JPH0510298B2 - - Google Patents
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- JPH0510298B2 JPH0510298B2 JP60200622A JP20062285A JPH0510298B2 JP H0510298 B2 JPH0510298 B2 JP H0510298B2 JP 60200622 A JP60200622 A JP 60200622A JP 20062285 A JP20062285 A JP 20062285A JP H0510298 B2 JPH0510298 B2 JP H0510298B2
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- aluminum nitride
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- organic
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- nitride powder
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Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、窒化アルミニウム焼結板の製法に
関するものである。
(従来技術とその問題点)
近年、電子部品の小型化・高集積化が著しく、
それに伴つてそれらの単位面積当りの発熱量は増
加の一途をたどつている。電子部品にとつてこれ
らの熱をいかにして逃がすかが設計上の重要なポ
イントであり、熱伝導率の高い物質で構成された
基板の開発が望まれている。
この目的のために、従来から多用されているア
ルミナ基板に代わるものとして炭化硅素焼結体や
窒化アルミニウム焼結体の基板が提案されてい
る。しかし、炭化硅素は熱伝導率は高いものの電
気絶縁性に劣り、また緻密化するにはホツトプレ
スしなければならず、使用分野が限定されてい
る。一方、窒化アルミニウム焼結体は、熱伝導率
は炭化硅素に比べて劣るもののアルミナの2〜5
倍であり、しかもその電気絶縁性もアルミナ並
で、かつ常圧焼結で緻密化可能なため、汎用性の
高い材料といえる。
窒化アルミニウム焼結体は、通常、窒化アルミ
ニウム粉末をコールドプレス法、ドクターブレー
ド法などで成形後、窒素等の不活性雰囲気中で焼
成して得られる。
窒化アルミニウム焼結体は薄い板状に加工され
該板上に導電ペースト、抵抗ペースト或いは誘電
体ペーストを焼付てハイブリツト基板或いはデイ
スクリート電子部品用に使用されるのが一般的で
近い将来セラミツクパツケージ用にも利用される
材料であり、基本的に板状形状であることが必要
で、汎用的に使われるには低コストの焼結板が必
要である。
現在、最も一般的に使用されているアルミナ基
板の場合、有機溶剤中にアルミナ粉、有機粘結
剤、有機分散剤、可塑剤を配合分散した混合物を
アルミナ製ボールミルを用い分散混合し粘度1〜
3万cpsのスラリーを作成し、ドクターブレード
法によりグリーンシートとし、有機物を除去後常
圧下1500〜1700℃で焼結してアルミナ基板とする
方法がとられている。アルミナ基板の場合、歴史
は古くすでに20年以上の年月が経過しているため
用いる有機物の種類、添加量など最適化されてお
り、現在、安全、経済上の点から有機溶済を用い
ずに水系でスラリーを作る試みがなされているほ
ど進んでいる。
(発明が解決しようとする問題点)
一方、窒化アルミニウム焼結体の場合も経済上
ドクターブレード法によるシート化が最も有利と
考えられるが、歴史も浅くこれという条件がなく
試行錯誤的検討の段階である。この理由は、窒化
アルミニウムはアルミナに比較し種々の問題を抱
えているからである。即ち、第一として、窒化ア
ルミニウムは酸化されやすいことである。例えば
グリーンシートを作つた後脱有機物工程或いは原
料粉砕工程などで窒化アルミニウム粉表面が酸化
されることがある。酸化されると表面にアルミナ
層が形成され、しばしは得られる窒化アルミニウ
ム焼結体の熱伝導率が悪くなり、窒化アルミニウ
ムの特性が失なわれる。第二に窒化アルミニウム
粉は加水分解を受けやすいことである。スラリー
製造工程に用いる有機溶剤の種類或いは溶剤中の
水分を管理しないと粒子が加水分解を受け第一の
酸化を受けた時と同じ問題が発生する。第三に窒
化アルミニウム中に金属不純物特にシリコン、
鉄、クロムなどの不純物が混入すると同様に窒化
アルミニウムの熱伝導性が失なわれることであ
る。このように窒化アルミニウムはアルミナにな
いいくつかの問題があり、そのためドクターブレ
ードにかける前のスラリー調整工程更には後の有
機物除去(脱バインダー)工程など窒化アルミニ
ウムに適した条件・配合の検討が必要である。
本発明は、これらの問題点を解決し、均一で高
熱伝導性であり且つしみ、色むら、ひびわれ等が
なく表面平滑性が大で、しかも製造において、安
価で歩留りが高い、窒化アルミニウム焼結体から
なる高熱伝導セラミツク焼結板を得る製法を提供
するものである。
(問題点を解決するための手段)
すなわち、本発明は、窒化アルミニウム粉、焼
結助剤、有機粘結剤、可塑剤、分散剤及び有機溶
剤を混合し、成形、脱バインダー後、非酸化性雰
囲気中で焼成して窒化アルミニウム焼結板を製造
するにあたり、窒化アルミニウム粉100重量部に
対して、有機粘結剤としてポリビニルブチラール
4〜12重量部、可塑剤としてジブチルフタレート
及び/又はジオクチルフタレート2〜10重量部、
分散剤として脂肪族エステル1〜3重量部を焼結
助剤と共に、塩素系、ケトン系、芳香族系、アル
コール系及びパラフイン系の有機溶剤の中から選
ばれた2種以上の混合溶剤下において、有機重合
体からなるポツトとジルコニア質ボールを用いて
混合し、それをドクターブレード法でシート状に
成形した後脱バインダーし非酸化性雰囲気中で焼
成することを特徴とする相対密度95%以上、熱伝
導率100W/mk以上の窒化アルミニウム焼結板の
製法である。
以下さらに詳しく本発明について説明する。
まず、窒化アルミニウム粉を常圧焼結して高密
度の焼結体を得るためには、不純物が混入しない
ように窒化アルミニウム粉の平均粒径を3μ以下
の微粉にする必要がある。通常入手できる市販品
の平均粒径は7〜8μ程度であるので粉砕しなけ
ればならない。効率よく不純物混入の少ない粉砕
法として有機重合体ポツトとジルコニア質ボール
を用いる湿式ボールミル粉砕が良好であることを
見い出した。
更に窒化アルミニウム自体は難焼結性であるの
で焼結助剤を添加配合すする必要がある。焼結助
剤の種類については特に制限はないが、酸化セリ
ウム−酸化イツトリウム化合物、若しくは酸化セ
リウム、酸化イツトリウム及び酸化ランタンから
選ばれる2種以上の混合物を用いると歩留りよ
く、しかも、色むらやそりがなく且つ熱伝導性の
よい窒化アルミニウム焼結板が得られるので本発
明には好適である。焼結助剤と窒化アルミニウム
粉の混合状態は焼結に微妙に影響するので、充分
な混合状態をうるためには窒化アルミニウム粉を
ボールミルで湿式粉砕する際に同時に配合してお
くことが望ましい。焼結助剤の添加量は、窒化ア
ルミニウム粉に含まれる酸素量に依存するが、窒
化アルミニウム粉100重量部に対し4〜20重量部
程度とするのがよい。
スラリーをドクターブレードを用いシート成形
して得られるグリーンシートには後工程である打
抜き等のハンドリングに必要な柔軟性、こしがあ
ることが重要である。そのために有機粘結剤例え
ばポリビニルブチラール、ポバール、アクリルポ
リマーなどがアルミナ基板の場合用いられる。窒
化アルミニウムの場合にも同様有機粘結剤が必要
であるが、本発明では、ポリビニルブチラール、
中でも重合度の異なる2つの以上分子量分布をも
つポリビニルブチラールが適当であることが判つ
た。特に重合度300と1700程度の混合物又は600と
1700程度の混合物が柔軟性、こしの面で優れてい
る。ポリビニルブチラールは、他の有機粘結剤に
比べて成膜性に優れており、ひび割れのないシー
トを得ることができる。
ポリビニルブチラールは有機溶剤に対し溶解し
にくい樹脂であるため、窒化アルミニウム粉と焼
結助剤の湿式混合粉砕時に樹脂そのものを添加す
ることは好ましくはない。あらかじめ有機溶剤に
可塑剤と共に溶かしておいた溶液を用意し、これ
を配合することが好ましい。有機溶剤に対するポ
リビニルブチラールの濃度は10〜45重量%である
ことが溶解のし易すさ、ハンドリング面で好まし
い。このようなポリビニルブチラールと可塑剤の
混合溶液の配合量は、窒化アルミニウム粉100重
量部に対し4〜12重量部のポリビニルブチラール
量及び2〜10重量部の可塑剤量になるよう秤量し
混合する。なお、窒化アルミニウム粉の粉砕混合
工程時にポリビニルブチラールのみの溶液を添加
すると粉砕時のスラリー粘度が大きくなり粉砕性
が悪くなる問題があるので好ましくない。こゝで
可塑剤としてはポリビニルブチラールに相性が良
いと言われているジブチルフタレート及び/又は
ジオクチルフタレートが使用できる。ポリビニル
ブチラールが4重量部未満では、ひび割れのない
シートは得られず、また、12重量部をこえると焼
結時の収縮が大きくなる。また、可塑剤が2重量
部未満では、前述のスラリーの減粘効果は得られ
ず、また、10重量部をこえて添加する利点はな
い。
また、アルミナの場合に使用されている粉末の
分散性を向上させる脂肪族エステル系の分散剤は
窒化アルミニウム粉の場合にも使用される。脂肪
族エステルとしては例えばトリオレインが好まし
いが、他の脂肪族エステルを用いることもでき
る。分散剤の配合量は、窒化アルミニウム粉100
重量部に対し1〜3重量部程度である。また、そ
の添加時期は窒化アルミニウム粉と焼結助剤を湿
式粉砕混合する際に行なう方が分散性が向上する
ので好ましい。
以上のようにして出来上がつたスラリー()
の粘度は50〜5000cpsであり、このまゝではドク
ターブレード装置でシート成型した場合、キヤリ
ヤーフイルムであるポリエチレンフタレートフイ
ルムに塗布し乾燥している間にスラリーが流れて
しまい均一な厚みのグリーンシートが得られな
い。またスラリー内に空気などの気泡を巻き込ん
でいるとグリーンシートに穴があくなどの問題が
生じる。そこで粘度50〜5000cpsのスラリー()
を脱泡機にかけ溶剤を除去しながら巻き込み気泡
の除去を行なう。通常は0.01〜0.1atmの真空下で
脱泡を行ない、最終的に粘度1〜3万cpsのスラ
リー()に増粘する。
このスラリー()を用いドクターブレード装
置でポリエチレンテレフタレートフイルム上にス
ラリーを塗布し、室温〜120℃の条件で乾燥し有
機溶剤を除去し厚み0.5〜1.5mmのグリーンシート
とする。乾燥時に突沸などが起きると好ましくな
いので用いる有機溶剤としては沸点があまり低く
なく且つ有機粘結剤、可塑剤及び分散剤を溶解で
きるものが望ましい。従つて、通常単一溶剤の使
用は難しく混合溶剤が使用される。すなわち、本
発明においては、トリクロルエタン等の塩素系溶
剤、アセトン等のケトン系溶剤、トルエン等の芳
香族系溶剤、アルコール系及びパラフイン系溶剤
の中から選ばれた2種以上である。具体的には、
トリクロルエチレン/テトラクロルエチレン/ブ
タノール/クロロセン、トルエン/エタノール/
ブタノール、トルエン/イソプロパノール/ブタ
ノールなどである。なお、前述のように窒化アル
ミニウムは、水分を嫌うので、有機溶剤の使用に
あたつては、水分量を500ppm以下、好ましくは
100ppm以下に管理する注意が必要である。混合
溶剤の使用量は、通常、窒化アルミニウム粉末に
対して等重量倍量程度まで使用れる。
グリーンシートを所定の形状に打抜いた後に、
温度400〜600℃の酸化雰囲気下で0.5〜2時間程
度加熱して脱バインダー(有機物除去)を行つて
から、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下
1700〜1900℃の温度範囲で常圧下焼結を行なうこ
とにより、相対密度95%以上の焼結体を得ること
ができる。
このようなプロセスにより出来上つた窒化アル
ミニウム焼結板の熱伝導率は100W/mk以上を示
し、窒化アルミニウムのもつ本来の特性を維持で
き、且つ、しみ、割れも実用上問題のない程度で
色むらもなく良好な焼結板を得ること出来る。
(実施例)
以下更に詳しく実施例を用い説明する。
実施例 1
平均粒径7μの市販窒化アルミニウム粉3Kgに
あらかじめ1400℃3時間焼成して作つておいた酸
化セリウムと酸化イツトリウム1:1の化合物
200g及びトリオレイン32gを秤量し10のナイ
ロン製ボールミルポツトに装填した。更に10φの
ジルコニア質ボールを20Kgポツトに入れた後、重
量比で、トリクレン:ブタノール:テトラクロル
エチレンが60:24:16からなる混合溶剤2.4Kgを
投入し密閉後80rpmの条件下24時間混合粉砕し、
平均粒径2.0μの窒化アルミニウム粉スラリー
()とした。
一方、重合度300と1700のポリビニルブチラー
ルの重量比で3:2の混合物を300g及びジブチ
ルフタレート150gを上記混合溶剤1.5Kgに溶解し
混合溶液とし、該混合溶液800gをスラリー()
に加え前記ボールミル内で更に24時間混合し粘度
200cpsのスラリー()とした。
スラリー()をボールミルから取り出し、真
空脱泡機で脱泡して粘度1.5万cpsのスラリーを調
整した。しかる後、パイプドクターブレード装置
にて巾330mmのポリエチレンテレフタレートフイ
ルム上にクリアランス2.2mm、塗布巾250mmの条件
でスラリーを塗布した。乾燥ゾーンは15mで室温
〜120℃の温度勾配をもたせた。
フイルム繰り出し速度10cm/minの条件でグリ
ーンシートを作成した。出来たグリーンシート
は、引張強度20Kg/cm2、厚み1.1mmであり、柔軟性
に富みクラツク等の発生は全くなかつた。このグ
リーンシートを打抜き型を用い50mm角に打抜い
た。打抜いたシートの断面はきれいでバリ等は認
められなかつた。
次に、50mm角のシート50枚を黒鉛製の皿にセツ
トした後、450℃空気流通下1時間処理し有機物
(有機粘結剤、分散剤及び可塑剤)を除去した。
有機物を除去した後の残留カーボン量は0.3重量
%であり、原料窒化アルミニウム粉中のカーボン
量まで減少していることを確認した。
しかる後、大型焼結炉に黒鉛皿ごとグリーンシ
ートをセツトし、窒素雰囲気下常圧で1850℃、1
時間焼成した。出来た50枚の窒化アルミニウム焼
結寸法は40mm角でそれらの相対密度はすべて95%
以上であり、ソリは<0.1mm/25mm以下であつた。
また熱伝導率を真空理工製レーザーフラツシユ法
装置により測定した所、平均で130W/mkで最小
でも112W/mkであつた。
実施例 2
焼結助剤を酸化ランタン、酸化セリウム、酸化
イツトリウムの混合物とし混合比は体積比で各々
1:1:2にした以外は実施例1と同様にして窒
化アルミニウム焼結板を作成した。但し焼結温度
は1800℃で実施した。得られたグリーンシートに
はクラツク等の異常は全くなく、焼結体の相対密
度、ソリの状態は実施例1と同様であつた。熱伝
導率の平均値は125W/mkであつた。
実施例 3
実施例1において、スラリー()における混
合溶剤の量を1.2Kgに減少させ実施した所、窒化
アルミニウム粉の粒径が2.8μと若干粗かつたので
粉砕混合時間を10時間延長して2.1μとした。得ら
れた結果は実施例1とほゞ同等であつた。
実施例4〜10 比較例1〜3
実施例1における焼結助剤の種類、分散剤、可
塑剤及び有機粘結剤の種類と量の変化させ、同様
にグリーンシートを作成、50枚の焼結板の相対密
度及び熱伝導率の平均値を求めた。その結果を表
に示す。
[Industrial Field of Application] This invention relates to a method for producing a sintered aluminum nitride plate. (Prior art and its problems) In recent years, electronic components have become significantly smaller and more highly integrated.
Along with this, the amount of heat generated per unit area continues to increase. How to dissipate this heat is an important design point for electronic components, and it is desired to develop a substrate made of a material with high thermal conductivity. For this purpose, a silicon carbide sintered body or aluminum nitride sintered body substrate has been proposed as an alternative to the conventionally widely used alumina substrate. However, although silicon carbide has high thermal conductivity, it has poor electrical insulation properties and must be hot pressed to make it dense, which limits its field of use. On the other hand, aluminum nitride sintered body has a thermal conductivity of 2 to 5 that of alumina, although its thermal conductivity is inferior to that of silicon carbide.
Moreover, its electrical insulation properties are comparable to alumina, and it can be densified by pressureless sintering, making it a highly versatile material. The aluminum nitride sintered body is usually obtained by molding aluminum nitride powder by a cold press method, a doctor blade method, or the like, and then firing it in an inert atmosphere such as nitrogen. Generally, aluminum nitride sintered bodies are processed into thin plates and used for hybrid substrates or discrete electronic components by baking conductive paste, resistive paste, or dielectric paste onto the plates, and in the near future they will be used for ceramic packages. It is a material that is also used for various purposes, and basically requires a plate-like shape, and for general use, a low-cost sintered plate is required. Currently, in the case of the most commonly used alumina substrate, a mixture of alumina powder, an organic binder, an organic dispersant, and a plasticizer is mixed and dispersed in an organic solvent using an alumina ball mill, and the viscosity is 1 to 1.
The method used is to create a slurry of 30,000 cps, make it into a green sheet using the doctor blade method, remove organic matter, and then sinter it at 1,500 to 1,700 degrees Celsius under normal pressure to make an alumina substrate. In the case of alumina substrates, the history is long and more than 20 years have passed, so the type and amount of organic substances used have been optimized, and currently, from safety and economical points of view, organic melting is not used. Progress has been made to such an extent that attempts are being made to create slurry using aqueous systems. (Problem to be solved by the invention) On the other hand, in the case of aluminum nitride sintered bodies, forming sheets by the doctor blade method is considered to be the most advantageous economically, but since the history is short and there are no such conditions, it is still at the stage of trial-and-error investigation. It is. The reason for this is that aluminum nitride has various problems compared to alumina. That is, firstly, aluminum nitride is easily oxidized. For example, the surface of aluminum nitride powder may be oxidized during the organic matter removal process or raw material crushing process after green sheets are made. When oxidized, an alumina layer is formed on the surface, and the resulting aluminum nitride sintered body often has poor thermal conductivity and loses the properties of aluminum nitride. Second, aluminum nitride powder is susceptible to hydrolysis. If the type of organic solvent used in the slurry manufacturing process or the water content in the solvent is not controlled, the same problems as those caused when the particles undergo hydrolysis and undergo the first oxidation will occur. Thirdly, metal impurities in aluminum nitride, especially silicon,
Similarly, aluminum nitride loses its thermal conductivity when impurities such as iron and chromium are mixed into it. As described above, aluminum nitride has several problems that alumina does not have, so it is necessary to consider conditions and formulations suitable for aluminum nitride, such as the slurry preparation process before applying the doctor blade and the subsequent organic matter removal (debinding) process. It is. The present invention solves these problems and uses sintered aluminum nitride, which has uniform and high thermal conductivity, has no stains, uneven color, or cracks, and has a high surface smoothness, and is inexpensive and has a high yield in manufacturing. The object of the present invention is to provide a manufacturing method for obtaining a highly thermally conductive ceramic sintered plate consisting of a ceramic body. (Means for Solving the Problems) That is, the present invention mixes aluminum nitride powder, a sintering aid, an organic binder, a plasticizer, a dispersant, and an organic solvent, molds it, removes the binder, and then forms a non-oxidized When producing a sintered aluminum nitride plate by firing in a neutral atmosphere, 4 to 12 parts by weight of polyvinyl butyral as an organic binder and dibutyl phthalate and/or dioctyl phthalate as a plasticizer are added to 100 parts by weight of aluminum nitride powder. 2 to 10 parts by weight,
1 to 3 parts by weight of an aliphatic ester as a dispersant, together with a sintering aid, in a mixed solvent of two or more selected from chlorine-based, ketone-based, aromatic-based, alcohol-based, and paraffin-based organic solvents. , a relative density of 95% or more, characterized by mixing an organic polymer pot and a zirconia ball, forming it into a sheet using a doctor blade method, removing the binder, and firing in a non-oxidizing atmosphere. , a method for producing aluminum nitride sintered plates with a thermal conductivity of 100W/mk or more. The present invention will be explained in more detail below. First, in order to obtain a high-density sintered body by pressureless sintering of aluminum nitride powder, it is necessary to make the aluminum nitride powder a fine powder with an average particle size of 3 microns or less to avoid contamination with impurities. Since the average particle size of commonly available commercial products is about 7 to 8 microns, they must be pulverized. We have found that wet ball milling using an organic polymer pot and zirconia balls is a good grinding method that is efficient and reduces contamination. Furthermore, since aluminum nitride itself is difficult to sinter, it is necessary to add a sintering aid. There are no particular restrictions on the type of sintering aid, but using a cerium oxide-yttrium oxide compound or a mixture of two or more selected from cerium oxide, yttrium oxide, and lanthanum oxide will result in a good yield and reduce uneven color and warpage. This method is suitable for the present invention because it provides a sintered aluminum nitride plate that is free from heat and has good thermal conductivity. The mixing state of the sintering aid and the aluminum nitride powder has a subtle effect on sintering, so in order to obtain a sufficient mixing state, it is desirable to mix the aluminum nitride powder at the same time as the aluminum nitride powder is wet-pulverized in a ball mill. The amount of the sintering aid added depends on the amount of oxygen contained in the aluminum nitride powder, but is preferably about 4 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the aluminum nitride powder. It is important that the green sheet obtained by forming the slurry into a sheet using a doctor blade has flexibility and stiffness necessary for handling such as punching in subsequent steps. For this purpose, organic binders such as polyvinyl butyral, poval, acrylic polymers, etc. are used in the case of alumina substrates. In the case of aluminum nitride, an organic binder is also required, but in the present invention, polyvinyl butyral,
Among them, it has been found that polyvinyl butyral having two or more molecular weight distributions with different degrees of polymerization is suitable. Especially mixtures with polymerization degrees of 300 and 1700 or 600 and
A mixture of about 1700 has excellent flexibility and stiffness. Polyvinyl butyral has excellent film-forming properties compared to other organic binders, and can produce crack-free sheets. Since polyvinyl butyral is a resin that is difficult to dissolve in organic solvents, it is not preferable to add the resin itself during wet mixing and pulverization of aluminum nitride powder and sintering aid. It is preferable to prepare a solution in which the plasticizer and the plasticizer are dissolved in an organic solvent in advance and to mix the solution. The concentration of polyvinyl butyral in the organic solvent is preferably 10 to 45% by weight in terms of ease of dissolution and handling. The mixed solution of polyvinyl butyral and plasticizer is weighed and mixed so that the amount of polyvinyl butyral is 4 to 12 parts by weight and the amount of plasticizer is 2 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of aluminum nitride powder. . Note that it is not preferable to add a solution containing only polyvinyl butyral during the pulverization and mixing process of aluminum nitride powder because the viscosity of the slurry during pulverization increases and the pulverizability deteriorates. As the plasticizer, dibutyl phthalate and/or dioctyl phthalate, which are said to be compatible with polyvinyl butyral, can be used. If the amount of polyvinyl butyral is less than 4 parts by weight, a crack-free sheet cannot be obtained, and if it exceeds 12 parts by weight, shrinkage during sintering will increase. Furthermore, if the plasticizer is less than 2 parts by weight, the above-mentioned effect of reducing the viscosity of the slurry cannot be obtained, and there is no advantage to adding more than 10 parts by weight. Furthermore, the aliphatic ester dispersant that improves the dispersibility of powder, which is used in the case of alumina, is also used in the case of aluminum nitride powder. As the aliphatic ester, for example, triolein is preferred, but other aliphatic esters can also be used. The amount of dispersant is 100% aluminum nitride powder.
It is about 1 to 3 parts by weight. Further, it is preferable to add the aluminum nitride powder when the aluminum nitride powder and the sintering aid are wet-pulverized and mixed, since this improves the dispersibility. Slurry made as above ()
The viscosity of the green sheet is 50 to 5,000 cps, and if it were to be formed into a sheet using a doctor blade device, the slurry would flow while it was being applied to a polyethylene phthalate film as a carrier film and drying, resulting in a green sheet with a uniform thickness. is not obtained. Furthermore, if air bubbles are involved in the slurry, problems such as holes in the green sheet will occur. So slurry with viscosity 50~5000cps ()
is passed through a deaerator to remove the solvent and remove air bubbles. Usually, defoaming is performed under a vacuum of 0.01 to 0.1 atm, and the final viscosity is thickened to a slurry () with a viscosity of 10,000 to 30,000 cps. This slurry () is applied onto a polyethylene terephthalate film using a doctor blade device, dried at room temperature to 120°C to remove the organic solvent, and made into a green sheet with a thickness of 0.5 to 1.5 mm. Since it is undesirable if bumping occurs during drying, it is desirable that the organic solvent used has a boiling point that is not too low and is capable of dissolving the organic binder, plasticizer, and dispersant. Therefore, it is usually difficult to use a single solvent and a mixed solvent is used. That is, in the present invention, two or more solvents are selected from chlorine solvents such as trichloroethane, ketone solvents such as acetone, aromatic solvents such as toluene, alcohol solvents, and paraffin solvents. in particular,
Trichlorethylene/tetrachlorethylene/butanol/chlorocene, toluene/ethanol/
Butanol, toluene/isopropanol/butanol, etc. As mentioned above, aluminum nitride dislikes moisture, so when using organic solvents, keep the moisture content below 500 ppm, preferably
Care must be taken to keep it below 100ppm. The amount of the mixed solvent to be used is usually approximately equal to the weight of the aluminum nitride powder. After punching the green sheet into a predetermined shape,
After debinding (removal of organic matter) by heating in an oxidizing atmosphere at a temperature of 400 to 600°C for about 0.5 to 2 hours, it is heated in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
By performing sintering under normal pressure in the temperature range of 1700 to 1900°C, a sintered body with a relative density of 95% or more can be obtained. The thermal conductivity of the aluminum nitride sintered plate produced through this process is over 100W/mk, and the original properties of aluminum nitride can be maintained, and the color and stains and cracks are not a problem for practical use. It is possible to obtain a good sintered plate without any unevenness. (Example) A more detailed explanation will be given below using examples. Example 1 A 1:1 compound of cerium oxide and yttrium oxide was prepared by baking 3 kg of commercially available aluminum nitride powder with an average particle size of 7 μm at 1400°C for 3 hours.
200 g and 32 g of triolein were weighed and loaded into 10 nylon ball mill pots. Furthermore, after putting a 10φ zirconia ball into a 20Kg pot, 2.4Kg of a mixed solvent consisting of trichlorethylene, butanol, and tetrachlorethylene in a weight ratio of 60:24:16 was added, and after the pot was sealed, the pot was mixed and pulverized for 24 hours at 80 rpm. death,
An aluminum nitride powder slurry () with an average particle size of 2.0μ was prepared. On the other hand, 300 g of a mixture of polyvinyl butyral with a polymerization degree of 300 and 1700 in a weight ratio of 3:2 and 150 g of dibutyl phthalate were dissolved in 1.5 kg of the above mixed solvent to make a mixed solution, and 800 g of the mixed solution was slurried ().
In addition, the viscosity is further mixed in the ball mill for 24 hours.
200cps slurry (). The slurry () was taken out from the ball mill and defoamed using a vacuum defoaming machine to prepare a slurry with a viscosity of 15,000 cps. Thereafter, the slurry was applied onto a polyethylene terephthalate film having a width of 330 mm using a pipe doctor blade device under conditions of a clearance of 2.2 mm and a coating width of 250 mm. The drying zone was 15 m long and had a temperature gradient from room temperature to 120°C. A green sheet was prepared at a film feed speed of 10 cm/min. The resulting green sheet had a tensile strength of 20 Kg/cm 2 and a thickness of 1.1 mm, and was highly flexible and did not exhibit any cracks. This green sheet was punched out into 50 mm square pieces using a punching die. The cross section of the punched sheet was clean and no burrs were observed. Next, 50 sheets of 50 mm square were set in a graphite dish and treated under air circulation at 450° C. for 1 hour to remove organic substances (organic binder, dispersant, and plasticizer).
The amount of carbon remaining after removing organic matter was 0.3% by weight, which was confirmed to be reduced to the amount of carbon in the raw material aluminum nitride powder. After that, the green sheet along with the graphite plate was set in a large sintering furnace, and heated at 1850℃ for 1 hour at normal pressure in a nitrogen atmosphere.
Baked for an hour. The dimensions of the 50 sintered aluminum nitride sheets are 40 mm square, and their relative density is 95%.
The warpage was less than 0.1 mm/25 mm.
Furthermore, when the thermal conductivity was measured using a laser flash method device manufactured by Shinku Riko, it was found to be 130 W/mk on average and 112 W/mk at the minimum. Example 2 An aluminum nitride sintered plate was produced in the same manner as in Example 1, except that the sintering aid was a mixture of lanthanum oxide, cerium oxide, and yttrium oxide, and the mixing ratio was 1:1:2 by volume. . However, the sintering temperature was 1800°C. The obtained green sheet had no abnormalities such as cracks, and the relative density and warpage of the sintered body were the same as in Example 1. The average value of thermal conductivity was 125W/mk. Example 3 In Example 1, the amount of mixed solvent in the slurry () was reduced to 1.2 kg, but the particle size of the aluminum nitride powder was a little coarse at 2.8μ, so the grinding and mixing time was extended by 10 hours. It was set to 2.1μ. The results obtained were almost the same as in Example 1. Examples 4 to 10 Comparative Examples 1 to 3 Green sheets were prepared in the same manner as in Example 1 by changing the types and amounts of the sintering aid, dispersant, plasticizer, and organic binder, and 50 sheets were sintered. The average values of the relative density and thermal conductivity of the bonded plates were determined. The results are shown in the table.
【表】
(注) 比較例1はポリビニルブチラール、比較例2は
分散剤及び比較例3は分散剤と可塑剤が本発明
の範囲を逸脱した例である。
(発明の効果)
本発明によると次の効果を奏する。
(1) 金属不純物の少ない且つ窒化アルミニウム粉
が酸化或いは加水分解を受けない条件で焼結す
ることが可能なため窒化アルミニウムのもつ高
熱伝導性が発揮できる。
(2) 得られるグリーンシートにクラツク等の割れ
の発生がなく、製品歩留りが向上する。またグ
リーンシートを打抜いてもバリ等の発生がな
い。
(3) 特に塩素系の溶媒を用いる場合には爆発等の
危険性が減少し、装置面で有利となる。[Table] (Note) Comparative Example 1 uses polyvinyl butyral, Comparative Example 2 uses a dispersant, and Comparative Example 3 uses a dispersant and plasticizer outside the scope of the present invention.
(Effects of the Invention) According to the present invention, the following effects are achieved. (1) The high thermal conductivity of aluminum nitride can be exhibited because it can be sintered under conditions with few metal impurities and where the aluminum nitride powder is not oxidized or hydrolyzed. (2) The resulting green sheet is free from cracks and other cracks, improving product yield. Furthermore, no burrs or the like occur even when the green sheet is punched out. (3) Especially when using chlorine-based solvents, the risk of explosion etc. is reduced, which is advantageous in terms of equipment.
Claims (1)
剤、可塑剤、分散剤及び有機溶剤を混合し、成
形、脱バインダー後、非酸化性雰囲気中で焼成し
て窒化アルミニウム焼結板を製造するにあたり、
窒化アルミニウム粉100重量部に対して、有機粘
結剤としてポリビニルブチラール4〜12重量部、
可塑剤としてジブチルフタレート及び/又はジオ
クチルフタレート2〜10重量部、分散剤として脂
肪族エステル1〜3重量部を焼結助剤と共に、塩
素系、ケトン系、芳香族系、アルコール系及びパ
ラフイン系の有機溶剤の中から選ばれた2種以上
の混合溶剤下において、有機重合体からなるポツ
トとジルコニア質ボールを用いて混合し、それを
ドクターブレード法でシート状に成形した後脱バ
インダーし非酸化性雰囲気中で焼成することを特
徴とする相対密度95%以上、熱伝導率100w/mk
以上の窒化アルミニウム焼結板の製法。1. Mix aluminum nitride powder, sintering aid, organic binder, plasticizer, dispersant, and organic solvent, mold, remove binder, and then bake in a non-oxidizing atmosphere to produce a sintered aluminum nitride plate. Hits the,
4 to 12 parts by weight of polyvinyl butyral as an organic binder to 100 parts by weight of aluminum nitride powder;
2 to 10 parts by weight of dibutyl phthalate and/or dioctyl phthalate as a plasticizer, 1 to 3 parts by weight of an aliphatic ester as a dispersant, and chlorine-based, ketone-based, aromatic-based, alcohol-based and paraffin-based In a mixed solvent of two or more selected from organic solvents, a pot made of an organic polymer and a zirconia ball are used to mix the mixture, which is then formed into a sheet using a doctor blade method, after which the binder is removed and the non-oxidized Relative density 95% or more, thermal conductivity 100w/mk, characterized by firing in a warm atmosphere
The above method for producing an aluminum nitride sintered plate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60200622A JPS6265979A (en) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | Production of aluminum nitride sintered plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60200622A JPS6265979A (en) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | Production of aluminum nitride sintered plate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6265979A JPS6265979A (en) | 1987-03-25 |
| JPH0510298B2 true JPH0510298B2 (en) | 1993-02-09 |
Family
ID=16427436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60200622A Granted JPS6265979A (en) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | Production of aluminum nitride sintered plate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6265979A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP5901190B2 (en) * | 2011-09-13 | 2016-04-06 | 株式会社トクヤマ | Method for producing aluminum nitride sintered granules |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60171270A (en) * | 1984-02-13 | 1985-09-04 | 株式会社トクヤマ | Raw material composition for producing translucent aluminum nitride sintered body |
-
1985
- 1985-09-12 JP JP60200622A patent/JPS6265979A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6265979A (en) | 1987-03-25 |
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