JPH02167863A - 窒化アルミニウム基板の製造方法及びその連続焼成炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔１既　　要） 緻密で透光性に優れた高熱伝導性ＡｌＮ　（窒化アルミ
ニウム）基板の連続焼成方法及びその装置に係り、特に
グリーンシート法により底形された積層体の大型Ａｆｆ
ｉＮ基板を焼成する方法及びその装置に関し、量産性の
優れた連続式焼成法によって、反りやうねりが無く、熱
伝導性の優れた／ＩＮ基板を得るための連続焼成方法及
びその連続焼成炉を提供することを目的とする。

連続焼成炉を用いて窒化アル旦ニウム基板を製造するＡ
ｌＮ基板の連続焼成方法において、前記窒化アルミニウ
ム基板素材の焼成工程前の昇温過程で該素材雰囲気を加
圧させることを構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は緻密で透光外に仕れた高熱伝導性ＡｌＮ（窒化
アルミニウム）基板の連続焼成方法及びその装置に係り
、特にグリーンシート法により成形された積層体の大型
／’ｉ、Ｎ、ｌ板を焼成する方法及びその装置に関する
。

〔従来の技術〕

ＩＣ，ＬＳＩなどの素子を高密度に実装するためには、
熱伝導性の優れた回路基板を必要とする。

このような基板材料としては、毒性のために使用範囲が
限定されているＢｅＯがあるが、多くはアル旦す（Ａ　
ｌ　ｚ（ｈ）が用いられている。

そこで、ＢｅＯやアルミナに代わる基板材料として、熱
伝導率が高く、アルくす並の強度を有する窒化アルミニ
ウムが使用されるようになってきている。

窒化アルミニウムは難焼結性で、単体では焼結しにくく
、このためにトンネル炉を使用する通常の常圧焼結法に
おいては焼結助剤を添加することが多い。また、焼結助
剤を用いずに焼結する方法としてはホットプレス法があ
るが、量産性に劣ることや複雑な形状のものが製造しに
くいなどの欠点を持つ。まして、内部に三次元の配線を
有する回路基板の焼結は不可能である。

上記の焼結助剤としては、ＹやＣａの化合物が有効であ
ることが知られている（特開昭５９−２０７８１４号、
特開昭６０−６０９１０号、特開昭６０７１５７５号、
参照）。

上記の焼結助剤を用い、トンネル炉を使用する通常の常
圧焼結法によって得られる焼結体の熱伝導率は、温度プ
ロファイルや雰囲気（還元性雰囲気の利用等）により、
１８０〜２００Ｗ／ｍＫとアルミナの１０倍以上のもの
が得られるようになっている。

また、ｌｅＮの最大の特徴である高熱伝導性を損なうこ
となく、焼成するためには、焼結助剤や焼成条件の最適
化だけでなく、被焼成品を焼成炉内にどのようにセット
するかが重要な問題であることが知られている（特開昭
６２−１００４７９号、参照）。

通常はグラファイト製の容器内におさめて焼成するが、
この場合はグラファイト容器の内側にＡｌＮやＢＮの粉
末をぬるなどの工夫が見られる。

これは、焼結助剤に用いている酸化物が、周囲のグラフ
ァイトによって還元されてしまうのを防ぐためである。

このような工夫としては、被焼成品をＡＩＮ粉末中に埋
設する方法などが一般的とされている。

いずれにせよ、特開昭６２−１００４７９号が提供する
、ＢＮセッターとＡｆｆＮ積層体を交互に重ね、ＢＮ容
器内で焼成する方法が、緻密なＡｆｆｉＮ焼結体を得る
上でも、第４Ｂ図に示した反りやうねりをなくす上でも
効果が大きい。

しかし、／ＩＮ焼結体表面にはＢＮの拡散が見られたり
、基板内での収縮率にバラツキが大きいなどの問題があ
る。このような問題があるど、積層体に内部配線を施し
たり、あるいはバイアを形成するなどの複雑な焼結体は
得られない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の連続炉による焼成は、１気圧下のガスフローでの
み行われていた。このために、被焼成品のセット方法の
工夫が重要であった（反りゃうねりを防ぐために被焼成
品に荷重をかけたり、／ＩＮの分解を防ぐために粉末中
に埋設したり等）。

また、バッチ式炉（特に雰囲気制御の可能なもの）、あ
るいはホットプレスなどによって得られる焼結体と比較
し、熱伝導性に劣るといった弱点も有した。

本発明は、量産性の優れた連続式焼成法によって、反り
やうねりが無く、熱伝導性の優れたＡＩ！。

Ｎ基板を得るための連続焼成方法及びその連続焼成炉を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課社は本発明によれば 連続焼成炉を用いて窒化アルミニウム基板を製造するＡ
Ｉ！、Ｎ基板の連続焼成方法において、前記窒化アルミ
ニウム基板素材の焼成工程前の昇温過程で該素材雰囲気
を加圧させることを特徴とする窒化アルミニウム基板の
製造方法によって解決される。

更に上記課題は本発明によれば 第１ガス置換室３と；雰囲気圧力を上昇させる第１圧力
連成室４間に設けられた第１ガスフローゾーン１５と；
前記第１圧力連成室４と雰囲気圧力を低下させる第２圧
力運成室５間に設けられた、雰囲気が加圧された状態の
笛２ガスフローゾーン１６と：前記第２圧力連成室５と
第２ガス置換室６間の第３ガスフローゾーン■７と；を
連続的に順に設けてなり、前記第１ガス置換室、第１圧
力連成室、第２圧力運成室、第２ガス置換室の各入口、
出口には開閉可能な扉をそれぞれ７　ａ　、７　ｂ　；
７ｃ、７ｄ；７ｅ、７ｆ；及び７ｇ、７ｈ；及び前記第
１ガスフローゾーン１５、第１圧力連成室４、第２ガス
フローゾーン１６、第２圧力連成室５、第３ガスフロー
ゾーン１７にそれぞれ雰囲気ガスの供給及び／又は排出
管８，９を具備することを特徴とする窒化アルミニウム
基板の連続焼成炉によって解決される。

本発明では、第１ガスフローゾーン、第３ガスフローゾ
ーンには窒素ガス（酸化抑制のため酸素濃度１０ｐｐｍ
以下）を１気圧で５０〜７０１／分程度流し、第２ガス
フローゾーンには窒素ガスを２気圧以上、好ましくは５
〜７気圧で１〜１０１／分程度流すのが好ましい。

また第１ガス置換室、第２ガス置換室の各人口側では真
空置換機能を有し、酸素濃度をｌｏｐｐｍ以下にするこ
とが可能で出口側は大気を遮断する機能を有する。

〔作　用〕

本発明ではプッシャー式連続炉の焼成工程前の昇温過程
に雰囲気加圧ゾーンを設は被焼成Ａ　Ｉ　Ｎグリーンシ
ート積層体を蒸発成分ＣａｘＡ　ｌ　ｙｏｚ（ＣａＯ＋
　Ａ　ｌ　ｚ（ｈの反応生成物）の蒸発を制御してい゛
るためバッチ式炉の持つＡｆｆｉＮの焼成に有利な圧力
制御を連続的に行える。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の方法を実施する連続焼成炉の一実施例
を示す模式図である。

第１図において連続焼成炉ｌは第１ガス置換室３と第１
圧力連成室４間の第１ガスフ【１−ゾーン１５、第１圧
力連成室４と第２圧力連成室５間の第２ガスフローヅー
ン１６及び第２圧力連成室５と第２ガス置換室６間の第
３ガスフローゾーン１７とが連続して設けられそれぞれ
のガスフローゾーンに還元性雰囲気ガス例えば窒素ガス
を供給するガス供給管８及びそれらのガスを排出するガ
ス排出管９がそれぞ設けられている。各底部床ライン２
０上を試料２を例えばプッシャ一方式（図示せず）で第
１ガス置換室３、第１ガスフローゾーン１５、第１圧力
運成室、第２ガスフローゾーンＩ６、第２圧力連成室５
、第３ガスフローゾーン１７及び第２ガス置換室６を順
次通過出来るように構成されている。

なお本発明でいう圧力連成室４、及び５はその各室で通
常の装置（ポンプ）で圧力を変化出来るように形成され
ており本実施例の第１圧力連成室４では１気圧から２気
圧へ、第２圧力連成室５では２気圧からｌ気圧へ圧力を
変化させている。

以下本発明に係るＡｌＮ基板の連続焼成方法の一実施例
を説明する。第２図は本実施例の温度プロフィールであ
る。

第１図右側端部に配置された被焼成品であるＡＩＮグリ
ーンシート積層体試料２を、扉７ａを開はプッシャーに
てｌ気圧Ｎ２ガス雰囲気の第（ガス置換室３に搬入させ
、扉７ａを閉める。次に扉７ｂを開けて試料２を１気圧
の第１ガスフローゾーン１５に搬入させ、試料を１４０
０”ｃ程度に！Ａ、温させる。ガスフローとしては窒素
ガスを５０ｆ／分の供給速度で行う。次に扉７ｃを開は
試料２を第１圧力連成室４に搬入させ扉７ｃを閉じ試料
に対し圧力を１気圧から２気圧に変化させた後扉７ｄを
開けて試料２を２気圧の第２ガスフローヅ−ン１６内に
搬入し扉７ｄを閉める。第２ガスフローゾーン１６内に
は１１７分の供給速度で窒素ガスを流す。この第２ガス
フローゾーン１６内では試料が加圧状態と共に１４００
″Ｃから１７００’Ｃの昇温過程に約０．５時間配され
る。

このように加圧予備焼成された試料を第２圧力連成室５
内を経由して本焼成を行う第３ガスフローゾーン１７に
送られる。第３ガスフローゾーン１７は１７００°Ｃ以
上好ましくはｌ８００°Ｃから１９５０’Ｃの温度内に
約９〜１５時間保持され通常の焼成が行われる。その後
該試料２の冷却過程において１気圧、５０１／分のＮ２
ガスフローの状態を保てるようにする。

このように本焼成が完了した試料２はｌ気圧のＮ２ガス
雰囲気の第２ガス置換室６を経由して炉外へ出される。

１７００℃以七の高？ｍ領域は炉壁、発熱体（ヒーター
）等（図示せず）は全てカーボン成形体によって構成さ
れ、また１７００℃以下の領域は炉壁がアルミナ質耐火
煉瓦で発熱体はＳｉＣのものを用いた。

試料を搬送するセッターはカーボン成形体を用い、試料
は第３図に示すようにカーボン容２′ｉ２１内にＢＮ（
窒化ボロン）スペーサー２２及びＢＮセッター２３を介
在させてＡＩＮグリーンシート２５を内蔵するようにセ
ットされる。２４はＡｆＮ粉末である。ＡｆｆｉＮｆｆ
−ンシートとしては、９０”ｏｒ￥す２５０ハ１７）Ａ
、ｅＮり’Ｊ　　７シー）ヲ６Ｎ積層し、全体の厚さ１
．５ｍｍｔＯものを用いた。

このようにして得られた１ｅＮ５仮焼成体の密度、熱伝
導率、反りの結果を本実施例及び比較例（２気圧のガス
フローゾーン（加圧室）を設けなかった場合）の結果を
それぞれ第１表、第２表に示す。なお反りは第４Ｂ図り
の高さである。

第１表（実施例） ＊：対角線ｌに対するソリｌ　　ｈ／／！第２表（比較
例） 上記結果から本実施例の方が比較例より高い熱伝導率を
有し、しかも反りの少ないことがわかる。

本発明は、１４００°Ｃ以下の第１焼成工程において、
雰囲気を加圧状態とすることにより／ＩＮの焼結助剤Ｙ
、Ｃａの化合物例えば、蒸発成分ＣａｘＡ　ｌ　ｙＯｚ
の蒸発を抑制することにより、／ＩＮの焼結を促進せし
め、１４００°Ｃ〜１７００°Ｃ程度の第２焼戒工程に
おいては焼結がほぼ完了したＡｆＮから、不純物として
の焼結助剤を精極的に蒸発除去するために、焼成雰囲気
を常圧もしくはＡｌＮの熱分解が生じない程度の減圧下
（１０−”気圧以上１気圧まで）で焼成することにより
、本発明を達成しうるちのであり、 上記実施例方法が好ましいものの本焼成領域を減圧（１
０−”気圧〜ｌ気圧）としても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の連続方式によればバッチ式
炉で焼成したのと同様かそれ以上の高い熱伝導性を有し
、しかもより緻密で反りの少ない平坦なＡｌ１Ｎ基板を
量産性よく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する連続焼成炉の一実施例
を示す模式図であり、 第２図は本発明に係る連続焼成炉内の温度プロフィール
を示す一実施例であり、 第３図は本発明に係る被焼成品のセット方法を示す模式
図であり、 第４Ａ図、第４Ｂ図は反りを説明するための図である。 ｌ・・・連続焼成炉、　　　２・・・試料、３・・・第
１ガス置換室、　４・・・第１圧力連成室、５・・・第
２圧力連成室、　６・・・第２ガス置換室、７ａ、７ｂ
、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、　　　マ　　ｇ　　。 ７ｈ・・・扉、 ８．９・・・ガスイｊ（給、排出管、 ５・・・第１ガスフローゾーン、 ６・・・第２ガスフローゾーン、 ７・・・第３ガスフローゾーン、 Ｏ・・・床ライン、　　　　２１・・・カーボン容器、
２・・・ＢＮスペーサー　２３・・・ＢＮセンター４・
・・ＡｌＮわ）末、 ５・・・Ａ／！Ｎグリーンシート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．連続焼成炉を用いて窒化アルミニウム基板を製造す
   る窒化アルミニウム基板の連続焼成方法において、 前記窒化アルミニウム基板素材の焼成工程前の昇温過程
   で該素材雰囲気を加圧させることを特徴とする窒化アル
   ミニウム基板の製造方法。
2. ２．第１ガス置換室（３）と、雰囲気圧力を上昇させる
   第１圧力連成室（４）間に設けられた第１ガスフローゾ
   ーン（１５）と；前記第１圧力連成室（４）と雰囲気圧
   力を低下させる第２圧力連成室（５）間に設けられた、
   雰囲気が加圧された状態の第２ガスフローゾーン（１６
   ）と；前記第２圧力連成室（５）と第２ガス置換室（６
   ）間の第３ガスフローゾーン（１７）と；を連続的に順
   に設けてなり、前記第１ガス置換室（３）、第１圧力連
   成室（４）、第２圧力連成室（５）、第２ガス置換室（
   ６）各入口、出口には開閉可能な扉をそれぞれ７ａ，７
   ｂ；７ｃ，７ｄ；７ｅ，７ｆ；及び７ｇ，７ｈ；及び前
   記第１ガスフローゾーン（１５）、第１圧力連成室（４
   ）、第２ガスフローゾーン（１６）、第２圧力連成室（
   ５）、第３ガスフローゾーン（１７）にそれぞれ雰囲気
   ガスの供給及び／又は排出管（８，９）を具備すること
   を特徴とする窒化アルミニウム基板の連続焼成炉。