球状结晶性二氧化硅颗粒、球状二氧化硅颗粒混合物以及复合材料制造技术

提供一种具有优异的介电特性，并且也能够兼具优异的热特性及流动性的球状二氧化硅颗粒、球状二氧化硅颗粒混合物以及复合材料。一种球状二氧化硅颗粒及包含其的球状二氧化硅颗粒混合物以及复合材料，其特征在于，包含合计60％以上的结晶性方英石相和结晶性石英相，构成所述结晶性方英石相或石英相的多晶晶粒的平均直径为2μm以上，通过遮断圆筒波导管方法(JIS R1660

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】球状结晶性二氧化硅颗粒、球状二氧化硅颗粒混合物以及复合材料


[0001]本专利技术涉及适于形成与频率3GHz以上的高频信号对应的高频用的半导体密封材料以及布线基板的介电特性优异的球状结晶性二氧化硅颗粒、包含该颗粒的球状二氧化硅颗粒混合物、以及将其与树脂复合化而成的复合材料。

技术介绍

[0002]随着与通信技术的高度化相伴的信息量的增大、毫米波雷达等毫米波频带的急速的利用扩大，频率的高频化正在进展。处理这些高频信号的半导体、进行传输的电路基板由成为电路图案的电极和电介体构成。在信号的高速传输中，抑制信号的传播延迟是重要的，因此要求较低的相对介电常数(εr)。除此之外，为了抑制信号的传输时的能量损失，需要介电体材料的介质损耗角正切(tanδ)小。为了达到低介电损耗，介电性材料必须具有低极性和低偶极矩。除了这些介电特性之外，在安装基板时，从抑制来自IC芯片的发热、与电极材料的热膨胀的失配考虑，导热率和热膨胀系数这样的热特性变得重要，而且，为了高抗折强度等，机械特性也变得重要。
[0003]作为介电体材料，主要使用陶瓷填料、树脂以及将它们复合而成的复合物。特别是，随着近年的毫米波频带的利用扩大，要求进一步的低εr、低tanδ的陶瓷填料、树脂。树脂的εr较小而适于高频，但tanδ和热膨胀系数比陶瓷填料大。因此，在将毫米波频带用的填料与树脂复合而成的复合物中，适合(1)陶瓷填料自身的低εr、低tanδ化，(2)高填充陶瓷填料而减少表现较大的tanδ的树脂的量。
[0004]作为陶瓷填料，一直以来使用二氧化硅(SiO2)颗粒。如果二氧化硅颗粒的形状是有棱角的形状，则在树脂中的流动性、分散性、填充性变差，并且制造装置的磨损也发展。为了改善这些，广泛使用球状的二氧化硅颗粒。认为球状二氧化硅填料越接近真球，填充性、流动性、耐模具磨损性越提高，一直追求圆形度高的填料。进而，还一直研究了通过实现填料的粒度分布的适当化而进一步提高填充性。但是，如果通过填料形状的球状化、粒度分布的适当化而过度提高填充率，则作为密封材料的复合物的流动性降低、成形性恶化。为了确保高流动性，难以使二氧化硅填料填充率达到85质量％以上，以往限于小于85质量％。
[0005]作为球状二氧化硅的制法已知有熔喷。在熔喷中，通过使作为原料的破碎二氧化硅颗粒穿过2000℃以上的火焰中，颗粒熔融，颗粒的形状因表面张力而成为球状。以熔融球状化后的颗粒彼此不热粘接的方式进行气流搬送而回收，熔喷后的颗粒被急冷。由于从熔融状态被急冷，因此该二氧化硅(熔融二氧化硅)具有非晶质(非晶)结构。
[0006]由于该球状的熔融二氧化硅为非晶质，因此其热膨胀率和导热率低。非晶质二氧化硅的热膨胀率为0.5ppm/K，导热率为1.4W/mK。这些物性与不具有结晶结构而具有非晶质(非晶)结构的石英玻璃的热膨胀率大致同等。因此，通过混合在高热膨胀率的树脂中，得到降低密封材料自身的热膨胀的效果。作为密封材料，通过使复合物的热膨胀率为接近Si的值，从而在密封IC芯片的情况下，能够抑制由热膨胀行为引起的变形。
[0007]但是，过度地高填充热膨胀率低的非晶质二氧化硅而成的密封材料(复合物)中，有时热膨胀率变得比Si小，有时会由于回流时的加热温度或半导体设备的工作温度，而产生翘曲或裂纹。另外，由于导热率低，所以从半导体设备产生的热的发散也成为问题。
[0008]如上所述，作为3GHz以上的高频对应二氧化硅填料所要求的特性，在显示优异的介电特性的同时，需要满足在树脂中大量配合而能够维持作为密封材料的填充性、流动性、热特性、机械强度性能以及耐模具磨损性等所有要求，但不存在这样的二氧化硅填料和二氧化硅
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树脂复合物。
[0009]鉴于这样的状况，本专利技术人等的目的在于，提供一种在频率为3GHz以上的5G(第5代移动通信方式)用的设备/基板以及使用60GHz以上的毫米波频带的车载雷达等中优异的介电特性的陶瓷填料(球状二氧化硅颗粒)。
[0010]在先技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1：国际公开第2016/031823号
[0013]专利文献2：国际公开第2018/186308号

技术实现思路

[0014]专利技术要解决的技术问题
[0015]本专利技术的目的在于提供一种具有优异的介电特性，并且也能够兼具优异的热特性、流动性的球状二氧化硅颗粒、球状二氧化硅颗粒混合物以及复合材料。
[0016]用于解决技术问题的技术手段
[0017]本专利技术人等以解决上述技术问题为目的而进行了深入研究。结果，发现为了得到兼具低介电常数、低介质损耗角正切等优异的介电特性和高导热率、高热膨胀率等优异的热特性的二氧化硅颗粒，对球状的熔融(非晶质)二氧化硅进行热处理使其结晶化，形成特定的结晶结构是有效的。即，初次确认了本专利技术的球状二氧化硅颗粒与非晶质相比，3GHz以上的高频下的介质损耗角正切大幅降低，且显示高导热率，从而完成了本专利技术。
[0018]专利技术效果
[0019]本专利技术的球状二氧化硅颗粒由于具有特定的结晶结构，因此介电特性优异(介电常数、介质损耗角正切低)，并且与现有的球状结晶性二氧化硅颗粒相比显示优异的热特性()。另外，由于为球状，而且粒度分布窄，能够提高圆形度，因此兼具高流动/高分散性和高填充性。因此，作为填料，能够在用于进行高频信号传输的半导体、基板等中适当地使用。
附图说明
[0020]图1是对颗粒的拍摄面积和周长的计算进行说明的图。
具体实施方式
[0021]根据本专利技术，提供以下的方案。
[0022][1][0023]一种球状二氧化硅颗粒，其特征在于，包含合计60％以上的结晶性方英石相和结晶性石英相，构成所述结晶性方英石相或石英相的多晶晶粒的平均直径为2μm以上，通过遮
断圆筒波导管方法(JIS R1660
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1：2004)求出的10GHz下的介质损耗角正切为0.0020以下。
[0024][2][0025]如[1]所记载的球状二氧化硅颗粒，包含以氧化物换算计为超过0.5质量％且2.0质量％以下的铝。
[0026][3][0027]如[1]或[2]所记载的球状二氧化硅颗粒，所述球状二氧化硅颗粒中的结晶性石英相的比率为30％以上。
[0028][4][0029]如[1]～[3]的任意一项所记载的球状二氧化硅颗粒，所述球状二氧化硅颗粒中的粒径10μm以上的颗粒的圆形度为0.83以上。
[0030][5][0031]一种球状二氧化硅颗粒混合物，其特征在于，包含：95质量％以上且99.9质量％以下的如[1]～[4]的任意一项所记载的球状二氧化硅颗粒；以及0.1质量％以上且5质量％以下的平均粒径0.1μm以下的超微颗粒。
[0032][6][0033]一种复合材料，其特征在于，在树脂中含有85质量％以上且95质量％以下的如[1]～[4]的任意一项所记载的球状二氧化硅颗粒。
[0034]作为二氧化硅(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种球状二氧化硅颗粒，其特征在于，包含合计60％以上的结晶性方英石相和结晶性石英相，构成所述结晶性方英石相或石英相的多晶晶粒的平均直径为2μm以上，通过JIS R1660
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1：2004规定的遮断圆筒波导管方法求出的10GHz下的介质损耗角正切为0.0020以下。2.如权利要求1所述的球状二氧化硅颗粒，其中，以氧化物换算计包含超过0.5质量％且2.0质量％以下的铝。3.如权利要求1或2所述的球状二氧化硅颗粒，其中，所述球状二氧化硅颗粒中的结晶性石英相的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢木克昌，田中睦人，阿江正徳，青山泰宏，
申请(专利权)人：日铁化学材料株式会社，
类型：发明
国别省市：