JPH0566904B2 - - Google Patents
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- JPH0566904B2 JPH0566904B2 JP62154323A JP15432387A JPH0566904B2 JP H0566904 B2 JPH0566904 B2 JP H0566904B2 JP 62154323 A JP62154323 A JP 62154323A JP 15432387 A JP15432387 A JP 15432387A JP H0566904 B2 JPH0566904 B2 JP H0566904B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は高熱伝導性の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］ エレクトロニクスの分野における急激な技術の
発達は、半導体デバイスの小型化ばかりでなく、
高出力化、高集積度化をも同時に可能なものとし
てきている。また、単一の基板上に、半導体デバ
イスの高密度な実装方法も研究されている。例え
ばパワーダイオード、パワートランジスタ、半導
体レーザー、LSIさらにはVLSIなどである。 高出力化、高集積度化あるいは高密度実装化す
る半導体デバイスは、単位面積、単位体積当りの
発熱量が大きくなるという問題がある。現在のと
ころ、半導体デバイスから発生する熱は、熱伝導
率の良いダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、酸化
ベリリウム、絶縁性炭化ケイ素などを、ヒートシ
ンクやパツケージ材料の一部として用いて散逸さ
せる方法がとられている。しかし、上記の良熱伝
導性材料には安全性、製造に要するコスト、生産
の絶対値などの観点から見た場合、必ずしも十分
とは言えない。 発熱量の大きい半導体デバイスの実用化に対し
て低コストで供給量の大きな高熱伝導性材料が必
要となつてきている。 ［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明者らは低コストで供給量の大き
な高熱伝導性材料として窒化アルミニウムに着目
した。 素材としての窒化アルミニウムは、その結晶構
造から、サフアイヤの８倍近くの熱伝導率を有す
るものと考えられていたが、測定値は50W／ｍｋ
程度のものであつた。窒化アルミニウムの焼結体
の熱伝導率が、理論値（320W／ｍｋ）の1/6程度
の値を示す。この原因としては、結晶粒界や不純
物あるいは格子欠陥が影響するためと考えられて
いる。特に窒化アルミニウム結晶粒中の酸素の存
在が、熱伝導率の低下に大きな影響を与えてい
る。この問題を解決する一つの方法として、各種
の化合物を添加し、焼結を行い、主に粉末表面に
存在する酸素を添加剤によりトラツプする方法が
行われいる。しかしこの方法においても未だ不十
分であり、熱伝導率が100W／ｍｋ程度の焼結体
しか得られていないのが現状である。 本発明は熱伝導率が150W／ｍｋを超える窒化
アルミニウム焼結体を得ることを目的とするもの
である。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、より高伝導性の窒化アルミニウムを
安価に生産すべく検討した結果なされたもので、
酸素含有量0.7重量％以下、金属不純物0.2重量％
以下、非表面積１m2／ｇ以上の窒化アルミニウム
粉末と、周期律表ａ族元素およびａ族元素の
ステアリン酸化合物の少くとも１つを酸化物換算
で0.01〜20重量パーセント添加混合した粉末組成
物を成形した後、非酸化性雰囲気で1500℃〜2200
℃で常圧焼結することを特徴とする150W／ｍｋ
以上の熱伝導率を安定して有する窒化アルミニウ
ム焼結体の製造方法である。 ここでａ族元素はBe、Mg、Ca、Sr、Ba、
Raの中の少くとも１つである。又、ａ族元素
はＹ、Sc、Ce、Pr、Sm、Gdの中の少くとも１
つである。 これらａ族、ａ族元素は、窒化アルミニウ
ム表面の酸化アルミニウムと結合し、複合酸化物
を形成するとともに、窒化アルミニウムの脱酸素
と焼結促進を達成すると考えられる。 本発明で用いる窒化アルミニウム粉末では、で
きるだけ高純度の微粒であることが良く、金属不
純物0.2重量パーセント以下、酸素含有量0.7重量
パーセント以下、比表面積１m2／ｇ以上のものを
用いる。特に1600℃以上の窒化ガス下で加熱処理
した高純度AIN粉が望ましい。 添加物としてのａ族、ａ族のステアリン酸
化合物は、［CH3（CH2）16COO］oＭであらわされ、
ここでＭは上記のａ族、ａ族元素である。ス
テアリン酸化合物はアルコールに溶解あるいは粉
末状態で用いる。ステアリン酸化合物の添加量
は、ａ族およびａ族酸化物に換算して、0.01
〜20重量パーセントとする。0.01重量パーセント
未満では緻密な焼結体が得難く、20重量パーセン
トを越えるとAlNの熱伝導率の低下が著しいか
らである。ここで公知のａ族、ａ族の酸化
物、フツ化物等を添加する場合とステアリン酸化
合物として添加す場合との差異は、理由は明らか
ではないが、ステアリン酸化合物が均一に分散
し、少量で焼結助剤として作用し、さらにAlN
の酸素を効果的に吸着すること、またステアリン
酸中の炭素が脱酸に作用することも考えられる。 なお、得られた混合物は乾式プレス、ドクター
ブレード、押出し等の常法により成形したのち、
非酸化性雰囲気で1500〜2200℃で焼結、緻密化さ
れる。 ［実施例］ 実施例 １ 酸素含量が0.5重量パーセントの高純度窒化ア
ルミニウム粉末（比表面積２m2／ｇ）に酸化物換
算で２重量パーセントのBe、Mg、Ba、Sr、Ra
の各ステアリン酸化合物をそれぞれ添加し、エタ
ノール中に10時間ボールミルにて混合したのち乾
燥の後、1900℃で窒素気流中で２時間焼結した。
焼結体は表１に示すとおりいずれも相対密度99％
以上、熱伝導率150W／ｍｋ以上を得た。
の製造方法に関する。 ［従来の技術］ エレクトロニクスの分野における急激な技術の
発達は、半導体デバイスの小型化ばかりでなく、
高出力化、高集積度化をも同時に可能なものとし
てきている。また、単一の基板上に、半導体デバ
イスの高密度な実装方法も研究されている。例え
ばパワーダイオード、パワートランジスタ、半導
体レーザー、LSIさらにはVLSIなどである。 高出力化、高集積度化あるいは高密度実装化す
る半導体デバイスは、単位面積、単位体積当りの
発熱量が大きくなるという問題がある。現在のと
ころ、半導体デバイスから発生する熱は、熱伝導
率の良いダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、酸化
ベリリウム、絶縁性炭化ケイ素などを、ヒートシ
ンクやパツケージ材料の一部として用いて散逸さ
せる方法がとられている。しかし、上記の良熱伝
導性材料には安全性、製造に要するコスト、生産
の絶対値などの観点から見た場合、必ずしも十分
とは言えない。 発熱量の大きい半導体デバイスの実用化に対し
て低コストで供給量の大きな高熱伝導性材料が必
要となつてきている。 ［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明者らは低コストで供給量の大き
な高熱伝導性材料として窒化アルミニウムに着目
した。 素材としての窒化アルミニウムは、その結晶構
造から、サフアイヤの８倍近くの熱伝導率を有す
るものと考えられていたが、測定値は50W／ｍｋ
程度のものであつた。窒化アルミニウムの焼結体
の熱伝導率が、理論値（320W／ｍｋ）の1/6程度
の値を示す。この原因としては、結晶粒界や不純
物あるいは格子欠陥が影響するためと考えられて
いる。特に窒化アルミニウム結晶粒中の酸素の存
在が、熱伝導率の低下に大きな影響を与えてい
る。この問題を解決する一つの方法として、各種
の化合物を添加し、焼結を行い、主に粉末表面に
存在する酸素を添加剤によりトラツプする方法が
行われいる。しかしこの方法においても未だ不十
分であり、熱伝導率が100W／ｍｋ程度の焼結体
しか得られていないのが現状である。 本発明は熱伝導率が150W／ｍｋを超える窒化
アルミニウム焼結体を得ることを目的とするもの
である。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、より高伝導性の窒化アルミニウムを
安価に生産すべく検討した結果なされたもので、
酸素含有量0.7重量％以下、金属不純物0.2重量％
以下、非表面積１m2／ｇ以上の窒化アルミニウム
粉末と、周期律表ａ族元素およびａ族元素の
ステアリン酸化合物の少くとも１つを酸化物換算
で0.01〜20重量パーセント添加混合した粉末組成
物を成形した後、非酸化性雰囲気で1500℃〜2200
℃で常圧焼結することを特徴とする150W／ｍｋ
以上の熱伝導率を安定して有する窒化アルミニウ
ム焼結体の製造方法である。 ここでａ族元素はBe、Mg、Ca、Sr、Ba、
Raの中の少くとも１つである。又、ａ族元素
はＹ、Sc、Ce、Pr、Sm、Gdの中の少くとも１
つである。 これらａ族、ａ族元素は、窒化アルミニウ
ム表面の酸化アルミニウムと結合し、複合酸化物
を形成するとともに、窒化アルミニウムの脱酸素
と焼結促進を達成すると考えられる。 本発明で用いる窒化アルミニウム粉末では、で
きるだけ高純度の微粒であることが良く、金属不
純物0.2重量パーセント以下、酸素含有量0.7重量
パーセント以下、比表面積１m2／ｇ以上のものを
用いる。特に1600℃以上の窒化ガス下で加熱処理
した高純度AIN粉が望ましい。 添加物としてのａ族、ａ族のステアリン酸
化合物は、［CH3（CH2）16COO］oＭであらわされ、
ここでＭは上記のａ族、ａ族元素である。ス
テアリン酸化合物はアルコールに溶解あるいは粉
末状態で用いる。ステアリン酸化合物の添加量
は、ａ族およびａ族酸化物に換算して、0.01
〜20重量パーセントとする。0.01重量パーセント
未満では緻密な焼結体が得難く、20重量パーセン
トを越えるとAlNの熱伝導率の低下が著しいか
らである。ここで公知のａ族、ａ族の酸化
物、フツ化物等を添加する場合とステアリン酸化
合物として添加す場合との差異は、理由は明らか
ではないが、ステアリン酸化合物が均一に分散
し、少量で焼結助剤として作用し、さらにAlN
の酸素を効果的に吸着すること、またステアリン
酸中の炭素が脱酸に作用することも考えられる。 なお、得られた混合物は乾式プレス、ドクター
ブレード、押出し等の常法により成形したのち、
非酸化性雰囲気で1500〜2200℃で焼結、緻密化さ
れる。 ［実施例］ 実施例 １ 酸素含量が0.5重量パーセントの高純度窒化ア
ルミニウム粉末（比表面積２m2／ｇ）に酸化物換
算で２重量パーセントのBe、Mg、Ba、Sr、Ra
の各ステアリン酸化合物をそれぞれ添加し、エタ
ノール中に10時間ボールミルにて混合したのち乾
燥の後、1900℃で窒素気流中で２時間焼結した。
焼結体は表１に示すとおりいずれも相対密度99％
以上、熱伝導率150W／ｍｋ以上を得た。
【表】
実施例 ２
酸素含量が0.5重量パーセントの高純度窒化ア
ルミニウム粉末（比表面積２m2／ｇ）に酸化物換
算で２重量パーセントのSc、Ce、Pr、Sm、Gd
の各ステアリン酸化合物をそれぞれ添加し、実施
例１と同様の焼結体を得た。焼結体はいずれも表
２に示すとおり相対密度99％以上、熱伝導率
150W／ｍｋ以上を得た。
ルミニウム粉末（比表面積２m2／ｇ）に酸化物換
算で２重量パーセントのSc、Ce、Pr、Sm、Gd
の各ステアリン酸化合物をそれぞれ添加し、実施
例１と同様の焼結体を得た。焼結体はいずれも表
２に示すとおり相対密度99％以上、熱伝導率
150W／ｍｋ以上を得た。
【表】
［発明の効果］
以上説明したように、本発明は高純度の窒化ア
ルミニウム粉末に、周期律表ａ族族、ａ族の
ステアリン酸化合物を添加し、焼結することによ
つて、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体が得
られる。この窒化アルミニウム焼結体は、IC基
板、放熱板、構造材料等に秀れた性能をもち、実
用性の高いものである。
ルミニウム粉末に、周期律表ａ族族、ａ族の
ステアリン酸化合物を添加し、焼結することによ
つて、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体が得
られる。この窒化アルミニウム焼結体は、IC基
板、放熱板、構造材料等に秀れた性能をもち、実
用性の高いものである。
Claims (1)
- １ 酸素含有量0.7重量％以下、金属不純物0.2重
量％以下、比表面積１m2／ｇ以上の窒化アルミニ
ウム粉末と、周期律表ａ族元素およびａ族元
素のステアリン酸化合物の少くとも１つを酸化物
換算で0.01〜20重量パーセントをアルコールに溶
解するか又は粉末状態で添加混合した粉末組成物
を成形した後、非酸化性雰囲気で1500℃〜2200℃
で常圧焼結することを特徴とする150W／ｍｋ以
上の熱伝導率を安定して有する窒化アルミニウム
焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154323A JPS63319265A (ja) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62154323A JPS63319265A (ja) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63319265A JPS63319265A (ja) | 1988-12-27 |
| JPH0566904B2 true JPH0566904B2 (ja) | 1993-09-22 |
Family
ID=15581626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62154323A Granted JPS63319265A (ja) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63319265A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6317263A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-25 | 旭硝子株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
-
1987
- 1987-06-23 JP JP62154323A patent/JPS63319265A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6317263A (ja) * | 1986-07-10 | 1988-01-25 | 旭硝子株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63319265A (ja) | 1988-12-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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