JP7311077B1 - 酸化物微粒子及び酸化物微粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
同様に、Zr2MoP2O12となる化学量論比の原料に加え、酸化モリブデン及び酸化亜鉛を適量添加することにより、簡便な工程で、Zr2(MoO4)(PO4)2の結晶構造を有し且つMo,Znを含有する酸化物微粒子が得られ、工業製品としての良好な生産性及び歩留りを実現できることを見出した。
[1]Zr2O(PO4)2の結晶構造を有するリン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子であって、
モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を更に含み、
ジルコニウム(Zr):61.0質量%以上91.0質量%以下、リン(P):5.0質量%以上18.0質量%以下、モリブデン(Mo):0.05質量%以上19.0質量%以下及び亜鉛(Zn):0.02質量%以上12.0質量%以下を含有する、酸化物微粒子。
モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を更に含み、
ジルコニウム(Zr):50.0質量%以上74.0質量%以下、リン(P):4.0質量%以上10.0質量%以下、モリブデン(Mo):15.0質量%以上35.0質量%以下及び亜鉛(Zn):0.02質量%以上8.0質量%以下を含有する、酸化物微粒子。
一実施形態に係る酸化物微粒子は、Zr2O(PO4)2の結晶構造を有するリン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子であって、モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を更に含み、ジルコニウム(Zr):61.0質量%以上91.0質量%以下、リン(P):5.0質量%以上18.0質量%以下、モリブデン(Mo):0.05質量%以上19.0質量%以下及び亜鉛(Zn):0.02質量%以上12.0質量%以下を含有する。すなわち一実施形態に係る酸化物微粒子では、リン酸ジルコニウムの結晶構造を構成するジルコニウム(Zr)及びリン(P)に加えて、モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)が含有されている。
また、他の実施形態に係る酸化物微粒子は、Zr2(MoO4)(PO4)2の結晶構造を有するリン酸モリブデン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子であって、モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を更に含み、ジルコニウム(Zr):50.0質量%以上74.0質量%以下、リン(P):4.0質量%以上10.0質量%以下、モリブデン(Mo):15.0質量%以上35.0質量%以下及び亜鉛(Zn):0.02質量%以上8.0質量%以下を含有する。すなわち一実施形態に係る酸化物微粒子では、リン酸モリブデン酸ジルコニウムの結晶構造を構成するジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)及びリン(P)に加えて、更にモリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)が含有されている。
リン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子は、主相としてZr2O(PO4)2の結晶構造を有している。Zr2O(PO4)2の結晶構造は、X線回折により同定することができる。
リン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子全体の質量に対するジルコニウム(Zr)の含有率は、61.0質量%以上91.0質量%以下であり、66.0質量%以上86.0質量%以下であるのが好ましく、70.0%以上86.0質量%以下であるのがより好ましく、80.0質量%以上86.0質量%以下であるのが更に好ましい。
また、リン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子全体の質量に対するリン(P)の含有率は、5.0質量%以上18.0質量%以下であり、6.5質量%以上13.0質量%以下であるのが好ましく、7.0質量%以上13.0質量%以下であるのがより好ましく、7.2質量%以上13.0質量%以下であるのが更に好ましい。
リン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子全体の質量に対する亜鉛(Zn)の含有率は、0.02質量%以上12.0質量%以下であり、0.1質量%以上12.0質量%であるのが好ましく、0.1質量%以上9.3質量%以下であるのがより好ましく、0.1質量%以上2.4質量%以下であるのが更に好ましい。
リン酸モリブデン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子は、主相としてZr2(MoO4)(PO4)2の結晶構造を有している。
この場合、リン酸モリブデン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子全体の質量に対するジルコニウム(Zr)の含有率は、50.0質量%以上74.0質量%以下であり、55.0質量%以上69.5質量%以下であるのが好ましく、58.0質量%以上69.5質量%以下であるのがより好ましく、61.0質量%以上69.5質量%以下であるのが更に好ましい。
また、リン酸モリブデン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子全体の質量に対するリン(P)の含有率は、4.0質量%以上10.0質量%以下であり、5.0質量%以上9.0質量%以下であるのが好ましく、7.0質量%以上9.0質量%以下であるのがより好ましい。
また、リン酸モリブデン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子全体の質量に対する亜鉛(Zn)の含有率は、0.02質量%以上8.0質量%以下であり、2.0質量%以上6.0質量%であるのが好ましく、3.9質量%以上6.0質量%以下であるのがより好ましい。
一実施形態に係る酸化物微粒子の製造方法は、Zr2O(PO4)2の化学量論比に基づいて混合されたZr源物質及びP源物質の混合物に、更にMo源物質及びZn源物質を加えた原料を焼成する(焼成工程)。
リン酸ジルコニウムの化学量論比に基づいて混合された混合物に、モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を添加することで、モリブデン化合物がフラックスとして機能しつつ、反応中に蒸発、揮発し、その過程において焼成物が塊状となるのを抑制し、その結果容易に解砕が可能となり、酸化物微粒子を取得し易くすることができる。また、酸化亜鉛の作用は明らかでは無いが、上記混合物にモリブデン(Mo)のみを含有させると焼成物が塊状となることから、酸化亜鉛によって、酸化モリブデンによる塊生成の抑制効果が促進されると考えられる。
この場合にも、リン酸モリブデン酸ジルコニウムの化学量論比に基づいて混合された混合物に、更にモリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を添加することで、過剰なモリブデン化合物がフラックスとして機能しつつ、反応中に蒸発、揮発し、その過程において焼成物が塊状となるのを抑制し、その結果容易に解砕が可能となり、酸化物微粒子を取得し易くすることができる。また、酸化亜鉛の作用は明らかでは無いが、上記混合物にモリブデン(Mo)のみを含有させると焼成物が塊状となることから、酸化亜鉛によって、酸化モリブデンによる塊生成の抑制効果が促進されると考えられる。
また、前記原料中のZr、P、Mo及びZnの合計モル数に対するZnのモル数の比は、4.0%以上11.0%以下であるのが好ましく、4.0%以上10.5%以下であるのがより好ましい。
また、前記原料中のZr、P、Mo及びZnの合計モル数に対するZnのモル数の比は、2.0%以上6.0%以下であるのが好ましい。
前記有機シラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、iso-プロピルトリメトキシシラン、iso-プロピルトリエトキシシラン、ペンチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン等のアルキル基の炭素数が1~22までのアルキルトリメトキシシランまたはアルキルトリクロロシラン類、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチル)トリクロロシラン類、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、p-クロロメチルフェニルトリメトキシシラン、p-クロロメチルフェニルトリエトキシシラン類等、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン等のエポキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-β(アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のアミノシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のメルカプトシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリス(β-メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン、さらに、エポキシ系、アミノ系、ビニル系の高分子タイプのシランが挙げられる。なお、上記有機シラン化合物は、単独で含まれていても、2種以上を含んでいてもよい。
一実施形態に係る微粒子含有樹脂組成物は、上記酸化物微粒子と、樹脂組成物とを含有する。微粒子含有樹脂組成物としては、特に制限されないが、例えば基板用樹脂組成物、封止用樹脂組成物、接着用樹脂組成物などが挙げられる。基板用樹脂組成物は、例えばCCL(Copper Clad Laminae)用樹脂組成物であり、封止用樹脂組成物は、例えば半導体封止樹脂組成物であり、接着用樹脂組成物は、例えば導電性接着用樹脂組成物である。
そこで、本実施形態に係る微粒子含有樹脂組成物を、ICパッケージ基板などの基板用樹脂組成物或いは封止用樹脂組成物として用いることにより、はんだに加えられる応力が小さくなってクラックの発生が抑制され、デバイスの信頼性を向上することができる。
本実施形態に係る微粒子含有樹脂組成物の製造方法は、上記酸化物微粒子の製造方法によって得られた酸化物微粒子を準備し、該酸化物微粒子と、樹脂組成物とを混合することによって得られる(混合工程)。
上記実施形態の酸化物微粒子の製造方法では、粒子径の揃った酸化物微粒子が得られ、また、塊状の焼成物が極めて少ないことから、樹脂組成物中での酸化物微粒子の分散性が向上し、樹脂組成物中に酸化物微粒子が均一に分散した微粒子含有樹脂組成物を得ることができる。その結果、工業製品としての良好な生産性及び歩留りを実現することができる。
その他の成分としては、シランカップリング剤、流動調整剤、沈降防止剤、フィラー等が挙げられる。前記フィラーとしては、シリカ、アルミナ、窒化アルミ、窒化ホウ素、ガラス繊維等が挙げられ、CCL用としては、ガラス繊維が好ましい。
等が挙げられる。
酸化ジルコニウム(関東化学社製)12.5g、リン酸二水素アンモニウム(関東化学社製)11.6g、酸化亜鉛(関東化学社製)0.8g、三酸化モリブデン(日本無機化学工業社製)5.1gを計量し、アブソリュートミル(大阪ケミカル社製、ABS-W)を用いて、回転数目盛3.5に調整して15分間原料を混合した。混合した原料を取り出し、焼成容器(サヤ)に入れ、電気マッフル炉(アドバンテック東洋社製、FUW252PB)を用いて、反応温度到達時間3時間20分、反応温度1050℃、保持時間10時間として、原料の焼成を行った。焼成後の酸化物微粒子をサヤより取り出し、回収した生成物をメノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム36.5g、リン酸二水素アンモニウム34.1g、酸化亜鉛2.4g、三酸化モリブデン17.0gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、ボールミルによる微解砕を行った。
微解砕を行った生成物50gを1M硫酸水溶液1000g中に浸漬し、超音波振動を10分間印加して酸洗浄を行った。上記の酸洗浄を合計3回行い、その後イオン交換水で通水しながら溶出イオンと硫酸成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム919.6g、リン酸二水素アンモニウム858.5g、酸化亜鉛60.7g、三酸化モリブデン161.1gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、ボールミルによる解砕を行った。
その後、5倍の重量の1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、超音波振動を10分間印加してアルカリ洗浄を行った。上記のアルカリ洗浄を合計2回行い、その後イオン交換水で通水しながらイオン成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム13.6g、リン酸二水素アンモニウム12.7g、酸化亜鉛1.3g、三酸化モリブデン2.4gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム13.6g、リン酸二水素アンモニウム12.7g、酸化亜鉛1.3g、三酸化モリブデン2.4gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして、異なる組成の原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行った。
その後、5倍の重量の1Mol%水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、超音波振動を10分間印加してアルカリ洗浄を行った。上記のアルカリ洗浄を合計2回行い、その後イオン交換水で通水しながらイオン成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム13.4g、リン酸二水素アンモニウム12.5g、酸化亜鉛1.8g、三酸化モリブデン2.3gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム13.4g、リン酸二水素アンモニウム12.5g、酸化亜鉛1.8g、三酸化モリブデン2.3gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行った。
その後、5倍の重量の1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、超音波振動を10分間印加してアルカリ洗浄を行った。上記のアルカリ洗浄を合計2回行い、その後イオン交換水で通水しながらイオン成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム13.2g、リン酸二水素アンモニウム12.3g、酸化亜鉛2.2g、三酸化モリブデン2.3gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム13.2g、リン酸二水素アンモニウム12.3g、酸化亜鉛2.2g、三酸化モリブデン2.3gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行った。
その後5倍の重量の1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、超音波振動を10分間印加してアルカリ洗浄を行った。上記のアルカリ洗浄を合計2回行い、その後イオン交換水で通水しながらイオン成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム80.3g、リン酸二水素アンモニウム74.9g、酸化亜鉛2.7g、三酸化モリブデン42.2gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム11.6g、リン酸二水素アンモニウム10.8g、酸化亜鉛0.8g、三酸化モリブデン6.8gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム11.6g、リン酸二水素アンモニウム10.8g、酸化亜鉛0.8g、三酸化モリブデン6.8gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行った。
その後、5倍の重量の1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、超音波振動を10分間印加してアルカリ洗浄を行った。上記のアルカリ洗浄を合計2回行い、その後イオン交換水で通水しながらイオン成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム11.5g、リン酸二水素アンモニウム10.7g、酸化亜鉛1.1g、三酸化モリブデン6.7gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行い、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム11.5g、リン酸二水素アンモニウム10.7g、酸化亜鉛1.1g、三酸化モリブデン6.7gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。生成物の回収は実施例1と同様に可能であったことから、メノウ製乳鉢で微解砕を行った。
その後、5倍の重量の1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し、超音波振動を10分間印加してアルカリ洗浄を行った。上記のアルカリ洗浄を合計2回行い、その後イオン交換水で通水しながらイオン成分を除去し、得られたウエットケーキを150℃2時間熱風乾燥器で水分を除くことにより、目的とする最終生成物を取得した。
酸化ジルコニウム15.3g、リン酸二水素アンモニウム14.2g、酸化亜鉛0.5g、を計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。本比較例の生成物は、サヤに付着し回収性は不良であったものの、ノミを用いて生成物を砕いて取り出した。得られた生成物は、実施例2と同様にボールミルによる解砕を行った。
酸化ジルコニウム14.2g、リン酸二水素アンモニウム13.3g、三酸化モリブデン2.5gを計量したこと以外は、実施例1と同様にして原料混合物を作製し、焼成を行った。本比較例の生成物は、サヤに付着し回収性は不良であったものの、ノミを用いて生成物を砕いて取り出した。得られた生成物は、実施例2と同様にボールミルによる解砕を行った。
作製した生成物のサヤからの回収性を判断した。生成物がサヤに付着せずに全てを回収できた場合、或いは生成物がサヤに僅かに付着したがほぼ全てを回収できた場合を「良好」とした。生成物の一部がサヤに付着していたものの容易に取り出すことができた場合を「ほぼ良好」とした。一方、生成物のほぼ全てが塊状となってサヤに付着し、生成物をサヤから回収することができなった場合を「不良」とした。
生成物0.05gを0.2%ヘキサメタリン酸水溶液50gに混合し、超音波ホモジナイザーを用いて5分間分散し、レーザー光散乱回折法粒度測定機(マイクロトラックベル社製、MT3300EXII)を用いて粒度分布の測定を行い、50%体積平均径D50を算出した。
作製した試料を0.5mm深さの測定試料用ホルダーにのせ、一定荷重で平らになる様充填し、それを広角X線回折装置(株式会社リガク製、Rint-Ultma)にセットし、Cu/Kα線、40kV/30mA、スキャンスピード2度/分、走査範囲10~70度の条件で、主相結晶構造の同定を行った。
波長分散型蛍光X線分析装置(リガク社製、Supermini200)を用い、作製した試料約2gを容器に入れ、FP(ファンダメンタルパラメター)法を用いたSQX(Scan Quant X)分析にて、元素分析を行った。尚、Hf及びその他の成分は、原料中あるいは製造時等に不可避的に含まれる不純物である。
測定、評価の結果を表1~表2に示す。
Claims (18)
- Zr2O(PO4)2の結晶構造を有するリン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子であって、
モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を更に含み、
ジルコニウム(Zr):61.0質量%以上91.0質量%以下、リン(P):5.0質量%以上18.0質量%以下、モリブデン(Mo):0.05質量%以上19.0質量%以下及び亜鉛(Zn):0.02質量%以上12.0質量%以下を含有する、酸化物微粒子。 - 前記酸化物微粒子全体の質量を100質量%としたときのモリブデン(Mo)の含有率が、1.0質量%以上19.0質量%以下である、請求項1に記載の酸化物微粒子。
- 前記酸化物微粒子全体の質量を100質量%としたときの亜鉛(Zn)の含有率が、0.1質量%以上12.0質量%以下である、請求項1又は2に記載の酸化物微粒子。
- Zr2(MoO4)(PO4)2の結晶構造を有するリン酸モリブデン酸ジルコニウムを含む酸化物微粒子であって、
モリブデン(Mo)及び亜鉛(Zn)を更に含み、
ジルコニウム(Zr):50.0質量%以上74.0質量%以下、リン(P):4.0質量%以上10.0質量%以下、モリブデン(Mo):15.0質量%以上35.0質量%以下及び亜鉛(Zn):0.02質量%以上8.0質量%以下を含有する、酸化物微粒子。 - 前記酸化物微粒子全体の質量を100質量%としたときのモリブデン(Mo)の含有率が、20.0質量%以上31.0質量%以下である、請求項4に記載の酸化物微粒子。
- 前記酸化物微粒子全体の質量を100質量%としたときの亜鉛(Zn)の含有率が、2.0質量%以上6.0質量%以下である、請求項4又は5に記載の酸化物微粒子。
- メディアン径D50が0.05μm以上75μm以下である、請求項1又は4に記載の酸化物微粒子。
- 請求項1又は4に記載の酸化物微粒子と、樹脂とを含有する、微粒子含有樹脂組成物。
- 前記微粒子含有樹脂組成物全体の質量を100質量%としたときの前記酸化物微粒子の含有率が、95質量%以下である、請求項8に記載の微粒子含有樹脂組成物。
- 請求項8に記載の微粒子含有樹脂組成物を含む、封止材又は有機基板。
- Zr2O(PO4)2の化学量論比に基づいて混合されたZr源物質及びP源物質の混合物に、更にMo源物質及びZn源物質を加えた原料を焼成する、酸化物微粒子の製造方法。
- 前記原料中のZr、P、Mo及びZnの合計モル数に対するMoのモル数の比が、6.0%以上16.0%以下である、請求項11に記載の酸化物微粒子の製造方法。
- 前記原料中のZr、P、Mo及びZnの合計モル数に対するZnのモル数の比が、4.0%以上11.0%以下である、請求項11又は12に記載の酸化物微粒子の製造方法。
- Zr2(MoO4)(PO4)2の化学量論比に基づいて混合されたZr源物質、P源物質及びMo源物質の混合物に、更にMo源物質及びZn源物質を加えた原料を焼成する、酸化物微粒子の製造方法。
- 前記原料中のZr、P、Mo及びZnの合計モル数に対するMoのモル数の比が、18.0%以上20.0%以下である、請求項14に記載の酸化物微粒子の製造方法。
- 前記原料中のZr、P、Mo及びZnの合計モル数に対するZnのモル数の比が、2.0%以上6.0%以下である、請求項14に記載の酸化物微粒子の製造方法。
- 前記原料を一段で高温固相反応させる、請求項11又は12に記載の酸化物微粒子の製造方法。
- 前記原料を950℃以上で高温固相反応させる、請求項17に記載の酸化物微粒子の製造方法。
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