JP2647347B2 - Manufacturing method of aluminum nitride sintered body heat sink - Google Patents

Manufacturing method of aluminum nitride sintered body heat sink

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JP2647347B2
JP2647347B2 JP6196588A JP19658894A JP2647347B2 JP 2647347 B2 JP2647347 B2 JP 2647347B2 JP 6196588 A JP6196588 A JP 6196588A JP 19658894 A JP19658894 A JP 19658894A JP 2647347 B2 JP2647347 B2 JP 2647347B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化アルミニウム焼
結体放熱板の製造方法に関し、さらに詳しくは、緻密
で、しかも熱伝導性が良好な窒化アルミニウム焼結体放
板の製造方法に関する。
The present invention relates to relates to a manufacturing method of an aluminum nitride sintered body radiator plate, more particularly, a dense, yet a method for producing a thermally conductive aluminum good nitride sintered body radiator plate.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化アルミニウム(AlN)は高温まで
強度低下が少なく、化学的耐性にも優れているため、耐
熱材料として用いられる一方、その高温伝導性、高電気
絶縁性を利用して半導体装置の放熱板材料としても有望
視されている。こうしたAlNは、通常、融点を持た
ず、2,200℃以上の高温で分解するため、薄膜など
の用途を除いては焼結体として用いられる。
2. Description of the Related Art Aluminum nitride (AlN) is used as a heat-resistant material because it has a small decrease in strength up to high temperatures and is excellent in chemical resistance. On the other hand, a semiconductor device utilizing its high-temperature conductivity and high electrical insulation is used. It is also promising as a heat sink material. Since such AlN does not usually have a melting point and decomposes at a high temperature of 2,200 ° C. or more, it is used as a sintered body except for applications such as thin films.

【0003】かかるAlN焼結体は、通常、AlN粉末
を成形、焼結して得られる。しかし、AlN粉末を単独
で用いた場合には焼結性が良好でないために、ホットプ
レス法による以外には緻密、すなわち、高密度の焼結体
を得ることが困難である。そこで、常圧で焼結する場合
には、通常焼結体の高密度化を目的として、AlN粉末
に焼結助剤として、希土類酸化物又はアルカリ土類金属
酸化物を添加することが一般に行われている。
[0003] Such an AlN sintered body is usually obtained by molding and sintering an AlN powder. However, when AlN powder is used alone, sinterability is not good, and it is difficult to obtain a dense, that is, high-density sintered body except by the hot press method. Therefore, when sintering at normal pressure, it is common practice to add a rare earth oxide or an alkaline earth metal oxide as a sintering aid to AlN powder for the purpose of increasing the density of the sintered body. Have been done.

【0004】このように焼結助剤を添加することによ
り、確かに焼結体の密度はかなり高められたが、しか
し、他方で、かかるAlN焼結体の熱伝導率は酸素そ
の他の不純物及び粒界の存在などにより予想されるよ
りも低いというのが現状であった。すなわち、AlNの
理論熱伝導率が320W/m K であるのに対し、AlN焼
結体のそれは高々40W/m K であるという問題がある。
[0004] The addition of such a sintering aid did indeed considerably increase the density of the sintered body, but on the other hand, the thermal conductivity of such an AlN sintered body was reduced by oxygen and other impurities. At present , it is lower than expected due to the existence of grain boundaries and the like. That is, while the theoretical thermal conductivity of AlN is 320 W / m · K , that of the AlN sintered body is at most 40 W / m · K.

【0005】そのため、AlN焼結体の熱伝導率の向上
を目的として、種々の試みがなされているが、未だ充分
満足すべきものは得られていない。
For this reason, various attempts have been made to improve the thermal conductivity of the AlN sintered body, but none of them have been sufficiently satisfactory.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のかか
る問題を解消し、高密度で高熱伝導性を有するAlN焼
結体放熱板及びその製造方法の提供を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the conventional problems and to provide an AlN sintered body heat radiation plate having high density and high thermal conductivity, and a method of manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、AlN粉末に添加される焼結添加物と、
得られた焼結体の密度並びに熱伝導率の関係を種々検討
した結果、以下に述べる知見を得た。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have developed a sintering additive added to AlN powder;
As a result of variously examining the relationship between the density and the thermal conductivity of the obtained sintered body, the following findings were obtained.

【0008】すなわち、焼結助剤としてアルカリ土類化
合物とともに、周期律表第Va、VIa、 VIIa及びVIII
から選ばれる遷移元素の金属、又は該元素を含む酸化
をAlN粉末に添加して焼結すれば、従来知られてい
たアルカリ土類又は希土類元素の酸化物の単独添加に比
べてより低温で焼結が可能となり、得られたAlN焼
結体が緻密で、高い熱伝導性を有するという事実であ
る。
[0008] That is, together with an alkaline earth compound as a sintering aid, the periodic table Va , VIa, VIIa and VIII
Metal of transition element selected from the group or oxidation containing the element
If the material is added to the AlN powder and sintered, the sintering can be performed at a lower temperature as compared with the conventionally known single addition of an oxide of an alkaline earth or rare earth element. Is dense and has high thermal conductivity.

【0009】すなわち、本発明の窒化アルミニウム焼結
体放熱板の製造方法は、 (a)窒化アルミニウムと、 (b)アルカリ土類元素を含む化合物と、 (c)周期律表第Va、VIa、 VIIa及びVIII族から選
ばれる遷移元素の金属、又は該元素を含む酸化物とを混
合したのち、成形、焼結することを特徴とする。
That is, the method of manufacturing the aluminum nitride sintered body radiator plate of the present invention comprises: (a) aluminum nitride; (b) a compound containing an alkaline earth element; and (c) Va and VIa of the periodic table . , selected from VIIa and VIII
Metal transition elements which barrel or After mixing the oxide containing the element, molding, characterized by sintering.

【0010】本発明の製造方法によって得られたAlN
焼結体放熱板は、その構成相を微視的に観察すると、A
lN結晶粒の粒界に、アルカリ土類アルミニウムの酸化
物及び/又はこれらの酸フッ化物等の化合物と、周期律
第Va、VIa、 VIIa及びVIII族から選ばれる遷移元
素を含む化合物が生成している。
[0010] AlN obtained by the production method of the present invention
Sintered body radiator plate, when microscopically observed its constituent phases, A
At the grain boundaries of the 1N crystal grains, a compound such as an oxide of alkaline earth aluminum and / or an oxyfluoride thereof and a compound containing a transition element selected from Groups Va , VIa, VIIa and VIII of the periodic table are provided. Has been generated.

【0011】かかるAlN焼結体放熱板において、含有
されるアルカリ土類元素が例えばカルシウム(Ca)で
ある場合は、上記アルミニウムとの酸化物は6Al 2
3 ・CaO、2Al23 ・CaO、Al23 ・Ca
Oなどの化合物である
In this AlN sintered body heat sink, when the contained alkaline earth element is, for example, calcium (Ca), the oxide with aluminum is 6Al 2 O.
3 · CaO, 2Al 2 O 3 · CaO, Al 2 O 3 · Ca
O and other compounds .

【0012】さらに、かかるAlN焼結体放熱板におい
て、主成分であるAlN結晶粒の構成比は全体の80〜
99.98重量%であることが好ましい。この構成比が
80重量%未満の場合はAlN自体の特性が充分得られ
ず、逆に99.98重量%を超えると添加物の効果を充
分に発揮せしめることが困難になる
Furthermore, in such an AlN sintered body heat sink, the composition ratio of AlN crystal grains as a main component is 80 to 80% of the whole.
Preferably it is 99.98% by weight. If the composition ratio is less than 80% by weight, the characteristics of AlN itself cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 99.98% by weight, it is difficult to sufficiently exert the effect of the additive .

【0013】発明のAlN焼結体放熱板の製造方法に
ついて述べる。本発明の製造方法は、主成分であるAl
Nと、第1の添加物としてアルカリ土類元素を含む化合
物、並びに第2の添加物として周期律表第Va、VIa、
VIIa及びVIII族から選ばれる遷移元素の金属、又は該
元素を含む酸化物とを混合し、成形・焼結することを骨
子とするものである。
The method for manufacturing the heatsink of the AlN sintered body of the present invention will be described. The production method of the present invention is a method for producing Al
N and a compound containing an alkaline earth element as a first additive, and Va and VIa of the periodic table as a second additive.
A metal of a transition element selected from Group VIIa and VIII , or
The main point is to mix with an oxide containing an element and to mold and sinter.

【0014】まず、主成分であるAlN粉末としては、
焼結性、熱伝導性を考慮して酸素を0.001〜7重量
%含有するものを使用することがとくに有用である。
First, as the main component AlN powder,
It is particularly useful to use one containing 0.001 to 7% by weight of oxygen in consideration of sinterability and thermal conductivity.

【0015】そして、第1の添加物に含まれるアルカリ
土類元素としては、Be、Mg、Ca、Sr、Baなど
があげられ、とくに、Ca、Sr、Baは好ましいもの
である。これらの元素は1種又は2種以上が上記AlN
粉末に添加される。これらの元素の化合物としては、酸
化物、窒化物、フッ化物、酸フッ化物、酸窒化物もしく
は焼成によりこれらの化合物となる物質が好適である。
焼成によって例えば酸化物となる物質としては、これら
元素の炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物などをあ
げることができる。
[0015] Examples of the alkaline earth element contained in the first additive include Be, Mg, Ca, Sr, and Ba. In particular, Ca, Sr, and Ba are preferable. One or more of these elements are selected from the group consisting of AlN.
Added to powder. As a compound of these elements, an oxide, a nitride, a fluoride, an oxyfluoride, an oxynitride, or a substance which becomes these compounds by firing is preferable.
Examples of the substance that becomes an oxide upon firing include carbonates, nitrates, oxalates, and hydroxides of these elements.

【0016】ついで、第2の添加物に含まれる遷移元素
としては、周期律表第Va族(V、Nb、Ta)、第VI
a族(Cr、Mo、W)、第 VIIa族(Mn、Re)、
又は第VIII族(Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、
Os、Ir、Pt)に属するものであればよく、これら
の元素も上記第1の添加物と同様、1種又は2種以上が
該遷移元素である金属、又は該元素を含む酸化物の粉末
として上記AlN粉末に添加される。これらの遷移元
素のうち第4周期に属するもの、つまり、V、Cr、M
n、Fe、Co又はNiを使用すると、従来に比べて低
い焼結温度、例えば1,600〜1,650℃で高密
度、高熱伝導性のAlN焼結体を製造することができる
という利点を有する。
Next, the transition elements contained in the second additive include Group Va of the periodic table (V, Nb, Ta) and Group VI.
group a (Cr, Mo, W), group VIIa (Mn, Re),
Or Group VIII (Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd,
Os, Ir, Pt) as long as they belong to one or more of these elements, similar to the first additive.
As a powder of an oxide containing a metal, or said element is the transition element, is added to the AlN powder. Of these transition elements, those belonging to the fourth period, that is , V 1 , Cr, M
When n, Fe, Co or Ni is used, there is an advantage that an AlN sintered body having a high density and a high thermal conductivity can be manufactured at a lower sintering temperature, for example, 1600 to 1650 ° C. than the conventional one. Have.

【0017】上述した第1及び第2の添加物は、それぞ
れ各元素の酸化物に換算して0.01〜18重量%、
0.01〜15重量%の範囲で添加することが好まし
い。また、両者の合計は0.02〜20重量%とするこ
とが好ましい。この添加量が、それぞれ0.01重量%
未満であると、添加物の効果が充分に発揮されず、ま
た、添加量が過度に多いと耐熱性、高強度性が損なわ
れるうえに熱伝導率も低下するため好ましくない。よ
り好ましくは、第2の添加物が0.01〜10重量%、
両者の好ましい合計量が0.02〜18重量%である。
第2の添加物量が多いと電気絶縁性が低下するおそ
れがある。
[0017] The first and second additives described above, from 0.01 to 18 wt%, respectively in terms of oxide of each element,
And 0.01 to 15% by weight. The total of both is preferably 0.02 to 20% by weight. The amount added is 0.01% by weight.
When the amount is less than the above, the effect of the additive is not sufficiently exerted. On the other hand, when the amount is excessively large, the heat resistance and the high strength are impaired, and the thermal conductivity is undesirably lowered. More preferably, the second additive is 0.01 to 10% by weight,
The preferred total amount of both is 0.02 to 18% by weight.
If the amount of the second additive is large, electrical insulation may be deteriorated.

【0018】使用するAlN粉末及び第1、第2の焼結
添加物粉末の粒径は、平均粒径でともに5μm 以下であ
り、好ましくは4μm 以下である。
The average particle diameter of the AlN powder and the first and second sintering additive powders to be used is 5 μm or less, preferably 4 μm or less.

【0019】次いで、本発明のAlN焼結体放熱板の製
造方法の一例を以下に述べる。先ず、AlN粉末に、焼
結添加物として上記したアルカリ土類元素化合物、並び
に周期律表第IVa〜VIII族から選ばれる遷移元素の金
属、又は該素を含む酸化物よりなる粉末を所定量添加
したのちボールミル等を用いて混合する。焼結には常
圧焼結法、ホットプレス法などを使用することができ
る。常圧焼結法による場合は、混合粉末にバインダーを
加え、混練、造粒、整粒を行なったのち成形する。成形
法としては、金型プレス、静水圧プレス又はシート成形
などが適用できる。続いて、成形体を例えばN2 ガス気
流中で加熱してバインダーを除去したのち、常圧焼結す
る。焼結温度は使用する添加物の種類にもよるが、通常
は1,650〜1,800℃に設定される。一方、ホッ
トプレス焼結法による場合は、前記ボールミル等で混合
した原料を直接ホットプレスすればよい。
Next, an example of the method of manufacturing the AlN sintered body heat sink of the present invention will be described below. First, the AlN powder was added to the above alkaline earth element compound as a sintering additive, and a transition element selected from the groups IVa to VIII of the periodic table.
Genus, or After the powder of oxide containing said elemental added a predetermined amount, mixed using a ball mill or the like. For sintering, a normal pressure sintering method, a hot press method, or the like can be used. In the case of the normal pressure sintering method, a binder is added to the mixed powder, and the mixture is kneaded, granulated and sized, and then molded. As a molding method, a mold press, an isostatic press, a sheet molding, or the like can be applied. Subsequently, the molded body is heated, for example, in a stream of N 2 gas to remove the binder, and then sintered under normal pressure. The sintering temperature depends on the type of the additive used, but is usually set at 1,650 to 1,800 ° C. On the other hand, when the hot press sintering method is used, the raw materials mixed by the ball mill or the like may be directly hot pressed.

【0020】本発明のAlN焼結体放熱板の熱伝導性の
向上効果及び焼結温度の低下効果は現在のところ不明で
あるが、本発明者らの研究によれば高熱伝導率化の一
因として次のように推定される。すなわち、高熱伝導率
化の要因の一つとして、本発明のAlN焼結体ではAl
の酸窒化物(AlON)、そしてAlNのポリタイプ
(27R型)が生成し難いことである。本発明者らの研
究結果によれば、AlONそして27R型が生成した焼
結体は、いずれも熱伝導率が低いことがわかっている。
AlON、27R型の生成は、AlN粉末の純度、焼結
炉内雰囲気及び焼結助剤の種類とその添加量などにも影
響されるが同一のAlN粉末を用いて、同一の実験条
件下で製造した焼結体を比較すると、従来の希土類酸化
物やアルカリ土類酸化物を添加した場合に比べて、本発
明の焼結体放熱板ではAlON及び27R型の生成が
明らかに少ないか、全く生成していないのである。
The lowering effect of improvement and sintering temperature of the thermal conductivity of the AlN sintered body radiator plate of the present invention are currently unknown, but according to studies by the present inventors, the thermal conductivity of This is estimated as follows. That is, one of the factors for increasing the thermal conductivity is that the AlN sintered body of the present invention
Oxynitride (AlON) and a polytype of AlN (27R type) are difficult to produce. According to the research results of the present inventors, it is known that the sintered bodies in which AlON and 27R type are formed have low thermal conductivity.
AlON, the generation of the 27R type, purity of AlN powder, but also affects the kind and the addition amount of the sintering furnace atmosphere and a sintering aid, using the same AlN powder, the same experimental conditions in comparing sintered body produced, or in comparison with the case of adding a conventional rare earth oxide or an alkaline earth oxide, in the sintered body radiator plate of the present invention, it is clearly less generation of AlON and 27R type Is not generated at all.

【0021】一方、焼結温度の低下については、従来の
希土類酸化物又はアルカリ土類酸化物を単独で添加する
場合に比べて焼結時により低い温度で液相を生じ
結が進行するためであると推定される。
On the other hand, with respect to the decrease in sintering temperature, a liquid phase is generated at a lower temperature during sintering as compared with the conventional case where a rare earth oxide or an alkaline earth oxide is added alone, and sintering proceeds. It is presumed to be.

【0022】さらに、本発明の焼結体放熱板は、第2の
添加物である遷移元素を含有することによって着色さ
れ、しかも、その色調は添加物元素の種類とその添加量
及び組み合わせによって様々に変えることが可能であ
る。すなわち、一般に、AlN原料ではAl/Nモル比
が必ずしも1ではなく、Alリッチである場合が多く、
このような原料では焼結体の色は灰色又は黒色となる。
また、原料がAlリッチであるほど黒色化が進む一方
で、熱伝導率が低下してしまうことが通例である。した
がって、AlN原料において、Al/Nモル比がなるべ
く1に近く、かつ含有される不純物量が少ないほど熱伝
導率が向上し、かつ白色ないしは半透明の焼結体が得ら
れるのである。つまり、従来は、高熱伝導率のものを得
ようとすると、必然的に焼結体の色は白色ないし半透明
となってしまい、一方、着色したものを得ようとする
と、熱伝導率が低下してしまう。これに対して、本発明
ではアルカリ土類元素と遷移金属元素とを同時に添加す
ることにより、Al/Nモル比が1に近く、しかも不純
物量の少ないAlN原料を用い高い熱伝導率を確保しつ
つ、添加元素の種類又は組合せを適宜選択して、種々に
着色した焼結体を得ることが可能である。例えば、Cr
23 、Co34 などを添加すると、濃灰色に着色さ
れる。一方、Eu23 、Sm23 などを添加すると
淡赤色となり、TiO2 とCr23 を同時に添加する
と黒色のものが得られる。したがって、本発明によれ
ば、所望の色調を呈するAlN焼結体を製造することが
可能である。このように着色されたAlN焼結体は、熱
の放射率が高くなるので放熱性がさらに良好となり、ま
た、着色により製造時の焼結ムラなどを回避することが
でき製品の美観を高めることができるなどの利点を有す
るものである。
Further, the sintered body radiator plate of the present invention is colored by containing a transition element as a second additive, and its color tone varies depending on the type of the additive element and the amount and combination thereof. It is possible to change to In other words, in general, the Al / N molar ratio of the AlN raw material is not always 1, but is often Al-rich,
With such a raw material, the color of the sintered body is gray or black.
Further, as the raw material becomes richer in Al, the blackening proceeds, while the thermal conductivity generally decreases. Therefore, in the AlN raw material, as the Al / N molar ratio is as close to 1 as possible and the contained amount of impurities is smaller, the thermal conductivity is improved, and a white or translucent sintered body is obtained. In other words, conventionally, when trying to obtain a material having a high thermal conductivity, the color of the sintered body is inevitably white or translucent, while when trying to obtain a colored product, the thermal conductivity decreases. Resulting in. On the other hand, in the present invention, by simultaneously adding an alkaline earth element and a transition metal element, a high thermal conductivity is secured by using an AlN raw material having an Al / N molar ratio close to 1 and a small amount of impurities. In addition, it is possible to obtain various colored sintered bodies by appropriately selecting the type or combination of the additional elements. For example, Cr
When 2 O 3 , Co 3 O 4, etc. are added, the color becomes dark gray.
It is . On the other hand, when Eu 2 O 3 , Sm 2 O 3 or the like is added, a pale red color is obtained, and when TiO 2 and Cr 2 O 3 are simultaneously added, a black color is obtained. Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture an AlN sintered body having a desired color tone. Since the AlN sintered body colored in this way has a high heat emissivity, the heat dissipation is further improved, and the coloring can prevent unevenness in sintering at the time of production and enhance the appearance of the product. This has the advantage that it can be performed.

【0023】[0023]

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれら実施例によって制限されるもの
ではない。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0024】実施例1 まず、不純物としての酸素を3.6重量%含有し、平均
粒径が2.2μm のAlN粉末に、第1の添加物として
平均粒径2.0μm のCaO粉末を1.5重量%及び第
2の添加物として平均粒径2.5μmNiO粉末を
1.5重量%添加し、ボールミルで粉砕、混合を行ない
原料を調製した。つづいて、この原料にパラフィンを7
重量%添加して造粒した後、500kg/cm2の圧力でプレ
ス成形して30×30×8mmの圧粉体とした。ひきつづ
き、この圧粉体を窒素雰囲気中で700℃まで加熱して
パラフィンを除去した。次いで、カーボン容器中に収容
し、窒素ガス雰囲気中、1,700℃にて2時間常圧焼
結してAlN焼結体放熱板を製造した。得られたAlN
焼結体放熱板の密度を測定した。また、焼結体から直径
10mm、厚さ2.5mmの円板を研削し、これを試験片と
してレーザフラッシュ法により熱伝導率を測定した。
た、得られた焼結体から幅4mm厚さ3mm長さ40mmの角
棒を6本研削加工し 、これを抗折強度測定用試験片とし
て、支点間距離20mm、クロスヘッド速度0.5mm/min
の条件で3点曲げ強度を測定した。これらの結果を表1
に示した
Example 1 First, an AlN powder containing 3.6% by weight of oxygen as an impurity and having an average particle size of 2.2 μm was mixed with CaO powder having an average particle size of 2.0 μm as a first additive. 1.5 wt% of NiO powder having an average particle diameter of 2.5 μm was added as a second additive, and the mixture was pulverized and mixed by a ball mill to prepare a raw material. Then add 7 pieces of paraffin to this raw material.
After adding the powder by weight and granulating, it was pressed at a pressure of 500 kg / cm 2 to obtain a green compact of 30 × 30 × 8 mm. Subsequently, the green compact was heated to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove paraffin. Then, it was housed in a carbon container and sintered under normal pressure at 1,700 ° C. for 2 hours in a nitrogen gas atmosphere to produce an AlN sintered body heat sink. The obtained AlN
The density of the sintered body heat sink was measured. Also, the diameter from the sintered body
Grind a 10mm, 2.5mm thick disk and use it as a test piece.
The thermal conductivity was measured by the laser flash method. Ma
The obtained sintered body was 4mm wide, 3mm thick and 40mm long.
6 rods are ground and used as a test piece for bending strength measurement.
Distance between fulcrums, crosshead speed 0.5mm / min
The three-point bending strength was measured under the following conditions. Table 1 shows these results.
It was shown in .

【0025】実施例2〜8、比較例1〜4 AlN粉末の種類並びに焼結添加物粉末の種類を種々に
変えて、上記実施例1と同様にしてAlN粉末を製造
し、それぞれについて、同じく密度、熱伝導率を測定し
た。結果を各AlN粉末粒径、酸素含有量、焼結添加物
の種類、粒径、添加量とともに表1に示した。
[0025] Examples 2-8, instead of the various kinds of types, as well as sintering additives powder of Comparative Example 1 to 4 AlN powder, in the same manner as in Example 1 to produce an AlN powder, for each, as well The density and the thermal conductivity were measured. The results are shown in Table 1 together with the particle size of each AlN powder, the oxygen content, the type of sintering additive, the particle size, and the amount of addition.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】実施例9 表2 に示すAlN粉末並びに焼結添加物粉末を用いて、
上記実施例1と同様にしてAlN焼結体放熱板を製造
し、同じく密度及び熱伝導率を測定した。結果をAlN
粉末の粒径、酸素含有量、焼結添加物の種類、添加量と
ともに表2に示した。
Example 9 Using AlN powder and sintering additive powder shown in Table 2 ,
An AlN sintered body heat sink was manufactured in the same manner as in Example 1 and the density and the thermal conductivity were measured. The result is AlN
Table 2 shows the particle size of the powder, the oxygen content, the type of the sintering additive, and the amount added.

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】実施例10 不純物としての酸素を1.0重量%含有し、平均粒径が
1.2μm の AlN粉末に、平均粒径2.0μm のCa
Oを2.1重量%及び平均粒径2.0μm のFe23
を0.9重量%添加し、ボールミルを用いて粉砕、混合
を行ない原料を調製した。次いで、この原料粉を500
kg/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。しかるのち、この圧粉体をカーボン型
中に入れ窒素ガス雰囲気中、温度1,700℃かつ40
0kg/cm2の圧力下で1時間ホットプレス焼結を行なっ
た。実施例1と同様にして、得られた焼結体放熱板の密
熱伝導率を測定した。これらの結果を表3に示し
た。
Example 10 Oxygen as an impurity was contained at 1.0% by weight, and the average particle size was
1.2 μm AlN powder, 2.0 μm average particle size Ca
O 2 % by weight and Fe 2 O 3 having an average particle size of 2.0 μm
Was added and the mixture was pulverized and mixed using a ball mill to prepare a raw material. Next, this raw material powder was
Press forming with pressure of kg / cm 2 12mm in diameter and 10mm in thickness
Of a green compact. Thereafter, the green compact was placed in a carbon mold and placed in a nitrogen gas atmosphere at a temperature of 1,700 ° C and 40 ° C.
Hot press sintering was performed under a pressure of 0 kg / cm 2 for 1 hour. In the same manner as in Example 1, the density and the thermal conductivity of the obtained sintered body heat sink were measured . Table 3 shows the results.

【0030】比較例5〜8 AlN粉末の種類並びに焼結添加物粉末の種類を種々に
変えて、上記実施例9と同様にしてAlN焼結体放熱板
を製造し、それぞれについて、同じく密度、熱伝導率を
測定した。結果を各AlN粉末粒径、酸素含有量、焼結
添加物の種類、粒径、添加量とともに表3に示した。
Comparative Examples 5 to 8 The heat radiation plates of AlN sintered bodies were produced in the same manner as in Example 9 except that the type of AlN powder and the type of the sintering additive powder were variously changed. The thermal conductivity was measured. The results are shown in Table 3 together with the particle size of each AlN powder, the oxygen content, the type of the sintering additive, the particle size, and the amount added.

【0031】[0031]

【表3】 [Table 3]

【0032】実施例11 不純物としての酸素を1.4重量%含有し、平均粒径が
1.2μm のAlN粉末に、AlN粉末にNiOとCa
CO 3 の混合粉末(NiO:CaO換算の重量比1:
1)を4重量%添加し、ボールミルで粉砕、混合を行な
って原料を調製した。つづいて、この原料にパラフィン
を7重量%添加して造粒した後、500kg/cm2の圧力で
プレス成形して30×30×8mmの圧粉体とした。ひき
つづき、この圧粉体を窒素雰囲気中で700℃まで加熱
してパラフィンを除去した。次いで、カーボン容器中に
収容し、窒素ガス雰囲気中、1,600℃、1,650
℃、1,700℃、1,750℃及び1,800℃にて
2時間常圧焼結して5種のAlN焼結体放熱板を製造し
た。
Example 11 AlN powder containing 1.4% by weight of oxygen as an impurity and having an average particle diameter of 1.2 μm was added.
CO 3 mixed powder (weight ratio 1: NiO: CaO conversion: 1)
1) was added 4 wt%, grinding in a ball mill, a mixing line
Thus, the raw material was prepared. Subsequently, the raw material was granulated by adding 7% by weight of paraffin, and then press-molded at a pressure of 500 kg / cm 2 to obtain a green compact of 30 × 30 × 8 mm. Subsequently, the green compact was heated to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove paraffin. Then, it is housed in a carbon container and placed in a nitrogen gas atmosphere at 1600 ° C. and 1,650 ° C.
C., 1,700.degree. C., 1,750.degree. C., and 1,800.degree. C. for 2 hours under normal pressure sintering to produce five types of AlN sintered body heat sinks.

【0033】比較例9 上記実施例11と同様なAlN粉末に、CaCO3 をC
aO換算で4重量%添加した原料を用い、以下、実施例
11と同様な方法により5種のAlN焼結体放熱板を製
造した。
Comparative Example 9 CaCO 3 was added to the same AlN powder as in Example 11
Using a raw material added at 4% by weight in terms of aO, the following Examples
In the same manner as in Example 11 , five types of AlN sintered body heat sinks were manufactured.

【0034】比較例10 上記実施例11と同様なAlN粉末にNiOのみを5重
量%添加した原料を用い、以下、実施例11と同様な方
法により5種のAlN焼結体放熱板を製造した。
[0034] Using the raw material obtained by adding NiO only 5 wt% to the same AlN powder as in Comparative Example 10 Example 11 above, below, were prepared 5 kinds of AlN sintered body radiator plate in the same manner as in Example 11 .

【0035】しかして、実施例11及び比較例9、10
のAlN焼結体放熱板について、焼結温度に対する密度
及び熱伝導率の関係を調べたところ、図1及び図2に示
す特性図を得た。なお、図1及び図2中のAは実施例1
における特性線、Bは比較例9における特性線、Cは
比較例10における特性線である。図1及び図2より明
らかなように、本発明のAlN焼結体放熱板は低い焼結
温度で高密度化、高熱伝導率化を達成でき、従来のAl
N焼結体に比べて製造コストを低く抑えることが可能で
ある。
Thus, Example 11 and Comparative Examples 9 and 10
The relationship between the density and the thermal conductivity with respect to the sintering temperature of the AlN sintered body radiator plate was examined, and the characteristic diagrams shown in FIGS . 1 and 2 were obtained. Note that A in FIGS. 1 and 2 indicates the first embodiment.
1 is a characteristic line, B is a characteristic line in Comparative Example 9 , and C is a characteristic line.
14 is a characteristic line in Comparative Example 10 . As is clear from FIG . 1 and FIG. 2 , the AlN sintered body radiator plate of the present invention can achieve a high density and a high thermal conductivity at a low sintering temperature.
The manufacturing cost can be reduced as compared with the N sintered body.

【0036】実施例12 不純物としての酸素を2.4重量%含有し、平均粒径が
1.6μm のAlN粉末に、CaCO3 とFe23
混合粉末(Fe23 :CaOの換算の重量比3:7)
をCaO+Fe23 換算で4重量%添加し、上記実施
例42と同様の方法により、1,600℃、1,650
℃、1,700℃、1,750℃及び1,800℃の各
温度で2時間焼結し、それぞれ得られたAlN焼結体放
熱板について密度及び熱伝導率を測定し、結果を図3
図4において曲線により示した。
Example 12 AlN powder containing 2.4% by weight of oxygen as an impurity and having an average particle diameter of 1.6 μm was mixed with a mixed powder of CaCO 3 and Fe 2 O 3 (Fe 2 O 3 : CaO conversion). Weight ratio of 3: 7)
Was added in an amount of 4% by weight in terms of CaO + Fe 2 O 3.
C., 1,700.degree. C., 1,750.degree. C., and 1,800.degree. C. for 2 hours, and the density and thermal conductivity of the obtained AlN sintered body heat radiation plate were measured . and shown by curve D in FIG. 4.

【0037】比較例11 比較のために、実施例12と同様のAlN粉末にCaC
3 7.14重量%(CaO換算で4.0重量%を添加
した原料粉及びY23 を4重量%添加した原料粉を使
用して、上記と同様各温度で焼結を行ない、得られた焼
結体放熱板の密度及び熱伝導率を測定し結果を図3
にそれぞれ曲線、曲線により示した。図3及び
からも明らかなように、本発明のAlN焼結体放熱板
は、大幅な焼結温度の低下が可能であり、高密度且つ高
伝導率となるため、従来のAlN焼結体に比べ製造コス
トを低く抑えることが可能である。
COMPARATIVE EXAMPLE 11 For comparison, the same AlN powder as in Example 12 was added to CaC
Sintering was performed at each temperature in the same manner as described above using a raw material powder to which 7.14% by weight of O 3 (4.0% by weight in terms of CaO was added) and a raw material powder to which 4% by weight of Y 2 O 3 was added. FIG the resulting measured density and thermal conductivity of the sintered body radiator plate results 3, FIG.
4 shows a curve E and a curve F , respectively. FIG. 3 and FIG.
As is clear from FIG. 4, the radiator plate of the AlN sintered body of the present invention can significantly reduce the sintering temperature, and has a high density and high conductivity. Costs can be kept low.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
製造方法によって得られた窒化アルミニウム焼結体放
熱板は高密度で、かつ高熱伝導率を有する優れたもの
である。そして、添加される添加物、とくに、上記第2
の添加物である遷移元素の種類により、極めて高強度で
あることや、低温で焼結が可能であることなどの性質を
付与することができる。さらにまた、かかる遷移元素の
種類及び組合せによりを様々な色に着色することができ
るため、その用途範囲も広がるとともに、焼結ムラなど
による製造歩留りの低下も回避することが可能となる。
したがって、その工業的な価値は極めて高く、とくに半
導体装置などの放熱板として有用である。
As apparent from the above description, the aluminum nitride sintered body radiator plate obtained by the production method of the present invention has excellent having high density and high thermal conductivity. And, the additive to be added, in particular, the second
Depending on the type of the transition element, which is an additive, properties such as extremely high strength and sintering at a low temperature can be imparted. Furthermore, since the transition elements can be colored in various colors depending on the types and combinations of the transition elements, the range of use can be widened, and a reduction in production yield due to unevenness in sintering or the like can be avoided.
Therefore, its industrial value is extremely high, and it is particularly useful as a heat sink for semiconductor devices and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例11、比較例9及び比較例10により得
たAlN焼結体について、焼結温度と密度の関係を示す
特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing a relationship between sintering temperature and density for AlN sintered bodies obtained in Example 11, Comparative Examples 9 and 10 .

【図2】実施例11、比較例9及び比較例10により得
たAlN焼結体について、焼結温度と熱伝導率の関係を
示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a sintering temperature and a thermal conductivity for AlN sintered bodies obtained in Example 11, Comparative Examples 9 and 10 ;

【図3】実施例12及び比較例11により得たAlN焼
結体の焼結温度と密度の関係を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the sintering temperature and the density of the AlN sintered bodies obtained in Example 12 and Comparative Example 11 .

【図4】実施例12及び比較例10により得たAlN焼
結体の焼結温度と熱伝導率の関係を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the sintering temperature and the thermal conductivity of the AlN sintered bodies obtained in Example 12 and Comparative Example 10 .

【符号の説明】 ……実施例11の特性線 ……比較例9の特性線 ……比較例10の特性線 ……実施例12の特性線E、F ……比較例11の特性線[Reference Numerals] A ...... Example 11 characteristic line B ...... characteristic line C ...... Comparative Example 10 Comparative Example 9 characteristic line D ...... Example 12 the characteristic line E, the F ...... Comparative Example 11 Characteristic line

フロントページの続き (72)発明者 上野 文雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 堀口 昭宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 柘植 章彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 今川 宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 高野 武士 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 井上 寛 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−55376(JP,A) 特開 昭59−229843(JP,A) 特開 昭61−270262(JP,A)Continued on the front page (72) Inventor Fumio Ueno 1 Toshiba-cho, Komukai-ku, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Research Institute, Inc. Inside Toshiba Research Institute (72) Inventor Akihiko Tsuge 1 Kosuka Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Research Institute (72) Inventor Hiroshi Imagawa 1 Kosuka-Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Co., Ltd. Inside Toshiba Research Institute (72) Inventor Takeshi Takano 1 Kosaka Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Research Institute (72) Inventor Hiroshi Inoue 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Corporation In Toshiba Research Institute (56) References JP-A-58-55376 (JP, A) JP-A-59-229843 (JP, A) JP-A-61-270262 (JP, A)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (a)窒化アルミニウムと、 (b)アルカリ土類元素を含む化合物と、 (c)周期律表第Va、VIa、 VIIa及びVIII族から選
ばれる遷移元素の金属、又は該元素を含む酸化物とを混
合したのち、成形、焼結することを特徴とする窒化アル
ミニウム焼結体放熱板の製造方法。
1. A compound selected from the group consisting of (a) aluminum nitride, (b) a compound containing an alkaline earth element, and (c) groups Va , VIa, VIIa and VIII of the periodic table .
Metal transition elements which barrel or After mixing the oxide containing the element, the molding method for producing an aluminum nitride sintered body radiator plate, characterized in that the sintering.
【請求項2】 アルカリ土類元素を含む化合物の含有量
が、アルカリ土類元素の酸化物に換算して0.01〜1
8重量%である、請求項1に記載の製造方法。
2. The content of the compound containing an alkaline earth element is 0.01 to 1 in terms of an alkaline earth element oxide.
The production method according to claim 1, wherein the content is 8% by weight.
【請求項3】 周期律表第Va、VIa、 VIIa及びVIII
から選ばれる遷移元素の金属、又は該元素を含む酸化
の含有量が、その元素の酸化物に換算して、0.01
〜15重量%である、請求項1に記載の製造方法。
3. Periodic Tables Va, VIa, VIIa and VIII
Metal of transition element selected from the group or oxidation containing the element
Content of things, in terms of oxide of the element, 0.01
The production method according to claim 1, wherein the amount is from 15 to 15% by weight.
【請求項4】 アルカリ土類元素を含む化合物が、該元
素を含む酸化物、窒化物、フッ化物、酸フッ化物、酸窒
化物もしくは焼成によりこれらの化合物となる物質
るいはそれらの組み合わせである、請求項1又は2に記
載の製造方法。
4. A compound containing an alkaline earth element, said original
Oxide containing element, nitride, fluoride, acid fluoride, a substance or a combination thereof, and these compounds by oxynitride or baking method according to claim 1 or 2.
【請求項5】 窒化アルミニウムが0.001〜7重
量%の酸素を含んでいる、請求項1に記載の製造方法。
5. The aluminum nitride contains oxygen from 0.001 to 7% by weight The process of claim 1.
【請求項6】 焼結に用いる物質が、平均粒径5μm 以
下の粉末である、請求項1又は2に記載の製造方法。
6. used sintering material, an average particle diameter of 5μm or less of powder, method according to claim 1 or 2.
【請求項7】 アルカリ土類元素が、Ca、Sr及びB
aのうちの少なくとも1種である請求項1に記載の製造
方法。
7. The method according to claim 1, wherein the alkaline earth elements are Ca, Sr and B.
2. The method according to claim 1, wherein at least one of a is used.
【請求項8】 周期律表第Va、VIa、 VIIa及びVIII
から選ばれる遷移元素が、Ni、Cr、Mn、Fe、
Co及びVのうちの少なくとも1種である、請求項1
記載の製造方法。
8. Periodic Tables Va, VIa, VIIa and VIII
The transition element selected from the group is Ni, Cr, Mn, Fe,
The production method according to claim 1 , wherein the production method is at least one of Co and V.
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