JPH0571198B2 - - Google Patents
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- JPH0571198B2 JPH0571198B2 JP61261556A JP26155686A JPH0571198B2 JP H0571198 B2 JPH0571198 B2 JP H0571198B2 JP 61261556 A JP61261556 A JP 61261556A JP 26155686 A JP26155686 A JP 26155686A JP H0571198 B2 JPH0571198 B2 JP H0571198B2
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Landscapes
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は焼結窒化アルミニウム系基体（以下
AlN基体という）に導体回路を印刷、焼成した
高熱伝導性回路基板に関し、特に高信頼性の電子
機器用の高熱伝導性回路基板に関する。 〔従来の技術〕 近年電子機器の小型化が進むにつれ、回路基板
上の電気素子の実装密度は高くなつてきている。
さらに、パワー半導体等の搭載も行われ、放熱を
効率的に行うことならびに熱ストレスに対しての
高信頼性も要求されるようになつてきた。 特にAlN基体はは熱伝導性に優れ、回路基板
として用いるための電気絶縁性や機械的強度など
にも優れているために、発熱量の大きな回路を有
する基体材料用として技術開発が行われている。 たとえば、特公昭58−11390によれば、AlN基
体は金属との濡れ性に劣るので、Mo−Mn合金、
Mo，Ｗなどをメタライズしようとしても被着し
難たいということを述べて、それを解決するため
AlN基体の所要面にSi，Al、Mg，Ca，Fe等の
金属酸化物層を前処理にて形成し、その金属酸化
物層を介して、Ｗ，Mo−Mn合金等の金属層を
焼付け熱伝導性回路基板を提供している。 また、特開昭60−178688によれば、特定の添加
物を含有するAlNセラミツクスは熱伝導率が高
く、金属との濡れ性が非常に優れていることを見
い出している。そこに記載されている導体路形成
用の導電ペーストはAg系ペースト、Cu系ペース
ト、Au系ペースト等の厚膜ペーストをあげ、接
合を強固にするためにガラス質を含んでいる。す
なわち導体金属はAu，Ag，Pd等の低融点金属
で、低融点ガラス質を用いて導体路を基体に焼付
け焼成温度を850℃〜930℃と低温にしている。こ
の結果、接合強度（プル強度）は平均で２Kg／mm2
最低で約1.1Kg／mm2の値で高信頼性に欠ける欠点
がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は前述のAlN基体の高熱伝導性の特性
を損なうことなく、そのうえ金属との濡れ性の改
善のためにAlN基体所要面に金属酸化物層を前
処理にて形成し、その金属酸化物を介することな
く、また焼成温度を高温度として強固な接着強度
を得るために高融点金属と高融点酸化物を選定し
て、強固な接着強度を有した高信頼性の高熱伝導
性回路基板を得ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は焼結窒化アルミニウム系基体に導体ペ
ーストを印刷し、焼成してなる回路基板におい
て、前記導体ペーストは導体高融点金属粉末とし
てＷおよび／またはMoと、接着強度増強剤とし
てSiO2，Al2O3およびCaOの酸化物混合体を主成
分とし、必要に応じてMgO，BaOまたはB2O3の
いずれか一種以上を混合した酸化物混合体とを
1600℃以上で焼成してなることを特徴とする高熱
伝導性回路基板。 〔作用〕 次に作用を説明する。ここに用いるAlN基体
は、窒化アルミニウムを主成分に、焼結助剤とし
て広く知られている、イツトリウム、希土類金
属、アルカリ金属等の化合物を0.1〜15wt％を添
加して、粉砕混合し、グリーンシート法で成形
し、窒素雰囲気中で焼成して得たものである。 また、導体ペーストの原料で導体回路を形成す
るために用いる高融点金属粉末であるＷおよび
MoはAlN基体とは熱膨張率が比較的近似してお
り熱ストレスに対して信頼性を高めよるためであ
る。高融点金属粉末の平均粒度は3μm以下を選ぶ
ことによりAlN基体との反応が促進されるので
充分に接着した回路基板を得ることができる。好
ましくは平均粒度は1μm以下である。 また、酸化物混合体は各酸化物の混合物として
用いてもよく、これら各酸化物の混合物を適切な
ガラス化温度でガラス化した後に用いてもよい。
ここに選んだ酸化物混合体はAlN基体と良好な
濡れ性を示し、AlN基体のAlNまたは焼結助剤
と複雑な化学結合を生ずると共に、高融点金属粒
子で成る金属層の空隙部へも侵入してメカニカル
にも結合して、AlN基体と導体形成層を強固に
接着する。また酸化物混合体はAlN基体とは熱
膨張も近似で熱ストレスに対しても充分な強度を
持つものである。 また、導体ペーストの成分として、導体高融点
金属粉末に対して粉末酸化物混合体の添加量を
0.02〜15wt％部の範囲としたのは、これ以上であ
れば接着界面でのガラス成分の集中等が起こり、
接着強度が低下する。また、これ以下であれば充
分な接着強度を得られないからである。 〔実施例〕 実施例で本発明を説明する。 窒化アルミニウム原料粉末に、酸化イツトリウ
ムを焼結助剤として5wt％を添加し、混合成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、1800℃で常圧焼結を行
い緻密なAlN基体を得た。このAlN基体の熱伝
導率をレーザーフラツシユ法で測定したところ
140w／mKであつた。 このAlN基体に印刷する導体ペーストの配合
内容を表１に示したNo.１〜10（No.11は比較例）の
各配合物に有機バインダーと溶剤を添加混合し混
練して得た。 表２に示した酸化物混合体はガラス化した後、
粉砕し粉末として用いた。イ、ロ、ハ、ニは実施
例、ホは参考例を示した。この導体ペーストをス
クリーン印刷法で２mm角で、膜厚20μのパターン
を印刷し、80℃、20分乾燥した。 次にこれを水素・窒素混合気流中、焼成温度
1650℃で２時間焼成してAlN基体上に２mm角で
膜厚10μのパターンを得た。その上にNiメツキを
施し、半田を230℃でデイツプした後、さらに0.8
mmφの銅線を半田付けし、ピール強度およびプル
強度を測定して平均値として表３の接
AlN基体という）に導体回路を印刷、焼成した
高熱伝導性回路基板に関し、特に高信頼性の電子
機器用の高熱伝導性回路基板に関する。 〔従来の技術〕 近年電子機器の小型化が進むにつれ、回路基板
上の電気素子の実装密度は高くなつてきている。
さらに、パワー半導体等の搭載も行われ、放熱を
効率的に行うことならびに熱ストレスに対しての
高信頼性も要求されるようになつてきた。 特にAlN基体はは熱伝導性に優れ、回路基板
として用いるための電気絶縁性や機械的強度など
にも優れているために、発熱量の大きな回路を有
する基体材料用として技術開発が行われている。 たとえば、特公昭58−11390によれば、AlN基
体は金属との濡れ性に劣るので、Mo−Mn合金、
Mo，Ｗなどをメタライズしようとしても被着し
難たいということを述べて、それを解決するため
AlN基体の所要面にSi，Al、Mg，Ca，Fe等の
金属酸化物層を前処理にて形成し、その金属酸化
物層を介して、Ｗ，Mo−Mn合金等の金属層を
焼付け熱伝導性回路基板を提供している。 また、特開昭60−178688によれば、特定の添加
物を含有するAlNセラミツクスは熱伝導率が高
く、金属との濡れ性が非常に優れていることを見
い出している。そこに記載されている導体路形成
用の導電ペーストはAg系ペースト、Cu系ペース
ト、Au系ペースト等の厚膜ペーストをあげ、接
合を強固にするためにガラス質を含んでいる。す
なわち導体金属はAu，Ag，Pd等の低融点金属
で、低融点ガラス質を用いて導体路を基体に焼付
け焼成温度を850℃〜930℃と低温にしている。こ
の結果、接合強度（プル強度）は平均で２Kg／mm2
最低で約1.1Kg／mm2の値で高信頼性に欠ける欠点
がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は前述のAlN基体の高熱伝導性の特性
を損なうことなく、そのうえ金属との濡れ性の改
善のためにAlN基体所要面に金属酸化物層を前
処理にて形成し、その金属酸化物を介することな
く、また焼成温度を高温度として強固な接着強度
を得るために高融点金属と高融点酸化物を選定し
て、強固な接着強度を有した高信頼性の高熱伝導
性回路基板を得ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は焼結窒化アルミニウム系基体に導体ペ
ーストを印刷し、焼成してなる回路基板におい
て、前記導体ペーストは導体高融点金属粉末とし
てＷおよび／またはMoと、接着強度増強剤とし
てSiO2，Al2O3およびCaOの酸化物混合体を主成
分とし、必要に応じてMgO，BaOまたはB2O3の
いずれか一種以上を混合した酸化物混合体とを
1600℃以上で焼成してなることを特徴とする高熱
伝導性回路基板。 〔作用〕 次に作用を説明する。ここに用いるAlN基体
は、窒化アルミニウムを主成分に、焼結助剤とし
て広く知られている、イツトリウム、希土類金
属、アルカリ金属等の化合物を0.1〜15wt％を添
加して、粉砕混合し、グリーンシート法で成形
し、窒素雰囲気中で焼成して得たものである。 また、導体ペーストの原料で導体回路を形成す
るために用いる高融点金属粉末であるＷおよび
MoはAlN基体とは熱膨張率が比較的近似してお
り熱ストレスに対して信頼性を高めよるためであ
る。高融点金属粉末の平均粒度は3μm以下を選ぶ
ことによりAlN基体との反応が促進されるので
充分に接着した回路基板を得ることができる。好
ましくは平均粒度は1μm以下である。 また、酸化物混合体は各酸化物の混合物として
用いてもよく、これら各酸化物の混合物を適切な
ガラス化温度でガラス化した後に用いてもよい。
ここに選んだ酸化物混合体はAlN基体と良好な
濡れ性を示し、AlN基体のAlNまたは焼結助剤
と複雑な化学結合を生ずると共に、高融点金属粒
子で成る金属層の空隙部へも侵入してメカニカル
にも結合して、AlN基体と導体形成層を強固に
接着する。また酸化物混合体はAlN基体とは熱
膨張も近似で熱ストレスに対しても充分な強度を
持つものである。 また、導体ペーストの成分として、導体高融点
金属粉末に対して粉末酸化物混合体の添加量を
0.02〜15wt％部の範囲としたのは、これ以上であ
れば接着界面でのガラス成分の集中等が起こり、
接着強度が低下する。また、これ以下であれば充
分な接着強度を得られないからである。 〔実施例〕 実施例で本発明を説明する。 窒化アルミニウム原料粉末に、酸化イツトリウ
ムを焼結助剤として5wt％を添加し、混合成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、1800℃で常圧焼結を行
い緻密なAlN基体を得た。このAlN基体の熱伝
導率をレーザーフラツシユ法で測定したところ
140w／mKであつた。 このAlN基体に印刷する導体ペーストの配合
内容を表１に示したNo.１〜10（No.11は比較例）の
各配合物に有機バインダーと溶剤を添加混合し混
練して得た。 表２に示した酸化物混合体はガラス化した後、
粉砕し粉末として用いた。イ、ロ、ハ、ニは実施
例、ホは参考例を示した。この導体ペーストをス
クリーン印刷法で２mm角で、膜厚20μのパターン
を印刷し、80℃、20分乾燥した。 次にこれを水素・窒素混合気流中、焼成温度
1650℃で２時間焼成してAlN基体上に２mm角で
膜厚10μのパターンを得た。その上にNiメツキを
施し、半田を230℃でデイツプした後、さらに0.8
mmφの銅線を半田付けし、ピール強度およびプル
強度を測定して平均値として表３の接
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
＊１ 接着強度の値はパターン面積４mm2
(２mm角)による実測値
(２mm角)による実測値
実施例と同様の方法で得たAlN基体に印刷す
る導体ペーストとして、表１のNo.２，３，６，
７，10を用いた。また酸化物混合体は実施例と同
様のガラス化したものである。この導体ペースト
を実施例と同様の方法に印刷を行つた。 その後、水素・窒素混合気流中、焼成温度1550
℃で２時間焼成してAlN基体上に２mm角で膜厚
10μのパターンを得た。その上にNiメツキを施
し、さらに0.8mmφの銅線を半田付けし、ピール
強度およびプル強度を測定した。その結果を表４
に接着強度の実測値（平均値）の結果を示した。 本発明者はこの２mm角のパターンではピール強
度は1.8Kg以上で、プル強度は8.0Kg以上であれば
実用的な接着強度であると判定している。従つて
この結果から焼成温度1550℃で２時間では充分に
満足するものでない。そのことから1600℃は必要
である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によつて、熱伝導性
に優れたAlN基体上に強固に接着した導体回路
を設けることを可能にした。このためAlN基体
の高熱伝導性の特性を充分に生かした高信頼性の
高熱伝導性回路基板とすることができた。
る導体ペーストとして、表１のNo.２，３，６，
７，10を用いた。また酸化物混合体は実施例と同
様のガラス化したものである。この導体ペースト
を実施例と同様の方法に印刷を行つた。 その後、水素・窒素混合気流中、焼成温度1550
℃で２時間焼成してAlN基体上に２mm角で膜厚
10μのパターンを得た。その上にNiメツキを施
し、さらに0.8mmφの銅線を半田付けし、ピール
強度およびプル強度を測定した。その結果を表４
に接着強度の実測値（平均値）の結果を示した。 本発明者はこの２mm角のパターンではピール強
度は1.8Kg以上で、プル強度は8.0Kg以上であれば
実用的な接着強度であると判定している。従つて
この結果から焼成温度1550℃で２時間では充分に
満足するものでない。そのことから1600℃は必要
である。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によつて、熱伝導性
に優れたAlN基体上に強固に接着した導体回路
を設けることを可能にした。このためAlN基体
の高熱伝導性の特性を充分に生かした高信頼性の
高熱伝導性回路基板とすることができた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 焼結窒化アルミニウム系基体に導体ペースト
を印刷し、焼成してなる回路基板において、前記
導体ペーストは導体高融点金属粉末としてＷおよ
び／またはMoと、接着強度増強剤としてSiO2，
Al2O3およびCaOの酸化物混合体を主成分とし、
必要に応じてMgO，BaO またはB2O3のいずれ
か一種以上を混合した酸化物混合体とを1600℃以
上で焼成してなることを特徴とする高熱伝導性回
路基板。 ２ 接着強度増強剤としての酸化物混合体の各酸
化物の重量割合の範囲は、SiO230〜60wt％、Al2
O3５〜40wt％、CaO5〜40wt％とし、必要に応
じてMgO5〜40wt％、BaO5〜40wt％およびB2
O30.1〜10wt％とすることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の高熱伝導性回路基板。 ３ 導体ペーストは酸化物混合体を0.02〜15wt％
とし、残部を高融点金属粉末とすることを特徴す
る特許請求の範囲第１項記載の高熱伝導性回路基
板。 ４ 導体高融点金属粉末の平均粒度は3μm以下と
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の高熱伝導性回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26155686A JPS63115393A (ja) | 1986-11-01 | 1986-11-01 | 高熱伝導性回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26155686A JPS63115393A (ja) | 1986-11-01 | 1986-11-01 | 高熱伝導性回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63115393A JPS63115393A (ja) | 1988-05-19 |
| JPH0571198B2 true JPH0571198B2 (ja) | 1993-10-06 |
Family
ID=17363536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26155686A Granted JPS63115393A (ja) | 1986-11-01 | 1986-11-01 | 高熱伝導性回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63115393A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5292552A (en) * | 1989-12-20 | 1994-03-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for forming metallized layer on an aluminum nitride sintered body |
| US5370907A (en) * | 1990-06-15 | 1994-12-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Forming a metallized layer on an AlN substrate by applying and heating a paste of a metal composed of W and Mo |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5075208A (ja) * | 1973-11-07 | 1975-06-20 | ||
| JPS5840282A (ja) * | 1981-08-27 | 1983-03-09 | ファナック株式会社 | 工業用ロボツト |
| JPS59164687A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-17 | 日立化成工業株式会社 | 非酸化物系セラミツクス用メタライズ組成物 |
-
1986
- 1986-11-01 JP JP26155686A patent/JPS63115393A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5075208A (ja) * | 1973-11-07 | 1975-06-20 | ||
| JPS5840282A (ja) * | 1981-08-27 | 1983-03-09 | ファナック株式会社 | 工業用ロボツト |
| JPS59164687A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-17 | 日立化成工業株式会社 | 非酸化物系セラミツクス用メタライズ組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63115393A (ja) | 1988-05-19 |
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