KR20220139422A - 절연성 필러 및 그 제조 방법, 그 절연성 필러를 포함하는 절연재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

절연성 필러는, 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말이 부착된 혼합 분말로 이루어지고, 평균 1 차 입자경 D2 에 대한 평균 1 차 입자경 D1 의 비 D1/D2 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 이고, 혼합 분말의 체적 저항률이 1 × 1011 Ω·m 이상이고, 소수성 흄드 산화물 분말의 함유 비율이, 혼합 분말 중 5 질량％ ∼ 30 질량％ 이다. 절연재는, 수지 성형체에 상기 절연성 필러가 포함되고, 온도 50 ℃ 의 수중에 120 시간 침지했을 때, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 5 ％ 이하이다.

Description

절연성 필러 및 그 제조 방법, 그 절연성 필러를 포함하는 절연재 및 그 제조 방법
본 발명은, 고열전도성에 더하여 고내수성을 갖는, 산화마그네슘 분말 및 질화알루미늄, 질화붕소, 질화규소 등의 질화물계 무기 분말을 주성분으로 하는 절연성 필러 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또 이 절연성 필러를 포함하는 절연재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 명세서에서『절연성』이란 전기 절연성을 말하고,『절연재』란 전기적으로 절연성을 갖는 재료를 말한다. 또한, 본원은, 2020년 3월 26일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2020-055633호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
지금까지 이러한 종류의 절연성 필러를 포함하는 고열전도성을 갖는 절연재는, 통신 기기나 차재 전자 기기의 반도체 칩 또는 트랜지스터 또는 리튬 이온 이차 전지 또는 LED 광원으로 이루어지는 발열체의 냉각 부재, 모터의 하우징에 내장된 스테이터의 냉각 부재, 인버터의 케이스에 내장된 전력 변환 장치의 냉각 부재, 액추에이터의 슬라이딩부 또는 회전부에서 발생한 열을 방출하는 방열 부재 등에 이용되고 있다.
절연성 필러의 재료 중 하나인 산화마그네슘 (MgO) 분말은 열전도성이나 전기 절연성 등이 우수하고, 질화알루미늄 분말이나 질화붕소 분말에 비해 저렴하고, 비중이 가볍고, 또한 모스 경도가 낮기 때문에 취급이 우수하다. 이와 같은 특성 때문에, 산화마그네슘 분말은 열전도성을 갖는 절연성 필러로서 적합하다. 그러나, 산화마그네슘은, 물과 용이하게 반응하여 가수 분해되고, 수산화마그네슘으로 변질되는 성질을 갖고 있다.
또, 절연성 필러의 다른 재료인, 질화알루미늄 (AlN) 분말, 질화붕소 (BN) 분말, 질화규소 (Si3N4) 분말 등의 질화물계 무기 분말도, 비중이 가볍고, 열전도성이나 전기 절연성 등이 우수하다. 이와 같은 특성 때문에, 질화물계 무기 분말은 열전도성을 갖는 절연성 필러로서 적합하다. 그러나, 질화물은, 질화알루미늄 분말을 비롯하여, 물과의 반응성이 강하기 때문에, 물과 접촉하면 가수 분해를 받고, 암모니아를 발생시키면서 수화알루미늄 등의 수화물에 분해되는 성질을 갖고 있다.
이들 산화마그네슘 (MgO) 또는 질화물 (AlN, BN, Si3N4) 의 가수 분해는, 대기 중의 수분에 의해서도 진행되기 때문에, 산화마그네슘 분말 또는 질화물계 무기 분말을 고온 고습의 분위기하에서 절연성 필러로서 장시간 사용한 경우, 절연성 필러로서의 품질이 현저하게 저하되는 문제가 있었다. 이것은 수지 중에 산화마그네슘 분말 또는 질화물계 무기 분말을 함유하는 수지 성형체로 이루어지는 절연재에 대해서도 동일하며, 산화마그네슘 (MgO) 또는 질화물 (AlN, BN, Si3N4) 이, 대기 중의 수분 외에 수지 중의 수분 등과 반응하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재의 품질을 열화시킬 우려가 있었다.
이 문제를 해결하기 위해, 물과의 반응성을 개선하여 내수성을 높이기 위해, 산화마그네슘 (MgO) 분말 또는 질화알루미늄 (AlN) 분말의 표면을 화학적으로 수식하는 방법이 알려져 있다. 그 일례로서, 표면에 복산화물로 이루어지는 피복층을 갖는 피복 산화마그네슘 분말의, 상기 표면의 적어도 일부에, 인산마그네슘계 화합물로 이루어지는 피복층을 추가로 갖고, 또한, 상기 피복 산화마그네슘 분말에 대한 상기 인산마그네슘계 화합물의 함유량이, 인으로 환산하여 전체의 0.1 ∼ 10 질량％ 인 것을 특징으로 하는, 인 함유 피복 산화마그네슘 분말이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 (청구항 1) 참조.).
또, 다른 예로서, 표면에 산화알루미늄 피막 혹은 인산계 피막을 갖는 질화알루미늄 분말을 유기 규소계 커플링제, 유기 인산계 커플링제, 혹은 유기 티탄계 커플링제를 질화알루미늄 분말 100 중량부당 0.1 ∼ 10 중량부의 양 첨가하여 처리한 내수성이 우수한 질화알루미늄 분말이 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 (청구항 1) 참조.).
한편, 상대적으로 큰 치수의 필러의 둘레에 상대적으로 작은 치수의 필러가 응집되어 이루어지는 응집체가, 폴리머 모재 내에 분산된 고열전도 절연재가 개시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 (청구항 1 및 2, 단락 [0010], [0015] ∼ [0017], [0023], 도 1, 도 2) 참조.). 이 고열전도 절연재에서는, 폴리머 모재는 실리콘, 나일론, PP (폴리프로필렌), PPS (폴리페닐렌술파이드), LCP (액정 폴리머) 중 어느 1 종으로 이루어지고, 필러는 탄화규소, 질화규소, 질화붕소, 실리카, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 산화마그네슘 중 어느 1 종 또는 그들의 혼합물로 이루어진다. 또, 상대적으로 큰 치수의 필러가 구상 또는 대략 구상인 경우, 그 입자경은 1 ∼ 100 ㎛ 정도로 생성할 수 있고, 작은 치수의 필러의 입자경은 0.1 ∼ 10 ㎛ 정도로 생성할 수 있다. 또한, 특허문헌 1 에 기재된 응집체는, 조대 필러를 생성한 후, 그 일부를 분쇄하여 세분화하고, 분급하거나 하여 소정 치수의 미소 필러를 생성하고, 이들 조대 필러와 미소 필러를 혼련함으로써 생성된다.
이와 같이 구성된 고열전도 절연재에서는, 필러의 충전량을 많게 하거나, 필러의 크기를 크게 하지 않고, 폴리머와 필러간의 전열 효율을 높일 수 있다. 이것은, 종래의 균일한 조대 필러가 폴리머 내에 분산된 절연재와 비교했을 경우에, 동등한 전열량을 얻기 위해 필요한 필러간 거리를 길게 할 수 있어, 필러 충전량을 저감시킬 수 있는 것을 의미한다. 필러 충전량을 저감시킬 수 있는 점에서, 그 성형성을 높일 수 있다. 또, 응집체가 큰 치수의 필러 외주로부터 작은 치수의 필러가 랜덤하게 돌출된 입 구조를 나타내고 있음으로써, 전열 방향이 임의의 일방향 (이방성) 을 갖지 않고 다양한 방향이 된다 (등방성). 또한, 작은 치수의 필러가 폴리머 내에 매립되어 앵커 효과를 발휘할 수 있고, 그 결과로서 폴리머와 필러 응집체의 계면 강도가 높아짐으로써 절연재의 기계적 강도를 높일 수 있다.
일본 공개특허공보 2006-151778호 일본 공개특허공보 평7-33415호 일본 공개특허공보 2008-293911호
그러나, 특허문헌 1 에 나타내어지는 인 함유 피복 산화마그네슘 (MgO) 분말도, 특허문헌 2 에 나타내어지는 질화알루미늄 (AlN) 분말도, 내수성이 어느 정도 향상되기는 하지만, 고온 고습 조건하에서의 내수성은 충분하다고는 할 수 없어, 내수성의 개선이 요구되고 있었다. 또 이러한 분말을 수지에 포함하는 수지 성형체로 이루어지는 절연재, 및 특허문헌 3 에 나타내어지는 고열전도 절연재는, 절연재를 수중에 장시간 침지한 경우에는, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 큰 과제가 있었다.
본 발명의 목적은, 흡습에 의한 체적 저항률이 저하되기 어려운 절연성 필러 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 작은 절연재 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 1 관점은, 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 상기 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말이 부착된 혼합 분말로 이루어지고, 상기 평균 1 차 입자경 D2 에 대한 상기 평균 1 차 입자경 D1 의 비 D1/D2 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 이고, 상기 혼합 분말의 체적 저항률이 1 × 1011 Ω·m 이상이고, 상기 소수성 흄드 산화물 분말의 함유 비율이, 상기 혼합 분말을 100 질량％ 로 할 때, 5 질량％ ∼ 30 질량％ 인 것을 특징으로 하는 절연성 필러이다.
본 발명의 제 2 관점은, 제 1 관점에 기초하는 발명으로서, 상기 질화물계 무기 분말이, 질화알루미늄 분말, 질화붕소 분말 및 질화규소 분말로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 분말인 절연성 필러이다.
본 발명의 제 3 관점은, 제 1 관점에 기초하는 발명으로서, 상기 소수성 흄드 산화물이, 소수성 흄드 실리카, 소수성 흄드 알루미나 또는 소수성 흄드 티타니아인 절연성 필러이다.
본 발명의 제 4 관점은, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 관점에 기초하는 발명으로서, 온도 32 ℃, 상대 습도 80 ％ 의 항온 항습하에서 16 일간 수증기를 흡습시켰을 때, 하기의 식 (1) 로 산출되는 흡습에 의한 체적 저항률의 저하율 (％) 이 ＋50 ％ 미만인 절연성 필러이다.
흡습에 의한 체적 저항률의 저하율 (％) ＝ [(흡습 전의 체적 저항률 － 흡습 후의 체적 저항률)/흡습 전의 체적 저항률] × 100 (1)
본 발명의 제 5 관점은, 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말과, 상기 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말을 실온하에서 건식법에 의해 혼합하여 절연성 필러를 제조하는 방법으로서, 상기 평균 1 차 입자경 D2 에 대한 상기 평균 1 차 입자경 D1 의 비 D1/D2 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 인 것을 특징으로 하는 절연성 필러의 제조 방법이다.
본 발명의 제 6 관점은, 수지 성형체로 이루어지는 절연재에 있어서, 상기 수지 성형체에 제 1 내지 제 4 관점 중 어느 하나에 기재된 절연성 필러가 포함되고, 온도 50 ℃ 의 수중에 120 시간 침지했을 때, 하기의 식 (2) 로 산출되는 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 5 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 절연재이다.
침수에 의한 절연 파괴 전압의 변화율 (％) ＝ [(침수 전의 절연 파괴 전압 － 침수 후의 절연 파괴 전압)/침수 전의 절연 파괴 전압] × 100 (2)
본 발명의 제 7 관점은, 제 1 내지 제 4 관점 중 어느 하나에 기재된 절연성 필러와 수지를 실온하에서 혼합한 후, 성형함으로써, 상기의 식 (2) 로 산출되는 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 5 ％ 이하인 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하는 방법이다.
본 발명의 제 1 관점의 절연성 필러는, 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 이 분말의 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말이 부착된 혼합 분말로 이루어지기 때문에, 또 D1/D2 의 비가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 이기 때문에, 나아가 소수성 흄드 산화물 분말의 함유 비율이, 혼합 분말 중 5 질량％ ∼ 30 질량％ 이기 때문에, 혼합 분말의 체적 저항률이 1 × 1011 Ω·m 이상이고, 소수성 흄드 산화물 분말이, 다습의 분위기하에서도, 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 수분의 흡착량을 감소시킨다. 이 때문에 절연성 필러는 흡습에 의한 체적 저항률이 저하되기 어려운 특장이 있다.
본 발명의 제 2 관점의 절연성 필러는, 상기 질화물계 무기 분말이, 질화알루미늄 분말, 질화붕소 분말 또는 질화규소 분말이기 때문에, 높은 내수성에 더하여, 높은 열전도성과 높은 전기 절연성을 갖는다.
본 발명의 제 3 관점의 절연성 필러는, 소수성 흄드 산화물이, 소수성 흄드 실리카, 소수성 흄드 알루미나 또는 소수성 흄드 티타니아이기 때문에, 내수성이 보다 높다.
본 발명의 제 4 관점의 절연성 필러에서는, 상기의 식 (1) 로 산출되는 흡습에 의한 체적 저항률의 저하율 (％) 이 ＋50 ％ 미만이기 때문에, 흡습에 의한 체적 저항률의 변화율이 보다 낮다.
본 발명의 제 5 관점의 절연성 필러의 제조 방법에서는, 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말과, 상기 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말을 실온하에서 건식법에 의해 혼합하여 절연성 필러를 제조하기 때문에, 비교적 간단한 방법으로, 소수성 흄드 산화물 분말이 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 부착된다. 이로써 제조된 절연성 필러는, 흡습에 의한 체적 저항률이 저하되기 어려운 특장이 있다.
본 발명의 제 6 관점의 절연재에서는, 수지 성형체에 제 1 내지 제 4 관점 중 어느 하나에 기재된 절연성 필러가 포함되기 때문에, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 작은 특장이 있다.
본 발명의 제 7 관점의 절연재의 제조 방법에서는, 제 1 내지 제 4 관점 중 어느 하나에 기재된 절연성 필러와 수지를 실온하에서 혼합한 후, 성형함으로써, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하기 때문에, 제조된 절연재는, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 작은 특장이 있다.
도 1 은, 본 발명 실시형태의 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 이 분말의 평균 1 차 입자경보다 작은 평균 1 차 입자경을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말이 부착된 혼합 분말로 이루어지는 절연성 필러의 모식도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 5 개의 혼합 분말 중 1 개의 혼합 분말을 확대하여 촬영한 주사 전자 현미경 (SEM) 사진도이다.
도 3 은, 도 2 에 나타낸 혼합 분말의 표면을 확대한 SEM 사진도이다.
도 4 는, 실리카의 1 차 입자가 소결된 최소 입자 형태인 응집 입자를 나타내는 주사 전자 현미경 (SEM) 사진도이다.
도 5 는, 도 4 에 나타낸 응집 입자가 모인 집괴 입자를 나타내는 주사 전자 현미경 (SEM) 사진도이다.
다음으로 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시형태의 절연성 필러는, 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말 (이하, 대경의 분말이라고 하는 경우도 있다.) 의 표면에 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말 (이하, 소경의 분말이라고 하는 경우도 있다.) 이 부착된 혼합 분말로 이루어진다. 그리고, 평균 1 차 입자경 D2 에 대한 평균 1 차 입자경 D1 의 비 D1/D2 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 이고, 바람직하게는 9 × 10-4 ∼ 1 × 10-3 이다. 또, 상기 혼합 분말의 체적 저항률은, 1 × 1011 Ω·m 이상이고, 바람직하게는 3 × 1011 Ω·m ∼ 5 × 1013 Ω·m 이다. 또한, 소수성 흄드 산화물 분말의 함유 비율은, 혼합 분말을 100 질량％ 로 할 때, 5 질량％ ∼ 30 질량％ 인 것이 바람직하고, 5 질량％ ∼ 26 질량％ 인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 대경의 분말로는, 흡습에 의해 화학 변화를 일으킬 수 있는, 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말이 예시된다. 질화물계 무기 분말로서, 질화알루미늄 분말, 질화붕소 분말, 질화규소 분말 등이 예시된다. 대경의 분말은, 산화마그네슘 분말, 질화알루미늄 분말, 질화붕소 분말 및 질화규소 분말로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 분말이다.
평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소경의 분말인 소수성 흄드 산화물 분말로는, 소수성 흄드 실리카, 소수성 흄드 알루미나 또는 소수성 흄드 티타니아가 예시된다. 본 실시형태의 혼합 분말은, 단일 종류의 대경의 분말과 단일 종류의 소경의 분말이 혼합된 분말에 한정되지 않고, 복수 종류의 대경의 분말과 단일 종류의 소경의 분말이 혼합된 분말, 혹은 단일 종류의 대경의 분말과 복수 종류의 소경의 분말이 혼합된 분말 등이다. 이들 분말의 조합은, 절연성 필러의 용도 및 요구되는 내수성, 열전도성, 전기 절연성 등에 따라 선정된다.
소수성 흄드 산화물 분말의 평균 1 차 입자경 D1 은 투과형 전자 현미경 (TEM) 의 화상 해석법에 의해 측정되고, 산화마그네슘 분말 또는 질화물계 무기 분말의 평균 1 차 입자경 D2 는 각 분말 메이커의 공칭값이다. 또, 혼합 분말의 체적 저항률은, 고저항·저항률계『Hiresta-UX』(주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크 제조 : 형번『MCP-HT800』) 및 분체 저항 측정 시스템 (주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크 제조 : 형번『MCP-PD-51』) 을 사용하여 측정된다.
여기서, 소수성 흄드 산화물 분말의 평균 1 차 입자경 D1 과 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 평균 1 차 입자경 D2 의 비 D1/D2 를 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 의 범위 내로 한정한 것은, 6 × 10-5 미만에서는 절연성 필러의 내수성이 충분하지 않고, 3 × 10-3 을 초과하면 전기 절연성을 향상시킬 수 없기 때문이다. 또, 상기 혼합 분말의 체적 저항률을 1 × 1011 Ω·m 이상으로 한정한 것은, 1 × 1011 Ω·m 미만에서는 전기 절연 성능이 부족해져 버리기 때문이다. 또, 상기 혼합 분말의 체적 저항률의 바람직한 상한값을 5 × 1013 Ω·m 로 한 것은, 5 × 1013 Ω·m 를 초과하면 필요 이상의 전기 절연 성능이 되어 비용 대비 효과가 저하되어 버리기 때문이다. 또한, 소수성 흄드 산화물 분말의 바람직한 함유 비율을 혼합 분말 중 5 질량％ ∼ 30 질량％ 의 범위 내로 한정한 것은, 5 질량％ 미만에서는 절연성 필러의 내수성과 전기 절연 성능을 향상시키기 어렵고, 30 질량％ 를 초과하면 충분한 열전도성과 전기 절연 성능을 얻기 어렵기 때문이다.
또한, 소수성 흄드 산화물 분말의 평균 1 차 입자경 D1 은, 바람직하게는 7 ㎚ ∼ 40 ㎚, 더욱 바람직하게는 12 ㎚ ∼ 40 ㎚ 이다. 또, 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 평균 1 차 입자경 D2 는, 바람직하게는 15 ㎛ ∼ 120 ㎛, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ ∼ 108 ㎛ 이다. 여기서, 소수성 흄드 산화물 분말의 평균 1 차 입자경 D1 의 바람직한 범위를 7 ㎚ ∼ 40 ㎚ 의 범위 내로 한정한 것은, 7 ㎚ 미만에서는 절연성 필러의 내수성이 충분히 향상되기 어렵고, 40 ㎚ 를 초과하면 절연성 필러의 전기 절연성이 충분히 향상되기 어렵기 때문이다. 또, 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 평균 1 차 입자경 D2 의 바람직한 범위를 15 ㎛ ∼ 120 ㎛ 의 범위 내로 한정한 것은, 15 ㎛ 미만에서는 충분한 열전도성과 전기 절연 성능을 얻기 어렵고, 120 ㎛ 를 초과하면 최밀 충전이 되기 어려워지기 때문이다.
이와 같이 구성된 절연성 필러에서는, 소수성 흄드 산화물 분말의 평균 1 차 입자경 D1 과 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 평균 1 차 입자경 D2 의 비 D1/D2 가 상기 범위 내이고, 소수성 흄드 산화물 분말의 함유 비율이 상기 범위 내이면, 예를 들어 도 1 의 모식도에 나타내는 바와 같이, 소경의 소수성 흄드 산화물 분말이 대경의 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말 사이에 조밀하게 충전되어, 소경의 소수성 흄드 산화물 분말이 대경의 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 부착되고 또한 소경의 소수성 흄드 산화물 분말이 대경의 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말 사이의 공극 내를 염주상으로 이어져 공극 내에 소경의 소수성 흄드 산화물 분말에 의한 3 차원 망목 구조가 형성된다. 이 결과, 열전도성을 저해시키지 않고, 소경 필러와 대경 필러의 혼합 분말의 체적 저항률을 1 × 1011 Ω·m 이상으로 비약적으로 높일 수 있음과 함께 절연성 필러의 내수성을 향상시킬 수 있다. 이 결과, 절연성 필러의 상반되는 고열전도성과 고전기 절연성을 높은 차원에서 양립시키고, 또한 절연성 필러를 고내수성으로 할 수 있다. 도 2 에는, 도 1 에 나타낸 5 개의 혼합 분말 중 1 개의 혼합 분말을 주사 전자 현미경 (SEM) 에 의해 촬영한 혼합 분말이 나타내어진다. 또한 도 3 은, 도 2 에 나타낸 혼합 분말의 표면을 확대한 SEM 사진도이고, 도 3 에는, 대경의 분말의 표면에 다수의 소경의 분말이 빽빽하게 코팅되어 있는 것이 명확하게 나타내어진다.
흄드 산화물 분말의 일례로서, 흄드 실리카 분말은, 기화 원료로서 SiCl4 와 H2 와 O2 의 혼합 가스를 버너로부터 분사함으로써 제조된다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 이 제조 과정에서, 먼저 실리카의 1 차 입자가 소결된 최소 입자 형태인 응집 입자가 형성되고, 이어서 도 5 에 나타내는 바와 같이, 응집 입자가 수소 결합이나 반데르·발스 힘이 약한 상호 작용으로 모여 집괴 입자가 형성된다. 이 흄드 산화물 분말을 소수화 표면 처리함으로써 소수성 흄드 산화물 분말이 얻어진다. 이 소수성 흄드 산화물 분말은, 예를 들어, 소수성 흄드 실리카 분말이면, 흄드 실리카 분말의 표면을 실란 커플링제나 실리콘 오일로 화학 수식함으로써 얻어진다. 또한, 소수성 흄드 산화물 분말의『소수성』이란, 바람직하게는 소수화율이 80 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 90 ％ 이상인 성상을 말한다. 소수화율이 80 ％ 미만에서는, 흄드 산화물 분말의 소수성이 저하되고, 절연성 필러의 내수성이 저하된다.
또한, 소수성 흄드 실리카, 소수성 흄드 알루미나 혹은 소수성 흄드 티타니아의 각 분말의 표면은, (R1)X(R2)Y(R3)ZSi- 기 (R1, R2, R3 은 알킬기이고, X, Y, Z 는 0 ∼ 3 의 정수이다.) 로 수식된다. 구체적으로는, 이들 소수성 흄드 산화물로서, 소수성 흄드 실리카 (예를 들어,『RY50』』: 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 40 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2)), 소수성 흄드 알루미나 (예를 들어,『C805』: 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 13 ㎚ 의 소수성 흄드 알루미나 (Al2O3)), 소수성 흄드 티타니아 (예를 들어,『T805』: 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 21 ㎚ 의 소수성 흄드 티타니아 (TiO2)) 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 절연성 필러는, 대경의 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말과 소경의 소수성 흄드 산화물 분말을 실온하에서 건식법에 의해 혼합하여 조제된다. 이 건식 혼합에는, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 를 사용하는 것이 바람직하고, 연구실 레벨에서는 유성 교반 혼합 장치 (주식회사 싱키 제조 : 아와토리 렌타로『R250』) 등을 사용할 수 있다.
이 절연성 필러와 수지 등을 혼합하여 상기 자전·공전 믹서로 교반함으로써 수지 조성물이 조제된다. 수지 등으로는, 불포화 폴리에스테르 수지와 경화제의 혼합물, 에폭시 수지와 경화제의 혼합물, EPDM 고무 (에틸렌·프로필렌·디엔 삼원 공중합체), 실리콘 수지와 경화제의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 수지 등의 혼합 비율은, 절연성 필러와 수지 등의 합계량을 100 체적％ 로 할 때, 바람직하게는 10 체적％ ∼ 60 체적％, 더욱 바람직하게는 20 체적％ ∼ 30 체적％ 이다. 여기서, 수지 등의 바람직한 혼합 비율을 10 체적％ ∼ 60 체적％ 의 범위 내로 한정한 것은, 10 체적％ 미만에서는 수지 성형하기 어렵고, 60 체적％ 를 초과하면 수지 성형체인 절연재에 충분한 내수성, 열전도성, 전기 절연성을 부여하기 어렵기 때문이다.
상기 수지 조성물을 금형에 넣고, 히트 프레스 (예를 들어, 주식회사 코다이라 제작소 제조 : 형번『PY15-EA』) 를 사용하여, 130 ℃ ∼ 200 ℃ 의 온도에서 1 ㎫ ∼ 15 ㎫ (10 ㎏/㎠ ∼ 150 ㎏/㎠) 의 압력을 가하여 5 분간 ∼ 60 분간 유지함으로써 수지를 경화시켜, 고열전도성, 고절연성 및 고내수성을 갖는 수지 성형체 (고열전도 절연재) 를 각각 제조하는 것이 바람직하다. 여기서, 히트 프레스의 바람직한 온도를 130 ℃ ∼ 200 ℃ 의 범위 내로 한정한 것은, 130 ℃ 미만에서는 경화 불량이 발생하기 쉽고, 200 ℃ 를 초과하면 수지가 열로 열화되기 쉬워지기 때문이다. 또, 히트 프레스의 바람직한 압력을 1 ㎫ ∼ 15 ㎫ (10 ㎏/㎠ ∼ 150 ㎏/㎠) 의 범위 내로 한정한 것은, 1 ㎫ (10 ㎏/㎠) 미만에서는 공기가 내부에 잔존하여 충분한 열전도성을 얻기 어렵고, 15 ㎫ (150 ㎏/㎠) 을 초과하면 압축 기계에 대한 부하가 과대해지기 쉽기 때문이다. 또한, 히트 프레스의 바람직한 유지 시간을 5 분간 ∼ 60 분간의 범위 내로 한정한 것은, 5 분간 미만에서는 경화가 불충분해지기 쉽고, 60 분간을 초과하면 생산성이 저하되기 쉽기 때문이다.
수지 성형체 (고열전도 절연재) 의 절연 파괴 전압은, 바람직하게는 1 ㎸/㎜ 이상이고, 더욱 바람직하게는 3 ㎸/㎜ 이상이다. 여기서, 수지 성형체 (고열전도 절연재) 의 바람직한 절연 파괴 전압을 1 ㎸/㎜ 이상으로 한정한 것은, 1 ㎸/㎜ 미만에서는, 사용 지점에 따라서는 충분한 전기 절연성이 아닌 경우가 있기 때문이다. 또한, 수지 성형체 (고열전도 절연재) 의 절연 파괴 전압은, 초고전압 내압 시험기『7470 시리즈』(주식회사 케이소쿠 기술 연구소 제조 : 형번『7473』) 를 사용하여 측정된다. 또한, 상기 수지 성형체 (고열전도 절연재) 는, 차재 전자 기기의 반도체 칩 또는 트랜지스터로 이루어지는 발열체의 냉각 부재, 모터의 하우징에 내장된 스테이터의 냉각 부재, 인버터의 케이스에 내장된 전력 변환 장치의 냉각 부재, 액추에이터의 슬라이딩부 또는 회전부에서 발생한 열의 방열 부재 등에 이용할 수 있다.
실시예
다음으로 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 상세하게 설명한다.
＜실시예 1＞
먼저, 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 을 준비하고, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『AEROSIL (등록상표) R976』(평균 1 차 입자경 7 ㎚)) 을 준비하였다. 다음으로, 대경의 분말 (구상 산화마그네슘 분말) 74 질량％ 와 소경의 분말 (소수성 흄드 실리카 분말) 26 질량％ 를 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합 (건식 혼합) 하여 절연성 필러를 얻었다. 이 절연성 필러를 실시예 1 로 하였다. 또한, 실시예 1 을 비롯하여, 이하에 서술하는 다른 실시예, 비교예에 있어서의, 소경의 분말의 평균 1 차 입자경은 투과형 전자 현미경 (TEM) 의 화상 해석법에 의해 측정하고, 대경의 분말의 평균 1 차 입자경은 각 분말 메이커의 공칭값으로 하였다.
＜실시예 2 ∼ 12 및 비교예 1 ∼ 4＞
실시예 2 ∼ 12 및 비교예 1 ∼ 4 에서는, 표 1 에 나타내는 바와 같이, 대경의 분말의 형번, 재질 및 평균 1 차 입자경, 소경의 분말의 형번, 재질 및 평균 1 차 입자경, 대경의 분말과 소경의 분말의 혼합 비율을 각각 변경하고, 그 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시함으로써, 절연성 필러를 얻었다.
또한, 표 1 에 있어서, 대경의 분말의『W15』는 토요 알루미늄 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 15 ㎛ 의 질화알루미늄 (AlN) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『DMG-60』은 덴카 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 61 ㎛ 의 구상 산화마그네슘 (MgO) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『SGP』는 덴카 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 18 ㎛ 의 질화붕소 (BN) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『BSN-S20LGF』는 주식회사 넨쇼 합성 제조의 평균 1 차 입자경 20 ㎛ 의 질화붕소 (BN) 분말의 형번이다. 또, 표 1 에 있어서, 소경의 분말의『RY50L』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 40 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『NAX50』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 30 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『RY50』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 40 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『R805』는 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 12 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『RX200』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 12 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『RX300』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 7 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이다.
또, 표 1 에 있어서, 소경의 분말의『300』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 7 ㎚ 의 친수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『R7200』은 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 12 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이다. 또, 표 1 에 있어서, 소경의 분말의『C805』는 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 13 ㎚ 의 소수성 흄드 알루미나 (Al2O3) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『T805』는 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 21 ㎚ 의 소수성 흄드 티타니아 (TiO2) 분말의 형번이다.
또, 표 1 에 있어서, 소경의 분말의『AA-3』은 스미토모 알루미나 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 3.4 ㎛ 의 구상 α-알루미나 (Al2O3) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『AA-04』는 스미토모 알루미나 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 0.44 ㎛ 의 구상 α-알루미나 (Al2O3) 분말의 형번이다. 또, 표 1 에 있어서, 소경의 분말의『MF』는 토요 알루미늄 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 2.5 ㎛ 의 질화알루미늄 (AlN) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『P25』는 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 13 ㎚ 의 친수성 흄드 티타니아 (TiO2) 분말의 형번이다. 또한, 표 1 에 있어서, 소경의 분말의『col-SiO2』는 에보닉 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 12 ㎚ 의 콜로이달 실리카 분말이다.
한편, 표 1 의 비교예 4 의 혼합 방법『습식 방법』에서는, 용매로서의 에탄올 100 질량％ 에, 대경의 분말 (구상 산화마그네슘 분말) 74 질량％ 와 소경의 분말 (친수성 흄드 티타니아 분말) 26 질량％ 를 혼합하고, 이 혼합물을 디졸버 (VMA-GETZMANN 사 제조의 DISPERMAT : D-51580) 로 4000 rpm 으로 5 분간 교반하여 얻어진 슬러리를 건조시키고, 건조물을 분쇄함으로써 절연성 필러를 얻었다.
Figure pct00001
＜비교 시험 1＞
실시예 1 ∼ 12 및 비교예 1 ∼ 4 의 절연성 필러의 평균 1 차 입자경 D1 의 소경의 분말과 평균 1 차 입자경 D2 의 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 D1/D2 를 산출하였다. 또, 실시예 1 ∼ 12 및 비교예 1 ∼ 4 의 절연성 필러의 체적 저항률을, 고저항·저항률계『Hiresta-UX』(주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크 제조 : 형번『MCP-HT800』) 및 분체 저항 측정 시스템 (주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크 제조 : 형번『MCP-PD-51』) 을 사용하여 측정하였다. 이들의 결과를 표 1 에 나타낸다.
＜평가 1＞
표 1 로부터 분명한 바와 같이, 소경의 분말의 혼합 비율이 26 질량％ 로 적절한 범위 내 (5 질량％ ∼ 30 질량％) 여도, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 3 × 10-2 및 4 × 10-3 으로 적절한 범위 (6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3) 보다 큰 비교예 1 의 절연성 필러에서는, 체적 저항률이 2 × 108 으로 낮았다.
또, 소경의 분말의 혼합 비율이 26 질량％ 로 적절한 범위 내 (5 질량％ ∼ 30 질량％) 이고, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 1 × 10-4 으로 적절한 범위 내 (6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3) 여도, 비교예 2 의 절연성 필러에서는, 체적 저항률이 1 × 109 으로 낮았다. 염주상의 연결 구조를 갖지 않기 때문인 것으로 추정되었다.
또한, 소경의 분말의 혼합 비율이 26 질량％ 로 적절한 범위 내 (5 질량％ ∼ 30 질량％) 여도, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 2 × 10-1 으로 적절한 범위 (6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3) 보다 큰 비교예 3 의 절연성 필러에서는, 체적 저항률이 7 × 108 으로 낮았다.
이에 반해, 소경의 분말의 혼합 비율이 5 질량％ ∼ 30 질량％ 로 적절한 범위 내이고, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 으로 적절한 범위 내인 실시예 1 ∼ 12 의 절연성 필러에서는, 체적 저항률이 1 × 1011 Ω·m ∼ 1 × 1014 Ω·m 로 높아졌다.
한편, 소경의 분말의 혼합 비율이 26 질량％ 로 적절한 범위 내 (5 질량％ ∼ 30 질량％) 이고, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 1 × 10-4 으로 적절한 범위 내 (6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3) 여도, 소경의 분말로서 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 형번『P25』의 평균 1 차 입경 13 ㎚ 의 친수성 흄드 티타니아 (TiO2) 분말을 사용하고, 또한 용매로서 에탄올을 사용하여 습식법에 의해 혼합된 비교예 4 의 절연성 필러에서는, 체적 저항률이 5 × 108 으로 낮았다.
이에 반해, 소경의 분말의 혼합 비율이 5 질량％ ∼ 30 질량％ 로 적절한 범위 내이고, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 으로 적절한 범위 내이고, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카, 소수성 흄드 알루미나 또는 소수성 흄드 티타니아를 사용하여 건식법에 의해 혼합된 실시예 1 ∼ 12 의 절연성 필러에서는, 체적 저항률이 1 × 1011 Ω·m ∼ 1 × 1014 Ω·m 로 높아졌다.
＜실시예 13＞
먼저, 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 을 준비하고, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 을 준비하였다. 다음으로, 대경의 분말 (구상 산화마그네슘 분말) 95 질량％ 와 소경의 분말 (소수성 흄드 실리카 분말) 5 질량％ 를 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합 (건식 혼합) 하여 절연성 필러를 얻었다.
＜실시예 14＞
대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 을 90 질량％, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 을 10 질량％ 사용한 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여, 절연성 필러를 얻었다.
＜실시예 15＞
대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 을 85 질량％, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 을 15 질량％ 사용한 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여, 절연성 필러를 얻었다.
＜실시예 16＞
대경의 분말로서 질화알루미늄 분말 (토요 알루미늄 주식회사 제조 : 형번『W15』(평균 1 차 입자경 15 ㎛)) 을 74 질량％, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『R976』(평균 1 차 입자경 7 ㎚)) 을 26 질량％ 사용한 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여, 절연성 필러를 얻었다.
＜실시예 17＞
대경의 분말로서 질화알루미늄 분말 (토요 알루미늄 주식회사 제조 : 형번『W15』(평균 1 차 입자경 15 ㎛)) 을 74 질량％, 소경의 분말로서 소수성 흄드 알루미나 분말 (에보닉 주식회사 제조 : 형번『C805』(평균 1 차 입자경 13 ㎚)) 을 26 질량％ 사용한 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여, 절연성 필러를 얻었다.
＜비교예 5＞
대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 을 사용하고, 소경의 분말을 사용하지 않는 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여, 절연성 필러를 얻었다.
＜비교예 6＞
대경의 분말로서 질화알루미늄 분말 (토요 알루미늄 주식회사 제조 : 형번『W15』(평균 1 차 입자경 15 ㎛)) 을 사용하고, 소경의 분말을 사용하지 않는 것 이외에는 실시예 13 과 동일하게 하여, 절연성 필러를 얻었다.
Figure pct00002
＜비교 시험 2＞
실시예 13 ∼ 17 및 비교예 5, 6 의 절연성 필러에 대해, 흡습 전후에 있어서의 체적 저항률을, 고저항·저항률계『Hiresta-UX』(주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크 제조 : 형번『MCP-HT800』) 및 분체 저항 측정 시스템 (주식회사 미츠비시 케미컬 애널리테크 제조 : 형번『MCP-PD-51』) 을 사용하여 측정하였다. 흡습은, 절연성 필러를 항온 항습 오븐 (야마토 과학 주식회사 제조 : 형번『IG401』) 내에, 온도 32 ℃, 상대 습도 80 ％ 조건하, 16 일간 방치함으로써 실시하였다. 이들의 결과를 표 2 에 나타낸다.
＜평가 2＞
표 2 로부터 분명한 바와 같이, 소경의 분말의 혼합 비율이 5 질량％ ∼ 26 질량％ 로 적절한 범위 내 (5 질량％ ∼ 30 질량％) 이고, 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 4 × 10-4 ∼ 9 × 10-4 으로 적절한 범위 내 (6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3) 인 실시예 13 ∼ 17 의 절연성 필러에서는, 흡습 전의 체적 저항률이 3 × 1011 Ω·m ∼ 1 × 1014 Ω·m 로 높아졌다. 또, 그 체적 저항률은 항온 고습 조건 (32 ℃, 상대 습도 80 ％) 에서 16 일간 흡습시켜도 2 × 1011 Ω·m ∼ 1 × 1014 Ω·m 로 거의 변화하지 않았다.
이에 반해, 소경의 분말을 사용하지 않고 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 만으로 이루어지는 비교예 5 의 절연성 필러에서는, 항온 고습 조건 (32 ℃, 상대 습도 80 ％) 에서 16 일간 흡습시키면 체적 저항률은 4 × 109 Ω·m 로 흡습 전에 비해 두 자릿수 저하되었다. 또, 소경의 분말을 사용하지 않고 대경의 분말로서 질화알루미늄 분말 (토요 알루미늄 주식회사 제조 : 형번『W15』(평균 1 차 입자경 15 ㎛)) 만으로 이루어지는 비교예 6 의 절연성 필러에서는, 항온 고습 조건 (32 ℃, 상대 습도 80 ％) 에서 16 일간 흡습시키면 체적 저항률은 1 × 109 Ω·m 로 흡습 전에 비해 한 자릿수 저하되었다.
＜실시예 18＞
먼저, 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』) 22.2 체적％ 와, 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』) 0.3 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 71.7 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 5.8 체적％ 를 혼합하여 혼합 분말을 조제하였다. 이 혼합 분말을 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러를 얻었다. 다음으로, 상기 수지의 혼합물과 절연성 필러를 상기 자전·공전 믹서로 2000 rpm 으로 5 분간 혼합함으로써 수지 조성물을 조제하였다. 또한, 이 수지 조성물을, 캐비티의 세로 × 가로 × 깊이가 15 ㎝ × 15 ㎝ × 2 ㎜ 인 금형에 넣고, 히트 프레스 (주식회사 코다이라 제작소 제조 : 형번『PY15-EA』) 를 사용하여, 130 ℃ 의 온도에서 10 ㎫ (100 ㎏/㎠) 의 압력을 가하여 10 분간 유지함으로써, 수지를 경화시켜 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜실시예 19＞
먼저, 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』) 22.1 체적％ 와, 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』) 0.3 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-60』(평균 1 차 입자경 61 ㎛)) 71.6 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 6.0 체적％ 를 혼합하여 혼합 분말을 조제하였다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜실시예 20＞
먼저, 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』) 20.2 체적％ 와, 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』) 0.3 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 혼합 분말 A 로서, 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 57.3 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 9.8 체적％ 를 혼합하고, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러 A 를 얻었다. 계속해서, 혼합 분말 B 로서, 대경의 분말로서 질화알루미늄 분말 (토요 알루미늄 주식회사 제조 : 형번『TFZ-S30P』(평균 1 차 입자경 28 ㎛)) 10.3 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『VP RX40S』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 2.1 체적％ 를 혼합하고, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러 B 를 얻었다. 다음으로, 상기 수지의 혼합물과 절연성 필러 A 와 절연성 필러 B 를 상기 자전·공전 믹서로 2000 rpm 으로 5 분간 혼합함으로써 수지 조성물을 조제하였다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜실시예 21＞
먼저, 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』) 20.2 체적％ 와, 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』) 0.3 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 혼합 분말 A 로서, 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-60』(평균 1 차 입자경 61 ㎛)) 56.9 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RY50L』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 10.0 체적％ 를 혼합하고, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러 A 를 얻었다. 계속해서, 혼합 분말 B 로서, 대경의 분말로서 질화알루미늄 분말 (토요 알루미늄 주식회사 제조 : 형번『TFZ-S30P』(평균 1 차 입자경 28 ㎛)) 10.5 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『VP RX40S』(평균 1 차 입자경 40 ㎚)) 2.1 체적％ 를 혼합하고, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러 B 를 얻었다. 다음으로, 상기 수지의 혼합물과 절연성 필러 A 와 절연성 필러 B 를 상기 자전·공전 믹서로 2000 rpm 으로 5 분간 혼합함으로써 수지 조성물을 조제하였다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜실시예 22＞
먼저, 수지로서 실리콘 수지 (도레이·다우코닝 주식회사 제조 : 형번『BY16-801』) 23.7 체적％ 와, 경화제로서 옥심실란 1.3 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 혼합 분말로서, 대경의 분말로서 질화규소 분말 (주식회사 넨쇼 합성 제조 : 형번『BSN-S20LGF』(평균 1 차 입자경 20 ㎛)) 63.0 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RX300』(평균 1 차 입자경 7 ㎚)) 12.0 체적％ 를 혼합하고, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러를 얻었다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜실시예 23＞
먼저, 수지로서 에폭시 수지 (미츠비시 화학 주식회사 제조 : 형번『JER828』) 25.0 체적％ 를 준비하였다. 이어서, 혼합 분말로서, 대경의 분말로서 질화붕소 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『SGP』(평균 1 차 입자경 18 ㎛)) 63.5 체적％ 와, 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카 분말 (닛폰 아에로질 주식회사 제조 : 형번『RX200』(평균 1 차 입자경 12 ㎚)) 11.5 체적％ 를 혼합하고, 자전·공전 믹서 (주식회사 싱키 제조 : 형번『ARE-310』) 로 2000 rpm 으로 3 분간 혼합함으로써 절연성 필러를 얻었다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜비교예 7＞
먼저, 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』) 24.6 체적％ 와, 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』) 0.4 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 상기 수지의 혼합물과 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말 (덴카 주식회사 제조 : 형번『DMG-120』(평균 1 차 입자경 108 ㎛)) 75.0 체적％ 를 상기 자전·공전 믹서로 2000 rpm 으로 5 분간 혼합함으로써 수지 조성물을 조제하였다. 소경의 분말은 혼합하지 않았다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
＜비교예 8＞
먼저, 수지로서 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』) 24.6 체적％ 와, 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』) 0.4 체적％ 를 혼합하여 수지의 혼합물을 조제하였다. 이어서, 상기 수지의 혼합물과 대경의 분말로서 구상 산화마그네슘 분말『DMG-60』(평균 1 차 입자경 61 ㎛)) 75.0 체적％ 를 상기 자전·공전 믹서로 2000 rpm 으로 5 분간 혼합함으로써 수지 조성물을 조제하였다. 소경의 분말은 혼합하지 않았다. 상기 이외에는 실시예 18 과 동일하게 하여, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하였다.
또한, 표 3 에 있어서, 수지 등의『P』는 불포화 폴리에스테르 수지 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『WP2008』, 100 중량부) 와 경화제 (히타치 화성 주식회사 제조 : 형번『CT50』, 1.5 중량부) 의 혼합물이다. 수지 등의『Q』는 실리콘 수지 (도레이·다우코닝 주식회사 제조 : 형번『BY16-801』, 100 중량부) 와 경화제로서 옥심실란 (5 중량부) 의 혼합물이다. 수지 등의『R』은 미츠비시 화학 주식회사 제조의 형번『JER828』의 에폭시 수지이다.
한편, 표 3 에 있어서, 대경의 분말의『DMG-120』은 덴카 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 108 ㎛ 의 구상 산화마그네슘 (MgO) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『DMG-60』은 덴카 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 61 ㎛ 의 구상 산화마그네슘 (MgO) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『TFZ-S30P』는 토요 알루미늄 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 28 ㎛ 의 질화알루미늄 (AlN) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『BSN-S20LGF』는 주식회사 넨쇼 합성 제조의 평균 1 차 입자경 20 ㎛ 의 질화규소 (Si3N4) 분말의 형번이고, 대경의 분말의『SGP』는 덴카 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 18 ㎛ 의 질화붕소 (BN) 분말의 형번이다.
또, 표 3 에 있어서, 소경의 분말의『RY50L』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 40 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『VP RX40S』는 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 40 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『RX300』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 7 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이고, 소경의 분말의『RX200』은 닛폰 아에로질 주식회사 제조의 평균 1 차 입자경 12 ㎚ 의 소수성 흄드 실리카 (SiO2) 분말의 형번이다.
Figure pct00003
＜비교 시험 3＞
실시예 18 ∼ 23 및 비교예 7 ∼ 8 의 수지 성형체 (두께 2 ㎜) 로 이루어지는 절연재에 대해, 침수 전 및 침수 후의 절연 파괴 전압을 초고전압 내압 시험기『7470 시리즈』(주식회사 케이소쿠 기술 연구소 제조 : 형번『7473』) 를 사용하여 측정하고, 그 값을 두께 (2 ㎜) 로 나눈 값을 절연 파괴 전압 (㎸/㎜) 으로 하였다. 침수는, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 이온 교환수 중에 침지하고 50 ℃ 에서 5 일간 유지함으로써 실시하였다. 침수시킨 후, 수중으로부터 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 끌어올리고, 135 ℃ 에서 6 시간 건조시켰다. 침수 전 및 침수 후의 절연 파괴 전압의 변화율을 상기 서술한 식 (2) 에 기초하여 산출하였다. 침수에 의해 절연 파괴 전압이 높아지는 경우와, 낮아지는 경우가 있기 때문에, 침수 전 및 침수 후의 절연 파괴 전압의 차를 절댓값으로 나타내고, 이 차를 침수 전의 절연 파괴 전압으로 나누어 백분율로 나타냈다. 그 결과를 표 3 에 나타낸다.
＜평가 3＞
표 3 으로부터 분명한 바와 같이, 수지로서 히타치 화성 주식회사 제조의 형번『WP2008』의 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하고, 경화제로서 히타치 화성 주식회사 제조의 형번『CT50』을 사용하고, 대경의 분말로서 덴카 주식회사 제조의 형번『DMG-120』,『DMG-60』의 구상 산화마그네슘 분말을 사용했지만, 소경의 분말을 사용하지 않은 비교예 7, 8 의 수지 성형체로 이루어지는 절연재에서는, 침수 전의 절연 파괴 전압은 3 ㎸/㎜ 이상으로 높았지만, 침수 조건이 50 ℃ 에서 120 시간으로 짧음에도 불구하고, 침수 후의 절연 파괴 전압은 1 할 정도 저하되었다. 구체적으로는, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율은, 비교예 7 의 절연재에서는 11.3 ％ 이고, 비교예 8 의 절연재에서는 9.0 ％ 였다.
이에 반해, 수지 및 경화제에, 대경의 분말 및 소경의 분말을 소정의 비율로 충전하고, 나아가 소경의 분말과 대경의 분말의 평균 1 차 입자경의 비 (소경/대경) 가 4 × 10-4 ∼ 1 × 10-3 으로 적절한 범위 내 (6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3) 이고, 나아가 소경의 분말로서 소수성 흄드 실리카를 사용하여 건식법에 의해 혼합된 실시예 18 ∼ 23 의 수지 성형체로 이루어지는 절연재에서는, 침수 후의 절연 파괴 전압의 저하가 거의 일어나지 않고 3 ㎸/㎜ 이상으로 높아져, 높은 내수 신뢰성을 갖는 절연재가 되었다. 구체적으로는, 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율은, 실시예 18 ∼ 23 의 절연재에서는 0.3 ％ ∼ 4.5 ％ 였다.
본 발명의 절연성 필러를 포함하는 절연재는, 통신 기기나 차재 전자 기기의 반도체 칩 또는 트랜지스터 또는 리튬 이온 이차 전지 또는 LED 광원으로 이루어지는 발열체의 냉각 부재, 모터의 하우징에 내장된 스테이터의 냉각 부재, 인버터의 케이스에 내장된 전력 변환 장치의 냉각 부재, 액추에이터의 슬라이딩부 또는 회전부에서 발생한 열의 방열 부재 등에 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말의 표면에 상기 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말이 부착된 혼합 분말로 이루어지고,
    상기 평균 1 차 입자경 D2 에 대한 상기 평균 1 차 입자경 D1 의 비 D1/D2 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 이고,
    상기 혼합 분말의 체적 저항률이 1 × 1011 Ω·m 이상이고,
    상기 소수성 흄드 산화물 분말의 함유 비율이, 상기 혼합 분말을 100 질량％ 로 할 때, 5 질량％ ∼ 30 질량％ 인 것을 특징으로 하는 절연성 필러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화물계 무기 분말이, 질화알루미늄 분말, 질화붕소 분말 및 질화규소 분말로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 분말인 절연성 필러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소수성 흄드 산화물이, 소수성 흄드 실리카, 소수성 흄드 알루미나 또는 소수성 흄드 티타니아인 절연성 필러.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    온도 32 ℃, 상대 습도 80 ％ 의 항온 항습하에서 16 일간 수증기를 흡습시켰을 때, 하기의 식 (1) 로 산출되는 흡습에 의한 체적 저항률의 저하율 (％) 이 ＋50 ％ 미만인 절연성 필러.
    흡습에 의한 체적 저항률의 저하율 (％) ＝ [(흡습 전의 체적 저항률 － 흡습 후의 체적 저항률)/흡습 전의 체적 저항률] × 100 (1)
  5. 평균 1 차 입자경 D2 를 갖는 산화마그네슘 분말 및/또는 질화물계 무기 분말과, 상기 평균 1 차 입자경 D2 보다 작은 평균 1 차 입자경 D1 을 갖는 소수성 흄드 산화물 분말을 실온하에서 건식법에 의해 혼합하여 절연성 필러를 제조하는 방법으로서,
    상기 평균 1 차 입자경 D2 에 대한 상기 평균 1 차 입자경 D1 의 비 D1/D2 가 6 × 10-5 ∼ 3 × 10-3 인 것을 특징으로 하는 절연성 필러의 제조 방법.
  6. 수지 성형체로 이루어지는 절연재에 있어서,
    상기 수지 성형체에 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 필러가 포함되고,
    온도 50 ℃ 의 수중에 120 시간 침지했을 때, 하기의 식 (2) 로 산출되는 침수 전후의 절연 파괴 전압의 변화율 (절댓값) 이 5 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 절연재.
    침수에 의한 절연 파괴 전압차의 변화율 (％) ＝ [(침수 전의 절연 파괴 전압 － 침수 후의 절연 파괴 전압)/침수 전의 절연 파괴 전압] × 100 (2)
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 절연성 필러와 수지를 실온하에서 혼합한 후, 성형함으로써, 수지 성형체로 이루어지는 절연재를 제조하는 방법.
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