JPH0570954B2 - - Google Patents
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- JPH0570954B2 JPH0570954B2 JP3416384A JP3416384A JPH0570954B2 JP H0570954 B2 JPH0570954 B2 JP H0570954B2 JP 3416384 A JP3416384 A JP 3416384A JP 3416384 A JP3416384 A JP 3416384A JP H0570954 B2 JPH0570954 B2 JP H0570954B2
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Landscapes
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明は窒化アルミニウムセラミツクス基体
（以下AlN基体という）を用いた高熱伝導性回路
基板に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来から回路基板として用いられているもの
に、Al2O3等のセラミツク基板、樹脂基板等の各
種のものがある。なかでもAl2O3基板は、機械的
強度、電気的絶縁性に優れており、又、グリーン
シート化が容易であるため多層配線等の高密度配
線が可能であり、各所で用いられている。 又、近年電子機器の小型化等が進むにつれ、回
路基板上の電気素子（IC等）の実装密度が高く
なつてきている。さらにパワー半導体等の搭載も
考慮すると、電気素子等からの発熱量が大きくな
り、放熱を効率的に行なうことが要求される。 しかしながらAl2O3基板の熱伝導率（Ｋ（Ｗ／
ｍ・Ｋ））は20程度と低く、発熱量が多い場合に
基板側からの放熱があまり期待できない。従つて
高密度実装、パワー半導体搭載モジユール等を考
慮すると、機械的強度、電気的絶縁性等の基板と
して要求される特性を備え、かつ熱伝導性の良好
な回路基板の開発が望まれている。 一方、近年のフアインセラミツクス技術の進展
に伴ない、SiC、AlN等の機械的強度に優れたセ
ラミツクス材料が開発されている。これらの材料
は、熱伝導性も優れ、構造材等としての応用が研
究されている。又、SiCの良好な熱伝導性を利用
してこれを回路基板として用いようという動きも
あるが、誘電率が高く絶縁耐圧が低いため、高周
波、高電圧が印加される素子の適用を考えた場合
に問題がある。 〔発明の目的〕 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
高電気抵抗、高絶縁耐圧等の回路基板として要求
される電気的特性を満足し、かつ熱伝導性に優れ
た高熱伝導性回路基板を提供することを目的とす
る。 〔発明の概要〕 本発明はAlN基体上に厚膜ペーストからなる
導体路を形成することを基本とするものである。 本発明者等は耐圧特性等に優れかつAl2O3等に
比べ熱伝導率の良好なAlN基体を回路基板に応
用することを検討した。しかしながらAlNは金
属との濡れ性が悪く、そのまま回路基板として用
いることは困難である。本発明者等は特定の厚膜
ペーストを用いることにより、AlN基体上に直
接導体路を形成できることを見い出した。 すなわち本発明は、窒化アルミニウムセラミツ
クス基体に酸化銅を含有する厚膜導電ペーストか
らなる導体路が形成された高熱伝導性回路基板で
ある。 厚膜導電ペーストは、Ag、Ag−Pt、Ag−Pd
等を主体としたAgペースト、Cuペースト、Auペ
ースト等各種のものがあるが、この厚膜ペースト
が酸化銅を含有していれば良い。この酸化銅を含
む厚膜導電ペーストは、他のペーストに比べ非常
に大きな接合強度を示す。実用上は１Kg／mm2以上
程度あれば十分であり、本発明においては十分に
この値を満足することができる。酸化銅は、少々
でその効果を発揮するが、実質的に0.1wt％
（Cu2O換算）以上が好ましく、またあまり多いと
抵抗値が大きくなるため、30wt％以下が好まし
い。 接合のメカニズムは明らかではないが、酸化銅
を含むペーストは、焼成時、接合部にCuAlO2又
はCuAl2O4等の複合酸化物層が形成されるため強
固な接合状態を実現すると思われる。 AlN基体は実質的に窒化アルミニウムのみか
らなるものを用いる。焼結助剤として添加物をい
れて常圧焼結を行なつたAlN基体もあるが、熱
伝導性を考慮した場合、AlN単体の理論値は
300w／ｍ・Ｋ程度と非常に良好であるため、実
質的にAlNのみからなるAlN基体を用いる。こ
のようなAlN基体は、ホツトプレス法により形
成することができる。 又、AlN基体表面を空気中加熱等により酸化
させることにより、接合強度をあげることもでき
る。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、高熱伝導
性、高耐圧性等の優れた特性を有するAlN基体
を回路基板として用いることができ、高熱伝導性
回路基板を得ることができる。 この回路基板としては、高密度実装用、パワー
半導体搭載用等として好適である。 また、厚膜ペーストにより導体路を形成するこ
とができるため、微細な回路パターンにも対応で
きる。 〔発明の実施例〕 本発明の実施例を以下に説明する。 AlN原料粉末を成形の後、N2ガス中1800℃、
300Kg／℃のホツトプレス焼結を行ない2t×40×
20mmのAlN基体を得た。この基体に、Cu2O含有
のケミカルボンド型導体ペーストとしてAg−Pd
系ペースト（ESL 9601）を用い、325mesh、乳
剤厚20μｍのステンレススクリーンを用いて２×
２mm、３×３mm、４×４mmのパツドを印刷形成し
た。その後120℃で20分間乾燥し、930℃のピーク
温度をもつトンネル炉にて焼成した。 次いでパツド上にロジン系のフラツクスを塗布
し240℃のハンダ槽（Ag ２ Sn 63 Pb 35）に
浸漬し、予備ハンダを施した後、試験用ワイヤ
（新興和電子製＃MT7179A6、引張強度限界８Kg
程度）をハンダ付し、密着強度を調べた。 密着強度は、引張速度0.5cm／minでインスト
ロン引張試験機を用いて行なつた。 この結果を第１表に示す。なお４×４及び３×
３のパツドの場合はワイカ切れで測定不能であつ
たため、２×２の場合のみを示す。
（以下AlN基体という）を用いた高熱伝導性回路
基板に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 従来から回路基板として用いられているもの
に、Al2O3等のセラミツク基板、樹脂基板等の各
種のものがある。なかでもAl2O3基板は、機械的
強度、電気的絶縁性に優れており、又、グリーン
シート化が容易であるため多層配線等の高密度配
線が可能であり、各所で用いられている。 又、近年電子機器の小型化等が進むにつれ、回
路基板上の電気素子（IC等）の実装密度が高く
なつてきている。さらにパワー半導体等の搭載も
考慮すると、電気素子等からの発熱量が大きくな
り、放熱を効率的に行なうことが要求される。 しかしながらAl2O3基板の熱伝導率（Ｋ（Ｗ／
ｍ・Ｋ））は20程度と低く、発熱量が多い場合に
基板側からの放熱があまり期待できない。従つて
高密度実装、パワー半導体搭載モジユール等を考
慮すると、機械的強度、電気的絶縁性等の基板と
して要求される特性を備え、かつ熱伝導性の良好
な回路基板の開発が望まれている。 一方、近年のフアインセラミツクス技術の進展
に伴ない、SiC、AlN等の機械的強度に優れたセ
ラミツクス材料が開発されている。これらの材料
は、熱伝導性も優れ、構造材等としての応用が研
究されている。又、SiCの良好な熱伝導性を利用
してこれを回路基板として用いようという動きも
あるが、誘電率が高く絶縁耐圧が低いため、高周
波、高電圧が印加される素子の適用を考えた場合
に問題がある。 〔発明の目的〕 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、
高電気抵抗、高絶縁耐圧等の回路基板として要求
される電気的特性を満足し、かつ熱伝導性に優れ
た高熱伝導性回路基板を提供することを目的とす
る。 〔発明の概要〕 本発明はAlN基体上に厚膜ペーストからなる
導体路を形成することを基本とするものである。 本発明者等は耐圧特性等に優れかつAl2O3等に
比べ熱伝導率の良好なAlN基体を回路基板に応
用することを検討した。しかしながらAlNは金
属との濡れ性が悪く、そのまま回路基板として用
いることは困難である。本発明者等は特定の厚膜
ペーストを用いることにより、AlN基体上に直
接導体路を形成できることを見い出した。 すなわち本発明は、窒化アルミニウムセラミツ
クス基体に酸化銅を含有する厚膜導電ペーストか
らなる導体路が形成された高熱伝導性回路基板で
ある。 厚膜導電ペーストは、Ag、Ag−Pt、Ag−Pd
等を主体としたAgペースト、Cuペースト、Auペ
ースト等各種のものがあるが、この厚膜ペースト
が酸化銅を含有していれば良い。この酸化銅を含
む厚膜導電ペーストは、他のペーストに比べ非常
に大きな接合強度を示す。実用上は１Kg／mm2以上
程度あれば十分であり、本発明においては十分に
この値を満足することができる。酸化銅は、少々
でその効果を発揮するが、実質的に0.1wt％
（Cu2O換算）以上が好ましく、またあまり多いと
抵抗値が大きくなるため、30wt％以下が好まし
い。 接合のメカニズムは明らかではないが、酸化銅
を含むペーストは、焼成時、接合部にCuAlO2又
はCuAl2O4等の複合酸化物層が形成されるため強
固な接合状態を実現すると思われる。 AlN基体は実質的に窒化アルミニウムのみか
らなるものを用いる。焼結助剤として添加物をい
れて常圧焼結を行なつたAlN基体もあるが、熱
伝導性を考慮した場合、AlN単体の理論値は
300w／ｍ・Ｋ程度と非常に良好であるため、実
質的にAlNのみからなるAlN基体を用いる。こ
のようなAlN基体は、ホツトプレス法により形
成することができる。 又、AlN基体表面を空気中加熱等により酸化
させることにより、接合強度をあげることもでき
る。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、高熱伝導
性、高耐圧性等の優れた特性を有するAlN基体
を回路基板として用いることができ、高熱伝導性
回路基板を得ることができる。 この回路基板としては、高密度実装用、パワー
半導体搭載用等として好適である。 また、厚膜ペーストにより導体路を形成するこ
とができるため、微細な回路パターンにも対応で
きる。 〔発明の実施例〕 本発明の実施例を以下に説明する。 AlN原料粉末を成形の後、N2ガス中1800℃、
300Kg／℃のホツトプレス焼結を行ない2t×40×
20mmのAlN基体を得た。この基体に、Cu2O含有
のケミカルボンド型導体ペーストとしてAg−Pd
系ペースト（ESL 9601）を用い、325mesh、乳
剤厚20μｍのステンレススクリーンを用いて２×
２mm、３×３mm、４×４mmのパツドを印刷形成し
た。その後120℃で20分間乾燥し、930℃のピーク
温度をもつトンネル炉にて焼成した。 次いでパツド上にロジン系のフラツクスを塗布
し240℃のハンダ槽（Ag ２ Sn 63 Pb 35）に
浸漬し、予備ハンダを施した後、試験用ワイヤ
（新興和電子製＃MT7179A6、引張強度限界８Kg
程度）をハンダ付し、密着強度を調べた。 密着強度は、引張速度0.5cm／minでインスト
ロン引張試験機を用いて行なつた。 この結果を第１表に示す。なお４×４及び３×
３のパツドの場合はワイカ切れで測定不能であつ
たため、２×２の場合のみを示す。
【表】
第１表から明らかなように、いずれの場合も１
Kg／mm2以上の密着強度を有し、回路基板として好
適である。従つてAlNの熱伝導性を生かし、熱
伝導性の良好な回路基板を得ることができる。 このときの接着界面を分析したところ、AlN
上にCuAlO2又はCuAl2O4層が生成され、この層
上にAg−Cuの共晶層が生じており、その上にAg
−Pd層が固着していた。 CuAlO2又はCuAl2O4層は、ペースト中のCuと
AlN基体中のAlとが結合してできたものと考え
られる。又、AlN基体表層には、酸化アルミニ
ウムが存在すると考えられ、この酸化アルミニウ
ムとペーストの中の銅、酸化銅が結合していると
も考えられる。さらにAg−Cu共晶層は、
CuAlO2又はCuAl2O4層及びAg−Pd層との固着
力が大であり、全体的に接着強度を高めていると
考えられる。 以上の結果から明らかなように、本発明によれ
ば実用的に十分な接着強度を有する導体パターン
をAlN基体上に形成することができる。従つて
アルミナ等に比べ優れた熱伝導性を有するAlN
を回路基板として用いることができ、電力用半導
体実装、高密度実装用等、発熱量の大きい場合の
回路基板として好適である。
Kg／mm2以上の密着強度を有し、回路基板として好
適である。従つてAlNの熱伝導性を生かし、熱
伝導性の良好な回路基板を得ることができる。 このときの接着界面を分析したところ、AlN
上にCuAlO2又はCuAl2O4層が生成され、この層
上にAg−Cuの共晶層が生じており、その上にAg
−Pd層が固着していた。 CuAlO2又はCuAl2O4層は、ペースト中のCuと
AlN基体中のAlとが結合してできたものと考え
られる。又、AlN基体表層には、酸化アルミニ
ウムが存在すると考えられ、この酸化アルミニウ
ムとペーストの中の銅、酸化銅が結合していると
も考えられる。さらにAg−Cu共晶層は、
CuAlO2又はCuAl2O4層及びAg−Pd層との固着
力が大であり、全体的に接着強度を高めていると
考えられる。 以上の結果から明らかなように、本発明によれ
ば実用的に十分な接着強度を有する導体パターン
をAlN基体上に形成することができる。従つて
アルミナ等に比べ優れた熱伝導性を有するAlN
を回路基板として用いることができ、電力用半導
体実装、高密度実装用等、発熱量の大きい場合の
回路基板として好適である。
Claims (1)
- １ 実質的にAlNのみからなる窒化アルミニウ
ムセラミツクス基体に酸化銅を含有する厚膜導電
ペーストからなる導体路が形成されたことを特徴
とする高熱伝導性回路基板。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3416384A JPS60178687A (ja) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | 高熱伝導性回路基板 |
| EP85102159A EP0153737B1 (en) | 1984-02-27 | 1985-02-27 | Circuit substrate having high thermal conductivity |
| DE85102159T DE3587481T2 (de) | 1984-02-27 | 1985-02-27 | Schaltungssubstrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit. |
| US06/706,280 US4659611A (en) | 1984-02-27 | 1985-02-27 | Circuit substrate having high thermal conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3416384A JPS60178687A (ja) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | 高熱伝導性回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60178687A JPS60178687A (ja) | 1985-09-12 |
| JPH0570954B2 true JPH0570954B2 (ja) | 1993-10-06 |
Family
ID=12406537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3416384A Granted JPS60178687A (ja) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | 高熱伝導性回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60178687A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107573071A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-12 | 东北大学 | 一种单分散球形Y2O3和Al2O3粉制备(Y1‑xYbx)AG透明陶瓷的方法 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6135555A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | Nec Corp | 厚膜混成集積回路装置 |
| JPS6284595A (ja) * | 1985-10-08 | 1987-04-18 | 日本電気株式会社 | 多層セラミック配線基板 |
| JPH0680747B2 (ja) * | 1986-03-31 | 1994-10-12 | イビデン株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体よりなる配線基板とその製造方法 |
| JPS63291303A (ja) * | 1987-05-22 | 1988-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | メタライズ組成物 |
| JPS63291304A (ja) * | 1987-05-22 | 1988-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | メタライズ組成物 |
| JPH0638553B2 (ja) * | 1987-10-29 | 1994-05-18 | イビデン株式会社 | 窒化アルミニウム質多層基板 |
| JP2765885B2 (ja) * | 1988-11-14 | 1998-06-18 | 新光電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム回路基板及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-02-27 JP JP3416384A patent/JPS60178687A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107573071A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-01-12 | 东北大学 | 一种单分散球形Y2O3和Al2O3粉制备(Y1‑xYbx)AG透明陶瓷的方法 |
| CN107573071B (zh) * | 2017-09-28 | 2020-05-12 | 东北大学 | 一种单分散球形Y2O3和Al2O3粉制备(Y1-xYbx)AG透明陶瓷的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60178687A (ja) | 1985-09-12 |
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