JPH02225374A - Production of aluminum nitride products - Google Patents
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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、窒化アルミニウム部品の製造方法に関し、特
に、レーザ光を利用したレーザ加工を窒化アルミニウム
セラミックスに適用する際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 a method for manufacturing aluminum nitride parts, and in particular to a manufacturing method when applying laser processing using laser light to aluminum nitride ceramics. Regarding the method.
（従来の技術）
ファインセラミックスは、これまでの窯業製品としての
セラミックスに、高耐熱性、高硬度、低比重、高耐食性
などの優れた性質を付加した材料である。(Prior Art) Fine ceramics are materials that have added superior properties such as high heat resistance, high hardness, low specific gravity, and high corrosion resistance to ceramics, which have been used as ceramic products up until now.
窒化アルミニウムセラミックスは、このようなファイン
セラミックスの一種であり、熱伝導率がアルミナセラミ
ックスの約１０倍と高く、放熱性に優れ、高電気絶縁性
、低誘電率を示し、加えて、シリコンチップに近似した
低熱膨張率などの優れた特性を有しているため半導体装
用基板として用いられることが多く、大電流および高出
力の電′気・電子部品用材料として注目されている。Aluminum nitride ceramics is a type of fine ceramics, with thermal conductivity approximately 10 times higher than that of alumina ceramics, excellent heat dissipation, high electrical insulation, and low dielectric constant. Because it has excellent properties such as a similar low coefficient of thermal expansion, it is often used as a semiconductor substrate, and is attracting attention as a material for large current and high output electrical and electronic components.
このような窒化アルミニウムセラミックスを基板などの
製品とするには、種々の加工が必要であり、窒化アルミ
ニウムに適用されている加工法としては、機械加工、レ
ーザ加工、電子ビーム加工、プラズマ加工、エツチング
加工、放電加工などが挙げられる。In order to make such aluminum nitride ceramics into products such as substrates, various processing is required.The processing methods applied to aluminum nitride include machining, laser processing, electron beam processing, plasma processing, and etching. Examples include machining and electrical discharge machining.
なかでも、レーザ加工は、金属部品の加工を中心に急速
に実用化が進展している新しい加工法のひとつであり、
非接触で自由度の高い加工ができるという特徴を有して
いるため、セラミックス材料に対する加工手段としても
注１」され、セラミックスの高能率、高精度加工法のひ
とつとして期待されている。Among these, laser processing is one of the new processing methods that is rapidly being put into practical use mainly for processing metal parts.
Because it has the feature of being able to process without contact and with a high degree of freedom, it is also used as a processing method for ceramic materials, and is expected to be a highly efficient, high-precision processing method for ceramics.
（発明が解決しようとする課題）
窒化アルミニウム部品の製造プロセスにおいて、所望の
形状、寸法、表面状態を得るために、加工工程は重要な
意味を持つ。(Problems to be Solved by the Invention) In the manufacturing process of aluminum nitride parts, processing steps have an important meaning in order to obtain desired shapes, dimensions, and surface conditions.
また、加工はファインセラミックスの重要な性質である
強度に大きな影響を与えるため、加工効率と最終製品の
性質とのバランスに留意する必要がある。Furthermore, since processing has a large effect on strength, which is an important property of fine ceramics, it is necessary to pay attention to the balance between processing efficiency and the properties of the final product.
上述した加工法においても、それぞれ優れた特性を備え
ている反面、今後の課題として残されている問題点があ
る。それらの幾つかについて述べる。Although each of the processing methods described above has excellent properties, there are still problems that remain to be addressed in the future. I will discuss some of them.
切削加工、研削加工などの機械加工法は、セラミックス
材料の局所破砕を繰り返しながら微小亀裂の導入、被切
削物の除去過程が進行する。In machining methods such as cutting and grinding, the process of introducing microcracks and removing objects to be cut progresses while repeatedly locally fracturing the ceramic material.
このため、研削条件、研削液などによって加工効率や被
加工物であるセラミックスの表面状態に大きな影響を及
ぼす。Therefore, grinding conditions, grinding fluid, etc. have a large effect on processing efficiency and the surface condition of the ceramic workpiece.
また、レーザ加工法は加工物と非接触であるため、上述
した機械加工で問題となる窒化アルミニウムセラミック
ス表面における物理的な表面状態への影響がなく高能率
である反面、加工物を瞬時に溶融、蒸発させて加工する
ため、高温によって窒化アルミニウム成分に化学的な変
化が生じ、窒化アルミニウムセラミックスの絶縁性が低
下するという問題があった。In addition, since the laser processing method is non-contact with the workpiece, it does not affect the physical surface condition of the aluminum nitride ceramic surface, which is a problem with the above-mentioned machining, and is highly efficient. Since aluminum nitride is processed by evaporation, there is a problem that chemical changes occur in the aluminum nitride component due to high temperatures, resulting in a decrease in the insulation properties of aluminum nitride ceramics.
このような絶縁性の低下は、窒化アルミニウムセラミッ
クスを半導体装用基板などの電子用部品として使用する
場合、信頼性の低下を招く原因となっていた。Such a decrease in insulation has caused a decrease in reliability when aluminum nitride ceramics are used as electronic components such as semiconductor substrates.
本発明は、このような問題に対処してなされたもので、
ファインセラミックスの難削性に対応し、かつ、窒化ア
ルミニウムセラミックスの優れた特性を活かすことので
きる加工方法を用いた、より適切な窒化アルミニウム部
品の製造方法を提供することを目的とする。The present invention was made in response to such problems.
The purpose of the present invention is to provide a more suitable method for manufacturing aluminum nitride parts using a processing method that can cope with the machinability of fine ceramics and take advantage of the excellent properties of aluminum nitride ceramics.
Ｃ発明の構成コ
（課題を解決するための手段）
本発明は、窒化アルミニウムセラミックスにレーザ光を
照射して所望の加工を行う工程と、前記窒化アルミニウ
ムセラミックスの少なくともレーザ光の照射部分に表面
処理を施し、前記窒化アルミニウムセラミックス表面に
析出した金属成分を除去する工程とを存することを特徴
とする窒化アルミニウム部品の製造方法である。C. Constitution of the Invention (Means for Solving the Problems) The present invention includes a step of irradiating aluminum nitride ceramics with a laser beam to perform a desired processing, and a surface treatment of at least a portion of the aluminum nitride ceramics irradiated with the laser beam. This is a method for manufacturing an aluminum nitride component, comprising the steps of: removing metal components deposited on the surface of the aluminum nitride ceramic.
本発明の加工工程におけるレーザ光を使用するレーザ加
工は、穴あけ、切断、スクライビングなどの加工に用い
ることができ、その原理はレーザ光が材料表面での吸収
により熱エネルギーに変換されて材料の温度を上昇させ
、この温度上昇により組成変化や溶融、蒸発を起こす現
象を利用した一種の熱加工である。Laser processing using laser light in the processing process of the present invention can be used for processing such as drilling, cutting, and scribing.The principle is that the laser light is absorbed by the material surface and converted into thermal energy, causing the temperature of the material to rise. This is a type of thermal processing that takes advantage of the phenomenon in which the temperature rise causes changes in composition, melting, and evaporation.
レーザ加工に使用されるレーザ光としてはＹＡＧレーザ
（波長１，０６μｌＩ）や、ＣＯ２レーザ（波長１Ｏ１
６μＩ）が挙げられ、本発明ではＣＯ２レーザを使用す
ることが好ましい。Laser beams used for laser processing include YAG laser (wavelength 1.06μlI) and CO2 laser (wavelength 1O1).
6μI), and it is preferable to use a CO2 laser in the present invention.
これは、セラミックスの加工においては、セラミックス
にＣＯ２レーザの赤外光を吸収しゃすいものが多く、比
較的低出力のレーザ加工装置でも効率的な加工を行うこ
とができるためである。This is because when processing ceramics, many ceramics easily absorb infrared light from a CO2 laser, and efficient processing can be performed even with a relatively low-output laser processing device.
本発明の製造方法においては、レーザ光を照射した窒化
アルミニウムセラミックスの少なくともレーザ光の照射
部分に表面処理を施している。In the manufacturing method of the present invention, at least the portion of the aluminum nitride ceramic irradiated with the laser beam is subjected to surface treatment.
これは、レーザ光を照射した部分の窒化アルミニウムの
窒素成分が高温のために揮散し、アルミニウムが金属と
して析出するため、この金属成分を除去するための工程
である。This is a step to remove the nitrogen component of aluminum nitride in the portion irradiated with the laser beam because of the high temperature and volatilizes and aluminum precipitates as metal.
これによって、窒化アルミニウムセラミックスの絶縁性
を低下させる原因となる金属アルミニウムを除去するこ
とができる。This makes it possible to remove metal aluminum that causes a decrease in the insulation properties of aluminum nitride ceramics.
表面処理の方法としては、ホーニング加工、１］磨加工
、熱処理などが挙げられ、特に窒化アルミニウムセラミ
ックスに対してはホーニング加工法を用いることが好ま
しい。Examples of surface treatment methods include honing, 1) polishing, and heat treatment, and it is particularly preferable to use the honing method for aluminum nitride ceramics.
こうした表面処理によって、析出した金属成分を除去し
た窒化アルミニウム部品は、絶縁性の低下がなく、電子
部品として優れたものである。Aluminum nitride parts from which precipitated metal components have been removed through such surface treatment do not suffer from deterioration in insulation properties and are excellent as electronic parts.
（作 用）
本発明の窒化アルミニウム部品の製造方法においては、
窒化アルミニウムセラミックスにレーザ光を照射して所
望の加工を行った後、この窒化アルミニウムセラミック
スの少なくともレーザ光１（（（耐部分に表面処理を施
している。(Function) In the method for manufacturing aluminum nitride parts of the present invention,
After the aluminum nitride ceramic is irradiated with a laser beam to perform desired processing, at least the laser beam 1 ((((() surface treatment is applied to the resistant portion of the aluminum nitride ceramic.
このため、レーザ光を照射することによって窒化アルミ
ニウムセラミックスの表面に析出【７た金属アルミニウ
ムが除去される。Therefore, the metal aluminum precipitated on the surface of the aluminum nitride ceramic is removed by irradiating the laser beam.
したがって、絶縁性の低下を防ぐことができ、窒化アル
ミニウムの特性を犠牲にすることなく様々な加工を行っ
て、信頼性の高い窒化アルミニウム部品を製造すること
ができる。Therefore, it is possible to prevent a decrease in insulation properties, and to perform various processing without sacrificing the properties of aluminum nitride, thereby making it possible to manufacture highly reliable aluminum nitride parts.
（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
窒化アルミニウム粉末に、適量の焼結助剤とバインダを
添加し、窒素雰囲気中、１７５０〜１９００℃、１〜３
時間の条件で焼成し、厚さ ０．５１の正方形のセラミ
ックスシートを作製した。Example: Appropriate amounts of sintering aid and binder were added to aluminum nitride powder, and the mixture was heated at 1750 to 1900°C for 1 to 3 hours in a nitrogen atmosphere.
A square ceramic sheet with a thickness of 0.51 mm was produced by firing under the following conditions.
そして、このセラミックスシートに、９枚の正方形の基
板を取るだめの分割線である基板９個取り用のスクライ
ブラインをＣＯ２レーザ（波長１０．８μｒＡ）の照射
によって加工形成した。Then, a scribe line for taking out nine square substrates, which is a dividing line for taking out nine square substrates, was formed on this ceramic sheet by irradiation with a CO2 laser (wavelength: 10.8 μrA).
このスクライブラインは、パルス発振レーザによって形
成される微小なレーザホールの連なりであり、このレー
ザホールを所定のライン上に照射することによってスク
ライブラインを形成することができる。This scribe line is a series of minute laser holes formed by a pulsed laser, and the scribe line can be formed by irradiating a predetermined line with this laser hole.
なお、個々のレーザホールの大きさは、深さを０．１５
ａｍ、焦点の径をＯ，１８１１ｍとした。In addition, the size of each laser hole is determined by setting the depth to 0.15.
am, and the diameter of the focal point was O, 1811 m.
上記レーザ加工後、顕微鏡観察やＸ線回折法のような観
察方法で窒化アルミニウムセラミックスの表面を観察し
たところ、スクライブラインを形成するレーザホールの
内面部に金属アルミニウムが析出していた。After the laser processing, the surface of the aluminum nitride ceramic was observed using observation methods such as microscopic observation and X-ray diffraction, and it was found that metallic aluminum was precipitated on the inner surface of the laser hole forming the scribe line.
次に、スクライブラインを形成した窒化アルミニウムセ
ラミックスシートのスクライブラインに沿って、２２０
メツシユのアルミナ粒子を、圧力２゜ｋ ｇ Ｉ” ／
ｃｉ／で噴射し、ホーニング処理を施した。Next, along the scribe line of the aluminum nitride ceramic sheet with the scribe line formed, 220
The mesh alumina particles were heated to a pressure of 2゜kg I”/
It was injected at ci/ and subjected to honing treatment.
このホーニング処理後の窒化アルミニウムセラミックス
表面を、上述した観察方法で観察した結果、金属アルミ
ニウムは観察されず、ホーニング処理によって除去され
ていることがわかった。As a result of observing the aluminum nitride ceramic surface after this honing treatment using the observation method described above, it was found that metallic aluminum was not observed and was removed by the honing treatment.
なお、上述した表面処理は、レーザ光照射部分だけに行
っても良いし、窒化アルミニウムセラミックスシート全
面に行っても良い。シート全面に表面処理を行う場合は
、処理後の窒化アルミニウムセラミックスの表面粗さが
３〜６μｌとなるように行うことが好ましい。Note that the above-mentioned surface treatment may be performed only on the portion irradiated with laser light, or may be performed on the entire surface of the aluminum nitride ceramic sheet. When surface treatment is performed on the entire surface of the sheet, it is preferable to perform the surface treatment so that the surface roughness of the aluminum nitride ceramics after treatment is 3 to 6 μl.
これによって、窒化アルミニウムセラミックス表面にメ
タライズ層を形成する場合、表面粗さによるアンカー効
果によってメタライズ層の接合強度を向上させることが
できる。As a result, when a metallized layer is formed on the surface of aluminum nitride ceramics, the bonding strength of the metallized layer can be improved due to the anchor effect due to the surface roughness.
その後、形成したスクライブラインに沿って分割切断し
、上記スクライブラインに規定された９個の正方形の窒
化アルミニウム基板を得た。Thereafter, the aluminum nitride substrate was divided and cut along the formed scribe lines to obtain nine square aluminum nitride substrates defined by the scribe lines.
こうして得た窒化アルミニウム基板は絶縁性の低下がな
く、実装用基板として優れたものであった。The aluminum nitride substrate thus obtained had no deterioration in insulation properties and was excellent as a mounting substrate.
比較例
上述した実施例と同一条件で窒化アルミニウムのセラミ
ックスシートを作製し、これに実施例と同一条件でスク
ライブラインを形成した。Comparative Example An aluminum nitride ceramic sheet was produced under the same conditions as in the above-mentioned example, and scribe lines were formed on it under the same conditions as in the example.
その後、スクライブラインに沿ってセラミックスシート
を切断し、９個の窒化アルミニウム基板を得た。Thereafter, the ceramic sheet was cut along the scribe lines to obtain nine aluminum nitride substrates.
このように表面処理を行わないで多個取りした窒化アル
ミニウム基板は、レーザホールの内面部に金属アルミニ
ウムが析出したままのセラミックスシートを分割切断し
ているため、このシート切断部すなわち多個取りした基
板のエツジ部に金属アルミニウムが残留していた。In this way, the aluminum nitride substrate, which is made into multiple pieces without surface treatment, is produced by cutting the ceramic sheet into parts with metal aluminum still deposited on the inner surface of the laser hole. Metallic aluminum remained on the edges of the board.
この金属アルミニウムという余分な導電性物質が存在す
ることによって、窒化アルミニウム基板の絶縁性が低下
していた。したがって、この窒化アルミニウム基板を実
装用基板として使用した場合、信頼性の低下が予想され
る。The presence of this extra electrically conductive material, aluminum metal, has degraded the insulation properties of the aluminum nitride substrate. Therefore, when this aluminum nitride substrate is used as a mounting substrate, a decrease in reliability is expected.
以上の結果から明らかなように、実施例による製造方法
では、レーザ加工によって窒化アルミニウムの高電気絶
縁性という特性を犠牲にすることなく、信頼性の高い窒
化アルミニウム基板を製造することができた。As is clear from the above results, in the manufacturing method according to the example, a highly reliable aluminum nitride substrate could be manufactured without sacrificing the high electrical insulation properties of aluminum nitride through laser processing.
なお、上述した実施例では窒化アルミニウム基板を多個
取りによって製造する際の、スクライブラインの形成に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、窒化アルミ
ニウムセラミックスのレーザ切断やスルーホール形成な
どにも適用することが可能で、種々の窒化アルミニウム
部品を製造することができる。Although the above-mentioned embodiment describes the formation of scribe lines when manufacturing aluminum nitride substrates in multiple pieces, the present invention is not limited to this, and can also be applied to laser cutting of aluminum nitride ceramics, through-hole formation, etc. It can be applied to produce various aluminum nitride parts.
［発明の効果コ
以上説明したように、本発明の窒化アルミニウム部品の
製造方法によれば、レーザ光照射後の窒化アルミニウム
セラミックスに表面処理を施している。[Effects of the Invention] As explained above, according to the method for manufacturing aluminum nitride parts of the present invention, the aluminum nitride ceramics are subjected to surface treatment after being irradiated with laser light.
これによって、レーザ光の高温に起因する窒化アルミニ
ウムの表面性変化によって析出する金属成分を除去する
ことができる。This makes it possible to remove metal components that precipitate due to changes in the surface properties of aluminum nitride caused by the high temperature of the laser beam.
したがって、窒化アルミニウムセラミックスの優れた特
性を低下させることなく様々な加工を行うことができ、
信頼性の高い窒化アルミニウム部品を製造することがで
きる。Therefore, various processing can be performed without reducing the excellent properties of aluminum nitride ceramics.
Highly reliable aluminum nitride parts can be manufactured.
出願人 株式会社 東芝Applicant: Toshiba Corporation
Claims (1)
して所望の加工を行う工程と、 前記窒化アルミニウムセラミックスの少なくともレーザ
光の照射部分に表面処理を施し、前記窒化アルミニウム
セラミックス表面に析出した金属成分を除去する工程と
を有することを特徴とする窒化アルミニウム部品の製造
方法。(1) A step of irradiating aluminum nitride ceramics with a laser beam to perform desired processing, and performing a surface treatment on at least the laser beam irradiated portion of the aluminum nitride ceramics to remove metal components precipitated on the surface of the aluminum nitride ceramics. A method of manufacturing an aluminum nitride part, comprising the steps of:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1047128A JPH02225374A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Production of aluminum nitride products |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP1047128A JPH02225374A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Production of aluminum nitride products |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02225374A true JPH02225374A (en) | 1990-09-07 |
Family
ID=12766507
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1047128A Pending JPH02225374A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Production of aluminum nitride products |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02225374A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994027930A1 (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic sintered body and method of processing surface of body |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP1047128A patent/JPH02225374A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994027930A1 (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic sintered body and method of processing surface of body |
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