JP5064202B2 - Manufacturing method of aluminum nitride base material for 3D circuit board and 3D circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、表層にアルミナ層を有する立体回路基板用窒化アルミニウム系基材、その製造方法、及び立体回路基板に関する。 The present invention relates to an aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board having an alumina layer as a surface layer, a method for producing the same, and a three-dimensional circuit board.
高い放熱性と高い電気絶縁性とを備えている窒化アルミニウム系基材は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を実装する立体回路基板等に好ましく用いられる。 An aluminum nitride base material having high heat dissipation and high electrical insulation is preferably used for a three-dimensional circuit board on which a light emitting diode (LED) or the like is mounted.
窒化アルミニウム系基材には、空気中の水と反応することによりアンモニアを生成して特性劣化を引き起こすという問題がある。このような窒化アルミニウムと空気中の水との接触による特性劣化を抑制するために、窒化アルミニウム系基材表面に酸化膜等の皮膜を形成させる方法が知られている。 The aluminum nitride base material has a problem that it reacts with water in the air to generate ammonia to cause characteristic deterioration. In order to suppress such characteristic deterioration due to contact between aluminum nitride and water in the air, a method of forming a film such as an oxide film on the surface of the aluminum nitride base material is known.
具体的には、下記特許文献１には、焼結体上に形成した金属膜と焼結体との密着性を高めることを目的として、窒化アルミニウムを主体とし、少なくともその表面にＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ及びＮｉの単体あるいはこれらの炭化物、窒化物、硼化物、酸化物から選ばれる１種以上を含有する焼結体を酸化熱処理して厚さ０．０５〜５μｍのアルミナ層を形成する方法が開示されている。 Specifically, in Patent Document 1 below, for the purpose of enhancing the adhesion between the metal film formed on the sintered body and the sintered body, aluminum nitride is mainly used, and at least Ti, V, Nb, Mo, W, Co and Ni alone or a sintered body containing one or more selected from carbides, nitrides, borides and oxides thereof are subjected to an oxidation heat treatment to form alumina having a thickness of 0.05 to 5 μm. A method of forming a layer is disclosed.
表層にアルミナ層が形成された立体回路基板用窒化アルミニウム系基材表面に金属膜からなる電気回路を形成して、立体回路基板を形成する場合、得られた立体回路基板の信頼性を高めるために、基材に対する電気回路の密着性が非常に重要になる。下記特許文献１に記載の技術によれば、確かに、金属膜からなる電気回路とアルミナ層との密着性は、高くなる。しかしながら、金属膜とアルミナ層との密着性が高くなった場合、特に、基材表層のアルミナ層と金属膜との密着性が比較的高い、スパッタリングで金属膜を形成した場合には、アルミナ層と窒化アルミニウム層との界面で電気回路が剥離するという現象が発生する。したがって、金属膜とアルミナ層との密着性を高めたとしても、アルミナ層と窒化アルミニウム層との界面の密着性を高めなければ、電気回路の密着性を充分に高めて、電気回路の剥離を充分に抑制することができなかった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、スパッタリングで形成した金属膜からなる電気回路が形成された立体回路基板において特に問題となる、基材表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との剥離の発生を抑制できる、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が高い窒化アルミニウム系基材、その製造方法、及び立体回路基板を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and is particularly problematic in a three-dimensional circuit board on which an electric circuit made of a metal film formed by sputtering is formed. It is an object of the present invention to provide an aluminum nitride-based substrate that can suppress the occurrence of peeling and has high adhesion between an alumina layer and an aluminum nitride layer, a manufacturing method thereof, and a three-dimensional circuit board.
本発明の立体回路基板用窒化アルミニウム系基材は、スパッタリング、レーザーエッチング、及びめっきプロセスを経て電気回路が形成される立体回路基板用窒化アルミニウム系基材であって、エルビウム又はその酸化物を含有し、表層部に１μｍ以上の厚みのアルミナ層が形成されていることを特徴とする。 The aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board of the present invention is an aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board on which an electric circuit is formed through sputtering, laser etching, and a plating process, and contains erbium or an oxide thereof. In addition, an alumina layer having a thickness of 1 μm or more is formed on the surface layer portion.
スパッタリング、レーザーエッチング、及びめっきプロセスを経て、窒化アルミウム系基材表面に形成された電気回路は、基材表層のアルミナ層に対して、比較的高い密着性を示すので、電気回路の剥離を抑制するためには、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が重要になる。 The electrical circuit formed on the surface of the aluminum nitride base material through sputtering, laser etching, and plating processes exhibits relatively high adhesion to the alumina layer on the surface of the base material, thus suppressing the peeling of the electrical circuit. In order to achieve this, the adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer is important.
上記構成によれば、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材が得られる。従って、このような窒化アルミニウム系基材を用いて立体回路基板を形成することによって、電気回路の剥離を充分に抑制できる。上記のようにアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が高まるのは、エルビウムとアルミニウムとの複合酸化物が窒化アルミニウム系基材に含有されていることによると考えられる。 According to the said structure, the aluminum nitride-type base material excellent in the adhesiveness of an alumina layer and an aluminum nitride layer is obtained. Therefore, peeling of the electric circuit can be sufficiently suppressed by forming the three-dimensional circuit board using such an aluminum nitride base material. The adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer is increased as described above because the composite oxide of erbium and aluminum is contained in the aluminum nitride base material.
さらに、得られた窒化アルミニウム系基材は、エルビウム又はその酸化物を含有することによって、高い熱伝導率を発揮する。このことは、得られた窒化アルミニウム系基材中に、熱伝導率の低下の要因となる酸素の量が少ないことによると考えられる。 Furthermore, the obtained aluminum nitride-based substrate exhibits high thermal conductivity by containing erbium or an oxide thereof. This is thought to be due to the fact that the amount of oxygen that causes a decrease in thermal conductivity is small in the obtained aluminum nitride-based substrate.
また、一般的に、表層にアルミナ層が形成されたアルミニウム系基材にレーザーエッチングを施す際、表層のアルミナ層が薄すぎると、レーザーが窒化アルミニウム層まで到達し、その到達部分からアルミナ層にアルミニウムが析出することがある。アルミニウムが多量に析出すると、電気回路が形成された回路部と、それ以外の非回路部とが導通し、短絡の原因となる。上記構成によれば、表層部に１μｍ以上の厚みのアルミナ層が形成されているので、上記のような短絡の発生を抑制できる。 In general, when laser etching is performed on an aluminum-based substrate having an alumina layer formed on the surface layer, if the alumina layer on the surface layer is too thin, the laser reaches the aluminum nitride layer, and from the reaching portion to the alumina layer. Aluminum may precipitate out. If a large amount of aluminum is deposited, the circuit portion where the electric circuit is formed and the other non-circuit portion are brought into conduction, causing a short circuit. According to the said structure, since the alumina layer with a thickness of 1 micrometer or more is formed in the surface layer part, generation | occurrence | production of the above short circuits can be suppressed.
また、前記エルビウム又はその酸化物の含有量が、酸化物換算で３〜１０質量％であることが、表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性を高める点で好ましい。 Moreover, it is preferable that content of the said erbium or its oxide is 3-10 mass% in conversion of an oxide at the point which improves the adhesiveness of the alumina layer and aluminum nitride layer of a surface layer.
また、窒化アルミニウム系基材に、カルシウムを含有することが好ましい。このような構成によれば、窒化アルミニウム系基材を製造する際、比較的低い焼結温度で焼結させることができるので、窒化アルミニウム系基材を効率的に製造できる。このことは、焼結時に、エルビウムとアルミニウムとの複合酸化物が形成されるだけではなく、カルシウムとアルミニウムとの複合酸化物も形成されるので、緻密化が促進されるためであると考えられる。 Moreover, it is preferable to contain calcium in the aluminum nitride base material. According to such a configuration, when the aluminum nitride base material is manufactured, the aluminum nitride base material can be efficiently manufactured because it can be sintered at a relatively low sintering temperature. This is considered to be because not only a complex oxide of erbium and aluminum is formed during sintering, but also a complex oxide of calcium and aluminum is formed, and thus densification is promoted. .
また、本発明の立体回路基板用窒化アルミニウム系基材の製造方法は、スパッタリング、レーザーエッチング、及びめっきプロセスを経て電気回路が形成される立体回路基板用窒化アルミニウム系基材の製造方法であって、窒化アルミニウム粉末とエルビウム又はその酸化物の粉末とを含有する成形体を、非酸化雰囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム系焼結体を形成する焼成工程と、前記窒化アルミニウム系焼結体を酸化雰囲気下で熱処理することにより、前記窒化アルミニウム系焼結体の表層を酸化させて、厚みが１μｍ以上のアルミナ層を形成する熱処理工程とを備えることを特徴とする。 The method for manufacturing an aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board according to the present invention is a method for manufacturing an aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board in which an electric circuit is formed through sputtering, laser etching, and a plating process. A firing step of forming an aluminum nitride sintered body by firing a molded body containing aluminum nitride powder and erbium or its oxide powder in a non-oxidizing atmosphere; and the aluminum nitride sintered body Heat treatment in an oxidizing atmosphere to oxidize the surface layer of the aluminum nitride-based sintered body to form an alumina layer having a thickness of 1 μm or more.
このような構成によれば、窒化アルミニウム系焼結体の表層が酸化されて形成されるアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材が得られる。従って、このような窒化アルミニウム系基材を用いて立体回路基板を形成することによって、電気回路の剥離を充分に抑制できる。 According to such a configuration, an aluminum nitride-based substrate having excellent adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer formed by oxidizing the surface layer of the aluminum nitride-based sintered body can be obtained. Therefore, peeling of the electric circuit can be sufficiently suppressed by forming the three-dimensional circuit board using such an aluminum nitride base material.
さらに、得られた窒化アルミニウム系基材は、高い熱伝導率を発揮する。このことは、前記成形体を焼結する際、前記成形体に含まれる酸素を利用して、窒化アルミニウム系焼結体の粒界相にエルビウムとアルミニウムとの複合酸化物を形成させることによると考えられる。すなわち、得られた窒化アルミニウム系基材中に、熱伝導率の低下の要因となる酸素の量が少なくなることによると考えられる。 Furthermore, the obtained aluminum nitride base material exhibits high thermal conductivity. This is because, when the molded body is sintered, oxygen contained in the molded body is used to form a composite oxide of erbium and aluminum in the grain boundary phase of the aluminum nitride-based sintered body. Conceivable. That is, it is considered that the amount of oxygen that causes a decrease in thermal conductivity is reduced in the obtained aluminum nitride-based substrate.
また、前記焼成温度が、１８２５℃以上であることが、表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性をさらに高めることができる点で好ましい。 Moreover, it is preferable that the firing temperature is 1825 ° C. or higher because the adhesion between the surface alumina layer and the aluminum nitride layer can be further improved.
また、前記焼成温度が、１８５０℃未満であることが好ましい。このような温度で焼成した場合には、焼成時に成形体を載せる焼結炉のセッターに、窒化アルミニウム系焼結体が付着することを抑制できる。したがって、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材を効率的に製造できる。 Moreover, it is preferable that the said calcination temperature is less than 1850 degreeC. When firing at such a temperature, it is possible to suppress the aluminum nitride-based sintered body from adhering to the setter of the sintering furnace on which the compact is placed during firing. Therefore, it is possible to efficiently produce an aluminum nitride base material having excellent adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer.
また、前記エルビウム又はその酸化物の粉末の含有量が、前記成形体に対して酸化物換算で３〜１０質量％であることが好ましい。この構成によれば、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性により優れた窒化アルミニウム系基材が得られる。また、得られた窒化アルミニウム系基材は、熱伝導率が高いので、放熱性が高く、ＬＥＤ等を実装する立体回路基板として好適に利用できる。 Moreover, it is preferable that content of the powder of the said erbium or its oxide is 3-10 mass% in conversion of an oxide with respect to the said molded object. According to this configuration, an aluminum nitride-based substrate that is more excellent in adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer can be obtained. Moreover, since the obtained aluminum nitride-type base material has high heat conductivity, it has high heat dissipation, and can be suitably used as a three-dimensional circuit board for mounting LEDs and the like.
また、前記成形体が、前記金属カルシウム粉末を含有することが好ましい。この構成によれば、前記成形体を、比較的低い焼結温度で焼結させることができるので、窒化アルミニウム系基材を効率的に製造できる。 Moreover, it is preferable that the said molded object contains the said metal calcium powder. According to this configuration, since the molded body can be sintered at a relatively low sintering temperature, an aluminum nitride-based substrate can be efficiently manufactured.
また、前記金属カルシウム粉末の平均１次粒子径が、１〜２μｍであることが好ましい。このような粒子径の金属カルシウム粉末を、前記窒化アルミニウム粉末と前記エルビウム又はその酸化物の粉末とに混合すると、各粉末が分散しやすくなる。さらに、得られた粉末の混合物を用いて成形すると、前記粉末の混合物の流動性が高く、成形しやすくなる。 Moreover, it is preferable that the average primary particle diameter of the said metal calcium powder is 1-2 micrometers. When the metal calcium powder having such a particle size is mixed with the aluminum nitride powder and the erbium or its oxide powder, each powder is easily dispersed. Further, when molding is performed using the obtained powder mixture, the powder mixture has high fluidity and is easy to mold.
また、前記熱処理工程の前に、前記窒化アルミニウム系焼結体の表面を平滑化する平滑化工程を備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable to provide the smoothing process of smoothing the surface of the said aluminum nitride type sintered compact before the said heat processing process.
一般的に、窒化アルミニウム系焼結体の表面が粗化されているほうが、得られる窒化アルミニウム系基材のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が高まる。しかしながら、窒化アルミニウム系焼結体の表面が粗化されていると、得られた窒化アルミニウム系基材表面の凹凸の高低差が大きくなり、微細な電気回路に半導体素子等を実装する際に接合部にボイドが発生して、半導体素子等の実装性が低下する。したがって、半導体素子等の実装性を高めるために、窒化アルミニウム系焼結体の表面を平滑化することが好ましい。 Generally, when the surface of the aluminum nitride-based sintered body is roughened, the adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer of the obtained aluminum nitride-based substrate is enhanced. However, if the surface of the aluminum nitride-based sintered body is roughened, the level difference of the unevenness on the surface of the obtained aluminum nitride-based substrate becomes large, and bonding is performed when a semiconductor element is mounted on a fine electric circuit. A void is generated in the portion, and the mountability of the semiconductor element or the like is lowered. Therefore, it is preferable to smooth the surface of the aluminum nitride-based sintered body in order to improve the mountability of a semiconductor element or the like.
本発明では、前記窒化アルミニウム系焼結体の表面を平滑化しても、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が充分に高い窒化アルミニウム系基材が得られるので、電気回路の剥離を抑制しつつ、半導体素子等の実装性を高めることができる。 In the present invention, even if the surface of the aluminum nitride-based sintered body is smoothed, an aluminum nitride-based substrate having sufficiently high adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer can be obtained. On the other hand, the mountability of a semiconductor element or the like can be improved.
また、前記成形体が、冷間等法圧加圧法により得られたものであることが好ましい。このような構成によれば、バインダを用いないで成形体が得られる。したがって、バインダを用いた場合に必要であった、通常１〜２日間はかかる脱脂工程を省略できる。 Moreover, it is preferable that the said molded object is obtained by the cold isostatic pressing method. According to such a configuration, a molded body can be obtained without using a binder. Therefore, this degreasing step can be omitted usually for 1 to 2 days, which is necessary when a binder is used.
また、前記熱処理工程の前に、熱間等法圧加圧法により前記窒化アルミニウム系焼結体を加圧する工程を備えることが好ましい。この構成によれば、窒化アルミニウム系焼結体の強度を高めることができる。 Moreover, it is preferable to provide the process of pressurizing the said aluminum nitride type sintered compact by a hot isostatic pressing method before the said heat treatment process. According to this configuration, the strength of the aluminum nitride sintered body can be increased.
また、本発明の立体回路基板は、前記立体回路基板用窒化アルミニウム系基材の表面に、スパッタリング、レーザーエッチング、及びめっきプロセスを経て電気回路が形成されてなることを特徴とする。このような構成によれば、電気回路の密着性に優れた立体回路基板が得られる。 In the three-dimensional circuit board of the present invention, an electrical circuit is formed on the surface of the aluminum nitride base material for the three-dimensional circuit board through sputtering, laser etching, and plating processes. According to such a configuration, a three-dimensional circuit board having excellent electrical circuit adhesion can be obtained.
本発明によれば、スパッタリングで形成した金属膜からなる電気回路が形成された立体回路基板に用いられる、アルミナ層と窒化アルミニウム層とが高い密着性を有する窒化アルミニウム系基材が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the aluminum nitride type base material in which the alumina layer and aluminum nitride layer which are used for the three-dimensional circuit board in which the electric circuit consisting of the metal film formed by sputtering was formed is obtained is obtained.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明に係る窒化アルミニウム系基材を製造する方法としては、はじめに、窒化アルミニウム粉末とエルビウム又はその酸化物の粉末とを含有する成形体を、非酸化雰囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム系焼結体を形成する焼成工程を行う。 As a method for producing an aluminum nitride-based substrate according to the present invention, an aluminum nitride-based base material is first fired in a non-oxidizing atmosphere by firing a molded body containing an aluminum nitride powder and an erbium or oxide powder thereof. A firing step for forming a sintered body is performed.
前記成形体は、窒化アルミニウム粉末とエルビウム又はその酸化物の粉末とを含有する成形体であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、窒化アルミニウム粉末とエルビウム又はその酸化物の粉末との混合物を、バインダとともに混練し、所定の形状に成形後、脱脂（脱バインダ）することにより得られる。 The molded body is not particularly limited as long as it is a molded body containing aluminum nitride powder and erbium or its oxide powder. Specifically, for example, a mixture of aluminum nitride powder and erbium or its oxide powder is kneaded with a binder, formed into a predetermined shape, and then degreased (debinder).
前記窒化アルミニウム粉末は、例えば、窒素又はアンモニアをアルミニウムに直接反応させる直接窒化法や、アルミナと炭素との混合物に窒素又はアンモニアを反応させる還元窒化法等によって得られる。 The aluminum nitride powder is obtained, for example, by a direct nitriding method in which nitrogen or ammonia is directly reacted with aluminum, or a reduction nitriding method in which nitrogen or ammonia is reacted with a mixture of alumina and carbon.
前記エルビウム又はその酸化物の粉末は、焼結助剤として働き、窒化アルミニウムの焼結を均一に進行させやすくするために添加される成分である。前記エルビウム又はその酸化物の粉末を添加することによって、得られた窒化アルミニウム系焼結体には、エルビウムとアルミニウムとの複合酸化物が含有される。また、エルビウム又はその酸化物の粉末は、得られた窒化アルミニウム系焼結体の熱伝導率を高める効果も有する。 The erbium or its oxide powder is a component added to work as a sintering aid and facilitate the uniform sintering of aluminum nitride. By adding the erbium or its oxide powder, the resulting aluminum nitride-based sintered body contains a composite oxide of erbium and aluminum. Erbium or its oxide powder also has the effect of increasing the thermal conductivity of the obtained aluminum nitride sintered body.
前記エルビウム又はその酸化物の添加量としては、成形体に対して酸化物換算で３〜１０質量％であることが好ましく、６〜８．５質量％であることがより好ましい。添加量が少なすぎる場合には、表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材が得られにくくなり、さらに、熱伝導率を向上させる効果を発揮しにくくなる傾向がある。また、添加量が多すぎる場合には、エルビウムとアルミニウムとの複合酸化物が窒化アルミニウム系焼結体の粒界相に形成することができずに、エルビウム又はその酸化物の粉末がそのまま残存してしまう傾向がある。エルビウム又はその酸化物の粉末が多量に残存すると、熱伝導率が低下し、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材が得られにくくなる。 The addition amount of the erbium or its oxide is preferably 3 to 10% by mass and more preferably 6 to 8.5% by mass in terms of oxide with respect to the molded body. When the amount added is too small, it becomes difficult to obtain an aluminum nitride-based substrate having excellent adhesion between the surface alumina layer and the aluminum nitride layer, and further, it tends to be difficult to exert the effect of improving the thermal conductivity. There is. If the addition amount is too large, a composite oxide of erbium and aluminum cannot be formed in the grain boundary phase of the aluminum nitride-based sintered body, and erbium or its oxide powder remains as it is. There is a tendency to end up. If a large amount of erbium or its oxide powder remains, the thermal conductivity is lowered, making it difficult to obtain an aluminum nitride-based substrate having excellent adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer.
また、前記混合物には、金属カルシウム粉末をさらに混合することが好ましい。前記金属カルシウム粉末を用いることにより、焼結可能温度を低下させることができる。前記金属カルシウム粉末の平均１次粒子径が、１〜２μｍであることが好ましく、１〜１．５μｍであることがより好ましい。前記金属カルシウム粉末が小さすぎると、前記窒化アルミニウム粉末と前記エルビウム又はその酸化物の粉末と前記金属カルシウム粉末とを混合する際、前記金属カルシウム粉末が凝集し、分散性が低下する傾向がある。また、前記金属カルシウム粉末が大きすぎると、前記窒化アルミニウム粉末との粒子径の差が大きくなり、粉末の混合物の流動性が低下し、成形しにくくなる傾向がある。 Moreover, it is preferable to further mix metallic calcium powder into the mixture. By using the metal calcium powder, the sinterable temperature can be lowered. It is preferable that the average primary particle diameter of the said metal calcium powder is 1-2 micrometers, and it is more preferable that it is 1-1.5 micrometers. If the metal calcium powder is too small, when the aluminum nitride powder, the erbium or its oxide powder and the metal calcium powder are mixed, the metal calcium powder tends to aggregate and the dispersibility tends to decrease. On the other hand, if the metal calcium powder is too large, the difference in particle diameter from the aluminum nitride powder becomes large, and the fluidity of the powder mixture tends to be lowered, making it difficult to form.
前記金属カルシウム粉末の添加量は、成形体に対して、０．０２〜０．０３質量％であることが好ましく、０．０２〜０．０２５質量％であることがより好ましい。添加量が少なすぎる場合には、焼成可能温度を充分に低下させることができない傾向がある。また、添加量が多すぎる場合には、金属カルシウムがアルミニウム又はエルビウムと複合酸化物を形成することができず、金属カルシウム粉末が残存してしまう傾向がある。金属カルシウム粉末が多量に残存すると、得られた窒化アルミニウム系基材の熱伝導率が低下するおそれがある。 The amount of the metallic calcium powder added is preferably 0.02 to 0.03% by mass and more preferably 0.02 to 0.025% by mass with respect to the molded body. When the addition amount is too small, there is a tendency that the firing temperature cannot be lowered sufficiently. Moreover, when there is too much addition amount, metal calcium cannot form a complex oxide with aluminum or erbium, and there exists a tendency for metal calcium powder to remain | survive. If a large amount of metallic calcium powder remains, the thermal conductivity of the obtained aluminum nitride-based substrate may be lowered.
前記混合物は、前記窒化アルミニウム粉末と前記エルビウム又はその酸化物の粉末と前記金属カルシウム粉末と必要に応じて配合されるその他添加剤とを混合することによって得られる。混合方法としては、特に限定されないが、例えば、上記各成分を有機溶剤とともにボールミルを用いて混合し、その後、有機溶剤を揮発させる方法等が挙げられる。 The said mixture is obtained by mixing the said aluminum nitride powder, the said erbium or its oxide powder, the said metal calcium powder, and the other additive mix | blended as needed. Although it does not specifically limit as a mixing method, For example, the said each component is mixed with an organic solvent using a ball mill, Then, the method of volatilizing an organic solvent etc. are mentioned.
前記その他の添加剤としては、例えば、イットリウム、バリウム、ストロンチウム、又はその酸化物、及び酸化カルシウム等の、エルビウム又はその酸化物の粉末以外の焼結助剤等が挙げられる。 Examples of the other additive include sintering aids other than erbium or its oxide powder, such as yttrium, barium, strontium, or an oxide thereof, and calcium oxide.
混練方法としては、前記混合物をバインダとともに混練できれば、特に限定されず、例えば、ニーダー、単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサ、ロール等を用いて混練することができる。 The kneading method is not particularly limited as long as the mixture can be kneaded with the binder, and for example, the kneading can be performed using a kneader, a single screw extruder, a twin screw extruder, a Banbury mixer, a roll, or the like.
前記バインダとしては、ＭＩＭ（Metal Injection Molding）やＣＩＭ（Ceramic Injection Molding）等の分野で従来から用いられているバインダであれば使用でき、具体的には、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン、パラフィンワックス、ステアリン酸、ポリエチレン、及びポリプロピレン等の有機バインダが挙げられる。 As the binder, any binder conventionally used in the fields of MIM (Metal Injection Molding) and CIM (Ceramic Injection Molding) can be used. Specifically, for example, polyvinyl alcohol resin, acrylic resin , Organic binders such as polystyrene, paraffin wax, stearic acid, polyethylene, and polypropylene.
また、成形方法としては、特に限定されず、例えば、圧縮成形、射出成形、トランスファー成形等の各種プレス成形法等により、混練物を所定の形状に成形し、さらに脱脂することにより、前記成形体が得られる。脱脂は、大気中で４００〜４５０℃で、２４〜７２時間、加熱することにより行われることが好ましい。 Further, the molding method is not particularly limited. For example, the molded body is formed by molding the kneaded product into a predetermined shape by various press molding methods such as compression molding, injection molding, transfer molding, and the like, and further degreasing. Is obtained. Degreasing is preferably performed by heating at 400 to 450 ° C. for 24 to 72 hours in the air.
また、前記成形体としては、上記のような方法によって得られたものに限らない。例えば、前記窒化アルミニウム粉末と前記エルビウム又はその酸化物の粉末と前記金属カルシウム粉末との混合物を冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により、前記混合物を全面から押し固めることによっても得られる。このような方法によれば、バインダを用いないで成形することができる。したがって、バインダを用いた場合に必要であった、通常１〜２日間はかかる脱脂工程を省略できる。なお、ＣＩＰとは、水等の液体を圧力媒体とし、粉体（前記混合物）に高圧の等方圧力を加えることにより成形する方法であって、粉体（前記混合物）を様々な形状に成形することができる。 Moreover, as the said molded object, it is not restricted to what was obtained by the above methods. For example, it can also be obtained by pressing the mixture of the aluminum nitride powder, the erbium or its oxide powder, and the metal calcium powder from the entire surface by cold isostatic pressing (CIP). According to such a method, it can shape | mold without using a binder. Therefore, this degreasing step can be omitted usually for 1 to 2 days, which is necessary when a binder is used. CIP is a method of forming a powder (the mixture) into various shapes by using a liquid such as water as a pressure medium and applying high pressure isotropic pressure to the powder (the mixture). can do.
前記焼成工程は、前記成形体を、非酸化雰囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム系焼結体を形成する。 In the firing step, the molded body is fired in a non-oxidizing atmosphere to form an aluminum nitride-based sintered body.
前記非酸化雰囲気とは、酸素を含んでいない雰囲気であり、具体的には、例えば、窒素雰囲気や不活性ガス雰囲気等が挙げられる。 The non-oxidizing atmosphere is an atmosphere not containing oxygen, and specifically includes, for example, a nitrogen atmosphere and an inert gas atmosphere.
焼成方法としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、窒化ホウ素製のセッター上に前記成形体を載置して、成形体を覆うように窒化ホウ素製のこう鉢を載置する。そして、セッターとこう鉢とで囲まれた空間を非酸化雰囲気下にして加熱する方法等が挙げられる。 Although it does not specifically limit as a baking method, Specifically, for example, the said molded object is mounted on the setter made from boron nitride, and the mortar made from boron nitride is mounted so that a molded object may be covered. And the method etc. which heat the space enclosed by the setter and the mortar in non-oxidizing atmosphere are mentioned.
前記成形体の焼結温度としては、表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材を得るために、１８２５℃以上であることが好ましい。一方、前記焼成温度が高すぎる場合には、焼成時に前記成形体と接触している部材、例えばセッターに付着された状態で窒化アルミニウム系焼結体が製造される傾向がある。セッターに窒化アルミニウム系焼結体が付着されていると、セッターから窒化アルミニウム系焼結体を剥がす際に、セッターに窒化アルミニウム系焼結体の一部が残存する。そして、次の焼成のために、サンドペーパーやラッピング等によって、セッターに付着した窒化アルミニウム系焼結体を削り落とさなければならない。この場合、前記焼成温度を、１８５０℃未満にすることによって、窒化アルミニウム系焼結体の付着を抑制でき、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性に優れた窒化アルミニウム系基材を効率的に製造できる。また、セッターに付着した窒化アルミニウム系焼結体を削り落とす際に、セッターが消耗するので、窒化アルミニウム系焼結体の付着が抑制されると、セッターが長寿命化する。したがって、焼結温度としては、窒化アルミニウム系基材の製造効率を高めるために、１８５０℃未満であることが好ましい。 The sintering temperature of the molded body is preferably 1825 ° C. or higher in order to obtain an aluminum nitride-based substrate having excellent adhesion between the surface alumina layer and the aluminum nitride layer. On the other hand, when the firing temperature is too high, an aluminum nitride-based sintered body tends to be produced in a state of being attached to a member that is in contact with the molded body during firing, for example, a setter. If the aluminum nitride-based sintered body is attached to the setter, a part of the aluminum nitride-based sintered body remains on the setter when the aluminum nitride-based sintered body is peeled off from the setter. Then, for the next firing, the aluminum nitride sintered body adhering to the setter must be scraped off by sandpaper or lapping. In this case, by setting the firing temperature to less than 1850 ° C., adhesion of the aluminum nitride sintered body can be suppressed, and an aluminum nitride base material having excellent adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer can be efficiently produced. Can be manufactured. Further, when the aluminum nitride sintered body adhering to the setter is scraped off, the setter is consumed. Therefore, if the adhesion of the aluminum nitride sintered body is suppressed, the setter will have a long life. Accordingly, the sintering temperature is preferably less than 1850 ° C. in order to increase the production efficiency of the aluminum nitride base material.
前記窒化アルミニウム系焼結体の形状としては、特に限定されず、具体的には、例えば、板状やバルク状等の形状が挙げられる。 The shape of the aluminum nitride-based sintered body is not particularly limited, and specific examples include a plate shape and a bulk shape.
また、前記窒化アルミニウム系焼結体は、さらに、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）により、前記窒化アルミニウム系焼結体を押し固めてもよい。そうすることによって、前記窒化アルミニウム系焼結体の強度を高めることができる。なお、ＨＩＰとは、アルゴン等の気体を圧力媒体とし、成形体全面に高圧の等方圧力を高温で加える方法である。 Further, the aluminum nitride-based sintered body may be further consolidated by a hot isostatic pressing method (HIP). By doing so, the intensity | strength of the said aluminum nitride type sintered compact can be raised. HIP is a method in which a gas such as argon is used as a pressure medium and a high pressure isotropic pressure is applied to the entire surface of the molded body at a high temperature.
次に、前記窒化アルミニウム系焼結体の表層を酸化させて、厚みが１μｍ以上のアルミナ層を形成する熱処理工程について説明する。 Next, a heat treatment step for oxidizing the surface layer of the aluminum nitride sintered body to form an alumina layer having a thickness of 1 μm or more will be described.
前記酸化雰囲気は、雰囲気中に酸素を含んで、窒化アルミニウム系焼結体の表層を酸化しうる雰囲気であれば特に限定されず、例えば、大気雰囲気や酸素雰囲気が挙げられる。 The oxidizing atmosphere is not particularly limited as long as it includes oxygen in the atmosphere and can oxidize the surface layer of the aluminum nitride-based sintered body, and examples thereof include an air atmosphere and an oxygen atmosphere.
熱処理温度としては、１０００〜１２５０℃であることが好ましく、１１００〜１１５０℃であることがさらに好ましい。この温度範囲が、アルミナ層の成長速度が適度であるために、比較的短時間で、適度な厚みを有する緻密なアルミナ層を形成することができる点から好ましい。前記熱処理温度が１０００℃未満の場合には、空気中の水が窒化アルミニウム系基材の内部へ浸入することを充分に抑制するアルミナ層を形成するためには、長時間を要する傾向がある。また、前記熱処理温度が１２５０℃を超える場合には、アルミナ層の成長が速すぎて、アルミナ層に大きなクラックが生じやすくなり、該クラックから空気中の水が窒化アルミニウム系基材の内部へ浸入しやすくなる傾向がある。 As heat processing temperature, it is preferable that it is 1000-1250 degreeC, and it is more preferable that it is 1100-1150 degreeC. This temperature range is preferable because a dense alumina layer having an appropriate thickness can be formed in a relatively short time because the growth rate of the alumina layer is appropriate. When the heat treatment temperature is less than 1000 ° C., it takes a long time to form an alumina layer that sufficiently suppresses the in-air water from entering the aluminum nitride base material. When the heat treatment temperature exceeds 1250 ° C., the growth of the alumina layer is too fast and large cracks are likely to be generated in the alumina layer, and water in the air penetrates into the aluminum nitride base material from the cracks. It tends to be easy to do.
形成されるアルミナ層の厚みとしては、１μｍ以上である必要があり、１０μｍであることが好ましく、５〜６μｍであることがさらに好ましい。前記厚みが薄すぎる場合には、空気中の水が窒化アルミニウム基材の内部へ浸入することを充分に抑制できなくなるおそれがある傾向がある。前記厚みが厚すぎる場合には、製造するのに時間がかかりすぎ、さらに、アルミナ層に大きなクラックが生じやすくなる傾向がある。 The thickness of the formed alumina layer needs to be 1 μm or more, preferably 10 μm, and more preferably 5 to 6 μm. When the thickness is too thin, there is a possibility that water in the air cannot sufficiently be prevented from entering the inside of the aluminum nitride base material. If the thickness is too thick, it takes too much time to produce, and further, large cracks tend to occur in the alumina layer.
また、レーザーエッチングしてから電気回路を形成する場合、前記アルミナ層の厚みとしては、１μｍ以上であることが必要であり、さらに５μｍ以上であることが好ましい。レーザーエッチングとしては、例えば、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザーやＳＨＧ−ＹＡＧレーザー等の高エネルギービーム照射によって、回路形成部分以外の金属膜を除去することによって行う。前記アルミナ層の厚みが薄すぎる場合には、窒化アルミニウム層まで高エネルギービームが到達し、その到達部分からアルミナ層にアルミニウムが析出する傾向がある。アルミナ層にアルミニウムが多量に析出すると、回路部と非回路部とが導通してしまい、短絡の原因となるおそれがある。 When an electric circuit is formed after laser etching, the alumina layer needs to have a thickness of 1 μm or more, and more preferably 5 μm or more. Laser etching is performed, for example, by removing the metal film other than the circuit formation portion by high energy beam irradiation such as THG-YAG laser or SHG-YAG laser. When the thickness of the alumina layer is too thin, a high energy beam reaches the aluminum nitride layer, and aluminum tends to precipitate on the alumina layer from the reaching portion. If a large amount of aluminum is deposited on the alumina layer, the circuit portion and the non-circuit portion are electrically connected, which may cause a short circuit.
また、前記熱処理工程の前に、前記窒化アルミニウム系焼結体の表面を平滑化する平滑化工程を備えることが好ましい。窒化アルミニウム系焼結体として、表面を平滑化した窒化アルミニウム系焼結体を用いることによって、表面が平滑化された窒化アルミニウム系基材が得られる。このような窒化アルミニウム系基材は、電気回路上への半導体素子、例えばＩＣやチップ等の実装性が高まる。一方、一般的に、前記窒化アルミニウム系焼結体の表面が粗化されているほうが、得られる窒化アルミニウム系基材のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が高まる傾向がある。本実施形態においては、前記窒化アルミニウム焼結体の表面を平滑化しても、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が充分に高い窒化アルミニウム基材が得られる。したがって、電気回路の剥離を抑制しつつ、半導体素子等の実装性を高めることができる。 Moreover, it is preferable to provide the smoothing process of smoothing the surface of the said aluminum nitride type sintered compact before the said heat processing process. By using an aluminum nitride-based sintered body with a smoothed surface as the aluminum nitride-based sintered body, an aluminum nitride-based substrate with a smoothed surface can be obtained. Such an aluminum nitride base material improves the mountability of a semiconductor element such as an IC or a chip on an electric circuit. On the other hand, generally, the roughened surface of the aluminum nitride-based sintered body tends to increase the adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer of the obtained aluminum nitride-based substrate. In the present embodiment, an aluminum nitride base material having sufficiently high adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer can be obtained even if the surface of the aluminum nitride sintered body is smoothed. Accordingly, it is possible to improve the mountability of the semiconductor element and the like while suppressing the peeling of the electric circuit.
表面が平滑化された窒化アルミニウム系基材の算術平均粗さ（Ｒａ）は、１〜２μｍであることが好ましい。前記算術平均粗さ（Ｒａ）が小さすぎる場合には、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が低下する傾向があり、また、大きすぎる場合には、回路形成後の表面の凹凸の高低差が大きすぎて、半導体素子等を実装する際に接合部にボイドが発生したりして放熱性が低下する傾向がある。なお、前記算術平均粗さ（Ｒａ）は、１００×１００μｍの領域をレーザー顕微鏡を用いて表面状態を測定して表面分析することにより算出される。 The arithmetic average roughness (Ra) of the aluminum nitride base material having a smooth surface is preferably 1 to 2 μm. When the arithmetic average roughness (Ra) is too small, the adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer tends to decrease. When the arithmetic average roughness (Ra) is too large, the unevenness of the surface irregularities after circuit formation is high. Is too large, there is a tendency for voids to be generated at the joints when mounting semiconductor elements or the like, resulting in a decrease in heat dissipation. The arithmetic average roughness (Ra) is calculated by measuring the surface state of a 100 × 100 μm region using a laser microscope and analyzing the surface.
以上説明した、窒化アルミニウム系基材の製造方法によれば、エルビウム又はその酸化物を含有し、表層部に１μｍ以上の厚みのアルミナ層が形成されている窒化アルミニウム系基材が得られる。このような窒化アルミニウム系基材は、スパッタリングで形成した金属膜からなる電気回路が形成された立体回路基板において特に問題となる、基材表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との剥離の発生を抑制できる表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層とが高い密着性を有する。また、前記窒化アルミニウム系基材は、窒化アルミニウム系基材内部に空気中の水が浸入しにくく、放熱性及び電気絶縁性に優れたものであるために、発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装する立体回路基板のような放熱性と絶縁性が要求される立体回路基板等に好ましく用いられる。 According to the method for producing an aluminum nitride base material described above, an aluminum nitride base material containing erbium or an oxide thereof and having an alumina layer having a thickness of 1 μm or more formed on the surface layer portion is obtained. Such an aluminum nitride-based substrate suppresses the occurrence of peeling between the alumina layer and the aluminum nitride layer on the surface of the substrate, which is particularly problematic in a three-dimensional circuit board on which an electric circuit made of a metal film formed by sputtering is formed. The surface alumina layer and the aluminum nitride layer that can be formed have high adhesion. Further, since the aluminum nitride base material is difficult for water in the air to enter the aluminum nitride base material and has excellent heat dissipation and electrical insulation properties, the three-dimensional structure on which the light emitting diode (LED) is mounted. It is preferably used for a three-dimensional circuit board that requires heat dissipation and insulation, such as a circuit board.
また、前記窒化アルミニウム系基材としては、前記エルビウム又はその酸化物の含有量が、酸化物換算で３〜１０質量％であることが、上記製造時の前記エルビウム又はその酸化物の好適混合量の場合と同様、表層のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性を高める点で好ましい。また、金属カルシウムを０．０２〜０．０３質量％さらに含有することが好ましい。また、金属カルシウムが含有されていることによって、窒化アルミニウム系基材を製造する際、焼結可能温度を低下させることができるので、窒化アルミニウム系基材を効率的に製造できる。 Moreover, as said aluminum nitride-type base material, it is 3-10 mass% in conversion of an oxide that the content of the said erbium or its oxide is the suitable mixture amount of the said erbium or its oxide at the time of the said manufacture As in the case of, it is preferable in terms of enhancing the adhesion between the surface alumina layer and the aluminum nitride layer. Moreover, it is preferable to contain 0.02-0.03% by mass of metallic calcium. Moreover, since the temperature which can be sintered can be reduced when manufacturing an aluminum nitride-type base material by containing metal calcium, an aluminum nitride-type base material can be manufactured efficiently.
本発明の窒化アルミニウム系基材に電気回路を形成する方法としては、スパッタリング、レーザーエッチング、及びめっきプロセスを経て電気回路が形成される方法が挙げられる。 Examples of the method for forming an electric circuit on the aluminum nitride-based substrate of the present invention include a method in which an electric circuit is formed through sputtering, laser etching, and a plating process.
このような電気回路形成方法は、まず、得られた所定の形状の窒化アルミニウム系基材の、回路を形成する表面に、スパッタリングにより金属膜を形成する。スパッタリング源（ターゲット）としては、第１段階では、クロム及びチタンからなる群から選択された１種の金属を用い、第２段階では、銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金及び金−錫合金等からなる群から選択された１種の金属を用いる。そして、形成された金属膜から電気回路となる回路形成部分をレーザーによりパターニングする。そして、電気めっき等の手法により、前記回路形成部分に銅めっきを施す。そして、銅めっきが形成されていない部分をエッチング加工することにより、電気回路が形成され、立体回路基板が得られる。ここで、第１段階で形成されるクロム膜やチタン膜は、窒化アルミニウム系基材と電気回路（銅箔回路）との密着性を高めるために形成されるものである。また、レーザーによるパターニングとしては、例えば、ＴＨＧ−ＹＡＧレーザーやＳＨＧ−ＹＡＧレーザー等の高エネルギービーム照射によって、回路形成部分の輪郭部分の金属膜を除去することによって行う。 In such an electric circuit forming method, first, a metal film is formed by sputtering on the surface of the obtained aluminum nitride base material having a predetermined shape on which a circuit is to be formed. As the sputtering source (target), in the first stage, one kind of metal selected from the group consisting of chromium and titanium is used, and in the second stage, from copper, aluminum, aluminum alloy, gold and gold-tin alloy, etc. One metal selected from the group is used. And the circuit formation part used as an electric circuit is patterned with a laser from the formed metal film. And copper plating is given to the said circuit formation part by methods, such as electroplating. Then, by etching the portion where the copper plating is not formed, an electric circuit is formed and a three-dimensional circuit board is obtained. Here, the chromium film or the titanium film formed in the first stage is formed in order to improve the adhesion between the aluminum nitride base material and the electric circuit (copper foil circuit). Further, the patterning by laser is performed by removing the metal film at the contour portion of the circuit forming portion by irradiation with a high energy beam such as THG-YAG laser or SHG-YAG laser.
このようにして形成された立体回路基板は、放熱性と絶縁性とが要求される、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ペルチェ素子その他各種半導体素子を実装する立体回路基板として好ましく用いられる。 The three-dimensional circuit board thus formed is preferably used as a three-dimensional circuit board on which light emitting diodes (LEDs), Peltier elements, and other various semiconductor elements are mounted, which require heat dissipation and insulation.
実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明の範囲は実施例により何ら限定されることはない。 The present invention will be described more specifically with reference to examples. The scope of the present invention is not limited by the examples.
［実施例１］
直接窒化法により作製した酸素量１．１質量％の窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）粉末６質量％を配合し、ボールミルによって、有機溶剤中で６時間混合した。その後、ドラフトチャンバ内で前記有機溶剤を充分に揮発させることによって、混合物を得た。得られた混合物に有機バインダを配合し、充分に混練した。得られた混練物を、プレス成形法により、所定の形状に成形し、さらに、大気中４５０℃で１時間プレスしたまま保持した。そして、２４〜４８時間かけて脱脂した。そうすることによって、所定の形状の成形体を得た。得られた成形体をセッターに載置し、窒素雰囲気下１８５０℃で３時間焼成することによって、窒化アルミニウム系焼結体を得た。上記成形体の焼成後、得られた窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されているかを確認した。本実施例の場合、付着が確認された。なお、得られた窒化アルミニウム系焼結体表面の算術平均粗さは、２μｍであった。算術平均粗さ（Ｒａ）は、キーエンス社製レーザー顕微鏡ＶＸ−８５００を用いて焼結体表面を１００倍の対物レンズを用いて観察して、高さ方向ピッチ０．０１μｍで１４９×１１２μｍの観察エリアの表面形状を測定した。そして、さらに、１００×１００μｍのエリアを選択して、表面粗さ解析して、Ｒａを算出した。
[Example 1]
6% by mass of erbium oxide (Er 2 O 3 ) powder was blended with 1.1% by mass of aluminum nitride powder produced by the direct nitriding method and mixed in an organic solvent for 6 hours by a ball mill. Thereafter, the organic solvent was sufficiently volatilized in a draft chamber to obtain a mixture. An organic binder was blended into the obtained mixture and sufficiently kneaded. The obtained kneaded material was molded into a predetermined shape by a press molding method, and was further kept pressed in the atmosphere at 450 ° C. for 1 hour. And it degreased over 24 to 48 hours. By doing so, the molded object of the predetermined shape was obtained. The obtained molded body was placed on a setter and fired at 1850 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain an aluminum nitride-based sintered body. After firing the molded body, it was confirmed whether the obtained aluminum nitride sintered body was adhered to the setter. In this example, adhesion was confirmed. The arithmetic average roughness of the surface of the obtained aluminum nitride sintered body was 2 μm. Arithmetic mean roughness (Ra) is observed at 149 × 112 μm at a height pitch of 0.01 μm by observing the surface of the sintered body with a 100 × objective lens using a Keyence laser microscope VX-8500. The surface shape of the area was measured. Further, an area of 100 × 100 μm was selected, surface roughness analysis was performed, and Ra was calculated.
得られた窒化アルミニウム系焼結体を、大気中で、１１００で１０時間加熱することにより、表層の窒化アルミニウムが酸化されて、表層にアルミナ層を有する窒化アルミニウム系基材が得られた。 The obtained aluminum nitride-based sintered body was heated in the atmosphere at 1100 for 10 hours, whereby the surface aluminum nitride was oxidized and an aluminum nitride-based substrate having an alumina layer on the surface layer was obtained.
得られた窒化アルミニウム系基材を垂直方向に曲げ破壊し、走査型電子顕微鏡で観察したところ、アルミナ層の厚みは、約２．５μｍであった。また、得られた窒化アルミニウム系基材の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法で測定すると、１７３Ｗ／ｍ・Ｋであった。得られた窒化アルミニウム系基材の密度は、３．３９ｇ／ｃｍ３であった。 When the obtained aluminum nitride base material was bent and broken in the vertical direction and observed with a scanning electron microscope, the thickness of the alumina layer was about 2.5 μm. Further, the thermal conductivity of the obtained aluminum nitride base material was 173 W / m · K as measured by a laser flash method. The density of the obtained aluminum nitride-based substrate was 3.39 g / cm 3 .
そして、以下の方法により、ピール強度を測定した。 And the peel strength was measured with the following method.
まず、得られた窒化アルミニウム系基材の表面にスパッタ法によりクロム被膜を形成し、さらに、スパッタ法により銅被膜を形成することによって、金属膜を形成した。スパッタ法により金属膜を形成した後、レーザーパターニングにより、金属膜を２ｍｍ幅の矩形に成形し、ピール強度測定用部位を作製した。その後、電解銅めっきを施すことによって、ピール強度測定用部位を１５μｍの厚さに厚膜化した。この２ｍｍ幅のピール強度測定用部位の端部をデザインカッターで剥離し、チャッキング部分を作製した。この窒化アルミニウム系基材をピール強度測定用部位の幅方向に自由移動可能なステージに固定し、チャッキング部分をチャッキングし、引っ張り上げる際の荷重を島津製作所製小型卓上試験機EZGraphのピール（引き剥がし）試験で４ｍｍの測定平均値で算出し、この測定のＮ＝６の平均値として算出した。上記方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．９Ｎ／ｍｍであった。 First, a chromium film was formed on the surface of the obtained aluminum nitride-based substrate by sputtering, and further a copper film was formed by sputtering, thereby forming a metal film. After forming a metal film by sputtering, the metal film was shaped into a 2 mm wide rectangle by laser patterning to produce a peel strength measurement site. Thereafter, electrolytic copper plating was performed to thicken the peel strength measurement site to a thickness of 15 μm. The end of this 2 mm width peel strength measurement site was peeled off with a design cutter to produce a chucking portion. This aluminum nitride-based substrate is fixed to a stage that can move freely in the width direction of the peel strength measurement part, the chucking part is chucked, and the load when pulling up is peeled off from the small desktop testing machine EZGraph manufactured by Shimadzu ( It was calculated with a measurement average value of 4 mm in the peeling test, and was calculated as an average value of N = 6 in this measurement. The peel strength of the copper thin film measured by the above method was 0.9 N / mm.
［実施例２］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末３．３質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３４ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．７Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。
[Example 2]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that 3.3% by mass of erbium oxide powder was added to the aluminum nitride powder. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 145 W / m · K, and the density was 3.34 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.7 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例３］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末５質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７２Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３７ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．８Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。
[Example 3]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that 5% by mass of erbium oxide powder was added to the aluminum nitride powder. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 172 W / m · K, and the density was 3.37 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.8 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例４］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末８．５質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約３．５μｍであり、熱伝導率は、１８１Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．４４ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．８Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。また、窒化アルミニウム系焼結体の表面には、色むらが確認された。これは、粒界相中に含まれる酸化エルビウムが多すぎるためであると思われる。
[Example 4]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that 8.5% by mass of erbium oxide powder was added to the aluminum nitride powder. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 3.5 μm, the thermal conductivity was 181 W / m · K, and the density was 3.44 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.8 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter. In addition, color unevenness was confirmed on the surface of the aluminum nitride-based sintered body. This is probably because too much erbium oxide is contained in the grain boundary phase.
［実施例５］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末３．３質量％、及び金属カルシウム粉末（平均一次粒子径：１μｍ）０．０２質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１４５Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３４ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．７Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。
[Example 5]
An aluminum nitride system is the same as in Example 1 except that 3.3% by mass of erbium oxide powder and 0.02% by mass of metal calcium powder (average primary particle size: 1 μm) are blended with the aluminum nitride powder. A substrate was obtained. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 145 W / m · K, and the density was 3.34 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.7 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例６］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末５質量％、及び金属カルシウム粉末（平均一次粒子径：１μｍ）０．０２質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３７ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．８Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。
[Example 6]
Aluminum nitride base material in the same manner as in Example 1, except that 5% by mass of erbium oxide powder and 0.02% by mass of metal calcium powder (average primary particle size: 1 μm) were blended with the aluminum nitride powder. Got. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.37 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.8 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例７］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末６質量％、及びカルシウム粉末（平均一次粒子径：１μｍ）０．０２質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３９ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．９Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。
[Example 7]
An aluminum nitride base material was prepared in the same manner as in Example 1 except that 6% by mass of erbium oxide powder and 0.02% by mass of calcium powder (average primary particle size: 1 μm) were blended with the aluminum nitride powder. Obtained. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.39 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.9 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例８］
窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末８．５質量％、及びカルシウム粉末（平均一次粒子径：１μｍ）０．０２質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約３．５μｍであり、熱伝導率は、１８５Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．４５ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、１．０Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着された。
[Example 8]
In the same manner as in Example 1, except that 8.5% by mass of erbium oxide powder and 0.02% by mass of calcium powder (average primary particle size: 1 μm) were blended with the aluminum nitride powder, an aluminum nitride-based substrate The material was obtained. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 3.5 μm, the thermal conductivity was 185 W / m · K, and the density was 3.45 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 1.0 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例９］
焼成温度を１８２５℃にして得られた窒化アルミニウム系焼結体を用いたこと以外、実施例５と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１４０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３３ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．７Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていた。
[Example 9]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 5 except that the aluminum nitride-based sintered body obtained at a firing temperature of 1825 ° C. was used. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 140 W / m · K, and the density was 3.33 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.7 N / mm. Further, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例１０］
焼成温度を１８２５℃にして得られた窒化アルミニウム系焼結体を用いたこと以外、実施例６と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３６ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．８Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていた。
[Example 10]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 6 except that the aluminum nitride-based sintered body obtained at a firing temperature of 1825 ° C. was used. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.36 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.8 N / mm. Further, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例１１］
焼成温度を１８２５℃にして得られた窒化アルミニウム系焼結体を用いたこと以外、実施例７と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３９ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、１．０Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていた。
[Example 11]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 7 except that the aluminum nitride-based sintered body obtained at a firing temperature of 1825 ° C. was used. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 180 W / m · K, and the density was 3.39 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 1.0 N / mm. Further, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例１２］
焼成温度を１８２５℃にして得られた窒化アルミニウム系焼結体を用いたこと以外、実施例８と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約３．５μｍであり、熱伝導率は、１６０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．４４ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、１．４Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていた。
[Example 12]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 8 except that the aluminum nitride-based sintered body obtained at a firing temperature of 1825 ° C. was used. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 3.5 μm, the thermal conductivity was 160 W / m · K, and the density was 3.44 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 1.4 N / mm. Further, the aluminum nitride sintered body was adhered to the setter.
［実施例１３］
焼結温度を１８２５℃にし、窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末７質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約３μｍであり、熱伝導率は、１８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．４１ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、１．９Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されなかった。
[Example 13]
An aluminum nitride base material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sintering temperature was 1825 ° C. and 7 mass% of erbium oxide powder was blended with the aluminum nitride powder. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 3 μm, the thermal conductivity was 180 W / m · K, and the density was 3.41 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 1.9 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was not attached to the setter.
［実施例１４］
焼成温度を１８００℃にして得られた窒化アルミニウム系焼結体を用いたこと以外、実施例１３と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３９ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．６Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていなかった。
[Example 14]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 13 except that the aluminum nitride-based sintered body obtained at a firing temperature of 1800 ° C. was used. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.39 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.6 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was not attached to the setter.
［実施例１５］
焼結温度を１８００℃にし、窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末６質量％、及び酸化カルシウム粉末（平均一次粒子径：１μｍ）０．０５質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３８ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．５Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていなかった。
[Example 15]
Similar to Example 1 except that the sintering temperature was 1800 ° C., and 6% by mass of erbium oxide powder and 0.05% by mass of calcium oxide powder (average primary particle size: 1 μm) were mixed with the aluminum nitride powder. Thus, an aluminum nitride base material was obtained. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.38 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.5 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was not attached to the setter.
［比較例１］
焼結温度を１８２５℃にし、窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末を配合せずに、酸化イットリウム粉末３質量％を配合したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．３Ｎ／ｍｍであった。また、窒化アルミニウム系焼結体がセッターに付着されていなかった。
[Comparative Example 1]
An aluminum nitride-based substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the sintering temperature was 1825 ° C., and 3 wt% of yttrium oxide powder was blended with the aluminum nitride powder without blending the erbium oxide powder. Obtained. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.3 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.3 N / mm. Moreover, the aluminum nitride sintered body was not attached to the setter.
上記処理条件及び結果をまとめたものを表１に示す。 Table 1 summarizes the processing conditions and results.
表１からわかるように、酸化エルビウムを含有する窒化アルミニウム系焼結体を焼成して得られた実施例１〜１５は、酸化エルビウムを含有しない窒化アルミニウム系焼結体を焼成して得られた比較例１より、ピール強度が高かった。このことから、酸化エルビウムを含有することによって、厚み１μｍ以上のアルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が高まることがわかる。 As can be seen from Table 1, Examples 1 to 15 obtained by firing an aluminum nitride-based sintered body containing erbium oxide were obtained by firing an aluminum nitride-based sintered body not containing erbium oxide. The peel strength was higher than that of Comparative Example 1. From this, it can be seen that the inclusion of erbium oxide increases the adhesion between the alumina layer having a thickness of 1 μm or more and the aluminum nitride layer.
また、窒化アルミニウム系焼結体を作製する際の焼結温度が１８２５℃以上の実施例１〜１３は、焼結温度が１８００℃の実施例１４，１５より、ピール強度が高かった。このことから、窒化アルミニウム系焼結体を作製する際の焼結温度が１８２５℃以上であることが、アルミナ層と窒化アルミニウム層との密着性が高まめる点で好ましいことがわかる。 Moreover, Examples 1-13 whose sintering temperature at the time of producing an aluminum nitride-type sintered compact is 1825 degreeC or more had higher peel strength than Examples 14 and 15 whose sintering temperature is 1800 degreeC. From this, it can be seen that it is preferable that the sintering temperature at the time of producing the aluminum nitride-based sintered body is 1825 ° C. or more in terms of enhancing the adhesion between the alumina layer and the aluminum nitride layer.
さらに、金属カルシウム粉末を配合して得られた窒化アルミニウム系焼結体を用いた実施例５〜１２において、窒化アルミニウム系焼結体を作製する際の焼結温度が１８２５℃の実施例９〜１２は、１８５０℃の実施例５〜８と同程度の密度のものが得られた。このことから、金属カルシウム粉末を配合することによって、１８２５℃で充分に緻密化された窒化アルミニウム系焼結体が得られることがわかる。 Furthermore, in Examples 5 to 12 using the aluminum nitride-based sintered body obtained by blending the metal calcium powder, the sintering temperature when producing the aluminum nitride-based sintered body is 1825 ° C. Examples 9 to No. 12 was obtained at the same density as Examples 5-8 at 1850 ° C. From this, it can be seen that an aluminum nitride sintered body sufficiently densified at 1825 ° C. can be obtained by blending the metal calcium powder.
そして、実施例１〜４、実施例５〜８、実施例９〜１２は、それぞれ酸化エルビウムの含有量のみを変えた実施例であるが、それぞれを比較すると、含有量が多いほど、熱伝導率及びピール強度が高い傾向があることがわかる。なお、酸化エルビウムの含有量を８．５質量％にした場合、含有量が６質量％である場合と比較して、熱伝導率又はピール強度が低下する場合がある。このことから、酸化エルビウムの含有量が、８．５質量％以下であることがより好ましいことがわかる。 And Examples 1-4, Examples 5-8, and Examples 9-12 are examples in which only the content of erbium oxide was changed, respectively. It can be seen that the rate and peel strength tend to be high. In addition, when content of erbium oxide is 8.5 mass%, compared with the case where content is 6 mass%, thermal conductivity or peel strength may fall. This indicates that the content of erbium oxide is more preferably 8.5% by mass or less.
［実施例１６］
窒化アルミニウム系焼結体に平滑化処理を施して、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）を１μｍとしたこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系機材を得た。得られた窒化アルミニウム系基材のアルミナ層の厚みは、約２．５μｍであり、熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍ・Ｋであり、密度は、３．３９ｇ／ｃｍ３であった。実施例１と同様の方法により測定した銅薄膜のピール強度は、０．９Ｎ／ｍｍであった。
[Example 16]
An aluminum nitride-based equipment was obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum nitride-based sintered body was subjected to a smoothing treatment and the surface arithmetic average roughness (Ra) was set to 1 μm. The thickness of the alumina layer of the obtained aluminum nitride-based substrate was about 2.5 μm, the thermal conductivity was 170 W / m · K, and the density was 3.39 g / cm 3 . The peel strength of the copper thin film measured by the same method as in Example 1 was 0.9 N / mm.
このことから、窒化アルミニウム系焼結体表面を平滑化しても、充分に高いピール強度が得られることがわかった。 From this, it was found that a sufficiently high peel strength can be obtained even if the surface of the aluminum nitride sintered body is smoothed.
［実施例１７］
直接窒化法により作製した酸素量１．１質量％の窒化アルミニウム粉末に対して、酸化エルビウム粉末３．３質量％を配合し、バインダを添加せずに、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により、成形体を得たこと以外、実施例１と同様である。
[Example 17]
Cold isostatic pressing (CIP) without adding a binder to 3.3% by mass of erbium oxide powder with aluminum nitride powder of 1.1% by mass oxygen produced by direct nitriding method As in Example 1, except that a molded body was obtained.
実施例２４に係る窒化アルミニウム系基材は、実施例１に係る窒化アルミニウム系基材と同等の密度、熱伝導率、及びピール強度を示した。また、実施例１に係る成形体は、作製するのに、通常１〜２日間はかかる脱脂工程が必要であるのに対して、実施例２４に係る成形体は、その脱脂工程を省略できる。従って、実施例１に係る窒化アルミニウム系基材は、作製するのに、７０〜１００時間程度かかるのに対して、実施例２４に係る窒化アルミニウム系基材は、４０〜５０時間程度しかかからなかった。 The aluminum nitride-based substrate according to Example 24 exhibited the same density, thermal conductivity, and peel strength as the aluminum nitride-based substrate according to Example 1. Moreover, in order to produce the molded object which concerns on Example 1, the degreasing process which requires this normally for 1-2 days is required, whereas the molded object which concerns on Example 24 can abbreviate | omit the degreasing process. Therefore, it takes about 70 to 100 hours to produce the aluminum nitride base material according to Example 1, whereas the aluminum nitride base material according to Example 24 takes only about 40 to 50 hours. There wasn't.
このことから、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）を用いることによって、バインダを添加せずに成形体が得られ、さらに、成形体の作製時間が短縮されることがわかった。 From this, it was found that by using the cold isostatic pressing method (CIP), a molded body can be obtained without adding a binder, and further, the production time of the molded body can be shortened.
［実施例１８］
窒化アルミニウム系焼結体に、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を施したこと以外、実施例１と同様にして、窒化アルミニウム系基材を得た。
[Example 18]
An aluminum nitride-based substrate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the aluminum nitride-based sintered body was subjected to hot isostatic pressing (HIP).
実施例２５に係る窒化アルミニウム系基材は、実施例１に係る窒化アルミニウム系基材と同等の密度、熱伝導率、及びピール強度を示した。さらに、実施例１に係る窒化アルミニウム系基材が、３２０ＭＰａの曲げ強度であるのに対して、実施例２５に係る窒化アルミニウム系基材は、４５０ＭＰａの曲げ強度であった。このことから、窒化アルミニウム系焼結体に、熱間等方圧加圧法（ＨＩＰ）を施すことによって、強度の高い窒化アルミニウム系基材が得られることがわかった。 The aluminum nitride-based substrate according to Example 25 exhibited the same density, thermal conductivity, and peel strength as the aluminum nitride-based substrate according to Example 1. Furthermore, the aluminum nitride base material according to Example 1 has a bending strength of 320 MPa, whereas the aluminum nitride base material according to Example 25 has a bending strength of 450 MPa. From this, it was found that a high strength aluminum nitride base material can be obtained by subjecting the aluminum nitride based sintered body to hot isostatic pressing (HIP).
Claims (6)
窒化アルミニウム粉末とエルビウム又はその酸化物の粉末と金属カルシウム粉末とを含有する成形体を、非酸化雰囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム系焼結体を形成する焼成工程と、
前記窒化アルミニウム系焼結体を酸化雰囲気下で熱処理することにより、前記窒化アルミニウム系焼結体の表層を酸化させて、厚みが１μｍ以上のアルミナ層を形成する熱処理工程とを備え、
前記エルビウム又はその酸化物の粉末の含有量が、前記成形体に対して酸化物換算で６〜８．５質量％であり、
前記焼成温度が、１８２５℃以上１８５０℃未満であることを特徴とする立体回路基板用窒化アルミニウム系基材の製造方法。 A method of manufacturing an aluminum nitride-based substrate for a three-dimensional circuit board in which an electric circuit is formed through sputtering, laser etching, and a plating process,
A firing step of forming an aluminum nitride-based sintered body by firing a molded body containing aluminum nitride powder, erbium or its oxide powder, and metal calcium powder in a non-oxidizing atmosphere;
A heat treatment step of oxidizing the surface layer of the aluminum nitride-based sintered body by heat-treating the aluminum nitride-based sintered body in an oxidizing atmosphere to form an alumina layer having a thickness of 1 μm or more,
The content of the powder of the erbium or its oxide is 6 to 8.5% by mass in terms of oxide with respect to the molded body,
The method for producing an aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board , wherein the firing temperature is 1825 ° C or higher and lower than 1850 ° C.
Sputtering, laser etching, and plating process on the surface of the aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board manufactured by the method for manufacturing an aluminum nitride base material for a three-dimensional circuit board according to any one of claims 1 to 5. An electrical circuit is formed through the three-dimensional circuit board.
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