JP5586018B2

JP5586018B2 - Aluminum nitride particle manufacturing method and aluminum nitride particle manufacturing apparatus

Info

Publication number: JP5586018B2
Application number: JP2010186684A
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: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: JP2012041255A

Description

本発明は、高絶縁性及び高熱導電性フィラーとして有用な、窒化アルミニウム粒子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 aluminum nitride particles that are useful as highly insulating and highly thermally conductive fillers.

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、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。また、上述のようにして製造したＡｌＮ粒子は密度が高いため、封止樹脂中に多量に含有させると、この封止樹脂の重量が増大してしまうなどの問題も生じていた。さらに、自身の重量によってＡｌＮ粒子が均一に分散させることが困難になり、偏析するなどの問題も生じていた。 However, in these methods, when the AlN particles are produced, the firing temperature reaches 1500 ° C. to 1600 ° C., and the firing time is several hours, so that the production yield is extremely low and the energy consumption is high. There was also a problem. In addition, since the AlN particles produced as described above have a high density, problems such as an increase in the weight of the sealing resin occur when it is contained in a large amount in the sealing resin. In addition, it is difficult to uniformly disperse AlN particles due to their own weight, and problems such as segregation have occurred.

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、熱伝導性フィラーとして好適に用いることができる新規な構成のＡｌＮ粒子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 AlN particle of the novel structure which can be used suitably as a heat conductive filler.

上記目的を達成すべく、本発明は、
全体積の５％〜４０％の割合で内部に中空部を有することを特徴とする、窒化アルミニウム粒子に関する。 In order to achieve the above object, the present invention provides:
The present invention relates to aluminum nitride particles characterized by having hollow portions inside at a ratio of 5% to 40% of the total volume.

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、
前記坩堝の周囲に設けられた、マイクロ波透過性の断熱部材と、
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するためのマイクロ波照射装置と、
を具えることを特徴とする、窒化アルミニウム粒子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;
A microwave-permeable heat insulating member provided around the crucible;
A microwave irradiation device for irradiating the carbon particles and the alumina particles with microwaves in a nitrogen atmosphere;
The present invention relates to an apparatus for producing aluminum nitride particles.

本発明によれば、従来のように、長時間の焼成によって原料であるアルミナ粒子をカーボン粒子によって完全に還元することなく、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マイクロ波を照射するようにしている。 According to the present invention, the carbon particles and the alumina particles are mixed and placed in the crucible without completely reducing the alumina particles as a raw material by the carbon particles by firing for a long time as in the prior art. The microwave is applied to the carbon particles and the alumina particles.

上述した焼成は熱的に平衡な状態で加熱処理が行われるが、マイクロ波照射は、熱的に非平衡な状態で加熱処理が行われる。すなわち、カーボン粒子はマイクロ波吸収が高く、その結果、高温にまで加熱されるが、アルミナ粒子はマイクロ波吸収が低く、その結果、比較的低い温度にまでしか加熱されない。したがって、アルミナ粒子とカーボン粒子との反応（還元反応）はアルミナ粒子の表面で行われ、その間、アルミニウム及び酸素がアルミナ粒子の表面に向かい固相拡散する。 In the above-described firing, the heat treatment is performed in a thermally balanced state, but in the microwave irradiation, the heat treatment is performed in a thermally unbalanced state. That is, carbon particles have high microwave absorption, and as a result, are heated to a high temperature, while alumina particles have low microwave absorption, and as a result, are heated only to a relatively low temperature. Therefore, the reaction (reduction reaction) between the alumina particles and the carbon particles is performed on the surface of the alumina particles, and during that time, aluminum and oxygen are solid-phase diffused toward the surface of the alumina particles.

上述のようなアルミナ粒子表面で還元反応が行われている間は、未反応のアルミニウム及び酸素がアルミナ粒子内部から表面に向けて拡散し続けるので、このような物質拡散によってアルミナ粒子、すなわち最終的に得た窒化アルミニウム粒子（ＡｌＮ粒子）は内部が空洞になるようにして製造される。結果として、上述のような、全体積の５％〜４０％の割合で内部に中空部を有するＡｌＮ粒子が製造され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。 During the reduction reaction on the surface of the alumina particles as described above, unreacted aluminum and oxygen continue to diffuse from the inside of the alumina particles toward the surface. The aluminum nitride particles (AlN particles) obtained in the above are manufactured so that the inside is hollow. As a result, it is considered that AlN particles having hollow portions therein are produced at a rate of 5% to 40% of the total volume as described above. 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.

このようにして得たＡｌＮ粒子は、内部に十分な空洞を有し、その密度が十分に小さくなっているので、封止樹脂中に多量に含有させた場合においても、この封止樹脂の重量が増大してしまうなどの問題も生じることがない。さらに、自身の重量によってＡｌＮ粒子が均一に分散させることが困難になり、偏析するなどの問題も生じることがない。 Since the AlN particles thus obtained have sufficient cavities inside and the density thereof is sufficiently small, the weight of the sealing resin even when contained in a large amount in the sealing resin There will be no problems such as increase in Furthermore, it becomes difficult for AlN particles to be uniformly dispersed by its own weight, and problems such as segregation do not occur.

この結果、本発明のＡｌＮ粒子は、ＡｌＮ本来の高絶縁性及び高熱伝導性に基づいて、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、本発明の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。 As a result, the AlN particles of the present invention are effective as a filler to be contained in the sealing resin for electronic component devices and semiconductor devices based on AlN's inherent high insulation and high thermal conductivity. That is, by including the AlN particles of the present invention in the sealing resin, the thermal conductivity of the sealing resin can be enhanced while ensuring the insulating property of the sealing resin.

また、本発明のＡｌＮ粒子は、マイクロ波照射によって数分から数十分のオーダの短時間で製造することができるので、従来の焼成による製造に比較してエネルギー効率も大幅に上昇し、エネルギー消費量を大幅に削減することができる。さらに、製造歩留まりも向上する。 In addition, since the AlN particles of the present invention can be produced in a short time on the order of several minutes to several tens of minutes by microwave irradiation, the energy efficiency is greatly increased compared with the production by conventional firing, and the energy consumption is reduced. The amount can be greatly reduced. Furthermore, the manufacturing yield is also improved.

なお、上記中空部の体積は、得られたＡｌＮ粒子のかさ密度を測定し、ＡｌＮの理論的な質量を考慮して求めたものである。 In addition, the volume of the said hollow part measured the bulk density of the obtained AlN particle | grain, and calculated | required it considering the theoretical mass of AlN.

なお、本発明のＡｌＮ粒子は、その平均粒子径を１μｍ〜５０μｍの範囲となるようにして製造することができる。 In addition, the AlN particle | grains of this invention can be manufactured so that the average particle diameter may become the range of 1 micrometer-50 micrometers.

但し、本発明のＡｌＮ粒子は、上述したように、アルミナ粒子表面での還元反応を通じて製造されるので、その表面には突起状物などが形成される場合が多く、全体としてみれば球状を呈するものの、その表面はいびつな形状となっている場合が多い。 However, since the AlN particles of the present invention are produced through a reduction reaction on the surface of the alumina particles as described above, projections and the like are often formed on the surface, and as a whole, they are spherical. However, the surface often has an irregular shape.

以上、本発明によれば、熱伝導性フィラーとして好適に用いることができる新規な構成のＡｌＮ粒子を簡易に提供することを目的とする。 As mentioned above, according to this invention, it aims at providing simply the AlN particle of the novel structure which can be used suitably as a heat conductive filler.

本発明の窒化アルミニウム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 particle | grains of this invention. 実施例における窒化アルミニウム粒子のＸＲＤ測定結果である。It is a XRD measurement result of the aluminum nitride particle | grains in an Example. 実施例における窒化アルミニウム粒子のＳＥＭ写真である。It is a SEM photograph of the aluminum nitride particle 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粒子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 aluminum nitride particles 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粒子の製造装置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、内側坩堝１１１の上方には石英ウール１４が内側坩堝１１１を塞ぐようにして設けられている。 As shown in FIG. 1, the aluminum nitride particle 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. Furthermore, quartz wool 14 is provided above the inner crucible 111 so as to close the inner crucible 111.

なお、図１においては、内側坩堝１１１が外側坩堝１１２に対して突出し、断熱部材１２を貫通してその上部が開口するようにして設けられているが、以下に説明するように断熱部材１２はマイクロ波透過性であるので、必ずしも上述のように構成する必要はなく、内側坩堝１１１及び外側坩堝１１２を同じ高さとして断熱部材１２で密閉するようにしてもよい。この場合、石英ウール１４は排除することができる。 In FIG. 1, the inner crucible 111 protrudes from the outer crucible 112 and passes through the heat insulating member 12 so that the upper portion thereof is opened. However, as described below, the heat insulating member 12 is Since it is microwave transmissive, it is not always necessary to configure as described above, and the inner crucible 111 and the outer crucible 112 may have the same height and may be sealed with the heat insulating member 12. In this case, the quartz wool 14 can be eliminated.

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〜２００μｍ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〜５０μｍとすることができる。なお、アルミナ粒子の大きさは、目的とする窒化アルミニウム粒子（ＡｌＮ粒子）の径を決定する大きな要素となるので、これらを考慮した上で決定することが要求される。 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 200 μm. The alumina particles may have an average particle diameter (D ₅₀ ) of 1 μm to 50 μm. Note that the size of the alumina particles is a large factor that determines the diameter of the target aluminum nitride particles (AlN particles).

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（特にカーボン粒子）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 thermally shuts off the crucible 11 from the outside, introduces microwaves into the crucible 11, and heats the raw material (particularly carbon particles) disposed in the crucible 11, the temperature thereof is simple and sufficient. It is for holding. 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ＡｌＮ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 the material constituting the microwave absorber 13, the operation for obtaining the target AlN 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、ＡｌＮ粒子の製造方法について説明する。 Next, a method for producing AlN 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ＡｌＮ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、ＡｌＮ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ＡｌＮ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 AlN particles can be obtained through the target reaction, but preferably the mixing ratio of carbon particles and alumina particles (carbon Particles / alumina particles) so as to be equal to or higher than the stoichiometric mixing ratio (carbon particles / alumina particles) of carbon particles and alumina particles required for producing AlN. Thereby, the manufacturing conditions for obtaining the target AlN 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、ＡｌＮ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 and alumina particles (carbon particles / alumina particles) is the stoichiometric mixing ratio of carbon particles and alumina particles required for producing AlN (carbon particles / alumina particles). ) 4/3 times 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、目的とするＡｌＮ粒子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 target AlN particles can be produced.

なお、原料Ｓ、すなわちカーボン粒子及びアルミナ粒子からのＡｌＮ粒子の生成は、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＋３Ｃ＋Ｎ_２→２ＡｌＮ＋３ＣＯ In addition, the production | generation of the AlN particle | grains from the raw material S, ie, a carbon particle, and an alumina particle is based on the reaction formula of carbon reductive nitriding as shown below.
Al ₂ O ₃ + 3C + N ₂ → 2AlN + 3CO

但し、熱的に平衡な焼成などの加熱処理と異なり、マイクロ波照射は、熱的に非平衡な加熱処理である。すなわち、カーボン粒子はマイクロ波吸収が高く、その結果、高温にまで加熱されるが、アルミナ粒子はマイクロ波吸収が低く、その結果、比較的低い温度にまでしか加熱されない。したがって、アルミナ粒子とカーボン粒子との、上記反応式による反応は、アルミナ粒子の比較的表層部分でのみ行われるようになる。一方、その間、アルミニウム及び酸素がアルミナ粒子の表面に向かい固相拡散する。 However, unlike heat treatment such as thermal equilibrium baking, microwave irradiation is a heat non-equilibrium heat treatment. That is, carbon particles have high microwave absorption, and as a result, are heated to a high temperature, while alumina particles have low microwave absorption, and as a result, are heated only to a relatively low temperature. Therefore, the reaction between the alumina particles and the carbon particles according to the above reaction formula is performed only at a relatively surface portion of the alumina particles. On the other hand, during that period, aluminum and oxygen are solid-phase diffused toward the surface of the alumina particles.

アルミナ粒子表面で還元反応が行われている間は、未反応のアルミニウム及び酸素がアルミナ粒子内部から表面に向けて拡散し続けるので、このような物質拡散によってアルミナ粒子、すなわち最終的に得たＡｌＮ粒子は内部が空洞になるようにして製造される。結果として、上述のような、全体積の５％〜４０％の割合で内部に中空部を有するＡｌＮ粒子が製造され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。 While the reduction reaction is being performed on the surface of the alumina particles, unreacted aluminum and oxygen continue to diffuse from the inside of the alumina particles toward the surface, and thus the alumina particles, that is, the AlN finally obtained by such material diffusion. The particles are produced such that the interior is hollow. As a result, it is considered that AlN particles having hollow portions therein are produced at a rate of 5% to 40% of the total volume as described above. 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.

この結果、本実施形態のＡｌＮ粒子は、ＡｌＮ本来の高絶縁性及び高熱伝導性に基づいて、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、本実施形態の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。 As a result, the AlN particles of the present embodiment are effective as fillers to be contained in the sealing resin for electronic component devices and semiconductor devices, based on AlN inherent high insulation and high thermal conductivity. That is, by including the AlN particles of the present embodiment in the sealing resin, the thermal conductivity of the sealing resin can be enhanced while ensuring the insulating property of the sealing resin.

なお、本実施形態のＡｌＮ粒子の平均粒子径は、上述したアルミナ粒子の平均粒子径に起因して、１μｍ〜５０μｍの範囲となるようにして製造することができる。 In addition, the average particle diameter of the AlN particles of the present embodiment can be produced so as to be in the range of 1 μm to 50 μm due to the above-described average particle diameter of the alumina particles.

但し、本実施形態のＡｌＮ粒子は、上述したように、アルミナ粒子表面での還元反応を通じて製造されるので、その表面には突起状物などが形成される場合が多く、全体としてみれば球状を呈するものの、その表面はいびつな形状となっている場合が多い。 However, since the AlN particles of the present embodiment are produced through a reduction reaction on the surface of the alumina particles as described above, there are many cases where protrusions and the like are formed on the surface, and the spherical shape as a whole is formed. Although present, the surface often has an irregular shape.

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。なお、マイクロ波照射によって原料Ｓが飛散するような場合においても、内側坩堝１１１の上部は石英ウール１４によって塞がれているので、原料Ｓが内側坩堝１１１の外部に漏洩することはない。 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. Even when the raw material S is scattered by microwave irradiation, the upper portion of the inner crucible 111 is closed by the quartz wool 14, so that the raw material S does not leak to the outside of the inner crucible 111.

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ＡｌＮ粒子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 AlN particles are relaxed, and the intensity of the microwave to be irradiated can be 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ＡｌＮ粒子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、この事項も、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 production conditions for obtaining the target AlN particles 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.

上述のようにして得たＡｌＮ粒子には、さらに６００℃〜８００℃の温度で加熱処理を行い、ＡｌＮ粒子の表面に残留する炭素を除去することができる。これによって、不純物の少ないＡｌＮ粒子を得ることができる。 The AlN particles obtained as described above can be further heat-treated at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. to remove carbon remaining on the surface of the AlN particles. Thereby, AlN particles with few impurities can be obtained.

（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)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-II１．０ｇを用いた。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ＡｌＮ粒子を得た。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、照射時間は３０分とした。 Example 1
The raw material S obtained by weighing and mixing activated carbon (Norrit SX-II) and Micron alumina (AX116) at a molar ratio of 4: 1 was 0.6 g, and 1.0 g of activated carbon Nolit SX-II was used as the microwave absorber 13. . Next, AlN particles were obtained using the production apparatus 10 shown in FIG. 1 according to the production method described above. The intensity of the microwave irradiated from the microwave irradiation apparatus was 450 W, and the irradiation time was 30 minutes.

図２は、得られたＡｌＮ粒子のＸＲＤ測定結果である。図２から明らかなように、Ａｌ_２Ｏ_３に起因したピークが若干見られるものの、ＡｌＮに起因した強いピークが観察され、上述した活性炭及びマイクロンアルミナからほぼ完全なＡｌＮ粒子が製造できていることが確認された。 FIG. 2 is an XRD measurement result of the obtained AlN particles. As is clear from FIG. 2, although some peaks due to Al ₂ O ₃ are observed, strong peaks due to AlN are observed, and almost complete AlN particles can be produced from the above-mentioned activated carbon and micron alumina. Was confirmed.

なお、図３には、上述のようにして得たＡｌＮ粒子のＳＥＭ写真を示す。図３から明らかなように、得られたＡｌＮ粒子はいびつであって、中空粒子の殻が割れたような粒子も確認できる。したがって、割れないで存在するＡｌＮ粒子は、そのほとんどが内部に空洞を有することが推認される。 In addition, in FIG. 3, the SEM photograph of the AlN particle | grains obtained as mentioned above is shown. As is apparent from FIG. 3, the obtained AlN particles are irregular, and it can be confirmed that the shells of the hollow particles are broken. Therefore, it is presumed that most AlN particles present without cracking have cavities inside.

実際、このようにして得たＡｌＮ粒子のかさ密度を測定し、ＡｌＮの理論的な質量を考慮してその内部空洞率を測定したところ、全体積中約５％〜４０％の範囲であることが確認された。 Actually, the bulk density of the AlN particles thus obtained was measured, and the internal cavity ratio was measured in consideration of the theoretical mass of AlN, and it was in the range of about 5% to 40% in the total volume. Was confirmed.

（実施例２）
原料Ｓとマイクロ波吸収体１３に用いるカーボンとして純カーボン（トーカブラック＃１８５００／Ｆ）の１．０ｇを用いた以外は、実施例１と同様にしてＡｌＮ粒子を製造した。 (Example 2)
AlN particles were produced in the same manner as in Example 1 except that 1.0 g of pure carbon (Toker Black # 18500 / F) was used as the carbon used for the raw material S and the microwave absorber 13.

得られたＡｌＮ粒子の形状は、図３に示すようなものであり、実施例１と同様にして内部空洞率を求めたところ、全体積中約５％〜４０％の範囲であることが確認された。 The shape of the obtained AlN particles is as shown in FIG. 3, and when the internal void ratio was determined in the same manner as in Example 1, it was confirmed that it was in the range of about 5% to 40% in the total volume. It was done.

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窒化アルミニウム粒子の製造装置
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Aluminum nitride particle manufacturing apparatus 11 Crucible 111 Inner crucible 112 Outer crucible 13 Microwave absorber 14 Quartz wool 15 Microwave irradiation apparatus 16 Conduit

Claims

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する工程とを具え、
全体積の５％〜４０％の割合で内部に中空部を有する窒化アルミニウム粒子を製造することを特徴とする、窒化アルミニウム粒子の製造方法。 Mixing carbon particles and alumina particles and placing them in a crucible;
Irradiating the carbon particles and the alumina particles with microwaves in a nitrogen atmosphere,
A method for producing aluminum nitride particles, comprising producing aluminum nitride particles having hollow portions therein at a ratio of 5% to 40% of the total volume.

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粒子の製造方法。 The method for producing aluminum nitride particles according to claim 1, further comprising a step of arranging a microwave-permeable heat insulating member around the crucible.

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２に記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法。 The method for producing aluminum nitride particles according to claim 2, wherein the heat insulating member is made of alumina.

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１〜３のいずれか一に記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法。 The said carbon particle is activated carbon particle, The manufacturing method of the aluminum nitride particle as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.

前記カーボン粒子と前記アルミナ粒子との混合比（カーボン粒子／アルミナ粒子）は、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）以上となるように設定したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法。 The mixing ratio between the carbon particles and the alumina particles (carbon particles / alumina particles) is the stoichiometric mixing ratio (carbon particles / alumina particles) required when the aluminum nitride is produced. The method for producing aluminum nitride particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the aluminum nitride particles are set to be equal to or greater than (alumina particles).

前記窒化アルミニウム粒子に対して６００℃〜８００℃の温度で加熱処理を行い、前記窒化アルミニウム粒子の表面に残留する炭素を除去する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の窒化アルミニウム粒子の製造方法。 6. The method according to claim 1, further comprising a step of performing heat treatment on the aluminum nitride particles at a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. to remove carbon remaining on the surfaces of the aluminum nitride particles. The manufacturing method of the aluminum nitride particle | grains as described in any one.

前記アルミナの平均粒子径が１μｍ〜５０μｍの範囲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粒子の製造方法。 The average particle diameter of the said alumina is the range of 1 micrometer-50 micrometers, The manufacturing method of the aluminum nitride particle as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.

前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が１μｍ〜５０μｍの範囲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粒子の製造方法。 The average particle diameter of the said aluminum nitride particle is the range of 1 micrometer-50 micrometers, The manufacturing method of the aluminum nitride particle as described in any one of Claims 1-7 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、
前記坩堝の周囲に設けられた、マイクロ波透過性の断熱部材と、
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するためのマイクロ波照射装置と、
を具えることを特徴とする、窒化アルミニウム粒子の製造装置。 A crucible in which carbon particles and alumina particles are mixed and arranged;
A microwave-permeable heat insulating member provided around the crucible;
A microwave irradiation device for irradiating the carbon particles and the alumina particles with microwaves in a nitrogen atmosphere;
An apparatus for producing aluminum nitride particles, 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９に記載の窒化アルミニウム粒子の製造装置。 The said heat insulation member consists of alumina, The manufacturing apparatus of the aluminum nitride particle | grains of Claim 9 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９又は１０に記載の窒化アルミニウム粒子の製造装置。 The aluminum nitride particles according to claim 9 or 10, 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１１に記載の窒化アルミニウム粒子の製造装置。 The apparatus for producing aluminum nitride particles according to claim 11, wherein the microwave absorber is made of carbon.