JP2011026362A

JP2011026362A - Conductive resin composition

Info

Publication number: JP2011026362A
Application number: JP2009170103A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Fukuda; 泰隆福田; Kiyoshi Shibuya; 清渋谷; Takeshi Fujikawa; 健藤川; Toshihiro Tsuchida; 俊洋土田; Ihei Hayashi; 偉平林
Original assignee: JFE Techno Research Corp
Current assignee: JFE Techno Research Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-02-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive resin composition that can be used for a semiconductor or the like, while preventing a decrease in cleanliness of a clean room caused by peeling or the like and showing no increase in weight of a semiconductor or the like. <P>SOLUTION: The conductive resin composition contains hollow metal balls and the balance composed of a resin, or further contains a conductive assistant selected from metal fibers, carbon black and carbon fibers. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、導電性樹脂組成物に関し、特に、静電気防止対策が必要な半導体や、電磁ノイズ防止が要求される各種電子機器筐体の材料として好適な導電性樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a conductive resin composition, and more particularly to a conductive resin composition suitable as a material for semiconductors that require antistatic measures and various electronic equipment casings that are required to prevent electromagnetic noise.

半導体のように静電気防止対策が要求される製品・部品を製造する場合や、電磁ノイズ防止が要求される各種電子機器筐体を製造する場合、カーボンブラック、カーボンファイバー等を樹脂に均一に分散した導電性樹脂組成物が材料として使用されている。しかし、該導電性樹脂組成物の場合、カーボンブラック、カーボンファイバー等が剥離し、汚染源になるため、清浄さが厳しく要求されるクリーンルーム内での使用に支障があった。これを解決する材料として、金属繊維を樹脂に分散した導電性樹脂組成物が提案されている［特許文献１］。該金属繊維の場合、カーボンブラック、カーボンファイバー等のカーボン系のような発塵がなく、清浄さが要求される用途に好適とされている。
しかし、該金属繊維を用いた場合には、導電性樹脂材料の重量増加があり、大量配合できないという問題があり、用途、用法が制限されることがある。 When manufacturing products and parts that require antistatic measures such as semiconductors, and when manufacturing various electronic equipment casings that require prevention of electromagnetic noise, carbon black, carbon fiber, etc. are uniformly dispersed in the resin. A conductive resin composition is used as a material. However, in the case of the conductive resin composition, carbon black, carbon fiber and the like are peeled off and become a source of contamination, which hinders use in a clean room where strict cleanliness is required. As a material for solving this problem, a conductive resin composition in which metal fibers are dispersed in a resin has been proposed [Patent Document 1]. In the case of this metal fiber, there is no dust generation like carbon type, such as carbon black and carbon fiber, and it is suitable for an application where cleanliness is required.
However, when the metal fiber is used, there is a problem in that the weight of the conductive resin material is increased and a large amount cannot be blended, and the use and usage may be limited.

特開２００７−９０９０号公報JP 2007-9090 A

本発明は、前記問題点、すなわち、剥離等に拠る発塵に起因するクリーンルームの清浄度の低下がなく、半導体等の重量増加の問題がなく、半導体製造等に使用することが可能な導電性樹脂組成物を提供することが目的である。 The present invention has the above-mentioned problems, that is, there is no decrease in clean room cleanliness due to dust generation due to peeling, etc., there is no problem of weight increase of semiconductors, etc., and conductivity that can be used for semiconductor manufacturing etc. It is an object to provide a resin composition.

前記課題を解決する本願発明は下記のとおりである。
（１）中球金属ボールを含有し、残部が樹脂からなることを特徴とする導電性樹脂組成物。
（２）前記中球金属ボールの含有量が２０〜８０ｖｏｌ％であることを特徴とする（１）に記載の導電性樹脂組成物。
（３）中球金属ボール、ならびに、金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーからなる群から選ばれた少なくとも１種の導電性補助剤を含有することを特徴とする導電性樹脂組成物。
（４）導電性樹脂組成物全体に対し、中球金属ボールを３〜８０質量％、金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーからなる群から選ばれた少なくとも１種の導電性補助剤を３〜７０質量％含有し、残部が樹脂からなることを特徴とする（３）に記載の導電性樹脂組成物。 The present invention for solving the above problems is as follows.
(1) A conductive resin composition comprising a medium ball metal ball, the balance being made of a resin.
(2) The conductive resin composition as described in (1) above, wherein the content of the intermediate ball metal ball is 20 to 80 vol%.
(3) A conductive resin composition comprising a medium ball metal ball and at least one conductive auxiliary agent selected from the group consisting of metal fibers, carbon black and carbon fibers.
(4) 3 to 70% by mass of the intermediate ball metal ball, and 3 to 70 at least one conductive auxiliary agent selected from the group consisting of metal fiber, carbon black and carbon fiber with respect to the entire conductive resin composition. The conductive resin composition according to (3), wherein the conductive resin composition is contained in mass%, and the balance is made of resin.

本発明の導電性樹脂組成物は、該組成物を成形してなる成形物中の導電剤である中空金属ボールや、導電性補助剤が剥離して発塵することがなく、したがって、クリーンルームの清浄度の低下がなく、成形体の重量増加の問題がない導電性樹脂組成物であり、特に、静電気防止対策が必要な半導体用や、電磁ノイズ防止が要求される各種電子機器筐体用の材料として好適に使用することができる。 The conductive resin composition of the present invention does not generate dust by peeling off the hollow metal balls as the conductive agent in the molded product formed by molding the composition, or the conductive auxiliary agent. It is a conductive resin composition that does not decrease cleanliness and does not increase the weight of the molded product, especially for semiconductors that require antistatic measures and various electronic equipment cases that require electromagnetic noise prevention. It can be suitably used as a material.

以下、本発明の導電性樹脂組成物、すなわち、中空金属ボール、好ましくは、さらに、金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーからなる群から選ばれた少なくとも１種の導電性補助剤を含有する導電性樹脂組成物について具体的に説明する。 Hereinafter, the conductive resin composition of the present invention, that is, a conductive material containing a hollow metal ball, preferably further containing at least one conductive auxiliary agent selected from the group consisting of metal fiber, carbon black and carbon fiber. The resin composition will be specifically described.

本発明に使用される樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよいが、導電性樹脂の成形性等の点から、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ樹脂（ＡＢＳ）等の汎用樹脂；ポリカーボネート、ポリアセタール等のエンジニアリング樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。 The resin used in the present invention may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin, but a thermoplastic resin is preferred from the viewpoint of moldability of the conductive resin. Examples of the thermoplastic resin include general-purpose resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), and ABS resin (ABS); engineering resins such as polycarbonate and polyacetal. Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin and an acrylic resin.

本発明に使用される中空金属ボールは、樹脂組成物に導電性を付与する導電剤であるが、補強剤としても作用する。該中空金属ボールは、充実金属ボールに比べ軽量であり、重量増加の問題がないことから、半導体等の微小部品の材料として好適である。該中空金属ボールは、カーボンブラック、カーボンファイバーのように、半導体（成形体）としたときに、剥離し、クリーンルームを汚染することがない。
該中空金属ボールの材質は特に限定されるものではないが、コストの点から鉄、鉄合金が好ましい。 The hollow metal ball used in the present invention is a conductive agent that imparts conductivity to the resin composition, but also acts as a reinforcing agent. Since the hollow metal ball is lighter than the solid metal ball and does not have a problem of an increase in weight, it is suitable as a material for a micropart such as a semiconductor. The hollow metal balls are peeled off when used as a semiconductor (molded body) such as carbon black and carbon fiber, and do not contaminate the clean room.
The material of the hollow metal ball is not particularly limited, but iron or iron alloy is preferable from the viewpoint of cost.

特に好ましいのは、表面処理した中空金属ボールである。該中空金属ボールの表面処理は、配合対象の樹脂との親和性・接着性を向上することができる表面処理剤によるものであれば、特に限定されない。該表面処理剤は、加熱すると溶融し、その後冷却すると固化する、ポリオレフィン系接着剤、フェノール系接着剤、ポリアミド系接着剤等、または、加熱すると溶融固化する、エポキシ系接着剤、メラミン系接着剤、ユリア系接着剤等、数百度（摂氏）に加熱すれば溶融する亜鉛等のメッキ剤である。表面処理剤は、配合対象の樹脂と同種のものを使用すれば、より好都合である。 Particularly preferred are surface-treated hollow metal balls. The surface treatment of the hollow metal ball is not particularly limited as long as it is based on a surface treatment agent capable of improving the affinity and adhesiveness with the resin to be blended. The surface treatment agent melts when heated and then solidifies when cooled, polyolefin adhesive, phenolic adhesive, polyamide adhesive, etc., or melts and solidifies when heated, epoxy adhesive, melamine adhesive A plating agent such as zinc that melts when heated to several hundred degrees (Celsius), such as a urea-based adhesive. It is more convenient to use the same surface treating agent as that of the resin to be blended.

該中空金属ボールの形状は特に限定されるものではないが、球状または塊状などの球体に近い形状であることが好ましく、球状がより好ましい。
該中空金属ボールの平均粒子径は０．５〜１．５ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満の場合には、軽量化と両立する殻厚が極端に薄くなり、強度が不足するため、樹脂との混練時に該中空金属ボールが破損する恐れがある。また、１．５ｍｍ超の場合には、成形体の薄肉化に不利となり用途が限定される。平均粒子径が異なる該中空金属ボールを２種以上併用することもできる。
該中空金属ボールの見掛密度は０．２〜２．３ｇ／ｃｍ^３が好ましい。０．２ｇ／ｃｍ^３未満の場合には、殻厚が極端に薄くなり、強度が不足するため、樹脂との混練時に該中空金属ボールが破損する恐れがある。また、２．３ｇ／ｃｍ^３超の場合には、導電性樹脂組成物の軽量化が不十分になり、好ましくない。ここで、見掛密度とはボール重量を４／３Π（ボール半径）^３で割った数値である。 The shape of the hollow metal ball is not particularly limited, but is preferably a shape close to a sphere such as a sphere or a lump, and more preferably a sphere.
The average particle diameter of the hollow metal ball is preferably 0.5 to 1.5 mm. If the thickness is less than 0.5 mm, the shell thickness compatible with weight reduction becomes extremely thin and the strength is insufficient, so that the hollow metal ball may be damaged during kneading with the resin. On the other hand, when the thickness exceeds 1.5 mm, it is disadvantageous for thinning the molded body, and the application is limited. Two or more hollow metal balls having different average particle diameters can be used in combination.
The apparent density of the hollow metal balls is preferably 0.2 to 2.3 g / cm ³ . If it is less than 0.2 g / cm ³ , the shell thickness becomes extremely thin and the strength is insufficient, so that the hollow metal ball may be damaged during kneading with the resin. Moreover, when it exceeds 2.3 g / cm ³ , the weight reduction of the conductive resin composition becomes insufficient, which is not preferable. Here, the apparent density is a numerical value obtained by dividing the weight of the ball by 3/4 (ball radius) ³ .

該中空金属ボールの製造方法を、鉄の場合の１例により説明するが（特開２００７−９２７８号公報、特開２００８−２４９５８号公報参照）、もとより、これに限定されるものではない。
（１）ＰＶＡ水溶液中で、発泡スチロールボールと酸化鉄を攪拌混合し、発泡スチロールボールを核に酸化鉄を造粒する（発泡スチロールボールに酸化鉄をコーテイングする）。
（２）得られた造粒物を大気中で加熱し、発泡スチロールボールを熱分解、気化して、酸化鉄の中空ボールを得る。
（３）該中空酸化鉄ボールを水素中で加熱し、発泡スチロールボールを熱分解、気化して、該中空酸化鉄ボールを還元し、中空鉄ボールを得る。 The method for producing the hollow metal ball will be described with reference to an example of iron (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2007-9278 and 2008-24958), but is not limited to this.
(1) In a PVA aqueous solution, styrofoam balls and iron oxide are stirred and mixed, and iron oxide is granulated using the foamed polystyrene balls as a core (coating iron oxide on the foamed polystyrene balls).
(2) The obtained granulated product is heated in the atmosphere, and the expanded polystyrene ball is pyrolyzed and vaporized to obtain a hollow ball of iron oxide.
(3) The hollow iron oxide ball is heated in hydrogen, the expanded polystyrene ball is pyrolyzed and vaporized, and the hollow iron oxide ball is reduced to obtain a hollow iron ball.

該中空金属ボールの配合量は、金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーからなる群から選ばれた少なくとも１種の導電性補助剤の配合がない、単独使用の場合には、導電性樹脂組成物全体の２０〜８０ｖｏｌ％であることが好ましい。２０ｖｏｌ％未満の場合には、該中空金属ボール同士の接触機会が少なく、電気的接点が不足して、電気抵抗が大きくなる。また、８０ｖｏｌ％超の場合には、相対的に樹脂の量が減少し、成形体の強度が不十分になるので、好ましくない。
該中空金属ボールの配合量は、金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーからなる群から選ばれた少なくとも１種の導電性補助剤との併用の場合には、導電性樹脂組成物全体の３〜８０質量％が好ましい。３質量％未満の場合には、該中空金属ボールと該導電性補助剤との接触機会が少なく、電気的接点が不足して、電気抵抗が大きくなる。また、８０質量％超の場合には、相対的に樹脂の量が減少し、成形体の強度が不十分になるので、好ましくない。 The compounding amount of the hollow metal ball is such that there is no compounding of at least one conductive additive selected from the group consisting of metal fiber, carbon black and carbon fiber. It is preferable that it is 20-80 vol%. If it is less than 20 vol%, there are few opportunities for contact between the hollow metal balls, electrical contacts are insufficient, and electrical resistance increases. On the other hand, if it exceeds 80 vol%, the amount of resin is relatively reduced, and the strength of the molded product becomes insufficient.
When the hollow metal ball is used in combination with at least one conductive auxiliary selected from the group consisting of metal fiber, carbon black and carbon fiber, it is 3 to 80 of the entire conductive resin composition. Mass% is preferred. When the amount is less than 3% by mass, there are few opportunities for contact between the hollow metal ball and the conductive auxiliary agent, electrical contacts are insufficient, and electrical resistance increases. On the other hand, if it exceeds 80% by mass, the amount of the resin is relatively reduced and the strength of the molded article becomes insufficient, which is not preferable.

本発明に使用される導電性補助剤である金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーは、それら自体が導電性を付与する材料であるが、むしろ、本発明においては、分散した該中空金属ボール間に介在して電気的に接合する作用を担うものである。該導電性補助剤の配合により、該中空金属ボール単体の場合よりも配合量を減量しても、導電性樹脂組成物の導電性を同程度に付与することができる。そのため、相対的に樹脂の配合量を増量でき、導電性樹脂組成物の成形性や成形体の強度を増大することができる。 The metal fibers, carbon black, and carbon fibers, which are the conductive auxiliary agents used in the present invention, are materials that impart electrical conductivity, but in the present invention, rather, between the dispersed hollow metal balls. It has the function of interposing and electrically joining. By blending the conductive auxiliary agent, the conductivity of the conductive resin composition can be imparted to the same degree even if the blending amount is reduced as compared with the case of the hollow metal ball alone. Therefore, the amount of the resin can be relatively increased, and the moldability of the conductive resin composition and the strength of the molded body can be increased.

該金属繊維は、直径５〜３０μｍ、長さ１〜１５ｍｍの直線状のものが好ましい。波状、渦巻き状等であっても差しつかえない。５μｍ未満では、細すぎて成形時の剪断力により破断しやすい。３０μｍ超では、アスペクト比が小さくなり、好ましくない。また、１ｍｍ未満では、長さが不足し、金属繊維同士の絡み合いが少なく、導電性の向上が十分でない。１５ｍｍ超では、長いので金属繊維の凝集性が大となり、好ましくない。
該金属繊維の材質は特に限定されないが、耐食性の点からステンレス鋼が好ましい。
該金属繊維は、例えば、ステンレス鋼を研削して、繊維状にした後、振動篩等を用いて分級して製造される。また、引抜伸線法で得た繊維を所望の長さに切断して製造される。 The metal fiber is preferably linear with a diameter of 5 to 30 μm and a length of 1 to 15 mm. Even wavy, spiral, etc. are acceptable. If it is less than 5 μm, it is too thin and easily breaks due to the shearing force during molding. If it exceeds 30 μm, the aspect ratio becomes small, which is not preferable. On the other hand, when the length is less than 1 mm, the length is insufficient, the metal fibers are not entangled with each other, and the conductivity is not sufficiently improved. If it exceeds 15 mm, it is long, so the cohesiveness of the metal fibers becomes large, which is not preferable.
The material of the metal fiber is not particularly limited, but stainless steel is preferable from the viewpoint of corrosion resistance.
The metal fiber is manufactured by, for example, grinding stainless steel to form a fiber and then classifying it using a vibration sieve or the like. Moreover, it is manufactured by cutting the fiber obtained by the drawing wire method into a desired length.

カーボンブラックはその種類、製法に特に限定されないが、アセチレンブラックも含む。導電性の高いアセチレンブラックが好ましい。 Carbon black is not particularly limited in its type and manufacturing method, but also includes acetylene black. Highly conductive acetylene black is preferred.

該導電性補助剤は金属繊維、カーボンブラック、カーボンファイバーの併用でも構わない。 The conductive auxiliary agent may be a combination of metal fiber, carbon black, and carbon fiber.

本発明の導電性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂に中空金属ボール、さらには、金属繊維、カーボンブラックおよびカーボンファイバーからなる群から選ばれた少なくとも１種の導電性補助剤を一軸押出機等により混練し、造粒することにより製造される。前記混練の際に、各種添加剤を配合してもよい。
本発明の導電性樹脂組成物は、その後、射出成形、押出成形等の成形手段により所望の形状に成形され、所望の成形体になる。
熱可塑性樹脂の代わりに熱硬化性樹脂を用いた場合は、本発明の導電性樹脂組成物は混合機、混練機を用いて製造される。そして、加熱溶融した導電性樹脂組成物を金型に充填して、注型成形され、成形体になる。 The conductive resin composition of the present invention comprises a thermoplastic resin and a hollow metal ball, and at least one conductive auxiliary agent selected from the group consisting of metal fiber, carbon black and carbon fiber by a single screw extruder or the like. It is manufactured by kneading and granulating. Various additives may be blended during the kneading.
Thereafter, the conductive resin composition of the present invention is molded into a desired shape by a molding means such as injection molding or extrusion molding to obtain a desired molded body.
When a thermosetting resin is used instead of the thermoplastic resin, the conductive resin composition of the present invention is produced using a mixer and a kneader. Then, the conductive resin composition heated and melted is filled into a mold and cast and formed into a molded body.

表１に示す樹脂、中空鉄ボール、導電性補助剤を、表１に示す方法で、３×１５０×１５０ｍｍの大きさに成形した。得られた成形体の電気抵抗を測定した。結果を表１に示した。
電気抵抗は、電極間距離１５ｍｍ、印加電圧９Ｖで測定した時の電極間の表面抵抗値（Ω／ｓｑ）で評価した。
また、発塵評価のため、摩耗テスト（ＪＩＳＫ７２１８）を行った。荷重１４ｋｇｆの鋼材を６０分／９００ｍｍ滑らせた時の体積摩耗量を相対値比較した。 The resin, hollow iron ball, and conductive auxiliary agent shown in Table 1 were molded into a size of 3 × 150 × 150 mm by the method shown in Table 1. The electrical resistance of the obtained molded body was measured. The results are shown in Table 1.
The electrical resistance was evaluated by the surface resistance value (Ω / sq) between the electrodes when measured at a distance between electrodes of 15 mm and an applied voltage of 9V.
In addition, a wear test (JIS K7218) was performed for dust generation evaluation. The relative amount of volume wear when a steel material with a load of 14 kgf was slid for 60 minutes / 900 mm was compared.

表１から、本発明の導電性樹脂組成物は軽量性、導電性、低発塵性を併せもった材料であることが判る。 From Table 1, it can be seen that the conductive resin composition of the present invention is a material having light weight, conductivity, and low dust generation.

本発明の導電性樹脂組成物は、静電気防止対策が必要な半導体用や、電磁ノイズ防止が要求される各種電子機器筐体用の材料として好適に使用することができる。

The conductive resin composition of the present invention can be suitably used as a material for semiconductors that require antistatic measures and various electronic equipment casings that are required to prevent electromagnetic noise.

Claims

A conductive resin composition comprising a medium ball metal ball, the balance being made of a resin.

2. The conductive resin composition according to claim 1, wherein the content of the middle spherical metal ball is 20 to 80 vol%.

A conductive resin composition comprising an intermediate ball metal ball and at least one conductive auxiliary agent selected from the group consisting of metal fiber, carbon black and carbon fiber.

3-80% by mass of intermediate ball metal balls and 3-70% by mass of at least one conductive auxiliary material selected from the group consisting of metal fibers, carbon black, and carbon fibers with respect to the entire conductive resin composition And the remainder consists of resin, The conductive resin composition of Claim 3 characterized by the above-mentioned.