JPH11217269A - 窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法Info
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- JPH11217269A JPH11217269A JP10018836A JP1883698A JPH11217269A JP H11217269 A JPH11217269 A JP H11217269A JP 10018836 A JP10018836 A JP 10018836A JP 1883698 A JP1883698 A JP 1883698A JP H11217269 A JPH11217269 A JP H11217269A
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- H05K1/02—Details
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高熱伝導性を有しながらも、１７００℃以下の
温度で焼結可能であり、且つ優れた耐薬品性を有する窒
化アルミニウム質焼結体とその製造方法を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウムに対して、希土類元素酸
化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）
を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜０．５を満足す
る割合で合計０．５〜２０重量％含み、シリカ（ＳｉＯ
2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜
５．０重量％の割合でそれぞれ添加してなる混合粉末を
成形した後、１７００℃以下の非酸化性雰囲気中で焼成
した後、１３００〜１５００℃の非酸化性雰囲気中で熱
処理を施し、粒界相にＹＡＧ型結晶相とアルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相とをＸ線回折測定で特定に
ピーク強度比となるように析出させる。
温度で焼結可能であり、且つ優れた耐薬品性を有する窒
化アルミニウム質焼結体とその製造方法を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウムに対して、希土類元素酸
化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）
を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜０．５を満足す
る割合で合計０．５〜２０重量％含み、シリカ（ＳｉＯ
2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜
５．０重量％の割合でそれぞれ添加してなる混合粉末を
成形した後、１７００℃以下の非酸化性雰囲気中で焼成
した後、１３００〜１５００℃の非酸化性雰囲気中で熱
処理を施し、粒界相にＹＡＧ型結晶相とアルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相とをＸ線回折測定で特定に
ピーク強度比となるように析出させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種配線基板や半
導体素子収納用パッケージ用の絶縁材料に適用される窒
化アルミニウム質焼結体及びその製造方法に関し、詳細
には１７００℃以下の低温での焼成が可能であって、良
好な熱伝導率を有するとともに、酸やアルカリ等の耐薬
品性に優れた窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方
法に関するものである。
導体素子収納用パッケージ用の絶縁材料に適用される窒
化アルミニウム質焼結体及びその製造方法に関し、詳細
には１７００℃以下の低温での焼成が可能であって、良
好な熱伝導率を有するとともに、酸やアルカリ等の耐薬
品性に優れた窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、半導
体装置から発生する熱も増加しており、該半導体装置の
誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に速や
かに放出する基板が必要になっている。しかしながら、
これまで各種絶縁基板材料として用いられてきたアルミ
ナ材料では、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ程度低いことか
ら、それに代わるものとして高い熱伝導率を有する窒化
アルミニウムが注目され始め、本来、窒化アルミニウム
は単結晶では理論熱伝導率が３２０Ｗ／ｍＫと高いこと
から、最近では多結晶で２００Ｗ／ｍＫを越えるような
窒化アルミニウム質焼結体も得られている。
体装置から発生する熱も増加しており、該半導体装置の
誤動作をなくすためには、このような熱を装置外に速や
かに放出する基板が必要になっている。しかしながら、
これまで各種絶縁基板材料として用いられてきたアルミ
ナ材料では、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫ程度低いことか
ら、それに代わるものとして高い熱伝導率を有する窒化
アルミニウムが注目され始め、本来、窒化アルミニウム
は単結晶では理論熱伝導率が３２０Ｗ／ｍＫと高いこと
から、最近では多結晶で２００Ｗ／ｍＫを越えるような
窒化アルミニウム質焼結体も得られている。
【０００３】このような、窒化アルミニウム質焼結体の
製造方法としては、従来より希土類化合物またはアルカ
リ土類化合物等の焼結助剤を添加して１８００℃以上の
高温で焼成する方法がある。
製造方法としては、従来より希土類化合物またはアルカ
リ土類化合物等の焼結助剤を添加して１８００℃以上の
高温で焼成する方法がある。
【０００４】しかしながら、前記製造方法では焼成に使
用する冶具の消耗や、焼成炉の構造、更に焼成に係わる
ランニングコスト等を考慮すると製造コストがかなり高
くなるという欠点があった。そこで、係る欠点を解消し
て製造コストを低減するために、焼結助剤として希土類
化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加し、１６００
〜１７００℃で焼成する方法が提案されている（特公平
６−４９６１３号公報、特公平７−１７４５４号公報参
照）。
用する冶具の消耗や、焼成炉の構造、更に焼成に係わる
ランニングコスト等を考慮すると製造コストがかなり高
くなるという欠点があった。そこで、係る欠点を解消し
て製造コストを低減するために、焼結助剤として希土類
化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加し、１６００
〜１７００℃で焼成する方法が提案されている（特公平
６−４９６１３号公報、特公平７−１７４５４号公報参
照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記希
土類化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加して得ら
れた窒化アルミニウム質焼結体を用いて配線基板やパッ
ケージ等の製品を製造する場合、諸処の洗浄工程におい
て使用される酸やアルカリ性の薬品に対して窒化アルミ
ニウム質焼結体が劣化するという問題があり、特にアル
カリ性の薬品に対しては窒化アルミニウム自体が溶解す
るため劣化が著しいという問題があった。
土類化合物とアルカリ土類化合物を同時に添加して得ら
れた窒化アルミニウム質焼結体を用いて配線基板やパッ
ケージ等の製品を製造する場合、諸処の洗浄工程におい
て使用される酸やアルカリ性の薬品に対して窒化アルミ
ニウム質焼結体が劣化するという問題があり、特にアル
カリ性の薬品に対しては窒化アルミニウム自体が溶解す
るため劣化が著しいという問題があった。
【０００６】また、耐薬品性を向上させようとすると、
逆に熱伝導率が低下してしまうという問題点があり、こ
れまでのところ、１７００℃以下の温度で焼結可能であ
りながら、少なくとも７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率
を示すような窒化アルミニウム質焼結体が得られていな
い。
逆に熱伝導率が低下してしまうという問題点があり、こ
れまでのところ、１７００℃以下の温度で焼結可能であ
りながら、少なくとも７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率
を示すような窒化アルミニウム質焼結体が得られていな
い。
【０００７】従って、本発明は、優れた耐薬品性を具備
するとともに、１７００℃以下の温度で焼結可能であ
り、且つ少なくとも７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を
示すような窒化アルミニウム質焼結体とその製造方法を
提供することを目的とするものである。
するとともに、１７００℃以下の温度で焼結可能であ
り、且つ少なくとも７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を
示すような窒化アルミニウム質焼結体とその製造方法を
提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
に対して鋭意検討を重ねた結果、窒化アルミニウムに対
する助剤成分として、希土類元素酸化物、アルカリ土類
金属酸化物、ＳｉＯ2およびＡｌ2 Ｏ3 を含有するとと
もに、粒界相中にＹＡＧ型結晶（Ｙ）とアルカリ土類金
属アルミネート結晶（ＲＡ）をＸ線回折チャートにおい
て、特定の関係を満足するように析出させることによ
り、上記目的が達成されることを見いだし、本発明に至
った。
に対して鋭意検討を重ねた結果、窒化アルミニウムに対
する助剤成分として、希土類元素酸化物、アルカリ土類
金属酸化物、ＳｉＯ2およびＡｌ2 Ｏ3 を含有するとと
もに、粒界相中にＹＡＧ型結晶（Ｙ）とアルカリ土類金
属アルミネート結晶（ＲＡ）をＸ線回折チャートにおい
て、特定の関係を満足するように析出させることによ
り、上記目的が達成されることを見いだし、本発明に至
った。
【０００９】即ち、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
は、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアル
カリ土類金属酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比
率が０．２〜０．５を満足する割合で合計０．５〜２０
重量％の割合で含むとともに、シリカ（ＳｉＯ2 ）およ
びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜５．０重量
％の割合でそれぞれ含み、窒化アルミニウム粒子の粒界
相が、ＹＡＧ型結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−ア
ルミナ系結晶相を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相における（３，１，１）面
ピーク強度をＲＡとした時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク
強度比が１０〜２６であることを特徴とするものであ
る。
は、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアル
カリ土類金属酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比
率が０．２〜０．５を満足する割合で合計０．５〜２０
重量％の割合で含むとともに、シリカ（ＳｉＯ2 ）およ
びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜５．０重量
％の割合でそれぞれ含み、窒化アルミニウム粒子の粒界
相が、ＹＡＧ型結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−ア
ルミナ系結晶相を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金
属酸化物−アルミナ系結晶相における（３，１，１）面
ピーク強度をＲＡとした時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク
強度比が１０〜２６であることを特徴とするものであ
る。
【００１０】また、窒化アルミニウム質焼結体の製造方
法として、窒化アルミニウムに対して、希土類元素酸化
物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）
を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜０．５を満足す
る割合で合計０．５〜２０重量％の割合で添加するとと
もに、シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3）を合計で０．１〜５．０重量％の割合でそれぞ
れ添加してなる混合粉末を成形した後、該成形体を１７
００℃以下の非酸化性雰囲気中で焼成して相対密度９５
％以上の焼結体を作製した後、さらに１３００〜１５０
０℃の非酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより、窒
化アルミニウム粒子間の粒界に、ＹＡＧ型結晶相と、ア
ルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相とを析出させ
ることを特徴とするものである。
法として、窒化アルミニウムに対して、希土類元素酸化
物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）
を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜０．５を満足す
る割合で合計０．５〜２０重量％の割合で添加するとと
もに、シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3）を合計で０．１〜５．０重量％の割合でそれぞ
れ添加してなる混合粉末を成形した後、該成形体を１７
００℃以下の非酸化性雰囲気中で焼成して相対密度９５
％以上の焼結体を作製した後、さらに１３００〜１５０
０℃の非酸化性雰囲気中で熱処理を施すことにより、窒
化アルミニウム粒子間の粒界に、ＹＡＧ型結晶相と、ア
ルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相とを析出させ
ることを特徴とするものである。
【００１１】また、更に、Ａｌ2 Ｏ3 が加わると前記焼
結助剤と反応して液相を生成してより一層焼結を促進す
る事になる。
結助剤と反応して液相を生成してより一層焼結を促進す
る事になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の窒化アルミニウム質焼結
体は、組成として、窒化アルミニウムからなる主成分に
対して、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と
アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で０．５〜２０
重量％、特に７〜１５重量％の割合で含有する。また、
これらの希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土
類金属酸化物（ＲＯ）とは、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比
率が０．２〜０．５、特に０．２５〜０．４を満足する
割合で含有されるものである。
体は、組成として、窒化アルミニウムからなる主成分に
対して、少なくとも希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）と
アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で０．５〜２０
重量％、特に７〜１５重量％の割合で含有する。また、
これらの希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土
類金属酸化物（ＲＯ）とは、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比
率が０．２〜０．５、特に０．２５〜０．４を満足する
割合で含有されるものである。
【００１３】ここで、上記含有量が０．５重量％よりも
少ないと、１７００℃以下の低温で緻密化できず、熱伝
導率が大幅に低下し、２０重量％を越えると、熱伝導率
が低下し表面にシミ状の結晶が多発し外観不良となるた
めである。また、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 比率が０．２よりも
小さいと、低温で焼結することが困難であり、０．５よ
りも大きいと、耐薬品性が劣化するためである。
少ないと、１７００℃以下の低温で緻密化できず、熱伝
導率が大幅に低下し、２０重量％を越えると、熱伝導率
が低下し表面にシミ状の結晶が多発し外観不良となるた
めである。また、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 比率が０．２よりも
小さいと、低温で焼結することが困難であり、０．５よ
りも大きいと、耐薬品性が劣化するためである。
【００１４】希土類元素酸化物は、窒化アルミニウム原
料中に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成する
ことにより焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡ
Ｐ、ＹＡＭ型結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化ア
ルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高
熱伝導化を図る作用をなすもので、具体的には、Ｙ2 Ｏ
3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等が挙げられ、これらの中
でも耐薬品性の点でＥｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 が望まし
い。
料中に含有される不純物酸素と反応し、液相を生成する
ことにより焼結を促進する他、焼結中にＹＡＧ、ＹＡ
Ｐ、ＹＡＭ型結晶相を生成し、焼結体を構成する窒化ア
ルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の高
熱伝導化を図る作用をなすもので、具体的には、Ｙ2 Ｏ
3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等が挙げられ、これらの中
でも耐薬品性の点でＥｒ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 が望まし
い。
【００１５】また、アルカリ土類金属酸化物も、窒化ア
ルミニウム原料中に含有される不純物酸素と反応し、希
土類元素酸化物に比べてより低温で液相を生成し、焼結
を促進する上、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結
晶相（アルミネート）を生成し、焼結体を構成する窒化
アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の
高熱伝導化を図る作用をなし、具体的には、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、ＳｒＯ等が挙げられ、これらの中でも耐薬品性に
優れる点からＳｒＯ、ＣａＯが望ましい。
ルミニウム原料中に含有される不純物酸素と反応し、希
土類元素酸化物に比べてより低温で液相を生成し、焼結
を促進する上、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結
晶相（アルミネート）を生成し、焼結体を構成する窒化
アルミニウム粒子に固溶する酸素を減少させて焼結体の
高熱伝導化を図る作用をなし、具体的には、ＣａＯ、Ｍ
ｇＯ、ＳｒＯ等が挙げられ、これらの中でも耐薬品性に
優れる点からＳｒＯ、ＣａＯが望ましい。
【００１６】また、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
中には、シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）を合計で０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．
０重量％の割合でそれぞれ含む。これは、０．１重量％
よりも少ないと、耐薬品性が低下し、５．０重量％より
も多いと熱伝導率が低下するためである。特に、ＳｉＯ
2 は、低温にて液相を生成して低温焼結性を高める成分
であり、０．１重量％以上、特に０．３重量％以上の割
合で添加し、また、Ａｌ2 Ｏ3 は希土類元素をアルミネ
ート化して、耐薬品性を高める作用をすることから、２
重量％以上の割合でそれぞれ含まれることが望ましい。
中には、シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ
3 ）を合計で０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．
０重量％の割合でそれぞれ含む。これは、０．１重量％
よりも少ないと、耐薬品性が低下し、５．０重量％より
も多いと熱伝導率が低下するためである。特に、ＳｉＯ
2 は、低温にて液相を生成して低温焼結性を高める成分
であり、０．１重量％以上、特に０．３重量％以上の割
合で添加し、また、Ａｌ2 Ｏ3 は希土類元素をアルミネ
ート化して、耐薬品性を高める作用をすることから、２
重量％以上の割合でそれぞれ含まれることが望ましい。
【００１７】なお、上記の各組成は、焼結体中に金属元
素として検出される希土類元素、アルカリ土類金属、Ｓ
ｉ量を酸化物換算したものであるが、Ａｌ2 Ｏ3 量は、
焼結体中の全酸素量から、検出された希土類元素、アル
カリ土類金属およびＳｉに化学量論的に結合している酸
素量を除いた酸素をＡｌ2 Ｏ3 換算することにより算出
される。
素として検出される希土類元素、アルカリ土類金属、Ｓ
ｉ量を酸化物換算したものであるが、Ａｌ2 Ｏ3 量は、
焼結体中の全酸素量から、検出された希土類元素、アル
カリ土類金属およびＳｉに化学量論的に結合している酸
素量を除いた酸素をＡｌ2 Ｏ3 換算することにより算出
される。
【００１８】また、本発明の窒化アルミニウム質焼結体
は、組織上、窒化アルミニウム粒子を主とするものであ
り、かかる窒化アルミニウム粒子は、平均粒径１〜３μ
ｍの大きさで存在する。
は、組織上、窒化アルミニウム粒子を主とするものであ
り、かかる窒化アルミニウム粒子は、平均粒径１〜３μ
ｍの大きさで存在する。
【００１９】また、窒化アルミニウム粒子の粒界には、
ＹＡＧ型結晶相を主として含み、さらに副結晶相とし
て、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相を含
む。ＹＡＧ型結晶相とは、一般化学式Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12で
表される希土類元素酸化物とアルミナとの複合酸化物結
晶である。また、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相としては、例えば、ＳｒＡｌ4 Ｏ7 で表される結
晶相が挙げられる。
ＹＡＧ型結晶相を主として含み、さらに副結晶相とし
て、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相を含
む。ＹＡＧ型結晶相とは、一般化学式Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12で
表される希土類元素酸化物とアルミナとの複合酸化物結
晶である。また、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相としては、例えば、ＳｒＡｌ4 Ｏ7 で表される結
晶相が挙げられる。
【００２０】本発明によれば、Ｘ線回折測定において、
２θ＝１８°付近に検出されるＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面のピーク強度をＹ、２θ＝２５°付近
に検出される前記アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相における（３，１，１）面ピーク強度をＲＡとし
た時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強度比が１０〜２６、
特に１２〜２４であることが重要である。
２θ＝１８°付近に検出されるＹＡＧ型結晶相における
（２，１，１）面のピーク強度をＹ、２θ＝２５°付近
に検出される前記アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系
結晶相における（３，１，１）面ピーク強度をＲＡとし
た時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強度比が１０〜２６、
特に１２〜２４であることが重要である。
【００２１】これは、上記ピーク強度比が、１０より小
さいと、耐薬品性が劣化し、２６よりも大きいと、熱伝
導率が低下するためである。
さいと、耐薬品性が劣化し、２６よりも大きいと、熱伝
導率が低下するためである。
【００２２】そして、本発明によれば、２θ＝３３°付
近に検出される窒化アルミニウムの（１，０，０）面ピ
ーク強度をＡＬとした時、Ｙ／ＡＬで表されるピーク強
度比が０．２以上、ＲＡ／ＡＬで表されるピーク強度比
が０．０１５以上であることが耐薬品性を向上させる上
で望ましい。
近に検出される窒化アルミニウムの（１，０，０）面ピ
ーク強度をＡＬとした時、Ｙ／ＡＬで表されるピーク強
度比が０．２以上、ＲＡ／ＡＬで表されるピーク強度比
が０．０１５以上であることが耐薬品性を向上させる上
で望ましい。
【００２３】さらに、これらの窒化アルミニウム粒子、
粒界中の各結晶相間には、少なくともＳｉ、Ａｌ、酸素
を含有する非晶質相が存在する。
粒界中の各結晶相間には、少なくともＳｉ、Ａｌ、酸素
を含有する非晶質相が存在する。
【００２４】本発明の窒化アルミニウム質焼結体は、上
記の構成によって、後述する実施例からも明らかなよう
に、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に８０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高い熱伝導率を有するとともに、４ＮＮａＯＨ
水溶液中への浸漬６０分後での重量変化が０．１５ｍｇ
／ｃｍ2 以下の優れた耐薬品性を有する。
記の構成によって、後述する実施例からも明らかなよう
に、熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に８０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高い熱伝導率を有するとともに、４ＮＮａＯＨ
水溶液中への浸漬６０分後での重量変化が０．１５ｍｇ
／ｃｍ2 以下の優れた耐薬品性を有する。
【００２５】本発明の窒化アルミニウム質焼結体の製造
方法によれば、まず、窒化アルミニウム原料粉末を準備
する。この原料粉末は、直接窒化法、あるいは還元窒化
法によって作製されたものであり、特に、低温焼結性を
高める上で還元窒化法の原料であることが望ましい。
方法によれば、まず、窒化アルミニウム原料粉末を準備
する。この原料粉末は、直接窒化法、あるいは還元窒化
法によって作製されたものであり、特に、低温焼結性を
高める上で還元窒化法の原料であることが望ましい。
【００２６】また、窒化アルミニウム原料粉末は、平均
粒径が０．８〜２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２〜５ｍ
2 ／ｇ、不純物酸素量が０．５〜３．０重量％のものが
望ましい。
粒径が０．８〜２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積が２〜５ｍ
2 ／ｇ、不純物酸素量が０．５〜３．０重量％のものが
望ましい。
【００２７】次に、上記窒化アルミニウム原料粉末に対
して、前述したような希土類元素酸化物（ＲＥ
2 Ｏ3 ）、アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で
０．５〜２０重量％、特に７〜１５重量％の割合で添加
する。その時、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比率が０．２〜
０．５を満足するように添加混合する。この時の比率を
上記範囲に限定するのは、前述した通りである。
して、前述したような希土類元素酸化物（ＲＥ
2 Ｏ3 ）、アルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）を合計で
０．５〜２０重量％、特に７〜１５重量％の割合で添加
する。その時、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の重量比率が０．２〜
０．５を満足するように添加混合する。この時の比率を
上記範囲に限定するのは、前述した通りである。
【００２８】また、本発明によれば、さらに、シリカ
（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）を合計で
０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．０重量％の割
合でそれぞれ添加混合する。この時のＡｌ2 Ｏ3 量は、
窒化アルミニウム原料粉末中に含まれる酸素量をＡｌ2
Ｏ3 換算したものも含める。なお、ＳｉＯ2 量は、０．
１重量％以上、特に０．３重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 量は
２．０重量％以上であることが望ましい。
（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3 ）を合計で
０．１〜５．０重量％、特に２．０〜４．０重量％の割
合でそれぞれ添加混合する。この時のＡｌ2 Ｏ3 量は、
窒化アルミニウム原料粉末中に含まれる酸素量をＡｌ2
Ｏ3 換算したものも含める。なお、ＳｉＯ2 量は、０．
１重量％以上、特に０．３重量％以上、Ａｌ2 Ｏ3 量は
２．０重量％以上であることが望ましい。
【００２９】次に、各成分を上記のような比率で配合し
た混合物に、適宜、アクリル径、ブチラール系等の有機
バインダーと、イソプロピルアルコール、トルエン等の
溶媒を添加混合して成形用原料を調製する。この成形用
原料を用いて、所望の成形手段、例えば、ドクターブレ
ード法、圧延法などのシート成形法、金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出成形等により任意の形状に成形す
る。
た混合物に、適宜、アクリル径、ブチラール系等の有機
バインダーと、イソプロピルアルコール、トルエン等の
溶媒を添加混合して成形用原料を調製する。この成形用
原料を用いて、所望の成形手段、例えば、ドクターブレ
ード法、圧延法などのシート成形法、金型プレス、冷間
静水圧プレス、押出成形等により任意の形状に成形す
る。
【００３０】上記のようにして作製された成形体を非酸
化性雰囲気もしくは還元雰囲気中にて１５５０〜１７０
０℃の温度で焼成する。雰囲気としては、窒素中の他、
水素＋窒素混合雰囲気中で焼成するが、特に配線基板な
どの作製において、ＷやＭｏ等の高融点金属との同時焼
成を行う場合には、窒素水素混合の雰囲気中で同時焼成
する。この焼成によって、相対密度が９９％以上となる
ように焼成する。
化性雰囲気もしくは還元雰囲気中にて１５５０〜１７０
０℃の温度で焼成する。雰囲気としては、窒素中の他、
水素＋窒素混合雰囲気中で焼成するが、特に配線基板な
どの作製において、ＷやＭｏ等の高融点金属との同時焼
成を行う場合には、窒素水素混合の雰囲気中で同時焼成
する。この焼成によって、相対密度が９９％以上となる
ように焼成する。
【００３１】その後、上記焼成後の冷却過程で焼成時と
同様な雰囲気のままで１３００〜１５００℃の温度領域
で１〜２時間程度一時的に放置した後、室温まで冷却す
る。
同様な雰囲気のままで１３００〜１５００℃の温度領域
で１〜２時間程度一時的に放置した後、室温まで冷却す
る。
【００３２】その他、焼成後に一旦室温付近まで冷却し
た後、再度、昇温して１３００〜１５００℃で１〜２時
間程度熱処理する。
た後、再度、昇温して１３００〜１５００℃で１〜２時
間程度熱処理する。
【００３３】この熱処理によって、焼結体中の希土類元
素酸化物をＹＡＧ型結晶相として、アルカリ土類金属酸
化物を、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相と
して積極的に粒界に析出させることができるとともに、
セラミックス表面に結晶化し、酸化物被覆ができ、この
熱処理を施さない場合には、析出物が少ないためアルカ
リ水溶液にＡｌＮが溶解しやすくなってしまい、本発明
の目的に合わなくなってしまう。
素酸化物をＹＡＧ型結晶相として、アルカリ土類金属酸
化物を、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相と
して積極的に粒界に析出させることができるとともに、
セラミックス表面に結晶化し、酸化物被覆ができ、この
熱処理を施さない場合には、析出物が少ないためアルカ
リ水溶液にＡｌＮが溶解しやすくなってしまい、本発明
の目的に合わなくなってしまう。
【００３４】
【実施例】還元窒化法によって作製された平均粒径１．
３μｍ、不純物酸素量１．０重量％、陽イオン不純物量
が４００ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末に対し
て、純度９９．９％以上の各種希土類元素酸化物、アル
カリ土類金属炭酸塩、ＳｉＯ2 粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末を
用いて、表１、２に示すような割合で添加混合した。こ
の粉末に成形用バインダーとしてアクリル系バインダー
とトルエンの有機溶媒と混練した後、ドクターブレード
法によりグリーンシートを成形した。
３μｍ、不純物酸素量１．０重量％、陽イオン不純物量
が４００ｐｐｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末に対し
て、純度９９．９％以上の各種希土類元素酸化物、アル
カリ土類金属炭酸塩、ＳｉＯ2 粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末を
用いて、表１、２に示すような割合で添加混合した。こ
の粉末に成形用バインダーとしてアクリル系バインダー
とトルエンの有機溶媒と混練した後、ドクターブレード
法によりグリーンシートを成形した。
【００３５】前記グリーンシートを３０ｍｍ□に切断し
た後、非酸化雰囲気中にて１６５０℃の温度で３時間焼
成した後、さらに水素窒素混合雰囲気中で表１、２に示
す温度で１時間熱処理を施した。
た後、非酸化雰囲気中にて１６５０℃の温度で３時間焼
成した後、さらに水素窒素混合雰囲気中で表１、２に示
す温度で１時間熱処理を施した。
【００３６】得られた焼結体に対して、Ｘ線回折法によ
り窒化アルミニウム結晶以外の結晶相、即ち、粒界結晶
相を同定するとともに、２θ＝１８°付近に検出される
ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面のピーク強度
（Ｙ）、２θ＝２５°付近に検出される前記アルカリ土
類金属酸化物−アルミナ系結晶相における（３，１，
１）面ピーク強度（ＲＡ）、２θ＝３３°付近に検出さ
れる窒化アルミニウムの（１，０，０）面ピーク強度
（ＡＬ）を求め、Ｙ／ＲＡ、Ｙ／ＡＬ、ＲＡ／ＡＬの各
ピーク強度比を算出した。なお、試料Ｎo.２６について
のＸ線チャートを図１に示した。
り窒化アルミニウム結晶以外の結晶相、即ち、粒界結晶
相を同定するとともに、２θ＝１８°付近に検出される
ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面のピーク強度
（Ｙ）、２θ＝２５°付近に検出される前記アルカリ土
類金属酸化物−アルミナ系結晶相における（３，１，
１）面ピーク強度（ＲＡ）、２θ＝３３°付近に検出さ
れる窒化アルミニウムの（１，０，０）面ピーク強度
（ＡＬ）を求め、Ｙ／ＲＡ、Ｙ／ＡＬ、ＲＡ／ＡＬの各
ピーク強度比を算出した。なお、試料Ｎo.２６について
のＸ線チャートを図１に示した。
【００３７】また、焼結体に対してアルキメデス法によ
り焼結体の相対密度を求め、さらに厚み３ｍｍの試料に
よってレーザーフラッシュ法により熱伝導率を求めた。
り焼結体の相対密度を求め、さらに厚み３ｍｍの試料に
よってレーザーフラッシュ法により熱伝導率を求めた。
【００３８】また、耐薬品性の評価として、アルカリ性
薬品として４ＮのＮａＯＨ溶液を７０℃に保持し、その
溶液中に各試料を６０分浸漬した後の、浸漬前後の重量
変化を測定するとともに、試料外観を実態顕微鏡により
観察した。結果は、表１、２に示した。
薬品として４ＮのＮａＯＨ溶液を７０℃に保持し、その
溶液中に各試料を６０分浸漬した後の、浸漬前後の重量
変化を測定するとともに、試料外観を実態顕微鏡により
観察した。結果は、表１、２に示した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】表１、２の結果から明かなように、本発明
の試料は、いずれも熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特
性を有しながらも、アルカリに対する重量減少が０．１
５ｍｇ／ｃｍ2 の優れた耐薬品性を示した。
の試料は、いずれも熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特
性を有しながらも、アルカリに対する重量減少が０．１
５ｍｇ／ｃｍ2 の優れた耐薬品性を示した。
【００４２】これに対して、Ｘ線ピーク強度比（Ｙ／Ｒ
Ａ）が１０未満の試料Ｎo.１、２、３、６、９、１２、
１３、２１、２２、２８、３０では、アルカリに対する
重量変化（減少）が０．１５ｍｇ／ｃｍ2 よりも大きい
ものであり、且つ外観についても表面の変色が著しいも
のであった。また、Ｘ線ピーク強度比（Ｙ／ＲＡ）が２
６よりも大きいＮo.１９、２５、２９、３３では、いず
れも耐薬品性には優れるものの熱伝導率が低下した。
Ａ）が１０未満の試料Ｎo.１、２、３、６、９、１２、
１３、２１、２２、２８、３０では、アルカリに対する
重量変化（減少）が０．１５ｍｇ／ｃｍ2 よりも大きい
ものであり、且つ外観についても表面の変色が著しいも
のであった。また、Ｘ線ピーク強度比（Ｙ／ＲＡ）が２
６よりも大きいＮo.１９、２５、２９、３３では、いず
れも耐薬品性には優れるものの熱伝導率が低下した。
【００４３】
【発明の効果】 以上詳述した通り、本発明によれば、
高い熱伝導性を有しながらも、１７００℃以下の低温で
の焼成が可能であり、しかもアルカリ等の耐薬品性に優
れた特性を有する窒化アルミニウム質焼結体を提供でき
る。これにより、かかる窒化アルミニウム質焼結体を用
いて配線基板やパッケージ等の製品を製造する場合にお
いても、諸処の酸やアルカリ性の薬品による洗浄工程に
おいても基板が変色するのを抑制し、量産性に優れた安
価な製品を作製することができる。
高い熱伝導性を有しながらも、１７００℃以下の低温で
の焼成が可能であり、しかもアルカリ等の耐薬品性に優
れた特性を有する窒化アルミニウム質焼結体を提供でき
る。これにより、かかる窒化アルミニウム質焼結体を用
いて配線基板やパッケージ等の製品を製造する場合にお
いても、諸処の酸やアルカリ性の薬品による洗浄工程に
おいても基板が変色するのを抑制し、量産性に優れた安
価な製品を作製することができる。
【図１】本発明の窒化アルミニウム質焼結体（試料Ｎo.
２６）のＸ線回折チャートの一例を示す。
２６）のＸ線回折チャートの一例を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉原 安彦 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内 (72)発明者 岡山 浩 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】窒化アルミニウムを主成分とし、少なくと
も希土類元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属
酸化物（ＲＯ）を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜
０．５を満足する割合で合計０．５〜２０重量％含み、
シリカ（ＳｉＯ2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合
計で０．１〜５．０重量％の割合でそれぞれ含む焼結体
であって、窒化アルミニウム粒子の粒界相が、ＹＡＧ型
結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−アルミナ系結晶相
を含み、前記ＹＡＧ型結晶相における（２，１，１）面
ピーク強度をＹ、前記アルカリ土類金属酸化物−アルミ
ナ系結晶相における（３，１，１）面ピーク強度をＲＡ
とした時、Ｙ／ＲＡで表されるピーク強度比が１０〜２
６であることを特徴とする窒化アルミニウム質焼結体。 - 【請求項２】ＳｉＯ2 を０．１重量％以上含有する請求
項１記載の窒化アルミニウム質焼結体。 - 【請求項３】窒化アルミニウムに対して、希土類元素酸
化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）とアルカリ土類金属酸化物（ＲＯ）
を、ＲＯ／ＲＥ2 Ｏ3 の比率が０．２〜０．５を満足す
る割合で合計０．５〜２０重量％含み、シリカ（ＳｉＯ
2 ）およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を合計で０．１〜
５．０重量％の割合でそれぞれ添加してなる混合粉末を
成形した後、該成形体を１７００℃以下の非酸化性雰囲
気中で焼成して相対密度９５％以上の焼結体を作製した
後、さらに１３００〜１５００℃の非酸化性雰囲気中で
熱処理を施すことにより、窒化アルミニウム粒子間の粒
界に、ＹＡＧ型結晶相と、アルカリ土類金属酸化物−ア
ルミナ系結晶相とを析出させることを特徴とする窒化ア
ルミニウム質焼結体の製造方法。 - 【請求項４】前記混合粉末中において、ＳｉＯ2 を０．
１重量％以上含有する請求項３記載の窒化アルミニウム
質焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10018836A JPH11217269A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10018836A JPH11217269A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11217269A true JPH11217269A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=11982659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10018836A Pending JPH11217269A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 窒化アルミニウム質焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11217269A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002173373A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法、並びにそれを用いた電子用部品 |
| WO2013008697A1 (ja) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | 株式会社アライドマテリアル | ＡｌＮ基板およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP10018836A patent/JPH11217269A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002173373A (ja) * | 2000-12-07 | 2002-06-21 | Toshiba Corp | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法、並びにそれを用いた電子用部品 |
| WO2013008697A1 (ja) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | 株式会社アライドマテリアル | ＡｌＮ基板およびその製造方法 |
| JP5189712B2 (ja) * | 2011-07-14 | 2013-04-24 | 株式会社アライドマテリアル | ＡｌＮ基板およびその製造方法 |
| CN103608313A (zh) * | 2011-07-14 | 2014-02-26 | 联合材料公司 | AlN基板及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050119 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050818 |
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