JPH02188413A - 窒化アルミニウム粉末および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〕 この発明は、例えば、高熱伝導性（絶縁）基板を製造す
るのに通した窒化アルミニウム粉末の製造方法、あるい
は、例えば、高熱伝導性（絶縁）として用いるのに適し
た窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。

〔従来の技術および問題点〕

ＩＣ等に代表される半導体素子の高集積化や大電力化が
進み、これに伴って、放熱性の良い電気絶縁材料が要求
されるようになった。これに応えて各種の高熱伝導性基
板が提案されている。その中でも、特に窒化アルミニウ
ムセラミック基板が、熱伝導性、熱膨張性、電気絶縁性
等の点で優れていることから、実用化が進められてきて
いる。

この窒化アルミニウムセラミック基板は、アルミニウム
粉末を用いて得た焼結体である。ここで用いられる窒化
アルミニウム粉末は、アルミニウムの直接窒化やアルミ
ナの炭素還元等によって製造されているが、例えば、ア
ルミニウムの直接窒化法においては、高純度で粒径の小
さな粉末を得ることが困難であり、アルミナの炭素還元
法においては、反応に高温を要する原料価格が高い等の
問題がある。アルミナの炭素還元法の改良として、アル
ミニウム源を炭素含有化合物で還元する方法が提案され
ているが、還元効率の点で、まだ十分とは言えない。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、このような事情に鑑み、高純度かつ微粒子
の易焼結性窒化アルミニウム粉末を安価に得ることので
きる方法を提供することを第１の課題とし、十分に焼結
された緻密な窒化アルミニウム焼結体を簡単かつ安価に
得ることのできる方法を提供することを第２の課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記第１の課題を解決するため、請求項１記載の窒化ア
ルミニウム粉末の製造方法では、アルミニウム含有化合
物と１．２，３，４，５．６−ヘキサンヘキソールの混
合物を、窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成するように
している。

前記第２の課題を解決するため、請求項２記載の窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法では、アルミニウム含有化
合物と１．２．３，４，５．６−ヘキサンヘキソールの
混合物からなる所定形状の成形体を、窒素を含む非酸化
性雰囲気下で焼成するようにしている。

この発明の両製造方法で用いられるアルミニウム含有化
合物と１．２，３，４，５．６−ヘキサンヘキソールの
混合物としては、例えば、請求項３記載の発明のように
、アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、これ
と１．２，３．４．５．６−ヘキサンヘキソール（以下
、「ヘキサンヘキソール」という）を水溶液状態で均一
に混合させた後、水分を除くことにより得たものが挙げ
られる。

この発明の製造方法に用いられるアルミニウム含有化合
物としては、請求項４記載の発明のように、アルミニウ
ム多核錯体およびアルミニウムアルコキシドのうちの少
なくともひとつが挙げられる。

この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製造方法で
は、例えば、請求項５記載の発明のように、成形体に焼
結助剤を含ませて焼成するようにしてもよい。

以下、より具体的に説明する。

アルミニウム含有化合物は、窒化アルミニウムの主体で
あるアルミニウムの供給源となるものである。したがっ
て、アルミニウムを含む化合物であれば、特に限定され
ることはないが、例えば、硝酸アルミニウム、塩化アル
ミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、乳
酸アルミニウム、アルミナ、アルミニウム多核錯体、ア
ルミニウムアルコキシド等があ不。

アルミニウム多核錯体としては、塩基性塩化アルミニウ
ム、塩基性乳酸アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム
等が例示される。

アルミニウムアルコキシド（アルミニウムアルコキサイ
ド）としては、アルミニウムメトキシド、アルミニウム
エトキシド、アルミニウムプロポキシド、アルミニウム
ブトキシド等の炭素数１０以下の脂肪族のアルコキシド
が好適に使用できる。

なお、前記のアルミニウム含有化合物は、単独で、ある
いは、複数種併用して用いる。

ヘキサンヘキソールは、焼成工程での窒化アルミニウム
の生成反応において、前記アルミニウム含有化合物中に
含まれる酸素元素を、ｃｏ、ｃ。

８の形で除去する作用を果たす。ヘキサンヘキソールは
、一般弐Ｃ＠　Ｈｒ　４０４で表される六価アルコール
であり、具体的には、Ｄ−ソルビトール、Ｄ−マンニト
ール、Ｄ−アリトールさらには、イジトール、タリトー
ル、ガラクチトール等が挙げられ、これに限らず、いず
れの異性体も使用可能である。

アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、これと
ヘキサンヘキソールを水溶液状態で均一に混合させた後
、乾燥させて水分を除くことにより混合物を得る場合、
乾燥温度は、例えば８０〜２００℃、さらには１００〜
２００℃程度の範囲が適当である。

粉末製造の場合、乾燥して得られた混合物は、粉末状態
、あるいは、バルク状態である。バルク状態の場合、バ
ルクのまま、あるいは、粉末化してから焼成する。バル
ク状態のままで焼成した場合、通常、焼成した段階では
窒化アルミニウム粉末は、簡単に崩れる程度に寄せ集っ
た状態になっている。

焼結体製造の場合も、乾燥して得られた混合物は、粉末
状態、あるいは、バルク状態である。焼結体の製造では
、混合物を所定形状の成形体とするわけであるが、乾燥
して得られる混合物がバルク状であった場合、−旦、粉
砕し粉末化してから成形することが好ましいが、バルク
状のまま成形するようにしてもよい。

成形方法は、例えば、成形金型を用いた加圧成形法など
が用いられるが、不都合な成分の変質や流口を招来しな
い方法であればよく、特に限定されない。

成形体に含まれる焼結助剤としては、アルカリ土類、あ
るいは、希土類元素の塩や酸化物等が挙げられる。例え
ば、硝酸イツトリウム、塩化イツトリウム、塩基性酢酸
イツトリウム、酸化イツトリウム、硝酸カルシウム、塩
化カルシウム、酸化カルシウム等が具体的に例示される
が、これに限定されない。なお、焼結助剤の含有量は含
有アルミニウムに対して３〜１０重量％程度が好ましい
また、窒化アルミニウム粉末の製造方法においても、混
合物に、窒化を促進したり、炭素除去を容易にするため
に、例えば、カルシウム塩、イツトリウム塩、あるいは
、ランタニド族元素の塩等をも添加させるようにしても
よい。

非酸化性雰囲気としては、窒素を含むアルゴン、窒素を
含む一酸化炭素、あるいは、窒素、アンモニア等の雰囲
気が用いられる。焼成温度は、窒化アルミニウム粉末の
製造方法にあっては、１２００℃以上、好ましくは、１
４００〜１８００℃程度であり、窒化アルミニウム焼結
体の製造方法にあっては、１２００℃以上、好ましくは
、１４００〜２０００℃程度である。なお、粉末内や焼
結体内の残留炭素を除く場合、例えば、窒化後、６００
〜７００℃程度の酸化性雰囲気でさらに加熱処理するよ
うにする。

〔作　　　用〕

この発明にかかる窒化アルミニウム粉末の製造方法のよ
うに、アルミニウム含有化合物、例えば、アルミニウム
多核錯体やアルミニウムアルコキシドとヘキサンヘキソ
ールの混合物を、窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成す
ると、焼成温度が高（な（とも、純度（窒化率）が高く
、しかも、粒径が十分に小さな窒化アルミニウム粉末を
安価に得ることができる。粒径の小さい粉末は、高熱伝
導性絶縁基板を作製する際に、焼結が容易である遣方法
のように、アルミニウム含有化合物、例えば、アルミニ
ウム多核錯体やアルミニウムアルコキシドとヘキサンヘ
キソールの混合物からなる所定形状の成形体を、窒素を
含む非酸化性雰囲気下で焼成すると、純度（窒化率）が
高く緻密で熱伝導率のよい窒化アルミニウム焼結体を、
煩雑な粉末工程を経ることなく容易に得られることとな
るアルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、これ
とヘキサンヘキソールを水溶液状態で均一に混合させた
後、水分を除くことにより得た混合物は、アルミニウム
含有化合物とヘキサンヘキソールが分子オーダで混じり
合った状態となるため、より純度が高く均質な粉末ある
いは焼結体が得られるようになる。

〔実　施　例〕

以下、具体的な実施例について説明する。

まず、窒化アルミニウム粉末の製造方法の実施例を述べ
る。

この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製−実施例
１− 塩基性塩化アルミニウム１重量部に対し、ソルビトール
が０．９１重量部となるように混合した水溶液を作製し
た。なお、塩基性塩化アルミニウムは、アルミニウム含
有量がへ１！０１換算で５０重量％であり、塩基度が８
４％のものを用いた。

つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固さ
せた。得られた固形物を粉砕し、１５５０℃の窒素雰囲
気（非酸化性雰囲気）で８時間焼成し、ついで、７００
℃の温度下、大気雰囲気（酸化性雰囲気）で１時間の加
熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末を得た。

一実施例２一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部に対
し、マンニトールが０．９１重量部となるように混合し
た水溶液を作製した。つぎに、この水溶液を１２０℃の
乾燥温度で蒸発乾固させた。

得られた固形物を粉砕し、１５５０℃の窒素雰囲気で８
時間焼成し、ついで、７００℃の温度下、大気雰囲気で
１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末を得た
。

実施例３− 塩基性乳酸アルミニウム１重量部に対し、ソルビトール
が０．６６ｉ量部となるように混合した水溶液を作製し
た。なお、塩基性乳酸アルミニウムは、アルミニウム含
有量がＡＩｔｏ、換算で３７重量％であり、乳酸台！５
６％のものを用いた。

つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固さ
せた。得られた固形物を粉砕し、１５５０℃の窒素雰囲
気で８時間焼成し、ついで、７００℃の温度下、大気雰
囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末
を得た。

実施例４− アルミニウムトリイソプロポキシド（アルミニウムトリ
イソプロポキサイド）１重量部、ソルビトール０．４５
重量部を、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイ
ド１５％水溶液２．９７重量部に加え、室温で１時間か
く拌した後、この溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固
させた。得られた固形物を粉砕し、１５５０℃の窒素雰
囲気で８時間焼成し、ついで、７００℃の温度下、大気
雰囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉
末を得た。

実施例５− 純度９９．９％、平均粒径０．４μｌのアルミナ粉末１
重量部を、１．７９ｆｆｉ量部のソルビトールを溶解さ
せた水溶液に加え、室温で１０分間かく拌した後、この
溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた
固形物を粉砕し、１６００℃の窒素雰囲気で８時間焼成
し、ついで、７００℃の温度下、大気雰囲気で１時間の
加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末を得た。

一比較例１一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム含有量部に対
し、ヘキサメチレンテトラミンが０．７０重量部となる
ように混合した水溶液を作製した。

つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固さ
せた。得られた固形物を粉砕し、１６００℃の窒素雰囲
気で８時間焼成し、ついで、７００℃の温度下、大気雰
囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化アルミニウム粉末
を得た。

−比較例２一 実施例１で用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部を溶
解した水溶液にカーボンブランク（三菱化成■　＃４０
１０Ｂ）　０．５０重量部を懸濁させ、室温で３０分間
、かく拌した。つぎに、この水溶液を１．２０℃の乾燥
温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を粉砕し、１６
００℃の窒素雰囲気で８時間焼成し、ついで、７００℃
の温度下、大気雰囲気で１時間の加熱処理を行い、窒化
アルミニウム粉末を得た。

このようにして得られた実施例１〜５および比較例１．
２の窒化アルミニウム粉末の窒化率（純度）および平均
粒径を測定した。測定結果を第１表に記す。

第１表 実施例１〜５の窒化アルミニウム粉末は、第１表にみる
ように、高純度である。比較例１．２の窒化アルミニウ
ム粉末は、純度が非常に悪い。焼成温度が余り高くなく
ても、実施例の粉末は非常に窒化率が高いのである。勿
論、実施例の粉末は、第１表にみるように、粒径の小さ
い微粒子であり、焼結性に優れることはいうまでもない
。

なお、実施例１〜５および比較例１．２の各粉末をＸ線
分析したところ、実施例の粉末では、未窒化の残留Ａｆ
！Ｏ，の存在を示すピークは殆ど検出されなかったが、
一方、比較例の各粉末では、未窒化の残留Ａ　ｌ　ｚ　
Ｏ＊の存在を示すピークが明瞭に検出され、比較例の粉
末の純度が十分でないことが裏付けされた。

続いて、この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製
造方法の実施例について述べる。

一実施例Ａ− 塩基性塩化アルミニウム１重量部に対し、Ｄ−ソルビト
ールが０．６０重量部となるように混合した水溶液を作
製した。なお、塩基性塩化アルミニウムは、アルミニウ
ム含有量がＡＩＺ　Ｏ，換算で５０重量％であり、塩基
度が８４％のものを用いた。つぎに、この水溶液を１２
０℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を、
−旦、粉砕した後、成形金型を用いて、直径２５ｍ、厚
み３酎の円板状の成形体にしてから、１９００℃の窒素
雰囲気で８時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た
。

一実施例Ｂ 実施例Ａで用いた塩基性塩化アルミニウム１重量部に対
し、Ｄ−マンニトールが０．６０重量部、硝酸イツトリ
ウム６水和物が０．０６８重量部となるように混合した
水？８液を作製した。つぎに、この水溶液を１２０℃の
乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形物を、−旦、
粉砕した後、成形金型を用いて、直径２５寵、厚み３ｆ
ｌの円板状の成形体にしてから、１８５０℃の窒素雰囲
気で４時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

一実施例Ｃ− 塩基性乳酸アルミニウム１重量部に対し、Ｄ−ソルビト
ールが０．４５重量部、硝酸イツトリウム６水和物が０
．０５重量部となるように混合した水溶液を作製した。

なお、塩基性乳酸アルミニウムは、アルミニウム含有量
がＡｌｔｏｚ換算で３７重量％であり、乳酸含量５６％
のものを用いた。

つぎに、この水溶液を１００℃の乾燥温度で蒸発乾固さ
せた。得られた固形物を、−旦、粉砕した後、成形金型
を用いて、直径２５酊、厚み３龍の円板状の成形体にし
てから、１８５０℃の窒素雰囲気で４時間焼成し、窒化
アルミニウム焼結体を得た。

一実施例Ｄ− アルミニウムトリイソプロポキシド（アルミニウムトリ
イソプロポキサイド）１重量部、Ｄ−ソルビトールを０
．３０Ｂｉ１部、硝酸イツトリウム６水和物０．０３Ｌ
ｆｆｉｌｆ部を、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイド１５％水溶液２．９７重量部に加え、室温で１
時間か＜　ｔｑ＝した後、この溶液を１２０℃の乾燥温
度で蒸発乾固させた。得られた固形物を粉砕した後、実
施例Ａと同様に成形体を得た後、１８５０℃の温度下、
窒素雰囲気で４時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を
得た。

一実施例Ｅ− 硝酸アルミニウム９水和物１重量部と、Ｄ−ソルビトー
ルが０．１６１℃量部、硝酸インドリウム６水和物が０
．０１９重量部となるように混合した水溶液を作製した
。つぎに、この水溶液を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固
させた。得られた固形物を粉砕してから実施例Ａと同様
にして成形体を得た後、１８５０℃の温度下、窒素雰囲
気で４時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体を得た。

−比較例Ａ− 塩基性塩化アルミニウム１重量部に対し、ヘキサメチレ
ンテトラミンが０．４７重量部となるように混合した水
溶液を作製した。なお、塩基性塩化アルミニウムは、ア
ルミニウム含有量がＡＩＲ０３換算で５０重量％であり
、塩基度が８４％のものを用いた。つぎに、この水溶液
を１２０℃の乾燥温度で蒸発乾固させた。得られた固形
物を、−旦、粉砕した後、成形金型を用いて、直径２５
ｍ、厚み３ｕの円板状の成形体にしてから、１９００℃
の窒素雰囲気で８時間焼成し、窒化アルミニウム焼結体
を得た。

このようにして得られた実施例Ａ−Ｅおよび比較例Ａの
窒化アルミニウム焼結体の密度と熱伝導率を測定した。

測定結果を第２表に記す。

第２表 実施例Ａ−Ｅの窒化アルミニウム焼結体は、第２表にみ
るように、比較例Ａのそれに比べて、大きな密度をもつ
緻密な焼結体であり、しかも、純度が高く高熱伝導率で
ある。なお、実施例Ａ−Ｅの焼結体をＸ線分析したとこ
ろ、未窒化の残留Ａｌ、０．の存在を示すピークは殆ど
検出されなかったが、比較例Ａの焼結体をＸ線分析した
ところ、未窒化の残留Ａ　ｌ　＊　Ｏｓの存在を示すピ
ークが明瞭に検出された。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明にかかる窒化アルミニラ
粉末の製造方法では、焼成温度が低くても、高純度で小
さな粒径の粉末を迅速かつ安価に得ることができる。そ
のため、優れた高熱伝導性（絶縁）基板が安価かつ容易
に得られるようになる。

また、この発明にかかる窒化アルミニウム焼結体の製造
方法では、窒化アルミニウム粉末の状態を経ることなく
、緻密で高熱伝導性の焼結体を直に製造できる。そのた
め、優れた高熱伝導性（絶縁）基板が安価かつ容易に得
られるようになる。

これらの両製造方法において、混合物が、アルシミニウ
ム含を化合物とヘキサンヘキソールを水溶液状態で均一
に混合させた後、水分を除くようにして得たものである
と、アルミニウム含有化合物とヘキサンヘキソールが十
分に混じり合うようになるため、より高純度で均質な粉
末や焼結体が得られるようになる。

代理人　弁理士　　松　本　武　彦 平成１年９月２９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アルミニウム含有化合物と１，２，３，４，５，６
   −ヘキサンヘキソールの混合物を、窒素を含む非酸化性
   雰囲気下で焼成するようにする窒化アルミニウム粉末の
   製造方法。 ２　アルミニウム含有化合物と１，２，３，４，５，６
   −ヘキサンヘキソールの混合物からなる所定形状の成形
   体を、窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成するようにす
   る窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 ３　アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、こ
   れと１，２，３，４，５，６−ヘキサンヘキソールを水
   溶液状態で均一に混合させた後、水分を除くことにより
   混合物を得る請求項１または２記載の窒化アルミニウム
   粉末または窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 ４　アルミニウム含有化合物が、アルミニウム多核錯体
   およびアルミニウムアルコキシドのうちの少なくともひ
   とつである請求項１から３までのいずれかに記載の窒化
   アルミニウム粉末または窒化アルミニウム焼結体の製造
   方法。 ５　成形体に焼結助剤が含まれてなる請求項２から４ま
   でのいずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方
   法。