JPH01215760A - 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〕

近年、半導体工業の急速な技術革新により、ＩＣ。

Ｌ′Ｓ■をはじめとする大規模集積回路は高集積化。

高出力化が行われ、これに伴うシリコン素子の単位面積
当りの発熱量が大幅に増加してきた。そこで、シリコン
素子の通電動作による発熱のため、シリコン素子の正常
な動作を妨げる問題が生じ始めている。それに伴って熱
伝導性の良い絶縁性基板材料が要求されている。

従来、絶縁性基板材料としては、一般に、アルミナ焼結
体が最も多く使用されている。しかしながら、最近では
アルミナ基板は熱放散に関しては満足しているとは言え
ず、さらに熱放散性（熱伝導性）の優れた絶縁性基板材
料の開発が要求されるよう罠なってさた。このような絶
縁基板材料としては熱伝導性が良い（熱伝導率が大きい
）、電気絶縁性で６２．、熱膨張率がシリコン単結晶の
値に近い、機械的強度が大きい等の特性が要求される。

ところで、良好な熱伝導性を有することが知られている
窒化アルミニウムは、熱膨張率が約４，３Ｘ　１０−’
／℃（室温から４００℃の平均値）でアルミナ焼結体の
約７Ｘ１０”−’／℃に比べて小さく、シリコン素子の
熱膨張率３．５〜４．ＯＸ　１０−’、／℃に近い。

また機械的強度も曲げ強さで約５０Ｋｑ／ｍｍ’程度を
有し、アルミナ焼結体の値２０〜３０　Ｋｇ／ｍｍ’に
比べ高強度である電気絶縁性に優れた材料である。

従来、窒化アルミニウム（１！Ｎ）焼結体は窒化アルミ
ニウムの粉末を成形、焼結して得られるのであるが、窒
化アルミニウムは難焼結性物質であるため、緻密な焼結
体を得ることが困難である。

そして現在までに焼結助剤を加え、常圧焼結法やホット
プレス法により緻密な窒化アルミニウム焼結体を得る試
みがなされている。昭和５９年窯業協会本会予稿集のＰ
２Ｏ３には酸化イツ）　ＩＪウム（Ｙ２０□）を焼結助
剤として加える窒化アルミニウム焼結体の製造方法が示
されている。この方法によると熱伝導率が１００Ｗ／ｍ
ｋ（室温）の窒化アルミニウム焼結体が得られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、近年の集積回路技術の発達に伴い、さら
に高熱伝導性を有する熱放散用基板材料が求められてい
る。

本発明の目的は、高熱伝導性を有し、さらに種の有用な
性質を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、窒化ア
ルミニウム粉末に添加剤として酸化イツトリウムとアル
カリ土類金属のフッ化物の少くとも一種とを配合した混
合粉末を成形後、非酸化性界フフ化ストロンチウム、フ
ッ化バリウムが好ましい。

酸化イツトリウムの添加量は０．０５〜１７−−。

アルカリ土類金属のフッ化物の添加量の合計は０．０５
〜１３重量％が好ましい。

し作用〕 まず、窒化アルミニウム　　は純度として高純度のもの
１例えば９８％以上のものが好ましいが、９５〜９８％
程度のものも使用可能である。平均粒径は、１０μｍ以
下、好ましくは２μｍ以下のものが良い。

添加剤としてハ酸化イツトリウムとアルカリ土類金属の
フッ化物の少くとも一種との両方を加えることが必要で
ある。すなわち、酸化イツトリウムとアルカリ土類金属
のフッ化物とを適量複合使用する事により熱伝導率を著
しく増大させることができる。又、アルカリ土類金属の
フッ化物は、例えばフッ化カルシウム、７ツ化ストロン
チウム。

フッ化バリウムが好ましい。％に酸化イツトリウムを０
．０５〜１７重ｆ＃チおよびアルカリ土類金属のフッ化
物の合計を０．０５〜１３重量％にする事により熱伝導
率が１４０　Ｗ　／　ｍｋ　（室温）以上となり、従来
の窒化アルミニウム焼結体より大きな値が得られる。

酸化イツトリウム添加量は０．０５重量％以下では熱伝
導率が１４０（ｗ／ｍｋ　）以下で効果が少なく、１７
重ｉ％以上では異相が多くなるので熱伝導率が１４０（
Ｗ／ｍｋ）以下で小さくなる。アルカリ土類のフッ化物
の合計は０．０５重を一以下では熱伝導率がｔ４ｏ（Ｗ
／ｍｋ）以下で効果が少なく、１３重ｔｔｓ以上では異
相が多くなるので熱伝導率が１４０　（Ｗ／ｍｋ　）で
小さくなる。

以上の理由により、酸化イツ）　ＩＪウム添加量は０、
０５　Ｘ量％〜１７重＃、係、アルカリ土類のフッ化物
の合計は０．０５ｆｉ量乃〜１３重ｆｅｒ、チが好まし
い。

次に、焼結は非酸化性雰囲気中で高温焼結することが必
要でちる。酸化性雰囲気中で焼結すると窒化アルミニウ
ムが酸化してしまい緻密な焼結体が得られない。非酸化
性雰囲気としては窒素ガス。

ヘリウムガス、アルゴンガス、−酸化炭素ガス。

真空雰囲気などが使用できるが、中でも窒素ガス。

アルゴンガス、ヘリウムガス、真空雰囲気が便利で好ま
しい。焼結は１５００〜２０００℃で行われ、特に１６
００〜２０００℃が有効であるが、特にこれらの温度範
囲に限定されるものでは無い。また焼結は常圧焼結法で
も良いし、加圧焼結法によっても良い。加圧焼結法とし
てはホットプレス法（−軸加工焼結法）とＨＩＰ法（熱
間静水圧加圧焼結法）のどちらでも可能である。

〔実施例〕

実施例１ 平均粒径が２μｍの窒化アルミニウム粉末にＹ２Ｏ。

とＣａＦ２を６加し、次いでこの混合粉末を室温で２ト
ン、／Ｃｍ”の圧力を゛加えて成形体としたこの成形体
を焼結炉において窒素ガス雰囲気下で２０００℃にて１
０時間、常圧焼結して窒化アルミニウム焼結体を作った
。この窒化アルミニウム焼結体の室温での熱伝導率を第
１図に示す。本発明により、室温での熱伝導率が１４０
Ｗ／ｍｋ以上の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体が得
られた。熱膨張率は約４．：（ｘｌｏ−’／℃、曲げ強
度は約２．６トン２♂以上であった。

実施例２ 平均粒径が２μｍの窒化アルミニウム粉末にＹｚＯｘと
ＣａＦ２．　ＳｒＦ２．　ＢａＦ２の一種又は二穐を添
加し、次いでこの混合粉末を室温で２トン／−の圧力を
加えて成形体とした。この成形体を焼結炉において窒素
ガス雰囲気下で２０００’ＣＫて１０時間、常圧焼結し
た窒化アルミニウム焼結体の室温での相対密度と熱伝導
率を第１表に示す。本発明により室温での熱伝導率が１
４０Ｗ／ｍｋ以上の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
が得られた。熱膨張率は約４、３　Ｘ　１０＝／’Ｃ，
曲げ強度は約２．６トン／ｄであった。

第　　　１　　　表 〔発明の効果］ 本発明の製造方法で製造した窒化アルミニウム焼結体は
高密度で熱伝導性に優れ、熱的特性、！気的特性１機械
的特性にも良好であったため、半導体工業等の放熱材料
としての応用以外にるつぼ。

蒸着容器、耐熱ジグ高温部材等の高温材料としての応用
も可能であるなど、工業的に多くの利点を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施により製造した窒化アルミニウム
焼結体の室温での熱伝導率と組成との関係を示す特性図
である。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 第　ｆＴＩ！Ｊ ムｆ２（東江）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 窒化アルミニウム粉末に添加剤として酸化イットリウム
   とアルカリ土類金属のフッ化物の少くとも一種とを配合
   した混合粉末を形成後、非酸化性雰囲気で焼成すること
   を特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。