JP6685068B2 - 熱伝導性複合フィラー、熱伝導性複合フィラーの製造方法、熱伝導性樹脂および熱伝導性樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
熱伝導性複合フィラー100は、図1に示すように、炭化ケイ素(SiC)の粒子(図において黒色の塊)の表面に複数の酸化マグネシウム(MgO)の粒子(図において炭化ケイ素粒子の表面に付着した白色物)がそれぞれ固着したものであり、後述する熱伝導性樹脂200の一部を構成する複数の粒子群である。この熱伝導性複合フィラー100の粒子は、不規則な異形形状に形成されている。また、熱伝導性複合フィラー100の粒子の大きさは、熱伝導性樹脂200の仕様に応じて適宜選定されるものであるが、概ね数十μm〜数百μm程度の大きさの炭化ケイ素粒子の表面にこの炭化ケイ素粒子よりも大きさの小さい酸化マグネシウム粒子が固着した大きさ(概ね数十μm〜数百μm程度)である。この場合、炭化ケイ素粒子は、実質的にほぼ同じ大きさに形成してもよいが、互いに異なる大きさの炭化ケイ素の粒子を混在させることにより、炭化ケイ素粒子間の隙間を大きさの小さな炭化ケイ素粒子が埋めるため、熱伝導性を向上させることができる。
次に、熱伝導性複合フィラー100の製造方法について図2を参照しながら説明する。まず、作業者は、第1工程として、マグネシウム塩および炭化ケイ素粒子をそれぞれ含む懸濁液(以下、単に「懸濁液」という)を用意する。具体的には、作業者は、マグネシウム塩の粉末、炭化ケイ素の粉末および水をそれぞれ用意した後、マグネシウム塩粉末と水と混ぜ合わせた混合液に炭化ケイ素粉末を加えて懸濁液を作る。なお、この懸濁液は、炭化ケイ素粉末と水と混ぜ合わせた懸濁液にマグネシウム塩を混ぜて作ることもできる
次に、熱伝導性樹脂200について説明する。熱伝導性樹脂200は、図3に示すように、高い熱伝導率および電気絶縁性を有する固体状の樹脂組成物であり、無数の前記熱伝導性複合フィラー100が樹脂材201によって一体的に成形されている。この熱伝導性樹脂200は、用途に応じた形状に形成されて例えば、電子機器や機械装置内において発熱体の支持や封止のほか、ヒートシンクとしてまたは発熱体と金属製のヒートシンクとの間に配置される熱伝導性絶縁材料として用いられる。なお、熱伝導性樹脂201は、剛性を有した完全な固体状のほか、可撓性を有した柔軟なシート状にも形成されるものである。
次に、熱伝導性樹脂200の製造方法について図4を参照しながら説明する。まず、作業者は、第1工程として、熱伝導性複合フィラー100と樹脂材201とを混ぜ合わせる。具体的には、作業者は、樹脂材201と前記熱伝導性複合フィラー100の製造方法によって製造した熱伝導性複合フィラー100とを混練機300を用いて混ぜ合わせる。この場合、作業者は、前記熱伝導性複合フィラーの製造方法によって生成した熱伝導性複合フィラー100が礫状や塊状である場合には、この第1工程に先駆けて熱伝導性複合フィラー100を粉末状や粒状に加工しておく。
次に、本発明者らが行なった複数の実験結果について説明する。これらの実験は、熱伝導性複合フィラー100の組成、より具体的には、マグネシウム塩の具体的な種類や使用量、酸化マグネシウムの含有量に対する熱伝導性樹脂200の熱伝導率(W/(m・K))および接触部材摩耗量(mg)の関係を明らかにするために行ったものである。
まず、熱伝導性複合フィラー100中の酸化マグネシウムの重量割合に対する熱伝導率(W/(m・K))および摩耗量(mg)の関係を明らかにする実験結果について説明する。図6は、熱伝導性複合フィラー100における炭化ケイ素に対する酸化マグネシウムの重量割合を横軸とし、この各酸化マグネシウムの重量割合に対する熱伝導率(W/(m・K))を縦軸としたグラフである。また、図7は、熱伝導性複合フィラー100における炭化ケイ素に対する酸化マグネシウムの重量割合を横軸とし、この各酸化マグネシウムの重量割合に対する接触部材摩耗量(mg)を縦軸としたグラフである。
次に、熱伝導性複合フィラー100の原料の一つであるマグネシウム塩の種類ごとの熱伝導率(W/(m・K))および接触部材摩耗量(mg)への関係を明らかにする実験結果について説明する。図8は、熱伝導性複合フィラー100の原料となるマグネシウム塩の種類として塩化マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、リン酸マグネシウムおよび酢酸マグネシウムを横軸にそれぞれ記載して、これらの各マグネシウム塩ごとの熱伝導率(W/(m・K))を縦軸に表したグラフである。また、図9は、前記各マグネシウム塩ごとの接触部材摩耗量(mg)を縦軸に表したグラフである。
次に、熱伝導性複合フィラー100の原料の一つであるマグネシウム塩のうちの少なくとも50%をシュウ酸マグネシウムで構成するとともにその余を塩化マグネシウムで構成した場合における熱伝導率(W/(m・K))および接触部材摩耗量(mg)の関係を明らかにする実験結果について説明する。これは、本発明者らがシュウ酸マグネシウムを主成分するとともに塩化マグネシウム、リン酸マグネシウム、硝酸マグネシウムおよび酢酸マグネシウムを副成分としてマグネシウム塩を構成することにより熱伝導率(W/(m・K))および接触部材摩耗量(mg)の各効果を向上させることを知見したことによる。
次に、熱伝導性複合フィラー100の原料となっているマグネシウム塩についてシュウ酸マグネシウムを主成分とするとともにリン酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウムおよび塩化マグネシウムをそれぞれ副成分とした場合における各熱伝導率(W/(m・K))および各接触部材摩耗量(mg)の関係を明らかにする実験結果について説明する。
100…熱伝導性複合フィラー、
200…熱伝導性樹脂、201…樹脂材、
300…混練機、301…胴体、302…樹脂材用ホッパ、303…フィラー用ホッパ、304…吐出口、305…スクリュー、305a…駆動モータ、306…加熱ヒータ。
Claims (13)
- 熱伝導性樹脂の一部を構成する熱伝導性複合フィラーであって、
複数の炭化ケイ素粒子の各表面に同各表面の一部を露出させた状態で複数の酸化マグネシウム粒子が固着していることを特徴とする熱伝導性複合フィラー。 - 請求項1に記載した熱伝導性複合フィラーにおいて、
前記酸化マグネシウムは、
前記炭化ケイ素に対して50wt%以下の重量割合で含まれていることを特徴とする熱伝導性複合フィラー。 - 請求項1または請求項2に記載した熱伝導性複合フィラーにおいて、
前記酸化マグネシウムは、
前記炭化ケイ素に対して3wt%以上かつ15wt%以下の重量割合で含まれていることを特徴とする熱伝導性複合フィラー。 - 水中にマグネシウム塩および炭化ケイ素粒子をそれぞれ含む懸濁液から水分を蒸発させて前記炭化ケイ素粒子の表面に多数のマグネシウム塩粒子を析出させた残留物を生成する水分除去工程と、
前記残留物を加熱して前記炭化ケイ素粒子の表面に同表面の一部を露出させた状態で酸化マグネシウムを生成する焼成工程とを含むことを特徴とする熱伝導性複合フィラーの製造方法。 - 請求項4に記載した熱伝導性複合フィラーの製造方法において、
前記水分除去工程は、
前記懸濁液を真空下または空気中で加熱して前記懸濁液から水分を蒸発させて除去することを特徴とする熱伝導性複合フィラーの製造方法。 - 請求項4または請求項5に記載した熱伝導性複合フィラーの製造方法において、
前記懸濁液中の前記マグネシウム塩は、
シュウ酸マグネシウム、リン酸マグネシウムまたは酢酸マグネシウムを主成分として構成されていることを特徴とする熱伝導性複合フィラーの製造方法。 - 請求項6に記載した熱伝導性複合フィラーの製造方法において、
前記懸濁液中の前記マグネシウム塩は、
シュウ酸マグネシウムを主成分とするとともにリン酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウムまたは塩化マグネシウムを副成分として含むことを特徴とする熱伝導性複合フィラーの製造方法。 - 請求項7に記載した熱伝導性複合フィラーの製造方法において、
前記懸濁液中の前記マグネシウム塩は、
前記シュウ酸マグネシウムを含むマグネシウム塩において前記リン酸マグネシウム、前記硝酸マグネシウム、前記酢酸マグネシウムまたは前記塩化マグネシウムが3mol%以上かつ50mol%以下のmol割合で含まれていることを特徴とする熱伝導性複合フィラーの製造方法。 - 請求項4ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載した熱伝導性複合フィラーの製造方法において、
前記懸濁液は、
前記焼成工程で焼成される前記酸化マグネシウムが前記炭化ケイ素に対して50wt%以下の重量割合となる前記マグネシウム塩量で構成されていることを特徴とする熱伝導性複合フィラーの製造方法。 - 炭化ケイ素粒子の表面に同表面の一部を露出させた状態で酸化マグネシウム粒子が固着した熱伝導性複合フィラー群が樹脂材によって一体的に固められていることを特徴とする熱伝導性樹脂。
- 請求項10に記載した熱伝導性樹脂において、
前記酸化マグネシウムは、
前記炭化ケイ素に対して50wt%以下の重量割合で含まれていることを特徴とする熱伝導性樹脂。 - 水中にマグネシウム塩および炭化ケイ素粒子をそれぞれ含む懸濁液から水分を蒸発させて前記炭化ケイ素粒子の表面に多数のマグネシウム塩粒子を析出させた残留物を生成する水分除去工程と、
前記残留物を加熱して前記炭化ケイ素粒子の表面に同表面の一部を露出させた状態で酸化マグネシウムを生成して熱伝導性複合フィラーを生成する焼成工程と、
前記熱伝導性複合フィラーと流体状の樹脂材とを混練する混練工程とを含むことを特徴とする熱伝導性樹脂の製造方法。 - 請求項12に記載した熱伝導性樹脂の製造方法において、
前記水分除去工程は、
前記懸濁液を真空下または空気中で加熱して前記懸濁液から水分を蒸発させて除去することを特徴とする熱伝導性樹脂の製造方法。
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