JP2003034523A

JP2003034523A - 複酸化物被覆酸化マグネシウムの製造方法

Info

Publication number: JP2003034523A
Application number: JP2001222635A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kiyokawa; 敏夫清川; Kaori Yamamoto; 香織山元; Yutaka Hiratsu; 豊平津
Original assignee: Tateho Chemical Industries Co Ltd
Current assignee: Tateho Chemical Industries Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-07
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: JP4046491B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性及び耐湿性に優れ、かつ樹脂への分散
性に優れたマグネシア粉末を提供することである。【解決手段】ケイ素化合物と、酸化マグネシウム粉末
を混合し、固体分をろ別し、乾燥させて、焼成すること
により、該酸化マグネシウム粉末の表面を、ケイ素と酸
化マグネシウムの複酸化物を含む被覆層で被覆すること
を特徴とする被覆酸化マグネシウム粉末の製造方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導性フィラー
の製造に関し、特に、酸化マグネシウム粉末の耐水和性
を改良した放熱特性に優れる熱伝導性フィラーの製造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体封止用樹脂等のフィラーの
材料として、二酸化ケイ素（以下、シリカという）粉末
等が使用されていた。近年、半導体素子の高集積化及び
高電力化に伴って、素子の発熱量が増大してきた。その
ため、シリカの熱伝導性効率は、放熱するのに充分では
ないため、半導体の安定動作等に問題が生じていた。

【０００３】そこで、シリカに代わり、熱伝導率が１桁
高い酸化マグネシウム（以下、マグネシアという）が半
導体封止用樹脂フィラーの材料として用いられている。
しかし、マグネシア粉末は、シリカ粉末に比べ、吸湿性
が大きい。そのため、半導体の封止用樹脂フィラーとし
てマグネシア粉末を用いた場合、吸湿した水とマグネシ
アが水和して、フィラーの体積膨張によりクラックが発
生する、熱伝導性が低下する等の問題が発生していた。
こうして、半導体封止用樹脂フィラーとして用いるマグ
ネシア粉末に耐湿性を付与することが、半導体の長期的
な安定動作を保証する上で大きな課題となっていた。

【０００４】マグネシア粉末の耐湿性を改善させる方法
には、シラン等の無機系カップリング剤により表面処理
を施すことが開示されている。しかし、樹脂との混錬作
業工程で、マグネシア粉末表面から表面処理した処理剤
が剥離しやすく、機械的強度に欠けていた。そのため、
耐湿性が充分ではなく、フィラー原料のマグネシア粉末
は水和反応して、水酸化マグネシウムＭｇ(ＯＨ)₂に変
化して白化現象が生じ、実用的なレベルには至っていな
かった。

【０００５】また、マグネシア粒子を、アルコキシド
法、均一沈殿法等により、化学的に安定な化合物で被覆
処理する方法が検討されている。アルコキシド法では、
被覆する粒子（芯粒子）を、アルコール中にアルコキシ
ドを溶解した溶液に、分散させて混合した後、蒸留水を
添加し、アルコキシドを加水分解して、生成した金属水
酸化物で芯粒子を被覆処理する。しかしながら、蒸留水
を添加したとき、溶液中でアルコキシドの加水分解反応
が均一に進行しないため、芯粒子の表面に均一な金属水
酸化物被覆層を形成することは困難であった。

【０００６】また、均一沈殿法では、通常、溶液中に沈
殿剤をあらかじめ添加して、溶液のpHを制御することに
より、金属水酸化物の生成速度を制御する。このため、
アルコキシド法とは異なり、金属水酸化物を均一に析出
させることができる。しかし、マグネシア粒子の場合、
マグネシアの水和に伴い、溶液のpHが変化するため、沈
殿剤を添加しても溶液のpH制御ができないため、金属水
酸化物の生成を制御できない。このため、マグネシア粒
子表面だけに選択的に他の金属水酸化物を析出させるこ
とは困難である。

【０００７】特開平３−８７１４号公報には、マグネシ
ア粉末の分散液に、金属塩の溶液を、還流下に加熱撹拌
しながら、徐々に滴下し、金属水酸化物を析出させ、ろ
過、洗浄、乾燥し、加熱脱水処理する金属酸化物被覆マ
グネシア粉末の製造方法が開示されている。この方法で
は、アルコールなどの溶媒を使用し、還流下に加熱撹拌
しながら金属化合物溶液を滴下する必要があるため、工
程が煩雑で、経費がかかるという欠点がある。

【０００８】このように、従来の技術では、被覆層の機
械的強度やマグネシア粉末表面の被覆が完全ではなく、
半導体封止用樹脂等のフィラーとして充分な耐湿性が得
られていなかった。

【０００９】また、芯粒子となるマグネシア粉末も、水
酸化マグネシウムや塩基性炭酸マグネシウムなど種々の
マグネシウム化合物の熱分解によって得た場合、凝集性
が強く、樹脂と混練するには分散性が充分でないという
問題点がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の課題を鑑み、耐久性及び耐湿性に優れ、かつ樹脂への
分散性に優れたマグネシア粉末、特に半導体封止用樹脂
等のフィラーとして用い得るマグネシア粉末を提供する
ことである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成すべく、種々検討を重ねた結果、本発明を見出したも
のである。すなわち、ケイ素（Ｓｉ）とマグネシウム
（Ｍｇ）との複酸化物により、マグネシア粉末の表面を
被覆することにより、低コストで容易に耐水和性（耐湿
性）を維持しながら被覆層の機械的強度、更に樹脂への
分散性を改善させる、電気絶縁特性及び熱伝導性に優れ
たマグネシア粉末の製造方法を見出した。

【００１２】本発明の方法は、ケイ素化合物と、酸化マ
グネシウム粉末を混合し、固体分をろ別し、乾燥させ
て、焼成することにより、該酸化マグネシウム粉末の表
面を、ケイ素と酸化マグネシウムの複酸化物を含む被覆
層で被覆することを特徴とする被覆酸化マグネシウム粉
末の製造する方法に関する。

【００１３】

【実施の態様】本発明において、「ケイ素と酸化マグネ
シウムの複酸化物」は、ケイ素、マグネシウム、及び酸
素を含む金属酸化物であり、スピネル等を含む。また、
「ＭｇＯとＳｉＯ₂の複合物」は同義である。本発明に
おいて、「被覆層」は、ケイ素とマグネシウムの複酸化
物を含む層であり、スピネルを含む。また、芯粒子であ
る酸化マグネシウム粒子との境界は不連続である場合が
ある。本発明において、「結晶子径」は、Ｘ線回折法を
用いて、Scherrer式で算出した値である。一般に、一つ
の粒子は複数の単結晶で構成された多結晶体であり、結
晶子径は多結晶体中の単結晶の大きさの平均値を示して
いる。「粒子径」は、レーザー回折法によって測定した
体積平均径である。一般的には、これが粒子の大きさで
ある。本発明において、「フォルステライト」は、苦土
カンラン石であり、組成式Ｍｇ₂ＳｉＯ₄を有する斜方晶
系の物質である。本発明において、「焼成」は、該被覆
材の溶融温度以下に焼成温度を設定して行う。ここで、
被覆材は溶解しない。

【００１４】本発明の方法によれば、ケイ素化合物の溶
液、例えばシリカのコロイドとマグネシアを混合する
と、シリカコロイドにおいて、金属イオン類が添加され
たため塩類がイオンを放出する。コロイドの安定性を保
持している表面電荷に干渉され、バランスがくずれて、
粒子の集合によるゲル化を起こす。粒径が５０×１０^-9
ｍ以上のマグネシアは反応性が低いため、マグネシア表
面にのみシリカの析出が起こり、その結果、マグネシア
表面にシリカを均一に析出させることができる。

【００１５】本発明の方法によれば、混合するとき、マ
グネシア粉末表面にＭｇＯとシリカの複合物を均一に生
成させるため、湿式で、ケイ素化合物とマグネシアを混
合することが好ましい。混合する比率は、添加量と質量
増加率を考慮すると、ＳｉＯ ₂量に換算した該ケイ素化
合物の混合比が、該酸化マグネシウム粉末に対し、１〜
３５mass％であることが好ましく、５〜２５mass％がよ
り好ましい。

【００１６】本発明の方法によれば、ケイ素化合物の水
溶液と酸化マグネシウムを混合し、その固体分をろ過等
により分離する。得られた固体分を乾燥させ、解砕する
ことが好ましい。粉砕は、ミルを用いることができる。

【００１７】解砕した固体分を、焼成して、被覆マグネ
シアを得る（図１（Ｂ）参照）。ここで、ＢＥＴ比表面
積と質量増加率を考慮すると、被覆材の融点以下である
温度１４７３〜２０７３Kで焼成することが好ましく、
１６７３〜１８７３Kがより好ましい。更に、シリカを
フォルステライトに変換する焼成工程により、粒度分布
がシャープになり、樹脂と混練した場合に分散性に優れ
たマグネシア粉末を製造することができる。

【００１８】また、本発明の方法によれば、アルコール
などの有機溶媒を用いる必要がなく、また加熱や滴下も
必要ない。したがって、低コストで、かつ容易に、耐水
和性に優れたマグネシア粉末を製造することができる。
加えて、シリカをフォルステライトに変換するための焼
成工程を経ることにより、粒度分布がシャープになり、
樹脂と混練した場合に、分散性に優れたマグネシア粉末
を製造することができる。

【００１９】本発明で用いるケイ素化合物は、ケイ素量
で２０〜２１mass％含むシリカコロイドであることが好
ましい。添加量と質量増加率を考慮すると、該ケイ素化
合物をＳｉＯ₂量に換算し、該酸化マグネシウムとの混
合比が、１〜３０mass％であることが好ましい。また、
水和物を用いることもできる。

【００２０】本発明で用いるマグネシア粉末は、結晶子
径が、５０×１０^-9ｍ以上の粒子の粉末である。純度は
限定されないが、電子部品の絶縁特性のためには、純度
９５％以上が好ましい。

【００２１】本発明で用いるマグネシアの結晶子径が、
５０×１０^-9ｍ以上であることが好ましい。これは、耐
水和性を改善させるため、結晶子径が５０×１０^-9ｍ以
上のマグネシアを用いることにより、マグネシア粒子の
表面上のみにシリカを析出させ得るためである。結晶子
径が５０×１０^-9ｍ以上のマグネシアは、より微細な粉
末に比して、反応性が低い。そのため、マグネシア表面
上のみで上記の反応が進行する結果、マグネシア粒子の
表面にシリカを均一に析出させることができる。また、
マグネシアの、平均粒径は、５×１０^-6〜５００×１０
^-6ｍが好ましく、１０×１０^-6〜１００×１０^-6ｍがよ
り好ましい。平均粒径は、マグネシアへの被覆の効率及
び被覆量、そして機械的及び電気的特性に影響を与え
る。本発明の方法によれば、マグネシアを被覆する成分
は、ＳｉとＭｇとの反応による複酸化物であり、マグネ
シアの高熱伝導性及び高電気絶縁性を低下させない。

【００２２】本発明によれば、本発明の特性を有するマ
グネシアは、公知の方法を用いて形成することができ
る。例えば、電融法、焼結法等を用いて形成することが
できる。

【００２３】本発明による被覆酸化マグネシウムにおい
て、平均粒径は、５×１０^-6〜５００×１０^-6ｍが好ま
しく、１０×１０^-6〜１００×１０^-6ｍがより好まし
い。ＢＥＴ比表面積は１.０×１０³m²/kg以下が好まし
く、０.５×１０³m²/kg以下がより好ましい。

【００２４】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明するが、
本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

【００２５】実施例１（a）結晶子径５８．３×１０^-9ｍである酸化マグネシ
ウム（タテホ化学工業（株）製ＫＭＡＯ−Ｈ）を、アル
ミナボールミルを用いて、粒径４５×１０^-6ｍ以下に粉
砕した。シリカコロイド（日産化学工業株式会社製スノ
ーテックスＯ、ＳｉＯ₂含有量２０〜２１mass％、粒径
１０〜２０×１０^-9ｍ）を、ＳｉＯ₂量に換算して、混
合比が、酸化マグネシウムに対し、１０mass％になるよ
うに添加し、４００〜５００rpmで６００ｓ撹拌混合し
た。 (b)撹拌混合後、ろ過し、得られたケーキを、脱水し
た。このケーキを、乾燥機を用いて、３８３Kで一晩乾
燥した。乾燥したケーキを、ミルで６０ｓ解砕して、原
料の酸化マグネシウム粉末と同程度の粒径に調整した。 (c)上記の(b)工程の粉末４０×１０^-3kgを、１×１０^-4
m³容のアルミナるつぼに入れ、空気中に、１６７３Kで
３６００ｓ焼成した。焼成後、炉中で１２２３Kまで放
冷後、炉からるつぼを取り出し、室温で急冷して、熱伝
導性フィラー試料を得た。試料のＢＥＴ比表面積、平均粒径及び耐湿性を測定し
た。表１に、結果を示す。

【００２６】ＢＥＴ比表面積：ガス吸着法により、フ
ローソーブＩＩ２３００島津製作所製を用いて、粉末試
料の比表面積を測定した。平均粒径：レーザー回折・散乱法による粒度分布測定装
置（マイクロトラックＨＲＡ）を用いて、粉末試料の体
積平均粒径を測定した。耐湿性試験：得られた試料１０×１０^-3kgを、温度３
３３K、湿度９０％に設定した恒温恒湿器に８日間保管
し、質量増加率を測定して、耐湿性を評価した。

【００２７】実施例２実施例１で作製した試料に、エポキシシランを１．０ma
ss％添加し、６０ｓ撹拌混合して表面処理し、次いで４
２２Kで７２００ｓ乾燥させた。得られた試料２３１重
量部を、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂５
１．８重量部、ノボラック型フェノール樹脂４６．２重
量部、トリフェニルホスフィン１重量部及びカルナバワ
ックス２重量部と、擂解機を用いて、６００ｓ混合粉砕
した。その後、混合物を二本ロールを用いて、３７３K
で３００ｓ混練し、次いでこの混練物を１０メッシュ以
下に更に粉砕し、φ３８×ｔ１５mmのペレットを作製し
た。このペレットを、７MPa、４４８Kで１８０ｓ間加圧
成型し、次いで４５３Kで１８×１０³ｓ間ポストキュア
を行い、φ５０×ｔ３mmの成型体を得た。この成型体に
ついて、耐候性試験を行い、外見変化を観察した。表２
に、結果を示す。

【００２８】耐候性試験：得られた成型体を、温度３３
３K、湿度９０％に設定した恒温恒湿器に８日間保管
し、外観を観察して、樹脂との混練後の耐湿性を評価し
た。

【００２９】比較例１酸化マグネシウム（タテホ化学工業（株）製ＫＭＡＯ−
Ｈ）を、アルミナボールミルを用いて、粒径４５×１０
^-6ｍ以下に粉砕して、比較例１の試料を得た。更なる処
理を施さずに、比較例１の試料を得た。実施例１と同様
にして、試料を試験した。表１に、結果を示す。

【００３０】比較例２酸化マグネシウム（タテホ化学工業（株）ＫＭＡＯ−
Ｈ）を、アルミナボールミルを用いて、粒径４５×１０
^-6ｍ以下に粉砕し、その後、エポキシシランを１.０mas
s％添加し、６０ｓ撹拌混合して、表面処理した。次い
で、４２３Kで７２００ｓ乾燥して、比較例２の試料を
得た。実施例１と同様にして、試料を試験した。表１
に、結果を示す。

【００３１】比較例３比較例の試料を用いた以外は、実施例２と同様にして、
成型体を作成した。得られた成型体に耐候性試験を行
い、外観の変化を観察した。表２に、結果を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１から明らかなように、本発明の方法に
よる実施例１は、Ｓｉを湿式で添加して、水洗し、その
後１６７３Kで焼成することにより、表面に複酸化物が
一様に形成するため、水分吸着による質量増加を抑える
ことができ、耐湿性に優れていた。

【００３４】本発明の実施例１に係る熱伝導性フィラー
（Ｓｉ添加１６７３K焼成品）は、全く被覆しない比較
例１よりも耐湿性に優れていた。また、実施例１は、エ
ポキシシランで表面処理した比較例２の３倍以上の耐水
和性がある。

【００３５】

【表２】

【００３６】本発明の実施例２は、樹脂と混練した後で
あっても、耐候性は維持された。しかし、エポキシシラ
ンで表面処理した比較例３は白化現象が観察され、樹脂
との混練後の耐候性はほとんどなかった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、電気絶縁特性と
熱伝導性に優れるマグネシア粉末に、例えば、半導体封
止用樹脂等のフィラーとして用いるため、耐水和性（耐
湿性）、被覆層の機械的強度、更に樹脂への分散性を、
低コストで容易に付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の製造工程流れである。

【符号の説明】

１芯粒子、酸化マグネシウム、ＭｇＯ２シリカ、二酸化ケイ素、ＳｉＯ₂ ３被覆層、被覆材、フォルステライト、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平津豊兵庫県赤穂市加里屋字加藤974番地タテホ化学工業株式会社内Ｆターム(参考） 4G076 AA02 AB02 BF05 CA02 CA26 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケイ素化合物と、酸化マグネシウム粉末
を混合し、固体分をろ別し、乾燥させて、焼成すること
により、該酸化マグネシウム粉末の表面を、ケイ素と酸
化マグネシウムの複酸化物を含む被覆層で被覆すること
を特徴とする被覆酸化マグネシウム粉末の製造方法。
【請求項２】ケイ素化合物が、シリカのコロイドであ
る、請求項１記載の方法。
【請求項３】該酸化マグネシウム粒子の結晶子径が、
５０×１０^-9ｍ以上である、請求項１又は２記載の方
法。
【請求項４】該被覆酸化マグネシウム粉末中のケイ素
とマグネシウムの複酸化物の構成比が、該被覆酸化マグ
ネシウムに対し、５〜５０mass％である、請求項１〜３
のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】ＳｉＯ₂量に換算した該ケイ素化合物の
混合比が、該酸化マグネシウム粉末に対し、１〜３５ma
ss％である、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】被覆材の融点以下の焼成温度１４７３〜
２０７３Kで焼成する、請求項１〜５のいずれか１項記
載の方法。
【請求項７】該被覆酸化マグネシウム粉末において、
平均粒径が、５×１０^-6〜５００×１０^-6ｍであり、Ｂ
ＥＴ比表面積が、１.０×１０³m²/kg以下である、請求
項１〜６のいずれか１項記載の方法。