�k般に、電気が流れやすい����は�Xも流しやすい。�Xを素早く流す(逃がす)ものの電気は流れにくい、という����があれば、放�X設��・�v路設��が楽になる。SiCセラミックスやAlNセラミックスのような材料は電気を通さないが、�Xは良く通す?ji└)���だ。パワー半導��、高�?d─ng)度の照����LEDといった�Xを放出する半導��デバイスに向く。

MOSFETやIGBTトランジスタのドレインは�k般にシリコン基���笋肪嫉劼�出ており、nチャンネルなら電源電圧につなげる応��が比較的�Hい。このようなパワートランジスタのドレイン同士をつなぐという�v路ならそのまま使えるが、基��（ドレイン端子）を放�X��に直接��けられない����では、絶縁�颪魏陲垢海箸��Hい。この絶縁�颪箸靴討�つてはマイカ、雲母といった高価な材料が使われていたが次��にコストの�Wい材料へと変わってきた。AlNはセラミックディスクとして使われているが、その使い��(sh┫)のバリエーションとして�`脂に混ぜるフィラーとしてAlN��子をトクヤマは開発している。

図1　AlNは�X伝導率が高く、絶縁性も高い
出�Z：トクヤマ

トクヤマは10�Q以�屬��iからAlNを�}�Xけてきたが、その理�y(t┓ng)は電気伝導性が低く�X伝導性が高く、しかも�W��に�Dり扱えるからである。他の材料と比べると（図1）、AlNは�X伝導率が180、230 W/mKと高い。さらに高いBeO（ベリリウム�┣��顱�通称ベリリア）は毒性がある。�X伝導率が270 W/mKと高いSiCは絶縁性が低くどちらかといえば半導��である。絶縁性と��毒性を�△┐榛猯舛�AlNしかないともいえる。

AlNは、ホットプレスなどでディスク�Xに加工してセラミック����にすることがあるが、その基本は�g��である。その�g��の��径を�U御することが求められるが、同社の�eつ�恩誼皺祝，任�0.1μm以下のものから10μm��度のものまで���]できる。しかし��径のさらに�j(lu┛)きな�g��は�u�Tではないようだ。現実にシリコーン�`脂などにフィラーとして使う場合には、��径の異なるAlN��を組み合わせて使うとフィラーの充填率は向�屬垢襪箸い�。

図2　�`脂に�X伝導性の優れた�g��をフィラーとして混ぜると�`脂を放�X��として使える
出�Z：トクヤマ

�恩誼皺祝，蓮▲▲襯潺福�Al2O3）とカーボン（C）を混ぜたものを窒化しAlNとする�lだが、その後�┣修靴�、AlN��の表�Cを�┣祝譴��戮�。直接窒化法と比べ表�C�┣祝譴慮�さは2倍の11Å（オングストローム）��度になる。最後の�┣十萢�によって、��表�Cのイミド基（N-H）やアミド基（N-H2）を除去し、純粋なAlN��ができることをXPS（X線光電子分光分析法）で確認している。

トクヤマは、パワーデバイスの放�X��としてAlNセラミックスをSHAPALという�����@で販売しているが、開発��では�X伝導率がこれまで最高の255 W/mKという値を�uている（図3）。これは、AlN���cに�T在する不純�颪鰒�(f┫)らすことで達成したとしている。

図3　OやYの不純�颪鮠��cから低��(f┫)させることで�X伝導率を�屬欧�
出�Z：トクヤマ

エポキシ�`脂に��?chu┐ng)Ч暑]を導入
�k��(sh┫)、�X伝導性の良い�`脂ができれば、加工性が優れているため応��はさらに広がる。関�ｽj(lu┛)学の化学�斂森�学�隹蹴悄�����工学科高分子応��材料研�|室の原田美�y(t┓ng)紀��(ji└)教�bは、�X伝導性の高いエポキシ�`脂の開発に�Dり組んでいる。エポキシ�`脂はICチップの封�V材として誰でも�瑤辰討い觝猯舛世�、�X伝導率が低く発�Xしやすいデバイスには使いづらい。原田��(ji└)教�bは、アモルファスのような�`脂に��?chu┐ng)Ю�を�eたせる構�]にすれば、�X伝導性が�屬�り、脆性も�咾�なるに違いないと考え、エポキシ�`脂に��?chu┐ng)Ю�を導入してみた�?/p>

����の��?chu┐ng)Ю�を高めるアイデアの�kつは�T晶性を導入することである。そこで、高分子�`脂となじみの良い�]晶材料を混ぜることにした。�]晶相を��すメソゲン基モノマーをエポキシ�`脂に混ぜた。メソゲン基は共役構�]を�eち、�_なって�O己組�E化しやすいため、�T晶構�]を作るという性��がある。この�]晶性エポキシ�`脂（モノマー）は、低�aでは�T晶性、転�｝a度を��えるとネマチック�]晶やスメクチック�]晶などになり、さらに高�aだとアモルファス�X��の等��(sh┫)性を��す。例えば、C195S205N215Iという転�｝a度を�eつ�]晶性エポキシ�`脂は、195℃以下は�T晶性、それ以��205℃まではスメクチック�]晶的、それ以�屬倫a度から215℃まではネマチック�]晶的、215℃以�屬賄���(sh┫)的になることを�T味している。

図4　�]晶性を��すと�H�T晶的にドメインが�wまる
出�Z：関�ｽj(lu┛)学高分子応��材料研�|室

実�xでは、C178S205N227Iの�]晶性エポキシ�`脂DGETP-Meを��い、キュア（硬化）を2段階行い、�a度条�Pを変えた。170℃で1分＋170℃で10分の場合（ネマチック）と、160℃1分＋120℃10分の場合（スメクチック）に、偏光顕微��で�]晶�X��が�莟Rされた。ただ、これだけだと�H�T晶のようなポリドメイン�X��であり、単�T晶�X��ではない。このため、1T（テスラ）の磁場をかけて�]晶の向きを揃えてみた。X線�v折の�T果、�T晶性のピークを�莟Rすると同時に�e・横の�單戰僖拭璽鶲磴い��莟Rした。

図5　�X伝導率は2〜3倍高まったがまだ不�B
出�Z：関�ｽj(lu┛)学高分子応��材料研�|室

�X伝導率を�R定すると、��来のエポキシ�`脂は0.17~0.21 W/mKだったのに�瓦靴董▲優泪船奪��]晶�X��は0.55 W/mK、スメクチック�]晶�X��は0.68 W/mKという�T果が�uられた。とはいえ、この��度の�X伝導率では実��化はほど遠い。そこで、フィラーも混ぜてみることにした。��いた�]晶性エポキシ�`脂はC169N212IのDGETAMでフィラーにはBNを��いた。BNもAlNと同様、�X伝導率の高い絶縁材料であるが�X伝導率はAlNの1/3に�里泙�。

図6　BNのフィラーで�X伝導率は2.5 W/mKまで�屬�った
出�Z：関�ｽj(lu┛)学高分子応��材料研�|室

BNのフィラーを導入すると、�]晶性エポキシ�`脂の�X伝導率は0.38 W/mKから2.5 W/mKまで�屬�った。しかし、放�X��として使うためには、さらに改��が��要である。その��(sh┫)法の�kつとして、フィラーにトクヤマのAlNを使うという�}がある。今後の検討が楽しみだ。

参考�@料
1. パワーデバイスの最新�\術動向　（社）エレクトロニクス実��学会　配線�����]�\術委�^会マイクロ・ナノファブリケーション研�|会��13�v�o開研�|会　（2011/07/26）