JPH0492867A - 高熱伝導性着色窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 - 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】 「産業上の利用分野コ この発明は、ＩＣ基板材料、パッケージ材料を初めとす
る電子材料等に使用されるセラミックス焼結体に関し、
特に高熱伝導性を有し、かつ着色を呈する窒化アルミニ
ウム焼結体およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］近年
、大規模集積回路装置（ＬＳＩ）に関する技術の進歩は
目覚しく、特に集積度の向上は著しいものである。この
集積度の向上と、さらにＩＣチップサイズの大型化に伴
って、ＩＣチップが搭載されるパッケージ当たりの発熱
量が増大している。このため、半導体装置用パッケージ
等に用いられる基板材料の放熱性が重要視されるように
なってきた。また、従来、ＩＣの基板として広く用いら
れてきたアルミナ焼結体の熱伝導率では、その放熱性が
十分でなく、ＩＣチップの発熱量の増大に対応できなく
なりつつある。このアルミナ焼結体に代わるものとして
、高熱伝動性を有するベリリアが検討されているが、ベ
リリアは毒性が強く、その取り扱いが困難であるという
欠点を有する。

一方、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）焼結体は、本来、材
質的に高熱伝導性、高絶縁性を有し、毒性もないため、
半導体装置用の回路基板材料あるいはパッケージ材料と
して注目を集めている。

一般にＡｔＮ焼結体中の不純物含有量を低下させること
により、熱伝導性や電気絶縁性に優れたＡＩＮ焼結体を
得ることが広（行なわれている。

このような焼結体は、透光性にも優れているので、実用
的には、光フィルタ等の用途に用いるのか好ましい。そ
の反面、パッケージ等の用途に用いるには、紫外線の透
過がＩＣの誤動作を招くため、大きな問題となっている
。

その対策として、着色を呈するＡｔＮ焼結体の研究が種
々試みられており、その成功例について数例報告されて
いる。

その−例として、特開昭６３−２３３０７９号公報にお
いて、黒色窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
が開示されている。これによれば、黒色を呈するＡｔＮ
焼結体の組成およびその製造方法が開示されており、Ａ
ｔＮ粉末にタングステン酸カルシウム粉末および／また
はモリブデン酸カルシウム粉末とを特定量添加し、混合
成形した後、非酸化性雰囲気中において焼成することに
より、黒色ＡｔＮ焼結体が得られることが記述されてい
る。

さらに、特開昭６３−３１０７７２号公報によれば、Ａ
ｔＮ粉末と、金属モリブデンまたはモリブデン化合物を
添加剤として焼結することにより、黒色ＡｔＮ焼結体が
得られることが記述されている。しかしながら、上記２
つの公報に開示された窒化アルミニウム焼結体の熱伝導
率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低いものである。

ＡｔＮは、酸素等の不純物を取込みやすい。このため、
高純度のＡｔＮ粉末を用いることにより、高熱伝導化が
追求されているのが一般的である。

したがって、着色を呈させるために上記のような物質を
添加することは、熱伝導率低下の要因となる。これによ
り、高熱伝導率を有する着色ＡｔＮ焼結体を得ることは
できないという問題点があった。

しかしながら、高い出力を有するＩＣチップが搭載され
る基板材料に対しては、ＩＣチップの温度上昇に起因す
るＩＣの誤動作を抑制・するために、基板の要求特性と
して放熱性を改善する観点から高熱伝導性が要求される
。これと同時に、紫外線透過に起因するＩＣの誤動作を
抑制するために、基板の要求特性として着色化が要求さ
れる。ところが、上述のように、従来の技術によれば、
ＩＣチップの基板材料に課せられた２つの要求特性を同
時に満足し得るセラミックス基板を提供することは困難
であった。

そこで、この発明の目的は、ＩＣパッケージ材料や基板
材料等の電子材料として有用であり、着色を呈するとと
もに熱伝導率に優れた窒化アルミニウム焼結体およびそ
の製造方法を提供することである。

［課題を解決するための手段およびその作用］本願発明
者達は、上記の事情に鑑み、高熱伝導性と着色の相反関
係にある２つの特性を同時に具備するＡｔＮ焼結体につ
いて鋭意検討を行なった結果、以下の３点を見出した。

（ａ）　　焼結体中における炭素の存在が焼結体の着色
化に対して有効であること。

（ｂ）　　ＡＩＮに炭素、酸化硼素、希土類元素酸化物
および周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物を
それぞれ特定組成量添加して焼成すると、得られるＡｔ
Ｎ焼結体は、常温での熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上
２７０Ｗ／ｍ　−Ｋ以下の高い値を示し、同時にその焼
結体が着色を呈すること。

（Ｃ）　　希土類酸化物と酸化アルミニウムとの複合酸
化物である希土類アルミニウム酸化物と、周期律表ＩＶ
Ｂ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物とを焼結体中に所定の
組成量含有させるとともに、特定量の炭素が含まれてい
る場合には、常温の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上２
７０Ｗ／ｍ　−Ｋ以下の高い値を示し、同時にその焼結
体が着色を呈すること。

この発明に従った窒化アルミニウム焼結体の特定された
組成とは、ＡｔＮを１００重量部、炭素を０．００５重
量部以上０，５重量部以下、硼素化合物を硼素単体に換
算して１重量部以下、希土類アルミニウム酸化物を希土
類元素単体に換算して０．０１重量部以上１５重量部以
下、および周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素を含む
化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種をその元
素単体に換算して０．０１重量部以上１５重量部以下含
有することである。ここで、周期律表ｒＶＢＶＢ族元素
、Ｔｉ、Ｚｒ、）４ｆをいう。周期律表ＶＢ族元素とは
、ＶＳＮｂＳＴａをいう。周期律表■Ｂ族元素とは、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｗをいう。

希土類元素としては、ＳＣ，ＹＳＬａ、Ｃｅ。

Ｐｒ５Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｃ）、
Ｅｒ、Ｙｂ５Ｌｕを挙げることができる。希土類アルミ
ニウム酸化物は、添加した希土類元素酸化物と、ＡＬＮ
中に不純物として存在するアルミニウム酸化物との化学
反応により生成され、焼結体中に存在するものである。

その存在効果は希土類元素の種類によって差異はないが
、耐薬品性を初めとする信頼性に優れた焼結体を得るた
めには、５ｃＳＹＳＬａ、Ｃｅのいずれかの希土類元素
を添加することが好ましい。

窒化アルミニウム焼結体中の炭素含有量は、窒化アルミ
ニウム１００重量部に対して、０．００５重量部以上０
．５重量部以下の範囲内に限定される。この範囲の下限
値より少ない炭素含有量であると、高い熱伝導率を有す
る焼結体を得ることができなくなるからである。逆に、
この範囲の上限値を超えた炭素含有量であると、炭素が
焼成時において希土類アルミニウム酸化物の液相を還元
するため、液相を介した物質の移動が阻害され、結果的
に緻密な焼結体を得ることができないためである。

さらに、ＡｔＮ焼結体中のＡｔＮ結晶粒を十分粗大化さ
せ、同時に周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素化合物
粒子を微細に分散させることにより、熱伝導性に優れか
つ着色を呈するＡＬＮ焼結体が得られることが判明した
。この効果は、ＡｔＮ結晶粒の平均粒径が１．０μｍ以
上のときに顕著であり、２〜１５μｍの範囲内にあると
きに一層顕著である。ＡｔＮ結晶粒の平均粒径が１５μ
ｍを越えるようになると、熱伝導性の向上があまりなく
、着色の低下が生じる。また、周期律表■Ｂ１ＶＢ、Ｖ
ＩＢ族元素化合物粒子の平均粒径に対するＡＬＮ結晶粒
径の比（ＡｔＮ粒子／周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族
元素化合物粒子）が小さいと、熱伝導性に劣り、着色も
不十分であるため、２．０以上であることが好ましい。

この発明の１つの局面に従った高熱伝導性着色窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法によれば、まず、１００重量
部の窒化アルミニウムに、炭素を０．０１重量部以上５
重量部以下、酸化硼素を硼素単体に換算して１重量部以
下、希土類元素酸化物を希土類元素単体に換算して０．
０１重量部以上１５重量部以下、および周期律表ｒＶＢ
、ＶＢ。

ＶＩＢ族元素の酸化物、炭化物、窒化物からなる群より
選ばれた少なくとも１種をその元素単体に換算して０．
０１重量部以上１５重量部以下添加することにより混合
物が得られる。この混合物を所定の形状に成形して成形
体を得る。この成形体を、窒素を１０体積％以上含有す
る非酸化性の雰囲気中において１５００℃以上２１００
℃以下の温度で焼成する。

炭素の添加量は、添加される炭素の種類のほか、ＡＬＮ
原料粉末中の酸素量や焼成条件等も含めて総合的に決定
される。１００重量部の窒化アルミニウムに対して炭素
を０．０１重量部以上５重量部以下としたのは、上述の
理由と同様である。なお、添加炭素量の下限を０．０１
重量部とするのは、最終的に得られる窒化アルミニウム
焼結体中に存在する炭素量を０．００５重量部以上にす
るためである。

ここで用いられる炭素としては、カーボンブラックやコ
ークス、グラファイト粉末、ダイヤモンド粉末等を挙げ
ることができる。また、窒化アルミニウム未焼結体中に
均一に分散させること等を目的として、特定粒度、特定
比表面積、特定ＰＨ。

特定揮発成分等に限定して炭素を使用することが望まし
い。特に、２００ｍ２／ｇ以上のＢＥＴ値を有する微粉
のカーボンブラックを用いることは効果的である。ここ
で、ＢＥＴ値とは、吸着法によって測定された比表面積
の１つの値をいう。

焼成温度を１５００℃以上としたのは、その温度以下で
は、焼結体の緻密化速度が遅く、経済性の低下を招くた
めである。また、焼成温度が２１００℃を超えると、窒
化アルミニウムの分解・蒸発が顕著になるため緻密な焼
結体を得ることが困難になるからである。希土類アルミ
ニウム酸化物は、希土類元素酸化物と酸化アルミニウム
との反応により生成する。この希土類アルミニウム酸化
物の液相を介した物質移動により、ＡｔＮの粒成長が進
行する。そのため、この液相の発生温度、すなわち希土
類アルミニウム酸化物の融点が２１００℃以上であると
、ＡＩＮが分解・蒸発することにより、緻密な焼結体を
得ることは困難である。

炭素添加による着色窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導
化のメカニズムは以下のように考えられる。従来の方法
のように、周期律表４Ｂ、ＶＢ。

ＶＩＢ族元素の化合物を未焼結体中に添加して焼成した
場合、希土類アルミニウム酸化物の液相の窒化アルミニ
ウム粒子に対する濡れ性が悪い。また、周期律表ＩＶＨ
ＳＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物は、ＡｔＮ粒子に対して
濡れ性が悪いため、焼結体の粒界部分に存在し、焼結体
の着色化に寄与する。それと同時に、その一部は酸素を
伴ってＡｔＮ粒子内に固溶する。さらに、これらの元素
化合物が酸素を伴ってＡｔＮ粒子内に固溶し、かつ希土
類アルミニウム酸化物の液相に対するＡｔＮ粒子の濡れ
性か悪い場合には、ＡｔＮ粒子から酸素を希土類アルミ
ニウム酸化物の液相にトラップすることは困難である。

液相によりトラップされなかった酸素は、ＡＩＮ焼結体
粒子内に固溶し、ＡＩの酸窒化物（ＡＩ（ｖ３＋’／ａ
）　０ａ−ｘ　Ｎｘ　）　、スピネル（ＡＩ９０３Ｎ７
）、α−Ａ１２０３等を生成し、たとえ焼結体が緻密で
あっても熱伝導率を大幅に低下させることが知られてい
る。

これに対し、炭素を添加すると、周期律表ＩＶＢ。

ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物の一部がＡｔＮ粒子内に固
溶する際に伴われて同時にＡｔＮ粒子に固溶される酸素
を還元し、系外に除去する役割を炭素が有することが本
願発明者達によって明らかとなった。さらに驚くことに
、周期律表ｒＶＢ、ＶＢ。

ＶＩＢ族元素の化合物の固溶したＡｔＮ粒子に対する液
相の濡れ性が損われず、酸素のトラップが十分に行なわ
れるため、高熱伝導性の焼結体が得られる。これと同時
に、焼結体中に炭素が存在すると、その炭素は、焼結体
中を透過する可視光線を散乱し、焼結体の着色化に対し
ても有効である。

さらに、周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物
を添加することによってこの着色化の効果が失われるこ
とがないので、高熱伝導性でかつ着色の焼結体が得られ
るものと考えられる。

酸化硼素添加による着色窒化アルミニウム焼結体の着色
化のメカニズムは、以下のとおりである。

添加した酸化硼素の一部は、添加した周期律表■Ｂ、Ｖ
Ｂ、ＶＩＢ族元素の化合物と反応し、周期律表ＩＶＢ、
ＶＢ、ＶＩＢ族元素の硼化物や硼酸化物等を生成する。

これら周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の硼化物や
硼酸化物のバンドギャップは小さく、可視光領域にて光
吸収を起こす。そのため、これらの物質がＡＩＮ焼結体
中に存在すると、得られる焼結体は着色を呈するものと
考えられる。

添加する酸化硼素としては、酸化物のほか、焼成もしく
は加水分解等により酸化硼素を生じさせる化合物、たと
えば硼酸やトリエトキシボロン等の硼酸エステルを用い
ることができる。いずれを用いても、その添加効果に変
わりはない。さらに、その化合物の粒径が小さいほどＡ
ＩＮ焼結体の着色化に対して有効である。特に、０．０
５〜１μｍ程度の粒径を有するものが好ましく使用され
る。

また、酸化硼素の添加量が１重量部以下であるのは、そ
れより多いと焼成時に酸化硼素の揮発が顕著となり、焼
結体の緻密化を阻害し、熱伝導率の低下を招くためであ
る。

周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物としては
、酸化物、炭化物、窒化物のほか、焼成により上記化合
物を生じさせる化合物、たとえば周期律表ＩＶＢ、ＶＢ
、ＶＩＢ族元素の硝酸塩、蓚酸塩等の無機化合物やアル
コキシド等の有機金属化合物を用いてもその効果に変わ
りはない。さらにその化合物の粒径は小さいほど着色化
に対して有効である。特に０．０５〜１μｍ程度の粒径
を有するものが好ましく使用される。この化合物の粒径
は、使用されるＡｔＮ粉末の粒径の２０倍程度までであ
れば問題なく使用され得る。

この発明のもう１つの局面に従った高熱伝導性着色窒化
アルミニウム焼結体の製造方法によれば、まず、１００
重量部の窒化アルミニウムに、炭素を遊離する化合物を
遊離炭素量に換算して０．０１重量部以上５重量部以下
、酸化硼素を硼素単体に換算して１重量部以下、希土類
元素酸化物を希土類元素単体に換算して０．０１重量部
以上１５重量部以下、および周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、Ｖ
ＩＢ族元素の酸化物、炭化物、窒化物からなる群より選
ばれた少なくとも１種をその元素単体に換算して０．０
１重量部以上１５重量部以下添加して混合物を得る。こ
の混合物を所定の形状に成形し、成形体を得る。この成
形体を非酸化性の雰囲気中において１５０℃以上１５０
０℃以下の温度で加熱して炭素を遊離させる。その後、
その成形体を、窒素を１０体積％以上含有する非酸化性
雰囲気中において１５００℃以上２１００℃以下の温度
で焼成する。

炭素を遊離する化合物としては、脂肪酸化合物、芳香族
化合物を初めとする有機化合物やスチレン樹脂、アクリ
ル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂を初めとする高
分子化合物等を挙げることができる。本発明においては
、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルブチラール、ポリエチレンテレフタレート、グル
コース、フルクトースおよびサッカロースのいずれか１
種もしくはその混合物を用いるのが好ましい。

この第２の製造方法は、前述の第１の方法では未焼結体
中に炭素を含有させるのに対して、炭素を遊離する化合
物を含有させる点にその特徴がある。この第２の製造方
法によれば、未焼結体中に均一に分散させる炭素を遊離
する化合物を適宜選択することにより、得られる焼結体
中の炭素の分布を均一にし、焼結体の組成、色調等のむ
らを少なくすることができる。

この発明のさらにもう１つの局面に従った高熱伝導性着
色窒化アルミニウム焼結体の第３の製造方法によれば、
１００重量部の窒化アルミニウムに、酸化硼素を硼素単
体に換算して１重量部以下、希土類元素酸化物を希土類
元素単体に換算して０゜０１重量部以上１５重量部以下
、および周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の酸化物
、炭化物、窒化物からなる群より選ばれた少なくとも１
種をその元素単体に換算して０．０１重量部以上、１５
重量部以下添加して混合物を得る。この混合物を所定の
形状に成形し、成形体を得る。この成形体を、炭化水素
ガスを１０体積％以上９０体積％以下含み、かつ窒素を
１０体積％以上含む非酸化性の雰囲気中において１５０
０℃以上２１００℃以下の温度で焼成する。

炭化水素ガスは、酸素を化学反応により系外に除去する
目的で導入されるものである。そのため、炭素を含む還
元性ガスであればその効果に変わりはないが、本発明で
はメタンガス、エチレンガス、アセチレンガス、プロパ
ンガス、ブタンガスのいずれかを用いるのが好ましい。

前述の第１および第２の製造方法は、混合物を成形し、
その成形体に炭素もしくは炭素を遊離する化合物を添加
することにより、周期律表ＩＶＢ。

ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物の一部がＡｔＮ粒子内に固
溶する際に伴なう酸素を炭素との面相反応により系外に
除去する。これに対し、この第３の製造方法においては
、周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の化合物の一部
がＡｔＮ粒子内に固溶する際に伴う酸素を炭化水素ガス
との気相反応により系外に除去することにその特徴があ
る。これらの炭化水素ガスは、炭素や化合物より遊離し
た炭素に比べて反応性が高く、周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、
ＶＩＢ族元素の化合物の一部がＡｔＮ粒子内に固溶する
際に伴う酸素を効率良く短時間に還元し、系外に除去す
る。このため、比較的短い焼成パターンを用いた場合に
おいても、高い熱伝導率を有する着色窒化アルミニウム
焼結体を得ることができる。

さらに、東１および第２の製造方法では、炭素もしくは
炭素を遊離する化合物の分散状態によっては、焼結体の
組成、色調等にむらが生じる場合があるのに対し、この
第３の製造方法によればそのむらが生じる場合が極めて
少ない。

希土類元素酸化物を希土類元素単体に換算して０．０１
重量部以上１５重量部以下添加して、得られる窒化アル
ミニウム焼結体中に希土類アルミニウム酸化物を希土類
元素単体に換算して同一範囲内で含有させるのは、以下
の理由による。この範囲の下限値より少ないと、複合酸
化物としての希土類アルミニウム酸化物の液相の絶対量
が不十分であるため、緻密な焼結体を得ることができな
いためである。逆にこの範囲の上限値より多いと、過剰
な液相が焼結体表面にしみ出すため、得られる焼結体の
色調が斑点状等の不安定なものとなるなどの問題が生じ
るからである。

周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の酸化物、炭化物
、窒化物からなる群より選ばれた少なくとも１種を希土
類元素単体に換算して０．０１重量部以上１５重量部以
下添加し、得られる窒化アルミニウム焼結体中に同一範
囲内でその元素を含む化合物を含有させるのは以下の理
由による。この範囲の下限値より少ないと、得られる焼
結体の着色が不十分であるからである。逆に、この範囲
の上限値より多いと、複合酸化物としての希土類アルミ
ニウム酸化物の液相にこれらの元素の化合物が溶は込み
、ＡｔＮ粒子に対する濡れ性を著しく阻害するため緻密
な焼結体を得ることができないからである。

本発明による効果を得るためには、上述の成分のみを窒
化アルミニウムに添加するだけで十分であるが、未焼結
体の成形性を向上させるため、ＰＶＡ５ＰＶＢ、ＰＭＭ
Ａを初めとするアクリル樹脂、パラフィン等の公知のバ
インダを用いることも可能である。また、機械加工性等
の緒特性の向上のために、六方晶ＢＮをＡｔＮ１００重
量部に対し、最大５０重量部含んでもよい。

また、この発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法に
おいて所定の組成からなる混合物を成形する工程は、ド
クターブレード法、プレス成形法、ＣＩＰ　（Ｃｏｌｄ
　　１ｓｏｓｔａｔｉｃ　　ｐｒｅｓｓｉｎｇ）成形法
等のいずれの成形方法を採用してもよい。

このようにして得られた高熱伝導性着色窒化アルミニウ
ム焼結体は、従来より問題のあった熱伝導性と着色とに
ついて相反する要求を同時に解決したものである。この
窒化アルミニウム焼結体からなる基板の上にＩＣチップ
を搭載すると、ＩＣチップの発熱による温度上昇と外部
からの紫外線の透過を抑制することができる。その結果
、ＩＣの誤動作を低減させることができる。なお、基板
の形態としては、従来より広く知られているＤＩＰ（Ｄ
ｕａｌ−ｉｎ−１ｉｎｅ　　ｐａｃｋａｇｅ）、ＬＣＣ
（ｌｅａｄｌｅｓｓ　　ｃｈｉｐ　　ｃａｒｒ　ｉ　ｅ
　ｒ）　、フラットパッケージ、ＰＧＡ　（ｐ　ｉｎ　
　ｇｒｉｄ　　ａｒｒａｙ）、サークワットパッケージ
、ハイブリッドパッケージ、マザーボード等を用いるこ
とができる。これらのいずれの形態においても基板の高
熱伝導性かつ着色という特性が損われることはない。さ
らに、これらの形態で基板材料として本発明の窒化アル
ミニウム焼結体を用いる場合、タングステン等により構
成される導体層やガラスにより構成される封着層、ある
いは薄膜回路を備えるのが一般的である。この発明の窒
化アルミニウム焼結体を用いて基板を構成しても、導体
層、封着層、薄膜回路のもたらす効果が損われることは
ない。

［実施例コ 実施例１ 平均粒径１μｍのＡｔＮ粉末１００重量部に対して、Ｂ
ＥＴ値が５００ｍ２／ｇのカーボンブラック１重量部、
Ｂ２Ｏ３を硼素単体に換算して０゜５重量部、酸化イツ
トリウムをイツトリウム単体に換算して１重量部、酸化
チタンをチタン単体に換算して１重量部添加した。この
粉末に結合剤と可塑剤と解膠剤と溶剤と湿潤剤と静電防
止剤とを加えた後、ボールミルによって混合した。可塑
剤としては、ジブチルフタレート（Ｄ、Ｂ、Ｐ、’）、
ベンジルブチルフタレート（Ｂ、Ｂ、Ｐ、）の混合物が
用いられた。解膠剤としてはメンヘンデン魚油を用いた
。溶剤とてはトリクロロエチレン、エチルアルコール、
メチルエチルケトンの混合物が用いられた。湿潤剤とし
ては、モノオレイン酸グリセリンが用いられた。このよ
うにしてスラリーが作製された。このスラリーを脱泡し
、さらにドクターブレード法によりＡｔＮのグリーンシ
ートを作製した。

このグリーンシートを窒素雰囲気中で１８００℃の温度
において３時間焼成することにより、黒色を呈する焼結
体を得た。

この焼結体の常温における熱伝導率をレーサフラッシュ
法により測定を行なったところ、その熱伝導率は１５５
Ｗ／ｍ・Ｋであった。

さらに、焼結体中の炭素含有量、硼素含有量、イツトリ
ウム含有量、チタン含有量を測定したところ、それぞれ
ＡｔＮ１００重量部に対して０゜０３重量部、０．３６
重量部、０．８９重量部、０．８３重量部であった。こ
のようにして得られた窒化アルミニウム焼結体を第１表
および第２表において試料番号１の試料とした。

同様に第１表に示される組成に従って配合を行ない、ド
クターブレード法によって成形体を作製し、１５００〜
２１００℃の範囲内の温度で焼成した。このようにして
得られた各焼結体の色調、熱伝導率、焼結体中の炭素含
有量、硼素含有量、イツトリウム含有量、周期律表ＴＶ
Ｂ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の含有量（添加物含有量）は第
２表に示されている。

また、ＡＬＮ焼結体中のＡＬＮ結晶粒およびＴｉ化合物
粒子の平均粒径を測定するため、ＡｔＮ焼結体破面を走
査型電子顕微鏡にて観察を行った。

その結果、それぞれ５．４μｍおよび０．３μｍであり
、その比（ＡｔＮ粒子／Ｔｉ化合物粒子）は１８であっ
た。

比較例１ 第３表に示される組成に従って配合し、上記実施例と同
様の方法でドクターブレード法によって成形体を作製し
た後、１５００〜２１００℃の範囲内の温度で焼成した
。

これによって得られた各焼結体の色調、熱伝導率、焼結
体中の炭素含有量、硼素含有量、イツトリウム含有量、
周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の含有量（添加物
含有量）は、第４表に示されている。

実施例２ 平均粒径１μｍのＡＬＮ粉末１００重量部に、炭素を遊
離する化合物としてポリビニルアルコールを所定量、Ｂ
２Ｏ３を硼素単体に換算して０゜５重量部、酸化イツト
リウムをイツトリウム単体に換算して１重量部、酸化チ
タンをチタン単体に換算して１重量部添加した。この粉
末に、結合剤、可塑剤、溶剤、湿潤剤をボールミルによ
り混合した。結合剤としては、エチレンビニルアセテー
ト（ＥＶＡ）とポリプロピレン（Ｐ　Ｐ）の混合物が用
いられた。可塑剤としては、ジブチルフタレー）　（Ｄ
、　　Ｂ、　　Ｐ、　）ベンジルブチルフタレート（Ｂ
、　　Ｂ、　　Ｐ、　）の混合物が用いられた。溶剤と
してはブチルアルコールが用いられた。このようにして
得られたスラリーをスプレードライ乾燥により造粒した
後、１ｔｏｎ／ｃｍ２圧力下においてプレス成形した。

得られた成形体を窒素雰囲気中において１０００℃の温
度で２時間熱処理することにより炭素を遊離させた。こ
のときの遊離炭素量は、ＡｌＮ１００重量部に対して０
．８６重量部であった。その後、この成形体を窒素雰囲
気中において２０００℃の温度で５時間焼成することに
より、黒色を呈する焼結体が得られた。

得られた焼結体を実施例１と同様の方法によって常温に
おける熱伝導率、焼結体中の炭素含有量、硼素含有量、
イツトリウム含有量、チタン含有量を測定した。その結
果、熱伝導率は１６　ＱＷ／ｍ・Ｋであり、各成分の含
有量は、それぞれＡｔＮ１００重量部に対して０．０３
重量部、０．４３重量部、０．８７重量部、０．８６重
量部であった。このようにして得られた窒化アルミニウ
ムの焼結体は、第５表、第６表および第７表において試
料番号３５として示されている。

同様にして第５表に示される組成に従って配合を行ない
、プレス成形法によって成形体を作製した。各成形体を
、第６表に示される条件に従って熱処理を行ない、炭素
を遊離させた。熱処理後のＡｔＮ１００重量部に対する
炭素量は第６表に示されている。このように熱処理され
た各成形体は１５００〜２１００℃の範囲内の温度で焼
成された。

このようにして得られた各焼結体の色調、熱伝導率、焼
結体中の炭素含有量、硼素含有量、イツトリウ含有量、
周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の含有量（添加物
含有量）は第７表に示されている。

実施例３ 平均粒径１μｍのＡｔＮ粉末１００重量部に、酸化イツ
トリウムをイツトリウム単体に換算して１重量部、酸化
チタンをチタン単体に換算して１重量部添加した。この
粉末に解膠剤としてオクタジエンを加えた後、メチルイ
ソブチルケトン中においてボールミルを用いて混合した
。このようにして得られたスラリーを２３０℃の温度に
おいて乾燥し、ＣＩＰ成形法を用いて成形体を作製した
。

この成形体を、３０体積％のブタンガスを含み、その残
部がアンモニアガスである非酸化性雰囲気中において温
度１８００℃で１時間焼成した。これにより黒色を呈す
る焼結体が得られた。

得られた焼結体を実施例１と同様の方法によって常温に
おける熱伝導率、焼結体中の炭素含有量、硼素含有量、
イツトリウム含有量、チタン含有量が測定された。その
結果、熱伝導率は１５５Ｗ／ｍ・Ｋであり、各成分の含
有量は、それぞれＡｔＮ１００重量部に対して０．０２
重量部、０．３６重量部、０．８３重量部、０．８７重
量部てあった。この窒化アルミニウム焼結体は、第８表
、第９表および第１０表において試料番号５９の試料と
して示されている。

同様にして、第８表に示される組成に従って配合を行な
い、ＣＩＰ成形法によって成形体を作製した。各成形体
を第９表に示される組成を有する非酸化性雰囲気中にお
いて１５００〜２１００℃の範囲内の温度で焼成した。

このようにして得られた各焼結体の色調、熱伝導率、焼
結体中の炭素含有量、硼素含有量、イツトリウム含有量
、周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素の含有量（添加
物含有量）は第１０表に示されている。

実施例４ 平均粒径１μｍのＡｔＮ粉末１００重量部に六方晶ＢＮ
を２０重量部、ＢＥＴ値が２５０ｍ２／ｇのカーボンブ
ラックを１重量部、酸化スカンジウムをスカンジウムに
換算して１重量部、酸化チタンをチタン単体に換算して
１重量部添加した。

この粉末に結合剤、可塑剤、溶剤および湿潤剤を加えて
ボールミルにより混合した。結合剤とじては、エチレン
ビニルアセテート（ＥＶＡ）とポリプロピレン（Ｐ　Ｐ
）の混合物が用いられた。可塑剤としては、ジブチルフ
タレート（Ｄ、Ｂ、Ｐ、　）とベンジルブチルフタレー
ト（Ｂ、Ｂ、Ｐ、）の混合物が用いられた。溶剤として
はブチルアルコールが用いられた。このようにして得ら
れたスラリーをスプレードライ乾燥により造粒した後、
１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレス成形した。この成形体
を窒素雰囲気中において１９００℃の温度で２時間焼成
した。これにより黒色を呈する焼結体が得られた。

得られた焼結体を実施例１と同様の方法によって常温に
おける熱伝導率、焼結体中の炭素含有量、硼素含有量、
スカンジウム含有量、チタン含有量を測定した。その結
果、熱伝導率は１３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、各成分の含有
量はそれぞれ、ＡｔＮ１００重量部に対して０．０３重
量部、０．３８重量部、０．８３重量部、０．８２重量
部であった。この窒化アルミニウム焼結体は、第１１表
および第１２表において試料番号８６の試料とじて示さ
れている。

同様にして、周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素を含
む化合物としてルチル型結晶を有する酸化チタンを用い
、第１１表に示される組成に従って配合を行ない、プレ
ス成形法によって成形体を作製した。各成形体を１５０
０〜２１００℃の範囲内の温度で焼成した。

このようにして得られた各焼結体の色調、熱伝導率、焼
結体中の炭素含有量、硼素含有量、希土類元素含有量、
チタン含有量は第１２表に示されている。

実施例５ 周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素を含む化合物とし
て酸化タングステンを用い、第１３表に示される組成に
従って配合を行ない、実施例１と同様のドクターブレー
ド法によって成形体を作製した。

各成形体を１５００〜２１００℃の範囲内の温度で焼成
した。

このようにして得られた各焼結体の色調、熱伝導率、焼
結体中の炭素含有量、硼素含有量、希土類元素含有量、
タングステン含有量は第１４表に示されている。

比較例２ 周期律表ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ族元素を含む化合物とし
て酸化タングステンを用い、第１５表に示される組成に
従って配合を行ない、実施例１と同様のドクターブレー
ド法によって成形体を作製した。

各成形体を１５００〜２１００℃の範囲内の温度で焼成
した。

このようにして得られた焼結体の色調、熱伝導率、焼結
体中の炭素含有量、硼素含有量、希土類元素含有量、タ
ングステン含有量は第１６表に示されている。

以上の各実施例と比較例によって得られた試料の熱伝導
率と色調とを比較すると、本発明に従った試料において
は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を示し、かつ灰色ま
たは黒色の着色を呈したのに対し、比較例の試料におい
ては、黒色の着色を呈したものでは１００Ｗ／ｍ・Ｋ未
満の熱伝導率を示し、１００Ｗ／ｍ−Ｋを超える熱伝導
率を示したものは白色または斑点状の着色しか得られな
かった。

（以下余白） 茎！５長 蔦９表 不１３表 ［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、着色を呈し、かつ優
れた熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体を得るこ
とができる。この発明の窒化アルミニウム焼結体は、Ｉ
Ｃパッケージ材料や基板材料等の電子材料として有用で
あり、この工業的価値は高いものである。

特許出願人　住友電気工業株式会社 代理人　弁理士　深見久部、゛パ１ツ＝ゝ　、、−一・ （ほか２名）で−二 手 続 補 正 書 平成３年５月９日 １、事件の表示 平成２年特許願第 号 ２、発明の名称 高熱伝導性着色窒化アルミニウム焼結体およびその製造
方法３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　大阪市中央区北浜四丁目５番３３号名　称　　
（２１３）住友電気工業株式会社想者　用上哲部 ４、代理人 住　所　大阪市北区南森町２丁目１番２９号　住友銀行
南森町ビル６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１）　明細書第１８頁第１行の「酸化硼素の添加量が
１重量部以下である」を「酸化硼素の添加量が硼素単体
換算で１重量部以下である」に補正する。

以上

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウムを１００重量部、炭素を０．０
   ０５重量部以上０．５重量部以下、硼素化合物を硼素単
   体に換算して１重量部以下、希土類アルミニウム酸化物
   を希土類元素単体に換算して０．０１重量部以上１５重
   量部以下、および周期律表IVＢ、ＶＢ、VIＢ族元素を含
   む化合物からなる群より選ばれた少なくとも１種をその
   元素単体に換算して０．０１重量部以上１５重量部以下
   、含み、その熱伝導率が常温において１００Ｗ／ｍ・Ｋ
   以上２７０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、高熱伝導性着色窒化
   アルミニウム焼結体。
2. （２）前記希土類元素は、スカンジウム、イットリウム
   、ランタンおよびセリウムのいずれかである、請求項１
   に記載の高熱伝導性着色窒化アルミニウム焼結体。
3. （３）窒化アルミニウム焼結体破面において、窒化アル
   ミニウム結晶粒の平均粒径が２〜１５μｍであり、かつ
   周期律表IVＢ、ＶＢ、VIＢ族元素化合物粒子の平均粒径
   に対する比が２．０以上である、請求項１に記載の高熱
   伝導性着色窒化アルミニウム焼結体。
4. （４）１００重量部の窒化アルミニウムに、炭素を０．
   ０１重量部以上５重量部以下、酸化硼素を硼素単体に換
   算して１重量部以下、希土類元素酸化物を希土類元素単
   体に換算して０．０１重量部以上１５重量部以下、およ
   び周期律表IVＢ、ＶＢ、VIＢ族元素の酸化物、炭化物、
   窒化物からなる群より選ばれた少なくとも１種をその元
   素単体に換算して０．０１重量部以上１５重量部以下、
   添加し、混合物を得る工程と、 前記混合物を所定の形状に成形し、成形体を得る工程と
   、 前記成形体を、窒素を１０体積％以上含有する非酸化性
   の雰囲気中において１５００℃以上２１００℃以下の温
   度で焼成する工程とを備えた、高熱伝導性着色窒化アル
   ミニウム焼結体の製造方法。
5. （５）１００重量部の窒化アルミニウムに、炭素を遊離
   する化合物を遊離炭素量に換算して０．０１重量部以上
   ５重量部以下、酸化硼素を硼素単体に換算して１重量部
   以下、希土類元素酸化物を希土類元素単体に換算して０
   ．０１重量部以上１５重量部以下、および周期律表IVＢ
   、ＶＢ、VIＢ族元素の酸化物、炭化物、窒化物からなる
   群より選ばれた少なくとも１種をその元素単体に換算し
   て０．０１重量部以上１５重量部以下、添加し、混合物
   を得る工程と、 前記混合物を所定の形状に成形し、成形体を得る工程と
   、 前記成形体を非酸化性の雰囲気中において１５０℃以上
   １５００℃以下の温度で炭素を遊離させる工程と、 前記成形体を、窒素を１０体積％以上含有する非酸化性
   の雰囲気において１５００℃以上２１００℃以下の温度
   で焼成する工程とを備えた、高熱伝導性着色窒化アルミ
   ニウム焼結体の製造方法。
6. （６）前記炭素を遊離する化合物は、ポリアクリルニト
   リル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、
   ポリエチレンテレフタレート、グルコース、フルクトー
   スおよびサッカロースからなる群より選ばれた少なくと
   も１種である、請求項４に記載の高熱伝導性着色窒化ア
   ルミニウム焼結体の製造方法。
7. （７）１００重量部の窒化アルミニウムに、酸化硼素を
   硼素単体に換算して１重量部以下、希土類元素酸化物を
   希土類元素単体に換算して０．０１重量部以上１５重量
   部以下、および周期律表IVＢ、ＶＢ、VIＢ族元素の酸化
   物、炭化物、窒化物からなる群より選ばれた少なくとも
   １種をその元素単体に換算して０．０１重量部以上１５
   重量部以下、添加し、混合物を得る工程と、 前記混合物を所定の形状に成形し、成形体を得る工程と
   、 前記成形体を、炭化水素ガスを１０体積％以上９０体積
   ％以下含み、かつ窒素を１０体積％以上含む非酸化性の
   雰囲気中において１５００℃以上２１００℃以下の温度
   で焼成する工程とを備えた、高熱伝導性着色窒化アルミ
   ニウム焼結体の製造方法。
8. （８）前記炭化水素ガスは、メタンガス、エチレンガス
   、アセチレンガス、プロパンガスおよびブタンガスのい
   ずれかである、請求項６に記載の高熱伝導性着色窒化ア
   ルミニウム焼結体の製造方法。