JPS63115393A - 高熱伝導性回路基板 - 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〕 本発明は焼結窒化アルミニウム系基体（以下ＡＩＮ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ってきている。

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
求されるようになってきた。

特にＡｔ　Ｎ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５Ｂｗｔ１３９０によれば、ＡＩＮ基
体は金属との濡れ性に劣るので、Ｍｏ−Ｍｎ合金、ＭＯ
ｌＷなどをメタライズしようとしても被着し難たいとい
うことを述へて、それを解決するためＡＩＮ基体の所要
面にＳｔ、ＡＩ、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は熱伝導性回路基板
を提供している。

また、特開昭６０ｗｔ７８６８８によれば、特定の添加
物を含有するＡＩＮセラミッ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ベニストは
Ａｇ系ペースト、Ｃｕ系ペースト、ＡＩＪ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
体路を基体に焼付は焼成温度を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２　Ｋｇ／開２最低で約１．１　Ｋｇ／　ｍｍ”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ＡＩＮ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ＡＩ
　Ｎ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Ｓｉ　Ｏ２、Ａｌ２Ｏ３およ
びＣａＯの酸化物混合体を主成分とし、必要に応じてＭ
ｇ　０５ＢａＯ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ＡＩＮ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ＡＩＮ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Ａｔ　Ｎ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１８ｍ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−５〜 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ＡＩＮ基体と良好な濡れ性
を示し、ＡＩＮ基体のＡＩＮ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、ＡＩＮ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
ＡＩＮ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０．０２〜１５ν
ｔ％部の範囲としたのは、これ以」二であれば接着界面
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５　ｗｔχを添加し、混合成形した後、窒素
カス雰囲気中、１８００℃で常圧焼結を行い緻密なＡＩ
　Ｎ基体を得た。このＡＩＮ基体の熱伝導率をレーザー
フラッシュ法で測定したところ１４０讐／ｍＫであった
。

このＡＩ　Ｎ基体に印刷する導体ペーストの配合内容を
表１に酸化物混合体の組成を表２に示した。

表１に示したＮ００１〜１０　（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、口、ハ、二は実施例、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２１
ＷＩｎ角で、膜厚２Ｏμのパターンを印刷し、８０℃、
２Ｏ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ＡＩＮ基体上に２問角で膜厚１０μの
パターンを得た。その上にＮ１メツギを施し、半田を２
３０℃でディップした後、さらに０．８問φの銅線を半
田付けし、ビ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７一 表３　接着強度 一９− 表４　接着強度 着強度の実測値の結果を得た。

なお、導体ペーストの焼成雰囲気は非酸化性雰囲気、例
えば窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等であってもよい。

〔参考例〕

実施例と同様の方法で得たＡＩＮ基体に印刷する導体ペ
ーストとして、表１のＮ００２．３．６．７．１０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
印刷を行った。

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ＡＩＮ基体上に２問角で膜厚１０μのパ
ターンを得た。その上にＮ１メッキを施し、さらに０．
８　ｎｕｎφの銅線を半田付けし、ビール強度およびプ
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角のパターンではビール強度は１
．８Ｋｇ以上で、プル強度は８．０　Ｋｇ以上であれば
実用的な接着強度であると判定している。

従ってこの結果から焼成温度は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って、熱伝導性に優れた
ＡＩＮ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ＡＩＮ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. （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ＳｉＯ＿２、Ａｌ＿２Ｏ＿３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Ｂ＿２Ｏ＿３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. （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、ＳｉＯ＿２３０〜６０ｗｔ％、Ａ
   ｌ＿２Ｏ＿３５〜４０ｗｔ％、ＣａＯ５〜４０ｗｔ％と
   し、必要に応じてＭｇＯ５〜４０ｗｔ％、ＢａＯ５〜４
   ０ｗｔ％およびＢ＿２Ｏ＿３０．１〜１０ｗｔ％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. （３）導体ペーストは酸化物混合体を０．０２〜１５ｗ
   ｔ％とし、残部を高融点金属粉末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。
4. （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。