JPH02221162A - 窒化アルミニウム質焼成体の製法 - Google Patents
窒化アルミニウム質焼成体の製法Info
- Publication number
- JPH02221162A JPH02221162A JP1044814A JP4481489A JPH02221162A JP H02221162 A JPH02221162 A JP H02221162A JP 1044814 A JP1044814 A JP 1044814A JP 4481489 A JP4481489 A JP 4481489A JP H02221162 A JPH02221162 A JP H02221162A
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- aluminum nitride
- powder
- thermal conductivity
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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。
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、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。
可能で、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。
エレクトロニクス素子の高集積化がますます進展する、
に従って、素子が発生する単位面積あたりの熱量が増大
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おり、さらなる高集積化を妨
げている。
に従って、素子が発生する単位面積あたりの熱量が増大
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おり、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うことか
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。
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。
しかし、焼結助剤を用いても１６００〜２０００℃の高
い焼結温度が必要である。
い焼結温度が必要である。
一般に、１子回路は高温で焼結して得られた窒化アルミ
ニウム基板上に、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描き、配線材料の融点以
下で焼成して配線を焼付けた後に素子を取り付けること
によって製造される。
ニウム基板上に、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描き、配線材料の融点以
下で焼成して配線を焼付けた後に素子を取り付けること
によって製造される。
また、より実装密度の高い多層基板を使用したハイブリ
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。
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を適当なバインダー
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
線材料が溶融しなし゛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。
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
線材料が溶融しなし゛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く１０８４
℃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。
℃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。
低温で液相を生成する物質を使用せず、酸化イツ） Ｉ
Ｊウムや酸化カルシウム等の焼結助剤を数％加えて成形
した窒化アルミニウムの成形体上に、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１６００〜２０００℃の範囲で焼成可能な金属は、
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。
Ｊウムや酸化カルシウム等の焼結助剤を数％加えて成形
した窒化アルミニウムの成形体上に、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１６００〜２０００℃の範囲で焼成可能な金属は、
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。
アルミナの焼結体の基板は１０〜２０Ｗ／ｍＫ程度の熱
伝導率があるが、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３ Ｗ／ｍ
に程度であり、素子の放熱の問題に充分対応できるよう
な熱伝導性を有しているとは言えない。
伝導率があるが、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３ Ｗ／ｍ
に程度であり、素子の放熱の問題に充分対応できるよう
な熱伝導性を有しているとは言えない。
また、窒化アルミニウムの成形体で同時焼成を行なう場
合は、窒化゛アルミニウムの熱伝導率が１００ Ｗ／ｍ
に以上のものが容易に得られるが、焼結には１６００〜
２０００℃の高温が必要なため、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になっ
ている。
合は、窒化゛アルミニウムの熱伝導率が１００ Ｗ／ｍ
に以上のものが容易に得られるが、焼結には１６００〜
２０００℃の高温が必要なため、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になっ
ている。
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、金等を用いる場合にはぞの融点以下で焼
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ー低融点化
合物複合体について検討した。
パラジウム系、金等を用いる場合にはぞの融点以下で焼
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ー低融点化
合物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、ガラス粉末を加えることにより低温でも焼成可能
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、安定して緻密でしかも高い熱伝導率が得ら
れるものではなかった。
末に、ガラス粉末を加えることにより低温でも焼成可能
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、安定して緻密でしかも高い熱伝導率が得ら
れるものではなかった。
この問題点を解決するために、窒化アルミニウム粉末と
その焼成体の熱伝導率との関係について研究検討を重ね
た結果、窒化アルミニウム粉末の表面に存在する酸化層
の量が焼成体の熱伝導率に関係があることを見出した。
その焼成体の熱伝導率との関係について研究検討を重ね
た結果、窒化アルミニウム粉末の表面に存在する酸化層
の量が焼成体の熱伝導率に関係があることを見出した。
数％の焼結助剤を添加して１６００℃以上の高温で焼結
して高い熱伝導率を得るためには、原料である窒化アル
ミニウム粉末に含まれる酸素含有量は少ない方がよいと
されている。
して高い熱伝導率を得るためには、原料である窒化アル
ミニウム粉末に含まれる酸素含有量は少ない方がよいと
されている。
しかし、ガラス粉末と混合して１０５０℃以下で焼成す
る場合は、ある程度酸素含有量が多い方が高い熱伝導率
が得られることを見出した。
る場合は、ある程度酸素含有量が多い方が高い熱伝導率
が得られることを見出した。
従って、酸素含有量が多い窒化アルミニウム粉末を用い
るか、または空気中で１０００℃程度で焼成するなど、
何等かの方法で窒化アルミニウム粉末を酸化し、酸素含
有量を増加させて用いると、熱伝導率の高い焼成体を得
ることができる。
るか、または空気中で１０００℃程度で焼成するなど、
何等かの方法で窒化アルミニウム粉末を酸化し、酸素含
有量を増加させて用いると、熱伝導率の高い焼成体を得
ることができる。
すなわち、本発明は酸素含有量が２〜１５重量％の窒化
アルミニウム粉末にガラス粉末を加え、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方
法に関するものである。
アルミニウム粉末にガラス粉末を加え、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方
法に関するものである。
本発明によれば、高い熱伝導率を持った窒化アルミニウ
ム質焼成体を得ることができる。
ム質焼成体を得ることができる。
以下、本発明について詳述する。
本発明において、種々の酸素含有量の窒化アルミニウム
粉末を用いて実験を行なったところ、酸素含有量は少な
くとも２重量％以上、好ましくは２．５重量％以上、さ
らに好ましくは３重量％以上である。
粉末を用いて実験を行なったところ、酸素含有量は少な
くとも２重量％以上、好ましくは２．５重量％以上、さ
らに好ましくは３重量％以上である。
また、酸素含有量が多すぎる場合、粒子表面の酸化層が
熱の伝導を阻害して窒化アルミニウム本来の高い熱伝導
率が得られない。
熱の伝導を阻害して窒化アルミニウム本来の高い熱伝導
率が得られない。
したがって、酸素含有量が１５重量％を越えると焼成体
の熱伝導率が低下するので、酸素含有量は１５重量％以
下、好ましくは１２重量％以下、さらに好ましくは８重
量％以下である。
の熱伝導率が低下するので、酸素含有量は１５重量％以
下、好ましくは１２重量％以下、さらに好ましくは８重
量％以下である。
ガラスについてはホウケイ酸ガラスが用いられる。
たとえば、５１０２が４０〜７０重量％、Ｂ２０．が５
〜２０重量％、＾１，０．が５〜１５重量％、ＭｇＯが
１〜１０重量％、Ｎａ２Ｏが１〜５重量％からなる組成
のものを用いることができる。
〜２０重量％、＾１，０．が５〜１５重量％、ＭｇＯが
１〜１０重量％、Ｎａ２Ｏが１〜５重量％からなる組成
のものを用いることができる。
ガラス粉末の添加量が少ない場合、焼成時に生成する液
相の量も少ないので緻密化せず、多い場合は熱伝導率の
向上を阻害するので、ガラス粉末の添加量は粉末全体に
対して１０〜７０体積％である。
相の量も少ないので緻密化せず、多い場合は熱伝導率の
向上を阻害するので、ガラス粉末の添加量は粉末全体に
対して１０〜７０体積％である。
成形体を得るには、窒化アルミニウムとガラスの粉末に
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シート状に成形する
方法が適用できる。
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シート状に成形する
方法が適用できる。
バインダーとしては、ポリビニルビ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。
ルメタクリレート等を用いることができる。
また、湿式ボールミルで生成したスラリーを乾燥さたり
、乾式で混合するなどして得た混合粉末をプレス成形に
より成形することもできる。
、乾式で混合するなどして得た混合粉末をプレス成形に
より成形することもできる。
本発明は、成形方法について特に限定するものではない
。
。
得られた成形体に銅、銀、銀−パラジウム系、金等の粉
末のペーストで印刷し、それを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、で焼成して窒化アルミニウム質焼
成体を得る。
末のペーストで印刷し、それを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、で焼成して窒化アルミニウム質焼
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。
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： Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社 Ｓｅｄｉｇｒ
ａｐｈ ５ＱＱＱεＴ（熱伝導率） レーザーフラッシュ法 装置：真空理工 ＴＣ−７０００型 実施例 １ 中心粒径１．５μｍ酸素含有量０．８重Ｍ％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が２．１重量％の粉末を得た。
ａｐｈ ５ＱＱＱεＴ（熱伝導率） レーザーフラッシュ法 装置：真空理工 ＴＣ−７０００型 実施例 １ 中心粒径１．５μｍ酸素含有量０．８重Ｍ％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が２．１重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、Ｓｌ口□−８２０３系
ガラス粉末を５０体積％になるように加え、金型で３０
（１Ｋｇ／ｃ＋＋ｌの圧力で成形し、さらに１５００Ｋ
ｇ／ｃｍのラバープレスを行なった。
ガラス粉末を５０体積％になるように加え、金型で３０
（１Ｋｇ／ｃ＋＋ｌの圧力で成形し、さらに１５００Ｋ
ｇ／ｃｍのラバープレスを行なった。
得られた成形体を９５０℃で３０分焼成した。
焼成体の熱伝導率はｌｏｇ／ｍＫであった。
実施例 ２
中心粒径１，５μｍ酸素含有量０．８重量％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が５．７重量％の粉末を得た。
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が５．７重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、５ｉｔ）、−８２［］
３系ガラス粉末を５０体積％になるように加え、実施例
１と同様にして焼成体を得た。
３系ガラス粉末を５０体積％になるように加え、実施例
１と同様にして焼成体を得た。
焼成体の熱伝導率は１９Ｗ／ｍＫであった。
実施例 ３
中心粒径１，３μｍ酸素含有量１．８重量％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が９．６重量％の粉末を得た。
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が９．６重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、５ｉ０２−８２０．系
ガラス粉末を４０体積％になるように加え、金型で３０
０Ｋｇ／ｃ＋＋！の圧力で成形し、さらに１５００Ｋｇ
／ｃＩＩｉのラバープレスを行なった。
ガラス粉末を４０体積％になるように加え、金型で３０
０Ｋｇ／ｃ＋＋！の圧力で成形し、さらに１５００Ｋｇ
／ｃＩＩｉのラバープレスを行なった。
得られた成形体を９５０℃で３０分焼成した。
焼成体の熱伝導率はＬＯＷ／ｍＫであった。
実施例 ４
中心粒径１．３μｍ酸素含有量１．８重量％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が１３．３重量％の粉末を得た。
ミニウム粉末を、空気中８５０℃で酸化し、酸素含有量
が１３．３重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、３１０２−８２［＋３
系ガラス粉末を４０体積％になるように加え、実施例
３と同様にして焼成体を得た。
系ガラス粉末を４０体積％になるように加え、実施例
３と同様にして焼成体を得た。
焼成体の熱伝導率は９Ｗ／ｍＫであった。
実施例 ５
中心粒径３．０μｍ酸素含有量１．４重量％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中１０００℃で酸化し、酸素含有
量が３．５重量％の粉末を得た。
ミニウム粉末を、空気中１０００℃で酸化し、酸素含有
量が３．５重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、Ｓ＋０２−８２０３
系ガラス粉末を５０体積％になるように加え、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
ンをバインダーとしてポリビニルブチラールを添加し、
ボールミルで混合しスラリーを得た。
系ガラス粉末を５０体積％になるように加え、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
ンをバインダーとしてポリビニルブチラールを添加し、
ボールミルで混合しスラリーを得た。
該スラリーを用い、ドクターブレード法によりテープ状
にキャストし、乾燥後打抜いて成形体を得た。
にキャストし、乾燥後打抜いて成形体を得た。
得られた成形体を９５０℃で３０分焼成した。
焼成体の熱伝導率は１９Ｗ／ｍＫであった。
実施例 ６
中心粒径３．０μｍ酸素含有量１．４重量％の窒化アル
ミニウム粉末を、空気中１０００℃で酸化し、酸素含有
量が７．９重量％の粉末を得た。
ミニウム粉末を、空気中１０００℃で酸化し、酸素含有
量が７．９重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、５Ｉ０２−ＢｚＯ３系
ガラス粉末を５０体積％になるように加え、実施例５と
同様にして焼成体を得た。
ガラス粉末を５０体積％になるように加え、実施例５と
同様にして焼成体を得た。
焼成体の熱伝導率は１７Ｗ／ｍＫであった。
比較例 １
中心粒径１．５μｍ酸素含有量０．９重量％の窒化アル
ミニウム粉末に対し、Ｓ１０□−Ｂ２０．系ガラス粉末
を５０体積％になるように加え、実施例１と同様にして
焼成体を得た。
ミニウム粉末に対し、Ｓ１０□−Ｂ２０．系ガラス粉末
を５０体積％になるように加え、実施例１と同様にして
焼成体を得た。
焼成体の熱伝導率は２Ｗ／１ＴＩＫであった。
比較例 ２
中心粒径３，０μｍ酸素含有量１．４重量％の窒化アル
ミニウム粉末に対し、５ｉＯａ−８２０ｓ 系ガラス粉
末を５０体積％になるように加え、実施例１と同様にし
て焼成体を得た。
ミニウム粉末に対し、５ｉＯａ−８２０ｓ 系ガラス粉
末を５０体積％になるように加え、実施例１と同様にし
て焼成体を得た。
焼成体の熱伝導率は４Ｗ／ｍＫであった。
比較例 ３
中心粒径１．５μｍ酸素含有量０．９ 重量％の窒化ア
ルミニウム粉末を、空気中１０００℃で酸化し、酸素含
有量が２５．４重量％の粉末を得た。
ルミニウム粉末を、空気中１０００℃で酸化し、酸素含
有量が２５．４重量％の粉末を得た。
該窒化アルミニウム粉末に対し、５ｉ０２−８２１：ｈ
系ガラス粉末を５０体積％になるように加え、実施例１
と同様にして焼成体を得た。
系ガラス粉末を５０体積％になるように加え、実施例１
と同様にして焼成体を得た。
焼成体の熱伝導率は３Ｗ／ｍＫであった。
本発明によれば、銅、銀、銀−パラジウム系、金等と同
時焼成が可能な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−ガラス基板よりも熱伝導
率が高い窒化アルミニウムを主体とした焼成体を得るこ
とができる。
時焼成が可能な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−ガラス基板よりも熱伝導
率が高い窒化アルミニウムを主体とした焼成体を得るこ
とができる。
Claims (1)
- 酸素含有量が２〜１５重量％の窒化アルミニウム粉末
にガラス粉末を加え、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方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1044814A JPH02221162A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 窒化アルミニウム質焼成体の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1044814A JPH02221162A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 窒化アルミニウム質焼成体の製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221162A true JPH02221162A (ja) | 1990-09-04 |
Family
ID=12701899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1044814A Pending JPH02221162A (ja) | 1989-02-22 | 1989-02-22 | 窒化アルミニウム質焼成体の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02221162A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5214005A (en) * | 1991-02-04 | 1993-05-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Glass-aluminum nitride composite material |
| EP2620418A1 (en) | 2012-01-26 | 2013-07-31 | NGK Insulators, Ltd. | Glass-ceramic composite material |
| WO2014038230A1 (ja) | 2012-09-10 | 2014-03-13 | 日本碍子株式会社 | ガラス－セラミックス複合材料 |
| WO2014155758A1 (ja) | 2013-03-26 | 2014-10-02 | 日本碍子株式会社 | ガラス－セラミックス複合材料 |
-
1989
- 1989-02-22 JP JP1044814A patent/JPH02221162A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5214005A (en) * | 1991-02-04 | 1993-05-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Glass-aluminum nitride composite material |
| EP2620418A1 (en) | 2012-01-26 | 2013-07-31 | NGK Insulators, Ltd. | Glass-ceramic composite material |
| JP2013151399A (ja) * | 2012-01-26 | 2013-08-08 | Ngk Insulators Ltd | ガラス−セラミックス複合材料 |
| US8912106B2 (en) | 2012-01-26 | 2014-12-16 | Ngk Insulators, Ltd. | Glass-ceramic composite material |
| WO2014038230A1 (ja) | 2012-09-10 | 2014-03-13 | 日本碍子株式会社 | ガラス－セラミックス複合材料 |
| US9212085B2 (en) | 2012-09-10 | 2015-12-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Glass-ceramics composite material |
| WO2014155758A1 (ja) | 2013-03-26 | 2014-10-02 | 日本碍子株式会社 | ガラス－セラミックス複合材料 |
| US9212087B2 (en) | 2013-03-26 | 2015-12-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Glass-ceramics composite material |
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