CN117177938A - 六方氮化硼粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明的六方氮化硼粉末具有处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上的基于湿式法的粒度分布,且基于粒度计测定的粒径dG处于44μm以下的范围。
Description
技术领域
本发明涉及以微粉量不增大的方式去除了粗大颗粒的六方氮化硼粉末。
背景技术
近年来,出于对电子部件的小型化和高性能化的要求,半导体器件的高集成化推进,同时用于高效地排出由器件产生的热的散热材料的用量扩大。对于这种散热构件当然要求散热性能的改善。将由半导体器件产生的热排出至散热器、壳体等的路径中使用了各种散热材料。例如在密封材料、粘接剂、润滑脂、树脂片等的形成中使用的树脂组合物中,为了散热而配混有高导热性的填料。另外,在用于安装半导体器件的基板中使用导热性高的氮化铝、氮化硅等陶瓷基板、金属基底基板的情况增加。在这些基板上设有电绝缘性的树脂层,而形成上述树脂层的树脂片(树脂组合物)中也配混有显示高导热性的填料。
需要说明的是,密封材料是为了提高散热性而填充至半导体器件的间隙中的材料,是填孔材料。作为这种密封材料,要求对间隙的填充性,因此,使用树脂,而这种树脂中也配混高导热性的填料。随着近年来的半导体器件的小型化、高集成化,用于填充密封材料的间隙的狭窄化不断推进,开始寻求尤其适于30μm以下的窄间隙的密封材料,还要求前述高导热性的填料为不会有损对窄间隙的填充性的小粒径。
另一方面,作为表现出高的导热性的填料,已知有六方氮化硼粉末。六方氮化硼的比重低,是轻的填料,因此,在部件的轻量化这一点上行也备受关注。
专利文献1中提出了分散有小粒径的六方氮化硼的厚度薄的树脂片。
另外,专利文献2中报道了含有通过湿式激光衍射而测得的粒度分布中为36μm以上的颗粒0.1~5.0体积%的氮化硼粉末。
然而,这些六方氮化硼粉末的粗大颗粒未被充分去除,无法充分运用六方氮化硼的高的导热性,需要进一步的改善。
例如,树脂片等构件中,为了降低热阻,使其厚度薄是有利的,最近,寻求厚度45μm以下的片。即,在包含大量粗大颗粒的填料中,粗大颗粒会贯通片内,产生介电强度的降低,进而,树脂片的厚度会变得不均匀。另外,为此而去除粗大颗粒时,微细的粒径的颗粒的含量也会降低,树脂片的导热性降低。即,无法充分运用属于六方氮化硼的特性的高导热性。
另外,密封材料中,如果填料中包含大量粗大颗粒,则显然对窄间隙(例如30μm以下的间隙)的填充也变得困难,会产生填充不均、气孔等问题。当然如果去除粗大颗粒,则与上述同样地微细的粒径的颗粒的含量也降低,其导热性降低。
如此,为了发挥轻量性优异的六方氮化硼的高导热性,在半导体的领域中,尤其是需要具有符合用途的粒度分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO2015/122378号公报
专利文献2:WO2019/172440号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此,本发明的目的在于,提供:从六方氮化硼粉末有效地去除粗大颗粒的同时、还以适度的量包含微细的颗粒的作为高导热性填料有用的六方氮化硼粉末。
本发明的另一目的在于,提供:含有上述填料、适合用于半导体的领域中使用的构件、例如树脂片、密封材料(填孔材料)的成形的树脂组合物。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究,结果获得了如下见解:仅单纯地用干式筛将现有的六方氮化硼粉末分级来去除粗大颗粒时,即使可以控制粗大颗粒的量,微粉也会增加,配混于树脂时,会有损要求的导热性,进而,对该见解进行展开发现:进行特定的湿式分级处理,以基于粒度计测定的粒径dG成为特定的范围的方式去除粗粒成分,从而可得到对作为目标的高导热性填料而言有用的六方氮化硼粉末,至此完成了本发明。
即,根据本发明,提供一种六方氮化硼粉末,其具有处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上的、基于湿式法的粒度分布,且基于粒度计测定的粒径dG处于44μm以下的范围。
需要说明的是,关于上述六方氮化硼粉末的基于湿式法的粒度分布测定,使用在50mL螺口管瓶中加入乙醇20g作为分散介质并使六方氮化硼粉末1g分散于乙醇中而制备的测定样品(并未为了分散而使用超声波分散),是对该测定样品使用激光衍射散射型粒度分布计测定的粒度分布。作为测定装置,不限定于此,但例如如后述的实施例所记载那样,可以使用日机装株式会社制:粒径分布测定装置MT3000。
可以根据由该测定得到的粒径的体积频率分布求出规定的粒径范围的颗粒的体积比率。另外,该体积频率分布中,将体积频率的累积值成为50%时的粒径的值用D50表示、将成为95%时的粒径的值用D95表示、将成为100%时的粒径的值用D100表示。
另外,粒度计测定粒径dG是根据JISK5600-2-5而测定的。具体而言,对于混合六方氮化硼粉末1质量份与25℃下的运动粘度为1000cSt的有机硅树脂10质量份而得到的树脂糊剂,观察使用粒度计时显示出斑点的点,从而测定。
本发明的六方氮化硼粉末中,如下方式是适宜的。
(1)前述基于湿式法的粒度分布中,处于5.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上。
(2)前述粒径dG与前述基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的累积粒径D100之比dG/D100为1.0~1.6。
(3)前述基于湿式法的粒度分布中,处于2.0~5.0μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上、前述粒径dG处于29μm以下的范围。
(4)前述粒径dG与前述基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的累积粒径D100之比dG/D100为1.0~2.3。
特别是上述(1)和(2)的粉末适合作为薄厚度(例如45μm以下)的树脂片用的填料,上述(3)和(4)的粉末适合作为小间隙用(例如30μm以下的间隙用)的密封材料中使用的填料。
根据本发明,还提供一种树脂组合物,其在树脂中分散有上述六方氮化硼粉末,所述树脂组合物以30~90体积%的量含有该六方氮化硼粉末。
上述树脂组合物适合用于半导体器件等中使用的散热性构件的成形,特别适合采用以下的方式。
(5)前述树脂为有机硅树脂或环氧树脂。
(6)在前述六方氮化硼粉末所具有的基于湿式法的粒度分布中,处于5.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上,所述树脂组合物用于树脂片的成形。
(7)前述树脂片的厚度处于20~45μm的范围。
(8)在前述六方氮化硼粉末所具有的基于湿式法的粒度分布中,处于2.0~5.0μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上、前述基于粒度计测定的粒径dG处于29μm以下的范围,所述树脂组合物用于密封材料的成形。
(9)前述密封材料用于对在半导体器件中存在的30μm以下的小间隙进行填充的用途。
根据本发明,还提供一种制造方法作为上述六方氮化硼粉末的制造方法,所述制造方法包括如下工序:
准备具有处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上的基于湿式法的粒度分布的六方氮化硼的粒状物作为原料粉末的工序;
使前述原料粉末分散于溶剂,制备该原料粉末的浓度为14质量%以下的原料浆料的工序;
使前述原料浆料通过筛孔5μm~25μm的过滤器,将粗大颗粒去除的湿式分级工序;
从去除了粗大颗粒的浆料去除溶剂的干燥工序。
上述制造方法中,适合采用如下方式。
(10)前述原料粉末的基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的中心粒径D50处于5.0~20μm的范围,去除粗大颗粒的工序中使用的过滤器的筛孔处于15μm~25μm的范围。
(11)前述原料粉末的基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的中心粒径D50处于2.0~4.0μm的范围,去除粗大颗粒的工序中使用的过滤器的筛孔处于5μm~15μm的范围。
上述(10)的方案用于薄厚度(例如45μm以下)的树脂片用的填料的制造,上述(11)的方案用于特别是小间隙用(例如30μm以下的间隙用)的密封材料中使用的填料的制造。
发明的效果
本发明的六方氮化硼粉末的粗大颗粒少、且适度地包含微细颗粒,因此,在作为同时要求高的导热性以及介电强度的树脂成形材料的填料的用途中是极有用的,例如在半导体器件等用途中,作为要求散热性的树脂片、密封材料、进而粘接剂、润滑脂等中配混的填料是适合的。
具体实施方式
<六方氮化硼粉末>
本发明的六方氮化硼(h-BN)粉末发挥高的导热性和低比重(轻量性)而作为填料使用,因此,显然不可避免的杂质少、高纯度为宜。例如作为杂质的氧化硼量为400ppm以下、优选300ppm以下、最优选250ppm以下,优选碳含量为0.001~0.050质量%、氧含量为0.01~0.95质量%。
另外,构成该粉末的h-BN颗粒的一次颗粒通常平均长径比(长径/厚度)处于3~20、特别是处于5~15的范围。长径比低于3时,难以制造,长径比如果变得过度大,则颗粒形状成为长径大的薄片板状形状,介电强度有时降低。因此,制造该h-BN颗粒时,优选设定制造条件使得长径比不变大至所需以上。
由h-BN的颗粒构成的本发明的六方氮化硼粉末具有如下特征:在通过湿式法测得的粒度分布中,具有处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上的基于湿式法的粒度分布特性,同时以基于粒度计测定的粒径dG成为44μm以下的方式去除了粗大颗粒。
即,本发明的h-BN粉末由上述湿式粒度分布特性可以看出,由于包含大量粒径5~20μm附近的颗粒,因此,由此形成有效的导热通路,例如可以对厚度薄的树脂片、填充至窄间隙(为对置的2张基板之间的空间等)的密封材料赋予优异的导热性,可以用于半导体器件等来确保散热性。
即,由于在上述湿式粒度分布测定中仅会计数包含某一定的量以上的颗粒,因此,有时即使实际存在的颗粒,也不在粒度分布上出现,另外,在分散于溶剂的期间,聚集的粗大颗粒有时还会被缓慢地解开。因此,实际的六方氮化硼粉末中,包含大于以湿式粒度分布测定的D100的颗粒的情况居多。由此可以理解,凭借湿式粒度分布测定无法可靠地计数粗大颗粒、聚集颗粒的存在,例如在厚度薄的树脂片、填充至小间隙的密封材料中配混具有上述湿式粒度分布特性的h-BN粉末的情况下,会产生厚度不均、或会引起对间隙内的填充不良等问题。
然而,在本发明的h-BN粉末中,以基于粒度计测定的粒径dG成为44μm以下的方式去除了粗大颗粒,因此,即使在例如配混于厚度为45μm以下的树脂片、填充至45μm以下的小间隙的密封材料的情况下,也可以可靠地防止上述那样的不良情况。即,这是由于,在粒度计测定中,会根据极微量的粗大颗粒也会产生的斑点而检测到粗大颗粒的存在,因此,可以控制基于湿式法的粒度分布测定中不出现的粗大颗粒、聚集颗粒的量。
因此,在作为配混于厚度为Xμm的树脂片或者填充至Xμm的间隙(空间)的密封材料的填料而使用本发明的h-BN粉末的情况下,将上述粒径dG设定为(X-1)μm以下。
另外,本发明的六方氮化硼粉末优选包含单颗粒聚集而成的聚集颗粒。本发明中的六方氮化硼的一次颗粒如果具有扁平形状,则配混于树脂时,导热上会显示出各向异性,有时颗粒的宽度方向的导热性高、颗粒的厚度方向的导热性变低。这种导热的各向异性在厚度薄的树脂片、填充至小间隙的密封材料中特别显著地表现出来,会产生导热率变低的方向。然而,一次颗粒如果聚集,则单颗粒在聚集体中指向随机的朝向,因此,上述那样的导热的各向异性被抑制,可以有效地防止导热性低的方向的发生。
本发明中,h-BN粉末中的聚集颗粒的存在可以根据由进行超声波处理的湿式粒度分布算出的D50S与前述湿式粒度分布中的D50之比(D50S/D50)确认。即,由于聚集颗粒会被超声波破碎,因此,如果包含大量的聚集颗粒,则D50S/D50的值会变小。例如D50S/D50的值优选0.40~0.85、特别优选0.50~0.80。
需要说明的是,进行超声波处理的湿式粒度分布测定可以以如下方式进行:在测定样品的制备中,在50mL螺口管瓶中加入乙醇20g作为分散介质,使六方氮化硼粉末1g分散于乙醇中后,以90W进行20分钟超声波处理,除此之外,可以通过与不进行超声波处理的情况同样的方法来进行。
上述本发明的h-BN粉末中,在作为配混于厚度薄的树脂片的填料使用的情况下,优选如下的方式(A),在作为填充至小间隙的密封材料时,特别优选如下的方式(B)。
适合的方式(A):
本发明中,使用h-BN粉末作为配混于膜厚20~45μm的薄膜树脂片的填料的情况下,由粒径5~20μm附近的颗粒形成有效的导热通路,因此,优选的是,基于湿式法的粒度分布中的5~20μm的粒径的颗粒的比率为50体积%以上、优选60体积%以上、更优选70体积%以上。
另外,在上述湿式法粒度分布中,D50可以处于4.0μm以上、更优选处于4.5μm以上、进一步优选处于5.0μm以上、最优选处于6.0μm以上的范围,另外,D50的上限值可以处于9.0μm以下、更优选处于8.5μm以下、进一步优选处于8.3μm以下、最优选处于8.0μm以下的范围。
进而,D95可以处于9.5μm以上、更优选处于10.0μm以上、进一步优选处于10.5μm以上、最优选处于11.0μm以上的范围,D95的上限值可以处于19.0μm以下、更优选处于18.5μm以下、进一步优选处于18.0μm以下、最优选处于17.5μm以下的范围。
进而,D100优选处于35μm以下的范围。
上述薄膜树脂片中,D50、D95如果小于上述范围,则有不易得到高的导热率的倾向,另外,D50、D95如果大于上述范围,则有介电强度容易降低的倾向,D100如果超过35μm,则会对薄膜片混入过大的粗大颗粒,有介电强度降低的担心。
进而,在用于上述薄膜树脂片的情况下,在确保更高的导热性的方面,粒度计测定粒径dG为20μm以上是适宜的。
另外,为了确保更高的导热性,粒度计测定粒径dG(μm)与湿式法粒度分布中的D100(μm)之比(dG/D100)可以处于1.0~1.6、优选处于1.0~1.5、更优选处于1.0~1.4的范围。该比如果大至所需以上,则有在膜厚20~45μm的树脂片中不易得到高的导热率的倾向。需要说明的是,难以制作该比低于1.0的粉末。
进而,对于具有上述粒度特性的本发明的h-BN粉末,由氮气吸附1点法测得的BET比表面积可以处于3.0~6.0m2/g、更优选处于3.2~5.7m2/g、最优选处于3.5~5.0m2/g的范围。该BET比表面积如果过小,则六方氮化硼单颗粒的粒径大,特别是在单颗粒聚集的情况下或者单颗粒为椭圆形、细长的颗粒的情况下,变得容易存在粗大颗粒,容易产生介电强度的降低。另外,BET比表面积如果过度大,则会因为一次粒径小而聚集,变得容易产生粗大颗粒,不适于薄膜树脂片的成形。
适合的方式(B):
本发明中,在使用h-BN粉末作为配混于填充至特别是窄间隙、例如5~30μm的间隙的密封材料的填料的情况下,与用于树脂片的情况相比,期望粒径小,优选的是,基于湿式法的粒度分布中的2.0~5.0μm的粒径的颗粒的比率为50体积%以上、优选60体积%以上。这是由于,由粒径2.0~5.0μm附近的颗粒形成有效的导热通路。
该方式中的上述湿式法粒度分布中,D50可以处于2.0μm以上、更优选处于2.1μm以上的范围,D50的上限值可以处于4.0μm以下、更优选处于3.8μm以下的范围。
另外,D95可以处于4.5μm以上、更优选处于4.8μm以上的范围,D95的上限可以处于7.0μm以下、更优选处于6.7μm以下的范围。
进而,D100优选处于15μm以下的范围。
上述填充至小间隙的密封材料中,D50、D95如果小于上述范围,则密封材料的粘度变高,有对窄间隙的填充性受损的担心。另外,D50、D95和D100如果大于上述范围,则由于大的颗粒的存在而变得难以将密封材料填充至窄间隙。
进而,在上述那样的填充于特别是窄间隙的密封材料所使用的填料中,粒度计测定粒径dG应为29μm以下,但在确保更高的导热性的方面,该粒径dG适合为4.0μm以上。
另外,为了对于该密封材料确保更高的导热性,粒度计测定粒径dG(μm)与湿式法粒度分布中的D100(μm)之比(dG/D100)可以处于1.0~2.3、优选处于1.0~2.1的范围。该比如果大至所需以上,则高效地产生导热性的颗粒的数量变少,有对于密封材料变得不易得到高的导热率的倾向。需要说明的是,难以制作该比低于1.0的粉末的情况如上所述。
进而,对于具有上述粒度特性的本发明的h-BN粉末,由氮气吸附1点法测得的BET比表面积可以处于6.0~12.0m2/g、更优选处于6.5~11.0m2/g的范围。该BET比表面积如果过小,则六方氮化硼单颗粒的粒径大,特别是在单颗粒聚集的情况或者单颗粒为椭圆形、细长的颗粒的情况下,变得容易存在粗大颗粒,容易产生介电强度的降低。另外,BET比表面积如果过大,则会因一次粒径小而聚集,变得容易产生粗大颗粒,不适于对30μm以下的开口直径的间隙进行填充。
<六方氮化硼粉末的制造>
上述本发明的h-BN粉末如下制造:准备具有规定粒度分布的h-BN的粒状物作为原料粉末,使用该原料粉末,制备规定浓度的原料浆料,使用原料浆料,通过湿式分级将粗大颗粒去除,最后干燥,从而制造。
原料粉末:
本发明中,由h-BN的粒状物形成的原料粉末的制造方法没有特别限定,例如根据还原氮化法、三聚氰胺法等公知的方法制造h-BN,从得到的粒状物通过干式分级去掉粗大颗粒,形成包含50体积%以上具有基于湿式法的粒度分布中的2.0~20μm的粒径的颗粒的粉末,从而得到。
基于还原氮化法的h-BN的制造例如如下进行:将硼酸、氧化硼等含氧硼化合物、炭黑等碳源、碳酸钙等含氧钙化合物混合,在氮气气氛下,加热至1500~1700℃的最高温度,进行还原氮化,从而进行。
需要说明的是,上述反应时的各化合物的量的比率如下设定:使B/C(元素比)成为0.75~1.00的范围,相对于以B为基准的B2O3换算的含氧硼化合物量与以C换算的碳源量的总量100质量份,以Ca为基准的CaO换算的含氧钙化合物量成为4~15质量份。
另外,基于三聚氰胺法的h-BN的制造如下进行:将包含三氧化二硼(氧化硼)等硼氧化物和以三聚氰胺为代表的含氮有机化合物的混合粉末在最高温度1000℃以上且1500℃以下进行加热,从而进行。需要说明的是,该混合粉末中的硼氧化物与含氮有机化合物的使用比率通常以硼原子(B)与氮原子(N)的质量比(B/N)成为0.30~1.00、特别是成为0.35~0.95的方式进行设定。
该方法可以容易得到粒径小的氮化硼,因此,特别是在制造用于填充至窄间隙的密封材料中配混的填料用的h-BN粉末上是有利的。
如上所述得到的h-BN的粒状物会发生聚集,因此,根据需要使用辊轧碎机、喷磨机、珠磨机、行星磨、石臼型磨碎机等进行破碎。
另外,根据需要进行的破碎后,由于会以杂质的形式包含由氧化硼-氧化钙形成的复合氧化物、氧化硼等氧化物,因此,用酸进行清洗。例如,将h-BN的粒状物破碎投入至容器,加入该粒状物的5~10倍量的稀盐酸(5~20质量%的HCl),使其接触4~8小时,从而进行酸清洗。当然除盐酸以外还可以使用硝酸、硫酸、乙酸等。
上述酸清洗后,出于清洗残留的酸的目的,用纯水进行清洗,水洗后,通过50~250℃的大气、或减压下的加热进行干燥,含水率基本成为0%。
将如此得到的h-BN的粒状物供于后述的湿式分级,但根据需要,优选在湿式分级之前,供于干式分级,事先一定程度地去除粗大颗粒、微粉。
该干式分级可以通过干式筛、气流分级等进行,由此,可以容易得到在以湿式法测定的粒度分布中,包含50体积%以上处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的h-BN原料粉末。
需要说明的是,为了通过上述干式分级得到包含50体积%以上适于薄膜树脂片或者填充至窄间隙的密封材料的粒径(5~20μm或者2.0~5.0μm)的粒径的颗粒的h-BN的粉末,优选使用筛孔38~90μm的干式筛。此处,如果使用筛孔小于38μm的筛孔的筛,则会由于一次颗粒具有扁平形状的一次颗粒的存在而产生堵塞,连续的处理会变得困难。另外,进行筛孔38μm的干式筛的情况下,筛孔的对角线尺寸以下的颗粒也会通过筛,因此,凭借该干式筛中无法使粒度计测定粒径dG为44μm以下。
按照如上方式进行操作,一次颗粒的平均长径比为5~15这样长径比大的薄片颗粒的含有比率少,可以得到由适于后述的湿式分级处理的h-BN粒状物形成的原料粉末。
原料浆料制备:
使上述中得到的原料粉末分散于溶剂而形成浆料。
关于浆料的形成中使用的溶剂,只要能使h-BN颗粒分散就没有特别限制,例如可以例示出:水(离子交换水、纯水);甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇等醇类;丙酮、甲乙酮等酮类;等,可以单独使用1种这些溶剂,也可以混合2种以上作为混合溶剂使用。
上述溶剂以浆料中所含的原料粉末(h-BN的粒状物)的浓度成为14质量%以下、特别是成为12质量%以下、最优选成为5质量%以下的方式进行设定,特别是根据溶剂的种类等以浆料的25℃下的粘度成为1.0~60mPa·S的量使用溶剂是最适宜的。由此,不仅可以不升高浆料的粘度地使h-BN的粒状物均匀分散在浆料中,而且可以容易地进行接下来要进行的处理(粗大颗粒的去除)。浆料中的原料粉末的浓度如果高,则原料粉末的分散性降低,因此,最终得到的六方氮化硼粉末会包含大量低于5μm的小粒径颗粒,变得不易得到高的导热性。需要说明的是,考虑处理效率,浆料中的原料粉末的浓度优选1质量%以上。
需要说明的是,使原料粉末分散于溶剂的浆料制备没有特别限定,只要通过量取规定量的原料粉末(h-BN的粒状物)和溶剂并混合来进行即可。
分散于溶剂前的原料粉末(h-BN的粒状物)大多情况下处于大部分的颗粒松散地聚集的状态。因此,优选用分散机对浆料进行处理,使原料粉末充分分散。由此,可以抑制接下来的工序中的处理时的堵塞。
作为分散机,例如可以使用分散器、均化器、超声波分散机、NanoMizer、行星搅拌机、喷射器、水喷磨机、高压分散机、湿式球磨机、湿式振动球磨机、湿式珠磨机等,最优选使用分散器、均化器、超声波分散机。
湿式分级工序:
如上所述制备的原料浆料供于湿式分级,由此从原料浆料中去除粗大颗粒。即,在湿式分级中去除粗大颗粒,从而可以高效地去除粗大颗粒,可以得到粒度计测定中的粒径dG为44μm以下的本发明的六方氮化硼粉末。
上述湿式分级通通使原料浆料通过筛孔5μm~25μm的过滤器的过滤器分级来进行。即,筛孔的对角线间隔大于25μm,通过使用这种过滤器,从而可以可靠地去除上述粒径dG超过44μm的粗大颗粒。
需要说明的是,通过在上述的范围内改变过滤器的筛孔,可以进一步减少粒径dG,或者减小超过湿式粒度分布中的50体积%的颗粒量的粒径,进而,可以改变D50、D95、D100的值。例如通过使用筛孔小于15μm的过滤器,从而可以将湿式粒度分布中的超过50体积%的颗粒量的粒径调整为2.0~5.0μm的范围,进而,可以使粒度计测定粒径dG为39μm以下。
过滤器的材质、结构、形状等没有特别限制,例如可以使用膜滤器、树脂过滤器、金属制过滤器、滤纸等,从容易得到高纯度的六方氮化硼粉末的方面出发,适合的是树脂过滤器、不锈钢制过滤器。另外,根据过滤器的种类、性质的不同,分级点、分级精度、阻塞发生的程度等不同,因此,可以根据原料粉末的物性、作为目标的粒度计测定粒径dG而适宜选择。
需要说明的是,前述原料粉末的制备工序中,在酸清洗后不进行水清洗的情况下,浆料会成为酸性,因此需要使用树脂过滤器。
另外,通过预先使过滤器浸渍在用于制备原料浆料的溶剂中,该浆料与过滤器的亲和性改善,可以高效地进行过滤。
使原料浆料通过过滤器的方法没有特别限制,可以使用重力式、吸引式、加压式、压送式等公知的方法,但优选的是,将原料浆料投入在内侧使螺杆旋转的圆筒过滤器的方法。该方法利用螺杆的离心力而不易发生堵塞,因此,具有可以高效地进行湿式分级的优点。
干燥工序:
上述湿式分级后,回收筛下物并干燥,从而去除溶剂,得到作为目标的本发明的六方氮化硼粉末。
进行干燥的手段没有特别限定,例如可以通过将筛下的浆料在加热装置中加热而进行。
加热装置只要可以使溶剂从浆料蒸发去除就可以没有特别限制地使用,具体而言可以适合地使用锥形干燥机、滚筒式干燥机、V型干燥机、振动干燥机、摇摆混合机、诺塔混合机、RIBOCONE、真空造粒装置、真空乳化装置、以及搅拌型真空干燥装置。
干燥可以分多个阶段进行,在加热装置中的加热前,例如可以使用旋转蒸发仪、薄膜干燥装置、喷雾干燥机、滚筒式干燥机、盘式干燥机、流化床干燥机等,将溶剂的一部分去除。另外,在加热装置中进行加热并干燥前,可以进行过滤,将溶剂的一部分去除。进行过滤的装置只要为将浆料分离成固体成分和液体成分的装置就可以适宜地使用,具体而言可以举出抽滤装置、离心过滤机、倾析器、Nagi式离心分离机、加压过滤机、过滤器加压机、和能以1台实施过滤和干燥的过滤干燥装置等。使用的滤材的材质、保留粒径、分离的条件等可以根据使用的方法、捕集率而适宜选择。
加热装置中进行加热时的气氛没有特别限定,优选真空、非活性气体气氛、干燥空气气氛,其中,更优选环境的水分的影响少的真空或非活性气体气氛,特别优选真空。
需要说明的是,上述干燥优选进行溶剂自浆料的去除直至将得到的h-BN粉末在大气中以120℃静置3分钟前后的质量变化率变得低于0.9%。
<树脂组合物>
上述本发明的六方氮化硼粉末作为改善导热性的填料配混于树脂形成树脂组合物,适宜进行成形,由此被用于各种用途(代表性地为树脂片、密封材料)。
作为树脂,只要可以成形为适于用途的形态就没有特别限制,代表性地为有机硅树脂、环氧系树脂。
作为环氧树脂,可以举出以下物质。
双酚A型环氧树脂;
双酚S型环氧树脂;
双酚F型环氧树脂;
双酚A型的氢化环氧树脂;
聚亚丙基二醇型环氧树脂;
聚四亚甲基二醇型环氧树脂;
萘型环氧树脂;
苯基甲烷型环氧树脂;
四苯酚甲烷型环氧树脂;
联苯型环氧树脂;
苯酚酚醛清漆型环氧树脂;
四官能萘型环氧树脂;
甲酚酚醛清漆型环氧树脂;
二环戊二烯型环氧树脂;
三苯酚环氧树脂;
萘酚酚醛清漆环氧树脂;
萘醚型环氧树脂;
芳香族缩水甘油胺型环氧树脂;
氢醌型环氧树脂;
茋型环氧树脂;
三苯酚甲烷型环氧树脂;
芳烷基型环氧树脂;
聚亚丙基二醇型环氧树脂;
聚硫醚改性环氧树脂;
骨架中具有三嗪核的环氧树脂;
双酚A环氧烷加成物型的环氧树脂;
上述中例示的环氧树脂可以单独使用1种,或者混合2种以上使用。
另外,作为固化剂,也可以并用胺系树脂、酸酐系树脂、酚系树脂、咪唑类、活性酯系固化剂、氰酸酯系固化剂、萘酚系固化剂、苯并噁嗪系固化剂等。
这些固化剂可以单独使用1种,或者混合2种以上而使用。关于这些固化剂相对于环氧树脂的配混量,以相对于环氧树脂的当量比计为0.5~1.5当量比、优选0.7~1.3当量比。本说明书中,这些固化剂也包括在树脂中。
另外,作为有机硅树脂,可以无限制地使用作为加成反应型有机硅树脂与有机硅系交联剂的混合物的公知的固化性有机硅树脂。
作为加成反应型有机硅树脂,例如代表性的是分子中具有乙烯基、己烯基那样的烯基作为官能团的聚二甲基硅氧烷等聚有机硅氧烷。
作为有机硅系交联剂,可以举出具有硅原子键合氢原子的聚有机硅氧烷,例如:
二甲基氢硅氧基末端封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物;
三甲基硅氧基末端封端二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物;
三甲基硅氧烷基末端封端聚(甲基氢硅氧烷);
聚(氢倍半硅氧烷)。
进而,树脂组合物中也可以配混在有机硅树脂的固化中使用的公知的催化剂。作为这种固化催化剂,可以举出微粒状铂、负载于碳粉末的微粒状铂、氯铂酸、醇改性氯铂酸、氯铂酸的烯烃络合物、钯、铑催化剂等。
另外,除上述环氧树脂、有机硅树脂以外,还可以使用各种树脂。
作为这种树脂,可以举出液晶聚合物、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯二甲酰胺、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚芳醚酮、聚苯醚、氟树脂、氰酸酯化合物、马来酰亚胺化合物等。
液晶聚合物中有以熔融状态显示液晶性的热致液晶聚合物、和以溶液态态显示液晶性的溶致液晶聚合物,可以使用任意的液晶聚合物。
作为热致液晶聚合物,例如可以举出:由对羟基苯甲酸(PHB)、对苯二甲酸和4,4’-联苯酚合成的聚合物、由PHB和2,6-羟基萘甲酸合成的聚合物、由PHB、对苯二甲酸和乙二醇合成的聚合物等。
作为氟树脂,可以举出四氟乙烯树脂(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚树脂(PFEP)、四氟化乙烯全氟烷基乙烯基醚共聚树脂(PFA)等。
作为氰酸酯化合物,可以举出:
苯酚酚醛清漆型氰酸酯化合物;
萘酚芳烷基型氰酸酯化合物;
联苯芳烷基型氰酸酯化合物;
萘醚型氰酸酯化合物;
二甲苯树脂型氰酸酯化合物;
金刚烷骨架型氰酸酯化合物。
上述当中,优选苯酚酚醛清漆型氰酸酯化合物、联苯芳烷基型氰酸酯化合物、萘酚芳烷基型氰酸酯化合物。
作为马来酰亚胺化合物为:
N-苯基马来酰亚胺;
N-羟基苯基马来酰亚胺;
双(4-马来酰亚胺苯基)甲烷;
2,2-双{4-(4-马来酰亚胺苯氧基)-苯基}丙烷;
双(3,5-二甲基-4-马来酰亚胺苯基)甲烷;
双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺苯基)甲烷;
双(3,5-二乙基-4-马来酰亚胺苯基)甲烷;
下述式(1)或者下述式(2)所示的马来酰亚胺化合物,
上述式(1)中,
R5各自独立地表示氢原子或甲基,优选表示氢原子,
n1表示1以上的整数,优选10以下的整数、更优选7以下的整数。
上述式(2)中,
存在的多个R各自独立地表示氢原子、碳数1~5的烷基、或苯基,
n为1~20的整数。
作为上述烷基,可以举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基。另外,作为基团R,从更进一步改善耐燃性和剥离强度的观点出发,优选氢原子、甲基或者苯基,更优选氢原子或甲基,最优选氢原子。
上述树脂组合物中,本发明的h-BN粉末以30~90体积%、优选40~80体积%、进一步优选50~70体积%的量存在,由此,可以对由该树脂组合物形成的各种材料赋予优异的导热性。
当然,在该树脂组合物中,也可以根据用途包含各种成分,例如可以在不对本发明的效果造成影响的范围内适宜包含氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氮化铝那样的无机填料、固化促进剂、防变色剂、表面活性剂、分散剂、偶联剂、着色剂、增塑剂、粘度调节剂、抗菌剂等。
本发明的树脂组合物用于例如粘接薄膜、预浸料等片状层叠材料(树脂片)、电路基板(层叠板用途、多层印刷电路板用途)、阻焊剂、底填充材料、热粘接剂、芯片接合材料、半导体密封材料、填孔树脂、部件埋入树脂、热接口材料(片、凝胶、润滑脂等)、功率模块用基板、电子部件用散热构件材料等用途,但特别适合用于作为树脂片、密封材料的用途。
作为树脂片,特别适于膜厚20~45μm的薄的树脂片。
前述树脂片的用途没有特别限定,可用于例如电路基板用途(特别是层叠有树脂组合物与铜箔而得到的覆铜层叠板用途)、多层印刷电路板的绝缘层用途。这些用途中,通过使用薄膜树脂片,从而可以降低热阻,或使各种器件小型化。
覆铜层叠板用途中,作为适合的树脂,可以举出环氧树脂、聚酰亚胺树脂、液晶聚合物、氟树脂、氰酸酯化合物、马来酰亚胺化合物等。其中,在搭载于卫星广播的接收设备、移动电话等电子通信设备的覆铜层叠板用途中,从高频特性、耐热性、耐候性、耐化学药品性、拒水性优异的观点出发,可以举出氟树脂作为特别适合的树脂。另外,在电路基板使用无铅焊料来制造的情况下,从无铅焊料的回流温度为260℃左右的观点出发,适合使用耐热性高的液晶聚合物,从耐热性、阻燃性优异的观点出发,特别适合的是热致液晶聚合物。
另外,在覆铜层叠板用途中,使用环氧树脂和/或马来酰亚胺化合物与氰酸酯化合物的情况也可以作为优选的方式列举出。通过采用这种树脂组成,从而变得容易形成剥离强度、吸湿耐热性优异的树脂组合物。该情况下,作为环氧树脂,从阻燃性、耐热性的观点出发,优选联苯芳烷基型环氧树脂、萘醚型环氧树脂、多官能苯酚型环氧树脂、萘型环氧树脂,作为马来酰亚胺化合物,从热膨胀率、玻璃化转变温度的观点出发,优选2,2’-双{4-(4-马来酰亚胺基苯氧基)-苯基}丙烷、双(3-乙基-5-甲基-4-马来酰亚胺基苯基)甲烷、以及前述式(1)所示的马来酰亚胺化合物和前述式(2)所示的马来酰亚胺化合物,作为氰酸酯化合物,从玻璃化转变温度、镀覆密合性的观点出发,优选苯酚酚醛清漆型氰酸酯化合物、联苯芳烷基型氰酸酯化合物、萘酚芳烷基型氰酸酯化合物。
作为多层印刷电路板的绝缘层使用的情况下,从耐热性和对铜箔电路的粘接性优异的观点出发,优选使用环氧树脂作为树脂。作为环氧树脂,并用在温度20℃下为液态的环氧树脂与在温度20℃下为固体状的环氧树脂时,可得到具有优异的挠性的树脂组合物,且绝缘层的断裂强度提高,故优选。作为优选的在温度20℃下为液态的环氧树脂,可以举出双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、萘型环氧树脂。作为优选的在温度20℃下为固体状的环氧树脂,可以举出4官能萘型环氧树脂、联苯型环氧树脂、萘醚型环氧树脂。在温度20℃下为液态的环氧树脂与在温度20℃下为固体状的环氧树脂的配混比以质量比计优选1:0.1~1:4的范围、更优选1:0.8~1:2.5。
另外,作为密封材料,例如可以举出底填充材料、润滑脂状的热接口材料,可以特别适合用于填充至5~30μm的小间隙的用途。即,本发明的h-BN粉末由于不存在粗大颗粒,因此,适于填充至窄间隙的密封材料,且具有在填充至5~30μm的间隙的密封材料中实现高导热性的粒度分布。
将本发明的树脂组合物作为底填充材料使用的情况下,作为树脂,从耐热性、机械强度等的观点出发,优选环氧树脂,特别优选使用在常温下为液态的环氧树脂。
将本发明的树脂组合物作为润滑脂状的热接口材料使用的情况下,优选使用有机硅树脂作为树脂。关于有机硅树脂,优选的是,作为加成反应型有机硅树脂使用下述式(3)所示的聚有机硅氧烷,作为有机硅系交联剂使用1分子中至少具有硅原子键合氢原子的聚有机硅氧烷。
式中,
R1独立地为未取代或取代的1价烃基,优选为碳数1~3的1价的烃基。
R3独立地为碳数1~4的烷基、烷氧基烷基、烯基或酰基。
p为5~100的整数、优选为10~50。
a为1~3的整数。
实施例
根据以下的实验例,对本发明进一步具体地进行说明,而这些实验中采用的各种物性测定方法分别如以下所述。
[湿式粒度分布测定]
使用日机装株式会社制:粒径分布测定装置MT3000进行测定。
测定样品根据以下所示的方法而制备。
首先,在50mL螺口管瓶中加入乙醇20g作为分散介质,使六方氮化硼(h-BN)粉末1g分散在乙醇中。对其用激光衍射散射型粒度分布计测定粒度分布。
此时,为了不破坏聚集颗粒,未进行超声波处理等地实施了测定。由得到的粒径的体积频率分布求出粒径5~20μm左右的颗粒的存在比率。另外,将体积频率的累积值成为50%时的粒径的值设为D50、将成为95%时的粒径的值设为D95、将成为100%时的粒径的值设为D100而求出。
[超声波处理湿式粒度分布测定]
使用日机装株式会社制:粒径分布测定装置MT3000进行测定。
测定样品根据以下所示的方法制备。首先,在50mL螺口管瓶中加入乙醇20g作为分散介质,使h-BN粉末1g分散在乙醇中。对其用激光衍射散射型粒度分布计测定粒度分布。此时,为了破坏聚集颗粒,进行90W20分钟的超声波处理。由得到的粒径的体积频率分布,将体积频率的累积值成为50%时的粒径的值作为D50S求出。
[BET比表面积]
h-BN粉末的BET比表面积测定中使用比表面积测定装置(岛津制作所制:FlowSorb 2-2300型),根据BET法(氮气吸附1点法)求出。
[氧/碳分析]
h-BN粉末的氧含量使用堀场制作所制:氧/氮分析装置EMGA-620而测定。另外,碳含量使用碳分析装置(堀场制作所制EMIA-110)测定。
本发明的实验中使用的h-BN粉末的氧含量全部为0.01~0.95质量%、碳含量全部为0.001~0.050质量%的范围内。
[杂质氧化硼量]
在150cc的烧杯中,投入浓度0.04mol/L的硫酸水溶液50g、h-BN粉末2g,振荡搅拌后,静置120分钟。在此期间,将液体温度调整为25℃。
之后,利用ICP发射分光光度分析装置(THERMO FISHER公司制iCAP6500)分析得到的液体中的硼,将测得的硼量换算为B2O3,将其除以前述h-BN粉末的质量,求出杂质氧化硼量(ppm)。
以下的实验中使用的h-BN粉末的杂质氧化硼量全部为250ppm以下。
[粒度计测定粒径]
依据JIS-K5600-2-5,用宽度90mm、长度240mm、最大深度50μm的粒度计(grindgauge)进行评价。
在24ml的塑料软膏罐中投入h-BN粉末0.4g和25℃下的运动粘度为1000cSt的有机硅树脂(Momentive公司制:Element14 PDMS1000-J)4g,将该软膏罐在自转/公转混合机(THINKY CORPORATION制:ARE-310)中以公转速度2000rpm、自转速度800rpm进行2分钟处理,得到测定用糊剂。
在粒度计上载置测定用糊剂,使刮刀垂直接触,在槽上滑动,观察显著的斑点开始出现的点。观察每隔2.5μm进行,将穿过槽的3mm宽度中包含5个以上的颗粒的最大点作为粒度计测定粒径dG求出。
操作以n=6进行,将6次的平均值作为粒度计测定粒径。
[导热率]
以热扩散率(m2/秒)×密度(kg/m3)×比热(J/kg·K)求出所制作的树脂片的导热率(W/m·K)。
热扩散率以温度波热分析法(Ai Phase公司制:ai-Phase Mobileu、ISO22007-3)测定,密度以阿基米德法(METTLER TOLEDO公司制:XS204V)测定,比热以差示扫描量热计(DSC)法(Rigaku Corporation制:Thermo Plus Evo DSC8230)测定。
[介电强度]
使用耐电压试验机(京南电机株式会社制:YPAD-0225),依据JIS K6911的热固性塑料一般试验方法测定所制作的树脂片的介电强度(kV/mm)。
[长径比]
h-BN一次颗粒的长径比用分析扫描电子显微镜(Hitachi High-TechCorporation制:S-3400N)测定。
从倍率5000倍的扫描电子显微镜观察图像随机选出100个不同的h-BN一次颗粒,测定h-BN一次颗粒的长径的长度、厚度,算出各自的长径比(长径的长度/厚度的长度),将其平均值作为长径比。其结果,全部实验中,h-BN的长径比处于5~15的范围。
[浆料粘度的测定]
用粘度计(AS ONE Corporation制:ASJ-8ST),以转速3rpm对原料六方氮化硼浆料进行测定。在全部实施例中,25℃下的原料六方氮化硼浆料的粘度为1~60mPa·S的范围内。
<实验1>
此处,进行用于确认本发明的h-BN粉末的作为树脂片用填料的适合性的实验。
<实验1-1>
使用Spartan混合机,将氧化硼1950g、炭黑710g、碳酸钙552g混合。
该混合物的(B/C)元素比换算为0.95,相对于含氧硼化合物、碳源的B2O3、C换算质量总量100质量份的、上述含氧钙化合物的CaO换算质量含有比率为11.6质量份。
将该混合物1500g用石墨制塔曼炉在氮气气氛下以1500℃保持6小时、以1600℃下保持2小时,从而进行氮化处理,得到氮化物。
然后,将前述氮化物破碎,投入至容器,加入该氮化物的5倍量的盐酸(7质量%HCl),以Three-One-Motor转速350rpm搅拌24小时,进行酸清洗。
该酸清洗后,将酸过滤,使过滤而得到的氮化物分散在与所使用的酸等量的纯水中,再次过滤。重复该操作直至过滤后的水溶液成为中性,然后以200℃真空干燥12小时。将干燥后得到的粉末施加于筛孔45μm的筛,得到原料粉末(h-BN粒状物)。
将该原料粉末与纯水混合,制备4质量%的原料浆料(h-BN粒状物:纯水=1质量:25质量)。
然后,用ACO JAPAN株式会社制浆料筛选器,在筛孔25μm的尼龙圆筒过滤器内通水5L的纯水。使存在于此时的圆筒过滤器内侧的螺杆以转速:50Hz、旋转角度40°旋转。
如上述通水纯水后,将前述原料浆料10L以1L/分钟的速度投入至该圆筒过滤器内,进行湿式分级处理,得到过滤器通过浆料(分级处理浆料)。
对该分级处理浆料进行滤取,得到脱水滤饼。将该脱水滤饼以200℃进行真空干燥后,得到目标h-BN粉末。
需要说明的是,残留于过滤器上的粉末和使未通过过滤器的浆料干燥而得到的粉末相对于原料h-BN粒状物低于5质量%,原料粉末的95质量%以上通过了25μm过滤器。将制造条件示于表1、将得到的h-BN粉末的评价结果示于表2、3。
<实验1-2~实验1-10>
如表1所示变更各条件,除此之外,与实验1-1同样地进行。将制造条件示于表1、得到的h-BN粉末的评价结果示于表2、3。
<实验1-11~实验1-15>
如表1所示变更各条件,除此之外,与实验1-1同样地进行。需要说明的是,关于实验1-11~实验1-13,使用100μm的粒度计测定粒度计测定粒径dG。将制造条件示于表1、得到的h-BN粉末的评价结果示于表2、3。
<实验1-16>
对于市售的BN粉末,如表1所示那样与实验1-1同样地进行湿式分级处理。将制造条件示于表1、得到的h-BN粉末的评价结果示于表2、3。
[表1]
※相对于硼化合物(B2O3换算)与碳源(C换算)的总量100质量份的CaO换算质量份
[表2]
BET=比表面积
[表3]
<填料评价试验A>
将实验1-1~实验1-16中得到的六方氮化硼(h-BN)粉末与环氧树脂混合制备树脂组合物,对于由该树脂组合物成形而得到的树脂片测定导热率和介电强度,由其结果进行h-BN粉末的作为树脂片用填料的评价。
准备三菱化学株式会社制的固化性环氧树脂JER828作为环氧树脂。
另外,准备四国化成株式会社制的咪唑系固化剂Curezol 2E4MZ作为环氧固化剂。
制备混合有上述环氧树脂100质量份、固化剂5质量份与甲乙酮(溶剂)210质量份的清漆状混合物。
将前述清漆状混合物与前述h-BN粉末以树脂35体积%和h-BN粉末65体积%的比率在自转/公转混合机中进行混合,得到树脂组合物。
使用仓敷纺绩株式会社制MAZERUSTAR作为自转/公转混合机。
用Tester产业株式会社制自动涂覆机PI-1210,将上述树脂组合物以厚度60μm左右涂覆在PET薄膜上并干燥,在减压下、以下述条件使其固化,得到厚度45μm的树脂片。
温度:200℃
压力:5MPa
保持时间:30分钟
需要说明的是,对于用实验1-2中制造的h-BN粉末制备的树脂组合物,减少涂覆量,使树脂片的厚度为35μm。
将对得到的树脂片的导热率和介电强度进行测定的结果示于表4。
[表4]
如由表4的实验结果所理解的那样,配混有实验1-1~实验1-10中制备的h-BN粉末的树脂片不仅导热率高至2.8W/m·K以上,而且介电强度也高至75kV/mm以上。
另一方面,配混有实验1-11~实验1-16中制备的h-BN粉末的树脂片均无法同时满足2.8W/m·K以上的导热率和75kV/mm以上的介电强度。
<实验2>
此处,进行用于确认本发明的h-BN粉末的作为密封材料用填料的适合性的实验。
<实验2-1>
根据下述配方,使用乳钵,将用于形成h-BN的反应成分进行混合。
氧化硼50g
三聚氰胺40g
无水硼砂80g
针对该混合物,使用石墨制塔曼炉,在氮气气氛下升温至1200℃,在1200℃下加热12小时,从而得到基于三聚氰胺法的氮化粉。
然后,将上述氮化粉用石臼式磨碎机破碎后,投入至聚乙烯制的容器,对于氮化粉100g加入100g的盐酸(37质量%HCl)和300g的纯水,制备酸浆料,将该酸浆料搅拌8小时,从而进行基于酸的清洗。
基于酸的清洗后,用布氏漏斗将酸浆料过滤,然后用氮化粉的10倍量(重量比)以上的纯水进行水洗后,通过抽滤进行脱水,直至氮化粉的水分率成为40质量%以下。之后,在200℃下真空干燥12小时。
将干燥后得到的粉末施加于筛孔90μm的筛,得到由h-BN粒状物形成的粒度调整用的原料粉末。
在上述原料粉末中加入水,制备以4质量%浓度包含原料粉末的原料浆料(h-BN粒状物:纯水=1质量份:25质量份)。
然后,用ACO JAPAN株式会社制浆料筛选器,在筛孔25μm的尼龙圆筒过滤器内通水5L的纯水。使存在于此时的圆筒过滤器内侧的螺杆以转速:50Hz、旋转角度40°旋转。
如上所述通水纯水后,将前述原料浆料10L以1L/分钟的速度投入至该圆筒过滤器内,进行湿式分级处理,得到过滤器通过浆料(分级处理浆料)。
对该分级处理浆料进行滤取,得到脱水滤饼。将该脱水滤饼以200℃进行真空干燥后,用筛孔90μm的干式筛进行处理,得到目标h-BN粉末。
需要说明的是,残留于过滤器上的粉末和使未通过过滤器的浆料干燥而得到的粉末相对于原料粉末(h-BN粒状物)低于5质量%,原料粉末的95质量%以上通过了10μm过滤器。
将制造条件和根据分级进行了粒度调整的h-BN粉末的评价结果示于表5、6、7。
<实验2-2~实验2-7>
如表5所示变更各条件,除此之外,与实验2-1同样地进行原料粉末的制造和湿式分级处理。
将制造条件和根据分级进行了粒度调整的h-BN粉末的评价结果示于表5、6、7。
<实验2-8~实验2-11>
如表5所示变更各条件,除此之外,与实验2-1同样地进行原料粉末的制造和湿式分级处理。
将制造条件和根据分级进行了粒度调整的h-BN粉末的评价结果示于表5、6、7。
<实验2-12>
针对市售的BN粉末,如表5所示那样与实验例2-1同样地进行湿式分级处理。将制造条件和得到的六方氮化硼粉末的评价结果示于表5、6、7。
<实验2-13>
将原料浆料中的原料粉末(h-BN粒状物)的浓度变更为15质量%,除此之外,与实验2-1同样地想要实施湿式分级处理,但浆料浓度高,为高粘性,因此,浆料基本不通过网,无法进行粒度调整(粗大颗粒的去除)。
[表5]
[表6]
BET=比表面积
[表7]
<填料评价试验B>
将实验2-1~实验2-12中得到的六方氮化硼(h-BN)粉末与环氧树脂混合制备树脂组合物,对于由该树脂组合物成形而得到的树脂片测定导热率,由该结果,进行h-BN粉末作为密封材料用填料的评价。
准备填料评价试验A中也使用的环氧树脂、环氧固化剂。
将上述环氧树脂100质量份、固化剂5质量份与甲乙酮(溶剂)210质量份混合,制备清漆状混合物。
将前述清漆状混合物和前述h-BN粉末与填料评价试验A同样地以树脂35体积%和h-BN粉末65体积%的比率混合,得到树脂组合物。
用Tester产业株式会社制自动涂覆机PI-1210,将上述树脂组合物以厚度25μm左右涂覆于PET薄膜上并干燥,将溶剂去除。
然后,使上述中形成的厚度为25μm的涂覆片2张贴合,在减压下、在下述条件下进行固化,从而在PET薄膜上制作厚度30μm的树脂片。
温度:200℃
压力:5MPa
保持时间:30分钟
需要说明的是,对于用实验2-5的h-BN粉末制备的树脂组合物,改变涂覆量,也制作了厚度为10μm的树脂片。
测定得到的树脂片的导热率,将结果示于表8。
<填料评价试验C(间隙渗透性试验)>
将实验2-1~实验2-12中得到的六方氮化硼(h-BN)粉末与环氧树脂混合制备树脂组合物,对间隙渗透性进行评价,基于该评价,进行h-BN粉末作为密封材料用填料的评价。
准备NIPPON STEEL Chemical&Material Co.,Ltd.制的液态环氧树脂YDF-8170C作为树脂。
将上述h-BN粉末0.85g和液态环氧树脂3g投入至24ml的塑料软膏罐,对该软膏罐在自转/公转混合机中、以公转速度2000rpm、自转速度800rpm进行2分钟处理,得到树脂组合物。需要说明的是,使用THINKY CORPORATION制ARE-310作为自转/公转混合机。
使载玻片2张(76x26mm、厚度1.0mm)错位并磨合,按照以宽1cm产生间隙的方式,以双面胶带贴合,在热板(ASONE HHP-170D)上以3分钟加热至100℃。
需要说明的是,使用日东电工制双面胶带NO.5603(厚度:30μm)或者NO.5601(厚度:10μm)作为双面胶带,以上述间隙成为30μm、20μm或者10μm的方式进行调整。
在加热至100℃的状态下,使贴合了的2张载玻片放倒,在放倒了的状态的载玻片的端部滴加上述中制备的树脂组合物0.005~0.01g,从而使该树脂组合物渗透至上述间隙。用尺子测定渗透开始1分钟后的间隙渗透距离。如果无渗透则记作×。
将结果示于表8。
[表8]
由导热率的测定结果(填料评价试验B),包含2.0~5.0μm的颗粒的比率为50体积%以上的实验2-1~实验2-10的h-BN粉末的树脂组合物在膜厚10~30μm的树脂片中得到了高的导热率。
上述试验测定了树脂片的导热率,以同等程度的厚度填充的密封材料以片状的形状存在,片与密封材料中导热通路形成的机制共通。因此,可以说含有2.0~5.0μm的颗粒的比率为50体积%以上的h-BN粉末的树脂组合物在作为密封材料填充至10~30μm的间隙的情况下,也与树脂片的情况同样地得到了高的导热率。
另外,由渗透性试验(填料评价试验C)的结果可知,在h-BN粉末的粒度计测定粒径小于间隙尺寸的情况下,渗透性变得格外高。由此可以说,通过使六方氮化硼粉末的粒度计测定粒径dG为要填充密封材料的间隙的尺寸以下,间隙渗透性提高,不易产生阻塞,可以有效地防止发生填充不均、气孔、成形不良等问题。
Claims (14)
1.一种六方氮化硼粉末,其具有处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上的、基于湿式法的粒度分布,且基于粒度计测定的粒径dG处于44μm以下的范围。
2.根据权利要求1所述的六方氮化硼粉末,其中,所述基于湿式法的粒度分布中,处于5.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上。
3.根据权利要求2所述的六方氮化硼粉末,其中,所述粒径dG与所述基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的累积粒径D100之比dG/D100为1.0~1.6。
4.根据权利要求1所述的六方氮化硼粉末,其中,所述基于湿式法的粒度分布中,处于2.0~5.0μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上,所述粒径dG处于29μm以下的范围。
5.根据权利要求4所述的六方氮化硼粉末,其中,所述粒径dG与所述基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的累积粒径D100之比dG/D100为1.0~2.3。
6.一种树脂组合物,其在树脂中分散有权利要求1所述的六方氮化硼粉末,所述树脂组合物以30~90体积%的量含有该六方氮化硼粉末。
7.根据权利要求6所述的树脂组合物,其中,所述树脂为有机硅树脂或环氧树脂。
8.根据权利要求6所述的树脂组合物,其中,在所述六方氮化硼粉末所具有的基于湿式法的粒度分布中,处于5.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上,所述树脂组合物用于树脂片的成形。
9.根据权利要求8所述的树脂组合物,其中,所述树脂片的厚度处于20~45μm的范围。
10.根据权利要求6所述的树脂组合物,其中,在所述六方氮化硼粉末所具有的基于湿式法的粒度分布中,处于2.0~5.0μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上、所述基于粒度计测定的粒径dG处于29μm以下的范围,所述树脂组合物用于密封材料的成形。
11.根据权利要求10所述的树脂组合物,其中,所述密封材料用于对在半导体器件中存在的30μm以下的小间隙进行填充的用途。
12.一种制造权利要求1所述的六方氮化硼粉末的方法,其包括如下工序:
准备具有处于2.0~20μm的粒径范围的颗粒的比率为50体积%以上的基于湿式法的粒度分布的六方氮化硼的粒状物作为原料粉末的工序;
使所述原料粉末分散于溶剂,制备该原料粉末的浓度为14质量%以下的原料浆料的工序;
使所述原料浆料通过筛孔为5μm~25μm的过滤器,将粗大颗粒去除的湿式分级工序;
从去除了粗大颗粒的浆料去除溶剂的干燥工序。
13.根据权利要求12所述的制造方法,其中,所述原料粉末的基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的中心粒径D50处于5.0~20μm的范围,去除粗大颗粒的工序中使用的过滤器的筛孔处于15μm~25μm的范围。
14.根据权利要求12所述的制造方法,其中,所述原料粉末的基于湿式法的粒度分布中的以体积换算的中心粒径D50处于2.0~4.0μm的范围,去除粗大颗粒的工序中使用的过滤器的筛孔处于5μm~15μm的范围。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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