JPH02192409A - 窒化アルミニウム粉末および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〕 この発明は、例えば、高熱伝導性（絶縁）基板を製造す
るのに適した窒化アルミニウム粉末の製造方法、あるい
は、例えば、高熱伝導性（絶縁）として用いるのに適し
た窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。

〔従来の技術および問題点〕

ＩＣ等に代表される半導体素子の高集積化や大電力化が
進み、これに伴って、放熱性の良い電気絶縁材料が要求
されるようになった。これに応えて各種の高熱伝導性基
板が提案されている。その中でも、特に窒化アルミニウ
ムセラミック基板が、熱伝導性、熱膨張性、電気絶縁性
等の点で優れていることから、実用化が進められてきて
いる。

この窒化アルミニウムセラミック基板は、アルミニウム
粉末を用いて得た焼結体である。ここで用いられる窒化
アルミニウム粉末は、アルミニウムの直接窒化やアルミ
ナの炭素還元等によって製造されているが、例えば、ア
ルミニウムの直接窒化法においては、高純度で粒径の小
さな粉末を得ることが困難であり、アルミナの炭素還元
法においては、反応に高温を要する原料価格が高い等の
問題がある。アルミナの炭素還元法の改良として、アル
ミニウム源を炭素含有化合物で還元する方法が提案され
ているが、還元効率の点で、まだ十分とは言えない。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、このような事情に鑑み、高純度かつ微粒子
の易焼結性窒化アルミニウム粉末を安価に得ることので
きる方法を提供することを第１の課題とし、十分に焼結
された緻密な窒化アルミニウム焼結体を簡単かつ安価に
得ることのできる方法を提供することを第２の課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記第１の課題を解決するため、請求項１記載の窒化ア
ルミニウム粉末の製造方法では、アルミニウム含有化合
物とグアニジンの混合物を、窒素を含む非酸化性雰囲気
下で焼成するようにしている。

前記第２の課題を解決するため、請求項２記載の窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法では、アルミニウム含有化
合物とグアニジンの混合物からなる所定形状の成形体を
、窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成するようにしてい
る。

この発明の両製造方法で用いられるアルミニウム含有化
合物とグアニジンの混合物としては、例えば、請求項３
記載の発明のように、アルミニウム含有化合物が水溶性
化合物であり、これとグアニジンを水溶液状態で均一に
混合させた後、水分を除くことにより得たものが挙げら
れる。

この発明の製造方法に用いられるアルミニウム含有化合
物としては、請求項４記載の発明のように、アルミニウ
ム多核錯体およびアルミニウムアルコキシドのうちの少
なくともひとつが挙げられる。

この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製造方法で
は、例えば、請求項５記載の発明のように、成形体に焼
結助剤を含ませて焼成するようにしてもよい。

以下、より具体的に説明する。

アルミニウム含有化合物は、窒化アルミニウムの主体で
あるアルミニウムの供給源となるものである。したがっ
て、アルミニウムを含む化合物であれば、特に限定され
ることはないが、例えば、硝酸アルミニウム、塩化アル
ミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、乳
酸アルミニウム、アルミナ、アルミニウム多核錯体、ア
ルミニウムアルコキシド等がある。

アルミニウム多核錯体としては、塩基性塩化アルミニウ
ム、塩基性乳酸アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム
等が例示される。

アルミニウムアルコキシド（アルミニウムアルコキサイ
ド）としては、アルミニウムメトキシド、アルミニウム
エトキシド、アルミニウムプロポキシド、アルミニウム
ブトキシド等の炭素数１０以下の脂肪族のアルコキシド
が好適に使用できるなお、前記のアルミニウム含有化合
物は、単独で、あるいは、複数種併用して用いる。

グアニジンは、焼成工程での窒化アルミニウムの生成反
応において、前記アルミニウム含有化合物中に含まれる
酸素元素を、Ｃ０１ＣＯオの形で除去する作用を果たす
。グアニジンは、遊離塩基としては勿論のこと、種々の
無機酸、有機酸類の塩としても用いることができる。具
体的には、塩酸塩、臭化水素塩、炭酸塩、酢酸塩等があ
る。もちろん、これらに限らないことはいうまでもない
アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、これと
グアニジンを水溶液状態で均一に混合させた後、乾燥さ
せて水分を除くことにより混合物を得る場合、乾燥温度
は、例えば７０〜２００℃、さらには１００〜２００℃
程度の範囲が適当である。

粉末製造の場合、乾燥して得られた混合物は、粉末状態
、あるいは、バルク状態である。バルク状態の場合、バ
ルクのまま、あるいは、粉末化してから焼成する。バル
ク状態のままで焼成した場合、通常、焼成した段階では
窒化アルミニウム粉末は、簡単に崩れる程度に寄せ集っ
た状態になっている。

焼結体製造の場合も、乾燥して得られた混合物は、粉末
状態、あるいは、バルク状態である。焼結体の製造では
、混合物を所定形状の成形体とするわけであるが、乾燥
して得られる混合物がバルク状であった場合、−旦、粉
砕し粉末化してから成形することが好ましいが、バルク
状のまま成形するようにしてもよい。

成形方法は、例えば、成形金型を用いた加圧成形法など
が用いられるが、不都合な成分の変質や流口を招来しな
い方法であればよ（、特に固定されない。

成形体に含まれる焼結助剤としては、アルカリ土類、あ
るいは、希土類元素の塩や酸化物等が挙げられる。例え
ば、硝酸イツトリウム、塩化インドリウム、塩基性酢酸
インドリウム、酸化イツトリウム、硝酸カルシウム、塩
化カルシウム、酸化カルシウム等が具体的に例示される
が、これに限定されない。なお、焼結助剤の含有量は含
有アルミニウムに対して３〜１０重量％程度が好ましい
また、窒化アルミニウム粉末の製造方法においても、混
合物に、窒化を促進したり、炭素除去を容易にするため
に、例えば、カルシウム塩、イツトリウム塩、あるいは
、ランタニド族元素の塩等をも添加させるようにしても
よい。

非酸化性雰囲気としては、窒素を含むアルゴン、窒素を
含む一酸化炭素、あるいは、窒素、アンモニア等の雰囲
気が用いられる。焼成温度は、窒化アルミニウム粉末の
製造方法にあっては、９００℃以上、好ましくは、１２
００〜１８００℃程度であり、窒化アルミニウム焼結体
の製造方法にあっては、１２００℃以上、好ましくは、
１４００〜２０００℃程度である。なお、粉末内や焼結
体内の残留炭素を除く場合、例えば、窒化後、６００〜
７００℃程度の敢化性雰囲気でさらに加熱処理するよう
にする。

〔作　　　用〕

この発明にかかる窒化アルミニウム粉末の製造方法のよ
うに、アルミニウム含有化合物、例えば、アルミニウム
多核錯体やアルミニウムアルコキシドとグアニジンの混
合物を、窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成すると、焼
成温度が高くなくとも、純度（窒化率）が高く、しかも
、粒径が十分に小さな窒化アルミニウム粉末を安価に得
ることができる。粒径の小さい粉末は、高熱伝導性絶縁
基板を作製する際、焼結が容易である。

この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製造方法の
ように、アルミニウム含有化合物、例えば、アルミニウ
ム多核錯体やアルミニウムアルコキシドとグアニジンの
混合物からなる所定形状の成形体を、窒素を含む非酸化
性雰囲気下で焼成すると、純度（窒化率）が高く緻密で
熱伝導率のよい窒化アルミニウム焼結体を、煩雑な粉末
工程を経ることなく容易に得られることとなる。

グアニジンは窒素含有化合物であるために混合物中にも
窒素源を有するので、局所的還元雰囲気が形成され混合
物内部から窒化反応が促進され窒化アルミニウムが迅速
に形成される。

アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、これと
グアニジンを水溶液状態で均一に混合させた後、水分を
除くことにより得た混合物は、アルミニウム含有化合物
とグアニジンが分子オーダで混じり合った状態となるた
め、より純度が高く均質な粉末あるいは焼結体が得られ
るようになる〔実　施　例〕 以下、具体的な実施例について説明する。

まず、窒化アルミニウム粉末の製造方法の実施例を述べ
る。

一実施例１− 塩基性塩化アルミニウム１重量部に対し、グアニジンが
１．７７ｍ！！１部となるように混合した水溶液を作製
した。なお、塩基性塩化アルミニウムは、アルミニウム
含有量がＡｌｔ’ｓ換算で５ｏ重量％であり、塩基度が
８４％のものを用いた。つぎに、この水溶液を１２０℃
の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を粉砕し
、１５５０”Ｃの窒素雰囲気（非酸化性雰囲気）で８時
間焼成し、ついで、７００℃の温度下、大気雰囲気（酸
化性雰囲気）で１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニ
ウム粉末を得た。

一実施例２一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部に対
し、グアニジン塩酸塩が２．８７重量部となるように混
合した水溶液を作製した。つぎに、この水溶液を１２０
℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を粉砕
し、１５５０℃の窒素雰囲気で８時間焼成し、ついで、
７００℃の温度下、大気雰囲気で１時間の加熱処理を行
い、窒化アルミニウム粉末を得た。

一実施例３一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部に対
し、グアニジン炭酸塩が２．７０重量部となるように混
合した水溶液を作製した。つぎに、この水溶液を１２０
℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を粉砕
し、１５５０℃の窒素雰囲気で１６時間焼成し、ついで
、７００℃の温度下、大気雰囲気で１時間の加熱処理を
行い、窒化アルミニウム粉末を得た。

一実施例４− 塩基性乳酸アルミニウム１重量部に対し、グアニジン塩
酸塩が２．１０重量部となるように混合した水溶液を作
製した。なお、塩基性乳酸アルミニウムは、アルミニウ
ム含有量がＡ　ｊ！　ｘ　Ｏｓ換算で３７重量％であり
、乳酸含量５６％のものを用いた。つぎに、この水溶液
を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固さ：ｔ！−た。得られ
た固形物を粉砕し、１５５０℃の窒素雰囲気で８時間焼
成し、ついで、７００℃の温度下、大気雰囲気で１時間
の加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末を得た。

一実施例５− アルミニウムトリイソプロポキシド（アルミニウムトリ
イソプロポキサイド）１重量部、グアニジン塩酸塩１．
４１重量部を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキ
サイド１５％水溶液２．９７重量部に加え、室温で１時
間かく才竿した後、この溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸
発乾固させた。得られた固形物を粉砕し、１５５０℃の
窒素雰囲気で８時間焼成し、ついで、７００℃の温度下
、大気雰囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニ
ウム粉末を得た。

一実施例６− 純度９９．９％、平均粒径０．４μのアルミナ粉末１重
量部を、５．６５重量部のグアニジン塩酸塩を熔解させ
た水溶液に加え、室温で１０分間かく拌した後、この溶
液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固
形物を粉砕し、１６００℃の窒素雰囲気で８時間焼成し
、ついで、７００℃の温度下、大気雰囲気で１時間の加
熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末を得た。

一比較例１一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部に対
し、ヘキサメチレンテトラミンが０．７０重量部となる
ように混合した水溶液を作製した。

つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固さ
せた。得られた固形物を粉砕し、１６００℃の窒素雰囲
気で８時間焼成し、ついで、７００℃の温度下、大気雰
囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末
を得た。

−比較例２一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部を溶
解した水溶液にカーボンブラック（三菱化成■　＃４０
１０Ｂ）０．５０重量部を懸濁させ、室温で３０分間、
かく拌した。つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度
で蒸発乾固させた。得られた固形物を粉砕し、１６００
℃の窒素雰囲気で８時間焼成し、ついで、７００℃の温
度下、大気雰囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化アル
ミニウム粉末を得た。

このようにして得られた実施例１〜６および比較例１．
２の窒化アルミニウム粉末の窒化率（純度）および平均
粒径を測定した。測定結果を、第１表に記す。

第１表 実施例１〜６の窒化アルミニウム粉末は、第１表にみる
ように、高純度である。比較例１．２の窒化アルミニウ
ム粉末は、純度が非常に悪い。焼成温度が余り高くなく
ても、実施例の粉末は非常に窒化率が高いのである。勿
論、実施例の粉末は、第１表にみるように、粒径の小さ
い微粒子であり、焼結性に優れることはいうまでもない
。

なお、実施例１〜６および比較例１．２の各粉末をＸ線
分析したところ、実施例の粉末では、未窒化の残留Ａ　
Ｉｌ　＊　Ｏｓの存在を示すピークは殆ど検出されなか
ったが、一方、比較例の各粉末では、未窒化の残留Ａ１
．０．の存在を示すピークが明瞭に検出され、比較例の
粉末の純度が十分でないことが裏付けされた。

続いて、この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製
造方法の実施例について述べる。

一実施例Ａ− 塩基性塩化アルミニウム１重量部に対し、グアニジンが
１．１８重量部となるように混合した水溶液を作製した
。なお、塩基性塩化アルミニウムは、アルミニウム含有
量がＡ　１　＊　Ｏｓ換算で５０重量％であり、塩基度
が８４％のものを用いた。つぎに、この水溶液を７０℃
の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を、−旦
、粉砕した後、成形金型を用いて、直径２５龍、厚み３
ｗ１の円板状の成形体にしてから、１９００℃の窒素雰
囲気で８時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得たー
実施例Ｂ− 実施例Ａで用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部に対
し、グアニジン塩酸塩が２．４０！！量部、硝酸イツト
リウム６水和物が０．０６８ｆｆｉ量部となるように混
合した水溶液を作製した。つぎに、この水溶液を８０℃
の乾燥温度で蒸発乾固させた。

得られた固形物を、−旦、粉砕した後、成形金型を用い
て、直径２５ｍｍ、厚み３ｆｌの円板状の成形体にして
から、１８５０℃の窒素雰囲気で４時間焼成し、窒化ア
ルミニウム焼結体を得た。

一実施例Ｃ− 実施例Ａで用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部を含
有する水溶液に、グアニジン炭酸塩が２゜５０重量部、
硝酸イツトリウム６水和物が０．０６８重量部となるよ
うに混合した水溶液を作製した。つぎに、この水溶液を
７０℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を
、−旦、粉砕した後、成形金型を用いて、直径２５龍、
厚み３１℃ｍの円板状の成形体にしてから、１８５０℃
の窒素雰囲気で４時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体
を得た。

一実施例り− 塩基性乳酸アルミニウム１重量部に対し、グアニジン塩
酸塩が１．７５重量部、硝酸イツトリウム６水和物が０
．０５重量部となるように混合した水溶液を作製した。

なお、塩基性乳酸アルミニウムは、アルミニウム含有量
がＡｌｔｏｓ換算で３７重量％であり、乳酸含量５６％
のものを用いた。

つぎに、この水溶液を８０℃の乾燥温度で蒸発乾固させ
た。得られた固形物を、−旦、粉砕した後、成形金型を
用いて、直径２５ｍ■、厚み３龍の円板状の成形体にし
てから、１８５０℃の窒素雰囲気で４時間焼成し、窒化
アルミニウム焼結体を得た。

一実施例Ｅ− アルミニウムトリイソプロポキシド（アルミニウムトリ
イソプロポキサイド）１重量部、グアニジン塩酸塩１．
１８重量部、硝酸イツトリウム６水和物０．０３３重量
部を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド１
５％水溶液２．９７重量部に加え、室温で１時間かくキ
牢した後、この溶液を８０℃の乾燥温度で蒸発乾固させ
た。得られた固形物を粉砕した後、実施例Ａと同様に成
形体を得た後、１８５０℃の温度下、窒素雰囲気で４時
間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

一実施例Ｆ− 硝酸アルミニウム９水和物１重量部に対し、グアニジン
塩酸塩が０．６０重量部、硝酸インドリウム６水和物が
０．０１９重量部となるように混合した水溶液を作製し
た。つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾
固させた。得られた固形物を粉砕してから実施例Ａと同
様にして成形体を得た後、１８５０℃の温度下、窒素雰
囲気で４時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

−比較例Ａ− 塩基性塩化アルミニウム含有量部に対し、ヘキサメチレ
ンテトラミンが０．４７重量部となるように混合した水
溶液を作製した。なお、塩基性塩化アルミニウムは、ア
ルミニウム含有量がＡｅｍ　。

、換算で５０重量％であり、塩基度が８４％のものを用
いた。つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発
乾固させた。得られた固形物を、−旦、粉砕した後、成
形金型を用いて、直径２５ｍ、厚み３ｆｌの円板状の成
形体にしてから、１９００℃の窒素雰囲気で８時間焼成
し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

このようにして得られた実施例Ａ−Ｆおよび比較例Ａの
窒化アルミニウム焼結体の密度と熱伝導率を測定した。

測定結果を第２表に記す。

第２表 実施例Ａ−Ｆの窒化アルミニウム焼結体は、第２表にみ
るように、比較例Ａのそれに比べて、大きな密度をもつ
緻密な焼結体であり、しかも、純度が高く高熱伝導率で
ある。実施例Ａ−Ｆの焼結体をＸ線分析したところ、未
窒化の残留Ａ１．０、の存在を示すピークは殆ど検出さ
れなかったが、比較例Ａの焼結体をＸ線分析したところ
、未窒化の残留Ａ　ｌ　＊　Ｏｓの存在を示すピークが
明瞭に検出された。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明にかかる窒化アルミニラ
粉末の製造方法では、焼成温度が低くても、高純度で小
さな粒径の粉末を迅速かつ安価に得ることができる。そ
のため、優れた高熱伝導性（絶縁）基板が安価かつ容易
に得られるようになる。

また、この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製造
方法では、窒化アルミニウム粉末の状態を経ることなく
、緻密で高熱伝導性の焼結体を直に製造できる。そのた
め、優れた高熱伝導性（絶縁）基板が安価かつ容易に得
られるようになる。

これらの両製造方法において、混合物が、アルミニウム
含有化合物とグアニジンを水溶液状態で均一に混合させ
た後、水分を除くようにして得たものであると、アルミ
ニウム含有化合物とグアニジンが十分に混じり合うよう
になるため、より高純度で均質な粉末や焼結体が得られ
るようになる代理人　弁理士　　松　本　武　彦 ２゜ ３゜ ４゜ ］稽プ亮甫正書（自発 平成１年９月２９日 特願平１−１９４６４０号 発明の名称 窒化アルミニウム粉末および窒化アルミニウム焼結体の
製造方法補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　　　所　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名
　称（５８３）松下電工株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アルミニウム含有化合物とグアニジンの混合物を、
   窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成するようにする窒化
   アルミニウム粉末の製造方法。 ２　アルミニウム含有化合物とグアニジンの混合物から
   なる所定形状の成形体を、窒素を含む非酸化性雰囲気下
   で焼成するようにする窒化アルミニウム焼結体の製造方
   法。 ３　アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、こ
   れとグアニジンを水溶液状態で均一に混合させた後、水
   分を除くことにより混合物を得る請求項１または２記載
   の窒化アルミニウム粉末または窒化アルミニウム焼結体
   の製造方法。 ４　アルミニウム含有化合物が、アルミニウム多核錯体
   およびアルミニウムアルコキシドのうちの少なくともひ
   とつである請求項１から３までのいずれかに記載の窒化
   アルミニウム粉末または窒化アルミニウム焼結体の製造
   方法。 ５　成形体に焼結助剤が含まれてなる請求項２から４ま
   でのいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方
   法。