JPS63319266A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法に関する。

［従来の技術］ エレクトロニクスの分野における急激な技術の発達は、
半導体デバイスの小型化ばかりでなく、高出力化、高集
積度化をも同時に可能なものとしてきている。また、単
一の基板上に、半導体デバイスの高密度な実装方法も研
究されている。例えばパワーダイオード、パワートラン
ジスタ、半導体レーザー、ＬＳＩさらにはＶＬＳＩなと
でおる。

高出力化、高集積度化あるいは高密度実装化する半導体
デバイスは、単位面積、単位体積当りの発熱量が大きく
なるという問題がある。現在のところ、半導体デバイス
から発生する熱は、熱伝導率の良いダイヤモンド、立方
晶窒化ホウ素、酸化ベリリウム、絶縁性炭化ケイ素など
を、ヒートシンクやパッケージ材料の一部として用いて
散逸させる方法がとられている。しかし、上記の良熱伝
導性材料には安全性、製造に要するコスト、生産の絶対
値などの観点から見た場合、必ずしも十分とは言えない
。

発熱量の大きい半導体デバイスの実用化に対して低コス
トで供給量の大きな高熱伝導性材料が必要となってきて
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明者らは低コストで供給量の大きな高熱伝
導性材料として窒化アルミニウムに着目した。

素材としての窒化アルミニウムは、その結晶構造から、
サファイヤの８倍近くの熱伝導率を有するものと考えら
れていたが、測定値は５０Ｗ／ｍｋ程度のものであった
。窒化アルミニウムの焼結体の熱伝導率が、理論値（３
２０Ｗ／ｍｋ）の１７６程度の値を示す。この原因とし
ては、結晶粒界や不純物あるいは格子欠陥が影響するた
めと考えられている。特に窒化アルミニウム結晶粒中の
酸素の存在が、熱伝導率の低下に大きな影響を与えてい
る。この問題を解決する一つの方法として、各種の化合
物例えばＫａ族元素の酸化物、フッ化物等を添加し、焼
結を行い、主に粉末表面に存在する酸素を添加剤により
トラップする方法（特開昭５８−５５３７７号公報参照
）が行われている。しかしこの方法においても未だ不十
分てあり、熱伝導率が１００Ｍ畦程度０焼結体しか得ら
れていないのが現状である。

本発明は熱伝導率が１００Ｗ／ｍｋを超える窒化アルミ
ニウム焼結体を得ることを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、より高伝導性の窒化アルミニウムを安価に生
産すべく検討した結果なされたもので、周期律表■ａ族
元素のアルコキシド化合物を酸化物換算で０．０１〜２
０重量パーセント添加した窒化アルミニウム粉を、１５
００℃〜２２００℃の非酸化雰囲気で焼結することを特
徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法である。

ここでＩＩａ族元素はＢｅ、ＭＣＩ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ
、　Ｒａの中の少くとも１つである。

本発明で用いる窒化アルミニウム粉末は、できるだけ高
純度の微粒であることが望ましく、たとえば金属不純物
０．５重量パーセン１〜以下、酸素含有Ｍ１．５重量パ
ーセント以下、比表面積１ｍ２／ｇの粉末を用いる。好
ましくはざらに高純度の、金属不純物０．２重量パーセ
ント以下、酸素含有量０．７重量パーセント以下のもの
を用いる。特に１６００℃以上の窒素ガス下で加熱処理
した高純度ＡＩＮ粉が望ましい。

添加物としてのＩＩａ族アルコキシド化合物は、Ｍ　（
ＯＲ＞。であられされ、ここでＭはＩＩａ族元素、Ｒは
アルキル基である。アルコキシド化合物はアルコールに
溶解あるいは粉末状態で用いる。アルコキシド添加量は
、Ｉ［ａ族酸化物に換算して、０．０１〜２０重量パー
セントとする。

０．０１重量パーセント未満では緻密な焼結体が得難く
、２０重量パーセントを越えるとＡＩＮの熱伝導率の低
下が著しいからである。ここで公知のＩＩａ族元素の酸
化物、フッ化物等を添加する場合とアルコキシド化合物
として添加する場合との差異は、理由は明らかではない
が、アルコキシド化合物が均一に分散し、少量で焼結助
剤として作用し、ざらにＡＩＮの酸素を効果的に吸着す
ること、またアルコキシド中の炭素が脱酸に作用するこ
とも考えられる。

なお、得られた混合物は乾式プレス、ドクターブレード
、押出し等の常法により成形したのち、非酸化性雰囲気
で１５００〜２２００℃で焼結、緻密化される。

［実施例］ 　５　一 実施例１ 酸素含量が１．０重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末（比表面積４ｍ２／ａ）に、酸化物換算で３０
重量パーセント以下のＣａエトキシドを表１に示す各割
合で添加し、エタノール中に１０時間ボールミルにて混
合したのち、加水分解し、乾燥の後、１９００℃で窒素
気流中で焼結した。得られた焼結体の相対密度と熱伝導
率を１表１に示す。なお表１中ＮＯ，８〜１０は比較例
である。

表１ 実施例２ 酸素含量か０．５重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末（比表面積２ｍ２／ｇ）に酸化物換算で２重量
パーセントのＭＯ，Ｂａ、Ｓｒエトキシドをそれぞれ添
加し、実施例１と同様の焼結体を得た。焼結体はいずれ
も相対密度９８％以上、熱伝導率１５０に／ｍｋ以上を
得た。

実施例３ 酸素含量が０．５重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末（比表面積２ｍ２／１ｌｌ）に、酸化物換算で
２重量パーセントのＣａＯに相当するＣａメトキシド、
Ｃａブトキシドをそれぞれ添加し、実施例１と同様の条
件で焼結体を得た。

焼結体はいずれも相対密度９７％以上、熱伝導率１５０
Ｗ／ｍｋ以上を示した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は高純度の窒化アルミニウ
ム粉末に、周期律表Ｉ［ａ族のアルコキシド化合物を添
加し、焼結することによって、高熱伝導性の窒化アルミ
ニウム焼結体が得られる。この窒化アルミニウム焼結体
は、ＩＣ基板、放熱板、構造材料等に秀れた性能をもち
、実用性の高いものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周期律表IIａ族元素のアルコキシド化合物を酸化物換算
   で０．０１〜２０重量パーセント添加した窒化アルミニ
   ウム粉を、１５００℃〜２２００℃の非酸化雰囲気で焼
   結す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。