JP2022155316A - Particle material, production method thereof, and filler material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粒子材料及びその製造方法、並びにフィラー材料に関し、特に熱伝導特性に優れた粒子材料及びその製造方法、並びにフィラー材料に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a particulate material, a method for producing the same, and a filler material, and more particularly to a particulate material having excellent thermal conductivity, a method for producing the same, and a filler material.
半導体素子の微細化の進展に従い多大な熱の生成が問題になっている。生成した熱は半導体素子から速やかに外部に伝達されることが要求されている。そのために高い熱伝導性をもつ熱伝導物質(TIM)が望まれている。 Generating a large amount of heat has become a problem as the miniaturization of semiconductor devices progresses. The generated heat is required to be rapidly transferred from the semiconductor element to the outside. Therefore, a thermally conductive material (TIM) with high thermal conductivity is desired.
従来のTIMは、シリコーン樹脂などの樹脂材料中にアルミナなどからなる粒子材料を分散させた樹脂組成物が汎用されている(例えば、特許文献1参照)。 A conventional TIM is generally a resin composition in which a particulate material made of alumina or the like is dispersed in a resin material such as silicone resin (see, for example, Patent Document 1).
ところで、半導体の実装高密度化の進行は今後も継続することが予測されており、それに伴う発熱量の増大は避けられない状況である。また、信号の高周波化が進むため、微弱なノイズも影響を受けるようになり、電子部品は誤動作のおそれが生じている。 By the way, it is expected that semiconductors will continue to be mounted at higher densities in the future, and an increase in heat generation is unavoidable. In addition, as the frequency of signals increases, even weak noise is affected, and there is a risk of malfunction of electronic components.
ここで、金属材料からなる熱伝導性が高い粒子材料が知られているが、金属材料は電気伝導性が高く、そのままでは電子機器に用いたときに短絡が生じるおそれがある。 Here, particle materials made of metal materials with high thermal conductivity are known, but metal materials have high electrical conductivity and may cause short circuits when used in electronic devices as they are.
本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、熱伝導性の高い金属材料を用い、電気絶縁性の高い皮膜を表面に形成した粒子材料、及びその製造方法、並びにフィラー材料を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been completed in view of the above-mentioned circumstances, and aims to provide a particle material using a metal material with high thermal conductivity and forming a film with high electrical insulation on the surface, a method for producing the same, and a filler material. Make it a problem to be solved.
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行った結果、金属材料の表面に金属材料に密着した金属酸化物からなる絶縁皮膜を形成することで高い絶縁性を保つ頃ができることを見出した。絶縁皮膜は、所定の細孔直径分布を持つ細孔を所定量の範囲で設けることで高い絶縁性を保つことが可能になった。 The inventors of the present invention conducted extensive studies for the purpose of solving the above problems, and found that it is possible to maintain a high level of insulation by forming an insulating film made of a metal oxide on the surface of a metal material in close contact with the metal material. Found it. The insulating coating can maintain high insulation properties by providing a predetermined amount of pores with a predetermined pore diameter distribution.
すなわち、上記課題を解決する本発明の粒子材料は、金属材料から構成されるコア部と、
前記コア部を隙間無く被覆する厚みが20nm以上の金属酸化物から形成される絶縁皮膜と、
を有し、
BET比表面積が0.1~10m2/gであり、
BJH法による細孔分布解析において、細孔直径が1.7nm~100nmの間に細孔容積ピークの最大値が存在し、細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積が0.3mm3/g~8.0mm3/gであり、
体積平均粒径が10μm以上、
球形度が0.9以上、
一次粒子にまで分散している。
That is, the particle material of the present invention that solves the above problems includes a core portion made of a metal material,
an insulating film formed of a metal oxide having a thickness of 20 nm or more and covering the core portion without gaps;
has
BET specific surface area is 0.1 to 10 m 2 /g,
In the pore distribution analysis by the BJH method, the maximum value of the pore volume peak exists between 1.7 nm and 100 nm in pore diameter, and the pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm is 0.3 mm 3 /g to 8.0 mm 3 /g,
A volume average particle diameter of 10 μm or more,
sphericity is 0.9 or more,
Dispersed to primary particles.
ここで、細孔直径ピークは、BJH法の吸着側から算出した細孔容積を基準として算出する。 Here, the pore diameter peak is calculated based on the pore volume calculated from the adsorption side of the BJH method.
前記金属材料は、Al、Cu及びSiのうちの少なくとも1種以上を50質量%以上含有し、前記絶縁皮膜は、前記金属材料の酸化物であることが好ましい。D10が25μm以上、D90が65μm以下であることが好ましい。また、D90/D10が4.5以下であることが好ましい。 Preferably, the metal material contains at least one of Al, Cu and Si in an amount of 50% by mass or more, and the insulating film is an oxide of the metal material. It is preferable that D10 is 25 μm or more and D90 is 65 μm or less. Also, D90/D10 is preferably 4.5 or less.
上記課題を解決する本発明の粒子材料の製造方法は、金属元素を50質量%以上含有する金属材料を溶融した溶融材料を不活性雰囲気下にてアトマイズ法によって粒子化して球形度が0.9以上の原料粒子材料を製造する粒子化工程と、
BJH法による細孔分布解析において、細孔直径が1.7nm~100nmの間に細孔容積ピークの最大値が存在し、細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積が0.3mm3/g~8.0mm3/gになるまでpHが1.3.~2.4の酸水溶液中に前記原料粒子材料を浸漬する酸処理工程と、
前記酸水溶液を脱水して脱水物とする脱水工程と、
前記脱水物を有機溶媒にて洗浄を行い洗浄物とする洗浄工程と、
前記洗浄物を乾燥して乾燥物を得る乾燥工程と、
前記乾燥物を酸化雰囲気下で500℃以上且つ球形度が0.9未満に変形しない温度で加熱して厚みが20nm以上の酸化皮膜を表面に形成する酸化皮膜形成工程と、
を有する。
In the method for producing a particulate material of the present invention for solving the above problems, a molten material obtained by melting a metallic material containing 50% by mass or more of a metallic element is atomized in an inert atmosphere to form particles having a sphericity of 0.9. a granulation step for producing the above raw material granules;
In the pore distribution analysis by the BJH method, the maximum value of the pore volume peak exists between 1.7 nm and 100 nm in pore diameter, and the pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm is 0.3 mm 3 /g to 8.0 mm 3 /g until the pH is 1.3. an acid treatment step of immersing the raw material particulate material in an acid aqueous solution of ~2.4;
A dehydration step of dehydrating the acid aqueous solution to obtain a dehydrated product;
A washing step of washing the dehydrated product with an organic solvent to obtain a washed product;
a drying step of drying the washed material to obtain a dried material;
An oxide film forming step of heating the dried product in an oxidizing atmosphere at a temperature of 500° C. or higher and at a temperature at which the sphericity is not deformed to less than 0.9 to form an oxide film having a thickness of 20 nm or more on the surface;
have
酸処理工程後に有機溶媒による洗浄工程をもつことで絶縁性の高い絶縁皮膜を形成することができる。 By having a cleaning step with an organic solvent after the acid treatment step, an insulating film with high insulation can be formed.
ここで、前記酸処理工程後、前記洗浄工程前に、前記酸水溶液を脱水して脱水物とする脱水工程を有することが好ましい。また、前記アトマイズ法は、回転する金属ディスクの表面に前記溶融材料を供給する工程であることが好ましい。 Here, after the acid treatment step and before the washing step, it is preferable to include a dehydration step of dehydrating the acid aqueous solution to obtain a dehydrated product. Moreover, the atomizing method is preferably a step of supplying the molten material to the surface of a rotating metal disk.
上記構成をもつ本発明の粒子材料は、表面に絶縁皮膜が形成されているため、半導体回路上に直接接触するように配置しても高い絶縁性を保つことができる。また、絶縁皮膜が形成されているにもかかわらず球形度が高いため充填性に優れ個々の粒子間の接触も確保できるため高い熱伝導性を示すことができる。粒子材料は、金属から構成されるコア部をもつため高い熱伝導性を発揮できる。この粒子材料はフィラー材料として好適に採用できる。 Since the particle material of the present invention having the above structure has an insulating film formed on its surface, it can maintain high insulation even when placed in direct contact with a semiconductor circuit. In addition, even though an insulating film is formed, the sphericity is high, so the filling property is excellent and the contact between individual particles can be secured, so that high thermal conductivity can be exhibited. Since the particle material has a core portion made of metal, it can exhibit high thermal conductivity. This particulate material can be suitably employed as a filler material.
本発明の粒子材料及びその製造方法、並びにフィラー材料について実施形態に基づき以下詳細に説明を行う。本実施形態の粒子材料は、高い熱伝導性をもつことから何らかのフィラー材料(本実施形態のフィラー材料)として媒体中に分散させてTIMとして利用することができる。特に絶縁性に優れたTIMが提供できる。媒体としては液状、固体状の何れでも良く、オイル、樹脂材料、樹脂材料の前駆体(モノマーなど)が例示できる。樹脂材料やその前駆体としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが例示できる。そして、電磁波を反射したり、吸収したりする作用を発揮することが期待されるため、電磁波シールド材、電磁波反射材、電磁波吸収剤への応用が期待できる。また、誘電率も高くできるため、基板用樹脂組成物、絶縁材料用樹脂組成物、アンテナ材料用樹脂組成物などの充填材への応用が期待できる。 The particulate material, method for producing the same, and filler material of the present invention will be described in detail below based on embodiments. Since the particle material of this embodiment has high thermal conductivity, it can be used as a TIM by dispersing it in a medium as some filler material (filler material of this embodiment). In particular, it is possible to provide a TIM with excellent insulating properties. The medium may be either liquid or solid, and examples thereof include oils, resin materials, and precursors of resin materials (such as monomers). Examples of resin materials and their precursors include epoxy resins and silicone resins. Since it is expected to exhibit the action of reflecting or absorbing electromagnetic waves, it can be expected to be applied to electromagnetic wave shielding materials, electromagnetic wave reflecting materials, and electromagnetic wave absorbing agents. In addition, since the dielectric constant can also be increased, it can be expected to be applied to fillers such as resin compositions for substrates, resin compositions for insulating materials, and resin compositions for antenna materials.
また、これらの媒体中にフィラー材料として分散させることができる。なお、フィラー材料として用いる場合には本実施形態の粒子材料を単独で用いることができるのはもちろん、他の材料から構成される第2粒子材料を混合しても良い。第2粒子材料としてはアルミナ、シリカなどのセラミックスなどの絶縁物から構成することが好ましい。 It can also be dispersed as a filler material in these media. When used as a filler material, the particle material of the present embodiment can be used alone, and a second particle material composed of other materials may be mixed. The second particle material is preferably composed of an insulating material such as ceramics such as alumina and silica.
(粒子材料)
本実施形態の粒子材料は、体積平均粒径が10μm以上である。体積平均粒径の下限値としては、15μm、20μm、25μm程度であることが好ましく、上限値としては100μm、90μm、80μm、65μm、70μm、75μm程度であることが好ましい。これらの下限値及び上限値は任意に組み合わせ可能である。更に、粒径の異なる2種以上を混合したものであっても良い。粒径が大きい粒子間で形成された隙間に粒径が小さい粒子が挿入されることで全体としての充填率が向上する。
(particle material)
The particulate material of this embodiment has a volume average particle diameter of 10 μm or more. The lower limit of the volume average particle diameter is preferably about 15 μm, 20 μm, and 25 μm, and the upper limit is preferably about 100 μm, 90 μm, 80 μm, 65 μm, 70 μm, and 75 μm. These lower and upper limits can be combined arbitrarily. Furthermore, a mixture of two or more different particle sizes may be used. By inserting particles with a small particle size into the gaps formed between particles with a large particle size, the filling rate as a whole is improved.
また、D10が15μm以上、D90が95μm以下であることで粒子材料を構成する粒子の粒度分布がシャープになる。特にD10の下限値としては、20μm、25μmを採用することができ、D90の上限値としては65μm、70μm、75μm、80μm、85μmを採用することができる。これらの下限値及び上限値は任意に組み合わせ可能である。更に、D90/D10が4.5以下であることが好ましく、3.5以下であることがより好ましい。 Further, when D10 is 15 μm or more and D90 is 95 μm or less, the particle size distribution of the particles constituting the particulate material becomes sharp. In particular, the lower limits of D10 may be 20 μm and 25 μm, and the upper limits of D90 may be 65 μm, 70 μm, 75 μm, 80 μm and 85 μm. These lower and upper limits can be combined arbitrarily. Furthermore, D90/D10 is preferably 4.5 or less, more preferably 3.5 or less.
本実施形態の粒子材料は、BET比表面積が0.1~10m2/gである。BET比表面積の下限値は、0.1m2/g、0.5m2/g、1.0m2/gが例示でき、上限値は、1.0m2/g、5.0m2/g、10m2/gが例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。BET比表面積は窒素ガスを用いて測定する。 The particulate material of this embodiment has a BET specific surface area of 0.1 to 10 m 2 /g. The lower limit of the BET specific surface area can be exemplified by 0.1 m 2 /g, 0.5 m 2 /g and 1.0 m 2 /g, and the upper limit is 1.0 m 2 /g, 5.0 m 2 /g, 10 m 2 /g can be exemplified. These upper and lower limits can be combined arbitrarily. The BET specific surface area is measured using nitrogen gas.
本実施形態の粒子材料は、BJH法による細孔分布解析において、細孔直径が1.7nm~100nmの間に細孔容積ピークの最大値が存在する。細孔容積ピークの最大値がある細孔直径の下限値は、1.7nm、5.0nm、20nmが例示でき、上限値は、10nm、20nm、100nmが例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。BET比表面積は窒素ガスを用いて測定する。更に、細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積が0.3mm3/g~8.0mm3/gであり、その下限値は、0.3mm3/g、1.0mm3/g、3.0mm3/gが例示でき、上限値が、1.0mm3/g、5.0mm3/g、8.0mm3/gが例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。BJH法による細孔直径及び細孔容積の測定は窒素ガスを用いた吸着量から算出する。 The particle material of the present embodiment has a maximum pore volume peak in the pore diameter range of 1.7 nm to 100 nm in the pore distribution analysis by the BJH method. Examples of the lower limit of the pore diameter at which the pore volume peak is present are 1.7 nm, 5.0 nm and 20 nm, and the upper limits of the pore diameter are 10 nm, 20 nm and 100 nm. These upper and lower limits can be combined arbitrarily. The BET specific surface area is measured using nitrogen gas. Furthermore, the pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm is 0.3 mm 3 /g to 8.0 mm 3 /g, and the lower limits thereof are 0.3 mm 3 /g and 1.0 mm 3 /g. , 3.0 mm 3 /g, and the upper limit values are 1.0 mm 3 /g, 5.0 mm 3 /g, and 8.0 mm 3 / g. These upper and lower limits can be combined arbitrarily. The measurement of pore diameter and pore volume by the BJH method is calculated from the amount of adsorption using nitrogen gas.
本実施形態の粒子材料は球形度が0.9以上で有り、0.95以上であることが好ましく、0.98以上であることがより好ましく、0.99以上であることが更に好ましい。球形度はSEMで写真を撮り、その観察される粒子の面積と周囲長から、(球形度)={4π×(面積)÷(周囲長)2}で算出される値として算出する。1に近づくほど真球に近い。具体的には画像解析ソフト(旭化成エンジニアリング株式会社:A像くん)を用いて100個の粒子について測定した平均値を採用する。 The particle material of the present embodiment has a sphericity of 0.9 or more, preferably 0.95 or more, more preferably 0.98 or more, and even more preferably 0.99 or more. The sphericity is calculated by taking a photograph with an SEM, and using the observed area and perimeter of the particle, (sphericity)={4π×(area)÷(perimeter) 2 }. The closer to 1, the closer to a true sphere. Specifically, an average value obtained by measuring 100 particles using image analysis software (Asazo-kun, Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.) is employed.
本実施形態の粒子材料は、コア部と絶縁皮膜とを有する。コア部は、金属材料から構成される。金属材料は限定しないが、Al、Cu及びSiの含有量の合計が50質量%以上であることが好ましい。また、金属材料は、Al、Cu及びSiのうちの1つの元素単独で構成される単体金属でも、これらのうちの2つ以上からなる合金であっても良い。また、Al、Cu及びSiの他にも他の元素を含有していても全体として金属としての性質をもつものであれば採用することができる。 The particulate material of this embodiment has a core portion and an insulating coating. The core portion is made of a metal material. The metal material is not limited, but the total content of Al, Cu and Si is preferably 50% by mass or more. Also, the metal material may be a single metal composed solely of one element of Al, Cu, and Si, or an alloy composed of two or more of these elements. In addition to Al, Cu, and Si, other elements may be used as long as they have metallic properties as a whole.
コア部の形状は特に限定しないが、球形であることが好ましい。特に球形度が0.9以上であることが好ましく、0.95以上、0.98以上、0.99以上であることが更に好ましい。コア部の粒径は特に限定しないが、前述した粒子材料の径とほぼ同じであることが好ましい。 Although the shape of the core portion is not particularly limited, it is preferably spherical. In particular, the sphericity is preferably 0.9 or more, more preferably 0.95 or more, 0.98 or more, or 0.99 or more. Although the particle size of the core portion is not particularly limited, it is preferably substantially the same as the particle size of the aforementioned particle material.
絶縁皮膜は、コア部の周囲を被覆する膜である。絶縁皮膜は金属酸化物から構成される。絶縁皮膜は、コア部の表面を隙間無く覆っている。絶縁皮膜の厚みは、20nm以上である。また1つの粒子に直流10V(好ましくは直流50V)を印加した時に絶縁性を保持できる厚みであることが好ましい。絶縁皮膜の厚みは30nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがより好ましい。絶縁皮膜とコア部とは密着している。密着しているかどうかは粒子材料の断面を観察したときに絶縁皮膜とコア部との間の隙間が5nm以下であることを意味する。 The insulating film is a film that covers the periphery of the core portion. The insulating coating is composed of metal oxide. The insulating film covers the surface of the core without gaps. The thickness of the insulating film is 20 nm or more. Moreover, it is preferable that the thickness is such that the insulating property can be maintained when a direct current of 10 V (preferably a direct current of 50 V) is applied to one particle. The thickness of the insulating coating is preferably 30 nm or more, more preferably 50 nm or more. The insulating film and the core portion are in close contact with each other. Whether or not there is close contact means that the gap between the insulating coating and the core portion is 5 nm or less when observing the cross section of the particle material.
絶縁皮膜の厚みの測定は、粒子材料の表面をArレーザーにて10nm/分の速度で削りながら、XPSにて構成元素を分析することで行う。具体的には、絶縁皮膜を構成する金属酸化物中の金属元素とコア部を構成する金属元素のそれぞれを定量し、その量が逆転する深さを絶縁皮膜の厚みとした。Arレーザーで削る速度は絶縁皮膜を形成する材料にてキャリブレーションする。 The thickness of the insulating coating is measured by analyzing the constituent elements by XPS while scraping the surface of the particle material with an Ar laser at a rate of 10 nm/min. Specifically, the metal elements in the metal oxide forming the insulating coating and the metal elements forming the core portion were quantified, and the depth at which the quantities reversed was taken as the thickness of the insulating coating. The cutting speed with the Ar laser is calibrated with the material forming the insulating film.
例えばアルミニウムからなるコア部の表面にアルミナからなる絶縁皮膜が形成されている場合には、XPS測定における、金属状態のAlに由来するピーク強度と、アルミナのAlに由来するピーク強度からそれぞれのAlの相対量を算出して、金属状態のAlがアルミナのAlよりも相対的に多くなったときの深さ(Arレーザーで削った深さ)を絶縁皮膜の厚みとした。Alにおいては、金属状態のAlのピーク強度と酸化物状態のAlのピーク強度がそのままそれぞれの状態のAlの相対量に対応するものと考えてピーク強度が逆転する深さを酸化皮膜の厚みとした。 For example, when an insulating film made of alumina is formed on the surface of a core portion made of aluminum, the peak intensity derived from Al in the metallic state and the peak intensity derived from Al of alumina in XPS measurement are used. was calculated, and the depth at which Al in the metallic state became relatively larger than Al in alumina (the depth cut by the Ar laser) was defined as the thickness of the insulating coating. In Al, the peak intensity of Al in the metallic state and the peak intensity of Al in the oxide state are considered to correspond to the relative amount of Al in each state, and the depth at which the peak intensities are reversed is the thickness of the oxide film. did.
金属酸化物はコア部を構成する金属材料が含有する金属元素の酸化物であることができ、その場合の組成比はコア部の組成比とは同一であっても異なっていてもどちらでも良い。また、コア部に含まれない元素を含んでいても良いし、コア部に含有する元素を含んでいなくても良い。 The metal oxide can be an oxide of a metal element contained in the metal material constituting the core portion, and in that case, the composition ratio may be the same as or different from the composition ratio of the core portion. . Further, it may contain elements that are not contained in the core portion, or may not contain elements that are contained in the core portion.
絶縁性の保持の判定は、粒子材料に対して直接絶縁性が求められる所定電圧(10V又は50V)の電圧を印加したときに流れる電流を測定したときに、流れる電流が小数点以下一桁で四捨五入したときに0mAであるときに絶縁性を保持できていると判断した。 Insulation retention is determined by measuring the current that flows when a predetermined voltage (10 V or 50 V) that requires direct insulation is applied to the particle material, and the current that flows is rounded to one decimal place. It was determined that the insulation was maintained when the current was 0 mA.
具体的な測定装置の例としては、マニピュレーターに接続した先端径1.5μmのタングステン製針1組にて粒子材料の1つに顕微鏡下で挟み、直流電圧電流発生装置R6144(株式会社エーディーシー)にて0Vから所定電圧まで徐々に電圧を上昇させながら流れる電流の値を観察した。その結果、流れる電流が0mAであるときに絶縁性を保持できていると判断した。 As an example of a specific measurement device, a set of tungsten needles with a tip diameter of 1.5 μm connected to a manipulator is sandwiched under a microscope with one of the particle materials, and a DC voltage current generator R6144 (ADC Co., Ltd.) The value of current flowing while gradually increasing the voltage from 0 V to a predetermined voltage was observed. As a result, it was determined that the insulating property was maintained when the flowing current was 0 mA.
また、粒子材料を体積基準で50%以上含む樹脂組成物を作製し、直径20mm高さ10mmに成型したものを三菱ケミカルアナリティック社製抵抗率計ハイレスタ-UPを用いて、体積抵抗率を測定した。ここで、1000Vの電圧を印加したときの抵抗率が1011Ω・cm以上となれば絶縁性を有すると判断した。 In addition, a resin composition containing 50% or more of the particle material on a volume basis was prepared, and the volume resistivity was measured using a resistivity meter Hiresta-UP manufactured by Mitsubishi Chemical Analytic Co., Ltd., which was molded to a diameter of 20 mm and a height of 10 mm. did. Here, if the resistivity was 10 11 Ω·cm or more when a voltage of 1000 V was applied, it was determined that the film had insulating properties.
絶縁性が保持できる電圧は、絶縁皮膜が厚いほど相対的に高くなる。また、絶縁皮膜の材料により絶縁性が保持できる電圧は変化する。従って、粒子材料の絶縁性の保持が充分で無い場合には、絶縁皮膜を更に厚くするか、絶縁皮膜の材料を絶縁性が高い材料に変更することで実現できる。 The voltage at which insulation can be maintained relatively increases as the insulating film becomes thicker. Also, the voltage at which insulation can be maintained varies depending on the material of the insulating film. Therefore, when the insulating property of the particle material is not sufficiently maintained, it can be realized by further increasing the thickness of the insulating film or by changing the material of the insulating film to a material with high insulating property.
本実施形態の粒子材料は、シランカップリング剤、シラン化合物、オルガノシラザン類などの表面処理剤を反応させて形成される表面処理層を有することができる。シラン化合物としては、アルキル基、フェニル基、アミノ基、フェニルアミノ基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基、ビニル基、イソシアネート基、スチリル基などの有機官能基がSi原子と直接接続されるか又はスペーサを介して接続され、SiH構造を有する化合物や、ヘキサメチルジシラザンなどが例示される。粒子材料の表面に形成される表面処理層の厚みは特に限定されず、例えば、粒子材料の表面に存在するOH基などの反応性基と全て結合出来る程度の量を100%とした場合に、30%、50%、75%、100%、150%、200%程度の量を例示することができる。 The particulate material of the present embodiment can have a surface treatment layer formed by reacting a surface treatment agent such as a silane coupling agent, a silane compound, or an organosilazane. As the silane compound, an organic functional group such as an alkyl group, a phenyl group, an amino group, a phenylamino group, an epoxy group, an acrylic group, a methacrylic group, a vinyl group, an isocyanate group, or a styryl group is directly connected to the Si atom, or Compounds connected via spacers and having a SiH structure, hexamethyldisilazane, and the like are exemplified. The thickness of the surface treatment layer formed on the surface of the particle material is not particularly limited. Amounts of about 30%, 50%, 75%, 100%, 150%, and 200% can be exemplified.
(フィラー材料)
本実施形態のフィラー材料は、本実施形態の粒子材料を含む。フィラー材料は、TIM、半導体の封止材、アンダーフィル材などに用いることができる。フィラー材料は、粒子材料のままの状態、樹脂材料中に分散した樹脂組成物の状態、溶媒などに分散したスラリー組成物の状態などの形態を採ることができる。フィラー材料には、本実施形態の粒子材料の他の粒子を含有させることができる。例えばアルミナやシリカの粒子である。他の粒子の含有量は、フィラー材料全体の質量を基準として、10%~90%程度の含有量とすることができる。含有量としては20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%などを挙げることができ、これらの含有量を下限値又は上限値として任意の範囲を設定することができる。
(filler material)
The filler material of this embodiment comprises the particulate material of this embodiment. Filler materials can be used for TIMs, semiconductor encapsulants, underfill materials, and the like. The filler material can be in the form of a particulate material, a resin composition dispersed in a resin material, or a slurry composition dispersed in a solvent or the like. The filler material can contain other particles of the particulate material of the present embodiments. For example, particles of alumina or silica. The content of other particles can be about 10% to 90% based on the mass of the entire filler material. The content can be 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, etc., and any range can be set with these contents as the lower limit or upper limit. can.
(熱伝達物質:TIM)
本実施形態のTIMは、本実施形態のフィラー材料と、そのフィラー材料を粒子状のまま分散する樹脂材料とを有する。樹脂材料としては特に限定しないが、シリコーン、エポキシ樹脂などが例示できる。これらの樹脂材料は重合前の状態であっても良い。
(Heat transfer material: TIM)
The TIM of this embodiment has the filler material of this embodiment and a resin material in which the filler material is dispersed as it is in the form of particles. Examples of the resin material include, but are not limited to, silicone and epoxy resin. These resin materials may be in a state before polymerization.
フィラー材料は、できるだけ多く含有させることが好ましい。例えば、全体の体積基準でフィラー材料の含有量の上限値は70%、80%程度にすることができる。 It is preferable to contain as much filler material as possible. For example, the upper limit of the content of the filler material can be about 70% or 80% based on the total volume.
(粒子材料の製造方法)
本実施形態の粒子材料の製造方法は、上述の本実施形態の粒子材料を製造できる方法のうちの1つである。本製造方法は、金属材料から粒子材料を製造する方法であり、粒子化工程と酸処理工程と洗浄工程と乾燥工程と酸化皮膜形成工程とその他必要な工程とを有する。金属材料はコア部を構成する金属元素を含有する材料である。特にAl、Cu及びSiの含有量の合計が50質量%以上であることが好ましい。
(Method for producing particle material)
The method for producing the particulate material of the present embodiment is one of the methods by which the particulate material of the present embodiment described above can be produced. This manufacturing method is a method for manufacturing a particulate material from a metal material, and includes a granulating step, an acid treatment step, a washing step, a drying step, an oxide film forming step, and other necessary steps. A metal material is a material containing a metal element that constitutes the core portion. In particular, it is preferable that the total content of Al, Cu and Si is 50% by mass or more.
粒子化工程は、金属材料を溶融した溶融材料を不活性雰囲気下で行うアトマイズ法にて粒子化して原料粒子材料を製造する工程である。不活性雰囲気下にて粒子化を行うことで得られる原料粒子材料は球形度が高い粒子を得ることができる。なお、本明細書において不活性雰囲気とは、例えば、窒素ガス、アルゴンなどの不活性ガスを主成分とするガスからなる雰囲気である。不活性雰囲気にするのは、溶融材料を固化して原料粒子材料を製造するまでの工程であり、金属材料を溶融させて溶融材料にする工程や、溶融材料が固化して球形度が高い原料粒子材料になった後は不活性雰囲気下でなくても構わない。 The granulating step is a step of granulating a molten metal material by an atomizing method in an inert atmosphere to produce raw material granules. Particles having a high degree of sphericity can be obtained from the raw material particles obtained by granulating in an inert atmosphere. In this specification, the inert atmosphere is, for example, an atmosphere composed of a gas containing an inert gas such as nitrogen gas or argon as a main component. The inert atmosphere is the process of solidifying the molten material to produce the raw material particles. After becoming a particulate material, it does not have to be in an inert atmosphere.
アトマイズ法は特に限定しないが、溶融材料を急冷することで粒子化する方法である。金属材料を溶融材料にするには、限定されない加熱方法により行う方法や、アトマイズ法としてプラズマアトマイズ法を採用し、アトマイズ法と一環として溶融材料の製造も行う方法を採用することもできる。急冷の方法としては、回転する金属ディスクの表面に接触させる方法、窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付ける方法、水などの液体を吹き付ける方法が例示できる。特に回転する金属ディスクの表面に接触させる方法が望ましい。金属ディスクの大きさ、質量、材質、回転速度などを変化させることで得られる原料粒子材料の粒度分布を制御できる。例えば、金属ディスクの回転数を増加させることにより溶融材料に加わるせん断力が大きくなって得られる原料粒子材料の粒径を小さくすることができる。 Although the atomization method is not particularly limited, it is a method of granulating a molten material by rapidly cooling it. In order to make a metal material into a molten material, a method of performing by any heating method, or a method of adopting a plasma atomizing method as an atomizing method and manufacturing a molten material as part of the atomizing method can also be adopted. Examples of the quenching method include a method of contacting the surface of a rotating metal disk, a method of spraying an inert gas such as nitrogen gas, and a method of spraying a liquid such as water. In particular, a method of contacting the surface of a rotating metal disk is desirable. The particle size distribution of the raw material particles can be controlled by changing the size, mass, material, rotation speed, etc. of the metal disk. For example, by increasing the number of rotations of the metal disk, the shear force applied to the molten material is increased, and the particle size of the resulting raw material particles can be reduced.
粒子化工程にて得られた原料粒子材料の球形度がそのまま製造される粒子材料の球形度に影響を与えるため、原料粒子材料は球形度が高いことが望ましい。例えば原料粒子材料の球形度は、0.9以上であることが好ましく、0.95以上、0.98以上、0.99以上であることが更に好ましい。 Since the sphericity of the raw particulate material obtained in the granulation step affects the sphericity of the particulate material produced as it is, the raw particulate material preferably has a high sphericity. For example, the sphericity of the raw material particles is preferably 0.9 or more, more preferably 0.95 or more, 0.98 or more, or 0.99 or more.
酸処理工程は、酸を含有しpHが1.3.~2.4の酸水溶液中に原料粒子材料を浸漬して酸処理物とする工程である。酸水溶液とは、酸を含む水溶液であり、溶媒の質量を基準として50%以上(好ましくは70%以上、90%以上、100%)の水を含有しており、それ以外に水を混合可能な有機溶媒を含むことができる。酸としては、特に限定されず、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、シュウ酸等が挙げられる。pHは、1.4~1.6の範囲を採用することが好ましい。 The acid treatment step contains acid and pH is 1.3. This is a step of immersing the raw material particles in an acid aqueous solution of ∼2.4 to obtain an acid-treated product. The acid aqueous solution is an aqueous solution containing an acid, and contains 50% or more (preferably 70% or more, 90% or more, 100%) of water based on the mass of the solvent, and water can be mixed with it. can contain any organic solvent. The acid is not particularly limited and includes hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, oxalic acid and the like. It is preferable to employ a pH in the range of 1.4 to 1.6.
酸処理工程における、酸水溶液の温度、浸漬時間などの浸漬条件としては特に限定されないが、酸処理工程は、浸漬した原料粒子材料における細孔直径が1.7nm~100nmの間に細孔容積ピークの最大値が存在し、細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積が0.3mm3/g~8.0mm3/gの酸処理物になるまで行う。酸処理工程は、酸水溶液を交換して複数回行うこともできる。酸処理工程は、長時間行ったり、複数回行ったりすることで、細孔の生成が進行し、細孔直径が大きくなったり、細孔容積が増加したりする傾向を示す。特に細孔容積ピークの最大値を示す細孔直径の下限値としては、1.7nm、5.0nm、20nmが例示でき、上限値は、10nm、20nm、100nmが例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。 In the acid treatment step, the immersion conditions such as the temperature of the acid aqueous solution and the immersion time are not particularly limited. exists, the acid-treated product has a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm and a pore volume of 0.3 mm 3 /g to 8.0 mm 3 /g. The acid treatment step can also be performed multiple times by exchanging the aqueous acid solution. When the acid treatment step is carried out for a long period of time or is carried out multiple times, the formation of pores tends to progress, and the pore diameter tends to increase, and the pore volume tends to increase. In particular, 1.7 nm, 5.0 nm, and 20 nm can be exemplified as the lower limit of the pore diameter showing the maximum value of the pore volume peak, and 10 nm, 20 nm, and 100 nm can be exemplified as the upper limit. These upper and lower limits can be combined arbitrarily.
細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積は、下限値が0.3mm3/g、1.0mm3/g、3.0mm3/gが例示でき、上限値が、1.0mm3/g、5.0mm3/g、8.0mm3/gが例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。細孔直径のD90/D10が10以下になることが好ましい。ここで、D10は、細孔直径が小さい方から細孔容積を積算したときに全体の体積基準で10%に至る細孔直径であり、D90は90%に至る細孔直径である。細孔直径の孔径分布及び細孔容積は、窒素ガスの吸着作用を利用したBJH法により測定する。 The pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm has a lower limit of 0.3 mm 3 /g, 1.0 mm 3 /g, and 3.0 mm 3 /g, and an upper limit of 1.0 mm 3 . /g, 5.0 mm 3 /g, and 8.0 mm 3 / g can be exemplified. These upper and lower limits can be combined arbitrarily. It is preferable that D90/D10 of the pore diameter is 10 or less. Here, D10 is the pore diameter that reaches 10% based on the total volume when the pore volume is integrated from the smaller pore diameter, and D90 is the pore diameter that reaches 90%. The pore size distribution of the pore diameter and the pore volume are measured by the BJH method using the adsorption action of nitrogen gas.
酸処理工程における酸水溶液の温度は特に限定しないが、その下限値は、0℃、10℃、20℃が例示でき、上限値は、50℃、60℃、70℃が例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。酸処理工程を行う処理時間は特に限定しないが、下限値が10分間、30分間、60分間程度、上限値が60分間、120分間、600分間程度が例示できる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。酸水溶液の温度及び処理時間を組み合わせることで上述したような適正な細孔直径ピーク及び細孔容積を達成する。 The temperature of the acid aqueous solution in the acid treatment step is not particularly limited, but the lower limit values can be exemplified by 0°C, 10°C and 20°C, and the upper limit values can be exemplified by 50°C, 60°C and 70°C. These upper and lower limits can be combined arbitrarily. The treatment time for the acid treatment step is not particularly limited, but examples include lower limits of about 10 minutes, 30 minutes, and 60 minutes, and upper limits of about 60 minutes, 120 minutes, and 600 minutes. These upper and lower limits can be combined arbitrarily. The combination of aqueous acid temperature and treatment time achieves the proper pore diameter peak and pore volume as described above.
洗浄工程は、酸処理物を有機溶媒で洗浄して洗浄物とする工程である。有機溶媒としては特に限定しないが、水との混和性があるものが好ましい。例えば、有機溶媒としてエタノール、イソプロピルアルコール、エチルメチルケトンを採用することができ、特にイソプロピルアルコール、エチルメチルケトンを採用することが好ましい。洗浄工程は、有機溶媒中に残存する酸水溶液の量を2%未満まで低減できる程度まで行うことが好ましい。 The washing step is a step of washing the acid-treated product with an organic solvent to obtain a washed product. Although the organic solvent is not particularly limited, one having miscibility with water is preferable. For example, ethanol, isopropyl alcohol, and ethyl methyl ketone can be used as the organic solvent, and it is particularly preferable to use isopropyl alcohol and ethyl methyl ketone. The washing step is preferably carried out to such an extent that the amount of the aqueous acid solution remaining in the organic solvent can be reduced to less than 2%.
洗浄工程の前に酸処理物に付着する酸水溶液を脱水・除去する脱水工程をもつことが好ましい。脱水工程は、濾過、遠心分離、自然沈降などにより、酸処理物を酸水溶液から分離する工程である、特に純水により洗浄する工程を有することもできる。純水にて洗浄する工程を採用する場合には、付着する純水を乾燥により除去する工程をもつことができる。乾燥は、加熱により行ったり、減圧により行ったりすることができる。 It is preferable to have a dehydration step for dehydrating and removing the acid aqueous solution adhering to the acid-treated product before the washing step. The dehydration step is a step of separating the acid-treated product from the acid aqueous solution by filtration, centrifugation, natural sedimentation, or the like, and can also include a step of washing with pure water, in particular. When the step of washing with pure water is adopted, it is possible to have a step of removing adhering pure water by drying. Drying can be performed by heating or by reducing pressure.
乾燥工程は、洗浄物を乾燥させて乾燥物とする工程である。乾燥する方法は特に限定しないが、濾過、遠心分離などにより、有機溶媒を分離除去した後、加熱や減圧により有機溶媒を蒸発させることが好ましい。乾燥工程では有機溶媒の残存量が2%未満程度になるまで行うことが好ましい。 The drying step is a step of drying the washed material to obtain a dried material. Although the drying method is not particularly limited, it is preferable to separate and remove the organic solvent by filtration, centrifugation, or the like, and then evaporate the organic solvent by heating or reduced pressure. It is preferable to carry out the drying process until the residual amount of the organic solvent is less than about 2%.
酸化皮膜形成工程は、酸化雰囲気下で500℃以上且つ球形度が0.9未満に変形しない温度で乾燥物を加熱する工程である。これにより酸化被膜が脱水され、コア部と酸化被膜との連結が強固で隙間のない状態をとすることができる。 The oxide film forming step is a step of heating the dried product in an oxidizing atmosphere at a temperature of 500° C. or higher and at a temperature at which the sphericity is not deformed to less than 0.9. As a result, the oxide film is dehydrated, and the connection between the core portion and the oxide film is strong and no gap can be formed.
酸化雰囲気は、酸素ガス、空気などの酸素を含むガス中であったり、加熱により酸素を放出する物質の共存下にて行うものであったりできる。 The oxidizing atmosphere can be in a gas containing oxygen such as oxygen gas or air, or in the coexistence of a substance that releases oxygen when heated.
球形度が0.9未満に変形しない加熱温度としては、コア粒子を構成する金属材料の融点近傍の温度が例示できる。なお、金属材料の融点を超える温度まで乾燥物を加熱しても乾燥物が融解して変形するとは限らず、融点以上の温度を採用することも可能である。例えば、金属材料としてアルミニウムを採用する場合にはアルミニウムの融点よりも高い800℃程度の温度に加熱しても乾燥物の球形度は低下しない条件も存在する。 As a heating temperature at which the sphericity is not deformed to less than 0.9, a temperature near the melting point of the metal material forming the core particles can be exemplified. Even if the dried material is heated to a temperature exceeding the melting point of the metal material, the dried material is not necessarily melted and deformed, and a temperature higher than the melting point may be employed. For example, when aluminum is used as the metal material, there are conditions under which the sphericity of the dried product does not decrease even if it is heated to a temperature of about 800° C., which is higher than the melting point of aluminum.
加熱温度の下限値は、550℃、600℃、650℃等が採用でき、上限値としては金属材料の融点から100℃~140℃程度高い温度を採用することができる。例えば金属材料として融点660℃のアルミニウムを採用する場合には加熱温度の上限値として760℃~800℃程度を採用することができる。 The lower limit of the heating temperature can be 550° C., 600° C., 650° C., or the like, and the upper limit can be a temperature about 100° C. to 140° C. higher than the melting point of the metal material. For example, when aluminum with a melting point of 660.degree. C. is used as the metal material, the upper limit of the heating temperature can be about 760.degree. C. to 800.degree.
加熱時間は、表面に厚みが20nm以上の酸化皮膜を形成するまで行う。例えばアルミニウムから構成される原料粒子材料から酸化皮膜としてのアルミナを形成する場合には、空気雰囲気下で1分から480分程度加熱することで目的の厚みを持つ酸化皮膜を形成できる場合があった。加熱温度との関係で適正な加熱時間は変化する。加熱温度が低いと加熱時間は相対的に長い方が好ましくなり、加熱温度が高いと加熱時間は相対的に短い方法が好ましくなる。加熱時間の上限としては300分、240分、180分、120分、60分、30分、20分などが挙げられ、加熱時間の下限としては3分、4分、5分、10分、15分、20分、30分などが挙げられる。加熱方法としては特に限定しない。例えば、ローラーハースキルン、プッシャーキルン、ロータリーキルンなどのキルンにより加熱を行うことができる。 The heating time is continued until an oxide film having a thickness of 20 nm or more is formed on the surface. For example, in the case of forming alumina as an oxide film from raw material particles made of aluminum, an oxide film having a desired thickness could be formed by heating in an air atmosphere for about 1 to 480 minutes. Appropriate heating time varies depending on the heating temperature. If the heating temperature is low, a relatively long heating time is preferable, and if the heating temperature is high, a relatively short heating time is preferable. The upper limit of the heating time includes 300 minutes, 240 minutes, 180 minutes, 120 minutes, 60 minutes, 30 minutes and 20 minutes, and the lower limit of the heating time is 3 minutes, 4 minutes, 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes. minutes, 20 minutes, 30 minutes, and the like. The heating method is not particularly limited. For example, heating can be performed by a kiln such as a roller hearth kiln, a pusher kiln, or a rotary kiln.
酸化皮膜形成工程の前に原料粒子材料の表面に原料粒子材料を構成する元素以外の元素を付着させることで、原料粒子材料を構成する元素以外の元素を含む酸化皮膜の形成ができる。例えば、原料粒子材料を構成する以外の金属元素を含む溶液中に原料粒子材料を浸漬した後に乾燥させたり、スパッタリングや蒸着によって、異なる種類の元素を表面に含むようにしたりできる。 An oxide film containing elements other than the elements constituting the raw material particles can be formed by attaching elements other than the elements constituting the raw material particles to the surface of the raw material particles before the oxide film forming step. For example, the raw particulate material can be immersed in a solution containing metal elements other than those constituting the raw particulate material and then dried, or the surface can be made to contain different types of elements by sputtering or vapor deposition.
酸化皮膜形成工程後に、その表面に表面処理層を形成することもできる。表面処理は、表面処理剤を粒子材料の表面に接触させることで行う。粒子材料の表面に接触する方法としては、表面処理剤をそのまま、又は適正な溶媒中に溶解させて接触することができる。そのまま接触させる場合には液状又は気体状にして接触することができる。接触後又は接触しながら適正な温度で加熱することで反応を促進することができる。適正な温度としては、80℃、100℃、150℃、200℃、250℃等が例示できる。 After the oxide film forming step, a surface treatment layer can be formed on the surface. Surface treatment is performed by contacting the surface of the particulate material with a surface treatment agent. As a method of contacting the surface of the particle material, the surface treatment agent can be contacted as it is or after being dissolved in an appropriate solvent. When it is contacted as it is, it can be contacted in a liquid state or a gaseous state. The reaction can be promoted by heating at an appropriate temperature after or while contacting. Suitable temperatures include 80°C, 100°C, 150°C, 200°C, and 250°C.
(試験1:試料の調製及び比表面積の評価)
金属アルミニウムからなる金属材料を750℃に加熱して溶融させた溶融材料を不活性雰囲気下(窒素雰囲気)ディスクアトマイザーにて処理して原料粒子材料を得た(粒子化工程)。得られた原料粒子材料は球形度が0.99、体積平均粒径が80μm、55μm、35μm、10μmであった。ディスクアトマイザーのディスクの回転数を制御することで体積平均粒径を御した。具体的にはディスクの回転数を増加させると体積平均粒径は小さくなった。
(Test 1: Preparation of sample and evaluation of specific surface area)
A metal material made of metal aluminum was heated to 750° C. and melted, and the molten material was treated with a disc atomizer under an inert atmosphere (nitrogen atmosphere) to obtain raw material particles (particulation step). The obtained raw material particles had a sphericity of 0.99 and volume average particle diameters of 80 μm, 55 μm, 35 μm and 10 μm. The volume average particle size was controlled by controlling the number of rotations of the disk of the disk atomizer. Specifically, the volume-average particle diameter decreased as the number of rotations of the disk increased.
得られた原料粒子材料を0.03N塩酸水溶液(pH1.5)中に浸漬し酸処理物とした(酸処理工程)。浸漬する条件は、25℃、6時間を一回とした。酸処理を行ったものについては、遠心分離によって脱水して脱水物とした後、有機溶媒(イソプロピルアルコール)により洗浄を行い洗浄物とすることで酸の残存をなくした。洗浄の終了は、有機溶剤中に残存する酸水溶液の量が2%未満となったら終了した。なお、脱水工程がなくても洗浄工程を繰り返すことで酸の残存がない試料を得ることができた。しかしながら、脱水工程を行うことで洗浄工程にて用いる有機溶媒の量を減らすことが可能であった。 The obtained raw material particles were immersed in a 0.03N hydrochloric acid aqueous solution (pH 1.5) to obtain an acid-treated material (acid treatment step). The immersion conditions were 25° C. and 6 hours once. The acid-treated material was dehydrated by centrifugation to obtain a dehydrated material, and then washed with an organic solvent (isopropyl alcohol) to obtain a washed material, thereby eliminating residual acid. The washing was terminated when the amount of aqueous acid solution remaining in the organic solvent was less than 2%. Even without the dehydration step, a sample with no residual acid could be obtained by repeating the washing step. However, it was possible to reduce the amount of the organic solvent used in the washing process by performing the dehydration process.
原料粒子材料及び洗浄物について、大気雰囲気下、600℃で180分間加熱を行い、酸化皮膜を形成して本実施例の粒子材料とした(酸化皮膜形成工程)。酸化皮膜の厚みは80~100nmであった。酸化皮膜形成工程後でも体積平均粒径に変化は無かった。また、D90/D10は1.6~3.0であり、3.0以下であった。更に球形度は0.99で変化無かった。また、一次粒子にまで分散していることをSEMにて確認した。それぞれについて比表面積の測定結果を表1に示す。 The raw material particles and the washed material were heated at 600° C. for 180 minutes in an air atmosphere to form an oxide film to obtain the particle material of this example (oxide film forming step). The thickness of the oxide film was 80-100 nm. There was no change in the volume average particle size even after the oxide film forming process. In addition, D90/D10 was 1.6 to 3.0 and was 3.0 or less. Further, the sphericity was 0.99 and remained unchanged. Further, it was confirmed by SEM that even the primary particles were dispersed. Table 1 shows the measurement results of the specific surface area for each.
すべての粒径において、酸処理を行うことで比表面積が増加した。 For all particle sizes, the specific surface area increased by acid treatment.
(試験2:細孔容積の評価)
次に体積平均粒径が55μmの原料粒子材料について、評価を行った。酸処理工程を行う回数を0回、1回及び6回としたものに酸化皮膜形成工程を行い粒子材料とした。酸処理工程を行う数が、1回及び6回のものについては、酸化皮膜形成工程の前に脱水工程及び洗浄工程を行った。BJH法による細孔分布解析の結果を図1~3に示す。
(Test 2: Evaluation of pore volume)
Next, raw material particles having a volume average particle diameter of 55 μm were evaluated. Particle materials were obtained by performing the oxide film forming process on the samples having the number of times of the acid treatment process set to 0, 1, and 6 times. For the specimens in which the acid treatment process was performed once and six times, the dehydration process and the washing process were performed before the oxide film formation process. The results of pore distribution analysis by the BJH method are shown in FIGS.
図1~3により明らかなように、酸処理前の原料粒子材料(図1)と酸処理一回後の酸処理物(図2)との細孔容積分布及び細孔表面積分布の測定結果を比較すると、原料粒子材料では細孔容積の最大ピークが100nm超に存在していたのが、酸処理一回で細孔直径が1.7nm~100nmの範囲内(3.5nm)に細孔容積の最大ピークが生じた。酸処理前に比べて細孔容積の最大ピークの高さが10倍弱に高くなっており、酸処理工程後に新たに細孔が形成されたことが推測できる。 As is clear from FIGS. 1 to 3, the measurement results of the pore volume distribution and the pore surface area distribution of the raw material particle material before acid treatment (FIG. 1) and the acid-treated material after one acid treatment (FIG. 2) are shown. By comparison, in the raw material particles, the maximum peak of the pore volume was present at more than 100 nm, but after one acid treatment, the pore volume decreased within the range of 1.7 nm to 100 nm (3.5 nm). A maximum peak of The height of the maximum peak of the pore volume was slightly less than 10 times higher than before the acid treatment, and it can be assumed that new pores were formed after the acid treatment step.
更に、酸処理を6回にすると、細孔容積の最大ピーク高さ及び最大ピークの細孔直径はあまり変化が無いものの(3.5nm)、最大ピークよりも大きな細孔直径における細孔容積が大きくなっており、全体として細孔容積も大きくなっていることが分かった(図3)。これは、酸処理工程により生成する細孔の細孔直径は概ね同じで、形成された細孔が隣接する細孔と融合して大きな細孔直径をもつことになるためであると考えられる。 Furthermore, when the acid treatment was repeated 6 times, although the maximum peak height of the pore volume and the pore diameter at the maximum peak did not change much (3.5 nm), the pore volume at a pore diameter larger than the maximum peak increased. It was found that the pore volume increased as a whole (Fig. 3). It is believed that this is because the pores formed by the acid treatment step have approximately the same pore diameter, and the formed pores fuse with adjacent pores to have a large pore diameter.
細孔直径1.7nm~300nmの細孔容積について、酸処理前後での変化を検討した。結果を表2に示す。 Regarding the pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm, changes before and after the acid treatment were examined. Table 2 shows the results.
表2より明らかなように、酸処理により細孔容積が大きくなった。酸処理の回数を増やすと細孔容積も増加することが分かった。 As is clear from Table 2, the acid treatment increased the pore volume. It was found that increasing the number of acid treatments also increased the pore volume.
(試験3:酸処理工程の条件検討)
体積平均粒径55μmの原料粒子材料について、pH1.0、1.4、そして2.5の条件で酸処理工程を行い、その後、酸化皮膜形成工程を行って得られた粒子材料について評価を行った。更にpH2.5の条件で酸処理工程を行った試料については、酸処理工程後に脱水工程は行うものの有機溶媒(イソプロピルアルコール)による洗浄を行わない場合についても評価を行った。酸処理工程を行う温度及び時間は先述の条件を用いた。得られた粒子材料について細孔直径1.7nm~300nmの細孔容積を測定し、その結果を表3に示す。また、SEM写真を図4に示す。
(Test 3: Examination of conditions for acid treatment process)
A raw material particulate material having a volume average particle diameter of 55 μm was subjected to an acid treatment step under conditions of pH 1.0, 1.4, and 2.5, and then subjected to an oxide film forming step, and the resulting particulate material was evaluated. rice field. Furthermore, the sample subjected to the acid treatment process under the condition of pH 2.5 was also evaluated in the case where the dehydration process was performed after the acid treatment process but the washing with an organic solvent (isopropyl alcohol) was not performed. The above conditions were used for the temperature and time for the acid treatment step. The obtained particle material was measured for pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm, and the results are shown in Table 3. A SEM photograph is shown in FIG.
表3及び図4より明らかなように、pH1.0にて酸処理工程を行った試料は、粒子の形状が大きく崩れていた。また、細孔容積も8.0mm3/gを大きく超える値を示した。また、pH2.5にて酸処理工程を行った試料は、表面に細孔はあまり形成されなかったが、洗浄工程を行わなかったことにより、析出物が生成して細孔容積が28.446mm3/gと非常に大きくなった。 As is clear from Table 3 and FIG. 4, the sample subjected to the acid treatment process at pH 1.0 was greatly deformed in particle shape. Moreover, the pore volume also showed a value greatly exceeding 8.0 mm 3 /g. In addition, the sample subjected to the acid treatment process at pH 2.5 did not have many pores on the surface, but because the washing process was not performed, precipitates were formed and the pore volume was 28.446 mm. 3 /g, which is very large.
それに対して、pH1.4にて酸処理工程を行った試料は、細孔容積が0.320mm3/gであり、表面についても細孔の生成は認められるものの、非常に滑らかであった。 On the other hand, the sample subjected to the acid treatment process at pH 1.4 had a pore volume of 0.320 mm 3 /g, and the surface was very smooth although formation of pores was observed.
(試験4:熱伝導率、体積抵抗率及び誘電率の評価)
体積平均粒径55μmの原料粒子材料について、pH1.5(試料1)及びpH2.5(試料2)の条件で酸処理工程を行った試料、酸処理工程を行わない試料(試料3)のそれぞれについて酸化皮膜形成工程を行い酸化皮膜を形成して試料とした。酸処理工程を行った試料については酸化皮膜形成工程の前に脱水工程と洗浄工程とを行い、酸の残存が無いようにした。
(Test 4: Evaluation of thermal conductivity, volume resistivity and dielectric constant)
For raw material particles with a volume average particle diameter of 55 μm, a sample subjected to an acid treatment process under the conditions of pH 1.5 (sample 1) and pH 2.5 (sample 2), and a sample (sample 3) not subjected to an acid treatment process. was subjected to an oxide film forming step to form an oxide film and prepare a sample. The sample subjected to the acid treatment process was subjected to a dehydration process and a washing process before the oxide film forming process so that no acid remained.
pH1.5及び2.5にて酸処理工程を行った試料、酸処理工程を行わない試料、アルミナからなる試料(試料4)について、表4に示す組成で樹脂組成物を調製・硬化させて各試料の樹脂組成物を調製した。これらの樹脂組成物について熱伝導率を測定した。用いた試料の体積平均粒径は、アルミナが45μm、その他の試料が55μmであった。熱伝導率の測定は、樹脂組成物の硬化物から直径20mm、厚み8mmの円板を作成し、ホットディスク法にて行った。 Resin compositions were prepared and cured with the compositions shown in Table 4 for the samples subjected to the acid treatment process at pH 1.5 and 2.5, the sample not subjected to the acid treatment process, and the sample made of alumina (Sample 4). A resin composition for each sample was prepared. Thermal conductivity was measured for these resin compositions. The volume average particle size of the samples used was 45 μm for alumina and 55 μm for the other samples. The thermal conductivity was measured by a hot disk method using a disk having a diameter of 20 mm and a thickness of 8 mm prepared from the cured product of the resin composition.
また、pH1.5で酸処理工程を行った試料、酸処理工程を行っていない試料、アルミナを用いた樹脂組成物の硬化物を直径20mm、高さ10mmに成型したものを、三菱ケミカルアナリティック社製抵抗率計ハイレスタ-UPを用いて、体積抵抗率を測定した。結果を合わせて表4に示す。 In addition, a sample subjected to an acid treatment process at pH 1.5, a sample not subjected to an acid treatment process, and a cured product of a resin composition using alumina molded into a diameter of 20 mm and a height of 10 mm were evaluated by Mitsubishi Chemical Analytics. The volume resistivity was measured using a resistivity meter manufactured by Hiresta-UP. The results are shown in Table 4 together.
また、pH1.5で酸処理工程を行った試料、アルミナを用いた樹脂組成物の硬化物を直径9mm、高さ30mmに成型したものを、アジレントテクノロジーズ(Agilent Technologies)社製HP8362B装置を用いて、空洞共振摂動法により測定周波数1GHz、測定温度23℃にて誘電率を測定した。結果を合わせて表4に示す。 In addition, a sample subjected to an acid treatment process at pH 1.5 and a cured product of a resin composition using alumina molded into a diameter of 9 mm and a height of 30 mm were measured using an HP8362B apparatus manufactured by Agilent Technologies. , the dielectric constant was measured by the cavity resonance perturbation method at a measurement frequency of 1 GHz and a measurement temperature of 23°C. The results are shown in Table 4 together.
表より明らかなように、試料1(pH1.5)では、熱伝導性が試料2(pH2.5)及び4(アルミナ)よりも高く、試料3(酸処理工程無し)に匹敵する高さであった。また、体積抵抗率は、試料1(pH1.5)は、試料4(アルミナのみ)に匹敵する程の高い値を示しているのに対して試料3では、非常に低い体積抵抗率を示した。 As can be seen from the table, Sample 1 (pH 1.5) has a higher thermal conductivity than Samples 2 (pH 2.5) and 4 (alumina) and is comparable to Sample 3 (no acid treatment step). there were. In addition, sample 1 (pH 1.5) showed a high volume resistivity comparable to sample 4 (alumina only), whereas sample 3 showed a very low volume resistivity. .
以上の結果から、pH1.5での酸処理工程後に生成される酸化皮膜は、アルミナに匹敵する絶縁性と、熱伝導性とが両立できる性質をもつことが分かった。 From the above results, it was found that the oxide film formed after the acid treatment process at pH 1.5 has the properties of both insulating properties comparable to those of alumina and thermal conductivity.
また、試料1を用いた樹脂組成物は、試料4を用いた樹脂組成物と比較して、高い誘電率を有していることが分かった。これは、コア部に伝導度が高いアルミニウムを含有していることによって、フィラーが誘電体としての役割ではなく一種の伝導体としての役割を果たしつつ、粒子表面に形成された絶縁被膜によって、アルミナに匹敵する絶縁性が付与されたためであると考えられる。
It was also found that the resin
(試験5:電磁波シールド性能の評価)
試験4で調製した試料1及び試料4を40体積%、シリコーン樹脂(KR-220LP)を60体積%の割合で混合・硬化して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物について、電磁波の反射量、吸収量、及びその和(電磁波シールド量)を同軸導波管法により測定し、結果を図5及び6に示す。
(Test 5: Evaluation of electromagnetic shielding performance)
40% by volume of
図5及び6から明らかなように、試料1を用いた樹脂組成物は、電磁波の反射量も吸収量も多く、電磁波シールド性能に優れていることが分かった。それに対してアルミナから構成される試料4を用いた樹脂組成物は、低い電磁波シールド性能しか示さなかった。
As is clear from FIGS. 5 and 6, the resin
・その他の試験
金属アルミニウムに代えて、金属銅、金属シリコンを用いて上記試験と同様の試験を行った結果、金属アルミニウムを用いた場合と同様の絶縁性を示す一次粒子にまで分散した粒子材料を得られることを確認した。
・Other tests As a result of conducting the same test as the above test using metallic copper and metallic silicon instead of metallic aluminum, a particle material dispersed to primary particles showing the same insulation as when metallic aluminum is used. was confirmed to be obtained.
Claims (10)
前記コア部を隙間無く被覆する厚みが20nm以上の金属酸化物から形成される絶縁皮膜と、
を有し、
BET比表面積が0.1~10m2/gであり、
BJH法による細孔分布解析において、細孔直径が1.7nm~100nmの間に細孔容積ピークの最大値が存在し、細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積が0.3mm3/g~8.0mm3/gであり、
体積平均粒径が10μm以上、
球形度が0.9以上、
一次粒子にまで分散している粒子材料。 a core portion made of a metal material;
an insulating film formed of a metal oxide having a thickness of 20 nm or more and covering the core portion without gaps;
has
BET specific surface area is 0.1 to 10 m 2 /g,
In the pore distribution analysis by the BJH method, the maximum value of the pore volume peak exists between 1.7 nm and 100 nm in pore diameter, and the pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm is 0.3 mm 3 /g to 8.0 mm 3 /g,
A volume average particle diameter of 10 μm or more,
sphericity is 0.9 or more,
Particulate material dispersed down to primary particles.
前記絶縁皮膜は、前記金属材料の酸化物である請求項1に記載の粒子材料。 The metal material has a total content of Al, Cu and Si of 50% by mass or more,
2. The particulate material according to claim 1, wherein said insulating coating is an oxide of said metal material.
BJH法による細孔分布解析において、細孔直径が1.7nm~100nmの間に細孔容積ピークの最大値が存在し、細孔直径が1.7nm~300nmの細孔容積が0.3mm3/g~8.0mm3/gになるまでpHが1.3.~2.4の酸水溶液中に前記原料粒子材料を浸漬して酸処理物とする酸処理工程と、
前記酸処理物を有機溶媒にて洗浄を行い洗浄物とする洗浄工程と、
前記洗浄物を乾燥して乾燥物を得る乾燥工程と、
前記乾燥物を酸化雰囲気下で500℃以上且つ球形度が0.9未満に変形しない温度で加熱して厚みが20nm以上の金属酸化物からなる絶縁皮膜を表面に形成する酸化皮膜形成工程と、
を有する粒子材料の製造方法。 a granulation step of producing raw material granules having a sphericity of 0.9 or more by granulating a molten material obtained by melting a metal material containing 50% by mass or more of a metal element by an atomizing method in an inert atmosphere;
In the pore distribution analysis by the BJH method, the maximum value of the pore volume peak exists between 1.7 nm and 100 nm in pore diameter, and the pore volume with a pore diameter of 1.7 nm to 300 nm is 0.3 mm 3 /g to 8.0 mm 3 /g until the pH is 1.3. an acid treatment step of immersing the raw material particulate material in an acid aqueous solution of 1 to 2.4 to obtain an acid-treated product;
A washing step of washing the acid-treated product with an organic solvent to obtain a washed product;
a drying step of drying the washed material to obtain a dried material;
an oxide film forming step of heating the dried product in an oxidizing atmosphere at a temperature of 500° C. or higher and at a temperature at which the sphericity is not deformed to less than 0.9 to form an insulating film made of a metal oxide having a thickness of 20 nm or more on the surface;
A method of making a particulate material having
前記フィラー材料を粒子状のまま分散する樹脂材料と、
を有する熱伝達物質。 a filler material according to claim 8;
a resin material that disperses the filler material in the form of particles;
A heat transfer material having
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