JPH04950B2 - - Google Patents
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- JPH04950B2 JPH04950B2 JP60137585A JP13758585A JPH04950B2 JP H04950 B2 JPH04950 B2 JP H04950B2 JP 60137585 A JP60137585 A JP 60137585A JP 13758585 A JP13758585 A JP 13758585A JP H04950 B2 JPH04950 B2 JP H04950B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は、絶縁基板、ヒートシング等に使用さ
れる高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体に関する
ものであり、特に、メタライズの容易な高熱伝導
性窒化アルミニウム焼結体に関する。 ［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。 この放熱能力の大きい基板材料、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）、
AIN（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は基
板として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
Al2O3より劣り、Al2O3基板のかわりとして使用
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、基板材料としての使用は、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、所要面に金属層が形成出来ず、未だ高出力用
の多層基板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、メタライズできず基板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
後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、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。 本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムを100重量部と、 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれ
た１種又は２種以上、総量で0.1〜10重量部と からなることを特徴とする。 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれ
た１種又は２種以上が、総量でAlN100重量部に
対し、0.1重量部以上10重量部以下であるのは、
この範囲より少ないとAlN焼結体の金属との濡
れ性が改善されないためであり、逆にこの範囲に
より多いとAlN焼結体の高熱伝導性が劣化し、
又、焼結性が劣化するためである。 本発明は上記成分のみでも十分であるが、必要
に応じてY2O3やCaO等の焼結助剤をAlN100重量
部に対して５重量部を越えない範囲で含んでもよ
い。 又、この焼結体の相対密度（論理密度に対する
見掛比重比％）が90％以上であるとAlNの持つ
高熱伝導性の効果が大きく、又、メタライズの接
着強度が大きい。 本発明は、例えば、AlN粉末、前述の金属粉
末に、必要に応じて焼結助剤粉末を加えて金型等
により成形し、Ar等の非酸化性雰囲気下で焼結
することによつて得ることができる。 ［作用］ Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの金属は
AlN粒子中に固溶することなく、AlN粒子間、
即ち、粒界に存在して、金属と結合するために、
本発明は、AlNの金属との濡れ性を改善すると
思われる。 又、通常、粒界に添加物が存在すると熱伝導性
は悪化するが、本発明は、前述の金属がAlNの
粒界に存在するにもかかわらず、AlNの高熱伝
導性を損なわないことを見出したものである。こ
の理由は、添加した金属がAlNと反応して他の
化合物を生成したり、又AlNの粒子を覆う様に
して存在しない為に、AlN粒子同志の結合は損
われず、AlN本来の特性を維持しながらAlNの
金属との濡れ性を改善出来るものと思れる。 ［発明の効果］ 本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムにTi，Zr，Hf，Ｖ，Nb，
Ta及びCrの金属を含有することによつて窒化ア
ルミニウムの優れた熱伝導性を損うことなく、金
属との濡れ性を改善できた。 本発明はメタライズ時に基板表面に酸化物等の
層を設ける必要がないため、メタライズした金属
層とAlN基板とを直接接合することが出来、接
合強度、熱伝導性において優れた性質をもつ高熱
伝導性窒化アルミニウム焼結体を提供できるもの
である。 又、本発明をIC等の基板に利用することによ
り、放熱性に優れた電子部品を得ることができる
が、従来のように、基板表面の処理等を必要とせ
ず、又同時に焼成による多層基板を容易に得るこ
とができる。 ［実施例］ 本発明の一実施例について説明する。 本実施例は、平均粒子1.0μｍのAlN粉末100重
量部に対して前述の金属を第１表に示す所定量加
えて混合し、エタノール中で４時間、湿式混合し
て原料粉末をつくり、その後、密度及び熱伝導率
測定用の試料と、金属との濡れ性測定用の試料と
を得た。 密度及び熱伝導率の測定は、原料粉末を直径11
mm圧さ３mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した後、
1700℃のAr雰囲気中で１時間常圧焼結を行つて
得た試料について行つた。密度は相対密度（論理
密度に対する見掛け比重比％）として測定し、
又、熱伝導率は、試料の厚みを２mmに平研加工し
た後にレーザーフラツシユ法を用いて測定した。 金属との濡れ性は、メタライズの接着強度とし
て測定した。メタライズの接着強度は、原料粉末
を30×10×５mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した
後に、通常メタライズに用いられるＷ粉末（平均
粒子1.0μｍ）を含むペーストを該成形体表面に２
×２mm、厚さ20μｍに塗布し、乾燥して、1700℃
のAr雰囲気下で１時間常圧焼結し、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形成し、850℃、10分間シンターした後に、
共晶銀ローを用いて１×１mmのコバール（ゴバル
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0.5
mm／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。 第１表に相対密度、熱伝導率、ピール強度の測
定結果を示す。尚、第１表に示された組成以外は
全てAlNであり、組成の含有量の単位はAlN100
重量部に対する金属換算の重量部である。
れる高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体に関する
ものであり、特に、メタライズの容易な高熱伝導
性窒化アルミニウム焼結体に関する。 ［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。 この放熱能力の大きい基板材料、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）、
AIN（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は基
板として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
Al2O3より劣り、Al2O3基板のかわりとして使用
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、基板材料としての使用は、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、所要面に金属層が形成出来ず、未だ高出力用
の多層基板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、メタライズできず基板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
後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、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。 本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムを100重量部と、 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれ
た１種又は２種以上、総量で0.1〜10重量部と からなることを特徴とする。 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれ
た１種又は２種以上が、総量でAlN100重量部に
対し、0.1重量部以上10重量部以下であるのは、
この範囲より少ないとAlN焼結体の金属との濡
れ性が改善されないためであり、逆にこの範囲に
より多いとAlN焼結体の高熱伝導性が劣化し、
又、焼結性が劣化するためである。 本発明は上記成分のみでも十分であるが、必要
に応じてY2O3やCaO等の焼結助剤をAlN100重量
部に対して５重量部を越えない範囲で含んでもよ
い。 又、この焼結体の相対密度（論理密度に対する
見掛比重比％）が90％以上であるとAlNの持つ
高熱伝導性の効果が大きく、又、メタライズの接
着強度が大きい。 本発明は、例えば、AlN粉末、前述の金属粉
末に、必要に応じて焼結助剤粉末を加えて金型等
により成形し、Ar等の非酸化性雰囲気下で焼結
することによつて得ることができる。 ［作用］ Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの金属は
AlN粒子中に固溶することなく、AlN粒子間、
即ち、粒界に存在して、金属と結合するために、
本発明は、AlNの金属との濡れ性を改善すると
思われる。 又、通常、粒界に添加物が存在すると熱伝導性
は悪化するが、本発明は、前述の金属がAlNの
粒界に存在するにもかかわらず、AlNの高熱伝
導性を損なわないことを見出したものである。こ
の理由は、添加した金属がAlNと反応して他の
化合物を生成したり、又AlNの粒子を覆う様に
して存在しない為に、AlN粒子同志の結合は損
われず、AlN本来の特性を維持しながらAlNの
金属との濡れ性を改善出来るものと思れる。 ［発明の効果］ 本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムにTi，Zr，Hf，Ｖ，Nb，
Ta及びCrの金属を含有することによつて窒化ア
ルミニウムの優れた熱伝導性を損うことなく、金
属との濡れ性を改善できた。 本発明はメタライズ時に基板表面に酸化物等の
層を設ける必要がないため、メタライズした金属
層とAlN基板とを直接接合することが出来、接
合強度、熱伝導性において優れた性質をもつ高熱
伝導性窒化アルミニウム焼結体を提供できるもの
である。 又、本発明をIC等の基板に利用することによ
り、放熱性に優れた電子部品を得ることができる
が、従来のように、基板表面の処理等を必要とせ
ず、又同時に焼成による多層基板を容易に得るこ
とができる。 ［実施例］ 本発明の一実施例について説明する。 本実施例は、平均粒子1.0μｍのAlN粉末100重
量部に対して前述の金属を第１表に示す所定量加
えて混合し、エタノール中で４時間、湿式混合し
て原料粉末をつくり、その後、密度及び熱伝導率
測定用の試料と、金属との濡れ性測定用の試料と
を得た。 密度及び熱伝導率の測定は、原料粉末を直径11
mm圧さ３mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した後、
1700℃のAr雰囲気中で１時間常圧焼結を行つて
得た試料について行つた。密度は相対密度（論理
密度に対する見掛け比重比％）として測定し、
又、熱伝導率は、試料の厚みを２mmに平研加工し
た後にレーザーフラツシユ法を用いて測定した。 金属との濡れ性は、メタライズの接着強度とし
て測定した。メタライズの接着強度は、原料粉末
を30×10×５mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した
後に、通常メタライズに用いられるＷ粉末（平均
粒子1.0μｍ）を含むペーストを該成形体表面に２
×２mm、厚さ20μｍに塗布し、乾燥して、1700℃
のAr雰囲気下で１時間常圧焼結し、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形成し、850℃、10分間シンターした後に、
共晶銀ローを用いて１×１mmのコバール（ゴバル
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0.5
mm／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。 第１表に相対密度、熱伝導率、ピール強度の測
定結果を示す。尚、第１表に示された組成以外は
全てAlNであり、組成の含有量の単位はAlN100
重量部に対する金属換算の重量部である。
【表】
本実施例より、第１表に示す如く、AlNにTi，
Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれた１種
を0.1〜10重量部含有させることにより、熱伝導
率が高く、ピール強度の高い、即ち、金属との濡
れ性の良好な焼結体が得られることが分かつた。 尚、従来のAlN焼結体（相対密度99％）の熱
伝導率は0.14〜0.24cal／cm．sec.℃、ピール強度
は0.5Kg／mm2より小さい。又、Al2O3（相対密度99
％）の熱伝導率は0.04〜0.07cal／cm．sec.℃で、
ピール強度は２〜５Kg／mm2である。 又、第１表に示さなかつたが、上記金属の２種
類以上を含有させた試料についても、同様の実験
をした所、上記金属の２類以上を総量で0.1〜10
重量部含有することにより、熱伝導率が高く、ピ
ール強度の高い焼結体が得られることが確認され
た。
Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれた１種
を0.1〜10重量部含有させることにより、熱伝導
率が高く、ピール強度の高い、即ち、金属との濡
れ性の良好な焼結体が得られることが分かつた。 尚、従来のAlN焼結体（相対密度99％）の熱
伝導率は0.14〜0.24cal／cm．sec.℃、ピール強度
は0.5Kg／mm2より小さい。又、Al2O3（相対密度99
％）の熱伝導率は0.04〜0.07cal／cm．sec.℃で、
ピール強度は２〜５Kg／mm2である。 又、第１表に示さなかつたが、上記金属の２種
類以上を含有させた試料についても、同様の実験
をした所、上記金属の２類以上を総量で0.1〜10
重量部含有することにより、熱伝導率が高く、ピ
ール強度の高い焼結体が得られることが確認され
た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化アルミニウムを100重量部と、Ti，Zr，
Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrから選ばれた１種又は
２種以上を、総量で0.1〜10重量部と からなることを特徴とする高熱伝導性窒化アルミ
ニウム焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60137585A JPS61295275A (ja) | 1985-06-24 | 1985-06-24 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60137585A JPS61295275A (ja) | 1985-06-24 | 1985-06-24 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61295275A JPS61295275A (ja) | 1986-12-26 |
| JPH04950B2 true JPH04950B2 (ja) | 1992-01-09 |
Family
ID=15202152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60137585A Granted JPS61295275A (ja) | 1985-06-24 | 1985-06-24 | 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61295275A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63190133A (ja) * | 1987-01-31 | 1988-08-05 | Ibiden Co Ltd | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49126707A (ja) * | 1973-04-05 | 1974-12-04 |
-
1985
- 1985-06-24 JP JP60137585A patent/JPS61295275A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49126707A (ja) * | 1973-04-05 | 1974-12-04 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61295275A (ja) | 1986-12-26 |
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