JPH0431339A - ガラス―セラミック複合体 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はガラス−セラミック複合体に関し、更に詳細に
は硼珪酸ガラスの粉末と窒化アルミニウムの粉末とを焼
成して得られるガラス−セラミック複合体に関する。

（従来の技術〉 ＬＳＩ等の半導体装置には、耐熱性、熱伝導性等の観点
からセラミック多層回路基板（以下、基板と称すること
がある）が用いられつつある。

かかる基板を製造する際には、アルミナ粉末等のセラミ
ック材料をバインダー等と混練してから板状に成形し、
次いで前記板状の成形体上に回路を導電性金属でパター
ニングした後に焼成する。

この様に、回路を形成する導電性金属も同時に焼成され
るため、前記金属は焼成温度以上の融点を有することが
必要である。

ところで、従来のアルミナセラミック多層回路基板を製
造する際の焼成温度は１４００〜１５００℃にも達する
ため、従来、回路を形成する導電性金属として汎用され
ている、銅（融点１０８３℃）、銀（融点９５２℃）、
金（融点１０６４°Ｃ）等の導電性金属は使用すること
ができない。

このため、モリブデンやタングステン等の耐熱性を有す
る導電性金属が使用されている。

唯、かかるタングステン等の導電性金属は、銅等の導電
性金属よりも電気抵抗等が高い欠点を有することから、
半導体装置の高性能化、高集積化のなめには、電気抵抗
がタングステン等よりも低い銅、銀、又は金等の低融点
の導電性金属（以下、低融点金属と称することがある）
を使用することを要する。

このため、アルミナ粉末とガラス粉末とを混合すること
によって、基板の焼成温度を銅等の低融点金属の融点以
下に低下することができる、アルミナ−ガラス複合体が
提供されている。

しかし、アルミナ−ガラス複合体は、アルミナセラミッ
クよりも熱伝導率が低いため、高い放熱性を必要とする
用途に対しては不向きであるという問題点があった。

（発明が解決しようとする課題） この様な従来のアルミナ−ガラス複合体に比較して、ア
ルミナよりも高い熱伝導率の窒化アルミニウムを含有す
るガラス−窒化アルミニウム複合体は、高い熱伝導率を
有することが期待できる。

このため、本発明者は、ガラス−窒化アルミニウム複合
体の電気的特性を向上させるべく、前記複合体のガラス
として低誘電率のガラスとして知られている硼珪酸ガラ
スを用いて複合体を試作してみた。

しかしながら、得られる硼珪酸ガラス−窒化アルミニウ
ム複合体は、気泡等を含むものであって緻密な構造の複
合体を得ることができなかった。

そこで、本発明の目的は、従来のガラス−アルミナ複合
体よりも高い熱伝導率を有し、且つ緻密な構造の基板を
得ることができるガラス−セラミック複合体を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、前記目的を達成すべく、先ず溶融した硼珪
酸ガラス（以下、溶融ガラスと称することがある）と窒
化アルミニウムとの濡れ性を調査したところ、窒化アル
ミニウムの板状体上の溶融ガラスは球状となり、窒化ア
ルミニウムと溶融ガラスとの濡れ性が劣ることを知った
。

本発明者は、この様な知見から窒化アルミニウムと溶融
ガラスとの濡れ性を向上させることによって、ａ密な構
造のガラス−セラミック複合体を得ることができるもの
と考え検討を重ねた結果、本発明に到達した。

即ち、本発明は、硼珪酸ガラスの粉末と窒化アルミニウ
ムの粉末とを焼成して得られるガラスセラミック複合体
において、該複合体を形成する窒化アルミニウム粉末の
表面層が酸化アルミニウムに改質されていることを特徴
とするガラス−セラミック複合体にある。

かかる本発明において、窒化アルミニウムの粉末の表面
層が焼成前に酸化アルミニウムに改質されていることが
、−層緻密な構造の複合体とすることを可能にする。

（作用） 本発明者が当初に試作した硼珪酸ガラス−窒化アルミニ
ウム複合体においては、窒化アルミニウムに対する溶融
ガラスの濡れ性が劣るため、焼成中に溶融ガラスと窒化
アルミニウム粉末とが分離し、得られる複合体中に気泡
等が発生するものと考えられる。

この点、本発明においては、窒化アルミニウム粉末の表
面層が溶融ガラスと濡れ性が良好な酸化アルミニウムに
改質されているため、焼成中に溶融ガラスと窒化アルミ
ニウム粉末との分離が発生せず、緻密な構造の複合体が
得られるのである。

また、窒化アルミニウム粉末の表面層のみが化学的に安
定な酸化アルミニウムに改質されているため、焼成工程
中の水分等に因る窒化アルミニウムの変質を防止でき、
更に窒化アルミニウムの有する優れた熱伝導性をそのま
ま維持することかもきる。

（発明の構成） 本発明の複合体は、硼珪酸ガラスの粉末と窒化アルミニ
ウムの粉末とを焼成して得られるガラス−セラミック複
合体である。

かかる複合体において、窒化アルミニウムの粉末として
、粉末の表面層が酸化アルミニウムに改質されているこ
とが緻密な構造の複合体を得るために大切である。

窒化アルミニウムの粉末表面層を形成する酸化アルミニ
ウム層と溶融ガラスとの濡れ性が良好であるため、焼成
中に溶融ガラスと窒化アルミニウム粉末との分離に因る
気泡等の発生を防止できるからである。

このなめ、予め焼成前に窒化アルミニウム粉末の表面層
を酸化アルミニウムに改質しておくことが、焼成中を通
して溶融ガラスと窒化アルミニウムとの濡れ性を良好に
保つことができ、緻密な構造の複合体を得る上で好まし
い。

この様な表面層が酸化アルミニウムに改質された窒化ア
ルミニウムは、窒化アルミニウムの粉末を空気中で加熱
処理分施すことによって容易に得ることができる。

尚、粉末の加熱処理温度や加熱時間笠の加熱処理条件は
、粉末の粒径等によって異なるため、予め実験的に加熱
処理条件を定めておくことが好ましい。

本発明の複合体の硼珪酸ガラス粉末と表面層が酸化アル
ミニウムに改質された窒化アルミニウム粉末（以下、改
質窒化アルミニウムと称することがある）との混合比率
は、回路を形成する銅等の導電性金属の融点以下の焼成
温度となるように、下記に示す範囲内で調整することが
好ましい。

硼珪酸ガラス　　　　：２０〜８０岨％改質窒化アルミ
ニウム＝８０〜２ＯＮｌｌｌｔ％ここで、硼珪酸ガラス
が２（）ＷＥ％未満０場合（改質窒化アルミニウムが８
０ｗｔ％を越える場合〉、焼成温度が銅等の導電性金属
の融点よりも高温となる傾向がある。

一方、硼珪酸ガラスが８０ｗｔ％を越える場合（改質窒
化アルミニウムが２０ｗｔ％未満の場合）には、焼成温
度を回路金属の融点よりも著しく低温にすることができ
るが、得られる複合体の熱伝導性等の物性が劣る傾向が
ある。

本発明の複合体を製造する際に、焼成前にガラス等の複
合体形成材料を所定の形状に成形するため、バインダー
等を混入してもよい。

この様な場合には、焼成温度をバインダー等の熱分解温
度よりも高温度で且つ導電性金属の融点よりも低温とな
るように、硼珪酸ガラスと改質窒化アルミニウムとの混
合比率を調整する。

尚、本発明の複合体を製造する際の焼成は、窒素中或い
は空気中のいずれで行なってもよい。

この様にして得られる本発明の複合体は、気泡等か存在
せず緻密な構造の複合体である。

（実施例） 本発明を実施例によって更に一層詳細に説明する。

平均粒径３〜４μ園の窒化アルミニウムの粉末を大気中
において１１００℃の温度で加熱処理し、粉末の表面層
を酸化アルミニウムとした。

表面層が酸化アルミニウムに改質された改１！ｉ窒化ア
ルミニウムの粉末４０部と硼珪酸ガラスの粉末６０部と
を混合し、有機バインダー、可塑剤、及び有機溶剤を加
えてスラリーとした。　更に１作成したスラリーをドク
ターブレード法によって厚さ約０４．のグリーンシート
とし、前記グリーンシト上に銅金属から成る回路を形成
した。

この回路は、粒径的１〜２μ−の銅粉末を用いて調整し
た銅ペーストをスクリーン印刷法に因り印刷して乾燥さ
せたものである。

次いで、このグリーンシートを弱酸化雰囲気中で脱脂し
、非酸化雰囲気中で焼成した。

この場合の焼成温度は１１００℃である。

得られた焼結体は、断面には気泡等が存在せず緻密な構
造であり、且つ回路の銅は銅本来の色相に近い色を呈し
ていた。

（発明の効果） 本発明の複合体は、緻密な構造で且つ窒化アルミニウム
の優れた熱伝導性を保持することができるため、半導体
装置の基板に用いることによって基板の放熱性を向上す
ることができ、半導体装置の高性能化、高集積化に対応
することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硼珪酸ガラスの粉末と窒化アルミニウムの粉末とを
   焼成して得られるガラス−セラミック複合体において、 該複合体を形成する窒化アルミニウム粉末 の表面層が酸化アルミニウムに改質されていることを特
   徴とするガラス−セラミック複合体。 ２、窒化アルミニウム粉末の表面層が焼成前に酸化アル
   ミニウムに改質されている請求項第１項記載のガラス−
   セラミック複合体。