JPS6256109B2 - - Google Patents
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- JPS6256109B2 JPS6256109B2 JP53005785A JP578578A JPS6256109B2 JP S6256109 B2 JPS6256109 B2 JP S6256109B2 JP 53005785 A JP53005785 A JP 53005785A JP 578578 A JP578578 A JP 578578A JP S6256109 B2 JPS6256109 B2 JP S6256109B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明は、窒化アルミニウム（AlN）系焼結体
を基体とするセラミツク熱伝導体に関する。さら
に詳しくは、少量のケイ素を含む工業原料AlN粉
末に酸化アルミニウム等の化合物を配合すること
により、AlN本来の良好な熱伝導性を利用したセ
ラミツク熱伝導体に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 熱伝導性の優れた材料を用いて、例えば回路基
板等を作製すると小型ながら高出力の回路基板を
得ることができる。すなわち、基板上に設けられ
た電子部品の動作発熱が基板の熱伝導性が良好で
あるために容易に放熱されるので、これら電子部
品の負荷を大きくとることができるからである。
熱伝導性基板は、その他種々の目的に利用され
る。 従来、このような熱伝導性に優れる材料として
酸化ベリリウム（BeO）系焼結体が知られている
が、性の点で難点があつた。そのため、代替品と
して窒化ホウ素（BN）系焼結体や、窒化アルミ
ニウム（AlN）系焼結体の試用が考えられてい
る。特に、AlN系焼結体はBN系焼結体に比較し
て安価に得られかつ機械的強度もすぐれているな
どの理由により、熱伝導体として注目されてい
る。 しかしながら、AlNは本来難焼結性の化合物で
あつて、高い熱伝導度を得るために必要とされる
理論密度の焼結体を作製するためには、ホツトプ
レス等の加圧焼結が必要である。工業原料のAlN
粉末はその工程上ケイ素（Si）を単体または化合
物として混入する場合があるが、このSi成分は原
料のAlN粉末を加圧焼結したとき、AlNに作用し
焼結体内にAlN−SiO2系化合物からなるAlNポリ
タイプ相（以下、「ALSION」と言う）を形成
し、焼結体の熱伝導性を低下させる原因となる。
すなわち、ALSIONの熱伝導度はAlN本来の熱伝
導度に比較して相当低いために、焼結体全体とし
ての熱伝導性を低下させ、所望の特性を得られな
いのである。このALSIONは、一般にアルミニウ
ム（Al）、ケイ素（Si）、酸素（Ｏ）および窒素
（Ｎ）を主要構成元素とする化合物で、結晶構造
がAlNのそれに類似しかつ原子配列周期を若干異
にするものである。 しかも多量に生成するため、たとえ微量のSi含
有量であつても熱伝導性に与える影響は著しいも
のがある。例えば、AlN原料中に0.1重量％のケ
イ素が含まれていれば、５〜10％程度のALSION
が生成し、焼結体の熱伝導性を低下させるのであ
る。これを原料としてAlN本来の良好な熱伝導性
を損わない焼結体を得るためには、ALSIONの生
成を抑制することが是非必要である。 ALSIONの生成を抑成する一方法として、例え
ばAlN粉末原料をフツ酸処理することにより、ケ
イ素またはケイ素化合物を除去することも考えら
れる。しかしこの方法ではケイ素分の完全な除去
はできない上にコストが高くなるといら欠点があ
る。 〔発明の目的〕 そこで、本発明の目的はALSIONの生成を有効
に抑制し、機械的強度が大きく汎用性の大きい
AlN系焼結体を基体とするセラミツク熱伝導体を
提供することにある。さらに、工業的製造に適
し、経済性に優れたセラミツク熱伝導体を提供す
ることにある。 〔発明の概要〕 本発明のセラミツク熱伝導体は、単体または化
合物として、ケイ素をSiに換算して0.5〜2.0重量
％含有するAlN粉末にAl2O3、MnO2、CaO、およ
びBaOのうち少なくとも１種を0.5〜３重量％好
ましくは0.5〜５重量％配合してなる成形体を、
チツ素、アルゴン等の非酸化性雰囲気中で常圧焼
結または加圧焼結することによりなるAlN系焼結
体である。 さらに本発明を詳述すると、Al2O3、MoO2、
CaO、SrOおよびBaOのうち少なくとも１種の含
有量を0.5〜３重量％の範囲に選択することによ
り、AlN本来の熱伝導性を損うことなくALSION
の生成を抑制することができる。なおこの場合各
添加物の個別の含有量を、Al2O3、0.5〜５重量
％、MnO2；0.6〜3.3重量％、CaO；0.5〜３重量
％、SrO；0.7〜3.5重量％、BaO；0.3〜4.5重量
％の範囲にそれぞれ選ぶと、上記の効果を一層期
待することができる。なおこれらの添加化合物
は、原料としては酸化物に限定されない。後述の
実施例に示すように、炭酸塩、硝酸塩、または水
酸化物などやその他の該金属と酸素を主成分とす
る化合物であつても焼結によつて所望の焼結体を
得ることができれば、本発明の範囲に包含される
ものである。 またAlN粉末中のSi量であるが、多すぎると
Al2O3等の添加によつても熱伝導性を損なうこと
なくALSIONの生成を抑制しきれず、結局熱伝導
性が低下してしまう。また少ないと機械的強度が
低下してしまうため、0.5〜２重量％とする。 さらに、焼結に際しては、望ましくは1650〜
1850℃、さらに望ましくは1700〜1800℃の温度が
適するが、特にこれらの温度範囲に限定されるも
のではない。 常圧焼結する場合、添加物がAl2O3、MnO2で
あるときは、緻密な焼結体を得るために少量好ま
しくは２重量％以下）のCaO、BaOなどや希土類
酸化物例えばY2O3、La2O3、CeO2などを添加す
ることが望ましい。 また、加圧焼結する場合には、ホツトプレス焼
結なら100〜1000Kg／cm2、ホツト・アイソスタテ
イツク・プレスなら5000Kg／cm2以下の圧力範囲で
行なうのが望ましい。 〔発明の効果〕 かくして、本発明の効果としてAlN粉末に単体
または化合物として含まれるケイ素成分の作用に
よるALSIONの生成は抑制され、AlN本来の特性
に基づく熱伝導性の良好でかつ機械的強度に優れ
た焼結体を得ることができる。例えば、単体また
は化合物としてケイ素成分を0.5重量％を含ん
で、理論密度に達したAlN系焼結体の場合、
ALSIONを生成した焼結体の熱伝導度は0.3W／
cm℃（室温）であるが、ALSIONのない本発明の
焼結体は0.5W／cm℃以上である。後者の値は、
熱伝導体として各種の目的に適する値である。 〔発明の実施例〕 単体または化合物としてケイ素成分を0.5〜2.0
重量％含む４種のAlN粉末（平均粒径2.3〜0.8μ
ｍ）と、Al2O3、MnO2、CaO、CaCO3、
SrCO3、BaCO3およびBa（NO3）2の粉末（平均粒
径１〜２μｍ）を準備した。これらの原料粉末を
所定の組成比（重量％）に配合し、比較例を含み
20種類の混合原料粉末を調整した。次いで常圧ま
たは加圧焼結により焼結体を作製した。 常圧焼結する場合は、上記混合粉末に有機バイ
ンダーとしてパラフイン５重量％を入れて成形し
て、これを400℃まで予め加熱した。しかる後
に、AlNルツボに入れ、その周囲にAlN粉末をつ
め粉として充填し、N2またはArの雰囲気、1750
〜1800℃の温度、0.5〜１時間の条件でそれぞれ
焼結体を作製した。 加圧焼結する場合は、混合粉末を成形して黒鉛
のモールドに装填して、圧力100〜600Kg／cm2、温
度1650〜1800℃、時間0.5〜１時間の条件で、ホ
ツトプレスにより焼結体を作製した。 次に、各焼結体から次のような物性測定用試験
片を作製した。熱伝導度測定用（10φ×１mmの円
板）、電気絶縁性測定用（20φ×３mmの円板）、機
械的強度測定用（３×３×30mmの角柱）、および
Ｘ線生成物同定用等である。そして、これら試験
片により、エチルアルコールを用いたアルキメデ
ス法によつて密度を、レーザーフラツシユ法によ
つて熱伝導度（室温）を、三点曲げ法によつて機
械的強度（ただし、スバン長さ20mm、印加速度
0.5cm／分）を、さらに直流電源により電気絶縁
性（比抵抗）をそれぞれ測定した。 各実施例および比較例（試料番号No.３）の組
成、焼結条件とともに、各特性の測定結果を第１
表に記載した。なお、CaCO3、SrCO3、BaCO3、
Ba（NO3）2の組成量は、それぞれCaO、SrO、
BaOに換算した値である。 本発明の実施例である焼結体は、いずれも緻密
化（高密度化）しており、十分な機械的強度を有
し、かつ熱伝導度は0.5W／cm℃以上と高く、機
械的強度は30Kg／mm2以上と優れていた。また比抵
抗は1011Ωcm以上（室温）と高く、電気絶縁性に
も優れていた。
を基体とするセラミツク熱伝導体に関する。さら
に詳しくは、少量のケイ素を含む工業原料AlN粉
末に酸化アルミニウム等の化合物を配合すること
により、AlN本来の良好な熱伝導性を利用したセ
ラミツク熱伝導体に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 熱伝導性の優れた材料を用いて、例えば回路基
板等を作製すると小型ながら高出力の回路基板を
得ることができる。すなわち、基板上に設けられ
た電子部品の動作発熱が基板の熱伝導性が良好で
あるために容易に放熱されるので、これら電子部
品の負荷を大きくとることができるからである。
熱伝導性基板は、その他種々の目的に利用され
る。 従来、このような熱伝導性に優れる材料として
酸化ベリリウム（BeO）系焼結体が知られている
が、性の点で難点があつた。そのため、代替品と
して窒化ホウ素（BN）系焼結体や、窒化アルミ
ニウム（AlN）系焼結体の試用が考えられてい
る。特に、AlN系焼結体はBN系焼結体に比較し
て安価に得られかつ機械的強度もすぐれているな
どの理由により、熱伝導体として注目されてい
る。 しかしながら、AlNは本来難焼結性の化合物で
あつて、高い熱伝導度を得るために必要とされる
理論密度の焼結体を作製するためには、ホツトプ
レス等の加圧焼結が必要である。工業原料のAlN
粉末はその工程上ケイ素（Si）を単体または化合
物として混入する場合があるが、このSi成分は原
料のAlN粉末を加圧焼結したとき、AlNに作用し
焼結体内にAlN−SiO2系化合物からなるAlNポリ
タイプ相（以下、「ALSION」と言う）を形成
し、焼結体の熱伝導性を低下させる原因となる。
すなわち、ALSIONの熱伝導度はAlN本来の熱伝
導度に比較して相当低いために、焼結体全体とし
ての熱伝導性を低下させ、所望の特性を得られな
いのである。このALSIONは、一般にアルミニウ
ム（Al）、ケイ素（Si）、酸素（Ｏ）および窒素
（Ｎ）を主要構成元素とする化合物で、結晶構造
がAlNのそれに類似しかつ原子配列周期を若干異
にするものである。 しかも多量に生成するため、たとえ微量のSi含
有量であつても熱伝導性に与える影響は著しいも
のがある。例えば、AlN原料中に0.1重量％のケ
イ素が含まれていれば、５〜10％程度のALSION
が生成し、焼結体の熱伝導性を低下させるのであ
る。これを原料としてAlN本来の良好な熱伝導性
を損わない焼結体を得るためには、ALSIONの生
成を抑制することが是非必要である。 ALSIONの生成を抑成する一方法として、例え
ばAlN粉末原料をフツ酸処理することにより、ケ
イ素またはケイ素化合物を除去することも考えら
れる。しかしこの方法ではケイ素分の完全な除去
はできない上にコストが高くなるといら欠点があ
る。 〔発明の目的〕 そこで、本発明の目的はALSIONの生成を有効
に抑制し、機械的強度が大きく汎用性の大きい
AlN系焼結体を基体とするセラミツク熱伝導体を
提供することにある。さらに、工業的製造に適
し、経済性に優れたセラミツク熱伝導体を提供す
ることにある。 〔発明の概要〕 本発明のセラミツク熱伝導体は、単体または化
合物として、ケイ素をSiに換算して0.5〜2.0重量
％含有するAlN粉末にAl2O3、MnO2、CaO、およ
びBaOのうち少なくとも１種を0.5〜３重量％好
ましくは0.5〜５重量％配合してなる成形体を、
チツ素、アルゴン等の非酸化性雰囲気中で常圧焼
結または加圧焼結することによりなるAlN系焼結
体である。 さらに本発明を詳述すると、Al2O3、MoO2、
CaO、SrOおよびBaOのうち少なくとも１種の含
有量を0.5〜３重量％の範囲に選択することによ
り、AlN本来の熱伝導性を損うことなくALSION
の生成を抑制することができる。なおこの場合各
添加物の個別の含有量を、Al2O3、0.5〜５重量
％、MnO2；0.6〜3.3重量％、CaO；0.5〜３重量
％、SrO；0.7〜3.5重量％、BaO；0.3〜4.5重量
％の範囲にそれぞれ選ぶと、上記の効果を一層期
待することができる。なおこれらの添加化合物
は、原料としては酸化物に限定されない。後述の
実施例に示すように、炭酸塩、硝酸塩、または水
酸化物などやその他の該金属と酸素を主成分とす
る化合物であつても焼結によつて所望の焼結体を
得ることができれば、本発明の範囲に包含される
ものである。 またAlN粉末中のSi量であるが、多すぎると
Al2O3等の添加によつても熱伝導性を損なうこと
なくALSIONの生成を抑制しきれず、結局熱伝導
性が低下してしまう。また少ないと機械的強度が
低下してしまうため、0.5〜２重量％とする。 さらに、焼結に際しては、望ましくは1650〜
1850℃、さらに望ましくは1700〜1800℃の温度が
適するが、特にこれらの温度範囲に限定されるも
のではない。 常圧焼結する場合、添加物がAl2O3、MnO2で
あるときは、緻密な焼結体を得るために少量好ま
しくは２重量％以下）のCaO、BaOなどや希土類
酸化物例えばY2O3、La2O3、CeO2などを添加す
ることが望ましい。 また、加圧焼結する場合には、ホツトプレス焼
結なら100〜1000Kg／cm2、ホツト・アイソスタテ
イツク・プレスなら5000Kg／cm2以下の圧力範囲で
行なうのが望ましい。 〔発明の効果〕 かくして、本発明の効果としてAlN粉末に単体
または化合物として含まれるケイ素成分の作用に
よるALSIONの生成は抑制され、AlN本来の特性
に基づく熱伝導性の良好でかつ機械的強度に優れ
た焼結体を得ることができる。例えば、単体また
は化合物としてケイ素成分を0.5重量％を含ん
で、理論密度に達したAlN系焼結体の場合、
ALSIONを生成した焼結体の熱伝導度は0.3W／
cm℃（室温）であるが、ALSIONのない本発明の
焼結体は0.5W／cm℃以上である。後者の値は、
熱伝導体として各種の目的に適する値である。 〔発明の実施例〕 単体または化合物としてケイ素成分を0.5〜2.0
重量％含む４種のAlN粉末（平均粒径2.3〜0.8μ
ｍ）と、Al2O3、MnO2、CaO、CaCO3、
SrCO3、BaCO3およびBa（NO3）2の粉末（平均粒
径１〜２μｍ）を準備した。これらの原料粉末を
所定の組成比（重量％）に配合し、比較例を含み
20種類の混合原料粉末を調整した。次いで常圧ま
たは加圧焼結により焼結体を作製した。 常圧焼結する場合は、上記混合粉末に有機バイ
ンダーとしてパラフイン５重量％を入れて成形し
て、これを400℃まで予め加熱した。しかる後
に、AlNルツボに入れ、その周囲にAlN粉末をつ
め粉として充填し、N2またはArの雰囲気、1750
〜1800℃の温度、0.5〜１時間の条件でそれぞれ
焼結体を作製した。 加圧焼結する場合は、混合粉末を成形して黒鉛
のモールドに装填して、圧力100〜600Kg／cm2、温
度1650〜1800℃、時間0.5〜１時間の条件で、ホ
ツトプレスにより焼結体を作製した。 次に、各焼結体から次のような物性測定用試験
片を作製した。熱伝導度測定用（10φ×１mmの円
板）、電気絶縁性測定用（20φ×３mmの円板）、機
械的強度測定用（３×３×30mmの角柱）、および
Ｘ線生成物同定用等である。そして、これら試験
片により、エチルアルコールを用いたアルキメデ
ス法によつて密度を、レーザーフラツシユ法によ
つて熱伝導度（室温）を、三点曲げ法によつて機
械的強度（ただし、スバン長さ20mm、印加速度
0.5cm／分）を、さらに直流電源により電気絶縁
性（比抵抗）をそれぞれ測定した。 各実施例および比較例（試料番号No.３）の組
成、焼結条件とともに、各特性の測定結果を第１
表に記載した。なお、CaCO3、SrCO3、BaCO3、
Ba（NO3）2の組成量は、それぞれCaO、SrO、
BaOに換算した値である。 本発明の実施例である焼結体は、いずれも緻密
化（高密度化）しており、十分な機械的強度を有
し、かつ熱伝導度は0.5W／cm℃以上と高く、機
械的強度は30Kg／mm2以上と優れていた。また比抵
抗は1011Ωcm以上（室温）と高く、電気絶縁性に
も優れていた。
【表】
Claims (1)
- １ 単体または化合物としてケイ素をSiに換算し
て0.5〜2.0重量％含んだ窒化アルミニウム粉末に
酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化カルシウ
ム、酸化ストロンチウムおよび酸化バリウムのう
ち少なくとも一種を0.5〜８重量％配合してなる
成形体を非酸化性雰囲気中で常圧焼結または加圧
焼結することよりなるセラミツク熱伝導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP578578A JPS54100410A (en) | 1978-01-24 | 1978-01-24 | Ceramic heat conductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP578578A JPS54100410A (en) | 1978-01-24 | 1978-01-24 | Ceramic heat conductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54100410A JPS54100410A (en) | 1979-08-08 |
| JPS6256109B2 true JPS6256109B2 (ja) | 1987-11-24 |
Family
ID=11620750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP578578A Granted JPS54100410A (en) | 1978-01-24 | 1978-01-24 | Ceramic heat conductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54100410A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH021119U (ja) * | 1988-06-14 | 1990-01-08 | ||
| JPH0551409U (ja) * | 1991-12-24 | 1993-07-09 | 東洋▲ろ▼機製造株式会社 | オイルフィルタのエスケープバルブ装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5663878A (en) * | 1979-10-29 | 1981-05-30 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of ceramic heat conductive body |
| US4539298A (en) * | 1981-11-25 | 1985-09-03 | Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha | Highly heat-conductive ceramic material |
| JPS5960126A (ja) * | 1982-09-29 | 1984-04-06 | Toshiba Corp | グロ−プラグ |
| DE3247985C2 (de) * | 1982-12-24 | 1992-04-16 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Keramischer Träger |
| JPS6135539A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS6184037A (ja) * | 1984-09-30 | 1986-04-28 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム系セラミツクス基板 |
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| JPS63195183A (ja) * | 1987-02-06 | 1988-08-12 | 住友電気工業株式会社 | メタライズ面を有するＡｌＮ焼結体の製造方法 |
| JP2535139B2 (ja) * | 1994-08-22 | 1996-09-18 | 株式会社東芝 | 放熱基板 |
-
1978
- 1978-01-24 JP JP578578A patent/JPS54100410A/ja active Granted
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| JPH021119U (ja) * | 1988-06-14 | 1990-01-08 | ||
| JPH0551409U (ja) * | 1991-12-24 | 1993-07-09 | 東洋▲ろ▼機製造株式会社 | オイルフィルタのエスケープバルブ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54100410A (en) | 1979-08-08 |
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