JP2010285569A - Thermoconductive resin material and production method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機材料中に高熱伝導性粒子を含有させて複合化した熱伝導性樹脂材料およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thermally conductive resin material obtained by combining high thermal conductivity particles in an organic material and a method for producing the same.
従来、放熱のための熱伝導性を有する材料としては、銅、アルミニウム、マグネシウム等の高熱伝導率金属が一般的である。しかしながら、金属には導電性があるため、電気絶縁性を確保するといった観点からは使用できる範囲が限られている。例えば、コンピュータ等の電子回路基板では配線間の絶縁を保つ必要があることから、放熱部材として金属を使用することが制限されている。 Conventionally, high thermal conductivity metals such as copper, aluminum, and magnesium are generally used as materials having thermal conductivity for heat dissipation. However, since metal has conductivity, the usable range is limited from the viewpoint of ensuring electrical insulation. For example, since it is necessary to maintain insulation between wirings in an electronic circuit board such as a computer, the use of metal as a heat radiating member is limited.
一方、金属以外の電気絶縁性と熱伝導性を有した材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等のセラミック材料がある。しかし、これらの材料は、硬い固体であることと、融点が2000℃以上と非常に高いといった理由から、プレス成形や射出成形が困難であるために任意の形状に加工することに制限がある。 On the other hand, ceramic materials such as alumina, aluminum nitride, and boron nitride are examples of materials having electrical insulation and thermal conductivity other than metal. However, because these materials are hard solids and have a very high melting point of 2000 ° C. or higher, it is difficult to perform press molding or injection molding, and therefore there are limitations on processing into arbitrary shapes.
また、小型軽量化が求められる電子機器では、放熱用のヒートシンクを設置するスペースも極めて小さく、回路基板やその他の電子部品の形状に合わせて任意の形状に加工できる熱伝導材料が求められている。 In addition, in electronic devices that are required to be reduced in size and weight, a space for installing a heat sink for heat dissipation is also extremely small, and a heat conductive material that can be processed into any shape according to the shape of a circuit board or other electronic components is required. .
近年になって、樹脂等の有機ポリマー(母材)中に無機微粒子を混合させて複合化することで、微粒子の持つ特異な物性と有機ポリマー樹脂の柔軟で容易な加工性とを併せ持つ微粒子複合化樹脂材料の技術が注目されている。例えば、アルミナ等の高い熱伝導率を有するセラミック粒子を有機ポリマー樹脂中に混合させて複合化することで、熱伝導率の低い樹脂材料を高い熱伝導性を有する樹脂材料とすることができる。このような複合化樹脂材料は、融点が低く、100℃〜200℃程度の低温度での射出、プレス成形などによる成形や、フィルム状に成形するなどの加工も容易である。 In recent years, fine particle composites that combine the unique physical properties of fine particles with the flexible and easy processability of organic polymer resins by mixing inorganic fine particles into organic polymers (base materials) such as resins. The technology of synthetic resin materials has attracted attention. For example, by mixing ceramic particles having a high thermal conductivity such as alumina into an organic polymer resin to form a composite, a resin material having a low thermal conductivity can be used as a resin material having a high thermal conductivity. Such a composite resin material has a low melting point, and can be easily processed by injection at a low temperature of about 100 ° C. to 200 ° C., molding by press molding, or molding into a film.
一方、このような複合化樹脂材料を放熱部材として利用するためには、樹脂材料中に充填する無機微粒子を高密度で充填して、複合化樹脂材料の熱伝導率を高めることが必要である。 On the other hand, in order to use such a composite resin material as a heat dissipation member, it is necessary to increase the thermal conductivity of the composite resin material by filling the resin material with inorganic fine particles at a high density. .
このような樹脂材料として、少なくとも0.2〜2μmと2〜63μmの粒度分布領域に頻度ピークを有するアルミナ粉末を樹脂に配合した熱伝導性樹脂材料が特許文献1に開示されている。
As such a resin material,
また、粒子径50〜350μmの粒子を90質量%以上含み、平均粒径が100〜300μmの窒化ホウ素粉末と、平均粒径が1〜10μmの球状アルミナ粉末とからなる無機粉末を樹脂に含有させた熱伝導性樹脂材料が特許文献2に開示されている。
Further, the resin contains an inorganic powder composed of boron nitride powder having an average particle diameter of 100 to 300 μm and spherical alumina powder having an average particle diameter of 1 to 10 μm, containing 90% by mass or more of particles having a particle diameter of 50 to 350 μm. A thermally conductive resin material disclosed in
前述のように、有機ポリマー樹脂中に熱伝導性の無機粒子を混合させた微粒子複合化樹脂材料の熱伝導率を高めるためには、熱伝導率の高い無機微粒子を樹脂材料中に高密度で充填することが重要である。そのために、特許文献1に記載されているように複数の粒度ピークを持つ粒子を用い、大きな粒子の隙間を小さな粒子で埋めて、高密度に充填する方法が採られている。
As described above, in order to increase the thermal conductivity of the fine particle composite resin material in which the thermal conductive inorganic particles are mixed in the organic polymer resin, the inorganic fine particles having high thermal conductivity are added at a high density in the resin material. It is important to fill. Therefore, as described in
しかしながら、アルミナや窒化アルミニウムなどの粒子は、単一粒子同士が凝集しやすい特性を有している。特に、粒子径が2μmより小さくなると凝集が顕著となり、大きな粒子と小さな粒子とが均一に混じり合わずに、樹脂材料中での粒子の充填密度が不十分になるという問題があった。 However, particles such as alumina and aluminum nitride have a characteristic that single particles tend to aggregate. In particular, when the particle diameter is smaller than 2 μm, the aggregation becomes remarkable, and there is a problem that the packing density of the particles in the resin material becomes insufficient without uniformly mixing the large particles and the small particles.
粒子の充填密度が不十分であると、樹脂材料の熱伝導率が小さくなるため、発熱する回路基板の放熱部材としての適用することが困難となる。また、発熱部材の発熱量が大きい場合には、樹脂材料の温度が上昇して、樹脂材料自体が融解するなどの課題を有するものであった。 If the packing density of the particles is insufficient, the thermal conductivity of the resin material becomes small, making it difficult to apply as a heat dissipation member for a circuit board that generates heat. Further, when the heat generation amount of the heat generating member is large, the temperature of the resin material rises, and there is a problem that the resin material itself is melted.
本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、無機粒子を有機ポリマー樹脂中へ高密度に充填することで、高い熱伝導率を有し、かつ加工が容易で、ヒートシンクや放熱筐体等の用途に適した熱伝導性樹脂材料とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems. By filling inorganic polymer particles in an organic polymer resin with high density, the present invention has high thermal conductivity and is easy to process, and can be used for heat sinks and heat dissipation. It aims at providing the heat conductive resin material suitable for uses, such as a housing | casing, and its manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明の熱伝導性樹脂材料は、熱伝導性粒子を有機ポリマー樹脂に充填した複合化材料からなる熱伝導性樹脂材料であって、熱導電性粒子は粒子径分布の異なる混合粒子であり、混合粒子は、100μm以上500μm以下の平均粒子径を有する第1粒子と、第1粒子よりも平均粒子径の小さな第2粒子とにより構成され、第1粒子の平均粒子径と第2粒子の平均粒子径との比が30:1以上180:1以下である。 In order to achieve the above object, the thermally conductive resin material of the present invention is a thermally conductive resin material composed of a composite material in which thermally conductive particles are filled with an organic polymer resin, and the thermally conductive particles have a particle size of Mixed particles having different distributions, and the mixed particles are composed of first particles having an average particle diameter of 100 μm or more and 500 μm or less, and second particles having an average particle diameter smaller than the first particles, and the average of the first particles The ratio of the particle diameter to the average particle diameter of the second particles is 30: 1 or more and 180: 1 or less.
このような構成によれば、粒子径の大きな第1粒子の間に第2粒子を高密度で充填することが可能となり、樹脂材料中の混合粒子の充填密度を高めて、樹脂材料の熱伝導率を高めることができる。 According to such a configuration, the second particles can be filled at a high density between the first particles having a large particle diameter, and the packing density of the mixed particles in the resin material can be increased to increase the heat conduction of the resin material. The rate can be increased.
さらに、混合粒子の全体積に占める第2粒子の体積の割合が20体積%以上50体積%以下であることが好ましい。このような構成によれば、無機粒子の充填率をさらに増加させて、より熱伝導率の高い樹脂材料を実現することができる。 Furthermore, the volume ratio of the second particles in the total volume of the mixed particles is preferably 20% by volume or more and 50% by volume or less. According to such a configuration, it is possible to further increase the filling rate of the inorganic particles and realize a resin material with higher thermal conductivity.
さらに、第2粒子の平均粒子径が2μm以上であることが望ましい。このような構成によれば、第2粒子の凝集を抑制して、隣接する第1粒子の間隙により高密度に第2粒子を充填させてより高い熱伝導率を実現することが可能となる。 Furthermore, it is desirable that the average particle diameter of the second particles is 2 μm or more. According to such a configuration, it is possible to suppress the aggregation of the second particles and to fill the second particles at a high density with the gap between the adjacent first particles to realize a higher thermal conductivity.
さらに、導電性粒子が窒化アルミニウム粒子または炭化ケイ素粒子であることが好ましい。このような構成によれば、高い熱伝導率の樹脂材料を実現することができる。 Furthermore, the conductive particles are preferably aluminum nitride particles or silicon carbide particles. According to such a configuration, a resin material having high thermal conductivity can be realized.
さらに、第1粒子が炭化ケイ素粒子であり、第2粒子が窒化アルミニウム粒子であることが好ましい。このような構成によれば、さらに高い熱伝導率の樹脂材料を実現することができる。 Furthermore, it is preferable that the first particles are silicon carbide particles and the second particles are aluminum nitride particles. According to such a configuration, it is possible to realize a resin material having a higher thermal conductivity.
また、本発明の熱伝導性樹脂材料の製造方法は、100μm以上500μm以下の平均粒子径を有する第1粒子と、第1粒子の平均粒子径に対して1/180以上1/30以下の平均粒子径を有する第2粒子との混合粒子を調合する工程と、加熱溶融した有機ポリマー樹脂に混合粒子を添加混合させて複合化樹脂材料を調製する工程と、複合化樹脂材料を所定の形状に加工する工程とを備える。 Moreover, the manufacturing method of the heat conductive resin material of this invention is the average of 1/180 or more and 1/30 or less with respect to the 1st particle | grains which have an average particle diameter of 100 micrometers or more and 500 micrometers or less, and the average particle diameter of 1st particle | grains. A step of preparing mixed particles with second particles having a particle size, a step of preparing a composite resin material by adding and mixing the mixed particles to a heated and melted organic polymer resin, and a composite resin material in a predetermined shape A processing step.
このような方法によれば、高い熱伝導率を有する混合粒子が高密度に充填されて高い熱伝導率を備え、なおかつ成型加工性に優れた熱伝導性樹脂材料を容易に実現することができる。 According to such a method, it is possible to easily realize a thermally conductive resin material having high thermal conductivity by being mixed with high density mixed particles having high thermal conductivity and having excellent moldability. .
また、本発明の熱伝導性樹脂材料の製造方法は、100μm以上500μm以下の平均粒子径を有する第1粒子と、第1粒子の平均粒子径に対して1/180以上1/30以下の平均粒子径を有する第2粒子とを溶媒液に分散させて混合粒子分散溶媒液を調合する工程と、混合粒子分散溶媒液を有機ポリマー樹脂に添加混合させて複合化樹脂材料を調製する工程と、複合化樹脂材料を所定の形状に加工する工程とを備える。 Moreover, the manufacturing method of the heat conductive resin material of this invention is the average of 1/180 or more and 1/30 or less with respect to the 1st particle | grains which have an average particle diameter of 100 micrometers or more and 500 micrometers or less, and the average particle diameter of 1st particle | grains. A step of dispersing a second particle having a particle size in a solvent liquid to prepare a mixed particle dispersion solvent liquid, a step of adding a mixed particle dispersion solvent liquid to an organic polymer resin and preparing a composite resin material, And a step of processing the composite resin material into a predetermined shape.
このような方法によれば、高い熱伝導率を有する混合粒子が高密度に充填されて高い熱伝導率を備え、なおかつ成型加工性に優れた熱伝導性樹脂材料を容易に実現することができる。 According to such a method, it is possible to easily realize a thermally conductive resin material having high thermal conductivity by being mixed with high density mixed particles having high thermal conductivity and having excellent moldability. .
さらに、溶媒液が有機ポリマー樹脂を溶解可能であり、溶媒液が含まれる混合粒子分散溶媒液を有機ポリマー樹脂に添加混合させた後に、溶媒留去法により溶媒液を揮発飛散させて複合化樹脂材料を調製してもよい。このような方法によれば、より確実に混合粒子の分散が良好で溶媒の残留がない複合化樹脂材料を実現することができる。 Furthermore, the solvent liquid can dissolve the organic polymer resin, and after the mixed particle dispersion solvent liquid containing the solvent liquid is added to and mixed with the organic polymer resin, the solvent liquid is volatilized and scattered by a solvent distillation method to form a composite resin. Materials may be prepared. According to such a method, it is possible to realize a composite resin material that can more reliably disperse mixed particles and has no solvent remaining.
さらに、溶媒液が、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、エタノールのいずれか1種または複数を含むことが望ましい。このような方法によれば、溶媒液中での特に粒子径の小さな無機粒子の凝集を抑制した分散が可能となり、粒子径の大きな無機粒子間に粒子径の小さな無機粒子を充填することが可能となる。 Furthermore, it is desirable that the solvent liquid contains one or more of toluene, xylene, cyclohexane, and ethanol. According to such a method, it is possible to disperse the inorganic particles having a small particle size in the solvent liquid while suppressing aggregation, and it is possible to fill the inorganic particles having a small particle size between the inorganic particles having a large particle size. It becomes.
さらに、第1粒子と第2粒子とが、窒化アルミニウム粒子または炭化ケイ素粒子であることが望ましい。このような方法によれば、さらに高い熱伝導率を有する樹脂材料を実現することができる。 Furthermore, it is desirable that the first particles and the second particles are aluminum nitride particles or silicon carbide particles. According to such a method, a resin material having a higher thermal conductivity can be realized.
以上のように本発明の熱伝導性樹脂材料およびその製造方法によれば、無機粒子同士の凝集を抑制して有機ポリマー樹脂中に高密度で充填した樹脂材料を実現することができ、高い熱伝導率を有した放熱部材などに好適な熱伝導性樹脂材料を実現することができる。 As described above, according to the thermally conductive resin material and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to realize a resin material filled with high density in an organic polymer resin by suppressing aggregation of inorganic particles. A heat conductive resin material suitable for a heat radiating member having conductivity can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料について図1〜図7を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The heat conductive resin material in
図1は本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料の構成を示す概略図、図2は同熱伝導性樹脂材料の製造方法を示すフローチャート、図3Aは同熱伝導性樹脂材料に用いる窒化アルミニウム(AlN)の粗粒子の粒子径分布を示す図、図3Bは同熱伝導性樹脂材料に用いる窒化アルミニウム(AlN)の微粒子の粒子径分布を示す図、図4は同熱伝導性樹脂材料における窒化アルミニウム(AlN)粒子の微粒子混合率と混合粒子の充填密度との関係を示す図、図5は同熱伝導性樹脂材料に用いる窒化アルミニウム(AlN)粒子の粗粒子と微粒子の粒子径比と最大充填密度との関係を示す図、図6は同熱伝導性樹脂材料に用いる窒化アルミニウム(AlN)粒子の粗粒子の粒子径と最大充填密度との関係を示す図、図7は同熱伝導性樹脂材料の熱伝導率を示す図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thermally conductive resin material in
図1に示すように、本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料1は、第1粒子である窒化アルミニウム(AlN)の粗粒子2の隙間に、第2粒子である窒化アルミニウム(AlN)の微粒子3を充填させるようにした混合粒子4が、有機ポリマー樹脂5中に充填されて形成されている。
As shown in FIG. 1, the thermally
すなわち、隣接する粗粒子2間の隙間に微粒子3が充填されるようにして窒化アルミニウム(AlN)粒子の嵩密度を増加させ、有機ポリマー樹脂5中への窒化アルミニウム(AlN)粒子の充填密度を増加させるようにしている。その結果、熱伝導性樹脂材料1中に占める熱伝導性の窒化アルミニウム(AlN)粒子の割合が増加して、熱伝導性樹脂材料1の熱伝導率を高めることができ、成形が容易な放熱部材として使用可能な熱伝導性樹脂材料1を実現することが可能となる。
That is, the bulk density of the aluminum nitride (AlN) particles is increased so that the gaps between the adjacent
以下、本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料1の製造方法を、図2に示すフローチャートを用いて詳しく説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of the heat
まず、図3Aに示す粒子径分布を持った平均粒子径が300μmの窒化アルミニウム(AlN)の粗粒子2を60gと、図3Bに示す粒子径分布を持った平均粒子径が5μmの窒化アルミニウム(AlN)の微粒子3の40gとをそれぞれ秤量して準備する(ステップS101、S102)。
First, 60 g of aluminum nitride (AlN)
その後、両者を混合して粒子全体に占める微粒子3の比率が40重量%となる窒化アルミニウム(AlN)の混合粒子4を100g調合する(ステップS103)。
Thereafter, both are mixed to prepare 100 g of
続いて、軟化点90℃、比重0.92の有機ポリマー樹脂5を12g準備し、190℃の温度で加熱溶融して溶融有機ポリマー樹脂を準備する(ステップS104)。
Subsequently, 12 g of an
この溶融有機ポリマー樹脂に、上述の窒化アルミニウム(AlN)の混合粒子4の100gを添加して、有機ポリマー樹脂5と、粗粒子2と微粒子3よりなる混合粒子4の窒化アルミニウム粒子との混合物を作製し、190℃の温度の下でこの混合物を30分間攪拌する。この過程において、混合粒子4が有機ポリマー樹脂5に均一に混合した溶融混合物が調製される。次に、この溶融混合物を50℃以下の温度になるまで冷却して固化させる。このようにして、平均粒子径が300μmの粗粒子2と平均粒子径が5μmの微粒子3とからなる窒化アルミニウム(AlN)粒子の混合粒子4の100gが、有機ポリマー樹脂5の12gの内部に均一に分布した熱伝導性樹脂材料1が作製される(ステップS105)。ここで作製された熱伝導性樹脂材料1中の混合粒子4の充填密度は、重量百分率では89重量%となり、体積百分率に換算すると70体積%となる。
100 g of the above-mentioned
このように、粒子径分布の異なる混合粒子4を有機ポリマー樹脂5に混合して、微粒子3を粗粒子2の隙間に充填するようにすると、有機ポリマー樹脂5中に混合粒子4を高密度で充填することが可能となり、熱伝導率の高い熱伝導性樹脂材料1を作製することができる。
As described above, when the
特に、本発明の実施の形態1では、混合粒子4は、100μm以上500μm以下の平均粒子径を有する第1粒子である粗粒子2と、第1粒子よりも平均粒子径の小さな第2粒子である微粒子3とにより構成され、粗粒子2の平均粒子径と微粒子3の平均粒子径との比が30:1以上180:1以下となるようにしている。その結果、混合粒子4を調合する際の微粒子3の凝集が抑制されるとともに、微粒子3を隣接する粗粒子2の隙間に高密度に充填させることが可能となる。
In particular, in
次に、このような熱伝導性樹脂材料1を、例えば射出成形やプレス成形などにより、放熱部材などに加工する(ステップS106)。
Next, the heat
図4には、窒化アルミニウム(AlN)の混合粒子4のうちの微粒子3の割合である微粒子混合率(体積%)に対する、熱伝導性樹脂材料1中の混合粒子4の充填率(体積%)を示し、粗粒子2と微粒子3との粒子径比(粗粒子平均粒子径/微粒子平均粒子径)をパラメータとして示している。
FIG. 4 shows the filling rate (volume%) of the
図4から、例えば、粗粒子2の平均粒子径が300μm、微粒子3の平均粒子径が5μmで粒子径比が60の混合粒子4では、微粒子3の微粒子混合率を40体積%としたときに、最大充填密度77体積%が得られる。また、粗粒子2の平均粒子径が300μm、微粒子3の平均粒子径が30μmで粒子径比が10の混合粒子4では、微粒子混合率を30体積%としたときに最大充填密度70体積%が得られる。さらに、粗粒子2の平均粒子径が300μm、微粒子3の平均粒子径が3μmで粒子径比が100の混合粒子4では、微粒子混合率を40体積%としたときに最大充填密度79体積%が得られる。
From FIG. 4, for example, in the
図4の結果から、粗粒子2と微粒子3のいずれの粒子径比を有する混合粒子4でも、最大充填率となる微粒子3の混合率は20体積%以上50体積%以下の範囲に存在する。したがって、この範囲の中に、微粒子3の混合率を設定することによって熱伝導性樹脂材料1への熱伝導性粒子の充填率を大きくすることができ、より熱伝導性に優れた熱伝導性樹脂材料1を実現することができる。
From the results shown in FIG. 4, the mixing ratio of the
また、図5には、第1粒子として平均粒子径300μmの窒化アルミニウム(AlN)の粗粒子2を用い、混合粒子4に占める微粒子3の混合率を40体積%とした熱伝導性樹脂材料1において、粗粒子2と微粒子3の粒子径比(粗粒子平均粒子径/微粒子平均粒子径)と最大充填密度の関係を示している。
Further, in FIG. 5, heat
図5から、粗粒子2と微粒子3の粒子径比が30以下になると、最大充填密度が急激に低下することがわかる。これは、微粒子3の粒子径が大きくなるか、または粗粒子2の粒子径が小さくなると、粗粒子2の隙間を微粒子3で埋めることができなくなるためである。
FIG. 5 shows that when the particle size ratio between the
また、粒子径比が150以上となっても、最大充填密度は低下し、特に粒子径比が180以上で減少している。これは、粒子径比が150以上、すなわち微粒子3の平均粒子径が2μm以下となると、微粒子3が凝集して、粗粒子2と微粒子3とが均一に混じり合わなくなるためである。
Further, even when the particle size ratio is 150 or more, the maximum packing density is lowered, and in particular, the particle size ratio is reduced to 180 or more. This is because when the particle size ratio is 150 or more, that is, when the average particle size of the
それ故に、混合粒子4における微粒子3の平均粒子径は、小さくとも2μm以上が望ましく、かつ、粗粒子2と微粒子3との粒子径比は30以上180以下、望ましくは、50以上150以下であれば熱伝導性樹脂材料1中に高密度に混合粒子4を充填させることができる。
Therefore, the average particle diameter of the
なお、上記の説明では、窒化アルミニウム(AlN)の粗粒子2の平均粒子径を300μmとしたが、粗粒子2の平均粒子径によっても充填密度が異なる。
In the above description, the average particle diameter of the aluminum nitride (AlN)
図6には、粗粒子2と微粒子3の粒子径比を50とし、混合粒子4全体に占める微粒子3の混合率を40重量%とした熱伝導性樹脂材料1において、粗粒子2の平均粒子径を変えた場合の最大充填密度の変化を示している。
FIG. 6 shows the average particle size of the
図6から、粗粒子2の平均粒子径が100μm以下となると最大充填密度が低下することがわかる。これは、前述したように、粒子径比を50として粗粒子2の平均粒子径を100μmとすると、微粒子3の粒子径が2μm以下となり微粒子3が凝集して、粗粒子2と均一に混じり合わなくなるためである。
FIG. 6 shows that the maximum packing density decreases when the average particle diameter of the
一方、粗粒子2の平均粒子径が500μm以上になると、熱伝導性樹脂材料1の表面に窒化アルミニウム(AlN)の粗粒子2が露出して凹凸が発生する。
On the other hand, when the average particle diameter of the
このような凹凸の発生は、熱伝導性樹脂材料1の表面の密着性を低下させるので、発熱部材と熱伝導性樹脂材料1との間の熱伝導性を低下させる。それ故に、窒化アルミニウムの粗粒子2の平均粒子径は500μm以下とすることが好ましい。
The occurrence of such irregularities reduces the adhesion of the surface of the heat
したがって、粒子の充填密度を向上させ、かつ熱伝導性樹脂材料の密着性を保つためには、窒化アルミニウム(AlN)粗粒子2の平均粒子径が100μm以上500μm以下で、かつ粗粒子2と微粒子3との粒子径比は30以上180以下であることが望ましい。
Therefore, in order to improve the packing density of the particles and maintain the adhesion of the heat conductive resin material, the average particle diameter of the aluminum nitride (AlN)
次に、本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料1の熱伝導率について、図7を用いて説明する。
Next, the heat conductivity of the heat
ここでは、熱伝導性樹脂材料1の熱伝導率を測定する試料片として、上述した製造方法に基づいて製造した熱伝導性樹脂材料1を温度180℃に加熱して再度溶融させて、プレス成形により直径10mm、厚み3mmの円盤状に加工し、その後冷却、固化して円盤状に形成した試料を用いている。
Here, as a sample piece for measuring the thermal conductivity of the thermal
図7に、この試料片の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定した結果を示し、比較例として粗粒子のみの窒化アルミニウム粒子で製造した場合、さらに、同じく比較例として有機ポリマー樹脂のみの熱伝導率を測定した結果を示している。 FIG. 7 shows the result of measurement of the thermal conductivity of this sample piece by the laser flash method. In the case where the sample is made of aluminum nitride particles having only coarse particles as a comparative example, the thermal conductivity of only an organic polymer resin is also used as a comparative example. The result of measuring the rate is shown.
図7において、サンプルAは本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料、すなわち平均粒子径が300μmの粗粒子2と平均粒子径が5μmの微粒子3とを充填密度40体積%で混合した窒化アルミニウム(AlN)粒子を用いた熱伝導性樹脂材料1の熱伝導率を示している。また、サンプルBは図3Aに示した平均粒子径300μmの窒化アルミニウム粒子のみの熱伝導性樹脂材料(充填密度40体積%)を用いた場合の熱伝導率を示し、サンプルCは有機ポリマー樹脂のみの熱伝導率を示している。
In FIG. 7, sample A is a heat conductive resin material according to
図7から、サンプルAの熱伝導率は8.2W/m・Kであり、比較例としてのサンプルBの熱伝導率の1.9W/m・Kに比べて約4倍、サンプルCの熱伝導率の0.4W/m・Kに比べて約20倍に向上していることがわかる。 From FIG. 7, the thermal conductivity of sample A is 8.2 W / m · K, which is about four times the thermal conductivity of sample B as a comparative example, 1.9 W / m · K. It can be seen that the conductivity is improved by about 20 times compared to 0.4 W / m · K.
以上説明したように、本実施の形態によれば、窒化アルミニウム(AlN)の微粒子3の凝集を防止し、微粒子3と粗粒子2とを均一に混合することにより、粗粒子2間の隙間に微粒子3を高密度に充填することが可能となる。その結果、熱伝導性樹脂材料1内へ充填可能な最大充填密度が増加し、熱伝導性樹脂材料1内での熱伝導性粒子同士の接触面積が大きくなり、熱伝導性樹脂材料1として高い熱伝導率を実現することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the aggregation of the aluminum nitride (AlN)
なお、本発明の実施の形態1における説明では、熱伝導性の粒子として窒化アルミニウム(AlN)の粒子を用いたが、窒化アルミニウム(AlN)に代えて炭化ケイ素(SiC)の粒子を用いても同様の効果が得られる。
In the description of
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における熱伝導性樹脂材料について図8〜図10を用いて説明する。
(Embodiment 2)
The heat conductive resin material in
図8は本発明の実施の形態2における熱伝導性樹脂材料の構成を示す概略図、図9Aは同熱伝導性樹脂材料に用いる炭化ケイ素(SiC)の粗粒子の粒子径分布を示す図、図9Bは同熱伝導性樹脂材料に用いる窒化アルミニウム(AlN)の微粒子の粒子径分布を示す図、図10は同熱伝導性樹脂材料の熱伝導率を示す図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the thermally conductive resin material in
図8に示すように、本発明の実施の形態2における熱伝導性樹脂材料10は、第1粒子である粗粒子6として炭化ケイ素(SiC)を用い、第2粒子である微粒子7として窒化アルミニウム(AlN)を用いている。炭化ケイ素(SiC)の粗粒子6の隙間に、窒化アルミニウム(AlN)の微粒子7を充填させた混合粒子8を、有機ポリマー樹脂9の中に充填している。
As shown in FIG. 8, the thermally
炭化ケイ素(SiC)の粗粒子6の隙間に窒化アルミニウム(AlN)の微粒子7が入り込むことにより、炭化ケイ素(SiC)および窒化アルミニウム(AlN)からなる熱伝導性粒子の混合粒子8の嵩密度が増加し、有機ポリマー樹脂9への充填密度を増加させることが可能となる。その結果、熱伝導性樹脂材料10に占める熱伝導性の混合粒子8の割合が増加して、熱伝導性樹脂材料10の熱伝導率を高めることができ、成形が容易な放熱部材として使用可能な熱伝導性樹脂材料10を実現することが可能となる。
When the aluminum nitride (AlN)
本発明の実施の形態2における熱伝導性樹脂材料10の製造方法は、基本的には本発明の実施の形態1における熱伝導性樹脂材料1の製造方法と同様であるので、図2に示すフローチャートを用いてその製造方法について詳しく説明する。
Since the manufacturing method of the heat
まず、図9Aに示すような粒子径分布を持った平均粒子径が300μmの炭化ケイ素(SiC)の粗粒子6の60g(体積18.6cm3に相当)と、図9Bに示す粒子径分布を持った平均粒子径が5μmの窒化アルミニウム(AlN)の微粒子7の40g(体積12.3cm3に相当)とをそれぞれ秤量し、準備する(ステップS101、S102)。その後、両者を混合して全体に占める窒化アルミニウム(AlN)の微粒子7の体積比率が40体積%となる混合粒子8を100g(体積30.9cm3に相当)調合する(ステップS103)。
First, 60 g (corresponding to a volume of 18.6 cm 3 ) of silicon carbide (SiC)
続いて、軟化点90℃、比重0.92の有機ポリマー樹脂9の12g(体積13.0cm3に相当)を190℃の温度で加熱溶融して溶融有機ポリマー樹脂を準備する(ステップS104)。
Subsequently, 12 g (corresponding to a volume of 13.0 cm 3 ) of the
この溶融有機ポリマー樹脂に対し、上記の混合粒子8の100gを添加して、有機ポリマー樹脂と混合粒子8とを混合させ、190℃の温度の下で30分間ほど攪拌する。
100 g of the
この工程によって、炭化ケイ素(SiC)の粗粒子6と窒化アルミニウム(AlN)の微粒子7の混合粒子8が均一に混合した有機ポリマー樹脂9の溶融混合物が調製される。
By this step, a molten mixture of
次に、この溶融混合物を50℃以下の温度になるまで冷却して固化させる。 Next, this molten mixture is cooled to a temperature of 50 ° C. or lower and solidified.
このようにして、平均粒子径が300μmの炭化ケイ素(SiC)の粗粒子6と平均粒子径が5μmの窒化アルミニウム(AlN)の微粒子7とが混合された混合粒子8の100gが、有機ポリマー樹脂9の12gの内部に均一に分布した熱伝導性樹脂材料10を作製できる(ステップS105)。
Thus, 100 g of the
このとき、作製された熱伝導性樹脂材料10中の混合粒子8の充填密度は、重量百分率では89重量%となり、体積百分率に換算すると70体積%となる。
At this time, the packing density of the
特に、本発明の実施の形態2では、混合粒子8は、100μm以上500μm以下の平均粒子径を有する粗粒子6と、粗粒子6よりも平均粒子径の小さな微粒子7とにより構成され、粗粒子6の平均粒子径と微粒子7の平均粒子径との比が30:1以上180:1以下となるようにしている。その結果、混合粒子8を調合する際の微粒子7の凝集が抑制されるとともに、微粒子7を隣接する粗粒子6の隙間に高密度に充填させることが可能となる。
In particular, in
次に、このような熱伝導性樹脂材料10を、例えば射出成形やプレス成形などにより、放熱部材などに加工する(ステップS106)。
Next, the heat
上述の実施の形態2における熱伝導性樹脂材料10では、熱伝導性粒子の粗粒子6として窒化アルミニウム(AlN)よりも熱伝導率が高い炭化ケイ素(SiC)を使用しており、実施の形態1で説明した窒化アルミニウム(AlN)粒子のみの場合と比べて、熱伝導率をさらに高くすることができる。
In the heat
一般的に、炭化ケイ素(SiC)は硬度が高いため、10μm以下の粒子径に粉砕しにくい。このため、本発明の実施の形態2では微粒子7に窒化アルミニウム(AlN)を用いて粗粒子6と微粒子7との混合による高密度充填を実現している。
Generally, since silicon carbide (SiC) has high hardness, it is difficult to grind to a particle size of 10 μm or less. For this reason, in
次に、本発明の実施の形態2において作製した熱伝導性樹脂材料10の熱伝導率について図10を用いて説明する。
Next, the thermal conductivity of the thermally
ここでは、熱伝導性樹脂材料10の熱伝導率を測定する試料片として、上述した製造方法に基づいて製造した熱伝導性樹脂材料10を温度180℃に加熱して再度溶融させて、プレス成形により直径10mm厚み3mmの円盤状に加工し、その後冷却、固化して円盤状に形成した試料を用いている。
Here, as a sample piece for measuring the thermal conductivity of the thermally
図10には、本発明の実施の形態2における試料片の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定した結果をサンプルDとして示し、比較例として実施の形態1の窒化アルミニウム(AlN)のみの混合粒子を用いた熱伝導性樹脂材料の熱伝導率をサンプルE、同じく比較例として炭化ケイ素(SiC)の平均粒子径300μmの粗粒子のみを用いた熱伝導性樹脂材料の熱伝導率をサンプルFとして示している。
In FIG. 10, the result of measuring the thermal conductivity of the sample piece in
図10から、本発明の実施の形態2における熱伝導性樹脂材料10は、熱伝導率が11.2W/m・Kであり、比較例としての実施の形態1における熱伝導性樹脂材料1の熱伝導率の8.2W/m・Kに比べて、約1.3倍に向上している。また、平均粒子径300μmの炭化ケイ素(SiC)粒子のみの熱伝導性樹脂材料の熱伝導率の2.2W/m・Kと比べると、約5倍に向上していることがわかる。
From FIG. 10, the heat
以上説明したように、本発明の実施の形態2のような材料の異なる微粒子と粗粒子とを混合する場合でも、粗粒子間の隙間に微粒子が充填されて、熱伝導性樹脂材料内へ充填密度を高めて、熱伝導樹脂材料内での粒子同士の接触面積を大きくし、熱伝導率を向上させることができる。
As described above, even when mixing fine particles and coarse particles of different materials as in
なお、上述した実施の形態1、2では、図2に示した製造方法のフローチャートに従って、溶融した有機ポリマー樹脂に窒化アルミニウムまたは炭化ケイ素の粒子を添加混合させて、熱伝導性樹脂材料を作製した例を記載した。しかし、熱伝導性樹脂材料の製造方法は上記の方法に限定されることはない。 In the first and second embodiments described above, in accordance with the flowchart of the manufacturing method shown in FIG. 2, aluminum nitride or silicon carbide particles are added and mixed into the molten organic polymer resin to produce a heat conductive resin material. An example was given. However, the manufacturing method of a heat conductive resin material is not limited to said method.
例えば、有機ポリマー樹脂を溶解可能な溶媒中に、異なる粒子径分布を持つ熱伝導性粒子を分散させた溶媒分散液を添加調合し、この溶媒分散液を有機ポリマー樹脂中に添加して有機ポリマー樹脂を溶解させて有機ポリマー樹脂と熱伝導性粒子とを混合させた後に、溶媒を留去する方法も可能である。 For example, a solvent dispersion in which thermally conductive particles having different particle size distributions are dispersed in a solvent capable of dissolving the organic polymer resin is added and formulated, and the solvent dispersion is added to the organic polymer resin to form an organic polymer. A method of distilling off the solvent after dissolving the resin and mixing the organic polymer resin and the thermally conductive particles is also possible.
このとき、有機溶媒としてはトルエン、キシレン、シクロヘキサン、エタノール等を利用でき、これらの溶媒を単独または複数種で混合して用いてもよい。 At this time, toluene, xylene, cyclohexane, ethanol, or the like can be used as the organic solvent, and these solvents may be used alone or in combination.
また、有機ポリマー樹脂を溶解しない溶媒を用いる場合は、加熱溶融した有機ポリマー樹脂中に熱伝導性粒子の混合分散溶媒液を滴下して添加し、溶融状態で攪拌して有機ポリマー樹脂と熱伝導性粒子とを混合させることにより、異なる粒子径分布を持つ混合粒子が均一に分布した複合化放熱性樹脂材料を作製することもできる。 In addition, when using a solvent that does not dissolve the organic polymer resin, add the mixed dispersion solvent liquid of thermally conductive particles dropwise into the heated and melted organic polymer resin, and stir in the molten state to conduct heat with the organic polymer resin. By mixing the conductive particles, a composite heat-dissipating resin material in which mixed particles having different particle size distributions are uniformly distributed can be produced.
以上のように本発明の熱伝導性樹脂材料とその製造方法は、放熱を必要とする電子機器や電気回路に適用可能な高い熱伝導性を有する熱伝導性樹脂材料を実現し、射出成形などにより、様々な形状のヒートシンクや、放熱部材などへの利用が可能である。 As described above, the thermally conductive resin material and the manufacturing method thereof according to the present invention realizes a thermally conductive resin material having high thermal conductivity that can be applied to an electronic device or an electric circuit that requires heat dissipation, and injection molding. Therefore, it can be used for various shapes of heat sinks, heat radiating members, and the like.
1,10 熱伝導性樹脂材料
2,6 粗粒子
3,7 微粒子
4,8 混合粒子
5,9 有機ポリマー樹脂
1,10 Thermally
Claims (11)
前記熱伝導性粒子は粒子径分布の異なる混合粒子であり、前記混合粒子は、100μm以上500μm以下の平均粒子径を有する第1粒子と、前記第1粒子よりも平均粒子径の小さな第2粒子とにより構成され、前記第1粒子の平均粒子径と前記第2粒子の平均粒子径との比が30:1以上180:1以下であることを特徴とする熱伝導性樹脂材料。 A thermally conductive resin material in which thermally conductive particles are filled in an organic polymer resin,
The thermally conductive particles are mixed particles having different particle size distributions. The mixed particles include first particles having an average particle size of 100 μm or more and 500 μm or less, and second particles having an average particle size smaller than that of the first particles. And a ratio of the average particle diameter of the first particles to the average particle diameter of the second particles is 30: 1 or more and 180: 1 or less.
加熱溶融した有機ポリマー樹脂に前記混合粒子を添加混合させて複合化樹脂材料を調製する工程と、
前記複合化樹脂材料を所定の形状に加工する工程と
を備えることを特徴とする熱伝導性樹脂材料の製造方法。 A mixed particle of first particles having an average particle diameter of 100 μm or more and 500 μm or less and second particles having an average particle diameter of 1/180 or more and 1/30 or less with respect to the average particle diameter of the first particles is prepared. Process,
A step of preparing a composite resin material by adding and mixing the mixed particles to a heated and melted organic polymer resin; and
And a step of processing the composite resin material into a predetermined shape.
前記混合粒子分散溶媒液を有機ポリマー樹脂に添加混合させて複合化樹脂材料を調製する工程と、
前記複合化樹脂材料を所定の形状に加工する工程と
を備えることを特徴とする熱伝導性樹脂材料の製造方法。 First particles having an average particle diameter of 100 μm or more and 500 μm or less and second particles having an average particle diameter of 1/180 or more and 1/30 or less of the average particle diameter of the first particles are dispersed in a solvent liquid. Preparing a mixed particle dispersion solvent liquid,
A step of preparing a composite resin material by adding and mixing the mixed particle dispersion solvent liquid to an organic polymer resin; and
And a step of processing the composite resin material into a predetermined shape.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101419740B1 (en) | 2012-11-23 | 2014-07-17 | 채기웅 | Bi-layer ceramic substrate for heat dissipation and method for manufacturing the same |
JP2014520962A (en) * | 2011-07-13 | 2014-08-25 | ポスコ | RESIN COMPOSITION FOR SURFACE TREATMENT AND STEEL COATED BY THE SAME |
KR101532026B1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-06-29 | 지앤씨테크(주) | Heat releasing composite and manufacturing method for the same |
WO2019065150A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 富士フイルム株式会社 | Heat-radiating sheet and device having heat-radiating sheet |
CN110776745A (en) * | 2019-10-09 | 2020-02-11 | 苏州欣天新精密机械有限公司 | Preparation method of thermal interface material |
JP2021025163A (en) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | 関東電化工業株式会社 | Heat-conductive particle-filled fiber |
-
2009
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014520962A (en) * | 2011-07-13 | 2014-08-25 | ポスコ | RESIN COMPOSITION FOR SURFACE TREATMENT AND STEEL COATED BY THE SAME |
KR101419740B1 (en) | 2012-11-23 | 2014-07-17 | 채기웅 | Bi-layer ceramic substrate for heat dissipation and method for manufacturing the same |
KR101532026B1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-06-29 | 지앤씨테크(주) | Heat releasing composite and manufacturing method for the same |
WO2015186959A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-10 | 지앤씨테크(주) | Composite material and preparation method therefor |
WO2019065150A1 (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-04 | 富士フイルム株式会社 | Heat-radiating sheet and device having heat-radiating sheet |
CN111095540A (en) * | 2017-09-28 | 2020-05-01 | 富士胶片株式会社 | Radiating fin and device with radiating fin |
JPWO2019065150A1 (en) * | 2017-09-28 | 2020-09-17 | 富士フイルム株式会社 | Heat dissipation sheet and device with heat dissipation sheet |
JP7101693B2 (en) | 2017-09-28 | 2022-07-15 | 富士フイルム株式会社 | Heat dissipation sheet and device with heat dissipation sheet |
CN111095540B (en) * | 2017-09-28 | 2024-04-02 | 富士胶片株式会社 | Radiating fin and device with radiating fin |
JP2021025163A (en) * | 2019-08-06 | 2021-02-22 | 関東電化工業株式会社 | Heat-conductive particle-filled fiber |
JP7352406B2 (en) | 2019-08-06 | 2023-09-28 | 関東電化工業株式会社 | thermally conductive particle filled fiber |
CN110776745A (en) * | 2019-10-09 | 2020-02-11 | 苏州欣天新精密机械有限公司 | Preparation method of thermal interface material |
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