JPH02302088A - 窒化アルミニウム基板の焼成方法 - 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】 〔概要〕 窒化アルミニウム基板の焼成方法に関し、量産に適した
焼成方法を提供することを目的とし、 窒化アルミニウム粉末を主構成材とし、該粉末にバイン
ダ、可塑剤および分散剤を加え、混練した材料を用いて
グリンシートを作り、該グリンシートを乾燥した後、該
グリンシートの周辺にタングステン線またはモリブデン
線を置（が、或いは該グリンシートと同時焼成が可能な
ペーストを印刷してスペーサとし、脱脂処理を行った後
、焼成容器中に積層するか或いは焼成容器中に縦に並べ
てセットし、両側に窒化硼素からなる矯正用基板を挟着
した後、焼成容器と該矯正用基板との間に基板固定用変
形体を挿入し、非酸化性雰囲気中で焼成することにより
窒化アルミニウム基板の焼成方法を構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は量産に適した窒化アルミニウム（以下略してＡ
　Ｉ　Ｎ）基板の製造方法に関する。

大量の情報を高速に処理する必要から情報処理装置は小
型大容量化が行われており、この装置の主体を占める半
導体集積回路は集積度が向上してＬＳＩやＶＬＳＩが実
用化されている。

そして、これらの集積回路はチップの形で複数個をセラ
ミックからなるチップ搭載用基板（インターポーザ）に
搭載してＬ］モジュールを作り、これを取替え単位とし
て印刷配線基板などに装着する実装形体がとられつ＼あ
る。

このように半導体集積回路の集積度が増し、また高密度
実装が行われるに従って装置の発熱量も加速度的に増加
している。

すなわち、当初はＩＣ−個当たりの発熱量は約３゜５Ｗ
程度と少なかったが、現在ＬＳＩ−個当たりの発熱量は
約１０Ｗに増加しており、これがマトリックス状に多数
個装着されている場合は発熱量は膨大であり、この発熱
量は更に増加する傾向にある。

従来、ＬＳＩチップなどを搭載する基板としては熱伝導
度が高く、耐熱性が優れた材料であるアルミナ（α−Ａ
　Ｉｔ　ｚＯ＋）基板が使用されてきた。

然し、アルミナの熱伝導度は優れていると云うもの＼２
０Ｗ／ｍＫ程度であり、上記のチップ搭載用基板用材料
としては不充分である。

そこで、熱伝導度が３２０　Ｗ／ｍＫ　（理論値）と大
きな八ｌＮが着目され、この基板の実用化が進められて
いる。

第１表はＡ　ｆｆｉ　Ｎとｌ□０３どの特性を比較した
ものである。

第１表 すなわち、熱伝導度が優れている以外に熱膨張係数が小
さく、Ｓｔチップを構成するＳｔの熱膨張係数（３，６
Ｘ１０−”／　”Ｃ）に近く、また誘電率が少ないこと
は多層基板を形成する際に漏話（Ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ
）を少なくできる点から有利である。

然し、Ａｊ２Ｎは昇華性で、分解温度は２２００’Ｃで
あるが、２０００″Ｃ付近から分解が始まると云う問題
がある。

そのために、＾ｆｆ１Ｎ基板の製造には特殊の技術が必
要である。

〔従来の技術〕

ＡｆＮ基板を製造するにはアルミナ基板のように＾Ｉｌ
Ｎを主構成分とするスラリーを形成し、これをドクタブ
レード法によりグリンシートを作り、乾燥して分散媒を
除去した後、非酸化性雰囲気中で加熱してバインダを分
解して除去し、ＡＩＮからなるシートを形成する。

次に、このシートを非酸化性雰囲気中で１８００°Ｃ程
度の高温で加熱し、焼結助剤による液相焼結を行わしめ
ることによりＡＩＮ基板が作られている。

第２表はＡＩＮスラリーの代表的な構成を示すものであ
る。

第２表 表でＰＶＢはポリビニルブチラールの略称、ＤＢＰはジ
ブチルフタレートの略称、 そして、具体的な処理方法はしてはドクターブレード法
により４００μｍ程度の厚さに形成したグリンシートを
室温で乾燥させて分散媒（溶剤）を除去した後、非酸化
性雰囲気例えば窒素（Ｎ７）気流中で９００°Ｃ程度の
温度で加熱し゛てバインダの除去を行い、か−るシート
について高温焼成が行われている。

ニーで、従来の焼成法は窒化硼素（ＢＮ）からなるセッ
ターの上にバインダ抜きの終わったシートを置き、この
上にＢＮセッターを置き、これをグラファイト容器ある
いはＢＮ容器の中に置いて焼成する方法が使用されてい
る。

然し、この方法では一枚のＢＮセッターについて一枚の
シートしか焼成できず、量産に適していない。

そこで、量産化のために、第４図に示すように複数個（
この例の場合は９枚）のＡＩｌ、Ｎシート１をＢＮセッ
ター２の上に積層し、この上に既に高温焼成の済んだＡ
ｊ２Ｎ基板３を置き、これをＢＮ或いはグラファイトか
らなる焼成容器４の中にセ・ントして焼成する。

然し、１８００°Ｃ程度の高温焼成を行うとＡｆＮシー
ト１同士、特に底部のＡＩＮシート１は当然のことなが
ら融着してしまい、分離できなくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＩＮ基板の量産化を行うためにはバインダ分解処理の終
わりたシートを積み重ねて焼成する必要があるが、その
ためには＾ＩＮシート相互の融着を防止する必要があり
、その方法を実用化することが課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題はＡｆｆｉＮ粉末を主構成材とし、この粉末
にバインダ、可型剤および溶剤を加え、混練した材料を
用いてグリンシートを作り、このグリンシートを乾燥し
た後、グリンシートの周辺にタングステン線またはモリ
ブデン線を置（か、或いはＡＩＮグリンシートと同時焼
成が可能なペーストを印刷してスペーサとし、脱脂処理
を行った後、焼成容器中に積層するか或いは焼成容器中
に縦に並べてセットし、両側にＢＮからなる矯正用基板
を挟着した後、焼成容器と矯正用基板との間に基板固定
用変形体を挿入し、非酸化性雰囲気中で焼成することに
よりＡＩＮ基板の焼成方法を構成することにより達成す
ることができる。

〔作用〕

本発明はバインダ分解処理の終わりたＡｊ２Ｎシートを
相互融着を生じることなく焼成する方法として、タング
ステン（Ｗ）線かモリブデン（Ｍｏ）線或いはＭ／’Ｐ
Ｍｏを主構成分とする厚膜ペーストをスクリーン印刷し
て作られる枠状パターンをスペーサとして用いるもので
ある。

へ２Ｎシートを高温焼成して得た基板はその焼成条件が
例えば１８００°Ｃ，３０時間と高温でしかも長時間が
必要であり、また焼成炉の温度分布を焼成中を通じて均
一に保持することが難しいことから、基板の周辺に変形
（ダレ）を生じ、商品化のためには周辺部を切断する必
要がある。

発明者等はこの点に着目し、切断予定領域にセパレータ
を置き、焼成終了後にこの部分をダイヤモンドカッター
または超音波カッターを使用して除去することを考えた
。

このようにセパレータを介してＡｆＮ　シートを積層す
れば、シーｊ・間に空隙が存在するために相互融着が起
こるのを避けることができる。

次の問題は、ｉＮシートの高温焼成中に生ずる変形であ
る。

これについて、発明者等は実験の結果、多少の変形は生
ずるもの＼、相互融着が生ずるほどの変形は起きないこ
とを確認した。

すなわち、約９００°Ｃ９数時間の処理によってバイン
ダ抜きの終わったシートはＡｆＮの粉体のみからなって
おり、他の材料は存在しない。

そのため、１８００°Ｃの温度で焼成し焼結助剤による
液相焼結により焼結させるに当たっては、多少の変形は
避けられないが、分離して積層しであるシート相互が融
着する程の変形が生ずることはない。

本発明はグリンシートを室温で乾燥して溶剤の除去が終
了した時点で第１図（Ａ）に示すようにＡ１Ｎグリンシ
ート５の周辺にＷ線またはＭｏ線からなるスペーサ６を
載置するか、或いは同図（Ｂ）に示すようにＷ導体ペー
ストやＭＯ導体ベーストのように焼成温度がＡ１Ｎシー
トの焼成温度と近イ以するペーストを周辺部にスクリー
ン印刷してスペーサとするものである。

このように、スペーサを設けたグリンシートは次に、通
常はトンネル炉を用い、一枚づつ非酸化性雰囲気例えば
Ｎ２中で約９００　”Ｃで焼成してバインダ抜きを行う
が、この工程終了後においてはＷ線またはＭｏからなる
スペーサはＡｌＮシートと融着しているが、−向に差支
えはなく、か＼るＡｌＮシートをＢＮ容器内に積層して
高温焼成を行うものである。

第２図はＢＮやグラファイトからなる焼成容器４の底に
置いたＢＮＮフッタ２上に線状のスペーサ６が融着して
いるＡｌＮシート１を積層し、この上にｉＮ基板３をお
いた状態を示している。

次に、量産を考えた場合、多数のＡｌＮシートを積層す
る場合は、シート自体の荷重によって底部のシートに変
形乃至融着が生じ易くる。

そこで、この対策としては第３図に示すようにスペーサ
６を片面に設けた複数のＩＮシート１を縦に並べ両方か
ら融点が高く、かつ非反応性の矯正用基板９で挟持した
状態で高温焼成を行えばよく、ＢＮは融点が３０００℃
と高く且つ非反応性であることからこの目的に適してい
る。

なお、この高温焼成においてはＡ２Ｎシートの焼結が進
むに従って収縮が生じ、そのために縦に配列したＡｎシ
ート１の傾きが生ずることがあるが、これを防ぐ方法と
しては焼成容器４と矯正用基板９との間に高温において
変形する基板固定用変形体１０を置けばよく、例えばグ
リンシ−１・の片面にＷペーストを全面に亙って塗布し
ておくか、溶剤の添加量を変えて作った二層構成のグリ
ンシートを挿入しておき、高温焼成により故意に弯曲が
生じて矯正用基板を押し出す作用を行わせればよい。

〔実施例〕

実施例１：（Ｍｏ線ススペーサ使用例第２図関連）第２
表に示す組成のスラリーを作成し、成形間隔４５０　μ
ｍ、送り速度２゜３　ｍ／分で成形を行い、グリンシー
トを形成した。

次に、室温で６時間乾燥して分散媒を除いたグリンシー
トを９０−角に打ち抜き、第１図（Ａ）に示すようにＡ
ｌＮグリンシート５の上に直径が２５μ偽のＭｏ線から
なる７０ｍ＋ａ角のスペーサ６を載置し、トンネル炉を
用い、Ｎ２雰囲気中で９００　’Ｃ，４時間の脱脂処理
を行った。

このＡβＮシート１０枚を第２図に示すようにグラファ
イトよりなる焼成容器４の中のＢＮＮフッタ２上に積層
し、Ｎ２ガスを流しながら１８００°Ｃで３０時間の焼
成を行った。

その後、ダイヤモンドカッターを用いてスペーサ６の内
側に沿って切断してＡｆＮ基板を得たが、何れも平坦で
あり、表面粗さも良好であった。

実施例２：（Ｗ厚膜スペーサ使用例、第２図関連）実施
例１と同様にして形成した９０鴫角のグリンシートの上
にＷ厚膜ペーストをスクリーン印刷し、第１図ＣＢ）に
示すように幅が１−２高さ５０μｍで７０ａｍ角の導体
パターン形成してスペーサ７とした。

以後は実施例１と同様にトンネル炉を用い、Ｎ２雰囲気
中で９００″Ｃ，４時間の脱脂処理を行った。

このＡρＮシー）１０枚を次に、第２図に示すようにグ
ラファイトよりなる焼成容器４の中のＢＮＮフッタ２上
に積層し、Ｎ２ガスを流しながら１８００″Ｃで３０時
間の焼成を行った。

その後、ダイヤモンドカッターを用いてスペーサ６の内
側に沿って切断してＡｊ２Ｎ基板を得たが、何れも平坦
であり、表面粗さも良好であった。

実施例３：　（縦に並べ焼成した例、第３図関連）矯正
用基板としては９０ｍｍ角で厚さが２１！１ｆｆｉのＢ
Ｎ基板を用い、また基板固定用変形体としては厚さが１
００μｍのＡｆｆｉＮグリンシートの片面にＷ厚膜ペー
ストを塗布したものを用いた。

このようにするとＩＮ側を内側として弯曲させることが
できる。

実施例１と同様にしてグリンシートを形成した後、Ｗ線
を載置してＮ２雰囲気中で９００°Ｃ，４時間の脱脂処
理を行った。

次に、スペーサ６を設けたへ２ＮシートｌをＢＮよりな
る焼成容器４の中に縦に並べ、その両側に矯正用基板９
を置き、また片方の矯正用基板９と焼成容器４との間に
基板固定用変形体１０を挿入して隙間をな（した。

そして、Ｎ２ガスを流しながら１８００°Ｃで３０時間
の焼成を行い、その後、ダイヤモンドカッターを用いて
スペーサ６の内側に沿って切断してＡＩＮ基板を得たが
、何れも平坦であり、表面粗さも良好であった。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、ＩＮ基板の量産が可能になり、こ
れによりＡρＮ基板のコスト低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施法を示すグリンシ
ートの平面図、 第２図は本発明に係る焼成法を示す断面図、第３図は本
発明に係る別の焼成法を示す断面図、第４図はＡｆｆｉ
Ｎの焼成方法を示す断面図、である。 図において、 ｌはＩＮ　シート、　　　　２はＢＮセッター、３はＡ
ＩＮ基板、　　　　４は焼成容器、５はＡｆＮグリンシ
ート、６．７はスペーサ、　　　　　　□９は矯正用基
板、　　　　１０は基板固定用変形体、である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化アルミニウム粉末を主構成材とし、該粉末に
   バインダ、可塑剤および分散剤を加え、混練した材料を
   用いてグリンシートを作り、該グリンシートを乾燥した
   後、該グリンシートの周辺にタングステン線またはモリ
   ブデン線を置くか、或いは該グリンシートと同時焼成が
   可能なペーストを印刷してスペーサとし、脱脂処理を行
   った後、焼成容器中に積層し、非酸化性雰囲気中で焼成
   することを特徴とする窒化アルミニウム基板の焼成方法
   。
2. （２）請求項１記載の脱脂処理を行ったグリンシートを
   焼成容器中に縦に並べてセットし、両側に窒化硼素から
   なる矯正用基板を挟着した後、焼成容器と該矯正用基板
   との間に基板固定用変形体を挿入し、非酸化性雰囲気中
   で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム基板の焼
   成方法。