JPS6272511A - 疎水性としたダイヤモンド粉末及びその処理法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は例えば半導体を用いた電子回路部品の実装に使
用される高熱伝導性のｆ１機封止剤や接着剤のフィラー
として用いる、有機剤との混合特性の改善されたダイヤ
モンド微粉末に関する。

従来技術とその問題点 電子回路部品に用いられる高分子材料には無機フィラー
を複合した各種のものがある。Ａｇ−エポキシ系の導電
性ペースト、ＳｉＯ２やＡＱ２０３を分散した半導体封
止用シリコーン樹脂等がその例である。

特に絶縁性を要求される封止剤や接着剤の場合には５ｉ
０２やＡＱ２０３をフィラーとすることで樹脂の熱膨張
係数を低下させ、チップとの熱収縮の差によって生じる
内部応力を低下させることが行なわれている。また近年
電子回路の小型化、高密度化の進展に伴って電子回路部
品の熱伝導率の改良が大きな問題となっている。特に電
子回路に用いられる部品の中で樹脂の熱伝導率は極めて
低く、その改良が望まれていた。特に集積回路パッケー
ジにおいて、絶縁基板と金属放熱フィンなどの接若を行
なう樹脂接着剤では、接骨層の熱抵抗が大きな問題であ
った。このような樹脂接着剤の熱抵抗を改善するために
は樹脂に熱電導率の大きい粉末材料を混入する方法が知
られている。従来用いられていたフィラー材としては第
１表に示したような材料がある。

しかしＡｇを除くこのような無機フィラーを最大限混入
しても樹脂の熱伝導率は高々３　Ｘ　１Ｇ−’　ｃａｔ
／Ｃ■・ｓｅｅ・℃未溝であり、Ａｇを含むものは導電
性を有するために絶縁性が要求される用途には使用でき
なかった。

第　　１　　表 更に熱伝導性を改良するためには、無機フィラーとして
第１表に示された材料より高い熱伝導率を仔する物質を
用いることが考えられる。ダイヤモンドは物質中で最高
の熱伝導率ををしている。

特に高純度のタイプＩ［ａの結晶は室温で５，０ＯＯＸ
　１０″４ｃａ　ｌ／ｃ■・ｓｅｅ・℃の熱伝導率を有
している。従ってダイヤモンドの粉末を無機フィラーと
して樹脂に混入することによって従来得られなかった高
熱伝導率を有するものが得られるはずである。

発明者等はこの観点から各種の樹脂にダイヤモンド粉末
を混入することを試みた。しかしながら、ダイヤモンド
粉末は有機高分子材料や溶剤に対するなじみ性が悪く、
分散性や高充填時の流動性が劣る等の欠点があることが
分った。

発明の構成 本発明はダイヤモンド粉末をフィラーとした高熱伝導性
ＩＭ脂を製造するに当って、上記した問題点を解消した
ものである。

ダイヤモンドの微粉末は高真空中で加熱した直１よ 後の疎水性を示すが、大気中にこれを放置すると／親水
性に変ることが知られている。（例えばＪ、　Ｍ。

Ｔｈｏｍａｓ　ａｎｄ　Ｅ、　Ｌ、　Ｅｖａｎｓ、　Ｄ
Ｉａｉ＋ｏｎｄ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　１９７５．　ＰＰ
　２−８）これはダイヤモンド粉末表面がＯ又はＯＨ基
が吸若することによると考えられている。

ダイヤモンドを無機フィラーとして考えた場合にダイヤ
モンド粉末表面の特性は重要であって、特に有機材料と
の蜆和性を高める必要がある。本発明はこの観点に立っ
てなされたもので、ダイヤモンド粉末の表面処理を行な
い、何機材料との親和性を著しく改良し、各種の有機高
分子材料のフィラーとして適したものに改質したダイヤ
モンド粉末を提供せんとするものである。

本発明では有機高分子に混合するダイヤモンド粉末をシ
リル塩化物を含めたシラン化合物（例オクタデシルトリ
クロロシランＣＩ＊ＨｒｔＳ　ｉ　ＣΩ３）やアルコー
ル（例セタノールＣ＋＠Ｈ３３０Ｈ）又はチタンカップ
リング剤（例イソプロビルトソイソステアロイルチタネ
ート）で表面処理を行ない、ダイヤモンド粉末表面を有
機質被膜で覆うことによって疎水性とした事を特徴とす
るものである。

例えばオクタデシルトリクロロシランで処理する場合は
ダイヤモンド粉末をオクタデシルトリクロロシランを添
加したヘキサンに分散せしめ良く攪拌する。この七人ダ
イヤモンド粉玄裏面に般着しているＯＨ基がオフデシル
トリクミロシランと反応し、有機官能基と置換されるこ
とによりダイヤモンド粉末表面が疎水性に改質される。

アルコールで表面処理する場合は液体アルコールではダ
イヤモンド粉末を分散せしめ、また固体アルコールでは
へキサン等の溶媒にダイヤモンド粉末とアルコールを分
散せしめて、オートクレーブを用いて臨界点付近の圧力
、温度を加えて処理を行なう。

このようにして表面処理したダイヤモンド粉末は、未処
理のものと比較して疎水性ををし、樹脂との親和性が著
しく改善されたものとなる。これによってダイヤモンド
をフィラーとした場合、その高充填化が可能となると共
に、配合物の粘度が低下し、接着剤や封止剤として用い
た時の作業性が大巾に向上する。また分散性、親和性が
改善されることにより、本来の目的であったダイヤモン
ドをフィラーとした樹脂の熱伝導率も大巾に向上する。

本発明で用いるダイヤモンド粉末は、その本来の目的で
ある混合する樹脂の熱伝導率を向上するため、ダイヤモ
ンド粉末自身の熱伝導率も高いものが望ましい。一般の
ダイヤモンド粉末は天然、合成によらず不純物を多く含
有するため、熱伝導率は２　ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅａ・℃
程度である。特にダイヤモンドには窒素が固溶し易すく
、その熱伝導度を低下させる要因となっている。本発明
で用いるダイヤモンド粉末は特に窒素含有量が５００　
ｐｐ園以下のものを用いることが望ましい。また合成ダ
イヤモンド粉末は一般に合成時に金属触媒を使用するた
め、条間の金属不純物を包含したものが多い。このため
粉末として導電性を有する。本発明のダイヤモンド粉末
は無機フィラーとして絶縁性の要求される用途に用いる
ため、このような金属不純物が少ないものが好ましい。

一般的には金属不純物が１０’ｐｐｉ以下のダイヤモン
ド粉末を用いる。更に結晶形帳も樹脂に対する充填率を
向上させるために不規則形伏のものより、プロフキ−な
形杖のものを選択することが望ましい。また粉末の精度
も粗大すぎると樹脂との混合時に沈澱し易すく均一分散
が困難となる。このため本発明では平均粒径で５０μｍ
以下のものを用いている。

実施例　１ 平均粒径５μｍの合成ダイヤモンドを用いたダイヤモン
ド粉末５ｇとオクタデシルトリクロロシラン（Ｃ３Ｈ５
？Ｓ　ｉ　ＣＲ２）　５　ｍＱをソにベントとしてのヘ
キサン３０ｍＱに加えよく混合した。２４時間静置後、
ヘキサンを加え洗浄して余分のオクタデシルトリク・ロ
ロシランを除去し、乾燥した。試験管に純水とへキサン
を等量大れて、前後処理粉末を加えて攪拌後静置したと
ころ、処理ダイヤモンド粉末はへキサン中に分散し、試
験管下部の水には分散しなかった。比較のため未処理の
ダイヤモンド粉末を同様にヘキサン−水中に分散せしめ
たところ、全て水中に分散した。親水性であったダイヤ
モンド粉末が処理によって疎水性に改質されていること
が確認された。

実施例　２ 平均粒［ｆ１０μｍの合成ダイヤモンド粉末ＩＯｇをセ
タノールＩＯｇと共にｓｏｍＱのヘキサンに加え、オー
トクレーブ中で約３０気圧、２３０℃で反応せしめた。

処理後の粉末をヘキサンで洗浄し乾燥した。

この粉末を実施例１の場合と同様に試験したところ、表
面が疎水性に改質されていることが確認された。

実施例１及び２で得た処理ダイヤモンド粉末を無機フィ
ラーとして用いた樹脂を作成した。配合はエポキシ樹脂
１０ｇ１メチルセロソルブジンアンジアミド０．４ｇを
硬化剤として含むメチルセロソルブ７ｇ１ダイヤモンド
粉末６ｇとした。これ等を混合後、加熱硬化せしめた。

直径ＩＯｎ＋、厚さ１ｍ−の円板を切出し、熱伝導度を
測定した。なお比較のために全くフィラーを含まないも
の、フィラーとして平均粒度１０μｍのα−Ａｌ！０＋
をダイヤモンド６ｇの代りにＩＯｇｆｉ大したものを作
成した。熱伝導率の測定結果を第２表に示した。本発明
の処理を行なったダイヤモンド粉末を混合したエポキシ
樹脂は熱伝導率が大巾に改良されていることが分る。

実施例　３ 粒径Ｏ〜１μｍの合成ダイヤモンドを用いたダイヤモン
ド粉末に、実施例１と同様の処理を行なった。次に実施
例１の場合と同様に試験したところ、表面が疎水性に改
質されていることが確認された。

上記で得た処理ダイヤモンド９ｇとビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂〔アラルダイトＣＹ２２１（日本チバガイ
ギ一番薄製）　１３３ｇを混合し、減圧脱泡した後、Ｂ
形粘度計を用いて粘度を測定した。なお、比較のために
、同じ粒径で表面処理を行なっていないダイヤモンドを
用いたものを作成した。

これ等の測定結果を図１に示す。

同−ｌｎ度の時、本発明の処理を行なったダイヤモンド
粉末を混合したエボキン樹脂の方が、処理を行なってい
ないものよりも粘度が低くなることが分り、特に低温で
は著しい。

実施例　４ 実施例３で処理したダイヤモンド粉末９ｇをエボキン樹
脂３３ｇと混合し、減圧脱泡を行なった。

これに変性脂肪族ポリアミン型硬化剤〔ハードナーＨＹ
　９５［ｉ　（日本チバガイギー（１）３製）〕を６．
６ｇ混合し、再び減圧脱泡を行なった。これを加熱硬化
させた後、直径１０ｓ■、厚さ２■■の円板を切出し、
熱伝導度を測定・した。なお比較のために、表面処理を
行なわないダイヤをフィラーとしたもの、全くフィラー
を含まないものを作成した。熱伝導度の測定結果を第３
表に示した。実施例２と同様、本発明の処理を行なった
ダイヤモンド粉末を混合したエボキン樹脂は、熱伝導度
が改良されていることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面処理を施したものと表面未′処理のものを
Ｂ形粘度計を用いて測定した粘度を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリル塩化物等を含めたシラン化合物、アルコー
   ル、またはチタンカップリング剤により表面処理を行な
   い、表面を疎水性としたダイヤモンド粉末。
2. （２）粒径が５０μｍ以下である特許請求の範囲（１）
   項記載の表面を疎水性としたダイヤモンド粉末。
3. （３）ダイヤモンド粉末に必要であれば有機媒体中でシ
   リル塩化物等を含めたシラン化合物、アルコール、また
   はチタンカップリング剤を加え、常温または適宜加熱し
   て該ダイヤモンド粉末表面に存在するＯＨ基と反応せし
   め、ダイヤモンド粉末表面を有機官能基で覆うことを特
   徴とする疎水性としたダイヤモンド粉末の処理法。