JPH0712983B2 - 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 - Google Patents

金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法

Info

Publication number
JPH0712983B2
JPH0712983B2 JP61018962A JP1896286A JPH0712983B2 JP H0712983 B2 JPH0712983 B2 JP H0712983B2 JP 61018962 A JP61018962 A JP 61018962A JP 1896286 A JP1896286 A JP 1896286A JP H0712983 B2 JPH0712983 B2 JP H0712983B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
oxide
aluminum nitride
metal electrode
sintering
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
Application number
JP61018962A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS62176960A (ja
Inventor
建太郎 沢村
文男 内木場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP61018962A priority Critical patent/JPH0712983B2/ja
Publication of JPS62176960A publication Critical patent/JPS62176960A/ja
Publication of JPH0712983B2 publication Critical patent/JPH0712983B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 I 発明の背景 技術分野 本発明は、金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体と
その製造方法に関する。
先行技術とその問題点 従来、集積回路の絶縁基板材料としてはアルミナの焼結
体が使用されてきた。しかし、アルミナ基板では熱伝導
率が悪く、熱膨張率がシリコンに比べて大きいため、大
型のシリコンチップへの接着性が悪いなど欠点が多い。
これにかえて、酸化ベリリウムを用いると、熱伝導率は
アルミナの10倍以上となるが、この物質は毒性があり、
その上高価なことから供給の点で難がある。
また、SiC基板も開発されているが、焼結の際、ホット
プレスを使用するため、コスト面で不利である上、誘電
率が大きく、本来、SiCが半導体であることから絶縁耐
圧が小さいなどの問題がある。
そこで、熱伝導率が高く、抵抗も大きい窒化アルミニウ
ム(AlN)を使用したAlN焼結体が注目されてきている。
このものは、さらに熱膨張率もシリコンの値に近く、誘
電率も小さいという利点を有する。
ただし、このような利点をそのまま生かすには、AlN焼
結体が緻密で、かつ酸素含有量の少ないことが要求され
る。
しかし、酸素含有量が少ないAlN粉末単独では焼結性が
良くないため、焼結助剤を用いる必要性が生じる。
これまで、この焼結助剤についていくつか提案がなされ
ている。
例えば、AlN粉末に酸化アルミニウム(Al2O3)やイット
リア(Y2O3)を添加して、常圧焼結あるいはホットプレ
スする方法、 AlN粉末に酸化カルシウム(CaO)、酸化バリウム(Ba
O)、酸化ストロンチウム(SrO)を添加して常圧焼結す
る方法、 AlN粉末に、CaO、BaO、SrOの少なくとも1種を0.1〜10w
t%添加して非酸化性雰囲気中で焼結する方法(特公昭5
8−49510号)、 AlN粉末に、CaO、BaO、SrOを含む化合物から選ばれた少
なくとも1種の粉末を含有した混合粉末を添加し、非酸
化性雰囲気中でホットプレスする方法(特開昭59−5007
7号)等が挙げられる。
しかし、これらの方法により作製したAlN焼結体は熱伝
導率の点で不充分であり、さらにAlN焼結体表面に厚膜
金属電極を接合形成することが極めて困難である。
この欠点を解決するために、AlN焼結体の表面を酸化処
理することによりAlN焼結体表面に酸化物層(酸化アル
ミニウム)を形成させ、従来のアルミナに対する金属電
極形成法を応用した方法(特開昭59−121175号)が提案
されている。
しかし、この方法では表面処理温度が1000℃以上と高い
ためエネルギー消費が大きく、さらに表面処理工程が加
わることによる工程増加により製造コストアップを生じ
る。
II 発明の目的 本発明の目的は、厚膜法により形成した金属電極との接
着強度が高く、かつ熱伝導性の良好な窒化アルミニウム
焼結体とその製造方法を提供することにある。
III 発明の開示 このような目的は、下記の第1および第2の発明によっ
て達成される。
すなわち、第1の発明は、表面に金属電極を有する窒化
アルミニウム焼結体において、 窒化アルミニウム焼結体が酸化アルミニウムおよび酸化
カルシウムを含有し、 酸化アルミニウムおよび酸化カルシウムの含有量の総計
が窒化アルミニウムに対して2〜20wt%であり、 酸化アルミニウムと酸化カルシウムとのモル比が4:1〜
1:4であり、 金属電極が、銀、銅、銀パラジウム合金または金の厚膜
であることを特徴とする金属電極を有する窒化アルミニ
ウム焼結体である。
また、第2の発明は、窒化アルミニウム粉末に酸化アル
ミニウムまたは焼結により酸化アルミニウムとなる化合
物および酸化カルシウムまたは焼結により酸化カルシウ
ムとなる化合物を添加し、 酸化アルミニウムまたは焼結により酸化アルミニウムと
なる化合物および酸化カルシウムまたは焼結により酸化
カルシウムとなる化合物の窒化アルミニウムに対する添
加量の総計が酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム換
算で2〜20wt%であり、 酸化アルミニウムまたは焼結により酸化アルミニウムと
なる化合物と酸化カルシウムまたは焼結により酸化カル
シウムとなる化合物とのモル比が4:1〜1:4であり、 これを焼結して窒化アルミニウム焼結体を作製し、 次いで、その表面に銀、銅、銀パラジウムまたは金を含
むペーストを塗布し焼成して金属電極を形成したことを
特徴とする金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体の
製造方法である。
なお、特公昭58−49510号には、酸化カルシウム、酸化
バリウム、酸化ストロンチウムの少なくとも1種を0.1
〜10wt%添加して焼結した耐溶材料、高強度耐熱材料、
放熱材料等として適したAlN焼結体が記載されている。
しかし、この公報では、AlN焼結体のいわゆるメタライ
ズ化については触れていず、実際上記の酸化カルシウム
等の単独添加ないし複合添加では、メダライズ後の接着
強度はきわめて小さい。
また、この公報では、酸化カルシウム等と他の酸化物、
例えばSiO2、Al2O3等との複合添加も示唆されているがこ
れらは少量の添加が許容されていることを述べているに
とどまり、もちろんメダライズされたAlN焼結体の具体
例はなく、そこでCaO−Al2O3と同等なものとして示唆さ
れているCaO−SiO2、SrO−Al2O3、SrO2−SiO2等の組合わ
せではメタライズの接着強度向上の効果はなく、本発明
のCaO−Al2O3の組合わせのみがすぐれた効果を発揮する
ものである。
IV 発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
本発明の窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウム
(AlN)の粉末に、酸化アルミニウムまたは焼結により
酸化アルミニウムとなる化合物および酸化カルシウムま
たは焼結により酸化カルシウムとなる化合物を添加し焼
結される。
AlN粉末は微粉化することが好ましく、平均粒子径が0.1
〜10μm、特に0.5〜6μmであることが好ましい。
酸化アルミニウム(Al2O3)の他、焼結によりAl2O3とな
る化合物としては、炭酸アルミニウム(Al2(CO3)3)等
がある。また、酸化カルシウム(CaO)の他、焼結によ
りCaOとなる化合物としては炭酸カルシウム(CaCO3)、
硫酸カルシウム(CaSO4)、硝酸カルシウム(Ca(N
O3)2)等がある。
また、Al2O3またはAl2(CO3)3等およびCaOまたはCaCO3
の添加量は、Al2O3およびCaO換算で、AlNに対して総計
2〜20wt%であり、特に3〜10wt%であることが好まし
い。
添加量が2wt%未満であると緻密な焼結体が得られず、
また金属電極との接着強度が不充分となる。また、添加
量が20wt%をこえると、緻密な焼結体が得られない。
またAl2O3ないしAl2O3になる化合物と、CaOないしCaOに
なる化合物との添加割合は、Al2O3:CaOのモル比で4:1〜
1:4が好ましく、より好ましくは2:1〜1:3である。
上記の割合よりもAl2O3が大となると、焼結助剤として
の効果が少となり、同様にCaOが大となっても難焼結性
となる。
また、添加するAl2O3、Al2O3となる化合物、CaO、CaOと
なる化合物等の平均粒子径は0.1〜10μm、好ましくは
0.5〜5μmであることが好ましい。
さらに必要に応じ、これらには、さらに他の添加物、例
えば酸化物ないし酸化物となりうる化合物(SiO2、Ba
O、SrO、BaCO3、SrCO3、Y2O3、MgOなど)、あるいは窒化
物(Ca4N3、YNなど)、ホウ化物(CaB6など)、炭化物
(CaC2など)が添加されてもよい。
添加量は、Al2O3−CaOに対し、3モル%以下とすること
が好ましい。
AlN焼結体は、通常AlN粉末にAl2O3またはAl2O3となる化
合物およびCaOまたはCaOとなる化合物の粉末を添加混合
して、室温で加圧成形し、非酸化性雰囲気中での常圧焼
結法によりこの成形体を焼結した後、放冷して得られ
る。
加圧成形の際の圧力は500〜2000kg/cm2程度である。
焼結時の非酸化性雰囲気としては、N2、Ar、He等の不活
性ガス、H2、CO、各種炭化水素など、あるいはこれらの
混合雰囲気、さらには真空等種々のものであってよく、
酸素濃度5000PPM以下の非酸化性雰囲気が好ましい。
非酸化性雰囲気にするのは、微粉化したAlNの表面の酸
化を防止するためである。
この場合、非酸化性雰囲気としては、窒素を含むものが
好ましく、窒素50%以上にて、必要に応じAr、He等の不
活性ガス等が混入されていてもよい。
雰囲気圧としては、大気圧でよく、通常、窒素気流中と
する。
焼結時の温度は1600〜2100℃、好ましくは1700〜1900℃
が有効である。
温度が1600℃より低い場合は、長時間焼成しても十分に
は緻密化せず、2100℃より高い場合は、AlNの揮散が生
じる。
焼結時間は普通0.5〜3時間程度であり、特に1800℃で
は1時間程度であることが好ましい。
なお、焼結に際しては、100〜300kg/cm2程度の圧力を加
えて、ホットプレス法を用いてもよい。
このようにして得られたAlN焼結体は粒界および表面にA
l2O3−CaO含有化合物を従来のAlN焼結体より多量に有し
ている。
すなわち、Al2O3−CaOの総計は、AlNに対して、好まし
くは2〜20wt%であり、特に3〜10wt%であることが好
ましい。
添加量が2wt%未満であると緻密な焼結体が得られず、
また金属電極との接着強度が不十分となる。また、添加
量が20wt%をこえると、緻密な焼結体が得られない。
金属電極との接着強度はAl2O3−CaOの含有量および割合
に影響を受け、Al2O3:CaOは4:1〜1:4が好ましく、より
好ましくは2:1〜1:3である。
上記の割合よりもAl2O3が大となると焼結助剤としての
効果がなくなりまた、CaOが大となっても同様に焼結助
剤の効果はなくなる。
なお、これらに加え、Al2O3−CaOに対し、1wt%以下のS
iO2、BaCO3等の酸化物ないし酸化物となりうる化合物、C
a4N3等の窒化物、CaB6等のホウ化物、CaC2等の炭化物が
含まれてもよい。
AlN焼結体表面への金属電極の形成方法としては、種々
の厚膜法を用いればよく、この際、焼成により酸素を放
出し得る酸化物と金属粉とを含有する金属ペーストをAl
N焼結体の表面に印刷し乾燥し焼成することによって金
属化を行って電極を形成する方法(特願昭60−34027
号)を用いてもよい。
金属材質としては、銀、銅、銀パラジウム合金、金を用
いる。そして、所定のパターンを有する金属電極は、通
常、1μm〜30μm程度の厚さとされる。
V 発明の具体的作用効果 本発明の窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法は
下記の優れた効果を示す。
(1)本発明では窒化アルミニウム(AlN)焼成時に、
従来よりも積極的に多量の酸化アルミニウム(Al2O3
および酸化カルシウム(CaO)を添加することにより、A
lN焼結体の粒界および表面に従来のAlN焼結体より多量
のAl2O3−CaO含有化合物を存在させるため、AlN焼結体
上に形成された銀、銅、銀パラジウムまたは金の厚膜金
属電極との間で大きな接着強度を示す。
(2)本発明は、AlN焼成と同時に、Al2O3、CaOを添加
するため、Al2O3はCaOで固定されAlN内に固溶し難く、
フォノンの散乱が少なく、したがって熱伝導率の低下を
おさえることができる。
(3)本発明では安価なAl2O3−CaOを従来より多量に使
用するため相対的に高価なAlNの使用割合が減少し、さ
らに、製法も焼結の際常圧焼結法を適用しているため、
容易でコスト面でも有利である。
VI 本発明の具体的実施例 以下本発明の具体的実施例を示し、本発明の効果をさら
に詳細に説明する。
実施例 平均粒子径が5μmのAlN粉末に、平均粒子径2μmのA
l2O3−CaOを表1に示す組成、添加量にて添加混合し
た。次にこの混合物を室温で約1000kg/cm2の圧力を加え
て成形体とした。
その後、成形体をN2気流中で1800℃1時間保持した後、
放冷した。
また、比較のため、Al2O3−SiO2、BaO−Al2O3、CaO粉末
を添加し、上記と同様にAlN焼結体を作成した。
各サンプルおよびアルミナ基板に銀−パラジウムをペー
スト法により10μm厚に形成した。
用いた銀−パラジウムペーストの組成は下記のとおりで
ある。
銀 :68wt% パラジウム :20wt% ホウケイ酸鉛系ガラス :12wt% さらに、下記のペーストも使用した。
銀ペースト 銀 :90wt% ホウケイ酸鉛系ガラス :10wt% 金ペースト 金 :91wt% ホウケイ酸鉛系ガラス : 9wt% 銅ペースト 銅 :80wt% ホウケイ酸鉛系ガラス :20wt% さらにまた、無電解めっきと電解めっきにより銀電極を
形成した。
なお、焼成は850℃、10分とした。
これらのサンプルについて、下記の方法により金属電極
の接着強度および熱伝導率を測定した。結果を表1に示
す。
(1)金属電極の接着強度 サンプルに2mm×2mmの大きさに形成した金属電極の一端
にリード線を接着し、このリード線を金属電極に対し垂
直方向に100mm/分のスピードで引っ張り、接着強度を測
定した。
(2)熱伝導率 10mmφ、4mm厚のサンプルについて室温度でレーザーフ
ラッシュ法にて測定した。
表1より、本発明のAlN焼結体は、厚膜金属電極に対す
る優れた接着性を有し、かつ良好な熱伝導率を有するこ
とがわかる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−122168(JP,A) 特開 昭61−201671(JP,A) 特開 昭62−41767(JP,A) 特開 昭62−52178(JP,A) 特開 昭62−108775(JP,A) 特開 昭62−138363(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に金属電極を有する窒化アルミニウム
    焼結体において、 窒化アルミニウム焼結体が酸化アルミニウムおよび酸化
    カルシウムを含有し、 酸化アルミニウムおよび酸化カルシウムの含有量の総計
    が窒化アルミニウムに対して2〜20wt%であり、 酸化アルミニウムと酸化カルシウムとのモル比が4:1〜
    1:4であり、 金属電極が、銀、銅、銀パラジウム合金または金の厚膜
    であることを特徴とする金属電極を有する窒化アルミニ
    ウム焼結体。
  2. 【請求項2】窒化アルミニウム焼結体が、さらに他の酸
    化物、窒化物、ホウ化物または炭化物を含有する特許請
    求の範囲第1項に記載の金属電極を有する窒化アルミニ
    ウム焼結体。
  3. 【請求項3】窒化アルミニウム粉末に酸化アルミニウム
    または焼結により酸化アルミニウムとなる化合物および
    酸化カルシウムまたは焼結により酸化カルシウムとなる
    化合物を添加し、 酸化アルミニウムまたは焼結により酸化アルミニウムと
    なる化合物および酸化カルシウムまたは焼結により酸化
    カルシウムとなる化合物の窒化アルミニウムに対する添
    加量の総計が酸化アルミニウムおよび酸化カルシウム換
    算で2〜20wt%であり、 酸化アルミニウムまたは焼結により酸化アルミニウムと
    なる化合物と酸化カルシウムまたは焼結により酸化カル
    シウムとなる化合物とのモル比が4:1〜1:4であり、 これを焼結して窒化アルミニウム焼結体を作製し、 次いで、その表面に銀、銅、銀パラジウムまたは金を含
    むペーストを塗布し焼成して金属電極を形成したことを
    特徴とする金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体の
    製造方法。
  4. 【請求項4】焼結温度が1600〜2100℃である特許請求の
    範囲第3項に記載の金属電極を有する窒化アルミニウム
    焼結体の製造方法。
  5. 【請求項5】焼結を酸素濃度5000PPM以下の非酸化性雰
    囲気で行う特許請求の範囲第3項または第4項に記載の
    金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
JP61018962A 1986-01-30 1986-01-30 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 Expired - Lifetime JPH0712983B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61018962A JPH0712983B2 (ja) 1986-01-30 1986-01-30 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61018962A JPH0712983B2 (ja) 1986-01-30 1986-01-30 金属電極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
JPS62176960A JPS62176960A (ja) 1987-08-03
JPH0712983B2 true JPH0712983B2 (ja) 1995-02-15

Family

ID=11986271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61018962A Expired - Lifetime JPH0712983B2 (ja) 1986-01-30 1986-01-30 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0712983B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0757709B2 (ja) * 1986-01-31 1995-06-21 ティーディーケイ株式会社 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JPH0717455B2 (ja) * 1986-07-18 1995-03-01 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2563809B2 (ja) * 1987-09-28 1996-12-18 京セラ株式会社 半導体用窒化アルミニウム基板
JPH0723273B2 (ja) * 1987-09-28 1995-03-15 京セラ株式会社 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法
JPH0633207B2 (ja) * 1988-05-31 1994-05-02 京セラ株式会社 半導体用窒化アルミニウム基板
JP2535139B2 (ja) * 1994-08-22 1996-09-18 株式会社東芝 放熱基板
JP3448534B2 (ja) * 2000-02-18 2003-09-22 三菱電機株式会社 密着形イメージセンサユニット

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61122168A (ja) * 1984-11-17 1986-06-10 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPS61201671A (ja) * 1985-03-01 1986-09-06 電気化学工業株式会社 高熱伝導体及びその製造方法
JP2501786B2 (ja) * 1985-08-13 1996-05-29 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体
JPS62108775A (ja) * 1985-11-08 1987-05-20 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPS6252178A (ja) * 1985-08-28 1987-03-06 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム組成物
JPS62138363A (ja) * 1985-12-07 1987-06-22 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム組成物

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62176960A (ja) 1987-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3575068B2 (ja) 平滑なめっき層を有するセラミックスメタライズ基板およびその製造方法
JPS62202886A (ja) 金属化面を有する窒化アルミニウム焼結体
JPH0712983B2 (ja) 金属電極を有する窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JP2822518B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体への金属化層形成方法
JPH0757709B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JPH0576795B2 (ja)
JPH05156303A (ja) メタライズ用金属粉末組成物,それを用いたメタライズ基板及びメタライズ基板の製造方法
JP2563809B2 (ja) 半導体用窒化アルミニウム基板
JP2949296B2 (ja) 窒化アルミニウム質基板
JP2918642B2 (ja) 導電ペースト
US5830570A (en) Aluminum nitride substrate and process for preparation thereof
JP2949294B2 (ja) 窒化アルミニウム質基板及びその製造方法
JP2616951B2 (ja) 金属化面を有する窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
JP2591158B2 (ja) 放熱性のすぐれた半導体装置用基板
JP2590558B2 (ja) 放熱性のすぐれた半導体装置用基板
JP2616060B2 (ja) 放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材
US5292552A (en) Method for forming metallized layer on an aluminum nitride sintered body
JP2784551B2 (ja) 窒化アルミニウム質基板
JP2623868B2 (ja) 放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材
JP2763516B2 (ja) 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法
JPH068220B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JPH0731931B2 (ja) 厚膜ペ−スト
JPH0723273B2 (ja) 窒化アルミニウム基板のメタライズ方法
JPH05320943A (ja) 窒化アルミニウム焼結体用メタライズペースト
JPH01122984A (ja) メタライズ処理した窒化アルミニウム焼結体