JP7236211B2 - フィラー及びフィラーの製造方法、並びに成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、フィラーの材質や組成等を工夫することによって、樹脂組成物の成形体の絶縁性を向上させていた(例えば特許文献1を参照)。しかしながら、樹脂組成物の成形体の絶縁性を向上させるためのさらなる工夫が求められていた。
本発明の他の態様に係るフィラーの製造方法は、熱伝導性粒子を絶縁性粒子で被覆する工程を有することを要旨とする。
本発明のさらに他の態様に係る樹脂組成物の成形体の製造方法は、上記の一態様に係るフィラーを樹脂に添加する工程を有することを要旨とする。
本実施形態のフィラーは、熱伝導性粒子と、その熱伝導性粒子を被覆する絶縁性粒子とを含んでいる。即ち、本実施形態のフィラーは、コアシェル型のフィラーである。本実施形態において、「コアシェル型」とは、図1に示すように、熱伝導性粒子1が核(コア)を形成し、絶縁性粒子2が熱伝導性粒子1の周囲を殻(シェル)を形成するように取り囲んだ構造のことを意味する。
フィラーを構成する熱伝導性粒子の材質は特に限定されるものではなく、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、マグネシア、チタニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、カーボン等のセラミックや、金属を用いることができる。セラミックの結晶構造の種類は特に限定されるものではなく、例えばアルミナの場合であれば、α-アルミナ、β-アルミナ、γ-アルミナ等を用いることができる。これらの材質のうち取り扱いの容易さ及び後述する熱伝導率の両観点から、熱伝導性粒子としては炭化ケイ素が好適である。
なお、本実施形態では、「熱伝導性粒子の20℃における熱伝導率」として、当該熱伝導性粒子の材料(バルク)の熱伝導率を用いた。また、上記熱伝導率は、レーザーフラッシュ法を用いて測定した場合の値である。
なお、球状の熱伝導性粒子の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、焼結によって複数の一次粒子を結合させて造粒する方法があげられる。
なお、本実施形態では、「20℃における体積抵抗率」として、当該絶縁性粒子の材料(バルク)の熱伝導率を用いた。また、上記体積抵抗率は、二重リング測定法を用いて測定した場合の値である。
熱伝導性粒子の平均一次粒子径は、絶縁性粒子の平均一次粒子径よりも大きくてもよい。より詳しくは、熱伝導性粒子の平均一次粒子径(D1)と絶縁性粒子の平均一次粒子径(D2)の比(D1/D2)が4以上6000以下であってもよい。また、熱伝導性粒子の絶縁性粒子による表面被覆率が50%以上100%以下であってもよい。上記数値範囲内であれば、フィラーを樹脂に配合して樹脂組成物とした場合に、充分な熱伝導率及び充分な絶縁性が共に得られる。
また、フィラーは、絶縁性粒子を10体積%以上40体積%以下で含んでいてもよい。上記数値範囲内であれば、フィラーを樹脂に配合して樹脂組成物とした場合に、充分な熱伝導率及び充分な絶縁性が共に得られる。
フィラーの表面の凹凸形状(フラクタルディメンジョン)は、フィラー同士の接触点を増加させ樹脂組成物の成形体の熱伝導率を向上させる作用を有するため、大きい方が好ましい。
樹脂組成物中に含有されるフィラーの単位質量又は単位体積当りの個数は、より多い方が好ましい。フィラーの単位質量又は単位体積当りの個数が多い方がフィラー同士の接触点が多くなるので、樹脂組成物の成形体の熱伝導率が高くなる。
以下、本実施形態のフィラー、即ち熱伝導性粒子が絶縁性粒子で被覆されたフィラーの製造方法について説明する。
熱伝導性粒子及び絶縁性粒子にバインダーを添加し、それらを攪拌しながら乾燥させる。その後、乾燥した混合物を焼成して粉砕する。最後に篩を用いてフィラーの粒子径を揃える。
このようにして、本実施形態のフィラーを製造する。
以下、本実施形態のフィラーと、樹脂とを含んだシートの製造方法について説明する。
まず、エポキシ樹脂等の樹脂と、メチルエチルケトン等の有機溶剤とを混合して、樹脂液を製造する。次に、その樹脂液に本実施形態のフィラーや樹脂硬化剤を添加し攪拌して、樹脂組成物をスラリー状にする。こうして得た樹脂組成物を基材上に膜状に塗布して乾燥させる。その後、さらに加熱乾燥させて熱硬化したシートを得る。
このようにして、本実施形態のシートを製造する。なお、このシートが本発明の「樹脂組成物の成形体」に相当する。
なお、本実施形態では、樹脂組成物をシート状に成形した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、樹脂組成物を立体的な形状に成形してもよい。
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。フィラーと樹脂からなる樹脂組成物を成形してシートを製造し、その熱伝導率及び体積抵抗率を評価した。以下、各実施例及び各比較例のフィラー及びシートの各製造方法について具体的に説明する。
・フィラーの製造方法
熱伝導性粒子として、平均一次粒子径(D50%)が55μmであり、平均円形度が0.80である炭化ケイ素(SiC)粒状物を用意した。また、絶縁性粒子として、平均一次粒子径(D50%)が0.7μmである窒化ホウ素(BN)粒状物を用意した。また、バインダーとして、調製した無水マレイン酸を用意した。
次に、熱伝導性粒子及び絶縁性粒子とバインダーとの質量比、即ち、熱伝導性粒子及び絶縁性粒子の合計質量(g)/バインダーの質量(g)が、100/15となるように計量した。
次に、転動造粒機に熱伝導性粒子、絶縁性粒子及びバインダーをそれぞれ投入し攪拌して、混合物を得た。その後、その混合物を乾燥させ、焼成した後に粉砕した。最後に、篩を用いて粉砕した焼成物の粒子径を揃えた。こうして、実施例1のフィラーである、BN粒子で被覆されたSiC粒子を製造した。
なお、SiC粒子及びBN粒子の各平均一次粒子径(D50%)は、(株)日立ハイテクノロジーズ社製、S-3000Nを用い、加速電圧15kV、拡大倍率5000倍の条件で無作為に撮影した12枚の反射電子像を解析し、測定される各粒子に係る粒子径の算術的平均値から決定した。
また、SiC粒子の一次粒子における平均円形度は、シスメックス(株)製、FPIA-2100を用いて算出した値から決定した。
三菱化学株式会社製のエポキシ樹脂157S70と828USと4275とを4:1:1の質量比で混合し、得られたエポキシ樹脂の混合物とメチルエチルケトンとを66:34の質量比で混合して、エポキシ樹脂液を得た。
このエポキシ樹脂液11.08g、フィラー19.25g、シクロヘキサノン0.2g、四国化成工業株式会社製のイミダゾール系エポキシ樹脂硬化剤キュアゾールC11Z-CN 0.25g、及びビッグケミー・ジャパン株式会社製の分散剤DISPERBYK-2155 0.02gを、容量58mLの攪拌容器に入れ、株式会社シンキー製の自転・公転ミキサーあわとり練太郎AR-250を用いて10分間攪拌し、スラリーを得た。
こうして得たシートの熱伝導率を、レーザーフラッシュ法を用いて測定した。なお、この熱伝導率の測定には、NETZSCH社製、LFA467 HyperFlashを用いた。
また、シートの体積抵抗率を、高抵抗測定器を用いて測定した。
こうして測定した結果を表1に示す。
BN粒子の平均一次粒子径(D50%)を9.0μmにした以外は、実施例1と同様にして、実施例2のフィラー及びシートをそれぞれ得た。
(実施例3)
BN粒子の平均一次粒子径(D50%)を0.1μmにした以外は、実施例1と同様にして、実施例3のフィラー及びシートをそれぞれ得た。
(実施例4)
SiC粒子の平均円形度を0.89にした以外は、実施例1と同様にして、実施例4のフィラー及びシートをそれぞれ得た。
フィラーの平均粒子径(D50%)を58μmにした以外は、実施例1と同様にして、実施例5のフィラー及びシートをそれぞれ得た。
(実施例6)
フィラーの平均粒子径(D50%)を34μmにし、SiC粒子の平均一次粒子径(D50%)を30μmにした以外は、実施例1と同様にして、実施例6のフィラー及びシートをそれぞれ得た。
SiC粒子のみを含むフィラーを比較例1のフィラーとした。また、実施例1と同様にして、比較例1のシートを得た。
(比較例2)
BN粒子でSiC粒子を被覆せずに、単にブレンドした以外は、実施例1と同様にして、比較例2のフィラー及びシートをそれぞれ得た。
2 絶縁性粒子(シェル)
Claims (8)
- 熱伝導性粒子と、前記熱伝導性粒子の表面を覆うように配された絶縁性粒子とを含むコアシェル型をなす焼成物であり、
前記絶縁性粒子の含有率が10体積%以上40体積%以下であり、
比表面積が、0.05m2/g以上8m2/g以下であり、
前記熱伝導性粒子は、炭化ケイ素からなり、複数の一次粒子が焼結して結合され、平均円形度が0.75以上0.95以下となる球状をなしており、
前記絶縁性粒子は、べーマイト、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ホウ素、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、多孔質アルミノケイ酸塩、層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム、及びチタン酸ストロンチウムから選択される少なくとも1種を含むフィラー。 - 前記熱伝導性粒子の、20℃における熱伝導率が10W/(m・k)以上2000W/(m・k)以下であり、
前記絶縁性粒子の、20℃における体積抵抗率が1.0×1011Ω・cm以上1.0×1016Ω・cm以下である請求項1に記載のフィラー。 - レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定される体積基準の粒度分布において、累積50%に相当する粒子径が20μm以上70μm以下である請求項1または2に記載のフィラー。
- 前記熱伝導性粒子の平均一次粒子径が前記絶縁性粒子の平均一次粒子径よりも大きく、
前記平均一次粒子径は、電子顕微鏡観察による反射電子像を解析し、測定される各粒子に係る粒子径の算術的平均値である請求項1~3のいずれか1項に記載のフィラー。 - 前記熱伝導性粒子の平均一次粒子径(D1)と前記絶縁性粒子の平均一次粒子径(D2)の比(D1/D2)が4以上6000以下であり、
前記平均一次粒子径は、電子顕微鏡観察による反射電子像を解析し、測定される各粒子に係る粒子径の算術的平均値である請求項1~4のいずれか1項に記載のフィラー。 - 前記熱伝導性粒子の前記絶縁性粒子による表面被覆率が50%以上100%以下である請求項1~5のいずれか1項に記載のフィラー。
- 炭化ケイ素からなる複数の一次粒子を焼結して結合して、平均円形度を0.75以上0.95以下となる球状とした熱伝導性粒子の表面に絶縁性粒子を覆うように配してコアシェル型を形成して焼成物を得る工程を有し、
前記絶縁性粒子の含有率を10体積%以上40体積%以下とし、
比表面積を0.05m2/g以上8m2/g以下として、
前記絶縁性粒子を、べーマイト、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、多孔質アルミノケイ酸塩、層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム、及びチタン酸ストロンチウムから選択される少なくとも1種を含んだ粒子とするフィラーの製造方法。 - 請求項1~6のいずれか1項に記載のフィラーを樹脂に添加する工程を有する樹脂組成物の成形体の製造方法。
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