JPH0329023B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は炭化けい素焼結体の製造方法、特には
電気絶縁性と熱伝導性にすぐれており、IC基板、
電子材料用に有用とされる高抵抗な炭化けい素焼
結体の製造方法に関するものである。 （従来の技術） 炭化けい素焼結体は耐熱性、耐摩耗性、強度、
耐蝕性にすぐれていることから種々の用途に利用
されているが、その中でも電気絶縁性、熱伝導性
のすぐれたものはIC基板、電子材料などに使用
されている。 しかし、この炭化けい素焼結体はその抵抗率、
熱伝導率を向上させることが技術的に難しく、こ
れには例えば酸化ベリリウムを添加する方法など
が知られているが、これには酸化ベリリウムが毒
性の強いものであることから製造工程における安
全管理などその取扱いに種々問題があるし、ベリ
リウムには焼結促進効果が小さいために良好な焼
結体を得るには常圧焼結を使用できず、ホツトプ
レス焼結とする必要があるし、これにはまた酸化
ベリリウムが世界的に生産量が少なく供給に不安
があり、高価格であるという不利もある。 地方、このセラミツクIC基板については安価
であるということから酸化アルミニウムが広く用
いられているが、これは熱伝導率が20W／m.kと
わるく、また熱膨張率が８×10^-6／℃でシリコン
単結晶の熱膨張率3.5×10^-6／℃と大きく異なる
ためにこれに代る高放熱性材料の提供が求められ
ており、この高放熱性材料としては炭化けい素の
他に窒化アルミニウムも知られているが、窒化ア
ルミニウムには熱伝導性が劣るという本質的な欠
点があると共に耐薬品性がわるく、その応用範囲
に大きな制約を受けるという不利がある。 （発明の構成） 本発明は上記したような不利を伴う酸化ベリリ
ウムを使用しない、電気絶縁性、熱伝導性にすぐ
れた炭化けい素焼結体の製造方法に関するもので
あり、これは、メチルハイドロジエンシラン化合
物の気相熱分解反応で得られたβ型超微粒状炭化
けい素微粉末に焼結助剤としてのほう素0.1〜５
重量％またはほう素分が0.1〜５重量％となる量
のほう素化合物を添加し、加圧下に成形した成形
体を、窒素を0.005〜10体積％含む不活性ガス雰
囲気下の焼結炉内で常圧で焼結させることを特徴
とするものである。 すなわち、本発明者らは電気絶縁性、熱伝導性
にすぐれており、したがつてIC基板、電子材料
などとして有用とされる炭化けい素焼結体の取得
について種々検討した結果、これにはメチルハイ
ドロジエンシラン化合物の気相熱分解反応によつ
て得られた炭化けい素微粉末に焼結助剤としての
ほう素またはほう素化合物を添加し成形して成形
物としたのち、これを窒素ガスを含有する不活性
ガス雰囲気とした焼結炉内で焼結すると、電気絶
縁性と熱伝導性のすぐれた高抵抗の炭化けい素焼
結体が得られ、このものは例えば10^10〜13Ωcmの電
気抵抗率と100〜220W／m.kの熱伝導率を示す
し、この焼結は常圧でよく、製造工程に有毒物質
が添加されることもないので、これによれば目的
物を低コストで容易に大量生産することができる
ことを見出し、こゝに使用する不活性ガスの種
類、窒素の添加量、焼結方法などについての研究
を進めて本発明を完成させた。 本発明の方法において始発材とされる炭化けい
素粉末は粒径が大きすぎると焼結が難しくなるの
で平均粒径が0.01〜3μｍ程度の微粉末のものとす
ることがよく、またこれはできるだけ高純度のも
のとすることがよいということから、予め蒸留精
製した式（CH₃）_aSi_bH_c （こゝにｂは１〜３の整数、2b＋１≧ａ、ａ≧
ｂ、2b＋１≧ｃ、ｃ≧１、ａ＋ｃ＝2b＋２）で
示されるメチルハイドロジエンシラン、例えばテ
トラメチルジシランをキヤリヤーガス中において
750〜1600℃で気相熱分解する方法（特開昭60−
46912号公報参照）によつて得られるものとされ
る。また、このメチルハイドロジエンシランの気
相熱分解法によつて得られる炭化けい素は表面活
性が大きく、結晶子が50Å以下の微粒子の集合体
であり、その平均粒子径が0.01〜1μｍの球状の超
微粒子状β型炭化けい素であることから、このも
のはさらに微粒化するための粉砕工程が不要であ
るし、始発材としてのメチルハイドロジエンシラ
ンが精留により高純度化されたものであることか
ら極めて純度の高いものとして取得される。 本発明の方法は、まずこの炭化けい素微粉末に
焼結助剤としてのほう素またはほう素化合物を添
加し、成形して成形体とするのであるが、このほ
う素またはほう素化合物は炭化けい素の焼結助剤
として公知のものでよく、したがつてこのほう素
化合物としては炭化ほう素、ほう化チタン、酸化
ほう素などが例示されるが、このほう素またはほ
う素化合物の添加量はほう素量として換算した量
が炭化けい素微粉末に対して0.1重量％以下では
高密度の焼結体が得られず、５重量％以上とする
と高密度の焼結体が得られるけれどもこの焼結体
が抵抗率の低いものとなるので、0.1〜５重量％
の範囲とする必要がある。 この発明の方法による炭化けい素焼結体の製造
方法はメチルハイドロジエンシラン化合物の気相
熱分解反応で得られた炭化けい素微粉末に焼結助
剤としてのほう素またはほう素化合物を添加し、
混合物を成形し、これを窒素ガスを含有する不活
性ガス雰囲気下に焼結するのであるが、ほう素ま
たはほう素化合物を含有した炭化けい素成形体が
窒素ガスを含有する不活性ガスが存在することに
よつて高抵抗化され、熱伝導性の改善された焼結
体として取得される。 この不活性ガスとしてはヘリウム、アルゴンな
どが例示されるが、これは窒素ガスを含有するも
のとする必要がある。この窒素ガス量は0.005体
積％以下では得られる炭化けい素焼結体の高抵抗
化が不充分となり、10体積％以上とするとその高
抵抗下の目的が達成されず、さらには高密度化も
できなくなるので0.005〜10体積％の範囲内とす
ることが必要とされる。 この窒素を稀釈する雰囲気ガスとしては、焼結
時（1800〜2200℃）に分解および他のものと反応
を起さないものが好ましく、一般にはアルゴン、
ヘリウム、ネオンなどの不活性ガスの使用が好ま
しい。これら雰囲気ガスとして使用する窒素およ
び不活性ガスは高抵抗化を目的とすることから純
度の高いことが好ましく、通常99.9％以上の純度
のものを使用することが良い。 また、この窒素ガスの添加方法は焼結炉内に炭
化けい素成形体を仕込んだ後、系内を真空として
からこゝに不活性ガスで所定濃度に希釈した窒素
ガスを封入し、密閉してから昇温し、随時昇圧分
をパージするか、あるいは焼結時に常時所定の窒
素濃度をもつ不活性ガスを系内に一定量宛流入さ
せればよい。このときのガス流量に特に制限はな
いが、これが極端に少ないと外気からの空気の流
入があり、極端に多いと炭化けい素成形体と飛散
や系内の昇温に余分な電力が必要となるので、こ
れは焼結炉内の構造などによつて適宜な流量を選
択するようにすればよい。 なお、この焼結は炭化けい素微粉末が焼結助剤
としてのほう素またはほう素化合物を含有してい
るのでホツトプレスなどを使用する必要はなく、
大気圧下で焼結すればよいが、この焼結温度は
1800℃以下では得られる焼結体が高密度なものと
ならず、2200℃以上とすると炭化けい素の異常粒
成長及び分解反応が起つて、得られる焼結体が電
気抵抗値の低いものとなり、強度も低いものとな
るので1800〜2200℃の範囲好ましくは1950〜2150
℃とすることがよい。 本発明の方法で得られる炭化けい素焼結体はこ
のような処理をしない焼結体が抵抗率10^4〜6Ωcm
であるのに対して抵抗率が10^10〜13Ωcmと高抵抗の
ものとなるし、このものはその熱伝導率が100〜
220W／m.kとなるのでIC基板、その他の電子材
料として有用とされる。 つぎに本発明の実施例をあげるが、例中におけ
る熱伝導率はキセノンフラツシユ法を用いて測定
した結果を示したものである。 実施例 １ 内径50mm、長さ1000mmの石英製炉芯管を備えた
縦型管状電気炉を1200℃に加熱し、ついでこゝに
テトラメチルジラン〔（CH₃）₂HSi−SiH（CH₃）₂〕
を５容量％含有する水素ガスを1000c.c.／分で導入
して気相熱分解させたところ、β型炭化けい素の
超微粒子が得られたが、このものは平均粒径が
0.1μｍの集合体であり、37.3m²／ｇの比表面積を
もつものであることが確認された。 ついでこの炭化けい素微粉末14.955ｇに0.045
ｇ（0.3重量％）のほう素粉末（レアメタリツク
社製）を混合し、この混合物を金型中に入れ10mm
φ×1.5mmの円板状に成形し、ラバープレスで1.5
トン／cm²に加圧して５個の成形体（試料No.１〜
５）を作つた。 つぎにこの成形体を焼結用電気炉に仕込み、系
内を真空排気後に、窒素を0.2体積％含有するア
ルゴンガスを流入して常圧に戻し、ついで電気炉
の排気弁を開けて窒素２c.c.／分、アルゴン998
c.c.／分を系内に流入させながら昇温し、2100℃で
30分間焼結したところ、成形体は焼結体となつた
ので、この焼結体の表面を研磨したのち、その密
度、電気抵抗率、熱伝導度を測定したところ、第
１表に示したとおりの結果が得られた。

【表】 実施例２〜６、比較例１〜３ 実施例１で得られた超微粒子状炭化けい素にほ
う素0.3重量％を添加混合し、実施例１と同様に
して成形体を作つた。 つぎにこの成形体を電気炉に仕込み、窒素濃度
を第２表に示したように変えて実施例１と同様に
焼結させ、得られた焼結体の密度、電気抵抗率を
測定したところ、第２表に併記したとおりの結果
が得られた。

【表】 実施例 ７〜９ 実施例１で得られた炭化けい素微粉末に第３表
に示したように炭化ほう素、ほう化チタン、酸化
ほう素をそれぞれほう素分として0.3重量％とな
るように添加混合し、実施例１の同様にして成形
体を作成した。 つぎにこの成形体を電気炉に仕込み、実施例１
と同様にして窒素0.2体積％を添加したアルゴン
中で焼結させ、得られた焼結体の密度、電気抵抗
率を測定したところ、第３表に併記したとおりの
結果が得られた。

【表】 実施例10〜11、比較例４〜５ 実施例１で得た炭化けい素微粉末に第４表に示
したようにほう素を添加し、実施例１と同様にし
て成形体とし、窒素を0.5体積％混入させたアル
ゴン中で焼結させ、得られた焼結体の物性を測定
したところ、第４表に併記した結果が得られた。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ メチルハイドロジエンシラン化合物の気相熱
   分解反応で得られたβ型超微粒子状炭化けい素微
   粉末に焼結助剤としてのほう素0.1〜５重量％ま
   たはほう素が0.1〜５重量％となる量のほう素化
   合物を添加し、加圧下に成形した成型体を、窒素
   を0.005〜10体積％含む不活性ガス雰囲気下の焼
   結炉内で常圧で焼結させることを特徴とする炭化
   けい素焼結体の製造方法。 ２ ほう素化合物が炭化ほう素、ほう化チタン、
   酸化ほう素から選択されるものである特許請求の
   範囲第１項記載の炭化けい素焼結体の製造方法。 ３ 焼結温度が1800〜2200℃である特許請求の範
   囲第１項記載の炭化けい素焼結体の製造方法。