JPH0891935A

JPH0891935A - 窒化アルミニウム焼結体、窒化アルミニウム焼結体の製造方法および回路基板

Info

Publication number: JPH0891935A
Application number: JP6246832A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Sumino; 裕康角野; Katsuyoshi Oishi; 克嘉大石; Akihiro Horiguchi; 昭宏堀口; Mitsuo Kasori; 光男加曽利; Fumio Ueno; 文雄上野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】高熱伝導で機械的強度が高く、かつメタライ
ズ金属との濡れ性が良好なＡｌＮ焼結体を提供すること
を目的とする。【構成】平均粒径２μｍ以下のＡｌＮ粒子を有し、表
面に位置するＡｌＮ粒子表面の５〜１００％が粒界相で
覆われていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）焼結体、ＡｌＮ焼結体の製造方法および回路基板
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体用回路基板においては一般
にアルミナ系セラミックを基材として使用されてきた。
しかしながら、前記回路基板に大電力用半導体素子を搭
載する場合や集積密度が高い半導体素子を搭載する場合
には、アルミナ系セラミックからなる基材では熱伝導性
が必ずしも十分ではなく、前記半導体素子で発生した熱
を十分に放出させることが困難であった。

【０００３】このようなことから、熱伝導性に優れたＡ
ｌＮ焼結体を基材として有する回路基板が開発され、使
用されるようになった。さらに前記ＡｌＮ焼結体に係わ
るその後の研究により、例えば特開昭６１−８４０３７
号に開示されているようにＡｌＮ焼結体からなる基材の
表面粗さなどの表面状態のデータが蓄積され、メタライ
ズ基材に関する製造方法や技術も進展した。

【０００４】前記ＡｌＮ焼結体をメタライズ基材として
用いた場合には、ＡｌＮ焼結体とメタライズ金属との濡
れ性が劣るために、メタライジングの前ら前記ＡｌＮ焼
結体を空気中で酸化処理することにより表面に濡れ性の
良好なアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を新たに生成することが
必要である。しかしながら、ＡｌＮ焼結体の表面を酸化
処理する方法では前記ＡｌＮ焼結体の表面にＡｌ₂Ｏ₃
が島状に形成されたり、あるいは十分な厚さのＡｌ₂Ｏ
₃が形成されないために、金属膜（例えば銅箔）と前記
ＡｌＮ焼結体の接合界面で剥離して信頼性の低下を招く
という問題があった。

【０００５】そこで、特開平２−９７６６号公報にはＡ
ｌＮ焼結体中の粒界相を表面に偏在させて、この粒界相
を利用してメタライズ層との接合を強固にする方法が開
示されている。しかしながら、前記ＡｌＮ焼結体は高温
（１８００℃以上）の温度で焼結しているため、ＡｌＮ
結晶粒子の成長が起こり、結果として機械的強度が低下
する問題が生じる。この機械的強度の低下は、半導体用
回路基板として応用する場合において致命的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、機械
的強度が高く、かつメタライズ層との濡れ性が良好なＡ
ｌＮ焼結体およびその製造方法を提供しようとするもの
である。

【０００７】本発明の別の目的は、前記ＡｌＮ焼結体か
らなる基材に金属（回路パターン）が強固に密着された
回路基板を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係わ
るＡｌＮ焼結体は、平均粒径２μｍ以下のＡｌＮ粒子を
有し、表面に位置するＡｌＮ粒子表面の５〜１００％が
粒界相で覆われていることを特徴とするものである。

【０００９】このような本発明に係わるＡｌＮ焼結体
は、熱伝導率が高く、かつ平均粒径が２μｍ以下である
ことに起因して従来の焼結体よりも高い強度を示すとと
もに、表面に位置するＡｌＮ粒子表面が粒界相で覆われ
ているためにメタライズ層との濡れ性が良好となり、接
合強度も向上される。また、焼結体内部の粒界相が表面
側に移行されているため、粒界相によるフォノンの散乱
が抑えられるため、この粒界相による熱伝導率の低下が
改善される。

【００１０】前記ＡｌＮ粒子の平均粒径を規定したの
は、その平均粒径が２μｍを越えると機械的強度の高い
ＡｌＮ焼結体が得られなくなるからである。より好まし
いＡｌＮ粒子の平均粒径は、０．７〜２．０μｍであ
る。

【００１１】前記粒界相とは、ＡｌＮの焼結助剤として
添加されるアルカリ土類、希土類等の化合物、前記焼結
助剤とＡｌＮとの反応生成物、または焼結助剤同士の反
応生成物を意味する。

【００１２】前記表面に位置するＡｌＮ粒子表面を覆う
粒界相の面積率を規定したのは、その面積率を５％未満
にすると、メタライズ層との濡れ性を向上できなくな
る。より好ましいＡｌＮ粒子表面を覆う粒界相の面積率
は５０〜１００％である。

【００１３】次に、発明に係わるＡｌＮ焼結体の好まし
い製造方法（第１の方法または第２の方法）を説明す
る。

【００１４】１）第１の方法この方法は、ＡｌＮ粉末および焼結助剤を含む原料を成
形した後、この成形体を０．１〜０．９気圧の減圧の非
酸化性雰囲気中、１６００℃以下、好ましくは１５５０
℃以下で焼結する方法である。

【００１５】すなわち、まず、ＡｌＮ粉末に焼結助剤を
添加し、ボールミル等で混合し、必要に応じてバインダ
などを加えて混練、造粒を行って原料を調製した後、こ
の原料を成形することにより成形体を作製する。

【００１６】前記ＡｌＮ粉末は、平均一次粒径が０．０
３〜１．２μｍで、不純物酸素量が０．２〜３．５重量
％であることが好ましい。

【００１７】前記ＡｌＮ粉末の平均一次粒径を前記範囲
に限定したのは、次のような理由によるものである。Ａ
ｌＮ粉末の平均一次粒径を０．０３μｍ未満にすると粉
末の取り扱いが困難になり、かつ粉末の成形も困難にな
る恐れがある。一方、ＡｌＮ粉末の平均一次粒径が１．
２μｍを越えると１６００℃以下、特に１５５０℃以下
での低温焼結が困難になる恐れがあり、また焼結後の粒
径が２μｍを越えて機械的強度が低下する恐れがある。
より好ましいＡｌＮ粉末の平均一次粒径は、０．０５〜
１．０μｍである。

【００１８】前記ＡｌＮ粉末の不純物酸素量とは、焼結
直前の実効的に焼結に関与する量を意味するものであ
る。この不純物酸素量を前記範囲に限定したのは、次の
ような理由によるものである。不純物酸素量を０．２重
量％未満にすると、１６００℃以下、特に１５５０℃以
下での焼結が困難になったり、焼結前の混合や成形の取
扱い段階でＡｌＮ焼結体が変質したりする恐れがある。
一方、不純物酸素量が３．５重量％を越えると高熱伝導
性のＡｌＮ焼結体を得ることができなくなる恐れがあ
る。より好ましい不純物酸素量は、０．５〜２重量％で
ある。

【００１９】前記焼結助剤としては、例えばＣａ，Ｂ
ａ，Ｓｒ等のアルカリ土類金属の酸化物、炭化物、炭酸
塩、シュウ酸塩、硝酸塩、アルコキシド、Ｓｃ，Ｙを含
む希土類元素の酸化物、炭化物、炭酸塩、シュウ酸塩、
硝酸塩、アルコキシドから選ばれる１種または２種以上
のものを用いることができる。また、前記焼結助剤の添
加量は前記ＡｌＮ粉末１００重量部に対してアルカリ土
類金属換算および／または希土類元素換算で０．５〜１
０重量部の範囲にすることが望ましい。

【００２０】前記ＡｌＮ粉末および焼結助剤からなる原
料中には、前記平均粒径（０．０３〜１．２μｍ）より
大きい粒径を有するＡｌＮ粉末が含有されることを許容
する。また、前記原料中には必要に応じて着色化、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、硝酸塩を前記ＡｌＮ粉末に対して遷移金属換算で
０．０５〜１重量％の範囲で配合してもよい。さらに、
焼結温度の低下に有効なＡｌ₂Ｏ₃、ＡｌＦ₃等のアル
ミニウム化合物、リンの化合物、ホウ素の化合物や機械
的強度を向上させるための酸化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化
珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の珪素化合物をＡｌＮ粉末に対し
て１重量％以下の範囲で配合することを許容する。

【００２１】前記成形法としては、例えば金型プレス、
静水圧プレスまたはシート成形などを採用することがで
きる。

【００２２】次いで、前記成形体を窒素ガス気流中など
の非酸化性雰囲気中で加熱して前記バインダを除去した
後、０．１〜０．９気圧の減圧の非酸化性雰囲気中、１
６００℃以下、好ましくは１５５０℃以下で焼結させる
ことによりＡｌＮ焼結体を製造する。なお、前記バイン
ダを除去する工程は、ＡｌＮの酸化などに留意して加熱
する最高温度を適宜選択することにより、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。

【００２３】前記焼結工程は、前記成形体をＡｌＮ製容
器などに収納し前記圧力の窒素ガス等の雰囲気で１０分
間〜９０時間行うことが好ましい。

【００２４】前記焼結工程における雰囲気の圧力を前記
範囲に限定したのは次のような理由によるものである。
前記雰囲気の圧力を０．１気圧未満にすると、前記成形
体およびＡｌＮ製容器等からのＡｌＮの蒸発、ならびに
前記成形体からの焼結助剤成分の蒸発が激しくなり好ま
しくない。一方、前記雰囲気の圧力が０．９気圧を越え
ると減圧の効果が小さくなり、内部の粒界相を表面に位
置するＡｌＮ粒子表面に移行させることが困難になり、
前記焼結体表面に位置するＡｌＮ粒子表面を粒界相によ
って被覆することができなくなる。好ましい雰囲気の圧
力は、０．１〜０．５気圧である。

【００２５】以上のような第１の方法によれば、ＡｌＮ
粒子に焼結助剤を添加した後、０．１〜０．９気圧の減
圧の非酸化性雰囲気中、１６００℃以下で焼結すること
により、ＡｌＮ粒子の成長を抑制できる。その結果、平
均粒径が２μｍ以下のＡｌＮ粒子を有し、高熱伝導性で
ＡｌＮ粒子の微細化による強度向上がなされたＡｌＮ焼
結体を製造できる。前記熱伝導率が向上されるメカニズ
ムは、焼結工程における添加された焼結助剤によるＡｌ
Ｎ粉末の不純物酸素のトラップ効果である。焼結助剤が
ＡｌＮに含まれる不純物酸素（Ａｌ₂Ｏ₃）と反応し
て、希土類−Ａｌ−Ｏ系あるいはアルカリ土類−Ａｌ−
Ｏ系化合物等の形で不純物酸素をＡｌＮ焼結体の粒界に
移動させるため、ＡｌＮ格子内への酸素の固溶が防止さ
れる。これにより熱伝導率を向上させることができるも
のと考えられる。

【００２６】また、前記焼結工程において内部の焼結助
剤に起因する粒界相をその表面に位置するＡｌＮ粒子表
面に移行させることができる。このメカニズムは、生成
した前記希土類−Ａｌ−Ｏ系あるいはアルカリ土類−Ａ
ｌ−Ｏ系化合物が焼結工程で粘度の低下した液相とな
り、前記減圧下において容易に表面側に移行してＡｌＮ
粒子表面を覆うものと考えられる。その結果、表面に位
置するＡｌＮ粒子表面が５〜１００％の面積率で粒界相
によって被覆されたＡｌＮ焼結体を製造できる。前記粒
界相としては、例えば焼結助剤として希土類酸化物であ
るＹ₂Ｏ₃を添加した場合には、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙ₃Ａｌ₅
Ｏ₁₂、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₄Ａｌ₂Ｏ₉等を挙げることがで
きる。焼結助剤としてアルカリ土類炭素塩であるＣａＣ
Ｏ₃を添加した場合には、Ｃａ₃Ａｌ₂Ｏ₆、Ｃａ₁₂Ａ
ｌ₁₄Ｏ₃₃、ＣａＡｌ₂Ｏ₄、ＣａＡｌ₄Ｏ₇、ＣａＡｌ
₁₂Ｏ₁₉等を挙げることができる。また、これらの表面を
覆う粒界相の面積率は、焼結助剤の添加量、焼結時の最
高温度での保持時間、圧力、昇降温の速度等を適宜選択
することによって制御することが可能である。

【００２７】したがって、平均粒径が２μｍ以下のＡｌ
Ｎ粒子を有することにより高熱伝導性でＡｌＮ粒子の微
細化による強度向上がなされ、かつ表面に位置するＡｌ
Ｎ粒子表面が５〜１００％の面積率で被覆されることに
よりメタライズ層との濡れ性が改善されたＡｌＮ焼結体
を製造することができる。

【００２８】２）第２の方法この方法は、ＡｌＮ粉末およびハロゲンを含む焼結助剤
とを含有する原料を成形した後、この成形体を０．５〜
１０気圧の非酸化性雰囲気中、１６００℃以下、好まし
くは１５５０℃以下で焼結する方法である。

【００２９】すなわち、まず、ＡｌＮ粉末にハロゲンを
含む焼結助剤を添加し、ボールミル等の方法で混合し、
必要に応じてバインダなどを加えて混練、造粒を行って
原料を調製した後、この原料を成形することにより成形
体を作製する。

【００３０】前記ＡｌＮ粉末は、前述した第１の方法で
説明したのと同様の粒径、不純物酸素量を有することが
好ましい。

【００３１】前記ハロゲンを含む焼結助剤としては、例
えばアルカリ土類金属のハロゲン化物、酸ハロゲン化
物、Ｓｃ，Ｙを含む希土類元素のハロゲン化物、酸ハロ
ゲン化物から選ばれる少なくとも１種を用いることがで
きる。

【００３２】前記焼結助剤の添加量は、前記ＡｌＮ粉末
１００重量部に対してアルカリ土類金属換算および／ま
たは希土類元素換算で０．５〜１０重量部の範囲とする
ことが好ましい。また、前記焼結助剤はその一部をアル
カリ土類金属の酸化物および／または希土類元素の酸化
物で置き換えることも許容される。

【００３３】前記ＡｌＮ粉末および焼結助剤からなる原
料中には、前述した第１の方法と同様にさらに前記平均
粒径（０．０３〜１．２μｍ）より大きい粒径を有する
ＡｌＮ粉末が含有されることを許容する。また、必要に
応じて着色化、高強度化のためにＴｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，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、硝酸塩を前記ＡｌＮ粉末に対
して遷移金属換算で０．０５〜１重量％の範囲で配合し
てもよい。さらに、焼結温度の低下に有効なＡｌ
₂Ｏ₃、ＡｌＦ₃等のアルミニウム化合物、リンの化合
物、ホウ素の化合物や機械的強度を向上させるための酸
化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の珪素
化合物をＡｌＮ粉末に対して１重量％以下の範囲で配合
することを許容する。

【００３４】前記成形方法としては、例えば金型プレ
ス、静水圧プレスまたはシート成形などを採用すること
ができる。

【００３５】次いで、前記成形体を窒素ガス気流中など
の非酸化性雰囲気中で加熱して前記バインダを除去した
後、０．５〜１０気圧の非酸化性雰囲気中、１６００℃
以下、好ましくは１５５０℃以下で焼結させることによ
りＡｌＮ焼結体を製造する。なお、前記バインダを除去
する工程は、ＡｌＮの酸化などに留意して加熱する最高
温度を適宜選択することにより、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。

【００３６】前記焼結工程は、前記成形体をＡｌＮ製容
器などに収納し前記圧力の窒素ガス等の雰囲気で１０分
間〜９０時間を行うことが望ましい。

【００３７】前記焼結工程における雰囲気の圧力を前記
範囲に限定したのは、次のような理由によるものであ
る。雰囲気の圧力を０．５気圧未満にすると、前記成形
体からの焼結助剤であるハロゲン化物の蒸発、あるいは
酸ハロゲン化物の分解が激しくなり焼結性が著しく悪化
するため好ましくない。一方、雰囲気の圧力が１０気圧
を越えると内部の粒界相を表面に位置するＡｌＮ粒子表
面に移行させることが困難になり、前記焼結体表面に位
置するＡｌＮ粒子表面を粒界相によって被覆することが
できなくなる。好ましい雰囲気の圧力範囲は、０．７〜
５気圧である。

【００３８】以上のような第２の方法によれば、所定の
平均一次粒子径および不純物酸素量を有するＡｌＮ粒子
にアルカリ土類金属のハロゲン化物、酸ハロゲン化物、
Ｓｃ，Ｙを含む希土類元素のハロゲン化物、酸ハロゲン
化物から選ばれる少なくとも１種の焼結助剤、ハロゲン
を含む特定の焼結助剤を添加した後、０．５〜０．９気
圧の非酸化性製雰囲気中、１６００℃以下で焼結するこ
とにより、ＡｌＮ粒子の成長を抑制できる。その結果、
平均粒径が２μｍ以下のＡｌＮ粒子を有し、高熱伝導性
でＡｌＮ粒子の微細化による強度向上がなされたＡｌＮ
焼結体を製造できる。前記熱伝導率が向上されるメカニ
ズムは、焼結工程における添加された焼結助剤によるＡ
ｌＮ粉末の不純物酸素のトラップ効果である。焼結助剤
がＡｌＮに含まれる不純物酸素（Ａｌ₂Ｏ₃）と反応し
て、希土類−Ａｌ−Ｏ系あるいはアルカリ土類−Ａｌ−
Ｏ系化合物等の形で不純物酸素をＡｌＮ焼結体の粒界に
移動させるため、ＡｌＮ格子内への酸素の固溶が防止さ
れる。これにより熱伝導率を向上させることができるも
のと考えられる。

【００３９】また、前記焼結工程において内部の焼結助
剤に起因する粒界相をその表面に位置するＡｌＮ粒子表
面に移行させることができる。このメカニズムは、生成
したハロゲンを含む前記希土類−Ａｌ−Ｏ系あるいはア
ルカリ土類−Ａｌ−Ｏ系化合物が焼結工程で粘度の低下
した液相となるが、この液相はハロゲン成分が比較的蒸
発しやすいため表面での濃度が低下し、結果としてこの
濃度勾配を緩和するために焼結体内部から表面へ移動し
やすくなると考えられる。このため、ハロゲンを含む焼
結助剤を添加する第２の方法では前述した第１の方法に
比べて焼結工程での圧力がやや高くても容易に粒界相が
焼結体表面に位置するＡｌＮ粒子表面を覆うものと推定
される。その結果、表面に位置するＡｌＮ粒子表面が５
〜１００％の面積率で被覆されたＡｌＮ焼結体を製造で
きる。前記粒界相としては、例えば焼結助剤として希土
類元素のフッ化物であるＹＦ₃を添加した場合には、Ｙ
₂Ｏ₃、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、ＹＡｌＯ₃、Ｙ₄Ａｌ
₂Ｏ₉、ＹＯＦ等を挙げることができる。また、これら
の表面を覆う粒界相の面積率は、焼結助剤の添加量、焼
結時の最高温度での保持時間、圧力、昇降温の速度等を
適宜選択することによって制御可能なものである。

【００４０】したがって、平均粒径が２μｍ以下のＡｌ
Ｎ粒子を有することにより高熱伝導性でＡｌＮ粒子の微
細化による強度向上がなされ、かつ表面に位置するＡｌ
Ｎ粒子表面が０．０５〜１００％の面積率で被覆される
ことによりメタライズ層との濡れ性が改善されたＡｌＮ
焼結体を製造することができる。

【００４１】本発明に係わる回路基板は、前述したＡｌ
Ｎ焼結体からなる基材に金属を金属を接合した構造を有
する。

【００４２】前記金属は、例えばメタライズ法などによ
り前記基材に直接接合される。

【００４３】前述した表面に位置するＡｌＮ粒子表面が
ハロゲンを含む粒界相で被覆されてたＡｌＮ焼結体から
なる基材はメタライズ層に対して高い濡れ性を有するた
め、前記基材にメタライズ層（導体回路）を接合するこ
とによって、前記導体回路が前記基材に対して強固に接
合された回路基板を得ることができる。

【００４４】また、表面に位置するＡｌＮ粒子表面がハ
ロゲンを含む粒界相で被覆されているＡｌＮ焼結体を基
材とした場合、前記粒界相の誘電率はハロゲンを含まな
い粒界相に比べてわずかに低下する。このようなＡｌＮ
焼結体からなる基材上にメタライズ法などによって導体
回路を形成すると、前記誘電率の低下に起因して前記導
体回路の信号伝達を高速化することができる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に
説明する。なお、これら実施例は本発明の理解を容易に
する目的で記載されるものであり、本発明を特に限定す
るものではない。

【００４６】（実施例１）平均一次粒径が０．２μｍで
不純物酸素量が１．８重量％のＡｌＮ粉末に平均粒径が
０．１μｍ、純度９９．９％のＹ₂Ｏ₃粉末を５重量％
と平均粒径が０．１μｍで純度９９．９％のＷＯ₃をＷ
換算で０．３重量％添加し、さらにアクリル系バインダ
を有機溶剤とともに加えボールミルを用いて混合、脱泡
した後テープキャスティング法により厚さ０．７ｍｍの
シートを成形した。つづいて、前記シートを切断した
後、３枚積層して熱圧着することにより１００×１００
×２．１ｍｍ³の成形体を作製した。ひきつづき、前記
成形体を窒素中、最高温度７００℃まで加熱してバイン
ダを除去した。

【００４７】次いで、脱脂後の前記成形体をＡｌＮ製容
器に入れ、この容器をカーボン製ヒータ炉内にセット
し、窒素ガス０．６気圧の雰囲気下、１６００℃、１２
時間の焼結を行ってＡｌＮ焼結体を製造した。

【００４８】（比較例１）実施例１と同様な脱脂後の成
形体をＡｌＮ製容器に入れ、この容器をカーボン製ヒー
タ炉内にセットし、窒素ガス０．６気圧の雰囲気下、１
８００℃、１２時間の焼結を行ってＡｌＮ焼結体を製造
した。

【００４９】（比較例２）実施例１と同様な脱脂後の成
形体をＡｌＮ製容器に入れ、この容器をカーボン製ヒー
タ炉内にセットし、窒素ガス１気圧の雰囲気下、１６０
０℃、８時間の焼結を行ってＡｌＮ焼結体を製造した。

【００５０】（実施例２）平均一次粒径が０．０８μｍ
で不純物酸素量が２．８重量％のＡｌＮ粉末に焼結助剤
として平均粒径が０．２μｍ、純度９９．９％のＣａＣ
Ｏ₃をＣａＯ換算で１重量％添加し、さらにアクリル系
バインダを有機溶剤とともに加えボールミルを用いて混
合、脱泡した後テープキャスティング法により厚さ０．
７ｍｍのシートを成形した。このシートを切断し、積層
した後、実施例１と同様に脱脂し、さらに脱脂後の成形
体をＡｌＮ製容器内に入れ、この容器をカーボン製ヒー
タ炉内にセットし、窒素ガス０．９気圧の雰囲気下、１
５５０℃、１２時間の焼結を行ってＡｌＮ焼結体を製造
した。

【００５１】（実施例３）平均一次粒径が０．２μｍ、
不純物酸素量が１．５重量％のＡｌＮ粉末に焼結助剤と
して平均粒径が０．１μｍ、純度９９．９％のＤｙ₂Ｏ
₃を３重量％、平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％の
ＣａＣＯ₃をＣａＯ換算で１重量％および平均粒径０．
１μｍ、純度９９．９％の酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末
をＴｉ換算で０．３重量％添加し、さらにアクリル系バ
インダを有機溶剤とともに加えボールミルを用いて混
合、脱泡した後テープキャスティング法により厚さ０．
７ｍｍのシートを成形した。このシートを切断し、積層
した後、実施例１と同様に脱脂し、さらに脱脂後の成形
体をＡｌＮ製容器内に入れ、この容器をカーボン製ヒー
タ炉内にセットし、窒素ガス０．１気圧の雰囲気下、１
５００℃、１０時間の焼結を行ってＡｌＮ焼結体を製造
した。

【００５２】（実施例４）平均一次粒径が０．６μｍ、
不純物酸素量が０．８重量％のＡｌＮ粉末に焼結助剤と
して平均粒径が０．２μｍで純度９９．９％のＹＦ₃を
３重量％、平均粒径が１．０μｍで純度９９．９％のＡ
ｌ₂Ｏ₃を０．５重量％および平均粒径が０．１μｍで
純度９９．９％のＷＯ₃をＷ換算で０．３重量％添加し
た混合物にｎ−ブタノールを加え、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。つづいて、この原料粉にアクリル系バインダ
５重量％を有機溶剤とともに添加して造粒した後、５０
ＭＰａ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いれ、この容器をグ
ラファイト製ヒータ炉内にセットし、窒素ガス１気圧の
雰囲気下、１５５０℃、８時間の焼結を行ってＡｌＮ焼
結体を製造した。

【００５３】得られた実施例１〜４および比較例１〜２
のＡｌＮ焼結体について、密度、熱伝導率、平均粒径、
機械的強度ならびに粒界相による焼結体表面の被覆率を
測定した。前記密度はアルキメデス法により測定し、前
記熱伝導率はＪＩＳ−Ｒ１６１１にしたがってレーザー
フラッシュ法により測定した。前記平均粒径は、前記焼
結体の破断面をＳＥＭで観察し、インターセプト法によ
り求めた。前記機械的強度は、ＪＩＳ−Ｒ１６０１にし
たがって４点曲げ法で測定した。粒界相による表面の被
覆率は、焼結体表面の低倍のＳＥＭ写真、あるいは光学
顕微鏡写真をスキャナーで読み取り画像解析することに
よって粒界相の面積率を求めた。これらの結果を下記表
１に示す。

【００５４】また、実施例４および比較例２により得ら
れた焼結体の表面付近の破断面のＳＥＭ写真を図１およ
び図２にそれぞれ示す。

【００５５】さらに、前記各ＡｌＮ焼結体に酸素を４０
０ｐｐｍ含有する３５×３５ｍｍ²の銅板を接触させ、
酸素を７ｐｐｍ含有する窒素ガス雰囲気中で、最高温度
１０７０℃で３分間保存して、前記焼結体と銅板を接合
させてピール強度を測定した。前記ピール強度は、イン
ストロン製強度試験機を用いて、クロスヘッド５０ｍｍ
／ｍｉｎの速度で銅板の剥離強度を測定することにより
求めた。その結果を下記表１に併記する。

【００５６】また、実施例４のＡｌＮ焼結体からなる基
材に接合した銅板を選択的にエッチングすることにより
図３および図４に示す回路基板１を製造した。なお、図
３および図４の回路基板１はるＡｌＮ焼結体からなる基
材２を有し、この基材２の表面に滲み出した粒界相３に
銅回路パターン４が共晶液相の固化層５を介して接合さ
れた構造になっている。

【００５７】

【表１】（実施例５〜１２）下記表２に示すＡｌＮ粉末および添
加物を用い、かつ焼結条件を下記表２に示す温度、時
間、圧力にした以外、実施例１と同様な方法により８種
のＡｌＮ焼結体を製造した。なお、実施例６ではＹ₂Ｏ
₃をＹ（ＮＯ₃）₃・６Ｈ₂Ｏをｎ−ブタノールに溶解
して添加した。

【００５８】得られた実施例５〜１２のＡｌＮ焼結体に
ついて、密度、熱伝導率、平均粒径、機械的強度ならび
に粒界相による焼結体表面の被覆率を実施例１と同様な
方法により測定した。また、前記各ＡｌＮ焼結体に実施
例１と同様な条件で銅板を接合させてピール強度を測定
した。これらの結果を下記表３に示す。

【００５９】

【表２】

【００６０】

【表３】（実施例１３〜２１）下記表４に示すＡｌＮ粉末および
添加物を用い、かつ焼結条件を下記表４に示す温度、時
間、圧力にした以外、実施例１と同様な方法により９種
のＡｌＮ焼結体を製造した。

【００６１】得られた実施例１３〜２１のＡｌＮ焼結体
について、密度、熱伝導率、平均粒径、機械的強度なら
びに粒界相による焼結体表面の被覆率を実施例１と同様
な方法により測定した。また、前記各ＡｌＮ焼結体に実
施例１と同様な条件で銅板を接合させてピール強度を測
定した。これらの結果を下記表５に示す。

【００６２】

【表４】

【００６３】

【表５】（比較例３）実施例４と同じ組成物を同じ条件で、ただ
し圧力を０．２気圧にして１５５０℃で８時間焼結し
た。しかし密度は３．２４ｇ・ｃｍ^-3と完全には緻密化
しなかった。

【００６４】（比較例４）実施例４と同じ組成物を同じ
条件で、ただし圧力を１２気圧にして１５５０℃で８時
間焼結した。密度は３．３１ｇ・ｃｍ^-3と十分緻密化し
ていたが、表面に粒界相がほとんど見られずまた実施例
１〜４までと同様の方法で鋼板を接合しようとしたが、
接合できなかった。

【００６５】（実施例２２）実施例４と同じ組成物を同
じ条件で焼結してＡｌＮ焼結体を得た。この表面にＭｏ
とＴｉＮの混合比が１：２（重量比）のメタライズペー
ストをスクリーン印刷法で塗布した。この焼結体を窒素
ガス雰囲気中、最高温度１７００℃、保持時間１時間、
圧力１．２気圧で熱処理し焼結体表面をメタライズし
た。得られたメタライズＡｌＮ回路基板は外観上はがれ
や色むらはほとんどなく十分実用に供することができる
ものであった。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、平
均粒径が小さいことに起因して機械的強度が高く、かつ
酸化処理を施さずにメタライズ金属との濡れ性が良好な
ＡｌＮ焼結体を提供することができる。

【００６７】また、前記ＡｌＮ焼結体を基材としてメタ
ライズ金属を直接接合することにより前記基材と前記メ
タライズ金属との界面での剥離発生を抑制した信頼性の
高い回路基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例４により得られたＡｌＮ焼結体
付近の断面構造を示すＳＥＭ写真。

【図２】比較例２により得られたＡｌＮ焼結体表面付近
の断面構造を示すＳＥＭ写真。

【図３】本発明の実施例４により得られたＡｌＮ焼結体
からなる基材を有する回路基板の断面図。

【図４】図３の平面図。

【符号の説明】

１…回路基板、２…ＡｌＮ焼結体からなる基材、３…粒
界相、４…銅回路パターン、５…共晶液相の固化層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加曽利光男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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径２μｍ以下の窒化アルミニウム
粒子を有し、かつ表面に位置する窒化アルミニウム粒子
表面の５〜１００％が粒界相で覆わ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】前記窒化アルミニウム粒子表面を覆う粒
界相はハロゲンを含むことを特徴とする請求項１項記載
の窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】平均粒径２μｍ以下の窒化アルミニウム
粒子を有し、かつ表面に位置する窒化アルミニウム粒子
表面の５〜１００％が粒界相で覆われている窒化アルミ
ニウム焼結体の製造に際し、窒化アルミニウム粉末およ
び焼結助剤を含む原料を成形した後、この成形体を０．
１〜０．９気圧の減圧の非酸化性雰囲気中、１６００℃
以下で焼結することを特徴とする窒化アルミニウム焼結
体の製造方法。
【請求項４】平均粒径２μｍ以下の窒化アルミニウム
粒子を有し、かつ表面に位置する窒化アルミニウム粒子
表面の５〜１００％が粒界相で覆われている窒化アルミ
ニウム焼結体の製造に際し、窒化アルミニウム粉末とハ
ロゲンを含む焼結助剤とを含有する原料を成形した後、
この成形体を０．５〜１０気圧の非酸化性雰囲気中、１
６００℃以下で焼結することを特徴とする窒化アルミニ
ウム焼結体の製造方法。
【請求項５】請求項１または２記載の窒化アルミニウ
ム焼結体からなる基材に金属を接合したことを特徴とす
る回路基板。