JPS62138363A - 窒化アルミニウム組成物 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化アルミニウムグリーンシート及びその焼結
体である窒化アルミニウム焼結シートの原料となる新規
な窒化アルミニウム組成物を提供するものである。

〔従来の技術及び発明の解決しようとする問題点〕従来
、各種産業用及び民生用の電子機器において、トランジ
スター、ＩＣ，ＬＳＩ等の電子デバイスの実装、回路の
形成、絶縁等のためにセラミック基板が使用されている
。例えばアルミナ基板がその代表的なものである。しか
し近年、パワートランジスター、ハイパワーハイブリッ
ドＩＣ等の特に高熱伝導性を必要とする分野ではアルミ
ナ基板の伝熱性では不十分で、これに代る高熱伝導性セ
ラミック基板の開発が要望されて来た。そのために種々
のセラミックについて高熱伝導性セラミック基板の開発
が試みられている。しかしながら、現在尚工業的に満足
される高熱伝導性セラミック基板は開発されるに至って
いない。

本発明者等は上記背景のもとに、高熱伝導性セラミック
基板の開発を鋭意状みて来た。高熱伝導性の性能だけを
比較すれば、例えば窒化アルミニウム焼結停はアルミナ
焼結体の数倍の高熱伝導性を有している。そこで、本発
明者らは、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結シートを
得ることを目的として、該窒化アルミニウム焼結シート
の原料として好適に使用し得る窒化アルミニウム組成物
について研究を重ねてきた。その結果、窒化アルミニウ
ム焼結シートの製造に好適に使用し得る窒化アルミニウ
ムグリーンシート及び、さらに該窒化アルミニウムグリ
ーンシートの原料となる窒化アルミニウム組成物を見い
出し、既に提案したく特願昭５９−２２９８２号）。

本発明者らは、上記の窒化アルミニウム組成物について
さらに研究を重ねてきた。その結果、窒化アルミニウム
粉末の焼結に必要な比較的多量の焼結助剤を用いて窒化
アルミニウム粉末の焼結を行なう際に、特定の２種の焼
結助剤を組合わせて用いることによって、焼結シート中
に含まれる焼結助剤の量が極めて少なくなることが判明
した。

そして、焼結助剤の残留量が極めて少ないために、窒化
アルミニウム焼結体の有する優れた特性、特に高い熱伝
導率を具備した窒化アルミニウム焼結シートとなり得る
窒化アルミニウム組成物を見い出し、本発明を完成させ
るに至った。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明は、（ｉ）窒化アルミニウム粉末、（ｉｉ
）１４００℃以下の温度で分解する有機高分子化合物よ
りなる結合剤、及び（ｉｉｉ　）下記（Ａ）及び（Ｂ）
からなる焼結助剤より主としてなる窒化アルミニウム組
成物である。

（Ａ）一般式 ％式％ （但し、Ｍはアルカリ土類金属であり、ｍは０．３以上
の数であり、ｎは０以上の数である。） で示されるアルミン酸塩 （Ｂ）　イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ土
類金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金属のハ
ロゲン化物 尚、本発明における窒化アルミニウムはアルミニウムと
窒素の１：１の化合物であり、これ以外のものを原則と
してすべて不純物として取扱う。

但し、窒化アルミニウム粉末の表面は空気中で不可避的
に酸化された／ｌ−Ｎ結合がＡｌ−０結合に置き代って
いるので、このＡ７！−０結合しているアルミニウムは
陽イオン不純物とはみなさない。

また焼結助剤となる成分についても陽イオン不純物とは
みなさない。

本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末としては、公
知のものが何ら制限なく使用し得る。一般に本発明では
得られる窒化アルミニウム焼結シートの熱伝導性を勘案
すると、酸素含有量が３．０重量％以下の窒化アルミニ
ウム粉末をもちいることが好ましい。

また、本発明に用いられる窒化アルミニウム粉末の粒子
は粒子径の小さいものが揃っているものが好ましい。例
えば、平均粒子径（遠心式粒度分布測定装置、例えば堀
場製作所製のＣＡＰＡ５００などで測定した凝集粒子の
平均粒径を言う）５μｍ以下であることが好ましい。好
適には３μｍ以下、特に３μｍ以下の粒子を７０容量％
以上含む粉末が好適である。また、高熱伝導性の窒化ア
ルミニウム焼結シートを得る場合はＡＩＮの含有量（Ａ
ＩＮ粉末の窒素の含有量から計算される）は９０重量％
以上の窒化アルミニウム粉末が好適に採用され、更には
９４重量％以上、また高い透光性を有する焼結体を得る
ためには９７重量％以上の粉末を用いることが好ましい
。

本発明に於いて好適に使用される窒化アルミニウム粉末
としては、平均粒子径が３μｍ以下の粉末で、酸素含有
量が３．０重量％以下、且つ窒化アルミニウム組成をＡ
ＩＮとするとき含有する陽イオン不純物が０．５重量％
以下である窒化アルミニウム粉末である。このような窒
化アルミニウム粉末を用いた場合には、得られる窒化ア
ルミニウム焼結シートの熱伝導率の向上が大きくなるた
めに本発明で好適に使用される。就中、平均粒子径が２
μｍ以下の粉末で、３μｍ以下の粒子を７０容量％以上
含み、酸素含有量が１．５重量％以下、且つ窒化アルミ
ニウム組成をＡｊｌ！Ｎとするとき含存する陽イオン不
純物が０．３重量％以下である窒化アルミニウム粉末を
用いた場合には、得られる窒化アルミニウム焼結シート
の熱伝導率の向上と共に透光性が改善されるために、本
発明では特に好適に使用される。

本発明で用いる窒化アルミニウム粉末の製造に際し、後
述する焼結助剤に相当する化合物を予め原料中に添加し
、焼成して得られた窒化アルミニウム粉末は焼結助剤が
配合された形態で得られる。

このような窒化アルミニウム粉末は本発明の前記（ｉ）
及び（ｉｉｉ　）の成分を予め配合したものであり、好
ましい使用形態の１つである。

本発明の窒化アルミニウム組成物を構成する他の成分の
１つは結合剤である。本発明において用いる結合剤は１
４００℃以下の温度で分解する有機高分子体である。本
発明の窒化アルミニウム組成物は、例えば窒化アルミニ
ウムグリーンシートを経て、一般に１６００〜２０００
℃の温度で焼結され、窒化アルミニウム焼結シートとし
て好適に利用される。この場合該結合剤の分解残留物が
焼結体中に多量に残存すると目的とする焼結体物性例え
ば高強度、高熱伝導率あるいは透光性を得るのが困難と
なる。本発明等の知見によれば、前記要件を有する結合
剤は上記焼結体中に実質的に残留しないか、残留したと
しても目的とする焼結体物性を損うことが無い量となる
ように、その種類を選び、処理する必要がある。一般に
セラミック粉末の成形に用いられる結合剤は本発明にお
いても特に制限されず用いうるが一般には熱重量分析法
（ＴＧ）によって分解が１４００“Ｃ以下の温度範囲で
起るものが好ましい。更に好ましくは用いる結合剤とし
てその分解残留物が該結合剤に対して５重量％以下とな
るものを選択するのがよい。

本発明において好適に使用される結合剤をより具体的に
示せば、例えばポリビニールブチラール。

ポリメチルメタクリレート、セルロースアセテートブチ
レート、ニトロセルロース、ポリアクリル酸エステル、
ポリビニールアルコール、メチルセルロース、ヒドロキ
シメチルセルロース、及びポリエチレンオキサイド等の
含酸素有機高分子体：その他石油レジン、ポリエチレン
、ポリプロピレン、ポリスチレン等の炭化水素系合成樹
脂；ポリ塩化ビニール；アクリル系樹脂及びそのエマル
ジョン；ワックス及びそのエマルジョン等の有機高分子
体が一種又は二種以上混合して使用される。

本発明に用いる窒化アルミニウム粉末の表面は前述のよ
うに不可避的に酸化されＡ／−０結合を有している。従
って上記含酸素有機高分子体を結合剤として使用すると
、該窒化アルミニウム粉末表面との優れた化学親和性に
基づき強固な結合力を発揮するので特に好ましい。該結
合剤として使用する有機高分子体は特に限定されないが
、一般にはその分子量が３，０００〜１，０００，００
０　、好ましくは５、０００〜３００　、０００のもの
を用いると、前述の成形体例えばグリーンシートは柔軟
かつ靭性に冨み種々の加工に際して取扱いが容易となる
のでさらに好適である。特に該有機高分子体中、含酸素
有機高分子体は好ましく、更に、分子量が３０，０００
〜１００．０００のポリビニールブチラールは最も好適
である。結合剤の使用量は、結合剤の種類や後述する溶
媒の種類によって異なり、また該窒化アルミニウム組成
物の用途、例えば窒化アルミニウムグリーンシートの厚
さ１強度及び加工性、さらに該グリーンシートの焼結に
よって得られる窒化アルミニウム焼結シートへの要求物
性によっても異なるので、−概に限定できないが、一般
には窒化アルミニウム粉末　１００重量部に対して０．
１〜３０重量部、好ましくは２．５〜１５重量部、さら
に好ましくは４〜１０重量部の範囲から選択すればよい
。

本発明の最大の特徴は焼結助剤として、（Ａ）一般式 ％式％ （但し、Ｍはアルカリ土類金属であり、ｍは０．３以上
の数であり、ｎは０以上の数である。） で示されるアルミン酸塩（以下、焼結助剤（Ａ）という
） 及び （Ｂ）イツトリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類
金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金属のハロ
ゲン化物（以下、焼結助剤（Ｂ）という） を用いる点にある。上記の焼結助剤（Ａ）及び（Ｂ）を
共存させた場合には、焼結助剤（Ａ）及び（Ｂ）が共に
揮敗し、その結果得られる窒化アルミニウム焼結シート
中の焼結助剤残存量は、焼結前に添加された焼結助剤（
Ａ）及び（Ｂ）の量よりも極めて少ない量となっている
。通常、焼結シート中の焼結助剤の残存量は、添加量の
１７２以下であり、場合によっては１１５以下、さらに
は１７１０以下となる。また焼結助剤（Ａ）及び（Ｂ）
をこれ単独で窒化アルミニウム粉末と混合して焼成した
ときと比べて、驚くべき事には、焼結シートの熱伝導率
は著しく高いものとなっている。

本発明で使用される焼結助剤（Ａ）は、下記の一般式 ％式％）（ （但し、Ｍはアルカリ土類金属であり、ｍは０．３以上
の数であり、ｎは０以上の数である。、）で示されるア
ルミン酸塩である。Ｍで示されるアルカリ土類金属とし
ては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロ
ンチウム及びバリウムが何ら制限されずに使用し得る。

特に、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムは得ら
れる焼結体の熱伝導率を著しく向上させるために好まし
く用いられる。ｍは０．３以上の数であればよいが、ｍ
が大きいほど焼結助剤の効果が大きくなり、得られる窒
化アルミニウム焼結体の純度が上がる。

従って、本発明に於いては、ｍが１以上であることが好
ましく、さらに２以上であるアルミン酸塩がより好まし
く用いられる。また、本発明で用いられるアルミン酸塩
は、無水物でも良く、結晶水を有するものであっても良
い。

Ｃａ０　・２　Ａ　ｌｚｃ３　、Ｃａ０−Ａ　ｌｌｚ○
８．５Ｃａｏ・３Ａ１２０３．１２Ｃａ○　７Ａ６ｚＣ
ｈ、３ＣａＯ・Ａｌ１２０３等のアルミン酸カルシウム
又はこれらの水和物；３ＢａＯ・Ａ　ｌ　ｔ　０３等の
アルミン酸バリウム又はこの水和物；３ＳｒＯ・Ａｌ１
２０３．３ＳｒＯ−Ａ（ｌｚｃ）＋　・６ＨｚＯ等のア
ルミン酸ストロンチウム又はその水和物が挙げられる。

本発明に於いて使用されるアルミン酸塩は、その粒子径
が小さい程焼結助剤としての効果を発揮する。従って、
平均粒子径は１０μｍ以下であることが好ましく、５μ
ｍ以下であることがさらに好ましい。一般に、平均粒子
径が０．１〜１０μｍ、さらに好ましくは０．１〜５μ
ｍのアルミン酸塩を使用することが好適である。

本発明で用いる焼結助剤（Ｂ）は、イツトリウム、ラン
タン族金属及びアルカリ土類金属からなる群より選ばれ
た少なくとも１種の金属のハロゲン化物である。インド
リウム、ランタン族金属及びアルカリ土類金属は特に限
定されず使用出来る。

例えばイツトリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）　、セリ
ウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ
）、プロメジウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユー
ロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム
（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ
）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、インテル
ビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、ベリリウム（Ｂ
ｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ス
トロン、チウム（Ｓｒ）及びバリウム（Ｂａ）が、いず
れも使用出来る。特に工業的にはＹ　、　Ｌａ　、　Ｃ
ｅ　ｌ　Ｐｒ　、　Ｎｄ　、　Ｓｍ　、　Ｅｔ＋　ｌ　
Ｇｄ　ｌ　Ｄ’Ｊ　ＩＣａ　、Ｓｒ　、　Ｂａ等が好適
に使用される。またこれらのハロゲン化物としては、フ
ッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物等が何ら制限されず
に使用される。

特に、工業的には、フッ化物、臭化物、ヨウ化物等が好
適に使用される。

本発明で好適に使用されるイツトリウム、ランタン族金
属及びアルカリ土類金属のハロゲン化物を具体的に例示
すると、例えばフン化イツトリウム、フッ化ランタン、
フッ化セリウム、フッ化プラセオジム、フン化ネオジム
、フン化サマリウム、フ・７化ユーロピウム、フッ化ガ
ドリニウム、フッ化ジスプロシウム、臭化イツトリウム
、臭化ランタン、臭化セリウム、臭化プラセオジム、臭
化ネオジム、臭化サマリウム、臭化ユーロピウム、臭化
ガドリニウム、臭化ジスプロシウム、ヨウ化イツトリウ
ム、ヨウ化ランタン、ヨウ化セリウム、ヨウ化プラセオ
ジム、ヨウ化ネオジム、ヨウ化サマリウム、ヨウ化ユー
ロピウム、ヨウ化ガドリニウム、ヨウ化ジスプロシウム
、フン化カルシウム、フン化バリウム、フッ化ストロン
チウム、臭化カルシウム、臭化バリウム、臭化ストロン
チウム、ヨウ化カルシウム、ヨウ化バリウム、ヨウ化ス
トロンチウム等が挙げられる、就中、フン素化物は得ら
れる窒化アルミニウム焼結シートの熱伝専性がより優れ
たものとなるために好適に使用される。

本発明に於ける上記焼結助剤゛（Ａ）及び（Ｂ）の使用
量は、焼結シートに要求される性状に応じて異なり一概
に限定できないが、一般には窒化アルミニウム粉末１０
０重量部に対して焼結助剤（Ａ）は酸化物に換算して０
．０１〜５重量部、好ましくは０．１〜４重量部であり
、焼結助剤（Ｂ）は０．０１〜ｌＯ重量部、好ましくは
０．１〜６重量部の範囲となるよう選べば好適である。

焼結助剤（Ａ）と（Ｂ）の添加量は上記の範囲であれば
、これらの量比は何ら制限されないが、焼結後に残留す
る焼結助剤の量や焼結シート中の酸素含有率を少なくす
るためには、焼結助剤（Ａ）（酸化物換算型ｆｆ１）　
／焼結助剤（Ｂ）の重量比が１／１０〜５、好ましくは
１１５〜３の範囲であることが好適である。

本発明の窒化アルミニウム組成物は、前記窒化アルミニ
ウム粉末、結合剤及び焼結助剤をそれぞれ前記配合割合
で混合する他に必要に応じて解膠剤、可塑剤等を添加混
合することを何んらさまたげるものではなく、しばしば
好適な態様として利用される。例えば、本発明の上記窒
化アルミニウム粉末、結合剤及び焼結助剤を、詳しくは
後述するように溶媒中に分散して混合する場合、しばし
ば該分散を促進する意味で解膠剤を使用するのが好適な
態様である。該解膠剤は一般にセラミック粉末の成形の
際に使用されることが公知の化合物を特に限定されず用
いうる。一般に好適に使用される代表的な解膠剤を具体
的に例示すれば例えばグリセリントリオレエート、ソル
ビタントリオレエート等の脂肪酸のグリセリン又はソル
ビトールエステル；天然魚類；非イオン系の合成界面活
性剤；高級脂肪酸；ベンゼンスルホン酸等である。

これらの解膠剤の使用量は解膠剤の種類、添加する混合
系の種類等によって異なり一概に限定出来ないが一般に
は窒化アルミニウム粉末１００重量部に対して０．０１
〜５重量部好ましくは０．１〜３重量部の範囲から選べ
ば好適である。また解膠剤の混合態様は如何なる順序で
混合してもよいが一般には窒化アルミニウム粉末、焼結
助剤を分散媒体中で解膠剤と共に予め混合し、次いで結
合剤或いは更に後述する可塑剤を添加混合し、スラリー
状物として調整するのが好適である。

また前記可塑剤は本発明の窒化アルミニウム組成物を用
いて特定の成形物に加工する際に該加工物に柔軟性を付
与する目的で使用される。該可塑剤は一般のセラミック
粉末の成形に際して上記目的で使用されることが公知の
ものを特に限定されず用いうる。特に好適に使用される
代表的なものを具体的に例示すれば一般にポリエチレン
グリコール及びその誘導体；ジメチルフタレート　ジブ
チルフタレート、ブチルベンジルフタレート及びジオク
チルフタレート等のフタール酸エステル類；ブチルステ
アレート等のステアリン酸エステル類；トリクレゾール
フォスフェート；トリーＮ−ブチルフォスフェート；グ
リセリン等である。これらの可塑剤の添加量は結合剤の
種類、窒化アルミニウムの性状、溶媒の種類及び使用量
等によって異なり一概に限定出来ないが一般には窒化ア
ルミニウム１００重量部に対して１５重量部以下、好ま
しくは０．４〜１５重量部、更に好ましくは３〜１０重
量部の範囲から適宜選択して使用すればよい。

本発明の窒化アルミニウム組成物の使用態様について以
下説明する。該使用に際しては一般に分散媒体中に分散
させた形態で使用するのが好適である。該分散媒体の役
割は一般に窒化アルミニウム粉末、焼結助剤を分散させ
、また結合剤或いは必要に応じて使用する可塑剤を溶解
させて、均一なスラリー状物を形成することである。そ
して該スラリー状物を特定の形状例えばシート状に成形
した後は、溶媒は乾燥によって実質的に除去され、窒化
アルミニウム成形体、例えばグリーンシート中には残存
しないものが好ましい。従グて上記分散媒体部ち溶媒は
上記の分散性、溶解性及び乾燥性の要求を満足するもの
であれば特に限定されないが、−Ｃ的には非水系溶媒を
選択するのが好適である。特に好適に使用される溶媒の
代表的なものを具体的に例示すれば、例えばアセトン、
メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトン等のケ
トン類、エタノール、プロパツール及びブタノール等の
アルコール類、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の芳
香族炭化水素類、あるいはトリクロロエチレン、テトラ
クロロエチレン及びブロムクロロメタン等のハロゲン化
炭化水素類の１種又は２種以上を混合して使用するのが
好ましい。溶媒の使用量も特に限定されないが、溶媒量
も多過ぎるとスラリー状物の保管中、成形時あるいは乾
燥時に窒化アルミニウム粉末、焼結助剤の粒子が沈降分
離し易くまた少な過ぎるとシート状の成形が困難となる
ので適宜予め適切な量を選択して用いればよい。一般に
該溶媒の量はその種類、結合剤及び可塑剤の種類と量に
も依存するが、窒化アルミニウム粉末１００重量部に対
して３０〜１００重量部の範囲で選択すれば好適である
。

上記本発明の窒化アルミニウム組成物の混合条件は特に
限定されず常温、常圧下で実施すればよく、また混合装
置は不純物成分の混入を防ぐ意味で前記窒化アルミニウ
ム粉末の製造原料の混合態様で説明したようにその材質
を選ぶか、プラスチックで被覆したものを選ぶのが好ま
しい。そして最も一般的には球状物、棒状物等を内蔵し
たミルを使用するのが好ましい。上記混合物は一般に泥
漿と呼ばれる粘稠なペンキ状のスラリー物として用いる
のがその成形に際し取扱いが容易である。

前記のようにして得られた窒化アルミニウム組成物即ち
前記（ｉ）窒化アルミニウム粉末、（ｉｉ）結合剤及び
（ｉｉｉ　）焼結助剤或いは必要に応じて可塑剤、解膠
剤等を溶剤に混合し一般には泥漿にする。この泥漿はシ
ート成形機例えばドクターブレード方式のシート成形機
を用いてフィルム例えばポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリエステル。

ポリアミド、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂製フィルム上
にシート状に形成する。次いで該シート状の成形物は室
温〜溶剤の沸点間の温度で該溶剤を飛散させて乾燥し、
所謂窒化アルミニウムグリーンシートとする。該窒化ア
ルミニウムグリーンシートは一般に光沢ある外観を呈し
柔軟で且つ屈曲に対しても腰の強い性状を有する。該窒
化アルミニウムグリーンシートはすてに引張強度が２５
ｋｇ　／　ｃｒＡ或いはそれ以上の強さを有するものと
なる。

上記窒化アルミニウムグリーンシートはそのまま後述す
る焼結シート製造に供することも出来るが、−Ｊｌには
酸素含有ガス、例えば空気又は不活性ガス、例えば窒素
ガス或いはヘリウムガス等のガス雰囲気下に前記結合剤
、可塑剤、解膠剤等が分解される温度、一般には例えば
３００〜１４００℃好ましくは５００〜１０００℃の温
度下に熱分解処理を行う方が好ましい。

該窒化アルミニウムグリーンシート或いは上記熱処理を
行ったシートは次いで焼結工程に供される。該焼結工程
は特に限定されず公知の窒化物で使用される焼結方法が
そのまま採用される。一般には常圧下、不活性雰囲気下
例えば窒素雰囲気下に１６００〜２１００℃の温度で焼
結を実施すればよい。該焼結時の圧力は通常、常圧で行
うのが一般的であるが不活性ガスによっである程度の加
圧状態に保持した焼結炉を用いてもよい。また焼結に必
要な時間は焼結に供されるシート状物の厚み、焼結温度
等の諸条件によって異なり一概に限定出来ないが一般に
３０分〜２４時間の範囲から選べばよい。これらの条件
は実施に先きたち諸条件に応じて適当な範囲を予め決定
して実施するのが好ましい。

本発明に於いて、得られる窒化アルミニウム焼結シート
を高熱伝導性でち密なものとするためには、焼成時に於
いて、少なくとも１３００〜１７００℃の温度範囲の平
均昇温速度を１〜ｂ の範囲とすることが好ましい。さらに５〜３０”Ｃ／ｍ
ｉｎの範囲で昇温することがより好ましい。

上記焼結によって得られる焼結シートはその焼結密度が
一般に２．７ｇ／ａｍ３以上好ましくは２．９ｇ　／　
ｃｍ　３更に好ましくは３．０ｇ／ｃｍ”以上のものと
なる。また該シートは一般に一辺の長さが少くとも５龍
以上で厚みが０．０５〜Ｉｏｎの範囲のものとして得ら
れる。そしてこれらの焼結シートは曲げ強度が少くとも
２０　ｋｇ／＋ｕ”のすぐれたシート状物となる。

〔効　果〕

本発明の窒化アルミニウム組成物を原料として前記方法
により得られた窒化アルミニウム焼結シートは、窒化ア
ルミニウム粉末の焼結に必要な数重量％の焼結助剤を添
加したにもかかわらず、焼結後に含まれる焼結助剤の量
は０．５重量％以下、特に０．３重量％以下、更には０
．１重量％以下であり、添加量の１／２以下、好ましく
は１１５以下、更に好ましくは１／１０以下という著し
く少ない量となっている。

また、本発明により得られる窒化アルミニウム焼結シー
トは酸素含有量が極めて低く、通常は０．５重量％以下
、さらには０．２重量％以下のものである。これらの窒
化アルミニウム焼結シートは、純度が高いために熱伝導
性が極めて良好である。

通常は、１２０Ｗ／ｍ−に以上のものかえられ、好まし
くは１４０Ｗ／ｍ−に以上の高い熱伝導性の焼結シート
が得られる。さらに、焼成条件によっては１６０Ｗ／ｍ
−に以上という極めて優れた熱伝導性の焼結シートを得
ることができる。しかも、優れた透光性を有する窒化ア
ルミニウム焼結シートとすることもできる。

従って、本発明により得られた窒化アルミニウム焼結シ
ートは、電子機器の放熱用基板、電子回路基板、放熱材
料、絶縁材料として工業的に極めて有用な材料となる。

本発明を更に具体的に説明するため以下実施例を挙げて
説明するが本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

実施例１゜ 平均粒子径が２．１２μｍで３μｍ以下の粒子を７Ｓ容
量％含む表１に示す組成をもつ窒化アルミニウム粉末、
焼結助剤（Ａ）として３　Ｃａ０−Ａ　Ｉｔよ０３粉末
、焼結助剤（Ｂ）としてＹＦ３粉末及び結合剤として分
子量３０．０００〜３４．０００のポリビニールブチラ
ールを用いて次のように窒化アルミニウムグリーンシー
ト及び窒化アルミニウム焼結シートを作製した。

（ｉ）配合 窒化アルミニウム粉末　　　　　１００重量部３ＣａＯ
・Ａｌｚ　Ｏ３粉末　　　　　１．０〃ＹＦ３粉末　　
　　　　　　　　　２．Ｏ〃ポリビニールブチラール　
　　　　９．０〃ジオクチルフタレート　　　　　　５
．Ｏ〃ソルビタントリオレエー）　　　　　１．２〃表
　１　　窒化アルミニウム粉末分析値ＡＮＮ含有量　　
　　９８．０％ 元　　　素　　　　　　　含有量 Ｍｇ　　　　　　　　　　　＜５　　　　　　（ｐｐｍ
）Ｃｒ　　　　　＜１０　　　（〃） Ｓｌ　　　　　　４６　　（〃　） Ｚｎ　　　　く１０　　（〃　） Ｆｅ　　　　　　　１４　　　（”　　）Ｃｕ　　　　
　　　　　　　く　　　５　　　　　　（〃　　　）Ｍ
ｎ　　　　　　＜５　　　（”） Ｎｉ　　　　　　　１８　　　（”　　）Ｔｉ　　　　
　　　　　　　　＜５　　　　　　　（”）Ｃｏ　　　
　　　＜５（〃　） Ａｆ　　　　　　　６４．８　　（ｗｔ％）Ｎ　　　　
　　　３３．５　（〃　） ０　　　　　　　　１．０（’） Ｇ　　　　　　　　　Ｏ，０４（”） （ｉｉ）混合 内容積５１の撹拌機付分散混合機に溶媒を半量（３７，
５重量部）入れ攪拌しながら窒化アルミニラム粉末、３
ＣａＯ’　Ａ　（ｌｚ　Ｏｙ粉末１、ＹＦ３粉−末及び
ソルビタントリオレエートを全量投入した後、ポリビニ
ールブチラールを徐々に添加して全量溶解させた。次い
でジオクチルフタレートを全量投入し、更に溶媒の残量
（３７，５重量部）を投入した後、ｌｈｒ攪拌を続けて
配合成分を分散あるいは溶解させて予めスラリー化した
。

内容積１０１のナイロン製ポットに、ナイロンで被覆さ
れた直径２０ｍｍの鋼球をポット内容積の約５０％を占
める数だけ入れ、次いで上記で得たスラリーを投入して
、回転数３５ｒｐｍで３６ｈｒボ一ルミル混合した。得
られたスラリーは、粘度２．０００ｃρＳの白色ペンキ
状のものであった。

（ｉｉｉ　）脱泡及び脱溶媒 上記混合で得たスラリーを内容積４１の攪拌機付真空容
器に移し、撹拌しながら１気圧から徐々に３０〜４ＱＴ
ｏｒｒまで減圧して、前記混合の際スラリーに混入した
気泡を除いた（脱泡）。

次いで、攪拌しながら同真空容器内を排気しつつ１０〜
４０Ｔｏｒｒに保ち溶媒の一部を蒸発除去した（脱溶媒
）。

この脱溶媒操作で除去した溶媒量は、窒化アルミニウム
粉末１００重量部に対して２０重量部であった。その結
果、粘度２０．０ＯＯｃｐｓの白色粘稠なスラリーを得
た。

（ｉｖ　）成形 得られたスラリーからドクターブレード方式のシート成
形機を用いて、表面にシリコーン樹脂を塗布して離型化
処理したポリエステルフィルム上にシート状に流し出し
、次いでシート状物を室温でＩｈｒ、その後５０℃で２
　ｈｒｓ更に８０℃で３０ｍ１ｎ溶媒を蒸発させて乾燥
した後、シート状物を上記ポリエステルフィルムより剥
離して、巾約２５０ｔｍ、厚さ約１．５鶴の形状の窒化
アルミニウムグリーンシートを作製した。この窒化アル
ミニウムグリーンシートは、白色で光沢のある外観を呈
し、柔軟でかつ屈曲に対しても腰の強い性状を存する。

金型及び打抜き機を用いて窒化アルミニウムグリーンシ
ートより試験片を打抜き、オートグラフによる引張り試
験を行ったところ、引張強度は２６ｋｇ／Ｃ１１！、伸
び率は０．４であった。また密度は２．０４　ｇ　／ｃ
ｍ’であった。

（ｖ）脱脂及び焼結 上記の窒化アルミニウムグリーンシートを５０ｍｕ　Ｘ
　５０　ｍｍの角板状に打抜き、電気炉を用いて１気圧
の空気雰囲気下で６５０℃、３ｈｒ加熱して前記のポリ
ビニールブチラール、ジオクチルフタレート及びソルビ
タントリオレエートを燃焼分解させて除去し、窒化アル
ミニウムの角板を得た（脱脂）。

この角板を窒化ホウ素で内壁を被覆した黒鉛型皿にセッ
トし、１気圧の窒素中で１．１００″Ｃまで２ｈｒで昇
温し、次いで１１００℃から１，８００℃まで１５℃／
ｍｉｎの昇温速度で昇温し、１，８００℃で１０ｈｒ保
持した（焼結）。得られた窒化アルミニウム焼結シート
は、４０　ｍＸ　４０　ｖｎａ、　Ｈす１．２鰭の形状
で、密度が３．２５ｇ／ａ＋＋３であった。

この焼結シートの熱伝導率を、理学電機型のレーザーフ
ラッシュ法熱定数測定装置（ＰＳ−７）によりＩｎ−３
ｂ赤外線センサーを用いた非接触法で測定したところ、
２１０Ｗ／ｍ　−ｋの値を得た。

この焼結シートの曲げ強度は４０ｋｇ／ｕ２であり、ま
た放射化分析法で測定した酸素含有量は０．０９重量％
であった。

更に該焼結シートをアルカリ溶融し、熔融物中のＣａ、
　ｙ、　Ｍｇ、　Ｃｒ、　Ｓｉ、　Ｚｎ、　Ｆｅ。

Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｔ、Ｔｉ、Ｃｏの各含有率を誘導結合プ
ラズマ発光分光分析法で測定したところ焼結シート中の
濃度に換算して、Ｃａ−２４０ｐ１１、Ｙ＝３２０ｐｐ
ｍ　、　Ｍｇ＜５ｐｐｍ　＼Ｃｒ＜　１０ｐｐｍ　。

Ｓ５１−１２０ｐｐ、Ｚｎ＜１０ｐｐｍ、Ｆｅ＜１０ｐ
ｐｍ　−Ｃｕｒｌ　Ｏｐｐｍ　、、Ｍｎ＜５ｐｐｍ　、
　Ｎｉ＝１７ｐｐｍＳＴｉ＜１０ｐｐｍ、、Ｃｏ＜１０
ｐｐｍであり、焼結助剤として添加したＣａ、Ｙを除＜
１０元素の含有率を合計すると２０７ｐｐｍ以下であっ
た。

同様にして焼結した別の焼結シートを０．５　＋ｕの厚
さまで研削し、両面を鏡面研磨したものについて光透過
率を測定したところ５．５μｍの波長に対して３６％の
直線透過率が得られた。

実施例２゜ 平均粒子径カ月、４２μｍで３μｍ以下が８７容狙％を
占め、かつ表２に示す組成の窒化アルミニウム粉末、焼
結助剤（Ａ）として種々のアルミン酸塩及び焼結助剤（
Ｂ）としてＹＦ、粉末、また結合剤として分子量３０．
０δＯ〜３４．０００のポリビニールブチラールを用い
て次のように窒化アルミニウムグリーンシート及び窒化
アルミニウム焼結シートを作製した。結果を表３に示す
。

（１）配合 窒化アルミニウム粉末　　　　　１００１量部焼結助剤
（Ａ）　　　　　　　　　　　表３焼結助剤（Ｂ）ＹＦ
３粉末　　　　　表３ポリビニールブチラール　　　　
１２．０重量部ジブチルフタレート　　　　　　　５．
０〃グリセリントリオレエート　　　　１．０重量部表
　２　　窒化アルミニウム粉末分析値Ａ６Ｎ含有量　　
　　９８．０％ 元　　　素　　　　　　　含有量 Ｍｇ　　　　　　＜５　　　（ｐｐｍ）Ｃｒ　　　　　
　＜１０　　　（”　　）Ｓｉ　　　　　　３８　　　
（〃　） Ｚｎ　　　　く１０　　（〃　） Ｆｅ　　　　　　　１５　　　（〃） Ｃｕ　　　　　　　　　　　　　＜　　　　５　　　　
　　　（〃　　　）Ｍｎ　　　　　　＜　　５　　　（
／／　　）Ｎｉ　　　＜巨　（〃） Ｔｉ　　　　　　＜　　５　　　（”　　）ＣＯ〈　５
　　（〃　） Ａ４　　　　　　６４．８　　（ｗｔ％）Ｎ　　　　　
　　　３３．５（”） ０　　　　　　　１．０（〃） ＣＯ，０４（”） （ｌｉ）／昆　　合 内容積１０βのナイロン製ポットに、ナイロンで被覆さ
れた直径２０ｍｍの鋼球をポット内容積の約５０％を占
める数だけ入れ、次いで窒化アルミ゛ニウム扮末、焼結
助剤（Ａ）として表３に示すアルミン酸塩、焼結助剤（
Ｂ）としてＹ　Ｆ　３粉末及びグリセリントリオレエー
トを全量投入し、更に溶媒の一部（６０重量部）を添加
して、回転数３５ｒｐｍで２４ｈｒボ一ルミル混合した
。その後、同ポットにポリビニールブチラール及びジブ
チルフタレートを全量入れ、更に溶媒の残部（２０重量
部）を投入して、２４ｈｒボ一ルミル混合した。

得られたスラリーは、粘度が１．８００〜２．２００ｃ
ｐｓで白色ペンキ状のものであった。

（ｉｉｉ　）脱泡及び脱溶媒 実施例１と同様にして行った。得られたスラリーの粘度
は２０，０００〜２５．０ＯＯｃｐｓの範囲であった。

（ｉｖ　）成形 実施例１と同様にして窒化アルミニウムグリーンシート
を得た。この窒化アルミニウムグリーンシートの密度は
１．９２〜２．１０ｇ／ω３の範囲であり、また引張強
度は２５〜２８ｋｇ／ｃｓＡであった。

（ｖ）脱脂及び焼結 上記で得られた窒化アルミニウムグリーンシートを５Ｑ
Ｈｘ５Ｑ＋＋ｎの角板状に打抜き、この角板を窒化ホウ
素で内壁を被覆した黒鉛型皿に入れて電気炉内にセット
した。０．１〜０．５　Ｔｏｒｒの減圧下で室温より１
，１００℃まで１℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温しで脱脂
を行った。

その後同電気炉内で１，１００’ｃから１　、８００℃
まで１２℃／　ｍ　ｉ　ｎＯ昇温速度で昇温し、１，８
００℃で６ｈｒ保持した。得られた窒化アルミニウム焼
結シートは約４．Ｏｌ角、厚さ約１．２龍の形状であっ
た。

焼結シートの物性を表３に示す。

実施例３゜ 実施例２で用いたものと同じ窒化アルミニウム粉末、焼
結助剤（Ａ）及び焼結助剤（Ｂ）としてそれぞれ表４に
示す化合物、また結合剤として分子量５０，０００〜６
０，０００のポリビニールブチラールを〜　　用いて下
記のように窒化アルミニウムグリーンシートを作製し、
焼結を実施した。結果を表４に示す。

（ｉ）配合 窒化アルミニウム粉末　　　　　１００重量部焼結助剤
（Ａ）　　　　　　　　　　表４焼結助剤（Ｂ）　　　
　　　　　　　表４ポリビニールブチラール　　　　１
０．０重量部ジブチルフタレート　　　　　　　５．０
〃グリセリントリオレエート１．０〃 （ｉｉ）混合、（ｉｉｉ　）脱泡及び脱溶媒、（ｉｖ）
成形実施例２と同様にして行った。

（Ｖ）脱脂及び焼結 上記で得られた窒化アルミニウムグリーンシートを５０
ｕ角の角板状に打抜き、この角板を窒化ホウ素で内壁を
被覆した黒鉛型皿に入れて電気炉内にセットした。電気
炉内を真空排気しながら室温より１．１００℃まで２℃
／ｍｉｎの昇温速度で昇温して脱脂を行った。

その後、同電気炉内で１．１００℃からｉ　、　ｓｏｏ
℃まで１５℃／ｍｉｎで昇温し、１８００℃で４ｈｒ保
持して焼結を行った。得られた焼結シートの物性を表４
に示す。

実施例４゜ 実施例２で用いたものと同じ窒化アルミニウム粉末、焼
結助剤（Ａ）として３ＣａＯ−Ａ　１２０３粉末、焼結
助剤（Ｂ）としてＹＦ３粉末、また結合剤として分子量
が５０．０００〜１００，０００のメタクリル酸エステ
ル共重合体（メタクリル酸エチル／アクリル酸メチル＝
　７２／２８）を用いて以下のように窒化アルミニウム
グリーンシート及び窒化アルミニウム焼結シートを作製
した。

（ｉ）配合 窒化アルミニウム粉末　　　　　１００重量部３ＣａＯ
・Ａ　１２　ｚ　Ｏ３粉末　　　　　表５Ｙ　Ｆ　３粉
末　　　　　　　　　　　表５メタクリル酸エステルの
共重合体１２．０重量部ジオクチルフタレート　　　　
　　３．０〃ソルビタントリオレエート　　　　０．８
〃（ｉｉ）混合、（ｉｉｉ）脱泡及び脱溶媒、（ｉｖ）
成形実施例２と同様にして行った。

（ｖ）脱脂及び焼結 １．１００℃から１　、８００℃まで表５に示す昇温速
度で昇温した以外は実施例３と同様の条件で行なった。

結果を表５に示した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ｉ）窒化アルミニウム粉末、 （ｉｉ）１４００℃以下の温度で分解する有機高分子化
   合物よりなる結合剤、 及び （ｉｉｉ）下記（Ａ）及び（Ｂ）からなる焼結助剤より
   主としてなる窒化アルミニウム組成物。 （Ａ）一般式 ｍＭＯ・Ａｌ＿２Ｏ＿３・ｎＨ＿２Ｏ （但し、Ｍはアルカリ土類金属であり、ｍは０．３以上
   の数であり、ｎは０以上の数である。） で示されるアルミン酸塩 （Ｂ）イットリウム、ランタン族金属及びアルカリ土類
   金属からなる群より選ばれた少くとも１種の金属のハロ
   ゲン化物