JPS6025390B2 - 電気絶縁材の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高熱伝導率、高電気抵抗率を有し誘電損失の少
ない炭化ケィ素焼結体からなる電気絶縁体の製造法に関
する。

近年、大規模集積回路等に使用される絶縁基板には回路
構成要素がますます高密度に形成されるようになってき
た。

さらに小型化に対する要請も大きく、使用する絶縁基板
への流入熱量は大幅に増加してきた。従来、絶縁基板材
料としてァルミナ磁器、熱放散を必要とする場合はべり
リア磁器が使用されてきた。しかし、アルミナ基板では
集積度が高まるにつれ、熱放散はほぼ限界に達した。ま
た、ベリリア磁器は、その製造過程で取扱うべリリアの
有害性のため、現在国内では全く生産されていない。こ
のため、より熱放散が大さし、絶春該基板材料の開発が
要請されるようになってきた。こうした絶縁基板材料と
して具備すべき条件には、‘１’ 電気絶縁性が大きい
こと。

■ 熱伝導率が大きいこと。

脚 熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近いこと。

（４’誘電損失が小さいこと。

‘５｝ 機械的強度が大きいこと。

等が挙げられる。

上託した条件のうち、炭化ケイ素は熱膨張係数が３７×
１０‐７／℃でアルミナ磁器の約８０×１０‐７／℃に
比べシリコンの熱膨張係数に極めて近く、機械的強度は
５０ｋ９／側２以上の曲げ強さを有し、アルミナ磁器の
約２０ｋ９／帆２に比べ高強度である。炭化ケイ素の熱
伝導率は０．１〜０．＄ａ夕／肌・ｓｅｃ・℃が知られ
ており、アルミナ磁器の約３倍以上を有する。また炭化
ケイ素の単結晶では約０．４〜１．Ｚａ夕／肌・ｓｅｃ
・℃の高い値を有するものが知られている。また、アル
ミナ磁器の誘電体力率は約５〜７×１０‐４である。譲
蚤体力率が大きい場合は、使用される周波数が高くなる
につれて誘電損失が大きくなり、その熱エネルギーとし
ての損失は基板の発祢を促進し熱放散に対して大きな障
害となる。炭化ケイ素は電気的に半導体に属し、電気抵
抗率が１００〜１００００・肌オーダで電気絶縁性では
ない。

大きな電気絶縁性を有し電気的損失の少ない高密度の暁
結体を得ることは困難と考えられており、従来、前記の
条件を満足する暁結体は知られていない。最近、高密度
の炭化ケィ素焼結体を製造する技術が開発された。

この技術の中には反応結合法、気相化学析出法、ホット
プレス法、無加圧競緒法がある。これらの技術により製
造された炭化ケィ素焼結体はタービン部品、熱交換器、
メカニカルシール部品、熱的・化学的に苛酷な条件下で
使用される装置や治具に使用される。従来技術によれば
、高密度の炭化ケイ素嬢結体を得るため、種々の添加剤
が加えられた。

例えば高密度を得るための添加剤としてアルミニウムや
鉄を添加してホットプレスすることにより、炭化ケイ素
の理論密度に対し聡％の密度を有する凝結体が得られる
（ＡＩｌｉｅｇｒｏｅｔａｌ．Ｊ．ＡＭ．Ｃｅｒａｍ．
Ｓｏｃ．，３９ ３８６〜３８９（１９５６））。最近
の技術では例えば高密度化助剤としてホウ素と炭素を用
いて、ホットプレスまたは無加圧法で高密度化を達成で
きる方法が開示されている（待開昭４９−９９３０８号
、同５０−３４６０８号）。さらにアルミニウム化合物
を用いる方法も開示されている（特開昭４９−７９１１
号）。さらに多くの高密度化助剤を用いる方法が開示さ
れているが、これらはいずれもホウ素またはアルミニウ
ム化合物を使用するもので、これらの高密度化助剤を用
いた炭化ケィ素焼結体においてはその電気抵抗率は１０
００・抑以下である。持関昭５３−６７７１１号によれ
ば炭化ケイ素粉末に０．５〜５重量％の過剰ケイ素と約
０．０３〜３重量％のベリリウム含有化合物（元素状ベ
リリウム、炭化ベリリウム）から構成される粉末であり
、ホットプレス法または無加圧法によって炭化ケイ素の
理論密度の８５％以上の密度を有する暁結体が得られる
。さらに炭化ケイ素粉末に０．５〜５重量％の過剰炭素
と約０．０３〜３重量％のベリリウムとホウ素との混合
物から成る粉末をホットプレス法または無加圧法によっ
て炭化ケイ素合理論密度の８５％以上の密度を有する焼
結体が得られる。しかし、これには暁結体の熱伝導率お
よび電気抵抗率の値は示されていないが、熱伝導率は約
０．母ａ〆・／仇・ｓｅｃ・００、電気抵抗率は１ぴ○
・肌以下と予想され絶縁基板用として使用できない。

また、誘電体力率の値も示されていない。本発明の目的
は熱伝導率が高くしかも電気絶縁性に優れ、さらに誘電
体力率が小さい亀気絶系漆基板として好適な炭化ケイ素
競結体の製造法を提供することにある。本発明は、炭化
ケイ素にＢｅまたはＢｅ０，ＢｅＢ，ＢｅＢ２，ＢｅＢ
４， ８ｅＢ６，ＢｅＢ９，Ｂや２Ｂ，Ｂｅ５Ｂ，Ｂｅ
２Ｃ，Ｂｅ３Ｎ２，Ｂｅ３Ｎ４，ＢｅＦ２，Ｂｅ２０Ｆ
２，ＢｅＳ，控４Ｓｉ４，ＢｅＳｉＮ２，Ｂｅ０・Ａそ
２０３，Ｂｅ○・Ｔｉ０２，２￥０・Ｔｉ０２，４Ｂｅ
０・Ｔｉ０２，紐ｅ０・Ｔｉ０２，技Ｔｅ，Ｂａ０・茂
０・Ｔｉ０２，２Ｂｅ０・Ｓｉ０２，ＣｒＢｅ２ ，
Ｈｆ２Ｂｅ２ ， Ｂｅ４０（ ００ＣＣＨ３ ）６
，（Ｃ瓜ＣＯＣＨＣＯＣＨ３ ）２氏 ，Ｂｅ４Ｂ ，
茂Ｂｒ２ ，茂Ｃ０３・ＸＨ２０，ＢｅＣ夕２ ，茂
（Ｕ０４）２，Ｂｅ（ＨＣ０２）２，段（ＯＨ）２，Ｂ
ｅ１２，ＢｅＣ２０４・ＸＬ○，ＢＳｅ，ＢｅＳなどか
ら選ばれるベリリウム含有物質の１種以上を技量に感算
して０．０２〜１の重量％と炭素０．１〜０．４重量％
を含む炭化ケイ素の圧粉成形体を無加圧競結することを
特徴とする電気絶縁材の製造法にある。

一般に電気絶縁材としては、室温における電気抵抗率が
１０７０・肌以上を有するものをいう。ベリリウムが０
．０２重量％より少ない場合は高熱伝導率と高電気抵抗
率が得られないばかりでなく、鱗結体の機械的強度も小
さい。また１の重量％を越えると熱膨張係数が大きくな
る。また炭素が０．１重量％より少ない場合は、誘電体
力率を０．０２以下にすることが困難になる。一方、０
．４重量％を越えると電気抵抗率も急激に小さくなる煩
向を示す。炭化ケイ素、ベリリウム含有化合物および炭
素は微細な粉末であることが望ましい。

炭化ケイ素粉末の粒蓬が大きい場合には高密度な蛭結体
が得難くなるので、平均粒径は１０ｒｍ位下であること
が望ましい。また、添加物粉末の粒径も小さいことが望
ましい。粒径が大きい場合は均一な分散体が得られず焼
給体性能のバラツキが大きくなる。焼結雰囲気は不活性
雰囲気でないと原料が酸化して目的とする糠結体が得に
くい。なお、不活性気体の圧力を１．３ＭＰａ〜２ＭＰ
ａに変化させて競結しても同じ特性値となり、雰囲気圧
力の効果は同じであった。より高圧雰囲気については実
験装置の仕様上できなかったが、同様な結果が得られる
と考えられる。本発明によれば、無加圧でも高密度に凝
結することができ、高熱伝導率、高電気抵抗率、低誘電
体力率を有する暁結体を得ることができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。実施例
１ 粒径が２．０ムの以下のＳＩＣ粉末に、粒径１０りの以
下のＢｅ○粉末０．１〜２の重量％（ベリリウムとして
約０．０４〜７．５重量％）と、粒径１山肌以下の炭素
粉末０．０５〜０．８重量％添加して混合した。

該混合粉末を圧粉体密度１．６〜１．６７／榊（炭化ケ
イ素の理論密度の５０〜５２％密度）の成形体を作成し
、黒鉛ルッボ中で１×１０‐４Ｔｏｒｒ以下で２１００
００、１時間無加圧暁結した。得られた焼結体の各特性
を第１表に示す。

表から、炭素量０．１，０．４重量％としたとき、譲亀
体力率が２×１０‐２以下の焼結体が得られる。

第１表熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定（）内はべり
リヮムとしての添加量実施例 ２実施例１において、用
いた酸化ベリリウムの代わりに炭化ベリリウムを０．０
５〜１５重量％および炭素粉末０．０５〜０．頚重量％
添加し、実施例１に記載した方法により競結体を得た。

煉結体の密度、熱伝導率、電気抵抗率および誘電体力率
は実施例１とほぼ同じであり、また、炭化ベリリウムが
ベリリウムとして０．０５〜７．５重量％含有した場合
に第１表の値とほぼ同じ誘電体力率の競結体を得た。比
較例実施例１と同様な組成で炭素粉末を入れない嫌結体
を作成した。

得られた暁結体の特性を第２表に示す。Ｂｅ含有量が０
．０５〜７．５重量％のとき、高電気抵抗率（１び１以
上）のものが得られる。

しかし、炭素を含まないため誘電体力率は０．１５〜０
．５と極めて高い値を示している。また、氏含有量が７
．５重量％を越える場合は、暁結体の熱膨張係数は？５
×１０‐７／℃と急激に大きくなる。第２表 熱伝導率、短気抵抗率は室温で測定、 熱膨張係数は室温」３００℃の平均値

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化ケイ素を主成分とし、これにベリリウム又はベ
   リリウム含有物質をベリリウムに換算して０．０２〜１
   ０重量％及び炭素を０．１〜０．４重量％含む圧粉成形
   体を無加圧焼結することを特徴とする電気絶縁材の製造
   法。 ２ ベリリウム含有物質が酸化ベリリウムであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気絶縁材の製
   造法。