，並且作為用以藉由之後之加熱處理將抄製體10成形為散熱片之形狀之成形材發揮功能。具體而言，於抄製體10中，熱硬化性樹脂A處於未完全硬化之狀態、例如B階段狀態，且存在於碳纖維B間而將碳纖維B彼此黏結。又，藉由以所使用之熱硬化性樹脂A之硬化溫度對抄製體10進行加熱，可將抄製體10變形為其他形狀，並且可使熱硬化性樹脂A完全硬化而獲得所需之形狀之抄製成形體。如此，抄製體10被使用作為用以製造抄製成形體之成形材料。

本實施形態之抄製體10係利用抄製法獲得者，且於以下方面具有構造上之特徵。下述特徵於抄製成形體中亦得以維持。

(A)於抄製體10之面內方向上(於俯視抄製體10時)，纖維狀填料B無規則地配向。

(B)於抄製體10之厚度方向上(自抄製體10厚度方向觀察時)，纖維狀填料B之配向狀態被高度地控制，即，於抄製體10之厚度方向上，纖維狀填料B沿特定方向(抄製體10之平面方向)配向。又，抄製體10之厚度方向上之纖維材料之配向性高。於抄製體10之厚度方向上，纖維材料為積層狀態。

(C)纖維狀填料B彼此藉由作為黏合劑之熱硬化性樹脂A而黏結。

由於具有上述特徵(A)~(C)之抄製體10中纖維狀填料B沿抄製體10之平面方向配向，故而可提高抄製體10之於平面方向之導熱性。尤其是，如圖1所示，本實施形態之抄製體10由於由碳材料構成之粉末狀填料C介於纖維狀填料B間，因此，抄製體10之平面方向之導熱性尤其變高。於使用該抄製體10製造之散熱片(抄製成形體)中，來自發熱器 件之熱於短時間內傳導至散熱片整體，因此，可自散熱片整體之表面高效率地散熱。因此，可獲得具有優異之散熱性之散熱片。

又，如圖1所示，纖維狀填料B係以沿抄製體10之平面方向配向之狀態於抄製體10之厚度方向上均勻地且高密度地重疊。使用該抄製體10製造之散熱片(抄製成形體)具有優異之機械強度並且可確實地抑制機械強度之偏差。

又，於抄製體10中，纖維狀填料B之長度方向與抄製體10之面方向所成之角度為0~10°左右較佳，為0~8°左右更佳。藉由以滿足該條件之方式使纖維狀填料B配向，可使抄製體10之平面方向之導熱性進一步提昇。又，由使纖維狀填料B於抄製體10之厚度方向上更均勻地設置，可進一步提昇抄製體10之機械強度。因此，使用該抄製體10製造之散熱片之散熱性及機械強度進一步提昇。再者，關於散熱片之具體之形狀，將基於圖3及圖4於下文進行敘述。

以下，對本發明之散熱片中使用之材料進行記載。

(熱硬化性樹脂A)

熱硬化性樹脂A可使用能夠作為黏合劑發揮作用而將纖維狀填料B黏結之樹脂。再者，作為熱硬化性樹脂A，例如使用於25℃下為固形狀之樹脂就穩定地進行抄製體10之製造之觀點而言更佳。作為此種樹脂，可列舉酚樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、三聚氰胺樹脂、及聚胺基甲酸酯等。該等可單獨使用1種，亦可同時使用2種以上。

熱硬化性樹脂A較佳為於抄製體10中採取B階段狀態之樹脂。換言之，較佳於如圖2(c)所示之藉由抄製法從材料漿料獲得之片狀 凝聚物F經加熱乾燥之狀態下處於B階段之狀態。藉此，可將所獲得之抄製體10成形為目標形狀，並對其中含有之熱硬化性樹脂A進行加熱硬化而獲得抄製成形體。作為此種熱硬化性樹脂A，可列舉酚樹脂及環氧樹脂。

於本實施形態中，熱硬化性樹脂A亦可具有例如粒狀或粉狀之形狀。藉此，可更有效地提昇作為使抄製體10硬化而獲得之成形品之散熱片之導熱性。該理由並不明確，但推斷其理由在於，於對抄製體10進行加熱、加壓而使其成形時，藉由熱硬化性樹脂A具有粒狀或粉狀之形狀，而熔融時之含浸性提昇，纖維狀填料B或粉末狀填料C與熱硬化性樹脂A之界面良好地形成。於本實施形態中，藉由使用例如作為粉粒體之熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B、及粉末狀填料C利用抄製法製作抄製體10，而可獲得含有具有粒狀或粉狀之形狀之熱硬化性樹脂A之抄製體10。

作為具有粒狀或粉狀之形狀之熱硬化性樹脂A，可列舉例如平均粒徑500μm以下之熱硬化性樹脂A。就使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體其導熱性更有效地提昇的觀點而言，具有粒狀或粉狀之形狀之熱硬化性樹脂A之平均粒徑為1nm以上且300μm以下更佳。具有此種平均粒徑之熱硬化性樹脂A可藉由使用例如霧化器粉碎機等進行粉碎處理而獲得。再者，熱硬化性樹脂A之平均粒徑可使用例如島津製作所股份有限公司製造之SALD-7000等雷射繞射式粒度分佈測定裝置將以質量為基準之50%粒徑作為平均粒徑而求出。

熱硬化性樹脂A之含量相對於抄製體10整體，為10重量%以上較佳，為15重量%以上更佳，為20重量%以上特佳。藉此，可更有效地提昇抄製體10之加工性或輕量性。另一方面，熱硬化性樹脂A之含量相 對於抄製體10整體，為80重量%以下較佳，為60重量%以下更佳，為40重量%以下特佳。藉此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之散熱片之熱特性。

(纖維狀填料B)

本發明中使用之纖維狀填料B係由碳纖維或金屬纖維構成。該纖維狀填料B較佳為縱橫比在100以上。藉此，可提昇使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之導熱性。認為纖維狀填料B尤其有助於所獲得之散熱片之平面方向上之導熱性之提昇。就提昇導熱性之觀點而言，纖維狀填料B之縱橫比為150以上更佳，為200以上特佳。另一方面，就提昇抄製體10之製造容易性、或使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之強度之觀點而言，纖維狀填料B之縱橫比為1000以下較佳，為700以下更佳。再者，纖維狀填料B之縱橫比係根據纖維長度/纖維寬度而求出。又，本說明書中之纖維狀填料B係不包含下述紙漿之概念。

纖維狀填料B之纖維長度例如為100μm以上且200mm以下較佳，為500μm以上且50mm以下更佳，為500μm以上且10mm以下特佳。又，纖維狀填料B之纖維寬度例如為0.5μm以上且1mm以下較佳，為3μm以上且100μm以下更佳。藉由將纖維狀填料B之纖維長度及纖維寬度設於上述範圍內，更容易將纖維狀填料B之縱橫比設於所需之範圍內。因此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之導熱性。又，亦可有助於抄製體10中之纖維狀填料B之均勻分散性之提昇。

可根據必需之特性而使用各種形狀之纖維狀填料B。於本實施形態中，可使用例如短纖作為纖維狀填料B。藉此，可更穩定地實現優異 之導熱性。

金屬纖維可為由單獨之金屬元素構成之金屬纖維，亦可為由多種金屬構成之合金纖維。金屬纖維含有選自由例如鋁、銀、銅、鎂、鐵、鉻、鎳、鈦、鋅、錫、鉬及鎢組成之群中之1種或兩種以上之金屬元素較佳。再者，作為本實施形態中之金屬纖維，例如日本精線股份有限公司或Bekaert Japan股份有限公司製造之不鏽鋼纖維、虹技股份有限公司製造之銅纖維、鋁纖維、黃銅纖維、鋼纖維、鈦纖維、磷青銅纖維等能夠作為市售品而獲得，但並不限定於該等。該等金屬纖維可單獨使用1種，亦可同時使用2種以上。又，該等之中，就導熱性之觀點而言，為銅纖維、鋁纖維、黃銅纖維之任1種以上較佳，就電磁波屏蔽性之觀點而言，為不鏽鋼纖維、銅纖維、鋁纖維之任1種以上較佳。

纖維狀填料B除含有上述金屬纖維或碳纖維以外，亦可含有選自玻璃纖維、陶瓷纖維等無機纖維；木材纖維、木棉、麻、羊毛等天然纖維；嫘縈纖維等再生纖維；纖維素纖維等半合成纖維；聚醯胺纖維、芳族聚醯胺纖維、聚醯亞胺纖維、聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、丙烯酸纖維、聚對伸苯基苯并唑纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、乙烯-乙烯醇纖維等合成纖維之一種或兩種以上之纖維狀填料。尤其是，就提昇散熱片之機械特性之觀點而言，同時使用合成纖維及無機纖維中之一種或兩種以上較佳。就提昇散熱片之耐衝擊性之觀點而言，同時使用芳族聚醯胺纖維較佳。

纖維狀填料B可根據必需特性而利用矽烷偶合劑、鋁酸酯偶合劑、鈦酸酯偶合劑等進行表面處理，亦可進行收斂劑處理以提昇與樹 脂之密接性或操作性。

纖維狀填料B之含量相對於抄製體10整體，為3重量%以上較佳，為5重量%以上更佳，為7重量%以上特佳。藉此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之機械特性或熱特性、電磁波遮蔽性之平衡。另一方面，纖維狀填料B之含量相對於抄製體10整體，為80重量%以下較佳，為75重量%以下更佳，為70重量%以下特佳。藉此，可提昇抄製體10之加工性或輕量性。

(粉末狀填料C)

於本說明書中，所謂粉末狀填料C係指具有粉粒體之形狀之填料。於本實施形態中，藉由使用由碳材料構成之粉末狀填料C，可更穩定地實現散熱片之導熱性及散熱性。

作為粉末狀填料C之構成材料，可列舉石墨、碳黑、碳、焦炭、金剛石、奈米碳管、石墨烯、富勒烯等碳材料。藉由使用此種碳材料作為粉末狀填料C之構成材料，可提昇散熱片之機械特性與導熱性及散熱性之平衡。又，粉末狀填料C於上述碳材料中尤其包含石墨或碳黑中之至少一者更佳。

又，粉末狀填料C亦可含有上述碳材料以外之成分。例如，粉末狀填料C亦可含有如滑石、煅燒黏土、未煅燒黏土、雲母、玻璃之矽酸鹽；如氧化鈦、氧化鋁之氧化物；如矽酸鎂、熔融矽石、晶性矽石之矽化物；如碳酸鈣、碳酸鎂、鋁碳酸鎂之碳酸鹽；如氧化鋅、氧化鎂之氧化物；如氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鈣之氫氧化物；如硫酸鋇、硫酸鈣、亞硫酸鈣之硫酸鹽或亞硫酸鹽；如硼酸鋅、偏硼酸鋇、硼酸鋁、硼酸鈣、 硼酸鈉之硼酸鹽；如氮化鋁、氮化硼、氮化矽之氮化物等作為構成材料。

粉末狀填料C可根據必需特性而利用矽烷偶合劑、鋁酸酯偶合劑、鈦酸酯偶合劑等進行表面處理，亦可進行收斂劑處理以提高與樹脂之密接性或操作性。

粉末狀填料C之含量相對於抄製體10整體，為5重量%以上較佳，為10重量%以上更佳，為15重量%以上進而更佳，為20重量%以上特佳。藉此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之機械特性或熱特性、尤其是導熱性與散熱性之平衡。另一方面，粉末狀填料C之含量相對於抄製體10整體，為80重量%以下較佳，為75重量%以下更佳，為70重量%以下特佳。藉此，可提昇抄製體10之加工性或輕量性。又，可更有效地提昇粉末狀填料C之分散性，從而將使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之機械特性或熱特性、進而電磁波遮蔽性設為良好。

(紙漿)

於本實施形態中，抄製體10例如可含有紙漿。紙漿係具有原纖構造之纖維材料，例如，可藉由機械地或化學地使纖維材料原纖化而獲得。於使用下述抄製法之抄製體之製造方法中，藉由抄製含有熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B、及粉末狀填料C並且含有紙漿之材料漿料，可使熱硬化性樹脂A更有效地凝聚，因此，可實現更穩定之抄製體10之製作。

作為紙漿，可列舉例如棉絨紙漿、木材紙漿等纖維素纖維；洋麻、黃麻、竹等天然纖維；對位型全芳香族聚醯胺纖維(芳族聚醯胺纖維)或其共聚物、芳香族聚酯纖維、聚吲哚纖維、間位型芳族聚醯胺纖維或其共聚物、丙烯酸纖維、丙烯腈纖維、聚醯亞胺纖維、聚醯胺纖維等有 機纖維原纖化所得者。紙漿可包含該等中之一種或兩種以上。該等之中，就提昇利用抄製體10獲得之散熱片之機械特性或熱特性之觀點、或提昇纖維狀填料B及粉末狀填料C之分散性之觀點而言，特佳為包含由芳族聚醯胺纖維構成之芳族聚醯胺紙漿、及由丙烯腈纖維構成之聚丙烯腈紙漿中之任一者或兩者。

紙漿之含量相對於抄製體10整體，為0.5重量%以上較佳，為1.5重量%以上更佳，為2重量%以上特佳。藉此，可使抄製時之熱硬化性樹脂A之凝聚更有效地產生，從而實現更穩定之抄製體10之製造。又，紙漿之含量相對於抄製體10整體，為30重量%以下較佳，為20重量%以下更佳，為15重量%以下特佳。藉此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之散熱片之機械特性或熱特性。

(凝聚劑)

於本實施形態中，抄製體10例如可含有凝聚劑。凝聚劑於使用下述抄製法之抄製體10之製造方法中，具有使熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B及粉末狀填料C凝聚成絮凝體狀之功能。因此，可實現更穩定之抄製體10之製造。

凝聚劑可包含選自例如陽離子性高分子凝聚劑、陰離子性高分子凝聚劑、非離子性高分子凝聚劑、及兩性高分子凝聚劑之一種或兩種以上。作為此種凝聚劑之例示，可列舉陽離子性聚丙烯醯胺、陰離子性聚丙烯醯胺、何夫曼(Hofmann)聚丙烯醯胺、曼尼希(Mannich)聚丙烯醯胺、兩性共聚聚丙烯醯胺、陽離子化澱粉、兩性澱粉、聚環氧乙烷等。又，於凝聚劑中，其聚合物構造或分子量、羥基或離子性基等官能基量等可根據 必需特性進行調整。

凝聚劑之含量相對於抄製體10整體，為0.01重量%以上較佳，為0.05重量%以上更佳，為0.08重量%以上特佳。藉此，可於使用抄製法之抄製體10之製造時謀求產率之提高。另一方面，凝聚劑之含量相對於抄製體10整體，為3重量%以下較佳，為2重量%以下更佳，為1.6重量%以下特佳。藉此，可於使用抄製法之抄製體10之製造時更容易且穩定地進行脫水處理等。

於本實施形態中，抄製體10例如除含有上述各成分以外，而且可含有具有離子交換能力之粉末狀物質。

作為具有離子交換能力之粉末狀物質，例如使用選自黏土礦物、鱗片狀矽石微粒子、水滑石類、氟帶雲母及膨潤性合成雲母之1種或2種以上之層間化合物較佳。

作為黏土礦物，例如可列舉膨潤石、多水高嶺土、水矽鈉石、斜水矽鈉石、磷酸鋯及磷酸鈦等。

作為水滑石類，例如可列舉水滑石、水滑石狀物質等。

作為氟帶雲母，例如可列舉鋰型氟帶雲母、鈉型氟帶雲母等。

作為膨潤性合成雲母，例如可列舉鈉型四矽氟雲母、鋰型四矽氟雲母等。

該等層間化合物可為天然物，亦可為合成者。該等之中，為黏土礦物更佳，膨潤石於天然物至合成物中均存在，於選擇範圍廣之方面進而較佳。作為膨潤石，例如可列舉蒙脫石、鋁膨潤石、綠脫石、皂石、鋰膨潤石、鋅膨潤石及矽鎂石等，可使用該等中之任1種以上。蒙脫石係 鋁之含水矽酸鹽，但亦可為以蒙脫石為主成分，除此以外含有石英或雲母、長石、沸石等礦物之膨潤土。於用於介意著色或雜質之用途之情形等時，為雜質少之合成膨潤石較佳。

又，於本實施形態中，抄製體10能以生產條件調整或體現所要求之物性為目的而含有選自抗氧化劑或紫外線吸收劑等穩定劑、脫模劑、塑化劑、難燃劑、樹脂之硬化觸媒或硬化促進劑、顏料、乾燥紙力增強劑、濕潤紙力增強劑等紙力增強劑、良率提昇劑、濾水性提昇劑、上漿固定劑、消泡劑、酸性抄紙用松香系上漿劑、中性造紙用松香系上漿劑、烷基乙烯酮二聚物系上漿劑、烯基琥珀酸酐系上漿劑、特殊改質松香系上漿劑等上漿劑、硫酸鋁、氯化鋁、聚氯化鋁等凝結劑等添加劑之一種或兩種以上。

本實施形態之抄製體10之厚度為1mm以上且10mm以下較佳。又，由在加熱加壓下使抄製體10硬化成形而獲得之抄製成形體構成之散熱片之厚度為500μm以上且4mm以下。藉由設為上述範圍，可製成具備良好之導熱性及散熱性之散熱片。又，散熱片之厚度可藉由調整抄製體10之厚度或藉由調整抄製體10之加壓加熱條件而適當變更。

於本實施形態中，將對抄製體10於壓力300kg/cm²、溫度180℃之條件下進行10分鐘熱處理而獲得之硬化物之平面方向上之導熱率設為λ₁，將厚度方向上之導熱率設為λ₂。於此情形時，導熱率λ₁為20W/mK以上較佳，為30W/mK以上進而較佳，若為40W/mK以上則更佳。藉此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之抄製成形體之平面方向上之導熱性。另一方面，導熱率λ₁之上限值並無特別限定，例如可設為600 W/mK。

又，導熱率λ₂例如為1.0W/mK以上較佳，為3.0W/mK以上更佳。藉此，可更有效地提昇使抄製體10硬化而獲得之硬化物之厚度方向上之導熱性。另一方面，導熱率λ₂之上限值並無特別限定，例如可設為100W/mK。

於本實施形態中，導熱率λ₁及導熱率λ₂例如可藉由調整構成抄製體10之各成分之種類或摻合比率而控制。又，可藉由調整抄製體10之製造條件而變更導熱率λ₁及導熱率λ₂。

其次，對抄製體之製造方法進行說明。

圖2係示意性地表示本實施形態之抄製體之製造方法之一例之剖面圖。本實施形態之抄製體10係使用例如濕式抄製法而製造。

本實施形態之抄製體之製造方法例如含有如下步驟：使用抄製法製備含有熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B、及粉末狀填料C之材料漿料(圖2(a))；於材料漿料中添加凝聚劑，獲得熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B、及粉末狀填料C凝聚成絮凝體狀而成之凝聚物F；及向底面由篩孔30構成之容器中加入凝聚物F及溶劑，將溶劑自篩孔30排出至容器之外部(圖2(b))。凝聚物F以片狀之形態殘存於篩孔30上。於本實施形態中，取出片狀之凝聚物F，使之乾燥，自凝聚物F去除殘存之溶劑，從而可獲得抄製體10(圖2(c))。

藉由使用抄製法製作抄製體10，而如上所述，抄製體10中之纖維狀填料B之配向得到控制。又，藉由使用抄製法，而纖維狀填料B可均勻地分散至抄製體10中，並且可適度地形成纖維狀填料B彼此之相互 纏繞。進而，纖維狀填料B彼此、或纖維狀填料B與粉末狀填料C藉由熱硬化性樹脂A而相互黏結。

首先，如圖2(a)所示，將上述各成分中之除凝聚劑以外之成分添加至溶劑中並進行攪拌而使之分散。於本實施形態中，藉由將熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B、粉末狀填料C、及根據需要之其他添加劑向溶劑中添加並使之分散，而獲得清漆狀之材料漿料。作為使各成分分散至溶劑中之方法，並無特別限定，例如可列舉使用分散器進行攪拌之方法。

作為用以製作材料漿料之溶劑，並無特別限定，但就於使上述材料組成物之構成材料分散之過程中不易揮發、容易進行脫溶劑以抑制殘存於抄製體10中、及抑制因脫溶劑而導致能量增大等的觀點而言，沸點為50℃以上且200℃以下之溶劑較佳。作為此種溶劑，例如可列舉水、乙醇、1-丙醇、1-丁醇、乙二醇等醇類；丙酮、甲基乙基酮、2-庚酮、環己酮等酮類：乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醯乙酸甲酯、乙醯乙酸甲酯等酯類；四氫呋喃、異丙醚、二烷、糠醛等醚類等。該等溶劑可單獨使用1種，亦可同時使用2種以上。該等之中，由於供給量豐富、廉價、環境負荷低、安全性亦較高且容易處理之理由，尤佳使用水。

於本實施形態中，較佳於上述所獲得之材料漿料中添加凝聚劑。藉此，可使溶劑中之熱硬化性樹脂A、纖維狀填料B、及粉末狀填料C凝聚為絮凝體狀而獲得凝聚物F。

其次，如圖2(b)所示，向底面由篩孔30構成之容器中加入上述所獲得的凝聚物F分散至溶劑中所得之材料漿料並自篩孔30排出溶劑。藉此，可將凝聚物F與溶劑相互分離。此時，凝聚物F呈片狀殘存於 篩孔30上。

於本實施形態中，可藉由適當選擇篩孔30之形狀而調整所獲得之抄製體10之形狀。例如，於使用平坦之片狀之篩孔30之情形時，獲得具有片樣之形狀之抄製體10。又，例如，於使用具有波型、凹凸等立體形狀之篩孔30之情形時，獲得具有立體形狀之抄製體。抄製體之形狀可根據使其硬化成型而獲得之成形品之形狀、模具之形狀等適當選擇。又，抄製體10之厚度可藉由調整材料漿料中之上述各成分之量或者藉由重複圖2(b)所示之抄製步驟而進行調整。

於本實施形態中，例如，取出上述所獲得之片狀之凝聚物F，並放入至乾燥爐內使之乾燥，進而去除溶劑。以此方式，製作如圖2(c)所示之片狀之抄製體10。

其次，對本實施形態之散熱片之構成例及各構成例之製造方法進行說明。

圖3(a)、(b)及圖4(a)、(b)係示意性地表示本實施形態之散熱片之一例之立體圖。圖5(a)及(b)係用以說明圖3(a)及圖4(b)所示之散熱片之製造方法之圖。圖6(a)及(b)係用以說明圖3(b)及圖4(a)所示之散熱片之製造方法之圖。

再者，於以下之說明中，將圖3(a)、(b)、圖4(a)、(b)、圖5(a)、(b)及圖6(a)、(b)中之上側稱為「上」，將圖3(a)、(b)、圖4(a)、(b)、圖5(a)、(b)及圖6(a)、(b)中之下側稱為「下」。

散熱片100係藉由對上述抄製體10於加熱加壓下進行模具成形而獲得。作為散熱片100之形狀，例如可列舉圖3(a)、(b)及圖4(a)、(b) 所示之形狀。散熱片100可藉由使用具有目標之散熱片100之形狀之模具對片狀之抄製體進行加熱加壓而製作。或者，散熱片100可對具有凹凸之立體形狀之抄製體進行模具成型而製作。以下，對圖3及圖4所示之散熱片之各構成及其製造方法進行說明。

<散熱片之第1構成例>

首先，對圖3(a)所示之散熱片100進行說明。

圖3(a)所示之散熱片100具有平板狀之基部101、及自基部101上表面豎立設置且相互大致平行地配置之多個薄板狀之片部102。再者，基部101與多個片部102一體地形成。於該構成之散熱片100中，於自厚度方向觀察基部101及各片部102時，纖維狀填料B於基部101及各片部102之各者中沿平面方向配向(參照圖3(a)中之由虛線包圍之區域之放大圖)。

於該散熱片100以基部101與發熱器件接觸之方式設置之情形時，熱朝基部101之左右方向均勻且快速地傳導。朝基部101之左右方向傳導之熱於各片部102中朝圖3(a)中上方向(片部102之高度方向)快速地傳導，而可自各片部102之表面高效率地散熱。該構成之散熱片100可藉由使用圖5所示之成形模具於加熱加壓下使1個抄製體10成形而製造。

其次，基於圖5對圖3(a)所示之散熱片100之製造方法進行說明。

首先，準備上述片狀之抄製體10、及圖5(a)所示之成形模具。圖5(a)所示之成形模具具有：外框部21、下部模具22及上部模具23。該下部模具22固定於外框部21內，形成有與片部102對應之形狀之狹縫(槽)， 該上部模具23具有與外框部21之內周大致相同之外形。

其次，如圖5(a)所示，於下部模具22上配置抄製體10。然後，如圖5(b)所示，一面對抄製體10進行加熱，一面將上部模具23插入至外框部21內，以向下部模具22接近之方式對抄製體10進行加壓。藉此，抄製體10之熱硬化性樹脂A熔融，而使抄製體10之構成成分流入至下部模具23之狹縫。以該狀態對抄製體10以特定時間進行加熱加壓之後，自成形模具取出成形加工後之抄製成形體，藉此，獲得圖3(a)所示之形狀之散熱片100。

再者，於抄製體10之加熱加壓時，纖維狀填料B以纖維狀填料B之長度方向成為狹縫之深度方向之方式，與流動之熱硬化性樹脂A一同進入至狹縫內。其結果為，所獲得之散熱片100如圖3(a)所示般，各片部102中之纖維狀填料B沿各片部102之平面方向配向。

<散熱片之第2構成例>

其次，對圖3(b)所示之散熱片100進行說明。

圖3(b)所示之散熱片100具有以山部(凸部)103與谷部(凹部)104連續地形成之方式摺疊成蛇腹狀(波狀)般之構造。換言之，散熱片100具有相互大致平行地並排設置之多個薄板上之片部102，各片部102之上端側連結而形成有山部103，又，各片部102之下端側連結而形成有谷部104。於該構成之散熱片100中，於自厚度方向觀察各片部102時，纖維狀填料B沿各片部102之平面方向配向(參照圖3(b)中之由虛線包圍之區域之放大圖)。

於該散熱片100例如以谷部104與發熱器件接觸之方式設置 之情形時，可於各片部102中朝圖3(b)中上方向(片部102之高度方向)快速地傳導而自各片部102之表面高效率地散熱。又，由於各片部102相互連結，故而即便於僅散熱片100(谷部104)之一部分與發電器件接觸之情形時，亦能夠朝圖3(b)中左右方向快速地傳導熱而自各片部102之表面高效率地散熱。該構成之散熱片100可藉由使用圖6所示之成形模具於加熱加壓下使1個抄製體10成形而製造。

其次，基於圖6對圖3(b)所示之散熱片100之製造方法進行說明。

首先，準備上述片狀之抄製體10及圖6(a)所示之成形模具。圖6(a)所示之成形模具除下部模具22及上部模具23之構成不同以外，具有與圖5(a)所示之成形模具相同之構成。於圖6(a)之成形模具中，下部模具22於其上側形成有多個凹部(槽)。又，上部模具23於其下側形成有多個凸部。如圖6(b)所示，上部模具23之凸部係以打開間隔而插入至下部模具22之凹部之方式構成。

其次，如圖6(a)所示，於下部模具22上配置抄製體10。然後，如圖6(b)所示，一面對抄製體10進行加熱，一面將上部模具23插入至外框部21內，以向下部模具22接近之方式對抄製體10進行加壓。藉此，抄製體10之熱硬化性樹脂A熔融，從而抄製體10藉由壓彎而變形。以該狀態對抄製體10以特定時間進行加熱加壓之後，自成形模具取出成形加工後之抄製成形體，藉此，獲得圖3(b)所示之形狀之散熱片100。

再者，於抄製體10之加熱加壓時，纖維狀填料B係以其長度方向沿著於下部模具22與上部模具23之間形成之間隔之方式與熱硬化性 樹脂A一同流動。其結果，所獲得之散熱片100如圖3(b)所示般，各片部102中之纖維狀填料B沿各片部101之平面方向配向。

<散熱片之第3構成例>

其次，對圖4(a)所示之散熱片100進行說明。

圖4(a)所示之散熱片100係具有底板部105、及偏置配置於底板部105上之多個凸部106之偏置片。各凸部106具備：一對腳壁107，其等自底板部105豎立設置；及頂壁108，其將一對腳壁107之上端彼此連結，且與底板部105平行。又，圖4(a)所示之散熱片100具有多組鄰接之頂壁108以錯開之狀態(偏置狀態)連接而成之行。再者，底板部105與多個凸部106一體地形成。於該構成之散熱片100中，於自厚度方向觀察底板部105、腳壁107及頂壁108時，纖維狀填料B於底板部105、腳壁107及頂壁108之各者中沿平面方向配向(參照圖4(a)中之由虛線包圍之區域之放大圖)。

於該散熱片100以底板部105與發熱器件接觸之方式設置之情形時，熱快速地傳導至底板部105及各凸部106(腳壁107及頂部108)之整體，而可自各凸部106之表面高效率地散熱。

該構成之散熱片100可使用與上述圖6所示之成形模具相同之圖案之模具製造。即，可藉由使用於圖6所示之成形模具中使形成於下部模具22及上部模具23之槽之圖案配合圖4(a)之散熱片100之形狀進行設計所得的成形模具，而獲得圖4(a)之散熱片100。

<散熱片之第4構成例>

其次，對圖4(b)所示之散熱片100進行說明。

圖4(b)所示之散熱片100具有平板狀之基部109，及自基部109上表面豎立設置且以相互成為大致等間隔之方式配置之多個圓柱狀(銷狀)之片部102。再者，基部109與多個片部102一體地形成。於該構成之散熱片100中，各片部102中之纖維狀填料B沿片部102之長度方向配向(參照圖4(b)中之由虛線包圍之區域之放大圖)。再者，基部109中之纖維狀填料B與上述第1構成例之散熱片100之基部101相同。

於該散熱片100以基部109與發熱器件接觸之方式設置之情形時，熱均勻且快速地朝基部109之左右方向傳導。朝基部109之左右方向傳導之熱於各片部102中朝圖4(b)中上方向(片部102之高度方向)快速地傳導，而可自各片部102之表面高效率地散熱。

該構成之散熱片100可使用與上述圖5所示之成形模具相同之圖案之模具製造。即，可藉由使用於圖5所示之成形模具中使形成於下部模具21之槽(開口)之圖案配合圖4(b)之散熱片100之形狀進行設計所得的成形模具，而獲得圖4(b)之散熱片100。

[實施例]

以下，藉由實施例更具體地說明本發明，但本發明並非由該等實施例限定。

1.複合樹脂組成物之製作 (實施例1)

將由利用霧化器粉碎機粉碎為平均粒徑100μm之作為熱硬化性樹脂之固形可溶酚醛樹脂(住友電木股份有限公司製造商品名PR-51723)23vol%、作為纖維狀填料之碳纖維(日本石墨纖維股份有限公司製造商品名 XN100)13vol%、作為粉末狀填料之石墨(昭和電工股份有限公司製造商品名UF-G30)60vol%、及Kevlar(註冊商標)紙漿(泰舍爾化學工業股份有限公司製造商品名Tiara KY400S)4vol%構成的構成材料添加至10000vol%之水中，並利用分散器攪拌30分鐘而獲得混合液。然後，將預先溶解於水中之相對於構成材料為0.1vol%之聚環氧乙烷(和光純藥工業股份有限公司製造、分子量1,000,000)添加至混合液中使構成材料凝聚為絮凝體狀。其次，利用30篩孔之金屬網將上述凝聚物與水分離。然後，對分離後之凝聚物進行脫水加壓，進而放入70℃之乾燥器中3小時使之乾燥，藉此以98%之產率獲得複合樹脂組成物(抄製體)。

(實施例2)

將實施例1之構成材料變更為由上述固形可溶酚醛樹脂19vol%、上述碳纖維7vol%、上述石墨61vol%、作為纖維狀填料之芳族聚醯胺纖維(帝人股份有限公司製造商品名T32ONW)9vol%、及上述Kevlar(註冊商標)紙漿4vol%構成的構成材料，除此以外，以與上述實施例1相同之方式以98%之產率獲得複合樹脂組成物(抄製體)。

(比較例1)

將實施例1之構成材料變更為由上述固形可溶酚醛樹脂50vol%、上述芳族聚醯胺纖維40vol%、及上述Kevlar(註冊商標)紙漿10vol%構成的構成材料，除此以外，以與上述實施例1相同之方式以98%之產率獲得複合樹脂組成物(抄製體)。

(比較例2)

將實施例1之構成材料變更為由上述固形可溶酚醛樹脂30vol%、上述 Kevlar(註冊商標)紙漿10vol%、作為纖維狀填料之聚對伸苯基苯并唑纖維(PBO纖維)10vol%、及作為粉末狀填料之氮化硼50vol%構成的構成材料，除此以外，以與上述實施例1相同之方式以98%之產率獲得複合樹脂組成物(抄製體)。

2.成形體之製作 (實施例3)

將實施例1中獲得之複合樹脂組成物設置於塗佈有脫模劑之圖5所示之模具，並對複合樹脂組成物於面壓50MPa加壓下以180℃、10分鐘之條件進行壓縮成形，而獲得縱6cm×橫6cm之圖3(a)所示之形狀之抄製成形體。

所獲得之抄製成形體之比重為1.66，基板部101及各板狀片部102之平面方向之導熱率為95W/mK，基板部101及各板狀片部102之厚度方向之導熱率為5W/mK，輻射率為0.8。再者，基板部101及各板狀片部102之平面方向及厚度方向之導熱率係使用氙燈閃光法導熱分析儀(Xenon flash analyzer)LFA447(NETZSCH公司製造)利用雷射閃光法而測定。再者，對於下述實施例4、比較例3及4、以及參考例1，亦使用相同之方法測定導熱率。

(實施例4)

將實施例3中所使用之複合樹脂組成物(實施例1中所獲得之複合樹脂組成物)變更為實施例2中所獲得之複合樹脂組成物，除此以外，以與上述實施例3相同之方式獲得縱6cm×橫6cm之圖3(a)所示之形狀之抄製成形體。

所獲得之抄製成形體之比重為1.62，基板部101及各板狀片部102之平面方向之導熱率為70W/mK，基板部101及各板狀片部102之厚度方向之導熱率為4W/mK，輻射率為0.8。

(比較例3)

將實施例3中所使用之複合樹脂組成物變更為比較例1中所獲得之複合樹脂組成物，除此以外，以與上述實施例3相同之方式獲得縱6cm×橫6cm之圖3(a)所示之形狀之抄製成形體。

所獲得之抄製成形體之比重為1.33，基板部101及各板狀片部102之平面方向之導熱率為0.6W/mK，基板部101及各板狀片部102之厚度方向之導熱率為0.2W/mK，輻射率為0.8。

(比較例4)

將實施例3中所使用之複合樹脂組成物變更為比較例2中所獲得之複合樹脂組成物，除此以外，以與上述實施例3相同之方式獲得縱6cm×橫6cm之圖3(a)所示之形狀之抄製成形體。

所獲得之抄製成形體之比重為1.90，基板部101及各板狀片部102之平面方向之導熱率為11W/mK，基板部101及各板狀片部102之厚度方向之導熱率為1W/mK，輻射率為0.8。

(參考例1)

作為參考例1，使用藉由鋁壓鑄而製作之散熱片。參考例1之散熱片具有與實施例3及實施例4相同之形狀。

參考例1之散熱片之比重為2.68，導熱率為92W/mK，輻射率為0.1。

實施例3及4之散熱片均具有優異之導熱性。尤其是，各片 部之於平面方向(長度方向)之導熱性較高。因此，可知各實施例之散熱片向散熱片整體快速地進行熱傳導，而可高效率地散熱。又，確認到各實施例之散熱片比重小、輕量且具有充分強度。

另一方面，比較例3及比較例4之散熱片不具有充分之導熱率。又，參考例1之散熱片之重量變大，而散熱片之輕量化較為困難。

[產業上之可利用性]

根據本發明，提供一種由抄製成形體構成之散熱片，該抄製成形體含有：熱硬化性樹脂，由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料。該散熱片於纖維狀填料之間介置由導熱性優異之碳材料構成之粉末狀填料，因此具備優異之導熱性並且散熱性優異。又，本發明之散熱片係由熱硬化性樹脂、纖維狀填料、及粉末狀填料構成，無須使用比重較大之金屬材料。因此，可達成與藉由鋁壓鑄獲得之習知之散熱片相同程度或更進一步之輕量化。即，根據本發明，提供一種輕量並且具有優異之強度及優異之導熱性及散熱性之散熱片。因此，本發明具有產業上之可利用性。

Claims (10)

1. 一種散熱片，係由抄製成形體構成，該抄製成形體含有：熱硬化性樹脂；由碳纖維及金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料；及由碳材料構成之粉末狀填料。
2. 如申請專利範圍第1項之散熱片，其中，該纖維狀填料之縱橫比為100以上。
3. 如申請專利範圍第1項之散熱片，其中，該纖維狀填料為短纖。
4. 如申請專利範圍第1項之散熱片，其中，該纖維狀填料為碳纖維。
5. 如申請專利範圍第1項之散熱片，其中，該碳材料係選自由石墨、碳黑、碳、焦炭、金剛石、奈米碳管、石墨烯、及富勒烯組成之群中之至少1種。
6. 如申請專利範圍第5項之散熱片，其中，該碳材料為石墨或碳黑。
7. 如申請專利範圍第1項之散熱片，其中，相對於該散熱片之總重量，該熱硬化性樹脂之含量為10重量%以上且80重量%以下，該纖維狀填料之含量為3重量%以上且80重量%以下，該粉末狀填料之含量為5重量%以上且80重量%以下。
8. 一種散熱片之製造方法，含有如下步驟：使用抄製法，從含有熱硬化性樹脂、由碳纖維或金屬纖維中之至少一種構成之纖維狀填料及由碳材料構成之粉末狀填料的材料漿料製造抄製體；及於加熱加壓下使該抄製體成形而製造由抄製成形體構成之散熱片。
9. 如申請專利範圍第8項之散熱片之製造方法，其中，該抄製體為片狀或立體形狀。
10. 一種半導體封裝，具備：半導體晶片；及鄰接於該半導體晶片而設置之申請專利範圍第1至7項中任一項之散熱片。