JPS6370546A - イグナイタ−用セラミツクス基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は自動車のイグナイターの放熱板として用いて好
適なセラミックス焼結体に関し、更に詳しくは１回路形
成したＳｉチップをそれ自体の上に直接搭載することが
できる特性を備えたイグナイター用セラミックス焼結体
に関する。

（従来の技術） 自動車のイグナイターは、例えばＡ！Ｑ製のケースの中
に電気絶縁性のＡ文２０３基板を接着剤樹脂で接着し、
その上に熱伝導性に優れたＣｕ、Ｍｏなどから成る所定
厚みの金属層を接合し、更にこの金属層の上に所定の回
路を形成したＳｉチップを搭載して構成されている。

ここで中間の金属層はＳｉチップで発生した熱量を放熱
する機能を有する。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来構造のイグナイターの場合、Ａ１２　ｏ
３基板は熱伝導率が小さいためＳｉチップから発生する
熱量の放熱性が悪い、したがって、全体の放熱性を高め
るために、Ａ文２０３基板とＳｉチップとの間には前述
したような金属層を介在せしめることが必要になる。し
かしながら、Ｓｉの熱膨張係数は約３．５×１０−６／
’Ｃ−ｔ’あり、Ｃｕは約１７Ｘ　１０’／”Ｃ、Ｍｏ
は約５．５×１０〜６７−ｃであるため、Ｓｉチップの
発熱時にこれら金属層との間では熱応力が発生して時と
してＳｉチー２プが剥離することがある。

また、製造の立場からいえば、Ａ文ｚｏｓ基板に金属層
を接合してはじめて５ｊチツプの搭載が可能になるので
、従来構造のイグナイターにあっては、このＡ文２０３
基板と金属層とを複合体化して電気絶縁性と放熱性を併
有せしめることが前提となる。仮に、この２つの特性を
兼備し、しかもＳｉと熱膨張係数が近似する材質で基板
を構成すれば、金属層の接合は不要となり、この基板の
上に直接Ｓｉチップを搭載することが可能となる。

このようなことから、本願発明者らは、Ａ１２　ｏ、基
板に代えてＡｕＮを基板とするイグナイターを検討し始
めている。これはＡＩＮが電気絶縁性を有すると同時に
熱伝導率も大きく放熱性に富み、しかもその熱膨張率が
４Ｘ１０’〜５×１０−６／℃であってＳＩのそれ、に
比較的近似しているからである。

ところで、ＡｕＨの焼結板をイグナイターの放熱板とし
て組込む際には、その放熱板の広さ、厚みなどの形状に
関する設計基準は、用いるＡｕＮの上に列記したような
特性によって大きく規定される。

しかしながら現在までのところ、イグナイターの放熱板
としてＡＩＮを用いる場合の適正なＡＩＨの特性に関す
る報告はなされていない。

本発明は、イグナイターの放熱板としての適正な特性を
具備し、それ自体の上に直接Ｓｉチップを搭載すること
ができるセラミックス焼結体の提供をａ的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための問題点） 本発明者らは、Ｓｉチップを直接セラミックス基板に搭
載する際にこのセラミックス焼結板に要求される特性に
関して種々の検討を加えたところ、後述するような特性
を具備するセラミックス焼結板は好適であるとの事実を
見出し、未発オを開発するに到った。

すなわち、本発明のセラミックス焼結体は、熱量ＩＪ　
（Ｃ：　Ｊｏｕｌ／　ｇ　’０）と熱伝導率（Ｋ　：　
Ｊｏｕｌ／ｃｙａ・Ｓ・℃）との積が１　、５　Ｊｏｕ
１２／ｓｅｃ　ａｃｍ３　・Ｋ以上の値を有し、かつ熱
膨張係数（α）が１．５×１０−６／’０〜５　、５×
　１０−’／”Ｏであることを特徴とする。

これらの特性のうち、ＣＸＫの値は、イグナイター用基
板として組込まれたときそのセラミックス基板の放熱性
の良否を規定するパラメータである。この値が１　、５
Ｊｏｕ１２／ｓｅａ　＠　ａｍ３ｍ　Ｋより小さい場合
は、Ｓｉチップで発生した熱量が速やかに放散されずに
蓄積され、その結果、回路の断線等の事故が多発しはじ
める。

また、イグナイターとしては電気比抵抗（ρ）が大きれ
ば大きい程電気絶縁性という点では有効であるが、イグ
ナイターの放熱板としては０．５×１０μΩｍｃｍ以上
、好ましくは１×１０１４Ω赤ｃｍ以上であればよい。

αは、可能な限りＳｉのα値に近似していることが好ま
しいが、　　１　、５×　Ｉ　ＣＶ６／”Ｃ〜５．５×
１０’／’Ｃ！に設定する。αが１　、５×　１０−’
／’Ｃより小さいセラミックスはその製造が工業的には
事実上不可能であり、また５　、　５×　Ｉ　Ｏ’／’
Ｃより大きいセラミックスは、搭載されるＳｉチップと
のα差が大きくなりすぎて熱応力による剥離現象などが
生ずる。

このような特性のいずれも備えるセラミックス焼結体は
、一般に行なわれている方法で製造することができる。

しかしその際に、原料粉の種類及び純度９粒径；焼結助
剤の種類、純度９粒径；焼結助剤の混合割合；グリーン
成形体の成形方法、成形条件（圧、温度など）；焼結時
の温度２時間、雰囲気などの焼結条件：のような製造工
程における各条件を適宜に変化させかつ組合せることが
必要である。

例えば、平均粒径が１．５戸で、０２不純物が２　重Ｎ
　５６以下のＡＩＮ粉末に、１．０−以下のＹ２Ｏ３粉
を３〜５重量％添加し、充分混合する。その後、バイン
ダーを加え、スラリー化し、ドクターブレードにてシー
ト成形する。脱脂後、Ｎ２雰囲気中にて、例えば、１８
００°Ｃで２時間焼成するように各条件を設定すること
が好ましい。

（発明の実施例） 実施例１ ０２純度１〜２重量％、平均粒径１．５戸のＡＩＮ粉９
７重量部と純度９９．９９％、平均粒径０．８μのＹ２
Ｏ３粉３重量部とをボールミルに入れ充分に混合・粉砕
した。

得られた混合粉にバインダーとしてアクリル系樹脂を１
２重量部添加して混合したのち、これを平均粒径５０μ
ｍに整粒し得られた顆粒を金型に充填して、室温下、１
０００　ｋｇ／　ｃｍ２の圧で成形した。

得られた成形体を７００℃で脱脂してバインダーを熱分
解除去し、ついでこれを窒素雰囲気炉にいれて、１８０
０℃までは１５０℃／ｈｒの昇温速度で加熱し、１８０
０℃で２時間保持・焼結したのち３００℃／ｈｒで降温
して冷却した。

得られた焼結体の各特性を測定しそれを表に示した。ま
た、この焼結体から縦１４ｍｍ横１０＋ｕ＋厚み０．６
３５〜３．０■の基板を５０枚切出し加工し、これら基
板を放熱板としその上に直接Ｓｉチップをはんだ行けし
て常法により組込んでイグナイターを製作した。

これらイグナイター中のパワートランジスタをＶ（：Ｂ
＝３０Ｖ、ＩＥ　＝１．５Ａの条件で作動させ、Ｓ　ｉ
　ｆ−／ブ上）温度上昇（ＩＩＩＶ）　　（ＩＭ　＝　
２０ｍＡ、ＳＯ＝１００．ｇｓ）を測定した。その結果
を表に示した。

比較のため、実施例１と同一形状のＡｎ２ｏ３基板を用
意し、厚み１．５ｍｍのＭＯ層を介してＳｉチップを搭
載し従来構造のイグナイターを製作した。その作動時に
おける測定結果も表に併記した。

実施例２〜７．比較例８ 製造時の条件を様々に変えて各種特性のＡＩＮ焼結体を
製造した。これら焼結体を用いて実施例１と同様にイグ
ナイターを組立て、その性能を測定した。結果を一括し
て表に示した。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、上記した特性を全て満足
するＡＩＮ基板はいずれも放熱性が良好であり、イグナ
イターの放熱板として適正である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　熱容量と熱伝導率との積が１．５Ｊｏｕｌ＾２／ｓｅ
   ｃ・ｃｍ＾３・Ｋ以上の値を有し、かつ熱膨張係数が１
   ．５×１０＾−＾６℃〜５．５×１０＾−＾６／℃であ
   ることを特徴とするイグナイター用セラミックス基板。