JPS605551B2

JPS605551B2 - 高熱伝導性セラミツクスの製造方法

Info

Publication number: JPS605551B2
Application number: JP57179096A
Authority: JP
Inventors: 勝利米屋; 章彦柘植; 寛井上; 博康大田
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1985-02-12
Also published as: JPS5969474A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、高熱伝導性セラミックスの製造方法に関し、
更に詳しくは、放熱特性に殴れ、繊密で電気絶縁性に富
むセラミックスの製造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

エレクトロニクス機器、エネルギー関連電子機器の分野
では、その高密度化、例えばＩＣ、超ＬＳＩの集積化の
進展に伴い、放熱特性に優れた絶縁材料の開発が強く望
まれている。

現在、このような絶縁材料としては各種のセラミックス
が賞用されており、例えば、ＩＣ基板を中心に山２０３
が主流となっている。

その他にも＆０が使用され、一部ではＳｉＯ、ＢＮ、Ａ
ＩＮも利用され始めている。しかしながら、ＡＩ２Ｑは
熱伝導率に限界（最高約３０Ｗ′のｏＫ）があってその
放熱特性を充分に高めることができず、また茂０は毒性
物質であるので使用することは好ましくない。

ＢＮの場合、六方晶のものは強度が低く、立方晶のもの
はダイヤモンドと同機に高価であるため常用性に欠け工
業的ではない。また、ＡＩＮ‘ま、理論的には高い熱伝
導率を備えているが、実際のものは不純物（例えば酸素
城いは微量のＳｉ等）の混在が避けられず、その結果、
Ａ！２０３の２〜３倍程度の値を示すのみである。更に
、ＳＩＣも熱伝導率が高い材料であるが、通常「その
電気低抗は低く絶縁材料としての適性には欠ける。最近
「大きな電気絶縁性と熱伝導性を併有するＳＩＣ−Ｂｅ
○系の材料が開発（特関昭５６−６６０８６号、同５７
−２５９１号、同５７一１５４８４号等を参照）されて
いるが、この材料はバリスタ特性を備えるため高電圧下
では使用不能であり「しかも、製造工程において毒性物
質たる氏○を用いるため不都合である。このように、従
来から知られている高熱伝導性のセラミックスには、そ
れぞれ一長一短があるため、更に優れた放熱特性を有し
「かつ電気絶縁性の高い材料が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した産業上の要請に応えることができ、
放熱特性と電気絶縁性に優れたセラミックスの製造方法
の提供を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明はＳＩＣ−ＡＩＮをベースにしたセラミックスの
製造方法である。

すなわち、本発明方法は、炭化ケイ素の粉末０〜８５重
量％（ただし、０は含まず。）と、酸化カルシウム、酸
化バリウム、酸化ストロンチウムの群から選ばれる少な
くとも１種の酸化物又は熱分解してそれぞれの該酸化物
に転化する少なくとも１種の化合物の粉末０．１〜５重
量％と、残部が窒化アルミニウムの粉末とから成る混合
粉末を、形成し、得られた成形体を１６００〜１８２０
００の温度城で焼結することを特徴とする。本発明にか
かる混合粉末は配合成分として必ずＳＩＣを含んでおり
、その配合割合は混合粉末の全重量に対し８５％以下（
ただし、０は含まない。）に設定される。好ましくは、
６５重量％以下である。ＳＩＣの配合割合が８５重量％
を越えると、競結して得られたセラミックスの電気絶縁
性が低下して目的を逸脱する。用いるＳＩＣの粉末の粒
径は通常２仏肌程度以下である。また、該混合粉末には
、Ｃａ○、Ｂａ０、Ｓｒ○の１種若し〈は２種以上の酸
化物の粉末、又は糠緒時その温度で熱分解して上記酸化
物に転化する化合物、例えば、Ｃａ０に関してはＣａＣ
０３、ＣａＮ０３；故０に関してはＢａＣ０３、ＢａＮ
０３；Ｓぬに関してはＳに０３、ＳｒＮ０３等の粉末が
配合される。

これらの粉末は、凝結助剤である。配合割合は、全体の
重量に対し０．１〜５重量％、好ましくは０．５〜３重
量％で、０．１重量％未満では糠結敷剤としての効果が
発揮されず、また５重量％を越えると暁結助剤としての
効果は飽和状態に達して無意味となるばかりではなく、
かえって晩結して得られたセラミックスの熱伝導性が低
下してしまい不都合である。ＮＮは混合粉末の残部を構
成する。

用いるＭＮの粉末の粒径は通常０．２〜２ぶれでよい。
混合粉末は、上記した各配合成分の粉末を、例えばボー
ルミルなどの粉砕混合機にいれて所定時間混合すること
によって調製される。この混合粉末を、つぎに、所定の
金型に充填して常法により加圧成形して成形体とする。

このとき、混合粉末にパラフィン、ステアリン酸などの
有機バインダーを５〜１の重量％程度（バインダーの種
類と成形方法によって、いくぶん異なる）添加しておく
と、成形操作を円滑に行なうことができる。この成形体
を焼結して本発明のセラミックスとする。

競緒に先立って、成形体を例えば窒素ガス中で約４５０
℃の温度で仮暁すると、バインダー成分を除去すること
ができる。競結時の雰囲気は、ＳＩＣ「ＡＩＮと反応し
ない非酸化性雰囲気であればよく、通常はアルゴンガス
雰囲気である。

競結の方法は、例えばカーボンの型に成形体を入れてこ
れを加熱加圧するホットプレス法が通常適用される。ホ
ットアィソスタティツク法を適用することもでき、この
場合には、均質で複雑形状のものも製造することができ
る。これらの場合、圧力は通常１００〜３０００ｋ９／
めである。更には、ＮＮの配合割合の大きい成形体の鱗
綾は、常圧下でも行なうことができる。本発明方法にあ
っては、この焼結過程における競絹温度が１６００〜１
８２０ｑｏの温度城に設定されることが必要である。

該温度が１６００ｏｏ未満の場合には、セラミックスを
繊密化することは困難でそのため強度、熱伝導などの特
性に難点が生じ、また、１８２０００を超えると得られ
たセラミックス熱伝導率が急激に低下してしまう。〔発
明の実施例〕実施例１平均粒径０．物肌のＯ型ＳＩＣ粉末６０夕と平均粒径１
．かののＡＩＮ粉末３８９と高純度ＣａＣ０３粉末（試
薬級）２多とを秤量し、これらをボールミルポツトに入
れて充分に混合した。

得られた混合粉末にパうフィンを７夕（約７重量％）分
散せしめ、これを３７×３７×１００側の金型に充填し
て５００ｋ９′地の圧で加圧成形して成形体とした。こ
の成形体を窒素気流中、４５０００で仮嬢した。ついで
、これをカーボンの型にセットし、アルゴンガス流中で
、１８００ｑｏ、３００ｋ９′流の条件で３び分間ホッ
トプレスした。

得られた競結体の電気抵抗は、１０Ｖ′物の条件で１ぴ
６０伽より大きく、また、熱伝導率は１００Ｗ／仇ｏＫ
であった。

実施例２〜１２実施例１に準じて、表に示したように配合成分、配合割
合、隣縞条件を変えて１８重類の競結体を製造した。

これらにつき、密度、熱伝導率、電気抵抗を測定しその
結果を表に併記した。〔発明の効果〕以上の説明で明らかなように本発明方法は、繊密であっ
て、電気抵抗が高く絶縁性に富み、熱伝導率が大きく放
熱特性に優れたセラミックス材料を製造することができ
るのでその工業的価値は大である。

Claims

【特許請求の範囲】１炭化ケイ素の粉末０〜８５重量％（ただし、０は含
まず。）と、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化ストロンチ
ウムの群から選ばれる少なくとも１種の酸化物又は熱分
解してそれぞれの該酸化物に転化する少なくとも１種の
化合物の粉末０．１〜５重量％と、残部が窒化アルミニ
ウムの粉末とから成る混合粉末を、成形し、得られた成
形体を１６００〜１８２０℃の温度域で焼結することを
特徴とする高熱伝導性セラミツクスの製造方法。２該
酸化物の粉末又は該化合物の粉末の量が０．５〜３重量
％である特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性セラミ
ツクスの製造方法。３該焼結がホツトプレス法で行な
われる特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性セラミツ
クスの製造方法。４該焼結がホツトアイソスタテイツクプレス（ＨＩＰ
）法で行なわれる特許請求の範囲第１項又は第３項記載
の高熱伝導性セラミツクスの製造方法。５該焼結が常圧下で行なわれる特許請求の範囲第１項
記載の高熱伝導性セラミツクスの製造方法。