KR100516759B1

KR100516759B1 - 질화알루미늄소결체 및 그로부터 제조된 금속화기판

Info

Publication number: KR100516759B1
Application number: KR10-1998-0046015A
Authority: KR
Inventors: 야스히사 유시오; 히로히코 나카타; 카즈타카 사사키; 마스히로 나츠하라; 모토유키 타나카
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2005-12-28
Also published as: CA2252075A1; KR19990037503A; JPH11278941A; EP0913371A3; US6174614B1; EP0913371B1; DE69803910T2; JP4161423B2; CA2252075C; DE69803910D1; EP0913371A2

Abstract

질화알루미늄소결체는 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유한다. 상기 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계 소결조제를 이용함으로써, 원료분말의 성형체를 탈지후 균열없이 저온에서 소성함으로써 질화알루미늄소결체를 얻을 수 있고, 이 질화알루미늄소결체는 색, 강도 및 열전도율의 균일성을 지닌다. 또, 상기 질화알루미늄소결체는, W 및/또는 Mo의 고융점 금속화층을 형성함으로써 전자부품용의 저렴하고, 고품질의 금속화기판을 제공할 수 있다. 또, 질화알루미늄소결체위에, Zn 및 Cu의 각 산화물을 함유하는 Ag금속화층 또는 B, Pb, Cr 및 Ca의 각 산화물을 함유하는 Ag-Pd금속화층과, 필요시 절연성의 유리층을 또 형성할 수 있다.

Description

질화알루미늄소결체 및 그로부터 제조된 금속화기판

본 발명은 열전도율이 높은 질화알루미늄소결체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저온소결을 통해 제조가능하고, 색이나 강도가 균일하며, 저렴하고, 또 품질이 우수한 질화알루미늄소결체에 관한 것이며, 또한 이러한 소결체를 구비한 금속화(metallized)기판에 관한 것이다.

최근, 각종 전자부품용의 절연기판으로서, 종래부터 사용되고 있던 알루미나대신에 열전도율이 높고, 또 열팽창률이 낮은 질화알루미늄(AlN)이 사용되고 있다. 또, 질화알루미늄소결체는, 전기절연성이 우수하고, 열전도율이 높으며, 또한 열팽창계수가 실리콘에 비교적 가깝기 때문에, 하이파워 하이브리드 IC용 기판으로서의 응용이 기대되고 있다.

하지만, 질화알루미늄의 소결온도는 일반적으로 1800℃이상으로 비교적 고온이므로, 이것에 충분히 대응할 수 있는 소결로나 지그부품 등이 없으므로, 번잡한 소결로의 보수나 지그의 폐기·교환을 빈번하게 행할 필요가 있다. 또, 질화알루미늄은 고온에서 소결되고 있으므로, 보다 많은 소결에너지가 필요하다. 그 결과, 질화알루미늄소결체는 알루미나소결체보다도 값비싸게 되고, 이것이 질화알루미늄의 보급에 장애로 되고 있다.

일반적으로, 질화알루미늄은, 알루미나에 비해서 소결하기 어렵고, 그 소결방법에 대해서는, 주로 희토류 금속화합물이나 알칼리토금속화합물을 소결조제로서 사용하고 있었다. 특히, 소결온도를 저하시키기 위하여, 구체적으로는 1700℃이하에서 소결을 가능하게 하기 위하여, 희토류금속화합물과 알칼리토금속화합물과의 병용이 검토되고, 대표적인 소결조제는, 칼슘화합물과 이트륨화합물을 조합해서 이루어지고, 이에 대해서 많은 연구가 행해져왔다.

예를 들면, 일본국 특허공개공보 제 153,173/1987호, 일본국 특허공고공보 제 49,613/1994호, 일본국 특허공개공보 제 175,867/1997호 등에는, 질화알루미늄, 희토류원소/알루미늄산화물 및 알칼리토류원소/알루미늄산화물로 이루어지고, 희토류금속화합물과 알칼리토금속화합물을 조합해서 함유하는 질화알루미늄으로부터 얻어진 소결체가 개시되어 있다. 또, 일본국 특허공개공보 제 190,761/1988호, 일본국 특허공고공보 제 17,457/1995호 등에는, 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 소결제로서 칼슘화합물과 이트륨화합물을 함유하는 소결체가 개시되어 있다.

또한, 일본국 특허공고공보 제 7,349/1993호에는 질화알루미늄에 소결조제로서 주기율표의 제 3A족 원소의 질화물과, 제 3A족원소의 산화물 및 불화물, 제 2A족원소의 질화물, 산화물 및 불화물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 첨가함으로써, 치밀하고 열전도율이 높은 질화알루미늄소결체를 얻는 기술이 개시되어 있다.

또, 질화알루미늄소결체를 IC기판 등의 전자부품용 기판으로서 사용하기 위해서는, 질화알루미늄기판에 금속화처리를 행할 필요가 있다. 이 방법의 하나로서, 텅스텐, 몰리브덴 또는 탄탈 등의 고융점금속의 페이스트를, 소결체 또는 성형체의 표면에 도포하고, 얻어진 구조체를 비산화성 분위기중에 있어서 고온에서 소성해서 고융점 금속화층을 형성하는 금속화법이 알려져 있다.

예를 들면, 일본국 특허공개공보 제 29,991/1988호에는, 소결조제로서 희토류원소 및 알칼리토류원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 질화알루미늄으로 이루어진 성형체상에, 텅스텐, 몰리브덴, ZrN, TiN 등을 주성분으로 하고, 또 희토류원소 및 알칼리토류원소로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 도체층을 형성하고, 이들 성형체 및 도체층을 동시에 소결시켜서, 휨이 없고, 열전도율, 표면저항 및 인장강도가 우수한 질화알루미늄회로기판을 얻는 것이 개시되어 있다. 또, 일본국 특허공고공보 제 71,198/1993호에는, 주성분으로서의 질화알루미늄에 소결조제로서의 Y₂O₃를 첨가해서 1800℃의 고온에서 소결시키고, 그 소결체상에, 텅스텐과 몰리브덴사이에서 선택된 고융점금속과 접착증강제로서의 SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, BaO 및 B₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종과의 혼합물을 1600℃이상에서 소결해서 형성하여 접합강도가 양호한 질화알루미늄회로기판을 얻는 방법이 개시되어 있다.

그러나, 질화알루미늄소결체표면에 금속페이스트를 도포한 후, 소성하는 후소성(post-firing)금속화방법에 있어서는, 기판의 소결과는 별도로, 금속화를 위한 고온처리를 필요로 하기 때문에 비용상승을 초래하여 바람직하지 않다. 이러한 결점을 제거하기 위한 대책으로서, 기판의 소결과 동시에 금속페이스트를 소성해서 금속화층을 형성하는 동시소성(co-firing)금속화방법이 있으나, 이 방법에서는 소결체의 변형이 크다고하는 문제점이 있다. 또 적어도 1종의 고융점금속을 주성분으로 하는 금속화층은 내식성 및 전기전도성이 나쁘므로, 일반적으로 그 위에 도금을 실시할 필요가 있고, 그 결과 금속화기판의 비용상승을 초래한다고 하는 문제점이 있다.

이들 문제점을 해결하기 위하여, 금, 백금, 은 등을 사용한 금속화법이 개발되어 있다. 그 예로서는, 일본국 특허공고공보 제 76,795/1993호에는, 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 이트륨, 희토류금속 및 알칼리토금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 질화알루미늄세라믹기재에, 은이나 금의 페이스트로부터 형성된 금속화층을 설치한 회로기판이 개시되어 있다. 이 방법에 있어서는, 주로 질화알루미늄소결체에 함유되는 소결조제에 의해, 금속화층과 기재간의 밀착강도를 확보하도록 하고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 소결조제로서 희토류금속화합물과 알칼리토금속화합물을 병용함으로써, 종래의 것보다도 저온에서 소결을 행할 수 있어, 고밀도이고 열전도율이 높은 질화알루미늄소결체를 제조하는 것이 가능해졌다. 그 결과, 파워소자 등의 고발열성 반도체소자용의 기판으로서 질화알루미늄의 사용이 점차 확산되고 있다.

그러나, 현재 주류인 칼슘/이트륨 소결조제를 이용해서 소결을 행할 경우, 얻어지는 질화알루미늄소결체에, 색불균일, 강도불균일, 열전도율의 불균일 등의 결점이 있었다. 따라서, 질화알루미늄소결체에 상기 금속화용의 금속중의 어느 것을 금속화할 경우 색불균일이 없고 또 밀착성이 양호한 금속화기판을 얻는 것은 곤란하였다. 그 때문에, 질화알루미늄소결체 및 이것을 사용한 금속화기판의 수율은 저하하고, 그 결과 이들 질화알루미늄제품의 가격을 상승시키는 주요 원인으로 되고 있었다.

또, 소결시에 질화알루미늄분말성형체중에 바인더가 탄소로서 다량 존재하면 성형체의 소결성에 악영향을 미친다. 특히, 열전도율향상을 위하여 질소분위기중에서 탈지공정을 행할 경우에는 탄소의 잔존량이 많아지므로, 소결성이 상당히 저하한다. 그 때문에, 얻어진 질화알루미늄소결체의 밀도, 강도 및 열전도율이 불균일해지고, 금속화층의 밀착성도 저하하기 쉽다고 하는 결점이 있었다. 또한, 소결조제의 1성분으로서 칼슘화합물을 사용한 경우, 소결전에 수 100℃에서 탈지를 행한 탈지체가 흡습성이 높아지므로, 단시간내에 탈지체에 다수의 균열이 발생하여 소결에 부적합하게 된다고하는 문제점도 있었다.

한편, 질화알루미늄금속화기판에 대해서는, 상기와 같이, 고융점금속대신에 금이나 은 등을 사용한 금속화법이 제안되어 있으나, 이 방법으로 질화알루미늄소결체에 금이나 은 등의 금속화층을 형성할 경우, 금속화층과 소결기재와의 사이에 만족할 수 있는 밀착성을 얻는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있었다. 이것은, 금속화층의 밀착성이 일반적으로 소결체 기재에 함유되는 질화알루미늄이외의 성분 및 그들의 함유량, 금속화층에 함유되는 유리성분 및 그들의 함유량 등에 따라 크게 다르기 때문이다. 또, 금속화층의 전기회로부재로서의 저항치의 안정성 등의 중요한 특성도 이들 요인에 따라서 변화한다. 또, 회로부재로서의 금속화층에 절연피복이 필요한 경우에는, 절연성의 유리층과 질화알루미늄기재 및 금속화층과의 일치(matching)도 또 중요하다.

본 발명의 목적은, 이와 같은 종래기술의 사정하에, 소결전의 탈지체에 균열이 없고, 저온소결이 가능한 동시에, 색의 균일성을 지니고, 강도 및 열전도율의 불균일성이 저감된, 저렴하고, 고품질의 질화알루미늄소결체를 제공하는 데 있다.

또, 본 발명은, 기재로서의 상기 소결체와, 밀착성이 우수한 고융점 금속화층을 구비한 값싸고 고품질의 고융점 금속화기판;

기재로서의 상기 소결체와, 은 또는 은-팔라듐을 주성분으로서 함유하고, 밀착성 및 저항체의 안정성이 우수한 금속화층을 구비한 금속화기판; 및

소결체와 금속화층을 구비하고, 상기 소결체와 금속화층과의 일치성이 우수한 전기절연성의 유리층을 또 구비한 금속화기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, 특정 배합비의 칼슘(Ca)화합물, 이테르븀(Yb)화합물 및 네오디뮴(Nd)화합물로 이루어진 3원계의 소결조제를 사용함으로써, 상기 종래의 과제를 상당히 완화할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본 발명이 제공하는 질화알루미늄소결체는, 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유하는 소결체이다. 특히, 이 소결체는, 소수성분에 대해서는 이하의 관계, 즉

0.01≤x≤1.0 및 0.1≤(y+z)≤10

(식중, x, y 및 z는 각각 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃로 환산했을때의 함유량(중량%)임)을 만족하는 것이 바람직하며, 또 상기 조성을 지닌 소결체는 이하의 관계, 즉

(y+z)/x≥10을 만족하는 것인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 질화알루미늄소결체에 있어서는, 주기율표의 제 8족에 속하는 전이원소중 적어도 1종의 원소의 화합물을, 해당 원소로 환산해서 0.01∼1중량% 함유함으로써, 또 저온에서의 소결이 가능함과 동시에, 소결체가 착색되어 있으므로, 색불균일을 한층 적게 할 수 있다. 또, 그 원소의 함유량을 0.1중량%(1000ppm)이상으로 조절함으로써 이들 효과를 증대시킬 수 있다.

또, 질화알루미늄소결체는, 그 소결성의 향상 및 금속화층의 밀착강도의 향상의 견지로부터, 질화알루미늄을 함유하는 원료분말에, 산화알루미늄 또는 소성에 의해 산화알루미늄으로 변화되는 화합물을, 첨가해서 소결하여 얻어진 것이 바람직하다. 또, 그 첨가량은, CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃로 환산한 상기 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물의 합계에 대해서, 상기 산화물로 환산한 양으로 0.1∼5중량%의 범위가 바람직하다. 또한, 질화알루미늄소결체는, 해당 소결체상에 형성되는 금속화층의 강도를 높이는 견지로부터, 규소 또는 규소화합물을 규소원소로 환산해서 0.01∼0.5중량% 함유하는 것이 바람직하다.

본 발명이 제공하는 고융점금속을 지닌 질화알루미늄금속화기판의 하나는, 상기한 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체와, 이 질화알루미늄소결체의 표면의 적어도 일부에 형성된, 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 주성분으로서 함유하는 고융점 금속화층을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 질화알루미늄금속화기판에서는, 질화알루미늄소결체와 고융점 금속화층과의 밀착성을 개선하기 위한 견지로부터, 상기 고융점 금속화층이 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 알루미늄화합물 및 규소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이들 화합물의 상기 고융점 금속화층중에 있어서의 전체함유량은 대응하는 각각의 산화물로 환산해서 1.0∼40중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 고융점금속으로 금속화된 질화알루미늄기판의 제조방법에는 동시소성금속화법과 후소성금속화법의 2가지 방법이 있다. 동시소성금속화법에 의한 질화알루미늄금속화기판의 제조방법은, 질화알루미늄분말을 주성분으로 하고, 칼슘화합물분말, 이테르븀화합물분말 및 네오디뮴화합물분말을 함유하는 원료분말로 이루어진 성형체의 표면의 적어도 일부에, 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 주성분으로 하는 적어도 1종의 고융점금속을 주성분으로서 함유하는 페이스트를 도포하는 공정; 및 얻어진 구조체를 동시소성해서 질화알루미늄소결체를 얻는 동시에 고융점 금속화층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 후소성금속화법으로 질화알루미늄금속화기판을 제조하는 방법은, 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체의 표면의 적어도 일부에, 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 주성분으로 하는 적어도 1종의 고융점금속을 주성분으로서 함유하는 페이스트를 도포하는 공정; 및 얻어진 구조체를 소성해서 고융점 금속화층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명이 제공하는 질화알루미늄금속화기판의 하나는, 질화알루미늄을 주성분으로 하고, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체와, 이 질화알루미늄소결체의 표면의 적어도 일부에 형성된, 은을 주성분으로 하는 금속화층 및/또는 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층을 구비한 것이며,

상기 은을 주성분으로 하는 금속화층은 아연 및 구리의 각 산화물을 함유하고, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층은 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 각 산화물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 은을 주성분으로 하는 금속화층에 있어서의 아연 및 구리의 함유량은, 아연이 ZnO로 환산해서 0.1∼3.0중량%, 구리가 CuO로 환산해서 0.1∼3.0중량%인 것이 바람직하다. 또, 이 금속화층은, 또한 적어도 1종의 붕소의 산화물을 함유할 수 있고, 그 붕소의 함유량은 B₂O₃로 환산해서 2.0중량%이하인 것이 바람직하다. 또한, 붕소, 아연 및 구리의 전체함유량은, 각각 대응하는 산화물로 환산해서 0.2∼5.0중량%인 것이 바람직하다.

또, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층의 경우, 이 금속화층의 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 함유량은, 붕소가 B₂O₃로 환산해서 0.3∼5.0중량%, 납이 PbO로 환산해서 0.3∼5.0중량%, 크롬이 Cr₂O₃로 환산해서 0.1∼3.0중량%, 칼슘이 CaO로 환산해서 0.1∼2.5중량%인 것이 바람직하다. 또, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층이, 알루미늄, 니켈 및 비스무트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소의 산화물을 또 함유할 수 있고, 이들 각 원소의 함유량은, 알루미늄이 Al₂O₃로 환산해서 1.0중량%이하, 니켈이 NiO로 환산해서 0.5중량%이하, 비스무트가 Bi₂O₃로 환산해서 0.5중량%이하인 것이 바람직하다. 또한, 이 금속화층중의 알루미늄, 붕소, 납, 크롬, 니켈, 비스무트 및 칼슘의 전체함유량이 각각 대응하는 산화물로 환산해서 1.0∼10중량%인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 질화알루미늄금속화기판은, 그 표면의 적어도 일부에, 상기 금속화층의 전부 또는 일부를 덮도록 형성된 전기절연성의 유리층을 구비할 수 있고, 해당 유리층은 아연, 규소, 납 및 망간의 각 산화물의 적어도 1종을 함유한다. 이 경우, 상기 전기절연성의 유리층중의 아연, 규소, 납 및 망간의 함유량은, 아연이 ZnO로 환산해서 50∼85중량%, 규소가 SiO₂로 환산해서 5.0∼30중량%, 납이 PbO로 환산해서 3.0∼15중량%, 망간이 MnO로 환산해서 1.0∼10중량%인 것이 바람직하다.

질화알루미늄소결체에 색불균일이 발생하거나, 또 강도나 열전도율이 불안정한 이유는 반드시 간단하지는 않고, 확정된 설명도 알려져 있지 않지만, 본 발명자들은 이들 바람직하지 않은 현상의 원인으로서 이하의 설명이 가능하다는 기술적 견해에 도달하였다.

즉, 종래 주로 소결조제로서 이용되던 이트륨화합물은, 질화알루미늄중에 함유된 산화알루미늄과 결합함으로써, 2Y₂O₃·Al₂O₃(YAM), 3Y₂O₃·5Al₂O₃(YAG) 및 Y₂O₃·Al₂O₃(YAL) 등의 이트륨-알루미늄산화물이 주로 소결체의 결정입자경계에 생성된다. 또, 이트륨화합물이외의 희토류금속화합물에 대해서도, 마찬가지로 수종류의 산화물이 생성된다.

이들 산화물상의 생성온도는 각각 다르지만, 소결시 및 소결후의 냉각시의 소결체에는 온도분포가 존재하므로, 소결종료후의 이들 산화물의 분포는 불균일하다. 그 때문에, 투광성을 지니고 또 엷게 착색되어 있는 각 산화물이 불균일하게 분포되어 있으므로, 소결체에 색의 불균일이 발생하는 것으로 여겨진다. 또, 이들 산화물은 다른 액상온도를 지니므로, 소결이 불균일하게 진행되는 경향이 있어, 얻어진 소결체중에 입자직경이 5㎛를 초과하는 거친 결정입자나 결함이 다수 존재하게 되므로, 이들 결정입자나 결합의 존재에 의해, 소결밀도불균일, 기계적 강도의 열화 및 열전도율의 불균일 등의 문제가 소결체에 생기는 것으로 여겨진다.

본 발명에 있어서, 종래의 칼슘-이트륨계와 같은 2원소계의 소결조제대신에 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계소결조제를 사용함으로써, 생성되는 화합물의 액상온도를 저하시켜, 소결을 보다 균일하게 진행시키는 것이 가능하다. 또, 칼슘화합물로서는, CaO, CaCO₃ 등이 있고, 이테르븀화합물로서는 Yb₂O₃, Yb(NO₃)₃·4H₂O 등을 사용할 수 있으며, 네오디뮴화합물로서는 Nd₂O₃, Nd(NO₃)₃·6H₂O, Nd₂(CO₃)₃·8H₂O 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서의 칼슘-이테르븀-네오디뮴소결조제를 이용한 경우의 소결거동은, 다음과 같이 생각할 수 있다. 먼저, 소결에 의해 생성되는 각 산화물의 액상온도에 관해서는, 산화이테르븀-산화알루미늄계의 액상선은 1750℃, 산화네오디뮴-산화알루미늄계의 액상선은 1720℃에 있다. 이에 대해서, 종래의 산화이트륨-산화알루미늄계의 최저액상선은 1860℃로, 본 발명의 상기 각 산화물의 액상온도보다도 수십도 높다.

또, 종래의 이트륨화합물 대신에 이테르븀화합물과 네오디뮴화합물로 이루어진 2성분을 사용함으로써, 종래의 칼슘-이트륨-알루미늄의 3원계 화합물보다도 복잡한 칼슘-이테르븀-네오디뮴-알루미늄의 4원계 화합물이 구성되게 되어, 이들 4원소와 산소 및/또는 질소가 결합하여 복잡한 화합물이 생성된다. 이와 같이 해서 생성된 각 화합물의 조성 및 물성에 대해서는 반드시 명확하지는 않지만, 본 발명의 소결조제가 종래의 소결조제보다도 구성이 훨씬 복잡하기 때문에 보다 다양한 화합물의 생성과, 이들 화합물에 의한 액상선의 저하를 기대할 수 있다.

이와 같이, 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계 소결조제를 사용함으로써, 종래의 칼슘-이트륨의 2원계 소결조제보다도 액상온도가 낮아지는 것으로 여겨진다. 이 때문에, 소결이 진행하기 쉬워져, 종래에 비해서 색불균일이 적은 질화알루미늄소결체를 얻을 수 있다. 또, 이러한 균일한 소결의 진행에 의해, 결정입자직경이나 소결조제조성의 불균일이 저감될 뿐만 아니라, 소결체의 결함이 대폭 감소되므로, 소결체밀도를 향상시킬 수 있고, 또, 강도의 안정화와 열전도율의 균일화를 달성할 수 있다.

또, 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계 소결조제를 사용한 경우에 생성되는 화합물의 특성에 대해서도 명백하지는 않지만, 본 발명자들의 검토에 의하면, 이들 화합물은 종래의 칼슘-이트륨의 2원계 소결조제에 의해 생성되는 화합물보다도 진한 색으로 되고, 또 각 화합물간의 색차가 적은 것으로 여겨져, 이 특징도 색의 불균일의 저감에 크게 기여하고 있는 것으로 판명되었다.

일본국 특허공고공보 제 2,742,600호에는, AlN을 주성분으로 하고, 소결조제로서 이테르븀 또는 그 화합물과, 칼슘 또는 그 화합물을, 각각 이테르븀원소로 환산해서 0.5중량%이상, 칼슘원소로 환산해서 0.005중량%이상 함유하고, 부피밀도 3.2∼3.6g/㎤, 열전도율 120W/m·K이상인 질화알루미늄소결체와 그 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 본 발명자들의 연구에 의하면, 상기 발명은 네오디뮴을 함유하지 않는 칼슘-이테르븀의 2원계 소결조제를 사용하고 있으므로, 본 발명에 비해서 액상의 발생온도가 높아져, 소결이 균일하게 진행되지 않는 것으로 판명되었다.

또, 상기 일본국 특허공고공보 제 2,742,600호에 의하면, 소결이 충분히 진행한 후, 소결로속의 가스를 강제로 치환함으로써 소결체주위의 분위기를 소결조제의 증기압보다도 낮게 유지하거나, 탄소를 함유하는 질소분위기하에서 소결을 행함으로써, 소결조제의 휘발을 촉진시키므로, 첨가한 칼슘 및 이테르븀의 많은 부분이 휘발하게 된다. 구체적으로는, 상기 공보의 기재에 의하면, 이테르븀을 0.5중량%, 칼슘을 0.005중량% 함유하는 소결체는, Yb₂O₃를 3∼15중량%(이테르븀금속으로 환산해서 2.6∼13.2중량%), CaO를 0.01∼2중량%(칼슘금속으로 환산해서 0.007∼1.4중량%) 함유하는 성형체를 소결함으로써 얻고 있으므로, 휘발한 소결조제의 양이 가장 적은 경우에도, 이테르븀의 약 4/5, 칼슘의 약 2/7은 휘발에 의해 소실되고 있다. 본 발명자들의 검토결과에 의하면, 이와 같이 소결조제가 휘발된 소결체의 경우, 결정입자경계에 결함이 발생하고, 가시광을 반사하므로, 색불균일의 원인으로 되고 있는 것이 판명되었다.

이에 대해서, 본 발명에 있어서는, 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계 소결조제를 사용하고 있으므로, 상기한 바와 같이 액상의 발생온도가 더욱 저하하여, 소결이 보다 균일하게 진행한다. 또, 소결조제를 적극적으로 휘발시키는 공정은 사용하지 않으므로, 적어도 첨가된 소결조제의 7/10은 소결체중에 잔존한다. 따라서, 본 발명의 소결체는 상기 특허공보에 개시된 발명의 소결체에 비해서 색불균일성이 적고 또 안정한 강도를 얻는 것이 가능하다.

본 발명에 있어서, 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계 소결조제는, 각 성분화합물의 첨가량이 너무 적으면 소결조제로서의 상기와 같은 효과를 발휘할 수 없는 반면, 소결조제의 첨가량이 지나치게 많으면, 소결체의 열전도율, 강도 등이 저하한다. 또한, 칼슘화합물은 소결전의 탈지공정후에 산화칼슘으로 변화하고, 이 산화칼슘이 흡습성이므로, 대기중의 수분을 흡수해서 수산화칼슘으로 변화할때에 체적팽창을 일으켜, 탈지체에 균열이 발생한다. 따라서, 칼슘화합물의 첨가량에 대해서는, 그 상한을 정할 필요가 있다.

이들 점을 종합적으로 검토한 결과, 본 발명자들은, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물의 함유량은 각각 CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃로 환산한 때의 이들 3성분의 함유량을 각각 x, y 및 z(중량%)라 할 경우, 0.01≤x≤1.0 및 0.1≤(y+z)≤10의 관계를 만족하는 조성으로 하는 것이 바람직하다는 것을 발견하고, 또한 이 관계에 부가해서 (y+z)/x≥10의 관계를 만족할 때 보다 바람직한 효과가 얻어지는 것을 발견하였다.

칼슘화합물의 양 x가 0.01보다 적으면, 그 첨가의 효과가 충분히 발휘될 수 없어, 소결체밀도가 저하하므로, 기계적 강도나 열전도율도 불충분해지기 쉽다. 또, x가 1.0을 초과하면, 탈지체의 흡습성이 증가하여 균열이 발생하기 쉽게 된다. 이테르븀화합물과 네오디뮴화합물의 합계량 y+z가 0.1미만이면, 그 첨가의 효과를 충분히 얻을 수 없게 되어, 그 결과, 소결체의 밀도가 저하하므로, 기계적 강도나 열전도율이 불충분해지는 일이 있다. 또, y+z가 10을 초과하면, 입자경계에서 화합물의 양이 증가해서, 열전도율의 저하를 초래하는 일이 있다. 또, (y+z)/x가 10을 하회하면, 즉, 상대적으로 칼슘화합물의 양이 너무 많아지면, 탈지체가 흡습성으로 되기 쉬워, 균열이 생기기 쉬워진다.

또, 질화알루미늄소결체에 철(Fe)이나 니켈(Ni) 등의 주기율표의 제 8족원소의 화합물을 첨가하면, 소결체가 착색되므로, 보다 색불균일이 적은 소결체를 얻을 수 있다. 단, 제 8족원소의 화합물을 지나치게 첨가하면, 역으로 소결체의 강도나 색의 불균일을 초래하게 되므로, 그 첨가량은 각 원소로 환산해서 0.01∼1중량%범위내인 것이 바람직하다. 또, 그 함유량을 0.1중량%(1,000ppm)이상으로 조절함으로써 그 효과를 향상할 수 있다. 또, 이러한 제 8족원소는 고융점 금속화층중에 존재하는 무기성분에 의해 유리층을 형성하므로, 이들 원소의 존재는 고융점 금속화층의 밀착성향상에 대해서 만족할 만한 결과를 가져온다.

질화알루미늄소결체의 원료분말성형체중에는 탄소화합물로 이루어진 바인더가 존재하나, 이 바인더가 소성시에 과잉으로 존재하면, 질화알루미늄의 소결성에 악영향을 미친다. 또 소결전의 탈지공정을 대기 등의 산소의 존재하에 행하면 잔존탄소의 존재는 무시할 수 있지만, 열전도율향상을 위해 질소중에서 탈지를 행한 경우에는 특히 문제로 된다. 따라서, 이 문제를 해결하기 위하여, 상기 칼슘화합물, 이테르븀화합물, 네오디뮴화합물 등에 부가해서, 질화알루미늄원료분말에 산화알루미늄 또는 소성시에 산화알루미늄으로 변하는 화합물을 첨가해서 소결하는 것이 바람직하다.

이 산화알루미늄 또는 소성시에 산화알루미늄으로 변하는 화합물의 첨가에 의해, 성형체중에 존재하는 과잉의 탄소는 소결시에 산화알루미늄과 반응해서, 일산화탄소(CO)로 변화되어 제거된다. 이 반응을 통해서, 산화알루미늄은 분위기중에 존재하는 질소와 반응해서 질화알루미늄으로 변화한다. 산화알루미늄 또는 소성시에 산화알루미늄으로 변하는 화합물의 양은, CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃로 환산한 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물의 합계에 대해서, Al₂O₃로 환산해서 0.1중량%이상일 필요가 있으나, 산화알루미늄이 과잉으로 존재하면, 그 일부가 질화알루미늄소결체중에 잔류해서 열전도율을 저해하므로, 산화알루미늄 또는 그 화합물의 Al₂O₃로 환산한 양은 5중량%이하인 것이 바람직하다.

상기와 같이, 소결성이 개선되어, 색불균일이 적고, 강도 및 열전도율이 개선되어 균질화된 질화알루미늄소결체를 얻을 수 있다. 이러한 소결체를 전자부품용의 기판으로서 사용하기 위하여, 해당 소결체의 표면에, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점금속을 주성분으로 하고, Ag 또는 Ag-Pd를 주성분으로 하는 금속화층 및 필요에 따라 유리층을 형성해서, 금속화기판을 얻을 수 있다.

또, 금속화기판의 기재로서 사용되는 질화알루미늄소결체의 제조방법 및 금속화층의 형성방법 자체는, 각각의 첨가성분의 양을 각각의 특정범위로 조정하는 이외에는 종래와 본질적으로 마찬가지이다. 예를 들면, 질화알루미늄소결체의 제조는 AlN분말에 칼슘화합물분말, 이테르븀화합물분말 및 네오디뮴화합물분말을 첨가하고, 또 필요에 따라 규소화합물, 철 등의 제 8족 원소의 화합물, Al화합물 등의 분말을 첨가하여 바인더와 함께 혼합하고, 이 혼합물을 성형하고, 얻어진 성형체를 탈지한 후, 질소분위기중에서 소결한다.

금속화층의 밀착성은, 상기 3원계 소결조제에 의한 소결성의 개선이나 소결체에의 제 8족원소의 첨가에 의해 향상하나, 질화알루미늄소결체에 규소(Si) 또는 규소화합물을 첨가함으로써 금속화층이나 유리층의 밀착강도를 한층 향상시킬 수 있다. 그 이유는, 금속화층이나 유리층의 형성에 사용하는 페이스트중에는 일반적으로 규소화합물이 함유되므로, 페이스트의 소성시에 규소 또는 규소화합물이 소결체에 확산하여 반응을 일으켜, 페이스트의 젖음성을 개선하기 때문인 것으로 여겨진다. 그러나, 규소 또는 규소화합물을 과다하게 첨가하면 소결체의 열전도율의 저하를 초래하므로, 규소 또는 규소화합물의 첨가량은 규소원소로 환산해서 0.01∼0.5중량%의 범위가 바람직하다.

본 발명의 질화알루미늄금속화기판의 하나는, 질화알루미늄소결체의 표면에 금속화층을 구비한 것이다. 고융점 금속화층의 주성분의 예로서는, 텅스텐, 탄탈, 티탄, 지르코늄, 몰리브덴 등을 들 수 있으나, 특히 금속화층의 밀착성 등의 관점으로부터, 상기 층은 텅스텐 또는 몰리브덴을 주성분으로 한다. 이 텅스텐이나 몰리브덴을 주성분으로 하는 고융점 금속화층은, 소결체와의 밀착성을 개선하기 위하여, 소결체중에 첨가되는 원소, 즉, 희토류원소, 알칼리토류원소, 알루미늄 및 그외 전이원소를 함유해도 된다.

특히, 고융점 금속화층에 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 알루미늄화합물 및 규소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 첨가할 경우, 이들 화합물과 질화알루미늄소결체에 함유되는 소결조제와의 확산 및 반응이 촉진되어, 밀착성이 우수하고 치밀한 질화알루미늄소결체가 얻어진다. 따라서, 고융점 금속화층에 니켈 등의 도금을 행할 때에, 도금액이 고융점 금속화층에 잔존하지 않게 되어, 얼룩의 발생이나 도금층의 발포를 저감할 수 있다. 이들 화합물의 고융점 금속화층중의 전체함유량은 각각의 대응하는 산화물로 환산해서 1.0∼40중량%범위가 바람직하다.

상기 고융점 금속화층으로 금속화된 질화알루미늄기판의 제조방법을 이하 설명한다. 그 방법의 하나는, 소위 후소성금속화법으로서, 먼저, 질화알루미늄소결체를 제조한 후, 그 표면에 고융점 금속화층을 형성한다. 즉, 질화알루미늄분말에 칼슘화합물분말, 이테르븀화합물분말 및 네오디뮴화합물분말을 첨가하고, 또 필요에 따라서 규소화합물, 제 8족원소의 화합물, 알루미늄화합물 등을 첨가하고, 그 원료 분말의 성형체를 소결한다. 다음에, 얻어진 질화알루미늄소결체의 표면에 고융점금속을 함유하는 페이스트를 도포하고 소성한다. 페이스트는 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 주성분으로 하고, 이것에 상기 첨가화합물을 포함한 유리프릿(frit) 등을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 유기바인더(점질제)와 유기용제(바인더점도조정제)를 혼합해서 제조해도 된다.

제 2방법은 소위 동시소성금속화법으로서, 질화알루미늄소결체를 형성하기 위한 소결과 동시에 고융점 금속화층을 형성한다. 즉, 전술한 조성의 질화알루미늄 원료분말혼합물에 유기바인더를 첨가하고, 이것을 성형한다. 얻어진 성형체의 표면에 상기와 마찬가지의 고융점 금속페이스트를 도포하고, 성형체의 소결과 동시에 페이스트를 소성한다. 특히 3원계 소결조제의 사용에 의해, 질화알루미늄의 소결시에 저온에서 액상을 형성할 수 있으므로, 고융점금속을 함유하는 페이스트의 소성과 동시에 질화알루미늄의 소결이 가능해진다.

다음에, 질화알루미늄소결체상에 은 또는 은-팔라듐으로 이루어진 금속화층을 형성한 경우에 대해서 설명한다. 은(Ag)은 전기전도성이 높고 비교적 내부식성도 우수하고, 백금이나 금에 비해서 저렴하므로, 금속화층의 주성분으로서 바람직하다. 또, 금속화층의 주성분으로서 은을 선택할지, 은-팔라듐을 선택할지는 해당층의 용도에 따라 다르다. 즉, 금속화층을 전기회로기판상의 전극으로서 사용하거나, 그 전기회로의 저항치를 낮추고자 할 경우에는, 은을 주성분으로 하는 금속화층을 사용한다. 역으로, 전기회로의 저항치를 높이고자 하거나, 마이그레이션을 방지하고자 할 경우에는 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층을 사용하는 것이 바람직하다.

은을 주성분으로 하는 금속화층에서는 유리성분으로서 아연과 구리의 산화물을 함유하고, 또 필요에 따라서 붕소의 화합물을 함유해도 된다. 이들 원소의 산화물은 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴화합물을 소결조제로서 사용하는 질화알루미늄소결체에 대해서 뿐만 아니라, 금속성분으로서의 Ag에 대해서는 젖음성이 양호하므로, 금속화층과 질화알루미늄소결체간의 양호한 밀착성을 실현할 수 있다.

이 Ag금속화층중의 아연과 구리의 함유량에 대해서는, 각각 ZnO 및 CuO로 환산해서 0.1∼3.0중량%의 범위가 바람직하다. 이들 원소의 함유량이 상기 범위밖으로 되면, 은의 소성온도에 대해서 유리성분의 소성온도가 훨씬 높거나, 해당 층과 질화알루미늄소성체와의 양호한 밀착성을 손상시킬 염려가 있다.

또, 이 Ag금속화층에의 붕소의 첨가량은, 질화알루미늄소결체의 표면상에 존재하는 알루미나의 양에 따라서 적절하게 변화시킨다. 즉, 표면상에 산화물층이 과잉으로 존재할 경우에는 은금속화층에 붕소를 첨가할 필요는 없으나, 소결체에 그러한 처리가 실시되지 않은 경우에는, 붕소의 첨가에 의해서 은입자성장온도에 가까운 유리소성온도를 실현할 수 있다. Ag금속화층중의 붕소의 함유량은 B₂O₃로 환산해서 2.0중량%이하가 바람직하다. 그 이유는, B₂O₃는 내수성이 부족하므로, B₂O₃의 함유량이 2.0중량%를 초과하면, 공기중의 수분을 흡수해서, 시간의 경과와 함께 밀착강도가 저하하기 쉽기 때문이다.

Ag금속화층에 함유되는 유리성분, 즉, 붕소, 아연 및 구리의 함유량의 합계는, 각각 B₂O₃, ZnO 및 CuO로 환산해서 0.2∼5.0중량%인 것이 바람직하다. 그 함유량의 합계가 0.2중량%미만에서는, 금속화층과 질화알루미늄의 밀착강도가 불충분해지기 쉽고, 역으로, 그 함유량이 5.0중량%를 초과할 경우에는 유리성분이 과잉으로 되어 은입자의 성장을 저해하므로, 밀착강도가 저하한다.

한편, 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층은, 유리성분으로서 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 산화물을 함유하고, 바람직하게는 또 알루미늄, 니켈 및 비스무트의 적어도 1종의 산화물을 함유할 수도 있다. 필수의 유리성분인 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 각 산화물은, 질화알루미늄소결체중에 함유되는 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴화합물과 양호한 밀착성을 실현할 수 있는 동시에, 금속화층중에 은-팔라듐금속성분에 의한 젖음성이 양호하므로, 은-팔라듐금속화층과 질화알루미늄소결체와의 양호한 밀착강도를 실현할 수 있다.

이들 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 은-팔라듐금속화층중에 있어서의 함유량은, 붕소가 B₂O₃로 환산해서 0.3∼5.0중량%, 납이 PbO로 환산해서 0.3∼5.0중량%, 크롬이 Cr₂O₃로 환산해서 0.1∼3.0중량%, 칼슘이 CaO로 환산해서 0.1∼2.5중량%이다. 이들 유리성분의 어느 하나가 상기 범위밖으로 되면, 은-팔라듐금속화층의 밀착강도의 저하를 초래할 염려가 있다.

또, 임의의 유리성분인 알루미늄 및 비스무트의 각 산화물은, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 소결조제로서 사용하는 질화알루미늄소결체와의 젖음성이 양호한 동시에, 금속화층의 소성온도를 조정하는 데에도 사용된다. 즉, Al₂O₃는 유리성분의 소성온도를 상승시키는 역할을 하고, Bi₂O₃에는 역으로 소성온도를 저하시키는 역할을 한다. 따라서, 이들 물질을 적절하게 첨가함으로써 은-팔라듐금속화층의 소성온도를 조정할 수 있다.

은-팔라듐금속화층중에 있어서의 알루미늄 및 비스무트의 첨가량은, 알루미늄이 Al₂O₃로 환산해서 1.0중량%이하, 비스무트가 Bi₂O₃로 환산해서 0.5중량%이하인 것이 바람직하다. Al₂O₃의 함유량이 상기 범위밖으로 되면, 유리성분의 소성온도가 은-팔라듐입자성장온도보다도 훨씬 높아질 염려가 있고, Bi₂O₃의 함유량이 상기 범위밖으로 되면, 그 소성온도가 너무 저하할 염려가 있다.

또 하나의 임의의 유리성분인 니켈은 금속성분으로서의 은-팔라듐의 입자성장을 촉진시키는 역할을 한다. 이 니켈의 첨가량으로서는 NiO로 환산해서 0.5중량%이하가 바람직한다. 니켈의 양이 상기 범위내인 한, 은-팔라듐의 입자성장을 충분히 촉진할 수 있지만, 그 양이 상기 범위를 초과하면, 은-팔라듐입자가 과잉으로 성장할 염려가 있다. 그 결과, 은-팔라듐금속화층과 질화알루미늄소결체를 접합하고 있는 유리성분의 접촉면적이 상대적으로 감소하여, 은-팔라듐금속화층의 밀착강도가 저하할 경우가 있다.

은-팔라듐금속화층중의 붕소, 납, 크롬, 칼슘, 알루미늄, 니켈 및 비스무트의 함유량의 합계는, 각각의 대응하는 산화물로 환산해서 1.0∼10중량%범위가 바람직하다. 이들 유리성분의 함유량의 합계가 1.0중량%미만인 경우에는, 금속화층과 질화알루미늄소결체 기재의 밀착강도가 저하할 수도 있다. 또, 그 함유량의 합계가 10중량%를 초과할 경우에는, 유리성분이 과잉으로 되어 은입자의 성장을 저해하므로 밀착강도가 저하한다.

또, 본 발명에 의한 은 또는 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층을, 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴화합물을 소결조제로서 함유하는 질화알루미늄소결체의 표면에 적용한 경우, 이들 금속화층으로 구성되는 전기회로의 저항치의 편차가 극히 적어지는 것으로 판명되었다. 구체적으로는, 종래의 은-팔라듐금속화층에 있어서의 저항치의 편차가 ±20%정도인 데 대해서, 본 발명에 의한 은-팔라듐금속화층의 저항치의 편차는 ±10%정도로 저감될 수 있다. 그 이유는 명확하지는 않지만, 금속화층에 함유되는 산화물성분과, 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴화합물을 소결조제로서 함유하는 질화알루미늄소결체와의 젖음성이 매우 양호하고, 또한 금속화층중의 유리성분과 금속성분과의 밀착성도 양호하므로, 금속화층의 조직이 균일해져, 그 결과 저항치의 편차가 적어지는 것으로 여겨진다.

이에 부가해서, 본 발명에 의한 은을 주성분으로 하는 금속화층 및 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층에 있어서는, 800∼900℃의 넓은 온도범위에서 소성할 수 있다. 그 이유는, 금속화층의 유리성분과 금속성분 및 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴의 각 화합물을 소결조제로서 사용하는 질화알루미늄소결체와의 사이의 젖음성이 양호하기 때문에, 넓은 소성온도범위에 걸쳐서 양호한 밀착성을 실현할 수 있는 것으로 여겨진다.

상기한 은계 금속화층과 은-팔라듐계 금속화층은, 1개의 금속화기판을 제작하기 위해 병용할 수도 있다. 예를 들면, 회로패턴에 있어서 외부로부터의 급전용으로 사용하는 전극부로서는 은금속화층을 사용하고, 회로의 나머지부분에는 은-팔라듐금속화층을 사용한다. 이때, 각 금속화층간의 접속은, 서로 금속화층을 중첩시켜서 달성할 수 있다. 이것은, 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴의 각 화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체에 대해서 은금속화층 및 은-팔라듐금속화층이 일치하고 있을 뿐만 아니라, 은금속화층과 은-팔라듐금속화층도 서로 일치하고 있는 것을 의미한다.

만약에, 금속화층과 은-팔라듐금속화층이, 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴의 각 화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체와 서로 일치하고 있지 않다면, 양쪽의 금속화층의 중첩부분에서 패턴의 박리나 발포를 일으키는 결과로 된다. 또 본 명세서에 있어서 "일치(성)"(matching)란 용어는, 이하와 같이 정의되는 것이다. 즉, 금속화층(금속화층들) 및/또는 절연성의 유리층(유리층들)을 질화알루미늄소결체상에 소성에 의해 적층할 경우, 각 인접층간, 예를 들면, 질화알루미늄소결체와 금속화층간 또는 금속화층과 절연성의 유리층간의 밀착성이 강해져도, 얻어진 적층체의 일부층에 잔류응력을 부여하거나, 화학반응을 일으켜 악영향을 미치면, 그 적층된 층에 박리나 발포가 발생하여, 층간의 밀착불량 혹은 적층체의 외관불량을 초래하므로, 이러한 문제를 일으키지 않고, 즉, 서로 잔류응력을 부여하거나 화학적으로 악영향을 미치는 일없이 층간 밀착을 이루는 것이 중요하며, 이러한 층간의 관계를 "일치(성)"라 부르고, 이 "일치(성)"는 각 층의 응력이나 화학반응의 결과로서 발생하는 발포나 박리를 체크함으로써 판정한다.

Ag 또는 Ag-Pd금속화층의 형성은, Ag 또는 Ag-Pd의 금속성분과 상기 각 유리 성분을 소정의 비율로 혼합하고, 여기에 바인더와 용제를 첨가하여 페이스트를 제작한다. 바인더로서는, 에틸셀룰로스, 니트로셀룰로스 등을 사용할 수 있으나, 바인더로서의 역할을 지니는 한 특히 제약은 없다. 또, 용제로서는 테르피네올을 사용할 수 있다. 제작한 페이스트를 이용해서 스크린인쇄에 의해 질화알루미늄소결체상에 금속화층의 패턴을 형성한 후, 대기중에서 소성한다. 소성온도는 유리성분의 조성에 따라 다르나, 금속성분의 입자성장온도를 고려한 결과 상기한 바와 같이 800∼900℃가 바람직하다.

또, 본 발명은, 상기의 질화알루미늄소결체에 Ag 또는 Ag-Pd금속화층을 형성한 금속화기판상에 전기절연성의 유리층을 형성한 것도 포함한다. 예를 들면, 질화알루미늄소결체상에 형성된 금속화층을, 전기회로를 형성하는 데 사용할 경우, 보다 확실하게 전기절연성을 확보하기 위하여 그 위에 절연성 유리층을 오버코트층으로서 형성할 수 있다.

본 발명의 전기절연성의 유리층은, 아연, 규소, 납 및 망간의 각 산화물을 함유하는 것이다. 또, 절연성의 유리층중에 있어서의 각 유리성분 Zn, Si, Pb 및 Mn의 함유량은, Zn이 ZnO로 환산해서 50∼85중량%, Si가 SiO₂로 환산해서 5.0∼30중량%, Pb가 PbO로 환산해서 3.0∼15중량%, Mn이 MnO로 환산해서 1.0∼10중량%가 바람직하다.

이들 산화물은 각각 칼슘, 이테르븀 및 네오디뮴의 각 화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체에 대해서 양호한 젖음성을 나타내므로, 질화알루미늄소결체와 절연성의 유리층간의 양호한 밀착성을 실현할 수 있다. 또, 이 절연성의 유리층은 열팽창계수가 3.7×10^-6∼5.0×10^-6으로 질화알루미늄소결체의 열팽창계수에 비교적 가깝기 때문에, 오버코트형성시에 발생하는 질화알루미늄소결체의 휨을 적게 할 수 있다.

또, 절연성의 유리층의 조성이 상기 범위내에 있을 경우, 특히, 상기 금속화층의 소성온도(800∼900℃)보다도 100℃정도 낮은 온도, 즉 700℃정도의 온도에서 절연성의 유리층을 소성할 수 있다. 이 소성을, 보다 높은 온도, 예를 들면, 금속화층의 소성온도보다도 단지 50℃정도 낮은 온도에서 행하면, 금속화층에 함유된 유리성분이 절연성의 유리층에 함유된 유리성분과 혼합되어, 금속화층상에 발포를 일으키기 쉽게 하는 동시에 금속화층의 체적저항률을 크게 변화시킬 가능성이 있고, 그 결과, 금속화층의 저항치의 증대가 현저해질 수도 있다.

본 명세서에 있어서의 "고융점금속" 및 "고융점 금속화층"이란 용어는 각각 높은 융점을 지닌 금속 및 높은 융점을 지닌 금속화층을 뜻한다.

실시예 1

평균입자직경 0.7㎛, 산소함량 1중량%인 AlN원료분말에, 하기 표 1a 및 표 1b에 표시한 바와 같이, 소결조제로서의 CaO, CaCO₃, Yb₂O₃, Nd₂O₃ 및 Y₂O₃의 각 분말 및 Fe₂O₃, SiO₂ 및 Al₂O₃의 각 분말을 첨가하고, 유기바인더와 함께 용제속에서 초음파교반혼합해서 슬러리를 얻었다. 각 슬러리를 과립화해서 성형하였다. 시료 1∼20 및 28∼33의 각 성형체는 대기중에서 500℃에서 탈지하고, 시료 21∼27의 각 성형체는 질소중에서 800℃에서 탈지하였다. 그 후, 각 성형체를 질소분위기중에 있어서 상압하에서 표 1a 및 표 1b에 표시한 조건에서 소결하였다. 또, 표 1a 및 표 1b에 있어서는, CaCO₃는 환산한 값, Fe₂O₃는 Fe원소로 환산한 값 및 SiO₂는 Si원소로 환산한 값이다.

표 1a 및 표 1b에 표시한 각 시료에 대해 치수 10㎜(길이)×10㎜(폭)×0.7㎜(두께)의 AlN소결체를 각각 제조하였다. 얻어진 각 AlN소결체를 육안으로 검사하여, 면적 4㎟이상의 변색부가 있는 소결체를 색불균일에 관한 불량품으로 판정하고, 그 불량발생률(%)을 구했다. 또, JIS R 1601에 따른 시험편을 각 시료에 대해 50개 제작해서, 그들의 3점 휨강도를 측정하고, 그 데이터에 의거해서 와이불계수를 구했다. 이들 결과를 각 AlN소결체의 열전도율 및 상대밀도와 함께 표 2a 및 표 2b에 표시하였다.

상기 결과로부터 칼슘-이테르븀-네오디뮴의 3원계 소결조제를 이용한 경우, 종래의 칼슘-이트륨의 2원계 소결조제(시료 28∼30) 또는 칼슘-이테르븀의 2원계 소결조제(시료 31∼33)를 이용한 경우에 비해서, 색불균일이 적고, 강도안정성 및 열전도율이 우수한 질화알루미늄소결체를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또, 산화알루미늄을 적정량 첨가함으로써, 특히 질소중에서 탈지를 행한 경우에도, 성형체중에 잔존하는 탄소를 제거할 수 있으므로, 강도안정성을 지니고 열전도율이 우수한 소결체를 얻을 수 있고, 또한 주기율표의 제 8족에 속하는 전이원소중의 하나인 철을 첨가하면, 색불균일을 더욱 저감할 수 있음을 알 수 있다.

실시예 2

상기 실시예 1에 있어서 얻어진 본 발명의 시료 1∼20의 각 AlN소결체를 기판으로 사용하여, 각 시료의 표면을 표면조도 Rz가 2㎛가 되도록 가공한 후, 은-팔라듐페이스트를 각 시료에 인쇄하여 1평방㎜의 두꺼운 페이스트막을 형성하였다. 이 페이스트막을 대기중에서 890℃에서 소성하여 두께 10∼20㎛의 금속화층을 얻었다. 이 Ag-Pd금속화층에 직경 0.6㎜의 주석도금된 구리선을 납땜하여 1평방㎜의 Ag-Pd금속화층부분의 전체표면이 땜납으로 젖도록 하였다. 그 후, 주석도금된 구리선에 용수철저울을 접속하고 기판에 수직인 방향으로 잡아당겨, 금속화층과 기판과의 사이에서 박리가 생긴 때의 하중을 측정하고, 이 값을 취해서 밀착강도로 하였다. 얻어진 결과를 표 3에 표시하였다.

상기 결과로부터, 상기 질화알루미늄소결체상에 적정량의 규소를 함유시킴으로써, 그 질화알루미늄소결체상에 형성된 은-팔라듐금속화층의 밀착강도가 현저하게 향상하는 것을 알 수 있다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 얻어진 각 시료 1∼20과 동일한 조성을 지니고, 또 직경 10㎜, 두께 0.8㎜인 성형체를 각각 10개씩 제작하고, 이 각 성형체를 질소분위기속에서 800℃에서 탈지한 후, 실온에서 습도 40%의 데시케이터속에 보존하였다. 이 보존중에 각 시료에 대해 탈지체의 절반(50개)에 균열이 발생하기까지의 시간을 측정하고, 그 결과를 표 4에 표시하였다.

상기 결과로부터, 성형체중에 함유된 칼슘화합물의 양을 적절하게 제어함으로써, 성형체의 흡습에 의한 균열을 없게 할 수 있을 뿐만 아니라 성형체의 안정성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 제조한 시료 1∼27의 각 AlN소결체를 기판으로서 사용하여, 각 시료의 표면을 표면조도 Rz가 2㎛가 되도록 가공한 후, 그 주표면에 텅스텐을 주성분으로 하고, 또 표 5a 및 표 5b에 표시한 화합물을 함유하는 페이스트를 인쇄도포하였다. 그 후, 이 페이스트막을 질소분위기중에서 1590℃에서 소성해서 두께 10∼20㎛의 고융점 금속화층을 얻었다(후소성금속화법). 또, 얻어진 시료 1a∼27a의 금속화기판은 각각 실시예 1의 시료 1∼27의 각 AlN소결체를 함유하고 있다.

얻어진 각 금속화기판의 고융점 금속화층에 직경 0.5㎜의 주석도금된 구리선을 납땜하여 고융점 금속화층(1평방㎜)의 전체표면이 땜납으로 젖도록 하였다. 그후, 주석도금된 구리선에 용수철저울을 접속하고 기판에 수직인 방향으로 잡아당겨, 고융점 금속화층과 기판과의 사이에서 박리가 생긴 때의 하중을 측정하고, 이 값을 취하여 밀착강도로 하였다. 또, 마찬가지로 해서 얻어진 각 금속화기판 100매에 대해서, 고융점 금속화층상에 두께 2㎛의 니켈층을 도금에 의해 형성한 후, 대기중에서 300℃에서 건조시켜, 얼룩·발포의 유무를 관찰하여 불량률(%)을 구했다. 각 시료에 대해 구한 밀착강도 및 불량률을 표 5a 및 표 5b에 표시하였다.

상기 결과로부터, 본 발명에 의한 Ca-Yb-Nd계의 입자경계상을 지닌 AlN소결체상에 형성된 MgO, CaO, Al₂O₃ 및 SiO₂를 함유하는 금속화층은 Y₂O₃만을 첨가해서 형성한 금속화층에 비해서 밀착강도는 향상되고, 얼룩·발포에 의한 불량률은 낮게 억제되는 것을 알 수 있다.

실시예 5

상기 실시예 1에서 얻어진 시료 1∼27과 동일한 조성을 지니도록 조정된 슬러리를, 독터블레이드법에 의해 성형하고, 얻어진 각 성형체의 주표면상에, 하기 표 6a 및 표 6b에 표시한 바와 같이, 각각 상기 표 5a 및 표 5b에 표시한 시료 1a∼27a와 동일한 조성을 지닌 페이스트를 인쇄도포한 후, 이 인쇄된 성형체를 질소분위기중에서 1700℃에서 5시간 소성함으로써 각 성형체를 소결함과 동시에 페이스트를 소성하였다(동시소성금속화법). 또, 얻어진 각 시료 1b∼27b의 금속화기판의 AlN소결체부분은, 실시예 1에서 얻어진 시료 1∼27의 AlN소결체와 각각 동일한 조성으로 되어 있다.

다음에, 각 금속화기판에 대해서 실시예 4와 마찬가지 방법에 의해 고융점 금속화층의 밀착강도를 평가하였다. 또, 각 금속화기판 100매에 대해서, 고융점 금속화층상에 두께 2㎛의 니켈도금을 실시한 후, 이 도금된 기판을 대기중에서 300℃에서 건조시켜, 얼룩·발포의 유무를 관찰하여 얼룩·발포에 의한 불량률(%)을 구했다. 이들 결과를 표 6a 및 표 6b에 표시하였다.

실시예 6

입자직경 0.65㎛, 산소함량 1.2중량%의 Al원료분말에, 하기 표 7에 표시한 바와 같이, 소결조제로서 CaO, CaCO₃, Yb₂O₃, Nd₂O₃ 및 Y₂O₃분말 그리고 Fe₂O₃ 및 SiO₂의 각 분말을 첨가하고, 또 유기바인더와 용제를 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 24시간 동안 볼밀로 처리하여 슬러리를 제작하였다. 이 슬러리를 독터블레이드법에 의해 시트로 형성하고, 그 시트를 소정 크기의 조각으로 절단하여, 질소중에서 850℃에서 탈지한 후, 질소분위기중에서 1700℃에서 소결하여 AlN소결체를 얻었다.

얻어진 각 AlN소결체에 대해서, 육안검사에 의한 색불균일불량률을 구함과 동시에, 열전도율, 3점휨강도와 그 와이불계수 및 상대밀도의 측정을 행하고, 얻어진 결과를 하기 표 8에 표시하였다. 또, 시료 38에 대해서는, 탈지체가 과잉의 수분을 흡수해서 균열을 일으키므로, 소결후에 소정 형상의 소결체를 얻을 수 없었다. 따라서, 이 시료에 대해서 색불균일 불량률, 와이불계수 및 열전도율의 측정은 실시할 수 없었다.

실시예 7

상기 실시예 6에서의 시료 34로서 얻어진 AlN소결체를 기재로 해서, 이 기재의 표면에 하기와 같이 은금속화층을 형성하였다. 즉, Ag분말에 대해서 소성후의 유리성분이 하기 표 9에 표시한 조성이 되도록 각 산화물분말을 첨가하고, 바인더로서 에틸셀룰로스 및 용제로서 테르피네올을 첨가하였다. 얻어진 각 혼합물을 막자사발에서 충분히 균질화하여 페이스트를 제작하였다. 얻어진 각 페이스트를 이용해서 AlN소결체 기재상에 스크린인쇄하여 2평방㎜의 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 건조시킨 후, 대기중에서 850℃에서 소성하여 은금속화층을 얻었다. 각 시료에 있어서, Ag금속화층의 소성후의 두께는 35∼45㎛였다.

다음에, 상기와 같이 Ag금속화층을 형성한 각 AlN기판을, 온도 40℃, 습도 80%이상의 분위기중에서 24시간 방치하였다. 그 후, 직경 0.6㎜의 주석도금된 구리선을 각 Ag금속화층에 납땜하였다. 이 구리선을 기판에 대해서 수직인 방향으로 잡아당겨, Ag금속화층이 박리된 때의 하중을 측정하고, 그 값을 취하여 밀착강도로 하였다. 또 각 시료에 대해서, 5개의 시험편의 밀착강도의 평균치를 구하고, 하기 표 9의 판정란에 밀착강도의 평균치가 실용상 필요한 최소값인 1∼2㎏인 시료를 ○로 표시하고, 2㎏이상의 밀착강도를 지닌 시료를 ◎로 표시하였다. 그 결과, 시료는 모두 적어도 실용에 적합한 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 8

상기 실시예 6에서의 시료 34로서 얻어진 AlN소결체를 기재로 해서, 이 기재의 표면에 하기와 같이 은-팔라듐(Ag-Pd)금속화층을 형성하였다. 즉, Ag-Pd분말에 대해서 소성후의 유리성분이 하기 표 10a 및 10b에 표시한 조성이 되도록, 각 산화물분말을 첨가하고, 바인더로서 에틸셀룰로스 및 용제로서 테르피네올을 첨가하였다. 얻어진 각 혼합물을 막자사발에서 충분히 균질화하여 페이스트를 제작하였다. 또, Ag-Pd분말의 Ag:Pd의 중량비는 4:1로 하였다. 얻어진 각 페이스트를 이용해서 AlN소결체 기재상에 스크린인쇄하여 2평방㎜의 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 건조시킨 후, 대기중에서 850℃에서 소성하여 은-팔라듐금속화층을 얻었다. 각 시료에 있어서, Ag-Pd금속화층의 소성후의 두께는 20∼25㎛였다.

다음에, 상기와 같이 Ag-Pd금속화층을 형성한 각 AlN기판을, 온도 40℃, 습도 80%이상의 분위기중에서 24시간 방치하였다. 그 후, 직경 0.6㎜의 주석도금된 구리선을 각 Ag-Pd금속화층에 납땜하였다. 이 주석도금된 구리선을 기판에 대해서 수직인 방향으로 잡아당겨, Ag-Pd금속화층이 박리된 때의 하중을 측정하고, 그 값을 취하여 밀착강도로 하였다. 또 각 시료에 대해서, 5개의 시험편의 밀착강도의 평균치를 구하고, 하기 표 10a 및 표 10b의 판정란에 밀착강도의 평균치가 실용상 필요한 최소값인 1∼2㎏인 시료를 ○로 표시하고, 2㎏이상의 밀착강도를 지닌 시료를 ◎로 표시하였다. 그 결과, 시료는 모두 적어도 실용에 적합한 강도를 지니고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 9

상기 실시예 6에 있어서의 시료 34로서 얻어진 AlN소결체 기재를 50㎜(길이)×50㎜(폭)×0.5㎜(두께)의 크기로 자르고, 그 기재표면상에 다음과 같은 방법으로 절연성의 유리층을 형성하였다. 즉, 하기 표 11에 표시한 조성의 각 산화물분말에, 바인더로서 에틸셀룰로스 및 용제로서 테르피네올을 첨가하고, 얻어진 혼합물을 막자사발에서 충분히 균질화하여 유리페이스트를 제작하였다. 실시예 7 및 8과 마찬가지로 해서, 이들 페이스트를 이용해서 각 기재상에 스크린인쇄하여 각 기판중앙의 둘레에 45평방㎜의 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 건조하고, 대기중에서 700℃에서 소성해서 절연성의 유리층을 형성하였으며, 각 유리층의 두께는 45∼55㎛였다.

얻어진 각 절연성의 유리층을, 커팅나이프의 선단으로 금을 그어 그들의 밀착강도를 평가하였다. 이 밀착강도의 평가는, 유리성분의 소결부족 때문에 밀착강도가 실용상 약간 부족한 시료를 △로 표시하고, 밀착강도가 충분한 시료를 ○로 표시하였다. 그 결과를 하기 표 11에 표시하였다. 또, 절연성의 유리층의 형성시에 생긴 각 기판의 휨도 측정한 결과, 각 시료의 휨은 20㎛이하로 충분히 작았다.

또, 상기와 마찬가지로, 시료 34의 AlN소결체 기재상에, 실시예 7에서 얻어진 표 9에 표시한 시료 a-1과 동일한 은페이스트를 이용해서 10㎜×400㎜(폭)의 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 건조시키고, 각 기재상에, 이 은패턴에 대해서 10㎜간격을 두고 실시예 8에서 얻어진 표 10a에 표시한 시료 b-1과 동일한 Ag-Pd페이스트를 이용해서 10㎜×40㎜(폭)의 패턴을 인쇄형성하고, 이들 패턴을 건조시켰다. 그후, 모든 패턴을, 대기중에서 850℃에서 소성해서 금속화기판을 얻었다. 상기 얻어진 금속화기판상에, 상기와 마찬가지로 하기 표 11에 표시한 각 페이스트를 각각 스크린인쇄하고, 대기중에서 700℃에서 소성해서 절연성의 유리층을 형성하였다. 이 각 유리층과, 그 하부의 Ag금속화층 및 Ag-Pd금속화층과의 일치성을 조사하여, 그 결과를 하기 표 11에 표시하였다. 표 11에 있어서, 층간의 일치성이 양호한 것을 ○, 층간에 발포가 발생한 것을 △로 표시하였다.

상기 표 11에 있어서, 절연성의 유리층의 밀착강도가 약간 열등한 시료 c-5, 7, 11 및 15에서는, 유리소결이 부족하였다. 또 시료 c-3, 9, 13 및 17에서는, Ag금속화층 및/또는 Ag-Pd 금속화층상에 발포가 일어났다. 이들 유리소결부족 및 금속화층상의 발포는 회로기판으로서 사용할 때 문제되지 않지만, 금속화층과 절연성의 유리층간의 계면에 수백볼트이상의 내전압이 요구될 경우에는 적용에 지장을 초래하였다.

실시예 10

금속화층의 저항치편차를 조사하기 위하여, 이하의 실험을 행하였다. 상기 실시예 6에서 제작한 AlN소결체 기재중, 본 발명에 의한 시료 34, 35 및 45와, 비교예로서의 시료 44를 각각 10개씩 준비하였다. 이들 AlN소결체 기재의 표면에, 상기 실시예 7의 표 9중의 시료 a-1과 동일한 조성의 페이스트를 이용해서, 스크린인쇄하여 실시예 7과 동일한 패턴을 형성하였다. 이 패턴을 대기중에서 850℃에서 소성하여 Ag금속화층을 형성하였다. 얻어진 각 금속화기판에 대해서, 그 Ag금속화층의 저항치를 직류 4단자법으로 측정하고, 그 측정치와 편차(최대치-최소치)를 하기 표 12에 표시하였다.

상기 표 12로부터 알 수 있는 바와 같이, Ca, Yb 및 Nd의 각 화합물을 함유하는 AlN소결체 기재상에 Ag금속화층을 형성하여 얻어진 본 발명에 의한 금속화기판에 있어서는, 종래의 AlN소결체 기재를 이용해서 형성한 금속화기판보다도 저항치편차가 저감하고 있다.

실시예 11

상기 실시예 6과 동일한 AlN원료분말에 소결조제로서 CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃의 각 분말과, Al₂O₃분말을 하기 표 13에 표시된 비율로 첨가하고, 실시예 6과 마찬가지로 해서 AlN소결체를 제작하였다. 얻어진 각 AlN소결체에, 상기 실시예 7의 표 9중의 시료 a-1과 동일한 Ag페이스트 및 상기 실시예 8의 표 10a중의 시료b-1과 동일한 Ag-Pd페이스트를 인쇄하여 각 페이스트의 2평방㎜의 패턴을 형성하고, 이들 각 패턴을 대기중에서 850℃에서 소성하여 금속화층을 형성하였다. 얻어진 각 금속화기판에 대해서, 금속화층의 밀착강도를 실시예 7과 마찬가지 방법으로 측정하여, 그 결과를, 각 AlN소결체의 열전도율 및 상대밀도와 함께 하기 표 13에 표시하였다.

실시예 12

상기 실시예 6 및 11과 마찬가지로 해서, 주성분이 AlN이고 소수성분이 하기 표 14에 표시된 조성인 각 AlN소결체를 준비하였다. 이들 각 AlN소결체 기재의 표면에 실시예 7의 표 9중의 시료 a-1과 동일한 Ag페이스트 및 실시예 8의 표 10a중의 시료 b-1과 동일한 Ag-Pd페이스트를 각각 실시예 7 및 8과 마찬가지로 인쇄하여, 얻어진 패턴을 대기중에서 850℃에서 소성하였다. 얻어진 각 AlN금속화기판에 대해서, 각각 Ag금속화층 및 Ag-Pd금속화층의 밀착강도를 실시예 7과 마찬가지로 측정하고, 그 결과를 하기 표 14에 표시하였다.

그 후, 상기 각 Ag금속화층 또는 Ag-Pd금속화층을 지닌 AlN금속화기판상에, 실시예 9의 표 11중의 시료 c-1과 동일한 유리페이스트를 도포하고, 대기중에서 700℃에서 소성함으로써 상기 각 금속화층상에 절연성의 유리층을 형성하였다. 얻어진 각 절연성의 유리층에 대해서 각 금속화층과의 일치성을 조사하고, 이들 측정결과 및 조사결과를 하기 표 14에 표시하였다. 또, 이들 각 절연성 유리층을 지닌 AlN금속화기판에 대해서 직류 4단자법에 의해 각 금속화층의 전기저항치를 조사한 바, 각 금속화층의 전기저항치의 측정치는 3.9∼4.6Ω정도로, 그 편차는 0.7Ω이내였다.

상기 결과로부터, 종래의 소결조제조성을 지닌 AlN소결체 기재를 사용해서 얻어진 시료 53에서는, 금속화층의 밀착강도가 낮고, 층상에 발포가 확인되었다. 이에 대해서, 본 발명에 의한 각 시료에서는 금속화층의 밀착강도가 높고, 또한 절연성의 유리층의 일치성도 우수한 것을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 칼슘-이트륨 또는 칼슘-이테르븀의 2원계 소결조제를 이용해서 얻어진 종래의 질화알루미늄소결체에 비해서, 색불균일이 적고, 강도 및 열전도율의 불균일이 억제된 질화알루미늄소결체를 제공할 수 있다.

또, 종래의 방법보다도 저온에서 안정하게 질화알루미늄의 소결을 행할 수 있으므로, 질화알루미늄소결체의 결정입자의 성장을 억제하고, 그 결과로서 절단가공시의 치핑을 적게할 수 있으므로, 예를 들면, 레이저다이오드용의 서브마운트 등의 자동화 라인에서 생산하기 위하여 고정밀도의 외주가공이 요구되는 용도에도, 적합하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 질화알루미늄소결체의 표면에, 밀착성이 우수한 고융점금속층을 구비한 저렴하고 고품질의 질화알루미늄금속화기판을 제공할 수 있다.

또, 질화알루미늄소결체의 표면에, 특정의 유리성분을 함유하는 은금속화층 및/또는 은-팔라듐금속화층을 형성함으로써, 양호한 밀착성을 지니는 동시에 저항치의 안정성이 우수한 질화알루미늄금속화기판을 제공할 수 있다. 이 질화알루미늄금속화기판에는 아연, 규소, 납 및 망간의 각 산화물을 함유하는 유리를 사용함으로써, 금속화층 및 질화알루미늄기재에 대해서 양호한 일치성을 지니는 절연성의 유리층을 형성해서 금속화층의 전기절연성을 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 질화알루미늄소결체 및 이를 구비한 질화알루미늄금속화기판의 수율을 높여, 그의 제조비용을 저감시킴으로써, 전자부품용의 기판 등으로서의 질화알루미늄의 보급에 크게 기여하는 것이다.

Claims

질화알루미늄을 주성분으로 하고, 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
제 1항에 있어서, 0.01≤x≤1.0 및 0.1≤(y+z)≤10

(식중, x, y 및 z는 각각 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃로 환산했을 때의 함유량(중량%)임)의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
제 2항에 있어서, x, y 및 z는 (y+z)/x≥10을 만족하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
제 1항에 있어서, 주기율표의 제 8족에 속하는 전이원소중 적어도 1종의 원소의 화합물을, 해당 원소로 환산해서 0.01∼1중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
제 1항에 있어서, 규소 또는 규소화합물을 규소원소로 환산해서 0.01∼0.5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
제 1항에 있어서, 질화알루미늄을 함유하는 원료분말에, 산화알루미늄 또는 소성에 의해 산화알루미늄으로 변화되는 화합물을, 해당 산화물로 환산해서 CaO, Yb₂O₃ 및 Nd₂O₃로 환산한 상기 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물의 합계에 대해서 0.1∼5중량% 첨가해서 소결함으로써 얻어진 소결체인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
제 1항 기재의 질화알루미늄소결체를 구비하고, 이 질화알루미늄소결체의 표면의 적어도 일부에, 텅스텐 및 몰리브덴중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 주성분으로서 함유하는 고융점 금속화층을 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 7항에 있어서, 상기 고융점 금속화층이 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 알루미늄화합물 및 규소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 8항에 있어서, 상기 고융점 금속화층중에 있어서의 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 알루미늄화합물 및 규소화합물의 전체함유량이, 대응하는 각각의 산화물로 환산해서 1.0∼40중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
질화알루미늄분말을 주성분으로 하고, 칼슘화합물분말, 이테르븀화합물분말 및 네오디뮴화합물분말을 함유하는 원료분말로 이루어진 성형체의 표면의 적어도 일부에, 텅스텐 및 몰리브덴중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 주성분으로 하는 적어도 1종의 고융점금속을 주성분으로서 함유하는 페이스트를 도포하는 공정; 및 얻어진 구조체를 소성해서 질화알루미늄소결체를 얻는 동시에 고융점 금속화층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판의 제조방법.
제 10항에 있어서, 상기 페이스트가 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 알루미늄화합물 및 규소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판의 제조방법.
질화알루미늄을 주성분으로 하고 칼슘화합물, 이테르븀화합물 및 네오디뮴화합물을 함유하는 질화알루미늄소결체의 표면의 적어도 일부에, 텅스텐 및 몰리브덴중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 주성분으로 하는 적어도 1종의 고융점금속을 주성분으로서 함유하는 페이스트를 도포하는 공정; 및 얻어진 구조체를 소성해서 고융점 금속화층을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판의 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 페이스트가 마그네슘화합물, 칼슘화합물, 알루미늄화합물 및 규소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판의 제조방법.
제 1항 기재의 질화알루미늄소결체를 구비하고, 이 질화알루미늄소결체의 표면의 적어도 일부에, 은을 주성분으로 하는 금속화층 및 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 형성해서 이루어진 질화알루미늄금속화 기판에 있어서,

상기 은을 주성분으로 하는 금속화층은 아연 및 구리의 각 산화물을 함유하고,

상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층은 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 각 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 14항에 있어서, 상기 은을 주성분으로 하는 금속화층에 있어서의 아연 및 구리의 함유량은, 아연이 ZnO로 환산해서 0.1∼3.0중량%, 구리가 CuO로 환산해서 0.1∼3.0중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 15항에 있어서, 상기 은을 주성분으로 하는 금속화층이, 또 붕소의 산화물을 함유하고, 그 붕소의 함유량이 B₂O₃로 환산해서 2.0중량%이하인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 15항에 있어서, 상기 은을 주성분으로 하는 금속화층중의 아연 및 구리의 전체함유량이, 각각 대응하는 산화물로 환산해서 0.2∼5.0중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 16항에 있어서, 상기 은을 주성분으로 하는 금속화층중의 붕소, 아연 및 구리의 전체함유량이, 각각 대응하는 산화물로 환산해서 0.2∼5.0중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 14항에 있어서, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층중의 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 함유량은, 붕소가 B₂O₃로 환산해서 0.3∼5.0중량%, 납이 PbO로 환산해서 0.3∼5.0중량%, 크롬이 Cr₂O₃로 0.1∼3.0중량%, 칼슘이 CaO로 환산해서 0.1∼2.5중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 19항에 있어서, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층이, 또 알루미늄, 니켈 및 비스무트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소의 산화물을 함유하고, 이들 각 원소의 함유량은, 알루미늄이 Al₂O₃로 환산해서 1.0중량%이하, 니켈이 NiO로 환산해서 0.5중량%이하, 비스무트가 Bi₂O₃로 환산해서 0.5중량%이하인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 19항에 있어서, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층중의 붕소, 납, 크롬 및 칼슘의 전체함유량이 각각 대응하는 산화물로 환산해서 1.0∼10중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 20항에 있어서, 상기 은-팔라듐을 주성분으로 하는 금속화층중의 알루미늄, 붕소, 납, 크롬, 니켈, 비스무트 및 칼슘의 전체함유량이 각각 대응하는 산화물로 환산해서 1.0∼10중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 14항에 있어서, 상기 질화알루미늄금속화기판의 표면의 적어도 일부에, 상기 금속화층의 전부 또는 일부를 덮도록 형성된 전기절연성의 유리층을 구비하고, 해당 유리층은 아연, 규소, 납 및 망간의 각 산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.
제 23항에 있어서, 상기 전기절연성의 유리층중의 아연, 규소, 납 및 망간의 함유량은, 아연이 ZnO로 환산해서 50∼85중량%, 규소가 SiO₂로 환산해서 5.0∼30중량%, 납이 PbO로 환산해서 3.0∼15중량%, 망간이 MnO로 환산해서 1.0∼10중량%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄금속화기판.