JPH07187793A - 高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージ - Google Patents
高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】窒化けい素焼結体が本来備える高強度特性に加
えて、熱伝導率が高く放熱性に優れた窒化けい素構造部
材およびそれを用いた半導体パッケージを提供する。 【構成】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材
は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３
重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大き
いことを特徴とする。また窒化けい素粒子および粒界相
により構成され、粒界相中における結晶化合物相が粒界
相全体に対して体積比で２０％以上を占め、熱伝導率が
６０Ｗ／ｍ・Ｋより大きいことを特徴とする。さらに本
発明の半導体パッケージは、半導体チップ２が搭載され
たセラミックス基体１と、セラミックス基体１の半導体
チップ２の搭載面側に接合されたリードフレーム５と、
半導体チップ２とリードフレーム５とを電気的に接続す
るボンディングワイヤ６とを具備する半導体パッケージ
９において、上記セラミックス基体１を、上記高熱伝導
性窒化けい素構造部材にて形成したことを特徴とする。
えて、熱伝導率が高く放熱性に優れた窒化けい素構造部
材およびそれを用いた半導体パッケージを提供する。 【構成】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材
は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３
重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大き
いことを特徴とする。また窒化けい素粒子および粒界相
により構成され、粒界相中における結晶化合物相が粒界
相全体に対して体積比で２０％以上を占め、熱伝導率が
６０Ｗ／ｍ・Ｋより大きいことを特徴とする。さらに本
発明の半導体パッケージは、半導体チップ２が搭載され
たセラミックス基体１と、セラミックス基体１の半導体
チップ２の搭載面側に接合されたリードフレーム５と、
半導体チップ２とリードフレーム５とを電気的に接続す
るボンディングワイヤ６とを具備する半導体パッケージ
９において、上記セラミックス基体１を、上記高熱伝導
性窒化けい素構造部材にて形成したことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス構造部材お
よびセラミックス半導体パッケージに関する。
よびセラミックス半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素を主成分とするセラミックス
焼結体は、一般に１０００℃以上の高温度環境下でも優
れた耐熱性を有し、かつ耐熱衝撃性にも優れていること
から、従来の耐熱性超合金に代わる高温構造材料として
ガスタービン用部品、エンジン用部品、製鋼用機械部品
等の各種高強度耐熱部品への応用が試みられている。ま
た、金属に対する耐食性が優れていることから溶融金属
の耐溶材料としての応用も試みられ、さらに耐摩耗性も
優れていることから、軸受等の摺動部材、切削工具への
実用化も図られている。
焼結体は、一般に１０００℃以上の高温度環境下でも優
れた耐熱性を有し、かつ耐熱衝撃性にも優れていること
から、従来の耐熱性超合金に代わる高温構造材料として
ガスタービン用部品、エンジン用部品、製鋼用機械部品
等の各種高強度耐熱部品への応用が試みられている。ま
た、金属に対する耐食性が優れていることから溶融金属
の耐溶材料としての応用も試みられ、さらに耐摩耗性も
優れていることから、軸受等の摺動部材、切削工具への
実用化も図られている。
【０００３】従来より窒化けい素セラミックス焼結体の
組成として、窒化けい素に酸化イットリウム（Ｙ
2 Ｏ3 ），酸化セリウム（ＣｅＯ），酸化カルシウム
（ＣａＯ）などの希土類元素あるいはアルカリ土類元素
の酸化物を焼結助剤として添加されたものが知られてお
り、これら焼結助剤により焼結性を高めて緻密化・高強
度化している。
組成として、窒化けい素に酸化イットリウム（Ｙ
2 Ｏ3 ），酸化セリウム（ＣｅＯ），酸化カルシウム
（ＣａＯ）などの希土類元素あるいはアルカリ土類元素
の酸化物を焼結助剤として添加されたものが知られてお
り、これら焼結助剤により焼結性を高めて緻密化・高強
度化している。
【０００４】従来の窒化けい素構造部材は、窒化けい素
粉末に上記のような焼結助剤を添加し成形し、得られた
成形体を１６００〜１８５０℃程度の温度で焼成炉で所
定時間焼成した後に炉冷し、得られた焼結体を研削研摩
加工する製法で製造されている。
粉末に上記のような焼結助剤を添加し成形し、得られた
成形体を１６００〜１８５０℃程度の温度で焼成炉で所
定時間焼成した後に炉冷し、得られた焼結体を研削研摩
加工する製法で製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によって製造された窒化けい素構造部材では、靭
性値などの機械的強度は優れているものの、熱伝導特性
の点では、他の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製構造部
材、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）製構造部材や炭化けい素
（ＳｉＣ）製構造部材などと比較して著しく低いため、
特に放熱性を要求される半導体用基板などの電子用材料
としては実用化されておらず、用途範囲が狭い難点があ
った。
来方法によって製造された窒化けい素構造部材では、靭
性値などの機械的強度は優れているものの、熱伝導特性
の点では、他の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製構造部
材、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）製構造部材や炭化けい素
（ＳｉＣ）製構造部材などと比較して著しく低いため、
特に放熱性を要求される半導体用基板などの電子用材料
としては実用化されておらず、用途範囲が狭い難点があ
った。
【０００６】一方上記窒化アルミニウム製構造部材は他
のセラミックス製構造部材と比較して高い熱伝導率と低
熱膨張係数の特長を有するため、高速化、高出力化、多
機能化、大型化が進展する半導体チップの回路基板部品
やパッケージ材料として普及しているが、機械的強度の
点で充分に満足できるものは得られていない。そこで高
強度を有するとともに高い熱伝導率も併せ持ったセラミ
ックス構造部材の開発が要請されていた。
のセラミックス製構造部材と比較して高い熱伝導率と低
熱膨張係数の特長を有するため、高速化、高出力化、多
機能化、大型化が進展する半導体チップの回路基板部品
やパッケージ材料として普及しているが、機械的強度の
点で充分に満足できるものは得られていない。そこで高
強度を有するとともに高い熱伝導率も併せ持ったセラミ
ックス構造部材の開発が要請されていた。
【０００７】さらに上記セラミックス構造部材を主たる
構成材とする半導体パッケージを実装ボートにねじ止め
等により固定しようとすると、ねじの押圧力による僅か
な変形によって半導体パッケージが破損し、半導体装置
の製品歩留りを大幅に低減させる場合がある。したがっ
て、半導体パッケージにおいても、外力に耐える高強度
特性と、高出力化，高発熱量化に対応できる優れた放熱
特性を兼ね備えたものが要請されている。
構成材とする半導体パッケージを実装ボートにねじ止め
等により固定しようとすると、ねじの押圧力による僅か
な変形によって半導体パッケージが破損し、半導体装置
の製品歩留りを大幅に低減させる場合がある。したがっ
て、半導体パッケージにおいても、外力に耐える高強度
特性と、高出力化，高発熱量化に対応できる優れた放熱
特性を兼ね備えたものが要請されている。
【０００８】本発明は上記のような課題要請に対処する
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れ
た窒化けい素構造部材およびそれを用いた半導体パッケ
ージを提供することを目的とする。
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れ
た窒化けい素構造部材およびそれを用いた半導体パッケ
ージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者は上記目
的を達成するために、従来使用されていた窒化けい素粉
末の種類、焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結
条件に検討を加え、従来の窒化けい素焼結体の有する熱
伝導率の２倍以上の高い熱伝導性を有する窒化けい素焼
結体を開発し、さらにそれらの要素が最終製品としての
構造部材として使用する際に効果が大きいことを実験に
より確認した。
的を達成するために、従来使用されていた窒化けい素粉
末の種類、焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結
条件に検討を加え、従来の窒化けい素焼結体の有する熱
伝導率の２倍以上の高い熱伝導性を有する窒化けい素焼
結体を開発し、さらにそれらの要素が最終製品としての
構造部材として使用する際に効果が大きいことを実験に
より確認した。
【００１０】具体的には、微細で高純度を有する窒化け
い素粉末に希土類元素、窒化アルミニウム、アルミナな
どのアルミニウム成分を所定量ずつ添加した原料混合体
を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で一定時間加
熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定以下の冷却速
度で徐冷し、得られた焼結体を研削研摩加工して製造し
たときに熱伝導率が従来の窒化けい素焼結体の２倍以
上、具体的には６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と大きく向上し、か
つ高強度を有する窒化けい素焼結体が得られることが判
明し、放熱特性および強度特性を共に満足する新規な窒
化けい素材料を開発した。そして、この窒化けい素材料
を、半導体パッケージの基体，圧縮機の摺動部材，ガス
タービンの高温耐食性部材，外囲器，等の構造部材に適
用したときに、優れた放熱特性と耐久性とを同時に達成
できることが判明した。なお、ここで言う構造部材とは
摺動部材，耐食性部材等の他、一般の回路基板でないパ
ッケージの外囲器等をも含むものとする。
い素粉末に希土類元素、窒化アルミニウム、アルミナな
どのアルミニウム成分を所定量ずつ添加した原料混合体
を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で一定時間加
熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定以下の冷却速
度で徐冷し、得られた焼結体を研削研摩加工して製造し
たときに熱伝導率が従来の窒化けい素焼結体の２倍以
上、具体的には６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と大きく向上し、か
つ高強度を有する窒化けい素焼結体が得られることが判
明し、放熱特性および強度特性を共に満足する新規な窒
化けい素材料を開発した。そして、この窒化けい素材料
を、半導体パッケージの基体，圧縮機の摺動部材，ガス
タービンの高温耐食性部材，外囲器，等の構造部材に適
用したときに、優れた放熱特性と耐久性とを同時に達成
できることが判明した。なお、ここで言う構造部材とは
摺動部材，耐食性部材等の他、一般の回路基板でないパ
ッケージの外囲器等をも含むものとする。
【００１１】また本発明においては、酸素や不純物陽イ
オン元素含有量を低減した高純度の窒化けい素原料粉末
を使用し、上記条件にて焼結することにより、粒界相に
おけるガラス相（非晶質相）の生成を効果的に抑制で
き、粒界相における結晶化合物を２０体積％以上（粒界
相全体に対し）とすることにより、希土類元素酸化物の
みを原料粉末に添加した場合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上の高熱伝導率を有する窒化けい素構造部材が得られ
るという知見を得た。
オン元素含有量を低減した高純度の窒化けい素原料粉末
を使用し、上記条件にて焼結することにより、粒界相に
おけるガラス相（非晶質相）の生成を効果的に抑制で
き、粒界相における結晶化合物を２０体積％以上（粒界
相全体に対し）とすることにより、希土類元素酸化物の
みを原料粉末に添加した場合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上の高熱伝導率を有する窒化けい素構造部材が得られ
るという知見を得た。
【００１２】また、従来、焼結操作終了後に焼成炉の加
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、特に冷却速度を毎時１０
０℃以下に緩速に制御することにより、窒化けい素焼結
体組織の粒界相が非結晶質状態から結晶相を含む相に変
化させ、高強度特性と高伝熱特性とが同時に達成される
ことが判明した。
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、特に冷却速度を毎時１０
０℃以下に緩速に制御することにより、窒化けい素焼結
体組織の粒界相が非結晶質状態から結晶相を含む相に変
化させ、高強度特性と高伝熱特性とが同時に達成される
ことが判明した。
【００１３】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
構造部材は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜
７．５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合
量で０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上であることを特徴とする。
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
構造部材は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜
７．５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合
量で０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上であることを特徴とする。
【００１４】また他の態様として、窒化けい素粒子およ
び粒界相により構成され、粒界相中における結晶化合物
相が粒界相全体に対して体積比で２０％以上を占め、熱
伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
び粒界相により構成され、粒界相中における結晶化合物
相が粒界相全体に対して体積比で２０％以上を占め、熱
伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする。
【００１５】さらに上記高熱伝導性窒化けい素構造部材
を、ロータリ式圧縮機のベーン，ローラ，シリンダ，軸
受などの摺動部材やガスタービン，自動車エンジンのシ
リンダ，ピストンヘッドなどの高温耐食性部材や送受信
管などの外囲器やベアリングの内外輪，転動ボールや成
形用ロールなどに適用することにより、放熱特性および
強度を共に満足し、耐摩耗性，軽量性，耐食性などの多
くの特性を満足する構造部材が得られた。
を、ロータリ式圧縮機のベーン，ローラ，シリンダ，軸
受などの摺動部材やガスタービン，自動車エンジンのシ
リンダ，ピストンヘッドなどの高温耐食性部材や送受信
管などの外囲器やベアリングの内外輪，転動ボールや成
形用ロールなどに適用することにより、放熱特性および
強度を共に満足し、耐摩耗性，軽量性，耐食性などの多
くの特性を満足する構造部材が得られた。
【００１６】また本発明に係る半導体パッケージは、半
導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前記セラ
ミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接合され
たリードフレームと、前記半導体チップとリードフレー
ムとを電気的に接続するボンディングワイヤとを具備す
る半導体パッケージにおいて、上記セラミックス基体と
して、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重
量％、窒化アルミニウムを２．０重量％以下、その他不
純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合量で０．３重量％
以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱
伝導性窒化けい素を用いたことを特徴とする。
導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前記セラ
ミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接合され
たリードフレームと、前記半導体チップとリードフレー
ムとを電気的に接続するボンディングワイヤとを具備す
る半導体パッケージにおいて、上記セラミックス基体と
して、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重
量％、窒化アルミニウムを２．０重量％以下、その他不
純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃ
ａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合量で０．３重量％
以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱
伝導性窒化けい素を用いたことを特徴とする。
【００１７】さらに半導体パッケージの他の態様とし
て、半導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前
記セラミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接
合されたリードフレームと、前記半導体チップとリード
フレームとを電気的に接続するボンディングワイヤとを
具備する半導体パッケージにおいて、上記セラミックス
基体として、窒化けい素粒子および粒界相により構成さ
れ、粒界相中の結晶化合物相が粒界相全体に対し体積比
で２０％以上を占め、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
ある高熱伝導性窒化けい素を用いて構成する。
て、半導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前
記セラミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接
合されたリードフレームと、前記半導体チップとリード
フレームとを電気的に接続するボンディングワイヤとを
具備する半導体パッケージにおいて、上記セラミックス
基体として、窒化けい素粒子および粒界相により構成さ
れ、粒界相中の結晶化合物相が粒界相全体に対し体積比
で２０％以上を占め、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
ある高熱伝導性窒化けい素を用いて構成する。
【００１８】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部
材は、例えば以下の方法で製造される。すなわち、酸素
を１．７重量％以下、不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化けい素を９０重量％
以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下の窒化けい素粉末
に、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％を添加した原料混合体を成形して成形体を調製し、得
られた成形体を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰
囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類元素に
より焼結時に形成された液相が凝固する温度までに至る
焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設定し、得られ
た焼結体を研削研摩加工して製造される。
材は、例えば以下の方法で製造される。すなわち、酸素
を１．７重量％以下、不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化けい素を９０重量％
以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下の窒化けい素粉末
に、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％を添加した原料混合体を成形して成形体を調製し、得
られた成形体を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰
囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類元素に
より焼結時に形成された液相が凝固する温度までに至る
焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設定し、得られ
た焼結体を研削研摩加工して製造される。
【００１９】また上記製造方法において、上記原料混合
体に、さらにＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼
化物からなる群より選択される少なくとも１種を０．２
〜３．０重量％と、必要に応じてアルミナおよび窒化ア
ルミニウムの少なくとも一方を０．１〜２．０重量％と
を添加してもよい。
体に、さらにＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼
化物からなる群より選択される少なくとも１種を０．２
〜３．０重量％と、必要に応じてアルミナおよび窒化ア
ルミニウムの少なくとも一方を０．１〜２．０重量％と
を添加してもよい。
【００２０】上記製造方法によれば、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度が室温で８０kg／mm2 以上の機械的特性および熱
伝導特性が共に優れた窒化けい素構造部材が得られる。
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、三点曲
げ強度が室温で８０kg／mm2 以上の機械的特性および熱
伝導特性が共に優れた窒化けい素構造部材が得られる。
【００２１】本発明に係る構造部材の主原料となる窒化
けい素粉末としては、焼結性、強度および熱伝導率を考
慮して、酸素含有量が１．７重量％以下、好ましくは
０．５〜１．５重量％、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，
Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素
の含有量が０．３重量％以下、好ましくは０．２重量％
以下で、焼結性が優れたα相型窒化けい素を９０重量％
以上、好ましくは９３重量％以上含有し、平均粒径が
０．８μｍ以下、好ましくは０．４〜０．６μｍ程度の
微細な窒化けい素粉末を使用する。
けい素粉末としては、焼結性、強度および熱伝導率を考
慮して、酸素含有量が１．７重量％以下、好ましくは
０．５〜１．５重量％、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，
Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素
の含有量が０．３重量％以下、好ましくは０．２重量％
以下で、焼結性が優れたα相型窒化けい素を９０重量％
以上、好ましくは９３重量％以上含有し、平均粒径が
０．８μｍ以下、好ましくは０．４〜０．６μｍ程度の
微細な窒化けい素粉末を使用する。
【００２２】平均粒径が０．８μｍ以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
【００２３】またＦｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍ
ｎ，Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋは不純物陽イオン元素として熱
伝導性を阻害する物質として作用するため、６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の熱伝導率を確保するためには、上記不純物陽
イオン元素の含有量は合計で０．３重量％以下に設定さ
れる。特にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化
けい素を９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を
使用することにより、高密度の構造部材を製造すること
ができる。
ｎ，Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋは不純物陽イオン元素として熱
伝導性を阻害する物質として作用するため、６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の熱伝導率を確保するためには、上記不純物陽
イオン元素の含有量は合計で０．３重量％以下に設定さ
れる。特にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化
けい素を９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を
使用することにより、高密度の構造部材を製造すること
ができる。
【００２４】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。
【００２５】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して１．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が１．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず、一方、添加量が７．５重量％を超
える過量となると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の
低下や強度が低下し始めるので上記範囲に設定される。
特に好ましくは３．０〜６．０重量％に設定することが
望ましい。
料粉末に対して１．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が１．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず、一方、添加量が７．５重量％を超
える過量となると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の
低下や強度が低下し始めるので上記範囲に設定される。
特に好ましくは３．０〜６．０重量％に設定することが
望ましい。
【００２６】さらに、他の添加成分としてのアルミナ
（Ａｌ2 Ｏ3 ）は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能
を助長する役目を果すものであり、特に加圧焼結を行な
う場合に著しい効果を発揮するものである。Ａｌ2 Ｏ3
の添加量が０．１重量％未満の場合においては緻密化が
不充分である一方、２．０重量％を超える過量となる場
合には過量の粒界相を生成したり、または窒化けい素に
固溶し始め、熱伝導の低下が起こるため、添加量は２．
０重量％以下、好ましくは０．１〜２．０重量％の範囲
に設定される。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確
保するためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲に
設定することが望ましい。
（Ａｌ2 Ｏ3 ）は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能
を助長する役目を果すものであり、特に加圧焼結を行な
う場合に著しい効果を発揮するものである。Ａｌ2 Ｏ3
の添加量が０．１重量％未満の場合においては緻密化が
不充分である一方、２．０重量％を超える過量となる場
合には過量の粒界相を生成したり、または窒化けい素に
固溶し始め、熱伝導の低下が起こるため、添加量は２．
０重量％以下、好ましくは０．１〜２．０重量％の範囲
に設定される。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確
保するためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲に
設定することが望ましい。
【００２７】また、後述するＡｌＮと併用する場合に
は、その合計添加量は２．０重量％以下に設定すること
が望ましい。
は、その合計添加量は２．０重量％以下に設定すること
が望ましい。
【００２８】さらに他の添加成分としての窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。
【００２９】ＡｌＮの添加量が０．３重量％未満（アル
ミナと併用する場合では０．１重量％未満）の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起こるた
め、添加量は２．０重量％以下、好ましくは０．３〜
２．０重量％の範囲に設定される。特に強度、熱伝導率
共に良好な性能を確保するためには添加量を０．５〜
１．５重量％の範囲に設定することが望ましい。なお前
記Ａｌ2 Ｏ3 と併用する場合には、ＡｌＮの添加量は
０．１〜２．０重量％の範囲が好ましい。
ミナと併用する場合では０．１重量％未満）の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起こるた
め、添加量は２．０重量％以下、好ましくは０．３〜
２．０重量％の範囲に設定される。特に強度、熱伝導率
共に良好な性能を確保するためには添加量を０．５〜
１．５重量％の範囲に設定することが望ましい。なお前
記Ａｌ2 Ｏ3 と併用する場合には、ＡｌＮの添加量は
０．１〜２．０重量％の範囲が好ましい。
【００３０】また他の添加成分として使用するＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，
炭化物、窒化物、けい化物、硼化物は、上記希土類元素
の焼結促進剤の機能を促進すると共に、結晶組織におい
て分散強化の機能を果しＳｉ3 Ｎ4 構造部材の機械的強
度を向上させるものである。これらの化合物の添加量が
０．２重量％未満の場合においては構造部材の緻密化が
不充分である一方、３．０重量％を超える過量となる場
合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の
低下が起こるため、添加量は０．２〜３．０重量％の範
囲に設定される。特に好ましくは０．３〜２．０重量％
に設定することが望ましい。
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，
炭化物、窒化物、けい化物、硼化物は、上記希土類元素
の焼結促進剤の機能を促進すると共に、結晶組織におい
て分散強化の機能を果しＳｉ3 Ｎ4 構造部材の機械的強
度を向上させるものである。これらの化合物の添加量が
０．２重量％未満の場合においては構造部材の緻密化が
不充分である一方、３．０重量％を超える過量となる場
合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の
低下が起こるため、添加量は０．２〜３．０重量％の範
囲に設定される。特に好ましくは０．３〜２．０重量％
に設定することが望ましい。
【００３１】また上記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物は窒
化けい素構造部材を着色し不透明性を付与する遮光剤と
しても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生
じ易い集積回路等を搭載する回路基板や半導体パッケー
ジなどの構造部材を製造する場合には、上記化合物を適
正に添加し、遮光性に優れた窒化けい素構造部材とする
ことが望ましい。
化けい素構造部材を着色し不透明性を付与する遮光剤と
しても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生
じ易い集積回路等を搭載する回路基板や半導体パッケー
ジなどの構造部材を製造する場合には、上記化合物を適
正に添加し、遮光性に優れた窒化けい素構造部材とする
ことが望ましい。
【００３２】また窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は焼結過
程における窒化けい素の蒸発などを抑制する一方、上記
焼結促進剤の機能をさらに助長し、アルミナと同様に上
記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ
などの酸化物の添加量を相対的に軽減する役目を果す。
これらアルミナや窒化アルミニウムなどのアルミニウム
化合物の添加量はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物などの添加量と密接な関係があ
る。すなわち上記Ｔｉ化合物等の添加量が０．２重量％
未満であり、かつＡｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮ等のアルミニ
ウム化合物が単独または併用して添加され、その添加量
が０．１重量％未満の場合においては緻密化が不充分で
ある一方、アルミニウム化合物の添加量が２．０重量％
を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成した
り、または窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起
こるため、添加量は０．１〜２．０重量％の範囲に設定
される。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保する
ためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲に設定す
ることが望ましい。
程における窒化けい素の蒸発などを抑制する一方、上記
焼結促進剤の機能をさらに助長し、アルミナと同様に上
記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ
などの酸化物の添加量を相対的に軽減する役目を果す。
これらアルミナや窒化アルミニウムなどのアルミニウム
化合物の添加量はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物などの添加量と密接な関係があ
る。すなわち上記Ｔｉ化合物等の添加量が０．２重量％
未満であり、かつＡｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮ等のアルミニ
ウム化合物が単独または併用して添加され、その添加量
が０．１重量％未満の場合においては緻密化が不充分で
ある一方、アルミニウム化合物の添加量が２．０重量％
を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成した
り、または窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起
こるため、添加量は０．１〜２．０重量％の範囲に設定
される。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保する
ためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲に設定す
ることが望ましい。
【００３３】また構造部材の気孔率は熱伝導率および強
度に大きく影響するため１．５％以下、望ましくは０．
５％以下に設定される。気孔率が１．５％を超えると熱
伝導の妨げとなり、構造部材の熱伝導率が低下するとと
もに、構造部材の強度低下が起こる。
度に大きく影響するため１．５％以下、望ましくは０．
５％以下に設定される。気孔率が１．５％を超えると熱
伝導の妨げとなり、構造部材の熱伝導率が低下するとと
もに、構造部材の強度低下が起こる。
【００３４】また、窒化けい素結晶組織に形成される粒
界相は構造部材の熱伝導率に大きく影響するため、本発
明に係る構造部材においては、体積比で粒界相の２０％
以上が結晶相で占めるようにすることが重要である。結
晶相が２０％未満では熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と
なるような放熱特性に優れ、かつ高温強度に優れた構造
部材が得られないからである。
界相は構造部材の熱伝導率に大きく影響するため、本発
明に係る構造部材においては、体積比で粒界相の２０％
以上が結晶相で占めるようにすることが重要である。結
晶相が２０％未満では熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上と
なるような放熱特性に優れ、かつ高温強度に優れた構造
部材が得られないからである。
【００３５】さらに上記のように窒化けい素構造部材の
気孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に
形成される粒界相の２０体積％以上が結晶相で占めるよ
うにするためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜
２０００℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ
焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下に調整制御することが必要である。
気孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に
形成される粒界相の２０体積％以上が結晶相で占めるよ
うにするためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜
２０００℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ
焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下に調整制御することが必要である。
【００３６】焼結温度を１８００℃未満に設定した場合
には、構造部材の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%
以上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してし
まう。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素
成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではな
く、常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より
窒化けい素の分解蒸発が始まる。
には、構造部材の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%
以上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してし
まう。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素
成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではな
く、常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より
窒化けい素の分解蒸発が始まる。
【００３７】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める体積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性が共に低下してしまう。
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める体積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性が共に低下してしまう。
【００３８】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下に制御することによ
り、粒界相の２０％以上望ましくは５０％以上が結晶相
になり、熱伝導率および機械的強度が共に優れた構造部
材が最終的に得られる。
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃程度である。そして少なくとも焼結温度から上記
液相凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下、好ましくは５０℃以下に制御することによ
り、粒界相の２０％以上望ましくは５０％以上が結晶相
になり、熱伝導率および機械的強度が共に優れた構造部
材が最終的に得られる。
【００３９】本発明に係る窒化けい素構造部材は、例え
ば以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前
記所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が少ない微
細な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バ
インダ等の必要な添加剤およびＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮまた
はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物を加えて原料混合体を調
整し、次に得られた原料混合体を成形して所定形状の成
形体を得る。原料混合体の成形法としては、汎用の金型
プレス法、あるいはドクターブレード法のようなシート
成形法なども適用できる。上記成形操作に引き続いて、
成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜８００℃で１
〜２時間加熱して、予め添加していた有機バインダ成分
を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理された成形体
を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス
雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定時間雰囲
気加圧焼結を行い、さらに得られた焼結体を研削研摩加
工して所定形状の窒化けい素構造部材が得られる。
ば以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前
記所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が少ない微
細な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バ
インダ等の必要な添加剤およびＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮまた
はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物を加えて原料混合体を調
整し、次に得られた原料混合体を成形して所定形状の成
形体を得る。原料混合体の成形法としては、汎用の金型
プレス法、あるいはドクターブレード法のようなシート
成形法なども適用できる。上記成形操作に引き続いて、
成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜８００℃で１
〜２時間加熱して、予め添加していた有機バインダ成分
を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理された成形体
を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガス
雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定時間雰囲
気加圧焼結を行い、さらに得られた焼結体を研削研摩加
工して所定形状の窒化けい素構造部材が得られる。
【００４０】上記製法によって製造された窒化けい素構
造部材は気孔率が１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５
℃）以上の高熱伝導率を有し、また三点曲げ強度が常温
で８０kg／mm2 以上と機械的特性にも優れている。
造部材は気孔率が１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５
℃）以上の高熱伝導率を有し、また三点曲げ強度が常温
で８０kg／mm2 以上と機械的特性にも優れている。
【００４１】
【実施例】次に本発明を以下に示す実施例を参照して具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００４２】実施例１〜３ 酸素を１．３重量％、不純物陽イオン元素を０．１５重
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ2 Ｏ
3 （アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エチルアル
コール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末
混合体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機
バインダを所定量添加して均一に混合した後に、１００
０kg／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅
５０mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られ
た成形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂
した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧に
て１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後
に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼
結炉内温度が１５００℃まで降下するまでの間における
焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例
１）、５０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr（実施例
３）となるように調整して焼結体を冷却し、さらに得ら
れた各焼結体を研摩加工してそれぞれ実施例１〜３に係
る窒化けい素構造部材を調製した。
量％含有し、α相型窒化けい素９７％を含む平均粒径
０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対して、焼結助剤
として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸化イットリウ
ム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍのＡｌ2 Ｏ
3 （アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エチルアル
コール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して原料粉末
混合体を調整した。次に得られた原料粉末混合体に有機
バインダを所定量添加して均一に混合した後に、１００
０kg／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ５０mm×幅
５０mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。次に得られ
た成形体を７００℃の雰囲気ガス中において２時間脱脂
した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中７．５気圧に
て１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結を実施した後
に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量を制御して焼
結炉内温度が１５００℃まで降下するまでの間における
焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr（実施例
１）、５０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr（実施例
３）となるように調整して焼結体を冷却し、さらに得ら
れた各焼結体を研摩加工してそれぞれ実施例１〜３に係
る窒化けい素構造部材を調製した。
【００４３】比較例１ 一方、緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をＯＦＦに
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素構造部材を調製した。
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素構造部材を調製した。
【００４４】比較例２ 酸素を１．５重量％、不純物陽イオン元素を０．６重量
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素構造
部材を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素構造
部材を調製した。
【００４５】比較例３ 酸素を１．７重量％、不純物陽イオン元素を０．７重量
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素構造部
材を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素構造部
材を調製した。
【００４６】こうして得た実施例１〜３および比較例１
〜３に係る窒化けい素構造部材について気孔率、熱伝導
率（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各構造部材をＸ線回折法によって粒界相に
占める結晶相の割合（体積比）を測定し、各表１に示す
結果を得た。
〜３に係る窒化けい素構造部材について気孔率、熱伝導
率（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各構造部材をＸ線回折法によって粒界相に
占める結晶相の割合（体積比）を測定し、各表１に示す
結果を得た。
【００４７】
【表１】
【００４８】表１に示す結果から明らかなように実施例
１〜３に係る窒化けい素構造部材においては、比較例１
と比較して緻密化焼結完了直後における焼結体の冷却速
度を従来より低く設定しているため、粒界相に結晶相を
含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱伝導率を有す
る放熱性の高い高強度構造部材が得られた。
１〜３に係る窒化けい素構造部材においては、比較例１
と比較して緻密化焼結完了直後における焼結体の冷却速
度を従来より低く設定しているため、粒界相に結晶相を
含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱伝導率を有す
る放熱性の高い高強度構造部材が得られた。
【００４９】一方、比較例１のように焼結体の冷却速度
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成さ
れ熱伝導率が低下した。
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く含有
した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速度を
実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形成さ
れ熱伝導率が低下した。
【００５０】さらに比較例３のように平均粒径が１．１
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低下した。
【００５１】実施例４〜１２および比較例４〜７ 実施例４〜１２として実施例１において使用した窒化け
い素粉末とＹ2 Ｏ3粉末とＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表２に示
す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調
製した。
い素粉末とＹ2 Ｏ3粉末とＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表２に示
す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調
製した。
【００５２】次に得られた各原料混合体を実施例１と同
一条件で成形脱脂処理した後、表２に示す条件で焼結処
理し、さらに研摩加工してそれぞれ実施例４〜１２に係
る窒化けい素構造部材を製造した。
一条件で成形脱脂処理した後、表２に示す条件で焼結処
理し、さらに研摩加工してそれぞれ実施例４〜１２に係
る窒化けい素構造部材を製造した。
【００５３】一方比較例４〜７として表２に示すように
Ａｌ2 Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例４）、Ｙ2
Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例５）、Ａｌ2 Ｏ3
を過量に添加したもの（比較例６）、Ｙ2 Ｏ3 を過量に
添加したもの（比較例７）の原料混合体をそれぞれ調製
し、実施例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施
してそれぞれ比較例４〜７に係る窒化けい素構造部材を
製造した。
Ａｌ2 Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例４）、Ｙ2
Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例５）、Ａｌ2 Ｏ3
を過量に添加したもの（比較例６）、Ｙ2 Ｏ3 を過量に
添加したもの（比較例７）の原料混合体をそれぞれ調製
し、実施例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施
してそれぞれ比較例４〜７に係る窒化けい素構造部材を
製造した。
【００５４】こうして製造した実施例４〜１２および比
較例４〜７に係る各窒化けい素構造部材について実施例
１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５℃）、室温での
三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法による粒界相に占め
る結晶相の割合を測定し、下記表２に示す結果を得た。
較例４〜７に係る各窒化けい素構造部材について実施例
１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５℃）、室温での
三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法による粒界相に占め
る結晶相の割合を測定し、下記表２に示す結果を得た。
【００５５】
【表２】
【００５６】表２に示す結果から明らかなように、Ｙ2
Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 を所定量含有し、焼結後の冷却速度を
所定に設定した実施例４〜１２に係る構造部材は、いず
れも高熱伝導率で高強度値を有している。一方、比較例
４〜７に示すように、Ｙ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 の少なくと
も１種の成分が過少量、あるいは過量添加された場合
は、緻密化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは
粒界相に占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強
度が低下、または熱伝導率が劣ることが確認された。
Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 を所定量含有し、焼結後の冷却速度を
所定に設定した実施例４〜１２に係る構造部材は、いず
れも高熱伝導率で高強度値を有している。一方、比較例
４〜７に示すように、Ｙ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 の少なくと
も１種の成分が過少量、あるいは過量添加された場合
は、緻密化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは
粒界相に占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強
度が低下、または熱伝導率が劣ることが確認された。
【００５７】実施例１３〜１６ 実施例１３〜１６として実施例１において使用したＹ2
Ｏ3 粉末に置き換えて表３に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で実施例１３〜１６に係る
窒化けい素構造部材を製造した。
Ｏ3 粉末に置き換えて表３に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で実施例１３〜１６に係る
窒化けい素構造部材を製造した。
【００５８】こうして得た実施例１３〜１６に係る構造
部材について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
による粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表３に
示す結果を得た。
部材について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
による粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表３に
示す結果を得た。
【００５９】
【表３】
【００６０】表３に示す結果から明らかなようにＹ2 Ｏ
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例１３〜
１６に係る構造部材はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能
を有することが確認された。
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例１３〜
１６に係る構造部材はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能
を有することが確認された。
【００６１】次に本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構
造部材を、種々の半導体装置部品，摺動部材，高温耐食
性部材，外囲器等に適用した例について、以下の実施例
を参照して説明する。
造部材を、種々の半導体装置部品，摺動部材，高温耐食
性部材，外囲器等に適用した例について、以下の実施例
を参照して説明する。
【００６２】実施例１７ 図１は、本発明に係る半導体パッケージの一実施例の構
成を示す断面図であり、特にＦｅ−Ｎｉ系リードフレー
ム５を接合したＱＦＰ（クウァド型フラットパッケー
ジ）を例示したものである。図１において、セラミック
ス基体１には、半導体チップ２の収容部となるキャビテ
ィ１ａが形成される。上記セラミックス基体１のキャビ
ティ１ａ内には、チップ搭載部３が設けられており、こ
のチップ搭載部３上に半導体チップ２が接合搭載されて
いる。また、上記セラミックス基体１の半導体チップ２
の搭載面側、すなわちセラミックス基体１の外縁側凸状
端面上には、固着用ガラス４等によって、リードフレー
ム５が接合されている。リードフレーム５と半導体チッ
プ２の各電極とは、ボンディングワイヤ６によって電気
的に接続されている。また半導体チップ２が接合，搭載
されたセラミックス基体１の上面側には、上述したリー
ドフレーム５を介して、セラミックス封止部材（キャッ
プまたはリッド）７が、封着ガラス８、例えば低融点ガ
ラスによって接合されている。この封止部材７により、
半導体チップ２は気密封止されている。
成を示す断面図であり、特にＦｅ−Ｎｉ系リードフレー
ム５を接合したＱＦＰ（クウァド型フラットパッケー
ジ）を例示したものである。図１において、セラミック
ス基体１には、半導体チップ２の収容部となるキャビテ
ィ１ａが形成される。上記セラミックス基体１のキャビ
ティ１ａ内には、チップ搭載部３が設けられており、こ
のチップ搭載部３上に半導体チップ２が接合搭載されて
いる。また、上記セラミックス基体１の半導体チップ２
の搭載面側、すなわちセラミックス基体１の外縁側凸状
端面上には、固着用ガラス４等によって、リードフレー
ム５が接合されている。リードフレーム５と半導体チッ
プ２の各電極とは、ボンディングワイヤ６によって電気
的に接続されている。また半導体チップ２が接合，搭載
されたセラミックス基体１の上面側には、上述したリー
ドフレーム５を介して、セラミックス封止部材（キャッ
プまたはリッド）７が、封着ガラス８、例えば低融点ガ
ラスによって接合されている。この封止部材７により、
半導体チップ２は気密封止されている。
【００６３】ここで上記セラミックス基体１およびセラ
ミックス封止部材７は共に前記実施例１〜１６に示す高
熱伝導性窒化けい素構造部材で形成されている。こうし
て実施例１７に係る半導体パッケージ９が構成されてい
る。
ミックス封止部材７は共に前記実施例１〜１６に示す高
熱伝導性窒化けい素構造部材で形成されている。こうし
て実施例１７に係る半導体パッケージ９が構成されてい
る。
【００６４】上記半導体パッケージよれば、熱伝導性お
よび強度が共に優れた窒化けい素構造部材により、セラ
ミックス基体１およびセラミックス封止部材７を構成し
ているため、放熱性が良好であり、半導体チップ２の高
出力化，高発熱化に充分に対応することができると同時
に、実装時に作用する外力による割れや熱膨脹差に起因
する割れの発生も少なく、長期間に亘って安定した動作
信頼性を確保することができる。
よび強度が共に優れた窒化けい素構造部材により、セラ
ミックス基体１およびセラミックス封止部材７を構成し
ているため、放熱性が良好であり、半導体チップ２の高
出力化，高発熱化に充分に対応することができると同時
に、実装時に作用する外力による割れや熱膨脹差に起因
する割れの発生も少なく、長期間に亘って安定した動作
信頼性を確保することができる。
【００６５】実施例１８ 図２は本発明に係る半導体パッケージの他の実施例の構
成を示す断面図である。図２に示す半導体パッケージ９
ａは、図１に示す半導体パッケージ９のセラミックス封
止部材７に代えて、キャビティ１ａに封着用ガラス１０
を流し込むことにより、半導体チップ２を気密封止した
以外は実施例１７と同様に構成している。
成を示す断面図である。図２に示す半導体パッケージ９
ａは、図１に示す半導体パッケージ９のセラミックス封
止部材７に代えて、キャビティ１ａに封着用ガラス１０
を流し込むことにより、半導体チップ２を気密封止した
以外は実施例１７と同様に構成している。
【００６６】この半導体パッケージ９ａにおいても、実
施例１７と同様に放熱性および耐久性が共に改善され
る。
施例１７と同様に放熱性および耐久性が共に改善され
る。
【００６７】実施例１９ 図３は本発明に係る半導体パッケージのその他の実施例
の構成を示す断面図である。
の構成を示す断面図である。
【００６８】図３に示す半導体パッケージ９ｂは、図２
に示す半導体パッケージ９ａのキャビティ１ａを有する
セラミックス基体１に代えて、平板状のセラミックス基
体１ｂを使用するとともに、このセラミックス基体１ｂ
の上面に四角枠状の金属リング１１を一体に固着し、さ
らにこの金属リング１１上面側に半田層１２を介してリ
ードフレーム５を一体に接合して構成される。また金属
リング１１中央部に形成したキャビティ１ａに封着用ガ
ラス１０を流し込むことにより、半導体チップ２を気密
封止している。
に示す半導体パッケージ９ａのキャビティ１ａを有する
セラミックス基体１に代えて、平板状のセラミックス基
体１ｂを使用するとともに、このセラミックス基体１ｂ
の上面に四角枠状の金属リング１１を一体に固着し、さ
らにこの金属リング１１上面側に半田層１２を介してリ
ードフレーム５を一体に接合して構成される。また金属
リング１１中央部に形成したキャビティ１ａに封着用ガ
ラス１０を流し込むことにより、半導体チップ２を気密
封止している。
【００６９】本実施例１９に係る半導体パッケージ９ｂ
によれば、セラミックス基体１ｂを高熱伝導性窒化けい
素構造部材で形成し、さらに熱伝導性が高い金属リング
１１を介装して構成しているため、さらに放熱特性が改
善される。
によれば、セラミックス基体１ｂを高熱伝導性窒化けい
素構造部材で形成し、さらに熱伝導性が高い金属リング
１１を介装して構成しているため、さらに放熱特性が改
善される。
【００７０】なお上記実施例１７〜１９においては、半
導体パッケージとしてＱＦＰ（クウァドフラットパッケ
ージ）について例示しているが、これに限定されるもの
ではなく、他にリードフレームを用いたＤＩＰ（デュア
ルインラインパッケージ），リードピンを用いたＰＧＡ
（ピングリッドアレイ），入出力用のランドを用いたＬ
ＧＡ（ランドグリッドアレイ）等の半導体パッケージに
ついても同様に適用することが可能である。
導体パッケージとしてＱＦＰ（クウァドフラットパッケ
ージ）について例示しているが、これに限定されるもの
ではなく、他にリードフレームを用いたＤＩＰ（デュア
ルインラインパッケージ），リードピンを用いたＰＧＡ
（ピングリッドアレイ），入出力用のランドを用いたＬ
ＧＡ（ランドグリッドアレイ）等の半導体パッケージに
ついても同様に適用することが可能である。
【００７１】実施例２０ 図４および図５は、それぞれ本発明に係る高熱伝導性窒
化けい素構造部材を摺動部材として使用した密閉型ロー
タリ圧縮機の構成例を示す縦断面図および平断面図であ
る。
化けい素構造部材を摺動部材として使用した密閉型ロー
タリ圧縮機の構成例を示す縦断面図および平断面図であ
る。
【００７２】この圧縮機２１は、ケーシング２２の内部
にモータ２３ａと圧縮要素２３ｂとを内装し、圧縮要素
２３ｂはモータ２３から延びる回転軸２４を主軸受２５
と副軸受２６とに挿通され、この主軸受２５と副軸受２
６との間に、仕切板２７を介して２基のシリンダ２８
ａ，２８ｂを配設し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内にお
いて、前記回転軸２４に形成された偏心部２９ａ，２９
ｂにそれぞれ円筒状のローラ３０ａ，３０ｂを嵌合させ
る一方、図５に示すように偏心回転するローラ３０ａ，
３０ｂに対して常時押し付けて接触するように、ベーン
３１ａ，３１ｂが配設されて構成される。ベーン３１
ａ，３１ｂは、偏心部２９ａ，２９ｂおよびローラ３０
ａ，３０ｂの回転に応じて各ローラ外周面に摺接しなが
ら往復動し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内部を圧力的に
仕切る役割を果している。
にモータ２３ａと圧縮要素２３ｂとを内装し、圧縮要素
２３ｂはモータ２３から延びる回転軸２４を主軸受２５
と副軸受２６とに挿通され、この主軸受２５と副軸受２
６との間に、仕切板２７を介して２基のシリンダ２８
ａ，２８ｂを配設し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内にお
いて、前記回転軸２４に形成された偏心部２９ａ，２９
ｂにそれぞれ円筒状のローラ３０ａ，３０ｂを嵌合させ
る一方、図５に示すように偏心回転するローラ３０ａ，
３０ｂに対して常時押し付けて接触するように、ベーン
３１ａ，３１ｂが配設されて構成される。ベーン３１
ａ，３１ｂは、偏心部２９ａ，２９ｂおよびローラ３０
ａ，３０ｂの回転に応じて各ローラ外周面に摺接しなが
ら往復動し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内部を圧力的に
仕切る役割を果している。
【００７３】こうして圧縮機２１は、モータ２３の駆動
によって前記ローラ３０ａ，３０ｂをシリンダ２８ａ，
２８ｂ内において偏心回転させることにより、吸込口３
２を通り、シリンダ２８ａ，２８ｂ内の吸込チャンバ３
３ａ，３３ｂに吸入したガスを圧縮チャンバ３４ａ，３
４ｂ方向に移動させながら圧縮して吐出口３５から吐出
するものである。
によって前記ローラ３０ａ，３０ｂをシリンダ２８ａ，
２８ｂ内において偏心回転させることにより、吸込口３
２を通り、シリンダ２８ａ，２８ｂ内の吸込チャンバ３
３ａ，３３ｂに吸入したガスを圧縮チャンバ３４ａ，３
４ｂ方向に移動させながら圧縮して吐出口３５から吐出
するものである。
【００７４】上記のような圧縮機２１において、シリン
ダ２８ａ，２８ｂを、実施例１〜１６に係る高熱伝導性
窒化けい素構造部材で形成し、連続的に３０００時間運
転する耐久試験を実施し、シリンダ２８ａ，２８ｂの内
面の摩耗量を測定した結果、従来の金属材であるＦＣ２
００で形成したシリンダと比較して摩耗量が１／１５程
度に減少し、優れた耐摩耗性と耐久性が発揮されること
が確認できた。またシリンダ内面における焼付きなどの
異常現象も観察されず、初期摺動特性も改善されること
が判明した。
ダ２８ａ，２８ｂを、実施例１〜１６に係る高熱伝導性
窒化けい素構造部材で形成し、連続的に３０００時間運
転する耐久試験を実施し、シリンダ２８ａ，２８ｂの内
面の摩耗量を測定した結果、従来の金属材であるＦＣ２
００で形成したシリンダと比較して摩耗量が１／１５程
度に減少し、優れた耐摩耗性と耐久性が発揮されること
が確認できた。またシリンダ内面における焼付きなどの
異常現象も観察されず、初期摺動特性も改善されること
が判明した。
【００７５】またローラ３０ａ，３０ｂを実施例１〜１
６の高熱伝導性窒化けい素構造部材で形成し、同様に実
機耐久試験を実施してローラ３０ａ，３０ｂの摩耗量を
測定したところ、従来のモニクロ鋳鉄製のローラと比較
して、摩耗量が１／１５程度に減少した。
６の高熱伝導性窒化けい素構造部材で形成し、同様に実
機耐久試験を実施してローラ３０ａ，３０ｂの摩耗量を
測定したところ、従来のモニクロ鋳鉄製のローラと比較
して、摩耗量が１／１５程度に減少した。
【００７６】さらにベーン３１ａ，３１ｂを各実施例の
窒化けい素構造部材で形成し、耐久試験後の摩耗状況を
確認したところ、従来のＳＫＨ−５１製のベーンと比較
して、摩耗量は同様に１／１５に減少し、圧縮機の耐久
性を大幅に延伸できることが確認できた。
窒化けい素構造部材で形成し、耐久試験後の摩耗状況を
確認したところ、従来のＳＫＨ−５１製のベーンと比較
して、摩耗量は同様に１／１５に減少し、圧縮機の耐久
性を大幅に延伸できることが確認できた。
【００７７】なお摺動部材としての主軸受２５，副軸受
２６および仕切板２７については、実機耐久試験を実施
していないが、シリンダ，ローラと同様に優れた耐摩耗
性および耐久性が期待できる。
２６および仕切板２７については、実機耐久試験を実施
していないが、シリンダ，ローラと同様に優れた耐摩耗
性および耐久性が期待できる。
【００７８】実施例２１ 図６は本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を、
高温耐食性部材，摺動部材として使用したディーゼルエ
ンジンの構成を示す断面図である。前記実施例１〜１６
に係る各窒化けい素構造部材は高温強度にも優れてお
り、これらの部材を、図６に示すディーゼルエンジンな
どの熱機関の構成部品として使用することにより、金属
材料で形成した場合と比較して、運転温度を高く設定す
ることが可能になり、熱効率の大幅な向上が実現する。
高温耐食性部材，摺動部材として使用したディーゼルエ
ンジンの構成を示す断面図である。前記実施例１〜１６
に係る各窒化けい素構造部材は高温強度にも優れてお
り、これらの部材を、図６に示すディーゼルエンジンな
どの熱機関の構成部品として使用することにより、金属
材料で形成した場合と比較して、運転温度を高く設定す
ることが可能になり、熱効率の大幅な向上が実現する。
【００７９】各実施例に係る窒化けい素構造部材の具体
的な適用対象は、それらの要求特性に応じて次のような
構造部品がある。すなわち高温度の燃焼ガス雰囲気内に
おいて、バルブ４０と繰り返して接触するシリンダーヘ
ッド４１，バルブ４０の本体部，予備燃焼室用のホット
プラグ４２およびグロープラグ４３などの高温耐食性部
材がある。また相互に高速度で摺動し、高温度燃焼ガス
と接触するシリンダーライナー４４およびピストンクラ
ウン４５など、耐摩耗性および高温耐食性を共に必要と
する構造部品にも使用できる。またエンジンシリンダー
外部を構成する部品として、バルブ４０を進退させるた
めに相互に摺動しながら往復動するロッカーアームチッ
プ４６およびトップシート４７やタペット４８，カム４
９などの摺動部品に前記実施例の窒化けい素構造部材を
適用することもできる。
的な適用対象は、それらの要求特性に応じて次のような
構造部品がある。すなわち高温度の燃焼ガス雰囲気内に
おいて、バルブ４０と繰り返して接触するシリンダーヘ
ッド４１，バルブ４０の本体部，予備燃焼室用のホット
プラグ４２およびグロープラグ４３などの高温耐食性部
材がある。また相互に高速度で摺動し、高温度燃焼ガス
と接触するシリンダーライナー４４およびピストンクラ
ウン４５など、耐摩耗性および高温耐食性を共に必要と
する構造部品にも使用できる。またエンジンシリンダー
外部を構成する部品として、バルブ４０を進退させるた
めに相互に摺動しながら往復動するロッカーアームチッ
プ４６およびトップシート４７やタペット４８，カム４
９などの摺動部品に前記実施例の窒化けい素構造部材を
適用することもできる。
【００８０】上記実施例２１に示すディーゼルエンジン
のように、高温耐食性部材および摺動部材として、前記
実施例の窒化けい素構造部材を使用することにより、従
来の金属製部材と比較して、その構造部材の耐摩耗性，
耐食性を大幅に改善することができると共に、エンジン
の運転温度を高めることが可能になり、熱効率の改善も
図ることができる。
のように、高温耐食性部材および摺動部材として、前記
実施例の窒化けい素構造部材を使用することにより、従
来の金属製部材と比較して、その構造部材の耐摩耗性，
耐食性を大幅に改善することができると共に、エンジン
の運転温度を高めることが可能になり、熱効率の改善も
図ることができる。
【００８１】また図６に示すディーゼルエンジンに限ら
ず、ガソリンエンジンにも適用できる対象部品として、
燃焼用空気を加圧してエンジンに送り込む、ターボチャ
ージャー（過給器）のロータ（回転翼）５０がある。特
にこのターボチャージャーロータ５０を各実施例の窒化
けい素構造部材で形成して軽量化を図ることにより、タ
ーボチャージャーの加速応答性をも改善することができ
る。
ず、ガソリンエンジンにも適用できる対象部品として、
燃焼用空気を加圧してエンジンに送り込む、ターボチャ
ージャー（過給器）のロータ（回転翼）５０がある。特
にこのターボチャージャーロータ５０を各実施例の窒化
けい素構造部材で形成して軽量化を図ることにより、タ
ーボチャージャーの加速応答性をも改善することができ
る。
【００８２】実施例２２ 図７は、前記実施例１〜１６に係る窒化けい素構造部材
の他の実施例であり、航空機用もしくは発電用ガスター
ビンの動翼（ロータ）５５として形成した例を示す斜視
図である。ガスタービン動翼５５は、運転時に高温度の
燃焼ガスと接触する上に、回転時の遠心力によって翼の
長手方向に過大な引張応力が作用する。しかるにガスタ
ービン動翼５５を、高温強度および高温耐食性に優れた
各実施例の窒化けい素構造部材によって形成することに
より、従来の超合金製の動翼と比較して耐久性を大幅に
改善することができる。また金属製動翼と比較して軽量
化が可能であり、作用する遠心力も低減できる上に、高
価な超合金原料を使用しないため、安価に製造すること
ができる。さらに、金属製動翼の場合と比較して運転温
度を高めることが可能であり、熱機関としてのガスター
ビンの運転熱効率を高め燃費を低減することもできる。
の他の実施例であり、航空機用もしくは発電用ガスター
ビンの動翼（ロータ）５５として形成した例を示す斜視
図である。ガスタービン動翼５５は、運転時に高温度の
燃焼ガスと接触する上に、回転時の遠心力によって翼の
長手方向に過大な引張応力が作用する。しかるにガスタ
ービン動翼５５を、高温強度および高温耐食性に優れた
各実施例の窒化けい素構造部材によって形成することに
より、従来の超合金製の動翼と比較して耐久性を大幅に
改善することができる。また金属製動翼と比較して軽量
化が可能であり、作用する遠心力も低減できる上に、高
価な超合金原料を使用しないため、安価に製造すること
ができる。さらに、金属製動翼の場合と比較して運転温
度を高めることが可能であり、熱機関としてのガスター
ビンの運転熱効率を高め燃費を低減することもできる。
【００８３】上記実施例は窒化けい素構造部材をガスタ
ービンの動翼５５に適用した例で示しているが、他の適
用対象として、ガスタービンの静翼（ステータ），燃焼
筒，熱交換器等の構造部材に適用することもできる。
ービンの動翼５５に適用した例で示しているが、他の適
用対象として、ガスタービンの静翼（ステータ），燃焼
筒，熱交換器等の構造部材に適用することもできる。
【００８４】実施例２３ 図８は、熱伝導率が１１５Ｗ／ｍ・Ｋで三点曲げ強度が
９８kg／mm2 である実施例３に係る高熱伝導性窒化けい
素構造部材によって形成したセラミックス外囲器を有す
る超高周波用受信管６０の構造を示す断面図である。
９８kg／mm2 である実施例３に係る高熱伝導性窒化けい
素構造部材によって形成したセラミックス外囲器を有す
る超高周波用受信管６０の構造を示す断面図である。
【００８５】すなわち図８に示す超高周波用受信管６０
は、実施例３と同様な処理方法によって調製した窒化け
い素焼結体を研削研摩加工して所定形状のセラミックス
外囲器６１を形成し、このセラミックス外囲器６１内
に、陽極６２と，クリッド６３と，陰極６４と、ヒータ
６５とを組み込んで構成される。
は、実施例３と同様な処理方法によって調製した窒化け
い素焼結体を研削研摩加工して所定形状のセラミックス
外囲器６１を形成し、このセラミックス外囲器６１内
に、陽極６２と，クリッド６３と，陰極６４と、ヒータ
６５とを組み込んで構成される。
【００８６】上記超高周波用受信管６０によれば、熱伝
導率が高く、かつ構造強度に優れた窒化けい素構造部材
としてのセラミックス外囲器６１を使用しているため、
放熱特性が良好であり、受信特性のパワーアップに充分
対応することが可能であり、かつ耐久性にも優れてい
る。
導率が高く、かつ構造強度に優れた窒化けい素構造部材
としてのセラミックス外囲器６１を使用しているため、
放熱特性が良好であり、受信特性のパワーアップに充分
対応することが可能であり、かつ耐久性にも優れてい
る。
【００８７】なお本実施例では、窒化けい素構造部材を
超高周波用受信管６０のセラミックス外囲器に適用した
例を示しているが、適用対象は上記受信管６０に限定さ
れず、特に電気絶縁性，耐熱性および構造強度が要求さ
れるＸ線管，マグネトロン，アレスタ等の電子管用の外
囲器または各種送信管用の外囲器を構成する材料として
使用することもできる。
超高周波用受信管６０のセラミックス外囲器に適用した
例を示しているが、適用対象は上記受信管６０に限定さ
れず、特に電気絶縁性，耐熱性および構造強度が要求さ
れるＸ線管，マグネトロン，アレスタ等の電子管用の外
囲器または各種送信管用の外囲器を構成する材料として
使用することもできる。
【００８８】実施例２４ 図９は、本発明に係る窒化けい素構造部材を、高周波溶
接管製造機の成形用ロールに適用した例を示す側面図で
ある。図９に示すように、この高周波溶接管製造機は、
所定寸法の帯鋼７１を所定方向に加圧して円筒状のオー
プンパイプ７２を形成する複数の成形用ロール７３ａ，
７３ｂ…と、高周波溶接器７４とから成り、高周波溶接
器７４はオープンパイプ７２の溶接点Ｐの直前でパイプ
外周に沿って配設されたワークコイル７５と、ワークコ
イル７５に高周波電流を供給する電源７６とから成る。
また上記成形用ロール７３ａ，７３ｂは、実施例３と同
様な製法で調製された窒化けい素焼結体を研削研摩加工
して形成されている。
接管製造機の成形用ロールに適用した例を示す側面図で
ある。図９に示すように、この高周波溶接管製造機は、
所定寸法の帯鋼７１を所定方向に加圧して円筒状のオー
プンパイプ７２を形成する複数の成形用ロール７３ａ，
７３ｂ…と、高周波溶接器７４とから成り、高周波溶接
器７４はオープンパイプ７２の溶接点Ｐの直前でパイプ
外周に沿って配設されたワークコイル７５と、ワークコ
イル７５に高周波電流を供給する電源７６とから成る。
また上記成形用ロール７３ａ，７３ｂは、実施例３と同
様な製法で調製された窒化けい素焼結体を研削研摩加工
して形成されている。
【００８９】原材料として投入された帯鋼７１は図示し
ない複数の成形用ロールによって加圧されて徐々に円筒
状のオープンパイプ７２に形成される。そしてオープン
パイプ７２が高周波溶接器のワークコイル７５を通過す
る際に、オープンパイプ７２内に加熱用電流が誘起さ
れ、図９に示す電流経路７７に沿って流れる。オープン
パイプ７２に形成されたＶ字形の突き合せ部７９ａ，７
９ｂをそれぞれ流れる電流はほぼ平行で逆方向に流れる
ため、いわゆる高周波電流の近接効果によって、電流は
突き合せ部７９ａ，７９ｂに集中する。その結果、突き
合せ部７９ａ，７９ｂは電流によるジュール熱で高温度
に加熱される。そしてオープンパイプ７２は、高周波溶
接器７４の直後に配設した成形用ロール（スクイズロー
ル，ガイドローラ）７３ａ，７３ｂによって横方向から
加圧されて、オープンパイプ７２の突き合せ部７９ａ，
７９ｂが一体に接合され溶接管７８となる。
ない複数の成形用ロールによって加圧されて徐々に円筒
状のオープンパイプ７２に形成される。そしてオープン
パイプ７２が高周波溶接器のワークコイル７５を通過す
る際に、オープンパイプ７２内に加熱用電流が誘起さ
れ、図９に示す電流経路７７に沿って流れる。オープン
パイプ７２に形成されたＶ字形の突き合せ部７９ａ，７
９ｂをそれぞれ流れる電流はほぼ平行で逆方向に流れる
ため、いわゆる高周波電流の近接効果によって、電流は
突き合せ部７９ａ，７９ｂに集中する。その結果、突き
合せ部７９ａ，７９ｂは電流によるジュール熱で高温度
に加熱される。そしてオープンパイプ７２は、高周波溶
接器７４の直後に配設した成形用ロール（スクイズロー
ル，ガイドローラ）７３ａ，７３ｂによって横方向から
加圧されて、オープンパイプ７２の突き合せ部７９ａ，
７９ｂが一体に接合され溶接管７８となる。
【００９０】ところで従来、上記成形用ロールを構成す
る材料としては、耐摩耗特性に優れた超硬合金などの金
属材料が一般に使用されていた。しかしながら、従来の
超硬合金製の成形用ロールにおいては、ロールの軸受部
が短期間に損傷し、異常振動を生じて製品不良を生じた
り、作用する衝撃力によって成形用ロールに割れ，変
形，傷を生じ製品の表面性状の悪化を生じたり、ロール
の温度上昇を防止するために散布する冷却水による熱衝
撃によって成形用ロールが破損するなどの種々の問題点
があった。
る材料としては、耐摩耗特性に優れた超硬合金などの金
属材料が一般に使用されていた。しかしながら、従来の
超硬合金製の成形用ロールにおいては、ロールの軸受部
が短期間に損傷し、異常振動を生じて製品不良を生じた
り、作用する衝撃力によって成形用ロールに割れ，変
形，傷を生じ製品の表面性状の悪化を生じたり、ロール
の温度上昇を防止するために散布する冷却水による熱衝
撃によって成形用ロールが破損するなどの種々の問題点
があった。
【００９１】しかるに本実施例のように、高温強度，耐
熱衝撃性，電気絶縁性，耐摩耗性に優れた窒化けい素構
造部材で成形用ロール７３ａ，７３ｂを形成しているた
め、高周波溶接器７４からの迷走電流等の漏洩を効果的
に防止でき、漏洩電流による軸受の電食による損傷を効
果的に防止することができる。また、従来材と比較し
て、軽量で耐摩耗性に優れているため、保守・取扱いが
容易であり、傷や変形を生じにくく、製品としての溶接
管の品質を大幅に向上させることができる。
熱衝撃性，電気絶縁性，耐摩耗性に優れた窒化けい素構
造部材で成形用ロール７３ａ，７３ｂを形成しているた
め、高周波溶接器７４からの迷走電流等の漏洩を効果的
に防止でき、漏洩電流による軸受の電食による損傷を効
果的に防止することができる。また、従来材と比較し
て、軽量で耐摩耗性に優れているため、保守・取扱いが
容易であり、傷や変形を生じにくく、製品としての溶接
管の品質を大幅に向上させることができる。
【００９２】特に本実施例の半導体用ロール７３ａ，７
３ｂを使用することにより、高周波溶接器７４からの漏
洩電流が殆どなくなり、従来の超硬合金製ロールを使用
した場合に比較して溶接用電力消費量が１０％程度低減
でき、大きな節電効果が得られた。また軸受等の電食に
よる損傷も少なく、従来の超硬合金製ロールの場合と比
較して、延稼動時間が７倍程度に延伸される結果、ロー
ル交換等の保守管理作業を大幅に簡素化することができ
た。
３ｂを使用することにより、高周波溶接器７４からの漏
洩電流が殆どなくなり、従来の超硬合金製ロールを使用
した場合に比較して溶接用電力消費量が１０％程度低減
でき、大きな節電効果が得られた。また軸受等の電食に
よる損傷も少なく、従来の超硬合金製ロールの場合と比
較して、延稼動時間が７倍程度に延伸される結果、ロー
ル交換等の保守管理作業を大幅に簡素化することができ
た。
【００９３】以上の実施例１７〜２４においては、本発
明に係る窒化けい素構造部材を半導体パッケージのセラ
ミックス基体，圧縮機の摺動部材，エンジンやガスター
ビンの高温耐食性部材および摺動部材，外囲器，鋼管製
造機の成形用ロールに適用した例で示しているが、本発
明の窒化けい素構造部材の適用対象はこれらに限定され
るものではなく、本来の高強度特性に加えて高熱伝導性
を併有し、さらに絶縁耐性，耐摩耗性，熱衝撃特性，軽
量性，金属溶湯に対する抵抗性，耐食性が優れた特性に
着目して広範囲に適用することが可能である。
明に係る窒化けい素構造部材を半導体パッケージのセラ
ミックス基体，圧縮機の摺動部材，エンジンやガスター
ビンの高温耐食性部材および摺動部材，外囲器，鋼管製
造機の成形用ロールに適用した例で示しているが、本発
明の窒化けい素構造部材の適用対象はこれらに限定され
るものではなく、本来の高強度特性に加えて高熱伝導性
を併有し、さらに絶縁耐性，耐摩耗性，熱衝撃特性，軽
量性，金属溶湯に対する抵抗性，耐食性が優れた特性に
着目して広範囲に適用することが可能である。
【００９４】例えば各種金属溶湯に濡れにくく、耐食性
に優れている特性を利用して、アルミニウム，亜鉛など
のダイキャスト装置のシリンダー部材やプランジャー部
材にも適用できる。さらに金属および金属化合物単結晶
の引上げ治具部材やるつぼなどの耐溶材料にも好適であ
る。さらに絶縁性，耐候性，高靭性等の特性を利用し
て、高圧電線等を保持する碍子に適用することもでき
る。さらに高強度，高剛性，耐摩耗特性，耐焼付き性を
利用して、各種ベアリングのボールおよび内外輪の構成
材として使用することもできる。また、銅や銅合金を押
出し成形によって製造する際に使用する押出ダイス，熱
間圧延用ガイドローラ，パイプアプセット用ダイスなど
の金属加工用構造部品に適用することもできる。さらに
優れた耐摩耗特性を利用して、ブラスト装置において高
硬度の粒子を噴射するノズルの構造材として使用するこ
ともできる。
に優れている特性を利用して、アルミニウム，亜鉛など
のダイキャスト装置のシリンダー部材やプランジャー部
材にも適用できる。さらに金属および金属化合物単結晶
の引上げ治具部材やるつぼなどの耐溶材料にも好適であ
る。さらに絶縁性，耐候性，高靭性等の特性を利用し
て、高圧電線等を保持する碍子に適用することもでき
る。さらに高強度，高剛性，耐摩耗特性，耐焼付き性を
利用して、各種ベアリングのボールおよび内外輪の構成
材として使用することもできる。また、銅や銅合金を押
出し成形によって製造する際に使用する押出ダイス，熱
間圧延用ガイドローラ，パイプアプセット用ダイスなど
の金属加工用構造部品に適用することもできる。さらに
優れた耐摩耗特性を利用して、ブラスト装置において高
硬度の粒子を噴射するノズルの構造材として使用するこ
ともできる。
【００９５】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る高熱伝導
性窒化けい素構造部材は、所定の純度および粒径を有す
る微細な窒化けい素粉末に希土類元素を所定量添加して
成形焼結し、焼結処理完了直後における焼結体の冷却速
度を毎時１００℃以下と小さく設定して製造されるた
め、従来の炉冷のような急速冷却を実施して製造した場
合と異なり、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変
化し、緻密で高強度かつ高い熱伝導率を有する構造部材
となる。したがって、この高熱伝導性窒化けい素構造部
材を、半導体用パッケージならびに放熱板などの電子用
部材，各種摺動部材，ガスタービンや自動車エンジンの
高温耐食性部材，電子管や受発信器のセラミックス外囲
器，成形用ロールなどの金属加工用構造部材等に適用す
ることにより、適用製品の耐久性，放熱性，寿命を大幅
に改善することができ、製品の高出力化，長寿命化に対
応することができる。
性窒化けい素構造部材は、所定の純度および粒径を有す
る微細な窒化けい素粉末に希土類元素を所定量添加して
成形焼結し、焼結処理完了直後における焼結体の冷却速
度を毎時１００℃以下と小さく設定して製造されるた
め、従来の炉冷のような急速冷却を実施して製造した場
合と異なり、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変
化し、緻密で高強度かつ高い熱伝導率を有する構造部材
となる。したがって、この高熱伝導性窒化けい素構造部
材を、半導体用パッケージならびに放熱板などの電子用
部材，各種摺動部材，ガスタービンや自動車エンジンの
高温耐食性部材，電子管や受発信器のセラミックス外囲
器，成形用ロールなどの金属加工用構造部材等に適用す
ることにより、適用製品の耐久性，放熱性，寿命を大幅
に改善することができ、製品の高出力化，長寿命化に対
応することができる。
【図１】本発明に係る半導体パッケージの一実施例の構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図２】本発明に係る半導体パッケージの他の実施例の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る半導体パッケージの他の実施例の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図４】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を
摺動部材として使用したロータリ式圧縮機の縦断面図。
摺動部材として使用したロータリ式圧縮機の縦断面図。
【図５】図４に示すロータリ式圧縮機の平断面図。
【図６】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材
を、高温耐食性部材および摺動部材として使用したディ
ーゼルエンジンの構成を示す断面図。
を、高温耐食性部材および摺動部材として使用したディ
ーゼルエンジンの構成を示す断面図。
【図７】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を
使用した形成したガスタービン動翼を示す斜視図。
使用した形成したガスタービン動翼を示す斜視図。
【図８】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を
使用した形成したセラミックス外囲器を備える超高周波
用受信管の構成を示す断面図。
使用した形成したセラミックス外囲器を備える超高周波
用受信管の構成を示す断面図。
【図９】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材と
しての成形用ロールを備える溶接管製造装置の側面図。
しての成形用ロールを備える溶接管製造装置の側面図。
【符号の説明】 １，１ｂ セラミックス基体（高熱伝導性窒化けい素構
造部材） １ａ キャビティ ２ 半導体チップ ３ チップ搭載部 ４ 固着用ガラス ５ リードフレーム ６ ボンディングワイヤ ７ セラミックス封止部材（リッド） ８ 封着ガラス（低融点ガラス） ９，９ａ，９ｂ 半導体パッケージ（ＱＦＰ） １０ 封着用ガラス １１ 金属リング １２ 半田層
造部材） １ａ キャビティ ２ 半導体チップ ３ チップ搭載部 ４ 固着用ガラス ５ リードフレーム ６ ボンディングワイヤ ７ セラミックス封止部材（リッド） ８ 封着ガラス（低融点ガラス） ９，９ａ，９ｂ 半導体パッケージ（ＱＦＰ） １０ 封着用ガラス １１ 金属リング １２ 半田層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 高熱伝導性窒化けい素構造部材および
半導体パッケージ
半導体パッケージ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス構造部材お
よびセラミックス半導体パッケージに関する。
よびセラミックス半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素を主成分とするセラミックス
焼結体は、一般に１０００℃以上の高温度環境下でも優
れた耐熱性を有し、かつ耐熱衝撃性にも優れていること
から、従来の耐熱性超合金に代わる高温構造材料として
ガスタービン用部品、エンジン用部品、製鋼用機械部品
等の各種高強度耐熱部品への応用が試みられている。ま
た、金属に対する耐食性が優れていることから溶融金属
の耐溶材料としての応用も試みられ、さらに耐摩耗性も
優れていることから、軸受等の摺動部材、切削工具への
実用化も図られている。
焼結体は、一般に１０００℃以上の高温度環境下でも優
れた耐熱性を有し、かつ耐熱衝撃性にも優れていること
から、従来の耐熱性超合金に代わる高温構造材料として
ガスタービン用部品、エンジン用部品、製鋼用機械部品
等の各種高強度耐熱部品への応用が試みられている。ま
た、金属に対する耐食性が優れていることから溶融金属
の耐溶材料としての応用も試みられ、さらに耐摩耗性も
優れていることから、軸受等の摺動部材、切削工具への
実用化も図られている。
【０００３】従来より窒化けい素セラミックス焼結体の
組成として、窒化けい素に酸化イットリウム（Ｙ
2 Ｏ3 ），酸化セリウム（ＣｅＯ），酸化カルシウム
（ＣａＯ）などの希土類元素あるいはアルカリ土類元素
の酸化物を焼結助剤として添加されたものが知られてお
り、これら焼結助剤により焼結性を高めて緻密化・高強
度化している。
組成として、窒化けい素に酸化イットリウム（Ｙ
2 Ｏ3 ），酸化セリウム（ＣｅＯ），酸化カルシウム
（ＣａＯ）などの希土類元素あるいはアルカリ土類元素
の酸化物を焼結助剤として添加されたものが知られてお
り、これら焼結助剤により焼結性を高めて緻密化・高強
度化している。
【０００４】従来の窒化けい素構造部材は、窒化けい素
粉末に上記のような焼結助剤を添加し成形し、得られた
成形体を１６００〜１８５０℃の温度で焼成炉で所定時
間焼成した後に炉冷し、得られた焼結体を研削研摩加工
する製法で製造されている。
粉末に上記のような焼結助剤を添加し成形し、得られた
成形体を１６００〜１８５０℃の温度で焼成炉で所定時
間焼成した後に炉冷し、得られた焼結体を研削研摩加工
する製法で製造されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来方法によって製造された窒化けい素焼結体は、靭性値
などの機械的強度は優れているものの、熱伝導率が、他
の窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）や炭化けい素（ＳｉＣ）などと比較して著しく小さ
いため放熱性が低く、高温環境下で使用される摺動部
材，外囲器等の構造部材、特にセラミックス半導体パッ
ケージに使用される半導体用基体などの電子用材料とし
ては実用化されておらず、用途範囲が狭い難点があっ
た。
来方法によって製造された窒化けい素焼結体は、靭性値
などの機械的強度は優れているものの、熱伝導率が、他
の窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ）や炭化けい素（ＳｉＣ）などと比較して著しく小さ
いため放熱性が低く、高温環境下で使用される摺動部
材，外囲器等の構造部材、特にセラミックス半導体パッ
ケージに使用される半導体用基体などの電子用材料とし
ては実用化されておらず、用途範囲が狭い難点があっ
た。
【０００６】一方上記窒化アルミニウムは他のセラミッ
クスと比較して高い熱伝導率と低熱膨張係数の特長を有
するため、高速化、高出力化、多機能化、大型化が進展
する半導体チップを搭載した回路基板材料や半導体パッ
ケージ用基体材料として普及しているが、機械的強度は
低い。そこで高強度を有するとともに高い熱伝導率も併
せ持ったセラミックス構造部材の開発が要請されてい
た。
クスと比較して高い熱伝導率と低熱膨張係数の特長を有
するため、高速化、高出力化、多機能化、大型化が進展
する半導体チップを搭載した回路基板材料や半導体パッ
ケージ用基体材料として普及しているが、機械的強度は
低い。そこで高強度を有するとともに高い熱伝導率も併
せ持ったセラミックス構造部材の開発が要請されてい
た。
【０００７】さらに上記窒化アルミニウムを外囲器とし
て半導体パッケージを構成し、実装ボードに固定しよう
とすると、半導体用基体（外囲器）の強度不足により半
導体パッケージを破損させる場合がある。したがって、
半導体パッケージ用の半導体用基体（外囲器）において
も、外力に耐える高強度特性と、高出力化，高発熱量化
に対応できる優れた放熱特性を兼ね備えたものが要請さ
れている。
て半導体パッケージを構成し、実装ボードに固定しよう
とすると、半導体用基体（外囲器）の強度不足により半
導体パッケージを破損させる場合がある。したがって、
半導体パッケージ用の半導体用基体（外囲器）において
も、外力に耐える高強度特性と、高出力化，高発熱量化
に対応できる優れた放熱特性を兼ね備えたものが要請さ
れている。
【０００８】本発明は上記のような課題要請に対処する
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れ
た窒化けい素焼結体を開発し、これを用いた摺動部材，
外囲器等の構造部材あるいはこれを用いた半導体パッケ
ージを提供することを目的とする。
ためになされたものであり、窒化けい素焼結体が本来備
える高強度特性に加えて、熱伝導率が高く放熱性に優れ
た窒化けい素焼結体を開発し、これを用いた摺動部材，
外囲器等の構造部材あるいはこれを用いた半導体パッケ
ージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者は上記目
的を達成するために、従来使用されていた窒化けい素粉
末の種類、焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結
体中に不純物として含有し熱伝導率を低下させる元素及
びその量，焼結条件等に検討を加え、従来の窒化けい素
焼結体の有する熱伝導率の２倍以上の高い熱伝導性を有
する窒化けい素焼結体を開発し、さらにこの窒化けい素
焼結体を構造部材として使用する際に効果が大きいこと
を確認した。
的を達成するために、従来使用されていた窒化けい素粉
末の種類、焼結助剤や添加物の種類および添加量、焼結
体中に不純物として含有し熱伝導率を低下させる元素及
びその量，焼結条件等に検討を加え、従来の窒化けい素
焼結体の有する熱伝導率の２倍以上の高い熱伝導性を有
する窒化けい素焼結体を開発し、さらにこの窒化けい素
焼結体を構造部材として使用する際に効果が大きいこと
を確認した。
【００１０】具体的には、微細で高純度を有する窒化け
い素粉末に希土類元素、必要に応じ窒化アルミニウム、
アルミナなどのアルミニウム成分を所定量ずつ添加した
原料混合体を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で
一定時間加熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定以
下の冷却速度で徐冷し、得られた焼結体を研削研摩加工
して製造したときに熱伝導率が従来の窒化けい素焼結体
の２倍以上、具体的には６０Ｗ／ｍ・Ｋを超える値を示
すほど大きく向上し、かつ高強度を有する窒化けい素焼
結体が得られることが判明し、放熱特性および強度特性
を共に満足する新規な窒化けい素材料を開発した。そし
て、この窒化けい素材料を、半導体パッケージの基板，
圧縮機の摺動部材，ガスタービンの高温耐食性部材，外
囲器，等の構造部材に適用したときに、優れた放熱特性
と耐久性とを同時に達成できることが判明した。なお、
ここで言う構造部材とは摺動部材，耐食性部材，一般の
外囲器等の他、半導体用パッケージの外囲器としての半
導体用基体をも含むものとする。
い素粉末に希土類元素、必要に応じ窒化アルミニウム、
アルミナなどのアルミニウム成分を所定量ずつ添加した
原料混合体を成形脱脂し、得られた成形体を所定温度で
一定時間加熱保持して緻密化焼結を実施した後、所定以
下の冷却速度で徐冷し、得られた焼結体を研削研摩加工
して製造したときに熱伝導率が従来の窒化けい素焼結体
の２倍以上、具体的には６０Ｗ／ｍ・Ｋを超える値を示
すほど大きく向上し、かつ高強度を有する窒化けい素焼
結体が得られることが判明し、放熱特性および強度特性
を共に満足する新規な窒化けい素材料を開発した。そし
て、この窒化けい素材料を、半導体パッケージの基板，
圧縮機の摺動部材，ガスタービンの高温耐食性部材，外
囲器，等の構造部材に適用したときに、優れた放熱特性
と耐久性とを同時に達成できることが判明した。なお、
ここで言う構造部材とは摺動部材，耐食性部材，一般の
外囲器等の他、半導体用パッケージの外囲器としての半
導体用基体をも含むものとする。
【００１１】また本発明においては、酸素や不純物陽イ
オン元素含有量を低減した高純度の窒化けい素原料粉末
を使用し、上記条件にて焼結することにより、粒界相に
おけるガラス相（非晶質相）の生成を効果的に抑制で
き、粒界相における結晶化合物を２０体積％以上，好ま
しくは５０体積％以上（粒界相全体に対し）とすること
により、希土類元素酸化物のみを原料粉末に添加した場
合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋを超える値の高熱伝導率を
有する窒化けい素構造部材が得られるという知見を得
た。
オン元素含有量を低減した高純度の窒化けい素原料粉末
を使用し、上記条件にて焼結することにより、粒界相に
おけるガラス相（非晶質相）の生成を効果的に抑制で
き、粒界相における結晶化合物を２０体積％以上，好ま
しくは５０体積％以上（粒界相全体に対し）とすること
により、希土類元素酸化物のみを原料粉末に添加した場
合においても６０Ｗ／ｍ・Ｋを超える値の高熱伝導率を
有する窒化けい素構造部材が得られるという知見を得
た。
【００１２】特に、従来、焼結操作終了後に焼成炉の加
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、冷却速度を毎時１００℃
以下に緩速に制御することにより、窒化けい素焼結体中
の粒界相を、結晶相を少なくとも２０体積％以上，好ま
しくは５０体積％以上（粒界相全体に対し）含む相にさ
せ、高強度特性と高伝熱特性とが同時に達成されること
が判明した。
熱用電源をＯＦＦとして焼結体を炉冷していた場合に
は、冷却速度が毎時４００〜８００℃と急速であった
が、本発明者の実験によれば、冷却速度を毎時１００℃
以下に緩速に制御することにより、窒化けい素焼結体中
の粒界相を、結晶相を少なくとも２０体積％以上，好ま
しくは５０体積％以上（粒界相全体に対し）含む相にさ
せ、高強度特性と高伝熱特性とが同時に達成されること
が判明した。
【００１３】本発明は上記知見に基づいて完成されたも
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
構造部材は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜
７．５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合
量で０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋを超える値、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるこ
とを特徴とする。
のである。すなわち本発明に係る高熱伝導性窒化けい素
構造部材は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜
７．５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合
量で０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋを超える値、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるこ
とを特徴とする。
【００１４】また他の態様として、窒化けい素粒子およ
び粒界相により構成され、粒界相中における結晶化合物
相が粒界相全体に対して体積比で２０％以上、好ましく
は５０体積％以上を占め、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋを
超える値、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを
特徴とする。この場合、特に結晶化合物相を粒界相全体
に対して体積比で５０体積％以上とし、更に前記不純物
陽イオン元素の含有量，焼結後の冷却速度等を制御する
ことにより、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには
１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化けい素構造部材
を得ることができる。
び粒界相により構成され、粒界相中における結晶化合物
相が粒界相全体に対して体積比で２０％以上、好ましく
は５０体積％以上を占め、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋを
超える値、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを
特徴とする。この場合、特に結晶化合物相を粒界相全体
に対して体積比で５０体積％以上とし、更に前記不純物
陽イオン元素の含有量，焼結後の冷却速度等を制御する
ことにより、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには
１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化けい素構造部材
を得ることができる。
【００１５】なお、本発明の高熱伝導性窒化けい素構造
部材は以上のような構成，組成，組織を有するものであ
るが、２つの材料を主体とし、更にＳｉＣ等の添加物を
加え複合材料とすることも可能であり、これらの態様も
本発明の範囲に含まれる。
部材は以上のような構成，組成，組織を有するものであ
るが、２つの材料を主体とし、更にＳｉＣ等の添加物を
加え複合材料とすることも可能であり、これらの態様も
本発明の範囲に含まれる。
【００１６】さらに上記高熱伝導性窒化けい素構造部材
を、ロータリ式圧縮機のベーン，ローラ，シリンダ，軸
受などの摺動部材やガスタービン，自動車エンジンのシ
リンダ，ピストンヘッドなどの高温耐食性部材や送受信
管などの外囲器やベアリングの内外輪，転動ボールや成
形用ロールなどに適用することにより、放熱特性および
強度を共に満足し、耐摩耗性，軽量性，耐食性などの多
くの特性を満足する構造部材が得られた。
を、ロータリ式圧縮機のベーン，ローラ，シリンダ，軸
受などの摺動部材やガスタービン，自動車エンジンのシ
リンダ，ピストンヘッドなどの高温耐食性部材や送受信
管などの外囲器やベアリングの内外輪，転動ボールや成
形用ロールなどに適用することにより、放熱特性および
強度を共に満足し、耐摩耗性，軽量性，耐食性などの多
くの特性を満足する構造部材が得られた。
【００１７】なお、本発明の高熱伝導性窒化けい素構造
部材は、例えば円筒状外囲器中あるいは円筒状外囲器表
面等にＷ，Ｍｏ等の発熱抵抗体を配設，メタライズ被覆
することにより、点火プラグ用ヒータとすることも可能
である。点火プラグのような高温下で使用される場合に
おいても、窒化けい素焼結体としての高温強度（１００
０〜１２００℃以上における強度）と、高放熱性とを併
せ持つ本発明の高熱伝導性窒化けい素構造部材が有効で
あることはいうまでもない。
部材は、例えば円筒状外囲器中あるいは円筒状外囲器表
面等にＷ，Ｍｏ等の発熱抵抗体を配設，メタライズ被覆
することにより、点火プラグ用ヒータとすることも可能
である。点火プラグのような高温下で使用される場合に
おいても、窒化けい素焼結体としての高温強度（１００
０〜１２００℃以上における強度）と、高放熱性とを併
せ持つ本発明の高熱伝導性窒化けい素構造部材が有効で
あることはいうまでもない。
【００１８】また本発明に係る半導体パッケージは、半
導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前記セラ
ミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接合され
たリードフレームと、前記半導体チップとリードフレー
ムとを電気的に接続するボンディングワイヤとを具備す
る半導体パッケージにおいて、上記セラミックス基体
が、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３
重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大き
く、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化け
い素で構成されていることを特徴とする。またさらに、
この高熱伝導性窒化けい素には窒化アルミニウムを２．
０重量％以下含有させることもできる。
導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前記セラ
ミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接合され
たリードフレームと、前記半導体チップとリードフレー
ムとを電気的に接続するボンディングワイヤとを具備す
る半導体パッケージにおいて、上記セラミックス基体
が、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆ
ｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で０．３
重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大き
く、好ましくは８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化け
い素で構成されていることを特徴とする。またさらに、
この高熱伝導性窒化けい素には窒化アルミニウムを２．
０重量％以下含有させることもできる。
【００１９】さらに半導体パッケージの他の態様とし
て、半導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前
記セラミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接
合されたリードフレームと、前記半導体チップとリード
フレームとを電気的に接続するボンディングワイヤとを
具備する半導体パッケージにおいて、上記セラミックス
基体として、窒化けい素粒子および粒界相により構成さ
れ、粒界相中の結晶化合物相が粒界相全体に対し体積比
で２０％以上、好ましくは５０体積％以上を占め、熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは８０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化けい素で構成されているこ
とを特徴とする。この場合、特にセラミックス基体の結
晶化合物相を粒界相全体に対して体積比で５０体積％以
上とし、更に前記不純物陽イオン元素，焼結後の冷却速
度等を制御することにより、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上、さらには１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化
けい素製外囲器を用いた半導体パッケージを得ることが
できる。
て、半導体チップが搭載されたセラミックス基体と、前
記セラミックス基体の前記半導体チップの搭載面側に接
合されたリードフレームと、前記半導体チップとリード
フレームとを電気的に接続するボンディングワイヤとを
具備する半導体パッケージにおいて、上記セラミックス
基体として、窒化けい素粒子および粒界相により構成さ
れ、粒界相中の結晶化合物相が粒界相全体に対し体積比
で２０％以上、好ましくは５０体積％以上を占め、熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、好ましくは８０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化けい素で構成されているこ
とを特徴とする。この場合、特にセラミックス基体の結
晶化合物相を粒界相全体に対して体積比で５０体積％以
上とし、更に前記不純物陽イオン元素，焼結後の冷却速
度等を制御することにより、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上、さらには１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性窒化
けい素製外囲器を用いた半導体パッケージを得ることが
できる。
【００２０】なお、本発明の半導体パッケージは以上の
ような構成，組成，組織を有するものであるが、セラミ
ックス基体に更にＳｉＣ等の添加物を加え複合材料とす
ることも可能であり、これらの態様も、マトリックスと
しての窒化けい素焼結体が特許請求の範囲の要件を満た
す材料であれば本発明の範囲に含まれる。
ような構成，組成，組織を有するものであるが、セラミ
ックス基体に更にＳｉＣ等の添加物を加え複合材料とす
ることも可能であり、これらの態様も、マトリックスと
しての窒化けい素焼結体が特許請求の範囲の要件を満た
す材料であれば本発明の範囲に含まれる。
【００２１】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部
材は、例えば以下の方法で製造される。すなわち、酸素
を１．７重量％以下、不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化けい素を９０重量％
以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下の窒化けい素粉末
に、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％を添加した原料混合体を成形して成形体を調製し、得
られた成形体を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰
囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類元素に
より焼結時に形成された液相が凝固する温度までに至る
焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設定し、得られ
た焼結体を研削研摩加工して製造される。
材は、例えば以下の方法で製造される。すなわち、酸素
を１．７重量％以下、不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．３重量％以下、α相型窒化けい素を９０重量％
以上含有し、平均粒径０．８μｍ以下の窒化けい素粉末
に、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜７．５重量
％を添加した原料混合体を成形して成形体を調製し、得
られた成形体を脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰
囲気加圧焼結し、上記焼結温度から、上記希土類元素に
より焼結時に形成された液相が凝固する温度までに至る
焼結体の冷却速度を毎時１００℃以下に設定し、得られ
た焼結体を研削研摩加工して製造される。
【００２２】また上記製造方法において、上記原料混合
体に、さらにＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼
化物からなる群より選択される少なくとも１種を０．２
〜３．０重量％と、必要に応じてアルミナおよび窒化ア
ルミニウムの少なくとも一方を０．１〜２．０重量％と
を添加してもよい。
体に、さらにＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，炭化物、窒化物、けい化物、硼
化物からなる群より選択される少なくとも１種を０．２
〜３．０重量％と、必要に応じてアルミナおよび窒化ア
ルミニウムの少なくとも一方を０．１〜２．０重量％と
を添加してもよい。
【００２３】上記製造方法によれば、窒化けい素結晶組
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、
三点曲げ強度が室温で８０kg／mm2 以上の機械的特性お
よび熱伝導特性が共に優れた窒化けい素構造部材が得ら
れる。
織中に希土類元素等を含む粒界相が形成され、気孔率が
１．５％以下、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、
三点曲げ強度が室温で８０kg／mm2 以上の機械的特性お
よび熱伝導特性が共に優れた窒化けい素構造部材が得ら
れる。
【００２４】ここで上記強度は室温を基準としたが、本
発明の高熱伝導性窒化けい素構造部材は室温のみなら
ず、窒化けい素焼結体の特徴である１０００〜１２００
℃以上の高温における強度についても優れている。
発明の高熱伝導性窒化けい素構造部材は室温のみなら
ず、窒化けい素焼結体の特徴である１０００〜１２００
℃以上の高温における強度についても優れている。
【００２５】本発明に係る構造部材の主原料となる窒化
けい素粉末としては、焼結性、強度および熱伝導率を考
慮して、酸素含有量が１．７重量％以下、好ましくは
０．５〜１．５重量％、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，
Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素
の含有量が０．３重量％以下、好ましくは０．２重量％
以下で、焼結性が優れたα相型窒化けい素を９０重量％
以上、好ましくは９３重量％以上含有し、平均粒径が
０．８μｍ以下、好ましくは０．４〜０．６μｍ程度の
微細な窒化けい素粉末を使用する。
けい素粉末としては、焼結性、強度および熱伝導率を考
慮して、酸素含有量が１．７重量％以下、好ましくは
０．５〜１．５重量％、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｍｇ，
Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物陽イオン元素
の含有量が０．３重量％以下、好ましくは０．２重量％
以下で、焼結性が優れたα相型窒化けい素を９０重量％
以上、好ましくは９３重量％以上含有し、平均粒径が
０．８μｍ以下、好ましくは０．４〜０．６μｍ程度の
微細な窒化けい素粉末を使用する。
【００２６】平均粒径が０．８μｍ以下の微細な原料粉
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
末を使用することにより、少量の焼結助剤であっても気
孔率が１．５％以下の緻密な焼結体を形成することが可
能であり、また焼結助剤が熱伝導特性を阻害するおそれ
も減少する。
【００２７】また不純物陽イオン元素としてのＦｅ，Ｍ
ｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋは熱
伝導性を阻害する物質として作用するため、６０Ｗ／ｍ
・Ｋより大きな熱伝導率を確保するためには、最終的に
窒化けい素焼結体中に存在する上記不純物陽イオン元素
の含有量を合計で０．３重量％以下に抑制するよう調整
する。特にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化
けい素を９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を
使用することにより、高密度の構造部材を製造すること
ができる。
ｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋは熱
伝導性を阻害する物質として作用するため、６０Ｗ／ｍ
・Ｋより大きな熱伝導率を確保するためには、最終的に
窒化けい素焼結体中に存在する上記不純物陽イオン元素
の含有量を合計で０．３重量％以下に抑制するよう調整
する。特にβ相型と比較して焼結性に優れたα相型窒化
けい素を９０重量％以上含有する窒化けい素原料粉末を
使用することにより、高密度の構造部材を製造すること
ができる。
【００２８】また窒化けい素原料粉末に焼結助剤として
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。
添加する希土類元素としてはＹ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結
操作により、これらの酸化物となる物質が単独で、また
は２種以上の酸化物を組み合せたものを含んでもよい
が、特に酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）が好ましい。こ
れらの焼結助剤は、窒化けい素原料粉末と反応して液相
を生成し、焼結促進剤として機能する。
【００２９】上記焼結助剤の添加量は、酸化物換算で原
料粉末に対して１．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が１．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず、一方、添加量が７．５重量％を超
える過量となると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の
低下や強度が低下し始めるので上記範囲に設定される。
特に好ましくは３．０〜６．０重量％とすることが望ま
しい。
料粉末に対して１．０〜７．５重量％の範囲に設定され
る。この添加量が１．０重量％未満と過少の場合は、焼
結体が緻密化されず、一方、添加量が７．５重量％を超
える過量となると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率の
低下や強度が低下し始めるので上記範囲に設定される。
特に好ましくは３．０〜６．０重量％とすることが望ま
しい。
【００３０】さらに、他の添加成分としてのアルミナ
（Ａｌ2 Ｏ3 ）は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能
を助長する役目を果すものであり、特に加圧焼結を行な
う場合に著しい効果を発揮するものである。Ａｌ2 Ｏ3
の添加量が０．１重量％未満の場合においては緻密化が
不充分である一方、２．０重量％を超える過量となる場
合には過量の粒界相を生成したり、または窒化けい素に
固溶し始め、熱伝導の低下が起こるため、添加量は２．
０重量％以下、好ましくは０．１〜２．０重量％の範囲
とする。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保する
ためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲とするこ
とが望ましい。
（Ａｌ2 Ｏ3 ）は、上記希土類元素の焼結促進剤の機能
を助長する役目を果すものであり、特に加圧焼結を行な
う場合に著しい効果を発揮するものである。Ａｌ2 Ｏ3
の添加量が０．１重量％未満の場合においては緻密化が
不充分である一方、２．０重量％を超える過量となる場
合には過量の粒界相を生成したり、または窒化けい素に
固溶し始め、熱伝導の低下が起こるため、添加量は２．
０重量％以下、好ましくは０．１〜２．０重量％の範囲
とする。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保する
ためには添加量を０．２〜１．５重量％の範囲とするこ
とが望ましい。
【００３１】また、後述するＡｌＮと併用する場合に
は、その合計添加量は２．０重量％以下とすることが望
ましい。
は、その合計添加量は２．０重量％以下とすることが望
ましい。
【００３２】さらに他の添加成分としての窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。
ウム（ＡｌＮ）は焼結過程における窒化けい素の蒸発な
どを抑制するとともに、上記希土類元素の焼結促進剤と
しての機能をさらに助長する役目を果すものである。
【００３３】ＡｌＮの添加量が０．３重量％未満（アル
ミナと併用する場合では０．１重量％未満）の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導率の低下が起こるた
め、添加量は２．０重量％以下、好ましくは０．３〜
２．０重量％の範囲とする。特に強度、熱伝導率共に良
好な性能を確保するためには添加量を０．５〜１．５重
量％の範囲とすることが望ましい。なお前記Ａｌ2 Ｏ3
と併用する場合には、ＡｌＮの添加量は０．１〜２．０
重量％の範囲が好ましい。
ミナと併用する場合では０．１重量％未満）の場合にお
いては緻密化が不充分である一方、２．０重量％を超え
る過量となる場合には過量の粒界相を生成したり、また
は窒化けい素に固溶し始め、熱伝導率の低下が起こるた
め、添加量は２．０重量％以下、好ましくは０．３〜
２．０重量％の範囲とする。特に強度、熱伝導率共に良
好な性能を確保するためには添加量を０．５〜１．５重
量％の範囲とすることが望ましい。なお前記Ａｌ2 Ｏ3
と併用する場合には、ＡｌＮの添加量は０．１〜２．０
重量％の範囲が好ましい。
【００３４】また他の添加成分として使用するＴｉ，Ｚ
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，
炭化物、窒化物、けい化物、硼化物は、上記希土類元素
の焼結促進剤の機能を促進すると共に、結晶組織におい
て分散強化の機能を果しＳｉ3 Ｎ4 構造部材の機械的強
度を向上させるものである。これらの化合物の添加量が
０．２重量％未満の場合においては構造部材の緻密化が
不充分である一方、３．０重量％を超える過量となる場
合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の
低下が起こるため、添加量は０．２〜３．０重量％の範
囲とする。特に好ましくは０．３〜２．０重量％とする
ことが望ましい。
ｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物，
炭化物、窒化物、けい化物、硼化物は、上記希土類元素
の焼結促進剤の機能を促進すると共に、結晶組織におい
て分散強化の機能を果しＳｉ3 Ｎ4 構造部材の機械的強
度を向上させるものである。これらの化合物の添加量が
０．２重量％未満の場合においては構造部材の緻密化が
不充分である一方、３．０重量％を超える過量となる場
合には熱伝導率および機械的強度や電気絶縁破壊強度の
低下が起こるため、添加量は０．２〜３．０重量％の範
囲とする。特に好ましくは０．３〜２．０重量％とする
ことが望ましい。
【００３５】また上記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物は窒
化けい素構造部材を着色し不透明性を付与する遮光剤と
しても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生
じ易い集積回路等を搭載する回路基板や半導体パッケー
ジなどの構造部材を製造する場合には、上記化合物を適
正に添加し、遮光性に優れた窒化けい素構造部材とする
ことが望ましい。
化けい素構造部材を着色し不透明性を付与する遮光剤と
しても機能する。そのため、特に光によって誤動作を生
じ易い集積回路等を搭載する回路基板や半導体パッケー
ジなどの構造部材を製造する場合には、上記化合物を適
正に添加し、遮光性に優れた窒化けい素構造部材とする
ことが望ましい。
【００３６】また窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は焼結過
程における窒化けい素の蒸発などを抑制する一方、上記
焼結促進剤の機能をさらに助長し、アルミナと同様に上
記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ
などの酸化物の添加量を相対的に軽減する役目を果す。
これらアルミナや窒化アルミニウムなどのアルミニウム
化合物の添加量はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物などの添加量と密接な関係があ
る。すなわち上記Ｔｉ化合物等の添加量が０．２重量％
未満であり、かつＡｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮ等のアルミニ
ウム化合物が単独または併用して添加され、その添加量
が０．１重量％未満の場合においては緻密化が不充分で
ある一方、アルミニウム化合物の添加量が２．０重量％
を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成した
り、または窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起
こるため、添加量は０．１〜２．０重量％の範囲とす
る。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保するため
には添加量を０．２〜１．５重量％の範囲とすることが
望ましい。
程における窒化けい素の蒸発などを抑制する一方、上記
焼結促進剤の機能をさらに助長し、アルミナと同様に上
記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ
などの酸化物の添加量を相対的に軽減する役目を果す。
これらアルミナや窒化アルミニウムなどのアルミニウム
化合物の添加量はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの酸化物などの添加量と密接な関係があ
る。すなわち上記Ｔｉ化合物等の添加量が０．２重量％
未満であり、かつＡｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮ等のアルミニ
ウム化合物が単独または併用して添加され、その添加量
が０．１重量％未満の場合においては緻密化が不充分で
ある一方、アルミニウム化合物の添加量が２．０重量％
を超える過量となる場合には過量の粒界相を生成した
り、または窒化けい素に固溶し始め、熱伝導の低下が起
こるため、添加量は０．１〜２．０重量％の範囲とす
る。特に強度、熱伝導率共に良好な性能を確保するため
には添加量を０．２〜１．５重量％の範囲とすることが
望ましい。
【００３７】また構造部材の気孔率は熱伝導率および強
度に大きく影響するため１．５％以下、望ましくは０．
５％以下に設定される。気孔率が１．５％を超えると熱
伝導の妨げとなり、構造部材の熱伝導率が低下するとと
もに、構造部材の強度低下が起こる。
度に大きく影響するため１．５％以下、望ましくは０．
５％以下に設定される。気孔率が１．５％を超えると熱
伝導の妨げとなり、構造部材の熱伝導率が低下するとと
もに、構造部材の強度低下が起こる。
【００３８】また、窒化けい素結晶組織に形成される粒
界相は構造部材の熱伝導率に大きく影響するため、本発
明に係る構造部材においては、体積比で粒界相の２０％
以上、好ましくは５０体積％以上が結晶相で占めるよう
にすることが重要である。結晶相が２０％未満では熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるような放熱特性に優れ、
かつ高温強度に優れた構造部材が得られないからであ
る。
界相は構造部材の熱伝導率に大きく影響するため、本発
明に係る構造部材においては、体積比で粒界相の２０％
以上、好ましくは５０体積％以上が結晶相で占めるよう
にすることが重要である。結晶相が２０％未満では熱伝
導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋを超えるような放熱特性に優れ、
かつ高温強度に優れた構造部材が得られないからであ
る。
【００３９】さらに上記のように窒化けい素構造部材の
気孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に
形成される粒界相の２０体積％以上が結晶相で占めるよ
うにするためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜
２０００℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ
焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下に調整制御することが必要である。
気孔率を１．５％以下にし、また窒化けい素結晶組織に
形成される粒界相の２０体積％以上が結晶相で占めるよ
うにするためには、窒化けい素成形体を温度１８００〜
２０００℃で０．５〜１０時間程度、加圧焼結し、かつ
焼結操作完了直後における焼結体の冷却速度を毎時１０
０℃以下に調整制御することが必要である。
【００４０】焼結温度を１８００℃未満に設定した場合
には、構造部材の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%
以上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してし
まう。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素
成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではな
く、常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より
窒化けい素の分解蒸発が始まる。
には、構造部材の緻密化が不充分で気孔率が１．５vol%
以上になり機械的強度および熱伝導性が共に低下してし
まう。一方焼結温度が２０００℃を超えると窒化けい素
成分自体が蒸発分解し易くなる。特に加圧焼結ではな
く、常圧焼結を実施した場合には、１８００℃付近より
窒化けい素の分解蒸発が始まる。
【００４１】上記焼結操作完了直後における焼結体の冷
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める体積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性は低い。
却速度は粒界相を結晶化させるために重要な制御因子で
あり、冷却速度が毎時１００℃を超えるような急速冷却
を実施した場合には、焼結体組織の粒界相が非結晶質
（ガラス相）となり、焼結体に生成した液相が結晶相と
して粒界相に占める体積割合が２０％未満となり、強度
および熱伝導性は低い。
【００４２】上記冷却速度を厳密に調整すべき温度範囲
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃である。そして少なくとも焼結温度から上記液相
凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１００℃
以下、好ましくは５０℃以下に制御することにより、粒
界相の２０％以上望ましくは５０％以上が結晶相にな
り、熱伝導率および機械的強度が共に優れた構造部材が
最終的に得られる。
は、所定の焼結温度（１８００〜２０００℃）から、前
記の焼結助剤の反応によって生成する液相が凝固するま
での温度範囲で充分である。ちなみに前記のような焼結
助剤を使用した場合の液相凝固点は概略１６００〜１５
００℃である。そして少なくとも焼結温度から上記液相
凝固温度に至るまでの焼結体の冷却速度を毎時１００℃
以下、好ましくは５０℃以下に制御することにより、粒
界相の２０％以上望ましくは５０％以上が結晶相にな
り、熱伝導率および機械的強度が共に優れた構造部材が
最終的に得られる。
【００４３】本発明に係る窒化けい素構造部材は、例え
ば以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前
記所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が少ない微
細な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バ
インダ等の添加剤および必要に応じＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮ
またはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物を加えて原料混合体
を調整し、次に得られた原料混合体を成形して所定形状
の成形体を得る。原料混合体の成形法としては、汎用の
金型プレス法、あるいはドクターブレード法のようなシ
ート成形法なども適用できる。上記成形操作に引き続い
て、成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜８００℃
で１〜２時間加熱して、予め添加していた有機バインダ
成分を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理された成
形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不活性
ガス雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定時間
雰囲気加圧焼結を行い、さらに得られた焼結体を研削研
摩加工して所定形状の窒化けい素構造部材が得られる。
ば以下のようなプロセスを経て製造される。すなわち前
記所定の微細粒径を有し、また不純物含有量が少ない微
細な窒化けい素粉末に対して所定量の焼結助剤、有機バ
インダ等の添加剤および必要に応じＡｌ2 Ｏ3 やＡｌＮ
またはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の化合物を加えて原料混合体
を調整し、次に得られた原料混合体を成形して所定形状
の成形体を得る。原料混合体の成形法としては、汎用の
金型プレス法、あるいはドクターブレード法のようなシ
ート成形法なども適用できる。上記成形操作に引き続い
て、成形体を非酸化性雰囲気中で温度６００〜８００℃
で１〜２時間加熱して、予め添加していた有機バインダ
成分を充分に除去し、脱脂する。次に脱脂処理された成
形体を窒素ガス、水素ガスやアルゴンガスなどの不活性
ガス雰囲気中で１８００〜２０００℃の温度で所定時間
雰囲気加圧焼結を行い、さらに得られた焼結体を研削研
摩加工して所定形状の窒化けい素構造部材が得られる。
【００４４】上記製法によって製造された窒化けい素構
造部材は気孔率が１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５
℃）より大きい値の高熱伝導率を有し、また三点曲げ強
度が常温で８０kg／mm2 以上と機械的特性にも優れてい
る。
造部材は気孔率が１．５％以下、６０Ｗ／ｍ・Ｋ（２５
℃）より大きい値の高熱伝導率を有し、また三点曲げ強
度が常温で８０kg／mm2 以上と機械的特性にも優れてい
る。
【００４５】
【実施例】次に本発明を以下に示す実施例を参照して具
体的に説明する。
体的に説明する。
【００４６】実施例１〜３ 酸素を１．３重量％、不純物陽イオン元素としてのＬ
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．１５重量％含有し、α相型窒化けい素９７％を
含む平均粒径０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対し
て、焼結助剤として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸
化イットリウム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍの
Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エ
チルアルコール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して
原料粉末混合体を調整した。次に得られた原料粉末混合
体に有機バインダを所定量添加して均一に混合した後
に、１０００kg／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ
５０mm×幅５０mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。
次に得られた成形体を７００℃の雰囲気ガス中において
２時間脱脂した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中
７．５気圧にて１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結
を実施した後に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量
を制御して焼結炉内温度が１５００℃まで降下するまで
の間における焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr
（実施例１）、５０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr
（実施例３）となるように調整して焼結体を冷却し、さ
らに得られた各焼結体を研摩加工してそれぞれ実施例１
〜３に係る窒化けい素構造部材を調製した。
ｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，
Ｂを０．１５重量％含有し、α相型窒化けい素９７％を
含む平均粒径０．５５μｍの窒化けい素原料粉末に対し
て、焼結助剤として平均粒径０．７μｍのＹ2 Ｏ3 （酸
化イットリウム）粉末５重量％、平均粒径０．５μｍの
Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）粉末１．５重量％を添加し、エ
チルアルコール中で２４時間湿式混合した後に乾燥して
原料粉末混合体を調整した。次に得られた原料粉末混合
体に有機バインダを所定量添加して均一に混合した後
に、１０００kg／cm2 の成形圧力でプレス成形し、長さ
５０mm×幅５０mm×厚さ５mmの成形体を多数製作した。
次に得られた成形体を７００℃の雰囲気ガス中において
２時間脱脂した後に、この脱脂体を窒素ガス雰囲気中
７．５気圧にて１９００℃で６時間保持し、緻密化焼結
を実施した後に、焼結炉に付設した加熱装置への通電量
を制御して焼結炉内温度が１５００℃まで降下するまで
の間における焼結体の冷却速度がそれぞれ１００℃／hr
（実施例１）、５０℃／hr（実施例２）、２５℃／hr
（実施例３）となるように調整して焼結体を冷却し、さ
らに得られた各焼結体を研摩加工してそれぞれ実施例１
〜３に係る窒化けい素構造部材を調製した。
【００４７】比較例１ 一方、緻密化焼結完了直後に、加熱装置電源をＯＦＦに
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素構造部材を調製した。
し、従来の炉冷による冷却速度（約５００℃／hr）で焼
結体を冷却した点以外は実施例１と同一条件で焼結処理
して比較例１に係る窒化けい素構造部材を調製した。
【００４８】比較例２ 酸素を１．５重量％、不純物陽イオン元素を０．６重量
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素構造
部材を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９３％を含む平均粒径０．
６０μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例
１と同一条件で処理し、比較例２に係る窒化けい素構造
部材を調製した。
【００４９】比較例３ 酸素を１．７重量％、不純物陽イオン元素を０．７重量
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素構造部
材を調製した。
％含有し、α相型窒化けい素９１％を含む平均粒径１．
１μｍの窒化けい素原料粉末を用いた点以外は実施例１
と同一条件で処理し、比較例３に係る窒化けい素構造部
材を調製した。
【００５０】こうして得た実施例１〜３および比較例１
〜３に係る窒化けい素構造部材について気孔率、熱伝導
率（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各構造部材をＸ線回折法によって粒界相に
占める結晶相の割合（体積比）を測定し、各表１に示す
結果を得た。
〜３に係る窒化けい素構造部材について気孔率、熱伝導
率（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値を測定し
た。さらに、各構造部材をＸ線回折法によって粒界相に
占める結晶相の割合（体積比）を測定し、各表１に示す
結果を得た。
【００５１】
【表１】
【００５２】表１に示す結果から明らかなように実施例
１〜３に係る窒化けい素構造部材においては、比較例１
と比較して緻密化焼結完了直後における焼結体の冷却速
度を従来より小さく設定しているため、粒界相に結晶相
を含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱伝導率を有
する放熱性の高い高強度構造部材が得られた。
１〜３に係る窒化けい素構造部材においては、比較例１
と比較して緻密化焼結完了直後における焼結体の冷却速
度を従来より小さく設定しているため、粒界相に結晶相
を含み、結晶相の占める割合が高い程、高熱伝導率を有
する放熱性の高い高強度構造部材が得られた。
【００５３】一方、比較例１のように焼結体の冷却速度
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように前記不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く
含有した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速
度を実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形
成され熱伝導率が低いものであった。
を大きく設定し、急激に冷却した場合は粒界相が全て非
結晶質で形成され熱伝導率が低下した。また、比較例２
のように前記不純物陽イオン元素を０．６重量％と多く
含有した窒化けい素粉末を用いた場合は焼結体の冷却速
度を実施例１と同一にしても粒界相が全て非結晶質で形
成され熱伝導率が低いものであった。
【００５４】さらに比較例３のように平均粒径が１．１
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低いものであっ
た。
μｍと粗い窒化けい素粉末を用いた場合は、焼結におい
て緻密化が不充分で強度、熱伝導率とも低いものであっ
た。
【００５５】実施例４〜１２および比較例４〜７ 実施例４〜１２として実施例１において使用した窒化け
い素粉末とＹ2 Ｏ3粉末とＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表２に示
す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調
製した。
い素粉末とＹ2 Ｏ3粉末とＡｌ2 Ｏ3 粉末とを表２に示
す組成比となるように調合して原料混合体をそれぞれ調
製した。
【００５６】次に得られた各原料混合体を実施例１と同
一条件で成形脱脂処理した後、表２に示す条件で焼結処
理し、さらに研摩加工してそれぞれ実施例４〜１２に係
る窒化けい素構造部材を製造した。
一条件で成形脱脂処理した後、表２に示す条件で焼結処
理し、さらに研摩加工してそれぞれ実施例４〜１２に係
る窒化けい素構造部材を製造した。
【００５７】一方比較例４〜７として表２に示すように
Ａｌ2 Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例４）、Ｙ2
Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例５）、Ａｌ2 Ｏ3
を過量に添加したもの（比較例６）、Ｙ2 Ｏ3 を過量に
添加したもの（比較例７）の原料混合体をそれぞれ調製
し、実施例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施
してそれぞれ比較例４〜７に係る窒化けい素構造部材を
製造した。
Ａｌ2 Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例４）、Ｙ2
Ｏ3 を過少量に添加したもの（比較例５）、Ａｌ2 Ｏ3
を過量に添加したもの（比較例６）、Ｙ2 Ｏ3 を過量に
添加したもの（比較例７）の原料混合体をそれぞれ調製
し、実施例１と同一条件で原料混合から焼結操作を実施
してそれぞれ比較例４〜７に係る窒化けい素構造部材を
製造した。
【００５８】こうして製造した実施例４〜１２および比
較例４〜７に係る各窒化けい素構造部材について実施例
１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５℃）、室温での
三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法による粒界相に占め
る結晶相の割合を測定し、下記表２に示す結果を得た。
較例４〜７に係る各窒化けい素構造部材について実施例
１と同一条件で気孔率、熱伝導率（２５℃）、室温での
三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折法による粒界相に占め
る結晶相の割合を測定し、下記表２に示す結果を得た。
【００５９】
【表２】
【００６０】表２に示す結果から明らかなように、Ｙ2
Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 を所定量含有し、焼結後の冷却速度を
所定に設定した実施例４〜１２に係る構造部材は、いず
れも高熱伝導率で高強度値を有している。一方、比較例
４〜７に示すように、Ｙ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 の少なくと
も１種の成分が過少量、あるいは過量添加された場合
は、緻密化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは
粒界相に占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強
度が低下、または熱伝導率が劣ることが確認された。
Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 を所定量含有し、焼結後の冷却速度を
所定に設定した実施例４〜１２に係る構造部材は、いず
れも高熱伝導率で高強度値を有している。一方、比較例
４〜７に示すように、Ｙ2 Ｏ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 の少なくと
も１種の成分が過少量、あるいは過量添加された場合
は、緻密化が不充分であったり、粒界相が過量あるいは
粒界相に占める結晶相の割合が低過ぎるために、曲げ強
度が低下、または熱伝導率が劣ることが確認された。
【００６１】実施例１３〜１６ 実施例１３〜１６として実施例１において使用したＹ2
Ｏ3 粉末に置き換えて表３に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で実施例１３〜１６に係る
窒化けい素構造部材を製造した。
Ｏ3 粉末に置き換えて表３に示す希土類酸化物を使用し
た以外は実施例１と同一条件で実施例１３〜１６に係る
窒化けい素構造部材を製造した。
【００６２】こうして得た実施例１３〜１６に係る構造
部材について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
による粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表３に
示す結果を得た。
部材について実施例１と同一条件で気孔率、熱伝導率
（２５℃）、室温での三点曲げ強度の平均値、Ｘ線回折
による粒界相に占める結晶相の割合を測定し下記表３に
示す結果を得た。
【００６３】
【表３】
【００６４】表３に示す結果から明らかなようにＹ2 Ｏ
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例１３〜
１６に係る構造部材はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能
を有することが確認された。
3 に置き換えて他の希土類元素を使用した実施例１３〜
１６に係る構造部材はＹ2 Ｏ3 添加のものと同等の性能
を有することが確認された。
【００６５】次に本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構
造部材を、種々の半導体装置部品，摺動部材，高温耐食
性部材，外囲器等に適用した例について、以下の実施例
を参照して説明する。
造部材を、種々の半導体装置部品，摺動部材，高温耐食
性部材，外囲器等に適用した例について、以下の実施例
を参照して説明する。
【００６６】実施例１７ 図１は、本発明に係る半導体パッケージの一実施例の構
成を示す断面図であり、特にＦｅ−Ｎｉ系リードフレー
ム５を接合したＱＦＰ（クウァド型フラットパッケー
ジ）を例示したものである。図１において、セラミック
ス基体１には、半導体チップ２の収容部となるキャビテ
ィ１ａが形成される。上記セラミックス基体１のキャビ
ティ１ａ内には、チップ搭載部３が設けられており、こ
のチップ搭載部３上に半導体チップ２が接合搭載されて
いる。また、上記セラミックス基体１の半導体チップ２
の搭載面側、すなわちセラミックス基体１の外縁側凸状
端面上には、固着用ガラス４等によって、リードフレー
ム５が接合されている。リードフレーム５と半導体チッ
プ２の各電極とは、ボンディングワイヤ６によって電気
的に接続されている。また半導体チップ２が接合，搭載
されたセラミックス基体１の上面側には、上述したリー
ドフレーム５を介して、セラミックス封止部材（キャッ
プまたはリッド）７が、封着ガラス８、例えば低融点ガ
ラスによって接合されている。この封止部材７により、
半導体チップ２は気密封止されている。
成を示す断面図であり、特にＦｅ−Ｎｉ系リードフレー
ム５を接合したＱＦＰ（クウァド型フラットパッケー
ジ）を例示したものである。図１において、セラミック
ス基体１には、半導体チップ２の収容部となるキャビテ
ィ１ａが形成される。上記セラミックス基体１のキャビ
ティ１ａ内には、チップ搭載部３が設けられており、こ
のチップ搭載部３上に半導体チップ２が接合搭載されて
いる。また、上記セラミックス基体１の半導体チップ２
の搭載面側、すなわちセラミックス基体１の外縁側凸状
端面上には、固着用ガラス４等によって、リードフレー
ム５が接合されている。リードフレーム５と半導体チッ
プ２の各電極とは、ボンディングワイヤ６によって電気
的に接続されている。また半導体チップ２が接合，搭載
されたセラミックス基体１の上面側には、上述したリー
ドフレーム５を介して、セラミックス封止部材（キャッ
プまたはリッド）７が、封着ガラス８、例えば低融点ガ
ラスによって接合されている。この封止部材７により、
半導体チップ２は気密封止されている。
【００６７】ここで上記セラミックス基体１およびセラ
ミックス封止部材７は共に前記実施例１〜１６に示す高
熱伝導性窒化けい素構造部材で形成されている。但し、
セラミックス封止部材７はムライト，アルミナ等の他の
セラミックスで形成してもよい。こうして実施例１７に
係る半導体パッケージ９が構成されている。
ミックス封止部材７は共に前記実施例１〜１６に示す高
熱伝導性窒化けい素構造部材で形成されている。但し、
セラミックス封止部材７はムライト，アルミナ等の他の
セラミックスで形成してもよい。こうして実施例１７に
係る半導体パッケージ９が構成されている。
【００６８】上記半導体パッケージよれば、熱伝導性お
よび強度が共に優れた窒化けい素構造部材により、セラ
ミックス基体１および、場合によりセラミックス封止部
材７を構成しているため、放熱性が良好であり、半導体
チップ２の高出力化，高発熱化に充分に対応することが
できると同時に、実装時に作用する外力による割れや熱
膨脹差に起因する割れの発生も少なく、長期間に亘って
安定した動作信頼性を確保することができる。
よび強度が共に優れた窒化けい素構造部材により、セラ
ミックス基体１および、場合によりセラミックス封止部
材７を構成しているため、放熱性が良好であり、半導体
チップ２の高出力化，高発熱化に充分に対応することが
できると同時に、実装時に作用する外力による割れや熱
膨脹差に起因する割れの発生も少なく、長期間に亘って
安定した動作信頼性を確保することができる。
【００６９】実施例１８ 図２は本発明に係る半導体パッケージの他の実施例の構
成を示す断面図である。図２に示す半導体パッケージ９
ａは、図１に示す半導体パッケージ９のセラミックス封
止部材７に代えて、キャビティ１ａに封着用ガラス１０
を流し込むことにより、半導体チップ２を気密封止した
以外は実施例１７と同様に構成している。
成を示す断面図である。図２に示す半導体パッケージ９
ａは、図１に示す半導体パッケージ９のセラミックス封
止部材７に代えて、キャビティ１ａに封着用ガラス１０
を流し込むことにより、半導体チップ２を気密封止した
以外は実施例１７と同様に構成している。
【００７０】この半導体パッケージ９ａにおいても、実
施例１７と同様に放熱性および耐久性が共に改善され
る。
施例１７と同様に放熱性および耐久性が共に改善され
る。
【００７１】実施例１９ 図３は本発明に係る半導体パッケージのその他の実施例
の構成を示す断面図である。
の構成を示す断面図である。
【００７２】図３に示す半導体パッケージ９ｂは、図２
に示す半導体パッケージ９ａのキャビティ１ａを有する
セラミックス基体１に代えて、平板状のセラミックス基
体１ｂを使用するとともに、このセラミックス基体１ｂ
の上面に四角枠状の金属リング１１を一体に固着し、さ
らにこの金属リング１１上面側に半田層１２を介してリ
ードフレーム５を一体に接合して構成される。また金属
リング１１中央部に形成したキャビティ１ａに封着用ガ
ラス１０を流し込むことにより、半導体チップ２を気密
封止している。
に示す半導体パッケージ９ａのキャビティ１ａを有する
セラミックス基体１に代えて、平板状のセラミックス基
体１ｂを使用するとともに、このセラミックス基体１ｂ
の上面に四角枠状の金属リング１１を一体に固着し、さ
らにこの金属リング１１上面側に半田層１２を介してリ
ードフレーム５を一体に接合して構成される。また金属
リング１１中央部に形成したキャビティ１ａに封着用ガ
ラス１０を流し込むことにより、半導体チップ２を気密
封止している。
【００７３】本実施例１９に係る半導体パッケージ９ｂ
によれば、セラミックス基体１ｂを高熱伝導性窒化けい
素構造部材で形成し、さらに熱伝導性が高い金属リング
１１を介装して構成しているため、さらに放熱特性が改
善される。
によれば、セラミックス基体１ｂを高熱伝導性窒化けい
素構造部材で形成し、さらに熱伝導性が高い金属リング
１１を介装して構成しているため、さらに放熱特性が改
善される。
【００７４】なお上記実施例１７〜１９においては、半
導体パッケージとしてＱＦＰ（クウァドフラットパッケ
ージ）について例示しているが、これに限定されるもの
ではなく、他にリードフレームを用いたＤＩＰ（デュア
ルインラインパッケージ），リードピンを用いたＰＧＡ
（ピングリッドアレイ），入出力用のランドを用いたＬ
ＧＡ（ランドグリッドアレイ）等の半導体パッケージに
ついても同様に適用することが可能である。
導体パッケージとしてＱＦＰ（クウァドフラットパッケ
ージ）について例示しているが、これに限定されるもの
ではなく、他にリードフレームを用いたＤＩＰ（デュア
ルインラインパッケージ），リードピンを用いたＰＧＡ
（ピングリッドアレイ），入出力用のランドを用いたＬ
ＧＡ（ランドグリッドアレイ）等の半導体パッケージに
ついても同様に適用することが可能である。
【００７５】実施例２０ 図４および図５は、それぞれ本発明に係る高熱伝導性窒
化けい素構造部材を摺動部材として使用した密閉型ロー
タリ圧縮機の構成例を示す縦断面図および平断面図であ
る。
化けい素構造部材を摺動部材として使用した密閉型ロー
タリ圧縮機の構成例を示す縦断面図および平断面図であ
る。
【００７６】この圧縮機２１は、ケーシング２２の内部
にモータ２３ａと圧縮要素２３ｂとを内装し、圧縮要素
２３ｂはモータ２３から延びる回転軸２４を主軸受２５
と副軸受２６とに挿通され、この主軸受２５と副軸受２
６との間に、仕切板２７を介して２基のシリンダ２８
ａ，２８ｂを配設し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内にお
いて、前記回転軸２４に形成された偏心部２９ａ，２９
ｂにそれぞれ円筒状のローラ３０ａ，３０ｂを嵌合させ
る一方、図５に示すように偏心回転するローラ３０ａ，
３０ｂに対して常時押し付けて接触するように、ベーン
３１ａ，３１ｂが配設されて構成される。ベーン３１
ａ，３１ｂは、偏心部２９ａ，２９ｂおよびローラ３０
ａ，３０ｂの回転に応じて各ローラ外周面に摺接しなが
ら往復動し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内部を圧力的に
仕切る役割を果している。
にモータ２３ａと圧縮要素２３ｂとを内装し、圧縮要素
２３ｂはモータ２３から延びる回転軸２４を主軸受２５
と副軸受２６とに挿通され、この主軸受２５と副軸受２
６との間に、仕切板２７を介して２基のシリンダ２８
ａ，２８ｂを配設し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内にお
いて、前記回転軸２４に形成された偏心部２９ａ，２９
ｂにそれぞれ円筒状のローラ３０ａ，３０ｂを嵌合させ
る一方、図５に示すように偏心回転するローラ３０ａ，
３０ｂに対して常時押し付けて接触するように、ベーン
３１ａ，３１ｂが配設されて構成される。ベーン３１
ａ，３１ｂは、偏心部２９ａ，２９ｂおよびローラ３０
ａ，３０ｂの回転に応じて各ローラ外周面に摺接しなが
ら往復動し、各シリンダ２８ａ，２８ｂ内部を圧力的に
仕切る役割を果している。
【００７７】こうして圧縮機２１は、モータ２３の駆動
によって前記ローラ３０ａ，３０ｂをシリンダ２８ａ，
２８ｂ内において偏心回転させることにより、吸込口３
２を通り、シリンダ２８ａ，２８ｂ内の吸込チャンバ３
３ａ，３３ｂに吸入したガスを圧縮チャンバ３４ａ，３
４ｂ方向に移動させながら圧縮して吐出口３５から吐出
するものである。
によって前記ローラ３０ａ，３０ｂをシリンダ２８ａ，
２８ｂ内において偏心回転させることにより、吸込口３
２を通り、シリンダ２８ａ，２８ｂ内の吸込チャンバ３
３ａ，３３ｂに吸入したガスを圧縮チャンバ３４ａ，３
４ｂ方向に移動させながら圧縮して吐出口３５から吐出
するものである。
【００７８】上記のような圧縮機２１において、シリン
ダ２８ａ，２８ｂを、実施例１〜１６に係る高熱伝導性
窒化けい素構造部材で形成し、連続的に３０００時間運
転する耐久試験を実施し、シリンダ２８ａ，２８ｂの内
面の摩耗量を測定した結果、従来の金属材であるＦＣ２
００で形成したシリンダと比較して摩耗量が１／１５程
度に減少し、優れた耐摩耗性と耐久性が発揮されること
が確認できた。またシリンダ内面における焼付きなどの
異常現象も観察されず、初期摺動特性も改善されること
が判明した。
ダ２８ａ，２８ｂを、実施例１〜１６に係る高熱伝導性
窒化けい素構造部材で形成し、連続的に３０００時間運
転する耐久試験を実施し、シリンダ２８ａ，２８ｂの内
面の摩耗量を測定した結果、従来の金属材であるＦＣ２
００で形成したシリンダと比較して摩耗量が１／１５程
度に減少し、優れた耐摩耗性と耐久性が発揮されること
が確認できた。またシリンダ内面における焼付きなどの
異常現象も観察されず、初期摺動特性も改善されること
が判明した。
【００７９】またローラ３０ａ，３０ｂを実施例１〜１
６の高熱伝導性窒化けい素構造部材で形成し、同様に実
機耐久試験を実施してローラ３０ａ，３０ｂの摩耗量を
測定したところ、従来のモニクロ鋳鉄製のローラと比較
して、摩耗量が１／１５程度に減少した。
６の高熱伝導性窒化けい素構造部材で形成し、同様に実
機耐久試験を実施してローラ３０ａ，３０ｂの摩耗量を
測定したところ、従来のモニクロ鋳鉄製のローラと比較
して、摩耗量が１／１５程度に減少した。
【００８０】さらにベーン３１ａ，３１ｂを各実施例の
窒化けい素構造部材で形成し、耐久試験後の摩耗状況を
確認したところ、従来のＳＫＨ−５１製のベーンと比較
して、摩耗量は同様に１／１５に減少し、圧縮機の耐久
性を大幅に延伸できることが確認できた。
窒化けい素構造部材で形成し、耐久試験後の摩耗状況を
確認したところ、従来のＳＫＨ−５１製のベーンと比較
して、摩耗量は同様に１／１５に減少し、圧縮機の耐久
性を大幅に延伸できることが確認できた。
【００８１】なお摺動部材としての主軸受２５，副軸受
２６および仕切板２７については、実機耐久試験を実施
していないが、シリンダ，ローラと同様に優れた耐摩耗
性および耐久性が期待できる。
２６および仕切板２７については、実機耐久試験を実施
していないが、シリンダ，ローラと同様に優れた耐摩耗
性および耐久性が期待できる。
【００８２】実施例２１ 図６は本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を、
高温耐食性部材，摺動部材として使用したディーゼルエ
ンジンの構成を示す断面図である。前記実施例１〜１６
に係る各窒化けい素構造部材は高温強度にも優れてお
り、これらの部材を、図６に示すディーゼルエンジンな
どの熱機関の構成部品として使用することにより、金属
材料で形成した場合と比較して、運転温度を高く設定す
ることが可能になり、熱効率の大幅な向上が実現する。
高温耐食性部材，摺動部材として使用したディーゼルエ
ンジンの構成を示す断面図である。前記実施例１〜１６
に係る各窒化けい素構造部材は高温強度にも優れてお
り、これらの部材を、図６に示すディーゼルエンジンな
どの熱機関の構成部品として使用することにより、金属
材料で形成した場合と比較して、運転温度を高く設定す
ることが可能になり、熱効率の大幅な向上が実現する。
【００８３】各実施例に係る窒化けい素構造部材の具体
的な適用対象は、それらの要求特性に応じて次のような
構造部品がある。すなわち高温度の燃焼ガス雰囲気内に
おいて、バルブ４０と繰り返して接触するシリンダーヘ
ッド４１，バルブ４０の本体部，予備燃焼室用のホット
プラグ４２およびグロープラグ４３などの高温耐食性部
材がある。また相互に高速度で摺動し、高温度燃焼ガス
と接触するシリンダーライナー４４およびピストンクラ
ウン４５など、耐摩耗性および高温耐食性を共に必要と
する構造部品にも使用できる。またエンジンシリンダー
外部を構成する部品として、バルブ４０を進退させるた
めに相互に摺動しながら往復動するロッカーアームチッ
プ４６およびトップシート４７やタペット４８，カム４
９などの摺動部品に前記実施例の窒化けい素構造部材を
適用することもできる。
的な適用対象は、それらの要求特性に応じて次のような
構造部品がある。すなわち高温度の燃焼ガス雰囲気内に
おいて、バルブ４０と繰り返して接触するシリンダーヘ
ッド４１，バルブ４０の本体部，予備燃焼室用のホット
プラグ４２およびグロープラグ４３などの高温耐食性部
材がある。また相互に高速度で摺動し、高温度燃焼ガス
と接触するシリンダーライナー４４およびピストンクラ
ウン４５など、耐摩耗性および高温耐食性を共に必要と
する構造部品にも使用できる。またエンジンシリンダー
外部を構成する部品として、バルブ４０を進退させるた
めに相互に摺動しながら往復動するロッカーアームチッ
プ４６およびトップシート４７やタペット４８，カム４
９などの摺動部品に前記実施例の窒化けい素構造部材を
適用することもできる。
【００８４】上記実施例２１に示すディーゼルエンジン
のように、高温耐食性部材および摺動部材として、前記
実施例の窒化けい素構造部材を使用することにより、従
来の金属製部材と比較して、その構造部材の耐摩耗性，
耐食性を大幅に改善することができると共に、エンジン
の運転温度を高めることが可能になり、熱効率の改善も
図ることができる。
のように、高温耐食性部材および摺動部材として、前記
実施例の窒化けい素構造部材を使用することにより、従
来の金属製部材と比較して、その構造部材の耐摩耗性，
耐食性を大幅に改善することができると共に、エンジン
の運転温度を高めることが可能になり、熱効率の改善も
図ることができる。
【００８５】また図６に示すディーゼルエンジンに限ら
ず、ガソリンエンジンにも適用できる対象部品として、
燃焼用空気を加圧してエンジンに送り込む、ターボチャ
ージャー（過給器）のロータ（回転翼）５０がある。特
にこのターボチャージャーロータ５０を各実施例の窒化
けい素構造部材で形成して軽量化を図ることにより、タ
ーボチャージャーの加速応答性をも改善することができ
る。
ず、ガソリンエンジンにも適用できる対象部品として、
燃焼用空気を加圧してエンジンに送り込む、ターボチャ
ージャー（過給器）のロータ（回転翼）５０がある。特
にこのターボチャージャーロータ５０を各実施例の窒化
けい素構造部材で形成して軽量化を図ることにより、タ
ーボチャージャーの加速応答性をも改善することができ
る。
【００８６】実施例２２ 図７は、前記実施例１〜１６に係る窒化けい素構造部材
の他の実施例であり、航空機用もしくは発電用ガスター
ビンの動翼（ロータ）５５として形成した例を示す斜視
図である。ガスタービン動翼５５は、運転時に高温度の
燃焼ガスと接触する上に、回転時の遠心力によって翼の
長手方向に過大な引張応力が作用する。しかるにガスタ
ービン動翼５５を、高温強度および高温耐食性に優れた
各実施例の窒化けい素構造部材によって形成することに
より、従来の超合金製の動翼と比較して耐久性を大幅に
改善することができる。また金属製動翼と比較して軽量
化が可能であり、作用する遠心力も低減できる上に、高
価な超合金原料を使用しないため、安価に製造すること
ができる。さらに、金属製動翼の場合と比較して運転温
度を高めることが可能であり、熱機関としてのガスター
ビンの運転熱効率を高め燃費を低減することもできる。
の他の実施例であり、航空機用もしくは発電用ガスター
ビンの動翼（ロータ）５５として形成した例を示す斜視
図である。ガスタービン動翼５５は、運転時に高温度の
燃焼ガスと接触する上に、回転時の遠心力によって翼の
長手方向に過大な引張応力が作用する。しかるにガスタ
ービン動翼５５を、高温強度および高温耐食性に優れた
各実施例の窒化けい素構造部材によって形成することに
より、従来の超合金製の動翼と比較して耐久性を大幅に
改善することができる。また金属製動翼と比較して軽量
化が可能であり、作用する遠心力も低減できる上に、高
価な超合金原料を使用しないため、安価に製造すること
ができる。さらに、金属製動翼の場合と比較して運転温
度を高めることが可能であり、熱機関としてのガスター
ビンの運転熱効率を高め燃費を低減することもできる。
【００８７】上記実施例は窒化けい素構造部材をガスタ
ービンの動翼５５に適用した例で示しているが、他の適
用対象として、ガスタービンの静翼（ステータ），燃焼
筒，熱交換器等の構造部材に適用することもできる。
ービンの動翼５５に適用した例で示しているが、他の適
用対象として、ガスタービンの静翼（ステータ），燃焼
筒，熱交換器等の構造部材に適用することもできる。
【００８８】実施例２３ 図８は、熱伝導率が１１５Ｗ／ｍ・Ｋで三点曲げ強度が
９８kg／mm2 である実施例３に係る高熱伝導性窒化けい
素構造部材によって形成したセラミックス外囲器を有す
る超高周波用受信管６０の構造を示す断面図である。
９８kg／mm2 である実施例３に係る高熱伝導性窒化けい
素構造部材によって形成したセラミックス外囲器を有す
る超高周波用受信管６０の構造を示す断面図である。
【００８９】すなわち図８に示す超高周波用受信管６０
は、実施例３と同様な処理方法によって調製した窒化け
い素焼結体を研削研摩加工して所定形状のセラミックス
外囲器６１を形成し、このセラミックス外囲器６１内
に、陽極６２と，クリッド６３と，陰極６４と、ヒータ
６５とを組み込んで構成される。
は、実施例３と同様な処理方法によって調製した窒化け
い素焼結体を研削研摩加工して所定形状のセラミックス
外囲器６１を形成し、このセラミックス外囲器６１内
に、陽極６２と，クリッド６３と，陰極６４と、ヒータ
６５とを組み込んで構成される。
【００９０】上記超高周波用受信管６０によれば、熱伝
導率が高く、かつ構造強度に優れた窒化けい素構造部材
としてのセラミックス外囲器６１を使用しているため、
放熱特性が良好であり、受信特性のパワーアップに充分
対応することが可能であり、かつ耐久性にも優れてい
る。
導率が高く、かつ構造強度に優れた窒化けい素構造部材
としてのセラミックス外囲器６１を使用しているため、
放熱特性が良好であり、受信特性のパワーアップに充分
対応することが可能であり、かつ耐久性にも優れてい
る。
【００９１】なお本実施例では、窒化けい素構造部材を
超高周波用受信管６０のセラミックス外囲器に適用した
例を示しているが、適用対象は上記受信管６０に限定さ
れず、特に電気絶縁性，耐熱性および構造強度が要求さ
れるＸ線管，マグネトロン，アレスタ等の電子管用の外
囲器または各種送信管用の外囲器を構成する材料として
使用することもできる。
超高周波用受信管６０のセラミックス外囲器に適用した
例を示しているが、適用対象は上記受信管６０に限定さ
れず、特に電気絶縁性，耐熱性および構造強度が要求さ
れるＸ線管，マグネトロン，アレスタ等の電子管用の外
囲器または各種送信管用の外囲器を構成する材料として
使用することもできる。
【００９２】実施例２４ 図９は、本発明に係る窒化けい素構造部材を、高周波溶
接管製造機の成形用ロールに適用した例を示す側面図で
ある。図９に示すように、この高周波溶接管製造機は、
所定寸法の帯鋼７１を所定方向に加圧して円筒状のオー
プンパイプ７２を形成する複数の成形用ロール７３ａ，
７３ｂ…と、高周波溶接器７４とから成り、高周波溶接
器７４はオープンパイプ７２の溶接点Ｐの直前でパイプ
外周に沿って配設されたワークコイル７５と、ワークコ
イル７５に高周波電流を供給する電源７６とから成る。
また上記成形用ロール７３ａ，７３ｂは、実施例３と同
様な製法で調製された窒化けい素焼結体を研削研摩加工
して形成されている。
接管製造機の成形用ロールに適用した例を示す側面図で
ある。図９に示すように、この高周波溶接管製造機は、
所定寸法の帯鋼７１を所定方向に加圧して円筒状のオー
プンパイプ７２を形成する複数の成形用ロール７３ａ，
７３ｂ…と、高周波溶接器７４とから成り、高周波溶接
器７４はオープンパイプ７２の溶接点Ｐの直前でパイプ
外周に沿って配設されたワークコイル７５と、ワークコ
イル７５に高周波電流を供給する電源７６とから成る。
また上記成形用ロール７３ａ，７３ｂは、実施例３と同
様な製法で調製された窒化けい素焼結体を研削研摩加工
して形成されている。
【００９３】原材料として投入された帯鋼７１は図示し
ない複数の成形用ロールによって加圧されて徐々に円筒
状のオープンパイプ７２に形成される。そしてオープン
パイプ７２が高周波溶接器のワークコイル７５を通過す
る際に、オープンパイプ７２内に加熱用電流が誘起さ
れ、図９に示す電流経路７７に沿って流れる。オープン
パイプ７２に形成されたＶ字形の突き合せ部７９ａ，７
９ｂをそれぞれ流れる電流はほぼ平行で逆方向に流れる
ため、いわゆる高周波電流の近接効果によって、電流は
突き合せ部７９ａ，７９ｂに集中する。その結果、突き
合せ部７９ａ，７９ｂは電流によるジュール熱で高温度
に加熱される。そしてオープンパイプ７２は、高周波溶
接器７４の直後に配設した成形用ロール（スクイズロー
ル，ガイドローラ）７３ａ，７３ｂによって横方向から
加圧されて、オープンパイプ７２の突き合せ部７９ａ，
７９ｂが一体に接合され溶接管７８となる。
ない複数の成形用ロールによって加圧されて徐々に円筒
状のオープンパイプ７２に形成される。そしてオープン
パイプ７２が高周波溶接器のワークコイル７５を通過す
る際に、オープンパイプ７２内に加熱用電流が誘起さ
れ、図９に示す電流経路７７に沿って流れる。オープン
パイプ７２に形成されたＶ字形の突き合せ部７９ａ，７
９ｂをそれぞれ流れる電流はほぼ平行で逆方向に流れる
ため、いわゆる高周波電流の近接効果によって、電流は
突き合せ部７９ａ，７９ｂに集中する。その結果、突き
合せ部７９ａ，７９ｂは電流によるジュール熱で高温度
に加熱される。そしてオープンパイプ７２は、高周波溶
接器７４の直後に配設した成形用ロール（スクイズロー
ル，ガイドローラ）７３ａ，７３ｂによって横方向から
加圧されて、オープンパイプ７２の突き合せ部７９ａ，
７９ｂが一体に接合され溶接管７８となる。
【００９４】ところで従来、上記成形用ロールを構成す
る材料としては、耐摩耗特性に優れた超硬合金などの金
属材料が一般に使用されていた。しかしながら、従来の
超硬合金製の成形用ロールにおいては、ロールの軸受部
が短期間に損傷し、異常振動を生じて製品不良を生じた
り、作用する衝撃力によって成形用ロールに割れ，変
形，傷を生じ製品の表面性状の悪化を生じたり、ロール
の温度上昇を防止するために散布する冷却水による熱衝
撃によって成形用ロールが破損するなどの種々の問題点
があった。
る材料としては、耐摩耗特性に優れた超硬合金などの金
属材料が一般に使用されていた。しかしながら、従来の
超硬合金製の成形用ロールにおいては、ロールの軸受部
が短期間に損傷し、異常振動を生じて製品不良を生じた
り、作用する衝撃力によって成形用ロールに割れ，変
形，傷を生じ製品の表面性状の悪化を生じたり、ロール
の温度上昇を防止するために散布する冷却水による熱衝
撃によって成形用ロールが破損するなどの種々の問題点
があった。
【００９５】しかるに本実施例のように、高温強度，耐
熱衝撃性，電気絶縁性，耐摩耗性に優れた窒化けい素構
造部材で成形用ロール７３ａ，７３ｂを形成しているた
め、高周波溶接器７４からの迷走電流等の漏洩を効果的
に防止でき、漏洩電流による軸受の電食による損傷を効
果的に防止することができる。また、従来材と比較し
て、軽量で耐摩耗性に優れているため、保守・取扱いが
容易であり、傷や変形を生じにくく、製品としての溶接
管の品質を大幅に向上させることができる。
熱衝撃性，電気絶縁性，耐摩耗性に優れた窒化けい素構
造部材で成形用ロール７３ａ，７３ｂを形成しているた
め、高周波溶接器７４からの迷走電流等の漏洩を効果的
に防止でき、漏洩電流による軸受の電食による損傷を効
果的に防止することができる。また、従来材と比較し
て、軽量で耐摩耗性に優れているため、保守・取扱いが
容易であり、傷や変形を生じにくく、製品としての溶接
管の品質を大幅に向上させることができる。
【００９６】特に本実施例の半導体用ロール７３ａ，７
３ｂを使用することにより、高周波溶接器７４からの漏
洩電流が殆どなくなり、従来の超硬合金製ロールを使用
した場合に比較して溶接用電力消費量が１０％程度低減
でき、大きな節電効果が得られた。また軸受等の電食に
よる損傷も少なく、従来の超硬合金製ロールの場合と比
較して、延稼動時間が７倍程度に延伸される結果、ロー
ル交換等の保守管理作業を大幅に簡素化することができ
た。
３ｂを使用することにより、高周波溶接器７４からの漏
洩電流が殆どなくなり、従来の超硬合金製ロールを使用
した場合に比較して溶接用電力消費量が１０％程度低減
でき、大きな節電効果が得られた。また軸受等の電食に
よる損傷も少なく、従来の超硬合金製ロールの場合と比
較して、延稼動時間が７倍程度に延伸される結果、ロー
ル交換等の保守管理作業を大幅に簡素化することができ
た。
【００９７】以上の実施例１７〜２４においては、本発
明に係る窒化けい素構造部材を半導体パッケージのセラ
ミックス基体，圧縮機の摺動部材，エンジンやガスター
ビンの高温耐食性部材および摺動部材，外囲器，鋼管製
造機の成形用ロールに適用した例で示しているが、本発
明の窒化けい素構造部材の適用対象はこれらに限定され
るものではなく、本来の高強度特性に加えて高熱伝導性
を併有し、さらに絶縁耐性，耐摩耗性，熱衝撃特性，軽
量性，金属溶湯に対する抵抗性，耐食性が優れた特性に
着目して広範囲に適用することが可能である。
明に係る窒化けい素構造部材を半導体パッケージのセラ
ミックス基体，圧縮機の摺動部材，エンジンやガスター
ビンの高温耐食性部材および摺動部材，外囲器，鋼管製
造機の成形用ロールに適用した例で示しているが、本発
明の窒化けい素構造部材の適用対象はこれらに限定され
るものではなく、本来の高強度特性に加えて高熱伝導性
を併有し、さらに絶縁耐性，耐摩耗性，熱衝撃特性，軽
量性，金属溶湯に対する抵抗性，耐食性が優れた特性に
着目して広範囲に適用することが可能である。
【００９８】例えば各種金属溶湯に濡れにくく、耐食性
に優れている特性を利用して、アルミニウム，亜鉛など
のダイキャスト装置のシリンダー部材やプランジャー部
材にも適用できる。さらに金属および金属化合物単結晶
の引上げ治具部材やるつぼなどの耐溶材料にも好適であ
る。さらに絶縁性，耐候性，高靭性等の特性を利用し
て、高圧電線等を保持する碍子に適用することもでき
る。さらに高強度，高剛性，耐摩耗特性，耐焼付き性を
利用して、各種ベアリングのボールおよび内外輪の構成
材として使用することもできる。また、銅や銅合金を押
出し成形によって製造する際に使用する押出ダイス，熱
間圧延用ガイドローラ，パイプアプセット用ダイスなど
の金属加工用構造部品に適用することもできる。さらに
優れた耐摩耗特性を利用して、ブラスト装置において高
硬度の粒子を噴射するノズルの構造材として使用するこ
ともできる。
に優れている特性を利用して、アルミニウム，亜鉛など
のダイキャスト装置のシリンダー部材やプランジャー部
材にも適用できる。さらに金属および金属化合物単結晶
の引上げ治具部材やるつぼなどの耐溶材料にも好適であ
る。さらに絶縁性，耐候性，高靭性等の特性を利用し
て、高圧電線等を保持する碍子に適用することもでき
る。さらに高強度，高剛性，耐摩耗特性，耐焼付き性を
利用して、各種ベアリングのボールおよび内外輪の構成
材として使用することもできる。また、銅や銅合金を押
出し成形によって製造する際に使用する押出ダイス，熱
間圧延用ガイドローラ，パイプアプセット用ダイスなど
の金属加工用構造部品に適用することもできる。さらに
優れた耐摩耗特性を利用して、ブラスト装置において高
硬度の粒子を噴射するノズルの構造材として使用するこ
ともできる。
【００９９】
【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係る高熱伝導
性窒化けい素構造部材は、所定の純度および粒径を有す
る微細な窒化けい素粉末に希土類元素を所定量添加して
成形焼結し、焼結処理完了直後における焼結体の冷却速
度を毎時１００℃以下と小さく設定して製造されるた
め、従来の炉冷のような急速冷却を実施して製造した場
合と異なり、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変
化し、緻密で高強度かつ高い熱伝導率を有する構造部材
となる。したがって、この高熱伝導性窒化けい素構造部
材を、半導体用パッケージならびに放熱板などの電子用
部材，各種摺動部材，ガスタービンや自動車エンジンの
高温耐食性部材，電子管や受発信器のセラミックス外囲
器，成形用ロールなどの金属加工用構造部材等に適用す
ることにより、適用製品の耐久性，放熱性，寿命を大幅
に改善することができ、製品の高出力化，長寿命化に対
応することができる。
性窒化けい素構造部材は、所定の純度および粒径を有す
る微細な窒化けい素粉末に希土類元素を所定量添加して
成形焼結し、焼結処理完了直後における焼結体の冷却速
度を毎時１００℃以下と小さく設定して製造されるた
め、従来の炉冷のような急速冷却を実施して製造した場
合と異なり、粒界相が非晶質から結晶相を含むものに変
化し、緻密で高強度かつ高い熱伝導率を有する構造部材
となる。したがって、この高熱伝導性窒化けい素構造部
材を、半導体用パッケージならびに放熱板などの電子用
部材，各種摺動部材，ガスタービンや自動車エンジンの
高温耐食性部材，電子管や受発信器のセラミックス外囲
器，成形用ロールなどの金属加工用構造部材等に適用す
ることにより、適用製品の耐久性，放熱性，寿命を大幅
に改善することができ、製品の高出力化，長寿命化に対
応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体パッケージの一実施例の構
成を示す断面図。
成を示す断面図。
【図２】本発明に係る半導体パッケージの他の実施例の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図３】本発明に係る半導体パッケージの他の実施例の
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図４】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を
摺動部材として使用したロータリ式圧縮機の縦断面図。
摺動部材として使用したロータリ式圧縮機の縦断面図。
【図５】図４に示すロータリ式圧縮機の平断面図。
【図６】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材
を、高温耐食性部材および摺動部材として使用したディ
ーゼルエンジンの構成を示す断面図。
を、高温耐食性部材および摺動部材として使用したディ
ーゼルエンジンの構成を示す断面図。
【図７】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を
使用した形成したガスタービン動翼を示す斜視図。
使用した形成したガスタービン動翼を示す斜視図。
【図８】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材を
使用した形成したセラミックス外囲器を備える超高周波
用受信管の構成を示す断面図。
使用した形成したセラミックス外囲器を備える超高周波
用受信管の構成を示す断面図。
【図９】本発明に係る高熱伝導性窒化けい素構造部材と
しての成形用ロールを備える溶接管製造装置の側面図。
しての成形用ロールを備える溶接管製造装置の側面図。
【符号の説明】 １，１ｂ セラミックス基体（高熱伝導性窒化けい素構
造部材） １ａ キャビティ ２ 半導体チップ ３ チップ搭載部 ４ 固着用ガラス ５ リードフレーム ６ ボンディングワイヤ ７ セラミックス封止部材（リッド） ８ 封着ガラス（低融点ガラス） ９，９ａ，９ｂ 半導体パッケージ（ＱＦＰ） １０ 封着用ガラス １１ 金属リング １２ 半田層
造部材） １ａ キャビティ ２ 半導体チップ ３ チップ搭載部 ４ 固着用ガラス ５ リードフレーム ６ ボンディングワイヤ ７ セラミックス封止部材（リッド） ８ 封着ガラス（低融点ガラス） ９，９ａ，９ｂ 半導体パッケージ（ＱＦＰ） １０ 封着用ガラス １１ 金属リング １２ 半田層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ
Claims (7)
- 【請求項１】 希土類元素を酸化物に換算して１．０〜
７．５重量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合
量で０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上であることを特徴とする高熱伝導性窒化けい素構
造部材。 - 【請求項２】 窒化けい素粒子および粒界相により構成
され、粒界相中における結晶化合物相が粒界相全体に対
して体積比で２０％以上を占め、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上であることを特徴とする高熱伝導性窒化けい素
構造部材。 - 【請求項３】 高熱伝導性窒化けい素構造部材が摺動部
材であることを特徴とする請求項１または２記載の高熱
伝導性窒化けい素構造部材。 - 【請求項４】 高熱伝導性窒化けい素構造部材が高温耐
食性部材であることを特徴とする請求項１または２記載
の高熱伝導性窒化けい素構造部材。 - 【請求項５】 高熱伝導性窒化けい素構造部材が外囲器
であることを特徴とする請求項１または２記載の高熱伝
導性窒化けい素構造部材。 - 【請求項６】 半導体チップが搭載されたセラミックス
基体と、前記セラミックス基体の前記半導体チップの搭
載面側に接合されたリードフレームと、前記半導体チッ
プとリードフレームとを電気的に接続するボンディング
ワイヤとを具備する半導体パッケージにおいて、上記セ
ラミックス基体として、希土類元素を酸化物に換算して
１．０〜７．５重量％、窒化アルミニウムを２．０重量
％以下、その他不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合
量で０．３重量％以下含有し、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上である高熱伝導性窒化けい素を用いたことを特徴
とする半導体パッケージ。 - 【請求項７】 半導体チップが搭載されたセラミックス
基体と、前記セラミックス基体の前記半導体チップの搭
載面側に接合されたリードフレームと、前記半導体チッ
プとリードフレームとを電気的に接続するボンディング
ワイヤとを具備する半導体パッケージにおいて、上記セ
ラミックス基体として、窒化けい素粒子および粒界相に
より構成され、粒界相中の結晶化合物相が粒界相全体に
対し体積比で２０％以上を占め、熱伝導率が６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上である高熱伝導性窒化けい素を用いたことを特
徴とする半導体パッケージ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33359593A JP3445342B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージ |
| KR1019940038360A KR0143870B1 (ko) | 1993-12-27 | 1994-12-26 | 고열전도성 질화규소 구조부재 및 반도체 패키지, 히터, 서멀헤드 |
| DE69423447T DE69423447T2 (de) | 1993-12-27 | 1994-12-27 | Siliziumnitridteil mit hoher Wärmeleitfähigkeit, Halbleitergehäuse, Heizung und thermischer Kopf |
| US08/364,195 US5698896A (en) | 1993-12-27 | 1994-12-27 | High thermal conductive silicon nitride structural member, semiconductor package, heater and thermal head |
| EP94120716A EP0660397B1 (en) | 1993-12-27 | 1994-12-27 | High thermal conductive silicon nitride structural member, semiconductor package, heater and thermal head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33359593A JP3445342B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージ |
Related Child Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10332960A Division JPH11292632A (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 高熱伝導性窒化けい素構造部材の製造方法および半導体パッケ―ジの製造方法 |
| JP10332959A Division JPH11310466A (ja) | 1998-11-24 | 1998-11-24 | 高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージ |
| JP2003141035A Division JP2003327474A (ja) | 2003-05-19 | 2003-05-19 | 高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07187793A true JPH07187793A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3445342B2 JP3445342B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=18267802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33359593A Expired - Lifetime JP3445342B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 高熱伝導性窒化けい素構造部材および半導体パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3445342B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0969594A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-03-11 | Toshiba Corp | 圧接用窒化けい素放熱板およびそれを用いた圧接構造部品 |
| JPH11100276A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Kyocera Corp | 電子部品搭載用窒化ケイ素質基板及びその製造方法 |
| US6143677A (en) * | 1997-09-03 | 2000-11-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sinter having high thermal conductivity and process for preparing the same |
| US6242374B1 (en) | 1998-05-12 | 2001-06-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermal conductive silicon nitride sintered body and method of producing the same |
| KR20020045707A (ko) * | 2000-12-09 | 2002-06-20 | 이진우 | 반도체 조성물 |
| JP2002326875A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-11-12 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| JP2005179146A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Hitachi Metals Ltd | 電縫管製造用スクイズロール |
| WO2008032427A1 (fr) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Élément coulissant et palier utilisant celui-ci |
| JP5002155B2 (ja) * | 2003-09-25 | 2012-08-15 | 株式会社東芝 | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| WO2014025062A1 (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体および熱伝導部材 |
| CN112687637A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-20 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种立式金属陶瓷封装外壳、器件及制备方法 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33359593A patent/JP3445342B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0969594A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-03-11 | Toshiba Corp | 圧接用窒化けい素放熱板およびそれを用いた圧接構造部品 |
| JP2975882B2 (ja) * | 1995-06-23 | 1999-11-10 | 株式会社東芝 | 圧接用窒化けい素放熱板およびそれを用いた圧接構造部品 |
| US6143677A (en) * | 1997-09-03 | 2000-11-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sinter having high thermal conductivity and process for preparing the same |
| JPH11100276A (ja) * | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Kyocera Corp | 電子部品搭載用窒化ケイ素質基板及びその製造方法 |
| US6242374B1 (en) | 1998-05-12 | 2001-06-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High thermal conductive silicon nitride sintered body and method of producing the same |
| KR20020045707A (ko) * | 2000-12-09 | 2002-06-20 | 이진우 | 반도체 조성물 |
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| WO2008032427A1 (fr) * | 2006-09-13 | 2008-03-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Élément coulissant et palier utilisant celui-ci |
| JP5289053B2 (ja) * | 2006-09-13 | 2013-09-11 | 株式会社東芝 | 摺動部材とそれを用いた軸受 |
| US8579513B2 (en) | 2006-09-13 | 2013-11-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Slide member and bearing utilizing the same |
| WO2014025062A1 (ja) * | 2012-08-10 | 2014-02-13 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体および熱伝導部材 |
| CN104470872A (zh) * | 2012-08-10 | 2015-03-25 | 京瓷株式会社 | 氮化硅质烧结体及导热构件 |
| CN112687637A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-20 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种立式金属陶瓷封装外壳、器件及制备方法 |
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