JPS63319265A - 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム焼結体の製造方法

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JPS63319265A
JPS63319265A JP62154323A JP15432387A JPS63319265A JP S63319265 A JPS63319265 A JP S63319265A JP 62154323 A JP62154323 A JP 62154323A JP 15432387 A JP15432387 A JP 15432387A JP S63319265 A JPS63319265 A JP S63319265A
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JP
Japan
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aluminum nitride
sintered body
thermal conductivity
stearic acid
weight percent
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JP62154323A
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Akira Yamakawa
晃 山川
Masaya Miyake
雅也 三宅
Hitoshi Sakagami
坂上 仁之
Hisao Takeuchi
久雄 竹内
Koichi Sogabe
浩一 曽我部
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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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] 本発明は高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法に関する。
[従来の技術] エレクトロニクスの分野における急激な技術の発達は、
半導体デバイスの小型化ばかりでなく、高出力化、高集
積度化をも同時に可能なものとしてきている。また、単
一の基板上に、半導体デバイスの高密度な実装方法も研
究されている。例えばパワーダイオード、パワートラン
ジスタ、半導体レーザー、LSIさらにはVLSIなと
である。
高出力化、高集積度化あるいは高密度実装化する半導体
デバイスは、単位面積、単位体積当りの発熱量が大きく
なるという問題がある。現在のところ、半導体デバイス
から発生する熱は、熱伝導率の良いダイヤモンド、立方
晶窒化ホウ素、酸化ベリリウム、絶縁性炭化ケイ素など
を、ヒートシンクやパッケージ材料の一部として用いて
散逸させる方法がとられている。しかし、上記の良熱伝
導性材料には安全性、製造に要するコスト、生産の絶対
値などの観点から見た場合、必ずしも十分とは言えない
発熱量の大きい半導体デバイスの実用化に対して低コス
トで供給量の大きな高熱伝導性材料が必要となってきて
いる。
[発明が解決しようとする問題点] そこで、本発明者らは低コストで供給量の大きな高熱伝
導性材料として窒化アルミニウムに着目した。
素材としての窒化アルミニウムは、その結晶構造から、
サファイヤの8倍近くの熱伝導率を有するものと考えら
れていたが、測定値は50W/mk程度のものであった
。窒化アルミニウムの焼結体の熱伝導率が、理論値(3
20Δ/mk)の176程度の値を示す。この原因とし
ては、結晶粒界や不純物あるいは格子欠陥が影響するた
めと考えられている。特に窒化アルミニウム結晶粒中の
酸素の存在が、熱伝導率の低下に大きな影響を与えてい
る。この問題を解決する一つの方法として、各種の化合
物を添加し、焼結を行い、主に粉末表面に存在する酸素
を添加剤によりトラップする方法が行われている。しか
しこの方法においても未だ不十分であり、熱伝導率が7
0QΔ/mk程度の焼結体しか得られていないのが現状
である。
本発明は熱伝導率が100Δ/mkを超える窒化アルミ
ニウム焼結体を得ることを目的とするものて必る。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、より高伝導性の窒化アルミニウムを安価に生
産すべく検討した結果なされたもので、周期律表1a族
元素およびHaa元素のステアリン酸化合物の少くとも
1つを酸化物換算でo、oi〜20重量パーセント添加
した窒化アルミニウム粉を、1500’C〜2200℃
の非酸化雰囲気で焼結することを特徴とする窒化アルミ
ニウム焼結体の製造方法である。
ここでI[a族元素はBe、MCI、Qa、、3r、3
a、Raの中の少くとも1つである。又、lIa族元素
はY、Sc、Ce、Pr55m、Gdの中の少くとも1
つで必る。
これら[a族、[[a族元素は、窒化アルミニウム表面
の酸化アルミニウムと結合し、複合酸化物を形成すると
ともに、窒化アルミニウムの脱酸素と焼結促進を達成す
ると考えられる。
本発明で用いる窒化アルミニウム粉末では、できるだけ
高純度の微粒であることが望ましく、たとえば金属不純
物0.5重量パーセント以下、酸素含有M1.5重量パ
ーセント以下、比表面積1m2/gの粉末を用いる。好
ましくはざらに高純度の、金属不純物0.2重量パーセ
ント以下、駿素含有量0.7重量パーセント以下のもの
を用いる。特に1600’C以上の窒素ガス下で加熱処
理した高純度AIN粉が望ましい。
□添加物としてのma族、lIa族のステアリン酸1ヒ
合物は、[CH3(CH2) 16 COO] nMで
必られされ、ここでMは上記のRa族、■a族元元素あ
る。ステアリン酸化合物はアルコールに溶解あるいは粉
末状態で用いる。ステアリン酸化合物の添加量は、lI
a族およびma族酸酸化物換算して、0,01〜20重
量パーセントとする。0.01重量パーセント未満では
緻密な焼結体が得難く、20重量パーセントを越えると
AINの熱伝導率の低下が著しいからである。ここで公
知のlIa族、[laa元素の酸化物、フッ化物等を添
加する場合とステアリン酸化合物として添加する場合と
の差異は、理由は明らかではないが、ステアリン酸化合
物が均一に分散し、少量で焼結助剤として作用し、さら
にAINの酸素を効果的に吸着すること、またステアリ
ン酸中の炭素が脱酸に作用することも考えられる。
なお、得られた混合物は乾式プレス、ドクターブレード
、押出し等の常法により成形したのち、非酸化性雰囲気
で1500〜2200℃で焼結、緻密化される。
[実施例] 実施例1 酸素含量が1.0重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末(比表面積和2/g)に、酸化物換算で30重
量パーセント以下のCa−ステアリン酸を表1のNo、
1〜10に示す各割合で添加し、エタノール中に10時
間ボールミルにて混合したのち乾燥の後、1900℃で
窒素気流中で2時間焼結した。得られた焼結体の相対密
度と熱伝導率を表1に示す。なお表1中N O,8〜1
0は比較例である。
表1 実施例2 酸素含量が0.5重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末(比表面積2m2/c+)に酸化物換算で2重
量パーセントのBe、MQ、Ba。
3r、Raの各ステアリン酸化合物をそれぞれ添加し、
実施例1と同様の焼結体を得た。焼結体はいずれも相対
密度98%以上、熱伝導率150W/mk以上を得た。
実施例3 酸素含量が1.0重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末(比表面積2m2/g)に、酸化物換算で2重
量パーセント以下のY−ステアリン酸を表2のNO,’
11〜20に示す各割合で添加し、エタノール中に10
時間ボールミルにて混合したのち乾燥の後、1900℃
で窒素気流中で2時間焼結した。得られた焼結体の相対
密度と熱伝導率を表2に示す。なお表2中N0.18〜
20は比較例でおる。
表2 実施例4 酸素含量が0.5重量パーセントの高純度窒化アルミニ
ウム粉末(比表面積2m2/(])に酸化物換算で2重
量パーセントのSc、Ce、Pr。
3m、Qdの各ステアリン酸化合物をそれぞれ添加し、
実施例1と同様の焼結体を得た。焼結 9一 体はいずれも相対密度98%以上、熱伝導率150W/
mk以上を得た。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明は高純度の窒化アルミニウ
ム粉末に、周期律表1a族、lla族のステアリン酸化
合物を添加し、焼結することによって、高熱伝導性の窒
化アルミニウム焼結体が得られる。この窒化アルミニウ
ム焼結体は、IC基板、放熱板、構造材料等に秀れた性
能をもち、実用性の高いものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 周期律表IIa族元素およびIIIa族元素のステアリン酸
    化合物の少くとも1つを酸化物換算で0.01〜20重
    量パーセント添加した窒化アルミニウム粉を、1500
    ℃〜2200℃の非酸化雰囲気で焼結することを特徴と
    する窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
JP62154323A 1987-06-23 1987-06-23 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 Granted JPS63319265A (ja)

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JPH0566904B2 JPH0566904B2 (ja) 1993-09-22

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6317263A (ja) * 1986-07-10 1988-01-25 旭硝子株式会社 窒化アルミニウム焼結体の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6317263A (ja) * 1986-07-10 1988-01-25 旭硝子株式会社 窒化アルミニウム焼結体の製造方法

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