JP2000178072A - 窒化アルミニウム質焼結体 - Google Patents
窒化アルミニウム質焼結体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高熱伝導性を有しながらも、１７００℃以下の
温度で焼結可能であり、強度に優れた窒化アルミニウム
質焼結体とその製造方法を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウムを主成分とし、少なくと
も希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属
酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜
０．５を満足する割合で合計０．５〜２０重量％含み、
シリカ（ＳｉＯ2）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合
計で０．１〜５．０重量％の割合でそれぞれ含む焼結体
であって、窒化アルミニウム粒子の粒界相が、ＹＡＧ型
結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相
を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面
ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金属酸化物−アルミ
ナ系結晶相のうちアルカリ土類金属酸化物：アルミナの
モル比が１：１であるものにおける（２，２，０）面ピ
ーク強度をＲＡとした時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強
度比が３〜１５となるように制御して、３点曲げ強度が
５３０ＭＰａ以上の焼結体を得る。
温度で焼結可能であり、強度に優れた窒化アルミニウム
質焼結体とその製造方法を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウムを主成分とし、少なくと
も希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属
酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜
０．５を満足する割合で合計０．５〜２０重量％含み、
シリカ（ＳｉＯ2）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合
計で０．１〜５．０重量％の割合でそれぞれ含む焼結体
であって、窒化アルミニウム粒子の粒界相が、ＹＡＧ型
結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相
を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面
ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金属酸化物−アルミ
ナ系結晶相のうちアルカリ土類金属酸化物：アルミナの
モル比が１：１であるものにおける（２，２，０）面ピ
ーク強度をＲＡとした時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強
度比が３〜１５となるように制御して、３点曲げ強度が
５３０ＭＰａ以上の焼結体を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種配線基板や半
導体素子収納用パッケージ用の絶縁材料に適用される窒
化アルミニウム質焼結体に関し、詳細には１７００℃以
下の低温での焼成が可能であって、良好な熱伝導率を有
するとともに、高い強度を有する窒化アルミニウム質焼
結体に関するものである。
導体素子収納用パッケージ用の絶縁材料に適用される窒
化アルミニウム質焼結体に関し、詳細には１７００℃以
下の低温での焼成が可能であって、良好な熱伝導率を有
するとともに、高い強度を有する窒化アルミニウム質焼
結体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、半導
体装置から発生する熱も増加しており、該半導体装置の
誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に速や
かに放出する基板が必要になっている。しかしながら、
これまで各種絶縁基板材料として用いられてきたアルミ
ナ材料では、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ程度低いことか
ら、それに代わるものとして高い熱伝導率を有する窒化
アルミニウムが注目され始め、本来、窒化アルミニウム
は単結晶では理論熱伝導率が３２０Ｗ／ｍ・Ｋと高いこ
とから、最近では多結晶で２００Ｗ／ｍ・Ｋを越えるよ
うな窒化アルミニウム質焼結体も得られている。
体装置から発生する熱も増加しており、該半導体装置の
誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に速や
かに放出する基板が必要になっている。しかしながら、
これまで各種絶縁基板材料として用いられてきたアルミ
ナ材料では、熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ程度低いことか
ら、それに代わるものとして高い熱伝導率を有する窒化
アルミニウムが注目され始め、本来、窒化アルミニウム
は単結晶では理論熱伝導率が３２０Ｗ／ｍ・Ｋと高いこ
とから、最近では多結晶で２００Ｗ／ｍ・Ｋを越えるよ
うな窒化アルミニウム質焼結体も得られている。
【０００３】このような、窒化アルミニウム質焼結体の
製造方法としては、従来より希土類化合物またはアルカ
リ土類化合物等の焼結助剤を添加して１８００℃以上の
高温で焼成する方法がある。
製造方法としては、従来より希土類化合物またはアルカ
リ土類化合物等の焼結助剤を添加して１８００℃以上の
高温で焼成する方法がある。
【０００４】しかしながら、前記製造方法では焼成に使
用する冶具の消耗や、焼成炉の構造、更に焼成に係わる
ランニングコスト等を考慮すると製造コストがかなり高
くなるという欠点があった。そこで、係る欠点を解消し
て製造コストを低減するために、焼結助剤として希土類
化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加し、１６００
〜１７００℃で焼成する方法が提案されている（特公平
６−４９６１３号公報、特公平７−１７４５４号公報参
照）。
用する冶具の消耗や、焼成炉の構造、更に焼成に係わる
ランニングコスト等を考慮すると製造コストがかなり高
くなるという欠点があった。そこで、係る欠点を解消し
て製造コストを低減するために、焼結助剤として希土類
化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加し、１６００
〜１７００℃で焼成する方法が提案されている（特公平
６−４９６１３号公報、特公平７−１７４５４号公報参
照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記希
土類化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加して得ら
れた窒化アルミニウム質焼結体は強度が高くとも４５０
ＭＰａと低く、これを用いて銅貼り基板やパッケージ等
の製品を製造する場合、銅貼り時の熱応力により割れが
発生したり、あるいは実装後の信頼性試験時に破壊する
等の諸処の問題があり、強度の向上が求められていた。
土類化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加して得ら
れた窒化アルミニウム質焼結体は強度が高くとも４５０
ＭＰａと低く、これを用いて銅貼り基板やパッケージ等
の製品を製造する場合、銅貼り時の熱応力により割れが
発生したり、あるいは実装後の信頼性試験時に破壊する
等の諸処の問題があり、強度の向上が求められていた。
【０００６】従って、本発明は、１７００℃以下の低温
で焼結可能であり、且つ高熱伝導率と高強度を兼ね備え
た窒化アルミニウム質焼結体を提供することを目的とす
るものである。
で焼結可能であり、且つ高熱伝導率と高強度を兼ね備え
た窒化アルミニウム質焼結体を提供することを目的とす
るものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
に対して鋭意検討を重ねた結果、窒化アルミニウムに対
する助剤成分として、希土類元素酸化物、アルカリ土類
金属酸化物、ＳｉＯ2およびＡｌ2 Ｏ3 を含有するとと
もに、粒界相中にＹＡＧ型結晶相（Ｙ）とアルカリ土類
金属酸化物−アルミナ系結晶相（ＲＡ）をＸ線回折チャ
ートにおいて、特定の関係を満足するように析出させる
ことにより、上記目的が達成されることを見いだし、本
発明に至った。
に対して鋭意検討を重ねた結果、窒化アルミニウムに対
する助剤成分として、希土類元素酸化物、アルカリ土類
金属酸化物、ＳｉＯ2およびＡｌ2 Ｏ3 を含有するとと
もに、粒界相中にＹＡＧ型結晶相（Ｙ）とアルカリ土類
金属酸化物−アルミナ系結晶相（ＲＡ）をＸ線回折チャ
ートにおいて、特定の関係を満足するように析出させる
ことにより、上記目的が達成されることを見いだし、本
発明に至った。
【０００８】即ち、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
は、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアル
カリ土類金属酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比
率が０．２〜０．５を満足する割合で合計０．５〜２０
重量％の割合で含むとともに、シリカ（ＳｉＯ2 ）およ
びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜５．０重量
％の割合でそれぞれ含み、窒化アルミニウム粒子の粒界
相が、ＹＡＧ型結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−ア
ルミナ系結晶相を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相のうちアルカリ土類金属酸
化物とアルミナのモル比が１：１の化合物の（２，２，
０）面におけるピーク強度をＲＡとしたとき、Ｙ／ＲＡ
で表されるピーク強度比が３〜１５であり、且つ３点曲
げ強度が５３０ＭＰａ以上であることを特徴とするもの
である。
は、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアル
カリ土類金属酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比
率が０．２〜０．５を満足する割合で合計０．５〜２０
重量％の割合で含むとともに、シリカ（ＳｉＯ2 ）およ
びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜５．０重量
％の割合でそれぞれ含み、窒化アルミニウム粒子の粒界
相が、ＹＡＧ型結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−ア
ルミナ系結晶相を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相のうちアルカリ土類金属酸
化物とアルミナのモル比が１：１の化合物の（２，２，
０）面におけるピーク強度をＲＡとしたとき、Ｙ／ＲＡ
で表されるピーク強度比が３〜１５であり、且つ３点曲
げ強度が５３０ＭＰａ以上であることを特徴とするもの
である。
【０００９】また、上記焼結体中には、Ｓｉを酸化物換
算で０．１重量％以上の割合で含有することが低温焼結
性の点で望ましい。
算で０．１重量％以上の割合で含有することが低温焼結
性の点で望ましい。
【００１０】
【作用】希土類元素酸化物は、窒化アルミニウム原料中
に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成すること
により焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｙ
ＡＭ型結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化アルミニ
ウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高熱伝導
化を図る作用をなすもので、また、アルカリ土類金属酸
化物も、窒化アルミニウム原料中に含有される不純物酸
素と反応し、希土類元素酸化物に比べてより低温で液相
を生成し、焼結を促進する上、アルカリ土類金属酸化物
−アルミナ系結晶相（アルミネート）を生成し、焼結体
を構成する窒化アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少
させて焼結体の高熱伝導化を図る作用をなし、ＳｉＯ2
は、低温にて液相を生成して低温焼結性を高める成分で
あり、また、Ａｌ2 Ｏ3 は希土類元素をアルミネート化
して、耐薬品性を高める作用をする。
に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成すること
により焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡＰ、Ｙ
ＡＭ型結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化アルミニ
ウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高熱伝導
化を図る作用をなすもので、また、アルカリ土類金属酸
化物も、窒化アルミニウム原料中に含有される不純物酸
素と反応し、希土類元素酸化物に比べてより低温で液相
を生成し、焼結を促進する上、アルカリ土類金属酸化物
−アルミナ系結晶相（アルミネート）を生成し、焼結体
を構成する窒化アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少
させて焼結体の高熱伝導化を図る作用をなし、ＳｉＯ2
は、低温にて液相を生成して低温焼結性を高める成分で
あり、また、Ａｌ2 Ｏ3 は希土類元素をアルミネート化
して、耐薬品性を高める作用をする。
【００１１】窒化アルミニウム粒子の粒界には、ＹＡＧ
型結晶相を主として含み、さらに副結晶相として、アル
カリ土類金属酸化物（ＲＯ）−アルミナ系結晶相を含
む。アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相として
は、ＲＡｌ2 Ｏ4 、ＲＡｌ4 Ｏ7 で表される結晶相が挙
げられる。このうちのＲＯとＡｌ2 Ｏ3 のモル比率が
１：１で化合しているＲＡｌ2 Ｏ4 とＹＡＧ型結晶相と
のＸＲＤピーク強度比Ｙ／ＲＡが３未満のときは強度が
低下した。このとき破壊源としては助剤の偏析となって
おりこれが原因と考えられる。またＹ／ＲＡが１５以上
のときまた強度は低下した。これはアルカリ土類金属酸
化物：アルミナの比率が１：２のＲＡｌ4 Ｏ7 で表され
る結晶相が多くなる為である。
型結晶相を主として含み、さらに副結晶相として、アル
カリ土類金属酸化物（ＲＯ）−アルミナ系結晶相を含
む。アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相として
は、ＲＡｌ2 Ｏ4 、ＲＡｌ4 Ｏ7 で表される結晶相が挙
げられる。このうちのＲＯとＡｌ2 Ｏ3 のモル比率が
１：１で化合しているＲＡｌ2 Ｏ4 とＹＡＧ型結晶相と
のＸＲＤピーク強度比Ｙ／ＲＡが３未満のときは強度が
低下した。このとき破壊源としては助剤の偏析となって
おりこれが原因と考えられる。またＹ／ＲＡが１５以上
のときまた強度は低下した。これはアルカリ土類金属酸
化物：アルミナの比率が１：２のＲＡｌ4 Ｏ7 で表され
る結晶相が多くなる為である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の窒化アルミニウム質焼結
体は、組成として、窒化アルミニウムからなる主成分に
対して、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と
アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で０．５〜２０
重量％、特に７〜１５重量％の割合で含有する。また、
これらの希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土
類金属酸化物（ＲＯ）とは、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比
率が０．２〜０．５、特に０．２５〜０．４を満足する
割合で含有されるものである。
体は、組成として、窒化アルミニウムからなる主成分に
対して、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と
アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で０．５〜２０
重量％、特に７〜１５重量％の割合で含有する。また、
これらの希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土
類金属酸化物（ＲＯ）とは、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比
率が０．２〜０．５、特に０．２５〜０．４を満足する
割合で含有されるものである。
【００１３】ここで、上記含有量が０．５重量％よりも
少ないと、１７００℃以下の低温で緻密化できず、熱伝
導率が大幅に低下し、２０重量％を越えると、熱伝導率
が低下し表面にシミ状の結晶が多発し外観不良となるた
めである。また、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 比率が０．２よりも
小さいと、低温で焼結することが困難であり、０．５よ
りも大きいと、耐薬品性が劣化するためである。
少ないと、１７００℃以下の低温で緻密化できず、熱伝
導率が大幅に低下し、２０重量％を越えると、熱伝導率
が低下し表面にシミ状の結晶が多発し外観不良となるた
めである。また、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 比率が０．２よりも
小さいと、低温で焼結することが困難であり、０．５よ
りも大きいと、耐薬品性が劣化するためである。
【００１４】希土類元素酸化物は、窒化アルミニウム原
料中に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成する
ことにより焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡ
Ｐ、ＹＡＭ型結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化ア
ルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高
熱伝導化を図る作用をなすもので、具体的には、Ｙ2 Ｏ
3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等が挙げられ、これらの中
でも耐薬品性の点でＥｒ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 が望ましい。
料中に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成する
ことにより焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡ
Ｐ、ＹＡＭ型結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化ア
ルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高
熱伝導化を図る作用をなすもので、具体的には、Ｙ2 Ｏ
3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等が挙げられ、これらの中
でも耐薬品性の点でＥｒ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 が望ましい。
【００１５】また、アルカリ土類金属酸化物も、窒化ア
ルミニウム原料中に含有される不純物酸素と反応し、希
土類元素酸化物に比べてより低温で液相を生成し、焼結
を促進する上、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結
晶相（アルミネート）を生成し、焼結体を構成する窒化
アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の
高熱伝導化を図る作用をなし、具体的には、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等が挙げられ、これらの中でも耐
薬品性に優れる点からＳｒＯ、ＣａＯが望ましい。
ルミニウム原料中に含有される不純物酸素と反応し、希
土類元素酸化物に比べてより低温で液相を生成し、焼結
を促進する上、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結
晶相（アルミネート）を生成し、焼結体を構成する窒化
アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の
高熱伝導化を図る作用をなし、具体的には、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ等が挙げられ、これらの中でも耐
薬品性に優れる点からＳｒＯ、ＣａＯが望ましい。
【００１６】また、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
中には、シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）を合計で０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．
０重量％の割合でそれぞれ含む。これは、０．１重量％
よりも少ないと、耐薬品性が低下し、５．０重量％より
も多いと熱伝導率が低下するためである。特に、ＳｉＯ
2 は、低温にて液相を生成して低温焼結性を高める成分
であり、０．１重量％以上、特に０．３重量％以上の割
合で添加し、また、Ａｌ2 Ｏ3 は希土類元素をアルミネ
ート化して、耐薬品性を高める作用をすることから、２
重量％以上の割合でそれぞれ含まれることが望ましい。
中には、シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）を合計で０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．
０重量％の割合でそれぞれ含む。これは、０．１重量％
よりも少ないと、耐薬品性が低下し、５．０重量％より
も多いと熱伝導率が低下するためである。特に、ＳｉＯ
2 は、低温にて液相を生成して低温焼結性を高める成分
であり、０．１重量％以上、特に０．３重量％以上の割
合で添加し、また、Ａｌ2 Ｏ3 は希土類元素をアルミネ
ート化して、耐薬品性を高める作用をすることから、２
重量％以上の割合でそれぞれ含まれることが望ましい。
【００１７】なお、上記の各組成は、焼結体中に金属元
素として検出される希土類元素、アルカリ土類金属、Ｓ
ｉ量を酸化物換算したものであるが、Ａｌ2 Ｏ3 量は、
焼結体中の全酸素量から、検出された希土類元素、アル
カリ土類金属およびＳｉに化学量論的に結合している酸
素量を除いた酸素をＡｌ2 Ｏ3 換算することにより算出
される。
素として検出される希土類元素、アルカリ土類金属、Ｓ
ｉ量を酸化物換算したものであるが、Ａｌ2 Ｏ3 量は、
焼結体中の全酸素量から、検出された希土類元素、アル
カリ土類金属およびＳｉに化学量論的に結合している酸
素量を除いた酸素をＡｌ2 Ｏ3 換算することにより算出
される。
【００１８】また、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
は、組織上、窒化アルミニウム粒子を主とするものであ
り、かかる窒化アルミニウム粒子は、平均粒径１〜３μ
ｍの大きさで存在する。
は、組織上、窒化アルミニウム粒子を主とするものであ
り、かかる窒化アルミニウム粒子は、平均粒径１〜３μ
ｍの大きさで存在する。
【００１９】また、窒化アルミニウム粒子の粒界には、
ＹＡＧ型結晶相を主として含み、さらに副結晶相とし
て、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相を含
む。ＹＡＧ型結晶相とは、一般化学式Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12で
表される希土類元素酸化物とアルミナとの複合酸化物結
晶である。また、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相としては、ＲＡｌ2 Ｏ4 、ＲＡｌ4 Ｏ7 で表され
る結晶相が挙げられる。
ＹＡＧ型結晶相を主として含み、さらに副結晶相とし
て、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相を含
む。ＹＡＧ型結晶相とは、一般化学式Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12で
表される希土類元素酸化物とアルミナとの複合酸化物結
晶である。また、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相としては、ＲＡｌ2 Ｏ4 、ＲＡｌ4 Ｏ7 で表され
る結晶相が挙げられる。
【００２０】本発明によれば、Ｘ線回折測定において、
２θ＝１８°付近に検出されるＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面のピーク強度をＹ、２θ＝２９°付近
に検出される前記アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相における（２，２，０）面ピーク強度をＲＡとし
た時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強度比が、３〜１５特
に４〜１０であることが重要である。これは、上記ピー
ク強度比が、３より小さいか、あるいは１５よりも大き
いと、いずれも目的とする強度が得られないためであ
る。
２θ＝１８°付近に検出されるＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面のピーク強度をＹ、２θ＝２９°付近
に検出される前記アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相における（２，２，０）面ピーク強度をＲＡとし
た時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強度比が、３〜１５特
に４〜１０であることが重要である。これは、上記ピー
ク強度比が、３より小さいか、あるいは１５よりも大き
いと、いずれも目的とする強度が得られないためであ
る。
【００２１】また、本発明によれば、２θ＝３３°付近
に検出される窒化アルミニウムの（１，０，０）面ピー
ク強度をＡＬとした時、Ｙ／ＡＬで表されるピーク強度
比が０．０１〜０．８、ＲＡ／ＡＬで表されるピーク強
度比が０．００３〜０．１であることが焼結体の熱伝導
率、強度、外観の観点から望ましい。
に検出される窒化アルミニウムの（１，０，０）面ピー
ク強度をＡＬとした時、Ｙ／ＡＬで表されるピーク強度
比が０．０１〜０．８、ＲＡ／ＡＬで表されるピーク強
度比が０．００３〜０．１であることが焼結体の熱伝導
率、強度、外観の観点から望ましい。
【００２２】さらに、これらの窒化アルミニウム粒子、
粒界中の各結晶相間には、少なくともＳｉ、Ａｌ、酸素
を含有する非晶質相が存在する場合もある。
粒界中の各結晶相間には、少なくともＳｉ、Ａｌ、酸素
を含有する非晶質相が存在する場合もある。
【００２３】本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、上
記の構成によって、後述する実施例からも明らかなよう
に、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に８０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高い熱伝導率を有するとともに、ＪＩＳＲ１６
０１に基づく３点曲げ強度試験において、５３０ＭＰａ
以上、特に５５０ＭＰａ以上の優れた強度を有するもの
である。
記の構成によって、後述する実施例からも明らかなよう
に、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に８０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高い熱伝導率を有するとともに、ＪＩＳＲ１６
０１に基づく３点曲げ強度試験において、５３０ＭＰａ
以上、特に５５０ＭＰａ以上の優れた強度を有するもの
である。
【００２４】本発明の窒化アルミニウム質焼結体の製造
方法によれば、まず、窒化アルミニウム原料粉末を準備
する。この原料粉末は、直接窒化法、あるいは還元窒化
法によって作製されたものであり、特に、低温焼結性を
高める上で還元窒化法の原料であることが望ましい。
方法によれば、まず、窒化アルミニウム原料粉末を準備
する。この原料粉末は、直接窒化法、あるいは還元窒化
法によって作製されたものであり、特に、低温焼結性を
高める上で還元窒化法の原料であることが望ましい。
【００２５】また、窒化アルミニウム原料粉末は、平均
粒径が０．８〜２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２〜５ｍ
2 ／ｇ、不純物酸素量が０．５〜３．０重量％のものが
望ましい。
粒径が０．８〜２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２〜５ｍ
2 ／ｇ、不純物酸素量が０．５〜３．０重量％のものが
望ましい。
【００２６】次に、上記窒化アルミニウム原料粉末に対
して、前述したような希土類元素酸化物（ＲＥ
2 Ｏ3 ）、アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で
０．５〜２０重量％、特に７〜１５重量％の割合で添加
する。その時、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比率が０．２〜
０．５、特に０．２５〜０．４を満足するように添加混
合する。この時の比率を上記範囲に限定するのは、前述
した通りである。
して、前述したような希土類元素酸化物（ＲＥ
2 Ｏ3 ）、アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で
０．５〜２０重量％、特に７〜１５重量％の割合で添加
する。その時、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比率が０．２〜
０．５、特に０．２５〜０．４を満足するように添加混
合する。この時の比率を上記範囲に限定するのは、前述
した通りである。
【００２７】また、本発明によれば、さらに、シリカ
（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）を合計で
０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．０重量％の割
合でそれぞれ添加混合する。この時のＡｌ2 Ｏ3 量は、
窒化アルミニウム原料粉末中に含まれる酸素量をＡｌ2
Ｏ3 換算したものも含める。なお、ＳｉＯ2 量は、０．
１重量％以上、特に０．３重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 量は
２．０重量％以上であることが望ましい。
（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）を合計で
０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．０重量％の割
合でそれぞれ添加混合する。この時のＡｌ2 Ｏ3 量は、
窒化アルミニウム原料粉末中に含まれる酸素量をＡｌ2
Ｏ3 換算したものも含める。なお、ＳｉＯ2 量は、０．
１重量％以上、特に０．３重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 量は
２．０重量％以上であることが望ましい。
【００２８】次に、各成分を上記のような比率で配合し
た混合物に、適宜、アクリル系、ブチラール系等の有機
バインダーと、イソプロピルアルコール、トルエン等の
溶媒を添加混合して成形用原料を調製する。この成形用
原料を用いて、所望の成形手段、例えば、ドクターブレ
ード法、圧延法などのシート成形法、金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出成形等により任意の形状に成形す
る。
た混合物に、適宜、アクリル系、ブチラール系等の有機
バインダーと、イソプロピルアルコール、トルエン等の
溶媒を添加混合して成形用原料を調製する。この成形用
原料を用いて、所望の成形手段、例えば、ドクターブレ
ード法、圧延法などのシート成形法、金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出成形等により任意の形状に成形す
る。
【００２９】上記のようにして作製された成形体を非酸
化性雰囲気もしくは還元雰囲気中にて１５５０〜１７０
０℃の温度で焼成する。雰囲気としては、窒素中の他、
水素と窒素混合雰囲気中で焼成するが、特に配線基板な
どの作製において、ＷやＭｏ等の高融点金属との同時焼
成を行う場合には、窒素水素混合の雰囲気中で同時焼成
する。この焼成によって、相対密度が９９％以上となる
ように焼成する。
化性雰囲気もしくは還元雰囲気中にて１５５０〜１７０
０℃の温度で焼成する。雰囲気としては、窒素中の他、
水素と窒素混合雰囲気中で焼成するが、特に配線基板な
どの作製において、ＷやＭｏ等の高融点金属との同時焼
成を行う場合には、窒素水素混合の雰囲気中で同時焼成
する。この焼成によって、相対密度が９９％以上となる
ように焼成する。
【００３０】その後、上記焼成後の冷却過程で焼成時と
同様な雰囲気のままで１３００〜１５００℃の温度領域
で１〜２時間程度一時的に放置あるいは徐冷した後、室
温まで冷却する。その他、焼成後に一旦室温付近まで冷
却した後、再度、昇温して１３００〜１５００℃で１〜
２時間程度熱処理する。
同様な雰囲気のままで１３００〜１５００℃の温度領域
で１〜２時間程度一時的に放置あるいは徐冷した後、室
温まで冷却する。その他、焼成後に一旦室温付近まで冷
却した後、再度、昇温して１３００〜１５００℃で１〜
２時間程度熱処理する。
【００３１】この熱処理によって、焼結体中の希土類元
素酸化物をＹＡＧ型結晶相として、アルカリ土類金属酸
化物を、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相と
して積極的に粒界に析出させることができるとともに、
所望の結晶相比率に粒界結晶相を変化させることが出来
る。
素酸化物をＹＡＧ型結晶相として、アルカリ土類金属酸
化物を、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相と
して積極的に粒界に析出させることができるとともに、
所望の結晶相比率に粒界結晶相を変化させることが出来
る。
【００３２】
【実施例】還元窒化法によって作製された平均粒径１．
３μｍ、不純物酸素量１．０重量％、陽イオン不純物量
が４００ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末に対し
て、純度９９．９％以上の各種希土類元素酸化物、アル
カリ土類金属炭酸塩、ＳｉＯ2 粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末を
用いて、表１、２に示すような割合で添加混合した。こ
の粉末に成形用バインダーとしてアクリル系バインダー
とトルエンの有機溶媒と混練した後、ドクターブレード
法によりグリーンシートを成形した。
３μｍ、不純物酸素量１．０重量％、陽イオン不純物量
が４００ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末に対し
て、純度９９．９％以上の各種希土類元素酸化物、アル
カリ土類金属炭酸塩、ＳｉＯ2 粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末を
用いて、表１、２に示すような割合で添加混合した。こ
の粉末に成形用バインダーとしてアクリル系バインダー
とトルエンの有機溶媒と混練した後、ドクターブレード
法によりグリーンシートを成形した。
【００３３】前記グリーンシートを３０ｍｍ□に切断し
た後、水素窒素混合雰囲気中で表１、表２に示す温度で
３時間焼成後、さらに表１、２に示す温度で１時間熱処
理を施した。
た後、水素窒素混合雰囲気中で表１、表２に示す温度で
３時間焼成後、さらに表１、２に示す温度で１時間熱処
理を施した。
【００３４】得られた焼結体に対して、Ｘ線回折法によ
り窒化アルミニウム結晶以外の結晶相、即ち、粒界結晶
相を同定するとともに、２θ＝１８°付近に検出される
ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面のピーク強度
Ｙ、２θ＝２９°付近に検出される前記アルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相における（２、２、０）面
ピーク強度ＲＡ、２θ＝３３°付近に検出される窒化ア
ルミニウムの（１，０，０）面ピーク強度ＡＬを求め、
Ｙ／ＲＡ、Ｙ／ＡＬ、ＲＡ／ＡＬの各ピーク強度比を算
出した。なお、表中、試料Ｎo.２２の焼結体について、
そのＸ線回折チャート図を図１に示した。
り窒化アルミニウム結晶以外の結晶相、即ち、粒界結晶
相を同定するとともに、２θ＝１８°付近に検出される
ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面のピーク強度
Ｙ、２θ＝２９°付近に検出される前記アルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相における（２、２、０）面
ピーク強度ＲＡ、２θ＝３３°付近に検出される窒化ア
ルミニウムの（１，０，０）面ピーク強度ＡＬを求め、
Ｙ／ＲＡ、Ｙ／ＡＬ、ＲＡ／ＡＬの各ピーク強度比を算
出した。なお、表中、試料Ｎo.２２の焼結体について、
そのＸ線回折チャート図を図１に示した。
【００３５】また、焼結体に対してアルキメデス法によ
り焼結体の相対密度を求め、さらにＪＩＳＲ１６１１に
基づき厚み３ｍｍの試料によってレーザーフラッシュ法
により熱伝導率を求め、厚さなどによる測定値を補正し
た値を表１に示した。さらに、ＪＩＳＲ１６０１に従い
研磨後の３点曲げ強度を評価した。結果は、表１、２に
示した。
り焼結体の相対密度を求め、さらにＪＩＳＲ１６１１に
基づき厚み３ｍｍの試料によってレーザーフラッシュ法
により熱伝導率を求め、厚さなどによる測定値を補正し
た値を表１に示した。さらに、ＪＩＳＲ１６０１に従い
研磨後の３点曲げ強度を評価した。結果は、表１、２に
示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】表１、２の結果から明かなように、本発明
の試料は、いずれも熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特
性を有しながら、３点曲げ強度５３０ＭＰａ以上の強度
が得られた。
の試料は、いずれも熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特
性を有しながら、３点曲げ強度５３０ＭＰａ以上の強度
が得られた。
【００３９】これに対して、希土類元素量、アルカリ土
類元素量、あるいは焼成条件などによってＸ線ピーク強
度比（Ｙ／ＲＡ）が３未満または１５を超える試料Ｎ
ｏ．１〜４、６、７、１０、１３、１４、１７、１９、
２５、２６、３０、３３、３５、３８では、３点曲げ強
度が５３０ＭＰａに達しないものであった。Ｘ線ピーク
強度比（Ｙ／ＲＡ）が３未満のものではいずれも助剤成
分の偏析が多くなり、このために強度が低下していた。
これは結晶相の変化により助剤の偏析が起こりやすくな
った為と考えられる。（Ｙ／ＲＡ）が１５よりも大きい
ものでは、破壊源ははっきりせず強度低下の原因は定か
でないがおそらく、粒界自体の強度が低下しているもの
と推察される。また、試料Ｎo.３４は、助剤量が２０重
量％を越える結果、高い強度を有するものの、熱伝導性
が低いものであった。
類元素量、あるいは焼成条件などによってＸ線ピーク強
度比（Ｙ／ＲＡ）が３未満または１５を超える試料Ｎ
ｏ．１〜４、６、７、１０、１３、１４、１７、１９、
２５、２６、３０、３３、３５、３８では、３点曲げ強
度が５３０ＭＰａに達しないものであった。Ｘ線ピーク
強度比（Ｙ／ＲＡ）が３未満のものではいずれも助剤成
分の偏析が多くなり、このために強度が低下していた。
これは結晶相の変化により助剤の偏析が起こりやすくな
った為と考えられる。（Ｙ／ＲＡ）が１５よりも大きい
ものでは、破壊源ははっきりせず強度低下の原因は定か
でないがおそらく、粒界自体の強度が低下しているもの
と推察される。また、試料Ｎo.３４は、助剤量が２０重
量％を越える結果、高い強度を有するものの、熱伝導性
が低いものであった。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、高
い熱伝導性を有しながらも、１７００℃以下の低温での
焼成が可能であり、３点曲げ強度５３０ＭＰａ以上の窒
化アルミニウム質焼結体を提供できる。これにより、か
かる窒化アルミニウム質焼結体を用いて銅貼り基板や実
装信頼性の要求される製品を製造する場合においても、
量産性に優れた安価な製品を作製することができる。
い熱伝導性を有しながらも、１７００℃以下の低温での
焼成が可能であり、３点曲げ強度５３０ＭＰａ以上の窒
化アルミニウム質焼結体を提供できる。これにより、か
かる窒化アルミニウム質焼結体を用いて銅貼り基板や実
装信頼性の要求される製品を製造する場合においても、
量産性に優れた安価な製品を作製することができる。
【図１】本発明の窒化アルミニウム質焼結体（試料Ｎo.
２２）のＸ線回折チャート図を示す。
２２）のＸ線回折チャート図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G001 BA03 BA04 BA05 BA06 BA07 BA08 BA09 BA36 BA71 BA73 BB03 BB04 BB05 BB06 BB07 BB08 BB09 BB36 BC13 BC53 BC54 BC57 BD03 BD14 BD23 BE01 BE26
Claims (2)
- 【請求項１】窒化アルミニウムを主成分とし、少なくと
も希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属
酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜
０．５を満足する割合で合計０．５〜２０重量％含み、
シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合
計で０．１〜５．０重量％の割合でそれぞれ含む焼結体
であって、窒化アルミニウム粒子の粒界相が、ＹＡＧ型
結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相
を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面
ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金属酸化物−アルミ
ナ系結晶相のうちアルカリ土類金属酸化物：アルミナの
モル比が１：１であるものにおける（２，２，０）面ピ
ーク強度をＲＡとした時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強
度比が３〜１５であり、３点曲げ強度が５３０ＭＰａ以
上であることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体。 - 【請求項２】Ｓｉを酸化物換算で０．１重量％以上の割
合で含有する請求項１記載の窒化アルミニウム質焼結
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10361451A JP2000178072A (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 窒化アルミニウム質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10361451A JP2000178072A (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 窒化アルミニウム質焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000178072A true JP2000178072A (ja) | 2000-06-27 |
Family
ID=18473645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10361451A Pending JP2000178072A (ja) | 1998-12-18 | 1998-12-18 | 窒化アルミニウム質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000178072A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002042241A1 (fr) * | 2000-11-22 | 2002-05-30 | Ibiden Co., Ltd. | Corps fritte de nitrure d'aluminium, procede de production d'un corps fritte de nitrure d'aluminium, substrat ceramique et procede de production d'un substrat ceramique |
| JP2002173373A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法、並びにそれを用いた電子用部品 |
| JP2005029458A (ja) * | 2003-06-19 | 2005-02-03 | Ngk Insulators Ltd | 窒化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウムの製造方法、及び窒化アルミニウムの評価方法 |
| US7479467B2 (en) | 2003-11-21 | 2009-01-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermally conductive aluminum nitride sintered product |
-
1998
- 1998-12-18 JP JP10361451A patent/JP2000178072A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002042241A1 (fr) * | 2000-11-22 | 2002-05-30 | Ibiden Co., Ltd. | Corps fritte de nitrure d'aluminium, procede de production d'un corps fritte de nitrure d'aluminium, substrat ceramique et procede de production d'un substrat ceramique |
| JP2002173373A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法、並びにそれを用いた電子用部品 |
| JP2005029458A (ja) * | 2003-06-19 | 2005-02-03 | Ngk Insulators Ltd | 窒化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウムの製造方法、及び窒化アルミニウムの評価方法 |
| US7479467B2 (en) | 2003-11-21 | 2009-01-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermally conductive aluminum nitride sintered product |
| US7662736B2 (en) | 2003-11-21 | 2010-02-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermally conductive aluminum nitride sintered product |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060320 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060711 |