JPH02225307A - 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）基板として用いるのに
通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、このような事情に迄み、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
物とタンニン酸および／またはグルコン酸の混合物を、
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
合物とタンニン酸および／またはグルコン酸の混合物か
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
合物とタンニン酸および／またはグルコン酸の混合物と
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、これとタンニ
ン酸および／またはグルコン酸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る。

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。

タンニン酸やグルコン酸は、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、ＣＣ０１Ｃｏの形で除去する
作用を果たす。タンニン酸とグルコン酸ば、通常、単独
で用いるが、併用するようにしてもかまわない。

アルミニウム含有化合物が水溶性化合物であり、これと
タンニン酸および／またはグルコン酸を水溶液状態で均
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、乾燥温度ば、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、これらに限定されない。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。

焼結助剤を添加するタイミングは、アルミニウム含有化
合物とタンニン酸やグルコン酸が混合された水溶液段階
、または、水溶液乾燥後の粉末段階等いずれであっても
よく、特に限定されない。

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タンニン酸およ
び／またはグルコン酸の混合物を、窒素を含む非酸化性
雰囲気下で焼成すると、焼成温度が高くなくとも、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、焼結が容
易である。

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タンニン酸お
よび／またはグルコン酸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
ニウム焼結体が、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
タンニン酸および／またはグルコン酸を水溶液状態で均
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タンニン酸および／または
グルコン酸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。

一実施例１ 塩基性塩化アルミニウム１重量部に対し、タンニン酸（
ナカライ・テスク製）が０．６５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Ａｌｔｏｓ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。

実施例２− 塩基性乳酸アルミニウム１重量部に対し、タンニン酸（
ナカライ・テスク製）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、塩基性乳酸アルミニウ
ムは、アルミニウム含有量がＡｆ□０．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。

一実施例３− 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重量部と、タンニン酸くナカラ
イ・テスク製）０．３２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２．９７ｉ！！
量部に加え、室温で１時間かく拌した後、この溶液を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、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。

一実施例４− 純度９９．９％、平均粒径０．４ハのアルミナ粉末１重
量部を、１．２８重量部のタンニン酸（ナカライ・テス
ク製）を熔解させた水溶液に加え、室温で１０分間かく
坤した後、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
を得た一実施例５− タンニン酸の代わりにグルコン酸（５０％水溶液）を１
．９７重量部とした以外は実施例１と同様にして窒化ア
ルミニウム粉末を得た。

一実施例６− タンニン酸の代わりにグルコン酸（５０％水溶液）を１
゜４４重量部とした以外は実施例２と同様にして窒化ア
ルミニウム粉末を得た。

実施例７− タンニン酸の代わりにグルコン酸（５０％水溶液）を０
．９７重量部とした以外は実施例３と同様にして窒化ア
ルミニウム粉末を得た。

実施例８− タンニン酸の代わりにグルコン酸く５０％水溶液）を３
．８８重量部とした以外は実施例４と同様にして窒化ア
ルミニウム粉末を得た。

−比較例１ 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、ヘキサメチレンテトラミンを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重量部を熔
解した水溶液にカーボンブラック（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
ミニラム粉末を得た。

このようにして得られた実施例１〜８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１〜８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１〜８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Ａ　
ｌｌ　！　Ｏｓ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Ａ１
ｘｏｓ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、タンニン酸が
０．４３正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ＡｌｔＯ＊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鶴、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。

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、タンニン酸が０．４３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、−旦、粉砕した
後、成形金型を用いて、直径２５關、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。

実施例Ｃ 塩基性乳酸アルミニウム１重量部に対し、タンニン酸が
０．３２重量部、硝酸イソ）　ＩＪ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
Ａ１ｘｏ＊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２５ｍ、厚み３鳳烏の円
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、タンニン酸０．２１重
量部、硝酸イツトリウム６水和物０゜０３３重量部を、
テトラメチルアンモニウムハイ１′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１１０°Ｃ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。

実施例Ｅ 硝酸アルミニウム９水和物１重量部に対し、タンニン酸
が０．１１市量部、硝酸イツトリウム６水和物が０．０
１９宙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４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。

実施例Ｆ タンニン酸の代わりにグルコン酸を０．６０重量部とし
た以外は実施例Ａと同様にして窒化アルミニウム焼結体
を得た。

実施例Ｇ タンニン酸の代わりにグルコン酸を０．６５重ご部とし
た以外は実施例Ｂと同様にして窒化アルミニウム焼結体
を得た。

一実施例１１ タンニン酸の代わりにグルコン酸を０．４５重量部とし
た以外は実施例Ｃと同様にして窒化アルミニウム焼結体
を得た。

実施例Ｉ− タンニン酸の代わりにグルコン酸を０．３０重量部とす
るとともに水溶液乾燥温度を１２０℃とした以外は実施
例りと同様にして窒化アルミニウム焼結体を得た。

実施例Ｊ− タンニン酸の代わりにグルコン酸を０．１６ｍ１部とし
た以外は実施例Ｅと同様にして窒化アルミニウム焼結体
を得た。

比較例へ− 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０．４１ｍｆ１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Ａｌ１ｔ　Ｏ１換算で５０重量％
であり、塩基度が８４％のものを用いた。つぎに、ごの
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　ａｍ、厚み３１１Ａ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−Ｊ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 表 実施例Ａ、　−Ｊ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。実施例Ａ−Ｊの焼結体をＸ線分析したところ
、未窒化の残留Ａβ２゜オ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　ｓ　Ｏ＊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、アルミニウム
含有化合物とタンニン酸および／またはグルコン酸を水
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タンニン
酸および／またはグルコン酸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 ２゜ ３゜ 面「糸六ネｉｌｉ正７丁（１頒 平成１年ｌＯ月６［］ 特願平１＝２０１８２３号 発明の名称 窒化アルミニウム粉末および窒化アルミニウム嚇占体の
製造力゛法補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　　　所　　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地
名　称（５８３）松下電工株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アルミニウム含有化合物とタンニン酸および／また
   はグルコン酸の混合物を、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タンニン酸および／また
   はグルコン酸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
   れとタンニン酸および／またはグルコン酸を水溶液状態
   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。