研究開発された技術紹介

樹脂を中心とした複合材料産業では、ハイパワー・高性能化した電子部品からの放熱設計が喫緊の課題となっており、新しい熱伝導フィラーと分散技術を使った高熱伝導絶縁複合素材の開発が不可欠である。本事業では、AlNウィスカー(窒化アルミニウム針状結晶)と分子接合剤を活用した高熱伝導絶縁シートを実用レベルの品質とコストで製造する技術を確立、事業化を実現する。

・AlN ウィスカーの大規模合成検証装置開発と大規模回収技術開発による工業製品化
-温度、合成時間、原料供給量、合成エリア構成・形状・材質などを入力値として、AlN ウィスカー合成量を出力値とした各種機械学習手法
-AlN ウィスカーを合成する冶具上からの、ロボットによる吸引回収法評価と効率的な回収パターンの検証

・AlN ウィスカーを用いた高熱伝導シートの開発
-アルミナの形状、粒径及び充填比率の最適化を行うことによる超細密充填の達成
-アルミナの表面処理技術開発によりシリコーン樹脂内に高い比率で充填可能となり、放熱シートの特性を維持できる限界値に近い熱特性を達成

・AlN ウィスカーの大規模合成検証装置開発と大規模回収技術開発による工業製品化ベースの確立
-100t/年レベルの AlN ウィスカー合成プラント建築時の根幹技術の検証を行い、目標を達成する合成条件を取得
-AlN ウィスカーの大規模プラント合成技術検証装置改造完了

・AlN ウィスカーを用いた高熱伝導シートの開発
-熱伝導率 10 W/m・K を確保し、柔らかくて高品質で生産性が高く、且つ低価格の高熱伝導樹脂シートを開発
-熱伝導率は、アルミナとの混合分散で６.2W/mK、AlNとの混合分散で 13.4 W/mKを達成。シート重量は、アルミナ添加シートで比重 3.3
-接合技術については、分子接合剤の予備実験を実施。また、接触界面熱抵抗については、試作シートで予備評価実施

熱伝導率を大幅に改善した高性能・高機能複合絶縁部素材を開発する事で、実用レベルの放熱材料の高機能化・軽量化とコスト低減の両立を実現し、半導体デバイスやモバイル機器のハイパワー化、高集積化によって生じている発熱による性能低下・寿命劣化の課題を解決する。

AlNウィスカーの生産は、2021年3月からパイロット生産ラインを稼働し、2022年後半より量産を開始予定。
シリコーンTIMシートの量産は2023年、メタルベース放熱基板の量産は2025年を計画している。

高熱伝導シートの市場ニーズはかつてなく高まっており開発にしのぎを削っているが、樹脂自体や放熱フィラー素材は従来性能の延長線上を出ない。そのため、低コストで 10W/m･K 以上の放熱シートの開発に成功すれば、確実に放熱シート市場のボリュームゾーンを独占できるポテンシャルを有する製品となる。

AlNウィスカーの生産は、パイロット生産ラインを立ち上げて2021 年 3月から実稼働している。2022 年後半よりAlNウィスカーの量産を開始する予定である。また、出口としての製品開発を並行して進めており、㈱いおう化学研究所、㈱大地は、放熱フィラーの分散充填技術、接触熱抵抗制御技術のパイオニアであり、更に放熱シートの製作に関して高い技術ノウハウを有している川下企業などのノウハウを集結することで、高性能放熱フィラーAlN ウィスカーおよび低コスト高放熱シートの市場投入と事業化を確実に実現していく。

・シリコーンシートのメタルベース放熱基板に必要な諸特性の検証
・AlN ウィスカー合成 100kg/月を達成できる大容量大規模プラント合成技術検証装置の設計・製作と検証
・ウィスカー自動回収装置の設計と製作
・アルミナとの混合分散で熱伝導率10W/mK の達成

開発スペックのブラッシュアップのため、より多くの最終ユーザーからご意見を聴取し反映できる連携を希望します。