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JP2937850B2 - Manufacturing method of aluminum nitride sintered body - Google Patents

Manufacturing method of aluminum nitride sintered body

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Publication number
JP2937850B2
JP2937850B2 JP8059267A JP5926796A JP2937850B2 JP 2937850 B2 JP2937850 B2 JP 2937850B2 JP 8059267 A JP8059267 A JP 8059267A JP 5926796 A JP5926796 A JP 5926796A JP 2937850 B2 JP2937850 B2 JP 2937850B2
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JP
Japan
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particle size
powder
sintered body
aln
cumulative value
Prior art date
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JP8059267A
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光男 加曽利
文雄 上野
裕康 角野
昭宏 堀口
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
焼結体の製造方法に関し、詳細には、高熱伝導性を有し
焼結むらや色むらの少ない窒化アルミニウム焼結体を低
温での焼結によって製造する窒化アルミニウム焼結体の
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride sintered body, and more particularly, to a method for sintering an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and less sintering unevenness and color unevenness at a low temperature. And a method for producing an aluminum nitride sintered body produced by the method described above.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子回路は、主にIC等の素子と基板と
配線とにより構成される。近年、電子回路の高速化、小
型化及び大出力化が進み、素子の発熱量は無視できない
程の大きな値となってきている。これに対応して、高熱
伝導性の窒化アルミニウム(AlN)焼結体からなる回
路基板が開発され、その生産量が年々増加しつつある。
しかし、AlN焼結体が回路基板として優れた特性を有
するにも拘らず、セラミックス回路基板としてはアルミ
ナ製のものが主流となっている。この最大の理由は、A
lN焼結体の製造コストが高いことにある。このコスト
高の原因には、AlN原料粉末が高価であること、焼結
温度が1800℃以上とアルミナ焼結体の場合より高い
こと、後加工にかかる費用が割高になること等があげら
れる。
2. Description of the Related Art An electronic circuit mainly includes an element such as an IC, a substrate, and wiring. 2. Description of the Related Art In recent years, the speed, size, and output of electronic circuits have been increased, and the amount of heat generated by elements has become so large that it cannot be ignored. In response to this, a circuit board made of a high thermal conductive aluminum nitride (AlN) sintered body has been developed, and its production has been increasing year by year.
However, although the AlN sintered body has excellent characteristics as a circuit board, a ceramic circuit board made of alumina is mainly used. The biggest reason is that A
The manufacturing cost of the 1N sintered body is high. The reasons for this high cost include the fact that the AlN raw material powder is expensive, that the sintering temperature is 1800 ° C. or higher, which is higher than that of the alumina sintered body, and that the cost of post-processing is relatively high.

【0003】この様な状況において、AlN焼結体に関
する多くの改良が試みられている。これらの改良は、主
として高熱伝導率化や焼結性の改善に関するもので、特
開昭第61−117160号公報や特開昭第61−20
9969号公報には希土類及び/又はアルカリ土類元素
を添加したAlN焼結体の例が、特開昭第62−153
173号公報には希土類及び/又はアルカリ土類元素と
遷移金属化合物とを添加した例が提案されている。又、
1991年5月の日本セラミックス協会年会での発表で
は、実験室レベルの製造において1400℃で96時間
焼結することによって緻密なAlN焼結体が得られたこ
とが示されている。このような改良の結果として、Al
N焼結体の焼結温度は実験室レベルでは1600℃程度
まで下げることが可能となっている。更に、AlN原料
粉末自体の価格も生産量の増大と共に次第に低下しつつ
ある。
[0003] Under such circumstances, many improvements on the AlN sintered body have been attempted. These improvements mainly relate to improvement in thermal conductivity and improvement in sinterability, and are disclosed in JP-A-61-117160 and JP-A-61-20.
Japanese Patent Application No. 9969 discloses an example of an AlN sintered body to which a rare earth element and / or an alkaline earth element is added.
No. 173 proposes an example in which a rare earth and / or alkaline earth element and a transition metal compound are added. or,
A presentation at the Annual Meeting of the Ceramic Society of Japan in May 1991 indicated that a dense AlN sintered body was obtained by sintering at 1400 ° C. for 96 hours in laboratory-level production. As a result of such improvements, Al
The sintering temperature of the N sintered body can be lowered to about 1600 ° C. at the laboratory level. Further, the price of the AlN raw material powder itself is gradually decreasing with an increase in production volume.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
改良によっても、実際の量産規模でAlNセラミックス
を製造すると、極端に長い焼結時間を必要としたり、焼
結体の特性のばらつきが大きく、未だにAlNセラミッ
クスの製造コストを下げることは困難である。
However, even when the AlN ceramics are manufactured on an actual mass-production scale by the above-described improvements, an extremely long sintering time is required, and the characteristics of the sintered bodies greatly vary. However, it is still difficult to reduce the manufacturing cost of AlN ceramics.

【0005】本発明は、この様な従来技術の課題を解決
するためになされたもので、安価な製造コストで焼結体
の特性のばらつきの少ないAlN焼結体を製造する方法
を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and provides a method of manufacturing an AlN sintered body having a small variation in the characteristics of the sintered body at a low manufacturing cost. It is intended for.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定の条件を
満足するAlN原料粉末を用いることによって、低温で
の焼結性を向上させることができることを見いだし、本
発明のAlN焼結体の製造方法を発明するに至った。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present inventors have made intensive studies and as a result, by using AlN raw material powder satisfying specific conditions, the sinterability at a low temperature has been improved. They have found that it can be improved, and have invented a method for producing an AlN sintered body of the present invention.

【0007】本発明のAlN焼結体の製造方法は、窒化
アルミニウム粉末を成形し非酸化性雰囲気中で焼結する
窒化アルミニウム焼結体の製造方法であって、該窒化ア
ルミニウム粉末は、不純物酸素の含有量が0.60〜
2.20wt%で、粒度分布における小粒径側からの累積
値が50%での粒径が1.2μm以下で、累積値が50
%での粒径に対する累積値が90%での粒径の比が1.
80以下で、累積値が10%での粒径に対する累積値が
90%での粒径の比が3.00以下で、最大粒径が4.
0μm以下であり、1400℃以上の温度で焼結される
ものである。
The method for producing an AlN sintered body according to the present invention is a method for producing an aluminum nitride sintered body in which aluminum nitride powder is formed and sintered in a non-oxidizing atmosphere, wherein the aluminum nitride powder contains impurity oxygen. Content of 0.60
2.20 wt%, the cumulative value from the small particle size side in the particle size distribution is 50%, the particle size is 1.2 μm or less, and the cumulative value is 50%.
The ratio of the particle size at 90% to the particle size at 90% is 1.
The ratio of the particle size at a cumulative value of 90% to the particle size at a cumulative value of 10% is 3.00 or less, and the maximum particle size is 4.00 or less.
0 μm or less and sintered at a temperature of 1400 ° C. or more.

【0008】上記製造方法において、窒化アルミニウム
粉末には、希土類化合物又はアルカリ土類化合物からな
る添加物が添加されており、該添加物の量は前記窒化ア
ルミニウム粉末と添加物との総量の0.1〜10重量%
であり、焼結温度は1600℃以下に設定される。
In the above-mentioned production method, an additive made of a rare earth compound or an alkaline earth compound is added to the aluminum nitride powder, and the amount of the additive is 0.1% of the total amount of the aluminum nitride powder and the additive. 1-10% by weight
And the sintering temperature is set to 1600 ° C. or lower.

【0009】窒化アルミニウム粉末には、更に遷移金属
化合物が添加されており、該遷移金属化合物の量は、前
記窒化アルミニウム粉末と前記添加物と該遷移金属化合
物との総量の1.5重量%以下である。
A transition metal compound is further added to the aluminum nitride powder, and the amount of the transition metal compound is 1.5% by weight or less of the total amount of the aluminum nitride powder, the additive, and the transition metal compound. It is.

【0010】上記の製造方法によって製造される窒化ア
ルミニウム焼結体を備える窒化アルミニウム回路基板が
製造される。
An aluminum nitride circuit board provided with the aluminum nitride sintered body manufactured by the above manufacturing method is manufactured.

【0011】本発明に従って、使用する窒化アルミニウ
ム粉末の粒度及び不純物酸素量を調整することにより、
1400〜1600℃での焼結過程における窒化アルミ
ニウムの緻密化が確実に進行し、高熱伝導性を有する窒
化アルミニウム焼結体が得られる。
According to the present invention, by adjusting the particle size and the amount of impurity oxygen of the aluminum nitride powder used,
The densification of the aluminum nitride in the sintering process at 1400 to 1600 ° C. proceeds reliably, and an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity is obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0013】窒化アルミニウム(AlN)焼結体は、A
lN粉末から形成した成形体を焼結することによって得
られ、AlN焼結体の性質は、原料粉末の状態や焼結の
温度条件等によって変化する。高熱伝導率のAlN焼結
体を得るためには、焼結によってAlN体の緻密さが増
すことが必須であり、一般には焼結温度を下げると充分
に緻密化されなくなり、従来の技術においては、通常の
焼結時間、即ち2〜6時間の場合には最高温度が160
0℃を越える温度設定での焼結が不可欠である。この点
を改善するために、AlN原料粉末の詳細に注目し、所
定の要件を満たしたAlN粉末のみを原料として使用す
ることが本発明の特徴であり、これにより、焼結温度を
1400〜1600℃の範囲に設定することが可能にな
る。
The aluminum nitride (AlN) sintered body is A
It is obtained by sintering a compact formed from 1N powder, and the properties of the AlN sintered body vary depending on the state of the raw material powder, sintering temperature conditions, and the like. In order to obtain an AlN sintered body having a high thermal conductivity, it is essential that the density of the AlN body be increased by sintering. Generally, when the sintering temperature is lowered, the AlN body is not sufficiently densified. The maximum temperature is 160 for normal sintering times, ie 2 to 6 hours.
Sintering at a temperature setting exceeding 0 ° C. is indispensable. In order to improve this point, attention is paid to the details of the AlN raw material powder, and it is a feature of the present invention that only the AlN powder satisfying predetermined requirements is used as a raw material. It can be set in the range of ° C.

【0014】具体的には、本発明のAlN焼結体の製造
方法で使用するAlN粉末は、不純物酸素の含有量が
0.60〜2.20wt%で、粉末の粒度分布における累
積値50%での粒径D50が1.2μm以下、累積値9
0%での粒径D90の粒径D50に対する比D90/D
50が1.80以下、累積値10%での粒径D10に対
する粒径D90の比D90/D10が3.00以下、最
大粒径Dmax が4.0μm以下となるようなものであ
る。
Specifically, the AlN powder used in the method for producing an AlN sintered body of the present invention has an impurity oxygen content of 0.60 to 2.20 wt% and a cumulative value of 50% in the particle size distribution of the powder. Particle diameter D50 is 1.2 μm or less, cumulative value 9
Ratio D90 / D of particle size D90 to particle size D50 at 0%
50 is 1.80 or less, the ratio D90 / D10 of the particle diameter D90 to the particle diameter D10 at a cumulative value of 10% is D00 / D10 is 3.00 or less, and the maximum particle diameter Dmax is 4.0 μm or less.

【0015】上記において、粒度分布における「累積
値」は、AlN粉末粒子の粒度分布を測定したときに、
粒径の小さい側から粒径に従って分布量を積算した値で
あり、粉末全重量に対する百分率で表示される。「累積
値X%での粒径DX」は、粉末の粒度分布において粒径
の小さい側から分布量を累積してX%に達した時の粒径
を意味する。換言すれば、粒径がDX以下である粒子の
重量が粉末全体の重量のX%を占めることを意味し、例
えば、「累積値10%での粒径D10」は、粒径がD1
0以下である粒子の量が全体の10重量%となるような
粒径である。
In the above, the “cumulative value” in the particle size distribution is obtained by measuring the particle size distribution of AlN powder particles.
This is a value obtained by integrating the distribution amount according to the particle size from the smaller particle size side, and is expressed as a percentage with respect to the total weight of the powder. The “particle size DX at the cumulative value X%” means the particle size when the distribution amount is accumulated from the smaller particle size side in the particle size distribution of the powder and reaches X%. In other words, it means that the weight of particles having a particle size of DX or less occupies X% of the weight of the entire powder. For example, “the particle size D10 at a cumulative value of 10%” means that the particle size is D1.
The particle size is such that the amount of particles that is 0 or less is 10% by weight of the whole.

【0016】尚、粉末の粒度分布は測定方法によって異
なることがあることが知られており、本願においては、
粒度分布はレーザー散乱法によって測定したものを記載
している。詳細には、エタノール又はn−ブタノールを
分散媒とし、粉末を分散媒に加えて、出力200W以上
の超音波ホモジナイザーを用いて1分間以上超音波を当
てて充分に凝集をほぐした後に、例えばマイクロトラッ
ク社製等の粒度分布測定装置を用いて測定する。あるい
は、分散媒に粉末を加えてボールミルで3時間以上解砕
した後にレーザー回折法で測定してもよい。
It is known that the particle size distribution of the powder may vary depending on the measuring method.
The particle size distribution is measured by a laser scattering method. Specifically, ethanol or n-butanol is used as a dispersion medium, powder is added to the dispersion medium, and ultrasonic waves are sufficiently applied by using an ultrasonic homogenizer having an output of 200 W or more for 1 minute or more to sufficiently disintegrate the coagulation. It is measured using a particle size distribution measuring device manufactured by Truck Co., Ltd. Alternatively, it may be measured by a laser diffraction method after adding powder to a dispersion medium and pulverizing the dispersion medium in a ball mill for 3 hours or more.

【0017】まず、本発明において用いられるAlN粉
末の不純物酸素の含有量は、0.60〜2.20wt%の
範囲、好ましくは0.90〜1.80wt%の範囲であ
る。不純物酸素が0.6wt%未満であると、焼結前の粉
末の混合や成形の操作における粉末の取扱によってAl
N粉末が変質し易く、又、充分に焼結が進行しない恐れ
がある。2.5wt%を越えると、AlN焼結体の熱伝導
率が低下する。
First, the content of impurity oxygen in the AlN powder used in the present invention is in the range of 0.60 to 2.20 wt%, preferably in the range of 0.90 to 1.80 wt%. If the impurity oxygen content is less than 0.6 wt%, the mixing of the powder before sintering and the handling of the powder in the molding operation will cause
The N powder is liable to be deteriorated and sintering may not proceed sufficiently. If it exceeds 2.5% by weight, the thermal conductivity of the AlN sintered body decreases.

【0018】更に、AlN粉末の粒度分布における累積
値50%での粒径D50は1.2μm以下、好ましくは
0.45〜0.80μmのものを使用する。粒径D50
が1.20μmを越えると、焼結性が低下する。但し、
0.40μm未満の粉末は、添加物等を加えた混合粉体
の成形が困難になる恐れがあるので、操作上好ましくな
い。
Further, the AlN powder having a particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution of 1.2 μm or less, preferably 0.45 to 0.80 μm is used. Particle size D50
Exceeds 1.20 μm, the sinterability decreases. However,
A powder having a particle size of less than 0.40 μm is not preferable in terms of operation because there is a possibility that molding of a mixed powder to which additives and the like are added may be difficult.

【0019】AlN粉末の最大粒径Dmax は4μm以下
とする。好ましくはDmax が3.5μm以下のものを使
用する。4μmを越えると、AlNの焼結性が著しく阻
害されるので、この様な粗粉は分級等の操作によって除
去する。
The maximum particle size Dmax of the AlN powder is 4 μm or less. Preferably, those having a Dmax of 3.5 μm or less are used. If it exceeds 4 μm, the sinterability of AlN is significantly impaired, and such coarse powder is removed by operations such as classification.

【0020】AlN粉末の粒度分布の累積値90%での
粒径D90の粒径D50に対する比D90/D50は、
1.80以下、好ましくは1.45〜1.65となるよ
うにAlN粉末は調製される。この比D90/D50が
1.80を越えるような粒度分布のAlN粉を用いる
と、1600℃以下で焼結した時に焼結体が緻密になら
ない。この比が小さいことによる問題は特にないが、実
用的、経済的な面からは1.40以上に調整するのが容
易であり適切である。
The ratio D90 / D50 of the particle size D90 to the particle size D50 at a cumulative value of 90% of the particle size distribution of the AlN powder is:
The AlN powder is prepared to be 1.80 or less, preferably 1.45 to 1.65. When AlN powder having a particle size distribution such that the ratio D90 / D50 exceeds 1.80 is used, the sintered body does not become dense when sintered at 1600 ° C. or lower. Although there is no particular problem due to the small ratio, it is easy and appropriate to adjust the ratio to 1.40 or more from a practical and economical point of view.

【0021】更に、AlN粉末の粒度分布の累積値10
%での粒径D10に対する粒径D90の比D90/D1
0は、3.00以下、好ましくは2.00〜2.50と
なるようにAlN粉末は調製される。この比D90/D
10が3.00を越えるような粒度分布のAlN粉を用
いると、1600℃以下で焼結した時に焼結体が緻密に
ならない。この比が小さいことによる問題はないが、実
用的、経済的な面からは1.80以上に調整するのが容
易であり適切である。
Further, the cumulative value of the particle size distribution of the AlN powder is 10
% D90 / D1 ratio of particle size D90 to particle size D10 in%
The AlN powder is prepared such that 0 is 3.00 or less, preferably 2.00 to 2.50. This ratio D90 / D
When AlN powder having a particle size distribution such that 10 exceeds 3.00 is used, the sintered body does not become dense when sintered at 1600 ° C. or lower. Although there is no problem due to the small ratio, it is easy and appropriate to adjust the ratio to 1.80 or more from a practical and economical point of view.

【0022】上述の要件を満足するAlNは、通常、市
販品としては得られない。そのため、分級やブレンドな
どの手法によって所望の粒径の粉体を分離し適宜配合す
る等の調整を行うことによって得る。分級は、乾式ある
いは湿式のいずれでも支障はない。湿式の分級を行う場
合には、分散媒としてエタノールやn−ブタノール、キ
シレン等を好適に使用することができる。
AlN satisfying the above-mentioned requirements is not usually obtained as a commercial product. Therefore, it can be obtained by adjusting the powder by separating or blending the powder having a desired particle size by a method such as classification or blending. Classification does not hinder either dry or wet classification. In the case of performing wet classification, ethanol, n-butanol, xylene, or the like can be suitably used as a dispersion medium.

【0023】上述の要件を満足するように調整されたA
lN粉末は、必要に応じて各種添加物を配合して有機バ
インダを添加し、所望の形状に成形した後にバインダを
除去し、非酸化性雰囲気中で1400〜1600℃で焼
結する。
A adjusted to satisfy the above requirements
The 1N powder is mixed with various additives as necessary, and an organic binder is added. After forming into a desired shape, the binder is removed, and the powder is sintered at 1400 to 1600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere.

【0024】本発明においては、以下に示すような添加
物をその目的や効果に従って適宜添加することができ
る。
In the present invention, the following additives can be appropriately added according to the purpose and effect.

【0025】添加物は、(1)希土類元素又はアルカリ
土類金属の化合物、(2)遷移金属化合物、及び(3)
燐化合物、アルカリ金属化合物等を含むその他の化合物
に分類することができる。
The additives include (1) a compound of a rare earth element or an alkaline earth metal, (2) a transition metal compound, and (3)
It can be classified into other compounds including phosphorus compounds, alkali metal compounds and the like.

【0026】(1)の希土類元素又はアルカリ土類金属
の化合物は、AlNの焼結助剤として作用し、熱伝導性
を向上させるために添加される。粉体あるいは液体のい
ずれの添加物であってもよい。例えば、希土類及びアル
カリ土類元素の酸化物、炭化物、弗化物、酸弗化物、炭
酸塩、蓚酸塩、硝酸塩、アルコキシド等があげられ、適
宜組み合わせて用いてもよい。例えば、CaYAlO4
等のアルカリ土類希土類アルミネート又はアルカリ土類
化合物粉を添加した後に、アルコールに溶解した希土類
元素の硝酸塩を添加するような態様が可能である。希土
類元素にはSc、Y及びランタン系列の元素があり、添
加量は焼結体全体の0.1〜10wt%程度となる量が望
ましい。0.1wt%未満になると、焼結性が低下し、1
0wt%を越えると、焼結体表面に析出物が生じ易くな
り、特に焼結時間が短い場合に焼結体の熱伝導率が低下
する。
The compound of (1) a rare earth element or an alkaline earth metal acts as a sintering aid for AlN and is added to improve thermal conductivity. Either a powder or a liquid additive may be used. For example, rare earth and alkaline earth element oxides, carbides, fluorides, oxyfluorides, carbonates, oxalates, nitrates, alkoxides, and the like may be used, and may be used in an appropriate combination. For example, CaYAIO 4
It is possible to add an alkaline earth rare earth aluminate or alkaline earth compound powder, and then add a rare earth element nitrate dissolved in alcohol. The rare earth elements include Sc, Y and lanthanum series elements, and the addition amount is desirably about 0.1 to 10% by weight of the whole sintered body. If the content is less than 0.1 wt%, the sinterability decreases, and
If it exceeds 0% by weight, precipitates tend to be formed on the surface of the sintered body, and particularly when the sintering time is short, the thermal conductivity of the sintered body decreases.

【0027】(2)の遷移金属化合物は、焼結を促進し
焼結体のボディカラーを調整する働きをし、焼結むらや
色むらを抑制するために添加される。遷移金属元素に
は、Ti、Nb、Zr、Ta、W、Mo、Cr、Fe、
Co、Niがあり、これらの酸化物、窒化物、炭化物、
酸炭化物、酸窒化物等を使用することができる。焼結体
中で導電性を有する化合物であることが望ましく、この
様な化合物としては、例えば、WやMo等のメタルや、
Zr、Ti、Nb又はTaの窒化物又は炭化物が挙げら
れる。これらの添加量は、焼結体全体の1.5wt%以下
となる量が望ましい。1.5wt%を越えると焼結体の電
気的特性が劣化する恐れがある。
The transition metal compound (2) serves to promote sintering and adjust the body color of the sintered body, and is added to suppress sintering unevenness and color unevenness. Transition metal elements include Ti, Nb, Zr, Ta, W, Mo, Cr, Fe,
Co, Ni, oxides, nitrides, carbides,
Oxycarbides, oxynitrides and the like can be used. It is desirable that the compound be a compound having conductivity in the sintered body. Examples of such a compound include metals such as W and Mo,
A nitride or carbide of Zr, Ti, Nb or Ta may be used. The amount of these additives is desirably 1.5 wt% or less of the entire sintered body. If it exceeds 1.5 wt%, the electrical properties of the sintered body may be degraded.

【0028】(3)の化合物は、焼結の促進や焼結む
ら、色むらを抑制する目的で添加されるもので、燐化合
物には、燐酸塩、燐酸水素塩、酸化燐等があり、具体的
には、Ca(PO4 2 、Ba(PO4 2 、Sr(P
4 2 、YPO4 、LaPO4 、CePO4 、GdP
4 、YbPO4 、Li3 PO4 、Na3 PO4 、K3
PO4 、Ca(H2 PO4 2 、CaHPO4 、BaH
PO4 、SrHPO4 、LiH2 PO4 、Li2 HPO
4 、NaH2 PO4 、Na2 HPO4 、KH2 PO4
2 HPO4 、Ce3 (PO4 4 等の燐酸塩;P2
5 等の酸化燐;燐酸アルミニウム(AlPO4 又はAl
(PO4 3 );燐酸水素アルミニウム(Al2 (HP
4 3 )等が挙げられる。アルカリ金属化合物として
は、Na2 CO3 、NaF、NaCl等のアルカリ金属
の酸化物やハロゲン化物、もしくは焼成中にこれらの化
合物に変化する化合物が挙げられる。更に、B2 3
び焼成中にB2 3 に変化する化合物、Na2 4 7
等のホウ酸塩等も使用できる。これらの添加物の量は、
無水物として換算して総量が0.01〜5.0wt%の範
囲内であることが望ましい。0.01wt%未満になる
と、焼結体表面に析出物が生じるのを抑制する効果が得
られなくなるので、斑点状の析出物が現れ易くなり、反
りやうねりが生じ易くなる。5.0wt%を越えると、か
えって色むらや焼きむらが生じ易くなる。
The compound (3) is added for the purpose of accelerating sintering and suppressing sintering unevenness and color unevenness. Examples of the phosphorus compound include phosphate, hydrogen phosphate, phosphorus oxide and the like. Specifically, Ca (PO 4 ) 2 , Ba (PO 4 ) 2 , Sr (P
O 4 ) 2 , YPO 4 , LaPO 4 , CePO 4 , GdP
O 4 , YbPO 4 , Li 3 PO 4 , Na 3 PO 4 , K 3
PO 4 , Ca (H 2 PO 4 ) 2 , CaHPO 4 , BaH
PO 4 , SrHPO 4 , LiH 2 PO 4 , Li 2 HPO
4 , NaH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 ,
Phosphates such as K 2 HPO 4 and Ce 3 (PO 4 ) 4 ; P 2 O
Phosphorus oxide such as 5 ; aluminum phosphate (AlPO 4 or Al
(PO 4 ) 3 ); aluminum hydrogen phosphate (Al 2 (HP
O 4 ) 3 ) and the like. Examples of the alkali metal compound include oxides and halides of alkali metals such as Na 2 CO 3 , NaF, and NaCl, and compounds that change to these compounds during firing. Further, B 2 O 3 and a compound that changes to B 2 O 3 during firing, Na 2 B 4 O 7
And the like can also be used. The amount of these additives is
It is desirable that the total amount be in the range of 0.01 to 5.0 wt% in terms of anhydride. If the content is less than 0.01 wt%, the effect of suppressing the formation of precipitates on the surface of the sintered body cannot be obtained, so that spot-like precipitates are likely to appear, and warpage and undulation are likely to occur. If it exceeds 5.0% by weight, color unevenness and baking unevenness are more likely to occur.

【0029】本発明においては、上記の添加物以外に、
SiO2 、Si3 4 、SiC、GeO2 等のIVb族元
素の酸化物、窒化物、炭化物や、Al2 3 、Al
3 、GaF3 等の IIIb族元素の酸化物、ハロゲン化
物などを、各々1wt%以下の割合で添加することができ
る。
In the present invention, in addition to the above additives,
Oxides, nitrides, carbides, and Al 2 O 3 , Al of Group IVb elements such as SiO 2 , Si 3 N 4 , SiC, GeO 2
An oxide, a halide, or the like of a Group IIIb element such as F 3 or GaF 3 can be added at a ratio of 1 wt% or less.

【0030】有機バインダは一般的に用いられるものか
ら適宜選択して使用することができ、例えば、アクリル
系、メタクリル系、PVB系等のバインダがあげられ
る。このようなバインダを分散媒に分散させてAlN粉
末に添加する。分散媒としては、例えば、n−ブタノー
ル等のアルコール、メチルイソブチル、トルエン、キシ
レン等が使用できる。バインダの添加量は、使用するA
lN粉末の粒度によって適宜変更するが、概して、粉末
全量に対して2〜12wt%程度、より好ましくは4〜1
0wt%程度とする。
The organic binder can be appropriately selected from commonly used ones, and examples thereof include acrylic, methacrylic and PVB type binders. Such a binder is dispersed in a dispersion medium and added to the AlN powder. As the dispersion medium, for example, alcohols such as n-butanol, methyl isobutyl, toluene, xylene and the like can be used. The amount of binder added is
Although it is appropriately changed according to the particle size of the 1N powder, generally, it is about 2 to 12% by weight, more preferably 4 to 1% by weight based on the total amount of the powder.
About 0 wt%.

【0031】添加物及びバインダを加えたAlN粉末の
成形については、造粒、圧縮工程を経て圧粉体を形成す
る方法、分散溶媒とバインダを用いてペーストを形成
し、ドクターブレード法などに従ってシートを形成する
方法等、一般的に用いられている方法を必要に応じて採
用することができる。
As for the molding of the AlN powder to which the additives and the binder are added, a method of forming a green compact through a granulation and compression steps, a method of forming a paste by using a dispersing solvent and a binder, and forming a sheet by a doctor blade method or the like A commonly used method, such as a method for forming, can be employed as necessary.

【0032】成形体からのバインダの除去は通常、非酸
化性雰囲気中で1000℃以下の温度に加熱することに
よって達成される。非酸化性雰囲気は、窒素及び/又は
アルゴン雰囲気を意味し、一部に水素あるいは炭酸ガス
等を含んでいてもよい。タングステンやモリブデン等の
導体金属を添加物として用いていない場合には、酸素を
含む雰囲気中で加熱してバインダの除去を行ってもよ
い。この場合には、加熱温度を500℃以下に設定する
のが望ましい。
The removal of the binder from the compact is usually achieved by heating to a temperature of 1000 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere means a nitrogen and / or argon atmosphere, and may partially contain hydrogen or carbon dioxide gas. When a conductive metal such as tungsten or molybdenum is not used as an additive, the binder may be removed by heating in an atmosphere containing oxygen. In this case, it is desirable to set the heating temperature to 500 ° C. or lower.

【0033】バインダを除去した成形体は、非酸化性雰
囲気中で1400〜1600℃で焼結される。焼結時間
は、焼結する成形体の大きさや形状にも依るが、概して
2〜6時間程度であればよい。雰囲気圧力は0.01〜
10.0気圧が好ましく、AlN、BN、アルミナ等で
形成された焼結容器中に成形体を収容し、カーボン、タ
ングステン、モリブデン等でできたヒーターを備える焼
結炉中で焼結する。加熱スケジュールについては、単調
に焼結温度まで昇温しても、あるいは、段階的に昇温し
てもよく、必要に応じて適宜設定する。
The molded body from which the binder has been removed is sintered at 1400 to 1600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. The sintering time depends on the size and shape of the compact to be sintered, but may be generally about 2 to 6 hours. Atmospheric pressure is 0.01 ~
The pressure is preferably 10.0 atm. The compact is housed in a sintering vessel made of AlN, BN, alumina or the like, and sintered in a sintering furnace equipped with a heater made of carbon, tungsten, molybdenum or the like. The heating schedule may be monotonously increased to the sintering temperature or may be increased stepwise, and may be set as appropriate.

【0034】上述のAlN粉末を用いて製造される焼結
体は、緻密で110〜200W・m-1-1の高熱伝導性
を有する。焼結体には焼きむらや色むら、反り、うねり
等が起こり難く、製品歩留りが高い。又、焼結体表面の
平滑性に優れており、製造物の後加工等を大幅に簡略化
することが可能である。
The sintered body produced using the above-described AlN powder is dense and has a high thermal conductivity of 110 to 200 W · m −1 K −1 . The sintered body is unlikely to have uneven baking, uneven color, warpage, undulation, etc., and has a high product yield. Further, the surface of the sintered body is excellent in smoothness, and it is possible to greatly simplify post-processing and the like of a product.

【0035】本発明に係るAlN焼結体の製造方法によ
って得られる焼結体に焼きむら、色むら、反りやうねり
等が生じずに表面状態が良好となるメカニズムは明かで
はないが、上述の燐化合物、アルカリ金属や酸化ホウ素
等は焼結中の気散量が多く、この気散過程において何等
かの清浄効果を奏していることが考えられる。又、これ
までの研究によれば、特に弗化物を多く含む組成におい
て焼きむら、色むら、反りやうねりが生じ易く、表面状
態も悪いという傾向がみられているが、燐化合物、アル
カリ金属や酸化ホウ素等の添加は弗化物を含む場合に特
に有効に作用する。このことから、この様な添加物と弗
素との反応によって蒸気圧の高い弗化物の生成及び気散
が起こったり、焼結中に共融液相温度の低下が生じるこ
とが予想され、このようなこととの関連によって良好な
焼結体が得られることが考えられる。
The mechanism by which the sintered body obtained by the method for producing an AlN sintered body according to the present invention has a good surface state without uneven baking, uneven color, warpage or undulation is not clear. Phosphorus compounds, alkali metals, boron oxide and the like have a large amount of air diffusion during sintering, and it is conceivable that some cleaning effect is exhibited in this air diffusion process. In addition, according to previous studies, especially in a composition containing a large amount of fluoride, unevenness in baking, unevenness in color, warpage and undulation tend to occur, and the surface state tends to be poor. The addition of boron oxide or the like works particularly effectively when it contains fluoride. From this, it is anticipated that the reaction of such an additive with fluorine would produce fluoride with a high vapor pressure and gas diffusion, or cause a decrease in the eutectic liquid phase temperature during sintering. It is considered that a good sintered body can be obtained in relation to the above.

【0036】本発明の方法によって得られるAlN焼結
体は、メタライズして各種回路基板として使用される。
AlN焼結体で回路基板の絶縁部分を形成することによ
って、熱放散性や機械強度に優れ、導体層からの剥離や
断線などの欠陥のない良好な回路基板となる。例えば、
DBC、PGA、BGA、DIP、薄膜、厚膜等の電気
又は電子回路に使用することができる。導電材料には、
例えば、W、Mo、Pt、Pd、Ni等が挙げられる。
The AlN sintered body obtained by the method of the present invention is metallized and used as various circuit boards.
By forming the insulating portion of the circuit board with the AlN sintered body, a good circuit board having excellent heat dissipation and mechanical strength and having no defects such as peeling from the conductor layer and disconnection can be obtained. For example,
It can be used for electric or electronic circuits such as DBC, PGA, BGA, DIP, thin film, and thick film. For conductive materials,
For example, W, Mo, Pt, Pd, Ni and the like can be mentioned.

【0037】回路基板は以下のような方法で製造され
る。
The circuit board is manufactured by the following method.

【0038】まず、前述のような添加物を適宜含有した
AlN粉末にバインダ及び分散媒を加え、充分に混練し
て粉末粒子の解砕、分散を行い、所定の粘度のスラリー
を形成する。得られたスラリーでドクターブレード法で
シートを形成した後、加熱乾燥して分散媒を除去し、グ
リーンシートを得る。次に、グリーンシートの1表面に
導電ペーストでスクリーン印刷等の方法によって回路パ
ターンを形成する。この際、多層回路を形成する場合に
は、層間の電気的接続を形成するために、予めグリーン
シートに穴を開け、この穴に圧入法等によって導電ペー
ストを充填しておく。更に、導体回路パターンが形成さ
れたグリーンシートは、非酸化性雰囲気中で加熱して導
電ペースト中のバインダを除去する。必要に応じて、更
に表面に回路パターンを形成し、熱間加圧によってグリ
ーンシートの積層を行う。この後、グリーンシート中の
バインダを非酸化性雰囲気中で加熱除去し、焼結する。
焼結後は必要に応じてトリミング、薄膜又は厚膜の回路
形成、外部電極の形成を行う。
First, a binder and a dispersion medium are added to the AlN powder appropriately containing the above-mentioned additives, and the mixture is sufficiently kneaded to crush and disperse the powder particles to form a slurry having a predetermined viscosity. After a sheet is formed from the obtained slurry by a doctor blade method, the dispersion medium is removed by heating and drying to obtain a green sheet. Next, a circuit pattern is formed on one surface of the green sheet by a method such as screen printing using a conductive paste. At this time, when forming a multilayer circuit, a hole is previously formed in the green sheet to form an electrical connection between layers, and the hole is filled with a conductive paste by a press-fitting method or the like. Further, the green sheet on which the conductive circuit pattern is formed is heated in a non-oxidizing atmosphere to remove the binder in the conductive paste. If necessary, a circuit pattern is further formed on the surface, and green sheets are laminated by hot pressing. Thereafter, the binder in the green sheet is removed by heating in a non-oxidizing atmosphere and sintered.
After sintering, trimming, thin-film or thick-film circuit formation, and external electrode formation are performed as necessary.

【0039】本発明の製造方法によって得られるAlN
焼結体は、高温高強度材やヒートシンクとして使用する
ことも可能である。
AlN obtained by the production method of the present invention
The sintered body can be used as a high-temperature high-strength material or a heat sink.

【0040】[0040]

【実施例】以下、実施例及び比較例により、本発明をさ
らに詳細に説明する。
The present invention will be described below in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.

【0041】(試料1)下記に示す各粉末を用いて、A
lN原料粉末95.45重量部、イットリア3.0重量
部、炭酸カルシウム1.8重量部(CaO換算で1.0
重量部に相当)、三酸化タングステン0.38重量部
(タングステン換算で0.3重量部に相当)及び六ホウ
化ランタン0.25重量部の配合物を調製し、これにn
−ブタノールを加えて、湿式ボールミルを用いて解砕、
混合した後、n−ブタノールを除去して原料混合粉を得
た。
(Sample 1) Using each powder shown below,
95.45 parts by weight of 1N raw material powder, 3.0 parts by weight of yttria, 1.8 parts by weight of calcium carbonate (1.0 in terms of CaO)
Parts by weight), 0.38 parts by weight of tungsten trioxide (corresponding to 0.3 parts by weight in terms of tungsten), and 0.25 parts by weight of lanthanum hexaboride.
-Add butanol and crush using a wet ball mill;
After mixing, n-butanol was removed to obtain a raw material mixed powder.

【0042】[AlN原料粉末] 不純物酸素量:1.
17wt%、粒度分布における累積値50%での粒径D5
0:0.64μm、累積値90%における粒径D90の
粒径D50に対する比D90/D50:1.84、最大
粒径Dmax :9.25μm、累積値10%における粒径
D10に対する粒径D90の比D90/D10:3.0
3 [イットリア] 粒度分布における累積値50%での粒
径D50:0.1μm、純度:99.9wt% [炭酸カルシウム] 粒度分布における累積値50%で
の粒径D50:0.5μm、純度:99.9wt% [三酸化タングステン] 粒度分布における累積値50
%での粒径D50:0.1μm、純度:99.9wt% [六ホウ化ランタン] 純度99.9wt% 上記の原料混合粉にアクリル系バインダ5重量部を添加
して造粒した後、この造粒粉を50MPaの一軸加圧下
で圧縮成形して圧粉体を得た。この圧粉体を窒素ガス雰
囲気中で700℃まで加熱してアクリル系バインダを除
去した。バインダが除去された圧粉体を窒化アルミニウ
ム焼結体製の容器中に収容し、グラファイト製ヒータ炉
内で1気圧の窒素ガス雰囲気中で1600℃に加熱して
2時間焼結し、試料1の焼結体を得た。
[AlN raw material powder] Impurity oxygen content:
Particle size D5 at 17 wt% and a cumulative value of 50% in the particle size distribution
0: 0.64 μm, ratio D90 / D50: 1.84 to particle diameter D50 at a cumulative value of 90% to particle diameter D50, maximum particle diameter Dmax: 9.25 μm, particle diameter D90 to particle diameter D10 at a cumulative value of 10% Ratio D90 / D10: 3.0
3 [Yttria] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 0.1 μm, purity: 99.9 wt% [Calcium carbonate] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 0.5 μm, purity: 99.9 wt% [tungsten trioxide] Cumulative value 50 in particle size distribution
% D50: 0.1 μm, purity: 99.9 wt% [lanthanum hexaboride] purity 99.9 wt% After adding 5 parts by weight of an acrylic binder to the above raw material mixed powder and granulating, The granulated powder was compression-molded under uniaxial pressure of 50 MPa to obtain a green compact. The green compact was heated to 700 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to remove the acrylic binder. The green compact from which the binder was removed was housed in a container made of an aluminum nitride sintered body, heated to 1600 ° C. in a nitrogen gas atmosphere at 1 atm in a graphite heater, and sintered for 2 hours. Was obtained.

【0043】得られた焼結体の密度をアルキメデス法に
より測定したところ、3.21g・cm-3と充分に緻密化
していなかった。更に、焼結体から、直径10mm、厚さ
3mmの円板を切り出し、21±2℃でJIS−R161
1の規格に従ってレーザーフラッシュ法で熱伝導率を測
定したところ、122W・m-1-1であった。
When the density of the obtained sintered body was measured by the Archimedes method, it was not sufficiently densified to 3.21 g · cm −3 . Furthermore, a disk having a diameter of 10 mm and a thickness of 3 mm was cut out from the sintered body, and was subjected to JIS-R161 at 21 ± 2 ° C.
The thermal conductivity measured by the laser flash method according to the standard of No. 1 was 122 W · m −1 K −1 .

【0044】(試料2)試料1で用いたと同様のAlN
原料粉末を、日清エンジニアリング社製のターボクラシ
ファイアの高速回転ローターに供給して遠心力を与え、
直交する空気流とのバランスで分級される乾式方式によ
って微粉と粗粉とに分級した。この時、ローターの回転
数は6000rpm、空気の風量は3.5m3 /分に設
定した。微粉及び粗粉は下記のようなものであり、粒度
分布(粒径と累積値との関係で表示)は図1のA及びC
のようになった。尚、分級前のAlN原料粉末の粒度分
布は図1のBのようであった。
(Sample 2) AlN similar to that used in Sample 1
The raw material powder is supplied to a high-speed rotating rotor of a Nisshin Engineering Turbo Classifier to give a centrifugal force,
The powder was classified into fine powder and coarse powder by a dry method in which the powder was classified based on the balance with the orthogonal air flow. At this time, the rotation speed of the rotor was set to 6000 rpm, and the air flow rate was set to 3.5 m 3 / min. The fine powder and coarse powder are as follows, and the particle size distribution (represented by the relationship between the particle size and the accumulated value) is shown by A and C in FIG.
It became like. The particle size distribution of the AlN raw material powder before classification was as shown in FIG.

【0045】[微粉] 不純物酸素量:1.91wt%、
粒度分布における累積値50%での粒径D50:0.5
2μm、累積値90%における粒径D90の粒径D50
に対する比D90/D50:1.58、最大粒径Dmax
:1.38μm、累積値10%における粒径D10に
対する粒径D90の比D90/D10:2.41 [粗粉] 不純物酸素量:0.89wt%、粒度分布にお
ける累積値50%での粒径D50:1.05μm、累積
値90%における粒径D90の粒径D50に対する比D
90/D50:4.27、最大粒径Dmax :9.25μ
m、累積値10%における粒径D10に対する粒径D9
0の比D90/D10:10.18 次に、試料1についての操作におけるAlN原料粉末に
代えて上記の微粉を用いた点以外は同様に試料1の操作
を繰り返して、試料2の焼結体を得た。得られた焼結体
は黒色でいろむらや焼きむらがなかった。焼結体の密度
及び熱伝導率を試料1と同様の操作によって測定したと
ころ、密度は3.28g・cm-3、熱伝導率は125W・
-1-1であった。又、JIS−R1601の規格に従
って4点曲げ強度を測定したところ、310MPa(平
均)と高強度であった。
[Fine powder] Impurity oxygen content: 1.91 wt%,
Particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution: 50: 0.5
Particle diameter D50 of particle diameter D90 at 2 μm and 90% cumulative value
Ratio D90 / D50: 1.58 with respect to the maximum particle size Dmax
The ratio of the particle diameter D90 to the particle diameter D10 at 1.38 μm and a cumulative value of 10% D90 / D10: 2.41 [coarse powder] Impurity oxygen content: 0.89 wt%, the particle size at a cumulative value of 50% in the particle size distribution D50: the ratio D of the particle size D90 to the particle size D50 at 1.05 μm and a cumulative value of 90%
90 / D50: 4.27, maximum particle size Dmax: 9.25μ
m, particle size D9 with respect to particle size D10 at a cumulative value of 10%
0 ratio D90 / D10: 10.18 Next, the operation of Sample 1 was repeated in the same manner except that the above-mentioned fine powder was used instead of the AlN raw material powder in the operation of Sample 1, and the sintered body of Sample 2 was obtained. I got The obtained sintered body was black and did not have color unevenness or burning unevenness. When the density and thermal conductivity of the sintered body were measured by the same operation as in Sample 1, the density was 3.28 g · cm −3 , and the thermal conductivity was 125 W ·
m −1 K −1 . Further, when the four-point bending strength was measured in accordance with the standard of JIS-R1601, it was as high as 310 MPa (average).

【0046】(試料3)試料1についての操作における
AlN原料粉末に代えて試料2の分級操作で得た粗粉を
用いた点以外は同様に試料1の操作を繰り返して、試料
3の焼結体を得た。得られた焼結体の密度及び熱伝導率
を試料1と同様の操作によって測定したところ、密度は
3.07g・cm-3と充分に緻密化しておらず、熱伝導率
も97W・m-1-1と低かった。
(Sample 3) The operation of Sample 1 was repeated in the same manner as in Sample 1, except that the coarse powder obtained by the classification operation of Sample 2 was used instead of the AlN raw material powder. I got a body. The density and thermal conductivity of the obtained sintered body were measured by the same operation as in Sample 1. As a result, the density was 3.07 g · cm −3 , not sufficiently densified, and the thermal conductivity was 97 W · m −. It was as low as 1 K -1 .

【0047】(試料4)試料1で用いたと同様のAlN
原料粉末100gを、3リットルの容器に入れ、これに
エタノールを加えて液の深さが25cmになるようにし
た。これを、ホーン径50mmで出力300Wの超音波ホ
モジナイザーを用いて超音波を3分間当てて粉末を分散
させ、懸濁液を得た。この懸濁液を48時間静置した後
に、懸濁液の液面から3〜7cmの深さの部分をサイホン
を用いて分取した。分取した液からAlN粉末を回収
し、粒度及び不純物酸素量を測定したところ、以下のよ
うであった。
(Sample 4) AlN similar to that used in Sample 1
100 g of the raw material powder was placed in a 3 liter container, and ethanol was added thereto to adjust the liquid depth to 25 cm. This was irradiated with ultrasonic waves for 3 minutes using an ultrasonic homogenizer having a horn diameter of 50 mm and an output of 300 W to disperse the powder to obtain a suspension. After allowing this suspension to stand for 48 hours, a portion having a depth of 3 to 7 cm from the liquid surface of the suspension was fractionated using a siphon. The AlN powder was recovered from the separated liquid, and the particle size and the amount of impurity oxygen were measured.

【0048】不純物酸素量:1.85wt%、粒度分布に
おける累積値50%での粒径D50:0.51μm、累
積値90%における粒径D90の粒径D50に対する比
D90/D50:1.35、最大粒径Dmax :1.38
μm、累積値10%における粒径D10に対する粒径D
90の比D90/D10:2.00 次に、試料1についての操作におけるAlN原料粉末に
代えて上記AlN粉末を用いた点、及び、焼結温度及び
時間を1575℃で3時間とした点以外は試料1と同様
の操作を繰り返して、試料4の焼結体を得た。得られた
焼結体の密度及び熱伝導率を試料1と同様の操作によっ
て測定したところ、密度は3.29g・cm-3と充分に緻
密化しており、熱伝導率は128W・m-1-1であっ
た。
The amount of impurity oxygen is 1.85 wt%, the particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution is 0.51 μm, and the ratio D90 / D50 to the particle size D50 at a cumulative value of 90% is D90 / D50: 1.35. , Maximum particle size Dmax: 1.38
μm, particle diameter D with respect to particle diameter D10 at a cumulative value of 10%
90: D90 / D10: 2.00 Next, except that the above-mentioned AlN powder was used in place of the AlN raw material powder in the operation for sample 1, and that the sintering temperature and time were set to 3 hours at 1575 ° C. The same operation as in Sample 1 was repeated to obtain a sintered body of Sample 4. When the density and the thermal conductivity of the obtained sintered body were measured by the same operation as in Sample 1, the density was sufficiently dense to 3.29 g · cm -3 and the thermal conductivity was 128 W · m −1. K -1 .

【0049】(試料5)試料4の操作で作成し48時間
静置した後の懸濁液の液面から19〜25cmの深さの部
分をサイホンを用いて分取した。分取した液からAlN
粉末を回収し、粒度及び不純物酸素量を測定したとこ
ろ、以下のようであった。
(Sample 5) A portion having a depth of 19 to 25 cm from the liquid surface of the suspension prepared by the operation of Sample 4 and allowed to stand for 48 hours was sampled using a siphon. AlN from the separated liquid
The powder was recovered, and the particle size and the amount of impurity oxygen were measured.

【0050】不純物酸素量:0.75wt%、粒度分布に
おける累積値50%での粒径D50:1.25μm、累
積値90%における粒径D90の粒径D50に対する比
D90/D50:1.81、最大粒径Dmax :4.62
μm、累積値10%における粒径D10に対する粒径D
90の比D90/D10:2.33 次に、試料1についての操作におけるAlN原料粉末に
代えて上記AlN粉末を用いた点、及び、焼結温度及び
時間を1600℃で3時間とした点以外は試料1と同様
の操作を繰り返して、試料5の焼結体を得た。得られた
焼結体の密度及び熱伝導率を試料1と同様の操作によっ
て測定したところ、密度は3.02g・cm-3と充分に緻
密化しておらず、熱伝導率も98W・m-1-1と低かっ
た。
Impurity oxygen content: 0.75 wt%, particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 1.25 μm, ratio of particle size D90 to particle size D50 at a cumulative value of 90% D90 / D50: 1.81 , Maximum particle size Dmax: 4.62
μm, particle diameter D with respect to particle diameter D10 at a cumulative value of 10%
Next, a point D90 / D10: 2.33 of 90 was used except that the above-mentioned AlN powder was used in place of the AlN raw material powder in the operation for sample 1, and that the sintering temperature and time were set to 1600 ° C. for 3 hours. The same operation as in Sample 1 was repeated to obtain a sintered body of Sample 5. The density and thermal conductivity of the obtained sintered body were measured by the same operation as in Sample 1. As a result, the density was not sufficiently densified to be 3.02 g · cm −3, and the thermal conductivity was 98 W · m −. It was as low as 1 K -1 .

【0051】(試料6〜8)試料1についての操作にお
けるAlN原料粉末に代えて、下記の表1に示されるよ
うなAlN粉末を各々用いた点以外は試料1と同様の操
作を繰り返して、試料6〜8の焼結体を各々得た。得ら
れた焼結体の密度及び熱伝導率を試料1と同様の操作に
よって測定した結果を表1に示す。
(Samples 6 to 8) The same operations as in Sample 1 were repeated except that AlN powders as shown in Table 1 below were used instead of the AlN raw material powder in the operation for Sample 1, The sintered bodies of Samples 6 to 8 were obtained. Table 1 shows the results obtained by measuring the density and the thermal conductivity of the obtained sintered body in the same manner as in Sample 1.

【0052】[0052]

【表1】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料6 試料7 試料8 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 不純物酸素量(wt%) 0.65 2.30 0.45 粒径D50 1.22 0.38 1.15 比D90/D50 1.22 0.38 1.15 比D90/D10 1.78 1.73 1.78 最大粒径Dmax 3.67 0.85 3.45 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 焼結体密度(g/cm3 ) 2.98 3.31 2.90 熱伝導率(W・m-1-1) 95 98 97 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Table 1 Table 6 Sample 7 Sample 8 ------------------------------------ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Impurity oxygen content (wt%) 0.65 2.30 0.45 Particle size D50 1.22 0.38 1 .15 ratio D90 / D50 1.22 0.38 1.15 ratio D90 / D10 1.78 1.73 1.78 Maximum particle size Dmax 3.67 0.85 3.45 ------ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Sintered body density (g / cm 3 ) 2.98 3.31 2.90 Thermal conductivity (W · m − 1 K -1 ) 95 98 97 ----------------------------------------------

【0053】試料6及び8の焼結体は、比較的均質な粒
度分布のAlN粉末を用いているが、平均粒径が大き
い、あるいは酸素量が少ないために緻密化が充分に進行
しなかったと考えられる。試料7の作成に用いたAlN
粉末は現在入手可能な中で最も微細な粉であるが、酸素
量が過剰なために熱伝導率が低い。尚、試料7で用いた
AlN粉末は微細で活性なため、取扱については可能な
限り酸素及び水分を遮断したドライボックス中で行う必
要があり、又、成形のためのバインダも通常の3倍量で
ある15重量部を必要とした。
For the sintered bodies of Samples 6 and 8, AlN powders having a relatively uniform particle size distribution were used. However, if the average particle size was large or the amount of oxygen was small, densification did not proceed sufficiently. Conceivable. AlN used for preparation of sample 7
Powder is the finest powder currently available, but has low thermal conductivity due to excess oxygen. Since the AlN powder used in Sample 7 is fine and active, it must be handled in a dry box in which oxygen and moisture are shut off as much as possible, and the amount of binder for molding is three times the normal amount. 15 parts by weight.

【0054】(試料9)AlN原料粉末95.7重量
部、イットリア3.0重量部、弗化カルシウム0.5重
量部、二酸化チタン0.5重量部(チタン換算で0.3
重量部)及び五酸化二リン0.5重量部にn−ブタノー
ルを加えて、湿式ボールミルを用いて解砕、混合した
後、n−ブタノールを除去して原料混合粉を得た。
(Sample 9) 95.7 parts by weight of AlN raw material powder, 3.0 parts by weight of yttria, 0.5 parts by weight of calcium fluoride, 0.5 parts by weight of titanium dioxide (0.3 parts in terms of titanium)
N-butanol was added to 0.5 parts by weight of diphosphorus pentoxide and pulverized and mixed using a wet ball mill, and then n-butanol was removed to obtain a raw material mixed powder.

【0055】[AlN原料粉末] 不純物酸素量:2.
0wt%、粒度分布における累積値50%での粒径D5
0:0.48μm、累積値90%における粒径D90の
粒径D50に対する比D90/D50:1.60、最大
粒径Dmax :1.64μm、累積値10%における粒径
D10に対する粒径D90の比D90/D10:2.3
3 [イットリア] 粒度分布における累積値50%での粒
径D50:0.1μm、純度:99.9wt% [弗化カルシウム] 粒度分布における累積値50%で
の粒径D50:0.5μm、純度:99.9wt% [二酸化チタン] 粒度分布における累積値50%での
粒径D50:0.1μm、純度:99.9wt% [五酸化二リン] 純度99.9wt% 上記の原料混合粉にアクリル系バインダ5重量部を添加
して造粒した後、この造粒粉を50MPaの一軸加圧下
で圧縮成形して圧粉体を得た。この圧粉体を窒素ガス雰
囲気中で700℃まで加熱してアクリル系バインダを除
去した。バインダが除去された圧粉体を窒化アルミニウ
ム焼結体製の容器中に収容し、グラファイト製ヒータ炉
内で1気圧の窒素ガス雰囲気中で1500℃に加熱して
3時間焼結し、試料9の焼結体を得た。
[AlN raw material powder] Impurity oxygen amount:
0 wt%, particle size D5 at 50% cumulative value in particle size distribution
0: 0.48 μm, the ratio D90 / D50 to the particle diameter D50 at a cumulative value of 90% D90 / D50: 1.60, the maximum particle size Dmax: 1.64 μm, and the ratio of the particle size D90 to the particle size D10 at a cumulative value of 10%. Ratio D90 / D10: 2.3
3 [Yttria] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 0.1 μm, purity: 99.9 wt% [Calcium fluoride] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 0.5 μm, purity : 99.9 wt% [titanium dioxide] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution: 0.1 µm, purity: 99.9 wt% [diphosphorus pentoxide] Purity: 99.9 wt% Acrylic was added to the above raw material mixed powder. After granulation by adding 5 parts by weight of a system binder, the granulated powder was compression-molded under uniaxial pressure of 50 MPa to obtain a compact. The green compact was heated to 700 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to remove the acrylic binder. The green compact from which the binder was removed was placed in a container made of an aluminum nitride sintered body, heated at 1500 ° C. in a nitrogen gas atmosphere of 1 atm in a graphite heater, and sintered for 3 hours. Was obtained.

【0056】得られた焼結体は茶褐色で色むらや焼きむ
らがなかった。焼結体の密度及び熱伝導率を試料1と同
様の操作によって測定したところ、密度は3.29g・
cm-3、熱伝導率は115W・m-1-1であった。又、J
IS−R1601の規格に従って4点曲げ強度を測定し
たところ、288MPa(平均)と高強度であった。
The obtained sintered body was brown and had no color unevenness or burning unevenness. When the density and thermal conductivity of the sintered body were measured by the same operation as in Sample 1, the density was 3.29 g ·
cm -3 and thermal conductivity were 115 W · m −1 K −1 . Also J
When the four-point bending strength was measured according to the standard of IS-R1601, it was as high as 288 MPa (average).

【0057】(試料10〜30)試料2における操作で
使用した高速回転ローターのローター回転数を6000
rpm、空気の封用を3.5m3 /分に設定して、Al
N原料粉末を分級して下記のようなAlN粉末を得た。
(Samples 10 to 30) The rotor speed of the high-speed rotor used in the operation of Sample 2 was set to 6000.
rpm, the air sealing is set to 3.5 m 3 / min.
The N raw material powder was classified to obtain the following AlN powder.

【0058】[AlN粉末] 不純物酸素量:1.68
wt%、粒度分布における累積値50%での粒径D50:
0.48μm、累積値90%における粒径D90の粒径
D50に対する比D90/D50:1.65、最大粒径
Dmax :1.94μm、累積値10%における粒径D1
0に対する粒径D90の比D90/D10:2.50
[AlN powder] Impurity oxygen amount: 1.68
wt%, particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution:
0.48 μm, ratio D90 / D50 to particle diameter D50 at a cumulative value of 90% D90 / D50: 1.65, maximum particle size Dmax: 1.94 μm, particle size D1 at a cumulative value of 10%
Ratio of particle size D90 to 0: D90 / D10: 2.50

【0059】このAlN粉末に表2に示すような添加物
を表に示すような組成割合となるように加え、更にn−
ブタノールを加えて湿式ボールミルを用いて解砕、混合
した後、n−ブタノールを除去して原料混合粉を得た。
但し、試料13では、Y2 3 の表示の量に相当する量
のY(NO3 3 ・6H2 Oを用いており、これをn−
ブタノールに溶解して添加している。試料30における
Na2 Oについては、Na2 O換算で0.2wt%となる
ような量のNa2 CO3 を添加した。タングステンにつ
いては、WO3 もしくはW単体を用い、チタンについて
はTiO2 をTi単体換算量が表示の量となるように添
加している。
Additives as shown in Table 2 were added to this AlN powder so as to have the composition ratios as shown in the table, and n-
After adding butanol and pulverizing and mixing using a wet ball mill, n-butanol was removed to obtain a raw material mixed powder.
However, in sample 13, an amount of Y (NO 3 ) 3 .6H 2 O corresponding to the indicated amount of Y 2 O 3 was used, and this was n-
It is dissolved in butanol and added. As for Na 2 O in Sample 30, Na 2 CO 3 was added in such an amount as to become 0.2 wt% in Na 2 O conversion. For tungsten, WO 3 or W alone is used, and for titanium, TiO 2 is added so that the amount of Ti alone becomes the indicated amount.

【0060】上述の原料混合粉から、実施例1と同様の
方法で圧縮成形、焼結して試料10〜30の焼結体を得
た。各焼結体について、同様に密度及び熱伝導率を測定
した。この結果を表3に示す。又、焼結体の表面粗度の
測定結果及び表面状態の観察結果も併せて記載する。表
面粗度は平均値Raで示し、表面状態の評価は、色むら
及び焼きむらがなく目視で表面に何等析出物が認められ
ない場合に「良好」と見なす。
From the above raw material mixed powder, compression molding and sintering were performed in the same manner as in Example 1 to obtain sintered bodies of Samples 10 to 30. The density and the thermal conductivity of each sintered body were measured in the same manner. Table 3 shows the results. The measurement results of the surface roughness of the sintered body and the observation results of the surface state are also described. The surface roughness is represented by an average value Ra, and the evaluation of the surface state is regarded as "good" when there is no unevenness in color and baking and no precipitate is visually observed on the surface.

【0061】[0061]

【表2】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 添加物 (wt%) 希土類及びアルカリ土類 遷移金属 その他 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 10 Y2 3 :2.5, YF3 :0.5, W:0.3, NaH2 PO4 :0.5 CaO:1.0 11 Y2 3 :3.0, CaO:1.0, Ti:0.3, H3 BO3 :0.5 12 La2 3 :2.0, YF3 :0.5 KH2 PO4 :0.2 13 Y2 3 :2.5, CaO:0.5, W:0.3, NaH2 PO4 :0.5 BaF2 :1.0 14 GD2 3 :2.5, YF3 :0.5, LiAlO2 :0.5, CaO:1.0 LaB6 :0.3 15 LiYO2 :3.5, CaO:1.0, W:0.3, 16 Y2 3 :2.5, NdF3 :0.5, W:0.3, Al2 (HPO4 3 :0.5 17 Sm2 3 :2.5, YF3 :0.5, W:0.3, P2 5 :5.0 CaO:1.0 18 Y2 3 :2.5, SrF2 :0.5, W:0.3, P2 5 :0.05 CaO:1.0 19 Dy2 3 :5.5, YF3 :1.0, Ti:0.3, CaO:1.0 20 Yb2 3 :7.0, YF3 :1.0, W:0.3, NaH2 PO4 :0.5 CaO:1.0 21 CeO2 :0.1, CaF2 :0.05, W:0.001, NaH2 PO4 :0.001 22 Y2 3 :3.0, YF3 :0.5, W:0.3, CaPO4 :0.5 CaO:0.5 23 Y2 3 :3.0, YF3 :0.5, CaB6 :0.3, CaO:0.5 Ca(H2 PO4 2 :0.5 24 Y2 3 :3.0, YF3 :0.5, CaO:1.0 25 Y2 3 :3.0, CaO:1.0, W:0.3, NaH2 PO4 :0.5 26 Y2 3 :2.5, YF3 :0.5, W:0.3, NaH2 PO4 :0.5 CaO:1.0 27 Y2 3 :3.0, CaO:1.0, W:0.3, NaF2 :0.2, P2 5 :0.3 28 Y2 3 :2.0, YF3 :1.0, W:0.3, Na2 O:0.2, CaO:1.0 P2 5 :0.3 29 Y2 3 :3.0, CaO:1.0, W:0.3, Na2 4 7 :0.55 30 Y2 3 :3.05, YF3 :1.0, W:0.3, Na2 O:0.2, CaO:0.5 P2 5 :0.3 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−Table 2-----------------------------Additives (wt%) Rare earths and alkaline earths s transition metal other ----------------------------------- 10 Y 2 O 3: 2.5 , YF 3: 0.5, W: 0.3, NaH 2 PO 4 : 0.5 CaO: 1.0 11 Y 2 O 3 : 3.0, CaO: 1.0, Ti: 0.3, H 3 BO 3 : 0.512 La 2 O 3 : 2.0, YF 3 : 0.5 KH 2 PO 4: 0.2 13 Y 2 O 3: 2.5, CaO: 0.5, W: 0.3, NaH 2 PO 4: 0.5 BaF 2: 1.0 14 GD 2 O 3: 2.5, YF 3: 0.5, LiAlO 2: 0.5, CaO : 1.0 LaB 6 : 0.3 15 LiYO 2 : 3.5, CaO: 1.0, W: 0.3,16 Y 2 O 3 : 2.5, NdF 3 : 0.5, W: 0.3, Al 2 (HPO 4 ) 3 : 0.517 Sm 2 O 3: 2.5, YF 3: 0.5 , W: 0.3, P 2 O 5: 5.0 CaO: 1.0 18 Y 2 O 3 : 2.5, SrF 2: 0.5, W: 0.3, P 2 O 5: 0.05 CaO: 1.0 19 Dy 2 O 3: 5.5, YF 3: 1.0, Ti: 0.3, CaO: 1.0 20 Yb 2 O 3 : 7.0, YF 3 : 1.0, W: 0.3, NaH 2 PO 4 : 0.5 CaO: 1.0 21 CeO 2 : 0.1, CaF 2 : 0.05, W: 0.001, NaH 2 PO 4 : 0.001 22 Y 2 O 3: 3.0, YF 3: 0.5 , W: 0.3, CaPO 4: 0.5 CaO: 0.5 23 Y 2 O 3: 3.0, YF 3: 0.5, CaB 6: 0.3, CaO: 0.5 Ca (H 2 PO 4) 2: 0.5 24 Y 2 O 3: 3.0 , YF 3: 0.5, CaO: 1.0 25 Y 2 O 3: 3.0, CaO: 1.0, W: 0.3, NaH 2 PO 4: 0.5 26 Y 2 O 3: 2.5, YF 3: 0.5, W: 0.3, NaH 2 PO 4: 0.5 CaO: 1.0 27 Y 2 O 3: 3.0, CaO: 1.0, W: 0.3, NaF 2: 0.2, P 2 O 5: 0.3 28 Y 2 O 3: 2.0, YF 3: 1.0, W: 0.3 , Na 2 O: 0.2, CaO: 1.0 P 2 O 5: 0.3 29 Y 2 O 3: 3.0, CaO: 1.0, W: 0.3, Na 2 B 4 O 7: 0.55 30 Y 2 O 3: 3.05, YF 3: 1.0, W: 0.3, Na 2 O: 0.2, CaO: 0.5 P 2 O 5 : 0.3 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【0062】[0062]

【表3】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 試料 密度 熱伝導率 表面状態 表面粗度 (g・cm-3) (W・m-1-1) (Ra) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 10 3.28 144 良好 0.5 11 3.27 141 良好 0.6 12 3.28 143 良好 0.6 13 3.28 140 良好 0.5 14 3.28 141 良好 0.4 15 3.28 142 良好 0.5 16 3.28 136 良好 0.6 17 3.28 143 良好 0.5 18 3.28 143 良好 0.4 19 3.30 150 良好 0.5 20 3.33 131 良好 0.5 21 3.26 118 良好 0.3 22 3.28 142 良好 0.5 23 3.28 144 良好 0.4 24 3.27 143 良好 0.3 25 3.28 143 良好 0.3 26 3.28 143 良好 0.7 27 3.28 142 良好 0.5 28 3.27 149 良好 0.7 29 3.28 141 良好 0.6 30 3.28 141 良好 0.5 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−TABLE 3 ------------------------------ Sample Density Thermal conductivity surface condition surface roughness (g · cm -3 ) (W · m −1 K −1 ) (Ra) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 10 3.28 144 good 0.5 11 3.27 141 good 0.6 12 3.28 143 good 0.6 13 3.28 140 good 0.5 14 3.28 141 good 0.4 15 3.28 142 good 0.5 16 3 0.228 136 good 0.6 17 3.28 143 good 0.5 18 3.28 143 good 0.4 19 3.30 150 good 0.5 20 3.33 131 good 0.5 21 3.26 118 good 0 0.322 3.28 142 Good 0.5 23 3.28 144 Good 0.4 24 3.27 143 Good 0.325 3.28 143 good 0.3 26 3.28 143 good 0.7 27 3.28 142 good 0.5 28 3.27 149 good 0.7 29 3.28 141 good 0.6 30 3 .28 141 good 0.5 --------------------------------------

【0063】(試料31)焼結温度及び時間を1600
℃で24時間に変更した点以外は試料2と同様の操作を
繰り返して、試料31の焼結体を得た。同様に密度及び
熱伝導率を測定した結果、密度は3.30g・cm-3と充
分に緻密化しており、熱伝導率は205W・m-1-1
あった。
(Sample 31) The sintering temperature and time were 1600
The same operation as in Sample 2 was repeated except that the temperature was changed to 24 hours at a temperature of ° C., thereby obtaining a sintered body of Sample 31. As a result of similarly measuring the density and the thermal conductivity, the density was sufficiently dense to 3.30 g · cm -3 , and the thermal conductivity was 205 W · m −1 K −1 .

【0064】(試料32)焼結温度及び時間を1400
℃で24時間に変更した点以外は試料2と同様の操作を
繰り返して、試料32の焼結体を得た。同様に密度及び
熱伝導率を測定した結果、密度は3.30g・cm-3と充
分に緻密化しており、熱伝導率は124W・m-1-1
あった。
(Sample 32) The sintering temperature and time were set to 1400
The same operation as that of Sample 2 was repeated except that the temperature was changed to 24 hours at ° C., thereby obtaining a sintered body of Sample 32. As a result of similarly measuring the density and the thermal conductivity, the density was sufficiently dense to 3.30 g · cm −3 , and the thermal conductivity was 124 W · m −1 K −1 .

【0065】(試料33)下記の2種類のAlN粉末を
混合して、不純物酸素量:1.95wt%、粒度分布にお
ける累積値50%での粒径D50:0.50μm、累積
値90%における粒径D90の粒径D50に対する比D
90/D50:1.47、最大粒径Dmax:1.94μ
m、累積値10%における粒径D10に対する粒径D9
0の比D90/D10:2.35のAlN粉末混合物を
得た。
(Sample 33) The following two types of AlN powders were mixed, and the amount of impurity oxygen was 1.95 wt%, the particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution was 0.50 μm, and the cumulative value was 90%. The ratio D of the particle size D90 to the particle size D50
90 / D50: 1.47, maximum particle size Dmax: 1.94μ
m, particle size D9 with respect to particle size D10 at a cumulative value of 10%
An AlN powder mixture having a ratio D90 / D10: 2.35 of 0 was obtained.

【0066】[AlN粉末1] 粒度分布における累積
値50%での粒径D50:0.48μm、累積値90%
における粒径D90の粒径D50に対する比D90/D
50:1.60、最大粒径Dmax :1.64μm、累積
値10%における粒径D10に対する粒径D90の比D
90/D10:2.33 [AlN粉末2] 粒度分布における累積値50%での
粒径D50:0.52μm、累積値90%における粒径
D90の粒径D50に対する比D90/D50:1.5
8、累積値10%における粒径D10に対する粒径D9
0の比D90/D10:2.41 上記AlN粉末混合物と下記の各種粉末とから、AlN
粉末混合物95.7重量部、イットリア3.0重量部、
三弗化イットリウム0.5重量部、三酸化タングステン
0.38重量部(タングステン換算で0.3重量部)及
びCa(NO32 ・4H2 Oを2.1重量部(酸化カ
ルシウム換算で0.5重量部に相当)配合した混合物を
調製し、n−ブタノールを加えて、湿式ボールミルを用
いて解砕、混合した後、n−ブタノールを除去して原料
混合粉を得た。
[AlN powder 1] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution: 0.48 μm, cumulative value of 90%
Ratio D90 / D of particle size D90 to particle size D50 in
50: 1.60, maximum particle size Dmax: 1.64 μm, ratio D of particle size D90 to particle size D10 at a cumulative value of 10% D
90 / D10: 2.33 [AlN powder 2] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 0.52 μm, ratio of particle size D90 to particle size D50 at a cumulative value of 90% D90 / D50: 1.5.
8. Particle size D9 with respect to particle size D10 at a cumulative value of 10%
0 ratio D90 / D10: 2.41 From the above AlN powder mixture and the following various powders,
95.7 parts by weight of powder mixture, 3.0 parts by weight of yttria,
0.5 parts by weight of yttrium trifluoride, 0.38 parts by weight of tungsten trioxide (0.3 parts by weight in terms of tungsten) and 2.1 parts by weight of Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O (in terms of calcium oxide) A mixture was prepared, and n-butanol was added. The mixture was pulverized and mixed using a wet ball mill, and then n-butanol was removed to obtain a raw material mixed powder.

【0067】[イットリア] 粒度分布における累積値
50%での粒径D50:0.1μm、純度:99.9wt
% [三弗化イットリウム] 粒度分布における累積値50
%での粒径D50:0.5μm、純度:99.9wt% [三酸化タングステン] 粒度分布における累積値50
%での粒径D50:0.1μm、純度:99.9wt% [Ca(NO3 2 ・4H2 O] 純度99.9wt% 上記の原料混合粉にアクリル系バインダ5重量部を添加
して造粒した後、この造粒粉を50MPaの一軸加圧下
で圧縮成形して圧粉体を得た。この圧粉体を窒素ガス雰
囲気中で700℃まで加熱してアクリル系バインダを除
去した。バインダが除去された圧粉体を窒化アルミニウ
ム焼結体製の容器中に収容し、グラファイト製ヒータ炉
内で1気圧の窒素ガス雰囲気中で1600℃に加熱して
3時間焼結し、試料33の焼結体を得た。この焼結体は
黒色で色むらや焼きむらがなかった。
[Yttria] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 0.1 μm, purity: 99.9 wt.
% [Yttrium trifluoride] Cumulative value 50 in particle size distribution
% D50: 0.5 μm, Purity: 99.9 wt% [Tungsten trioxide] Cumulative value 50 in particle size distribution
% D50: 0.1 μm, Purity: 99.9 wt% [Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O] Purity 99.9 wt% To the above raw material mixed powder, 5 parts by weight of an acrylic binder was added. After granulation, the granulated powder was compression-molded under uniaxial pressure of 50 MPa to obtain a green compact. The green compact was heated to 700 ° C. in a nitrogen gas atmosphere to remove the acrylic binder. The compact from which the binder was removed was placed in a container made of an aluminum nitride sintered body, heated to 1600 ° C. in a nitrogen atmosphere of 1 atm in a graphite heater, and sintered for 3 hours. Was obtained. This sintered body was black and had no color unevenness or burning unevenness.

【0068】得られた焼結体の密度をアルキメデス法に
より測定したところ、3.28g・cm-3と緻密化してい
た。更に、焼結体から、前述と同様にレーザーフラッシ
ュ法で熱伝導率を測定したところ、129W・m-1-1
であった。JIS−R1601の規格に従って測定した
4点曲げ強度は、306MPa(平均)であった。
When the density of the obtained sintered body was measured by the Archimedes method, it was found to be 3.28 g · cm -3 . Further, the thermal conductivity of the sintered body was measured by the laser flash method in the same manner as described above. As a result, 129 W · m −1 K −1
Met. The four-point bending strength measured according to JIS-R1601 was 306 MPa (average).

【0069】(試料34) 試料2における分級方法に従って同様に分級を行って得
た下記に示すようなAlN粉末と下記の各種粉末とか
ら、AlN粉末95.7重量部、六ホウ化カルシウム
1.0重量部及び二酸化チタン0.50重量部(チタン
単体換算で0.3重量部)を配合した混合物を調製し、
アクリル系バインダと共にアルコール溶媒中に分散し、
粘度が約5000cpsのスリップを調製した。
(Sample 34) 95.7 parts by weight of an AlN powder, calcium hexaboride (15.7%) were prepared from the following AlN powder and the following various powders obtained by the same classification according to the classification method of Sample 2. A mixture comprising 0 parts by weight and 0.50 parts by weight of titanium dioxide (0.3 parts by weight in terms of titanium alone) is prepared,
Dispersed in alcoholic solvent with acrylic binder,
A slip having a viscosity of about 5000 cps was prepared.

【0070】[AlN粉末] 不純物酸素量:1.34
wt%、粒度分布における累積値50%での粒径D50:
0.66μm、累積値90%における粒径D90の粒径
D50に対する比D90/D50:1.69、最大粒径
Dmax :3.27μm、累積値10%における粒径D1
0に対する粒径D90の比D90/D10:2.83 [イットリア] 粒度分布における累積値50%での粒
径D50:0.1μm、純度:99.9wt% [六ホウ化カルシウム] 粒度分布における累積値50
%での粒径D50:0.5μm、純度:99.9wt% [二酸化チタン] 粒度分布における累積値50%での
粒径D50:0.1μm、純度:99.9wt% 上記スリップを用いて、ドクターブレード法に従って厚
さ約0.3mmの均一なグリーンシートを作成した。この
グリーンシートを6.3mm×6.3mmの大きさの複数の
シートに裁断し、各シートに、層間の電気的接続を形成
するためのビアホールを形成した。このビアホールに、
粒度分布における累積値50%での粒径D50が0.8
μmのタングステン粉末から調製したペーストを圧入充
填した。同様のペーストを用いてシート上に導体回路の
パターンをスクリーン印刷によって形成した。
[AlN powder] Impurity oxygen content: 1.34
wt%, particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution:
0.65 μm, ratio D90 / D50 to particle diameter D50 at a cumulative value of 90% D90 / D50: 1.69, maximum particle size Dmax: 3.27 μm, particle size D1 at a cumulative value of 10%
Ratio of particle size D90 to 0 D90 / D10: 2.83 [yttria] Particle size D50 at a cumulative value of 50% in particle size distribution: 50 μm, purity: 99.9 wt% [calcium hexaboride] Cumulative in particle size distribution Value 50
% D50: 0.5 μm, Purity: 99.9 wt% [Titanium dioxide] Particle diameter D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution: 0.1 μm, Purity: 99.9 wt% A uniform green sheet having a thickness of about 0.3 mm was prepared according to the doctor blade method. This green sheet was cut into a plurality of sheets having a size of 6.3 mm × 6.3 mm, and a via hole for forming an electrical connection between layers was formed in each sheet. In this via hole,
The particle size D50 at a cumulative value of 50% in the particle size distribution is 0.8
Paste prepared from μm tungsten powder was press-filled. A conductive circuit pattern was formed on the sheet by screen printing using the same paste.

【0071】回路パターンを形成した上記シートを積層
して、熱間プレスによって積層物を一体化し、外形加工
を施して、窒素雰囲気中で700℃まで加熱してバイン
ダを除去した。脱バインダした積層物をAlN製の容器
に収容し、カーボン製ヒータを有する焼結炉内におい
て、窒素雰囲気中で1600℃に加熱して3時間焼結
し、AlN焼結体パッケージを得た。
The sheets on which the circuit patterns were formed were laminated, the laminate was integrated by hot pressing, subjected to external processing, and heated to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the binder. The laminated product from which the binder had been removed was placed in an AlN container, and heated in a sintering furnace having a carbon heater at 1600 ° C. in a nitrogen atmosphere and sintered for 3 hours to obtain an AlN sintered body package.

【0072】得られたAlN焼結体パッケージは、反
り、うねり、クラックや膨れがなく、表面が平滑であっ
た。形態をSEMで観察したところ、AlN層及びタン
グステン層の両方とも充分緻密化していた。
The obtained AlN sintered body package had no warpage, undulation, crack or swelling, and had a smooth surface. When the morphology was observed by SEM, both the AlN layer and the tungsten layer were sufficiently densified.

【0073】(試料35)試料34と同様の操作によっ
てグリーンシートを3枚作成し、これらを重ねて熱間プ
レスで積層物を形成した。この積層物を窒素雰囲気中で
700℃まで加熱してバインダを除去した。脱バインダ
した積層物をAlN製の容器に収容し、カーボン製ヒー
タを有する焼結炉内において、窒素雰囲気中で1580
℃に加熱して3時間焼結し、AlN焼結体を得た。これ
を35mm×35mm×0.7mmの大きさの板に加工し、空
気中において1130℃で3時間加熱して板の表面に厚
さ約2μmのα−Al2 3 層を形成させた。この板の
35mm×35mmの一面に酸素を400ppm 含有する銅板
を接触させて、酸素を7ppm 含んだ窒素ガス雰囲気中で
1070℃まで加熱し、この温度を3分間維持して焼結
体と銅版とを接合させた回路基板を得た。得られた回路
基板の接合界面を観察したところ、結合形態は強固であ
り、ピール強度を測定したところ、9 kgf/cmと高いも
のであった。
(Sample 35) Three green sheets were prepared in the same manner as in Sample 34, and these were stacked to form a laminate by hot pressing. The laminate was heated to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to remove the binder. The delaminated laminate is placed in a container made of AlN, and placed in a sintering furnace having a carbon heater in a nitrogen atmosphere for 1580 minutes.
C. and heated for 3 hours to obtain an AlN sintered body. This was processed into a plate having a size of 35 mm × 35 mm × 0.7 mm and heated in air at 1130 ° C. for 3 hours to form an α-Al 2 O 3 layer having a thickness of about 2 μm on the surface of the plate. A copper plate containing 400 ppm of oxygen was brought into contact with one surface of this plate of 35 mm × 35 mm, heated to 1070 ° C. in a nitrogen gas atmosphere containing 7 ppm of oxygen, and maintained at this temperature for 3 minutes to form a sintered body and a copper plate. To obtain a circuit board. Observation of the bonding interface of the obtained circuit board revealed that the bonding form was strong and that the peel strength was measured, which was as high as 9 kgf / cm.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法は、低温での焼結によって緻
密で高熱伝導性を有する焼結体を得ることができ、製造
コストを安価にすることが可能となる。又、得られる焼
結体の特性のばらつきも少なく、その工業的価値は極め
て大である。
As described above, according to the method for manufacturing an aluminum nitride sintered body of the present invention, a sintered body having high density and high thermal conductivity can be obtained by sintering at a low temperature, and the manufacturing cost can be reduced. It becomes possible to. Further, there is little variation in the characteristics of the obtained sintered body, and its industrial value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例において使用した窒化アルミニウム粉末
の分級前後における粒度分布を示すグラフで、横軸は粒
径を、縦軸は累積値を表す。
FIG. 1 is a graph showing the particle size distribution of aluminum nitride powder used in Examples before and after classification, wherein the horizontal axis represents the particle size and the vertical axis represents the cumulative value.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 分級後の微粉 B 分級前の粉末 C 分級後の粗粉 A Fine powder after classification B Powder before classification C Coarse powder after classification

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀口 昭宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平4−104961(JP,A) 特開 昭63−55164(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/58 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Akihiro Horiguchi 1 Toshiba-cho, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (56) References JP-A-4-1044961 (JP, A) 63-55164 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 35/58

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 窒化アルミニウム粉末を成形し非酸化性
雰囲気中で焼結する窒化アルミニウム焼結体の製造方法
であって、該窒化アルミニウム粉末は、不純物酸素の含
有量が0.60〜2.20wt%で、粒度分布における小
粒径側からの累積値が50%での粒径が1.2μm以下
で、累積値が50%での粒径に対する累積値が90%で
の粒径の比が1.80以下で、累積値が10%での粒径
に対する累積値が90%での粒径の比が3.00以下
で、最大粒径が4.0μm以下であり、1400〜16
00℃の温度で焼結され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。
1. A method for producing an aluminum nitride sintered body, comprising forming an aluminum nitride powder and sintering the same in a non-oxidizing atmosphere, wherein the aluminum nitride powder has an impurity oxygen content of 0.60 to 2. 20% by weight, the ratio of the particle size when the cumulative value from the small particle size side in the particle size distribution is 50% and the particle size when the cumulative value is 90% to the particle size when the cumulative value is 1.2 μm or less and the cumulative value is 50% or less. Is 1.80 or less, the ratio of the particle size at a cumulative value of 90% to the particle size at a cumulative value of 10% is 3.00 or less, the maximum particle size is 4.0 μm or less, and 1400 to 16
A method for producing an aluminum nitride sintered body, characterized by being sintered at a temperature of 00 ° C.
【請求項2】 前記窒化アルミニウム粉末には、希土類
化合物又はアルカリ土類化合物からなる添加物が添加さ
れており、該添加物の量は前記窒化アルミニウム粉末と
添加物との総量の0.1〜10重量%であることを特徴
とする請求項1記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法。
2. An additive made of a rare earth compound or an alkaline earth compound is added to the aluminum nitride powder, and the amount of the additive is 0.1 to 0.1% of the total amount of the aluminum nitride powder and the additive. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the amount is 10% by weight.
【請求項3】 前記窒化アルミニウム粉末には、更に遷
移金属化合物が添加されており、該遷移金属化合物の量
は、前記窒化アルミニウム粉末と前記添加物と該遷移金
属化合物との総量の1.5重量%以下であることを特徴
とする請求項2記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法。
3. A transition metal compound is further added to the aluminum nitride powder, and the amount of the transition metal compound is 1.5 times the total amount of the aluminum nitride powder, the additive, and the transition metal compound. 3. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 2, wherein the content is not more than weight%.
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