特許 7123525 放熱性フィラーおよびそれを含む放熱性樹脂組成物、放熱性フィラーの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-15

(45)【発行日】2022-08-23

(54)【発明の名称】放熱性フィラーおよびそれを含む放熱性樹脂組成物、放熱性フィラーの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C09C 1/62 20060101AFI20220816BHJP

   C09C 3/06 20060101ALI20220816BHJP

   C09C 1/64 20060101ALI20220816BHJP

   C08L 101/00 20060101ALI20220816BHJP

   C08K 9/02 20060101ALI20220816BHJP

   C09K 5/12 20060101ALI20220816BHJP

【ＦＩ】

C09C1/62

C09C3/06

C09C1/64

C08L101/00

C08K9/02

C09K5/12 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017057550

(22)【出願日】2017-03-23

(65)【公開番号】P2018159012

(43)【公開日】2018-10-11

【審査請求日】2020-01-24

(73)【特許権者】

【識別番号】399054321

【氏名又は名称】東洋アルミニウム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 祥子

【審査官】仁科 努

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／０３５４９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２０６５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６２８０５８３（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５２３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１３４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４５３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０５３８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１０８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０１２４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２２００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０３６９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２０９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１７２４４４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０９Ｃ １／６２

Ｃ０８Ｌ １０１／００

Ｃ０８Ｋ ９／０２

Ｃ０９Ｋ ５／１２

Ｃ０９Ｃ １／６４

Ｃ０９Ｃ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属粉末と、前記金属粉末の表面に形成された金属酸化物被膜とを含む放熱性フィラーであって、
前記放熱性フィラーは、ＢＥＴ法により測定した比表面積の実測値をＡとし、その形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値をＢとしたとき、Ａ／Ｂが１以上５以下であり、
前記金属粉末は、粒子の集合体である粉粒体であり、
前記金属粉末は、その平均粒子径Ｄ５０が１１μｍ以上であり、
前記金属酸化物被膜は、シリカであり、
前記金属酸化物被膜は、前記金属粉末１００質量部に対し、０．１質量部以上４０質量部以下含まれ、
前記金属酸化物被膜の厚みは、０．５μｍ以下であり、
前記放熱性フィラーは、その平均粒子径Ｄ５０が１１．２μｍ以上１００μｍ以下である、放熱性フィラー。

【請求項2】

前記金属粉末は、アルミニウム粉末である、請求項１に記載の放熱性フィラー。

【請求項3】

請求項１または２に記載の放熱性フィラーと、樹脂とを含む放熱性樹脂組成物であって、
前記放熱性フィラーは、前記放熱性樹脂組成物１００質量部中に、１０質量部以上９０質量部以下含まれる、放熱性樹脂組成物。

【請求項4】

請求項１または２に記載の放熱性フィラーを製造する放熱性フィラーの製造方法であって、
ゾルゲル法によって前記金属粉末の表面に金属酸化物被膜を被覆する工程を含む、放熱性フィラーの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱性フィラーおよびそれを含む放熱性樹脂組成物に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、省エネルギーかつ環境対応型の製品開発が進んでいる。そのような製品の例として、たとえば自動車に搭載される照明機器としてのＬＥＤ照明、石油エネルギーに代替するエネルギー源としての太陽電池などが挙げられる。

【0003】

ＬＥＤ照明ではＬＥＤパッケージから発生する熱によって、ＬＥＤ自体の寿命が極端に短くなるため、この熱を効率的に放熱できるＬＥＤパッケージが求められている。太陽電池では、そのデバイスから発生する熱の放熱対策を講じる必要があるとされる。

【0004】

さらに半導体デバイス、ＩＣなどの半導体素子では、内部回路の高集積化が進んでいる。これに伴って半導体素子においても、単位体積あたりの発熱量が増大しており、この熱を効率的に放熱できるパッケージが求められている。半導体素子は、パッケージで包装されることによって外部から保護されている。

【0005】

従来、これらのパッケージの材料として放熱性に優れるセラミックスが用いられてきた。しかしながら、材料コストの削減を目的に、セラミックスからエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂に代替されているものの、樹脂の放熱性は極めて低いことが知られる。このため、放熱性に優れた無機物質を樹脂中に添加したパッケージが登場している。以下、本明細書において、樹脂に無機物質など樹脂以外の成分を添加したものを「樹脂組成物」と記し、その中で優れた放熱性を示すものを「放熱性樹脂組成物」と記す。

【0006】

上記無機物質としては、シリカ、アルミナ、窒化硼素（ＢＮ）、金属粉末などが用いられている。樹脂を用いたパッケージでは、これらの無機物質から、その組成および添加量が適宜選択されることにより、その熱伝導率が調整され、放熱性が高められている。ただしアルミナは、成形時に金型を摩耗するという難点があり、ＢＮは、そのものが高価である。このため、シリカが樹脂に添加する無機物質として好適に用いられている。特に、熱伝導率が高い結晶シリカが汎用されている。

【0007】

特開平０５－０８６２４６号公報（特許文献１）には、熱伝導性（放熱性）の高い金属粉末を放熱性フィラーとして含有した熱伝導性樹脂組成物が開示されている。上記金属粉末を放熱性フィラーとして用いる場合、金属粉末自体が電気伝導性を有することになる。このため、放熱性に加えて絶縁性が要求される用途では、金属粉末をそのまま放熱性フィラーとして使用することができない。

【0008】

特開２０１２－０７２３６４号公報（特許文献２）には、金属粉末表面を樹脂または酸化物で被覆することにより電気絶縁性を向上させた放熱性フィラーが開示されている。特開２０１３－１２２００３号公報（特許文献３）には、金属粉末表面にベーマイト由来の酸化アルミニウムで表面処理することにより被膜を形成し、電気絶縁性を向上させた放熱性フィラーが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開平０５－０８６２４６号公報

【文献】特開２０１２－０７２３６４号公報

【文献】特開２０１３－１２２００３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

特許文献２および特許文献３の放熱性フィラーは、表面処理によってフィラーの比表面積が増大し、樹脂中に練り込む場合に粘度が高くなることよって樹脂への充填性が低下する。放熱性フィラーの樹脂への充填量が不足すると、十分な熱伝導性が発揮されない傾向があった。すなわち優れた放熱性を示すためには、放熱性フィラーの樹脂への充填性を改善する余地があった。

【0011】

本発明は、上記実情に鑑みてなされ、樹脂への優れた充填性を有する放熱性フィラーおよびそれを含む放熱性樹脂組成物を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討し、本発明に到達した。金属粉末の表面に均一かつ平滑な金属酸化物被膜を形成して比表面積の増加を抑えることにより、高い電気絶縁性とともに樹脂への高い充填性を得ることができる放熱性フィラーを達成した。このような放熱性フィラーは、優れた放熱性を有するものと期待することができる。

【0013】

すなわち本発明に係る放熱性フィラーは、金属粉末と、上記金属粉末の表面に形成された金属酸化物被膜とを含む放熱性フィラーであって、上記放熱性フィラーは、ＢＥＴ法により測定した比表面積の実測値をＡとし、その形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値をＢとしたとき、Ａ／Ｂが１以上５以下である。

【0014】

上記金属粉末は、アルミニウム粉末であることが好ましい。
上記金属酸化物被膜は、シリカまたはアルミナであることが好ましい。

【0015】

上記放熱性フィラーは、その平均粒子径Ｄ５０が０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

【0016】

上記金属酸化物被膜は、上記金属粉末１００質量部に対し、０．１質量部以上４０質量部以下含まれることが好ましい。

【0017】

本発明に係る放熱性樹脂組成物は、上記放熱性フィラーと、樹脂とを含む放熱性樹脂組成物であって、上記放熱性フィラーは、上記放熱性樹脂組成物１００質量部中に、１０質量部以上９０質量部以下含まれる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、樹脂への優れた充填性を有する放熱性フィラーおよびそれを含む放熱性樹脂組成物を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明に係る放熱フィラーについて詳細に説明する。
［放熱フィラー］
本発明に係る放熱性フィラーは、金属粉末と、該金属粉末の表面に形成された金属酸化物被膜とを含む。放熱性フィラーは、ＢＥＴ法により測定した比表面積の実測値をＡとし、その形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値をＢとしたとき、Ａ／Ｂが１以上５以下である。

【0020】

本発明に係る放熱性フィラーは、上記構成により、樹脂への充填量を増大することができるため、十分な熱伝導性を発揮し、もって優れた放熱性を示すことが可能となる。さらに金属粉末の表面に形成した金属酸化物被膜によって絶縁破壊を起こりにくくすることができ、放熱性フィラーに優れた電気絶縁性を備えさせることもできる。

【0021】

放熱性フィラーは、上述のとおりＢＥＴ法により測定した比表面積の実測値をＡとし、その形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値をＢとしたとき、Ａ／Ｂが１以上５以下である。上記Ａ／Ｂは、１以上４．５以下であることが好ましい。放熱性フィラーは、Ａ／Ｂの値が上述の範囲に収まることにより、樹脂への充填性を向上させることができる。

【0022】

放熱性フィラーの比表面積の実測値であるＡは、たとえば以下の装置を用いて測定することができる。すなわち、全自動比表面積測定装置（商品名：「Ｍａｃｓｏｒｂ（登録商標）ＨＭ Ｍｏｄｅｌ－１２０１」、株式会社マウンテック製）を用い、窒素雰囲気下で１５０℃かつ１２０分の条件の下で前処理した後、ＢＥＴ法により測定する。

【0023】

放熱性フィラーの形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値であるＢは、次の計算により求めることができる。すなわち、まず放熱性フィラーの平均粒子径（５０％累積体積基準粒子径：Ｄ５０）を測定する際に得られる粒子径分布のデータから、放熱性フィラーの体積当たりの表面積の値ＣＳ（ｍ²／ｍＬ）を算出する。次に、算出したＣＳを、放熱性フィラーの真比重（ｇ／ｍＬ）で除する。これにより放熱性フィラーの形状を球形と仮定した場合の比表面積が求められる。

【0024】

ＣＳは、所定の粒子径の範囲の代表径ｄｉと当該範囲に分布している放熱性フィラーの粒子の表面積ａｉを積算した値Σ（ａｉ×ｄｉ）を、粒子の表面積の総和Σａｉで除した値である面積平均径（ＭＡ）を用いて下記式に基づき計算される。
ＣＳ＝６／ＭＡ
ただし、ＭＡ＝｛Σ（ａｉ×ｄｉ）｝／Σａｉ。

【0025】

さらに放熱性フィラーの平均粒子径Ｄ５０は、レーザー回折・散乱法を用いた粒子径分布測定装置（商品名：「ＭＴ３０００ＩＩシリーズ」、マイクロトラック・ベル株式会社製）を用い、アルコール溶媒中で測定することにより求めることができる。放熱性フィラーは、その平均粒子径Ｄ５０が０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。放熱性フィラーの平均粒子径Ｄ５０は、１μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。上記Ｄ５０が０．１μｍ未満である場合、粒子が小さく均一な被覆が困難となる傾向がある。上記Ｄ５０が１００μｍを超える場合、比表面積が小さくなるために充填性の向上効果が得られにくくなる傾向がある。

【0026】

＜金属粉末＞
本発明に係る放熱性フィラーは、金属粉末を含む。金属粉末は、熱伝導性を有する金属であれば用いることができ、特に限定されるべきではない。金属粉末の形態は、粒子の集合体である粉粒体であることが好ましい。金属粉末として、たとえばアルミニウム、銅、ニッケル、珪素、亜鉛および錫からなる群より選択される１種以上の金属または該金属の合金の粉末を用いることが好ましい。特に、アルミニウム粉末またはニッケル粉末であることがより好ましい。金属粉末は、アルミニウム粉末であることが最も好ましい。アルミニウムは、熱伝導性、軽量性、コストのバランスがよいという利点がある。これらの金属の純度は、特に限定されるべきではなく、いかなる純度のものも用いることができる。ここで本明細書において、一般的に半金属として捉えられている珪素については、金属として扱うものとする。したがって本明細書においてシリカは、金属酸化物として扱われる。

【0027】

金属粉末の粒子径は、特に限定されるべきではない。その粒子径は、放熱フィラーとして添加する樹脂組成物の用途によって適宜選択される。たとえば電子デバイス周辺の狭いギャップに使用される放熱樹脂シートおよびポッティング剤の場合、上記ギャップの厚みよりも十分小さい粒子径の金属粉末が選択される。一方、よりサイズの大きな放熱樹脂成形体などに使用される場合、そのサイズに合わせて大きな粒子径の金属粉末が選択される。金属粉末の粒子径は、たとえば０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。この金属粉末の粒子径は、平均粒子径（５０％累積体積基準粒子径（Ｄ５０））を意味し、上述したレーザー回折・散乱法で測定された粒度分布に基づいて求めることができる。

【0028】

＜金属酸化物被膜＞
本発明に係る放熱性フィラーは、上記金属粉末の表面に形成された金属酸化物被膜を含む。金属酸化物被膜は、上述した金属粉末の表面に形成される。放熱性フィラーは、この金属酸化物被膜で金属粉末の表面が被覆されることにより、後述する放熱性樹脂組成物に適用した場合、放熱性樹脂組成物中で金属粉末同士が接触しても、電気伝導性が発現しにくくなり、もって放熱性樹脂組成物の電気絶縁性を高めることができる。

【0029】

金属粉末の表面を被覆するのに必要な金属酸化物被膜の被覆量は、本発明の効果を奏する限り、金属粉末の表面の一部が金属酸化物被膜で被覆されない量であってもよいが、金属粉末の表面全体を被覆することができる量であることが好ましい。たとえば金属酸化物被膜は、金属粉末１００質量部に対し、０．１質量部以上４０質量部以下含まれることが好ましい。このような被覆量によって放熱性樹脂組成物の電気絶縁性を歩留まりよく向上させることができる。

【0030】

金属粉末の表面を金属酸化物被膜で被覆する方法は、特に限定されるべきではない。たとえば、金属酸化物被膜に含まれる金属のアルコキシドを、ゾルゲル法を用いて加水分解することにより金属酸化物被膜を析出させる方法、金属酸化物被膜に含まれる金属の金属塩溶液にアルカリを加えることにより金属酸化物被膜を中和析出させる方法、有機金属化合物を有機溶媒に溶解させた溶液に金属粉末を接触させるとともに、その金属粉末を熱処理によって酸化することにより金属酸化物被膜を形成する方法などを挙げることができる。

【0031】

その中でも、ゾルゲル法によって金属粉末の表面に金属酸化物被膜を形成することが好ましい。ゾルゲル法によれば、金属粉末の表面に均一な厚みで金属酸化物被膜を被覆することができる。

【0032】

金属酸化物被膜の材料は、特に限定されるべきではない。金属酸化物被膜は、たとえばシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリアなどの金属酸化物であることが好ましい。さらに金属酸化物被膜は、シリカまたはアルミナであることが好ましい。シリカまたはアルミナからなる金属酸化物被膜は、ゾルゲル法を用いて形成しやすく、かつ低コストであるからである。

【0033】

＜放熱性フィラーの製造方法＞
以下、ゾルゲル法によって金属粉末の表面にシリカからなる金属酸化物被膜を、その厚みを均一にして被覆することにより放熱性フィラーを製造する方法を例示して説明する。

【0034】

まず金属粉末とシランアルコキシドとを水を含んだ溶媒（好ましくは親水性溶媒）中に分散させ、当該溶液を酸触媒によりｐＨを酸性側に調整することによりシランアルコキシドを加水分解する。その後、この溶液を塩基触媒によりｐＨを塩基側に調整する。これにより、金属粉末の表面に非晶質シリカからなる被膜（金属酸化物被膜）を形成することができる。もって金属粉末の表面に金属酸化物被膜を形成した放熱性フィラーを製造することができる。上述の方法では、ゾルゲル法における加水分解を促進させるため、加水分解触媒をさらに添加することも好ましい。

【0035】

シランアルコキシドとしては、たとえばテトラエトキシシラン、テトラエトキシシランの縮合物、テトライソプロポキシシラン、テトライソプロポキシシランの縮合物などを挙げることができる。シランアルコキシドは、上述したものの中から１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。シランアルコキシドの使用量は、金属粉末１００質量部に対し、シリカ換算で０．１～４０質量部とすることが好ましい。

【0036】

酸触媒としては、たとえば燐酸、硝酸、酢酸などを挙げることができる。酸触媒は、上述したものの中から１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。酸触媒の使用量は、溶媒中の含有量として０．０５～５０ｇ／Ｌとすることが好ましい。

【0037】

塩基触媒としては、たとえばアンモニア、トリエチルアミン、ｎ－ブチルアミン、エチレンジアミン、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを挙げることができる。塩基触媒は、上述したものの中から１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。塩基触媒の使用量は、溶媒中の含有量として０．０５～５０ｇ／Ｌとすることが好ましい。

【0038】

親水性溶媒としては、たとえばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、ｔ－ブチルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、イソブチルアルコール、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、アセトンなどを挙げることができる。親水性溶媒は、上述したものの中から１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。親水性溶媒の使用量は、金属粉末の表面に均一な厚みで金属酸化物被膜を被覆する観点から、親水性溶媒中の金属粉末の濃度が１～２０００ｇ／Ｌとなる量とすることが好ましい。親水性溶媒として用いる水は、シランアルコキシド１当量に対し、１～２０当量とすることが好ましく、４～１２当量とすることがより好ましい。

【0039】

親水性溶媒中でシランアルコキシドを加水分解するときの温度、および金属粉末の表面に非晶質シリカからなる金属酸化物被膜を形成するときの温度は、いずれも１０～１００℃とすることが好ましく、３０～９０℃とすることがより好ましい。さらに、親水性溶媒中でシランアルコキシドを加水分解する時間、金属粉末の表面に非晶質シリカからなる金属酸化物被膜を形成する時間は、いずれも０．５～３０時間とすることが好ましく、３～１０時間とすることがより好ましい。ここで、親水性溶媒中でシランアルコキシドを加水分解する際には、シランアルコキシドを少量ずつ滴下するが、この滴下の操作が終了した後も、さらに０．５～５時間程度保持することによって加水分解反応を完全に終了させることが好ましい。

【0040】

さらに、上記親水性溶媒に各種の官能基を有するシランカップリング剤を添加することができる。これにより、後述する放熱性樹脂組成物中での放熱性フィラーの流動性および分散性を向上させることができる。シランカップリング剤の官能基としては、アルキル基、アクリル基、メタクリル基、グリシジル基、ビニル基、フェニル基、メルカプト基、アミノ基、イミダゾール基、イソシアネート基などを選択することができる。

【0041】

＜作用＞
以上から、本発明に係る放熱フィラーは、ＢＥＴ法により測定した比表面積の実測値をＡとし、その形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値をＢとしたとき、Ａ／Ｂが１以上５以下であることにより、樹脂への充填量を増大することができ、もって優れた放熱性を示すことが可能となる。この場合に、金属粉末の表面に形成した金属酸化物被膜によって絶縁破壊を起こりにくくすることができ、放熱性フィラーに優れた電気絶縁性も備えさせることができる。本発明に係る放熱フィラーを後述する放熱性樹脂組成物に適用した場合、放熱性樹脂組成物は、優れた放熱性および優れた電気絶縁性を示すという特性を有する。このため放熱性樹脂組成物は、半導体デバイス、ＬＥＤ照明のケーシング、太陽電池モジュールなどの電子デバイスおよび電子部品などに好適に用いることができる。

【0042】

［放熱性樹脂組成物］
本発明に係る放熱性樹脂組成物は、上述した放熱性フィラーと、樹脂とを含む放熱性樹脂組成物である。放熱性樹脂組成物において、放熱性フィラーは、放熱性樹脂組成物１００質量部中に、１０質量部以上９０質量部以下含まれる。本発明に係る放熱性樹脂組成物は、上記放熱フィラーを含むことにより、上述のように熱伝導性が高く、電気絶縁性を有するという優れた性質を示すことができる。

【0043】

＜樹脂＞
上述のとおり、放熱性樹脂組成物において放熱性フィラーは、放熱性樹脂組成物１００質量部中に、１０質量部以上９０質量部以下含まれる。このため樹脂は、放熱性樹脂組成物１００質量部中に、１０質量部以上９０質量部以下含まれることが好ましい。放熱性樹脂組成物中の樹脂の割合をこのような範囲とすることにより、放熱性樹脂組成物は、その成形流動性が損なわれにくく、かつ実用的な機械的特性も保持されるという利点がある。

【0044】

樹脂は、従来公知の樹脂をいずれも用いることができ、放熱性樹脂組成物が必要とする諸性能に応じて適宜選択することができる。特に、必要とされる放熱性能に合わせて選択することが好ましい。さらに単一の樹脂を用いる場合および２種以上の樹脂を併用する場合のいずれであってもよい。このような樹脂として、熱硬化性樹脂を用いてもよく、熱可塑性樹脂を用いてもよく、これらを併用してもよい。たとえば熱可塑性樹脂は、射出、中空、押出、真空などの成形方法によって、種々の形態の成形体を熱溶融成形で賦型することができる点、再生利用（リサイクル）を容易に行なうことができる点などの利点があるため好ましい。

【0045】

熱硬化性樹脂としては、たとえばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などのアミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、たとえばポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂などが挙げられる。この中で、ポリプロピレン樹脂は、汎用的に用いられる樹脂であって、かつ耐熱性に優れるという利点があるため好ましい。さらにＡＢＳ樹脂およびポリカーボネート樹脂は、精密成形技術の分野で要求される寸法安定性に優れ、かつ電子部品などで実績を有するため好ましい。

【0046】

＜その他の成分＞
放熱性樹脂組成物は、本発明の効果に影響を与えない限り、放熱性フィラーおよび樹脂に加え、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、たとえば窒化アルミ、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化アルミなどのような熱伝導性材料をはじめ、硬化剤、硬化促進剤、着色剤、滑剤、酸化防止剤、顔料などのような添加剤などを挙げることができる。

【0047】

＜放熱性樹脂組成物の製造方法＞
放熱性樹脂組成物は、放熱性フィラーと樹脂とを混練することにより製造することができる。これらの２成分を混練する方法は特に限定されるべきではないが、たとえば単軸式または二軸式混練押出機を用いて混練する方法、もしくはニーダ型混練機を用いて混練する方法を用いることが好ましい。

【0048】

混練時の温度は、樹脂によって最適な温度が異なるため、一義的に数値範囲を規定することは困難であるが、たとえばポリプロピレン樹脂を用いる場合、１８０℃以上２３０℃以下であることが好ましく、より好ましくは２００℃以上２２０℃以下である。このような温度で混練を行なうことにより、混練時のせん断作用などの機械的負荷によって放熱性フィラーが切断されたり破壊されたりするのを抑えることができる。

【0049】

さらに、ニーダ型混練機を用いて混練する場合の混練時間は、特に限定されるべきではないが、３分以上２０分以下が好ましく、より好ましくは５分以上１５分以下である。このような時間で混練を行なうことにより、混練時の機械的負荷によって放熱性フィラーが切断されたり破壊されたりするのを抑えることができる。均一に分散することもできる。

【0050】

混練するにあたって放熱性フィラーと樹脂との混合順序は、特に制限されるべきではない。同時に添加してもよいし、先後があってもよい。ただし、樹脂を先に添加し、これを完全に溶融した後、放熱性フィラーを添加して混練することが好ましい。混練時に放熱性フィラーに加わるせん断応力などの機械的負荷を最小限に抑制することができるからである。

【0051】

さらに混練する前の放熱性フィラーは、粉末状態であってもよく、ミネラルスピリットなどの有機溶剤中に存在することによってペースト状であってもよい。さらに、熱可塑性樹脂または各種ワックスなどに放熱性フィラーが混合されたペレット状のマスターバッチの状態であってもよい。マスターバッチによって放熱性フィラーを樹脂と混練する場合、取り扱いが簡便であり、かつ樹脂への混合がしやすいという利点がある。

【実施例】

【0052】

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0053】

＜放熱性フィラーの製造＞
（参考例１）
６００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ０２Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：２μｍ）を溶媒である１６００ｇのイソプロピルアルコールに添加し、続いて懸濁した。さらに、この溶媒中にイソプロピルアミン２０ｇで希釈したテトラエトキシシラン７１．２ｇ、イオン交換水６１．７ｇで希釈した酢酸２ｇを添加し、激しく攪拌しながら８０℃に加熱した。その１時間後、イオン交換水６１．７ｇで希釈した酢酸２ｇを加え、さらに１時間攪拌した。これにより、テトラエトキシシラン（シランアルコキシド）を加水分解した。

【0054】

その後、イソプロピルアミン２０ｇで希釈したエチレンジアミン８．２ｇを２時間かけて滴下することにより添加した。さらにトリエトキシオクチルシラン１．７ｇおよびイソプロピルアミン８．０ｇからなる溶液を加え、１時間攪拌した。これにより、球状アルミニウム粉末の表面に非晶質シリカからなる金属酸化物被膜を形成し、参考例１の放熱性フィラーを含む懸濁液を製造した。

【0055】

最後に、上記放熱性フィラーを含む懸濁液を４０℃まで冷却するとともに、これをろ紙（ＪＩＳ Ｐ ３８０１に規定される５種Ｃに相当するもの）を用いてろ過することにより固形分を得た。この固形分に対し、イソプロピルアルコールで洗浄し、さらに１３０℃で１２時間乾燥することにより、平滑な非晶質シリカからなる金属酸化物被膜を表面に有する参考例１の放熱性フィラーを得た。

【0056】

（実施例２）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ１０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：１１μｍ）およびテトラエトキシシラン１１０．０ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、実施例２の放熱性フィラーを得た。

【0057】

（実施例３）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ３０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：３０μｍ）およびテトラエトキシシラン３７．１ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、実施例３の放熱性フィラーを得た。

【0058】

（実施例４）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（平均粒子径Ｄ５０：４８μｍ）およびテトラエトキシシラン３７．１ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、実施例４の放熱性フィラーを得た。

【0059】

（参考例５）
２０００ｇの球状ニッケル粉末（商品名：「ＳＦＲ－Ｎｉ」、日本アトマイズ加工株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：１０μｍ）およびテトラエトキシシラン７２．２ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、参考例５の放熱性フィラーを得た。

【0060】

（参考例６）
６００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ０２Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：２μｍ）およびテトラエトキシシラン１６２．５ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、参考例６の放熱性フィラーを得た。

【0061】

（実施例７）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ３０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：３０μｍ）およびテトラエトキシシラン２２．０ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、実施例７の放熱性フィラーを得た。

【0062】

（実施例８）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ１０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：１１μｍ）およびテトラエトキシシラン２２６．５ｇを用いること以外は、参考例１と同じ方法により、実施例８の放熱性フィラーを得た。

【0063】

（比較例１）
６００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ０２Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：２μｍ）およびテトラエトキシシラン６７．２ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例１の放熱性フィラーを得た。

【0064】

（比較例２）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ１０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：１０μｍ）およびテトラエトキシシラン１１０．０ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例２の放熱性フィラーを得た。

【0065】

（比較例３）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ３０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：３０μｍ）およびテトラエトキシシラン３７．１ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例３の放熱性フィラーを得た。

【0066】

（比較例４）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（平均粒子径Ｄ５０：４８μｍ）およびテトラエトキシシラン３７．１ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例４の放熱性フィラーを得た。

【0067】

（比較例５）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ３０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：３０μｍ）およびテトラエトキシシラン１１．０ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例５の放熱性フィラーを得た。

【0068】

（比較例６）
６００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ０２Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：２μｍ）およびテトラエトキシシラン２９３．５ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例６の放熱性フィラーを得た。

【0069】

（比較例７）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ１０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：１１μｍ）およびテトラエトキシシラン２２６．５ｇを原料とし、上記特許文献２に記載の方法を用いることにより比較例２の放熱性フィラーを得た。

【0070】

（比較例８）
１０００ｇの球状アルミニウム粉末（商品名：「ＴＦＨ－Ａ１０Ｐ」、東洋アルミニウム株式会社製、平均粒子径Ｄ５０：１１μｍ）をそのまま、比較例８の放熱性フィラーとして得た。

【0071】

＜Ａ／Ｂの評価＞
上述のとおりに製造した放熱性フィラーのうち、参考例１、実施例２～実施例４、参考例５～参考例６、実施例７および比較例１～６の放熱性フィラーに対し、その金属酸化物被覆の表面の平滑さを評価するため、Ａ／Ｂの値を算出した。具体的には、比表面積の実測値ＡをＢＥＴ法によりそれぞれ測定した。さらに、その形状を球形とした場合に計算される比表面積の計算値Ｂをそれぞれ求めた。その結果を表１に示す。表１には、参考例１、実施例２～実施例４、参考例５～参考例６、実施例７および比較例１～６の放熱性フィラーにおいて、平均粒子径Ｄ５０、ならびに金属粉末１００質量部に対して含まれる金属酸化物被膜の被覆量（質量部）もそれぞれ示した。

【0072】

ここで、実測値Ａおよび計算値Ｂについては、それぞれ上述した方法により測定または算出した。さらに、放熱性フィラーの平均粒子径Ｄ５０の測定についても上述した方法を用いた。

【0073】

【表1】

【0074】

表１によれば、参考例１、実施例２～実施例４、参考例５～参考例６および実施例７の放熱性フィラーは、Ａ／Ｂの値がいずれも１以上５以下であったのに対し、比較例１～６の放熱性フィラーは、Ａ／Ｂがいずれも５を超えていた。

【0075】

＜樹脂充填性（粘度）の評価＞
上述のとおりに製造した放熱性フィラーのうち、参考例１、実施例２～実施例４、参考例５～参考例６、実施例７および比較例１～６の放熱性フィラーに対し、その樹脂への充填性を評価するため、シリコーン樹脂（商品名：「ＫＥ－１０１３」、信越化学工業株式会社製）中に実施例１～７および比較例１～６の放熱性フィラーを５０体積％充填したときの粘度をそれぞれ測定した。

【0076】

具体的には、上記シリコーン樹脂に対して５０体積％の量の放熱フィラーを充填するため、自転公転式ミキサー（商品名：「マゼルスター」、倉敷紡績株式会社製）を用いて５分間混合し、続けて１５分間真空脱泡した。その後、上記自転公転式ミキサーで１分間混合し、続けて１５分真空脱泡し、再度、上記自転公転式ミキサーで１分間混合した。これにより、参考例１、実施例２～実施例４、参考例５～参考例６、実施例７および比較例１～６の放熱フィラーを含む粘度測定用の試料（放熱性樹脂組成物）をそれぞれ得た。

【0077】

これらの試料に対し、Ｂ型粘度計（商品名：「ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ ＴＶＢ１０形」、東機産業株式会社製）を用いて１ｒｐｍ、２５℃の条件で粘度を測定した。試料の容量は８０ｍＬとした。その結果を表２に示す。

【0078】

【表2】

【0079】

表２によれば、参考例１、実施例２～実施例４、実施例７の放熱フィラーを含む粘度測定用の試料は、比較例１～６のうち同程度のＤ５０を有する放熱フィラー含む粘度測定用の試料との対比において、粘度が低くかった。具体的には参考例１と比較例１、６との対比、実施例２と比較例２との対比、実施例３、７と比較例３、５との対比、実施例４と比較例４との対比から同程度のＤ５０を有する放熱フィラーの場合、実施例の放熱フィラーは比較例に比して高充填性を有していることが理解される。すなわち参考例１、実施例２～実施例４、実施例７の放熱フィラーを含む粘度測定用の試料は、高充填性を有することが分かった。一方、比較例１および６においては粘度が大き過ぎ、測定不可能であった。これにより本発明に係る放熱性フィラーは、その高充填性によって熱伝導性を向上させることができ、もって優れた放熱性を示すことが期待できる。

【0080】

＜絶縁性の評価＞
上述のとおりに製造した放熱性フィラーのうち、実施例８および比較例７～８の放熱性フィラーに対し、その電気絶縁性を評価するため、エポキシ樹脂（商品名：「ｊＥＲ－８０７」、三菱化学株式会社製）中に、３５体積％の比率で実施例８および比較例７～８の放熱性フィラーを充填し、熱プレス成形によって実施例８および比較例７～８の放熱性フィラーを含む放熱性樹脂組成物をそれぞれ得た。この放熱性樹脂組成物に対し、絶縁破壊電圧を測定した。その結果を表３に示す。表３には、実施例８および比較例７～８の放熱性フィラーの平均粒子径Ｄ５０、金属粉末１００質量部に対して含まれる金属酸化物被膜の被覆量（質量部）、Ａ／Ｂの値および放熱性樹脂組成物の厚みもそれぞれ示した。

【0081】

ここで絶縁破壊電圧を測定した測定装置は、絶縁破壊試験器（商品名：ＹＳＴ－２４３ＢＤ－１００ＲＨＯ形、ヤマヨ試験器有限会社製）であり、５００Ｖ／秒の速度で昇圧することにより絶縁破壊電圧を測定した。放熱性樹脂組成物の厚みの測定は、放熱性樹脂組成物の４辺上の各１点と中心部１点との合計５点の厚みをマイクロメーター（商品名：「ＭＤＣ－２５ＭＸ」、株式会社ミツトヨ製）を用いて測定し、その平均値により求めた。

【0082】

【表3】

【0083】

表３によれば、実施例８の放熱性フィラーを含む放熱性樹脂組成物は、比較例７～８に比べ絶縁破壊が起こる電圧が高く、耐電圧特性が向上していることが分かる。

【0084】

＜熱伝導率（放熱性）の評価＞
上述のとおりに製造した放熱性フィラーのうち、参考例１および比較例１の放熱フィラーに対し、シリコーン樹脂（商品名：「ＫＥ－１０１３」、信越化学工業株式会社製）中への充填量をそれぞれ４５体積％、５０体積％、５５体積％とし、熱プレス成形によって放熱性樹脂組成物を作製した。この放熱性樹脂組成物に対し、熱伝導測定装置（商品名：「ＴＣｉ」、Ｃ－ＴＨＥＲＭ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製）を用いて熱伝導率を測定した。その結果を、表４に示す。

【0085】

【表4】

【0086】

表４によれば、参考例１の放熱性フィラーは、比較例１に比べ、充填率が同じであれば同等の熱伝導率が得られた。さらに、比較例に比べ高濃度に充填することができ、その場合に比較例に比べ高い熱伝導率を達成することができた。もって参考例１の放熱性フィラーは、優れた放熱性を示すことが期待できる。

【0087】

以上より、本発明に係る放熱性フィラーは、高い樹脂充填性を示すことが理解される。もって高い樹脂充填性基づいて優れた放熱性を示すと期待される。さらに、優れた電気絶縁性を併せ持つことも理解される。

【0088】

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

【0089】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。