JPH01301564A - 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法

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JPH01301564A
JPH01301564A JP63051074A JP5107488A JPH01301564A JP H01301564 A JPH01301564 A JP H01301564A JP 63051074 A JP63051074 A JP 63051074A JP 5107488 A JP5107488 A JP 5107488A JP H01301564 A JPH01301564 A JP H01301564A
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JP
Japan
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aluminum nitride
powder
alkaline earth
earth metal
thermal conductivity
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Pending
Application number
JP63051074A
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English (en)
Inventor
Katsuhisa Ishikawa
石川 勝久
Hideo Takamizawa
秀男 高見沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4803Insulating or insulated parts, e.g. mountings, containers, diamond heatsinks
    • H01L21/4807Ceramic parts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

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〕 本発明は窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法に関
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,LS
Iをはじめとする大規模集積回路は高集積化、高出力化
が行われ、これに伴うシリコン素子の巣位面積轟りの発
熱lが太幅に増加してきた。
そこでシリコン素子の通電動作による発熱のためシリコ
ン素子の正常な動作を妨げる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材が要求されて
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
板材料としては熱伝導性が良い(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、機械的強度が太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−’ /
’C(室温から400−0の平均値)でアルミナ焼結体
の約7X10  /−0に比べて小さく、シリコン素子
の熱膨張率3.5〜4.0X10  /”Cに近い。
また機械的強度も曲げ強さで約50Kg/m1lIr程
度を有し、アルミナ焼結体の値20〜3QKg/mnr
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(Ajl!N)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、改密な
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
トプレス法によ鷹密な窒化アルミニウム焼結体を得る試
みがなされている。昭和59年業協会年会予稿集のP2
O3には酸化イツトリウム(Y2O3)を焼結助剤とし
て加える窒化アルミニウム焼結体の製造方法が示されて
いる。この方法によると熱伝導率が100W/m−K 
(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課題〕
しかしながら、上述したように、近年の集積回路技術の
発達に伴い、半導体分野での素子の高集積化、高出力化
、高速化に伴って発生する熱を放散しないと、高速高集
積半導体素子の性能が劣化し、寿命が短(IXになるた
め、さらに、高熱伝導性を有する熱放散用基板材料が求
められているが、これに追随できないという欠点があっ
た。
本発明の目的は、高熱伝導性を有し、さらに、電気絶縁
性で、シリコンに近い熱膨張係数を有し、機械強度が太
きい等の有用な性質を有する窒化アルミニウム焼結体及
びその製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、龜化ジスプロシウ
ムの添加量が0.05〜15重量パーセントと、アルカ
リ土類金属のフッ化物の化合物のうちの少くとも一種類
の化合物を添加し前記アルカリ土類金属のフッ化物の化
合物の添加量の合計を0.05〜12重量パーセントと
している。
本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、窒化ア
ルミニウム粉末にジスプロシウム粉末とアルカリ土類金
属のフッ化物の化合物のうちの少くとも一種の化合物の
粉末を添加し混合粉末を製作する工程と、該混合粉末を
室温で加圧し成形体を形成する工程と、該成形体を非酸
化性雰囲気中にて焼結する工程とを含んでいる。
〔作用〕
まず、窒化アルミニウム原料は純度として高純度の≠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
上好ましくは2μm以下のものが良い。
添加剤としては、酸化ジスプロシウムとアルカリ土類金
属のフン化物の化合物のうちの少くとも一種類との両方
を加えることが必要である。すなわち、酸化ジスブ・ロ
ジウムとアルカリ土類金属のフッ化物の化合物とを適量
複合使用する事によシ熱伝導率を著しく増大させること
ができる。又、アルカリ土類金属のフッ化物は例えばフ
ッ化カルシウム、7ツ化ストロンチウム、フッ化バリウ
ムが好ましい。特に酸化ジスプロシウムを0.05〜1
5重量%およびアルカリ土類金属のフッ化物の化合物の
合計を0.05〜12重量%にする事によシ熱伝導率が
140 W / m −K (室温)以上となり、従来
の窒化アルミニウム焼結体よシ大きな値が得られる。
酸化ジスプロシウムの添加量は0.05重量%以下では
熱伝導率が140W/m−に以下で効果が少なく、のフ
ッ化物の合計は0.05重量%以下では熱伝導率が14
0W/m−に以下で効果が少なく、12重1%以上では
異相が多くなるので熱伝導率が140W/m−にで小さ
くなる。
フン化物の合計は0.05重i%〜12重量%が好まし
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、中でも窒素
ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、真空雰囲気が便利
で好ましい。焼結は1500〜2000゛Cで行われ、
特に1600〜2000℃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(−軸加圧焼結法)とHI
P法(熱間静水圧加圧焼結法)のどちらでも可能である
明する。
第1図は本発明の第1の実施例のり、203とCaF2
の添加量と室温での熱伝導率の関係を示す特性図である
第1の実施例は、平均粒径が2μmの窒化アルミニウム
粉末にり、203とCak゛2を添加し、この混合粉末
を室温で2tlcrdの圧力を加えて成形体とした。こ
の成形体を焼結炉において窒素ガス雰囲気下で2000
−0−10時間常圧焼結した。
このようにして得られた窒化アルミニウム焼結体の室温
での熱伝導率を第1図に示す。
本実施例の製造方法によシ室温での熱伝導率が140W
/m−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。熱膨張率は約4.3X10  /”C。
曲げ強度は約2600Kg/cd以上であった。
第2の実施例は、平均粒径が2μmの窒化アルミニウム
粉末にり、203とCaF2 、81”F2 * Ba
F2のうちの少くとも一種類を添加し、次いで、この混
合粉末を室温で2t/−の圧力を加えて成形体とした。
この成形体を焼結炉において窒素ガス雰囲気下で2oo
o”c−io時間常圧焼結した。
このようにして得られた窒化アルミニウム焼結体の室温
での相対密度と熱伝導率を第1表に示す。
本実施例の製造方法によシ、室温での熱伝導率第1表 矢印は比較例である。
が140W/m−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。熱膨張率は約4.3X10−6/゛
C1曲げ強度は約2600Kg/−以上であった。
〔発明の効果〕
本実施例の製造方法で製造した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1機械的特性にも良好であっ九ため、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高温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という効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例のDyzOaとCak゛
2の添加量と室温での熱伝導率の関係を示す特性図であ
る。 代理人 弁理士  内 原   音 第 1 図 CαFz(1!比つ 手続補正書(自発) 1月回 平成  年    日

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化ジスプロシウムの添加量が0.05〜15重
    量パーセントと、アルカリ土類金属のフッ化物の化合物
    のうちの少くとも一種類の化合物を添加し前記アルカリ
    土類金属のフッ化物の化合物の添加量の合計を0.05
    〜12重量パーセントとしたことを特徴とする窒化アル
    ミニウム焼結体。
  2. (2)窒化アルミニウム粉末にジスプロシウム粉末とア
    ルカリ土類金属のフッ化物の化合物のうちの少くとも一
    種の化合物の粉末を添加し混合粉末を製作する工程と、
    該混合粉末を室温で加圧し成形体を形成する工程と、該
    成形体を非酸化性雰囲気中にて焼結する工程とを含む窒
    化アルミニウム焼結体の製造方法。
JP63051074A 1988-03-03 1988-03-03 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 Pending JPH01301564A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61209959A (ja) * 1985-03-13 1986-09-18 株式会社東芝 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPS6241766A (ja) * 1985-08-13 1987-02-23 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61209959A (ja) * 1985-03-13 1986-09-18 株式会社東芝 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPS6241766A (ja) * 1985-08-13 1987-02-23 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法

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