JP7053579B2

JP7053579B2 - 伝熱部材及びこれを含む放熱構造体

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Publication number: JP7053579B2
Application number: JP2019510065A
Authority: JP
Inventors: 紗緒梨井之上; 利貴山縣; 仁孝南方; 亮吉松; 竜士古賀
Original assignee: Denka Co Ltd; Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: EP3605602A1; US20200031723A1; JPWO2018181606A1; CN110168719A; EP3605602B1; KR20190132395A; US11034623B2; CN110168719B; EP3605602A4; KR102438540B1; WO2018181606A1

Description

本発明は、熱伝導率の異方性が小さく信頼性に優れた伝熱部材及びこれを含む放熱構造体を提供する。

パワーデバイス、両面放熱トランジスタ、サイリスタ、ＣＰＵ等の発熱性電子部品においては、使用時に発生する熱を如何に効率的に放熱するかが重要な課題となっている。従来から、このような放熱対策としては、（１）発熱性電子部品を実装するプリント配線板の絶縁層を高熱伝導化する、（２）発熱性電子部品又は発熱性電子部品を実装したプリント配線板を電気絶縁性の熱インターフェース材（ＴｈｅｒｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＭａｔｅｒｉａｌｓ）を介してヒートシンクに取り付ける、といったことが一般的に行われてきた。プリント配線板の絶縁材及び熱インターフェース材としては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂にセラミックス粉末を添加して硬化させた伝熱部材が使用されている。

近年、発熱性電子部品内の回路の高速・高集積化、及び発熱性電子部品のプリント配線板への実装密度の増加に伴って、電子機器内部の発熱密度は年々増加している。そのため、従来にも増して高い熱伝導率を有する伝熱部材が求められてきている。さらに、従来のような厚み方向又は面方向の一方向だけの放熱だけではなく、厚み方向及び面方向への両方向への高い放熱性が求められている。

以上のような背景により、（１）高熱伝導率、（２）高絶縁性等、電気絶縁材料として優れた性質を有している六方晶窒化ホウ素（ｈｅｘａｇｏｎａｌＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）粉末が注目されている。しかし、窒化ホウ素は、面内方向（a軸方向）の熱伝導率が４００Ｗ／(ｍ・Ｋ)と窒化アルミニウムや窒化ケイ素より高いのに対して、厚み方向（ｃ軸方向）の熱伝導率が２Ｗ／(ｍ・Ｋ)であり、結晶構造と鱗片形状に由来する熱伝導率の異方性が大きい。そのため、例えば、熱インターフェース材の製造時に、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）と熱インターフェース材の厚み方向が垂直になってしまうと、窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）の高熱伝導率を十分に活かすことができなかった。

特許文献１では、結晶構造が三次元網目状であって開放気孔を有する多孔質セラミックス質焼結体の前記開放気孔中に樹脂を充填したことを特徴とするセラミックス質複合体からなる電子回路用基板であって、前記多孔質セラミックス質焼結体が、平均結晶粒径が１０μｍ以下の結晶粒のセラミックス材料から構成されていることを特徴とする電子回路用基板が提案されている。しかしながら、特許文献１の方法では鱗片状窒化ホウ素粒子が一方向に配向し、熱伝導率の異方性は低減できなかった。

特許文献２では、少なくともフォルステライト及び窒化ホウ素を主成分として含み、窒化ホウ素が一方向に配向している焼結体であるセラミックス部材、セラミックス部材を用いて形成されるプローブホルダ、及びセラミックス部材の製造方法が提案されている。しかしながら、特許文献２の方法では鱗片状窒化ホウ素の配向度Ｉ．Ｏ．Ｐ．（ＴｈｅＩｎｄｅｘｏｆＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）が０．０７以下と大きく、鱗片状窒化ホウ素粒子が一方向に配向しており、熱伝導率の異方性は低減できていなかった。

伝熱部材が使用される電子部品において、従来技術の熱伝導率の異方性が大きい伝熱部材では、冷却ユニットや熱輸送ユニットの配置に制約があるため、電子機器の更なる軽薄短小化に追従することが困難となってきている。そのため、熱伝導率に優れ且つ熱伝導率の異方性が小さい伝熱部材の開発が強く期待されている。

特許文献３では、特定のカルシウム含有率、窒化ホウ素の黒鉛化指数を有し、平均粒径を適切に制御した鱗片状窒化ホウ素粒子を、窒化ホウ素結晶の配向度を小さく、３次元に結合させて窒化ホウ素粒子間の接触性を高めた窒化ホウ素焼結体と、樹脂を含む窒化ホウ素－樹脂複合体を用いて放熱部材を製造することで、熱伝導率の異方性が小さい放熱部材が提案されている。これにより熱伝導率の異方性は改善されているが、しかしながら、配向度が小さくなり窒化ホウ素粒子の面内方向（ａ軸方向）の熱伝導率４００Ｗ／(ｍ・Ｋ)が生かされず熱伝導率の向上に関しては、十分ではなかった。

特公平５－８２７６０号公報特開２０１０－２７５１４９号公報国際公開ＷＯ２０１５／０２２９５６号

上述したような従来技術では達成できない、放熱性に優れ且つ熱伝導率の異方性が小さい伝熱部材が希求されている。

上述した従来技術の課題に対し、熱伝導率の異方性が小さい窒化ホウ素焼結体に対して樹脂を複合化した窒化ホウ素－樹脂複合体である絶縁材Ａを表面層として配置し、且つ熱伝導率の異方性があり熱伝導率の高い窒化ホウ素焼結体に対して樹脂を複合化した窒化ホウ素－樹脂複合体である絶縁材Ｂをその中央に配置することにより、従来の技術では達成できなかった、放熱性に優れ、熱伝導率の異方性が小さい伝熱部材を作成することが可能であることを、本発明者らが見出して本発明に想到した。

本発明は、パワーデバイスなどの発熱性電子部品の伝熱用途に好適に用いられ、特にプリント配線板の絶縁層、熱インターフェース材、パワーモジュール用基板及び自動車用両面放熱パワーモジュールに用いられるような、熱伝導率に優れ、且つ熱伝導率の異方性が小さく信頼性に優れた伝熱部材を提供する。すなわち本発明においては、以下の手段を採用する。

（１）
絶縁材Ａを含む第一の表面層と、
絶縁材Ａを含む第二の表面層と、
前記第一の表面層と前記第二の表面層との間に配される、絶縁材Ｂを含む中間層と
を含み、
前記絶縁材Ａが、六方晶窒化ホウ素一次粒子の配向度が０．６～１．４である第一の窒化ホウ素焼結体と、前記第一の窒化ホウ素焼結体に含浸する第一の熱硬化性樹脂組成物とを含むものであり、
前記絶縁材Ｂが、六方晶窒化ホウ素一次粒子の配向度が０．０１～０．０５である第二の窒化ホウ素焼結体と、前記第二の窒化ホウ素焼結体に含浸する第二の熱硬化性樹脂組成物とを含む
ことを特徴とする、伝熱部材。
なおここで配向度は、Ｉ．Ｏ．Ｐ．（ＴｈｅＩｎｄｅｘｏｆＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を意味し、Ｉ．Ｏ．Ｐ．は下式で算出される。
Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．／（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．
ここで、（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．は、窒化ホウ素焼結体の厚み方向に平行な方向に沿って測定した面の強度比であり、（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．は、窒化ホウ素焼結体の厚み方向に垂直な方向に沿って測定した面の強度比であり、Ｉ１００は（１００）面のＸ線回析線の強度を示し、Ｉ００２は（００２）面のＸ線回析線の強度を示す。

（２）
前記絶縁材Ａ及び前記絶縁材Ｂのうち少なくとも一方に含まれる窒化ホウ素焼結体の量が、絶縁材の体積を基準として２０体積％以上８０体積％以下の範囲である、（１）に記載の伝熱部材。

（３）
放熱板に、伝熱部材を介して冷却器を接して配置する電気回路装置の放熱構造体において、前記伝熱部材が、（１）または（２）に記載の伝熱部材である、電気回路装置の放熱構造体。

本発明では、熱伝導率の異方性が小さい窒化ホウ素焼結体に対して樹脂を複合化した窒化ホウ素－樹脂複合体である絶縁材Ａを表面層として配置し、且つ熱伝導率の異方性があり、熱伝導率の高い窒化ホウ素焼結体に対して樹脂を複合化した窒化ホウ素－樹脂複合体である絶縁材Ｂをその中央に配置することにより、従来の技術では達成できなかった、放熱性に優れ、熱伝導率の異方性が小さい伝熱部材を得ることができるものである。

本発明の実施形態に係る伝熱部材の構造の一例を示す図である。従来技術に係る伝熱部材の構造の一例を示す図である。従来技術に係る伝熱部材の構造の一例を示す図である。

本明細書に記載する部や％は特に規定しない限り質量基準で示す。また本明細書においては、数値範囲を示す「～」（チルダ）記号は別段の断わりが無いかぎりは下限の値以上上限の値以下の数値範囲であることを意味する。

本発明の実施形態に係る伝熱部材は少なくとも、二層の絶縁材Ａとそれに挟まれた絶縁材Ｂとを含むものである。ここで絶縁材Ａとは、六方晶窒化ホウ素一次粒子の配向度Ｉ．Ｏ．Ｐ．（ＴｈｅＩｎｄｅｘｏｆＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）が０．６～１．４であることを特徴とする窒化ホウ素焼結体に、熱硬化性樹脂組成物が含浸してなるものである。また絶縁材Ｂとは、六方晶窒化ホウ素一次粒子の配向度が０．０１～０．０５である窒化ホウ素焼結体に、熱硬化性樹脂組成物が含浸してなるものである。絶縁材Ａおよび絶縁材Ｂは、平板状であることが好ましい。以下に各使用材料・用語について説明する。

＜窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ素樹脂複合体、絶縁材＞
本明細書では、窒化ホウ素一次粒子同士が焼結し３次元的に連続する一体構造をなしたものを「窒化ホウ素焼結体」と定義する。また、窒化ホウ素焼結体と熱硬化性樹脂組成物からなる複合体を「窒化ホウ素樹脂複合体」と定義する。また、窒化ホウ素樹脂複合体を（好ましくはシート状に）加工成形したものを「絶縁材」と定義する。

＜放熱板＞
放熱板は電極及び放熱体の機能を兼ねたものが好ましく、例えば銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されているのが好ましい。

＜冷却器＞
冷却器は、例えばアルミニウム等からなり、内部を冷却水が流れる水冷式やフィンを有する空冷式等のものでもよい。

＜配向度の定義及び評価方法＞
六方晶窒化ホウ素一次粒子（結晶）の配向度Ｉ．Ｏ．Ｐ．は、層状に形成された窒化ホウ素焼結体の厚み方向に平行な方向に沿って測定した、窒化ホウ素焼結体の面（すなわち、層のfaceに相当する面）のＸ線回析の（００２）回析線と（１００）回析線との強度比、および窒化ホウ素焼結体の厚み方向に垂直な方向に沿って測定した、窒化ホウ素焼結体の面（すなわち、層の側面）のＸ線回析の（００２）回析線と（１００）回析線との強度比から、下式で算出される。
Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．／（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．
ここで、（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．は、厚み方向に平行な方向に沿って測定した面の強度比である。（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．は、厚み方向に垂直な方向から測定した面の強度比である。またＩ１００は（１００）面のＸ線回析線の強度を示し、Ｉ００２は（００２）面のＸ線回析線の強度を示す。

Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝１の場合は、試料中の窒化ホウ素結晶の方向がランダムであることを意味する。Ｉ．Ｏ．Ｐ．が１より小さいということは、窒化ホウ素結晶の(１００)面、すなわち窒化ホウ素結晶のａ軸が、厚み方向と垂直に配向していることを意味する。Ｉ．Ｏ．Ｐ．が１を超えるということは、窒化ホウ素結晶の(１００)面、すなわち窒化ホウ素結晶のａ軸が、厚み方向と平行に配向していることを意味する。一般に、従来技術によって製造された単層の窒化ホウ素焼結体のＩ.Ｏ.Ｐ.は０．５以下又は２以上であることが知られている。Ｉ．Ｏ．Ｐ．の測定は、例えば、「Ｄ８ＡＤＶＡＮＣＥＳｕｐｅｒＳｐｅｅｄ」（ブルカー・エイエックスエス社製）を用いて測定できる。測定は、Ｘ線源はＣｕＫα線を用い、管電圧は４５ｋＶ、管電流は３６０ｍＡである。また、窒化ホウ素焼結体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させた複合体のＩ．Ｏ．Ｐ．は、当該窒化ホウ素焼結体のＩ．Ｏ．Ｐ．と実質的に等しい。これは熱硬化性樹脂組成物はＩ．Ｏ．Ｐ．計測に影響しないからである。

＜窒化ホウ素焼結体の割合＞
窒化ホウ素樹脂複合体中の窒化ホウ素焼結体の量は２０～８０体積％（すなわち熱硬化性樹脂組成物の量は８０～２０体積％）の範囲内であることが好ましい。より好ましくは熱伝導の異方性を小さくし且つ熱伝導率の両立を達成するために、絶縁材Ｂは窒化ホウ素焼結体の量が３０～７０体積％（すなわち熱硬化性樹脂組成物は７０～３０体積％）、絶縁材Ａは絶縁材Ｂと放熱板または冷却器の間に熱伝導率の異方性を合わせるため２０～３０体積％（熱硬化性樹脂組成物は８０～７０体積％）、が良い。窒化ホウ素焼結体の量が２０体積％より小さいと熱伝導率の低い熱硬化性樹脂組成物の割合が増えるため、熱伝導率が低下する。窒化ホウ素焼結体の量が８０体積％より大きいと、金属板や金属回路等の被着体を絶縁材に加熱加圧により接着する際に、被着体表面の凹凸に熱硬化性樹脂組成物が浸入し難くなり、引っ張りせん断接着強さと熱伝導率が低下する可能性がある。窒化ホウ素樹脂複合体中の窒化ホウ素焼結体の割合（体積％）は、以下に示す窒化ホウ素焼結体のかさ密度と気孔率の測定より求めることができる。
窒化ホウ素焼結体かさ密度（Ｄ）＝質量／体積・・・・・（１）
窒化ホウ素焼結体気孔率＝（１－（Ｄ／窒化ホウ素の真密度））×１００
＝熱硬化性樹脂の割合・・・・・（２）
窒化ホウ素焼結体の割合＝１００－熱硬化性樹脂の割合・・・・・（３）

また、通常の窒化ホウ素焼結体の気孔には、閉気孔と開気孔が存在するが、本発明の窒化ホウ素焼結体は、窒化ホウ素粒子の平均長径やアスペクト比等を制御することで、閉気孔を１％以下に抑制できるので無視することが出来る。さらに、平均気孔径については特に制限は無いが、熱硬化性樹脂の含浸性等から０．１～３．０μｍが実際的である。

＜窒化ホウ素焼結体と熱硬化性樹脂組成物の複合化＞
本発明の窒化ホウ素焼結体と熱硬化性樹脂組成物は、例えば窒化ホウ素焼結体に熱硬化性樹脂組成物を含浸させることで、複合化することができる。熱硬化性樹脂組成物の含浸は、真空含浸、１～３００ＭＰａでの加圧含浸、又はそれらの組合せの含浸で行うことができる。真空含浸時の圧力は、１０００Ｐａ以下が好ましく、１００Ｐａ以下が更に好ましい。加圧含浸では、圧力１ＭＰａ以下では窒化ホウ素焼結体の内部まで熱硬化性樹脂組成物が十分含浸できない可能性があり、３００ＭＰａ以上では設備が大規模になるためコスト的に不利である。窒化ホウ素焼結体の内部に熱硬化性樹脂組成物を容易に含浸させるため、真空含浸及び加圧含浸時に１００～１８０℃に加熱し、熱硬化性樹脂組成物の粘度を低下させると更に好ましい。

＜熱硬化性樹脂組成物＞
熱硬化性樹脂組成物としては、エポキシ基、シアネート基を有する物質の単体又は両方と、水酸基、マレイミド基を有する物質の単体又は両方の組み合わせであることが好ましい。エポキシ基を有する物質としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂（クレゾールのボラックエポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等）、環式脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂等、シアネート基を有する物質としては、２，２－ビス（４－シアナトフェニル）プロパン、ビス（４－シアナト－３，５－ジメチルフェニル）メタン、２，２－ビス（４－シアナトフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，１－ビス（４－シアナトフェニル）エタン、１，３－ビス（２－（４－シアナトフェニル）イソプロピル）ベンゼン等、水酸基を有する物質としては、フェノールノボラック樹脂、４，４'－(ジメチルメチレン)ビス[２－(２－プロペニル)フェノール]等、マレイミド基を有する物質としては、４，４'－ジフェニルメタンビスマレイミド、ｍ－フェニレンビスマレイミド、ビスフェノールＡジフェニルエーテルビスマレイミド、３，３'－ジメチル－５，５'－ジエチル－４，４'－ジフェニルメタンビスマレイミド、４－メチル－１，３－フェニレンビスマレイミド、１，６'－ビスマレイミド－(２，２，４－トリメチル)ヘキサン、４，４'－ジフェニルエーテルビスマレイミド、４，４'－ジフェニルスルフォンビスマレイミド、１，３－ビス(３－マレイミドフェノキシ)ベンゼン、１，３－ビス(４－マレイミドフェノキシ)ベンゼン、ビス－（３－エチル－５－メチル－４－マレイミドフェニル）メタン、２，２－ビス［４－（４－マレイミドフェノキシ）フェニル］プロパン等が挙げられる。

熱硬化性樹脂組成物には適宜、窒化ホウ素焼結体と熱硬化性樹脂組成物間の密着性を向上させるためのシランカップリング剤、濡れ性やレベリング性の向上及び粘度低下を促進して含浸・硬化時の欠陥の発生を低減するための消泡剤、表面調整剤、湿潤分散剤を含有することができる。また、樹脂が、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、水酸化アルミニウムの群から選ばれた単体又は２種以上のセラミックス粉末を含むと一層好ましい。

＜窒化ホウ素焼結体の気孔内への表面処理＞
窒化ホウ素焼結体の気孔表面には、窒化ホウ素焼結体と熱硬化性樹脂組成物間の密着性を向上させるための表面処理を行うことができる。表面処理方法としては、熱硬化性樹脂組成物との複合化前に、シランカップリング剤溶液を窒化ホウ素焼結体の気孔内に含浸させた後、溶剤を乾燥等で除去することで行うことができる。シランカップリング剤溶液の含浸は、真空含浸、１～３００ＭＰａでの加圧含浸、又はそれらの組合せの含浸で行うことができる。また、溶剤は水、アルコール、トルエン等の公知のものを、単体又は組み合わせて用いることができる。シランカップリング剤の有する官能基については、熱硬化性樹脂の有する官能基と反応性を持つものを適宜選択することができ、例えばエポキシ基、シアネート基、アミノ基等が上げられる。

＜熱硬化性樹脂組成物の半硬化＞
窒化ホウ素焼結体と複合化した熱硬化性樹脂組成物を半硬化状態することでも窒化ホウ素樹脂複合体を得ることができる。加熱方式としては、赤外線加熱、熱風循環、オイル加熱方式、ホットプレート加熱方式又はそれらの組み合わせで行うことができる。半硬化は、含浸終了後に含浸装置の加熱機能を利用してそのまま行っても良いし、含浸装置から取り出した後に、熱風循環式コンベア炉等の公知の装置を用いて別途行っても良い。

＜絶縁材の厚み＞
伝熱部材を構成する絶縁材の総厚み、すなわち上述したように二層の絶縁材Ａとそれに挟まれた絶縁材Ｂの厚みの合計は、当該技術分野で通常用いられる基板での要求特性から０．３２ｍｍとすることもできるが、別の要求特性に応じて変えることもできる。例えば、高電圧での絶縁性があまり重要でなく熱抵抗が重要である場合は、総厚み０．１～０．２５mmの薄い伝熱部材を用いることができ、逆に高電圧での絶縁性や部分放電特性が重要である場合には、０．３５～１．０ｍｍの厚いものを用いてもよい。また、絶縁材Ａと絶縁材Ｂとは、放熱特性を損わないように、介在層が無く直接接着していることが好ましい。

＜絶縁材への表面処理＞
絶縁材の表面には、絶縁材と放熱板及び冷却器の密着性を向上させるための表面処理を行うことができる。表面処理方法としては、放熱板及び冷却器と絶縁材の接着前に、シランカップリング剤溶液を窒化ホウ素樹脂複合体表面に塗布した後、溶剤を乾燥等で除去することで行うことができる。また、溶剤は水、アルコール、トルエン等の公知のものを、単体又は組み合わせて用いることができる。シランカップリング剤の有する官能基については、熱硬化性樹脂の有する官能基と反応性を持つものを適宜選択することができ、例えばエポキシ基、シアネート基、アミノ基等が上げられる。

＜放熱板及び冷却器の接着面＞
絶縁材と放熱板及び冷却器の性能を向上させるために、放熱板及び冷却器と絶縁層との接着面に、脱脂処理、サンドブラスト、エッチング、各種メッキ処理、シランカップリング剤等のプライマー処理、等の表面処理を行うことが望ましい。また、放熱板及び冷却器の窒化ホウ素樹脂複合体との接着面の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）で０．１μｍ～１５μｍが好ましい。表面粗さが０．１μｍ以下であると絶縁材と十分な密着性を確保することが困難であり、また１５μｍ以上であると接着界面で欠陥が発生し易くなり、耐電圧が低下したり、密着性が低下する可能性がある。

以下、本発明を実施例、比較例を挙げて更に具体的に説明するが、これらは本発明及びその利点をより良く理解するために提供されるのであり、本発明が限定されることを意図するものではない。

伝熱部材の構造は、電気回路装置の外部へ露出する放熱板の上に順に、絶縁材Ａ、絶縁材Ｂ、絶縁材Ａ、冷却器を積層して組み付けて作製した。その後、狭圧部材を用いて、放熱板と冷却器によって半導体装置が挟み込まれるように締め付け固定した。このようにして、本実施形態の伝熱部材を半導体装置に装着した。

＜実施例１＞
＜絶縁材Ａの製造＞
＜窒化ホウ素焼結体の作成＞
アモルファス窒化ホウ素粉末（「ＳＰ」デンカ社製）１７．５０質量％、六方晶窒化ホウ素粉末（「ＭＧＰ」デンカ社製）７．５質量％及び炭酸カルシウム（「ＰＣ－７００」白石工業社製）０．４７質量％をヘンシェルミキサーを用いて混合した後、水７４．５３質量％を添加してボールミルで５時間粉砕し、水スラリーを得た。さらに、得られた水スラリーの総質量に対して、ポリビニルアルコール樹脂（「ゴーセノール」日本合成化学社製）を０．５質量％となるように添加し、溶解するまで５０℃で加熱撹拌した後、噴霧乾燥機にて乾燥温度２３０℃で球状化処理を行った。なお、噴霧乾燥機の球状化装置としては、回転式アトマイザーを使用した。得られた処理物を窒化ホウ素製容器に充填し、バッチ式高周波炉にて窒素流量５Ｌ／ｍｉｎ、２０００℃で常圧焼結させた後、窒化ホウ素容器から焼結体を取り出して窒化ホウ素焼結体を得た。その後、冷間等方圧加圧法（以下ＣＩＰと記す。）を用いて窒化ホウ素焼結体を５０ＭＰaで加圧し、高密度化を行った。

＜熱硬化性樹脂の含浸＞
得られた窒化ホウ素焼結体に樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体と、ビスフェノールF型エポキシ樹脂（「ＪＥＲ８０７」三菱化学社製）１２．１０質量％、ノボラック型シアネート樹脂（「ＰＴ－３０」ロンザ社製、日本合成化工社販売）７２．００質量％、フェノールノボラック樹脂「ＴＤ－２１３１」（ＤＩＣ社製）７．９質量％、４,４'－ジフェニルメタンビスマレイミド樹脂「ＢＭＩ」（ケイ・アイ化成社製）８．０質量％の混合物を圧力７０Ｐａの真空中で２０分間脱気した。その後に真空下で当該混合物を窒化ホウ素焼結体が漬かる程度の量注ぎ込み、３０分間含浸した。その後、窒素ガスを用いて圧力３ＭＰａ、温度１２０℃で３０分間加圧して樹脂を含浸・硬化させ、窒化ホウ素樹脂複合体を得た。その後、大気圧下、１６０℃で１２時間加熱し、樹脂混合物を半硬化状態とした。その後、マルチワイヤーソー（「ＭＷＳ－３２Ｎ」タカトリ社製）を用いて、１６０μｍの厚さのシート状に加工し、絶縁材Ａを得た。

＜絶縁材Ｂの製造＞
＜窒化ホウ素焼結体の作成＞
酸素含有量１．５％、窒化ホウ素純度９７．６％、及びアモルファス窒化ホウ素粉末３４．０質量％、酸素含有量０．３％、窒化ホウ素純度９９.０％、である六方晶窒化ホウ素粉末６４．２質量％及び炭酸カルシウム（「ＰＣ－７００」白石工業社製）１．８質量％を、公知の技術を用いて混合粉を作製した。そして、この成形用の混合粉末を用いて、５ＭＰaでブロック状にプレス成形した。得られたブロック成形体をバッチ式高周波炉にて窒素流量１０Ｌ／ｍｉｎで焼結させることで窒化ホウ素焼結体を得た。得られた窒化ホウ素焼結体をＣＩＰにより５０ＭＰａで処理を行った。

＜熱硬化性樹脂の含浸＞
得られた窒化ホウ素焼結体へ樹脂含浸を行った。窒化ホウ素焼結体ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（「ＪＥＲ８０７」三菱化学社製）１２．１０質量％、ノボラック型シアネート樹脂（「ＰＴ－３０」ロンザ社製、日本合成化工社販売）７２．００質量％、フェノールノボラック樹脂「ＴＤ－２１３１」（ＤＩＣ社製）７．９質量％、４,４'－ジフェニルメタンビスマレイミド樹脂「ＢＭＩ」（ケイ・アイ化成社製）８．０質量％を有する樹脂混合物を圧力７０Ｐａの真空中で２０分間脱気した後、真空下で当該樹脂混合物を窒化ホウ素焼結体が漬かる程度の量注ぎ込み、３０分間含浸した。その後、窒素ガスを用いて圧力３ＭＰａ、温度１２０℃で３０分間加圧して樹脂を含浸・硬化させ、窒化ホウ素－樹脂複合体を得た。その後、大気圧下、１６０℃で、１２時間で加熱し、樹脂混合物を半硬化させ、窒化ホウ素樹脂複合体とした。その後、マルチワイヤーソー（「ＭＷＳ－３２Ｎ」タカトリ社製）を用いて、１６０μｍの厚さのシート状に加工し、絶縁材Ｂを得た。

＜積層体の製造＞
放熱板上に、絶縁材Ａ、絶縁材Ｂ、絶縁材Ａ、冷却器の順に積層し、圧力５ＭＰａ、加熱温度２００℃、加熱時間５時間の条件で、真空加熱プレス機（「ＭＨＰＣ－ＶＦ－３５０－３５０－１－４５」名機製作所社製）を用いてプレス接着し積層体を得た。尚各部材間は絶縁材から溶融する樹脂で接着した。

＜実施例２＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ａの製造において窒化ホウ素焼結体作製時の焼成温度を２１００℃とした点であった。

＜実施例３＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ａの製造において窒化ホウ素焼結体作製時の焼成温度を１８００℃とした点であった。

＜実施例４＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ｂの製造において窒化ホウ素焼結体作製時のＣＩＰを１０ＭＰaとした点であった。

＜実施例５＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ｂの製造において窒化ホウ素焼結体作製時のＣＩＰを１００ＭＰａとした点であった。

＜実施例６＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ａの製造において窒化ホウ素焼結体作製時のＣＩＰによる処理を未実施とした点であった。

＜比較例１＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ａを用いず、絶縁材Ｂのみを積層した点であった。

＜比較例２＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ｂを用いず、絶縁材Ａのみを積層した点であった。

＜比較例３＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ａと絶縁材Ｂの積層構成を逆にしたこと、すなわち放熱板上に絶縁材Ｂ、絶縁材Ａ、絶縁材Ｂ、冷却器の順番で積層した点であった。

＜比較例４＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ａの製造において窒化ホウ素焼結体作製時の焼成温度を２３００℃としたために、絶縁材ＡのＩ．Ｏ．Ｐ．が０．６を下回った点であった。

＜比較例５＞
実施例１と異なる点は、絶縁材Ａの製造において原料配合をアモルファス窒化ホウ素粉末（「ＳＰ」デンカ社製）３．３０質量％、六方晶窒化ホウ素粉末（「ＭＧＰ」デンカ社製）２９．７質量％及び炭酸カルシウム（「ＰＣ－７００」白石工業社製）を０．６２質量％、ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、水６６．３８質量％を添加してボールミルで５時間粉砕したために、絶縁材ＡのＩ．Ｏ．Ｐ．が１．４を上回った点であった。

＜比較例６＞
実施例１と異なる点は絶縁材Ｂの製造において窒化ホウ素焼結体作製時のＣＩＰ処理を１５０ＭＰaで行ったために、絶縁材ＢのＩ．Ｏ．Ｐ．が０．０５を上回った点であった。

＜熱抵抗率＞
本明細書における熱抵抗率は、単なる絶縁材単体の熱抵抗率ではなく、絶縁材と放熱板、冷却器との界面熱抵抗も含んだ熱抵抗率である。測定試料は絶縁材の両面に放熱板と冷却器を接着した積層体を用い、過渡熱抵抗を測定した。具体的には、ヒータ用チップに一定の発熱量を与えた加熱時における、チップ温度実測値がほぼ一定の値に収束するまでの時間変化（時刻歴）を測定した。本実施形態では、チップ温度実測値Ｔａの時間変化を測定する装置として、ＭｅｎｔｏｒＧｒａｐｈｉｃｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製の「Ｔ３Ｓｔｅｒ」を採用した。

＜絶縁破壊強さの評価＞
積層体の一方の面にエッチングレジストを直径２０ｍｍの円形の回路パターン形状にスクリーン印刷し、また他方の面にエッチングレジストをベタパターン形状にスクリーン印刷した。エッチングレジストを紫外線硬化した後に、金属板を塩化第二銅液でエッチングし、積層体の一方の面に直径２０ｍｍの円形の銅回路を形成した。次いで、レジストをアルカリ溶液にて剥離した後、無電解Ｎｉ－Ｐメッキを２μｍの厚さで施して評価用の回路基板を製造した。回路基板を絶縁油中に浸漬し、室温で交流電圧とを銅回路と銅板間に印加させ、絶縁破壊強さをＪＩＳＣ２１１０－２：２０１６に準拠して測定した。測定器には、菊水電子工業社製の「ＴＯＳ－８７００」を用いた。

＜耐熱サイクル特性の評価＞
エッチング後の窒化ホウ素樹脂複合体回路基板の絶縁破壊電圧をＪＩＳＣ２１４１：１９９２に準拠して測定した。次に、窒化ホウ素樹脂複合体回路基板を、－４０℃にて３０分、１２５℃にて３０分を１サイクルとする耐熱サイクル試験にて１０００サイクル繰り返し試験を行った後、外観及び超音波探傷装置にて金属回路の接着状態を確認した。接着状態は超音波探傷装置にて耐熱サイクル試験前後での接合面積から比較した。超音波探傷像において剥離は接合部内の黒色部で示されることから、この黒色部面積が耐熱サイクル試験前後で大きくなる場合を剥離と定義した。さらに、絶縁破壊電圧を測定し、以下の式で示す熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧の低下率を算出した。低下率が２０％以下であるものを合格とした。
熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧の低下率（％）＝（（初期の絶縁破壊電圧－耐熱サイクル１０００回後の絶縁破壊電圧）÷初期の絶縁破壊電圧）×１００

以上の構成と結果を下記表にまとめて示す。

本発明の伝熱部材は、一般産業用や車載用パワーモジュールの用途に有効である。

１放熱板
２窒化ホウ素焼結体（Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝０．６～１．４）に樹脂を含浸して成る絶縁材Ａ
３窒化ホウ素焼結体（Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝０．０１～０．０５）に樹脂を含浸して成る絶縁材Ｂ
４冷却器

Claims

絶縁材Ａを含む第一の表面層と、
絶縁材Ａを含む第二の表面層と、
前記第一の表面層と前記第二の表面層との間に配される、絶縁材Ｂを含む中間層と
を含み、
前記絶縁材Ａが、六方晶窒化ホウ素一次粒子の配向度が０．６～１．４である第一の窒化ホウ素焼結体と、前記第一の窒化ホウ素焼結体に含浸する第一の熱硬化性樹脂組成物とを含むものであり、
前記絶縁材Ｂが、六方晶窒化ホウ素一次粒子の配向度が０．０１～０．０５である第二の窒化ホウ素焼結体と、前記第二の窒化ホウ素焼結体に含浸する第二の熱硬化性樹脂組成物とを含む
ことを特徴とする、伝熱部材。
なおここで配向度は、Ｉ．Ｏ．Ｐ．（ＴｈｅＩｎｄｅｘｏｆＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＰｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を意味し、Ｉ．Ｏ．Ｐ．は下式で算出される。
Ｉ．Ｏ．Ｐ．＝（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．／（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．
ここで、（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐａｒ．は、窒化ホウ素焼結体の厚み方向に平行な方向に沿って測定した面の強度比であり、（Ｉ１００／Ｉ００２）ｐｅｒｐ．は、窒化ホウ素焼結体の厚み方向に垂直な方向に沿って測定した面の強度比であり、Ｉ１００は（１００）面のＸ線回析線の強度を示し、Ｉ００２は（００２）面のＸ線回析線の強度を示す。
前記絶縁材Ａ及び前記絶縁材Ｂのうち少なくとも一方に含まれる窒化ホウ素焼結体の量が、絶縁材の体積を基準として２０体積％以上８０体積％以下の範囲である、請求項１に記載の伝熱部材。
放熱板に、伝熱部材を介して冷却器を接して配置する電気回路装置の放熱構造体において、前記伝熱部材が、請求項１または２に記載の伝熱部材である、電気回路装置の放熱構造体。