[發明專利]球狀結晶性二氧化硅粒子及其制造方法

有效

• 申請號: 201580045220.9
• 申請日: 2015-08-25
• 公開（公告）號: CN106660813B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 佐藤裕;矢木克昌;田中睦人;德田尚三;阿江正德
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金高新材料株式會社
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉航;段承恩

提供與以往相比生產率高、制造成本低、且具有高熱膨脹率、高熱導率、高流動性、高分散性、高填充性、低磨損性、高純度、也能夠適用于半導體領域的球狀結晶性二氧化硅粒子及其制造方法。一種球狀結晶性二氧化硅粒子，其特征在于，包含400～5000ppm的鋁，包含80％以上的結晶相。

技術領域

本發明涉及球狀結晶性二氧化硅粒子及其制造方法。

背景技術

二氧化硅粒子可作為樹脂填料使用，例如，作為半導體元件的密封材料用的填料使用。關于二氧化硅粒子的形狀，如果是棱角形狀則在樹脂中的流動性、分散性、填充性變差，并且也會加重制造裝置的磨損。為了對此進行改善，廣泛使用球狀的二氧化硅粒子。

一般地，作為球狀二氧化硅的制法，可采用熱噴射。在熱噴射中，通過使粒子在火焰中通過，來使粒子熔融，粒子的形狀因表面張力而成為球狀。以熔融球化了的粒子彼此不融合的方式進行氣流輸送而被回收，但熱噴射后的粒子被急冷。由于從熔融狀態被急冷，因此二氧化硅幾乎不含晶體而具有非晶質(amorphous)結構。

球狀二氧化硅為非晶質，因此其熱膨脹率和熱導率低。非晶質二氧化硅的熱膨脹率為0.5ppm/K，熱導率為1.4W/mK。這些物性與不具有晶體結構而具有非晶質結構的石英玻璃的熱膨脹率大致等同。

高度填充有熱膨脹率低的非晶質二氧化硅的密封材料，熱膨脹率非常小，因此有時會由于回熔時的加熱溫度、半導體裝置的工作溫度而發生翹曲和/或裂紋。另外，由于熱導率低，從半導體裝置產生的熱的散發也成為問題。

另一方面，已知作為二氧化硅的晶體結構，有方石英、石英、鱗石英等，具有這些晶體結構的二氧化硅與非晶質二氧化硅相比，具有高的熱膨脹率和熱導率。因此，曾提出了用于將非晶質的球狀二氧化硅結晶化來提高熱膨脹率的各種方法(專利文獻1、2)。

用于將非晶質二氧化硅結晶化的以往類型的手段之一，是將高純度的非晶質二氧化硅在高溫下進行熱處理，然后緩冷，由此促進結晶化的方法。在專利文獻3中提出：將球狀的非晶質二氧化硅在1200～1600℃的高溫下加熱5～24小時，使晶體切實地生長后，花費20～50小時緩慢地冷卻至室溫，由此能夠進行方石英化。

另外，在非專利文獻1中，向非晶質的球狀二氧化硅添加0.5～7.0質量％的堿金屬氧化物并進行燒成處理，并報告了該添加對結晶化和相轉變的影響。在無添加的情況下，燒成后的二氧化硅中沒有確認到結晶相。添加量越多、燒成溫度越高，則越促進結晶化。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本公開專利公報2012-102016號說明書

專利文獻2：日本公開專利公報平10-251042號說明書

專利文獻3：日本公開專利公報2001-172472號說明書

非專利文獻

非專利文獻1：樋口昌史等，J.Ceramic Society of Japan 105[5]385-390(1997)，伴隨非晶質二氧化硅的燒結的結晶化和相變中的堿金屬氧化物的影響

發明內容

需要在多種多樣的環境下利用半導體產品，特別是在高溫環境下利用的情況下，要求沒有翹曲和裂紋等。在該情況下，作為熱膨脹率和熱導率高的填料，球狀結晶性二氧化硅是有用的。

得到球狀結晶性二氧化硅的方法之一，是將高純度的非晶質二氧化硅在高溫下進行熱處理，然后緩冷，由此促進結晶化的方法(專利文獻3)。但是，在1200～1600℃的高溫下熱處理時，存在二氧化硅粒子彼此融合或燒結從而結合這樣的問題。另外，為了切實地結晶化，將高溫處理進行到24小時，然后花費20～50小時緩慢地冷卻至室溫，存在生產率低、制造成本高這樣的問題。