JPH0768817A

JPH0768817A - グレーズドＡｌＮ基板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0768817A
Application number: JP6164738A
Authority: JP
Inventors: Seiji Toyoda; 誠司豊田; Kunio Sugamura; 邦夫菅村; Hideaki Yoshida; 秀昭吉田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】ガラス層の厚さに従属することなく、軟化点
の高いガラス層の高温焼成を可能にしたグレーズドＡｌ
Ｎ基板を提供する。【構成】ＡｌＮ焼結体１１を所定雰囲気中１３００℃
で熱酸化を行い、２０μｍの厚さの表面酸化層１２を形
成する。Ｓｉアルコキシド、Ｔｉ等のアルコキシド溶液
を用いたディップコート法により、表面酸化層１２上に
５．０μｍ厚のＳｉＯ₂系層１３を被着し、１１００℃
にて焼成する。このＳｉＯ₂系層１３上に、スクリーン
印刷法にて、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｚ
ｎＯ等の組成のガラスペーストを印刷し、１３００℃に
て焼成する。この焼成後のガラス層１４の厚さは２０μ
ｍである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感熱記録装置のサーマ
ルヘッド、薄膜回路、厚膜回路等に用いて好適なグレー
ズドＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板およびその製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミック基板の表面にガラスを薄くコ
ートし、凹凸をなくしたグレーズドセラミック基板は、
例えばプリンタのサーマルヘッドに用いられる。このサ
ーマルヘッドは、感熱記録方式において、感熱記録紙に
密着し、内蔵した発熱抵抗体の発熱によって記録を行う
ものである。また、薄膜ハイブリッドＩＣ用の回路基板
は、高精度、低雑音等の特性が要求され、高周波装置が
搭載されるため、その表面が平滑であることが必要であ
る。よって上述のグレーズドセラミック基板が、薄膜回
路基板に広く使われている。さらに、厚膜回路基板にお
いてもその特性向上のためにグレーズドセラミック基板
が用いられることが多い。

【０００３】このグレーズドセラミック基板の基板材と
して熱伝導率の比較的大きいＡｌＮ焼結体を用いると、
放熱特性の良好なグレーズドＡｌＮ基板が得られる。し
かし、このＡｌＮ焼結体上に、グレーズドＡｌ₂Ｏ₃基板
に用いられているガラス、例えば、ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃
−Ｂ₂Ｏ₃−ＣａＯ系の酸化物系ガラスを塗布、焼成した
場合、ガラス層が割れやすい。これはＡｌＮ焼結体とガ
ラス層との熱膨張係数差が大きいためである。この対策
として、ＡｌＮ焼結体の熱膨張係数に近似した、比較的
熱膨張係数の小さいガラスを用いることが考えられる。
しかしながら、そのガラスを用いた場合、ガラス層表面
の平滑性が十分に確保できない。すなわち、一般に熱膨
張係数の小さいガラスほど軟化点が高いため、ガラス層
表面の平滑性を確保するには、高温で焼成する必要があ
る。しかし、高温で焼成すると、ＡｌＮ焼結体とガラス
層との間での反応性が高くなるため、それらの界面で反
応が起こり、気泡が発生しやすい。その結果、ガラス層
表面には気泡の発生による膨れ等の凹凸が形成される。
そして、ガラス層表面の平滑性が損なわれてしまう。

【０００４】このＡｌＮ焼結体とガラス層との間での反
応を防止したグレーズドＡｌＮ基板としては、ＡｌＮ焼
結体の表面に、表面酸化層を介してＳｉＯ₂層を形成
し、このＳｉＯ₂層上にガラス層を被着させたものがあ
る。このＳｉＯ₂層は、ＡｌＮ焼結体とガラス層との間
の反応を防止する。そして、ガラス層の厚さに応じてＳ
ｉＯ₂層の厚さを増していけば、上記反応も抑制するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなグレーズドＡｌＮ基板にあっては、ガラス層の厚さ
に応じてＳｉＯ₂層を厚くしすぎると、その焼成過程に
おいて、ＳｉＯ₂層に収縮割れが生じてしまうという課
題があった。この割れが生じると、ガラス層の高温焼成
の際に、ガラス層のガラス成分がＡｌＮ焼結体まで浸透
し、ＡｌＮ焼結体と激しく反応し、ガラス層に気泡が発
生する。その結果、このグレーズド基板用ガラス層の表
面が凹凸になり、その表面平滑性が悪くなる。すなわ
ち、グレーズドＡｌＮ基板のガラス層を厚くすると、高
温焼成が困難になり、表面平滑性も損なわれていた。

【０００６】そこで、本発明の目的は、ガラス層の厚さ
に従属することなく、軟化点の高いガラス層の高温焼成
を可能にしたグレーズドＡｌＮ基板およびその製造方法
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
は、ＡｌＮ焼結体を準備する工程と、ＳｉＯ₂を主成分
としてアルカリ土類金属の酸化物を含み、軟化点が１０
００℃以下のガラスのガラスペーストを準備する工程
と、ＡｌＮ焼結体の表面を酸化して０．２〜２０μｍの
厚さの表面酸化層を形成する工程と、ＴｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂、および、ＺｎＯから選ばれた酸化物を５〜５０重
量％含み、残りがＳｉＯ₂からなる混合物であって、そ
の厚さが０．１〜１０μｍのＳｉＯ₂系層を、表面酸化
層上に形成する工程と、このＳｉＯ₂系層上の一部もし
くは全体に、上記ガラスペーストを被着、焼成してガラ
ス層を軟化させることによってグレーズドＡｌＮ基板を
形成する工程とを含むグレーズドＡｌＮ基板の製造方法
であって、上記ガラス層は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ
₃、および、ＭＯを含み、その組成比は、ＳｉＯ₂：Ａｌ
₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃：ＭＯ＝３０〜７０重量％：１０〜４０重
量％：１〜１０重量％：１０〜４０重量％であり、上記
ＭＯは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、お
よび、ＰｂＯの群から選ばれた酸化物であるグレーズド
ＡｌＮ基板の製造方法である。

【０００８】請求項２に記載した発明は、上記ＡｌＮ焼
結体の表面酸化は、酸素分圧が０．５ａｔｍ以上で、水
蒸気分圧が１０^-3ａｔｍ以下の雰囲気で行う請求項１に
記載のグレーズドＡｌＮ基板の製造方法である。

【０００９】請求項３に記載した発明は、ＡｌＮ焼結体
の表面に形成された表面酸化層と、この表面酸化層上に
形成されたＳｉＯ₂系層と、このＳｉＯ₂系層上に形成さ
れた結晶層と、この結晶層上に形成されたガラス層と、
を有するグレーズドＡｌＮ基板であって、上記表面酸化
層の厚さは０．２〜２０μｍであり、上記ＳｉＯ₂系層
は、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および、ＺｎＯから選ばれた酸
化物と、ＳｉＯ₂との混合物であって、その酸化物の含
有率は５〜５０重量％であり、そのＳｉＯ₂の含有率
は、５０〜９５重量％であり、その層厚は０．１〜１０
μｍであり、上記ガラス層は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂
Ｏ₃、および、ＭＯを含み、その組成比は、ＳｉＯ₂：Ａ
ｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃：ＭＯ＝３０〜７０重量％：１０〜４０
重量％：１〜１０重量％：１０〜４０重量％であり、Ｍ
Ｏは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、およ
び、ＰｂＯの群から選ばれた酸化物である。

【００１０】

【作用】本発明に係るグレーズドＡｌＮ基板の製造方法
では、まず、ＡｌＮ焼結体の表面層を、例えば酸素分圧
が０．５ａｔｍ以上で、水蒸気分圧が１０^-3ａｔｍ以下
の雰囲気で、熱酸化する。この結果、ＡｌＮ焼結体の表
面に０．２〜２０μｍの厚さの表面酸化層を形成する。
上記雰囲気のコントロールは表面酸化層を緻密に保持す
るためである。

【００１１】そして、この表面酸化層上に、厚さが０．
１〜１０μｍのＳｉＯ₂系層を形成する。ＳｉＯ₂系層
は、アルカリ土類金属の酸化物、例えばＴｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂、および、ＺｎＯから選ばれた酸化物を５〜５０重
量％含み、残りがＳｉＯ₂からなる混合物である。この
形成は、例えばディップコーティング法による。具体的
には、Ｓｉのアルコキシド溶液と、Ｔｉ、Ｚｒ、また
は、Ｚｎのアルコキシド溶液と、アルコールと、水との
混合溶液（懸濁液）に、表面酸化層を形成したＡｌＮ焼
結体を所定時間だけ浸積する。さらに、溶液からの引き
上げ後、ＡｌＮ焼結体を乾燥し、焼成することにより、
表面酸化層上にＳｉＯ₂系層を被着する。このＳｉＯ₂系
層とＡｌＮ焼結体との間に表面酸化層を介在させて、Ｓ
ｉＯ₂系層とＡｌＮ焼結体との間の密着力を高めてい
る。なお、ディップコート法に代えてスピンコート法等
によってもよい。

【００１２】そして、このＳｉＯ₂系層上に、ガラスペ
ーストを例えばスクリーン印刷する。ガラスペーストの
組成は、ＳｉＯ₂を主成分とし、Ｂ₂Ｏ₃、ＰｂＯ、Ａｌ₂
Ｏ₃等を含み、さらに、ＺｎＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｍｇ
Ｏ、ＳｒＯ等のアルカリ土類金属の酸化物を少なくとも
１種以上含む。そして、このガラスペーストのガラスの
軟化点は１０００℃以下である。ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃は
軟化点を上昇させるのに対し、Ｂ₂Ｏ₃、ＰｂＯはこれを
降下させるものである。この印刷したガラス層を乾燥
し、脱脂し、例えば８００〜１３００℃で焼成する。こ
の結果、ガラス層とＳｉＯ₂系層との間に結晶層が形成
されたグレーズドＡｌＮ基板を得ることができる。

【００１３】この結晶層がバリア層となり、ガラス層中
のガラス成分がＳｉＯ₂系層へ浸透することがない。よ
って、ガラス層のガラス成分がＡｌＮ焼結体と反応する
ことがない。さらに、ＡｌＮ焼結体、表面酸化層、Ｓｉ
Ｏ₂系層、結晶層、および、ガラス層の間で高い密着力
を得ることができる。このため、ＳｉＯ₂系層の層厚を
厚くしても割れが発生しない。したがって、このＳｉＯ
₂系層上に、所定のガラス層を厚く形成し、高温焼成し
ても、ガラス層とＡｌＮ焼結体との反応を防止すること
ができる。よって、その厚さに影響されることなく、軟
化点の高いガラス層の高温焼成を可能にしている。この
ため、ガラス層の表面平滑性が向上する。

【００１４】さらに、このガラス層の熱膨張係数は３．
４〜５．４×１０^-6／℃の範囲であり、ＡｌＮ焼結体の
熱膨張係数に近くなる。ＰｂＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ等の添
加量をコントロールして、ガラス層の熱膨張係数を制御
する。よって、ガラス層の熱膨張係数とＡｌＮ焼結体の
それとの差が小さくなる。この結果、焼成後のガラス層
の剥離またはガラス層の表面でのクラックや割れの発生
を防止することができる。よって、ガラス層の密着性、
基板の放熱特性、および、基板の表面平滑性に優れたサ
ーマルヘッド等に好適な回路基板が得られる。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例について詳述する。図
１は本発明の第１実施例に係るグレーズドＡｌＮ基板を
示す断面図である。図２は第１実施例に係るグレーズド
ＡｌＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。

【００１６】図１，２に示すように、第１実施例に係る
グレーズドＡｌＮ基板は、熱伝導率が１６０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上、熱膨張係数が４．４×１０^-6／℃程度のＡｌＮ焼
結体１１を用いる。このＡｌＮ焼結体１１の表面部には
表面酸化層１２が形成され、この表面酸化層１２の上の
全面にはＳｉＯ₂系層１３が被着されている。さらに、
このＳｉＯ₂系層の上には、その一部または全面にガラ
ス層１４が被覆、形成されている。ＡｌＮ基板の用途に
応じてその一部にガラス層１４を被覆する。そして、こ
のガラス層１４の下部、すなわちＳｉＯ₂系層１３の表
面への接触部分には結晶層１００が形成されている。

【００１７】図２はこのグレーズドＡｌＮ基板の製造方
法の概略の工程を示している。すなわち、準備したＡｌ
Ｎ焼結体１１を熱酸化し、これにディップコーティング
によりＳｉＯ₂系層１３を被着する。そして、用意した
ガラスペーストをスクリーン印刷し、焼成する。この結
果、所望のグレーズドＡｌＮ基板が得られる。

【００１８】表面酸化層１２は、ＡｌＮ焼結体１１を、
例えば１１００〜１５００℃で酸素・水蒸気含有の雰囲
気｛例えばＰ（Ｏ₂）≧０．５ａｔｍ，Ｐ（Ｈ₂Ｏ）≦１
０^-3ａｔｍ｝中で加熱処理して形成される。換言する
と、表面酸化層１２は、ＡｌＮ焼結体１１の酸化により
得られるＡｌ₂Ｏ₃層を主成分としている。その層厚は
０．２〜２０μｍとする。この表面酸化層１２は、Ｓｉ
Ｏ₂系層１３とＡｌＮ焼結体１１との間の密着力を高め
ている。

【００１９】この表面酸化層１２上に、ディップコーテ
ィング法により、ＳｉＯ₂系層１３を形成する。すなわ
ち、Ｓｉアルコキシド、Ｔｉ、Ｚｒ、または、Ｚｎ等の
アルコキシド、アルコール、水からなる溶液中に、Ａｌ
Ｎ焼結体をディップし、所定の引き上げ速度で引き上
げ、乾燥する（３００℃、１時間）。なお、ゾル溶液中
に浸積してもよい。この後、このＡｌＮ焼結体を８００
〜１１００℃で１時間焼成する。このＳｉＯ₂系層１３
は、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および、ＺｎＯ等のアルカリ土
類金属の酸化物から選ばれたものと、ＳｉＯ₂との混合
物である。その酸化物の含有率は５〜５０重量％であ
る。よって、残りの成分であるＳｉＯ₂の含有率は、５
０〜９５重量％である。このＳｉＯ₂系層１３中に含ま
れるＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＺｎＯ等の酸化物は、後述する
ガラス層１４の結晶化を促進する。すなわち、Ｔｉ
Ｏ₂，ＺｒＯ₂，ＺｎＯは結晶層１４の形成時、その結晶
核を形成するものであり、例えばＡｕ，Ｐｔ等の酸化物
の微粒子（０．０１〜１μｍ）を用いてもよい。また、
その層厚は０．１〜１０μｍとする。

【００２０】このＳｉＯ₂系層１３上のガラス層１４
は、ガラスペーストをスクリーン印刷し、乾燥、脱脂、
焼成工程を経て形成される。ガラスペースト用のガラス
は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、および、ＭＯを含
む。その組成比は、ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃：ＭＯ
＝３０〜７０重量％：１０〜４０重量％：１〜１０重量
％：１０〜４０重量％とする。上記ＭＯは、ＭｇＯ、Ｃ
ａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、および、ＰｂＯの群か
ら１または２以上が選ばれる。そして、これらの組成を
調整することにより、ガラスはその軟化点が１０００℃
以下のもので、適切な熱膨張係数を持つものが使用され
る。また、ガラス層１４のスクリーン印刷時の厚さは３
０μｍ以上である。

【００２１】このガラス層１４の形成方法は通常のグレ
ーズドセラミック基板の製造法に準ずる。例えば、ガラ
スペーストをＳｉＯ₂系層１３上にスクリーン印刷する
方法の他にも、プラスチックフィルムにガラスを塗布し
たシートをＳｉＯ₂系層上に重ねる方法、ガラスの乳濁
液中へＡｌＮ基板をディップする方法等による。

【００２２】これらの方法にてガラス層１４を印刷、塗
布した基板を８００℃〜１３００℃の範囲のいずれかの
温度で焼成する。このとき、ＳｉＯ₂系層１３中のＴｉ
Ｏ₂、ＺｒＯ₂、および、ＺｎＯから選ばれた酸化物の作
用により焼成過程での結晶化が可能である。すなわち、
ガラス層１４において、ＳｉＯ₂系層１３に近い箇所が
結晶化し、ガラス層１４とＳｉＯ₂系層１３との界面に
は、結晶層１００が晶出する。また、ＡｌＮ焼結体１１
の表面酸化層１２、ＳｉＯ₂系層１３、結晶層１００お
よびガラス層１４の各界面が相溶し、これらの間に強固
な接着力を有するグレーズドＡｌＮ基板が得られる。

【００２３】そして、この結晶層１００がバリア層とな
り、ガラス層１４中のガラス成分がＳｉＯ₂層１３へ浸
透することがない。よって、ガラス層１４のガラス成分
がＡｌＮ焼結体１１と反応することはない。このため、
ＳｉＯ₂系層１３の層厚を厚くしても割れが発生しな
い。したがって、このＳｉＯ₂系層１３上に、ガラス層
１４を厚く高温焼成しても、ガラス層１４のガラス成分
とＡｌＮ焼結体１１との反応を防止することができる。
よって、その厚さによって影響されることなく、軟化点
の高いガラス層１４の高温焼成が可能になる。このた
め、ガラス層１４の表面平滑性が向上する。

【００２４】また、上記のように加える成分組成を調整
することで、ガラス層１４の熱膨張係数は、３．４×１
０^-6〜５．４×１０^-6／℃の範囲にすることができる。
したがって、ガラス層１４とＡｌＮ焼結体１１の熱膨張
係数との差が小さくなるため、焼結後のガラス層１４の
剥離またはガラス層１４の表面でのクラックや割れの発
生を防止することができる。

【００２５】なお、表面酸化層１２の厚さを０．２μｍ
未満にすると、ＳｉＯ₂系層１３のＡｌＮ焼結体１１に
対する密着力が不十分となる。また、表面酸化層１２の
厚さを２０μｍより厚くすると、グレーズドＡｌＮ基板
の熱放散性が低下する。

【００２６】ＳｉＯ₂系層１３のＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、お
よび、ＺｎＯから選ばれた酸化物の含有率を５０重量％
より多く、かつ、そのＳｉＯ₂の含有率を５０重量％未
満にすると、ＳｉＯ₂の量が少ないため、ＳｉＯ₂系層１
３と結晶層１００との密着力が低下する。また、ＳｉＯ
₂系層１３のＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および、ＺｎＯから選
ばれた酸化物の含有率を５重量％未満、かつ、そのＳｉ
Ｏ₂微粒子の含有率を９５重量％超にすると、焼成後の
ＳｉＯ₂系層１３の表面に割れまたはクラックが発生す
る。さらに、ＳｉＯ₂系層１３上のガラス層１４の結晶
化が起こらないため、結晶層１００を形成することがで
きない。このため、焼成過程で軟化ガラスたるガラス層
１４のガラス成分がＡｌＮ焼結体１１にまで浸透し、ガ
ラス層１４の表面に膨れが発生する。

【００２７】また、ＳｉＯ₂系層１３の厚さが０．１μ
ｍより薄いときは、その層厚が薄いことに伴って、Ｓｉ
Ｏ₂系層１３中のＳｉＯ₂成分の量が少なくなる。このた
め、ガラス層１４およびＡｌＮ焼結体１１の間の密着性
が高まらない。さらに、ＳｉＯ₂系層１３中の上記酸化
物の量も少なくなるので、結晶層１００の形成が不完全
になり、軟化ガラスたるガラス層１４のガラス成分のＡ
ｌＮ焼結体１１中への浸透、反応が進行し、ガラス層１
４の表面に膨れが生じる。また、ＳｉＯ₂系層１３の厚
さが１０μｍより厚いときは、グレーズドＡｌＮ基板の
熱放散性が低下する。

【００２８】なお、ＳｉＯ₂系層１３中に、金、銀、白
金、銅等の貴金属粒子、または、五酸化二リン、三酸化
二ヒ素等の酸化物粒子、フッ化カルシウム等のフッ化物
粒子を添加してもガラス層１４の結晶化の機能を有す
る。

【００２９】また、ガラス層１４の組成が上記限定範囲
を外れるときは、ガラスの熱膨張係数が３．４×１０^-6
／℃未満、あるいは、５．４×１０^-6／℃を超えるた
め、ＡｌＮ焼結体１１上にガラス層１４を形成した場
合、ガラス層１４の剥離やガラス層１４表面でのクラッ
クや割れが生じる。

【００３０】また、ガラス層１４のＳｉＯ₂、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、および、ＢａＯの各割
合が増大すると、ガラスの軟化点が上昇する。そのた
め、所定の温度、例えば１２００〜１４００℃で焼成を
行っても、ガラスの粘性が高く、粘性流動を利用したガ
ラス層１４表面の平滑化ができない。さらに、ＰｂＯの
割合が増えると、ガラスの熱膨張係数が増大する。その
結果、ガラス層１４表面にクラックや割れが生じる。ま
た、Ｂ₂Ｏ₃の割合が増えると、ガラスの分相が起こり、
均一なガラス層１４が得られない。

【００３１】次に、本実施例の第１具体例を説明する。
この具体例では、６枚のＡｌＮ焼結体を５０×５０×
０．８ｍｍ³の直方体の形状にそれぞれ切り出す。そし
て、１３００℃で熱酸化を行って、４．５〜５．０μｍ
の厚さのＡｌ₂Ｏ₃表面酸化層をそれぞれ形成する。

【００３２】次に、各Ａｌ₂Ｏ₃表面酸化層上にＳｉＯ₂
系層を形成する。このＳｉＯ₂系層の形成方法は、これ
らのＡｌＮ焼結体を第１の混合液、第２の混合液または
第３の混合液に２枚ずつディップする。

【００３３】この第１の混合液の成分は、エチルシリケ
ート、エチルアルコール、チタニウム・テトラ・イソ・
プロポキシド、イソプロピル・アルコール、および、
０．３％ＨＣｌ水溶液である。この第１の混合液の各成
分の質量比は、エチルシリケート：エチルアルコール：
チタニウム・テトラ・イソ・プロポキシド：イソプロピ
ル・アルコール：０．３％ＨＣｌ水溶液＝３１０ｇ：５
３０ｇ：３６ｇ：６０ｇ：５４ｇである。

【００３４】また、第２の混合液の成分は、エチルシリ
ケート、エチルアルコール、ジルコニウム・テトラ・ブ
トキシド、オキソブタン酸エチル、イソプロピル・アル
コール、および、０．３％ＨＣｌ水溶液である。この第
２の混合液の各成分の質量比は、エチルシリケート：エ
チルアルコール：ジルコニウム・テトラ・ブトキシド：
オキソブタン酸エチル：イソプロピル・アルコール：
０．３％ＨＣｌ水溶液＝３１０ｇ：５３０ｇ：３１ｇ：
２１ｇ：４６ｇ：５４ｇである。

【００３５】さらに、第３の混合液の成分は、エチルシ
リケート、エチルアルコール、塩化亜鉛、および、０．
３％ＨＣｌ水溶液である。この第３の混合液の各成分の
質量比は、エチルシリケート：エチルアルコール：塩化
亜鉛：０．３％ＨＣｌ水溶液＝２８０ｇ：４８０ｇ：１
６．８ｇ：４５ｇである。

【００３６】そして、ＡｌＮ焼結体をこれらの混合液中
にディップした後、乾燥し、大気雰囲気中で、１２５０
℃にて３０分間、焼成する。この結果、各表面酸化層１
２上には、ＳｉＯ₂系層、詳しくはＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂系
層、ＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂層またはＳｉＯ₂−ＺｎＯ層が成
膜される。このとき、ＳｉＯ₂系層の厚さはそれぞれ
０．５μｍである。

【００３７】次に、焼成後の各ＳｉＯ₂系層上に、スク
リーン印刷法にて、所定のガラスペーストを印刷し、所
定温度（８００〜１３００℃）でそれぞれ焼成する。こ
の結果、各ＳｉＯ₂系層上に４０μｍの厚さのガラス層
がそれぞれ形成される。この結果、ＳｉＯ₂系層とガラ
ス層との界面には結晶層が晶出する。このときのガラス
層の化学組成およびその重量比、その焼成温度、結晶層
の組成、および、ガラス層の表面粗さ（Ｒａ）を表１に
示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】なお、構造１−１ａおよび構造１−１ｂの
ものは、第１の混合液を用いたものである。すなわち、
ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂系層を積層したものである。また、構
造１−２ａおよび構造１−２ｂのものは、第２の混合液
を用い、ＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂系層を形成したものである。
さらに、構造１−３ａおよび構造１−３ｂのものは、第
３の混合液を用い、ＳｉＯ₂−ＺｎＯ系層を被着してい
る。

【００４０】このような構造の各グレーズドＡｌＮ基板
について、結晶層とＳｉＯ₂系層との界面の状態および
ガラス層の表面性状を評価した。この評価は、ＳＥＭを
用いて、これらの断面および表面を観察した。この結
果、全ての構造のグレーズドＡｌＮ基板において、軟化
ガラスたるガラス層のガラス成分がＡｌＮ焼結体中に浸
透している様子はなかった。また、ガラス層中に気泡の
存在も認められなかった。さらに、ガラス層の表面には
気泡の発生による膨れ等の凹凸はなかった。同様にガラ
ス層の表面平滑性も表面粗さ計を用いて評価した。この
結果、上記の表１に示すように、表面粗さ（Ｒａ）＝
０．０５〜０．０７μｍという良好な結果が得られた。
以上の結果より、本発明の第１具体例に係るグレーズド
ＡｌＮ基板は、サーマルヘッド、薄膜ハイブリッドＩＣ
回路基板および厚膜ハイブリッドＩＣ回路基板等に使用
すると良好な特性を示すものである。

【００４１】次に、この実施例の第２具体例を説明す
る。この第２具体例は、ＳｉＯ₂系層の形成方法をスピ
ンコーティング法に変更した以外、上記第１具体例のも
のと同じである。このスピンコーティング法は、表面酸
化層を形成したＡｌＮ焼結体を５００ｒｐｍの速度で回
転させながら、上記第１具体例で用いた３種類の混合液
を表面酸化層上に滴下し、ＳｉＯ₂系層の焼成・成膜を
それぞれ行ったものである。

【００４２】この第２具体例にあっても、作製した各グ
レーズドＡｌＮ基板について、その断面状態およびその
表面（ガラス層の表面）の平滑性を評価した。ＳＥＭ観
察の結果、各グレーズドＡｌＮ基板のガラス層のガラス
成分がＳｉＯ₂系層、Ａｌ₂Ｏ₃酸化層、ＡｌＮ焼結体の
基板中に浸透している様子はなかった。また、各ガラス
層中に気泡の存在も認められなかった。さらに、各ガラ
ス層の表面には気泡の発生による膨れ等の凹凸はなかっ
た。同様にガラス層の表面平滑性も表面粗さ計の評価の
結果、Ｒａ＝０．０５〜０．０７μｍという良好な結果
が得られた。

【００４３】次に、この実施例の第３具体例を説明す
る。この第３具体例は、ＳｉＯ₂系層の形成方法を高周
波スパッタリング法に変更した以外、上記第２具体例の
ものと同じである。この高周波スパッタリング法は、３
種類のターゲット材を用いて、Ａｌ₂Ｏ₃酸化層を形成し
たＡｌＮ焼結体を１０ｒｐｍの速度で回転させ、電力：
１００Ｗの条件で所定時間スパッタリングを行い、３種
類のＳｉＯ₂系層を各表面酸化層上にそれぞれ成膜する
ものである。ターゲット材は、純度９９％の石英ガラス
および酸化チタンを所定量混合した粉末から製造された
もの、純度９９％の石英ガラスおよび酸化ジルコニウム
を所定量混合した粉末から製造されたもの、または、純
度９９％の石英ガラスおよび酸化亜鉛を所定量混合した
粉末から製造されたものである。

【００４４】この第３具体例にあっても、作製した各グ
レーズドＡｌＮ基板について、その断面状態およびその
表面（ガラス層の表面）の平滑性を評価した。ＳＥＭ観
察の結果、各グレーズドＡｌＮ基板のガラス層のガラス
成分がＳｉＯ₂系層、Ａｌ₂Ｏ₃酸化層、ＡｌＮ焼結体の
基板中に浸透している様子はなかった。また、各ガラス
層中に気泡の存在も認められなかった。さらに、各ガラ
ス層の表面には気泡の発生による膨れ等の凹凸はなかっ
た。同様にガラス層の表面平滑性も表面粗さ計の評価の
結果、Ｒａ＝０．０５〜０．０７μｍという良好な結果
が得られた。

【００４５】さらに、この実施例にあっては、上記第１
〜第３具体例に限られず、ＳｉＯ₂系層中に、平均粒径
０．０１〜１μｍの金、銀、白金、銅等の貴金属粒子、
または、五酸化二リン、三酸化二ヒ素等の酸化物粒子、
フッ化カルシウム等のフッ化物粒子を５〜５０重量％添
加した場合においても、上記第１〜第３具体例と同等の
良好な結果を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、基板材としてＡｌＮ焼
結体を用いているので、放熱特性が優れている。また、
ＡｌＮ焼結体の表面層として表面酸化層を介在させるこ
とにより、その上に積層するＳｉＯ₂系層とＡｌＮ焼結
体との密着力を高めることができる。また、ＳｉＯ₂系
層の層厚を厚くしても割れが発生しない。さらに、この
ＳｉＯ₂系層上に結晶層を介在させているので、ガラス
層を厚く形成し高温焼成しても、ガラス層とＡｌＮ焼結
体との間の反応を防止することができる。よって、ガラ
ス層の厚さに影響されず、軟化点が高いガラス層の高温
焼成を可能にするものである。その表面平滑性も良好で
ある。この結果、サーマルヘッド等に好適な回路基板が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るグレーズドＡｌＮ基板の第１実施
例を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例に係るグレーズドＡｌＮ基
板の製造方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ＡｌＮ焼結体１２表面酸化層（Ａｌ₂Ｏ₃層）１３ＳｉＯ₂系層１４ガラス層１００結晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 1/03 Ｂ 7011−4Ｅ // Ｈ０１Ｌ 27/01 ３１１ 49/00 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡｌＮ焼結体を準備する工程と、ＳｉＯ₂を主成分としてアルカリ土類金属の酸化物を含
み、軟化点が１０００℃以下のガラスのガラスペースト
を準備する工程と、ＡｌＮ焼結体の表面を酸化して０．２〜２０μｍの厚さ
の表面酸化層を形成する工程と、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および、ＺｎＯから選ばれた酸化物
を５〜５０重量％含み、残りがＳｉＯ₂からなる混合物
であって、その厚さが０．１〜１０μｍのＳｉＯ₂系層
を、表面酸化層上に形成する工程と、このＳｉＯ₂系層上の一部もしくは全体に、上記ガラス
ペーストを被着、焼成してガラス層を軟化させることに
よってグレーズドＡｌＮ基板を形成する工程とを含むグ
レーズドＡｌＮ基板の製造方法であって、上記ガラス層は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、およ
び、ＭＯを含み、その組成比は、ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：
Ｂ₂Ｏ₃：ＭＯ＝３０〜７０重量％：１０〜４０重量％：
１〜１０重量％：１０〜４０重量％であり、上記ＭＯ
は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、およ
び、ＰｂＯの群から選ばれた酸化物であるグレーズドＡ
ｌＮ基板の製造方法。
【請求項２】上記ＡｌＮ焼結体の表面酸化は、酸素分
圧が０．５ａｔｍ以上で、水蒸気分圧が１０^-3ａｔｍ以
下の雰囲気で行う請求項１に記載のグレーズドＡｌＮ基
板の製造方法。
【請求項３】ＡｌＮ焼結体の表面に形成された表面酸
化層と、この表面酸化層上に形成されたＳｉＯ₂系層と、このＳｉＯ₂系層上に形成された結晶層と、この結晶層上に形成されたガラス層と、を有するグレー
ズドＡｌＮ基板であって、上記表面酸化層の厚さを０．２〜２０μｍとし、上記ＳｉＯ₂系層は、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、および、Ｚｎ
Ｏから選ばれた酸化物と、ＳｉＯ₂との混合物からな
り、その酸化物の含有率が５〜５０重量％、ＳｉＯ₂の
含有率が５０〜９５重量％であり、その層厚を０．１〜
１０μｍとし、上記ガラス層は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、およ
び、ＭＯを含み、その組成比は、ＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃：
Ｂ₂Ｏ₃：ＭＯ＝３０〜７０重量％：１０〜４０重量％：
１〜１０重量％：１０〜４０重量％であり、ＭＯは、Ｍ
ｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、および、Ｐｂ
Ｏの群から選ばれた酸化物であることを特徴とするグレ
ーズドＡｌＮ基板。