JP7550869B2 - Composite and manufacturing method thereof, and laminate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本開示は、複合体及びその製造方法、並びに、積層体及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a composite and a method for manufacturing the same, as well as a laminate and a method for manufacturing the same.
パワーデバイス、トランジスタ、サイリスタ、CPU等の部品においては、使用時に発生する熱を効率的に放熱することが求められる。このような要請から、従来、電子部品を実装するプリント配線板の絶縁層の高熱伝導化を図ったり、電子部品又はプリント配線板を、電気絶縁性を有する熱インターフェース材(Thermal Interface Materials)を介してヒートシンクに取り付けたりすることが行われてきた。このような絶縁層及び熱インターフェース材には、放熱部材として、樹脂と窒化ホウ素等のセラミックとで構成される複合体が用いられる。 Power devices, transistors, thyristors, CPUs, and other components are required to efficiently dissipate heat generated during use. To meet this demand, efforts have traditionally been made to increase the thermal conductivity of the insulating layer of printed wiring boards on which electronic components are mounted, or electronic components or printed wiring boards have been attached to heat sinks via thermal interface materials that have electrical insulation. For such insulating layers and thermal interface materials, composites made of resin and ceramics such as boron nitride are used as heat dissipation members.
このような複合体として、多孔性のセラミック焼結体(例えば、窒化ホウ素焼結体)に樹脂を含浸させた複合体が検討されている(例えば、特許文献1参照)。また、回路基板と樹脂含浸窒化ホウ素焼結体とを有する積層体において、窒化ホウ素焼結体を構成する一次粒子と回路基板とを直接接触させて、積層体の熱抵抗を低減し、放熱性を改善することも検討されている(例えば、特許文献2参照)。As such a composite, composites in which a porous ceramic sintered body (e.g., boron nitride sintered body) is impregnated with resin have been studied (see, for example, Patent Document 1). Also, in a laminate having a circuit board and a resin-impregnated boron nitride sintered body, it has been studied to reduce the thermal resistance of the laminate and improve heat dissipation by directly contacting the primary particles constituting the boron nitride sintered body with the circuit board (see, for example, Patent Document 2).
近年の半導体装置等における回路の高集積化に伴って、放熱部材等の各種部材も小型化することが求められる。このような状況下、半導体装置等の信頼性を確保するため、小型化しても絶縁破壊を抑制できる放熱部材が必要になると考えられる。一方で、小型化する場合には、高い位置精度も求められるため、ハンドリング性に優れることも必要となる。 In recent years, with the increasing integration of circuits in semiconductor devices, etc., there is a demand for miniaturization of various components such as heat dissipation components. Under these circumstances, in order to ensure the reliability of semiconductor devices, etc., it is considered necessary to have heat dissipation components that can suppress insulation breakdown even when miniaturized. On the other hand, miniaturization also requires high positional accuracy, so excellent handleability is also necessary.
そこで、本開示は、接着性、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することが可能な複合体及びその製造方法を提供する。また、本開示は、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することが可能な積層体及びその製造方法を提供する。 The present disclosure provides a composite body and a method for producing the same that can flexibly accommodate a prioritized characteristic among various characteristics such as adhesion, thermal conductivity, insulation reliability, and handleability. The present disclosure also provides a laminate body and a method for producing the same that can flexibly accommodate a prioritized characteristic among various characteristics such as thermal conductivity, insulation reliability, and handleability.
本開示は、一つの側面において、樹脂と多孔質の窒化物焼結体とを含有する複合体であって、樹脂の少なくとも一部が窒化物焼結体の気孔に充填されており、表面部と内部における樹脂の硬化率が互いに異なる、複合体を提供する。In one aspect, the present disclosure provides a composite containing a resin and a porous nitride sintered body, in which at least a portion of the resin fills the pores of the nitride sintered body, and the curing rates of the resin at the surface and in the interior are different from each other.
上記複合体は、表面部における樹脂の硬化率を内部における樹脂の硬化率よりも小さくすることよって、複合体に被着される被着体との接着力を十分に高くすることができる。これによって、熱伝導性及び絶縁信頼性を十分に高くすることができる。一方、表面部における樹脂の硬化率を内部における樹脂の硬化率よりも大きくすれば、ハンドリング性を高くすることができる。また、この場合、内部の樹脂の硬化率を小さくできることから、柔軟性が向上して被着体との密着性が良好となり、絶縁信頼性も高くすることができる。このように、上記複合体は、表面部と内部における樹脂の硬化率が同一である複合体に比べて、設計の自由度を高くすることができる。このため、接着性、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することが可能な積層体を提供することができる。 The above composite can sufficiently increase the adhesive strength with the adherend attached to the composite by making the curing rate of the resin in the surface portion smaller than the curing rate of the resin in the interior. This can sufficiently increase the thermal conductivity and insulation reliability. On the other hand, if the curing rate of the resin in the surface portion is made larger than the curing rate of the resin in the interior, the handleability can be improved. In addition, in this case, since the curing rate of the resin in the interior can be made smaller, the flexibility is improved, the adhesion with the adherend is improved, and the insulation reliability can also be increased. In this way, the above composite can have a higher degree of design freedom than a composite in which the curing rate of the resin in the surface portion and the interior is the same. Therefore, it is possible to provide a laminate that can flexibly respond to the priority characteristics among various characteristics such as adhesion, thermal conductivity, insulation reliability, and handleability.
上記複合体の内部は、窒化物焼結体に樹脂が充填されている樹脂充填体で構成され、表面部は、樹脂充填体の少なくとも一部を被覆する樹脂層で構成されてよい。これによって、他部材との密着性を一層向上し、熱伝導性及び絶縁信頼性を一層高くすることができる。The interior of the composite may be made of a resin filler in which a nitride sintered body is filled with resin, and the surface may be made of a resin layer that covers at least a part of the resin filler. This can further improve adhesion to other components and further increase thermal conductivity and insulation reliability.
上記複合体において、樹脂の硬化率の最大値と最小値の差は30%以上であってよい。上記複合体の内部における樹脂の硬化率と、表面部における樹脂の硬化率の差の絶対値は10%以上であってよい。このような複合体は、優先される特性に応じて、一層柔軟に対応することができる。In the above composite, the difference between the maximum and minimum values of the resin curing rate may be 30% or more. The absolute value of the difference between the resin curing rate inside the composite and the resin curing rate at the surface may be 10% or more. Such a composite can be more flexibly adapted to the prioritized properties.
上記複合体において、内部の方が、表面部よりも樹脂の硬化率が大きくてもよい。これによって、絶縁信頼性、熱伝導性、及び被着体との接着力を十分に高くすることができる。In the above composite, the resin may have a higher cure rate in the interior than in the surface. This can sufficiently increase the insulation reliability, thermal conductivity, and adhesive strength with the adherend.
上記複合体において、表面部の方が、内部よりも樹脂の硬化率が大きくてもよい。このような複合体は、優れたハンドリング性を有する。また、内部の樹脂の硬化率を小さくできることから、柔軟性が高くなる。このため、被着体に被着する際に被着体の形状に沿って円滑に変形できることから、他部材との密着性を向上することができる。したがって、高い絶縁信頼性も維持することができる。In the above composite, the resin may have a higher cure rate on the surface than in the interior. Such a composite has excellent handleability. In addition, the resin has a higher flexibility because the cure rate of the interior resin can be reduced. This allows the composite to smoothly deform to conform to the shape of the adherend when attached to the adherend, improving adhesion to other components. This also allows high insulation reliability to be maintained.
本開示は、一つの側面において、上述のいずれかの複合体と金属シートとが積層されている積層体を提供する。この積層体は、上述のいずれかの複合体を備える。このため、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち優先される特性に柔軟に対応することができる。In one aspect, the present disclosure provides a laminate in which any of the composites described above and a metal sheet are laminated. This laminate includes any of the composites described above. Therefore, it is possible to flexibly respond to prioritized characteristics among various characteristics such as thermal conductivity, insulation reliability, and handleability.
本開示は、一つの側面において、多孔質の窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸して樹脂含浸体を得る含浸工程と、樹脂含浸体を加熱して気孔に充填された第1樹脂組成物を硬化又は半硬化して第1樹脂を含む樹脂充填体を得る硬化工程と、樹脂充填体の表面の少なくとも一部を第2樹脂で被覆する被覆工程と、を有し、第1樹脂と第2樹脂の硬化率が互いに異なる、複合体の製造方法を提供する。In one aspect, the present disclosure provides a method for producing a composite, the method comprising: an impregnation step of impregnating a porous nitride sintered body with a first resin composition to obtain a resin-impregnated body; a curing step of heating the resin-impregnated body to cure or semi-cure the first resin composition filling the pores to obtain a resin-filled body containing the first resin; and a coating step of coating at least a portion of the surface of the resin-filled body with a second resin, the first resin and the second resin having different curing rates.
上記製造方法で得られる複合体では、樹脂充填体に含まれる第1樹脂と、樹脂充填体を被覆する第2樹脂との硬化率が互いに異なる。このような複合体は、第2樹脂の硬化率を第1樹脂の硬化率よりも小さくすることよって、被着体との接着力を十分に高くすることができる。これによって、熱伝導性及び絶縁信頼性を十分に高くすることができる。一方、第2樹脂の硬化率を第1樹脂の硬化率よりも大きくすることによって、ハンドリング性を高くすることができる。また、この場合、第1樹脂の硬化率を小さくできることから、柔軟性が向上して被着体との密着性が良好となり、絶縁信頼性も高くすることができる。このように、上記製造方法で得られる複合体は、第1樹脂と第2樹脂の硬化率が同一である複合体に比べて、設計の自由度が高い。このため、接着性、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することが可能な積層体を製造することができる。In the composite obtained by the above manufacturing method, the curing rate of the first resin contained in the resin filler is different from that of the second resin covering the resin filler. In such a composite, the adhesive force with the adherend can be sufficiently increased by making the curing rate of the second resin smaller than that of the first resin. This allows the thermal conductivity and insulation reliability to be sufficiently increased. On the other hand, by making the curing rate of the second resin larger than that of the first resin, the handleability can be increased. In addition, in this case, since the curing rate of the first resin can be reduced, the flexibility is improved, the adhesion with the adherend is improved, and the insulation reliability can be increased. In this way, the composite obtained by the above manufacturing method has a higher degree of design freedom than a composite in which the curing rates of the first resin and the second resin are the same. Therefore, it is possible to manufacture a laminate that can flexibly respond to the priority characteristics among various characteristics such as adhesion, thermal conductivity, insulation reliability, and handleability.
上記被覆工程では、樹脂充填体に第2樹脂組成物を付着させ、加熱して樹脂充填体を第2樹脂で被覆してもよい。これによって、第1樹脂と第2樹脂の硬化率が互いに異なる複合体を簡便な方法で得ることができる。また、樹脂充填体の全面を第2樹脂で円滑に被覆することができる。In the coating process, the second resin composition may be applied to the resin filler and heated to coat the resin filler with the second resin. This makes it possible to obtain a composite having different cure rates between the first resin and the second resin in a simple manner. In addition, the entire surface of the resin filler can be smoothly coated with the second resin.
上記被覆工程では、樹脂充填体の表面の少なくとも一部をシート状の第2樹脂で被覆してもよい。これによって、第1樹脂と第2樹脂の硬化率が互いに異なる複合体を簡便な方法で得ることができる。In the coating process, at least a portion of the surface of the resin filler may be coated with a sheet of a second resin. This makes it possible to obtain a composite in which the first resin and the second resin have different cure rates in a simple manner.
上記被覆工程では、樹脂充填体に第2樹脂組成物の半硬化物を接着して加熱し、樹脂充填体の表面の少なくとも一部を第2樹脂で被覆してもよい。或いは、被覆工程では、樹脂充填体をシート状の第2樹脂で被覆してもよい。このような方法によって、寸法精度に優れる複合体を円滑に製造することができる。In the coating process, a semi-cured product of the second resin composition may be adhered to the resin filler and heated to coat at least a portion of the surface of the resin filler with the second resin. Alternatively, in the coating process, the resin filler may be coated with a sheet of the second resin. This method allows for the smooth production of a composite with excellent dimensional accuracy.
本開示は、一つの側面において、上述のいずれかの製造方法で得られた複合体と金属シートとを積層し、加熱及び加圧する積層工程を有する積層体の製造方法を提供する。この製造方法は、上述の複合体を用いることから、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち優先される特性に柔軟に対応可能な積層体を製造することができる。In one aspect, the present disclosure provides a method for producing a laminate, which includes a lamination step of laminating a composite obtained by any one of the above-mentioned production methods with a metal sheet, and applying heat and pressure. This production method uses the above-mentioned composite, and therefore can produce a laminate that can flexibly respond to a priority characteristic among various characteristics such as thermal conductivity, insulation reliability, and handleability.
本開示によれば、接着性、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することが可能な複合体及びその製造方法を提供することができる。また、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することが可能な積層体及びその製造方法を提供することができる。According to the present disclosure, it is possible to provide a composite body and a method for manufacturing the same that can flexibly accommodate a prioritized characteristic among various characteristics such as adhesion, thermal conductivity, insulation reliability, and handleability. It is also possible to provide a laminate body and a method for manufacturing the same that can flexibly accommodate a prioritized characteristic among various characteristics such as thermal conductivity, insulation reliability, and handleability.
以下、場合により図面を参照して、本開示の幾つかの実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。Hereinafter, several embodiments of the present disclosure will be described, possibly with reference to the drawings. However, the following embodiments are merely examples for explaining the present disclosure, and are not intended to limit the present disclosure to the following contents.
一実施形態に係る複合体は、樹脂と多孔質の窒化物焼結体とを含有する。複合体に含まれる樹脂の少なくとも一部は窒化物焼結体の気孔に充填されている。複合体の表面部と内部における樹脂の硬化率は互いに異なっている。 The composite of one embodiment contains a resin and a porous nitride sintered body. At least a portion of the resin contained in the composite fills the pores of the nitride sintered body. The curing rates of the resin on the surface and inside of the composite are different from each other.
多孔質の窒化物焼結体としては、窒化ホウ素焼結体が挙げられる。窒化物焼結体は、窒化物の一次粒子同士が焼結して構成される窒化物粒子と気孔とを含有する。窒化物焼結体の気孔の平均細孔径は5μm以下であってよく、4μm以下であってよく、3.5μm以下であってもよい。このような窒化物焼結体は、気孔のサイズが小さいことから、窒化物粒子の粒子同士の接触面積を十分に大きくすることができる。したがって、熱伝導率を高くすることができる。窒化物焼結体の気孔の平均細孔径は0.5μm以上であってよく、1μm以上であってもよく、1.5μm以上であってもよい。このような窒化物焼結体は、接着する際に加圧すると十分に変形できるため、他部材(被着体)との密着性に優れる。平均細孔径の範囲の一例は、0.5~5μmである。An example of a porous nitride sintered body is a boron nitride sintered body. The nitride sintered body contains nitride particles and pores formed by sintering primary particles of nitride together. The average pore size of the pores of the nitride sintered body may be 5 μm or less, 4 μm or less, or 3.5 μm or less. Since the size of the pores of such a nitride sintered body is small, the contact area between the particles of the nitride can be sufficiently large. Therefore, the thermal conductivity can be increased. The average pore size of the pores of the nitride sintered body may be 0.5 μm or more, 1 μm or more, or 1.5 μm or more. Such a nitride sintered body can be sufficiently deformed when pressure is applied during bonding, so it has excellent adhesion to other members (adherends). One example of the range of the average pore size is 0.5 to 5 μm.
窒化物焼結体の気孔の平均細孔径は、以下の手順で測定することができる。まず、複合体を加熱して樹脂を除去する。そして、水銀ポロシメーターを用い、0.0042MPaから206.8MPaまで圧力を増やしながら窒化物焼結体を加圧したときの細孔径分布を求める。横軸を細孔径、縦軸を累積細孔容積としたときに、累積細孔容積が全細孔容積の50%に達するときの細孔径が平均細孔径である。水銀ポロシメーターとしては、株式会社島津製作所製のものを用いることができる。The average pore size of the pores in the nitride sintered body can be measured by the following procedure. First, the composite is heated to remove the resin. Then, using a mercury porosimeter, the nitride sintered body is pressurized while increasing the pressure from 0.0042 MPa to 206.8 MPa, and the pore size distribution is determined. With the horizontal axis representing the pore size and the vertical axis representing the cumulative pore volume, the average pore size is the pore size at which the cumulative pore volume reaches 50% of the total pore volume. A mercury porosimeter manufactured by Shimadzu Corporation can be used.
窒化物焼結体の気孔率、すなわち、窒化物焼結体における気孔の体積(V1)の比率は、30~65体積%であってよく、40~60体積%であってよい。気孔率が大きくなり過ぎると窒化物焼結体の強度が低下する傾向にある。一方、気孔率が小さくなり過ぎると複合体が他部材と接着される際にしみ出す樹脂が少なくなる傾向にある。The porosity of the nitride sintered body, i.e., the ratio of the volume of the pores in the nitride sintered body (V1), may be 30 to 65 volume %, or 40 to 60 volume %. If the porosity is too large, the strength of the nitride sintered body tends to decrease. On the other hand, if the porosity is too small, less resin tends to seep out when the composite is bonded to another member.
気孔率は、窒化物焼結体の体積及び質量から、かさ密度[B(kg/m3)]を算出し、このかさ密度と窒化物の理論密度[A(kg/m3)]とから、下記式(1)によって求めることができる。窒化物焼結体は、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、又は窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種を含んでよい。窒化ホウ素の場合、理論密度Aは2280kg/m3である。窒化アルミニウムの場合、理論密度Aは3260kg/m3である。窒化ケイ素の場合、理論密度Aは3170kg/m3である。
気孔率(体積%)=[1-(B/A)]×100 (1)
The porosity can be calculated by calculating the bulk density [B (kg/m 3 )] from the volume and mass of the nitride sintered body, and then using this bulk density and the theoretical density [A (kg/m 3 )] of the nitride according to the following formula (1). The nitride sintered body may contain at least one selected from the group consisting of boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride. In the case of boron nitride, the theoretical density A is 2280 kg/m 3. In the case of aluminum nitride, the theoretical density A is 3260 kg/m 3. In the case of silicon nitride, the theoretical density A is 3170 kg/m 3 .
Porosity (volume%) = [1 - (B / A)] x 100 (1)
窒化物焼結体が窒化ホウ素焼結体である場合、かさ密度Bは、800~1500kg/m3であってよく、1000~1400kg/m3であってもよい。かさ密度Bが小さくなり過ぎると窒化物焼結体の強度が低下する傾向にある。一方、かさ密度Bが大きくなり過ぎると樹脂の充填量が減少して複合体の良好な接着性が損なわれる場合がある。 When the nitride sintered body is a boron nitride sintered body, the bulk density B may be 800 to 1500 kg/ m3 , or 1000 to 1400 kg/ m3 . If the bulk density B is too small, the strength of the nitride sintered body tends to decrease. On the other hand, if the bulk density B is too large, the filling amount of the resin decreases, and the good adhesiveness of the composite may be impaired.
複合体に含まれる樹脂は、主剤及び硬化剤を含む樹脂組成物の硬化物(Cステージ)又は半硬化物(Bステージ)である。硬化物は、樹脂組成物の硬化反応が完全に進行したものである。半硬化物は、樹脂組成物の硬化反応が一部進行したものである。半硬化物は、その後の硬化処理によって、更に硬化させることができる。半硬化の状態であることを利用し金属シート等の他部材と仮圧着して、その後加熱することによって積層体を得てもよい。The resin contained in the composite is a cured product (C stage) or semi-cured product (B stage) of a resin composition containing a base agent and a curing agent. A cured product is one in which the curing reaction of the resin composition has progressed completely. A semi-cured product is one in which the curing reaction of the resin composition has progressed partially. The semi-cured product can be further cured by a subsequent curing treatment. Taking advantage of the semi-cured state, it may be temporarily pressure-bonded to another member such as a metal sheet, and then heated to obtain a laminate.
樹脂は、樹脂組成物中の主剤及び硬化剤が反応して生成する熱硬化性樹脂等を含んでもよい。上記半硬化物は、樹脂成分として、熱硬化性樹脂に加えて主剤及び硬化剤等のモノマーを含んでもよい。複合体に含まれる樹脂が硬化物(Cステージ)となる前の半硬化物(Bステージ)であることは、例えば、示差走査熱量計によって確認することができる。The resin may include a thermosetting resin produced by the reaction of the base agent and the curing agent in the resin composition. The semi-cured product may include, as the resin component, a monomer such as a base agent and a curing agent in addition to the thermosetting resin. Whether the resin contained in the composite is a semi-cured product (B stage) before becoming a cured product (C stage) can be confirmed, for example, by a differential scanning calorimeter.
樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シアネート樹脂、シリコーンゴム、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、全芳香族ポリエステル、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、マレイミド樹脂、マレイミド変性樹脂、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン)樹脂、AAS(アクリロニトリル-アクリルゴム・スチレン)樹脂、AES(アクリロニトリル・エチレン・プロピレン・ジエンゴム-スチレン)樹脂、ポリグリコール酸樹脂、ポリフタルアミド、及びポリアセタールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでいてよい。これらのうちの1種を単独で含んでもよいし、2種以上を組み合わせて含んでもよい。The resin may include at least one selected from the group consisting of epoxy resin, silicone resin, cyanate resin, silicone rubber, acrylic resin, phenolic resin, melamine resin, urea resin, bismaleimide resin, unsaturated polyester, fluororesin, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, wholly aromatic polyester, polysulfone, liquid crystal polymer, polyethersulfone, polycarbonate, maleimide resin, maleimide-modified resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, AAS (acrylonitrile-acrylic rubber-styrene) resin, AES (acrylonitrile-ethylene-propylene-diene rubber-styrene) resin, polyglycolic acid resin, polyphthalamide, and polyacetal. One of these may be included alone, or two or more may be included in combination.
複合体がプリント配線板の絶縁層に用いられる場合、耐熱性及び回路への接着強度向上の観点から、樹脂はエポキシ樹脂を含んでよい。複合体が熱インターフェース材に用いられる場合、耐熱性、柔軟性及びヒートシンク等への密着性向上の観点から、樹脂はシリコーン樹脂を含んでよい。When the composite is used as an insulating layer of a printed wiring board, the resin may contain an epoxy resin from the viewpoint of improving heat resistance and adhesive strength to the circuit. When the composite is used as a thermal interface material, the resin may contain a silicone resin from the viewpoint of improving heat resistance, flexibility, and adhesion to a heat sink, etc.
複合体における樹脂の体積比率は、複合体の全体積を基準として、30~60体積%であってよく、35~55体積%であってもよい。複合体における窒化物焼結体を構成する窒化物粒子の体積比率は、複合体の全体積を基準として、40~70体積%であってよく、45~65体積%であってもよい。このような体積比率の複合体は、優れた接着性と強度を高水準で両立することができる。The volume ratio of the resin in the composite may be 30 to 60 volume %, or may be 35 to 55 volume %, based on the total volume of the composite. The volume ratio of the nitride particles constituting the nitride sintered body in the composite may be 40 to 70 volume %, or may be 45 to 65 volume %, based on the total volume of the composite. A composite with such a volume ratio can achieve both excellent adhesion and high levels of strength.
複合体における樹脂の質量比率は、複合体の全質量を基準として、15~50質量%であってよく25~40体積%であってもよい。複合体における窒化物焼結体を構成する窒化物粒子の質量比率は、複合体の全体積を基準として、50~85質量%であってよく、60~75質量%であってもよい。このような質量比率の複合体は、優れた接着性と強度を高水準で両立することができる。The mass ratio of the resin in the composite may be 15 to 50 mass % or 25 to 40 volume % based on the total mass of the composite. The mass ratio of the nitride particles constituting the nitride sintered body in the composite may be 50 to 85 mass % or 60 to 75 mass % based on the total volume of the composite. A composite with such mass ratios can achieve both excellent adhesion and high levels of strength.
複合体の形状は特に限定されず、例えばシート状(複合シート)であってよい。複合体の内部における樹脂の硬化率(内部硬化率)は、樹脂充填体の中心部が露出するように切断された断面から樹脂(第1樹脂)を採取し、採取した第1樹脂の硬化率を測定することによって求めることができる。複合体の表面部における樹脂の硬化率(表面部硬化率)は、複合体の表面から樹脂(第2樹脂)を採取し、採取した第2樹脂の硬化率を測定することによって求めることができる。第1樹脂及び第2樹脂の硬化率は、実施例に記載の方法で求めることができる。複合体の表面部が樹脂充填体で構成されている場合も、複合体の表面部における樹脂の硬化率(表面部硬化率)は、複合体の表面から樹脂(第2樹脂)を採取し、採取した第2樹脂の硬化率を測定することによって求めることができる。The shape of the composite is not particularly limited, and may be, for example, a sheet (composite sheet). The curing rate of the resin inside the composite (internal curing rate) can be obtained by collecting a resin (first resin) from a cross section cut so that the center of the resin filler is exposed, and measuring the curing rate of the collected first resin. The curing rate of the resin on the surface of the composite (surface curing rate) can be obtained by collecting a resin (second resin) from the surface of the composite, and measuring the curing rate of the collected second resin. The curing rates of the first resin and the second resin can be obtained by the method described in the examples. Even when the surface of the composite is composed of a resin filler, the curing rate of the resin on the surface of the composite (surface curing rate) can be obtained by collecting a resin (second resin) from the surface of the composite, and measuring the curing rate of the collected second resin.
第1樹脂と第2樹脂は、第1樹脂組成物と第2樹脂組成物を、それぞれ硬化又は半硬化することによって得ることができる。第1樹脂と第2樹脂は、互いに同じモノマー又はオリゴマーを用いて形成されるものであってよく、互いに異なるモノマー又はオリゴマーを用いて形成されるものであってもよい。The first resin and the second resin can be obtained by curing or semi-curing the first resin composition and the second resin composition, respectively. The first resin and the second resin may be formed using the same monomer or oligomer, or may be formed using different monomers or oligomers.
複合体に含まれる樹脂の硬化率の最大値と最小値の差は30%以上であってよく、40%以上であってよく、50%以上であってもよい。このように、当該差を大きくすることによって、優先される特性に応じた材料設計の柔軟性に一層優れる複合体とすることができる。複合体に含まれる樹脂の硬化率の最大値と最小値の差は、製造の容易性の観点から、90%以下であってよく、80%以下であってもよい。The difference between the maximum and minimum values of the cure rate of the resin contained in the composite may be 30% or more, 40% or more, or 50% or more. In this way, by increasing the difference, a composite can be obtained that has even greater flexibility in material design according to prioritized characteristics. From the viewpoint of ease of manufacture, the difference between the maximum and minimum values of the cure rate of the resin contained in the composite may be 90% or less, or 80% or less.
複合体に含まれる樹脂の硬化率の最大値は、50~100%であってよく、60~90%であってもよい。複合体に含まれる樹脂の硬化率の最小値は、5%以上であってよく、10%以上であってよく、20%以上であってもよい。The maximum cure rate of the resin contained in the composite may be 50-100%, or may be 60-90%. The minimum cure rate of the resin contained in the composite may be 5% or more, 10% or more, or 20% or more.
図1は、複合体の一例を示す斜視図である。図1の複合体10は、シート状であり、表面全体が樹脂層によって覆われている。複合体10の厚みは、例えば10mm未満であってよく、5mm未満であってよく、2mm未満であってもよい。複合体10の厚みの下限は0.1mmであってよい。これによって、複合体10を十分に小型化することができる。このような複合体10は、例えば半導体装置の部品として好適に用いられる。 Figure 1 is a perspective view showing an example of a composite. The composite 10 in Figure 1 is in the form of a sheet, and the entire surface is covered with a resin layer. The thickness of the composite 10 may be, for example, less than 10 mm, less than 5 mm, or less than 2 mm. The lower limit of the thickness of the composite 10 may be 0.1 mm. This allows the composite 10 to be sufficiently miniaturized. Such a composite 10 is suitable for use, for example, as a component of a semiconductor device.
複合体10の厚みは、主面に直交する方向に沿って測定される。複合体10の厚みが一定ではない場合、任意の10箇所を選択して厚みの測定を行い、その平均値が上述の範囲であればよい。複合体10の主面のサイズは特に限定はない。複合体10の主面は、例えば、50mm2以上であってよく、200mm2以上であってよく、1000mm2以上であってもよい。 The thickness of the composite 10 is measured along a direction perpendicular to the main surface. When the thickness of the composite 10 is not constant, the thickness may be measured at 10 selected locations, and the average value may be within the above-mentioned range. The size of the main surface of the composite 10 is not particularly limited. The main surface of the composite 10 may be, for example, 50 mm2 or more, 200 mm2 or more, or 1000 mm2 or more.
図2は、図1の複合体10のII-II線断面図である。すなわち、図2は、複合体10の厚み方向に沿って複合体10を切断したときの断面を示している。複合体10は、複合体10の内部として樹脂充填体12と、複合体10の表面部として樹脂層14とを備える。樹脂充填体12の表面全体が、樹脂層14に覆われている。樹脂充填体12は、多孔質の窒化物焼結体と、その気孔の少なくとも一部に充填された第1樹脂とを含む。第1樹脂は、樹脂組成物の硬化物であってよく、半硬化物であってもよい。
Figure 2 is a cross-sectional view of the composite 10 of Figure 1 taken along line II-II. That is, Figure 2 shows a cross section of the composite 10 cut along the thickness direction of the composite 10. The composite 10 comprises a
樹脂充填体12における樹脂の充填率は85体積%以上であってよい。これによって、電気絶縁性及び熱伝導率を十分に高くすることができる。同様の観点から、当該充填率は、88体積%以上であってよく、90体積%以上であってよく、92体積%以上であってもよい。The filling rate of the resin in the
樹脂層14は、樹脂組成物の硬化物又は半硬化物で構成される。樹脂層14の厚みは、他部材との密着性を十分に高くする観点から、0.005mm以上であってよく、0.01mm以上であってもよい。樹脂層14の厚みは、複合体10の高い熱伝導性を十分に高く維持する観点から、0.5mm以下であってよく、0.2mm以下であってもよい。樹脂充填体12の厚みは、熱伝導性を十分に高くする観点から、例えば9mm未満であってよく、4mm未満であってよく、1.5mm未満であってもよい。複合体10の厚みの下限は0.2mmであってよい。樹脂充填体12及び樹脂層14の厚みが一定でない場合、任意の10箇所を選択して厚みの測定を行い、その平均値を求める。当該平均値が上述の範囲であればよい。The
複合体10の内部を構成する樹脂充填体12における第1樹脂の硬化率(内部硬化率)の方が、複合体10の表面部(樹脂層14)における第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)よりも大きくてよい。すなわち、複合体10の内部における第1樹脂は、樹脂層14を構成する第2樹脂よりも硬化率が大きくてよい。この場合、複合体10と他部材とを圧着すると、樹脂層14から未硬化の樹脂成分が染み出して、複合体10と被着体との接着力を高くすることができる。また、このような複合体10は、十分に高い絶縁信頼性と優れた熱伝導性を有する。The cure rate (internal cure rate) of the first resin in the
複合体10の表面部における第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)の方が、複合体10の内部における第1樹脂の硬化率(内部硬化率)よりも大きくてもよい。このような複合体は、表面におけるべたつき、及び、樹脂成分の染み出しが抑制されるため、ハンドリング性に優れる。また、複合体10は、内部硬化率が表面部硬化率よりも低いため、柔軟性に優れる。このため、他部材と圧着する際に円滑に変形することができる。したがって、他部材(被着体)との密着性に優れる。The curing rate of the second resin at the surface of the composite 10 (surface curing rate) may be greater than the curing rate of the first resin inside the composite 10 (internal curing rate). Such a composite has excellent handleability because stickiness at the surface and bleeding of the resin components are suppressed. In addition, the composite 10 has excellent flexibility because the internal curing rate is lower than the surface curing rate. Therefore, it can deform smoothly when pressed against another member. Therefore, it has excellent adhesion to another member (adherend).
内部硬化率と表面部硬化率の差の絶対値は、10%以上であってよく、20%以上であってよく、30%以上であってもよい。このように、当該差を大きくすることによって、優先される特性に応じた材料設計の柔軟性に一層優れる複合体とすることができる。内部硬化率と表面部硬化率の差の絶対値は、製造の容易性の観点から、80%以下であってよく、70%以下であってよく、60%以下であってよい。The absolute value of the difference between the internal hardening rate and the surface hardening rate may be 10% or more, 20% or more, or 30% or more. In this way, by increasing the difference, a composite can be obtained that has even greater flexibility in material design according to prioritized properties. From the viewpoint of ease of manufacture, the absolute value of the difference between the internal hardening rate and the surface hardening rate may be 80% or less, 70% or less, or 60% or less.
本例では、樹脂充填体12の表面全体が樹脂層14で覆われているが、複合体はこのような例に限定されない。例えば、樹脂充填体12の表面の一部が樹脂層14で覆われていてもよい。本例の複合体10の主面は四角形であったが、このような形状に限定されない。例えば、主面は四角形以外の多角形であってもよいし、円形であってもよい。また、角部が面取りされた形状であってもよいし、一部を切り欠いた形状であってもよい。また、厚み方向に貫通する貫通孔を有していてもよい。In this example, the entire surface of the
図3は、複合体の別の例を示す断面図である。図3は、複合体10Aの厚み方向に沿って複合体10Aを切断したときの断面を示している。複合体10Aは、複合体10Aの内部に樹脂充填体12と、樹脂充填体12の表面の一部を覆う樹脂層14Aを備える。この例のように、複合体の内部を構成する樹脂含浸体は、表面部を構成する樹脂層で完全に覆われていなくてよい。すなわち、樹脂含浸体の一部は外部に露出していてもよい。図3の樹脂充填体12は、多孔質の窒化物焼結体と、その気孔の少なくとも一部に充填された第1樹脂とを含む。第1樹脂は、樹脂組成物の硬化物であってよく、半硬化物であってもよい。
Figure 3 is a cross-sectional view showing another example of a composite. Figure 3 shows a cross-section of the composite 10A cut along the thickness direction of the composite 10A. The composite 10A has a
複合体10Aは、樹脂層14Aが樹脂充填体12の表面の一部のみを覆う点で、図1及び図2の複合体10と異なっている。複合体10Aのその他の構成は、複合体10と同じであってよい。複合体10Aにおいて、樹脂層14Aは、樹脂充填体12の主面12a,12bの一部を覆っている。一方、樹脂充填体12の主面12a,12bの他部と、樹脂充填体12の側面12cは、外部に露出している。1 and 2 in that the
例えば、樹脂層14Aに含まれる第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)よりも、樹脂充填体12に含まれる第1樹脂の硬化率(内部硬化率)を大きくすることによって、側面12cにおけるべたつきを抑制しつつ、樹脂層14Aにおける接着力を高くすることができる。For example, by making the curing rate (internal curing rate) of the first resin contained in the
例えば、樹脂充填体12に含まれる第1樹脂の硬化率(内部硬化率)よりも、樹脂層14Aを構成する第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)を大きくすることによって、複合体10Aの主面(樹脂層14A)におけるべたつきを抑制しつつ、側面12cにおける接着力を高くすることができる。For example, by making the curing rate (surface curing rate) of the second resin constituting the
図3の例では、樹脂層14Aは、樹脂充填体12の両方の主面12a,12bの一部を覆っているがこれに限定されない。別の例では、樹脂層14Aは、樹脂充填体12の両方の主面12a,12bの全体を覆っていてもよい。さらに別の例では、樹脂層14Aは、樹脂充填体12の一方の主面12a(又は主面12b)のみを覆っていてもよい。さらに別の例では、樹脂充填体12の側面12cのみを覆っていてもよい。さらに別の例では、樹脂層が複数積層されて複合体の表面部を構成していてもよい。複合体10,10Aは、金属シートを積層して積層体としてもよいし、そのまま放熱部材として用いてもよい。In the example of FIG. 3, the
一実施形態に係る積層体は、複合体と金属シートとが積層されている。複合体としては、上述のとおり例示したものが挙げられる。金属シートは、シート形状を有する金属製のものであれば特に制限されない。上述の複合体の説明で挙げた被着体(他部材)が金属シートであってよい。金属シートは、金属板であってよく、金属箔であってもよい。金属シートの材質は、アルミニウム、及び銅等が挙げられる。 In one embodiment, the laminate is formed by laminating a composite and a metal sheet. Examples of the composite include those exemplified above. The metal sheet is not particularly limited as long as it is made of metal and has a sheet shape. The adherend (other member) mentioned in the description of the composite above may be a metal sheet. The metal sheet may be a metal plate or a metal foil. Examples of materials for the metal sheet include aluminum and copper.
図4は、積層体の一例を示す断面図である。図4は、積層体20を積層方向に沿って切断したときの断面を示している。積層体20は、図1及び図2の複合体10と、複合体10の主面上に積層された金属シート22とを備える。複数ある金属シート22の材質及び厚みは互いに同じであってよく、異なっていてもよい。また、樹脂充填体12の両方の主面に金属シート22を備えることは必須ではない。変形例では、樹脂充填体12の一方の主面のみに金属シート22を備えていてもよい。
Figure 4 is a cross-sectional view showing an example of a laminate. Figure 4 shows a cross-section of the laminate 20 cut along the lamination direction. The laminate 20 comprises the composite 10 of Figures 1 and 2 and a
積層体20における金属シート22は、樹脂層14に接している。金属シート22と複合体10とが高い密着性で接着している。積層体20は、このように金属シート22と複合体10とが高い密着性で接着しているため、例えば放熱部材として、半導体装置等に好適に用いることができる。積層体20の厚みは、例えば12mm未満であってよく、6mm未満であってよく、3mm未満であってもよい。積層体20の厚みの下限は0.6mmであってよい。これによって、積層体20を十分に小型化することができる。このような積層体20は、例えば半導体装置の部品として好適に用いられる。積層体20の厚みの一例は、0.6mm以上且つ12mm未満であってよい。The
積層体20は、複合体10を備えるため、熱伝導性と絶縁信頼性を高水準に両立することができる。例えば、樹脂層14に含まれる第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)の方が、樹脂充填体12に含まれる第1樹脂の硬化率(内部硬化率)よりも大きい場合、積層体20において露出している複合体10の露出部分のべたつきを抑制することができる。これによって、十分に優れるハンドリング性を有する。一方、内部硬化率の方が表面部硬化率よりも大きい場合、樹脂層14と金属シート22との接着力を十分に高くすることができる。このような積層体20は、熱伝導性と絶縁信頼性を十分に高くすることができる。Since the laminate 20 includes the composite 10, it is possible to achieve both high levels of thermal conductivity and insulation reliability. For example, when the curing rate (surface curing rate) of the second resin contained in the
図5は、積層体の別の例を示す断面図である。図5は、積層体20Aを積層方向に沿って切断したときの断面を示している。積層体20Aは、図3の複合体10Aと、樹脂層14A上に積層された金属シート22とを備える。複数ある金属シート22の材質及び厚みは互いに同じであってよく、異なっていてもよい。積層体20Aでは、樹脂充填体12の側面12cが外部に露出している。
Figure 5 is a cross-sectional view showing another example of a laminate. Figure 5 shows a cross-section of
例えば、樹脂充填体12に含まれる第1樹脂の硬化率(内部硬化率)の方が、樹脂層14Aを構成する第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)よりも大きい場合、積層体20Aは側面12cにおけるべたつきを抑制することができる。これによって、十分に優れるハンドリング性を有する。また、内部硬化率よりも表面部硬化率の方が大きいため、樹脂層14Aと金属シート22の接着力を十分に高くすることができる。このような積層体20Aは、熱伝導性と絶縁信頼性を十分に高くすることができる。For example, when the cure rate (internal cure rate) of the first resin contained in the
一方、樹脂層14Aを構成する第2樹脂の硬化率(表面部硬化率)の方が、樹脂充填体12に含まれる第1樹脂の硬化率(内部硬化率)よりも大きい場合、樹脂充填体12の側面12cは、高い接着力を有する。このため、積層体20Aを、側面12cを用いて他部材に強固に固定することができる。このように、積層体の形状と優先される特性に応じて、積層体を高い自由度で設計することができる。On the other hand, when the cure rate (surface cure rate) of the second resin constituting the
上述の例は、表面部が樹脂層で構成されているが、このような例に限定されない。例えば、樹脂層14Aを有さず、複合体の表面部に樹脂充填体12が露出していてもよい。すなわち、複合体の内部及び表面部が樹脂充填体12で構成されており、内部と表面部における樹脂の硬化率が異なっていてもよい。この場合、表面部の厚みは他部材との密着性を十分に高くする観点から、0.005mm以上であってよく、0.01mm以上であってもよい。表面部の厚みは、複合体の高い熱伝導性を十分に高く維持する観点から、0.5mm以下であってよく、0.2mm以下であってもよい。表面部の厚みの一例は、0.005~0.5mmである。In the above example, the surface portion is composed of a resin layer, but is not limited to such an example. For example, the
一実施形態に係る複合体の製造方法は、多孔質の窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸して樹脂含浸体を得る含浸工程と、樹脂含浸体を加熱して気孔に充填された樹脂組成物を硬化又は半硬化して第1樹脂を含む樹脂充填体を得る硬化工程と、樹脂充填体を第2樹脂で被覆する被覆工程と、を有する。A manufacturing method for a composite according to one embodiment includes an impregnation step in which a porous nitride sintered body is impregnated with a first resin composition to obtain a resin-impregnated body, a curing step in which the resin-impregnated body is heated to cure or semi-cure the resin composition filling the pores to obtain a resin-filled body containing the first resin, and a coating step in which the resin-filled body is coated with a second resin.
多孔質の窒化物焼結体は、次のような焼結工程で得ることができる。まず、窒化物を含む原料粉末を準備する。原料粉末に含まれる窒化物は、例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、及び窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物を含有してよい。窒化ホウ素を含有する場合、窒化ホウ素は、アモルファス状の窒化ホウ素であってよく、六方晶状の窒化ホウ素であってもよい。窒化物焼結体として窒化ホウ素焼結体を調製する場合、原料粉末として、例えば、平均粒径が0.5~10μmであるアモルファス窒化ホウ素粉末、又は、平均粒径が3.0~40μmである六方晶窒化ホウ素粉末を用いることができる。A porous nitride sintered body can be obtained by the following sintering process. First, a raw material powder containing a nitride is prepared. The nitride contained in the raw material powder may contain at least one nitride selected from the group consisting of boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride. When boron nitride is contained, the boron nitride may be amorphous boron nitride or hexagonal boron nitride. When preparing a boron nitride sintered body as the nitride sintered body, for example, amorphous boron nitride powder having an average particle size of 0.5 to 10 μm or hexagonal boron nitride powder having an average particle size of 3.0 to 40 μm can be used as the raw material powder.
焼結工程では、窒化物粉末を含む配合物を成形して焼結し窒化物焼結体を得てもよい。成形は、一軸加圧で行ってよく、冷間等方加圧(CIP)法で行ってもよい。成形の前に、焼結助剤を配合して配合物を得てもよい。焼結助剤としては、例えば、酸化イットリア、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウム等の金属酸化物、炭酸リチウム及び炭酸ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、並びにホウ酸等が挙げられる。焼結助剤を配合する場合は、焼結助剤の配合量は、例えば、窒化物及び焼結助剤の合計100質量部に対して、例えば、0.01質量部以上、又は0.1質量部以上であってよい。焼結助剤の配合量は、窒化物及び焼結助剤の合計100質量部に対して、例えば、20質量部以下、15質量部以下又は10質量部以下であってよい。焼結助剤の添加量を上記範囲内とすることで、窒化物焼結体の平均細孔径を後述の範囲に調整し易くなる。In the sintering step, the compound containing the nitride powder may be molded and sintered to obtain a nitride sintered body. The molding may be performed by uniaxial pressing or cold isostatic pressing (CIP). A sintering aid may be blended before molding to obtain the compound. Examples of the sintering aid include metal oxides such as yttria oxide, aluminum oxide, and magnesium oxide, alkali metal carbonates such as lithium carbonate and sodium carbonate, and boric acid. When a sintering aid is blended, the blending amount of the sintering aid may be, for example, 0.01 parts by mass or more, or 0.1 parts by mass or more, relative to a total of 100 parts by mass of the nitride and the sintering aid. The blending amount of the sintering aid may be, for example, 20 parts by mass or less, 15 parts by mass or less, or 10 parts by mass or less, relative to a total of 100 parts by mass of the nitride and the sintering aid. By setting the amount of the sintering aid to be within the above range, it becomes easier to adjust the average pore size of the nitride sintered body to the range described below.
配合物は、例えば、ドクターブレード法によってシート状の成形体としてよい。成形方法は特に限定されず、金型を用いてプレス成形を行って成形体としてもよい。成形圧力は、例えば5~350MPaであってよい。成形体の形状は、厚みが2mm未満のシート状であってよい。このようなシート状の成形体を用いて窒化物焼結体を製造すれば、窒化物焼結体を切断することなく、厚みが2mm未満のシート状の複合体を製造することができる。また、ブロック状の窒化物焼結体を切断してシート状とする場合に比べて、成形体の段階からシート状にすることによって、加工による材料ロスを低減することができる。したがって、高い歩留まりで複合体を製造することができる。The compound may be formed into a sheet-like compact by, for example, a doctor blade method. The forming method is not particularly limited, and the compact may be formed by press molding using a mold. The forming pressure may be, for example, 5 to 350 MPa. The shape of the compact may be a sheet-like shape with a thickness of less than 2 mm. If a nitride sintered body is produced using such a sheet-like compact, a sheet-like composite with a thickness of less than 2 mm can be produced without cutting the nitride sintered body. In addition, compared to cutting a block-shaped nitride sintered body into a sheet-like shape, by forming the nitride sintered body into a sheet-like shape from the compact stage, material loss due to processing can be reduced. Therefore, the composite can be produced with a high yield.
焼結工程の焼結温度は、例えば、1600℃以上であってよく、1700℃以上であってもよい。焼結温度は、例えば、2200℃以下であってよく、2000℃以下であってもよい。焼結時間は、例えば、1時間以上であってよく、30時間以下であってもよい。焼結時の雰囲気は、例えば、窒素、ヘリウム、及びアルゴン等の不活性ガス雰囲気下であってよい。The sintering temperature in the sintering step may be, for example, 1600°C or higher, or 1700°C or higher. The sintering temperature may be, for example, 2200°C or lower, or 2000°C or lower. The sintering time may be, for example, 1 hour or more, or 30 hours or less. The sintering atmosphere may be, for example, an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium, or argon.
焼結には、例えば、バッチ式炉及び連続式炉等を用いることができる。バッチ式炉としては、例えば、マッフル炉、管状炉、及び雰囲気炉等を挙げることができる。連続式炉としては、例えば、ロータリーキルン、スクリューコンベア炉、トンネル炉、ベルト炉、プッシャー炉、及び大型連続炉等を挙げることができる。このようにして、窒化物焼結体を得ることができる。窒化物焼結体はブロック状であってよい。For example, a batch furnace or a continuous furnace can be used for sintering. Examples of the batch furnace include a muffle furnace, a tubular furnace, and an atmosphere furnace. Examples of the continuous furnace include a rotary kiln, a screw conveyor furnace, a tunnel furnace, a belt furnace, a pusher furnace, and a large continuous furnace. In this manner, a nitride sintered body can be obtained. The nitride sintered body may be in the form of a block.
窒化物焼結体がブロック状である場合、2mm未満の厚みとなるように加工する切断工程を行ってもよい。切断工程では、窒化物焼結体を、例えばワイヤーソーを用いて切断する。ワイヤーソーは、例えば、マルチカットワイヤーソー等であってよい。このような切断工程によって、例えば厚みが2mm未満のシート状の窒化物焼結体を得ることができる。これによって、次の含浸工程において、窒化物焼結体に第1樹脂組成物を円滑に含浸することができる。When the nitride sintered body is in a block shape, a cutting step may be performed to process the nitride sintered body so that the thickness is less than 2 mm. In the cutting step, the nitride sintered body is cut using, for example, a wire saw. The wire saw may be, for example, a multi-cut wire saw. By such a cutting step, a sheet-like nitride sintered body having a thickness of, for example, less than 2 mm can be obtained. This allows the nitride sintered body to be smoothly impregnated with the first resin composition in the subsequent impregnation step.
含浸工程では、窒化物焼結体の気孔に10~500mPa・sの粘度を有する第1樹脂組成物を含浸して樹脂含浸体を得る。窒化物焼結体の厚みを小さくすることで、第1樹脂組成物の含浸を円滑にすることができる。また、第1樹脂組成物の粘度を含浸に適した範囲にすることによって、樹脂充填体の充填率を十分に高くすることができる。In the impregnation process, the pores of the nitride sintered body are impregnated with a first resin composition having a viscosity of 10 to 500 mPa·s to obtain a resin-impregnated body. Reducing the thickness of the nitride sintered body makes it possible to smoothly impregnate the first resin composition. In addition, by setting the viscosity of the first resin composition within a range suitable for impregnation, the filling rate of the resin filler can be sufficiently high.
窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸する際の第1樹脂組成物の粘度は、440mPa・s以下であってよく、390mPa・s以下であってよく、340mPa・s以下であってもよい。このように樹脂組成物の粘度を低くすることによって、樹脂組成物の含浸を十分に促進することができる。窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸する際の第1樹脂組成物の粘度は、15mPa・s以上であってよく、20mPa・s以上であってもよい。このように第1樹脂組成物の粘度に下限を設けることによって、一旦気孔内に含浸した樹脂組成物が気孔から流出することを抑制することができる。第1樹脂組成物の粘度は、モノマー成分を一部重合して調節してもよい。第1樹脂組成物の上記粘度は、窒化物焼結体に樹脂組成物を含浸する際の第1樹脂組成物の温度(T1)における粘度である。この粘度は、回転式粘度計を用いて、剪断速度が10(1/秒)であり、温度(T1)の下で測定される。したがって、温度T1を変えることによって、窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸する際の粘度を調節してもよい。The viscosity of the first resin composition when the nitride sintered body is impregnated with the first resin composition may be 440 mPa·s or less, 390 mPa·s or less, or 340 mPa·s or less. By lowering the viscosity of the resin composition in this way, the impregnation of the resin composition can be sufficiently promoted. The viscosity of the first resin composition when the nitride sintered body is impregnated with the first resin composition may be 15 mPa·s or more, or 20 mPa·s or more. By setting a lower limit on the viscosity of the first resin composition in this way, it is possible to suppress the resin composition that has once impregnated into the pores from flowing out of the pores. The viscosity of the first resin composition may be adjusted by partially polymerizing the monomer component. The above viscosity of the first resin composition is the viscosity of the first resin composition at the temperature (T1) when the nitride sintered body is impregnated with the resin composition. This viscosity is measured using a rotational viscometer at a shear rate of 10 (1/sec) and at a temperature (T1). Therefore, the viscosity when the first resin composition is impregnated into the nitride sintered body may be adjusted by changing the temperature T1.
窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸する際の温度(T1)は、例えば第1樹脂組成物を半硬化する温度(T2)以上、且つ温度T3(=T2+20℃)未満であってよい。温度(T2)は、例えば、80~140℃であってよい。窒化物焼結体への第1樹脂組成物の含浸は、加圧下で行ってよく、減圧下で行ってもよい。含浸する方法は特に限定されず、第1樹脂組成物中に窒化物焼結体を浸漬してもよいし、窒化物焼結体の表面に第1樹脂組成物を塗布することで行ってもよい。The temperature (T1) when the nitride sintered body is impregnated with the first resin composition may be, for example, equal to or higher than the temperature (T2) at which the first resin composition is semi-cured, and lower than the temperature T3 (= T2 + 20°C). The temperature (T2) may be, for example, 80 to 140°C. The impregnation of the nitride sintered body with the first resin composition may be carried out under pressure or under reduced pressure. The method of impregnation is not particularly limited, and the nitride sintered body may be immersed in the first resin composition, or the first resin composition may be applied to the surface of the nitride sintered body.
含浸工程は、減圧条件下及び加圧条件下のどちらで行ってもよく、減圧条件下での含浸と、加圧条件下での含浸とを組み合わせて行ってもよい。減圧条件下で含浸工程を実施する場合における含浸装置内の圧力は、例えば、1000Pa以下、500Pa以下、100Pa以下、50Pa以下、又は20Pa以下であってよい。加圧条件下で含浸工程を実施する場合における含浸装置内の圧力は、例えば、1MPa以上、3MPa以上、10MPa以上、又は30MPa以上であってよい。The impregnation process may be performed under either reduced pressure or pressurized conditions, or a combination of impregnation under reduced pressure and impregnation under pressurized conditions may be performed. When the impregnation process is performed under reduced pressure, the pressure in the impregnation apparatus may be, for example, 1000 Pa or less, 500 Pa or less, 100 Pa or less, 50 Pa or less, or 20 Pa or less. When the impregnation process is performed under pressurized conditions, the pressure in the impregnation apparatus may be, for example, 1 MPa or more, 3 MPa or more, 10 MPa or more, or 30 MPa or more.
窒化物焼結体における気孔の細孔径を調整することによって、毛細管現象による樹脂組成物の含浸を促進し、樹脂充填体における樹脂の充填率を調整してもよい。このような観点から、窒化物焼結体の平均細孔径は0.5~5μmであってよく、1~4μmであってもよい。By adjusting the pore size of the pores in the nitride sintered body, it is possible to promote impregnation of the resin composition by capillary action and adjust the filling rate of the resin in the resin filler. From this perspective, the average pore size of the nitride sintered body may be 0.5 to 5 μm, or 1 to 4 μm.
第1樹脂組成物は、例えば硬化又は半硬化反応によって上述の複合体の説明で挙げた樹脂となるものを用いることができる。樹脂組成物は溶剤を含んでいてもよい。溶剤の配合量を変えることで第1樹脂組成物の粘度を調整してもよいし、硬化反応を一部進行させて第1樹脂組成物の粘度を調整してもよい。溶剤としては、例えば、エタノール、イソプロパノール等の脂肪族アルコール、2-メトキシエタノール、1-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、1-エトキシ-2-プロパノール、2-ブトキシエタノール、2-(2-メトキシエトキシ)エタノール、2-(2-エトキシエトキシ)エタノール、2-(2-ブトキシエトキシ)エタノール等のエーテルアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン等のケトン、トルエン、キシレン等の炭化水素が挙げられる。これらのうちの1種を単独で含んでもよいし、2種以上を組み合わせて含んでもよい。The first resin composition may be, for example, one that becomes the resin described in the description of the composite by a curing or semi-curing reaction. The resin composition may contain a solvent. The viscosity of the first resin composition may be adjusted by changing the amount of the solvent, or the viscosity of the first resin composition may be adjusted by partially progressing the curing reaction. Examples of the solvent include aliphatic alcohols such as ethanol and isopropanol, ether alcohols such as 2-methoxyethanol, 1-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2-butoxyethanol, 2-(2-methoxyethoxy)ethanol, 2-(2-ethoxyethoxy)ethanol, and 2-(2-butoxyethoxy)ethanol, glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monobutyl ether, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and diisobutyl ketone, and hydrocarbons such as toluene and xylene. One of these may be contained alone, or two or more may be contained in combination.
第1樹脂組成物は、熱硬化性であり、例えば、シアネート基を有する化合物、ビスマレイミド基を有する化合物及びエポキシ基を有する化合物からなる群より選択される少なくとも1種と、硬化剤と、を含有してよい。The first resin composition is thermosetting and may contain, for example, at least one selected from the group consisting of a compound having a cyanate group, a compound having a bismaleimide group, and a compound having an epoxy group, and a curing agent.
シアネート基を有する化合物としては、例えば、ジメチルメチレンビス(1,4-フェニレン)ビスシアナート、及びビス(4-シアネートフェニル)メタン等が挙げられる。ジメチルメチレンビス(1,4-フェニレン)ビスシアナートは、例えば、TACN(三菱ガス化学株式会社製、商品名)として商業的に入手可能である。Examples of compounds having a cyanate group include dimethylmethylenebis(1,4-phenylene)biscyanate and bis(4-cyanatephenyl)methane. Dimethylmethylenebis(1,4-phenylene)biscyanate is commercially available, for example, as TACN (trade name, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.).
ビスマレイミド基を有する化合物としては、例えば、N,N’-[(1-メチルエチリデン)ビス[(p-フェニレン)オキシ(p-フェニレン)]]ビスマレイミド、及び4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド等が挙げられる。N,N’-[(1-メチルエチリデン)ビス[(p-フェニレン)オキシ(p-フェニレン)]]ビスマレイミドは、例えば、BMI-80(ケイ・アイ化成株式会社製、商品名)として商業的に入手可能である。Examples of compounds having a bismaleimide group include N,N'-[(1-methylethylidene)bis[(p-phenylene)oxy(p-phenylene)]]bismaleimide and 4,4'-diphenylmethane bismaleimide. N,N'-[(1-methylethylidene)bis[(p-phenylene)oxy(p-phenylene)]]bismaleimide is commercially available, for example, as BMI-80 (trade name, manufactured by K.I. Chemicals Co., Ltd.).
エポキシ基を有する化合物としては、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、及び多官能エポキシ樹脂等が挙げられる。例えば、HP-4032D(DIC株式会社製、商品名)として商業的に入手可能である1,6-ビス(2,3-エポキシプロパン-1-イルオキシ)ナフタレン等であってもよい。Examples of compounds having an epoxy group include bisphenol F type epoxy resins, bisphenol A type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, and polyfunctional epoxy resins. For example, 1,6-bis(2,3-epoxypropan-1-yloxy)naphthalene, which is commercially available as HP-4032D (manufactured by DIC Corporation, trade name), may be used.
硬化剤は、ホスフィン系硬化剤及びイミダゾール系硬化剤を含有してもよい。ホスフィン系硬化剤はシアネート基を有する化合物又はシアネート樹脂の三量化によるトリアジン生成反応を促進し得る。ホスフィン系硬化剤としては、例えば、テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレート、及びテトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート等が挙げられる。テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレートは、例えば、TPP-MK(北興化学工業株式会社製、商品名)として商業的に入手可能である。The curing agent may contain a phosphine-based curing agent and an imidazole-based curing agent. The phosphine-based curing agent can promote the triazine production reaction by trimerization of a compound having a cyanate group or a cyanate resin. Examples of the phosphine-based curing agent include tetraphenylphosphonium tetra-p-tolylborate and tetraphenylphosphonium tetraphenylborate. Tetraphenylphosphonium tetra-p-tolylborate is commercially available, for example, as TPP-MK (trade name, manufactured by Hokko Chemical Industry Co., Ltd.).
イミダゾール系硬化剤はオキサゾリンを生成し、エポキシ基を有する化合物又はエポキシ樹脂の硬化反応を促進する。イミダゾール系硬化剤としては、例えば、1-(1-シアノメチル)-2-エチル-4-メチル-1H-イミダゾール、及び2-エチル-4-メチルイミダゾール等が挙げられる。1-(1-シアノメチル)-2-エチル-4-メチル-1H-イミダゾールは、例えば、2E4MZ-CN(四国化成工業株式会社製、商品名)として商業的に入手可能である。Imidazole-based curing agents generate oxazoline and promote the curing reaction of compounds having epoxy groups or epoxy resins. Examples of imidazole-based curing agents include 1-(1-cyanomethyl)-2-ethyl-4-methyl-1H-imidazole and 2-ethyl-4-methylimidazole. 1-(1-cyanomethyl)-2-ethyl-4-methyl-1H-imidazole is commercially available, for example, as 2E4MZ-CN (trade name, manufactured by Shikoku Chemicals Corporation).
ホスフィン系硬化剤の含有量は、シアネート基を有する化合物、ビスマレイミド基を有する化合物及びエポキシ基を有する化合物の合計量100質量部に対して、例えば、5質量部以下、4質量部以下又は3質量部以下であってよい。ホスフィン系硬化剤の含有量は、シアネート基を有する化合物、ビスマレイミド基を有する化合物及びエポキシ基を有する化合物の合計量100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上又は0.5質量部以上であってよい。ホスフィン系硬化剤の含有量が上記範囲内であると、樹脂含浸体の調製が容易である。The content of the phosphine-based curing agent may be, for example, 5 parts by mass or less, 4 parts by mass or less, or 3 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total amount of the compound having a cyanate group, the compound having a bismaleimide group, and the compound having an epoxy group. The content of the phosphine-based curing agent may be, for example, 0.1 parts by mass or more, or 0.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the total amount of the compound having a cyanate group, the compound having a bismaleimide group, and the compound having an epoxy group. When the content of the phosphine-based curing agent is within the above range, the resin-impregnated body can be easily prepared.
イミダゾール系硬化剤の含有量は、シアネート基を有する化合物、ビスマレイミド基を有する化合物及びエポキシ基を有する化合物の合計量100質量部に対して、例えば、0.1質量部以下、0.05質量部以下又は0.03質量部以下であってよい。イミダゾール系硬化剤の含有量は、シアネート基を有する化合物、ビスマレイミド基を有する化合物及びエポキシ基を有する化合物の合計量100質量部に対して、例えば、0.001質量部以上又は0.005質量部以上であってよい。イミダゾール系硬化剤の含有量が上記範囲内であると、樹脂含浸体の調製が容易である。The content of the imidazole-based curing agent may be, for example, 0.1 parts by mass or less, 0.05 parts by mass or less, or 0.03 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the total amount of the compound having a cyanate group, the compound having a bismaleimide group, and the compound having an epoxy group. The content of the imidazole-based curing agent may be, for example, 0.001 parts by mass or more, or 0.005 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the total amount of the compound having a cyanate group, the compound having a bismaleimide group, and the compound having an epoxy group. When the content of the imidazole-based curing agent is within the above range, the resin-impregnated body is easily prepared.
第1樹脂組成物は、主剤及び硬化剤とは別の成分を含んでよい。その他の成分としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びアルキド樹脂等のその他の樹脂、シランカップリング剤、レベリング剤、消泡剤、表面調整剤、並びに湿潤分散剤等を更に含んでもよい。これらのその他の成分の含有量は、第1樹脂組成物全量を基準として、例えば、20質量%以下であってよく、10質量%以下であってよく、5質量%以下であってよい。The first resin composition may contain components other than the base agent and the curing agent. The other components may further contain, for example, other resins such as phenolic resins, melamine resins, urea resins, and alkyd resins, silane coupling agents, leveling agents, defoamers, surface conditioners, and wetting and dispersing agents. The content of these other components may be, for example, 20% by mass or less, 10% by mass or less, or 5% by mass or less based on the total amount of the first resin composition.
含浸工程の後に硬化工程を行ってよい。硬化工程では、樹脂含浸体に含まれる第1樹脂組成物を硬化又は半硬化して第1樹脂を含む樹脂充填体を得る。硬化工程では、第1樹脂組成物(又は必要に応じて添加される硬化剤)の種類に応じて、加熱、及び/又は光照射により、第1樹脂組成物を硬化又は半硬化させる。A curing step may be carried out after the impregnation step. In the curing step, the first resin composition contained in the resin-impregnated body is cured or semi-cured to obtain a resin-filled body containing the first resin. In the curing step, the first resin composition is cured or semi-cured by heating and/or light irradiation depending on the type of the first resin composition (or the curing agent added as necessary).
硬化工程において、加熱によって第1樹脂組成物を硬化又は半硬化させる場合の加熱温度は、例えば80~130℃であってよい。第1樹脂組成物の半硬化又は硬化によって得られる第1樹脂は、樹脂成分として、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の熱硬化性樹脂、並びに硬化剤を含有してよい。第1樹脂は、これらの成分の他に、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びアルキド樹脂等のその他の樹脂、並びに、シランカップリング剤、レベリング剤、消泡剤、表面調整剤、及び湿潤分散剤等に由来する成分を含有してもよい。In the curing step, the heating temperature when the first resin composition is cured or semi-cured by heating may be, for example, 80 to 130°C. The first resin obtained by semi-curing or curing the first resin composition may contain, as a resin component, at least one thermosetting resin selected from the group consisting of cyanate resin, bismaleimide resin, and epoxy resin, and a curing agent. In addition to these components, the first resin may contain components derived from other resins such as phenolic resin, melamine resin, urea resin, and alkyd resin, as well as silane coupling agents, leveling agents, defoamers, surface conditioners, and wetting and dispersing agents.
硬化工程の後に被覆工程を行ってよい。被覆工程は、例えば、硬化工程で得られた樹脂充填体に第2樹脂組成物を付着させ、加熱して樹脂充填体を第2樹脂で被覆する。被覆する方法は特に限定されず、第2樹脂組成物中に樹脂充填体を浸漬してもよいし、樹脂充填体の表面の一部又は全部に第2樹脂組成物を塗布することで行ってもよい。樹脂充填体に付着する第2樹脂組成物の量は、第2樹脂組成物の粘度で調節してもよい。A coating process may be performed after the curing process. In the coating process, for example, the second resin composition is applied to the resin filled body obtained in the curing process, and the resin filled body is heated to coat the resin filled body with the second resin. The coating method is not particularly limited, and the resin filled body may be immersed in the second resin composition, or the second resin composition may be applied to a part or all of the surface of the resin filled body. The amount of the second resin composition that adheres to the resin filled body may be adjusted by the viscosity of the second resin composition.
樹脂充填体に付着する際の第2樹脂組成物の粘度は、例えば、10~500mPa・s以下であってよく、15~400mPa・sであってもよい。第2樹脂組成物の上記粘度は、樹脂充填体に第2樹脂組成物を付着する際の第2樹脂組成物の温度(T4)における粘度である。この粘度は、回転式粘度計を用いて、剪断速度が10(1/秒)であり、温度(T4)の下で測定される。温度(T4)を変えることによって、樹脂充填体に第2樹脂組成物を付着する際の粘度を調節してもよい。この粘度は、第2樹脂組成物の温度(T4)を変えることによって調整してもよいし、第1樹脂組成物と同様に溶剤の配合量を変えることで調整してもよい。The viscosity of the second resin composition when it is attached to the resin filled body may be, for example, 10 to 500 mPa·s or less, or 15 to 400 mPa·s. The above viscosity of the second resin composition is the viscosity at the temperature (T4) of the second resin composition when it is attached to the resin filled body. This viscosity is measured using a rotational viscometer at a shear rate of 10 (1/sec) and at a temperature (T4). The viscosity when the second resin composition is attached to the resin filled body may be adjusted by changing the temperature (T4). This viscosity may be adjusted by changing the temperature (T4) of the second resin composition, or may be adjusted by changing the amount of solvent mixed in the same manner as the first resin composition.
第2樹脂組成物の含有成分は、第1樹脂組成物で例示したものと同じであってよい。したがって、ここでは重複する記載は省略する。第2樹脂組成物と第1樹脂組成物の組成は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。樹脂充填体に第2樹脂組成物を付着した後、第2樹脂組成物を硬化又は半硬化させて第2樹脂を得る。第2樹脂組成物(又は必要に応じて添加される硬化剤)の種類に応じて、加熱、及び/又は光照射により、第2樹脂組成物を硬化又は半硬化させる。The components contained in the second resin composition may be the same as those exemplified in the first resin composition. Therefore, duplicate descriptions are omitted here. The compositions of the second resin composition and the first resin composition may be the same or different. After the second resin composition is attached to the resin filler, the second resin composition is cured or semi-cured to obtain the second resin. Depending on the type of the second resin composition (or the curing agent added as necessary), the second resin composition is cured or semi-cured by heating and/or light irradiation.
加熱によって第2樹脂組成物を硬化又は半硬化させる場合の加熱温度は、例えば80~130℃であってよい。第1樹脂組成物と第2樹脂組成物の組成が同一である場合、ここでの加熱温度を硬化工程時の加熱温度よりも低くすれば、第2樹脂の硬化率を、第1樹脂の硬化率よりも小さくすることができる。一方、第2樹脂組成物が光硬化性である場合には、樹脂充填体の表面に付着した第2樹脂組成物に光を照射することによって、第2樹脂の硬化率を、第1樹脂の硬化率よりも大きくすることができる。このようにして、樹脂充填体に含まれる第1樹脂と、樹脂充填体を被覆する第2樹脂の硬化率が互いに異なる複合体を製造することができる。The heating temperature when the second resin composition is cured or semi-cured by heating may be, for example, 80 to 130°C. When the first resin composition and the second resin composition have the same composition, the curing rate of the second resin can be made smaller than that of the first resin by setting the heating temperature here lower than that during the curing process. On the other hand, when the second resin composition is photocurable, the curing rate of the second resin can be made larger than that of the first resin by irradiating light to the second resin composition attached to the surface of the resin filler. In this way, a composite can be produced in which the curing rates of the first resin contained in the resin filler and the second resin coating the resin filler are different from each other.
第2樹脂組成物の半硬化又は硬化によって得られる第2樹脂は、樹脂成分として、シアネート樹脂、ビスマレイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の熱硬化性樹脂、並びに硬化剤を含有してよい。第2樹脂は、これらの成分の他に、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、及びアルキド樹脂等のその他の樹脂、並びに、シランカップリング剤、レベリング剤、消泡剤、表面調整剤、及び湿潤分散剤等に由来する成分を含有してもよい。The second resin obtained by semi-curing or curing the second resin composition may contain at least one thermosetting resin selected from the group consisting of cyanate resins, bismaleimide resins, and epoxy resins, as well as a curing agent as a resin component. In addition to these components, the second resin may contain other resins such as phenolic resins, melamine resins, urea resins, and alkyd resins, as well as components derived from silane coupling agents, leveling agents, defoamers, surface conditioners, and wetting and dispersing agents.
第2樹脂を層状に設けることによって、図1及び図2に示す複合体10、又は図3に示す複合体10Aを製造することができる。また、この製造方法では、樹脂充填体の全面を第2樹脂で円滑に被覆することができる。ただし、樹脂充填体の全面を被覆することは必須ではなく、樹脂充填体の表面の一部を第2樹脂で被覆してもよい。By providing the second resin in a layer, the composite 10 shown in Figures 1 and 2, or the composite 10A shown in Figure 3 can be manufactured. Furthermore, this manufacturing method allows the entire surface of the resin filler to be smoothly coated with the second resin. However, it is not essential to coat the entire surface of the resin filler, and only a portion of the surface of the resin filler may be coated with the second resin.
上述の複合体の製造方法の変形例では、被覆工程において、樹脂充填体の表面に第2樹脂組成物の半硬化物を接着して加熱し、樹脂充填体を第2樹脂で被覆する。ここで用いる半硬化物は例えばシート状であってよい。半硬化物は未硬化成分を含有するため、樹脂充填体とシート状の半硬化物とを圧着すると、未硬化物に含まれる未硬化成分が染み出す。これによって、樹脂充填体とシート状の半硬化物とが密着する。その後、この半硬化物を加熱することによって、樹脂充填体に含まれる第1樹脂と、樹脂充填体を被覆する第2樹脂の硬化率が互いに異なる複合体を製造することができる。シート状の半硬化物の硬化率、及び/又は、樹脂充填体における第1樹脂の硬化率の大きさを調節することによって、第1樹脂と第2樹脂との硬化率の差を調整することができる。この例では、シート状の半硬化物を用いていることから、寸法精度に優れる複合体を円滑に製造することができる。In a modified example of the above-mentioned method for manufacturing a composite, in the coating step, a semi-cured product of the second resin composition is adhered to the surface of the resin filler and heated to coat the resin filler with the second resin. The semi-cured product used here may be, for example, in a sheet shape. Since the semi-cured product contains uncured components, when the resin filler and the sheet-shaped semi-cured product are pressed together, the uncured components contained in the uncured product seep out. This causes the resin filler and the sheet-shaped semi-cured product to adhere closely to each other. Then, by heating this semi-cured product, a composite can be manufactured in which the curing rates of the first resin contained in the resin filler and the second resin coating the resin filler are different from each other. The difference in the curing rates of the first resin and the second resin can be adjusted by adjusting the curing rate of the sheet-shaped semi-cured product and/or the magnitude of the curing rate of the first resin in the resin filler. In this example, since a sheet-shaped semi-cured product is used, a composite with excellent dimensional accuracy can be smoothly manufactured.
さらに別の変形例では、被覆工程において、樹脂充填体にシート状の半硬化物(第2樹脂)を接着して複合体を得てもよい。この例では、樹脂充填体にシート状の半硬化物を接着し、その後、半硬化物を加熱することなく複合体を製造することができる。このような製造方法であれば、第1樹脂と第2樹脂が同時に加熱されることがないため、内部硬化率、表面部硬化率及びこれらの差を、精密に制御することができる。この例では、シート状の半硬化物を用いていることから、寸法精度に優れる複合体を円滑に製造することができる。また、加熱回数を少なくできることから、効率よく複合体を製造することができる。 In yet another modified example, a composite may be obtained by adhering a sheet-shaped semi-cured material (second resin) to the resin filled body in the coating process. In this example, a sheet-shaped semi-cured material is adhered to the resin filled body, and then the composite can be produced without heating the semi-cured material. With this production method, the first resin and the second resin are not heated simultaneously, so the internal curing rate, the surface curing rate, and the difference between them can be precisely controlled. In this example, a sheet-shaped semi-cured material is used, so a composite with excellent dimensional accuracy can be produced smoothly. In addition, the number of heating cycles can be reduced, so the composite can be produced efficiently.
別の実施形態に係る複合体の製造方法は、多孔質の第1窒化物焼結体に第1樹脂組成物を含浸して第1樹脂含浸体を得る第1含浸工程と、多孔質の第2窒化物焼結体に第2樹脂組成物を含浸して第2樹脂含浸体を得る第2含浸工程と、第1樹脂含浸体を加熱して気孔に充填された第1樹脂組成物を硬化又は半硬化して第1樹脂を含む第1樹脂充填体を得る第1硬化工程と、第2樹脂含浸体を加熱して気孔に充填された第2樹脂組成物を硬化又は半硬化して第2樹脂を含む第2樹脂充填体を得る第2硬化工程と、第1樹脂充填体を一対の第2樹脂充填体で挟むようにして接合して複合体を得る接合工程と、を有する。接合は各充填体の表面における樹脂で行ってよい。第1樹脂充填体に含まれる第1樹脂と、第2樹脂充填体に含まれる第2樹脂の硬化率は互いに異なっている。 A method for producing a composite according to another embodiment includes a first impregnation step of impregnating a first porous nitride sintered body with a first resin composition to obtain a first resin-impregnated body, a second impregnation step of impregnating a second porous nitride sintered body with a second resin composition to obtain a second resin-impregnated body, a first curing step of heating the first resin-impregnated body to cure or semi-cure the first resin composition filled in the pores to obtain a first resin-filled body containing a first resin, a second curing step of heating the second resin-impregnated body to cure or semi-cure the second resin composition filled in the pores to obtain a second resin-filled body containing a second resin, and a joining step of sandwiching and joining the first resin-filled body between a pair of second resin-filled bodies to obtain a composite. The joining may be performed with the resin on the surface of each filler. The curing rates of the first resin contained in the first resin-filled body and the second resin contained in the second resin-filled body are different from each other.
第1樹脂組成物、第2樹脂組成物、第1樹脂、及び第2樹脂は、上述の実施形態と同様であってよい。第1窒化物焼結体及び第2窒化物焼結体は、上述の実施形態に係る窒化物焼結体と同様であってよい。第1窒化物焼結体及び第2窒化物焼結体のサイズ及び材質は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。第1樹脂充填体及び第2樹脂充填体も、上述の実施形態に係る樹脂充填体と同様であってよい。この製造方法によれば、樹脂層を有さず、表面に樹脂含浸体が露出している複合体を製造することができる。すなわち、複合体の内部は第1樹脂充填体で構成され、複合体の表面部は第2樹脂充填体で構成される。The first resin composition, the second resin composition, the first resin, and the second resin may be the same as those in the above-mentioned embodiment. The first nitride sintered body and the second nitride sintered body may be the same as those in the above-mentioned embodiment. The size and material of the first nitride sintered body and the second nitride sintered body may be the same as each other or different from each other. The first resin filling body and the second resin filling body may also be the same as those in the above-mentioned embodiment. According to this manufacturing method, a composite body having no resin layer and having a resin-impregnated body exposed on the surface can be manufactured. That is, the interior of the composite is composed of the first resin filling body, and the surface portion of the composite is composed of the second resin filling body.
上記製造方法で得られる複合体は、第1樹脂と第2樹脂の硬化率が同一である複合体に比べて、設計の自由度が高い。このため、接着性、熱伝導性、絶縁信頼性、及びハンドリング性といった種々の特性のうち、優先される特性に柔軟に対応することができる。The composite obtained by the above manufacturing method has a higher degree of freedom in design compared to a composite in which the first resin and the second resin have the same cure rate. Therefore, it is possible to flexibly respond to the priority characteristics among various characteristics such as adhesion, thermal conductivity, insulation reliability, and handling properties.
一実施形態に係る積層体の製造方法は、上述のいずれかの製造方法で製造された複合体と金属シートとを積層し、加熱及び加圧する積層工程を有する。金属シートは、金属板であってよく、金属箔であってもよい。A method for producing a laminate according to one embodiment includes a lamination step in which a composite produced by any one of the above-mentioned production methods is laminated with a metal sheet, and the composite is heated and pressurized. The metal sheet may be a metal plate or a metal foil.
積層工程では、複合体の主面上に金属シートを配置する。複合体と金属シートの主面同士を接触させた状態で、主面同士が対向する方向に加圧するとともに、加熱する。なお、加圧と加熱は必ずしも同時に行う必要はなく、加圧して圧着した後に加熱してもよい。In the lamination process, a metal sheet is placed on the main surface of the composite. With the main surfaces of the composite and metal sheet in contact with each other, pressure is applied in the direction in which the main surfaces face each other, and heat is also applied. Note that pressure and heat do not necessarily need to be applied simultaneously; heating may be applied after pressure and bonding.
このようにして得られた積層体は、半導体装置等の製造に用いることができる。一方の金属シート上に半導体素子を設けてもよい。他方の金属シートは冷却フィンと接合されてもよい。The laminate thus obtained can be used for the manufacture of semiconductor devices, etc. A semiconductor element may be provided on one of the metal sheets. The other metal sheet may be joined with a cooling fin.
以上、幾つかの実施形態を説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、焼結工程では、成形と焼結を同時に行うホットプレスによって窒化物焼結体を得てもよい。また、第2樹脂は層状ではなく島状に形成されていてもよい。Although several embodiments have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments. For example, in the sintering process, a nitride sintered body may be obtained by hot pressing, which simultaneously performs molding and sintering. Also, the second resin may be formed in an island shape rather than a layer shape.
実施例及び比較例を参照して本開示の内容をより詳細に説明するが、本開示は下記の実施例に限定されるものではない。The contents of the present disclosure will be explained in more detail with reference to examples and comparative examples, but the present disclosure is not limited to the examples below.
(実施例1)
<窒化物焼結体の作製>
新日本電工株式会社製のオルトホウ酸100質量部と、デンカ株式会社製のアセチレンブラック(商品名:HS100)35質量部とをヘンシェルミキサーを用いて混合した。得られた混合物を、黒鉛製のルツボ中に充填し、アーク炉にて、アルゴンガスの雰囲気中、2200℃にて5時間加熱し、塊状の炭化ホウ素(B4C)を得た。得られた塊状物を、ジョークラッシャーで粗粉砕して粗粉を得た。この粗粉を、炭化珪素製のボール(φ10mm)を有するボールミルによってさらに粉砕して粉砕粉を得た。
Example 1
<Preparation of nitride sintered body>
100 parts by mass of orthoboric acid manufactured by Shin-Nihon Denko Co., Ltd. and 35 parts by mass of acetylene black (product name: HS100) manufactured by Denka Co., Ltd. were mixed using a Henschel mixer. The resulting mixture was filled into a graphite crucible and heated in an arc furnace in an argon gas atmosphere at 2200°C for 5 hours to obtain lumpy boron carbide (B 4 C). The resulting lumpy matter was coarsely crushed with a jaw crusher to obtain a coarse powder. The coarse powder was further crushed with a ball mill having silicon carbide balls (φ10 mm) to obtain a crushed powder.
調製した粉砕粉を、窒化ホウ素製のルツボに充填した。その後、抵抗加熱炉を用い、窒素ガス雰囲気下で、2000℃、0.85MPaの条件で10時間加熱した。このようにして炭窒化ホウ素(B4CN4)を含む焼成物を得た。 The prepared pulverized powder was filled into a crucible made of boron nitride. Then, the powder was heated in a resistance heating furnace under a nitrogen gas atmosphere at 2000° C. and 0.85 MPa for 10 hours. In this way, a fired material containing boron carbonitride (B 4 CN 4 ) was obtained.
粉末状のホウ酸と炭酸カルシウムを配合して焼結助剤を調製した。調製にあたっては、100質量部のホウ酸に対して、炭酸カルシウムを50.0質量部配合した。このときのホウ素とカルシウムの原子比率は、ホウ素100原子%に対してカルシウムが17.5原子%であった。焼成物100質量部に対して焼結助剤を20質量部配合し、ヘンシェルミキサーを用いて混合して粉末状の配合物を調製した。A sintering aid was prepared by blending powdered boric acid and calcium carbonate. In the preparation, 50.0 parts by mass of calcium carbonate was blended with 100 parts by mass of boric acid. The atomic ratio of boron to calcium at this time was 17.5 atomic % of calcium to 100 atomic % of boron. 20 parts by mass of sintering aid was blended with 100 parts by mass of the fired product, and mixed using a Henschel mixer to prepare a powdered blend.
配合物を、粉末プレス機を用いて、150MPaで30秒間加圧して、シート状(縦×横×厚み=50mm×50mm×0.38mm)の成形体を得た。成形体を窒化ホウ素製容器に入れ、バッチ式高周波炉に導入した。バッチ式高周波炉において、常圧、窒素流量5L/分、2000℃の条件で5時間加熱した。その後、窒化ホウ素製容器から窒化ホウ素焼結体を取り出した。このようにして、シート状(四角柱状)の窒化ホウ素焼結体を得た。窒化ホウ素焼結体の厚みtは0.4mmであった。The compound was pressed at 150 MPa for 30 seconds using a powder press to obtain a sheet-shaped compact (length x width x thickness = 50 mm x 50 mm x 0.38 mm). The compact was placed in a boron nitride container and introduced into a batch-type high-frequency furnace. In the batch-type high-frequency furnace, it was heated for 5 hours under conditions of normal pressure, nitrogen flow rate of 5 L/min, and 2000°C. The boron nitride sintered body was then removed from the boron nitride container. In this way, a sheet-shaped (rectangular columnar) boron nitride sintered body was obtained. The thickness t of the boron nitride sintered body was 0.4 mm.
<平均細孔径の測定>
得られた窒化ホウ素焼結体について、株式会社島津製作所製の水銀ポロシメーター(装置名:オートポアIV9500)を用い、0.0042MPaから206.8MPaまで圧力を増加しながら細孔容積分布を測定した。積算細孔容積が全細孔容積の50%に達する細孔径を、「平均細孔径」とした。結果を表1に示す。
<Measurement of average pore size>
The pore volume distribution of the obtained boron nitride sintered body was measured using a mercury porosimeter (apparatus name: Autopore IV9500) manufactured by Shimadzu Corporation while increasing the pressure from 0.0042 MPa to 206.8 MPa. The pore diameter at which the cumulative pore volume reached 50% of the total pore volume was defined as the "average pore diameter". The results are shown in Table 1.
<気孔率の測定>
得られた窒化ホウ素焼結体の体積及び質量を測定し、当該体積及び質量からかさ密度B(kg/m3)を算出した。窒化ホウ素焼結体のかさ密度Bは、JIS Z 8807:2012の「幾何学的測定による密度及び比重の測定方法」に準拠し、窒化ホウ素焼結体の各辺の長さ(ノギスにより測定)から計算した体積と、電子天秤により測定した窒化ホウ素焼結体の質量に基づいて求めた(JIS Z 8807:2012の9項参照)。かさ密度Bと窒化ホウ素の理論密度(2280kg/m3)とから、以下の計算式(1)によって気孔率を求めた。結果を表1に示す。
気孔率(体積%)=[1-(B/2280)]×100 (1)
<Porosity Measurement>
The volume and mass of the obtained boron nitride sintered body were measured, and the bulk density B (kg/m 3 ) was calculated from the volume and mass. The bulk density B of the boron nitride sintered body was calculated based on the volume calculated from the length of each side of the boron nitride sintered body (measured with a vernier caliper) and the mass of the boron nitride sintered body measured with an electronic balance in accordance with JIS Z 8807:2012 "Method of measuring density and specific gravity by geometric measurement" (see item 9 of JIS Z 8807:2012). The porosity was calculated from the bulk density B and the theoretical density of boron nitride (2280 kg/m 3 ) using the following calculation formula (1). The results are shown in Table 1.
Porosity (volume%) = [1 - (B / 2280)] x 100 (1)
<樹脂含浸体の作製>
市販のエポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社製、商品名:エピコート807)100質量部に対し、市販の硬化剤(日本合成化学工業株式会社製、商品名:アクメックスH-8)を10質量部配合して、樹脂組成物を調製した。調製した樹脂組成物を120℃で15分間加熱した。樹脂組成物の温度を100℃に維持したまま、ディスペンサーを用いて、窒化ホウ素焼結体の上側の主面上に樹脂組成物を滴下して窒化ホウ素焼結体に含浸させた。樹脂組成物の滴下量は、窒化ホウ素焼結体の気孔の総体積の1.5倍とした。樹脂組成物の一部は、窒化ホウ素焼結体に含浸せず、主面上に残存した。
<Preparation of resin-impregnated body>
A resin composition was prepared by mixing 10 parts by mass of a commercially available curing agent (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., product name: Acmex H-8) with 100 parts by mass of a commercially available epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: Epicoat 807). The prepared resin composition was heated at 120°C for 15 minutes. While maintaining the temperature of the resin composition at 100°C, the resin composition was dripped onto the upper main surface of the boron nitride sintered body using a dispenser to impregnate the boron nitride sintered body. The amount of the resin composition dripped was 1.5 times the total volume of the pores of the boron nitride sintered body. A part of the resin composition did not impregnate the boron nitride sintered body and remained on the main surface.
大気圧下、窒化ホウ素焼結体の上側の主面上に残存する樹脂組成物を、ステンレス製のスクレーパー(株式会社ナルビー製)を用いて平滑化した。余剰分の樹脂組成物を除去し、主面が平滑である樹脂含浸体を得た。Under atmospheric pressure, the resin composition remaining on the upper main surface of the boron nitride sintered body was smoothed using a stainless steel scraper (manufactured by Narby Co., Ltd.). Excess resin composition was removed to obtain a resin-impregnated body with a smooth main surface.
<樹脂充填体の作製>
樹脂含浸体を、大気圧下、160℃で60分間加熱して樹脂組成物を半硬化させ、窒化ホウ素焼結体とその気孔に充填された樹脂(半硬化物)とを含む樹脂充填体を得た。窒化ホウ素焼結体及び樹脂充填体の質量から、樹脂充填体に含まれる樹脂(第1樹脂)の質量を算出した。その算出結果に基づいて、樹脂充填体における第1樹脂の質量比率を算出した。結果を表1に示す。
<Preparation of resin filled body>
The resin impregnated body was heated at 160°C for 60 minutes under atmospheric pressure to semi-cure the resin composition, and a resin filled body containing a boron nitride sintered body and a resin (semi-cured product) filled in its pores was obtained. The mass of the resin (first resin) contained in the resin filled body was calculated from the masses of the boron nitride sintered body and the resin filled body. Based on the calculation result, the mass ratio of the first resin in the resin filled body was calculated. The results are shown in Table 1.
<第1樹脂(半硬化物)の充填率の測定>
樹脂充填体に含まれる第1樹脂の充填率を、以下の式(2)によって求めた。結果は表1に示すとおりであった。
<Measurement of Filling Ratio of First Resin (Semi-Cured Product)>
The filling rate of the first resin contained in the resin filler was calculated by the following formula (2). The results are shown in Table 1.
第1樹脂の充填率(体積%)={(樹脂充填体のかさ密度D-窒化ホウ素焼結体のかさ密度B)/((樹脂充填体の理論密度-窒化ホウ素焼結体のかさ密度B)}×100 …(2)Filling rate (volume %) of first resin = {(bulk density D of resin filler - bulk density B of boron nitride sintered body) / ((theoretical density of resin filler - bulk density B of boron nitride sintered body)} x 100 ... (2)
樹脂充填体のかさ密度Dは、JIS Z 8807:2012の「幾何学的測定による密度及び比重の測定方法」に準拠し、樹脂充填体の各辺の長さ(ノギスにより測定)から計算した体積と、電子天秤により測定した樹脂充填体の質量に基づいて求めた(JIS Z 8807:2012の9項参照)。樹脂充填体の理論密度は、下記式(3)によって求めた。The bulk density D of the resin filler was calculated based on the volume calculated from the length of each side of the resin filler (measured with a vernier caliper) and the mass of the resin filler measured with an electronic balance in accordance with JIS Z 8807:2012 "Method of measuring density and specific gravity by geometric measurement" (see JIS Z 8807:2012, item 9). The theoretical density of the resin filler was calculated using the following formula (3).
樹脂充填体の理論密度=窒化ホウ素焼結体のかさ密度+第1樹脂の真密度×(1-窒化ホウ素焼結体のかさ密度B/窒化ホウ素の真密度) … (3)Theoretical density of resin filler = bulk density of boron nitride sintered body + true density of first resin × (1 - bulk density B of boron nitride sintered body / true density of boron nitride) … (3)
窒化ホウ素焼結体及び第1樹脂の真密度は、JIS Z 8807:2012の「気体置換法による密度及び比重の測定方法」に準拠し、乾式自動密度計を用いて測定した窒化ホウ素焼結体及び樹脂の体積及び質量より求めた(JIS Z 8807:2012の11項の式(14)~(17)参照)。The true density of the boron nitride sintered body and the first resin was determined from the volume and mass of the boron nitride sintered body and the resin measured using a dry automatic density meter in accordance with JIS Z 8807:2012 "Method for measuring density and specific gravity by the gas displacement method" (see formulas (14) to (17) in Item 11 of JIS Z 8807:2012).
<複合体の作製>
上述の樹脂組成物を160℃で30分間加熱した。このような加熱処理を行った樹脂組成物100質量部に対して、100質量部の溶剤(アセトン)を配合して樹脂含有液を調製した。上述の手順で得られた樹脂充填体を100℃に温度調整された樹脂含有液中に10秒間浸漬した。その後、樹脂含有液から、表面に樹脂組成物が付着した樹脂充填体を取り出した。取り出した樹脂充填体を、室温で30分間放置した。この時、樹脂充填体全体が室温となることで表面の樹脂組成物が固化し、ハンドリングが可能となった。このようにして、第1樹脂を含む樹脂充填体とその表面に樹脂層(第2樹脂)を有する複合体を得た。それぞれの主面における第2樹脂の樹脂層の厚みは0.02mmであった。
<Preparation of Complex>
The above-mentioned resin composition was heated at 160°C for 30 minutes. 100 parts by mass of the resin composition subjected to such heat treatment was mixed with 100 parts by mass of a solvent (acetone) to prepare a resin-containing liquid. The resin filler obtained by the above-mentioned procedure was immersed in a resin-containing liquid whose temperature was adjusted to 100°C for 10 seconds. Then, the resin filler with the resin composition attached to the surface was taken out from the resin-containing liquid. The taken-out resin filler was left at room temperature for 30 minutes. At this time, the entire resin filler was brought to room temperature, so that the resin composition on the surface was solidified and handling became possible. In this way, a composite was obtained having a resin filler containing a first resin and a resin layer (second resin) on its surface. The thickness of the resin layer of the second resin on each main surface was 0.02 mm.
樹脂充填体及び複合体の質量から、複合体の樹脂層(第2樹脂)の質量を算出した。その算出結果に基づいて、複合体全体に対する第2樹脂の質量比率、複合体全体に対する第1樹脂の質量比率、複合体に含まれる樹脂成分全体(第1樹脂+第2樹脂)に対する第2樹脂の質量比率(y)、及び樹脂成分全体(第1樹脂+第2樹脂)に対する第1樹脂の質量比率(x)を算出した。結果を表2に示す。The mass of the resin layer (second resin) of the composite was calculated from the mass of the resin filler and the composite. Based on the calculation results, the mass ratio of the second resin to the entire composite, the mass ratio of the first resin to the entire composite, the mass ratio (y) of the second resin to the entire resin components contained in the composite (first resin + second resin), and the mass ratio (x) of the first resin to the entire resin components (first resin + second resin) were calculated. The results are shown in Table 2.
<複合体における樹脂の硬化率の測定>
上記複合体の表面における樹脂層(第2樹脂)と、複合体の内部(樹脂充填体の中心部)に含まれる第1樹脂の硬化率を、以下の手順で求めた。まず、複合体の表面における樹脂層の一部を削り取って、樹脂サンプル1を得た。また、複合体を厚み方向に沿って中央部で切断した。そして、切断面から、樹脂含浸体の中心部における樹脂を削り取って、樹脂サンプル2を得た。
<Measurement of Resin Curing Rate in Composite>
The cure rates of the resin layer (second resin) on the surface of the composite and the first resin contained inside the composite (the center of the resin filler) were determined by the following procedure. First, a part of the resin layer on the surface of the composite was scraped off to obtain a resin sample 1. The composite was also cut in the center along the thickness direction. Then, the resin in the center of the resin-impregnated body was scraped off from the cut surface to obtain a resin sample 2.
硬化前(未硬化)の状態の樹脂組成物2mgを昇温し、完全に硬化するまでに生じる発熱量Q(J/g)を、示差走査熱量計を用いて測定した。次に、樹脂サンプル1(2mg)と樹脂サンプル2(10mg)を採取して、それぞれ同様に昇温した。樹脂サンプル1及び樹脂サンプル2が完全に硬化するまでに生じる発熱量R1(J/g)及び発熱量R2(J/g)を、同じ示差走査熱量計を用いてそれぞれ測定した。2 mg of resin composition in an uncured (uncured) state was heated, and the amount of heat Q (J/g) generated until the resin composition was completely cured was measured using a differential scanning calorimeter. Next, resin sample 1 (2 mg) and resin sample 2 (10 mg) were taken and heated in the same manner. The amounts of heat R1 (J/g) and R2 (J/g) generated until resin sample 1 and resin sample 2 were completely cured were measured using the same differential scanning calorimeter.
樹脂充填体及び複合体を、それぞれ600℃で1時間加熱して樹脂成分を揮発させ、加熱前後の質量差から樹脂充填体及び複合体における樹脂層(第2樹脂)に含まれる熱硬化性を有する成分の含有量c2(質量%)及び含有量c1(質量%)をそれぞれ求めた。The resin filler and the composite were each heated at 600°C for 1 hour to volatilize the resin components, and the content c2 (mass%) and content c1 (mass%) of the thermosetting component contained in the resin layer (second resin) in the resin filler and the composite were determined from the mass difference before and after heating.
上述の手順で求めた発熱量Q、発熱量R1,R2、及び含有量c1,c2を用い、下記式(4)及び(5)によって、複合体の内部と表面部における樹脂の硬化率を求めた。結果を表3に示す。表3では、式(4)及び(5)で算出した値を、それぞれ「表面部硬化率」及び「内部硬化率」として示した。また、表3には、表面部硬化率と内部硬化率の差の絶対値も示した。
表面部の樹脂の硬化率(%)={1-[(R1/c1)×100]/Q}×100・・・(4)
内部の樹脂の硬化率(%)={1-[(R2/c2)×100]/Q}×100・・・(5)
Using the calorific value Q, the calorific values R1 and R2, and the contents c1 and c2 obtained by the above procedure, the cure rates of the resin in the interior and surface of the composite were calculated by the following formulas (4) and (5). The results are shown in Table 3. In Table 3, the values calculated by formulas (4) and (5) are shown as the "surface cure rate" and the "internal cure rate", respectively. Table 3 also shows the absolute value of the difference between the surface cure rate and the internal cure rate.
Cure rate of resin on surface portion (%)={1-[(R1/c1)×100]/Q}×100 (4)
Internal resin cure rate (%) = {1 - [(R2/c2) x 100]/Q} x 100 ... (5)
<ハンドリング性の評価>
複合体の室温(約20℃)におけるハンドリング性を以下の基準で評価した。結果を表3に示す。
A:表面が粘着性を有しておらず、且つ手に持った際に変形しにくい。
B:表面が粘着性を有している、又は、手に持った際に容易に変形する。
C:表面が粘着性を有しており、且つ手に持った際に容易に変形する。
<Evaluation of handling>
The handleability of the composite at room temperature (about 20° C.) was evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 3.
A: The surface is not sticky and is not easily deformed when held in the hand.
B: The surface is sticky or is easily deformed when held in the hand.
C: The surface is sticky and easily deformed when held in the hand.
<絶縁破壊電圧の評価>
2枚の銅板間に上記複合体を配置し、200℃及び5MPaの条件下で5分間加熱及び加圧した。さらに200℃及び大気圧の条件下で2時間加熱して積層体を作製した。得られた積層体の一方の面に、直径が20mmの円形状となるようにエッチングレジスト剤をスクリーン印刷した。この積層体の他方の面には、全面にエッチングレジスト剤をスクリーン印刷した。印刷後、エッチングレジスト剤に紫外線を照射して硬化させレジストを形成した。次に、円形状のレジストが形成された側の銅板を塩化第二銅液でエッチングし、積層体の一方の面に直径が20mmの円形状の銅回路を形成した。このようにして、円形状の銅回路が形成された積層体を得た。これを試料として、JIS C2110-1:2016にしたがって、耐圧試験器(菊水電子工業株式会社製、装置名:TOS-8700)を用い、絶縁破壊電圧を測定した。結果を表3に示す。
<Evaluation of dielectric breakdown voltage>
The composite was placed between two copper plates, and heated and pressed for 5 minutes under conditions of 200°C and 5 MPa. The laminate was further heated for 2 hours under conditions of 200°C and atmospheric pressure to produce a laminate. An etching resist agent was screen-printed on one side of the obtained laminate so as to form a circle having a diameter of 20 mm. An etching resist agent was screen-printed on the entire surface of the other side of the laminate. After printing, the etching resist agent was irradiated with ultraviolet light to harden it and form a resist. Next, the copper plate on the side on which the circular resist was formed was etched with a cupric chloride solution, and a circular copper circuit having a diameter of 20 mm was formed on one side of the laminate. In this way, a laminate in which a circular copper circuit was formed was obtained. This was used as a sample, and the dielectric breakdown voltage was measured using a voltage tester (manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd., device name: TOS-8700) according to JIS C2110-1:2016. The results are shown in Table 3.
<積層体の熱抵抗の評価>
2枚の銅板間に上記複合体を配置し、200℃及び5MPaの条件下で5分間加熱及び加圧した。さらに200℃及び大気圧の条件下で2時間加熱して積層体を作製した。このようにして得られた積層体を測定対象とした。積層体の熱抵抗を、ASTM-D5470にしたがって測定した。結果を表3に示す。
<Evaluation of Thermal Resistance of Laminate>
The composite was placed between two copper plates and heated and pressed at 200°C and 5 MPa for 5 minutes. It was further heated at 200°C and atmospheric pressure for 2 hours to produce a laminate. The laminate thus obtained was used as the measurement subject. The thermal resistance of the laminate was measured according to ASTM-D5470. The results are shown in Table 3.
(実施例2)
<窒化物焼結体の作製と評価>
実施例1と同様の手順で窒化ホウ素焼結体を作製し、各測定を行った。結果は表1に示すとおりであった。
Example 2
<Preparation and evaluation of nitride sintered bodies>
A boron nitride sintered body was produced and each measurement was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<樹脂含浸体の作製>
容器に、シアネート基を有する化合物が80質量部、ビスマレイミド基を有する化合物が20質量部、エポキシ基を有する化合物が50質量部となるように測り取った。上記3種の化合物の合計量100質量部に対して、ホスフィン系硬化剤を1質量部及びイミダゾール系硬化剤を0.01質量部加えて混合した。なお、エポキシ基を有する化合物が室温で固体状態であったため、80℃程度に加熱した状態で混合した。得られた樹脂組成物の100℃における粘度は、10mPa・秒であった。調製した樹脂組成物を100℃に加熱した。樹脂組成物の温度を100℃に維持したまま、ディスペンサーを用いて、窒化ホウ素焼結体の上側の主面上に樹脂組成物を滴下して窒化ホウ素焼結体に含浸させた。樹脂組成物の滴下量は、窒化ホウ素焼結体の気孔の総体積の1.5倍とした。樹脂組成物の一部は、窒化ホウ素焼結体に含浸せず、主面上に残存した。
<Preparation of resin-impregnated body>
The compound having a cyanate group was weighed out in a container so that it was 80 parts by mass, the compound having a bismaleimide group was weighed out in a container so that it was 20 parts by mass, and the compound having an epoxy group was weighed out in a container so that it was 50 parts by mass. 1 part by mass of a phosphine-based curing agent and 0.01 part by mass of an imidazole-based curing agent were added to a total amount of 100 parts by mass of the above three types of compounds, and mixed. Since the compound having an epoxy group was in a solid state at room temperature, it was mixed in a state heated to about 80 ° C. The viscosity of the obtained resin composition at 100 ° C. was 10 mPa · sec. The prepared resin composition was heated to 100 ° C. While maintaining the temperature of the resin composition at 100 ° C., the resin composition was dripped onto the upper main surface of the boron nitride sintered body using a dispenser to impregnate the boron nitride sintered body. The amount of the resin composition dripped was 1.5 times the total volume of the pores of the boron nitride sintered body. A part of the resin composition did not impregnate the boron nitride sintered body and remained on the main surface.
上述の樹脂組成物の調製に用いた化合物及び硬化剤は以下のとおりである。The compounds and curing agents used in preparing the above-mentioned resin composition are as follows:
<特定官能基を有する化合物>
・シアネート基を有する化合物:ジメチルメチレンビス(1,4-フェニレン)ビスシアナート(三菱ガス化学株式会社製、商品名:TA-CN)
・ビスマレイミド基を有する化合物:N,N’-[(1-メチルエチリデン)ビス[(p-フェニレン)オキシ(p-フェニレン)]]ビスマレイミド(ケイ・アイ化成株式会社製、商品名:BMI-80)
・エポキシ基を有する化合物:1,6-ビス(2,3-エポキシプロパン-1-イルオキシ)ナフタレン(DIC株式会社製、商品名:HP-4032D)
<Compound having specific functional group>
Compound having a cyanate group: dimethylmethylenebis(1,4-phenylene)biscyanate (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc., product name: TA-CN)
Compound having a bismaleimide group: N,N'-[(1-methylethylidene)bis[(p-phenylene)oxy(p-phenylene)]]bismaleimide (manufactured by K.I. Chemicals Co., Ltd., product name: BMI-80)
Compound having an epoxy group: 1,6-bis(2,3-epoxypropan-1-yloxy)naphthalene (manufactured by DIC Corporation, product name: HP-4032D)
<硬化剤>
・ホスフィン系硬化剤:テトラフェニルホスホニウムテトラ-p-トリルボレート(化学株式会社製、商品名:TPP-MK)
・イミダゾール系硬化剤:1-(1-シアノメチル)-2-エチル-4-メチル-1H-イミダゾール(四国化成工業株式会社製、商品名:2E4MZ-CN)
<Curing Agent>
Phosphine-based curing agent: Tetraphenylphosphonium tetra-p-tolylborate (manufactured by Kagaku Co., Ltd., product name: TPP-MK)
Imidazole-based curing agent: 1-(1-cyanomethyl)-2-ethyl-4-methyl-1H-imidazole (manufactured by Shikoku Chemical Industry Co., Ltd., product name: 2E4MZ-CN)
大気圧下、窒化ホウ素焼結体の上側の主面上に残存する樹脂組成物を、ステンレス製のスクレーパー(株式会社ナルビー製)を用いて平滑化した。余剰分の樹脂組成物を除去し、主面が平滑である樹脂含浸体を得た。Under atmospheric pressure, the resin composition remaining on the upper main surface of the boron nitride sintered body was smoothed using a stainless steel scraper (manufactured by Narby Co., Ltd.). Excess resin composition was removed to obtain a resin-impregnated body with a smooth main surface.
<樹脂充填体の作製と評価>
樹脂含浸体を、大気圧下、80℃で15時間加熱して樹脂組成物を半硬化させた。このようにして樹脂充填体を作製した。実施例1と同様にして、樹脂充填体における樹脂(第1樹脂)の質量比率と、第1樹脂の充填率を算出した。結果を表1に示す。
<Preparation and evaluation of resin-filled bodies>
The resin-impregnated body was heated at 80° C. for 15 hours under atmospheric pressure to semi-cure the resin composition. In this manner, a resin-filled body was produced. In the same manner as in Example 1, the mass ratio of the resin (first resin) in the resin-filled body and the filling rate of the first resin were calculated. The results are shown in Table 1.
<複合体及び積層体の作製と評価>
樹脂含浸体の作製で用いた樹脂組成物を120℃で7時間加熱した。このような加熱処理を行った樹脂組成物100質量部に対して、100質量部の溶剤(アセトン)を配合して樹脂含有液を調製した。上述の手順で得られた樹脂充填体を100℃に温度調整された樹脂含有液中に10秒間浸漬した。その後、樹脂含有液から、表面に樹脂組成物が付着した樹脂充填体を取り出した。取り出した樹脂充填体を、120℃で60分間加熱して溶媒を除去するとともに表面の樹脂組成物を半硬化した。このようにして、樹脂充填体とその表面に第2樹脂の樹脂層を有する複合体を得た。それぞれの主面における第2樹脂の樹脂層の厚みは、0.1mmであった。
<Preparation and Evaluation of Composites and Laminates>
The resin composition used in the preparation of the resin-impregnated body was heated at 120°C for 7 hours. 100 parts by mass of the resin composition subjected to such heat treatment was mixed with 100 parts by mass of a solvent (acetone) to prepare a resin-containing liquid. The resin-filled body obtained by the above procedure was immersed in a resin-containing liquid whose temperature was adjusted to 100°C for 10 seconds. Thereafter, the resin-filled body with the resin composition attached to its surface was taken out from the resin-containing liquid. The taken-out resin-filled body was heated at 120°C for 60 minutes to remove the solvent and semi-cure the resin composition on the surface. In this way, a composite having a resin-filled body and a resin layer of the second resin on its surface was obtained. The thickness of the resin layer of the second resin on each main surface was 0.1 mm.
実施例1と同様にして、複合体全体に対する第2樹脂(樹脂層)の質量比率、複合体全体に対する第1樹脂の質量比率、複合体に含まれる樹脂成分全体(第1樹脂+第2樹脂)に対する第2樹脂の質量比率(y)及び第1樹脂の質量比率(x)を算出した。結果を表2に示す。実施例1と同様にして、得られた複合体の評価、並びに、積層体の作製及び評価を行った。結果を表3に示す。 In the same manner as in Example 1, the mass ratio of the second resin (resin layer) to the entire composite, the mass ratio of the first resin to the entire composite, the mass ratio (y) of the second resin to the entire resin components (first resin + second resin) contained in the composite, and the mass ratio (x) of the first resin were calculated. The results are shown in Table 2. In the same manner as in Example 1, the obtained composite was evaluated, and a laminate was produced and evaluated. The results are shown in Table 3.
(比較例1)
<窒化物焼結体の作製と評価>
実施例1と同様の手順で窒化ホウ素焼結体を作製し、各測定を行った。結果は表1に示すとおりであった。
(Comparative Example 1)
<Preparation and evaluation of nitride sintered bodies>
A boron nitride sintered body was produced and each measurement was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<樹脂含浸体、樹脂充填体、複合体及び積層体の作製と評価>
「樹脂充填体の作製」において、樹脂含浸体の160℃での加熱時間を30分間としたこと、及び、「複合体の作製」において、樹脂含有液から樹脂充填体を取り出した後に、160℃で30分間加熱を行ったこと以外は、実施例1と同様の手順によって、樹脂充填体、複合体及び積層体を作製した。実施例1と同様にして、得られた樹脂充填体及び複合体の評価、並びに、積層体の作製及び評価を行った。結果を表3に示す。
<Preparation and evaluation of resin-impregnated bodies, resin-filled bodies, composite bodies, and laminates>
In the "preparation of resin-filled body", the heating time of the resin-impregnated body at 160 ° C. was 30 minutes, and in the "preparation of composite body", the resin-filled body was removed from the resin-containing liquid and then heated at 160 ° C. for 30 minutes. Except for this, a resin-filled body, a composite body, and a laminate were prepared in the same manner as in Example 1. The obtained resin-filled body and composite body were evaluated, and a laminate was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.
<接着強度の評価>
シート状の銅箔(縦×横×厚み=100mm×20mm×0.035mm)と、シート状の銅板(縦×横×厚み=100mm×20mm×1mm)との間に、実施例1,2又は比較例1の複合体(縦×横=50mm×20mm)を配置して、銅箔、複合体及び銅板をこの順に備える積層体を作製した。当該積層体を200℃及び5MPaの条件下で5分間加熱及び加圧した後、200℃及び大気圧の条件下で2時間加熱処理した。これによって積層体を得た。
<Evaluation of adhesive strength>
A composite (length x width x thickness = 50 mm x 20 mm) of Example 1 or Comparative Example 1 was placed between a sheet-shaped copper foil (length x width x thickness = 100 mm x 20 mm x 0.035 mm) and a sheet-shaped copper plate (length x width x thickness = 100 mm x 20 mm x 1 mm) to produce a laminate including the copper foil, the composite, and the copper plate in this order. The laminate was heated and pressed for 5 minutes under conditions of 200°C and 5 MPa, and then heat-treated for 2 hours under conditions of 200°C and atmospheric pressure. A laminate was thus obtained.
この積層体を試料として、万能試験機(株式会社エーアンドディ製、商品名:RTG-1310)を用い、JIS K 6854-1:1999「接着剤-はく離接着強さ試験方法」に準拠して、90°剥離試験を実施した。なお、90°剥離試験剥離はシート状の銅箔と複合体の接着界面において行った。測定は、試験速度:50mm/min、ロードセル:5kN、測定温度:室温(20℃)の条件で行った。その結果、実施例1、実施例2及び比較例1の各積層体の接着強度は、それぞれ、3.0N/cm、0.8N/cm及び0.2N/cmであった。 Using this laminate as a sample, a universal testing machine (manufactured by A&D Co., Ltd., product name: RTG-1310) was used to carry out a 90° peel test in accordance with JIS K 6854-1:1999 "Adhesive-Peel Adhesion Strength Test Method." The 90° peel test peel was carried out at the adhesive interface between the sheet-like copper foil and the composite. The measurement was carried out under the following conditions: test speed: 50 mm/min, load cell: 5 kN, measurement temperature: room temperature (20°C). As a result, the adhesive strengths of the laminates of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 were 3.0 N/cm, 0.8 N/cm, and 0.2 N/cm, respectively.
10,10A…複合体、12…樹脂充填体、12a,12b…主面、12c…側面、14,14A…樹脂層、20,20A…積層体、22…金属シート。
10, 10A... composite body, 12... resin filler, 12a, 12b... main surfaces, 12c... side surfaces, 14, 14A... resin layer, 20, 20A... laminate, 22... metal sheet.
Claims (10)
前記樹脂の少なくとも一部が前記窒化物焼結体の気孔に充填されており、
前記複合体は、内部における前記樹脂の方が表面部における前記樹脂よりも大きい硬化率を有し、
前記樹脂の硬化率が20~90%であり、且つ前記内部における前記樹脂の硬化率と、前記表面部における前記樹脂の硬化率の差が30~60%である、複合体。 A composite material containing a resin and a porous nitride sintered body,
At least a portion of the resin is filled into pores of the nitride sintered body,
The composite has a higher cure rate for the resin in the interior than for the resin in the surface portion,
A composite body, wherein the curing rate of the resin is 20 to 90%, and the difference between the curing rate of the resin in the interior and the curing rate of the resin in the surface portion is 30 to 60%.
前記樹脂の少なくとも一部が前記窒化物焼結体の気孔に充填されており、
前記複合体は、表面部における前記樹脂の方が、内部における前記樹脂よりも大きい硬化率を有し、
前記内部における前記樹脂の硬化率と、前記表面部における前記樹脂の硬化率の差が10%以上である、複合体。 A composite material containing a resin and a porous nitride sintered body,
At least a portion of the resin is filled into pores of the nitride sintered body,
The composite has a higher cure rate for the resin in a surface portion than for the resin in an interior portion,
A composite body , wherein a difference between a cure rate of the resin in the interior and a cure rate of the resin in the surface portion is 10% or more .
前記表面部は、前記樹脂充填体の少なくとも一部を被覆する樹脂層で構成される請求項1又は2に記載の複合体。 the interior portion is constituted by a resin filled body in which the nitride sintered body is filled with the resin,
The composite body according to claim 1 or 2 , wherein the surface portion is formed of a resin layer that covers at least a portion of the resin filler.
前記樹脂含浸体を加熱して気孔に充填された前記第1樹脂組成物を半硬化して第1樹脂を含む樹脂充填体を得る硬化工程と、
前記樹脂充填体の表面の少なくとも一部を第2樹脂で被覆して複合体を得る被覆工程とを、有し、
前記複合体は、前記第1樹脂の方が、前記第2樹脂よりも大きい硬化率を有し、前記複合体に含まれる樹脂の硬化率が20~90%であり、且つ前記第1樹脂の硬化率と、前記第2樹脂の硬化率の差が30~60%である、複合体の製造方法。 an impregnation step of impregnating a porous nitride sintered body with a first resin composition to obtain a resin-impregnated body;
a curing step of heating the resin-impregnated body to semi-cure the first resin composition filled in the pores to obtain a resin-filled body containing a first resin;
A coating step of coating at least a part of the surface of the resin filler with a second resin to obtain a composite body,
The composite has a first resin having a higher curing rate than the second resin, a curing rate of the resin contained in the composite is 20 to 90%, and a difference between the curing rate of the first resin and the curing rate of the second resin is 30 to 60%.
前記樹脂含浸体を加熱して気孔に充填された前記第1樹脂組成物を半硬化して第1樹脂を含む樹脂充填体を得る硬化工程と、
前記樹脂充填体の表面の少なくとも一部を第2樹脂で被覆して複合体を得る被覆工程とを、有し、
前記複合体は、前記第2樹脂の方が、前記第1樹脂よりも大きい硬化率を有し、前記第1樹脂の硬化率と、前記第2樹脂の硬化率の差が10%以上である、複合体の製造方法。 an impregnation step of impregnating a porous nitride sintered body with a first resin composition to obtain a resin-impregnated body;
a curing step of heating the resin-impregnated body to semi -cure the first resin composition filled in the pores to obtain a resin-filled body containing a first resin;
A coating step of coating at least a part of the surface of the resin filler with a second resin to obtain a composite body,
The method for manufacturing a composite, wherein the second resin has a higher curing rate than the first resin, and the difference between the curing rate of the first resin and the curing rate of the second resin is 10% or more .
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