JPS6324952B2 - - Google Patents

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JPS6324952B2
JPS6324952B2 JP58241288A JP24128883A JPS6324952B2 JP S6324952 B2 JPS6324952 B2 JP S6324952B2 JP 58241288 A JP58241288 A JP 58241288A JP 24128883 A JP24128883 A JP 24128883A JP S6324952 B2 JPS6324952 B2 JP S6324952B2
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JP
Japan
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silicon carbide
boron
less
sintered body
sintered
Prior art date
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JP58241288A
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JPS60131863A (ja
Inventor
Jinichiro Suzuki
Takashi Tode
Tatsuhiko Motomya
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は炭化けい素焼結体、特にはすぐれた電
気絶縁性、熱伝導性を示す炭化けい素焼結体の製
造方法に関するものである。 各種電機、電子機器の小型、軽量化に伴い、大
規模集積回路等に使用される基板も高密度化、高
集積化が要求され、電気絶縁性で高熱伝導性(熱
放熱性)のよい材料が求められている。 従来、こうした基板材料としてアルミナ焼結体
が知られているが、アルミナは安価ではあるが、
熱伝導性が0.04cal/cm、秒、℃と悪く、また、
熱膨張係数が8×10-6/℃であつて、シリコン単
結晶(熱膨張係数=3.5×10-6/℃)と大きく異
るため、基板として満足できるものでなかつた。
そのため、ボロンナイトライド焼結体、ベリリヤ
焼結体、Si3N4焼結体などが提案されたが、ボロ
ンナイトライド焼結体は熱膨張係数がシリコン単
結晶のそれと比べて−0.7×10-6/℃と小さく、
ベリリヤ焼結体は逆に68×10-6/℃と大きく、ま
たSi3N4焼結体は熱伝導性が0.03cal/cm・秒・℃
と悪いという欠点がある。 近年、炭化けい素粉末に熱伝導性のよいベリリ
ウムを添加して焼結する方法が提案(特開昭57−
179075号、同57−180005号、同57−180006号)さ
れており、これは基板としての要求特性値―電気
絶縁性が大きい、熱伝導性がよい、熱膨張係数が
シリコンチツプと近似している、機械強度が大き
い―を満足するものの、ベリリウムは人体に有害
であるという問題点があつた。 また、炭化けい素の焼結助剤として、ほう素
(化合物)及び炭素(化合物)、アルミニウム(化
合物)や希土(化合物)等を添加し、焼結する方
法(特開昭50−78609号、同51−148712号、同51
−65111号、同52−6716号、同55−85464号、同57
−166365号等)も知られているが、これらの方法
は構造材を目的とするものであつて、熱伝導性に
すぐれた絶縁性材料を提供するものでなかつた。
さらに、アルミニウム化合物を使用した場合に
は、この抵抗値が103〜106Ωcmと低くなるし、ほ
う素(化合物)を使用した場合にもほう素単独で
はおのずから限界があり、抵抗値を109Ωcm以上
とするためには絶縁性のすぐれた第2の添加助剤
としてベリリウムを添加する必要があつた(特開
昭58−99172号)。 本発明はこのような不利を解決した炭化けい素
焼結体に関するものであり、これは各金属不純物
量が15ppm以下で粒径が4μ以下である高純度炭
化けい素100重量部と、ほう素量で0.04〜0.16重
量部のほう素または加熱によりほう素に変化する
ほう素化合物との混合物を、不活性ガス雰囲気ま
たは真空中において1700〜2500℃で焼結し、つい
で酸化処理してなることを特徴とするものであ
る。 これを説明すると、本発明者らはすぐれた電気
絶縁性と熱伝導性を有し、毒性の問題もない材料
についての研究を重ねた結果、高純度の微粉状炭
化けい素に微量のほう素を添加すると容易に焼結
し、ついでこれを酸化処理すれば109Ωcm以上の
電気抵抗値をもち、熱伝導性もよい炭化けい素焼
結体が得られることを見出し、本発明を完成させ
た。 本発明で始発材料とされる高純度炭化けい素
は、これに含有される金属不純物、例えばAl、
Ca、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Ti、Vなど
の含有量がそれぞれ15ppm以下であり、その粒度
が4μ以下のものとする必要がある。これは上記
した各金属不純物量が15ppm以上になると電気抵
抗が109Ωcm以上とならないという不利が生じ、
その粒径が4μ以上では酸洗による高純度化に限
界があるばかりかほう素の混合が均一とならず、
かつ、強度および熱伝導性にバラつきが生じると
いう欠点が与えられるからであり、これらは好ま
しくは10ppm以下、0.01〜4μの範囲のものとする
ことがよい。このような炭化けい素は式(CH3a
SibHc(こゝにbは1〜3の整数、2b+1≧a、
a≧b、2b+1≧c、c≧1、a+c=2b+2)
で示されるメチルハイドロジエンシラン化合物、
例えばテトラメチルジシランをキヤリヤーガス中
において750〜1600℃で気相熱分解することによ
つて得ることができる(特願昭58−155912号明細
書参照)が、このものはその平均粒子径が0.01〜
1μの球状の超微粒子状β型炭化けい素であるた
め微細化するための粉砕工程が不要であるし、ま
た始発原料のメチルハイドロジエンシラン化合物
は精留により高純度化できるので極めて純度の高
いものとして取得することができる。しかし、こ
の高純度炭化けい素は現在工業的に生産され、市
販されている微粉末状の炭化けい素をフツ酸―硝
酸などの混合液でくり返し処理して、これに含ま
れていた金属不純物量を15ppm以下とした、粘度
4μ以下のものであつてもよい。 この高純度炭化けい素はついでほう素またはほ
う素化合物を添加したのち焼結されるが、電気絶
縁性のすぐれたものとするという見地からこのほ
う素添加量は炭化けい素100重量部に対し、0.04
〜0.16重量部とする必要がある。なお、この焼結
助剤としてのほう素は炭化ほう素、各種有機ほう
素化合物のように加熱によつてほう素に変化する
ものであつてもよく、これらの添加量はほう素換
算によるほう素量が前記した0.04〜0.16重量部と
なる量とすればよい。 このほう素またはほう素化合物を添加した炭化
けい素はその焼結に先立つて均一に混合され、つ
いで必要に応じ成形されるが、混合に際して通常
使用されているアルミナ製ボールミルなどの粉砕
型混合機では、ポツト、ボールの摩耗による不純
物の混入があるので、これはメノウ、炭化けい素
やポリウレタン、ポリアミドなどの有機樹脂製の
粉砕器を使用して行なう方がよく、混合を充分に
行なうために溶媒を使用してもよい。しかし、ポ
リエチレン、ポリプロピレンなどの有機樹脂製粉
砕器はアルミニウムなどの金属元素が含まれてい
るので好ましいものではない。このようにして得
られた混合粉体はついで所望の形状の成形体に成
形されるが、これは粉体を扱う業界で一般的に採
用されている片押しプレス、両押しプレス、静水
圧プレスなどを用いて行えばよい。また、この成
形は添加剤を使用せずに行なつても、メチルセル
ロース、フエノール樹脂などの有機樹脂、パラフ
インなどを添加して行なつてもよいが、これらの
樹脂を使用する場合にはその熱分解によつて炭素
が発生するのでこの添加量は炭化けい素に対し
0.5%以下とするほか、予じめ800℃以下の温度に
加熱して炭素を酸化除去したものを使用すること
がよい。 この成形体はついで焼結されるが、簡単な形状
のものはそのまゝ焼結してもよく、複雑な形状品
については焼結前にフライス盤などの機械加工を
施すことがよいが、これを強度の大きいものとす
るためにはこれを酸化性、非酸化性のガス雰囲気
下または真空下に500〜1500℃の温度範囲で仮焼
しておくことがよい。この混合物成形体の焼結は
常圧、加圧、または真空下のいずれでも可能であ
り、そのときの焼結温度は低すぎると焼結不足と
なるので、高密度品を得るという目的のためには
できるだけ高温とすることがよい。しかし、2500
℃以上とすると粒子の成長によつて焼結体の強度
が低下するし、さらには経済的にも不利となるの
で、1700〜2500℃の範囲好ましくは1800〜2300℃
の範囲とすることがよい。またこの焼結の雰囲気
は通常使用されている不活性ガン中または真空中
で行なえばよい。 なお、このようにして得られた焼結体は金型に
使用されているカーボンがその表面に吸着または
付着しているので、これを除去するために、この
焼結体を空気中において600〜800℃で加熱するこ
とにより容易に遊離炭素のない、電気絶縁性にす
ぐれ高熱伝導性の基板を得ることができる。な
お、酸化処理をせずに表面を研削によりカツトす
ることも可能であるが経済的でない。 本発明の炭化けい素焼結体は高純度炭化けい素
に焼結助剤としてほう素のみを添加して焼結した
ものであり、ここに得られた焼結体はその抵抗が
109Ωcm以上であり、またキセノンランプフラツ
シユ法による熱伝導率が0.35cal/cm・秒・℃以
上であることから、特に放熱用IC基板として好
適とされるが、これは密度が理論密度の85%以上
のものが容易に得られるので、強度を必要とする
ガスタービン翼、自動車用部品としても好適とさ
れる。 つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例 1 市販のα型炭化けい素・デンシツクA―1〔昭
和電工(株)製商品名、平均粒径0.4μ〕をフツ酸―硝
酸の1:1の混合液を使用し、オートクレーブ中
において120℃で1時間処理し、処理後蒸留水で
充分水洗し乾燥したところ、このものの処理前後
の金属不純量(発光分析値)は第1表の通りであ
つた。
【表】 ついでこのようにして得た高純度炭化けい素
9gにほう素粉末(メタリツク社製)1gとヘキサ
ン30gを添加して混合し、これを15mmφのメノウ
ボール25個を含む250mlのメノウ製ボールミルポ
ツトに入れて24時間混合してから乾燥してほう素
入りマスターバツチを作成した。 つぎに、このほう素入りマスターバツチと上記
した高純度炭化けい素とを第2表に示した比率で
混合し、ヘキサンを添加してから上記のメノウ製
ポツトに入れて4時間混合したのち取り出して乾
燥した。この乾燥粉末15gを40mmφのホツトプレ
ス用カーボン型に入れ、アルゴン雰囲気中に200
Kg/cm2の加圧下に2300℃で50分間焼結し、冷却後
カーボン型から取り出して付着している炭素を除
去後、巾4mmの試料片を切り取つてその密度およ
び超絶縁計による電気抵抗値を測定した。測定後
この試料片を横型管状炉に入れ空気中に800℃1
時間保持して酸化処理を行ない、冷却後、その電
気抵抗値を測定すると共に、キセノンランプフラ
ツシユ法でその熱伝導率を測定したところ、第2
表に併記したとおりの結果が得られた。
【表】 実施例 2 発光分析によるAl、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、
Ni、Ti、Vなどの金属不純物含有量がいずれも
10ppm以下とされている高純度β型炭化けい素・
ナノフアインβ0.2〔信越化学工業(株)製商品名、平
均粒径0.2μ〕を使用し、実施例1と同じ方法でマ
スターバツチを作成し、ついでほう素を含まない
ものを混合してほう素含有量を0.07重量部とし
た。つぎに、これを実施例1と同じ方法で成形
し、焼結したところ、密度が3.15g/c.c.(理論密
度の98.1%)、酸化処理後の電気抵抗値が2×
1013Ωcm、熱伝導度が0.52cal/cm・秒・℃で、
JIS R 1601によるフアインセラミツクの曲げ強
度が110Kg/cm2である炭化けい素焼結体が得られ
た。 なお、比較のために上記においてほう素粉末を
添加せずに同様にして得た炭化けい素焼結体の物
性をしらべたところ、これは密度が2.95g/c.c.(理
論密度の91.9%)、酸化処理後の電気抵抗値が3
×105Ωcm、熱伝導度は0.25cal/cm.秒.℃であ
つた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 各金属不純物量が15ppm以下で粒径が4μ以
    下である高純度炭化けい素100重量部と、ほう素
    量で0.04〜0.16重量部のほう素または加熱により
    ほう素に変化するほう素化合物との混合物を、不
    活性ガス雰囲気または真空中において1700〜2500
    ℃で焼結し、ついで酸化処理してなることを特徴
    とする電気絶縁性炭化けい素焼結体。 2 高純度炭化けい素がAl、Ca、Cr、Cu、Fe、
    Mg、Mn、Ni、Ti、Vをそれぞれ15ppm以下含
    有するものである特許請求の範囲第1項記載の電
    気絶縁性炭化けい素焼結体。
JP58241288A 1983-12-20 1983-12-20 電気絶縁性炭化けい素焼結体 Granted JPS60131863A (ja)

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