JPH07267742A

JPH07267742A - 窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法

Info

Publication number: JPH07267742A
Application number: JP6058926A
Authority: JP
Inventors: Takusane Ueda; 卓実上田; Keizou Makio; 圭造槙尾; Masayuki Ishihara; 政行石原; Susumu Kajita; 進梶田; Noboru Hashimoto; 登橋本; Hiroyoshi Yoda; 浩好余田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】表面平滑性に優れる、１．０ｍｍ以上の厚さ
の窒化アルミニウム基板が得られ、かつ、グリーンシー
トの製造工程中で窒化アルミニウム粉末が酸化されるこ
とのない窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法を
提供する。【構成】窒化アルミニウム粉末、焼結助剤、バインダ
ー、分散剤、可塑剤及び有機溶剤を混合し、混練し、次
いで押し出し成形法によりシート化する窒化アルミニウ
ムグリーンシートの製造方法であって、バインダーとし
てエチルセルロース及び／またはアクリル系樹脂を使用
し、有機溶剤としてバインダーが可溶な、沸点８０〜１
９０℃の有機溶剤を使用することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器等に使用され
る、熱伝導性に優れる窒化アルミニウム基板の製造に好
適な窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ等に代表されるような半導体素子の
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
各種の高熱伝導性セラミックス基板が提案され、中でも
窒化アルミニウム基板の実用化が進んでいる。そして、
実用化の進展と共に、厚みが２ｍｍ程度の厚い窒化アル
ミニウム基板が特殊用途において求められるようになっ
てきている。

【０００３】従来からセラミックス基板は主として原料
粉末にバインダー等を混合した後、成形してグリーンシ
ートとし、次いで焼成して製造される。グリーンシート
を作製する方法としては、ドクターブレード法が一般的
であり、具体的には原料粉末、バインダー及び溶剤等を
混合してスラリーとし、このスラリーをキャスティング
してグリーンシートを得るものである。しかし、このド
クターブレード法で厚みが１ｍｍを越える厚い窒化アル
ミニウムグリーンシートを作製した場合には、乾燥時の
溶剤蒸発量が多いためグリーンシートにクラックが発生
したり、表面に気孔ができやすく、従って、最終的に得
られる焼成基板の表面粗度が大きい（具体的にはＲａで
０．５μｍを越える場合が多い）という問題があった。

【０００４】一方、グリーンシートを作製する他の方法
として押し出し成形法があるが、従来の押し出し成形法
によるグリーンシートの作製法は、例えば特開平２−２
４８３５８号等に開示されているように、セラミックス
粉末がアルミナであって、バインダーとしてメチルセル
ロース等の水溶性バインダーを用い、バインダーの溶剤
として水を用いるものがほとんどであった。このような
溶剤として水を用いた押し出し成形法により、窒化アル
ミニウムグリーンシートを作製すると、窒化アルミニウ
ム粉末が酸化されてしまって、性能が劣るグリーンシー
トしか得られないという欠点があった。なお、この場合
の性能が劣るとは、焼成後の焼成基板の熱伝導性が低い
ことを表している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の事情に鑑み、本
発明は、表面平滑性に優れる、１．０ｍｍ以上の厚さの
窒化アルミニウム基板が得られ、かつ、グリーンシート
の製造工程中で窒化アルミニウム粉末が酸化されること
のない窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法を提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
窒化アルミニウムグリーンシートの製造方法は、窒化ア
ルミニウム粉末、焼結助剤、バインダー、分散剤、可塑
剤及び有機溶剤を混合し、混練し、次いで押し出し成形
法によりシート化する窒化アルミニウムグリーンシート
の製造方法であって、バインダーとしてエチルセルロー
ス及び／またはアクリル系樹脂を使用し、有機溶剤とし
てバインダーが可溶な、沸点８０〜１９０℃の有機溶剤
を使用することを特徴としている。

【０００７】また、本発明の請求項２に係る窒化アルミ
ニウムグリーンシートの製造方法は、請求項１記載の窒
化アルミニウムグリーンシートの製造方法において、窒
化アルミニウム粉末、焼結助剤、バインダー、分散剤、
可塑剤及びバインダーが可溶な、沸点１９０℃以下の有
機溶剤を混合して一旦スラリーとした後、このスラリー
を噴霧乾燥して顆粒状粉末とし、次いでこの顆粒状粉末
にバインダーが可溶な、沸点８０〜１９０℃の有機溶剤
を加えて混合し、混練することを特徴としている。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。窒化アル
ミニウムグリーンシート中のバインダーは窒素中での加
熱もしくは大気中での窒化アルミニウムの酸化を起こさ
ない温度（約６００℃）までの加熱でほぼ完全に脱バイ
ンダーできるものでなければならない。バインダー種を
検討したところ、従来のセラミックスグリーンシートの
製造で用いられているポリビニルブチラール（以下ＰＶ
Ｂと略す）は上記の脱バインダー条件では完全に脱バイ
ンダーができず残留カーボン量が多いが、エチルセルロ
ースまたはアクリル系樹脂を使用すると、脱バインダー
性が良好なことが判明した。このアクリル系樹脂につい
ては、アクリル酸エステルもしくはメタクリル酸エステ
ルの単独重合体またはそれらの共重合体であればよく、
具体的成分及び成分比率まで制限するものではない。ま
た、アクリル系樹脂の分子量は、特に限定するものでは
ないが、バインダー効果が著しく発揮される重量平均分
子量１０万以上であることが望ましい。

【０００９】本発明では、上記のバインダーを溶解する
溶剤として、水ではなく、有機溶剤を使用するので、窒
化アルミニウム粉末が酸化されることなくグリーンシー
トを作製することが可能になる。そして、有機溶剤とし
ては沸点８０〜１９０℃のものを使用することが重要で
あり、具体的にはトルエン、キシレン、ブチルセロソル
ブ等を例示できる。沸点が８０℃未満の有機溶剤の場合
には、混練機が密閉型ニーダ等のような密閉系であって
も混練中や押し出し成形時に溶剤が蒸発するため、得ら
れるグリーンシートの表面状態が悪くなり、焼成基板の
表面粗度が大きくなるという問題が生じる。そして、混
練機が開放系のロール式混練機のような開放系の場合に
は、混練中に溶剤が蒸発しにくい、沸点が１２０℃以上
の有機溶剤を使用することが好ましい。一方、沸点が１
９０℃を越える有機溶剤の場合には、混練中や押し出し
成形時の溶剤蒸発はないが、成型後の乾燥が極めて困難
となる問題が生じる。

【００１０】本発明では窒化アルミニウム粉末は比表面
積が４ｍ²／ｇ未満であればそのまま使用できるが、比
表面積が４ｍ²／ｇ以上の微粉末である場合には、その
まま使用して押し出し成形すると、グリーンシート表面
に粉末の凝集体が多く発生する問題が生じる。これは、
微粉末であるために、粉末の表面エネルギーが高くな
り、エネルギー的に安定な凝集体を作りやすくなるため
である。そして、このようなグリーンシートを焼成する
と、焼成基板の表面粗度が極めて悪化し、回路基板に加
工する場合には不良発生が多くなる。そこで、この問題
を解決する方法を種々検討したところ、窒化アルミニウ
ム粉末をいわゆるプレス成形用のスプレードライ顆粒状
として使用することにより微粉末の凝集を防止できるこ
とを見出した。具体的には、窒化アルミニウム粉末、焼
結助剤、バインダー、分散剤、可塑剤及びバインダーが
可溶な、沸点１９０℃以下の有機溶剤を混合して一旦ス
ラリーとした後、このスラリーを噴霧乾燥して顆粒状粉
末とし、次いでこの顆粒状粉末にバインダーが可溶な、
沸点８０〜１９０℃の有機溶剤を加えて混合し、混練
し、次いで押し出し成形法によりシート化する方法であ
る。なお、予めスラリー中に含有させるバインダーとし
ては、前記のエチルセルロースまたはアクリル系樹脂を
使用してもよく、また、前記の脱バインダー条件で脱バ
インダーできる範囲内で他のバインダー（例えばポリエ
チレングリコール等）を用いることもできる。このよう
に他のバインダーのみをスラリー中に含有させた場合に
は、顆粒状粉末と有機溶剤を混合する際に本発明の必須
成分であるエチルセルロースまたはアクリル系樹脂を追
加のバインダーとして添加すればよい。

【００１１】本発明で使用する焼結助剤、分散剤及び可
塑剤については特にその成分等について制限はなく、用
途に応じて適宜選択すればよい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて
説明する。

【００１３】（実施例１〜実施例７）比表面積が３ｍ²
／ｇの窒化アルミニウム粉末９７重量部に対し焼結助剤
としてＹ₂Ｏ₃粉末を３重量部及び分散剤としてソルビ
タンモノオレートを１．５重量部並びに表１に示す種類
と量のバインダー、可塑剤（ジオクチルフタレート）及
び有機溶剤を加えてプラネタリーミキサーで混合し、得
られた混合物を表２に示す混練機で混練し、成型前の材
料（坏土）を作製した。なお、表１中のアクリル樹脂と
しては全て共栄社油脂化学工業（株）製の品番ＫＣ７７
００Ｂを使用した。得られた坏土を押し出し成型機でシ
ート状に成型し、次いで乾燥して厚み２．０ｍｍのグリ
ーンシートを得た。なお、乾燥は自然乾燥３０分、次い
で４０℃で３０分、次いで６０℃で６０分の乾燥条件で
行った。表２に示す実施例２の三本ロールによる混練で
は混練機が開放系であったため混練中にトルエンが一部
蒸発して坏土が徐々に硬くなる現象が生じた。

【００１４】得られたグリーンシートの表面を光学顕微
鏡で観察し、１ｃｍ四方中の１００μｍ以上の凝集物の
数を測定し、その結果を表２に示した。

【００１５】次に、グリーンシートを表２に示すよう
に、窒素中７００℃、または大気中５５０℃で３時間保
持して脱バインダー処理を行なった。脱バインダー処理
後の試料の一部を粉砕し、残留カーボン量を測定し、そ
の結果を表２に示した。その後、脱バインダー処理後の
試料を窒素中１８００℃で４時間焼成して焼成基板を得
た。得られた焼成基板の表面粗度（Ｒａ）を測定し、そ
の結果を表２に示した。

【００１６】（実施例８〜実施例１１）表１に示す、比
表面積が４ｍ²／ｇ以上の窒化アルミニウム粉末９７重
量部に対し焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃粉末を３重量部、分
散剤としてソルビタンモノオレートを１．５重量部、有
機溶剤としてトルエン３０重量部を加え、ボールミルで
８時間分散後、さらに、バインダーとしてアクリル樹脂
（共栄社油脂化学工業（株）製の品番ＫＣ７７００Ｂ）
４重量部，可塑剤としてジオクチルフタレート及び有機
溶剤としてトルエン７０重量部を加え、ボールミルで１
６時間混合してスラリーを得た。得られたスラリーをス
プレードライヤーを用いて噴霧乾燥して、焼結助剤の入
った顆粒状粉末を得た。この顆粒状粉末に表１に示す種
類と量のバインダー、可塑剤（ジオクチルフタレート）
及び有機溶剤を加えてプラネタリーミキサーで混合し、
得られた混合物を表２に示す混練機で混練し、成型前の
材料（坏土）を作製した。得られた坏土を押し出し成型
機でシート状に成型し、次いで乾燥して厚み２．０ｍｍ
のグリーンシートを得た。なお、乾燥は自然乾燥３０
分、次いで４０℃で３０分、次いで６０℃で６０分の乾
燥条件で行った。

【００１７】得られたグリーンシートの表面を光学顕微
鏡で観察し、１ｃｍ四方中の１００μｍ以上の凝集物の
数を測定し、その結果を表２に示した。

【００１８】次に、グリーンシートを表２に示すよう
に、窒素中７００℃、または大気中５５０℃で３時間保
持して脱バインダー処理を行なった。脱バインダー処理
後の試料の一部を粉砕し、残留カーボン量を測定し、そ
の結果を表２に示した。その後、脱バインダー処理後の
試料を窒素中１８００℃で４時間焼成して焼成基板を得
た。得られた焼成基板の表面粗度（Ｒａ）を測定し、そ
の結果を表２に示した。

【００１９】（比較例１）バインダーとしてアクリル樹
脂に変えてＰＶＢを使用した以外は、実施例１と同様の
方法でグリーンシート及び焼成基板を作製し、評価し
た。得られた結果を表２に示した。

【００２０】（比較例２）有機溶剤としてトルエンに変
えてアセトンを使用した以外は、実施例２の密閉型ニー
ダ使用の場合と同様の方法でグリーンシート及び焼成基
板を作製し、評価した。得られた結果を表２に示した。

【００２１】（比較例３）有機溶剤としてブチルセロソ
ルブに変えて、ブチルカルビトールアセテートを使用し
た以外は、実施例３と同様の方法でグリーンシート作製
した。シート化後の乾燥を、実施例３と同様に、自然乾
燥３０分、次いで４０℃で３０分、次いで６０℃で６０
分の条件で行ったが、乾燥したグリーンシートが得られ
ず、湿った状態のままであったので、その後の脱バイン
ダー及び焼成は行わなかった。

【００２２】（比較例４）比較例４では実施例９と同様
に比表面積が５．０ｍ²／ｇの窒化アルミニウム粉末を
使用し、この窒化アルミニウム粉末９７重量部と焼結助
剤であるＹ₂Ｏ₃粉末を３重量部を配合したものを、実
施例９の焼結助剤の入った顆粒状粉末に変えて用いた。
そして、この窒化アルミニウム粉末とＹ₂Ｏ₃粉末を単
に配合したものに、表１に示す種類と量のバインダー、
可塑剤（ジオクチルフタレート）及び有機溶剤を加えて
プラネタリーミキサーで混合し、得られた混合物を表２
に示す混練機で混練し、成型前の材料（坏土）を作製し
た。この以降の工程は実施例９と同様にして、グリーン
シート及び焼成基板を作製し、評価した。得られた結果
を表２に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表２から明らかなように、実施例１〜７で
は溶剤として水ではなく、有機溶剤を用いているので窒
化アルミニウム粉末の酸化が防止され、かつ、従来製造
が困難であった厚みが２．０ｍｍと厚くて、表面粗度の
小さい焼成基板が得られるグリーンシートが得られてい
る。ただし、実施例２の結果に見るようにトルエン（沸
点１１１℃）を溶剤とした場合には、混練機として密閉
型を用いたものの方が開放系の三本ロールを用いたもの
より、表面粗度の小さい焼成基板が得られている。

【００２６】また、窒化アルミニウム粉末の比表面積が
５．０ｍ²／ｇと微粉末のものを使用する場合には、実
施例９と比較例４の比較で明らかなように、窒化アルミ
ニウム粉末を顆粒状粉末にしてから使用することが望ま
しいことが確認された。

【００２７】また、ＰＶＢをバインダーとして使用した
比較例１では脱バインダー後の残留カーボン量が多く、
かつ、実施例１よりも表面粗度の大きい焼成基板しか得
られていないことが確認された。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る窒化アルミニウムグリーン
シートの製造方法は上記のように構成されているので、
請求項１に係る発明によれば、グリーンシートの製造工
程中で窒化アルミニウム粉末が酸化されることのない方
法で、表面平滑性に優れる、１．０ｍｍ以上の厚さの窒
化アルミニウム基板が得られる窒化アルミニウムグリー
ンシートを製造することが可能となる。

【００２９】また、請求項２に係る発明によれば、窒化
アルミニウム粉末の比表面積が４．０ｍ²／ｇ以上と微
粉末のものを使用する場合でも、グリーンシートの製造
工程中で窒化アルミニウム粉末が酸化されることのない
方法で、表面平滑性に優れる、１．０ｍｍ以上の厚さの
窒化アルミニウム基板が得られる窒化アルミニウムグリ
ーンシートを製造することが可能となる。

フロントページの続き (72)発明者梶田進大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者橋本登大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者余田浩好大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム粉末、焼結助剤、バイ
ンダー、分散剤、可塑剤及び有機溶剤を混合し、混練
し、次いで押し出し成形法によりシート化する窒化アル
ミニウムグリーンシートの製造方法であって、バインダ
ーとしてエチルセルロース及び／またはアクリル系樹脂
を使用し、有機溶剤としてバインダーが可溶な、沸点８
０〜１９０℃の有機溶剤を使用することを特徴とする窒
化アルミニウムグリーンシートの製造方法。
【請求項２】窒化アルミニウム粉末、焼結助剤、バイ
ンダー、分散剤、可塑剤及びバインダーが可溶な、沸点
１９０℃以下の有機溶剤を混合して一旦スラリーとした
後、このスラリーを噴霧乾燥して顆粒状粉末とし、次い
でこの顆粒状粉末にバインダーが可溶な、沸点８０〜１
９０℃の有機溶剤を加えて混合し、混練することを特徴
とする請求項１記載の窒化アルミニウムグリーンシート
の製造方法。