JPH0244084A - 窒化アルミニウム基板及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム基板及びその製造方法Info
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- JPH0244084A JPH0244084A JP63192075A JP19207588A JPH0244084A JP H0244084 A JPH0244084 A JP H0244084A JP 63192075 A JP63192075 A JP 63192075A JP 19207588 A JP19207588 A JP 19207588A JP H0244084 A JPH0244084 A JP H0244084A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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］
本発明は窒化アルミニウム基板の製造方法等に関するも
のである。
のである。
［従来の技術］
パワーＩＣ，ＶＬＳＩなどの半導体素子を実装する基板
には従来、アルミナ（Ａ１２０３）を材質とするアルミ
ナ基板が使われてきた。しかし、近年、これらの素子の
高集積、高出力、大型化が進み、単位面積当たりの発熱
量が増加してきたため、アルミナ基板では熱放散が不足
し、基板温度の上昇が防げない場合が出てきた。このよ
うな問題点火解決するため、アルミナ基板よりも高い熱
伝導性をもち、かつ、半導体素子等の実装基板として十
分な高電気絶縁性、低誘電率、高機械強度を有し、半導
体チップ（主にＳｉ）に近い熱膨張率をもつような材料
が求められている。
には従来、アルミナ（Ａ１２０３）を材質とするアルミ
ナ基板が使われてきた。しかし、近年、これらの素子の
高集積、高出力、大型化が進み、単位面積当たりの発熱
量が増加してきたため、アルミナ基板では熱放散が不足
し、基板温度の上昇が防げない場合が出てきた。このよ
うな問題点火解決するため、アルミナ基板よりも高い熱
伝導性をもち、かつ、半導体素子等の実装基板として十
分な高電気絶縁性、低誘電率、高機械強度を有し、半導
体チップ（主にＳｉ）に近い熱膨張率をもつような材料
が求められている。
こうした要求特性を満たす材料として窒化アルミニウム
は、理論上熱伝導率がアルミナの約１０倍であり、電気
絶縁性、？Ａ電電率機械強度、熱膨張率も適当であるこ
とから、特に注目を浴び、既に実用化が始まっている。
は、理論上熱伝導率がアルミナの約１０倍であり、電気
絶縁性、？Ａ電電率機械強度、熱膨張率も適当であるこ
とから、特に注目を浴び、既に実用化が始まっている。
しかしながら、窒化アルミニウムを回路基板として使用
した場合、該基板表面の鏡面性を得ることが非常に難し
く、このため回路基板として使うと、該基板表面の凹凸
のため導体パターンが断線を起こしたり、該導体パター
ンが凹凸になってしまい伝送損失が大きくなるので、使
用が困難であった。
した場合、該基板表面の鏡面性を得ることが非常に難し
く、このため回路基板として使うと、該基板表面の凹凸
のため導体パターンが断線を起こしたり、該導体パター
ンが凹凸になってしまい伝送損失が大きくなるので、使
用が困難であった。
一方、前記アルミナ基板の表面を鏡面加工する場合、Ｓ
ｉＣなどの遊離砥粒による研磨を行ない、ある程度の平
面度、平滑度を出した後、より細かいダイヤモンドペー
スト等の砥粒で鏡面加工する方法が行なわれており、こ
の方法で面粗さ０．０５μｍＲａ以下の面は比較的容易
に得ることができる。
ｉＣなどの遊離砥粒による研磨を行ない、ある程度の平
面度、平滑度を出した後、より細かいダイヤモンドペー
スト等の砥粒で鏡面加工する方法が行なわれており、こ
の方法で面粗さ０．０５μｍＲａ以下の面は比較的容易
に得ることができる。
しかし、窒化アルミニウム基板の場合、アルミナ基板と
同様な方法で加工しても面粗さ０．２μｍＲａ以下の面
を得ることは難しい、アルミナと同様な方法で加工をし
た平滑性の低い窒化アルミニウム基板の加工面を走査顕
微鏡で見ると、窒化アルミニウムの結晶粒子がいたると
ころで粒界から脱落している様子が見られる。このこと
から、窒化アルミニウム基板はアルミナ基板と違い、鏡
面加工時に結晶粒子が徐々に削られるだけでなく、鏡面
加工時に受ける力により、粒界から結晶粒子が脱落する
ことが多いため、鏡面が得られないものと解される。
同様な方法で加工しても面粗さ０．２μｍＲａ以下の面
を得ることは難しい、アルミナと同様な方法で加工をし
た平滑性の低い窒化アルミニウム基板の加工面を走査顕
微鏡で見ると、窒化アルミニウムの結晶粒子がいたると
ころで粒界から脱落している様子が見られる。このこと
から、窒化アルミニウム基板はアルミナ基板と違い、鏡
面加工時に結晶粒子が徐々に削られるだけでなく、鏡面
加工時に受ける力により、粒界から結晶粒子が脱落する
ことが多いため、鏡面が得られないものと解される。
このような鏡面加工時に結晶粒子の受ける力を減らして
窒化アルミニウム基板に鏡面を得る工夫としては、従来
、研磨クロスに砥粒を半固定状態としたもので表面を加
工する工程を加工途中に入れるなどの方法があり、一応
面粗さ０．０５μ層Ｒａ以下のものが得られている。し
かし、ある程度の平面性、平滑性を出したあとに一時間
半以上の研削、研磨を二段以上必要とするため、加工時
間とコストが非常にかかっていた。
窒化アルミニウム基板に鏡面を得る工夫としては、従来
、研磨クロスに砥粒を半固定状態としたもので表面を加
工する工程を加工途中に入れるなどの方法があり、一応
面粗さ０．０５μ層Ｒａ以下のものが得られている。し
かし、ある程度の平面性、平滑性を出したあとに一時間
半以上の研削、研磨を二段以上必要とするため、加工時
間とコストが非常にかかっていた。
［発明の解決しようとする課題］
本発明の目的は従来技術が有していた前述の問題点を解
消しようとするものである。
消しようとするものである。
［問題を解決するための手段］
本発明は前述の問題点を解決すべくなされたものであり
、窒化アルミニウム基板表面にアルミナ層を形成した後
、その表面を鏡面加工することを特徴とした窒化アルミ
ニウム基板の製造方法を提供するものである。
、窒化アルミニウム基板表面にアルミナ層を形成した後
、その表面を鏡面加工することを特徴とした窒化アルミ
ニウム基板の製造方法を提供するものである。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明は窒化アルミニウム基板と、アルミナ基板の鏡面
加工性の違いに着目して得られたものであり、あらかじ
め窒化アルミニウム基板表面を酸化により鏡面加工性の
良いアルミナに変えた後、鏡面加工を行なうものである
。
加工性の違いに着目して得られたものであり、あらかじ
め窒化アルミニウム基板表面を酸化により鏡面加工性の
良いアルミナに変えた後、鏡面加工を行なうものである
。
具体的には、通常、まず窒化アルミニウム基板の両面が
ある程度の平面性、平滑性を持つように研削する。研削
にはＭ離砥粒を使用する片面ラップ板または両面ラップ
板が使用でき、また、他には固定砥粒による研削盤を利
用しても良い、砥粒の粒度は５００番から４０００番程
度なら使用できるが、粒度が細かいと、この工程に要す
る時間が増え、逆に粗いと、後工程に要する時間が増え
ることになるので、１０００〜３０００番程度が望まし
く、特に２０００番程度が望ましい。
ある程度の平面性、平滑性を持つように研削する。研削
にはＭ離砥粒を使用する片面ラップ板または両面ラップ
板が使用でき、また、他には固定砥粒による研削盤を利
用しても良い、砥粒の粒度は５００番から４０００番程
度なら使用できるが、粒度が細かいと、この工程に要す
る時間が増え、逆に粗いと、後工程に要する時間が増え
ることになるので、１０００〜３０００番程度が望まし
く、特に２０００番程度が望ましい。
次に、上記窒化アルミニウム基板表面にアルミナ層を形
成するために、表面を酸化する。酸化の方法には熱処理
、薬品処理などが考えられ、既に得られた表面の平面性
、平滑性を大きく損なうものでなければ適宜使用できる
が、数百枚−度に処理できることから、熱処理が最も望
ましい。
成するために、表面を酸化する。酸化の方法には熱処理
、薬品処理などが考えられ、既に得られた表面の平面性
、平滑性を大きく損なうものでなければ適宜使用できる
が、数百枚−度に処理できることから、熱処理が最も望
ましい。
具体的には空気中で１１００〜１４００’ Ｃの温度で
、その温度に応じて １〜１０時間程度行なえば良い、
この時のアルミナ層の厚みは窒化アルミニウム基板を形
成する平均粒度以上が良いが、あまり厚いと加工時間を
多く要するため、３〜５０μ層程度、より好ましくは１
０〜５０μｍ程度が良い。
、その温度に応じて １〜１０時間程度行なえば良い、
この時のアルミナ層の厚みは窒化アルミニウム基板を形
成する平均粒度以上が良いが、あまり厚いと加工時間を
多く要するため、３〜５０μ層程度、より好ましくは１
０〜５０μｍ程度が良い。
なお熱処理は研削、研磨に比べて１０倍以上の量を一括
して処理可能であるから、実質的に１枚当りにかかる時
間は研削、研磨の時間に比べて短くなる。また、比較的
高い温度で行なえば、処理に要する時間は非常に短くな
るので好ましい。
して処理可能であるから、実質的に１枚当りにかかる時
間は研削、研磨の時間に比べて短くなる。また、比較的
高い温度で行なえば、処理に要する時間は非常に短くな
るので好ましい。
この後、ダイヤモンドペースト等の微小な研磨砥粒を用
いて鏡面研磨する。砥粒径は０．５〜６μ層程度のもめ
を順次小さいものへと段階的に使用する。こめとき１表
面は鏡面加工性のよいアルミナ層になっているので、従
来のように研磨に長時間かける必要はなく、それぞれＩ
Ｏ分以内で充分０．０５μｍＲａ以下の平滑な表面が得
られる。加工は片面ずつ行なっても良いが、両面同時に
行なう方が、加工時間短縮のため、望ましい。
いて鏡面研磨する。砥粒径は０．５〜６μ層程度のもめ
を順次小さいものへと段階的に使用する。こめとき１表
面は鏡面加工性のよいアルミナ層になっているので、従
来のように研磨に長時間かける必要はなく、それぞれＩ
Ｏ分以内で充分０．０５μｍＲａ以下の平滑な表面が得
られる。加工は片面ずつ行なっても良いが、両面同時に
行なう方が、加工時間短縮のため、望ましい。
以上のようにして本発明によれば、表面の平滑な窒化ア
ルミニウム基板が従来に比べてごく短時間に得られる。
ルミニウム基板が従来に比べてごく短時間に得られる。
この時、鏡面加工を安定に行なえるので、望ましい、こ
のように表面にアルミナ層が数μｍ程度残っていても、
基板全体の熱伝導率はほとんど低下せず、また窒化アル
ミニウムとアルミナの比誘電率はきわめて近いので回路
設計の上でも支障にならない。
のように表面にアルミナ層が数μｍ程度残っていても、
基板全体の熱伝導率はほとんど低下せず、また窒化アル
ミニウムとアルミナの比誘電率はきわめて近いので回路
設計の上でも支障にならない。
鏡面加工で残すアルミナ層の厚さは１〜２０μ層程度な
ら窒化アルミニウムの高熱伝導性をさほど損なわないの
で良いが、基板熱伝導率の低下をより防ぐために望まし
くは１〜１０μｍ、特に望ましくは １〜５μ腫が良い
。
ら窒化アルミニウムの高熱伝導性をさほど損なわないの
で良いが、基板熱伝導率の低下をより防ぐために望まし
くは１〜１０μｍ、特に望ましくは １〜５μ腫が良い
。
以上のような方法で製造した表面平滑な窒化アルミニウ
ム基板の表面粗さをを、その用途に応じて様々に変える
ことは鏡面加工時の砥粒径や工程数を調整することによ
り可能である。特に０．２μｍＲａ以下にすれば、たと
えば回路基板として使用する時には微細配線が可能にな
るためため望ましく、またヒートシンクとしても放熱す
べき物との密着性が向上し、放熱性を向上できるので望
ましい、さらに０．０５μ腸Ｒａ以下とすれば、薄膜回
路等の回路基板用として高周波伝送損失が低減化できる
のでより望ましい。
ム基板の表面粗さをを、その用途に応じて様々に変える
ことは鏡面加工時の砥粒径や工程数を調整することによ
り可能である。特に０．２μｍＲａ以下にすれば、たと
えば回路基板として使用する時には微細配線が可能にな
るためため望ましく、またヒートシンクとしても放熱す
べき物との密着性が向上し、放熱性を向上できるので望
ましい、さらに０．０５μ腸Ｒａ以下とすれば、薄膜回
路等の回路基板用として高周波伝送損失が低減化できる
のでより望ましい。
［作用］
上記のように窒化アルミニウム基板表面にアルミナ層を
形成した後に加工を行なうことにより、基板表面を容易
に鏡面化できる。このことはアルミナセラミックスと窒
化アルミニウムセラミックスの結晶粒子、粒界の破壊強
度に関連していると推測される。
形成した後に加工を行なうことにより、基板表面を容易
に鏡面化できる。このことはアルミナセラミックスと窒
化アルミニウムセラミックスの結晶粒子、粒界の破壊強
度に関連していると推測される。
［実施例］
（実施例−１）
常圧焼結によって得られた２インチ角のアルミニウム基
板（相対密度： ９９．４％、熱伝導率： １７８
Ｗ／ｍＫ）の両面を、両面ラップ盤により厚味０．５ｍ
ｍに研削した。ここで砥粒は炭化ケイ素（ＳｉＣ）の２
０００番を用いた。その後、空気中で１２００°ｃ、
ｅ時間酸化処理をし、上記０．５ｍ塵に研削された窒
化アルミニウム基板表面に厚み１３μｌのアルミナ層を
形成した。ついで、基板の両面を両面ポリシングマシン
により鏡面研磨した。研磨砥粒はダイヤモンドペースト
の４μ層、２μｒａ、 １μｍ品の順番で用い、各１
０分間行なった。鏡面加工後、基板表面の面粗さを測定
したところ、 ０．０２５μｍＲａの平滑性の優れた面
が得られていた。また、セラミックス表面に３μ国程度
のアルミナ層が残っていたが、熱伝導率を測定したとこ
ろ １７３Ｗ／ｍＫの値が得られ、表面を酸化処理する
前とほとんど変わらなかった。
板（相対密度： ９９．４％、熱伝導率： １７８
Ｗ／ｍＫ）の両面を、両面ラップ盤により厚味０．５ｍ
ｍに研削した。ここで砥粒は炭化ケイ素（ＳｉＣ）の２
０００番を用いた。その後、空気中で１２００°ｃ、
ｅ時間酸化処理をし、上記０．５ｍ塵に研削された窒
化アルミニウム基板表面に厚み１３μｌのアルミナ層を
形成した。ついで、基板の両面を両面ポリシングマシン
により鏡面研磨した。研磨砥粒はダイヤモンドペースト
の４μ層、２μｒａ、 １μｍ品の順番で用い、各１
０分間行なった。鏡面加工後、基板表面の面粗さを測定
したところ、 ０．０２５μｍＲａの平滑性の優れた面
が得られていた。また、セラミックス表面に３μ国程度
のアルミナ層が残っていたが、熱伝導率を測定したとこ
ろ １７３Ｗ／ｍＫの値が得られ、表面を酸化処理する
前とほとんど変わらなかった。
（比較例）
窒化アルミニウム基板表面を酸化処理する工程を省略す
る他は実施例と同様にラッピング、ポリシングを行なっ
た。ボリシング後、基板表面の而粗さを測定したところ
、０．３２μ膳Ｒａの値が得られ、表面の平滑性が劣化
していた。
る他は実施例と同様にラッピング、ポリシングを行なっ
た。ボリシング後、基板表面の而粗さを測定したところ
、０．３２μ膳Ｒａの値が得られ、表面の平滑性が劣化
していた。
（実施例−２）
鏡面加工後に残すアルミナ層の厚さを５μｌ、ｌθμ層
、１５μｍと三種類変える以外は実施例と同様に鏡面加
工を行なった。基板表面の面粗さは０．０２５μｍＲａ
で実施例と同程度であったが熱伝導率はそれぞれ１７０
Ｗ／ｓＫ、１８４Ｗ／ｄ 、 １５３Ｗ／ＩＫとアルミ
ナ層が厚くなるに従って低下した。
、１５μｍと三種類変える以外は実施例と同様に鏡面加
工を行なった。基板表面の面粗さは０．０２５μｍＲａ
で実施例と同程度であったが熱伝導率はそれぞれ１７０
Ｗ／ｓＫ、１８４Ｗ／ｄ 、 １５３Ｗ／ＩＫとアルミ
ナ層が厚くなるに従って低下した。
［発明の効果］
本発明により、薄膜回路等の回路基板用等に充分使用で
きる表面の平滑な窒化アルミニウム基板を、低コスト、
短時間で得ることができる。
きる表面の平滑な窒化アルミニウム基板を、低コスト、
短時間で得ることができる。
また、窒化アルミニウム基板表面に数μ■程度のアルミ
ナ層を残すことにより、高熱伝導性という窒化アルミニ
ウムの持つ優れた特性を損なうことなく、以下のような
効果も得ることができる。まずアルミナは窒化アルミニ
ウムに比べて、薬品、特に強アルカリに対して侵されに
くいため、アルミナが表面に存在することで基板表面に
回路形成する際に使用しうる各種薬品から基板が保護さ
れ損傷しにくい、また、アルミナは窒化アルミニウムに
比べ金属とのぬれが良いことから、基板の回路のメタラ
イズ層との密着性が向上する。さらに本発明の製造法に
より、製造された窒化アルミニウム基板は、その良好な
表面の平滑性から、回路基板用だけでなく、各種ヒート
シンク、蒸着用ターゲットなどへの応用が可能であり、
その工業的価値は多大である。また、本発明は熱伝導率
が比較的低いアルミナ層が表面にのみ存在しているので
、熱放散性に異方性があり、サーマルヘッド用基板とし
ても効果が認められる。
ナ層を残すことにより、高熱伝導性という窒化アルミニ
ウムの持つ優れた特性を損なうことなく、以下のような
効果も得ることができる。まずアルミナは窒化アルミニ
ウムに比べて、薬品、特に強アルカリに対して侵されに
くいため、アルミナが表面に存在することで基板表面に
回路形成する際に使用しうる各種薬品から基板が保護さ
れ損傷しにくい、また、アルミナは窒化アルミニウムに
比べ金属とのぬれが良いことから、基板の回路のメタラ
イズ層との密着性が向上する。さらに本発明の製造法に
より、製造された窒化アルミニウム基板は、その良好な
表面の平滑性から、回路基板用だけでなく、各種ヒート
シンク、蒸着用ターゲットなどへの応用が可能であり、
その工業的価値は多大である。また、本発明は熱伝導率
が比較的低いアルミナ層が表面にのみ存在しているので
、熱放散性に異方性があり、サーマルヘッド用基板とし
ても効果が認められる。
Claims (2)
- （１）窒化アルミニウム基板表面にアルミナ層を形成し
た後、その表面を鏡面加工す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）表面粗さが０．０５μｍＲａ以下のアルミナ層を
表面に有することを特徴とする窒化アルミニウム基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63192075A JPH0244084A (ja) | 1988-08-02 | 1988-08-02 | 窒化アルミニウム基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63192075A JPH0244084A (ja) | 1988-08-02 | 1988-08-02 | 窒化アルミニウム基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244084A true JPH0244084A (ja) | 1990-02-14 |
Family
ID=16285220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63192075A Pending JPH0244084A (ja) | 1988-08-02 | 1988-08-02 | 窒化アルミニウム基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0244084A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03292791A (ja) * | 1990-04-11 | 1991-12-24 | Toshiba Corp | 配線基板 |
| EP0615964A2 (en) * | 1993-03-19 | 1994-09-21 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Aluminium nitride ceramics and method for preparing the same |
| JP2001077485A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Kyocera Corp | セラミック基板と金属放熱器の接合構造 |
| US6696103B1 (en) | 1993-03-19 | 2004-02-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Aluminium nitride ceramics and method for preparing the same |
| WO2006019090A1 (ja) * | 2004-08-18 | 2006-02-23 | Tokuyama Corporation | 発光素子搭載用セラミックス基板およびその製造方法 |
| WO2007034955A1 (ja) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | Tokuyama Corporation | 発光素子搭載用セラミックス焼結体 |
| WO2021261441A1 (ja) * | 2020-06-22 | 2021-12-30 | デンカ株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体、回路基板、及び接合基板 |
-
1988
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