JPS60122767A - 高熱伝導性セラミックスの製造法 - 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】 本発明は格段と改善された各種の高熱伝導性セラミック
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。

高アルミナ磁器は高い機械的強度、１ｇ！気絶縁性と共
に高熱伝導性が要求されるＩＣ用セラミック基板として
広（実用されているが、ＩＣの集積密度ハ年々増大する
傾向にあるため、熱伝導性において不満を生じ、これの
向上が強く要望されるようになった。

本発明は高絶縁性セラミック、特にアルミナの粉末を主
体として乳化剤を含む水系のスラリーＷと、高熱伝導性
の無機質材料の粉末を水に難溶性の溶媒に分散させてな
る部系のスラリー〇を調製し、水系のスラリーＷを撹拌
しながらこのスラリー中に部系のスラリー〇を注ぎ込み
、この部系のスラリー〇を水系のスラＩＪ−Ｗ中に粒子
状に乳化分散させて複合スラリー〇／Ｗとし、この複合
スラリーを原料として常法に従って所望の形状１寸法に
成形した後、部系のスラＩＪ　ｅ　Ｑ中に分散させた高
熱伝導性の無機質材料に応じた雰囲スを中において焼成
することを特徴とし、上記の要望に応えて熱伝導性が顕
著に改善されたセラミックスの製造法を確立したもので
ある。

実施例１ 酸化第１鉄（ＦｅＯ・市販品・粒径１μ）　２３０゜モ
リブデン粉末（Ｍｏ・市販品・粒径０．７μ）２３０ｇ
ｎ・ブチルアルコール（水に難溶性の溶媒）　４５０ｃ
ｃポリビニルブチラール（有機質結合剤）　２０ｇαア
ルミナ（ＪＡ−００８・昭和軽金属・粒径０．５ω０ｇ 以上の５種類を１５ｍφのアルミナ原石５００ｇと共に
内容積１０００ｃｃのポリエチレンのミノ１番と入れ８
４ＲＰＭ、２４時間の混合粉砕を行なって伝熱要素とな
る部系のスラＩＪ−０を得た。一方。

αアルミナ（ＵＡ−００８・昭和軽金属・粒径０．５ω
８０ｇ ｒアルミナ（ＫＣ−５０１・住友アルミニウム製錬・粒
径・０．０３μ）　５０ｇ 炭酸カルシウム（固型乳化剤・市販品）　１０ｙ無水珪
酸（市販品）　５ｙ 炭酸マグネシウム（市販品）　１１ｇ ヒドロキシプロピルセルロース（有機質粘結剤・日本曹
達・ＲＰＣ−３Ｌ）　２０ｇ ポリエチレングリコール（＃４０００・可塑斉）３ｇ水
　８００ｃｃ を１５ｓｉφのアルミナ原石８００ｇと共に内容積１５
００ｃｃのポリエチレンのミルに入れ８０ＲＰＭ。

２４時間の混合粉砕を行なって絶縁要素となる水系のス
ラリーＷを得た。

次にこのスラリーＷを撹拌槽に移し、８００ＲＰＭのプ
ロペラ撹拌機によって撹拌しながら、部系のスラ１３−
０を毎分的１００ｃｃの割合で徐々に注ぎ込み、水系の
スラリーＷ中に部系のスラリー〇か粒径的２００μの球
状に分散した複合スラリー０／Ｗを得た。

このスラリー〇／Ｗをドクターブレード法によってシー
ト成形し、ドラフトチャンバー内で１５時間の自然乾燥
を行なって厚さ０．７２＋ｓのグリーンシートを得た。

このグリーンシートは、これを成形するスラリー〇の比
重かスラリーＷよりも大きいため、自然乾燥中において
伝熱要素となる球状のスラリー〇が絶縁要素となるスラ
ＩＪ−Ｗ中に沈降、堆積し、下層の球状体が上方ｎ）＜
の圧力によって偏平化した堆積、集合体の球状体相互を
薄（。

集合体の上面を厚（スラＱ−Ｗによって被覆された断面
形状を呈した。

ついでこのグリーンシートを２７．６　Ｘ　６２．４ｍ
の寸法に切断し、水素炉（アンモニア分解ガス、水蒸気
露点１９℃）、１５００℃、１時間の条件で焼成して厚
さ０．６順、縦、横２３Ｘ５２ｍの焼結晶を得た。

この焼結体は、鉄とモリブデンの微粉末を生体として粉
末冶金状に焼結され、上層部は１７０〜１００μの球状
、下層はこわらが荷重を受けて偏平状を呈し、膜厚５〜
２０μの焼結されたスラリーＷのアルミナとメタライズ
反応によって強固に結合した厚さ約５８０μの伝熱層と
、この伝熱層の上面を被覆する上記のアルミナからなる
厚さ約２０μの絶縁層とからなる緻密な断面形状を呈し
た。第１表に従来の９２９６アルミナ磁器と比較した結
果を示す。

第　１　表 注　体積固有抵抗値は厚み方向において測定した。

第１表から明らかにされる通り、上記実施例１によって
得られた焼結晶は、従来この種の絶縁層として般用され
る９２９６アルミナ磁器に比して他の緒特性に殆んど悪
影響を与えることな（、熱伝導率を２倍以上も高め、集
積密度の大幅な増大を可能とする。

上記実施例において、部系のスラＩＪ−Ｑの伝熱要素と
して酸化第１鉄を用いたがこれは蚤属モリブデンと併用
して第２のスラＱ　−Ｗの絶縁要素であるアルミナと熱
膨張係数を近似させたための金１属鉄の微細な粒子が得
難いため酸化物から還元させたもので、金属モリブデン
に代えて二酸化モリデンを旋用してもよ（、また水系の
スラリーＷの絶縁要素もアルミナに限定されることな（
、ムライト、ジルコン、フォルステライト等目的に応じ
た原料粉末が採用され、附随して部系のスラリー〇の伝
熱要素が選択される。また該スラリー０に使用さねるα
アルミナは周囲の水系のスラリーＷによるアルミナから
なる絶縁要素との濡れを助けるものであるが、有機質の
結合剤ポリビニルブチラールと共に省略してもよく、ま
たαアルミナは上記伝熱要素と共に材質に応じたシラン
カップリング等の親油性処理を施すことによって更に緒
特性乳化安定性等を高めることができる。

次に水系のスラリーＷにおいて、絶縁要素としてαアル
ミナと併用するγアルミナは、該絶縁要素の焼成収縮を
部系のスラリー〇に使用した酸化第１鉄が鉄に還元する
ときの大きな収縮率と整合さ、せるためのものであるが
省略してもよ（、固形乳化剤として配合する炭酸カルシ
ウムは鉱化剤として無水珪酸、炭酸マグネシウムと共に
機能するものであるが、こむら鉱化剤は必須成分ではな
く。

無水珪酸、炭酸マグネシウムの配合を省いてもよ（、ま
た炭酸カルシウムに代えて乳化剤として例えばノニオン
（ｏｐ−８ＯＲ）の如き有、磯質の油を乳化する乳化剤
を使用することができ、ヒドロキシプロピルセルロー、
ス、ホリエチレンクリコール等有機質の粘結剤、可塑剤
も必須不可欠のものではない。

実施例２ 前例と同様に部系及び水系のスラＩＪ　Ｑ及びＷ。

並びに複合スラＩＪ−Ｑ／Ｗを調整した後、このスラＩ
Ｊ−０／Ｗを、ガス温度１６０℃、アトマイザ−ディス
ク径１１０　ｈａ　、　１２００ＲＰＭ、毎秒１ｃｃの
条件によって噴霧乾燥した。造粒されたＩＪＩ位はモリ
ブデンと酸化第１鉄の微粉末を生体とする１５０〜１９
０μの粒塊を、αアルミナ及びγアルミナの微粉末を生
体とする厚さ６〜１５μの薄膜によって被覆した球体を
呈した。

この穐粒を１５００￥Ａの圧力で缶型プレスによって６
０ｍＸ６０１で厚さ１．８ｍｍの板状体に成形し。

水素炉（アンモニア分解ガス、水蒸気露点２１　Ｃ）１
５２００Ｃ１時間の条件で焼成して厚さ１．５題、縦。

横５０Ｘ５０票の焼結晶を得た。

得られた焼結晶は粉末冶金状に焼結された鉄とモリブデ
ンの微粉末から以前のプレス工程によって多面体に変形
した１２０〜１５０μの無数の微粒子が、膜厚５〜１２
μの焼結されたアルミナとメタライズ反応によって強固
に結合し、かつ該アルミナによって相互に絶縁された緻
密な断面形状を呈した。第２表にその特性値を示す。

第　２　表 第２表に示される通り、噴霧乾燥−プレスによる場合も
前例と略々同様の成果を得た。

上記の実施例においては焼結体の伝熱要素として金属を
採用したが、ベリリアの如き高熱伝導性の酸化物を用い
ることができる。べＩＪ　ＩＪア磁器はアルミナ磁器に
比して５〜６倍にも及ぶ高い熱伝導性を具え、他の諸特
性もアルミナ磁器に近似している処から特に高熱伝導性
セラミックスとして注目されているが、水蒸気によって
浸食さね易い欠点があり、またその毒性のためプレス成
形”５　Ｊ’３）末を用いる際厳重な工程管理が要求さ
Ｉ］る専の理由ｌどよって実用がためられｊていたか１
本発明によってべＩＪ　ＩＪアの粉末を部系のスラＩＪ
−０の伝熱要素として使用することによって焼結された
ベリリアの微粒子が、焼結された水系のスラＱ−Ｗのア
ルミナ等の薄膜によって被覆されるから水蒸気による浸
食の庸れを解消し、またプレス成形に防用する原料粉末
も噴霧乾燥によって有害なべＩＪ、　１３ア粉末はアル
ミナ等地の安全な粉末によって被覆されるから安全度を
高めることかできる。

更にスラリー〇の伝熱要素として前記の金属。

焼成によって金属化する酸化物、ベリリアの如き高熱伝
導性の酸化物の他、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化
欄素等の炭化物、窒化物の微粉末を使用することができ
る。これらの焼結体、特に炭化珪素の焼結体はアルミナ
磁器の３〜５倍の熱伝導を呈するのでＩＣ基板としても
着目されているが、炭化物１Ｍ化物は酸化性雰囲気に弱
い欠点があるが１本発明の伝熱要素として使用するとき
は焼結されたそれら炭化物、窒化物からなる無数の微粒
子を結合する同じく焼結されたアルミナ等セラミックの
薄膜によって被覆されるから、酸化性雰囲気に対して安
定性を保持し、熱伝導性の他それぞれの特徴を発揮する
ことができる。

しかして、水系のスラＩＪ−Ｗの主成分とする絶縁性セ
ラミックと、部系のスラリー〇の生成分と結された前者
絶縁性セラミックの薄膜によって被覆。

絶縁するものであるから、先ず絶縁性と熱伝導性等所望
の特性に応じて両者出発原料の配合割合か決定されるが
、特別の要求がない限り最終生成物（焼結後）において
容量比で絶縁性セラミックは高熱伝導性無機質材料に対
して０．５〜１．５程度が好マしく、こねに応じて両ス
ラリー０＠Ｗの配合割合が決定されるか、満足すべき複
合スラＩＪ　−０／Ｗを得るには水系のスラリーＷに７
ｊする部系のスラＩＪ−Ｑの混合割合は、後で述べるス
ラリー〇及びＷの元で容量比０．３〜１程度か適当であ
る。

なお１両スラＩＪ−０，Ｗは溶媒及び主成分等が異なる
ため比重を同一に揃えることは難かしいか。

腹合スラＩＪ−０／Ｗを噴霧乾燥によって造粒するには
支障がな（、またこわを直接シートキャスティングした
場合は実施例１０通り１両スラリーの比重の差によって
いずれか一方の面にスラＩＩ　−Ｗの厚い絶縁層、他方
の面にスラリー〇の伝熱要素が密に積層された高熱伝導
層〃）らなる２層が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。

次に水系のスラ１３−Ｗ及び部系のスラ１３　Ｑのそわ
ぞれ主成分の溶媒に対する態様は次の通りである。

囚水系のスラリーＷ 主体の絶縁性セラミック原料は前に述べた通り。

アルミナに限定されず目的に応じた材質の粉末が選択さ
れるが１粒径は水中における分散性から平均粒径０．８
μ以下が望ましく、また水に対する配合割合は鉱化剤を
使用する場合はそれを加えて水１００容砥部に対して５
〜１５容量部が望ましい。

１８）部系のスラリー〇 生体の伝熱要素は分散性の面から微粒が要求されるが、
水系のスラリー〇における絶縁要素と異なり１粒子状に
集合するものであるから平均粒径１．５μ程度まで許容
され、水に難溶性の溶媒との配合割合は、上記絶縁要素
との滴れ性を高めるセラミック粉末を添加するときはそ
れを加えて該溶媒１００容量部に対して８〜２０容量部
が好ましい。

頭上の構成からなる本発明は、実施例によって示される
通り懸念された絶縁抵抗を初め、緒特性をさして低下さ
”＋、−”、ｌことな（、熱伝導性を格段と高めること
に成功したもので、特に金属を初め炭化珪素、窒化アル
ミニウム等の伝熱要素を難水溶性の溶媒に分散させて部
系のスラリーとし１こから酸化、有害なガスの発生等倍
の水系のスラＩＪ−４Ｆｋとの反応によって生ずる絶一
層の汚染等の怖れを解消して量産性を高める優れた効果
がある。

特許出願人　日本特殊陶業株式会社 手続補正書（自発） 晒肉５９年７月ｌ１日 昭和６８年特許願　第２２９６０８号 ２発明の名称 光熱伝導性セラミックスの製造法 ａ補正をする者 代表者小川修法 表代理人 ＆補正の対象 ６補正の内容 （１）本願発明の名称を別紙（訂正）、願書の通り「高
熱伝導性セラミックスの製造法」に訂正します。

（２）本願特許請求の範囲を別紙の通シ訂正します。

（８）明細書＠１１頁第１行目から同第１４行目までの
文章を削除します。

（４）同第１４頁第１行目から同第６行目までを下記の
通り訂正します。

「高めることに成功したもので、特に金属等の伝熱要素
を難水溶性の溶媒に分散させて部系のスラリーとしたか
ら酸化、有害なガスの発生等信の水系のスラリーの水と
の反応によって生ずる絶縁層の汚染等の怖れを解消して
量産性を高める優れた効果がある。」 以上 別　紙 〔特許請求の範囲〕 ［絶縁性セラミックの粉末を、水及び油を乳化する乳化
剤中に分散させてなる水系のスラリーＷを調製し、この
スラリーを攪拌しながら、水に難溶性の溶媒に高熱伝導
性の無機質材料１だし、非酸化セラミックスを除く）の
粉末を分散させてなる部系のスラリー〇を注ぎ込み、上
記水系のスラリーＷ中に部系のスラリー〇を粒子状に分
散させた複合スラリー〇／Ｗとし、この複合スラリーを
用いて成形し、焼成することを特徴とした高熱伝導性セ
ラミックスの製造法。」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性セラミックの粉末を、水及び油を乳化する乳化剤
   中に分散させてなる水系のスラＱ　−Ｗを調製し、この
   スラリーを撹拌しながら、水に難溶性の溶媒に高熱伝導
   性の無機質材料の粉末を分散させてなる部系のスラＩＪ
   −０を注ぎ込み、上記水系のスラリーＷ中に部系のスラ
   リー〇を粒子状に分散させた複合スラリーαＷとし、こ
   の複合スラリーを用いて成形し、焼成することを特徴と
   した高熱伝導性セラミックスの製造法。