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