JPS6221764A - Manufacture of aluminum nitride - Google Patents
Manufacture of aluminum nitrideInfo
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- JPS6221764A JPS6221764A JP60158643A JP15864385A JPS6221764A JP S6221764 A JPS6221764 A JP S6221764A JP 60158643 A JP60158643 A JP 60158643A JP 15864385 A JP15864385 A JP 15864385A JP S6221764 A JPS6221764 A JP S6221764A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
皇1ユ咥泗jλ!
本発明は窒化アルミニウム焼結体の製造方法に係わり、
更に詳しくは緻密質で熱伝導性、絶縁性、誘電率などの
実用上の緒特性に優れた窒化アルミニウム焼結体の製造
方法に関する。[Detailed Description of the Invention] Emperor 1 Yu Makuji λ! The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum nitride sintered body,
More specifically, the present invention relates to a method for producing an aluminum nitride sintered body that is dense and has excellent practical properties such as thermal conductivity, insulation, and dielectric constant.
従来の技術
半導体装置、これらを利用する装置、機器は、半導体素
子、抵抗器類、コイル類等における発熱のために複雑な
熱系を構成するが、このような熱は各種熱伝導様式、例
えば熱伝導、熱輻射、対流等により装置外に放出される
ことになる。Conventional technology Semiconductor devices and devices and equipment that utilize them constitute complex thermal systems due to heat generation in semiconductor elements, resistors, coils, etc. Such heat is transmitted through various heat conduction methods, e.g. It will be released outside the device by heat conduction, heat radiation, convection, etc.
一般に、半導体素子には特性上並びに信頼性の点から最
大限許される温度(最高許容温度)があり、また、雑音
余裕の点からも素子内あるいは素子相互間の温度差にも
許容範囲が存在する。In general, semiconductor devices have a maximum permissible temperature (maximum allowable temperature) from the standpoint of characteristics and reliability, and also a permissible range of temperature differences within the device or between devices from the standpoint of noise margin. do.
従って、これら素子等を安定かつ信頼性よく動作させる
べ(、最良の熱設計を行うことは、半導体装置等の設計
、製作において極めて重要である。Therefore, it is extremely important to operate these elements stably and reliably (and to perform the best thermal design) in the design and manufacture of semiconductor devices and the like.
更に、近年、半導体素子の高速化、高密度化、大型化の
動向がみられ、それに伴い半導体素子の発熱量の増大が
大きな問題となっている。そこで、半導体装置用基板に
ついても、放熱性の改良、即ち基板全体としての板厚方
向の熱伝導性のより一層の改良が要求されている。その
ために、半導体装置用基板については、同時に高い電気
絶縁性と、高い放熱性とを有することが要求されること
になる。Furthermore, in recent years, there has been a trend toward faster speeds, higher densities, and larger sizes of semiconductor devices, and with this, an increase in the amount of heat generated by semiconductor devices has become a major problem. Therefore, there is a demand for improved heat dissipation of substrates for semiconductor devices, that is, further improvement of thermal conductivity in the thickness direction of the entire substrate. Therefore, substrates for semiconductor devices are required to have high electrical insulation and high heat dissipation properties at the same time.
その結果、従来IC基板として用いられていたアルミナ
焼結体は、その熱伝導率が低く放熱性が不十分であるた
めに、上記のようなICチップ等の高集積化に伴う発熱
の増大に対して十分に対応できなくなりつつある。そこ
で、このアルミナ基板に代わるものとして、高熱伝導性
のべIJ IJア基板が検討されているが、ベリリアは
毒性が強く取り扱いが困難であるばかりでなく、供給量
も少なく高価であるので実用的でない。As a result, the alumina sintered bodies conventionally used as IC substrates have low thermal conductivity and insufficient heat dissipation, so they are susceptible to increased heat generation due to the high integration of IC chips, etc. It is becoming increasingly difficult to respond adequately. Therefore, as an alternative to this alumina substrate, a highly thermally conductive bare IJA substrate is being considered, but beryllia is not only highly toxic and difficult to handle, but also has a limited supply and is expensive, making it impractical. Not.
一方で、窒化アルミニウム(AIN)は、本来材質的に
高熱伝導性、高絶縁性を有し、毒性も少ないために、半
導体工業において、絶縁材料やパッケージ材料として注
目を集めている。On the other hand, aluminum nitride (AIN) is attracting attention as an insulating material and a packaging material in the semiconductor industry because it inherently has high thermal conductivity and high insulating properties, and is also low in toxicity.
しかしながら、AIN粉末からその焼結体を製造する場
合、AIN粉末自体の焼結性が良くないために、粉末成
形後、焼結して得られるAIN焼結体の相対密度(AI
Nの理論密度3.26g/cutを基準とする)は、焼
結条件にもよるが、高々70〜80%程度に過ぎず、多
量の気孔を有している。ところで、窒化アルミニウム焼
結体の如き絶縁性セラミックの熱伝導機構はこのものが
イオン結合、共有結合からなるために、主として格子振
動間の非調和相互作用によるフォノン伝導を主体として
いるため、多量の気孔、不純物等の欠陥を有する場合に
は、フォノン散乱が著しく、低熱伝導度のものしか得ら
れない。However, when producing a sintered body from AIN powder, the sinterability of the AIN powder itself is not good, so the relative density (AI
The theoretical density of N (based on 3.26 g/cut) is only about 70 to 80% at most, depending on the sintering conditions, and has a large amount of pores. By the way, the heat conduction mechanism of insulating ceramics such as aluminum nitride sintered bodies consists of ionic and covalent bonds, and is mainly based on phonon conduction due to anharmonic interaction between lattice vibrations. When there are defects such as pores and impurities, phonon scattering is significant and only a material with low thermal conductivity can be obtained.
そこで、緻密質で良好な熱伝導率を有するAIN焼結体
を得るために、AIN粉末に種々の焼結助剤を添加し、
ホットプレスあるいは常圧焼結することが試みられてお
り、かなり良質のAIN焼結体を得ることができるよう
になってきた。例えば、酸化カルシウム(CaO) 、
酸化バリウム(Ban) 、酸化ストロンチウム(Sr
O>などをAIN粉末に0.1〜10重量%の割合で添
加し、焼結する方法が特公昭58−49510号公報明
細書に開示されている。この方法によれば、相対密度9
8%以上で、熱伝導率0.1〜0.13cal 7cm
、sec、deg (42〜54 W/m4) (室温
)の製品が得られている。しかしながら、この程度の値
では、今後のIC5LSI等の集積度向上に伴う大きな
発熱量に十分対応できるとはいえない。Therefore, in order to obtain an AIN sintered body that is dense and has good thermal conductivity, various sintering aids are added to the AIN powder.
Attempts have been made to use hot pressing or pressureless sintering, and it has become possible to obtain AIN sintered bodies of fairly good quality. For example, calcium oxide (CaO),
Barium oxide (Ban), strontium oxide (Sr)
Japanese Patent Publication No. 58-49510 discloses a method in which 0.1 to 10% by weight of AIN powder is added to AIN powder and sintered. According to this method, the relative density 9
8% or more, thermal conductivity 0.1-0.13cal 7cm
, sec, deg (42 to 54 W/m4) (room temperature). However, this level of value cannot be said to be sufficient to cope with the large amount of heat generated due to future increases in the degree of integration of IC5LSIs and the like.
また、ホットプレス法としてはCan、Ban、SrO
などを0.01〜1重量%の割合でAIN粉末に添加し
て焼結する方法がある(特開昭59−50077号公報
発明参照)。しかしながら、この方法においても熱伝導
率60〜70 W/m4程度のものしか得られていない
。しかも、このホットプレス法では、得られる焼結体の
形状に制限があり、その上この工程は高価なプロセスで
あるために、前述のIC。In addition, as a hot press method, Can, Ban, SrO
There is a method in which 0.01 to 1% by weight of AIN powder is added to the AIN powder and sintered (see the invention in JP-A-59-50077). However, even with this method, only a thermal conductivity of about 60 to 70 W/m4 can be obtained. Moreover, with this hot pressing method, there are limitations on the shape of the sintered body that can be obtained, and furthermore, this process is an expensive process, so the above-mentioned IC.
LSI等の基板として用いるには経済的に不利である。It is economically disadvantageous to use it as a substrate for LSI or the like.
−
発註が解決しようとする問題点
以上述べたように、半導体装置の高集積化に伴って、I
Cチップ等の大型化がみられ、これら素子、デバイスの
発熱量は著しく増大するものと予想されるが、従来の基
板はこのような発熱量の増大に対し十分に対応し得なく
なってきており、新しい基板材料の開発が望まれている
。このような状況の下で、高耐熱性の高温構造材料とし
て、注目を集めているAINが熱伝導性、電気絶縁性両
者において優れていることから、半導体工業における絶
縁材料、パッケージ材料として期待されているが、その
実情は既に述べた通りであり、実用に耐え得る優れた物
性のΔIN焼結体は今のところ得られていない。- Problems that the original article aims to solve As mentioned above, with the increasing integration of semiconductor devices,
As C-chips and other devices become larger, the amount of heat generated by these elements and devices is expected to increase significantly, but conventional substrates are no longer able to adequately cope with this increase in amount of heat generated. , the development of new substrate materials is desired. Under these circumstances, AIN, which is attracting attention as a high-temperature structural material with high heat resistance, is expected to be used as an insulating material and packaging material in the semiconductor industry due to its excellent thermal conductivity and electrical insulation properties. However, the actual situation is as described above, and a ΔIN sintered body with excellent physical properties that can withstand practical use has not yet been obtained.
そこで、本発明の目的は熱伝導性の良好なAI焼結体を
経済的に有利に製造する方法を提供することにあり、勿
論100 W/m4以上の高い熱伝導性を有し、かつ緻
密質の新規なAIN焼結体を提供することも本発明の目
的の一つである。Therefore, the purpose of the present invention is to provide an economically advantageous method for manufacturing an AI sintered body with good thermal conductivity, and of course has a high thermal conductivity of 100 W/m4 or more and is dense. It is also an object of the present invention to provide a novel AIN sintered body of high quality.
問題点を解決するための手段
本発明者等はAIN焼結体の製造法における上記の如き
従来の現状に鑑みて、熱伝導率100 W /m・に以
上の高熱伝導性を有するAIN焼結体を経済的に有利な
常圧焼結法により得ることのできる方法を開発すべく、
原料粉末純度、焼結助剤、焼結条件等を詳細に検討した
結果、低酸素含有量のAIN粉末を用い、また焼結用添
加剤としてイツトリウム(Y)および/またはセリウム
(Ce)のアルコキシドを少量添加することが上記目的
達成のために極めて有利であることを見出し、本発明を
完成した。Means for Solving the Problems In view of the above-mentioned conventional state of the art for manufacturing AIN sintered bodies, the inventors have developed an AIN sintered body having a high thermal conductivity of 100 W/m or more. In order to develop a method by which the body can be obtained by an economically advantageous pressureless sintering method,
As a result of a detailed study of raw material powder purity, sintering aids, sintering conditions, etc., we decided to use AIN powder with a low oxygen content, and use yttrium (Y) and/or cerium (Ce) alkoxide as the sintering additive. The present invention was completed based on the discovery that adding a small amount of is extremely advantageous for achieving the above objective.
即ち、本発明のAIN焼結体の製造方法は、1.8重量
%以下の酸素含有量率を有するAIN粉末に、NYおよ
びCeのアルコキシドからなる群から選ばれ少なくとも
1種の溶液をYまたはCe換算で0.1〜10重量%添
加し、混合・分解した後成形し、次いで1700〜22
00℃の@卵内の温度にて、非酸化性雰囲気中で常圧焼
結することを特徴とするものである。That is, in the method for producing an AIN sintered body of the present invention, at least one solution selected from the group consisting of NY and Ce alkoxides is added to AIN powder having an oxygen content of 1.8% by weight or less. Add 0.1 to 10% by weight in terms of Ce, mix and decompose, then mold, then 1700 to 22
It is characterized by being sintered under normal pressure in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 00°C inside an egg.
本発明の方法において、非酸化性雰囲気とは、真空ある
いは窒素ガス、水素ガス、−酸化炭素ガス、アルゴンガ
ス、ヘリウムガス、などからなる群から選ばれた少なく
とも一種で構成せれる雰囲気を意味する。In the method of the present invention, the non-oxidizing atmosphere means a vacuum or an atmosphere composed of at least one selected from the group consisting of nitrogen gas, hydrogen gas, -carbon oxide gas, argon gas, helium gas, etc. .
また、本発明の方法において有利に使用できるYまたは
Ceのアルコキシドにおいて、アルコキシドとは炭素原
子数1〜4のアルキル基を有するものであることが好ま
しい。このような金属アルコキシドは一般に沸点が低い
(100〜200℃)ため真空蒸留等により低温で高純
度に精製することができる。Further, in the alkoxide of Y or Ce that can be advantageously used in the method of the present invention, the alkoxide preferably has an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Such metal alkoxides generally have a low boiling point (100 to 200°C), and therefore can be purified to high purity at low temperatures by vacuum distillation or the like.
本発明の方法においても、AIN焼結体を一般にみられ
るセラミックと同じように、各成分の調合、成形、焼成
の一連の工程に従って製造するが、本発明の方法では金
属アルコキシドを焼結助剤として使用していることから
、調合後に加水分解する工程を含む。In the method of the present invention, an AIN sintered body is manufactured by following a series of steps of blending each component, molding, and firing in the same way as commonly found ceramics. Since it is used as a chemical, it includes a step of hydrolysis after preparation.
本発明の方法を更に説明すると、まず、AINと所定量
の金属アルコキシドまたはその混合物とを混合し、アル
コキシドの加水分解を行う。この際に金属アルコキシド
は分解して微粒状の粉末となり、しかも高純度、高活性
である。次いで所定の形状に成形し、常圧焼結する。こ
こで成形法としては特に制限はなく、従来公知の、例え
ば目的とする製品の形状、寸法に応じて金型成形、ラバ
ープレス、押し出し成形、射出成形、鋳込み成形等の中
から最適な方法を選び実施する。To further explain the method of the present invention, first, AIN and a predetermined amount of metal alkoxide or a mixture thereof are mixed, and the alkoxide is hydrolyzed. At this time, the metal alkoxide decomposes into fine powder, which is highly pure and highly active. Next, it is molded into a predetermined shape and sintered under normal pressure. There are no particular restrictions on the molding method, and the most suitable method may be selected from conventionally known methods such as mold molding, rubber press, extrusion molding, injection molding, and casting molding, depending on the shape and dimensions of the desired product. Select and implement.
また、このような成形法と生地の機械加工とを、併用し
て複雑な形状の目的製品を得ることもでき、この機械加
工法としては均質に、しかも最終製品の寸法精度、表面
欠陥等の発生などを考慮すれば高精度の技術の利用が必
要になり、NC研削加工、レーザ加工等の利用が望まし
い。In addition, it is possible to obtain a target product with a complex shape by combining such a forming method and machining of the dough, and this machining method can produce a uniform product while also improving the dimensional accuracy and surface defects of the final product. Considering the occurrence of such problems, it is necessary to use high-precision technology, and it is desirable to use NC grinding, laser processing, etc.
詐」
一般に焼結性が良くないとされているAINの緻密質、
かつ高熱伝導率を有する焼結体を得るために、特に問題
となっていた点は最終製品中に残存する大量の気孔であ
った。そこで、この気孔量を滅じ、高熱伝導率のAIN
焼結体製品とするために各種の焼結助剤を用いる方法が
提案されたが、従来使用されてきたものは未だ不十分で
あり、大型化、高集積化の図られた半導体装置等の十分
な放熱性を確保する基板はまだ知られていない。The dense nature of AIN, which is generally considered to have poor sinterability,
In order to obtain a sintered body with high thermal conductivity, a particular problem was the large amount of pores remaining in the final product. Therefore, by eliminating this porosity, AIN with high thermal conductivity
Methods using various sintering aids have been proposed to produce sintered products, but the ones that have been used in the past are still insufficient, and are suitable for semiconductor devices that are becoming larger and more integrated. A substrate that ensures sufficient heat dissipation is not yet known.
ところで、本発明に従って、焼結助剤としてYおよび/
またはCeアルコキシドの溶液を用い、AIN粉末と混
合した後加水分解することにより微粉状の高純度酸化物
が得られ、これによって緻密かつ高熱伝導のAIN焼結
体を有利に得ることが可能となった。この加水分解にお
いて金属アルコキシドは例エバベンゼン、キシレン、ト
ルエン、メタノール、エタノーノペブロバノールなどの
溶媒に溶解した溶液としてAIN粉末に添加され、アル
コキシド基のモル量の1/2よりも幾分過剰の水の存在
下で、一般には0℃以上に加熱することにより加水分解
し、目的とする微粒状金属酸化物を得ることができる。By the way, according to the present invention, Y and/or are used as sintering aids.
Alternatively, by using a Ce alkoxide solution, mixing it with AIN powder, and then hydrolyzing it, a finely powdered high-purity oxide can be obtained, which makes it possible to advantageously obtain a dense and highly thermally conductive AIN sintered body. Ta. In this hydrolysis, the metal alkoxide is added to the AIN powder as a solution in a solvent such as e.g. Hydrolysis is carried out in the presence of water, generally by heating to 0° C. or higher, and the desired fine particulate metal oxide can be obtained.
本発明の方法にふいて、目的とする特に熱伝導率が10
0W/+n4以上の高い放熱性のAIN焼結体を得る際
に、いくつかの条件は臨界的に作用する。まず、AIN
粉末中の酸素含有率は1.8重量%以下でなければなら
ない。というのは、この上限を越えて酸素が存在する場
合、焼結工程において酸素が^1203あるいはAl0
Nの形でAIN焼結体中に混入してしまい、既に述べた
ようにフォノン散乱を生じ、熱伝導率の低いものが得ら
れてしまい、目的とする100 W/m・に以上の高熱
伝導率のAIN焼結体を得ることができないからである
。In the method of the present invention, the target thermal conductivity is particularly 10.
Several conditions act critically when obtaining an AIN sintered body with high heat dissipation of 0 W/+n4 or more. First, AIN
The oxygen content in the powder must be below 1.8% by weight. This is because if oxygen is present in excess of this upper limit, the sintering process will cause oxygen to become ^1203 or Al0
If N is mixed into the AIN sintered body in the form of N, it will cause phonon scattering as mentioned above, resulting in a product with low thermal conductivity, and the desired high thermal conductivity of 100 W/m or more will be obtained. This is because it is not possible to obtain an AIN sintered body with a high yield.
次に、分解して焼結助剤となる金属アルコキシドの添加
量はYおよび/またはCe換算で0.1〜lO重量%の
範囲内とすることが必要である。即ち、下限の0.1重
量%に満だない量で使用した場合には十分に緻密な常圧
焼結体を得ることができず、逆に上限の10重量%を越
えて使用した場合には、得られる焼結体、の熱伝導率が
低下し、目的とする放熱性良好なAIN焼結体が得られ
ない。Next, the amount of the metal alkoxide that decomposes to become a sintering aid needs to be in the range of 0.1 to 10% by weight in terms of Y and/or Ce. That is, if it is used in an amount less than the lower limit of 0.1% by weight, a sufficiently dense pressureless sintered body cannot be obtained, and conversely, if it is used in an amount exceeding the upper limit of 10% by weight. In this case, the thermal conductivity of the obtained sintered body decreases, and the desired AIN sintered body with good heat dissipation properties cannot be obtained.
既に述べたように、Yのアルコキシド、Ceのアルコキ
シドは夫々単独でもしくは混合物として添加でき、いず
れも同様の効果を期待することができ、複合添加の場合
には夫々の効果が単に加算された特性を示すことがわか
っている。As already mentioned, the alkoxide of Y and the alkoxide of Ce can be added individually or as a mixture, and both can be expected to have the same effect, and in the case of combined addition, the properties of the respective effects are simply added. is known to show.
また、焼結温度は1700〜2200℃の範囲内とする
ことが好ましい。なんとなれば、1700℃未満では十
分に焼結が進行せず、相対密度95%以上の緻密な製品
を得ることができず、また、2200℃を越える温度で
焼結した場合にはAINの分解反応が著しく促進され、
焼結体の重量減少が大きくなるためである。Moreover, it is preferable that the sintering temperature be within the range of 1700 to 2200°C. This is because sintering does not proceed sufficiently at temperatures below 1,700°C, making it impossible to obtain a dense product with a relative density of 95% or more, and when sintering at temperatures exceeding 2,200°C, AIN decomposes. The reaction is significantly accelerated,
This is because the weight reduction of the sintered body becomes large.
以上述べたように、本発明の方法によればAINの焼結
助剤として金属アルコキシドを用い、これらを添加後加
水分解することにより、緻密なAIN焼結体を得ること
が可能となる。また、大量の発熱量を有する高集積化半
導体デバイスのパッケージ用基板として有用な高い放熱
性を与えるAIN焼結体を得るためには、金属アルコキ
シドの添加量、AlN中の酸素含有率、焼結温度等の各
条件を上記のような範囲とする必要があり、これによっ
て焼結法としては最も経済性のよい常圧焼結法で、高い
(100W/m4以上)熱伝導率と緻密性(高相対密度
)のAIN焼結体が有利に提供される。As described above, according to the method of the present invention, a dense AIN sintered body can be obtained by using metal alkoxides as AIN sintering aids and hydrolyzing them after addition. In addition, in order to obtain an AIN sintered body that provides high heat dissipation and is useful as a package substrate for highly integrated semiconductor devices that generate a large amount of heat, the amount of metal alkoxide added, the oxygen content in AlN, the sintering It is necessary to keep the temperature and other conditions within the above ranges, and this allows the pressureless sintering method, which is the most economical sintering method, to have high thermal conductivity (100 W/m4 or more) and high density (more than 100 W/m4). Advantageously, an AIN sintered body with a high relative density is provided.
Yのアルコキシド、Ceのアルコキシドもしくはこれら
の混合物がAINの焼結を促進する機構は明らかではな
いが、微細かつ均一に分散されたYまたはCe化合物が
AINと反応し、ガラス様の液相を形成し、その結果液
相焼結による緻密化及び熱伝導率の改善がなされるもの
と考えられる。Although the mechanism by which Y alkoxide, Ce alkoxide, or a mixture thereof promotes sintering of AIN is not clear, finely and uniformly dispersed Y or Ce compounds react with AIN to form a glass-like liquid phase. However, it is thought that as a result, densification and thermal conductivity are improved by liquid phase sintering.
11男
以下、本発明を実施例により説明するが、これら実施例
は本発明の範囲を制限するものではない。EXAMPLES Below, the present invention will be explained with reference to Examples, but these Examples are not intended to limit the scope of the present invention.
実施例1
酸素含有量が0.5〜1,8%の範囲内の各種の窒化ア
ルミニウム粉末に、イツトリウムメトキシド、セリウム
メトキシドまたはこれらの混合物の溶液(溶媒:メタノ
ール)をYまたはCe換算で0.6重量%混合し、60
0℃に加熱して、分解を行った後、乳鉢で十分に混合し
、混合粉末を作製した。Example 1 A solution of yttrium methoxide, cerium methoxide, or a mixture thereof (solvent: methanol) was added to various aluminum nitride powders with an oxygen content in the range of 0.5 to 1.8% in terms of Y or Ce. Mix 0.6% by weight with 60
After heating to 0° C. to decompose, the mixture was sufficiently mixed in a mortar to prepare a mixed powder.
これを2トン/cnfの圧力下で成形し、1900℃に
て3時間1気圧のN、ガス雰囲気中で常圧焼結した。This was molded under a pressure of 2 tons/cnf, and normal pressure sintered at 1900° C. for 3 hours in a 1 atm N gas atmosphere.
得られた各焼結体試料につき相対密度および熱伝導率を
測定し、結果゛を以下の第1表に示した。The relative density and thermal conductivity of each obtained sintered body sample were measured, and the results are shown in Table 1 below.
比較例1
酸素含有量が1.8重量%を越える窒化アルミニウム粉
末を用い、実施例1と同様にイツトリウムメトキシドお
よびセリウムメトキシドを添加・混合し、分解、成形、
焼結して比較試料を作製した。Comparative Example 1 Using aluminum nitride powder with an oxygen content exceeding 1.8% by weight, yttrium methoxide and cerium methoxide were added and mixed in the same manner as in Example 1, followed by decomposition, molding,
A comparative sample was prepared by sintering.
同様に相対密度と熱伝導率を測定し、結果を第1表に示
した。尚、イツトリウムメトキシドとセリウムメトキシ
ドとは殆ど同じ効果を有するので、第1表にはイツトリ
ウムのみの結果を示した。Relative density and thermal conductivity were similarly measured and the results are shown in Table 1. Incidentally, since yttrium methoxide and cerium methoxide have almost the same effect, Table 1 shows the results for only yttrium.
この結果から、イツトリウムをセリウムとはほぼ同程度
の効果を有しており、また熱伝導率をLOQ W/m4
以上とするためにはAINの0含有率は約1.8重量%
以下である必要があり、この値が小さい程熱伝導率の改
善効果が高いことがわかる。From this result, yttrium has almost the same effect as cerium, and the thermal conductivity is LOQ W/m4
In order to achieve the above, the 0 content of AIN is approximately 1.8% by weight.
It is understood that the smaller this value is, the higher the effect of improving thermal conductivity is.
更に、本発明の方法で得られる焼結体は極めて大きな相
対密度(99%以上)を有し、気孔率が大巾に改善され
ていることを容易に理解することができる。Furthermore, it can be easily seen that the sintered body obtained by the method of the present invention has an extremely high relative density (99% or more), and the porosity is greatly improved.
実施例2
酸素含有量1.6%の窒化アルミニウム粉末に、イツト
リウムメトキシド、セリウムメトキシドまたはこれらの
混合物の溶液(溶媒二キシレン)を、YまたはCe換算
で(1,1〜10重量%の範囲の種々の量で添加・混合
し、550℃にて分解を行った後、実施例1と同様な方
法で成形し、焼結し本発明の窒化アルミニウム焼結体を
製作した。得られた焼結体の相対密度および熱伝導率は
以下の第2表に示す通りであった。Example 2 A solution of yttrium methoxide, cerium methoxide or a mixture thereof (solvent dixylene) was added to aluminum nitride powder with an oxygen content of 1.6% (1.1 to 10% by weight in terms of Y or Ce). The aluminum nitride sintered body of the present invention was produced by adding and mixing various amounts in the range of , decomposing at 550°C, and then molding and sintering in the same manner as in Example 1. The relative density and thermal conductivity of the sintered bodies were as shown in Table 2 below.
比較例2
酸素含有量1.6%の窒化アルミニウム粉末にイットリ
ウムメ・トキシド及びセリウムメトキシドを本発明の範
囲外の量で添加・混合し、以下実施例1と同様に処理し
て比較試料を作製した。相対密度、熱伝導率の測定結果
を第2表に示す。Comparative Example 2 Yttrium methoxide and cerium methoxide were added and mixed in an amount outside the range of the present invention to aluminum nitride powder with an oxygen content of 1.6%, and then treated in the same manner as in Example 1 to obtain a comparative sample. Created. Table 2 shows the measurement results of relative density and thermal conductivity.
第2表の結果はYアルコキシド及びCeアルコキシドの
少なくとも1種を0.1〜10重量%の量で使用するこ
とにより、100 W/m4以上の高熱伝導率の窒化ア
ルミニウム焼結体を有利に得ることができることを示し
ている。The results in Table 2 show that by using at least one of Y alkoxide and Ce alkoxide in an amount of 0.1 to 10% by weight, an aluminum nitride sintered body with a high thermal conductivity of 100 W/m4 or more can be advantageously obtained. It shows that it is possible.
実施例3
酸素含有量166%の窒化アルミニウム粉末に、イツト
リウムメトキシド及びセリウムメトキシドをYおよびC
e換算で各々0.4重量%および0.2重量%添加し、
実施例1と同様の方法で焼結体試料を得た。尚、焼結は
1.700〜2.200℃の範囲内の温度にて3時間1
気圧のN2ガス雰囲気中で常圧焼結法に従って実施した
。得られた焼結体の特性の測定結果を第3表に示す。Example 3 Yttrium methoxide and cerium methoxide were mixed with Y and C into aluminum nitride powder with an oxygen content of 166%.
Added 0.4% by weight and 0.2% by weight respectively in terms of e,
A sintered body sample was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, sintering was performed at a temperature within the range of 1.700 to 2.200°C for 3 hours.
It was carried out according to the pressureless sintering method in a N2 gas atmosphere at atmospheric pressure. Table 3 shows the measurement results of the properties of the obtained sintered body.
比較例3
酸素含有量1.6%の窒化アルミニウム粉末にイツトリ
ウムメトキシドおよびセリウムメトキシドをYおよびC
e換算で各々0.4重量%および0.2重量%添加・混
合し、実施例1と同様に分解、成形した後、本発明の範
囲外の焼結温度にて焼結し、比較試料を得た。物性の測
定結果を第3表に示す。Comparative Example 3 Yttrium methoxide and cerium methoxide were added to aluminum nitride powder with an oxygen content of 1.6% in Y and C
After adding and mixing 0.4% by weight and 0.2% by weight of each in terms of e, they were decomposed and molded in the same manner as in Example 1, and then sintered at a sintering temperature outside the range of the present invention to obtain a comparative sample. Obtained. Table 3 shows the measurement results of physical properties.
実施例3および比較例3は、本発明の方法おいて所定の
特性を有する焼結体を得るためには焼結温度が臨界条件
であることを示すために行ったものであるが、第3表の
結果は下限の1700℃に満たない場合には十分な熱伝
導率、相対密度が確保できないことを明確に示している
。Example 3 and Comparative Example 3 were carried out to demonstrate that the sintering temperature is a critical condition in order to obtain a sintered body with predetermined characteristics in the method of the present invention. The results in the table clearly show that sufficient thermal conductivity and relative density cannot be ensured when the temperature is below the lower limit of 1700°C.
実施例4
酸素含有量1.6%の窒化アルミニウム扮末に、イツト
リウムエトキシド、セリウムエトキシド、イツトリウム
プロポキシド、セリウムプロポキシド、イツトリウムブ
トキシドおよびセリウムブトキシドのうちの1種をYま
たはCe換算で5重量%添加し、以下実施例1に従って
混合、分解、成形、焼結し、本発明の窒化アルミニウム
焼結体を得た。Example 4 One of yttrium ethoxide, cerium ethoxide, yttrium propoxide, cerium propoxide, yttrium butoxide, and cerium butoxide was added to aluminum nitride powder with an oxygen content of 1.6% as Y or Ce. The aluminum nitride sintered body of the present invention was obtained by adding 5% by weight in terms of conversion and mixing, decomposition, molding, and sintering according to Example 1.
物性の測定結果を第4表に示す。Table 4 shows the measurement results of physical properties.
実施例4は添加剤のアルコキシドにおけるアノイル鎖の
長さに対する条件を確認するために行ったものであり、
第4表の結果から明らかな如く、炭素数が増加するに従
い、熱伝導率が低下する傾向が認められるが、炭素数4
までのアルコキシド基を有する金属アルコキシドは本発
明の意図する十分な特性の製品を与えることがわかる。Example 4 was conducted to confirm the conditions for the length of the anoyl chain in the alkoxide additive,
As is clear from the results in Table 4, there is a tendency for thermal conductivity to decrease as the number of carbon atoms increases;
It has been found that metal alkoxides having alkoxide groups up to 10% give products with sufficient properties as contemplated by the present invention.
発明の効果
以上詳しく説明したように、本発明の方法に従えば、酸
素含有量0.5〜1.8%の窒化アルミニウム粉末に、
イツトリウムアルコキシド、セリウムアルコキシドの少
なくとも1種の溶液をYまたはCe換算で0.1〜lO
重量%混合し、加水分解を待った後成形し、次いで1.
Too〜2.200℃の温度にて非酸化性雰囲気下で
常圧焼結することにより、緻密室かつ特に熱伝導性に優
れた、半導体装置の放熱材料あるいはパッケージ材料と
して有用である。Effects of the Invention As explained in detail above, according to the method of the present invention, aluminum nitride powder with an oxygen content of 0.5 to 1.8%,
A solution of at least one of yttrium alkoxide and cerium alkoxide is 0.1 to 1O in terms of Y or Ce.
After mixing by weight% and waiting for hydrolysis, molding, and then 1.
By sintering under normal pressure in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 2.200° C., it is useful as a heat dissipation material or package material for semiconductor devices, which has excellent thermal conductivity in a dense chamber.
本発明の方法により得られる窒化アルミニウム焼結体は
、サーディツプ用基板、サーバツク用基板、ハイブリッ
)IC用基板等のIC基板ばかりでなく、パワートラン
ジスタ、パワーダイオードおよびレーザダイオード用の
ヒートシンクとして、更にレーザ発振器用部品、或いは
マイカ代替用絶縁性薄板として好適に利用でき、実用的
に優れた効果を発揮するものと期待される。The aluminum nitride sintered body obtained by the method of the present invention can be used not only for IC substrates such as circuit boards, server boards, and hybrid IC boards, but also as heat sinks for power transistors, power diodes, and laser diodes. It can be suitably used as an oscillator component or as an insulating thin plate to replace mica, and is expected to have excellent practical effects.
Claims (4)
粉末に、イットリウムアルコキシドおよびセリウムアル
コキシドからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶液
を、イットリウムまたはセリウム換算で0.1〜10重
量%添加し、これらを混合・分解した後成形し、次いで
1700〜2200℃の範囲内の温度下にて、非酸化性
雰囲気中で常圧焼結することを特徴とする窒化アルミニ
ウム焼結体の製造方法。(1) At least one solution selected from the group consisting of yttrium alkoxide and cerium alkoxide is added to aluminum nitride powder having an oxygen content of 1.8% by weight or less in an amount of 0.1 to 10% by weight in terms of yttrium or cerium. , a method for producing an aluminum nitride sintered body, which comprises mixing and decomposing these materials, molding them, and then sintering them under normal pressure in a non-oxidizing atmosphere at a temperature within the range of 1700 to 2200°C.
に加熱することにより行うことを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。(2) The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the decomposition is performed by heating to a temperature within a range of 100 to 1,200°C.
、キシレン、トルエン、メタノール、エタノールまたは
プロパノールであることを特徴とする特許請求の範囲第
2項に記載の方法。(3) The method according to claim 2, wherein the solvent in the alkoxide solution is benzene, xylene, toluene, methanol, ethanol, or propanol.
基を有するものであることを特徴する特許請求の範囲第
1〜3項のいずれか1項に記載の方法。(4) The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkoxide has an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60158643A JPH0627034B2 (en) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | Method for manufacturing aluminum nitride sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP60158643A JPH0627034B2 (en) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | Method for manufacturing aluminum nitride sintered body |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6221764A true JPS6221764A (en) | 1987-01-30 |
JPH0627034B2 JPH0627034B2 (en) | 1994-04-13 |
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ID=15676190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP60158643A Expired - Lifetime JPH0627034B2 (en) | 1985-07-18 | 1985-07-18 | Method for manufacturing aluminum nitride sintered body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0627034B2 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001163672A (en) * | 1999-09-30 | 2001-06-19 | Ngk Insulators Ltd | Aluminum nitride sintered compact and member for producing semiconductor |
-
1985
- 1985-07-18 JP JP60158643A patent/JPH0627034B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0627034B2 (en) | 1994-04-13 |
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