JP3140475B2 - セラミック基板及びその製造方法 - Google Patents
セラミック基板及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロニクス回路
用の高熱伝導性基板に係り、特に組成を傾斜させること
により、基板に機械加工性を付与させたセラミック基板
及びその製造方法に関する。
用の高熱伝導性基板に係り、特に組成を傾斜させること
により、基板に機械加工性を付与させたセラミック基板
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば（１）「機能性セラミックス」金属 １９８９年
１月号 ７２〜７６頁、（２）「傾斜機能材料の発想と
開発動向」工業材料 第３８巻 第１２号（１９９０年
１０月号）１８〜２５頁などに記載されるものがあっ
た。
例えば（１）「機能性セラミックス」金属 １９８９年
１月号 ７２〜７６頁、（２）「傾斜機能材料の発想と
開発動向」工業材料 第３８巻 第１２号（１９９０年
１０月号）１８〜２５頁などに記載されるものがあっ
た。
【０００３】電子機器に対する小形化、高機能化、高信
頼性化、低コスト化への要求は極めて大きく、これに応
じて半導体チップは、高集積密度化、高速化の方向にめ
ざましく発達してきている。これに伴って、セラミック
基板に対しても、従来から用いられているアルミナ基板
以上の特性が求められるようになってきている。
頼性化、低コスト化への要求は極めて大きく、これに応
じて半導体チップは、高集積密度化、高速化の方向にめ
ざましく発達してきている。これに伴って、セラミック
基板に対しても、従来から用いられているアルミナ基板
以上の特性が求められるようになってきている。
【０００４】アルミナ基板の欠点の一つは、その熱伝導
率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、それ程放熱性がよ
くないことである。
率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、それ程放熱性がよ
くないことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】電子機器の軽薄短小化
とともに、ハイブリッドモジュールの集積度が大幅に大
きくなり、単位面積当たりの発熱量が問題になっている
折から、アルミナに代わる新しい高熱伝導性基板が求め
られている。
とともに、ハイブリッドモジュールの集積度が大幅に大
きくなり、単位面積当たりの発熱量が問題になっている
折から、アルミナに代わる新しい高熱伝導性基板が求め
られている。
【０００６】高熱伝導性基板としては、すでにいくつか
の材料が検討されており、炭化シリコン（ＳｉＣ）に少
量の酸化ベリリウム（ＢｅＯ）を加えたＳｉＣ−ＢｅＯ
系で熱伝導率として２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）が得られてい
る。この値は、アルミナの熱伝導率の値の１０倍以上も
あり、大変有望な材料であるが、比誘電率εr が１ＭＨ
ｚで４０もあり、アルミナの比誘電率の４倍以上であ
る。
の材料が検討されており、炭化シリコン（ＳｉＣ）に少
量の酸化ベリリウム（ＢｅＯ）を加えたＳｉＣ−ＢｅＯ
系で熱伝導率として２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）が得られてい
る。この値は、アルミナの熱伝導率の値の１０倍以上も
あり、大変有望な材料であるが、比誘電率εr が１ＭＨ
ｚで４０もあり、アルミナの比誘電率の４倍以上であ
る。
【０００７】一般に、基板の比誘電率は回路の伝搬速度
に大きく影響し、信号の遅延時間は√εr に比例する。
従って、上記のＳｉＣ系のようにεr の大きなものは、
基板用セラミックとしては不向きである。
に大きく影響し、信号の遅延時間は√εr に比例する。
従って、上記のＳｉＣ系のようにεr の大きなものは、
基板用セラミックとしては不向きである。
【０００８】一方、高熱伝導性セラミックスとして、窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）も有望視されている。熱伝導
率も改善され、現在２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という値が得
られるようになった。更に、比誘電率もアルミナに比
べ、やや小さく８．７程度であり、実用化に向けてその
開発が急がれている。しかし、ＡｌＮは一般に硬くて脆
いという欠点がある。
化アルミニウム（ＡｌＮ）も有望視されている。熱伝導
率も改善され、現在２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）という値が得
られるようになった。更に、比誘電率もアルミナに比
べ、やや小さく８．７程度であり、実用化に向けてその
開発が急がれている。しかし、ＡｌＮは一般に硬くて脆
いという欠点がある。
【０００９】本発明は、上記問題点を解決するために、
厚み方向に組成傾斜を持たせた選択された材料により、
各種の優れた特性を有するセラミック基板及びその製造
方法を提供することを目的とする。
厚み方向に組成傾斜を持たせた選択された材料により、
各種の優れた特性を有するセラミック基板及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【００１０】より具体的には、ＡｌＮ系材料に、特殊な
方法で窒化ホウ素を加えることにより、厚み方向に組成
傾斜を持たせ、基板材料としての機械的強度を保有しな
がら、切削加工性をもたせ、合わせて誘電率を低減し得
るセラミック基板及びその製造方法を提供する。
方法で窒化ホウ素を加えることにより、厚み方向に組成
傾斜を持たせ、基板材料としての機械的強度を保有しな
がら、切削加工性をもたせ、合わせて誘電率を低減し得
るセラミック基板及びその製造方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、セラミック基板において、厚み方
向に組成傾斜を持たせたＡｌ1-x Ｂx Ｎ系（０．３≧Ｘ
≧０）で、高熱伝導性を有し、かつ機械加工性を有す
る。
的を達成するために、セラミック基板において、厚み方
向に組成傾斜を持たせたＡｌ1-x Ｂx Ｎ系（０．３≧Ｘ
≧０）で、高熱伝導性を有し、かつ機械加工性を有す
る。
【００１２】また、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系に高熱伝導性を付
与させるために加えられた全重量が、１０モル％以下の
ＣａＯ，ＣａＦ2 ，ＡｌＦ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＹＦ3 から選
ばれた少なくとも一種を含む組成を有する。
与させるために加えられた全重量が、１０モル％以下の
ＣａＯ，ＣａＦ2 ，ＡｌＦ3 ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＹＦ3 から選
ばれた少なくとも一種を含む組成を有する。
【００１３】更に、基板面の片側（Ｘ＝０又は微小なＸ
の値）は高熱伝導性を有し、機械的強度も強く、もう一
方の片側（Ｘ≠０）は切削加工を可能にしたものであ
る。
の値）は高熱伝導性を有し、機械的強度も強く、もう一
方の片側（Ｘ≠０）は切削加工を可能にしたものであ
る。
【００１４】
【作用】上記したように、本発明によれば、セラミック
基板は、 （１）窒化アルミニウム粉末（ＡｌＮ）と窒化ホウ素粉
末（ＢＮ）の混合体を焼結した、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系
（０．３≧Ｘ≧０）であり、厚さ方向に組成を傾斜させ
ている。そして、ＢＮにより機械加工性を持たせ、厚み
方向に切削性を持たせることができる。
基板は、 （１）窒化アルミニウム粉末（ＡｌＮ）と窒化ホウ素粉
末（ＢＮ）の混合体を焼結した、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系
（０．３≧Ｘ≧０）であり、厚さ方向に組成を傾斜させ
ている。そして、ＢＮにより機械加工性を持たせ、厚み
方向に切削性を持たせることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。
ながら詳細に説明する。
【００１６】図１は本発明の第１の実施例を示すセラミ
ック基板の構成図である。
ック基板の構成図である。
【００１７】この実施例のセラミック基板は、窒化アル
ミニウム粉末（ＡｌＮ）と窒化ホウ素粉末（ＢＮ）の混
合体を焼結して成るものであるが、厚さ方向に組成を傾
斜させているところに特徴がある。一般に、ＡｌＮとＢ
Ｎは固溶せず複合体となり、ＡｌＮマトリックス中に析
出するＢＮが破壊エネルギーを吸収し、切削加工を可能
としている。即ち、ＢＮにより機械加工性を持たせ、厚
み方向に切削性を持たせるようにしている。
ミニウム粉末（ＡｌＮ）と窒化ホウ素粉末（ＢＮ）の混
合体を焼結して成るものであるが、厚さ方向に組成を傾
斜させているところに特徴がある。一般に、ＡｌＮとＢ
Ｎは固溶せず複合体となり、ＡｌＮマトリックス中に析
出するＢＮが破壊エネルギーを吸収し、切削加工を可能
としている。即ち、ＢＮにより機械加工性を持たせ、厚
み方向に切削性を持たせるようにしている。
【００１８】ここで、厚さ方向に組成傾斜をもたせる方
法は、一般的に次のように行なえば可能である。
法は、一般的に次のように行なえば可能である。
【００１９】即ち、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系において、Ｘを０
より０．３迄いくつかの値を選び、幾種類かの混合粉を
用意する。例えば、Ｘ＝０、０．０５、０．１、０．１
５、０．２０、０．２５、０．３０と７種を選ぶとす
る。これらの粉末を通常のセラミックス製造法に従っ
て、厚み０．５ｍｍ、直径１０ｍｍφ程度の円板（ペレ
ット）とする。これら７板の円板（ペレット）を積み重
ねて一体化し、所定の温度、雰囲気で焼成することによ
って、厚さ方向にほぼ連続的にＸの異なる組成傾斜のセ
ラミック基板が得られる。
より０．３迄いくつかの値を選び、幾種類かの混合粉を
用意する。例えば、Ｘ＝０、０．０５、０．１、０．１
５、０．２０、０．２５、０．３０と７種を選ぶとす
る。これらの粉末を通常のセラミックス製造法に従っ
て、厚み０．５ｍｍ、直径１０ｍｍφ程度の円板（ペレ
ット）とする。これら７板の円板（ペレット）を積み重
ねて一体化し、所定の温度、雰囲気で焼成することによ
って、厚さ方向にほぼ連続的にＸの異なる組成傾斜のセ
ラミック基板が得られる。
【００２０】このように、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系において、
Ｘ＝０〜０．３の範囲で幾種類かのペレットを用意し、
それらを合体し、焼成して、傾斜組成を有するセラミッ
ク基板を得るようにしている。ここで、Ｘ＝０の側は、
熱伝導率も高く、機械的強度も大きい。一方、Ｘ≠０で
ＢＮを含む側は、熱伝導率はＢＮの増加とともに低下す
るが、機械加工性が改善されている。
Ｘ＝０〜０．３の範囲で幾種類かのペレットを用意し、
それらを合体し、焼成して、傾斜組成を有するセラミッ
ク基板を得るようにしている。ここで、Ｘ＝０の側は、
熱伝導率も高く、機械的強度も大きい。一方、Ｘ≠０で
ＢＮを含む側は、熱伝導率はＢＮの増加とともに低下す
るが、機械加工性が改善されている。
【００２１】ここで、Ｘ＝０．３としたのは、Ｘの増加
とともに熱伝導率が低下することになり、Ｘが０．３を
超えると基板材料として望ましい１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）
以上の値が得られなくなるからである。
とともに熱伝導率が低下することになり、Ｘが０．３を
超えると基板材料として望ましい１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）
以上の値が得られなくなるからである。
【００２２】基本的には、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系において高
熱伝導性基板が得られるが、一般にＡｌＮは難焼結体で
あり、種々の添加物が焼結性を高め、更に、高熱伝導化
に効果がある。添加物として有用な効果が見られるもの
は、ＣａＯ，ＣａＦ2 ，ＡｌＦ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＹＦ3 等
の酸化物、フッ化物であり、全重量で１０モル％以下が
有効である。１０モル％以上になると、熱伝導率１００
Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが得られないので、１０モル
％以下とした。
熱伝導性基板が得られるが、一般にＡｌＮは難焼結体で
あり、種々の添加物が焼結性を高め、更に、高熱伝導化
に効果がある。添加物として有用な効果が見られるもの
は、ＣａＯ，ＣａＦ2 ，ＡｌＦ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＹＦ3 等
の酸化物、フッ化物であり、全重量で１０モル％以下が
有効である。１０モル％以上になると、熱伝導率１００
Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものが得られないので、１０モル
％以下とした。
【００２３】以下、具体的な実施例について説明する。 『実施例 １』 ＣａＯ ２モル％、ＣａＦ2 ２モル％を含むＡｌ
Ｎ、Ａｌ0.96Ｂ0.04Ｎ、Ａｌ0.91Ｂ0.09Ｎ、Ａｌ
0.87Ｂ0.13Ｎ、Ａｌ0.82Ｂ0.18Ｎ、Ａｌ0.76Ｂ0.24
Ｎの６種類の粉末を用意する。これらの粉末を有機バイ
ンダー等を加えて、ドクターブレード法で０．２ｍｍ厚
のシートを作成する。これら６枚のシートを順番に重
ね、加圧圧縮により一体化する。この積層シートを、例
えば、窒素気流中で１９００℃、６時間焼成する。得ら
れた基板は、次のような特性を示す。
Ｎ、Ａｌ0.96Ｂ0.04Ｎ、Ａｌ0.91Ｂ0.09Ｎ、Ａｌ
0.87Ｂ0.13Ｎ、Ａｌ0.82Ｂ0.18Ｎ、Ａｌ0.76Ｂ0.24
Ｎの６種類の粉末を用意する。これらの粉末を有機バイ
ンダー等を加えて、ドクターブレード法で０．２ｍｍ厚
のシートを作成する。これら６枚のシートを順番に重
ね、加圧圧縮により一体化する。この積層シートを、例
えば、窒素気流中で１９００℃、６時間焼成する。得ら
れた基板は、次のような特性を示す。
【００２４】 熱伝導率（ＡｌＮの面） １８０Ｗ／ｍ・Ｋ 比誘電率（１ＭＨｚ） ８．５ 切削加工時間（ＡｌＮと対抗面との対比） １／１０ 『実施例 ２』 ＡｌＦ3 １モル％、Ｙ2 Ｏ3 ３モル％を含むＡｌ
0.99Ｂ0.01Ｎ、Ａｌ0.96Ｂ0.04Ｎ、Ａｌ0.90Ｂ0.10
Ｎ、Ａｌ0.86Ｎ0.14Ｎ、Ａｌ0.75Ｂ0.25Ｎの５種の
粉末を用意し、有機バインダーを加えて、１０ｍｍφ厚
み０．３ｍｍの円板を各々作成する。これら５枚の円板
を順番に重ね、加圧圧縮により一体化する。この積層円
板を、窒素気流中で１８５０℃、１０時間焼成する。得
られた円板は、次のような特性を有する。
0.99Ｂ0.01Ｎ、Ａｌ0.96Ｂ0.04Ｎ、Ａｌ0.90Ｂ0.10
Ｎ、Ａｌ0.86Ｎ0.14Ｎ、Ａｌ0.75Ｂ0.25Ｎの５種の
粉末を用意し、有機バインダーを加えて、１０ｍｍφ厚
み０．３ｍｍの円板を各々作成する。これら５枚の円板
を順番に重ね、加圧圧縮により一体化する。この積層円
板を、窒素気流中で１８５０℃、１０時間焼成する。得
られた円板は、次のような特性を有する。
【００２５】 熱伝導率（Ａｌ0.99Ｂ0.01Ｎ面） １９５Ｗ／（ｍ・Ｋ） 比誘電率（１ＭＨｚ） ８．６ 切削加工時間（Ａｌ0.99Ｂ0.01Ｎ面と対抗面との対比） １／１８ 『実施例 ３』 Ｙ2 Ｏ3 １．５モル％、ＹＦ3 ４モル％、ＣａＯ
１モル％を含むＡｌＮ、Ａｌ0.95Ｂ0.05Ｎ、Ａｌ
0.90Ｂ0.10Ｎ、Ａｌ0.88Ｂ0.12Ｎ、Ａｌ0.86Ｂ0.14
Ｎ、Ａｌ0.78Ｂ0.22Ｎ、Ａｌ0.78Ｂ0.29Ｎの７種類
の粉末を用意する。これらの粉末を有機バインダーを加
えて、ドクターブレード法で０．１５ｍｍ厚のシートを
作成する。これらのシートを順番に重ね、加圧圧縮によ
り一体化する。この積層シートを、例えば、１９４０
℃、５時間、窒素気流中で焼成して基板を得る。得られ
た基板の特性は下記の特性を示す。
１モル％を含むＡｌＮ、Ａｌ0.95Ｂ0.05Ｎ、Ａｌ
0.90Ｂ0.10Ｎ、Ａｌ0.88Ｂ0.12Ｎ、Ａｌ0.86Ｂ0.14
Ｎ、Ａｌ0.78Ｂ0.22Ｎ、Ａｌ0.78Ｂ0.29Ｎの７種類
の粉末を用意する。これらの粉末を有機バインダーを加
えて、ドクターブレード法で０．１５ｍｍ厚のシートを
作成する。これらのシートを順番に重ね、加圧圧縮によ
り一体化する。この積層シートを、例えば、１９４０
℃、５時間、窒素気流中で焼成して基板を得る。得られ
た基板の特性は下記の特性を示す。
【００２６】 熱伝導率（ＡｌＮ面） １４５Ｗ／（ｍ・Ｋ） 比誘電率（１ＭＨｚ） ８．５ 切削加工時間（ＡｌＮと対抗面との対比） １／１５ 『実施例 ４』 ＣａＯ ０．５モル％、ＣａＦ2 １．２モル％、Ｙ2
Ｏ3 １．４モル％を含むＡｌＮ、Ａｌ0.96Ｂ
0.04Ｎ、Ａｌ0.92Ｂ0.08Ｎ、Ａｌ0.88Ｂ0.12Ｎ、
Ａｌ0.83Ｂ0.17Ｎ、Ａｌ0.80Ｂ0.20Ｎ、Ａｌ0.76Ｂ
0.24Ｎの７種の粉末を用意する。有機バインダーを加
え、１５ｍｍφ厚み０．３５ｍｍの円板を各々作成し、
これらの７枚の円板を順番に重ね、加圧圧縮により一体
化する。この積層円板を窒素気流中で、１９２０℃、８
時間焼成して円板を得る。得られた円板は以下の特性を
有する。
Ｏ3 １．４モル％を含むＡｌＮ、Ａｌ0.96Ｂ
0.04Ｎ、Ａｌ0.92Ｂ0.08Ｎ、Ａｌ0.88Ｂ0.12Ｎ、
Ａｌ0.83Ｂ0.17Ｎ、Ａｌ0.80Ｂ0.20Ｎ、Ａｌ0.76Ｂ
0.24Ｎの７種の粉末を用意する。有機バインダーを加
え、１５ｍｍφ厚み０．３５ｍｍの円板を各々作成し、
これらの７枚の円板を順番に重ね、加圧圧縮により一体
化する。この積層円板を窒素気流中で、１９２０℃、８
時間焼成して円板を得る。得られた円板は以下の特性を
有する。
【００２７】 熱伝導率（ＡｌＮ面） ２１０Ｗ／（ｍ・Ｋ） 比誘電率（１ＭＨｚ） ８．７ 切削加工時間（ＡｌＮと対抗面との対比） １／１３ また、セラミック基板の低誘電率化の観点からすると、
Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系では、ＡｌＮに比べて、それ程の低誘
電率化には限界がある。しかし、各種の添加物を１０モ
ル％以下添加することによって、ＡｌＮ単体より低くす
ることが可能であることがわかり、添加物は低誘電率化
にも作用効果のあることがわかった。
Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系では、ＡｌＮに比べて、それ程の低誘
電率化には限界がある。しかし、各種の添加物を１０モ
ル％以下添加することによって、ＡｌＮ単体より低くす
ることが可能であることがわかり、添加物は低誘電率化
にも作用効果のあることがわかった。
【００２８】ここで、切削加工の評価については、一例
として、２００ｇの重さのおもりを７２ｍ／ｓｅｃの速
度で負荷し、１ｍｍの厚さを切削するのに要する時間を
比較してみると、Ｘ＝０では約５０分間かかるのに対し
て、Ｘ＝０．１では約１０分間、Ｘ＝０．２では約５分
間、更にＸ＝０．３では２．５分間となり、Ｘの増加と
ともに大幅に短縮されることがわかった。
として、２００ｇの重さのおもりを７２ｍ／ｓｅｃの速
度で負荷し、１ｍｍの厚さを切削するのに要する時間を
比較してみると、Ｘ＝０では約５０分間かかるのに対し
て、Ｘ＝０．１では約１０分間、Ｘ＝０．２では約５分
間、更にＸ＝０．３では２．５分間となり、Ｘの増加と
ともに大幅に短縮されることがわかった。
【００２９】以上のように、本発明の利点は、基板とし
て必要な面は、機械的強度も高く、熱伝導率も大きく、
更に比誘電率を低下させることができる。
て必要な面は、機械的強度も高く、熱伝導率も大きく、
更に比誘電率を低下させることができる。
【００３０】また、組成を傾斜させることにより、もう
一方の片側から切削加工が可能であるという利点を有し
ている。
一方の片側から切削加工が可能であるという利点を有し
ている。
【００３１】例えば、ＢＮ面からなら上下配線用の穴
（スルーホール）を微小ドリル（０．５ｍｍφ）で容易
に形成することができる。
（スルーホール）を微小ドリル（０．５ｍｍφ）で容易
に形成することができる。
【００３２】このようにして、傾斜機能材料を利用した
高熱伝導性機械加工性基板を得ることができる。
高熱伝導性機械加工性基板を得ることができる。
【００３３】このような基板は、多層高密度配線用基板
として好適である。
として好適である。
【００３４】次に、図２は本発明の第２の実施例を示す
セラミック基板の構成図である。
セラミック基板の構成図である。
【００３５】この実施例のセラミック基板は、窒化アル
ミニウム粉末（ＡｌＮ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の混
合体を焼結して成るものであるが、厚さ方向に組成を傾
斜させる。
ミニウム粉末（ＡｌＮ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の混
合体を焼結して成るものであるが、厚さ方向に組成を傾
斜させる。
【００３６】このように構成することにより、ＡｌＮ系
は熱伝導率が高く（２００Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミナは機
械的強度が大であるので、即ち、熱伝導率はＡｌＮでか
せいで、機械的強度はアルミナでカバーすることがで
き、高強度高熱伝導性基板を得ることができる。因み
に、アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
は熱伝導率が高く（２００Ｗ／ｍ・Ｋ）、アルミナは機
械的強度が大であるので、即ち、熱伝導率はＡｌＮでか
せいで、機械的強度はアルミナでカバーすることがで
き、高強度高熱伝導性基板を得ることができる。因み
に、アルミナの熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
【００３７】その製造方法は、原料粉末として、Ａｌ
Ｎ、ＡｌＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 を用意する。厚み方向に組成
を傾斜させるには、次のような幾種類かの混合粉を用意
する。例えば、ＡｌＮ、0.７５ＡｌＮ−０．２５Ａ
ｌＯＮ、０．５ＡｌＮ−０．５ＡｌＯＮ、０．７５
ＡｌＯＮ−０．２５Ａｌ2 Ｏ3 、０．５０ＡｌＯＮ−
０．５Ａｌ2 Ｏ3 、０．２５ＡｌＯＮ−０．７５Ａｌ
2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 の７種を選ぶとする。これらの粉
末を通常のセラミックス製造法に従って、厚み０．５ｍ
ｍ、直径１０ｍｍφ程度の円板とする。これら７枚の円
板を一体化し、所定の温度、雰囲気で焼成することによ
って、厚さ方向にほぼ連続的に窒素Ｎの異なる組成傾斜
のセラミックスが得られる。この系においては、機械的
強度を改善するために、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣａＯ等の
添加物が有効である。
Ｎ、ＡｌＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 を用意する。厚み方向に組成
を傾斜させるには、次のような幾種類かの混合粉を用意
する。例えば、ＡｌＮ、0.７５ＡｌＮ−０．２５Ａ
ｌＯＮ、０．５ＡｌＮ−０．５ＡｌＯＮ、０．７５
ＡｌＯＮ−０．２５Ａｌ2 Ｏ3 、０．５０ＡｌＯＮ−
０．５Ａｌ2 Ｏ3 、０．２５ＡｌＯＮ−０．７５Ａｌ
2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 の７種を選ぶとする。これらの粉
末を通常のセラミックス製造法に従って、厚み０．５ｍ
ｍ、直径１０ｍｍφ程度の円板とする。これら７枚の円
板を一体化し、所定の温度、雰囲気で焼成することによ
って、厚さ方向にほぼ連続的に窒素Ｎの異なる組成傾斜
のセラミックスが得られる。この系においては、機械的
強度を改善するために、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、ＣａＯ等の
添加物が有効である。
【００３８】以下、具体的な実施例について説明する。 『実施例１』 ＭｇＯ １モル％を含むＡｌＮ、０．８ＡｌＮ−
０．２ＡｌＯＮ、０．５ＡｌＮ−０．５ＡｌＯＮ、
０．２ＡｌＮ−０．８ＡｌＯＮ、０．８ＡｌＯＮ−
０．２Ａｌ2 Ｏ3 、０．５ＡｌＯＮ−０．５Ａｌ2 Ｏ
3 、０．２ＡｌＯＮ−０．８Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ
3 の８種の粉末を用意し、これらの粉末を有機バインダ
ー等を加え、ドクターブレード法で０．２ｍｍ厚のシー
トを作成する。これらのシートを順番に重ね、加圧圧縮
により一体化する。この積層シートを、例えば、コント
ロールされた窒素気流中で、１８３０℃で５時間焼成す
る。得られた基板は、次のような特性を有する。
０．２ＡｌＯＮ、０．５ＡｌＮ−０．５ＡｌＯＮ、
０．２ＡｌＮ−０．８ＡｌＯＮ、０．８ＡｌＯＮ−
０．２Ａｌ2 Ｏ3 、０．５ＡｌＯＮ−０．５Ａｌ2 Ｏ
3 、０．２ＡｌＯＮ−０．８Ａｌ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ
3 の８種の粉末を用意し、これらの粉末を有機バインダ
ー等を加え、ドクターブレード法で０．２ｍｍ厚のシー
トを作成する。これらのシートを順番に重ね、加圧圧縮
により一体化する。この積層シートを、例えば、コント
ロールされた窒素気流中で、１８３０℃で５時間焼成す
る。得られた基板は、次のような特性を有する。
【００３９】 熱伝導率（ＡｌＮ面） １３０Ｗ／（ｍ・Ｋ） 比誘電率（１ＭＨｚ） ８．９ 硬さ（ビッカース）（Ａｌ2 Ｏ3 面） ２５００ｋｇ／ｍｍ2 硬さ（ビッカース）（ＡｌＮ面） １３００ｋｇ／ｍｍ2 次に、図３は本発明の第３の実施例を示すセラミック基
板の構成図である。
板の構成図である。
【００４０】この実施例のセラミック基板は、ポーラス
ガラス（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）とアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）の混合体を焼結して成るものであるが、厚さ方
向に組成を傾斜させる。
ガラス（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）とアルミナ（Ａｌ
2 Ｏ3 ）の混合体を焼結して成るものであるが、厚さ方
向に組成を傾斜させる。
【００４１】このように構成することにより、上部は誘
電率の低いポーラスガラス（多孔質ガラス：誘電率εr
は４以下）を用いて誘電率εr を下げ、下部はアルミナ
により基板の強度をかせぐことにより、誘電率の小さ
く、しかも機械的強度のある基板を得ることができる。
このようなセラミック基板は、低誘電率であるために、
配線の容量成分が減少し、信号の遅延をなくすことがで
きる。
電率の低いポーラスガラス（多孔質ガラス：誘電率εr
は４以下）を用いて誘電率εr を下げ、下部はアルミナ
により基板の強度をかせぐことにより、誘電率の小さ
く、しかも機械的強度のある基板を得ることができる。
このようなセラミック基板は、低誘電率であるために、
配線の容量成分が減少し、信号の遅延をなくすことがで
きる。
【００４２】従って、高速コンピュータ用基板などに好
適である。
適である。
【００４３】その製造方法は、原料粉末として、ホウケ
イ酸ガラス（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）とアルミナを用意す
る。厚み方向に組成を傾斜させるには、次のような幾種
類かの混合粉を用意する。例えば、モル％で、（Ｂ2
Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）３０−Ａｌ2 Ｏ3 ７０、（Ｂ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 ）４０−Ａｌ2 Ｏ3 ６０、（Ｂ2 Ｏ3 −Ｓ
ｉＯ2 ）３０−Ａｌ2 Ｏ3 ７０の３種を選ぶものとす
る。これらの粉末を通常のセラミックス製造法に従っ
て、厚さ０．３ｍｍ、直径１０ｍｍφ程度の円板とす
る。これらの３枚の円板を一体化し、所定の温度、雰囲
気で焼成することによって、厚さ方向にほぼ連続的にＡ
ｌ2 Ｏ3 の異なる組成傾斜のセラミックスが得られる。
この系において、多孔質にするためには、５００〜７０
０℃程度で熱処理をし、ガラスを析出させ、その後ガラ
ス成分を酸流により除去することによって得られる。ま
た、ガラス成分のホウケイ酸ガラス以外のガラスでも同
様の効果が得られる。
イ酸ガラス（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）とアルミナを用意す
る。厚み方向に組成を傾斜させるには、次のような幾種
類かの混合粉を用意する。例えば、モル％で、（Ｂ2
Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）３０−Ａｌ2 Ｏ3 ７０、（Ｂ2 Ｏ3
−ＳｉＯ2 ）４０−Ａｌ2 Ｏ3 ６０、（Ｂ2 Ｏ3 −Ｓ
ｉＯ2 ）３０−Ａｌ2 Ｏ3 ７０の３種を選ぶものとす
る。これらの粉末を通常のセラミックス製造法に従っ
て、厚さ０．３ｍｍ、直径１０ｍｍφ程度の円板とす
る。これらの３枚の円板を一体化し、所定の温度、雰囲
気で焼成することによって、厚さ方向にほぼ連続的にＡ
ｌ2 Ｏ3 の異なる組成傾斜のセラミックスが得られる。
この系において、多孔質にするためには、５００〜７０
０℃程度で熱処理をし、ガラスを析出させ、その後ガラ
ス成分を酸流により除去することによって得られる。ま
た、ガラス成分のホウケイ酸ガラス以外のガラスでも同
様の効果が得られる。
【００４４】以下、具体的な実施例について説明する。 『実施例１』 モル％で、（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）３５−Ａｌ2 Ｏ3
６５、（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）４０−Ａｌ2 Ｏ3 ６
０、（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）５０−Ａｌ2 Ｏ3５０、
（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）６０−Ａｌ2 Ｏ3 ４０の４種
の粉末を用意し、これらの粉末を有機バインダー等を加
え、ドクターブレード法で０．２５ｍｍ厚のシートを作
成する。これらのシートを順番に重ね、加圧圧縮により
一体化する。この積層シートを１０５０℃で３時間空気
中で焼成する。この焼結体を６００℃で２時間熱処理を
し、ガラス成分を析出させ、ガラス成分を塩酸（Ｈｃ
ｌ）で除去して得た多孔質セラミック基板は、次のよう
な特性を有する。
６５、（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）４０−Ａｌ2 Ｏ3 ６
０、（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）５０−Ａｌ2 Ｏ3５０、
（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ）６０−Ａｌ2 Ｏ3 ４０の４種
の粉末を用意し、これらの粉末を有機バインダー等を加
え、ドクターブレード法で０．２５ｍｍ厚のシートを作
成する。これらのシートを順番に重ね、加圧圧縮により
一体化する。この積層シートを１０５０℃で３時間空気
中で焼成する。この焼結体を６００℃で２時間熱処理を
し、ガラス成分を析出させ、ガラス成分を塩酸（Ｈｃ
ｌ）で除去して得た多孔質セラミック基板は、次のよう
な特性を有する。
【００４５】 比誘電率（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ６０−Ａｌ2 Ｏ3 ４０の面） （１ＭＨｚ） ４．３ 硬さ（ビッカース）（Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ３５−Ａｌ2 Ｏ3 ６５の面） １５００ｋｇ／ｍｍ2 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４６】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、厚み方向に組成傾斜を持たせた選択された材料
により、各種の優れた特性を有するセラミック基板を得
ることができる。
よれば、厚み方向に組成傾斜を持たせた選択された材料
により、各種の優れた特性を有するセラミック基板を得
ることができる。
【００４７】即ち、ＡｌＮ系材料に、特殊な方法で窒化
ホウ素を加えることにより、厚み方向に組成傾斜を持た
せ、基板材料としての機械的強度を保有しながら、切削
加工性をもたせ、合わせて誘電率を低減することができ
るセラミック基板を得ることができる。また、組成を傾
斜させることにより、もう一方の片側から切削加工が可
能であるという実用的効果を奏する。
ホウ素を加えることにより、厚み方向に組成傾斜を持た
せ、基板材料としての機械的強度を保有しながら、切削
加工性をもたせ、合わせて誘電率を低減することができ
るセラミック基板を得ることができる。また、組成を傾
斜させることにより、もう一方の片側から切削加工が可
能であるという実用的効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施例を示すセラミック基板の
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すセラミック基板の
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示すセラミック基板の
構成図である。
構成図である。
Claims (6)
- 【請求項１】 厚み方向に組成傾斜を持たせたＡｌ1-x
Ｂx Ｎ系（０．３≧Ｘ≧０）で、高熱伝導性を有し、か
つ機械加工性を有することを特徴とするセラミック基
板。 - 【請求項２】 請求項１記載のセラミック基板におい
て、Ａｌ1-x Ｂx Ｎ系に高熱伝導性を付与させるために
加えられた全重量が、１０モル％以下のＣａＯ、ＣａＦ
2 、ＡｌＦ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＹＦ3 から選ばれた少なくと
も一種を含む組成を有するセラミック基板。 - 【請求項３】 請求項１記載のセラミック基板におい
て、基板面の片側（Ｘ＝０又は微小なＸの値）は高熱伝
導性を有し、機械的強度も強く、もう一方の片側（Ｘ≠
０）は切削加工が可能であることを特徴とするセラミッ
ク基板。 - 【請求項４】 厚み方向に組成傾斜を持たせたＡｌ1-x
Ｂx Ｎ系（０．３≧Ｘ≧０）のセラミック基板の製造方
法において、 （ａ）前記Ｘを０より０．３迄いくつかの値を選定して
得られる複数個のペレットを用意し、 （ｂ）該ペレットを順次積み重ねて一体化し、 （ｃ）所定の温度、雰囲気で焼成し、 （ｄ）厚さ方向にほぼ連続的に前記Ｘの異なる組成傾斜
をさせることを特徴とするセラミック基板の製造方法。 - 【請求項５】 請求項４記載のセラミック基板の製造方
法において、添加物として全重量が、１０モル％以下の
ＣａＯ、ＣａＦ2 、ＡｌＦ3 、Ｙ2 Ｏ3 、ＹＦ3 から選
ばれた少なくとも一種を添加することを特徴とするセラ
ミック基板の製造方法。 - 【請求項６】 厚み方向に組成傾斜を持たせたＡｌＮ−
Ａｌ2 Ｏ3 系のセラミック基板の製造方法において、 （ａ）原料粉末がＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 からな
る複数個のペレットを用意し、 （ｂ）該ペレットを順次積み重ねて一体化し、 （ｃ）所定の温度、雰囲気で焼成し、 （ｄ）厚さ方向にほぼ連続的にＮの異なる組成傾斜をさ
せることを特徴とするセラミック基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03063607A JP3140475B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | セラミック基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03063607A JP3140475B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | セラミック基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0524928A JPH0524928A (ja) | 1993-02-02 |
| JP3140475B2 true JP3140475B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=13234148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03063607A Expired - Fee Related JP3140475B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | セラミック基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3140475B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69521409T2 (de) * | 1995-03-01 | 2002-05-16 | Sumitomo Electric Industries, Inc. | Boraluminiumnitrid-Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| JP5064202B2 (ja) * | 2007-12-25 | 2012-10-31 | パナソニック株式会社 | 立体回路基板用窒化アルミニウム系基材の製造方法、及び立体回路基板 |
| PT2900404T (pt) * | 2012-09-27 | 2021-11-16 | Allomet Corp | Métodos de formação de um artigo metálico ou cerâmico tendo uma nova composição de material de graduação funcional |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP03063607A patent/JP3140475B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0524928A (ja) | 1993-02-02 |
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