JPH02217383A - Sintered aluminum nitride and production thereof - Google Patents
Sintered aluminum nitride and production thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、メタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結
体およびその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to an aluminum nitride sintered body having a metallized layer and a method for manufacturing the same.
(従来の技術)
窒化アルミニウム焼結体は、熱伝導率が酸化アルミニウ
ム焼結体の5倍〜IO倍と高く、放熱性に優れ、高電気
絶縁性、低誘電率を示し、また耐食性や耐熱衝撃性に優
れるなど、各種の優れた特性を有していることから、各
種電子・電気部品用材料や構造材料として注目を集めて
いる。特に、放熱性に優れるとともに、熱彫版係数がS
iチップに近似していることから、放熱性が不十分なア
ルミナ焼結体や毒性があるために取扱いが繁雑なベリリ
ア焼結体に代って、半導体素子用絶縁基板として期待さ
れている。(Prior art) Aluminum nitride sintered bodies have a thermal conductivity that is 5 to IO times higher than that of aluminum oxide sintered bodies, excellent heat dissipation, high electrical insulation properties, low dielectric constant, and corrosion resistance and heat resistance. Because it has various excellent properties such as excellent impact resistance, it is attracting attention as a material for various electronic and electrical parts and as a structural material. In particular, it has excellent heat dissipation and a thermal engraving coefficient of S.
Because it resembles an i-chip, it is expected to be used as an insulating substrate for semiconductor devices in place of alumina sintered bodies, which have insufficient heat dissipation properties, and beryllia sintered bodies, which are toxic and difficult to handle.
具体的な用途としては、放熱性に優れるという特性を活
かして発熱量が大きい高周波トランジスタ用の絶縁基板
やイグナイタ用の絶縁基板、誘7は率が低いという特性
を活かして積層型のコンデンサなどの電気・電子部品用
材料に利用されており、また構造材料としては透光性を
有するという特性を活かして進行波管や核融合炉の電磁
波透過窓用部材などが検討されている。Specific applications include insulating substrates for high-frequency transistors and igniters that generate a large amount of heat by taking advantage of its excellent heat dissipation properties, and multilayer capacitors by taking advantage of its low dielectric constant. It is used as a material for electrical and electronic parts, and as a structural material, taking advantage of its translucent properties, it is being considered as a material for traveling wave tubes and electromagnetic wave transmitting windows for nuclear fusion reactors.
ところで、窒化アルミニウム焼結体を上述したような各
種電気・電子部品塔載基板として用いる場合には、その
表面に導電層の形成が不可欠であり、また構造材として
使用する際においても金属部材との接合面となる金属化
面の形成が不可欠である。そこで、従来、窒化アルミニ
ウム焼結体に下記に示すような方法によってメタライズ
層の形成が行われていた。By the way, when an aluminum nitride sintered body is used as a substrate for mounting various electric/electronic components as mentioned above, it is essential to form a conductive layer on its surface, and when it is used as a structural material, it cannot be used as a metal member. It is essential to form a metallized surface that will serve as the bonding surface. Therefore, conventionally, a metallized layer has been formed on an aluminum nitride sintered body by the method shown below.
■ Cu板を窒化アルミニウム焼結体上に接触配置し、
加熱することによって直接接合する、いわゆるDBC法
。■ Place the Cu plate in contact with the aluminum nitride sintered body,
The so-called DBC method involves direct bonding by heating.
■ Cu s^uSAg−Pdなどのペーストを用いた
厚膜法。■ Thick film method using paste such as Cu s^SAg-Pd.
■ Mo!Wなどの高融点金属に、TIなどの活性金属
の窒化物を添加混合したメタライズ用組成物をペースト
化し、塗布・焼成することによってメタライズ層を形成
する方法。■ Mo! A method of forming a metallized layer by making a paste of a metallizing composition prepared by adding and mixing a nitride of an active metal such as TI to a high melting point metal such as W, and applying and firing the paste.
しかし、上記■および■の方法を用いたメタライズ層は
、特に高温に晒されると窒化アルミニウム焼結体との接
合強度の低下が激しく、これによって高温ではんだ付け
を行う際に強度の低下を招いたり、発熱量の大きい部品
を塔載する場合、付加される冷熱サイクルによってメタ
ライズ層にクラックが生じやすいなどの問題があった。However, the metallized layer obtained using methods ① and ① above shows a significant decrease in bonding strength with the aluminum nitride sintered body when exposed to high temperatures, which causes a decrease in strength when soldering is performed at high temperatures. However, when parts that generate a large amount of heat are mounted on a tower, there are problems such as the metallized layer being prone to cracking due to the additional cooling and heating cycles.
これらに対して、上記■の方法によるメタライズ層は、
窒化アルミニウム焼結体に対して接合強度が高く、さら
に高温中においても接合強度の低下がほとんどないなど
、各種電子部品塔載用の導電層などとして優れたもので
ある。On the other hand, the metallized layer formed by the method (■) above is
It has high bonding strength with respect to aluminum nitride sintered bodies, and there is almost no decrease in bonding strength even at high temperatures, making it excellent as a conductive layer for mounting various electronic components.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、上記■の方法によるメタライズ層は、上
述したように優れた特性を有する半面、改善を必要とす
る事項も数多く残されている。(Problems to be Solved by the Invention) However, although the metallized layer produced by the method (2) has excellent characteristics as described above, there are still many issues that require improvement.
すなわち、Mo−T i Nメタライズ組成物を例とし
て説明すると、TINは窒化アルミニウム焼結体に対す
る接合力を発揮するとともに、メタライズ層における導
電性物質となるものであるが、TINのみではメタライ
ズ層の充分な機械的強度が得られず、脆いものとなって
しまう。そこで、MOを添加してその焼結力によって強
度を付加するとともに導電率を向上させるのであるが、
MOは焼成時における収縮が大きく、MOの添加量を多
くすると焼成時に窒化アルミニウム焼結体側に応力が加
わり、クラックの原因となったり、またクラックの発生
までに至らなくとも強度の低下要因となる。In other words, using the Mo-TiN metallization composition as an example, TIN exhibits bonding strength to the aluminum nitride sintered body and serves as a conductive material in the metallization layer, but TIN alone does not have enough strength to form the metallization layer. Sufficient mechanical strength cannot be obtained, resulting in a brittle product. Therefore, MO is added to add strength and improve conductivity through its sintering power.
MO has a large shrinkage during firing, and if the amount of MO added is large, stress will be added to the aluminum nitride sintered body during firing, causing cracks, and even if cracks do not occur, it will cause a decrease in strength. .
逆に、MOを添加量を多くすることによって導電率の向
上が期待できるが、TINの量を減少させることによっ
てメタライズ層の接合強度の低下を招いてしまう。On the other hand, increasing the amount of MO added can be expected to improve the electrical conductivity, but decreasing the amount of TIN will lead to a decrease in the bonding strength of the metallized layer.
このように、Mo−TINメタライズ組成物は、メタラ
イズ層の接合強度と導電性や、メタライズ層の機械的強
度と窒化アルミニウム焼結体側への影響などを考慮して
配合比を選定しなければならず、これらの緩和が課題と
されている。このような課題はVについても同様である
。In this way, the blending ratio of the Mo-TIN metallized composition must be selected in consideration of the bonding strength and conductivity of the metallized layer, the mechanical strength of the metallized layer, and the effect on the aluminum nitride sintered body. The challenge is to alleviate these issues. This problem also applies to V.
本発明は、このような課題に対処するべくなされたもの
で、本発明の第1の目的はメタライズ層の接合強度を低
下させることなく導電性を高めたメタライズ層を有する
窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法を提供する
ことであり、また、第2の目的はメタライズ層の機械的
強度を低下させることなく窒化アルミニウム焼結体側へ
の悪影響を抑制したメタライズ層を有する窒化アルミニ
ウム焼結体およびその製造方法を提供することである。The present invention has been made to address such problems, and the first object of the present invention is to provide an aluminum nitride sintered body having a metallized layer with improved conductivity without reducing the bonding strength of the metallized layer, and The second objective is to provide an aluminum nitride sintered body having a metallized layer that suppresses adverse effects on the aluminum nitride sintered body without reducing the mechanical strength of the metallized layer, and its second purpose. An object of the present invention is to provide a manufacturing method.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
すなわち本発明の窒化アルミニウム焼結体は、少なくと
も表面の一部にメタライズ層を有する窒化アルミニウム
焼結体において、前記メタライズ層はV族元素の窒化物
および酸窒化物からなる群から選ばれた少なくとも 1
ti!Jを含有していることを特徴としている。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) That is, the aluminum nitride sintered body of the present invention is an aluminum nitride sintered body having a metallized layer on at least a part of the surface, wherein the metallized layer is made of a group V element. At least 1 selected from the group consisting of nitrides and oxynitrides
Ti! It is characterized by containing J.
また、本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、
窒化アルミニウム焼結体上に、少なくともV族元素の単
体および化合物からなる群から選ばれた少なくとも 1
種を含むメタライズ組成物と有機バインダとを含有する
流動性物質を塗布し、次いで不活性雰囲気中において焼
成し、メタライズ層を形成することを特徴としている。Further, the method for manufacturing an aluminum nitride sintered body of the present invention includes:
At least 1 selected from the group consisting of simple substances and compounds of group V elements on the aluminum nitride sintered body.
The method is characterized in that a fluid material containing a metallizing composition containing seeds and an organic binder is applied and then fired in an inert atmosphere to form a metallized layer.
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、その表面に形成さ
れたメタライズ層に特徴を有しているものであり、母材
としての焼結体自体の物性値や焼結方法、また形状など
には特に制限はなく、たとえば焼結助剤として酸化イツ
トリウムのような希土類酸化物、アルミナ、酸化カルシ
ウムなどを使用し、常圧焼結、雰囲気加圧焼結、ホット
プレス焼結などの一般的な方法によって作製されたもの
が使用され、用途に応じてその形状や物性値を選定する
。たとえば基板材などとして用いる際には、熱伝導率が
50w/11.に以上であることが好ましい。The aluminum nitride sintered body of the present invention is characterized by the metallized layer formed on its surface, and the physical properties, sintering method, and shape of the sintered body itself as a base material are There are no particular restrictions; for example, rare earth oxides such as yttrium oxide, alumina, calcium oxide, etc. are used as sintering aids, and common methods such as normal pressure sintering, atmospheric pressure sintering, and hot press sintering are used. The shape and physical properties are selected depending on the application. For example, when used as a substrate material, the thermal conductivity is 50w/11. or more is preferable.
また、窒化アルミニウム焼結体は、メタライズ層と同時
焼成としてもよい。Further, the aluminum nitride sintered body may be co-fired with the metallized layer.
本発明の窒化アルミニウム焼結体上に形成されるメタラ
イズ層は、少なくともV族元素の窒化物および酸窒化物
の tFI!、すなわちNb、 V 、 Taの窒化物
および酸窒化物の lFlを含有しているものであり、
メタライズ層の具体的な構成相の例としては以下に示す
通りである。The metallized layer formed on the aluminum nitride sintered body of the present invention is composed of at least nitrides and oxynitrides of group V elements. , that is, it contains Nb, V, Ta nitrides and oxynitride lFl,
Examples of specific constituent phases of the metallized layer are as shown below.
■ Nb、 V 、 Taの窒化物や酸窒化物の少なく
とも 1種からなる相。■ A phase consisting of at least one type of nitride or oxynitride of Nb, V, or Ta.
■ MoまたはVの高融点金属と、Nb、 V STa
の窒化物や酸窒化物の少なくとも 1種との混合相。■ Mo or V high melting point metal, Nb, V STa
mixed phase with at least one kind of nitride or oxynitride.
■ Nb、 V STaの窒化物や酸窒化物の少なくと
も 1種と、■族元素、IVa族元素、■族元素、希土
類元素、アクチノイド元素の化合物の少なくとも 1種
との混合相。■ A mixed phase of at least one type of nitride or oxynitride of Nb or V STa and at least one type of compound of a group ■ element, a group IVa element, a group II element, a rare earth element, or an actinide element.
上記■のメタライズ層においては、Nb5v、 Taの
窒化物や酸窒化物が窒化アルミニウム焼結体にメタライ
ズ層を強固に接合させる成分となるとともに導電性を付
与し、高融点金属が導電性の向上と機械的強度の向上に
寄与する。In the above metallized layer (■), Nb5v, Ta nitride and oxynitride serve as components that firmly bond the metallized layer to the aluminum nitride sintered body, and also provide conductivity, and the high melting point metal improves conductivity. and contributes to improving mechanical strength.
また、上記■のメタライズ層においては、■族元素、N
a族元素、■族元素、希土類元素、アクチノイド元素の
化合物が窒化アルミニウム焼結体にメタライズ層を強固
に接合させる成分となるとともに導電性を付与し、Nb
、 V STaの窒化物や酸窒化物が上記物質の機械的
強度を補強するとともに接合や導電性の向上にも寄与す
る。In addition, in the metallized layer of (2) above, group (2) elements, N
Compounds of group A elements, group II elements, rare earth elements, and actinide elements serve as components that firmly bond the metallized layer to the aluminum nitride sintered body, as well as impart conductivity.
, V STa nitrides and oxynitrides not only reinforce the mechanical strength of the above-mentioned materials, but also contribute to improving bonding and conductivity.
上記■族元素、rVa族元素、■族元素、希土類元素お
よびアクチノイド元素は、主に窒化物、酸化物、酸窒化
物、あるいはNbs V s Taとの複合化合物など
として存在するものであり、たとえばAI。The group Ⅰ elements, rVa group elements, group Ⅰ elements, rare earth elements, and actinide elements mainly exist as nitrides, oxides, oxynitrides, or complex compounds with Nbs V s Ta, for example. A.I.
Ga、 Inなどの化合物、T1、Zr、 Ilfの化
合物、Fe。Compounds such as Ga and In, compounds of T1, Zr, and Ilf, and Fe.
Co s旧、Rh、 Pdなどの化合物、Se、 Y
、 La5CesPrSS■などの化合物、Acs T
hなどの化合物である。Compounds such as Cos, Rh, Pd, Se, Y
, compounds such as La5CesPrSS■, AcsT
It is a compound such as h.
これらメタライズ層は、
(a) Nb、 V 、 Taの単体または窒化物、
酸窒化物などの化合物からなるメタライズ組成物、(b
)(イ) MoヤW (7)高融点金属と、(0)Nb
。These metallized layers include (a) Nb, V, Ta alone or nitride;
A metallizing composition consisting of a compound such as an oxynitride, (b
) (a) Moya W (7) High melting point metal and (0) Nb
.
V 、 Taの単体または窒化物、酸窒化物などの化合
物とを含有するメタライズ組成物、
あるいは
(C)(ハ) Nb%V s Taの単体または窒化物
、酸窒化物などの化合物と、(ニ)■族元素、IVa族
元素、■族元素、希土類元素、アクチノイド元素の酸化
物、窒化物、酸窒化物などの化合物とを含有するメタラ
イズ組成物
を用い、これらメタライズ組成物に有機バインダと必要
に応じて溶剤とを加えてペースト化するなどによって流
動性を持たせ、この流動性物質を窒化アルミニウム焼結
体上にたとえばスクリーン印刷法などにより所要のパタ
ーン形状に塗布し、乾燥したのちに窒素ガスなどの不活
性雰囲気中で焼成することによって形成される。A metallized composition containing V, Ta alone or a compound such as a nitride, oxynitride, or (C) (C) Nb%Vs Ta alone or a compound such as a nitride, oxynitride, etc. d) Using a metallizing composition containing compounds such as oxides, nitrides, and oxynitrides of group ■ elements, group IVa elements, group ■ elements, rare earth elements, and actinide elements, and adding an organic binder to these metallizing compositions. If necessary, add a solvent to make it into a paste to give it fluidity, then apply this fluid substance onto the aluminum nitride sintered body in the desired pattern shape by screen printing, etc., dry it, and then It is formed by firing in an inert atmosphere such as nitrogen gas.
上記焼成温度は、使用するメタライズ組成物の種類およ
びその中の各成分の配合比によって異なるが、上記(a
)のメタライズ組成物を使用する際にはおおよそ160
0℃〜1900℃程度、また上記(b)のメタライズ組
成物を使用する際にはおおよそ1700℃〜1900℃
程度、また上記(C)のメタライズ組成物を使用する際
にはおおよそ1600℃〜1900℃程度が適当である
。The above firing temperature varies depending on the type of metallizing composition used and the blending ratio of each component therein.
) when using a metallizing composition of approximately 160
0°C to 1900°C, or approximately 1700°C to 1900°C when using the metallizing composition of (b) above.
When using the metallizing composition of (C) above, a suitable temperature is approximately 1600°C to 1900°C.
また、使用するメタライズ組成物は、平均粒径2μ層以
下のものを用いることが好ましく、これによって得られ
るメタライズ層の表面を平滑に保つことが可能となる。Further, it is preferable to use a metallizing composition having an average particle size of 2 μm or less, so that the surface of the metallized layer obtained can be kept smooth.
メタライズ層の表面粗さは、Rsaxで5μ−以下とす
ることが好ましい。これによってメタライズ層上に半導
体素子などを塔載した際に、窒化アルミニウム焼結体の
高放熱性を充分に発揮することが可能となる。The surface roughness of the metallized layer is preferably 5 μm or less in terms of Rsax. This makes it possible to fully exhibit the high heat dissipation properties of the aluminum nitride sintered body when a semiconductor element or the like is mounted on the metallized layer.
上記(b)のメタライズ組成物における上記(イ)成分
および(ロ)成分は、(イ)成分と(ロ)成分の重量比
として80: 2O−ts: 85 (ただし、四成分
は元素の重量換算で示す。)の範囲で配合することが好
ましい。(イ)成分が15ffi量%未満であると得ら
れるメタライズ層の導電率が低下するとともに、メタラ
イズ層の焼結性が低下し、80mm%を超えると窒化ア
ルミニウム焼結体に対するメタライズ層の接合力が、金
属成分の収縮過剰により低下する。The above-mentioned (a) component and (b) component in the above-mentioned (b) metallizing composition are 80: 2O-ts: 85 as a weight ratio of the (a) component and (b) component (however, the four components are the weight of the element It is preferable to mix within the range of (shown in terms of conversion). (b) If the component is less than 15 mm%, the electrical conductivity of the metallized layer obtained will decrease and the sinterability of the metallized layer will decrease, and if it exceeds 80 mm%, the bonding strength of the metallized layer to the aluminum nitride sintered body will decrease. decreases due to excessive shrinkage of the metal component.
このメタライズ組成物(b)における(口)成分は、金
属として配合することによって(イ)成分の焼成時にお
ける収縮を緩和でき、窒化アルミニウム焼結体側に印加
される応力を抑制できるとともに、焼成温度の低下が期
待できる。また、窒化物などの化合物として配合する際
には、焼結性が高いために機械的強度に優れたメタライ
ズ層が得られる。By blending the (b) component in the metallized composition (b) as a metal, the shrinkage of the (b) component during firing can be alleviated, and the stress applied to the aluminum nitride sintered body side can be suppressed, and the firing temperature can be expected to decrease. Furthermore, when compounded as a compound such as a nitride, a metallized layer with excellent mechanical strength can be obtained due to its high sinterability.
また、上記(e)のメタライズ組成物における上記(ハ
)成分および(ニ)成分は、(ハ)成分と(ニ)成分の
重量比として95:5〜20 : 80 (ただし、各
元素の重量換算で示す。)の範囲で配合することが好ま
しい。(ハ)成分が20重量%未満であると(ハ)成分
による窒化アルミニウム焼結体との接合効果がほとんど
無くなり、強度的には(ニ)成分支配となるため強度が
低下し、95重量%を超えるとメタライズ層形成時に収
縮過剰を招き接合強度のばらつきが大きくなる。In addition, the above-mentioned (c) component and (d) component in the above-mentioned (e) metallizing composition have a weight ratio of 95:5 to 20:80 (however, the weight ratio of each element It is preferable to mix within the range of (shown in terms of conversion). If the (c) component is less than 20% by weight, the bonding effect of the (c) component with the aluminum nitride sintered body will be almost eliminated, and the strength will be dominated by the (d) component, resulting in a decrease in strength of 95% by weight. If it exceeds this, excessive shrinkage will occur during the formation of the metallized layer, and variations in bonding strength will increase.
このメタライズ組成物(C)における(ハ)成分は、金
属として配合することが好ましい。これによって焼成温
度の低下が期待できる。Component (iii) in this metallizing composition (C) is preferably blended as a metal. This can be expected to lower the firing temperature.
また、上記(ニ)成分としては、Tiの窒化物のような
IVa族の化合物を用いることによって反応性が高まり
、接合強度の向上が期待でき、またFe1N1、Coな
どの■族元素の化合物を用いることによって、焼成温度
の低温化が期待できる。また(二)成分は上記Tiの化
合物とたとえばCOの化合物というように、各種組合せ
て用いることによって、種々の特性の向上が期待できる
。In addition, as the above-mentioned component (2), by using a group IVa compound such as Ti nitride, the reactivity can be increased and the bonding strength can be expected to be improved. By using this, lowering of the firing temperature can be expected. Furthermore, by using the component (2) in various combinations, such as the above-mentioned Ti compound and, for example, a CO compound, various improvements in properties can be expected.
本発明におけるメタライズ層は、予め窒化アルミニウム
焼結体の表面に酸化アルミニウム層を形成し、その上に
形成してもよい。酸化アルミニウム層上にメタライズ層
を形成することによって、メタライズ層の接合強度の向
上が図れる。The metallized layer in the present invention may be formed on an aluminum oxide layer formed on the surface of the aluminum nitride sintered body in advance. By forming a metallized layer on the aluminum oxide layer, the bonding strength of the metallized layer can be improved.
酸化アルミニウム層の形成は、窒化アルミニウム焼結体
を酸化性雰囲気中で、たとえば900℃〜1400℃程
度の温度で熱処理することによって容品に得られ、また
スパッタ法や溶射法などの薄膜形成法を利用してもよい
。The aluminum oxide layer can be formed on the product by heat treating the aluminum nitride sintered body in an oxidizing atmosphere at a temperature of, for example, 900°C to 1400°C, or by thin film forming methods such as sputtering and thermal spraying. You may also use
また、メタライズ層上には導電性保護層を形成し、その
後各種の用途に用いることが好ましい。Further, it is preferable to form a conductive protective layer on the metallized layer, and then use it for various purposes.
導電性保護層の形成材料としては、N1、Ag、 Au
、Cu、 Cr5Pb、 Snなどが例示され、これら
は単独でまたは2FIi以上の組合せてして用いられ、
用途に応じて適宜選択されるものである。この導電性保
護層の形成方法としては、電気めっき、無電界めっき、
スパッタ法、蒸若法など、各種公知の方法を適用するこ
とができ、その厚さは1μm −10μ−程度が適当で
ある。Materials for forming the conductive protective layer include N1, Ag, and Au.
, Cu, Cr5Pb, Sn, etc., which are used alone or in combination of 2FIi or more,
It is selected as appropriate depending on the purpose. Methods for forming this conductive protective layer include electroplating, electroless plating,
Various known methods such as a sputtering method and an evaporation method can be applied, and the appropriate thickness is about 1 μm to 10 μm.
このようにメタライズ層上に導電性保護層を形成するこ
とによって、メタライズ層上に他の部材をろう付けする
際の水素を含むような還元性雰囲気によってもメタライ
ズ層が脆化することを防止でき、接合の信頼性が向上す
る。By forming a conductive protective layer on the metallized layer in this way, it is possible to prevent the metallized layer from becoming brittle even in a reducing atmosphere containing hydrogen when other parts are brazed onto the metallized layer. , the reliability of the bonding is improved.
(作 用)
本発明の窒化アルミニウム焼結体におけるメタライズ層
は、V族元素の窒化物や酸窒化物を含有しており、これ
らは単独で、もしくはMOやVなどの高融点金属、ある
いは■族元素、IVa族元素、■族元素、希土類元素、
アクチノイド元素の化合物とともにメタライズ層を構成
している。(Function) The metallized layer in the aluminum nitride sintered body of the present invention contains nitrides and oxynitrides of group V elements, and these may be used alone or with high melting point metals such as MO and V, or group elements, IVa group elements, group ■ elements, rare earth elements,
It constitutes a metallized layer together with a compound of actinide elements.
高融点金属とともに形成されたメタライズ層では、V族
元素の窒化物や酸窒化物が高融点金属の焼成時における
収縮を抑制し、窒化アルミニウム焼結体側への応力の印
加を緩和する。よって、高融点金属による導電性や機械
的強度の向上を確実に確保できるとともに信頼性が向上
する。また、V族元素の窒化物や酸窒化物自体の焼結性
が高いために、これによってもメタライズ層の機械的強
度が向上する。In the metallized layer formed together with the high melting point metal, the nitride or oxynitride of the group V element suppresses the shrinkage of the high melting point metal during firing, and alleviates the stress applied to the aluminum nitride sintered body. Therefore, it is possible to reliably ensure that the conductivity and mechanical strength are improved by the high melting point metal, and the reliability is improved. Further, since the nitride or oxynitride of the V group element itself has high sinterability, the mechanical strength of the metallized layer is also improved by this.
また、■族元素、IVa族元素、■族元素、希土類元素
、アクチノイド元素の化合物とともに形成されたメタラ
イズ層では、V族元素の窒化物や酸窒化物自体の収縮が
少ないために、メタライズ層の接合強度の向上や窒化ア
ルミニウム焼結体側への応力の印加を緩和することがで
き、信頼性が向上する。In addition, in a metallized layer formed with a compound of a group Ⅰ element, a group IVa element, a group Ⅰ element, a rare earth element, or an actinide element, the shrinkage of the nitride or oxynitride of the group V element itself is small; It is possible to improve the bonding strength and reduce the stress applied to the aluminum nitride sintered body, improving reliability.
V族元素の窒化物や酸窒化物単独のメタライズ層におい
ても、その窒化アルミニウム焼結体に対する接合力の高
さ、焼結性によって充分に信頼性の高いメタライズ層と
なる。Even in the case of a metallized layer made of a nitride or oxynitride of a group V element alone, the metallized layer becomes a sufficiently reliable metallized layer due to its high bonding strength to the aluminum nitride sintered body and sinterability.
(実施例) 次に、本発明の実施例について説明する。(Example) Next, examples of the present invention will be described.
実施例1
まず、^IN粉末に焼結助剤としてY2O3を3重量%
添加した混合粉末を用い、熱伝導率が270W/s、に
で50m5X 50smX O,635avの基板形
状を有するAIN焼結体を製作した。Example 1 First, 3% by weight of Y2O3 was added to ^IN powder as a sintering aid.
Using the added mixed powder, an AIN sintered body having a thermal conductivity of 270 W/s and a substrate shape of 50 m x 50 sm x O, 635 av was manufactured.
一方、MO粉末と NbN粉末とを用い、これらをN。On the other hand, using MO powder and NbN powder, these were mixed with N.
35重量%、Nb65TII ffi%となるように混
合し、ポットミルで充分に混合・粉砕して平均粒径1.
5μ−のメタライズ組成物を作製した。次いで、このメ
タライズ組成物に有機バインダと溶剤とを添加し、充分
に混合してメタライズ用ペーストを作製した。35% by weight and ffi% of Nb65TII, and thoroughly mixed and pulverized in a pot mill to have an average particle size of 1.
A 5μ metallized composition was prepared. Next, an organic binder and a solvent were added to this metallizing composition and thoroughly mixed to prepare a metallizing paste.
次に、このメタライズ用ペーストを前述したAIN焼結
体上に、スクリーン印刷によって焼成後の厚さが8μ−
以上となるように所定のパターン形状に塗布し、乾燥後
窒素ガス雰囲気中において1800℃で60分間加熱焼
成してメタライズ層を形成した。Next, this metallizing paste was screen printed onto the above-mentioned AIN sintered body to a thickness of 8 μm after firing.
It was applied in a predetermined pattern shape as described above, and after drying, it was heated and baked at 1800° C. for 60 minutes in a nitrogen gas atmosphere to form a metallized layer.
このようにして得たメタライズ層の構成成分の分析を走
査型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線マイクロア
ナライザーにより行ったところ、Mo、NbNからなる
ものであった。When the constituent components of the metallized layer thus obtained were analyzed using a scanning electron microscope and an energy dispersive X-ray microanalyzer, it was found to consist of Mo and NbN.
次に、このメタライズ層上に厚さ約2μ−〜5μlの旧
メツキ層を導電性保護層として形成し、ホーミングガス
中において約800℃XIO分の条件でアニール処理を
行った。そして、このNlめっき層の2swX 2m
mの部分に対して長さ6011%直径0.81の軟銅線
ピンを63Sn−Pbはんだで接合して、このピンに引
張り力を加えてピンが取れる時の引張り力をもって、メ
タライズ層のAIN焼結体に対する接合強度を評価した
。その結果、メタライズ層の接合強度は2.5kgf/
−と良好な値を示した。Next, an old plating layer having a thickness of about 2 to 5 μl was formed as a conductive protective layer on this metallized layer, and annealing was performed in a homing gas at about 800° C. And this Nl plating layer is 2sw x 2m
An annealed copper wire pin with a length of 6011% and a diameter of 0.81 is bonded to the part m using 63Sn-Pb solder, and the AIN sintering of the metallized layer is applied with the tensile force when the pin is removed by applying a tensile force to this pin. The bonding strength to the solid body was evaluated. As a result, the bonding strength of the metallized layer was 2.5 kgf/
- It showed a good value.
また、上記メタライズ層を有するAIN焼結体に対して
、−55℃〜室温〜 150℃をlサイクルとするヒー
トサイクル試験を1000サイクル行ったのち、同様に
接合強度を81定したところ、2.3kgf/ijとほ
とんど接合強度に低下はみられず、熱履歴に対する信頼
性も高いものであった。Furthermore, after conducting a heat cycle test of 1000 cycles from -55°C to room temperature to 150°C on the AIN sintered body having the metallized layer, the bonding strength was similarly determined to be 81. At 3 kgf/ij, there was almost no decrease in the bonding strength, and the reliability against thermal history was also high.
一方、本発明との比較のため、肋粉末とTIN粉末を2
0:80の組成比(重量比)で混合し、バインダを添加
してメタライズ用ペーストを作製し、実施例1と同様に
してメタライズ層の形成を行った。On the other hand, for comparison with the present invention, rib powder and TIN powder were
They were mixed at a composition ratio (weight ratio) of 0:80, a binder was added to prepare a metallization paste, and a metallization layer was formed in the same manner as in Example 1.
このメタライズ層の接合強度は2.5kgf/−であり
、ヒートサイクル試験後の接合強度は2.4kgr/−
であった。The bonding strength of this metallized layer is 2.5kgf/-, and the bonding strength after the heat cycle test is 2.4kgr/-
Met.
実施例2〜23
第1表に示す配合比でメタライズ組成物をそれぞれ作製
し、次いで実施例1と同様にしてメタライズ用ペースト
を作製した。そして、これらメタライズ用ペーストを用
いて、第2表に示すAIN焼結体上に実施例1と同様に
塗布し、第2表に示す焼成温度でメタライズ層を形成し
た。Examples 2 to 23 Metallizing compositions were prepared using the compounding ratios shown in Table 1, and then metallizing pastes were prepared in the same manner as in Example 1. These metallizing pastes were applied onto the AIN sintered bodies shown in Table 2 in the same manner as in Example 1 to form metallized layers at the firing temperatures shown in Table 2.
得られたメタライズ層の接合強度は、第2表に示す通り
、いずれも大きな値を示した。また、実施例1と同一条
件によるヒートサイクル試験後においても、はとんど接
合強度に低下はみられなかった。As shown in Table 2, the bonding strengths of the obtained metallized layers all showed large values. Further, even after a heat cycle test under the same conditions as in Example 1, no decrease in bonding strength was observed.
(以下余白)
第1表
実施例24〜26
まず、実施例1で使用したAIN焼結体を大気中でtt
oo℃〜1200℃の温度で1時間熱処理し、AIN焼
結体表面に厚さ 2〜3μ曙のAl2O3層を形成した
。次いで、このAl2O3層上に第1表に示したa、b
およびgのメタライズ組成物をそれぞれ用いて実施例1
と同一条件でメタライズ層を形成した。(Margin below) Table 1 Examples 24 to 26 First, the AIN sintered body used in Example 1 was exposed to tt in the atmosphere.
Heat treatment was performed at a temperature of 0°C to 1200°C for 1 hour to form an Al2O3 layer with a thickness of 2 to 3 μm on the surface of the AIN sintered body. Next, on this Al2O3 layer, a and b shown in Table 1 were applied.
Example 1 using the metallizing compositions of and g, respectively.
A metallized layer was formed under the same conditions.
このようにして得たメタライズ層の接合強度を実施例1
と同一条件で測定したところ、1700℃でツレツレ3
.2kgf’/m(、2,9kgf’/mj、 2.
5kgf/mjと強度改善効果が認められた。The bonding strength of the metallized layer obtained in this way was measured in Example 1.
When measured under the same conditions as
.. 2kgf'/m (, 2,9kgf'/mj, 2.
A strength improvement effect of 5 kgf/mj was observed.
実施例27〜29
実施例16.8および5で作製したメタライズ層を有す
るAIN焼結体のメタライズ層上に、それぞれN1めっ
き層およびAuめっき層を順に形成し、その上に高周波
トランジスタ(To−220AB)をAu−9lはんだ
によって夫々接合塔載した。Examples 27 to 29 On the metallized layer of the AIN sintered body having the metallized layer produced in Examples 16.8 and 5, an N1 plating layer and an Au plating layer were respectively formed in order, and a high frequency transistor (To- 220AB) were bonded together using Au-9l solder.
このようにしてメタライズした^IN焼結体に出力15
wの高周波トランジスタを塔載した熱抵抗を、それぞれ
ΔvBE法によって測定したところ、3.3℃ハ、2.
8℃/W、 8.2℃ハと良好な値を示し、本発明の
窒化アルミニウム焼結体が高周波トランジスタ用基板と
して優れた特性を示すことを確認した。The output is 15 on the ^IN sintered body metalized in this way.
When the thermal resistance of the high-frequency transistor mounted on the 2.W high-frequency transistor was measured by the ΔvBE method, it was 3.3°C, 2.
Good values of 8° C./W and 8.2° C. were shown, confirming that the aluminum nitride sintered body of the present invention exhibits excellent characteristics as a substrate for a high-frequency transistor.
実施例30
実施例17と同様にして、両面にメタライズ層を有する
AIN焼結体を作製した。次いで、一方のメタライズ層
上に、Niめっき層およびAuめつき層を順に形成し、
その上にイグナイタ用の点火時期制御部品(パ’y−I
C,V −30V 、 IE−1,5B
A)をAu−8lはんだによって夫々接合塔載した。Example 30 In the same manner as in Example 17, an AIN sintered body having metallized layers on both sides was produced. Next, a Ni plating layer and an Au plating layer are sequentially formed on one of the metallized layers,
On top of that, there is an ignition timing control part for the igniter (Pa'y-I
C, V-30V, and IE-1, 5B A) were respectively bonded using Au-8l solder.
一方、他方のメタライズ層上に同様にNiめっき層をそ
れぞれ形成し、このNlめつき層をPb−8nはんだで
アルミダイキャスト製収容容器に接合し、それぞれイグ
ナイタを作製した。On the other hand, a Ni plating layer was similarly formed on the other metallized layer, and the Nl plating layer was joined to an aluminum die-cast container using Pb-8n solder to produce an igniter.
このようにして得たイグナイタの81チツプの温度上昇
を測定した。その結果、Slチップの温度上昇は1.1
4℃/V (規格1.26℃/V)と良好な値を示し、
本発明の窒化アルミニウム焼結体がイグナイタ用基板と
して優れた特性を有していることを確認した。The temperature rise of 81 chips of the igniter thus obtained was measured. As a result, the temperature rise of the Sl chip is 1.1
It showed a good value of 4℃/V (standard 1.26℃/V),
It was confirmed that the aluminum nitride sintered body of the present invention has excellent properties as a substrate for an igniter.
実施例31
20mmX 20mmX O,5msのAIN基板上
に実施例うで用いたメタライズ用ペーストを塗布し、乾
燥した後に実施例5と同一条件で焼成し、コンデンサの
構成材料である導電層を有するAINセラミックス基板
を得た。メタライズ層の厚さは約lOμmであった。こ
の後、メタライズ層表面に約1−10μ−の厚さでニッ
ケルめっきを施し、ホーミングガス中において約800
℃でアニールを行った。次いで、AINセラミックス基
板(メタライズ層なし)の上に上記のようにして得られ
たメタライズ層を有するAINセラミックス基板を、メ
タライズ層を下にして多層に積層した。この後、所定位
置の積層されたメタライズ層を、導線を介して陽極また
は陰極と接合したのちケース詰めを行い、コンデンサを
得た。Example 31 The metallizing paste used in Example 1 was applied onto an AIN substrate of 20 mm x 20 mm A ceramic substrate was obtained. The thickness of the metallized layer was about 10 μm. After this, nickel plating is applied to the surface of the metallized layer to a thickness of about 1-10 μ-
Annealing was performed at °C. Next, the AIN ceramic substrate having the metallized layer obtained as described above was laminated in multiple layers on the AIN ceramic substrate (without metallized layer) with the metallized layer facing down. Thereafter, the laminated metallized layers at predetermined positions were joined to an anode or a cathode via a conductive wire, and then packed in a case to obtain a capacitor.
このようにして得たコンデンサをRCL回路に組込み、
約40℃で長時間使用した場合にもAINセラミックス
板およびその表面に形成されたメタライズ層には、外観
上および絶縁性などの特性に同等変化がなかった。Incorporate the capacitor obtained in this way into an RCL circuit,
Even when used for a long time at about 40° C., the AIN ceramic plate and the metallized layer formed on its surface had no similar change in appearance or properties such as insulation.
実施例32
AIN焼結体の周縁部の幅8■に、実施例20と同様に
してメタライズ層を封着部として形成した。Example 32 A metallized layer was formed as a sealing part in the same manner as in Example 20 to a width of 8 cm at the peripheral edge of an AIN sintered body.
このAIN焼結体を窓部材として用い、ステンレス鋼製
の枠体に対してへg−Cu−TI系ろう材を用いて接合
した。この接合部に対して高温下でヘリウムリークテス
トを行ったところ、良好な結果が得られた。This AIN sintered body was used as a window member and bonded to a stainless steel frame using a heg-Cu-TI brazing material. When a helium leak test was conducted on this joint at high temperatures, good results were obtained.
[発明の効果]
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、メタ
ライズ層の接合強度を満足しつつ導電性を向上でき、あ
るいはメタライズ層の機械的強度を実用上満足しつつ窒
化アルミニウム焼結体側への悪影響を抑制できるなど、
メタライズ層に要求される各種特性を適度に満足した窒
化アルミニウム焼結体が得られる。よって、高周波トラ
ンジスタやイグナイタなどの塔載基板、積層型コンデン
サ、電磁波透過窓用部材など、各種電子・電気部品材料
や構造材料として信頼性の高−1部材を提供することが
可能となる。[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, conductivity can be improved while satisfying the bonding strength of the metallized layer, or aluminum nitride can be improved while satisfying the mechanical strength of the metallized layer in practical terms. It is possible to suppress negative effects on the sintered body, etc.
An aluminum nitride sintered body that satisfies various properties required for a metallized layer can be obtained. Therefore, it is possible to provide highly reliable -1 members as materials for various electronic/electrical parts and structural materials, such as mounting boards for high-frequency transistors and igniters, multilayer capacitors, and members for electromagnetic wave transmission windows.
Claims (12)
化アルミニウム焼結体において、 前記メタライズ層は、V族元素の窒化物および酸窒化物
からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有している
ことを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。(1) In an aluminum nitride sintered body having a metallized layer on at least a part of the surface, the metallized layer contains at least one member selected from the group consisting of nitrides and oxynitrides of group V elements. An aluminum nitride sintered body characterized by:
有していることを特徴とする請求項1記載の窒化アルミ
ニウム焼結体。(2) The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the metallized layer contains Mo and/or W.
VIII族元素、希土類元素、アクチノイド元素の化合物か
らなる群から選ばれた少なくとも1種を含有しているこ
とを特徴とする請求項1記載の窒化アルミニウム焼結体
。(3) The metallized layer includes a group III element, a group IVa element,
The aluminum nitride sintered body according to claim 1, characterized in that the aluminum nitride sintered body contains at least one member selected from the group consisting of compounds of group VIII elements, rare earth elements, and actinide elements.
て前記窒化アルミニウム焼結体上に形成されていること
を特徴とする請求項1記載の窒化アルミニウム焼結体。(4) The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the metallized layer is formed on the aluminum nitride sintered body with an aluminum oxide layer interposed therebetween.
いることを特徴とする請求項1記載の窒化アルミニウム
焼結体。(5) The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein a conductive protective layer is formed on the metallized layer.
高周波トランジスタ用基板。(6) A high frequency transistor substrate comprising the aluminum nitride sintered body according to claim 1.
イグナイタ用基板。(7) An igniter substrate comprising the aluminum nitride sintered body according to claim 1.
、表面のメタライズ層を窒化アルミニウム焼結体の周縁
部に封着部として設けてなる窓部材。(8) A window member made of the aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the surface metallized layer is provided as a sealing part on the peripheral edge of the aluminum nitride sintered body.
数積層してなるコンデンサ。(9) A capacitor formed by sequentially laminating a plurality of aluminum nitride sintered bodies according to claim 1.
元素の単体および化合物からなる群から選ばれた少なく
とも1種を含むメタライズ組成物と有機バインダとを含
有する流動性物質を塗布し、次いで不活性雰囲気中にお
いて焼成し、メタライズ層を形成することを特徴とする
窒化アルミニウム焼結体の製造方法。(10) A fluid substance containing an organic binder and a metallizing composition containing at least one selected from the group consisting of simple substances and compounds of Group V elements is applied onto the aluminum nitride sintered body, and then a fluid substance containing an organic binder is applied. A method for producing an aluminum nitride sintered body, which comprises firing in an active atmosphere to form a metallized layer.
び化合物からなる群から選ばれた少なくとも1種を含ん
でいることを特徴とする請求項10記載の窒化アルミニ
ウム焼結体の製造方法。(11) The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 10, wherein the metallizing composition contains at least one selected from the group consisting of Mo, W alone and compounds.
元素、VIII族元素、希土類元素、アクチノイド元素の単
体および化合物からなる群から選ばれた少なくとも1種
を含んでいることを特徴とする請求項10記載の窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法。(12) A claim characterized in that the metallizing composition contains at least one element selected from the group consisting of a group III element, a group IVa element, a group VIII element, a rare earth element, and an actinide element. Item 11. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to item 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3806889A JPH02217383A (en) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | Sintered aluminum nitride and production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3806889A JPH02217383A (en) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | Sintered aluminum nitride and production thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02217383A true JPH02217383A (en) | 1990-08-30 |
Family
ID=12515174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3806889A Pending JPH02217383A (en) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | Sintered aluminum nitride and production thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH02217383A (en) |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP3806889A patent/JPH02217383A/en active Pending
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