JP7257866B2 - Composite filler - Google Patents

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

本発明は、窒化アルミニウム粉末及び無機粉末を含む新規な複合フィラーに関する。詳しくは、樹脂に充填した樹脂組成物において、無機粉末による熱伝導性の調整を、幅広い範囲で安定して行うことが可能な複合フィラーを提供するものである。 The present invention relates to novel composite fillers containing aluminum nitride powder and inorganic powder. More specifically, the present invention provides a composite filler capable of stably adjusting the thermal conductivity of a resin composition filled with an inorganic powder over a wide range.

近年、半導体デバイスのパワー密度上昇に伴い、デバイスに使用される材料には、より高度な放熱特性が求められている。このような材料として、サーマルインターフェースマテリアルと呼ばれる一連の材料があり、その使用量は急速に拡大している。サーマルインターフェースマテリアルとは、半導体素子から発生する熱をヒートシンクまたは筐体等に逃がす経路の熱抵抗を緩和するための材料であり、シート、ゲル、グリースなど多様な形態が用いられる。一般に、サーマルインターフェースマテリアルは、熱伝導性フィラーをエポキシやシリコーンの様な樹脂に充填した樹脂組成物であり、上記熱伝導性フィラーとしては金属酸化物が多く用いられている。しかし、上記金属酸化物を用いた複合材料により成形されるシート状成形体は、厚み方向の熱伝導率が数W/m・K程度であり、より高い熱伝導率を有するシート状成形体が要求されていた。 In recent years, with the increase in power density of semiconductor devices, materials used in devices are required to have higher heat dissipation properties. Such materials include a group of materials called thermal interface materials, and their use is expanding rapidly. A thermal interface material is a material for reducing the thermal resistance of a path through which heat generated from a semiconductor element is released to a heat sink or a housing, and various forms such as sheet, gel, and grease are used. Generally, a thermal interface material is a resin composition in which a resin such as epoxy or silicone is filled with a thermally conductive filler, and metal oxides are often used as the thermally conductive filler. However, the sheet-shaped molded body formed from the composite material using the metal oxide has a thermal conductivity in the thickness direction of about several W/m·K, and a sheet-shaped molded body having a higher thermal conductivity is available. was requested.

上記要求に対して、粒径の異なる複数の熱伝導性フィラーを組み合わせて使用することにより、熱伝導性フィラーを高充填可能とすることにより得られる樹脂組成物の熱伝導性を高める試みがなされてきた(特許文献1参照)。 In response to the above requirements, attempts have been made to increase the thermal conductivity of the resulting resin composition by using a plurality of thermally conductive fillers having different particle sizes in combination to enable high loading of thermally conductive fillers. (see Patent Document 1).

一方、前記サーマルインターフェースマテリアルにおいては、用途に応じて熱伝導率を例えば10W/m・K程度の熱伝導率に調整する要求もあり、高熱伝導性のフィラーと熱伝導率の調整用のフィラーとを併用した複合フィラーの需要も存在している。たとえば、特許文献2には、高熱伝導性を有する大粒径の窒化アルミニウム粉末と熱伝導性が小さいアルミナ粉末よりなる複合フィラーが開示されている。 On the other hand, in the thermal interface material, there is a demand to adjust the thermal conductivity to, for example, about 10 W/m·K depending on the application. There is also demand for composite fillers that use For example, Patent Literature 2 discloses a composite filler composed of aluminum nitride powder having a large particle size and high thermal conductivity and alumina powder having low thermal conductivity.

ところが、窒化アルミニウム粉末と熱伝導性調整用の無機粉末との複合フィラーを樹脂組成物とした際、無機粉末の配合により、これを充填して得られる樹脂組成物の熱伝導率が異常に低下し、前記要求される熱伝導率の達成が困難であるという問題が生じる場合があり、また、同一の配合比において、得られる樹脂組成物の熱伝導性にバラツキが発生するという問題も生じることがある。 However, when a composite filler of aluminum nitride powder and an inorganic powder for adjusting thermal conductivity is made into a resin composition, the thermal conductivity of the resin composition obtained by filling it with the inorganic powder is abnormally lowered. However, there may be a problem that it is difficult to achieve the required thermal conductivity, and there is also a problem that the thermal conductivity of the obtained resin composition varies at the same compounding ratio. There is

特開2013-189625号公報JP 2013-189625 A 特開2007-153969号公報JP 2007-153969 A

従って、本発明の目的は、窒化アルミニウム粉末及び無機粉末を含む複合フィラーについて、樹脂組成物の上記無機粉末による熱伝導性の調整を、幅広い範囲で安定して行うことが可能な複合フィラーを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite filler containing an aluminum nitride powder and an inorganic powder, in which the thermal conductivity of the resin composition can be stably adjusted over a wide range by the inorganic powder. to do.

本発明者らは上記問題点を解決すべく鋭意検討した結果、高熱伝導性を有する窒化アルミニウム粉末の粒径を大きくし、熱伝導性を調整する無機粉末の粒径を小さくすることにより、得られる複合フィラーの樹脂に充填時の熱伝導率を容易に調整できること、また、その際、窒化アルミニウム粉末として、多面体構造を有する粒子を含むものを使用することにより、上記熱伝導率の調整を再現性よく行うことができ、前記目的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above problems. It is possible to easily adjust the thermal conductivity at the time of filling the composite filler resin, and at that time, by using the aluminum nitride powder containing particles having a polyhedral structure, the adjustment of the thermal conductivity can be reproduced. The present inventors have found that the method can be easily performed and the above object can be achieved, and have completed the present invention.

即ち、本発明によれば、走査型電子顕微鏡写真により観察される、長径(L)に対する粒子表面に存在する平面の面積(S)がS/L≧1.0を満たす面が50%以上の多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を50容量%以上の割合で含む窒化アルミニウム粉末(A)100容量部に対して、アルミナ粒子を含む無機粉末(B)を10~100容量部の割合で含む複合フィラーであり、窒化アルミニウム粉末(A)はその粒度分布曲線における累積50%値(D50)が50~200μmの範囲にあり、無機粉末(B)は、その粒度分布曲線における累積50%値(D50)が、前記窒化アルミニウム粉末(A)の粒度分布曲線における累積50%値(D50)に対して、0.005~0.1の範囲にあることを特徴とする複合フィラーが提供される。

That is, according to the present invention, 50% or more of the surfaces satisfy S/L≧1.0 in terms of the area (S) of planes existing on the particle surface with respect to the major axis (L) observed by scanning electron micrographs. A composite filler containing 10 to 100 parts by volume of inorganic powder (B) containing alumina particles with respect to 100 parts by volume of aluminum nitride powder (A) containing aluminum nitride particles having a polyhedral structure at a rate of 50% by volume or more. and the aluminum nitride powder (A) has a cumulative 50% value (D50) in its particle size distribution curve in the range of 50 to 200 μm, and the inorganic powder (B) has a cumulative 50% value (D50) in its particle size distribution curve. is in the range of 0.005 to 0.1 with respect to the cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve of the aluminum nitride powder (A).

本発明によれば、窒化アルミニウム粉末と無機粉末との配合に際し、無機粉末の配合量の変化において、これを充填して得られる樹脂組成物の熱伝導率の不安定な変化が無く、配合比率に応じた安定した熱伝導率を発揮することが可能となる。 According to the present invention, when the aluminum nitride powder and the inorganic powder are blended, there is no unstable change in the thermal conductivity of the resin composition obtained by filling the inorganic powder with a change in the blending amount of the inorganic powder, and the blending ratio is It is possible to exhibit stable thermal conductivity according to.

しかも、調整された熱伝導率がロット間においてバラツキがないという優れた特性をも有する。 Moreover, it has an excellent property that the adjusted thermal conductivity does not vary among lots.

上記効果の発現機構は明らかではないが、本発明者らは、前記大粒径の窒化アルミニウム粉末として多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を含むことにより、無機粉末を構成する粒子と窒化アルミニウム粒子とが確実に接触する機会が増え、無機粉末の充填量の調整による前記樹脂組成物の熱伝導性の調整が幅広い範囲で再現性よく実施できるようになったものと推定している。 Although the mechanism of the above effect is not clear, the present inventors found that by including aluminum nitride particles having a polyhedral structure as the aluminum nitride powder having a large particle size, the particles constituting the inorganic powder and the aluminum nitride particles are separated from each other. It is presumed that the opportunities for reliable contact have increased, and it has become possible to adjust the thermal conductivity of the resin composition by adjusting the filling amount of the inorganic powder in a wide range with good reproducibility.

本発明で使用する多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を含む窒化アルミニウム粉末の一態様の走査型電子顕微鏡写真Scanning electron micrograph of one embodiment of aluminum nitride powder containing aluminum nitride particles having a polyhedral structure used in the present invention 本発明で使用する多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を含む窒化アルミニウム粉末の他の一態様の走査型電子顕微鏡写真Scanning electron micrograph of another embodiment of aluminum nitride powder containing aluminum nitride particles having a polyhedral structure used in the present invention

[窒化アルミニウム粉末(A)]
本発明において、窒化アルミニウム粉末は、多面体構造を有する粒子を含み、粒度分布曲線における累積50%値(D50)が50μm~200μm、好ましくは60μm~190μmの範囲にあるものが使用される。上記D50が50μmより小さい場合は、熱伝導性の効果が発現せず、また、200μmより大きい場合は、樹脂への分散が不安定となり、安定した熱伝導率を有するに樹脂組成物を得ることが困難となる。
[Aluminum nitride powder (A)]
In the present invention, the aluminum nitride powder used contains particles having a polyhedral structure and has a cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve of 50 μm to 200 μm, preferably 60 μm to 190 μm. If the D50 is less than 50 μm, the effect of thermal conductivity is not exhibited, and if it is greater than 200 μm, the dispersion in the resin becomes unstable, and a resin composition having stable thermal conductivity cannot be obtained. becomes difficult.

また、上記窒化アルミニウム粉末(A)において、上記粒度分布を満足すると共に、多面体構造を有する粒子を50容量%以上、好ましくは、70容量%の割合で含むものが好適に使用される。 In addition, in the above aluminum nitride powder (A), one that satisfies the above particle size distribution and contains 50% by volume or more, preferably 70% by volume of particles having a polyhedral structure is preferably used.

前記多面体構造としては、少なくとも2つの平坦面を有する粒子の形態が挙げられ、具体的には、板状、六角柱状、更には、稜部又は谷部を形成する複数の平面がランダムに存在する形状などが挙げられる。そのうち、四面体以上の多面体の面構造を有するものが、後述の無機粉末と上記面との接触機会をより多く得られる可能性があり、好適である。また、上記多面体粒子の他の態様として、多角柱状の一端又は両端が平坦面を形成しない構造の粒子も挙げられる。具体的には、多角柱の一端が椀状を成した形状が挙げられる。このような粒子も多角柱部分に二以上の平坦面を有するものである以上、好適に使用することができる。 Examples of the polyhedral structure include forms of particles having at least two flat faces, specifically plate-like, hexagonal prism-like, and moreover, a plurality of planes forming ridges or valleys are randomly present. shape and the like. Among them, those having a polyhedral surface structure of tetrahedron or more are preferable because they may provide more opportunities for contact between the later-described inorganic powder and the surface. Another aspect of the above polyhedral particles includes particles having a structure in which one end or both ends of a polygonal prism does not form a flat surface. Specifically, a shape in which one end of a polygonal column is bowl-shaped is exemplified. Such particles can also be suitably used as long as they have two or more flat surfaces in the polygonal prism portion.

本発明において、前記多面体粒子は、SEM写真による観察において、その特徴を確認することができる。例えば、図1は、本発明で使用される代表的な窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。上記図1においては、前記複数の平面がランダムに存在する粒子が確認される。上記稜部又は谷部の角度が鈍角を成す多面体形状として観察される。上記窒化アルミニウム粒子において、平面の少なくとも一面は、長径(L)に対する粒子表面に存在する平面の面積(S)がS/L≧1.0を満たすことが好ましい。
また、本発明の窒化アルミニウム粉末は、多面体粒子を含む公知の窒化アルミニウム粉末も制限なく使用することができる。例えば、国際公開2017/131239号公報の図2に示されるような、胴部が六角柱を成すものも好適に使用される。上記図2の粒子は、六角柱の端部に椀状の凸部を有する形状を成した窒化アルミニウム粒子である。
In the present invention, the characteristics of the polyhedral particles can be confirmed by observation with SEM photographs. For example, FIG. 1 is an SEM photograph of a representative aluminum nitride powder used in the present invention. In FIG. 1 above, a particle in which the plurality of planes exist at random is confirmed. It is observed as a polyhedral shape in which the angles of the ridges or troughs form obtuse angles. In the above aluminum nitride particles, at least one of the planes preferably satisfies S/L≧1.0 in the area (S) of planes present on the particle surface with respect to the major axis (L).
In addition, as the aluminum nitride powder of the present invention, any known aluminum nitride powder containing polyhedral particles can be used without limitation. For example, as shown in FIG. 2 of International Publication No. 2017/131239, a body having a hexagonal column is also preferably used. The particles shown in FIG. 2 are aluminum nitride particles in the shape of hexagonal prisms having bowl-shaped protrusions at the ends.

本発明で使用する窒化アルミニウム粉末において、前記多面体粒子の平面は、窒化アルミニウムの結晶面に由来するものと考えられ、上記結晶面は、前記SEM写真で観察される粒子の面積に対して、50%以上、特に、80%以上の面積比で存在することが、後述の無機粉末の粒子との接触機会を増大するために好ましい。尚、上記面積比は、前記SEM写真で観察される状態を画像解析により求めた値である。 In the aluminum nitride powder used in the present invention, the planes of the polyhedral particles are considered to be derived from the crystal planes of the aluminum nitride, and the crystal planes are 50 % or more, particularly preferably 80% or more, in order to increase the chance of contact with particles of the inorganic powder described later. The above area ratio is a value obtained by image analysis of the state observed in the SEM photograph.

前記図1に示す窒化アルミニウム粉末は新規であり、その代表的な製造方法を例示すれば、アルミナ粉末、カーボン粉末、及び硫黄成分を含む原料混合物を、窒素ガス雰囲気下で加熱して、上記アルミナ粉末を還元窒化する方法において、少なくとも窒化率が5~50%の範囲において、上記窒素ガス雰囲気を、窒素ガス55~30容量%と希釈ガス45~70容量%との混合ガスとして上記還元窒化を行い、そして還元窒化が終了後、生成した窒化アルミニウム粉末が酸化されない雰囲気下に、上記還元窒化の加熱温度±30℃の範囲の温度を維持したまま、1時間以上保持することにより得ることができる。また、前記硫黄成分の使用量は、アルミナ粉末100重量部に対して、1.0~20重量部の範囲が好ましい。 The aluminum nitride powder shown in FIG. 1 is novel, and a typical production method thereof is as follows. In the method of reducing and nitriding the powder, the reduction nitriding is performed with the nitrogen gas atmosphere being a mixed gas of 55 to 30% by volume of nitrogen gas and 45 to 70% by volume of diluent gas, at least in the range of 5 to 50% of the nitriding rate. After the reduction nitriding is completed, the produced aluminum nitride powder is maintained in an atmosphere in which the aluminum nitride powder is not oxidized, while maintaining the heating temperature of the reduction nitriding within ±30° C., for one hour or more. . Moreover, the amount of the sulfur component used is preferably in the range of 1.0 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the alumina powder.

前記窒化アルミニウム粉末の製造方法において、前記原料の一成分であるアルミナ粉末としては、α-アルミナが特に好適に使用され、その純度は99.5重量%以上が特に好ましい。また、平均粒径は、1μm~30μmのものが好適である。また、前記窒化アルミニウム粉末の製造方法において、還元剤として作用されるカーボン粉末としては、例えばファーネスブラック等の公知のものが使用でき、その平均粒径は、100nm以下が好適であり、50nm以下のものがより好適である。 In the method for producing the aluminum nitride powder, α-alumina is particularly preferably used as the alumina powder, which is one component of the raw material, and its purity is particularly preferably 99.5% by weight or more. Also, the average particle diameter is preferably 1 μm to 30 μm. In the method for producing the aluminum nitride powder, known carbon powders such as furnace black can be used as the reducing agent. is more suitable.

前記窒化アルミニウム粉末の製造方法において、硫黄成分は、後に詳述する還元窒化反応における雰囲気を調整する操作時に作用して目的とする窒化アルミニウム粒子を生成するために必要な成分であり、原料のアルミナ粉末と共融解可能なものであれば、その化合物種は特に限定されない。例えば、硫黄単体や、硫化アルミニウム、硫化窒素、チオ尿酸等の硫黄化合物を挙げることができる。上記硫黄成分は、元々カーボン粉末に含まれる場合があり、かかる硫黄成分も、前記硫黄成分の一部として作用する。 In the method for producing the aluminum nitride powder, the sulfur component is a component necessary for producing the desired aluminum nitride particles by acting during the operation for adjusting the atmosphere in the reduction nitriding reaction, which will be described in detail later. The type of compound is not particularly limited as long as it can co-melt with the powder. Examples thereof include sulfur alone and sulfur compounds such as aluminum sulfide, nitrogen sulfide, and thiouric acid. The sulfur component may originally be contained in the carbon powder, and such sulfur component also acts as part of the sulfur component.

前記製造方法において、アルミナ粉末及びカーボン粉末を含む原料混合物中に存在する硫黄成分の量は、前記アルミナ粉末100重量部に対して、硫黄元素として0.8~20重量部、特に好ましくは5~10重量部が適当である。また、カーボン粉末の使用量は、アルミナ粉末100重量部に対して、好ましくは36~200重量部、より好ましくは40~100重量部の範囲が好ましい。 In the production method, the amount of the sulfur component present in the raw material mixture containing the alumina powder and the carbon powder is 0.8 to 20 parts by weight, particularly preferably 5 to 20 parts by weight as elemental sulfur, relative to 100 parts by weight of the alumina powder. 10 parts by weight is suitable. The amount of carbon powder used is preferably 36 to 200 parts by weight, more preferably 40 to 100 parts by weight, with respect to 100 parts by weight of alumina powder.

前記窒化アルミニウム粉末の製造方法は、前記アルミナ粉末、カーボン粉末、及び硫黄成分を含む原料混合物を、反応器内で窒素ガス流通下に、好ましくは、1500~2000℃の温度範囲で加熱して、上記アルミナ粉末を還元窒化した後、生成した窒化アルミニウム粉末が酸化されない雰囲気下に、前記加熱温度を維持したまま、1時間以上、好ましくは2時間以上、更に好ましくは5時間以上保持する方法が好適である。その際、反応器に供給する窒素ガスは、45容量%以上の量、好ましくは50容量%以上の量の、一酸化炭素単独や、該一酸化炭素の一部をアルゴンなどの不活性ガスに置き換えた混合ガスよりなる希釈ガスを含む窒素ガスが使用される。供給される窒素ガスに含まれる上記希釈ガスの割合は、上限を70容量%以下とすることが好ましい。一方、前記供給される窒素ガス中の希釈ガスの割合が45容量%未満となると、還元窒化反応が速くなり、十分な粒成長ができず、大粒径化は元より、前記特徴的形状の窒化アルミニウム粒子を得ることが困難となる。また、還元窒化終了後の加熱保持時間の上限は特に制限されないが、10時間程度である。 In the method for producing the aluminum nitride powder, the raw material mixture containing the alumina powder, carbon powder, and sulfur component is heated in a reactor under nitrogen gas flow, preferably at a temperature range of 1500 to 2000 ° C., After reducing and nitriding the alumina powder, a suitable method is to keep the aluminum nitride powder produced for 1 hour or longer, preferably 2 hours or longer, and more preferably 5 hours or longer in an atmosphere where the aluminum nitride powder is not oxidized while maintaining the above heating temperature. is. At that time, the nitrogen gas supplied to the reactor is 45% by volume or more, preferably 50% by volume or more, of carbon monoxide alone or part of the carbon monoxide in an inert gas such as argon. Nitrogen gas is used with a diluent gas consisting of the displaced gas mixture. The upper limit of the ratio of the diluent gas contained in the supplied nitrogen gas is preferably 70% by volume or less. On the other hand, if the ratio of the diluent gas in the supplied nitrogen gas is less than 45% by volume, the reductive nitriding reaction will be accelerated and sufficient grain growth will not be possible. It becomes difficult to obtain aluminum nitride particles. Also, the upper limit of the heating and holding time after completion of reduction nitridation is not particularly limited, but is about 10 hours.

前記製造方法において、前記アルミナ粉末の窒化率が50%を超えた後は、希釈ガスの供給を止めるか、少なくすることにより、前記希釈ガスの割合は45容量%未満とすることもできるし、そのままの条件で窒化を完了してもよい。 In the manufacturing method, after the nitridation ratio of the alumina powder exceeds 50%, the supply of the diluent gas is stopped or reduced, so that the ratio of the diluent gas is less than 45% by volume, Nitriding may be completed under the same conditions.

前記還元窒化工程は、例えば、高周波誘導加熱やヒーター加熱により加熱処理を行う雰囲気制御型高温炉が挙げられ、バッチ炉の他、プッシャー式トンネル炉、竪型炉等の連続窒化反応炉などを前記方法に応じて適宜使用することができる。 The reduction nitriding step includes, for example, an atmosphere-controlled high-temperature furnace in which heat treatment is performed by high-frequency induction heating or heater heating. It can be used as appropriate depending on the method.

また、得られた窒化アルミニウム粉末は余剰のカーボン粉末を含んでいるため、必要に応じて、酸化処理により余剰カーボン粉末を除去するのが好ましい。酸化処理を行う際の酸化性ガスとしては、空気、酸素、二酸化炭素など、炭素を除去できるガスならば制限なく採用できる。また、処理温度は一般的に500℃~900℃が好ましい。 Moreover, since the obtained aluminum nitride powder contains surplus carbon powder, it is preferable to remove the surplus carbon powder by an oxidation treatment, if necessary. As the oxidizing gas for the oxidation treatment, any gas that can remove carbon, such as air, oxygen, and carbon dioxide, can be used without limitation. Also, the treatment temperature is generally preferably 500°C to 900°C.

[無機粉末(B)]
本発明の複合フィラーを構成する無機粉末(B)は、前記窒化アルミニウム粉末と併用することにより、フィラーを充填して得られる樹脂組成物の熱伝導率を調整するために使用されるものであり、窒化アルミニウム粉末より熱伝導性が低い無機粉末を含むものが特に制限なく使用される。上記熱伝導性が低い無機粉末としては、アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭化ケイ素、窒化ケイ素などが挙げられ、特にアルミナが好適に使用される。上記アルミナ粉末は、種々の粒度分布を有するものが市販されており、適当な粒度分布を有するものを適宜準備することが可能である。
[Inorganic powder (B)]
The inorganic powder (B) constituting the composite filler of the present invention is used in combination with the aluminum nitride powder to adjust the thermal conductivity of the resin composition obtained by filling the filler. , containing inorganic powder having lower thermal conductivity than aluminum nitride powder is used without particular limitation. Examples of the inorganic powder having low thermal conductivity include alumina, boron nitride, zinc oxide, silicon carbide, and silicon nitride, with alumina being particularly preferred. Alumina powders having various particle size distributions are commercially available, and it is possible to appropriately prepare alumina powders having an appropriate particle size distribution.

本発明において、複合フィラーを充填して得られる樹脂組成物の熱伝導率を調整するため、必要に応じて、前記窒化アルミニウム粉末(A)とは異なる粒度分布を有する窒化アルミニウム粉末も無機粉末(B)の一部として使用することができる。上記無機粉末(B)の形状は特に制限されるものではないが、球であることが好ましい。 In the present invention, an inorganic powder ( B) can be used as part of Although the shape of the inorganic powder (B) is not particularly limited, it is preferably spherical.

本発明において、無機粉末(B)は、その粒度分布曲線における累積50%値(D50)が、前記窒化アルミニウム粉末(A)の粒度分布曲線における累積50%値(D50)に対して、0.005~0.1、好ましくは、0.007~0.08の範囲にあることが、窒化アルミニウム粉末(A)に含まれる多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子の平面との接触により前記機能を発揮する上で好適である。 In the present invention, the inorganic powder (B) has a cumulative 50% value (D50) in its particle size distribution curve that is 0.5% higher than the cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve of the aluminum nitride powder (A). 005 to 0.1, preferably 0.007 to 0.08, the above function is exhibited by contact with the plane surface of the aluminum nitride particles having a polyhedral structure contained in the aluminum nitride powder (A). above.

また、無機粉末(B)は、上記粒度分布の範囲内において、2種又は3種以上の粒度分布の異なるものを混合して使用することも可能である。例えば、粒度分布曲線における累積50%値(D50))が5~20μmの範囲にあるアルミナ粉末100容量部、粒度分布曲線における累積50%値(D50))が0.5~3μmの範囲にあるアルミナ粉末10~100容量部より、無機粉末(B)を構成することが好ましい。更に、無機粉末(B)として、前記したように、アルミナ粉末と共に、粒度分布曲線における累積50%値(D50))が0.5~2μmの範囲にある窒化アルミニウム粉末を使用して無機粉末(B)を構成することも可能である。この場合、上記窒化アルミニウム粉末の無機粉末(B)に占める割合は、10容量%以下とすることが望ましい。 Moreover, the inorganic powder (B) can be used by mixing two or more kinds of powders having different particle size distributions within the above particle size distribution range. For example, 100 parts by volume of alumina powder with a cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve in the range of 5 to 20 μm, and a cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve in the range of 0.5 to 3 μm The inorganic powder (B) is preferably composed of 10 to 100 parts by volume of alumina powder. Furthermore, as the inorganic powder (B), as described above, together with the alumina powder, an inorganic powder ( It is also possible to configure B). In this case, the ratio of the aluminum nitride powder to the inorganic powder (B) is desirably 10% by volume or less.

[複合フィラー]
発明の複合フィラーは上述した多面体構造を有する窒化アルミニウム粉末(A)と上述したアルミナ粒子を含む無機粉末(B)とを、多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を含む窒化アルミニウム粉末(A)100容量部に対して、アルミナ粒子を含む無機粉末(B)を10~100容量部、好ましくは、15~95容量部となる割合で含むものである。
[Composite filler]
The composite filler of the invention is 100 parts by volume of the aluminum nitride powder (A) having a polyhedral structure and the inorganic powder (B) containing alumina particles described above, and the aluminum nitride powder (A) containing aluminum nitride particles having a polyhedral structure. 10 to 100 parts by volume, preferably 15 to 95 parts by volume, of inorganic powder (B) containing alumina particles.

多面体構造を有する窒化アルミニウム粉末(A)に対する無機粉末(B)の割合を上記範囲内で変化させることにより、樹脂に充填して樹脂組成物とした際も従来の複合フィラーにおいて調整が困難であった、比較的高い範囲での任意の熱伝導率、具体的には、8~11W/m・Kを有する樹脂組成物を安定して得ることが可能となる。 By changing the ratio of the inorganic powder (B) to the aluminum nitride powder (A) having a polyhedral structure within the above range, it is difficult to adjust the conventional composite filler even when it is filled into a resin to form a resin composition. In addition, it is possible to stably obtain a resin composition having an arbitrary thermal conductivity in a relatively high range, specifically 8 to 11 W/m·K.

本発明において、多面体構造を有する窒化アルミニウム粉末(A)と上述したアルミナ粒子を含む無機粉末(B)とを混合して複合フィラーとする方法は、樹脂に充填した際に前記組成で混合されていればよく、乾式で上記粉末を混合してもよいし、後述する樹脂への充填において、樹脂と共に混合してもよい。 In the present invention, the method of mixing the aluminum nitride powder (A) having a polyhedral structure and the inorganic powder (B) containing the alumina particles described above to form a composite filler is a method in which the composite filler is mixed with the above composition when filled in a resin. The above powders may be mixed in a dry manner, or may be mixed together with the resin in the later-described filling into the resin.

[樹脂組成物]
本発明の複合フィラーを充填する樹脂は特に限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、フッ素樹脂(ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等)、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン2,6ナフタレート、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン-アクリロニトリル共重合体、ABS樹脂、ポリフェニレンエーテル(PPE)樹脂、変性PPE樹脂、脂肪族ポリアミド類、芳香族ポリアミド類、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリメタクリル酸類(ポリメタクリル酸メチル等のポリメタクリル酸エステル)、ポリアクリル酸類、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、
ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、アイオノマーなどの熱可塑性樹脂;エポキシ樹脂、硬化性アクリル樹脂、硬化性ウレタン樹脂、硬化性シリコーン樹脂、フェノール樹脂、硬化性ポリイミド樹脂、硬化型変性PPE、および硬化型PPEなどの硬化性樹脂等が挙げられる。これら樹脂の中でも、板状成形体や薄膜状成形体などの成形体を作製する上では、硬化性樹脂が好ましく、液状の硬化性樹脂が特に好ましい。
[Resin composition]
The resin that fills the composite filler of the present invention is not particularly limited, but examples include polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymer. Combined, polyvinyl alcohol, polyacetal, fluororesin (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene 2,6 naphthalate, polystyrene, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, ABS resin, polyphenylene Ether (PPE) resins, modified PPE resins, aliphatic polyamides, aromatic polyamides, polyimides, polyamideimides, polymethacrylic acids (polymethacrylic acid esters such as polymethyl methacrylate), polyacrylic acids, polycarbonates, polyphenylene sulfides, polysulfone, polyethersulfone,
Thermoplastic resins such as polyethernitrile, polyetherketone, polyetheretherketone, polyketone, liquid crystal polymer, ionomer; epoxy resin, curable acrylic resin, curable urethane resin, curable silicone resin, phenolic resin, curable polyimide resin , curable modified PPE, and curable resins such as curable PPE. Among these resins, curable resins are preferable, and liquid curable resins are particularly preferable, in order to produce molded bodies such as plate-shaped molded bodies and thin-film molded bodies.

上記樹脂に複合フィラーを充填して構成される樹脂組成物は、複合フィラーを60体積%~85体積%含んでいることが好ましく、70~80体積%含んでいることがより好ましい。複合フィラーの含有率が上記の範囲より少ないと得られる樹脂組成物の熱伝導率が低くなり、例えば放熱シートとして用いた場合十分な特性を得ることができない場合がある。一方、複合フィラーの含有量が上記の範囲より多い場合には、複合フィラーと樹脂を混合した際に、得られる樹脂組成物の粘度が著しく上昇し、作業性が極めて悪くなり、更には、混合不良が発生し、熱伝導性低下を招く等の問題が起こる場合がある。 The resin composition composed of the resin filled with the composite filler preferably contains the composite filler in an amount of 60% to 85% by volume, more preferably 70% to 80% by volume. If the content of the composite filler is less than the above range, the resulting resin composition will have a low thermal conductivity and, for example, when used as a heat-dissipating sheet, it may not be possible to obtain sufficient properties. On the other hand, if the content of the composite filler is more than the above range, when the composite filler and the resin are mixed, the resulting resin composition has a significantly increased viscosity, resulting in extremely poor workability. Defects may occur, and problems such as a decrease in thermal conductivity may occur.

また上記樹脂組成物には必要に応じて硬化剤、カップリング剤などの添加剤をさらに添加してもよい。上記樹脂組成物は上記複合フィラー、上記樹脂、その他、上記添加剤など必要に応じて含まれる成分を、例えば、ロール、ニーダ、バンバリーミキサー、自転・公転ミキサー等の通常の混練機で混合することによって製造することができる。そして、以上のような本発明の樹脂組成物を従来公知の適当な方法により成形することにより、高い熱伝導性を持った成形体を得ることができる。 Additives such as a curing agent and a coupling agent may be further added to the above resin composition, if necessary. The resin composition can be obtained by mixing the composite filler, the resin, and other optional components such as the additives with a conventional kneader such as a roll, a kneader, a Banbury mixer, and a rotation/revolution mixer. can be manufactured by By molding the resin composition of the present invention as described above by a conventionally known suitable method, a molded article having high thermal conductivity can be obtained.

実施例及び比較例における各種物性は、下記の方法により測定した。 Various physical properties in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.

(1)粒径
試料をホモジナイザーにて5%ピロリン酸ソーダ水溶液中に分散させ、レーザー回折粒度分布装置(日機装株式会社製MICROTRACHRA)にて粒径を測定した。
(1) Particle size A sample was dispersed in a 5% sodium pyrophosphate aqueous solution with a homogenizer, and the particle size was measured with a laser diffraction particle size distribution device (MICROTRACHRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

(2)樹脂組成物の熱伝導率
樹脂組成物を成形して得られる成形体の熱伝導率は、温度波熱分析装置(株式会社アイフェイズ製ai-PhaseMobile1u)を用いて熱伝導率を測定した。
(2) Thermal conductivity of the resin composition The thermal conductivity of the molded product obtained by molding the resin composition is measured using a temperature wave thermal analyzer (ai-PhaseMobile1u manufactured by iPhase Co., Ltd.). bottom.

(3)原料粉末
[窒化アルミニウム粉末(A)の製造方法]
アルミナ粉末100重量部及びカーボン粉末50重量部からなる混合物に、該混合物内の硫黄成分量が上記アルミナ粉末100重量部に対し5重量部となるように硫黄粉末を添加し、これらが均一に混合されるまで振動式攪拌機により混合し、原料混合物を得た。
(3) Raw material powder [Method for producing aluminum nitride powder (A)]
Sulfur powder is added to a mixture of 100 parts by weight of alumina powder and 50 parts by weight of carbon powder so that the amount of sulfur component in the mixture is 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the above alumina powder, and these are uniformly mixed. The raw material mixture was obtained by mixing with a vibrating stirrer until the ingredients were mixed.

上記原料混合物を、カーボン製のセッターに、20mm厚となるように収納し、窒素を流通可能な反応容器内にセットし、窒素ガスを流通させながら、加熱温度1775℃で還元窒化を行った。その際、反応容器に供給する一酸化炭素ガスの割合が53容量%となるように、調整し、還元窒化反応を行い、還元窒化反応終了後、前記加熱温度を維持したまま、5時間保持して、反応容器より反応生成物を取り出した。 The above raw material mixture was stored in a carbon setter to a thickness of 20 mm, set in a reaction vessel in which nitrogen gas can be circulated, and reductive nitridation was performed at a heating temperature of 1775° C. while circulating nitrogen gas. At that time, the ratio of carbon monoxide gas supplied to the reaction vessel was adjusted to 53% by volume, and the reductive nitriding reaction was performed. After the reductive nitriding reaction was completed, the heating temperature was maintained for 5 hours. Then, the reaction product was taken out from the reaction vessel.

その後、上記反応生成物を、大気雰囲気において700℃で、5時間加熱して未反応のカーボン粉末を燃焼除去し、窒化アルミニウム粉末を得た。原料組成と窒素ガス中の一酸化炭素ガスの組成を表1に示す。 After that, the reaction product was heated at 700° C. for 5 hours in an air atmosphere to burn off the unreacted carbon powder and obtain aluminum nitride powder. Table 1 shows the raw material composition and the composition of carbon monoxide gas in the nitrogen gas.

上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末に含まれる本発明の窒化アルミニウム粒子のSEM写真を図1(a)に示す。上記窒化アルミニウム粉末中に含まれる多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子の割合は、70%程度であった。また、得られた窒化アルミニウム粉末より、上記多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を任意に10粒選択して、各面の面積を確認したところ、長径(L)に対する粒子表面に存在する平面の面積(S)がS/L≧1.0を満たす面は、70%であった。 A SEM photograph of the aluminum nitride particles of the present invention contained in the aluminum nitride powder obtained by the above method is shown in FIG. 1(a). The proportion of aluminum nitride particles having a polyhedral structure contained in the aluminum nitride powder was about 70%. In addition, 10 aluminum nitride particles having the above polyhedral structure were arbitrarily selected from the obtained aluminum nitride powder, and the area of each surface was confirmed. S) satisfies S/L≧1.0 in 70% of the cases.

[無機粉末(B)]
市販のアルミナ粒子
粒度分布曲線における累積50%値(D50)がそれぞれ2、4、8、16、28、50、75μmの球状アルミナ粉末
市販の窒化アルミニウム粉末
粒度分布曲線における累積50%値(D50)が1μmの球状窒化アルミニウム粉末
実施例1~9、比較例1~21
2液縮合型シリコーン樹脂(信越化学株式会社KE-1013A/B)中に、表1に示す窒化アルミニウム粉末(A)と無機粉末(B)を表1に示す割合で乳鉢にて混合して液状混合物を得た。この時の粉末の充填率を表2に示す。また、得られた液状混合物の一部を金型体に注型し硬化させ、直径1mm、厚さ500μmの樹脂組成物よりなる試験片を作製し、温度波熱分析装置(株式会社アイフェイズ製ai-PhaseMobile1u)を用いて熱伝導率を測定した。試験片はそれぞれの樹脂組成物について10片作製し、測定された熱伝導率の平均値、最高値から最低値引いた値を表2に示した。
[Inorganic powder (B)]
Commercially available alumina particles Spherical alumina powder with a cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve of 2, 4, 8, 16, 28, 50, 75 μm, respectively Commercially available aluminum nitride powder Cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve Spherical aluminum nitride powder with a diameter of 1 μm Examples 1 to 9, Comparative Examples 1 to 21
Aluminum nitride powder (A) and inorganic powder (B) shown in Table 1 were mixed in a mortar in a two-liquid condensation type silicone resin (KE-1013A/B by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) at the ratios shown in Table 1 to form a liquid. A mixture was obtained. Table 2 shows the filling rate of the powder at this time. In addition, a part of the obtained liquid mixture was cast into a mold body and cured to prepare a test piece made of a resin composition having a diameter of 1 mm and a thickness of 500 μm. Thermal conductivity was measured using ai-PhaseMobile1u). Ten test pieces were prepared for each resin composition, and Table 2 shows the average value of the measured thermal conductivity and the value obtained by subtracting the lowest value from the highest value.

Figure 0007257866000001
Figure 0007257866000001

Figure 0007257866000002
Figure 0007257866000002

Claims (2)

走査型電子顕微鏡写真により観察される、長径(L)に対する粒子表面に存在する平面の面積(S)がS/L≧1.0を満たす面が50%以上の多面体構造を有する窒化アルミニウム粒子を50容量%以上の割合で含む窒化アルミニウム粉末(A)100容量部に対して、アルミナ粒子を含む無機粉末(B)を10~100容量部の割合で含む複合フィラーであり、窒化アルミニウム粉末(A)はその粒度分布曲線における累積50%値(D50)が50~200μmの範囲にあり、無機粉末(B)は、その粒度分布曲線における累積50%値(D50)が、前記窒化アルミニウム粉末(A)の粒度分布曲線における累積50%値(D50)に対して、0.005~0.1の範囲にあることを特徴とする複合フィラー。 Aluminum nitride particles having a polyhedral structure in which 50% or more of the faces satisfy S/L≧1.0 in the area (S) of planes present on the particle surface with respect to the major diameter (L) observed by scanning electron micrograph. A composite filler containing 10 to 100 parts by volume of inorganic powder (B) containing alumina particles with respect to 100 parts by volume of aluminum nitride powder (A) containing 50% by volume or more of aluminum nitride powder (A ) has a cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve in the range of 50 to 200 μm, and the inorganic powder (B) has a cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve that is the aluminum nitride powder (A ) in the range of 0.005 to 0.1 with respect to the cumulative 50% value (D50) in the particle size distribution curve. 無機粉末(B)が、アルミナ粒子を50容量%以上の割合で含む請求項1記載の複合フィラー。 2. The composite filler according to claim 1, wherein the inorganic powder (B) contains alumina particles in a proportion of 50% by volume or more.
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