JPS63159254A

JPS63159254A - ムライト質電気絶縁材料の製造法

Info

Publication number: JPS63159254A
Application number: JP61315185A
Authority: JP
Inventors: 俊夫中村; 宏司大西; 利夫河波
Original assignee: NIPPON KAGAKU TOGYO KK
Current assignee: NIPPON KAGAKU TOGYO KK
Priority date: 1986-12-23
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1988-07-02

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ムライト質電気絶縁材料の製造法に関する。

従来の技術及びその問題点従来、ＬＳＩ等の半導体素子を直接セラミック基板上に
載置する場合には、基板材料としては、アルミナが広く
用いられている。このアルミナ基板は、熱伝導率、機械
的強度、高周波誘電損失などの点で良好な性能を有する
ものの、ＬＳＩの材料であるシリコンとの熱膨張係数の
差が大きく、このため半導体素子と回路基板との接合部
に大きな熱応力が発生するという問題点がある。更にア
ルミナ基板は、高いα線放射量を示すために、半導体メ
モリーに誤動作を生じさせるという欠点や、誘電率が大
きいために信号伝播速度の遅延が生じるなどの欠点もあ
る。

近年、熱膨張係数がシリコンに近似し、かつ誘電率が低
いムライトを基板材料として使用する試みがなされてい
る。しかしながら、ムライト質のセラミックスでは、一
般に原料としてカオリンなどの粘土鉱物が用いられてお
り、焼結性が悪いために、緻密な焼結体を得難いという
欠点があり、更にＵ等の放射性物質やアルカリ金属等の
不純物の含有量が多いために、ウランによりα線放射量
が多くなることや、アルカリ金属酸化物により焼結体の
機械的強度低下や電気絶縁性低下が生じるなどの欠点が
ある。

そこで、ガラス分を含有する焼結助剤を用いる方法（特
開昭５５−１１５８９５号）や、ＭｇＯを焼結助剤とし
て用いて液相焼結する方法（特開昭５５−１３９７０９
号）等によって、焼結性を向上させることが試みられて
いるが、これらの方法でも、得られる焼結体の機械的強
度はなお不充分であり、しかもα線放射量や電気絶縁性
については改善することができないという問題点がある
。

そこで出発原料としてカオリンなどの粘土鉱物を用いる
ことなく、人工的に合成されたアルミナ及びシリカを使
用し、更に焼結助剤としてＭｎＯ２及びＴ　ｉ　０２を
用いて焼結性を改善して、緻密かつα線放射量の少ない
ムライトを得る方法が提案されている（特開昭６１−１
４１６６号）。

しかしながら、この様な方法では、焼結助剤としてＭｎ
Ｏ２及びＴ　ｉ　０２を使用するので、焼結体の誘電率
が高くなるという欠点がある。

問題点を解決するための手段本発明者は、セラミックス基板等の電気絶縁材料に対し
て要求される特性をすべて同時に満足し得るムライト質
焼結体を得るべく鋭意研究を重ねてきた。そして、ウラ
ン等の放射性物質は、出発原料であるアルミニウム系原
料中に多く含まれるという点に着目して研究を重ねた結
果、アルミニウム系原料として、ウラン含有量の極めて
低い特定の液状原料を使用し、この液状原料とケイ素を
含有する液状原料とを混合した後、この液状の原料から
アルミニウム及びケイ素をムライトの比率で含む粉体を
調製し、次いで、得られた粉体を焙焼してムライト化し
、焙焼後の粉体を成形、焼成するという方法によれば、
高い機械的強度を有する焼結体であって、α線放射量が
少なく、かつ高い電気絶縁性及び低い誘電率を有すると
いう従来得ることのできなかった電気絶縁材料として要
求される特性を同時に満足するムライト焼結体が得られ
ることを見出すに至った。

即ち本発明は、アルミニウム化合物に対するウラン量が
３０ｐｐｂ以下のアルミニウム化合物の溶液又はゾルと
、ケイ素化合物の溶液又はゾルとを、ＡＣ３０３６５〜
７６重量％及び５ｉ０２２４〜３５重量％のＡＱ／Ｓｉ
比となる様に混合して得られる液状原料から粉体を調製
し、次いで該粉体を焙焼してムライト化した後、成形及
び焼成することを特徴とする：）結晶相がムライト晶単相であり、ｉｉ）ウラン含有量３０ｐｐｂ以下、ｉｉｉ　）アルカリ金属酸化物量０．３重量％以下のム
ライト質電気絶縁材料の製造法に係る。

本発明方法では、出発原料としては、アルミニウム及び
ケイ素含む液状原料を使用することが必要である。従来
のムライト焼結体は、主としてアルミナやシリカ等の粉
体の原料を用いて得られていたが、この様な粉体の原料
を用いる場合には、原料中に含まれる不純物を除去する
ことが困難であった。本発明者は、この様な点に着目し
て研究を行ない、ウラン等のα線放射量増大の原因とな
る不純物は、アルミニウム系原料中に多く含まれること
を見出し、更に液状の原料を用いる場合は、不純物量の
極めて少ない原料が容易に得られることを見出し、これ
らの知見に基づいてアルミニウム原料中のウラン量を一
定量以下に調製した特定の液状原料を使用することによ
って、目的物であるムライト焼結体中のウラン量を低減
することを可能とした。

本発明では、アルミニウム原料としては、アルミニウム
化合物に対するウラン量が３０ｐｐｂ以下の液状原料を
用いる。アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウ
ム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、アルミニウ
ムミュウバン等のアルミニウム塩類をトルエン、キシレ
ン、ベンゼン等の有機溶媒や水に溶解した液状原料、金
属アルミニウムを塩酸、硫酸等の酸やアンモニア溶液等
のアルカリ溶液に溶解した液状原料、アルミナゾル等の
ゾル状の液状原料等を用いることができる。

これらの液状原料中に含まれるウラン量がアルミニウム
化合物量に対して３０ｐｐｂを上回る場合には、ウラン
量を減少させることが必要である。

ウラン量の減少方法は特に限定はされないが、例えば、
硫酸等の硫酸根を含有する化合物により液状原料をｐＨ
４以下とした後、過酸化水素を加えてウランを沈澱除去
すればよい。過酸化水素量は、ウラン化合物の量によっ
て、一定ではないが、例えば、３Ｑｗｔ％程度の市販の
過酸化水素水を用いる場合には、通常液状原料中に１〜
１０ｖｏＱ％程度加えることによってウランを充分に除
去することができる。

また、上記したアルミニウム化合物は、いずれもアルカ
リ金属等の不純物量が少ないので、得られるムライト焼
結体中のアルカリ金属酸化物量を増大させることはない
。

金属アルミニウムは、一般に高純度であり、ウランやア
ルカリ金属等の不純物が極めて少ないので、金属アルミ
ニウムを原料とする液状原料は、ウランやアルカリ金属
量の少ない液状原料として特に有利である。

ケイ素原料としては、エチルシリケート、イソプロピル
シリケート等のアルコキシド類をトルエン、キシレン、
ベンゼン等の有機溶媒や水に溶解した液状原料やシリカ
ゾル等のゾル状の液状原料を使用できる。これらのケイ
素原料は、いずれもウラン、アルカリ金属等の不純物量
が少ないので、ムライ、ト焼結体中のウラン、アルカリ
金属酸化物等を増大させることはない。

本発明では、上記したアルミニウム系液状原料とケイ素
系液状原料とを混合して、アルミニウム及びケイ素を含
有する液状原料を調製する。アルミニウム分とケイ素分
との比率は、Ａ（２２０ａ　６５〜７６重量％、５ｉ０
２２４〜３５重量％、好ましくはＡｌ２Ｏ３６８〜７４
重量％、５Ｌ０２２６〜３２重量％とする。アルミニウ
ム及びケイ素を含有する液状原料の濃度は、１〜３０重
量％程度が適当である。アルミニウム系液状原料に用い
る溶媒とケイ素系液状原料に用いる溶媒とは、相溶性の
良いものを選択することが必要である。

本発明方法では、まず上記した液状原料を均一となる様
に混合した後、アルミニウム化合物及びケイ素化合物が
均一に混合した粉体を形成させる。

粉体を形成させる方法は特に限定はなく、例えばゾル−
ゲル法、噴霧熱分解法、中和共沈などの沈澱法等の公知
の方法でよい。

次いで、得られた粉体を焙焼することによってムライト
化させる。焙焼温度は９００〜１４００℃程度、好まし
くは１０００〜１３５０℃程度とする。

焙焼時間は、原料組成、焙焼温度等によって異なるので
一定ではないが、通常１〜１０時間程度とし、具体的に
は、粉体試料がムライト化する時間とする。焙焼後の粉
体試料に未反応の５ｉ０２やＡＱ２０３、或いは非晶質
相等が多量に存在する場合には、以後の工程で粉体試料
の凝集や分離が生じ易くなり、また収縮率が変動し易く
、成形性に劣る等の欠点も生じるので好ましくない。

次いで焙焼後の粉体試料を粉砕し分散させる。

粉砕により粉体の平均粒度（ストークスの法則に基づく
沈降法または光透過法により測定）を２μｍ程度以下、
比表面積（ＢＥＴ法による）を１〜３０ｒｒｒ／ｇ程度
とすることが好ましい。平均粒度が２μｍを上回ると粉
体の成形・焼結時に成形体内部に欠陥が生じ易くなるの
で好ましくない。

また比表面積が１ｒｒｒ／ｇを下回ると焼結活性が劣る
ものとなり、一方３０ｒｒｒ／ｇを上回ると焼結体表面
にクラックが生じ易いので好ましくない。粉体の粉砕及
び分散は常法に従えばよく、例えばボールミル、振動ミ
ル、アトリツションミル、遠心ミルなどを使用すればよ
いが、粉砕時にウランが混入することをさけるために、
ウラン含有量の少ない粉砕用部材を用いることが必要で
ある。

次いで、このようにして調製した粉体を用いて、セラミ
ックスの製造における常法に従って、鋳込み成形、押出
し成形、プレス成形などの方法で所定の形状に成形した
後、常圧下で１５５０〜１７５０℃程度の温度で焼結し
、更に必要に応じて最終加工を行なうことによって電気
絶縁材料が得られる。

本発明方法に従って調製された粉体は、焼結性に優れた
ものであり、焼結助剤を添加することなく、充分な強度
を有するムライト焼結体となる。

このため、不純物の混入が少なく、電気絶縁性に優れ、
機械的強度が高く、かつ誘電率の低い焼結体が得られる
。また、上記方法で得られた焼結体は、結晶相がムライ
ト単相からなるものであり、シリコンに近似した熱膨張
率を示すものとなる。

上記した本発明方法によって、電気絶縁材料として優れ
た特性を有するムライト焼結体が得られるが、該焼結体
は特に次の様な条件を満足するように調製することが適
切である。

■　結晶相をムライト相単相とする。

ここでムライト相単相の焼結体とは、Ａ　Ｑ　２０３　
・２Ｓｉ０２で表わされるムライト結晶からなる焼結体
だけでなく、ムライト固溶体からなる焼結体も含むもの
とする。この様な条件は、液状原料のＡ９／Ｓｔ比をＡ
９２０３６５〜７６重量％、Ｓ　ｉ　０２２４〜３５重
量％とすることによって達成される。ムライト相単相の
焼結体とすることによって、熱膨張率が低くなり、シリ
コンの熱膨張率に近いものとなる。また、誘電率も低い
ものとなる。

■　ウラン含有量を３０ｐｐｂ以下、好ましくは２０ｐ
ｐｂ以下とする。

この様な条件を満足することによって、α線放射量の非
常に少ない焼結体が得られる。本発明方法では、ウラン
含有量の多いアルミナ等の粉末原料を用いてムライトを
製造する従来法と異なり、ウラン含有量の少ない液状原
料を用いることによって、上記条件を満足する焼結体が
得られる。

■　アルカリ金属酸化物量を０．３重量％以下、好まし
くは０．１重量％以下とする。

アルカリ金属酸化物量を上記範囲とすることによって、
ムライト焼結体の機械的強度が高くなり、また電気絶縁
性に優れたものとなる。

従来のアルミナ等の粉体原料を原料とする場合には、不
純物として存在するアルカリ金属分の除去が困難であっ
たが、本発明方法では、不純物の少ない液状原料を使用
し、また焼結工程において焼結助剤を使用する必要がな
いので不純物の混入を防止でき、上記条件を満足する焼
結体が得られる。特に、アルミニウム金属を原料とする
液状原料を用いる場合には、アルカリ金属酸化物量の少
ない焼結体が得られるので有利である。

尚、本発明方法では、焼結体のかさ比重を３程度以上と
することが好ましく、この様な条件を満足することによ
って、機械的強度が２０ｋｇｆ／ｍ２程度以上という高
強度の焼結体が得られる。

本発明方法で得られる焼結体は、結晶相が実質上ムライ
ト単相からなり、また、ウラン量、アルカリ金属量が極
めて少なく、かつ実用上充分な強度を有するものである
。この様な焼結体は、熱膨張率が４．４Ｘ１０”６程度
（室温〜５００℃）とシリコンに低い値を示し、α線照
射量が非常に少なく、かつ電気絶縁抵抗が１０９Ω◆ｃ
ｍ（５００℃）程度と非常に高く、更に誘電率が６．８
以下という低い値を示すものであり、電気絶縁用材料と
して極めて優れたものである。

発明の効果本発明方法によれば、熱膨張率、機械的強度、α線放射
量、電気絶縁性能、誘電率等の点において、電気絶縁材
料として要求されるすべての特性を同時に満足するムラ
イト質焼結体が得られる。

実施例以下に実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。

実施例１〜３金属アルミニウムに３０モル％の塩酸を金属アルミニウ
ムが完全に溶解するまで加え、アルミニウム化合物溶液
を得た。このアルミニウム化合物溶液と２０モル％シリ
カゾル溶液とを混合して、第１表に示すＡ　Ｑ　２０３
　／　Ｓ　ｉ　０２比の溶液を得た。

得られた溶液を充分に撹拌しながら、ｐＨ７になるまで
アンモニア溶液を加え、生じたコロイド状沈殿物を濾過
によって採取した後、洗浄し、真空乾燥によって粉体を
形成させた。次いでこの粉体を１２５０℃で７時間焙焼
してムライト化させた後、ボールミルで湿式で２４時間
粉砕して分散させることによって比表面積的１Ｏｒｄ／
ｇの原料粉末を得た。

得られた粉体にポリビニルアルコールを２％加えた後、
金型ブレス成形により成形圧１トン／　ｃｄで成型し、
次いで１６５０℃で２時間焼成して焼結体を得た。

実施例４及び５０．５モル％の塩化アルミニウム溶液を原料とし、これ
に２５　Ｗ　ｔ％の希硫酸を加えてｐＨ２とした後、１
５ｗｔ％の過酸化水素水を７ｖｏＱ％加え、生成した沈
殿物を除去した。処理前の塩化アルミニウム溶液中には
塩化アルミニウムに対して８０ｐｐｂのウランが含まれ
ていたが、処理後は、１９ｐｐｂとなった。

この塩化アルミニウム溶液を用いる以外は、実施例１〜
３と同様にしてムライト焼結体を得た。

比較例１及び２比較例１では、アルミナとシリカを原料として用い、比
較例２では、アルミナとカオリンとを出発原料として用
いて、各々実施例１〜３の粉砕後の工程と同様の方法で
ムライト焼結体を得た。

比較例３実施例１〜３と同様の液状原料を使用し、Ａ９２０３／
５ｉ０３　：８０／２０とする以外は実施例１〜３と同
様にしてムライト焼結体を得た。

比較例４実施例４〜５と同様の出発原料を使用し、ウランの沈澱
除去を行なわない以外は実施例４〜５と同様にして、ム
ライト焼結体を得た。

実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた焼結体のアル
カリ金属酸化物量、Ｕ含有量、抗折強度、電気絶縁抵抗
、誘電率及びα線放射量を第１表に示す。

手続辛甫］二書印発）昭和６２年２月１７日特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿曝１　事件の表示昭和６１年特許願第３１５１８５号２　発明の名称ムライト質電気絶縁材料の製造法３　補正をする者事件との関係　　特許出願人日本化学陶業株式会社４代理人大阪市東区平野町２の１０　沢の鶴ビル自　　発補正の内容１　明細書第１２頁第１７〜１８行ｒＡＱ２０３　・２ＳＬＯ２Ｊとあるのをｒ３ＡＱ　２
０３　　”　２　Ｓ　ｉ　０２　Ｊ　トＵ正ｔ６゜（以
　上：

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　アルミニウム化合物に対するウラン量が３０ｐ
ｐｂ以下のアルミニウム化合物の溶液又はゾルと、ケイ
素化合物の溶液又はゾルとを、Ａｌ＿２Ｏ＿３６５〜７６重量％及びＳｉＯ＿２２４〜
３５重量％のＡｌ／Ｓｉ比となる様に混合して得られる
液状原料から粉体を調製し、次いで該粉体を焙焼してム
ライト化した後、成形及び焼成することを特徴とするｉ）結晶相がムライト晶単相であり、ｉｉ）ウラン含有量３０ｐｐｂ以下、ｉｉｉ）アルカリ金属酸化物量０．３重量％以下のムラ
イト質電気絶縁材料の製造法。
（２）　アルミニウム化合物の溶液又はゾルが、金属ア
ルミニウムを酸溶液又はアルカリ溶液に溶解して得られ
るものである特許請求の範囲第１項に記載のムライト質
電気絶縁材料の製造法。