JPH0977561A - Aluminum nitride sintered body - Google Patents

Aluminum nitride sintered body

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JPH0977561A
JPH0977561A JP7235242A JP23524295A JPH0977561A JP H0977561 A JPH0977561 A JP H0977561A JP 7235242 A JP7235242 A JP 7235242A JP 23524295 A JP23524295 A JP 23524295A JP H0977561 A JPH0977561 A JP H0977561A
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sintered body
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sintering
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裕康 角野
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昭宏 堀口
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光男 加曽利
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の AlN焼結体においては、機械的強度、
熱伝導性、低温焼結性、導体との密着性、ガラス封止性
の全てを満足させることが課題とされていた。 【解決手段】 平均粒径 2μm 以下の窒化アルミニウム
粒子を主成分とし、かつ希土類元素から選ばれる少なく
とも 1種を酸化物換算で 1〜 8重量% 、アルカリ土類金
属元素から選ばれる少なくとも 1種を酸化物換算で 0.3
〜 7重量% 、およびBi、Pb、Sb、InおよびSnから選ばれ
る少なくとも 1種の元素を酸化物換算で 5〜25重量% 含
有する窒化アルミニウム焼結体である。本発明の窒化ア
ルミニウム焼結体は、 1973K以下の低い焼結温度で焼結
することができる。
(57) [Abstract] [Problem] In the conventional AlN sintered body, mechanical strength,
It has been a subject to satisfy all of thermal conductivity, low-temperature sinterability, adhesiveness with a conductor, and glass sealing property. SOLUTION: The main component is aluminum nitride particles having an average particle size of 2 μm or less, and at least one selected from rare earth elements is 1 to 8% by weight in terms of oxide, and at least one selected from alkaline earth metal elements. 0.3 in terms of oxide
It is an aluminum nitride sintered body containing ˜7% by weight and 5 to 25% by weight in terms of oxide of at least one element selected from Bi, Pb, Sb, In and Sn. The aluminum nitride sintered body of the present invention can be sintered at a low sintering temperature of 1973K or lower.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
(AlN) 焼結体に係り、さらに詳しくは低温焼結が可能
で、緻密で熱伝導性が良好であり、かつ導体層との密着
性ならびにガラス封止性が良好な窒化アルミニウム焼結
体に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to aluminum nitride.
(AlN) Sintered body, more specifically, aluminum nitride sintered body that can be sintered at low temperature, is dense and has good thermal conductivity, and has good adhesion to a conductor layer and glass sealing property. .

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ICやLSIのような半導体素子
の高速化、高集積化等に伴って、回路基板や半導体パッ
ケージに対する要求特性も厳しくなりつつある。例え
ば、半導体素子から発生する熱を効率よく放熱するため
に、高い熱伝導性が要求され、また半導体素子の熱的応
力による破壊等の危険性をできるだけ小さくするため
に、熱膨張係数が半導体素子のそれと近いことが要求さ
れる。
2. Description of the Related Art In recent years, as semiconductor elements such as ICs and LSIs have become faster and more highly integrated, the required characteristics of circuit boards and semiconductor packages have become more severe. For example, in order to efficiently dissipate the heat generated from the semiconductor element, high thermal conductivity is required, and in order to minimize the risk of breakage due to thermal stress of the semiconductor element, the coefficient of thermal expansion of the semiconductor element is It is required to be close to that.

【0003】ところで、回路基板やパッケージの絶縁材
料としてのセラミックス材料としては、アルミナ(Al2
O 3 )セラミックスがこれまで一般的に用いられてき
た。しかしながら、アルミナセラミックスは従来のプラ
スチック材料やガラス材料と比べれば熱伝導性が高いも
のの、熱伝導率が20W/m K 程度とまだ不十分であると共
に、熱膨張係数が 7×10-6/Kとシリコンの熱膨張係数
(4.5×10-6/K)の約 2倍であるため、半導体素子の高集
積化や高速化に対応するには十分な特性を有していると
はいえない。
By the way, as a ceramic material as an insulating material for a circuit board or a package, alumina (Al 2
O 3 ) ceramics have been commonly used until now. However, although alumina ceramics have higher thermal conductivity than conventional plastic materials and glass materials, their thermal conductivity is still insufficient at around 20 W / m K, and their thermal expansion coefficient is 7 × 10 -6 / K. Expansion coefficient of silicon and silicon
Since it is about twice as large as (4.5 × 10 -6 / K), it cannot be said that it has sufficient characteristics for high integration and high speed of semiconductor elements.

【0004】このようなことから、アルミナセラミック
スに代って窒化アルミニウム(AlN)焼結体が注目され、
多層回路基板の絶縁材料等への応用が多方面で研究され
ている。 AlN焼結体は熱膨張係数が 4.0×10-6/Kで、シ
リコンの熱膨張係数にほぼ等しく、半導体素子の熱的応
力を十分小さくできるという特徴を有する。さらに、熱
伝導率が100W/m Kを超えるものも得られているため、半
導体素子の高集積化や高速化に伴う発熱量の増大にも十
分対応できるものである。
From the above, attention has been paid to aluminum nitride (AlN) sintered bodies instead of alumina ceramics,
The application of multi-layer circuit boards to insulating materials has been studied in various fields. The AlN sintered body has a coefficient of thermal expansion of 4.0 × 10 −6 / K, which is almost equal to the coefficient of thermal expansion of silicon, and is characterized in that the thermal stress of the semiconductor element can be sufficiently reduced. Furthermore, since a material having a thermal conductivity of more than 100 W / m K has been obtained, it is possible to sufficiently cope with an increase in the amount of heat generated due to higher integration and higher speed of semiconductor elements.

【0005】ところで、緻密で高熱伝導性の AlN焼結体
を得るためには、 AlN結晶粒子の酸素をトラップする焼
結助剤、例えばアルカリ土類金属化合物や希土類化合物
を添加すると共に、通常 1973K以上の高温で焼結してい
る。しかし、このように高温で焼結された AlN焼結体
は、結晶粒子の成長に伴って機械的強度が低下する等の
問題が生じる。このような AlN焼結体の機械的強度の低
下は、半導体チップ実装用基板やパッケージに応用する
場合において致命的である。そこで、焼結温度の低下が
必要とされている。
By the way, in order to obtain a dense and highly heat-conductive AlN sintered body, a sintering aid for trapping oxygen of AlN crystal grains, for example, an alkaline earth metal compound or a rare earth compound is added, and usually 1973K Sintered at the above high temperature. However, such an AlN sintered body sintered at a high temperature has problems such as a decrease in mechanical strength as the crystal grains grow. Such a decrease in the mechanical strength of the AlN sintered body is fatal when applied to a semiconductor chip mounting substrate or package. Therefore, it is necessary to lower the sintering temperature.

【0006】一方、今後の AlN焼結体の用途を拡大させ
るためには低コスト化が急務であり、その試みとして既
存の連続炉の使用を実現すべく、焼結温度の低下が検討
されている。近年の研究開発の結果、 AlN焼結助剤の改
良によって、超微紛の AlN粉末等を使用することなく、
1873K前後の温度まで焼結温度を低下させることが可能
になりつつある。
On the other hand, cost reduction is an urgent task for expanding the applications of AlN sintered compacts in the future, and in order to realize the use of the existing continuous furnace, the reduction of the sintering temperature has been studied as an attempt. There is. As a result of recent research and development, improvements in AlN sintering aids have made it possible to use ultra-fine AlN powder, etc.
It is becoming possible to reduce the sintering temperature to a temperature around 1873K.

【0007】焼結温度の低下に有効な焼結助剤として
は、例えば特開昭 61-209959号公報、特公平 5-17190号
公報、特開昭 62-153173号公報に、希土類元素やアルカ
リ土類金属元素のハロゲン化物が記載されている。また
同様に、 AlN焼結体の焼結温度を低下させる方法とし
て、例えば特開平1-183469号公報に、焼結助剤として希
土類酸化物とアルカリ土類金属酸化物を同時添加する方
法が記載されている。
Examples of the sintering aid effective for lowering the sintering temperature include rare earth elements and alkalis disclosed in JP-A-61-209959, JP-B-5-17190 and JP-A-62-153173. Halides of earth metal elements are described. Similarly, as a method of lowering the sintering temperature of the AlN sintered body, for example, JP-A-1-183469 discloses a method of simultaneously adding a rare earth oxide and an alkaline earth metal oxide as a sintering aid. Has been done.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各公報に記載されている従来の AlN焼結体の低温焼結
方法では、 1973Kより低い温度で十分に緻密で、かつ熱
伝導率の高い AlN焼結体は得られていない。例えば、特
開昭 61-209959号公報や特開昭 62-153173号公報に記載
されている方法では、 1873Kで100W/m Kを超える高い熱
伝導率を達成することはできていない。また、特公平 5
-17190号公報に記載の方法では、120W/m Kの熱伝導率が
達成されているものの、全て 1973K以上の温度で焼成し
て得られたものである。さらに、希土類元素やアルカリ
土類金属元素のハロゲン化物を多量に添加すると、 AlN
焼結体の表面に多くの析出物が出現し、焼きむらや色む
らの元になるだけでなく、表面の平滑性が低下するため
に、後工程で導体回路を形成する際に研磨工程を必要と
する等、多くの問題を内包している。
However, in the conventional low-temperature sintering method for AlN sintered bodies described in the above-mentioned publications, AlN that is sufficiently dense and has a high thermal conductivity at a temperature lower than 1973K is used. No sintered body is obtained. For example, in the methods described in JP-A-61-209959 and JP-A-62-153173, it is not possible to achieve a high thermal conductivity exceeding 100 W / mK at 1873K. In addition,
In the method described in Japanese Patent Publication No. -17190, a thermal conductivity of 120 W / m K is achieved, but all are obtained by firing at a temperature of 1973 K or higher. Furthermore, if a large amount of a halide of a rare earth element or an alkaline earth metal element is added, AlN
A lot of precipitates appear on the surface of the sintered body, which not only causes uneven burning and uneven color, but also reduces the smoothness of the surface, which requires a polishing step when forming a conductor circuit in a later step. It has many problems.

【0009】また、特開平1-183469号公報に記載されて
いる方法では、 Y2 O 3 と CaOを同時に添加することに
よって、 1873Kで 8時間の焼結で、3.27g/cm3 の密度と
139W/m Kの熱伝導率が達成されているが、記載されてい
る粒界相成分を鑑みると完全にポアフリーで緻密な焼結
体とはなっていないと考えられる。
Further, in the method described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-183469, Y 2 O 3 and CaO are added at the same time to obtain a density of 3.27 g / cm 3 by sintering at 1873 K for 8 hours.
Although a thermal conductivity of 139 W / m K has been achieved, it is considered that a pore-free and dense sintered body is not obtained in view of the described grain boundary phase component.

【0010】一方、回路基板等として用いる場合には、
AlN絶縁層と金属導体層との密着性等についても考慮す
る必要がある。すなわち、表面あるいは内部に金属導体
層が形成された AlN成形体を高温で同時焼成する際に、
金属導体層と AlN絶縁層の密着性が良好でない場合に
は、焼成後に導体層が絶緑層から剥がれる等の不具合が
発生する。また、焼成によって得られた多層回路基板を
パッケージ材料に供する場合、半導体素子を搭載した
後、この素子を保護するためにキャップを使用したガラ
ス封止を行うことがある。従って、ガラス封止性も良好
である必要がある。しかしながら、これまでの AlN材料
では以上の機械的強度、熱伝導性、低温焼結性、導体と
の密着性、ガラス封止性の全てを十分満足する材料は得
られていないのが現状である。
On the other hand, when used as a circuit board or the like,
It is also necessary to consider the adhesion between the AlN insulating layer and the metal conductor layer. That is, when co-firing an AlN compact with a metal conductor layer formed on the surface or inside at high temperature,
If the adhesion between the metal conductor layer and the AlN insulating layer is not good, problems such as peeling of the conductor layer from the insulating layer may occur after firing. When the multilayer circuit board obtained by firing is used as a packaging material, a semiconductor element may be mounted and then glass sealing using a cap may be performed to protect the element. Therefore, the glass sealing property also needs to be good. However, it is the current situation that AlN materials up to now have not sufficiently obtained all of the above mechanical strength, thermal conductivity, low-temperature sinterability, adhesion to conductors, and glass sealing property. .

【0011】このように、 AlN焼結体においては機械的
強度、熱伝導性、低温焼結性、導体との密着性、ガラス
封止性の全てを満足させることが課題とされていた。
As described above, the AlN sintered body has been required to satisfy all of mechanical strength, thermal conductivity, low temperature sinterability, adhesion to a conductor, and glass sealing property.

【0012】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、低温で焼結可能で、機械的強度や熱
伝導率が高く、かつ導体との密着性やガラス封止性に優
れた窒化アルミニウム焼結体を提供することを目的とし
ている。
The present invention has been made in order to solve such a problem and is capable of sintering at a low temperature, has high mechanical strength and thermal conductivity, and has excellent adhesion to a conductor and glass sealing property. It is intended to provide an excellent aluminum nitride sintered body.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化アルミニウ
ム焼結体は、平均粒径 2μm 以下の窒化アルミニウム粒
子を主成分とし、希土類元素から選ばれる少なくとも 1
種を酸化物換算で 1〜8重量% 、アルカリ土類金属元素
から選ばれる少なくとも 1種を酸化物換算で0.3〜 7重
量% 、およびBi、Pb、Sb、InおよびSnから選ばれる少な
くとも 1種の元素を酸化物換算で 5〜25重量% 含有して
いることを特徴としている。
The aluminum nitride sintered body of the present invention comprises aluminum nitride particles having an average particle size of 2 μm or less as a main component, and at least 1 selected from rare earth elements.
1 to 8% by weight in terms of oxide, 0.3 to 7% by weight in terms of oxide of at least one selected from alkaline earth metal elements, and at least one selected from Bi, Pb, Sb, In and Sn. The element is characterized by containing 5 to 25% by weight in terms of oxide.

【0014】本発明の窒化アルミニウム焼結体は、 (1)
希土類元素から選ばれる少なくとも1種の元素と、 (2)
アルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも 1種の元
素と、 (3)Bi、Pb、Sb、InおよびSnから選ばれる少なく
とも 1種の元素とを同時に含有するものであり、これら
各元素はそれらを含む各化合物が焼結助剤として添加さ
れたものである。そして、 (1)と (2)の化合物が同時に
添加されていることによって、 1973K以下での低温焼結
が可能となる。さらに、 (3)の化合物が添加されている
ことで、低温での焼結および緻密化が促進されると共
に、導体層との密着性やガラス封止性が良好になる。
The aluminum nitride sintered body of the present invention comprises (1)
At least one element selected from rare earth elements, (2)
At least one element selected from alkaline earth metal elements and (3) at least one element selected from Bi, Pb, Sb, In and Sn are contained at the same time. Each compound contained is added as a sintering aid. And, by simultaneously adding the compounds of (1) and (2), low temperature sintering at 1973K or lower becomes possible. Furthermore, by adding the compound of (3), sintering and densification at low temperature are promoted, and the adhesion to the conductor layer and the glass sealing property are improved.

【0015】(1)の希土類元素としては、Sc、 Yおよび
ランタン系列元素が挙げられ、その添加量は酸化物換算
で 1〜 8重量% の範囲とする。希土類元素化合物の添加
量が酸化物換算で 1重量% 未満では焼結性が不十分で、
また十分焼結したとしても酸素のトラップ効果が低くな
り、熱伝導率が低下する。−方、 8重量% を超えると、
AlN焼結体内部に生成する粒界相が過剰となり、熱伝導
率が低下する原因となる。より好ましい添加量は酸化物
換算で 1.5〜 7重量% である。
Examples of the rare earth element (1) include Sc, Y and lanthanum series elements, and the addition amount thereof is in the range of 1 to 8% by weight in terms of oxide. If the amount of the rare earth element compound added is less than 1% by weight in terms of oxide, the sinterability is insufficient,
Even if it is sufficiently sintered, the effect of trapping oxygen is reduced, and the thermal conductivity is reduced. -If more than 8% by weight,
The grain boundary phase generated inside the AlN sintered body becomes excessive, which causes a decrease in thermal conductivity. A more preferable addition amount is 1.5 to 7% by weight in terms of oxide.

【0016】(2)のアルカリ土類金属元素としては、C
a、Ba、Sr等が挙げられ、その添加量は酸化物換算で 0.
3〜 7重量% の範囲とする。アルカリ土類金属元素化合
物の添加量が酸化物換算で 0.3重量% 未満では焼結性が
不十分で、また十分焼結したとしても酸素トラップ効果
が低くなり、高い熱伝導率が達成できない。−方、 7重
量% を超えると、 AlN焼結体内部に生成する粒界相が過
剰となり、熱伝導率が低下する原因となる。また、アル
カリ土類金属元素の化合物が多量に生成した AlN焼結体
では耐水性が劣化する。より好ましい添加量は 0.5〜 5
重量% である。
The alkaline earth metal element of (2) is C
a, Ba, Sr, etc., and the addition amount thereof is 0 in terms of oxide.
The range is 3 to 7% by weight. If the amount of the alkaline earth metal element compound added is less than 0.3% by weight in terms of oxide, the sinterability will be insufficient, and even if it is sufficiently sintered, the oxygen trapping effect will be low and high thermal conductivity cannot be achieved. On the other hand, if it exceeds 7% by weight, the grain boundary phase generated inside the AlN sintered body becomes excessive, which causes a decrease in thermal conductivity. In addition, the water resistance is deteriorated in the AlN sintered body in which a large amount of the alkaline earth metal compound is generated. More preferable addition amount is 0.5 to 5
% By weight.

【0017】(3)のBi、Pb、Sb、InおよびSnから選ばれ
る元素は、その酸化物の融点がいずれも低く、低温で液
相を発生するために、焼結途上で AlN粒の再配列を容易
にして焼結を促進する効果がある。また、 AlN粒表面の
酸化物層(Al2 O 3 )と反応して、さらに低温で共晶液
相を生成し、焼結を促進する効果がある。
The element selected from Bi, Pb, Sb, In and Sn in (3) has a low melting point of its oxide and generates a liquid phase at a low temperature. It has an effect of facilitating the arrangement and promoting the sintering. Further, it has the effect of reacting with the oxide layer (Al 2 O 3 ) on the surface of the AlN grains to generate a eutectic liquid phase at a lower temperature and promote sintering.

【0018】さらに、上記(3) の元素を含む化合物が存
在すると、同時焼成あるいは後工程で導体層を形成した
場合に、導体層と AlN絶縁層との間の密着性が良好とな
る。すなわち、上述したように (3)の元素を含む化合物
は低温で液相を生成し、この液相は粘性が低く、濡れ性
が非常に良好であるため、この液相の一部が導体層の中
に浸透し、冷却後に固化することで導体層と AlN絶緑層
とを強固に結合する。これによって、導体層と AlN絶縁
層との密着性が良好になる。
Furthermore, the presence of the compound containing the element (3) improves the adhesion between the conductor layer and the AlN insulating layer when the conductor layer is formed by simultaneous firing or in a later step. That is, as described above, the compound containing the element of (3) forms a liquid phase at a low temperature, and this liquid phase has low viscosity and very good wettability, so that part of this liquid phase is a conductive layer. By penetrating into the inside and solidifying after cooling, the conductor layer and the AlN insulating layer are firmly bonded. This improves the adhesion between the conductor layer and the AlN insulating layer.

【0019】また、 (3)の元素はいずれもガラスに含有
され得る元素であり、これらの元素とAlならびに酸素が
同時に焼結体表面に存在すると、上記 (3)の元素が封止
するガラス内に拡散し、 AlN焼結体と封止ガラスとを強
固に密着させると同時に、ガラスの AlN焼結体に対する
濡れ角が小さくなって、良好なガラス封止が可能とな
る。
Further, the element (3) is an element which can be contained in the glass, and when these elements, Al and oxygen are simultaneously present on the surface of the sintered body, the glass sealed by the element (3) is It diffuses into the AlN sintered body and firmly seals the sealing glass with the AlN sintered body, and at the same time, the wetting angle of the glass with respect to the AlN sintered body becomes small, and good glass sealing becomes possible.

【0020】(3)の元素を含む化合物の添加量は、酸化
物換算で 5〜25重量% の範囲とする。この添加量が 5重
量% 未満であると、焼結を促進する効果が不十分とな
る。さらに、 (3)の元素を含む化合物は概して高温での
蒸気圧が高いため、焼結工程途上で揮散しやすく、 5重
量% 未満であると同時焼成の導体層、あるいは焼結後に
作製した導体層の密着強度を向上させる効果が低下し、
さらにガラス封止の際にも AlN焼結体に残存する (3)の
元素量が少なくなり、結果としてガラス封止性を良好に
する効果も低下する。一方、25重量% を超えると、粒界
に生成する粒界相の量が多くなり、熱伝導率が低下する
原因となる。特に (3)の元素を多量に添加すると、粒界
相の AlN粒に対する濡れ性が良好となって、 AlN粒同士
を離し、結果として熱の伝達を阻害するために好ましく
ない。より好ましい添加量は 7〜20重量% の範囲であ
る。
The addition amount of the compound containing the element (3) is in the range of 5 to 25% by weight in terms of oxide. If the amount added is less than 5% by weight, the effect of promoting sintering will be insufficient. Furthermore, since the compound containing the element (3) generally has a high vapor pressure at high temperatures, it easily volatilizes during the sintering process, and if it is less than 5% by weight, it is a conductor layer co-fired or a conductor produced after sintering. The effect of improving the adhesion strength of the layer decreases,
Furthermore, the amount of the element (3) remaining in the AlN sintered body during glass sealing becomes small, and as a result, the effect of improving the glass sealing property also decreases. On the other hand, if it exceeds 25% by weight, the amount of the grain boundary phase generated at the grain boundaries increases, which causes a decrease in thermal conductivity. In particular, if the element (3) is added in a large amount, the wettability of the grain boundary phase with respect to the AlN grains is improved, the AlN grains are separated from each other, and as a result, heat transfer is hindered, which is not preferable. A more preferable addition amount is in the range of 7 to 20% by weight.

【0021】上述した (1)、 (2)、 (3)の各元素の化合
物を添加した AlN焼結体は、 1973K以下での低温焼結に
よっても緻密化が可能となり、高熱伝導率が得られると
共に、 AlN粒の平均粒径を 2μm 以下とすることができ
る。すなわち、 AlN粒の粗大化を抑制することが可能と
なり、平均粒径が 2μm 以下であることに起因して、従
来の AlN焼結体よりも高強度が得られる。焼結後の AlN
結晶粒の平均粒径が 2μm を超えると機械的強度が劣化
する。さらに、 (3)の元素の化合物を添加していること
により、導体層と AlN絶縁層の密着性を良好にすると共
に、ガラス封止性も向上させることが可能となる。
The AlN sintered body to which the compound of each element of (1), (2) and (3) described above is added can be densified even by low temperature sintering at 1973 K or less, and high thermal conductivity can be obtained. In addition, the average particle size of AlN particles can be set to 2 μm or less. That is, it becomes possible to suppress coarsening of AlN grains, and due to the average grain size being 2 μm or less, higher strength can be obtained as compared with the conventional AlN sintered body. AlN after sintering
If the average grain size of the crystal grains exceeds 2 μm, the mechanical strength deteriorates. Furthermore, by adding the compound of the element (3), it is possible to improve the adhesion between the conductor layer and the AlN insulating layer and also improve the glass sealing property.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Modes for carrying out the present invention will be described below.

【0023】まず、本発明の AlN焼結体を実現するため
の製造方法について述べる。本発明の AlN焼結体は、以
下に示す製造方法を適用して作製することが好ましい。
First, a manufacturing method for realizing the AlN sintered body of the present invention will be described. The AlN sintered body of the present invention is preferably manufactured by applying the manufacturing method described below.

【0024】本発明の AlN焼結体を製造するために用い
る AlN粉末は、実質入手可能なあらゆる粉末のうち、焼
結後の粒径を考慮して平均一次粒径が0.03〜 1.4μm の
範囲で、不純物酸素量が 0.2〜 3.5重量% の範囲である
ものが望ましい。
The AlN powder used for producing the AlN sintered body of the present invention has an average primary particle size in the range of 0.03 to 1.4 μm in consideration of the particle size after sintering, among all the powders that are practically available. It is desirable that the amount of impurity oxygen is in the range of 0.2 to 3.5% by weight.

【0025】AlN粉末の平均一次粒径が0.03μm 末満で
あると、粉末としての取り扱いが困難となり、かつ粉末
の成形が困難になるおそれがある。−方、 AlN粉末の平
均一次粒径が 1.4μm を超えると、 1973K以下特に 187
3K以下での低温焼結が困難になるおそれがあり、また焼
結後の AlN粒の平均粒径が 2μm を超えて、機械的強度
が劣化するおそれがある。より好ましい AlN粉末の平均
一次粒径は0.05〜 1.2μm の範囲である。
If the average primary particle size of the AlN powder is 0.03 μm or less, it may be difficult to handle the powder and it may be difficult to mold the powder. − On the other hand, if the average primary particle size of AlN powder exceeds 1.4 μm, it is 1973K or less,
Low-temperature sintering at 3 K or less may be difficult, and the average particle size of AlN particles after sintering may exceed 2 μm, resulting in deterioration of mechanical strength. The more preferable average primary particle size of the AlN powder is in the range of 0.05 to 1.2 μm.

【0026】また、 AlN粉末の不純物酸素量とは、焼結
直前に実効的に焼結に関与する酸素量を意味するもので
ある。この不純物酸素量が 0.2重量% 未満であると、 1
973K以下特に 1873K以下での低温焼結が困難になった
り、焼結前の混合や成形の取り扱い段階で AlN材料が変
質するおそれがある。−方、不純物酸素量が 3.5重量%
を超えると、高熱伝導性の AlN焼結体を得ることができ
なくなるおそれがある。より好ましい不純物酸素量は
0.5〜 2.0重量% の範囲である。
The amount of impurity oxygen in the AlN powder means the amount of oxygen that effectively participates in sintering immediately before sintering. If the impurity oxygen content is less than 0.2% by weight, 1
Low-temperature sintering below 973K, especially below 1873K may become difficult, or the AlN material may deteriorate in the handling stage of mixing and molding before sintering. -, The amount of impurity oxygen is 3.5% by weight
If it exceeds, it may not be possible to obtain a highly heat-conductive AlN sintered body. More preferable amount of impurity oxygen is
It is in the range of 0.5 to 2.0% by weight.

【0027】次に、上述したような AlN粉末に、前述し
た (1)、 (2)および (3)の元素を含む各化合物を焼結助
剤として添加する。焼成後に AlN焼結体内部に (1)の希
土類元素の化合物や (2)のアルカリ土類金属元素の化合
物として存在する焼結助剤は、 AlN粉末に粉体または液
体として添加される。具体的には、酸化物、炭酸塩、シ
ュウ酸塩、硝酸塩、アルコキサイド、ハロゲン化物等
が、さらに硝酸塩をアルコールに溶解した溶液等、ある
いはこれらの組合せが用いられる。また、焼結助剤とし
て添加する (3)の元素を含む化合物としては、酸化物あ
るいは焼成途上で酸化物となる化合物が好ましく、例え
ば炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、アルコキサイド等やこ
れらの水溶液、アルコール溶液等が挙げられる。 (1)、
(2)および(3)の元素を含む各化合物の添加量および添
加理由は前述した通りである。
Next, each compound containing the above-mentioned elements (1), (2) and (3) is added to the above-mentioned AlN powder as a sintering aid. The sintering aid present as a compound of the rare earth element (1) or a compound of the alkaline earth metal element (2) inside the AlN sintered body after firing is added as powder or liquid to the AlN powder. Specifically, oxides, carbonates, oxalates, nitrates, alkoxides, halides and the like, a solution in which a nitrate is further dissolved in alcohol, or a combination thereof is used. The compound containing the element (3) added as a sintering aid is preferably an oxide or a compound which becomes an oxide during firing, and examples thereof include carbonates, nitrates, oxalates, alkoxides and aqueous solutions thereof. , Alcohol solutions, and the like. (1),
The amount of addition of each compound containing the elements (2) and (3) and the reason for the addition are as described above.

【0028】AlN粉末および焼結助剤からなる原料粉末
中には、必要に応じて着色化や高強度化のために、Ti、
W、Mo、Ta、Nb、Mn等の遷移金属の酸化物、炭化物、フ
ッ化物、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩等を0.05〜 1重量
% の範囲で配合してもよい。さらに、焼結温度を低下さ
せるのに有効なアルミナ(Al2 O 3 )等のアルミニウム
化合物、リン化合物、ホウ素化合物や、機械的強度を増
すために酸化ケイ素(SiO2 )、窒化ケイ素(Si3 N 4
等のケイ素化合物を、原料粉末に対してそれぞれ 1重量
% 以下の範囲で添加してもよい。
In the raw material powder consisting of the AlN powder and the sintering aid, Ti, Ti and
0.05 to 1 weight of oxides, carbides, fluorides, carbonates, oxalates, nitrates, etc. of transition metals such as W, Mo, Ta, Nb, Mn
You may mix | blend in the range of%. Further, aluminum compounds such as alumina (Al 2 O 3 ) effective for lowering the sintering temperature, phosphorus compounds, boron compounds, and silicon oxide (SiO 2 ) and silicon nitride (Si 3 ) for increasing mechanical strength. N 4 )
1 weight of silicon compound such as
You may add in the range below%.

【0029】上述した AlN粉末および焼結助剤等からな
る混合原料粉末は、バインダを添加して混練、造粒を行
った後に、成形することが望ましい。この際に用いる成
形方法としては、例えば金型プレス、静水圧プレス、ド
クターブレード等のシート成形法等、あるいはこれらの
組合せを用いることが可能である。バインダとしては、
例えばアクリル系、メタクリル系、PVB系等が使用さ
れる。これらのバインダを分散させる溶媒としては、例
えばn-ブタノール等のアルコール系、メチルイソブチ
ル、トルエン、キシレン等が使用される。バインダの添
加量は使用する AlN粉末の粒度によっても異なるが、混
合原料粉末 100重量部に対して 2〜12重量部の範囲とす
ることが好ましく、より好ましくは 3〜10重量部の範囲
である。
The mixed raw material powder consisting of the AlN powder and the sintering aid described above is preferably molded after kneading and granulating by adding a binder. As a molding method used at this time, for example, a die press, a hydrostatic press, a sheet molding method such as a doctor blade, or the like, or a combination thereof can be used. As a binder,
For example, acrylic type, methacrylic type, PVB type and the like are used. As a solvent for dispersing these binders, for example, alcohols such as n-butanol, methyl isobutyl, toluene, xylene and the like are used. The amount of the binder added varies depending on the particle size of the AlN powder used, but it is preferably 2 to 12 parts by weight, more preferably 3 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the mixed raw material powder. .

【0030】次いで、上記成形体を窒素ガス気流中等の
非酸化性雰囲気中で最高温度 1273K以下まで加熱してバ
ンイダを除去した後、非酸化性雰囲気中で 1973K以下の
温度で、より好ましくは1673〜 1973Kの範囲の温度で焼
結する。なお、バインダを除去する工程は、 AlNの酸化
等に留意して加熱する最高温度を適宜選択することによ
って、空気等の酸素を含む雰囲気、あるいは水蒸気を含
む雰囲気を用いることも可能である。
Next, the molded body is heated to a maximum temperature of 1273K or less in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen gas stream to remove the vanida, and then in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1973K or less, more preferably 1673K. Sinter at temperatures ranging from ~ 1973K. In the step of removing the binder, it is possible to use an atmosphere containing oxygen such as air or an atmosphere containing water vapor by appropriately selecting the maximum temperature for heating while paying attention to the oxidation of AlN.

【0031】上述した焼結過程で 1973Kより高い温度で
焼結すると、 (3)の元素を含む化合物の蒸発が激しくな
ると共に AlNの粒成長が起こり、平均粒径が 2μm 以下
を達成することが困難になり、結果として得られた AlN
焼結体の強度が低下する不具合が発生する。また、 167
3K末満では完全に緻密化するまでに必要な焼成時間が長
くなりあまり好ましくない。また、焼結過程の雰囲気圧
力は 0.9気圧以上で行うことが好ましい。 0.9気圧未満
では、特に (3)の元素を含む化合物の揮散が激しくな
り、焼結を促進する効果が低下すると共に、導体との密
着性やガラス封止性等も十分に改善できなくなるおそれ
がある。
If sintering is performed at a temperature higher than 1973K in the above-mentioned sintering process, the compound containing the element (3) is highly evaporated and AlN grain growth occurs, so that an average grain size of 2 μm or less can be achieved. Difficult and resulting AlN
There is a problem that the strength of the sintered body decreases. Also, 167
At 3K Sueman, the firing time required to completely densify becomes long, which is not preferable. The atmosphere pressure during the sintering process is preferably 0.9 atm or higher. If it is less than 0.9 atm, in particular, the volatilization of the compound containing the element (3) becomes severe, the effect of promoting sintering is reduced, and the adhesion with the conductor, the glass sealing property, etc. may not be sufficiently improved. is there.

【0032】焼結時の非酸化性雰囲気としては、窒素、
アルゴンの単独ガスや混合ガス、あるいはこれらの一部
を水素やCO2 等とした混合ガス等を使用することができ
る。また、 AlN、BN、カーボン等から選ばれた焼成容器
中で、カーボン、タングステン、モリブデン等をヒータ
として具備する焼結炉中で焼成することが望ましい。上
述したような製造方法を適用することで、平均粒径 2μ
m 以下の AlN粒を主成分とし、 (1)希土類元素から選ば
れる少なくとも 1種を酸化物換算で 1〜 8重量% 、 (2)
アルカリ土類金属元素から選ばれる少なくとも 1種を酸
化物換算で0.3〜 7重量% 、および (3)Bi、Pb、Sb、In
およびSnから選ばれる少なくとも1種の元素を酸化物換
算で 5〜25重量% 含有する、本発明の AlN焼結体を再現
性よく得ることができる。
The non-oxidizing atmosphere during sintering is nitrogen,
It is possible to use a single gas or a mixed gas of argon, or a mixed gas in which a part of these is hydrogen, CO 2, or the like. Further, it is desirable to perform firing in a sintering furnace equipped with carbon, tungsten, molybdenum and the like in a firing container selected from AlN, BN, carbon and the like. By applying the manufacturing method as described above, the average particle size of 2μ
Mainly composed of AlN particles of m or less, (1) at least one selected from rare earth elements is 1 to 8 wt% in terms of oxide, (2)
0.3 to 7 wt% of at least one selected from alkaline earth metal elements in terms of oxide, and (3) Bi, Pb, Sb, In
It is possible to reproducibly obtain the AlN sintered body of the present invention containing 5 to 25% by weight in terms of oxide of at least one element selected from and Sn.

【0033】本発明の AlN焼結体は、高温高強度材やヒ
ートシンク等として使用することも可能であるが、メタ
ライズを施して導体回路を形成したり、あるいは成形体
上に導体層を設けて同時焼成して導体回路を形成する等
によって、各種回路基板やパッケージ基体等として好適
に使用される。本発明の AlN焼結体を絶縁部分として使
用することで、優れた放熱性や機械的強度、そして導体
層との剥離等の欠陥がない良好な回路特性を備えた回路
基板やパッケージ基体を作製することができる。さらに
は、半導体素子を搭載してガラス封止を行う場合には、
ガラス封止性の良好なパッケージ等を作製することが可
能である。
The AlN sintered body of the present invention can be used as a high-temperature high-strength material, a heat sink, or the like, but it is subjected to metallization to form a conductor circuit, or a conductor layer is provided on the molded body. It is preferably used as various circuit boards, package bases, etc. by forming a conductor circuit by co-firing. By using the AlN sintered body of the present invention as an insulating portion, a circuit board or a package base having excellent heat dissipation, mechanical strength, and good circuit characteristics free from defects such as separation from a conductor layer is produced. can do. Furthermore, when mounting a semiconductor element and performing glass sealing,
It is possible to manufacture a package or the like having a good glass sealing property.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0035】実施例1 平均一次粒径が 0.6μm で、不純物酸素量が 0.9重量%
の AlN粉末に、平均粒径 0.1μm 、純度 99.9%の Y2 O
3 粉末を 3.0重量% 、および平均粒径 0.2μm、純度 9
9.9%のCaCo3 を CaO換算で 1.0重量% 添加し、さらに平
均粒径 0.5μm、純度 99.9%のBi2 O 3 を 8.0重量%
と、平均粒径 0.3μm 、純度 99.9%のWO3を W換算で 0.
3重量% 添加し、これらにn-ブタノールを加えて湿式ボ
ールミルにより解砕・混合した後、n-ブタノ一ルを除去
して原料粉体とした。
Example 1 The average primary particle size was 0.6 μm, and the amount of impurity oxygen was 0.9% by weight.
AlN powder with a mean particle size of 0.1 μm and a purity of 99.9% Y 2 O
3.0% by weight of 3 powders, and an average particle size of 0.2 μm, purity 9
Add 1.0% by weight of 9.9% CaCo 3 in terms of CaO and 8.0% by weight of Bi 2 O 3 with an average particle size of 0.5 μm and a purity of 99.9%.
And WO 3 having an average particle size of 0.3 μm and a purity of 99.9% is 0 in terms of W.
3% by weight was added, and n-butanol was added thereto, and the mixture was crushed and mixed by a wet ball mill, and then n-butanol was removed to obtain a raw material powder.

【0036】続いて、上記原料粉末 100重量部に対して
アクリル系バインダ 5重量部を有機溶剤と共に添加して
造粒した後、 50MPaの圧力で一軸加圧して成形体を作製
した。この成形体を AlN焼結体からなる容器にセット
し、グラファイト製ヒータ炉で2気圧の窒素ガス雰囲気
下にて 1873Kで 6時問焼成して AlN焼結体を得た。得ら
れた AlN焼結体の密度をアルキメデス法によって測定し
たところ、3.31g/cm3 と十分に緻密化していた。また、
AlN焼結体の破断面をSEMによって観察して微構造を
確認したところ、ポアはほぼ完全に消滅しており、この
結果から上記 AlN焼結体が完全に緻密化していることが
確認された。
Subsequently, 5 parts by weight of an acrylic binder was added to 100 parts by weight of the raw material powder together with an organic solvent for granulation, and the mixture was uniaxially pressed at a pressure of 50 MPa to produce a compact. The compact was set in a container made of an AlN sintered body, and fired at 1873K for 6 hours in a nitrogen gas atmosphere of 2 atm in a graphite heater furnace to obtain an AlN sintered body. When the density of the obtained AlN sintered body was measured by the Archimedes method, it was 3.31 g / cm 3 and was sufficiently densified. Also,
When the fractured surface of the AlN sintered body was observed by SEM and the microstructure was confirmed, the pores disappeared almost completely. From this result, it was confirmed that the AlN sintered body was completely densified. .

【0037】また、 AlN焼結体表面には粒界相のしみ出
しによる色むらや焼きむらは認められなかった。 AlN焼
結体の破断面をSEMにより観察し、インターセプト法
からAlN粒の平均粒径を求めたところ 1.8μm であっ
た。さらに、得られた AlN焼結体から直径10mm、厚さ 3
mmの円板を切り出し、室温下で JIS-R1611に従ってレー
ザーフラッシュ法で熱伝導率を測定したところ 142W/m
K であった。また、 JIS-R1601に従って 4点曲げ強度を
測定したところ、320MPaと焼結温度が低いにもかかわら
ず高強度であった。
No unevenness of color or baking due to seepage of the grain boundary phase was observed on the surface of the AlN sintered body. The fracture surface of the AlN sintered body was observed by SEM, and the average grain size of AlN grains was 1.8 μm as determined by the intercept method. Furthermore, the obtained AlN sintered body has a diameter of 10 mm and a thickness of 3
A mm disk was cut out and its thermal conductivity was measured by the laser flash method according to JIS-R1611 at room temperature. 142 W / m
It was K. Further, when the 4-point bending strength was measured according to JIS-R1601, it was 320 MPa, and the strength was high despite the low sintering temperature.

【0038】一方、前述の方法で作製した成形体の表面
に、平均粒径が 1.1μm のタングステン97重量% とフィ
ラーとして上述した添加剤を加えた AlN混合粉末(原料
粉末) 3重量% とを有機溶剤と共に混合して作製したペ
ーストを、スクリーン印刷法で塗布し、上述した条件と
同一条件で焼結まで行った。次に、得られた AlN焼結体
表面の 2mm角の大きさの導体部にNiめっきを行った後、
ワイヤーをはんだ付けして引張り強度試験を行い、 AlN
焼結体と導体層の密着強度を測定した。その結果、引張
り強度は7.4kgf/2mm角と高い値を示した。
On the other hand, 97% by weight of tungsten having an average particle size of 1.1 μm and 3% by weight of AlN mixed powder (raw material powder) to which the above-mentioned additive as a filler is added are provided on the surface of the molded body produced by the above-mentioned method. A paste prepared by mixing with an organic solvent was applied by a screen printing method and sintered up to the same conditions as described above. Next, after plating the 2 mm square conductor part on the surface of the obtained AlN sintered body with Ni,
Solder the wire and perform a tensile strength test.
The adhesion strength between the sintered body and the conductor layer was measured. As a result, the tensile strength showed a high value of 7.4 kgf / 2 mm square.

【0039】さらに、前述した方法に従って、 2個の凹
型 AlN焼結体を製造した。得られた2個の凹型 AlN焼結
体をそれらの開口面が互いに対向するように重ねた後、
窒素雰囲気中で下記の表1に組成を示すガラスを用いて
ガラス封止を行った。
Further, two concave AlN sintered bodies were manufactured according to the method described above. After stacking the obtained two concave AlN sintered bodies so that their opening surfaces face each other,
Glass sealing was performed using a glass having the composition shown in Table 1 below in a nitrogen atmosphere.

【0040】[0040]

【表1】 封止した AlN焼結体を、 5気圧のヘリウムガスで満たし
たチャンバ内に40分間放置した後、チャンバ内を 0.1Pa
オーダで真空に引いて、再び空気を 1気圧まで導入し
た。このヘリウム洗浄工程を 3回行った後、試料をチャ
ンバから取り出し、空気中で30分間放置した。このよう
に処理した後、ヘリウムリーク試験(ファインリーク検
知)にかけ、リーク量の検出は質量分析計で行った。そ
の結果、リーク量は 1.0×10-10 atm・cc・ sec-1以下
と良好な値を示した。
[Table 1] After leaving the sealed AlN sintered body in a chamber filled with helium gas at 5 atm for 40 minutes, 0.1 Pa inside the chamber.
A vacuum was drawn on the order and air was reintroduced to 1 atm. After performing this helium cleaning step three times, the sample was taken out of the chamber and left in the air for 30 minutes. After the treatment as described above, a helium leak test (fine leak detection) was performed, and the leak amount was detected by a mass spectrometer. As a result, the leak amount was 1.0 × 10 -10 atm ・ cc ・ sec -1 or less, which was a good value.

【0041】実施例2 平均一次粒径が 0.8μm で、不純物酸素量が 0.7重量%
の AlN粉末に、平均粒径 0.1μm 、純度 99.9%のDy2 O
3 粉末を 5重量% 、および平均粒径 0.2μm 、純度99.9
% のBaCO3 を BaO換算で 1重量% を添加し、さらに平均
粒径 0.5μm 、純度99.9% のSb2 O 3 を10重量% と、純
度99.9% の TiO2 をTi換算で 0.3重量%添加し、これら
にn-ブタノールを加えて湿式ボールミルにより解砕・混
合した後、n-ブタノールを除去して原料粉体とした。
Example 2 The average primary particle size was 0.8 μm, and the amount of impurity oxygen was 0.7% by weight.
AlN powder of Dy 2 O with an average particle size of 0.1 μm and a purity of 99.9%
3 powder 5% by weight, average particle size 0.2 μm, purity 99.9
% BaCO 3 in an amount of 1% by weight calculated as BaO, and 10% by weight of Sb 2 O 3 having an average particle size of 0.5 μm and a purity of 99.9% and 0.3% by weight of TiO 2 having a purity of 99.9% in terms of Ti. Then, n-butanol was added to these, and the mixture was crushed and mixed by a wet ball mill, and then n-butanol was removed to obtain a raw material powder.

【0042】続いて、上記原料粉末 100重量部に対して
アクリル系バインダ 5重量部を有機溶剤と共に添加して
造粒した後、 70MPaの圧力で一軸加圧して成形体を作製
した。この成形体を AlN焼結体からなる容器にセット
し、グラフアイト製ヒータ炉内で 1気圧の窒素ガス雰囲
気下にて 1923Kで 4時間焼成して、目的とする AlN焼結
体を得た。
Subsequently, 5 parts by weight of an acrylic binder was added to 100 parts by weight of the raw material powder together with an organic solvent for granulation, and the mixture was uniaxially pressed at a pressure of 70 MPa to prepare a compact. This molded body was set in a container made of an AlN sintered body, and fired at 1923 K in a nitrogen gas atmosphere of 1 atm in a graphite furnace for 4 hours to obtain a desired AlN sintered body.

【0043】得られた AlN焼結体の密度、熱伝導率、 4
点曲げ強度、導体との密着性ならびにガラス封止性を、
実施例1と同様の条件および方法で測定したところ、そ
れぞれ3.33g/cm3 、153W/m K、311MPa、6.9kgf/2mm角、
1.0×10-10 atm・cc・ sec-1以下といずれも良好な値
を示した。
The density and thermal conductivity of the obtained AlN sintered body, 4
Point bending strength, adhesion with conductor and glass sealing
When measured under the same conditions and methods as in Example 1, 3.33 g / cm 3 , 153 W / m K, 311 MPa, 6.9 kgf / 2 mm square,
Good values of 1.0 × 10 -10 atm ・ cc ・ sec -1 or less were shown.

【0044】比較例1 実施例1と同様の AlN粉末に、添加剤としてのBi2 O 3
を添加しない以外は全て実施例1と同じ割合で添加し、
実施例1と同様の方法で成形、脱脂、焼結を行った。得
られた AlN焼結体の密度は3.28g/cm3 であり、平均粒径
は 1.4μm であった。また、熱伝導率は135W/m K、 4点
曲げ強度は325MPaであったが、SEMにより AlN焼結体
の破断面の微構造を観察した結果、少数の小さなポアが
焼結体内部のところどころに存在しており、完全に緻密
な AlN焼結体とはなっていなかった。
Comparative Example 1 The same AlN powder as in Example 1 was mixed with Bi 2 O 3 as an additive.
Was added in the same proportion as in Example 1 except that
Molding, degreasing and sintering were performed in the same manner as in Example 1. The obtained AlN sintered body had a density of 3.28 g / cm 3 and an average particle size of 1.4 μm. The thermal conductivity was 135 W / m K and the four-point bending strength was 325 MPa, but the microstructure of the fracture surface of the AlN sintered body was observed by SEM. As a result, a small number of small pores were found inside the sintered body. And was not a completely dense AlN sintered body.

【0045】また、実施例1と同様の方法で導体との密
着性を評価したところ、3.5kgf/2mm角と低い値しか得ら
れなかった。さらに、実施例1と同様の方法でガラス封
止性をヘリウムリーク特性で評価したところ、 5.0×10
-7 atm・cc・ sec-1と大きな値を示し、ガラス封止性が
低いことを確認した。
When the adhesion with the conductor was evaluated in the same manner as in Example 1, only a low value of 3.5 kgf / 2 mm square was obtained. Furthermore, when the glass sealing property was evaluated by the helium leak characteristic in the same manner as in Example 1, it was 5.0 × 10 5.
It showed a large value of -7 atm / cc / sec -1, and confirmed that the glass sealing property was low.

【0046】比較例2 実施例1と焼結助剤や添加剤等が全て同じである AlN原
料粉末を作製して、成形、脱脂を行った後、カーボン炉
内で 2073K× 2時間の条件で焼結した。得られた AlN焼
結体の密度は3.30g/cm3 と緻密化し、熱伝導率も178W/m
Kと高かったが、 AlN粒の平均粒径が 8.7μm と粒成長
しており、 4点曲げ強度は実施例1と比べて190MPaと低
かった。さらに、実施例1と同様の方法で導体との密着
性とガラス封止性を評価したところ、2.7kgf/2mm角、
6.8×10-7 atm・cc・ sec-1と不十分な値であった。
Comparative Example 2 An AlN raw material powder having the same sintering aids, additives, etc. as in Example 1 was prepared, molded and degreased, and then, under conditions of 2073K × 2 hours in a carbon furnace. Sintered. The density of the obtained AlN sintered body was densified to 3.30 g / cm 3, and the thermal conductivity was 178 W / m.
Although it was as high as K, the average grain size of AlN grains was 8.7 μm and the four-point bending strength was 190 MPa, which is lower than that of Example 1. Furthermore, when the adhesion to the conductor and the glass sealing property were evaluated by the same method as in Example 1, 2.7 kgf / 2 mm square,
The value was 6.8 × 10 -7 atm ・ cc ・ sec -1 which was insufficient.

【0047】実施例3〜12 下記の表2に示す AlN粉末と焼結助剤および添加物を用
い、かつ焼結条件を表2に示す圧力、温度、時間とする
以外は、実施例1と同様な方法により、10種類の AlN焼
結体をそれぞれ作製した。なお、実施例6では Y2 O 3
をY(NO3 3 ・6H2 O をn-ブタノ一ルに溶解したもので
添加した。
Examples 3 to 12 Example 1 was repeated except that the AlN powder, the sintering aid and the additives shown in Table 2 below were used, and the sintering conditions were the pressure, temperature and time shown in Table 2. By the same method, 10 types of AlN sintered bodies were prepared. In Example 6, Y 2 O 3
Was added as a solution of Y (NO 3 ) 3 .6H 2 O dissolved in n-butanol.

【0048】得られた実施例3〜12の AlN焼結体につ
いて、密度、熱伝導率、平均粒径、4点曲げ強度、導体
との密着性、ならびにガラス封止性を、実施例1と同様
な方法で評価した。それらの結果を下記の表3に示す。
Regarding the obtained AlN sintered bodies of Examples 3 to 12, the density, the thermal conductivity, the average particle size, the 4-point bending strength, the adhesion with the conductor, and the glass sealing property were compared with those of Example 1. It evaluated by the same method. The results are shown in Table 3 below.

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【表3】 [Table 3]

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の AlN焼結
体は微細な AlN結晶粒を有し、 1973K以下の低い焼結温
度で焼結しているにもかかわらず、十分に緻密で高熱伝
導率を有する。さらに、粒径が小さいことに起因して機
械的強度が高く、さらに焼結助剤の種類に基いて導体と
の密着が強固で、ガラス封止を行った際の封止性が良好
な AlN焼結体を提供することができる。従って、本発明
の AlN焼結体は、単に高強度かつ高熱伝導性であること
に基く構造材としてだけでなく、メタライズ基板や多層
同時焼成回路基板、さらにはパッケージ基体等の構成材
料として有効に応用することができる。
As described above, the AlN sintered body of the present invention has fine AlN crystal grains and is sufficiently dense despite being sintered at a low sintering temperature of 1973K or lower. Has high thermal conductivity. In addition, the mechanical strength is high due to the small particle size, and the adhesion with the conductor is strong based on the type of sintering additive, and AlN has good sealing properties when glass sealing is performed. A sintered body can be provided. Therefore, the AlN sintered body of the present invention is effectively used not only as a structural material based on its high strength and high thermal conductivity but also as a constituent material for a metallized substrate, a multilayer co-firing circuit substrate, and a package substrate. It can be applied.

【0051】[0051]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 文雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Fumio Ueno 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Incorporated Toshiba Research and Development Center

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平均粒径 2μm 以下の窒化アルミニウム
粒子を主成分とし、希土類元素から選ばれる少なくとも
1種を酸化物換算で 1〜 8重量% 、アルカリ土類金属元
素から選ばれる少なくとも 1種を酸化物換算で 0.3〜 7
重量% 、およびBi、Pb、Sb、InおよびSnから選ばれる少
なくとも 1種の元素を酸化物換算で 5〜25重量% 含有し
ていることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
1. An aluminum nitride particle having an average particle diameter of 2 μm or less as a main component and at least selected from rare earth elements.
1 to 8% by weight in terms of oxide, 0.3 to 7 in terms of oxide of at least one selected from alkaline earth metal elements
%, And at least one element selected from Bi, Pb, Sb, In, and Sn in an amount of 5 to 25% by weight in terms of oxide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001253777A (en) * 2000-03-13 2001-09-18 Ibiden Co Ltd Ceramic substrate
JP2002187776A (en) * 2000-12-21 2002-07-05 Toshiba Corp AlN metallized substrate and manufacturing method thereof
JP2003243495A (en) * 2002-10-30 2003-08-29 Ibiden Co Ltd Ceramic substrate
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