JPH057349B2 - - Google Patents
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- JPH057349B2 JPH057349B2 JP60040755A JP4075585A JPH057349B2 JP H057349 B2 JPH057349 B2 JP H057349B2 JP 60040755 A JP60040755 A JP 60040755A JP 4075585 A JP4075585 A JP 4075585A JP H057349 B2 JPH057349 B2 JP H057349B2
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- nitrides
- aluminum nitride
- fluorides
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Description
産業上の利用分野
この発明は窒化アルミニウム焼結体及びその製
造方法に係り、更に詳しくは、緻密質で熱伝導
性、絶縁性、誘電率などの実用上の諸特性に優れ
ている窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
に関する。 従来の技術 窒化アルミニウム（AlN）焼結体は、高熱伝
導性、高絶縁性を有するなど、半導体工業におい
て、絶縁材料、あるいはパツケージ材料として注
目を集めつつある。 ところで、AlN単独で焼結体を製造する場合、
AlN自体の焼結体が良くなる為、AlN粉末を成
形後、焼結して得られるAlN焼結体の相対密度
（AlN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％しか示さな
い。また、その為、ホツトプレスを用いる加圧焼
結も試みられたが、良好な結果は得られていな
い。 一般にフオノン伝導を主体とする窒化アルミニ
ウム焼結体の如き絶縁性セラミツクスでは、気
孔、不純物等の欠陥によりフオノン散乱が生じ、
熱伝導率が低減する。 一方、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チツプサイズの
向上も寄与しており、ICチツプサイズの向上に
伴つてパツケージ当りの発熱量が増大している。
このため基板材料の放熱性が重要視されるように
なつてきた。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
十分であり、ICチツ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基板が使
用されているベリリアは毒性が強く取扱いが難し
いという欠点がある。 以上の様な技術的背景から、高絶縁性を有する
窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導化、すなわち
高密度化が望まれるものである。 発明が解決すべき課題 本発明の目的は、緻密質で高熱伝導率の窒化ア
ルミニウム焼結体およびその製造方法を提供する
ことにある。さらに詳細には本発明の目的は、半
導体の絶縁材料あるいはパツケージ材料として好
適に使用できる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にある。 課題を解決するための手段 本発明者らは、上記の従来技術の問題点に鑑み
て、窒化アルミニウム焼結体に対し種々検討を行
い、その結果、Ｙ、Sc、La、Ce、Smなどの周
期律表ａ族系列元素の窒化物とａ、ａ族元
素の酸化物、フツ化物の添加が窒化アルミニウム
の焼結性を向上させ、緻密質の焼結体の実現に有
効であること、また、焼結体の熱伝導率の向上に
有効であることを見い出したものである。 すなわち、本発明に従うと、周期律表ａ族系
列元素の窒化物から選ばれた少なくとも１種類の
粉末とａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元
素の窒化物、酸化物、フツ化物のうち１種または
２種以上をａ族元素の窒化物と併せて0.1〜
5.0wt％含む窒化アルミニウムの混合粉末から焼
結されたことを特徴とする、緻密質で熱伝導性の
優れた窒化アルミニウム焼結体が提供される。 さらに本発明に従うと、周期律表ａ族系列元
素、すなわちＹ、Sc、La、Ce、Smなどの元素
の窒化物から選ばれた少なくとも１種類の粉末と
ａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元素の窒
化物、酸化物、フツ化物のうち１種または２種以
上をａ族元素の窒化物と併せて0.1〜5.0wt％含
む窒化アルミニウムの混合粉末を成形し、ついで
1500〜2200℃の温度で、非酸化性雰囲気中で焼結
することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の
製造方法が提供される。 上記非酸化性雰囲気は、真空、窒素ガス、水素
ガス、一酸化炭素ガス、アルゴンガス、ヘリウム
ガスより成る群から選ばれた１種または２種以上
の雰囲気である。 本発明により製造された窒化アルミニウム焼結
体は93％以上の相対密度を示し、室温における熱
伝導率は80W／ｍ・Ｋ以上である。 発明の作用 次に本発明の窒化アルミニウム焼結体の成分範
囲の限定理由およびその製造方法の条件限定理由
を説明する。 周期律表ａ族系列元素の窒化物とａ族元素
の酸化物、フツ化物、ａ族元素の窒化物、酸化
物、フツ化物のうち１種または２種以上をａ族
元素の窒化物と併せて0.1〜5.0wt％の混合割合と
したのは、0.1wt％未満では、添加効果がなく、
十分に緻密な焼結体が得られず、また、5.0wt％
を超えると、得られる焼結体の熱伝導率が低下す
る傾向を示すためである。 焼結温度は1500〜2200℃としたのは、1500℃未
満では、十分に焼結が行われないためである。窒
化アルミニウムの焼結に関しては、焼結温度は高
い方が望ましいが、2200℃以上では、窒化アルミ
ニウムの分散反応が著しい促進され、焼結体の重
量減少が大きくなる。 例えばＹ、La、Sc、Sm、Ceなどの周期律表
ａ族系列元素の窒化物とａ族元素の酸化物、
フツ化物、ａ族元素の窒化物、酸化物、フツ化
物のうち１種または２種以上の添加により、窒化
アルミニウムの焼結性が向上する機構は明らかで
はないが、周期律表ａ族系列元素の窒化物と
ａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元素の窒化
物、酸化物、フツ化物のうち１種または２種以上
が添加された場合その複合効果によつて窒化アル
ミニウムの固相焼結が促進されるためと考えられ
る。 また、後記の実施例で示されるように、熱伝導
率は、無添加の窒化アルミニウムの焼結体に比べ
最高３倍強の増加を示している。これは、窒化ア
ルミニウム焼結体の緻密化が促進されるためと考
えられるが、熱伝導率が向上する機構の詳細は明
らかではない。 以下、本発明の実施例により説明するが、この
実施例は本発明の範囲を何等制限するものではな
いことは勿論である。 実施例 窒化アルミニウム粉末（平均粒径１〜3μｍ）
に平均粒径0.5μｍの窒化イツトリウム粉末及び、
酸化イツトリウム、フツ化イツトリウお、酸化カ
ルシウム、窒化カルシウム、フツ化カルシウムの
中から選ばれた少なくとも１種類以上の粉末を加
えた混合粉末を2t／cm2のプレス圧で予備成型し、
1800℃、３時間常圧焼結（N2雰囲気、1.0気圧）
を行つた。 得られた焼結体の密度は表１に示すように、焼
結体実測値で93％以上に改善され、これによつて
焼結体肌実測値で熱伝導率はいずれも80W／ｍ・
Ｋ以上であつた。
造方法に係り、更に詳しくは、緻密質で熱伝導
性、絶縁性、誘電率などの実用上の諸特性に優れ
ている窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
に関する。 従来の技術 窒化アルミニウム（AlN）焼結体は、高熱伝
導性、高絶縁性を有するなど、半導体工業におい
て、絶縁材料、あるいはパツケージ材料として注
目を集めつつある。 ところで、AlN単独で焼結体を製造する場合、
AlN自体の焼結体が良くなる為、AlN粉末を成
形後、焼結して得られるAlN焼結体の相対密度
（AlN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％しか示さな
い。また、その為、ホツトプレスを用いる加圧焼
結も試みられたが、良好な結果は得られていな
い。 一般にフオノン伝導を主体とする窒化アルミニ
ウム焼結体の如き絶縁性セラミツクスでは、気
孔、不純物等の欠陥によりフオノン散乱が生じ、
熱伝導率が低減する。 一方、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チツプサイズの
向上も寄与しており、ICチツプサイズの向上に
伴つてパツケージ当りの発熱量が増大している。
このため基板材料の放熱性が重要視されるように
なつてきた。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
十分であり、ICチツ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基板が使
用されているベリリアは毒性が強く取扱いが難し
いという欠点がある。 以上の様な技術的背景から、高絶縁性を有する
窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導化、すなわち
高密度化が望まれるものである。 発明が解決すべき課題 本発明の目的は、緻密質で高熱伝導率の窒化ア
ルミニウム焼結体およびその製造方法を提供する
ことにある。さらに詳細には本発明の目的は、半
導体の絶縁材料あるいはパツケージ材料として好
適に使用できる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にある。 課題を解決するための手段 本発明者らは、上記の従来技術の問題点に鑑み
て、窒化アルミニウム焼結体に対し種々検討を行
い、その結果、Ｙ、Sc、La、Ce、Smなどの周
期律表ａ族系列元素の窒化物とａ、ａ族元
素の酸化物、フツ化物の添加が窒化アルミニウム
の焼結性を向上させ、緻密質の焼結体の実現に有
効であること、また、焼結体の熱伝導率の向上に
有効であることを見い出したものである。 すなわち、本発明に従うと、周期律表ａ族系
列元素の窒化物から選ばれた少なくとも１種類の
粉末とａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元
素の窒化物、酸化物、フツ化物のうち１種または
２種以上をａ族元素の窒化物と併せて0.1〜
5.0wt％含む窒化アルミニウムの混合粉末から焼
結されたことを特徴とする、緻密質で熱伝導性の
優れた窒化アルミニウム焼結体が提供される。 さらに本発明に従うと、周期律表ａ族系列元
素、すなわちＹ、Sc、La、Ce、Smなどの元素
の窒化物から選ばれた少なくとも１種類の粉末と
ａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元素の窒
化物、酸化物、フツ化物のうち１種または２種以
上をａ族元素の窒化物と併せて0.1〜5.0wt％含
む窒化アルミニウムの混合粉末を成形し、ついで
1500〜2200℃の温度で、非酸化性雰囲気中で焼結
することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の
製造方法が提供される。 上記非酸化性雰囲気は、真空、窒素ガス、水素
ガス、一酸化炭素ガス、アルゴンガス、ヘリウム
ガスより成る群から選ばれた１種または２種以上
の雰囲気である。 本発明により製造された窒化アルミニウム焼結
体は93％以上の相対密度を示し、室温における熱
伝導率は80W／ｍ・Ｋ以上である。 発明の作用 次に本発明の窒化アルミニウム焼結体の成分範
囲の限定理由およびその製造方法の条件限定理由
を説明する。 周期律表ａ族系列元素の窒化物とａ族元素
の酸化物、フツ化物、ａ族元素の窒化物、酸化
物、フツ化物のうち１種または２種以上をａ族
元素の窒化物と併せて0.1〜5.0wt％の混合割合と
したのは、0.1wt％未満では、添加効果がなく、
十分に緻密な焼結体が得られず、また、5.0wt％
を超えると、得られる焼結体の熱伝導率が低下す
る傾向を示すためである。 焼結温度は1500〜2200℃としたのは、1500℃未
満では、十分に焼結が行われないためである。窒
化アルミニウムの焼結に関しては、焼結温度は高
い方が望ましいが、2200℃以上では、窒化アルミ
ニウムの分散反応が著しい促進され、焼結体の重
量減少が大きくなる。 例えばＹ、La、Sc、Sm、Ceなどの周期律表
ａ族系列元素の窒化物とａ族元素の酸化物、
フツ化物、ａ族元素の窒化物、酸化物、フツ化
物のうち１種または２種以上の添加により、窒化
アルミニウムの焼結性が向上する機構は明らかで
はないが、周期律表ａ族系列元素の窒化物と
ａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元素の窒化
物、酸化物、フツ化物のうち１種または２種以上
が添加された場合その複合効果によつて窒化アル
ミニウムの固相焼結が促進されるためと考えられ
る。 また、後記の実施例で示されるように、熱伝導
率は、無添加の窒化アルミニウムの焼結体に比べ
最高３倍強の増加を示している。これは、窒化ア
ルミニウム焼結体の緻密化が促進されるためと考
えられるが、熱伝導率が向上する機構の詳細は明
らかではない。 以下、本発明の実施例により説明するが、この
実施例は本発明の範囲を何等制限するものではな
いことは勿論である。 実施例 窒化アルミニウム粉末（平均粒径１〜3μｍ）
に平均粒径0.5μｍの窒化イツトリウム粉末及び、
酸化イツトリウム、フツ化イツトリウお、酸化カ
ルシウム、窒化カルシウム、フツ化カルシウムの
中から選ばれた少なくとも１種類以上の粉末を加
えた混合粉末を2t／cm2のプレス圧で予備成型し、
1800℃、３時間常圧焼結（N2雰囲気、1.0気圧）
を行つた。 得られた焼結体の密度は表１に示すように、焼
結体実測値で93％以上に改善され、これによつて
焼結体肌実測値で熱伝導率はいずれも80W／ｍ・
Ｋ以上であつた。
【表】
【表】
発明の効果
以上に説明の如く本発明は、周期律表ａ族系
列元素の窒化物から選ばれた少なくとも１種類の
粉末とａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元
素の窒化物、酸化物、フツ化物のうち１種または
２種以上をａ族元素の窒化物と併せて0.1〜
5.0wt％含む窒化アルミニウムの混合粉末を成形
し、次いで1500〜2200℃の温度で非酸化性雰囲気
中で焼結することを特徴とし、本発明により得ら
れた窒化アルミニウム焼結体は、緻密質であり、
そのため熱伝導性、絶縁性、誘電特性などに優
れ、半導体の絶縁材料、あるいはパツケージ材料
として有用である。 本発明の窒化アルミニウム焼結体は、サーデイ
ツプ用基板、サーパツク用基板、ハイブリツド
IC用基板等のIC基板のみならず、パワートラン
ジスタ、パワーダイオードおよびレーザダイオー
ド用のヒートシンクとして、更にレーザーデイス
ク、或いはマイカ代替としての絶縁性薄板として
好適に利用できる。
列元素の窒化物から選ばれた少なくとも１種類の
粉末とａ族元素の酸化物、フツ化物、ａ族元
素の窒化物、酸化物、フツ化物のうち１種または
２種以上をａ族元素の窒化物と併せて0.1〜
5.0wt％含む窒化アルミニウムの混合粉末を成形
し、次いで1500〜2200℃の温度で非酸化性雰囲気
中で焼結することを特徴とし、本発明により得ら
れた窒化アルミニウム焼結体は、緻密質であり、
そのため熱伝導性、絶縁性、誘電特性などに優
れ、半導体の絶縁材料、あるいはパツケージ材料
として有用である。 本発明の窒化アルミニウム焼結体は、サーデイ
ツプ用基板、サーパツク用基板、ハイブリツド
IC用基板等のIC基板のみならず、パワートラン
ジスタ、パワーダイオードおよびレーザダイオー
ド用のヒートシンクとして、更にレーザーデイス
ク、或いはマイカ代替としての絶縁性薄板として
好適に利用できる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 周期律表ａ族系列元素の窒化物の少なくと
も１種類の粉末と、ａ族元素の酸化物、フツ化
物、ａ族元素の窒化物、酸化物、フツ化物のう
ち１種または２種以上をａ族元素の窒化物と併
せて0.1〜5.0重量％とAlN粉末とを混合調製した
混合粉末から焼結されたことを特徴とする窒化ア
ルミニウム焼結体。 ２ 周期律表ａ族系列元素の窒化物の少なくと
も１種類の粉末と、ａ族元素の酸化物、フツ化
物、ａ族元素の窒化物、酸化物、フツ化物のう
ち１種または２種以上をａ族の窒化物と併せて
0.1〜5.0重量％とAlN粉末とを混合調製した混合
粉末を成形し、次いで1500〜2200℃の温度で真
空、窒素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガス、アル
ゴンガス、ヘリウムガスより成る群から選ばれた
１種または２種以上の非酸化性雰囲気中で焼結す
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040755A JPS61201669A (ja) | 1985-03-01 | 1985-03-01 | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60040755A JPS61201669A (ja) | 1985-03-01 | 1985-03-01 | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201669A JPS61201669A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH057349B2 true JPH057349B2 (ja) | 1993-01-28 |
Family
ID=12589439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60040755A Granted JPS61201669A (ja) | 1985-03-01 | 1985-03-01 | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61201669A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712981B2 (ja) * | 1985-03-13 | 1995-02-15 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPS61205670A (ja) * | 1985-03-07 | 1986-09-11 | 住友電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JP2565305B2 (ja) * | 1985-10-31 | 1996-12-18 | 京セラ株式会社 | 高熱伝導性窒化アルミニウム質焼結体及びその製造法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4547471A (en) * | 1983-11-18 | 1985-10-15 | General Electric Company | High thermal conductivity aluminum nitride ceramic body |
| JPH0660059B2 (ja) * | 1984-12-17 | 1994-08-10 | ティーディーケイ株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
| JPS61183174A (ja) * | 1985-02-08 | 1986-08-15 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体 |
-
1985
- 1985-03-01 JP JP60040755A patent/JPS61201669A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61201669A (ja) | 1986-09-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |