JP2003040675A - 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 - Google Patents
窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 絶縁破壊電圧が高く、高放熱性基板等として
好適な窒化アルミニウム焼結体とその製造方法、それを
用いた回路基板を提供する。 【解決手段】粒界相に、非晶質カルシウムアルミネート
を含んでいることを特徴とする窒化アルミニウム焼結
体。窒化アルミニウム粉末１００質量部と非晶質カルシ
ウムアルミネート粉末０．１〜１５質量部を含む混合粉
末を成形後、非酸化性雰囲気下、温度１４００℃以上で
焼結した後、温度１２００℃までを２０℃／分以上の冷
却速度で急冷す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。上記窒化アルミニウム焼結体を窒化ア
ルミニウム基板として用いた回路基板。
好適な窒化アルミニウム焼結体とその製造方法、それを
用いた回路基板を提供する。 【解決手段】粒界相に、非晶質カルシウムアルミネート
を含んでいることを特徴とする窒化アルミニウム焼結
体。窒化アルミニウム粉末１００質量部と非晶質カルシ
ウムアルミネート粉末０．１〜１５質量部を含む混合粉
末を成形後、非酸化性雰囲気下、温度１４００℃以上で
焼結した後、温度１２００℃までを２０℃／分以上の冷
却速度で急冷す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。上記窒化アルミニウム焼結体を窒化ア
ルミニウム基板として用いた回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁破壊電圧が高
く、高放熱性基板等として好適な窒化アルミニウム焼結
体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板に関
する。
く、高放熱性基板等として好適な窒化アルミニウム焼結
体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、窒化アルミニウム基板の一方の面
に銅等の金属回路、反対面には銅等の金属放熱板を形成
させ、その金属回路面に半導体素子を半田付けされてな
るモジュールが使用されている。このようなモジュール
においては、半導体素子から発生した熱をいかに効率良
く除去するかが重要な課題あり、その解決法の１つに窒
化アルミニウム基板の熱伝導率をその理論値（約３２０
Ｗ／ｍＫ）に近づけることの努力が行われている。
に銅等の金属回路、反対面には銅等の金属放熱板を形成
させ、その金属回路面に半導体素子を半田付けされてな
るモジュールが使用されている。このようなモジュール
においては、半導体素子から発生した熱をいかに効率良
く除去するかが重要な課題あり、その解決法の１つに窒
化アルミニウム基板の熱伝導率をその理論値（約３２０
Ｗ／ｍＫ）に近づけることの努力が行われている。
【０００３】窒化アルミニウム基板の熱伝導率を高める
には、その焼結体を緻密化することが必要であり、従来
よりアルカリ土類金属化合物やランタノイド元素化合物
等、多くの焼結助剤が検討されている。ＣａＯ等のアル
カリ土類金属化合物を使用する技術としては、特開昭５
０−２３４１１号公報、特開昭６０−７１５７５号公
報、特開昭６１−１００７１号公報、特開平０５−１７
８６７１号公報等があり、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3を使用す
るものとしては、特開平０４−１５４６７０号公報があ
り、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を使用するものとしては、
特開平０５−９０７５号公報がある。
には、その焼結体を緻密化することが必要であり、従来
よりアルカリ土類金属化合物やランタノイド元素化合物
等、多くの焼結助剤が検討されている。ＣａＯ等のアル
カリ土類金属化合物を使用する技術としては、特開昭５
０−２３４１１号公報、特開昭６０−７１５７５号公
報、特開昭６１−１００７１号公報、特開平０５−１７
８６７１号公報等があり、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3を使用す
るものとしては、特開平０４−１５４６７０号公報があ
り、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3を使用するものとしては、
特開平０５−９０７５号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の焼結助剤を使用した場合、焼成温度は１６００〜１８
００℃と高く、絶縁破壊電圧は１０ｋＶ／ｍｍ程度と小
さいものであった。絶縁破壊電圧が小さくなる原因は次
のように考えられる。すなわち、ＣａＯを含有する焼結
助剤は粒界相に１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3 結晶を生成し
やすく、この１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3 結晶は実際には
１モルの結晶水が結合した１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・Ｈ
2Ｏ結晶として存在する。従って、結晶水を含有した粒
界相であるため、絶縁破壊電圧は小さくなる。このよう
な窒化アルミニウム焼結体を回路基板の構成部材とする
と、絶縁不良を起こすという問題がある。
の焼結助剤を使用した場合、焼成温度は１６００〜１８
００℃と高く、絶縁破壊電圧は１０ｋＶ／ｍｍ程度と小
さいものであった。絶縁破壊電圧が小さくなる原因は次
のように考えられる。すなわち、ＣａＯを含有する焼結
助剤は粒界相に１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3 結晶を生成し
やすく、この１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3 結晶は実際には
１モルの結晶水が結合した１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・Ｈ
2Ｏ結晶として存在する。従って、結晶水を含有した粒
界相であるため、絶縁破壊電圧は小さくなる。このよう
な窒化アルミニウム焼結体を回路基板の構成部材とする
と、絶縁不良を起こすという問題がある。
【０００５】本発明の目的は、焼成温度が１４００〜１
７００℃と低く、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上にして、
絶縁破壊電圧が１５ｋＶ／ｍｍ以上であり、回路基板と
して好適な窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及び
その焼結体を用いた回路基板を提供することである。
７００℃と低く、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上にして、
絶縁破壊電圧が１５ｋＶ／ｍｍ以上であり、回路基板と
して好適な窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及び
その焼結体を用いた回路基板を提供することである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】すなわち、本発明は、
粒界相に非晶質カルシウムアルミネートを含んでいるこ
とを特徴とする窒化アルミニウム焼結体である。非晶質
カルシウムアルミネートの化学組成が、ＣａＯ４０〜６
０質量％、Ａｌ2Ｏ3６０〜４０質量％であることが好ま
しい。また、本発明は、窒化アルミニウム粉末１００質
量部と非晶質カルシウムアルミネート粉末０．１〜１５
質量部を含む混合粉末を成形後、非酸化性雰囲気下、温
度１４００℃以上で焼結した後、温度１２００℃までを
２０℃／分以上の冷却速度で急冷す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である。さらに、本
発明は、上記窒化アルミニウム焼結体をセラミックス基
板として用い、その表面に金属回路を形成させてなるこ
とを特徴とする回路基板である。
粒界相に非晶質カルシウムアルミネートを含んでいるこ
とを特徴とする窒化アルミニウム焼結体である。非晶質
カルシウムアルミネートの化学組成が、ＣａＯ４０〜６
０質量％、Ａｌ2Ｏ3６０〜４０質量％であることが好ま
しい。また、本発明は、窒化アルミニウム粉末１００質
量部と非晶質カルシウムアルミネート粉末０．１〜１５
質量部を含む混合粉末を成形後、非酸化性雰囲気下、温
度１４００℃以上で焼結した後、温度１２００℃までを
２０℃／分以上の冷却速度で急冷す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である。さらに、本
発明は、上記窒化アルミニウム焼結体をセラミックス基
板として用い、その表面に金属回路を形成させてなるこ
とを特徴とする回路基板である。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。
説明する。
【０００８】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化
アルミニウム粒子とその粒子間を埋める粒界相からなる
ものであって、窒化アルミニウム粒子の大きさは０．５
〜４０μｍであることが好ましい。窒化アルミニウム焼
結体における粒界相の構成割合は１〜２０質量％である
ことが好ましい。粒界相の構成割合は、アルカリ溶解法
（分析化学，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１１３
３−１１３７（１９９６）に準ずる）によって窒化アル
ミニウム粒子を溶解し、１０５℃で２時間乾燥後の質量
から求めることができる。また、粒界相の化学組成は、
ＥＰＭＡによって測定することができる。
アルミニウム粒子とその粒子間を埋める粒界相からなる
ものであって、窒化アルミニウム粒子の大きさは０．５
〜４０μｍであることが好ましい。窒化アルミニウム焼
結体における粒界相の構成割合は１〜２０質量％である
ことが好ましい。粒界相の構成割合は、アルカリ溶解法
（分析化学，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１１３
３−１１３７（１９９６）に準ずる）によって窒化アル
ミニウム粒子を溶解し、１０５℃で２時間乾燥後の質量
から求めることができる。また、粒界相の化学組成は、
ＥＰＭＡによって測定することができる。
【０００９】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、粒界
相に非晶質カルシウムアルミネートを含有していること
が特徴である。粒界相中の非晶質カルシウムアルミネー
トの構成比率は７０％（質量％、以下同じ）以上、特に
８５％以上であることが好ましく、これよりも少ないと
絶縁破壊電圧が十分に高まらない。
相に非晶質カルシウムアルミネートを含有していること
が特徴である。粒界相中の非晶質カルシウムアルミネー
トの構成比率は７０％（質量％、以下同じ）以上、特に
８５％以上であることが好ましく、これよりも少ないと
絶縁破壊電圧が十分に高まらない。
【００１０】非晶質カルシウムアルミネートの化学組成
は、ＣａＯ４０〜６０％、Ａｌ2Ｏ3６０〜４０％である
ことが好ましく、特にＣａＯ４５〜５５％、Ａｌ2Ｏ3が
５５〜４５％であることが好ましい。これ以外の組成で
あると、粒界相のカルシウムアルミネートの非晶質化が
困難となり、絶縁破壊電圧が十分に高まらなかったり、
熱伝導率が低下する恐れもある。
は、ＣａＯ４０〜６０％、Ａｌ2Ｏ3６０〜４０％である
ことが好ましく、特にＣａＯ４５〜５５％、Ａｌ2Ｏ3が
５５〜４５％であることが好ましい。これ以外の組成で
あると、粒界相のカルシウムアルミネートの非晶質化が
困難となり、絶縁破壊電圧が十分に高まらなかったり、
熱伝導率が低下する恐れもある。
【００１１】非晶質カルシウムアルミネートの「非晶
質」とは、粉末Ｘ線回折分析によって測定された非晶化
率が８０％以上であることを意味し、特に９０％以上で
あることが好ましい。
質」とは、粉末Ｘ線回折分析によって測定された非晶化
率が８０％以上であることを意味し、特に９０％以上で
あることが好ましい。
【００１２】つぎに、本発明の窒化アルミニウム焼結体
の製造方法について説明する。本発明は、上記した絶縁
破壊電圧に優れた本発明の窒化アルミニウム焼結体の製
造に適用できるものである。
の製造方法について説明する。本発明は、上記した絶縁
破壊電圧に優れた本発明の窒化アルミニウム焼結体の製
造に適用できるものである。
【００１３】窒化アルミニウム粉末１００部（質量部、
以下同じ）と非晶質カルシウムアルミネート０．１〜１
５部を含む混合原料を調合する。０．１部未満であると
緻密化が阻害される恐れがあり、また１５部を超える
と、相対的に窒化アルミニウム粉末の割合が少なくなる
ので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を１００Ｗ／
ｍＫ以上、特に１５０Ｗ／ｍＫ以上にすることが困難と
なる。好ましくは１〜５部である。窒化アルミニウム粉
末と非晶質カルシウムアルミネート粉末の混合には、ボ
ールミル、ロッドミル等が使用される。
以下同じ）と非晶質カルシウムアルミネート０．１〜１
５部を含む混合原料を調合する。０．１部未満であると
緻密化が阻害される恐れがあり、また１５部を超える
と、相対的に窒化アルミニウム粉末の割合が少なくなる
ので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を１００Ｗ／
ｍＫ以上、特に１５０Ｗ／ｍＫ以上にすることが困難と
なる。好ましくは１〜５部である。窒化アルミニウム粉
末と非晶質カルシウムアルミネート粉末の混合には、ボ
ールミル、ロッドミル等が使用される。
【００１４】本発明においては、混合原料に更にＳｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等の３Ａ属元
素の酸化物や硝酸塩等、具体的には酸化イットリウム、
酸化サマリウム、硝酸イッテルビウム等の一般的な焼結
助剤を併用することもできる。
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等の３Ａ属元
素の酸化物や硝酸塩等、具体的には酸化イットリウム、
酸化サマリウム、硝酸イッテルビウム等の一般的な焼結
助剤を併用することもできる。
【００１５】本発明で使用される窒化アルニミウム粉末
としては、直接窒化法、アルミナ還元法等公知の方法で
製造された粉末で十分であるが、酸素含有量が２％以
下、炭素量１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
酸素含有量が２％超であるか、炭素量１０００ｐｐｍ超
であると、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を１００
Ｗ／ｍＫ以上、特に１５０Ｗ／ｍＫ以上にすることが困
難となる。また、窒化アルミニウム粉末の粒度は、平均
粒子径で１０μｍ以下、特に１μｍ以下がましい。平均
粒子径が１０μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝
導率および強度に悪影響を及ぼす恐れがある。
としては、直接窒化法、アルミナ還元法等公知の方法で
製造された粉末で十分であるが、酸素含有量が２％以
下、炭素量１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
酸素含有量が２％超であるか、炭素量１０００ｐｐｍ超
であると、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を１００
Ｗ／ｍＫ以上、特に１５０Ｗ／ｍＫ以上にすることが困
難となる。また、窒化アルミニウム粉末の粒度は、平均
粒子径で１０μｍ以下、特に１μｍ以下がましい。平均
粒子径が１０μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝
導率および強度に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００１６】本発明で使用される非晶質カルシウムアル
ミネート粉末は、ＣａＯ、ＣａＣＯ 3、Ｃａ（ＯＨ）2等
のカルシウム原料と、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ（ＯＨ）3、アル
ミナゲル等のアルミニウム原料を、ＣａＯが４３〜５７
％、Ａｌ2Ｏ3５７〜４３％になるように混合し、１４０
０℃以上で加熱溶融し、１００℃／分以上の冷却速度で
急冷することによって製造することができる。非晶質カ
ルシウムアルミネートの非晶化率は８０％以上であり、
好ましくは９０％以上である。非晶質カルシウムアルミ
ネートの非晶化率が８０％未満であると、窒化アルミニ
ウム焼結体の粒界相に１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ
結晶等が生成し、絶縁破壊電圧が高まらない。カルシウ
ムアルミネート高温溶融物の急冷方法としては、圧縮空
気で吹き飛ばしたり、水中に投入することによって行わ
れる。非晶質カルシウムアルミネートの粒度は、平均粒
子径で１０μｍ以下、特に１μｍ以下がましい。平均粒
子径が１０μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝導
率および強度に悪影響を及ぼす。
ミネート粉末は、ＣａＯ、ＣａＣＯ 3、Ｃａ（ＯＨ）2等
のカルシウム原料と、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ（ＯＨ）3、アル
ミナゲル等のアルミニウム原料を、ＣａＯが４３〜５７
％、Ａｌ2Ｏ3５７〜４３％になるように混合し、１４０
０℃以上で加熱溶融し、１００℃／分以上の冷却速度で
急冷することによって製造することができる。非晶質カ
ルシウムアルミネートの非晶化率は８０％以上であり、
好ましくは９０％以上である。非晶質カルシウムアルミ
ネートの非晶化率が８０％未満であると、窒化アルミニ
ウム焼結体の粒界相に１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ
結晶等が生成し、絶縁破壊電圧が高まらない。カルシウ
ムアルミネート高温溶融物の急冷方法としては、圧縮空
気で吹き飛ばしたり、水中に投入することによって行わ
れる。非晶質カルシウムアルミネートの粒度は、平均粒
子径で１０μｍ以下、特に１μｍ以下がましい。平均粒
子径が１０μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝導
率および強度に悪影響を及ぼす。
【００１７】混合原料は、次いで成形される。常圧焼結
の場合は、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、
ポリメチルメタクリレート、メチルセルロース、ポリエ
チレン、ワックス等のバインダーが加えられ、金型、静
水圧プレスあるいはシート成形により成形をされる。そ
の後、成形体を酸素ガスや空気等の気流中、３５０〜７
００℃で１〜５時間加熱してバインダーを除去した後、
窒化硼素製、黒鉛製又は窒化アルミニウム製等の容器に
セットし、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化性雰囲気
中、１４５０〜１７００℃で常圧焼結される。一方、ホ
ットプレス焼結の場合は、上記混合原料を１４００〜１
６５０℃でホットプレスする。その後、１２００℃ま
で、より好ましくは１０００℃まで、２０℃／分以上の
冷却速度で急冷する。冷却速度が２０℃／分未満である
と、粒界相の非晶質カルシウムアルミネート類が結晶化
する恐れがあり、絶縁破壊電圧が向上しなくなる。急冷
する方法としては、窒素ガス、アルゴンガス等の流量
や、炉体を冷却する冷却水の水量を高めることによって
行うことができる。
の場合は、ポリビニルブチラール、ポリアクリレート、
ポリメチルメタクリレート、メチルセルロース、ポリエ
チレン、ワックス等のバインダーが加えられ、金型、静
水圧プレスあるいはシート成形により成形をされる。そ
の後、成形体を酸素ガスや空気等の気流中、３５０〜７
００℃で１〜５時間加熱してバインダーを除去した後、
窒化硼素製、黒鉛製又は窒化アルミニウム製等の容器に
セットし、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化性雰囲気
中、１４５０〜１７００℃で常圧焼結される。一方、ホ
ットプレス焼結の場合は、上記混合原料を１４００〜１
６５０℃でホットプレスする。その後、１２００℃ま
で、より好ましくは１０００℃まで、２０℃／分以上の
冷却速度で急冷する。冷却速度が２０℃／分未満である
と、粒界相の非晶質カルシウムアルミネート類が結晶化
する恐れがあり、絶縁破壊電圧が向上しなくなる。急冷
する方法としては、窒素ガス、アルゴンガス等の流量
や、炉体を冷却する冷却水の水量を高めることによって
行うことができる。
【００１８】つぎに、本発明の回路基板について説明す
ると、本発明の回路基板は、従来の回路基板構造におい
て、セラミックス基板を本発明の窒化アルミニウム焼結
体からなるセラミックス基板としたものである。すなわ
ち、本発明の回路基板は、窒化アルミニウム基板の一方
の面に半導体素子搭載用の金属回路が、またその反対面
には金属放熱板が形成されてなるものである。窒化アル
ミニウム基板の厚みとしては、放熱特性を重視する場合
は０．５〜１ｍｍ程度、高電圧下での絶縁耐圧を著しく
高めたいときには１〜３ｍｍ程度とする。
ると、本発明の回路基板は、従来の回路基板構造におい
て、セラミックス基板を本発明の窒化アルミニウム焼結
体からなるセラミックス基板としたものである。すなわ
ち、本発明の回路基板は、窒化アルミニウム基板の一方
の面に半導体素子搭載用の金属回路が、またその反対面
には金属放熱板が形成されてなるものである。窒化アル
ミニウム基板の厚みとしては、放熱特性を重視する場合
は０．５〜１ｍｍ程度、高電圧下での絶縁耐圧を著しく
高めたいときには１〜３ｍｍ程度とする。
【００１９】金属回路と金属放熱板の材質は、Ａｌ、Ｃ
ｕ又はＡｌ−Ｃｕ合金であることが好ましい。これら
は、単体ないしはこれを一層として含むクラッド等の積
層体の形態で用いられる。Ａｌは、Ｃｕよりも降伏応力
が小さく、塑性変形に富み、ヒートサイクルなどの熱応
力負荷時において、セラミックス基板にかかる熱応力を
大幅に低減できるので、Ｃｕよりも窒化アルミニウム基
板に発生するクラックを抑制することが可能となり、高
信頼性回路基板となる。
ｕ又はＡｌ−Ｃｕ合金であることが好ましい。これら
は、単体ないしはこれを一層として含むクラッド等の積
層体の形態で用いられる。Ａｌは、Ｃｕよりも降伏応力
が小さく、塑性変形に富み、ヒートサイクルなどの熱応
力負荷時において、セラミックス基板にかかる熱応力を
大幅に低減できるので、Ｃｕよりも窒化アルミニウム基
板に発生するクラックを抑制することが可能となり、高
信頼性回路基板となる。
【００２０】金属回路の厚みは、電気的、熱的特性の点
からＡｌ回路の場合は０．４〜０．５ｍｍ、Ｃｕ回路は
０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。一方、金属
放熱板の厚みは、半田付け時の反りを生じさせないよう
に決定される。具体的には、Ａｌ放熱板の場合は０．１
〜０．４ｍｍ、Ｃｕ放熱板は０．１５〜０．４ｍｍであ
ることが好ましい。
からＡｌ回路の場合は０．４〜０．５ｍｍ、Ｃｕ回路は
０．３〜０．５ｍｍであることが好ましい。一方、金属
放熱板の厚みは、半田付け時の反りを生じさせないよう
に決定される。具体的には、Ａｌ放熱板の場合は０．１
〜０．４ｍｍ、Ｃｕ放熱板は０．１５〜０．４ｍｍであ
ることが好ましい。
【００２１】窒化アルミニウム基板に金属回路と金属放
熱板を形成させるには、金属板と窒化アルミニウム基板
とを接合した後エッチングする方法、金属板から打ち抜
かれた回路及び放熱板のパターンを窒化アルミニウム基
板に接合する方法等によって行うことができる。窒化ア
ルミニウム基板と金属回路等との接合は、Ａｇ、Ｃｕ又
はＡｇ−Ｃｕ合金と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の活性金属成
分とを含むろう材を用いる活性金属ろう付け法等によっ
て行うことができる。
熱板を形成させるには、金属板と窒化アルミニウム基板
とを接合した後エッチングする方法、金属板から打ち抜
かれた回路及び放熱板のパターンを窒化アルミニウム基
板に接合する方法等によって行うことができる。窒化ア
ルミニウム基板と金属回路等との接合は、Ａｇ、Ｃｕ又
はＡｇ−Ｃｕ合金と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の活性金属成
分とを含むろう材を用いる活性金属ろう付け法等によっ
て行うことができる。
【００２２】
【実施例】以下、実施例をあげて、さらに具体的に本発
明を説明する。
明を説明する。
【００２３】実施例１
ＣａＯ：Ａｌ2Ｏ3の質量比が５０：５０となるように生
石灰粉末とアルミナ粉末（いずれも試薬）を混合し、そ
れを１５００℃で１時間加熱溶融し、２００℃／分の冷
却速度で急冷後粉砕して非晶質カルシウムアルミネート
粉末（平均粒子径０．５μｍ、非晶化率１００％）を製
造した。
石灰粉末とアルミナ粉末（いずれも試薬）を混合し、そ
れを１５００℃で１時間加熱溶融し、２００℃／分の冷
却速度で急冷後粉砕して非晶質カルシウムアルミネート
粉末（平均粒子径０．５μｍ、非晶化率１００％）を製
造した。
【００２４】窒化アルミニウム粉末（平均粒子径０．７
μｍ、酸素含有量０．８％、炭素含有量２８０ｐｐｍ）
１００部に対し、上記非晶質カルシウムアルミネート粉
末を表１に示す割合で配合し、ボールミルで混合し混合
原料を調製した。ついで、バインダー（ポリアクリレー
ト系）を加え、混練、造粒、整粒を行い、シート状に成
形してから、空気中、５００℃、２時間保持して脱脂し
た後、窒素ガス雰囲気中、１５５０℃、２時間の常圧焼
結を行った。その後、温度１２００℃までの冷却速度を
２５℃／分として急冷し、さらに室温まで徐冷して窒化
アルミニウム焼結体を製造した。
μｍ、酸素含有量０．８％、炭素含有量２８０ｐｐｍ）
１００部に対し、上記非晶質カルシウムアルミネート粉
末を表１に示す割合で配合し、ボールミルで混合し混合
原料を調製した。ついで、バインダー（ポリアクリレー
ト系）を加え、混練、造粒、整粒を行い、シート状に成
形してから、空気中、５００℃、２時間保持して脱脂し
た後、窒素ガス雰囲気中、１５５０℃、２時間の常圧焼
結を行った。その後、温度１２００℃までの冷却速度を
２５℃／分として急冷し、さらに室温まで徐冷して窒化
アルミニウム焼結体を製造した。
【００２５】得られた窒化アルミニウム焼結体の密度を
アルキメデス法により、熱伝導率をレ−ザ−フラッシュ
法で測定した。また、絶縁破壊電圧をＪＩＳ Ｃ ２１
１０に準じ、絶縁油中で測定した。さらに、アルカリ溶
解法により窒化アルミニウム粒子を溶解し、粒界層の非
晶化率、ＣａＯ量、Ａｌ2Ｏ3量を測定した。なお、非晶
化率は粉末Ｘ線回折法により、ＣａＯ量、Ａｌ2Ｏ3量は
ＥＰＭＡにより測定した。それらの結果を表１に示す。
アルキメデス法により、熱伝導率をレ−ザ−フラッシュ
法で測定した。また、絶縁破壊電圧をＪＩＳ Ｃ ２１
１０に準じ、絶縁油中で測定した。さらに、アルカリ溶
解法により窒化アルミニウム粒子を溶解し、粒界層の非
晶化率、ＣａＯ量、Ａｌ2Ｏ3量を測定した。なお、非晶
化率は粉末Ｘ線回折法により、ＣａＯ量、Ａｌ2Ｏ3量は
ＥＰＭＡにより測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１から、非晶質カルシウムアルミネート
粉末を使用することによって、熱伝導率と絶縁破壊電圧
が向上し、実験番号３では熱伝導率１７４Ｗ／ｍｋ、絶
縁破壊電圧３０ｋＶ／ｍｍになった。また、全ての実験
番号において、粒界相は非晶質カルシウムアルミネート
で構成されていた。
粉末を使用することによって、熱伝導率と絶縁破壊電圧
が向上し、実験番号３では熱伝導率１７４Ｗ／ｍｋ、絶
縁破壊電圧３０ｋＶ／ｍｍになった。また、全ての実験
番号において、粒界相は非晶質カルシウムアルミネート
で構成されていた。
【００２８】実験番号３の窒化アルミニウム焼結体を表
面研削して窒化アルミニウム基板（寸法：０．６３５×
５０×５０ｍｍ）とした。この窒化アルミニウム基板の
表裏面に接合材（Ａｌ−９．５％Ｓｉ−１％Ｍｇ合金
箔）を介してＡｌ回路形成用とＡｌ放熱板形成用のＡｌ
板（厚み０．５ｍｍ、Ａｌ純度９９．９％）を重ね、黒
鉛板に挟み、窒化アルミニウム基板の垂直方向から加圧
しながら、真空中、５８０℃で加熱した。得られた接合
体を軟Ｘ線を用い３倍に拡大して接合不良を検査したが
それは認められなかった（検出下限は直径０．３ｍｍで
ある）。
面研削して窒化アルミニウム基板（寸法：０．６３５×
５０×５０ｍｍ）とした。この窒化アルミニウム基板の
表裏面に接合材（Ａｌ−９．５％Ｓｉ−１％Ｍｇ合金
箔）を介してＡｌ回路形成用とＡｌ放熱板形成用のＡｌ
板（厚み０．５ｍｍ、Ａｌ純度９９．９％）を重ね、黒
鉛板に挟み、窒化アルミニウム基板の垂直方向から加圧
しながら、真空中、５８０℃で加熱した。得られた接合
体を軟Ｘ線を用い３倍に拡大して接合不良を検査したが
それは認められなかった（検出下限は直径０．３ｍｍで
ある）。
【００２９】ついで、表裏面それぞれのＡｌ板の周囲２
ｍｍを塩化第２鉄水溶液でエッチングし、無電解Ｎｉ−
Ｐメッキを３μｍ施してモジュールとした。その一方の
Ａｌ面を回路面として１２．５ｍｍ角のシリコンチップ
を中央に共晶半田で半田付けし、その反対面を放熱板面
としてＡｌ製ヒートシンクに半田付けした。この状態
で、−４０℃、３０分→室温、１０分→１２５℃、３０
分→室温、１０分を１サイクルとして３０００サイクル
の熱履歴試験を実施し、膨れ、剥がれ等の外観チェック
と、断面観察による半田クラックの発生の有無を調べた
が、異常は認められなかった。
ｍｍを塩化第２鉄水溶液でエッチングし、無電解Ｎｉ−
Ｐメッキを３μｍ施してモジュールとした。その一方の
Ａｌ面を回路面として１２．５ｍｍ角のシリコンチップ
を中央に共晶半田で半田付けし、その反対面を放熱板面
としてＡｌ製ヒートシンクに半田付けした。この状態
で、−４０℃、３０分→室温、１０分→１２５℃、３０
分→室温、１０分を１サイクルとして３０００サイクル
の熱履歴試験を実施し、膨れ、剥がれ等の外観チェック
と、断面観察による半田クラックの発生の有無を調べた
が、異常は認められなかった。
【００３０】実施例２
表２に示す非晶質カルシウムアルミネートを焼結助剤と
し、窒化アルミニウム粉末１００部に対し３部配合した
こと以外は、実施例１と同様な試験を行った。それらの
結果を表２に示す。なお、実験番号１１〜１４ではカル
シウムアルミネート溶融物の冷却速度を変えて、非晶化
率を６０〜９５％の非晶質カルシウムアルミネート粉末
とした。
し、窒化アルミニウム粉末１００部に対し３部配合した
こと以外は、実施例１と同様な試験を行った。それらの
結果を表２に示す。なお、実験番号１１〜１４ではカル
シウムアルミネート溶融物の冷却速度を変えて、非晶化
率を６０〜９５％の非晶質カルシウムアルミネート粉末
とした。
【００３１】
【表２】
【００３２】表２から、実験番号６、１０、１１（いず
れも比較例）とそれ以外の実験番号（いずれも実施例）
との対比から明らかなように、非晶質カルシウムアルミ
ネートを焼結助剤とすることによって、熱伝導率と絶縁
破壊電圧が高まることがわかる。
れも比較例）とそれ以外の実験番号（いずれも実施例）
との対比から明らかなように、非晶質カルシウムアルミ
ネートを焼結助剤とすることによって、熱伝導率と絶縁
破壊電圧が高まることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁破壊電圧が高く、
高放熱性基板等として好適な窒化アルミニウム焼結体と
その製造方法が提供される。また、本発明によれば、高
電圧用パワーモジュール用回路基板が提供される。
高放熱性基板等として好適な窒化アルミニウム焼結体と
その製造方法が提供される。また、本発明によれば、高
電圧用パワーモジュール用回路基板が提供される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G001 BA03 BA07 BA36 BB03 BB07
BB36 BC51 BC52 BC54 BD03
BD21
Claims (4)
- 【請求項１】 粒界相に、非晶質カルシウムアルミネー
トを含んでいることを特徴とする窒化アルミニウム焼結
体。 - 【請求項２】 非晶質カルシウムアルミネートの化学組
成が、ＣａＯ４０〜６０質量％、Ａｌ2Ｏ3６０〜４０質
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。 - 【請求項３】 窒化アルミニウム粉末１００質量部と非
晶質カルシウムアルミネート粉末０．１〜１５質量部を
含む混合粉末を成形後、非酸化性雰囲気下、温度１４０
０℃以上で焼結した後、温度１２００℃までを２０℃／
分以上の冷却速度で急冷す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。 - 【請求項４】 請求項１又は２記載の窒化アルミニウム
焼結体をセラミックス基板として用い、その表面に金属
回路を形成させてなることを特徴とする回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001231337A JP4763929B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001231337A JP4763929B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003040675A true JP2003040675A (ja) | 2003-02-13 |
| JP4763929B2 JP4763929B2 (ja) | 2011-08-31 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001231337A Expired - Fee Related JP4763929B2 (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4763929B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073169A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 |
| WO2005123627A1 (ja) * | 2004-06-21 | 2005-12-29 | Tokuyama Corporation | 窒化物焼結体、及びその製造方法 |
| EP2581357B1 (en) * | 2010-06-08 | 2018-02-21 | Denka Company Limited | Circuit board comprising an aluminium nitride substrate and production method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107571A (ja) * | 1988-10-13 | 1990-04-19 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 耐酸化性に優れた窒化アルミニウム焼結体とその製造方法 |
-
2001
- 2001-07-31 JP JP2001231337A patent/JP4763929B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107571A (ja) * | 1988-10-13 | 1990-04-19 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 耐酸化性に優れた窒化アルミニウム焼結体とその製造方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073169A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム焼結体、その製造方法及びその焼結体を用いた回路基板 |
| WO2005123627A1 (ja) * | 2004-06-21 | 2005-12-29 | Tokuyama Corporation | 窒化物焼結体、及びその製造方法 |
| EP1777204A1 (en) * | 2004-06-21 | 2007-04-25 | Tokuyama Corporation | Nitride sintered compact and method for production thereof |
| EP1777204A4 (en) * | 2004-06-21 | 2010-12-01 | Tokuyama Corp | NITRIDE INTERCODES AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| US7876053B2 (en) | 2004-06-21 | 2011-01-25 | Tokuyama Corporation | Nitride sintered body and method for manufacturing thereof |
| US7973481B2 (en) | 2004-06-21 | 2011-07-05 | Tokuyama Corporation | Nitride sintered body and method for manufacturing thereof |
| EP2581357B1 (en) * | 2010-06-08 | 2018-02-21 | Denka Company Limited | Circuit board comprising an aluminium nitride substrate and production method thereof |
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| JP4763929B2 (ja) | 2011-08-31 |
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