JP2535139B2 - 放熱基板 - Google Patents
放熱基板Info
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- JP2535139B2 JP2535139B2 JP6218284A JP21828494A JP2535139B2 JP 2535139 B2 JP2535139 B2 JP 2535139B2 JP 6218284 A JP6218284 A JP 6218284A JP 21828494 A JP21828494 A JP 21828494A JP 2535139 B2 JP2535139 B2 JP 2535139B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱導電性の良好な窒化ア
ルミニウム焼結体を用いた放熱基板に関する。
ルミニウム焼結体を用いた放熱基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は常温から
高温まで高強度性を保ち、又、溶融金属に濡れず、更に
電気絶縁性が高く、高熱伝導性であるなど、多くの優れ
た特性を有しており、新素材として注目されている。
高温まで高強度性を保ち、又、溶融金属に濡れず、更に
電気絶縁性が高く、高熱伝導性であるなど、多くの優れ
た特性を有しており、新素材として注目されている。
【０００３】近年、半導体基板への応用研究が活発に行
なわれ、量産可能なＡｌＮ焼結体の熱伝導率は数年前ま
で４０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋであったものが、〜２００Ｗ／
ｍ・Ｋまで改良されるに至った。
なわれ、量産可能なＡｌＮ焼結体の熱伝導率は数年前ま
で４０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋであったものが、〜２００Ｗ／
ｍ・Ｋまで改良されるに至った。
【０００４】窒化アルミニウムの焼結体高熱伝導率化
は、高純度ＡｌＮ原料特に酸素含有量の少ないＡｌＮ粉
の量産が可能になったことが第１の要因である。
は、高純度ＡｌＮ原料特に酸素含有量の少ないＡｌＮ粉
の量産が可能になったことが第１の要因である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】尚、酸素含有量の少な
いＡｌＮ粉を主成分とし、焼結助剤の最適化により、高
熱伝導性のＡｌＮ焼結体が得られるようになったが、一
方、酸素含有量が少なくなると共に焼結性が悪くなる傾
向があり、緻密な焼結体を得るためには従来に比べてよ
り高温での焼結が必要となってきた。
いＡｌＮ粉を主成分とし、焼結助剤の最適化により、高
熱伝導性のＡｌＮ焼結体が得られるようになったが、一
方、酸素含有量が少なくなると共に焼結性が悪くなる傾
向があり、緻密な焼結体を得るためには従来に比べてよ
り高温での焼結が必要となってきた。
【０００６】すなわち、従来酸素量が多いＡｌＮ粉はそ
の粉末から得られた焼結体の高熱伝導率は低いが焼結性
においては優れていると言える。
の粉末から得られた焼結体の高熱伝導率は低いが焼結性
においては優れていると言える。
【０００７】半導体実装基板への応用を考える時、現在
広く使用されているアルミナ基板との代替が考えられる
が、このような状況では徹底的な低コスト化が必要であ
り、焼結温度の上昇は製造コストの増加となり、好まし
くないものである。
広く使用されているアルミナ基板との代替が考えられる
が、このような状況では徹底的な低コスト化が必要であ
り、焼結温度の上昇は製造コストの増加となり、好まし
くないものである。
【０００８】本発明は高純度で低酸素含有量でＳｉを含
まないＡｌＮを用いて、その高熱伝導性を損うことなく
焼結性を改良し、低温での焼結を可能としたＡｌＮ焼結
体を用いた放熱基板である。
まないＡｌＮを用いて、その高熱伝導性を損うことなく
焼結性を改良し、低温での焼結を可能としたＡｌＮ焼結
体を用いた放熱基板である。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者等は、
各種添加物を加えたＡｌＮ焼結体の焼結性および熱伝導
率について、種々研究を行った結果、アルカリ土類酸化
物又はフッ化物、希土類酸化物およびアルミニウム酸化
物から成る添加物を加えることにより、高純度ＡｌＮ原
料本来の高熱伝導率性（１３６Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を損う
ことなく焼結性が改良されることを見い出した。
各種添加物を加えたＡｌＮ焼結体の焼結性および熱伝導
率について、種々研究を行った結果、アルカリ土類酸化
物又はフッ化物、希土類酸化物およびアルミニウム酸化
物から成る添加物を加えることにより、高純度ＡｌＮ原
料本来の高熱伝導率性（１３６Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を損う
ことなく焼結性が改良されることを見い出した。
【００１０】すなわち本発明は低酸素含有でＳｉを含ま
ないＡｌＮを主成分とし、これにアルカリ土類金属酸化
物又はフッ化物、希土類酸化物およびアルミニウム酸化
物から成る添加物を各々の酸化物に換算して00.5〜１５
重量％添加して焼結したＡｌＮを放熱基板として用いた
ことを特徴とする。
ないＡｌＮを主成分とし、これにアルカリ土類金属酸化
物又はフッ化物、希土類酸化物およびアルミニウム酸化
物から成る添加物を各々の酸化物に換算して00.5〜１５
重量％添加して焼結したＡｌＮを放熱基板として用いた
ことを特徴とする。
【００１１】本発明においてアルカリ土類金属元素とし
てはＣａ，Ｂａ，Ｓｒが、希土類元素としてはＹ，Ｌ
ａ，Ｃｅが特に有効であり、これらの元素から成る化合
物すなわち、酸化物又はフッ化物を添加するものであ
る。
てはＣａ，Ｂａ，Ｓｒが、希土類元素としてはＹ，Ｌ
ａ，Ｃｅが特に有効であり、これらの元素から成る化合
物すなわち、酸化物又はフッ化物を添加するものであ
る。
【００１２】従来よりアルカリ土類金属そして希土類の
化合物がＡｌＮの焼結助剤として、および高熱伝導率化
に有効であることが知られていた。
化合物がＡｌＮの焼結助剤として、および高熱伝導率化
に有効であることが知られていた。
【００１３】これらの添加物はＡｌＮ中に不可避的に含
まれている不純物酸素と反応し、例えば添加物がアルカ
リ土類金属化合物のＣａＯである時は焼結後にＣａＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 などの副相となっ
て、不純物酸素を取り込んだ生成物となり、焼結体を高
熱伝導率化するものと考えられている。
まれている不純物酸素と反応し、例えば添加物がアルカ
リ土類金属化合物のＣａＯである時は焼結後にＣａＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 などの副相となっ
て、不純物酸素を取り込んだ生成物となり、焼結体を高
熱伝導率化するものと考えられている。
【００１４】又、このような添加物を全く含まずにＡｌ
Ｎ単味で焼結すると不純物酸素はＡｌＮと反応してＡｌ
の酸窒化物（Ａｌ（８／３＋ｘ／３）Ｏ4-x Ｎx ）又は
ポリタイプ（Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ7 ）又はα−Ａｌ2 Ｏ3 等を
生成し、例えホットプレス焼結により緻密化したとして
も熱伝導率を大幅に低下させることが知られている。
Ｎ単味で焼結すると不純物酸素はＡｌＮと反応してＡｌ
の酸窒化物（Ａｌ（８／３＋ｘ／３）Ｏ4-x Ｎx ）又は
ポリタイプ（Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ7 ）又はα−Ａｌ2 Ｏ3 等を
生成し、例えホットプレス焼結により緻密化したとして
も熱伝導率を大幅に低下させることが知られている。
【００１５】一般に高熱伝導率なＡｌＮ焼結体を得るた
めにはアルミニウム酸化物は有害な不純物として極力混
入しないようにするのが常道的な考え方である。
めにはアルミニウム酸化物は有害な不純物として極力混
入しないようにするのが常道的な考え方である。
【００１６】しかしながら、本発明等の研究結果では、
アルカリ土類酸化物又はフッ化物、希土類酸化物と共に
アルミニウム酸化物を添加しても、予想に反して何ら熱
伝導率を損うことなく、かえって焼結性を向上させるこ
とが判明したものである。
アルカリ土類酸化物又はフッ化物、希土類酸化物と共に
アルミニウム酸化物を添加しても、予想に反して何ら熱
伝導率を損うことなく、かえって焼結性を向上させるこ
とが判明したものである。
【００１７】一般にアルカリ土類金属化合物、希土類化
合物が焼結助剤として、緻密化に有効であるのは、焼結
温度において主にＡｌＮ原料中の不純物と反応して液相
を生じ、ＡｌＮの液相焼結を進行させると考えられてい
る。
合物が焼結助剤として、緻密化に有効であるのは、焼結
温度において主にＡｌＮ原料中の不純物と反応して液相
を生じ、ＡｌＮの液相焼結を進行させると考えられてい
る。
【００１８】このような焼結構成において、低酸素含有
なＡｌＮ原料において焼結性が低下するのは、上述のよ
うな焼結助剤と反応して焼結時に生じる液相量が少なく
なるため、焼結が進行し難なるためであろうと推測され
る。
なＡｌＮ原料において焼結性が低下するのは、上述のよ
うな焼結助剤と反応して焼結時に生じる液相量が少なく
なるため、焼結が進行し難なるためであろうと推測され
る。
【００１９】なすわち、低酸素含有でＳｉを含まないＡ
ｌＮ原料においては、アルミニウム酸化物、アルカリ土
類酸化物又はフッ化物（窒化物を含まない）希土類酸化
合物を添加することによって、焼結に充分な液相量が生
じ、添加したアルミニウム酸化物はＡｌＮと反応してＡ
ｌの酸窒化物、スピネル又はα−Ａｌ2 Ｏ3 等を生成す
ることなく、アルカリ土類金属アルミネート化合物又は
希土類アルミネート化合物となって生成するため、熱伝
導率を低下させることがないと考えられる。また希土
類、アルカリ土類の窒化物を含まないようにすることに
よって、Ａｌの酸窒化物等を生成することなく、安定に
ＡｌＮ焼結体を得ることができる。
ｌＮ原料においては、アルミニウム酸化物、アルカリ土
類酸化物又はフッ化物（窒化物を含まない）希土類酸化
合物を添加することによって、焼結に充分な液相量が生
じ、添加したアルミニウム酸化物はＡｌＮと反応してＡ
ｌの酸窒化物、スピネル又はα−Ａｌ2 Ｏ3 等を生成す
ることなく、アルカリ土類金属アルミネート化合物又は
希土類アルミネート化合物となって生成するため、熱伝
導率を低下させることがないと考えられる。また希土
類、アルカリ土類の窒化物を含まないようにすることに
よって、Ａｌの酸窒化物等を生成することなく、安定に
ＡｌＮ焼結体を得ることができる。
【００２０】本発明においてアルカリ土類酸化物又はフ
ッ化物、希土類酸化物およびアルミニウム酸化物の合計
量を0.05〜１５重量％としたのは0.05重量％未満では、
目的とする効果が得られないためであり、１５重量％を
超えると、耐熱性、機械的強度が損なわれるばかりか、
熱伝導率も低下してしまう場合があるためである。
ッ化物、希土類酸化物およびアルミニウム酸化物の合計
量を0.05〜１５重量％としたのは0.05重量％未満では、
目的とする効果が得られないためであり、１５重量％を
超えると、耐熱性、機械的強度が損なわれるばかりか、
熱伝導率も低下してしまう場合があるためである。
【００２１】更に、アルミニウム酸化物は、α−Ａｌ2
Ｏ3 ，γ−Ａｌ2 Ｏ3 等のＡｌ2 Ｏ3 又は焼成途中にこ
れらの酸化物となるものを用いることができる。
Ｏ3 ，γ−Ａｌ2 Ｏ3 等のＡｌ2 Ｏ3 又は焼成途中にこ
れらの酸化物となるものを用いることができる。
【００２２】次に、本発明の放熱基板に用いるＡｌＮ焼
結体を得るための一製造方法を説明する。
結体を得るための一製造方法を説明する。
【００２３】まず、Ｓｉを含まないＡｌＮ粉末に所定量
の添加物を加え、ボールミル等を用いて混合した後、常
圧焼結の場合はバインダーを加え、混棟、造粒、整粒を
行ない、金型、静水圧スプレ或いはシート成形により成
形を行なう。つづいて、成形体をＮ2 ガス気流中で７０
０℃前後で加熱してバインダーを除去する。次いで、成
形体を黒鉛又は窒化アルミニウムの容器にセットし、Ｎ
2 ガス雰囲気中にて１６００〜１８５０℃で常圧焼結を
行なう。
の添加物を加え、ボールミル等を用いて混合した後、常
圧焼結の場合はバインダーを加え、混棟、造粒、整粒を
行ない、金型、静水圧スプレ或いはシート成形により成
形を行なう。つづいて、成形体をＮ2 ガス気流中で７０
０℃前後で加熱してバインダーを除去する。次いで、成
形体を黒鉛又は窒化アルミニウムの容器にセットし、Ｎ
2 ガス雰囲気中にて１６００〜１８５０℃で常圧焼結を
行なう。
【００２４】一方、ホットプレス焼結の場合は前記ボー
ルミル等で混合した原料を１６００〜１８００℃でホッ
トプレスする。
ルミル等で混合した原料を１６００〜１８００℃でホッ
トプレスする。
【００２５】
【実施例】次に、本発明の放熱基板に用いるＡｌＮの実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００２６】実施例−１ まず、平均粒径４μｍで不純物酸素量が２ｗｔ％以下の
1.1ｗｔ％のＡｌＮの粉末（Ｓｉ含有なし）に、同じく
平均粒径１μｍのＹ2 Ｏ3 粉末５重量％、平均粒径２μ
ｍのＣａ2 Ｏ3 粉末を１重量％とα−Ａｌ2 Ｏ3 を 0.5
重量％を添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合を行な
い原料と調製した。つづいて、この原料に、パラフィン
を７重量％添加し、造粒した後、８００kg／cm2 の圧力
でプレス成形して３０×３０×８mm圧粉体とした。これ
を、窒素ガス雰囲気で最高７００℃まで加熱してパラフ
ィンを除去した。
1.1ｗｔ％のＡｌＮの粉末（Ｓｉ含有なし）に、同じく
平均粒径１μｍのＹ2 Ｏ3 粉末５重量％、平均粒径２μ
ｍのＣａ2 Ｏ3 粉末を１重量％とα−Ａｌ2 Ｏ3 を 0.5
重量％を添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合を行な
い原料と調製した。つづいて、この原料に、パラフィン
を７重量％添加し、造粒した後、８００kg／cm2 の圧力
でプレス成形して３０×３０×８mm圧粉体とした。これ
を、窒素ガス雰囲気で最高７００℃まで加熱してパラフ
ィンを除去した。
【００２７】次にカーボン型中にセットし、窒素ガス雰
囲気下で１７５０の温度で２時間加熱して常圧焼結し
た。
囲気下で１７５０の温度で２時間加熱して常圧焼結し
た。
【００２８】得られた各焼結体の密度を測定し、又、直
径１０mm，厚さ３mmの円板を切り出しレーザーフラッシ
ュ法により熱伝導率を測定した。この結果を表−１に示
した。
径１０mm，厚さ３mmの円板を切り出しレーザーフラッシ
ュ法により熱伝導率を測定した。この結果を表−１に示
した。
【００２９】実施例−２ 実施例−１と同様な方法でアルカリ土類の種類をフッ化
物にした場合である（表−１）。
物にした場合である（表−１）。
【００３０】実施例−３〜４ 平均粒径が１μｍで不純物酸素量が 1.8ｗｔ％のＡｌＮ
粉末を用いて、表−２に示した各種組成の添加物を加
え、実施例−１と同様な方法で常圧焼結体を製造した。
各焼結体の密度と熱伝導率を測定して表−２に示した。
粉末を用いて、表−２に示した各種組成の添加物を加
え、実施例−１と同様な方法で常圧焼結体を製造した。
各焼結体の密度と熱伝導率を測定して表−２に示した。
【００３１】比較例−１ 実施例−３ で用いたＡｌＮ粉末に、添加物を加えずボー
ルミルで粉砕、混合後この原料を３００kg／cm2 の圧力
でプレス成形して直径１２mm、厚さ１０mmの圧粉体とし
た。次いでこの圧粉体をカーボン型中に入れ窒素雰囲気
中、１７００℃、１時間、４００kg／cm2 の圧力下でホ
ットプレス焼結した。
ルミルで粉砕、混合後この原料を３００kg／cm2 の圧力
でプレス成形して直径１２mm、厚さ１０mmの圧粉体とし
た。次いでこの圧粉体をカーボン型中に入れ窒素雰囲気
中、１７００℃、１時間、４００kg／cm2 の圧力下でホ
ットプレス焼結した。
【００３２】又、同じく実施例−３で用いたＡｌＮ粉末
に平均粒径１μｍのＹ2 Ｏ3 を３重量％を添加し、同様
な条件下でホットプレス焼結した焼結体の密度と熱伝導
率を測定し、表−３に示した。
に平均粒径１μｍのＹ2 Ｏ3 を３重量％を添加し、同様
な条件下でホットプレス焼結した焼結体の密度と熱伝導
率を測定し、表−３に示した。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、低酸
素含有なＡｌＮ粉を用いた場合の焼結性の低下を、本来
の高熱伝導性を何ら損なうことなく抑制でき、例えば半
導体実装用放熱基板などの応用に適し、その工業的価値
は大である。
素含有なＡｌＮ粉を用いた場合の焼結性の低下を、本来
の高熱伝導性を何ら損なうことなく抑制でき、例えば半
導体実装用放熱基板などの応用に適し、その工業的価値
は大である。
Claims (4)
- 【請求項１】低酸素含有でＳｉを含まない窒化アルミニ
ウムを主成分とし、これに、アルカリ土類窒化物を含ま
ないアルカリ土類酸化物又はフッ化物、希土類酸化物の
およびアルミニウム酸化物から成る添加物を各々の酸化
物に換算して0.05〜１５重量％添加して焼結した熱伝導
率１３６ｗ／ｍ・Ｋ以上の窒化アルミニウム焼結体から
なることを特徴とする放熱基板。 - 【請求項２】窒化アルミニウム原料中の低酸素含有の量
が２重量％以下である請求項１記載の放熱基板。 - 【請求項３】窒化アルミニウム原料中の低酸素含有の量
と 1.1重量％以下である請求項１記載の放熱基板。 - 【請求項４】希土類元素がＹ，Ｌａ，Ｃｅのうち少なく
とも１種である特許請求項１記載の放熱基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6218284A JP2535139B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 放熱基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6218284A JP2535139B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 放熱基板 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61096839A Division JPS62256772A (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 窒化アルミニウム焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07165472A JPH07165472A (ja) | 1995-06-27 |
| JP2535139B2 true JP2535139B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=16717439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6218284A Expired - Fee Related JP2535139B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 放熱基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535139B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1067560A (ja) * | 1996-03-18 | 1998-03-10 | Fuji Electric Co Ltd | 高熱伝導率セラミックスおよびその製造方法 |
| JP2001122666A (ja) * | 1999-10-26 | 2001-05-08 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体と、それを用いた半導体装置および加熱用装置 |
| JP5150020B2 (ja) * | 2000-04-18 | 2013-02-20 | 日本タングステン株式会社 | ＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３複合材料の製造法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54100410A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-08 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ceramic heat conductor |
| JPS60186478A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-21 | 株式会社東芝 | 窒化物焼結体の製造方法 |
| JPS61256980A (ja) * | 1985-05-08 | 1986-11-14 | 株式会社村田製作所 | 窒化アルミニウム焼結体 |
| JPS62176960A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-03 | ティーディーケイ株式会社 | 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPS62176961A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-03 | ティーディーケイ株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-08-22 JP JP6218284A patent/JP2535139B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54100410A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-08 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ceramic heat conductor |
| JPS60186478A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-21 | 株式会社東芝 | 窒化物焼結体の製造方法 |
| JPS61256980A (ja) * | 1985-05-08 | 1986-11-14 | 株式会社村田製作所 | 窒化アルミニウム焼結体 |
| JPS62176960A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-03 | ティーディーケイ株式会社 | 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPS62176961A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-03 | ティーディーケイ株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07165472A (ja) | 1995-06-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |