JPH03146472A - 窒化アルミニウム基板組成物 - Google Patents

窒化アルミニウム基板組成物

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JPH03146472A
JPH03146472A JP1281998A JP28199889A JPH03146472A JP H03146472 A JPH03146472 A JP H03146472A JP 1281998 A JP1281998 A JP 1281998A JP 28199889 A JP28199889 A JP 28199889A JP H03146472 A JPH03146472 A JP H03146472A
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(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、半導体装用基板などに用いる高熱伝導性を有
する窒化アルミニウム基板の組成物に関するものである
。
[従来の技術] 近年、半導体素子の高集積化、高機能化が進み従来のア
ールミナ(Altos )ではStチップの発熱量の増
大、チップサイズの大型化による熱膨張のミスマツチの
問題への対応が難しく、新しい高熱伝導性絶縁材料利用
が求められている。
窒化アルミニウム(AIN)は高熱伝導性の他に熱膨張
率がSLチップに近く、又高電気絶縁性などの優れた材
料特性を有するため、半導体装用基板材料として特に注
目を集めている。
窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導化について、カーボ
ンをグリーンシートである窒化アルミニウム成型体中に
添加する方法が報告されており特開昭60−18647
9号公報では、平均粒径3μm以下のAIN粉末に炭素
又は分解して炭素になる化合物を添加し、50kg/c
m”以上の加圧焼結することにより熱伝導率50W71
にの窒化アルミニウム焼結体を得ている。また、特開昭
61−155263号公報では、窒化アルミニウム粉末
、酸化イツトリウム及び比表面積が10m”7gより大
きい遊離炭素からなる混合物を成形、焼結することによ
り熱伝導率100〜170W/m−にの窒化アルミニウ
ム焼結体を得ている。更に特開昭62−52Hl1号公
報では、窒化アルミニウムと、炭素、炭化物又は焼成に
より炭素を生成する化合物と、酸化イツトリウムとから
得られた窒化アルミニウム成形体を焼結することにより
熱伝導率120W/1に程度の窒化アルミニウム焼結体
を得ている。しかしながら、これらの従来技術は各れも
粉末の混合物をブレス成形したもので行なっている為に
、成形体中の有機バインダー等の有機物の除去(脱脂)
については何ら考慮されていない、又、市販されている
カーボンブラック粉末をAINグリーンシート中に添加
することも提案されているが、カーボンブラック粉末は
、通常炭化水素を不完全燃焼あるいは熱分解することに
よって得られるコロイド状の微粉末(粒径0.005〜
0.1μm)である為、空気中で加熱して窒化アルミニ
ウム成型体中に大量に含まれている有機バインダー、可
塑剤等の有機物の除去(脱脂)を行なう工程において酸
化され易く、CO又はCOsガスとなってAIN成型体
の外部に散逸してしまうため、有効に作用せず熱伝導率
の高いAIN基板を得ることは難しかった。
[発明の解決しようとする課題] 本発明者は、AIN基板の製造に関連した従来技術が有
していた前述の欠点を解決し、半導体装用基板として好
適な平面度、平滑度に優、れ、かつ高熱伝導性を有する
AIN基板を効率よく製造する方法について′検討を重
ねた結果、カーボン粉末として、グラファイト粉末をA
IN成型体中に添加すれば、前述の問題点のないAIN
基板が得られることを見出し本発明を完成した。
【課題を解決する為の手段] 本発明は、前述の問題点を解決すべく成されたものであ
り、 重量%表示で固形成分が実質的に 窒化アルミニウム粉末  94〜99.85酸化イツト
リウム粉末 0.1〜5 グラファイト粉末   0.05〜1 からなる窒化アルミニウム基板組成物を提供するもので
ある。
以下本発明について詳細に説明する。
本発明の組成物は、固形成分が実質的に窒化アルミニウ
ム粉末  94〜99.45重量%酸化イツトリウム粉
末 0.5〜5  重量%グラフディト粉末   0.
05〜1  重量%からなる。
上記窒化アルミニウム粉末としては、不純物酸素含有率
が2.0重量%以下、炭素含有率が0.2重量%以下で
あることが望ましい、その粒度は平均粒径が10μm以
下、好ましくは3μm以下が望ましい。
又、窒化アルミニウム粉末に添加される焼結助剤は緻密
な焼結体を得るためのものであり、酸化イツトリウムが
適当である。この添加量については、多すぎると窒化ア
ルミニウム粉末以外の結晶相が増加し、熱伝導率が低下
するし、一方、少なすぎると焼結助剤としての効果がな
いことから、0.1〜5重量%が適当である。
さらに、還元剤として添加されるグラファイト粉末は窒
化アルミニウムグリーンシートを窒素雰囲気等の非酸化
性雰囲気中1700〜1900℃で常圧焼結する際に、
窒化アルミニウムを高純度化し、結果として窒化アルミ
ニウム粉末基板の熱伝導率を高めるためのものである。
この添加量については、多すぎると緻密な焼結体が得ら
れなかったり、焼結体の絶縁抵抗が低下するし、一方、
少なすぎると窒化アルミニウム粉末基板の熱伝導率が向
上しないことから、0.05〜1.0重量%とするのが
望ましい、又、粒度については細かすぎると、窒化アル
ミニウムを空気中で脱脂する工程で酸化され、CO又は
CO□ガスとなってAINグリンシートの外部に散逸し
てしまうし、一方、粗すぎると均一な焼結体が得られな
いことから、0.1 =lOn+”7gの比表面積を有
するものが適当である。なお、上記グラファイト粉末と
は、コークス等の無定形炭素等を2500℃以上の温度
で加熱することにより黒鉛化したものを粉砕処理等して
得られたものであり、真比重2.1g/c+a”以下の
カーボンブラック粉末等の無定形炭素は、空気中での加
熱により容易に酸化される為、効果が無い。
これらの窒化アルミニウム粉末とYaks粉末とグラフ
ァイト粉末とに溶剤、分散剤、有機バインダー、可塑剤
等を加えてスラリー状にしたものをドクターブレード法
等により成型し、窒化アルミニウムグリーンシートを作
製する。これらの分散剤、有機バインダー、可塑剤とし
ては、脱脂しやすいものが好ましく、有機バインダーと
してはアクリル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、可塑
剤としてはジブチルフタレート等が挙げられる。
第1図は、本発明にかかる窒化アルミニウム基板の製造
方法の一例の基本的構成図、作製した窒化アルミニウム
グリーンシートを所定の寸法に切断し、第1図に示す如
くセラミック粉末2を介在させて、支持台であるセッタ
ー2上に2枚以上積み重ね更に最上部には重し材3を置
いた状態でAINグリーンシートの脱脂を行なう。ここ
で介在させるセラミック粉末としては、窒化ホウ素粉末
が望ましく、その量はグリーンシート1の面積に対して
0.2〜1.Omg/ca+”とするのが望ましい、ま
た、セッター3及び重し材4としては、平坦性が最も重
要であり、材質としては、窒化ホウ素質焼結体、窒化ア
ルミニウム質焼結体、窒化ホウ素乃至窒化アルミニウム
で表面をコーティングしたカーボン等が挙げられる。
ところで、この脱脂工程では、AIN粉末を酸化させず
、かつ、AINグリーンシート1中に含まれている有機
バインダー等の有機物を完全に除去することが重要であ
る。 AIN粉末が酸化すると、AIN基板の熱伝導率
が低下するし、−方、有機物の除去が不完全であると、
AIN基板に黒色の色むらが生じたり、ひいては絶縁抵
抗が劣化する0以上の点から空気中400〜600℃で
加熱することにより脱脂するのが望ましい。
なお、より容易に脱脂を行なうために、該重し材4に貫
通穴を設けても良く、これは特にAINグリーンシート
1の面積が大型化したり、厚みがった厚くなったりした
場合に有効である。
最後に、以上の如く脱脂したものを窒化ホウ素、窒化ア
ルミニウム、カーボン等の容易に収容し、窒素含有非酸
化性雰囲気中、1700〜1900℃で常圧焼結するこ
とにより平面度、平滑度に優れかつ、高熱伝導性を有す
るAIN基板を効率よく製造することができる。
なお、本発明にかかる脱脂、焼結方法は第1図に例示さ
れたものに限定されない。
[作用1 該グリーンシート中の無機成分として窒化アルミニウム
と焼結助剤である酸化イツトリウムとに還元剤として、
比表面積0.1〜lOm″/gのグラフディト粉末を添
加することにより熱伝導率の優れた窒化アルミニウム基
板が得られることを見出したものである。これはグラフ
ディト粉末が他のカーボン粉末の中でも特に耐酸化性に
優れているため、空気中で加熱する脱脂工程において酸
化されず、かつ常圧焼成の工程で窒化アルミニウム中の
不純物酸系と反応して、窒化アルミニウムを高純度化す
るためと考えられる。
[実施例] 実施例1 酸素含有量1.4重量%、炭素含有量0.1重量%、平
均粒径1.5μmのAIN粉末と、焼結助剤として平均
粒径0.4μmのY2O,粉末と、還元剤として平均粒
径1.0μm(比表面積、3 m”/glのグラファイ
ト粉末とを第1表に示す割合で秤量し、次いで、これら
無機成分の総量に対して分散剤2重量部、有機バインダ
ーとしてアクリル樹脂を12重量部、可塑剤としてジブ
チルフタレートを5重量部加え、トルエン等の有機溶剤
と混合してスラリーとした後、ドクターブレード法によ
り成型し、厚さ0.85mmのAINグリーンシートを
作製し、63.7++m角に打ち抜いたものを20枚用
意した。
一方、平均粒径0.8μmの窒化ホウ素粉末を1.1.
1−トリクロルエタン中に懸濁させ、この懸濁液をスプ
レー法によって63.7ma+角のグリーンシートの片
面に塗布した。このときの塗布量は0.5 mtg/c
−であった、また同様に外寸60X60X10’mmの
窒化アルミニミウム質のセッター及び重し材の表面にも
窒化ホウ素粉末を塗布しておき、このセッター上に上記
の窒化ホウ素粉末を塗布したAINグリーンシートを2
0枚積み重ね、更に最上部に重し材を置いた。
これらを空気中500℃で1.0時間加熱することによ
り、AINグリーンシートの脱脂を行ない最後にこれら
を窒化アルミニウム質の容易に収容し、密閉状態とした
ものを窒素含有非酸化性雰囲気中1850℃で3時間常
圧焼結した。
得られた窒化アルミニウム基板は、基板相互及び基板と
セッター乃至重し材との付着は全く無く、容易に分離す
ることができ、うねり50μm以下、表面粗さRa=0
.8 JA m  Rmax=6 μmであり、優れた
平坦性と平滑性を有していた。そこで、これらのAIN
基板の相対密度、熱伝導率、絶縁抵抗を測定し、その結
果を第1表に示す、第1表において試料番号1,5,6
,10゜11、15は、本発明の範囲外の比較例である
。
なお、熱伝導率は基板形状のままでレーザーフラッシュ
法により測定した。
【比較例] 酸素含有量1.4重量%、炭素含有量0.1重量%、平
均粒径1.5μmのAIN粉末と、焼結助剤として平均
粒径0.4μmのYlo、粉末と還元剤として平均粒径
0.05μm(比表面積: 60m”/g)のカーボン
ブラック粉末とを第2表に示す割合で秤量し、以下、実
施例1と全く同様の方法でAINグリーンシートを作製
し、脱脂、焼成することによってAIN基板を得た。次
いで、これらのAIN基板の相対密度、熱伝導率、絶縁
抵抗を測定し、その結果を第2表に示す。第2表に示す
如く、カーボンブラック粉末の添加は熱伝導率に対して
全く効果が認められない。これは、空気中500℃で1
.0時間脱脂する工程で、カーボンブラック粉末が酸化
され、CO又はCO2ガスとなってAINグリーンシー
トの外部に逸散してしまったためである。
第 表 *印は本発明の範囲外 第2表(比較例) [発明の効果] 本発明のAIN基板の製造方法によれば、平面度、平滑
度に優れ、かつ熱伝導率の高いAIN基板を効率よく提
供でき、半導体装用基板として好適であることから、そ
の工業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明におけるAIN基板の製造方法の一例の
基本的構成図である、 l:窒化アルミニウムグリーンシート 2:セラミック粉末

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)重量%表示で固形成分が実質的に 窒化アルミニウム粉末94〜99.85 酸化イットリウム粉末0.1〜5 グラファイト粉末0.05〜1 からなる窒化アルミニウム基板組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116425552A (zh) * 2023-04-24 2023-07-14 广东省先进陶瓷材料科技有限公司 一种氮化铝基板及其制备方法与应用
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