(57)【要約】【課題】母材の高耐熱性絶縁性樹脂の中で熱伝導性充填材の配向度を適性に制御し、更に高耐熱性絶縁性樹脂の粒子径を調整することで、高い熱伝導率と高い絶縁破壊強度を有し、更に高い耐熱性を有する複合絶縁板およびその製造方法を提供する。【課題を解決する手段】高耐熱性熱可塑性樹脂と、該高耐熱性熱可塑性樹脂よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合絶縁板において、前記複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように熱伝導性充填材粒子が配向している複合絶縁板であって、前記複合絶縁板の厚み方向に対する絶縁性破壊強度が１２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする複合絶縁板【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高耐熱性熱可塑性樹脂と、該高耐熱性熱可塑性樹脂よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合絶縁板において、
前記複合絶縁板の厚み方向に対する絶縁性破壊強度と前記複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率の関係が、前記絶縁性破壊強度および前記熱伝導率を横軸と縦軸で表した線図上の絶縁性破壊強度が７０ｋＶ／ｍｍかつ熱伝導率が４４．０Ｗ／ｍ・Ｋとなる点と絶縁性破壊強度が２００ｋＶ／ｍｍかつ熱伝導率が８．５１Ｗ／ｍ・Ｋとなる点を結んだ直線を基準として熱伝導率が−８Ｗ／ｍ・Ｋから＋８Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にある熱伝導性充填材粒子が配向していることを特徴とする複合絶縁板。
【請求項２】
高耐熱性熱可塑性樹脂と、該高耐熱性熱可塑性樹脂よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合絶縁板において、前記複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように熱伝導性充填材粒子が配向している複合絶縁板であって、前記複合絶縁板の厚み方向に対する絶縁性破壊強度が１２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする複合絶縁板。
【請求項３】
前記高耐熱性熱可塑性樹脂が熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする請求項１または２に記載の複合絶縁板。
【請求項４】
前記熱伝導性充填材粒子が窒化ホウ素であることを特徴とする請求項１から３に記載の複合絶縁板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の複合絶縁板に用いる複合粒子であって、高耐熱性熱可塑性樹脂粒子と、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合粒子であり、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子が前記熱伝導性充填材粒子に吸着した複合粒子であって、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の１／４以下であり、かつ、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の最大粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の６／５以下であることを特徴とする複合微粒子。
【請求項６】
前記高耐熱性熱可塑性樹脂が熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする請求項５に記載の複合微粒子。
【請求項７】
前記熱伝導性充填材粒子が窒化ホウ素であることを特徴とする請求項５または６に記載の複合微粒子。
【請求項８】
請求項５から７のいずれかに記載の複合粒子を製造する方法であって、前記高耐熱性熱可塑性樹脂を小径化するために破砕する破砕工程と、前記破砕工程により破砕された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子のうち、所望粒子径以下の熱可塑性粒子のみを選定する選定工程と、前記熱伝導性充填材粒子を主粒子とし、粒子径が調整された前記高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を該記主粒子表面に吸着させる工程とを含むことを特徴とする複合粒子の製造方法。
【請求項９】
前記熱伝導性充填材粒子を主粒子として前記高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を該主粒子表面に吸着させる工程の後、全体に対して洗浄処理を施すことを特徴とする請求項８に記載の複合粒子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれかに記載の複合絶縁板を製造するための方法であって、
高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子径を調整する粒子径調整工程と、
熱伝導性充填材粒子を主粒子として、その主粒子表面に粒子径調整工程により粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を吸着させた複合粒子とが液体中に含まれたものであって、該高耐熱性熱可塑性樹脂の溶融粘度よりも低い粘性のスラリーを作製するスラリー作製工程と、
所定の容積を有するキャビティ内に前記スラリー作製工程により作製したスラリーを導入する導入工程と、
前記導入工程でキャビティ内に導入したスラリーに対し所定方向へ遠心力を作用させることにより、固液分離により複合粒子を前記液体から分離させつつキャビティの遠心力の作用方向に対して交差する面へ堆積させる遠心分離工程と、
前記遠心分離工程によりキャビティに堆積させた前記複合粒子の堆積物に対し、前記遠心力の作用方向と同じ方向へ押圧して成形体を形成する押圧工程と、
前記押圧工程により作られた前記成形体をキャビティから取り出し、前記高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を構成する樹脂の融点温度以上の環境下にて、前記押圧工程での押圧方向と交差する方向へプレスするホットプレス工程と、を含むことを特徴とする複合絶縁板の製造方法。
【請求項１１】
前記粒子径調整工程が、少なくとも高耐熱性熱可塑性樹脂を小径化するために破砕する破砕工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の複合絶縁板の製造方法。
【請求項１２】
前記粒子径調整工程が、少なくとも高耐熱性熱可塑性樹脂を小径化するために破砕する破砕工程と、前記破砕工程により破砕された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子のうち、所望粒径以下の熱可塑性粒子のみを選定する選定工程とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の複合絶縁板の製造方法。
【請求項１３】
前記スラリー作製工程において、複合粒子に洗浄処理を施した後、該高耐熱性熱可塑性樹脂の溶融粘度よりも低い粘性のスラリーを作製することを特徴とする請求項１０から１２に記載の複合絶縁板の製造方法。
【請求項１４】
前記粒子径調整工程により粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の１／４以下であり、かつ、記粒子径調整工程により粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の最大粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の６／５以下であることを特徴とする請求項１０から１３に記載の複合絶縁板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱伝導性の充填材と熱可塑性樹脂とを含む複合絶縁板およびその製造方法に関し、詳しくは、高い熱伝導性と高い絶縁性とを併せ持ち、かつ、高い耐熱性を有する複合絶縁板とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池車などの新型パワートレインでは、蓄電池の直流電源で駆動用モータを動かすためにインバータによって直流を交流に変換する。また、回生エネルギーを回収するため、コンバータで交流を直流変換して蓄電している。このような交直変換器には、IGBTなどのパワーモジュールが使われている。パワーモジュールは半導体のオン抵抗による発熱があり、半導体素子のジャンクション温度以下に抑えるために空冷または水冷による冷却が必要となる。ジャンクション温度はシリコン半導体の場合１５０℃程度であるが、素子の熱劣化を考慮して運転時の素子の温度が通常７５〜８５℃程度に抑えられるような放熱設計が行われている。空冷の場合には金属性の放熱フィンが用いられ、絶縁基板を介してパワーモジュールと接合されている。また、水冷の場合は放熱フィンの代わりに絶縁基板を介して冷却媒体を通す導管を備えた水冷ジャケットがパワーモジュールと接合されている。このため、絶縁基板には厚さ方向への良好な熱伝導性と十分な絶縁性と熱伝導性が要求される。絶縁破壊強度が高いほど、必要となる耐電圧に対して絶縁基板の肉厚を薄くすることができ、伝熱性が向上する。汎用的に用いられている絶縁基板は、簡単に曲がることなく、かつ破損することがない剛直な基板であり、例えば１００μｍから１ｍｍ程度の厚さのものである。この絶縁基板には、現在、比較的高い熱伝導率をもつ窒化ケイ素などのセラミクス板が使用されているが、低コスト化の観点から基板厚さをより薄くすることが求められている。
【０００３】
ところが、製造の困難性および機械的強度の問題から、セラミックス板の更なる薄肉化には限界がある。そこで、これに代わるものとして高分子絶縁材料と充填材から構成される複合絶縁材料を用いた絶縁基板（複合絶縁板）の研究開発が各所で進められている。
【０００４】
開発が進められている複合絶縁材料の多くは熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等の母材と樹脂に比べ高い熱伝導率を持つアルミナ等の無機充填材とを、機械的に混合して作製される。
【０００５】
かかる充填材としては、熱伝導率および熱拡散率が高いことほど良く、電気的特性としては体積固有抵抗率および、絶縁破壊強度が高いほど良い。かかる性質を有し、更に安価であることから、アルミナが一般的に選択されている。
【０００６】
かかる複合絶縁板では、アルミナ充填材粒子どうしの接触による粒子間の空隙部分が電気絶縁上の弱点であり、アルミナ充填材粒子の偏在により樹脂との誘電率の違いによる電界集中が発生し、絶縁性能を低下させるため、セラミック板に置き換わる性能のものはない。このような問題点を解決するため、充填材粒子の分散性を改善するような研究や、ナノ粒子を用いた研究も行われており、６〜１２Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率をもつ複合絶縁板が開発されている（非特許文献１）。
【０００７】
更には、アルミナ以外にも、無機充填材としては、窒化アルミ（AlN）、窒化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）、などが知られており、この中でBNは六方晶系のもので体積抵抗率はアルミナ同等であるが、その熱伝導率はアルミナの１５〜３０Ｗ／ｍ・Ｋに比べ、結晶方向によって異方性はあるものの２〜１０倍（６０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）の高い値を示している。窒化アルミは熱伝導率が１５０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋで良好な熱伝導性を有しているが、極めて高コストである。このため、熱伝導性に異方性をもっているが、BNを複合絶縁板の充填材として使いこなす研究が各所で行われている（非特許文献２）。
【０００８】
例えば、特許文献１および非特許文献３に開示される技術は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いて硬化前の液体状態でBNを混合し、混錬した上で硬化して複合絶縁板を作製するに際し、硬化前の液体状態で、電界によってBNを電気力線に沿って配向させる方法を示している。
【０００９】
また、前掲の非特許文献４では熱可塑性樹脂を絶縁母材として用いて複合絶縁板を作ることも試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2013-159748号公報
【特許文献２】特開2017-37833号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Wang, et al.:IEEE Trans. on DEI, 18(6)，『Development of Epoxy/BN Composites with High Thermal Conductivity and Sufficient Dielectric Breakdown Strength』pp.1963-1972(2011)
【非特許文献２】X.Huang, et al.：IEEJ Trans on FM，133(6)，『Boron Nitride Based Poly(phenylene sulfide) Composites with Enhanced Thermal Conductivity and Breakdown Strength”, IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials, Vol.133, No.3, pp.66-70(2013)
【非特許文献３】小迫、他：第44回電気電子絶縁材料システムシンポジウム予稿集、『交流電界によるフィラー配向エポキシ複合材のフィラー充填率の低減』、pp.47-51(2011)
【非特許文献４】今井、他：第44回電気電子絶縁材料システムシンポジウム予稿集、『高周波用途に向けたコンポジット誘電体材料の材料設計』pp.37-40(2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前掲の特許文献１および非特許文献３の方法では、エポキシ樹脂の常温動粘度は最低でも１０センチストークス程度で粘性が高く電界によってBNをほとんど配向できない。更に、前掲の非特許文献１でもエポキシ樹脂の硬化前の液体状態のものにBNを混ぜ、遠心によって粒子を配向させる方法が開示されているが、液の粘性のため、配向させることができない。
【００１３】
非特許文献1および２に開示された複合絶縁板では、絶縁破壊強度は市場の要求する１００ｋＶ／ｍｍ超えるものは、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ程度以下で市場の要求する１０Ｗ／ｍ・Ｋに比べ極めて低い値である。一方、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものは、絶縁破壊強度は６０ｋＶ／ｍｍで市場の要求値に比べ低い値に留まっており、熱伝導率と絶縁破壊強度との両者を満足するものは得られていない。
【００１４】
更に、前掲の非特許文献４では熱可塑性樹脂を絶縁母材として用いて複合絶縁板を作ることも試みられている。熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用い、熱可塑温度以上に加熱した後にBNを溶融混錬して射出成形による方法が示されているが、溶融状態の熱可塑性樹脂では、前述の電界や遠心力による配向が困難な程、粘性が高い上、BNを均一分散する高度な製造技術が必要である。
【００１５】
特許文献２では、上述のように良好な熱伝導性と十分な絶縁性を共に有する複合絶縁板は、未だ提供されていないことを鑑みて、母材の絶縁性樹脂の中で熱伝導性充填材の配向度を適性に制御し、更に充填密度を改善することで、良好な熱伝導率と十分な絶縁破壊強度を有する複合絶縁板およびその製造方法を示している。しかしながら、モジュール設計の自由度をアップさせるためにはさらなる高い熱伝導性と高い絶縁破壊強度を両立した絶縁版が求められている。また、例えば、ＳｉC系パワーモジュールでは、運転最高温度が２００℃程度となることから、２００℃を超えるような高い耐熱性を有することが求められている。
【００１６】
このような先行技術文献に示されているように、高い熱伝導性と高い絶縁性を共に有する複合絶縁板は、未だ提供されておらず、また、２００℃を超えるような高い耐熱性を有する複合絶縁板は、未だ提供されていない。
【００１７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高い熱伝導性と高い絶縁性を共に有する複合絶縁板を提供することであり、さらには、２００℃を超えるような高い耐熱性を有する複合絶縁板を提供すること、および、こうした複合絶縁板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の上記課題は以下の手段により達成される。
【００１９】
１、高耐熱性熱可塑性樹脂と、該高耐熱性熱可塑性樹脂よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合絶縁板において、前記複合絶縁板の厚み方向に対する絶縁性破壊強度と前記複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率の関係が、前記絶縁性破壊強度および前記熱伝導率を横軸と縦軸で表した線図上の絶縁性破壊強度が７０ｋＶ／ｍｍかつ熱伝導率が４４．０Ｗ／ｍ・Ｋとなる点と絶縁性破壊強度が２００ｋＶ／ｍｍかつ熱伝導率が８．５１Ｗ／ｍ・Ｋとなる点を結んだ直線を基準として熱伝導率が−８Ｗ／ｍ・Ｋから＋８Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にある熱伝導性充填材粒子が配向していることを特徴とする複合絶縁板。
【００２０】
２、高耐熱性熱可塑性樹脂と、該高耐熱性熱可塑性樹脂よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合絶縁板において、前記複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上で３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように熱伝導性充填材粒子が配向している複合絶縁板であって、前記複合絶縁板の厚み方向に対する絶縁性破壊強度が１２０ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする複合絶縁板。
【００２１】
３、前記高耐熱性熱可塑性樹脂が熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする前記１または２に記載の複合絶縁板。
【００２２】
４、前記熱伝導性充填材粒子が窒化ホウ素であることを特徴とする前記１から３に記載の複合絶縁板。
【００２３】
５、前記複合絶縁板に用いる複合粒子であって、高耐熱性熱可塑性樹脂粒子と、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子よりも熱伝導性の高い板状の熱伝導性充填材粒子とを含む複合粒子であり、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子が前記熱伝導性充填材粒子に吸着した複合粒子であって、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の１／４以下であり、かつ、該高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の最大粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の６／５以下であることを特徴とする複合微粒子。
【００２４】
６、前記高耐熱性熱可塑性樹脂が熱可塑性ポリイミドであることを特徴とする前記５に記載の複合微粒子。
【００２５】
７、前記熱伝導性充填材粒子が窒化ホウ素であることを特徴とする前記５または６に記載の複合微粒子。
【００２６】
８、前記高耐熱性熱可塑性樹脂を小径化するために破砕する破砕工程と、前記破砕工程により破砕された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子のうち、所望粒子径以下の熱可塑性粒子のみを選定する選定工程と、前記熱伝導性充填材料を主粒子とし、粒子径が調整された前記高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を該主粒子表面に吸着させる工程とを含むことを特徴とする複合粒子の製造方法。
【００２７】
９、前記熱伝導性充填材粒子を主粒子として、前記高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を該主粒子表面に吸着させる工程の後、全体に対して洗浄処理を施すことを特徴とする前記８に記載の複合粒子の製造方法。
【００２８】
１０、高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子径を調整する粒子径調整工程と、熱伝導性充填材粒子を主粒子として、その主粒子表面に粒子径調整工程により粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を吸着させた複合粒子とが液体中に含まれたものであって、該高耐熱性熱可塑性樹脂の溶融粘度よりも低い粘性のスラリーを作製するスラリー作製工程と、所定の容積を有するキャビティ内に前記スラリー作製工程により作製したスラリーを導入する導入工程と、前記導入工程でキャビティ内に導入したスラリーに対し所定方向へ遠心力を作用させることにより、固液分離により複合粒子を前記液体から分離させつつキャビティの遠心力の作用方向に対して交差する面へ堆積させる遠心分離工程と、前記遠心分離工程によりキャビティに堆積させた前記複合粒子の堆積物に対し、前記遠心力の作用方向と同じ方向へ押圧して成形体を形成する押圧工程と、前記押圧工程により作られた前記成形体をキャビティから取り出し、前記高耐熱性熱可塑性樹脂粒子を構成する樹脂の融点温度以上の環境下にて、前記押圧工程での押圧方向と交差する方向へプレスするホットプレス工程と、を含むことを特徴とする複合絶縁板の製造方法。
【００２９】
１１、前記粒子径調整工程が、少なくとも高耐熱性熱可塑性樹脂を小径化するために破砕する破砕工程を含むことを特徴とする前記１０に記載の複合絶縁板の製造方法。
【００３０】
１２、前記粒子径調整工程が、少なくとも高耐熱性熱可塑性樹脂を小径化するために破砕する破砕工程と、前記破砕工程により破砕された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子のうち、所望粒径以下の熱可塑性粒子のみを選定する選定工程とを含むことを特徴とする前記１１に記載の複合絶縁板の製造方法。
【００３１】
１３、前記スラリー作製工程において、複合粒子に洗浄処理を施した後、該高耐熱性熱可塑性樹脂の溶融粘度よりも低い粘性のスラリーを作製することを特徴とする前記１０から１２に記載の複合絶縁板の製造方法。
【００３２】
１４、前記粒子径調整工程により粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の１／４以下であり、かつ、記粒子径調整工程により粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の最大粒子径が前記熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の６／５以下であることを特徴とする前記１０から１３に記載の複合絶縁板の製造方法。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の複合絶縁板によれば、複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上から３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となるように熱伝導性充填材料粒子が熱の伝達方向に配向している。ここで、配向度の向上は、厚み方向への熱伝導性を向上させることができ、また、その配向度が熱伝導率で３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となる状態とすることで絶縁破壊強度の低下を抑制できる。よって、厚み方向に対する良好な熱伝導性を備えつつ、１５０ｋＶ/ｍｍ以上となる絶縁破壊強度を有する複合絶縁板を提供できるという効果がある。
【００３４】
また、本発明の複合絶縁板によれば、熱伝導性充填材料粒子が熱の伝達方向に緻密に配向していることにより、複合絶縁板の厚み方向に対する絶縁性破壊強度と前記複合絶縁板の厚み方向の熱伝導率の関係が、絶縁性破壊強度７０ｋＶ／ｍｍ、熱伝導率４４．０Ｗ／ｍ・Ｋの点と絶縁性破壊強度２００ｋＶ／ｍｍ、熱伝導率８．５１Ｗ／ｍ・Ｋの点を結んだ直線から熱伝導率が−８Ｗ／ｍ・Ｋから＋８Ｗ／ｍ・Ｋの範囲の良好な熱伝導性と高い絶縁破壊強度を有する複合絶縁板を提供できるという効果がある。さらに、本発明の複合粒子によれば前述の本発明の複合絶縁板に好適に利用することができる。
【００３５】
本発明の複合絶縁板の製造方法によれば、複合粒子が液体中に含まれたスラリーを所定の容積を有するキャビティ内に導入し、所定の方向に遠心力を作用させることにより、固液分離により複合粒子を前記液体から分離しつつキャビティ内の遠心力の作用方向に対して交差する面に配向した状態で堆積、その後に遠心力の作用方向に押圧することで複合粒子が配向した緻密な成形体を作る効果がある。次に熱可塑性樹脂の融点温度以上の環境温度下で、成形体を遠心力の作用方向と交差する方向にプレスすることで複合絶縁板の厚さ方向に個々の熱伝導性充填材粒子の距離が短縮化されて、粒子の外表面にボイドがなく、かつ熱可塑性樹脂で被覆させ、良好な熱伝導性と十分な絶縁破壊強度とを兼ね備えた複合絶縁板を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】複合絶縁板の断面の模式図である。
【図２】複合絶縁板の作製工程を示した図である。
【図３】Ｓ５の離型工程で型枠から離型した成形体の模式図である。
【図４】各種の複合絶縁板の熱伝導率と絶縁破壊強度の関係を示した図である。
【図５】各種の複合絶縁板の熱伝導率と絶縁破壊強度の関係を示した図である。
【図６】複合粒子の電子顕微鏡写真である。
【図７】複合粒子の電子顕微鏡写真である。
【図８】型枠の斜視図である。
【図９】複合絶縁板の熱重量測定の結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３８】
複合絶縁板の一実施形態は、高耐熱性熱可塑性樹脂の母材の中に板状の熱伝導性充填材粒子が分散されたものである。
【００３９】
複合絶縁板に含まれる高耐熱性熱可塑性樹脂は、絶縁性を有し、その体積固有抵抗は１０１５Ωｃｍ程度である。また、SiC系パワーモジュールでは、運転最高温度が２００℃程度である。本発明における高耐熱性熱可塑性樹脂とは耐熱温度が２００℃を超える熱可塑性樹脂である。耐熱温度が２００℃を超える熱可塑性樹脂としてはガラス転移温度が２００℃を超える熱可塑性樹脂をあげることができ、例えばポリアミドイミド（PAI）、ポリエーテルサルフォン（PES）、ポリイミド（PI）などをあげることができる。本発明においてはポリイミドを最も好ましく利用できる。一般的なポリイミドは熱可塑性を有しないが、本発明に用いることができるポリイミドは熱可塑性のポリイミドである。熱可塑性のポリイミドは熱可塑性を有するポリイミドであれば特に制限はないが、例えば、特開２００７−１９２２４２号公報に記載の化学式（１）の繰り返し構造単位を有する熱可塑性ポリイミド樹脂、化学式（３）の繰り返し構造単位を有する熱可塑性ポリイミド樹脂、化学式（４）および化学式（５）の繰り返し構造単位を有する熱可塑性ポリイミド樹脂、化学式（６）の繰り返し構造単位を有する熱可塑性ポリイミド樹脂を好ましく利用することができ、化学式（３）の繰り返し構造単位を有する熱可塑性ポリイミド樹脂を最も好ましく利用することができる。化学式（３）の繰り返し構造単位を有する熱可塑性ポリイミド樹脂としては、市販の三井化学株式会社製の商品名ＡＵＲＵＭを利用することができる。
【００４０】
こうした高耐熱性熱可塑性樹脂を用いることで、詳細なメカニズムは分かっていないが、特許文献２のような耐熱性の低い熱可塑性樹脂の単純な置き換えでは想定できない、より良好な熱伝導性と高い絶縁破壊強度とを兼ね備えた複合絶縁板を提供できることが分かってきた。
【００４１】
この優れた熱伝導性と絶縁破壊強度を達成できるメカニズムについては、例えば、ホットプレス工程は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも高い温度で行うが、こうした高耐熱性熱可塑性樹脂はガラス転移温度以上の温度での軟化の変化が比較的小さく、場所による温度のばらつきの影響を受けにくくなるために、より安定して熱伝導性充填材粒子を配向させることができること、さらに、高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の粒子径を調整することの相乗効果ではないかと考えている。
【００４２】
さらにこうした高耐熱性熱可塑性樹脂は十分な耐熱性も有することから、本発明の複合絶縁板はこれまでの技術では適用できなかった運転最高温度が２００℃程度となるSiC系パワーモジュールにも利用できる。
【００４３】
複合絶縁板に含まれる熱伝導性充填材粒子は、熱伝導率および熱拡散率が高いほど好ましく、電気的には体積固有抵抗率および絶縁破壊強度が高いほど良い。
【００４４】
一般には熱伝導性充填材粒子としては、アルミナ（Al2O3）、シリカ（SiO２）アルミナ水和物（Al２O3・H2O）、酸化チタン（TiO2）、窒化アルミ（AlN）、窒化ホウ素（BN）、窒化ケイ素（SiC）などが例示さ、本発明においてはいずれも用いることができる。
【００４５】
ここで、本実施形態の熱伝導性充填材粒子は、粒子形状が板状であるものが用いられる。「板状」とは、粒子の厚さに対する直径の比率が２以上であることを表し、より好ましくはこの比率が５以上である。例えば、一般に層状結晶構造を有する粒子は板状になりやすく、こうした粒子を好ましく利用できる。また、熱伝導性充填材粒子は、熱伝導性に異方性を有していても良い。「熱伝導の異方性」とは板状の熱伝導性充填材粒子の面内方向と厚さ方向で熱伝導率が異なることを言う。熱伝導性充填材粒子は、その平均粒径が、大きくなるにつれ粒子間に隙間ができ絶縁板内の密度が上がらず、母材の樹脂が多くなり、熱伝導性が上がらない。また、平均粒径が小さくなるにつれて、充填密度は上がるが、母材との界面が多くなり、絶縁性能低下要因になる。よって、熱伝導性充填材粒子の平均粒径が、０．５μｍ〜６０μｍのものが用いられ、より好適には、平均粒径が２０μｍ〜５０μｍのものが用いられる。
【００４６】
本発明において上記した熱伝導性充填材粒子のいずれも使用することができるが、最も好適には六方晶系窒化ホウ素（以降BN）を用いることができる。BN粒子の結晶は層状結晶であることから結晶面に沿ってヘキカイするため、BN粒子は板状となる。一般的に平均粒径は０．５〜６０μｍで、厚さは０．１〜３μｍ程度である。BNの体積抵抗率は一般的に使用されているアルミナと同等である。BNの熱伝導率はアルミナに比べ厚さ方向で２倍、面内方向で１０倍である。
【００４７】
本実施形態では、熱伝導性充填材粒子の粒子径は、レーザー回折散乱法によって測定されたものが用いられる。たとえば、レーザー散乱式粒度測定装置（島津製作所製、ＳＡＬＤ−３１００）を用いて粒度分布を測定し、累積分布率５０重量％での粒度（Ｄ５０）を「平均粒径」という。
【００４８】
特に限定するものでもないが、本発明のBNの具体例としては、「ＰＴ−１１０（商品名）」（モーメンティブパーフォーマンスマテリアルズジャパン合同会社製、平均粒径４５μｍ）があげられる。これに限らず板状の熱伝導性充填材粒子は粉砕・解砕することで所定の平均粒径の粒子を得ることができる。
【００４９】
高耐熱性熱可塑性樹脂はその粒子径を調整することが好ましい。粒子径を調整する方法は特に制限はないが、破砕する方法を好ましく利用できる。破砕する方法は従来公知の方法が利用でき、例えば、ビーズミル、ロールミルを用いる方法や凍結粉砕する方法などを利用できる。さらに、所望粒径以下の熱可塑性粒子のみを選定する方法を併用することも好ましく利用できる。所望粒径以下の熱可塑性粒子のみを選定する方法としては、従来公知の方法が利用でき、例えば、遠心分離する方法やふるいにかける方法などを利用できる。
【００５０】
粒子径が調整された高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の平均粒子径は、熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の１／４以下であり、かつ、最大粒子径が熱伝導性充填材粒子の平均粒子径の６／５以下であることが好ましく、熱伝導性充填材粒子の平均粒子径以下であることが最も好ましい。この範囲に調整することで熱伝導性充填材粒子に高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子がより吸着しやすくなり、複合絶縁板における熱伝導性充填材粒子の配向が安定し、高い熱伝導性と高い絶縁破壊強度を両立しやすくなる。
【００５１】
複合絶縁板における熱伝導性充填材粒子の配合量は、４０〜９０体積％の範囲である。熱伝導性充填材粒子の配合量が４０体積％以下であると、熱伝導性が十分得られず、配合量が９０体積％以上であると熱伝導性充填材粒子の外表面の熱可塑性樹脂が不足し、絶縁破壊強度が不十分な複合絶縁板となる。好適には配合量が、５５〜８０体積％の範囲である。
【００５２】
高耐熱性熱可塑性樹脂粒子の粒子径を調整することで、熱伝導性充填材粒子に高耐熱性熱可塑性樹脂粒子がきっちりと吸着し、熱伝導性充填材粒子が緻密に配向していることから熱伝導性充填材粒子の配合量が高く設定することが可能となり、より高い熱伝導性を得られることも本発明の特徴であり、メリットである。
【００５３】
図１は本実施形態の複合絶縁板の断面の模式図である。本複合絶縁板は、上面視矩形上に形成されており、紙面上側が複合絶縁板の表面となるよう表示されている。
【００５４】
かかる複合絶縁板は、熱伝導性充填材粒子１が熱可塑性樹脂２に分散され、熱伝導性充填材粒子は熱可塑性樹脂が被覆し、相互に接着し熱可塑性樹脂中に存在した状態である。使用状態においてその両面が半導体素子および放熱フィンと接するようにセットされる。使用に際しては、図1中の矢印方向が電界の印加方向となる。本複合絶縁板は、熱を伝播させたい方向（複合絶縁板の厚み方向）に対し、熱伝導性充填材粒子１の面内方向が所定の配向度の範囲で配向している。
【００５５】
ここで、本実施形態において、複合絶縁板を構成する熱伝導性充填材粒子の「配向度」とは、複合絶縁板の厚み方向（上下方向）を基準とした場合に、板状の熱伝導性充填材粒子１のそれぞれの面内方向が、厚み方向に対しどの程度傾いているか（整列しているか）を示す指標である。すなわち、熱を伝搬させたい方向への熱伝導性充填材粒子１の整列の度合いであり、複合絶縁板が示す熱伝導率で規定する。熱伝導性充填材粒子の面内方向が複合絶縁板の板面に対してつくる角度は、複合絶縁板内に存在する個々の熱伝導性充填材粒子ごとに一定ではない。複合絶縁板の厚さ方向の単位体積当たりの熱抵抗は、その単位体積内に存在する熱伝導性充填材粒子の熱抵抗と熱伝導性充填材粒子の隙間を埋める熱可塑性樹脂の熱抵抗の直列および並列の合成で計算できる。このため、熱伝導性充填材粒子の配合量が同じであれば、複合絶縁板の熱伝導率は複合絶縁板内の熱伝導性充填材粒子の全体の配向度と一定の関係がある。従って、複合絶縁板の熱伝導性充填材粒子の配向度は、複合絶縁板の熱伝導度で表すことができる。
【００５６】
また、この関係は熱伝導性充填材粒子の配合量に依存し、絶縁破壊強度も熱伝導性充填材粒子の配合量に依存することから、結果として絶縁破壊強度に対する熱伝導度で配向度を表現できる。
【００５７】
本発明の中心的な絶縁破壊強度に対する熱伝導度は、絶縁性破壊強度および熱伝導率を横軸と縦軸で表した線図上において、絶縁性破壊強度が７０ｋＶ／ｍｍであるときの熱伝導率が４４．０Ｗ／ｍ・Ｋとなる点と絶縁性破壊強度が２００ｋＶ／ｍｍであるときの熱伝導率が８．５１Ｗ／ｍ・Ｋとなる点を結んだ直線であり、本発明においては、この直線を基準（中心）として、熱伝導率が所定範囲内である熱伝導性充填材料粒子が配向されたものであり、具体的には、前記直線を基準として、熱伝導率が−８Ｗ／ｍ・Ｋから＋８Ｗ／ｍ・Ｋの範囲の熱電度率を有するように熱伝導性充填材粒子が配向している。
【００５８】
熱伝導率は、例えば、後述の高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子径を調整する粒子径調整工程等でより粗大粒子を減らすことでより高い熱伝導率となり、粗大粒子が多いと熱伝導率が少し低くなる。
【００５９】
本実施形態の複合絶縁板内の熱伝導性充填材粒子の配向度は複合絶縁板の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上から３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となる配向度である。熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下となる配向度では、用途によっては複合絶縁板としての熱伝導性は不十分となる場合がある。熱伝導率３５Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる配向では、複合絶縁板の絶縁破壊強度が徐々に悪化する。
【００６０】
本実施形態の複合絶縁板は絶縁破壊強度が１２０ｋＶ／ｍｍ以上のものである。好適には絶縁破壊強度の平均値が１１０ｋＶ／ｍｍである。絶縁破壊強度が９５ｋＶ／ｍｍ以下では、複合絶縁板の熱伝導性充填材粒子の配向度が高く、複合絶縁板の厚さ方向に熱伝導性充填材粒子の面内方向がつながり絶縁上の弱点が多くなる。
【００６１】
本実施形態の複合絶縁板の密度は１．７ｇ／ｃｍ３以上である。１．７ｇ／ｃｍ３以下では、複合絶縁板としての熱伝導性は不十分である。
【００６２】
複合絶縁板の熱伝導性充填材粒子と熱可塑性樹脂は、それぞれ材料本来の絶縁破壊強度を有しているが、両者の誘電率の違いから、その界面では電界の変歪があり、電界が高い部分ができ絶縁的な弱点となる。このため、配向度を上げていくこと、すなわち電界方向に熱伝導性充填材粒子の面内方向が配向するため、粒子の界面が電界方向に連続してしまうため、絶縁性能は低下する。一方、配向度を上げることで、熱伝導率は向上する。このように配向度は両特性に対して背反するため、絶縁破壊強度が十分で、かつ熱伝導性の良い適切な配向度が存在し、本発明の製造方法の条件を適切に制御し、使用目的で要求される絶縁破壊強度と熱伝導率を発現する複合絶縁板を提供できる。
【００６３】
上記の複合絶縁板の製造方法に関しても本発明の範囲内である。
【００６４】
図２、図３を参照して、本発明の一実施形態における複合絶縁板の製造方法について説明する。なお、以下の実施形態は本発明を具体化した一例にすぎず、本発明の主旨を変更しない範囲で、実施形態を適宜変更できることは言うまでもない。
【００６５】
図２は第一実施形態の複合絶縁板の製造方法を示す工程図である。本製造方法では、高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子径を調整する粒子径調整工程（Ｐ）、熱伝導性充填材粒子の表面に熱可塑性樹脂が吸着して複合化された複合粒子を含むスラリーを作製するスラリー工程（Ｓ１）、複合粒子が分散したスラリーを型枠に導入する導入工程（Ｓ２）、型枠内で遠心力によって複合粒子を沈降させ固液分離する遠心分離工程（Ｓ３）、沈降した堆積物を加圧する押圧工程（Ｓ４）、型枠を外して成形体を取出す離型工程（Ｓ５）、成形体を加熱しながら加圧するホットプレス工程（Ｓ６）を経て製造される。
【００６６】
なお、本実施形態の製造方法で用いる複合粒子は、予め製作されたものを使うこともできる。なお、本実施形態においては、その製造工程に複合粒子作製工程（Ｓ０）を備えて、複合絶縁板の製造方法が構成されている。また、複合粒子を構成する熱可塑性樹脂粒子は予め製作されたものを使うこともできる。実施形態では、その製造方法（Ｐ）を備えて、複合絶縁板の製造方法が構成されている。
【００６７】
複合絶縁板に用いる複合粒子やその複合粒子の製造方法に関しても本発明の範囲内である。
【００６８】
本製造工程で使用される複合粒子は、主粒子(粒径が大きい粒子)表面に、主粒子に比べて粒径が小さな吸着粒子が吸着され、全体として一つの粒子として一体となった態様を有するものであり、主粒子は、熱伝導性充填材粒子であり、吸着粒子は高耐熱性熱可塑性樹脂粒子である。
【００６９】
主粒子の平均粒子径に対して吸着粒子の平均粒子径が１／４以下であることが好ましい。また、吸着粒子の最大粒子径が主粒子の平均粒子径の６／５以下であることが好ましく、主粒子の平均粒子径以下であることがより好ましい。主粒子の平均粒子径が４５μｍの場合、吸着粒子の平均粒子径は１１μｍ以下であることが好ましい。また、吸着粒子の最大粒子径が５４μｍ以下であることが好ましく、４５μｍ以下であることがより好ましい。
【００７０】
複合粒子の主粒子である熱伝導性充填材粒子と、吸着粒子である熱可塑性樹脂粒子のそれぞれの平均粒径の関係は、複合絶縁板の絶縁破壊強度および熱伝導率に大きく影響する。高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子径を調整する粒子径調整工程（Ｐ）は、高耐熱性熱可塑性樹脂の粒子径を前述の好ましい範囲にするための工程で、例えば、熱可塑性樹脂を破砕する工程（P０）をあげることができ、さらに、Ｐ０工程に引き続き、破砕した粒子を所定のサイズに選定する工程（P１）を経ることが好ましい。
【００７１】
複合粒子作製工程（Ｓ０）は、粒径の大きい方の主粒子（熱伝導性充填材粒子）の表面に、粒径の小さい方の粒子（熱可塑性樹脂粒子）を吸着粒子として吸着させて複合粒子を作製する工程であり、本実施形態においては、吸着粒子の表面電荷と、熱伝導性充填材粒子の表面電荷とが、反対電荷となるようにそれぞれ調整された後、液中において両粒子を混合することで、静電引力により熱伝導性充填材粒子（主粒子）に熱可塑性樹脂粒子（吸着粒子）が吸着されるようになっている。
【００７２】
ここでは、吸着粒子の表面電荷を負に調整し、主粒子の表面電荷を正に調整する場合について説明するが、吸着粒子の表面電荷を正に調整し、主粒子の表面電荷を負に調整しても良い。
【００７３】
具体的には、親水性を高めると共に負の表面電位を高めさせるため、界面活性剤に吸着粒子を浸漬させた。次に２種類の高分子電解質溶液に順に吸着粒子を浸漬した。これらの濃度は各溶液が吸着粒子表面全体に吸着するために十分な濃度である。なお、各溶液に浸漬する前に吸着粒子はイオン交換水中での洗浄処理を実施した。最終的に吸着粒子の表面電位は負に調整した。一方、同様な方法で熱伝導性充填材粒子の表面電位を最終的に正に調整し、主粒子とした。表面電位を負とした吸着粒子および表面電位を正とした主粒子をイオン交換水中で混合し、静電相互作用により主粒子表面に吸着粒子が吸着した複合粒子を作製した。
【００７４】
こうして作製した複合粒子を後述のスラリー工程（Ｓ１）において複合粒子を低粘度液体と混ぜてスラリー状にする前に、複合粒子に洗浄処理を施すことはより好ましい実施形態である。洗浄処理の具体的な方法としては、表面電位を負とした吸着粒子および表面電位を正とした主粒子をイオン交換水中で混合した液を十分に攪拌して吸着させた後、複合粒子が沈降するまでしばらく放置する。粒子の沈殿が確認出来たら、複合粒子を排出しないように注意して上澄み液を捨てる。さらに、イオン交換水を加えて十分に攪拌する。この操作を２から６回程度繰り返す。この操作により選択的に粒子径の大きい熱可塑性樹脂粒子が脱離し、粒子径の小さい熱可塑性樹脂粒子が強固に吸着した複合粒子となる。
【００７５】
スラリー工程（Ｓ１）は、複合粒子を低粘度液体と混ぜてスラリー状にする工程である。本工程で、複合粒子を溶解しない低粘度液体を用いてスラリーにすることで低い遠心力で容易に複合粒子を緻密化させることができる。この時の溶媒としてはイオン物質の極力すくない低粘度液体であることが望ましい。低粘度とは、常温の動粘度として１センチストークス程度以下である。好適にはイオン交換水である。
【００７６】
導入工程（Ｓ２）は、Ｓ１の工程で作られたスラリーを型枠に入れる工程である。なお、本実施形態において、型枠には、上面を開口する有底の容器であって、好適には、底部が平面状に形成されたものが用いられる。
【００７７】
遠心分離工程（Ｓ３）は、複合粒子を配向させ、かつ固液分離するために遠心力を加える工程である。遠心力は、遠心力＝（回転数）×（回転中心から複合粒子までの距離）×（複合粒子の重量）で算出する。キャビティ内に導入したスラリーに対して遠心力を作用させることにより、スラリーの複合粒子を液体から分離させつつ、遠心力の作用方向と交差する面に堆積させる。複合粒子を水のような低粘度液体中に分散させスラリーを作ることで、遠心力で複合粒子を容易に沈降させ、得られる複合粒子の堆積物において、複合粒子の配向性を向上させることができる。
【００７８】
低粘度液体中に分散させずに単純にドライな粉体状態で型に入れて機械的圧力のみを加え、複合粒子の密度を高める方法もあるが、複合粒子同士が動き難く、複合粒子が配向出来ない上、粒子間に隙間が出来やすく緻密な構造にならない。
【００７９】
一方、本製造方法によれば、遠心分離工程（S３）の工程では型枠に遠心力を付与することで複合粒子の板面が遠心力の作用方向と交差するように沈降し、複合粒子が配向しつつ沈降して堆積物ができる。
【００８０】
押圧工程（Ｓ４）は、遠心分離工程（Ｓ３）の工程で作られた堆積物に遠心力の作用方向と同方向に機械的に面圧を加える工程である。前工程の遠心分離工程（Ｓ３）では、複合粒子の重量で決まる遠心力しか複合粒子に力を与えることが出来ない。このため、前記堆積物の密度を更に上げるため、遠心力の作用方向と同方向に機械的に面圧を加える本工程が設けられている。
【００８１】
離型工程（Ｓ５）は、押圧工程（Ｓ４）でできた成形体を型枠から取り外す工程である。図４は取り出した成形体の模式図である。前記成形体は複合粒子が塊となった状態で、複合粒子を構成する熱伝導性充填材粒子の板面が成形体の底面と整列するように配向した状態である。
【００８２】
ホットプレス工程（Ｓ６）は、遠心力と交差する方向（図３に図示）つまり複合粒子の面内方向に熱可塑性樹脂の融点温度以上、耐熱温度以下で加熱しながら、プレスする工程である。なお、熱可塑性樹脂が実質的に非晶性の場合は温度に対するメルトフローレイトを測定して溶融流動を開始する温度を融点として扱う。ホットプレスの継続時間は熱可塑性樹脂の溶融温度で適宜決められた時間である。この工程により、熱可塑性樹脂は融点温度以上になり、溶融して熱伝導性充填材粒子の界面に流動して隙間をなくすように樹脂層を形成する。ホットプレス時の温度は、熱可塑性樹脂の組成で決まる融点温度以上で設定する。ホットプレスの加熱温度は、高いほうが樹脂の流動性が高まり、充填剤粒子間に流れ込み安くなる。このため、熱伝導率を上げるために充填剤粒子の充填密度を上げ、充填粒子間の隙間が小さくなっても、樹脂が流れ込み安くなるため絶縁破壊強度の低下を抑制することができる。加熱温度の上限は樹脂を構成する高分子が劣化し始める温度より低い温度である。ホットプレスの圧力は高くすることで、熱伝導性充填材粒子間の距離を短くすると共に、熱可塑性樹脂内のボイドを追い出すことができ、複合絶縁板の密度が上がる。配向した熱伝導性充填材粒子同士を面内方向に距離を近づけるように力が加わり、熱伝導性充填材粒子の間に存在する空隙が無くなるか、または距離が近くなり、熱抵抗が低下する。さらに、一部の熱伝導性充填材粒子同士の端部（側面）が直接接触した状態になる。これは、複合粒子において、熱可塑性樹脂粒子は熱伝導性充填材粒子の板面に吸着し、板上の熱伝導性充填材粒子の厚さに比べ熱可塑性樹脂粒子の粒径は十分大きいため、熱伝導性充填材粒子の側面には吸着し難いため、ホットプレス時の圧力で熱伝導性充填材粒子どうしが直接接触する。この工程は、真空中で行えば、樹脂中のボイドを更になくすることができ絶縁破壊強度を向上させることができる。
【００８３】
なお、本発明の製造方法によって作られた複合絶縁板の絶縁性および熱伝導性は、以下の評価方法によって測定された値が用いられる。なお、複合絶縁板は方向によってその特性が大きく違うため、実使用の方向、すなわち厚さ方向での測定値が用いられる。
【００８４】
絶縁性の評価方法を説明する。本発明の複合絶縁板を研磨紙で厚さ約１ｍｍ程度に研磨したものを試料として、マッケオン型電極の１対の電極の間に挟み、試料表面の気中で絶縁破壊することを防止するため、試料および電極のまわりをエポキシ樹脂でモールドした。室温にて上昇率１ｋＶ／秒の直流ランプ電圧を印加し、絶縁破壊電圧を測定した。絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）は絶縁破壊電圧をマッケオン電極系作製後の実際の試料厚さで除することにより算出した。試料を変えて複数回、好適には１０回以上試験を行い、その平均値を「絶縁破壊強度」とする。
【００８５】
熱伝導性の評価方法を説明する。本発明の複合絶縁板を直径１０ｍｍ、 厚さ１ｍｍの円盤状に切り出したものを試料とし、レーザフラッシュ法にて室温下における熱拡散率（ｍ２／秒）および比熱容量（Ｊ／ｇ・Ｋ）とを測定する。熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、この測定値とアルキメデス法にて常温で測定した密度から計算した値を「熱伝導率」とする。
【実施例】
【００８６】
以下、本発明の製造方法による効果を検証するための実験例を説明する。図４は本発明の製造方法を用いて製造条件を変えたときの絶縁破壊強度と熱伝導率の関係の図である。図の縦軸は絶縁破壊強度（ｋＶ／ｍｍ）、横軸は熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。図中×印および＋印のプロットは、前掲の非特許文献１および２で開示された結果である。
【００８７】
非特許文献1では、熱伝導性充填材粒子としてのBNとエポキシ樹脂とを用い製造条件を変えて複合絶縁板を作製し、絶縁破壊強度と熱伝導率を測定している。その結果によれば、ここで作製した複合絶縁板の絶縁破壊強度は市場の要求する１００ｋＶ／ｍｍ超えるものがあるが、熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ程度以下で市場の要求する１０Ｗ／ｍ・Ｋに比べ極めて低い値である。一方、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるものは、絶縁破壊強度が６０ｋＶ／ｍｍで市場の要求値に比べ低い値に留まっており、熱伝導率と絶縁破壊強度との両者を満足するものは得られていない。
【００８８】
同様に特許文献２では、同一の構成の複合絶縁板の絶縁破壊強度は６０ｋＶ／ｍｍ以下で熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ以下と極めて低い値である。
【００８９】
（実験例１；比較例）
図４、５中のＡのプロットは次の条件で作製した試料Ａの熱伝導率と絶縁破壊強度である。熱伝導率は１９±２Ｗ／ｍ・Ｋで、絶縁破壊強度の平均値（Ｘ）は１１０ｋＶ／ｍｍであった。
【００９０】
試料Ａの熱可塑性樹脂としては、平均粒子径４μｍのポリメタクリル酸メチル（PMMA）を用いた。熱伝導性充填材粒子としては前掲の六方晶BN「ＰＴ−１１０（商品名）」（モーメンティブパーフォーマンスマテリアルズジャパン合同会社製）を用いた。面内方向の平均粒径４５μｍであった。BNは黒鉛に似た板状結晶の粒子形状で、面内方向の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋで厚さ方向の熱伝導率６０Ｗ／ｍ・Ｋに比べ３倍以上となっている。熱可塑性樹脂と熱伝導性充填材粒子と用いてＳ０の工程で複合粒子を作製した。
【００９１】
次にPMMA粒子表面の親水性を高めると同時に負の表面電位を高めさせるため、濃度5 g/Ｌの界面活性剤であるデオキシコール酸ナトリウム(SDC)にPMMA粒子を浸漬した。次に高分子電解質である濃度５０g/Ｌのポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド(PDDA)，濃度１０ｇ／Ｌのポリスチレンスルホン酸ナトリウム(PSS)の順にPMMA粒子を浸漬した。SDC、PDDAおよびPSSの濃度はそれらがPMMA表面全体に吸着するために十分な濃度とした。各溶液に浸漬する前にPMMA粒子はイオン交換水中での洗浄処理を実施した。最終的にPMMA粒子の表面電位は負に調整した。一方、同様な方法でBN粒子の表面電位を最終的に正に調整し、主粒子とした。表面電位を負としたPMMA吸着粒子および表面電位を正としたBN主粒子をイオン交換水中で混合し、静電相互作用によりBN主粒子表面にPMMA吸着粒子が吸着した複合粒子を作製した。
【００９２】
Ｓ０の工程で作製された複合粒子は、Ｓ１の工程で導電率１〜１０μS／ｃｍのイオン交換水の中に溶かしスラリー状にした。
【００９３】
Ｓ２の工程では、Ｓ１の工程で作られたスラリーを１２ｍｍ×４０ｍｍで厚さ３ｍｍの板状キャビティを有する型枠（図８）に導入した。
【００９４】
Ｓ３の工程で、Ｓ２の工程でスラリーが入った型枠を図中の矢印の方向に遠心分離機を用いて遠心力を与えた。遠心力は複合粒子１個あたり約５μＮで、１０分間与え、固液分離すると共に複合粒子を沈降させた。粒子１個当たりの遠心力は、遠心力＝（回転数）×（回転中心からの距離）×（複合粒子の重量）で算出した。ここで、回転数：３０００ｒｐｍ、回転中心から複合粒子までの平均距離：１７００ｍｍ、複合粒子の重量：２．８７×１０−９ｇ［＝（PMMA密度：１．２g/cm3）×（PMMA粒子体積：３．３５×１０−１１cm3）＋（BN密度：２．１g/cm3）×（BN体積：１．３５×１０−９cm3）］であった。型枠の低面（A面）と交差する方向に遠心力を作用することで複合粒子の板状面が型枠の底面に向くように沈降し、スラリーの液体が型枠の隙間から逃げることにより１２ｍｍ×１３ｍｍで厚さ３ｍｍの複合粒子の堆積物ができた。
【００９５】
Ｓ４の工程で遠心力の作用方向と同方向に型枠の開口部３と同一形状の板で機械的圧力を加え１２ｍｍ×１３ｍｍで厚さ３ｍｍの堆積物を１２ｍｍ×１０ｍｍで厚さ３ｍｍまで圧縮し成形体とした。
【００９６】
Ｓ５の工程では、Ｓ４の工程で作製した成形体を型枠から取り外した。
【００９７】
Ｓ６の工程ではＳ５の工程で作製した成形体の３ｍｍの厚さ方向にPMMAの融点以上の温度１６０℃でホットプレスを１時間行った。PMMAでは８０〜１００℃で軟化し、１６０〜２６０℃で溶融し熱成形するため、ここでは１６０℃でホットプレスした。ホットプレス圧力はφ１０ｍｍの面で５０ＭＰａの圧力である。
【００９８】
本比較例の複合絶縁板の密度は１．８４g/cm3、BN粒子の配合量は５９体積％であった。ここで用いたBN粒子の密度は２．１g/cm3、PMMA粒子密度は１．２g/cm3であった。
【００９９】
（実験例２；比較例）
図４、５中のＢのプロットの試料Ｂは、試料Ａの製造方法および条件の内、Ｓ４の工程を省略して、Ｓ４の押圧工程の効果を検証した試料である。すなわち、Ｓ３工程で遠心分離機によって複合粒子を配向させ、固液分離で液分を除去した堆積物を作製した後、Ｓ４の工程での遠心力の作用方向の機械的圧力を印加しないでＳ５の工程で型枠から取り外し、Ｓ６の工程でホットプレスした試料である。ＢはＡに比べ絶縁破壊強度は２０％程度高いが、熱伝導率は１／２程度であった。
【０１００】
（実験例３；比較例）
図４、５中のＣのプロットの試料Ｃは複合粒子におけるBN粒子表面のPMMA粒子の吸着量を約半分程度にし、試料Ａと同一方法、同一条件で作製した試料である。この試料の絶縁破壊強度は試料Ａに比べ平均値で１０％程度低下したが、熱伝導率は逆に平均値で１０％程度上昇した。
【０１０１】
（実験例４；本発明）
熱可塑性ポリイミド（三井化学株式会社製ＡＵＲＵＭ）を用いてＰ０熱可塑性樹脂の破砕工程として凍結粉砕を行った。予備凍結として１０分（５ｒｐｓ）、凍結維持粉砕として２０分（２５ｒｐｓ）の処理を行った。引き続きＰ１破砕粒子の分球工程として２０μｍのメッシュにて分球した。分球後の粒子径の最大値は４５μｍで、平均粒径は１０．９μｍであった。この粒子を用いて、ホットプレス温度は４００℃、５０MPaに変更した以外は試料Ａと同一の方法により図４、５中のＤのプロットの試料Ｄ（本発明）を作製した。アルキメデス法で測定した試料密度から求めたBN粒子の体積含有率は５７％であった。
【０１０２】
試料Ｄの熱伝導率は１７±２Ｗ／ｍ・Ｋで、絶縁破壊強度の平均値（Ｘ）は１６５ｋＶ／ｍｍであった。
【０１０３】
図６−ａは実験例４の複合粒子の電子顕微鏡写真である。BN粒子の板面はPI粒子で覆われていることがわかる。図６−ｂは実験例でＰ１破砕粒子の分球工程を省いた時の複合粒子の電子顕微鏡写真である。これらの比較から、分球により粒子径の大きな粒子を除去することにより多くのPI粒子がBN粒子を被覆することがわかる。
【０１０４】
（実験例５；本発明）
PI粒子の比率を変えた以外は実施例４と同様にして図５中のＥのプロットの試料Ｅ（本発明）を作製した。BN粒子の体積含有率が４６％、熱伝導率が１１Ｗ／ｍ・Ｋ、絶縁破壊強度の平均値が２００ｋＶ／ｍｍだった。
【０１０５】
（実験例６；本発明）
PI粒子の比率を変えた以外は実施例４と同様にして図５中のＦのプロットの試料Ｆ（本発明）を作製した。BN粒子の体積含有率が５０％、熱伝導率が１３Ｗ／ｍ・Ｋ、絶縁破壊強度の平均値が１７０ｋＶ／ｍｍだった。
【０１０６】
（実験例７；本発明）
PI粒子の比率を変えた以外は実施例４と同様にして図５中のＧのプロットの試料Ｇ（本発明）を作製した。BN粒子の体積含有率が７６％、熱伝導率が２１Ｗ／ｍ・Ｋ、絶縁破壊強度の平均値が１６０ｋＶ／ｍｍだった。
【０１０７】
（実験例８；本発明）
実施例４において、BN主粒子表面にPMMA吸着粒子が吸着した複合粒子をイオン交換水中で十分に攪拌して吸着させた後、複合粒子が沈降するまでしばらく放置する。粒子の沈殿が確認出来たら、複合粒子を排出しないように注意して上澄み液を捨てる。さらに、イオン交換水を加えて十分に攪拌する。この操作を６回程度繰り返した。これ以外は実施例４と同様にして図５中のＨのプロットの試料Ｈ（本発明）を作製した。BN粒子の体積含有率は８２％、熱伝導率が４２Ｗ／ｍ・Ｋ、絶縁破壊強度の平均値が８０ｋＶ／ｍｍだった。
【０１０８】
また、本実施例の洗浄後の複合粒子の電子顕微鏡写真を図７に示す。洗浄処理により、粗大粒子がなくなり、比較的均一でより小粒子径のPI微粒子が吸着していることが分かる。
【０１０９】
上述の各実験例から明らかなように、PI粒子の比率を変えることにより、BN粒子の体液含有率を任意に調整することが可能であるが、PI粒子をBN粒子に吸着させた複合粒子を洗浄することにより、粗大粒子が離脱することからBN粒子の体積含有率を増大させる結果となる。そのため、熱伝導率は増加する一方、絶縁破壊強度は低下することとなるが、絶縁性破壊強度を縦軸とし、熱伝導率を横軸とする線図（図５参照）において、Ｅ点近傍とＨ点近傍の２点（絶縁性破壊強度が７０ｋＶ／ｍｍかつ熱伝導率が４４．０Ｗ／ｍ・Ｋとなる点と絶縁性破壊強度が２００ｋＶ／ｍｍかつ熱伝導率が８．５１Ｗ／ｍ・Ｋとなる点）を結んだ直線上の性質を有する複合粒子を製造することができる。すなわち、洗浄工程を施すことにより、熱伝導率の増加と絶縁破壊強度の低下を線形に変化させることが可能となる。さらに、PI粒子の比率を変えれば、前記に示した直線を基準として熱伝導率が−８Ｗ／ｍ・Ｋから＋８Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にある複合粒子を製造することができる。
【０１１０】
図９は試料Ａ（破線）と試料Ｄ（実線）の熱重量測定（ＴＧ）の測定結果である。３％の重量減量で比較すると試料Ａは２９２℃、試料Ｄは５３３℃であり本発明の試料は耐熱性が大きく向上していることがわかる。
【０１１１】
上記のような性質は、前記線図上の直線を基準として熱伝導率が−８Ｗ／ｍ・Ｋから＋８Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内にある粒子について、耐熱温度に差を有するものの、同様に試料Ａよりも耐熱性があることを確認した。
【０１１２】
以上のように製造方法にかかる実施形態によって複合絶縁板を製造することができる。本発明は、かかる製造方法によって製造された複合絶縁板を含むものである。
【符号の説明】
【０１１３】
１  熱伝導性充填材粒子
２  熱可塑性樹脂
３  型枠の開口部（キャビティの開口部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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