JPH0725663A - 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法Info
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- JPH0725663A JPH0725663A JP5170043A JP17004393A JPH0725663A JP H0725663 A JPH0725663 A JP H0725663A JP 5170043 A JP5170043 A JP 5170043A JP 17004393 A JP17004393 A JP 17004393A JP H0725663 A JPH0725663 A JP H0725663A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な熱伝導性を有し、また容易にかつ確実
に銅などの金属を接合することができ、したがって優れ
た放熱性を有する大電力半導体モジュール用基板材料お
よびパッケージ材料を低コストで大量生産することがで
きるＡｌＮ焼結体１０を提供すること。 【構成】 窒化アルミニウム層１１の表面にカルシウム
アルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム酸
化物の混合層１２が形成されている窒化アルミニウム焼
結体１０。
に銅などの金属を接合することができ、したがって優れ
た放熱性を有する大電力半導体モジュール用基板材料お
よびパッケージ材料を低コストで大量生産することがで
きるＡｌＮ焼結体１０を提供すること。 【構成】 窒化アルミニウム層１１の表面にカルシウム
アルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム酸
化物の混合層１２が形成されている窒化アルミニウム焼
結体１０。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は大電力半導体モジュール
用基板やパッケージ材料などに使用される窒化アルミニ
ウム焼結体に関し、より詳細には熱伝導性が良好で、し
かも表面への金属の接合性に優れた窒化アルミニウム焼
結体およびその製造方法に関する。
用基板やパッケージ材料などに使用される窒化アルミニ
ウム焼結体に関し、より詳細には熱伝導性が良好で、し
かも表面への金属の接合性に優れた窒化アルミニウム焼
結体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の高速化、高性能化およ
び小型化が進む中で、半導体素子から発生する熱の放散
が重要な技術課題となっている。特にＩＣ、ＬＳＩ、マ
イクロ波通信または光通信用のパワートランジスタ、レ
ーザーダイオード等の発熱量が多い素子を実装するため
の熱伝導性の高い基板材料への要求が強くなってきてい
る。
び小型化が進む中で、半導体素子から発生する熱の放散
が重要な技術課題となっている。特にＩＣ、ＬＳＩ、マ
イクロ波通信または光通信用のパワートランジスタ、レ
ーザーダイオード等の発熱量が多い素子を実装するため
の熱伝導性の高い基板材料への要求が強くなってきてい
る。
【０００３】従来から、基板材料には一般にアルミナ焼
結体が多く用いられてきたが、最近の絶縁基板材料の用
途においてはさらに良好な放熱特性が要求されてきてお
り、新たな高熱伝導性基板材料の開発が望まれている。
結体が多く用いられてきたが、最近の絶縁基板材料の用
途においてはさらに良好な放熱特性が要求されてきてお
り、新たな高熱伝導性基板材料の開発が望まれている。
【０００４】近年、高熱伝導性材料として窒化アルミニ
ウム（以下、ＡｌＮと記す）が注目されており、このＡ
ｌＮはアルミナの約１０倍という高い熱伝導率を有しな
がら、しかも基板材料に要求されている諸特性、例えば
電気抵抗率、絶縁耐圧、比誘電率、機械強度および熱膨
張係数のＳｉとのマッチング等において、アルミナ焼結
体の諸特性と同等以上であるため、積極的に研究開発が
進められている。
ウム（以下、ＡｌＮと記す）が注目されており、このＡ
ｌＮはアルミナの約１０倍という高い熱伝導率を有しな
がら、しかも基板材料に要求されている諸特性、例えば
電気抵抗率、絶縁耐圧、比誘電率、機械強度および熱膨
張係数のＳｉとのマッチング等において、アルミナ焼結
体の諸特性と同等以上であるため、積極的に研究開発が
進められている。
【０００５】このような優れた特性を有するＡｌＮを主
原料として高熱伝導性基板材料を製造する場合、まずＡ
ｌＮの主原料粉末に焼結助剤及びバインダーを添加して
混合し、次にこの混合物を例えばドクターブレード法に
よりグリーンシートに成形した後、窒素雰囲気中にて焼
結させると、ＡｌＮ焼結体が得られる。
原料として高熱伝導性基板材料を製造する場合、まずＡ
ｌＮの主原料粉末に焼結助剤及びバインダーを添加して
混合し、次にこの混合物を例えばドクターブレード法に
よりグリーンシートに成形した後、窒素雰囲気中にて焼
結させると、ＡｌＮ焼結体が得られる。
【０００６】このようにして製造された該ＡｌＮ焼結体
は、該ＡｌＮ焼結体の表面に銅などの金属板が接合され
て例えば大電力半導体モジュール用基板として用いられ
るが、このような基板では前記ＡｌＮ焼結体と金属とを
直接接合する技術が必要不可欠となっている。
は、該ＡｌＮ焼結体の表面に銅などの金属板が接合され
て例えば大電力半導体モジュール用基板として用いられ
るが、このような基板では前記ＡｌＮ焼結体と金属とを
直接接合する技術が必要不可欠となっている。
【０００７】前記ＡｌＮ焼結体に前記金属を直接接合さ
せる方法として、例えばＴｉ、Ｚｒといった活性金属の
ペーストや箔をＡｌＮ焼結体と銅との間に挟み、真空中
で熱処理する方法（特公平３−５７０７０号公報）や、
ＡｌＮ焼結体の表面を高温で酸化して表面にＣｕ−Ｏ共
晶との濡れ性が良好なアルミナ層を生成させた後、Ａｌ
Ｎ焼結体上に銅板を重ね合わせ、不活性雰囲気で加熱す
る方法（特公平４−２４３１２号公報）が提案されてい
る。
せる方法として、例えばＴｉ、Ｚｒといった活性金属の
ペーストや箔をＡｌＮ焼結体と銅との間に挟み、真空中
で熱処理する方法（特公平３−５７０７０号公報）や、
ＡｌＮ焼結体の表面を高温で酸化して表面にＣｕ−Ｏ共
晶との濡れ性が良好なアルミナ層を生成させた後、Ａｌ
Ｎ焼結体上に銅板を重ね合わせ、不活性雰囲気で加熱す
る方法（特公平４−２４３１２号公報）が提案されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のＡｌＮ
焼結体においては、特公平３−５７０７０号公報記載の
方法を用いて銅を接合する場合、良好な接合性は得られ
るものの、ＡｌＮ及び銅の酸化を防ぐために、真空中あ
るいは不活性ガス雰囲気中で加熱する必要があり、真空
中で加熱すると工程数が増え、コストも増加するため、
大量生産することが難しいという問題があった。
焼結体においては、特公平３−５７０７０号公報記載の
方法を用いて銅を接合する場合、良好な接合性は得られ
るものの、ＡｌＮ及び銅の酸化を防ぐために、真空中あ
るいは不活性ガス雰囲気中で加熱する必要があり、真空
中で加熱すると工程数が増え、コストも増加するため、
大量生産することが難しいという問題があった。
【０００９】また、特公平４−２４３１２号公報記載の
方法を用いて銅板を接合する場合は、良好な接合性は得
られるものの、ＡｌＮ焼結体と銅板との加熱処理の前
に、空気中で１０００℃〜１４００℃、あるいはＨ2 及
びＮ2 の混合ガス雰囲気中で１２５０℃〜１５００℃の
条件下の厳密な制御のもとで、あらかじめＡｌＮ焼結体
の表面を酸化しておかなければならず、製造が複雑でか
つ工程の数が多く、コストが高くつくという課題があっ
た。
方法を用いて銅板を接合する場合は、良好な接合性は得
られるものの、ＡｌＮ焼結体と銅板との加熱処理の前
に、空気中で１０００℃〜１４００℃、あるいはＨ2 及
びＮ2 の混合ガス雰囲気中で１２５０℃〜１５００℃の
条件下の厳密な制御のもとで、あらかじめＡｌＮ焼結体
の表面を酸化しておかなければならず、製造が複雑でか
つ工程の数が多く、コストが高くつくという課題があっ
た。
【００１０】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、良好な熱伝導性を有し、また容易にかつ
確実に銅などの金属を接合することができ、したがって
優れた放熱性を有する大電力半導体モジュール用基板材
料およびパッケージ材料を低コストで大量生産すること
ができるＡｌＮ焼結体およびその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
ものであって、良好な熱伝導性を有し、また容易にかつ
確実に銅などの金属を接合することができ、したがって
優れた放熱性を有する大電力半導体モジュール用基板材
料およびパッケージ材料を低コストで大量生産すること
ができるＡｌＮ焼結体およびその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高い熱伝
導率を有しながら、しかも銅などの金属との接合が容易
な酸化物層を表面に有する焼結体を得るため、ＡｌＮ粉
末に酸化物、フッ化物、炭化物などの種々の化合物を添
加し、それらの高温における挙動を詳細に観察した。そ
の結果、これら化合物のうちフッ化物がＡｌＮ中の不純
物酸素と反応することにより酸化物が生成され、該酸化
物がＡｌＮ表面に析出し、ＡｌＮ層の表面に酸化物層が
形成されることがわかった。
導率を有しながら、しかも銅などの金属との接合が容易
な酸化物層を表面に有する焼結体を得るため、ＡｌＮ粉
末に酸化物、フッ化物、炭化物などの種々の化合物を添
加し、それらの高温における挙動を詳細に観察した。そ
の結果、これら化合物のうちフッ化物がＡｌＮ中の不純
物酸素と反応することにより酸化物が生成され、該酸化
物がＡｌＮ表面に析出し、ＡｌＮ層の表面に酸化物層が
形成されることがわかった。
【００１２】また、前記フッ化物の中でも特に、フッ化
カルシウム（以下、ＣａＦ2 と記す）とフッ化イットリ
ウム（以下、ＹＦ3 と記す）との混合物をＡｌＮ粉末に
添加して焼結させると、前記混合物から形成される低融
点の混合フッ化物により比較的容易にＡｌＮが焼結さ
れ、しかもこのＡｌＮ焼結体がＡｌＮ層と、該ＡｌＮ層
の表面にカルシウムアルミニウム酸化物及びイットリウ
ムアルミニウム酸化物の混合層とを有する構造となるこ
とを見い出した。
カルシウム（以下、ＣａＦ2 と記す）とフッ化イットリ
ウム（以下、ＹＦ3 と記す）との混合物をＡｌＮ粉末に
添加して焼結させると、前記混合物から形成される低融
点の混合フッ化物により比較的容易にＡｌＮが焼結さ
れ、しかもこのＡｌＮ焼結体がＡｌＮ層と、該ＡｌＮ層
の表面にカルシウムアルミニウム酸化物及びイットリウ
ムアルミニウム酸化物の混合層とを有する構造となるこ
とを見い出した。
【００１３】さらに、該混合層の厚さを０．５〜５μｍ
の範囲内に制御することにより、研磨などの２次処理に
よる混合層の厚さの調整や予備酸化による酸化物層の形
成を行なうことなく、前記ＡｌＮ焼結体に銅などの金属
を容易に接合させることができることを見い出し、本発
明を完成させるに至った。
の範囲内に制御することにより、研磨などの２次処理に
よる混合層の厚さの調整や予備酸化による酸化物層の形
成を行なうことなく、前記ＡｌＮ焼結体に銅などの金属
を容易に接合させることができることを見い出し、本発
明を完成させるに至った。
【００１４】すなわち、本発明に係るＡｌＮ焼結体は、
ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物および
イットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成されて
いることを特徴としている。
ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物および
イットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成されて
いることを特徴としている。
【００１５】また、本発明に係るＡｌＮ焼結体の製造方
法は、ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対し、ＣａＦ2
とＹＦ3 との合計量が０．５〜１０重量部となるように
添加し、焼結させることを特徴としている。
法は、ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対し、ＣａＦ2
とＹＦ3 との合計量が０．５〜１０重量部となるように
添加し、焼結させることを特徴としている。
【００１６】
【作用】一般に、非酸化物系セラミックス焼結体では銅
等の金属との直接接合が非常に困難であるが、酸化物系
セラミックス焼結体ではこれが容易であるため、前記非
酸化物系セラミックス層の表面に前記酸化物系セラミッ
クス層を形成することにより、金属との接合が容易とな
る。
等の金属との直接接合が非常に困難であるが、酸化物系
セラミックス焼結体ではこれが容易であるため、前記非
酸化物系セラミックス層の表面に前記酸化物系セラミッ
クス層を形成することにより、金属との接合が容易とな
る。
【００１７】ＡｌＮの原料粉末にＣａＦ2 粉末とＹＦ3
粉末とを添加し、焼結させた場合、前記ＡｌＮと該Ａｌ
Ｎ中不純物酸素と前記ＣａＦ2 との反応生成物であるカ
ルシウムアルミニウム酸化物と、前記ＡｌＮと該ＡｌＮ
中不純物酸素と前記ＹＦ3 との反応生成物であるイット
リウムアルミニウム酸化物とがＡｌＮ焼結体中に生成
し、前記カルシウムアルミニウム酸化物および前記イッ
トリウムアルミニウム酸化物が前記ＡｌＮ焼結体表面に
析出し、前記ＡｌＮ層の表面に金属との接合が容易な
層、すなわち前記カルシウムアルミニウム酸化物および
前記イットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成さ
れる。
粉末とを添加し、焼結させた場合、前記ＡｌＮと該Ａｌ
Ｎ中不純物酸素と前記ＣａＦ2 との反応生成物であるカ
ルシウムアルミニウム酸化物と、前記ＡｌＮと該ＡｌＮ
中不純物酸素と前記ＹＦ3 との反応生成物であるイット
リウムアルミニウム酸化物とがＡｌＮ焼結体中に生成
し、前記カルシウムアルミニウム酸化物および前記イッ
トリウムアルミニウム酸化物が前記ＡｌＮ焼結体表面に
析出し、前記ＡｌＮ層の表面に金属との接合が容易な
層、すなわち前記カルシウムアルミニウム酸化物および
前記イットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成さ
れる。
【００１８】前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対し
て添加するＣａＦ2 とＹＦ3 との合計量が０．５重量部
未満であると、前記混合層の厚さが０．５μｍ以下とな
り、該混合層の厚さが薄すぎるために金属との接合が確
実ではなく、また焼結が不十分となるために熱伝導率が
低下する。一方、前記合計量が１０重量部を超えると、
混合層の厚さが５μｍ以上となり、前記ＡｌＮ層と前記
混合層との熱膨張率の差に起因して接合面に一部剥離が
起こり、また前記ＡｌＮ層内に多量のフッ化物が残留す
るために熱伝導率が低下する。
て添加するＣａＦ2 とＹＦ3 との合計量が０．５重量部
未満であると、前記混合層の厚さが０．５μｍ以下とな
り、該混合層の厚さが薄すぎるために金属との接合が確
実ではなく、また焼結が不十分となるために熱伝導率が
低下する。一方、前記合計量が１０重量部を超えると、
混合層の厚さが５μｍ以上となり、前記ＡｌＮ層と前記
混合層との熱膨張率の差に起因して接合面に一部剥離が
起こり、また前記ＡｌＮ層内に多量のフッ化物が残留す
るために熱伝導率が低下する。
【００１９】したがって、金属との確実な接合性と良好
な熱伝導性とを共に得るためには、添加する前記合計量
の範囲を０．５〜１０重量部にすることが望ましい。
な熱伝導性とを共に得るためには、添加する前記合計量
の範囲を０．５〜１０重量部にすることが望ましい。
【００２０】本発明に係るＡｌＮ焼結体によれば、Ａｌ
Ｎ層を有していることにより、良好な熱伝導率が得ら
れ、放熱を効果的に行なうことが可能となる。また、前
記ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物およ
びイットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成され
ているので、銅などの金属の接合が容易になる。さら
に、該混合層が酸化物層であり、後工程で酸化処理を施
して酸化物層を形成する必要がないため、製造工程数を
減らすことが可能となり、低コストで銅などの金属の接
合を行なうことが可能となる。したがって、優れた放熱
性を有する大電力半導体モジュール用基板材料およびパ
ッケージ材料を低コストで製造することが可能となる。
Ｎ層を有していることにより、良好な熱伝導率が得ら
れ、放熱を効果的に行なうことが可能となる。また、前
記ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物およ
びイットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成され
ているので、銅などの金属の接合が容易になる。さら
に、該混合層が酸化物層であり、後工程で酸化処理を施
して酸化物層を形成する必要がないため、製造工程数を
減らすことが可能となり、低コストで銅などの金属の接
合を行なうことが可能となる。したがって、優れた放熱
性を有する大電力半導体モジュール用基板材料およびパ
ッケージ材料を低コストで製造することが可能となる。
【００２１】また、本発明に係るＡｌＮ焼結体の製造方
法によれば、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対
し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ3 との合計量が０．５〜１
０重量部となるように添加し、焼結させることにより、
ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物および
イットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成された
ＡｌＮ焼結体が製造される。
法によれば、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対
し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ3 との合計量が０．５〜１
０重量部となるように添加し、焼結させることにより、
ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物および
イットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成された
ＡｌＮ焼結体が製造される。
【００２２】また、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部
に対し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ３との合計量が０．５
〜１０重量部となるように添加することにより、前記混
合層の厚さが０．５〜５μｍに制御され、金属との接合
性が良好となる。また、焼結が十分に行なわれ、かつフ
ッ化物の残留が防止され、良好な熱伝導性が得られる。
に対し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ３との合計量が０．５
〜１０重量部となるように添加することにより、前記混
合層の厚さが０．５〜５μｍに制御され、金属との接合
性が良好となる。また、焼結が十分に行なわれ、かつフ
ッ化物の残留が防止され、良好な熱伝導性が得られる。
【００２３】さらに、前記ＡｌＮ焼結体を用い、大電力
半導体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を製
造する場合は、例えば窒素雰囲気中で焼結させ、真空中
で熱処理を行なう必要がないため、工程数を減らすこと
が可能となるとともにコストを削減することが可能とな
り、大量生産することが可能となる。
半導体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を製
造する場合は、例えば窒素雰囲気中で焼結させ、真空中
で熱処理を行なう必要がないため、工程数を減らすこと
が可能となるとともにコストを削減することが可能とな
り、大量生産することが可能となる。
【００２４】なお、原料のＡｌＮ粉末、ＣａＦ２ 粉末
およびＹＦ3 粉末はいずれもなるべく高純度のものを使
用することが好ましい。
およびＹＦ3 粉末はいずれもなるべく高純度のものを使
用することが好ましい。
【００２５】また焼結は、１５５０〜１６００℃の低温
度領域で行なってよいが、１６００℃より高温下で行な
ってもよく、その場合はより一層高い熱伝導率を有する
ものが得られる。
度領域で行なってよいが、１６００℃より高温下で行な
ってもよく、その場合はより一層高い熱伝導率を有する
ものが得られる。
【００２６】さらに焼結時間は、焼結温度、原料の配合
比、焼結体の厚みなどにより変化するが、通常は２〜８
時間程度である。
比、焼結体の厚みなどにより変化するが、通常は２〜８
時間程度である。
【００２７】また、成形および焼成は従来用いられてい
る通常の方法に準じて行えばよい。例えば成形は、ドク
ターブレード法、押出法、加圧成形法などを用いて行な
うことができる。また、得られた成形体は必要であれば
予備焼成し、バインダーを除去した後、焼成すればよ
く、この場合の焼成雰囲気は非酸化性雰囲気であればよ
く、通常は窒素雰囲気でよいが、アルゴンなどの希ガス
雰囲気でもよい。
る通常の方法に準じて行えばよい。例えば成形は、ドク
ターブレード法、押出法、加圧成形法などを用いて行な
うことができる。また、得られた成形体は必要であれば
予備焼成し、バインダーを除去した後、焼成すればよ
く、この場合の焼成雰囲気は非酸化性雰囲気であればよ
く、通常は窒素雰囲気でよいが、アルゴンなどの希ガス
雰囲気でもよい。
【００２８】
【実施例および比較例】以下、本発明に係るＡｌＮ焼結
体およびその製造方法の実施例および比較例について説
明する。
体およびその製造方法の実施例および比較例について説
明する。
【００２９】図１は実施例に係るＡｌＮ焼結体を模式的
に示した断面図である。図中１１はＡｌＮ層を示してお
り、ＡｌＮ層１１の表面にはカルシウムアルミニウム酸
化物およびイットリウムアルミニウム酸化物の混合層１
２が形成され、これらＡｌＮ層１１と混合層１２とを含
んでＡｌＮ焼結体１０は構成されている。
に示した断面図である。図中１１はＡｌＮ層を示してお
り、ＡｌＮ層１１の表面にはカルシウムアルミニウム酸
化物およびイットリウムアルミニウム酸化物の混合層１
２が形成され、これらＡｌＮ層１１と混合層１２とを含
んでＡｌＮ焼結体１０は構成されている。
【００３０】このような構成のＡｌＮ焼結体１０を以下
の方法で製造した。まず、表１に示したような種々のモ
ル比のＣａＦ2 粉末およびＹＦ3 粉末の合計量が、Ａｌ
Ｎの原料粉末１００重量部に対し、表１に示したように
種々の重量比になるように添加し、混合した。次いで、
前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対してバインダー
としてポリビニールアルコール（ＰＶＡ）を１．５重量
部添加し、造粒を行なった。
の方法で製造した。まず、表１に示したような種々のモ
ル比のＣａＦ2 粉末およびＹＦ3 粉末の合計量が、Ａｌ
Ｎの原料粉末１００重量部に対し、表１に示したように
種々の重量比になるように添加し、混合した。次いで、
前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対してバインダー
としてポリビニールアルコール（ＰＶＡ）を１．５重量
部添加し、造粒を行なった。
【００３１】この後、この混合粉を１０００ｋｇ／ｃｍ
2 の圧力で加圧成形し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円
盤状のＡｌＮ成形体を得た。次に、該ＡｌＮ成形体を窒
素雰囲気中、温度が７００℃で２時間保持してバインダ
ーを除去した後、窒化硼素製容器に入れ、再び窒素雰囲
気中、１５５０℃あるいは１６００℃の温度下で８時間
常圧焼結させ、ＡｌＮ層１１の表面に混合層１２が形成
されたＡｌＮ焼結体１０を作製した。なお、混合層１２
の確認はＸ線回折により行なった。
2 の圧力で加圧成形し、直径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円
盤状のＡｌＮ成形体を得た。次に、該ＡｌＮ成形体を窒
素雰囲気中、温度が７００℃で２時間保持してバインダ
ーを除去した後、窒化硼素製容器に入れ、再び窒素雰囲
気中、１５５０℃あるいは１６００℃の温度下で８時間
常圧焼結させ、ＡｌＮ層１１の表面に混合層１２が形成
されたＡｌＮ焼結体１０を作製した。なお、混合層１２
の確認はＸ線回折により行なった。
【００３２】得られたＡｌＮ焼結体１０を用いてレーザ
ーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。また、混合
層１２の厚さの測定は走査電子顕微鏡により行なった。
ーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。また、混合
層１２の厚さの測定は走査電子顕微鏡により行なった。
【００３３】次いで、ＡｌＮ焼結体１０の表面に銅板
（図示せず）を接触させ、窒素雰囲気中、１０００℃で
加熱した後、室温まで冷却して接合状態を走査電子顕微
鏡により観察した。これらの結果を表１に示す。
（図示せず）を接触させ、窒素雰囲気中、１０００℃で
加熱した後、室温まで冷却して接合状態を走査電子顕微
鏡により観察した。これらの結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１から明らかなように、ＣａＦ2 粉末と
ＹＦ3 粉末との合計量が実施例に係る合計量よりも少な
い比較例１のものでは、焼結不足のために熱伝導性が劣
化し、また混合層１２の厚さが０．１μｍと薄いために
銅板との接合性も悪く、また実施例に係る合計量よりも
多い比較例２のものでは、混合層１２の厚さが５μｍ以
上となり、剥離が起こった。しかし実施例１０のもので
は、１５５０℃の焼結でも７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導
率が得られ、１６００℃の焼結では約９０Ｗ／ｍ・Ｋの
高い熱伝導率が得られている。また実施例３、１１のも
のでは、１５５０℃の焼結では熱伝導率が若干低いもの
の８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率が得られ、１６００℃
の焼結では約１００Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率が得られ
ている。さらに実施例１、２、４〜９のものでは、１５
５０℃または１６００℃のいずれの焼結によっても１０
０Ｗ／ｍ・Ｋを超える高い熱伝導率が得られている。ま
た、混合層１２の厚さが０．５〜５．０μｍの範囲内で
ある全ての実施例１〜１１のものにおいて、ＡｌＮ層１
１表面と銅板との接合性が良好であることから、添加し
たＣａＦ2 粉末とＹＦ3 粉末との合計量がＡｌＮの原料
粉末１００重量部に対して０．５〜１０重量部の範囲に
ある場合には良好な熱伝導性及び優れた金属との結合性
が得られることを確認することができた。
ＹＦ3 粉末との合計量が実施例に係る合計量よりも少な
い比較例１のものでは、焼結不足のために熱伝導性が劣
化し、また混合層１２の厚さが０．１μｍと薄いために
銅板との接合性も悪く、また実施例に係る合計量よりも
多い比較例２のものでは、混合層１２の厚さが５μｍ以
上となり、剥離が起こった。しかし実施例１０のもので
は、１５５０℃の焼結でも７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導
率が得られ、１６００℃の焼結では約９０Ｗ／ｍ・Ｋの
高い熱伝導率が得られている。また実施例３、１１のも
のでは、１５５０℃の焼結では熱伝導率が若干低いもの
の８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率が得られ、１６００℃
の焼結では約１００Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率が得られ
ている。さらに実施例１、２、４〜９のものでは、１５
５０℃または１６００℃のいずれの焼結によっても１０
０Ｗ／ｍ・Ｋを超える高い熱伝導率が得られている。ま
た、混合層１２の厚さが０．５〜５．０μｍの範囲内で
ある全ての実施例１〜１１のものにおいて、ＡｌＮ層１
１表面と銅板との接合性が良好であることから、添加し
たＣａＦ2 粉末とＹＦ3 粉末との合計量がＡｌＮの原料
粉末１００重量部に対して０．５〜１０重量部の範囲に
ある場合には良好な熱伝導性及び優れた金属との結合性
が得られることを確認することができた。
【００３６】以上説明したように実施例に係るＡｌＮ焼
結体１０にあっては、ＡｌＮ層１１を有しているため、
良好な熱伝導率を得ることができ、放熱を効果的に行な
うことができる。また、ＡｌＮ層１１の表面にカルシウ
ムアルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム
酸化物の混合層１２が形成されているので、銅などの金
属の接合を容易に行なうことができる。さらに、混合層
１２が酸化物層であり、後工程で酸化処理により酸化物
層を形成する必要がないため、製造工程数を減らすこと
ができ、低コストで銅などの金属の接合を行なうことが
できる。したがって、優れた放熱性を有する大電力半導
体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を低コス
トで製造することができる。
結体１０にあっては、ＡｌＮ層１１を有しているため、
良好な熱伝導率を得ることができ、放熱を効果的に行な
うことができる。また、ＡｌＮ層１１の表面にカルシウ
ムアルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム
酸化物の混合層１２が形成されているので、銅などの金
属の接合を容易に行なうことができる。さらに、混合層
１２が酸化物層であり、後工程で酸化処理により酸化物
層を形成する必要がないため、製造工程数を減らすこと
ができ、低コストで銅などの金属の接合を行なうことが
できる。したがって、優れた放熱性を有する大電力半導
体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を低コス
トで製造することができる。
【００３７】また、本発明に係るＡｌＮ焼結体の製造方
法によれば、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対
し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ3 との合計量が０．５〜１
０重量部となるように添加し、焼結させることにより、
ＡｌＮ層１１の表面にカルシウムアルミニウム酸化物お
よびイットリウムアルミニウム酸化物の混合層１２が形
成されたＡｌＮ焼結体１０を製造することができる。
法によれば、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対
し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ3 との合計量が０．５〜１
０重量部となるように添加し、焼結させることにより、
ＡｌＮ層１１の表面にカルシウムアルミニウム酸化物お
よびイットリウムアルミニウム酸化物の混合層１２が形
成されたＡｌＮ焼結体１０を製造することができる。
【００３８】また、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部
に対し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ３との合計量が０．５
〜１０重量部となるように添加することにより、混合層
１２の厚さを０．５〜５μｍに制御することができ、金
属との接合性を確実にすることができる。また、焼結を
十分に行なうことができ、かつフッ化物の残留を防止す
ることができ、良好な熱伝導性を得ることができる。
に対し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ３との合計量が０．５
〜１０重量部となるように添加することにより、混合層
１２の厚さを０．５〜５μｍに制御することができ、金
属との接合性を確実にすることができる。また、焼結を
十分に行なうことができ、かつフッ化物の残留を防止す
ることができ、良好な熱伝導性を得ることができる。
【００３９】さらに、前記ＡｌＮ焼結体を用い、大電力
半導体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を製
造する場合は、例えば窒素雰囲気中で焼結させ、真空中
で熱処理を行なう必要がないため、工程数を減らすこと
ができるとともにコストを削減することができ、大量生
産することができる。
半導体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を製
造する場合は、例えば窒素雰囲気中で焼結させ、真空中
で熱処理を行なう必要がないため、工程数を減らすこと
ができるとともにコストを削減することができ、大量生
産することができる。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るＡｌＮ
焼結体にあっては、ＡｌＮ層を有していることにより、
良好な熱伝導率を得ることができ、放熱を効果的に行な
うことができる。また、前記ＡｌＮ層の表面にカルシウ
ムアルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム
酸化物の混合層が形成されているので、銅などの金属の
接合を容易に行なうことができる。さらに、該混合層が
酸化物層であり、後工程で酸化処理により酸化物層を形
成する必要がないため、製造工程数を減らすことがで
き、低コストで銅などの金属の接合を行なうことができ
る。したがって、優れた放熱性を有する大電力半導体モ
ジュール用基板およびパッケージ材料を低コストで製造
することができる。
焼結体にあっては、ＡｌＮ層を有していることにより、
良好な熱伝導率を得ることができ、放熱を効果的に行な
うことができる。また、前記ＡｌＮ層の表面にカルシウ
ムアルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム
酸化物の混合層が形成されているので、銅などの金属の
接合を容易に行なうことができる。さらに、該混合層が
酸化物層であり、後工程で酸化処理により酸化物層を形
成する必要がないため、製造工程数を減らすことがで
き、低コストで銅などの金属の接合を行なうことができ
る。したがって、優れた放熱性を有する大電力半導体モ
ジュール用基板およびパッケージ材料を低コストで製造
することができる。
【００４１】また、本発明に係るＡｌＮ焼結体の製造方
法によれば、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対
し、前記ＣａＦ２ と前記ＹＦ3 との合計量が０．５〜
１０重量部となるように添加し、焼結させることによ
り、ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物お
よびイットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成さ
れたＡｌＮ焼結体を製造することができる。
法によれば、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部に対
し、前記ＣａＦ２ と前記ＹＦ3 との合計量が０．５〜
１０重量部となるように添加し、焼結させることによ
り、ＡｌＮ層の表面にカルシウムアルミニウム酸化物お
よびイットリウムアルミニウム酸化物の混合層が形成さ
れたＡｌＮ焼結体を製造することができる。
【００４２】また、前記ＡｌＮの原料粉末１００重量部
に対し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ3との合計量が０．５
〜１０重量部となるように添加することにより、前記混
合層の厚さを０．５〜５μｍに制御することができ、金
属との接合性を確実にすることができる。また、焼結を
十分に行なうことができ、かつフッ化物の残留を防止す
ることができ、良好な熱伝導性を得ることができる。
に対し、前記ＣａＦ2 と前記ＹＦ3との合計量が０．５
〜１０重量部となるように添加することにより、前記混
合層の厚さを０．５〜５μｍに制御することができ、金
属との接合性を確実にすることができる。また、焼結を
十分に行なうことができ、かつフッ化物の残留を防止す
ることができ、良好な熱伝導性を得ることができる。
【００４３】さらに、前記ＡｌＮ焼結体を用い、大電力
半導体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を製
造する場合は、例えば窒素雰囲気中で焼結させ、真空中
で熱処理を行なう必要がないため、工程数を減らすこと
ができるとともにコストを削減することができ、大量生
産することができる。
半導体モジュール用基板材料およびパッケージ材料を製
造する場合は、例えば窒素雰囲気中で焼結させ、真空中
で熱処理を行なう必要がないため、工程数を減らすこと
ができるとともにコストを削減することができ、大量生
産することができる。
【図１】本発明に係るＡｌＮ焼結体の実施例を模式的に
示した断面図である。
示した断面図である。
１０ 窒化アルミニウム焼結体 １１ 窒化アルミニウム層 １２ カルシウムアルミニウム酸化物およびイットリ
ウムアルミニウム酸化物の混合層
ウムアルミニウム酸化物の混合層
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化アルミニウム層の表面にカルシウム
アルミニウム酸化物およびイットリウムアルミニウム酸
化物の混合層が形成されていることを特徴とする窒化ア
ルミニウム焼結体。 - 【請求項２】 窒化アルミニウムの原料粉末１００重量
部に対し、フッ化カルシウムとフッ化イットリウムとの
合計量が０．５〜１０重量部となるように添加し、焼結
させることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウ
ム焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5170043A JPH0725663A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP5170043A JPH0725663A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0725663A true JPH0725663A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=15897558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5170043A Pending JPH0725663A (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 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) | JPH0725663A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007051031A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Ngk Insulators Ltd | 耐食性部材及びその製造方法 |
| CN114538933A (zh) * | 2020-11-24 | 2022-05-27 | 娄底市安地亚斯电子陶瓷有限公司 | 一种行波管夹持杆的制备方法 |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP5170043A patent/JPH0725663A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007051031A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Ngk Insulators Ltd | 耐食性部材及びその製造方法 |
| CN114538933A (zh) * | 2020-11-24 | 2022-05-27 | 娄底市安地亚斯电子陶瓷有限公司 | 一种行波管夹持杆的制备方法 |
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