耐水性氮化鋁的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐水性氮化鋁粉末的制造方法，其特征在于，實(shí)施磷酸化合物處理工序，其中，在溶劑中，使按照中值粒徑/一次粒徑的比為1.4～5的條件分散在上述溶劑中的氮化鋁粉末與選自磷酸、磷酸的金屬鹽和具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸中的至少1種磷酸化合物接觸;使上述磷酸化合物以按正磷酸根離子換算為0.5～10mg/m2的比例存在于上述氮化鋁粉末的表面。
【專利說明】耐水性氮化鋁的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及耐水性氮化鋁粉末的制造方法。詳細(xì)地說，涉及用于獲得一類既顯示出良好的耐水性、同時(shí)又能高效地維持氮化鋁粉末本身所具有的優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性的氮化鋁粉末的制造方法。
[0002]采用本發(fā)明方法制造的耐水性氮化鋁粉末，當(dāng)將其填充于放熱用復(fù)合材料中時(shí)，可以向該放熱用復(fù)合材料賦予高的熱傳導(dǎo)性。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，伴隨著半導(dǎo)體器件的功率密度的上升，人們要求放熱材料具有更高度的放熱特性。
[0004]作為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件放熱的材料，有一系列被稱為熱界面材料的材料，其使用量正在急速擴(kuò)大。半導(dǎo)體元件所產(chǎn)生的熱通過散熱器或機(jī)殼等發(fā)散時(shí)所經(jīng)由的通路具有熱阻，而該熱界面材料是指用于緩和這種熱阻的材料，該材料能以片狀、凝膠狀、膏狀等各種形態(tài)使用。
[0005]該熱界面材料一般是通過將熱傳導(dǎo)性填料分散在環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂等適當(dāng)?shù)臉渲卸傻膹?fù)合材料。作為該填料，大多使用二氧化硅或氧化鋁。而且，二氧化硅、氧化鋁的導(dǎo)熱率分別只有40W/mK和lW/mK左右。例如在使用氧化鋁的復(fù)合材料的情況下，其導(dǎo)熱率只有I~3W/mK左右。
[0006]另一方面，近年來，半導(dǎo)體器件的功率密度上升，作為其中使用的熱界面材料，開始要求其具有比以往更高的熱傳導(dǎo)性。其中，使用熱傳導(dǎo)性高的氮化物類無(wú)機(jī)物質(zhì)作為上述填料的熱界面材料正在擴(kuò)大市場(chǎng)份額。關(guān)于該氮化物類無(wú)機(jī)物質(zhì)的熱傳導(dǎo)性的發(fā)揮，可以認(rèn)為，這是由于金屬離子與陰 離子的結(jié)合力很強(qiáng)，因而由聲子傳播引起的熱傳導(dǎo)容易。作為上述氮化物類無(wú)機(jī)物質(zhì)，典型的是使用氮化鋁。
[0007]然而，對(duì)于氮化鋁，被指出存在以下問題。首先，由于與構(gòu)成上述復(fù)合材料的樹脂的親合性差，因此，不能在該樹脂中進(jìn)行高度填充，其次，由于氮化鋁與水的反應(yīng)性高，因此在粉末狀態(tài)下與水接觸便會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)生水解，生成氫氧化鋁和氨。因此，由于與樹脂的親合性低而引起氮化鋁與樹脂的界面的熱阻增大，結(jié)果導(dǎo)致得不到顯示足以令人滿意的那么高的熱傳導(dǎo)性的復(fù)合材料，這是目前的現(xiàn)狀。
[0008]為了改善這一現(xiàn)狀，人們?cè)噲D對(duì)氮化鋁粉末的表面進(jìn)行改性。
[0009]例如特開平11-209618號(hào)公報(bào)公開了對(duì)氮化鋁粉末的表面用磷酸進(jìn)行處理的技術(shù)。根據(jù)該方法，雖然粉末的耐水性有一定程度提高，但氮化鋁與樹脂的親合性卻下降了。因此，復(fù)合材料的粘度顯著上升，不能以高的填充率填充到樹脂中。其結(jié)果，應(yīng)用該技術(shù)得到的復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性仍不充分。
[0010]特開平7-33415號(hào)公報(bào)公開了將表面經(jīng)磷酸處理的氮化鋁粉末表面進(jìn)一步用硅烷偶聯(lián)劑、膦酸系偶聯(lián)劑等處理來改善耐水性的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，期待利用偶聯(lián)劑的功能以提高與樹脂的親合性。然而，為了充分發(fā)揮偶聯(lián)劑的功能，必須使用相當(dāng)大的量，因此，氮化鋁粉末的表面被覆層變得很厚，結(jié)果，有可能損害粉末表面的熱傳導(dǎo)性。并且，以兩個(gè)階段進(jìn)行處理還存在成本提高的問題。
[0011]特開2002-226207號(hào)公報(bào)公開了通過在氮化鋁粉末的表面形成氧化鋁層后、再進(jìn)行磷酸處理以進(jìn)一步提高耐水性的技術(shù)。然而，采用該技術(shù)，雖然能夠得到高的耐水性，但除了在粉末表面形成由磷酸處理而形成的被覆層以外，還形成了氧化鋁層，因此，存在氮化鋁粉末表面的熱傳導(dǎo)性進(jìn)一步降低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]因此，本發(fā)明的目的在于，提供一類既顯示出良好的耐水性，同時(shí)又能減少賦予該耐水性的處理劑層的厚度的耐水性氮化鋁粉末的制造方法。根據(jù)本發(fā)明方法制造的耐水性氮化鋁粉末的處理劑層的厚度減少，能夠高效地維持氮化鋁粉末本身所具有的優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性。在將通過本發(fā)明方法制造的耐水性氮化鋁粉末填充到放熱用復(fù)合材料中的情況下，能夠向該放熱用復(fù)合材料賦予高的導(dǎo)熱率。
[0013]本發(fā)明人等為了達(dá)到上述目的而反復(fù)進(jìn)行了精心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使氮化鋁粉末或者在表面形成有氧化鋁層的氮化鋁粉末(以下有時(shí)將其統(tǒng)稱為“氮化鋁粉末”)以在溶劑中分散為特定分散狀態(tài)的狀態(tài)，在該液體中與特定的磷酸化合物接觸，可以在上述氮化鋁粉末表面形成厚度薄的磷酸化合物層，而且由于該層的存在，成功地使氮化鋁粉末兼具優(yōu)良的耐水性和高的熱傳導(dǎo)性，至此完成了本發(fā)明。
[0014]即，本發(fā)明為耐水性氮化鋁粉末的制造方法，其特征在于，
[0015]實(shí)施磷酸化合物處理工序，其中，在溶劑中，使按照中值粒徑/ 一次粒徑的比為1.4~5的條件分散在上述溶劑中的氮化鋁粉末與選自磷酸、磷酸的金屬鹽和具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸中的至少I種磷酸化合物接觸，
[0016]使上述磷酸化合物以按正磷酸根離子換算為0.5~10mg/m2的比例存在于上述氮化鋁粉末的表面。
[0017]<氮化鋁粉末>
[0018]作為本發(fā)明中的氮化鋁粉末，可使用通過以往公知的方法制造的氮化鋁粉末，對(duì)此沒有特殊限定。作為制造本發(fā)明中的氮化鋁粉末的方法，例如可舉出直接氮化法、還原氮化法、氣相合成法等。
[0019]作為本發(fā)明中使用的氮化鋁粉末，為了提高磷酸化合物處理工序的處理效率，優(yōu)選在其表面具有氧化鋁層的氮化鋁粉末。該氧化鋁層可以是在保存氮化鋁粉末時(shí)通過自然氧化形成的氧化膜層，也可以是通過特意進(jìn)行的氧化處理工序形成的氧化膜層。該氧化處理工序可以在氮化鋁粉末的制造過程中進(jìn)行，或者也可以在制造氮化鋁粉末后，作為另外的工序進(jìn)行。例如，對(duì)于采用還原氮化法得到的氮化鋁粉末，為了除去反應(yīng)時(shí)使用的碳，在制造過程中具有氧化處理工序，因此在表面上存在原來的氧化鋁層。也可以對(duì)采用還原氮化法得到的氮化鋁粉末進(jìn)一步進(jìn)行氧化處理工序。
[0020]當(dāng)將氧化處理工序作為另一工序進(jìn)行時(shí)，其條件如下。
[0021]將氮化鋁粉末在含氧氣氛中，優(yōu)選在400~1，000°C的溫度下、更優(yōu)選在600~900°C的溫度下，優(yōu)選加熱10~600分鐘、更優(yōu)選30~300分鐘的時(shí)間，由此可以在粉末表
面形成氧化鋁層。作為上述含氧氣氛，例如可以使用氧氣、空氣、水蒸汽、二氧化碳等，根據(jù)與本發(fā)明的目的的關(guān)系，只要在空氣中、特別是在大氣壓下進(jìn)行處理即可。
[0022]上述氧化鋁層的厚度，只要在不會(huì)導(dǎo)致氮化鋁粉末的熱傳導(dǎo)性顯著降低的范圍內(nèi)確定即可，優(yōu)選將厚度調(diào)整到2~10nm、更優(yōu)選3.6~8nm左右。
[0023]在本發(fā)明中，氮化鋁粉末的一次粒徑可以根據(jù)其用途適宜確定，沒有特殊限制。本發(fā)明中的氮化鋁粉末的一次粒徑，作為數(shù)量平均粒徑，優(yōu)選為0.1~2μπι左右。當(dāng)?shù)X粉末具有氧化鋁層時(shí)，上述的粒徑為包含氧化鋁層厚度在內(nèi)的粒徑。
[0024]本發(fā)明中的氮化鋁粉末的BET比表面積優(yōu)選為I~5m2/g的數(shù)值。
[0025]本發(fā)明中的氮化鋁粉末的一次粒子的形狀沒有特殊限制，例如可以是不定形狀、球形等任意形狀。
[0026]<磷酸化合物>
[0027]本發(fā)明中使用的磷酸化合物為選自磷酸、磷酸的金屬鹽和具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸中的至少I種。
[0028]上述磷酸的概念，除了正磷酸(H3PO4)以外，還包括焦磷酸(Η4Ρ207)、偏磷酸((HPO3)n，其中，η為表示縮合度的整數(shù))等縮合磷酸。
[0029]作為上述磷酸的金屬鹽，可舉出上述磷酸的堿金屬鹽、堿土類金屬鹽、鋁鹽、鎵鹽、鑭鹽等。作為上述堿金屬鹽，例如可舉出鋰鹽、鉀鹽、鈉鹽等。
[0030]作為上述堿土類金屬鹽，例如可舉出鎂鹽、鈣鹽、鍶鹽、鋇鹽等。
[0031]作為上述具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸，例如可舉出甲基膦酸、乙基膦酸、丙基膦酸、丁基膦酸、戊基膦酸、己基膦酸、辛基膦酸、乙烯基膦酸、苯基膦酸、甲基磷酸、乙基磷酸、丙基磷酸、丁基磷酸、戊基磷酸、己基磷酸、辛基磷酸、月桂基磷酸、酸式磷?；谆┧嵋阴サ?。作為本發(fā)明的有機(jī)磷酸，其中優(yōu)選具有碳數(shù)6以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸，更優(yōu)選甲基膦酸、乙基膦酸、丙基膦酸、丁基膦酸、戊基膦酸、己基膦酸、乙烯基膦酸、苯基膦酸、甲基磷酸、乙基磷酸、丙基磷酸、戊基磷酸、己基磷酸和酸式磷?；谆┧嵋阴ィ貏e優(yōu)選苯基膦酸。苯基膦酸具有以下的結(jié)構(gòu)。
[0032]
【權(quán)利要求】
1.耐水性氮化鋁粉末的制造方法，其特征在于， 實(shí)施磷酸化合物處理工序，其中，在溶劑中，使按照中值粒徑/ 一次粒徑的比為1.4~5的條件分散在上述溶劑中的氮化鋁粉末與選自磷酸、磷酸的金屬鹽和具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸中的至少I種磷酸化合物接觸， 使上述磷酸化合物以按正磷酸根離子換算為0.5~10mg/m2的比例存在于上述氮化鋁粉末的表面。
2.權(quán)利要求1所述的耐水性氮化鋁粉末的制造方法，其中，上述磷酸化合物處理工序是使上述氮化鋁粉末與由選自磷酸和磷酸的金屬鹽中的至少I種構(gòu)成的第一磷酸化合物和由選自具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸中的至少I種構(gòu)成的第二磷酸化合物同時(shí)或者按照不同順序依次接觸的工序。
3.權(quán)利要求1或2所述的耐水性氮化鋁粉末的制造方法，其中，上述具有碳數(shù)12以下的有機(jī)基團(tuán)的有機(jī)磷酸包含苯基膦酸。
4.權(quán)利要求3所述的耐水性氮化鋁粉末的制造方法，其中，上述苯基膦酸在上述氮化鋁粉末表面的存在比例按正磷酸根離子換算為0.002~1.5mg/m2。
5.耐水性氮化鋁粉末，其特征在于，通過權(quán)利要求1或2所述的耐水性氮化鋁粉末的制造方法制造。
【文檔編號(hào)】C01B21/072GK103492311SQ201280018103
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】大野秀樹, 王猛, 玉垣萌 申請(qǐng)人:株式會(huì)社德山