JP2000086213A

JP2000086213A - 窒化アルミニウム系粉末

Info

Publication number: JP2000086213A
Application number: JP10261322A
Authority: JP
Inventors: Takashio Rai; 高潮頼; Yuji Nagai; 裕二永井
Original assignee: Toyo Aluminum KK
Current assignee: Toyo Aluminum KK
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】特に、充填性に優れた窒化アルミニウム系粉末
を提供する。【解決手段】レーザー回折法による粒度頻度分布におい
て２つのピークを有し、当該２つのピークに対応する粒
径Ｄ１及びＤ２が２≦Ｄ２／Ｄ１≦２０（但し、Ｄ１は
小さい方の粒径を示す。）を満たすことを特徴とする窒
化アルミニウム系粉末。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
系粉末に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウムは、その高い熱伝導性
と高い電気絶縁性から、半導体の基板材料を中心に各種
材料に幅広く使用されている。

【０００３】これらの材料は、工業的には、窒化アルミ
ニウム粉末を焼結することにより製造される。この場
合、窒化アルミニウム焼結体の特性は、原料となる窒化
アルミニウム粉末の特性によって大きく左右される。特
に、粉末の充填性は、最終製品の特性に大きな影響を及
ぼす。窒化アルミニウム粉末から成形材料を製造する場
合、粉末の充填性が高ければ緻密な成形材料を製造でき
るので、焼結体もそれだけ寸法精度等に優れたものを作
製することが可能となる。

【０００４】しかしながら、従来の窒化アルミニウム粉
末では、充填性がなお低いために、成形体密度を十分に
高めることができない。このため、焼結時における収縮
が大きくなり、それに伴ってソリ、クラック、変形等の
欠陥が頻繁に発生しやすくなる。

【０００５】一方、窒化アルミニウム粉末は、高熱伝導
性樹脂、エラストマー、粘性流体等の熱伝導性を高める
ために、これら材料のフィラーとしても利用されてい
る。ところが、従来の窒化アルミニウム粉末では、その
充填性の低さから、フィラーとして高充填することが困
難であり、その結果として所望の熱放散性能を得ること
ができない。

【０００６】さらに、従来の窒化アルミニウム粉末で
は、使用中に水分と反応して変質する結果、当初の充填
性が経時的に低下しやすいという問題もある。加えて、
水分との反応により、変色したり、あるいは窒化アルミ
ニウムの分解に伴うアンモニアを発生し、最終製品であ
る電子部品等の性能に悪影響を与える等の問題もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来技術
における窒化アルミニウム粉末では、特に充填性という
点において改善する余地がある。従って、本発明は、特
に、充填性に優れた窒化アルミニウム系粉末を提供する
ことを主な目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術の
問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定の粒度分布
を有する窒化アルミニウム系粉末が上記目的を達成でき
ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明は、レーザー回折法によ
る粒度頻度分布において２つのピークを有し、当該２つ
のピークに対応する粒径Ｄ１及びＤ２が２≦Ｄ２／Ｄ１
≦２０（但し、Ｄ１は小さい方の粒径を示す。）を満た
すことを特徴とする窒化アルミニウム系粉末に係るもの
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の窒化アルミニウム系粉末
は、レーザー回折法による粒度頻度分布（以下「粒度分
布」ともいう）において２つのピークを有し、当該２つ
のピークに対応する粒径Ｄ１及びＤ２が２≦Ｄ２／Ｄ１
≦２０（但し、Ｄ１は小さい方の粒径を示す。）、より
好ましくは２≦Ｄ２／Ｄ１≦１５を満たす。

【００１１】本発明の窒化アルミニウム系粉末は、レー
ザー回折法による粒度頻度分布において２つのピークを
有していれば良いが、３つ以上のピークを有する場合で
あっても、そのうちの任意の２つのピークが上記Ｄ２／
Ｄ１値を満たしている限りは３つ以上のピークを有する
粉末も本発明に包含される。

【００１２】上記Ｄ２／Ｄ１値に関し、Ｄ２／Ｄ１値が
２未満である場合には、粒度分布が狭くなり、充填性、
流動性（例えば、コンパウンドに配合したときの流動
性）等に優れた粉末が得られにくくなる。また、Ｄ２／
Ｄ１値が２０を超える場合には、製造コスト、生産効率
等の点で不利となることがある。

【００１３】本発明の窒化アルミニウム系粉末における
平均粒径は、上記Ｄ２／Ｄ１値を満たす限り特に制限さ
れず、最終製品の用途等に応じて適宜設定すれば良い
が、通常は１〜１５０μｍ程度、好ましくは１〜１００
μｍとすれば良い。

【００１４】本発明の窒化アルミニウム系粉末は、本発
明の効果を妨げない範囲内で窒化アルミニウム以外の成
分が含まれていても良い。例えば、後記に示す保護層の
構成成分としてのケイ素、リン、酸素等が含まれる場合
も本発明に包含される。

【００１５】本発明の窒化アルミニウム系粉末の製造方
法は、上記Ｄ２／Ｄ１値を満たす限りはいずれの方法に
よって実施しても良い。例えば、窒化アルミニウム粉末
原料の１種又は２種以上を混合する方法、上記Ｄ２／Ｄ
１値を満たすように混合粉砕して粒度調整する方法等の
いずれか又はこれらの方法を組み合わせても良い。

【００１６】具体的には、粒径の異なる２種の窒化アル
ミニウム粉末原料を公知の粉砕装置（ボールミル、振動
ミル、アトライター等）に投入し、所望の粒度分布にな
るまで湿式又は乾式で混合粉砕することにより実施する
こともできる。この場合、粒径の異なる２種の窒化アル
ミニウム粉末原料の混合比率は、これらの粒径、用途等
応じて適宜設定すれば良いが、通常は重量比で１：９〜
９：１程度、好ましくは１：３〜３：１とすれば良い。
湿式で混合粉砕する場合も、イソプロピルアルコール等
の公知の有機溶媒を用いれば良い。

【００１７】上記の窒化アルミニウム粉末原料として
は、公知のもの又は市販品をそのまま使用できる。ま
た、いずれの製法によって得られたものであっても良
く、例えば直接窒化法、還元窒化法等の公知の窒化アル
ミニウム合成法により調製されたものも窒化アルミニウ
ム粉末原料として使用できる。

【００１８】また、本発明では、窒化アルミニウム系粉
末の粒子表面の一部又は全部に酸素とリン及び／又はケ
イ素とを含む保護層が形成されていても良い。すなわ
ち、リンと酸素とを含む保護層（Ｐ−Ｏ層）、ケイ素と
酸素とを含む保護層（Ｓｉ−Ｏ層）、リンとケイ素と酸
素とを含む保護層（Ｐ−Ｓｉ−Ｏ層）等の少なくとも１
種が形成されていても良い。これらは、１層又は２層以
上が積層されていても良い。

【００１９】例えば、リンと酸素とを含む保護層（Ｐ−
Ｏ層）は、リン酸根（ＰＯ₄）の形態で存在する場合に
は、一般に粒子表面には耐水性のアルミニウムリン酸塩
を形成し、これが耐水性（耐湿性）の向上に寄与する。
また例えば、ケイ素と酸素とを含む保護層（Ｓｉ−Ｏ
層）は、酸素を媒介して粒子表面のＡｌ−Ｏに結合して
窒化アルミニウムと水との反応を防ぐことができる。

【００２０】これらの保護層は、本発明の窒化アルミニ
ウム系粉末の製造前及び／又は製造後に形成することが
できるが、特に製造後に保護膜を形成することが望まし
い。保護層の形成は、公知の方法に従えば良く、例えば
上記の窒化アルミニウム粉末原料をリン化合物及び／又
はケイ素化合物を含む液体（又は溶液）に接触させるこ
とにより実施することができる。

【００２１】具体的には、リン酸化合物（オルトリン
酸、ポリリン酸、ピロリン酸等又はこれらの塩等）、ケ
イ素のアルコキシド（テトラエトキシシラン、テトラメ
トキシシラン等）を含む溶液中に窒化アルミニウム粉末
原料を浸漬したり、あるいはこれらの溶液を窒化アルミ
ニウム粉末原料に噴霧した後、必要に応じて脱溶媒、乾
燥（約１００〜３００℃程度）、熱処理（約３００〜１
２００℃程度）等を施すことにより保護層を形成するこ
とができる。この場合、上記溶液の濃度は、特に制限さ
れないが、通常は５〜３００ｇ／リットル程度とすれば
良い。また、保護層の形成量は、所望の耐湿性を付与で
きる限りは特に制限されないが、通常は窒化アルミニウ
ム１００重量部に対して０．１〜１０重量部程度とすれ
ば良い。

【００２２】本発明の窒化アルミニウム系粉末は、その
まま焼結用に使用できることはもとより、樹脂、ゴム、
エラストマーその他の有機材料・無機材料（マトリック
ス材）への充填用（フィラー）としても有用である。有
機材料としては、公知のものであれば特に制限されず、
例えばフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キ
シレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、
熱硬化性ポリブタジエン、フラン樹脂、ウレタン樹脂、
アルキルベンゼン樹脂、グアナミン樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、飽和アルキド樹脂（グリプタル樹脂、不飽
和アルコール変性フタル酸樹脂、イソフタル酸系樹脂、
テレフタル酸系樹脂、脂肪族ポリエステル樹脂、ポリカ
ーボネート樹脂）等に適用できる。無機材料としては、
非酸化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、セメ
ント、ガラス、金属等に配合することができる。なお、
充填用として用いる場合の添加量は、マトリックス材の
種類、最終製品の用途等に応じて適宜設定すれば良い。

【００２３】

【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム系粉末によれ
ば、特定の粒度分布からなる粒子により構成されている
ので、優れた充填性、流動性等を発揮することができ
る。そのため、例えば、焼結用として用いる場合には、
優れた寸法精度を発揮できることから、精密な寸法制御
が要求される半導体の基板材料等として特に有効であ
る。また、例えば、充填用として用いる場合は、樹脂等
のマトリックス材に対して高充填することが可能であ
り、窒化アルミニウムのもつ優れた熱伝導性等を有効に
兼ね備えた複合材料を製造することができる。

【００２４】また、保護層を形成した場合には、より優
れた耐湿性を発揮することができる結果、長期にわたっ
て優れた充填性、流動性、さらには熱伝導性、電気絶縁
性等を維持し続けることが可能である。

【００２５】

【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特
徴をより具体的に説明する。なお、各物性は、それぞれ
以下の方法により測定した。

【００２６】（１）粒度分布マイクロトラック粒度分布測定装置（「ＨＲＡ９３２０
−Ｘ１００」日機装（株）製）により、水を分散媒とし
て測定した。なお、本発明の粒度分布はすベて重量基準
である。

【００２７】（２）粘度２５℃における粘度をＥ型粘度計で測定した。

【００２８】（３）密度アルキメデス法により測定した。

【００２９】（４）熱伝導率レーザ・フラッシュ法（熱定数測定装置「ＬＦＴＣＭ−
ＦＡ８５１０Ｂ」理学電機社製）により測定した。

【００３０】実施例１平均粒径２μｍの窒化アルミニウム粉末と平均粒径６μ
ｍの窒化アルミニウム粉末とを１：１（重量比）で混合
し、振動ミルで３０分間かけて粉砕することにより、２
つのピークを有する粉末を得た。得られた粉末の粒度分
布を図１に示す。また、得られた粉末の平均粒径と上記
ピークにおける粒径Ｄ１及びＤ２の値を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】次いで、上記粉末に焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃
を５重量％添加し、この混合粉末に有機溶媒（イソプロ
ピルアルコール）を混合粉末２：有機溶媒１（重量比）
の割合で配合して１２時間湿式混合した後、７０℃で４
時間乾燥することにより混合粉末を得た。この混合粉末
を用いて成形圧９８ＭＰａにてＣＩＰ成形した後、得ら
れた成形体（φ２０ｍｍ×５ｍｍ）を窒素雰囲気下１８
５０℃で３時間常圧焼結を行った。上記成形体の密度、
収縮率及び焼結体の密度も併せて表１に示す。

【００３３】比較例１平均粒径６μｍの窒化アルミニウム粉末を振動ミルで１
８０分間かけて粉砕した。得られた粉末の粒度分布を図
２に示す。また、表１には、得られた粉末の平均粒径を
示す。

【００３４】次に、上記粉末を用いて、実施例１と同様
にして焼結体を作製した。成形体密度、収縮率及び焼結
体密度を表１に示す。

【００３５】実施例２（１）平均粒径２μｍの窒化アルミニウム粉末と平均粒
径１０μｍの窒化アルミニウム粉末とを１：１（重量
比）の割合で混合し、振動ミルで４０分間粉砕し、２つ
のピークを有する粉末を得た。得られた粉末の粒度分布
を図３に示す。また、表２には、得られた粉末の平均粒
径と上記ピークにおける粒径Ｄ１及びＤ２の値を示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】（２）上記粉末６０重量部にエポキシ樹脂
（「エピコート（グレード：８１９）」油化シェルエポ
キシ社製、粘度４ポイズ（２５℃））４０重量部を混合
して樹脂コンパウンドを作製した。この樹脂コンパウン
ドの粘度（２５℃）をＥ型粘度計で測定した。その結果
を表２に示す。

【００３８】（３）上記粉末８０重量部にシリコーンゲ
ル（「ＴＳＥ３０３３（Ａ）」東芝シリコーン社製）１
０重量部及びシリコーンゲル（「ＴＳＥ３０３３
（Ｂ）」東芝シリコーン社製）１０重量部を添加混合
し、脱泡し、成形した後、１５０℃で３０分かけて硬化
させ、ゴムコンパウンド成形体を得た。このゴムコンパ
ウンド成形体の密度及び熱伝導率を表２に示す。

【００３９】なお、上記粉末を配合しない以外は上記と
同様にして作製したゴムコンパウンド成形体の密度及び
熱伝導率はそれぞれ０．９６ｇ／ｃｍ³及び０．１６Ｗ
／ｍＫであった。

【００４０】実施例３（１）平均粒径１０μｍの窒化アルミニウム粉末と平均
粒径２５μｍの窒化アルミニウム粉末とを１：１（重量
比）で混合し、振動ミルで３０分間かけて粉砕し、２つ
のピークを有する粉末を得た。得られた粉末の粒度分布
を図４に示す。また、表２には、得られた粉末の平均粒
径と上記ピークにおける粒径Ｄ１及びＤ２の値を示す。

【００４１】（２）上記粉末を用いて、実施例２と同様
にして樹脂コンパウンドを作製した。この樹脂コンパウ
ンドの粘度（２５℃）をＥ型粘度計で測定した。その結
果を表２に示す。

【００４２】（３）上記粉末を用いて、実施例２と同様
にしてゴムコンパウンド成形体を作製した。得られた成
形体の密度及び熱伝導率を表２に示す。

【００４３】実施例４（１）平均粒径２５μｍの窒化アルミニウム粉末と平均
粒径２５０μｍの窒化アルミニウム粉末とを１：１（重
量比）で混合し、ユニバーサルミルで粉砕し、２つのピ
ークを有する粉末を得た。得られた粉末の粒度分布を図
５に示す。また、表２には、得られた粉末の平均粒径と
上記ピークにおける粒径Ｄ１及びＤ２の値を示す。

【００４４】（２）上記粉末を用いて、実施例２と同様
にして樹脂コンパウンドを作製した。この樹脂コンパウ
ンドの粘度（２５℃）をＥ型粘度計で測定した。その結
果を表２に示す。

【００４５】（３）上記粉末を用いて、実施例２と同様
にしてゴムコンパウンド成形体を作製した。得られた成
形体の密度及び熱伝導率を表２に示す。

【００４６】比較例２（１）平均粒径６μｍの窒化アルミニウム粉末を振動ミ
ルで３０分間かけて粉砕した。得られた粉末の粒度分布
を図６に示す。また、表２には、得られた粉末の平均粒
径を示す。

【００４７】（２）上記粉末を用いて、実施例２と同様
にして樹脂コンパウンドを作製した。この樹脂コンパウ
ンドの粘度（２５℃）をＥ型粘度計で測定した。その結
果を表２に示す。

【００４８】（３）上記粉末を用いて、実施例２と同様
にしてゴムコンパウンド成形体を作製した。得られた成
形体の密度及び熱伝導率を表２に示す。

【００４９】実施例５〜７容量２５０ｍｌの容器にイソプロピルアルコール３０ｇ
及び実施例２で作製した窒化アルミニウム粉末５０ｇを
加え、さらに表３に示す量のテトラエトキシシラン（Ｓ
ｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）（ＴＥＯＳ）及び／又はオルトリン
酸（Ｈ₃ＰＯ₄）をそれぞれ配合した。上記容器を７０℃
のオイルバスで１時間回転させた。また、テトラエトキ
シシランを添加した実施例６及び７においては、さらに
純水５ｇを添加して３０分間混合した。次いで、脱溶媒
後の粉末を１１０℃で２時間乾燥させた後、さらに６０
０℃で２時間熱処理を行った。

【００５０】得られた各粉末について耐湿性テストを行
った。このテスト方法は、各粉末を温度６０℃・湿度９
５％ＲＨに保った恒温恒湿器に２４時間保持した後、１
１０℃で２時間乾燥し、乾燥後の粉末重量を測定し、耐
湿性テスト前の粉末重量との比較によりその重量増加を
求めた。その結果を表３に示す。なお、実施例２で作製
された窒化アルミニウム系粉末について同様の耐湿性テ
ストを行った結果も表３に参考例として示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】以上の結果より、本発明の窒化アルミニウ
ム系粉末は、優れた充填性・流動性を発揮することがわ
かる。また、粉末の粒子表面に保護層を形成した場合に
は、より優れた耐湿性を発揮できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で得られた窒化アルミニウム系粉末の
粒度分布を示す図である。

【図２】比較例１で得られた窒化アルミニウム系粉末の
粒度分布を示す図である。

【図３】実施例２で得られた窒化アルミニウム系粉末の
粒度分布を示す図である。

【図４】実施例３で得られた窒化アルミニウム系粉末の
粒度分布を示す図である。

【図５】実施例４で得られた窒化アルミニウム系粉末の
粒度分布を示す図である。

【図６】比較例２で得られた窒化アルミニウム系粉末の
粒度分布を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー回折法による粒度頻度分布におい
て２つのピークを有し、当該２つのピークに対応する粒
径Ｄ１及びＤ２が２≦Ｄ２／Ｄ１≦２０（但し、Ｄ１は
小さい方の粒径を示す。）を満たすことを特徴とする窒
化アルミニウム系粉末。
【請求項２】平均粒径が１〜１５０μｍである請求項１
記載の窒化アルミニウム系粉末。
【請求項３】窒化アルミニウム系粉末の粒子表面の一部
又は全部が酸素とリン及び／又はケイ素とを含む保護層
で被覆されている請求項１又は２に記載の窒化アルミニ
ウム系粉末。