JPH041018B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、無機球状体及びその製法、詳しく
は、炭化珪素または窒化珪素の微粉末の表面に溶
融石英層を融着形成させてなる無機球状体及びそ
の製法に関する。 従来、樹脂用充填材料としては、高充填を図る
目的でSiO₂を70％以上含有するガラスビーズが
知られているが、このビーズはNa₂Oあるいは
K₂Oの如きアルカリ化合物が10％以上含むために
樹脂に配合した場合樹脂内で上記Na₂O、K₂Oが
誘離し、蓄積して電子部品など製品の絶縁破壊や
腐蝕の原因となり、電子部品の封止材料等の用途
には使用できない。また、結晶石英、溶融石英、
アルミナ、マグネシアなどの無機粉末がICやLSI
など電子部品の封止材料あるいは電気絶縁材料等
の樹脂用充填材料として知られているが、これら
の粉末を配合した樹脂組成物は一長一短あり必ず
しも十分なものではない。 すなわち、アルミナ、マグネシアなどの充填材
はNa⁺、K⁺、Cl^-などの遊離のイオン性不純物が
多く、又化学的に不安定でH₂Oと反応、電子電
気絶縁用充填材としては使用できない。又結晶石
英質充填材は熱伝導率が悪く高出力ICの素子の
発熱による温度上昇をまぬがれず、素子の故障率
が高く、さらに、従来の充填材料はインゴツトま
たはクリンカーを粉砕したものであるため、これ
を配合した封止材料は流動性、作業性が悪く、そ
れを成形加工する場合、混合機、成形機など装置
の摩耗が著しいという欠点があつた。 本発明はこれらの欠点を解消した無機質球状体
及びその製法を提供しようとするものである。 本発明の第１の発明は、最大粒径500μ以下の
炭化珪素または窒化珪素の粉末の表面に溶融石英
を融着したものからなる無機球状体であり、その
第２の発明は炭化珪素または窒化珪素微粉末100
重量部に対し、粉径10μ以下の珪酸化合物懸濁液
を固形分として１〜30重量部添加した混合物を乾
燥した後、これを可燃性気体と酸素と共にバーナ
ーから噴射し1700℃以上の温度で熱処理し冷却す
ることを特徴とする無機球状体の製法である。 以下、本発明をさらに詳細に説明する。 まず、第１の発明は樹脂に配合すると良好な流
動性を付与することができ、しかも、樹脂に対し
高配合可能な無機球状体である。 本発明品は最大粉径が500μ以下の炭化珪素粉
末または窒化珪素粉末（以下芯材という）の表面
に溶融石英を融着させたものであり、さらにその
融着状態が芯材の径長以下の層厚に形成した単粒
子の群からなることが好ましい。また、その溶融
石英はSiO₂、99.5％以上アルカリイオン量5ppm
以下のものが好ましい。 芯材粒子となる炭化珪素または窒化珪素は市販
のものが使用できるがその粒子が500μをこえる
と後記するように珪酸化合物微粉の懸濁液との混
合が均質とならず、さらに可燃性気体とともに炉
内に噴射溶融する際に噴出および溶融が平滑に進
まないので好ましくない。 次に、芯材の表面に形成する溶融石英の層厚は
芯材の径長以下であることが好ましい。 層厚がこれをこえると、その表面状態が球状と
ならない傾向がある。 本発明による無機球状体は、芯材である炭化珪
素または窒化珪素の微粉末表面を溶融石英質で形
成されているため表面が平滑であり、その長短径
比が１〜２の球状体であるので前記芯材が含有す
るナトリウムあるいはカリウムなどアルカリイオ
ンを封止することができ遊離アルカリイオンが
5ppm以下であるため樹脂用充填材料として有用
である。 また、本発明品は、熱伝導率が0.02〜0.1cal／
cm・sec.℃と熱伝導性に優れた炭化珪素または窒
化珪素を芯材としているために、樹脂に配合した
場合その組成物に発生する熱の放散が良好である
ため素子特性を損なうことが少ない。 上記したように、本発明はアルカリ化合物の多
い炭化珪素または窒化珪素の欠点を溶融石英を融
着することにより解消した高熱伝導性の無機球状
体であるため、これを樹脂に配合することによつ
て絶縁性に優れしかも素子特性良好な樹脂組成物
を得ることができる。 次に、第２の発明について説明する。 第２の発明は第１の発明である無機球状体の製
造方法である。まず、芯材としては最大粒径が
500μ以下好ましくは450μ以下の炭化珪素または
窒化珪素の微粉末を使用する。芯材と混合する珪
酸化合物懸濁液は約10μ以下の珪酸化合物を含有
するものが好ましく、具体例としてはコロイダル
シリカ、エチルシリケートなどまたホワイトカー
ボン、シリカゲルあるいはSiO₂99.5％、アルカリ
イオン量2000ppm以下の高純度の珪酸の微粉末等
の水懸濁液があげられる。これらの珪酸化合物の
懸濁液はその固形分が20重量％以下の懸濁状態と
して芯材粉末に配合し、混合する。これらを混合
するにあたつては、公知の混合機が使用できるボ
ールミルの如き超微粉砕、湿式粉砕可能な方法で
行なうと混合と粉砕が同時にできるので好まし
い。 芯材粉末の表面に付着させる珪酸化合物の懸濁
液の添加量はこれらの粒径等によつて決めること
は困難であるが、その付着混合物を熱処理した後
の状態で芯材粉末の径長以下の層厚になるような
量を添加することが好ましい。具体的には芯材及
び珪酸化合物懸濁液の固形分の割合はそれぞれ
100重量部及び１〜30重量部、好ましくは１〜20
重量部、さらに好ましくは２〜15重量部である。
層厚が余り厚くなると付着した上記泥漿層の剥離
などの現象が起るので好ましくない。 以上のようにして得られた泥漿混合物をスプレ
イドライヤーなどで噴霧乾燥した後にこれを可燃
性気体および酸素とともに炉内に噴射して形成さ
れた1700℃以上の雰囲気下で瞬時に熱処理する。
可燃性気体としては、水素、プロパン、アセチレ
ンなどが使用できるがそのほかに、灯油、重油な
ど液体燃料を噴霧化し気流状態で使用することが
できる。炉内へ噴射する可燃性気体および酸素の
流速は、良好な火炎の形状あるいは雰囲気を形成
するためのみならず上記気体と同時に噴射される
原料粉末表面への融化石英の形成速度あるいは製
品の滞留時間に影響するために、可燃性気体は乱
流となるような速度好ましくは40m／秒以上であ
ることが好ましいし、酸素は上記気体の流速以下
で噴射することが好ましい。 上記以外の流速で噴射すると粒相互の凝集ある
いは溶融石英の剥離など500μ以下の単粒子の群
からなることが難しいので好ましくない。雰囲気
の温度は芯材の表面に付着した珪酸化合物微粉が
融化して溶融石英となる温度であればよく1700℃
以上好ましくは1800℃以上であることが好まし
い。1700℃未満の温度では、完全に溶融石英の層
膜を形成することができないし、芯材の表面が露
出するなどの問題が生じるので好ましくない。炉
内融化帯での無機球状体の滞留時間は瞬時であり
0.05秒以下である。 その後、無機球状体は冷却され、サイクロン、
バツクフイルター等の捕集機で捕集され製品とす
る。 本発明による無機球状体は、原料の融化帯、冷
却帯および製品の沈降帯を設けた竪型熱処理炉の
上部より可燃性気体および酸素とともに原料粉末
を噴射して製造することができる。 本発明による無機球状体は、樹脂組成物中、30
〜80重量％含有するように樹脂に配合するのが望
ましい。無機球状体の含有割合が30重量％未満で
は電気絶縁性に優れた樹脂組成物にはならない
し、一方、80重量％をこえると成形が困難とな
る。 樹脂としては、エポキシ、フエノール、ポリエ
ステル、シリコーン等が使用され、必要に応じて
各種の添加剤と共に、ロールミル、ニーダ、ミキ
サー、バンバリーミキサー等によつて混合されて
樹脂組成物となる。 以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に
本発明を説明する。 実施例 １ 最大粒径500μ以下の昭和電工(株)炭化珪素粉末
（SiC）100重量部とホワイトカーボン日本エアロ
ジル(株)商品名「AerosiL」の10重量％濃度の懸濁
液50重量部とをミキサーで混合し、これをスプレ
ードライヤーで乾燥した。 次にこれを第１図に示す直径60cm高さ200cmの
溶射炉のホツパー１に入れ、その出口に設けた定
量供給機により10Kg／Hrで連続的に第２図に示
す酸水素バーナー５の中心原料供給管２から炉内
に供給した。可燃性気体として水素を水素ガス吹
管３から、酸素を酸素ガス吹管４から炉内に供給
した。なお酸水素バーナーの断面積は水素ガス
1.9cm²、酸素ガス5.0cm²および原料は0.5cm²のものを
用いた。温度約2000℃の火炎により溶融した原料
は炉体６中を降下し、ブロワー１０により吸引
し、輸送管７を通り、サイクロン８、バツグフイ
ルター９に捕集した。これらの条件および結果を
第１表および第２表に示す。また、実施例１で生
成した無機質粉体の顕微鏡写真を第３図に示す。
これからも本発明品が球状体であることが明かで
ある。これを、エポキシ樹脂に対し75重量％配合
しトランスフアー成形法により高出力トランジエ
スターを封止しこれを連続して定格動作を行つ
た。その故障発生率を第３表に示した。 実施例 ２ 炭化珪素の代りに窒化珪素、水素ガスの代りに
プロパンガスとしそのバーナーの断面積はプロパ
ンガス1.2cm²、酸素ガス2.6cm²、原料0.5cm²のものを
用いた以外は実施例１と同様に行つた。 比較例 １〜２ 最大粒径500μ以下の粉砕品の炭化珪素、窒化
珪素粉末をエポキシ樹脂に対して75重量％添加し
て樹脂組成物とした以外は実施例１と同様に行つ
た。 尚、第２表および第３表に記載した樹脂組成物
の物性は次の方法により測定した。 (1) 遊離アルカリ量は温度90℃の温水中に24時間
浸漬し抽出されたアルカリを原子吸光分析法に
より測定。 (2) 流動性スパイラルフロー（inch） ビスフエノールＡエポキシ樹脂、フエノールノ
ボラツク、充填剤（75重量％）の混合物を
EMMI規格に準じた金型を使用し成形温度160
℃、成形圧力70Kg／mm²の条件で測定。 (3) 熱伝導率（cal／cm．sec.℃） 上記混合物を30φ×10m／mtの試験片とし、上
部に発熱体を仕込み、上下の温度を熱電対によ
り検出し、温度差を測定し、熱伝導率を算出。 (4) 絶縁抵抗 JIS−6911熱硬化性プラスチツク一般試験法に
準じ測定。

【表】 × 溶融されない
○ 球状に溶融される

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の装置の概略説明図、
第２図そのバーナーの断面図、第３図は本発明品
である無機球状体の粒子構造を示す顕微鏡写真で
ある。 １……ホツパー、２……原料供給管、３……可
燃ガス吹管、４……酸素ガス吹管、５……バーナ
ー、６……炉体、７……輸送管、８……サイクロ
ン、９……バツクフイルター、１０……ブロワ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最大粒径500μ以下の炭化珪素または窒化珪
   素の粉末の表面に溶融石英を融着したものからな
   る無機球状体。 ２ 炭化珪素または窒化珪素の微粉末100重量部
   に対し、粉径10μ以下の珪酸化合物懸濁液を固形
   分として１〜30重量部添加した混合物を乾燥した
   後、これを可燃性気体と酸素と共にバーナーから
   噴射し1700℃以上の温度で熱処理し冷却すること
   を特徴とする無機球状体の製法。