JP2016141808A - 無機充填剤、これを含む樹脂組成物及びこれを利用した放熱基板 - Google Patents

無機充填剤、これを含む樹脂組成物及びこれを利用した放熱基板 Download PDF

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Abstract

【課題】樹脂組成物に含まれる熱伝導性と放熱性に優れ、電気絶縁性に優れる窒化ホウ素の熱伝導性の異方性、板状窒化ホウ素の凝集体内の空隙及び結合力が弱くて割れ易く、潤滑性に富むことによる他の物質と親和度が下がる等の問題点を解消した無機充填剤の提供。【解決手段】窒化ホウ素凝集体と、前記窒化ホウ素凝集体上に形成され、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２を含むコーティング層と、を含み、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される無機充填剤。【選択図】なし

Description

本発明は、無機充填剤に関し、より詳しくは、樹脂組成物に含まれる無機充填剤に関する。
発光ダイオード(ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ)などの発光素子を含む発光装置が各種光源で利用されている。半導体技術の発展に従って発光素子の高出力化が加速化されており、このような発光素子が放出する多量の光及び熱に安定的に対応するために発光素子の放熱性能が要求されている。
また、電子部品の高集積化及び高容量化によって電子部品が搭載される印刷回路基板の放熱問題に対する関心が大きくなっている。
一般的に、発光素子または印刷回路基板の放熱のためには樹脂及び無機充填剤を含む樹脂組成物を使用することができる。
この時、無機充填剤は、窒化ホウ素を含むことができる。窒化ホウ素は、熱伝導性と放熱性が優秀であり、電気抵抗値が高いので、電気絶縁性能が優秀である。但し、窒化ホウ素は、異方性の熱伝導特性を有する問題がある。このような問題を解決するために、板状の窒化ホウ素を凝集した窒化ホウ素凝集体(ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ)を使用することができるが、窒化ホウ素凝集体内の空隙により熱伝導性能が低くなることができ、板状の窒化ホウ素の間の結合力が弱くて窒化ホウ素凝集体が割れやすい。
また、窒化ホウ素は、摩擦係数が低くて潤滑性が優秀なので、他の物質との親和度が下がる問題がある。
したがって、前記のような従来の諸問題点を解消するために提案されたものであって、本発明の目的は、樹脂組成物に含まれる無機充填剤を提供することにある。
本発明の一実施例による無機充填剤は、窒化ホウ素凝集体と、前記窒化ホウ素凝集体上に形成され、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２を含むコーティング層と、を含み、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される。
前記コーティング層は、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２を含むことができる。
前記コーティング層は、下記作用基を含むことができる。
前記コーティング層は、下記単位体を有する高分子を含むことができる。
前記コーティング層の厚さは、１μｍ〜２μｍであることができる。
本発明の他の実施例による無機充填剤は、窒化ホウ素凝集体；及び前記窒化ホウ素凝集体内に形成された空隙を含み、前記空隙の少なくとも一部はＳｉを含有する無機物で充填される。
前記窒化ホウ素凝集体の表面に形成され、前記Ｓｉを含有する無機物からなるコーティング層をさらに含み、前記コーティング層上に作用基が形成されることができる。
前記作用基は、アミノ基を含むことができる。
前記Ｓｉを含む無機物は、シリコンオキシカーボナイトライド(ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮＯ)またはシリコンカーボナイトライド(ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮ)を含むことができる。
本発明の一実施例による樹脂組成物は、樹脂と、窒化ホウ素凝集体を含む無機充填剤と、を含み、前記窒化ホウ素凝集体上には、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２が含まれるコーティング層が形成され、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される。
前記樹脂は、エポキシ系樹脂であり、前記無機充填剤は、酸化アルミニウムをさらに含む。前記エポキシ系樹脂は、１５〜３５ｖｏｌ％を含み、前記無機充填剤は、６５〜８５ｖｏｌ％を含むことができる。
前記無機充填剤１００ｖｏｌ％に対して、前記コーティング層が形成された窒化ホウ素凝集体５５〜８５ｖｏｌ％；及び前記酸化アルミニウム１５〜４５ｖｏｌ％含むことができる。
本発明の一実施例による放熱基板は、樹脂と、窒化ホウ素凝集体を含む無機充填剤と、を含み、前記窒化ホウ素凝集体上には、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２が含まれるコーティング層が形成され、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される樹脂組成物を含む。
前記放熱基板の熱伝導度は、１８Ｗ/ｍＫ以上であることができる。
前記放熱基板の剥離強度は、０.８Ｋｇｆ/ｃｍ以上であることができる。
本発明の一実施例による樹脂及び表面コーティングされた窒化ホウ素凝集体を含む樹脂組成物からなる放熱基板は、前記放熱基板を、高さ１２７ｍｍ、横３.２ｍｍ、縦１２.７ｍｍである四角柱形状の試片または高さ８０±２ｍｍ、横４±０.２ｍｍ、縦１０±０.２ｍｍである四角柱形状の試片で製作し、前記試片に１０ｍｍ/ｍｉｎの速度で所定の荷重を加えて前記放熱基板を１部分と２部分に破壊する場合、前記１部分と前記２部分の破断面が全て前記コーティングされた窒化ホウ素凝集体の破片を含む。
前記窒化ホウ素凝集体の破片の直径は、前記窒化ホウ素凝集体の平均直径の３０％以上であることができる。
前記窒化ホウ素凝集体のコーティング層は、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２を含むことができる。
前記窒化ホウ素凝集体の破片は、前記１部分と前記２部分の破断面のお互いに対応する位置に形成されることができる。
本発明の実施例によれば、印刷回路基板または発光素子パッケージに適用される樹脂組成物に含まれる無機充填剤を得ることができる。これによって、分散性が良好であり、絶縁性能が優秀であり、熱伝導度が高くて、接着力及び加工性が優秀な樹脂組成物を得ることができる。特に、等方性の優秀な熱伝導特性を有し、樹脂との親和力が改善されて剥離強度及び屈曲強度が優秀な無機充填剤を得ることができる。
窒化ホウ素凝集体を示した図である。 本発明の一実施例によってポリシラザンとアミノシランで処理された窒化ホウ素凝集体を示した図である。 本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造する方法を示した図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板を示した断面図である。 本発明の一実施例による発光素子モジュールを示した断面図である。 本発明の一実施例による印刷回路基板上に形成された発光素子モジュールを示した断面図である。 実施例３−１による破断面のＳＥＭ写真である。 比較例３−１による破断面のＳＥＭ写真である。
本発明は、多様に変更可能であり、様々な実施形態を有することができる。ここでは、特定の実施形態を図面に例示して詳細に説明する。しかし、これは本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するために使用することができるが、前記構成要素は前記用語により限定されものではない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するための目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を脱しない範囲で、第１の構成要素は第２の構成要素と命名することができ、類似に第２の構成要素も第１の構成要素と命名することができる。及び/またはとの用語は、複数の関連された記載された項目の組合せまたは複数の関連された記載された項目の中のいずれか一項目を含む。
本明細書で使用した用語は、但し、特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明はこれに限定されるものではない。単数の表現は、文脈上明白に相違に記載しない限り複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するのであって、一つまたはその以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加可能性をあらかじめ排除することではない。
特定しない限り、技術的や科学的な用語を含んでここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解される意味と同一な意味を有する。一般的に使用される辞典に定義された用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致することと解でき、本出願において明白に定義しない限り、理想的や過度に形式的な意味を有することで解釈できない。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あると示す場合、これは他の部分の「直上に」ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上に」にあると示す場合には、中間に他の部分がないことを意味する。
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。本発明の説明において、全体的な理解を容易にするために図面上の同一な構成要素に対しては同一な参照符号を使用し、同一な構成要素に対して重複された説明は省略する。
本発明の実施例による樹脂組成物は、樹脂及び無機充填剤を含む。ここで、樹脂は、エポキシ化合物及び硬化剤を含むことができる。この時、エポキシ化合物１０体積比に対して、硬化剤１〜１０体積比で含まれることができる。本明細書において、エポキシ化合物は、エポキシ系樹脂と混用されることができる。
ここで、エポキシ化合物は、結晶性エポキシ化合物、非結晶性エポキシ化合物及びシリコンエポキシ化合物の中で少なくとも一つを含むことができる。
結晶性エポキシ化合物は、メソゲン(ｍｅｓｏｇｅｎ)構造を含むことができる。メソゲン(ｍｅｓｏｇｅｎ)は、液晶(ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ)の基本単位であり、剛性(ｒｉｇｉｄ)構造を含む。
また、非結晶性エポキシ化合物は、分子のうちエポキシ基を２個以上有する通常の非結晶性エポキシ化合物であることができ、例えば、ビスフェノールＡまたはビスフェノールＦから誘導されるグリシジルエーテル化物であることができる。
ここで、硬化剤は、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、酸無水物系硬化剤、ポリメルカプタン系硬化剤、ポリアミノアミド系硬化剤、イソシアネート系硬化剤及びブロックイソシアネート系硬化剤の中で少なくとも一つを含むことができ、２種類以上の硬化剤を混合して使用してもよい。
また、無機充填剤は、板状の窒化ホウ素が凝集された窒化ホウ素凝集体及び酸化アルミニウムを含む。
ここで、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体上には、Ｓｉを含有する無機物からなるコーティング層が形成され、コーティング層上には、アミノ基が形成される。また、Ｓｉを含有する無機物は、窒化ホウ素凝集体内の空隙の少なくとも一部を充填することができる。
この時、Ｓｉを含有する無機物は、Ｎをさらに含むことができる。また、Ｓｉを含む無機物は、Ｃ及びＯの中で少なくとも一つをさらに含んでもよい。例えば、Ｓｉを含む無機物は、シリコンオキシカーボナイトライド(ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮＯ)またはシリコンカーボナイトライド(ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮ)を含むことができる。
すなわち、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体上に形成されたコーティング層は、下記作用基１を含む。
［作用基１］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができる。
作用基１は、下記作用基２を含むことができる。
［作用基２］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができる。
また、作用基２は、下記作用基３を含むことができる。
［作用基３］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができる。
また、作用基３は、下記作用基４を含むことができる。
［作用基４］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができる。
すなわち、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体上に形成されたコーティング層は、下記単位体を有する高分子を含む。
このように、Ｓｉを含有する無機物が窒化ホウ素凝集体上にコーティングされ、窒化ホウ素凝集体内の空隙の少なくとも一部を充填すれば、窒化ホウ素凝集体内の空気層が最小化されて窒化ホウ素凝集体の熱伝導性能を高めることができ、板状の窒化ホウ素の間の結合力を高めて窒化ホウ素凝集体が割れることを防止することができる。また、窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成すれば、作用基の形成が容易になり、窒化ホウ素凝集体のコーティング層上に作用基が形成されると、樹脂との親和度が高くなる。
図１は、窒化ホウ素凝集体を示し、図２は、本発明の一実施例によってポリシラザンとアミノシランで処理された窒化ホウ素凝集体を示す。図１を参照すれば、窒化ホウ素凝集体１０は、板状の窒化ホウ素が凝集して形成される。図２を参照すれば、窒化ホウ素凝集体１０の表面上にコーティング層２０が形成される。コーティング層２０は、無機物を含むことができ、無機物は、Ｓｉなどを含むことができる。また、コーティング層２０上には、作用基、例えば、アミノ基が形成される。
この時、Ｓｉを含む無機物は、化学式１のポリシラザン(ｐｏｌｙｓｉｌａｚａｎｅ、ＰＳＺ)から形成されることができる。
［化学式１］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができ、ｎは、正の整数である。
ポリシラザンからＳｉを含む無機物を形成するメカニズムは、下の反応式１のようである。
［反応式１］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができ、ｎは、正の整数である。
すなわち、ポリシラザンは、加水分解(ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｒｅａｃｔｉｏｎ)を経てＳｉとＮ間の結合が切れた後、縮合(ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ)反応の過程を経てＳｉを含有する無機物に形成されることができる。ポリシラザンは、単分子であるシラザンに比べて分子量が大きい。これによって、ポリシラザンから形成されたＳｉを含む無機物は、窒化ホウ素凝集体上に均一にコーティングされることができ、窒化ホウ素凝集体内の空隙に容易に染みこむことができる。また、単分子であるシラザンで窒化ホウ素凝集体をコーティングする場合、コーティング層の−ＮＨ基または−ＮＨ２基は、Ｓｉ分子に直接結合され、分子の末端に結合されてコーティング層表面に−ＮＨ基または−ＮＨ２作用基を形成することができない。しかし、本発明のポリシラザンを利用して窒化ホウ素凝集体をコーティングする場合、−ＮＨ２基は、Ｓｉ分子に直接結合されないでＳｉと結合されたＲ基に結合され、コーティング層表面に−ＮＨ２作用基を形成することができるので、樹脂窒化ホウ素凝集体の結合力を高める。
本発明の一実施例によれば、コーティング層上にアミノ基を形成するために、ポリシラザンに添加剤、例えば、アミノシランを追加することができる。ポリシラザンとアミノシラン間の反応メカニズムは、反応式２のようである。
［反応式２］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができる。
すなわち、反応式２のように、アミノシランは、加水分解されたポリシラザンと縮合反応してアミノ基を含む無機物を形成することができる。この時、アミノシランは、化学式２から誘導されることができる。
［化学式２］
ここで、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択されることができる。
図３は、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造する方法を示す。
図３を参照すれば、図１の窒化ホウ素凝集体をポリシラザン、アミノシラン及び溶媒と混合した後(ステップＳ１００)、窒化ホウ素凝集体をコーティングさせる(ステップＳ１１０)。この時、真空状態で溶媒を揮発させる。ここで、窒化ホウ素凝集体は、板状の窒化ホウ素が凝集された凝集体(ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ)を意味する。窒化ホウ素凝集体をＥＤＸ分析すれば、Ｂは、５８.４２ｗｔ％、Ｎは、４１.５８ｗｔ％である。
これによって、窒化ホウ素凝集体の空隙内及び表面には、液状のＳｉを含む無機物が形成される。この時、窒化ホウ素凝集体をＥＤＸ分析すれば、Ｂは、５０.９８ｗｔ％、Ｃは、６.８５ｗｔ％、Ｎは、３２.０７ｗｔ％、Ｏは、３.４１ｗｔ％、Ｓｉは、２.９７ｗｔ％である。
次に、混合物を湿式硬化し(ステップＳ１２０)、焼結する(ステップＳ１３０)。このために、混合物を１６０〜１８０℃で１２〜２４時間の間処理した後、３００℃で２〜４時間の間熱分解(ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ)する。熱分解過程を通じてＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＮＨ３などは放出され、空隙内及び表面がＳｉを含む無機物で満たされた図２の窒化ホウ素凝集体を得ることができる。この時、窒化ホウ素凝集体をＥＤＸ分析すれば、Ｂは、４５.９５ｗｔ％、Ｃは、８.７９ｗｔ％、Ｎは、３５.０６ｗｔ％、Ｏは、５.３５ｗｔ％、Ｓｉは、４.８５ｗｔ％である。
ステップＳ１３０の熱分解過程を窒素雰囲気で実行すれば、空隙は、ＳｉＣＮを含む無機物で満たされる。
このようにポリシラザンを窒化ホウ素凝集体と混合した後に加熱すれば、加水分解後に重合されて窒化ホウ素凝集体の空隙内に染みこむか窒化ホウ素凝集体の表面上にコーティングされる。ポリシラザンは、単量体のシラザンに比べて重合反応が容易に起きるので、窒化ホウ素凝集体の空隙内に容易に染みこむことができ、窒化ホウ素凝集体の表面上に均一にコーティングされることができる。
この時、窒化ホウ素凝集体１０上に形成されるコーティング層の厚さは、１μｍ〜２μｍであることができる。コーティング層の厚さが１μｍ未満であれば、コーティング層上にアミノ基が十分に形成されないので、剥離強度が低くなる。一方、コーティング層の厚さが２μｍを超過すれば、窒化ホウ素凝集体がお互いに凝集されるので、熱伝導度が低くなる。
ここで、本発明の実施例による窒化ホウ素凝集体を含む樹脂組成物は、樹脂１５〜３５ｖｏｌ％及び無機充填剤６５〜８５ｖｏｌ％を含むことができる。樹脂及び無機充填剤をこのような数値範囲で含むことにより、良好な熱伝導度、常温安全性及び分散性を有する樹脂組成物を得ることができる。特に、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を含む無機充填剤が８５ｖｏｌ％を超過して含まれると、相対的に樹脂の含量が減少されて無機充填剤及び樹脂の間に微細空隙が形成されるので、熱伝導度がむしろ低くなり、剥離強度及び屈曲強度が低くなる。また、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を含む無機充填剤が６５ｖｏｌ％未満で含まれると、熱伝導度が低くなる。
この時、無機充填剤１００ｖｏｌ％に対して、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体５５〜８５ｖｏｌ％、酸化アルミニウム１５〜４５ｖｏｌ％を含むことができる。無機充填剤１００ｖｏｌ％に対して本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体が８５ｖｏｌ％を超過して含まれると、剥離強度が低くなる。また、無機充填剤１００ｖｏｌ％に対して本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体が５５ｖｏｌ％未満で含まれると、熱伝導度が低くなる。
本発明の一実施例による無機充填剤を含む樹脂組成物は、印刷回路基板に適用されることができる。図４は、本発明の一実施例による印刷回路基板の断面図である。
図４を参照すれば、印刷回路基板１００は、基板１１０、絶縁層１２０及び回路パターン１３０を含む。
基板１１０は、銅、アルミニウム、ニッケル、金、白金及びこれらから選択された合金からなることができる。
基板１１０上には、本発明の一実施例による無機充填剤を含む樹脂組成物からなる絶縁層１２０が形成される。
絶縁層１２０上には、回路パターン１３０が形成される。回路パターン１３０は、銅、ニッケルなどの金属からなることができる。
絶縁層１２０は、基板１１０と回路パターン１３０の間を絶縁する。
本発明の一実施例による無機充填剤を含む樹脂組成物は、発光素子モジュールにも適用されることができる。図５は、本発明の一実施例による発光素子モジュールの断面図であり、図６は、本発明の一実施例による印刷回路基板上に形成された発光素子モジュールの断面図である。
図５を参照すれば、発光素子モジュール４００は、下部配線４１０、下部配線４１０上に形成される放熱基板４２０、放熱基板４２０上に形成される上部配線４３０、上部配線４３０上に形成される発光素子４４０、発光素子４４０上に形成される蛍光体層４５０、下部配線４１０と上部配線４３０を連結するビア(ｖｉａ)４６０及びレンズ４７０を含む。放熱基板４２０は、本発明の一実施例による無機充填剤を含む樹脂組成物からなることができる。
図６を参照すれば、印刷回路基板５００は、基板５１０及び基板５１０上に形成された配線５２０を含み、印刷回路基板５００と発光素子モジュール４００は、半田６００により結合される。
本発明の一実施例による無機充填剤を含む樹脂組成物からなる放熱基板は、高さ１２７ｍｍ、横３.２ｍｍ、縦１２.７ｍｍである四角柱形状の試片または高さ８０±２ｍｍ、横４±０.２ｍｍ、縦１０±０.２ｍｍである四角柱形状の試片で製作し、前記試片に１０ｍｍ/ｍｉｎの速度で所定の荷重を加えて前記放熱基板を１部分と２部分に破壊する場合、前記１部分と前記２部分の破断面が全て前記コーティングされた窒化ホウ素凝集体の破片を含む。
この時、窒化ホウ素凝集体破片の直径は、前記窒化ホウ素凝集体の平均直径の３０％以上であることができる。
前記窒化ホウ素凝集体の破片は、前記１部分と前記２部分の破断面のお互いに対応する位置に形成されることができる。
以下、実施例及び比較例を利用してより具体的に説明する。
［実験例］
実施例及び比較例から得た樹脂組成物を硬化させた後、直径が１２.７ｍｍであり、厚さが４５０μｍである円形サンプルを製作した。円形サンプルをＮＥＴＺＳＣＨ社製のＬＦＡ４４７型熱伝導率計に入れて、非正常熱線法により熱伝導率を測定した。
そして、６２.５ｍｍ厚さの銅基板上に実施例及び比較例から得た樹脂組成物を４５０μｍの厚さでコーティングした後、１５０℃で１５分間乾燥させた。その後、樹脂組成物上に６２.５ｍｍ厚さの銅基板を積層した後、０.１ｔｏｒｒ、１８０℃、５０Ｍｐａの条件で真空プレスを実行してサンプルを製作した。５０ｍｍ/ｍｉｎの速度で垂直方向(９０゜の角度)に持ち上げる条件でＹＭテック社の装備を使用して剥離強度(ｐｅｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ)を測定した。
そして、実施例及び比較例から得た樹脂組成物を利用してＡＳＴＭ規格(１２７ｍｍ×１２.７ｍｍ×３.２ｍｍ)のサンプルを製作した後、３点曲げ試験(３−ｐｏｉｎｔ ｂｅｎｄｉｎｇ)機を使用して材料の曲げ強度を測定した。すなわち、３点曲げ試験機を使用して１０ｍｍ/ｍｉｎの速度でサンプルが置かれた垂直方向に所定の荷重を加えて押して応力を測定した。この時、加わる応力は、例えば、１０ｋｇ重であることができる。
［窒化ホウ素凝集体の製造］
＜実施例１−１＞
板状の窒化ホウ素が凝集された窒化ホウ素凝集体４６.７ｖｏｌ％、化学式１のポリシラザン４.６５ｖｏｌ％、化学式２のアミノシラン４.６５ｖｏｌ％及びアセトンソルベントを混合し、８０℃で窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成した後、１８０℃で１２時間の間湿式硬化させて、３００℃で４時間の間焼結(ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ)して、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造した。酸化アルミニウム２４ｖｏｌ％、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物１６.２ｖｏｌ％、ジアミノジフェニルスルホン３.８ｖｏｌ％をさらに添加して撹拌した。
＜比較例１−１＞
板状の窒化ホウ素が凝集された窒化ホウ素凝集体４６.７ｖｏｌ％、化学式１のポリシラザン４.６５ｖｏｌ％、エポキシシラン４.６５ｖｏｌ％及びアセトンソルベントを混合し、８０℃で窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成した後、１８０℃で１２時間の間湿式硬化させて、３００℃で４時間の間焼結(ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ)して、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造した。酸化アルミニウム２４ｖｏｌ％、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物１６.２ｖｏｌ％、ジアミノジフェニルスルホン３.８ｖｏｌ％をさらに添加して撹拌した。
＜比較例１−２＞
板状の窒化ホウ素が凝集された窒化ホウ素凝集体４６.７ｖｏｌ％、化学式１のポリシラザン４.６５ｖｏｌ％、アクリルシラン４.６５ｖｏｌ％及びアセトンソルベントを混合し、８０℃で窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成した後、１８０℃で１２時間の間湿式硬化させて、３００℃で４時間の間焼結(ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ)して、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造した。酸化アルミニウム２４ｖｏｌ％、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物１６.２ｖｏｌ％、ジアミノジフェニルスルホン３.８ｖｏｌ％をさらに添加して撹拌した。
表１は、実施例１−１、比較例１−１及び比較例１−２によって製造された樹脂組成物を利用して熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度を測定した結果である。
表１のように、アミノシランを利用して窒化ホウ素凝集体のコーティング層上にアミノ基を形成した実施例１−１は、熱伝導度が１８Ｗ/ｍＫ以上であり、剥離強度は、０.８Ｋｇｆ/cm以上であり、屈曲強度は、３０ＭＰａ以上であることが分かる。一方、エポキシシランまたはアクリルシランを利用して窒化ホウ素凝集体のコーティング層上にエポキシ基またはアクリル基を形成した比較例１−１及び比較例１−２は、実施例１−１に比べて相対的に熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度が低いことが分かる。
［コーティングの厚さ］
窒化ホウ素凝集体、化学式１のポリシラザン、化学式２のアミノシラン及びアセトンソルベントを混合した後、８０℃の窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成した後、１８０℃で１２時間の間湿式硬化させて、３００℃で４時間の間焼結(ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ)して、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造した。製造された窒化ホウ素凝集体５６ｖｏｌ％、酸化アルミニウム２４ｖｏｌ％、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物１６.２ｖｏｌ％、ジアミノジフェニルスルホン３.８ｖｏｌ％を撹拌した。窒化ホウ素凝集体、化学式１のポリシラザン及び化学式２のアミノシラン間の相対的な含量比または窒化ホウ素凝集体、化学式１のポリシラザン及び化学式２のアミノシランの撹拌時間を異にしてコーティングの厚さを調節した。
コーティングの厚さは、窒化ホウ素凝集体の破断面のＳＥＭ写真を利用して測定した。すなわち、ＳＥＭ写真上で一つの窒化ホウ素凝集体を基準として５個の地点でコーティング層の厚さを測定し、５個のコーティングの厚さを平均した。各地点でのコーティングの厚さは、窒化ホウ素凝集体とコーティング層との間の境界面からコーティング層の最外郭までの距離により測定した。
表２は、窒化ホウ素凝集体の表面上に形成されたコーティングの厚さによって熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度を測定した結果を示す。
表２のように、コーティングの厚さが１μｍ〜２μｍである実施例２−１〜実施例２−３は、熱伝導度が１８Ｗ/ｍＫ以上であり、剥離強度は、０.８Ｋｇｆ/cm以上であり、屈曲強度は、３０ＭＰａ以上であることが分かる。一方、コーティング厚さが１μｍ未満であるか、２μｍを超過する比較例２−１〜比較例２−６は、実施例２−１〜実施例２−３に比べて相対的に熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度が低いことが分かる。
［破断面の形成］
＜実施例３−１＞
実施例１−１によって製造された樹脂組成物を利用してＡＳＴＭ規格(１２７ｍｍ×１２.７ｍｍ×３.２ｍｍ)のサンプルを製作した後、すなわち、３点曲げ試験機を使用して１０ｍｍ/ｍｉｎの速度でサンプルが置かれた垂直方向にサンプルが割れるまで荷重を加えて押した。
＜比較例３−１＞
ポリシラザン及びアミノシランで表面処理にならない窒化ホウ素凝集体５６ｖｏｌ％、酸化アルミニウム２４ｖｏｌ％、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物１６.２ｖｏｌ％、ジアミノジフェニルスルホン３.８ｖｏｌ％をさらに添加し撹拌して樹脂組成物を得た。 樹脂組成物を利用してＡＳＴＭ規格(１２７ｍｍ×１２.７ｍｍ×３.２ｍｍ)のサンプルを製作した後、すなわち、３点曲げ試験機を使用して１０ｍｍ/ｍｉｎの速度でサンプルが置かれた垂直方向にサンプルが割れるまで荷重を加えて押した。
図７は、実施例３−１による破断面のＳＥＭ写真であり、図８は、比較例３−１による破断面のＳＥＭ写真である。
図７及び図８を参照すれば、実施例３−１及び比較例３−１によって製作された放熱基板に所定の力を加えると、放熱基板が割れる。この時、実施例３−１によって製作された放熱基板に含まれる窒化ホウ素凝集体は、放熱基板とともに割れる。すなわち、放熱基板の割れた両面には窒化ホウ素凝集体の破断面が形成され、窒化ホウ素凝集体の破断面は割れた両面のお互いに対応する位置に形成されることができる。これは、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体は樹脂との親和度が高いからである。一方、比較例３−１によって製作された放熱基板に含まれる窒化ホウ素凝集体は、樹脂との親和力が低いので、窒化ホウ素凝集体が割れるのではなく、窒化ホウ素凝集体が樹脂から分離される。これによって、図８のように、比較例３−１によって製作された放熱基板に所定の力が加わっても窒化ホウ素凝集体の破断面は形成されない。
［樹脂組成物の含量範囲］
窒化ホウ素凝集体、化学式１のポリシラザン、化学式２のアミノシラン及びアセトンソルベントを混合した後、８０℃の窒化ホウ素凝集体上にコーティング層を形成した後、１８０℃で１２時間の間湿式硬化させて、３００℃で４時間の間焼結(ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ)して、本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体を製造した。この時、窒化ホウ素凝集体、ポリシラザン及びアミノシランは、４６.７：４.６５：４.６５の体積比で混合した。本発明の一実施例による窒化ホウ素凝集体、酸化アルミニウム、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物及びジアミノジフェニルスルホンを撹拌して樹脂組成物を製造した。すべての実施例及び比較例で樹脂１００ｖｏｌ％に対して、ビスフェノールＡ型エポキシ化合物８１ｖｏｌ％及びジアミノジフェニルスルホン１９ｖｏｌ％が添加された。表３は、実施例による樹脂組成物の含量を示し、表４は、比較例による樹脂組成物の含量を示し、表５は、実施例による熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度を測定した結果を示し、表６は、比較例による熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度を測定した結果を示す。
表３〜表６のように、樹脂を１５〜３５ｖｏｌ％で含み、無機充填剤は６５〜８５ｖｏｌ％で含み、無機充填剤１００ｖｏｌ％に対して、窒化ホウ素凝集体は５５〜８５ｖｏｌ％、酸化アルミニウムは１５〜４５ｖｏｌ％で含む実施例４−１〜実施例４−１６は、熱伝導度が１８Ｗ/ｍＫ以上であり、剥離強度は、０.８Ｋｇｆ/cm以上であり、屈曲強度は、３０ＭＰａ以上であることが分かる。一方、このような数値範囲を脱する比較例４−１〜比較例４−２０は、実施例４−１〜実施例４−１６に比べて相対的に熱伝導度、剥離強度及び屈曲強度が低いことが分かる。
以上、添付した図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。
１００：印刷回路基板
１１０：基板
１２０：絶縁層
１３０：回路パターン

Claims (20)

  1. 窒化ホウ素凝集体と、
    前記窒化ホウ素凝集体上に形成され、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２を含むコーティング層と、を含み、
    Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される
    ことを特徴とする無機充填剤。
  2. 前記コーティング層は、−Ｏ−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２を含むことを特徴とする請求項１に記載の無機充填剤。
  3. 前記コーティング層は、下記作用基を含むことを特徴とする請求項２に記載の無機充填剤。
  4. 前記コーティング層は、下記単位体を有する高分子を含むことを特徴とする請求項３に記載の無機充填剤。
  5. 前記コーティング層の厚さは、１μｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の無機充填剤。
  6. 窒化ホウ素凝集体と、
    前記窒化ホウ素凝集体内に形成された空隙と、を含み、
    前記空隙の少なくとも一部はＳｉを含有する無機物で充填される
    ことを特徴とする無機充填剤。
  7. 前記窒化ホウ素凝集体の表面に形成され、前記Ｓｉを含む無機物からなるコーティング層をさらに含み、
    前記コーティング層上に作用基が形成されることを特徴とする請求項６に記載の無機充填剤。
  8. 前記作用基は、アミノ基を含むことを特徴とする請求項７に記載の無機充填剤 。
  9. 前記Ｓｉを含む無機物は、シリコンオキシカーボナイトライド(ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮＯ)またはシリコンカーボナイトライド(ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｏｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＣＮ)を含むことを特徴とする請求項６に記載の無機充填剤。
  10. 樹脂と、
    窒化ホウ素凝集体を含む無機充填剤と、を含み、
    前記窒化ホウ素凝集体上には、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２が含まれるコーティング層が形成され、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される
    ことを特徴とする樹脂組成物。
  11. 前記樹脂は、エポキシ系樹脂であり、
    前記無機充填剤は、酸化アルミニウムをさらに含み、
    前記エポキシ系樹脂は、１５〜３５ｖｏｌ％を含み、前記無機充填剤は、６５〜８５ｖｏｌ％を含むことを特徴とする請求項１０に記載の樹脂組成物。
  12. 前記無機充填剤１００ｖｏｌ％に対して、前記コーティング層が形成された窒化ホウ素凝集体５５〜８５ｖｏｌ％；及び前記酸化アルミニウム１５〜４５ｖｏｌ％含むことを特徴とする請求項１１に記載の樹脂組成物。
  13. 樹脂と、
    窒化ホウ素凝集体を含む無機充填剤と、を含み、
    前記窒化ホウ素凝集体上には、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２が含まれるコーティング層が形成され、Ｒは、Ｃ１〜Ｃ３のアルキル、Ｃ２〜Ｃ３のアルケン及びＣ２〜Ｃ３のアルキンで構成されたグループから選択される樹脂組成物を含む
    ことを特徴とする放熱基板。
  14. 前記樹脂は、エポキシ系樹脂であり、
    前記無機充填剤は、酸化アルミニウムをさらに含み、
    前記エポキシ系樹脂は、１５〜３５ｖｏｌ％を含み、前記無機充填剤は、６５〜８５ｖｏｌ％を含むことを特徴とする請求項１３に記載の放熱基板。
  15. 前記放熱基板の熱伝導度は、１８Ｗ/ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１４に記載の放熱基板。
  16. 前記放熱基板の剥離強度は、０.８Ｋｇｆ/ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１４に記載の放熱基板。
  17. 樹脂及び表面コーティングされた窒化ホウ素凝集体を含む樹脂組成物からなる放熱基板であって、
    前記放熱基板を、高さ１２７ｍｍ、横３.２ｍｍ、縦１２.７ｍｍである四角柱形状の試片または高さ８０±２ｍｍ、横４±０.２ｍｍ、縦１０±０.２ｍｍである四角柱形状の試片で製作し、前記試片に１０ｍｍ/ｍｉｎの速度で所定の荷重を加えて前記放熱基板を１部分と２部分に破壊する場合、前記１部分と前記２部分の破断面が全て前記コーティングされた窒化ホウ素凝集体の破片を含むことを特徴とする放熱基板。
  18. 前記窒化ホウ素凝集体の破片の直径は、前記窒化ホウ素凝集体の平均直径の３０％以上であることを特徴とする請求項１７に記載の放熱基板。
  19. 前記窒化ホウ素凝集体のコーティング層は、−Ｓｉ−Ｒ−ＮＨ２基を含むことを特徴とする請求項１７に記載の放熱基板。
  20. 前記窒化ホウ素凝集体の破片は、前記１部分と前記２部分の破断面のお互いに対応する位置に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の放熱基板。
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