JP2016169281A - Composite filler and resin composition containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱伝導性フィラーとして好適に用いられる複合フィラーおよびこれを含む樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a composite filler suitably used as a heat conductive filler and a resin composition containing the same.
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分散した複合材料であり、そのような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１〜３Ｗ／ｍ・Ｋ程度に留まるものであり、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る。そのため、そのようなシート状成形体に用いられる熱伝導性フィラーとして、アルミナ（酸化アルミニウム）、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの高熱伝導性のフィラーが多用されている。 In recent years, with the increase in power density of semiconductor devices, materials used for devices are required to have higher heat dissipation characteristics. As such a material, there is a series of materials called thermal interface materials, and the amount of use is rapidly expanding. The thermal interface material is a material for relaxing the thermal resistance of the path through which heat generated from the semiconductor element is released to the heat sink or the housing, and various forms such as a sheet, gel, and grease are used. Generally, the thermal interface material is a composite material in which a thermally conductive filler is dispersed in a resin such as epoxy or silicone, and a metal oxide is often used as such a thermally conductive filler. However, the sheet-like molded body molded from the composite material using the metal oxide has a thermal conductivity in the thickness direction of about 1 to 3 W / m · K, and has a higher thermal conductivity. A shaped molded body is required. For this reason, high thermal conductive fillers such as alumina (aluminum oxide), boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride are frequently used as the thermal conductive filler used in such a sheet-like molded body.
熱伝導性フィラーを樹脂に分散させてなる複合材料から得られるシート状成形体において、高い放熱特性を得るためには、厚みを薄く、かつ熱伝導性フィラーを高充填して熱抵抗を下げればよい。ここで、熱伝導性フィラーを高充填するためのアプローチの１つとして、互いに粒径の異なる複数の熱伝導性フィラーを組み合わせる試みがなされてきた。 In a sheet-like molded body obtained from a composite material in which a heat conductive filler is dispersed in a resin, in order to obtain high heat dissipation characteristics, the thickness should be thin and the heat resistance filler should be reduced by reducing the thermal resistance. Good. Here, as one approach for highly filling the thermally conductive filler, an attempt has been made to combine a plurality of thermally conductive fillers having different particle diameters.
このうち、特許文献１には、熱伝導性フィラーとして小粒径フィラーと中粒径フィラーと大粒径フィラーを組み合わせたものを採用し、これらを樹脂に配合してなる高熱伝導性樹脂組成物が開示されている。ここで、特許文献１には、これらのフィラーの平均粒径比および配合割合などを特定の範囲内とすることにより、充分な放熱特性と耐電圧特性の両立を図ることができることが示されている。 Among these, Patent Document 1 employs a combination of a small particle size filler, a medium particle size filler, and a large particle size filler as the heat conductive filler, and a high heat conductive resin composition obtained by blending these into a resin. Is disclosed. Here, Patent Document 1 shows that by setting the average particle size ratio and blending ratio of these fillers within a specific range, it is possible to achieve both sufficient heat dissipation characteristics and withstand voltage characteristics. Yes.
また、特許文献２には、絶縁性樹脂中に絶縁性無機粉末を分散させた樹脂組成物として、３種類の粒径の絶縁性無機粉末を組み合わせてなるものが開示されている。ここで、特許文献２の実施例４には、絶縁性無機粉末として粒径の大きい窒化アルミニウム粉末と粒径の小さいアルミナ粉末を採用してなる樹脂組成物も開示されている。 Patent Document 2 discloses a resin composition in which an insulating inorganic powder is dispersed in an insulating resin, which is a combination of insulating inorganic powders having three particle sizes. Here, Example 4 of Patent Document 2 also discloses a resin composition that employs an aluminum nitride powder having a large particle size and an alumina powder having a small particle size as the insulating inorganic powder.
特許文献３には、金属ベース配線基板の接着剤層として、３種類の粒径の、電気絶縁性の無機粉末を組み合わせてなるものが開示されており、大小の無機粉末を併用することにより、樹脂ワニスの過度の粘度上昇を伴うことなく無機粉末顔料を高めることができ、放熱性が向上したことが記載されている。ここで、特許文献３でも、無機粉末として窒化アルミニウム粉末が用いられている。なお、特許文献３には、電気絶縁性の無機粉末として窒化アルミニウム粉末を採用する場合には、耐水性を高めるために、窒化アルミニウム粉末の表面に、ケイ素系酸化物やリン酸アパタイト系酸化物などからなる酸化物層を形成しておくことが好ましいことも記載されている。 Patent Document 3 discloses an adhesive layer of a metal-based wiring board, which is a combination of three types of particle diameters and an electrically insulating inorganic powder. By using a combination of large and small inorganic powders, It is described that the inorganic powder pigment can be increased without accompanying an excessive increase in the viscosity of the resin varnish, and the heat dissipation is improved. Here, also in Patent Document 3, aluminum nitride powder is used as the inorganic powder. In Patent Document 3, when an aluminum nitride powder is used as the electrically insulating inorganic powder, a silicon-based oxide or a phosphate apatite-based oxide is formed on the surface of the aluminum nitride powder in order to increase water resistance. It is also described that it is preferable to form an oxide layer made of, for example.
窒化アルミニウム粉末は、熱伝導性フィラーとして広く用いられているが、耐水性が充分でない場合がある。そのため、窒化アルミニウム粉末を熱伝導性フィラーとして用いる場合、耐水性を高めるために、ケイ素系酸化物やリン酸アパタイト系酸化物などからなる酸化物層を表面に形成したものが用いられることがある。このような酸化物層を表面に有する窒化アルミニウム粉末の例として、リン酸処理耐水性窒化アルミニウム粉末等が挙げられる。 Aluminum nitride powder is widely used as a thermally conductive filler, but water resistance may not be sufficient. Therefore, when aluminum nitride powder is used as a thermally conductive filler, in order to improve water resistance, an oxide layer made of a silicon-based oxide, a phosphate apatite-based oxide, or the like may be used on the surface. . Examples of the aluminum nitride powder having such an oxide layer on the surface include phosphoric acid-treated water-resistant aluminum nitride powder.
一方、リン酸処理耐水性窒化アルミニウム粉末など、表面に酸化物層を形成した窒化アルミニウム粉末はその表面が親水性であるため、フィラーとして樹脂に充填したときに、得られる樹脂組成物における粘度が増大し、このような樹脂組成物からの成形体製造が困難となる場合があるという課題があった。そのような問題が生じると作業性をも損ねることになるため、表面に酸化物層を形成した窒化アルミニウム粉末を含む樹脂組成物からの成形体製造にあたっては、当該窒化アルミニウム粉末の樹脂への充填量を低く抑えざるを得ず、成形体における熱伝導性の確保には一定の限界があった。そこで、表面に酸化物層を形成した窒化アルミニウム粉末を含む樹脂組成物からの成形体製造にあたっては、このような増粘の問題を回避した形で、窒化アルミニウム粉末の樹脂への充填量を増やすことが求められていた。 On the other hand, since the surface of an aluminum nitride powder having an oxide layer formed thereon, such as a phosphoric acid-treated water-resistant aluminum nitride powder, is hydrophilic, the viscosity of the resulting resin composition when filled into a resin as a filler There was a problem that the production of a molded body from such a resin composition may become difficult. When such a problem occurs, workability is also impaired. Therefore, when manufacturing a molded body from a resin composition containing an aluminum nitride powder having an oxide layer formed on the surface, filling the resin with the aluminum nitride powder. The amount had to be kept low, and there was a certain limit to securing thermal conductivity in the molded body. Therefore, in the production of a molded body from a resin composition containing an aluminum nitride powder having an oxide layer formed on the surface, the filling amount of the aluminum nitride powder into the resin is increased in a manner that avoids such a problem of thickening. It was requested.
その課題に対し、親和剤（界面活性剤、カップリング剤など）を添加して粘度を低減させる技術はあった。しかし、界面活性剤は適応可能な溶媒が限定されることや添加量が多すぎると樹脂の特性に悪影響を及ぼすため効果は限定的であった。 In order to solve the problem, there has been a technique for reducing the viscosity by adding an affinity agent (surfactant, coupling agent, etc.). However, the effect of the surfactant is limited because the applicable solvent is limited or the addition amount is too large, which adversely affects the properties of the resin.
そこで、本発明は、リン酸処理耐水性窒化アルミニウム粉末が有する充分な耐水性および熱伝導性を確保しながらも、樹脂に充填して樹脂組成物としたときの増粘が低減された熱伝導性フィラーを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides heat conduction with reduced thickening when filled into a resin composition while ensuring sufficient water resistance and heat conductivity of the phosphoric acid-treated water-resistant aluminum nitride powder. It aims at providing an adhesive filler.
本発明者らは上記問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、リン酸処理耐水性窒化アルミニウム粉末に粒子表面が負に帯電した、特定の大きさを有する球状の無機粉末を併用した複合フィラーを採用することにより、前記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have obtained a composite using a phosphoric acid-treated water-resistant aluminum nitride powder in combination with a spherical inorganic powder having a specific size and a negatively charged particle surface. By adopting the filler, it was found that the object can be achieved, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の複合フィラーは、燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末（Ａ）と負に帯電した無機粉末（Ｂ）とを含む複合フィラーであり、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（Ａ））が０．５〜１００μｍの範囲であり、かつ前記無機粉末（Ｂ）の粒度分布曲線における累積５０％値（Ｄ５０（Ｂ））に対するＤ５０（Ａ）の比 Ｄ５０（Ａ）／Ｄ５０（Ｂ）が１０〜１００である。 That is, the composite filler of the present invention is a composite filler containing an aluminum nitride powder (A) having an aluminum phosphate coating formed thereon and a negatively charged inorganic powder (B), and the particle size distribution of the aluminum nitride powder (A). The cumulative 50% value (D50 (A)) in the curve is in the range of 0.5 to 100 μm, and the D50 (A) with respect to the cumulative 50% value (D50 (B)) in the particle size distribution curve of the inorganic powder (B) The ratio D50 (A) / D50 (B) is 10-100.
ここで、本発明の複合フィラーにおいて、前記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９０％値（Ｄ９０（Ａ））と累積１０％値（Ｄ１０（Ａ））との比 Ｄ９０（Ａ）／Ｄ１０（Ａ）が３〜１００であることが好ましい。また、前記窒化アルミニウム粉末（Ａ）と前記無機粉末（Ｂ）の合計１００体積％に対する前記無機粉末（Ｂ）の割合が、５体積％以上４０体積％以下であることが好ましく、１０体積％以上３０体積％以下であることがより好ましい。また、前記累積５０％値（Ｄ５０（Ａ））は、１〜８０μｍの範囲であることが好ましい。さらに、前記窒化アルミニウム粉末（Ａ）の真球度は０．７〜０．９９であることが好ましく、前記無機粉末（Ｂ）の真球度は０．７〜０．９９であることが好ましい。 Here, in the composite filler of the present invention, the aluminum nitride powder (A) is a ratio of the cumulative 90% value (D90 (A)) to the cumulative 10% value (D10 (A)) in the particle size distribution curve D90 ( A) / D10 (A) is preferably from 3 to 100. Moreover, it is preferable that the ratio of the said inorganic powder (B) with respect to the total 100 volume% of the said aluminum nitride powder (A) and the said inorganic powder (B) is 5 volume% or more and 40 volume% or less, and 10 volume% or more. More preferably, it is 30 volume% or less. The cumulative 50% value (D50 (A)) is preferably in the range of 1 to 80 μm. Furthermore, the sphericity of the aluminum nitride powder (A) is preferably 0.7 to 0.99, and the sphericity of the inorganic powder (B) is preferably 0.7 to 0.99. .
一方、本発明の樹脂組成物は、上記複合フィラーと樹脂とを含む樹脂組成物であり、該樹脂組成物中の複合フィラーの含有量が５０体積％〜８０体積％である。ここで、前記樹脂が液状の硬化性樹脂であることが好ましい。 On the other hand, the resin composition of the present invention is a resin composition containing the composite filler and the resin, and the content of the composite filler in the resin composition is 50% by volume to 80% by volume. Here, the resin is preferably a liquid curable resin.
本発明によれば、リン酸処理耐水性窒化アルミニウムが有する充分に高い耐水性および充分に高い熱伝導性を確保しながらも、樹脂組成物としたときの粘度増大を低減させることのできる熱伝導性フィラーが提供される。また、このような熱伝導性フィラーは、樹脂への添加量を増やすことができるので、良好な熱伝導性を有する成形体の製造に好適に供される樹脂組成物を提供することができる。 According to the present invention, heat conductivity capable of reducing the increase in viscosity when a resin composition is obtained while ensuring sufficiently high water resistance and sufficiently high heat conductivity of the phosphoric acid-treated water-resistant aluminum nitride. Sex filler is provided. Moreover, since such a heat conductive filler can increase the addition amount to resin, the resin composition suitably provided for manufacture of the molded object which has favorable heat conductivity can be provided.
〔複合フィラー〕
窒化アルミニウム粉末（Ａ）
本発明に係る複合フィラーを構成する窒化アルミニウム粉末（Ａ）（本明細書において、単に「窒化アルミニウム粉末（Ａ）」と呼ばれる場合がある。）は、燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末であって、粒度分布曲線における累積５０％値（Ｄ５０（Ａ））が０．５μｍ〜１００μｍの範囲にある。この累積５０％値（Ｄ５０（Ａ））は、１μｍ〜８０μｍの範囲にあることが好ましい。ここで、本発明において、粒度分布曲線は、粉末サンプルにおける粒子径に対する粒子量の関係を表した曲線であり、レーザー回折散乱法の測定により得られたものである。なお、本明細書において、数値範囲を示す際に用いられる「Ｘ〜Ｙ」（Ｘ，Ｙは適当な数値）なる記載は、別途の記載がない限り、上限値及び下限値を含む意味で用いられる。
[Composite filler]
Aluminum nitride powder (A)
The aluminum nitride powder (A) constituting the composite filler according to the present invention (sometimes referred to simply as “aluminum nitride powder (A)” in this specification) is an aluminum nitride powder having an aluminum phosphate coating formed thereon. The cumulative 50% value (D50 (A)) in the particle size distribution curve is in the range of 0.5 μm to 100 μm. This cumulative 50% value (D50 (A)) is preferably in the range of 1 μm to 80 μm. Here, in this invention, a particle size distribution curve is a curve showing the relationship of the particle amount with respect to the particle diameter in a powder sample, and was obtained by the measurement of the laser diffraction scattering method. In the present specification, the description “X to Y” (X and Y are appropriate numerical values) used to indicate a numerical range is used in the meaning including an upper limit value and a lower limit value unless otherwise specified. It is done.
また、本発明においては、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９０％値（Ｄ９０（Ａ））と累積１０％値（Ｄ１０（Ａ））との比 Ｄ９０（Ａ）／Ｄ１０（Ａ）が３〜１００であることが好ましい。このＤ９０（Ａ）／Ｄ１０（Ａ）が上記範囲内にあると、樹脂に充填して樹脂組成物としたときの増粘が低減されたため好ましい。ここで、本明細書において、ある粉末について「累積Ｘ％値」というときは、その粉末についての粒度分布曲線において、粒径の小さい側から見たときの相対粒子量の累積が全粒子量のＸ％となったときの粒子径を意味する。なお、累積５０％値は、メディアン径とも呼ばれる値である。 In the present invention, the aluminum nitride powder (A) has a ratio of 90% cumulative value (D90 (A)) to 10% cumulative value (D10 (A)) in the particle size distribution curve. D90 (A) / D10 (A) is preferably from 3 to 100. It is preferable that D90 (A) / D10 (A) is within the above range because the thickening when filled into a resin to obtain a resin composition is reduced. Here, in the present specification, when the “cumulative X% value” is referred to for a certain powder, the cumulative relative particle amount when viewed from the smaller particle size in the particle size distribution curve for the powder is the total particle amount. It means the particle diameter when X%. The accumulated 50% value is also called a median diameter.
また、本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末（Ａ）は、通常球状の粒子からなるものであり、その真球度が０．７〜０．９９であることが好ましく、０．８〜０．９９であることがより好ましい。窒化アルミニウム粉末（Ａ）がこのような真球度を有すると、後述する無機粉末（Ｂ）を組み合わせてなる複合フィラーとしたときに、熱伝導率に優れ、且つ、樹脂に添加して樹脂組成物としたときの粘度低減効果が得られやすい傾向にある。 The aluminum nitride powder (A) used in the present invention is usually composed of spherical particles, and the sphericity is preferably 0.7 to 0.99, preferably 0.8 to 0.99. It is more preferable that When the aluminum nitride powder (A) has such sphericity, when it is a composite filler formed by combining the inorganic powder (B) described later, it has excellent thermal conductivity and is added to the resin. It tends to be easy to obtain the effect of reducing viscosity when made into a product.
このような窒化アルミニウム粉末（Ａ）は、上記のような粒度分布及び真球度を有する限り、公知の、燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末、具体的には、表面に燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末であってもよい。また、このような燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末は、例えば、還元窒化法、直接窒化法等の公知または公知に準ずる方法により窒化アルミニウム粉末を得、この窒化アルミニウム粉末に対して、公知または公知に準ずる方法により燐酸による表面処理を行うことにより製造できる。ここで、表面処理の対象となる窒化アルミニウム粉末は、その構成粒子を球状の形態としやすいことから還元窒化法により製造されることが好ましい。このような燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末の具体的な製造方法として、例えば、特開２０１２−１４０２６０号公報に記載されている方法などが挙げられる。 As long as such an aluminum nitride powder (A) has the particle size distribution and sphericity as described above, a known aluminum nitride powder having an aluminum phosphate coating formed thereon, specifically, an aluminum phosphate coating on the surface. The formed aluminum nitride powder may be used. In addition, the aluminum nitride powder on which such an aluminum phosphate coating is formed is obtained by, for example, a known or well-known method such as a reduction nitriding method or a direct nitriding method. Or it can manufacture by performing the surface treatment by phosphoric acid by the method according to a well-known. Here, the aluminum nitride powder to be subjected to the surface treatment is preferably manufactured by a reductive nitriding method because the constituent particles are easily formed into a spherical shape. As a specific method for producing the aluminum nitride powder on which such an aluminum phosphate coating is formed, for example, a method described in JP 2012-140260 A may be mentioned.
無機粉末（Ｂ）
本発明に係る複合フィラーを構成する無機粉末（Ｂ）（本明細書において、単に「無機粉末（Ｂ）」と呼ばれる場合がある。）は、負に帯電した無機粉末であって、粒度分布曲線における累積５０％値（Ｄ５０（Ｂ））に対する前記Ｄ５０（Ａ）の比 Ｄ５０（Ａ）／Ｄ５０（Ｂ）が１０〜１００の範囲にある。すなわち、本発明では、無機粉末（Ｂ）として、上述した窒化アルミニウム粉末（Ａ）よりも、平均の粒径が小さいものを用いることが重要である。このように無機粉末（Ｂ）として粒径の小さい負に帯電した無機粉末を用いると、負電荷による静電反発効果によって無機粉末（Ｂ）を構成する粒子同士の凝集が抑制され分散性が向上するほか、粒径が小さいために、窒化アルミニウム粉末（Ａ）を構成する粒子間の隙間に入り、滑車効果により粉体の流動性が向上する。その結果、窒化アルミニウム粉末（Ａ）を構成する粒子の間に無機粉末（Ｂ）を構成する粒子が入り込みやすくなり、これにより複合フィラーの流動性が向上し、樹脂に添加して得られる樹脂組成物の粘度を低減させることができる。
Inorganic powder (B)
The inorganic powder (B) constituting the composite filler according to the present invention (sometimes referred to simply as “inorganic powder (B)” in the present specification) is a negatively charged inorganic powder having a particle size distribution curve. The ratio of D50 (A) to the cumulative 50% value (D50 (B)) at D50 (A) / D50 (B) is in the range of 10-100. That is, in the present invention, it is important to use an inorganic powder (B) having an average particle size smaller than that of the above-described aluminum nitride powder (A). As described above, when a negatively charged inorganic powder having a small particle size is used as the inorganic powder (B), the aggregation of the particles constituting the inorganic powder (B) is suppressed by the electrostatic repulsion effect due to the negative charge and the dispersibility is improved. In addition, since the particle size is small, the fluidity of the powder is improved by the pulley effect by entering the gaps between the particles constituting the aluminum nitride powder (A). As a result, the particles constituting the inorganic powder (B) can easily enter between the particles constituting the aluminum nitride powder (A), thereby improving the fluidity of the composite filler and adding the resin composition to the resin. The viscosity of the product can be reduced.
この場合、無機粉末（Ｂ）として、窒化アルミニウム粉末（Ａ）の粒径に対して極端に粒径の小さい無機粉末、例えば、Ｄ５０（Ａ）／Ｄ５０（Ｂ）が１１００を超える程度に粒径の小さな無機粉末を採用すると、無機粉末（Ｂ）を構成する粒子同士で凝集しやすくなるおそれがあり、これによって、無機粉末（Ｂ）を構成する粒子の見かけの粒径が大きくなる結果、得られる樹脂組成物の粘度が却って増大する場合がある。 In this case, as the inorganic powder (B), an inorganic powder having an extremely small particle size relative to the particle size of the aluminum nitride powder (A), for example, a particle size such that D50 (A) / D50 (B) exceeds 1100 If an inorganic powder having a small particle size is employed, the particles constituting the inorganic powder (B) may be easily aggregated. As a result, the apparent particle size of the particles constituting the inorganic powder (B) is increased. The viscosity of the obtained resin composition may increase instead.
また、本発明で用いられる無機粉末（Ｂ）は、通常球状の粒子からなるものであり、その真球度が０．７〜０．９９であることが好ましく、０．８〜０．９９であることがより好ましい。無機粉末（Ｂ）がこのような真球度を有すると、上記窒化アルミニウム粉末（Ａ）と混合して複合フィラーの形とし、樹脂との樹脂組成物としたときに、粘度低減効果が充分に得られるため好ましい。 The inorganic powder (B) used in the present invention is usually composed of spherical particles, and the sphericity is preferably 0.7 to 0.99, preferably 0.8 to 0.99. More preferably. When the inorganic powder (B) has such a sphericity, when mixed with the aluminum nitride powder (A) to form a composite filler and a resin composition with a resin, the viscosity reducing effect is sufficient. Since it is obtained, it is preferable.
このような無機粉末（Ｂ）は、上記のような粒度分布及び真球度を有する限り、公知の負に帯電した無機粉末であってもよく、そのような無機粉末として、好ましくは、ゼータ電位が−５ｍＶ以下、特に、−５〜−５０ｍＶの無機粉末が特に制限無く使用できる。このような負に帯電した無機粉末を構成する材質の好適な代表例としてシリカが挙げられる。しかし、本発明で用いられる無機粉末（Ｂ）は、シリカ粉末など、それ自体表面が負に帯電している無機粉末に限られず、元来負に帯電していない無機粉末に対して表面に負の電荷を付与して得られる改質粉末であってもよい。そのような改質粉末は、元来負に帯電していない無機粉末に対して、表面改質などの手段、例えば、表面にフェニルホスホン酸やリン酸をコートする方法、を適用することにより得ることができる。このような改質粉末の原料となる無機粉末の材質は、特に限定されず、窒化アルミニウムであることを妨げるものではないものの、好適な例としては、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る。また、このような負に帯電した無機粉末は、前記改質粉末も含めて従来公知の製造方法により得ることが可能である。 Such an inorganic powder (B) may be a known negatively charged inorganic powder as long as it has the particle size distribution and sphericity as described above. As such an inorganic powder, preferably a zeta potential is used. Is -5 mV or less, in particular, an inorganic powder of -5 to -50 mV can be used without particular limitation. A suitable representative example of the material constituting such a negatively charged inorganic powder is silica. However, the inorganic powder (B) used in the present invention is not limited to an inorganic powder whose surface is negatively charged, such as silica powder, and is negative on the surface against an inorganic powder that is not originally negatively charged. It may be a modified powder obtained by applying the above-mentioned electric charge. Such a modified powder is obtained by applying means such as surface modification, for example, a method of coating the surface with phenylphosphonic acid or phosphoric acid, to an inorganic powder that is not originally negatively charged. be able to. The material of the inorganic powder as a raw material for such a modified powder is not particularly limited and does not prevent aluminum nitride, but suitable examples include alumina, boron nitride, zinc oxide, silicon carbide, Examples include silicon nitride. Moreover, such a negatively charged inorganic powder including the modified powder can be obtained by a conventionally known production method.
複合フィラーの構成
本発明に係る複合フィラーは、上述した窒化アルミニウム粉末（Ａ）と上述した無機粉末（Ｂ）を含む。このような本発明の複合フィラーは、樹脂に添加して樹脂組成物としたときに、当該樹脂組成物において分散しやすく、且つ、燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末のみからなるフィラーに比べて、樹脂に添加して得られる樹脂組成物の粘度を低く抑えることができるという効果が得られる。このような効果が得られる理由としては、おそらく、上記窒化アルミニウム粉末（Ａ）は燐酸アルミニウム被膜が形成された窒化アルミニウム粉末であることから、これを構成する粒子表面は負に帯電している一方、上記無機粉末（Ｂ）を構成する粒子表面もまた負に帯電していることにより、上記窒化アルミニウム粉末（Ａ）を構成する粒子と上記無機粉末（Ｂ）を構成する粒子とが互いに凝集することなく反発し合うという電荷反発効果が挙げられる。
Configuration of Composite Filler The composite filler according to the present invention includes the aluminum nitride powder (A) described above and the inorganic powder (B) described above. Such a composite filler of the present invention, when added to a resin to form a resin composition, is easy to disperse in the resin composition, and compared to a filler consisting only of an aluminum nitride powder having an aluminum phosphate coating formed thereon. And the effect that the viscosity of the resin composition obtained by adding to resin can be restrained low is acquired. The reason why such an effect can be obtained is that, since the aluminum nitride powder (A) is an aluminum nitride powder on which an aluminum phosphate coating is formed, the particle surface constituting the aluminum nitride powder (A) is negatively charged. The particle surface constituting the inorganic powder (B) is also negatively charged, whereby the particles constituting the aluminum nitride powder (A) and the particles constituting the inorganic powder (B) are aggregated with each other. There is a charge repulsion effect of repelling each other.
本発明の複合フィラーにおいて、上記無機粉末（Ｂ）の割合は、前記窒化アルミニウム粉末（Ａ）と前記無機粉末（Ｂ）の合計１００体積％に対して、５体積％以上であることが好ましく、１０体積％以上であることがより好ましい。このように、上記無機粉末（Ｂ）の割合がある程度多いと、複合フィラーを樹脂に添加して樹脂組成物としたときに粘度低減効果が充分に得られる傾向がある。一方、窒化アルミニウム粉末（Ａ）による高い熱伝導性が充分に発揮されるためには、複合フィラーにおける窒化アルミニウム粉末（Ａ）の割合をある程度高くすることが好ましく、そのためには、上記無機粉末（Ｂ）の割合は、前記窒化アルミニウム粉末（Ａ）と前記無機粉末（Ｂ）の合計１００体積％に対して、４０体積％以下であることが好ましく、３０体積％以下であることがより好ましい。 In the composite filler of the present invention, the proportion of the inorganic powder (B) is preferably 5% by volume or more with respect to a total of 100% by volume of the aluminum nitride powder (A) and the inorganic powder (B). It is more preferable that it is 10 volume% or more. Thus, when the ratio of the said inorganic powder (B) is large to some extent, when a composite filler is added to resin and it is set as a resin composition, there exists a tendency for the viscosity reduction effect to fully be acquired. On the other hand, in order for the high thermal conductivity by the aluminum nitride powder (A) to be sufficiently exerted, it is preferable to increase the proportion of the aluminum nitride powder (A) in the composite filler to some extent. The ratio of B) is preferably 40% by volume or less and more preferably 30% by volume or less with respect to the total of 100% by volume of the aluminum nitride powder (A) and the inorganic powder (B).
また、本発明に係る複合フィラーは、上述した窒化アルミニウム粉末（Ａ）と上述の無機粉末（Ｂ）のみからなるものであってもよく、あるいは、これらのほかに、本発明の効果を奏する範囲で、負に帯電していない無機粉末を含有してもよい。 In addition, the composite filler according to the present invention may be composed only of the above-described aluminum nitride powder (A) and the above-mentioned inorganic powder (B), or, in addition to these, a range that exhibits the effects of the present invention. And you may contain the inorganic powder which is not negatively charged.
本発明の複合フィラーは、窒化アルミニウム粉末（Ａ）による高い耐水性および高い熱伝導性を持ちつつ、樹脂に充填して樹脂組成物としたときの粘度増大を低減させることができることによって樹脂への充填量を大きくすることができるので、熱伝導性フィラーとして好適に用いることができる。 The composite filler of the present invention has high water resistance and high thermal conductivity due to the aluminum nitride powder (A), and can reduce increase in viscosity when filled into a resin to obtain a resin composition. Since the filling amount can be increased, it can be suitably used as a thermally conductive filler.
〔樹脂組成物〕
本発明に係る樹脂組成物は、上述した複合フィラーと樹脂とを含む樹脂組成物である。
本発明の樹脂組成物に含有される樹脂に特に限定はないが、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 composition according to the present invention is a resin composition containing the above-described composite filler and resin.
The resin contained in the resin composition of the present invention is not particularly limited. For example, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl acetate, ethylene-acetic acid Vinyl copolymer, polyvinyl alcohol, polyacetal, fluororesin (polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene 2,6 naphthalate, polystyrene, polyacrylonitrile, styrene-acrylonitrile copolymer, ABS Resins, polyphenylene ether (PPE) resins, modified PPE resins, aliphatic polyamides, aromatic polyamides, polyimides, polyamideimides, polymethacrylic acids (polymethyl methacrylate) Polymethacrylic acid esters), polyacrylic acids, polycarbonate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyethernitrile, polyetherketone, polyetheretherketone, polyketone, liquid crystal polymer, ionomer, etc .; epoxy resin And curable resins such as curable acrylic resin, curable urethane resin, curable silicone resin, phenol resin, curable polyimide resin, curable modified PPE, and curable PPE. Among these resins, a curable resin is preferable and a liquid curable resin is particularly preferable in producing a molded body such as a plate-shaped molded body or a thin-film molded body.
本発明の樹脂組成物は、上記複合フィラーを５０体積％〜８０体積％、好ましくは６０体積％〜８０体積％の割合で含有する。上記複合フィラーの含量が上記の範囲より少ないと得られる成形体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、上記複合フィラーの含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時に、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。
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含んでもよい。
The resin composition of this invention contains the said composite filler in the ratio of 50 volume%-80 volume%, Preferably it is 60 volume%-80 volume%. When the content of the composite filler is less than the above range, the resulting molded article has low thermal conductivity. For example, when used as a heat dissipation sheet, sufficient characteristics may not be obtained. On the other hand, when the content of the composite filler is larger than the above range, when the composite filler and the resin are mixed, the viscosity of the resulting resin composition is remarkably increased, the workability is extremely deteriorated, and further, the mixing is poor. May occur, causing problems such as a decrease in thermal conductivity.
The resin composition may contain additives such as a curing agent and a coupling agent as necessary.
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混合することにより製造できる。これら各成分の混合は、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により行うことができる。
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。
The said resin composition can be manufactured by mixing the component contained as needed, such as the said composite filler, the said resin, and the said additive. These components can be mixed with, for example, an ordinary kneader such as a roll, a kneader, a Banbury mixer, and a rotation / revolution mixer.
And the molded object with high heat conductivity can be obtained by shape | molding the resin composition of this invention as mentioned above by a conventionally well-known appropriate method.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
尚、本発明において、各種試験方法は、以下の通り行った。
（１）樹脂組成物の粘度：
樹脂組成物の粘度は、レオメーター（ＡＲ２０００ｅｘ：ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用い、せん断速度５／s、25.5℃にて測定した。
（２）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ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ ＨＲＡ）にて粒径を測定した。
（３）成形体の熱伝導率
樹脂組成物を成形して得られる成形体（ペレット）の熱伝導率は、熱拡散率、密度および比熱から、下記式に基づき求めた。
熱伝導率＝熱拡散率×密度×比熱
熱拡散率は、レーザーフラッシュ法にて測定を行なった。
密度は、アルキメデス法にて測定を行なった。
比熱は、ＤＳＣ法にて測定を行なった。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these examples.
In the present invention, various test methods were performed as follows.
(1) Viscosity of resin composition:
The viscosity of the resin composition was measured using a rheometer (AR2000ex: manufactured by TA Instruments) at a shear rate of 5 / s and 25.5 ° C.
(2) Particle size The 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 (MICROTRAC HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
(3) Thermal conductivity of molded body The thermal conductivity of a molded body (pellet) obtained by molding the resin composition was obtained from the following formula from the thermal diffusivity, density and specific heat.
Thermal conductivity = thermal diffusivity × density × specific heat The thermal diffusivity was measured by a laser flash method.
The density was measured by the Archimedes method.
Specific heat was measured by the DSC method.
［実施例１］
本例は、基材樹脂としてエポキシ樹脂を用いて樹脂組成物の作製する例である。
具体的にはエポキシ樹脂（三菱化学株式会社製ｊＥＲ８２８）１００重量部と硬化剤（イミダゾール系硬化剤、四国化成工業株式会社製キュアゾール２Ｅ４ＭＺ）５重量部との混合物を、基材樹脂として準備した。次に、基材樹脂１００重量部と、燐酸処理ＡｌＮ粉末 ６０２重量部と、平均粒径０．３μｍのシリカ粉末２１重量部とを自転・公転ミキサー（株式会社シンキー製ＡＲＥ−５００）にて混合して樹脂組成物（以下、「第１の樹脂組成物」）を得た。その時、粉末の充填率は７０vol%であった。ここで、使用した燐酸処理ＡｌＮ粉末およびシリカ粉末の物性を表１Ａに示す。
[Example 1]
This example is an example of producing a resin composition using an epoxy resin as a base resin.
Specifically, a mixture of 100 parts by weight of an epoxy resin (jER828 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and 5 parts by weight of a curing agent (imidazole-based curing agent, Curazole 2E4MZ manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) was prepared as a base resin. Next, 100 parts by weight of the base resin, 602 parts by weight of the phosphoric acid-treated AlN powder, and 21 parts by weight of silica powder having an average particle size of 0.3 μm are mixed in a rotating / revolving mixer (ARE-500 manufactured by Shinky Corporation). Thus, a resin composition (hereinafter referred to as “first resin composition”) was obtained. At that time, the filling rate of the powder was 70 vol%. Here, physical properties of the phosphoric acid-treated AlN powder and silica powder used are shown in Table 1A.
得られた第１の樹脂組成物の一部を金型体に注型し、熱プレスを使用し、温度:１００℃、圧力：２０ＭＰａ、保持時間：２時間の条件で硬化させ、直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのペレットを作製した。レーザーフラッシュ法にて熱伝導率を測定した。測定結果を表１Ｂに示す。 A part of the obtained first resin composition was poured into a mold body and cured using a hot press under conditions of temperature: 100 ° C., pressure: 20 MPa, holding time: 2 hours, A 1 mm thick pellet was produced. The thermal conductivity was measured by a laser flash method. The measurement results are shown in Table 1B.
一方、上記第１の樹脂組成物では、測定器具における測定可能範囲との兼ね合いで粘度の測定が困難であった。したがって、粘度測定用の樹脂組成物として、上記第１の樹脂組成物とは別に、粉末の充填率がより低い樹脂組成物（以下、「第２の樹脂組成物」）を下記の手順に従って調製した。 On the other hand, in the first resin composition, it was difficult to measure the viscosity in consideration of the measurable range in the measuring instrument. Accordingly, as a resin composition for viscosity measurement, a resin composition having a lower powder filling rate (hereinafter referred to as “second resin composition”) is prepared according to the following procedure, separately from the first resin composition. did.
エポキシ樹脂(三菱化学製ｊＥＲ８０７）１．５９ｇと、燐酸処理ＡｌＮ粉末 ５ｇと、平均粒径０．３μｍのシリカ粉末０．１８ｇとを乳鉢にて混合して、第２の樹脂組成物を得た。その時、粉末の充填率は５５vol%であった。得られた第２の樹脂組成物の粘度をレオメーターにて測定した。測定結果を表１Ｃに示す。 Epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation jER807) 1.59 g, phosphoric acid-treated AlN powder 5 g, and silica powder 0.18 g with an average particle size of 0.3 μm were mixed in a mortar to obtain a second resin composition. . At that time, the filling rate of the powder was 55 vol%. The viscosity of the obtained second resin composition was measured with a rheometer. The measurement results are shown in Table 1C.
［実施例２］
基材樹脂に対する燐酸処理ＡｌＮ粉末およびシリカ粉末の量を表１Ｂに示す量とした以外は実施例１と同様にして、第１の樹脂組成物及びペレットを作製した。得られたペレットの熱伝導率を測定した結果を表１Ｂに示した。
[Example 2]
A first resin composition and pellets were prepared in the same manner as in Example 1 except that the amounts of the phosphoric acid-treated AlN powder and silica powder relative to the base resin were changed to the amounts shown in Table 1B. The results of measuring the thermal conductivity of the obtained pellets are shown in Table 1B.
エポキシ樹脂(三菱化学製ｊＥＲ８０７）１．６７ｇと、燐酸処理ＡｌＮ粉末 ５ｇと、平均粒径０．３μｍのシリカ粉末０．３７ｇとを乳鉢にて混合して、第２の樹脂組成物を得た。その時、粉末の充填率は５５vol%であった。得られた第２の樹脂組成物の粘度をレオメーターにて測定した。測定結果を表１Ｃに示す。 Epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation jER807) 1.67 g, phosphoric acid-treated AlN powder 5 g, and silica powder 0.37 g with an average particle size of 0.3 μm were mixed in a mortar to obtain a second resin composition. . At that time, the filling rate of the powder was 55 vol%. The viscosity of the obtained second resin composition was measured with a rheometer. The measurement results are shown in Table 1C.
［実施例３］
基材樹脂に対する燐酸処理ＡｌＮ粉末およびシリカ粉末の量を表１Ｂに示す量とした以外は実施例１と同様にして、第１の樹脂組成物及びペレットを作製した。得られたペレットの熱伝導率を測定した結果を表１Ｂに示した。
[Example 3]
A first resin composition and pellets were produced in the same manner as in Example 1 except that the amounts of the phosphoric acid-treated AlN powder and silica powder relative to the base resin were changed to the amounts shown in Table 1B. The results of measuring the thermal conductivity of the obtained pellets are shown in Table 1B.
エポキシ樹脂(三菱化学製ｊＥＲ８０７）２．１５ｇと、燐酸処理ＡｌＮ粉末 ５ｇと、平均粒径０．３μｍのシリカ粉末１．４５ｇとを乳鉢にて混合して、第２の樹脂組成物を得た。その時、粉末の充填率は５５vol%であった。得られた第２の樹脂組成物の粘度をレオメーターにて測定した。測定結果を表１Ｃに示す。 2.15 g of epoxy resin (Mitsubishi Chemical Corporation jER807), 5 g of phosphoric acid-treated AlN powder, and 1.45 g of silica powder having an average particle size of 0.3 μm were mixed in a mortar to obtain a second resin composition. . At that time, the filling rate of the powder was 55 vol%. The viscosity of the obtained second resin composition was measured with a rheometer. The measurement results are shown in Table 1C.
［比較例１］
基材樹脂に対する燐酸処理ＡｌＮ粉末の量を表１Ｂに示す量とし、シリカ粉末を配合しなかった以外は実施例１と同様にして、第１の樹脂組成物及びペレットを作製した。得られたペレットの熱伝導率を測定した結果を表１Ｂに示した。
[Comparative Example 1]
The amount of the phosphoric acid-treated AlN powder relative to the base resin was set to the amount shown in Table 1B, and a first resin composition and pellets were produced in the same manner as in Example 1 except that the silica powder was not blended. The results of measuring the thermal conductivity of the obtained pellets are shown in Table 1B.
エポキシ樹脂(三菱化学製ｊＥＲ８０７）１．５１ｇと、燐酸処理ＡｌＮ粉末 ５ｇとを乳鉢にて混合して、第２の樹脂組成物を得た。その時、粉末の充填率は５５vol%であった。得られた第２の樹脂組成物の粘度をレオメーターにて測定した。測定結果を表１Ｃに示す。 Epoxy resin (Mitsubishi Chemical jER807) 1.51 g and phosphoric acid-treated AlN powder 5 g were mixed in a mortar to obtain a second resin composition. At that time, the filling rate of the powder was 55 vol%. The viscosity of the obtained second resin composition was measured with a rheometer. The measurement results are shown in Table 1C.
［比較例２〜３］
使用した燐酸処理ＡｌＮ粉末およびシリカ粉末の種類を、それぞれ表１Ａに示す粒度分布を有するものに置き換えた以外は実施例３と同様にして、第１の樹脂組成物及びペレットを作製した。得られたペレットの熱伝導率を測定した結果を表１Ｂに示した。
[Comparative Examples 2-3]
A first resin composition and pellets were produced in the same manner as in Example 3 except that the types of the phosphoric acid-treated AlN powder and silica powder used were each replaced with those having the particle size distribution shown in Table 1A. The results of measuring the thermal conductivity of the obtained pellets are shown in Table 1B.
また、燐酸処理ＡｌＮ粉末およびシリカ粉末の種類を、それぞれ表１Ａに示す粒度分布を有するものに置き換えた以外は実施例３と同様にして、第２の樹脂組成物を得た。得られた第２の樹脂組成物の粘度をそれぞれレオメーターにて測定した。測定結果を表１Ｃに示す。 Further, a second resin composition was obtained in the same manner as in Example 3 except that the types of the phosphoric acid-treated AlN powder and silica powder were replaced with those having the particle size distribution shown in Table 1A, respectively. The viscosity of the obtained 2nd resin composition was measured with the rheometer, respectively. The measurement results are shown in Table 1C.
Claims (9)
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（Ａ））が０．５〜１００μｍの範囲であり、かつ
前記無機粉末（Ｂ）の粒度分布曲線における累積５０％値（Ｄ５０（Ｂ））に対するＤ５０（Ａ）の比 Ｄ５０（Ａ）／Ｄ５０（Ｂ）が１０〜１００である複合フィラー。 A composite filler comprising an aluminum nitride powder (A) having an aluminum phosphate coating formed thereon and a negatively charged inorganic powder (B);
The cumulative 50% value (D50 (A)) in the particle size distribution curve of the aluminum nitride powder (A) is in the range of 0.5 to 100 μm, and the cumulative 50% value in the particle size distribution curve of the inorganic powder (B) ( Ratio of D50 (A) to D50 (B)) A composite filler in which D50 (A) / D50 (B) is 10 to 100.
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