JPH0328825B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0328825B2 JPH0328825B2 JP57150239A JP15023982A JPH0328825B2 JP H0328825 B2 JPH0328825 B2 JP H0328825B2 JP 57150239 A JP57150239 A JP 57150239A JP 15023982 A JP15023982 A JP 15023982A JP H0328825 B2 JPH0328825 B2 JP H0328825B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper
- aluminum nitride
- oxygen
- thermally conductive
- conductive substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- 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
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、窒化アルミニウム系焼結体を基体と
した熱伝導性基板に関する。
した熱伝導性基板に関する。
（従来の技術）
従来より回路基板の構成において、酸化ベリリ
ウム系絶縁板を基板として用いると、その良好な
熱伝導性のために小型ながら高出力の回路基板が
得られることが知られている。これは基板上に設
けられた電子部品の動作発熱が容易に放熱される
ため、電子部品の負荷を大きくとりうることにな
るからである。ところでこの酸化ベリリウム系絶
縁基板は毒性の点で問題があり、この代替えとし
て窒化ホウ素系焼結体や窒化アルミニウム系焼結
体の使用が試みられている。特に、窒化アルミニ
ウム系焼結体は窒化ホウ素系焼結体に比べ安価に
得られること、さらに機械的強度も優れているこ
と等から絶縁基体として注目されている。
ウム系絶縁板を基板として用いると、その良好な
熱伝導性のために小型ながら高出力の回路基板が
得られることが知られている。これは基板上に設
けられた電子部品の動作発熱が容易に放熱される
ため、電子部品の負荷を大きくとりうることにな
るからである。ところでこの酸化ベリリウム系絶
縁基板は毒性の点で問題があり、この代替えとし
て窒化ホウ素系焼結体や窒化アルミニウム系焼結
体の使用が試みられている。特に、窒化アルミニ
ウム系焼結体は窒化ホウ素系焼結体に比べ安価に
得られること、さらに機械的強度も優れているこ
と等から絶縁基体として注目されている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、このような焼結窒化アルミニウ
ム系基体は金属との濡れ性に劣るため、熱伝導性
向上等を目的として、直接接合法によつて金属を
接合しようとしても被着し難いという欠点があつ
た。
ム系基体は金属との濡れ性に劣るため、熱伝導性
向上等を目的として、直接接合法によつて金属を
接合しようとしても被着し難いという欠点があつ
た。
従つて、焼結窒化アルミニウム系基体について
は所要面に金属層が強固に接合された熱伝導性の
良好な回路基板用に適するものは未だ開発されて
いないのが実情である。
は所要面に金属層が強固に接合された熱伝導性の
良好な回路基板用に適するものは未だ開発されて
いないのが実情である。
本発明は、このような問題を解決するためにな
されたもので、毒性がなく熱伝導性および強度に
優れた焼結窒化アルミニウム系基体を用い、所要
面に金属層が強固に直接接合された熱伝導性基板
を提供することを目的とする。
されたもので、毒性がなく熱伝導性および強度に
優れた焼結窒化アルミニウム系基体を用い、所要
面に金属層が強固に直接接合された熱伝導性基板
を提供することを目的とする。
［発明の構成］
（問題点を解決するための手段）
本発明者らはこのような問題点を解決するべく
種々検討した結果、焼結窒化アルミニウム系基体
を結合剤で表面処理してから金属と直接接合させ
れば、焼結窒化アルミニウム系基体と被覆金属と
が強固に一体化し、剥離の生じない、長期間にわ
たつて優れた熱伝導性を有する熱伝導性基板が得
られることを見出した。
種々検討した結果、焼結窒化アルミニウム系基体
を結合剤で表面処理してから金属と直接接合させ
れば、焼結窒化アルミニウム系基体と被覆金属と
が強固に一体化し、剥離の生じない、長期間にわ
たつて優れた熱伝導性を有する熱伝導性基板が得
られることを見出した。
すなわち本発明の熱伝導性基板は、表面を酸素
で処理した焼結窒化アルミニウム系基体に、銅部
材を銅の融点以下でかつ銅と銅酸化物との共晶温
度以上の温度での加熱により直接接合してなるこ
とを特徴としている。
で処理した焼結窒化アルミニウム系基体に、銅部
材を銅の融点以下でかつ銅と銅酸化物との共晶温
度以上の温度での加熱により直接接合してなるこ
とを特徴としている。
本発明における焼結窒化アルミニウム系基体と
しては、窒化アルミニウム粉未もしくは窒化アル
ミニウム焼結助剤としてイツトリウム、アルミニ
ウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等
の酸化物、炭酸塩、または他の塩類あるいは炭化
ケイ素等を少なくとも１種微量添加した粉末を所
定の形状に成形し焼結したものを、結合剤すなわ
ち酸素で、基体表面に酸素を有する層が形成され
るよう表面を処理したものを使用する。
しては、窒化アルミニウム粉未もしくは窒化アル
ミニウム焼結助剤としてイツトリウム、アルミニ
ウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等
の酸化物、炭酸塩、または他の塩類あるいは炭化
ケイ素等を少なくとも１種微量添加した粉末を所
定の形状に成形し焼結したものを、結合剤すなわ
ち酸素で、基体表面に酸素を有する層が形成され
るよう表面を処理したものを使用する。
この結合剤による表面処理の方法としては、例
えば窒化アルミニウム系焼結体を空気中で1000℃
〜1400℃に加熱するか、あるいはウエツトフオー
ミングガス（H2＋N2）中で1250℃〜1500℃に加
熱して酸化処理を行なう方法が挙げられる。この
温度より低いと接合に必要な結合剤層すなわち酸
化物層が形成されず、この温度より高いと結合剤
層が分離して剥離してしまう。また、形成する結
合剤層の厚さとしては、実用的には20μｍ程度ま
で、好ましくは10μｍ以下がよい。この結合剤層
すなわち酸化物層の厚さがあまり薄いと金属との
接合に必要な結合剤の量が不十分となり、あまり
厚いと形成した結合剤層と窒化アルミニウム焼結
体との熱膨脹差から剥離しやすくなる。
えば窒化アルミニウム系焼結体を空気中で1000℃
〜1400℃に加熱するか、あるいはウエツトフオー
ミングガス（H2＋N2）中で1250℃〜1500℃に加
熱して酸化処理を行なう方法が挙げられる。この
温度より低いと接合に必要な結合剤層すなわち酸
化物層が形成されず、この温度より高いと結合剤
層が分離して剥離してしまう。また、形成する結
合剤層の厚さとしては、実用的には20μｍ程度ま
で、好ましくは10μｍ以下がよい。この結合剤層
すなわち酸化物層の厚さがあまり薄いと金属との
接合に必要な結合剤の量が不十分となり、あまり
厚いと形成した結合剤層と窒化アルミニウム焼結
体との熱膨脹差から剥離しやすくなる。
なお、空気中で加熱する場合は低温で結合剤層
を形成することができるという利点があり、ウエ
ツトフオーミングガス中で加熱する場合は緻密な
結合剤層が形成されるという利点がある。
を形成することができるという利点があり、ウエ
ツトフオーミングガス中で加熱する場合は緻密な
結合剤層が形成されるという利点がある。
本発明に適用される金属としては、銅の単体、
合金あるいは混合物が挙げられ、その形状は板状
等の有形状のもののほか、箔状、粒状であつても
よい。また、使用する銅部材としては、酸素を
100〜2000ppm含有しているものが好ましく、そ
の理由は接合がより容易になることによる。この
ような銅部材として、タフピツチ電解銅を使用す
ることが好ましい。あるいは銅部材をあらかじめ
酸素で表面処理し、表面に200〜5000Åの酸素を
含む層を形成したものを使用すれば同様に接合が
容易になる。
合金あるいは混合物が挙げられ、その形状は板状
等の有形状のもののほか、箔状、粒状であつても
よい。また、使用する銅部材としては、酸素を
100〜2000ppm含有しているものが好ましく、そ
の理由は接合がより容易になることによる。この
ような銅部材として、タフピツチ電解銅を使用す
ることが好ましい。あるいは銅部材をあらかじめ
酸素で表面処理し、表面に200〜5000Åの酸素を
含む層を形成したものを使用すれば同様に接合が
容易になる。
本発明の熱伝導性基板は、結合剤として酸素で
表面を処理した焼結窒化アルミニウム系基体の結
合剤層上に銅部材を接触配置させ、これを銅の融
点（1083℃）以下でかつ銅と銅酸化物の共晶の共
晶温度、換言すれば銅ー酸化銅の共晶温度（1065
℃）以上の温度で加熱することによつて得られ
る。
表面を処理した焼結窒化アルミニウム系基体の結
合剤層上に銅部材を接触配置させ、これを銅の融
点（1083℃）以下でかつ銅と銅酸化物の共晶の共
晶温度、換言すれば銅ー酸化銅の共晶温度（1065
℃）以上の温度で加熱することによつて得られ
る。
銅部材は基体全体に設けてもよく、あるいは島
状または格子状に選択的に設けてもよい。また、
加熱に際して銅部材として酸素を含有するもの、
あるいは酸素で表面処理したものを使用する場合
は、銅、酸素、窒化アルミニウムに対して不活性
なガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気中で加熱す
ることが好ましく、酸素を含有しない銅部材を使
用する場合は、酸素を0.03〜0.1体積％含有する
反応性のガス雰囲気中で加熱することが接合のし
やすさの点で好ましい。
状または格子状に選択的に設けてもよい。また、
加熱に際して銅部材として酸素を含有するもの、
あるいは酸素で表面処理したものを使用する場合
は、銅、酸素、窒化アルミニウムに対して不活性
なガス雰囲気、例えば窒素ガス雰囲気中で加熱す
ることが好ましく、酸素を含有しない銅部材を使
用する場合は、酸素を0.03〜0.1体積％含有する
反応性のガス雰囲気中で加熱することが接合のし
やすさの点で好ましい。
（作用）
本発明の熱伝導性基板において、基体の母材と
なる窒化アルミニウムは、熱伝導率が高く放熱性
に優れ、高電気絶縁性、低誘電率を示し、さらに
熱膨脹率も小さく、熱伝導性基板に必要とされる
種々の性質を有している。また、窒化アルミニウ
ム系焼結体上に一体に形成されている結合剤層上
に銅部材を直接接触配置させ、これをコントロー
ルされた雰囲気中で加熱することによつて、接触
界面に金属−結合剤共晶液層を生成させ、この液
層が窒化アルミニウム系焼結体表面の結合剤層を
濡らし、次いで冷却することにより銅と焼結窒化
アルミニウム系基体とが直接接合されているの
で、接合力も強固である。
なる窒化アルミニウムは、熱伝導率が高く放熱性
に優れ、高電気絶縁性、低誘電率を示し、さらに
熱膨脹率も小さく、熱伝導性基板に必要とされる
種々の性質を有している。また、窒化アルミニウ
ム系焼結体上に一体に形成されている結合剤層上
に銅部材を直接接触配置させ、これをコントロー
ルされた雰囲気中で加熱することによつて、接触
界面に金属−結合剤共晶液層を生成させ、この液
層が窒化アルミニウム系焼結体表面の結合剤層を
濡らし、次いで冷却することにより銅と焼結窒化
アルミニウム系基体とが直接接合されているの
で、接合力も強固である。
（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。
実施例
まず、厚さ２mmの板状の窒化アルミニウム焼結
体を用意し、これを空気中で1200℃で１時間加熱
して表面に酸化層を形成させた。
体を用意し、これを空気中で1200℃で１時間加熱
して表面に酸化層を形成させた。
次いで、この窒化アルミニウム焼結体表面に形
成された酸化層上に酸素含有量約400ppmのタフ
ピツチ電解銅からなる厚さ0.3mmの板状銅部材を
直接接触させて、窒素ガス雰囲気中で1075℃で10
分間加熱して接合させた。次に、ほぼ室温まで冷
却してから、接合部のピール強度を測定したとこ
ろ、８〜12Kg／mm2と良好な値を示した。
成された酸化層上に酸素含有量約400ppmのタフ
ピツチ電解銅からなる厚さ0.3mmの板状銅部材を
直接接触させて、窒素ガス雰囲気中で1075℃で10
分間加熱して接合させた。次に、ほぼ室温まで冷
却してから、接合部のピール強度を測定したとこ
ろ、８〜12Kg／mm2と良好な値を示した。
［発明の効果］
本発明の熱伝導性基板は、焼結窒化アルミニウ
ム系基体の表面に金属層すなわち銅層が強固に密
着して形成されているので、熱抵抗が小さく、ま
た耐電圧が高く大電流を流すことができ、さらに
小型化が可能である。また、半田付けも容易であ
り、さらに切断加工しても金属の剥離が生じず、
生産性が大きいという利点がある。
ム系基体の表面に金属層すなわち銅層が強固に密
着して形成されているので、熱抵抗が小さく、ま
た耐電圧が高く大電流を流すことができ、さらに
小型化が可能である。また、半田付けも容易であ
り、さらに切断加工しても金属の剥離が生じず、
生産性が大きいという利点がある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 表面を酸素で処理した焼結窒化アルミニウム
系基体に、銅部材を銅の融点以下でかつ銅と銅酸
化物との共晶温度以上の温度での加熱により直接
接合してなる熱伝導性基板。 ２ 銅部材は酸素を含有する特許請求の範囲第１
項記載の熱伝導性基板。 ３ 銅部材は酸素で処理されている特許請求の範
囲第１項記載の熱伝導性基板。 ４ 加熱は不活性ガス雰囲気中で行なわれる特許
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記
載の熱伝導性基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57150239A JPS5940404A (ja) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | 熱伝導性基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57150239A JPS5940404A (ja) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | 熱伝導性基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5940404A JPS5940404A (ja) | 1984-03-06 |
| JPH0328825B2 true JPH0328825B2 (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=15492597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57150239A Granted JPS5940404A (ja) | 1982-08-30 | 1982-08-30 | 熱伝導性基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5940404A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674194B2 (ja) * | 1986-02-03 | 1994-09-21 | 住友電気工業株式会社 | 表面改質されたＡ▲ｌ▼Ｎ焼結体 |
| JPS62270478A (ja) * | 1986-05-16 | 1987-11-24 | 宇部興産株式会社 | 窒化珪素焼結体の表面処理方法 |
| JP3529055B2 (ja) * | 1994-05-18 | 2004-05-24 | 電気化学工業株式会社 | 絶縁放熱板 |
| JP3845925B2 (ja) * | 1996-02-05 | 2006-11-15 | 住友電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム基材を用いた半導体装置用部材及びその製造方法 |
| KR100371974B1 (ko) | 1997-05-26 | 2003-02-17 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 구리회로접합기판 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5075208A (ja) * | 1973-11-07 | 1975-06-20 |
-
1982
- 1982-08-30 JP JP57150239A patent/JPS5940404A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5940404A (ja) | 1984-03-06 |
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