(57)【要約】【課題】窒化アルミニウム粉末の耐水性を表面処理によって向上させ、かつ、焼結原料として用いた場合焼結体の熱伝導性が低下せず、良好な外観を有する熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結体及びそれを用いたセラミックス回路基板を提供すること。【解決手段】アルミネート系カップリング剤で処理した窒化アルミニウム粉末を原料として用いることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体であり、前記窒化アルミニウム焼結体を用いることを特徴とするセラミックス回路基板である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミネート系カップリング剤で処理した窒化アルミニウム粉末を原料として用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】
請求項１の窒化アルミニウム焼結体を使用したセラミック回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体及びそれを用いたセラミック回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール等に利用される回路用基板として、熱伝導率やコスト、安全性等の点から、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミック基板が利用されている。これらのセラミック基板は、ＣｕやＡｌ等の金属回路や放熱板を接合し、セラミック回路基板として用いられる。これらのセラミック回路基板は、樹脂基板や樹脂層を絶縁材とする金属回路基板に対し、熱伝導率が高いため電子部品から発生する熱の放熱に優れる点が特長である。これらセラミック基板の中でも窒化アルミニウムは熱伝導性が最も高く、発熱量の大きい電子部品用のセラミック回路基板材料として注目されている。
【０００３】
窒化アルミニウム基板原料として用いる窒化アルミニウム粉末は、大気中の水分等により加水分解しやすいという課題がある。そこで窒化アルミニウム粉末の耐水性を向上させるため、無機リン酸化合物で処理する方法（特許文献１）、アルミニウムの硫酸塩にて被膜を形成する方法（特許文献２）、表面に酸化アルミニウムあるいはリン酸系の皮膜を形成した後、有機珪素系カップリング剤、有機リン酸系カップリング剤及びホスフェート基含有有機チタン系カップリング剤を添加して処理する方法（特許文献３）により窒化アルミニウム粉末の耐水性を向上する試みがなされている。
【特許文献１】特開平２−１４１４０９号公報
【特許文献２】特開平７−３３４１３号公報
【特許文献３】特開平７−３３４１５号公報
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜３に示す方法では、窒化アルミニウム粉末の耐水性は向上するものの、焼結原料として用いた場合、リン、硫黄、珪素、チタン等が焼結体中に残留して熱伝導性を低下させるという課題がある。さらには特許文献３の方法では、一旦皮膜を形成後カップリング処理する為生産性が低下するという課題、前述のようにリンが残留するという課題、形成した酸化アルミニウム自体によって熱伝導性が低下するという課題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、良好な外観を有する熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結体及びそれを用いたセラミック回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち本発明は、アルミネート系カップリング剤で処理した窒化アルミニウム粉末を原料として用いる窒化アルミニウム焼結体であり、前記窒化アルミニウム焼結体を用いるセラミック回路基板である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、良好な外観を有する熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結体及びこれを用いたセラミックス回路基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明について詳細に説明する。本発明に用いるアルミネート系カップリング剤としては、アセトアルコキシアルミニウムジアセテート等を挙げることができる。本発明に係るアルミネート系カップリング剤の添加量は、窒化アルミニウム粉末１００質量部に対して、０．５〜５質量部が好ましい。
【０００９】
本発明に係る窒化アルミニウム粉末は、特に限定されるものではなく、例えば、窒素中でアルミニウムを加熱する直接窒化法によって得られる粉末、窒素中で酸化アルミニウムと炭素を加熱する還元窒化法により得られる粉末等が使用できる。
【００１０】
本発明に係るアルミネート系カップリング剤と窒化アルミニウム粉末の混合方法は、特に限定されるものではなく、例えば、ヘンシェルミキサー、スパーミキサー等を用いる公知の混合方法でよい。
【００１１】
本発明の窒化アルミニウム粉末を用いた窒化アルミニウム焼結体、並びに、回路基板の製造方法について説明する。
【００１２】
本発明で使用される焼結助剤としては、例えばアルカリ土類金属の化合物、遷移金属の化合物が好適なものとして挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属（Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ等）及び遷移金属（Ｙ、Ｌａ、Ｓｃ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｇｄ等）の酸化物、フッ化物、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等であり、中でも酸化イットリウム、酸化カルシウムが好ましい。これらの焼結助剤は、窒化アルミニウム粉末中の酸素すなわちアルミニウム酸化物と反応して複合酸化物の液相（例えば２Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３、３Ｙ２Ｏ３・５Ａｌ２Ｏ３等）を形成し、この液相が焼結体の高密度化をもたらし、同時に窒化アルミニウム粒子中の不純物である酸素等を抽出し、結晶粒界の酸化物相として偏析させることによって高熱伝導化をもたらす。焼結助剤の使用量が少ないと液相焼結が不十分であり、逆に多いと結晶粒界の割合が多くなり、いずれの場合も熱伝導率が増大しない。本発明においては、焼結助剤の使用量は、窒化アルミニウム粉末１００質量部あたり１〜５質量部であることが好ましい。
【００１３】
窒化アルミニウム粉末と焼結助剤の混合は特に限定されるものではなく、例えばボールミル、ロッドミル等の公知の混合装置が使用できる。混合粉末はそのまま成形してもよく、またスプレードライヤー法、転動造粒法等によって造粒してから成形してもよい。成形は、例えば乾式プレス成形法、冷間等方圧プレス成形法（ＣＩＰ法）等の単独又は組み合わせて行うことができる。乾式プレス成形のプレス圧は５０〜３００ＭＰａ、特に１００〜２５０ＭＰａであることが好ましい。乾式プレス成形法、ＣＩＰ法のいずれの場合においても、必要に応じて有機バインダーを使用する。さらには、窒化アルミニウム粉末、焼結助剤、有機バインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を混合し、この混合物を押出成形又はドクターブレード成形することも可能である。
【００１４】
有機バインダーとしては、例えばポリビニルブチラール、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、メチルセルロース、ポリエチレン、ワックス等を用いることができる。
【００１５】
本発明に於いてはアルミネート系カップリング剤に含まれる炭素分及び酸素分を除去するため、更に有機バインダーを除去する目的で、焼成する前に、窒素ガスや空気等の気流中、３５０〜７００℃で１〜１０時間加熱して、成形体からそれらを除去する。
【００１６】
焼成は、窒素ガス、アルゴンガス等の非酸化性雰囲気中、１６００〜１９００℃の温度域で、１〜１０時間、好ましくは２〜７時間、保持して行われることが好ましい。焼成温度が１６００℃未満であると、焼結不足となり熱伝導率１８０Ｗ／ｍＫ以上の窒化アルミニウム焼結体を製造することが困難となる場合がある。また、焼成温度が１９００℃を超えると、炉内での窒化アルミニウムの蒸気圧が高くなり緻密化が困難となる場合がある。保持時間は、上記温度範囲内において、焼結体密度を９８％以上にすることができる最も短い時間であることが好ましい。焼結体密度が９８％以上となる温度領域にて長時間焼成すると、窒化アルミニウム粒子が必要以上に粒成長して粗大粒子となり、これにより２粒子界面の体積が３重点に比べて相対的に小さくなり、粒界相が窒化アルミニウムの二粒子界面よりも三重点に多く偏析してしまい、更には焼結体表面にアルミニウム複合酸化物の液相が染み出してしまう場合があるからである。
【００１７】
本発明に係る窒化アルミニウム基板の厚みは使用目的により異なるが、０．３〜３．０ｍｍ程度のものを必要に応じて用いるのが一般的である。
【００１８】
本発明の窒化アルミニウム基板を回路基板として用いる場合、金属回路又は金属放熱板の材質としては、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン等が使用可能であるが、銅、アルミニウム又はそれらの合金が一般的である。金属板の厚みは特に限定されず、流れる電流に応じて適宜決められる。一般に、厚みが０．１〜１．０ｍｍのものが用いられることが多い。セラミックス基板と金属板を接合する接合方法としては、ＤＢＣ法、活性金属ろう付け法のいずれをも採用することができる。活性金属ろう付け法で用いられるろう材は、銀と銅を主成分とし、活性金属を副成分としたものである。活性金属の具体例をあげれば、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、バナジウムやこれらの化合物である。金属板にエッチングレジストにより回路パターンを描いた後、エッチング行う。エッチングレジストを除去する工程については、公知の方法を用いることができる。エッチングレジストとしては、公知の紫外線硬化型や熱硬化型のものを用いることができる。また、エッチング液は、用いる金属板の種類に応じて好適なエッチング液を選択して用いる。例えば金属が銅であるときには、塩化第２鉄溶液、塩化第２銅液、硫酸、過酸化水素水等の溶液が使用され、好ましいものとして、塩化第２鉄溶液、塩化第２銅溶液が挙げられる。
【実施例１】
【００１９】
直接窒化によって製造した窒化アルミニウム粉末１００質量部にアルミネート系カップリング剤を１質量部添加し、ヘンシェルミキサーにて１０分間混合してカップリング処理窒化アルミニウム粉末を得た。カップリング剤処理した窒化アルミニウム粉末９５質量部に焼結助剤として酸化イットリウム粉末５質量部を添加し、ボールミルにて１時間混合して原料粉末を得た。原料粉末１００質量部に有機バインダーとしてメチルセルロースを７質量部、可塑剤としてグリセリンを５質量部、分散剤としてステアリン酸エマルジョンを３質量部、オレイン酸を２質量部、溶剤としてイオン交換水７質量部をヘンシェルミキサーにて混合して混合物を得た。混合物を１軸混練機にて混練した後、１軸押出成形機にて板状に成型した。成形物を空気気流中５７０℃で５時間加熱し脱脂体を得た。脱脂体を窒素気流中１７８０℃で２時間加熱することで焼結体を得た。焼結体の外観および熱伝導率を評価した。結果を表１に示す。
【００２０】
（比較例１）
窒化アルミニウム粉末をアルミネート系カップリング剤で処理しないこと以外は実施例１と同様にして焼結体を得た。焼結体の外観および熱伝導率を評価した。結果を表１に示す。
【００２１】
（比較例２）
窒化アルミニウム粉末をシラン系カップリング剤で処理したこと以外は実施例１と同様にして焼結体を得た。焼結体の外観および熱伝導率を評価した。結果を表１に示す。
【００２２】
〈使用材料〉
窒化アルミニウム粉末：アルミニウム粉末を窒素気流中で加熱し、アルミニウム液滴を微小に分散し窒素と反応、あるいは、アルミニウム蒸気と窒素を反応させ、粉砕することなく得られた直接窒化法による窒化アルミニウム粉末「電気化学工業社製  平均粒径：１．５μｍ」
アルミネート系カップリング剤：味の素社製  商品名「プレンアクトＡＬ−Ｍ」
シラン系カップリング剤：日本ユニカー社製  商品名「Ａ−１３７」
酸化イットリウム：信越化学工業社製  商品名「酸化イットリウム  ＵＵグレード」
メチルセルロース：信越化学工業社製  商品名「メトローズ」
グリセリン：ミヨシ油脂  商品名「精製グリセリン」
ステアリン酸エマルジョン：中京油脂  商品名「セロゾール」
オレイン酸：関東化学社製  試薬１級
【００２３】
〈評価方法〉
熱伝導率：装置名（真空理工社製  ＴＣ−７０００）を用い、レーザーフラッシュ法により測定した。
【００２４】
【表１】
2007173608.tif 000002
【００２５】
本発明によれば、色むらのない均一な色調の窒化アルミニウム焼結体が得られ、更に回路基板として好適に用いられる。