JPH01111776A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム焼結体の製造方法Info
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- JPH01111776A JPH01111776A JP62269237A JP26923787A JPH01111776A JP H01111776 A JPH01111776 A JP H01111776A JP 62269237 A JP62269237 A JP 62269237A JP 26923787 A JP26923787 A JP 26923787A JP H01111776 A JPH01111776 A JP H01111776A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法に
係り、更に詳しくは緻密質で熱伝導性、絶縁性、誘電率
などの実用上の諸特性に秀れている窒化アルミニウム焼
結体の製造方法に関する。
係り、更に詳しくは緻密質で熱伝導性、絶縁性、誘電率
などの実用上の諸特性に秀れている窒化アルミニウム焼
結体の製造方法に関する。
［従来の技術］
、最近のＬＳＩの進歩はめざましく、集積度の向上が著
しい。これには、ＩＣチップサイズの向上も寄与してお
り、ＩＣチップサイズの向上に伴ってパッケージ当りの
発熱量が増大している。このため基板材料の放熱性が重
要視されるようになってきた。また、従来ＩＣ基板とし
て用いられていたアルミナ焼結体の熱伝導率では放熱性
が不十分であり、ＩＣチップの発熱量の増大に対応でき
なくなりつつある。このためアルミナ基板に代わるもの
として、高熱伝導性のベリリア基板が検討されているが
、ベリリアは毒性が強く取扱いが難しいという欠点があ
る。
しい。これには、ＩＣチップサイズの向上も寄与してお
り、ＩＣチップサイズの向上に伴ってパッケージ当りの
発熱量が増大している。このため基板材料の放熱性が重
要視されるようになってきた。また、従来ＩＣ基板とし
て用いられていたアルミナ焼結体の熱伝導率では放熱性
が不十分であり、ＩＣチップの発熱量の増大に対応でき
なくなりつつある。このためアルミナ基板に代わるもの
として、高熱伝導性のベリリア基板が検討されているが
、ベリリアは毒性が強く取扱いが難しいという欠点があ
る。
窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ）は、本来、材質的に高
熱伝導性、高絶縁性を有し、毒性もないため、半導体工
業において絶縁材料あるいはパッケージ材料として注目
を集めている。
熱伝導性、高絶縁性を有し、毒性もないため、半導体工
業において絶縁材料あるいはパッケージ材料として注目
を集めている。
［発明が解決しようとする問題点］
上述のように窒化アルミニウムは理論的には単結晶とし
ては高熱伝導性、高絶縁性を有する材料である。しかし
ながら、窒化アルミニウム粉末から焼結体を製造する場
合、窒化アルミニウム粉末自体の焼結性が良くないため
、粉末成形後、焼結して得られる窒化アルミニウム焼結
体の相対密度（窒化アルミニウムの理論密度３．２８ｇ
／ｃ＋ｅ’を基準とする）は、焼結条件にも依るが、高
々７０〜８０％しか示さず、多量の気孔を包含する。
ては高熱伝導性、高絶縁性を有する材料である。しかし
ながら、窒化アルミニウム粉末から焼結体を製造する場
合、窒化アルミニウム粉末自体の焼結性が良くないため
、粉末成形後、焼結して得られる窒化アルミニウム焼結
体の相対密度（窒化アルミニウムの理論密度３．２８ｇ
／ｃ＋ｅ’を基準とする）は、焼結条件にも依るが、高
々７０〜８０％しか示さず、多量の気孔を包含する。
一方、窒化アルミニウム焼結体の如き絶縁性セラミック
スの熱伝導機構は、フォノン伝導を主体とするため気孔
、不純物等の欠陥はフォノン散乱を起こし、熱伝導性は
低レベルのものしか得られない。
スの熱伝導機構は、フォノン伝導を主体とするため気孔
、不純物等の欠陥はフォノン散乱を起こし、熱伝導性は
低レベルのものしか得られない。
緻密質で、良好な熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を
得るため窒化アルミニウム粉末に種々の焼結助剤を添加
し、ホットプレスあるいは常圧焼結することが試みられ
ており、かなり良質の焼結体が得られている。たとえば
、酸化カルシウム（Ｃａｂ）、酸化バリウム（Ｂ ａ
Ｏ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）などを窒化アルミ
ニウム粉末に添加して焼結する方法（特公昭５ｇ−４９
５１０号）がある。この方法によれば相対密度９８％以
上で、熱伝導率０．１０〜０．１３ｃａｌ／ｃｍ ・ｓ
ｃｃ −ｄｃｇ（４２〜５４Ｗ／ｍ、ｋ） （室温）の
ものが得られている。しかし、この程度の値の熱伝導率
では今後のＩＣ５ＬＳＩの集積度向上による発熱量の増
大に対応するには十分とはいえない。
得るため窒化アルミニウム粉末に種々の焼結助剤を添加
し、ホットプレスあるいは常圧焼結することが試みられ
ており、かなり良質の焼結体が得られている。たとえば
、酸化カルシウム（Ｃａｂ）、酸化バリウム（Ｂ ａ
Ｏ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）などを窒化アルミ
ニウム粉末に添加して焼結する方法（特公昭５ｇ−４９
５１０号）がある。この方法によれば相対密度９８％以
上で、熱伝導率０．１０〜０．１３ｃａｌ／ｃｍ ・ｓ
ｃｃ −ｄｃｇ（４２〜５４Ｗ／ｍ、ｋ） （室温）の
ものが得られている。しかし、この程度の値の熱伝導率
では今後のＩＣ５ＬＳＩの集積度向上による発熱量の増
大に対応するには十分とはいえない。
一方、緻密質で高強度の窒化アルミニウム焼結体を得る
ことを目的として、窒化アルミニウム粉末にＹ２Ｏ３及
び５ｉ０２等を添加する試みもなされており（特公昭５
Ｂ−９４７５号）、９８％以上の相対密度を得ているが
、熱伝導率は０．０７ｃａｌ／ａＩＩ−ｓｅｅ −ｄｅ
ｇ（２９Ｗ）ｍ、ｋ）に満たない程の低レベルである。
ことを目的として、窒化アルミニウム粉末にＹ２Ｏ３及
び５ｉ０２等を添加する試みもなされており（特公昭５
Ｂ−９４７５号）、９８％以上の相対密度を得ているが
、熱伝導率は０．０７ｃａｌ／ａＩＩ−ｓｅｅ −ｄｅ
ｇ（２９Ｗ）ｍ、ｋ）に満たない程の低レベルである。
本発明の目的は、今後の半導体用絶縁材料あるいはパッ
ケージ材料として好適に使用できるような緻密質で旦つ
熱伝導性、絶縁性、誘電率などの実用上の諸特性に優れ
ている窒化アルミニウム焼結体とその製造方法を提供す
ることにある。
ケージ材料として好適に使用できるような緻密質で旦つ
熱伝導性、絶縁性、誘電率などの実用上の諸特性に優れ
ている窒化アルミニウム焼結体とその製造方法を提供す
ることにある。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、高熱伝導度でしかも安定性にすぐれた窒化ア
ルミニウムについて種々検討した結果、■ａ族元索が酸
化物換算で０．０１〜１．０重量パーセント、酸素が０
．０１〜１．０重量パーセント含み、熱伝導率が１００
Ｖ／ａ、に以上である窒化アルミニウムが、すぐれた性
能をもつことを見出した。
ルミニウムについて種々検討した結果、■ａ族元索が酸
化物換算で０．０１〜１．０重量パーセント、酸素が０
．０１〜１．０重量パーセント含み、熱伝導率が１００
Ｖ／ａ、に以上である窒化アルミニウムが、すぐれた性
能をもつことを見出した。
そして、その製造法として、ＩＩＩａ族元素はステアリ
ン酸化合物の形で、ＩＩＩａ族酸化物換算で０、Ｏ１〜
１．０重量パーセント配合したのち、成形し、非酸化雰
囲気中で１５００〜２２００℃で焼結することを見出し
た。
ン酸化合物の形で、ＩＩＩａ族酸化物換算で０、Ｏ１〜
１．０重量パーセント配合したのち、成形し、非酸化雰
囲気中で１５００〜２２００℃で焼結することを見出し
た。
本発明の焼結体においてＩ［Ｉａ族元素が酸化物換算で
０．０１−１．０重量パーセント未満では、焼結体の緻
密化が困難で、また、焼結体の熱伝導率も低くなる。ま
た、１．０重量パーセントを超えると、化学的安定性、
誘電率等の問題が発生してくる。
０．０１−１．０重量パーセント未満では、焼結体の緻
密化が困難で、また、焼結体の熱伝導率も低くなる。ま
た、１．０重量パーセントを超えると、化学的安定性、
誘電率等の問題が発生してくる。
酸素は０．０１重量パーセント未満では緻密化が難しく
、１．０重量パーセントを超えると熱伝導率が低いもの
しか得られない。
、１．０重量パーセントを超えると熱伝導率が低いもの
しか得られない。
窒化アルミニウム焼結体の製造法としては、酸素含有ｍ
２．Ｑ重量パーセント以下で、平均粒径１．０μ以下の
窒化アルミニウム粉末を用いる。
２．Ｑ重量パーセント以下で、平均粒径１．０μ以下の
窒化アルミニウム粉末を用いる。
上記酸素含有量が２．０重量パーセントを超えると、焼
結体の熱伝導率が低くなる。又、上記平均粒径が１．０
μを超えると焼結体の緻密化が困難である。
結体の熱伝導率が低くなる。又、上記平均粒径が１．０
μを超えると焼結体の緻密化が困難である。
さらにＩＩＩａ族元素を添加する方法としては、ＩＩＩ
ａａ元素のステアリン酸化合物を用いることで良好な結
果を得ることがわかった。このステアリン酸化合物とし
て用いることの効果のメカニズムは明確ではないが、本
発明の如き少量のＩＩＩａａ元素添加においては、容易
に均一混合が図られることによると考えられる。
ａａ元素のステアリン酸化合物を用いることで良好な結
果を得ることがわかった。このステアリン酸化合物とし
て用いることの効果のメカニズムは明確ではないが、本
発明の如き少量のＩＩＩａａ元素添加においては、容易
に均一混合が図られることによると考えられる。
また、炭素または炭素源化合物を炭素換算で０．０１〜
１．０重量パーセント添加すれば、焼結体の含有酸素を
さらに低下することが可能となり、高熱伝導度の焼結体
が得られる。炭素量としては０．０１重量パーセント未
満では効果がないし、１．０重量パーセントを超えると
焼結体の緻密化が困難である。
１．０重量パーセント添加すれば、焼結体の含有酸素を
さらに低下することが可能となり、高熱伝導度の焼結体
が得られる。炭素量としては０．０１重量パーセント未
満では効果がないし、１．０重量パーセントを超えると
焼結体の緻密化が困難である。
得られる混合物は、非酸化性雰囲気で１５００〜２２０
０℃で焼結する。この温度範囲以外ではすぐれた性質の
焼結体が得られない。
０℃で焼結する。この温度範囲以外ではすぐれた性質の
焼結体が得られない。
なお、ＩＩＩａ族元索としては、Ｙ ｓ Ｓ ｃ ＳＣ
ｅ １Ｐ「、Ｓｍ５Ｇｄから選ばれる１種以上である。
ｅ １Ｐ「、Ｓｍ５Ｇｄから選ばれる１種以上である。
ステアリン酸化合物は
［ＣＨ３（ＣＨ２） ＋６ＣＯＯコ、Ｍ ［ＭはＩＩＩ
ａ族元素］であられされるものである。
ａ族元素］であられされるものである。
［実施例］
実施例１
平均粒径が１．０μ以下で酸素含量が１．０重量パーセ
ントの高純度ＡＩＮ粉末（比表面積２Ｉｌ１２／ｇ）に
、酸化物換算で表１に示す配合量のＩＩＩａ族スステア
リン酸化合物添加し、エタノール中で１０時間ボールミ
ルで混合後、成形し、１９００℃の窒素気流中で２時間
焼結した。
ントの高純度ＡＩＮ粉末（比表面積２Ｉｌ１２／ｇ）に
、酸化物換算で表１に示す配合量のＩＩＩａ族スステア
リン酸化合物添加し、エタノール中で１０時間ボールミ
ルで混合後、成形し、１９００℃の窒素気流中で２時間
焼結した。
得られた焼結体の相対密度と熱伝導率、ＰＣＴによる重
量増加率（１２０℃、１００％ＲＨ１１００Ｈ）を示す
。
量増加率（１２０℃、１００％ＲＨ１１００Ｈ）を示す
。
この表に示す結果から本発明の窒化アルミニウム焼結体
の特性がすぐれていることが判る。
の特性がすぐれていることが判る。
表１
実施例２
実施例１中のＮｏ、３のものに炭素を０．５％添加し、
実施例１と同様の条件にて焼結体を得たところ、熱伝導
率２３０Ｗ／ＩＩ１．に、相対密度１００の焼結体を得
た。
実施例１と同様の条件にて焼結体を得たところ、熱伝導
率２３０Ｗ／ＩＩ１．に、相対密度１００の焼結体を得
た。
［発明の効果コ
本発明は高熱伝導で信顆性の高い窒化アルミニウム焼結
体であって、比較的容易に製造することができる。そし
て、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、１０Ｍ板、放
熱板、構造材料等に適した特性をもち、実用性の高いも
のである。
体であって、比較的容易に製造することができる。そし
て、本発明の窒化アルミニウム焼結体は、１０Ｍ板、放
熱板、構造材料等に適した特性をもち、実用性の高いも
のである。
特許出願人 住友電気工業株式会社
代理人 弁理士 小 松 秀 岳
Claims (4)
- （１）窒化アルミニウムを主成分とし、IIIａ族元素が
酸化物換算で０．０１〜１．０重量パーセント、酸素が
０．０１〜１．０重量パーセント含み、熱伝導率が１０
０Ｗ／ｍ．ｋ以上であることを特徴とする窒化アルミニ
ウム焼結体。 - （２）窒化アルミニウム粉末にIIIａ族のステアリン酸
化合物をIIIａ族酸化物換算で０．０１〜１．０重量パ
ーセント配合したのち、成形し、非酸化雰囲気中１５０
０℃〜２２００℃で焼結することを特徴とする窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法。 - （３）窒化アルミニウム粉末が酸素含有量２．０重量パ
ーセント以下、平均粒径１．０μ以下である特許請求の
範囲第（２）項記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法。 - （４）炭素または炭素源化合物を炭素換算で０．０１〜
１．０重量パーセント添加する特許請求の範囲第（２）
項又は第（３）項記載の窒化アルミニウム焼結体の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269237A JP2620260B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62269237A JP2620260B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01111776A true JPH01111776A (ja) | 1989-04-28 |
| JP2620260B2 JP2620260B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=17469568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62269237A Expired - Lifetime JP2620260B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2620260B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001163672A (ja) * | 1999-09-30 | 2001-06-19 | Ngk Insulators Ltd | 窒化アルミニウム焼結体および半導体製造用部材 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62105960A (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-16 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPS62246866A (ja) * | 1986-04-15 | 1987-10-28 | 株式会社村田製作所 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPS6317263A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-25 | 旭硝子株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPS63182260A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-27 | 株式会社東芝 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
| JPS63277567A (ja) * | 1987-05-08 | 1988-11-15 | Toshiba Corp | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP62269237A patent/JP2620260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62105960A (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-16 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
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| JPS6317263A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-25 | 旭硝子株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPS63182260A (ja) * | 1987-01-20 | 1988-07-27 | 株式会社東芝 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001163672A (ja) * | 1999-09-30 | 2001-06-19 | Ngk Insulators Ltd | 窒化アルミニウム焼結体および半導体製造用部材 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2620260B2 (ja) | 1997-06-11 |
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