[发明专利]球状结晶性二氧化硅粒子及其制造方法

说明书

提供与以往相比生产率高、制造成本低、并且包含许多高热传导率的石英，且具有高流动性、高分散性、高填充性、低损耗性，也能够应用于半导体领域的球状结晶性二氧化硅粒子及其制造方法。一种球状结晶性二氧化硅粒子，其特征在于，结晶相为整体的90质量％以上，石英结晶为整体的70质量％以上。另外，相对于粒子整体，包含按氧化物换算为0.4～5质量％的碱金属中的至少一种。此外，相对于粒子整体，包含按氧化物换算为1～5质量％的碱土金属中的至少一种。

技术领域

本发明涉及球状结晶性二氧化硅粒子及其制造方法、特别是球状石英结晶粒子及其制造方法。

背景技术

二氧化硅粒子被用作树脂用填料，被用作例如半导体元件的密封材料用的填料。关于二氧化硅粒子的形状，如果是有棱角的形状则在树脂中的流动性、分散性、填充性变差。为了改善这些问题，广泛使用球状二氧化硅粒子。

一般而言，作为球状二氧化硅的制法采用喷涂法。喷涂中，使粒子在火焰等的高温区域中穿过，由此粒子熔融，粒子形状由于表面张力而变为球状。被熔融球状化了的粒子以粒子彼此不熔敷的方式进行气流搬送而回收，喷涂后的粒子被快速冷却。由于是从熔融状态快速冷却，因此二氧化硅基本上不含有结晶，而具有非晶质(无定形)结构，一般成为被称作石英玻璃的玻璃状粒子。

球状二氧化硅是非晶质的，因此其热膨胀率和热传导率低。认为这些物性与不具有晶体结构而具有非晶质(无定形)结构的石英玻璃的热膨胀率大致同等，热膨胀率为0.5ppm/K，热传导率为1.4W/mK。

一般在密封材料等中使用的球状二氧化硅粒子是非晶质的，所以热膨胀率低，因此在与树脂混合时具有使混合物(树脂组合物)的热膨胀率下降的效果。由此，能够使树脂组合物的热膨胀率接近于半导体元件，在将树脂组合物用于密封材料等时，能够抑制树脂的固化过程等的加热、冷却时产生的变形。但是，非晶质二氧化硅的热传导率不太高，发热量伴随半导体的高性能化而增大，随之要求效率更好地使产生的热散发。因此，需要热传导率更高的球状二氧化硅粒子。

与非晶质二氧化硅相比，结晶性二氧化硅具有有序且致密的结构，所以热传导率。已知作为二氧化硅的晶体结构，有方英石、石英、鳞石英等，具有这些晶体结构的二氧化硅与非晶质二氧化硅相比，具有高的热膨胀率和热传导率。特别是石英与其他晶体相比具有致密的晶体结构，所以热传导率高达12.8W/mK，认为包含许多石英的球状二氧化硅粒子可得到高的热传导率。

作为用于获得球状结晶性二氧化硅粒子的手段，专利文献1中公开了以下技术：通过将分散有二氧化硅溶胶的分散相液在与该分散相液没有相溶性的连续相液体中穿过细孔而注入，由此制作乳液，从该乳液中将分散相分离而形成饼体，将进行分离而得到的饼体在包含选自Ca、Y、La和Eu中的1种以上元素的结晶化剂的共存下，在800℃以上且1300℃以下的温度范围保持并烧成。

另外，专利文献2中公开了以下技术：将球状熔融二氧化硅在1200～1600℃、特别是1300～1500℃的高温下进行5～24小时加热，切实地生长结晶之后，用20～50小时缓慢地冷却到室温，由此能够使其方英石化。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2005-231973号公报

专利文献2：日本特开2001-172472号公报

发明内容

半导体制品中，要求效率良好地散发产生的热，特别是为了应对与高性能化相伴的发热量增大，对于半导体的密封材料料等的周边构件要求更容易散发热的高热传导材料。为此，作为用于密封材料料等的填料，热传导率高、且可得到高填充率的球状结晶性二氧化硅是有用的。