JP3537241B2 - 窒化珪素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素焼結体の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱伝導性の高い窒
化珪素焼結体の製造方法、特に窒化珪素本来の高強度特
性に加えて熱伝導率が高く放熱性に優れており、特に回
路基板の作製に好適な窒化珪素焼結体の製造方法に関す
る。
化珪素焼結体の製造方法、特に窒化珪素本来の高強度特
性に加えて熱伝導率が高く放熱性に優れており、特に回
路基板の作製に好適な窒化珪素焼結体の製造方法に関す
る。
【０００２】窒化珪素を主成分とするセラミックス焼結
体は、１０００℃以上の高温度環境下でも優れた耐熱性
を有し、かつ低熱膨張係数のため耐熱衝撃性も優れてい
る等の諸特性を持つことから、従来の耐熱性超合金に代
わる高温構造材料としてガスタービン用部品、エンジン
用部品、製鋼用機械部品等の各種高強度耐熱部品への応
用が試みられている。また、金属に対する耐食性が優れ
ていることから溶融金属の耐溶材料としての応用も試み
られ、さらに耐摩耗性も優れていることから、軸受等の
摺動部材、切削工具への実用化も図られている。
体は、１０００℃以上の高温度環境下でも優れた耐熱性
を有し、かつ低熱膨張係数のため耐熱衝撃性も優れてい
る等の諸特性を持つことから、従来の耐熱性超合金に代
わる高温構造材料としてガスタービン用部品、エンジン
用部品、製鋼用機械部品等の各種高強度耐熱部品への応
用が試みられている。また、金属に対する耐食性が優れ
ていることから溶融金属の耐溶材料としての応用も試み
られ、さらに耐摩耗性も優れていることから、軸受等の
摺動部材、切削工具への実用化も図られている。
【０００３】
【従来の技術】従来、窒化珪素焼結体は、窒化珪素−希
土類元素の酸化物（酸化イットリウム等）−酸化アルミ
ニウム系、窒化珪素−希土類元素の酸化物−酸化アルミ
ニウム−窒化アルミニウム系、窒化珪素−希土類元素の
酸化物−酸化アルミニウム−チタニウム又はジルコニウ
ムの酸化物系などのように、焼結助剤として希土類元素
の酸化物と酸化アルミニウムを併用する系が主流であ
る。
土類元素の酸化物（酸化イットリウム等）−酸化アルミ
ニウム系、窒化珪素−希土類元素の酸化物−酸化アルミ
ニウム−窒化アルミニウム系、窒化珪素−希土類元素の
酸化物−酸化アルミニウム−チタニウム又はジルコニウ
ムの酸化物系などのように、焼結助剤として希土類元素
の酸化物と酸化アルミニウムを併用する系が主流であ
る。
【０００４】酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）などの希土
類元素の酸化物は、焼結性を高めて焼結体を緻密化し高
強度化するために添加されており、また酸化アルミニウ
ムは高温構造材料の耐久性を高めるために添加されてい
る。
類元素の酸化物は、焼結性を高めて焼結体を緻密化し高
強度化するために添加されており、また酸化アルミニウ
ムは高温構造材料の耐久性を高めるために添加されてい
る。
【０００５】しかしながら、上記窒化珪素焼結体にあっ
ては、絶縁耐圧などの電気的特性は窒化アルミニウム程
度であり問題はなく、また靱性値などの機械的強度も優
れているが、熱伝導特性は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
焼結体、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）焼結体や炭化珪素
（ＳｉＣ）焼結体などと比較して著しく低いため、特に
放熱性の要求される半導体用回路基板に適用するには難
点があった。
ては、絶縁耐圧などの電気的特性は窒化アルミニウム程
度であり問題はなく、また靱性値などの機械的強度も優
れているが、熱伝導特性は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）
焼結体、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）焼結体や炭化珪素
（ＳｉＣ）焼結体などと比較して著しく低いため、特に
放熱性の要求される半導体用回路基板に適用するには難
点があった。
【０００６】一方、窒化アルミニウム焼結体は、他のセ
ラミックス焼結体と比較して高い熱伝導率と低熱膨張係
数を有するため、高速化、高出力化、多機能化、大型化
が進展する半導体チップの回路基板材料やパッケージ材
料として普及しているが、機械的強度が十分でない。
ラミックス焼結体と比較して高い熱伝導率と低熱膨張係
数を有するため、高速化、高出力化、多機能化、大型化
が進展する半導体チップの回路基板材料やパッケージ材
料として普及しているが、機械的強度が十分でない。
【０００７】そこで、高強度と高熱伝導性を備えたセラ
ミックス焼結体の出現が切望されている。これらの要望
に応えるべく、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
７．５重量％、窒化アルミニウム及びアルミナの少なく
とも一方を２．０重量％以下、その他Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，
Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物
陽イオン元素を０．３重量％以下含有し、β相型窒化け
い素結晶及び粒界相から成り、粒界相中における結晶化
合物相の粒界相全体に対する面積比を２０％以上に設定
し、更に気孔率を１．５％以下、熱伝導率を６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上、三点曲げ強度が室温で８０ｋｇ／ｍｍ2 以上
である窒化珪素焼結体が提案されている（特開平６−１
３５７７１号参照）。
ミックス焼結体の出現が切望されている。これらの要望
に応えるべく、希土類元素を酸化物に換算して２．０〜
７．５重量％、窒化アルミニウム及びアルミナの少なく
とも一方を２．０重量％以下、その他Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，
Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなどの不純物
陽イオン元素を０．３重量％以下含有し、β相型窒化け
い素結晶及び粒界相から成り、粒界相中における結晶化
合物相の粒界相全体に対する面積比を２０％以上に設定
し、更に気孔率を１．５％以下、熱伝導率を６０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上、三点曲げ強度が室温で８０ｋｇ／ｍｍ2 以上
である窒化珪素焼結体が提案されている（特開平６−１
３５７７１号参照）。
【０００８】その製造方法については、酸素含有量１．
７重量％以下好ましくは０．５〜１．５重量％、上記不
純物陽イオン元素が合計量で０．３重量％以下好ましく
は０．２重量％以下、α相９０重量％以上好ましくは９
３重量％以上のα型窒化珪素粉末を用いて成形体を成形
し、脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲気加圧焼
結し、次いで上記焼結温度から上記希土類元素の酸化物
により形成された液相が凝固するまでの温度を毎時１０
０℃以下の冷却速度で冷却することが開示されている。
７重量％以下好ましくは０．５〜１．５重量％、上記不
純物陽イオン元素が合計量で０．３重量％以下好ましく
は０．２重量％以下、α相９０重量％以上好ましくは９
３重量％以上のα型窒化珪素粉末を用いて成形体を成形
し、脱脂後、温度１８００〜２０００℃で雰囲気加圧焼
結し、次いで上記焼結温度から上記希土類元素の酸化物
により形成された液相が凝固するまでの温度を毎時１０
０℃以下の冷却速度で冷却することが開示されている。
【０００９】すなわち、この方法は、焼結助剤としてア
ルミニウム成分を必須とし、徐冷という特殊な方法によ
り粒界相（焼結助剤相）を結晶化させ、さらにＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなど
の陽イオン元素を悪影響のある不純物として規定するこ
とにより高熱伝導化を達成するものである。
ルミニウム成分を必須とし、徐冷という特殊な方法によ
り粒界相（焼結助剤相）を結晶化させ、さらにＬｉ，Ｎ
ａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂなど
の陽イオン元素を悪影響のある不純物として規定するこ
とにより高熱伝導化を達成するものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法においては、焼結温度が１９００℃と非常に高いので
焼成炉への負担が大きいばかりでなく、冷却速度を毎時
１００℃以下と小さく設定するので生産性が著しく低下
するという問題がある。
法においては、焼結温度が１９００℃と非常に高いので
焼成炉への負担が大きいばかりでなく、冷却速度を毎時
１００℃以下と小さく設定するので生産性が著しく低下
するという問題がある。
【００１１】本発明は、このような問題を解消し、機械
的特性と熱伝導性に優れた窒化珪素焼結体、特に回路基
板に好適な窒化珪素焼結体を、生産性を高めて製造する
ことを目的とするものである。
的特性と熱伝導性に優れた窒化珪素焼結体、特に回路基
板に好適な窒化珪素焼結体を、生産性を高めて製造する
ことを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、以
下を要旨とする窒化珪素焼結体の製造方法である。 （請求項１）窒化珪素粉末、焼結助剤及び有機バインダ
ーを含む成形体を脱脂した後焼結してＡｌ成分を金属換
算で０．２５重量％以下、Ｆｅ成分を金属換算で０．３
重量％以下の窒化珪素焼結体を製造する方法において、
上記窒化珪素粉末がβ相含有量１５〜４０重量％のもの
であり、また上記焼結助剤がＭｇ及び／又はＣａの化合
物を含むものであって、該化合物の割合が上記窒化珪素
粉末と該化合物の酸化物換算との合計１００重量部あた
り０．５〜７．０重量部であることを特徴とする窒化珪
素焼結体の製造方法。 （請求項２）焼結助剤として、更に希土類元素化合物を
含み、該希土類元素化合物の割合が窒化珪素粉末と該希
土類元素化合物の酸化物換算との合計１００重量部あた
り１５重量部以下であることを特徴とする請求項１記載
の窒化珪素焼結体の製造方法。 （請求項３）請求項１又は２記載の窒化珪素焼結体にお
いて、窒化珪素焼結体の研磨面に観察される粒界の数が
任意の断面において直線を引いたとき１０μｍ当たり７
個未満であり、しかも熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
あることを特徴とする回路基板作製用窒化珪素焼結体の
製造方法。
下を要旨とする窒化珪素焼結体の製造方法である。 （請求項１）窒化珪素粉末、焼結助剤及び有機バインダ
ーを含む成形体を脱脂した後焼結してＡｌ成分を金属換
算で０．２５重量％以下、Ｆｅ成分を金属換算で０．３
重量％以下の窒化珪素焼結体を製造する方法において、
上記窒化珪素粉末がβ相含有量１５〜４０重量％のもの
であり、また上記焼結助剤がＭｇ及び／又はＣａの化合
物を含むものであって、該化合物の割合が上記窒化珪素
粉末と該化合物の酸化物換算との合計１００重量部あた
り０．５〜７．０重量部であることを特徴とする窒化珪
素焼結体の製造方法。 （請求項２）焼結助剤として、更に希土類元素化合物を
含み、該希土類元素化合物の割合が窒化珪素粉末と該希
土類元素化合物の酸化物換算との合計１００重量部あた
り１５重量部以下であることを特徴とする請求項１記載
の窒化珪素焼結体の製造方法。 （請求項３）請求項１又は２記載の窒化珪素焼結体にお
いて、窒化珪素焼結体の研磨面に観察される粒界の数が
任意の断面において直線を引いたとき１０μｍ当たり７
個未満であり、しかも熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
あることを特徴とする回路基板作製用窒化珪素焼結体の
製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、さらに詳しく本発明につい
て説明する。
て説明する。
【００１４】本発明で使用される窒化珪素粉末は、焼結
性、強度及び熱伝導率を考慮して、β相含有量１５〜４
０重量％好ましくは２０〜３５重量％であり、Ａｌを金
属換算で０．２５重量％以下好ましくは０．１５重量％
以下、Ｆｅを金属換算で０．３重量％以下好ましくは
０．２重量％以下のものである。また、熱伝導率の低下
や耐候性などの低下を考慮すると、Ｌｉ，Ｂｅ，Ｎａ，
Ｋ，Ｍｎ，Ｇａなどの不純物陽イオン元素含有量は合計
で０．３重量％以下特に０．２重量％以下に抑制された
ものが好ましい。これらの不純物陽イオン元素は、一般
の窒化珪素粉末の製法では混入する可能性は小さいもの
である。
性、強度及び熱伝導率を考慮して、β相含有量１５〜４
０重量％好ましくは２０〜３５重量％であり、Ａｌを金
属換算で０．２５重量％以下好ましくは０．１５重量％
以下、Ｆｅを金属換算で０．３重量％以下好ましくは
０．２重量％以下のものである。また、熱伝導率の低下
や耐候性などの低下を考慮すると、Ｌｉ，Ｂｅ，Ｎａ，
Ｋ，Ｍｎ，Ｇａなどの不純物陽イオン元素含有量は合計
で０．３重量％以下特に０．２重量％以下に抑制された
ものが好ましい。これらの不純物陽イオン元素は、一般
の窒化珪素粉末の製法では混入する可能性は小さいもの
である。
【００１５】窒化珪素粉末の酸素量については、市販の
構造材料用窒化珪素原料粉末が通常に含んでいる酸素量
２．０重量％以下特に０．５〜１．５重量％程度であれ
ばよい。
構造材料用窒化珪素原料粉末が通常に含んでいる酸素量
２．０重量％以下特に０．５〜１．５重量％程度であれ
ばよい。
【００１６】窒化珪素粉末の平均粒径としては、緻密で
高強度の窒化珪素焼結体を製造する点から、３μｍ以下
特に２μｍ以下が好ましい。窒化珪素粉末には５０μｍ
以上の粗大粒子を含ませないことが肝要である。
高強度の窒化珪素焼結体を製造する点から、３μｍ以下
特に２μｍ以下が好ましい。窒化珪素粉末には５０μｍ
以上の粗大粒子を含ませないことが肝要である。
【００１７】一方、本発明で使用される焼結助剤は、Ｍ
ｇ及び／又はＣａの化合物を含むものであり、それを例
示すると、ＭｇＯ、ＣａＯ、フォルステライト（Ｍｇ2
ＳｉＯ4 ）、ステアタイト（ＭｇＳｉＯ3 ）、Ｍｇ（Ｏ
Ｈ）2 、Ｃａ（ＯＨ）2 等の酸化物、水酸化物、珪化
物、窒化物や、更にはＭｇ及び／又はＣａの塩基性炭酸
塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、各種アルコキシドなどで
ある。
ｇ及び／又はＣａの化合物を含むものであり、それを例
示すると、ＭｇＯ、ＣａＯ、フォルステライト（Ｍｇ2
ＳｉＯ4 ）、ステアタイト（ＭｇＳｉＯ3 ）、Ｍｇ（Ｏ
Ｈ）2 、Ｃａ（ＯＨ）2 等の酸化物、水酸化物、珪化
物、窒化物や、更にはＭｇ及び／又はＣａの塩基性炭酸
塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩、各種アルコキシドなどで
ある。
【００１８】焼結助剤は高純度なものほど好適であり、
特に本発明では高熱伝導性の窒化珪素焼結体を製造する
ことの目的から、Ａｌ成分を金属換算で０．２５重量％
以下、Ｆｅ成分を金属換算で０．３重量％以下のものを
対象としているので、焼結助剤中のＡｌ成分とＦｅ成分
は極力少ないほうが望ましい。焼結助剤の平均粒径は、
窒化珪素粉末との混合性の点から３μｍ以下特に２μｍ
以下が好ましい。
特に本発明では高熱伝導性の窒化珪素焼結体を製造する
ことの目的から、Ａｌ成分を金属換算で０．２５重量％
以下、Ｆｅ成分を金属換算で０．３重量％以下のものを
対象としているので、焼結助剤中のＡｌ成分とＦｅ成分
は極力少ないほうが望ましい。焼結助剤の平均粒径は、
窒化珪素粉末との混合性の点から３μｍ以下特に２μｍ
以下が好ましい。
【００１９】焼結助剤の割合は、Ｍｇ及び／又はＣａの
化合物の酸化物（ＭｇＯ及び／又はＣａＯ）換算値と窒
化珪素粉末との合計１００重量部あたり０．５〜７．０
重量部である。０．５重量部未満では緻密化されず低強
度で低熱伝導率の焼結体となり、また７．０重量部を超
えると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率が低下する。
好ましくは２〜５重量部である。
化合物の酸化物（ＭｇＯ及び／又はＣａＯ）換算値と窒
化珪素粉末との合計１００重量部あたり０．５〜７．０
重量部である。０．５重量部未満では緻密化されず低強
度で低熱伝導率の焼結体となり、また７．０重量部を超
えると、過量の粒界相が生成し、熱伝導率が低下する。
好ましくは２〜５重量部である。
【００２０】本発明においては、焼結助剤として、上記
Ｍｇ及び／又はＣａの化合物と希土類元素化合物とを併
用することもできる。希土類元素化合物を例示すると、
Ｙ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結過程でそれらの酸化
物となる前駆物質である。これらの希土類元素化合物
は、窒化珪素原料粉末と反応して液相を生成し焼結促進
剤として機能する。中でも、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ
3 ）又は酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）が好ましい。希土類
元素化合物の割合は、希土類元素化合物の酸化物換算値
と窒化珪素粉末との合計１００重量部あたり１５重量部
以下が好ましく、特に２〜１０重量部更には３〜６重量
部が好ましい。１５重量部を超えると、過量の粒界相が
生成し、熱伝導率の低下や強度の低下を招来する。
Ｍｇ及び／又はＣａの化合物と希土類元素化合物とを併
用することもできる。希土類元素化合物を例示すると、
Ｙ，Ｌａ，Ｓｃ，Ｐｒ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｇｄなどの酸化物もしくは焼結過程でそれらの酸化
物となる前駆物質である。これらの希土類元素化合物
は、窒化珪素原料粉末と反応して液相を生成し焼結促進
剤として機能する。中でも、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ
3 ）又は酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）が好ましい。希土類
元素化合物の割合は、希土類元素化合物の酸化物換算値
と窒化珪素粉末との合計１００重量部あたり１５重量部
以下が好ましく、特に２〜１０重量部更には３〜６重量
部が好ましい。１５重量部を超えると、過量の粒界相が
生成し、熱伝導率の低下や強度の低下を招来する。
【００２１】本発明で使用される有機バインダーを例示
すると、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラー
ル、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイ
ド、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセル
ロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロー
ス、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプ
ロピルセルロース、各種ワックス、アクリル系樹脂（ポ
リアクリレート、ポリメタクリレート等）、ウレタン樹
脂などである。これらは、成形体の成形手段によって異
なるが、通常、窒化珪素と焼結助剤との合計１００重量
部あたり０．１〜２０重量部使用される。
すると、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラー
ル、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイ
ド、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセル
ロース、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロー
ス、エチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプ
ロピルセルロース、各種ワックス、アクリル系樹脂（ポ
リアクリレート、ポリメタクリレート等）、ウレタン樹
脂などである。これらは、成形体の成形手段によって異
なるが、通常、窒化珪素と焼結助剤との合計１００重量
部あたり０．１〜２０重量部使用される。
【００２２】本発明においては、上記窒化珪素粉末、焼
結助剤及び有機バインダーを混合し、更に成形法に応じ
て、水、エチルアルコール、ベンゼン、トルエン等の媒
体を混合し、所定形状の成形体を成形する。成形方法と
しては、金型プレス法、ドクターブレード法、押し出し
成形法のようなシート成形法などを採用することができ
る。
結助剤及び有機バインダーを混合し、更に成形法に応じ
て、水、エチルアルコール、ベンゼン、トルエン等の媒
体を混合し、所定形状の成形体を成形する。成形方法と
しては、金型プレス法、ドクターブレード法、押し出し
成形法のようなシート成形法などを採用することができ
る。
【００２３】成形体は、次いで温度３００〜８００℃で
加熱して有機バインダーを除去し脱脂する。脱脂雰囲気
は、有機バインダーの種類などにより異なるが、酸化性
雰囲気又は非酸化性雰囲気である。脱脂処理された成形
体は、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気
中、温度１６００〜２０００℃で所定時間焼結を行う。
焼結温度は使用する窒化珪素原料粉末の焼結性、焼結助
剤の種類及びその配合量、所望する焼結体組織によって
異なる。窒素ガスなどによる加圧を行なわず常圧で焼結
する場合には、１６００〜１８００℃程度の温度で行わ
れる。
加熱して有機バインダーを除去し脱脂する。脱脂雰囲気
は、有機バインダーの種類などにより異なるが、酸化性
雰囲気又は非酸化性雰囲気である。脱脂処理された成形
体は、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気
中、温度１６００〜２０００℃で所定時間焼結を行う。
焼結温度は使用する窒化珪素原料粉末の焼結性、焼結助
剤の種類及びその配合量、所望する焼結体組織によって
異なる。窒素ガスなどによる加圧を行なわず常圧で焼結
する場合には、１６００〜１８００℃程度の温度で行わ
れる。
【００２４】本発明においては、窒化珪素粉末のβ相含
有量と粒度、焼結助剤の種類と使用量を変化させること
によって焼結体の窒化珪素結晶粒子の大きさを特定値以
上に大きくすることができる。例えば、窒化珪素焼結体
の研磨面に観察される粒界の数が任意の断面において直
線を引いたとき１０μｍ当たり７個未満とすることがで
きる。このような窒化珪素焼結体の熱伝導率は６０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上を示すことから特に回路基板の作製に好適な
ものとなる。
有量と粒度、焼結助剤の種類と使用量を変化させること
によって焼結体の窒化珪素結晶粒子の大きさを特定値以
上に大きくすることができる。例えば、窒化珪素焼結体
の研磨面に観察される粒界の数が任意の断面において直
線を引いたとき１０μｍ当たり７個未満とすることがで
きる。このような窒化珪素焼結体の熱伝導率は６０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上を示すことから特に回路基板の作製に好適な
ものとなる。
【００２５】また、窒化珪素焼結体の気孔率は熱伝導率
と強度に影響を及ぼすため、２．０％以下特に１．５％
以下であることが好ましい。気孔率が２．０％を超える
と窒化珪素焼結体の熱伝導率が低下し、また強度も低下
する。気孔率は、窒化珪素粉末の粒度、焼結助剤の種類
と使用量、焼結条件を変化させることによって調整する
ことができる。
と強度に影響を及ぼすため、２．０％以下特に１．５％
以下であることが好ましい。気孔率が２．０％を超える
と窒化珪素焼結体の熱伝導率が低下し、また強度も低下
する。気孔率は、窒化珪素粉末の粒度、焼結助剤の種類
と使用量、焼結条件を変化させることによって調整する
ことができる。
【００２６】更に、窒化珪素焼結体の強度及び破壊靭性
については、用途に応じ、熱伝導率を含めた三者のバラ
ンスで適宜選定されるが、一般的には室温三点曲げ強度
６００ＭＰａ以上、室温破壊靭性値５ＭＰａ√ｍ以上で
ある。これらの調整は、窒化珪素粉末のβ相含有量と粒
度、焼結助剤の種類と使用量、焼結条件を変化させるこ
とによって行うことができる。
については、用途に応じ、熱伝導率を含めた三者のバラ
ンスで適宜選定されるが、一般的には室温三点曲げ強度
６００ＭＰａ以上、室温破壊靭性値５ＭＰａ√ｍ以上で
ある。これらの調整は、窒化珪素粉末のβ相含有量と粒
度、焼結助剤の種類と使用量、焼結条件を変化させるこ
とによって行うことができる。
【００２７】
【実施例】次に、本発明を実施例と比較例をあげて更に
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【００２８】実施例１〜２５ 比較例１〜６
窒化珪素粉末と焼結助剤（Ｍｇ及び／又はＣａの化合
物、希土類元素化合物、シリカ粉末）とを表１に示す割
合とし、エチルアルコールを媒体、窒化珪素製ボールを
用いたボールミルにより２０時間湿式混合したのち、乾
燥して原料粉末混合物を調製した。表１に示された焼結
助剤量は、それぞれの化合物の酸化物換算値と窒化珪素
粉末との合計１００重量部に対するそれぞれの化合物の
酸化物換算値の重量部である。
物、希土類元素化合物、シリカ粉末）とを表１に示す割
合とし、エチルアルコールを媒体、窒化珪素製ボールを
用いたボールミルにより２０時間湿式混合したのち、乾
燥して原料粉末混合物を調製した。表１に示された焼結
助剤量は、それぞれの化合物の酸化物換算値と窒化珪素
粉末との合計１００重量部に対するそれぞれの化合物の
酸化物換算値の重量部である。
【００２９】なお、窒化珪素原料粉末中のＡｌ及びＦｅ
以外のＬｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｎ，Ｇａなどの不純物
は検出限界以下であり、多くとも０．０１重量％以下で
あった。また、焼結助剤の平均粒径は０．８〜１．５μ
ｍであり、Ｌｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｎ，Ｇａなどの不
純物は検出限界以下で、Ａｌ及びＦｅを含めた総不純物
は多くとも０．０１重量％以下であった。
以外のＬｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｎ，Ｇａなどの不純物
は検出限界以下であり、多くとも０．０１重量％以下で
あった。また、焼結助剤の平均粒径は０．８〜１．５μ
ｍであり、Ｌｉ，Ｂｅ，Ｎａ，Ｋ，Ｍｎ，Ｇａなどの不
純物は検出限界以下で、Ａｌ及びＦｅを含めた総不純物
は多くとも０．０１重量％以下であった。
【００３０】得られた原料粉末混合物にポリビニルアル
コールの５重量％水溶液を８重量％添加して均一に混合
したのち、２０００ｋｇ／ｃｍ2 の成形圧力でＣＩＰ成
形し、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍの成形体
を成形し、それを空気中、温度５００℃で２時間熱処理
して脱脂し、次いで表１に示す条件で焼結した。
コールの５重量％水溶液を８重量％添加して均一に混合
したのち、２０００ｋｇ／ｃｍ2 の成形圧力でＣＩＰ成
形し、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ５ｍｍの成形体
を成形し、それを空気中、温度５００℃で２時間熱処理
して脱脂し、次いで表１に示す条件で焼結した。
【００３１】得られた窒化珪素焼結体について、以下に
従う１０μｍ当たりの粒界の数、熱伝導率（２５℃）、
室温における三点曲げ強度及び破壊靭性を測定した。そ
れらの結果を表１に示す。
従う１０μｍ当たりの粒界の数、熱伝導率（２５℃）、
室温における三点曲げ強度及び破壊靭性を測定した。そ
れらの結果を表１に示す。
【００３２】（１）粒界の数
窒化珪素焼結体の研磨面をアルカリエッチングして粒界
が識別できるようにしたのち、走査型電子顕微鏡により
延べ長さ５００μｍの任意の直線上の粒界の数を測定
し、１０μｍ当たりの粒界の数として算出した。 （２）熱伝導率（２５℃） レーザーフラッシュ法により測定した。 （３）室温三点曲げ強度 ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じて測定した。 （４）室温破壊靭性値 ＪＩＳ−Ｒ１６０７（ＩＦ法）に準じて測定した。な
お、破壊靭性値の算出に用いる弾性率はＪＩＳ−Ｒ１６
０２（静的弾性率試験法）に準じて測定した。
が識別できるようにしたのち、走査型電子顕微鏡により
延べ長さ５００μｍの任意の直線上の粒界の数を測定
し、１０μｍ当たりの粒界の数として算出した。 （２）熱伝導率（２５℃） レーザーフラッシュ法により測定した。 （３）室温三点曲げ強度 ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じて測定した。 （４）室温破壊靭性値 ＪＩＳ−Ｒ１６０７（ＩＦ法）に準じて測定した。な
お、破壊靭性値の算出に用いる弾性率はＪＩＳ−Ｒ１６
０２（静的弾性率試験法）に準じて測定した。
【００３３】
【表１】
【００３４】表１から明らかなように、実施例は比較例
に比べて高熱伝導性かつ高強度の窒化珪素焼結体であ
る。
に比べて高熱伝導性かつ高強度の窒化珪素焼結体であ
る。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、特に回路基板の作製に
好適な高熱伝導性、高強度の窒化珪素焼結体を、比較的
低い焼結温度でしかも徐冷などの特殊な焼結を行うこと
なく、生産性を高めて製造することができる。
好適な高熱伝導性、高強度の窒化珪素焼結体を、比較的
低い焼結温度でしかも徐冷などの特殊な焼結を行うこと
なく、生産性を高めて製造することができる。
【００３６】本発明によって製造された窒化珪素焼結体
は、半導体用基板、回路基板、メタライズ基板、各種放
熱板などの電子用部材や、各種構造部材などに使用する
ことができる。
は、半導体用基板、回路基板、メタライズ基板、各種放
熱板などの電子用部材や、各種構造部材などに使用する
ことができる。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−212441（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−145380（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−30866（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/584 - 35/596
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化珪素粉末、焼結助剤及び有機バイン
ダーを含む成形体を脱脂した後焼結してＡｌ成分を金属
換算で０．２５重量％以下、Ｆｅ成分を金属換算で０．
３重量％以下の窒化珪素焼結体を製造する方法におい
て、上記窒化珪素粉末がβ相含有量１５〜４０重量％の
ものであり、また上記焼結助剤がＭｇ及び／又はＣａの
化合物を含むものであって、該化合物の割合が上記窒化
珪素粉末と該化合物の酸化物換算との合計１００重量部
あたり０．５〜７．０重量部であることを特徴とする窒
化珪素焼結体の製造方法。 - 【請求項２】 焼結助剤として、更に希土類元素化合物
を含み、該希土類元素化合物の割合が窒化珪素粉末と該
希土類元素化合物の酸化物換算との合計１００重量部あ
たり１５重量部以下であることを特徴とする請求項１記
載の窒化珪素焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の窒化珪素焼結体に
おいて、窒化珪素焼結体の研磨面に観察される粒界の数
が任意の断面において直線を引いたとき１０μｍ当たり
７個未満であり、しかも熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上
であることを特徴とする回路基板作製用窒化珪素焼結体
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31936795A JP3537241B2 (ja) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31936795A JP3537241B2 (ja) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09157030A JPH09157030A (ja) | 1997-06-17 |
| JP3537241B2 true JP3537241B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=18109366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31936795A Expired - Fee Related JP3537241B2 (ja) | 1995-12-07 | 1995-12-07 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537241B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP4346151B2 (ja) | 1998-05-12 | 2009-10-21 | 株式会社東芝 | 高熱伝導性窒化けい素焼結体およびそれを用いた回路基板並びに集積回路 |
| JPH11349381A (ja) * | 1998-06-08 | 1999-12-21 | Hitachi Metals Ltd | 窒化ケイ素焼結体およびそれからなるスパッタターゲット |
| JP4332824B2 (ja) * | 1999-06-07 | 2009-09-16 | 日立金属株式会社 | 高熱伝導窒化ケイ素質焼結体の製造方法およびその焼結体、基板、半導体素子用回路基板 |
| JP4571728B2 (ja) * | 1999-06-23 | 2010-10-27 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| JP4332828B2 (ja) * | 2000-05-25 | 2009-09-16 | 日立金属株式会社 | 高熱伝導窒化ケイ素質焼結体およびそれを用いた基板、半導体素子用回路基板 |
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| WO2025127130A1 (ja) * | 2023-12-14 | 2025-06-19 | 株式会社 東芝 | 窒化珪素焼結体及び窒化珪素回路基板 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2631115B2 (ja) * | 1987-11-30 | 1997-07-16 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体の製法 |
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| JP3501317B2 (ja) * | 1995-07-21 | 2004-03-02 | 日産自動車株式会社 | 高熱伝導率窒化ケイ素質焼結体および窒化ケイ素質焼結体製絶縁基板 |
-
1995
- 1995-12-07 JP JP31936795A patent/JP3537241B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH09157030A (ja) | 1997-06-17 |
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