粒子材料和导热物质的制作方法

本发明涉及粒子材料和导热物质。

背景技术：

随着半导体元件微细化的发展，生成大量的热已成为问题。要求所生成的热从半导体元件迅速地向外部传递。因此，期望具有高导热性的导热物质。

以往的导热物质通常采用将由氧化铝等构成的粒子材料分散于有机硅树脂等树脂材料中的树脂组合物(例如，参照专利文献1)。

由于氧化铝的α化率越高，导热性越优异，因此专利文献1中也公开了使α化率尽可能地高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－190267号公报

技术实现要素：

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，所要解决的课题在于：提供导热性高的粒子材料和含有该粒子材料的导热物质。

为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研究，结果发现采用球形度略低的粒子材料作为在导热物质中所采用的由氧化铝构成的粒子材料，能够使构成粒子材料的粒子间的接触点增加而表现出高导热性。然而，略微降低粒子材料的球形度则会在粒子材料的表面产生凹凸，对粒子材料或含有该粒子材料的导热物质的处理设备的攻击性变高，存在这样的问题。

本发明人等发现通过将构成粒子材料的氧化铝的α化率控制在一定范围，则能够得到使粒子材料的球形度为导热性优异的范围也能够兼得导热性和对设备的攻击性降低的粒子材料，从而完成了以下的发明。

(1)解决上述课题的本发明的粒子材料以氧化铝为主成分，体积平均粒径为70～200μm，球形度为0.89以上且小于0.99，α化率为40～85％，设备磨损试验的结果为0.017g以下。

通过将α化率和球形度控制在上述范围，能够提高导热性，而且还能够降低对设备的攻击性。特别是α化率在上述范围时，能够充分发挥导热性，而且也能够充分降低攻击性。

(2)解决上述课题的本发明的导热物质具有上述的(1)的粒子材料和分散该粒子材料的树脂材料。所含有的粒子材料兼得导热性高和对设备的攻击性低，因此得到的导热物质也能够兼得高导热性和对设备的低攻击性。

附图说明

图1是示出实施例中测定的试验例1～4(体积平均粒径90μm)的粘度的剪切速率依赖性的图。

图2是示出实施例中测定的试验例5～7(体积平均粒径70μm)的粘度的剪切速率依赖性的图。

具体实施方式

以下，基于实施方式对本发明的粒子材料和导热物质进行详细说明。通过将本实施方式的粒子材料分散于树脂材料中而能够形成本实施方式的导热物质。

·粒子材料

本实施方式的粒子材料以氧化铝为主成分。以氧化铝为主成分是指以整体质量为基准含有50％以上，优选含有60％以上、80％以上、90％以上、95％以上或99％以上的情况，更优选除了不可避免的杂质以外全部为氧化铝。作为氧化铝以外可含有的材料，可举出氧化铝以外的无机材料等。作为氧化铝以外的无机材料，可举出二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、氮化硼等。这些无机材料可以以混合物的形式含有，也可以在1个粒子中含有。

氧化铝的α化率为40～85％。特别是作为上限值，可以采用75％、77％、80％，作为下限值，可以采用50％、48％、45％。这些上限值和下限值可以分别独立组合。通过使α化率为上限值以下，能够降低对设备的攻击性，通过为下限值以上，能够提高导热性。应予说明，α化率是指以粒子材料中含有的所有氧化铝的质量为基准而算出的α结晶相在氧化铝质量中所占的比例。

本实施方式的粒子材料的体积平均粒径为70～200μm。作为体积平均粒径的上限值，可以采用170μm、180μm、190μm，作为下限值，可以采用100μm、90μm、80μm。这些上限值和下限值可以分别独立组合。通过使体积平均粒径为上限值以下，从而使分散于树脂材料中而制造的导热物质容易填充于微细的间隙，通过为下限值以上，能够减少粒子材料间的接触数而提高导热性。

本实施方式的粒子材料的球形度为0.89以上且小于0.99。作为球形度的上限值，可以采用0.96、0.97、0.98，作为下限值，可以采用0.92、0.91、0.90。这些上限值和下限值可以分别独立组合。通过使球形度为下限值以上，能够使分散于树脂材料中时的流动性和导热性提高，通过为上限值以下，能够使导热性提高。

对于球形度，利用sem拍摄照片，根据其中观察到的粒子的面积和周长，作为由(球形度)＝{4π×(面积)÷(周长)²}算出的值而算出。越接近1越近似正球。具体而言，采用使用图像解析软件(旭化成工程株式会社：a像君)测定100个粒子而得的平均值。

本实施方式的粒子材料的设备磨损试验的结果为0.017g以下，优选为0.015g以下，更优选为0.010g以下。

本说明书中的“设备磨损试验”是将直径5mm的材质sus304的钢球(型号：1－9762－02，misumi制)10g左右(9.5g～10.5g)和与钢球等质量(10g左右)的上述粒子材料放入i-boy广口瓶250ml(直径62mm，长度132mm，as-one制)的圆筒容器中，将圆筒容器的圆筒中心轴作为旋转轴以60rpm使其旋转56h后，用筛眼1mm的筛将钢球和氧化铝粉体分级，将钢球水洗并干燥，测量磨损试验前后的每10g的钢球的质量减少量。

本实施方式的粒子材料可以进行表面处理。例如，可以利用能够导入可与树脂材料反应的官能团的表面处理剂进行处理来提高与后述的导热物质所含有的树脂材料的亲和性，或者可以利用由有机硅烷构成的表面处理剂进行处理来抑制粒子材料的凝聚性。作为可以在表面处理中使用的表面处理剂，可举出硅烷化合物、硅氮烷类等。

·粒子材料的制造方法

关于粒子材料，是通过将金属铝粉末在氧化气氛中氧化并燃烧后进行骤冷的爆燃法(vmc法)、将由氧化铝构成的粉末加热熔融后进行骤冷的熔融法、溶胶-凝胶法等来制造球形度高的氧化铝粒子。然后，进行向α相的转化直到所需程度而能够制造。向α相的转化可以根据暴露于进行α化的高温的时间来控制，控制时间以达到适当的α化率。为了使因加热所致的粒子形状的变化小，可以添加一点锌(1ppm～5000ppm)。另外，也可以通过调整由vmc法、熔融法供给的原料、燃料、氧量、炉内的气氛而进行制造。

·导热物质

本实施方式的导热物质由上述的粒子材料和分散该粒子材料的树脂材料构成。作为树脂材料，可以采用热固性树脂、热塑性树脂中的任一者。此外，使用状态可以为固体，也可以为液体。作为树脂材料，可以采用固化前的单体等前体，该情况下，可以在使用状态中使其重合。作为树脂材料，可举出有机硅树脂(前体)、环氧树脂(前体)等作为优选的树脂。

优选树脂材料与粒子材料之间进行密合，通过树脂材料填充粒子材料间的间隙而能够提高导热性。

粒子材料与树脂材料的混合比没有特别限定，优选以粒子材料和树脂材料的总和为基准，粒子材料为40质量％～97质量％左右进行混合。特别是作为上限值，可以采用95质量％、90质量％，作为下限值，可以采用45质量％、50质量％。这些上限值和下限值可以任意组合。通过使粒子材料的混合量为下限值以上，能够使导热性提高，通过使其为上限值以下，能够使流动性提高。

[实施例]

以下，根据实施例对本发明的粒子材料和导热物质进行详细说明。将体积平均粒径90μm的氧化铝粒子投入到火焰中，然后进行骤冷，由此得到表1所示的α化率和圆形度不同的各试验例的试验试样即粒子材料。α化率可以通过降低燃料供给量，使助燃性气体的供给量成为与燃料的理论空燃比的1.5倍左右并提高原料投入量而使其变高。圆形度可以通过提高燃料供给量，使助燃性气体的供给量为理论空燃比，并降低原料投入量而使其变高。

·试验1：粘度和热传导率的测定

将体积平均粒径为90μm的各试验例的试验试样分散于作为树脂材料的有机硅油(有机硅树脂，信越化学工业制：kf96－500cs)中以使其在以整体质量为基准的情况下达到80质量％来制备树脂组合物，作为各试验例的导热物质。对于体积平均粒径为70μm的各试验例，以达到75质量％的方式制备树脂组合物。对各导热物质测定粘度、导热率。关于粘度，利用共轴圆筒型粘度计进行粘度的剪切速率依赖性的测定。将体积平均粒径为90μm的结果示于图1，将体积平均粒径为70μm的结果示于图2。关于导热率，利用圆板热流计法进行测定。将对导热率值的评价(◎：非常优异，〇：优异，△：良好，×：普通。以下评价相同)一并示于表1。应予说明，试验例3和4的树脂组合物在混合后，虽然在一定程度的期间保持了均匀的分散，但存在与试验例1和2的树脂组合物相比在更早期发生分离的趋势。

·试验2：设备磨损试验

将各试验例的试验试样(与钢球相同的质量)与钢球(直径5mm：misumi制，型号：1－9762－02)10g左右一起放入直径62mm、长度132mm、as-one制的圆筒容器中，将圆筒容器的圆筒的中心轴作为旋转轴使其以60rpm旋转56h后，用筛眼1mm的筛将钢球和氧化铝粉体分级，将钢球水洗并干燥，测量磨损试验每10g的质量减少量。还进行仅有钢球的试验，作为相对于仅有钢球的质量增减值的相对值。将结果一并示于表1。

[表1]

根据表1的结果，表明优选α化率小于80％。虽然未示出详细内容，但已知通过使α化率为40％～85％而表现出足够的导热率。对于α化率为80％～85％的范围，已知与试验例3的结果无关地通过使圆形度为0.89以上而还能够满足设备磨损试验的值。应予说明，根据利用电子显微镜进行的表面观察的结果，可知α化率超过85％时，表面出现刻面，变得粗糙，对设备的攻击性变高，而且与树脂混合时的粘度特性也变高。

根据表1的结果，可知圆形度优选为超过0.83且小于0.99，但从导热率和粘度的观点考虑，需要为0.89以上。

因此，综上可知优选α化率为40％～85％，圆形度为0.89以上且小于0.99。

·试验3

对体积平均粒径70μm的氧化铝粒子与体积平均粒径90μm的氧化铝粒子同样地进行热处理，得到具有表2中示出的α化率和圆形度的试验试样。

[表2]

对于粒径为70μm的情况，根据表2可知α化率优选为小于91％且超过72％，更优选为77％以上，可知圆形度优选为超过0.85且小于0.99，更优选为0.96以上。