JPH0881264A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有
し、焼きむら、色むらおよび反りやうねりのない良好な
外観性を有し、さらに表面の平滑性に優れたＡｌＮ焼結
体の製造方法を提供しようとするものである。 【構成】 （ａ）窒化アルミニウム粉末と、（ｂ）前記
窒化アルミニウム粉末に対してアルカリ土類金属もしく
は希土類元素換算で０．１〜１０．０重量％配合される
アルカリ土類金属化合物および／または希土類化合物
と、（ｃ）前記窒化アルミニウム粉末に対して無水物換
算で０．０１〜５．０重量％配合される酸化燐、燐酸塩
および燐酸水素塩から選ばれる少なくとも１種の燐酸化
合物とを含む組成の原料を成形する工程と、前記成形体
を非酸化性雰囲気中、１４００〜１７００℃で焼結する
工程とを具備したことことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化アルミニウム焼結
体（ＡｌＮ焼結体）の製造方法に関し、特に絶縁基板、
ヒートシンク、半導体パッケージの材料として好適なＡ
ｌＮ焼結体の製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】電子回路は、主にＩＣなどの素子、基
板、配線などで構成されている。近年、電子回路の高速
化、小型化、さらに大出力化が進み、素子の発熱量が無
視できない大きな値になっている。これに対応して、従
来のセラミック基材に代わって高熱伝導性のＡｌＮ焼結
体からなる基材を備えた回路基板が開発されている。し
かしながら、ＡｌＮ焼結体が回路基板の基材として優れ
た特性を有するにも拘らず、現在もなお回路基板の基材
として主にアルミナが使用されている。これは、いくつ
かの要因があるが、最大の要因は前記ＡｌＮ焼結体がア
ルミナに比べて高コストであることである。コスト高の
要因は、例えば原料粉末のコスト、アルミナより高い温
度での焼結および後加工が割高になることが挙げられ
る。

【０００３】このようなことから、主にＡｌＮ焼結体の
高熱伝導率化や焼結性について多くの改良が試みられて
いる。例えば、特開昭６１−１１７１６０号公報および
特開昭６１−２０９９５９号公報にはＡｌＮ粉末に希土
類化合物および／またはアルカリ土類化合物を添加した
原料を用いてＡｌＮ焼結体を製造することが開示され、
特開昭６２−１５３１７３号公報にはＡｌＮ粉末に希土
類化合物および／またはアルカリ土類化合物と遷移金属
化合物を添加した原料を用いてＡｌＮ焼結体を製造する
ことが開示されている。また、１９９１年５月の日本セ
ラミックス協会年会では実験室レベルで１４００℃、９
６時間の熱処理でも焼結が良好なＡｌＮ焼結体が得られ
るとが発表されている。さらに、特開平３−２８１７３
号公報、特開平２−１０７５６９号公報および特開平２
−２７５７６５号公報には焼結性および焼結特性を向上
するために燐を含む原料を用いてＡｌＮ焼結体を製造す
ることが開示されている。これらの成果として、ＡｌＮ
焼結体の焼結温度を当初の１８００℃から１６００℃前
後まで低温化できるようになってきている。一方、Ａｌ
Ｎ粉末の価格もその生産量の増大に伴って次第に低下し
つつある。しかしながら、これらの成果をもってしても
未だに高コストになるために応用が遅れているのが実状
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、１６
００℃前後の低温焼結であるにも拘らず１２０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高い熱伝導率を有し、焼結上がりの状態におい
て焼きむら、色むらおよび反りやうねりのない良好な外
観性を有し、さらに焼結上がりの状態において表面の平
滑性に優れ、後加工を著しく簡便にすることが可能なＡ
ｌＮ焼結体の製造方法をを提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法は（ａ）窒化アルミニウム粉
末と、（ｂ）前記窒化アルミニウム粉末に対してアルカ
リ土類金属もしくは希土類元素換算で０．１〜１０．０
重量％配合されるアルカリ土類金属化合物および／また
は希土類化合物と、（ｃ）前記窒化アルミニウム粉末に
対して無水物換算で０．０１〜５．０重量％配合される
酸化燐、燐酸塩および燐酸水素塩から選ばれる少なくと
も１種の燐酸化合物とを含む組成の原料を成形する工程
と、前記成形体を非酸化性雰囲気中、１４００〜１７０
０℃で焼結する工程とを具備したことを特徴とするもの
である。

【０００６】前記（ａ）成分であるＡｌＮ粉末は、実質
的にあらゆる入手可能な粉末を用いることができるが、
焼結性の観点から不純物酸素量が０．２〜３．５重量
％、平均一次粒子径が０．０３〜３．５μｍ、より好ま
しくは０．０２〜２．５μｍであることが望ましい。こ
のようなＡｌＮ粉末は単独もしくは混合して用いること
ができる。ここで、ＡｌＮ粉末中の不純物酸素量を規定
したのは次のような理由によるものである。ＡｌＮ粉末
中の不純物酸素量を０．２重量％未満にすると、焼結前
の混合や成形の取扱い段階でＡｌＮ粉末が変質するか、
または十分に焼結が進行しない恐れがある。一方、Ａｌ
Ｎ粉末中の不純物酸素量が３．５重量％を越えると最終
的なＡｌＮ焼結体の熱伝導率が低下する恐れがある。ま
た、ＡｌＮ粉末の一次粒子径を規定したのは次のような
理由によるものである。ＡｌＮ粉末の一次粒子径を０．
０３μｍ未満にすると前記原料の成形が困難になる恐れ
がある。一方、ＡｌＮ粉末の一次粒子径が３．５μｍを
越えると焼結性が低下する恐れがある。

【０００７】前記（ｂ）成分であるアルカリ土類化合
物、希土類化合物は、粉体または液体の形態で添加され
る。前記アルカリ土類化合物としては、例えばＣａ、Ｂ
ａ、Ｓｒなどの酸化物、炭化物、フッ化物、炭酸塩、シ
ュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシド等が挙げられ、前記希
土類化合物としては例えばＹ、Ｌａ、Ｃｅなどの酸化
物、炭化物、フッ化物、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、
アルコキシド等が挙げられ、る。また、希土類化合物、
アルカリ土類化合物を添加した後、希土類の硝酸塩をア
ルコールに溶解して添加する等の種々の組み合わせが可
能である。

【０００８】前記（ｂ）成分の配合量を窒化アルミニウ
ム粉末に対してアルカリ土類金属もしくは希土類元素換
算で０．１〜１０．０重量％としたのは、次のよう理由
によるものである。前記（ｂ）成分の配合量を０．１重
量％未満にすると、焼結が不十分で、また十分に焼結し
ても熱伝導率が低下する。一方、前記（ｂ）成分の配合
量が１０．０重量％を越えると焼結体表面に多くの析出
物が現れたり、焼結時間が短い場合には熱伝導率が低下
する。

【０００９】前記（ｃ）成分である酸化燐、燐酸塩およ
び燐酸水素塩は、ＡｌＮ焼結体の焼きむら、色むらの発
生を防止する作用をなす。前記燐酸塩としては、例えば
Ｃａ₃ （ＰＯ₄ ）₂ 、Ｂａ₃ （ＰＯ₄ ）₂ 、Ｓｒ₃ （Ｐ
Ｏ₄ ）₂ などのアルカリ土類燐酸塩、ＹＰＯ₄ 、ＬａＰ
Ｏ₄ 、ＣｅＰＯ₄ 、ＧｄＰＯ₄ 、ＹｂＰＯ₄ などの希土
類燐酸塩、Ｌｉ₃ ＰＯ₄ 、Ｎａ₃ ＰＯ₄ 、Ｋ₃ ＰＯ₄ な
どのアルカリ金属燐酸塩等を挙げることができる。前記
燐酸水素塩としては、例えばＣａ（Ｈ₂ ＰＯ₄）₂ 、Ｂ
ａ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₂ 、Ｓｒ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₂ 、ＣａＨＰ
Ｏ₄ 、ＢａＨＰＯ₄ 、ＳｒＨＰＯ₄ などのアルカリ土類
燐酸水素塩、Ｙ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₃ 、Ｌａ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）
₃ 、Ｃｅ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₃ 、Ｇｄ（Ｈ₂ ＰＯ₄ ）₃ 、Ｙ
ｂ（Ｈ₂ＰＯ₄ ）₃ 、Ｙ₂ （ＨＰＯ₄ ）₃ 、Ｌａ₂ （Ｈ
ＰＯ₄ ）₃ 、Ｃｅ₂ （ＨＰＯ₄ ）₃ 、Ｇｄ₂ （ＨＰＯ
₄ ）₃ 、Ｙｂ₂ （ＨＰＯ₄ ）₃ などの希土類燐酸水素
塩、ＬｉＨ₂ ＰＯ₄ 、ＮａＨ₂ ＰＯ₄ 、ＫＨ₂ ＰＯ₄ 、
Ｌｉ₂ ＨＰＯ₄ 、Ｎａ₂ ＨＰＯ₄ 、Ｋ₂ ＨＰＯ₄ などの
アルカリ金属燐酸水素塩等を挙げることができる。その
他の燐酸塩としては、燐酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄ ま
たはＡｌ（ＰＯ₃ ）₃ ）、燐酸水素アルミニウムＡｌ₂
（ＨＰＯ₄ ）₃ 等が挙げられる。

【００１０】前記（ｃ）成分の配合量を前記窒化アルミ
ニウム粉末に対して無水物換算で０．０１〜５．０重量
％の範囲に限定したのは次のような理由によるものであ
る。前記（ｃ）成分の配合量を０．０１重量％未満にす
ると焼結体表面に大小の斑点状析出物が現れたり、反り
やうねりを大きくなる。一方、前記（ｃ）成分の配合量
が５．０重量％を越えると焼きむらや色むらが生じ易く
なる。より好ましい（ｃ）成分の配合量は、０．０５〜
４．０重量％である。

【００１１】前記原料中には、（ｄ）成分としてＡｌＮ
焼結体の黒色化に寄与する遷移金属化合物が前記窒化ア
ルミニウム粉末に対して遷移金属換算で１．５重量％以
下配合されることを許容する。前記遷移金属化合物とし
ては、例えばＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒの酸化物、窒化物、炭化物、酸炭
化物、酸窒化物等を挙げることができる。これらの遷移
金属化合物の中で、焼結体の中で導電性を示すものが好
ましい。このような導電性を示す遷移金属化合物として
は、例えばＷ、Ｍｏのような金属、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、
Ｔａから選ばれる元素の窒化物または炭化物を挙げるこ
とができる。前記（ｄ）成分の配合量が前記窒化アルミ
ニウム粉末に対して遷移金属換算で１．５重量％を越え
ると、ＡｌＮ焼結体の電気特性を劣化させる。

【００１２】前記原料中には、（ｅ）成分としてＡｌＮ
焼結体の焼きむら、色むらの発生を防止する作用をなす
アルカリ金属化合物および／またはホウ素化合物が前記
窒化アルミニウム粉末に対してアルカリ金属もしくはホ
ウ素換算で０．０１〜３．０重量％配合されることを許
容する。前記アルカリ金属化合物としては、例えばＮａ
₂ ＣＯ₃ 、ＮａＦ、ＮａＣｌ、Ｎａ₂ Ｏ等を挙げること
ができる。前記ホウ素化合物としては、例えばＢ₂ Ｏ
₃ 、焼結過程でＢ₂ Ｏ₃ に変換される化合物またはＮａ
₂ Ｂ₄ Ｏ₇ などのアルカリ金属のホウ酸塩を挙げること
ができる。

【００１３】前記（ｅ）成分の配合量を規定したのは、
次のような理由によるものである。前記（ｅ）成分の配
合量を０．０１重量％未満にすると焼結体表面に大小の
斑点状析出物が現れたり、反りやうねりを大きくなる。
一方、前記（ｅ）成分の配合量が３．０重量％を越える
と焼きむらや色むらが生じ易くなる。より好ましい前記
（ｅ）成分の配合量は、０．０５〜２．５重量％であ
る。

【００１４】前記原料中には前記（ｄ）および（ｅ）の
成分を同時に配合してもよい。前記原料中には、前記
（ａ）〜（ｅ）の成分の他に必要に応じてＳｉＯ₂ 、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＣ、ＧｅＯなどのIVｂ族元素の酸化物、
窒化物、炭化物または、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＦ₃ 、ＧａＦ
₃ などのIII ｂ族元素の酸化物、ハロゲン化物をそれぞ
れ１重量％以下配合してもよい。

【００１５】前記成形体は、前記原料を有機バインダお
よび溶剤と共に混合し、これを成形することにより作製
される。前記バインダとしては、例えば、アクリル系、
メタクリル系、ＰＶＤ系などが用いられる。このような
バインダの添加量は、使用するＡｌＮ粉末の粒度等によ
って異なるが、２〜１２重量％、より好ましくは４〜１
０重量％の範囲にすることが望ましい。前記溶剤として
は、例えばｎ−ブタノールなどのアルコール系、メチル
イソブチルケトン、トルエン、キシレンなどを用いるこ
とができる。

【００１６】前記成形体は、通常、焼結に先立って非酸
化性雰囲気中、１０００℃以下の温度で脱バインダ処理
がなされる。ここで、非酸化性雰囲気とは窒素および／
またはアルゴンなどの不活性ガス、またはこれらのガス
に水素、炭酸ガスなどを少量添加した混合ガスを意味す
る。また、前記原料中にタングステンやモリブデンなど
の導体金属が含まれない場合には前記雰囲気中に酸素を
微量含むことを許容する。この場合、脱バインダ処理の
最高温度を５００℃にすることが好ましい。

【００１７】前記焼成工程は、窒素および／またはアル
ゴンなどの不活性ガス、またはこれらのガスに水素、炭
酸ガスなどを少量添加した混合ガスの非酸化性雰囲気
中、ＡｌＮ、ＢＮ、カーボンからなる焼成容器内で、カ
ーボン、タングステン、モリブデンなどのヒータを備え
た焼結炉で焼結することが好ましい。この焼結は、０．
０１〜１０．０気圧の圧力で行われることが好ましい。
また、前記焼結工程は単調に最高温度まで昇温すること
ができるが、必要に応じて最高温度まで段階的に昇温す
ることもできる。

【００１８】本発明に係わる別の窒化アルミニウム焼結
体の製造方法は、（Ａ）窒化アルミニウム粉末と、
（Ｂ）前記窒化アルミニウム粉末に対してアルカリ土類
金属もしくは希土類元素換算で０．１〜１０．０重量％
配合されるアルカリ土類金属化合物および／または希土
類化合物と、（Ｃ）前記窒化アルミニウム粉末に対して
アルカリ金属換算で０．０１〜３．５重量％配合される
アルカリ金属化合物とを含む組成の原料を成形する工程
と、前記成形体を非酸化性雰囲気中、１４００〜１７０
０℃で焼結する工程とを具備したことを特徴とするもの
である。

【００１９】前記（Ａ）成分であるＡｌＮ粉末は、実質
的にあらゆる入手可能な粉末を用いることができるが、
焼結性の観点から不純物酸素量が０．２〜３．５重量
％、平均一次粒子径が０．０３〜３．５μｍ、より好ま
しくは０．０２〜２．５μｍであることが望ましい。こ
のようなＡｌＮ粉末は単独もしくは混合して用いること
ができる。ここで、ＡｌＮ粉末中の不純物酸素量を規定
したのは前述した本発明のＡｌＮ焼結体の製造方法で説
明したのと同様な理由によるものである。

【００２０】前記（Ｂ）成分であるアルカリ土類化合
物、希土類化合物は、粉体または液体の形態で添加され
る。前記アルカリ土類化合物としては、例えばＣａ、Ｂ
ａ、Ｓｒなどの酸化物、炭化物、フッ化物、炭酸塩、シ
ュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシド等が挙げられ、前記希
土類化合物としては例えばＹ、Ｌａ、Ｃｅなどの酸化
物、炭化物、フッ化物、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、
アルコキシド等が挙げられ、る。また、希土類化合物、
アルカリ土類化合物を添加した後、希土類の硝酸塩をア
ルコールに溶解して添加する等の種々の組み合わせが可
能である。

【００２１】前記（Ｂ）成分の配合量を窒化アルミニウ
ム粉末に対してアルカリ土類金属もしくは希土類元素換
算で０．１〜１０．０重量％としたのは、前述した本発
明のＡｌＮ焼結体の製造方法で説明したのと同様な理由
によるものである。

【００２２】前記（Ｃ）成分であるアルカリ金属化合物
としては、例えばＮａ₂ ＣＯ₃ 、ＮａＦ、ＮａＣｌ、Ｎ
ａ₂ Ｏ、Ｎａ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ などのナトリウム化合物、Ｋ₂
ＣＯ₃ 、ＫＦ、ＫＣｌ、Ｋ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｂ₄ Ｏ₇ などのカ
リウム化合物等を挙げることができる。

【００２３】前記（Ｃ）成分の配合量を規定したのは、
次のような理由によるものである。前記（Ｃ）成分の配
合量を０．０１重量％未満にすると焼結体表面に大小の
斑点状析出物が現れたり、反りやうねりを大きくなる。
一方、前記（Ｃ）成分の配合量が３．５％重量％を越え
ると焼きむらや色むらが生じ易くなる。より好ましい前
記（Ｃ）成分の配合量は、０．０５〜２．５重量％であ
る。

【００２４】前記原料中には、（Ｄ）成分としてＡｌＮ
焼結体の焼きむら、色むらの発生を防止する作用をなす
シリコン化合物、フッ化アルミニウムおよびホウ素化合
物から選ばれる少なくとも一種が前記窒化アルミニウム
粉末に対してシリコン、アルミニウムもしくはホウ素換
算で０．０１〜３．０重量％配合されることを許容す
る。前記シリコン化合物としては、例えばＳｉＯ₂ 、Ｓ
ｉ₂ Ｎ₃ 、ＳｉＣ等を挙げることができる。前記ホウ素
化合物としては、例えばＢ₂ Ｏ₃ 、焼結過程でＢ₂ Ｏ₃
に変換される化合物（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）を挙げることができ
る。

【００２５】前記（Ｄ）成分の配合量を規定したのは、
次のような理由によるものである。前記（Ｄ）成分の配
合量を０．０１重量％未満にすると焼結体表面に大小の
斑点状析出物が現れたり、反りやうねりを大きくなる。
一方、前記（Ｄ）成分の配合量が３．０重量％を越える
と焼きむらや色むらが生じ易くなる。より好ましい前記
（Ｄ）成分の配合量は、０．０５〜２．５重量％であ
る。

【００２６】前記原料中には、前記（Ａ）〜（Ｄ）の成
分の他に必要に応じてＧｅＯなどのIVｂ族元素の酸化
物、窒化物、炭化物または、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＧａＦ₃ など
のIIIｂ族元素の酸化物、ハロゲン化物をそれぞれ１重
量％以下配合してもよい。

【００２７】前記成形体は、前記原料を有機バインダお
よび溶剤と共に混合し、これを成形することにより作製
される。前記バインダとしては、例えば、アクリル系、
メタクリル系、ＰＶＤ系などが用いられる。このような
バインダの添加量は、使用するＡｌＮ粉末の粒度等によ
って異なるが、２〜１２重量％、より好ましくは４〜１
０重量％の範囲にすることが望ましい。前記溶剤として
は、例えばｎ−ブタノールなどのアルコール系、メチル
イソブチルケトン、トルエン、キシレンなどを用いるこ
とができる。

【００２８】前記成形体は、通常、焼結に先立って非酸
化性雰囲気中、１０００℃以下の温度で脱バインダ処理
がなされる。ここで、非酸化性雰囲気とは窒素および／
またはアルゴンなどの不活性ガス、またはこれらのガス
に水素、炭酸ガスなどを少量添加した混合ガスを意味す
る。また、前記原料中にタングステンやモリブデンなど
の導体金属が含まれない場合には前記雰囲気中に酸素を
微量含むことを許容する。この場合、脱バインダ処理の
最高温度を５００℃にすることが好ましい。

【００２９】前記焼成工程は、窒素および／またはアル
ゴンなどの不活性ガス、またはこれらのガスに水素、炭
酸ガスなどを少量添加した混合ガスの非酸化性雰囲気
中、ＡｌＮ、ＢＮ、カーボンからなる焼成容器内で、カ
ーボン、タングステン、モリブデンなどのヒータを備え
た焼結炉で焼結することが好ましい。この焼結は、０．
０１〜１０．０気圧の圧力で行われることが好ましい。
また、前記焼結工程は単調に最高温度まで昇温すること
ができるが、必要に応じて最高温度まで段階的に昇温す
ることもできる。

【００３０】

【作用】本発明に係わる窒化アルミニウム焼結体の製造
方法は、（ａ）窒化アルミニウム粉末と、（ｂ）前記窒
化アルミニウム粉末に対してアルカリ土類金属もしくは
希土類元素換算で０．１〜１０．０重量％配合されるア
ルカリ土類金属化合物および／または希土類化合物と、
（ｃ）前記窒化アルミニウム粉末に対して無水物換算で
０．０１〜５．０重量％配合される酸化燐、燐酸塩およ
び燐酸水素塩から選ばれる少なくとも１種の燐酸化合物
とを含む組成の原料を成形する工程と、前記成形体を非
酸化性雰囲気中、１４００〜１７００℃で焼結する工程
とを具備する。このような本発明によれば、１６００℃
前後の低温焼結であるにも拘らず１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の高い熱伝導率を有し、焼結上がり状態において焼きむ
ら、色むらおよび反りやうねりのない良好な外観性を有
し、さらに焼結上がり状態において表面の平滑性に優
れ、後加工が著しく簡便にすることが可能なＡｌＮ焼結
体の製造方法を提供できる。

【００３１】特に、焼結上がりの状態において焼きむ
ら、色むらおよび反りやうねりのない良好な外観性を有
し、さらに焼結上がりの状態において優れた表面平滑性
が得られるメカニズムは現在のところ不明であるが、前
述した（ｃ）成分である燐化合物は焼結途中での気散量
が多く、その気散過程で何等かの清浄効果が働いている
ものと考えられる。

【００３２】また、これまでの研究によれば特にフッ化
物を多く含む原料では焼結温度を下げることができると
いう利点を有する反面、焼きむら、色むらおよび反りや
うねりが多く存在し、表面状態を悪化する傾向が見られ
た。このようなフッ化物を含む場合において、前述した
燐化合物は有効に作用する。これは、焼結途中での共融
液相温度の低下や、添加物とフッ素との反応により、一
層蒸気圧の高いフッ化物の生成とその気散などが関係し
ているものと考えられる。

【００３３】さらに、原料中に（ｅ）成分であるアルカ
リ金属化合物および／またはホウ素化合物を配合するこ
とにより、前記（ｃ）成分である燐化合物と相互に作用
して焼きむら、色むらおよび反りやうねりのないより良
好な外観性と優れた表面平滑性を有するＡｌＮ焼結体を
得ることができる。

【００３４】さらに、原料中には、（ｄ）成分として遷
移金属化合物を配合することによって黒色化されたＡｌ
Ｎ焼結体を得ることができる。また、本発明に係わる別
の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、（Ａ）窒化ア
ルミニウム粉末と、（Ｂ）前記窒化アルミニウム粉末に
対してアルカリ土類金属もしくは希土類元素換算で０．
１〜１０．０重量％配合されるアルカリ土類金属化合物
および／または希土類化合物と、（Ｃ）前記窒化アルミ
ニウム粉末に対してアルカリ金属換算で０．０１〜３．
５重量％配合されるアルカリ金属化合物とを含む組成の
原料を成形する工程と、前記成形体を非酸化性雰囲気
中、１４００〜１７００℃で焼結する工程とを具備す
る。このような本発明によれば、１６００℃前後の低温
焼結であるにも拘らず１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝
導率を有し、焼結上がり状態において焼きむら、色むら
および反りやうねりのない良好な外観性を有し、さらに
焼結上がり状態において表面の平滑性に優れ、後加工が
著しく簡便にすることが可能なＡｌＮ焼結体の製造方法
を提供できる。

【００３５】特に、焼結上がりの状態において焼きむ
ら、色むらおよび反りやうねりのない良好な外観性を有
し、さらに焼結上がりの状態において優れた表面平滑性
が得られるメカニズムは現在のところ不明であるが、前
述した（Ｃ）成分であるアルカリ金属化合物は焼結途中
での気散量が多く、その気散過程で何等かの清浄効果が
働いているものと考えられる。

【００３６】また、これまでの研究によれば特にフッ化
物を多く含む原料では焼結温度を下げることができると
いう利点を有する反面、焼きむら、色むらおよび反りや
うねりが多く存在し、表面状態を悪化する傾向が見られ
た。このようなフッ化物を含む場合において、前述した
アルカリ金属化合物は有効に作用する。これは、焼結途
中での共融液相温度の低下や、添加物とフッ素との反応
により、一層蒸気圧の高いフッ化物の生成とその気散な
どが関係しているものと考えられる。

【００３７】さらに、原料中に（Ｄ）成分であるシリコ
ン化合物、フッ化アルミニウムおよびホウ素化合物から
選ばれる少なくとも一種を配合することにより、前記
（Ｃ）成分であるアルカリ金属化合物と相互に作用して
焼きむら、色むらおよび反りやうねりのないより良好な
外観性と優れた表面平滑性を有するＡｌＮ焼結体を得る
ことができる。

【００３８】以上のような本発明の方法により製造され
たＡｌＮ焼結体は、高温高強度構造材やヒートシンクと
して使用することが可能であるが、メメタライズ処理を
施すことにより回路基板として使用することができる。
前記ＡｌＮ焼結体を絶縁部分として用いることにより優
れた放熱性と機械的強度、さらに導体層の剥離、断線な
どの欠陥のない良好な回路性能を得ることができる。例
えば、ＤＢＣ、ＱＦＰ、ＰＧＡ、ＢＧＡ、ＤＩＰや薄
膜、厚膜などの電気回路、電子回路に利用することがで
きる。

【００３９】前記回路基板は、次のような方法により製
造される。第１工程としてＡｌＮ粉末と添加物からなる
原料、バインダおよび溶剤とを十分に混練して所定の粘
度を有するスラリーを調製する。つづいて、このスラリ
ーをドクターブレード法によりシート化した後、加熱乾
燥してグリーンシートを作製する。

【００４０】第２工程として前記グリーンシートの少な
くとも表面に導電材を含む導電ペーストを例えばスクリ
ーン印刷で所定の回路パターンを形成する。ここで、前
記導電材料としては例えばＷ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ
などが挙げられる。この時、多層構造の回路基板を製造
する場合には予めグリーンシートに穴を開け、この穴に
例えば圧入法により前記導電ペーストを充填し、層間の
電気的接続を図る。つづいて、前記回路パターンが形成
されたグリーンシートを非酸化性雰囲気中で加熱して導
電ペースト中のバインダを除去する。必要に応じてさら
に表面に回路パターンを形成し、熱間加圧してグリーン
シートを積層する。

【００４１】第３工程として、前記グリーンシート中の
バインダを非酸化性雰囲気中で加熱除去した後、焼結す
る。焼結後必要に応じてトリミングや薄膜、厚膜の回路
形成や外部電極を形成して回路基板を製造する。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 （実施例１）まず、不純物酸素量０．９８重量％、平均
一次粒子径０．６μｍのＡｌＮ粉末９５．２重量％、平
均粒径０．１μｍ、純度９９．９％のＹ₂ Ｏ₃ 粉末２．
５重量％、平均粒径０．５μｍ、純度９９．９％のＣａ
ＣＯ₃ 粉末をＣａＯ換算で１．０重量％、平均粒径０．
２μｍ、純度９９．９％のＹＦ₃ 粉末０．５重量％、平
均粒径０．１μｍ、純度９９．９％のＷＯ₃ をＷ換算で
０．３重量％および純度９９．９％のＮａＨ₂ ＰＯ₄
０．５重量％からなる混合粉体にｎ−ブタノールを加
え、湿式ボールミルを用いて解砕、混合した後、ｎ−ブ
タノールを除去して原料粉末を調製した。つづいて、こ
の原料粉末にアクリル系バインダ５重量％を添加して造
粒した後、この造粒粉を５０ＭＰａの一軸加圧下で成形
して圧粉体とした。この圧粉体を窒素ガス雰囲気中、７
００℃まで加熱してアクリル系バインダを除去した。次
いで、前記脱バインダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセッ
トし、この容器をグラファイト製ヒータを有する焼結炉
内に入れ、１気圧の窒素雰囲気中、１６００℃、６時間
焼結することによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００４３】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度をアルキメデス
法により測定した。その結果、３．３０ｇ／ｃｍ³ と十
分に緻密化していた。

【００４４】前記焼結体から直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ
の円板を切り出し、２１±２℃の室温下でＪＩＳ−Ｒ１
６１１に従ってレーザフラッシュ法により熱伝導率を測
定した。その結果、１５０Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を
有していた。

【００４５】（比較例１）実施例１と同様なＡｌＮ粉末
および添加物を用いてＡｌＮ９５．７重量％、ＣａＯ
１．０重量％、ＹＦ₃ 粉末３重量％およびＷＯ₃ ０．３
重量％からなる混合粉体を調合し、これにｎ−ブタノー
ルを加え、湿式ボールミルを用いて解砕、混合して調製
した原料粉末を用いた以外、実施例１と同様な方法によ
りＡｌＮ焼結体を製造した。

【００４６】得られたＡｌＮ焼結体について実施例１と
同様な方法により密度および熱伝導率を測定した。その
結果、３．３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化され、かつ１
４５Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。しかしな
がら、ＡｌＮ焼結体の表面はイットリウムの酸フッ化物
やイットリウムアルミネートからなる大小の斑点で覆わ
れており、表面粗度の平均値（Ｒａ）は１．７μｍと大
きく、表面研削等の後加工を行わずに実用に供されるも
のであった。

【００４７】（実施例２）まず、不純物酸素量１．１０
重量％、平均一次粒子径０．７μｍのＡｌＮ粉末９５．
７重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％のＹ₂
Ｏ₃ 粉末３．０重量％、平均粒径０．５μｍ、純度９
９．９％のＣａＦ₂ ０．５重量％、平均粒径０．２μ
ｍ、純度９９．９％のＴｉＯ₂ 粉末をＴｉ換算で０．３
重量％および純度９９．９％のＰ₂ Ｏ₅ ０．５重量％か
らなる粉体を用いて実施例１と同様な方法により成形、
脱バインダを行い、ＡｌＮ焼結体からなる焼結容器内に
セットし、この容器をグラファイト製ヒータを有する焼
結炉内に入れ、１気圧の窒素雰囲気中、１６５０℃、３
時間焼結することによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００４８】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率
を実施例１同様な方法により測定した。その結果、密度
は３．２９ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、熱伝導
率は１５５Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００４９】さらに、前記焼結体をＪＩＳ−Ｒ１６０１
に準じて４点曲げ強度を測定した。その結果、焼結温度
が１６５０℃と低いにかかわらず、平均強度が２８０Ｍ
Ｐａと高い強度を有していた。

【００５０】（実施例３〜１８）ＡｌＮ粉末および添加
物を下記表１、表３、表５に示すように種々の割合で配
合して調製した混合粉体を用いた以外、実施例１と同様
な方法により１６種のＡｌＮ焼結体を製造した。なお、
実施例４ではＹ₂ Ｏ₃ をＹ（ＮＯ₃ ）₃ ・６Ｈ₂Ｏの形
態で配合した。実施例７では、ＡｌＰＯ₄ はその２水塩
の形態で配合し、かつ無水物に換算した。実施例２３は
Ｎａ₂ ＯをＮａ₂ ＣＯ₃ の形態で配合した。Ｗは、ＷＯ
₃ もしくはＷ金属の形態で配合した。ＴｉはＴｉＯ₂ の
形態で配合した。

【００５１】得られた実施例３〜１８のＡｌＮ焼結体に
ついて、実施例１と同様な方法により密度、熱伝導率、
および表面粗度の平均値（Ｒａ）を測定し、さらに表面
状態を観察した。その結果を下記表２、表４、および表
６に示す。なお、表１および表２には前述した実施例
１、２のＡｌＮ焼結体の混合粉体の組成および得られた
ＡｌＮ焼結体の特性を併記する。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】

【表３】

【００５５】

【表４】

【００５６】

【表５】

【００５７】

【表６】

【００５８】（実施例２６）まず、不純物酸素量１．２
１重量％、平均一次粒子径０．５５μｍのＡｌＮ粉末９
５．２重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％の
Ｙ₂ Ｏ₃ 粉末２．５重量％、平均粒径０．５μｍ、純度
９９．９％のＣａＣＯ₃ 粉末をＣａＯ換算で１．０重量
％、平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％のＣａＦ₂ 粉
末０．５重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％
のＷＯ₃ をＷ換算で０．３重量％および純度９９．９％
のＮａＨ₂ ＰＯ₄ ０．５重量％からなる混合粉体にｎ−
ブタノールを加え、湿式ボールミルを用いて解砕、混合
した後、ｎ−ブタノールを除去して原料粉末を調製し
た。つづいて、この原料粉末にアクリル系バインダ５重
量％を添加して造粒した後、この造粒粉を５０ＭＰａの
一軸加圧下で成形して圧粉体とした。この圧粉体を窒素
ガス雰囲気中、７００℃まで加熱してアクリル系バイン
ダを除去した。次いで、前記脱バインダ圧粉体をＡｌＮ
製の容器中にセットし、この容器をグラファイト製ヒー
タを有する焼結炉内に入れ、１気圧の窒素雰囲気中、１
５５０℃、６時間焼結することによりＡｌＮ焼結体を製
造した。

【００５９】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率
を実施例１と同様な方法により測定した。その結果、密
度は３．２９ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ
熱伝導率は１３５Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有してい
た。

【００６０】（実施例２７）実施例２６と同様な脱バイ
ンダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器を
グラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧
の窒素雰囲気中、１５００℃、１６時間の焼結を行うこ
とによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００６１】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率
を実施例１と同様な方法により測定した。その結果、密
度は３．３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ
熱伝導率は１４４Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有してい
た。

【００６２】（実施例２８）実施例２６と同様な脱バイ
ンダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器を
グラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧
の窒素雰囲気中、１７００℃、１時間の焼結を行うこと
によりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００６３】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率
を実施例１と同様な方法により測定した。その結果、密
度は３．３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ
熱伝導率は１４０Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有してい
た。

【００６４】（実施例２９）実施例２６と同様な脱バイ
ンダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器を
グラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧
の窒素雰囲気中、１６００℃、５４時間の焼結を行うこ
とによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００６５】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率
を実施例１と同様な方法により測定した。その結果、密
度は３．３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ
熱伝導率は２０５Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有してい
た。

【００６６】（実施例３０）前記表５に示す実施例２０
と同組成の混合粉体にｎ−ブタノールを加え、湿式ボー
ルミルを用いて解砕、混合した後、ｎ−ブタノールを除
去して原料粉末を調製した。つづいて、この原料粉末に
アクリル系バインダ５重量％を添加して造粒した後、こ
の造粒粉を５０ＭＰａの一軸加圧下で成形して圧粉体と
した。この圧粉体を窒素ガス雰囲気中、７００℃まで加
熱してアクリル系バインダを除去した。次いで、前記脱
バインダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容
器をグラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１
気圧の窒素雰囲気中、１４００℃、５４時間焼結するこ
とによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００６７】得られたＡｌＮ焼結体は黒色を呈し、色む
ら、焼きむらがなく、その上高い表面平滑性を有するも
のであった。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率
を実施例１と同様な方法により測定した。その結果、密
度は３．３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ
熱伝導率は１４２Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有してい
た。

【００６８】（実施例３１）まず、不純物酸素量０．９
８重量％、平均一次粒子径０．６μｍのＡｌＮ粉末９
５．７重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％の
Ｙ₂ Ｏ₃ ２．５重量％、平均粒径０．５μｍ、純度９
９．９％のＣａＣＯ₃ をＣａＯ換算で０．５０重量％、
純度９９．９％のＣａＦ₂ 粉末０．５重量％、平均粒径
０．１μｍ、純度９９．９％のＷＯ₃ がＷ換算で０．３
重量％および純度９９．９％のＮａＨ₂ ＰＯ₄ ０．５重
量％からなる混合粉体にアクリル系バインダを添加し、
これらをアルコール系溶媒中に分散し、粘度が約５００
０ＣＰＳのスリップを調製した。つづいて、前記スリッ
プをドクターブレードにより成形することにより約０．
３ｍｍの均一な厚さを有するグリーンシートを作製し
た。ひきつづき、前記グリーンシートを所望の寸法に裁
断し、各グリーンシートに層間の電気的接続を取るため
の複数のビアホールを開孔した。その後、各グリーシー
トのビアホールに平均粒径０．８μｍのタングステン微
粒子を含むタングステンペーストを圧入して充填し、さ
らにそれらグリーンシートの表面に前記タングステンペ
ーストをスクリーン印刷することにより導体回路となる
所望のパターンを形成した。

【００６９】次いで、前記ビアホールおよびパターンを
有するグリーンシートを所望数積層し、熱間プレスによ
り一体化した。つづいて、この積層物を外形加工した
後、窒素雰囲気中、７００℃で加熱してバインダを除去
した。脱バインダ後の積層物をＡｌＮ焼結体からなる容
器中にセットし、この容器をカーボン製ヒータを有する
焼結炉内に入れ、窒素雰囲気中、１６００℃、３時間焼
結することによりパッケージを製造した。

【００７０】得られたパッケージは、反り、うねり、ク
ラックや膨れがなく表面が平滑な構造を有するものであ
った。また、前記パッケージをＳＥＭで観察した。その
結果、絶縁層であるＡｌＮ層と導体回路であるＷ層が共
に十分に緻密化されていることが確認された。

【００７１】（実施例３２）前記表５に示す実施例２０
と同組成の混合粉体にアクリル系バインダを添加し、こ
れらをアルコール系溶媒中に分散し、粘度が約５０００
ＣＰＳのスリップを調製した。つづいて、前記スリップ
をドクターブレードにより成形することにより約０．３
ｍｍの均一な厚さを有するグリーンシートを作製した。
ひきつづき、前記グリーンシート３枚を熱間プレスによ
り積層した後、窒素雰囲気中、７００℃で加熱してバイ
ンダを除去した。脱バインダ後の積層物をＡｌＮ焼結体
からなる容器中にセットし、この容器をカーボン製ヒー
タを有する焼結炉内に入れ、窒素雰囲気中、１６００
℃、３時間の焼結を行うことによりＡｌＮ焼結体を作製
した。

【００７２】次いで、得られたＡｌＮ焼結体を加工して
３５ｍｍ×３５ｍｍ×０．７ｍｍの寸法の板状の基材と
した。つづいて、このＡｌＮ焼結体からなる基材を空気
中、１１３０℃、３時間の加熱処理を施すことにより表
面に約１μｍのα−Ａｌ₂ Ｏ₃ 層を形成した。この後、
前記基材の主面に酸素を４００ｐｐｍ含む銅板を接触さ
せ、酸素を７ｐｐｍ含む窒素雰囲気中、最高温度１０７
０℃で３分間保持してＡｌＮ焼結体からなる基材と前記
銅板とを接合した回路基板を製造した。

【００７３】得られた回路基板の接合表面を観察したと
ころ、強固に接合されていた。また、前記基材と銅板と
のピール強度を測定したところ、１１ｋｇｆ／ｃｍと高
い接合強度を有していた。

【００７４】（実施例３３）まず、不純物酸素量０．９
８重量％、平均一次粒子径０．６μｍのＡｌＮ粉末９
５．８重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％の
Ｙ₂ Ｏ₃ 粉末２．５重量％、平均粒径０．５μｍ、純度
９９．９％のＣａＣＯ₃ 粉末をＣａＯ換算で１．０重量
％、平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％のＹＦ₃ 粉末
０．５重量％および平均粒径１．２μｍ、純度９９．９
％のＮａ₂ ＣＯ₃ をＮａ₂ Ｏ換算で０．２重量％からな
る混合粉体にｎ−ブタノールを加え、湿式ボールミルを
用いて解砕、混合した後、ｎ−ブタノールを除去して原
料粉末を調製した。つづいて、この原料粉末にアクリル
系バインダ５重量％を添加して造粒した後、この造粒粉
を５０ＭＰａの一軸加圧下で成形して圧粉体とした。こ
の圧粉体を窒素ガス雰囲気中、７００℃まで加熱してア
クリル系バインダを除去した。次いで、前記脱バインダ
圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器をグラ
ファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧の窒
素雰囲気中、１６００℃、５時間焼結することによりＡ
ｌＮ焼結体を製造した。

【００７５】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１と同様な方法により測定した。その結果、密度は３．
３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ熱伝導率
は１４８Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００７６】（実施例３４）まず、不純物酸素量１．１
０重量％、平均一次粒子径０．７μｍのＡｌＮ粉末９
５．２重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％の
Ｙ₂ Ｏ₃ 粉末３．０重量％、平均粒径０．５μｍ、純度
９９．９％のＣａＦ₂ ０．５重量％および平均粒径１．
２μｍ、純度９９．９％のＮａ₂ ＣＯ₃ をＮａ₂ Ｏ換算
で０．３重量％からなる粉体を用いて実施例３３と同様
な方法により成形、脱バインダを行い、ＡｌＮ焼結体か
らなる焼結容器内にセットし、この容器をグラファイト
製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧の窒素雰囲気
中、１６５０℃、３時間焼結することによりＡｌＮ焼結
体を製造した。

【００７７】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１同様な方法により測定した。その結果、密度は３．２
９ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、熱伝導率は１５
５Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００７８】さらに、前記ＡｌＮ焼結体をＪＩＳ−Ｒ１
６０１に準じて４点曲げ強度を測定した。その結果、焼
結温度が１６５０℃と低いにかかわらず、平均強度が２
８０ＭＰａと高い強度を有していた。

【００７９】（実施例３５〜５３）ＡｌＮ粉末および添
加物を下記表７、表９、表１１に示すように種々の割合
で配合して調製した混合粉体を用いた以外、実施例３３
と同様な方法により１９種のＡｌＮ焼結体を製造した。
なお、実施例３８ではＹ₂ Ｏ₃ をＹ（ＮＯ₃ ）₃ ・６Ｈ
₂ Ｏの形態で配合した。実施例３９では、Ｂ₂ Ｏ₃ をＨ
₃ ＢＯ₃ の形態で配合した。実施例４２、５２ではＣａ
ＯをＣａＣ₂ Ｏ₄ の形態で配合し、その他の実施例では
ＣａＣＯ₃ の形態で配合した。ＢａＯ、ＳｒＯは、いず
れも炭酸塩の形態で配合した。実施例５１ではＮａ₂ Ｏ
をＮａ₂ Ｃ₂ Ｏ₄ の形態で、実施例５３ではＮａ₂ Ｏを
ＮａＮＯ₃ の形態で、その他の実施例ではＮａ₂ ＣＯ₃
の形態でそれぞれ配合した。さらに、Ｋ₂ Ｏはいずれも
Ｋ₂ ＣＯ₃ の形態で配合した。

【００８０】得られた実施例３５〜５３のＡｌＮ焼結体
について、実施例１と同様な方法により密度、熱伝導率
を測定し、さらに表面粗度の平均値（Ｒａ）を測定する
と共に表面状態を観察した。その結果を下記表８、表１
０、および表１２に示す。なお、表７および表８には前
述した実施例３３、３４のＡｌＮ焼結体の混合粉体の組
成および得られたＡｌＮ焼結体の特性を併記する。

【００８１】

【表７】

【００８２】

【表８】

【００８３】

【表９】

【００８４】

【表１０】

【００８５】

【表１１】

【００８６】

【表１２】

【００８７】（実施例５４）まず、不純物酸素量１．２
１重量％、平均一次粒子径０．５５μｍのＡｌＮ粉末９
６．３重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％の
Ｙ₂ Ｏ₃ 粉末２．５重量％、平均粒径０．５μｍ、純度
９９．９％のＣａＣＯ₃ 粉末をＣａＯ換算で０．５重量
％、平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％のＣａＦ₂ 粉
末０．５重量％および純度９９．９％のＮａ₂ ＣＯ₃ を
Ｎａ₂ Ｏ換算で０．２重量％からなる混合粉体にｎ−ブ
タノールを加え、湿式ボールミルを用いて解砕、混合し
た後、ｎ−ブタノールを除去して原料粉末を調製した。
つづいて、この原料粉末にアクリル系バインダ５重量％
を添加して造粒した後、この造粒粉を５０ＭＰａの一軸
加圧下で成形して圧粉体とした。この圧粉体を窒素ガス
雰囲気中、７００℃まで加熱してアクリル系バインダを
除去した。次いで、前記脱バインダ圧粉体をＡｌＮ製の
容器中にセットし、この容器をグラファイト製ヒータを
有する焼結炉内に入れ、１気圧の窒素雰囲気中、１５５
０℃、６時間焼結することによりＡｌＮ焼結体を製造し
た。

【００８８】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１と同様な方法により測定した。その結果、密度は３．
２９ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ熱伝導率
は１３９Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００８９】（実施例５５）実施例５４と同様な脱バイ
ンダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器を
グラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧
の窒素雰囲気中、１５００℃、１６時間の焼結を行うこ
とによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００９０】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１と同様な方法により測定した。その結果、密度は３．
３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ熱伝導率
は１５１Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００９１】（実施例５６）実施例５４と同様な脱バイ
ンダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器を
グラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧
の窒素雰囲気中、１７００℃、１時間の焼結を行うこと
によりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００９２】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１と同様な方法により測定した。その結果、密度は３．
３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ熱伝導率
は１４１Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００９３】（実施例５７）実施例５４と同様な脱バイ
ンダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この容器を
グラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、１気圧
の窒素雰囲気中、１６００℃、５４時間の焼結を行うこ
とによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００９４】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１と同様な方法により測定した。その結果、密度は３．
３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ熱伝導率
は１８５Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００９５】（実施例５８）前記表１１に示す実施例５
２と同組成の混合粉体にｎ−ブタノールを加え、湿式ボ
ールミルを用いて解砕、混合した後、ｎ−ブタノールを
除去して原料粉末を調製した。つづいて、この原料粉末
にアクリル系バインダ５重量％を添加して造粒した後、
この造粒粉を５０ＭＰａの一軸加圧下で成形して圧粉体
とした。この圧粉体を窒素ガス雰囲気中、７００℃まで
加熱してアクリル系バインダを除去した。次いで、前記
脱バインダ圧粉体をＡｌＮ製の容器中にセットし、この
容器をグラファイト製ヒータを有する焼結炉内に入れ、
１気圧の窒素雰囲気中、１４００℃、５４時間焼結する
ことによりＡｌＮ焼結体を製造した。

【００９６】得られたＡｌＮ焼結体は、色むら、焼きむ
らがなく、その上高い表面平滑性を有するものであっ
た。また、ＡｌＮ焼結体の密度および熱伝導率を実施例
１と同様な方法により測定した。その結果、密度は３．
３０ｇ／ｃｍ³ と十分に緻密化しており、かつ熱伝導率
は１３２Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導性を有していた。

【００９７】（実施例５９）まず、不純物酸素量０．９
８重量％、平均一次粒子径０．６μｍのＡｌＮ粉末９
６．１重量％、平均粒径０．１μｍ、純度９９．９％の
Ｙ₂ Ｏ₃ ２．５重量％、平均粒径０．５μｍ、純度９
９．９％のＣａＣＯ₃ をＣａＯ換算で０．７重量％、純
度９９．９％のＣａＦ₂ 粉末０．５重量％および純度９
９．９％のＫ₂ ＣＯ₃ をＫ₂ Ｏ換算で０．２重量％から
なる混合粉体にアクリル系バインダを添加し、これらを
アルコール系溶媒中に分散し、粘度が約５０００ＣＰＳ
のスリップを調製した。つづいて、前記スリップをドク
ターブレードにより成形することにより約０．３ｍｍの
均一な厚さを有するグリーンシートを作製した。ひきつ
づき、前記グリーンシートを所望の寸法に裁断し、各グ
リーンシートに層間の電気的接続を取るための複数のビ
アホールを開孔した。その後、各グリーシートのビアホ
ールに平均粒径０．８μｍのタングステン微粒子を含む
タングステンペーストを圧入して充填し、さらにそれら
グリーンシートの表面に前記タングステンペーストをス
クリーン印刷することにより導体回路となる所望のパタ
ーンを形成した。

【００９８】次いで、前記ビアホールおよびパターンを
有するグリーンシートを所望数積層し、熱間プレスによ
り一体化した。つづいて、この積層物を外形加工した
後、窒素雰囲気中、７００℃で加熱してバインダを除去
した。脱バインダ後の積層物をＡｌＮ焼結体からなる容
器中にセットし、この容器をカーボン製ヒータを有する
焼結炉内に入れ、窒素雰囲気中、１６００℃、３時間焼
結することによりパッケージを製造した。

【００９９】得られたパッケージは、反り、うねり、ク
ラックや膨れがなく表面が平滑な構造を有するものであ
った。また、前記パッケージをＳＥＭで観察した。その
結果、絶縁層であるＡｌＮ層と導体回路であるＷ層が共
に十分に緻密化されていることが確認された。

【０１００】（実施例６０）前記表１１に示す実施例５
２と同組成の混合粉体にアクリル系バインダを添加し、
これらをアルコール系溶媒中に分散し、粘度が約５００
０ＣＰＳのスリップを調製した。つづいて、前記スリッ
プをドクターブレードにより成形することにより約０．
３ｍｍの均一な厚さを有するグリーンシートを作製し
た。ひきつづき、前記グリーンシート３枚を熱間プレス
により積層した後、窒素雰囲気中、７００℃で加熱して
バインダを除去した。脱バインダ後の積層物をＡｌＮ焼
結体からなる容器中にセットし、この容器をカーボン製
ヒータを有する焼結炉内に入れ、窒素雰囲気中、１６０
０℃、３時間の焼結を行うことによりＡｌＮ焼結体を作
製した。

【０１０１】次いで、得られたＡｌＮ焼結体を加工して
３５ｍｍ×３５ｍｍ×０．７ｍｍの寸法の板状の基材と
した。つづいて、このＡｌＮ焼結体からなる基材を空気
中、１１３０℃、３時間の加熱処理を施すことにより表
面に約１μｍのα−Ａｌ₂ Ｏ₃ 層を形成した。この後、
前記基材の主面に酸素を４００ｐｐｍ含む銅板を接触さ
せ、酸素を７ｐｐｍ含む窒素雰囲気中、最高温度１０７
０℃で３分間保持してＡｌＮ焼結体からなる基材と前記
銅板とを接合した回路基板を製造した。

【０１０２】得られた回路基板の接合表面を観察したと
ころ、強固に接合されていた。また、前記基材と銅板と
のピール強度を測定したところ、１３ｋｇｆ／ｃｍと高
い接合強度を有していた。

【０１０３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば１
６００℃前後の低温焼結であるにも拘らず１２０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の高い熱伝導率を有し、焼結上がりの状態にお
いて焼きむら、色むらおよび反りやうねりのない良好な
外観性を有し、さらに焼結上がりの状態において表面の
平滑性に優れ、後加工を著しく簡便にすることが可能な
ＡｌＮ焼結体の製造方法をを提供できる。また、本発明
方法により製造されたＡｌＮ焼結体は高強度でかつ高熱
伝導性を有することから回路基板の基材等に有効に利用
することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角野 裕康 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 上野 文雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）窒化アルミニウム粉末と、（ｂ）
   前記窒化アルミニウム粉末に対してアルカリ土類金属も
   しくは希土類元素換算で０．１〜１０．０重量％配合さ
   れるアルカリ土類金属化合物および／または希土類化合
   物と、（ｃ）前記窒化アルミニウム粉末に対して無水物
   換算で０．０１〜５．０重量％配合される酸化燐、燐酸
   塩および燐酸水素塩から選ばれる少なくとも１種の燐酸
   化合物とを含む組成の原料を成形する工程と、 前記成形体を非酸化性雰囲気中、１４００〜１７００℃
   で焼結する工程とを具備したことを特徴とする窒化アル
   ミニウム焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記原料は、前記（ａ）〜（ｃ）の成分
   の他に（ｄ）成分として遷移金属化合物が前記窒化アル
   ミニウム粉末に対して遷移金属換算で１．５重量％以下
   配合されることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミ
   ニウム焼結体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記原料は、前記（ａ）〜（ｃ）の成分
   の他に（ｅ）成分としてアルカリ金属化合物および／ま
   たはホウ素化合物が前記窒化アルミニウム粉末に対して
   アルカリ金属もしくはホウ素換算で０．０１〜３．０重
   量％配合されることを特徴とする請求項１記載の窒化ア
   ルミニウム焼結体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記原料は、前記（ａ）〜（ｃ）の成分
   の他に（ｄ）成分として遷移金属化合物が前記窒化アル
   ミニウム粉末に対して遷移金属換算で１．５重量％以
   下、（ｅ）成分としてアルカリ金属化合物および／また
   はホウ素化合物が前記窒化アルミニウム粉末に対してア
   ルカリ金属もしくはホウ素換算で０．０１〜３．０重量
   ％それぞれ配合されることを特徴とする請求項１記載の
   窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 （Ａ）窒化アルミニウム粉末と、（Ｂ）
   前記窒化アルミニウム粉末に対してアルカリ土類金属も
   しくは希土類元素換算で０．１〜１０．０重量％配合さ
   れるアルカリ土類金属化合物および／または希土類化合
   物と、（Ｃ）前記窒化アルミニウム粉末に対してアルカ
   リ金属換算で０．０１〜３．５重量％配合されるアルカ
   リ金属化合物とを含む組成の原料を成形する工程と、 前記成形体を非酸化性雰囲気中、１４００〜１７００℃
   で焼結する工程とを具備したことを特徴とする窒化アル
   ミニウム焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記原料は、前記（Ａ）〜（Ｃ）の成分
   の他に（Ｄ）成分としてシリコン化合物、フッ化アルミ
   ニウムおよびホウ素化合物から選ばれる少なくとも一種
   が前記窒化アルミニウム粉末に対してシリコン、アルミ
   ニウムもしくはホウ素換算で０．０１〜３．０重量％配
   合されることを特徴とする請求項５記載の窒化アルミニ
   ウム焼結体の製造方法。