JPH01179765A - 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法

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JPH01179765A
JPH01179765A JP63002184A JP218488A JPH01179765A JP H01179765 A JPH01179765 A JP H01179765A JP 63002184 A JP63002184 A JP 63002184A JP 218488 A JP218488 A JP 218488A JP H01179765 A JPH01179765 A JP H01179765A
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JP
Japan
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aluminum nitride
sintered body
weight
thermal conductivity
nitride sintered
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JP63002184A
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English (en)
Inventor
Akira Yamakawa
晃 山川
Masaya Miyake
雅也 三宅
Hitoshi Sakagami
坂上 仁之
Hisao Takeuchi
久雄 竹内
Koichi Sogabe
浩一 曽我部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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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  • Materials Engineering (AREA)
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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] 本発明は窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法に
係り、更に詳しくは緻密質で熱伝導性、絶縁性、誘電率
などの実用」二の諸特性に秀れている窒化アルミニウム
焼結体の製造方法に関する。
[従来の技術] 最近のLSIの進歩はめざましく、集積度の向上が著し
い。これには、ICチップサイズの向上も寄与しており
、ICチップサイズの向上に伴ってパッケージ当りの発
熱量か増大している。このため基板材料の放熱性か重要
視されるようになってきた。また、従来IC基板として
用いられていたアルミナ焼結体の熱伝導率では放熱性が
不十分てあり、ICチップの発熱量の増大に対応できな
くなりつつある。このためアルミナ基板に代わるものと
して、高熱伝導性のベリリア側板が検討されているが、
へりリアは毒性か強く取扱いか難しいという欠点かある
窒化アルミニウム(A 1 N)は、本来、材質的に高
熱伝導性、薗絶縁性を有し、毒性もないため、半導体工
業において絶縁材料あるいはパッケージ飼料として注目
を集めている。
[発明が解決しようとする問題点] 上述のように窒化アルミニウムは理論的には111、結
晶としては高熱伝導性、高絶縁性を有する材料である。
しかしながら、窒化アルミニウム粉末から焼結体を製造
する場合、窒化アルミニウム粉末自体の焼結性か良くな
いため、粉末成形後、焼結して得られる窒化アルミニウ
ム焼結体の相対密度(窒化アルミニウムの理論密度3.
26g/cm3を基準とする)は、焼結条件にも依るが
、高々70〜80%しか示さず、多量の気孔を包含する
一方、窒化アルミニウム焼結体の如き絶縁性セラミック
スの熱伝導機構は、フォノン伝導を主体とするため気孔
、不純物等の欠陥はフォノン散乱を起こし、熱伝導性は
低レベルのものしか得られない。
緻密質で、良好な熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体を
得るため窒化アルミニウム粉末に種々の焼結助剤を添加
し、ホットプレスあるいは常圧焼結することか試みられ
ており、かなり良質の焼結体が得られている。たとえば
、酸化カルシウム(Cab)、酸化バリウム(B a 
O)、酸化ストロンチウム(SrO)などを窒化アルミ
ニウム粉末に添加して焼結する方法(特公昭58−49
510号)かある。この方法によれば相対密度98%以
上で、熱伝導率0.10〜0.13cal 7cm・s
ee −deg(42〜54W/m、k) (室温)の
ものが得られている。しかし、この程度の値の熱伝導率
では今後のIC,LSIの集積度向上による発熱量の増
大に対応するには十分とはいえない。
一方、緻密質で高強度の窒化アルミニウム焼結体を得る
ことを目的として、窒化アルミニウム粉末にY2O3及
びSiO2等を添加する試みもなされており(特公昭5
(i−9475号)、98%以上の相対密度を得ている
か、熱伝導率は0.07cal/cm−see −dc
g(29W/m、k)に満たない程の低レベルである。
本発明の目的は、今後の半導体用絶縁材料あるいはパッ
ケージ飼料として好適に使用できるような緻密質で且つ
熱伝導性、絶縁性、誘電率などの実用上の緒特性に優れ
ている窒化アルミニウム焼結体とその製造方法を提供す
ることにある。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するための本発明の構成は、炭素を0,
1〜0.2重量%含有し、熱伝導率が150W/mk以
上である窒化アルミニウム焼結体である。特にIIa族
およびIIra族金属の何れがを酸化物換算で0.01
〜10重量%、酸素を0.001〜1.0重量%含有す
るものは熱伝導率が180W/mk以上である。
このような窒素アルミニウム焼結体の製造法は、IIa
族および■a族金属の何れがの脂肪酸塩を酸化物換算で
0.01〜1.0重量%混合した後成形し、非酸化性雰
囲気中、1500〜2200 ℃で焼結するものである
本発明の焼結体においては、炭素の含有量が0.001
〜0.2重足%とする。 0.001重量%未満では、
熱伝導率か低くなるし、0.2重量%を越えると、焼結
体の緻密化か不十分である。炭素の残留のために窒化ア
ルミニウム成形体には、炭素源となる物質を含有せしめ
る必要がある。
炭素の供給源としては成形助剤、添加炭素、雰囲気から
の侵入炭素、焼結助剤として与えることか可能である。
発明者らは炭素源として、焼結助剤となるUa、■a族
元索の脂肪酸化合物を用いることが特に好ましい結果を
得ることを見出した。
炭素の効果は明らかではないが、AIN中の酸素量を低
減させるに効果的なものと考えられる。
Ua、ma族元素は酸化物換算で0.01〜1.0重量
%とする0、01重量%未満では緻密化が不十分であり
、10重量%を越えると熱伝導率が低下する。焼結体中
の酸素量はo、ooi〜1,0重量%である。 1.0
重量%を越えると熱伝導率が低く、0.0口重量%未満
に制御することは困難である。
焼結助剤としてのna、Ha族元素は、酸化物をはじめ
、水酸化物、炭酸塩等を用いることができるか、特に脂
肪酸塩か好ましく、発明者らはステアリン酸、パルミチ
ン酸等種々の脂肪酸塩を用いて良好な結果を得た。焼結
体の製法は常法の窒化アルミニウムの製法に準すること
か可能である。
[実施例] 以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。
実施例1 平均粒径か1.0μ以下で酸素含量が1.0重量パーセ
ントの高純度AIN粉末(比表面積2m’/g)に、酸
化物換算で表1に示す配合量のIIa。
ma族ステアリン酸化合物と 5重量%のPVBを添加
し、エタノール中で10時間ボールミルで混合後、成形
し、1900℃の窒素気流中で2時間焼結した。
得られた焼結体の相対密度と熱伝導率、PCTによる重
量増加率(120℃、100%RH。
1.00H)を下記第1表に示す。
この表に示す結果から本発明の窒化アルミニウム焼結体
の特性がすぐれていることが判る。
実施例2 実施例1を示した第1表3の組成によりステアリン酸に
かわって、パルミチン酸を用いたところ、同様の効果が
確認された。
表1 [発明の効果] 以上説明したように、本発明は高熱伝導で信頼性の高い
窒化アルミニウム焼結体であって、比較的容易に製造す
ることができる。そして、本発明の窒化アルミニウム焼
結体は、IC基板、放熱板、構造材料等に適した特性を
もち、実用性の高いものである。
特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人 弁理士 小 松 秀 岳

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素を0.001〜0.2重量%含有し、熱伝導
    率が150W/mk以上であることを特徴とする窒化ア
    ルミニウム焼結体。
  2. (2)IIa族およびIIIa族金属の何れかを酸化物換算
    で0.01〜1.0重量%、酸素を0.001〜1.0
    重量%含有し、熱伝導率が180W/mk以上である特
    許請求の範囲第(1)項記載の窒化アルミニウム焼結体
  3. (3)窒化アルミニウム粉末に、IIa族およびIIIa族
    金属の何れかの脂肪酸塩を前記金属の酸化物換算で0.
    01〜1.0重量%混合した後成形し、非酸化性雰囲気
    中、1500〜2200℃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。
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