JPH02107569A - 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１ 本発明は窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。

［従来の技術およびその課題］ 近年、半導体工業の急速な技術革新により、ｒＣ，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単位面積当りの発
熱量が大幅に増加してきた。

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が妨げられる問題が生じ始めて
おり、このため、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
性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、機械的強度が大ぎい等の特性か要求される。

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、熱膨張率か約４．３×１０−６／’
Ｃ（室温から４００℃の平均値）でアルミナ焼結体の約
７Ｘ１叶６／°Ｃに比べて小さく、シリコン素子の熱膨
張率３．５〜４．ＯＸ　１０−６　／’Ｃに近い。

また機械的強度も曲げ強さで約５０　Ｋｇ／ｍｍ２程度
を有し、アルミナ焼結体の値２０〜３０に’ｊ　／　ｍ
ｍ２に比べ高強度の電気絶縁性に優れた材料である。

従来、窒化アルミニウム（ＡＪ！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、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を得る試
みがなされている。

その代表的な添加剤は、アルカリ土類金属元素の化合物
および希土類元素の化合物等であるが、このような添加
剤を用いた場合、常圧焼結法においては一般に６０　Ｗ
／ｍ　−Ｋ程度の熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼
結体しか得られていない。

前記化合物としては、炭化物、酸化物、ハロゲン化物等
が通常用いられているが、これらは高熱伝導性を有する
ように焼結するには、少なくとも２％以上の多量の添加
量を要し、１９００°Ｃ以上の高温で焼結せしめねばな
らなかった。

上記したような方法による窒化アルミニウム焼結体は、
例えば特開昭６０−１２７２６７号公報に記載されてお
り、これによれば、室温における熱伝導率力４０　Ｗ／
ｍ　−Ｋ以上を示すＡｊ２Ｎ焼結体が１ｑられることか
開示されている。

しかしながら、近年の集積回路技術における素子の高集
積化、高出力化に伴って、発生する熱を迅速に放散させ
ることが素子の性能劣化、寿命短小化の防止のために是
非とも必要であることから、従来よりもざらに高熱伝導
性を有する熱放散用基板材料を安価に製造する方法が求
められている。

本発明の目的は、高熱伝導性を有すると共に、高絶縁性
、シリコンとほぼ同等な熱膨張係数を有する等、種々の
有用な性質を有する窒化アルミニウム（ＡβＮ）焼結体
を安価に製造する方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、窒化アルミニウム粉末に、添１ｊ［１剤とし
て、Ｔａ族元素（但しＨを除＜＞、ｎａ族元素。

■族元素（但しランタンイト元素を含む＞、ｚｒ。

ｉ−Ｈ、Ｃｏ　、Ａｇ、Ｚｎから選ばｎ　る元素］少す
くとも一種のリン化物を添加し、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である。

本発明において、添加剤として用いられるリン化物の総
量は、０．００５〜８重母％、好ましくは０．３〜７小
吊％が好適である。リン化物総量が０．００５重量％未
満ては熱伝導率の向上に効果が薄く、８重量％を超える
と異相が多くなるので熱伝導率か８０Ｗ／ｍ−に以下と
なり、好ましくない。

用いられるリン化物は、Ｔａ族元素のリン化物としては
、リン化リチウム、リン化ナトリウム、リン化カリウム
等か挙げられ、Ｉ［ａ族元素のリン化物としては、リン
化マグネシウム、リン化カルシウム、リン化ストロンチ
ウム、リン化バリウム等が挙げられる。また，ＩＩＩ族
元素のリン化物としては、リン化アルミニウム、リン化
スカンジウム、リン化イツトリウム、リン化ランタン、
リン化セリウム、リン化プラセオジウム、リン化ネオジ
ウム、リン化プロメチウム、リン化サマリウム、リン化
ユーロピウム、リン化ガドリニウム、リン化テルビウム
、リン化ジスプロシウム、リン化ホロミウム、リン化エ
ルビウム、リン化ツリウム、リン化イッテルビウム、リ
ン化ルテチウム等が挙げられる。

また、ＡβＮ原料は純度として高純度のもの、例えば９
８％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１０庫以下、好ましくは
２迦以下のものが良い。

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、−Ｍ化炭素ガス、水素ガス、真空雰囲気等が
使用できるが、中でも窒素カス、アルゴンカス、ヘリウ
ムガス、真空雰囲気か便利で好ましい。焼結は１５００
〜２０００’Ｃで行われ、特に１６００〜１９００°Ｃ
が有効であるか、特にこれらの温度範囲に限定されるも
のではない。また焼結は常圧焼結法でも良いし、７ＪＯ
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ＨＩＰ法（熱間静水圧加圧
焼結法）のどちらでも可能である。

本発明の方法によれば、リン化物の種類および条件によ
っては、添加剤としてのリン化物の総量を０．３〜１．
３重量％と少ない檄で、実用上十分に良好な熱伝導率、
即ら８０Ｗ／ｍ−に以上の熱伝導率を有する窒化アルミ
ニウム焼結体を得ることかできる。さらに焼成条件も１
６００〜１９００　’Ｃの温度範囲で良く、例えば１８
００°Ｃ１２時間と、ＡＩ！Ｎの焼成条件としては比較
的低い温度で、かつ短時間でも焼結し、良好な熱伝導率
が得られる。

以上のことから安価にＡβＮ焼結体を製造することが可
能でおる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例 平均粒径か２ｕＪｎで、含有酸素量が１％のＡβＮ粉末
に、第１表に示した添加剤を第１表に示した量だけ添加
・混合し、この混合粉末に室温で２トン／ｃｍ２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
素カス雰囲気下で１８００°Ｃ１２時間の条件で常圧焼
結した。得られた△ｊＮ焼結体の室温での密度と熱伝導
率を併せて第１表に示す。

同表かられかるように、本発明の製造方法によれば、熱
伝導率が８０　Ｗ／ｒｒｌ　−Ｋ以上のＡＲＮ焼結体を
比較的少ない添加間で、かつ従来よりも低い焼結温度で
得ることができる。なお、本実施例で得られた△ｆＮ焼
結体は、いずれもその熱膨張係数は約４．３ｘ　１０−
６　／　°Ｃ１曲げ強度は約５トン／Ｃｍ２以上であっ
た。

（以下余白） ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の方法によれば、従来より
も少ない添加量で、かつ低い焼成温度で良好な熱伝導率
を有する窒化アルミニウム焼結体を得ることができるの
で、窒化アルミニウム焼結体の安価な製法として非常に
有用である。

得られる窒化アルミニウム焼結体は、従来技術によって
得られたものと同等以上の熱伝導率を有すると共に、高
密度で、熱的特性、電気的特性、機械的特性も良好であ
り、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、耐熱ジグ高温部月等の高温材料としての応
用も可能である等、工業的に多くの利点を有するもので
ある。

手続ネ甫正書（自発） 平成元年１１月２７日

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、 I ａ
   族元素（但しＨを除く），IIａ族元素，III族元素（但
   しウレタノイド元素を含む），Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｏ，Ａｇ
   ，Ｚｎから選ばれる元素の少なくとも一種のリン化物を
   添加し、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）リン化物の添加量の総量は、０．００５〜８重量
   ％である請求項（１）記載の窒化アルミニウム焼結体の
   製造方法。