JPS6227487B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6227487B2 JPS6227487B2 JP55111660A JP11166080A JPS6227487B2 JP S6227487 B2 JPS6227487 B2 JP S6227487B2 JP 55111660 A JP55111660 A JP 55111660A JP 11166080 A JP11166080 A JP 11166080A JP S6227487 B2 JPS6227487 B2 JP S6227487B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- beryllium
- weight
- silicon carbide
- density
- Prior art date
- 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)
Description
本発明は高熱伝導率、高電気抵抗率を有し誘電
損失の少ない焼結体に係り、炭化ケイ素焼結体の
電気絶縁体に関する。 近年、半導体工業の進歩は目ざましく、大規模
集積回路等に使用される絶縁基板には回路構成要
素がますます高密度に形成されるようになつてき
た。さらに小型化に対する要請も大きくなり、使
用する絶縁基板への流入熱量は大幅に増加してき
た。従来、絶縁基板材料としてアルミナ磁器が、
また、熱放散をも必要とする場合はベリリア磁器
が使用されてきた。しかし、アルミナ基板では集
積度が高まるにつれ、熱放散はほぼ限界に達し
た。また、ベリリア磁器は、その製造過程で取扱
うべリリアの有害性のため、現在国内では全く生
産されていない。このため、より熱放散が大きい
絶縁基板材料の開発が要請されるようになつてき
た。 ところで、絶縁基板材料が具備すべき条件に
は、 (1) 電気絶縁性が大きいこと。 (2) 熱伝導率が大きいこと。 (3) 熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近いこ
と。 (4) 誘電損失が小さいこと。 (5) 機械的強度が大きいこと。 等が挙げられる。上記した条件のうち、炭化ケイ
素は熱膨張係数が約37×10-7／℃でアルミナ磁器
の約80×10-7／℃に比べシリコンの熱膨張係数に
極めて近く、機械的強度は50Kg／mm2以上の曲げ強
さを有し、アルミナ磁器の約20Kg／mm2に比べ高強
度である。炭化ケイ素の熱伝導率は0.1〜0.3cal／
cm・sec・℃が知られており、アルミナ磁器の約
３倍以上を有する。また、炭化ケイ素の単結晶で
は約0.4〜1.2cal／cm・sec・℃の高い値を有する
ものが知られている。また、アルミナ磁器の誘電
体力率は約５〜７×10-4である。誘電体力率が大
きい場合は、使用される周波数が高くなるにつれ
て誘電損失が大きくなり、その熱エネルギーとし
ての損失は基板の発熱を促進し熱放散に対して大
きな障害となる。 炭化ケイ素は電気的に半導体に属し、電気抵抗
率が100〜1000Ω・cmオーダで電気絶縁性ではな
い。大きな電気絶縁性を有し電気的損失の少ない
高密度の焼結体を得ることは困難と考えられてお
り、従来、前記の条件を満足する焼結体は知られ
ていない。 最近、高密度の炭化ケイ素焼結体を製造する技
術が開発された。この技術の中には反応結合法、
気相化学析出法、ホツトプレス法、無加圧焼結体
がある。これらの技術により製造された炭化ケイ
素体は主としてタービン、熱交換器、メカニカル
シール部品、熱的・化学的に苛酷な条件下で使用
される装置や治具に使用される。 従来技術によれば、高密度の炭化ケイ素焼結体
を得るため、種々の添加剤が加えられた。例えば
高密度を得るための添加剤としてアルミニウムや
鉄を添加してホツトプレスすることにより、炭化
ケイ素の理論密度に対し98％の密度を有する焼結
体が得られる（Alliegro et al.J.Am.Ceram.Soc.
、39 386〜389（1956））。最近の技術では例えば
高密度化助剤としてホウ素と炭素を用いて、ホツ
トプレスまたは無加圧法で高密度化を達成できる
方法が開示されている（特開昭49−99308号、同
50−34608号）。さらにアルミニウム化合物を用い
る方法も開示されている（特開昭49−7311号）。
さらに多くの高密度化助剤を用いる方法が開示さ
れているが、これらはいずれもホウ素またはアル
ミニウム化合物を使用するもので、これらの高密
度化助剤を用いた炭化ケイ素焼結体においてはそ
の電気抵抗率は100Ω・cm以下である。 特開昭53−67711号によれば炭化ケイ素粉末に
0.5〜５重量％の過剰炭素と約0.03〜３重量％の
ベリリウム含有化合物（元素状ベリリウム、炭化
ベリリウム）から構成される粉末であり、ホツト
プレス法または無加圧法によつて炭化ケイ素の理
論密度の85％以上の密度を有する焼結体が得られ
る。さらに炭化ケイ素粉末に0.5〜５重量％の過
剰炭素と約0.03〜３重量％のベリリウムとホウ素
との混合物から成る粉末をホツトプレス法または
無加圧法によつて炭化ケイ素の理論密度の85％以
上の密度を有する焼結体が得られる。 しかし、これには焼結体の熱伝導率および電気
抵抗率の値は示されていないが、熱伝導率は約
0.5cal／cm・sec・℃、電気抵抗率は104Ω・cm以
下と予想され絶縁基板用として使用できない。ま
た、誘電体力率の値も示されていない。 本発明の目的は熱伝導率が高くしかも電気絶縁
性に優れ、さらに誘電体力率が小さい電気絶縁基
板として好適な炭化ケイ素焼結体を提供すること
にある。 本発明は、炭化ケイ素に、酸化ベリリウムまた
はベリリウム化合物がベリリウムとして0.05〜
7.5重量％および炭素の0.1〜0.4重量％を含む電気
絶縁性焼結体にある。 ベリリウムが0.05重量％より少ない場合は高熱
伝導率と高電気抵抗率が得られるばかりでなく、
焼結体の機械的強度も小さい。また7.5重量％を
越えると熱膨張係数が大きくなる。また炭素が
0.1重量％より少ない場合は、誘電体力率を小さ
くすることができない。一方、0.4重量％を越え
ると電気抵抗率も急激に小さくなつてしまう。 炭化ケイ素、酸化ベリリウムおよび炭素は微細
な粉末であることが望ましい。炭化ケイ素粉末の
粒径が大きい場合には高密度な焼結体が得難くな
るので、平均粒径は10μｍ以下であることが必要
である。また、添加物粉末の粒径も小さいことが
望ましい。粒径が大きい場合は均一な分散体が得
られず焼結体性能のバラツキが大きくなる。 本発明によれば、95％（相対密度）以上の密度
に焼結することにより高熱電導率、高電気抵抗
率、低誘電体力率を有する焼結体を得ることがで
きる。 以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例 １ 粒径が2.0μｍ以下のSiC粉末に、粒径10μｍ以
下のBeO粉末0.1〜20重量％（ベリリウムとして
約0.04〜7.5重量％）と、粒径１μｍ以下の炭素
粉末0.05〜0.8重量％添加して混合した。該混合
粉末を圧粉体密度1.6〜1.67／cm3（炭化ケイ素の
理論密度の50〜52％密度）の成形体を作成し、黒
鉛ダイス中で１×10-4Torr以下で2000℃、300
Kg／cm2の圧力下１時間ホツトプレスした。 得られた焼結体の各特性を第１表に示す。 表から、炭素量0.1、0.4重量％としたとき、誘
電体力率が２×10-2以下の焼結体が得られる。
損失の少ない焼結体に係り、炭化ケイ素焼結体の
電気絶縁体に関する。 近年、半導体工業の進歩は目ざましく、大規模
集積回路等に使用される絶縁基板には回路構成要
素がますます高密度に形成されるようになつてき
た。さらに小型化に対する要請も大きくなり、使
用する絶縁基板への流入熱量は大幅に増加してき
た。従来、絶縁基板材料としてアルミナ磁器が、
また、熱放散をも必要とする場合はベリリア磁器
が使用されてきた。しかし、アルミナ基板では集
積度が高まるにつれ、熱放散はほぼ限界に達し
た。また、ベリリア磁器は、その製造過程で取扱
うべリリアの有害性のため、現在国内では全く生
産されていない。このため、より熱放散が大きい
絶縁基板材料の開発が要請されるようになつてき
た。 ところで、絶縁基板材料が具備すべき条件に
は、 (1) 電気絶縁性が大きいこと。 (2) 熱伝導率が大きいこと。 (3) 熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近いこ
と。 (4) 誘電損失が小さいこと。 (5) 機械的強度が大きいこと。 等が挙げられる。上記した条件のうち、炭化ケイ
素は熱膨張係数が約37×10-7／℃でアルミナ磁器
の約80×10-7／℃に比べシリコンの熱膨張係数に
極めて近く、機械的強度は50Kg／mm2以上の曲げ強
さを有し、アルミナ磁器の約20Kg／mm2に比べ高強
度である。炭化ケイ素の熱伝導率は0.1〜0.3cal／
cm・sec・℃が知られており、アルミナ磁器の約
３倍以上を有する。また、炭化ケイ素の単結晶で
は約0.4〜1.2cal／cm・sec・℃の高い値を有する
ものが知られている。また、アルミナ磁器の誘電
体力率は約５〜７×10-4である。誘電体力率が大
きい場合は、使用される周波数が高くなるにつれ
て誘電損失が大きくなり、その熱エネルギーとし
ての損失は基板の発熱を促進し熱放散に対して大
きな障害となる。 炭化ケイ素は電気的に半導体に属し、電気抵抗
率が100〜1000Ω・cmオーダで電気絶縁性ではな
い。大きな電気絶縁性を有し電気的損失の少ない
高密度の焼結体を得ることは困難と考えられてお
り、従来、前記の条件を満足する焼結体は知られ
ていない。 最近、高密度の炭化ケイ素焼結体を製造する技
術が開発された。この技術の中には反応結合法、
気相化学析出法、ホツトプレス法、無加圧焼結体
がある。これらの技術により製造された炭化ケイ
素体は主としてタービン、熱交換器、メカニカル
シール部品、熱的・化学的に苛酷な条件下で使用
される装置や治具に使用される。 従来技術によれば、高密度の炭化ケイ素焼結体
を得るため、種々の添加剤が加えられた。例えば
高密度を得るための添加剤としてアルミニウムや
鉄を添加してホツトプレスすることにより、炭化
ケイ素の理論密度に対し98％の密度を有する焼結
体が得られる（Alliegro et al.J.Am.Ceram.Soc.
、39 386〜389（1956））。最近の技術では例えば
高密度化助剤としてホウ素と炭素を用いて、ホツ
トプレスまたは無加圧法で高密度化を達成できる
方法が開示されている（特開昭49−99308号、同
50−34608号）。さらにアルミニウム化合物を用い
る方法も開示されている（特開昭49−7311号）。
さらに多くの高密度化助剤を用いる方法が開示さ
れているが、これらはいずれもホウ素またはアル
ミニウム化合物を使用するもので、これらの高密
度化助剤を用いた炭化ケイ素焼結体においてはそ
の電気抵抗率は100Ω・cm以下である。 特開昭53−67711号によれば炭化ケイ素粉末に
0.5〜５重量％の過剰炭素と約0.03〜３重量％の
ベリリウム含有化合物（元素状ベリリウム、炭化
ベリリウム）から構成される粉末であり、ホツト
プレス法または無加圧法によつて炭化ケイ素の理
論密度の85％以上の密度を有する焼結体が得られ
る。さらに炭化ケイ素粉末に0.5〜５重量％の過
剰炭素と約0.03〜３重量％のベリリウムとホウ素
との混合物から成る粉末をホツトプレス法または
無加圧法によつて炭化ケイ素の理論密度の85％以
上の密度を有する焼結体が得られる。 しかし、これには焼結体の熱伝導率および電気
抵抗率の値は示されていないが、熱伝導率は約
0.5cal／cm・sec・℃、電気抵抗率は104Ω・cm以
下と予想され絶縁基板用として使用できない。ま
た、誘電体力率の値も示されていない。 本発明の目的は熱伝導率が高くしかも電気絶縁
性に優れ、さらに誘電体力率が小さい電気絶縁基
板として好適な炭化ケイ素焼結体を提供すること
にある。 本発明は、炭化ケイ素に、酸化ベリリウムまた
はベリリウム化合物がベリリウムとして0.05〜
7.5重量％および炭素の0.1〜0.4重量％を含む電気
絶縁性焼結体にある。 ベリリウムが0.05重量％より少ない場合は高熱
伝導率と高電気抵抗率が得られるばかりでなく、
焼結体の機械的強度も小さい。また7.5重量％を
越えると熱膨張係数が大きくなる。また炭素が
0.1重量％より少ない場合は、誘電体力率を小さ
くすることができない。一方、0.4重量％を越え
ると電気抵抗率も急激に小さくなつてしまう。 炭化ケイ素、酸化ベリリウムおよび炭素は微細
な粉末であることが望ましい。炭化ケイ素粉末の
粒径が大きい場合には高密度な焼結体が得難くな
るので、平均粒径は10μｍ以下であることが必要
である。また、添加物粉末の粒径も小さいことが
望ましい。粒径が大きい場合は均一な分散体が得
られず焼結体性能のバラツキが大きくなる。 本発明によれば、95％（相対密度）以上の密度
に焼結することにより高熱電導率、高電気抵抗
率、低誘電体力率を有する焼結体を得ることがで
きる。 以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。 実施例 １ 粒径が2.0μｍ以下のSiC粉末に、粒径10μｍ以
下のBeO粉末0.1〜20重量％（ベリリウムとして
約0.04〜7.5重量％）と、粒径１μｍ以下の炭素
粉末0.05〜0.8重量％添加して混合した。該混合
粉末を圧粉体密度1.6〜1.67／cm3（炭化ケイ素の
理論密度の50〜52％密度）の成形体を作成し、黒
鉛ダイス中で１×10-4Torr以下で2000℃、300
Kg／cm2の圧力下１時間ホツトプレスした。 得られた焼結体の各特性を第１表に示す。 表から、炭素量0.1、0.4重量％としたとき、誘
電体力率が２×10-2以下の焼結体が得られる。
【表】
実施例 ２
実施例１において、用いた酸化ベリリウムの代
わりに炭化ベリリウムを0.05〜15重量％および炭
素粉末0.05〜0.8重量％添加し、実施例１に記載
した方法により焼結体を得た。焼結体の密度、熱
伝導率、電気抵抗率および誘電体力率は実施例１
とほぼ同じであり、また、炭化ベリリウムがベリ
リウムとして0.05〜7.5重量％含有した場合に第
１表の値とほぼ同じ誘電体力率の焼結体を得た。 比較例 実施例１と同様な組成で炭素粉末を入れない焼
結体を作成した。得られた焼結体の特性を第２表
に示す。 Be含有量が0.05〜7.5重量％のとき高電気抵抗
率（1011以上）のものが得られる。しかし、炭素
を含まないため誘電体力率は0.25以上と高い値を
示している。また、Be含有量が7.5重量％を越え
る場合は、焼結体の熱膨張係数は75×10-7／℃と
急激に大きくなる。
わりに炭化ベリリウムを0.05〜15重量％および炭
素粉末0.05〜0.8重量％添加し、実施例１に記載
した方法により焼結体を得た。焼結体の密度、熱
伝導率、電気抵抗率および誘電体力率は実施例１
とほぼ同じであり、また、炭化ベリリウムがベリ
リウムとして0.05〜7.5重量％含有した場合に第
１表の値とほぼ同じ誘電体力率の焼結体を得た。 比較例 実施例１と同様な組成で炭素粉末を入れない焼
結体を作成した。得られた焼結体の特性を第２表
に示す。 Be含有量が0.05〜7.5重量％のとき高電気抵抗
率（1011以上）のものが得られる。しかし、炭素
を含まないため誘電体力率は0.25以上と高い値を
示している。また、Be含有量が7.5重量％を越え
る場合は、焼結体の熱膨張係数は75×10-7／℃と
急激に大きくなる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭化ケイ素がベリリウム化合物をベリリウム
に換算して0.05〜7.5重量％および炭素を0.1〜0.4
重量％含有し、理論密度95％以上の焼結体から成
る電気絶縁体。 ２ ベリリウム化合物が酸化ベリリウムである特
許請求の範囲第１項記載の電気絶縁体。 ３ 誘電体力率が0.02以下である特許請求の範囲
第１項または第２項記載の電気絶縁体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11166080A JPS5736706A (ja) | 1980-08-15 | 1980-08-15 | Denkizetsuentai |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11166080A JPS5736706A (ja) | 1980-08-15 | 1980-08-15 | Denkizetsuentai |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5736706A JPS5736706A (ja) | 1982-02-27 |
| JPS6227487B2 true JPS6227487B2 (ja) | 1987-06-15 |
Family
ID=14566951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11166080A Granted JPS5736706A (ja) | 1980-08-15 | 1980-08-15 | Denkizetsuentai |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5736706A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5334459A (en) * | 1976-09-10 | 1978-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | Color cathode ray tube |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4123286A (en) * | 1976-12-27 | 1978-10-31 | The Carborundum Company | Silicon carbide powder compositions |
| US4144207A (en) * | 1977-12-27 | 1979-03-13 | The Carborundum Company | Composition and process for injection molding ceramic materials |
-
1980
- 1980-08-15 JP JP11166080A patent/JPS5736706A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5736706A (ja) | 1982-02-27 |
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