KR102568478B1 - 절연 시트 - Google Patents

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마사유키 쵸카이
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Abstract

면내 방향에서의 높은 열전도성을 갖는 절연 시트를 제공하는 것.
절연성 입자 및 바인더 수지를 함유하고, 또한 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 75∼97 면적% 의 절연성 입자, 3∼25 면적% 의 바인더 수지, 및 10 면적% 이하의 공극을 함유하는, 절연 시트.

Description

절연 시트
본 개시는, 전기 제품 내부의 반도체 소자나 전원, 광원 등의 발열 부품에 있어서 발생하는 열을 신속하게 확산하고, 국소적인 온도 상승을 완화하거나, 또는 발열원으로부터 떨어진 지점에 열을 수송하는 것이 가능한, 면내 방향의 열전도성·열 수송 특성이 우수한 절연 시트에 관한 것이다.
최근, 전자 기기의 박단소화, 고출력화에 수반하는 발열 밀도의 증가로 인해, 방열 대책의 중요성이 높아지고 있다. 전자 기기의 열 트러블을 경감하기 위해서는, 주변 부재에 악영향을 미치지 않도록, 기기 내에서 발생한 열을 신속하게 냉각재나 하우징 등으로 확산시켜 빠져나가게 하는 것이 중요하다. 이 때문에, 특정한 방향으로의 열전도가 가능한 열전도 부재가 요구된다. 또한 많은 경우, 냉각재나 하우징으로의 누전을 방지하기 위해, 열전도 부재에는 전기 절연성도 요구된다.
절연성 또한 유연성을 갖는 수지 재료의 열전도율을 높이는 수법으로서, 무기 필러, 특히 질화붕소와 수지 재료의 복합이 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1 에서는, 열가소성 엘라스토머와 유동 파라핀에 질화붕소를 85 체적% 함유함으로써, 24W/(m·K) 의 면내 방향 열전도율을 달성하고 있다. 또한, 특허문헌 2 에서는, 불소 수지에 질화붕소를 80 체적% 혼합함으로써, 35W/(m·K) 의 면내 열전도율을 달성하고 있다. 또한, 특허문헌 3 에서는, 나프탈렌 구조를 갖는 에폭시 수지에 질화붕소를 83 체적% 혼합하여 열경화함으로써 42W/(m·K) 의 면내 방향 열전도율을 달성하고 있다.
일본 공개특허공보 평2012-64691호 일본 공개특허공보 2010-137562호 일본 공개특허공보 2011-90868호
종래의 절연 시트에서는, 면내 방향에 있어서의 충분히 높은 열전도율이 얻어지지 않는 경우가 있었다.
이러한 배경에 있어서, 본 개시는, 면내 방향에서의 높은 열전도성을 갖는 절연 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본건 발명자들은, 상기의 과제가 하기의 양태에 의해 해결되는 것을 발견했다:
<양태 1>
절연성 입자 및 바인더 수지를 함유하고, 또한
면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 상기 절연성 입자, 상기 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 75∼97 면적% 의 상기 절연성 입자, 3∼25 면적% 의 상기 바인더 수지, 및 10 면적% 이하의 상기 공극을 함유하는,
절연 시트.
<양태 2>
상기 절연성 입자가, 변형되어 있는 편평상 입자를 포함하는, 양태 1 에 기재된 절연 시트.
<양태 3>
상기 절연성 입자가, 질화붕소를 50 체적% 이상 포함하는, 양태 2 에 기재된 절연 시트.
<양태 4>
상기 바인더 수지는, 융점 또는 열분해 온도가 150℃ 이상인, 양태 1∼3 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 5>
상기 바인더 수지가, 아라미드 수지인, 양태 1∼4 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 6>
바인더 수지를 함유하고 있고 절연성 입자를 함유하고 있지 않은 스킨층을 갖고 있는, 양태 1∼5 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 7>
표면 거칠기 (Ra) 가 0.5μm 이하인, 양태 1∼6 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 8>
염 농도가 900ppm 이하인, 양태 1∼7 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 9>
잔류 용제 농도가 3 중량% 이하인, 양태 1∼8 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 10>
열전도율이 면내 방향에서 30W/(m·K) 이상이고, 절연 파괴 전압이 5kV/mm 이상인, 양태 1∼9 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 11>
1GHz 에 있어서의 비유전율이 6 이하인, 양태 1∼10 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트.
<양태 12>
양태 1∼11 중 어느 한 항에 기재된 절연 시트의 제조 방법으로서,
절연성 입자, 바인더 수지, 및 용제를 혼합하여 슬러리를 얻는 혼합 공정,
혼합 공정 후의 슬러리를 시트상으로 부형 및 건조시켜 절연 시트 전구체를 성형하는 성형 공정, 및
상기 절연 시트 전구체를 롤 프레스하는 롤 프레스 공정
을 포함하는, 절연 시트의 제조 방법.
<양태 13>
상기 절연성 입자가, 편평상 입자를 포함하는, 양태 12 에 기재된 방법.
<양태 14>
상기 절연성 입자가, 질화붕소를 50 체적% 이상 포함하는, 양태 13 에 기재된 방법.
<양태 15>
상기 슬러리가, 상기 절연성 입자 및 상기 바인더 수지의 합계 100 체적부에 대하여, 75∼97 체적부의 상기 절연성 입자 및 3∼25 체적부의 상기 바인더 수지를 포함하고 있는, 양태 12∼14 중 어느 한 항에 기재된 방법.
본 발명에 의하면, 면내 방향에서의 높은 열전도성을 갖는 절연 시트를 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 개시의 하나의 실시양태에 관한 절연 시트의 단면의 개략도를 나타낸다.
도 2 는, 본 개시의 다른 실시양태에 관한 절연 시트의 단면의 개략도를 나타낸다.
도 3 은, 종래 기술에 관한 절연 시트의 단면의 개략도를 나타낸다.
도 4 는, 실시예 1 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 5 는, 실시예 2 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 6 은, 실시예 3 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 7 은, 실시예 4 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 8 은, 실시예 5 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 9 는, 참고예 1 에 관한 절연 시트 전구체의, 면 방향에 수직인 단면의 SEM 화상을 나타낸다.
도 10 은, 비교예 1 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
도 11 은, 비교예 2 에 관한 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대하여 설명한다.
<<절연 시트>>
본 개시의 절연 시트는,
절연성 입자 및 바인더 수지를 함유하고 있고, 또한 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에,
75∼97 면적% 의 절연성 입자,
3∼25 면적% 의 바인더 수지 및
10 면적% 이하의 공극
을 함유하고 있다.
본 개시의 절연 시트는, 절연성 입자의 충전율이 비교적 높고, 면 방향에 있어서의 비교적 높은 열전도율을 갖고 있다.
도 1 은 본 개시에 관한 절연 시트의 하나의 실시양태인 면 방향에 수직인 단면의 개략도를 나타낸다. 본 개시에 관한 절연 시트 (10) 에서는, 바인더 수지 (12) 의 함유량이 저감되어 있음으로써, 절연성 입자 (11) 의 충전율이 비교적 높아져 있다. 이러한 절연 시트 (10) 에서는, 절연성 입자 (11) 의 충전율이 높음으로써, 입자간의 거리가 비교적 작아져 있고, 결과적으로 면내 방향에 있어서의 높은 열전도율이 초래되고 있다고 생각된다. 또, 동시에, 바인더 수지 (12) 의 함유량이 저감되어 있음으로써, 수지에 기인하는 열저항이 억제되어 있다고 생각된다.
또한, 도 1 의 본 개시에 관한 절연 시트 (10) 에서는, 바인더 수지 (12) 의 함유량이 저감되어 있는 것에 더하여, 시트 내의 공극 (13) 도 비교적 저감되어 있다. 이와 같은 절연 시트에서는, 절연성 입자 (11) 의 충전율이 더욱 높아져 있어, 면내 방향에 있어서의 열전도율의 증가 효과가 더욱 높아져 있는 것으로 생각된다.
본 개시에 관한 절연 시트는, 예를 들어, 절연성 입자 및 바인더 수지를 포함하는 절연 시트 전구체에 대해 롤 프레스 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다. 시트상으로 성형된 절연 시트 전구체는 다량의 기포를 포함하고 있다. 이 상태에서 롤 프레스법을 이용하여 압축함으로써, 시트 내부의 절연성 입자를 시트의 면내 방향으로 배향시킴과 함께, 절연 시트 전구체 내부의 기포를 저감할 수 있고, 그 결과, 얻어지는 절연 시트의 면내 방향의 열전도율이 높아진다고 생각된다.
도 3 은 종래 기술에 관한 절연 시트 (30) 의 면 방향에 수직인 단면의 개략도를 나타내고 있다. 이 절연 시트 (30) 에서는, 바인더 수지 (32) 의 비율이 비교적 높고, 또한 입자간의 공극 (33) 이 비교적 크기 때문에, 절연성 입자 (31) 의 충전율이 비교적 낮게 되어 있다. 이와 같은 절연 시트에서는, 절연성 입자 (31) 간의 거리가 크기 때문에, 면 방향에 있어서의 높은 열전도율이 얻어지지 않는다고 생각된다.
이하에서는, 본 개시의 절연 시트를 구성하는 각 요소에 대해서, 보다 상세하게 설명한다.
<절연성 입자>
본 개시에 관한 절연 시트는 절연성 입자를 함유하고 있다.
본 개시에 관한 절연 시트는, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 75∼97 면적% 의 상기 절연성 입자를 함유한다. 절연성 입자의 함유율이 75 면적% 이상인 경우에는 양호한 열전도성이 얻어지고, 97 면적% 이하인 경우에는 수지 조성물의 점도의 상승이 억제되고, 성형의 용이성이 확보된다.
바람직하게는, 본 개시에 관한 절연 시트에 함유되는 절연성 입자는, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 80 면적% 이상, 85 면적% 이상, 혹은 90 면적% 이상이어도 되고, 또한/또는 96 면적% 이하, 95 면적% 이하, 94 면적% 이하, 93 면적% 이하, 92 면적% 이하, 혹은 91 면적% 이하여도 된다.
본 개시에 있어서, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때의 절연성 입자의 "면적%" 는, 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의해 촬영하고, 또한 취득된 화상에 있어서의 일정 면적 중에 존재하는 절연성 입자의 면적의 합계를 계측함으로써 산출할 수 있다. 또한, 절연 시트가 절연성 입자 및 바인더 수지 이외의 첨가물을 갖는 경우에는, 상기 일정 면적 중에 당해 첨가물이 포함되지 않도록 상기 일정 면적을 설정하는 것 등에 의해, 절연성 입자, 바인더 수지 및 공극의 합계를 100 면적% 로 하였을 때의 절연성 입자의 "면적%" 를 산출할 수 있다.
절연성 입자는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 질화붕소, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 질화규소, 탄화규소, 표면을 절연화한 금속 실리콘 입자, 수지 등의 절연성 재료로 표면 피복한 탄소 섬유 및 흑연, 그리고 폴리머계 필러를 들 수 있다. 면 방향에 있어서의 열전도성, 및 절연성의 관점에서, 절연성 입자가 질화붕소, 특히 육방정계 질화붕소인 것이 바람직하다.
절연성 입자의 평균 입경은 바람직하게는 1∼200μm, 보다 바람직하게는 5∼200μm, 더욱 바람직하게는 5∼100μm, 특히 바람직하게는 10∼100μm 이다.
평균 입경은, 레이저 회절·산란식 입자경 분포 측정 장치를 사용하여 레이저 회절법에 의해 측정되는 메디안 직경 (어느 분체를 어느 입경으로부터 2 개로 나누었을 때, 그 입경보다 큰 입자와 작은 입자가 등량이 되는 입경, 일반적으로 D50 이라고도 불린다) 이다.
(변형)
본 개시에 관한 절연 시트의 하나의 유리한 실시양태에서는, 절연성 입자가, 변형되어 있는 편평상 입자를 포함하고 있다.
이러한 절연 시트에서는 면 방향에 있어서의 열전도율이 더욱 향상되어 있다. 이론에 의해 한정할 의도는 없지만, 그 이유로서는, 편평상 입자가 변형되어 있음으로써, 시트 내부의 공극이 더욱 저감되어 있는 것을 들 수 있다. 일반적으로, 편평상 입자의 경우에는, 그 형상에 기인하는 입체 장해에 의해 입자간에 간극이 생기기 쉽다고 생각된다. 따라서, 종래에는, 입자의 함유율이 높아지면 공극률이 커진다고 생각되고 있었다. 이에 대해, 본 개시의 하나의 유리한 실시양태에 관한 절연 시트에서는, 예를 들면 도 2 에 나타내는 바와 같이, 편평상 입자 (21) 가 변형하고, 그와 같이 하여 입자간의 간극이 메워지고, 결과적으로, 공극 (23) 이 더욱 저하되어 있다. 또한, 롤 프레스 처리 동안에 편평상 입자 (21) 가 변형됨으로써, 입자간에 갇힌 기포의 시트 밖으로의 배출이 촉진되어, 공극 (23) 의 저감이 더욱 촉진된다고 하는 것도 생각된다.
변형되어 있는 편평상 입자를 함유하고 있는 절연 시트를 얻는 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 편평상 입자를 함유하고 있는 절연성 입자를 포함하는 절연 시트 전구체에 대하여 롤 프레스 처리를 행하는 방법을 들 수 있다. 특히, 절연성 입자가 편평상 입자를 함유하고 있고 또한 절연성 입자가 고충전되어 있는 절연 시트 전구체에 대하여 롤 프레스 처리를 실시하는 방법에 의하면, 입자의 변형이 보다 현저해진다고 생각된다. 이론에 의해 한정할 의도는 없지만, 이와 같은 방법에서는, 편평상 입자간에 부여되는 전단 응력이 비교적 높아져, 결과적으로 편평상 입자의 변형이 촉진된다고 생각된다. 도 2 의 실시양태를 예로서 설명하면, 도 2 에서는, 바인더 수지 (22) 의 함유율이 비교적 낮고 또한 절연성 입자가 비교적 조밀하게 충전되어 있다. 이러한 상태에서 롤 프레스 처리를 행한 경우에는, 절연성 입자간에 높은 전단 응력이 작용하기 쉽기 때문에, 절연성 입자가 특히 변형되기 쉽다고 생각된다.
또한, 종래의 절연 시트에 있어서도, 절연성 입자가 변형되어 있는 경우가 있을 수 있지만, 이 경우에는, 변형의 정도가 비교적 작아, 공극률을 저감하기에는 이르지 못했다고 생각된다.
(편평상 입자)
절연성 입자가 편평상 입자, 즉 인편상 입자 또는 플레이크상 입자를 포함하는 경우, 편평상 입자는 절연성 입자 전체의 100 체적% 당 50 체적% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 50 체적% 이상인 경우에는, 양호한 면내 방향의 열전도율이 확보될 수 있다. 절연성 입자 100 체적% 당 편평상 입자는 보다 바람직하게는 60 체적% 이상, 더욱 바람직하게는 70 체적% 이상, 보다 더 바람직하게는 80 체적% 이상, 특히 바람직하게는 90 체적% 이상이며, 가장 바람직하게는 절연성 입자가 편평상 입자로 이루어진다.
편평상 입자의 애스펙트비는 10∼1000 인 것이 바람직하다. 애스펙트비가 10 이상인 경우에는, 열확산성을 높이기 위해서 중요한 배향성이 확보되고, 높은 열확산성을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또, 1000 이하의 애스펙트비를 갖는 필러는, 비표면적의 증대에 의한 조성물의 점도 상승이 억제되기 때문에, 가공의 용이성의 관점에서 바람직하다.
애스펙트비는 입자의 장경을 입자의 두께로 나눈 값이며, 즉 장경/두께이다. 입자가 구상인 경우의 애스펙트비는 1 이고, 편평한 정도가 증가함에 따라 애스펙트비는 높아진다.
애스펙트비는, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 배율 1500 배로 입자의 장경과 두께를 측정하고, 장경/두께를 계산함으로써 얻을 수 있다.
편평상 입자의 평균 입경은, 예를 들어 1μm 이상, 바람직하게는 1∼200μm, 더욱 바람직하게는 5∼200μm, 더욱 바람직하게는 5∼100μm, 특히 바람직하게는 10∼100μm 이다.
(질화 붕소)
편평상 입자로서는, 예를 들어 육방정계 질화붕소 (h-BN) 를 들 수 있다.
질화붕소 입자의 평균 입경은, 예를 들어 1μm 이상, 바람직하게는 1∼200μm, 더욱 바람직하게는 5∼200μm, 더욱 바람직하게는 5∼100μm, 특히 바람직하게는 10∼100μm 이다. 1μm 이상인 경우에는 질화붕소의 비표면적이 작아 수지와의 상용성이 확보되기 때문에 바람직하고, 200μm 이하인 경우에는 시트 성형시에 두께의 균일성을 확보할 수 있기 때문에 바람직하다. 질화붕소는, 단일의 평균 입경을 갖는 질화붕소를 사용해도 되고, 상이한 평균 입경을 갖는 질화붕소의 복수 종류를 혼합하여 사용해도 된다.
질화붕소 입자의 애스펙트비는 10∼1000 인 것이 바람직하다.
절연성 입자로서 질화붕소를 사용하는 경우에는, 질화붕소 입자 이외의 절연성 입자를 병용해도 된다. 그 경우에도 질화붕소 입자는 절연성 무기 입자 전체의 100 체적% 당 50 체적% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 50 체적% 이상이면, 양호한 면내 방향의 열전도율이 확보되기 때문에 바람직하다. 절연성 무기 입자 100 체적% 당 질화붕소 입자는, 보다 바람직하게는 60 체적% 이상, 더욱 바람직하게는 70 체적% 이상, 보다 더 바람직하게는 80 체적%, 특히 바람직하게는 90 체적% 이상이다.
절연성 무기 입자로서 질화붕소 입자와 등방성의 열전도율을 갖는 세라믹스 입자를 병용하는 경우에는, 절연 시트의 두께 방향의 열전도율과 면내 방향의 열전도율의 밸런스를 필요에 따라 조절할 수 있기 때문에, 바람직한 양태이다. 또한, 질화붕소 입자는 고가의 재료이기 때문에, 예를 들어 표면을 열산화하여 절연화한 금속 실리콘 입자와 같은 저렴한 재료와 병용하는 것이 바람직하고, 이 경우에, 절연 시트의 원료 비용과 열전도율의 밸런스를 필요에 따라 조절할 수 있기 때문에, 바람직한 양태이다.
(바인더 수지)
본 개시에 관한 절연 시트는, 바인더 수지를 함유하고 있다.
본 개시에 관한 절연 시트는, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 3∼25 면적% 의 바인더 수지를 함유한다. 바인더 수지의 함유율이 25 면적% 이하인 경우에는, 충분히 높은 열전도율을 확보할 수 있고, 3 면적% 이상인 경우에는, 성형성을 확보할 수 있다. 또, 바인더 수지의 함유율이 3 면적% 이상인 경우에는, 바인더 수지가 절연성 입자간 등의 간극을 메움으로써, 공극이 저감된다고 생각된다.
바람직하게는, 본 개시에 관한 절연 시트에 함유되는 바인더 수지는, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 5 면적% 이상, 5 면적% 초과, 6 면적% 이상, 7 면적% 이상, 혹은 8 면적% 이상이어도 되고, 또한/또는 24 면적% 이하, 20 면적% 이하, 15 면적% 이하, 12 면적% 이하, 혹은 10 면적% 이하여도 된다. 특히, 바인더 수지의 함유율이 5 면적% 이상인 경우에는, 절연성 입자간 등의 간극을 메우기 위해서 충분한 양의 바인더 수지가 확보되어, 공극이 더욱 저감된다고 생각된다.
본 개시에 있어서, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때의 바인더 수지의 "면적%" 는, 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면을 SEM 에 의해 촬영하고, 또한 취득된 화상에 있어서의 일정 면적 중에 존재하는 바인더 수지의 면적을 계측함으로써 산출할 수 있다. 또한, 절연 시트가 절연성 입자 및 바인더 수지 이외의 첨가물을 갖는 경우에는, 상기 일정 면적 중에 당해 첨가물이 포함되지 않도록 상기 일정 면적을 설정하는 것 등에 의해, 절연성 입자, 바인더 수지 및 공극의 합계를 100 면적% 로 하였을 때의 바인더 수지의 "면적%" 를 산출할 수 있다.
본 개시에 관한 바인더 수지는, 특별히 한정되지 않는다. 바인더 수지로서는, 예를 들면, 아라미드 수지 (방향족 폴리아미드), 폴리불화비닐리덴 (PVDF), 실리콘 수지, 폴리이미드 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 액정 폴리머 (LCP) 수지, 폴리아릴레이트 (PAR) 수지, 폴리에테르이미드 (PEI) 수지, 폴리에테르술폰 (PES) 수지, 폴리아미드이미드 (PAI) 수지, 폴리페닐렌설파이드 (PPS) 수지, 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 수지, 및 폴리벤조옥사졸 (PBO) 을 들 수 있다. 바인더 수지는, 특히 바람직하게는 방향족 폴리아미드이다. 방향족 폴리아미드는, 지방족 폴리아미드와 비교하여 우수한 강도를 갖기 때문에, 바인더 수지로서 방향족 폴리아미드를 사용한 경우에는, 절연성 입자의 유지성 및 시트상의 안정성이 특히 우수한 절연 시트를 제공할 수 있다.
(열 특성)
절연 시트의 열 특성의 관점에서는, 바인더 수지가 내열성 및/또는 난연성에 있어서 우수한 성질을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 바인더 수지의 융점 또는 열분해 온도가 150℃ 이상인 것이 바람직하다.
바인더 수지의 융점은, 시차 주사 열량계로 측정된다. 바인더 수지의 융점은, 보다 바람직하게는 200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 250℃ 이상, 특히 바람직하게는 300℃ 이상이다. 바인더 수지의 융점의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 600℃ 이하, 500℃ 이하, 또는 400℃ 이하이다.
바인더의 열분해 온도는 시차 주사 열량계로 측정된다. 바인더 수지의 열분해 온도는, 보다 바람직하게는 200 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 300 ℃ 이상, 특히 바람직하게는 400 ℃ 이상, 가장 바람직하게는 500 ℃ 이상이다. 바인더 수지의 열분해 온도의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 1000℃ 이하, 900℃ 이하, 또는 800℃ 이하이다.
차량 탑재용의 전자 기기 내부의 방열 용도로서 사용하는 경우, 수지 재료의 높은 내열 온도도 필요해진다. 탄화규소를 이용한 파워 반도체의 경우, 300℃ 전후의 내열성이 요구된다. 따라서, 300℃ 이상의 내열성을 갖고 있는 수지는, 차량 탑재 용도, 특히 파워 반도체 주변의 방열 용도에 적합하게 이용할 수 있다. 그러한 수지로서는, 예를 들어 아라미드 수지를 들 수 있다.
(열가소성 수지)
유연성 및 핸들링성의 관점에서는, 바인더 수지가 열가소성 바인더 수지인 것이 특히 바람직하다. 열가소성 수지를 포함하는 절연 시트는, 제조 시에 열경화를 필요로 하지 않기 때문에, 유연성이 우수하고, 또한 전자 기기 내부로의 적용을 비교적 용이하게 행할 수 있다.
또, 바인더 수지가 열가소성 바인더 수지인 경우에는, 절연 시트 내의 공극을 더욱 저감할 수 있다고 생각되기 때문에, 특히 바람직하다. 이론에 의해 한정할 의도는 없지만, 바인더 수지로서 열가소성 수지를 사용한 경우에는, 예를 들어 절연 시트의 제조시에 있어서의 롤 프레스 처리시에 가열 처리함으로써, 열가소성 수지가 연화되어, 절연성 입자간에 트랩된 기포의 배출이 더욱 촉진되고, 결과적으로 공극의 저감 효과를 더욱 높일 수 있다고 생각된다.
본 개시에 관한 바인더 수지로서 사용할 수 있는 열가소성 수지로는, 아라미드 수지, 폴리불화비닐리덴 (PVDF), 열가소성 폴리이미드 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 수지, 액정 폴리머 (LCP) 수지, 폴리아릴레이트 (PAR) 수지, 폴리에테르이미드 (PEI) 수지, 폴리에테르술폰 (PES) 수지, 폴리아미드이미드 (PAI) 수지, 폴리페닐렌술파이드 (PPS) 수지, 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 수지, 및 폴리벤조옥사졸 (PBO) 등을 들 수 있다.
(아라미드 수지)
특히, 바인더 수지가 아라미드 수지 (방향족 폴리아미드) 인 것이 바람직하다. 바인더 수지로서 아라미드 수지를 사용한 경우에는, 절연성 입자를 높은 비율로 충전하면서도 기계적 강도가 더욱 우수한 절연 시트가 초래된다. 종래의 절연 시트에서는, 시트 자체의 두께가 크고, 결과적으로 열저항값이 높아져 버리는 경우가 있었다. 이에 반해, 아라미드 수지를 사용한 절연 시트는 절연성 입자, 특히 질화붕소를 높은 비율로 충전하면서도 기계적 강도가 우수하고, 그 결과 시트의 두께 자체가 얇고, 시트 전체의 열 저항값의 저하가 우수하다. 또한, 열 특성의 관점에서도, 바인더 수지가 아라미드 수지인 것이 바람직하다. 아라미드 수지는 비교적 높은 열분해 온도를 갖고 있고, 또한 바인더 수지로서 아라미드 수지를 사용한 절연 시트는, 우수한 난연성을 나타낸다.
아라미드 수지는 아미드 결합의 60% 이상이 방향 고리에 직접 결합한 선상 고분자 화합물이다. 아라미드 수지로서 예를 들어, 폴리메타페닐렌이소프탈아미드 및 그 공중합체, 폴리파라페닐렌테레프탈아미드 및 그 공중합체를 사용할 수 있고, 예를 들어 코폴리파라페닐렌·3,4'-디페닐에테르테레프탈아미드를 들 수 있다. 아라미드 수지는 단일로 사용해도 되고, 복수를 혼합하여 사용해도 된다.
<공극>
본 개시의 절연 시트는, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 10 면적% 이하의 공극을 함유하고 있다. 공극이 10 면적% 이하임으로써, 양호한 면 방향의 열전도율을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 본 개시의 절연 시트는, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 8 면적% 이하, 6 면적% 이하, 4 면적% 이하, 3 면적% 이하, 2 면적% 이하, 또는 1 면적% 이하의 공극을 함유하고 있다. 공극의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 공극은, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 0.01 면적% 이상, 0.1 면적% 이상, 0.5 면적% 이상, 0.8 면적% 이상, 또는 1.0 면적% 이상이어도 된다.
본 개시에 있어서, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때의 공극의 "면적%" 는, 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면을 SEM 에 의해 촬영하고, 또한 취득된 화상에 있어서의 일정 면적 중에 존재하는 공극의 면적을 계측함으로써 산출할 수 있다. 또한, 절연 시트가 절연성 입자 및 바인더 수지 이외의 첨가물을 갖는 경우에는, 상기 일정 면적 중에 당해 첨가물이 포함되지 않도록 상기 일정 면적을 설정하는 것 등에 의해, 절연성 입자, 바인더 수지 및 공극의 합계를 100 면적% 로 하였을 때의 공극의 "면적%" 를 산출할 수 있다.
본 개시에 있어서 "공극" 은, 절연 시트를 구성하는 요소의 사이에 형성되는 간극을 의미한다. 공극은, 예를 들어 절연 시트의 형성 시에, 절연성 입자간 등에 기포 등이 트랩됨으로써 발생한다.
<스킨층>
본 개시에 관한 절연 시트는, 바람직하게는 스킨층을 갖고 있다. 스킨층은, 절연 시트의 표층을 구성하는 층이며, 바인더 수지를 포함하고 있는 한편, 절연성 입자를 포함하고 있지 않다. 절연 시트가 스킨층을 갖고 있는 경우에는, 절연 시트 밖으로의 절연성 입자의 노출 및 탈리를 방지할 수 있다.
스킨층의 두께는, 바람직하게는 0.01μm∼10μm 이고, 보다 바람직하게는 0.1μm∼1μm 이다. 스킨층의 두께가 0.01μm 이상인 경우에는, 절연성 입자를 절연 시트 중에 유지하는 효과가 더욱 향상된다. 스킨층의 두께가 10μm 이하인 경우에는, 스킨층에 기인하는 열저항을 저감시킬 수 있기 때문에, 절연 시트의 열전도성이 더욱 향상된다.
절연 시트에 있어서의 스킨층의 두께는, 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면을 SEM 에 의해 관찰하고, 단면 SEM 화상의 5 지점에 있어서 절연 시트의 표층의 두께를 계측하고, 또한 계측값을 평균함으로써 산출할 수 있다.
<표면 거칠기>
본 개시에 관한 절연 시트는, 바람직하게는, 절연 시트 표면에 있어서의 절연성 입자의 노출이 저감되어 있고, 비교적 평활성이 높은 표면 구조를 갖고 있다. 구체적으로는, 본 개시에 관한 절연 시트에 관하여, 표면 거칠기 (Ra) 가 0.5μm 이하인 것이 바람직하다. 절연시트의 표면 거칠기 (Ra) 가 0.5μm 이하인 경우에는, 절연시트와 발열원 사이의 계면 열저항이 억제되기 때문에, 열확산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 표면 거칠기 (Ra) 는, 보다 바람직하게는 0.4μm 이하, 특히 바람직하게는 0.2μm 이하, 가장 바람직하게는 0.1μm 이하이다. 또한, 표면 거칠기의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01μm 이상이어도 된다.
표면 거칠기 (Ra) 는, 미세 형상 측정기를 사용하여 측정할 수 있다. 구체적으로는, 절연 시트의 면 방향을 따르는 표면에 있어서의 1mm 의 범위를 0.2μm 간격, 촉침 압력 50μΝ 및 속도 5μm/s 의 조건으로 주사하고, 측정한 각 점에 대해서, 그 점의 계측값과 전후 40μm 구간에 존재하는 점의 계측값의 평균값의 차를 산출함으로써, 표면 높이를 결정하고, 계측한 모든 점의 표면 높이의 평균값을 산출하고, 이 평균값을 표면 거칠기 (Ra) 로 할 수 있다.
<잔류염 농도>
바람직하게는, 본 개시에 관한 절연 시트에 함유되어 있는 염이 저감되어 있다. 절연 시트에 함유되는 염 농도의 상한은 절연 시트의 사용 용도에 따라 다르지만, 염 농도가 900ppm 이하인 것이 바람직하고, 특히 절연 시트에 있어서의 염소 농도 (염화물 이온 농도) 가 900ppm 이하인 것이 바람직하고, 또는 브롬과 염소의 합계 농도가 1500ppm 이하인 것이 바람직하다. 절연 시트에 있어서의 염소 농도가 900ppm 이하, 또는 브롬과 염소의 합계 농도가 1500ppm 이하인 경우에는, 절연 시트를 일반적인 할로겐 프리 소재로서 취급하는 것이 가능하게 된다. 절연 시트에 있어서의 염소 농도는, 보다 바람직하게는 500ppm 이하, 더욱 바람직하게는 100ppm 이하, 특히 바람직하게는 50ppm 이하이다. 또한, 염소 농도의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1ppm 이상, 또는 1ppm 이상이어도 된다. 절연 시트에 함유되는 염 농도는, 이온 크로마토그래프법에 의해 측정할 수 있다.
<잔류 용제 농도>
절연 시트 중의 잔류 용매 및 물의 합계량 (잔류 용제 농도) 이, 절연 시트에 대하여, 3 중량% 이하인 것이 바람직하다. 절연 시트에 함유되는 잔류 용매 및 물의 합계량이 절연 시트에 대하여 3 중량% 이하인 경우에는, 절연 시트를 전자 기기 등에 실장했을 때에, 잔류 용매 및/또는 물의 기화·결로가 억제되기 때문에, 전자 기기의 보다 양호한 작동을 확보할 수 있다. 절연 시트에 함유되는 잔류 용매 및 물의 합계량은, 절연 시트에 대해, 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 2.0 중량% 이하, 특히 바람직하게는 1.5 중량% 이하, 가장 바람직하게는 1.0 중량% 이하이다. 또한, 절연 시트 중의 잔류 용매 및 물의 합계량의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01 중량% 이상, 또는 0.1 중량% 이상이어도 된다. 절연 시트의 잔류 용제 농도는, 열중량 시차열 분석법 (TG-DTA) 에 의해 측정할 수 있다.
<절연 시트의 두께>
절연 시트의 두께는 100μm 이하인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 절연 시트의 두께가 80μm 이하, 70μm 이하, 60μm 이하, 또는 50μm 이하이다. 절연 시트의 두께의 하한은, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 0.1μm 이상, 1μm 이상, 또는 10μm 이상이어도 된다. 절연 시트의 두께가 100μm 이하인 경우에는, 절연 시트 자체의 열저항값이 낮아지기 때문에 바람직하다. 또한, 절연 시트 자체가 얇음으로써 전자기기 내부의 제한된 공간에서 방열 성능을 발현할 수 있다.
<체적부>
본 개시에 관한 절연 시트의 다른 실시양태에서는, 본 개시에 관한 절연 시트가, 절연 시트 100 체적부에 대하여, 75∼97 체적부의 절연성 입자, 3∼25 체적부의 바인더 수지, 및 10 체적부 이하의 공극을 함유하고 있다.
바람직하게는, 본 개시에 관한 절연 시트에 함유되는 절연성 입자는, 절연 시트 100 체적부에 대하여, 80 체적부 이상, 85 체적부 이상, 혹은 90 체적부 이상이어도 되고, 또한/또는 96 체적부 이하, 95 체적부 이하, 94 체적부 이하, 93 체적부 이하, 92 체적부 이하, 혹은 91 체적부 이하여도 된다.
바람직하게는, 본 개시에 관한 절연 시트에 함유되는 바인더 수지는, 절연 시트 100 체적부에 대하여, 5 체적부 이상, 6 체적부 이상, 7 체적부 이상, 혹은 8 체적부 이상이어도 되고, 또한/또는 24 체적부 이하, 20 체적부 이하, 15 체적부 이하, 12 체적부 이하, 혹은 10 체적부 이하여도 된다.
바람직하게는, 본 개시의 절연 시트는, 절연 시트 100 체적부에 대하여, 8 체적부 이하, 6 체적부 이하, 4 체적부 이하, 3 체적부 이하, 2 체적부 이하, 또는 1 체적부 이하의 공극을 함유하고 있다. 공극의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.01 체적부 이상, 0.1 체적부 이상, 0.5 체적부 이상, 0.8 체적부 이상, 또는 1.0 체적부 이상이어도 된다.
절연 시트가 동일 샘플면 내에서 대체로 균일한 조성, 두께를 가지는 경우, 면 방향에 수직인 단면으로부터 구해지는 각 성분의 면적% 는, 절연 시트에 있어서의 각 성분의 체적비 (절연 시트 100 체적부에 대한 체적부) 와 실질적으로 동일하다고 생각된다. 따라서, 절연 시트에 있어서의 공극의 체적부는, 공극에 관한 면적% 에 대해 이미 서술한 수법과 동일하게 하여 산출할 수 있다.
<첨가물>
본 발명의 절연 시트는 난연제, 변색 방지제, 계면활성제, 커플링제, 착색제, 점도 조정제 및/또는 보강재를 함유하고 있어도 된다. 또한, 시트의 강도를 높이기 위해서, 섬유상의 보강재를 함유하고 있어도 된다. 섬유상의 보강재로서 아라미드 수지의 단섬유를 사용하면, 보강재의 첨가에 의해 절연 시트의 내열성이 저하되지 않으므로 바람직하다. 섬유상의 보강재는, 절연 시트 100 체적부에 대하여 0.5∼25 체적부의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하고, 1∼20 체적부의 범위에서 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 보강재 등을 첨가하는 경우, 절연 시트 100 체적부에 대한 바인더 수지의 비율은, 3 체적부를 하회하지 않는 것이 바람직하다.
<사용>
본 개시에 관한 절연 시트는, 예를 들면, 전기 제품 내부의 반도체 소자 또는 전원, 광원 등의 발열 부품에 있어서 발해지는 열을 신속하게 확산하여 국소적인 온도 상승을 완화하기 위해서 사용할 수 있고, 또는 발열원으로부터 떨어진 지점에 열을 수송하기 위해서 사용할 수 있다.
구체적으로는, 본 개시에 관한 절연 시트의 사용 방법의 예로서, 절연 시트를 발열원 (CPU 등) 측에 붙임으로써 발열원의 열을 확산하고, 그것에 의해 발열원 (칩) 온도의 저감을 행하는 사용 방법, 혹은, 절연 시트를 하우징측에 붙임으로써 하우징 온도의 국소적인 증가를 저감하는 사용 방법 등을 들 수 있다.
절연 시트를 전자 기기에 적용하는 경우, 그 적용 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 절연 시트를, 발열원, 예를 들어 전자 기기 내부의 반도체에, 직접 접촉시키거나 또는 다른 열전도체를 개재하여 배치해도 되고, 그와 같이 하여, 발열원의 표면 온도를 효율적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 절연 시트를 발열원과 내열성이 낮은 전자 부품 사이에 배치함으로써, 내열성이 낮은 전자 부품에 전해지는 열을 확산하고, 그것에 의해, 전자 부품을 열로부터 보호할 수 있다. 또한, 절연 시트를 발열원과 액정 디스플레이의 사이에 배치함으로써, 국소적인 가열에 의한 액정 디스플레이의 불량, 예를 들면 색 불균일을 저감할 수 있다. 또한, 절연 시트를 열원과 전자 기기의 외표면 사이에 배치함으로써, 전자 기기의 외표면의 국소적인 온도 상승을 저감할 수 있고, 그것에 의해, 사용자에 대한 안전성, 예를 들면 저온 화상을 회피하는 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
<점착층>
절연 시트의 일방의 표면 또는 양방의 표면에, 점착층 및/또는 접착층을 배치해도 된다. 이 경우, 점착층 및 접착층은 공지된 것일 수 있다. 절연 시트의 표면에 점착층 및/또는 접착층을 배치함으로써, 전자 기기 내부 등으로의 절연 시트의 설치가 보다 간편해진다.
<열전도율 및 절연 파괴 전압>
본 개시에 관한 하나의 실시양태에서는, 절연 시트의 열전도율이, 면내 방향에서 30W/(m·K) 이상이고, 또한 절연 파괴 전압이 5kV/mm 이상이다.
(면내 방향에 있어서의 열전도율)
열전도율이 면내 방향에서 30W/(m·K) 이상인 경우에는, 전자 기기의 발열을 충분히 확산할 수 있기 때문에, 히트 스폿이 발생하기 어려워져, 바람직하다. 열전도율은 높을수록 바람직하지만, 통상 달성할 수 있는 열전도율은, 면내 방향에서 기껏해야 100W/(m·K) 이다.
바람직하게는, 절연 시트의 열전도율이 면내 방향에서 35W/(m·K) 이상, 40W/(m·K) 이상, 45W/(m·K) 이상, 50W/(m·K) 이상, 또는 55W/(m·K) 이상이다.
절연 시트의 면내 방향의 열전도율은 열확산율, 비중 및 비열을 모두 곱하여 산출할 수 있다. 즉,
(열전도율) = (열확산율) × (비열) × (비중)
에 의해서 산출할 수 있다.
상기 열확산율은 광교류법에 의해 광교류법 열확산율 측정 장치를 이용하여 측정할 수 있다. 비열은 시차 주사 열량계에 의해 구할 수 있다. 또한, 비중은, 절연 시트의 외치수 및 중량으로부터 구할 수 있다.
(두께 방향에 있어서의 열전도율)
본 개시에 관한 절연 시트의 다른 실시양태에서는, 절연 시트의 열전도율이 두께 방향에서 0.5W/(m·K) 이상, 5.0W/(m·K) 이하이다.
특히, 절연 시트의 열전도율이 두께 방향에서 0.8W/(m·K) 이상, 혹은 1.0W/(m·K) 이상이어도 되고, 또한/또는 4.5W/(m·K) 이하, 혹은 4.0W/(m·K) 이하여도 된다.
절연 시트의 두께 방향의 열전도율은 열확산율, 비중 및 비열을 모두 곱하여 산출할 수 있다. 즉,
(열전도율) = (열확산율) × (비열) × (비중)
에 의해서 산출할 수 있다.
두께 방향의 열확산율은 온도파 분석법 (온도파의 위상 지연 계측법) 에 의해 구할 수 있다. 비열은 시차 주사 열량계에 의해 구할 수 있다. 또한, 비중은, 절연 시트의 외치수 및 중량으로부터 구할 수 있다.
(절연 파괴 전압)
바람직하게는, 절연 시트의 절연 파괴 전압이 5kV/mm 이상, 8kV/mm 이상, 또는 10kV/mm 이상이다. 절연 파괴 전압이 5kV/mm 이상인 경우에는, 절연 파괴가 일어나기 어려워져, 전자 기기의 불량이 회피되기 때문에 바람직하다.
절연 시트의 절연 파괴 전압은, 시험 규격 ASTM D149 에 준거하여 측정된다. 측정에는, 절연 내력 시험 장치를 사용할 수 있다.
<비유전율>
본 개시의 절연 시트의 하나의 실시양태에서는, 1GHz 에 있어서의 비유전율이 6 이하이다. 절연 시트의 1GHz 에 있어서의 비유전율이 6 이하인 경우에는, 전자파의 간섭이 회피될 수 있기 때문에 바람직하다.
바람직하게는, 1GHz 에서의 비유전율이 5.5 이하, 5.3 이하, 5.0 이하, 또는 4.8 이하이다. 비유전율의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1.5 이상, 또는 2.0 이상이어도 된다.
본 개시에 관한 비유전율은, 섭동방식 시료 구멍 폐쇄형 공동 공진기법을 이용하여 네트워크 애널라이저에 의해 계측할 수 있다.
<<제조 방법>>
본 개시는, 본 개시에 관한 절연 시트를 제조하기 위한, 하기를 포함하는 방법을 포함하고 있다:
절연성 입자, 바인더 수지, 및 용제를 혼합하여 슬러리를 얻는 혼합 공정,
혼합 공정 후의 슬러리를 시트상으로 부형 및 건조시켜 절연 시트 전구체를 성형하는 성형 공정, 및
절연 시트 전구체를 롤 프레스하는 롤 프레스 공정.
<혼합 공정>
본 개시에 관한 제조 방법의 혼합 공정에서는, 절연성 입자, 바인더 수지, 및 용제를 혼합하여, 슬러리를 얻는다.
절연성 입자 및 바인더 수지에 대해서는, 절연 시트에 관하여 이미 서술한 내용을 참조할 수 있다.
혼합 공정에서는, 임의로 난연제, 변색 방지제, 계면 활성제, 커플링제, 착색제, 점도 조정제 및/또는 보강재 등의 첨가물을 첨가해도 된다. 시트의 강도를 높이기 위해서, 섬유상의 보강재를 첨가해도 된다.
혼합 공정에서는, 무수 염화칼슘 또는 무수 염화리튬을 첨가해도 된다. 혼합 공정에 있어서 무수 염화칼슘 또는 무수 염화리튬을 첨가함으로써, 용제에 대한 바인더 수지의 용해성을 향상시킬 수 있는 경우가 있다. 특히, 바인더 수지로서 아라미드 수지를 사용하는 경우에는, 혼합 공정에 있어서 무수 염화칼슘 또는 무수 염화리튬을 첨가하는 것이 바람직하고, 이 경우에는, 용제에 대한 아라미드 수지의 용해성을 더욱 향상시킬 수 있다.
(용제)
용제로는, 바인더 수지를 용해할 수 있는 용제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 바인더 수지로서 아라미드 수지를 사용하는 경우, 1-메틸-2-피롤리돈 (NMP), N,N-디메틸아세트아미드, 또는 디메틸술폭시드를 사용할 수 있다.
(혼합)
절연성 입자, 바인더 수지 및 용제의 혼합에는, 예를 들어 페인트 쉐이커나 비즈 밀, 플래니터리 믹서, 교반형 분산기, 자공전 교반 혼합기, 3 본 롤, 니더, 단축 또는 2축 혼련기 등의, 일반적인 혼련 장치를 사용할 수 있다.
<성형 공정>
본 개시에 관한 제조 방법의 성형 공정에서는, 혼합 공정 후의 슬러리를 시트상으로 부형 및 건조시켜, 절연 시트 전구체를 성형한다.
(부형)
혼합 공정 후의 슬러리를 시트상으로 부형하기 위해서, 코터에 의해 박리 필름 상에 수지 조성물을 도공하는 방법 외에, 압출 성형, 사출 성형, 라미네이트 성형과 같은 공지된 방법을 사용할 수 있다.
(건조)
건조는 공지된 방법에 의해 행해도 된다. 예를 들어, 기재 상에 도포된 슬러리를 건조시키고, 그 후, 부형된 슬러리를 수중에서 기재로부터 박리한 후에, 추가로 건조를 실시해도 된다. 건조 온도는, 예를 들어 50℃∼120℃ 여도 되고, 건조 시간은, 예를 들어 10 분∼3 시간이어도 된다.
성형 공정에서는, 수세 처리를 행해도 된다. 수세 처리를 행함으로써, 절연 시트에 있어서의 잔류 용매, 및 존재하는 경우에는 염을 저감할 수 있다. 수세 처리는, 예를 들어 기재 상에 도포되어 부형된 슬러리를 건조한 후에, 이온 교환수에 10 분∼3 시간에 걸쳐 침지함으로써 행해도 된다. 수세 처리는, 절연 시트 전구체에 대하여 행해도 된다. 혼합 공정에 있어서 무수 염화칼슘 또는 무수 염화리튬을 첨가한 경우에는, 수세 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
부형된 슬러리 또는 절연 시트 전구체는, 롤 프레스 처리를 거친 절연 시트와 비교하여, 보다 많은 공극을 갖고 있기 때문에, 물의 침투성이 높다고 생각된다. 따라서, 롤 프레스를 행하기 전의 단계에서 수세 처리를 행함으로써, 보다 효율적으로 잔류 용매 및 염을 제거할 수 있다고 생각된다.
또한, 절연 시트에 포함되는 물은, 수세 후에 건조를 행함으로써, 또는 롤 프레스 처리에 의해, 저감될 수 있다.
<롤 프레스 공정>
본 개시에 관한 제조 방법의 롤 프레스 공정에서는, 절연 시트 전구체를 롤 프레스한다.
이미 서술한 바와 같이, 절연 시트 전구체를 롤 프레스함으로써, 면내 방향에 있어서의 우수한 열전도율을 갖는 절연 시트를 얻을 수 있다.
또, 절연 시트 전구체에 대해 롤 프레스를 실시한 경우에는, 스킨층을 갖는 절연 시트를 얻을 수 있다. 절연 시트 전구체에 대해 롤 프레스를 실시함으로써 스킨층이 형성되는 이유는 분명하지 않지만, 롤 프레스를 실시함으로써, 절연성 입자 사이에 존재하고 있던 바인더 수지가 압출되어 표층을 형성하기 때문에, 스킨층을 갖는 절연 시트가 초래된다고 생각된다.
또한, 절연 시트 전구체에 대하여 롤 프레스를 행한 경우에는, 비교적 평활성이 높은 표면 구조를 갖고 있는 절연 시트를 얻을 수 있다. 이론에 의해 한정할 의도는 없지만, 롤 프레스를 행함으로써 형성되는 스킨층에 의해, 절연성 입자가 절연 시트의 표면에 노출되는 것이 억제되고, 결과적으로 절연 시트 표면의 평활성이 더욱 향상된다고 생각된다.
(롤 프레스)
롤 프레스는, 공지된 방법에 의해 실시해도 되고, 예를 들어 캘린더 롤기에 의해, 절연 시트 전구체의 가압 처리를 실시해도 된다. 롤 프레스 공정에 있어서 절연 시트 전구체에 부여되는 압력은, 선압으로 400∼8000 N/cm 인 것이 바람직하다. 선압을 400N/cm 이상으로 함으로써, 절연성 입자의 변형이 일어나기 쉽고, 또한 기포의 시트 밖으로의 배출이 현저해진다. 선압이 8000N/cm 이하임으로써, 절연성 입자가 파괴되지 않을 정도로 충분히 변형되어 조밀하게 충전되어, 시트 내의 공극을 적게 할 수 있다. 롤 프레스에 있어서 사용하는 롤의 직경은, 예를 들어, 200∼1500 mm 인 것이 바람직하다.
(가열 온도)
롤 프레스 처리시에는, 절연 시트 전구체를 가열하는 것이 바람직하다. 가열 온도는, 사용하는 바인더 수지의 종류 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 바인더 수지로서 아라미드 수지를 사용하는 경우, 가열 온도는 100∼400℃ 인 것이 바람직하다. 가열 온도를 100℃ 이상으로 함으로써, 바인더 수지가 연화되기 쉽고 롤 프레스 처리에 의해 절연성 입자간의 간극을 메우는 효과가 얻어지기 쉬워진다. 가열 온도를 400℃ 이하로 함으로써, 열 이력에 의한 바인더 수지의 강도 저하가 발생하기 어려워진다.
<편평상 입자>
본 개시에 관한 제조 방법의 하나의 실시양태에서는, 슬러리에 포함되는 절연성 입자가, 편평상 입자를 포함하고 있다. 이 경우에는, 롤 프레스 처리에 의해 입자가 변형됨으로써, 시트 내의 공극이 더욱 저감된다고 생각된다. 이론에 의해 한정할 의도는 없지만, 편평상 입자는, 예를 들어 구상 입자와 비교하여, 변형되기 쉬운 경우가 있다고 생각된다.
절연성 입자는, 바람직하게는 절연성 입자 100 체적% 에 대하여 50 체적% 이상의 편평상 입자를 포함하고 있고, 특히 절연성 입자 100 체적% 에 대하여 50 체적% 이상의 질화붕소를 포함하고 있다. 절연성 입자 100 체적% 당 편평상 입자, 특히 질화붕소 입자는 보다 바람직하게는 60 체적% 이상, 더욱 바람직하게는 70 체적% 이상, 보다 더 바람직하게는 80 체적% 이상, 특히 바람직하게는 90 체적% 이상이다.
본 개시에 관한 제조 방법의 다른 실시양태에서는, 절연성 입자가 편평상 입자를 포함하고 있고, 또한 슬러리가 절연성 입자 및 바인더 수지의 합계 100 체적부에 대하여, 75∼97 체적부의 절연성 입자 및 3∼25 체적부의 바인더 수지를 포함하고 있다. 이러한 슬러리로 형성되는 절연 시트 전구체에 대하여 롤 프레스를 행한 경우에는, 편평상 입자의 변형이 보다 촉진됨으로써, 절연 시트의 공극이 더욱 저감된다고 생각된다. 이론에 의해 한정할 의도는 없지만, 절연 시트 전구체에 있어서의 절연성 입자의 함유율이 비교적 높은 경우에는, 절연성 입자간의 거리가 비교적 가까운 것에 기인하여, 롤 프레스시에 절연성 입자간에 미치는 전단 응력이 비교적 높아지고, 결과적으로 절연성 입자의 변형이 촉진된다고 생각된다. 그리고, 편평상의 절연성 입자가, 시트 내에 있어서의 간극을 메우도록 변형됨으로써, 시트 내에 있어서의 공극률이 더욱 저감된다고 생각된다.
실시예
이하, 본 개시에 관한 발명을, 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
<<실시예 1∼5, 비교예 1∼2 및 참고예 1>>
실시예 1∼5 에 관한 절연 시트, 비교예 1∼2 에 관한 절연 시트, 및 참고예 1 에 관한 절연 시트 전구체를 제조하였다. 얻어진 절연 시트 및 절연 시트 전구체의 특성을 측정하였다. 측정은 이하의 방법에 의해 행하였다.
(1) 열전도율
절연 시트의 열전도율은, 두께 방향과 면내 방향 각각에 대하여 열확산율, 비중 및 비열을 모두 곱하여 산출하였다.
(열전도율) = (열확산율) × (비열) × (비중)
두께 방향의 열확산율은, 온도파 분석법에 의해 구하였다. 측정 장치에는, 아이페이즈 제조 ai-Phase mobile M3 type1 을 사용하였다. 면내 방향의 열확산율은 광교류법에 의해 구하였다. 측정 장치에는, 어드밴스 리코 제조 LaserPIT 를 사용하였다. 비열은 시차 주사 열량계 (TA Instruments 제조 DSCQ10) 를 이용하여 구하였다. 비중은, 절연 시트의 외치수 및 중량으로부터 구하였다.
(2) 절연 파괴 전압
절연 시트의 절연 파괴 전압은, 시험 규격 ASTM D149 에 준거하여 측정하였다. 측정 장치에는, 도쿄 변압기사 제조의 절연 내력 시험 장치를 사용하였다.
(3) 평균 입경, 애스펙트비
(i) 평균 입경으로는, 레이저 회절·산란식 입자경 분포 측정 장치 (마이크로 트랙·벨 주식회사 제조 MT3000) 를 사용하여, 측정 시간 10 초, 측정 횟수 1 회로 측정을 실시하고, 체적 분포에 있어서의 D50 값을 취득하였다.
(ii) 애스펙트비는, 주사형 전자 현미경 (히타치 하이테크놀로지즈 제조 TM3000형 Miniscope) 을 사용하여, 배율 1500 배로 입자의 장경과 두께를 측정하고, 계산에 의해 구하였다.
(4) 부피 밀도
부피 밀도는, 절연 시트를 가로세로 50 mm 로 잘라내어, 정밀 전자 천칭을 사용하여 질량을, 마이크로미터로 두께를, 노기스로 시트 면적을 측정하고, 계산에 의해 구하였다.
(5) 공극률 (면적%)
공극률은, 면 방향에 수직인 단면을, 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의해 3000 배로 관찰하고, 얻어진 단면 화상의 일정 면적에 존재하는 공극의 면적으로부터 산출하였다. 또한, 절연 시트가 보강재를 갖는 경우에는, 상기의 일정 면적 중에 당해 보강재가 포함되지 않도록, 상기의 일정 면적의 설정을 행하였다.
(6) 배향도
질화붕소의 배향도는, 절연 시트의 주된 면을 측정면으로 하여, 투과 X 선 회절 (XRD, 리가쿠 제조 NANO-Viewer) 의 피크 강도비에 의해 평가하였다. 질화붕소 결정의 c 축 (두께) 방향에 대응하는 (002) 피크 강도 I (002) 와, a 축 (평면) 에 대응하는 (100) 피크 강도 I (100) 을 사용하여 다음 식으로 배향도를 정의하였다.
(질화 붕소 배향도) = I (002) /I (100)
배향도의 값이 낮을수록, 질화붕소가 시트면 내와 동일 방향으로 배향되어 있게 된다.
(7) 비유전율
절연 시트의 1GHz 에 있어서의 비유전율은, 섭동 방식 시료 구멍 폐쇄형 공동 공진기법을 이용하여 네트워크 애널라이저 (키콤 제조 E8361A) 에 의해 측정했다.
(8) 인장 강도 및 인장 탄성률
인장 강도 및 인장 탄성률은 ISO527-1 에 기초하여 측정하였다. 시험기는 오리엔테크사 제조 텐실론 UCT-30T 형을 사용하였다.
(9) 표면 거칠기
표면 거칠기는 고사카 연구소 제조 미세 형상 측정기 ET200 을 사용하여 측정하였다. 절연 시트의 면 방향을 따르는 표면에 있어서의 1mm 의 범위를, 0.2μm 간격, 촉침 압력 50μΝ, 및 속도 5μm/s 의 조건으로 주사했다. 그리고, 측정한 각 점에 대해서, 그 점의 계측값과, 전후 40μm 구간에 존재하는 점의 계측값의 평균값의 차를 산출함으로써, 표면 높이를 결정했다. 그리고, 계측한 모든 점의 표면 높이의 평균값을 산출하고, 이것을 표면 거칠기 (Ra) 로 하였다.
(10) 스킨층의 두께
절연 시트에 있어서의 스킨층의 두께는, 절연 시트의 면 방향에 수직인 단면을 SEM 에 의해 관찰하고, 얻어진 SEM 화상에 있어서의 절연 시트 단면의 5 지점에서 절연 시트 표층의 두께를 계측하고, 계측된 값을 평균함으로써 산출했다.
(11) 잔류 용제 농도
절연 시트에 포함되는 물 및 용매 (NMP) 의 잔류 농도 (잔류 용제 농도) 는 수평 차동형 TG-DTA (리가쿠 제조, ThermoMass Photo) 에 의해 측정하였다. 구체적으로는, 복수 장의 절연 시트를 절단 처리함으로써 약 가로세로 1mm 의 시험편을 제작하고, 이들 시험편 (합계 6.7mg) 에 대하여 헬륨 분위기 하에서 실온으로부터 500℃ 까지 10℃/분으로 승온 처리를 행하여, 중량 감소의 비율을 측정하였다. 측정된 중량 감소의 비율을 잔류 용제 농도로 하였다.
(12) 잔류염 농도
절연 시트에 포함되는 염 농도 (염화칼슘 농도) 는 이온 크로마토그래프법으로 측정하였다. 구체적으로는, 절연 시트 100mg 을 산소 기류 하 900℃ 에서 10 분간에 걸쳐 연소하고, 발생한 가스를 순수 5mL 에 흡수시켰다. 그리고, Thermo Fisher Scientic 사 제조의 integrion 에 의해, 가스를 흡수한 순수 중의 염화물 이온 농도를 측정하고, 이것을 잔류염 농도로 하였다.
<실시예 1>
1-메틸-2-피롤리돈 (후지필름 와코쥰야쿠 주식회사 제조) 350 체적부에, 바인더 수지로서의 아라미드 수지 "테크노라" (테이진 주식회사 제조 코폴리파라페닐렌·3,4'-디페닐에테르테레프탈아미드) 5 체적부, 용해 수지의 안정화제로서의 무수염화칼슘 (후지필름 와코쥰야쿠 주식회사 제조) 2 체적부가 용해된 상태에서, 절연성 입자로서의 인편상 질화붕소 입자 "HSL" (Dandong Chemical Engineering Institute Co. 제조, 평균 입경 30μm, 애스펙트비 38) 95 체적부를 첨가하고, 자전·공전 믹서로 10 분간 교반함으로써 혼합하여, 슬러리를 얻었다. 얻어진 슬러리를 클리어런스 0.14 mm 의 바 코터를 사용하여 유리판 상에 도포하여 부형하고, 또한 115 ℃ 에서 20 분간 건조시켰다. 그 후, 이온 교환수에 1 시간 침지·탈염한 후에, 시트상으로 부형된 슬러리를 수중에서 유리판으로부터 박리하였다. 박리한 시트를, 100 ℃ 에서 30 분간 건조시켜, 두께 100μm 의 절연 시트 전구체를 얻었다. 얻어진 절연 시트 전구체에, 온도 280℃, 선압 4000N/cm 의 조건으로 캘린더 롤기에 의한 압축 처리를 실시하여, 두께 37μm 의 유연한 절연 시트를 얻었다 (실시예 1 의 절연 시트).
<실시예 2>
아라미드 수지를 8 체적부로 하고, 또한 인편상 질화붕소 입자를 92 체적부로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 두께 27μm 의 절연 시트를 얻었다 (실시예 2 의 절연 시트).
<실시예 3>
1-메틸-2-피롤리돈 (와코 준야쿠 고교 주식회사 제조) 450 체적부에, 바인더 수지로서의 아라미드 수지 "테크노라" 10 체적부, 용해 수지의 안정화제로서의 무수 염화칼슘 (후지필름 와코 준야쿠 주식회사 제조) 2 체적부가 용해된 상태에서, 절연성 입자로서의 인편상 질화붕소 입자 "PT110" (Momentive 사 제조, 평균 입경 45μm, 애스펙트비 35) 90 체적부를 첨가하고, 80℃ 로 가열하면서 쓰리원 모터 교반기로 60 분간 교반함으로써 혼합을 행하여, 균일한 슬러리를 얻었다.
얻어진 슬러리를, 클리어런스 0.28mm 의 바 코터를 이용하여 유리판 상에 도포하여 시트상으로 부형하고, 70℃ 에서 1 시간 건조시켰다. 그 후, 부형된 슬러리를 수중에서 유리판으로부터 박리한 후에, 100 ℃ 에서 1 시간 건조시켜, 두께 100μm 의 절연 시트 전구체를 얻었다. 얻어진 절연 시트 전구체에, 온도 270℃, 선압 4000N/cm 의 조건으로 캘린더 롤기에 의한 압축 처리를 실시하여, 두께 48μm 의 절연 시트를 얻었다 (실시예 3 의 절연 시트).
<실시예 4>
아라미드 수지를 20 체적부로 하고, 또한 인편상 질화붕소 입자를 80 체적부로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 두께 25μｍ 의 절연 시트를 얻었다 (실시예 4 의 절연 시트).
<실시예 5>
아라미드 수지를 4 체적부로 한 것, 인편상 질화붕소 입자를 92 체적부로 한 것, 및 섬유 보강재로서 아라미드 섬유인 트와론 단섬유 (Teijin Aramid B. V. 사 제조, 섬유 길이 0.25 mm) 를 4 체적부 첨가한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여, 두께 32μm 의 절연 시트를 얻었다 (실시예 5 의 절연 시트).
<비교예 1>
아라미드 수지를 8 체적부로 하고, 또한 인편상 질화붕소 입자를 92 체적부로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 제작한 두께 100μm 의 절연 시트 전구체를 진공 종형 가열 프레스기에 의해 280℃, 5Pa 의 진공 분위기 하에서, 5 톤의 하중 (20MPa) 으로 2 분간 (프레스 개시 후에 승온 40 분간, 유지 2 분간, 강온 70 분간) 열 프레스함으로써 두께 42μm 의 절연 시트를 얻었다 (비교예 1 의 절연 시트).
<비교예 2>
아라미드 수지를 30 체적부로 하고, 또한 인편상 질화붕소 입자를 70 체적부로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 두께 26μm 의 절연 시트를 얻었다 (비교예 2 의 절연 시트).
<참고예 1>
아라미드 수지를 8 체적부로 하고, 또한 인편상 질화붕소 입자를 92 체적부로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 100℃ 에서 30 분간의 건조까지 실시하여 두께 100μm 의 절연 시트 전구체를 얻었다 (참고예 1 의 절연 시트 전구체).
<<특성 평가>>
실시예 1∼5, 비교예 1∼2, 및 참고예 1 에 대해 실시한 측정 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 참고예 1 에 대해서는, 공극이 크기 때문에 면 방향에 수직인 단면을 규정할 수 없어, 단면에 있어서의 평가를 실시할 수 없었다. 그 때문에, 참고예 1 의 절연성 입자, 바인더 수지 및 공극률의 면적% 는 "계측 불가" 로 하고 있다.
Figure 112021076853297-pct00001
표 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 75∼97 면적% 의 절연성 입자, 3∼25 면적% 의 바인더 수지, 및 10 면적% 이하의 공극을 함유하는 실시예 1∼5 의 절연 시트에서는, 면내 방향에 있어서의 비교적 높은 열전도율이 보였다. 또한, 상기한 바와 같이, 바인더 수지 및 절연성 입자의 면적% 는, 각각, 그들의 체적부에 실질적으로 대응하고 있고, 표 1 에서는, 이와 같이 하여 추정한 면적% 를 "()" 로 나타내고 있다.
또한, 실시예 2 는, 절연성 입자의 함유율에 관해서는 실시예 1 보다 값이 낮음에도 불구하고, 면내 방향에 있어서의 특히 높은 열전도율을 나타냈다. 이러한 결과가 얻어진 이유의 하나로서는, 실시예 2 에서는, 실시예 1 보다 공극률이 저감되어 있었던 것을 들 수 있다.
롤 프레스 처리 대신에 진공 열 프레스 처리를 행한 비교예 1 의 절연 시트는 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해서 75∼97 면적% 의 절연성 입자 및 3∼25 면적% 의 바인더 수지를 함유하는 한편, 공극률이 10 면적% 초과이며, 면내 방향에 있어서의 비교적 낮은 열전도율이 보였다.
또한, 절연성 입자가 75 면적% 미만이고, 또한 바인더 수지가 25 면적% 초과인 비교예 2 의 절연 시트에서도, 면내 방향에 있어서의 비교적 낮은 열전도율이 보였다.
<<SEM 관찰>>
실시예 1∼5, 비교예 1∼2, 및 참고예 1 의 절연 시트에 대해서, 주사형 전자 현미경 (SEM) 에 의한 관찰을 행했다.
도 4∼도 8 은, 각각, 실시예 1∼5 의 절연 시트의, 면 방향에 수직인 단면의 SEM 사진을 나타낸다. 도 4∼도 8 에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1∼5 의 절연 시트에서는, 편평상의 질화붕소 입자가 시트 내의 간극을 메우도록 변형되어 있고, 예를 들어 진공 열 프레스를 행한 비교예 1 의 경우 (도 10) 와 비교하여, 공극이 비교적 작다. 또한, 실시예 5 에 관한 도 8 의 SEM 사진에서는, 사진의 하부에 걸쳐, 트와론 단섬유가 보인다.
도 9 는, 참고예 1 에 관한 절연 시트 전구체의, 면 방향에 수직인 단면의 SEM 화상을 나타낸다. 도 9 에서 볼 수 있는 바와 같이, 가압 처리를 실시하지 않은 절연 시트 전구체인 참고예 1 의 시트는, 공극이 비교적 크고, 절연성 입자의 충전도가 비교적 낮다. 또한, 편평상의 절연성 입자의 변형은 관찰되지 않았다.
도 10 은, 비교예 1 에 관한 시트의, 면 방향에 수직인 단면의 SEM 화상을 나타낸다. 도 10 에서 볼 수 있는 바와 같이, 가압 처리 시에 롤 프레스 처리가 아니라 진공 종형 가열 프레스를 행한 비교예 1 의 시트에서는, 가압 처리를 행하지 않은 참고예 1 과 비교하여 공극이 저감되어 있기는 하지만, 편평상인 질화붕소의 입체 장해에 기인하여 절연 시트 내에 공극이 비교적 많이 잔존하고 있었다. 또한, 도 10 에서 볼 수 있는 바와 같이, 비교예 1 의 절연 시트에서는, 편평상의 절연성 입자가 어느 정도 변형되어 있기는 하지만, 변형의 정도가 충분하지 않아, 입자간의 간극을 메우는 데에는 이르지 못했다.
도 11 은, 비교예 2 에 관한 시트의, 면 방향에 수직인 단면의 SEM 화상을 나타낸다. 도 11 에서 볼 수 있는 바와 같이, 절연성 입자가 75 면적% 미만이고 또한 바인더 수지가 25 면적% 초과인 비교예 2 의 시트에서는, 바인더 수지의 함유율이 비교적 큰 것에 기인하여, 절연성 입자간의 거리가 비교적 커져 있었다.
<<실시예 6 및 비교예 3>>
다음으로, 절연성 입자로서 질화붕소에 더하여 표면 절연화 금속 실리콘 입자를 포함하고, 또한 바인더 수지로서 아라미드 수지 "코넥스" (테이진 주식회사 제조 폴리메타페닐렌이소프탈아미드) 를 사용한 경우에 대하여 조사하였다. 실시예 6 및 비교예 3 에 관한 절연 시트를 제작하여, 물성 등을 평가하였다.
<실시예 6>
1-메틸-2-피롤리돈 130 체적부에, 바인더 수지로서의 아라미드 수지 "코넥스" 20 체적부가 용해된 상태에서, 절연성 입자로서의 인편상 질화붕소 입자 "PT110" 60 체적부 및 열산화법 (대기 중, 900℃, 1 시간) 에 의해 표면을 절연화한 금속 실리콘 입자 "#350" (킨세이마테크 주식회사 제조, 평균 입경 15μm, 애스펙트비 1) 20 체적부를 더한 점, 클리어런스 0.40mm 의 바 코터를 사용한 점 이외에는 실시예 3 과 동일하게 하여, 절연 시트를 제작하고, 두께 56μm 의 절연 시트를 얻었다 (실시예 6 의 절연 시트).
<비교예 3>
1-메틸-2-피롤리돈 520 체적부에, 바인더 수지로서의 아라미드 수지 "테크노라" 40 체적부가 용해된 상태에서, 절연성 입자로서의 질화붕소 입자 "PT110" 60 체적부를 더한 점, 클리어런스 0.80 mm 의 바 코터를 사용한 점 이외에는 실시예 3 과 동일하게 하여 절연 시트를 제작하고, 두께 50μm 의 절연 시트를 얻었다 (비교예 3 의 절연 시트).
실시예 6 및 비교예 3 에 대하여 행한 측정 결과를 표 2 에 나타낸다.
Figure 112021076853297-pct00002
표 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 75∼97 면적% 의 절연성 입자, 3∼25 면적% 의 바인더 수지, 및 10 면적% 이하의 공극을 함유하는 실시예 6 의 절연 시트에서는, 절연성 입자가 75 면적% 미만이고 또한 바인더 수지가 25 면적% 초과인 비교예 3 의 절연 시트와 비교하여, 면 내 방향에 있어서의 비교적 높은 열전도율이 보였다. 실시예 6 의 절연 시트는, 질화붕소 입자 외에 금속 실리콘 입자를 함유하고 있으므로, 실시예 4 대비, 두께 방향의 열전도율이 향상되어 있다.
본 발명의 절연 시트는, 전자·전기 기기의 발열 부재의 절연 방열 부재로서, 예를 들면 반도체의 열을 냉각재나 하우징으로 빠져나가게 하기 위한 절연 방열 부재로서 적합하게 이용할 수 있다.
본 개시의 절연 시트는 면내 방향으로 열을 효율적으로 확산, 수송할 수 있고, 또한 우수한 절연성을 나타낸다. 또한, 본 개시의 절연 시트는, 가령 파손된 경우라도, 회로 내에서 전기적 쇼트를 일으킬 우려가 없기 때문에, 전기·전자 기기류에 있어서의 히트 스폿의 해소, 균열화, 열확산 등의 용도에 바람직하게 이용할 수 있다.
10, 20, 30 : 절연 시트
11, 21, 31 : 절연성 입자
12, 22, 32 : 바인더 수지
13, 23, 33 : 공극

Claims (15)

  1. 절연성 입자 및 바인더 수지를 함유하고,
    면 방향에 수직인 단면 전체에 대해, 상기 절연성 입자, 상기 바인더 수지, 및 공극의 합계를 100 면적% 로 했을 때에, 75∼97 면적% 의 상기 절연성 입자, 3∼25 면적% 의 상기 바인더 수지, 및 10 면적% 이하의 상기 공극을 함유하고, 또한
    상기 절연성 입자가, 변형되어 있는 편평상 입자를 포함하는, 절연 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연성 입자가, 질화붕소를 50 체적% 이상 포함하는, 절연 시트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바인더 수지는, 융점 또는 열분해 온도가 150℃ 이상인, 절연 시트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 바인더 수지가, 아라미드 수지인, 절연 시트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    바인더 수지를 함유하고 있고 절연성 입자를 함유하고 있지 않은 스킨층을 갖고 있는, 절연 시트.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    표면 거칠기 (Ra) 가 0.5μm 이하인, 절연 시트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    염 농도가 900ppm 이하인, 절연 시트.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    잔류 용제 농도가 3 중량% 이하인, 절연 시트.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열전도율이 면내 방향에서 30W/(m·K) 이상이고, 절연 파괴 전압이 5kV/mm 이상인, 절연 시트.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    1GHz 에 있어서의 비유전율이 6 이하인, 절연 시트.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절연 시트의 제조 방법으로서,
    편평상 입자를 포함하는 절연성 입자, 바인더 수지, 및 용제를 혼합하여 슬러리를 얻는 혼합 공정,
    혼합 공정 후의 슬러리를 시트상으로 부형 및 건조시켜 절연 시트 전구체를 성형하는 성형 공정, 및
    상기 절연 시트 전구체를 롤 프레스하는 롤 프레스 공정
    을 포함하고,
    상기 롤 프레스 공정 동안에, 상기 편평상 입자가 변형되는, 절연 시트의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연성 입자가, 질화붕소를 50 체적% 이상 포함하는, 절연 시트의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 슬러리가, 상기 절연성 입자 및 상기 바인더 수지의 합계 100 체적부에 대하여, 75∼97 체적부의 상기 절연성 입자 및 3∼25 체적부의 상기 바인더 수지를 포함하는, 절연 시트의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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