JPH06227867A - 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法Info
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- JPH06227867A JPH06227867A JP5042270A JP4227093A JPH06227867A JP H06227867 A JPH06227867 A JP H06227867A JP 5042270 A JP5042270 A JP 5042270A JP 4227093 A JP4227093 A JP 4227093A JP H06227867 A JPH06227867 A JP H06227867A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を大幅に
改善向上させ、半導体用の放熱板材料や基板材料等とし
て好適な高熱伝導率の窒化アルミニウム焼結体を提供す
る。 【構成】 焼結後１５００℃までの降温速度を５℃／分
以下とすることにより製造され、焼結体中の窒化アルミ
ニウム結晶が、ウルツ鉱型六方晶系に属する前記結晶の
単位格子の３つの稜であるａ軸、ｂ軸及びｃ軸のうち、
ａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａが窒化アルミニウム結晶の
中央付近で１.０００であり、且つ粒界相近傍付近で０.
９９７〜１.００３の範囲内にある窒化アルミニウム焼
結体。
改善向上させ、半導体用の放熱板材料や基板材料等とし
て好適な高熱伝導率の窒化アルミニウム焼結体を提供す
る。 【構成】 焼結後１５００℃までの降温速度を５℃／分
以下とすることにより製造され、焼結体中の窒化アルミ
ニウム結晶が、ウルツ鉱型六方晶系に属する前記結晶の
単位格子の３つの稜であるａ軸、ｂ軸及びｃ軸のうち、
ａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａが窒化アルミニウム結晶の
中央付近で１.０００であり、且つ粒界相近傍付近で０.
９９７〜１.００３の範囲内にある窒化アルミニウム焼
結体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導率に優れた窒化
アルミニウム(ＡｌＮ)焼結体及びその製造方法に関す
る。
アルミニウム(ＡｌＮ)焼結体及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化アルミニウムは電気絶縁性で熱伝導
率が極めて大きいという特徴を有するため、電力用トラ
ンジスタの放熱板等のベリリア(ＢｅＯ)代替品としての
ほか、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)に代わる半導体用の基板やパ
ッケージ材料、或はレーザー管等として窒化アルミニウ
ム焼結体が使用されている。
率が極めて大きいという特徴を有するため、電力用トラ
ンジスタの放熱板等のベリリア(ＢｅＯ)代替品としての
ほか、アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)に代わる半導体用の基板やパ
ッケージ材料、或はレーザー管等として窒化アルミニウ
ム焼結体が使用されている。
【０００３】窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が他の
セラミックスに比較して極めて高いといっても、実際に
工業的に生産されている窒化アルミニウム焼結体では、
理論熱伝導率３２０ｗ／ｍＫの半分程度に過ぎない。窒
化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、ケイ素や酸素の固
溶によって大きく低下することが知られており、最近で
は原料粉末の高純度化や焼結工程の改善により最高で１
８０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率の焼結体が得られるように
なっている。
セラミックスに比較して極めて高いといっても、実際に
工業的に生産されている窒化アルミニウム焼結体では、
理論熱伝導率３２０ｗ／ｍＫの半分程度に過ぎない。窒
化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、ケイ素や酸素の固
溶によって大きく低下することが知られており、最近で
は原料粉末の高純度化や焼結工程の改善により最高で１
８０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率の焼結体が得られるように
なっている。
【０００４】しかし、かかる従来の窒化アルミニウム焼
結体であっても熱伝導率は十分満足すべきものとは言え
ず、最近のＩＣやＬＳＩの高集積化等に共なって、より
一層高い放熱性を有する半導体用の放熱板や基板、パッ
ケージ材料等への要望が高まっている現状である。
結体であっても熱伝導率は十分満足すべきものとは言え
ず、最近のＩＣやＬＳＩの高集積化等に共なって、より
一層高い放熱性を有する半導体用の放熱板や基板、パッ
ケージ材料等への要望が高まっている現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の事情に鑑み、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を大
幅に改善向上させ、半導体用の放熱板材料や基板材料等
として好適な高熱伝導率の窒化アルミニウム焼結体を提
供することを目的とする。
の事情に鑑み、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を大
幅に改善向上させ、半導体用の放熱板材料や基板材料等
として好適な高熱伝導率の窒化アルミニウム焼結体を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは窒化アルミ
ニウム焼結体の熱伝導率がその理論熱伝導率に達しない
原因を探るため、透過型電子顕微鏡（以下ＴＥＭと略記
する）による収束電子回折法を用いて焼結体中の窒化ア
ルミニウム結晶を詳しく検討した結果、窒化アルミニウ
ム結晶が本来のウルツ鉱型の六方晶に対し、やや歪んだ
構造となっていることを発見した。
ニウム焼結体の熱伝導率がその理論熱伝導率に達しない
原因を探るため、透過型電子顕微鏡（以下ＴＥＭと略記
する）による収束電子回折法を用いて焼結体中の窒化ア
ルミニウム結晶を詳しく検討した結果、窒化アルミニウ
ム結晶が本来のウルツ鉱型の六方晶に対し、やや歪んだ
構造となっていることを発見した。
【０００７】即ち、窒化アルミニウムの結晶構造は、図
１に示す通りウルツ鉱型六方晶系に属し、Ａｌ原子とＮ
原子とで１つの原子に対し他種の原子４個が正４面体形
に配位した構造である。かかる結晶構造の単位格子（図
１の実線部分）では、格子定数のうち３つの稜であるａ
軸、ｂ軸及びｃ軸の長さは、本来ａ＝ｂ≠ｃとなるべき
である。又、３つの稜であるａ軸、ｂ軸及びｃ軸の間の
角度はα＝β＝９０°で、γ＝１２０°となるべきであ
る。
１に示す通りウルツ鉱型六方晶系に属し、Ａｌ原子とＮ
原子とで１つの原子に対し他種の原子４個が正４面体形
に配位した構造である。かかる結晶構造の単位格子（図
１の実線部分）では、格子定数のうち３つの稜であるａ
軸、ｂ軸及びｃ軸の長さは、本来ａ＝ｂ≠ｃとなるべき
である。又、３つの稜であるａ軸、ｂ軸及びｃ軸の間の
角度はα＝β＝９０°で、γ＝１２０°となるべきであ
る。
【０００８】ところが本発明者らの研究によれば、実際
の窒化アルミニウム焼結体中における窒化アルミニウム
結晶では、その単位格子のａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａ
が、窒化アルミニウム結晶の中央付近では理論どおり
１.０００であるのに対して、窒化アルミニウム結晶の
粒界相近傍では全て０.９９６以下であるか又は１.００
４以上となっていることが判明したのである。又、窒化
アルミニウム結晶の歪みが激しい場合には、結晶の中央
付近においてもａ軸とｂ軸の長さが等しくなく、その比
ｂ／ａが１.０００にならない結晶も存在することも判
った。
の窒化アルミニウム焼結体中における窒化アルミニウム
結晶では、その単位格子のａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａ
が、窒化アルミニウム結晶の中央付近では理論どおり
１.０００であるのに対して、窒化アルミニウム結晶の
粒界相近傍では全て０.９９６以下であるか又は１.００
４以上となっていることが判明したのである。又、窒化
アルミニウム結晶の歪みが激しい場合には、結晶の中央
付近においてもａ軸とｂ軸の長さが等しくなく、その比
ｂ／ａが１.０００にならない結晶も存在することも判
った。
【０００９】窒化アルミニウム焼結体は熱をフォノンに
よって伝えることが知られており、上記のごとき結晶格
子の歪みがフォノンの伝播を阻害し、窒化アルミニウム
焼結体の熱伝導率を低下させていると考えることが出来
る。
よって伝えることが知られており、上記のごとき結晶格
子の歪みがフォノンの伝播を阻害し、窒化アルミニウム
焼結体の熱伝導率を低下させていると考えることが出来
る。
【００１０】又、窒化アルミニウム結晶の粒界相近傍の
結晶格子では、ａ軸又はｂ軸の長さが結晶中央部に比較
して０.４〜０.５％程度長くなっている結果、窒化アル
ミニウム結晶内部に引張応力が働いていることが判る。
従って、この引張応力によって窒化アルミニウム焼結体
が破壊しやすくなり、機械的強度も本来の値より低下し
ているものと考えることが出来る。
結晶格子では、ａ軸又はｂ軸の長さが結晶中央部に比較
して０.４〜０.５％程度長くなっている結果、窒化アル
ミニウム結晶内部に引張応力が働いていることが判る。
従って、この引張応力によって窒化アルミニウム焼結体
が破壊しやすくなり、機械的強度も本来の値より低下し
ているものと考えることが出来る。
【００１１】更に本発明者らは、窒化アルミニウム焼結
体中における窒化アルミニウム結晶の歪みの発生原因及
び発生時期について検討を加え、この歪みは焼結終了後
に１７００〜１９００℃の焼結温度から１５００℃まで
降温する間に発生すること、及びこの歪みは従来の１０
〜２０℃／分という急激な降温速度が原因となって窒化
アルミニウム結晶と粒界相との間の熱膨張係数の差によ
り発生するとの結論を得た。
体中における窒化アルミニウム結晶の歪みの発生原因及
び発生時期について検討を加え、この歪みは焼結終了後
に１７００〜１９００℃の焼結温度から１５００℃まで
降温する間に発生すること、及びこの歪みは従来の１０
〜２０℃／分という急激な降温速度が原因となって窒化
アルミニウム結晶と粒界相との間の熱膨張係数の差によ
り発生するとの結論を得た。
【００１２】これらの知見に基づき、窒化アルミニウム
焼結体の製造方法において、アルミニウムと窒素を主成
分とする原料粉末の成形体を焼結した後、少なくとも１
５００℃まで５℃／分以下の速度で降温することによ
り、窒化アルミニウム結晶の粒界相近傍においても単位
格子のａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａが０.９９７〜１.０
０３の範囲内にある、結晶の歪みを従来よりも低減させ
た窒化アルミニウム焼結体を得ることが出来た。
焼結体の製造方法において、アルミニウムと窒素を主成
分とする原料粉末の成形体を焼結した後、少なくとも１
５００℃まで５℃／分以下の速度で降温することによ
り、窒化アルミニウム結晶の粒界相近傍においても単位
格子のａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａが０.９９７〜１.０
０３の範囲内にある、結晶の歪みを従来よりも低減させ
た窒化アルミニウム焼結体を得ることが出来た。
【００１３】尚、原料粉末はＳｉ、Ｏ、Ｆｅ等の不純物
が少ない高純度のもので、平均粒径の小さいものが好ま
しい。しかし、原料粉末にＴｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃａ等の化
合物を添加して焼結すれば、窒化アルミニウム結晶の粒
界相近傍での歪みの発生を緩和することが出来る。その
理由は明らかではないが、これらの陽イオン不純物が窒
化アルミニウムの結晶格子のＡｌサイトに侵入して、歪
みの発生を緩和しているものと考えられる。
が少ない高純度のもので、平均粒径の小さいものが好ま
しい。しかし、原料粉末にＴｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃａ等の化
合物を添加して焼結すれば、窒化アルミニウム結晶の粒
界相近傍での歪みの発生を緩和することが出来る。その
理由は明らかではないが、これらの陽イオン不純物が窒
化アルミニウムの結晶格子のＡｌサイトに侵入して、歪
みの発生を緩和しているものと考えられる。
【００１４】拠って、本発明による窒化アルミニウム焼
結体は、窒化アルミニウム結晶が、ウルツ鉱型六方晶系
に属する前記結晶の単位格子の３つの稜であるａ軸、ｂ
軸及びｃ軸のうち、ａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａが窒化
アルミニウム結晶の中央付近で１.０００であり、且つ
粒界相近傍付近で０.９９７〜１.００３の範囲内にある
ことを特徴とする。
結体は、窒化アルミニウム結晶が、ウルツ鉱型六方晶系
に属する前記結晶の単位格子の３つの稜であるａ軸、ｂ
軸及びｃ軸のうち、ａ軸とｂ軸の長さの比ｂ／ａが窒化
アルミニウム結晶の中央付近で１.０００であり、且つ
粒界相近傍付近で０.９９７〜１.００３の範囲内にある
ことを特徴とする。
【００１５】
【作用】従来の製造方法に従って、１９００℃で焼結後
１０〜２０℃／分又はそれ以上の降温速度で１５００℃
まで冷却して得た従来の窒化アルミニウム焼結体と、本
発明に従って同じ１９００℃で焼結後５℃／分以下の降
温速度で１５００℃まで冷却した窒化アルミニウム焼結
体について、各焼結体中の窒化アルミニウム結晶をＴＥ
Ｍ法による収束電子回折パターンから解析した例を示
す。尚、ここに具体例を示した従来の窒化アルミニウム
焼結体は熱伝導率が１７５Ｗ／ｍＫ及び機械的強度が３
３ｋｇ／ｍｍ2であり、本発明の窒化アルミニウム焼結
体は熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫ及び機械的強度が４２ｋ
ｇ／ｍｍ2のものである。
１０〜２０℃／分又はそれ以上の降温速度で１５００℃
まで冷却して得た従来の窒化アルミニウム焼結体と、本
発明に従って同じ１９００℃で焼結後５℃／分以下の降
温速度で１５００℃まで冷却した窒化アルミニウム焼結
体について、各焼結体中の窒化アルミニウム結晶をＴＥ
Ｍ法による収束電子回折パターンから解析した例を示
す。尚、ここに具体例を示した従来の窒化アルミニウム
焼結体は熱伝導率が１７５Ｗ／ｍＫ及び機械的強度が３
３ｋｇ／ｍｍ2であり、本発明の窒化アルミニウム焼結
体は熱伝導率が２３０Ｗ／ｍＫ及び機械的強度が４２ｋ
ｇ／ｍｍ2のものである。
【００１６】上記従来の窒化アルミニウム焼結体の窒化
アルミニウム結晶においては、ＴＥＭ像（図３の上部）
中に示した結晶中央付近１から得た収束電子回折パター
ン（図３の左下部１）が写真中に示すＸＹ軸に対して鏡
面対象をなし、結晶中央付近１では歪みのない結晶であ
ることが判るが、同じ結晶の粒界相近傍３から得られた
収束電子回折パターン（図３の右下部３）では鏡面対象
性が失われている。この収束電子回折パターンを解析す
ると、結晶の粒界相近傍３では等しいはずのａ軸とｂ軸
の長さが異なり、その比ｂ／ａは１.００４となってい
る。
アルミニウム結晶においては、ＴＥＭ像（図３の上部）
中に示した結晶中央付近１から得た収束電子回折パター
ン（図３の左下部１）が写真中に示すＸＹ軸に対して鏡
面対象をなし、結晶中央付近１では歪みのない結晶であ
ることが判るが、同じ結晶の粒界相近傍３から得られた
収束電子回折パターン（図３の右下部３）では鏡面対象
性が失われている。この収束電子回折パターンを解析す
ると、結晶の粒界相近傍３では等しいはずのａ軸とｂ軸
の長さが異なり、その比ｂ／ａは１.００４となってい
る。
【００１７】更に、同じ従来の焼結体中の別の窒化アル
ミニウム結晶のＴＥＭ像（図４の上部）では、結晶中央
付近１の収束電子回折パターン（図４の左下部１）及び
同じ結晶の粒界相近傍３の収束電子回折パターン（図４
の右下部３）とも鏡面対象性が失われ、ａ軸とｂ軸の比
ｂ／ａが結晶中央付近で０.９９７及び粒界相近傍で０.
９９４となっており、全体が歪んでいると考えられる結
晶も存在することが判る。
ミニウム結晶のＴＥＭ像（図４の上部）では、結晶中央
付近１の収束電子回折パターン（図４の左下部１）及び
同じ結晶の粒界相近傍３の収束電子回折パターン（図４
の右下部３）とも鏡面対象性が失われ、ａ軸とｂ軸の比
ｂ／ａが結晶中央付近で０.９９７及び粒界相近傍で０.
９９４となっており、全体が歪んでいると考えられる結
晶も存在することが判る。
【００１８】これに対して本発明の窒化アルミニウム焼
結体では、窒化アルミニウム結晶のＴＥＭ像（図２の上
部）中に示した結晶中央付近１から得た収束電子回折パ
ターン（図２の左下部１）は鏡面対象性を有し、ａ軸と
ｂ軸の長さの比ｂ／ａが１.０００の歪みのない結晶で
あることが判る。又、同じ結晶の粒界相近傍３から得ら
れた収束電子回折パターン（図２の右下部３）では鏡面
対象性が若干失われているものの、ａ軸とｂ軸の長さの
比ｂ／ａは１.００１であって歪みが小さく抑えられて
いることが判る。
結体では、窒化アルミニウム結晶のＴＥＭ像（図２の上
部）中に示した結晶中央付近１から得た収束電子回折パ
ターン（図２の左下部１）は鏡面対象性を有し、ａ軸と
ｂ軸の長さの比ｂ／ａが１.０００の歪みのない結晶で
あることが判る。又、同じ結晶の粒界相近傍３から得ら
れた収束電子回折パターン（図２の右下部３）では鏡面
対象性が若干失われているものの、ａ軸とｂ軸の長さの
比ｂ／ａは１.００１であって歪みが小さく抑えられて
いることが判る。
【００１９】この様に、本発明の窒化アルミニウム焼結
体は、窒化アルミニウム結晶の歪みの少なく、窒化アル
ミニウム結晶本来の完全なウルツ鉱型六方晶に極めて近
い結晶構造を有する。その結果、本発明の窒化アルミニ
ウム焼結体の熱伝導率と機械的強度は、例えば焼結温度
１９００℃での焼結体の場合で従来に比べて熱伝導率が
３５％以上及び機械的強度が３０％以上向上し、焼結温
度１８００℃での焼結体の場合は熱伝導率が３７％以上
及び機械的強度が２８％以上向上する。
体は、窒化アルミニウム結晶の歪みの少なく、窒化アル
ミニウム結晶本来の完全なウルツ鉱型六方晶に極めて近
い結晶構造を有する。その結果、本発明の窒化アルミニ
ウム焼結体の熱伝導率と機械的強度は、例えば焼結温度
１９００℃での焼結体の場合で従来に比べて熱伝導率が
３５％以上及び機械的強度が３０％以上向上し、焼結温
度１８００℃での焼結体の場合は熱伝導率が３７％以上
及び機械的強度が２８％以上向上する。
【００２０】
【実施例】実施例１ 下記表１に示す３種のＡｌＮ原料粉末のＡを使用し、こ
の原料粉末に焼結助剤としてＹ2Ｏ3を１.０重量％にな
るように添加した後、回転ボールミルを用いてアルコー
ル中で１０時間混合し、これにバインダーとしてポリビ
ニルブチラール３重量％を加え、更に混合した後乾燥し
た。
の原料粉末に焼結助剤としてＹ2Ｏ3を１.０重量％にな
るように添加した後、回転ボールミルを用いてアルコー
ル中で１０時間混合し、これにバインダーとしてポリビ
ニルブチラール３重量％を加え、更に混合した後乾燥し
た。
【００２１】
【表１】 原料粉末の種類 Ａ Ｂ Ｃ 全Ｏ量(重量％) 1.3 0.9 1.2 Ｃ含有量(ppm) 300 230 500 Ｆｅ含有量(ppm) ＜10 ＜10 ＜10 Ｓｉ含有量(ppm) 9 50 82 比表面積(m2/g) 3.5 2.8 2.7 平均粒径(μm) 1.3 1.1 1.0
【００２２】この様にして得られた粉末を、プレス圧
１.５ｔｏｎ／ｃｍ2以上で乾式プレス成形し、成形体を
６００℃で３時間脱バインダーした後、窒素雰囲気中に
おいて１７５０℃又は１９００℃で３時間焼結し、引き
続き３℃〜１５℃／分の降温速度で１５００℃まで降温
し、更に常温まで冷却して各焼結体試料を得た。
１.５ｔｏｎ／ｃｍ2以上で乾式プレス成形し、成形体を
６００℃で３時間脱バインダーした後、窒素雰囲気中に
おいて１７５０℃又は１９００℃で３時間焼結し、引き
続き３℃〜１５℃／分の降温速度で１５００℃まで降温
し、更に常温まで冷却して各焼結体試料を得た。
【００２３】得られた各焼結体試料について、密度、熱
伝導率、機械的強度を測定した後、ＴＥＭによる収束電
子回折法を用いてＡｌＮ結晶の粒界相近傍におけるａ軸
とｂ軸の長さの比ｂ／ａを１０箇所測定し、その平均値
から絶対値|１−ｂ／ａ|を求めた。これらの測定結果
を、焼結温度及び降温速度と共に表２に示す。
伝導率、機械的強度を測定した後、ＴＥＭによる収束電
子回折法を用いてＡｌＮ結晶の粒界相近傍におけるａ軸
とｂ軸の長さの比ｂ／ａを１０箇所測定し、その平均値
から絶対値|１−ｂ／ａ|を求めた。これらの測定結果
を、焼結温度及び降温速度と共に表２に示す。
【００２４】
【表２】 焼結温度 降温速度 密 度 粒界近傍の 熱伝導率 機械的強度試料 (℃) (℃/分) (g/cm3) |1−ｂ/ａ| (W/mK) (kg/mm2) 1 1900 3 3.29 0.001 230 43 2 1900 5 3.28 0.003 210 42 3 1750 3 3.28 0.001 220 43 4 1750 5 3.28 0.001 220 42 5＊ 1900 7 3.29 0.004 150 32 6＊ 1900 10 3.28 0.005 135 31 7＊ 1900 15 3.28 0.005 130 31 8＊ 1750 7 3.28 0.004 140 31 9＊ 1750 10 3.27 0.004 140 31 10＊ 1750 15 3.28 0.005 130 31 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００２５】上記表２の結果から、降温速度と|１−ｂ
／ａ|との関係を図５に、|１−ｂ／ａ|と熱伝導率との
関係を図６に、及び|１−ｂ／ａ|と機械的強度との関係
を図７にそれぞれ表した。表２及び図５〜７から、降温
速度が５℃／分を越えれば得られるＡｌＮ結晶の粒界相
近傍で|１−ｂ／ａ|の値が急激に大きくなること、従っ
て降温速度を５℃／分以下に制御することによりＡｌＮ
結晶の単位格子のａ軸とｂ軸の長さを粒界相近傍におい
ても等しい長さに近くすることができ、その結果ＡｌＮ
焼結体の熱伝導率、機械的強度を大幅に向上させ得るこ
とが判る。
／ａ|との関係を図５に、|１−ｂ／ａ|と熱伝導率との
関係を図６に、及び|１−ｂ／ａ|と機械的強度との関係
を図７にそれぞれ表した。表２及び図５〜７から、降温
速度が５℃／分を越えれば得られるＡｌＮ結晶の粒界相
近傍で|１−ｂ／ａ|の値が急激に大きくなること、従っ
て降温速度を５℃／分以下に制御することによりＡｌＮ
結晶の単位格子のａ軸とｂ軸の長さを粒界相近傍におい
ても等しい長さに近くすることができ、その結果ＡｌＮ
焼結体の熱伝導率、機械的強度を大幅に向上させ得るこ
とが判る。
【００２６】実施例２ 前記表１に示す３種類の各ＡｌＮ原料粉末を使用し、実
施例１と同様の方法に従って焼結温度１７５０℃と１９
００℃で各３時間焼結してそれぞれ焼結体試料を製造し
た。ただし、使用した焼結助剤とその添加量及び１５０
０℃までの降温速度は下記表３の通りとした。
施例１と同様の方法に従って焼結温度１７５０℃と１９
００℃で各３時間焼結してそれぞれ焼結体試料を製造し
た。ただし、使用した焼結助剤とその添加量及び１５０
０℃までの降温速度は下記表３の通りとした。
【００２７】
【表３】 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。又、各試
料につき焼結温度は１７５０℃と１９００℃の２通りと
した。
料につき焼結温度は１７５０℃と１９００℃の２通りと
した。
【００２８】得られた各焼結体試料について、密度、熱
伝導率、機械的強度を測定した後、ＴＥＭによる収束電
子回折法を用いてＡｌＮ結晶の粒界相近傍におけるａ軸
とｂ軸の長さの比ｂ／ａを１０箇所測定し、その平均値
から絶対値|１−ｂ／ａ|を求めた。これらの測定結果
を、焼結温度及び降温速度と共に表４に示す。
伝導率、機械的強度を測定した後、ＴＥＭによる収束電
子回折法を用いてＡｌＮ結晶の粒界相近傍におけるａ軸
とｂ軸の長さの比ｂ／ａを１０箇所測定し、その平均値
から絶対値|１−ｂ／ａ|を求めた。これらの測定結果
を、焼結温度及び降温速度と共に表４に示す。
【００２９】
【表４】 焼結温度 降温速度 密 度 粒界近傍の 熱伝導率 機械的強度試料 (℃) (℃/分) (g/cm3) |1−ｂ/ａ| (W/mK) (kg/mm2) 11 1900 3 3.27 0.001 220 44 1750 3 3.27 0.002 170 38 12 1900 5 3.28 0.001 230 44 1750 5 3.28 0.001 160 38 13 1900 5 3.28 0.002 245 44 1750 5 3.27 0.002 170 36 14 1900 5 3.28 0.002 230 43 1750 5 3.29 0.001 165 37 15 1900 3 3.27 0.001 235 43 1750 3 3.27 0.001 175 38 16 1900 5 3.28 0.003 207 43 1750 5 3.29 0.003 165 37 17 1900 3 3.28 0.002 214 45 1750 3 3.27 0.002 155 37 18 1900 5 3.27 0.003 225 43 1750 5 3.28 0.002 160 36 19 1900 3 3.28 0.002 220 43 1750 3 3.28 0.002 157 36 20 1900 3 3.29 0.003 210 42 1750 3 3.29 0.003 160 36 21＊ 1900 7 3.28 0.004 175 33 1750 7 3.28 0.005 115 29 22＊ 1900 10 3.29 0.005 170 31 1750 10 3.29 0.005 112 29 23＊ 1900 7 3.28 0.004 180 35 1750 7 3.28 0.004 120 30 24＊ 1900 10 3.28 0.004 160 33 1750 10 3.28 0.004 127 31 25＊ 1900 15 3.29 0.005 160 34 1750 15 3.29 0.005 100 27 26＊ 1900 15 3.29 0.005 150 32 1750 15 3.29 0.004 130 31 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、窒化アルミニウム結晶
の歪みを結晶中央付近はもちろん粒界相近傍においても
無くし又は低減させ得る結果、窒化アルミニウム焼結体
の熱伝導率を大幅に向上させ且つ機械的強度を改善する
ことが出来る。拠って、本発明の窒化アルミニウム焼結
体は、半導体用の放熱板や基板材料、パッケージ材料、
レーザー管材料等として好適である。
の歪みを結晶中央付近はもちろん粒界相近傍においても
無くし又は低減させ得る結果、窒化アルミニウム焼結体
の熱伝導率を大幅に向上させ且つ機械的強度を改善する
ことが出来る。拠って、本発明の窒化アルミニウム焼結
体は、半導体用の放熱板や基板材料、パッケージ材料、
レーザー管材料等として好適である。
【図１】ウルツ鉱型六方晶系に属する窒化アルミニウム
の結晶構造を示す模式図であって、実線部分が単位格子
である。
の結晶構造を示す模式図であって、実線部分が単位格子
である。
【図２】本発明の窒化アルミニウム焼結体における窒化
アルミニウムの結晶構造を示す写真であり、上部はその
電子顕微鏡写真、左下部１は結晶中央付近（上部の電子
顕微鏡写真の１の部分）の収束電子回折パターン及び右
下部３は粒界相近傍（上部の電子顕微鏡写真の３の部
分）の収束電子回折パターンである。
アルミニウムの結晶構造を示す写真であり、上部はその
電子顕微鏡写真、左下部１は結晶中央付近（上部の電子
顕微鏡写真の１の部分）の収束電子回折パターン及び右
下部３は粒界相近傍（上部の電子顕微鏡写真の３の部
分）の収束電子回折パターンである。
【図３】従来の窒化アルミニウム焼結体に含まれる窒化
アルミニウムの結晶構造を示す写真であり、上部はその
電子顕微鏡写真、左下部１は結晶中央付近（上部の電子
顕微鏡写真の１の部分）の収束電子回折パターン及び右
下部３は粒界相近傍（上部の電子顕微鏡写真の３の部
分）の収束電子回折パターンである。
アルミニウムの結晶構造を示す写真であり、上部はその
電子顕微鏡写真、左下部１は結晶中央付近（上部の電子
顕微鏡写真の１の部分）の収束電子回折パターン及び右
下部３は粒界相近傍（上部の電子顕微鏡写真の３の部
分）の収束電子回折パターンである。
【図４】従来の窒化アルミニウム焼結体に含まれる別の
窒化アルミニウムの結晶構造を示す写真であり、上部は
その電子顕微鏡写真、左下部１は結晶中央付近（上部の
電子顕微鏡写真の１の部分）の収束電子回折パターン及
び右下部３は粒界相近傍（上部の電子顕微鏡写真の３の
部分）の収束電子回折パターンである。
窒化アルミニウムの結晶構造を示す写真であり、上部は
その電子顕微鏡写真、左下部１は結晶中央付近（上部の
電子顕微鏡写真の１の部分）の収束電子回折パターン及
び右下部３は粒界相近傍（上部の電子顕微鏡写真の３の
部分）の収束電子回折パターンである。
【図５】窒化アルミニウム焼結体の焼結後１５００℃ま
での降温速度と、焼結体中の窒化アルミニウムの結晶格
子の粒界相近傍におけるａ軸とｂ軸の長さの比から求め
た絶対値|１−ｂ／ａ|との関係を示すグラフである。
での降温速度と、焼結体中の窒化アルミニウムの結晶格
子の粒界相近傍におけるａ軸とｂ軸の長さの比から求め
た絶対値|１−ｂ／ａ|との関係を示すグラフである。
【図６】窒化アルミニウム中の窒化アルミニウムの粒界
相近傍における結晶格子のａ軸とｂ軸の長さの比から求
めた絶対値|１−ｂ／ａ|と、その焼結体の熱伝導率との
関係を示すグラフである。
相近傍における結晶格子のａ軸とｂ軸の長さの比から求
めた絶対値|１−ｂ／ａ|と、その焼結体の熱伝導率との
関係を示すグラフである。
【図７】窒化アルミニウム中の窒化アルミニウムの粒界
相近傍における結晶格子のａ軸とｂ軸の長さの比から求
めた絶対値|１−ｂ／ａ|と、その焼結体の機械的強度と
の関係を示すグラフである。
相近傍における結晶格子のａ軸とｂ軸の長さの比から求
めた絶対値|１−ｂ／ａ|と、その焼結体の機械的強度と
の関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山川 晃 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (5)
- 【請求項１】 焼結体中の窒化アルミニウム結晶が、ウ
ルツ鉱型六方晶系に属する前記結晶の単位格子の３つの
稜であるａ軸、ｂ軸及びｃ軸のうち、ａ軸とｂ軸の長さ
の比ｂ／ａが窒化アルミニウム結晶の中央付近で１.０
００であり、且つ粒界相近傍付近で０.９９７〜１.００
３の範囲内にあることを特徴とする窒化アルミニウム焼
結体。 - 【請求項２】 熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム焼結
体。 - 【請求項３】 機械的強度が３５ｋｇ／ｍｍ2以上であ
ることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム焼
結体。 - 【請求項４】 アルミニウムと窒素を主成分とする原料
粉末の成形体を１７００〜１９００℃で焼結した後、少
なくとも１５００℃まで５℃／分以下の速度で降温する
ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 - 【請求項５】 原料粉末にＴｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃａ等の化
合物を添加して焼結することを特徴とする、請求項４記
載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04227093A JP3633636B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 窒化アルミニウム焼結体 |
| US08/178,642 US5482905A (en) | 1993-02-05 | 1994-01-05 | Aluminum nitride sintered body and method of producing the same |
| DE69424821T DE69424821T2 (de) | 1993-02-05 | 1994-02-03 | Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumnitrid-Sinterkörpers |
| EP94101648A EP0620203B1 (en) | 1993-02-05 | 1994-02-03 | Method of manufacturing an aluminum nitride sintered body |
| US08/406,242 US5529962A (en) | 1993-02-05 | 1995-03-14 | Aluminum nitride sintered body and method of producing the same |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04227093A JP3633636B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 窒化アルミニウム焼結体 |
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|---|---|
| JPH06227867A true JPH06227867A (ja) | 1994-08-16 |
| JP3633636B2 JP3633636B2 (ja) | 2005-03-30 |
Family
ID=12631353
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04227093A Expired - Fee Related JP3633636B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 窒化アルミニウム焼結体 |
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| EP (1) | EP0620203B1 (ja) |
| JP (1) | JP3633636B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6362017B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-03-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| CA2037198C (en) | 1990-02-28 | 1996-04-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| DE69610673T2 (de) * | 1995-08-03 | 2001-05-10 | Ngk Insulators, Ltd. | Gesinterte Aluminiumnitridkörper und ihr Herstellungsverfahren |
| RU2144010C1 (ru) * | 1998-02-20 | 2000-01-10 | Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | Способ получения теплопроводной керамики на основе нитрида алюминия |
| EP0970932A1 (en) * | 1998-07-10 | 2000-01-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic base material |
| WO2001017927A1 (en) * | 1999-09-06 | 2001-03-15 | Ibiden Co., Ltd. | Carbon-containing aluminium nitride sintered compact and ceramic substrate for use in equipment for manufacturing or inspecting semiconductor |
| DE69920230T2 (de) | 1999-10-28 | 2005-04-28 | Société des Produits Nestlé S.A. | Auswurfvorrichtung für Kartusche |
| US20040256811A1 (en) * | 2002-11-22 | 2004-12-23 | Proper George N. | Seal for high-pressure pumping system |
| TW200521103A (en) * | 2003-11-21 | 2005-07-01 | Toshiba Kk | High thermally conductive aluminum nitride sintered product |
| EP2581357B1 (en) * | 2010-06-08 | 2018-02-21 | Denka Company Limited | Circuit board comprising an aluminium nitride substrate and production method thereof |
| JP6262598B2 (ja) * | 2014-05-12 | 2018-01-17 | 住友電気工業株式会社 | ＡｌＮ焼結体、ＡｌＮ基板およびＡｌＮ基板の製造方法 |
| JP7425960B2 (ja) * | 2019-10-29 | 2024-02-01 | Tdk株式会社 | 圧電薄膜素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3247985C2 (de) * | 1982-12-24 | 1992-04-16 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Keramischer Träger |
| US5001089A (en) * | 1985-06-28 | 1991-03-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Aluminum nitride sintered body |
| DE3608326A1 (de) * | 1986-03-13 | 1987-09-17 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Praktisch porenfreie formkoerper aus polykristallinem aluminiumnitrid und verfahren zu ihrer herstellung ohne mitverwendung von sinterhilfsmitteln |
| CA1334475C (en) * | 1986-09-04 | 1995-02-21 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | High purity aluminum nitride of controlled morphology |
| JPS63129075A (ja) * | 1986-11-18 | 1988-06-01 | 旭硝子株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| EP0301529B1 (en) * | 1987-07-29 | 1992-05-13 | MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. | Method for preparing aluminum nitride and its sinter |
| JPH01203270A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体及びその製造法 |
| JPH06508815A (ja) * | 1991-07-08 | 1994-10-06 | ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー | 最小の粒子成長での窒化アルミニウム高密度化 |
-
1993
- 1993-02-05 JP JP04227093A patent/JP3633636B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-01-05 US US08/178,642 patent/US5482905A/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-03 DE DE69424821T patent/DE69424821T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1994-02-03 EP EP94101648A patent/EP0620203B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-14 US US08/406,242 patent/US5529962A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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