JP2003146761A - 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】 耐水性が高く、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ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガ
ラスを含んでなり、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上である
ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。ＣａＯ−Ａ
ｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラスの化学組成が、ＣａＯ３５〜
６０質量％、Ａｌ 2Ｏ3３０〜６０質量％、Ｐ2Ｏ5１〜１
０質量％であることが好ましい。窒化アルミニウム粉末
１００質量部と、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラス
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１５００〜１７００℃で焼結した後、温度１
２００℃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
て用いてなる回路基板。
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ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガ
ラスを含んでなり、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上である
ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。ＣａＯ−Ａ
ｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラスの化学組成が、ＣａＯ３５〜
６０質量％、Ａｌ 2Ｏ3３０〜６０質量％、Ｐ2Ｏ5１〜１
０質量％であることが好ましい。窒化アルミニウム粉末
１００質量部と、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラス
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１５００〜１７００℃で焼結した後、温度１
２００℃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
て用いてなる回路基板。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐水性に優れ、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。
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。。以上のように、
ＣａＯを含有する焼結助剤は、Ａｌ2Ｏ3すなわち窒化ア
ルミニウム中の不純物酸素と結合して生成するＡｌ2Ｏ3
と反応して液相生成温度を低下させるので、低温焼成で
あっても焼結体の高密度化を可能とする。
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。。以上のように、
ＣａＯを含有する焼結助剤は、Ａｌ2Ｏ3すなわち窒化ア
ルミニウム中の不純物酸素と結合して生成するＡｌ2Ｏ3
と反応して液相生成温度を低下させるので、低温焼成で
あっても焼結体の高密度化を可能とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この焼
結助剤で焼結されたとする窒化アルミニウム焼結体は、
湿度の高い雰囲気下に曝されると、絶縁破壊電圧が低下
する等、耐水性が低下するという課題が未解決であっ
た。これは、窒化アルミニウム焼結体の粒界相に生成し
た、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、Ｃ
ａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3等のカルシウムア
ルミネートと水との接触により、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・
６Ｈ2Ｏ、２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・８Ｈ2Ｏ、ＣａＯ・Ａｌ
2Ｏ3・１０Ｈ 2Ｏ等の水和物が生成されるためである。
結助剤で焼結されたとする窒化アルミニウム焼結体は、
湿度の高い雰囲気下に曝されると、絶縁破壊電圧が低下
する等、耐水性が低下するという課題が未解決であっ
た。これは、窒化アルミニウム焼結体の粒界相に生成し
た、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3、１２ＣａＯ・７Ａｌ2Ｏ3、Ｃ
ａＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ・２Ａｌ2Ｏ3等のカルシウムア
ルミネートと水との接触により、３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・
６Ｈ2Ｏ、２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・８Ｈ2Ｏ、ＣａＯ・Ａｌ
2Ｏ3・１０Ｈ 2Ｏ等の水和物が生成されるためである。
【０００５】本発明の目的は、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ
以上にして、耐水性の良好な、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。本発明の課題
は、窒化アルミニウム粉末にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5
組成ガラスの配合された混合粉末を温度１５００〜１７
００℃の比較的低温で焼結した後、所定速度で冷却する
ことによって達成することができる。
以上にして、耐水性の良好な、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。本発明の課題
は、窒化アルミニウム粉末にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5
組成ガラスの配合された混合粉末を温度１５００〜１７
００℃の比較的低温で焼結した後、所定速度で冷却する
ことによって達成することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、粒
界相にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラスを含んでな
り、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴と
する窒化アルミニウム焼結体である。ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3
−Ｐ2Ｏ5組成ガラスの化学組成が、ＣａＯ３５〜６０質
量％、Ａｌ2Ｏ3３０〜６０質量％、Ｐ2Ｏ5１〜１０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、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5
組成ガラス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１５００〜１７００℃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。
界相にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラスを含んでな
り、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴と
する窒化アルミニウム焼結体である。ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3
−Ｐ2Ｏ5組成ガラスの化学組成が、ＣａＯ３５〜６０質
量％、Ａｌ2Ｏ3３０〜６０質量％、Ｐ2Ｏ5１〜１０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、ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5
組成ガラス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１５００〜１７００℃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
〜２０μｍであることが好ましい。
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
〜２０μｍであることが好ましい。
【０００９】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％、以下同じ）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．１１３３−
１１３７（１９９６）に準ずる）によって窒化アルミニ
ウム粒子を溶解し、未溶解物を１０５℃−２時間乾燥後
の質量から求めることができる。
構成割合は１〜２０％（質量％、以下同じ）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．１１３３−
１１３７（１９９６）に準ずる）によって窒化アルミニ
ウム粒子を溶解し、未溶解物を１０５℃−２時間乾燥後
の質量から求めることができる。
【００１０】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、粒界
相にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラス（以下、ＣＡ
Ｐガラスという。）を含有していることが特徴である。
粒界相中のＣＡＰガラスの割合は７０％以上、特に９０
％以上であることが好ましい。ＣＡＰガラスの割合が７
０％未満であると、耐水性が向上しない場合がある。Ｃ
ＡＰガラスの割合は、アルカリ溶解法の未溶解物を粉末
Ｘ線回折分析し、結晶ピークからその結晶相量を差し引
くことによって求めることができる。
相にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラス（以下、ＣＡ
Ｐガラスという。）を含有していることが特徴である。
粒界相中のＣＡＰガラスの割合は７０％以上、特に９０
％以上であることが好ましい。ＣＡＰガラスの割合が７
０％未満であると、耐水性が向上しない場合がある。Ｃ
ＡＰガラスの割合は、アルカリ溶解法の未溶解物を粉末
Ｘ線回折分析し、結晶ピークからその結晶相量を差し引
くことによって求めることができる。
【００１１】ＣＡＰガラスの化学組成は、ＣａＯ３５〜
６０％、Ａｌ2Ｏ3３０〜６０％、Ｐ 2Ｏ5１〜１０％であ
ることが好ましい。ＣａＯが３５％未満又は６０％を超
過するか、Ａｌ2Ｏ3３０％未満又は６０％を超過する
か、あるいはＰ2Ｏ5が１０％を超過すると、焼結性が悪
く、また熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の実現が困難とな
る。Ｐ2Ｏ5が１％未満であると、本課題で説明したよう
に、カルシウムアルミネートが生成するため、湿度の高
い雰囲気下に曝されると水和物が生成し耐水性が向上し
ない。なお、粒界相の化学組成は、ＥＰＭＡによって測
定することができる。
６０％、Ａｌ2Ｏ3３０〜６０％、Ｐ 2Ｏ5１〜１０％であ
ることが好ましい。ＣａＯが３５％未満又は６０％を超
過するか、Ａｌ2Ｏ3３０％未満又は６０％を超過する
か、あるいはＰ2Ｏ5が１０％を超過すると、焼結性が悪
く、また熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上の実現が困難とな
る。Ｐ2Ｏ5が１％未満であると、本課題で説明したよう
に、カルシウムアルミネートが生成するため、湿度の高
い雰囲気下に曝されると水和物が生成し耐水性が向上し
ない。なお、粒界相の化学組成は、ＥＰＭＡによって測
定することができる。
【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、上記した耐水
性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、上記した耐水
性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、ＣＡＰガラス１〜１５部を含む混合原料
を調合する。ＣＡＰガラスが１部未満であると、緻密化
が阻害される恐れがあり、１５部を超過すると、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。ＣＡ
Ｐガラス量は３〜５部がより好ましい。窒化アルミニウ
ム粉末とＣＡＰガラスの混合には、ボールミル、ロッド
ミル等が使用される。
以下同じ）と、ＣＡＰガラス１〜１５部を含む混合原料
を調合する。ＣＡＰガラスが１部未満であると、緻密化
が阻害される恐れがあり、１５部を超過すると、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。ＣＡ
Ｐガラス量は３〜５部がより好ましい。窒化アルミニウ
ム粉末とＣＡＰガラスの混合には、ボールミル、ロッド
ミル等が使用される。
【００１４】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が使
用されるが、酸素含有量が２％以下、炭素量１０００ｐ
ｐｍ以下であることが特に好ましい。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１００Ｗ／ｍＫ以上、特
に１５０Ｗ／ｍＫ以上にするには焼成時間が長くなる。
また、窒化アルミニウム粉末の粒度は、平均粒子径で１
０μｍ以下、特に１μｍ以下がましい。平均粒子径が１
０μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝導率及び強
度に悪影響を及ぼす恐れがある。
法、アルミナ還元法等公知の方法で製造された粉末が使
用されるが、酸素含有量が２％以下、炭素量１０００ｐ
ｐｍ以下であることが特に好ましい。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１００Ｗ／ｍＫ以上、特
に１５０Ｗ／ｍＫ以上にするには焼成時間が長くなる。
また、窒化アルミニウム粉末の粒度は、平均粒子径で１
０μｍ以下、特に１μｍ以下がましい。平均粒子径が１
０μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝導率及び強
度に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００１５】本発明で使用されるＣＡＰガラスは、前述
した粒界相中のＣＡＰガラスと同一化学組成であること
が好ましい。ＣＡＰガラスのかわりにその構成成分の混
合粉末、すなわちＣａＯ成分、Ａｌ2Ｏ3成分、Ｐ2Ｏ5成
分を含む混合粉末を用いてもよいが、ＣＡＰガラスにし
てから窒化アルニミウム粉末と混合することが好まし
い。何故なら、混合粉末の状態で使用すると、焼結中に
Ａｌ2Ｏ3成分が窒化され、粒界相にＣＡＰガラスの形成
不十分となり、リン酸カルシウムが優先的に生成する恐
れがあるためである。
した粒界相中のＣＡＰガラスと同一化学組成であること
が好ましい。ＣＡＰガラスのかわりにその構成成分の混
合粉末、すなわちＣａＯ成分、Ａｌ2Ｏ3成分、Ｐ2Ｏ5成
分を含む混合粉末を用いてもよいが、ＣＡＰガラスにし
てから窒化アルニミウム粉末と混合することが好まし
い。何故なら、混合粉末の状態で使用すると、焼結中に
Ａｌ2Ｏ3成分が窒化され、粒界相にＣＡＰガラスの形成
不十分となり、リン酸カルシウムが優先的に生成する恐
れがあるためである。
【００１６】ＣＡＰガラスの製造は、酸化カルシウム、
炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、
硫酸カルシウム等のＣａＯ成分と、酸化アルミニウム、
水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム等のＡｌ2Ｏ3成
分と、無水リン酸、メタリン酸、オルトリン酸、ピロリ
ン酸、ポリリン酸、酸化リン等のＰ2Ｏ5成分とを含む混
合物、又はリン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、ア
ルミン酸カルシウム等のいずれか２成分と他の成分との
混合物を、酸化性又は非酸化性雰囲気下で１４００〜１
６００℃で加熱溶融し、その後、圧縮空気で吹き飛ば
す、水中に投入する等、急冷することによって行うこと
ができる。ＣＡＰガラスの粒度は、平均粒子径で１０μ
ｍ以下、特に１μｍ以下が好ましい。平均粒子径が１０
μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝導率及び強度
に悪影響を及ぼす場合がある。
炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、硝酸カルシウム、
硫酸カルシウム等のＣａＯ成分と、酸化アルミニウム、
水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム等のＡｌ2Ｏ3成
分と、無水リン酸、メタリン酸、オルトリン酸、ピロリ
ン酸、ポリリン酸、酸化リン等のＰ2Ｏ5成分とを含む混
合物、又はリン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、ア
ルミン酸カルシウム等のいずれか２成分と他の成分との
混合物を、酸化性又は非酸化性雰囲気下で１４００〜１
６００℃で加熱溶融し、その後、圧縮空気で吹き飛ば
す、水中に投入する等、急冷することによって行うこと
ができる。ＣＡＰガラスの粒度は、平均粒子径で１０μ
ｍ以下、特に１μｍ以下が好ましい。平均粒子径が１０
μｍを超えると、焼結密度が低下し、熱伝導率及び強度
に悪影響を及ぼす場合がある。
【００１７】窒化アルミニウム粉末とＣＡＰガラスの混
合原料は、次いで成形される。具体的には、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
バインダーを加え、金型、静水圧プレスあるいはシート
成形により成形する。その後、成形体を窒素ガスや空気
等の気流中、３５０〜７００℃で１〜１０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、１５００〜１７００℃で
焼結される。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し、
粒界相にガラス相を形成させる。冷却速度が２０℃／分
未満であると、粒界相のＣＡＰガラスが十分に生成され
ず、結晶性のリン酸カルシウムと、アルミン酸カルシウ
ムが単独で形成される恐れがあり、耐水性が劣ることが
ある。急冷は、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。
合原料は、次いで成形される。具体的には、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
バインダーを加え、金型、静水圧プレスあるいはシート
成形により成形する。その後、成形体を窒素ガスや空気
等の気流中、３５０〜７００℃で１〜１０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、１５００〜１７００℃で
焼結される。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し、
粒界相にガラス相を形成させる。冷却速度が２０℃／分
未満であると、粒界相のＣＡＰガラスが十分に生成され
ず、結晶性のリン酸カルシウムと、アルミン酸カルシウ
ムが単独で形成される恐れがあり、耐水性が劣ることが
ある。急冷は、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
酸化カルシウム、酸化アルミニウム、無水リン酸を配合
し、１５００℃に加熱後、水中に投入してガラス化し、
さらに粉砕し平均粒子径０．８μｍのＣＡＰガラスを製
造した。ＣＡＰガラスの化学組成を表１に示す。
し、１５００℃に加熱後、水中に投入してガラス化し、
さらに粉砕し平均粒子径０．８μｍのＣＡＰガラスを製
造した。ＣＡＰガラスの化学組成を表１に示す。
【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２５０ｐｐｍ）
１００部に対し、ＣＡＰガラスを表２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、造粒、プレ
ス成型してから、窒素ガス中、５００℃、２時間保持し
て脱脂した後、窒素ガス雰囲気中、１６００℃、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２５０ｐｐｍ）
１００部に対し、ＣＡＰガラスを表２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、造粒、プレ
ス成型してから、窒素ガス中、５００℃、２時間保持し
て脱脂した後、窒素ガス雰囲気中、１６００℃、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を粉砕
し、アルカリ溶解法により窒化アルミニウム粒子を溶解
し、粒界層中のＣＡＰガラスの割合、及びＣＡＰガラス
の化学組成を測定した。なお、ＣＡＰガラスの割合は粉
末Ｘ線回折法により、ＣＡＰガラスの化学組成はＥＰＭ
Ａにより測定した。また、窒化アルミニウム焼結体の相
対密度はアルキメデス法により、熱伝導率はレーザーフ
ラッシュ法により測定した。さらに、耐水性試験は、窒
化アルミニウム焼結体を純水の入った四フッ化エチレン
製容器に入れ、９０℃−１０日間放置した。その後、窒
化アルミニウム焼結体を取り出し、水溶液のｐＨを測定
した。それらの結果を表２に併記した。
し、アルカリ溶解法により窒化アルミニウム粒子を溶解
し、粒界層中のＣＡＰガラスの割合、及びＣＡＰガラス
の化学組成を測定した。なお、ＣＡＰガラスの割合は粉
末Ｘ線回折法により、ＣＡＰガラスの化学組成はＥＰＭ
Ａにより測定した。また、窒化アルミニウム焼結体の相
対密度はアルキメデス法により、熱伝導率はレーザーフ
ラッシュ法により測定した。さらに、耐水性試験は、窒
化アルミニウム焼結体を純水の入った四フッ化エチレン
製容器に入れ、９０℃−１０日間放置した。その後、窒
化アルミニウム焼結体を取り出し、水溶液のｐＨを測定
した。それらの結果を表２に併記した。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】表１から、粒界相にＣＡＰガラスを生成さ
せることによって、熱伝導率１００Ｗ／ｍｋを保持し耐
水性が著しく向上することが分かる。
せることによって、熱伝導率１００Ｗ／ｍｋを保持し耐
水性が著しく向上することが分かる。
【００２９】実験番号２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）。
【００３０】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。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、耐水性が高く、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。
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 BA01 BA03 BA07 BB01 BB07
BB36 BC51 BC52 BC54 BC56
BD03 BD23
5F036 BA23 BB08 BD13
Claims (4)
- 【請求項１】 粒界相にＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成
ガラスを含んでなり、熱伝導率１００Ｗ／ｍＫ以上であ
ることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。 - 【請求項２】 ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラスの
化学組成が、ＣａＯ３５〜６０質量％、Ａｌ2Ｏ3３０〜
６０質量％、Ｐ2Ｏ5１〜１０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、
ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3−Ｐ2Ｏ5組成ガラス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１５０
０〜１７００℃で焼結した後、温度１２００℃までを２
０℃／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 |
|---|---|---|---|
| JP2001349954A JP3973407B2 (ja) | 2001-11-15 | 2001-11-15 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001349954A JP3973407B2 (ja) | 2001-11-15 | 2001-11-15 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003146761A true JP2003146761A (ja) | 2003-05-21 |
| JP3973407B2 JP3973407B2 (ja) | 2007-09-12 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3973407B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101187029B1 (ko) * | 2010-07-30 | 2012-09-28 | 주식회사 이글래스 | 고방열 저온소성 세라믹 기판 |
| EP3088574A4 (en) * | 2013-12-26 | 2017-06-21 | Shenzhen University | Ternary inorganic compound crystal and preparation method and application thereof |
| KR20200027845A (ko) * | 2018-09-05 | 2020-03-13 | 주식회사 엘지화학 | 질화알루미늄 소결체의 제조방법 |
| KR20200119098A (ko) * | 2019-04-09 | 2020-10-19 | 주식회사 엘지화학 | 질화알루미늄 분말을 제조하기 위한 방법 |
-
2001
- 2001-11-15 JP JP2001349954A patent/JP3973407B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR102500848B1 (ko) | 2019-04-09 | 2023-02-15 | 주식회사 엘지화학 | 질화알루미늄 분말을 제조하기 위한 방법 |
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|---|---|
| JP3973407B2 (ja) | 2007-09-12 |
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