JPH0442861A - Preparation of highly strong aluminum nitride sintered product - Google Patents

Preparation of highly strong aluminum nitride sintered product

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JPH0442861A
JPH0442861A JP2150210A JP15021090A JPH0442861A JP H0442861 A JPH0442861 A JP H0442861A JP 2150210 A JP2150210 A JP 2150210A JP 15021090 A JP15021090 A JP 15021090A JP H0442861 A JPH0442861 A JP H0442861A
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JP
Japan
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aluminum nitride
powder
average particle
thermal conductivity
alumina
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JP2150210A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Sugawara
憲次 菅原
Susumu Shibusawa
渋沢 奬
Kazuhisa Arakawa
和久 荒川
Katsutoshi Kishi
岸 勝敏
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Resonac Holdings Corp
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Showa Denko KK
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Abstract

PURPOSE:To prepare an AlN sintered product having high thermal conductivity and high strength by adding an oxide sintering auxiliary and a prescribed amount of alpha-alumina powder of a regulated average particle diameter to an Al powder having a regulated average particle diameter, a regulated impurity oxygen content and a regulated cationic impurity content, and subsequently sintering the mixture. CONSTITUTION:Aluminum nitride powder having an average particle diameter of <=5 mum, an impurity oxygen content of <=3wt.% and a cationic impurity content of <= 0.3wt.% as a main component is mixed with a rare earth element or alkaline earth metal oxide sintered product auxiliary (e.g. Y2O3) and further with 0.6-5 wt.% of alpha-alumina powder having an average particle diameter of 5<=mum. The mixture is mixed with additives such as a binder, molded and then sintered to prepare an aluminum nitride sintered product having high thermal conductivity and high strength, which is suitably employed for highly thermal conductive insulated boards, etc., in fields requiring high heat-releasing characteristics for various semiconductors.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野コ 本発明は、高熱伝導で、且つ高強度を有する窒化アルミ
ニウム焼結体の製造方法に関する。本発明で得られる窒
化アルミニウム焼結体は、特に、電子材料分野に於て、
高放熱特性を要求される工CおよびLSIの絶縁基板、
HIC基板等に用いられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and high strength. The aluminum nitride sintered body obtained by the present invention is particularly useful in the field of electronic materials.
Insulated substrates for engineering C and LSI that require high heat dissipation characteristics,
Used for HIC boards, etc.

[従来の技術] 近年、半導体技術の進歩に伴い、半導体用基板材料にも
、様々な特性が求められるようになった。
[Background Art] In recent years, with the progress of semiconductor technology, various characteristics are now required of semiconductor substrate materials.

その中の一つに、半導体チップの高密度化、高出力化に
伴う基板材料の放熱特性の向上がある。従来の基板材料
としては、アルミナ基板が、その絶縁特性や機械的な強
度、そして価格の点から、最も多く用いらtできた。し
かし、アルミナ基板では、その材料の持つ熱伝導率や熱
膨張率から、放熱特性の向上には限界があった。これま
で、このような高放熱特性を要求される分野では、ベリ
リア基板が使用されてきたが、ベリリアは毒性を有し、
又非常に高価であるという欠点があった。
One of these is the improvement in the heat dissipation characteristics of substrate materials as semiconductor chips become more dense and output. Among conventional substrate materials, alumina substrates have been most commonly used due to their insulating properties, mechanical strength, and cost. However, with alumina substrates, there are limits to the improvement of heat dissipation characteristics due to the material's thermal conductivity and coefficient of thermal expansion. Until now, beryllia substrates have been used in fields that require such high heat dissipation properties, but beryllia is toxic and
Another drawback was that it was very expensive.

このようなことから、アルミナ並の材料特性を有し、放
熱特性の高い基板材料が求められている。
For this reason, there is a need for a substrate material that has material properties comparable to alumina and has high heat dissipation properties.

そこで、熱伝導率が高く、熱膨張率が半導体チップに近
く、絶縁特性の良好な窒化アルミニウム基板が注目され
いてる。しかしながら、窒化アルミニウムは、共有結合
性が強く難焼結性材料であるので、単体では緻密化が困
難である。よって、焼結により、窒化アルミニウム基板
を作成する場合。
Therefore, aluminum nitride substrates, which have high thermal conductivity, a coefficient of thermal expansion close to that of semiconductor chips, and good insulation properties, are attracting attention. However, since aluminum nitride is a material that has strong covalent bonds and is difficult to sinter, it is difficult to densify it alone. Therefore, when creating an aluminum nitride substrate by sintering.

加圧焼結をおこなう(特公昭62−22952)か、焼
結助剤を添加する(例えば、特公昭47−18655、
  特公昭63−31434など)ことにより液相焼結
を生じさせ緻密化している。
Perform pressure sintering (Japanese Patent Publication No. 62-22952) or add a sintering aid (for example, Japanese Patent Publication No. 47-18655,
(Japanese Patent Publication No. 63-31434, etc.), liquid phase sintering is caused and densification is achieved.

窒化アルミニウムは、水や空気と反応し易いため、通常
粉末は幾分かの酸素を含んでいる。よって、加圧焼結を
行った場合、この不純物酸素により、熱伝導率は、余り
高い値とならない、現在では、この不純物酸素を液相成
分として有効に使う焼結助剤により緻密化する方法が広
く行われている。この場合、焼結助剤としては、イント
リア等が用いられている。しかしながら、この不純物酸
素量が多いと、添加する焼結助剤の量が多くなる、或は
、出来た焼結体の熱伝導率が低いものとなってしまうと
いった点から、従来の技術では、窒化アルミニウムの焼
結体を作製する工程に於いては、できるだけ酸素の量の
増加の生じないような手法が取られてきている。
Aluminum nitride reacts easily with water and air, so the powder usually contains some oxygen. Therefore, when pressure sintering is performed, the thermal conductivity does not reach a very high value due to this impurity oxygen.Currently, there is a method of densification using a sintering aid that effectively uses this impurity oxygen as a liquid phase component. is widely practiced. In this case, Intoria or the like is used as the sintering aid. However, if the amount of impurity oxygen is large, the amount of sintering aid added will be large, or the thermal conductivity of the resulting sintered body will be low. In the process of producing a sintered body of aluminum nitride, methods have been taken to avoid increasing the amount of oxygen as much as possible.

この方法により、現在では、容易に100W/m−に以
上の窒化アルミニウム焼結体が得られるようになった。
By this method, it has now become possible to easily obtain an aluminum nitride sintered body with a power of 100 W/m- or more.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、これまでに作製されている窒化アルミニ
ウム焼結体では、焼結体の抗折強度が低く、特に、厚膜
の半導体用セラミックス基板用途として利用する場合、
実作動時に、活性金属法などで厚膜回路として接合した
銅板との熱膨張率の差により生じる繰り返し応力に耐え
ることが出来ず、必要とされる耐久時間以前にクランク
や破壊を生じてしまい、製品として利用することが出来
なかった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the aluminum nitride sintered bodies produced so far have low bending strength, especially when used as thick film semiconductor ceramic substrates.
During actual operation, it cannot withstand the repeated stress caused by the difference in thermal expansion coefficient with the copper plate bonded as a thick film circuit using the active metal method, etc., resulting in cracking or breaking before the required durability time. It could not be used as a product.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは、窒化アルミニウムの焼結体の製造を鋭意
研究し、従来の100W/m−に以上の熱伝導率を維持
しつつ、抗折強度の高い窒化アルミニウムの製法を完成
した。
[Means for Solving the Problems] The present inventors have conducted extensive research on the production of aluminum nitride sintered bodies, and have developed a sintered body with high bending strength while maintaining thermal conductivity higher than the conventional 100 W/m- Completed the manufacturing method of aluminum nitride.

本発明の方法は、平均粒径が5μm以下、不純物酸素量
が3 w t%以下、陽イオン不純物量が0゜3wt%
以下の窒化アルミニウム粉末を主成分とし、希土類又は
アルカリ土類金属酸化物焼結助剤を添加して、高熱伝導
の窒化アルミニウム焼結体を作製するに当たり、平均粒
径5μm以下であるα−アルミナ粉末0.6〜5wt%
を上記の窒化アルミニウム粉末の混合物に、添加するこ
とを特徴とする高熱伝導で、高強度な窒化アルミニウム
焼結体の製造方法である。
The method of the present invention has an average particle size of 5 μm or less, an impurity oxygen content of 3 wt% or less, and a cation impurity content of 0°3 wt%.
In order to produce a highly thermally conductive aluminum nitride sintered body containing the following aluminum nitride powder as a main component and adding a rare earth or alkaline earth metal oxide sintering agent, α-alumina with an average particle size of 5 μm or less is used. Powder 0.6-5wt%
This is a method for producing a high-strength aluminum nitride sintered body with high thermal conductivity, characterized by adding the above-mentioned aluminum nitride powder to the mixture of aluminum nitride powder.

即ち、窒化アルミニウム粉末を主成分とし、イツトリア
をはじめとする希土類又はアルカリ土類金属酸化物焼結
助剤に、さらに平均粒径5μm以下であるα−アルミナ
粉末を0.6〜5 w t%を添加することを特徴とし
、これらの混合粉末に。
That is, the main component is aluminum nitride powder, a rare earth or alkaline earth metal oxide sintering aid such as ittria, and 0.6 to 5 wt% of α-alumina powder with an average particle size of 5 μm or less. to these mixed powders.

バインダー、解膠剤、可塑剤、溶剤等を適宜添加し、均
一に混合し、スラリーを作成した後、通常のセラミック
スの成形法により成形し、その成形体を大気中、真空中
、窒素雰囲気中、およそ400から1000℃の温度で
揮発成分を除去し、窒素雰囲気、あるいは窒素を含む不
活性雰囲気中。
After adding binder, deflocculant, plasticizer, solvent, etc. as appropriate and mixing uniformly to create a slurry, it is molded using the usual ceramic molding method, and the molded body is molded in air, vacuum, or nitrogen atmosphere. , removing volatile components at a temperature of approximately 400 to 1000° C., in a nitrogen atmosphere or an inert atmosphere containing nitrogen.

1600から2000℃の温度で焼結する高強度の窒化
アルミニウム焼結体の製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for producing a high-strength aluminum nitride sintered body that is sintered at a temperature of 1600 to 2000°C.

以下に、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明で用いられる窒化アルミニウム粉バは、金属アル
ミニウムの直接窒化法により製造した粉末でも、アルミ
ナ還元窒化法により製造した粉末でもよいが、平均a径
が5μm以下で、不純物酸素量が3 w t%以下、陽
イオン不純物量が0. 3wt%以下の窒化アルミニウ
ム粉末でなければならない。窒化アルミニウムの平均粒
径を5μmと限定した理由は、これを超える粒径の粉末
では、焼結で緻密化するのが困難だからである。尚、こ
こで粉末の平均粒径とは、SEM等により観察される粒
子の一次粒径の平均値の大きさであり、よって、粒子の
形態が、解膠剤によって容易にほぐれるもの、あるいは
軽い粉砕によってほぐれ、上記の粒径になる粉末であれ
ば、凝集体であっても構わない。不純物酸素量とは、窒
化アルミニウム粉末表面に固溶していると考えられる酸
素をいい、粉末のX線回折によりアルミナのピークとし
て現れない酸素量のことである。上記の範囲を越えた場
合でも、適度の焼結助剤を添加することで、緻密化は達
成されるが、熱伝導率の低い焼結体となる。陽イオン不
純物量を上記のように限定する理由は、この範囲を越え
る粉末では、同様に窒化アルミニウムの大きな特徴であ
る高熱伝導を維持することが難しくなるからである。
The aluminum nitride powder used in the present invention may be a powder manufactured by a direct nitriding method of metal aluminum or a powder manufactured by an alumina reduction nitriding method, but it has an average a diameter of 5 μm or less and an impurity oxygen content of 3 wt. % or less, the amount of cation impurities is 0. It must be less than 3 wt% aluminum nitride powder. The reason why the average particle size of aluminum nitride is limited to 5 μm is that it is difficult to densify powder with a particle size exceeding this by sintering. Note that the average particle size of the powder here refers to the average value of the primary particle size of the particles observed by SEM, etc., and therefore, the shape of the particles is one that can be easily loosened by a deflocculant, or one that is light. It may be an aggregate, as long as it becomes a powder that can be loosened by pulverization and has the above particle size. The amount of impurity oxygen refers to the oxygen that is considered to be dissolved in the surface of the aluminum nitride powder, and is the amount of oxygen that does not appear as an alumina peak in X-ray diffraction of the powder. Even when the above range is exceeded, densification can be achieved by adding an appropriate amount of sintering aid, but the result is a sintered body with low thermal conductivity. The reason why the amount of cationic impurities is limited as described above is that powders exceeding this range similarly make it difficult to maintain high thermal conductivity, which is a major feature of aluminum nitride.

焼結助剤としては、イツトリアを始めとする希土類酸化
物またはカルシア等のアルカリ土類金属酸化物を使用す
ることができる。この焼結助剤の添加量は、使用する窒
化アルミニウム粉末の特性により異なるが、おおよそ0
.1から20 w t%であり、より好ましくは、1か
ら7wt%の添加量である。
As the sintering aid, rare earth metal oxides such as yttria or alkaline earth metal oxides such as calcia can be used. The amount of this sintering aid added varies depending on the characteristics of the aluminum nitride powder used, but it is approximately 0.
.. The amount added is 1 to 20 wt%, more preferably 1 to 7 wt%.

本発明の特徴である、α−アルミナ粉末を添加すること
に際しては、粉末のアルミナ純度が80wt%以上が好
ましく、99wt%以上のα−アルミナ粉末は、より好
適である。80wt%末溝の純度では、焼結体の熱伝導
率の・低下を招くから好ましくない。また、α−アルミ
ナ粉末の平均粒径としては、5μm以下がよく、この理
由としては、5μmを超える粒径では1本発明の特徴で
ある強度への寄与が夕なく、且つ焼結体の緻密化を阻害
してしまうからである。このα−アルミナ粉末の添加量
としては、0.6〜5wt%である。
When adding α-alumina powder, which is a feature of the present invention, the alumina purity of the powder is preferably 80 wt% or more, and α-alumina powder with an alumina purity of 99 wt% or more is more suitable. A final groove purity of 80 wt% is not preferable because it causes a decrease in the thermal conductivity of the sintered body. In addition, the average particle size of the α-alumina powder is preferably 5 μm or less. This is because particle sizes exceeding 5 μm cannot contribute to the strength, which is a feature of the present invention, and the denseness of the sintered body is reduced. This is because it hinders the development of The amount of α-alumina powder added is 0.6 to 5 wt%.

この範囲未満の添加量では、本発明の目的である窒化ア
ルミニウム焼結体の高強度化を十分にはかることが出来
ず、またこの範囲を越える添加量では、窒化アルミニウ
ムの特徴である高熱伝導を達成することが出来ない。
If the amount added is less than this range, it will not be possible to sufficiently increase the strength of the aluminum nitride sintered body, which is the objective of the present invention, and if the amount added exceeds this range, the high thermal conductivity, which is a characteristic of aluminum nitride, will not be achieved. cannot be achieved.

尚、本発明に於けるα−アルミナの添加は、上記のよう
に粉末の形態で、窒化アルミニウム粉末に添加しても、
あるいは、アルミナボールを粉砕メディアとして意図的
にアルミナのコンタミネーションを生じさせ、添加する
などの方法によってもよい。
In addition, in the present invention, α-alumina can be added to aluminum nitride powder in the form of powder as described above.
Alternatively, a method may be used in which alumina balls are used as grinding media to intentionally cause alumina contamination and then added.

本発明に於いて、上記の粉末の混合物によるスラリーの
作成は、通常のセラミックスの成形でなされているバイ
ンダー、解膠剤、可塑剤、溶剤などを適宜添加し、均一
に混合する方法をそのまま利用できる。但し、窒化アル
ミニウムは、水と反応性が高いために、有機溶剤系のス
ラリー作成方法が適用され、それにあったバインダー、
解膠剤、可塑剤が使用される。スラリーの作成には、通
常ボールミル混合が行われる。本発明に於けるボールミ
ル混合は、通常湿式で行うが、この湿式のボールミル混
合の前に、乾式の混合を実施してもよい。この時の、ポ
ット及びボールとしては、溶剤との反応性が低く、且つ
摩耗しにくい樹脂、あるいは窒化アルミニウム、または
アルミナ等で出来たポット及びボールが用いられる。
In the present invention, the slurry is created from the above-mentioned powder mixture by directly using the method used in ordinary ceramic molding, in which binders, deflocculants, plasticizers, solvents, etc. are added as appropriate and mixed uniformly. can. However, since aluminum nitride is highly reactive with water, an organic solvent-based slurry creation method is applied, and a suitable binder and
Deflocculants and plasticizers are used. Ball mill mixing is typically used to create the slurry. Ball mill mixing in the present invention is usually performed wet, but dry mixing may be performed before wet ball mill mixing. At this time, pots and balls made of resin, aluminum nitride, alumina, etc., which have low reactivity with solvents and are hard to wear, are used.

このスラリーを用いた窒化アルミニウム粉末成形体の成
形方法としては1通常のセラミックスの成形法であるド
クターブレードによるシート成形法、泥しよう鋳込み、
スプレードライヤーにより顆粒を作成した後、プレス成
形法で成形体を作製すること等が、適用可能である。
Methods for forming aluminum nitride powder compacts using this slurry include 1 sheet forming method using a doctor blade, which is a normal ceramic forming method, slurry casting,
Applicable methods include producing granules using a spray dryer and then producing a molded body using a press molding method.

この方法により作成した成形体を焼結する場合、焼結の
前に、成形体に適度の強度と柔軟性を与えるために添加
した。バインダーや可塑剤等の揮発成分を除去しなけれ
ばならない。この揮発成分の除去工程は、通常のセラミ
ックスの焼結工程の方法である加熱して除去する方法が
利用される。この時の雰囲気としては、大気、真空、窒
素雰囲気のいずれでも構わない。但し、大気の場合には
、窒化アルミニウムの不純物酸素量を極端に増やさない
ために、空気に含まれる水分量、及び空気の流量を適度
にコントロールしなければならない。
When sintering the molded body produced by this method, it was added before sintering to give the molded body appropriate strength and flexibility. Volatile components such as binders and plasticizers must be removed. In this step of removing volatile components, a method of removing them by heating, which is a method of a normal ceramic sintering step, is used. The atmosphere at this time may be air, vacuum, or nitrogen atmosphere. However, in the case of air, the amount of moisture contained in the air and the flow rate of the air must be appropriately controlled in order not to excessively increase the amount of impurity oxygen in aluminum nitride.

この脱バインダー工程に於ける加熱温度としては。The heating temperature in this binder removal process is as follows.

400から1000℃程度の適度な温度を選ぶことがで
きる。但し、大気中での脱バインダーを行う場合には、
窒化アルミニウムの分解が生じるので、650℃以下の
温度で実施するのが好ましい。
A suitable temperature between 400 and 1000°C can be selected. However, when debinding is performed in the atmosphere,
Since decomposition of aluminum nitride occurs, it is preferable to carry out the process at a temperature below 650°C.

脱バインダーを行った成形体は、窒素雰囲気、あるいは
窒素を含む不活性雰囲気中にて焼結される。
The molded body from which the binder has been removed is sintered in a nitrogen atmosphere or an inert atmosphere containing nitrogen.

この時の温度は、1600から2000℃の範囲、より
好ましくは、1750から1950℃の範囲である。こ
れより低い温度では、焼結体の緻密化が不十分であり、
又、この範囲を超える温度では、窒化アルミニウムの昇
華が無視できない状態になると共に、焼結体の焼結ムラ
が生じ易くなる。
The temperature at this time is in the range of 1600 to 2000°C, more preferably in the range of 1750 to 1950°C. At temperatures lower than this, the sintered body is insufficiently densified;
Furthermore, at temperatures exceeding this range, sublimation of aluminum nitride becomes non-negligible and uneven sintering of the sintered body tends to occur.

[作用コ 以上の方法により作製した窒化アルミニウム焼結体は、
焼結体の抗折強度が、35 k g / m m 2以
上であり、且つ熱伝導率は100W/m−に以上を有し
ていると共に、厚膜の半導体用セラミックス基板用途と
して利用する場合、実作動時に生じる温度差で、窒化ア
ルミニウムと接合した銅板との熱膨張率の差により生じ
る繰り返し応力に耐えることができ、クランクや破壊を
生じず、充分に製品として利用することが出来る。こう
した作用については、明かではないが、次のようなメカ
ニズムによるものと考えられる。
[Effects] The aluminum nitride sintered body produced by the above method is
The sintered body has a bending strength of 35 kg/m m2 or more, a thermal conductivity of 100 W/m-2 or more, and is used as a thick film semiconductor ceramic substrate. It can withstand repeated stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the aluminum nitride and the bonded copper plate due to the temperature difference that occurs during actual operation, and can be fully used as a product without causing cranking or destruction. Although this effect is not clear, it is thought to be due to the following mechanism.

すなわち1本発明による窒化アルミニウム成形体を焼結
する場合、その成形体が収縮を始める直前の状態は、各
々の窒化アルミニウム粒子の表面には1表面に固溶して
いた酸素から発生したアルミナが存在すると考えられる
。添加した焼結助剤粒子は、近くの窒化アルミニウム粒
子表面のアルミナと反応し、複合酸化物系の液相を生成
し、生じだ液相は1粒子表面のアルミナとの反応を繰り
返しながら、窒化アルミニウム粒子表面を次々に広がっ
ていき、同時に窒化アルミニウムの収縮が始まるという
ことが、一般的に考えられている。
That is, when the aluminum nitride molded body according to the present invention is sintered, the state immediately before the molded body begins to shrink is such that the surface of each aluminum nitride particle contains alumina generated from oxygen dissolved in solid solution on the surface. It is thought that it exists. The added sintering aid particles react with alumina on the surface of the nearby aluminum nitride particles to generate a complex oxide liquid phase, and the resulting liquid phase reacts repeatedly with the alumina on the surface of one particle, causing nitridation. It is generally believed that aluminum nitride begins to shrink at the same time as it spreads over the aluminum particle surface one after another.

同時に、焼結助剤粒子は、周囲の液相の広がりと共に、
液相に成分を吐き出すことで、小さくなり、やがて消滅
する。収縮が進むと同時に、窒化アルミニウム粒子の粒
成長が発生し、粒子表面は、液相で覆われるであろう。
At the same time, the sintering aid particles, with the expansion of the surrounding liquid phase,
By expelling the components into the liquid phase, they become smaller and eventually disappear. As the shrinkage progresses, grain growth of the aluminum nitride particles will occur and the particle surfaces will be covered with a liquid phase.

同時に、添加したアルミナ粒子は、窒化アルミニウム粒
子の間に存在しており、窒化アルミニウム粒子の表面に
生じた液相と反応し、粒子自体が液相へと変化し始める
が、その時は、逆に、その液相を粒子の中へと集め始め
る。当然、焼結助剤粒子も、最終的には、複合酸化物系
の液相となるが、アルミナ粒子と、窒化アルミニウム表
面の液相との移動度は、固相、あるいは固相に近いアル
ミナ粒子の方が少ないはずであり、アルミナ源として液
相に流れ出すよりも、液相を集める効果の方が大きいで
あろうことが推定される。
At the same time, the added alumina particles, which are present between the aluminum nitride particles, react with the liquid phase formed on the surface of the aluminum nitride particles, and the particles themselves begin to change into a liquid phase. , begins to collect its liquid phase into particles. Naturally, the sintering aid particles will eventually become a complex oxide-based liquid phase, but the mobility between the alumina particles and the liquid phase on the aluminum nitride surface is in the solid phase, or the alumina particles are close to the solid phase. It is assumed that there should be fewer particles, and that the effect of collecting the liquid phase as an alumina source would be greater than flowing out into the liquid phase.

このアルミナ粒子の液相を集める作用により。Due to the action of collecting the liquid phase of this alumina particles.

アルミナ粒子は、最終的に液相へと変化するが。Although the alumina particles eventually change to the liquid phase.

それと同時に、窒化アルミニウム粒界の液相はなくなる
。この作用により、窒化アルミニウム焼結体の結晶粒同
士の強度が高まり、焼結体の強度が向上するものと推定
される。
At the same time, the liquid phase at the aluminum nitride grain boundaries disappears. It is presumed that this effect increases the strength between the crystal grains of the aluminum nitride sintered body, thereby improving the strength of the sintered body.

[実施例] 以下に1本発明の実施例を具体的に示すが、本発明の趣
旨を外れない限り、本発明の技術的範囲は、これに限定
されるものではない。
[Example] An example of the present invention will be specifically shown below, but the technical scope of the present invention is not limited thereto unless it departs from the spirit of the present invention.

実JL例」− 市販の還元窒化法による窒化アルミニウム粉末(平均粒
径0. 8μm)に焼結助剤としてイツトリアを3 w
 t%、及びアルミナ純度99.9wt%で平均粒径が
0. 6μmのアルミナ粒子を1wt%添加した混合粉
末に、バインダー、可塑剤。
Actual JL Example - 3 w of ittria as a sintering aid to commercially available aluminum nitride powder (average particle size 0.8 μm) produced by the reduction nitriding method.
t%, and the alumina purity is 99.9wt% and the average particle size is 0. A binder and a plasticizer are added to a mixed powder containing 1 wt% of 6 μm alumina particles.

分散剤、及び溶剤を加えて、ボールミル混合を96時間
行い、スラリーを作製した。
A dispersant and a solvent were added, and ball mill mixing was performed for 96 hours to prepare a slurry.

この方法により作製したスラリーを払い出した後、粘度
を調整し、120℃の窒素気流中で、スラリーを噴霧乾
燥し、顆粒を作製した。この顆粒を次に、金型を使用し
乾式プレス法で1000kg f / c m 2の圧
力下、1分間保持して60 m m角の窒化アルミニウ
ムグリーン成形体を作製した。
After discharging the slurry produced by this method, the viscosity was adjusted and the slurry was spray-dried in a nitrogen stream at 120°C to produce granules. The granules were then dry pressed using a mold under a pressure of 1000 kgf/cm2 for 1 minute to produce a 60 mm square aluminum nitride green molded body.

この成形体を、次に真空中で、800℃まで加熱して脱
脂した。この脱脂した窒化アルミニウム成形体を窒素雰
囲気中1800℃の温度で、4時間焼結した。
This molded body was then heated to 800° C. in vacuum to degrease it. This degreased aluminum nitride molded body was sintered at a temperature of 1800° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere.

以上の方法により、窒化アルミニウム焼結体を10枚作
製した。この焼結体の大きさは、50mm角で厚みが8
 m mのベージュ色の均質で緻密な焼結体であった。
Ten aluminum nitride sintered bodies were produced by the above method. The size of this sintered body is 50 mm square and 8 mm thick.
It was a beige, homogeneous, dense sintered body of mm.

この焼結体を用いて、4mmX3 m m X 40 
m mの抗折強度試験片と、10 m m径で厚みが2
 m mの熱伝導率測定用試験片を加工した。この試験
片による測定結果は、抗折強度が42 k g f /
mm2.  +熱伝導率が165W/m・kであった。
Using this sintered body, 4 mm x 3 mm x 40
A transverse strength test piece with a diameter of 10 mm and a thickness of 2 mm
A test piece for thermal conductivity measurement of mm was processed. The measurement results using this test piece show that the bending strength is 42 kg f/
mm2. +Thermal conductivity was 165 W/m·k.

尚、この時の熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法に
より求めた。
The thermal conductivity value at this time was determined by the laser flash method.

次J1童L2一 実施例1に於て、バインダーと可塑剤の量を変更し、ス
ラリーを作製した。このスラリーの粘度を調整した後、
 ドクターブレード法によるテープ成形を行い、厚さ0
.9mmの窒化アルミニウムグリーンシートを作製した
Next J1 Child L2 - In Example 1, the amounts of binder and plasticizer were changed to prepare a slurry. After adjusting the viscosity of this slurry,
Tape molding is performed using the doctor blade method, and the thickness is 0.
.. A 9 mm aluminum nitride green sheet was produced.

上記のグリーンシートを60 m m X 60 m 
mの寸法に金型で打ち抜いた後、そのグリーンシートを
6枚重ねて、120℃で100 k g f / m 
m 2の圧力下30分間保持し、グリーンシートの熱圧
着を行った。これを実施例1の方法と同様に脱脂と焼結
をおこなった。
The above green sheet is 60mm x 60m
After punching with a die to a size of m, six of the green sheets were stacked and heated to 100 kg f/m at 120°C.
The green sheet was thermocompression bonded by holding it under a pressure of m 2 for 30 minutes. This was degreased and sintered in the same manner as in Example 1.

この焼結体から、実施例1と同様の方法で試験片を作製
し、焼結体の抗折強度と、熱伝導率を測定した。その結
果、  抗折強度は39kgf/mm2であり、熱伝導
率は169W/m−にであった。
A test piece was prepared from this sintered body in the same manner as in Example 1, and the bending strength and thermal conductivity of the sintered body were measured. As a result, the bending strength was 39 kgf/mm2, and the thermal conductivity was 169 W/m-.

〜 実施例1と同様の方法で、焼結助剤及び、アルミナの添
加量と種類を変更し、窒化アルミニウム焼結体を作製し
た。この結果を表1に示す。
- An aluminum nitride sintered body was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount and type of sintering aid and alumina added were changed. The results are shown in Table 1.

比」1事[よ 実施例1に於いて、アルミナを添加せずに同様の方法で
窒化アルミニウム焼結体を作製した。この時の、焼結体
の抗折強度は27kgf/mm2、熱伝導率は173w
/m−にだった。
1. In Example 1, an aluminum nitride sintered body was produced in the same manner as in Example 1 without adding alumina. At this time, the bending strength of the sintered body was 27 kgf/mm2, and the thermal conductivity was 173 W.
/m-.

友絞豊ユ 実施例2に於いて、アルミナを添加せずに同様の方法で
窒化アルミニウム焼結体を作製した。この時の、焼結体
の抗折強度は30 k g f /mm2、熱伝導率は
167w/m−にだった。
In Example 2 of Tomoshibori Toyoyu, an aluminum nitride sintered body was produced in the same manner without adding alumina. At this time, the sintered body had a bending strength of 30 kgf/mm2 and a thermal conductivity of 167 w/m-.

[発明の効果] 上述の実施例から明らかなように、本発明により高熱伝
導で且つ高強度の窒化アルミニウム焼結体が出来るよう
になった。
[Effects of the Invention] As is clear from the examples described above, the present invention has made it possible to produce an aluminum nitride sintered body with high thermal conductivity and high strength.

本発明により、厚膜の銅接合基板への適用を始めとし、
各種半導体用の高放熱特性を要求される分野での、高熱
伝導絶縁基板としての窒化アルミニウム基板の使用に貢
献するところが大である。
The present invention can be applied to thick film copper bonded substrates,
This will greatly contribute to the use of aluminum nitride substrates as highly thermally conductive insulating substrates in fields that require high heat dissipation characteristics for various semiconductors.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)平均粒径が5μm以下、不純物酸素量が3wt%
以下、陽イオン不純物量が0.3wt%以下の窒化アル
ミニウム粉末を主成分とし、希土類又はアルカリ土類の
酸化物焼結助剤を添加して、高熱伝導の窒化アルミニウ
ム焼結体を作製するに当たり、平均粒径5μm以下であ
るα−アルミナ粉末0.6〜5wt%を上記の窒化アル
ミニウム粉末の混合物に、添加することを特徴とする高
熱伝導で、高強度な窒化アルミニウム焼結体の製造方法
(1) Average particle size is 5 μm or less, impurity oxygen content is 3 wt%
Below, we will explain how to produce a highly thermally conductive aluminum nitride sintered body using aluminum nitride powder as the main component with a cationic impurity content of 0.3 wt% or less and adding a rare earth or alkaline earth oxide sintering aid. A method for producing a high-strength aluminum nitride sintered body with high thermal conductivity, characterized by adding 0.6 to 5 wt% of α-alumina powder having an average particle size of 5 μm or less to the above-mentioned mixture of aluminum nitride powder.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1067560A (en) * 1996-03-18 1998-03-10 Fuji Electric Co Ltd High thermal conductivity ceramic and its production
US6529489B1 (en) 1998-05-25 2003-03-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Plural communication connection setting method
WO2008018302A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-14 Tokuyama Corporation Aluminum nitride sintered body and method for producing the same
JP2008275581A (en) * 2007-04-30 2008-11-13 Samsung Sdi Co Ltd Cycle life testing method of lithium secondary battery
JP2009235181A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Hitachi Metals Ltd Method for manufacturing fluorescent material

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1067560A (en) * 1996-03-18 1998-03-10 Fuji Electric Co Ltd High thermal conductivity ceramic and its production
US6529489B1 (en) 1998-05-25 2003-03-04 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Plural communication connection setting method
WO2008018302A1 (en) * 2006-08-07 2008-02-14 Tokuyama Corporation Aluminum nitride sintered body and method for producing the same
KR101101214B1 (en) * 2006-08-07 2012-01-04 가부시끼가이샤 도꾸야마 Aluminum nitride sintered body and method for producing the same
JP2008275581A (en) * 2007-04-30 2008-11-13 Samsung Sdi Co Ltd Cycle life testing method of lithium secondary battery
JP2009235181A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Hitachi Metals Ltd Method for manufacturing fluorescent material

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