JPS63295478A - 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱伝導性セラミックスに係り、特に高熱伝導
性を要求される絶縁基板材料および各種放熱材料に好適
な窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

従来、大型電子計算機などの集積回路の絶縁基板材料と
してアルミナの焼結体が使ねれてきた。

しかし、アルミナは熱伝導率が低いため、素子の高集積
化に伴い、より高い熱伝導率を有する材料の開発が求め
られてきている。

窒化アルミニウムは、高熱伝導性および高抵抗を有し、
さらに熱境張率は素子材料であるシリコンの値に近く、
誘電率も小さいため、集積回路の絶縁基板材料として最
適である。

しかしながら、窒化アルミニウムは単独では焼結性が悪
いため、通常は焼結助剤を添加することにより焼結体を
得ている。

一般に焼結助剤としてはアルカリ土類金属またはその化
合物（特開昭６１−１００７１　）　、希土類金属また
はその化合物（特開昭６ｌ−１２７２６７）などが知ら
れている、これらの焼結助剤を添加することにより、焼
結体の密度は高められたが、熱伝導率は酸素および他の
不純物の存在などにより十分な値が得られていなかった
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように上記従来技術では、未だ熱伝導性の十分大き
な材料は得られておらず、集積回路の絶縁基板材料に適
用する上で問題があった。

本発明の目的は、従来のものと比べて熱伝導性を向上さ
せた窒化アルミニウム焼結体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、下記によって達成される。

すなわち、その第１は、窒化アルミニウムに、焼結助剤
として、希土類金属および希土類金属の化合物のうちの
少なくとも１種と炭化アルミニウムを含む焼結体からな
ることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体である。

また、第２は、窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤とし
て、希土類金属および希土類金属の化合物のうちの少な
くとも１種と炭化アルミニウムとからなる粉末を添加し
て混合したのち、成形および非酸化性雰囲気中での焼成
を行なうことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製
造方法である。

希土類金属としてはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ。

Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等が挙げられ、な
かでもＹ、Ｔｂ、Ｄｙが好ましい。

希土類金属の化合物としては、水素化物、ホウ化物、炭
化物、窒化物、酸化物、ハロゲン化物。

チオシアン化物等が挙げられ、なかでも水素化物。

炭化物、窒化物が好ましく、具体的には、Ｙ　Ｃ２１Ｙ
　Ｈｚ−ａ、　Ｔ　ｂ　Ｈｚ−ａ、　Ｄ　ｙ　Ｈｚ−ｓ
等が特に好ましい。

窒化アルミニウム（ＡｎＮ）および焼結助剤粉末の平均
粒径は５μｍ以下であり、特に３μｍ以下が好ましい、
ＡＱＮ粉末の粒径が５μｍを越えると、緻密な焼結体が
得られず、焼結助剤粉末の粒径が５μｍを越えると、焼
結助剤としての作用が低下する。

焼結助剤の添加量は０．０１〜１０重量％であり、特に
０．５〜３重量％であることが好ましい。

焼結助剤の添加量が０．０１重量％より少ないと。

ｍ密な焼結体が得られず、１０重量％を越えると、ＡＱ
Ｎ本来の特性である高熱伝導性が失なわれてしまう。

ＡＱＮ焼結体は、通常Ａｌ２Ｎ粉末に上述の焼結助剤の
粉末を添加混合して室温で加圧成形し、非酸化性雰囲気
中で常圧焼結することにより得られる。

加圧成形圧力は５００〜２０００ｋｇ／ａＪ程度である
。

非酸化性雰囲気としては、Ｎｚ、Ｈｅ、Ａｒ。

Ｈ２、Ｃｏ、各種炭化水素など、あるいはこれらの混合
雰囲気または真空のいずれでもよい、非酸化性雰囲気に
するのは、微粉化したＡｎＮの表面の酸化を防止するた
めである。

雰囲気圧は大気圧でよく１通常、窒素気流中である。ま
た焼結は、常圧焼結法だけでなく、ホットプレス法を用
いてもよい。

焼結温度は１７００〜１９５０℃、特に１８００〜１９
００℃が好ましい。

焼結時間は、通常０．５〜３時間である。

〔作用〕

本発明からなる焼結体が、従来のアルカリ土類または希
土類金属化合物を添加した焼結体に比べて、熱伝導率が
高い原因については、未だ不明な点が多いが、以下のよ
うに推定することができる。

本発明からなる焼結体の添加物のうち、希土類金属また
はその化合物は焼結助剤としてＡＱＮの緻密化に有効で
あり、炭化アルミニウムは単独では焼結助剤としての作
用はほとんどないが、希土類金属またはその化合物と組
み合わせることにより高純度化、高熱伝導化する作用が
あると考えられる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１〜１゜ 平均粒径１．４　μｍのＡＱＮ粉末に、平均粒径３μｍ
の希土類金属化合物の粉末およびＡＱ４Ｃ３粉末を第１
表に示すような割合で添加し、ボールミルを用いて混合
した０次に、この混合物を室温で２０００ｋｇ／ａＪの
圧力で成形した。得られた成形体をＮ２気流中、１８０
０’Ｃにおいて３時間常圧焼結した。

比較例１〜３ 実施例１〜１０で用いたＡＱＮ粉末に、平均粒径３μｍ
のアルカリ土類または希土類金属化合物の粉末を第１表
に示すような割合で添加し、実施例１〜１０と同様にし
てＡＱＮ焼結体を製造した。

得られたＡｆｌＮ焼結体の特性の測定は以下のように行
なった。

（１）密度および相対密度 密度はアルキメデス法により測定し、理論密度に対する
相対値を求めた。

（２）熱伝導率 焼結体から直径Ｌｏｗ、厚さ３ｍの円板を切り出し、こ
れを試験片としてレーザーフラッシュ法により熱伝導率
を測定した。

〔発明の効果〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、窒化アルミニウムに、焼結助剤として、希土類金属
   および希土類金属の化合物のうちの少なくとも１種と炭
   化アルミニウムを含む焼結体からなることを特徴とする
   窒化アルミニウム焼結体。 ２、特許請求の範囲第１項において、焼結助剤の添加量
   が０．０１〜１０重量％であることを特徴とする窒化ア
   ルミニウム焼結体。 ３、窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤として、希土類
   金属および希土類金属の化合物のうちの少なくとも１種
   と炭化アルミニウムとからなる粉末を添加して混合した
   のち、成形し非酸化性雰囲気中で焼成を行なうことを特
   徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。