JP2002201072A - ＡｌＮ焼結体およびこれを用いたＡｌＮ回路基板 - Google Patents
ＡｌＮ焼結体およびこれを用いたＡｌＮ回路基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高い放熱性を有し、かつ高強度を有するＡｌＮ
焼結体を提供する。ＡｌＮ基板の研磨性を向上させて、
ＡｌＮ基板と金属回路部との高い接合強度および耐熱サ
イクル特性に優れたＡｌＮ回路基板を提供する。 【解決手段】直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒
子の数が１５〜３０個であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ
・Ｋ以上であることを特徴とする。
焼結体を提供する。ＡｌＮ基板の研磨性を向上させて、
ＡｌＮ基板と金属回路部との高い接合強度および耐熱サ
イクル特性に優れたＡｌＮ回路基板を提供する。 【解決手段】直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒
子の数が１５〜３０個であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ
・Ｋ以上であることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高密度・高集積化
した半導体素子を搭載するパワーモジュール用の基板ま
たは熱電モジュール用の基板であって、優れた放熱性を
有するＡｌＮ焼結体およびこれを用いたＡｌＮ回路基板
に関する。
した半導体素子を搭載するパワーモジュール用の基板ま
たは熱電モジュール用の基板であって、優れた放熱性を
有するＡｌＮ焼結体およびこれを用いたＡｌＮ回路基板
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、熱電モジュール用基板としてセラ
ミック基板が適用されている。このセラミック基板の材
料として、熱伝導率および機械的強度の両特性に優れた
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体，熱伝導率が１００〜１
８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のＡｌＮ焼結体，ＢｅＯ焼結体，Ｓ
ｉＣ焼結体などが用いられている。
ミック基板が適用されている。このセラミック基板の材
料として、熱伝導率および機械的強度の両特性に優れた
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体，熱伝導率が１００〜１
８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度のＡｌＮ焼結体，ＢｅＯ焼結体，Ｓ
ｉＣ焼結体などが用いられている。
【０００３】近年、熱電モジュール用基板には、より一
層高い放熱性が要求されている。しかし、上述したＡｌ
２Ｏ３焼結体またはＡｌＮ焼結体では、熱伝導率が１８
０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり放熱性を満足するものではな
く、また、ＢｅＯ焼結体およびＳｉＣ焼結体などは、そ
れぞれ毒性および電気絶縁性の点で問題を有していた。
層高い放熱性が要求されている。しかし、上述したＡｌ
２Ｏ３焼結体またはＡｌＮ焼結体では、熱伝導率が１８
０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり放熱性を満足するものではな
く、また、ＢｅＯ焼結体およびＳｉＣ焼結体などは、そ
れぞれ毒性および電気絶縁性の点で問題を有していた。
【０００４】一方、パワーモジュール用基板としてもセ
ラミック基板が適用されており、このセラミック基板の
材料として、高い熱伝導率を有するＡｌＮ焼結体，Ｓｉ
Ｃ焼結体，Ｓｉ３Ｎ４焼結体などが使用されている。
ラミック基板が適用されており、このセラミック基板の
材料として、高い熱伝導率を有するＡｌＮ焼結体，Ｓｉ
Ｃ焼結体，Ｓｉ３Ｎ４焼結体などが使用されている。
【０００５】そして、近年、半導体素子はより一層、高
集積化，高速化，大チップ化されているため、使用時の
半導体素子からの発熱が増加して温度上昇する傾向にあ
る。このため、基板材料の特性として、半導体素子から
発生する熱を外部に効率良く放熱できる高い放熱性が要
求される。このため、高熱伝導率を有するＡｌＮ焼結体
が主に実用化されている。
集積化，高速化，大チップ化されているため、使用時の
半導体素子からの発熱が増加して温度上昇する傾向にあ
る。このため、基板材料の特性として、半導体素子から
発生する熱を外部に効率良く放熱できる高い放熱性が要
求される。このため、高熱伝導率を有するＡｌＮ焼結体
が主に実用化されている。
【０００６】ところで、セラミック焼結体の熱伝導は、
主に熱が格子の振動を介して伝播するフォノン（格子振
動）によるものである。このため、セラミックス焼結体
中に存在する粒界はフォノンの伝播を妨げてしまい、熱
伝導率の低下を招く原因となる。
主に熱が格子の振動を介して伝播するフォノン（格子振
動）によるものである。このため、セラミックス焼結体
中に存在する粒界はフォノンの伝播を妨げてしまい、熱
伝導率の低下を招く原因となる。
【０００７】ＡｌＮ焼結体では焼結助剤からなる粒界相
が存在するが、粒界相を形成する焼結助剤を使用せずに
形成したＡｌＮ焼結体や、焼結助剤からなる粒界層を実
質的に排除したＡｌＮ焼結体とすることで、熱伝導率を
２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度としたＡｌＮ焼結体が開発されて
いる。
が存在するが、粒界相を形成する焼結助剤を使用せずに
形成したＡｌＮ焼結体や、焼結助剤からなる粒界層を実
質的に排除したＡｌＮ焼結体とすることで、熱伝導率を
２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度としたＡｌＮ焼結体が開発されて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなＡｌＮ焼結体は、熱伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上とすることができるが、ＡｌＮ焼結体自体の強度が
十分ではなかった。詳述すると、熱伝導率が２００Ｗ／
ｍ・Ｋ以上であるＡｌＮ焼結体は、熱伝導率を高くする
ことのみに着目したものであるため、粒界相を低減して
ＡｌＮ結晶粒子のサイズを平均粒径５μｍ以上と大きく
したものであり、また、ＡｌＮ結晶粒子のサイズはそれ
ぞれ異なっておりばらつきが極めて大きかった。従っ
て、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するＡｌＮ焼
結体は、回路基板に要求される強度特性を満足するもの
ではなかった。
たようなＡｌＮ焼結体は、熱伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上とすることができるが、ＡｌＮ焼結体自体の強度が
十分ではなかった。詳述すると、熱伝導率が２００Ｗ／
ｍ・Ｋ以上であるＡｌＮ焼結体は、熱伝導率を高くする
ことのみに着目したものであるため、粒界相を低減して
ＡｌＮ結晶粒子のサイズを平均粒径５μｍ以上と大きく
したものであり、また、ＡｌＮ結晶粒子のサイズはそれ
ぞれ異なっておりばらつきが極めて大きかった。従っ
て、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するＡｌＮ焼
結体は、回路基板に要求される強度特性を満足するもの
ではなかった。
【０００９】また、ＡｌＮ焼結体を回路基板として用い
る場合、ＡｌＮ焼結体から成るＡｌＮ基板上に金属回路
部を形成する必要がある。この時、ＡｌＮ基板の表面が
粗いと、ＡｌＮ基板と金属回路部とを接合する時に接合
不良が生じてしまい接合強度（ピール強度）が低下して
しまう。このため、ＡｌＮ基板を表面研磨して表面粗さ
を低減して、ＡｌＮ基板表面を平坦化することは必須で
あった。
る場合、ＡｌＮ焼結体から成るＡｌＮ基板上に金属回路
部を形成する必要がある。この時、ＡｌＮ基板の表面が
粗いと、ＡｌＮ基板と金属回路部とを接合する時に接合
不良が生じてしまい接合強度（ピール強度）が低下して
しまう。このため、ＡｌＮ基板を表面研磨して表面粗さ
を低減して、ＡｌＮ基板表面を平坦化することは必須で
あった。
【００１０】特に、スパッタ法によりＡｌＮ基板上に金
属回路部を薄膜形成する際には、ＡｌＮ基板表面の平坦
度が要求され、具体的には、ＡｌＮ基板の表面粗さＲａ
を０．０１μｍ以下とする鏡面加工を施す必要があっ
た。
属回路部を薄膜形成する際には、ＡｌＮ基板表面の平坦
度が要求され、具体的には、ＡｌＮ基板の表面粗さＲａ
を０．０１μｍ以下とする鏡面加工を施す必要があっ
た。
【００１１】しかし、上述した熱伝導率２００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上のＡｌＮ焼結体からなるＡｌＮ基板に表面粗さＲ
ａ０．０１μｍ以下とする鏡面加工を施すと、大きな脱
粒痕が多量に生じ易かった。この理由は、ＡｌＮ結晶粒
子のサイズが大きいため、一つのＡｌＮ結晶粒子が脱粒
するだけで、例えば、最大径５μｍ以上の大きな脱粒痕
が生じるからである。また、ＡｌＮ結晶粒子サイズが大
きいため、単位面積当たりの結晶粒子を固定するための
粒界相の割合が実質的に少なくなり脱粒が生じ易かっ
た。特に、表面粗さＲａが０．０１μｍ以下となるよう
な研磨加工を施すと脱粒痕が多くなる傾向にあり、この
ような大きな脱粒痕が多数あるとＡｌＮ基板表面の凹凸
が大となり、金属回路部を形成する際に未接合部ができ
易くなり接合不良が生じてしまうという問題を有してい
た。
Ｋ以上のＡｌＮ焼結体からなるＡｌＮ基板に表面粗さＲ
ａ０．０１μｍ以下とする鏡面加工を施すと、大きな脱
粒痕が多量に生じ易かった。この理由は、ＡｌＮ結晶粒
子のサイズが大きいため、一つのＡｌＮ結晶粒子が脱粒
するだけで、例えば、最大径５μｍ以上の大きな脱粒痕
が生じるからである。また、ＡｌＮ結晶粒子サイズが大
きいため、単位面積当たりの結晶粒子を固定するための
粒界相の割合が実質的に少なくなり脱粒が生じ易かっ
た。特に、表面粗さＲａが０．０１μｍ以下となるよう
な研磨加工を施すと脱粒痕が多くなる傾向にあり、この
ような大きな脱粒痕が多数あるとＡｌＮ基板表面の凹凸
が大となり、金属回路部を形成する際に未接合部ができ
易くなり接合不良が生じてしまうという問題を有してい
た。
【００１２】さらに、接合部に接合強度のばらつきがあ
るＡｌＮ回路基板に、大電流を流すなどにより昇温・冷
却の熱サイクルを繰り返すと、ＡｌＮ基板と金属回路部
とは熱膨張率が異なることから、ＡｌＮ回路基板に不要
な応力が発生してしまう。特に、ＡｌＮ焼結体の熱伝導
率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高くする場合には、当然な
がらＡｌＮ基板に要求される放熱特性が高まり、熱サイ
クルが厳しくなる。このため、未接合部が亀裂発生部位
となり、この未接合部を起点として次第にＡｌＮ基板と
金属回路部とが剥離して耐熱サイクル特性が低下してし
まうという問題を有していた。
るＡｌＮ回路基板に、大電流を流すなどにより昇温・冷
却の熱サイクルを繰り返すと、ＡｌＮ基板と金属回路部
とは熱膨張率が異なることから、ＡｌＮ回路基板に不要
な応力が発生してしまう。特に、ＡｌＮ焼結体の熱伝導
率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上と高くする場合には、当然な
がらＡｌＮ基板に要求される放熱特性が高まり、熱サイ
クルが厳しくなる。このため、未接合部が亀裂発生部位
となり、この未接合部を起点として次第にＡｌＮ基板と
金属回路部とが剥離して耐熱サイクル特性が低下してし
まうという問題を有していた。
【００１３】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、高い放熱性を有し、かつ高強度を
有するＡｌＮ焼結体を提供することを目的とする。
なされたものであり、高い放熱性を有し、かつ高強度を
有するＡｌＮ焼結体を提供することを目的とする。
【００１４】また、ＡｌＮ焼結体から形成されるＡｌＮ
基板の研磨性を向上させて、ＡｌＮ基板と金属回路部と
の接合強度を向上させて、これにより優れた耐熱サイク
ル特性を有するＡｌＮ回路基板および熱電モジュール用
ＡｌＮ回路基板を提供することを目的とする。
基板の研磨性を向上させて、ＡｌＮ基板と金属回路部と
の接合強度を向上させて、これにより優れた耐熱サイク
ル特性を有するＡｌＮ回路基板および熱電モジュール用
ＡｌＮ回路基板を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した目
的を達成するために種々研究した結果、ＡｌＮ焼結体中
におけるＡｌＮ粒子の粒径の大きさと、焼結助剤からな
る粒界相の存在割合を調整することで、ＡｌＮ焼結体の
放熱特性と強度特性との両特性の向上を図れることを見
い出した。
的を達成するために種々研究した結果、ＡｌＮ焼結体中
におけるＡｌＮ粒子の粒径の大きさと、焼結助剤からな
る粒界相の存在割合を調整することで、ＡｌＮ焼結体の
放熱特性と強度特性との両特性の向上を図れることを見
い出した。
【００１６】すなわち、本発明に係るＡｌＮ焼結体は、
直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数が１５
〜３０個であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
ることを特徴とする。
直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数が１５
〜３０個であり、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
ることを特徴とする。
【００１７】直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒
子の数が１４個以下では、ＡｌＮ結晶粒子の粒子サイズ
が大きく高い熱伝導性を有するが、ＡｌＮ焼結体の強度
が低下してしまう。また、粒子サイズが大きいと表面粗
さＲａが０．０１μｍ以下の鏡面加工を施した際に脱粒
痕が所定数以上になり易く接合不良を生じてしまう。一
方、直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数が
３１個以上では、ＡｌＮ結晶粒子サイズが小さくなり熱
伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが難しい。な
お、本発明において、直線距離５０μｍに含まれるＡｌ
Ｎ結晶粒子が１５〜３０個存在するということは、Ａｌ
Ｎ結晶粒子サイズが実質的にほぼ均一であることを示す
ものである。
子の数が１４個以下では、ＡｌＮ結晶粒子の粒子サイズ
が大きく高い熱伝導性を有するが、ＡｌＮ焼結体の強度
が低下してしまう。また、粒子サイズが大きいと表面粗
さＲａが０．０１μｍ以下の鏡面加工を施した際に脱粒
痕が所定数以上になり易く接合不良を生じてしまう。一
方、直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数が
３１個以上では、ＡｌＮ結晶粒子サイズが小さくなり熱
伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが難しい。な
お、本発明において、直線距離５０μｍに含まれるＡｌ
Ｎ結晶粒子が１５〜３０個存在するということは、Ａｌ
Ｎ結晶粒子サイズが実質的にほぼ均一であることを示す
ものである。
【００１８】従って、直線距離５０μｍに含まれるＡｌ
Ｎ結晶粒子の数を１５〜３０個の範囲としてＡｌＮ結晶
粒子サイズを均一とすることで、熱伝導率を２００Ｗ／
ｍ・Ｋ以上とし、かつ３点曲げ強度を３００ＭＰａ以上
として、高熱伝導性および高強度特性の両特性の向上を
図れる。
Ｎ結晶粒子の数を１５〜３０個の範囲としてＡｌＮ結晶
粒子サイズを均一とすることで、熱伝導率を２００Ｗ／
ｍ・Ｋ以上とし、かつ３点曲げ強度を３００ＭＰａ以上
として、高熱伝導性および高強度特性の両特性の向上を
図れる。
【００１９】また、上記のＡｌＮ焼結体において、表面
粗さＲａが０．０１μｍ以下であり、その表面における
単位面積５０μｍ×５０μｍあたりに含まれる最大径５
μｍ以上の脱粒痕が５個以下であることが望ましい。
粗さＲａが０．０１μｍ以下であり、その表面における
単位面積５０μｍ×５０μｍあたりに含まれる最大径５
μｍ以上の脱粒痕が５個以下であることが望ましい。
【００２０】このようなＡｌＮ焼結体は、熱伝導率２０
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を保ちつつ、適度な粒界相量を具備し
ていることから脱粒が生じ難く、仮に脱粒が起きたとし
ても最大径５μｍ以上の脱粒痕は少なくて済む。つま
り、熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のＡｌＮ焼結体を研
磨して表面粗さＲａを０．０１μｍ以下としたとき、最
大径５μｍ以上の脱粒痕が単位面積５０μｍ×５０μｍ
中に５個以下となる。また、最大径５μｍ以上の脱粒痕
は、最も大きなものであっても１０μｍ以下である。
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を保ちつつ、適度な粒界相量を具備し
ていることから脱粒が生じ難く、仮に脱粒が起きたとし
ても最大径５μｍ以上の脱粒痕は少なくて済む。つま
り、熱伝導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のＡｌＮ焼結体を研
磨して表面粗さＲａを０．０１μｍ以下としたとき、最
大径５μｍ以上の脱粒痕が単位面積５０μｍ×５０μｍ
中に５個以下となる。また、最大径５μｍ以上の脱粒痕
は、最も大きなものであっても１０μｍ以下である。
【００２１】このようなＡｌＮ焼結体を回路基板に使用
すると、大きな脱粒痕が少ないことから金属回路板を各
種接合方法において接合した際に、接合面の未接合部を
０．５％以下とすることができ、接合応力のばらつきを
抑えることができる。この結果、ＡｌＮ基板と金属回路
部との接合強度（ピール強度）を５ｋＮ／ｍ以上とする
ことができる。
すると、大きな脱粒痕が少ないことから金属回路板を各
種接合方法において接合した際に、接合面の未接合部を
０．５％以下とすることができ、接合応力のばらつきを
抑えることができる。この結果、ＡｌＮ基板と金属回路
部との接合強度（ピール強度）を５ｋＮ／ｍ以上とする
ことができる。
【００２２】上記のＡｌＮ焼結体において、最大表面粗
さＲｍａｘが０．０３μｍ以下であることが望ましく、
さらに、３点曲げ強度が３００ＭＰａ以上であることが
望ましい。
さＲｍａｘが０．０３μｍ以下であることが望ましく、
さらに、３点曲げ強度が３００ＭＰａ以上であることが
望ましい。
【００２３】また、上記のＡｌＮ焼結体によりＡｌＮ基
板を構成し、このＡｌＮ基板の少なくとも一方の面に金
属回路部を形成したことを特徴とする。このようなＡｌ
Ｎ焼結体からなるＡｌＮ基板の少なくとも一方の面に金
属回路部を形成することにより、高い接合強度を得られ
るだけでなく、接合応力のばらつきをも低減できること
から、昇温・冷却の耐熱サイクル後のクラック発生を防
止し、耐熱サイクル特性を向上することができる。
板を構成し、このＡｌＮ基板の少なくとも一方の面に金
属回路部を形成したことを特徴とする。このようなＡｌ
Ｎ焼結体からなるＡｌＮ基板の少なくとも一方の面に金
属回路部を形成することにより、高い接合強度を得られ
るだけでなく、接合応力のばらつきをも低減できること
から、昇温・冷却の耐熱サイクル後のクラック発生を防
止し、耐熱サイクル特性を向上することができる。
【００２４】また、金属回路部が、ＡｌＮ基板に直接接
合（ＤＢＣ、ＤＢＡ等），活性金属接合，Ａｌ系ろう材
接合のいずれかにより接合された金属回路板であること
が望ましく、また、金属回路部が、ＡｌＮ基板にスパッ
タ法により形成された金属回路薄膜であっても良い。
合（ＤＢＣ、ＤＢＡ等），活性金属接合，Ａｌ系ろう材
接合のいずれかにより接合された金属回路板であること
が望ましく、また、金属回路部が、ＡｌＮ基板にスパッ
タ法により形成された金属回路薄膜であっても良い。
【００２５】そして、このようなＡｌＮ回路基板におい
て、ピール強度が５ｋＮ／ｍ以上であることが望まし
い。
て、ピール強度が５ｋＮ／ｍ以上であることが望まし
い。
【００２６】また、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
あるＡｌＮ焼結体によりＡｌＮ基板を構成し、このＡｌ
Ｎ基板の少なくとも一方の面に金属回路部を形成し、こ
の金属回路部が熱電素子に接続するためのものであるこ
とが望ましい。
あるＡｌＮ焼結体によりＡｌＮ基板を構成し、このＡｌ
Ｎ基板の少なくとも一方の面に金属回路部を形成し、こ
の金属回路部が熱電素子に接続するためのものであるこ
とが望ましい。
【００２７】さらに、上述したようにＡｌＮ回路基板を
熱電モジュール用の回路基板とすることが望ましい。
熱電モジュール用の回路基板とすることが望ましい。
【００２８】次に、ＡｌＮ焼結体の製造方法について説
明する。製造方法は特に限定されるものではないが、例
えば次のような方法が有効である。
明する。製造方法は特に限定されるものではないが、例
えば次のような方法が有効である。
【００２９】平均粒径０．８μｍ以下（標準偏差２μｍ
以下）とした窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、焼結
助剤を添加して原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕
および混合を行う。この原料粉末に有機バインダおよび
有機溶剤（エタノール）を添加した後混合してスラリー
化し、このスラリーをドクターブレード法によりシート
状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを作製する。そし
て、このＡｌＮグリーンシートを脱脂した後、不活性雰
囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時間常圧焼成を
行いＡｌＮ焼結体とする。
以下）とした窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、焼結
助剤を添加して原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕
および混合を行う。この原料粉末に有機バインダおよび
有機溶剤（エタノール）を添加した後混合してスラリー
化し、このスラリーをドクターブレード法によりシート
状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを作製する。そし
て、このＡｌＮグリーンシートを脱脂した後、不活性雰
囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時間常圧焼成を
行いＡｌＮ焼結体とする。
【００３０】なお、焼結助剤としては酸化イットリウム
や酸化イッテルビウムなどの希土類化合物、酸化カルシ
ウムなどのアルカリ土類金属化合物など様々なものが使
用可能である。添加量は、２〜１０質量％（重量％と同
じ）が好ましく、さらに好ましくは３〜６質量％であ
る。焼結助剤の添加量が、２質量％未満では添加の効果
が十分得られず緻密化が難しく熱伝導率および強度の向
上が十分図れない。一方、１０質量％を超えると、粒界
相量が多くなりすぎ高熱伝導化が図り難くなってしまう
ためである。
や酸化イッテルビウムなどの希土類化合物、酸化カルシ
ウムなどのアルカリ土類金属化合物など様々なものが使
用可能である。添加量は、２〜１０質量％（重量％と同
じ）が好ましく、さらに好ましくは３〜６質量％であ
る。焼結助剤の添加量が、２質量％未満では添加の効果
が十分得られず緻密化が難しく熱伝導率および強度の向
上が十分図れない。一方、１０質量％を超えると、粒界
相量が多くなりすぎ高熱伝導化が図り難くなってしまう
ためである。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のＡｌＮ焼結体、こ
れを用いたＡｌＮ回路基板および熱電モジュール用Ａｌ
Ｎ回路基板について、図１および表１〜表４を用いて説
明する。
れを用いたＡｌＮ回路基板および熱電モジュール用Ａｌ
Ｎ回路基板について、図１および表１〜表４を用いて説
明する。
【００３２】第１実施形態（表１） 本実施形態では、以下に示す実施例１〜実施例４、比較
例１および比較例２を用いて本発明のＡｌＮ焼結体につ
いて説明する。
例１および比較例２を用いて本発明のＡｌＮ焼結体につ
いて説明する。
【００３３】実施例１〜実施例４，比較例１〜比較例２ 平均粒径０．８μｍ以下（標準偏差２μｍ以下）とした
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末９５質量％に、焼結助
剤である酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を５質量％
添加して複数の原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕
および混合を行った。この原料粉末に有機バインダおよ
び有機溶剤（エタノール）を添加した後、混合してスラ
リー化した。このスラリーをドクターブレード法により
シート状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを多数作製し
た。
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末９５質量％に、焼結助
剤である酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を５質量％
添加して複数の原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕
および混合を行った。この原料粉末に有機バインダおよ
び有機溶剤（エタノール）を添加した後、混合してスラ
リー化した。このスラリーをドクターブレード法により
シート状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを多数作製し
た。
【００３４】上記各ＡｌＮグリーンシートを脱脂した
後、不活性雰囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時
間常圧焼成を行い、その後、表面粗さＲａが０．１μｍ
になるように研磨加工を施してＡｌＮ焼結体を作製し
た。
後、不活性雰囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時
間常圧焼成を行い、その後、表面粗さＲａが０．１μｍ
になるように研磨加工を施してＡｌＮ焼結体を作製し
た。
【００３５】ＡｌＮ焼結体をＳＥＭ写真により２０００
倍に拡大して、直線距離５０μｍに相当する直線（線径
０．５ｍｍ）を引き、その直線上に存在するＡｌＮ結晶
粒子の数をカウントした。また、ＡｌＮ結晶粒子の数の
測定は、ＡｌＮ焼結体の表面２ヶ所、断面２ヶ所の合計
４ヶ所を測定して、これらの平均値を算出したものであ
る。なお、ＡｌＮ焼結体の表面ではＡｌＮ結晶粒子の大
きさが判断し難いときには断面から４ヶ所選択するもの
とする。また、直線距離５０μｍ上のＡｌＮ粒子の数え
方は、その直線上に触れるＡｌＮ結晶粒子はすべて１個
としてカウントするものとする。
倍に拡大して、直線距離５０μｍに相当する直線（線径
０．５ｍｍ）を引き、その直線上に存在するＡｌＮ結晶
粒子の数をカウントした。また、ＡｌＮ結晶粒子の数の
測定は、ＡｌＮ焼結体の表面２ヶ所、断面２ヶ所の合計
４ヶ所を測定して、これらの平均値を算出したものであ
る。なお、ＡｌＮ焼結体の表面ではＡｌＮ結晶粒子の大
きさが判断し難いときには断面から４ヶ所選択するもの
とする。また、直線距離５０μｍ上のＡｌＮ粒子の数え
方は、その直線上に触れるＡｌＮ結晶粒子はすべて１個
としてカウントするものとする。
【００３６】ＡｌＮ結晶粒子の数に応じて、直線距離５
０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数が１５〜３０個の
範囲にあるものを実施例１〜実施例４、ＡｌＮ結晶粒子
数が少ないものを比較例１、ＡｌＮ結晶粒子数が多いも
のを比較例２とした。
０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数が１５〜３０個の
範囲にあるものを実施例１〜実施例４、ＡｌＮ結晶粒子
数が少ないものを比較例１、ＡｌＮ結晶粒子数が多いも
のを比較例２とした。
【００３７】上記実施例１〜実施例４、比較例１および
比較例２のＡｌＮ焼結体から、長さ５０ｍｍ×幅３ｍｍ
×高さ４ｍｍの試験片を作製して、熱伝導率および３点
曲げ強度を測定した。
比較例２のＡｌＮ焼結体から、長さ５０ｍｍ×幅３ｍｍ
×高さ４ｍｍの試験片を作製して、熱伝導率および３点
曲げ強度を測定した。
【００３８】熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により
測定した。また、３点曲げ強度は、ＪＩＳ−１６０１に
準じた方法によりインストロンにて室温強度を求めた。
その結果を表１に示す。
測定した。また、３点曲げ強度は、ＪＩＳ−１６０１に
準じた方法によりインストロンにて室温強度を求めた。
その結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１に示したように、実施例１〜実施例４
のＡｌＮ焼結体は、いずれも熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上であり、３点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であっ
た。これに対し、比較例１では、２４０Ｗ／ｍ・Ｋの高
い熱伝導率を示したが３点曲げ強度は２２１ＭＰａと低
い値を示していた。これは、直線距離５０μｍ中に存在
するＡｌＮ結晶粒子数の少ないためにＡｌＮ結晶粒子の
粒径が大となり熱伝導率が向上し、その一方で、焼結助
剤により形成される粒界相の存在割合が低いため、Ａｌ
Ｎ焼結体の強度低下が生じたものであると考えられる。
また、比較例２では、３点曲げ強度は高いが、熱伝導率
は１７５Ｗ／ｍ・Ｋと低下していた。これは、直線距離
５０μｍ中に存在するＡｌＮ結晶粒子数の多いためＡｌ
Ｎ結晶粒子の粒径が小さくなり、ＡｌＮ焼結体が緻密化
され高い強度が得られたが、ＡｌＮ結晶粒子の粒径が小
さく、かつ、焼結助剤からなる粒界相の存在により格子
振動の効率が低下したものであると考えられる。
のＡｌＮ焼結体は、いずれも熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上であり、３点曲げ強度は３００ＭＰａ以上であっ
た。これに対し、比較例１では、２４０Ｗ／ｍ・Ｋの高
い熱伝導率を示したが３点曲げ強度は２２１ＭＰａと低
い値を示していた。これは、直線距離５０μｍ中に存在
するＡｌＮ結晶粒子数の少ないためにＡｌＮ結晶粒子の
粒径が大となり熱伝導率が向上し、その一方で、焼結助
剤により形成される粒界相の存在割合が低いため、Ａｌ
Ｎ焼結体の強度低下が生じたものであると考えられる。
また、比較例２では、３点曲げ強度は高いが、熱伝導率
は１７５Ｗ／ｍ・Ｋと低下していた。これは、直線距離
５０μｍ中に存在するＡｌＮ結晶粒子数の多いためＡｌ
Ｎ結晶粒子の粒径が小さくなり、ＡｌＮ焼結体が緻密化
され高い強度が得られたが、ＡｌＮ結晶粒子の粒径が小
さく、かつ、焼結助剤からなる粒界相の存在により格子
振動の効率が低下したものであると考えられる。
【００４１】本実施形態によれば、ＡｌＮ焼結体の直線
距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数を１５〜３
０個の範囲とすることで、ＡｌＮ焼結体の結晶粒子径と
ＡｌＮ焼結体中に含まれる粒界相の存在割合を制御する
ことにより、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の優れた
放熱性を有し、かつ高強度のＡｌＮ焼結体を得られる。
距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶粒子の数を１５〜３
０個の範囲とすることで、ＡｌＮ焼結体の結晶粒子径と
ＡｌＮ焼結体中に含まれる粒界相の存在割合を制御する
ことにより、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の優れた
放熱性を有し、かつ高強度のＡｌＮ焼結体を得られる。
【００４２】第２実施形態（表２、表３） 本実施形態では、ＡｌＮ焼結体から成るＡｌＮ基板を作
製し、このＡｌＮ基板上に金属回路部を形成し、接合強
度および耐熱サイクル特性を調査した。
製し、このＡｌＮ基板上に金属回路部を形成し、接合強
度および耐熱サイクル特性を調査した。
【００４３】実施例５〜実施例１４，比較例３〜比較例
６ 平均粒径０．７μｍ以下（標準偏差２μｍ以下）のＡｌ
Ｎ粉末９５質量％に、平均粒径０．９μｍ以下の酸化イ
ットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を４質量％添加して複数の
原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕および混合を行
った。この原料粉末に有機バインダおよび有機溶剤（エ
タノール）を添加した後、混合してスラリー化した。こ
のスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形
し、ＡｌＮグリーンシートを多数作製した。
６ 平均粒径０．７μｍ以下（標準偏差２μｍ以下）のＡｌ
Ｎ粉末９５質量％に、平均粒径０．９μｍ以下の酸化イ
ットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を４質量％添加して複数の
原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕および混合を行
った。この原料粉末に有機バインダおよび有機溶剤（エ
タノール）を添加した後、混合してスラリー化した。こ
のスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形
し、ＡｌＮグリーンシートを多数作製した。
【００４４】上記ＡｌＮグリーンシートを脱脂した後、
不活性雰囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時間常
圧焼成を行い、横５０ｍｍ×縦５０ｍｍ×厚さ０．６３
５ｍｍのＡｌＮ基板を複数作製した。
不活性雰囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時間常
圧焼成を行い、横５０ｍｍ×縦５０ｍｍ×厚さ０．６３
５ｍｍのＡｌＮ基板を複数作製した。
【００４５】上記各ＡｌＮ基板をＳＥＭ写真により２０
００倍に拡大して、直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ
結晶粒子の数を測定した。直線距離５０μｍに含まれる
ＡｌＮ結晶粒子の数が１５〜３０個の範囲にあるものを
実施例５〜実施例８、ＡｌＮ結晶粒子数が多いものを比
較例３とした。
００倍に拡大して、直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ
結晶粒子の数を測定した。直線距離５０μｍに含まれる
ＡｌＮ結晶粒子の数が１５〜３０個の範囲にあるものを
実施例５〜実施例８、ＡｌＮ結晶粒子数が多いものを比
較例３とした。
【００４６】そして、各ＡｌＮ基板の熱伝導率および３
点曲げ強度を測定したところ、いずれも２００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高熱伝導性を示し、実施例５〜実施例８では、
３点曲げ強度がいずれも３００ＭＰａ以上であった。
点曲げ強度を測定したところ、いずれも２００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の高熱伝導性を示し、実施例５〜実施例８では、
３点曲げ強度がいずれも３００ＭＰａ以上であった。
【００４７】上記実施例５〜実施例８および比較例３の
各ＡｌＮ基板に対してラップ研磨加工を施し、表面粗さ
Ｒａを０．０１μｍ以下とした。そして、ラップ研磨加
工後に生じたＡｌＮ基板の研磨面の単位面積あたりにお
ける脱粒痕の数を測定した。
各ＡｌＮ基板に対してラップ研磨加工を施し、表面粗さ
Ｒａを０．０１μｍ以下とした。そして、ラップ研磨加
工後に生じたＡｌＮ基板の研磨面の単位面積あたりにお
ける脱粒痕の数を測定した。
【００４８】なお、脱粒痕の数は、以下のように測定し
た。まず、ＡｌＮ基板を研磨した研磨面における単位面
積５０μｍ×５０μｍを任意の３ヶ所選びその中に存在
する最大径５μｍ以上の脱粒痕の数を測定した。次に、
この任意の３ヵ所において、単位面積あたりの脱粒痕の
数を測定した。そして脱粒痕の数の平均を算出して、そ
の結果を脱粒痕の数として表２に示した。また、脱粒痕
の数を測定する際に、最大径５μｍ以上の脱粒痕のうち
最も大きな脱粒痕のサイズを測定し、表２に示した。
た。まず、ＡｌＮ基板を研磨した研磨面における単位面
積５０μｍ×５０μｍを任意の３ヶ所選びその中に存在
する最大径５μｍ以上の脱粒痕の数を測定した。次に、
この任意の３ヵ所において、単位面積あたりの脱粒痕の
数を測定した。そして脱粒痕の数の平均を算出して、そ
の結果を脱粒痕の数として表２に示した。また、脱粒痕
の数を測定する際に、最大径５μｍ以上の脱粒痕のうち
最も大きな脱粒痕のサイズを測定し、表２に示した。
【００４９】
【表２】
【００５０】表２に示したように、実施例５〜実施例８
のＡｌＮ基板を研磨加工して表面粗さＲａを０．０１μ
ｍ以下としても、最大径５μｍ以上の大きな脱粒痕は５
個以下であり、各脱粒痕の最大サイズを１０μｍ以下に
抑えることができた。
のＡｌＮ基板を研磨加工して表面粗さＲａを０．０１μ
ｍ以下としても、最大径５μｍ以上の大きな脱粒痕は５
個以下であり、各脱粒痕の最大サイズを１０μｍ以下に
抑えることができた。
【００５１】そして、上記実施例５、実施例７および比
較例３の各ＡｌＮ基板上に金属回路部を形成して、実施
例９〜実施例１６、比較例４〜比較例７の各種ＡｌＮ回
路基板を作製した。
較例３の各ＡｌＮ基板上に金属回路部を形成して、実施
例９〜実施例１６、比較例４〜比較例７の各種ＡｌＮ回
路基板を作製した。
【００５２】実施例９〜実施例１２は、実施例５のＡｌ
Ｎ基板を用いたものである。
Ｎ基板を用いたものである。
【００５３】実施例９ではＤＢＣ法による直接接合法を
用い、具体的には、ＡｌＮ基板の両面にＣｕ板を配し、
窒素ガス雰囲気下、１０８０℃で３０分加熱してＡｌＮ
回路基板を得た。
用い、具体的には、ＡｌＮ基板の両面にＣｕ板を配し、
窒素ガス雰囲気下、１０８０℃で３０分加熱してＡｌＮ
回路基板を得た。
【００５４】実施例１０ではＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材
による活性金属法を用い、質量比（重量比と同様）で、
Ａｇ：Ｃｕ：Ｉｎ：Ｔｉ＝６１．９：２４．１：１０：
４の活性金属ろう材ペースト（厚さ２０μｍ）をＡｌＮ
基板上にスクリーン印刷して、乾燥後のぺースト上にＣ
ｕ板を載置し、１×１０−４Ｔｏｒｒ以下の真空中で７
６０℃で２０分接合した。
による活性金属法を用い、質量比（重量比と同様）で、
Ａｇ：Ｃｕ：Ｉｎ：Ｔｉ＝６１．９：２４．１：１０：
４の活性金属ろう材ペースト（厚さ２０μｍ）をＡｌＮ
基板上にスクリーン印刷して、乾燥後のぺースト上にＣ
ｕ板を載置し、１×１０−４Ｔｏｒｒ以下の真空中で７
６０℃で２０分接合した。
【００５５】実施例１１ではＡｌ−Ｓｉ系ろう材による
ろう材接合法として、Ｓｉを８質量％含有したＡｌ−Ｓ
ｉろう材（厚さ２０μｍ）を介して銅板を積層し、１×
１０ −４Ｔｏｒｒ以下の真空中で６５０℃で２０分接合
することにより、ＡｌＮ基板の両面にＣｕ板を形成して
ＡｌＮ回路基板を作製した。
ろう材接合法として、Ｓｉを８質量％含有したＡｌ−Ｓ
ｉろう材（厚さ２０μｍ）を介して銅板を積層し、１×
１０ −４Ｔｏｒｒ以下の真空中で６５０℃で２０分接合
することにより、ＡｌＮ基板の両面にＣｕ板を形成して
ＡｌＮ回路基板を作製した。
【００５６】なお、表側のＣｕ板のサイズは、横２０ｍ
ｍ×縦４０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍを２枚（間隔２ｍｍ）
と統一し、裏側のＣｕ板のサイズは、横４５ｍｍ×縦４
５ｍｍ×厚さ０．２ｍｍと統一した。
ｍ×縦４０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍを２枚（間隔２ｍｍ）
と統一し、裏側のＣｕ板のサイズは、横４５ｍｍ×縦４
５ｍｍ×厚さ０．２ｍｍと統一した。
【００５７】また、実施例１２は、スパッタ法によりＡ
ｌＮ基板上にＡｌＮ基板側からＴｉ薄膜（厚さ１００ｍ
ｍ）／Ｐｔ薄膜（厚さ２００ｍｍ）／Ａｕ薄膜（厚さ５
００ｍｍ）の３層薄膜を形成した。
ｌＮ基板上にＡｌＮ基板側からＴｉ薄膜（厚さ１００ｍ
ｍ）／Ｐｔ薄膜（厚さ２００ｍｍ）／Ａｕ薄膜（厚さ５
００ｍｍ）の３層薄膜を形成した。
【００５８】さらに、実施例１３〜実施例１６では実施
例７のＡｌＮ基板を用い、比較例４〜比較例７では比較
例３のＡｌＮ基板を用い、それぞれ表３に示す接合法を
用いてＡｌＮ回路基板を作製した。
例７のＡｌＮ基板を用い、比較例４〜比較例７では比較
例３のＡｌＮ基板を用い、それぞれ表３に示す接合法を
用いてＡｌＮ回路基板を作製した。
【００５９】得られた実施例９〜実施異例１６および比
較例４〜比較例７の各ＡｌＮ回路基板に対して、ピール
強度を測定し、耐熱サイクル特性を評価した。
較例４〜比較例７の各ＡｌＮ回路基板に対して、ピール
強度を測定し、耐熱サイクル特性を評価した。
【００６０】ピール強度は、インストロンにより測定し
た。なお、ピール強度の測定として、直接接合法、活性
金属接合法、ろう材接合法により銅板を接合したもの
は、この銅板の接合強度を測定した。スパッタ法により
金属回路部を形成したものについては、前記３層薄膜上
にＮｉメッキ（厚さ２μｍ）を設け、その上にＢＡｇ−
８ろう材により銅板を接合し、ピール強度を測定した。
た。なお、ピール強度の測定として、直接接合法、活性
金属接合法、ろう材接合法により銅板を接合したもの
は、この銅板の接合強度を測定した。スパッタ法により
金属回路部を形成したものについては、前記３層薄膜上
にＮｉメッキ（厚さ２μｍ）を設け、その上にＢＡｇ−
８ろう材により銅板を接合し、ピール強度を測定した。
【００６１】耐熱サイクル特性は、ＴＣＴ試験を実施し
て評価した。具体的には、ＡｌＮ回路基板に対して昇温
・冷却の熱サイクルを１００回繰り返し、１００サイク
ル後にＡｌＮ回路基板の金属回路板を溶解除去して、Ａ
ｌＮ基板上のクラック量を測定し指数ηで評価した。指
数ηが１００％であると、ＡｌＮ基板上のクラックがな
く、指数ηが０％であると、ＡｌＮ基板の全面にクラッ
クが発生していることを示す。なお、１サイクルは、−
４０℃×３０分→ＲＴ×１０分→１２５℃×３０分→Ｒ
Ｔ×１０分とした。また、スパッタ法により金属回路部
を設けたものについては、前記３層薄膜の状態でＴＣＴ
試験を行った。
て評価した。具体的には、ＡｌＮ回路基板に対して昇温
・冷却の熱サイクルを１００回繰り返し、１００サイク
ル後にＡｌＮ回路基板の金属回路板を溶解除去して、Ａ
ｌＮ基板上のクラック量を測定し指数ηで評価した。指
数ηが１００％であると、ＡｌＮ基板上のクラックがな
く、指数ηが０％であると、ＡｌＮ基板の全面にクラッ
クが発生していることを示す。なお、１サイクルは、−
４０℃×３０分→ＲＴ×１０分→１２５℃×３０分→Ｒ
Ｔ×１０分とした。また、スパッタ法により金属回路部
を設けたものについては、前記３層薄膜の状態でＴＣＴ
試験を行った。
【００６２】その結果を表３に示す。
【００６３】
【表３】
【００６４】表３に示したように、実施例９〜実施例１
６のＡｌＮ回路基板は、ピール強度および耐熱サイクル
特性がいずれも優れていた。これに対し比較例４〜比較
例７のＡｌＮ回路基板は、ピール強度および耐熱サイク
ル特性のいずれも実施例と比較して劣っていた。この理
由は、ＡｌＮ基板上の研磨面に存在する脱粒痕の数が多
くかつ脱粒痕自体が大きいために、ＡｌＮ基板と金属回
路部との接合不良が生じ、接合強度と耐熱サイクル特性
が劣化したものと考えられる。
６のＡｌＮ回路基板は、ピール強度および耐熱サイクル
特性がいずれも優れていた。これに対し比較例４〜比較
例７のＡｌＮ回路基板は、ピール強度および耐熱サイク
ル特性のいずれも実施例と比較して劣っていた。この理
由は、ＡｌＮ基板上の研磨面に存在する脱粒痕の数が多
くかつ脱粒痕自体が大きいために、ＡｌＮ基板と金属回
路部との接合不良が生じ、接合強度と耐熱サイクル特性
が劣化したものと考えられる。
【００６５】本実施形態によれば、ＡｌＮ基板を研磨し
た際に、研磨面における脱粒痕の数を低減できるため、
ＡｌＮ基板と金属回路部との接合不良を防止して接合強
度を向上させることができる。また、ＡｌＮ基板と金属
回路部との接合強度を向上させることにより、耐熱サイ
クル特性の向上を図ることができる。
た際に、研磨面における脱粒痕の数を低減できるため、
ＡｌＮ基板と金属回路部との接合不良を防止して接合強
度を向上させることができる。また、ＡｌＮ基板と金属
回路部との接合強度を向上させることにより、耐熱サイ
クル特性の向上を図ることができる。
【００６６】第３実施形態（表４，図１） 本実施形態では、熱電モジュール用のＡｌＮ回路基板を
作製して、熱抵抗を測定した。
作製して、熱抵抗を測定した。
【００６７】平均粒径０．８μｍ以下（標準偏差２μｍ
以下）のＡｌＮ粉末９５質量％に、平均粒径０．９μｍ
以下の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を５質量％添
加して複数の原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕お
よび混合を行った。この原料粉末に有機バインダおよび
有機溶剤（エタノール）を添加した後、混合してスラリ
ー化した。このスラリーをドクターブレード法によりシ
ート状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを多数作製し
た。
以下）のＡｌＮ粉末９５質量％に、平均粒径０．９μｍ
以下の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を５質量％添
加して複数の原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕お
よび混合を行った。この原料粉末に有機バインダおよび
有機溶剤（エタノール）を添加した後、混合してスラリ
ー化した。このスラリーをドクターブレード法によりシ
ート状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを多数作製し
た。
【００６８】上記ＡｌＮグリーンシートを脱脂した後、
不活性雰囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時間常
圧焼成を行い、横５０ｍｍ×縦５０ｍｍとし、厚さをそ
れぞれ表４に示す厚さとしたＡｌＮ基板を作製した。こ
れらのＡｌＮ焼結体を実施例１７〜実施例２３とした。
これらの各ＡｌＮ焼結体の熱伝導率をレーザーフラッシ
ュ法により測定したところ、いずれも２００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であった。
不活性雰囲気中、１７００〜１８００℃で２〜５時間常
圧焼成を行い、横５０ｍｍ×縦５０ｍｍとし、厚さをそ
れぞれ表４に示す厚さとしたＡｌＮ基板を作製した。こ
れらのＡｌＮ焼結体を実施例１７〜実施例２３とした。
これらの各ＡｌＮ焼結体の熱伝導率をレーザーフラッシ
ュ法により測定したところ、いずれも２００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であった。
【００６９】また、実施例２４〜実施例３１は、第２実
施形態に示す実施例５および実施例７のＡｌＮ基板を用
いたものである。
施形態に示す実施例５および実施例７のＡｌＮ基板を用
いたものである。
【００７０】さらに、比較例８〜比較例１１は、Ａｌ２
Ｏ３焼結体から形成されるＡｌ２Ｏ ３基板を用いたもの
であり、比較例１２〜比較例１５は、Ｓｉ３Ｎ４焼結体
から形成されるＳｉ３Ｎ４基板を用いたものである。
Ｏ３焼結体から形成されるＡｌ２Ｏ ３基板を用いたもの
であり、比較例１２〜比較例１５は、Ｓｉ３Ｎ４焼結体
から形成されるＳｉ３Ｎ４基板を用いたものである。
【００７１】上記実施例１７〜実施例３１および比較例
８〜比較例１０〜比較例１５の各ＡｌＮ基板上にＣｕ板
（横４ｍｍ×縦２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）を４８枚（間
隔１．５ｍｍ）接合して、熱電モジュール用ＡｌＮ回路
基板を作製した。なお、接合方法は、第２実施形態に示
す方法と同様とした。この熱電モジュール用ＡｌＮ回路
基板の上面図を図１に示す。
８〜比較例１０〜比較例１５の各ＡｌＮ基板上にＣｕ板
（横４ｍｍ×縦２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ）を４８枚（間
隔１．５ｍｍ）接合して、熱電モジュール用ＡｌＮ回路
基板を作製した。なお、接合方法は、第２実施形態に示
す方法と同様とした。この熱電モジュール用ＡｌＮ回路
基板の上面図を図１に示す。
【００７２】図１に示すように、ＡｌＮ基板１上に複数
個のＣｕ板２が接合されている。
個のＣｕ板２が接合されている。
【００７３】上記各熱電モジュール用ＡｌＮ回路基板に
熱電素子をそれぞれはんだ付けし、その後、熱電素子を
接合した面と、これと反対側の面との間の熱抵抗を過渡
熱抵抗測定試験により測定した。その結果を表４に示
す。
熱電素子をそれぞれはんだ付けし、その後、熱電素子を
接合した面と、これと反対側の面との間の熱抵抗を過渡
熱抵抗測定試験により測定した。その結果を表４に示
す。
【００７４】
【表４】
【００７５】表４に示したように、実施例１７〜実施例
３１では、いずれも熱抵抗が０．１０℃／Ｗ以下と低い
値となっており、放熱性が優れていることが判明した。
一方、Ａｌ２Ｏ３焼結体から形成されるＡｌ２Ｏ３基
板、Ｓｉ３Ｎ４焼結体から形成されるＳｉ３Ｎ４基板
は、いずれも基板厚を０．３２０ｍｍと薄くしたにもか
かわらず熱抵抗は０．１０を超えており、放熱性が低下
していた。
３１では、いずれも熱抵抗が０．１０℃／Ｗ以下と低い
値となっており、放熱性が優れていることが判明した。
一方、Ａｌ２Ｏ３焼結体から形成されるＡｌ２Ｏ３基
板、Ｓｉ３Ｎ４焼結体から形成されるＳｉ３Ｎ４基板
は、いずれも基板厚を０．３２０ｍｍと薄くしたにもか
かわらず熱抵抗は０．１０を超えており、放熱性が低下
していた。
【００７６】本実施形態によれば、熱伝導性を２００Ｗ
／ｍ・Ｋ以上としたＡｌＮ基板を熱電モジュール用回路
基板に適用することで、放熱性を格段に向上することが
でき、その結果、熱電モジュールの小型化を図ることが
できる。
／ｍ・Ｋ以上としたＡｌＮ基板を熱電モジュール用回路
基板に適用することで、放熱性を格段に向上することが
でき、その結果、熱電モジュールの小型化を図ることが
できる。
【００７７】さらに、熱伝導率が高いため、基板厚さを
大きくした場合であっても放熱性を得られることから、
絶縁耐圧の点からも大きなパワーをかけることが可能と
なる。
大きくした場合であっても放熱性を得られることから、
絶縁耐圧の点からも大きなパワーをかけることが可能と
なる。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のＡｌＮ焼
結体によれば、放熱特性および強度特性の両特性を満足
し、このＡｌＮ焼結体をＡｌＮ基板とすることにより、
研磨性を向上させ、これにより接合強度および耐熱サイ
クル特性を改善でき、高信頼性のＡｌＮ回路基板を得る
ことができる。
結体によれば、放熱特性および強度特性の両特性を満足
し、このＡｌＮ焼結体をＡｌＮ基板とすることにより、
研磨性を向上させ、これにより接合強度および耐熱サイ
クル特性を改善でき、高信頼性のＡｌＮ回路基板を得る
ことができる。
【図１】本発明の実施形態を説明する図で、熱電モジュ
ール用基板を示す上面図。
ール用基板を示す上面図。
１ ＡｌＮ基板 ２ Ｃｕ板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 3/16 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｃ 3/20 23/36 Ｃ 3/38 Ｍ
Claims (10)
- 【請求項１】 直線距離５０μｍに含まれるＡｌＮ結晶
粒子の数が１５〜３０個であり、熱伝導率が２００Ｗ／
ｍ・Ｋ以上であることを特徴とするＡｌＮ焼結体。 - 【請求項２】 請求項１記載のＡｌＮ焼結体において、
表面粗さＲａが０．０１μｍ以下であり、その表面にお
ける単位面積５０μｍ×５０μｍあたりに含まれる最大
径５μｍ以上の脱粒痕が５個以下であることを特徴とす
るＡｌＮ焼結体。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のＡｌＮ焼結体に
おいて、最大表面粗さＲｍａｘが０．０３μｍ以下であ
ることを特徴とするＡｌＮ焼結体。 - 【請求項４】 請求項１から３までのいずれかに記載の
ＡｌＮ焼結体において、３点曲げ強度が３００ＭＰａ以
上であることを特徴とするＡｌＮ焼結体。 - 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかに記載の
ＡｌＮ焼結体によりＡｌＮ基板を構成し、このＡｌＮ基
板の少なくとも一方の面に金属回路部を形成したことを
特徴とするＡｌＮ回路基板。 - 【請求項６】 請求項５記載のＡｌＮ回路基板におい
て、金属回路部がＡｌＮ基板に直接接合，活性金属接
合，Ａｌ系ろう材接合のいずれかにより接合された金属
回路板であることを特徴とするＡｌＮ回路基板。 - 【請求項７】 請求項５記載のＡｌＮ回路基板におい
て、金属回路部がＡｌＮ基板にスパッタ法により形成さ
れた金属回路薄膜であることを特徴とするＡｌＮ回路基
板。 - 【請求項８】 請求項５から７までのいずれかに記載の
ＡｌＮ回路基板において、ピール強度が５ｋＮ／ｍ以上
であることを特徴とするＡｌＮ回路基板。 - 【請求項９】 熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である
ＡｌＮ焼結体によりＡｌＮ基板を構成し、このＡｌＮ基
板の少なくとも一方の面に金属回路部を形成し、この金
属回路部が熱電素子に接続するためのものであることを
特徴とする熱電モジュール用ＡｌＮ回路基板。 - 【請求項１０】 請求項５記載のＡｌＮ回路基板を熱電
モジュール用の回路基板としたことを特徴とする熱電モ
ジュール用ＡｌＮ回路基板。
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