JPS6025389B2 - 電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物 - Google Patents
電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物Info
- Publication number
- JPS6025389B2 JPS6025389B2 JP56039352A JP3935281A JPS6025389B2 JP S6025389 B2 JPS6025389 B2 JP S6025389B2 JP 56039352 A JP56039352 A JP 56039352A JP 3935281 A JP3935281 A JP 3935281A JP S6025389 B2 JPS6025389 B2 JP S6025389B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon carbide
- beryllium
- carbide powder
- electrically insulating
- powder composition
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物に関する。
近年、大規模集積回路等に使用される半導体基板には半
導体チップ等の回路構成要素が増々高密度に搭載形成さ
れるようになってきた。
導体チップ等の回路構成要素が増々高密度に搭載形成さ
れるようになってきた。
さらに大容量、小型化に対する要請も大きく、使用する
絶緑基板は熱放散性の良い材料が要求される。例えばパ
ワー半導体用基板、パワーモジュール用ハイブリッド基
板、半導体用パワーケージ基板、レーザ半導体用ヒート
シンク光半導体用ヒートシンク等がある。また、半導体
モールド樹脂用フィラーとしても高熱伝導性高麗気絶縁
性が望まれている。従来、絶縁基板用材料としてァルミ
ナ暁給体が使用されている。アルミナ基板は熱放散性が
あまり良くないのでこうした目的を達成するためには、
より熱放散の大さし・絶系教基板の開発が要請されるよ
うになってきた。ところで、こうした絶縁基板材料とし
ては、（１１ 電気絶縁性が大きいこと、 ｛２１ 熱伝導率が大きいこと、 ｛３｝ 熱腿鞍張係数がシリコンの熱膨張係数に近いこ
と、‘４｝ 機械的強度が大きいこと、 などが要求される。
絶緑基板は熱放散性の良い材料が要求される。例えばパ
ワー半導体用基板、パワーモジュール用ハイブリッド基
板、半導体用パワーケージ基板、レーザ半導体用ヒート
シンク光半導体用ヒートシンク等がある。また、半導体
モールド樹脂用フィラーとしても高熱伝導性高麗気絶縁
性が望まれている。従来、絶縁基板用材料としてァルミ
ナ暁給体が使用されている。アルミナ基板は熱放散性が
あまり良くないのでこうした目的を達成するためには、
より熱放散の大さし・絶系教基板の開発が要請されるよ
うになってきた。ところで、こうした絶縁基板材料とし
ては、（１１ 電気絶縁性が大きいこと、 ｛２１ 熱伝導率が大きいこと、 ｛３｝ 熱腿鞍張係数がシリコンの熱膨張係数に近いこ
と、‘４｝ 機械的強度が大きいこと、 などが要求される。
ところで炭化ケィ素焼結体は、その熱膨張係数が約４×
１０‐６／℃、アルミナのそれの約８×１０‐６／℃に
比べて小さく、シリコンの熱膨張係数約３．３×１０‐
６／℃に近い。
１０‐６／℃、アルミナのそれの約８×１０‐６／℃に
比べて小さく、シリコンの熱膨張係数約３．３×１０‐
６／℃に近い。
また機械強度も曲げ強さで５０ｋｇ／側２以上を有し、
アルミナのそれの約２０ｋ９／側２ に比べると極めて
高強度であることが知られている。更にまた炭化ケイ素
暁結体の熱伝導率０．１〜０．父ａと／肌・ｓｅｃ・℃
でアルミナの約３倍以上の値を有する。これらの点から
、炭化ケイ素は電気絶縁性の大きいものが開発されると
、大規模集積回路などの絶縁基板用材料として極めて有
用である。炭化ケイ素は炭素とケイ素から成るＮ−Ｗ族
化合物半導体である。
アルミナのそれの約２０ｋ９／側２ に比べると極めて
高強度であることが知られている。更にまた炭化ケイ素
暁結体の熱伝導率０．１〜０．父ａと／肌・ｓｅｃ・℃
でアルミナの約３倍以上の値を有する。これらの点から
、炭化ケイ素は電気絶縁性の大きいものが開発されると
、大規模集積回路などの絶縁基板用材料として極めて有
用である。炭化ケイ素は炭素とケイ素から成るＮ−Ｗ族
化合物半導体である。
このため、電気絶縁性を有する高密度糠給体を得ること
は困難と考えられており、事実、こうしたものはこれま
で見当らなかった。炭化ケイ素は共有結合性の大きい化
合物であるため、１５００００以上の高温でも耐酸化性
、耐食性に優れた安定な物質であることは良く知られて
いるが、この強い共有結合性のため高密度焼結が困難な
材料であった。
は困難と考えられており、事実、こうしたものはこれま
で見当らなかった。炭化ケイ素は共有結合性の大きい化
合物であるため、１５００００以上の高温でも耐酸化性
、耐食性に優れた安定な物質であることは良く知られて
いるが、この強い共有結合性のため高密度焼結が困難な
材料であった。
そこで高密度炭化ケイ素暁結体を得るために種種の焼結
助剤が用いられてきた。
助剤が用いられてきた。
例えば、アルミニウムや鉄を添加してホットプレスする
ことにより、炭化ケイ素の理論密度の斑％の密度を有す
る競給体が得られることが知られている。
ことにより、炭化ケイ素の理論密度の斑％の密度を有す
る競給体が得られることが知られている。
〔Ａｌｌｉｅ的ｏ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ
．Ｓｏｃ．，３９，３８６〜３８９（１９５６）〕。ま
た、ホウ素と炭素を用いて、ホットプレス法または無加
圧法で高密度の競結体を得る方法が知られている（特開
昭４９−９９３０８号）。これらはいずれもガスタービ
ン用部品等の耐熱構造材を提供することを目的とするも
のである。これらの焼結助剤を用いた炭化ケイ素競結体
においては焼結体の電気抵抗率の値はいずれも１０００
・肌以下で、電気絶縁材料としては使用することができ
ない。また、炭化ケイ素にＢｅを添加して蛾結したもの
が、特開昭５３−６７７１１号、特関昭５５−３２７９
６号公報およびその対応米国特許第４１７２１０ｙ号に
示されているが、これは原料の炭化ケイ素粉末中に０．
５〜５重量％の過剰炭素を含むものを用いて焼結した高
強度材料に関するものであるが、電気絶縁材料としての
認識は全くない。
．Ｓｏｃ．，３９，３８６〜３８９（１９５６）〕。ま
た、ホウ素と炭素を用いて、ホットプレス法または無加
圧法で高密度の競結体を得る方法が知られている（特開
昭４９−９９３０８号）。これらはいずれもガスタービ
ン用部品等の耐熱構造材を提供することを目的とするも
のである。これらの焼結助剤を用いた炭化ケイ素競結体
においては焼結体の電気抵抗率の値はいずれも１０００
・肌以下で、電気絶縁材料としては使用することができ
ない。また、炭化ケイ素にＢｅを添加して蛾結したもの
が、特開昭５３−６７７１１号、特関昭５５−３２７９
６号公報およびその対応米国特許第４１７２１０ｙ号に
示されているが、これは原料の炭化ケイ素粉末中に０．
５〜５重量％の過剰炭素を含むものを用いて焼結した高
強度材料に関するものであるが、電気絶縁材料としての
認識は全くない。
本発明の目的は電気絶縁性を付与する炭化ケイ素粉末組
成物を提供するにある。
成物を提供するにある。
特に、電気絶縁性を有する炭化ケィ素焼結体を製造する
ことのできる炭化ケイ素粉末組成物を提供するにある。
本発明は炭化ケイ素を主成分とし、これにべリウムまた
はベリリウム含有物質がドープされていることを特徴と
する電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物にある。添加量は
べりリウム又はべりリゥム含有物質中のベリリウム量で
０．５〜５重量％が好ましい。本発明の電気絶縁性粉末
はそのままプラスチックス、ゴム、絶縁ワニス等のフィ
ラーとして用いることができるが、前記粉末を焼成競結
することにより、秀れた電気絶縁基板として使用するこ
とができる。これらは電気抵抗が１０７０・肌以上を有
する。本発明において、炭化ケイ素中にドープされてい
るベリリウムまたはベリリウム含有物質中のベリリウム
量が０．５重量％より少なくなると繊密な競絹体が得難
くなること及び１０７０・ｃの以上の電気抵抗が得られ
にくい。
ことのできる炭化ケイ素粉末組成物を提供するにある。
本発明は炭化ケイ素を主成分とし、これにべリウムまた
はベリリウム含有物質がドープされていることを特徴と
する電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物にある。添加量は
べりリウム又はべりリゥム含有物質中のベリリウム量で
０．５〜５重量％が好ましい。本発明の電気絶縁性粉末
はそのままプラスチックス、ゴム、絶縁ワニス等のフィ
ラーとして用いることができるが、前記粉末を焼成競結
することにより、秀れた電気絶縁基板として使用するこ
とができる。これらは電気抵抗が１０７０・肌以上を有
する。本発明において、炭化ケイ素中にドープされてい
るベリリウムまたはベリリウム含有物質中のベリリウム
量が０．５重量％より少なくなると繊密な競絹体が得難
くなること及び１０７０・ｃの以上の電気抵抗が得られ
にくい。
特に、０．５重量％以上では１び３０・抑以上の電気抵
抗率を得ることができる。一方、５重量％より多いと焼
結体の熱膨張係数が４×１０‐６／℃よりも大きくなり
、特に、シリコン半導体素子用の絶縁基板として使用す
る場合には問題となる。上記ベリリウムは酸化ベリリウ
ムとして添加するのが良い。
抗率を得ることができる。一方、５重量％より多いと焼
結体の熱膨張係数が４×１０‐６／℃よりも大きくなり
、特に、シリコン半導体素子用の絶縁基板として使用す
る場合には問題となる。上記ベリリウムは酸化ベリリウ
ムとして添加するのが良い。
また、本発明において重要なことは、炭化ケイ素粉末中
に０．４重量％を越える遊離炭素を含まないことである
。
に０．４重量％を越える遊離炭素を含まないことである
。
０．４重量％を越える遊離炭素は本発明の目的である電
気抵抗率を著しく低下させる。
気抵抗率を著しく低下させる。
本発明において、ベリリウムまたはベリリウム含有物質
をドープする方法は、後述の実施例に示す様に、炭化ケ
イ素粉末にベリリウムまたはベリリウム含有物質を添加
し、圧力を加えまたは圧力を加えないで焼成したものを
ポールミルで粉砕することにより得られる。
をドープする方法は、後述の実施例に示す様に、炭化ケ
イ素粉末にベリリウムまたはベリリウム含有物質を添加
し、圧力を加えまたは圧力を加えないで焼成したものを
ポールミルで粉砕することにより得られる。
もちろん原料である炭化ケイ素合成の際に含ませること
は何らさしっかえない。該ベリリウム炭化ケイ素微粉末
は、平均１０Ａｍ、好ましくは２仏ｍ以下の粒径を有す
る徴粉末を使用し、これをホットプレスすることが好ま
しい。競結体中にはアルミニウムまたはホウ素が含まれ
ないことが望ましいが、両者とも０．１重量％以下の含
有量であれば問題はない。アルミニウムが上記より多く
含まれると焼結体の電気抵抗率が１０７０・ｃｍより４
・さくなり好ましくない。また、ホウ素が上記より多く
含まれると熱伝導率が０．４ｃａ夕／弧・ｓｅｃ・℃よ
り小さくなってしまう。なお、熱伝導率が０．＆ａそ／
弧・ｓｅｃ・℃以上のものを得たいときは、炭化ケイ素
はその主成分がＱ型ＳＩＣである粉末を用いて競結する
のが良い。酸化ベリリウムを含有する炭化ケイ素粉末の
暁給条件も重要で、とくに競結は非酸化性雰囲気で行う
のが最も好ましい。酸化性雰囲気では炭化ケイ素粉末表
面が酸化し高密度な暁結体が得られにくい。また焼結温
度約２０００００の酸化性雰囲気中で使用できる炉材料
も今のところ見当らない。暁結時の温度は１８５０〜２
５００００、好ましくは１９００〜２３００００が有効
である。温度が１８５０００より低い場合には高密度な
糠結体が得られにくく、２５００ｏｏより高い場合には
炭化ケイ素の昇華が激しく、暁絹体は過焼成になり、繊
密な磁器が得られにくい。焼結時に試料を高圧で加圧す
るホットプレス法では加圧する荷重は使用するダイスの
材質によって上限が決められている。通常使用するダイ
スは黒鉛製でこの場合には約７００ｋｇ／地まで圧力を
加えることができる。しかし、一般にこうした大きな圧
力を加えなくとも高密度な糠結体を得ることができる。
は何らさしっかえない。該ベリリウム炭化ケイ素微粉末
は、平均１０Ａｍ、好ましくは２仏ｍ以下の粒径を有す
る徴粉末を使用し、これをホットプレスすることが好ま
しい。競結体中にはアルミニウムまたはホウ素が含まれ
ないことが望ましいが、両者とも０．１重量％以下の含
有量であれば問題はない。アルミニウムが上記より多く
含まれると焼結体の電気抵抗率が１０７０・ｃｍより４
・さくなり好ましくない。また、ホウ素が上記より多く
含まれると熱伝導率が０．４ｃａ夕／弧・ｓｅｃ・℃よ
り小さくなってしまう。なお、熱伝導率が０．＆ａそ／
弧・ｓｅｃ・℃以上のものを得たいときは、炭化ケイ素
はその主成分がＱ型ＳＩＣである粉末を用いて競結する
のが良い。酸化ベリリウムを含有する炭化ケイ素粉末の
暁給条件も重要で、とくに競結は非酸化性雰囲気で行う
のが最も好ましい。酸化性雰囲気では炭化ケイ素粉末表
面が酸化し高密度な暁結体が得られにくい。また焼結温
度約２０００００の酸化性雰囲気中で使用できる炉材料
も今のところ見当らない。暁結時の温度は１８５０〜２
５００００、好ましくは１９００〜２３００００が有効
である。温度が１８５０００より低い場合には高密度な
糠結体が得られにくく、２５００ｏｏより高い場合には
炭化ケイ素の昇華が激しく、暁絹体は過焼成になり、繊
密な磁器が得られにくい。焼結時に試料を高圧で加圧す
るホットプレス法では加圧する荷重は使用するダイスの
材質によって上限が決められている。通常使用するダイ
スは黒鉛製でこの場合には約７００ｋｇ／地まで圧力を
加えることができる。しかし、一般にこうした大きな圧
力を加えなくとも高密度な糠結体を得ることができる。
通常の圧力は１００〜〜３００ｋｇ／めである。またサ
ブミカロンの粒径を有する炭化ケイ素粉末を使用するこ
とにより、加圧しないでも繊密（理論値９０％）な鱗結
体を得ることができる。暁結時間に関しては原料粉末の
粒径、温度、焼緒時に加える荷重により最適値が決めら
れる。一般的には原料粉末の粒径が小さく、温度が高く
、終結時に加える荷重が大きいほど短時間で高密度の糠
結体が得られる。実施例 １平均粒径２山ｍの炭化ケイ
素粉末に、金属ベリリウム粉末にまたはべりリウム含有
物質を０．２〜重量％添加して混合した。
ブミカロンの粒径を有する炭化ケイ素粉末を使用するこ
とにより、加圧しないでも繊密（理論値９０％）な鱗結
体を得ることができる。暁結時間に関しては原料粉末の
粒径、温度、焼緒時に加える荷重により最適値が決めら
れる。一般的には原料粉末の粒径が小さく、温度が高く
、終結時に加える荷重が大きいほど短時間で高密度の糠
結体が得られる。実施例 １平均粒径２山ｍの炭化ケイ
素粉末に、金属ベリリウム粉末にまたはべりリウム含有
物質を０．２〜重量％添加して混合した。
べＩＪリウム含有物質としては、茂○，ＢｅＣ０３，Ｂ
ｅＣそ２ ，氏Ｆ２，Ｂｅ（ＨＣ０３）２，Ｂｅ（ＯＨ
）２，技１２，Ｂｅ（Ｎ０３）２，氏２０Ｆ，茂Ｓ，Ｂ
ｅ３Ｎ２，茂Ｃ２Ｃ４，Ｂｅ２Ｃ，段２Ｓｊを用いた。
また、前記炭化ケイ素粉末はｎ型で窒素を１び７〜１び
もｔｏｍｓ／の含有するものを用いた。
ｅＣそ２ ，氏Ｆ２，Ｂｅ（ＨＣ０３）２，Ｂｅ（ＯＨ
）２，技１２，Ｂｅ（Ｎ０３）２，氏２０Ｆ，茂Ｓ，Ｂ
ｅ３Ｎ２，茂Ｃ２Ｃ４，Ｂｅ２Ｃ，段２Ｓｊを用いた。
また、前記炭化ケイ素粉末はｎ型で窒素を１び７〜１び
もｔｏｍｓ／の含有するものを用いた。
該混合物は室温で１０００ｋ９／地の圧力で成形体とし
た後、１×１０‐５〜１×１０＊ｏｒｒ、１０００００
／ｈで室温より、昇温し、２０００００でｌｈｒ保持し
て焼成した。焼成後加熱炉のスイッチを切って放冷した
焼成物は、ポールミル粉砕した。これにより、ベリリウ
ムがドープされた平均粒径２山ｍの炭化ケイ素粉末を得
た。該粉末は、再度成形した後、黒鉛製ダイスに入れ、
１×１０‐５〜１×１０‐ヰｏｒｒの減圧下で３００ｋ
９／めで加圧しながら２０００００、沙ホットプレスし
た。
た後、１×１０‐５〜１×１０＊ｏｒｒ、１０００００
／ｈで室温より、昇温し、２０００００でｌｈｒ保持し
て焼成した。焼成後加熱炉のスイッチを切って放冷した
焼成物は、ポールミル粉砕した。これにより、ベリリウ
ムがドープされた平均粒径２山ｍの炭化ケイ素粉末を得
た。該粉末は、再度成形した後、黒鉛製ダイスに入れ、
１×１０‐５〜１×１０‐ヰｏｒｒの減圧下で３００ｋ
９／めで加圧しながら２０００００、沙ホットプレスし
た。
圧力は、放冷開始後、１５００００以下になるまで保持
した。上記により得られた炭化ケイ素暁結体の特性を第
１表および第２表に示す。
した。上記により得られた炭化ケイ素暁結体の特性を第
１表および第２表に示す。
またベリリウム添加量を電気絶縁性、熱伝導率、等との
関係を見るため、炭化ケィ素焼糸吉体にベリリウムを添
加したをものをホットプレスしたものについて調べた。
関係を見るため、炭化ケィ素焼糸吉体にベリリウムを添
加したをものをホットプレスしたものについて調べた。
その結果を第１図〜第４図に示す。第１図〜第４図の結
果から明らかな様に、ベリリウム量で０．５〜５重量％
の範囲が特性的に秀れた絶縁性暁給体が得られることが
判る。
果から明らかな様に、ベリリウム量で０．５〜５重量％
の範囲が特性的に秀れた絶縁性暁給体が得られることが
判る。
ドープした粉末を用いた場合これらの結果と実質的に同
様な結果が得られた。第１表 第２表 熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定、熱膨張係数は室温
〜３００℃の平均値。
様な結果が得られた。第１表 第２表 熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定、熱膨張係数は室温
〜３００℃の平均値。
実施例 ２実施例１で得たドープ粉末のボールミル粉砕
時間を変えて平均粒径の異なる粉末を得た。
時間を変えて平均粒径の異なる粉末を得た。
該粉末を実施例１と同様にホットプレス法により暁結し
た。焼給体の相対密度に対する粒蚤の影響について調べ
たところ第３表の様な結果を得た。
た。焼給体の相対密度に対する粒蚤の影響について調べ
たところ第３表の様な結果を得た。
第３表
表かな明らかなように、１０仏ｍ以下ではち密な暁結体
が得られる。
が得られる。
該粉末の競結体の電気抵抗率、熱伝導率は、いずれも実
施例１と同等のものが得られた。
施例１と同等のものが得られた。
なお、上記粒径の異なる粉末をヱポキシレジンのフィラ
ーとして混合したところ、従来のシリカをフィラーに用
いたものに比べ、熱伝導率の大きな樹脂成形物が得られ
た。
ーとして混合したところ、従来のシリカをフィラーに用
いたものに比べ、熱伝導率の大きな樹脂成形物が得られ
た。
本発明の炭化ケイ素粉末組成物および糠結体は高電気抵
抗率と高熱伝導率を有する。
抗率と高熱伝導率を有する。
従って、前述した如き電気絶縁用材料として優れた効果
が得られる。
が得られる。
第１図はべりＩＪゥム添加量と暁結体の相対密度との関
係を示す図、第２図はべりリゥム添加量と競絹体の室温
における熱伝導率との関係を示す図、第３図はべりリウ
ム添加量と鱗給体の室温における電気抵抗率との関係を
示す図、第４図はべりリウム添加量と競結体の室温〜３
００ｏｏにおける熱遊学張係数の平均値との関係を示す
図である。 図船 図 Ｎ 船 図 の 船 図 寸 船
係を示す図、第２図はべりリゥム添加量と競絹体の室温
における熱伝導率との関係を示す図、第３図はべりリウ
ム添加量と鱗給体の室温における電気抵抗率との関係を
示す図、第４図はべりリウム添加量と競結体の室温〜３
００ｏｏにおける熱遊学張係数の平均値との関係を示す
図である。 図船 図 Ｎ 船 図 の 船 図 寸 船
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化ケイ素を主成分とし、これにベリリウムまたは
ベリリウム含有物質がドープされていることを特徴とす
る電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物。 ２ 前記ベリリウムまたはベリリウム含有物質はベリリ
ウムに換算して０．５〜５重量％である特許請求の範囲
第１項の電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56039352A JPS6025389B2 (ja) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | 電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56039352A JPS6025389B2 (ja) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | 電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57156373A JPS57156373A (en) | 1982-09-27 |
| JPS6025389B2 true JPS6025389B2 (ja) | 1985-06-18 |
Family
ID=12550677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56039352A Expired JPS6025389B2 (ja) | 1981-03-20 | 1981-03-20 | 電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6025389B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50158603A (ja) * | 1974-06-14 | 1975-12-22 | ||
| JPS5537414A (en) * | 1978-09-04 | 1980-03-15 | Hitachi Ltd | Manufacture of silicon carbide sintered body |
-
1981
- 1981-03-20 JP JP56039352A patent/JPS6025389B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57156373A (en) | 1982-09-27 |
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