JPH10204300A - 高熱伝導性樹脂組成物 - Google Patents
高熱伝導性樹脂組成物Info
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Abstract
することなく、樹脂中に均一に分散させる。 【解決手段】 樹脂100重量部に対し、流動性改質
剤により流動性を改良された窒化アルミニウム粉末又は
耐水性窒化アルミニウム粉末50〜300重量部含有す
る高熱伝導性樹脂組成物。
Description
粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末が樹脂中に均一に
分散し、優れた熱伝導性を有する樹脂組成物に関する。
パッケージにより外部より保護されている。半導体素子
の高集積化が進むに従って、半導体素子を使用した回路
からの発熱量も増大している。この発生する熱を外部に
放散・除去を効率良く行うことが重要な技術的課題とな
っている。半導体のパッケージには放熱特性に優れたア
ルミナ等のセラミックが使用されていたが、高価なこと
から、近年安価な高分子材料が広く使用されるようにな
ってきた。
熱伝導率が極めて低いので、実際には、高分子材料に熱
伝導性を有する無機材料をフィラーとして添加し、熱伝
導性の改善を行っている。熱伝導性の無機材料を添加し
た高分子材料の放熱性は、無機材料の熱伝導性と添加量
によって決定される。特に、高分子材料の放熱性には、
無機材料の熱伝導性が大きく影響する。現在、シリカ、
アルミナ、窒化硼素等が使用されているが、これらの無
機材料より高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム粉末
に移行しつつある。
であるために樹脂との馴染みや、流動性が悪いので、樹
脂に均一に分散させることが困難である。また、窒化ア
ルミニウム粉末は空気中の水分で加水分解し、水酸化ア
ルミニウムとアンモニアを生成し、本来の特性である熱
伝導性を損なうので、燐酸化合物で表面を処理し、窒化
アルミニウムに加水分解を抑制する(以下、耐水性と記
す)方法が開示されている(特願平8−286780号
公報)。このような耐水性を有する窒化アルミニウム粉
末は樹脂用フィラーとして広く応用できる。しかし、燐
酸化合物で処理をすると、表面状態が変化し、未処理の
ものと比べると流動性が著しく低下してしまう。そのた
め、樹脂との混練時、窒化アルミニウム粉末が凝集体を
形成し樹脂に均一に分散させることが困難である。例え
ば、そのため、窒化アルミニウム粉末を樹脂と混練する
際、篩で分級しながら混練することが必要となり、工程
が増えコストアップにつながっている。
アルミニウム粉末が凝集体を形成することなく、樹脂中
に均一に分散することができ、優れた熱伝導性を有する
樹脂組成物を提供することにある。
を重ねた結果、窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化ア
ルミニウム粉末にある種の流動性改質剤を混合すること
によって、窒化アルミニウム粉末の流動性を向上させる
ことにより樹脂への分散性が向上し、樹脂との混練時、
窒化アルミニウム粉末が凝集体を形成することなく、樹
脂中に均一に分散し、かつ優れた熱伝導性を有する樹脂
組成物を得ることができることを見いだし本発明の完成
に至った。
し、流動性改質剤により流動性を改良された窒化アルミ
ニウム粉末又は、耐水性窒化アルミニウム粉末50〜3
00重量部含有することを特徴とする高熱伝導性樹脂組
成物に関する。
本発明で用いる樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコン
樹脂、シリコンゴム、ポリイミド樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹
脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂
又はフッ素樹脂等が挙げられる。
般市販されているものであれば如何なるものでも構わな
い。しかし、通常、下記の製造方法のものが用いられ
る。例えば、有機アルミニウム化合物とアンモニアを反
応させ、加熱する気相法、アルミナと炭素の混合物を窒
素中で加熱するアルミナ還元法、アルミニウムと窒素で
反応させる直接窒化法等があるが、何れの方法で製造し
たものも本発明に使用することができる。この中で、有
機アルミニウム化合物とアンモニアを反応させ、加熱す
る気相法で製造された窒化アルミニウム粉末は樹脂との
混和性がよく、樹脂中に多量に添加でき、高い熱伝導性
を有する樹脂組成物を得ることができるので、特に好ま
しい。
末とは、窒化アルミニウム粉末を燐酸化合物で処理する
ことによって窒化アルミニウム粉末表面に耐水性の燐酸
アルミニウムの層を形成させた優れた耐水性を有する窒
化アルミニウム粉末をいう。
末を燐酸化合物で処理するとは、窒化アルミニウムと燐
酸化合物を接触させ、窒化アルミニウム粉末に耐水性を
付与する操作である。この操作方法としては、例えば窒
化アルミニウム粉末を燐酸化合物溶液中で分散させる方
法や燐酸化合物溶液を窒化アルミニウム粉末にまぶし練
り込みペースト状にする方法等が挙げられる。その製造
方法は、特願平8−286780号公報に開示されてい
る。
ニウム粉末表面のアルミニウムと反応して燐酸アルミニ
ウム結合(Al−O−P結合)を形成し、最終的には窒
化アルミニウムを燐酸アルミニウムの層で被覆する能力
を有する燐酸化合物を意味し、例えば、オルソ燐酸、メ
タ燐酸、ピロ燐酸、ポリ燐酸、ホスホン酸等の無機燐酸
化合物やメチルアシッドホスフェート、エチルアシッド
ホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、2−エチ
ルヘキシルアシッドホスフェート、ラウリルアッシドホ
スフェート、パルミチルアッシドホスフェート、ステア
リルアシッドホスフェート、オレイルアシッドホスフェ
ート、フェニルアシッドホスフェート、ノニルフェニル
アシッドホスフェート等の酸性燐酸エステル類、ジ−2
−エチルヘキシルピロホスフェート等のピロ燐酸又はポ
リ燐酸のモノ若しくはジアルキル、アルケニル又はアリ
ールエステル類、メチレンホスホン酸、アミノメチレン
ホスホン酸等のホスホン酸類及びそのエステル類等の有
機燐酸化合物等がその例として挙げられる。また、これ
らの燐酸化合物の混合物でもかまわない。
ルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末とは、
窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末
と流動性改質剤を混合することにより、流動性の向上と
樹脂への分散性の向上させた窒化アルミニウム粉末又は
耐水性窒化アルミニウム粉末のことをいう。
粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末は、ヘンシェルミ
キサー、Vブレンダー等を用いて、粉体同士を混合する
方法とボールミルを用いて、粉砕混合する方法によって
得ることできる。後者の方法の方が流動性の改善の効果
が大きい。
カ、アルミナ、チタニア、窒化ほう素及び表面に親油性
基を有する無機粉末等が挙げられる。また、2種類以上
の流動性改質剤の混合物でもかまわない。これらの流動
性改質剤の粒径は1μm以下が好ましい。
とは、無機粉末の表面を樹脂、シリコーン、シリコンオ
イルやフッ素化合物等で被覆して、無機粉末の表面を親
油性基で覆われた無機粉末のことを意味する。例えば、
表面に親油性基を有するシリカ(以下、撥水性シリカと
記す)等が挙げられる。
を有する無機粉末を用いた場合、窒化アルミニウム粉末
の流動性が著しく改善され、更に窒化アルミニウム粉末
と表面に親油性基を有する無機粉末を混合することで、
樹脂との馴染みも他のものより向上するので、樹脂への
分散性も著しく向上する。
ミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末と樹脂を
混練することにより、樹脂中に窒化アルミニウム粉末又
は耐水性窒化アルミニウム粉末が均一に分散した優れた
熱伝導性を有する樹脂組成物を得ることができる。
に対し流動性を改良された窒化アルミニウム粉末又は耐
水性窒化アルミニウム粉末50〜300重量部の範囲で
含有する必要があり、更に好ましくは100〜250重
量部の範囲が好適である。耐水性窒化アルミニウム粉末
が50重量部未満では、所望の熱伝導性が得られないの
で、好ましくない。また、300重量部を超える場合
は、所望の熱伝動性は得られるが樹脂物性の低下をもた
らす。
ルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末は、窒
化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末に
対して流動性改質剤の添加量が0.1〜20重量%の範
囲であることが好ましく、更に好ましくは0.5〜10
重量%の範囲が好適である。流動性改質剤の添加量が
0.1重量%未満の場合、所望の流動性を有する窒化ア
ルミニウム粉末を得ることができないため、樹脂中に均
一に分散することができないので好ましくない。また、
その添加量が20重量%を超える場合は、所望の流動性
を有する窒化アルミニウム粉末を得ることができるが、
窒化アルミニウム粉末の熱伝導性を損なうため、所望の
熱伝導性を有する樹脂組成物を得ることができないので
好ましくない。
する場合は、公知の方法を用いることができる。例え
ば、樹脂と流動性を改良した窒化アルミニウム粉末又は
耐水性窒化アルミニウム粉末を所定量ミキサー等で均一
に混合した後、熱ロールによって混合処理を行い、次い
で冷却固化して適当な大きさに粉砕する方法、また、樹
脂がシリコンゴム等のゴム状物質の場合、溶媒にシリコ
ンゴム等のゴム状物質を溶解し、耐水性窒化アルミニウ
ムを所定量加え、得られたスラリーに加硫剤または触媒
を加える方法等が挙げられる。また、本発明の流動性を
改良した窒化アルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニ
ウム粉末は樹脂への分散性が良いので、高粘度の樹脂に
ついてもニーダー等で混練することで、樹脂中に窒化ア
ルミニウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末を均一
に分散させることができる。
ミナ、窒化ほう素、難燃剤等の他の添加剤を加えても良
い。
有するので、放熱が必要とされる分野で有用である。例
えば、封止材、パッケージ材、電子部品の接着材、絶縁
保護膜、本発明の樹脂組成物の組成を基本とした積層基
板の成形材料等の用途等である。
お、%及び部は特記しない限り重量基準で表す。流動性
を改良した窒化アルミニウム粉末及び耐水性窒化アルミ
ニウム粉末の製造 製造例1 撥水性シリカを2%添加した窒化アルミニウム粉末とア
ルミナ製のボールを容量1Lの磁製ポットに入れ、12
0回転で1時間混合粉砕を行い、流動性を改良した窒化
アルミニウム粉末を得た。
量5Lのヘンシェルミキサーを用いて30分間混合し、
流動性を改良した窒化アルミニウム粉末を得た。
同様の方法で行い、流動性を改良した窒化アルミニウム
粉末を得た。
均粒径1μm)100部に2.1%オルト燐酸水溶液1
03部(オルト燐酸2.2部、水100.8部)を加え
て練り込みペースト状とし、30℃で30分間処理を行
った。この混合物を120℃で乾燥し、乾燥後、ジェッ
トミルで粉砕し、耐水性窒化アルミニウム粉末を得た。
該耐水性窒化アルミニウム粉末を用いて、撥水性シリカ
の添加量を2%とし製造例1と同様の方法で流動性を改
良した耐水性窒化アルミニウム粉末を得た。
撥水性シリカの添加量を5%、15%とし製造例2と同
様の方法で流動性を改良した耐水性窒化アルミニウム粉
末を得た。
に変更した以外は製造例1と同様の方法で流動性を改良
した窒化アルミニウム粉末を得た。
%に変更した以外は製造例1と同様の方法で流動性を改
良した窒化アルミニウム粉末を得た。
以外は製造例1と同様の方法で行った。
性を改良した窒化アルミニウム粉末80部をニーダーで
15分間混練して、窒化アルミニウム含有のシリコンゴ
ム組成物を得た。得られた樹脂組成物を、150メッシ
ュのストレーナーを通して押し出し成形したが、ストレ
ーナーを通らない程の凝集物は認められなかった。この
成形体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法熱定数測定装
置を用いて測定した結果、3.5W/mKであった。
粉末の添加量を100部、150部、200部、230
部及び280部に変更した以外は、実施例1と同様の方
法で成形体を得た。評価結果を表1に示す。
ウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末を用い、添加
量を200部に変更した以外は、実施例1と同様の方法
で成形体を得た。評価結果を表1に示す。
化アルミニウム粉末200部をヘンシェルミキサーで混
合した。得られた混合物を加熱プレス機により、180
℃で25分間加熱し、成形体を得た。これを更に、20
0℃で2時間硬化させ、成形体を得た。評価結果を表1
に示す。エポキシ樹脂組成物を圧延した結果、樹脂中に
凝集体は認められれなかった。この成形体の熱伝導率を
レーザーフラッシュ法熱定数測定装置を用いて測定した
結果、5.5W/mKであった。
ニウム粉末に変更し、80部、100部、150部、2
00部、230部及び280部に変更した以外は、実施
例14と同様の方法で成形体を得た。評価結果を表1に
示す。
窒化アルミニウム粉末200部をヘンシェルミキサーで
混合し、80℃で十分乾燥した後、二軸押出機で230
℃で混練しペレットとした。このペレットを再び80℃
で乾燥し、250℃で射出成形を行い成形体を得た。評
価結果を表1に示す。ポリアミド樹脂組成物を圧延した
結果、樹脂中に凝集体は認められれなかった。この成形
体の熱伝導率をレーザーフラッシュ法熱定数測定装置を
用いて測定した結果、5.4W/mKであった。
ニウム粉末に変更した以外は、実施例21と同様の方法
で成形体を得た。評価結果を表1に示す。
加量を30部に変更した以外は実施例1と同様の方法で
成形体を得た。評価結果を表1に示す。
耐水性窒化アルミニウム粉末を用いた以外は実施例4と
同様の方法で窒化アルミニウム含有のシリコンゴム組成
物を得た。評価結果を表1に示す。得られた樹脂組成物
を、150メッシュのストレーナーを通して押し出し成
形したが、ストレーナーを通らない程の凝集物が認めら
れた。凝集物の同定をX線回折法で行ったところ、窒化
アルミニウムであることを確認した。
実施例4と同様の方法で窒化アルミニウム粉末含有のシ
リコンゴム組成物を得た。評価結果を表1に示す。
耐水性窒化アルミニウム粉末を用いた以外は実施例14
と同様の方法で成形体を得た。評価結果を表1に示す。
エポキシ樹脂組成物を圧延した結果、樹脂中に凝集体が
認められた。凝集物の同定をX線回折法で行ったとこ
ろ、窒化アルミニウムであることを確認した。
実施例14と同様の方法で成形体を得た。評価結果を表
1に示す。
ム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末が樹脂中に均一
に分散するので、従来より高品質の熱伝導性樹脂組成物
を得ることができる。また、本発明による樹脂組成物
は、優れた熱伝導性を有するので、放熱が要求される電
子部品の封止材、電子部品の接着材等として有用であ
る。また、本発明の樹脂組成物の組成を基本とした積層
基板の形成材料としても有用である。耐水性窒化アルミ
ニウム粉末を使用した場合、高温多湿下で使用しても熱
伝導性が低下することなく、従来のものに比べより信頼
性の高い製品が得られる。
Claims (9)
- 【請求項1】 樹脂100重量部に対し、流動性改質
剤により流動性を改良された窒化アルミニウム粉末50
〜300重量部含有することを特徴とする高熱伝導性樹
脂組成物。 - 【請求項2】 樹脂100重量部に対し、流動性改質
剤により流動性を改良された耐水性窒化アルミニウム粉
末50〜300重量部含有することを特徴とする高熱伝
導性樹脂組成物。 - 【請求項3】 流動性を改良された窒化アルミニウム
粉末が窒化アルミニウム粉末に流動性改質剤を混合して
得られる請求項1記載の高熱伝導性樹脂組成物。 - 【請求項4】 流動性を改良された耐水性窒化アルミ
ニウム粉末が窒化アルミニウム粉末を燐酸化合物で処理
した後、流動性改質剤を混合して得られる請求項2記載
の高熱伝導性樹脂組成物。 - 【請求項5】 流動性改質剤がシリカ、アルミナ、チ
タニア及び窒化ほう素よりなる群から選ばれる1種以上
である請求項1〜4項のいずれか1項に記載の高熱伝導
性樹脂組成物。 - 【請求項6】 流動性改質剤が表面に親油性基を有す
る無機粉末である請求項1〜5項のいずれか1項に記載
の高熱伝導性樹脂組成物。 - 【請求項7】 流動性改質剤の添加量が窒化アルミニ
ウム粉末又は耐水性窒化アルミニウム粉末に対して0.
1〜20重量%である請求項1〜6項のいずれか1項に
記載の高熱伝導性樹脂組成物。 - 【請求項8】 樹脂がエポキシ樹脂、シリコン樹脂、
シリコンゴム、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンオキシド樹脂、ウ
レタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂又はフ
ッ素樹脂である請求項1又は2記載の高熱伝導性樹脂組
成物。 - 【請求項9】 窒化アルミニウム粉末が有機アルミニ
ウム化合物とアンモニアとの反応で得られる請求項1又
は2記載の高熱伝導性樹脂組成物。
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