JPH02116616A - 窒化硼素・窒化アルミニウム複合粉末の製造方法 - 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ｆ１１用分野Ｊ 本発明は六方晶窒化硼素（ＢＮ）　　・窒化アルミニウ
ム（ＡＩ２Ｎ）複合粉末の製造方法に関し、熱伝導性、
耐食性、絶縁性、誘電性などの電気特性に優れ、トラン
ジスタ、ダイオード等の半導体用シリコーン樹脂放熱シ
ートへの充填材、快削性のＡｌｘとＢＮの複合焼結体用
の原料粉末として利用される複合粉末の製造方法に関す
るものである。

［従来の技術〕 従来、ＡｌｘとＢＮとを含有する粉末を製造するには、
−６に混合法により製造していた。この方法だと粒子の
大きさに制約を受けるため分子レベルからみた均一混合
は難しかった。また粒子も単に混じりあっているだけで
、結合等は生じていない。

混合法に使用するＡｆｆＮ粉末の製造方法は、■Ａ４２
０３とＣの混合物をＮ２中で加熱し還元窒化−する方法
。（ｉｉｔ元窒化法） ■金属ＡＲをＮ２中で窒化反応させる方法、（直接窒化
法） の２方法が代表的である。

一方ＢＮ粉末の製造方法は、 ■硼砂と尿素の混合物をアンモニア雰囲気中で加熱する
方法。

■硼酸と窒素含有化合物を加熱する方法。

が代表的な方法である。

Ａｌ２ＮとＢＮとを含有する粉末を合成により製造する
方法としては。

■Ａｌ２Ｎ粉末の存在下にＢＮの生成を行う方法（特開
昭６２−５６３０７）。

■ＢＮ粉末の存在下にＡＩ２を窒化する方法（特開昭６
２−６５９８０　　ン　。

などがあるが、何れの方法における合成粉末も。

Ａ４２Ｎ粉末とＢＮ粉末とは混合法と同様に別個に存在
している。またこのとき残留している酸素化合物が低融
点ガラスを生成し、高温での機械特性、あるいは常温で
の熱特性が劣る。

ＡｇＮとＢＮを単に粉末で混合するだけでは、シリコー
ン樹脂等の充填材として使用しても十分な熱伝導特性は
発現されなかった。この原因は樹脂と粉末の界面接着が
十分でないこと、Ａｌ２ＮおよびＢＮ粉末表面の吸着層
（主としてＯＨ基、水分、油分）により特性が出ないこ
とである。

このためＡｇＮとＢＮを強固に結合させ、粒子表面に吸
着層を生じさせない改良が必要である。

また、この粉末に焼結処理を行ったところ製品の均一性
において十分でなかった。

焼結体用原料として使用する場合、高い密度と強度を有
する焼結体を得るには、Ａｌ２ＮとＢＮが均一に分散し
ていることと、焼結特性の優れたＡｆｆＮが表面に析出
していることが望ましい。

熱伝導特性についても中心部がＢＮで粒子表面をＡｇＮ
層がコートしている複合材が好ましい。

また不純物として存在する酸素化合物は、安定で母材の
特性を失なわない相を形成していることが望まれていた
。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記従来技術の欠点を解決するために、Ａ４２
ＮとＢＮが均一に混合していると共に強固に結合し、Ｂ
Ｎを母材としてＡｇＮが表面に析出し、かつ原料中の酸
素化合物が安定な相として存在しているＢＮ−Ａｌ２Ｎ
複合粉末の製造方法を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段１ 本発明者は前記混合粉末と合成粉末の欠点を解決すべく
検討した結果１本発明に到達したものである。

すなわち本発明は、 六方晶窒化硼素粉末単味または六方晶窒化硼素粉末およ
び窒化アルミニウム粉末と、アルミニウム粉末と、シリ
コン粉末とよりなる混合粉末を、シリコン粉末が混合粉
末に対し０．５〜１５重量％になるように混合し、 該混合粉末を窒素ガスを含有する非酸化性雰囲気中でｔ
　ｏｏｏ〜２１００℃に加熱した後粉砕することにより
、 六方晶窒化硼素を５〜８０重量％含有し、酸素化合物を
β−サイアロン相（Ｓｉｅ−ｚＡＩ２ｚｏｚＮａ−ｚ、
０＜Ｚ≦４．３）として安定化させ粉末を得ることを特
徴とする窒化硼素・窒化アルミニウム複合粉末の製造方
法。

である。

［作用１ 本発明で使用するＢＮ粉末は高純度であるほど好ましい
。通常、不純物として存在している酸素はＢＮ粉末の表
面にＯｔ（基、酸窒化硼素の汗？態で存在しており、八
２と一緒に焼成するとＡｆｆ２０３になり、ＡＩ２とＮ
２の反応によって生成したＡｇＮの純度が低下し、純度
が低下すると本来有している熱伝導等の機能が失なわれ
ることになる。このことから使用するＢＮ粉末の酸素含
有量は熱伝導特性が急に落ちて（る５％を越えないこと
が好ましい。

粒径については特に規定はしないが、凝集状態にあるも
のよりも一次粒子に分散している方が好ましい。この理
由は、加熱により溶融したＡｆｆがＢＮ粉末表面をコー
トシ、雰囲気中のＮ２と反応しＡ９Ｎを生成することか
ら、分散状態の均一な方が未反応のＡβが残留しない特
性の優れたものが得られる。

結晶状態についてはシリコーン樹脂の充填材等の熱特性
を要求される分野では高結晶質ＢＮ粉末が好ましく、焼
結体用原料には低結晶質のＢＮ粉末が適している。この
様に用途に応じてＢＮ粉末は使い分ける必要がある。

フィラー粉末とＡＩ２扮宋０混合比は、フィラー粉末３
０重量部に対してＡ２粉末を７０重量部以下にしないと
十分な窒化が進行しない。この理由は、溶融ＡβはＢＮ
粉末表面に薄いコート嗅をつ（り雰囲気中のＮ２と反応
し／ＩＮになるので、反応が表面から起るために膜厚が
厚いと内部まで反応が進行しないためである。そこで十
分な反応界面を必要とするため、フィラー粉末はフィラ
ー粉末とＡβ粉末の合計重量の３０％以上必要になる。

ＢＮの含有量が多い複合粉末はフィラー材のＢＮ粉末量
を多（すれば製造可能であるが、ＢＮ含有量を少なくす
るにはフィラー材としてＢＮ単味では製造不可能で、Ｂ
Ｎ粉末とＡｊ２Ｎ粉末を混合したフィラー材を使用する
必要がある。

本発明の複合粉末においてＢＮの特性を生かすには、Ｂ
Ｎ含有量を５〜８０重量％とする必要がある。５重量％
未満では機械加工が難しく、８０重量％を越すと焼結特
性が悪くなる。

通常、ＢＮ粉末とＡＩ２扮宋０混結すると、焼結体中に
残留する酸素成分はＡｇ２Ｏ３とＢ２Ｏ３のガラス相と
して粒界に存在している。この／’［２０３−Ｂ２Ｏ３
相は低融点のガラス相を形成するため焼結体の高温での
機械特性、電気特性を劣化させる。そこで、金属シリコ
ン（Ｓｉ）を添加することによりＡｌ２０３　　Ｂ２０
３相をβ−サイアロン相（Ｓ　１６−ｚ　Ａｌ２ｚＯｚ
Ｎａ−ｚ　。

０〈Ｚ≦４．３）に転化させることにより安定化できた
。Ｓｌは雰囲気のＮ２と反応してＳｉ３Ｎ４を生成し、
Ｓｉ３Ｎ４とＡｆｆ２０３の化合物としてβ−サイアロ
ン相を生成する。不純物のＢ２Ｏ３は洗浄、蒸発処理に
より除去できる。

添加するシリコン粉末の量は、混合粉末中の酸素量に応
じて変化させる必要がある。

複合粉末中のＢＮの酸素含有量が５％以下でないと伝熱
特性の劣る成分が増加して電気特性が十分でないため、
シリコン粉末の添加量としては混合粉末中の酸素量をβ
−サイアロン相として安定化するため、混合粉末に対し
て０．５〜１５重量％とする。０．５重量％未満では効
果が不十分で、１５ｆｆｌ量％を越えるとβ−サイアロ
ン相のみならず５ｉ３Ｎｎが多量に生成するため熱特性
が低下して放熱用部材としては不適切である。

加熱雰囲気は、酸化性であるとＢＮ、Ｓｉ。

Ａ２の酸化によりＢ２０３．５ｉ０２．Ａｇ２Ｏ３を生
ずるので非酸化性雰囲気とする。また加熱温度としては
八２の窒化を生ぜせしめるためには１０００℃Ｌ′ノ上
が必要であり、２１００℃以トになるとＡ４２Ｎが分解
するため１０００〜２１００℃とする。

なお１本発明の複合粉末を使用して焼結体を製造する場
合、各種焼結助剤（たとえばＹ２Ｏ３）を混合して使用
しても焼結体の特性はなんら失なわれない。

〔実施例１ 実施例１ 酸素含有量が１．４％で平均粒径が４μｍのＢＮ粉末１
００重量部と、酸素含有量が０．８％で１００μｍ以下
の粒径の／ｌ粉末１００重量部と、酸素含有量０．３％
で１１００ｕの篩を全通°したＳｉ粉末２．０重量部を
、ナイロン製ポットとボールを用いエタノールを分散媒
体として湿式混合で均一に混合し、ＳｉがＢＮ粉末、Ａ
Ｉ２粉末およびＳｉ粉末の合計量に対して１．０重量％
の混合粉末を製造した。

このようにして得られた混合粉末を乾燥後、ＢＮを表面
にコートした黒鉛るつぼ中に混合粉末１００ｇをソフト
に充填（充填密度ｏ、２５ｇ／ｃｒｎ’）Ｌ、高純度Ｎ
Ｈ３ガス中で昇温速度５°Ｃ／ｍｉｎにて１８００℃ま
で加熱した後３ｈ保持し、Ｎ２ガス中で炉冷し、炉冷物
を振動ボールミルにより平均粒径３μｍまで粉砕した。

このようにして掬られた複合粉末は灰白色で。

ＢＮの含有量は４０重量％であった。

Ｘ線回折で生成物を同定したところＢＮ。

ＡβＮを主成分として微量のβ−サイアロン相が同定さ
れ、八２２０Ｂ、Ｂ２０：Ｉのピークは観察されなかっ
た 電子８微鏡で観察すると、−次粒子で４〜５μｍの鱗片
状のＢＮ粉末が観察されたことから、ＡβＮはＢＮ粉末
表面に薄いコート紛状で生成していると推定された。

この様にして製造した複合粉末１　ｏｏｇをプレス成形
後ガラスカプセルに装入し、ＨＩＰ（Ｈｏｔ　ｌ５ｏｓ
ｔａｔｉｃ　Ｐｒｅｓｓ　）処理を１８００℃で２００
０気圧処理を行なった後、試験片を切出して物性測定を
行った。密度の測定はアルキメデス法で行ない、３点曲
げ試験はＪ　Ｉ　５−Ｒ−１６０１法で行い、熱伝導の
測定はレーザー・フラッシコ法で行った。

実施例２ 実施例１のＢＮ粉末１００重量部の替りに、同じＢＮ粉
末５０重量部と酸素含有量が１．０％で平均粒径１．５
　ｕｍのＡＪ２Ｎ粉末５０重量部を使用し、実施例１と
同様な方法で、複合粉末を製造した後ＨＩＰ処理により
焼結体を製造し、評価した。この複合粉末のＢＮ含有量
は２０重量％で、ｘ！１回折および電子顕微鏡観察の結
果は実施例１とほぼ同様であった。

比較例１ 酸素含有量が１６４％で平均粒径が４μｍのＢＮ粉末８
０重量部と、酸素含有量が０．９％平均粒径が１．２μ
ｍのＡｆｆＮ粉末１２０重量部を、エタノールを分散媒
としてナイロン製ポットとボールを用いて混合した後乾
燥し、この粉末を実施例１と同様に処理した６なお、混
合粉末を加熱、粉砕した複合粉末のＢＮ含有量は４０重
量％であった。

比較例２ 実施例１の混合粉末中のＳｉ粉末を除いた混合粉末を、
実施例１と同様に処理した。

実施例および比較例の試験結果を第１表に示した。

本発明の複合粉末は、ＢＮとＡｌ２Ｎの混合粉末（比較
例１）あるいはＳｉ粉末を添加しない混合粉末（比較例
２）に比べて、高温での曲げ強度、熱伝導特性において
優れていた。

〔発明の効果］ 本発明により、ＢＮを母材とし、その表面に薄いコート
状のＡｌ２Ｎを有し、かつ原料粉末中の酸素化合物をサ
イアロン相として安定化した窒化硼素・窒化アルミニウ
ム複合粉末が得られ、この複合粉末による焼結体は高温
での曲げ強度、熱伝導物性に優れており、また、この複
合粉末は半導体用シリコーン樹脂放熱シートへの充填材
としても好適である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　六方晶窒化硼素粉末単味または六方晶窒化硼素粉末
   および窒化アルミニウム粉末と、アルミニウム粉末と、
   シリコン粉末とよりなる混合粉末を、シリコン粉末が混
   合粉末に対し０．５〜１５重量％になるように混合し、 該混合粉末を窒素ガスを含有する非酸化性雰囲気中で１
   ０００〜２１００℃に加熱した後粉砕することにより、 六方晶窒化硼素を５〜８０重量％含有し、 酸素化合物をβ−サイアロン相（Ｓｉ＿６＿−＿ＺＡｌ
   ＿２Ｏ＿ＺＮ＿８＿−＿Ｚ、０＜Ｚ≦４．３）として安
   定化させた粉末を得ることを特徴とする窒化硼素・窒化
   アルミニウム複合粉末の製造方法。