JPS62275064A

JPS62275064A - 炭化けい素焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPS62275064A
Application number: JP61118047A
Authority: JP
Inventors: 延明浦里; 高見沢　稔; 本宮　達彦; 章林田; 徳重　裕士
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1987-11-30

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は炭化けい素焼結体の製造方法、特には電気絶縁
性と熱伝導性にすぐれており、ＩＣ基板。

電子材料用に有用とされる高抵抗な炭化けい素焼結体の
製造方法に関するものである。

（従来の技術）炭化けい素焼結体は耐熱性、耐摩耗性、強度、耐蝕性に
すぐれていることから種々の用途に利用されているが、
その中でも電気絶縁性、熱伝導性のすぐれたものはＩＣ
基板、電子材料などに使用されている。

しかし、この炭化けい素焼結体はその抵抗率、熱伝導率
を向上させることが技術的に難しく、これには例えば酸
化ベリリウムを添加する方法などが知られているが、こ
れには酸化ベリリウムが毒性の強いものであることから
製造工程における安全管理などその取扱いに種々問題が
あるし、ベリリウムは焼結促進効果が小さいために良好
な焼結体を得るには常圧焼結を使用できず、ホットプレ
ス焼結とする必要があり、さらにこれからＩＣ基板を作
るにはこの焼結体をスライスしてから研磨することも必
要であるためコスト的な問題があり。

また酸化ベリリウムが世界的に生産量が少なく供給に不
安があり、高価格であるという不利もある。

他方、このセラミックＩＣ基板については安価であると
いうことから酸化アルミニウムが広く用いられているが
、これは熱伝導率が２０Ｗ／ｍ、にとわるく、また熱膨
張率がｓ　ｘ　１０−’／”Ｃでシリコン単結晶の熱膨
張率３．５　Ｘ　１０−６／℃と大きく異なるためにこ
れに代る高放熱性材料の提供が求められており、この高
放熱性材料としては炭化けい素の他に窒化アルミニウム
も知られているが、窒化アルミニウムには熱伝導性が劣
るという本質的な欠点があると共に耐薬品性がわるく、
その応用範囲に大きな制約を受けるという不利がある。

（発明の構成）本発明は上記したような不利を伴う酸化ベリリウムを使
用しない、電気絶縁性、熱伝導性にすぐれた炭化けい素
焼粘体の製造方法に関するものであり、これは、炭化け
い素微粉末に焼結助剤としてのほう素０．１〜５重量％
またはほう素置が０．１〜５重量％となる量のほう素化
合物を添加し、加圧下に成形した成形体を、炭化けい素
微粉末に金属硝酸塩を０．１〜５ｏ重量％または金属硝
酸塩および窒化ほう素を０．１〜５０重量％添加し、加
圧下に成形した成形体の共存下に焼結炉内で焼結させる
ことを特徴とするものである。

すなわち１本発明者らは電気絶縁性、熱伝導性にすぐれ
ており、したがってＩＣ基板、電子材料などとして有用
とされる炭化けい素焼粘体の取得について種々検討した
結果、これには例えばシランの気相熱分解反応によって
得られた炭化けい素微粉末に焼結助剤としてのほう素ま
たはほう素化合物を添加し成形して成形物としたのち、
これを炭化けい素に窒化ほう素および／または金属硝酸
塩を添加し、成形した成形物の共存下に焼結すると、電
気絶縁性と熱伝導性のすぐれた高抵抗の炭化けい素焼粘
体が得られ、このものは例えば１０１１〜１３Ω■の電
気抵抗率と１４０〜２２０Ｗ／ｍ、にの熱伝導率を示す
し、この焼結は常圧でよく製造工程に有毒物質が添加さ
れることもないので、これによれば目的物を低コストで
容易に大量生産することができることを見出し、こ＼に
使用する添加剤の種類、添加量、焼結方法などについて
の研究を進めて本発明を完成させた。

本発明の方法において始発材とされる炭化けい素粉末は
粒径が大きすぎると焼結が難しくなるので平均粒径が０
．０１〜３鴻程度の微粉末のものとすることがよく、ま
たこれはできるだけ高純度のものとすることがよいとい
うことから、予め蒸留精製した式　（ＣＨ３）　ａＳ　
ｉｂＨ。

（こ＼にｂは１〜３の整数、２ｂ＋１≧ａ、ａ≧ｂ、２
ｂ＋１≧Ｃ，Ｑ≧１、ａ　＋　ｃ　＝　２　ｂ　＋　２
　）で示されるメチルハイドロジエンシラン、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’Ｃで気相熱分解する方法（特開昭６０−
４６９１２号公報参照）によって得られるものとすれば
よい。また、このメチルハイドロジエンシランの気相熱
分解法によって得られる炭化けい素は表面活性が大きく
、結晶子が５０Å以下の微粒子の集合体であり、その平
均粒子径が０．０１〜１μｍの球状の超微粒子状β型炭
化けい素であることから、このものはさらに微粒化する
ための粉砕工程が不要であるし、始発材としてのメチル
ハイドロジエンシランが精留により高純度化されたもの
であることから極めて純度の高いものとして取得される
。なお、このメチルハイドロジエンシランの熱分解で得
られる炭化けい素はβ型のものとなるが、これは他の方
法で作られたα型のものであってもよい。

本発明の方法は、まずこの炭化けい素微粉末に焼結助剤
としてのほう素またはほう素化合物を添加し、成形して
成形物とするのであるが、このほう素またはほう素化合
物は炭化けい素の焼結助剤として公知のものでよく、し
たがってこのほう素化合物としては炭化ほう素、ほう化
チタン、酸化ほう素などが例示されるが、このほう素ま
たはほう素化合物の添加量はほう素置として換算した量
が炭化けい素微粉末に対して０．１重量％以下では高密
度の焼結体が得られず、５重量％以上とすると高密度の
焼結体が得られるけれどもこの焼結体が抵抗率の低いも
のとなるので、０．１〜５重量％の範囲とする必要があ
る。

この発明の方法による炭化けい素焼給体の製造方法は上
記した炭化けい素微粉末に焼結助剤としてのほう素また
はほう素化合物を添加し、成形した成形物を、炭化けい
素微粉末に金属硝酸塩を添加または金属硝酸塩および窒
化ほう素を添加し成形した成形物の存在下に焼結するの
であるが、この窒化ほう素、金属硝酸塩は目的とする炭
化けい素焼給体に電気絶縁製を付与するためのものであ
る。この窒化ほう素は六方晶、立方晶のいずれであって
もよく、これらの間に有意差はなく、この金属硝酸塩と
しては硝酸アルミニウム、硝酸鋼、硝酸カルシウム、硝
酸亜鉛などが例示されるが、これらは炭化けい素焼給体
の高抵抗を目的とするものであることから純度の高いも
のとすることが良く、シたがって純度が９９％以上のも
のとすること好ましい。また、この窒化ほう素、金属硝
酸塩の添加量はこれが０．１重量％以下および５０重量
％以上では高抵抗の炭化けい素焼給体が得られなくなる
ので０．１〜５０重量％の範囲とすることが必要とされ
る。なお、この炭化けい素と窒化ほう素、金属硝酸塩と
の混合物は適宜の加圧下に成形して成形体として上述の
使用に供すればよい。

この発明の方法によって炭化けい素微粉末に焼結助剤と
してのほう素またはほう素化合物を添加した成形体を炭
化けい素微粉末に金属硝酸塩を添加または金属硝酸塩お
よび窒化ほう素を添加した成形体の存在下に焼結すると
その反応機構は不明であるが、ほう素またはほう素化合
物を含有した炭化けい未成形体がその近傍に金属硝酸塩
および窒化ほう素などの高抵抗化剤が存在することによ
って高抵抗化され、熱伝導性の改善された焼結体として
取得される。この焼結はすぐれた物性をもつ焼結体を得
るということから真空下または窒素、ヘリウム、アルゴ
ンなどの不活性ガス雰囲気下とすることがよいが、これ
は焼結助剤としてのほう素またはほう素化合物が含有さ
れているのでホットプレスなどを使用する必要はなく、
大気圧下で焼結すればよい。なお、この焼結温度は１，
８゜０℃以下では得られる焼結体が高密度なものとなら
ず、２，２００℃以上とすると炭化けい素の異常粒成長
が起って、得られる焼結体が電気抵抗値の低いものとな
り、強度も低いものとなるので１゜８００〜２，２００
℃の範囲とすることがよい。

本発明の方法で得られる炭化けい素焼給体は金属硝酸塩
または金属硝酸塩および窒化ほう素を含む炭化けい素の
存在下で焼結されたものであることから、このような処
理をしない焼結体が抵抗率１０４〜ＧΩ■であるのに対
して抵抗率が１０１２〜１３Ω■と高抵抗のものとなる
し、このものはその熱伝導率が１４０〜２２０　Ｗ／ｍ
、にとなるので■Ｃ基板、その他の電子材料として有用
とされる。

つぎに本発明の実施例をあげるが１例中における熱伝導
率はキセノンフラッシュ法を用いて測定した結果を示し
たものである。

実施例１内径５０ｍ、長さ１，０００ｍｍの石英製炉芯管を備え
た縦型管状電気炉を１，２００℃に加熱し、ついでニー
にテトラメチルジシラン（（ｃＨ３）、Ｈｓｊ−ｓｉＨ（ｃＨ，）、）を５容量
％含有する水素ガスを１，０ＯＯｃｃ／分で導入して気
相熱分解させたところ、β型炭化けい素の超微粒子が得
られたが、このものは平均粒径が０．１庫の集合体であ
り、３７．３ｒｒ？／ｇの比表面積をもつものであるこ
とが確認された。

ついでこの炭化けい素微粉末１４．９５５　ｇに０．０
４５ｇ　（０，３重量％）のほう素粉末（レアメタリッ
ク社製）を混合し、この混合物を金型中に入れ１０＋ｎ
ｍφＸ１ｍｍの円板状に成形し、ラバープレスで１．５
トン／ｄに加圧して５個の成形体Ａ（試料Ｎα１〜５）
を作った。

またこれとは別に上記の炭化けい素微粉末７．５ｇに六
方晶系窒化ほう素〔三津和化学社■製３３ｇ　（２０％
）と硝酸カルシウム４．５ｇ（３０％）を添加混合した
のち、この混合物を上記と同様に成形加圧してＬｏｗφ
Ｘ１ｍ５の円板状の成形体８５個を作った。

つぎにこの成形体ＡとＢを焼結用電気炉内に交互に配置
し、炉内をアルゴンガス雰囲気に置換してから、これら
を大気圧下に２，００　Ｃ）Ｃで３０分間焼結したとこ
ろ、成形体Ｂは焼結しなかったが、成形体Ａは焼結体と
なったので、この焼結体の表面を研磨したのち、その密
度、電気抵抗率、熱伝導度を測定したところ、第１表に
示したとおりの結果が得られた。

第　　　　１　　　　表実施例２実施例１における炭化けい素に０．３％のほう素を添加
し成形体Ａを、窒化ほう素と硝酸カルシウムとの代わり
に第２表に示した種類および量の金属硝酸塩を添加し、
成形して得た１０ｍｍφ×１閣の円板状の成形の存在下
に実施例１と同様の方法で焼結し、このように処理して
得た炭化けい素焼粘体についての物性をしらべたところ
、第２表に示したとおりの結果が得られた。

第　　　　２　　　表実施例３炭化けい素微粉末として比表面積が１６ｍ／Ｈのイビデ
ン■製のβ型炭化けい素と比表面積が１１イ／ｇの昭和
電工■製のα型炭化けい素を使用し、これらを実施例１
と同様に処理して成形体Ｃ，Ｄを作り、これらを実施例
１で作成した成形体Ｂの存在下に実施例１と同じ様にし
て焼結し、得られた焼結体についての物性をしらべたと
ころ、第３表に示したとおりの結果が得られた。

比較例１実施例１において成形体Ａを成形体Ｂと共存させない状
態で実施例１と同じ方法で焼結したところ焼結体が得ら
れたが、このものは密度が３．０３　ｇ／艷、電気抵抗
率４．２Ｘ１０ＳΩ・印。

熱伝導率１２４Ｗ／ｍ、にの物性を示し、密度上昇は得
られたが、電気抵抗率は低いものであった。

比較例２〜３実施例３における成形体Ｃ，Ｄを成形体Ｂと共存させな
い状態で実施例１と同じ方法で焼結したところ焼結体が
得られたが、このものの物性は第４表に示したとおりで
あり、密度上昇は得られたが、電気抵抗率は低いもので
あった。

Claims

【特許請求の範囲】１）炭化けい素微粉末に焼結助剤としてのほう素０．１
〜５重量％またはほう素分が０．１〜５重量となる量の
ほう素化合物を添加し、加圧下に成形した成型体を、炭
化けい素微粉末に金属硝酸塩を０．１〜５０重量％また
は金属硝酸塩および窒化ほう素を０．１〜５０重量％添
加し、加圧下に成形した成形体の共存下に焼結炉内で焼
結させることを特徴とする炭化けい素焼結体の製造方法
。２）炭化けい素微粉末がメチルハイドロジエンシラン化
合物の気相熱分解反応で得られたものである特許請求の
範囲第１項記載の炭化けい素焼結体の製造方法。３）金属硝酸塩が硝酸アルミニウム、硝酸銅、硝酸カル
シウム、硝酸亜鉛などの単独またはこれらの混合体であ
る特許請求の範囲第１項記載の炭化けい素焼結体の製造
方法。４）炭化けい素の焼結が真空中または不活性ガス雰囲気
の大気圧下において１，８００〜２，２００℃の温度で
行われる特許請求の範囲第１項記載の炭化けい素焼結体
の製造方法。