JPH02212363A - 窒化アルミニウム質焼成体の製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、銅、銀、銀−パラジウム系、金等と同時焼成
可能で、１０５０℃以下の低温で焼成することができ、
しかも熱伝導率が高い窒化アルミニウムを主体とした焼
成体を提供しようとするものである。

〔従来の技術〕

・エレクトロニクス素子の高集積化がますます進展する
にしたがって、素子の発生する単位面積当りの熱量が増
大しているが、基板の熱伝導率が低いために素子の発生
する熱で素子の温度が上昇し、素子の機能に障害が生じ
ることが問題になってきてふり、さらなる高集積化を妨
げている。

そこで、素子の発生する熱の放散を効率的に行なうこと
のできる熱伝導率の高い基板材料が求め。

られており、現在窒化アルミニウムが高熱伝導性物質と
して注目されているが、その焼成には焼結助剤を用いて
も１６００〜２０００℃の高い温度が必要である。

一般に、電子回路は高温で焼結して得られた窒化アルミ
ニウムの基板上に、銅、銀、銀−パラジウム系、金等の
粉末のペーストを印刷して配線を形成し、その後配線材
料の融点以下で焼成して配線を焼付け、さらに素子を取
り付けることによって作製される。

また、より実装密度の高い多層基板を用いた／％イブリ
ッドＩＣを、より効率的に安価に製造するために、低温
で焼成可能なアルミナ−ガラス基板が製造されている。

たとえば、アルミナとガラスの粉末に適当なバインダー
等を加えて混合し、ドクターブレード法でグリーンシー
トを作製し、その上に銅、銀、銀−パラジウム系、金等
の粉末のペーストを印刷して配線を形成し、それらの配
線・材料が溶融しない温度で焼成し、グリーンシートの
焼成と配線の焼付けとを同時に行なう方法が採用されて
いる。

これらの配線材料の中では、融点は銅が最も高＜　１０
８４℃であるから、少なくとも１０５０℃以下で焼成し
なければならない。

ガラスを使用せず、酸化イツ）　ＩＪウムや酸化カルシ
ウム等の焼結助剤を数％混合して成形した窒化アルミニ
ウム成型体の上に、金属粉末ペーストで配線を描き、焼
成して窒化アルミニウムの焼結と配線の焼付けとを同時
に行なうことも可能であるが、焼結温度が１６００〜２
０００℃の範囲で焼付は可能な金属は、電気抵抗が比較
的高いタングステンかモリブデンに限られる。

〔発明が解決しよ５うとする課題〕 アルミナ焼結体の基板は１０〜２０１１／ｍＷ程度の熱
伝導率であるが、低温焼成が可能な同時焼成用のアルミ
ナ−ガラス複合焼成体の熱伝導率はせいぜい３１１／ｍ
に程度であり、素子からの放熱の問題に充分対応できる
熱伝導性を有しているとは言えない。

一方、窒化アルミニウムの成形体で同時焼成を行なう場
合、熱伝導率が１００Ｗ／ｍに以上のものが容易に得ら
れるが、その焼成には１６００〜２０００℃という高温
が必要なため、高温焼成用の高価な炉と多くのエネルギ
ーとを必要とするだけでなく、配線材料としてはタング
ステンまたはモリブデンしか使用できず、さらに配線材
料の電気抵抗が高いことが問題である。

そこで、配線材料として電気抵抗が小さい銅、銀、銀−
パラジウム系、金等を使用するには、その融点以下で焼
成する必要があり、低温でも焼成可能でしかも高い熱伝
導率が得られるものとして、窒化アルミニウム−ガラス
複合体について検討した。

アルミナより高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム粉
末に、１０５０℃以下で液相を生成するガラス粉末を添
加することにより、低温で焼成可能な窒化アルミニウム
組成物を得ることができるという考えは、すでに特開昭
６３−２１００４３号公報に開示されているが、緻密で
しかも高い熱伝導率が安定して得られるものではなかっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

この問題を解決するために、用いるガラス粉末の粒径に
ついて鋭意検討を重ねた結果、窒化アルミニウム粉末と
粒径を変えて混合し焼成を行なう場合、混合に適切な粒
径が存在することが判明し本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は中心粒径が０．５〜５０μｍの窒化
アルミニウム粉末に、中心粒径が窒化アルミニウム粉末
の１７２以下のガラス粉末を加え、成形後、焼成するこ
とを特徴とする窒化アルミニウム質焼成体の製造法に関
するものである。

以下、本発明について詳述する。

本発明によれば、ガラス粉末の粒径を窒化アルミニウム
粉末の粒径より小さくすると、焼成前の成型体の嵩密度
を高くすることができ、その結果緻密で熱伝導率の高い
焼成体を安定して得ることができる。

成型体の嵩密度としては６５％以上必要である。

それ以下では、緻密な成形体が得られず高い熱伝導率も
得られない。

従って、緻密な成形体を得るためには、混合する窒化ア
ルミニウム粉末とガラス粉末との中心粒径の比が２以上
、望ましくは３以上であることが必要である。

窒化アルミニウム粉末の粒径が小さ過ぎると、粒子と粒
子の界面の数が増加し低い熱伝導率しか達成できず、ま
た窒化アルミニウム粉末の粒径が大き過ぎると、成形が
困難になることが判明したので、中心粒径は０．５〜５
０μｍ１好ましくは１〜３０μｍ１より好ましくは２〜
２０μｍである。

また、ガラス粉末の添加量が少なすぎると焼成時に生成
する液相の量も少ないので緻密化せず、多すぎても窒化
アルミニウム粒子間のガラス層が熱伝導を阻害し、低い
熱伝導率のものしか得るこができないので、ガラス粉末
の添加量は、体積％で１０〜７０％、好ましくは２０〜
６０％、より好ましくは３０〜５０％である。

ガラス粉末としては、一般にホウケイ酸ガラス系が用い
られる。

たとえば、Ｓｉ口、が４０〜７０重量％、８７口、が５
〜２０重量％、ＡＩ、Ｏ，が５〜１５重量％、ＭｇＯが
１〜１０重量％、Ｎａ２Ｏが１〜５重量％から成る組成
のものを用いることができる。

窒化アルミニウム粉末とガラス粉末に適当なバインダー
等を加え、ボールミル等で混合し、スラリーのままドク
ターブレード法で成型したり、スラリーを乾燥させたり
、乾式で混合したりして混合粉末を得、プレス成型等に
より成型する方法が適用できる。

バインダーとしてはポリビニルブチラールやポリメチル
メタクリレート等を用いることができる。

なお、本発明は成型方法について特に限定するものでは
ない。

得られた成型体に銅、銀、銀−パラジウム系、金等のペ
ーストで配線を印刷した後、大気中または窒素雰囲気中
で、配線に使用した材料の融点以下の温度、たとえば銅
では１０５０℃以下、銀では９５０℃以下の温度で焼成
して窒化アルミニウム焼成体を得る。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
等に限定されるものではない。

なお、諸物性の測定は次の装置および方法で行った。

（酸素含有量） インパルス加熱−赤外線吸収法 装置：堀場製作所　ＥＭＧＡ−２８００（粒径分布） Ｘ線透過式沈降法 装置：　Ｍｉｃｒｏｍｅｒ　ｉｔ　ｉｃｓ社　Ｓｅｄｉ
ｇｒａｐｈ　５０００ε丁（熱伝導率） レーザーフラッシュ法 装置：真空理工　ＴＣ−７０００型 （嵩密度） 成形体の寸法と重量から計算で求めた。

実施例　１ 中心粒径５，０μｍ、酸素量０．８％の窒化アルミニウ
ム粉末に、中心粒径１．５μｍのホウケイ酸ガラス粉末
を、窒化アルミニウムに対して体積比で１：１になるよ
うに加え、湿式ボールミルで混合した。

得られたスラリーを乾燥後、１０００にｇ／ｃｍ’の圧
力でプレス成型して成型体を得た。

得られた成型体の寸法から成型体嵩密度を計算すると、
理論値の６７％であった。

該成型体を窒素雰囲気中９５０℃で２０分焼成した。

熱伝導率は１２Ｗ／ｍＫであった。

実施例　２ 中心粒径３．１μｍ１酸素量０．８％の窒化アルミニウ
ム粉末に、中心粒径１．５μｍのホウケイ酸ガラス粉末
を、窒化アルミニウムに対して体積比で１＝１になるよ
うに加えた。

トリクレン−エタノール混合溶媒系で、分散剤としてト
リオレインを使用し、バインダーとしてポリビニルブチ
ラールを１０重量部添加して、ボールミルで混合した。

得られたスラリーをドクターブレード法によりキャスト
し、乾燥後打抜き金型を用いて打抜き、成形体を得た。

得られた成形体の寸法から成形体嵩密度を計算すると、
理論値の６７％であった。

該成形体を空気中５００℃で焼成してバインダー等を除
去し、窒素雰囲気中９００℃で２０分焼成した。

熱伝導率はＩＯＷ／ｍにであった。

実施例　３ 中心粒径８．９μｍの窒化アルミニウム粉末に、中心粒
径１．５μｍのホウケイ酸ガラス粉末を、体積比で窒化
アルミニウム６０に対して４０になるように加え、湿式
ボールミルで混合し実施例１と同様にして成形体を得た
。

得られた成形体の嵩密度は理論値の６９％であった。

該成形体を窒素雰囲気中９５０℃で２０分焼成した。

熱伝導率は１６Ｗ／ｍにであった。

実施例　４ 中心粒径８．９μｍの窒化アルミニウム粉末に、中心粒
径２．８μｍのホウケイ酸ガラス粉末を、体積比で窒化
アルミニウム６０に対して４０になるように加え、湿式
ボールミルで混合し実施例１と同様にして成形体を得た
。

得られた成形体の嵩密度は理論値の６５％であった。

該成形体を窒素雰囲気中９５０℃で２０分焼成した。

熱伝導率は１２Ｗ／ｍＫであった。

比較例　１ 中心粒径３．１μｍ１酸素量０．８％の窒化アルミニウ
ム粉末に、中心粒径２．８μｍのホウケイ酸ガラス粉末
を、窒化アルミニウムに対して体積比で１：１になるよ
うに加え、湿式ボールミルで混合し実施例１と同様にし
て成形体を得た。

得られた成形体の嵩密度は理論値の５０％であった。

該成形体を窒素雰囲気中９５０℃で２０分焼成した。

熱伝導率は４１ｖ／ｍＫであった。

比較例　２ 中心粒径８．９μｍの窒化アルミニウム粉末に、中心粒
径９．８μｍのホウケイ酸ガラス粉末を、窒化アルミニ
ウムに対して体積比で１：１になるように加え、湿式ボ
ールミルで混合し実施例１と同様にして成形体を得た。

得られた成形体の嵩密度は理論値の５０％であった。

該成形体を窒素雰囲気中９５０℃で２０分焼成した。

熱伝導率は３Ｗ／ｍＫであった。

比較例　３ 中心粒径８．９μｍの窒化アルミニウム粉末に、中心粒
径１６μｍのホウケイ酸ガラス粉末を、窒化アルミニウ
ムに対して体積比で１＝１になるように加え、湿式ボー
ルミルで混合し実施例Ｉと同様にして成形体を得た。

得られた成形体の嵩密度は理論値の４６％であった。

該成形体を窒素雰囲気中９５０℃で２０分焼成した。

熱伝導率はＩＷ／ｍＫであった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、窒化アルミニウム粉末にガラス粉末を
加えることにより、銅、銀、銀−パラジウム系、金等と
同時焼成可能で、かつ１０５０℃以下の低温で焼成する
ことができ、しかも従来のアルミナ−ガラス基板の熱伝
導率３１７ｍによりかなり高い熱伝導率を持った窒化ア
ルミニウムを主体とした焼成体を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　中心粒径が０．５〜５０μｍの窒化アルミニウム粉末
   に、中心粒径が窒化アルミニウム粉末の１／２以下のガ
   ラス粉末を体積％で１０〜７０％加え、成形後、焼成す
   ることを特徴とする窒化アルミニウム質焼成体の製造法
   。