氮化硼粉末及含有該氮化硼粉末的樹脂組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氮化硼粉末及含有其的樹脂組合物。詳細(xì)而言，本發(fā)明適合作為 用于將功率器件等放熱性電子部件的熱傳導(dǎo)至散熱構(gòu)件的樹脂組合物來使用。尤其是本發(fā) 明涉及一種填充于印刷線路板的絕緣層及熱界面材料的樹脂組合物的、顯現(xiàn)出高導(dǎo)熱系數(shù) 的氮化硼粉末及含有其的樹脂組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 在功率器件、晶體管、閘流晶體管、CPU等放熱性電子部件中，如何有效地將使用時 產(chǎn)生的熱進(jìn)行散熱成為重要課題。一直以來，作為這樣的散熱對策，通常進(jìn)行：（1)對安裝 放熱性電子部件的印刷線路板的絕緣層進(jìn)行高導(dǎo)熱化；（2)將放熱性電子部件或安裝有放 熱性電子部件的印刷線路板借助電絕緣性熱界面材料（Thermal Interface Materials)安 裝在散熱片等散熱構(gòu)件上。作為印刷線路板的絕緣層及熱界面材料的樹脂組合物，使用使 導(dǎo)熱系數(shù)高的陶瓷粉末填充在有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂中而成的組合物。
[0003] 近年來，由于伴隨電子設(shè)備的輕薄短小化的高密度安裝技術(shù)的快速發(fā)展，推進(jìn)了 放熱性電子部件內(nèi)的電路的高速?高集成化、及放熱性電子部件在印刷線路板上的安裝密 度的增加。因此，電子設(shè)備內(nèi)部的放熱密度逐年增加，要求顯現(xiàn)出比以往導(dǎo)熱性高的陶瓷粉 末。
[0004] 根據(jù)如上所述的背景，具有（1)高導(dǎo)熱系數(shù)、（2)高絕緣性、（3)低相對介電常數(shù) 等作為電絕緣材料的優(yōu)異性質(zhì)的六方氮化硼（hexagonal Boron Nitride)粉末受到關(guān)注。 然而，六方氮化硼顆粒的面內(nèi)方向（a軸方向）的導(dǎo)熱系數(shù)為400WAm*K)，而其厚度方向 (c軸方向）的導(dǎo)熱系數(shù)為2WAm · K)，源于晶體結(jié)構(gòu)和鱗片形狀的導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性大 (非專利文獻(xiàn)1)。進(jìn)而，在將六方氮化硼粉末填充于樹脂中時，顆粒彼此一致取向于同一方 向。因此，例如，在制造熱界面材料時，六方氮化硼顆粒的面內(nèi)方向（a軸方向）與熱界面材 料的厚度方向呈垂直，不能充分有效利用六方氮化硼顆粒的面內(nèi)方向（a軸方向）的高導(dǎo)熱 系數(shù)。
[0005] 為了解決這樣的問題，在專利文獻(xiàn)1中，提出了使六方氮化硼顆粒的面內(nèi)方向（a 軸方向）沿高導(dǎo)熱片取向的厚度方向的技術(shù)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1提出的技術(shù)，能夠有效利用六 方氮化硼顆粒的面內(nèi)方向（a軸方向）的高導(dǎo)熱系數(shù)。然而，在專利文獻(xiàn)1提出的技術(shù)中， 存在如下問題：（1)需要在下一工序?qū)盈B已取向的片，制造工序容易變復(fù)雜；(2)在層疊?固 化后需要薄薄地切成片狀，難以確保片厚度的尺寸精度。另外，在專利文獻(xiàn)1提出的技術(shù) 中，由于六方氮化硼顆粒的形狀為鱗片形狀，因此，在樹脂中填充時粘度增加，流動性變差， 因此難以進(jìn)行高填充。為了改善這些情況，提出了抑制六方氮化硼顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)的各向 異性的各種形狀的氮化硼粉末。
[0006] 例如，在專利文獻(xiàn)2及3中，提出了使用一次顆粒的六方氮化硼顆粒在未沿同一方 向取向的情況下凝聚而成的氮化硼粉末。根據(jù)專利文獻(xiàn)2及3提出的技術(shù)，可以抑制導(dǎo)熱 系數(shù)的各向異性。然而，在專利文獻(xiàn)2及3提出的技術(shù)中，由于經(jīng)凝聚的氮化硼粉末的形狀 為松塔狀（例如，參見專利文獻(xiàn)2的段落[0020]圖6)、塊狀（例如，參見專利文獻(xiàn)3的段落
[0037]圖3~5)，平均球形度小，因此，在樹脂中填充時有限度，在提高導(dǎo)熱系數(shù)方面有限 度。
[0007] 另外，在專利文獻(xiàn)4中，提出了使用通過六方氮化硼顆粒包覆硼酸鹽顆粒而得到 的平均球形度高的氮化硼粉末。根據(jù)專利文獻(xiàn)4提出的技術(shù)，在抑制導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性 和提高在樹脂中的填充性方面可以得到一定的效果。然而，在專利文獻(xiàn)4提出的技術(shù)中，由 于導(dǎo)熱系數(shù)低的硼酸鹽顆粒的含有率高（例如，參見段落[0020]、[0028])，因此，存在不能 充分有效利用六方氮化硼顆粒的高導(dǎo)熱系數(shù)之類的問題。
[0008] 進(jìn)而，已知環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于六方氮化硼顆粒的面內(nèi)方 向（a軸方向）的導(dǎo)熱系數(shù)。因此，將抑制了導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性的氮化硼顆粒填充于樹脂 中而得到的樹脂組合物的導(dǎo)熱系數(shù)深受氮化硼顆粒和樹脂界面的接觸熱電阻的影響。即， 為了得到導(dǎo)熱系數(shù)高的樹脂組合物，需要抑制氮化硼顆粒的導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性、減小樹 脂與氮化硼顆粒界面的接觸熱電阻。
[0009] 作為減小樹脂與氮化硼顆粒界面的接觸熱電阻的方法，可舉出：（1)增大氮化硼 顆粒的平均粒徑（減少氮化硼顆粒與樹脂界面的總數(shù)）、（2)通過添加硅烷偶聯(lián)劑來提高樹 脂與氮化硼顆粒的相容、（3)使氮化硼顆粒彼此面接觸，（3)的效果最大。
[0010] 例如，在專利文獻(xiàn)5及6中，提出了六方氮化硼的一次顆粒各向同性地凝聚而成的 氮化硼顆粒、將其分散在熱固性樹脂中而成的導(dǎo)熱性片。根據(jù)專利文獻(xiàn)5及6提出的技術(shù)， 在抑制導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性和提高在樹脂中的填充性方面可以得到一定的效果。然而，在 專利文獻(xiàn)5及6提出的技術(shù)中，未考慮由氮化硼顆粒彼此的面接觸導(dǎo)致的接觸熱電阻降低， 因此，存在不能充分有效利用六方氮化硼顆粒的高導(dǎo)熱系數(shù)之類的問題。
[0011] 另外，在專利文獻(xiàn)7中，提出了一種導(dǎo)熱性片，其特征在于，由氮化硼的一次顆粒 構(gòu)成的二次顆粒呈面接觸。根據(jù)專利文獻(xiàn)7提出的技術(shù)，在抑制導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性、提高 在樹脂中的填充性及減小接觸熱電阻方面可以得到一定的效果。然而，在專利文獻(xiàn)7中，未 示出配混一次顆粒的六方氮化硼的結(jié)合所需的燒結(jié)助劑（例如，段落[0017])，并且，對于 專利文獻(xiàn)7提出的技術(shù)而言，由于孔隙率小至50體積％以下（例如，段落[0014])，因此，難 以兼顧提高二次顆粒的強(qiáng)度和變形容易性（低彈性模量）。其結(jié)果，專利文獻(xiàn)7提出的技術(shù) 在通過減小接觸熱電阻來提高導(dǎo)熱系數(shù)方面有限度，期待更進(jìn)一步的技術(shù)開發(fā)。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2000-154265號公報
[0015] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平9-202663號公報
[0016] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2011-98882號公報
[0017] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2001-122615號公報
[0018] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2010-157563號公報
[0019] 專利文獻(xiàn)6 :日本特開2012-171842號公報
[0020] 專利文獻(xiàn)7 :國際公開第2012/070289號小冊子
[0021] 非專利文獻(xiàn)
[0022] 非專利文獻(xiàn) I :R. F. Hill, P. H. Supancic, J. Am. Ceram. Soc.，85, 851 (2002)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 發(fā)明要解決的問題
[0024] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的課題在于，提供一種氮化硼粉末及含有其的樹脂組 合物，所述氮化硼粉末適合作為用于將功率器件等放熱性電子部件的熱傳導(dǎo)至散熱構(gòu)件的 樹脂組合物來使用，尤其是填充于印刷線路板的絕緣層及熱界面材料的樹脂組合物中，通 過抑制導(dǎo)熱系數(shù)的各向異性和降低接觸熱電阻而顯現(xiàn)出高導(dǎo)熱系數(shù)。
[0025] 用于解決問題的方案
[0026] 為了解決上述課題，在本發(fā)明中，采用以下方法。
[0027] (1) -種氮化硼粉末，其特征在于，含有六方氮化硼的一次顆粒結(jié)合而得到的氮化 硼顆粒，對于作為前述氮化硼顆粒的聚集體的氮化硼粉末，其平均球形度為0. 70以上、平 均粒徑為20~100 μ m、孔隙率為50~80 %、平均孔徑為0. 10~2. 0 μ m、最大孔徑為10 μ m 以下、及含鈣率為500~5000ppm。
[0028] (2)根據(jù)前述（1)所述的氮化硼粉末，其特征在于，通過粉末X射線衍射法測定的 石墨化指數(shù)為1.6~4.0,（002)面與（100)面的峰強(qiáng)度比1(002)/1(100)為9.0以下。
[0029] (3)根據(jù)前述⑴所述的氮化硼粉末，其特征在于，使用平均粒徑為2~6 μπι的無 定形氮化硼和平均粒徑為8~16 μ m的前述六方氮化硼作為原料，并且，以質(zhì)量基準(zhǔn)計，將 這它們的配混比設(shè)為前述無定形氮化硼：前述六方氮化硼為60 :40~90 :10。
[0030] (4) -種樹脂組合物，其特征在于，含有前述⑴~⑶中任一項所述的氮化硼粉 末和樹脂。
[0031] (5)根據(jù)前述（4)所述的樹脂組合物，其特征在于，前述氮化硼顆粒的彈性模量為 5~35MPa，前述氮化硼顆粒彼此呈面接觸。
[0032] 發(fā)明的效果
[0033] 本發(fā)明的氮化硼粉末可提高并兼顧氮化硼顆粒的顆粒強(qiáng)度及顆粒的變形容易性 (低彈性模量）。因此，本發(fā)明