KR920003226B1 - 질화알루미늄소결체와 그것을 사용한 회로기판 및 반도체패키지 - Google Patents
질화알루미늄소결체와 그것을 사용한 회로기판 및 반도체패키지 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
본 발명은 착색한 질화알루미늄소결체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 치밀질이고 고열전도율을 가지며, 또한 흑색, 갈색, 녹색 등의 색조를 지닌 질화알루미늄소결체 및 소결체를 사용한 회로기판 및 반도체패키지에 관한 것이다.
최근의 LSI의 진보는 눈부시며, 집적도의 향상이 현저하다. 이에는, IC칩사이즈의 향상도 기여하고 있으며, IC칩사이즈의 향상에 따라서 패키지당의 발열량이 증대하고 있다. 이 때문에 기판재료의 방열성을 중요시하는 경향에 있다. 또, 종래 IC기판으로서 사용되고 있던 알루미나소결체의 열전도율로는 방열성이 불충분하며, IC칩의 발열량 증대에 대응할 수 없게 되어가고 있다. 이 때문에 알루미나기판에 대신하는 것으로서, 고열전도성의 베릴리아기판이 검토되고 있으나, 베릴리아는 독성이 강하여 취급이 어렵다고하는 결점이 있다.
질화알루미늄(AIN)소결체는 본래, 재질적으로 고열전도성, 고절연성을 가지며, 독성도 없기 때문에, 반도체공업에 있어서 회로기판재료 혹은 패키지재료로서 주목을 모우고 있다.
상기한 바와 같이 질화알루미늄은 이론적으로는 단결정으로서는 고열전도성, 고절연성을 가진 재료이다. 그러나, 질화알루미늄분말로부터 소결체를 제조할 경우, 질화알루미늄분말자체의 소결성이 좋지 않기 때문에, 분말성형후, 소결해서 얻어지는 질화알루미늄소결체의 상대밀도(질화알루미늄의 이론밀도 3.26g/㎤을 기준으로 한다)는, 소결조건에도 의하지만, 고작 70∼80% 밖에 나타내지 않으며, 다량의 기공을 포함한다.
한편, 질화알루미늄소결체와 같은 절연성세라믹의 열전도기구는, 포논전도를 주체로하기 때문에 기공, 불순물 등의 결함은 포논산란을 일으키고, 열전도성은 저레벨의 것밖에 얻을 수 없다. 이들 상황에 대하여, 고열전도성 질화알루미늄소결체를 얻기 위하여 여러 가지의 제안이 이루어지고 있다. 그러나, 고열전도성의 질화알루미늄소결체를 제조하기 위하여는, 고순도의 원료를 사용하고, 또 공정중의 불순물 혼합도 극력방지하는 일이 필요하게 되어 있으며, 이와 같이 해서 얻어진 질화알루미늄은 백색투명 또는 얇게 착색한 것뿐이며, 착색된 고열전도성의 질화알루미늄 소결체는 얻어지지 않고 있다. 그래서, 광의 투과를 문제로하는 용도 등에 착색질화알루미늄의 개발이 요망되고 있다.
본 발명은, 이러한 실정에 비추어, 고열전도성을 가지며, 또한 착색된 질화 질화알루미늄소결체, 및 이 소결체를 이용한 회로기판 및 반도체패키지를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위하여 종래부터 연구를 거듭해 왔으나, 질화알루미늄에 대하여 어떤 종류의 원소 또는 그 화합물을 첨가하는 것이 유효하다는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명은 (1) 질화알루미늄을 주성분으로하고, Zr,Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Nd 및 Ho로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 전이금속 원소 및/또는 그 화합물을 1.0 중량% 이하, 0.01 중량% 이상 함유하고, 착색을 나타내고, 또한 열전도율이 150w/mk 이상인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체, (2) 질화알루미늄을 주성분으로하고, 열전도율이 150w/mk 이상이고 착색을 나타낸 질화알루미늄소결체위에 도전성페이스트에 의해 회로를 형성한 것을 특징으로 하는 질화알루미늄회로기판 및 (3) 질화알루미늄을 주성분으로하고, 열전도율이 150w/mk 이상이고 착색을 나타낸 질화알루미늄소결체기판과 반도체소자와 리이드프레임으로 이루어진 고열전도성세라믹패키지이다.
본 발명에 있어서 고열전도성의 착색질화알루미늄을 얻기 위하여 사용하는 착색용 첨가물로서는, 다음과 같은 전이원소 또는 그 화합물을 들 수 있다.
흑색용 첨가제로서는, ZrO2, HfO2, V2O3, Nb2O3, Ta2O3, Cr, Mo, WO3, MnO, Fe2O3, CoO, NiO등, 갈색용 첨가제로서는, Nd2O3등, 녹색용 첨가제로서는 Ho2O3등이다. 이들은 산화물에 한정되지 않고, 가열분해되어 이들 원소를 방출하는 화합물이라면 사용할 수 있다. 이와 같은 예로서 예를들면 탄산염, 수산화물, 유기화합물등이다.
이들 착색용 첨가제는, 소망에 따라 조합해서 사용할 수도 있다.
또, 본 발명의 소결체의 제조예는, 주기율표 제IIa, IIIa족의 원소 또는 그 화합물을 0.1 중량% 이상으로 소결조제로서 사용할 수도 있다.
질화알루미늄분말에 Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Co 및 Ni로 이루어진 전이금속원소 또는 그 화합물을 1.0 중량%∼0.01 중량% 첨가하고, 또 필요에 따라서 소결조제로서 주기율표 IIa족, IIIa족의 원소 또는 그 화합물을 1.0∼0.01 중량% 첨가하여, 질소를 함유하는 비산화성분위기에서 가열치밀화하므로서 흑색의 소결체를 얻을 수 있다.
이 경우 질화알루미늄분말은, 고순도의 것을 사용할 필요가 있다. 산소량으로서는 2.0 중량% 이하, 탄소를 0.5 중량% 이하, 전이금속 또는 그 화합물이외의 불순물을 0.01 중량% 이하, 그리고 불순물의 전이금속원소 또는 그 화합물은 합계로 0.1 중량% 이하의 분말이 아니면, 필요한 열전도율과 색조를 동시에 만족시킬 수 없다.
질화알루미늄분말의 비(比)표면적은, 2.0㎡/g 이상의 것이 바람직하다. 비표면적이 이것보다 작으면 치밀질의 소결체를 얻을 수 없다.
본 발명에 있어서 갈색, 녹색으로 착색된 고열전도성의 질화알루미늄소결체를 얻기 위해서는, 더욱더 고순도의 질화알루미늄분말을 사용하는 일이 필요하며, 불순물인 전이금속원소 또는 그 화합물은 0.01 중량% 이하가 되도록 질화알루미늄분말의 순도를 조정한다.
그리고, 이와 같은 질화알루미늄분말에 소결조제 및 착색제로서 Nd 혹은 Ho 또는 그 화합물을 1.0∼0.01 중량% 첨가한다. 예를들면 Nd를 사용하면, 갈색으로 착색된 질화알루미늄소결체를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 동일색의 착색제를 복수조합시켜서 사용하는 것도, 또 상이한 색의 착색제를 복수조합시켜서 사용하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이하여 얻어진 본 발명의 착색된 질화알루미늄소결체는, 모두 150w/mk 이상의 높은 열전도성을 가지고 있으며, 치밀질의 소결체표면에 Ag, Au 등의 후막(厚膜)페이스트, W, Mo 등의 고융점금속페이스트를 인쇄하여, 소성하므로서, 질화알루미늄회로기판으로서 유용하다. 또 이와 같은 기판에 반도체소자, 리이드프레임을 조합하여 IC 패키지로서 사용한다.
[실시예 1]
질화알루미늄분말(BET 3.5㎡/g, 산소 1.0 중량%, 금속불순물 0.01 중량%)에, 페놀수지를 1.0 중량%, Y2O3를 0.5 중량%, 또 하기표에 표시한 첨가물을 첨가하여 30×30×3mm의 성형체를 제조하였다.
성형체는 질소플로우중 1950℃에서 5시간 소성하여, 판형상의 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체의 색조, 열전도율, 밀도를 측정하였다. 본 발명의 소결체가 착색된 고열전도의 질화알루미늄이고, 종래에 없었던 성능을 가진 것을 알 수 있다.
[실시예 2]
실시예 1에 표시한 번호 1의 소결체에 시판하는 Au 페이스트를 인쇄하여, 930℃ 대기중에서 소성하였던 바, 접착강도 3kg/㎡를 가진 도체회로가 형성되는 것을 알았다. 즉, 본 발명의 질화알루미늄 소결체는 고열전도의 회로기판으로서 사용가능하다.
*는 본 발명외
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 백색반투명이 아니고, 흑색, 갈색, 녹색등으로 착색된 광열전도의 질화알루미늄소결체를 얻을 수 있고, IC 기판, 패키지등 고방열기판재료 혹은 고방열부품으로서 사용되고, 광의 투과를 싫어하는 용도, 광학식센서에 쓰여지고, 자동화라인에의 적용이 필요한 용도등에도 적용가능한 세라믹이다.
Claims (3)
- 산소량이 2.0 중량% 이하, 탄소량이 0.5 중량% 이하인 질화알루미늄 주성분으로하고, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Nd 및 Ho로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 전이금속원소 및/또는 그 화합물을 1.0 중량% 이하, 0.01 중량% 이상, 산소, 탄소, 전이금속원소 또는 그 화합물이외의 불순물을 0.01 중량% 이하로 함유하여 착색을 나타내고, 또한 열전도율이 150w/mk 이상인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄소결체.
- 청구항 1항의 질화알루미늄소결체상에, 도전성페이스트에 의해 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄회로기판.
- 청구항 1항의 질화알루미늄소결기판과, 반도체소자와 리이드프레임으로 이루어진 고열전도성세라믹패키지.
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