(57)【要約】【課題】炭化ケイ素本来の高い熱伝導性を維持したままで樹脂成分中に分散かつ緻密に充填できる炭化ケイ素粒子とその製造方法の提供と、前記炭化ケイ素粒子を含む樹脂組成物とそれを含む熱伝導性シートの提供を課題とする。【解決手段】特定の平均粒径、円形度、アスペクト比を有する炭化ケイ素を用いる。また、熱伝導性部材作製の際に、架橋ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂を用いて熱伝導性シートを作製することで、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）平均粒径が５０μｍ以下であり、
（２）平均の円形度が０．７５以上である、炭化ケイ素粒子。
【請求項２】
平均のアスペクト比が１．５以下である、請求項１に記載の炭化ケイ素粒子。
【請求項３】
樹脂成分と、前記樹脂成分中に分散した熱伝導性充填剤とを含み、
前記熱伝導性充填剤は、請求項１又は２に記載の炭化ケイ素粒子を含む、樹脂組成物。
【請求項４】
前記炭化ケイ素粒子の含有量が１０体積％〜９５体積％である請求項３に記載の樹脂組成物。
【請求項５】
前記樹脂成分が、架橋ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂である請求項３又は４に記載の樹脂組成物。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか一つに記載の樹脂組成物を含む熱伝導性シート。
【請求項７】
原料である研削用炭化ケイ素を高速気流中で衝突させることにより、前記炭化ケイ素を球形化する請求項１又は２に記載の炭化ケイ素粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱伝導性部材に使用される炭化ケイ素粒子とその樹脂組成物、熱伝導性シート、製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の高性能化や小型化に伴い、電子部品の発熱への対応はより重要になってきている。高い放熱性を持つ材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等が知られ、熱伝導性シート等の熱伝導性部材の充填剤として用いられている。
【０００３】
電子機器の放熱のために用いられる熱伝導性シートとして、特許文献１によれば、（Ａ）窒化アルミニウム及び／又は炭化ケイ素、ならびに、（Ｂ）窒化ホウ素を含有した重合性組成物からなる熱伝導性シートが提示されている。
【０００４】
特許文献２には、シリコーンゴムに熱伝導性充填剤を配合した混合組成物をシート状に成型加工した熱伝導性シートにおいて、前記熱伝導性充填剤として、平均粒径が５０〜１００μｍの炭化ケイ素と、平均粒径が２〜１０μｍの酸化アルミニウムとを配合したことを特徴とする熱伝導性シートが開示されている。上述した充填剤を用いることで、比較的に小型の酸化アルミニウム粉末が、比較的大径の炭化ケイ素粉末の間隙に充填されて、酸化アルミニウム粉末及び炭化ケイ素が相互に近密に充填されるようになり、そのため、シート中において熱の伝達経路が高度に発達して、シートの高熱伝導率化を達成することができるとのことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５５１１０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８３４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子機器の高性能化や小型化に伴い、熱伝導性シートにはより高い熱伝導性が求められる。炭化ケイ素は高い熱伝導性を有しているが、一般的には鋭利で不定形な形状であるために近密に充填されず、炭化ケイ素を配合したシートの高熱伝導率化を達成することは困難である。本発明は、炭化ケイ素本来の高い熱伝導性を維持したままで樹脂成分中に分散かつ緻密に充填できる炭化ケイ素粒子とその製造方法の提供を課題とする。また、前記炭化ケイ素粒子を含む樹脂組成物とそれを含む熱伝導性シートの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１は、従来技術における熱伝導性充填剤の模式図である。本発明者らが鋭意検討したところ、図１に示すように、熱伝導性充填剤１１１同士の接触が不十分であって微細な空気の隙間１１３が生じると、熱伝導性部材における高い熱伝導性が期待しにくくなる。よって、上述の特許文献１における実施例に記載されるように、鱗片形状の熱伝導性充填剤を用いた場合は、熱伝導性充填剤同士がうまく接触しないため、微細な空気の隙間１１３が生じ、熱伝導性充填剤の充填密度が小さくなり、得られる熱伝導性シートの熱伝導率が劣る問題がある。
【０００８】
図２は、別の従来技術における熱伝導性充填剤の模式図である。上述の特許文献２に記載されるように、比較的に小径の熱伝導性充填剤１１２（平均粒径２〜１０μｍ）が、比較的に大径の熱伝導性充填剤１１１（平均粒径５０〜１００μｍ）の間隙に充填されるとしても、熱伝導性充填剤同士の隙間を十分に埋めることができず、微細な空気の隙間１１３ができてしまう。このため、熱伝導性充填剤１１１、１１２の充填密度が小さくなり、得られる熱伝導性シートの熱伝導率の向上の妨げになることを本発明者らは見出した。
【０００９】
これらの知見をもとに、本発明者等は以下の発明を完成した。
［１］平均粒径が５０μｍ以下であり、平均の円形度が０．７５以上である、炭化ケイ素粒子。
［２］平均のアスペクト比が１．５以下である、前記［１］に記載の炭化ケイ素粒子。
［３］樹脂成分と、前記樹脂成分中に分散した熱伝導性充填剤とを含み、前記熱伝導性充填剤は、前記［１］又は前記［２］に記載の炭化ケイ素粒子を含む、樹脂組成物。
［４］前記炭化ケイ素粒子の含有量が１０体積％〜９５体積％である前記［３］に記載の樹脂組成物。
［５］前記樹脂成分が、架橋ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂及び硬化性樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一つの樹脂である前記［３］又は［４］に記載の樹脂組成物。
［６］前記［３］〜［５］のいずれか一つに記載の樹脂組成物を含む熱伝導性シート。
［７］研削用炭化ケイ素を高速気流中で衝突させることにより、前記炭化ケイ素を球形化する前記［１］又は［２］に記載の炭化ケイ素粒子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安価な研削用炭化ケイ素粒子を簡便な方法で球形化でき、そのようにして得られた炭化ケイ素粒子は特定の平均粒径を有し、かつ、円形度が高く、高い熱伝導性を維持したままで樹脂成分中に分散かつ緻密に充填できる。よって放熱性に優れた樹脂組成物の熱伝導性充填剤として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術における熱伝導性充填剤の模式図である。
【図２】従来技術における熱伝導性充填剤の模式図である。
【図３】本発明における炭化ケイ素粒子の模式図である。
【図４】実施例１における研削用炭化ケイ素のＳＥＭ画像である。
【図５】実施例１における球形化炭化ケイ素のＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に実施例を挙げることによって本発明をさらに詳しく説明する。本発明はこれら実施例に限定されるわけではない。
【００１３】
本発明の炭化ケイ素粒子は、（１）平均粒径が５０μｍ以下であり、（２）平均の円形度が０．７５以上である。上記（１）及び（２）の条件を満たす炭化ケイ素粒子を、以下、球形化炭化ケイ素とも称する。
【００１４】
球形化炭化ケイ素は、例えば、原料として研削用セラミックスである炭化ケイ素を用い、炭化ケイ素同士を高速気流中で衝突させることにより得られる。炭化ケイ素同士を衝突させる際の気流の速度については、乾式条件において上述したような球形化炭化ケイ素が得られるに足る条件にする。例えば、好適な回転速度として５，０００〜１２，０００ｒｐｍが挙げられ、６，０００ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍが特に好適に挙げられる。また、好適な処理時間として１０分間〜２時間が挙げられ、３０分間〜１時間が特に好適に挙げられる。このような条件を成し得る装置については乾式粒子表面改質技術、高速気流中衝撃法の技術などを適宜参照することが可能であり、例えば、高速回転するロータ、ステータ及び循環経路から成る装置が挙げられる。ロータ中心部より装置内に炭化ケイ素が投入され、主にロータ及び粉体同士の衝突による衝撃、圧縮、剪弾力を受け、気流と共に外周部へと移動し循環経路から再びロータ中心部へと輸送されるように構成された装置を例示することができる。
【００１５】
原料としての研削用セラミックスである炭化ケイ素は、上述したような球形化炭化ケイ素が得られるに足る条件であれば、特に限定はないが、球形化しやすい点より、平均粒径が４０μｍ以上５０μｍ以下の炭化ケイ素を用いることが好ましい。
【００１６】
熱伝導性部材に用いる球形化炭化ケイ素は、高い充填率と熱伝導性を持たせるため、平均粒径が５０μｍ以下であることが好ましく、平均粒径が４０μｍ以上５０μｍ以下であることが特に好ましく挙げられる。
【００１７】
図３に示すように、粒子２１１において、面積をＳ、周囲長をＬ０とする。このとき、粒子２１１の円形度は、４πＳ／Ｌ０２で計算される。また、粒子２１１において、長径をＬ１、短径をＬ２とする。このとき、粒子２１１のアスペクト比はＬ１／Ｌ２で計算される。
【００１８】
上記熱伝導性部材に用いる球形化炭化ケイ素は、熱伝導の異方性による影響を少なくするため、平均の円形度が０．７５以上であることが好ましく、０．８０以上０．９０以下であることが特に好ましく挙げられる。また、平均のアスペクト比が１．５以下であることが好ましく、１．３以上１．５以下であることが特に好ましく挙げられる。
【００１９】
熱伝導性部材を得るために、上述のように得られた球形化炭化ケイ素と樹脂及び／又はゴム材料とを混合させる。樹脂及び／又はゴム材料の選定や混合については、従来技術におけるシート形成技術などを適宜参照することができる。
【００２０】
樹脂及び／又はゴム材料は、熱伝導性部材の一体的な構造を維持する目的及び可撓性を付与する目的が達せられれば、その種類や量には特に限定はない。樹脂及び／又はゴム材料として、好適には有機又は無機の高分子樹脂、ゴム材料などが挙げられる。例えば、架橋ゴム、熱可塑性エラストマー、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂を用いることが好ましく、耐熱性、耐久性、柔軟性、付着性等の点から、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、スチレン樹脂及びエポキシ樹脂を用いることが特に好ましく挙げられる。
【００２１】
上述のように得られた球形化炭化ケイ素と樹脂及び／又はゴム材料とを混合させたものを、以下、樹脂組成物とも称する。樹脂組成物中の球形化炭化ケイ素の含有量は、１０体積％〜９５体積％であることが好ましく、３０体積％〜８５体積％であることがより好ましく、４０体積％〜８０体積％であることが特に好ましい。
【００２２】
上述のような樹脂組成物から熱伝導性部材は得られる。熱伝導性部材は、熱を一方から他方へ伝達する目的に用いられる構造物を広く包含する概念である。熱伝導性部材としては、熱伝導性シート、フェイズチェンジシート、熱伝導性両面テープ、熱伝導性グリース、熱伝導性接着剤、ギャップフィラー、熱伝導性樹脂基板、熱伝導ソルダーレジスト、パワーデバイス用封止材、ヒートシンク、ヒートパイプ、熱伝導性塗料等が挙げられる。熱伝導性部材としては熱伝導性シートが好ましい。
【実施例】
【００２３】
次に、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明に限定するものではない。  
【００２４】
《実施例１》
（球形化炭化ケイ素の製造）
原料として、研削用セラミックスである炭化ケイ素（日本カーリット株式会社製  ＃３２０、平均粒径４５μｍ、新モース硬度１３）を株式会社ダルトン製「スパルタンリューザー」に７００ｇ投入し、７，８１２ｒｐｍの高速気流中で６０分間球形化処理を行った。角が削れ、球形化した炭化ケイ素が得られた。炭化ケイ素の一部を取り出し、粒度分布形で測定したところ、平均粒径は４２μｍであることを確認した。また、画像解析により測定したところ、円形度は０．８６、平均アスペクト比は１．３１であることを確認した。
【００２５】
また、原料である炭化ケイ素および球形化した炭化ケイ素のＳＥＭ画像を、それぞれ図４および図５に示す。図４、５より、上述の処理により、粒子の球形化が進行したことが理解できる。
【００２６】
（樹脂組成物の製造）
シリコーン樹脂（モメンティブ製  ＴＳＥ−３０６２Ａ／Ｂ）１０ｇをトルエン２５ｇで希釈した後、球形化した炭化ケイ素９０ｇを投入し、混合処理を行い、スラリーを作製した。このとき、樹脂組成物中に含まれる球形化炭化ケイ素の量を７７体積％とした。
【００２７】
（熱伝導シートの製造）
上述のようにして作製したスラリーを基材ＰＥＴフィルムにアプリケータを用いて均一に塗布し、１００℃で２０分乾燥させ、乾燥後膜厚０．５ｍｍとなる様にシート（熱伝導性シート）を作製した。
【００２８】
得られたシートから１ｃｍ×１ｃｍの試験片を切り抜き、基材ＰＥＴフィルムを剥離した後、熱拡散率、比熱および密度を測定し、これらを乗算して熱伝導率を算出した。熱拡散率は、Ｘｅフラッシュアナライザー（ＮＥＴＳＺＣ社製「ＬＦＡ４４７Ｎａｎｏｆｌａｓｈ」）を用いてレーザーフラッシュ法に基づいて測定した。比熱は、示差走査熱量計（セイコーインスツル製「ＤＳＣ６２００」）を用いて測定した。密度は、樹脂シートの質量および体積をそれぞれ測定して算出した。得られた密度は２．２ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は２．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００２９】
《実施例２》
実施例１の球形化炭化ケイ素の製造において、１０，０００ｒｐｍの高速気流中で６０分間球形化処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物と熱伝導性シートを得た。炭化ケイ素の一部を取り出して測定したところ、平均粒径は４２μｍ、円形度は０．８８、平均アスペクト比は１．３２であることを確認した。また、熱伝導性シートの密度は２．２ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は２．１Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３０】
《実施例３》
実施例１の球形化炭化ケイ素の製造において、６，２５０ｒｐｍの高速気流中で６０分間球形化処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物と熱伝導性シートを得た。炭化ケイ素の一部を取り出して測定したところ、平均粒径は４４μｍ、円形度は０．８６、平均アスペクト比は１．５０であることを確認した。また、熱伝導性シートの密度は２．１ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は２．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３１】
《比較例１》
実施例１の球形化炭化ケイ素の製造をしなかったこと以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物と熱伝導性シートを得た。炭化ケイ素の一部を取り出して測定したところ、平均粒径は４５μｍ、円形度は０．７２、平均アスペクト比は１．７５であることを確認した。また、熱伝導性シートの密度は１．６ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は０．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３２】
《比較例２》
実施例１の球形化炭化ケイ素の製造において、原料を炭化ケイ素（日本カーリット株式会社製  ＃２２０、平均粒径７０μｍ、新モース硬度１３）に変更し、７，８１２ｒｐｍの高速気流中で６０分間球形化処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物と熱伝導性シートを得た。炭化ケイ素の一部を取り出して測定したところ、平均粒径は５２μｍ、円形度は０．８５、平均アスペクト比は１．５４であることを確認した。また、熱伝導性シートの密度は２．０ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は１．４Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３３】
《比較例３》
実施例１の球形化炭化ケイ素の製造において、原料を炭化ケイ素（日本カーリット株式会社製  ＃４００、平均粒径３８μｍ、新モース硬度１３）に変更し、７，８１２ｒｐｍの高速気流中で６０分間球形化処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物と熱伝導性シートを得た。炭化ケイ素の一部を取り出して測定したところ、平均粒径は３０μｍ、円形度は０．８４、平均アスペクト比は１．５２であることを確認した。また、熱伝導性シートの密度は２．０ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は１．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３４】
《比較例４》
実施例１の球形化炭化ケイ素の製造において、１２，０００ｒｐｍの高速気流中で６０分間球形化処理を行ったこと以外は、実施例１と同様にして樹脂組成物と熱伝導性シートを得た。炭化ケイ素の一部を取り出して測定したところ、平均粒径は３８μｍ、円形度は０．９１、平均アスペクト比は１．２７であることを確認した。また、熱伝導性シートの密度は２．２ｇ／ｃｍ３、熱伝導率は１．８Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００３５】
評価結果を表１、２にまとめる。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
【表２】
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【００３８】
表１、２より、実施例１〜３の方が、比較例１〜４より熱伝導性シートにおける熱伝導率が高いことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の球形化炭化ケイ素は、電子機器などに用いられる熱伝導性シートなどの充填剤として有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１１１熱伝導性充填剤    １１２熱伝導性充填剤    １１３隙間
２１１粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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