JPS60202607A

JPS60202607A - 熱伝導性フイラ−

Info

Publication number: JPS60202607A
Application number: JP59059050A
Authority: JP
Inventors: 孝志荘司
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1985-10-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、放熱性および電気絶縁性の共に優れたフィラ
ーに関する。

近年、電子関連製品の小形化高集積化が進むにつれて、
それらを構成する部品の放熱性、電気絶縁性に対する要
求が高まっている。

従来、電子回路封止材、溶射材として、或いは特殊な基
板の材料としてＡＪ、０３．５ｉｎ２、Ｍｇ０％ＳｉＣ
等の単体の微粒子のフィラーが用いられている。

しかし、Ａぎ２０３、ＳｉＯ□、ＭｇＯ等は熱伝導性が
悪く、放熱性に劣り、ＳＩＣは電気絶縁性がよくない。

そのため、金属微粒子に合成樹脂、例えばエポキシ樹脂
等をコーテングして、熱伝導性をよくしたものが考えら
れているが、これらはコーテングした膜の強度が弱く、
特に耐熱性、熱伝導性においても充分なものではなかっ
た。

本発明は上記の事情に鑑み、放熱性、電気絶縁性、耐熱
性忙優れた熱伝導性フィラーを提供することを目的とす
るもので、その要旨社、粒状の金属又は炭素又は炭化物
の一つを核とし、この核の表面に金属酸化物又は無ソー
ダガラスもしくはこれらの混合物をコーテングしてなる
熱伝導性フィラーにある。

以下本発明を説明する。

本発明に係る熱伝導性フィラーは、熱伝導性のよい金属
又は炭素又は炭化物の、粒径が５〜１００μ、の微粒子
を核とし、この表面に電気絶縁性の金属酸化物又は無ソ
ーダガラスの単体、或いは上記金属酸化物と無ソーダガ
ラスの混合物で、粒径が４μ以、下の微粉末をコーテン
グしたものである。

上記核に用いられる金属としては、Ａｇ、Ｃｕ。

Ｍ　ｏ　ｓ　Ｆ　ｅ　ＳＮ　ｉ、Ｗ、Ｓｉが用いられる
が、ＡＪは熱伝導性がよくフィラーを軽量化出来るが、
融点が低く熱的に弱い点があり、Ｃｕは熱伝導性がよい
が重く、Ｓｌはもろ怖が、Ｓｉ基板との膨張率がマツチ
ングする等、それぞれ一長一短があり目的によって使い
分けられる。また、炭素としては人造黒鉛、炭化物とし
てはＳｉＣが主として使われる。

また、核の表面をコーテングする電気的絶縁性の金属酸
化物としては、ｈｅ、Ｏａ、Ｓ　１ｏ□、ＭｇＯ１Ｂｅ
Ｏ，ムライト、スピネル等の単体、或いは無ソーダガラ
ス単体もしくは酸化物と無ソーダガラスの混合物が用い
られる。これらのコーテング物質は４μ以下の微粉末で
あることが好ましい。

上記核に金属酸化物、無ソーダガラス（以下コーテイン
グ材という）をコーテングするには、次のような方法が
ある。

ａ）　バインダで造粒する方法バインダーとしては、汎用の接着用樹脂が使用可能であ
るが、コスト面および樹脂特性等の面から、フェノール
系樹脂、エポキシ樹脂系等の熱硬化性樹脂が好ましい。

コーティング方法は、特に制限ないが、核となる粒子が
細かいので、コーテングされるコーテイング材の２次凝
集を防止するため通常高速攪拌造粒が行なわれる。この
造粒時ζ微粉状のコーテング材とバインダーとをスラリ
ー状としてこれに核を添加しても、或いは核とコーテン
グ材を混合し、これにバインダーを添加してもよい。

また、核およびコーテイング材の前処理としてカップリ
ング処理をしておくと強固なコーテング層が形成される
。例えば、核となる粒子とコーテング材粉末とをシラン
カップリング剤（−例を示せば信越シリコン製ＫＢＭ４
０５）ｔ−予めメチルアルコールで希釈し、最終的にカ
ップリング剤が、核又はコーテング材九対して［Ｌ５ｗ
ｔ％残るよう゛　Ｋ配合してカップリング処理し、その
後８０℃で１時間程度乾燥したものを、上記造粒に供す
る。

また、上記造粒する場合の核とコーテング材との割合は
、重量比で核／コーテング材：１００／１５〜１２０特
に容積比で１：１が好ましい。コーテング材カ）少ない
と均一コートすることが難かしく、多すぎるとコーテン
グ層が厚くなってフィラーの放熱性が悪くなる。また、
バインダーの量は、核／バインダーの重量比１００／１
〜７が好ましい。

バインダーの量が少ないと膜強度が低下し、多すぎると
放熱性が悪くなる。

ｂ）　完全揮発性のバインダーを用いる方法核としては
融点の低いＡ６を以外の融点７００°Ｃ以上のものを用
い、バインダーとしては７００℃以上で完全に分解、揮
発するもの、惰帆ばポリビニールアルコール、ポリエチ
レングリコール、エチルセルローズ、ＣＭＣ，コンスタ
ーチ等が用いられる。これら核、コーテイング材、バイ
ンダーを、上記ａ）　とほぼ同じ配合によって造粒する
。

この造粒物を７００〜１４００℃の温度で焼成するが、
焼成温度は、使用する材質によって異なり、焼結が起り
、かつ融点以下の温度範囲から選択される。この温度範
囲で高温、かつ長時間焼成する程、強固なコーテング層
が得られる。また、当然のことながら、焼成雰囲気は核
の酸化を防止するため、通常非酸化性雰囲気で行なわれ
る。しかし、核がＣｕ或いはＭｏように酸化物が還元さ
れ易い場合忙は、酸化性雰囲気で焼成し、酸化物となっ
たものを水素還元雰囲気で還元してもよい。例えば核が
Ｃｕの場合、水素気流中で９００℃まで昇温し、２時間
保持したのち２００℃以下に冷却してから大気中に取り
出しても、或いは、大気中で９００℃に昇温し２時間保
持した後、水素雰囲気に変え１時間保持して還元し、そ
の後２００℃まで冷却して大気中に取出してもよい。核
となる粒子がＣｕのように融点が比較的低い場合は、無
ソーダガラスを金属酸化物忙対して１０〜２０ｗｔ％添
加すると膜強度の強いフィラーが得られる。

Ｃ）プラズマ気流中に噴繕して、焼結する方法先ず、前
記ａ）又はｂ）　と同じバインダー、核、コーテイング
材を用い、同様な方法で核にコーテングを施す。これを
乾燥した後、プラズマ気流中を通過させ、瞬時にコーテ
ング材を焼結させる。

この方法はＡｇのような低融点金属を用いた場合にも適
用でき、またコーティングされた絶縁膜は極めて強固、
かつ均一なものが形成される。

次に実施例、比較例を示し本発明を具体的に説明する。

実施例、比較例においては各種フィラーをつくり、粒子
を１０〜１０５μに整粒して、これについて熱伝導率、
電気絶縁性、コーテング皮膜強度を測定し、その優劣を
比較した。

なお、電気絶縁性は５０問戸のアクリル樹脂筒内に５０
ｍ、の厚さにフィラーを詰め、詰めたフィラーの両端を
Ｃｕ板で挾み、Ｄ〜５０ｏ■の電圧を印加し、その間の
電流の有無を測定した。絶縁性は、５００Ｖ以上あれば
実用上差支えない。

また、皮膜強度の測定は、スチール製カプセル中に１３
＋ｍＯＯ鋼球２個を入れ、約１０詔のストローク、５回
／秒で５０回シェイクした。シェイクした後、ミクロフ
ォトサイザーにより５μ以下の粉末の量を測定した。こ
の粉末の発生率をもって皮膜の強度を表わした。

また、コーテイこングには、高速攪拌機（商品名：ヘン
シェルミキサー）を使用した。

実施例１〜１６種々な核、コーテイング材、バインダーを用い、上記各
方法によってフィラーをつくりその性質を比較した。用
いたフィラーおよび測定結果を第１表に示した。

比較例１〜１１コーテイング材を使用しないもの、および単体等を粒度
１０〜１０５μに整粒して、実施例と同・　じ物性を測
定した。使用した粒子およびその物性を第２表忙示した
。

表より明かなように、次のような物性的に欠陥があるこ
とがわかる。

１、樹脂をコーティングしたフィラー（比較例１〜３）
は耐用温度が１５０〜２００℃と低くしかも熱伝導率が
極めて悪い。

２　セラミック単体（比較例４〜６）は熱伝導が悪い。

＆　樹脂単体（比較例７〜９）は耐用温度低く、熱伝導
が極めて悪い◎ ４、金属（比較例１Ｏ〜１１）は熱伝導は良いが絶縁性
は全く無い。

これ忙対して本発明品は耐熱性は２００〜８００℃と高
く、シかも熱伝導性に優れているものが得られ、絶縁性
も実用上不足はなく、絶縁皮膜の強度も充分である。

以上述べたように本発明忙係るフィラーは、熱伝導性、
電気的絶縁性、コーティング侠膜強度がともによく、電
子部品材料として特に優れているのみならず、その他に
も広い用途が見込まれる。

Claims

【特許請求の範囲】（里）　粒状の、金属又は炭素又は炭化物の一つを核と
し、この核の表面に金属酸化物又は無ソーダガラスもし
くはこれらの混合物をコーテングしてなることを特徴と
する熱伝導性フィラー。（２）　粒状の金属又は炭素又は炭化物が、Ａ６．Ｃｕ
。Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｔ、Ｓｌ、人造黒鉛、Ｓ１Ｃである
特許請求の範囲第１項記載の熱伝導性フィラー。（３）金属酸化物が、ｋｅ、Ｏ，、Ｓ　１ｏ、　、ｐｇ
ｏ。ＢｅＯ、ムライトである特許請求の範囲第１項記載の熱
伝導性フィラー。