JP7611846B2 - Boron nitride particles and resin composition - Google Patents
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Description
本発明は、窒化ホウ素粒子及び樹脂組成物に関する。 The present invention relates to boron nitride particles and a resin composition.
トランジスタ、サイリスタ、CPU等の電子部品においては、使用時に発生する熱を効率良く放熱することが重要な問題となっている。そのため、このような電子部品と共に、高い熱伝導性を有する放熱部材が用いられる。一方、窒化ホウ素粒子は、高熱伝導性及び高絶縁性を有しているため、放熱部材における充填材として幅広く利用されている。 In electronic components such as transistors, thyristors, and CPUs, efficient dissipation of heat generated during use is an important issue. For this reason, heat dissipation components with high thermal conductivity are used together with such electronic components. Meanwhile, boron nitride particles have high thermal conductivity and high insulating properties, and are therefore widely used as a filler in heat dissipation components.
例えば特許文献1には、高い熱伝導性を示しパワー半導体デバイスなどで必要とされる放熱シートに非常に有用な窒化ホウ素凝集粒子組成物として、平均粒子径(D50)が1μm~200μmの窒化ホウ素凝集粒子の組成物であって、所定の条件を満たすことを特徴とする窒化ホウ素凝集粒子組成物が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a boron nitride agglomerated particle composition that exhibits high thermal conductivity and is extremely useful for heat dissipation sheets required for power semiconductor devices and the like, the boron nitride agglomerated particle composition being a composition of boron nitride agglomerated particles having an average particle diameter (D 50 ) of 1 μm to 200 μm and satisfying certain conditions.
近年、電子部品を搭載したデバイスでは、信号の高速伝送化や大容量化が進んでいるため、放熱部材にもそれに寄与するような特性が求められている。具体的には、低誘電率かつ低誘電正接の放熱部材が望ましい。In recent years, devices equipped with electronic components have become faster and larger in capacity than ever before, so heat dissipation materials are also required to have properties that contribute to this. Specifically, heat dissipation materials with low dielectric constant and low dielectric loss tangent are desirable.
そこで、本発明は、低誘電率かつ低誘電正接の放熱部材を実現できる窒化ホウ素粒子を提供することを目的とする。Therefore, the present invention aims to provide boron nitride particles that can realize heat dissipation components with low dielectric constant and low dielectric tangent.
本発明の一側面は、BET径が160nm以上300nm以下であり、全酸素量が0.4質量%以上0.8質量%以下である、窒化ホウ素粒子である。One aspect of the present invention is boron nitride particles having a BET diameter of 160 nm or more and 300 nm or less and a total oxygen content of 0.4 mass % or more and 0.8 mass % or less.
窒化ホウ素粒子の平均円形度は、0.8以上であってよい。窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、1μm以下であってよい。The average circularity of the boron nitride particles may be 0.8 or more. The average particle size of the boron nitride particles may be 1 μm or less.
本発明の他の一側面は、樹脂と、上記の窒化ホウ素粒子と、を含有する樹脂組成物である。Another aspect of the present invention is a resin composition containing a resin and the above-mentioned boron nitride particles.
本発明によれば、低誘電率かつ低誘電正接の放熱部材を実現できる窒化ホウ素粒子を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide boron nitride particles that can realize heat dissipation components with low dielectric constant and low dielectric tangent.
本発明の一実施形態は、特定のBET径及び全酸素量を有する窒化ホウ素粒子である。One embodiment of the present invention is boron nitride particles having a specific BET diameter and total oxygen content.
窒化ホウ素粒子のBET径は、窒化ホウ素粒子を含む放熱部材(以下、単に「放熱部材」ともいう)の誘電率及び誘電正接を低くする観点から、160nm以上であり、好ましくは、170nm以上、180nm以上、又は190nm以上であってもよい。窒化ホウ素粒子のBET径は、放熱部材の誘電率及び誘電正接を低くする観点から、300nm以下であり、好ましくは、290nm以下、280nm以下、270nm以下、又は260nm以下であってもよい。The BET diameter of the boron nitride particles is 160 nm or more, preferably 170 nm or more, 180 nm or more, or 190 nm or more, from the viewpoint of reducing the dielectric constant and dielectric tangent of a heat dissipation member containing the boron nitride particles (hereinafter also simply referred to as a "heat dissipation member"). The BET diameter of the boron nitride particles is 300 nm or less, preferably 290 nm or less, 280 nm or less, 270 nm or less, or 260 nm or less, from the viewpoint of reducing the dielectric constant and dielectric tangent of the heat dissipation member.
窒化ホウ素粒子のBET径は、下記式により算出される値である。
BET径=窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの直径/(BET比表面積/窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの表面積)
ここで、
・窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの直径
=(6/(窒化ホウ素粒子の密度×π))1/3
(ただし、窒化ホウ素粒子の密度として2.26g/cm3を用いる)
・窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの表面積
=π×(窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの直径)2
・BET比表面積
JIS Z 8830:2013に準拠し、窒素ガスを使用してBET一点法により測定される窒化ホウ素粒子のBET比表面積である。
The BET diameter of the boron nitride particles is a value calculated by the following formula.
BET diameter = diameter when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle / (BET specific surface area / surface area when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle)
Where:
Diameter of one spherical particle of 1 g of boron nitride = (6/(density of boron nitride particle x π)) 1/3
(However, the density of boron nitride particles is 2.26 g/ cm3 .)
・Surface area when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle = π x (diameter when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle) 2
BET specific surface area: This is the BET specific surface area of boron nitride particles measured by a BET single-point method using nitrogen gas in accordance with JIS Z 8830 :2013.
窒化ホウ素粒子の全酸素量は、放熱部材の誘電率及び誘電正接を低くする観点から、0.4質量%以上であり、好ましくは、0.45質量%以上、0.5質量%以上、0.55質量%以上、又は0.6質量%以上であってもよい。窒化ホウ素粒子の全酸素量は、放熱部材の誘電率及び誘電正接を低くする観点から、0.8質量%以下であり、好ましくは、0.75質量%以下又は0.7質量%以下であってもよい。窒化ホウ素粒子の全酸素量は、窒化ホウ素粒子中の酸素の質量割合であり、酸素・窒素分析装置(例えば、株式会社堀場製作所製、商品名:EMGA-620W/C)を用いて測定される値である。The total oxygen content of the boron nitride particles is 0.4% by mass or more, preferably 0.45% by mass or more, 0.5% by mass or more, 0.55% by mass or more, or 0.6% by mass or more, from the viewpoint of lowering the dielectric constant and dielectric tangent of the heat dissipation member. The total oxygen content of the boron nitride particles is 0.8% by mass or less, preferably 0.75% by mass or less or 0.7% by mass or less, from the viewpoint of lowering the dielectric constant and dielectric tangent of the heat dissipation member. The total oxygen content of the boron nitride particles is the mass ratio of oxygen in the boron nitride particles, and is a value measured using an oxygen/nitrogen analyzer (for example, manufactured by Horiba, Ltd., product name: EMGA-620W/C).
窒化ホウ素粒子は、放熱部材を作製する際の窒化ホウ素粒子の充填性を向上させ、放熱部材の特性(熱伝導性、誘電率など)を等方的にする観点から、好ましくは、球状、又は球状に近い形状を有している。同様の観点から、窒化ホウ素粒子の平均円形度は、好ましくは、0.8以上、0.82以上、0.84以上、0.86以上、又は0.88以上であってよい。The boron nitride particles preferably have a spherical or nearly spherical shape in order to improve the filling of the boron nitride particles when producing a heat dissipation member and to make the properties of the heat dissipation member (thermal conductivity, dielectric constant, etc.) isotropic. From the same viewpoint, the average circularity of the boron nitride particles may preferably be 0.8 or more, 0.82 or more, 0.84 or more, 0.86 or more, or 0.88 or more.
窒化ホウ素粒子の平均円形度は、以下の手順で測定される。
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影した窒化ホウ素粒子の像(倍率:10,000倍、画像解像度:1280×1024ピクセル)について、画像解析ソフト(例えば、マウンテック社製、商品名:MacView)を用いた画像解析により、窒化ホウ素粒子の投影面積(S)及び周囲長(L)を算出する。投影面積(S)及び周囲長(L)を用いて、以下に式:
円形度=4πS/L2
に従って円形度を求める。任意に選ばれた100個の窒化ホウ素粒子について求めた円形度の平均値を平均円形度と定義する。
The average circularity of the boron nitride particles is measured by the following procedure.
An image of a boron nitride particle taken with a scanning electron microscope (SEM) (magnification: 10,000 times, image resolution: 1280 x 1024 pixels) is analyzed using image analysis software (e.g., MacView, manufactured by Mountec Co., Ltd.) to calculate the projected area (S) and perimeter (L) of the boron nitride particle. Using the projected area (S) and perimeter (L), the following formula is used:
Circularity = 4πS/ L2
The circularity is calculated according to the following formula: The average value of the circularities calculated for 100 randomly selected boron nitride particles is defined as the average circularity.
窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、窒化ホウ素粒子と樹脂とを混合した際の粘度増加を抑制できる観点から、好ましくは、0.01μm以上、0.05μm以上、0.1μm以上、0.2μm以上、0.3μm以上、又は0.4μm以上であってよい。窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、放熱部材の絶縁破壊特性を向上させる観点から、1μm以下、0.9μm以下、0.8μm以下、又は0.7μm以下であってよい。The average particle diameter of the boron nitride particles may be preferably 0.01 μm or more, 0.05 μm or more, 0.1 μm or more, 0.2 μm or more, 0.3 μm or more, or 0.4 μm or more, from the viewpoint of suppressing an increase in viscosity when the boron nitride particles are mixed with a resin. The average particle diameter of the boron nitride particles may be 1 μm or less, 0.9 μm or less, 0.8 μm or less, or 0.7 μm or less, from the viewpoint of improving the dielectric breakdown characteristics of the heat dissipation member.
窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、以下の手順により測定される。
窒化ホウ素粒子を分散させる分散媒として蒸留水を用い、分散剤としてヘキサメタリン酸ナトリウムを用い、0.125質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を調製する。この水溶液中に0.1g/80mLの比率で窒化ホウ素粒子を加え、超音波ホモジナイザー(例えば、日本精機製作所製、商品名:US-300E)により、AMPLITUDE(振幅)80%にて超音波分散を1分30秒間で1回行うことで、窒化ホウ素粒子の分散液を調製する。この分散液を60rpmで撹拌しながら分取し、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置(例えば、ベックマンコールター社製、商品名:LS-13 320)により体積基準の粒度分布を測定する。このとき、水の屈折率として1.33を用い、窒化ホウ素粒子の屈折率として1.7を用いる。測定結果から、累積粒度分布の累積値50%の粒径(メジアン径、d50)として平均粒子径を算出する。
The average particle size of the boron nitride particles is measured by the following procedure.
Using distilled water as a dispersion medium for dispersing boron nitride particles and sodium hexametaphosphate as a dispersant, a 0.125% by mass aqueous solution of sodium hexametaphosphate is prepared. Boron nitride particles are added to this aqueous solution at a ratio of 0.1 g/80 mL, and ultrasonic dispersion is performed once for 1 minute and 30 seconds at AMPLITUDE (amplitude) 80% using an ultrasonic homogenizer (e.g., manufactured by Nippon Seiki Seisakusho, trade name: US-300E) to prepare a dispersion of boron nitride particles. The dispersion is taken while stirring at 60 rpm, and the volume-based particle size distribution is measured using a laser diffraction scattering particle size distribution measuring device (e.g., manufactured by Beckman Coulter, trade name: LS-13 320). At this time, 1.33 is used as the refractive index of water, and 1.7 is used as the refractive index of boron nitride particles. From the measurement results, the average particle size is calculated as the particle size (median diameter, d50) at the cumulative value of 50% of the cumulative particle size distribution.
以上説明した窒化ホウ素粒子は、ホウ酸エステルとアンモニアとを750~1400℃で反応させて第1の前駆体を得る第1の工程と、第1の前駆体を1000~1600℃で加熱して第2の前駆体を得る第2の工程と、第2の前駆体を1000~1600℃で加熱して第3の前駆体を得る第3の工程と、第3の前駆体を1800~2200℃で加熱して第4の前駆体を得る第4の工程と、を備える製造方法により得られる。The boron nitride particles described above are obtained by a manufacturing method comprising a first step of reacting a boric acid ester with ammonia at 750-1400°C to obtain a first precursor, a second step of heating the first precursor at 1000-1600°C to obtain a second precursor, a third step of heating the second precursor at 1000-1600°C to obtain a third precursor, and a fourth step of heating the third precursor at 1800-2200°C to obtain a fourth precursor.
また、この製造方法では、第2の工程の終了後、第3の工程の開始前に、第2の前駆体が置かれる環境温度を常温(10~30℃)まで一旦下げる。このように、1000~1600℃での加熱した後、常温に戻し、再び1000~1600℃で加熱することにより、上述したような特性を有する窒化ホウ素粒子が得られる。一方、従来の製造方法として、例えば、上記第1の工程、第2の工程、及び第4の工程を備える製造方法は知られているが、本実施形態の製造方法では、上述したとおり、第2の工程に加えて第3の工程を実施し、かつ、第2の工程と第3の工程の間で環境温度を常温まで一旦下げることにより、従来にない特性を有する窒化ホウ素粒子を得ることができる。In addition, in this manufacturing method, after the second step is completed and before the third step is started, the environmental temperature in which the second precursor is placed is temporarily lowered to room temperature (10 to 30°C). In this way, after heating at 1000 to 1600°C, the temperature is returned to room temperature, and then heated again at 1000 to 1600°C, thereby obtaining boron nitride particles having the above-mentioned characteristics. On the other hand, as a conventional manufacturing method, for example, a manufacturing method including the above-mentioned first step, second step, and fourth step is known, but in the manufacturing method of this embodiment, as described above, the third step is performed in addition to the second step, and the environmental temperature is temporarily lowered to room temperature between the second step and the third step, thereby obtaining boron nitride particles having characteristics not found in the conventional method.
第1の工程では、例えば、抵抗加熱炉内に設置された反応管(例えば石英管)を加熱して、750~1500℃まで昇温する。一方、不活性ガスを液状のホウ酸エステルに通した上で反応管に導入することにより、ホウ酸エステルが反応管に導入される。他方、アンモニアガスを反応管に直接導入する。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの希ガス、及び窒素ガスが挙げられる。ホウ酸エステルは、例えばアルキルホウ酸エステルであってよく、好ましくはホウ酸トリメチルである。In the first step, for example, a reaction tube (e.g., a quartz tube) installed in a resistance heating furnace is heated to 750 to 1500°C. On the other hand, an inert gas is passed through a liquid borate ester and then introduced into the reaction tube, thereby introducing the borate ester into the reaction tube. On the other hand, ammonia gas is directly introduced into the reaction tube. Examples of inert gases include rare gases such as helium, neon, and argon, and nitrogen gas. The borate ester may be, for example, an alkyl borate ester, preferably trimethyl borate.
ホウ酸エステルの導入量に対するアンモニアの導入量のモル比(アンモニア/ホウ酸エステル)は、例えば、1以上であってよく、10以下であってよい。The molar ratio of the amount of ammonia introduced to the amount of borate ester introduced (ammonia/borate ester) may be, for example, 1 or more and 10 or less.
導入されたホウ酸エステル及びアンモニアは、加熱された反応管内で反応し、第1の前駆体(白色粉末)が生成する。生成した第1の前駆体の一部は反応管内に付着するが、第1の前駆体の多くは、不活性ガスや未反応のアンモニアガスにより、反応管の先に取り付けられた回収容器に送られて回収される。ホウ酸エステルとアンモニアとを反応させる時間(反応時間)は、好ましくは、30秒間以内である。反応時間は、ホウ酸エステル及びアンモニアが、反応管のうち750~1400℃に加熱された部分(加熱部分)にとどまる時間であり、ホウ酸エステル及びアンモニアを導入する際のガス流量と、抵抗加熱炉内に設置された反応管の長さ(反応管の加熱部分の長さ)とによって、調整することができる。The introduced boric acid ester and ammonia react in the heated reaction tube to generate a first precursor (white powder). Some of the generated first precursor adheres to the inside of the reaction tube, but most of the first precursor is sent to a recovery container attached to the end of the reaction tube by an inert gas or unreacted ammonia gas and collected. The time (reaction time) for reacting the boric acid ester and ammonia is preferably within 30 seconds. The reaction time is the time during which the boric acid ester and ammonia remain in the part of the reaction tube heated to 750 to 1400 ° C (heated part), and can be adjusted by the gas flow rate when the boric acid ester and ammonia are introduced and the length of the reaction tube installed in the resistance heating furnace (the length of the heated part of the reaction tube).
第2の工程では、第1の工程で得られた第1の前駆体を、抵抗加熱炉内に設置された別の反応管(例えばアルミナ管)に入れ、窒素ガス及びアンモニアガスをそれぞれ別々に反応管内に導入する。このとき導入するガスは、アンモニアガスのみであってもよい。窒素ガス及びアンモニアガスの流量は、それぞれ、反応時間が所望の値となるように適宜調整されればよい。例えば、アンモニアガスの流量が多いほど、反応時間が短くなり、結果として、最終的に得られる窒化ホウ素粒子のBET径が小さくなる傾向にあり、全酸素量が小さくなる傾向にある。In the second step, the first precursor obtained in the first step is placed in another reaction tube (e.g., an alumina tube) installed in a resistance heating furnace, and nitrogen gas and ammonia gas are separately introduced into the reaction tube. The gas introduced at this time may be only ammonia gas. The flow rates of the nitrogen gas and ammonia gas may be appropriately adjusted so that the reaction time is the desired value. For example, the higher the flow rate of ammonia gas, the shorter the reaction time, and as a result, the BET diameter of the finally obtained boron nitride particles tends to be smaller, and the total oxygen content tends to be smaller.
続いて、反応管を1000~1600℃に加熱する。加熱する時間は、例えば、1時間以上であってよく、10時間以下であってよい。これにより、第2の前駆体が得られる。The reaction tube is then heated to 1000-1600°C. The heating time may be, for example, 1 hour or more and 10 hours or less. This results in the second precursor.
第2の工程が終了した後、抵抗加熱炉の電源を切り、窒素ガス及びアンモニアガスの導入を停止し、反応管内の温度を常温(10~30℃)まで下げた状態で、第2の前駆体を静置する、静置する時間は、例えば、0.5時間以上であってよく、96時間以下であってよい。After the second step is completed, the power to the resistance heating furnace is turned off, the introduction of nitrogen gas and ammonia gas is stopped, and the temperature inside the reaction tube is lowered to room temperature (10 to 30°C), and the second precursor is allowed to stand. The standing time may be, for example, 0.5 hours or more and may be 96 hours or less.
第3の工程では、窒素ガス及びアンモニアガスを反応管内に再び導入すると共に、反応管を1000~1600℃に再び加熱する。窒素ガス及びアンモニアガスの流量、並びに加熱する時間の例は、第2の工程で説明したものと同様であってよい。第2の工程の条件と第3の工程の条件は、互いに同一であってよく、互いに異なっていてもよい。これにより、第3の前駆体が得られる。In the third step, nitrogen gas and ammonia gas are introduced into the reaction tube again, and the reaction tube is heated again to 1000-1600°C. Examples of the flow rates of nitrogen gas and ammonia gas, and the heating time may be similar to those described in the second step. The conditions of the second step and the third step may be the same as each other, or may be different from each other. This results in a third precursor.
第4の工程では、第3の工程で得られた第3の前駆体を窒化ホウ素製ルツボに入れ、誘導加熱炉において、窒素雰囲気下で1800~2200℃に加熱する。加熱する時間は、例えば、0.5時間以上であってよく、10時間以下であってよい。これにより、上述した特性を有する窒化ホウ素粒子が得られる。In the fourth step, the third precursor obtained in the third step is placed in a boron nitride crucible and heated to 1800 to 2200°C in an induction heating furnace under a nitrogen atmosphere. The heating time may be, for example, 0.5 hours or more and 10 hours or less. This results in boron nitride particles having the above-mentioned characteristics.
以上説明した窒化ホウ素粒子は、例えば、放熱部材に好適に用いられる。上記の窒化ホウ素粒子を用いることにより、低誘電率かつ低誘電正接の放熱部材が得られる。窒化ホウ素粒子は、放熱部材に用いられる場合、例えば樹脂と共に混合された樹脂組成物として用いられる。すなわち、本発明の他の一実施形態は、樹脂と、上記の窒化ホウ素粒子とを含有する樹脂組成物である。The boron nitride particles described above are suitable for use in, for example, heat dissipation components. By using the above-mentioned boron nitride particles, a heat dissipation component with a low dielectric constant and low dielectric tangent can be obtained. When used in a heat dissipation component, the boron nitride particles are used as a resin composition mixed with, for example, a resin. That is, another embodiment of the present invention is a resin composition containing a resin and the above-mentioned boron nitride particles.
上記の窒化ホウ素粒子の含有量は、樹脂組成物の全体積を基準として、樹脂組成物の熱伝導率を向上させ、優れた放熱性能が得られやすい観点から、好ましくは30体積%以上、より好ましくは40体積%以上、更に好ましくは50体積%以上であり、成形時に空隙の発生、並びに、絶縁性及び機械強度の低下を抑制できる観点から、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下、更に好ましくは70体積%以下である。The content of the above-mentioned boron nitride particles is preferably 30% by volume or more, more preferably 40% by volume or more, and even more preferably 50% by volume or more, based on the total volume of the resin composition, from the viewpoint of improving the thermal conductivity of the resin composition and making it easier to obtain excellent heat dissipation performance, and is preferably 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, and even more preferably 70% by volume or less, from the viewpoint of being able to suppress the occurrence of voids during molding and the deterioration of insulation and mechanical strength.
樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、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、不飽和ポリエステル、フッ素樹脂、ポリオレフィン(ポリエチレン等)、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、ポリフェニレンスルフィド、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、及び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)樹脂が挙げられる。 Examples of resins include epoxy resin, silicone resin, silicone rubber, acrylic resin, phenolic resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester, fluororesin, polyolefin (polyethylene, etc.), polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, wholly aromatic polyester, polysulfone, liquid crystal polymer, polyethersulfone, polycarbonate, maleimide-modified resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) resin, AAS (acrylonitrile-acrylic rubber-styrene) resin, and AES (acrylonitrile-ethylene-propylene-diene rubber-styrene) resin.
樹脂の含有量は、樹脂組成物の全体積を基準として、15体積%以上、20体積%以上、又は30体積%以上であってよく、70体積%以下、60体積%以下、又は50体積%以下であってよい。The resin content may be 15 vol.% or more, 20 vol.% or more, or 30 vol.% or more, and may be 70 vol.% or less, 60 vol.% or less, or 50 vol.% or less, based on the total volume of the resin composition.
樹脂組成物は、樹脂を硬化させる硬化剤を更に含有していてよい。硬化剤は、樹脂の種類によって適宜選択される。例えば、樹脂がエポキシ樹脂である場合、硬化剤としては、フェノールノボラック化合物、酸無水物、アミノ化合物、及びイミダゾール化合物が挙げられる。硬化剤の含有量は、樹脂100質量部に対して、例えば、0.5質量部以上又は1.0質量部以上であってよく、15質量部以下又は10質量部以下であってよい。The resin composition may further contain a curing agent that cures the resin. The curing agent is appropriately selected depending on the type of resin. For example, when the resin is an epoxy resin, examples of the curing agent include phenol novolac compounds, acid anhydrides, amino compounds, and imidazole compounds. The content of the curing agent may be, for example, 0.5 parts by mass or more or 1.0 parts by mass or more, and 15 parts by mass or less or 10 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin.
樹脂組成物は、上記の窒化ホウ素粒子以外の窒化ホウ素粒子(例えば、鱗片状の一次粒子が凝集してなる塊状窒化ホウ素粒子等の公知の窒化ホウ素粒子)を更に含有してもよい。The resin composition may further contain boron nitride particles other than the above-mentioned boron nitride particles (e.g., known boron nitride particles such as agglomerated boron nitride particles formed by agglomeration of scale-like primary particles).
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1~3]
以下の手順により、窒化ホウ素粒子を作製した。
まず、第1の工程では、抵抗加熱炉内に設置された反応管(石英管)を加熱して、表1に示す温度まで昇温した。一方、窒素ガスをホウ酸トリメチルに通した上で反応管に導入することにより、ホウ酸トリメチルを反応管に導入した。他方、アンモニアガスを反応管に直接導入した。ホウ酸トリメチルの導入量に対するアンモニアの導入量のモル比(アンモニア/ホウ酸トリメチル)は、4.5とした。これにより、ホウ酸トリメチルとアンモニアとを反応させて、第1の前駆体(白色粉末)を得た。なお、反応時間は表1に示すとおりである。
[Examples 1 to 3]
Boron nitride particles were prepared by the following procedure.
First, in the first step, a reaction tube (quartz tube) installed in a resistance heating furnace was heated to a temperature shown in Table 1. On the other hand, nitrogen gas was passed through trimethyl borate and then introduced into the reaction tube, thereby introducing trimethyl borate into the reaction tube. On the other hand, ammonia gas was directly introduced into the reaction tube. The molar ratio of the amount of ammonia introduced to the amount of trimethyl borate introduced (ammonia/trimethyl borate) was set to 4.5. As a result, trimethyl borate and ammonia were reacted to obtain a first precursor (white powder). The reaction time is as shown in Table 1.
続いて、第2の工程では、第1の工程で得られた第1の前駆体を、抵抗加熱炉内に設置された別の反応管(アルミナ管)に入れ、窒素ガス及びアンモニアガスをそれぞれ別々に、表1に示す流量で反応管内に導入した。そして、反応管を表1に示す温度及び時間で加熱した。これにより、第2の前駆体を得た。In the second step, the first precursor obtained in the first step was placed in another reaction tube (alumina tube) installed in a resistance heating furnace, and nitrogen gas and ammonia gas were separately introduced into the reaction tube at the flow rates shown in Table 1. The reaction tube was then heated at the temperature and for the time shown in Table 1. This resulted in the production of a second precursor.
続いて、抵抗加熱炉の電源を切り、窒素ガス及びアンモニアガスの導入を停止し、反応管内の温度を25℃まで下げた状態で、第2の前駆体を2時間静置した。Next, the power to the resistance heating furnace was turned off, the introduction of nitrogen gas and ammonia gas was stopped, and the temperature inside the reaction tube was lowered to 25°C, and the second precursor was left to stand for 2 hours.
続いて、第3の工程では、窒素ガス及びアンモニアガスを表1に示す流量で反応管内に再び導入すると共に、反応管を表1に示す温度及び時間で再び加熱した。これにより、第3の前駆体を得た。In the third step, nitrogen gas and ammonia gas were again introduced into the reaction tube at the flow rates shown in Table 1, and the reaction tube was again heated at the temperature and for the time shown in Table 1. This produced a third precursor.
続いて、第4の工程では、第3の工程で得られた第3の前駆体を窒化ホウ素製ルツボに入れ、誘導加熱炉において、窒素雰囲気下で表1に示す温度及び時間で加熱した。これにより、窒化ホウ素粒子を得た。In the fourth step, the third precursor obtained in the third step was placed in a boron nitride crucible and heated in an induction heating furnace under a nitrogen atmosphere at the temperature and for the time shown in Table 1. This resulted in the production of boron nitride particles.
[比較例1]
第3の工程を実施しなかった以外は、実施例1と同様にして、窒化ホウ素粒子を得た。
[Comparative Example 1]
Boron nitride particles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the third step was not performed.
得られた各窒化ホウ素粒子について、BET径、全酸素量、平均円形度、及び平均粒子径を以下の方法によりそれぞれ測定した。結果を表1に示す。The BET diameter, total oxygen content, average circularity, and average particle size of each of the obtained boron nitride particles were measured by the following methods. The results are shown in Table 1.
(BET径)
BET径は、下記式により算出した。
BET径=窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの直径/(BET比表面積/窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの表面積)
ここで、
・窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの直径
=(6/(窒化ホウ素粒子の密度×π))1/3
(ただし、窒化ホウ素粒子の密度として2.26g/cm3を用いる)
・窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの表面積
=π×(窒化ホウ素1gで真球の1粒子となると仮定したときの直径)2
・BET比表面積
JIS Z 8830:2013に準拠し、窒素ガスを使用してBET一点法により測定した窒化ホウ素粒子のBET比表面積である。
(BET diameter)
The BET diameter was calculated by the following formula.
BET diameter = diameter when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle / (BET specific surface area / surface area when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle)
Where:
Diameter of one spherical particle of 1 g of boron nitride = (6/(density of boron nitride particle x π)) 1/3
(However, the density of boron nitride particles is 2.26 g/ cm3 .)
・Surface area when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle = π x (diameter when 1 g of boron nitride is assumed to form one spherical particle) 2
BET specific surface area: This is the BET specific surface area of boron nitride particles measured by a BET single-point method using nitrogen gas in accordance with JIS Z 8830 :2013.
(全酸素量)
全酸素量は、酸素・窒素分析装置(株式会社堀場製作所製、商品名:EMGA-620W/C)を用いて測定した。
(Total oxygen)
The total oxygen amount was measured using an oxygen/nitrogen analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., product name: EMGA-620W/C).
(平均円形度)
まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて撮影した窒化ホウ素粒子の像(倍率:10,000倍、画像解像度:1280×1024ピクセル)について、画像解析ソフト(例えば、マウンテック社製、商品名:MacView)を用いた画像解析により、窒化ホウ素粒子の投影面積(S)及び周囲長(L)を算出した。次に、投影面積(S)及び周囲長(L)を用いて、以下に式:
円形度=4πS/L2
に従って円形度を求めた。任意に選ばれた100個の窒化ホウ素粒子について求めた円形度の平均値を平均円形度として算出した。
(Average circularity)
First, an image of a boron nitride particle (magnification: 10,000 times, image resolution: 1280 × 1024 pixels) taken with a scanning electron microscope (SEM) was analyzed using image analysis software (e.g., MacView, product name, manufactured by Mountec Co., Ltd.) to calculate the projected area (S) and perimeter (L) of the boron nitride particle. Next, the projected area (S) and perimeter (L) were calculated using the following formula:
Circularity = 4πS/ L2
The circularity was determined according to the following formula: The average value of the circularities determined for 100 randomly selected boron nitride particles was calculated as the average circularity.
(平均粒子径)
窒化ホウ素粒子を分散させる分散媒として蒸留水を用い、分散剤としてヘキサメタリン酸ナトリウムを用い、0.125質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を調製した。この水溶液中に0.1g/80mLの比率で窒化ホウ素粒子を加え、超音波ホモジナイザー(日本精機製作所製、商品名:US-300Eを使用)により、AMPLITUDE(振幅)80%にて超音波分散を1分30秒間で1回行うことで、窒化ホウ素粒子の分散液を調製した。この分散液を60rpmで撹拌しながら分取し、レーザー回折散乱法粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製、商品名:LS-13 320)により体積基準の粒度分布を測定した。このとき、水の屈折率として1.33を用い、窒化ホウ素粒子の屈折率として1.7を用いた。測定結果から、累積粒度分布の累積値50%の粒径(メジアン径、d50)として平均粒子径を算出した。
(Average particle size)
Using distilled water as a dispersion medium for dispersing boron nitride particles and sodium hexametaphosphate as a dispersant, a 0.125% by mass aqueous solution of sodium hexametaphosphate was prepared. Boron nitride particles were added to this aqueous solution at a ratio of 0.1 g/80 mL, and ultrasonic dispersion was performed once for 1 minute and 30 seconds at AMPLITUDE (amplitude) 80% using an ultrasonic homogenizer (manufactured by Nippon Seiki Seisakusho, product name: US-300E was used) to prepare a dispersion of boron nitride particles. This dispersion was taken while stirring at 60 rpm, and the volume-based particle size distribution was measured using a laser diffraction scattering particle size distribution measuring device (manufactured by Beckman Coulter, product name: LS-13 320). At this time, 1.33 was used as the refractive index of water, and 1.7 was used as the refractive index of boron nitride particles. From the measurement results, the average particle size was calculated as the particle size (median size, d50) at the cumulative value of 50% of the cumulative particle size distribution.
得られた各窒化ホウ素粒子を用いたときの誘電率及び誘電正接を以下の方法により測定した。結果を表1に示す。
窒化ホウ素粒子が20体積%となる分量で、窒化ホウ素粒子とポリエチレン(日本ポリエチレン(株)製、商品名「ノバテックHY540」)とを混錬し、シート成形を行って、0.2mm厚のシートを得た。混錬及びシート成形は、二軸押し出し機を用い、温度180℃の条件で行った。空洞共振器法の測定装置を用いて、周波数36GHz、温度25℃の条件で得られたシートの測定を行い、シートの誘電率及び誘電正接を求めた。
The dielectric constant and dielectric loss tangent of each of the obtained boron nitride particles were measured by the following method. The results are shown in Table 1.
The boron nitride particles were mixed with polyethylene (manufactured by Japan Polyethylene Co., Ltd., product name "Novatec HY540") in an amount such that the boron nitride particles constituted 20 volume % and then formed into a sheet having a thickness of 0.2 mm. The mixing and sheet forming were carried out using a twin-screw extruder at a temperature of 180°C. The sheet obtained was measured using a cavity resonator method measuring device at a frequency of 36 GHz and a temperature of 25°C to determine the dielectric constant and dielectric tangent of the sheet.
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