JPS63156075A - 半導体素子搭載用電気絶縁性窒化アルミニウム基板及びその製造方法 - Google Patents

半導体素子搭載用電気絶縁性窒化アルミニウム基板及びその製造方法

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JPS63156075A
JPS63156075A JP62199758A JP19975887A JPS63156075A JP S63156075 A JPS63156075 A JP S63156075A JP 62199758 A JP62199758 A JP 62199758A JP 19975887 A JP19975887 A JP 19975887A JP S63156075 A JPS63156075 A JP S63156075A
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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ＳｉＣを含むＡｌＮから成る焼結体とその製造
方法に係り、特にＳｉやＧａＡｓ半導体〔従来の技術〕 近年、大規模集積回路等に使用される半導体鳩板には半
導体チップ等の回路を構成する要素が極めて高密度に搭
載形成されるようになってきている。一方では大容量化
、より小型化に対する要請も増々大きくなってきており
、半導体装置の動作時の単位面積当りからの発熱量は著
しく大きくなってきている。このため、基板材料として
は増々熱放散性が優れ、電気絶縁性及び絶縁耐圧の大き
い材料が強く求められるようになってきた。具体的には
パワー半導体用基板、パワーモジュール用ハイブリッド
基板、半導体用パッケージ基板、半導体レーザ用ヒート
シンク等において熱放散性が良く、しかも電気絶縁性の
良好な材料が望まれている。
従来技術においては絶縁基板材料として、これまで主と
してアルミナ焼結体が使用されていた。
しかし、アルミナ焼結体を用いた基板はあまり熱放散性
が良くないために、より熱放散性の優れた絶縁基板の開
発が要請されるようになってきた。
こうした絶縁基板材料としては （１）電気抵抗率が大きいこと。
（２）熱伝導率が大きいこと。
（３）熱ｖＥ張係数がＳｉやＧａＡｓ単結晶の熱膨張係
数に近いこと。
（４）誘電率や誘電体損失が小さいこと。
（５）機械的強度が大きいこと。
などが要求されている。
このような状況から熱放散性の良い絶縁基板材料として
ＳｉＣにＢｅ化合物を添加した焼結体が特開昭５７−２
５４１１号公報に開示されている。この焼結体は熱伝導
率が大きく、電気絶縁性であること。
熱膨張係数がＳｉ単結晶の熱膨張係数に近いことなど放
熱性の良い基板としての数々の特徴を具備している。し
かし、この材料の電流−電圧特性を見るとバリスタ特性
を示し、電界強度が大きくなると抵抗率は小さくなる。
また、誘電率はＩ　ＭＨｚで約４０と大きな値を示す。
このため、５ｉＣ−Ｂｅ系化合物より成る焼結体は電界
強度が大きい場合には絶縁基板材料として使えない。ま
た高速で信号を伝送するような回路用基板としては不利
である。
一方、熱放散性の良い基板材料としてＡｌＮ焼結体が開
発されている。ＡｌＮ焼結体は抵抗率。
絶縁耐圧が大きく、誘電率が小さいなど多くの特徴を持
つ材料であるが、熱伝導率は２００　Ｗ　／　ｍ・Ｋ以
下である。
Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　ＡｇＩｅｒｉｃａｎ　　Ｃ
ｅｒａ■ｉｃ　　５ｏｃｉｅｔｙ　　６　６−（５）Ｃ
−４０〜Ｃ−４１（１９８３）においては５ｉＣ−Ａｌ
Ｎ系焼結体の熱伝導率及び熱拡散率に及ぼすホットプレ
ス温度の影響について論じられているが、熱伝導率は１
００Ｗ／ｍ−に以下の値しか得られていない。特開昭５
８−９１０５９号公報及び特開昭５９−６９４７４号公
報においても５ｉＣ−ＡｌＮ系材料に焼結助剤を添加し
た焼結体またはその製造方法が開示されている。これら
はいずれも良好な電気絶縁性を有するものの特開昭５８
−９１０５９号公報に開示されている焼結体の熱伝導率
は最高でも１３８Ｗ／ｍ−Ｋ、特開昭５！ｌｌ　−６９
４７４号公報に開示されている焼結体の外伝４率は最高
で１０５Ｗ／ｍ−にである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ＳｉＣ焼結体、ＡｌＮ焼結体及び５ｉＣ−Ａ　Ｑ　Ｎ系
焼結体のいずれも幾つかの点で極めて優れた特性を持っ
ているものの、幾つかの点で未だ十分に満足できるもの
ではない。ＳｉＣ焼結体においては、絶縁耐圧の向上、
誘電率の低減が課題である。ＡｌＮ焼結体及び５ｉＣ−
ＡｌＮ系焼結体においては熱伝導率の向上が課題である
。
本発明の目的は電気絶縁性、及び絶縁耐圧が大きく、熱
伝導率が大きく、熱膨張係数がＳｉやＧａＡｓの単結晶
の熱膨張係数に近く、誘電率及び誘電体損失が小さく１
機械的強度が大きいＳｉやＧ　ａ　Ａ　ｓの半導体素子
を実装するのに好適な高熱伝導・電気絶縁性焼結体とそ
の製造方法及び半導体装置を提供することにある。
本発明の他の目的は上記焼結体を用い放熱性の高い半導
体装置とそれを用いた半導体装構造を提供する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、炭化ケイ７＋２０〜４０ｗｔ％及び残部が実
質的に窒化アルミニウムであり、理論密度の９０％以上
の密度を有する焼結体であり、前記炭化ケイ素中のホウ
素、アルミニウム及び窒素の合計量が０．１ｗｔ％以下
、鉄、チタン、バナジウム、クロム及びニッケルの合計
量が０．２ｗｔ％以下、及び窒化アルミニウム中の酸素
量が１ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、マグネシウムの合計量
が０．５　ｗ　ｔ％以下であることを特徴とする高熱伝
導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体にある。
理論密度は炭化ケイ素と窒化アルミニウムとの混合物の
理論密度に対する密度をいう。
各々の理論密度は炭化ケイ素が３．１２ｇ／ａＪ。
窒化アルミニウムが３．０５ｇ／ａｌｆである。
前記焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・０Ｋ以
上、２０℃の比抵抗が１０１０Ωｃｍ以上及び２０℃の
絶縁耐圧がｌ０ＫＶ／ｃｎ以上となるように成分を調整
される。
本発明は、炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質
的に窒化アルミニウムであり、理論密度の９０％以上の
密度を有する焼結体であり、前記炭化ケイ素中のホウ素
、アルミニウム及び窒素の合計量が０．０３ｗｔ％以下
、鉄、バナジウム。
クロム及びニッケルの合計量が０．０３　ｗ　ｔ％以下
、チタン０．２ｗｔ％以下及び前記窒化アルミニウムの
酸素量がＱ、３ｗｔ％以下、ケイ素、鉄。
マグネシウムの合計量が０．２ｗｔ％以下であること、
炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒化ア
ルミニウムであり、理論密度の９０％以上の焼結体であ
り、該焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・０Ｋ
以上、２０℃の比抵抗が１０１１’ｌΩＩ以上、２０℃
の絶縁耐圧がｌ０ＫＶ／国以上及びＩ　Ｍ　Ｈｚにおけ
るＭ　ｍ率が１０以下であること、或いは、炭化ケイ素
２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒化アルミニウム
であり、理論密度の９０％以上の焼結体であり、該焼結
体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・０Ｋ以上、２０
℃の比抵抗が１０１０Ωｃｍ以上、２０℃の絶縁耐圧が
２０ＫＶ／（１１以上、１ＭＨｚにおける誘電率が１０
以下、２０℃曲げ強さが４００　Ｍ　Ｐ　ａ及び２０℃
破壊靭性値が５ＭＮ／ｍ３／２以上である高熱伝導・電
気絶縁性窒化アルミニウム焼結体にある。
本発明は、平均粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型Ｓｉ
Ｃ粉末２０〜４０重量％と、平均粒径が１０μｍ以下の
ＡｌＮ粉末８０〜６０重量％を混合し、該混合粉末を生
成形したのち、非酸化性雰囲気中において１７５０〜１
９００℃の温度で理論密度の９０％以上になるのに十分
な時間焼結することを特徴とする高熱伝導・電気絶縁性
焼結体の製造方法にある。
本発明は、ホウ素、アルミニウム及び窒素の合計量が０
．１ｗｔ％以下、鉄、チタン、バナジウム、クロム及び
ニッケルの合計量が０．２　ｗ　ｔ％以下であり、平均
粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ粉末２０〜４
０ｗｔ％と、酸素量が１ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、マグ
ネシウムの合計量が０．５　ｗ　ｔ％以下であり、平均
粒径が１０μｍ以下のＡｌＮ粉末８０〜６０ｗｔ％とを
混合した混合粉末を生成形した後からなり、或いはホウ
素。
アルミニウム及び窒素の合計量がＱ、Ｑ３ｗｔ％以下、
鉄、バナジウム、クロム及びニッケルの合計量がＱ、Ｑ
　３　ｗ　ｔ％以下、チタン０．２ｗｔ％以下であり、
平均粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ粉末２０
〜４０ｗｔ％と、酸素０．３ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、
マグネシウムの合計量が０．２ｗｔ％以下であり、平均
粒径が１０μ【ｎ以下のＡｌＮ粉末８０〜６０ｗｔ％と
を混合した該混合粉末からなる高熱伝導・電気絶縁性窒
化アルミニウム焼結体用粉末組成物にあり、前述の製法
により理論密度の９０％以上の焼結体を得ることができ
る。
本発明の焼結体は１盲述の生成形体を非酸化性雰囲気中
において１７５０〜１９００℃の温度で無加圧焼結する
こと、或いは非酸化性の雰囲気中において、１６００〜
１９００℃の温度、１０ＭＰａ以上の荷重を加えてホッ
トプレス焼結すること、非酸化性の雰囲気中において、
Ｌ　６００−１９００℃の温度、１０　Ｍ　Ｐ　ｎ以下
の雰囲気圧力下においてホットアイソスタテックプレス
法によって焼結することができる。
更に１本発明はセラミックス基体に搭載された半導体素
子を備えた半導体装置において、セラミックス基体とし
て前述した焼結体を用いたことを特徴とする。
本発明により、放熱特性の高い半導体装置が得られる。
〔作用〕
上記目的は高純度なＳｉＣ粉末、特に熱的、ｆｌ！気的
時的特性きな影響を及ぼすＳｉＣ結晶中でアクセプタま
たはドナーとなる不純物が少ない粉末と高純度なＡｌＮ
粉末を使用し、両者がほとんど固溶し合わないような低
温においてち密に焼結することによって達成される。
ＳｉＣは共有結合性がきわめて強い材料であり、ち密な
焼結体を得ることが極めて難しい材料の一つとして知ら
れている。また、ＳｉＣはその結晶構造がダイヤモンド
に良く似ており、純粋で結晶性が良い単結晶は極めて大
きな熱伝導率を持っている。しかし、ＳｉＣは元来がｒ
Ｖ−ｒＶ族元素の化合物半導体であり、電気的に活性な
アクセプタやドナーとなる不純物としてＢ、ＡＱ、Ｎが
わずかに固溶しても急激に抵抗率が小さくなり、通常は
大きな抵抗率は望めない。また、ＳｉＣの熱伝導率はＳ
ｉＣ結晶中の不純物、特にＳｉＣ結晶中において電気的
に活性なアクセプタやドナーとして作用する不純物とし
てＢ、ＡＱ、Ｈの含有量が少ないほど大きな熱伝導率を
持つ。さらにＳｉＣは熱膨張係数がＳｉ単結晶の熱膨張
係数に極めて近いという特徴も持っている。
一方、ＡｌＮもその結晶構造はダイヤモンドに良く似て
おり、純粋で結晶性が良い単結晶は比較的大きな熱伝導
率を持つことが知られている。同時にＡｌＮは極めて大
きな電気抵抗率を持つことが知られている。さらに、Ａ
ｌＮは熱膨張係数がＧａＡｓ単結晶の熱膨張係数に近い
という特徴を持っている。
本発明においてＳｉＣはＳｉＣ結晶中において電気的に
活性なアクセプタまたはドナーとして作用する不純物の
含有量が０．１ｗｔ％以下で平均粒径が２０μｍ以下の
粉末を使用する。ＳｉＣ結晶中においてアクセプタとし
て働く元素としては例えばＢ、ＡＱ等が、ドナーとして
働く元素としては例えばＮが挙げられる０本発明におい
て使用するＳｉＣ粉末はＳｉＣ結晶中においてアクセプ
タまたはドナーとして作用する不純物の含有量が０．１
ｗｔ％以下である理由はこれらの不純物はＳｉＣの熱伝
導率及び抵抗率に著しく大きな影響を及ぼし、これらの
不純物の量が増えれば増えるほど熱伝導率及び抵抗率が
小さくなるためである。
しかし、ＳｉＣ粉末中のこれらの不純物量は０．１ｗｔ
％以下であれば大きな熱伝導率及び電気抵抗率を持つ焼
結体を得ることができる。なお５本発明においてはＳｉ
Ｃ自身の電気抵抗率が大きいことが望ましいが、後述す
る通り、焼結体全体の電気抵抗率はＡｌＮの寄与が大き
いために、ＳｉＣの抵抗率については特に大きな問題に
しなくても構わい。ＳｉＣ粉末は粒径が平均粒径で２０
μｍ以下のものを使用する。ＳｉＣ粉末の粒径が大きす
ぎると焼結した時、電気抵抗率の小さいＳｉＣ粒の連な
りが起り易く、焼結体中で局部的に電気抵抗率が小さい
場所が発生することがあるためである。また、ＳｉＣ粉
末の平均粒径が大きすぎるとち密な焼結体を得ることが
難しくなる。その平均粒径が２０μｍ以下であれば粉末
の混合を注意して十分に行うことにより上記した間開が
なく焼結体を得ることができる。ＳｉＣ粉末は結晶形が
α型でもβ型であっても特に問題になることはない。α
型ＳｉＣ粉末は通常アチソン法でＳｉＣのインゴットを
作り、これを粉砕して得る。この場合、大気中の窒素が
オ〕ずかに混入固溶し、ＳｉＣはｎ型半導体になる。も
ちろん、ＢやＡＱを上述の上限以下で固溶させてｐ型半
導体とすることも可能である。この方法では結晶欠陥の
比較的少ない粉末が得られ易いという特徴があり、熱伝
導率のより大きい焼結体を得やすい傾向がある。一方β
型ＳｉＣ粉末は通常気相法で作られるが、極めて高純度
な粉末、極めて粒径の小さい粉末を得やすい等の特徴が
ある。
これに対して、本発明においてＡｌＮ粉末は粉末中の不
純物酸素量が１ｗｔ％以下、陽イオンの不純物の含有量
が０．５　ｗ　ｔ％以下で平均粒径が１０μｍ以下の粉
末を使用する。本発明において使用するＡｌＮ粉末粉末
茶微物酸素量が１ｗｔ％以下、陽イオンの不純物の含有
量が０．５ｗｔ％以下である理由はもしこれらの不純物
の含有量が上記の量より多い場合、著しく熱伝導率が小
さくなるためである。ＡｆｌＮ粉末は平均粒径が１０μ
ｍ以下のものを使用する。ＡｌＮ粉末の粒径が大きすぎ
るとち密な焼結体が得難くなるとともに、ＡｌＮの粒径
が大きい場合のもう一つの不具合な点は焼結体中におい
て、ＳｉＣ結晶粒とＡｌＮ結晶粒の分散が平均−になり
易く、ＳｉＣ結晶粒同志が連結し、焼結体中で局部的に
電気抵抗率が小さい部分ができ易くなってしまうためで
ある、焼結体を製造するに当っては以下に記述する点に
留意する必要がある。先ずＳｉＣとＡＲＨの配合割合で
あるが、ＳｉＣは少なくとも２０ｗｔ％が必要である。
ＳｉＣの量が２０ｗｔ％より少ないと熱伝導率が大きい
焼結体が得理いためである。
また、ＳｉＣは多くても無加圧焼結の場合は４０ｗｔ％
以下にする必要がある。一方、ホットプレスの場合は５
０ｗし％まで配合できる。無加圧焼結の場合にＳｉＣの
量を４０ｗｔ％以下にする理由はもしＳｉＣの量が４０
ｗｔ％より多い場合にはＳｉＣは共有結合体が強く自己
焼結性がないためにち密な焼結体が得られなくなり、熱
伝導率が大きい焼結体が得られないととともに抵抗率の
大きい焼結体が得られない。ホットプレス法の場合には
焼結時に荷重を加えているので無加圧焼結法の場合より
ち密化し易く、ＳｉＣの量が５０ｗし％までは十分にち
密で外伝ＩＸ率が大きく、シかも抵抗率の大きい焼結体
を得ることができる。しかし、ＳｉＣの量が５０ｗし％
を越えると抵抗率の小さいＳｉＣの量が多いために、最
早高抵抗な焼結体は得られなくなってしまう。また、ホ
ットアイソスタテックプレス法によって焼結体を製造す
る場合にも焼結時に成形体には外圧を加えて焼結を促進
しているため、ＳｉＣの量が５０ｗｔ％まではホットプ
レス焼結体の場合と同様に熱伝導率が大きく、シかも抵
抗率の大きい焼結体を得ることができる。
ち密で熱伝導率が大きく、しかも抵抗率の大きい焼結体
を得るためには出発原料であるＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉
末の粒径を適切に選ぶ必要がある。
一般的にはＳｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末とも微粉末であるほ
ど焼結が容易であり好ましく、微粉末を使用した場合に
は焼結温度を下げることができる。
また、焼結時に成形体に圧力を加えない無加圧焼結する
場合にはＳｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末とも平均粒径が１．０
μｍ以下であることが好ましい。これに対してホットプ
レス法及びホットアイソスタテックプレス法で焼結体を
製造する場合には成形体に外圧を加えながら焼結するた
めにＳｉＣ粉末は平均粒径２０μｍ以下、ＡｌＮ粉末は
平均粒径１０μｍ以下であれば、ち密で熱伝導率が大き
く、抵抗率の大きい焼結体を製造することができる。
ホットプレス法及びホットアイソスタテックプレス法に
よって焼結体を製造する場合にも平均粒径の小さいＳｉ
Ｃ粉末及びＡｌＮ粉末を用いる方がより容易に低温にて
ち密が熱伝導率が大きく、しかも抵抗率の大きい焼結体
を得ることができる。
焼結体を得るための前処理としてＳｉＣ，Ａ　Ｑ　Ｎの
混合物には成形を容易に行うためのバインダを添加する
。バインダには種々の有躍物材料が知られている。本発
明になる焼結体を製造するためのバインダとしては有機
バインダを用いても十分に所期の性能を持つ焼結体を得
ることができるが、バインダを溶かす溶媒として水を使
うことができるが、バインダを溶かす溶媒として水を使
うことは好ましくない。媒体として使用した水はＡｆｌ
Ｎし反応し、ＡｌＮが酸化されてしまうための焼結体の
熱伝導率が小さくなってしまう。
ＳｉＣ，ＡｌＮ、及びバインダは十分に混合し、均一な
混合物とする必要がある。混合方法にはυを来公知の種
々の方法が知られており５本発明の焼結体を得るための
混合方法は従来公知である方法で混合しても所期の性能
を有する焼結体を得ることができる。しかし、混合は上
記物質が１−分に均一な組成物になるように行うことが
肝要である。
特にＳｉＣ粒子の分散混合が良くないとＳｉＣ結晶粒同
志が繋がり、局部的に著しく抵抗率の小さい部分の存在
する焼結体が得られる場合があるためである。
混合した粉末は均一な成形体を得るため、適当な方法に
よって造粒を行うことが好ましい。造粒の操作に当って
も従来公知である方法によって行っても所期の性能を持
つ焼結体を製造することができる。混合、造粒した粉末
混合物は次の工程として予備成形を行う。予備成形は最
終製品の形状によって種々の方法が考えられるが、成形
方法及び成形後の加工方法は従来公知の方法によって行
っても所期の性能を持つ焼結体を得ることができる。
成形体を焼結して焼結体とする場合にも幾つかの重要な
条件が存在する。焼結時の雰囲気は非酸化性の雰囲気と
することが必要である。具体的には真空中と水素、窒素
、ヘリウム、ネオン、アルゴン、水素と窒素の混合ガス
等の非酸化性ガス雰囲気とが挙げられる。もし、酸化性
の雰囲気中で焼結を行うとＳｉＣ及びＡＲＮ、特にＡｌ
Ｎがひどく酸化してしまうために、高熱伝導性の焼結体
を得ることができない。
焼結時の温度は本発明の焼結体を得るうえで極めて重要
である。焼結温度の最低値は種々の条件で変る。焼結温
度は最低値でも１０００℃である。
この場合、ホットプレスまたはホットアイソスタテック
プレス法により加圧して焼結する。この時。
焼結温度が１６００　℃より低いとち密な焼結体が得ら
れず、得られた焼結体は著しく低い熱伝導率しか持たず
、しかも抵抗率も小さい。焼結時に成形体に外圧を加え
ない無加圧焼結の場合、最低の焼結温度は１７５０℃で
ある。上記したいずれの場合にも最低の焼結温度を更に
引き下げるとち密な焼結体が得られず、得られた焼結体
は低い熱伝導率と小さな抵抗率を持つものになってしま
うためである。また、焼結温度の最高値はいずれの焼結
法の場合にも１９００℃である。もし、焼結温度を１９
００℃より高くすると、得られる焼結体は十分にち密化
しているものの、ＡＱ及びＮがＳｉＣの結晶格子中に拡
散して入ってゆく量が無視できなくなる。ＡＱは３価で
あることからＳｉＣ結晶中ではアクセプタとして働き、
Ｎは５価であることからドナーとして働く。このため、
ＳｉＣ結晶中にＡＱ及びＮが拡散、固溶して入ってゆく
ことによって焼結体の抵抗率は著しく小さくなるととも
に、同時に熱伝導率の値も著しく小さくなる。
焼結温度が１９００℃以下の場合にはＡＱ及びＮのＳｉ
Ｃ結晶中への拡散、固溶してゆく量が少ないために、著
しい抵抗率及び熱伝導率の低下なしに焼結体を得ること
ができる。
焼結時間の最適値は種々の条件の組合せで決まる。特に
、焼結温度が１８５０℃以上になるとあまり長時間焼結
するとＡＱ及びＮのＳｉＣ結晶中への拡＠量が多くなっ
てきて、熱伝導率及び抵抗率の低い焼結体になってしま
う。
焼結法には成形体を加圧しながら焼結する方法と加圧し
ないで焼結する方法があるが、本発明の焼結体を製造す
る場合、これらのいずれの方法でも、また、これらの方
法を組合せた方法によってもｖ５造することが可能で、
いずれの場合でも所期の性能を持つ焼結体を得ることが
できる。加圧して焼結する方法の場合、加圧しないで焼
結する方法に比べより容易にち密で熱伝導率が高く、抵
抗率の大きい焼結体を得ることができる。
以上、焼結体を製造する時の条件について述べたが、こ
れらの条件を満足するようにして製造した焼結体はち密
で熱伝導率が大きく、電気絶縁性でしかも絶縁耐圧が大
きく、熱膨張係数がＳｉやＧａＡｓ単結晶の熱膨張係数
に近く、誘電率が小さいという特徴をもち、ＳｉやＧａ
Ａｓ等の半導体を実装するのに極めて好適な基板材料で
ある。
実施例１ 出発原料として使用したＳｉＣ粉末は以下の通りである
。
平均粒径　　　　　　０．５μｍ 結晶形　　　　　　　α 不純物量（ｗｔ％） 遊歴ケイ素　　　　　０．８６ ′ｆｉ離ケイ酸　　　　　２．１０ 遊離炭素　　　　　　０．３０ ホウ素　　　　　　０．００１ アルミニウム　　　　ｏ、ｏ　ｏ　ｓ 鉄　　　　　　　　　　　　　０．００６チタン　　　
　　　　０・１２ バナジウム　　　　　０．００３ クロム　　　　　　　０．００５ ニツケル　　　　　　０．００３ 窒素　　　　　　　　ｏ、ｏ　ｏ　ａ ホウ素、アルミニウム及び窒素の合計量は０．０１８％
、鉄、チタン、バナジウム、クロム。
ニッケルの合計量は０．１３７％である。チタンを除く
後者の合計量は０．０１７％である。
また、出発原料のＡｌＮ粉末は以下の通りである。
平均粒径　　　　　　０．８μｍ 結晶形　　　　　　　６方晶系 不純物量（ｗｔ％） 酸素　　　　　　　　０．０８ 炭素　　　　　　　　０．１５ ケイ素　　　　　　　０．０１ 鉄　　　　　　　　　　　　　０．０８マグネシウム　
　　　０．０５ その他の陽イオン　　ｏ、ｏ　ｉ ケイ素、鉄、マグネシウムの合計量は０．１４％である
。
焼結体は以下の手順により′Ｉ５造した。ＳｊＣ粉末１
５．０ｇ　　、ＡｌＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し。
ＳｉＣ製のポットに入れ、５ｉＣ１ｌＱボールを使用し
てボールミル混合を２０ｈ行った。次いでポリブチルア
ルコールのｎ−ブチルアルコール溶液（濃度５％）を上
記粉末混合物に２０ｍｆｌ加え、引き続き１ｈボ一ルミ
ル混合を行ったのち、ｎ−ブチルアルコールを揮散させ
た。該粉末混合物は次いで６４メツシユのふるいを通し
、粗大な造粒粉末をなくした。該粉末混合物は次いで直
径６０１…の内径を持つ金型中に入れ、ｌ　ＯＯＭ　Ｐ
　ａの荷重を加えて成形体とした。次いで該成形体は黒
鉛型の中に入れて炉内にセットした。炉は真空に引いた
のち、黒鉛型中の成形体に３０　Ｍ　Ｐ　ａの荷重を加
えながら昇温し、１８００℃で１ｈ保持して焼結体を得
た。
さらに、上記したものと同一の手順により、第１表に示
す組成の焼結体を製造した。第１表に示したＮα３は上
記した焼結体と同一の組成である。
また、第１表には得られた焼結体の特性も併せて示した
。第１表から明らかな通り、ＳｉＣとＡｌＮの比率でＳ
ｉＣが２０〜５０ｗし％の範囲であれば焼結体は２０℃
における熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ−に以上、２０℃にお
ける抵抗率が１０ｔｏＱ１以上、２０℃における絶縁耐
圧がｌ０ＫＶ／ｃｍ以上、２０〜４００℃における熱膨
張係数が４６０〜４．４　Ｘ　１０−８／℃、１ＭＨｚ
における。ｙｌ電率が１０以下と半導体素子を実装する
基板材料として極めて好適な特性を持っていることが判
る。
実施例２ 出発原料であるＳＬＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に
記載したものと同一の粉末を用いた。該粉末は実施例１
に記載したものと同様の要領でＳｉＣとＡｌＮの組成比
が異なる粉末混合物を得、さらに成形体を得た。次いで
、該成形体は黒鉛製のルツボの中に入れ、炉内にセット
した。炉は真空に引いたのち昇温し、１８５０℃で１ｈ
保持して焼結体を得た。
第２表は得られた焼結体の特性である。第２表から明ら
かな通り、ＳｉＣとＡＱＨの比率でＳｉＣが２０〜４０
ｗｔ％の範囲であれば焼結体は密度３．１ｇ／ｃＩ１１
以上にち密化するとともに２０℃における熱伝導率が２
５０Ｗ／ｍ−に以上、２０℃における抵抗率がＩＱＩＩ
ΩＣ以上、２０℃における絶縁耐圧がｌ０ＫＶ／ｃｎ、
２０〜４００℃におけろ熱膨張係数が４．０〜４．４　
Ｘ　Ｉ　Ｏ−’／℃１Ｉ　Ｍ　Ｅ（ｚにおける誘電率が
１５以下と米導体素子を実装する基板材料として極めて
好適な特性を持っていることが判る。
実施例３ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に記載
したものと同一の粉末を用いた。ＳｉＣ粉末１５．０ｇ
　　とＡｕＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、以下は実
施例１に記載したものと同様の要領にて成形体を１）だ
。次いで該成形体は黒鉛型の中に入れて炉内にセットし
た。炉は真空に引いたのち、黒鉛型中の成形体に３０　
Ｍ　Ｐ　ａの荷重を加えなからＰ、温し、ホットプレス
して焼結体を得た。本実施例においてはホットプレス焼
結時の温度を種々変えて焼結体を得、焼結時間は１ｈと
した。
第３表は得られた焼結体の特性である。第３表から明ら
かな通り、ホットプレス温度が１６００〜１９００℃の
範囲であれば焼結体は密度３．１ｇ　／　ａｌ？以上に
ち密化し、半導体素子を実装する基板材ｔ゛１として好
適な特性を持っていることが判る。
第１図はホットプレスの温度９時間で示されるパラメー
タＩ）として以下に示す式によって得られる値と室温の
熱伝導率との関係を示す線図である。
Ｐ＝Ｔ（２０＋Ｑｏｇｔ）Ｘ　１０−３Ｔ：絶対温度（
０Ｋ） ｔ：時間（ｈ） である。
図に示す如く、Ｐが３７〜４４のときに高い熱伝導率が
得られることがわかる。
実施例４ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に記載
したものと同一の粉末を用い、ＳｉＣ粉末１５．０　ｇ
　　とＡｌＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、実施例１
に記載したものと同様の要領で成形体を得た。次いで絃
成形体はｙＦＡ鉛型の中に入れて炉内にセラ１へした。
炉は真空に引いたのち、黒鉛型中の成形体に種々の荷重
を加えて昇温し、１８００℃で１ｈホツトプレスして焼
結体を得た。
第４表は得られた焼結体の特性である。第４表から明ら
かな通り、ホットプレス荷重が１０ＭＰａ以上であれば
焼結体は密度３．１ｇ／ａ＋ｉ以上にち密化し、半導体
素子を実装する基板材料として好適な特性を持っている
ことが判る。
実施例５ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に記載
したものと同一の粉末を用い、ＳｉＣ粉末１５．０ｇ　
　とＡｌ２Ｎ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、実施例１
に記載したものと同様にして成形体を得た。次いで該成
形体は黒鉛製のルツボの中に入れ５炉内にセットした。
炉は真空に引いたのち昇温し、種々の温度で１ｈ無加圧
焼結した。
第５表は得られた焼結体の特性である。第５表から明ら
かな通り、焼結温度が１７５０〜ｌ！］ＯＯ℃であれば
焼結体は密度３．１ｇ／ｒ＋Ｊ以上にち密化し、半導体
素子を実装する基板材料として好適な特性を持つことが
判る。
第１図に示す如く、無加圧焼結においてはＰは約４０〜
４４のときに高い熱伝導率が得られることがわかる。
実施例６ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に記載
したものと同一の粉末を用い、ＳｉＣ粉末１５．０ｇ　
　とＡｌＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、実施例１に
記載したものと同様にして成形体を得た。次いで該成形
体は黒鉛型の中に入れ、炉内にセットした。炉は真空に
引いたのち、黒εイ１型中の成形体に３０　Ｍ　Ｐ　ａ
の荷重を加えて昇温し、ホットプレスして焼結体を得た
。本実施例においてはホットプレスの温度と時間を種々
変えて焼結体を得た。
第６表は得られた焼結体の特性である。第６表から、ホ
ットプレス温度が１６００℃以下の場合はホットプレス
時間を長くしてもち密な焼結体が得られず、ホットプレ
ス温度が１９００℃と高い場合にはあまりホットプレス
時間を長くすると焼結体の熱伝導率、抵抗率とも小さく
なることがね第３表 第４表 第　　５　　表 かる。さらに、ホットプレス温度が１９００℃を超える
とホットプレス時間が短くても焼結体の熱伝導率及び抵
抗率は小さい。
さらに、上記と同様にして得た成形体を黒鉛製のルツボ
内に入れ、実施例２に記載した要領で焼結体を得た。本
実施例では焼結温度と時間を変えて焼結体を得た。第７
表には上記した無加圧焼結法で得た焼結体の特性を示し
である。無加圧焼結法の場合、焼成温度が１７００℃以
下の場合焼成時間を長くしてもち密な焼結体が得られず
、焼成温度が１９００℃と高い場合にはあまり焼成時間
を長くすると焼結体は熱伝導率、抵抗率とも小くなって
しまう。また、焼成温度が１９００℃を超えると焼結時
間を短くしても焼結体は熱伝導率。
抵抗率とも小さくなってしまう。
実施例７ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に記載
したものと同一の粉末を用い、ＳｉＣ粉末１５．０ｇ　
　とＡｌＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、実施例１に
記載したものと同様にして成形体を得た。さらに成形体
は実施例１に記載した要領にてホットプレス法で、また
は実施例２に記載した要領しこて無加圧焼結法１；で焼
結体を製造した。ただし、本実施例においては焼結時の
雰囲気を変えた。
その要領は炉内を一旦真空引きしたのち、所定のガスを
導入し大気圧とし、引き続きガスは３Ｑ／ｍｉｎの量を
流した。用いたガスは窒素、水素、ヘリウム、ネオン、
アルゴン、窒素８０％と水素２０％の混合ガスとした。
得られた焼結体の特性は上記したいずれのガス雰囲気中
の場合にもホットプレス法で焼結体を製造した場合には
第１表のＮα３と無加圧焼結法で焼結体を製造した場合
には第２表のＮａ　９と同様であった。
実施例８ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡｌＮ粉末は実施例１に記載
したものと同一の粉末を用い、ＳｉＣ粉末１５．０ｇ　
　とＡｌＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し。
実施例１に記載したものと同様にして成形体を得た。該
成形体はパイレックスガラス製のカプセル内に入れ、真
空に引いたのち封じた。次いで該カプセルはホットアイ
ソスタティックプレス法によって加熱加圧した。雰囲気
ガスにはアルゴンを使用し、ホットアイソスタティック
プレス時の温度とガス圧を変えて焼結体を得た。ホット
アイソスタティックプレスは所定の温度とガス圧下で１
ｈ行った。
第８表は得られた焼結体の特性である。第８表から明ら
かなように、焼結体は１６００〜１９００℃の温度で１
０ＭＰａ以上のガス圧下でホットアイソスタティックプ
レスすることにより半導体素子を実装する基板材料とし
て好適な特性を有することが判る。
実施例９ 出発原料のＳｉＣ粉末は平均粒径及び遊離Ｓｉ、遊ａｃ
、ｔｉ離５ｉＯｌｚ、ｆｉｔが異なる他は実施例１に記
載したものと同一の特性を持つ粉末を使用し、さらにＡ
ｌＮ粉末は実施例１に記載したものと同一の粉末を用い
た。遊離Ｓｉ、遊離ｃ、′ｆｉ離Ｓ　ｉ　０２量はＳｉ
Ｃの平均粒径が小さいほど多くなる。これは微粉末はど
比表面積が大きくなるためである。
その他の不純物量は同一のＳｉＣインゴットから粉砕２
分級したため分析誤差内で一致していた。
焼結体はＳｉＣ粉末１５．０ｇ　　とΔＱＮ粉末３０．
Ｏｇを秤取し、実施例１に記載したものと同様にして成
形体を得、さらにホットプレスして焼結体を得た。
第９表は得られた焼結体の特性である。ＳｉＣ粉末の平
均粒径が２０μｍ以下であれば焼結体は密度３．１ｇ／
ｃｎｉ以」二にち密化し、半導体素子を実装する基板材
料として好適な性能を有する。
一方、上記と同様にして得た成形体を実施例２に記載し
たものと同様にして無加圧焼結することによって焼結体
を得た。
無加圧焼結法によって得た焼結体の特性を第１０表に示
す。焼結体はＳｉＣ粉末の平均粒径が１．０μｍ以下で
あれば密度３　、１　ｇ／　０１？以上にち密化し、半
導体素子を実装する基板材料として好適な特性を有する
ことが判る。
実施例９ 出発原料のＳｉＣ粉末は実施例１に記載したものと同一
の粉末を用い、Ａ　Ｑ　Ｎ粉末は平均粒径が異なる他は
実施例１に記載したものと同一の特性を持つ粉末を使用
し、ＳｉＣ粉末１５．０　ｇ　　とＡ　Ｑ　Ｎ粉末３０
．０　ｇ　　を秤取し、実施例１に記載したものと同様
の要領で成形体を得た。次いで成形体は実施例１に記載
したものと同様にホットプレスし、または実施例２に記
載したものと同様にして無加圧焼結して焼結体を得た。
第１１表は得られた焼結体の特性である。ホラ１へプレ
ス法で得た焼結体はＨａ　５３〜５６に無加圧焼結法で
得た焼結体はＮα５７〜５９に特性を示しである。焼結
体はホットプレス法の場合には平均第　　７　　表 第８表 第　　９　　表 第　　１０　　表 第　　１１　　表 粒径１０μｍ以下、無加圧焼結法の場合には平均粒径１
．０μｍ以下であれば密度３．１　ｇ／ａ＋１以上にち
密化し、半導体素子を実装する基板材料として好適な特
性を有することが判る。
実施例１０ 出発原料のＳｉＣ粉末は第１２表に記載した粉末を用い
、該ＳｉＣ粉末１５．０　ｇ　　と実施例１に記載した
ＡｌＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、実施例１に記載
したものと同様にして成形体を得、さらに実施例１と同
様にしてホットプレスして焼結体を得た。
第１３表は得られた焼結体の特性である。ｂ′と粘体は
いずれも密度３．１ｇ／ａｊ以−Ｌにち密化しているが
、Ｂｅ、Ｂ、ＡＱ、Ｎの量が０．１ｗｔ％以下、その他
の陽イオン不純物量が０．２Ｗし％以下であれば半導体
素子を実装する基板材料として好適な特性を有する。
実施例１１ 出発原料のＳｉＣ粉末は実施例１に記載したものと同一
の粉末を用い、ＡΩＮ粉末は第１４表に示した粉末を用
いた。ＳｉＣ粉末１５．０　ｇ　　とＡｌＮ粉末３０．
０　ｇ　　を秤取し、実施例１に記載したものと同様に
して成形体を得、さらに実施例１と同様にしてホットプ
レスして焼結体を得た。
第１５表は得られた焼結体の特性である。焼結体はいず
れも密度３．１ｇ／ａｊ以上にち密化しており不純物酸
素量が１　ｗ　ｔ、％以下でかつ陽イオン不純物の含有
量が０．５ｗｔ％以下であれば半導体素子を実装する基
板材料として好適な特性を有する。
第　　１３　　表 実施例１２ 出発原料のＳｉＣ粉末は以下の特性を持つ粉末を使用し
た。
平均粒径　　　　　　０．３μｍ 結晶形　　　　　　　β 不純物量（ｗし％） 遊離ケイ素　　　　　０．３０ ′ｔＬ離ケイ酸　　　　　０．３２ 遊離炭素　　　　　　０．３８ アルミニウム　　　　０．００２ 第１４表 第　　１５　　表 鉄　　　　　　　　　　　　　０．００４窒素　　　　
　　　　０．００６ また、出発原料のＡｌＮ粉末は実施例１に記載したもの
と同一の粉末を使用した。ＳｉＣ粉末１５．０　ｇ　　
とＡｆｆＮ粉末３０．０　ｇ　　を秤取し、以下は実施
例１に記載したものと同様にして形成体を得、さらにホ
ットプレスして焼結体を得た。得られた焼結体の特性は
第１表のＮα３に示したものとほぼ同様であり、半導体
素子を実装する鋸板材料として好適な特性を有する。
実施例１３ 本発明で得た焼結体のうち、第１表のＮα３の焼結体を
用いて、第１図に示した断面構造を持つ半導体装置を製
造した。また、比較のために第２図に示す従来法になる
半導体装置を製造し、それぞれを−５５℃から１５０℃
の間の熱サイクルテストを行った。従来法になる半導体
装置では１０サイクル前後で半Ｅｒ１部のはがれや基板
にクラックが発生するなどのトラブルが発生した。これ
に対して本発明になる焼結体を基板として用した場合に
は１−００００サイクルを経過後でも何らの異常が認め
られたなかった。
実施例１４ 本発明になる５ｉＣ−ＡｌＮ系焼結体の機械的性質を調
べるため、曲げ強さ及び破壊しん性質をａｌ１１定した
。また、比較のためにＳｉＣの曲げ強さ及び破壊しん性
値も測定した。第１６表はそ才しぞれの材料の曲げ強さ
及び破壊しん性値である。第１６表から判る通り、本発
明になる材料は比較例１に示したＳｉＣ焼結体に比べ曲
げ強さは約１／２と小さいものの破壊じん性値は約１．
５　倍と大きい。したがって、本発明になる５ｉＣ−Ａ
ｌＮ系焼結体はＳｉＣ焼結体に比べ構造［オとして使用
する場合には破壊に対する抵抗が大きいことがら、Ｓｉ
Ｃ焼結体に比べ有利である。
実施例１５ 本発明になる５ｉＣ−ＡｌＮ系焼結体はＳｉＣ粒がＡｌ
Ｎマトリックス中に分散した組識を持つ。
ＳｉＣはＡｌＮに比べ極めて硬い材料である。本発明に
なるＳ　ｉ　Ｃ−Ａ　Ｑ　Ｎ系焼結体ではこの硬いＳｉ
Ｃ結晶粒が焼結体中に分散して存在するため、該焼結体
は極めて加工性が良い。すなわち、該焼結体はＳｉＣ焼
結体またはＡｌＮ焼結体をダイヤモンド砥石を用いて加
工する場合に比へ加工抵抗は約１／２である。また、長
時間加工を継続する場合には砥石を時々トレッシングす
る必要があるが、本発明のＳ、１Ｃ−ＡｌＮ系焼結体を
加工する場合、ＳｉＣ焼結体またはＡｌＮ焼結体を加工
する場合に比べ、ドレッシングを行う間隔は約３倍大き
くすることができる。この原因はＳｉＣ結晶粒が焼結体
中ではＡ　Ｑ、　Ｎマトリックス中に分散し、ＡｌＮに
比入ＳｉＣ結晶粒が著しく硬いため、分散したＳｉＣ結
晶粒がダイヤモンド砥石の目〜γての役割りを果すため
である。
比較例１ 出発原料のＳｉＣ粉末及びＡ　Ｑ　Ｎ粉末は実施例１に
記載したものと同一の粉末を使用し、ＳｉＣ粉末４９．
０　ｇ　　とＡｌＮ粉末１゜Ｏｇ　　を秤取し、実施例
１に記載したものと同様にして成形体を得、さらに実施
例１及び実施例３に記載したものと同様にしてホットプ
レス温度を変えて焼結体を得た。
第１７表は得られた焼結体の特性である。焼結体はホッ
トプレス温度が１８５０℃以上でないとち密化せず、ち
密化した焼結体はホラ１〜プレス温度が高いため、熱伝
導率、抵抗率ともいずれも小さい値しか得られない。
比較例２ Ａ　Ｑ　Ｎ粉末は実施例１に記載した粉末を用い、これ
に焼結助剤として平均粒径１．０μｍ、純度が９９．９
％のＣａＦ２粉末を５ｗｔ％添加し、以１；は実施例１
に記載したものと同様にして成形体を得、さらにホット
プレスして焼結体を得た。
ＳｉＣを添加しないＡｌＮ焼結体は密度３．２５ｇ　／
　ＣＩｌ＋にち密化したが、２０℃における慈伝ヌ淳イ
“はｌ　８３Ｗ／ｍ−にテ、２０’］：おける抵抗ｉｔ
−は３Ｘ１０１４Ω印であった。
第　　１６　　表 第　　１７　　表 実施例１５ 本発明の焼結体を電気絶縁基板として使った具体的な適
用例として半導体パワーモジュールを例として説明する
。第１図は本発明になる焼結体を基板として用いた半導
体パワーモジュールの組立断面図、第３図は従来例によ
る半導体パワーモジュールの組立断面図である。本発明
になる焼結体を基板に用いた場合、半導体素子１は基板
２に半田３を介して直接接合することが可能であり、装
置が著しく簡単化されるとともに、熱抵抗も非常に小さ
くなるという効果がある。これに対して従来例による半
導体パワーモジュールにおいては半導体素子１１はＡｌ
２２０３基板１４と半導体素子１１との熱膨張差による
ひずみを緩和するためモリブデンスペーサ１５を介して
半ｆｆ１１３を用いて接合し、支持板１６に固定接合す
るが、Ａ　Ｑ　２０３の放熱性が悪いため、ヒートシン
ク１２を用いて放熱性を良くするようにしである。しが
し、熱伝導率の低いＡｇ２Ｏ３を用いているため、放熱
性は本発明の焼結体を基体として使用した第１図の十ノ
のに比べ劣る。また、組立構造は複雑であり、熱膨張係
数の大きく異なる材料を用いているため、熱的な繰返し
応力が加った場合の寿命が劣る。
第４図及び第５図は１本発明の焼結体を半導体素子搭載
用セラミックス基板に用いた半導体パッケージの組立断
面図である。
本実施例においては実施例１で得られた焼結体を研摩し
たものを基板２に用い、その中心に半導体素子１を金ペ
ースト２３により接合した、金ペースト２３は基板上に
スクリーン印刷によって形成後、半導体素子１を載置し
、所定の温度で若干加圧して接合した。引き続きリード
フレーム２０を予め基板２にグレージングして所望部分
に形成したシールガラス上にリードフレーム２０を奴に
し、加熱して基板２に接合した。リードフレーム２０は
Ｃｕ、Ｆｅ−Ｎｉ合金等が用いられる。その後、金属細
線５によって半導体素子１とリードフレーム２０とを各
々電気的に接続さ九る。゛し７体素子１に対しては金属
細線５の先端に放電等の手段で加熱溶融してボールを形
成し、このボールをキャピラリー等で超音波振動により
加圧して摩擦熱によって固相接合され、リードフレーム
２０Ｋ対してはボールを作らずに、線５の側面を同様に
超音波振動によって同相接合される。金属細線５には、
金、アルミニウム２銅等の１０〜１００μｍ、好ましく
は２０〜５０μｍの直径を有するものが好ましい。特に
、銅線としては軟なましされたものが好ましく、前述の
ボール形成は軟かい状態になるような条件で行うのが好
ましい。最後に、キャップ２１が同様にシールガラス２
２によって接合される。キャップ２１によって封止する
ときはＨｅガス等若干大気より高い圧力が加えられる。
第５図は第４図に対し更に放熱用フィン２５が設けられ
たものである。放熱フィン２５にはＡＱ、熱伝導性の高
いセラミックス等が用いられ、セラミックスとしては本
発明の焼結体を用いることができる。放熱フィン２５は
基板に慴脂２２等で接合される。放熱フィン２５は空気
を送風して冷却することができる。
以上の本発明の実施例によれば、前述と同様に放熱性が
高く、熱的繰返しに対しても長寿命が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、高熱伝導性を有し、電気絶縁性を有す
る５ｉＣ−ＡｌＮ焼結体が得られる顕著な効果を有する
。
【図面の簡単な説明】
第１図はパラメータＰと熱伝導率との関係を示す線図、
第２図は本発明のセラミックスを基板として用いて製造
した半導体パワーモジュールの組立断面図、第３図は従
来法になるアルミナ基板を用いて製造した半導体パワー
モジュールの組立断面図、第４図及び第５図は本発明の
セラミックスを基板として用いた半導体パッケージの組
立断面図である。 １．１１・・・半導体素子、２・・・セラミックス基板
。 ３・・・半ｍ、４・・・リード線、５・・・導体（ワイ
ヤ）、２０・・・リードフレーム、２１・・・セラミッ
クスキャップ、２２・・・シールガラス、２３・・・金
ペースト、２４・・・レジン接着剤、２５・・・放熱フ
ィン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒
    化アルミニウムであり、理論密度の９０％以上の密度を
    有する焼結体であり、前記炭化ケイ素中のホウ素、アル
    ミニウム及び窒素の合計量が０．１ｗｔ％以下、鉄、チ
    タン、バナジウム、クロム及びニッケルの合計量が０．
    ２ｗｔ％以下、及び窒化アルミニウム中の酸素量が１ｗ
    ｔ％以下、ケイ素、鉄、マグネシウムの合計量が０．５
    ｗｔ％以下であることを特徴とする高熱伝導・電気絶縁
    性窒化アルミニウム焼結体。 ２、前記焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・＾
    ０Ｋ以上、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上及
    び２０℃の絶縁耐圧が１０ＫＶ／ｃｍ以上である特許請
    求の範囲第１項に記載の高熱伝導・電気絶縁性窒化アル
    ミニウム焼結体。 ３、炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒
    化アルミニウムであり、理論密度の９０％以上の密度を
    有する焼結体であり、前記炭化ケイ素中のホウ素、アル
    ミニウム及び窒素の合計量が０．０３ｗｔ％以下、鉄、
    バナジウム、クロム及びニッケルの合計量が０．０３ｗ
    ｔ％以下、チタン０．２ｗｔ％以下、及び前記窒化アル
    ミニウムの酸素量が０．３ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、マ
    グネシウムの合計量が０．２ｗｔ％以下である高熱伝導
    ・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体。 ４、炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒
    化アルミニウムであり、理論密度の９０％以上の焼結体
    であり、該焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・
    ＾０Ｋ以上、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上
    、２０℃の絶縁耐圧が１０ＫＶ／ｃｍ以上及び１ＭＨｚ
    における誘電率が１０以下である高熱伝導・電気絶縁性
    窒化アルミニウム焼結体。 ５、炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒
    化アルミニウムであり、理論密度の９０％以上の焼結体
    であり、該焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・
    ＾０Ｋ以上、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上
    、２０℃の絶縁耐圧が２０ＫＶ／ｃｍ以上、１ＭＨｚに
    おける誘電率が１０以下、２０℃曲げ強さが４００ＭＰ
    ａ及び２０℃破壊靭性値が５ＭＮ／ｍ＾３＾／＾２以上
    である高熱伝導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体。 ６、平均粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ粉末
    ２０〜４０重量％と、平均粒径が１０μｍ以下のＡｌＮ
    粉末８０〜６０重量％を混合し、該混合粉末を生成形し
    たのち、非酸化性雰囲気中において１７５０〜１９００
    ℃の温度で理論密度の９０％以上になるのに十分な時間
    焼結することを特徴とする高熱伝導・電気絶縁性焼結体
    の製造方法。 ７、前記生成形体を非酸化性雰囲気中において１７５０
    〜１９００℃の温度で無加圧焼結する特許請求の範囲第
    ６項に記載の高熱伝導・電気絶縁性焼結体の製造方法。 ８、前記生成形体を非酸化性の雰囲気中において、１６
    ００〜１９００℃の温度、１０ＭＰａ以上の荷重を加え
    てホットプレス焼結する特許請求の範囲第６項に記載の
    高熱伝導・電気絶縁性焼結体の製造方法。 ９、前記生成形体を非酸化性の雰囲気中において、１６
    ００〜１９００℃の温度、１０ＭＰａ以上の雰囲気圧力
    下においてホツトアイソスタテツクプレス法によつて焼
    結する特許請求の範囲第６項に記載の高熱伝導・電気絶
    縁性焼結体の製造方法。 １０、平均粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ粉
    末２０〜４０重量％と、平均粒径が１０μｍ以下のＡｌ
    Ｎ粉末８０〜６０重量％を混合し、該混合粉末を生成形
    したのち、非酸化性雰囲気中において１７５０〜１９０
    ０℃の温度で理論密度の９０％以上、２０℃の熱伝導率
    が２５０Ｗ／ｍ・＾０Ｋ以上、２０℃の比抵抗が１０＾
    １＾０Ωｃｍ以上及び２０℃の絶縁耐圧が１０ＫＶ／ｃ
    ｍ以上になるのに十分な時間焼結することを特徴とする
    高熱伝導・電気絶縁性焼結体の製造方法。 １１、ホウ素、アルミニウム及び窒素の合計量が０．１
    ｗｔ％　以下、鉄、チタン、バナジウム、クロム及びニ
    ッケルの合計量が０．２ｗｔ％以下であり、平均粒径が
    ２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ粉末２０〜４０ｗｔ
    ％と、酸素量が１ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、マグネシウ
    ムの合計量が０．５ｗｔ％以下であり、平均粒径が１０
    μｍ以下のＡｌＮ粉末８０〜６０ｗｔ％とを混合し、該
    混合粉末を生成した後、非酸化性雰囲気中で１７５０〜
    １９００℃の温度で理論密度の９０％以上になるよう十
    分な時間焼結することを特徴とする高熱伝導・電気絶縁
    性窒化アルミニウム焼結体の製造方法。 １２、前記焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・
    ＾０Ｋ以上、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上
    及び２０℃の絶縁耐圧が１０ＫＶ／ｃｍ以上である特許
    請求の範囲第１１項に記載の高熱伝導・電気絶縁性窒化
    アルミニウム焼結体の製造方法。 １３、ホウ素、アルミニウム及び窒素の合計量が０．０
    ３ｗｔ％以下、鉄、バナジウム、クロム及びニッケルの
    合計量が０．０３ｗｔ％以下、チタン０．２ｗｔ％以下
    であり、平均粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ
    粉末２０〜４０ｗｔ％と、酸素０．３ｗｔ％以下、ケイ
    素、鉄、マグネシウムの合計量が０．２ｗｔ％以下であ
    り、平均粒径が１０μｍ以下のＡｌＮ粉末８０〜６０ｗ
    ｔ％とを混合し、該混合粉末を生成形した後、非酸化性
    雰囲気中で１７５０〜１９００℃の温度で理論密度の９
    ０％以上になるように十分な時間焼結することを特徴と
    する高熱伝導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体の製
    造方法。 １４、ホウ素、アルミニウム及び窒素の合計量が０．１
    ｗｔ％以下、鉄、チタン、バナジウム、クロム及びニッ
    ケルの合計量が０．２ｗｔ％以下であり、平均粒径が２
    ０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ粉末２０〜４０ｗｔ％
    と、酸素量が１ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、マグネシウム
    の合計量が０．５ｗｔ％以下であり、平均粒径が１０μ
    ｍ以下のＡｌＮ粉末８０〜６０ｗｔ％とを混合した混合
    粉末からなることを特徴とする高熱伝導・電気絶縁性窒
    化アルミニウム焼結体用粉末組成物。 １５、ホウ素、アルミニウム及び窒素の合計量が０．０
    ３ｗｔ％以下、鉄、バナジウム、クロム及びニッケルの
    合計量が０．０３ｗｔ％以下、チタン０．２ｗｔ％以下
    であり、平均粒径が２０μｍ以下のα型又はβ型ＳｉＣ
    粉末２０〜４０ｗｔ％と、酸素０．３ｗｔ％以下、ケイ
    素、鉄、マグネシウムの合計量が０．２ｗｔ％以下であ
    り、平均粒径が１０μｍ以下のＡｌＮ粉末８０〜６０ｗ
    ｔ％とを混合した混合粉末からなることを特徴とする高
    熱伝導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体用粉末組成
    物。 １６、セラミックス基体に搭載された半導体素子を備え
    た半導体装置において、前記セラミックス基体は、炭化
    ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒化アルミ
    ニウムであり、理論密度の９０％以上の密度を有する焼
    結体であり、前記炭化ケイ素中のホウ素、アルミニウム
    及び窒素の合計量が０．１ｗｔ％以下、鉄、チタン、バ
    ナジウム、クロム及びニッケルの合計量が０．２ｗｔ％
    以下、及び窒化アルミニウム中の酸素量が１ｗｔ％以下
    、ケイ素、鉄、マグネシウムの合計量が０．５ｗｔ％以
    下である高熱伝導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体
    からなることを特徴とする半導体装置。 １７、前記焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・
    ＾０Ｋ以上、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上
    及び２０℃の絶縁耐圧が１０ＫＶ／ｃｍ以上である高熱
    伝導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体からなる特許
    請求の範囲第１６項に記載の半導体装置。 １８、セラミックス基体にろう付接合された半導体素子
    を備えた半導体装置において、前記セラミックス基体は
    炭化ケイ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒化ア
    ルミニウムであり、理論密度の９０％以上の密度を有す
    る焼結体であり、前記炭化ケイ素中のホウ素、アルミニ
    ウム及び窒素の合計量が０．０３ｗｔ％以下、鉄、バナ
    ジウム、クロム及びニッケルの合計量が０．０３ｗｔ％
    以下、チタン０．２ｗｔ％以下、及び前記窒化アルミニ
    ウムの酸素量が０．３ｗｔ％以下、ケイ素、鉄、マグネ
    シウムの合計量が０．２ｗｔ％以下である高熱伝導・電
    気絶縁性窒化アルミニウム焼結体からなることを特徴と
    する半導体装置。 １９、セラミックス基体に搭載された半導体素子を備え
    た半導体装置において、該セラミックス基体は、炭化ケ
    イ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒化アルミニ
    ウムであり、理論密度の９０％以上の焼結体であり、該
    焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・＾０Ｋ以上
    、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上、２０℃の
    絶縁耐圧が１０ＫＶ／ｃｍ以上及び１ＭＨｚにおける誘
    電率が１０以下である高熱伝導・電気絶縁性窒化アルミ
    ニウム焼結体からなることを特徴とする半導体装置。 ２０、セラミックス基体に搭載された半導体素子を備え
    た半導体装置において、該セラミックス基体は、炭化ケ
    イ素２０〜４０ｗｔ％及び残部が実質的に窒化アルミニ
    ウムであり、理論密度の９０％以上の焼結体であり、該
    焼結体は２０℃の熱伝導率が２５０Ｗ／ｍ・＾０Ｋ以上
    、２０℃の比抵抗が１０＾１＾０Ωｃｍ以上、２０℃の
    絶縁耐圧が２０ＫＶ／ｃｍ以上、１ＭＨｚにおける誘電
    率が１０以下、２０℃曲げ強さが４００ＭＰａ及び２０
    ℃破壊靭性値が５ＭＮ／ｍ＾３＾／＾２以上である高熱
    伝導・電気絶縁性窒化アルミニウム焼結体からなること
    を特徴とする半導体装置。
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