JPH01188472A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 不発明は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） 近年、半導体工業の急速な技術革新により、ＩＣ。

ＬＳＩをはじめとする大規模乗積回路は高集積化。

高出力化が行われ、これに伴うシリコン素子の単位面積
当りの発熱量が大幅に増加してきた。このため、シリコ
ン素子の通電動作による発熱により、シリコン素子の正
常な動作が妨げられるという問題が生じ始めている。そ
れに伴って熱伝導性の良い絶縁性基板材料が要求されて
いる。

従来、絶縁性基板材料としては一般にアルミナ焼結体が
最も多く使用されている。しかしながら、最近ではアル
ミナ基板は熱放散に関しては満足しているとは言えず、
さらに熱放散性（熱伝導性）の優れた絶縁性基板材料の
開発が要求されるようになってきた。このような絶縁基
板材料とじてに熱伝導性が良い（熱伝導率が大きい）、
電気絶縁性である、熱膨張率がシリコン単結晶の値に近
い、機械的強度が大きい等の特性が要求される。

ところで良好な熱伝導性を有することが知られている窒
化アルミニウムは、熱膨張率が約４．３×１０／。（室
温から４００℃の平均値）でアルミナ焼結体の約７Ｘ１
０　／。に比べて小さく、シリコン素子の熱膨張率３．
５〜４．０×１０／。に近い。

また機械的強度も曲げ強さで約５０　Ｋｇ／、、ｚ程度
を有し、アルミナ焼結体の値２０〜３１■−２に比べ高
強度である電気絶縁性に優れた材料である。

従来、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体は窒化アルミ
ニウムの粉末を成形、焼結して得られるのであるが、窒
化アルミニウムは難焼結性物質であるため、緻密な焼結
体を得ることが困難である。そして現在までに焼結助剤
を加え、常圧焼結法やホットプレス法により緻密な窒化
アルミニウム焼結体音帯る試みがなされている。昭和５
９年窯業協会年会予稿集のＰ２Ｏ３には、酸化イツトリ
ウム（Ｙ２０２　）を焼結助剤として加える窒化アルミ
ニウム焼結体の裏道方法が示されている。この方法によ
ると熱伝４率が１００Ｖ′ｌ／ｍｋ　（室温）の窒化ア
ルミニウム焼結体が得られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、近年の集積回路技術の発達に伴い、さら
に高熱伝導性を有する熱放散用基板材料が求められてい
る。

本発明者は上記実情に対処すべく鋭意研究を重ねた結果
、アルカリ土類金属のアセチリド化合物である炭化マグ
ネシウム（ＭｇＣ２）、炭化カルシウム（ＣａＣ２）　
、炭化ストロ７チウＡ（ＳｒＣ２）、炭化バリウム（Ｂ
ａＣ２）ｃＳＢ１以上とカーボン（ＣＪ’ｔそれぞれ適
量複合使用することによジ、室温での熱伝導率が１４０
ｗ／ｒｍｋ以上と従来の窒化アルミニウム焼結体より大
きな値が得られるとの知見を得、本発明を完成するに到
った。

本発明の目的は高熱伝導性を有し、さらに種々の有用な
性質全層する窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段） 不発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方ｆ：、は。

窒化アルミニウム粉末に添加剤としてアルカリ土類金属
のアセチリド化合物の一棟以上とカーボン全配合した混
合粉末を成形後、非酸化性雰囲気で焼成するものである
。

（作用ン 以下不発明について具体的に説明する。

まず、窒化アルミニウム原料は純度として高純度のもの
、例えば９８％以上のものが好ましいが、９５〜９８％
程度のものも使用可能である。平均粒径は１０μｍ以下
、好ましくは２μｍ以下のものが良い。

本発明では添加剤としてはアルカリ土類金塊のアセチリ
ド化合物を少なくとも一種以上とカーボ合使用すること
により熱伝導ｉｆ著しく増大させることができる。特に
アルカリ土類金塊のアセチリド化合物の合計ｔｏ、０２
〜５：に−ｉｔ％およびＣｉｏ、１〜２重量％にするこ
とにより熱伝導率が１４０ｗ／ｒｒ１ｋ（室温）以上と
なり、従来の窒化アルミニウム焼結体より大きな値が得
られる。アセチリド化合物は酸素、水分等と活発に反応
しやすいものかあり、中には爆発性のものがあるため混
合はアルコール等の非水溶媒音用い、加熱乾燥は窒素ガ
ス等の非酸化性雰囲気で行ない、またあまり高温に保持
しない等、粉下処理工程において注意が必要である。ま
たアセチリド化合物としてはＭｇＣ２゜ＣａＣ１、Ｓ　
ｒｃ２　、　ＢａＣ２が望ましい。

次に、焼結は非酸化性雰囲気中で高温焼結することが必
要である。酸化性雰囲気中で焼結すると窒化アルミニウ
ムが酸化してしまい緻密な焼結体が得られない。非酸化
性雰囲気としては窒素ガス。

ヘリウムガス、アルゴンガス、−酸化炭素ガス。

水素ガス、真空雰囲気などが使用できるが、中でモ室索
ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、真空雰囲気が便オ
リで好ましい。焼結は１５００〜２０００℃で行われ、
特に１６００〜１９００℃が有効であるが、特にこれら
の温度範囲に限定されるものでは無い。また焼結は常圧
焼結法でも良いし、加圧焼結法によっても良い。加圧焼
結法としてはホットプレス法（−軸加圧焼＃ｉ法）とＨ
Ｉ　Ｐ法（熱間静水圧加圧焼結法）のどちらでも可能で
ある。

（実施例） 次に実施例によって不発明を具体的に説明する。

平均粒径が２μｍの窒化アルミニウム粉本に第１表に示
′ｊ種々の添加剤音別え、次いでこの混合粉末を室温で
２０００ｋｇ／、Ｌ２の圧力全力口えて成形体とした。

この成形体全焼結炉において窒素ガス雰囲気下で１９０
０℃で１０時間常圧焼結しｆＣ，窒化アルミニウム焼結
体の室温での相対密度、熱伝導率を第１表に示す。本実
施例の製造方法により室温での熱伝導率がｔ２ｏ”／、
、に以上の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体が得られ
た。

焼結体相対密度熱伝４率は第１表に示したが他の物質、
特性としては、熱膨張率は約４．３Ｘ１０’／℃、比抵
抗は約４×１０　Ωの９曲げ強度は約第１表 （発明の効果） 不発明の製造方法で製造しｆｃ窒化アルミニウム焼結体
は高密度で熱伝導性に優れ、熱的特性、電気的特性、機
械的特性、さらに光学的特性にも良好であったため、半
導体工業等の放熱材料としての応用以外にルツボ、蒸着
容器、耐熱ジグ高温部材等の筋温材料としての応用も可
能であり、さらに透光性であるといつ比元学的性質を利
用した窓材等の光学材料としての応用も可能であるなど
、工業的に多くの利点を有するものである。

代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム粉末に添加剤としてアルカリ土
   類金属のアセチリド化合物の一種以上とカーボンを配合
   した混合粉末を成形後、非酸化性雰囲気で焼成すること
   を特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
2. （２）アルカリ土類金属のアセチリド化合物はＭｇＣ＿
   ２，ＣａＣ＿２、ＳｒＣ＿２、ＢａＣ＿２である特許請
   求の範囲第１項記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方
   法。