JPS63190761A - 窒化アルミニウム質焼結体 - Google Patents

窒化アルミニウム質焼結体

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JPS63190761A
JPS63190761A JP62020779A JP2077987A JPS63190761A JP S63190761 A JPS63190761 A JP S63190761A JP 62020779 A JP62020779 A JP 62020779A JP 2077987 A JP2077987 A JP 2077987A JP S63190761 A JPS63190761 A JP S63190761A
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱伝導性の高い窒化アルミニウム質焼結体に関
する。
〔背景技術〕
近年、LSIの発達に伴い、高集積回路、パワートラン
ジスタ、レーザーダイオードなどの発熱量の大きい半導
体素子を実装するために熱伝導率の高い絶縁材料が必要
とされてきている。
このような熱伝導率の高いセラミック材料としては、従
来酸化ベリリウム(Bed)系焼結体が用いられてきた
が、その毒性のために使用範囲が限定されている。
そこで、酸化ベリリウムに変わる高熱伝導性基板材料と
して、熱伝導率が高く、しかも安定で、高温強度も高く
、電気絶縁性のよい窒化アルミニウム(AlN)が使用
されるようになってきている。
〔先行技術〕
窒化アルミニウム粉末は難焼結性であって、単味では焼
結し難いため、窒化アルミニウム原料粉末に焼結助剤を
添加して焼結体を製造することが行われており、適当な
焼結助剤としては、周期律表の]Ia族金属(アルカリ
土類金属)もしくは■a族金属(Yおよび希土類金属)
の化合物、例えば代表的にはY2O3やCaOなどを単
独で添加することが提案されている。(特開昭60−1
27267号公報、特開昭50−23411号公報) 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし乍ら、Y2O,単独添加では高熱伝導性を有する
窒化アルミニウム質焼結体は得られるが、原料が高価で
あると同時に焼成温度が約1800℃以上と高く大量生
産上不利である。一方、CaO単独添加では原料が安価
であると同時に焼成温度が約1750℃以下と低温であ
り大量生産上有利ではあるが熱伝導率が低いと言う問題
がある。
そこで、本発明者は上記問題点に鑑み鋭意研究の結果、
AlNを主体としこれに焼結体としてCa化合物及びY
化合物となるような焼結助剤を一定量複合添加し、焼成
して得られた焼結体であってこの焼結体中の酸素量及び
Si量が一定量以下である焼結体は熱伝導率が高くかつ
相対密度が充分であると共に低温焼成が可能であること
を知見した。
〔発明の目的〕 本発明においては低温焼成が可能で比較的熱伝導率が高
く充分な相対密度を有する大量生産に適した窒化アルミ
ニウム質焼結体を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によればAlNを主体としCa化合物及びY化合
物を含有する焼結体であって、前記化合物がCaOとし
て0.1〜4重量%、Y2O3として0.2〜10重量
%含み、CaO及びY2O3として結合する酸素量を焼
結体の全酸素量から差し引いた残りの酸素量が3重量%
以下であり、且つSt含有量が0.7重量%以下である
熱伝導率が90W/m・K以上、相対密度が90%以上
であることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体を提
供する。
即ち、先ず、焼結体中のY化合物及びCa化合物の含有
割合はY2O3として0.2〜10重景%、CaOとし
て0.1〜4重量%の範囲でなければならず、好ましく
はY2O3として0.2〜10重量%、CaOとして0
.1〜2.7重量%、より好ましくはY2O3として0
.3〜6.8重量%、CaOとして0.15〜2.5重
量%が適切である。
Y2O,とCaOとの量比としては第1図に示す如き、
各魚倉−B−C−D−E−Aを結ぶ線分の範囲内で90
 W/m ’ K以上の熱伝導率が得られ、各点A−F
−G−H−1−J−Aを結ぶ線分の範囲内で100  
W/m ’ K以上の熱伝導率が得られ、更に、各点に
−Z−門−N−0−P−Q−R−5−Kを結ぶ範囲内で
120  W/m ” K以上の熱伝導率が得られる。
前記各点におけるCaO及びY2O3の値について第1
表に示す。
第  1 表 また、焼成温度についてはCaOの量が少なくなり、Y
2O3の量が多くなるにつれて焼結温度が高くなる傾向
にある。さらに、Y2O,又はCaOとして結合する酸
素量を焼結体全体の酸素量から差し引いた残りの酸素量
が3重量%以下であり、且つStの含有量が0.7重量
%以下でなければならない。これら酸素又はSiは窒化
アルミニウム原料粉末中に陽イオン不純物として既に存
在していたり、混合粉砕中に混入するものであり、これ
らの混入量はY化合物とCa化合物との複合添加系の窒
化アルミニウム質焼結体とした場合、上記範囲内となる
ように調整しなければ高い熱伝導率が得られない。
〔実施例〕
平均粒系0.5〜3μmで、Si含有量0.8重量%以
下、0.含有量3.1重量%以下のAlN粉末に第2表
の試料番号1〜15.24〜25及び点A、I、H,G
、CについてはCaCtとY2O,を第2表の試料番号
16〜23についてはCaCO3とY2O3を各々添加
配合し、これをボールミルでメタノール中で充分湿式混
合した。
これにパラフィンワックスとステアリン酸及び若干量の
バインダーを加えて混合したものを成形圧1000Kg
/cm’でプレス成形した。成形体は焼結体としては第
2表に示す組成比となるように調整されている。次に得
られた成形体を常法により300℃、2時間真空中で脱
バインダ処理後、窒素中で第2表に示す焼成温度及び時
間にて焼結させた。得られた各試料において絶対密度を
アルキメデス法により測定し、これより相対密度を算定
し、さらに熱伝導率をレーザーフラッシ工法で測定した
。これらの結果を第2表に示す。
第2表から明らかなように本発明の試料番号1〜25及
び魚倉、I、)l、G、Cは各々換算CaOiiが0.
1〜4重量%の範囲内、換算Y、0.量が0.2〜10
重量%の範囲内、残りの酸素量が3重量%以下及びSi
含有量が0.7重量%以下であり、焼成温度も1800
℃以下であっても相対密度の95%以上にまで焼結し換
算CaOと換算Y20.との重量比で図面上にプロット
すると、各点A−B−C−D−E−Aを結ぶ線分の範囲
内で90W/m・K以上の熱伝導率が得られ、各点A−
F−G−H−1−J−Aを結ぶ線分の範囲内で100W
/m ” K以上の熱伝導率が得られ、さらに各点に−
L−M−N−0−P−Q−R−5−Kを結ぶ線分の範囲
内で120W/m ’ K以上の熱伝導率が得られてい
る。前記各点は第1表にその値を示している。
〔以下余白〕
〔比較例〕 上記と同様のAlN粉末にCaCzとY2O,を添加配
合し、これをボールミルでメタノール中で充分湿式混合
した。これにバラファインワックスとステアリン酸およ
び若干量のバインダーを加えて混合したものを成形圧1
000Kg/am’でプレス成形した。成形体は焼結体
として第3表の組成比となるように調整される。得られ
た各試料も第3表に示す条件で焼成し、前記実施例と同
様に絶対密度、相対密度及び熱伝導率を測定した。
〔以下余白〕
第3表から理解されるように、換算Y2O3が0.0重
量%となる(Yが含有されていない)組成を有する試料
番号26及び27は焼成温度が1750℃以下と低くて
も熱伝導率80 W/m ’ K以下と低くなっている
換算CaOが0.0重量%となる(Caが含有されてい
ない)組成を有する試料番号28及び29は焼成温度が
1860℃と高くなっている。換算CaO及び換算YZ
O:lの含有量が規制範囲外の試料番号30〜33は熱
伝導率が低くなっている。また残りの酸素量及び5ii
iが規制範囲外の試料番号34〜41も熱伝導率が劣化
している。
上述の如く、換算CaO及び換算Y20.としてCa及
びYが規程範囲内で含有し、且つ残りの酸素量及びSi
量が一定量以下含有している窒化アルミニウム質焼結体
は熱伝導率が90W/m・K以上と高く充分緻密化して
おり、熱放散性を必要とする半導体素子実装基板等の高
熱伝導性基板に有効である。
【図面の簡単な説明】
図面は第1表及び第2表に示す各試料の換算CaOと換
算Yz(hとの含有量をプロットし、熱伝導率と線分で
示した説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. AlNを主体としCa化合物及びY化合物を含有する焼
    結体であって、前記化合物がCaOとして0.1〜4重
    量%、Y_2O_3として0.2〜10重量%含み、C
    aO及びY_2O_3として結合する酸素量を焼結体の
    全酸素量から差し引いた残りの酸素量が3重量%以下で
    あり、且つSi含有量が0.7重量%以下である熱伝導
    率が90W/m・K以上、相対密度が90%以上である
    ことを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体。
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