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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Low-temperature sintering of alumina aiming for novel LTCC devices featuring high thermal conductivity and its application to non-shrinkage firing technology

Research Project

Project/Area Number 15K06514
Research InstitutionUbe National College of Technology

Principal Investigator

茂野 交市  宇部工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (60707131)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉田 政司  宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (10370024)
徳永 仁夫  鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70435460)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywordsアルミナ / 焼結助剤 / 低温焼結化 / 高熱伝導 / LTCC(低温同時焼成セラミックス) / 誘電体 / 無収縮焼成 / 凍結乾燥
Outline of Annual Research Achievements

Al2O3(アルミナ)は高熱伝導・高強度かつ良好な電気特性を有しており、配線基板やICパッケージ等の電子部品材料として広く使用されている。しかし、アルミナの焼結温度は約1500℃と高いため、導体と同時焼成する際にWやMoなど高融点・高抵抗の金属を使用する必要があった。アルミナをLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics: 低温同時焼成セラミックス)材料として低融点・低抵抗の金属であるAg(融点約960 ℃)やCu(融点約1080 ℃)と同時焼成するためには、多量のガラス(全量の約50%以上)を添加する必要があった。そのためLTCC材料のほとんどは低熱伝導(約2~5 W/mK)・低強度であるという欠点があった。そこで我々は少量の添加でアルミナの低温焼結が可能な焼結助剤の開発を行ってきた。最近、CuO-TiO2-Nb2O5系助剤及びCuO-TiO2-Nb2O5-Ag2O系助剤をわずか5 wt%添加することにより焼成温度960 ℃未満で緻密なアルミナが得られることを見出した。
前年度までに、助剤組成の改良等により、比較的良好な誘電特性とAgの融点未満の低温焼結化、高い熱伝導率(17 W/mK)を両立することに成功した。さらに、平面方向無収縮焼成の基礎検討を行い、無収縮焼成実現のために必要な因子を明らかにした。ただし、無収縮焼成を行うと通常の収縮焼成と比較して焼結性が悪化し、1000 ℃焼成でも緻密な焼結体の作成が困難であった。今年度は、本低温焼結アルミナの無収縮焼成実現にむけ、粉末の作成方法の改良に取り組んだ。具体的には、通常の熱による乾燥法にかえて凍結乾燥法を検討し、凝集の少ない粉末が得られることを確認した。そして、950 ℃での無収縮焼成で相対密度約95 %の焼結体作成に成功した。さらにアルミナ以外のアルミ基酸化物の低温焼結化にも着手した。

  • Research Products

    (6 results)

All 2019 2018 Other

All Presentation (4 results) Remarks (2 results)

  • [Presentation] B-Nb-O系助剤添加ガーナイトセラミックスの低温焼結化及び誘電・熱特性の評価2019

    • Author(s)
      末永健太, 中島一, 茂野交市, 藤野智也, 矢野匠真
    • Organizer
      第21回化学工学会学生発表会京都大会
  • [Presentation] Cu-Ti-Nb-Ag-O系助剤添加アルミナセラミックスの無収縮焼成の検討2019

    • Author(s)
      手塚真菜, 茂野交市, 蔵重優果
    • Organizer
      第21回化学工学会学生発表会京都大会
  • [Presentation] Ag-Cu-Ti-Nb-O系新規複合酸化物の合成と解析2019

    • Author(s)
      永田匠, 茂野交市, 川西一平, 藤森宏高
    • Organizer
      第21回化学工学会学生発表会京都大会
  • [Presentation] Cu-Nb-O系助剤によるガーナイトセラミックスの低温焼結化及び誘電・熱特性の評価2018

    • Author(s)
      中島一, 茂野交市, 末永健太, 金子慎嗣, 藤森宏高
    • Organizer
      第28回日本MRS年次大会
  • [Remarks] 化学工学会学生発表会で物質工学科の学生が優秀賞をダブル受賞

    • URL

      https://www.ube-k.ac.jp/topics/20190302/

  • [Remarks] 物質工学科の茂野准教授が第66回電気科学技術奨励賞を受賞

    • URL

      http://www.ube-k.ac.jp/topics/20181114/

URL: 

Published: 2019-12-27  

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