JP7090459B2 - Particle material, its manufacturing method, and heat conductive material - Google Patents
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Description
本発明は、アルミナを主成分とする粒子材料及びその製造方法、並びにその粒子材料が分散された樹脂組成物からなる熱伝導物質に関する。 The present invention relates to a particle material containing alumina as a main component, a method for producing the same, and a heat conductive substance comprising a resin composition in which the particle material is dispersed.
電子材料の放熱用途に用いられる熱伝導物質（ＴＩＭ）において、シリコーン等の樹脂材料中にアルミナを主成分とする無機金属酸化物フィラーを充填・分散した樹脂組成物が知られている（特許文献１など）。充填される無機金属酸化物フィラーの割合を大きくすることにより熱伝導性は向上するが、得られるＴＩＭの密度は大きくなる。 A resin composition in which an inorganic metal oxide filler containing alumina as a main component is filled and dispersed in a resin material such as silicone is known as a heat conductive substance (TIM) used for heat dissipation of electronic materials (Patent Documents). 1 etc.). By increasing the proportion of the inorganic metal oxide filler to be filled, the thermal conductivity is improved, but the density of the obtained TIM is increased.
電子材料は、年々小型化・軽量化の需要が高まっており、採用されるＴＩＭについても軽量化を実現するために、充填される無機金属酸化物フィラーについて軽量化が求められる。 The demand for miniaturization and weight reduction of electronic materials is increasing year by year, and in order to realize weight reduction of the TIM to be adopted, it is required to reduce the weight of the filled inorganic metal oxide filler.
本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、従来よりも軽量で、アルミナを主成分とする粒子材料及びその製造方法を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been completed in view of the above circumstances, and it is an object to be solved to provide a particle material containing alumina as a main component and a method for producing the same, which is lighter than the conventional one.
また、この粒子材料を樹脂材料中に分散させた樹脂組成物からなる熱伝導物質を提供することも解決すべき課題とする。 Another problem to be solved is to provide a heat conductive substance composed of a resin composition in which the particle material is dispersed in the resin material.
ＴＩＭに用いるフィラーは、粒径が大きいものが適している。粒径が大きいフィラーはフィラー同士が接触する界面が少なくなるため熱伝導性に優れるからである。つまり、界面が少なければ熱伝導性を高くすることが可能になる。 As the filler used for TIM, a filler having a large particle size is suitable. This is because a filler having a large particle size has excellent thermal conductivity because the number of interfaces where the fillers come into contact with each other is reduced. That is, if the number of interfaces is small, it is possible to increase the thermal conductivity.
フィラーの質量を減らすには、単純にフィラーの量を減らせば良いが、充填したフィラーの個数を一定として、フィラーの形状を保ったままフィラーの量を減らすとなると粒子径を小さくすることが考えられる。そうすると界面が増えるため熱伝導性が低下することになる。そのためフィラーの大きさはそのままで内部に空隙を設けることで界面は増加することがなくなり、界面の増加に由来する熱伝導性低下はなくなる。内部に空隙を設けても熱伝導性の低下が少ないことは確認している。 To reduce the mass of the filler, simply reduce the amount of the filler, but if the number of filled fillers is kept constant and the amount of the filler is reduced while maintaining the shape of the filler, the particle size may be reduced. Be done. Then, since the number of interfaces increases, the thermal conductivity decreases. Therefore, the interface does not increase by providing voids inside while keeping the size of the filler as it is, and the decrease in thermal conductivity due to the increase in the interface disappears. It has been confirmed that the decrease in thermal conductivity is small even if a gap is provided inside.
本発明は上記知見に基づき完成したものであり、上記課題を解決する本発明の粒子材料は、アルミナを主成分とし、体積平均粒径が１２０～２００μｍ、球形度が０．９５以上で，見掛け比重が真比重と比較し１％以上軽く、前記アルミナのα相含有率が６０～１００％である。 The present invention has been completed based on the above findings, and the particle material of the present invention that solves the above problems contains alumina as a main component, has a volume average particle size of 120 to 200 μm, and has a sphericity of 0.95 or more. The specific gravity is 1% or more lighter than the true specific gravity, and the α-phase content of the alumina is 60 to 100%.
平均粒径を大きくすることで熱伝導を高くし、見掛け比重を小さくして質量を低下させている。見掛け比重を小さくすると熱伝導性は低下することもあるが、界面の増加による熱伝導性の低下と比べると無視できる程度である。見掛け比重を小さくする方法としては、内部に空隙を有するようにすることが例示できる。 By increasing the average particle size, heat conduction is increased, and the apparent specific gravity is decreased to reduce the mass. If the apparent density is reduced, the thermal conductivity may decrease, but it is negligible compared to the decrease in thermal conductivity due to the increase in the interface. As a method of reducing the apparent specific density, it can be exemplified to have a void inside.
上記課題を解決する粒子材料の製造方法は、アルミナを主成分とし、体積平均粒径が２０μｍ以下の原料アルミナ粒子を造粒して、体積平均粒径が１００～３００μｍの球状造粒体を製造する造粒工程と、
前記球状造粒体を高温領域を通過させて溶融した後、冷却することにより体積平均粒径が１２０μｍ～２００μｍ、球形度０．９８以上、見掛け比重が真比重と比較して１％以上軽い粒子材料を製造する球状粒子製造工程と、
を有する。
The method for producing a particle material that solves the above problems is to granulate raw material alumina particles having an alumina as a main component and having a volume average particle size of 20 μm or less to produce a spherical granulated body having a volume average particle size of 100 to 300 μm. Granulation process and
Particles having a volume average particle size of 120 μm to 200 μm, a sphericity of 0.98 or more, and an apparent specific gravity of 1% or more lighter than the true specific gravity by passing the spherical granulated body through a high temperature region to melt it and then cooling it. Spherical particle manufacturing process to manufacture materials and
Have.
造粒体を加熱溶融することで造粒体の外形を保ったままで溶融・固化して大きな粒径をもち、見掛け比重の小さい粒子材料を製造することができる。高温領域の温度としては、２０００℃以上にすることが好ましい。 By heating and melting the granulated body, it is possible to produce a particle material having a large particle size and a small apparent specific gravity by melting and solidifying while maintaining the outer shape of the granulated body. The temperature in the high temperature region is preferably 2000 ° C. or higher.
上記課題を解決する熱伝導物質は、上述した粒子材料と、前記粒子材料を分散する樹脂材料とを有する樹脂組成物からなる。 The heat conductive substance that solves the above-mentioned problems comprises a resin composition having the above-mentioned particle material and a resin material that disperses the particle material.
本発明の粒子材料は、見掛け比重が小さいため、体積充填率を同じにしたときの質量を小さくすることができる。平均粒径が上記範囲にあるため、見掛け比重が小さくても高い熱伝導が実現できる。 Since the particle material of the present invention has a small apparent specific gravity, the mass when the volume filling factor is the same can be reduced. Since the average particle size is in the above range, high heat conduction can be realized even if the apparent specific gravity is small.
本発明の粒子材料の製造方法は、小さな粒径のアルミナを造粒した後、溶融することで造粒時に内部に形成された空間由来の空隙が製造された粒子材料の内部に形成されて見掛け比重が小さくなる。 In the method for producing a particle material of the present invention, after granulating alumina having a small particle size, the space-derived voids formed inside during granulation are formed inside the produced particle material by melting. The specific gravity becomes smaller.
本発明の熱伝導物質は、高い伝熱性をもち見掛け比重が小さい本発明の粒子材料を樹脂材料中に含有するため、高い熱伝導性をもつにもかかわらず軽くすることができる。 Since the heat conductive substance of the present invention contains the particle material of the present invention having high heat conductivity and a small apparent specific gravity in the resin material, it can be made lighter despite having high heat conductivity.
本発明の粒子材料及びその製造方法並びにＴＩＭについて以下実施形態に基づき詳細に説明を行う。本実施形態の粒子材料は、大きな粒径をもち見掛け比重が小さいことを特徴としており、特に用途が限定されるものでは無いが、本実施形態のＴＩＭ中に含有するフィラーとしての用途に適している。 The particle material of the present invention, a method for producing the same, and TIM will be described in detail based on the following embodiments. The particle material of the present embodiment is characterized by having a large particle size and a small apparent specific gravity, and is not particularly limited in use, but is suitable for use as a filler contained in the TIM of the present embodiment. There is.
（粒子材料）
本実施形態の粒子材料は、アルミナを主成分とする。「アルミナを主成分とする」とは、質量基準でアルミナが５０％以上含有されることである。アルミナ以外に含まれる元素としては、いわゆる無機物が挙げられ、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物などである。例えば、ケイ素、チタン、ジルコニウムが挙げられる。アルミナ以外に含まれる元素は、どのような形態で含まれていても良い。
(Particle material)
The particle material of this embodiment contains alumina as a main component. "Alumina as a main component" means that alumina is contained in an amount of 50% or more on a mass basis. Examples of the element contained other than alumina include so-called inorganic substances, such as inorganic oxides, inorganic nitrides, and inorganic carbides. For example, silicon, titanium and zirconium can be mentioned. Elements contained other than alumina may be contained in any form.
本実施形態の粒子材料に含まれるアルミナは、α相含有率が６０％以上である。α相含有率はαアルミナ割合から算出する。具体的には、α相含有率100％のアルミナとγ相含有率100％のアルミナを質量比で５：９５、１０：９０、３５：６５、５０：５０で混ぜた際のX線回折測定結果から検量線を作成し、その検量を用いてα相含有率を算出する。検量線作成に用いたピークは、α相アルミナにのみ現れるピーク（回折角度４３．３°）のピーク面積である。α相含有率の下限としては、６０％、６５％、７０％が好ましい値として例示できる。α相含有率の上限としては、１００％、９５％、９０％が好ましい値として例示できる。これらの下限値及び上限値を任意に組み合わせて設定できる。 The alumina contained in the particle material of the present embodiment has an α phase content of 60% or more. The α phase content is calculated from the α alumina ratio. Specifically, X-ray diffraction measurement when alumina with 100% α-phase content and alumina with 100% γ-phase content are mixed at a mass ratio of 5:95, 10:90, 35:65, 50:50. A calibration curve is created from the results, and the α-phase content is calculated using the calibration curve. The peak used for preparing the calibration curve is the peak area of the peak (diffraction angle 43.3 °) that appears only in α-phase alumina. As the lower limit of the α phase content, 60%, 65% and 70% can be exemplified as preferable values. As the upper limit of the α phase content, 100%, 95%, and 90% can be exemplified as preferable values. These lower limit values and upper limit values can be set in any combination.
本実施形態の粒子材料は、見掛け比重が真比重と比較して１％以上軽く、１．５％以上軽いことが好ましく、２％以上軽いことが更に好ましい。見掛け比重を真比重よりも低くしても熱伝導性の低下は僅かである。見掛け比重が小さい理由は、特に限定しないが、内部に空隙が存在することが例示できる。内部に空隙が存在する場合には、空隙の数は特に限定されず、１つでも複数でも良い。また、空隙は外部と連通しない状態で存在することで見掛け比重を小さくすることができるが、外部と連通した空隙が存在していても良い。 The particle material of the present embodiment has an apparent specific gravity that is 1% or more lighter than the true specific gravity, preferably 1.5% or more lighter, and more preferably 2% or more lighter. Even if the apparent density is lower than the true density, the decrease in thermal conductivity is slight. The reason why the apparent density is small is not particularly limited, but it can be exemplified that there is a void inside. When there are voids inside, the number of voids is not particularly limited and may be one or a plurality. Further, the apparent specific gravity can be reduced by allowing the voids to exist in a state of not communicating with the outside, but the voids communicating with the outside may exist.
真比重の具体例として、アルミナのみから本実施形態の粒子材料が構成されている場合には、αアルミナの真比重である３．９７ｇ／ｃｍ３と、γアルミナの真比重である3.70とから、α相含有率の値に応じてαアルミナの真比重とγアルミナの真比重とから算出できる。具体的には、（真比重）＝［３．９７×（α相含有率）＋３．７０×｛１００－（α相含有率）｝］÷１００で近似的に算出した値である。他の材料を含有する場合には、その材料の含有量を考慮して真比重を算出する。見掛け比重は、ヘリウム又は水銀をプローブとして実際に測定した体積と質量とから算出した値である。ヘリウムや水銀をプローブとして体積を測定する条件としては、前述の一定化の細孔が見掛け体積に含まれるようになる条件である。ヘリウムと水銀とで測定された見かけ体積が異なる場合には、ヘリウムにて測定した値を採用する。
ヘリウムを用いた見掛け比重の測定は株式会社島津製作所製乾式自動密度計（アキュピックII1340）を用いた。測定条件は１０ｃｍ
３
の試料入れに目的試料を体積で半分以上入れ、１３４ｋＰａの圧力でヘリウムを圧入して測定を行った。１０回測定を行い、その平均値を見掛け比重とした。この測定は、ＪＩＳ Ｚ８８３７に準拠して行った。
As a specific example of the true specific density, when the particle material of the present embodiment is composed of only alumina, the true specific density of α-alumina is 3.97 g / cm 3 and the true specific density of γ-alumina is 3.70. , It can be calculated from the true specific density of α-alumina and the true specific density of γ-alumina according to the value of the α-phase content. Specifically, it is a value approximately calculated by (true specific density) = [3.97 × (α phase content) + 3.70 × {100 − (α phase content)}] ÷ 100. When other materials are contained, the true specific density is calculated in consideration of the content of the materials. The apparent density is a value calculated from the volume and mass actually measured using helium or mercury as a probe. The condition for measuring the volume using helium or mercury as a probe is a condition that the above-mentioned constant pores are included in the apparent volume. If the apparent volume measured by helium and mercury is different, the value measured by helium is used.
The apparent density using helium was measured using a dry-type automatic density meter (Accupic II 1340) manufactured by Shimadzu Corporation. The measurement conditions were as follows: the target sample was placed in a sample container of 10 cm 3 by volume or more, and helium was press-fitted at a pressure of 134 kPa for measurement. The measurement was performed 10 times, and the average value was taken as the apparent density. This measurement was performed in accordance with JIS Z8837.
本実施形態の粒子材料は、球形度が０．９５以上で有り、充填性向上及び流動性向上の観点からは、０．９８以上であることが好ましく、０．９９以上であることが更に好ましい。 The particle material of the present embodiment has a sphericity of 0.95 or more, preferably 0.98 or more, and more preferably 0.99 or more, from the viewpoint of improving fillability and fluidity. ..
本実施形態の粒子材料は、体積平均粒径が１２０μｍ以上２００μｍ以下である。特にＤ５０の下限値は、１２５μｍ、１３０μｍ、１３５μｍを採用することが可能であり、上限値は１９５μｍ、１９０μｍ、１８５μｍを採用することが可能である。更に、これらの粒子材料は焼結により一体化していても良い。 The particle material of the present embodiment has a volume average particle diameter of 120 μm or more and 200 μm or less. In particular, the lower limit of D50 can be 125 μm, 130 μm, and 135 μm, and the upper limit can be 195 μm, 190 μm, and 185 μm. Further, these particle materials may be integrated by sintering.
本実施形態の粒子材料は、表面処理剤にて表面処理が為されていても良い。表面処理剤としては、シラン化合物やチタン化合物などが挙げられる。シラン化合物としてはシランカップリング剤、シラザン類が例示できる。表面処理剤にて粒子材料の表面に種々の官能基を導入することができる。導入される官能基としては、シリコーン、エポキシ基、ビニル基、フェニル基、アルキル基、アミノ基などが挙げられる。特に本実施形態の粒子材料を樹脂中に分散させる場合には、その樹脂と親和性が高い官能基を導入することが好ましい。 The particle material of the present embodiment may be surface-treated with a surface-treating agent. Examples of the surface treatment agent include silane compounds and titanium compounds. Examples of the silane compound include silane coupling agents and silazanes. Various functional groups can be introduced into the surface of the particle material with a surface treatment agent. Examples of the functional group to be introduced include a silicone group, an epoxy group, a vinyl group, a phenyl group, an alkyl group, an amino group and the like. In particular, when the particle material of the present embodiment is dispersed in a resin, it is preferable to introduce a functional group having a high affinity with the resin.
（粒子材料の製造方法）
本実施形態の粒子材料の製造方法は、上述の本実施形態の粒子材料を製造するのに適した方法であり、造粒工程と球状粒子製造工程とを有する。造粒工程は、原料アルミナ粒子を造粒して球状造粒体を製造する工程である。原料アルミナ粒子は特に限定しないが、仮焼アルミナ、焼結アルミナ、電融アルミナなどと称されるものである。体積平均粒径が２０μｍ以下であり、特に５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることが更に好ましい。原料アルミナ粒子は、破砕状のものが好ましい。原料アルミナ粒子は、粒径が小さい方、そして破砕状である方が得られた球状造粒体の強度が高くなる。
(Manufacturing method of particle material)
The method for producing a particle material of the present embodiment is a method suitable for producing the above-mentioned particle material of the present embodiment, and includes a granulation step and a spherical particle manufacturing step. The granulation step is a step of granulating the raw material alumina particles to produce a spherical granulated body. The raw material alumina particles are not particularly limited, but are referred to as calcined alumina, sintered alumina, fused alumina and the like. The volume average particle size is 20 μm or less, particularly preferably 5 μm or less, and even more preferably 1 μm or less. The raw material alumina particles are preferably crushed. As the raw material alumina particles, the smaller the particle size and the more crushed the particles, the higher the strength of the obtained spherical granules.
造粒の方法は特に限定しない。転動造粒、流動層造粒、噴霧乾燥、圧縮後の解砕、振動造粒などの一般的な方法が採用できる。造粒時にはバインダを用いることもできる。バインダとしては樹脂を適正な溶液中に溶解したバインダ溶液や、無機系バインダが採用できる。バインダとして好適に採用できる樹脂材料としては、ポリアクリルアミド(PAM)系のもの、ポリビニルアルコール(PVA)系のものが例示できるが、特に得られる球状造粒体の強度が向上できる点で、ＰＡＭ系のものが好ましい。無機系バインダとしては、乳酸アルミニウムやアルミナゾルが例示できる。特に得られる球状造粒体の強度が向上できる点で、乳酸アルミニウムが好ましい。 The granulation method is not particularly limited. General methods such as rolling granulation, fluidized bed granulation, spray drying, crushing after compression, and vibration granulation can be adopted. A binder can also be used during granulation. As the binder, a binder solution in which a resin is dissolved in an appropriate solution or an inorganic binder can be adopted. Examples of the resin material that can be suitably used as a binder include polyacrylamide (PAM) -based and polyvinyl alcohol (PVA) -based ones, but PAM-based ones in particular because the strength of the obtained spherical granulated body can be improved. Is preferable. Examples of the inorganic binder include aluminum lactate and alumina sol. In particular, aluminum lactate is preferable because the strength of the obtained spherical granulated body can be improved.
球状造粒体は、体積平均粒径が１００μｍ以上３００μｍ以下である。体積平均粒径の値は、製造する粒子材料に求められる体積平均粒径の値に応じて変化する。概ね、球状造粒体の粒径が大きい方が、製造される粒子材料の粒径が大きくなる。球状造粒体の球形度は特に限定しないが、球形度が高い方が製造される粒子材料の球形度が高くなるため好ましい。例えば、球状造粒体の球形度は０．９以上であることが好ましく、０．９５以上であることが更に好ましい。 The spherical granulated body has a volume average particle size of 100 μm or more and 300 μm or less. The value of the volume average particle diameter varies depending on the value of the volume average particle diameter required for the particle material to be produced. Generally, the larger the particle size of the spherical granule, the larger the particle size of the produced particle material. The sphericity of the spherical granulated body is not particularly limited, but a higher sphericity is preferable because the sphericity of the produced particle material is higher. For example, the sphericity of the spherical granulated body is preferably 0.9 or more, and more preferably 0.95 or more.
球状造粒体の嵩密度を小さくすると、製造される粒子材料の見掛け比重が小さくなる。球状造粒体の嵩密度を小さくするためには、仮焼アルミナ粒子の充填性を低くすることで実現できる。充填性を低くする１つの方法としては仮焼アルミナ粒子の粒径を揃えたり、球形度を低くしたりする方法が挙げられる。 When the bulk density of the spherical granulated body is reduced, the apparent specific gravity of the produced particle material is reduced. In order to reduce the bulk density of the spherical granules, it can be realized by lowering the filling property of the calcined alumina particles. As one method of lowering the filling property, there is a method of making the particle size of the calcined alumina particles uniform and lowering the sphericity.
球状粒子製造工程は、造粒工程で製造した球状造粒体を高温領域に通過させて溶融した後、冷却することで粒子材料を製造する工程である。球状造粒体を溶融させる程度としては、球状造粒体を構成する仮焼アルミナ粒子同士が融着する程度にまで溶融させる。特に球状造粒体全体が溶融することが好ましい。球状造粒体全体を溶融させる場合には球状造粒体の球形度が充分で無くても製造される粒子材料の球形度を高くできる。球状造粒体は、高温領域内を通過する際に溶融するが、そのときに造粒された仮焼アルミナ粒子の間に存在する気体を内部に取り込んだ状態となる。 The spherical particle manufacturing step is a step of manufacturing a particle material by passing the spherical granulated body manufactured in the granulation step through a high temperature region, melting the granulated body, and then cooling the granulated body. The degree to which the spherical granulation is melted is such that the calcined alumina particles constituting the spherical granulation are fused to each other. In particular, it is preferable that the entire spherical granulation body is melted. When the entire spherical granulation body is melted, the sphericity degree of the produced particle material can be increased even if the sphericality degree of the spherical granulation body is not sufficient. The spherical granulated material melts when it passes through the high temperature region, and the gas existing between the calcined alumina particles granulated at that time is taken into the inside.
高温領域は、アルミナを溶融できる温度にする。例えば２０００℃以上にする。高温領域内に球状造粒体を通過させる時間は球状造粒体が必要なだけ溶融できるまで加熱するために必要な時間である。高温領域を通過する時間は、球状造粒体を構成する一次粒子が互いに溶融して融着するために必要な時間であり、更には球状造粒体を構成する一次粒子が一体化する程度の時間であることが好ましい。球状造粒体は、浮遊した状態で高温領域内を通過することが好ましい。 The high temperature region is set to a temperature at which alumina can be melted. For example, set the temperature to 2000 ° C or higher. The time required for the spherical granulation to pass through the high temperature region is the time required for heating the spherical granulation until it can be melted as much as necessary. The time required for passing through the high temperature region is the time required for the primary particles constituting the spherical granulation to melt and fuse with each other, and further, the primary particles constituting the spherical granulation are integrated. It is preferably time. It is preferable that the spherical granulation body passes through the high temperature region in a suspended state.
球状造粒体は、高温領域内で加熱溶融するため、互いに融着しないように分散した状態で高温領域内に投入される。その場合に、大量の気体（空気、可燃性ガスなど）中に分散した状態で投入したり、何らかの液体中に分散した状態で投入したりできる。これらの気体や液体が分散媒として作用して、高温領域内での球状造粒体間の融着が抑制される。分散媒中での分散を促進するために界面活性剤を用いたり、球状造粒体を表面処理剤にて表面処理したりすることができる。高温領域を酸化雰囲気にて形成することで、界面活性剤や表面処理剤は高温領域内にて酸化除去することができるため、製造された粒子材料の物性に与える影響を少なく出来る。表面処理剤としては、シランカップリング剤などのシラン化合物、チタン化合物などが挙げられる。 Since the spherical granules are heated and melted in the high temperature region, they are put into the high temperature region in a dispersed state so as not to be fused with each other. In that case, it can be charged in a state of being dispersed in a large amount of gas (air, flammable gas, etc.) or in a state of being dispersed in some liquid. These gases and liquids act as a dispersion medium, and fusion between spherical granulation bodies in the high temperature region is suppressed. A surfactant can be used to promote dispersion in the dispersion medium, or the spherical granulated product can be surface-treated with a surface treatment agent. By forming the high temperature region in an oxidizing atmosphere, the surfactant and the surface treatment agent can be oxidized and removed in the high temperature region, so that the influence on the physical properties of the produced particle material can be reduced. Examples of the surface treatment agent include silane compounds such as silane coupling agents and titanium compounds.
高温領域を形成する方法は特に限定しないが、例えば可燃ガスを燃焼させて形成された化学炎や、電気炉などにより形成できる。形成された高温領域内に対して、球状造粒体を投入し自然落下させることで高温領域内を通過させることができる。通過時間は、高温領域内に下から上に向かって流れる気流を発生させることで長くすることができる。 The method for forming the high temperature region is not particularly limited, but can be formed by, for example, a chemical flame formed by burning a combustible gas, an electric furnace, or the like. The spherical granulated body can be passed through the high temperature region by throwing it into the formed high temperature region and causing it to fall naturally. The transit time can be lengthened by generating an airflow flowing from bottom to top in the high temperature region.
高温領域を通過させた球状造粒体は、溶融した後、浮遊した状態で温度が低い領域（低温領域）に移動させる。低温領域に移動した球状造粒体は、低温領域に至ると温度が低下して固化する。球状造粒体は、溶融した状態を経ることで表面張力によって球状化し、低温領域で固化するときに球状化したまま固化することで球形度が高い粒子材料が製造できる。固化する際には内部に取り込まれた気体が残存した状態になり、取り込まれた気体の体積だけ、粒子材料の体積が増加する。そのため見掛け比重が低下する。 The spherical granules that have passed through the high temperature region are melted and then moved to a region with a low temperature (low temperature region) in a floating state. The spherical granules that have moved to the low temperature region cool and solidify when they reach the low temperature region. The spherical granulated body is spheroidized by surface tension after passing through a molten state, and when solidified in a low temperature region, the spherical granulated body is solidified while being spheroidized, whereby a particle material having a high degree of sphericity can be produced. When solidified, the gas taken in is left in a state, and the volume of the particle material increases by the volume of the taken-in gas. Therefore, the apparent specific gravity decreases.
低温領域の温度は溶融した球状造粒体が固化できる温度であれば特に限定しないが、アルミナについて例示すれば、アルミナの凝固点に近い２０００℃以下が好ましく、１５００℃以下がより好ましく、１０００℃以下が更に好ましい。低温領域を経て固化して形成された粒子材料は、バグフィルタなどにより捕集される。そして、上記粒子材料の粒度分布になるように分級操作などを行う。分級操作としては篩分け、遠心分級などが挙げられる。 The temperature in the low temperature region is not particularly limited as long as it is a temperature at which the molten spherical granules can be solidified, but in the case of alumina, 2000 ° C. or lower, which is close to the freezing point of alumina, is more preferable, and 1000 ° C. or lower Is more preferable. The particle material formed by solidifying through the low temperature region is collected by a bag filter or the like. Then, a classification operation or the like is performed so that the particle size distribution of the particle material is obtained. Examples of the classification operation include sieving and centrifugal classification.
（ＴＩＭ）
本実施形態のＴＩＭは、上述した本実施形態の粒子材料、又は、上述の本実施形態の粒子材料の製造方法にて製造した粒子材料と、その粒子材料を分散する樹脂材料とをもつ樹脂組成物からなる。樹脂材料としては特に限定されず、重合前の単量体であっても、単量体を含むものであっても良い。樹脂材料としては、シリコーン樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が例示できる。特にシリコーン樹脂は、分子量により液体状態から固体状態まで変化させることが容易であり、熱伝導を行う対象物との密着性を向上することが容易になるため好ましい。樹脂材料中に分散する粒子材料の量としては特に限定しないが、体積比で、３０％以上とすることが好ましく、４０％以上とすることがより好ましく、５０％以上とすることが更に好ましい。
(TIM)
The TIM of the present embodiment has a resin composition having the above-mentioned particle material of the present embodiment or the particle material produced by the above-mentioned method for producing the particle material of the present embodiment and the resin material for dispersing the particle material. It consists of things. The resin material is not particularly limited, and may be a monomer before polymerization or may contain a monomer. Examples of the resin material include a silicone resin and a thermosetting resin such as an epoxy resin. In particular, silicone resin is preferable because it can be easily changed from a liquid state to a solid state depending on the molecular weight, and it becomes easy to improve the adhesion to an object to be thermally conducted. The amount of the particle material dispersed in the resin material is not particularly limited, but is preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 50% or more in terms of volume ratio.
本発明の粒子材料及びその製造方法並びにＴＩＭについて実施例に基づき以下説明を行う。 The particle material of the present invention, a method for producing the same, and TIM will be described below based on examples.
（試料１）
体積平均粒径２μｍの原料アルミナ粒子(住友化学社製ALM-41-01)を５６質量部、イオン交換水４４質量部、バインダ（乳酸アルミニウム）７質量％（原料アルミナ粒子の質量を基準）を混ぜてスラリー状にした。得られたスラリーから噴霧乾燥により造粒し、体積平均粒径１８０μｍの球状造粒体（図１）を得た。球形度は０．９５であった。
(Sample 1)
56 parts by mass of raw material alumina particles (ALM-41-01 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) with a volume average particle size of 2 μm, 44 parts by mass of ion-exchanged water, 7% by mass of binder (aluminum lactate) (based on the mass of raw material alumina particles) It was mixed to form a slurry. Granulation was performed from the obtained slurry by spray drying to obtain a spherical granulated body (FIG. 1) having a volume average particle size of 180 μm. The sphericity was 0.95.
この球状造粒体を高温領域（２０００℃）内に投入して溶融させた後、低温領域（高温領域を外れた領域：２０００℃未満）にて固化させることで、体積平均粒径１５０μｍの粒子材料（図２）を得た。球形度は０．９８、見掛け比重は、３．８０ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は１．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、α相含有率７３％であった。見掛け比重は、ヘリウムをプローブとして前述の条件で測定した値であり、熱伝導率はホットディスク法で，京都電子工業株式会社製「TPS 2500S」を用いて測定した値である。 The spherical granules are put into a high temperature region (2000 ° C.) to be melted, and then solidified in a low temperature region (region outside the high temperature region: less than 2000 ° C.) to obtain particles having a volume average particle size of 150 μm. The material (Fig. 2) was obtained. The sphericity was 0.98, the apparent density was 3.80 g / cm 3 , the thermal conductivity was 1.21 W / (m · K), and the α phase content was 73%. The apparent density is a value measured under the above-mentioned conditions using helium as a probe, and the thermal conductivity is a value measured by the hot disk method using "TPS 2500S" manufactured by Kyoto Electronics Manufacturing Co., Ltd.
熱伝導率測定用のサンプルは、信越化学社製二液付加硬化型シリコーン「KE-103」に測定対象の粒子材料を体積比率で50％で充填し，シリコーンモールドで成形し，脱気・50℃で加熱乾燥させ作成した樹脂硬化物を採用した。参考までに粒子内をＳＥＭにて観察した結果を図３に示す。図３から明らかなように、粒子内部に空隙が形成されていることが分かった。参考までにプローブとして水銀を用いて測定した場合の見掛け比重は、３．６５ｇ／ｃｍ３であった。 The sample for thermal conductivity measurement is a two-component addition-curing silicone "KE-103" manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., filled with the particle material to be measured at a volume ratio of 50%, molded with a silicone mold, and degassed. A cured resin product prepared by heating and drying at ° C was used. For reference, FIG. 3 shows the results of observing the inside of the particles by SEM. As is clear from FIG. 3, it was found that voids were formed inside the particles. For reference, the apparent density when measured using mercury as a probe was 3.65 g / cm 3 .
（試料２）
試料１を分級することで、体積平均粒径９０μｍの粒子材料を得た。球形度は０．９８、見掛け比重は、３．８０ｇ／ｃｍ３（ヘリウム）、熱伝導率は１．０７Ｗ／（ｍ・Ｋ）、α相含有率７０％であった。
(Sample 2)
By classifying Sample 1, a particle material having a volume average particle diameter of 90 μm was obtained. The sphericity was 0.98, the apparent density was 3.80 g / cm 3 (helium), the thermal conductivity was 1.07 W / (m · K), and the α-phase content was 70%.
（試料３）
市販のアルミナ（体積平均粒径９０μｍ）についてそのまま測定したところ、球形度は０．９８、見掛け比重は、３．８６ｇ／ｃｍ３（ヘリウム）、熱伝導率は１．０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、α相含有率７２％であった。参考までにプローブとして水銀を用いて測定した場合の見掛け比重は、３．７８ｇ／ｃｍ３であった。
(Sample 3)
When measured as it is with commercially available alumina (volume average particle size 90 μm), the sphericity is 0.98, the apparent specific gravity is 3.86 g / cm 3 (helium), and the thermal conductivity is 1.09 W / (m · K). , The α-phase content was 72%. For reference, the apparent density when measured using mercury as a probe was 3.78 g / cm 3 .
（考察）
試料１～３について真比重は３．９０ｇ／ｃｍ３、３．８９ｇ／ｃｍ３、３．８９ｇ／ｃｍ３であった。それぞれの試料についての真比重を基準として、試料１の見掛け比重は９７．４％（－２．６％）、試料２の見掛け比重は９７．７％（－２．３％）、試料３の見掛け比重は９９．２％（－０．８％）であった。
(Discussion)
The true specific densities of Samples 1 to 3 were 3.90 g / cm 3 , 3.89 g / cm 3 , and 3.89 g / cm 3 . Based on the true density of each sample, the apparent density of sample 1 is 97.4% (-2.6%), the apparent density of sample 2 is 97.7% (-2.3%), and that of sample 3 is The apparent density was 99.2% (-0.8%).
同程度の粒径である、試料２及び３の比較から、試料２の方が試料３よりも見掛け比重が１．５％低く内部に空隙が多く生成されているにもかかわらず熱伝導率は同程度であることが分かった。 From the comparison of Samples 2 and 3, which have similar particle sizes, the thermal conductivity of Sample 2 is 1.5% lower than that of Sample 3 and many voids are formed inside. It turned out to be about the same.
（試料４）
電融アルミナ塊を粉砕・分級して体積平均粒径１５０μｍの破砕形状の原料粒体（図４）とした。この原料粒体について試料１と同様に高温領域内を通過させた後、低温領域を通過させて冷却固化させて得られた粒子材料（図５）は、外観が溶融前の破砕形状と大差無かった（外観上、粒子の半数程度しか球状化していなかった）。球形度は０．９２、見掛け比重は、３．９１ｇ／ｃｍ３（ヘリウム）、熱伝導率は１．０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、α相含有率８５％であった。また、未融解部分が３０％程度存在した。真比重との比較では９９．５％（－０．５％）であった。
(Sample 4)
The fused alumina lumps were crushed and classified into crushed raw material granules having a volume average particle size of 150 μm (FIG. 4). The appearance of the particle material (FIG. 5) obtained by passing the raw material particles through the high temperature region and then cooling and solidifying them through the low temperature region is not much different from the crushed shape before melting. (In appearance, only about half of the particles were spheroidized). The sphericity was 0.92, the apparent density was 3.91 g / cm 3 (helium), the thermal conductivity was 1.09 W / (m · K), and the α-phase content was 85%. In addition, about 30% of the unmelted portion was present. It was 99.5% (-0.5%) in comparison with the true specific density.
Claims (5)
樹脂材料中に分散されて用いられる熱伝導物質用フィラー用の粒子材料。 Alumina is the main component, the volume average particle size is 120 to 200 μm, the sphericity is 0.95 or more, the apparent specific gravity is 1% or more lighter than the true specific gravity, and the α phase content of the alumina is 60 to 100%. And
A particle material for a filler for a heat conductive substance that is dispersed and used in a resin material.
アルミナを主成分とし、体積平均粒径が２０μｍ以下の原料アルミナ粒子を造粒して、体積平均粒径が１００～３００μｍの球状造粒体を製造する造粒工程と、
前記球状造粒体を高温領域を通過させて溶融した後、冷却することにより体積平均粒径が１２０μｍ～２００μｍ、球形度０．９５以上、見掛け比重が真比重と比較して１％以上軽い粒子材料を製造する球状粒子製造工程と、
を有する、樹脂材料中に分散されて用いられる熱伝導物質用フィラー用の粒子材料の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing the particle material according to claim 1 or 2.
A granulation step of granulating raw material alumina particles having an average particle size of 20 μm or less with alumina as a main component to produce a spherical granule having an average volume of 100 to 300 μm.
Particles having a volume average particle size of 120 μm to 200 μm, a sphericity of 0.95 or more, and an apparent specific gravity of 1% or more lighter than the true specific gravity by passing the spherical granulated body through a high temperature region to melt it and then cooling it. Spherical particle manufacturing process to manufacture materials and
A method for producing a particle material for a filler for a heat conductive substance, which is dispersed in a resin material and used .
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