JPH04949B2 - - Google Patents
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- JPH04949B2 JPH04949B2 JP60122123A JP12212385A JPH04949B2 JP H04949 B2 JPH04949 B2 JP H04949B2 JP 60122123 A JP60122123 A JP 60122123A JP 12212385 A JP12212385 A JP 12212385A JP H04949 B2 JPH04949 B2 JP H04949B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aln
- thermal conductivity
- weight
- sintered body
- metal
- 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.)
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Description
［産業上の利用分野］
本発明は、絶縁基板、ヒートシング等に使用さ
れる高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体に関する
ものであり、特に、メタライズの容易な高熱伝導
性窒化アルミニウム焼結体に関する。 ［従来の技術］ 近年、電子機器の小形化や機能向上に対する要
求は極めて大きくなつており、それに伴つて半導
体は集積密度の向上、多機能化、高速化、高出力
化、高信頼化の方向に急速に進展している。これ
らに対応して半導体から発生する熱量はますます
増加しており、従来のAl2O3基板にわかる放熱能
力の大きい基板が要求されるようになつている。 この放熱能力の大きい基板材料、即ち熱伝導性
の高い材料としては、ダイヤモンド、立方晶BN
（窒化硼酸）、SiC（炭化珪素）、BeO（ベリリア）、
AIN（窒化アルミニウム）、Si等をあげることが
できる。しかし、ダイヤモンド、立方晶BNは基
板として利用できる大きさを製造することが困難
であり、又、非常に高価である。SiCは半導体で
あるために電気絶縁性、誘電率等の電気特性が
Al2O3より劣り、Al2O3基板のかわりとして使用
できない。BeOは電気特性が非常に優れている
が、成形時、研削加工時等に発生する粉末が毒性
をもつために国内で生産されず、海外から求める
必要があるために供給が不安定となる恐れがあ
る。Siは電気特性が悪く、又、機械的強度も小さ
いので、基板材料としての使用は限られる。
AlNは高絶縁性、高絶縁耐圧、低誘電率などの
優れた電気特性に加えて、常圧焼結が適用できる
が、所要面に金属層が形勢出来ず、未だ高出力用
の多層基板は開発されていないのが実情である。 ［発明の解決しようとする問題点］ この様に、AlNは、金属との濡れ性が悪いた
めに、メタライズできず基板としての使用は困難
であつた。 又、例えば、特開昭50−75208や特開昭59−
40404のように、AlN基板表面を酸化させてから
メタライズしたり、特開昭53−102310のように、
先ず、AlN基板表面に金属酸化物を設け、その
後にメタライズする等の技術が知られているが、
いずれも焼結体表面にメタライズすることは出来
ても、多層化を目的とする同時焼成法には適用す
ることが出来ず、又メタライズされた金属層の
AlN基板との間に比較的熱伝導率の低い層が介
在することになるために熱伝導率の低下はさけら
れないといつた欠点を有していた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するために次の手段
を採用した。 本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムを100重量部と、 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
から選ばれた１種又は２種位上の化合物を、金属
元素に換算して総量0.1〜10重量部と からなることを特徴とする。 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
として、例えばTiC，ZrC，HfC，VC，NbC，
TaC，Cr3C2等をあげることができる。 これらの炭化物から選ばれた１種又は２種以上
の化合物が、金属元素に換算して総量でAlN100
重老部に対し、0.1重量部以上10重量部以下であ
るのは、この範囲より少ないとAlN焼結体の金
属との濡れが改善されないためであり、逆にこの
範囲により多いとAlN焼結体の高熱導電性が劣
化し、又、焼結性が劣化するためである。 本発明は上記成分のみでも十分であるが、必要
に応じてY2O3やCaO等の焼結助剤をAlN100重量
部に対して５重量部を越えない範囲で含んでもよ
い。 又、この焼結体の相対密度（論理密度に対する
見掛け比重比％）が90％以上であるとAlNの持
つ高熱伝導率の効果が大きく、又、メタライズの
接着強度が大きい。 本発明は、AlN粉末及び前述の炭化物粉末に
必要に応じて焼結助剤粉末を加えて金型等により
成形し、通常のN2，Ar，NH3分解ガス、H2等の
非酸化性雰囲気下で焼結したり、最終的に炭化物
になる化合物を用いて焼結することによつて得る
ことができる。 ［作用］ Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
はAlN粒子中に固溶することなく、AlN粒子間、
即ち、粒界に存在して、金属と結合するために、
本発明は、AlNの金属との濡れ性を改善すると
思われる。 又、通常、粒界に添加物が存在すると熱伝導性
は悪化するが、本発明は、前述の炭化物がAlN
の粒界に存在するにもかかわらず、AlNの高熱
伝導性を損わないことを見出したものである。こ
の理由は、添加した化合物がAlNと反応して、
他の化合物を生成することがなく、又、AlNの
粒子全体を覆う様な存在をしない為に、AlN粒
子同志の結合は損なわれず、AlN本来の特性を
維持しながら、AlNの金属との濡れ性を改善で
きるものと思れる。 ［発明の効果］ 本発明ほ高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムにTi，Zr，Hf，Ｖ，Nb，
Ta及びCrの各炭化物を含有することによつて窒
化アルミニウムの優れた熱伝導性を損うことな
く、金属との濡れ性を改善できた。 本発明はメタライズ時に基板表面に酸化物等の
層を設けないために、メタライズした金属層と
AlN基板とが直接接合するため、接合強度、熱
伝導率において優れた性質をもつ。 又、本発明をIC等の基板に利用することによ
り、放熱性に優れた電子部品を得ることができる
が、従来のように、基板表面の処理等を必要とせ
ず、又同時焼成による多層基板を容易に得ること
ができる。 ［実施例］ 本発明の一実施例について説明する。 本実施例は、平均粒子1.0μｍのAlN粉末100重
量部に対して炭化物を第１表に示す金属換算の所
定量加えて混合し、エタノール中で４時間、湿式
混合して原料粉末をつくり、その後、密度及び熱
伝導率測定用の試料と、金属との濡れ性測定用の
試料とを得た。 密度及び熱伝導率の測定は、原料粉末を直径11
mm圧さ３mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した後、
1700℃の窒素雰囲気中で１時間常圧焼結を行つて
得た試料について行つた。密度は相対密度（論理
密度に対する見掛け比重比％）として測定し、
又、熱伝導率は、試料の厚みを２mmに平研加工し
た後にレーザーフラツシユ法を用いて測定した。 金属との濡れ性は、メタライズの接着強度とし
て測定した。メタライズの接着強度は、原料粉末
を30×10×５mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した
後に、通常メタライズに用いられるＷ粉末（平均
粒子1.0μｍ）を含むペーストを該成形体表面に２
×２mm、厚さ20μｍに塗布し、乾燥して、1700℃
窒素雰囲気下で１時間常圧焼結し、次いで、該焼
結体表面に電解NiメツキによつてNi層を２〜5μ
ｍ形成し、850℃、10分間シンターした後に、共
晶銀ローを用いて１×１mmのコバール（コバルト
鉄を含むニツケル合金）板を930℃、５分間でロ
ー付し、その接着強度をピール強度として測定し
た。 このピール強度は上記コバール板に接合された
リード線を接着面に対して垂直方向に向つて0.5
mm／secの速度で引張り、上記コバール板が焼結
体から剥離したときの強度である。 第１表に相対密度、熱伝導率、ピール強度の測
定結果を示す。尚、第１表に示された組成以外は
全てAlNであり、組成の含有量の単位はAlN100
重量部に対する金属換算の重量部である。
れる高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体に関する
ものであり、特に、メタライズの容易な高熱伝導
性窒化アルミニウム焼結体に関する。 ［従来の技術］ 近年、電子機器の小形化や機能向上に対する要
求は極めて大きくなつており、それに伴つて半導
体は集積密度の向上、多機能化、高速化、高出力
化、高信頼化の方向に急速に進展している。これ
らに対応して半導体から発生する熱量はますます
増加しており、従来のAl2O3基板にわかる放熱能
力の大きい基板が要求されるようになつている。 この放熱能力の大きい基板材料、即ち熱伝導性
の高い材料としては、ダイヤモンド、立方晶BN
（窒化硼酸）、SiC（炭化珪素）、BeO（ベリリア）、
AIN（窒化アルミニウム）、Si等をあげることが
できる。しかし、ダイヤモンド、立方晶BNは基
板として利用できる大きさを製造することが困難
であり、又、非常に高価である。SiCは半導体で
あるために電気絶縁性、誘電率等の電気特性が
Al2O3より劣り、Al2O3基板のかわりとして使用
できない。BeOは電気特性が非常に優れている
が、成形時、研削加工時等に発生する粉末が毒性
をもつために国内で生産されず、海外から求める
必要があるために供給が不安定となる恐れがあ
る。Siは電気特性が悪く、又、機械的強度も小さ
いので、基板材料としての使用は限られる。
AlNは高絶縁性、高絶縁耐圧、低誘電率などの
優れた電気特性に加えて、常圧焼結が適用できる
が、所要面に金属層が形勢出来ず、未だ高出力用
の多層基板は開発されていないのが実情である。 ［発明の解決しようとする問題点］ この様に、AlNは、金属との濡れ性が悪いた
めに、メタライズできず基板としての使用は困難
であつた。 又、例えば、特開昭50−75208や特開昭59−
40404のように、AlN基板表面を酸化させてから
メタライズしたり、特開昭53−102310のように、
先ず、AlN基板表面に金属酸化物を設け、その
後にメタライズする等の技術が知られているが、
いずれも焼結体表面にメタライズすることは出来
ても、多層化を目的とする同時焼成法には適用す
ることが出来ず、又メタライズされた金属層の
AlN基板との間に比較的熱伝導率の低い層が介
在することになるために熱伝導率の低下はさけら
れないといつた欠点を有していた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記問題点を解決するために次の手段
を採用した。 本発明の高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムを100重量部と、 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
から選ばれた１種又は２種位上の化合物を、金属
元素に換算して総量0.1〜10重量部と からなることを特徴とする。 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
として、例えばTiC，ZrC，HfC，VC，NbC，
TaC，Cr3C2等をあげることができる。 これらの炭化物から選ばれた１種又は２種以上
の化合物が、金属元素に換算して総量でAlN100
重老部に対し、0.1重量部以上10重量部以下であ
るのは、この範囲より少ないとAlN焼結体の金
属との濡れが改善されないためであり、逆にこの
範囲により多いとAlN焼結体の高熱導電性が劣
化し、又、焼結性が劣化するためである。 本発明は上記成分のみでも十分であるが、必要
に応じてY2O3やCaO等の焼結助剤をAlN100重量
部に対して５重量部を越えない範囲で含んでもよ
い。 又、この焼結体の相対密度（論理密度に対する
見掛け比重比％）が90％以上であるとAlNの持
つ高熱伝導率の効果が大きく、又、メタライズの
接着強度が大きい。 本発明は、AlN粉末及び前述の炭化物粉末に
必要に応じて焼結助剤粉末を加えて金型等により
成形し、通常のN2，Ar，NH3分解ガス、H2等の
非酸化性雰囲気下で焼結したり、最終的に炭化物
になる化合物を用いて焼結することによつて得る
ことができる。 ［作用］ Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
はAlN粒子中に固溶することなく、AlN粒子間、
即ち、粒界に存在して、金属と結合するために、
本発明は、AlNの金属との濡れ性を改善すると
思われる。 又、通常、粒界に添加物が存在すると熱伝導性
は悪化するが、本発明は、前述の炭化物がAlN
の粒界に存在するにもかかわらず、AlNの高熱
伝導性を損わないことを見出したものである。こ
の理由は、添加した化合物がAlNと反応して、
他の化合物を生成することがなく、又、AlNの
粒子全体を覆う様な存在をしない為に、AlN粒
子同志の結合は損なわれず、AlN本来の特性を
維持しながら、AlNの金属との濡れ性を改善で
きるものと思れる。 ［発明の効果］ 本発明ほ高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
は、窒化アルミニウムにTi，Zr，Hf，Ｖ，Nb，
Ta及びCrの各炭化物を含有することによつて窒
化アルミニウムの優れた熱伝導性を損うことな
く、金属との濡れ性を改善できた。 本発明はメタライズ時に基板表面に酸化物等の
層を設けないために、メタライズした金属層と
AlN基板とが直接接合するため、接合強度、熱
伝導率において優れた性質をもつ。 又、本発明をIC等の基板に利用することによ
り、放熱性に優れた電子部品を得ることができる
が、従来のように、基板表面の処理等を必要とせ
ず、又同時焼成による多層基板を容易に得ること
ができる。 ［実施例］ 本発明の一実施例について説明する。 本実施例は、平均粒子1.0μｍのAlN粉末100重
量部に対して炭化物を第１表に示す金属換算の所
定量加えて混合し、エタノール中で４時間、湿式
混合して原料粉末をつくり、その後、密度及び熱
伝導率測定用の試料と、金属との濡れ性測定用の
試料とを得た。 密度及び熱伝導率の測定は、原料粉末を直径11
mm圧さ３mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した後、
1700℃の窒素雰囲気中で１時間常圧焼結を行つて
得た試料について行つた。密度は相対密度（論理
密度に対する見掛け比重比％）として測定し、
又、熱伝導率は、試料の厚みを２mmに平研加工し
た後にレーザーフラツシユ法を用いて測定した。 金属との濡れ性は、メタライズの接着強度とし
て測定した。メタライズの接着強度は、原料粉末
を30×10×５mmに成形圧力1.5ton／cm2で成形した
後に、通常メタライズに用いられるＷ粉末（平均
粒子1.0μｍ）を含むペーストを該成形体表面に２
×２mm、厚さ20μｍに塗布し、乾燥して、1700℃
窒素雰囲気下で１時間常圧焼結し、次いで、該焼
結体表面に電解NiメツキによつてNi層を２〜5μ
ｍ形成し、850℃、10分間シンターした後に、共
晶銀ローを用いて１×１mmのコバール（コバルト
鉄を含むニツケル合金）板を930℃、５分間でロ
ー付し、その接着強度をピール強度として測定し
た。 このピール強度は上記コバール板に接合された
リード線を接着面に対して垂直方向に向つて0.5
mm／secの速度で引張り、上記コバール板が焼結
体から剥離したときの強度である。 第１表に相対密度、熱伝導率、ピール強度の測
定結果を示す。尚、第１表に示された組成以外は
全てAlNであり、組成の含有量の単位はAlN100
重量部に対する金属換算の重量部である。
【表】
本実施例より、第１表に示す如く、AlNにTi，
Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物から選
ばれた１種又は２種以上を、金属に換算して0.1
〜10重量部含有させることにより、熱伝導率が高
く、ピール強度の高い、即ち、金属との濡れ性の
良好な焼結体が得られることが分かつた。 尚、第１表に示した炭化物同志の組き合わせを
用いた場合も、第１表に示した試料と同様に、熱
伝導率が高く金属との濡れ性の良好な焼結体が得
られた。 尚、従来のAlN焼結体（相対密度99％）の熱
伝導率は0.14〜0.24cal／cm．sec.℃、ピール強度
は0.5Kg／mm2より小さい。又、Al2O3（相対密度99
％）の熱伝導率は0.04〜0.07cal／cm．sec.℃で、
ピール強度は２〜５Kg／mm2である。
Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物から選
ばれた１種又は２種以上を、金属に換算して0.1
〜10重量部含有させることにより、熱伝導率が高
く、ピール強度の高い、即ち、金属との濡れ性の
良好な焼結体が得られることが分かつた。 尚、第１表に示した炭化物同志の組き合わせを
用いた場合も、第１表に示した試料と同様に、熱
伝導率が高く金属との濡れ性の良好な焼結体が得
られた。 尚、従来のAlN焼結体（相対密度99％）の熱
伝導率は0.14〜0.24cal／cm．sec.℃、ピール強度
は0.5Kg／mm2より小さい。又、Al2O3（相対密度99
％）の熱伝導率は0.04〜0.07cal／cm．sec.℃で、
ピール強度は２〜５Kg／mm2である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化アルミニウムを100重量部と、 Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta及びCrの各炭化物
から選ばれた１種又は２種位上の化合物を、金属
元素に換算して総量で0.1〜10重量部と からなることを特徴とする高熱伝導性窒化アルミ
ニウム焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60122123A JPS61281074A (ja) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | メタライズ用高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60122123A JPS61281074A (ja) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | メタライズ用高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61281074A JPS61281074A (ja) | 1986-12-11 |
| JPH04949B2 true JPH04949B2 (ja) | 1992-01-09 |
Family
ID=14828187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60122123A Granted JPS61281074A (ja) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | メタライズ用高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61281074A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0717453B2 (ja) * | 1985-11-28 | 1995-03-01 | 京セラ株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体およびその製造方法 |
| JP2678213B2 (ja) * | 1988-05-27 | 1997-11-17 | 住友電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| JPH02271969A (ja) * | 1989-04-12 | 1990-11-06 | Toshiba Ceramics Co Ltd | ＡｌＮ質焼結体 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5146522B2 (ja) * | 1973-04-05 | 1976-12-09 |
-
1985
- 1985-06-05 JP JP60122123A patent/JPS61281074A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61281074A (ja) | 1986-12-11 |
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