JPH0323512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、絶縁基板、ヒートシンク、レーザー
用チユーブ等に高熱伝導性絶縁材料として使用さ
れる窒化アルミニウム製基材の表面処理組成物に
関するものであり、特に、窒化アルミニウム製基
材の焼結と表面処理が同時に行なえる窒化アルミ
ニウム製基材の表面処理組成物に関する。 ［従来の技術］ 近年、電子機器の小形化や機能向上に対する要
求は極めて大きくなつており、それに伴つて半導
体は集積密度の向上、多機能化、高速化、高出力
化、高信頼化の方向に急速に進展している。これ
らに対応して半導体から発生する熱量はますます
増加しており、従来のAl₂O₃基板にかわる放熱能
力の大きい基板が要求されるようになつている。
又、その他の分野、例えば各種の熱機関や産業機
器等においても高出力化が進んでおり、それに伴
つて、より放熱能力の大きい材料が求められてい
る。 この放熱能力の大きい材料、即ち熱伝導性の高
い材料としては、ダイヤモンド、立方晶BN（窒
化硼素）、SiC（炭化硅素）、BeO（ベリリア）、
AlN（窒化アルミニウム）、Si等をあげることがで
きる。しかし、ダイヤモンド、立方晶BNは上記
のような用途に利用できる大きさを製造すること
が困難であり、又、非常に高価である。SiCは半
導体であるために電気絶縁性、誘電率等の電気特
性が悪く、絶縁材料として使用できない。BeO
は電気特性が非常に優れているが、成形時、研削
加工時等に発生する粉末が毒性をもつために国内
で生産されず、海外から求める必要があるために
供給が不安定となる恐れがある。Siは電気特性が
悪く、又、機械的強度も小さいので、基板材料と
しても使用は限られる。AlNは高絶縁性、高絶
縁耐圧、低誘電率などの優れた電気特性に加え
て、常圧焼結が適用できるが、所要面に金属層を
形成したり、又金属との接合が十分に出来ないた
めに、未だ高出力用の多層基板やレーザーチユー
ブ等は開発されていないのが実情である。 ［発明の解決しようとする問題点］ この様に、AlNは、金属との濡れ性が悪いた
めに、メタライズできず上記材料としての使用は
困難であつた。 又、例えば、特開昭50−75208や特開昭59−
40404のように、AlN基板表面を酸化させてから
メタライズしたり、特開昭53−102310のように、
先ず、AlN基板表面に金属酸化物を設け、その
様にメタライズする等の技術が知られているが、
いずれも焼結体表面にメタライズすることは出来
ても、十分な接合強度を得ることができなかつ
た。又基板材料としても基板の多層化を目的とす
る同時焼成法には適用することが出来ないといつ
た欠点を有していた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するために次の手段
を採用した。 第１発明の窒化アルミニウム製基材の表面処理
組成物は、 窒化アルミニウム製基材の表面処理組成物であ
つて、 Ｗ、Mo及びこれらの硼化物、炭化物から選ば
れた１種又は２種以上の100重量部と、 窒化アルミニウム又は上記窒化アルミニウム基
材と同成分の0.1〜50重量部と、 からなることを特徴とする。 第２の発明の窒化アルミニウム製基材の表面処
理組成物は、第１の発明の組成に加えて、Ti、
Zr、Nb、Ｖ、Mnの水素化物、酸化物から選ば
れた１種又は２種以上を含むものである。即ち、
第２の発明の窒化アルミニウム製基材の表面処理
組成物は、 窒化アルミニウム製基材の表面処理組成物であ
つて、 Ｗ、Mo及びこれらの硼化物、炭化物から選ば
れた１種又は２種以上の100重量部と、 窒化アルミニウム又は上記窒化アルミニウム製
基材と同成分の0.1〜50重量部と、 Ti、Zr、Nb、Ｖ、Mnの水素化物、酸化物か
ら選ばれた１種又は２種以上の0.1〜10重量部と からなることを特徴とする。 第１の発明及び第２の発明において、窒化アル
ミニウム（AlN）又は表面処理されるAlN製基
材と同成分が、上記範囲より少ないと表面処理組
成物によつて形成される表面処理層とAlN製基
材との結合が十分ではなくなり、又、逆に上記範
囲より多いと上記表面処理層の焼結性が低下し、
メタライズ性が十分ではなくなる。 さらに第２の発明において、Ti、Zr、Nb、
Ｖ、Mnの水素化物、酸化物から選ばれた１種又
は２種以上が、上記範囲より少ないとこれらの化
合物の添加による基材と表面処理層との結合の強
化という効果がなく、又逆にこの範囲より多いと
基材と表面処理層との結合は低下する。 又、第１の発明及び第２の発明は通常、セラミ
ツク粉末をペースト化するために用いる結合剤や
溶剤を加えて使用される。例えば結合剤として
は、エチルセルロース、ブチルカルビドール等を
あげることができ、又、溶剤としてはアセトン、
メチルエチルケトン、トルエン、エステル等をあ
げることができる。 本発明によつて表面処理されるAlN製基材は、
AlNのみでも、又焼結性の向上等を目的として
希土類酸化物（例えばイツトリア）又はアルカリ
土類酸化物（例えばカルシア）等の、通常使用さ
れる焼結助剤を含んでもよい。 本発明の窒化アルミニウム製基材の表面処理組
成物は、窒化アルミニウム製基材粉末の成形体上
にスクリーン印刷等で印刷され、上記基材と同時
に非酸化性雰囲気中で焼成する、あるいは、窒化
アルミニウム製基材の焼結体にスクリーン印刷等
によつて印刷したのち非酸化性雰囲気中で焼成す
る等の方法によつて前述の表面処理層を形成す
る。 尚、上記表面処理層の厚さは、基材との結合や
気密性が十分であるために、1μｍ以上であるこ
とが好ましく、又、基材と表面処理層との熱膨張
率差による剥離等を防ぐために、50μｍ以下であ
ることが好ましい。 本発明は表面処理組成物は、前述の如く窒化ア
ルミニウム製基材上に表面処理層を形成する。そ
の後、例えば表面処理層にNiメツキを施してか
らロウ付けすることによつて窒化アルミニウム製
基材と金属とを接合する。 尚、本発明をAlN製多層基板の製造に用いる
場合、Ｗ若しくはMoの割合を組成の範囲内で多
くすることにより、上記表面処理層の導電性を高
め表面処理層自体を基板の内部配線として利用で
きる。 ［作用］ 第１の発明及び第２の発明の組成物中のAlN、
あるいはメタライズされるAlN製基材と同成分
は、前述の本組成物によつて形成される表面処理
層とAlN製基材とを結合する。又上記組成物中
のＷ、Moあるいはこれらの硼化物、炭化物は、
表面処理層の金属との濡れ性を改善して表面処理
層の金属とを結合する。 第２の発明は上述の作用に加えて、Ti、Zr、
Nb、Ｖ、Mnの水素化物、酸化物から選ばれた１
種又は２種以上を含むことにより、前述の表面処
理層とAlN製基材との結合をより強固にするも
のである。 Ti、Zr、Mnの水素化物、酸化物は、焼成時に
窒化アルミニウム粒子表面に存在する酸素によつ
て生成するAl₂O₃と反応して、スピネルを形成
し、このスピネルによつて窒化アルミニウム製基
材と表面処理層との結合がより強固になる。又
Nb、Ｖの水素化物、酸化物は、焼成時に上述の
Al₂O₃と反応して液相を生成し、この液相によつ
て窒化アルミニウム製基材と表面処理層との結合
がより強固になる。特に、窒化アルミニウム製基
材が窒化アルミニウム単味であると上記効果が大
きい。 ［発明の効果］ 第１の発明の窒化アルミニウム製基材の表面処
理組成物は、Ｗ、Mo又はそれらの硼化物、炭化
物と、AlNあるいはAlN製基材と同成分の組成
を用いることにより、窒化アルミニウム製基材と
金属との強固な接合を可能とした。そのため、従
来困難だつた熱伝導率、電気特性に優れた性質を
持つ窒化アルミニウム製基材を電子機器や各種の
産業機器部品に使用することが可能となつた。 又、本発明を用いることにより、窒化アルミニ
ウムの焼結とメタライズを同時に行なうことがで
きるものである。そのため、従来困難であつた窒
化アルミニウム製基板の多層化が可能となり、放
熱力の大きいこれからの電子機器に必要とされる
多層基板の製造が可能となつた。 第２の発明を用いることにより、第１の発明に
加えて、特に窒化アルミニウム製基板が窒化アル
ミニウム単味の時により強固な金属とAlN製基
材との接合が可能となつた。 ［実施例］ 第１の発明の一実施例について第１表により説
明する。 本実施例の窒化アルミニウム製基材の表面処理
組成物は、第１表に示す第１成分100重量部、第
２成分０〜60重量部をアセトン中で湿式粉砕し、
該粉砕物にエチルセルロース５重量部、ブチルカ
ルビドール30重量部を添加混合した後にアセトン
を揮発して得られた。 次いで該組成物を第１表に示す組成の基材のグ
リーンシート上に２×２mm、厚さ20μｍにスクリ
ーン印刷し、乾燥し脱脂した後、窒素ガス中にお
いて1700℃で１時間焼結して、試料とした。 次いで、該焼結体表面に電解Niメツキによつ
てNi層を２〜5μｍの厚さに形成し、850℃で10分
間シンターした後に、共晶銀ローを用いて１×１
mmのコバール（コバルトと鉄を含むニツケル合
金）板を930℃、５分間でロー付し、その接着強
度をピール強度として測定した。このピール強度
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つて0.5mm／secの速度で引
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。 尚、第１表中において表面処理組成物の第１成
分とは、Ｗ、Mo及びその硼化物、炭化物を指
し、第２成分とは、AlN及び基材と同一組成を
指す。この第２成分の量は、第１成分100重量部
に対する重量部である。

【表】 第１表の結果から、表面処理組成物は、Ｗ、
Moあるいはそれらの硼化物、炭化物の他に、
AlNあるいは基材と同成分を0.1〜50重量部含む
ことがピール強度が大きいために必要であること
がわかる。尚、第１表に記載されなかつた組合せ
についても同様に試験した所、第１表の結果と同
様に表面処理組成物は、Ｗ、Moあるいはそれら
の硼化物、炭化物の他に、AlNあるいは基材と
同成分を0.1〜50重量部含むことがピール強度が
大きいために必要であることが認められた。 第２の発明の一実施例について第２表により説
明する。 本実施例は、第２表に示す表面処理組成物を第
２表の所定量で混合し、第１の発明の一実施例と
同様にして表面処理層を得た。 次いで第１の発明の一実施例と同様にしてピー
ル強度を測定した。

【表】

【表】 第２表の結果に加えて、Ti、Zr、Nb、Ｖ、
Mnの水素化物、酸化物を0.1〜10重量部含むと第
１の発明に比べてよりピール強度が大きくなるこ
とがわかつた。尚、第２表に記載されなかつた組
合せについても同様の試験を行なつた所、第２表
の結果と同様に、表面処理組成物が第１の発明の
組成に加えて、Ti、Zr、Nb、Ｖ、Mnの水素化
物、酸化物を0.1〜10重量部含むと第１の発明に
比べてよりピール強度が大きくなることが認めら
れた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒化アルミニウム製基材の表面処理組成物で
   あつて、 Ｗ、Mo及びこれらの硼化物、炭化物から選ば
   れた１種又は２種以上の100重量部と、 窒化アルミニウム又は上記窒化アルミニウム基
   材と同成分の0.1〜50重量部と からなることを特徴とする窒化アルミニウム製基
   材の表面処理組成物。 ２ 窒化アルミニウム製基材の表面処理組成物で
   あつて、 Ｗ、Mo及びこれらの硼化物、炭化物から選ば
   れた１種又は２種以上の100重量部と、 窒化アルミニウム又は上記窒化アルミニウム製
   基材と同成分の0.1〜50重量部と、 Ti、Zr、Nb、Ｖ、Mnの水素化物、酸化物か
   ら選ばれた１種又は２種以上の0.1〜10重量部と からなることを特徴とする窒化アルミニウム製基
   材の表面処理組成物。