JPS60131863A - 電気絶縁性炭化けい素焼結体 - 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】 本発明は炭化けい素焼給体、特にはすぐれた電気絶縁性
、熱伝導性を示す炭化けい素に％給体の製造方法に関す
るものである。

各種電機、電子機器の小型−軽量化にニ伴い、大規模集
積回路等に使用される基板も晶密度化−高集棺化が要求
され、゛電気絶縁性で茜熱伝導性（熱放熱性）のよい材
料がめられている。

従来、こうした基板材料としてアルミナ焼結体が知られ
ているが、アルミナは安価ではあるが一熱伝導性が０．
’０４ｃａｌム９秒４℃と悪く−また。

６ 熱膨張係数が８Ｘ１０　／℃であって一シリコン単結晶
（熱膨張係藪＝３．５Ｘ　１０−’　／℃ンと大きく異
るため一基板として満足できるものでなかっリヤ焼結体
、Ｓｉ、Ｎ４焼結体などが提案されたが。

ボロンナイトライド焼結体は熱膨張係数がシリコン単結
晶のそれと比二て−０，７Ｘ　１　ｏ−’／ｃと小さく
−ベリリヤ焼結体は逆こ６８　Ｘ　１０−’／℃と大き
く、ま７．：Ｓｉ３Ｎ４焼結体は熱伝導性が０．０３ｃ
ａｌ／副１秒０℃と悪いという欠点がある。

近年−炭化けい素粉末に熱伝導性のよいベリリウムを添
加して焼結する方法が提案（特開昭５７−１７９，０７
５号、同５７−１８０．００５号−同５７−１８０，０
０６号）されており−これは基数としてσ）要求特性値
−電気絶縁性が大きい、熱伝導性がよい一熱膨張係数が
シリコンチップと近似している、機械強度が大きい−を
満足するものの、ぺＩＪ　９ウムは人体に亘害であると
いう問題点があった。− また−炭化けい素の焼結助剤として、はう素（化合物）
及び炭素（化合物）、アルミニウム（化合物）や希±（
化合物）等を添加し、焼結する方法（特開昭５０−７８
，６Ｌ１９号−同５１−１４８．７１２号、同５１−６
５．Ｉｌ１号、同５２−６，７．１６４Ｌ同５５−８５
，４６４号、同５７−１６６．３６５号等ンも知られて
いるが−これらの方法は構造材を目的とするものであっ
て、熱伝導性にすぐれた絶縁性材料を提供するもσ］で
なかった。さら５二、アルミニウム化合物を使用した場
合には、この抵抗値が１０”〜１０’Ωαと低くなるし
−はう紮（化合物］を使用した場合Ｃニもほう累単独で
はおのずから限界があり、抵抗値を１０９Ω副以上とす
るためには絶縁性のすぐれた第２の添加助剤としてベリ
リウムを添加する必要があった（特開昭５８−９９，１
７２号）、。

本発明はこのような不利を解決した炭化けい素焼給体に
関するものであ」ン一これは各金１ｍ不純物量が１５ｐ
ｐｍ　以下で粒径が４μ以下である晶純度炭化けい素１
００重−耶と、はう素ｔｌで０．０４〜０．１６重置部
のほう累または加熱ζ：よりほう素に変化するほう累化
合物との混合物を、不活性ガス雰囲気または真空中にお
いて１．７００〜２．５００℃で焼結し、ついで酸化処
理してなることを特徴とするものである。

これを説明すると１本発明者らは丁ぐれた電気絶縁性と
熱伝導性を有し、毒性Ｑ〕問題もない材料についての研
究を事ねた結果、高純度の微粉状炭化けい素に微量のほ
う素を添加すると容易Ｃニ焼結し、ついでこれを酸化錫
ｍ−ｆれば１０　Ωｃｒｎ以上の電気抵抗値をもち、熱
伝導性もよい炭化けい素焼給体が得られることを見出し
一本発明を完成させた。

本発明で始発材料とされる高純度炭化けい素は。

これ区：含有される金−不純物１例えばＡ１．Ｏａ。

Ｏｒ　−０ｕ　−Ｆｅ　、Ｍｇ　、Ｍｎ　、Ｎｉ　−Ｔ
ｉ　、Ｖなどσ】含装置がそれぞれ１５ｐｐｍ　以下で
あり。

その粒度が４μ以下のものとする必要がある。これは上
記した各金属不純物置が１５　ｐｐｍ　以上（二なると
′電気抵抗が１００画以上とならないという不利が生じ
、七〇粒径が４μ以上では酸洗による高純度化ｆニ限界
があるばかりかほう素の混合が均一とならず、かつ、強
度および熱伝導性にバラつきが生じるという欠点が与え
られるからであり。

これらは好ましくは１０　ｐｐｍ　以”Ｆ、　０．０１
〜４μの範囲のも０）とすることがよい。このような炭
化けい素は式（ＯＨ３）ａＢｉｂＨｏに＼ｔニｂは１〜
３σ）整数−２ｂ＋１≧ａ−ａ≧ｂ−２ｂ＋ｌ≧Ｃ１Ｃ
≧１−　ａ＋ｃ＝２　ｂ＋２　）で示されるメチルハイ
ドロジエンシラン化合物１例えばテトラメチルジシラン
をキャリヤーガス中において７５０〜１．６００℃で気
相熱分解することによって得ることができる（特願昭５
８−１５５，９１２号明細書参照）が、このものは七σ
）平均粒子径が０．０１〜１μの球状の超微粒子状β型
炭化げい累であるため微細化するための粉砕工程が不要
であるし、また始発原料のメチルハイドロジエンシラン
化合物は精留により高純度化できるので極めて純度の高
いものとして取得することができる。しかし−この高純
度炭化けい素は現在工業ｒＢｔ二住産され、市欺されて
いる似粉末状の炭化けい素をフッ醗−硝酸などの混合液
でくり返し処理して、ごれに含まれていた金属不純＄Ｉ
ｉｔを１５ｐｐｍ　ａ）とした。

粘度４μ以下ｇ】ものであってもよい。

この扁純度炭化けい素はついでほう素またはほう素化合
物を添加したのち焼結されるが、電気絶縁性の丁ぐれた
ものとするという見地からこのはうＳ添加１ｍは炭化け
い素１００車量部に対し。

０．０４〜０．１６重量部とする必要がある。なお−こ
σ】焼結助剤としてのほう素は炭化はう素、各種有機は
う素化合物のように加熱ｇニよってほう素Ｃニ変化する
ものであってもよく、これらの添加量はほう泰換算によ
るほう素泊が前記した０、０４〜０．１６車雪部となる
量とすればよい。

こσ１はう素またはほう素化合物を添加した炭化けい素
はその焼結（＝先立って均−ｉニ混合され一ついで必要
に応じ成形されるが一混合に際して通常使用されている
アルミナ與ボールミルなどの粉砕個混合機では一ボット
、ボールの摩耗（二よる不純物の混入があるので、これ
はメノウー炭化けい素やポリウレタン、ポリアミドなど
σ）有機樹脂製の粉砕器を使用して？Ｔなう方がよく、
混合を充分２二行なうため（二浴媒を使用してもよい。

しかし、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの有機樹脂
製粉砕器はアルミニウムなどσ］金属元素が含ま・れて
いるので好ましいものではない。このようにして得られ
た混合粉体はついで所望の形状の成形体（二成形される
が−これは粉体を扱う業界で一般的に採用されている片
押しプレス、両押しブレス−静水圧プレスなどを用いて
打えばよい。また、こσ）成形は添加剤を使用せずにｈ
なっても、メチルセルロース、フェノール樹脂などの有
機樹脂、パラフィンなどを添加して行なってもよいが−
これらの樹脂を使用する場合にはその熱分解（二よって
炭素が発生するのでこの添加量は炭化けい素Ｃニ対し０
．５係以下とてるほか一子じめ８００℃す、下の温度に
加熱して炭素を酸化除去したものを使用することがよい
。

この成形体はついで焼結されるが、簡単な形状のもＱ）
はそのま＼焼結してもよく、抜雑な形状品については焼
結前（ニアライスｌｕなどの機械加工を施すことがよい
が、これを強度σ）大きいものとするためＣニはこれを
酸化性、非酸化性のガス′＃囲気下または具窄Ｆに５０
０〜１，５００℃の温度範囲で仮焼しておくことがよい
。この混合物成形体の焼結は常圧、加ＦＪ：、−または
輿望下σ）いずれでもｏｌ能であり、そのときの焼結温
度は低すぎると焼結不足となるので一高密度品を得ると
いう月刊のためにはできるだけ高温とすることがよい。

しかし。

２．５００℃以上とすると粒子の成長Ｃニよって焼結体
の強度が低下するし、さらｆニは経済的にも不利となる
σ】で−１，７０Ｌ１〜２，５００℃の範囲好ましくは
１，８００〜２，３００℃σ）範囲とすることがよい。

またこの焼結の雰囲気は通常使用されている不活性ガン
中または真室中で打なえばよい。

なお、このようにして碍られた焼結体は金型Ｃ１使用さ
れているカーボンがその設面に吸着ま几は付着している
ので、これを除去するため（ニーこの焼結体を窄気中に
おいて６００〜８００℃で加熱すること菖二より容易シ
ー遊離炭素のない一′屯気絶緋性ｇニすぐれ高熱伝導性
の基数２得ることができる。

なお、酸化処理をせすに表面を研削Ｃニよりカットする
ことも可能であるが経済的でない。

本発明の炭化けい素焼給体は高純度炭化けい素に焼結助
剤としてはつ素σ１みを添加して焼結したものであり、
ここに得られた焼結体はその抵抗が１０’　Ωの以上で
あり、またキセノンランプフラッシュ法による熱伝導率
が０．３５　ｃａｎ　／ｃｍ、秒。

℃以上であることから、特に放熱用ＩＣ基戦として好適
とされるが、これは密度が理嗣密度の８５％以上のもの
が容Ｊ％（１得られるので１強度を必要とするガスター
ビン翼、自動車用部品としても奸適とされる。

つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例１゜ 市販σ）α型炭化けい素・デンジツクＡ−１（昭相電工
←株）與商品名、平均粒径０．４μ〕を７ツ酸−硝酸の
ｌ：１の混合液を使用し、オートクレーブ中において１
２０℃で１時間処理し、処理後蒸留水で充分水洗し乾燥
したところ、このものの処理前後の金属不純量（発光分
析値）は第１表の通りであった。

ついでこのようにして篩た局純度炭化けい素９Ｊにほう
素粉床（メタリック社製）ｌとへキサン３０ｇを添加し
て混合し、これを１５ｓ＋５２１のメノウボール２５個
を含む２５ＯＮのメノウ製ボールミルポットに入れて２
４時間混合してから乾燥してほう素入りマスターバッチ
を作成した。

つぎに−このほう素入りマスターバッチと上記した高純
度炭化けい素とを第２表ｇニ示した比率で混合し、ヘキ
サンを添加してから上記のメノウボール（二人れて４時
間混合したのち収り出して乾燥した。この乾燥粉末１５
ｇを４０嬬戸のホットプレス用カーボンｆｆＪｔ−入れ
、アルゴン雰囲気中に２００Ｋｐ／ｃＪの加圧下に２，
３００℃で５０分間焼結し、冷却後カーボン型から収り
出して付着している炭素を除去後、中４＋ｍｍの試料片
を切り取ってその密度および超＃［！！縁計による電気
抵抗値を測定した。測定後この試料片を横型管状炉に入
れ空気中（二８００℃１時間保持して酸化処理を行ない
、冷却後−その電気抵抗値を測定すると共ζ二、キセノ
ンランプフラッシュ法でその熱伝導率を測定したところ
、第２表に併記したとおりの結果が得られた。

実施例２゜ 光うｔ分析によるＡ１．Ｏｒ、−、Ｏｕ　−Ｆｅ−Ｍｇ
。

Ｍｎ　、Ｎ１−Ｔｉ−Ｖなどの金属不純物含有量がいず
れも１０ｐｐｍ　以上とされている高純度β型炭化けい
累・ナノファインβ０．２〔信越化学１朶（株）與曲品
名、平均粒径０．２μ〕を使用し、実施例１と同じ方法
でマスターパッチを作成し一ついでほう素を含まないも
のを混合してほう素含有輩を０．０７市量部とした。つ
ぎに、これを実施例１と同じ方法で成形し、焼結したと
ころ、密度が３、１５　ｇ／　０．０．　ＣＦＪ論密度
の９８．１％）−酸化処理後の゛電気抵抗値が２×１０
　Ω個、熱伝導度が０、５２　ｃａｌ／側、秒１℃　で
−ＪＩＳ　Ｒ，１６０１Ｓニよるファインセラミックの
曲げ強度が１ｌＯＫ９／ｄである炭化けい素焼給体が得
られた。

なお−比較のために上記においてほう素粉束を添加せず
に同様にして得た炭化けい素焼給体の物性をしらべたと
ころ、これは密度が２．９５　ｇ　／ａ、ａ。

（理論密度の９１，９チ）、酸化処理後の電気抵抗値が
３　Ｘ　１０’　Ω画−熱伝導度は０．２５　ｃａｌ　
／ｃｍ秒１℃であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各金属不純空輸が１５ｐｐｍ以下で粒径が４μ以下
   である高純度炭化けい素１００重量部と。 はう素置で０．０４〜０，１６重量部のほう素または加
   熱によりほう素ｇニ変化するほう素化合物との混合物を
   、不活性ガス雰囲気または真窄中において１，７００〜
   ２，５００℃で焼結し、ついで酸化処理してなることを
   特徴とする電気絶縁性炭化けい素焼給体。 ２、高純度炭化けい素がＡｌ　−０ａ　−Ｏｒ　、Ｏｕ
   。 Ｆｅ　−Ｍｇ　−Ｍｎ　−Ｎｉ　−Ｔｉ　−Ｖ　をそれ
   ぞれ１５ｐｐｍ　以下含亘するものである特許請求の範
   囲第１項記載の電気絶縁性炭化けい素焼給体。