JPS5969468A - 高熱伝導性セラミツクスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明４Ｊ格段と改善された各種の高熱伝導性＋２ラミ
ノクス、特にＩｃ基板として集積度を大幅に増大する高
熱伝導性アルミナ磁器の製造法を提供するものである。

アルミナ磁器は機械的強度、電気絶縁性に優れ、熱伝導
性も良好な処からＩＣ用セラミック基板として広く実用
されているが、ＩＣの集積密度は年々増大する仰向にあ
るため、熱伝導性におい−ζ不満を生ずるようになった
。

すなわち、工業的に生産されるアルミナ磁器の熱伝導度
の上限は０．０８ｃａｌ　７ｃｍ−ｓｅｃ　　・’ｃ程
度であるが０．１ｃａｌ／ｃｍ−ｓｅｃ　　−’ｃ以上
が要望されており、これに対応してボーロー基板あるい
はへりリア磁器が注目されているが、前者ポーＩ＋一基
板は金属の薄板にガラスを焼（ｚＪりるものであるから
全体としての熱伝導度の改善はそれほど期待できないだ
けでなく、ガラス層に傷がつき易い欠点があり、後壱へ
りリア磁器の場合は原料粉末の強い毒性のため厳Ｕ２い
管理を必要とするのでＭ産性に大きな邦点があり、峙殊
な用途に限定されていた。

本発明は、」−記ポーロー基板あるいは有害なへりリア
磁器に頼ることなく親油性の表面処理を施したアルミナ
磁器等の原料粉末を非水溶性の有機ｌ合剤に分散さ−け
た第１のスラリー中に、金属またＧＪ還元焼成によって
金属化する金属酸化物を水に分散さ−Ｕた第２のスラリ
ーを乳化、分散させ、この：１−マルションを出発原料
として密性に従って所望の形汰、司法に成形した後、非
酸化性雰囲気中乙こおいて焼成することとを特徴とし、
他の緒特性をさして低下させることなく、熱伝導率を顕
著に改善する高熱伝導性セラミックスの製造法を確立し
たものご、以下、実施例と共にその詳細を説明する。

実施例１ 四塩化エチレン（非水溶性有機溶剤）　５００ｃｃに、
シランカップリング剤によって表面処理を施して親油性
としたアルミナ粉末（昭和軽金属・ｔＪΔ−ｏｏ８　　
・平均粒径０．４μ）２０ｇに、鉱化剤（りい酸マグネ
シウム・試薬１級）と、乳化剤（日本油脂・ノニオン０
Ｐ−８ＯＲ−ＨＬＢ価４．３）０．９Ｂを１００　（］
　ｃ、ｃのアルミノ゛のボールミル及び珪石に、Ｊ、っ
て混合、親油性処理を施したアルミナの微粉末を四塩化
エチレン中に分Ｈ’ｌさせて第１のスラリーとする。

別に、水３００ｃｃに、酸化第二鉄（Ｆｅ２０３　・試
薬・ｆｉｌ　径０　、５μ）６６ｇと三酸化モリブデン
（ＭｏＯ３・試薬・粒径０．ｉ　ｐ＞　１２０ｇを、］
、０００ｃｃ（７）　７　ルミナのボールミル及び珪石
によって混合、Ｆｅ１０３　、　ＭｏＯ３の粒子を分散
させて第２のスラリーとする。

次に、上記の工程によって得た第１のスラリーをヒーカ
ーに移し、マグネチノクスターラを１２０ＯＲＰＭの速
度で回転してＩＷ拌しながら、第２のスラリーを毎秒５
ｃｃの割合で除々に注ぎ込み、第１のスラリー中に第２
のスラリーを５０〜］００　μの粒状に一様に分散させ
てなるＷ１０エマルジョンを得た。

このＷ／○エマルジョンを、ガス温度１９０　℃、ディ
スク径１２０　ｍｍ、７２００　ＰＰＭ、　５秒３ｃｃ
の条件によって噴霧乾燥した。

造粒された顆粒は、ＦｅｚｏＢ　と河。０．の微粉末か
らなる２０〜４０μの塊を、シランカップリングの表面
処理を施されたアルミナの微粉末からなる厚さ４〜１０
μの薄膜によって被覆したもので、その平均粒径は４５
μであった。

この顆粒を１５００ｋｇ／ｃｍ”の圧力で金型プレスに
よって９０ｍｍ　Ｘ　９０ｍｍで厚さ３ｍｍの板状体を
成形し、ご力、をアンモニア分解ガス、１５００’ｃ、
１時間、露点３０’ｆ：の条件で焼成し６０ｍｍ　Ｘ　
Ｃ１０ｍｍ　Ｘ　２ｍｍの焼結晶を１ｖノこ。

この焼結晶は第５）末冶金状に焼結されたＦｅと門０の
微粉末からなる１５〜２７１！の無数の多面体が、膜厚
２〜５メ！の焼結されたアルミナの絶縁層とメタライズ
反応によっ゛ζ強固に結合した緻密な断面形状をｙし、
第１表の緒特性を示した。

第１表 第１表から、本発明の上記実施例１によって得られた焼
結晶は、従来の高純度＜９９．９％）アルミナ磁器に比
して懸念された体積固有抵抗、抗折力の低下を無視して
うる程度に止め、熱伝導率を実に５４％程度も高め集積
密度の大幅な」１昇を可能とした。

実施例２ 上記実施１タリと全く同様に、第１及び第２のスラリー
、並びにこれら第１及び第２のスラリーＷ　／　Ｏエマ
ルジョン化し、このエマルジョンをドクターブレード法
によってキャリアフィルム（東し・ルミラー）上にシー
）・キャスティングして厚さ約１ｍｍのグリーンシート
を成形し、乾燥後アンモニア分解ガス、１４９０’ｃ、
０．８時間、露点３２°Ｃの条件で焼成して厚さ０．６
ｍｍで組、横５０ｍｍ　Ｘ　５０ｍｍの焼結晶を得た。

この実施例による焼結晶は、第１と第２のスラリーが溶
体（四塩化エチレンと水）によって比重に差異を生し、
前者第１のスラリーは、１．６５、後者第２のスラリー
はそれより低い１．４２のため、Ｗ／○コ■−マルショ
ンの状態でシートキャステインクされたグリーンシート
は、第１のスラリー中にう３１１！１．シフた粒状の第
２スラリーは時間と共に逐次浮上して２層に分離し、焼
成によって下層の焼結されたアルミナ磁器間約０．０４
ｍｍと、２〜４μのアルミナの薄膜によって前例同様に
メタライズ反応によって相互間及び」１記下層のアルミ
ナ磁器部と強固に結合した焼結された鉄とモリブデンか
らなる厚さ約０．５６ｍｍの金属層とからなり、第２表
の緒特性を示した。

第２表 但し、体積固有抵抗は厚み方向において測定した。

本例においても前例と同様に顕著な効果を示し、特に最
終生成物は高絶縁性のアルミナ磁器と絶縁された金属と
からなる２層が形成されるから、使用法によっては純粋
のアルミナ磁器と同様の絶縁性を発揮させることができ
る。

以上の通り本発明は、絶縁性セラミック原料に予め親油
性の表面処理を施すことによって、有機溶剤に対する高
い分散性を（Ｊ与し、この親油性を巧みに利用して該絶
縁性セラミック原料を分散さ…た非水溶性溶剤に、金属
成分を分散させた水を粒子状に分＋１＆させてＷ１０エ
マルジョンを作り、このエマルションをそのまま、１−
ククーブレード、鋳込成形用のスラリーとするか、噴霧
乾燥してブｌ／ス成形用の顆粒として所望の形状に＋Ｙ
法によって成形した後、非酸化性雰囲気中にて焼成する
ことによって各実施例に示した格段と高い熱伝導性を有
するセラミックスの製造法を確立したものである。

しかして、第１及び第２のスラリーの主成分とするセラ
ミックスと金属成分の微粉末は、実施例において説明し
た通り、焼結された金属の微粉末を同しく焼結されたセ
ラミ・ノクスの薄層によって絶縁、被覆するものである
から、先ず絶縁性、熱伝導性等所望の特性に応じて両者
出発原料の配合割合か設定されるが、特別の要求がない
限り最終生成物（焼結後）において容量比でセラミ・ノ
クスは金属に対して０．２〜０．５等量程度が好ましく
、これに応じて第１、第２の各スラリーが調整された後
、両スラリーが混合される。

−１−１記最終生成物としてのセラミックスの金属に対
する比率は、第１、第２のスラリーの混合比によって１
．ｒ、４られるが、両スラリーを完全にエマルジョン化
する面から第１のスラリーに対する第２のスラリーは容
量比で１１５〜２／３等量、特に１層３程度が適当であ
る。

なお、第１と第２の各スラリーは溶体及び主成分が異な
るため、両スラリーの比重を同一に揃えＺｌ　コとはｉ
ｌ！ｌｔ　Ｌいが、エマルジョン化したスラリーを噴霧
乾燥によって造粒するには支障なく、これを直接シート
キャスティングした場合は実施例２の通り、絶縁層と高
熱伝導層とからなる２層が同一板上に形成されるから高
熱伝導性絶縁物として、むしろ好ましい。

次に、第１及び第２のスラリーに使用する原料、配合割
合（容量比）等について好ましい態様を次に記す。

（Δ）第１のスラリー ■絶縁性セラミック原料 アルミナに限らず、フォルステライト、ムライト、ジル
コン、ワラストナイト等目的によって他の組成の粉末を
使用することができ、親油性処理のだめのカップリング
剤もシラン系の他、アルミネート、チタネー１〜系等セ
ラミック粉末に応じて使用できるが、原料は分散性から
平均粒径３μ以下の粒径が好ましい。

■有機溶剤 取扱い上、なるべく高沸点が好ましいが過度の場合は加
温を要するので５０〜１２０”ｃ、特に７０〜９０℃程
度が好ましく、■の絶縁性セラミノクとの配合割合（容
量比）は、本溶剤１００部に対して−に記セラミック２
〜１５部の範囲が適当である。

■乳化剤 これは第２のスラリー、ずなわら水系スラリーを本第１
スラリー中に乳化させるもので有機質、液体の場合はＨ
Ｌ　Ｂ　（Ｋｒ　６以下のものを選択する必要があるが
、これの一部または全部を滑＾ 石を初めＩテアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグ
ネシウノ、の微粉末等固形の乳化剤に置換えることがで
き、固形の乳化剤は第１と第２のスラリーの境界部にお
いて強固な保護膜として機能すると共に鉱化剤として働
らくための有機質液体の場合よりもむしろ有効の場合が
あるが、その配合量はいずれの場合においても有機溶剤
１００部に対して１〜５容量部の範囲内である。

■その他 第１のスラリーは」１記の親油性処理を施した十ラミッ
クの１“践粉末、水と相溶性のない有ｔＪｌ溶剤及び水
を乳化する乳剤の３者によって完全にスラリー化し、第
２のスラリーと混合してエマルジョン化した後、そのま
まの状態で行うシー］・キャスティング成形は元より、
プレス成形のため噴霧乾爆によって造ｉ’ｔ′Ｌされノ
こ顆１’ｉ）においてもその被覆層は、必要な強度を呈
するが、審決に従って公知の粘結剤、可塑剤の添加も有
効であり、特にシートキャスティング成形を対象とする
場合は成形後において第２のスラリー中の水分を外部へ
揮散さセるため水と相溶するポリエチレンオキサイド等
の粘結剤が好ましいが、それらの添加量はセラミック原
料１００部に対して粘結剤は３０容量部、可塑剤は２５
容景部以下である。

また、主原料のセラミックがアルミナ質等高温焼成を要
する場合は慣用技術に従って少量の鉱化剤を添加するこ
とができる。

（Ｂ）第２のスラリー ■金属成分 中心核となる高熱伝導性要素は還元焼成にょって金属化
する酸化物に限らず、他の化合物、例えば塩化第二鉄等
の塩化物、水酸化第二鉄等の水酸化物でも、また金属の
微粉末を直接用いることもでき、これも分散性の面で微
粒が要求されるが第１のスラリーにお４Ｊるセラミック
原料わ〕末の場合と異なり、粒子状に集合するものであ
るから平均粒径５μまで許容され、溶体である水との配
合割合（容量比）は水１００部に対して５〜１０部の範
囲が適当である。

■その他 金属成分のめによって充分スラリー化するが、第１のス
ラリーの場合と同様に少量の粘結剤及び可塑剤の添加が
好ましく、また低い水分において粘度を下げるため市販
の分散剤、例えばツク１゛】プール（Ｋｌｌｉ　−４１
２・互応化学）等の添加も有効で、粘結剤は金属成分１
００部に対して３０容暗部以下、可塑剤は同じ＜２０容
量部以下、また分ｔ＋＋剤は低い水分におりる低粘度を
目的とするものζ全スラリー１００部に対して２容量部
以下で１０る。

また、第２のスラリーとして焼成収縮率を第１のスラリ
ーに近似さゼるため該第１のステ１ノーに用いたセラミ
・ツク原料わ）末まノこＧよ他の酸化物、水酸化物を添
加してもよし）。

手　続　？４ｉ　　正　四Ｃ方式） 特許庁長官　若杉和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１７５５９７号 ２、発明の名称 高！：ハ伝導性セラミックスの製造法 ３、補正を′」る音 事件との関１系　　特許出願人 郵便Ｗｆ冒　　　　４　’６７−９１ 名古屋市瑞穂区１Ｆｉｉ辻町Ｉ４番１８号（４５４）日
本時ｌ′）；陶業株式会社代表者　　小　川　修　次 （電話（１５２−２６４−４８２１） （連絡先　東京営業所５０Ｂ−１２５１）４、代理人 郵便番号　４６７ 愛知県名古屋市瑞穂区高田町４丁目３番３号５、補正命
令の日付（発送日） 昭和５８年　２月２２日 ６、補正の対象 １）ｒｆＭＷ。

２）明細書 ７、補正の内容 別紙の通り 手続補正書（自発）　　　１ １、事件の表示 昭和５７年特許願１７５５９７号　　　　　　　３２、
発明の名称 高熱伝導性セラミックスの製造法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　名古屋市瑞穂区高辻町１４番１８号名　称（
４５４）　　日本特殊陶業株式会社代表者　　小川修改 ４、代理人 住　所　　　郵便番号　４６７ 氏　名　　名古屋市瑞穂区高田町４町目３番３号］ ５、補正の対象 、明細書第１１頁第２行目中、 「２〜１５部」を「２〜３０部」に訂正します。

、同第１２頁第１４行目を下記に訂正します。

「あり、またセラミック原料は有機溶剤１００部に対し
て３０容量部以下である。」 、同第１３頁第９行目中、 「５〜１０部」を「５〜３０部」に訂正しまず。

以」二

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水と相溶性のない有機溶剤に、親油性の表面処理を施し
   た絶縁性セラミック原料の微粉末を、水を乳化する乳化
   剤と共に配合して分散させてｔ「る第１のスラリー〇を
   調整しこれを攪拌しなから、このスラリーに、金属また
   は還元焼成によって金属化する金属化合物の微粉末を水
   に分１１（さ−Ｕてなる第２のスラリーＷを調整しこれ
   を〆しき込め、」二記第１のスラリー中に第２のスラリ
   ーを粒子状に分＋ｔＸさけてＷ１０エマルジョン化し７
   、このエマルジョンを用いて成形し、非１！化性雰囲気
   中において焼成することを特徴とし）、：高熱伝導性セ
   ラミックスの製造法。