DE69117090T2 - Wärmeleitender gefärbter Aluminiumnitrid-Sinterkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Wärmeleitender gefärbter Aluminiumnitrid-Sinterkörper und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Keramiksinterkörper, welcher für ein elektronisches Material, wie ein IC-Substratmaterial, ein Baugruppenmaterial oder dergleichen verwendet wird, und insbesondere bezieht sie sich auf einen gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörper, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
- In den letzten Jahren hat die Technik, welche sich auf eine hochintegrierte Schaltungseinheit (LSI) bezieht, einen bemerkenswerten Fortschritt in der entscheidenden Verbesserung des Integrationsgrades gemacht. Dieser Verbesserung des Integrationsgrades und wachsenden Größe eines IC-Chips folgend, ist der Heizwert einer Baugruppe, welche solch einen IC-Chip enthält, ebenfalls verbessert worden. Dementsprechend ist eine Wärmestrahlungseigenschaft eines Substratmaterials, welches für eine Baugruppe für eine Halbleitereinrichtung etc. verwendet wird, als wichtig betrachtet worden. Die Wärmeleitfähigkeit eines Aluminium-Sinterkörpers, welcher im allgemeinen für ein IC-Substrat weitverbreitet angewendet worden ist, ist bezüglich der Wärmestrahlungseigenschaft ziemlich ungenügend. Somit ist es für den Aluminium-Sinterkörper schwierig, mit dem erhöhten Heizwert des IC-Chips fertig zu werden. Dafür sind Untersuchungen gemacht worden, um Berylliumoxid, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, für solch einen Aluminium-Sinter-Körper einzusetzen. Berylliumoxid ist wegen seiner Giftigkeit schwer zu handhaben.
- Auf der anderen Seite wird ein Aluminiumnitrid-Sinterkörper (AlN), welcher ursprünglich hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Isolierbarkeit ohne Giftigkeit hat als ein Material für ein Schaltungssubstrat oder eine Baugruppe für eine Halbleitereinrichtung mit Interesse beobachtet.
- Im allgemeinen wird der Verunreinigungsanteil eines solchen AlN-Sinterkörpers reduziert, um einen AlN-Sinterkörper zu erhalten, welcher in der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isolierbarkeit ausgezeichnet ist. Ein solcher Sinterkörper ist auch in der Lichtdurchlässigkeit ausgezeichnet, und daher wird derselbe für einen optischen Filter etc. in der Praxis vorzugsweise angewendet. Es ist problematisch, den AlN-Sinterkörper für eine Baugruppe etc. anzuwenden, da eine Transmission der Ultraviolett-Strahlung zu einer Fehlfunktion des IC führt.
- Dafür sind verschiedene Forschungen bezüglich des farbigen AlN-Sinterkörpers gemacht worden und von einigen erfolgreichen Beispielen ist berichtet worden.
- Zum Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-233079 einen schwarzen Aluminiumnnitrid-Sinterkörper und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Gemäß dieser Literatur kann ein schwarzer AlN-Sinterkörper durch Hinzufügen eines bestimmten Gehalts an Kalzium-Wolfram-Salz-Pulver und/oder Kalzium-Molybden-Salz-Pulver zum AlN-Pulver, durch Vermischen und Formen desselben und danach durch Brennen des Gemisches in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erhalten werden.
- Auf der anderen Seite beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 63-310772, daß ein schwarzer AlN-Sinterkörper durch Sintern des AlN-Pulvers mit Molybdänmetall oder einer Molybdänverbindung, welche als ein Zusatz dient, erhalten werden kann. Die Aluminiumnitrid-Sinterkörper, die in den oben erwähnten zwei Amsblättern offenbart sind, haben nur niedrige Wärmeleitfähigkeitswerte von ungefähr 100 W/m K.
- AlN ist dafür geeignet, eine Verunreinigung wie Sauerstoff mit einzubauen. Deshalb wird im allgemeinen AlN-Pulver mit einer hohen Reinheit verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Wenn die oben erwähnte Substanz zum Färben hinzugefügt wird, kann dadurch die Wärmeleitfähigkeit reduziert werden. Somit ist es unmöglich gewesen, einen farbigen AlN-Sinterkörper, welcher eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, zu erhalten.
- Ein Substratmaterial für das Tragen eines IC-Chips, welcher eine hohe Ausgangsleistung hat, muß hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, sodaß seine Wärmeabstrahlungseigenschaft verbessert wird, um den IC an einer Fehlfunktion zu hindern, die durch Temperaturanstieg des IC-Chips verursacht wird. Gleichzeitig muß das Substrat gefärbt sein, um das IC an einer Fehlfunktion zu hindern, die durch Transmission der ultravioletten Strahlung verursacht wird. Gemäß den herkömmlichen Techniken ist es schwierig gewesen, ein Keramiksubstrat zu liefern, welches gleichzeitig die zwei Anforderungen für das Substratmaterial für ein IC-Chip, wie hier oben beschrieben, erfüllen kann.
- Weiterhin ist das Dokument EP-A-0207465 auf einen Aluminium-Sinterkörper gerichtet, der Aluminiumnitrid, mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die eine Aluminiumverbindung eines Selten-Erden-Metalls beinhaltet, eine Aluminiumverbindung eines Alkali-Erden-Metalls und eine Aluminiumverbindung eines Selten-Erden-Metalls und eines Alkali-Erdenmetalls und mindestens ein Element ausgewählt aus den Übergangselementen, die aus Gruppe IV, Va, VIA, VIIA und VIII des Periodensystems bestehen und/oder mindestens eine Verbindung davon umfassen, aufweist. Ein Ablauf zur Herstellung des Sinterkörpers umfaßt Vermischen des oben erwähnten Materials, zudem ist das Formen und das Sintern des Gemisches ebenfalls offenbart. Dieses Dokument offenbart nicht einen Kohlenstoffgehalt in dem Sinterkörper, und einen Schwärzungseffekt, der durch den Kohlenstoffgehalt verursacht wird.
- Auf der anderen Seite offenbart US-A-4877760 einen AlN- Basis-Sinterkörper mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, der durch Herstellen eines Presslings eines Materials hergestellt wird, welches AlN und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Elementen der Gruppe IVA, Va, und VIA des Periodensystems und Verbindungen davon besteht, umfaßt, und durch Sintern des Presslings in einem Temperaturbereich von 1500 bis 2000ºC unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, welche eine Quelle aus Bor und/oder Kohlenstoff hat. Der Kohlenstoff und/oder das Bor dient dazu, Boride und Karbide der Elemente, welche zu den Gruppen IV, Va oder VIA gehören, zu erzeugen. Es wird keine Verbindung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der verbesserten thermischen Leitfähigkeit hergestellt. Ferner übersteigt die thermische Leitfähigkeit des offenbarten Sinterkörpers nicht 97 W/mK. Zusätzlich ist kein gemischtes Oxid aus Aluminium und einem Selten-Erden-Metallelement hierin offenbart.
- Schließlich ist die Entgegenhaltung EP-A-0431834 auf einen lichtschützenden Aluminiumnitrid-Sinterkörper gerichtet, der hauptsächlich aus Aluminiumnitrid-Kristallkörnern und aus homogen verteilten Übergangsmetallteilchen und/oder Übergangsmetallverbindungsteilchen besteht, wobei der Sinterkörper eine thermische Leitfähigkeit von 200 W/mK oder mehr hat. Weiterhin ist ein Verfahren zur Anfertigung eines lichtgeschützten Aluminiumnitrid-Sinterkörpers offenbart, welches Formen eines Rohmaterialpulvers, das aus nicht mehr als 30 Gew.-% eines Alkali-Erden-Verbindungpulvers und/oder Selten-Erden-Pulvers und übergangsmetallteilchen und/oder übergangsmetallverbindungsteilchen besteht, der Abgleich des Materialpulvers, das aus Aluminiumnitrid-Pulver besteht und Sintern des gesamten Körpers in einer Reduktiongas-Atmosphäre von 1800 - 2000ºC, wobei das Reduktionsgas aus einem Gasgemisch von Kohlenstoffgas und einem Edelgas besteht. Es wird nicht der Einschluß einer Kohlenstoffverbindung zur Schaffung eines Schwärzungseffektes offenbart, während der Färbungseffekt in diesem Dokument durch den Einschluß eines Alkali-Erden-Metallverbindungspulvers und/oder Selten-Erdenmetallverbindungspulvers und Übergangsmetallteilchen und/oder Übergangsmetallverbindungsteilchen ausgeführt wird. Als weiteres wird das Kohlenstoffgas für das Entfernen des Alluminats der Selten-Erden-Metallelemente aus dem Sinterkörper geliefert.
- Das Dokument EP-A-0342595 offenbart einen Aluminiumnitrid-Sinterkörper, der Aluminiumnitrid als eine Hauptkomponente und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, F, Fe, Co, Ni, Nd und Ho und Verbindungen davon besteht, in einem Gesamtbetrag von nicht mehr als 1,0 Gew.-% und nicht weniger als 0,01 Gew.-% umfaßt, wobei ein Sinterkörper geliefert wird, der gefärbt ist und eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 150 W/mK besitzt.
- Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörper bereitzustellen, der ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit besitzt, welcher als ein elektronisches Material wie ein IC-Baugruppen- oder Substratmaterial von Nutzen ist, und ein Verfahren zur Herstellung desselben anzugeben.
- Das Ziel wird mit einem Sinterkörper gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers gemäß Anspruch 3 und 4 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen erläutert.
- In Anbetracht der oben erwähnten Verhältnisse haben die Erfinder tiefgreifende Untersuchungen an einem AlN-Sinterkörper, der gleichzeitug die Eigenschaften hoher Wärmeleitfähigkeit und einer Färbung besitzt, durchgeführt und fanden die folgenden zwei Punkte:
- (a) Anwesenheit von Kohlenstoff in dem Sinterkörper ist effektiv für die Färbung des Sinterkörpers.
- (b) Wenn der Sinterkörper ein Selten-Erden-Aluminiumoxid enthält, welches ein zusammengesetztes Oxid aus einem Selten-Erden-Oxid und einem Aluminiumoxid ist, und eine Verbindung eines Elements, welches zu der Gruppe IVB, VB oder VIB des Periodensystems gehört, in vorschriftsmäßigen Beträgen mit einem bestimmten Betrag an Kohlenstoff, ist der Sinterkörper mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/m K und nicht mehr als 270 W/m K bei Normaltemperatur gefärbt.
- In einer speziellen Legierung enthält der erfindungsgemäße Aluminiumnitrid-Sinterkörper 100 Gewichtsanteile von AlN, mindestens 0,01 Gewichtsanteile von nicht mehr als 0,5 Gewichtsanteile von Kohlenstoff, mindestens 0,01 Gewichtsanteile und micht mehr als 15 Gewichtsanteile eines Selten-Erden-Aluminiumoxids, bezogen auf den einfachen Stoff eines Selten-Erden-Elements und mehr als ein Gewichtsanteil und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile von mindestens einem Element, ausgewählt aus einer Gruppe von Verbindungen, die Elemente enthält, welche zu den Gruppen IVB, VB oder VIB des Periodensystems gehören, bezogen auf den einfachen Stoff des Elementes. Die Elemente, welche zu der Gruppe IVB des Penodensystems gehören, sind Ti, Zr und Hf und jene, welche zu der Gruppe VB gehören sind V, Nb und Ta, während solche, die zu der Gruppe VIB gehören, sind Cr, Mo und W sind.
- Die Selten-Erden-Elemente sind Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb und Lu. Das Selten-Erden- Aluminiumoxid wird durch eine chemische Reaktion zwischen einem zusätzlichen Selten-Erden-Elementoxid und einem Aluminiumoxid, welches in AlN als Verunreinigung enthalten ist, gebildet, um in dem Sinterkörper enthalten zu sein. Obwohl die Wirkung seiner Existenz nicht mit dem Selten-Erden- Elementtyp variiert, ist es vorzuziehen, irgendeinen von Sc, Y, La und Ge hinzuzufügen, um einen Sinterkörper zu erhalten, welcher in der Zuverlässigkeit in Bezug auf chemische Beständigkeit etc. ausgezeichnet ist.
- Der Kohlenstoffgehalt in dem Aluminiumnitrid-Sinterkörper ist auf einen Bereich von mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 0,5 Gewichtsanteile bezüglich 100 Gewichtsanteile an Aluminiumnitrid begrenzt. Wenn der Kohlenstoffanteil weniger als die Untergrenze dieses Bereiches ist, ist es unmöglich, einen Sinterkörper zu erhalten, der hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Auf der anderen Seite desoxidiert der Kohlenstoff, wenn der Kohlenstoffgehalt die Obergrenze des oben erwähnten Bereiches überschreitet, eine Flüssigphase des Selten-Erden-Aluminiumoxids beim Brennen und verhindert Massenübergang durch solch eine Flüssigphase. Somit ist es unmöglich, einen kompakten Sinterkörper zu erhalten.
- In einem Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörpers gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung sind zu 100 Gewichstanteilen an Aluminiumnitrid mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr 5 Gewichtsanteile an Kohlenstoff, mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile eines Selten-Erden-Elementoxids, bezogen auf den einfachen Stoff des Selten-Erden-Elementes, und mehr als ein Gewichtsanteil und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile von mindestens einem Element, ausgewählt aus einer Gruppe von Oxiden, Karbiden und Nitriden von Elementen, die zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören, bezogen auf den einfachen Stoff des Elementes hinzugefügt, um ein Gemisch zu erhalten. Dieses Gemisch wird in einer vorgeschriebenen Gestalt geformt, um einen Preßling zu erhalten. Dieser Preßling wird in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre unter einer Temperatur von mindestens 1500ºC und nicht mehr als 2100ºC gebrannt.
- Der zusätzliche Betrag an Kohlenstoff ist in Bezug auf die Art des zusätzlichen Kohlenstoffes, den Sauerstoffgehalt in AlN-Rohmaterialpulver, Brennbedingungen und dgl. künstlich bestimmt. Aus ähnlichen Gründen zu den obigen wird mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 5 Gewichtsanteile an Kohlenstoff zu 100 Gewichtsanteilen an Aluminiumnitrid hinzugefügt. Die untere Grenze des hinzugefügten Betrages an Kohlenstoff ist bei 0,01 Gewichtsanteilen festgelegt, so daß der schließlich erhaltene Aluminiumnitrid-Sinterkörper mindestens 0,01 Gewichtsanteile an Kohlenstoff enthält.
- Das hierin verwendete Kohlenstoffmaterial kann aus Ruß, Koks, Graphitpulver, Diamantenpulver oder dgl. hergestellt werden. Es ist vorzuziehen, den Teilchendurchmesser, das spezielle Oberflächengebiet, den pH-Wert, Verdampfungsanteile etc. eines solchen Kohlenstoffmaterials auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, um homogene Verteilung in einem ungesinterten Körper aus Aluminiumnitrid zu erreichen. Insbesondere ist es wirksam, Feinpulver aus Ruß zu benutzen, welches einen BET-Wert von mindestens 200 m²/g hat. Der Begriff "BET-Wert" gibt einen Wert eines bestimmten Oberflächengebietes, welches durch einen Absorptionsprozeß gemessen wird, an.
- Der Pressling wird unter einer Temperatur von mindestens 1500ºC gebrannt, da der Sinterkörper bei einer langsamen Geschwindigkeit unwirtschaftlich verdichtet ist, wenn der Preßling bei einer Temperatur von weniger als 1500ºC gebrannt wird. Auf der anderen Seite ist es schwierig, einen kompakten Sinterkörper zu erhalten, wenn die Brenntemperatur 2100ºC übersteigt, da Aluminiumnitrid ausgezeichnet aufgelöst und verdampft wird. Das Selten-Erden-Aluminiumoxid wird durch die Reaktion zwischen dem Selten-Erden-Element-Oxid und dem Aluminiumoxid gebildet. Kornwachstum von AlN schreitet durch Massenübergang durch eine Flüssigphase desselben Aluminiumoxids voran. Deshalb ist es, wenn die Temperatur zur Bildung einer solchen Flüssigphase, welches der Schmelzpunkt des Selten-Erden-Aluminiumoxids beim Übersteigen von 2100ºC ist, schwierig, einen kompakten Sinterkörper wegen der Auflösung und Verdampfung von AlN zu erhalten.
- Die Wärmeleitfähigkeit des gefärbten Aluminiumnitrid- Sinterkörpers wird durch ein solches Hinzufügen von Kohlenstoff verbessert, denkbar in folgendem Zusammenhang: wenn eine Verbindung des Elements, welches zu der Gruppe IVB, VB oder VIB des Periodensystems gehört, zu dem ungesinterten Körper wird und gemäß der herkömmlichen Methode gebrannt wird, ist die Flüssigphase des Selten-Erden-Aluminiumoxids in der Benetzbarkeit in Bezug auf Aluminiumnitridteilchen unterlegen.
- Die Verbindung des Elements, welches zu der Gruppe IVB, VB oder VIB des Periodensystems gehört, welches in der Benetzbarkeit in Bezug auf AlN-Teilchen unterlegen ist, ist in einem Korngrenzenbereich des gesinterten Körpers vorhanden, um zum Färben des Sinterkörpers beizutragen. Gleichzeitig lösen sich in fester Form Teile der Verbindung in den AlN-Teilchen mit Sauerstoff auf. Wenn die Elementenverbindung in den AlN-Teilchen mit Sauerstoff sich in fester Form auflöst und die AlN-Teilchen in der Benetzbarkeit in Bezug auf die Flüssigphase des Selten-Erden-Aluminiumoxids unterlegen sind, ist es schwierig, Sauerstoff von den AlN-Teilchen zu der Flüssigphase des Selten-Erden-Aluminiumoxids einzufangen. Es ist bekannt, daß Sauerstoff, welches nicht von der Flüssigphase eingefangen wird, sich in fester Form in Teilchen des AlN-Sinterkörpers auflöst, um ein Oxynitrid von Al (Al(8/3+x/3)O4-XNX), Spinel (Al&sub9;O&sub3;N&sub7;), α-Al&sub2;O&sub3; etc. zu bilden und in ausgeprägter Weise die Wärmeleitfähigkeit des Sinterkörpers ohne Rücksicht auf seine Dichte verringert.
- Andererseits haben die Erfinder geklärt, daß Kohlenstoff, der zu dem Rohmaterial hinzugefügt wird, den Sauerstoff desoxidiert, welcher sich in fester Form in den AlN- Teilchen auflöst, gleichzeitig mit einem Teil der Verbindung des Elements, welches zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Penodensystems gehört, der sich in den AlN-Teilchen auflöst, und dieselbigen aus dem System aussondert. Es ist erstaunlich, daß die Benetzbarkeit der Flüssigphase in Bezug auf die AlN- Teilchen, in welchen die Verbindung des Elements, welches zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehört, in fester Form gelöst ist, nicht verstärkt wird, aber Sauerstoff von den AlN-Teilchen ausreichend eingefangen wird. Zumindest ist es möglich, einen Sinterkörper zu erhalten, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Gleichzeitig strahlt der Kohlenstoff, welcher in dem Sinterkörper enthalten ist, sichtbare Strahlen, welche durch den Sinterkörper durchgelassen werden, um wirksam den Sinterkörper zu färben. Es ist denkbar, daß ein gefärbter Sinterkörper, der keine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, erhalten werden kann, da die Wirksamkeit einer solchen Färbung durch den Zusatz von der Verbindung des Elementes, welches zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehört, nicht verloren wird.
- In Bezug auf die Verbindung des Elements, welches zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehört, kann eine Verbindung, welche die oben erwähnte Verbindung durch Brennen bildet, wie eine unorganische Verbindung, wie ein Nitrat oder ein Oxalat eines Elementes, welches zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehört, oder eine metallorganische Verbindung, wie ein Alkoxid anstelle eines Oxides, Karbides oder eines Nitrides verwendet werden, wodurch ein ähnlicher Effekt erhalten wird. Der Effekt des Färbens wird verbessert, wenn insbesondere der Teilchendurchmesser einer solchen Verbindung verringert wird, vorzugsweise auf ungefähr 0,05 - 1 µm. Die Obergrenze des Teilchendurchmessers der Verbindung ist ungefähr das Zwanzigfache des benutzten AlN-Pulvers.
- In einem Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörpers gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 5 Gewichtsanteile einer Verbindung von ausscheidendem Kohlenstoff, bezogen auf den Betrag des freien Kohlenstoffes, mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile eines Selten-Erden-Elementoxids, bezogen auf den einfachen Stoff des Selten- Erden-Elementes, und mehr als ein Gewichtsanteil und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile von mindestens einem Element, ausgewählt aus einer Gruppe von Oxiden, Karbiden und Nitriden eines Elements, welches zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören, bezogen auf die einfache Substanz des Elementes zu 100 Gewichtsanteilen Aluminiumnitrid, hinzugefügt, wodurch ein Gemisch erhalten wird. Dieses Gemisch wird in einer vorgeschriebenen Gestalt geformt, wodurch ein Preßling erhalten wird. Dieser Preßling wird in einer nichtoxidierenden Atmosphäre unter einer Temperatur von mindestens 150ºC und nicht mehr als 1500ºC erhitzt, wodurch der Kohlenstoff ausscheidet. Danach wird der Preßling in einer nichtoxidierenden Atmosphäre unter einer Temperatur von mindestens 1500ºC und nicht mehr als 2100ºC gebrannt.
- Die Verbindung, die Kohlenstoff freisetzt, kann aus einer organischen Verbindung wie einer Fettsäureverbindung oder einer aromatischen Verbindung, oder einer hochmolekularen Verbindung wie Hohlharz, Acrylharz, Phenolharz oder Urethanharz hergestellt sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, Polyacrylnitril, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral, Polyethylen-Terephtalat, Glukose, Fruktose und Sacharose, oder eine Mischung davon zu benutzen.
- Das Merkmal des Verfahrens gemäß des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung findet sich darin, daß die Verbindung, die Kohlenstoff freisetzt, in dem ungesinterten Körper beinhaltet ist, während Kohlenstoff in dem ungesinterten Körper in dem oben erwähnten Verfahren gemäß des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist. Gemäß dieses Verfahren ist es möglich, Kohlenstoff homogen im so-gebildetem Sinterkörper zu verteilen und die Inhomogenität der Verbindung, den Farbton etc. des Sinterkörpers durch passende Auswahl der Verbindung, die Kohlenstoff freisetzt, welcher in dem ungesinterten Körper homogen verteilt ist, zu verringern.
- In einem Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörpers gemäß eines noch anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung werden mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile eines Selten-Erden-Element-Oxids, bezogen auf den einfachen Stoff des Selten-Erden-Elementes, und mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide, Karbide und Nitride der Elemente, welche zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören, bezogen auf den einfachen Stoff des Elementes zu 100 Gewichtsanteilen Aluminiumnitrid, hinzugefügt, wodurch ein Gemisch erhalten wird. Dieses Gemisch wird in eine vorgeschriebene Gestalt geformt, wodurch ein Preßling erhalten wird. Dieser Preßling wird in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, welche mindestens 10 Vol.-% und nicht mehr als 100 Vol.-% an Kohlenwasserstoffgas unter einer Temperatur von mindestens 1500ºC und nicht mehr als 2100ºC enthält, gebrannt.
- Das Kohlenwasserstoffgas wird eingeführt, um durch chemische Reaktion den Sauerstoff aus dem System auszuscheiden. Deshalb kann jedes Gas wirkungsvoll verwendet werden, solange dasselbige Sauerstoff enthält. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, eines aus Methangas, Ethylengas, Acetylengas, Propangas und Butangas zu benutzen.
- In dem oben erwähnten Verfahren gemäß des ersten und zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird das Gemisch zu einem Preßling geformt und Kohlenstoff oder eine Verbindung, die Kohlenstoff freisetzt, zu dem Preßling hinzugefügt, dadurch der Sauerstoff, der einem Teil der Verbindung der Elemente, welche zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehören, welche in den AlN-Teilchen in fester Form sich auflösen, nachfolgt, aus dem System durch Festphasenreaktion mit dem Kohlenstoff entfernt wird. Auf der anderen Seite findet sich das Merkmal des Verfahrens gemäß des dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung darin, daß Sauerstoff, Folgeteil des Elementes, welches zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehört, das sich in fester Form in den AlN- Teilchen auflöst, aus dem System durch Gasphasenreaktion mit dem Kohlenwasserstoffgas ausgeschieden wird. Das Kohlenwasserstoffgas, welches eine höhere Reaktionsfähigkeit als Kohlenstoff oder der Ausscheide-Kohlenstoff hat, reduziert den Sauerstoff wirkungsvoll, welcher dem Teil der Verbindung des Elementes, welche zu der Gruppe IVB, VB, VIB des Periodensystems gehören, die in dem AlN-Teilchen in fester Form sich auflösen, in einer kurzen Zeit folgt, wodurch dasselbige aus dem System ausscheidet. Deshalb ist es möglich, einen gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörper zu erhalten, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, sogar, wenn ein relativ kurzes Brennungsverfahren verwendet wird. In dem Verfahren gemäß des ersten oder zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung kann Ungleichheit in der Zusammensetzung, im Farbton etc. des Sinterkörpers verursacht werden, welche von dem Zerstreuungsstadium des Kohlenstoffes oder der Verbindung des Ausscheide-Kohlenstoffes abhängt. Solche Ungleichheit ist in dem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kaum verursacht.
- Das Selten-Erden-Elementenoxid wird mit einem Betrag von mindestens 0,01 Gewichtsanteil und nicht mehr als 15 Gewichtsanteilen, bezogen auf den einfachen Stoff des Selten- Erden-Elementes, hinzugefügt, so daß der so gebildete Aluminiumnitrid-Sinterkörper ein Selten-Erden-Aluminiumnitrid in dem selben Bereich, bezogen auf den einfachen Stoff des Selten-Erden-Elementes enthält aus dem folgenden Grund: wenn der Betrag kleiner als die Untergrenze des obigen Bereiches ist, ist der Absolutbetrag der Flüssigphase des Selten-Erden-Aluminiumoxides, welches ein zusammengesetztes Oxid ist, so mangelhaft, daß kein verdichteter Sinterkörper erhalten werden kann. Wenn auf der anderen Seite der Betrag die Obergrenze des obigen Bereiches überschreitet, sondert sich ein Übermaß an Flüssigphase auf der Oberfläche des Sinterkörpers ab, wo durch der Farbton des so gebildeten Sinterkörpers mit Flecken etc. unbeständig wird.
- Mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe Oxide, Karbide und Nitride der Elemente, die zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören, wird mit einem Betrag von mehr als einem Gewichtsanteil und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile, bezogen auf den einfachen Stoff des Selten- Erden-Elementes, hinzugefügt, so daß der so geformte Aluminiumnitrid-Sinterkörper eine Verbindung beinhaltet, die das Element in demselben Bereich beinhaltet, aus folgendem Grund: Wenn der Betrag kleiner als die Untergrenze des oben erwähnten Bereiches ist, wird der so geformte Sinterkörper mangelhaft gefärbt. Wenn auf der anderen Seite der Betrag die Obergrenze des oben erwähnten Bereiches übersteigt, ist es unmöglich, einen verdichteten Sinterkörper zu erhalten, da die Verbindung des Elementes sich in der Flüssigphase des Selten-Erden-Aluminiumoxids auflöst, welches ein zusammengesetztes Oxid ist, wodurch seine Benetzbarkeit bezüglich der AlN-Teilchen entscheidend blockiert ist.
- Während der Effekt gemäß der vorliegenden Erfindung genügend durch einfaches Hinzufügen der oben erwähnten Anteile zum Aluminiumnitrid erreicht werden kann, ist es genauso möglich, einen bekannten Binder wie Acrylharz, PVA, PVB oder PMMA, Paraffin oder dergleichen, zu verwenden, um die Verdichtbarkeit des ungesinterten Körpers zu verbessern. Weiterhin können in 100 Gewichtsanteilen AlN maximal 50 Gewichtsanteile des hexogonalen BN enthalten sein, um verschiedene Eigenschaften wie Bearbeitbarkeit zu verbessern.
- In dem Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid- Sinterkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Schritt zum Formen eines Gemisches einer vorgeschriebenen Zusammensetzung durch irgendein Verfahren, wie eine Abstreich-Auftragsmaschine, Pressformen, CIP (cold isostatic pressing) oder dergleichen, durchgeführt werden.
- Der so gebildete wärmeleitende gefärbte Aluminiumnitrid- Sinterkörper stellt die wechselseitigen Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit und Färbungseigenschaft zufrieden. Wenn ein IC-Chip auf ein Substrat des erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid-Sinterkörpers übertragen wird, ist es möglich, den Temperaturanstieg zu unterdrücken, der durch Heizen des IC- Chips und Transmission der Ultraviolett-Strahlung vom Außenbereich verursacht wird. Demzufolge ist es möglich, die Fehlfunktionen des IC-Chips zu verringern. Das Substrat kann in jeder der allgemein bekannten Formen wie DIP (dual in-line package), CERDIP (ceramic dual in-line package), LCC (lead- less chip carrier), eine flache Baugruppe, PGA (pin grid array), eine Kabelschaltungsbaugruppe, eine Trägerleiterplatte und dergleichen, sein. Die Eigenschaften des Substrates, welche Wärmeleitfähigkeit und Färbungseigenschaft sind, werden nicht in irgendeiner dieser Formen verschlechtert. Der erfindungsgemäße Aluminiumnitrid-Sinterkörper, welcher als ein Substratmaterial in jeder der oben erwähnten Formen verwendet wird, umfaßt im allgemeinen eine Leiterschicht aus Wolfram etc., eine Sperrschicht aus Glas etc. oder eine Dünnfilmschaltung. Eine Wirkung einer solchen Leiterschicht, Sperrschicht oder Dünnfilmschaltung wird nicht in einem Substrat zerstört werden, welches aus dem erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid-Sinterkörper gebildet ist.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es - wie hier oben beschrieben - möglich, einen gefärbten Aluminiumnitrid- Sinterkörper zu erhalten, der eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit besitzt. Der erfindungsgemäße Aluminiumnitrid-Sinterkörper wird als ein elektronisches Material für eine IC-Baugruppe oder ein Substrat mit einem hohen industriellen Stellenwert nutzvoll angewendet.
- 1 Gewichtsanteil an Ruß, der einen BET-Wert von 500 m²/g hat, 1 Gewichtsanteil an Yttriumoxid, bezogen auf den einfachen Stoff des Yttriums, und ein Gewichtsanteil an Titanoxid, bezogen auf den einfachen Stoff des Titans, wurden zu 100 Gewichtsanteilen AlN-Pulver hinzugefügt, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm besitzt. Ein Binder, ein Weichmacher, eine Flockenzerstörer, ein Lösemittel, ein Netzmittel und ein Anti-Elektrostatikmittel wurden zu dem Pulver hinzugefügt, und in einer Schwingmühle vermischt. Der Weichspüler wurde aus einem Gemisch von Dibutylphtalat (DBP) und Benzylbutylphtalat (BBP) hergestellt. Der Flockenzerstörer wurde aus Menhaden-Fischöl hergestellt. Das Lösungsmittel wurde aus einem Gemisch von Trichloroethylen, Ethylalkohol und Methylethylketon hergestellt. Das Netzmittel wurde aus Glyzerinmonoeleat hergestellt. Der so-hergestellte Schlamm wurde antischaumiert, wodurch eine grüne Platte aus AlN durch eine Abstreichauftragsmaschine hergestellt wird.
- Diese grüne Platte wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1800ºC für drei Stunden gebrannt, wodurch ein schwarzer Sinterkörper erhalten wurde.
- Die Wärmeleitfähigkeit des Sinterkörpers, welche durch ein Laserstrahlverfahren gemessen wurde, war 150 W/m K bei normaler Temperatur.
- Dieser Sinterkörper enthält Kohlenstoff, Yttrium beziehungsweise Titan in Beträgen von 0,03 Gewichtsanteilen, 0,93 Gewichtsanteile und 0,85 Gewichtsanteile, bezüglich 100 Gewichtsanteile AlN. Eine Probe Nr. 1, gezeigt in der Tabelle 1 und 2, wurde aus diesem Aluminiumnitrid-Sinterkörper gebildet.
- In einem ähnlichen Verfahren zu dem obigen wurden Elemente bezüglich der Legierungen, gezeigt in Tabelle 1, vermischt, um Preßlinge durch eine Abstreichauftragmaschine herzustellen und die Preßlinge wurden bei einer Temperatur in einem Bereich von 1500 bis 2100ºC gebrannt. Tabelle 2 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Yttrium und Elemente (Zusatzstoffe), die zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören, des so gebildeten Sinterkörpers.
- Elemente wurden gemäß den Zusammensetzungen, gezeigt in Tabelle 3, vermischt, um Preßlinge durch eine Abstreich- Auftragemaschine in ähnlicher Weise wie bei Beispiel 1 herzustellen, und dann wurden die Preßlinge bei einer Temperatur in einem Bereich von 1500 bis 2100ºC gebrannt.
- Tabelle 4 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Yttrium und Elementen (Zusatzstoffe), die zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören, des so-gebildeten Sinterkörpers.
- Ein vorgeschriebener Betrag an Polyvinyalkohol, der als eine Verbindung des Ausscheidekohlenstoffes dient, 1 Gewichtsanteil an Yttriumoxid, bezogen auf die einfachen Stoffe des Yttriums und 1 Gewichtsanteil an Titanoxid, bezogen auf den einfachen Stoff des Titans, wurden zu 100 Gewichtsanteilen AlN-Pulver hinzugefügt, welches einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm hat. Ein Binder, ein Weichmacher, ein Lösemittel und ein Netzmittel wurden in dieses Pulver in einer Schwingmühle vermischt. Der Binder wurde aus einem Gemisch von Ethylenvinylacetat (EVA) und Polypropylen (PP) hergestellt. Der Weichmacher wurde aus einem Gemisch von Dibutylphtalate (DBP) und Benzylbutylphtalate (BBP) hergestellt. Das Lösemittel wurde aus Butylalkohol hergestellt. Der so-gebildete Schlamm wurde durch Sprühtrocknung granuliert und preßgeformt unter einem Druck von 1 t/cm².
- Der so-gebildete Preßling wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1000ºC für 10 Stunden wärmebehandelt, um den Kohlenstoff auszuscheiden. Der Betrag an freiem Kohlenstoff war 0,88 Gewichtsanteile bezüglich 100 Gewichtsanteile AlN. Danach wurde der Preßling gefeuert in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 2000ºC für 5 Stunden, wodurch ein schwarzer Sinterkörper erhalten wurde.
- Der so-geformte Sinterkörper der Meß- und Wärmeleitfähigkeit wurde bei normaler Temperatur und den Gehalten an Kohlenstoff, Yttrium und Titanium unterworfen. Als Resultat weist der Sinterkörper eine Wärmeleitfähigkeit von 170 W/m K und Gehalte an Kohlenstoff, Yttrium und Titanium von 0,01 Gewichtsanteile, 0,85 Gewichtsanteile und 0,88 Gewichtsanteile bezüglich 100 Gewichtsanteilen AlN auf. Eine Probe Nr. 31, gezeigt in den Tabellen 5, 6 und 7, wurde durch diesen Aluminiumnitrid-Sinterkörper gebildet.
- In ähnlicher Weise zu der obigen, wurden Elemente entsprechend der Legierungen, die in Tabelle 5 gezeigt sind, vermischt, wodurch durch Preßformen Preßlinge hergestellt wurden. Die Preßlinge wurden unter Bedingungen, wie in Tabelle 6 gezeigt, wärmebehandelt, um Kohlenstoff auszuscheiden. Tabelle 6 zeigt Kohlenstoffgehalte nach solch einer Wärmebehandlung bezüglich 100 Gewichtsanteil AlN. Der wärmebehandelte Preßling wurde bei einer Temperatur in einem Bereich von 1500 bis 2100ºC gebrannt.
- Tabelle 7 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Yttrium und Elementen (Zusatzstoffe), die zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören des so-gebildeten Sinterkörpers.
- 1 Gewichtsanteil an Yttriumoxid bezogen auf den einfachen Stoff des Yttriums und 1 Gewichtsanteil an Titanoxid, bezogen auf den einfachen Stoff des Titans, wurden zu 100 Gewichtsanteilen von AlN-Pulver, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm hat, hinzugefügt. Oktadiene wurden zu diesem Pulver als ein Flockenzerstörer hinzugefügt und dann mit demselbigen in Methylisobutylketon in einer Schwingmühle vermischt. Der so-gebildete Schlamm wurde unter einer Temperatur von 230ºC getrocknet, um einen Preßling durch ein CIP-Verfahren herzustellen. Dieser Preßling wurde in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, die 30 Vol.-% von Butangas und einen Rest von Ammoniakgas enthält, bei einer Temperatur von 1800ºC für eine Stunde gebrannt. Somit wurde ein schwarzer Sinterkörper erhalten.
- Der so-gebildete Sinterkörper wurde der Messung der Wärmeleitfähigkeit bei normaler Temperatur und der Gehalte des Kohlenstoffes, Yttriums und Titans ähnlich zu Beispiel 1 unterworfen. Als Resultat wies der Sinterkörper eine Wärmeleitfähigkeit von 150 W/m K und Gehalte an Kohlenstoff, Yttrium und Titan von 0,01 Gewichtsanteile, 0,94 Gewichtsanteile und 0,97 Gewichtsanteile bezüglich 100 Gewichtsanteile an AlN auf. Eine Probe-Nr. 55, gezeigt in Tabellen 8, 9 und 10, wurde durch diesen Aluminiumnitrid-Sinterkörper gebildet.
- In ähnlicher Weise zu der obigen, wurden Elemente bezüglich der Legierungen, die in Tabelle 8 gezeigt sind, vermischt, um Preßlinge durch ein CIP-Verfahren herzustellen. Die Preßlinge wurden in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gebrannt, die Zusammensetzungen, die in Tabelle 9 gezeigt sind, hat, bei Temperaturen in einem Bereich von 1500 bis 2100ºC.
- Tabelle 10 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Yttrium und Elementen (Zusatzstoffe), die zu zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören des so-gebildeten Sinterkörpers.
- 20 Gewichtsanteile an hexagonalem BN, 1 Gewichtsanteil an Ruß, der einen BET-Wert von 250 m²/g hat, 1 Gewichtsanteil an Skandiumoxid, bezogen auf den einfachen Stoff des Skandiums, und 1 Gewichtsanteil an Titanoxid, bezogen auf den einfachen Stoff des Titans, wurden zu 100 Gewichtsanteilen an AlN-Pulver, das einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 µm hat, hinzugefügt. Ein Binder, ein Weichmacher, ein Lösemittel und ein Netzmittel wurden zu diesem Pulver hinzugefügt und in einer Schwingmühle vermischt. Der Binder wurde aus einem Gemisch von Ethylenvinylacetat (EVA) und Polypropylen (PP) hergestellt. Der Weichmacher wurde aus einem Gemisch von Dibutylphtalat (DBP) und Benzylbutylphtalat (BBP) hergestellt. Das Lösemittel wurde aus Butylalkohol hergestellt. Der so-geformte Schlamm wurde durch Sprühtrocknung granuliert und formgepreßt unter einem Druck von 1 t/cm². Der so gebildete Preßling wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 1900ºC für zwei Stunden gebrannt. Somit wurde ein schwarzer Sinterkörper erhalten.
- Der so-gebildete Sinterkörper wurden der Messung von Wärmeleitfähigkeit bei normaler Temperatur und der Gehalte an Kohlenstoff, Skandium und Titan, ähnlich zum Beispiel 1, unterworfen. Als Resultat wies der Sinterkörper eine Wärmeleitfähigkeit von 130 W/m K und Gehalte an Kohlenstoff, Skandium und Titan von 0,02 Gewichtsanteile, 0,88 Gewichtsanteile und 0,81 Gewichtsanteile bezüglich 100 Gewichtsanteilen an AlN auf. Eine Probenummer 79, die in Tabellen 11 und 12 gezeigt wurden, wurden durch diesen Aluminiumnitrid-Sinterkörper gebildet.
- In einer ähnlichen Weise wurden Titanoxid, das rutilartige Kristalle hat, als eine Verbindung verwendet, die ein Element, das zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehört, beinhaltet, und gemäß den Legierungen, die in Tabelle 11 gezeigt sind, gemischt, um Preßlinge durch Formpressen zu erhalten. Die Preßlinge wurden bei einer Temperatur in einem Bereich von 1500 - 2100ºC gebrannt.
- Tabelle 12 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Selten-Erden-Elemente und Titan des so-gebildeten Sinterkörpers.
- Wolframoxid wurden als eine Verbindung verwendet, die ein Element enthält, das zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehört, und gemäß den Legierungen, die in Tabelle 13 gezeigt sind, vermischt, wo Preßlinge durch eine Abstrich-Auftragmaschine, ähnlich zum Beispiel 1, hergestellt werden. Die Preßlinge wurden bei einer Temperatur in einem Bereich von 1500 - 2100ºC gebrannt.
- Tabelle 14 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Selten-Erden-Elemente und Wolfram des so-gebildeten Sinterkörpers.
- Wolframoxid wurden als eine Verbindung verwendet, die ein Element enthält, das zu den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehört, und gemäß den Legierungen, die in Tabelle 15 gezeigt sind, vermischt, wo Preßlinge durch eine Abstrich-Auftragmaschine, ähnlich zum Beispiel 1, hergestellt werden. Die Preßlinge wurden bei einer Temperatur in einem Bereich von 1500 - 2100ºC gebrannt.
- Tabelle 16 zeigt Farbtöne, Wärmeleitfähigkeitswerte und Gehalte an Kohlenstoff, Selten-Erden-Elemente und Wolfram der so-gebildeten Sinterkörper. Tabelle 1 Probe Nr. Zusätzlicher Betrag an Kohlenstoff (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Yttrium (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Zusatzstoffen (Gew.-Anteil) Zusätzliche Verbindung (*) Anwendungsform der Erfindung Tabelle 2 Probe-Nr. Farbton Wärmeleitfähigkeit W/m K Kohlenstoffgehalt (Gew.-Anteil) Yttriumgehalt (Gew.-Anteil) Zusatzstoff-Anteil (Gew.-Anteil) (*) Anwendungsformen der Erfindung Tabelle 3 Vergleichsprobe Nr. Zusätzlicher Betrag an Kohlenstoff (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Yttrium (Gew.-Anteil) Zusätzliche Verbindung Tabelle 4 Vergleichsprobe-Nr. Farbton Wärmeleitfähigkeit W/m K Kohlenstoffgehalt (Gew.-Anteil) Yttriumgehalt (Gew.-Anteil) Zusatzstoffanteil (Gew.-Anteil) Schwarz Weiß geweißt gefleckt nicht verdichtet Tabelle 5 Probe Nr. Zusätzliche Verbindung (Ausscheide-Kohlenstoff) Zusätzlicher Betrag an Yttrium (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Zusatzstoffen (Gew.-Anteil) Zusätzliche Verbindung Polyvinylalkohol Polyvinylbutyral Polyethylenterephthalat Glukose Fructose Sacharose Polyacrylonitril Fruktose (*) Anwendungsform der Erfindung Tabelle 6 Probe Nr. Wärmebehandlungstemperatur (ºC) Wärmebehandlungszeit (h) Kohlenstoffgehalt (Gew.-Anteil) Anwendungsform der Erfindung Tabelle 7 Probe Nr. Farbton Hitzeleitfähigkeit W/m *K Kohlenstoffgehalt (Gew.Anteil) Yttrium-Gehalt (Gew.Anteil) Zusatzstoff-Anteil (Gew.Anteil) Schwarz Grau (*) Anwendungsform der Erfindung Tabelle 8 Probe Nr. Zusätzlicher Betrag an Yttrium (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Zusatzstoffen (Gew.Anteil) Zusätzliche Verbindung (*) Anwendungsformen der Erfindung Tabelle 9 Probe Nr. Kohlenwasserstoff Gas (vol. ) Art des Gases Restgas Butan Propan Ethylen Acetylen Mechan Bucan Ammoniak Stickstoff Argon (*) Anwendungsformen der Erfindung Tabelle 10 Probe Nr. Farbton Wärmeleitfähigkeit (W/m*K) Kohlenstoffgehalt (Gew.-Anteil) Yttriumgehalt (gew.-Anteil) Zusatzstoffanteil (Gew.-Anteil) Schwarz Grau (*) Anwendungsformen der Erfindung Tabelle 11 Erfindungsgemäße Probe-Nr. Zusätzlicher Betrag an Kohlenstoff (Gew. Anteil) Zusätzlicher Betrag an TiO&sub2; bezogen auf Ti (Gew.-Anteil) Zusätzliche Seltene Erde Element Tabelle 12 Erfindungsgemäße Probe Nr. Farbton Wärmeleitfähigkeit (W/m*k) Kohlenstoffgehalt (Gew.Anteil) Seltene Erde Element Gehalt (Gew.-Anteil) Ti-Gehalt (Gew.-Anteil) Schwarz Grau (*) Anwendungsformen der Erfindung Tabelle 13 Erfindungsgemäße Probe Nr. Zusätlicher Betrag an kohlenstoff (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Seltener Erde Elemente (Gew.Anteil Zusätzlicher Betrag an WO&sub3; bezogen auf W (Gewichts-Anteil) Zusätzlicher Seltene Erde Element Tabelle 14 Erfindungsgemäße Probe Nr. Farbton Hitzeleitfähigkeit (W/ m*k) Kohlenstoffgehalt (Gew.-Anteil) Seltene Erde Element Gehalt (Gew.-Anteil) Ti-Gehalt (Gew.-Anteil) Schwarz (*) Anwendungsformen der Erfindung Tabelle 15 Vergleichsprobe Nr. Zusätzlicher Betrag an Kohlenstoff (Gew.-Anteil) Zusätzlicher Betrag an Seltener Erde Element (Gew.Anteil) Zusätzlicher Betrag an WO&sub3; (in Bezug auf W) (Gewichtsanteil) Zusätzliche Erde Element Tabelle 16 Erfindungsgemäße Probe Nr. Farbton Hitzeleitfähigkeit (W/m*K) Kohlenstoff Gehalt (Gewichts-Anteil) Seltene Erde Element Gehalt (Gew.-Anteil) W-Gehalt Schwarz Graugefleckt Weißgefleckt Gelbgefleckt Weiß Geweißt nicht verdichtet
- Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin beschrieben wurden, ist es möglich, einen gefärbten Aluminiumnitrid-Sinterkörper zu erhalten, welcher eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit hat. Der erfindungsgemäße Aluminiumnitrid- Sinterkörper wurden als ein elektronisches Material für eine PC-Baugruppe, ein Substrat oder dergleichen, mit einem hohen industriellen Stellenwert, nutzbar angewendet.
Claims (5)
1. Wärmeleitender gefärbter Aluminiumnitrid-Sinterkörper,
der enthält
- 100 Gewichtsanteile Aluminiumnitrid,
- mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 15
Gewichtsanteile eines Selten-Erden-Aluminiumoxids, bezogen
auf den einfachen Stoff eines Selten-Erden-Elements, und
- mehr als ein Gewichtsanteil und nicht mehr als 15
Gewichtsanteile von mindestens einem Element, ausgewählt
aus einer Gruppe von Verbindungen, die Elemente enthält,
welche zu den Grupppen IVB, VB und VIB des
Periodensystems gehören, bezogen auf den einfachen Stoff des
Elements,
- mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 0,5
Gewichtsanteile Kohlenstoff, und
- eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/m K und
nicht mehr als 270 W/m K bei normaler Temperatur.
2. Wärmeleitender gefärbter Aluminiumnitrid-Sinterkörper
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Selten-
Erden-Element eines von Skandium, Yttrium, Lanthan und
Cerium ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden gefärbten
Aluminiumnitrid-Sinterkörpers mit einer
Wärmeleit-fähigkeit von mindestens 100 W/m K und nicht mehr als 270
W/m K, das folgenden Schritte umfaßt:
- Hinzufügen von mindestens 0,01 Gewichtsanteilen und nicht
mehr als 5 Gewichtsanteilen Kohlenstoff, mindestens 0,01
Gewichtsanteile und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile
eines Oxids eines Selten-Erden-Elementes, bezogen auf den
einfachen Stoff des Selten-Erden-Elementes, und mehr als
ein Gewichtsanteil und nicht mehr als 15 Gewichtsanteile
von mindestens einem Element, ausgewählt aus einer Gruppe
von Oxiden, Karbiden und Nitriden der Elemente, welche zu
den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems gehören,
bezogen auf den einfachen Stoff des Elementes, zu 100
Gewichtsanteilen an Aluminiumnitrid, wodurch ein Gemisch
erhalten wird;
- Formen des Gemisches in eine vorgeschriebene Gestalt, um
einen Preßling zu erhalten; und
- Brennen des Preßlings in einer nicht-oxidierenden
Atmosphäre unter einer Temperatur von mindestens 1500ºC und
nicht mehr als 2100ºC.
4. Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden gefärbten
Aluminiumnitrid-Sinterkörpers mit einer
Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 W/m K und nicht mehr als
270 W/m K, das folgeende Schritte umfaßt:
- Hinzufügen von mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht
mehr als 5 Gewichtsanteile einer Kohlenstoff
freisetzenden Verbindung, bezogen auf freien Kohlenstoff,
mindestens 0,01 Gewichtsanteile und nicht mehr als 15
Gewichtsanteile eines Oxides eines Selten-Erden-Elementes,
bezogen auf den einfachen Stoff des
Selten-Erden-Elementes, und mehr 1 Gewichtsanteil und nicht mehr als 15
Gewichtsanteile von mindestens einem Element, ausgewählt
aus einer Gruppe von Oxiden, Karbiden und Nitriden der
Elemente, die zu den Gruppen IVB, VB und VIB des
Periodensystems gehören, bezogen auf den einfachen Stoff
des Elements, zu 100 Gewichtsanteilen an Aluminiumnitrid,
dadurch Erhalten eines Gemisches;
- Formen des Gemisches in eine vorgeschriebene Gestalt, um
einen Preßling zu erhalten;
- Einführen des Preßlings in eine nicht-oxidierende
Atmosphäre, um Kohlenstoff unter einer Temperatur von
mindestens 150ºC und nicht mehr als 1500ºC freizusetzen; und
- Brennen des Preßlings in einer nicht-oxidierenden
Atmosphäre unter einer Temperatur von mindestens 1500ºC und
nicht mehr als 2100ºC.
5. Verfahren zur Herstellung eines wärmeleitenden gefärben
Aluminiumnitrids-Sinterkörpers nach Anspruch 4, worin die
Kohlenstoff freisetzende Verbindung aus mindestens einer
Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe von
Polyacrylonitril, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral,
Polyethylen-Terephtalat, Glukose, Fruktose und Sacharose hergestellt
wird.
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