JPS62105962A - 窒化アルミニウム焼結体製造用原料 - 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、窒化アルミニウム焼結体製造用原料に関する
。

牛尋体素子の絶縁放熱用セラミック基板材料として、ア
ルミナ基板が広く用いられている。

しかし、素子の小型化に伴い、単位面積当りの発熱ｔｈ
増加の一途をたどっているので、アルミナ基板よりもさ
らに熱伝導性にすぐれた材料の出現が待たれており、そ
の七力な材料として窒化アルミニウムがある。

〔従来の技術〕

従来、窒化アルミニウム焼結体に、その高熱伝導性、耐
食性、烏強度などの特性を利用し、高温構造材料として
主に使用されているが、熱伝導率は窒化アルミニウム本
来の値りりも小さいものであった。

最近になり、窒化アルミニウムの制熱伝導性全利用すべ
き電子部品用基板が指向されている。

その窒化アルミニウム焼結体は、本来の高熱伝導性を維
持するため、焼結助剤の使用１ｔｔ−できるだけ少なく
すると共に、原料窒化アルミニウム粉末も、全編不純物
が少なくて酸索含有蓋の小さいものが必披であるとされ
ている。そのような性能を示す焼結助剤として、酸化イ
ツトリウムＹ２Ｏ３や酸化セリウムＣθ０２などが知ら
れているが、それには次のような欠点がある。

すなわち、Ｙ”ｚｏｓは、低添加の領域では緻密化する
が、高熱伝導性を示す焼結体は得られず、かつ、メタラ
イズ性が悪いという欠点がある。

ま次、高添加の領域では、緻密化が不十分であり、基材
としての用途には適さず、さらには、高価になるという
欠点がある。−万、ＣａＯ２は、安価であり、メタライ
ズ性はｙｉｏｓエクも優れている利点にあるが、Ｙ２Ｏ
２と同様に、低添加では低熱伝導性、高添加では緻密化
不十分という欠点がある。加えて、Ｙ２Ｏ２、ＣａＯ２
共に、焼結ロフト間の熱伝導率のバラツキが大きく、ロ
フト間で２０〜５０％もの差が生じることもあつ九。

また、焼結温度框実用上１，７００℃以上、好ましくは
１，８００℃以上の温度が必要であう次。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者は、これらの欠点全解決し、高熱伝導性の窒化
アルミニウム焼結体を得ることができる焼結用原料につ
いて種々検討した結果、焼結助剤として酸化セリウムと
酸化イツトリウムｔ−同時に使用し次ときにすぐれた効
果を発揮し、併わせて、その添加する酸化セリウムと酸
化イツトリウムの比率を特定すると共にそのざトカＬｌ
ｆ７を原料窒化アルミニウム籾米に宮で扛る改索蓋に応
じて変量して使用すればその効果が著大になることを見
い出し、本発明全完成した。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、酸化セリウムと酸化イツトリウム
の混合物からなる焼結助剤を、原料窒化アルミニウムが
含有する酸素量のｈｉｔで４〜１０倍量の範囲で配合し
てなることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体製造用
原料である。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させている最
も重大な要因に、原料である窒化アルミニウム粉末中に
含まれている酸素不純物におる。この酸素不純物の多く
に窒化アルミニウム粉末の板面に存在するが、焼結工程
において窒化アルミニウム粒子の内部へ拡散し、これが
原因となって熱伝導率が低下する。焼結助剤は、緻密化
を促進すると共に、この不純物酸素とよ〈反応し、それ
を遊離しないことが重要である。

この工うな観点にたって担々検討を加え友結果、焼結助
剤として、酸化セリウムと酸化イツトリウムとを併用し
、かつ、それ全合計量として、原料窒化アルミニウムが
含有する酸素重量に対して４〜１０倍量を使用すれば、
酸化セリウムや酸化イツトリウム等の焼結助剤を単独で
使用する場合に比べて、あるいは、本発明に係る化合物
とＪ！！なる化合物を併用する場合、例えは酸化ランタ
ンと酸化イツトリウムと併用する場合等に比べて、得ら
れた焼結体の熱伝導率等が著しく向上し、それと同時に
焼結温度を大巾に下けることができることを見い出した
ものである。

本発明において、酸化セリウムと酸化イツトリウムの使
用ｔを、両者の合計で、原′＃＋窒化アルミニウム粉末
に含まれる酸素重量の４〜１０倍量とする理由に、４倍
よりも少蓋であると、十分に緻密化し九焼結体は得られ
るが熱伝導率は満足できず、１次、１０倍量をこえると
、緻密性が急激に低下し、熱伝４率も小さくなるからで
ある。好ましい使用量は５〜８倍である。原料窒化アル
ミニウム粉末に含まれる酸素量には特に限定はない。比
較的容易に入手し得る酸素富有１（Ｌ５〜２Ｎｉｉ％程
度の窒化アルミニウム粉末は本発明の態様例である。

酸化セリウムと酸化イツトリウムのモル比は４：１〜１
：４の範囲にするのが好ましい。その理由は、４：１エ
クｃ　ｅｏ、が多くなると、急激な熱伝導率の低下が起
ると共に添加ｋを増したときの緻密化度が低下の起こ９
、ま友、１　：　４゜エフｙ、ｏｓが多くなると、熱伝
導率の低下、高添加での緻密化不足、メタライズ性の低
下が起こってくるからである。

焼結法としては、原料屋化アルミニウム粉末と酸化セリ
ウム及び酸化イツトリウムとの混合物を冷間成形後、常
圧焼結又はホットプレス焼結をする方法が、通常、採用
される。温度は、１．６００へ２，０００℃、好筐しく
け１，６５０〜１．９５０℃が適当である。１，６００
℃未満では、十分に微密化した焼結体は得られず、また
、２，０００℃金こえて焼結する利点はなく、かえって
色むらや変色が認められる工うになる。

〔実施例〕

以下、実施？’ｌＪ全めけて芒らに具体的に説明する。

実施？Ｊ　１ 電気化学工業社製窒化アルミニウム粉末（酸素含有蓄０
．８５重量％、体積平均径５．２μ、比表面槓五５　ｍ
２７ｔ　）　９５９　Ｋ酸化セリウム五１２、酸化イツ
トリウム１．９　ｆ　ｉ添加し、５００頭のナイロンポ
ット、Ａｔ２０３ボール金使用して２時間乾式混合した
。これに−次結合剤として、３０％ポリメチルメタクリ
レート−トルモノ醇７ｆｆｌ’に混合物１０２ｅこ対し
０．８ｆの割合で加え、簡単な混合全行った後、２５φ
×１０ｔの円板に５００　’Ｋｇ／ｃｍ”の圧力で金型
成形した。得られた円板金、５００℃、Ｎ２気流中で２
時間加熱し、−次結合剤の除去を行った。次に、これを
黒鉛容器に移し、粗めのＡ／Ｊ粉で軽く包囲して、Ｎ２
９１８５０℃で２時間常圧焼結しｆ”−ｏＩＪらＩｌ’
）：焼結体は、相対密！ｔ　９　ａ　７％、熱伝導率１
２２Ｗ／ｍＫと極めて商い値であった。７２：′ｉ？、
熱伝導率は、レーザーアラシュ法（装置は理学′４Ｌ機
礼典）によす創建した。

お考例１〜８ ＣｅＯｌ　トＹ！０３’を同時１１Ｃ添７Ｊｌｌするか
わ９Ｖこ、Ｙ、Ｏ。

又はＣｅ０よ　？用い六二以外は実施例１と１１５１様
にして焼結体ｔｌ−製造した。その結果を第１表に示す
〇第１表 実施ｉ＋１１２〜１６、癖考例９、比較例１〜４Ｃθ０
２とｙ、ｏ３　のモル比全２＝１又μｍ：１とし、その
添加蓋と焼結温度をかえた以外は実施例１と同様にして
焼結体を製造した。その成績金弟２衣に示す。

参考レリ９μ低温焼結した例、比較例１〜４は、本発明
と異なる割合で焼結助剤１１口した例である。なお、第
２衣には、実施例１の結果についても併記した。

実施例１７〜２２、比較例５〜８ 原料窒化アルミニウム粉末として、＃Ｒ素金含有１４ｍ
１ｉ％、平均粒径４．５μのもの（電気化学工業社製粉
砕品）を用いて焼結体を製造した。

その結果を第６表に示す。

実施例２５〜２８、比較例９〜１２ 原料窒化アルミニウム粉末として、　ｒ＊素含有ｉｉ　
１．８５爪危チ、平均粒径五５μのもの（ｍ気化学工業
社表粉砕品）金用いて焼結体？製造した。その結果金弟
４表に示す。

実施例２９〜３１ 原料窒化アルミニウム粉末として酸素含有量α８５亀袷
頭、平均粒径５．２μのもの（を気化学工業社製）金用
い、ＣｅＯ２とＹ２Ｏ３の飴」“を内ｍｌＪで６重伝係
に同側し、ＣθｏｌとＹ２Ｏ３の比率を変えた他は実施
例１と同様の手ｊ１で焼結体を製造し、熱伝導率を測定
した。その結果全図面に示す。なお、図面には、実施例
４と１４、及び参考例３と７の結果についても併記した
。

図面から明らかな工うに、ｃｅｏ、／ｙ、ｏ３がモル比
Ｔ　４／１〜１／４（７−Ｊ範囲で１００　Ｗ／ｍＫ以
上もの高い熱伝導率金示すことがわかる。

実施例３２ 実施汐１１１７〜２２で用いた窒化アルミニウム９．２
２と酸化セリウム０．５ｆと酸化イツトリウムｃＬ３２
と金らいかい機にて混合し、グラフオイルでライニング
した内径２５φの黒鉛ダイスに充てんした。これを１８
００℃、１時間Ｎ２気流中で１５０　Ｋｆ／／ｌｙｎ”
の圧力でホットプレス焼結した。青らｎた焼結体の緻密
化度は、９ρ８チυ相対密度で、熱伝導率は１５５　Ｗ
／ｍＫであり、ホットプレスでも晶熱伝暦率の焼結体が
得られることを確認した。

実施例５５ 実施例５で使用し７たのと同じ窒化アルミニウム９２　
ｆＳ１ｐ化セリウムＡ５ｆ、［化イツトリウム４．５？
、−次結合ハ１［としてポリビニルブチラール６２、可
ｇｖＪ剤としてジブチルフタレート５？、分散剤として
トリオレイン１２及び溶剤としてブタノール６０ｆｉ５
００ｅｅのナイロンポットにて８０　ｒｐｍの回転数で
２４時間混合した。得られ几スラリーにドクタープレー
ディングによ一リＰＥＴフィルム上に拡け、風乾後、１
２０℃で３時間乾燥して厚さ１．２簡のグリーンシート
を得た。これを２５φの円板状に打ち抜さ、５枚を重ね
て１５０′Ｃで１０分曲１０　ｋｙ／ｚ”の圧力で積層
した。この積層品を、空気中ＳＯＯ℃で１時間加熱して
一次結合剤の除去全行なった後、１８５０℃１時間Ｎ！
中で′濱圧焼結した。

得ら扛た焼結体の密度汀、９９．５％（相対密度）で、
熱伝導率１’、Ｉ　１１１　Ｗ／ｍＫであり、ｄ常のド
クターブレード成形でも熱伝導率のＶ」い焼結体が得ら
れることを確認した。

実施例３４ 実施例１〜５５で得られた焼結体に導体ベースト全塗布
し、焼き付けした後、その接着強度を・側だＬまたとこ
るいずれも１．５空／簡２以上の値を示し、極めて、メ
タライズ性に優れていること″ｆ：確認した。

実施例５５，５６、比較例１５〜１６ 焼結助剤と焼結温Ｖ全第５衣に示す如くがえた以外は、
実施例５３と同様に実施した。その結果も第５表に示す
。

〔発明の効果〕

本発明の原料を用いれば、従来の酸化イツトリウムや歌
化セリウム等の焼結助剤を単独で使用するものに比べて
、熱伝導率が大で、かつバラツキも少なく、シかもメタ
ライズ性の潰れた窒化アルミニウム焼結体を低い焼結温
度で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、酸化セリウム（ＣｅＯ８）と酸化イツトリウム
（Ｙ２Ｏ３）のモル比と、焼結体の熱伝導率との関係図
である。 特許出願人　電気化学工柴株式会社 代　　理　　人　　吉　　　蛸　　　　　　桂第　／　
図 ＣｅＯん。、Ｃモル比）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化セリウムと酸化イットリウムの混合物からな
   る焼結助剤を、原料窒化アルミニウムが含有する酸素量
   の重量で４〜１０倍量の範囲で配合してなることを特徴
   とする窒化アルミニウム焼結体製造用原料。
2. （２）酸化セリウムと酸化イットリウムとの比がモル比
   で４：１〜１：４の範囲にあることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の窒化アルミニウム焼結体製造用原
   料。