JPS62265172A - 炭化けい素焼結体の製造方法 - Google Patents

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） 本発明は炭化けい素焼結体、特には電気絶縁性、熱伝導
性にすぐれており、ＩＣ基板、電子材料などとして有用
とされる炭化けい素焼結体に関するものである。

（従来の技術） 炭化けい素焼結体は耐熱性、耐摩−耗性１強度、耐蝕性
にすぐれていることから種々の用途に利用されているが
、その中でも電気絶縁性、熱伝導性のすぐれたものはＩ
Ｃ基板、電子材料などに使用されている。

しかし、この炭化けい素焼結体の抵抗率、熱伝導率を向
上させることは技術的に麺しく、これには例えば酸化ベ
リリウムを添加する方法などが知られているが、これに
は酸化ベリリウムが毒性の強いものであることから製造
工程における安全管理などその取扱いに種々の問題があ
るし、酸化べリリウムは焼結促進効果が小さいために良
好な焼結体を得るには常圧焼結を使用できず、ホットプ
レス焼結とする必要があり、さらにこれからＩＣ基板を
作るためにはこの焼結体をスライスしてから研磨するこ
とも必要であるためコスト的な問題があり、また酸化ベ
リリウムが世界的に生産量が少なく供給に不安があり、
高価格であるという不利もある。

他方、このセラミックＩＣ基板については安価であると
いうことから酸化アルミニウムが広く用いられているが
、これは熱伝導率が２０Ｗ／ｍ、にとわるく、また熱膨
張率が８×１０″６／℃でシリコン単結晶の熱膨張率３
．５　Ｘ　１０−’／”Ｃと大きく異なるためにこれに
代る高放熱材料の提供が求められており、この高放熱材
料としては炭化けい素の他に窒化アルミニウムも知られ
ているが、窒化アルミニウムには熱伝導性が劣るという
本質的な欠点があると共に耐薬品性がわるく、その応用
範囲に大きな制約を受けるという不利がある。

（発明の構成） 本発明は上記したような不利を伴う酸化ベリリウムを使
用しない、電気絶縁性、熱伝導性にすぐれた炭化けい素
焼結体の製造方法に関するものであり、これは、炭化け
い素微粉末に焼結助剤としてのほう素またはほう素化合
物をほう製分として０．１〜５重量％を添加し、加圧下
に成形した成形体を、窒化ほう素および／または酸化ほ
う素の共存下に焼却炉内で焼結させることを特徴とする
ものである。

すなわち、本発明者らは電気絶縁性、熱伝導性にすぐれ
ており、したがって、ＩＣ基板、電子材料などとして有
用とされる炭化けい素焼結体の取得について種々検討し
た結果、これには例えばシランの気相熱分解反応によっ
て得られた炭化けい素粉末を窒化ほう素および／または
酸化ほう素の共存下で焼結させると得られた焼結体が電
気絶縁性と熱伝導性のすぐれたものとなり、このものは
例えば１０１１〜１３Ω０の電気抵抗率と１５０〜２２
０　Ｗ／ｍ、にの熱伝導率を示すし、この焼結は常圧で
よく製造工程に有毒物質が添加されることもないので、
これによれば目的物を低コストで容易に大量生産するこ
とができることを見出し、二＼に使用する窒化ほう素、
酸化ほう素の種類、添加量、焼結方法などについての研
究を進めて本発明を完成させた。

本発明の方法において始発側材される炭化けい素粉末は
粒径が大きすぎると焼結が戴しくなるので平均粒径が０
．０１〜３μｓ程度の微粉末のものとすることがよく、
また、これはできるだけ高純度のものとすることがよい
ということから、予め蒸留精製した式 ％式％ ２ｂ＋２）で示されるメチルハイドロジエンシラン、例
えばテトラメチルジシランをキャリヤーガス中において
７５０〜１，６００℃で気相熱分解する方法（特開昭６
０−４６９１２号公報参照）によって得られるものとす
ればよい。なお、このメチルハイドロジエンシランの気
相熱分解法によって得られる炭化けい素は表面活性が大
きく、結晶子が５０Å以下の微粒子の集合体であり、そ
の平均粒子径が０．０１〜１μｍの球状の超微粒子状β
型炭化けい素であることから、このものはさらに微粒化
するための粉砕工程が不要であるし、始発材としてのメ
チルハイドロジエンシランが精留により高純度化された
ものであることから極めて純度の高いものとして取得さ
れる。

本発明の方法は、まずこの炭化けい素微粉末に焼結助剤
としてのほう素またはほう素化合物を添加したものを、
窒化ほう素および／または酸化ほう素の存在下に焼結す
るのであるが、炭化けい素微粉末に添加されるほう素ま
たはほう素化合物は炭化けい素の焼結助剤として公知の
ものであり、したがってこのほう素化合物としては炭化
ほう素、ほう化チタン、酸化ほう素などが例示されるが
、このほう素またはほう素化合物の添加量はほう素分と
して換算した量が０．１重量％以下では高密度の焼結体
が得られず、５重量％以上とすると高密度の焼結体が得
られるけれどもこの焼結体が抵抗率の低りものとなるの
で、０．１〜５重量％の範囲とする必要がある。なお、
この炭化けい素にほう素またはほう素化合物を添加した
混合物は加圧下に成形して成形体として次段の焼結工程
に使用される。

他方、上記したほう素またはほう素化合物を添加した炭
化けい集成形体の焼結時に共存される窒化ほう素、酸化
ほう素は炭化けい素焼粘体に電気絶縁性を付与するため
のものであるが、これらはいずれも市販のものでよく、
例えば窒化ほう素は六方晶、立方晶のいずれであっても
よく、これらの間に有為差はない、しかし、窒化ほう素
、酸化ほう素共に炭化けい素焼粘体の高抵抗化を目的と
するものであることから純度の高いものとすることがよ
く、したがって純度が９９％以上のものとすることが好
ましい、なお、この窒化ほう素および／または酸化ほう
素は粉体として使用してもよいが、炭化けい集成形体の
焼結時における炉内空気の置換、不活性ガスの導入、真
空処理をするときに粉状では粉が飛散し、これが原因で
装置の故障が引起されることもあるので、このものは成
形体あるいは焼結体として使用することが好ましい。

この発明の方法による炭化けい素焼粘体の製造は炭化け
い素微粉末に焼結助剤としてのほう素またはほう素化合
物を添加した成形体を、窒化ほう素および／または酸化
ほう素の共存下に焼結するのであるが、これによればそ
の反応機構は不明であるが、ほう素またはほう素化合物
を含有した炭化けい集成形体がその近傍に窒化ほう素、
酸化ほう素などの高抵抗化剤が存在することによって高
抵抗化され、熱伝導性の改善された焼結体として取得さ
れる。この焼結はすぐれた物性をもつ焼結体を得るとい
うことから真空下または窒素、ヘリウム、アルゴンなど
の不活性ガス雰囲気下とすることがよいが、これは焼結
助剤としてのほう素またはほう素化合物が含有されてい
るのでホットプレスなどを使用する必要はなく、大気圧
下で焼結すればよい、なお、この焼結温度は１，８００
”Ｃ以下では得られる焼結体が高密度のものとならず、
２．２００℃以上とすると炭化けい素の異常粒成長が起
って得られる焼結体が電気抵抗値の低いものとなり、強
度も低いものとなるので１．８００〜２，２００”Ｃの
範囲とすることがよい。

本発明の方法で得られる炭化けい素焼粘体は窒化ほう素
および／または酸化ほう素の存在下で焼結されたもので
あることから、このような処理をしない焼結体が抵抗率
１０４〜＠Ωｌであるのに対して抵抗率が１０１２〜１
３Ω口と高抵抗のものとなるし、このものはその熱伝導
率が１５０〜２２０Ｗ　／　＠、　Ｋとなるので、ＩＣ
基板、その他の電子材料として特に有用とされる。

つぎに本発明の実施例をあげるが１例中における熱伝導
率はキセノンフラッシュ法を用いて測定した結果を示し
たものである。

実施例１ 内径５０ＩＩＩｍ、長さ１．ＯＯＯｗｍ（７）石英製炉
心管を備えた縦型管状電気炉を１．２００℃に加熱し、
ついで二Ｎにテトラメチルジシラン （（ＣＨ３）４Ｓｉ２Ｈ２）を５容量％含む水素ガスを
１．０ＯＯｃｃ／分で導入して気相熱分解させたところ
、炭化けい素の超微粒子が得られ、この粒子については
Ｘ線写真から結晶子が２５人で、平均粒径が０．２ｐの
集合体であり、３７．３ｍ／Ｈの比表面積をもつもので
あることが確認された。

ついでこの炭化けい素微粉末１４．９５５　ｇに０．０
４５のほう素（０，３％）を添加し、この混合物を金型
中に入れ１０ＩＩａφ×１閣の円板状に成形し、ラバー
プレスで１．５トン／ｄに加圧して５個の成形体Ａを作
った。

またこれとは別に六方晶形の窒化ほう素〔信越化学工業
（株）製）Ｉｇを上記と同様に成形加圧して１ｏａｎφ
Ｘ１ｍｍの円板状の成形体Ｂ５個を作った。

つぎにこの成形体ＡとＢとを焼結用電気炉内に交互に配
置し、炉内をアルゴンガス雰囲気に置換してから、これ
らを大気圧下に２，０５０℃で３０分間焼結したところ
、成形体Ｂは焼結しながったが成形体Ａは焼結体となっ
たので、この焼結体の表面を研磨したのち、その密度、
電気抵抗率。

熱伝導率を測定したところ、第１表に示したとおりの結
果が得られた。

第　　　　１　　　　表 実施例２〜７ 実施例１における焼結助剤としてのほう素の添加量を第
２表に示した量とするか、このほう素を第２表に示した
ほう素化合物としたほかは実施例１と同様に処理したと
ころ、得られた焼結体の物性について第２表に併記した
とおりの結果が得られた。

実施例８ 酸化ほう素粉末〔氷山薬品（株）製）Ｉｇを金型に入れ
、実施例１と同じ方法で成形加圧して１０薗φＸ１ｍｍ
の円板状の成形体０５個を作った。

つぎにこの成形体Ｃと実施例１で作った成形体Ａとを焼
結用電気炉内に交互に配置し、実施例１と同じ条件で焼
結させたのち冷却したところ、成形体Ａについての焼結
体が得られたので、この表面を研磨したのちその物性を
測定したところ、第３表に示したとおりの結果が得られ
た。

第　　　３　　　表 実施例９，１０ 炭化けい集機粉末として比表面積が１６ｍ／ｇのイビデ
ン（株）製のβ型炭化けい素と比表面積が１１ｒｒｒ／
ｇの昭和電工（株）製のα型炭化けい素を使用し、これ
らの１４．７ｇに焼結助剤としてほう素と炭素を第４表
に示した量で添加し、実施例１と同様に処理して成形体
り、Ｅを作り、これらを実施例１と同様に成形体Ｂの存
在下で焼結処理したところ、得られた焼結体の物性につ
いて第４表に併記したとおりの結果が得られた。

比較例１ 実施例１において成形体Ａを成形体Ｂを共存させない状
態で、実施例１と同じ方法で焼結し、得られた焼結体に
ついての物性を測定したところ、第５表に示したとおり
の結果が得られ、このものは密度の上昇は認められたが
電気抵抗率は低い値のものであった。

第　　　　５　　　　表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化けい素微粉末に焼結助剤としてのほう素または
   ほう素化合物をほう素分として０．１〜５重量％を添加
   し、加圧下に成形した成型体を、窒化ほう素および／ま
   たは酸化ほう素の共存下に焼結炉内で焼結させることを
   特徴とする炭化けい素焼結体の製造方法。 ２、炭化けい素微粉末がメチルハイドロジエンシラン化
   合物の気相熱分解法によって得られたものである特許請
   求の範囲第１項記載の炭化けい素焼結体の製造方法。 ３、ほう素化合物が炭化ほう素、ほう化チタン、酸化ほ
   う素である特許請求の範囲第１項記載の炭化けい素焼結
   体の製造方法。 ４、焼結が真空中または不活性ガス雰囲気の大気圧下に
   おいて１，８００〜２，２００℃の温度で行なわれる特
   許請求の範囲第１項記載の炭化けい素焼結体の製造方法
   。