JP2010215465A - Aluminum nitride substrate, method for producing the same, and circuit board and semiconductor device - Google Patents

Aluminum nitride substrate, method for producing the same, and circuit board and semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aluminum nitride substrate having excellent heat radiation characteristics and a high strength, a method for producing the aluminum nitride substrate, and a circuit board and a semiconductor device. <P>SOLUTION: The aluminum nitride substrate comprises a polycrystalline substance which includes a plurality of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains including a rare-earth element and aluminum and existing at the grain boundary of the aluminum nitride crystal grains. The main component of the aluminum nitride substrate is aluminum nitride. The aluminum nitride crystal grains have an average grain diameter of 5 μm or smaller. The composite oxide crystal grains have an average grain diameter of 5 μm or smaller, a thermal conductivity of 200 W/m*K or higher and a three-point bending strength of 500 MPa or higher. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化アルミニウム基板およびその製造方法に関し、詳しくは、絶縁特性と放熱性に優れ、パワートランジスタ等に用いられる窒化アルミニウム基板およびその製造方法に関する。また、これら窒化アルミニウム基板を用いた回路基板および半導体装置に関する。   The present invention relates to an aluminum nitride substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly to an aluminum nitride substrate excellent in insulation characteristics and heat dissipation and used for a power transistor and the like and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a circuit board and a semiconductor device using these aluminum nitride substrates.

窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス基板は絶縁特性と放熱性に優れる。この窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス基板は、基板上に活性金属法、メタライズ法、蒸着等によりさまざまな厚さの金属の導体層を接合され、半導体用の放熱基板として使用されている。   A ceramic substrate mainly composed of aluminum nitride is excellent in insulation characteristics and heat dissipation. This ceramic substrate containing aluminum nitride as a main component is used as a heat dissipation substrate for a semiconductor by joining metal conductor layers of various thicknesses on the substrate by an active metal method, metallization method, vapor deposition or the like.

この放熱基板は、パワートランジスタ等の大電力半導体用の回路基板として用いられている。パワートランジスタは、同一パッケージ内にパワートランジスタチップ(以下、チップともいう)を複数個組み込むことによりパワートランジスタモジュール(以下、モジュールともいう)を形成する。   This heat dissipation substrate is used as a circuit substrate for a high power semiconductor such as a power transistor. The power transistor forms a power transistor module (hereinafter also referred to as a module) by incorporating a plurality of power transistor chips (hereinafter also referred to as chips) in the same package.

パワートランジスタは大電力で使用されるためチップの発熱量が大きい。このようにチップが発熱するとモジュール全体が熱膨張する。このとき、モジュールは端部が放熱フィン等に固定されているため、パワートランジスタの使用時にモジュール全体に曲げモーメントが発生する。このため、チップ同士の絶縁に用いているセラミックス基板の強度が弱いと、基板の割れが発生しモジュールに絶縁不良が発生するという問題がある。従って、従来、パワートランジスタ用のセラミックス基板として、高放熱、高強度のセラミック基板が用いられている。   Since power transistors are used with high power, the amount of heat generated by the chip is large. When the chip generates heat in this way, the entire module expands thermally. At this time, since the end of the module is fixed to a heat radiating fin or the like, a bending moment is generated in the entire module when the power transistor is used. For this reason, if the strength of the ceramic substrate used to insulate the chips is weak, there is a problem that the substrate is cracked and insulation failure occurs in the module. Therefore, conventionally, a ceramic substrate with high heat dissipation and high strength has been used as a ceramic substrate for power transistors.

また、昨今、セラミックス基板へのチップ等のはんだ付けには、環境への配慮から鉛フリーはんだが用いられることが多い。一般的に、鉛フリーはんだは鉛入りはんだに比べ融点が高いため、鉛フリーはんだを用いるとリフロー法、フロー法を問わずはんだ付けの温度が高くなる。   In recent years, lead-free solder is often used for soldering a chip or the like to a ceramic substrate in consideration of the environment. Since lead-free solder generally has a higher melting point than lead-containing solder, the use of lead-free solder increases the soldering temperature regardless of the reflow method or flow method.

さらに、モジュールのベース金属とセラミックス基板との間の接合に用いられるはんだにも鉛フリー化が必要とされている。このベース金属−セラミックス基板間のはんだ付けは、モジュール内でのはんだ付けの面積が一番大きいため、リフローの温度が高くなるとベース金属とセラミックス基板との線膨張係数の差によりモジュールに印加される曲げモーメントも非常に大きくなる。このように、はんだの鉛フリー化により、セラミックス基板には従来よりも高い強度が要求されている。   Furthermore, the solder used for joining between the base metal of the module and the ceramic substrate is also required to be lead-free. Since the soldering area between the base metal and the ceramic substrate is the largest in the module, it is applied to the module due to the difference in linear expansion coefficient between the base metal and the ceramic substrate when the reflow temperature increases. The bending moment is also very large. As described above, the ceramic substrate is required to have higher strength than before due to the lead-free solder.

また、近年、モジュールおよびチップのサイズが小型化しており、モジュールの単位面積当たりの発熱量がより大きくなる傾向にある。このため、セラミックスの絶縁基板には、より高い放熱特性が求められている。   In recent years, the size of modules and chips has been reduced, and the amount of heat generated per unit area of the module tends to increase. For this reason, higher heat dissipation characteristics are required for ceramic insulating substrates.

このように、パワーモジュールに使用されるセラミックス基板には、従来より高い放熱特性および強度が求められている。同様の問題が発光ダイオードを搭載するセラミックス基板でも起きている。   Thus, ceramic substrates used in power modules are required to have higher heat dissipation characteristics and strength than before. A similar problem occurs in a ceramic substrate on which a light emitting diode is mounted.

これに対し、特開2007−63122号公報(特許文献1)には、熱伝導率が高く放熱性に優れた窒化アルミニウム基板が開示されている。また、特開2003−201179号公報(特許文献2)には、放熱特性および機械的強度が高い窒化アルミニウム基板が開示されている。   On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-63122 (Patent Document 1) discloses an aluminum nitride substrate having high thermal conductivity and excellent heat dissipation. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-201179 (Patent Document 2) discloses an aluminum nitride substrate having high heat dissipation characteristics and mechanical strength.

特開2007−63122号公報JP 2007-63122 A 特開2003−201179号公報JP 2003-201179 A

しかし、特許文献1や特許文献2に開示された窒化アルミニウム基板では、放熱特性および強度が充分でなかった。例えば、特許文献1では熱伝導率が200W/m・Kを超えるもののその強度は低く、特許文献2では強度が優れるものの熱伝導率200W/m・Kを超えるものは得られていなかった。   However, the aluminum nitride substrates disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 have insufficient heat dissipation characteristics and strength. For example, in Patent Document 1, although the thermal conductivity exceeds 200 W / m · K, the strength thereof is low, and in Patent Document 2, although the strength is excellent, a material having a thermal conductivity exceeding 200 W / m · K has not been obtained.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放熱特性に優れるとともに強度の高い窒化アルミニウム基板および窒化アルミニウム基板の製造方法ならびに回路基板および半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an aluminum nitride substrate, a method for manufacturing an aluminum nitride substrate, a circuit substrate, and a semiconductor device that have excellent heat dissipation characteristics and high strength.

本発明は、窒化アルミニウム基板中の窒化アルミニウム結晶粒の粒径を制御するとともに、焼結助剤に由来する複合酸化物結晶粒の粒径を制御する等により、窒化アルミニウム基板の熱伝導率および3点曲げ強度を向上させることが可能であることを見出して完成されたものである。   The present invention controls the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate by controlling the grain size of the aluminum nitride crystal grains in the aluminum nitride substrate and controlling the grain size of the composite oxide crystal grains derived from the sintering aid. It was completed by finding out that it is possible to improve the three-point bending strength.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、上記問題点を解決するものであり、複数個の窒化アルミニウム結晶粒と、この窒化アルミニウム結晶粒の粒界に存在し、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物結晶粒と、を備えた多結晶体からなり、窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム基板であって、前記窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径が5μm以下であり、前記複合酸化物結晶粒の平均粒径が5μm以下であり、熱伝導率が200W/m・K以上であり、3点曲げ強度が500MPa以上であることを特徴とする。   An aluminum nitride substrate according to the present invention solves the above-mentioned problems, and is a composite oxide containing a plurality of aluminum nitride crystal grains and a rare earth element and aluminum that exist at the grain boundary of the aluminum nitride crystal grains. An aluminum nitride substrate comprising aluminum nitride as a main component, the aluminum nitride crystal grains having an average grain size of 5 μm or less, and the composite oxide crystal grains having an average The particle size is 5 μm or less, the thermal conductivity is 200 W / m · K or more, and the three-point bending strength is 500 MPa or more.

また、本発明に係る窒化アルミニウム基板の製造方法は、上記問題点を解決するものであり、窒化アルミニウム粉末、希土類酸化物粉末および有機バインダーを成形して、前記窒化アルミニウム粉末と希土類酸化物粉末との合計量に対し前記希土類酸化物粉末を1質量%〜3質量%含む第1窒化アルミニウム成形体を得、この第1窒化アルミニウム成形体を非酸化雰囲気中で脱脂して第2窒化アルミニウム成形体を得る脱脂工程と、第2窒化アルミニウム成形体を不活性雰囲気中、1300℃〜1500℃で焼結させて第1焼結体を得る第1焼結工程と、前記第1焼結体を不活性雰囲気中、1780℃〜1820℃で焼結させて窒化アルミニウム基板を得る第2焼結工程と、を備えることを特徴とする。   Further, the method for producing an aluminum nitride substrate according to the present invention solves the above-mentioned problems. The aluminum nitride powder, the rare earth oxide powder, and the organic binder are molded, and the aluminum nitride powder and the rare earth oxide powder are formed. A first aluminum nitride molded body containing 1% by mass to 3% by mass of the rare earth oxide powder with respect to the total amount is obtained, and the second aluminum nitride molded body is degreased in a non-oxidizing atmosphere. A first degreasing step for obtaining a first sintered body by sintering the second aluminum nitride molded body at 1300 ° C. to 1500 ° C. in an inert atmosphere; And a second sintering step of obtaining an aluminum nitride substrate by sintering at 1780 ° C. to 1820 ° C. in an active atmosphere.

さらに、本発明に係る回路基板は、上記問題点を解決するものであり、前記窒化アルミニウム基板上に導体部を設けたことを特徴とする。   Furthermore, a circuit board according to the present invention solves the above-described problems, and is characterized in that a conductor portion is provided on the aluminum nitride substrate.

また、本発明に係る半導体装置は、上記問題点を解決するものであり、前記回路基板に半導体素子を搭載したことを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention solves the above-mentioned problems, and is characterized in that a semiconductor element is mounted on the circuit board.

本発明に係る窒化アルミニウム基板およびその製造方法によれば、放熱特性および強度の高い窒化アルミニウム基板が得られる。   According to the aluminum nitride substrate and the manufacturing method thereof according to the present invention, an aluminum nitride substrate having high heat dissipation characteristics and strength can be obtained.

本発明に係る回路基板によれば、放熱特性および強度の高い回路基板が得られる。   According to the circuit board according to the present invention, a circuit board having high heat dissipation characteristics and strength can be obtained.

本発明に係る半導体装置によれば、放熱特性および強度の高い回路基板を備えた半導体装置が得られる。   According to the semiconductor device of the present invention, a semiconductor device including a circuit board having high heat dissipation characteristics and high strength can be obtained.

実施例1で得られた窒化アルミニウム基板の破断面のSEM観察結果。The SEM observation result of the torn surface of the aluminum nitride board | substrate obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた窒化アルミニウム基板の表面のSEM観察結果。The SEM observation result of the surface of the aluminum nitride board | substrate obtained in Example 1. FIG.

[窒化アルミニウム基板]
本発明に係る窒化アルミニウム基板は、複数個の窒化アルミニウム結晶粒と、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物結晶粒と、を備えた多結晶体からなる、窒化アルミニウムを主成分とする複合材料である。本発明に係る窒化アルミニウム基板において、複合酸化物結晶粒は、窒化アルミニウム結晶粒の粒界に存在する。
[Aluminum nitride substrate]
An aluminum nitride substrate according to the present invention is a composite material composed mainly of aluminum nitride, comprising a polycrystal having a plurality of aluminum nitride crystal grains and a composite oxide crystal grain containing a rare earth element and aluminum. It is. In the aluminum nitride substrate according to the present invention, the complex oxide crystal grains exist at the grain boundaries of the aluminum nitride crystal grains.

窒化アルミニウム結晶粒は、平均粒径が5μm以下、好ましくは3μm〜5μmである。   The aluminum nitride crystal grains have an average particle diameter of 5 μm or less, preferably 3 μm to 5 μm.

ここで、窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径とは、窒化アルミニウム基板中の窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径であり、たとえば、窒化アルミニウム基板の破断面で観察される窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径を意味する。窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径は、具体的には、窒化アルミニウム基板の破断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で拡大写真を撮り、破断面における50μm×50μmの矩形の測定範囲を形成し、この測定範囲内に存在する窒化アルミニウム結晶粒の大きさを測定する等により求められる。窒化アルミニウム結晶粒は略球形であるため簡易法として線インターセプト法があり、直線50μm上における窒化アルミニウム結晶粒の個数を図り、(50μm/窒化アルミニウム結晶粒の個数)の式により求める。この作業を3回以上行うことにより平均粒径を算出することができる。   Here, the average grain size of the aluminum nitride crystal grains is the average grain size of the aluminum nitride crystal grains in the aluminum nitride substrate. For example, the average grain size of the aluminum nitride crystal grains observed on the fracture surface of the aluminum nitride substrate Means. Specifically, the average grain size of the aluminum nitride crystal grains is obtained by taking an enlarged photograph of the fractured surface of the aluminum nitride substrate with an SEM (scanning electron microscope), and forming a rectangular measurement range of 50 μm × 50 μm on the fractured surface, It can be obtained by measuring the size of aluminum nitride crystal grains present in this measurement range. Since the aluminum nitride crystal grains are substantially spherical, there is a line intercept method as a simple method. The number of aluminum nitride crystal grains on a straight line of 50 μm is obtained and obtained by the formula (50 μm / number of aluminum nitride crystal grains). The average particle diameter can be calculated by performing this operation three times or more.

窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径が3μm未満であると、熱伝導率が低下するためモジュールの放熱性が悪くなるおそれがある。   If the average particle size of the aluminum nitride crystal grains is less than 3 μm, the heat conductivity of the module may be deteriorated because the thermal conductivity is lowered.

また、窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径が5μmを超えると、窒化アルミニウム結晶粒が破壊の起点となり、基板の3点曲げ強度が低くなるおそれがある。   On the other hand, if the average grain size of the aluminum nitride crystal grains exceeds 5 μm, the aluminum nitride crystal grains may become a starting point of destruction, and the three-point bending strength of the substrate may be lowered.

複合酸化物結晶粒は、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物の結晶粒である。   The complex oxide crystal grains are complex oxide crystal grains containing a rare earth element and aluminum.

複合酸化物を生成する希土類元素としては、たとえば、Y、およびLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb等のランタノイドから選択される少なくとも1種が挙げられる。希土類元素のうち、Yは、アルミニウムと反応してYAM(単斜型構造(モノクリニック構造):M)またはYAP(ペロブスカイト構造:M)を形成し、これらのYAMやYAPは窒化アルミニウム結晶粒との結合力が高いため好ましい。 Examples of the rare earth element that forms the composite oxide include at least one selected from Y and lanthanoids such as La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb. Among rare earth elements, Y reacts with aluminum to form YAM (monoclinic structure (monoclinic structure): M 4 N 2 O 9 ) or YAP (perovskite structure: M 1 N 1 O 3 ). YAM and YAP are preferred because of their high bonding strength with aluminum nitride crystal grains.

窒化アルミニウム基板の複合酸化物結晶粒は、それぞれがYAMの結晶粒またはYAPの結晶粒になっている。   The complex oxide crystal grains of the aluminum nitride substrate are each YAM crystal grains or YAP crystal grains.

ここで、窒化アルミニウム基板の複合酸化物結晶粒がYAMまたはYAPの結晶粒であることは、たとえば、窒化アルミニウム基板表面のX線表面分析法で検出される結晶構造により判断される。   Here, the fact that the complex oxide crystal grains of the aluminum nitride substrate are YAM or YAP is determined by, for example, the crystal structure detected by the X-ray surface analysis method on the surface of the aluminum nitride substrate.

窒化アルミニウム基板の複合酸化物結晶粒は、YAMの結晶粒およびYAPの結晶粒の少なくとも1種で構成されており、いずれか1種の単相であっても2相であってもよい。   The complex oxide crystal grains of the aluminum nitride substrate are composed of at least one of YAM crystal grains and YAP crystal grains, and may be either a single phase or two phases.

このうち、窒化アルミニウム基板の複合酸化物結晶粒は、YAMの結晶粒の単相、またはYAMの結晶粒とYAPの結晶粒との2相のみからなると、3点曲げ強度が高いため好ましい。   Of these, the composite oxide crystal grains of the aluminum nitride substrate are preferably composed of only a single phase of YAM crystal grains or two phases of YAM crystal grains and YAP crystal grains because the three-point bending strength is high.

複合酸化物結晶粒は、窒化アルミニウム結晶粒よりも、熱伝導率が低い特性を有するものである。   The complex oxide crystal grains have a characteristic that the thermal conductivity is lower than that of the aluminum nitride crystal grains.

複合酸化物結晶粒は、平均粒径が5μm以下、好ましくは1μm〜5μmである。   The composite oxide crystal grains have an average particle diameter of 5 μm or less, preferably 1 μm to 5 μm.

ここで、複合酸化物結晶粒の平均粒径とは、窒化アルミニウム基板中の複合酸化物結晶粒の平均粒径であり、たとえば、窒化アルミニウム基板の破断面で観察される複合酸化物結晶粒の平均粒径を意味する。複合酸化物結晶粒の平均粒径の具体的な測定方法は、窒化アルミニウム基板の破断面をRaが0.05〜0.08μmになるまで研磨し、その研磨面をSEMで拡大写真を撮り、研磨面における100μm×100μmの矩形の測定範囲を形成し、この測定範囲内に存在する複合酸化物の大きさを測定する等により求められる。なお、窒化アルミニウム基板の破断面の表面粗さRaが0.05μm未満となっている場合は研磨する必要はなく、そのまま破断面の拡大写真を撮れば良い。   Here, the average particle diameter of the composite oxide crystal grains is the average particle diameter of the composite oxide crystal grains in the aluminum nitride substrate. For example, the composite oxide crystal grains observed on the fracture surface of the aluminum nitride substrate Mean average particle size. The specific method for measuring the average grain size of the complex oxide crystal grains is that the fracture surface of the aluminum nitride substrate is polished until Ra reaches 0.05 to 0.08 μm, and the polished surface is taken with an SEM, A rectangular measurement range of 100 μm × 100 μm on the polished surface is formed, and the size of the complex oxide existing in the measurement range is measured, for example. In addition, when the surface roughness Ra of the fracture surface of the aluminum nitride substrate is less than 0.05 μm, it is not necessary to polish, and an enlarged photograph of the fracture surface may be taken as it is.

複合酸化物結晶粒の平均粒径が5μmを超えると、複合酸化物結晶粒が破壊の起点となり、基板の3点曲げ強度および熱伝導率が低くなるおそれがある。   If the average particle diameter of the complex oxide crystal grains exceeds 5 μm, the complex oxide crystal grains may become a starting point of destruction, and the three-point bending strength and thermal conductivity of the substrate may be lowered.

また、複合酸化物結晶粒の平均粒径が5μmを超えると、活性金属ろう材を用いて窒化アルミニウム基板と金属板とを接合して窒化アルミニウム回路基板を作製したときに、窒化アルミニウム回路基板の接合強度が低くなりやすい。   Further, when the average grain size of the composite oxide crystal grains exceeds 5 μm, when the aluminum nitride circuit board is produced by bonding the aluminum nitride board and the metal plate using the active metal brazing material, the aluminum nitride circuit board Bond strength tends to be low.

窒化アルミニウム回路基板の接合強度が低くなりやすい理由は、以下のとおりである。すなわち、活性金属ろう材を用いて窒化アルミニウム基板と銅板等の金属板とを接合する場合、窒化アルミニウム基板と活性金属ろう材との界面は、主に、窒化アルミニウム基板表面の窒化アルミニウム結晶粒のNと、活性金属ろう材中のTi、Hf、Zr等と、が反応して窒化物を生成することにより接着される。このため、窒化アルミニウム基板表面に、活性金属ろう材中のTi、Hf、Zr等との反応に寄与しない複合酸化物結晶粒が大きい粒径で存在すると、窒化アルミニウム基板表面に窒化アルミニウム結晶粒のNが密に存在せず、窒化アルミニウム基板表面と活性ろう材層との接合強度が低くなりやすいからである。活性ろう材の代わりにTi、Hf、Zr等の活性金属の薄膜を用いる場合も同様の理由により接合強度が低下するおそれがある。窒化アルミニウム基板表面の複合酸化物結晶粒の存在状況は、窒化アルミニウム基板の破断面の複合酸化物結晶粒の存在状況を観察することにより、把握することができる。   The reason why the bonding strength of the aluminum nitride circuit board tends to be low is as follows. That is, when an active metal brazing material is used to join an aluminum nitride substrate and a metal plate such as a copper plate, the interface between the aluminum nitride substrate and the active metal brazing material is mainly composed of aluminum nitride crystal grains on the surface of the aluminum nitride substrate. N is bonded to Ti, Hf, Zr, etc. in the active metal brazing material by reacting to form a nitride. For this reason, if complex oxide crystal grains that do not contribute to the reaction with Ti, Hf, Zr, etc. in the active metal brazing material exist on the surface of the aluminum nitride substrate in a large grain size, the aluminum nitride crystal grains are formed on the surface of the aluminum nitride substrate. This is because N does not exist densely and the bonding strength between the aluminum nitride substrate surface and the active brazing material layer tends to be low. In the case where a thin film of an active metal such as Ti, Hf, Zr or the like is used instead of the active brazing material, there is a possibility that the bonding strength is lowered for the same reason. The presence state of the composite oxide crystal grains on the surface of the aluminum nitride substrate can be grasped by observing the presence state of the composite oxide crystal grains on the fracture surface of the aluminum nitride substrate.

また、複合酸化物結晶粒の平均粒径が1μm未満であると、窒化アルミニウム基板の放熱時に熱流の横切る結晶粒界の数が増えるため、窒化アルミニウム基板の熱伝導率が低くなるおそれがある。   Further, if the average grain size of the composite oxide crystal grains is less than 1 μm, the number of crystal grain boundaries that the heat flow crosses during heat dissipation of the aluminum nitride substrate increases, so that the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate may be lowered.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウム基板に対する希土類元素の含有量が、希土類酸化物換算量で、通常1質量%〜3質量%である。   In the aluminum nitride substrate according to the present invention, the rare earth element content relative to the aluminum nitride substrate is usually 1% by mass to 3% by mass in terms of rare earth oxide.

ここで、希土類酸化物換算量とは、窒化アルミニウム基板中の希土類元素を、希土類元素の酸化物に換算した質量をいう。たとえば、窒化アルミニウム基板中の希土類元素がYの場合、希土類元素の酸化物はYである。 Here, the rare earth oxide equivalent refers to the mass of rare earth elements in the aluminum nitride substrate converted to rare earth oxides. For example, when the rare earth element in the aluminum nitride substrate is Y, the oxide of the rare earth element is Y 2 O 3 .

窒化アルミニウム基板に対する希土類元素の含有量が希土類酸化物換算量で1質量%未満であると、焼結の際に必要な液相成分が少なく窒化アルミニウム結晶粒が緻密化し難いため、熱伝導率が低くなるおそれがある。   When the content of rare earth elements relative to the aluminum nitride substrate is less than 1% by mass in terms of rare earth oxides, the liquid phase component required for sintering is small and the aluminum nitride crystal grains are difficult to be densified. May be lowered.

窒化アルミニウム基板に対する希土類元素の含有量が希土類酸化物換算量で3質量%を超えると、緻密化が促進されて焼結後の複合酸化物の粒径が大きくなりすぎて、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなるおそれがある。   When the content of rare earth elements in the aluminum nitride substrate exceeds 3% by mass in terms of rare earth oxide, densification is promoted and the particle size of the composite oxide after sintering becomes too large. The point bending strength may be lowered.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、不純物としてSiが含まれることがある。窒化アルミニウム基板中のSiの含有量は、質量換算で50ppm以下である。   The aluminum nitride substrate according to the present invention may contain Si as an impurity. The content of Si in the aluminum nitride substrate is 50 ppm or less in terms of mass.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、X線表面分析法によるAlNの最強ピーク高さをIAlN、YAMの最強ピーク高さをIYAMとしたとき、IYAM/IAlNが、0.02以上、好ましくは0.05〜0.15である。 In the aluminum nitride substrate according to the present invention, when the strongest peak height of AlN by X-ray surface analysis is I AlN and the strongest peak height of YAM is I YAM , I YAM / I AlN is 0.02 or more, Preferably it is 0.05-0.15.

ここでAlNの最強ピーク高さIAlNとは、X線表面分析法でAlNのピークが複数個観察されたときに、ピーク高さが最強の高さのピークの値を意味する。YAMの最強ピーク高さIYAMは、AlNの最強ピーク高さIAlNと同様にして定められた値を意味する。 Here, the strongest peak height IAlN of AlN means a peak value having the strongest peak height when a plurality of AlN peaks are observed by X-ray surface analysis. The strongest peak height I YAM of YAM means a value determined in the same manner as the strongest peak height I AlN of AlN .

YAM/IAlNは、窒化アルミニウム基板表面においての窒化アルミニウム結晶粒に対するYAM型の複合酸化物結晶粒の存在比率を示す指標である。 I YAM / I AlN is an index indicating the abundance ratio of YAM type complex oxide crystal grains to aluminum nitride crystal grains on the aluminum nitride substrate surface.

YAM/IAlNが0.02未満であると、窒化アルミニウム基板において複合酸化物結晶粒が窒化アルミニウム結晶粒を結合させ難くなり、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなるおそれがある。 If I YAM / I AlN is less than 0.02, it is difficult for the composite oxide crystal grains to bond the aluminum nitride crystal grains in the aluminum nitride substrate, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate may be lowered.

YAM/IAlNが0.15を超えると、窒化アルミニウム基板の熱伝導率が低くなるおそれがある。 If I YAM / I AlN exceeds 0.15, the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate may be lowered.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、X線表面分析法によるYAPの最強ピーク高さをIYAPとした場合において、上記IYAM/IAlNが0.05〜0.15のとき、IYAP/IAlNが、0.02〜0.05である。 Aluminum nitride substrate according to the present invention, in the case of the strongest peak height of YAP by X-ray surface analysis was I YAP, when the I YAM / I AlN is 0.05 to 0.15, I YAP / I AlN is 0.02-0.05.

YAPの最強ピーク高さIYAPは、AlNの最強ピーク高さIAlNと同様にして定められた値を意味する。 The strongest peak height I YAP of YAP means a value determined in the same manner as the strongest peak height I AlN of AlN .

YAP/IAlNは、窒化アルミニウム基板表面においての窒化アルミニウム結晶粒に対するYAP型の複合酸化物結晶粒の存在比率を示す指標である。 I YAP / I AlN is an index indicating the abundance ratio of YAP-type complex oxide crystal grains to aluminum nitride crystal grains on the surface of the aluminum nitride substrate.

YAM/IAlNが0.05〜0.15のとき、IYAP/IAlNが0.02未満であると、窒化アルミニウム基板において複合酸化物結晶粒が窒化アルミニウム結晶粒を結合させ難くなり、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなるおそれがある。 When I YAM / I AlN is 0.05 to 0.15, when I YAP / I AlN is less than 0.02, it composite oxide grains in an aluminum nitride substrate is less likely to bind the aluminum nitride crystal grains, There is a possibility that the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate is lowered.

YAM/IAlNが0.05〜0.15のとき、IYAP/IAlNが0.05を超えると、窒化アルミニウム基板の熱伝導率が低くなるおそれがある。 When I YAM / I AlN is 0.05 to 0.15, if I YAP / I AlN exceeds 0.05, the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate may be lowered.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、第1焼結工程および第2焼結工程等の焼結工程を経て得られる。   The aluminum nitride substrate according to the present invention is obtained through a sintering process such as a first sintering process and a second sintering process.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、焼結工程後、すなわち焼き上がり後の研磨していない状態での表面粗さRaが通常3μm〜5μmになる。   The aluminum nitride substrate according to the present invention usually has a surface roughness Ra of 3 μm to 5 μm after the sintering step, that is, after polishing and in an unpolished state.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、第1焼結工程および第2焼結工程の後、適宜、研磨工程等を行うことにより、窒化アルミニウム基板の表面を表面粗さRa1μm程度まで平滑化すると、3点曲げ強度が高くなるため好ましい。   If the aluminum nitride substrate according to the present invention smoothes the surface of the aluminum nitride substrate to a surface roughness Ra of about 1 μm by appropriately performing a polishing step after the first sintering step and the second sintering step, 3 Since the point bending strength becomes high, it is preferable.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、表面粗さRa1μm以下の状態の熱伝導率が、200W/m・K以上、好ましくは200W/m・K〜220W/m・Kになる。   The aluminum nitride substrate according to the present invention has a thermal conductivity of 200 W / m · K or more, preferably 200 W / m · K to 220 W / m · K, with a surface roughness Ra of 1 μm or less.

ここで熱伝導率とは、レーザフラッシュ法で測定した熱伝導率を意味する。   Here, the thermal conductivity means the thermal conductivity measured by the laser flash method.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、表面粗さRa1μmの状態の3点曲げ強度が500MPa以上、好ましくは500MPa〜550MPaになる。   The aluminum nitride substrate according to the present invention has a three-point bending strength of 500 MPa or more, preferably 500 MPa to 550 MPa with a surface roughness Ra of 1 μm.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、たとえば、以下の本発明に係る窒化アルミニウム基板の製造方法により効率よく製造される。   The aluminum nitride substrate according to the present invention is efficiently manufactured, for example, by the following method for manufacturing an aluminum nitride substrate according to the present invention.

[窒化アルミニウム基板の製造方法]
本発明に係る窒化アルミニウム基板の製造方法は、脱脂工程と、第1焼結工程と、第2焼結工程と、を備える。
[Method of manufacturing aluminum nitride substrate]
The method for manufacturing an aluminum nitride substrate according to the present invention includes a degreasing step, a first sintering step, and a second sintering step.

(脱脂工程)
脱脂工程は、窒化アルミニウム粉末、希土類酸化物粉末および有機バインダーを成形して得られた特定組成の第1窒化アルミニウム成形体を、非酸化雰囲気中で脱脂して第2窒化アルミニウム成形体を得る工程である。
(Degreasing process)
The degreasing step is a step of degreasing a first aluminum nitride molded body having a specific composition obtained by molding an aluminum nitride powder, a rare earth oxide powder and an organic binder in a non-oxidizing atmosphere to obtain a second aluminum nitride molded body. It is.

詳細には、脱脂工程は、窒化アルミニウム粉末、希土類酸化物粉末および有機バインダーを成形して特定組成の第1窒化アルミニウム成形体を得る第1窒化アルミニウム成形体作製工程と、第1窒化アルミニウム成形体を非酸化雰囲気中で脱脂して第2窒化アルミニウム成形体を得る第2窒化アルミニウム成形体作製工程とを有する。   Specifically, the degreasing step includes a first aluminum nitride molded body production step for obtaining a first aluminum nitride molded body having a specific composition by molding an aluminum nitride powder, a rare earth oxide powder, and an organic binder, and a first aluminum nitride molded body. And a second aluminum nitride molded body producing step for obtaining a second aluminum nitride molded body by degreasing in a non-oxidizing atmosphere.

<第1窒化アルミニウム成形体作製工程>
脱脂工程では、はじめに、第1窒化アルミニウム成形体作製工程を行う。
<First aluminum nitride molded body production process>
In the degreasing step, first, a first aluminum nitride molded body manufacturing step is performed.

第1窒化アルミニウム成形体作製工程は、窒化アルミニウム粉末、希土類酸化物粉末および有機バインダーを成形して、特定組成の第1窒化アルミニウム成形体を得る工程である。   The first aluminum nitride molded body production step is a step of obtaining a first aluminum nitride molded body having a specific composition by molding aluminum nitride powder, rare earth oxide powder and organic binder.

窒化アルミニウム粉末としては、たとえば、平均粒径D50が、通常0.5μm〜2μm、好ましくは0.7μm〜1.5μmのものを用いることができる。ここでD50とは、累積50%粒径を意味する。窒化アルミニウム粉末は、第1および第2の焼結工程を経ると、窒化アルミニウム結晶粒を生成する。 The aluminum nitride powder, for example, the average particle diameter D 50 of generally 0.5Myuemu~2myuemu, can be preferably used ones 0.7Myuemu~1.5Myuemu. Here, D 50 means a cumulative 50% particle size. The aluminum nitride powder generates aluminum nitride crystal grains after the first and second sintering steps.

希土類酸化物粉末としては、たとえば、Y、およびLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Dy、Ho、Er、Yb等のランタノイドから選択される少なくとも1種の希土類元素の酸化物の粉末が用いられる。具体的には、希土類酸化物粉末として、たとえばY粉末が挙げられる。 As the rare earth oxide powder, for example, an oxide powder of at least one rare earth element selected from Y and lanthanoids such as La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb is used. Used. Specifically, examples of the rare earth oxide powder include Y 2 O 3 powder.

希土類酸化物粉末は、第1および第2の焼結工程を経ると、窒化アルミニウム粉末と反応し、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物を生成する。複合酸化物の結晶粒は、窒化アルミニウム結晶粒の粒界に存在し、隣接する窒化アルミニウム結晶粒同士を強く固着する。   When the rare earth oxide powder undergoes the first and second sintering steps, the rare earth oxide powder reacts with the aluminum nitride powder to produce a composite oxide containing a rare earth element and aluminum. The crystal grains of the composite oxide exist at the grain boundaries of the aluminum nitride crystal grains, and strongly adjoin the adjacent aluminum nitride crystal grains.

希土類元素酸化物粉末うち、Y粉末は、アルミニウムと反応してYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネットを形成し、このYAGは窒化アルミニウム結晶粒との結合力が高いため好ましい。 Among rare earth element oxide powders, Y 2 O 3 powder is preferable because it reacts with aluminum to form YAG (yttrium, aluminum, garnet), and this YAG has a high bonding force with aluminum nitride crystal grains.

希土類元素酸化物粉末としては、たとえば、平均粒径D50が、通常0.7μm〜2μm、好ましくは0.9μm〜1.5μmのものを用いることができる。 Examples of the rare earth element oxide powder, for example, the average particle diameter D 50 of generally 0.7Myuemu~2myuemu, can be preferably used ones 0.9Myuemu~1.5Myuemu.

有機バインダーとしては、たとえば、PVB(ポリビニルブチラール)が挙げられる。有機バインダーは、窒化アルミニウム粉末および希土類元素酸化物粉末を結合させて、第1窒化アルミニウム成形体を作製するものである。   Examples of the organic binder include PVB (polyvinyl butyral). The organic binder combines the aluminum nitride powder and the rare earth element oxide powder to produce the first aluminum nitride molded body.

上記の窒化アルミニウム粉末、希土類元素酸化物粉末および有機バインダーは、たとえばエタノール、トルエン、ケトン等の有機溶媒中で混合されるとスラリーを作製する。   When the aluminum nitride powder, rare earth element oxide powder and organic binder are mixed in an organic solvent such as ethanol, toluene or ketone, a slurry is produced.

窒化アルミニウム粉末、希土類元素酸化物粉末および有機バインダーを含むスラリー等の混合物は、希土類酸化物粉末が、窒化アルミニウム粉末と希土類酸化物粉末との合計量に対し1質量%〜3質量%含まれるようにする。   The mixture of the slurry including the aluminum nitride powder, the rare earth element oxide powder and the organic binder contains 1% by mass to 3% by mass of the rare earth oxide powder with respect to the total amount of the aluminum nitride powder and the rare earth oxide powder. To.

スラリーから有機溶媒を除去すると、窒化アルミニウム粉末および希土類元素酸化物粉末が有機バインダーで固着された成形体が得られる。たとえば、スラリーについてドクターブレード法を用いて成形し有機溶媒を除去すると、シート状の成形体(グリーンシート)が得られる。   When the organic solvent is removed from the slurry, a molded body in which the aluminum nitride powder and the rare earth element oxide powder are fixed with an organic binder is obtained. For example, if a slurry is shape | molded using a doctor blade method and an organic solvent is removed, a sheet-like molded object (green sheet) will be obtained.

ドクターブレード法を用いると、グリーンシートの厚さを薄くすることができ、グリーンシート内の脱脂が十分に行われやすくなるため、得られる窒化アルミニウム基板中の炭素量を少なくすることができる。   When the doctor blade method is used, the thickness of the green sheet can be reduced and the degreasing of the green sheet can be easily performed, so that the amount of carbon in the obtained aluminum nitride substrate can be reduced.

このシート状の成形体は、このままで、または必要により所望の大きさに切断することにより、第1窒化アルミニウム成形体が得られる。   The sheet-like molded body is left as it is or is cut into a desired size as necessary, whereby a first aluminum nitride molded body is obtained.

なお、第1窒化アルミニウム成形体は、シート状以外の形態であってもよい。また、第1窒化アルミニウム成形体がシート状である場合、成形方法はシート状の窒化アルミニウム成形体を成形可能な方法であればよく、ドクターブレード法に限られない。   The first aluminum nitride molded body may be in a form other than a sheet form. Further, when the first aluminum nitride molded body is in the form of a sheet, the molding method is not limited to the doctor blade method as long as the method can form the sheet-like aluminum nitride molded body.

第1窒化アルミニウム成形体は、窒化アルミニウム粉末と希土類酸化物粉末との合計量に対し希土類酸化物粉末を1質量%〜3質量%含む。希土類酸化物粉末をこの範囲内の含有量になるように含むと、得られる窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が高くなる。   The first aluminum nitride molded body contains 1% by mass to 3% by mass of rare earth oxide powder with respect to the total amount of aluminum nitride powder and rare earth oxide powder. When the rare earth oxide powder is contained so as to have a content within this range, the three-point bending strength of the obtained aluminum nitride substrate is increased.

<第2窒化アルミニウム成形体作製工程>
脱脂工程では、第1窒化アルミニウム成形体作製工程の次に、第2窒化アルミニウム成形体作製工程を行う。
<Second aluminum nitride molded body production process>
In the degreasing step, the second aluminum nitride molded body manufacturing step is performed after the first aluminum nitride molded body manufacturing step.

第2窒化アルミニウム成形体作製工程は、第1窒化アルミニウム成形体を、非酸化雰囲気中で脱脂して第2窒化アルミニウム成形体を得る工程である。   The second aluminum nitride molded body manufacturing step is a step of obtaining the second aluminum nitride molded body by degreasing the first aluminum nitride molded body in a non-oxidizing atmosphere.

第2窒化アルミニウム成形体は、脱脂により第1窒化アルミニウム成形体から有機バインダーを除去することにより得られる。第2窒化アルミニウム成形体は、実質的に炭素を含まず、窒化アルミニウム粉末および希土類酸化物粉末からなる成形体である。   The second aluminum nitride molded body is obtained by removing the organic binder from the first aluminum nitride molded body by degreasing. The second aluminum nitride molded body is a molded body substantially free of carbon and made of aluminum nitride powder and rare earth oxide powder.

第1窒化アルミニウム成形体の脱脂は、非酸化雰囲気中で熱処理することにより行われる。ここで非酸化雰囲気としては、たとえば、窒素ガスやアルゴンガスが用いられる。このうち、窒素ガスは、安価であるため好ましい。   The degreasing of the first aluminum nitride molded body is performed by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere. Here, as the non-oxidizing atmosphere, for example, nitrogen gas or argon gas is used. Of these, nitrogen gas is preferable because it is inexpensive.

熱処理を非酸化雰囲気中で行うことにより、窒化アルミニウム成形体が酸化されることを防ぐことになる。   By performing the heat treatment in a non-oxidizing atmosphere, the aluminum nitride molded body is prevented from being oxidized.

脱脂の熱処理条件は、通常600℃〜850℃である。脱脂の熱処理条件が600℃〜850℃であると、有機バインダーが効率よく消失する。有機バインダーが必要以上に残存すると成形体中の炭素量が多くなるため好ましくない。   The heat treatment conditions for degreasing are usually 600 ° C to 850 ° C. When the heat treatment condition for degreasing is 600 ° C. to 850 ° C., the organic binder is efficiently lost. If the organic binder remains more than necessary, the amount of carbon in the molded body increases, which is not preferable.

(第1焼結工程)
第1焼結工程は、第2窒化アルミニウム成形体を不活性雰囲気中、1300℃〜1500℃で焼結させて第1焼結体を得る工程である。
(First sintering step)
The first sintering step is a step of obtaining the first sintered body by sintering the second aluminum nitride molded body at 1300 ° C. to 1500 ° C. in an inert atmosphere.

第2窒化アルミニウム成形体を焼結させることにより、窒化アルミニウム結晶粒と、この窒化アルミニウム結晶粒の粒界に存在し、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物結晶粒と、を備えた多孔質体である第1焼結体が得られる。   By sintering the second aluminum nitride molded body, a porous body comprising aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains present at the grain boundaries of the aluminum nitride crystal grains and containing a rare earth element and aluminum The 1st sintered compact which is a body is obtained.

不活性雰囲気としては、たとえば、たとえば、窒素ガス、アルゴンガスが用いられる。このうち、窒素ガスは、安価であるため好ましい。   As the inert atmosphere, for example, nitrogen gas or argon gas is used. Of these, nitrogen gas is preferable because it is inexpensive.

不活性雰囲気は、通常1atm〜100atmにする。不活性雰囲気の圧力を1atmを超えるようにすると、窒化アルミニウム基板の結晶組織が緻密になる。   The inert atmosphere is usually 1 atm to 100 atm. When the pressure of the inert atmosphere exceeds 1 atm, the crystal structure of the aluminum nitride substrate becomes dense.

第1焼結工程を不活性雰囲気中で行うことにより、焼結の際に、有機バインダー等の炭素含有成分が除去され、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒中の炭素量を少なくすることができる。   By performing the first sintering step in an inert atmosphere, carbon-containing components such as an organic binder are removed during sintering, and the amount of carbon in the aluminum nitride crystal grains and the composite oxide crystal grains is reduced. Can do.

第1焼結工程の処理温度は1300℃〜1500℃である。   The processing temperature of the first sintering step is 1300 ° C to 1500 ° C.

第1焼結工程の処理温度が1300℃未満であると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の焼結が不十分になり、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the treatment temperature in the first sintering step is less than 1300 ° C., the aluminum nitride crystal grains and the composite oxide crystal grains are not sufficiently sintered, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be low.

第1焼結工程の処理温度が1500℃を超えると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒のち密化が促進されすぎて、窒化アルミニウム基板の熱伝導率が低くなりやすい。   When the processing temperature of the first sintering step exceeds 1500 ° C., the densification of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains is promoted too much, and the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate tends to be low.

第1焼結工程の処理時間は、通常2時間〜5時間である。   The processing time of the first sintering step is usually 2 hours to 5 hours.

処理時間が2時間未満であると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の焼結が不十分になり、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the treatment time is less than 2 hours, the sintering of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains becomes insufficient, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be low.

処理時間が5時間を超えると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の粒成長が促進されすぎて、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the treatment time exceeds 5 hours, the growth of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains is promoted too much, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be lowered.

(第2焼結工程)
第2焼結工程は、第1焼結体を不活性雰囲気中、1780℃〜1820℃で焼結させて窒化アルミニウム基板を得る工程である。
(Second sintering step)
The second sintering step is a step of obtaining the aluminum nitride substrate by sintering the first sintered body at 1780 ° C. to 1820 ° C. in an inert atmosphere.

第1焼結体を焼結させることにより、窒化アルミニウム結晶粒および複合酸化物結晶粒が成長して緻密化し、窒化アルミニウム基板が得られる。   By sintering the first sintered body, aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains grow and become dense, and an aluminum nitride substrate is obtained.

不活性雰囲気としては、たとえば、窒素ガス、アルゴンガスが用いられる。このうち、窒素ガスは、安価であるため好ましい。   As the inert atmosphere, for example, nitrogen gas or argon gas is used. Of these, nitrogen gas is preferable because it is inexpensive.

不活性雰囲気は、通常1atm〜100atmにする。不活性雰囲気の圧力が1atmを超えるようにすると、窒化アルミニウム基板の結晶組織が緻密になる。   The inert atmosphere is usually 1 atm to 100 atm. When the pressure of the inert atmosphere exceeds 1 atm, the crystal structure of the aluminum nitride substrate becomes dense.

第2焼結工程を不活性雰囲気中で行うことにより、窒化アルミニウム基板から適度な量の脱酸素が行われ、窒化アルミニウム結晶粒および複合酸化物結晶粒が成長して緻密化する。   By performing the second sintering step in an inert atmosphere, an appropriate amount of deoxygenation is performed from the aluminum nitride substrate, and aluminum nitride crystal grains and complex oxide crystal grains grow and become dense.

第2焼結工程の処理温度は1780℃〜1820℃である。これにより、相対密度99%以上の高密度窒化アルミニウム焼結体が得られる。なお、相対密度は(実測値/理論密度)×100(%)により求められる値であり、実測値はアルキメデス法、理論密度は焼結助剤成分を酸化物換算した値を使う簡易法で求めてよい。例えば、Y換算で3質量%のY、残部窒化アルミニウムの窒化アルミニウム焼結体の場合、(0.97×3.3g/cm+0.03×5.03g/cm)=3.35g/cmが理論密度となる。なお、窒化アルミニウム(AlN)の理論密度3.3g/cm、酸化イットリウム(Y)の理論密度5.03g/cmは、それぞれ「岩波 理化学辞典 第5版」から引用した。 The processing temperature of the second sintering step is 1780 ° C to 1820 ° C. Thereby, a high-density aluminum nitride sintered body having a relative density of 99% or more is obtained. The relative density is a value obtained by (actual value / theoretical density) × 100 (%), the actual value is the Archimedes method, and the theoretical density is obtained by a simple method using a value obtained by converting the sintering aid component into an oxide. It's okay. For example, in the case of an aluminum nitride sintered body of 3 mass% Y in terms of Y 2 O 3 and the remaining aluminum nitride, (0.97 × 3.3 g / cm 3 + 0.03 × 5.03 g / cm 3 ) = 3 .35 g / cm 3 is the theoretical density. The theoretical density of aluminum nitride (AlN) of 3.3 g / cm 3 and the theoretical density of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) of 5.03 g / cm 3 were respectively quoted from “Iwanami Physical and Chemical Dictionary 5th Edition”.

第2焼結工程の処理温度が1780℃未満であると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の緻密化が不十分になり、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the treatment temperature in the second sintering step is less than 1780 ° C., the aluminum nitride crystal grains and the complex oxide crystal grains are insufficiently densified, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be low.

第2焼結工程の処理温度が1820℃を超えると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の粒成長が促進されすぎて、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the processing temperature in the second sintering step exceeds 1820 ° C., the growth of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains is promoted too much, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be lowered.

第2焼結工程の処理時間は、通常2時間〜5時間である。   The processing time of the second sintering step is usually 2 hours to 5 hours.

処理時間が2時間未満であると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の緻密化が不十分になり、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the treatment time is less than 2 hours, densification of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains becomes insufficient, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be lowered.

処理時間が5時間を超えると、窒化アルミニウム結晶粒や複合酸化物結晶粒の粒成長が促進されすぎて、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が低くなりやすい。   When the treatment time exceeds 5 hours, the growth of aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains is promoted too much, and the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate tends to be lowered.

第2焼結工程を経て得られた窒化アルミニウム基板は、本発明に係る窒化アルミニウム基板である。   The aluminum nitride substrate obtained through the second sintering step is the aluminum nitride substrate according to the present invention.

すなわち、得られた窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウム結晶粒と、この窒化アルミニウム結晶粒の粒界の空間に配置され、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物結晶粒と、を備えた多結晶体からなる窒化アルミニウム基板であって、窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径が5μm以下であり、複合酸化物結晶粒の平均粒径が5μm以下であり、熱伝導率が200W/m・K以上であり、3点曲げ強度が500MPa以上であるものになる。   That is, the obtained aluminum nitride substrate is a polycrystalline body provided with aluminum nitride crystal grains and composite oxide crystal grains that are disposed in the grain boundary space of the aluminum nitride crystal grains and include a rare earth element and aluminum. An aluminum nitride substrate comprising: an aluminum nitride crystal grain having an average grain size of 5 μm or less; a composite oxide crystal grain having an average grain size of 5 μm or less; and a thermal conductivity of 200 W / m · K or more. The three-point bending strength is 500 MPa or more.

また、第2焼結工程を経て得られた窒化アルミニウム基板は、通常、複合酸化物結晶粒は、X線表面分析法(XRD)で検出される結晶構造が、YAM単相、またはYAMとYAPとの2相のみからなるものになる。   In addition, the aluminum nitride substrate obtained through the second sintering step usually has a composite oxide crystal grain having a YAM single phase or YAM and YAP crystal structure detected by X-ray surface analysis (XRD). And consists of only two phases.

本発明に係る窒化アルミニウム基板の製造方法は、必要により研磨工程をさらに備えていてもよい。   The method for producing an aluminum nitride substrate according to the present invention may further include a polishing step if necessary.

(研磨工程)
研磨工程は、第2焼結工程で得られた窒化アルミニウム基板の表面を表面粗さRa1μm以下まで研磨する工程である。
(Polishing process)
The polishing step is a step of polishing the surface of the aluminum nitride substrate obtained in the second sintering step to a surface roughness Ra of 1 μm or less.

第2焼結工程で得られた窒化アルミニウム基板は、焼き上がり後の研磨していない状態での表面粗さRaが通常3μm〜5μmになる。   The aluminum nitride substrate obtained in the second sintering step usually has a surface roughness Ra of 3 μm to 5 μm in an unpolished state after baking.

本工程で窒化アルミニウム基板の表面を表面粗さRa1μm以下まで研磨すると、窒化アルミニウム基板の3点曲げ強度が高くなる。   When the surface of the aluminum nitride substrate is polished to a surface roughness Ra of 1 μm or less in this step, the three-point bending strength of the aluminum nitride substrate is increased.

窒化アルミニウム基板の表面を表面粗さRa1μm以下まで研磨する研磨方法としては、たとえばバフ研磨、ラップ研磨が挙げられる。   Examples of the polishing method for polishing the surface of the aluminum nitride substrate to a surface roughness Ra of 1 μm or less include buff polishing and lapping.

[窒化アルミニウム回路基板]
本発明に係る窒化アルミニウム基板は、基板上に導体部を設けることにより窒化アルミニウム回路基板を作製することができる。
[Aluminum nitride circuit board]
In the aluminum nitride substrate according to the present invention, an aluminum nitride circuit substrate can be produced by providing a conductor portion on the substrate.

導体部としては、たとえば、銅等の金属導体や、Ti、ZrおよびHfより選ばれる1種以上からなる活性金属薄膜が挙げられる。   As a conductor part, the active metal thin film which consists of 1 type or more chosen from metal conductors, such as copper, and Ti, Zr, and Hf, for example is mentioned.

導体部が銅等の金属導体である場合、窒化アルミニウム回路基板は、たとえば、窒化アルミニウム基板の表面に、活性金属ろう材層を介して金属板を接合し、金属板に適宜エッチング等を行って導体回路を形成することにより、作製することができる。   When the conductor portion is a metal conductor such as copper, the aluminum nitride circuit board is obtained by, for example, joining a metal plate to the surface of the aluminum nitride substrate via an active metal brazing material layer and performing appropriate etching or the like on the metal plate. It can be produced by forming a conductor circuit.

活性金属ろう材層とは、活性金属ろう材からなる層である。活性金属ろう材とは、Ti、Hf、Zrの少なくとも1種を含有したろう材であり、メタライズ処理や表面処理を行わずにセラミックスと金属とを直接にろう付けすることができるろう材である。活性ろう材は、ろう材中のTi、Hf、Zr等と、窒化アルミニウム基板表面の窒化アルミニウム結晶粒のNと、が反応することにより窒化アルミニウム基板と接着される。   The active metal brazing material layer is a layer made of an active metal brazing material. An active metal brazing material is a brazing material containing at least one of Ti, Hf, and Zr, and can braze ceramics and metal directly without performing metallization or surface treatment. . The active brazing material is bonded to the aluminum nitride substrate by reaction of Ti, Hf, Zr, etc. in the brazing material with N of the aluminum nitride crystal grains on the surface of the aluminum nitride substrate.

活性金属ろう材としては、たとえば、Ag−Cu−Ti−In、Ag−Cu−Tiが挙げられる。   Examples of the active metal brazing material include Ag-Cu-Ti-In and Ag-Cu-Ti.

金属板としては、たとえば、銅板が挙げられる。   An example of the metal plate is a copper plate.

本発明に係る窒化アルミニウム基板は、表面に露出した複合酸化物結晶粒が小さいため、窒化アルミニウム基板と活性金属ろう材との接合強度が高い。   Since the aluminum oxide substrate according to the present invention has small complex oxide crystal grains exposed on the surface, the bonding strength between the aluminum nitride substrate and the active metal brazing material is high.

また、導体部がTi、ZrおよびHfより選ばれる1種以上からなる活性金属薄膜である場合、活性金属薄膜からなる薄膜導体部としてはTi/Pt/Au等の3層構造としたものが挙げられる。   When the conductor part is an active metal thin film made of one or more selected from Ti, Zr and Hf, the thin film conductor part made of the active metal thin film has a three-layer structure such as Ti / Pt / Au. It is done.

[半導体装置]
本発明に係る窒化アルミニウム半導体装置は、回路基板に半導体素子を搭載することにより得られる。
[Semiconductor device]
The aluminum nitride semiconductor device according to the present invention can be obtained by mounting a semiconductor element on a circuit board.

回路基板上への半導体素子の搭載は、たとえば、金属板または薄膜からなる導体部上に半田層を介して半導体素子を搭載する。半導体素子としてはIGBT等のパワー素子や発光ダイオード(LED)等が挙げられる。また、必要に応じ、ワイヤーボンディングにより配線接続することができる。   The semiconductor element is mounted on the circuit board by, for example, mounting the semiconductor element on a conductor portion made of a metal plate or a thin film via a solder layer. Examples of the semiconductor element include a power element such as an IGBT and a light emitting diode (LED). Further, if necessary, wiring connection can be made by wire bonding.

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。   Examples are shown below, but the present invention is not construed as being limited thereto.

[実施例1]
(窒化アルミニウム基板の作製)
<脱脂工程>
平均粒径0.9μmのAlN粉末と平均粒径1.1μmのY粉末とを、表1に示す割合で有機溶媒(エタノール)中に投入して混合し、さらにPVB(ポリビニルブチラール)を加えてスラリーを調製した。表1に示すAlN粉末の量は、AlN粉末とY粉末との合計量を100質量%とし、100質量%からY粉末量を差し引いた残部である。次に、このスラリーから、ドクターブレード法によりシートを成形した。得られたグリーンシートを切断して50mm×45mm×1mmのシート状の第1成形体を作製した。
[Example 1]
(Preparation of aluminum nitride substrate)
<Degreasing process>
An AlN powder having an average particle size of 0.9 μm and a Y 2 O 3 powder having an average particle size of 1.1 μm are mixed in an organic solvent (ethanol) at a ratio shown in Table 1, and then PVB (polyvinyl butyral). Was added to prepare a slurry. The amount of AlN powder shown in Table 1 is the balance obtained by subtracting the amount of Y 2 O 3 powder from 100% by mass, with the total amount of AlN powder and Y 2 O 3 powder being 100% by mass. Next, a sheet was formed from this slurry by a doctor blade method. The obtained green sheet was cut to produce a sheet-shaped first molded body of 50 mm × 45 mm × 1 mm.

第1成形体を窒素ガス雰囲気中、800℃で4時間加熱して脱脂し、第2成形体を得た。   The first molded body was degreased by heating at 800 ° C. for 4 hours in a nitrogen gas atmosphere to obtain a second molded body.

<第1焼結工程>
第2成形体を、1atmの窒素ガス雰囲気中、1400℃で4時間加熱し、第1焼結体を得た。
<First sintering step>
The 2nd molded object was heated at 1400 degreeC in 1 atm nitrogen gas atmosphere for 4 hours, and the 1st sintered compact was obtained.

<第2焼結工程>
第1焼結体を、1atmの窒素ガス雰囲気中、1820℃で5時間加熱し、窒化アルミニウム基板を得た。得られた窒化アルミニウム基板について、焼き上がり面の表面粗さRaを測定したところ、測定場所によりばらつきがあり、3μm〜5μmの範囲内であった。
<Second sintering step>
The first sintered body was heated in a 1 atm nitrogen gas atmosphere at 1820 ° C. for 5 hours to obtain an aluminum nitride substrate. When the surface roughness Ra of the baked surface was measured for the obtained aluminum nitride substrate, there was variation depending on the measurement location, and it was in the range of 3 μm to 5 μm.

<研磨工程>
窒化アルミニウム基板の表面を、バフ研磨で表面粗さRaが1μmになるまで研磨した。
<Polishing process>
The surface of the aluminum nitride substrate was polished by buffing until the surface roughness Ra became 1 μm.

(窒化アルミニウム基板の評価)
<熱伝導率>
研磨後の窒化アルミニウム基板について、レーザフラッシュ法で熱伝導率を測定した。
(Evaluation of aluminum nitride substrate)
<Thermal conductivity>
The thermal conductivity of the polished aluminum nitride substrate was measured by a laser flash method.

<AlN結晶粒の平均粒径>
得られた窒化アルミニウム基板について、窒化アルミニウム基板内部のAlN結晶粒の平均粒径を求めた。窒化アルミニウム基板を人力で破断して得られた破断面についてSEM(走査型電子顕微鏡)で倍率2000倍の拡大写真を撮り、この写真上に、破断面における50μm×50μmの矩形の測定範囲を形成し、この測定範囲内に存在するAlN結晶粒の粒径を測定し、平均値を算出した。
<Average grain size of AlN crystal grains>
About the obtained aluminum nitride board | substrate, the average particle diameter of the AlN crystal grain inside an aluminum nitride board | substrate was calculated | required. The fracture surface obtained by manually rupturing an aluminum nitride substrate is taken with an SEM (scanning electron microscope) at a magnification of 2000 times, and a rectangular measurement range of 50 μm × 50 μm is formed on the fracture surface. And the particle size of the AlN crystal grain which exists in this measurement range was measured, and the average value was computed.

<複合酸化物結晶粒の平均粒径>
得られた窒化アルミニウム基板について、窒化アルミニウム基板の破断面の研磨後の表面における、複合酸化物結晶粒の平均粒径を求めた。窒化アルミニウム基板を人力で破断して得られた破断面をRaが0.08μmになるまで研磨し、この研磨後の破断面についてSEMで倍率1000倍の拡大写真を撮り、この写真上に、研磨後の破断面における100μm×100μmの矩形の測定範囲を形成し、この測定範囲内に存在する複合酸化物結晶粒の平均粒径を求めた。
<Average particle diameter of complex oxide crystal grains>
About the obtained aluminum nitride board | substrate, the average particle diameter of the complex oxide crystal grain in the surface after grinding | polishing of the fracture surface of an aluminum nitride board | substrate was calculated | required. The fracture surface obtained by manually rupturing the aluminum nitride substrate was polished until Ra reached 0.08 μm, and an enlarged photograph of the magnification of 1000 times was taken with an SEM on the fracture surface after polishing. A rectangular measurement range of 100 μm × 100 μm in the subsequent fracture surface was formed, and the average particle size of the complex oxide crystal grains existing in this measurement range was determined.

なお、窒化アルミニウム基板の破断面および研磨後の破断面の拡大写真において、AlN結晶粒は灰色に、複合酸化物結晶粒は白色にそれぞれ写るので肉眼で識別可能である。また、窒化アルミニウム基板の表面の拡大写真においても、AlN結晶粒は灰色に、複合酸化物結晶粒は白色にそれぞれ写るので肉眼で識別可能である。   In the enlarged photograph of the fracture surface of the aluminum nitride substrate and the fracture surface after polishing, the AlN crystal grains appear in gray and the complex oxide crystal grains appear in white, so that they can be identified with the naked eye. Also, in the enlarged photograph of the surface of the aluminum nitride substrate, the AlN crystal grains appear in gray and the complex oxide crystal grains appear in white, so that they can be identified with the naked eye.

図1に窒化アルミニウム基板の破断面のSEM観察結果、図2に窒化アルミニウム基板の研磨後の表面のSEM観察結果をそれぞれ示す。図1および図2中、白く映っている部分が複合酸化物結晶粒であり、黒く映っている部分がAlN結晶粒である。   FIG. 1 shows the SEM observation result of the fracture surface of the aluminum nitride substrate, and FIG. 2 shows the SEM observation result of the polished surface of the aluminum nitride substrate. In FIG. 1 and FIG. 2, the part that appears white is the complex oxide crystal grain, and the part that appears black is the AlN crystal grain.

<X線回折法による最強ピーク強度比>
得られた窒化アルミニウム基板の研磨後の表面について、X線回折法(X線表面分析法)で、AlN、複合酸化物結晶粒のYAM(単斜型構造(モノクリニック構造):M)、および複合酸化物結晶粒のYAP(ペロブスカイト構造:M)のそれぞれのピークを測定した。
<Strongest peak intensity ratio by X-ray diffraction method>
The surface after polishing of the obtained aluminum nitride substrate, an X-ray diffraction method (X-ray surface analysis techniques), AlN, complex oxide grains YAM (monoclinic type structure (monoclinic structure): M 4 N 2 The respective peaks of O 9 ) and YAP (perovskite structure: M 1 N 1 O 3 ) of the composite oxide crystal grains were measured.

次に、AlN、YAMおよびYAPのそれぞれのピークのうち、強度が最大のピーク強度をIAlN、IYAMおよびIYAPとし、最強ピーク強度比としてIYAM/IAlNおよびIYAP/IAlNを算出した。 Next, among the peaks of AlN, YAM, and YAP, the peak intensities having the maximum intensity are I AlN , I YAM, and I YAP, and I YAM / I AlN and I YAP / I AlN are calculated as the strongest peak intensity ratios. did.

<相対密度>
実施例に係る窒化アルミニウム基板は、相対密度99.8%であった。
<Relative density>
The aluminum nitride substrate according to the example had a relative density of 99.8%.

<3点曲げ強度>
表面を研磨した窒化アルミニウム基板について、JIS−R−1601に準じてスパン30mm、クロスヘッドスピード0.5mm/minの条件で3点曲げ強度を測定した。
<3-point bending strength>
With respect to the aluminum nitride substrate whose surface was polished, the three-point bending strength was measured under the conditions of a span of 30 mm and a crosshead speed of 0.5 mm / min according to JIS-R-1601.

表1〜表3に窒化アルミニウム基板の製造条件および測定結果を示す。
Tables 1 to 3 show the manufacturing conditions and measurement results of the aluminum nitride substrate.

(窒化アルミニウム回路基板の作製)
表面を表面粗さRa0.08μmに研磨した窒化アルミニウム基板を用い、この基板の両面に活性金属ろう材(Ag−Cu−Ti−In)を塗布し、塗布面に銅板を接合して窒化アルミニウム回路基板を作製した。
(Preparation of aluminum nitride circuit board)
An aluminum nitride substrate having a surface polished to a surface roughness Ra of 0.08 μm is used, an active metal brazing material (Ag—Cu—Ti—In) is applied to both surfaces of the substrate, and a copper plate is joined to the coated surface to form an aluminum nitride circuit. A substrate was produced.

(窒化アルミニウム回路基板の評価)
<接合強度>
得られた窒化アルミニウム回路基板について、窒化アルミニウム基板と銅板との接合強度を測定した。接合強度は、引張試験機を用い、窒化アルミニウム基板を銅板から引き剥がすことにより測定した値である。
(Evaluation of aluminum nitride circuit board)
<Joint strength>
With respect to the obtained aluminum nitride circuit board, the bonding strength between the aluminum nitride board and the copper plate was measured. The bonding strength is a value measured by peeling the aluminum nitride substrate from the copper plate using a tensile tester.

表4に窒化アルミニウム回路基板の接合強度を示す。
Table 4 shows the bonding strength of the aluminum nitride circuit board.

[実施例2〜5、比較例1〜2]
製造条件を表1および表2に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして窒化アルミニウム基板および窒化アルミニウム回路基板を作製した。
[Examples 2-5, Comparative Examples 1-2]
An aluminum nitride substrate and an aluminum nitride circuit substrate were produced in the same manner as in Example 1 except that the manufacturing conditions were changed as shown in Tables 1 and 2.

なお、比較例2は、AlN結晶粒が緻密化せず、充分な強度を有する窒化アルミニウム基板を作製することができなかった。   In Comparative Example 2, the AlN crystal grains were not densified, and an aluminum nitride substrate having sufficient strength could not be produced.

得られた窒化アルミニウム基板は、焼き上がり面の表面粗さRaが3μm〜5μmのばらつきを示したが、実施例1と同様に研磨工程を行い、Raを0.05μmにした。   The obtained aluminum nitride substrate showed variations in the surface roughness Ra of the baked surface of 3 μm to 5 μm, but the polishing step was performed in the same manner as in Example 1 to set Ra to 0.05 μm.

窒化アルミニウム回路基板は、実施例1と同様に、研磨工程後の窒化アルミニウム基板を用いて作製した。   The aluminum nitride circuit board was produced using the aluminum nitride substrate after the polishing step, as in Example 1.

得られた窒化アルミニウム基板および窒化アルミニウム回路基板について実施例1と同様にして評価した。   The obtained aluminum nitride substrate and aluminum nitride circuit substrate were evaluated in the same manner as in Example 1.

表1〜表3に窒化アルミニウム基板の製造条件および測定結果を示す。表4に窒化アルミニウム回路基板の接合強度を示す。   Tables 1 to 3 show the manufacturing conditions and measurement results of the aluminum nitride substrate. Table 4 shows the bonding strength of the aluminum nitride circuit board.

本実施例(実施例1〜5)に係るAlN基板は、熱伝導率200W/m・K以上で3点曲げ強度500MPa以上であることが分かった。また、実施例2〜5に係る窒化アルミニウム基板についても相対密度は99.2%以上であった。   The AlN substrate according to this example (Examples 1 to 5) was found to have a thermal conductivity of 200 W / m · K or more and a three-point bending strength of 500 MPa or more. The relative density of the aluminum nitride substrates according to Examples 2 to 5 was 99.2% or higher.

また、本実施例に係るAlN回路基板は接合強度も良好であることが分かった。この結果から分かる通り、本実施例では200W/m・K以上、特に200W/m・K〜220W/m・Kの窒化アルミニウム基板において強度500MPa以上のものを得ることができる。また、実施例1〜5に係るAlN回路基板を使った半導体装置は導体部の接合強度が良好であるため、信頼性の高い半導体装置を提供できる。   It was also found that the AlN circuit board according to the present example has good bonding strength. As can be seen from this result, in this example, an aluminum nitride substrate having a strength of 500 MPa or more can be obtained in an aluminum nitride substrate of 200 W / m · K or more, particularly 200 W / m · K to 220 W / m · K. Moreover, since the semiconductor device using the AlN circuit board according to the first to fifth embodiments has a good bonding strength of the conductor portion, a highly reliable semiconductor device can be provided.

Claims (13)

複数個の窒化アルミニウム結晶粒と、
この窒化アルミニウム結晶粒の粒界に存在し、希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物結晶粒と、
を備えた多結晶体からなり、窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム基板であって、
前記窒化アルミニウム結晶粒の平均粒径が5μm以下であり、
前記複合酸化物結晶粒の平均粒径が5μm以下であり、
熱伝導率が200W/m・K以上であり、
3点曲げ強度が500MPa以上であることを特徴とする窒化アルミニウム基板。
A plurality of aluminum nitride crystal grains;
Present in the grain boundary of the aluminum nitride crystal grains, composite oxide crystal grains containing rare earth elements and aluminum,
An aluminum nitride substrate composed mainly of aluminum nitride,
The aluminum nitride crystal grains have an average grain size of 5 μm or less;
The composite oxide crystal grains have an average particle size of 5 μm or less,
The thermal conductivity is 200 W / m · K or more,
An aluminum nitride substrate having a three-point bending strength of 500 MPa or more.
前記複合酸化物結晶粒は、X線表面分析法で検出される結晶構造が、YAM単相、またはYAMとYAPとの2相のみからなることを特徴とする請求項1記載の窒化アルミニウム基板。 2. The aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein the complex oxide crystal grains have a crystal structure detected by an X-ray surface analysis method consisting of only a single phase of YAM or two phases of YAM and YAP. 前記窒化アルミニウム基板に対する希土類元素の含有量が、希土類酸化物換算量で1質量%〜3質量%であることを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板。 3. The aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein a content of the rare earth element with respect to the aluminum nitride substrate is 1% by mass to 3% by mass in terms of a rare earth oxide equivalent. X線表面分析法によるAlNの最強ピーク高さをIAlN、YAMの最強ピーク高さをIYAMとしたとき、IYAM/IAlNが0.02以上であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板。 The strongest peak height of AlN by X-ray surface analysis method I AlN, when the strongest peak height of YAM and the I YAM, claims 1, wherein the I YAM / I AlN is 0.02 or more 4. The aluminum nitride substrate according to any one of 3 above. X線表面分析法によるAlNの最強ピーク高さをIAlN、YAMの最強ピーク高さをIYAM、YAPの最強ピーク高さをIYAPとしたとき、IYAM/IAlNが0.05〜0.15、IYAP/IAlNが0.02〜0.05であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板。 The strongest peak height of AlN by X-ray surface analysis method I AlN, the strongest peak of YAM height I YAM, when the strongest peak height of YAP was I YAP, the I YAM / I AlN .05 to 0 The aluminum nitride substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein 0.15 and I YAP / I AlN are 0.02 to 0.05. 基板表面の表面粗さがRa1μm以下であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板。 The aluminum nitride substrate according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface roughness of the substrate surface is Ra 1 µm or less. 前記3点曲げ強度は、基板表面の表面粗さがRa1μm以下の基板で測定した値であることを特徴とする請求項6に記載の窒化アルミニウム基板。 The aluminum nitride substrate according to claim 6, wherein the three-point bending strength is a value measured on a substrate having a surface roughness Ra of 1 μm or less. 窒化アルミニウム粉末、希土類酸化物粉末および有機バインダーを成形して、前記窒化アルミニウム粉末と希土類酸化物粉末との合計量に対し前記希土類酸化物粉末を1質量%〜3質量%含む第1窒化アルミニウム成形体を得、この第1窒化アルミニウム成形体を非酸化雰囲気中で脱脂して第2窒化アルミニウム成形体を得る脱脂工程と、
第2窒化アルミニウム成形体を不活性雰囲気中、1300℃〜1500℃で焼結させて第1焼結体を得る第1焼結工程と、
前記第1焼結体を不活性雰囲気中、1780℃〜1820℃で焼結させて窒化アルミニウム基板を得る第2焼結工程と、
を備えることを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
First aluminum nitride molding comprising molding aluminum nitride powder, rare earth oxide powder and organic binder, and containing 1% by mass to 3% by mass of said rare earth oxide powder with respect to the total amount of said aluminum nitride powder and rare earth oxide powder. A degreasing step of obtaining a second aluminum nitride molded body by degreasing the first aluminum nitride molded body in a non-oxidizing atmosphere;
A first sintering step of obtaining a first sintered body by sintering the second aluminum nitride molded body at 1300 ° C. to 1500 ° C. in an inert atmosphere;
A second sintering step of obtaining an aluminum nitride substrate by sintering the first sintered body at 1780 ° C. to 1820 ° C. in an inert atmosphere;
The manufacturing method of the aluminum nitride board | substrate characterized by the above-mentioned.
前記窒化アルミニウム基板は、複数個の窒化アルミニウム結晶粒と、この窒化アルミニウム結晶粒の粒界に存在し希土類元素とアルミニウムとを含む複合酸化物結晶粒と、を備えた多結晶体からなり、窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム基板であり、
前記複合酸化物結晶粒は、X線表面分析法で検出される結晶構造が、YAM単相、またはYAMとYAPとの2相のみからなることを特徴とする請求項8記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
The aluminum nitride substrate is made of a polycrystalline body including a plurality of aluminum nitride crystal grains, and a composite oxide crystal grain containing a rare earth element and aluminum present at a grain boundary of the aluminum nitride crystal grains, and is nitrided An aluminum nitride substrate mainly composed of aluminum,
9. The aluminum nitride substrate according to claim 8, wherein the complex oxide crystal grains have a crystal structure detected by an X-ray surface analysis method consisting of only a single phase of YAM or two phases of YAM and YAP. Production method.
前記第1窒化アルミニウム成形体は、ドクターブレード法で成形されたものであることを特徴とする請求項8または9に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。 The method for manufacturing an aluminum nitride substrate according to claim 8 or 9, wherein the first aluminum nitride molded body is formed by a doctor blade method. 前記第2焼結工程で得られた窒化アルミニウム基板の表面を表面粗さRa1μm以下まで研磨する研磨工程をさらに備えることを特徴とする請求項8ないし10のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。 The aluminum nitride substrate according to any one of claims 8 to 10, further comprising a polishing step of polishing the surface of the aluminum nitride substrate obtained in the second sintering step to a surface roughness Ra of 1 µm or less. Manufacturing method. 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム基板上に導体部を設けたことを特徴とする回路基板。   A circuit board comprising a conductor portion provided on the aluminum nitride substrate according to any one of claims 1 to 7. 請求項12の回路基板に半導体素子を搭載したことを特徴とする半導体装置。   13. A semiconductor device comprising a semiconductor element mounted on the circuit board according to claim 12.
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