JPS6355812A - 熱伝導性基板 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、窒化アルミニウム系焼結体を基体とした熱伝
導性基板に関する。

（従来の技術） 従来より回路基板の構成において、酸化ベリリウム系絶
縁板を基板として用いると、その良好な熱伝導性のため
に小型ながら高出力の回路基板が得られることが知られ
ている。これは基板上に設けられた電子部品の動作発熱
が容易に放熱されるため、電子部品の負荷を大きくとり
うろことになるからである。ところでこの酸化ベリリウ
ム系絶縁基板は毒性の点で問題があり、この代替えとし
て窒化ホウ素系焼結体や窒化アルミニウム系焼結体の使
用が試みられている。特に、窒化アルミニウム系焼結体
は窒化ホウ素系焼結体に比べ安価に得られること、ざら
にｔＦｉ緘的強度も優れていること等から絶縁基体とし
て注目されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような焼結窒化アルミニウム系基体
は金属との濡れ性に劣るなめ、熱伝導性向上を目的とし
て、例えばモリブデン−マンガン合金、モリブデン、タ
ングステン等をメタライズしようとしても被着し難いと
いう欠点があった。

従って、焼結窒化アルミニウム系基体については所要面
に金属層が強固に接合された熱伝導性の良好な回路基板
用に適するものは未だ開発されていないのが実情である
。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、毒性がなく熱伝導性および強度に優れた焼結窒化ア
ルミニウム系基体を用い、所要面に金属層が強固に接合
された熱伝導性基板を提供することを目的とする。

［発明の梢成］ （問題点を解決するための手段） 本発明者らはこのような問題点を解決するべく種々検討
した結果、焼結窒化アルミニウム系基体に結合剤を含有
させてから金属と接合させれば、焼結窒化アルミニウム
系基体と被覆金属とが強固に一体化し、剥楚の生じない
、長期間にわたって優れた熱伝導性を有する熱伝導性基
板が得られることを見出した。

すなわち本発明の熱伝導性基板は、基体内に金属との結
合に必要な量の結合剤を含有させた焼結窒化アルミニウ
ム系基体に、金属を加熱により直接接合してなることを
特徴としている。

本発明における焼結窒化アルミニウム系基体としては、
窒化アルミニウム粉末もしくは窒化アルミニウムに焼結
助剤としてイツトリウム、アルミニウム、カルシウム、
ストロンチウム、バリウム等の酸化物、炭酸塩、または
他の塩類あるいは炭化ケイ素を少なくとも　１種添加し
た粉末に、例えば結合剤として酸素を使用した場合、酸
化物の形で金属との結合に必要な量を添加して、これを
所望の形状に成形し焼結したものを使用する。

この結合剤の含有量は、例えば結合剤が酸素の場合、組
成物中酸化物の形で５〜５０重量％、好ましくは１０〜
３０重量％３占めろ量が適している。二〇伍未満では接
合が不充分になり、この値を越えると本来の窒化アルミ
ニウムの特性が失われる。

酸化物としては、酸化イツトリウム、酸化チタン、アル
ミナ、二酸化けい素、酸化マグネシウムおよびガラス質
あるいは焼結助剤としてあげた酸化物等が挙げられる。

本発明に適用される金属としては、銅、鉄、クロム、ニ
ッケル、モリブデン、銀、コバルト、アルミニウム等の
単体、合金あるいは混合物があげられ、その形状は板状
等の有形状のもののほが箔状、粒状であってもよい。ま
た、これらの金属は、金属中に結合剤を１００〜２００
０ρｇｍ含有しているものの使用が好ましく、その理由
は接合がより容易になることによる。例えば金属が銅で
結合剤が酸素の場合は銅として、タフピッチ電解銅を使
用することが好ましい、あるいは金属をあらかじめ結合
剤で表面処理し、表面に２００〜５０００人の一結合剤
を含む府を形成したものを使用すれば同様に接合が容易
になる。

本発明の熱伝導性基板は、結合剤を含有させた焼結窒化
アルミニウム系基体上に金属を接触配置させ、これを加
熱することによって得られる。金属は基体全体に設けて
もよく、あるいは島状または格子状に選択的に設けても
よい。この加熱温度は、金属の融点以下でかつ金属と結
合剤との共晶合金の共晶温度以上が適している。例えば
金属が銅で結合剤が酸素の場合は、銅の融点（１０８３
℃）以下、銅−酸化銅の共晶温度（１０６５℃）以上で
ある。また、加熱に際して金属として結合剤を含有する
もの、あるいは結合剤で表面処理したものを使用する場
合は、金属、結合剤、窒化アルミニウムに対して不活性
なガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気中で加熱すること
が好ましく、結合剤を含有しない金属を使用する場合は
、結合剤を０．０３〜０．１■０１％含有する反応性の
ガス雰囲気中で加熱することが接合のしやすさの点で好
ましい。

（作　用） 本発明の熱伝導性基板において、基体の母材となる窒化
アルミニウムは、熱伝導率が高く放熱性に優れ、高電気
絶縁性、低誘電率を示し、さらに熱膨張率も小さく、熱
伝導性基板に必要とされる種々の性質を有している。ま
た、結合剤を含有させた窒化アルミニウム系焼結体上に
金属を直接接触配置させ、これをコントロールされた雰
囲気中で加熱することによって、接触界面に金属−結合
剤共晶液層を生成させ、この液層が窒化アルミニウム系
焼結体表面を濡らし、次いで冷却することにより金属と
焼結窒化アルミニウム系基体とが接合されているので、
接合力も強固である。

（実施例） 次に、本発明の実施例について説明する。

実施例 酸化イツトリウム５重量％、アルミナ５重量％、二酸化
けい素５重量％を含有する窒化アルミニウムからなる厚
さ　２１１のセラミック板上に、酸素含有量的４００！
ＩｐＩのタフピッチ電解銅からなる厚さ０、３１１１１
の板状金属を直接接触させて、窒素“ガス雰囲気中で１
０７５℃で１０分間加熱して接合させた０次に、はぼ室
温まで冷却してから、接合部のビール強度を測定したと
ころ、８〜１２に！ＩＩ／ｕｊと良好な値を示した。

［発明の効果］ 本発明の熱伝導性基板は、焼結窒化アルミニウム系基体
の表面に金属層が強固に密着して形成されているので、
熱抵抗が小さく、また耐電圧が高く大電流を流すことが
でき、さらに小型化が可能である。また、半田付けも容
易であり、さらに切断加工しても金属の剥離が生じず、
生産性が大きいという利点がある。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体内に金属との結合に必要な量の結合剤を含有
   させた焼結窒化アルミニウム系基体に、金属を加熱によ
   り直接接合してなる熱伝導性基板。
2. （２）金属は結合剤を含有する特許請求の範囲第１項記
   載の熱伝導性基板。
3. （３）金属は結合剤で処理されている特許請求の範囲第
   １項記載の熱伝導性基板。
4. （４）加熱温度は金属の融点以下でかつ金属と結合剤と
   の共晶合金の共晶温度以上である特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれか１項記載の熱伝導性基板。
5. （５）金属は銅である特許請求の範囲第１項ないし第４
   項のいずれか１項記載の熱伝導性基板。
6. （６）結合剤は酸素である特許請求の範囲第１項ないし
   第５項のいずれか１項記載の熱伝導性基板。
7. （７）加熱は不活性ガス雰囲気中で行なわれる特許請求
   の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項記載の熱伝導
   性基板。