JP2784551B2 - 窒化アルミニウム質基板 - Google Patents
窒化アルミニウム質基板Info
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- aluminum nitride
- metallized layer
- metallized
- sintered body
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高熱伝導性を有する窒化アルミニウム質焼
結体上にメタライズ層が形成された基板における改良に
関する。
結体上にメタライズ層が形成された基板における改良に
関する。
（従来技術） 近年、半導体装置は高速作動化、高集積化に伴い、発
熱量が従来に比較して大きくなることから基板材料とし
て放熱性に優れた材料が望まれている。
熱量が従来に比較して大きくなることから基板材料とし
て放熱性に優れた材料が望まれている。
そこで、従来から用いられていたAl2O3基板に代わり
熱伝導性に優れた材料として窒化アルミニウム質焼結体
が注目され、その応用が進められている。
熱伝導性に優れた材料として窒化アルミニウム質焼結体
が注目され、その応用が進められている。
一方、電子部品用基板の表面に形成されるメタライズ
組成物としては、Ｗ、Ti、Mo−Mnなどの活性金属を用い
る方法、あるいはTiを含むCu/Ag化合物が主として採用
されている。
組成物としては、Ｗ、Ti、Mo−Mnなどの活性金属を用い
る方法、あるいはTiを含むCu/Ag化合物が主として採用
されている。
また、窒化アルミニウム質焼結体に対してメタライズ
層を形成する場合、従来のAl2O3基板と異なり、メタラ
イズ成分との濡れ性が非常に悪いことからメタライズ組
成物中に各種の酸化物を添加する方法が提案されてい
る。
層を形成する場合、従来のAl2O3基板と異なり、メタラ
イズ成分との濡れ性が非常に悪いことからメタライズ組
成物中に各種の酸化物を添加する方法が提案されてい
る。
また、母材である窒化アルミニウム質焼結体において
は、基板として光遮断性、あるいは製造の自動化に伴い
メタライズ層と絶縁部とのコントラストが要求されるこ
とから焼結体中に周期律表第IV a、V a、VI a、VII a、
VIII a族元素の化合物を加え、基板を黒色化しようとす
る試みも成されている。
は、基板として光遮断性、あるいは製造の自動化に伴い
メタライズ層と絶縁部とのコントラストが要求されるこ
とから焼結体中に周期律表第IV a、V a、VI a、VII a、
VIII a族元素の化合物を加え、基板を黒色化しようとす
る試みも成されている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、ＷやMo等の金属を主成分とするメタラ
イズ組成物を、例えば黒色化剤としてCoやNi等の周期律
表第VIII a族金属元素を含有する窒化アルミニウム質成
形体母材表面に塗布し、これらを同時に焼成する場合、
メタライズ層を構成するＷやMoが異常粒成長し母材であ
る窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差に基づく残留
応力に耐えられず、メタライズ層が破壊あるいは密着強
度が低下するといった問題があった。
イズ組成物を、例えば黒色化剤としてCoやNi等の周期律
表第VIII a族金属元素を含有する窒化アルミニウム質成
形体母材表面に塗布し、これらを同時に焼成する場合、
メタライズ層を構成するＷやMoが異常粒成長し母材であ
る窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差に基づく残留
応力に耐えられず、メタライズ層が破壊あるいは密着強
度が低下するといった問題があった。
また、従来から窒化アルミニウム質焼結体用のメタラ
イズ組成物として導体成分の他に各種の酸化物を添加す
ることも提案されているものの上記の問題を解決するに
は至っていない。
イズ組成物として導体成分の他に各種の酸化物を添加す
ることも提案されているものの上記の問題を解決するに
は至っていない。
よって、母材の組成によらず常に安定した接着強度を
得ることのできるメタライズ組成物が望まれている。
得ることのできるメタライズ組成物が望まれている。
（問題点を解決するための手段） 本発明者等は上記問題点に対し検討を重ねた結果、メ
タライズ層中にＷやMo等の導体成分の他にRe、Ru、Rh、
Irから選ばれる少なくとも１種を特定の量で配合するこ
とにより導体成分の異常粒成長が抑制され母材との密着
強度の低下を抑制できることを知見した。
タライズ層中にＷやMo等の導体成分の他にRe、Ru、Rh、
Irから選ばれる少なくとも１種を特定の量で配合するこ
とにより導体成分の異常粒成長が抑制され母材との密着
強度の低下を抑制できることを知見した。
即ち、本発明は窒化アルミニウム質焼結体母材、特に
周期律表第VIII a族元素を含有する焼結体の表面の少な
くとも一部にＷ、Moを主体とし、これにRe、Ru、Rh、Ir
から選ばれる少なくとも１種を0.5〜20重量％の割合で
添加したメタライズ層を被着形成することを特徴とする
もので、さらに周期律表第II a、III a、IV a、V a族元
素ならびにAlから選ばれる少なくとも１種の酸化物を
Ｗ、Moの量が80重量％を下回らない範囲で添加すること
により密着強度を高めることができる。
周期律表第VIII a族元素を含有する焼結体の表面の少な
くとも一部にＷ、Moを主体とし、これにRe、Ru、Rh、Ir
から選ばれる少なくとも１種を0.5〜20重量％の割合で
添加したメタライズ層を被着形成することを特徴とする
もので、さらに周期律表第II a、III a、IV a、V a族元
素ならびにAlから選ばれる少なくとも１種の酸化物を
Ｗ、Moの量が80重量％を下回らない範囲で添加すること
により密着強度を高めることができる。
以下、本発明を詳述する。
本発明の窒化アルミニウム質基板において用いられる
母材は、窒化アルミニウムを主体とし、少なくとも95％
の相対密度を有するとともに高熱伝導性であることが望
ましく、また場合によっては従来から公知の焼結助剤、
例えばCa、Ba、Sr等のアルカリ土類金属やＹ等の希土類
金属の酸化物、炭化物、窒化物、フッ化物等が20重量％
以下の割合で含有される。
母材は、窒化アルミニウムを主体とし、少なくとも95％
の相対密度を有するとともに高熱伝導性であることが望
ましく、また場合によっては従来から公知の焼結助剤、
例えばCa、Ba、Sr等のアルカリ土類金属やＹ等の希土類
金属の酸化物、炭化物、窒化物、フッ化物等が20重量％
以下の割合で含有される。
一方、本発明において上記窒化アルミニウム質焼結体
上に被着形成されるメタライズ層はＷまたはMoを主体と
するもので、特にRe、Ru、Rh、Irから選ばれる少なくと
も１種の金属を含有することを大きな特徴とする。これ
らの金属成分は、メタライズ組成中0.5〜20重量％、特
に1.0〜5.0重量％の割合で含有される。
上に被着形成されるメタライズ層はＷまたはMoを主体と
するもので、特にRe、Ru、Rh、Irから選ばれる少なくと
も１種の金属を含有することを大きな特徴とする。これ
らの金属成分は、メタライズ組成中0.5〜20重量％、特
に1.0〜5.0重量％の割合で含有される。
メタライズ層の主成分であるＷやMoの異常粒成長は、
CoやNi等の周期律表第VIII族金属を含有する母材成形体
上にＷやMoを主成分とするメタライズ層を塗布し、これ
らを同時に焼成する場合において顕著である。これは、
ＷやMoがCoやNi等とＷ−Coの共融化合物を生成し易いた
めで、この共融化合物の融点が窒化アルミニウム質成形
体の焼成温度に比べて非常に低いためにメタライズ層が
過焼結となるために生じると考えられる。
CoやNi等の周期律表第VIII族金属を含有する母材成形体
上にＷやMoを主成分とするメタライズ層を塗布し、これ
らを同時に焼成する場合において顕著である。これは、
ＷやMoがCoやNi等とＷ−Coの共融化合物を生成し易いた
めで、この共融化合物の融点が窒化アルミニウム質成形
体の焼成温度に比べて非常に低いためにメタライズ層が
過焼結となるために生じると考えられる。
これに対し本発明によれば、前述したメタライズ層中
への前述した特殊な金属の添加により上記ＷやMoの異常
粒成長を抑制することができ、これによりメタライズ層
の破壊や母材との接着強度の低下を有効に防止すること
ができる。
への前述した特殊な金属の添加により上記ＷやMoの異常
粒成長を抑制することができ、これによりメタライズ層
の破壊や母材との接着強度の低下を有効に防止すること
ができる。
なお、Re、Ru、Rh、Irから選ばれる少なくとも１種の
金属の含有量が0.5重量％を下回るとＷやMoの異常粒成
長の抑制効果が得られず、20重量％を越えるとシート抵
抗値が25mΩ/sqを越えるために好ましくない。
金属の含有量が0.5重量％を下回るとＷやMoの異常粒成
長の抑制効果が得られず、20重量％を越えるとシート抵
抗値が25mΩ/sqを越えるために好ましくない。
なお、CoやNiは微細な金属粒子として分散させるこよ
とにより焼結体の黒色化剤としての有用性があり、これ
らは焼結体中10重量％以下の範囲で含有することができ
る。
とにより焼結体の黒色化剤としての有用性があり、これ
らは焼結体中10重量％以下の範囲で含有することができ
る。
また、本発明によれば、上記メタライズ層中にさらに
周期律表第II a、III a、IV a、V a族元素ならびにAlか
ら選ばれる少なくとも１種の酸化物、窒化物を添加する
ことができる。このときの添加量は、ＷやMoのメタライ
ズ層中の量が80重量％を下回らない量で、具体的には前
述した金属成分と合量が20重量％以下、特に15重量％以
下の割合で添加することによりメタライズ層の母材との
高い接着強度をさらに安定して得ることができる。用い
られる酸化物としては、MgO、CaO、BaO、Y2O3、ZrO2、H
fO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、AlN、Al2O3等が挙げられ
る。
周期律表第II a、III a、IV a、V a族元素ならびにAlか
ら選ばれる少なくとも１種の酸化物、窒化物を添加する
ことができる。このときの添加量は、ＷやMoのメタライ
ズ層中の量が80重量％を下回らない量で、具体的には前
述した金属成分と合量が20重量％以下、特に15重量％以
下の割合で添加することによりメタライズ層の母材との
高い接着強度をさらに安定して得ることができる。用い
られる酸化物としては、MgO、CaO、BaO、Y2O3、ZrO2、H
fO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4、AlN、Al2O3等が挙げられ
る。
本発明の窒化アルミニウム質基板の作製にあたっては
周知の手法を採用できるが、それらの中でも前述した同
時焼成法に関し詳細に説明すると、まず、窒化アルミニ
ウム粉末、前述した各種焼結助剤粉末、場合によりCoや
Ni等の周期律表第VIII族金属化合物を所定量混合した混
合粉末を公知の成形法、例えばドクターブレード法やプ
レス成形法等によって成形する。
周知の手法を採用できるが、それらの中でも前述した同
時焼成法に関し詳細に説明すると、まず、窒化アルミニ
ウム粉末、前述した各種焼結助剤粉末、場合によりCoや
Ni等の周期律表第VIII族金属化合物を所定量混合した混
合粉末を公知の成形法、例えばドクターブレード法やプ
レス成形法等によって成形する。
一方、メタライズ組成物としてＷあるいはMoとともに
Re、Ru、Rh、Irから選ばれる少なくとも１種の金属、な
らびにその他の金属化合物を有機ビヒクルとともに混合
しメタライズペーストを調製する。
Re、Ru、Rh、Irから選ばれる少なくとも１種の金属、な
らびにその他の金属化合物を有機ビヒクルとともに混合
しメタライズペーストを調製する。
次に前述した成形体の表面に前記メタライズペースト
をスクリーン印刷法等の厚膜法により塗布する。この
時、成形体とメタライズペースト層を交互に積層するこ
とも当然可能である。
をスクリーン印刷法等の厚膜法により塗布する。この
時、成形体とメタライズペースト層を交互に積層するこ
とも当然可能である。
このようにして得られた成形体をメタライズ層ととも
に同時焼成する。この焼成は窒素、あるいは水素を含有
する窒素雰囲気中で1650〜1900℃の温度で行われ、メタ
ライズ層も焼結体に焼付けられる。
に同時焼成する。この焼成は窒素、あるいは水素を含有
する窒素雰囲気中で1650〜1900℃の温度で行われ、メタ
ライズ層も焼結体に焼付けられる。
本発明の構成によれば、メタライズ層の異常粒成長が
抑制され、その粒径を10μｍ以下に抑えることができ、
メタライズ層の窒化アルミニウム質母材への接着強度を
高めることができる。
抑制され、その粒径を10μｍ以下に抑えることができ、
メタライズ層の窒化アルミニウム質母材への接着強度を
高めることができる。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例） 原料粉末として、平均粒径１μｍ、不純物酸素量１重
量％の窒化アルミニウム粉末に対して炭酸カルシウム粉
末をCaO換算で0.5重量％、酸化イットリウム粉末を３重
量％、CoO粉末を１重量％の割合で秤量混合した後、ド
クターブレード法により厚さ600μｍのシート成形体Ａ
を作成した。また、CoO粉末の変わりにNiO粉末を用いる
他は上記と全く同じ方法により成形体Ｂを、さらにCoO
やNiOを全く添加しない成形体Ｃを作成した。
量％の窒化アルミニウム粉末に対して炭酸カルシウム粉
末をCaO換算で0.5重量％、酸化イットリウム粉末を３重
量％、CoO粉末を１重量％の割合で秤量混合した後、ド
クターブレード法により厚さ600μｍのシート成形体Ａ
を作成した。また、CoO粉末の変わりにNiO粉末を用いる
他は上記と全く同じ方法により成形体Ｂを、さらにCoO
やNiOを全く添加しない成形体Ｃを作成した。
次に、メタライズペーストとして平均粒径が２〜３μ
ｍのＷ粉末およびMo粉末に対して第１表に示す各種添加
物を所定の割合で秤量し有機ビヒクルとともに混合しペ
ーストを調製した。
ｍのＷ粉末およびMo粉末に対して第１表に示す各種添加
物を所定の割合で秤量し有機ビヒクルとともに混合しペ
ーストを調製した。
上記のシート成形体Ａ、Ｂ、Ｃに対し調製したメタラ
イズペーストをスクリーン印刷法により厚さ20μｍに塗
布した。
イズペーストをスクリーン印刷法により厚さ20μｍに塗
布した。
その後、ペーストが塗布された成形体を窒素雰囲気
中、1700℃で２時間同時焼成した。
中、1700℃で２時間同時焼成した。
得られた基板に対してその母材の熱伝導率を測定した
ところ100W/m・ｋであった。
ところ100W/m・ｋであった。
また、組成の異なる各種のメタライズ層に対して次の
方法で接着強度を測定した。まず、エポキシ樹脂が端面
に塗布したアルミニウム製のプルスタッドをメタライズ
層に押し当ててクリップで固定し150℃、２時間の高温
下で接着硬化させ、室温まで冷却した後、スタッドを垂
直方向に引っ張り、その接着強度を測定した。またその
時のピンのはがれモードを調べた。また、シート抵抗と
して500μｍ×50mm×20μｍのパターンに対する単位面
積当たりの抵抗値を測定した。
方法で接着強度を測定した。まず、エポキシ樹脂が端面
に塗布したアルミニウム製のプルスタッドをメタライズ
層に押し当ててクリップで固定し150℃、２時間の高温
下で接着硬化させ、室温まで冷却した後、スタッドを垂
直方向に引っ張り、その接着強度を測定した。またその
時のピンのはがれモードを調べた。また、シート抵抗と
して500μｍ×50mm×20μｍのパターンに対する単位面
積当たりの抵抗値を測定した。
結果は第１表に示した。
（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明によれば、窒化アルミニウ
ム質焼結体上に被着形成するＷまたはMoを主成分とする
メタライズ層中にRe、Ru、Rh、Irを含有させることによ
り、例えば母材中にNiやCo等を含む場合のＷやMoの焼成
時の異常粒成長を抑制し、メタライズ層の剥がれや母材
との接着強度の低下を防止することができる。これによ
り、母材の組成にかかわらず常にメタライズ層の接着強
度の安定性に優れた窒化アルミニウム質基板を提供する
ことができる。
ム質焼結体上に被着形成するＷまたはMoを主成分とする
メタライズ層中にRe、Ru、Rh、Irを含有させることによ
り、例えば母材中にNiやCo等を含む場合のＷやMoの焼成
時の異常粒成長を抑制し、メタライズ層の剥がれや母材
との接着強度の低下を防止することができる。これによ
り、母材の組成にかかわらず常にメタライズ層の接着強
度の安定性に優れた窒化アルミニウム質基板を提供する
ことができる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 41/88 - 41/90
Claims (3)
- 【請求項１】窒化アルミニウム質焼結体母材の表面の少
なくとも一部にＷあるいはMoを主体とするメタライズ層
を有する窒化アルミニウム基板において、前記メタライ
ズ層がRe、Ru、Rh、Irから選ばれる少なくとも１種を0.
5〜20重量％の割合で含有することを特徴とする窒化ア
ルミニウム質基板。 - 【請求項２】前記窒化アルミニウム質焼結体が周期律表
第VIII a族元素を含有する請求項（１）記載の窒化アル
ミニウム質基板。 - 【請求項３】前記メタライズ層が周期律表第II a、III
a、IV a、V a族元素ならびにAlから選ばれる少なくとも
１種の酸化物を前記ＷあるいはMoが80重量％を下回らな
い範囲で含有する請求項（１）記載の窒化アルミニウム
質基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061779A JP2784551B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 窒化アルミニウム質基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061779A JP2784551B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 窒化アルミニウム質基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03261686A JPH03261686A (ja) | 1991-11-21 |
| JP2784551B2 true JP2784551B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=13180923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2061779A Expired - Fee Related JP2784551B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 窒化アルミニウム質基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2784551B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109734480A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-05-10 | 常州联德陶业有限公司 | 一种氮化铝陶瓷加热器用共烧高温发热浆料及其制备方法 |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP2061779A patent/JP2784551B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03261686A (ja) | 1991-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |