JP5569844B2

JP5569844B2 - Aluminum nitride wire manufacturing method and aluminum nitride wire manufacturing apparatus

Info

Publication number: JP5569844B2
Application number: JP2010186683A
Authority: JP
Inventors: 博胤滝澤; 佑太丹波; 大和林; 勝弘山田; 英朗野本; 巧河野
Original assignee: Tohoku University NUC; Nippon Steel and Sumikin Chemical Co Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Nippon Steel and Sumikin Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: JP2012041254A

Description

本発明は、高絶縁性及び高伝熱性フィラーとして有用な、窒化アルミニウムワイヤーの製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing an aluminum nitride wire useful as a highly insulating and highly heat conductive filler.

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、六方晶ウルツ鉱構造のワイドギャップ物質で、ＡｌとＮとが共有結合的に結びついた優れたフォノン熱伝導体である。したがって、ＡｌＮは高絶縁性を有するとともに高熱伝導性を有するため、ＡｌＮ粒子は、電子部品装置や半導体装置の封止樹脂中に含有させるフィラーとして有効である。すなわち、ＡｌＮ粒子を封止樹脂中に含有させることによって、封止樹脂の絶縁性を担保しながら、封止樹脂の熱伝導性を高めることができる。 Aluminum nitride (AlN) is a wide gap material having a hexagonal wurtzite structure, and is an excellent phonon thermal conductor in which Al and N are covalently bonded. Therefore, since AlN has high insulation and high thermal conductivity, the AlN particles are effective as a filler to be contained in the sealing resin for electronic component devices and semiconductor devices. That is, by including AlN particles in the sealing resin, the thermal conductivity of the sealing resin can be enhanced while ensuring the insulating properties of the sealing resin.

このため、電子部品や半導体チップを駆動させることによって生成した熱を効率良く伝搬させて、外部に放出させることができるようになる。結果として、封止樹脂の熱劣化や熱破損を抑制することができ、上記電子部品装置や半導体装置の寿命を大幅に向上させることができる。 For this reason, the heat generated by driving the electronic component or the semiconductor chip can be efficiently propagated and released to the outside. As a result, thermal deterioration and thermal breakage of the sealing resin can be suppressed, and the lifetime of the electronic component device and the semiconductor device can be greatly improved.

ＡｌＮ粒子は、例えば特許文献１に記載されているように、アルミナ粉末とカーボン粉末とを窒素雰囲気下、１５５０℃の温度で６時間焼成することによって製造することができる。また、例えば特許文献２及び特許文献３に記載されているように、アルミナ粒子とカーボンブラックとを造粒して造粒体を得た後、この造粒体を乾燥し、さらに１６００℃で４２０分間、または１５５０℃で６時間焼成して製造することができる。 For example, as described in Patent Document 1, AlN particles can be produced by firing alumina powder and carbon powder at a temperature of 1550 ° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere. Further, for example, as described in Patent Document 2 and Patent Document 3, alumina particles and carbon black are granulated to obtain a granulated body, and then the granulated body is dried and further heated at 1600 ° C. at 420 ° C. It can be produced by baking for 6 minutes at 1550 ° C. for 1 minute.

しかしながら、これらの方法では粒子状のＡｌＮしか製造することができず、樹脂中に含有させる場合においてその本来的な高熱伝導性を発揮できるようにするためには、比較的多量のＡｌＮ粒子を含有させなければならないという問題があった。また、近年においては、電子部品装置や半導体装置の小型化の要求が高まっており、これに伴って封止樹脂の強度向上に関する要求も高まっている。したがって、このような樹脂中に含有させるフィラーに対しても上述した高熱伝導性に加えて、高強度特性が要求されるようになっている。 However, in these methods, only particulate AlN can be produced, and in order to be able to exhibit its inherent high thermal conductivity when contained in a resin, it contains a relatively large amount of AlN particles. There was a problem that had to be made. In recent years, there has been an increasing demand for downsizing electronic component devices and semiconductor devices, and accordingly, there has been an increasing demand for improving the strength of the sealing resin. Therefore, in addition to the above-described high thermal conductivity, high strength characteristics are required for the filler contained in such a resin.

また、上記方法では、ＡｌＮ粒子を製造するに際し、焼成温度が１５００℃〜１６００℃にも達し、さらに焼成時間が数時間にも及ぶため、製造歩留まりが極めて低く、またエネルギー消費量が高いという問題もあった。 Further, in the above method, when the AlN particles are produced, the firing temperature reaches 1500 ° C. to 1600 ° C., and further the firing time is several hours, so that the production yield is extremely low and the energy consumption is high. There was also.

特開昭５９−５０００８号JP 59-50008 特開平１０−２４５２０７号JP 10-245207 A 特許第３７０６１７６号Japanese Patent No. 3706176

本発明は、熱伝導性フィラー及び高強度フィラーとして好適に用いることができる新規な形態のＡｌＮを簡易に提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide simply the novel form AlN which can be used suitably as a heat conductive filler and a high intensity | strength filler.

本発明は、
カーボン粒子とアルミナ粒子とを、これらの混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）が窒化アルミニウムを生成する際に要求される前記カーボン粒子と前記アルミナ粒子との化学両論的な混合比以上となるように混合して坩堝内に配置する工程と、
前記カーボン粒子及び前記アルミナ粒子に対して、窒素雰囲気下においてマイクロ波を照射し、前記アルミナ粒子を前記カーボン粒子で還元窒化して窒化アルミニウムを得るとともに、この窒化アルミニウムを昇華させ、非加熱状態の部材に付着させる工程とを具え、
直径が３０ｎｍ〜２μｍであって、長さが１０μｍ〜２ｍｍである窒化アルミニウムワイヤーを製造することを特徴とする、窒化アルミニウムワイヤーの製造方法に関する。 The present invention
The carbon particles and the alumina particles are mixed so that the mixing ratio thereof (carbon particles / alumina particles) is higher than the stoichiometric mixing ratio of the carbon particles and the alumina particles required for producing aluminum nitride. Mixing and placing in a crucible;
The carbon particles and the alumina particles are irradiated with microwaves in a nitrogen atmosphere, and the alumina particles are reduced and nitrided with the carbon particles to obtain aluminum nitride. The aluminum nitride is sublimated, and is heated. A process of adhering to a member,
The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride wire, characterized in that an aluminum nitride wire having a diameter of 30 nm to 2 μm and a length of 10 μm to 2 mm is produced.

直径が３０ｎｍ〜２μｍであって、長さが１０μｍ〜２ｍｍであることを特徴とする、窒化アルミニウムワイヤーを製造することを特徴とする、窒化アルミニウムワイヤーの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride wire, characterized by producing an aluminum nitride wire characterized by having an diameter of 30 nm to 2 μm and a length of 10 μm to 2 mm.

さらに、本発明は、
カーボン粒子とアルミナ粒子とを混合して配置する坩堝と、
前記カーボン粒子及び前記アルミナ粒子に対して、窒素雰囲気下においてマイクロ波を照射し、前記アルミナ粒子を前記カーボン粒子で還元窒化して窒化アルミニウムを得るとともに、この窒化アルミニウムを昇華させるためのマイクロ波照射装置と、
前記坩堝の周囲に設けられるとともに、昇華した前記窒化アルミニウムを付着させるマイクロ波透過性の断熱部材と、
を具えることを特徴とする、窒化アルミニウムワイヤーの製造装置に関する。 Furthermore, the present invention provides
A crucible in which carbon particles and alumina particles are mixed and arranged;
Microwave irradiation for irradiating the carbon particles and the alumina particles with a microwave in a nitrogen atmosphere, reducing and nitriding the alumina particles with the carbon particles to obtain aluminum nitride, and sublimating the aluminum nitride. Equipment,
A microwave-permeable heat insulating member that is provided around the crucible and adheres the sublimated aluminum nitride;
It is related with the manufacturing apparatus of the aluminum nitride wire characterized by comprising.

本発明によれば、カーボン粒子とアルミナ粒子とを混合して坩堝内に配置した後、これらカーボン粒子及びアルミナ粒子に対して、窒素雰囲気下、マイクロ波を照射するようにしている。この場合、アルミナ粒子はカーボン粒子で還元窒化されて窒化アルミニウムに変換されるとともに、この窒化アルミニウムは昇華し、非加熱状態の部材、例えば坩堝の周囲に設けた、マイクロ波透過性の断熱部材に付着するようになる。 According to the present invention, after mixing carbon particles and alumina particles and placing them in a crucible, the carbon particles and alumina particles are irradiated with microwaves in a nitrogen atmosphere. In this case, the alumina particles are reduced and nitrided with carbon particles to be converted into aluminum nitride, and the aluminum nitride sublimates, and the non-heated member, for example, a microwave-permeable heat insulating member provided around the crucible is formed. It comes to adhere.

上記非加熱状態の部材、例えばマイクロ波透過性の断熱部材は低温に保持されているので、特に原因は明確となっていないが、昇華した窒化アルミニウムが付着して急冷されることにより、前記窒化アルミニウムはワイヤー状に析出するようになる。したがって、このような窒化アルミニウムワイヤーを樹脂中に含有させることにより、比較的少ない含有量においても高い熱伝導性及び高強度特性を付与することができるようになる。 The non-heated member, for example, the microwave permeable heat insulating member, is kept at a low temperature, and the cause is not particularly clear. Aluminum is deposited in the form of a wire. Therefore, by including such an aluminum nitride wire in the resin, high thermal conductivity and high strength characteristics can be imparted even with a relatively small content.

なお、本発明における“非加熱状態”とは、所定の加熱手段を用いて積極的に加熱されていない状態を意味し、例えばカーボン粒子及びアルミナ粒子に対してマイクロ波を照射した場合に生じる輻射熱などによる加熱は排除しないものである。但し、このような輻射熱による加熱の効果は少なく、以下に説明するように、昇華した窒化アルミニウムが付着する部材の一例である断熱部材もマイクロ波透過性であるため、当該部材もほとんど加熱されることがない。したがって、昇華した窒化アルミニウムが付着する部材の温度は通常、室温（約２５℃）程度から数十度の範囲に保持されているものである。 In the present invention, the “non-heated state” means a state in which the predetermined heating means is not used for positive heating, for example, radiant heat generated when the carbon particles and the alumina particles are irradiated with microwaves. Heating by such means is not excluded. However, the effect of heating by such radiant heat is small, and as described below, the heat insulating member, which is an example of a member to which sublimated aluminum nitride adheres, is also microwave permeable, so that the member is also almost heated. There is nothing. Therefore, the temperature of the member to which the sublimated aluminum nitride adheres is normally maintained in the range of about room temperature (about 25 ° C.) to several tens of degrees.

また、本発明によれば、窒化アルミニウムワイヤーは直径が３０ｎｍ〜２μｍであって、長さが１０μｍ〜２ｍｍのように形成することができる。 In addition, according to the present invention, the aluminum nitride wire can be formed to have a diameter of 30 nm to 2 μm and a length of 10 μm to 2 mm.

本発明においては、上記窒化アルミニウム層を形成するに際し、マイクロ波装置を用い、このマイクロ波装置からマイクロ波を照射することにより実施しているので、上記窒化アルミニウム層の形成時間はマイクロ波の照射時間、すなわち数分から数十分のオーダである。したがって、製造歩留まりが高く、エネルギー消費量も極めて低くすることができる。 In the present invention, when the aluminum nitride layer is formed, a microwave device is used and the microwave device is irradiated with microwaves. Therefore, the formation time of the aluminum nitride layer is the microwave irradiation time. Time, that is, on the order of minutes to tens of minutes. Therefore, the production yield is high and the energy consumption can be extremely reduced.

以上、本発明によれば、熱伝導性フィラー及び高強度フィラーとして好適に用いることが可能な新規な形態のＡｌＮを簡易に提供することができる。 As mentioned above, according to this invention, the novel form AlN which can be used suitably as a heat conductive filler and a high intensity | strength filler can be provided simply.

本発明の窒化アルミニウム系粒子の製造装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of the aluminum nitride type particle | grains of this invention. 本発明の窒化アルミニウム系粒子の製造装置の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the manufacturing apparatus of the aluminum nitride type particle | grains of this invention. 実施例における窒化アルミニウムワイヤーのＸＲＤ測定結果である。It is a XRD measurement result of the aluminum nitride wire in an Example. 実施例における窒化アルミニウムワイヤーのＳＥＭ写真である。It is a SEM photograph of the aluminum nitride wire in an example.

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, details of the present invention and other features and advantages will be described based on embodiments.

図１は、本発明の窒化アルミニウムワイヤーの製造装置の一例を示す構成図である。なお、図１は、製造装置の断面を示したものであり、製造装置を構成する各部材、すなわち坩堝やマイクロ波透過性の断熱部材などは、中心線Ｉ−Ｉの周りに同心円状に形成された円柱状部材である。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of an apparatus for producing an aluminum nitride wire according to the present invention. FIG. 1 shows a cross section of the manufacturing apparatus, and each member constituting the manufacturing apparatus, that is, a crucible, a microwave-permeable heat insulating member, or the like is formed concentrically around the center line II. It is the made columnar member.

図１に示すように、本実施形態における窒化アルミニウムワイヤーの製造装置１０は、坩堝１１と、この坩堝１１の周囲に設けられたマイクロ波透過性の断熱部材１２とを有している。坩堝１１は内側坩堝１１１及び外側坩堝１１２の２重構造になっており、内側坩堝１１１内には、原料Ｓとなるカーボン粒子及びアルミナ粒子が混合して配置されている。また、外側坩堝１１２内には、原料Ｓを挟むようにしてマイクロ波吸収体１３が配置されている。さらに、断熱部材１２の、内側坩堝１１１の上方に位置する部分は開口し、その内周面１２Ａが前記開口に対して露出している。 As shown in FIG. 1, an aluminum nitride wire manufacturing apparatus 10 according to this embodiment includes a crucible 11 and a microwave-permeable heat insulating member 12 provided around the crucible 11. The crucible 11 has a double structure of an inner crucible 111 and an outer crucible 112. In the inner crucible 111, a mixture of carbon particles and alumina particles as the raw material S is arranged. Further, the microwave absorber 13 is disposed in the outer crucible 112 so as to sandwich the raw material S. Further, the portion of the heat insulating member 12 located above the inner crucible 111 is opened, and the inner peripheral surface 12A is exposed to the opening.

なお、図１においては、内側坩堝１１１の上部と外側坩堝１１２の上部との高さがほぼ同一となるようにして形成されているが、断熱部材１２の内周面１２Ａが前記開口に露出していれば、それらの高さの相対的関係については特に限定されるものではない。 In FIG. 1, the upper part of the inner crucible 111 and the upper part of the outer crucible 112 are formed to have substantially the same height, but the inner peripheral surface 12A of the heat insulating member 12 is exposed to the opening. If so, the relative relationship between the heights is not particularly limited.

また、カーボン粒子及びアルミナ粒子は、予め所定の混錬機を用いて十分に混合した後、内側坩堝１１１内に配置する。 Further, the carbon particles and the alumina particles are sufficiently mixed in advance using a predetermined kneader and then placed in the inner crucible 111.

カーボン粒子及びアルミナ粒子の大きさは特に限定されるものではなく、必要に応じて任意の大きさとすることができる。例えば、カーボン粒子は、平均粒子径（Ｄ_５０）が０．０１μｍ〜１００μｍとすることができる。また、アルミナ粒子は、平均粒子径（Ｄ_５０）が１μｍ〜１５０μｍとすることができる。 The sizes of the carbon particles and the alumina particles are not particularly limited, and can be set as desired as required. For example, the carbon particles can have an average particle diameter (D ₅₀ ) of 0.01 μm to 100 μm. The alumina particles may have an average particle diameter (D ₅₀ ) of 1 μm to 150 μm.

平均粒子径（Ｄ_５０）は、レーザ回折法により求めた、質量基準の累積百分率が５０％に相当する粒子径を意味する。 The average particle diameter (D ₅₀ ) means a particle diameter obtained by a laser diffraction method and corresponding to a mass-based cumulative percentage of 50%.

坩堝１１は、汎用の坩堝材、例えば石英や黒鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどから構成することができる。但し、石英はマイクロ波透過性であるため、マイクロ波を導入した場合に、マイクロ波を坩堝内に十分に閉じ込めておくことができず、以下に説明するような、カーボン粒子を十分に加熱することができない場合がある。したがって、アルミナ粒子の表層部分でのアルミナ粒子とカーボン粒子との反応（還元反応）を十分に行うことができない場合がある。 The crucible 11 can be made of a general-purpose crucible material such as quartz, graphite, boron nitride, aluminum nitride or the like. However, since quartz is microwave permeable, when microwaves are introduced, the microwaves cannot be sufficiently confined in the crucible, and the carbon particles are sufficiently heated as described below. It may not be possible. Accordingly, there may be a case where the reaction (reduction reaction) between the alumina particles and the carbon particles in the surface layer portion of the alumina particles cannot be sufficiently performed.

また、黒鉛は原料となるカーボン粒子と同様にマイクロ波吸収性が高く、部分的に溶解して反応系を汚染させてしまう恐れがあり、また、高強度のマイクロ波を照射することによって溶解破損してしまう場合がある。以上のことから、坩堝１１は、上述した欠点のない窒化ホウ素又は窒化アルミニウムから構成することが好ましい。 Graphite has a high microwave absorption like the carbon particles used as a raw material, and may partially dissolve and contaminate the reaction system. Also, it is damaged by irradiation with high-intensity microwaves. May end up. From the above, it is preferable that the crucible 11 is made of boron nitride or aluminum nitride without the above-mentioned defects.

断熱部材１２は、坩堝１１を外界から熱的に遮断し、坩堝１１内にマイクロ波を導入し、坩堝１１内に配置した原料を加熱した場合において、その温度を簡易かつ十分に保持するためのものである。但し、断熱部材１２がマイクロ波を吸収してしまうと、反応の過程で断熱部材１２が部分的あるいは全体的に溶解して破損してしまう恐れがあるので、マイクロ波透過性の材料から構成する。マイクロ波透過性の材料としては、炭化ケイ素やアルミナなどを挙げることができるが、入手が容易であって安価であることからアルミナが好ましい。 The heat insulating member 12 is used to thermally and smoothly keep the temperature of the crucible 11 from the outside, introduce microwaves into the crucible 11, and heat the raw material placed in the crucible 11. Is. However, if the heat insulating member 12 absorbs microwaves, the heat insulating member 12 may be partially or wholly dissolved and damaged in the course of the reaction. . Examples of the microwave permeable material include silicon carbide and alumina. Alumina is preferable because it is easily available and inexpensive.

マイクロ波吸収体１３は、マイクロ波照射による原料の加熱を補助するためのものであり、マイクロ波を吸収して加熱されるような材料から構成する。具体的には、本発明の原料と同じカーボンから構成することができる。この場合、マイクロ波吸収体１３を構成する材料を別途準備する必要がないため、目的とする窒化アルミニウム系粒子を得る際の操作をより簡易化することができる。 The microwave absorber 13 is for assisting heating of the raw material by microwave irradiation, and is made of a material that absorbs microwaves and is heated. Specifically, it can be composed of the same carbon as the raw material of the present invention. In this case, since it is not necessary to separately prepare a material constituting the microwave absorber 13, the operation for obtaining the target aluminum nitride-based particles can be further simplified.

また、図１から明らかなように、坩堝１１の上方にはマイクロ波照射装置１５が配置され、このマイクロ波照射装置１５から発せられたマイクロ波が、導管１６を伝わって坩堝１１、すなわち内側坩堝１１１内に導入されるようになっている。 As is clear from FIG. 1, a microwave irradiation device 15 is disposed above the crucible 11, and the microwave emitted from the microwave irradiation device 15 travels through the conduit 16, that is, the inner crucible 11. 111 is introduced.

図１に示す製造装置１０は、マイクロ波照射装置１５及び導管１６を除いた坩堝１１及び断熱部材１２などは、マイクロ波が製造装置１０の外部に漏洩しないように、図示しない所定のアプリケータに収納するが、その内部雰囲気は窒素雰囲気とする。 In the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, the crucible 11 and the heat insulating member 12 except the microwave irradiation apparatus 15 and the conduit 16 are attached to a predetermined applicator (not shown) so that the microwave does not leak outside the manufacturing apparatus 10. Although stored, the inside atmosphere is a nitrogen atmosphere.

次に、図１に示す製造装置を用いた場合の、窒化アルミニウム系粒子の製造方法について説明する。 Next, a method for producing aluminum nitride-based particles when the production apparatus shown in FIG. 1 is used will be described.

最初に、上述したように、所定の混錬機でカーボン粒子及びアルミナ粒子を所定の混合比となるように混合した後、製造装置１０の内側坩堝１１１内に原料Ｓとして配置する。カーボン粒子及びアルミナ粒子の混合比は、目的とする反応を経ることによって目的とする窒化アルミニウム系粒子を得ることができれば特に限定されるものではないが、好ましくはカーボン粒子とアルミナ粒子との混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）が、窒化アルミニウムを生成する際に要求されるカーボン粒子とアルミナ粒子との化学量論的な混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）以上となるようにする。これによって、目的とする窒化アルミニウム系粒子を得る際の製造条件が緩和される。具体的には、照射すべきマイクロ波の強度を低下させることができ、照射時間を短縮することができる。 First, as described above, the carbon particles and the alumina particles are mixed in a predetermined kneading machine so as to have a predetermined mixing ratio, and then placed as the raw material S in the inner crucible 111 of the manufacturing apparatus 10. The mixing ratio of the carbon particles and the alumina particles is not particularly limited as long as the target aluminum nitride-based particles can be obtained through the target reaction, but preferably the mixing ratio of the carbon particles and the alumina particles. (Carbon particles / alumina particles) is set to be equal to or higher than the stoichiometric mixing ratio (carbon particles / alumina particles) of carbon particles and alumina particles required when producing aluminum nitride. Thereby, the manufacturing conditions for obtaining the target aluminum nitride-based particles are relaxed. Specifically, the intensity of the microwave to be irradiated can be reduced, and the irradiation time can be shortened.

なお、この原因については現在明確ではないが、反応過程で生成あるいは雰囲気中に存在する酸素などがカーボン粒子に吸着してしまい、実際の反応に寄与するカーボン粒子の割合が実質的に減少してしまうためと考えている。したがって、カーボン粒子の割合を化学量論的な割合よりも大きくすることによって、実際の反応に寄与するカーボン粒子の実質的な割合が化学量論的な割合により近くなり、その結果、上述のように製造条件の自由度が向上するものと考えられる。但し、これらの事項は、あくまで本発明者らの考察に基づくものであって、本発明の範囲や進歩性に対して何ら影響を与えるものではない。 Although the cause of this is not clear at present, oxygen or the like produced in the reaction process or in the atmosphere is adsorbed to the carbon particles, and the ratio of the carbon particles contributing to the actual reaction is substantially reduced. I think that it will end. Therefore, by making the proportion of carbon particles larger than the stoichiometric proportion, the substantial proportion of carbon particles contributing to the actual reaction becomes closer to the stoichiometric proportion, and as a result, as described above. In addition, the degree of freedom in manufacturing conditions is considered to be improved. However, these matters are based solely on the considerations of the present inventors and do not affect the scope or inventive step of the present invention.

一例として、カーボン粒子とアルミナ粒子との混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）を、窒化アルミニウムを生成する際に要求されるカーボン粒子とアルミナ粒子との化学量論的な混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）の４／３倍、あるいはそれ以上とすることができる。 As an example, the mixing ratio of carbon particles to alumina particles (carbon particles / alumina particles) is used as the stoichiometric mixing ratio of carbon particles to alumina particles (carbon particles / alumina particles) required for producing aluminum nitride. 4/3 times the particle) or more.

次いで、マイクロ波照射装置１５から、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、導管１６を伝搬させて内側坩堝１１１内に配置した原料Ｓに対して照射する。このとき、原料Ｓは上記マイクロ波を吸収することによって加熱される。一方、一部漏洩したマイクロ波がマイクロ波吸収体１３にも吸収されるようになり、これによってマイクロ波吸収体１３も加熱されるようになる。したがって、原料Ｓは、マイクロ波吸収体１３によっても間接的及び補助的に加熱されるようになる。また、原料Ｓは断熱部材１２によって外界と熱的に遮断されている。 Next, the microwave irradiation device 15 irradiates, for example, microwaves having a frequency of 2.45 GHz onto the raw material S disposed in the inner crucible 111 while propagating through the conduit 16. At this time, the raw material S is heated by absorbing the microwave. On the other hand, the partially leaked microwave is also absorbed by the microwave absorber 13, thereby heating the microwave absorber 13. Therefore, the raw material S is heated indirectly and auxiliaryly by the microwave absorber 13. The raw material S is thermally shielded from the outside by the heat insulating member 12.

結果として、原料Ｓ、すなわち反応系は、所定の温度で所定の時間保持することができ、原料Ｓにおけるアルミナ粒子がカーボン粒子で還元窒化されるとともに、得られた窒化アルミニウムは昇華して断熱部材１２の内周面１２Ａに付着するようになる。その結果、特に原因は明確でないが、昇華した窒化アルミニウムが急冷されることによって、昇華した窒化アルミニウムは内周面１２Ａ上でワイヤー状に析出するようになり、目的とする窒化アルミニウムワイヤーを製造できるようになる。 As a result, the raw material S, that is, the reaction system can be held at a predetermined temperature for a predetermined time, and the alumina particles in the raw material S are reduced and nitrided with carbon particles, and the obtained aluminum nitride is sublimated to heat insulation member. 12 is attached to the inner peripheral surface 12A. As a result, although the cause is not clear, the sublimated aluminum nitride is precipitated in the form of a wire on the inner peripheral surface 12A by quenching the sublimated aluminum nitride, and the intended aluminum nitride wire can be manufactured. It becomes like this.

窒化アルミニウムワイヤーは、直径が３０ｎｍ〜２μｍであって、長さが１０μｍ〜２ｍｍとすることができる。また、その形状は六角柱状又は四角柱状とすることができる。さらに、複数の窒化アルミニウムワイヤーが絡み合ってネットワーク状に形成することができる。 The aluminum nitride wire has a diameter of 30 nm to 2 μm and a length of 10 μm to 2 mm. Moreover, the shape can be made into a hexagonal column shape or a square column shape. Furthermore, a plurality of aluminum nitride wires can be entangled to form a network.

なお、直径及び長さは、マイクロ波の照射強度などを制御することによって調節することができるが、その形状の制御方法は未だ明らかになっていない。 The diameter and length can be adjusted by controlling the irradiation intensity of the microwave, but the shape control method has not yet been clarified.

原料Ｓ、すなわちカーボン粒子及びアルミナ粒子からの窒化アルミニウムの生成は、以下に示すような炭素還元窒化の反応式に基づく。
Ａｌ_２Ｏ_３（ｓ）＋３Ｃ（ｓ）＋Ｎ_２→２ＡｌＮ（ｓ）＋３ＣＯ（ｇ） The formation of aluminum nitride from the raw material S, that is, carbon particles and alumina particles is based on the reaction formula of carbon reductive nitriding as shown below.
Al ₂ O ₃ (s) + 3C (s) + N ₂ → 2AlN (s) + 3CO (g)

また、断熱部材１２の内周面１２Ａにおける窒化アルミニウムワイヤーの析出は、以下の反応式に基づく。
ＡｌＮ（ｓ）→ＡｌＮ（ｇ）→ＡｌＮ（ｓ） Further, the precipitation of the aluminum nitride wire on the inner peripheral surface 12A of the heat insulating member 12 is based on the following reaction formula.
AlN (s) → AlN (g) → AlN (s)

なお、マイクロ波の照射時間は、数分から数十分である。また、マイクロ波の強度は、例えば図１に示すように、内側坩堝１１１の内径を８ｍｍ、高さを５３ｍｍ、外側坩堝１１２の内径を２０ｍｍ、高さを３５ｍｍとしたような場合、すなわち製造装置１０の大きさが数ミリメートルから数十ミリメートルのオーダである場合、数百Ｗのオーダとすることができる。 Note that the microwave irradiation time is several minutes to several tens of minutes. Further, for example, as shown in FIG. 1, the intensity of the microwave is such that the inner crucible 111 has an inner diameter of 8 mm, a height of 53 mm, an outer crucible 112 having an inner diameter of 20 mm, and a height of 35 mm. If the size of 10 is on the order of several millimeters to several tens of millimeters, it can be on the order of several hundred watts.

また、上述のように、カーボン粒子とアルミナ粒子との混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）を、窒化アルミニウムを生成する際に要求されるカーボン粒子とアルミナ粒子との化学量論的な混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子＝３／１：上記反応式参照）あるいはそれ以上とすることによって、目的とする窒化アルミニウムワイヤーを得る際の製造条件が緩和され、照射すべきマイクロ波の強度を低下させることができ、照射時間を短縮することができる。 Further, as described above, the mixing ratio of carbon particles to alumina particles (carbon particles / alumina particles) is set to the stoichiometric mixing ratio of carbon particles to alumina particles required for producing aluminum nitride ( By making the carbon particles / alumina particles = 3/1: see the above reaction formula) or more, the production conditions for obtaining the target aluminum nitride wire are relaxed, and the intensity of the microwave to be irradiated is reduced. The irradiation time can be shortened.

さらに、カーボン粒子は、活性炭粒子とすることができる。この場合においても、目的とする窒化アルミニウムワイヤーを得る際の製造条件を緩和することができる。具体的には、照射すべきマイクロ波の強度を低下させることができ、照射時間を短縮することができる。この理由についても特に明確ではないが、活性炭粒子が何らかの触媒作用を奏していることに起因すると推定される。但し、この事項は、あくまで本発明者らの考察に基づくものであって、本発明の範囲や進歩性に対して何ら影響を与えるものではない。 Furthermore, the carbon particles can be activated carbon particles. Even in this case, the manufacturing conditions for obtaining the target aluminum nitride wire can be relaxed. Specifically, the intensity of the microwave to be irradiated can be reduced, and the irradiation time can be shortened. Although the reason for this is not particularly clear, it is presumed that the activated carbon particles have some catalytic action. However, this matter is based solely on the considerations of the present inventors and does not affect the scope or inventive step of the present invention.

図２は、本発明の窒化アルミニウムワイヤーの製造装置の他の例を示す構成図である。図２に示すように、本実施形態における窒化アルミニウムワイヤーの製造装置２０は、断熱部材１２の開口に露出した内周面１２Ａの上部に、例えばアルミナなどのマイクロ波透過性の材料からなる蓋体１８が設けられ、前記開口が外部から遮蔽されている点で、図１に示す製造装置１０と異なるが、その他の構成要素については図１に示す製造装置１０と同一である。 FIG. 2 is a block diagram showing another example of the aluminum nitride wire manufacturing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 2, the aluminum nitride wire manufacturing apparatus 20 according to the present embodiment has a lid made of a microwave permeable material such as alumina on the inner peripheral surface 12 </ b> A exposed at the opening of the heat insulating member 12. 18 is provided and is different from the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 in that the opening is shielded from the outside, but the other components are the same as those of the manufacturing apparatus 10 shown in FIG.

したがって、窒化アルミニウムワイヤーを製造する際の工程も、上記製造装置１０を用いた場合と同様であるが、上述のように、製造装置２０においては、内周面１２Ａの上部に蓋体１８を設けているので、昇華した窒化アルミニウムの、開口に露出した内周面１２Ａに付着しきれなかった分を、外部に対して漏洩することなく、蓋体１８に付着させることができ、窒化アルミニウムワイヤーとして析出させることができる。この結果、昇華した窒化アルミニウムの回収効率を増大させることができ、窒化アルミニウムワイヤーの製造歩留まりを向上させることができる。 Therefore, the process for manufacturing the aluminum nitride wire is the same as that when the manufacturing apparatus 10 is used. However, as described above, in the manufacturing apparatus 20, the lid 18 is provided above the inner peripheral surface 12A. As a result, the portion of the sublimated aluminum nitride that has not been attached to the inner peripheral surface 12A exposed to the opening can be attached to the lid 18 without leaking to the outside. It can be deposited. As a result, the recovery efficiency of the sublimated aluminum nitride can be increased, and the production yield of the aluminum nitride wire can be improved.

なお、蓋体１８はマイクロ波透過性の材料からなるので、断熱部材１２と同様の作用効果を奏する。かかる意味で、蓋体１８は断熱部材１２の一部として考えることもできる。 Since the lid 18 is made of a microwave transmissive material, the same effect as the heat insulating member 12 can be obtained. In this sense, the lid 18 can be considered as a part of the heat insulating member 12.

その他の特徴については、図１に示す製造装置１０を用いた場合と同様であるので、説明を省略する。 Other features are the same as those in the case of using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG.

（実施例１）
活性炭（ノーリットSX-II）とマイクロンアルミナ(AX116、平均粒径：２０．６μｍ)とを４：１のモル比で秤量及び混合した原料Ｓを０．６gとし、マイクロ波吸収体１３として活性炭ノーリットSX-IIの１．０ｇを準備した。次いで、図１に示す製造装置１０を用い、上述した製造方法にしたがって断熱部材１２の内周面１２Ａ上に窒化アルミニウムワイヤーを得た。マイクロ波照射装置から照射されるマイクロ波の強度は４５０Ｗとし、照射時間を２０分とした。 Example 1
Activated carbon (Norrit SX-II) and Micron Alumina (AX116, average particle size: 20.6 μm) were weighed and mixed in a molar ratio of 4: 1 to make 0.6 g of raw material S, and activated carbon Norit as microwave absorber 13 1.0 g of SX-II was prepared. Next, using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, an aluminum nitride wire was obtained on the inner peripheral surface 12 </ b> A of the heat insulating member 12 according to the manufacturing method described above. The intensity of the microwave irradiated from the microwave irradiation apparatus was 450 W, and the irradiation time was 20 minutes.

図３は、得られた窒化アルミニウムワイヤーのＸＲＤ測定結果である。図３の上側のＸ線回折パターンは、本実施例で得られた窒化アルミニウムワイヤーのＸ線回折パターンに相当するものであり、図３の下側のＸ線回折パターンは、比較ために準備したＡｌＮ粉末のＸ線回折パターンである。両者のパターンを比較すると、ほぼ同様の回折パターンを有していることが分かる。したがって、本実施例で得た窒化アルミニウムワイヤーは、文言どおり窒化アルミニウムから構成されていることが分かる。 FIG. 3 is an XRD measurement result of the obtained aluminum nitride wire. The upper X-ray diffraction pattern of FIG. 3 corresponds to the X-ray diffraction pattern of the aluminum nitride wire obtained in this example, and the lower X-ray diffraction pattern of FIG. 3 was prepared for comparison. It is an X-ray diffraction pattern of AlN powder. When both patterns are compared, it can be seen that they have almost the same diffraction pattern. Therefore, it turns out that the aluminum nitride wire obtained in the present Example is composed of aluminum nitride as the wording indicates.

図４は、断熱部材１２の内周面１２Ａ上に形成された窒化アルミニウムワイヤーのＳＥＭ写真である。図４（ａ）から明らかなように、本実施例で得た窒化アルミニウムワイヤーは、複数の窒化アルミニウムワイヤーが複雑に絡み合って、ネットワーク状となっていることが分かる。また、その一部を拡大してみると、例えば図４（ｂ）に示すように、窒化アルミニウムワイヤーは四角柱状に形成されており、別の部分では、例えば図４（ｃ）に示すように、窒化アルミニウムワイヤーは六角柱状に形成されていることが分かる。 FIG. 4 is an SEM photograph of an aluminum nitride wire formed on the inner peripheral surface 12A of the heat insulating member 12. As is clear from FIG. 4A, it can be seen that the aluminum nitride wire obtained in this example is in a network form in which a plurality of aluminum nitride wires are intertwined in a complex manner. Further, when a part thereof is enlarged, for example, as shown in FIG. 4 (b), the aluminum nitride wire is formed in a quadrangular prism shape, and in another part, for example, as shown in FIG. 4 (c). It can be seen that the aluminum nitride wire is formed in a hexagonal column shape.

また、各ワイヤーの直径は約２μｍ程度であり、長さは例えば１０μｍから数ミリ、例えば約２ｍｍにまで達していることが判明した。 Further, it has been found that the diameter of each wire is about 2 μm, and the length reaches, for example, 10 μm to several millimeters, for example, about 2 mm.

（実施例２）
マイクロ波の強度を３７５Ｗ及び３００Ｗとし、マイクロ波吸収体１３として活性炭（ノーリットSX-II）の量を１．５ｇ及び２．０ｇとした以外は、実施例１と同様にして窒化アルミニウムワイヤーを製造した。特に図示しないものの、本実施例においても窒化アルミニウムワイヤーは、窒化アルミニウムから構成され、マイクロ波の強度によらず、各ワイヤーの直径は約３０ｎｍ〜２μｍ、長さは例えば１０μｍ〜約２ｍｍにまで達していることが判明した。 (Example 2)
An aluminum nitride wire is manufactured in the same manner as in Example 1 except that the microwave intensity is 375 W and 300 W, and the amount of activated carbon (Norit SX-II) is 1.5 g and 2.0 g as the microwave absorber 13. did. Although not specifically shown, the aluminum nitride wire is also made of aluminum nitride in this embodiment, and the diameter of each wire reaches about 30 nm to 2 μm and the length reaches, for example, 10 μm to about 2 mm regardless of the strength of the microwave. Turned out to be.

（実施例３）
原料Ｓとマイクロ波吸収体１３に用いるカーボンとして活性炭（ノーリットSX-II）に代えて、純カーボン（トーカブラック＃１８５００／Ｆ）を用いた以外は、実施例１と同様にして窒化アルミニウムワイヤーを製造した。但し、マイクロ波吸収体１３に用いる純カーボン量を２．０ｇとした。特に図示しないものの、本実施例においても窒化アルミニウムワイヤーは、窒化アルミニウムから構成され、マイクロ波の強度によらず、各ワイヤーの直径は約３０ｎｍ〜２μｍ、長さは例えば１０μｍ〜２ｍｍにまで達していることが判明した。 (Example 3)
An aluminum nitride wire was used in the same manner as in Example 1 except that pure carbon (Toker Black # 18500 / F) was used instead of activated carbon (Nolit SX-II) as the carbon used for the raw material S and the microwave absorber 13. Manufactured. However, the amount of pure carbon used for the microwave absorber 13 was 2.0 g. Although not specifically shown, the aluminum nitride wire is also made of aluminum nitride in this embodiment, and the diameter of each wire reaches about 30 nm to 2 μm and the length reaches, for example, 10 μm to 2 mm regardless of the strength of the microwave. Turned out to be.

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。 While the present invention has been described in detail based on the above specific examples, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.

１０、２０窒化アルミニウムワイヤーの製造装置
１１坩堝
１１１内側坩堝
１１２外側坩堝
１３マイクロ波吸収体
１４石英ウール
１５マイクロ波照射装置
１６導管
１８蓋体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20 Aluminum nitride wire production apparatus 11 Crucible 111 Inner crucible 112 Outer crucible 13 Microwave absorber 14 Quartz wool 15 Microwave irradiation apparatus 16 Conduit 18 Lid

Claims

カーボン粒子とアルミナ粒子とを、これらの混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）が窒化アルミニウムを生成する際に要求される前記カーボン粒子と前記アルミナ粒子との化学両論的な混合比以上となるように混合して坩堝内に配置する工程と、
前記カーボン粒子及び前記アルミナ粒子に対して、窒素雰囲気下においてマイクロ波を照射し、前記アルミナ粒子を前記カーボン粒子で還元窒化して窒化アルミニウムを得るとともに、この窒化アルミニウムを昇華させ、非加熱状態の部材に付着させる工程とを具え、
直径が３０ｎｍ〜２μｍであって、長さが１０μｍ〜２ｍｍである窒化アルミニウムワイヤーを製造することを特徴とする、窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 The carbon particles and the alumina particles are mixed so that the mixing ratio thereof (carbon particles / alumina particles) is higher than the stoichiometric mixing ratio of the carbon particles and the alumina particles required for producing aluminum nitride. Mixing and placing in a crucible;
The carbon particles and the alumina particles are irradiated with microwaves in a nitrogen atmosphere, and the alumina particles are reduced and nitrided with the carbon particles to obtain aluminum nitride. The aluminum nitride is sublimated, and is heated. A process of adhering to a member,
A method for producing an aluminum nitride wire, comprising producing an aluminum nitride wire having a diameter of 30 nm to 2 μm and a length of 10 μm to 2 mm.

前記混合比は、前記窒化アルミニウムを生成する際に要求される前記カーボン粒子と前記アルミナ粒子との化学両論的な混合比の４／３であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。The nitriding according to claim 1, wherein the mixing ratio is 4/3 of the stoichiometric mixing ratio of the carbon particles and the alumina particles required when the aluminum nitride is produced. Manufacturing method of aluminum wire.

前記坩堝の周囲において、マイクロ波透過性の断熱部材を配置する工程を具え、前記所定の部材は前記断熱部材であって、前記窒化アルミニウムは前記断熱部材に付着させることを特徴とする、請求項１又は２に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 A step of disposing a microwave permeable heat insulating member around the crucible, wherein the predetermined member is the heat insulating member, and the aluminum nitride is attached to the heat insulating member. The manufacturing method of the aluminum nitride wire of 1 or 2 .

前記断熱部材はアルミナからなることを特徴とする、請求項３に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 The method for manufacturing an aluminum nitride wire according to claim 3 , wherein the heat insulating member is made of alumina.

前記坩堝と前記断熱部材との間に、前記カーボン粒子及び前記アルミナ粒子を挟み込むようにしてマイクロ波吸収体を配置する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a step of arranging a microwave absorber so as to sandwich the carbon particles and the alumina particles between the crucible and the heat insulating member. The manufacturing method of the aluminum nitride wire of description.

前記マイクロ波吸収体はカーボンからなることを特徴とする、請求項５に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 6. The method of manufacturing an aluminum nitride wire according to claim 5 , wherein the microwave absorber is made of carbon.

前記カーボン粒子は活性炭粒子であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 The said carbon particle is activated carbon particle, The manufacturing method of the aluminum nitride wire as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.

前記窒化アルミニウムワイヤーは、六角柱状又は四角柱状であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 The said aluminum nitride wire is hexagonal column shape or square column shape, The manufacturing method of the aluminum nitride wire as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned.

前記窒化アルミニウムワイヤーは、複数の窒化アルミニウムワイヤーであって、これらがネットワーク状に形成されてなることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造方法。 The said aluminum nitride wire is a some aluminum nitride wire, Comprising: These are formed in a network form, The manufacturing method of the aluminum nitride wire as described in any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned.

カーボン粒子とアルミナ粒子とを混合して配置する坩堝と、
前記カーボン粒子及び前記アルミナ粒子に対して、窒素雰囲気下においてマイクロ波を照射し、前記アルミナ粒子を前記カーボン粒子で還元窒化して窒化アルミニウムを得るとともに、この窒化アルミニウムを昇華させるためのマイクロ波照射装置と、
前記坩堝の周囲に設けられるとともに、昇華した前記窒化アルミニウムを付着させるマイクロ波透過性の断熱部材と、
を具えることを特徴とする、窒化アルミニウムワイヤーの製造装置。 A crucible in which carbon particles and alumina particles are mixed and arranged;
Microwave irradiation for irradiating the carbon particles and the alumina particles with a microwave in a nitrogen atmosphere, reducing and nitriding the alumina particles with the carbon particles to obtain aluminum nitride, and sublimating the aluminum nitride. Equipment,
A microwave-permeable heat insulating member that is provided around the crucible and adheres the sublimated aluminum nitride;
An apparatus for producing an aluminum nitride wire, comprising:

前記断熱部材は、アルミナからなることを特徴とする、請求項１０に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造装置。 The said heat insulation member consists of alumina, The manufacturing apparatus of the aluminum nitride wire of Claim 10 characterized by the above-mentioned.

前記坩堝と前記断熱部材との間に、前記カーボン粒子及び前記アルミナ粒子を挟み込むようにして配置したマイクロ波吸収体を具えることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造装置。 The aluminum nitride wire according to claim 10 or 11 , further comprising a microwave absorber disposed so as to sandwich the carbon particles and the alumina particles between the crucible and the heat insulating member. manufacturing device.

前記マイクロ波吸収体はカーボンからなることを特徴とする、請求項１２に記載の窒化アルミニウムワイヤーの製造装置。 The apparatus for producing an aluminum nitride wire according to claim 12 , wherein the microwave absorber is made of carbon.