JPS593810A - 電子材料基板添加剤 - Google Patents

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】 電子材料基板添加剤、特に高熱伝導性及び高絶縁性を有
する電子材料基板添加剤に係るものである。

近年各種の電子材料機器が出廻シ、又これら材料の複雑
、多様化等と相俟ってコンパクト化も進められている。

これらにあって、各種電子回路の集積化に伴ない、回路
の局所的な発熱が回路の性能等に大きな影響を及ぼし、
回路の集積度はその熱放散容量によって律せられる。

この為、従来においては、集積回路の裏面に厚手の銅板
を設けて熱放散を助けたり、熱放散の目的でフィンやフ
ァンを設ける等かなり犬がかシな装置を要し、その割に
は思う様に放熱きれない等の欠点があった。

又、金鵬を硝子でくるみ、金属による熱放散と硝子によ
る絶縁性を期待するものもあるが、これもそれ程性能の
よいものではない。

更に、シリコン系樹脂やエポキシ系樹脂に、熱伝導性充
填物として高純度アルミナの焼結体粉末や、窒化硼素焼
結体粉末全混入したものもあるが、これらもそれ程高熱
伝導性が得られない０ 又、炭化珪素を主成分とし、これに酸化ベリリウム若し
くは窒化珪素を添加し、これを焼結体粉末として樹脂に
混入することにより、高熱伝導性及び高電気絶縁性を付
与しようとする提案がなされている（特開昭５６−１６
１４６１号芸報参照）。しかしながらこの方法は、焼結
体であることヲ要する為、特に炭化珪素の焼結体′ｆｆ
：得るにはかなりの高温と圧力ｆ：要すると共に、これ
と共に酸化ベリリウムを用いる場合には、これの毒性が
問題となり、作業環境や衛生上の観点から工業的な製造
は著しい制約を受けなければならない欠点がある。

又、酸化べＩＪ　ＩＪウムの代りに窒化珪素を用いる場
合には、炭化珪素の焼結に対し、高温を要する為、窒化
珪素はその一部が窒素と珪素に分解し、絶縁性を損う欠
点がある。

本発明者はこれらの点に鑑み、高熱伝導性であってしか
も高絶縁性を有する電子材料基板添加剤を見出すことを
目的として種々研究、検討した結果、特足形態となって
いる炭化珪素と窒化珪素ヲ用いることにより、前記目的
を達成し得ることを見出した。

かくして本発明は、炭化珪素を核とし、該核を窒化珪素
で被覆された形態を有する炭化珪素と窒化珪素とが接合
された結晶粒子から成る電子材料基板添加剤を提供する
にある。

本発明において、核となる炭化珪素の粒径は、あまシ大
きすぎると、後述するようにこれを樹脂と混合した際に
局所的な熱伝導性を生ずる虞れがあり、この為、炭化珪
素の粒径は、一般に１０μ程度以下が適当である。

又、これを被覆するような形態で存在せしめられる窒化
珪素の厚さは、これがあまり薄すぎると電気絶縁性が不
十分となシ、逆にあまり厚くなシすぎると、炭化珪素が
有する良好な熱伝導性が実質的に阻害されるので何れも
好ましくない。この為、窒化珪素の厚さは５Ｘ１０−’
〜ｌμ程度を採用するのが適当である。

この様な炭化珪素と窒化珪素との複合体の製造方法とし
ては、いくつかの方法があるが、特に次の様な方法を採
用して製造を行なう場合には、高熱伝導性及び高電気絶
縁性が長期にわたり安定して得られる添加剤となシ得る
ので特に好ましい。

四塩化珪素の様なハロゲンを含む無機珪素化合物とアン
モニアとを非酸化性雰囲気下に反応せしめて、非晶質な
珪素の菫化物を合成させ、この際この合成と同時に活性
な炭素を生成する炭素質物質ヲ、予め存在させておくこ
とによシ、先づ活性な炭素を核としてこれを取シ囲むよ
うに非晶質な珪素の窒化物を生成させる。次いで非酸化
性雰囲気下において非晶質な珪素の蟹化物を加熱によシ
、α晶の窒化珪素に転化せしめる。

この操作を行なうと、活性な炭素と一部非晶質な珪素の
蟹化物が反応し、炭化珪素が生成する。かくして炭素質
物質の量を適宜選択することにより、生成する炭化珪素
の量を制御することが出来る。

本発明に用いられるハロゲンを含む無機珪素化合物は、
５ｉＣ１４の他、例えば５ｉＨＣ１１，５ｉＨ２ＣＩ□
。

５ｉＨ３Ｃ：１　、　ＳｉＢｒ４　、５ｉＨＢｒ３　、
５ｉＨ２Ｂｒ２．８１Ｈ３Ｂｒ　。

Ｓ１工、　、　Ｓｉｎ工３．　ＳｉＨ２工２．５ｉＨ１
■、　５ｉＣ１２Ｂｒ２゜５ｉＣ１２工２等であり、こ
れらは常温でガス状のものもあるが、液状や固体状のも
のもあシ、これらは均一な反応を速やかに実施する為に
、例えば適当な間接加熱等の手段にＩシ一旦ガス化せし
めて反応に供するのが適当である。

反応に用いられるアンモニアの量は、原料として用いら
れるハロゲンを含む無機珪素化合物に対し、モル比で０
．１〜６を採用するのが適当である。用いるアンモニア
の量が前記範囲に満たない場合には、ハロゲンを含む無
機珪素化合物の反応率が低く工業的でなく、逆に前記範
囲を超える場合には、ハロゲン化アンモニウムの固体が
析出し、反応操作上困難を伴なうのでイ０」れも好まし
くない。

そしてこれら範囲のう°ち、前記モル比で０．５〜５を
採用する場合には、反応を効果的且工業的有利に行なえ
るので特に好ましい。

次に本発明に用いられる炭素質物質としては、ハロゲン
を含む無機珪素化合物とアンモニアの反応によって非晶
質な珪素の蟹化物が生成される段階で分解して活性な炭
素を生成する物質である事が必要であシ、かかる炭素質
物質を用いない場合には、本発明の目的である高熱伝導
性と高絶縁性を廟する添加剤を得ることは困難である。

かかる炭素質物質としては、一般に含ハロゲン紀和若し
くは含ハロゲン不飽和炭化水素又は言ハロゲン芳香族炭
化水素のうち、何れもノ・ロゲン原子に対し、水素の数
が等しいか犬であるものを適宜一種若しくは二種以上混
合して用いることが出来る。

具体的には、ジクロルエチレン、塩化メチル。

塩化メチレン、ジクロルエタン、トリクロルエタン、塩
化ビニルが好適であり、炭化珪素への転化も制御し易い
ので、特に好ましい。その他の手段としては、少々操作
が煩雑となるが、非晶質な珪素の窒化物が生成する段階
でカーボンブラック粉の様な炭素そのものを反応系に吹
き込む等の手段も採用し得る。要するに本発明にあって
は、予め非晶質な珪素の窒化物を侍ておき、これに炭素
を混合したのでは、本発明の目的は達成されないのであ
る。

これら炭素質物質の使用量は、前記の如き炭化珪素の核
の大きさとこれを被°覆する窒化珪素の層の厚さが得ら
れるように選ばれる。即ち、炭素質物質を炭素に換算し
て珪素に対し、モル比で０．５〜１．２程度を採用する
のが適当である。

かくしてこれら原料は非酸化性雰囲気中で反応せしめら
れる。反応温度は４００〜１７００℃程度が採用され、
反応時間は０．１秒〜５時間程度を採用するのが一般的
であるが、かかる反応は１段で実施するよシ、２段に分
けて実施した方が、本発明の目的を完全且安定して達成
し得るので好ましい。即ち１段目としては前記の如き各
原料の配合割合にて非酸化性雰囲気下において温度８０
０〜１２００℃で０．１〜３０秒程度反応全実施し、次
いで２段目として非ば化性雰囲気下において温度１３０
０〜１７００℃にて０．３〜５時間程度焼成するのが適
当である。又第１段目で採用する温度と第２段目で採用
する温度差は、厳密には用いられる原料の種類や反応時
間等により決定されるが、一般に２段目の方が３００〜
７００℃程度高いことが望ましい。

かくすることによシ、本発明の目的が完全に達成され、
しかも炭化珪素は焼結体でなくても十分高熱伝導性を示
し、又窒化珪素も必ずしも焼結体になっている必要はな
く、十分な高絶縁性を呈することが可能となる。

本発明に用いられる非酸化性雰囲気としては、例えばア
ルゴン、窒素ヘリウム、水素等のガス気流を採用するの
が適当である。

次に本発明による添加剤は、これを樹脂と混付し、所望
の厚はと大きさ傾成形して各種電子制料基板として用い
られる。

かかる樹脂としては、例えばシリコン樹脂。

エポキシ樹脂、ポリイミド、　ＰＴＦＦｉ　、　　ポリ
フッ化ビニル、　ＦＦ１Ｐフルオルカーボン等の樹脂を
適宜採用することが出来る。

これら樹脂と祭加剤の使用割合は体積比で一般に４：１
〜１：４、好ましくは４：６〜３ニア程度を採用するの
が適当である。

使用割合が前記範囲に満たない場合には、本発明の所期
の目的を十分達成し得す、逆に作Ｊ　Ｎ己範囲を超える
場合には、基板としての強度が不十分となったり、亀裂
が入る等不都合が生ずる虞れがあるので何れも好ましく
ない。

本発明による添加剤は、単に炭化珪素を絶縁性樹脂で被
覆した様な場合と異なり、炭化珪素と窒化珪素との界面
において一棟の半導体的性質が生じ、高い電気抵抗を肩
する為、窒化珪素本来の高絶縁性と相俟って犬なる絶縁
効果を生ずる利点がある。

次に本発明を実施例によシ説明するｎ 実施例１ 外熱式流通型反応管と反応生成物捕集器とからなる装置
を用い、１０００℃に保持した反応管上部から四塩化珪
素（キャリアガス：Ｎ２）１アンモニアガス、塩化メチ
レン（キャリアガス：Ｎ２）をモル比１　：　１．３　
：　０．９５でそれぞれ別々の導入管よシ吹込み反応さ
せた。

捕集器（約１００℃）に捕集された粉末状生成物’Ｋｌ
素雰囲気下でグラファイト製ルツボに移し、アルゴンガ
ス気流中１５５０℃で２時間の熱処理を行なった。

得られた粉末の分析結果は、ＳｉＣ含有率９４．６チ、
Ｓｉ３Ｎ４含有率４．８％であった。また、この粉末の
粒径は約０．５μであった。

上記粉末をエポキシ系樹脂に体積分率０．６５で混合し
、シート状に成形した。シートの厚さ方向の熱伝導度は
０．１３　ａｌｌ／ｃｍ　−ｓｅｅ　・℃、比抵抗ｌＯ
′。Ωの以上であった。

実施例２ 実施例１と同様な装置を用いて、塩化メチレンの代わシ
にジクロルエチレンを用い、吹込みガスのモル比を四塩
化珪素：アンモニア：ジクロルエチレン−１：１．３：
０．４９とした以外は実施例１と同様な方法により粉末
を得た。得られた粉末は、ｓｉｃ含有率９７．１％、　
Ｅ１１３Ｎ４　含有率２４チであった。この粉末の粒径
は約１．０μであった。

上記粉末をシリコン系樹脂に体積分率０．７で混合し、
シート状に成形した。シートの厚さ方向の熱伝導度は０
．２１　Ｃ１１７ｃｍ　・ｗｅ　・℃、比抵抗１ｏ１０
Ω副以上であった。

比較例１ 実施例１と同様な装置で、吹込みガスとして四塩化珪素
とアンモニアガスのみを用い、モル比１　二１．３で反
応させ非晶質窒化珪素粉末を得た後、この非晶質窒化珪
素粉末とカーボンブラックを珪素と炭素のモル比１　：
　０．９５で望素雰囲気下で温容した後、実施例１と同
様な熱処理を行なった。

得られた粉末はｓｉｃ含有率９４３％、Ｓｉ３Ｎ４含有
率５１％であシ、粒径は約０４μであった。

上記粉末をエポキシ系樹脂に体積分率０．６５で混合し
シート状に成形した。シートの厚さ方向の熱伝導度は０
．１５　Ｃａｔ／ｃｍ−（８）・℃であったが、比抵抗
は４Ｘ１０’Ωのと低い値で９あった。

この結果は、非晶質窒化珪素粉末とカーボンブラックの
反応によシ生成されたＳｉＣ粉末は良好な珪化珪素の被
覆層を有さない構造になっていることに由来するものと
思われる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　炭化珪素を核とし、該核ｆｆ１Ｍ化珪素で被覆さ
   れた形態を有する炭化珪素と窒化珪素とが複合された結
   晶粒子から成る電子材料基板添加剤。 ２、　炭化珪素は平均粒径０，０５〜１０μを有する請
   求の範囲（１〕の添加剤。 ３、　窒化珪素は厚さ５　ｘ　１０”−’〜１μを有す
   る請求の範囲（１）の添加剤。