JP3771950B2 - Aluminum nitride green sheet - Google Patents

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JP3771950B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、反りが小さく、焼結体中にマイクロポアの無い窒化アルミニウム焼結体の製造に好適な窒化アルミニウムグリーンシート及び製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近のLSIの集積度の飛躍的な向上に伴うICチップの発熱量増大により、従来より使用されているアルミナでは熱特性が不十分で、放熱が限界に達しつつある。
【0003】
これに対し、窒化アルミニウム粉末は、高熱伝導率、高絶縁性を有し、パッケージ材料等のエレクトロニクス材料として極めて有用な窒化アルミニウム焼結体の原料として脚光を浴びている。窒化アルミニウム焼結体を得る方法として、窒化アルミニウム粉末を顆粒に造粒した後、乾式プレスにより成形してプレス成形体を得、焼成する方法や窒化アルミニウム粉末を湿式成形してグリーンシートを得、これを焼成する方法等がある。後者におけるグリーンシートの製造は、窒化アルミニウム粉末に表面活性剤、結合剤及び有機溶媒等を混合して、ドクターブレード法等により成形する方法が一般に採用されている。
【0004】
しかしながら、上記の窒化アルミニウムグリーンシートを用いて窒化アルミニウム焼結体の製造を行った場合、反りが小さく、焼結体中にマイクロポアの無い窒化アルミニウム焼結体を得ることが困難であった。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、窒化アルミニウムグリーンシートにおいて、窒化アルミニウムを主成分とする無機成分によって構成された空隙を結合剤を主成分とする有機成分が占有する割合、即ち、前記式で示される窒化アルミニウムグリーンシートの空隙内有機物占有率Rが、脱脂後の窒化アルミニウム成形体中のカーボンの残留形態に影響を与え、ひいては得られる窒化アルミニウム焼結体の反りやマイクロポアの生成を招くという知見を得た。
【0006】
そして、更に研究を重ねた結果、窒化アルミニウムグリーンシートのシート密度d1と共に、窒化アルミニウムグリーンシートの空隙内有機物占有率Rが特定の範囲に調整された窒化アルミニウムグリーンシートが上記の目的を達成し得ることを見いだし、本発明を提案するに至った。
【0007】
即ち、本発明は、窒化アルミニウムを主成分とする無機成分及び結合剤を主成分とする有機成分とより成る窒化アルミニウムグリーンシートであって、該グリーンシートの重量と体積の実測値より算出したシート密度をd1、該グリーンシートを構成する有機成分と無機成分との真比重より計算して求めたシート密度をd2、該グリーンシートを膨張・収縮しない条件で焼成して、有機成分を除去した後の無機成分の重量と体積の実測値より算出したシート密度をd3、及び該グリーンシートの無機成分の重量と体積の実測値より算出したシート密度をd4としたとき、R=1−{(1−d1/d2)/(1−d3/d4)}で算出される空隙内有機物占有率(R)が0.3〜0.75であり、且つd12.3g/cm を越えて、2.7g/cm 以下の範囲にある窒化アルミニウムグリーンシート
及び、窒化アルミニウムを主成分とする無機成分及び結合剤を主成分とする有機成分とより成る窒化アルミニウムグリーンシートであって、該グリーンシートの重量と体積の実測値より算出したシート密度をd 1 、該グリーンシートを構成する有機成分と無機成分との真比重より計算して求めたシート密度をd 2 、該グリーンシートを膨張・収縮しない条件で焼成して、有機成分を除去した後の無機成分の重量と体積の実測値より算出したシート密度をd 3 、及び該グリーンシートを構成する無機成分の真比重より計算して求めたシート密度をd 4 としたとき、式R=1−{(1−d 1 /d 2 )/(1−d 3 /d 4 )}で算出される空隙内有機物占有率(R)が0.3〜0.75であり、且つd 1 が2.3g/cm を越えて、2.7g/cm 以下の範囲となるように調整することを特徴とする窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法である。
【0008】
本発明の窒化アルミニウムグリーンシートのシート密度d1は、グリーンシートの重量と体積の実測値より算出した密度であり、グリーンシートから所定の形状に打ち抜いたシート成形体の寸法と重量を測定して求めた密度である。シート密度d2は、該グリーンシートを構成する有機成分と無機成分との真比重より計算して求めた密度であり、有機溶媒を除いた窒化アルミニウムグリーンシートを構成する全ての原料の真比重から、気孔は含まないと仮定して計算より求めた密度である。また、シート密度d3は、該グリーンシートを膨張・収縮しない条件で焼成して、有機成分を除去した後の無機成分の重量と体積の実測値より算出した密度であり、上記シート成形体を、実質的にシート成形体が膨張・収縮しない条件、即ち、600℃で5時間焼成して、有機成分を除去した後、寸法と重量(無機成分の重量)を測定して求めた密度である。シート密度d4は、該グリーンシートの無機成分の重量と体積の実測値より算出した密度であり、窒化アルミニウムグリーンシートを構成する無機成分の真比重から、気孔は含まないと仮定して計算より求めた密度である。
【0009】
本発明の窒化アルミニウムグリーンシートを構成する無機成分は、窒化アルミニウムを主成分とするものであればよい。一般に、無機成分は、窒化アルミニウム単独、または、窒化アルミニウムと焼結助剤0.1〜10重量%とから成る。アルミナを必要に応じて5重量%以下の割合で添加しても良い。
【0010】
本発明に使用される窒化アルミニウム粉末は公知のものが何ら制限無く使用される。一般に熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結体を得るためには、酸素含有量や陽イオン不純物の少ないことが好ましい。即ち、AlNを窒化アルミニウム組成とするとき、不純物となる酸素含有量が1.5重量%以下、陽イオン不純物が0.3重量%以下である窒化アルミニウム粉末が好適である。さらに、酸素含有量が0.4〜1.3重量%、陽イオン不純物が0.2重量%以下である窒化アルミニウム粉末がより好適である。尚、本発明における窒化アルミニウムはアルミニウムと窒素の1:1の化合物であり、これ以外のものをすべて不純物として扱う。但し、窒化アルミニウム粉末の表面は空気中で不可避的に酸化され、Al−N結合がAl−O結合に置き換っているが、この結合Alは陽イオン不純物とみなさない。
【0011】
従って、Al−N、Al−Oの結合をしていない金属アルミニウムは陽イオン不純物である。
【0012】
また、本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末の粒子は、粒子径の小さいものが揃っているものが好ましい。例えば、平均粒子径(遠心式粒度分布測定装置、例えば、堀場製作所製のCAPA500などで測定した凝集粒子の平均粒径を言う。)が5μm以下、さらには3μm以下であることが好ましい。
【0013】
上記 窒化アルミニウム粉末以外の無機成分の一つである焼結助剤としては、公知の焼結助剤、例えば、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属酸化物;酸化イットリウム、酸化ランタン等の希土類酸化物;アルミン酸カルシウム等の複合酸化物等が、一般に使用される。
【0014】
本発明の窒化アルミニウムグリーンシートを構成する有機成分としては、通常、表面活性剤、結合剤及び可塑剤が用いられる。
【0015】
グリーンシートを製造する場合、泥しょうの分散性を高めるため、一般に表面活性剤が使用される。表面活性剤は、公知のものが何ら制限無く採用されるが、特に、親水性親油性バランス(以下、HLBと略す。)が4.5〜18のもの、更に好ましくは、6.0〜10.0のものが窒化アルミニウム成形体の成形密度が上がるために好適に採用される。尚、本発明におけるHLBは、デービスの式により算出された値である。
【0016】
本発明において好適に使用しうる表面活性剤を具体的に例示すると、カルボキシル化トリオキシエチレントリデシルエーテル、ジグリセリンモノオレート、ジグリセリンモノステアレート、カルボキシル化ヘプタオキシエチレントリデシルエーテル、テトラグリセリンモノオレート、ヘキサグリセリンモノオレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート等が挙げられる。本発明における表面活性剤は、2種以上を混合して使用しても良く、そのときのHLBは、それぞれの表面活性剤のHLBの相加平均で算出できる。
【0017】
本発明に使用しうる結合剤は、一般にセラミック粉末の成形に用いられる公知のものが何ら制限されず使用できる。例えば、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリ2−エチルヘキシルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリアクリレート、セルロースアセテートブチレート、ニトロセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンオキサイド及びポリプロピレンオキサイド等の含酸素有機高分子体;石油レジン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の炭化水素系合成樹脂;ポリ塩化ビニール;ワックス及びそのエマルジョン等の有機高分子体が1種または2種以上混合して使用される。結合剤として使用する有機高分子体の分子量は特に制限されないが、一般には3,000〜1,000,000、好ましくは、5,000〜300,000のものを用いると、高強度で柔軟性のあるグリーンシートを得るのに好適である。
【0018】
また、本発明の窒化アルミニウムグリーンシートを特定の形状に加工する際にグリーンシートに、より柔軟性を付与する目的で可塑剤を使用することが好ましい。上記目的で一般のセラミック粉末の成形に使用される公知のものを特に限定することなく使用することができる。特に可塑剤として好適に使用されるものを具体的に例示すれば、ポリエチレングリコール及びその誘導体;ジメチルフタレート、ジブチルフタレート、ブチルベンジルフタレート及びジオクチルフタレート等のフタル酸エステル類;ブチルステアレート等のステアリン酸エステル類;トリクレゾールフォスフェート;トリ−N−ブチルフォスフェート;グリセリン等である。
【0019】
本発明の窒化アルミニウムグリーンシートにおいて、これを構成する結合材、表面活性剤及び可塑剤等の有機成分と窒化アルミニウム粉末を主成分とする無機成分との混合割合は、表面活性剤、結合剤及び可塑剤の種類によって多少異なるが、無機成分100重量部に対して、有機成分の割合が、5〜30重量部の範囲にあるものが一般に好適である。
【0020】
本発明において、重要な要件の一つは、空隙内有機物占有率(R)が0.3〜0.75の範囲にあることである。即ち、上記の空隙内有機物占有率(R)が、0.3より小さい場合は、グリーンシートの強度不足のため、シート成形においてクラックが発生し、また、0.75より大きい場合は、反りが大きく、マイクロポアが発生するために好ましくない。良好な窒化アルミニウムグリーンシートを得、反りが小さく、マイクロポアの無い窒化アルミニウム焼結体を得るためには、空隙内有機物占有率Rが、0.35〜0.7の範囲にあることが更に好ましい。
【0021】
また、シート密度d2.3g/cm を越えて、2.7g/cm 以下であることが重要である。即ち、シート密度dが2.g/cmより低い場合は、焼結による収縮率が比較的大きいため、反りが大きくなり本発明の効果が得られず好ましくない。また、該シート密度dが2.g/cmより高い場合は、上記の空隙内有機物占有率(R)を0.30〜0.75の範囲に調節した場合、クラックの無いグリーシートを得ることができない。
【0022】
また、本発明の窒化アルミニウムグリーンシートの製造に際しては、混合において、一般に有機溶媒が使用される。但し、該有機溶媒は、グリーンシート成形後には実質的に存在しないので、前記有機成分から除く。
【0023】
有機溶媒として好ましく使用されるものを例示すれば、アセトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等のケトン類;エタノール、プロパノール及びブタノール等のアルコール類;ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳香族炭化水素類;あるいはトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン及びブロムクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類の1種または2種以上の混合物が挙げられる。有機溶媒の量は、25〜200重量部の範囲から選択され、使用される。
【0024】
前記した各成分は、窒化アルミニウム粉末及び焼結助剤等の無機成分の混合及び分散を十分に行うために、一般に二回に分けて混合される。一回目は、窒化アルミニウム、焼結助剤等の無機成分に表面活性剤と溶媒を加えて混合され、二回目は、一回目の混合物に結合剤と可塑剤と残りの溶媒を加えて混合される。こうして、一般に泥しょうと呼ばれる粘稠なスラリーが作製される。そして、ドクターブレード法等のシート成形機を用いてシート状に成形される。次いで、該シート状の成形物は、室温〜溶媒の沸点の温度で乾燥され、窒化アルミニウムグリーンシートとなる。
【0025】
本発明の窒化アルミニウムグリーンシートにおいて、構成要件であるシート密度d1は、上記製造方法において、主に、一回目の混合に使用する溶媒量により調整することができる。ここで、溶媒量としては、窒化アルミニム粉末100重量部に対して、25〜60重量部の範囲から選択することが好ましく、28〜55重量部の範囲から選択することが更に好ましい。
【0026】
また、本発明の構成要件である空隙内有機物占有率(R)は、上記製造方法において、主に、前記シート密度d1とシート密度d2、d3、d4により調整され、具体的には、主に、一回目の混合に使用する溶媒量と窒化アルミニウムを主成分とする無機成分に対する溶媒を除く全有機成分の割合により調整することができる。
【0027】
こうして得られた窒化アルミニウムグリーンシートは、公知の方法によって脱脂、焼成される。上記の脱脂は、一般に、空気や窒素雰囲気中で行われ、脱脂温度は、結合剤の種類や雰囲気の違いによって、300〜1000℃の範囲から任意に選択される。脱脂後の窒化アルミニウム成形体は、一般に、非酸化雰囲気中、1700〜1950℃の範囲より選ばれた任意の温度で焼成される。
【0028】
このようにして、反りが小さく、焼結体中にマイクロポアの無い窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。
【0029】
【発明の効果】
本発明の窒化アルミニウムグリーンシートを使用して、窒化アルミニウム焼結体を製造した場合、反りが小さく、焼結体中にマイクロポアの無い窒化アルミニウム焼結体を得ることができるので、反り戻しや表面加工などの反り修正のための後工程の必要が無く、熱的、電気的及び機械的にも信頼性の高い基板等の工業材料を効率的で安価に製造することが可能となる。また、タングステン等の高融点金属との同時焼成基板、金属接合基板、ファインパターン等のメタライズ面を有する基板等の電子材料として好適に使用される。
【0030】
従って、本発明の窒化アルミニウムグリーンシートを用いて得られた窒化アルミニウム焼結体は、高信頼性を要求される上記電子材料等に対して、工業的に極めて有用な材料となる。
【0031】
【実施例】
本発明をさらに具体的に説明するために、以下に実施例及び比較例を挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0032】
尚、以下の実施例及び比較例における各種の物性の測定は次の方法により行った。
【0033】
1) 比表面積
島津製作所製「フローソーブ2300」を用いて、N2吸着によるBET法で求めた。
【0034】
2) 平均凝集粒径
堀場製作所製「CAPA 500」を用いて、遠心沈降法により求めた。
【0035】
3) 不純物量
陽イオン不純物は、窒化アルミニウム粉末をアルカリ溶融後、酸で中和し、島津製作所製「ICPS−1000」を使用して溶液のICP発光分光分析により定量した。
不純物カーボン量は、窒化アルミニウム粉末を酸素気流中で燃焼させ、堀場製作所製「EMIA−110」を使用して、発生したCO、CO2ガス量から定量した。
不純物酸素量は、窒化アルミニウム粉末を堀場製作所製「EMGA-2800」を使用して、グラファイトるつぼ中での高温の熱分解法により発生したCOガス量から求めた。
【0036】
4) シート密度(d1、d2、d3、d4)
シート密度d1は、グリーンシートから所定の形状に打ち抜いたシート成形体の寸法と重量を測定して求めた。
シート密度d2は、有機溶媒を除いた窒化アルミニウムグリーンシートを構成する全ての原料の真比重から、気孔は含まないと仮定して計算より求めた。
シート密度d3は、上記シート成形体を600℃で5時間焼成して、有機成分を除去した後、寸法と重量を測定して求めた。
シート密度d4は、窒化アルミニウムグリーンシートを構成する窒化アルミニウムを主成分とする全ての無機物の真比重から、気孔は含まないと仮定して計算より求めた。
【0037】
5) 焼結体密度
東洋精機製「高精度比重計D−H」を使用して、アルキメデス法により求めた。
【0038】
6) 焼結体反り
焼結体の厚みに60μmを加えた幅を有するスリットに焼結体を通して、通過するものを合格とし、その合格率を示した。
【0039】
7) 焼結体マイクロポア
実体顕微鏡を使用して、40倍の倍率で写真測定した。1平方cm当たりの20μm以上のマイクロポアを計数し、マイクロポア密度として求めた。3サンプルの平均値を測定値とした。
【0040】
実施例1
内容積10Lのナイロン製ポットに鉄心入りナイロンボールを入れ、次いで、表1に示す窒化アルミニウム粉末100重量部、表面活性剤としてテトラグリセリンモノオレート0.5重量部、酸化イットリウム4.0重量部、溶媒としてトルエンを表2に示した量だけ添加して、一回めのボールミル混合を十分に行った後、この混合物に表2に示す結合剤を2.5〜12.0重量部、可塑剤としてジブチルフタレート1.0〜5.5重量部、トルエン30重量部、エタノール30重量部を加えて、さらに二回目のボールミル混合を行い、白色の泥しょうを得た。
【0041】
こうして得られた泥しょうを脱溶媒し、粘度を10000〜20000cpsに調整した後、ドクターブレード法によりシート成形を行い、室温で1時間、60℃で2時間、100℃で1時間乾燥して幅20cm、厚さ0.6〜0.7mmのグリーンシートを作製した。得られたグリーンシートを60×40mmの金型で打ち抜き、シート成形体を得、シート密度d1とグリーンシートの空隙内有機物占有率Rを求めた。その後、シート成形体に離型剤として窒化ホウ素を塗布した後、5層に重ね、空気中、600℃で5時間焼成し、次いで、5層に重ねたまま、内面に窒化ホウ素を塗布したカーボン製の容器に入れ換えて、窒素雰囲気中1800℃で5時間焼成した。得られた焼結体について、焼結体密度、反り、マイクロポア密度を測定した。結果を表2に示した。
【0042】
【表1】

Figure 0003771950
【0043】
【表2】
Figure 0003771950
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an aluminum nitride green sheet suitable for manufacturing an aluminum nitride sintered body having a small warp and having no micropores in the sintered body, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Due to an increase in the amount of heat generated by the IC chip with the recent dramatic increase in the degree of integration of LSIs, conventionally used alumina has insufficient thermal characteristics, and heat dissipation is reaching its limit.
[0003]
On the other hand, aluminum nitride powder has high thermal conductivity and high insulating properties, and has attracted attention as a raw material for aluminum nitride sintered bodies that are extremely useful as electronic materials such as packaging materials. As a method of obtaining an aluminum nitride sintered body, after granulating aluminum nitride powder into granules, it is molded by a dry press to obtain a press molded body, and a method of firing or wet molding aluminum nitride powder to obtain a green sheet, There is a method of firing this. For the production of the green sheet in the latter, a method is generally employed in which a surface active agent, a binder, an organic solvent and the like are mixed with aluminum nitride powder and molded by a doctor blade method or the like.
[0004]
However, when an aluminum nitride sintered body is manufactured using the above-mentioned aluminum nitride green sheet, it is difficult to obtain an aluminum nitride sintered body having a small warp and having no micropores in the sintered body.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems. As a result, in the aluminum nitride green sheet, the proportion of the organic component mainly composed of the binder occupied in the voids composed of the inorganic component mainly composed of aluminum nitride, that is, the aluminum nitride green sheet represented by the above formula It has been found that the organic matter occupancy ratio R in the voids affects the residual form of carbon in the aluminum nitride molded body after degreasing, which leads to warpage of the resulting aluminum nitride sintered body and generation of micropores.
[0006]
As a result of further research, the aluminum nitride green sheet in which the organic matter occupancy ratio R in the voids of the aluminum nitride green sheet is adjusted to a specific range together with the sheet density d 1 of the aluminum nitride green sheet achieves the above object. It has been found out that the present invention has been obtained and the present invention has been proposed.
[0007]
That is, the present invention is an aluminum nitride green sheet comprising an inorganic component mainly composed of aluminum nitride and an organic component mainly composed of a binder, and the sheet is calculated from the measured values of the weight and volume of the green sheet. The density is d 1 , the sheet density obtained by calculating from the true specific gravity of the organic component and the inorganic component constituting the green sheet is d 2 , and the green sheet is baked under conditions that do not expand and contract to remove the organic component When the sheet density calculated from the actually measured values of the weight and volume of the inorganic component after d3 is d 3 and the sheet density calculated from the actually measured values of the weight and volume of the green sheet is d 4 , the formula R = 1 − {(1-d 1 / d 2 ) / (1-d 3 / d 4 )}, the organic matter occupation ratio (R) in the voids is 0.3 to 0.75, and d 1 is beyond the 2.3g / cm 3, 2. g / cm 3 or less of aluminum nitride green sheets in the range,
And an aluminum nitride green sheet composed of an inorganic component mainly composed of aluminum nitride and an organic component mainly composed of a binder, wherein the sheet density calculated from the measured values of the weight and volume of the green sheet is d 1 The sheet density calculated by calculating the true specific gravity of the organic component and the inorganic component constituting the green sheet is d 2 , and the inorganic after the organic component is removed by firing the green sheet under conditions that do not expand and contract When the sheet density calculated from the measured values of the weight and volume of the component is d 3 , and the sheet density calculated from the true specific gravity of the inorganic component constituting the green sheet is d 4 , the formula R = 1− { The space organic matter occupation ratio (R) calculated by (1-d 1 / d 2 ) / (1-d 3 / d 4 )} is 0.3 to 0.75, and d 1 is 2.3 g. / cm 3 and beyond, 2.7g / c 3 is a manufacturing method of an aluminum nitride green sheet, characterized in that adjusted to be less.
[0008]
The sheet density d 1 of the aluminum nitride green sheet of the present invention is a density calculated from the measured values of the weight and volume of the green sheet , and the dimensions and weight of the sheet molded body punched out from the green sheet into a predetermined shape are measured. It is the obtained density. The sheet density d 2 is a density obtained by calculation from the true specific gravity of the organic component and the inorganic component constituting the green sheet, and is based on the true specific gravity of all raw materials constituting the aluminum nitride green sheet excluding the organic solvent. The density obtained by calculation assuming that pores are not included. The sheet density d 3 is a density calculated from the measured values of the weight and volume of the inorganic component after firing the green sheet under conditions that do not expand and contract, and removing the organic component. The density obtained by measuring the size and weight (weight of the inorganic component) after removing the organic component by firing for 5 hours at 600 ° C. under conditions where the sheet molded article does not substantially expand or contract. . The sheet density d 4 is a density calculated from the actually measured values of the weight and volume of the inorganic component of the green sheet , and is calculated from the true specific gravity of the inorganic component constituting the aluminum nitride green sheet on the assumption that no pores are included. It is the obtained density.
[0009]
The inorganic component which comprises the aluminum nitride green sheet of this invention should just have aluminum nitride as a main component. Generally, the inorganic component consists of aluminum nitride alone or aluminum nitride and a sintering aid of 0.1 to 10% by weight. Alumina may be added at a ratio of 5% by weight or less as required.
[0010]
Known aluminum nitride powders used in the present invention are used without any limitation. In general, in order to obtain an aluminum nitride sintered body excellent in thermal conductivity, it is preferable that the oxygen content and the cation impurities are small. That is, when AlN has an aluminum nitride composition, an aluminum nitride powder having an oxygen content as an impurity of 1.5% by weight or less and a cation impurity of 0.3% by weight or less is suitable. Furthermore, aluminum nitride powder having an oxygen content of 0.4 to 1.3% by weight and a cation impurity of 0.2% by weight or less is more preferable. Incidentally, the aluminum nitride in the present invention is a 1: 1 compound of aluminum and nitrogen, and everything else is treated as an impurity. However, the surface of the aluminum nitride powder is inevitably oxidized in the air, and Al—N bonds are replaced by Al—O bonds, but this bonded Al is not regarded as a cation impurity.
[0011]
Therefore, metallic aluminum that is not bonded to Al—N and Al—O is a cationic impurity.
[0012]
In addition, the aluminum nitride powder particles used in the present invention preferably have a small particle diameter. For example, the average particle size (referring to the average particle size of aggregated particles measured with a centrifugal particle size distribution measuring device, such as CAPA500 manufactured by Horiba, Ltd.) is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less.
[0013]
Examples of the sintering aid that is one of the inorganic components other than the aluminum nitride powder include known sintering aids such as alkaline earth metal oxides such as calcium oxide and strontium oxide; yttrium oxide and lanthanum oxide. Rare earth oxides; complex oxides such as calcium aluminate are generally used.
[0014]
As the organic component constituting the aluminum nitride green sheet of the present invention, a surfactant, a binder and a plasticizer are usually used.
[0015]
When producing a green sheet, a surfactant is generally used in order to increase the dispersibility of the mud. As the surfactant, known ones are employed without any limitation. Particularly, those having a hydrophilic / lipophilic balance (hereinafter abbreviated as HLB) of 4.5 to 18, more preferably 6.0 to 10.0 are nitrided. It is preferably employed because the molding density of the aluminum molded body is increased. The HLB in the present invention is a value calculated by the Davis equation.
[0016]
Specific examples of surfactants that can be suitably used in the present invention include carboxylated trioxyethylene tridecyl ether, diglycerin monooleate, diglycerin monostearate, carboxylated heptaoxyethylene tridecyl ether, tetraglycerin mono Examples include oleate, hexaglycerin monooleate, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, and polyoxyethylene sorbitan monooleate. Two or more surfactants in the present invention may be used as a mixture, and the HLB at that time can be calculated by the arithmetic average of the HLBs of the respective surfactants.
[0017]
As the binder that can be used in the present invention, known binders generally used for forming ceramic powder can be used without any limitation. For example, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, poly 2-ethylhexyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polyacrylate, cellulose acetate butyrate, nitrocellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene oxide and polypropylene oxide Oxygen-containing organic polymer: Hydrocarbon synthetic resin such as petroleum resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, etc .; Polyvinyl chloride; One or more organic polymers such as wax and emulsion thereof are mixed and used The The molecular weight of the organic polymer used as the binder is not particularly limited, but generally 3,000 to 1,000,000, preferably 5,000 to 300,000 is suitable for obtaining a high-strength and flexible green sheet. is there.
[0018]
Moreover, it is preferable to use a plasticizer for the purpose of imparting more flexibility to the green sheet when the aluminum nitride green sheet of the present invention is processed into a specific shape. For the above purpose, a known material used for forming a general ceramic powder can be used without any particular limitation. Specific examples of those preferably used as plasticizers include polyethylene glycol and derivatives thereof; phthalates such as dimethyl phthalate, dibutyl phthalate, butyl benzyl phthalate and dioctyl phthalate; stearic acid such as butyl stearate Esters; tricresol phosphate; tri-N-butyl phosphate; glycerin and the like.
[0019]
In the aluminum nitride green sheet of the present invention, the mixing ratio of the organic component such as a binder, a surfactant and a plasticizer constituting the aluminum nitride green sheet and an inorganic component mainly composed of aluminum nitride powder is determined by the surfactant, binder and Although slightly different depending on the type of plasticizer, those having a ratio of the organic component to the range of 5 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic component are generally suitable.
[0020]
In the present invention, one of the important requirements is that the organic matter occupation ratio (R) in the voids is in the range of 0.3 to 0.75. That is, if the organic matter occupancy ratio (R) in the gap is smaller than 0.3, the green sheet has insufficient strength, so that cracking occurs in the sheet molding. Is not preferable because In order to obtain a good aluminum nitride green sheet and to obtain an aluminum nitride sintered body having a small warp and no micropores, it is more preferable that the organic matter occupation ratio R in the voids is in the range of 0.35 to 0.7.
[0021]
The sheet density d 1 exceed 2.3 g / cm 3, it is important that 2.7 g / cm 3 or less. That is, the sheet density d 1 is 2. If it is lower than 3 g / cm 3, the shrinkage rate due to sintering is relatively large, so that the warpage becomes large and the effects of the present invention cannot be obtained, which is not preferable. Further, the sheet density d 1 is 2. When it is higher than 7 g / cm 3 , when the above-described organic matter occupation ratio (R) in the gap is adjusted to a range of 0.30 to 0.75, a crack-free grease sheet cannot be obtained.
[0022]
In the production of the aluminum nitride green sheet of the present invention, an organic solvent is generally used for mixing. However, since the organic solvent is not substantially present after the green sheet is formed, it is excluded from the organic components.
[0023]
Examples of organic solvents preferably used include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; alcohols such as ethanol, propanol and butanol; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; or trichloroethylene , One or a mixture of two or more halogenated hydrocarbons such as tetrachloroethylene and bromochloromethane. The amount of the organic solvent is selected from the range of 25 to 200 parts by weight and used.
[0024]
The aforementioned components are generally mixed in two portions in order to sufficiently mix and disperse inorganic components such as aluminum nitride powder and sintering aid. The first time, the surface active agent and solvent are added and mixed to inorganic components such as aluminum nitride and sintering aid, and the second time, the binder, plasticizer and remaining solvent are added to the first mixture and mixed. The In this way, a viscous slurry generally called mud is produced. And it shape | molds in a sheet form using sheet forming machines, such as a doctor blade method. Next, the sheet-like molded product is dried at a temperature ranging from room temperature to the boiling point of the solvent to form an aluminum nitride green sheet.
[0025]
In the aluminum nitride green sheet of the present invention, the sheet density d 1 is a configuration requirement is the above production method, mainly, can be adjusted by the amount of solvent used in the mixing of the first time. Here, the amount of the solvent is preferably selected from the range of 25 to 60 parts by weight, more preferably 28 to 55 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the aluminum nitride powder.
[0026]
Further, the organic matter occupation ratio (R) in the voids, which is a constituent requirement of the present invention, is adjusted mainly by the sheet density d 1 and the sheet densities d 2 , d 3 , and d 4 in the above production method. Can be adjusted mainly by the amount of the solvent used for the first mixing and the ratio of all organic components excluding the solvent to the inorganic component mainly composed of aluminum nitride.
[0027]
The aluminum nitride green sheet thus obtained is degreased and fired by a known method. The above degreasing is generally performed in an air or nitrogen atmosphere, and the degreasing temperature is arbitrarily selected from the range of 300 to 1000 ° C. depending on the type of binder and the atmosphere. The aluminum nitride molded body after degreasing is generally fired at any temperature selected from the range of 1700 to 1950 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.
[0028]
In this way, it is possible to obtain an aluminum nitride sintered body having a small warp and having no micropores in the sintered body.
[0029]
【The invention's effect】
When an aluminum nitride sintered body is manufactured using the aluminum nitride green sheet of the present invention, the warpage is small, and an aluminum nitride sintered body without micropores in the sintered body can be obtained. There is no need for a post-process for warping correction such as surface processing, and it is possible to efficiently and inexpensively manufacture industrial materials such as substrates that are highly reliable in terms of thermal, electrical and mechanical properties. Further, it is suitably used as an electronic material such as a co-fired substrate with a refractory metal such as tungsten, a metal bonded substrate, a substrate having a metallized surface such as a fine pattern.
[0030]
Therefore, the aluminum nitride sintered body obtained by using the aluminum nitride green sheet of the present invention is an industrially extremely useful material for the electronic material and the like that require high reliability.
[0031]
【Example】
In order to describe the present invention more specifically, examples and comparative examples will be given below, but the present invention is not limited to these examples.
[0032]
Various physical properties in the following examples and comparative examples were measured by the following methods.
[0033]
1) Specific surface area Using “Flowsorb 2300” manufactured by Shimadzu Corporation, the specific surface area was determined by the BET method using N 2 adsorption.
[0034]
2) Average agglomerated particle diameter was determined by centrifugal sedimentation using “CAPA 500” manufactured by Horiba Seisakusho.
[0035]
3) Impurity amount The cation impurity was quantified by ICP emission spectroscopic analysis of the solution using “ICPS-1000” manufactured by Shimadzu Corporation after the aluminum nitride powder was alkali-melted and then neutralized with an acid.
The amount of impurity carbon was determined from the amount of generated CO and CO 2 gas by burning aluminum nitride powder in an oxygen stream and using “EMIA-110” manufactured by Horiba.
The amount of impurity oxygen was determined from the amount of CO gas generated by high-temperature pyrolysis in a graphite crucible using aluminum nitride powder “EMGA-2800” manufactured by Horiba.
[0036]
4) Sheet density (d 1 , d 2 , d 3 , d 4 )
The sheet density d 1 was determined by measuring the size and weight of a sheet molded body punched out from a green sheet into a predetermined shape.
The sheet density d 2 was determined by calculation from the true specific gravity of all raw materials constituting the aluminum nitride green sheet excluding the organic solvent, assuming that pores were not included.
The sheet density d 3 was determined by measuring the size and weight after firing the sheet compact at 600 ° C. for 5 hours to remove organic components.
The sheet density d 4 was determined by calculation from the true specific gravity of all inorganic substances mainly composed of aluminum nitride constituting the aluminum nitride green sheet, assuming that pores are not included.
[0037]
5) Sintered body density Using a “high precision specific gravity meter DH” manufactured by Toyo Seiki, the density was determined by the Archimedes method.
[0038]
6) Sintered body warped Sintered body was passed through the sintered body through a slit having a width obtained by adding 60 μm to the thickness.
[0039]
7) Using a sintered micropore stereo microscope, the photograph was measured at a magnification of 40 times. Micropores of 20 μm or more per 1 cm 2 were counted and determined as micropore density. The average value of three samples was taken as the measured value.
[0040]
Example 1
Put a nylon ball with iron core in a nylon pot with an internal volume of 10L, then add 100 parts by weight of the aluminum nitride powder shown in Table 1, 0.5 parts by weight of tetraglycerin monooleate as a surfactant, 4.0 parts by weight of yttrium oxide, and toluene as a solvent. After adding the amount shown in Table 2 and thoroughly mixing the first ball mill, 2.5 to 12.0 parts by weight of the binder shown in Table 2 is added to this mixture, and 1.0 to 5.5 parts by weight of dibutyl phthalate as a plasticizer. Then, 30 parts by weight of toluene and 30 parts by weight of ethanol were added, and ball mill mixing was performed a second time to obtain white mud.
[0041]
After removing the mud thus obtained and adjusting the viscosity to 10000-20000 cps, the sheet was formed by the doctor blade method, dried at room temperature for 1 hour, at 60 ° C for 2 hours, and at 100 ° C for 1 hour. A green sheet having a thickness of 20 cm and a thickness of 0.6 to 0.7 mm was produced. The obtained green sheet was punched with a 60 × 40 mm mold to obtain a sheet molded body, and the sheet density d 1 and the organic matter occupation ratio R in the voids of the green sheet were determined. Then, boron nitride was applied as a mold release agent to the sheet molding, then layered on 5 layers, baked in air at 600 ° C. for 5 hours, and then coated with boron nitride on the inner surface with 5 layers stacked The container was replaced with a made container and fired at 1800 ° C. for 5 hours in a nitrogen atmosphere. About the obtained sintered compact, the sintered compact density, curvature, and micropore density were measured. The results are shown in Table 2.
[0042]
[Table 1]
Figure 0003771950
[0043]
[Table 2]
Figure 0003771950

Claims (2)

窒化アルミニウムを主成分とする無機成分及び結合剤を主成分とする有機成分とより成る窒化アルミニウムグリーンシートであって、該グリーンシートの重量と体積の実測値より算出したシート密度をd1、該グリーンシートを構成する有機成分と無機成分との真比重より計算して求めたシート密度をd2、該グリーンシートを膨張・収縮しない条件で焼成して、有機成分を除去した後の無機成分の重量と体積の実測値より算出したシート密度をd3、及び該グリーンシートを構成する無機成分の真比重より計算して求めたシート密度をd4としたとき、R=1−{(1−d1/d2)/(1−d3/d4)}
で算出される空隙内有機物占有率(R)が0.3〜0.75であり、且つd12.3g/cm を越えて、2.7g/cm 以下の範囲にある窒化アルミニウムグリーンシート。
An aluminum nitride green sheet comprising an inorganic component mainly composed of aluminum nitride and an organic component mainly composed of a binder, wherein the sheet density calculated from the measured values of the weight and volume of the green sheet is d 1 , The sheet density calculated from the true specific gravity of the organic component and the inorganic component constituting the green sheet is d 2 , the green sheet is baked under conditions that do not expand and contract, and the organic component is removed after the organic component is removed . When the sheet density calculated from the measured values of weight and volume is d 3 and the sheet density calculated by calculating from the true specific gravity of the inorganic component constituting the green sheet is d 4 , the formula R = 1 − {(1 -d 1 / d 2) / ( 1-d 3 / d 4)}
Aluminum nitride in which the organic matter occupancy (R) in the voids calculated in (1) is 0.3 to 0.75, and d 1 is in the range of 2.3 g / cm 3 to 2.7 g / cm 3 or less. Green sheet.
窒化アルミニウムを主成分とする無機成分及び結合剤を主成分とする有機成分とより成る窒化アルミニウムグリーンシートであって、該グリーンシートの重量と体積の実測値より算出したシート密度をd  An aluminum nitride green sheet comprising an inorganic component mainly composed of aluminum nitride and an organic component mainly composed of a binder, wherein the sheet density calculated from the measured values of the weight and volume of the green sheet is d 11 、該グリーンシートを構成する有機成分と無機成分との真比重より計算して求めたシート密度をdThe sheet density calculated from the true specific gravity of the organic component and the inorganic component constituting the green sheet is expressed as d 22 、該グリーンシートを膨張・収縮しない条件で焼成して、有機成分を除去した後の無機成分の重量と体積の実測値より算出したシート密度をdThe sheet density calculated from the measured values of the weight and volume of the inorganic component after firing the green sheet under conditions that do not expand and contract and removing the organic component is d 3Three 、及び該グリーンシートを構成する無機成分の真比重より計算して求めたシート密度をd, And the sheet density calculated from the true specific gravity of the inorganic component constituting the green sheet is d 4Four としたとき、式R=1−{(1−dWhere R = 1 − {(1−d 11 /d/ D 22 )/(1−d) / (1-d 3Three /d/ D 4Four )})}
で算出される空隙内有機物占有率(R)が0.3〜0.75であり、且つdThe organic matter occupancy ratio (R) in the void calculated in the following is 0.3 to 0.75, and d 11 が2.3g/cmIs 2.3 g / cm 3 を越えて、2.7g/cmOver 2.7 g / cm 3 以下の範囲となるように調整することを特徴とする窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法。A method for producing an aluminum nitride green sheet, which is adjusted to be in the following range.
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