JPS61275111A - 焼結用窒化アルミニウム粉末及び窒化アルミニウム焼結体 - 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〕 本発明は、熱伝導性にすぐれた窒化アルミニウム焼結体
及びその製造原料に関する。

窒化アルミニウム（ＡＩＭ　）焼結体は、耐熱性・耐食
性・耐熱衝撃性にすぐれた高温材料であると共に、高熱
伝導性・絶縁性材料で化学的安定性Ｋ　−優れているこ
とから電子機器の分野特に集積回路等における絶縁放熱
用基板材料として注目されている。

〔従来の技術〕

窒化アルミニウム焼結体は、通常、窒化アルミニウム粉
末をコールドプレス法、ｒフタ−ブレード法などで成形
後、窒素等の不活性雰囲気中で焼成して得られる。この
場合、窒化アルミニウム粉末の粒径は、平均粒径で３μ
以下にすることが好ましいといわれている。一方、窒化
アルミニウム粉末は、通常、金属アルミニウム粉末成形
物を室素あるいはアンモニアガス下で窒化することによ
り製造されている。そして、窒化後の形状はブロック状
となるため、ショークラッシャー等の粗粉砕機、更にポ
ールミル等の微粉砕機を使用して数μの粒径に粉砕され
る。

一般に入□手出来る粉末は数μと粗いため、焼結体を得
ようとする場合、前処理として焼結助剤等と共に粉砕混
合処理を行なっている。

以上の様な粉砕工程を経る間に粉砕機材質からの汚染或
いは酸化のため、窒化アルミニウム粉末が金属及び酸素
で汚染されるので、高熱伝導性を得ようとしてもこれら
の不純物が大きな影響を与え熱伝導性をしばしば悪化さ
せる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は、金属不純物と酸素による汚染を極力押え、
窒化アルミニウムが持つ本来の高熱伝導性を十分に発揮
することができる窒化アルミニウム粉末及び焼結体を得
ることを目的として種々検討した結果、従来のショーク
ラッシャーやポールミル等にかえて、有機重合体からな
るポットとジルコニア質ポールとを組み合わせて使用す
ればよいことを見い出し、本発明を完成した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、以下を要旨とする焼結用窒化アルミニウム粉
末及び窒化アルミニウム焼結体である。

（１）窒化アルミニウム粉末単独、もしくは焼結助剤、
粘結剤、分散剤、可塑剤の群から選ばれた１種以上の物
質との混合物を、有機重合体からなるポットとジルコニ
ア質ポールとを組み合わせて平均粒径３μ以下に粉砕し
てなることを特徴とする焼結用窒化アルミニウム粉末。

（２）　　窒化アルミニウム粉末と、Ｉａ酸化物及びＩ
Ｉａｉ！！化物から選ばれた１種以上の焼結助剤と、必
要に応じて、有機高分子粘結剤、有機分散剤及び可塑剤
の群から選ばれた１種以上の物質とを、有機溶剤中に分
散させ、有機重合体からなるポットとジルコニア質ポー
ルとを組み合わせて平均粒径６μ以下の窒化アルミニウ
ム粉末を含むスラリーを調整した後グリーンシートを成
形し、有機物を除去した後不活性雰凹気下１；７００℃
以上の温度で焼結してなることを特徴とする窒化アルミ
ニウム焼結体。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

本発明の第１は、従来のショークラッシャーやが一ルミ
ル等にかえて、有機重合体からなるポットとジルコニア
質ポールとを組み合わせて、原料窒化アルミニウム粉末
を粉砕したものである点に主たる特徴を有する。これに
よって、酸素及び金属不純物の混入を著しく少なくする
ことができる。

すなわち、通常、窒化アルミニウムは、粒径５〜１０μ
程度のものが入手されるので、それを焼結に好適な３μ
以下の粒径とするのに、アルミナ展のポールミルで粉砕
している。しかし、それによって、チオーダーの酸化ア
ルミニウムが混入するので、その焼結体の熱伝導率は５
　Ｑ　ｗ　／　ｍｋとなってしまうが、本発明では、そ
のようなことはない。

ポット材質の有機重合体としては、ナイロン、ポリエチ
レン、フッ累樹脂、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、
シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフ
タレートなどがあり、特にナイロン、ポリエチレンか好
ましく・。有機溶剤としては、トルエン等の芳香族系、
トリクレン、トレツセン等の塩素系、アセトン等のケト
ン系、ヘキサン等のパラフィン系などが使用されるが、
ウレタン製ポットの場合は、有機溶剤を用いる湿式混合
粉砕の際、膨潤するおそれがあるので好ましくはない。

ポールの材質はジルコニア質であり、さらには、例えば
ＣａＯ％ＭｇＯ，ｙ２ｏ３等で安定化したジルコニアで
あってもよい。

酸素混入菫を減少させるためには、窒化ケイ素や窒化ア
ルミニウムのような非酸化物セラミックを用いることも
考えられるが、それらのポールでは、酸素の混入を防止
することができても、窒化ケイ素の場合は、８　ｉ　３
Ｎ４即ち８１分の混入を避けることはできない。８１分
が混入すると、焼結体中にＡＪＩ　Ｓ　ｉ　ＯＮなどの
極端に熱伝導性を悪化させる相を形成する。一方、窒化
アルミニウムの場合は、原料粉末と同一成分であること
から不純物混入による不利な点はなくすることができる
が、比重が５．２１１　／　ｃｒｒＬ”と小さいので粉
砕効率が極めて悪いこと、及び焼結することが窒化ケイ
素はど簡単ではないので入手が困難であるという不都合
がある。

他方、有機重合体をコーティングしてなるポット及びポ
ールを用いることも考えられるか、有機重合体の摩耗が
激しくなるので好ましくはない。

ポットの大きさは、特に制限されないが、ポット容積の
６０〜６０％ポールを充てんする。窒化アルミニウム粉
末は、ポット容積の５〜３０チ好ましくはポールの空隙
を埋める程度にするのがよい。また、ポールの径として
は、通常は５〜２０ＩＩ翼メ好ましくは５〜１ぎｍ菖グ
程度である。

次に、第２発明について説明する。

通常、窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム粉
末と焼結助剤と必要に応じて粘結剤、分散剤及び可塑剤
の群から選ばれた１種以上の物質とを、有機溶剤に分散
させてスラリーを調整し、それでグリーンシートを成形
した後、有機物を除去する脱脂工程を経て、不活性雰囲
気下で焼結することによって製造されている。また、コ
ールにプレス法でグリーン成形物とし焼結する方法もあ
る。

本発明は、そのような方法において、焼結助剤として、
ｌａ酸化物及びＩＩＩａ酸化物から選ばれた１種以上を
選択し、前述した第１発明のように、有機１合体からな
るポットとジルコニア質ポールとを組み合わせて湿式混
合粉砕を行なうと共に、グリーンシートを１．７００℃
以上の温度で焼結するところに主たる特徴がある。

焼結助剤であるＩａ及びｎａの酸化物としては、酸化イ
ツトリウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化ラン
タン、酸化ニオブ、酸化プラセオジウム、酸化ユーロビ
ューム、酸化バリウム、酸化ストロンチウムなどがあげ
られる。さらに、焼結中に酸化物に変化するような化合
物例えば水酸化などの形態で用いることも可能である。

中でも好ましいものは、酸化イツトリウム、酸化セリウ
ム、酸化ランタンである。ｌａ及びＩＩＩａの酸化物か
ら選ばれた１′ｓ以上の焼結助剤は、他の焼結助剤に比
べて窒化アルミニウムの熱伝導率を損なわすに焼結でき
るという利点がある。

本発明に係る焼結助剤の添加量は、原料窒化アルミニウ
ム粉末の外側容量に対し１〜１０％が適当である。

有機重合体からなるポットとジルコニア質ポールとを組
合わせ使用する理由は、第１発明において詳述した。有
機溶剤についても前述したものが使えるが、クロロセン
等の塩素系のものは取扱いが容易である。なお、水やア
ルコールは、窒化アルミニウムを加水分解させるので不
適である。

グリーンシート成形後の脱脂は、４００〜８００℃の温
度において、不活性雰囲気下あるいは若干酸素を含む雰
囲気下の条件で行われ、その後、チッ素やアルプン等の
不活性雰囲気下１，７０（７’Ｃ！以上の温度で焼結す
れば、本発明の窒化アルミニウム焼結体を製造すること
ができる。焼結温度が１．７００℃未満では、緻密な焼
結体を得ることができない。好ましくは１，８００℃以
上である。

なお、必要に応じて添加される粘結剤としては、ボリビ
ニルデチラール、ポリビニルアルコール、アクリル系ポ
リマーなど、分散剤としてはトリオレイン、グリセリン
など、また、可塑剤としてはジオクチルフタレートなど
の７タル酸工ステル等通常のものがあげられ、使用量も
通常量で十分である。

以下、実施例をあげてさらに具体的に説明する。

〔実施例〕

実施例１ 容積１１のポールミルに溶媒２００１Ｉと市販の窒化ア
ルミニウム粉末（平均粒径７μ）１００ｇを入れ、ポー
ルミルのポットの材質とポールの材質及び径とを変化さ
せ、窒化アルミニウム粉末の平均粒径が３μになるまで
の時間と、金属不純物と酸素の混入量を測定した。なお
、ポールミルの回転数は８０　ｒｐｍとした。溶剤とし
ては、クロロセン、トリクレン、アセトンを用いたが、
いずれもほぼ同程度の好結果が得られたので、クロロセ
ンのみの結果について第１表に示した。

実施例２ 原料窒化アルミニウム粉末（市販品：平均粒径７μ）１
００．！？、有機粘結剤（ポリビニルブチラール）５１
１有機分散剤（トリオレイン）１ｇ。

可塑剤（ジオクチルフタレー））２，９及び焼結助剤（
ａｔ化セリウム）　１０　ｇ（４，３容量％）の混合物
を、クロロセン２００ｇに分散させてポールミルに投入
し、窒化アルミニウム粉末の平均粒径が３μ以下となる
各種の条件で混合粉砕をしスラリーを調整した。

このスラリーをドクターブレード装置を用い、ポリエチ
レンテレフタレートフィルムに塗布し、乾燥してグリー
ンシートを炸裂した。グリーンシートをフィルムより剥
離してから、４０龍角のシーｌとし、このシートを４枚
積層圧着した後、温、度７００℃の窒素ガス雰囲気下で
２時間保持してポリビニルブチラールを除去し、次いで
温度１．８００℃の窒累雰囲下で１時間焼結した。得ら
れた焼結体の密度と熱伝導率を測定した。その結果を第
２表に示す。

実施例６ 実施例２において、焼結助剤を平均粒径１．２μの酸化
イツトリウム又は酸化カルシウムとし、添加量を８１１
（容積チは各々５．１　、　７．３　）とし同様の測定
を行なった。その結果を第３表に示す。

以下余目 実施例４ 実施例２の実験４２１の条件において、焼結温度と焼結
助剤量とを変化させて焼結体を製造し、その熱伝導率を
測定した。その結果を第４表に示す。

以下令白 〔発明の効果〕 （１１本発明の第１によれば、金属不純物と酸素σ混入
量が少ない平均粒径３μ以下の窒化アルミニウム粉末を
得ることができる。

（２）シかも、ジルコニアの比重は７−６．５’　／　
ｃｍ３と大きいために粉砕効率が極めて高く、アルミナ
乍窒化ケイ素質、窒化アルミニウム質のポールに電べて
粉砕時間が”／３に短縮される。すなわち、交率的な粉
砕ができるために、粉砕中の窒化アルミニウムの表面酸
化を押える効果がある。

（３２本発明の第２によれば、窒化アルミニウムカ本来
もつ熱伝導性を損なわずに高い熱伝導率を月し、かつ、
焼結性も良好で、基板に必要な充分式緻密性をもった焼
結体を得ることができる。

特許出願人　電気化学工業株式会社 手　　続　　　補　　正　　　書 昭和６０年７月３　日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 【、　１．事件の表示 と　　　　　昭和６０年特許廟第１１６５１１号、　　
２．１＠９１（７）鼎 焼結用窒化アルミニウム粉末及び窒化アルミニウム焼結
体 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　■ＩＱＯ東京都千代田区有楽町１丁目４番１号明
細書の発明の詳細な説明の欄 ５、補正の内容

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム粉末単独、もしくは焼結助剤、
   粘結剤、分散剤、可塑剤の群から選ばれた１種以上の物
   質との混合物を、有機重合体からなるポットとジルコニ
   ア質ポールとを組み合わせて平均粒径３μ以下に粉砕し
   てなることを特徴とする焼結用窒化アルミニウム粉末。
2. （２）窒化アルミニウム粉末と、IIIａ酸化物及びIIａ
   酸化物から選ばれた１種以上の焼結助剤と、必要に応じ
   て、有機高分子粘結剤、有機分散剤及び可塑剤の群から
   選ばれた１種以上の物質とを、有機溶剤中に分散させ、
   有機重合体からなるポットとジルコニア質ポールとを組
   み合わせて平均粒径３μ以下の窒化アルミニウム粉末を
   含むスラリーを調整した後グリーンシートを成形し、有
   機物を除去した後不活性雰囲気下１，７００℃以上の温
   度で焼結してなることを特徴とする窒化アルミニウム焼
   結体。