JPH0369874B2 - - Google Patents
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- JPH0369874B2 JPH0369874B2 JP61033826A JP3382686A JPH0369874B2 JP H0369874 B2 JPH0369874 B2 JP H0369874B2 JP 61033826 A JP61033826 A JP 61033826A JP 3382686 A JP3382686 A JP 3382686A JP H0369874 B2 JPH0369874 B2 JP H0369874B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- metallized layer
- group
- elements
- aluminum nitride
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Description
[発明の技術分野]
本発明は、導電性メタライズ層を有する窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法に関しさらに詳しく
は、窒化アルミニウム焼結体母材との高温密着性
が良好な導電性メタライズ層を有し、とくに、半
導体用基板として有用な導電性メタライズ層を有
する窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関す
る。 [発明の技術的背景とその問題点] 窒化アルミニウム(AlN)焼結体は、、絶縁
性、耐腐食性および耐熱衝撃性に優れ、高い高温
強度を有するとともに、高い熱伝導性を有するた
め、各種構造材、各種電子・電気部品などの素材
として、また、とくに近年では、放熱性が充分で
ないアルミナ(Al2O3)や毒性があるため取扱い
が繁雑なベリリア(BeO)に代わる半導体用基
板の材料として注目されている。 ところで、AlN焼結体をどのような用途で使
用するにせよ、この焼結体と何らかの金属部材と
を接合する必要性が生じる場合が多く、その際、
AlN焼結体の表面に導電性メタライズ層を形成
することが一般に行なわれている。 このようなAlN焼結体へのメタライズ法とし
ては、焼結体表面に酸化物層(Al2O3)形成後、
直接銅(Cu)箔を接合するダイレクトボンドカ
ツパー法(DBC法)、銅(Cu)、金(Au)、銀
(Ag)−パラジウム(Pd)などを使用した厚膜法
などが知られている。 しかしながら、上記の方法を適用してAlN焼
結体表面に形成された導電性メタライズ層は、い
ずれも、とくに高温においてAlN焼結体との密
着性が悪いため、ろう付や高温はんだ付など700
℃程度以上の温度で行なう接合方法を適用して他
部材と接合することが困難であり、また、仮に接
合することができたとしても、他部材が接合され
たAlN焼結体を高温で使用したときにメタライ
ズ層が焼結体表面から剥離してしまい、結果的に
他部材の脱落が生ずるという問題がある。とく
に、このような導電性メタライズ層を有する
AlN焼結体を電子回路用放熱基板として使用し
た場合、この基板は低温から高温へ、また、高温
から低温へという温度変化(熱サイクル)を受け
ることになり、メタライズ層の構成成分とAlN
との熱膨張係数の差に起因して、メタライズ層に
クラツクが生ずるという不都合がある。 [発明の目的] 本発明は、従来のかかる問題を解消し、とく
に、高温、還元雰囲気中での接合強度が高い導電
性メタライズ層を有し、該メタライズ層に対する
ろう付、はんだ付などの接合信頼性が高い窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法の提供を目的とす
る。 [発明の概要] 本発明者らは、主として、AlN焼結体を母材
として、その表面に塗布されるメタライズ層とな
るペーストに含有される元素の組合せに焦点を絞
つて鋭意研究を重ねた結果、上記目的を達成しう
る特定の組合せを見出し、その効果を確認して本
発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明の窒化アルミニウム焼結体
は、 モリブデン、タングステンおよびタンタルより
なる群(第1の群)から選ばれた1種または2種
以上の単体、ならびにB、Al、周期律表の第
a族元素および希土類元素よりなる群(第2の
群)から選ばれた元素の1種または2種以上の窒
化物および/または酸化物とを、粘着剤に分散さ
せてペーストを作成し、前記ペーストを窒化アル
ミニウム焼結体母材の表面の少なくとも一部に塗
布した後乾燥させ、非酸化性雰囲気中で加熱処理
して導電性メタライズ層を形成することを特徴と
するものである。 本発明の導電性メタライズ層を有する窒化アル
ミニウム焼結体の製方法は、前述したように、該
焼結体を母材として、その表面に塗布された導電
性メタライズ層となるペーストに含有される元素
の組合せに特徴を有するものであり、AlN焼結
体自体の物性などはとくに制限されるものではな
い。 導電性メタライズ層となるペーストに含有され
る元素のうち、第1の群に属する元素、すなわ
ち、モリブデン(Mo)、タングステン(W)お
よびタンタル(Ta)は、耐熱性に優れ、かつ、
AlN焼結体母材の熱膨張係数とほぼ近似した熱
膨張係数を有するものであり、該メタライズ層の
耐熱性および耐熱サイクル特性の向上に資する成
分である。これらの元素は上記したような特性を
最も良く示す単体を用いる。 また、これらの元素は、1種または2種以上が
組合わされて使用される。 ついで、導電性メタライズ層の成分元素のう
ち、第2の群に属する元素、すなわち、周期律表
の第族元素のうちのBおよびAl、第a族元
素(Ti、Zr、Hf)および希土類元素(Sc、Y、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)は、後述するメ
タライズ層形成工程、すなわち加熱工程におい
て、AlNとのぬれ性が優れており、導電性メタ
ライズ層とAlN焼結体との密着性の向上に資す
る成分である。なお、この第2の群に属する元素
のうち、好ましいものはB、Al、Ti、Zr、Hf、
Y、Ce、Pr、Nd、Dy、Smなどであり、とくに
好ましいものは、Al、Ti、Zr、Y、Dy、Smな
どである。 これらの元素は、1種または2種以上の酸化物
および/または窒化物が組合わされて使用され
る。 いま、このペーストに含有される元素として
Tiを例にとると、Tiは導電性メタライズ層の構
成相において、例えば、TiN、TiO2などが使用
できる。 また、本発明において、第1の群に属する元素
と第2の群に属する元素との構成比はとくに限定
されるものではなく、使用する元素の種類あるい
は組合わせによつて適宜設定すればよいが、例え
ば、第1の群に属する元素の合計と第2の群に属
する元素の合計との比が、原子比で99:1〜1:
99であればよく、90:10〜10:90程度に設定され
ることが好ましい。 本発明の導電性メタライズ層を有する窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法は、例えば、次のとお
りである。 すなわち、まず、常法により焼結して得られた
AlN焼結体母材の所望の面に、上記第1の群お
よび第2の群からそれぞれ選択された元素を含む
ペーストを塗布する。このペーストは、具体的に
は、上記第1の群から選ばれた単体と第2の群か
ら選ばれた元素の窒化物および/または酸化物を
エチルセルロース、ニトロセルロースなどの粘着
剤に分散せしめて得られる。また、かかるペース
ト中には、上記第1および第2の群から選ばれた
元素が総量で全体の5重量%以上含有されている
ことが望ましい。 ついで、上記のようにAlN焼結体母材表面に
ペーストしくは液状物を塗布したのち、乾燥させ
て、しかるのち、加熱処理することによりメタラ
イズ層を形成する。このときの加熱温度は、成分
元素の種類および組合わせによつても異なるが、
通常は、1100〜1800℃程度である。また、雰囲気
ガスとしては、窒素ガス、ドライホーミングガ
ス、ウエツトホーミングガスなどを使用でき、処
理時間は0.5〜2時間程度に設定することが好ま
しい。 さらに、このようにして得られた導電性メタラ
イズ層を有するAlN焼結体に他部材を接合する
場合、まず、この導電性メタライズ層にNiなど
のメキを施し、続いて、ホーミングガス中、600
〜850℃で該メツキ層をアニールし、しかるのち、
ろう付もしくははんだ付を行なえばよい。 [発明の実施例] 実施例 1 モリブデン(Mo)粉末と窒化チタン(TiN)
粉末とエチルセルロースとを重量比で8:2:1
で混合して原料ペーストを調製し、該ペーストを
Y2O3を3重量%含有するAlN焼結体母材の表面
に塗布した。これを乾燥させたのち、N2ガス中、
約1700℃で1時間加熱することにより導電性メタ
ライズ層を形成した。得られた導電性メタライズ
層をX線回折法により調べた結果、Mo、AlN、
YAGおよびTiNが観察された。 ついで、この導電性メタライズ層のAlN焼結
体母材に対する接合強度を評価するために、該メ
タライズ層にNiメツキを施してこれをホーミン
グガス中、約800℃でアニールしたのち、コバー
ル(Ni−Co−Fe合金)製ワイヤーの先端部をろ
う付した。そして、該ワイヤーをこのメタライズ
面と垂直な方向に引張ることにより接合強度
(Kg/mm2)を測定したところ2Kg/mm2以上であつ
た。 実施例 2〜18 前述した第1および第2の群に属する元素の種
類の様々に代えて上記実施例1と同様にして導電
性メタライズ層を有するAlN焼結体を製造し、
その評価試験を行ない、その結果をメタライズ層
用原料ペーストの組成、メタライズ条件および得
られたメタライズ層の構成相とともに表に示し
た。 表からも明らかなように、本発明の製造方法に
よつて得られる窒化アルミニウム焼結体は、はん
だ付、ろう付工程後もAlN焼結体母材との高い
接合強度を有する導電性メタライズ層を備えてい
るため、他部材との接合の信頼性も高く、幅広い
用途に利用することが可能である。とくに、
AlN焼結体自体は前述したように極めて高い熱
伝導率(Al2O3の約5倍)を有し、また、の熱膨
張係数が半導体素子を構成するSiと極めて近似し
ているなど、半導体用基板材料としてその利用価
値は大きい。
ルミニウム焼結体の製造方法に関しさらに詳しく
は、窒化アルミニウム焼結体母材との高温密着性
が良好な導電性メタライズ層を有し、とくに、半
導体用基板として有用な導電性メタライズ層を有
する窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関す
る。 [発明の技術的背景とその問題点] 窒化アルミニウム(AlN)焼結体は、、絶縁
性、耐腐食性および耐熱衝撃性に優れ、高い高温
強度を有するとともに、高い熱伝導性を有するた
め、各種構造材、各種電子・電気部品などの素材
として、また、とくに近年では、放熱性が充分で
ないアルミナ(Al2O3)や毒性があるため取扱い
が繁雑なベリリア(BeO)に代わる半導体用基
板の材料として注目されている。 ところで、AlN焼結体をどのような用途で使
用するにせよ、この焼結体と何らかの金属部材と
を接合する必要性が生じる場合が多く、その際、
AlN焼結体の表面に導電性メタライズ層を形成
することが一般に行なわれている。 このようなAlN焼結体へのメタライズ法とし
ては、焼結体表面に酸化物層(Al2O3)形成後、
直接銅(Cu)箔を接合するダイレクトボンドカ
ツパー法(DBC法)、銅(Cu)、金(Au)、銀
(Ag)−パラジウム(Pd)などを使用した厚膜法
などが知られている。 しかしながら、上記の方法を適用してAlN焼
結体表面に形成された導電性メタライズ層は、い
ずれも、とくに高温においてAlN焼結体との密
着性が悪いため、ろう付や高温はんだ付など700
℃程度以上の温度で行なう接合方法を適用して他
部材と接合することが困難であり、また、仮に接
合することができたとしても、他部材が接合され
たAlN焼結体を高温で使用したときにメタライ
ズ層が焼結体表面から剥離してしまい、結果的に
他部材の脱落が生ずるという問題がある。とく
に、このような導電性メタライズ層を有する
AlN焼結体を電子回路用放熱基板として使用し
た場合、この基板は低温から高温へ、また、高温
から低温へという温度変化(熱サイクル)を受け
ることになり、メタライズ層の構成成分とAlN
との熱膨張係数の差に起因して、メタライズ層に
クラツクが生ずるという不都合がある。 [発明の目的] 本発明は、従来のかかる問題を解消し、とく
に、高温、還元雰囲気中での接合強度が高い導電
性メタライズ層を有し、該メタライズ層に対する
ろう付、はんだ付などの接合信頼性が高い窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法の提供を目的とす
る。 [発明の概要] 本発明者らは、主として、AlN焼結体を母材
として、その表面に塗布されるメタライズ層とな
るペーストに含有される元素の組合せに焦点を絞
つて鋭意研究を重ねた結果、上記目的を達成しう
る特定の組合せを見出し、その効果を確認して本
発明を完成するに至つた。 すなわち、本発明の窒化アルミニウム焼結体
は、 モリブデン、タングステンおよびタンタルより
なる群(第1の群)から選ばれた1種または2種
以上の単体、ならびにB、Al、周期律表の第
a族元素および希土類元素よりなる群(第2の
群)から選ばれた元素の1種または2種以上の窒
化物および/または酸化物とを、粘着剤に分散さ
せてペーストを作成し、前記ペーストを窒化アル
ミニウム焼結体母材の表面の少なくとも一部に塗
布した後乾燥させ、非酸化性雰囲気中で加熱処理
して導電性メタライズ層を形成することを特徴と
するものである。 本発明の導電性メタライズ層を有する窒化アル
ミニウム焼結体の製方法は、前述したように、該
焼結体を母材として、その表面に塗布された導電
性メタライズ層となるペーストに含有される元素
の組合せに特徴を有するものであり、AlN焼結
体自体の物性などはとくに制限されるものではな
い。 導電性メタライズ層となるペーストに含有され
る元素のうち、第1の群に属する元素、すなわ
ち、モリブデン(Mo)、タングステン(W)お
よびタンタル(Ta)は、耐熱性に優れ、かつ、
AlN焼結体母材の熱膨張係数とほぼ近似した熱
膨張係数を有するものであり、該メタライズ層の
耐熱性および耐熱サイクル特性の向上に資する成
分である。これらの元素は上記したような特性を
最も良く示す単体を用いる。 また、これらの元素は、1種または2種以上が
組合わされて使用される。 ついで、導電性メタライズ層の成分元素のう
ち、第2の群に属する元素、すなわち、周期律表
の第族元素のうちのBおよびAl、第a族元
素(Ti、Zr、Hf)および希土類元素(Sc、Y、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)は、後述するメ
タライズ層形成工程、すなわち加熱工程におい
て、AlNとのぬれ性が優れており、導電性メタ
ライズ層とAlN焼結体との密着性の向上に資す
る成分である。なお、この第2の群に属する元素
のうち、好ましいものはB、Al、Ti、Zr、Hf、
Y、Ce、Pr、Nd、Dy、Smなどであり、とくに
好ましいものは、Al、Ti、Zr、Y、Dy、Smな
どである。 これらの元素は、1種または2種以上の酸化物
および/または窒化物が組合わされて使用され
る。 いま、このペーストに含有される元素として
Tiを例にとると、Tiは導電性メタライズ層の構
成相において、例えば、TiN、TiO2などが使用
できる。 また、本発明において、第1の群に属する元素
と第2の群に属する元素との構成比はとくに限定
されるものではなく、使用する元素の種類あるい
は組合わせによつて適宜設定すればよいが、例え
ば、第1の群に属する元素の合計と第2の群に属
する元素の合計との比が、原子比で99:1〜1:
99であればよく、90:10〜10:90程度に設定され
ることが好ましい。 本発明の導電性メタライズ層を有する窒化アル
ミニウム焼結体の製造方法は、例えば、次のとお
りである。 すなわち、まず、常法により焼結して得られた
AlN焼結体母材の所望の面に、上記第1の群お
よび第2の群からそれぞれ選択された元素を含む
ペーストを塗布する。このペーストは、具体的に
は、上記第1の群から選ばれた単体と第2の群か
ら選ばれた元素の窒化物および/または酸化物を
エチルセルロース、ニトロセルロースなどの粘着
剤に分散せしめて得られる。また、かかるペース
ト中には、上記第1および第2の群から選ばれた
元素が総量で全体の5重量%以上含有されている
ことが望ましい。 ついで、上記のようにAlN焼結体母材表面に
ペーストしくは液状物を塗布したのち、乾燥させ
て、しかるのち、加熱処理することによりメタラ
イズ層を形成する。このときの加熱温度は、成分
元素の種類および組合わせによつても異なるが、
通常は、1100〜1800℃程度である。また、雰囲気
ガスとしては、窒素ガス、ドライホーミングガ
ス、ウエツトホーミングガスなどを使用でき、処
理時間は0.5〜2時間程度に設定することが好ま
しい。 さらに、このようにして得られた導電性メタラ
イズ層を有するAlN焼結体に他部材を接合する
場合、まず、この導電性メタライズ層にNiなど
のメキを施し、続いて、ホーミングガス中、600
〜850℃で該メツキ層をアニールし、しかるのち、
ろう付もしくははんだ付を行なえばよい。 [発明の実施例] 実施例 1 モリブデン(Mo)粉末と窒化チタン(TiN)
粉末とエチルセルロースとを重量比で8:2:1
で混合して原料ペーストを調製し、該ペーストを
Y2O3を3重量%含有するAlN焼結体母材の表面
に塗布した。これを乾燥させたのち、N2ガス中、
約1700℃で1時間加熱することにより導電性メタ
ライズ層を形成した。得られた導電性メタライズ
層をX線回折法により調べた結果、Mo、AlN、
YAGおよびTiNが観察された。 ついで、この導電性メタライズ層のAlN焼結
体母材に対する接合強度を評価するために、該メ
タライズ層にNiメツキを施してこれをホーミン
グガス中、約800℃でアニールしたのち、コバー
ル(Ni−Co−Fe合金)製ワイヤーの先端部をろ
う付した。そして、該ワイヤーをこのメタライズ
面と垂直な方向に引張ることにより接合強度
(Kg/mm2)を測定したところ2Kg/mm2以上であつ
た。 実施例 2〜18 前述した第1および第2の群に属する元素の種
類の様々に代えて上記実施例1と同様にして導電
性メタライズ層を有するAlN焼結体を製造し、
その評価試験を行ない、その結果をメタライズ層
用原料ペーストの組成、メタライズ条件および得
られたメタライズ層の構成相とともに表に示し
た。 表からも明らかなように、本発明の製造方法に
よつて得られる窒化アルミニウム焼結体は、はん
だ付、ろう付工程後もAlN焼結体母材との高い
接合強度を有する導電性メタライズ層を備えてい
るため、他部材との接合の信頼性も高く、幅広い
用途に利用することが可能である。とくに、
AlN焼結体自体は前述したように極めて高い熱
伝導率(Al2O3の約5倍)を有し、また、の熱膨
張係数が半導体素子を構成するSiと極めて近似し
ているなど、半導体用基板材料としてその利用価
値は大きい。
【表】
[発明の効果]
以上の説明から明らかなように、本発明の製造
方法によつて得られる窒化アルミニウム焼結体は
窒化アルミニウム焼結体母材との高温における接
合強度が極めて高い導電性メタライズ層を有する
ため、該焼結体にはんだ付、ろう付などにより他
部材を接合することが可能であり、また、そのよ
うに他部材が接合された焼結体を高温下もしく
は、低温から高温への熱サイクル環境下で使用し
た場合にも、メタライズ層の剥離などを生じるこ
とがない。したがつて、近年の高集積、高出力電
子回路用基板、イグナイタ、高周波トランジス
タ、レーザ管、マグネトロンあるいは各種ヒータ
として用いることができ、その工業的価値は極め
て大である。
方法によつて得られる窒化アルミニウム焼結体は
窒化アルミニウム焼結体母材との高温における接
合強度が極めて高い導電性メタライズ層を有する
ため、該焼結体にはんだ付、ろう付などにより他
部材を接合することが可能であり、また、そのよ
うに他部材が接合された焼結体を高温下もしく
は、低温から高温への熱サイクル環境下で使用し
た場合にも、メタライズ層の剥離などを生じるこ
とがない。したがつて、近年の高集積、高出力電
子回路用基板、イグナイタ、高周波トランジス
タ、レーザ管、マグネトロンあるいは各種ヒータ
として用いることができ、その工業的価値は極め
て大である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 モリブデン、タングステンおよびタンタルよ
りなる群(第1の群)から選ばれた1種または2
種以上の単体、ならびにB、Al、周期律表の第
a族元素および希土類元素よりなる群(第2の
群)から選ばれた元素の1種または2種以上の窒
化物および/または酸化物とを、粘着剤に分散さ
せてペーストを作成し、前記ペーストを窒化アル
ミニウム焼結体母材の表面の少なくとも一部に塗
布した後乾燥させ、非酸化性雰囲気中で加熱処理
して導電性メタライズ層を形成することを特徴と
する導電性メタライズ層を有する窒化アルミニウ
ム焼結体の製造方法。 2 前記窒化アルミニウム焼結体が、半導体用基
板である特許請求の範囲第1項記載の導電性メタ
ライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造
方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3382686A JPS62197374A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 導電性メタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| US07/016,557 US4770953A (en) | 1986-02-20 | 1987-02-19 | Aluminum nitride sintered body having conductive metallized layer |
| EP87102344A EP0235682B2 (en) | 1986-02-20 | 1987-02-19 | Aluminium nitride sintered body having conductive metallized layer |
| DE3789628T DE3789628T3 (de) | 1986-02-20 | 1987-02-19 | Gesinterter Körper aus Aluminiumnitrid mit leitender metallisierter Schicht. |
| KR1019870001437A KR900006122B1 (ko) | 1986-02-20 | 1987-02-20 | 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3382686A JPS62197374A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 導電性メタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5205585A Division JP2898851B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 導電性メタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62197374A JPS62197374A (ja) | 1987-09-01 |
| JPH0369874B2 true JPH0369874B2 (ja) | 1991-11-05 |
Family
ID=12397293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3382686A Granted JPS62197374A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 導電性メタライズ層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62197374A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0684271B2 (ja) * | 1986-11-20 | 1994-10-26 | 株式会社トクヤマ | 焼結体の製造方法 |
| JPH02159797A (ja) * | 1988-12-14 | 1990-06-19 | Toshiba Corp | セラミックス多層基板 |
| JPH03146488A (ja) * | 1989-10-30 | 1991-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6265991A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-25 | 株式会社東芝 | 高熱伝導性セラミツクス基板 |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP3382686A patent/JPS62197374A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62197374A (ja) | 1987-09-01 |
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