JPH02172868A

JPH02172868A - 窒化アルミニウム焼結体並びにそれを用いた電子部品

Info

Publication number: JPH02172868A
Application number: JP63328191A
Authority: JP
Inventors: Hideko Fukushima; 英子福島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1990-07-04

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】［産業上の利用分野］本発明は、熱伝導性に優れ、メタライズが容易であり、
さらに遮光性に優れた窒化アルミニウム焼結体及びそれ
を用いた電子部品に関するものである。

［従来の技術］従来より絶縁基板材料としては、アルミナ焼結体が多く
用いられてきたが熱伝導率が低い（約２０Ｗ／ｍ４）た
め近年の電子機器の高集積、高密度化には対応しきれな
くなってきた。そこで。熱伝導性が優れ（理論値３２０
Ｗ／ｎ＋・Ｋ）、熱膨張率もシリコンに近い窒化アルミ
ニウム焼結体が注目されはじめている。

窒化アルミニウム焼結体は、難焼結性材料であるため緻
密な焼結体を得ることが困難であったが、最近では、焼
結助剤の使用により常圧でも緻密な焼結体が得られるよ
うになった。特開昭６０−７１５７５号公報では、常圧
焼結による透光性窒化アルミニウム焼結体が提案されて
いる。

この窒化アルミニウム焼結体は焼きムラや色ムラが生じ
やすいため商品価値の低下をまねいたり、パッケージと
して使用する場合、紫外線等の透過によりＩＣメモリー
に悪影響を及ぼしたり、また、窒化物であるために所要
面への金属層の形成が困難であり、窒化アルミニウムの
高熱伝導化にともなう粒成長により強度が低下するなど
の問題があった。

最近、紫外線の影響を少なくするために、特開昭６３−
１６２５７６号公報により酸化タングステンや酸化モリ
ブテンを添加することによって窒化アル商ニウム基板を
着色する方法が提案された。

また、特開昭６１−２７０２６２号公報には４ａ、５ａ
、６ａ族元素のホウ化物及び窒化物、炭化物から選ばれ
た１種以上の化合物を含有する窒化アルミニウム焼結体
により焼結体を酸化処理を行なわなくてもメツキを行な
う際の金属との濡れ性がよく、熱伝導率も優れた電子部
品が得られることが開示されている。

［本発明が解決しようとする課題］上記酸化タングステンおよび酸化モリブデンを添加し、
着色する方法では紫外綿に対する遮光効果は優れている
が、これらの化合物の添加によって窒化アルミニウムの
熱伝導率が改善されるものではない。また、窒化アルミ
ニウム焼結体は粒界破断を起すことが知られており、そ
の焼結体の強度を上げる必要があるが、酸化モリブデン
および酸化タングステン添加では強度を上げることがで
きなかった。

また、上記特開昭６１−２７０２６２号公報の窒化アル
ミニウム焼結体では窒化物、炭化物、ホウ化物の添加が
開示されているが、これら化合物の添加ゼは強度は上昇
するが、これらの化合物添加のみでは１５０Ｗ／ｍ−に
以上の熱伝導率を持つ焼結体を得ることはできない。

本発明の目的は上記問題点に鑑み紫外線等の遮光効果に
優れ、高強度、高熱伝導率をともに有する窒化アルミニ
ウム焼結体並びにこれを用いた電子部品を提供すること
である。

［問題点を解決するための手段］本発明者らは、希土類酸化物とＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ。

Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗのホウ化物、窒化物、炭化
物の含有量を規定することにより高強度、高熱伝導性、
高遮光性を兼ね備えた窒化アルミニウム焼結体が得られ
ることを見出した。

すなわち、本発明は希土類金属酸化物が５％〜１３％の
重量部と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗのホウ化物、窒化物、炭化物から選ばれた少な
くとも１種以上の化合物が金属元素単体に換算して０．
０１〜１０％の重量部と、残部実質的に窒化アルミニウ
ムからなり、且つ着色されていることを特徴とする窒化
アルミニウム焼結体である。

本発明において希土類酸化物は窒化アルミニウム焼結体
の高熱伝導率を保つものであり、単なる焼結助剤ではな
い。酸化ディスプロシウム等の希土類酸化物は焼結期間
中に気化するため焼結前に気化量を考慮する必要が有る
。

上記希土類酸化物の規定量は焼結後に存在する重量比で
ある。この重量比を５％〜１３％に規定したのは５％未
満でも１３％を越えても熱伝導率が低下するためである
。

また、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｖ　、　Ｎｂ、　Ｔａ
、　Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗの元素よりなる窒化物、ホウ化物、
炭化物は上記希土類酸化物の含有により窒化アルミニウ
ム焼結体のめっき等に使用される金属との濡れ性を改善
し、強度を高め、さらに焼結体を着色するものである。

これらの化合物は１０ｗｔ％を越える窒化アルミニウム
本来の熱伝導率が得られないため１０％以下である必要
がある。また、０．０１ｗｔ％未満では窒化アルミニウ
ム焼結体の着色、及び金属とのヌレ濡れ性が改善されな
い。

より好ましくは、希土類酸化物及び窒化物、ホウ化物、
炭化物は総量で窒化アルミニウム焼結体の１５ｗｔ％を
趣えないことが望ましい。

また、熱伝導率を上げるためには炭化物、窒化物、ホウ
化物のうち、ＶＣが特に好ましい。

また、上記ホウ化物、窒化物、炭化物は窒化アルミニウ
ムの粒界に単独あるいは希土類酸化物からなる化合物と
固溶することなしにともに存在するものであることが望
ましい。

上記窒化アルミニウム焼結体を熱伝導部または放熱部な
どを構成する部材として使用する二とにより放熱効果の
優れた電子部品を得ることができる。

［実施例］本発明の実施例を詳細に説明する。

（実施例１）平均粒子径０．５−の市販の窒化アルミニウム粉末（酸
素含有量１．２ｗｔ％）にＹ、０！粉末あるいはＤｙ１
Ｏ１粉末とＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗの１元素よりなるホウ化物、窒化物、炭化物の
１種以上を加えてエタノール中で２４時間混合し、乾燥
、造粒、成形後１９００℃の温度で窒素雰囲気で５時間
かけて焼結し第１表に示す組成の焼結体を得た。

尚、第１表に示された組成以外は全てＡＩＮであり、ホ
ウ化物、窒化物、炭化物の含有量は金属元素単体に換算
の重量部である。また、第１表中の添加物（１）は希土
類金属酸化物の群を示し、添加物（２）はホウ化物、窒
化物、炭化物の群を示している。

第１表に示す焼結体の色、熱伝導率、曲げ強度、ビール
強度を測定し第２表に示す結果を得た。

ここで熱伝導率の測定は、焼結体を１０φＸ３ｔ＋ｎｏ
＋に加工した試料を用いたレーザー・フラッシュ法によ
り測定した。

曲げ強度の測定は、焼結体を３ｔ、Ｘ並Ｘ４０　Ｑ　Ｍ
に加工した後にＪ　Ｉ　５１６０１に基づき測定した。

金属との濡れ性は、メタライズの接着強度にて評価した
。メタライズの接着強度は、焼結体にＷ粉末（平均粒径
０．５．）を含むペーストを厚さ約２０−塗布し、乾燥
後１７５０℃Ｘｌｈにて窒素雰囲気で包填１男圧焼結し１次いで該焼結体表面に電解メツキによｊっで
Ｎｉ層を２−形成した後、共晶銀ローを用いて１×ＩＭ
のコバール板を９３０℃Ｘ５ｍ１ｎでロー付し、その接
着強度をビール強度として測定した。

ビール強度は上記コバール板に接合されたリード線を接
着面に対して垂直方向に、向かって０．５＋ｎｍ／ｓｅ
ｃの速度で引っ張り、上記コバール板が焼結体から剥離
したときの強度である。

本実施例により、第２表に示す様に、ＡＩＮに希土類金
属酸化物とＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ。

Ｍｏ、Ｗのホウ化物、窒化物、炭化物から選ばれた１種
以上を共存させることにより、熱伝導率が高く、曲げ強
度が大きく、金属との濡れ性が良好な着色された焼結体
が得られることが分かる。

また、特にＶＣ（Ｎｏ、９，２１．２４）が熱伝導率を
向上させることが分かる。

一方比較例（Ｎｏ、２６．２７．２８）は熱伝導率は高
いものの、着色が不十分で透光性があり、また、曲げ強
度も本実施例に比べて低いものであった。

第１図は第１表の試料Ｎｏ、２２の添加物（２）の含有
量２％の焼結体（Ｎｏ、２２ｂ）の破断面を走査型電子
顕微鏡で観測したものである。

また、第２図は第１表の試料Ｎｏ、２０の添加物（２）
の含有量２％の焼結体（Ｎｏ、２０ｂ）の破断面を走査
型電子顕微鏡で観測したものである。

第１図及び第２図に付した矢印は窒化アルミニウム粒界
に存在する微粒子を示したものである。

この微粒子部をＸ線分析により分析したところ、第１図
ではＮｂＣ，第２図ではＭ　Ｏ２Ｃで有ることが推定で
きた。これより、ＮｂＣ，Ｍｏ□Ｃ等は希土類酸化物及
び窒化アルミニウムと固溶することなしに存在し、この
ような組織が窒化アルミニウム焼結体の強度を上げ、且
つ熱伝導率を高いままで保持すると推定される。

（実施例２）酸化イツトリウムの含有量を２〜１５ｗｔ％と変え、Ｎ
　ｂ　Ｃ０，２ｗｔ％またはＭ　Ｏｚｃｏ、２ｗｔ％を
含有する窒化アルミニウム焼結体を作成し、その熱伝導
率を測定した結果を第３図に示す。

第３図より、熱伝導率はこの図から、５〜１♀ｗｔ％の
酸化イツトリウムを含有する場合１５０　Ｗ　／　ｍ・
ｋ以上の熱伝導率が得られ、熱伝導性の良い焼結体とな
ることがわかる。

同様に、酸化イツトリウムを酸化ディスプロシウムに変
え、同様の焼結体を作成し、熱伝導率を測定した。この
場合も、５〜１３ｗｔ％の酸化イツトリウムを含有する
場合１５０Ｗ／ｍ−に以上の熱伝導率が得られた。

［発明の効果］本発明によれば、従来不充分であった強度が改善され、
熱伝導率が高く、金属との濡れ性が良好な１着色された
焼結体が得られ、熱伝導または放熱などの働きを求めら
れる例えば内部配線を設けた多層基板などのように電子
部品の基板、キャップあるいはケースなどを構成する部
材として優れた効果を発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の窒化アルミニウム焼結体の破断面組織
写真の一例を示した図、第２図は本発明の他の窒化アル
ミニウム焼結体の破断面組織写真の一例を示した図、第
３図は希土類酸化物量と熱伝導率の関係の一例を示した
図である。第３Ｙ２０３含有量（ｗｔ％）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）希土類金属酸化物が５％〜１３％の重量部と、Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのホ
ウ化物、窒化物、炭化物から選ばれた少なくとも１種以
上の化合物が金属元素単体に換算して０．０１〜１０％
の重量部と、残部実質的に窒化アルミニウムからなり、
且つ着色していることを特徴とする窒化アルミニウム焼
結体。
（２）前記化合物はＶＣであることを特徴とする請求項
１に記載の窒化アルミニウム焼結体。
（３）前記希土類金属がディスプロシウムあるいはイッ
トリウムであることを特徴とする請求項１ないし２のい
ずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体。
（４）前記Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗのホウ化物、窒化物、炭化物から選ばれた少な
くとも１種以上の化合物が、窒化アルミニウムの粒界に
単独あるいは希土類からなる化合物と固溶することなし
に共に存在することを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の窒化アルミニウム焼結体。
（５）請求項１乃至４のいずれかの項に記載の窒化アル
ミニウム焼結体を熱伝導部または放熱部を構成する部材
として使用することを特徴とする電子部品。