JPH07165472A - 放熱基板 - Google Patents
放熱基板Info
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- JPH07165472A JPH07165472A JP6218284A JP21828494A JPH07165472A JP H07165472 A JPH07165472 A JP H07165472A JP 6218284 A JP6218284 A JP 6218284A JP 21828494 A JP21828494 A JP 21828494A JP H07165472 A JPH07165472 A JP H07165472A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は熱導電性の良好なＡｌＮ焼結体を用
いた放熱基板を提供する。 【構成】 本発明は低酸素含有のＡｌＮを主成分とし、
これにアルカリ土類金属化合物又は希土類化合物の少な
くともいずれか一方の化合物およびアルミニウム酸化物
から成る添加物を各々酸化物に換算して0.05〜15wt％添
加して焼結したＡｌＮ焼結体を放熱基板として用いたも
の。
いた放熱基板を提供する。 【構成】 本発明は低酸素含有のＡｌＮを主成分とし、
これにアルカリ土類金属化合物又は希土類化合物の少な
くともいずれか一方の化合物およびアルミニウム酸化物
から成る添加物を各々酸化物に換算して0.05〜15wt％添
加して焼結したＡｌＮ焼結体を放熱基板として用いたも
の。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱導電性の良好な窒化ア
ルミニウム焼結体を用いた放熱基板に関する。
ルミニウム焼結体を用いた放熱基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は常温から
高温まで高強度性を保ち、又、溶融金属に濡れず、更に
電気絶縁性が高く、高熱伝導性であるなど、多くの優れ
た特性を有しており、新素材として注目されている。
高温まで高強度性を保ち、又、溶融金属に濡れず、更に
電気絶縁性が高く、高熱伝導性であるなど、多くの優れ
た特性を有しており、新素材として注目されている。
【０００３】近年、半導体基板への応用研究が活発に行
なわれ、量産可能なＡｌＮ焼結体の熱伝導率は数年前ま
で40〜60W/m ・K であったものが、〜200W/m・K まで改
良されるに到った。
なわれ、量産可能なＡｌＮ焼結体の熱伝導率は数年前ま
で40〜60W/m ・K であったものが、〜200W/m・K まで改
良されるに到った。
【０００４】窒化アルミニウムの焼結体高熱伝導率化
は、高純度ＡｌＮ原料特に酸素含有量の少ないＡｌＮ粉
の量産が可能になったことが第１の要因である。
は、高純度ＡｌＮ原料特に酸素含有量の少ないＡｌＮ粉
の量産が可能になったことが第１の要因である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】尚、酸素含有量の少な
いＡｌＮ粉を主成分とし、焼結助剤の最適化により、高
熱伝導性のＡｌＮ焼結体が得られるようになったが、一
方、酸素含有量が少なくなると共に焼結性が悪くなる傾
向があり、緻密な焼結体を得るためには従来に比べてよ
り高温での焼結が必要となってきた。
いＡｌＮ粉を主成分とし、焼結助剤の最適化により、高
熱伝導性のＡｌＮ焼結体が得られるようになったが、一
方、酸素含有量が少なくなると共に焼結性が悪くなる傾
向があり、緻密な焼結体を得るためには従来に比べてよ
り高温での焼結が必要となってきた。
【０００６】すなわち、従来酸素量が多いＡｌＮ粉はそ
の粉末から得た焼結体の高熱伝導率は低いが焼結性にお
いては優れていたと言える。
の粉末から得た焼結体の高熱伝導率は低いが焼結性にお
いては優れていたと言える。
【０００７】半導体実装基板への応用を考える時、現在
広く使用されているアルミナ基板との代替が考えられる
が、このような状況では徹底的な低コスト化が必要であ
り、焼結温度の上昇は製造コストの増加となり、好まし
くないものである。
広く使用されているアルミナ基板との代替が考えられる
が、このような状況では徹底的な低コスト化が必要であ
り、焼結温度の上昇は製造コストの増加となり、好まし
くないものである。
【０００８】本発明は高純度で低酸素含有量のＡｌＮを
用いて、その高熱伝導性を損うことなく焼結性を改良
し、低温での焼結を可能としたＡｌＮ焼結体を用いた放
熱基板である。
用いて、その高熱伝導性を損うことなく焼結性を改良
し、低温での焼結を可能としたＡｌＮ焼結体を用いた放
熱基板である。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者等は、
各種添加物を加えたＡｌＮ焼結体の焼結性および熱伝導
率について、種々研究を行った結果、アルカリ土類化合
物および又は希土類化合物およびアルミニウム酸化物か
ら成る添加物を加えることにより、高純度ＡｌＮ原料本
来の高熱伝導率性を損うことなく焼結性が改良されるこ
とを見い出した。
各種添加物を加えたＡｌＮ焼結体の焼結性および熱伝導
率について、種々研究を行った結果、アルカリ土類化合
物および又は希土類化合物およびアルミニウム酸化物か
ら成る添加物を加えることにより、高純度ＡｌＮ原料本
来の高熱伝導率性を損うことなく焼結性が改良されるこ
とを見い出した。
【００１０】すなわち本発明は低酸素含有のＡｌＮを主
成分とし、これにアルカリ土類金属化合物又は希土類化
合物の少なくとも一つの化合物およびアルミニウム酸化
物から成る添加物を各々の酸化物に換算して0.05〜15重
量％添加して焼結したＡｌＮを放熱基板として用いたこ
とを特徴とする。
成分とし、これにアルカリ土類金属化合物又は希土類化
合物の少なくとも一つの化合物およびアルミニウム酸化
物から成る添加物を各々の酸化物に換算して0.05〜15重
量％添加して焼結したＡｌＮを放熱基板として用いたこ
とを特徴とする。
【００１１】本発明においてアルカリ土類金属元素とし
てはＣａ，Ｂａ，Ｓｒが、希土類元素としてはＹ，Ｌ
ａ，Ｃｅが特に有効であり、これらの元素から成る化合
物すなわち、酸化物，フッ化物，窒化物又は炭化物等を
添加するものである。
てはＣａ，Ｂａ，Ｓｒが、希土類元素としてはＹ，Ｌ
ａ，Ｃｅが特に有効であり、これらの元素から成る化合
物すなわち、酸化物，フッ化物，窒化物又は炭化物等を
添加するものである。
【００１２】従来よりアルカリ土類金属そして希土類の
化合物がＡｌＮの焼結助剤として、および高熱伝導率化
に有効であることが知られていた。
化合物がＡｌＮの焼結助剤として、および高熱伝導率化
に有効であることが知られていた。
【００１３】これらの添加物はＡｌＮ中に不可避的に含
まれている不純物酸素と反応し、例えば添加物がアルカ
リ土類金属化合物のＣａＯである時は焼結後にＣａＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 などの副相となっ
て、不純物酸素を取り込んだ生成物となり、焼結体を高
熱伝導率化するものと考えられている。
まれている不純物酸素と反応し、例えば添加物がアルカ
リ土類金属化合物のＣａＯである時は焼結後にＣａＯ・
２Ａｌ2 Ｏ3 ，ＣａＯ・Ａｌ2 Ｏ3 などの副相となっ
て、不純物酸素を取り込んだ生成物となり、焼結体を高
熱伝導率化するものと考えられている。
【００１４】又、このような添加物を全く含まずにＡｌ
Ｎ単味で焼結すると不純物酸素はＡｌＮと反応してＡｌ
の酸窒化物（Ａｌ（８／３＋ｘ／３）Ｏ4-x Ｎx ）又は
ポリタイプ（Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ7 ）又はα−Ａｌ2 Ｏ3 等を
生成し、たとえホットプレス焼結により緻密化したとし
ても熱伝導率を大幅に低下させることが知られている。
Ｎ単味で焼結すると不純物酸素はＡｌＮと反応してＡｌ
の酸窒化物（Ａｌ（８／３＋ｘ／３）Ｏ4-x Ｎx ）又は
ポリタイプ（Ａｌ3 Ｏ3 Ｎ7 ）又はα−Ａｌ2 Ｏ3 等を
生成し、たとえホットプレス焼結により緻密化したとし
ても熱伝導率を大幅に低下させることが知られている。
【００１５】一般に高熱伝導率なＡｌＮ焼結体を得るた
めにはアルミニウム酸化物は有害な不純物として極力混
入しないようにするのが常道的な考え方である。
めにはアルミニウム酸化物は有害な不純物として極力混
入しないようにするのが常道的な考え方である。
【００１６】しかしながら、本発明等の研究結果では、
アルカリ土類金属化合物および又は希土類化合物と共に
アルミニウム酸化物と添加すると何ら熱伝導率を損うこ
となく、かえって焼結性を向上させることが判明したも
のである。
アルカリ土類金属化合物および又は希土類化合物と共に
アルミニウム酸化物と添加すると何ら熱伝導率を損うこ
となく、かえって焼結性を向上させることが判明したも
のである。
【００１７】一般にアルカリ土類金属化合物，希土類化
合物が焼結助剤として、緻密化に有効であるのは、焼結
温度において主にＡｌＮ原料中の不純物酸素と反応して
液相を生じ、ＡｌＮの液相焼結を進行させると考えられ
ている。
合物が焼結助剤として、緻密化に有効であるのは、焼結
温度において主にＡｌＮ原料中の不純物酸素と反応して
液相を生じ、ＡｌＮの液相焼結を進行させると考えられ
ている。
【００１８】このような焼結機構において、低酸素含有
なＡｌＮ原料において焼結性が低下するのは、上述のよ
うな焼結助剤と反応して焼結時に生じる液相量が少なく
なるため、焼結が進行し難なるためであろうと推測され
る。
なＡｌＮ原料において焼結性が低下するのは、上述のよ
うな焼結助剤と反応して焼結時に生じる液相量が少なく
なるため、焼結が進行し難なるためであろうと推測され
る。
【００１９】すなわち、低酸素含有なＡｌＮ原料におい
ては、アルミニウム酸化物およびアルカリ土類金属およ
び又は希土類化合物を添加することによって、焼結に充
分な液相量が生じ、添加したアルミニウム酸化物は、Ａ
ｌＮと反応してＡｌの酸窒化物，スピネル又はα−Ａｌ
2 Ｏ3 などを生成することなく、アルカリ土類金属アル
ミネート化合物又は希土類アルミネート化合物となって
生成するため、熱伝導率を低下させることがないと考え
られる。
ては、アルミニウム酸化物およびアルカリ土類金属およ
び又は希土類化合物を添加することによって、焼結に充
分な液相量が生じ、添加したアルミニウム酸化物は、Ａ
ｌＮと反応してＡｌの酸窒化物，スピネル又はα−Ａｌ
2 Ｏ3 などを生成することなく、アルカリ土類金属アル
ミネート化合物又は希土類アルミネート化合物となって
生成するため、熱伝導率を低下させることがないと考え
られる。
【００２０】本発明においてアルカリ土類金属化合物お
よび又は希土類化合物およびアルミニウム酸化物の合計
量を0.05〜15重量％としたのは0.05重量％未満では、目
的とする効果が得られないためであり、15重量％を超え
ると、耐熱性，機械的強度が損なわれるばかりか、熱伝
導率も低下してしまう場合があるためである。又、アル
カリ土類金属化合物および希土類化合物は、酸化物，フ
ッ化物，窒化物，炭化物が望ましいが、焼成途中にこれ
らの化合物となるものでも何ら支障はない。
よび又は希土類化合物およびアルミニウム酸化物の合計
量を0.05〜15重量％としたのは0.05重量％未満では、目
的とする効果が得られないためであり、15重量％を超え
ると、耐熱性，機械的強度が損なわれるばかりか、熱伝
導率も低下してしまう場合があるためである。又、アル
カリ土類金属化合物および希土類化合物は、酸化物，フ
ッ化物，窒化物，炭化物が望ましいが、焼成途中にこれ
らの化合物となるものでも何ら支障はない。
【００２１】更に、アルミニウム酸化物は、α−Ａｌ2
Ｏ3 ，γ−Ａｌ2 Ｏ3 などのＡｌ2Ｏ3 又は焼成途中に
これらの酸化物となるものを用いることができる。
Ｏ3 ，γ−Ａｌ2 Ｏ3 などのＡｌ2Ｏ3 又は焼成途中に
これらの酸化物となるものを用いることができる。
【００２２】次に、本発明の放熱基板に用いるＡｌＮ焼
結体を得るための一製造方法を説明する。
結体を得るための一製造方法を説明する。
【００２３】まず、ＡｌＮ粉末に所定量の添加物を加
え、ボールミル等を用いて混合した後、常圧焼結の場合
はバインダーを加え、混棟，造粒，整粒を行ない、金
型，静水圧プレス或いはシート成形により成形を行な
う。つづいて、成形体をＮ2 ガス気流中で700 ℃前後で
加熱してバインダーを除去する。次いで、成形体を黒鉛
又は窒化アルミニウムの容器にセットし、Ｎ2 ガス雰囲
気中にて1600〜1850℃で常圧焼結を行なう。
え、ボールミル等を用いて混合した後、常圧焼結の場合
はバインダーを加え、混棟，造粒，整粒を行ない、金
型，静水圧プレス或いはシート成形により成形を行な
う。つづいて、成形体をＮ2 ガス気流中で700 ℃前後で
加熱してバインダーを除去する。次いで、成形体を黒鉛
又は窒化アルミニウムの容器にセットし、Ｎ2 ガス雰囲
気中にて1600〜1850℃で常圧焼結を行なう。
【００２４】一方、ホットプレス焼結の場合は前記ボー
ルミル等で混合した原料を1600〜1800℃でホットプレス
する。
ルミル等で混合した原料を1600〜1800℃でホットプレス
する。
【００２５】
【実施例】次に、本発明の放熱基板に用いるＡｌＮの実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００２６】実施例−１ まず、平均粒径４μｍで不純物酸素量が２wt％以下の1.
1 wt％のＡｌＮの粉末に、同じく平均粒径１μｍのＹ2
Ｏ3 粉末５重量％とα−Ａｌ2 Ｏ3 を0.5 重量％を添加
し、ボールミルを用いて粉砕，混合を行ない原料と調製
した。つづいて、この原料に、パラフィンを７重量％添
加し、造粒した後、800kg/cm2 の圧力でプレス成形して
30×30×８mm圧粉体とした。これを、窒素ガス雰囲気で
最高700℃まで加熱してパラフィンを除去した。
1 wt％のＡｌＮの粉末に、同じく平均粒径１μｍのＹ2
Ｏ3 粉末５重量％とα−Ａｌ2 Ｏ3 を0.5 重量％を添加
し、ボールミルを用いて粉砕，混合を行ない原料と調製
した。つづいて、この原料に、パラフィンを７重量％添
加し、造粒した後、800kg/cm2 の圧力でプレス成形して
30×30×８mm圧粉体とした。これを、窒素ガス雰囲気で
最高700℃まで加熱してパラフィンを除去した。
【００２７】次にカーボン型中にセットし、窒素ガス雰
囲気下で1650，1700，1750，1800，1850，1900℃の各温
度で２時間加熱して常圧焼結した。
囲気下で1650，1700，1750，1800，1850，1900℃の各温
度で２時間加熱して常圧焼結した。
【００２８】得られた各焼結体の密度を測定し、又、直
径10mm，厚さ３mmの円板を切り出しレーザーフラッシュ
法により熱伝導率を測定した。この結果を表−１および
図１に示した。
径10mm，厚さ３mmの円板を切り出しレーザーフラッシュ
法により熱伝導率を測定した。この結果を表−１および
図１に示した。
【００２９】比較例−１ 実施例−１で用いたＡｌＮ粉末に、同じく実施例−１で
用いたＹ2 Ｏ3 粉末５重量％を添加し、実施例−１と同
様な方法で常圧焼結体５ケを製造した。
用いたＹ2 Ｏ3 粉末５重量％を添加し、実施例−１と同
様な方法で常圧焼結体５ケを製造した。
【００３０】各焼結体の密度と熱伝導率の測定結果を表
−１に合わせて示した。
−１に合わせて示した。
【００３１】実施例−２〜13 実施例−１で用いたＡｌＮ粉末に表−２に示した各種の
添加物を加え、1750℃，２時間で常圧焼結した。
添加物を加え、1750℃，２時間で常圧焼結した。
【００３２】又、実施例−１と同じ方法により各焼結体
の密度と熱伝導率を測定した結果を、各添加物の平均粒
径と合わせて表−２に示した。
の密度と熱伝導率を測定した結果を、各添加物の平均粒
径と合わせて表−２に示した。
【００３３】実施例−14〜18 平均粒径が１μｍで不純物酸素量が1.8 wt％のＡｌＮ粉
末を用いて、表−３に示した各種組成の添加物を加え、
実施例−１と同様な方法で常圧焼結体を製造した。
末を用いて、表−３に示した各種組成の添加物を加え、
実施例−１と同様な方法で常圧焼結体を製造した。
【００３４】各焼結体の密度と熱伝導率を測定して表−
３に示した。
３に示した。
【００３５】比較例−２ 実施例−14で用いたＡｌＮ粉末に、添加物を加えずにボ
ールミルで粉砕，混合後この原料を300kg/cm2 の圧力で
プレス成形して直径12mm，厚さ10mmの圧粉体とした。次
いでこの圧粉体をカーボン型中に入れ窒素雰囲気中、17
00℃，１時間，400kg/cm2 の圧力下でホットプレス焼結
した。
ールミルで粉砕，混合後この原料を300kg/cm2 の圧力で
プレス成形して直径12mm，厚さ10mmの圧粉体とした。次
いでこの圧粉体をカーボン型中に入れ窒素雰囲気中、17
00℃，１時間，400kg/cm2 の圧力下でホットプレス焼結
した。
【００３６】又、同じく実施例−14で用いたＡｌＮ粉末
に平均粒径１μｍのＹ2 Ｏ3 を３重量％を添加し、同様
な条件下でホットプレス焼結した焼結体の密度と熱伝導
率を測定し、表−４に示した。
に平均粒径１μｍのＹ2 Ｏ3 を３重量％を添加し、同様
な条件下でホットプレス焼結した焼結体の密度と熱伝導
率を測定し、表−４に示した。
【００３７】実施例−19 実施例−14で用いたＡｌＮ粉末に、Ｙ2 Ｏ3 ５重量％，
α−Ａｌ2 Ｏ3 を0.5重量％添加し、比較例−２と同様
な条件下でホットプレス焼結した。
α−Ａｌ2 Ｏ3 を0.5重量％添加し、比較例−２と同様
な条件下でホットプレス焼結した。
【００３８】焼結体の密度と熱伝導率を測定し、表−４
に合わせて示した。
に合わせて示した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【表３】
【００４２】
【表４】
【００４３】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、低酸
素含有なＡｌＮ粉を用いた場合の焼結性の低下を、本来
の高熱伝導性を何ら損なうことなく抑制しうるものであ
る。
素含有なＡｌＮ粉を用いた場合の焼結性の低下を、本来
の高熱伝導性を何ら損なうことなく抑制しうるものであ
る。
【００４４】易焼結性で高熱伝導なＡｌＮ焼結体は、例
えば半導体実装用放熱基板などの応用に適し、その工業
的価値は大である。
えば半導体実装用放熱基板などの応用に適し、その工業
的価値は大である。
【図１】 本発明に用いるＡｌＮの焼結温度と熱伝導
率，密度の関係を示す図。
率，密度の関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀口 昭宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】低酸素含有の窒化アルミニウムを主成分と
し、これに、アルカリ土類金属化合物又は希土類化合物
の少なくともいずれか一方の化合物およびアルミニウム
酸化物から成る添加物を各々の酸化物に換算して0.05〜
15重量％添加して焼結した窒化アルミニウム焼結体から
なることを特徴とする放熱基板。 - 【請求項２】窒化アルミニウム原料中の低酸素含有の量
が２重量％以下である請求項１記載の放熱基板。 - 【請求項３】窒化アルミニウム原料中の低酸素含有の量
と1.1 重量％以下である請求項１記載の放熱基板。 - 【請求項４】希土類元素がＹ，Ｌａ，Ｃｅのうち少なく
とも１種である特許請求項１記載の放熱基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6218284A JP2535139B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 放熱基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6218284A JP2535139B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 放熱基板 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61096839A Division JPS62256772A (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 窒化アルミニウム焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07165472A true JPH07165472A (ja) | 1995-06-27 |
| JP2535139B2 JP2535139B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=16717439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6218284A Expired - Fee Related JP2535139B2 (ja) | 1994-08-22 | 1994-08-22 | 放熱基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535139B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1067560A (ja) * | 1996-03-18 | 1998-03-10 | Fuji Electric Co Ltd | 高熱伝導率セラミックスおよびその製造方法 |
| JP2001122666A (ja) * | 1999-10-26 | 2001-05-08 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体と、それを用いた半導体装置および加熱用装置 |
| JP2001302351A (ja) * | 2000-04-18 | 2001-10-31 | Nippon Tungsten Co Ltd | ＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３複合材料 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54100410A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-08 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ceramic heat conductor |
| JPS60186478A (ja) * | 1984-03-07 | 1985-09-21 | 株式会社東芝 | 窒化物焼結体の製造方法 |
| JPS61256980A (ja) * | 1985-05-08 | 1986-11-14 | 株式会社村田製作所 | 窒化アルミニウム焼結体 |
| JPS62176961A (ja) * | 1986-01-31 | 1987-08-03 | ティーディーケイ株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPS62176960A (ja) * | 1986-01-30 | 1987-08-03 | ティーディーケイ株式会社 | 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-08-22 JP JP6218284A patent/JP2535139B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2535139B2 (ja) | 1996-09-18 |
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