JPS63151684A - 焼結体の製造方法 - 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】 （発明の属する技術分野） 本発明は窒化アルミニウムの焼結方法に係わり、特に表
面の少なくとも一部が極めて平滑な窒化アルミニウム焼
結体成形物の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景と問題点〕

窒化アルミニウム焼結体は高い熱伝導率を有し、電気絶
縁性がよく、熱膨張率が小さいなどの優れた性質のため
、電子工業材料、特にプリント配線基板や半導体基板な
どに用いられる。これらの用途にあっては、窒化アルミ
ニウム焼結体の表面に伝導性物質を、プリントその他の
手段によって存在させ、配線などを形成させる必要があ
る。また集積密度の高いＬＳＩなどの基板にあっては、
多層化されたものが要求されることになり、放熱性や寸
法安定性が重要であるため、増々窒化アルミニウム焼結
体よりなる基板が重用されるに至っている。

このような窒化アルミニウム基板は寸法精度がよくなけ
ればならない。

しかしながら窒化アルミニウム粉体又は窒化アルミニウ
ム粉体と焼結助剤の混合物に、必要に応じて、粘着性物
質を加えて、加圧その他により一次成形し、これを加熱
することにより、窒化アルミニウムの焼結を行わせる場
合、加熱により、成形体の形状が歪んだり表面が著しる
しく粗化するなどにより、基板材とするためには、更に
研摩や裁断を行わねばならないことがしばしばある。著
しい場合には、不良品として、廃棄しなければならない
場合生ずる。

本発明者等は、窒化アルミニウム粉体の一次成形物を焼
成する時に生ずる上記の歪や表面粗化が、高温下での揮
発物質の発生に起因することを見出し本発明を提案する
に至った。

〔発明の目的と概要〕

本発明は、窒化アルミニウム粉体の一次成形物を、少な
くともその表面の一部分を実質的に気体を透過しない物
質で被覆して、加熱焼結せしめることを特徴とする平滑
な表面を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法であ
る。

本発明において、“−次成形物”とは、窒化アルミニウ
ム粉体又は窒化アルミニウム粉体と焼結助剤との混合物
を必要により、水、パラフィン、澱粉などの有機物粘着
剤を加えて加圧又は加圧することなく、一定の形状に成
形したものをいう。

まだ“実質的に気体を透過しない物質”とは、少なくと
も１０μｍの厚さの連続相よりなる府中の空隙率が５％
よりも小さい（９５％以上の充填率を有する）状態又は
斯様な状態と同等の気体透過能を有する物質であって、
本発明における加熱条件下で変形又は軟化しないもので
ある。

〔発明の構成〕

本発明は、窒化アルミニウム粉体の一次成形物について
、焼結体としたとき、平滑表面としようとする部分を、
実質的に気体を透過しない物質で被覆し、加熱焼結する
。

窒化アルミニウムー次成形物の焼成は、一般にグラファ
イトなど高温に耐え得る材質で構成された容器に入れ電
気炉などの昇温炉中で行うことにより窒化アルミニウム
焼結体を製造する。

本発明における焼成時の条件は、従来一般に行われてい
る公知の方法が制限なく用いられる。例えば１．４００
〜２．１００℃にて窒素又は他の不活性ガス雰囲気下に
数時間加熱すればよい。

本発明における最大の特徴は該加熱時に少なくとも窒化
アルミニウム表面の一部分を実質的に気体を透過しない
物質で被覆しておくことにある。

従って例えば窒化アルミニウム焼結体板の上面のみ特に
平滑な面を形成させようとする場合は、少なくともその
上面に接して、実質的に気体を透過しない物質で覆えば
よいし、また上下面に平滑な表面を形成させようとする
場合は、容器自体を気体に透過しない物質で構成してお
くかまたは、容器の内底面に気体を透過しない物質の板
状物を敷いておき、且つその上面にも同様に実質的に気
体を透過しない物質で覆うことになる。

従来の技術にあっても、窒化アルミニウム粉体の一次成
形物をグラファイト製の容器に入れ焼成するにあたり、
焼成時の変形を可及的に抑える目的でグラファイト板に
より軽く押えることも必要により行われていた。また、
この場合グラファイト板と窒化アルミニウム焼結体との
剥離性をよくする目的でグラファイト容器又はグラファ
イト押え板の窒化アルミニウムと接する面に窒化ホウ素
をコーティングしておくこともしばしば採用されている
。

しかしながら、これらの方法は、グラファイト又は窒化
ホウ素が比較的大きい通気性を有するため、窒化アルミ
ニウム焼結体時に発散する気体などが任意に抜けるため
、表面が平滑になり難く、場合によっては、目視で分か
る程のクレータ状凹凸を生ずることもしばしばあり、製
品の分留まりを低下さ゛せる原因にもなっていた。従っ
て、本発明の被覆はこのような変形防止のための覆いと
は本質的に相違する。

本発明における実質的に気体透過性のない物質はすでに
定義した通りの物質であるが、これが焼結される窒化ア
ルミニウムと反応するものであってはならないことは当
然である。

更に本発明における被覆は、少なくとも窒化アルミニウ
ム焼結体表面において、平滑性を得ようとする部分を覆
えばよく、特に強い力で一次成形物を圧迫しておく必要
はないが、併せて、焼結時の変形をも防止しようとする
場合には、多少の重量が加わるように選択するのも好ま
しい場合がある。

本発明における被覆材としては、例えば窒化アルミニウ
ム焼結体板、炭化珪素焼結体板、或いは珪化炭素を被覆
した黒鉛板などが掲げられる。勿論これらの材料単独に
より構成された板状物の他に、少なくともこれらの材料
よりなる連続相が１０μｍ以上の厚さの層として存在す
れば、その余の部分はグラファイトなどの比較的多孔質
の物質でバックアップ或いはサンドウィッチされた構造
であってもよい。

更に焼結される窒化アルミニウムと接する面を例えば窒
化ホウ素などで被覆し、離型効果を高めることも本発明
において何等制限されることなく適用し得る。

第１図は、本発明の実施態様を示す１例である。

図中１は電気炉であり、２はヒータを表す。３は例えば
グラファイトなどで製られた容器であり、４は一次成形
された窒化アルミニウムを載せるための台であって、焼
結される窒化アルミニウムの表面を滑らかに保つために
必要により用いる。一般に窒化アルミニウム焼結板や炭
化珪素焼結板などである。５は新たに焼結される窒化ア
ルミニウムが焼付を生じたり、反応を生じたりすること
を防止するためのニーティングで一般に窒化ホウ素粉体
などの被膜よりなる。６は一次成形された窒化アルミニ
ウム粉体であり、７は実質的に気体を透過しない物質、
例えば窒化アルミニウム焼結板など、の被覆材であり、
８は、高融点金属物質や焼結される窒化アルミニウムと
融着などを生ぜしめないための離型剤例えば、窒化ホウ
素被膜などである。このようにして、加熱することによ
り、−次成形物はその表面の少なくとも一部に平滑な部
分を有するのである。

本発明において用いられる窒化アルミニウムは、特に限
定されない。一般にＡ２８分が５０重量％以上、特に高
い熱伝導度を期待する場合にはＡＩＮとして９０重量％
以上、特に９４重量％以上、結合酸素７重量％以下、特
に１．５重量％更には１．３重量％以下で、不純物とな
る金属や珪素又は炭素分が０．５重量％以下であること
が好ましい。このような窒化アルミニウム焼結体は透光
性を有し、極めて理論値に近い密度を有するものである
。

更に一次成形に際し、焼結助剤をｔｏｉｉｔ％以下好ま
しくは３重量％以下、特に好ましくは１重量％以下混合
することにより容易に均一な焼結体とすることができる
。使用する焼結助剤は特に限定されず、アルカリ土類金
属化合物や、イツトリウム及びランタニド元素よりなる
化合物が使用される。中でもアルカリ土類金属の化合物
、例えば酸化物やハロゲン化合物とイツトリウム及びラ
ンタニド元素の少なくとも１種の化合物、例えばハライ
ド酸化物を併せ用いることにより、焼成後の窒化アルミ
ニウム焼結体中の助剤成分に起因する不純物の割合を、
混合時のそれに較べて極端に減少させることができるの
で特に好ましい態様となる。

また窒化アルミニウム粉体の一次成形に際しては、水、
パラフィン、ポリビニルアルコール、ポリブチレン、油
脂類、寒天、などの炭化水素系、動植物油脂系又はたん
白質系或いは含水炭素系の増粘剤を数パーセント混合す
ることも成形を容易にし、その後の取扱も容易となるな
どの利点がある。

一次成形する方法及び成形物の形状は特に制限されない
。一般に板状であるか又は長尺のベルト状とする。勿論
、肉厚は均一であっても部分的に変化を持たせてもよい
し、また任意の個所に孔を設けてあってもよい。また成
形手段は、プレス、押出、カレンダリングその他自由に
選択し得る。

−吹成形された窒化アルミニウム粉体は、上に塗布、噴
霧、浸漬その他の手段で存在させる。これらの高融点金
属物質の存在させる量は特に限定されず、必要に応じて
適宜決定すればよい。一般には得られる電導性被覆の厚
みに換算して０．５μｍ以上、特に１μｍ乃至１００μ
ｍ程度となるよう存在させる。表面に高融点金属の被覆
が施された窒化アルミニウムー次成形物は、次いで一般
に乾燥される。乾燥手段は、特に限定されない。通常、
室温下に風乾するか又は４００℃以下の温度で乾燥する
。

乾燥に次いで８００℃以下の温度で−たん仮焼する。こ
の段階で種々の増粘剤は実質的に除去される。仮焼に際
しては一般に窒化アルミニウムの酸化や分解は起らない
けれども窒素その他の不活性ガスの雰囲気下に行うのが
好ましい。勿論乾燥工程及び（又は）仮焼工程は場合に
よっては省略することもできる。

次いで行われる焼成工程は、一般に窒化アルミニウム焼
結体の製造条件と何等異ならない手段が用いられる。即
ち、−ｉにグラファイト等の耐熱性容器に入れるか又は
台に乗せ、特に本発明の特徴として、実質的に気体透過
性のない物質で少なくとも窒化アルミニウムー次成形物
表面の一部分を被覆して焼成する。焼成の温度条件は特
に限定されないが、一般に徐々に昇温しで、１．４　Ｑ
　Ｏ℃〜２．１００℃、好ましくは１．６５０℃〜１．
９００℃で焼成する好ましい焼成条件の一つは、１、３
００℃〜１．６００℃の間を１〜ｂ速度で昇温し、その
後１．６５０℃〜１．９００℃の温度を数分乃至数拾時
間保つ方法である。

焼成に際し用いられる窒化アルミニウムを入れる容器又
は台は、一般にグラファイト製などであるが、焼成され
る窒化アルミニウムとの剥離性を向上させるため、窒化
ホウ素粉末や、窒化アルミニウム、炭化珪素或いは炭化
タングステンなど高融点化合物の５０μｍ〜１１１程度
の粉体などで表面う被覆するのがよい。

本発明に用いる気体透過性のない被覆物質は、少なくと
も１０μｍの連続相として、充填率９５％以上の耐熱性
層が存在することが必須であり、好ましくは該層が焼成
される窒化アルミニウム表面と接する面に存在すること
である。具体的には窒化アルミニウム焼結体板、炭化珪
素板などであり、第２図の形態が採用される。即ち、第
２図（イ）は全体が実質的に気体透過性のない物質で構
成された例であり、第２図（ロ）は表面を炭化珪素など
の気体通過性のない物質で被覆したグラファイト板など
耐熱性多孔板の例である。第２図（ハ）は更に第２図（
ロ）の例に示す気体透過性のない物質の表面に剥離性を
向上させる物質を存在させた例である。

〔効果〕

本発明は極めて平滑な表面を有する窒化アルミニウム焼
結体を製造することが可能となる。また得られる窒化ア
ルミニウム焼結体の反りなどの変形がない製品が得られ
るため、その後の加工、例えばメタライズや積層加工な
どを行うのに適した窒化アルミニウム焼結体が得られる
。

〔実施例〕

以下に実施例を示すが、本発明はこれらの例に限定され
るものではない。

実施例１ 〔−吹成形〕 表１に示す組成で、平均粒子径１．３１μｍであり、３
μｍ以下が９０容量％を占めるＡＩＮ粉末を用意した。

このＡＩＮ粉末１００重量部に対して焼結助剤として３
　ＣａＯ・Ａｌｚ（ｈ　　（以下Ｃ１Ａとも記す）を１
．０重量部、結合剤（増粘剤）として分子量が３０．０
００〜３４，０００のポリビニールブチラールを７．３
重量部、解膠剤としてグリセリントリオレエートを１．
６重量部及び可塑剤としてジブチルツクレート１２．２
重量部を６１重量部のトルエンーエタノール 表１ ＡＩＮ粉末分析値 ＡＩＮ含有量　　　　９７．８％ 元　素　　　　　　含有量 Ｍｇ　　　　　　　　　　＜５　　　（ＰＰＭ）Ｃｒ　
　　　　　　　　　２１　　　　（〃）−Ｓｉ　　　　
　　　　　１２５　　　（〃）Ｚｒ　　　　　　　　　
　　９　　　（”　　）Ｆｅ　　　　　　　　　　２０
　　　（〃）Ｃｕ　　　　　　　　く５　　（〃　）Ｍ
ｎ　　　　　　　　　　　５　　　（”　　）Ｎｉ　　
　　　　　　　　２７　　　（”）Ｔｉ　　　　　　　
　　＜５　　　（”　　）Ｃｏ　　　　　　　　　　＜
５　　　（”）八１　　　　　　　　　　　　　６４．
８　　　（ｗｔ％）Ｎ−３３，４（”） ０　　　　　　　　　　１．１（〃） Ｃ１，１１（〃） 混合溶媒（混合重量比トルエン／エタノール−６０／４
０）中で混合して泥漿を調製した。

尚、予め熱重量分析法（ＴＧ）を用いて、上記ポリビニ
ールブチラールの熱分解曲線を空気中で測定した結果、
分解は約２００℃から始まり、約６００℃で終了して残
留物が実質的に残らないことを確認した。上記各成分の
混合の手順は以下のようにした。即ち、内容積２１のナ
イロン製ポットにナイロンで被覆された直径１５１朧の
鋼球ポット内容積の約５０％を占める数だけ入れ、次い
でＡＩＮ粉末、Ｃ，Ａ　、グリセリントリオレエート及
び上記溶媒を上記各重量部投入して、回転数６゜ｒｐｍ
で２４時間ボールミル混合した。その後、上記重量部の
ポリビニールプチラー及びジブチルフタレートをポット
に添加し、さらに２４時間混合した。こうして白色の粘
稠なペンキ状を呈する泥漿を調製した。

得られた泥漿をドクターブレード方式のシート成形機を
用いてポリプロピレンフィルム上にシート状に成形し、
次いで該成形物を室温で５時間、その後６０℃で６時間
乾燥して前記溶媒を飛散させ、巾約１０ｃｍ、厚さ約０
．８鶴のシート（窒化アルミニウムグリーンシート）を
作製した。

〔焼結〕

前項において、作製したＡＩＮグリーンシートを金型に
より３４　Ｘ　３３．５　ａｍの形状に打ち抜いた。

この打ち抜いたシートを２５℃／分でｓｏｏ’ｃまで昇
温し、２時間脱脂を行ない、さらにＡＩＮ焼結板（ＡＩ
Ｎ押え板と呼ぶ・１００Ｘ１００ｘＯ，６３５■１１密
度、理論値の９９％）の片方の面の上に、水にＢＮ粉末
を分散させたＢＮ離型剤を塗布し、該塗布面が脱脂後の
ＡＩＮシートに接触するように２枚の押え板の間に挟み
、第１図に示す如く、グラファイト製の容器に入れて電
気炉中で焼成した。焼成は、７００℃まで３°Ｃ／分、
その後１，７００℃まで１２℃／分で昇温し、１、７０
０℃で７時間行った。得られたＡＩＮ焼結体は反りが、
２０μｍで表面粗さはＲ□つで０．３μｍであった。

実施例２ 実施例１の一次成形物を用い、ＡＩＮ押え板のかわりに
グラファイト板（相対密度８０％）にＳｉＣを１鶴の厚
さにコーティングした押え板を用いた以外は実施例１と
同様な方法でＡＩＮ焼結体基板を作製した。得られた基
板の反りは１５μｍ表面粗さはＲ□８で０．５μｍであ
った。

実施例３ 窒化アルミニウムの焼結助剤にＹ２Ｏ３５，０重量部を
用いたほかは実施例１と同様な方法で窒化アルミニウム
グリーンシートを作製した。このシートを実施例１と同
様な方法で打ち抜き、得られた一次成形物について脱脂
、焼成を行なった。得られた窒化アルミニウム焼結体基
板の反りは２２μｍであった。また表面粗さはＲｌＸで
０．３μｍであった。

比較例１ 実施例１において、ＡＩＮ押え板のがわりにグラファイ
ト押え仮を用いた。はがは実施例１と同様な方法で窒化
アルミニウムー次成形物の焼成を行い基板を作製した。

得られた基板の反りは２００μｍ、表面粗さはＲ１□で
１．６μｍであった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における窒化アルミニウム粉体の焼結
方法を示す図である。第２図（イ）、（ロ）及び（ハ）
は、本発明の押え板の構造を示す例である。 図中、１は炉、２はヒーター、３は被焼結物を収容する
容器、４及び７は押え板、６は窒化アルミニウム板をそ
れぞれ表わす。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム粉体の一次成形物を、少なくと
   もその表面の一部分を実質的に気体を透過しない物質で
   被覆して、加熱焼結せしめ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。
2. （２）実質的に気体を透過しない物質として、空隙率が
   ５％よりも小さい連続層の厚みが少なくとも１０μｍ以
   上である耐熱性物質を用いることを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）頂記載の窒化アルミニウム焼結体の製造
   方法。
3. （３）実質的に気体を透過しない物質が窒化アルミニウ
   ム焼結体板、炭化珪素焼結体板又は炭化珪素を被覆した
   黒鉛板である特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項
   記載の導電性物質被膜を表面に有する窒化アルミニウム
   焼結体の製造方法。