JPH0558744A - 窒化アルミニウム焼結体 - Google Patents
窒化アルミニウム焼結体Info
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- JPH0558744A JPH0558744A JP3105146A JP10514691A JPH0558744A JP H0558744 A JPH0558744 A JP H0558744A JP 3105146 A JP3105146 A JP 3105146A JP 10514691 A JP10514691 A JP 10514691A JP H0558744 A JPH0558744 A JP H0558744A
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- JP
- Japan
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- aluminum nitride
- sintered body
- nitride sintered
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- high thermal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回路基板、半導体パッケージ材料に適する、
緻密質で高熱伝導率をもち、かつ黒色等の色調をもった
窒化アルミニウム焼結体を提供する。 【構成】 AlNを主成分とし、Ti、Zr、Hf、
V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、
Ni、Nb及びHoの1種以上を0.01〜3.0wt
%含有し、着色を呈し、電気抵抗が1013Ωcm以上、
絶縁破壊電圧が10kV/mm以上であるもの。
緻密質で高熱伝導率をもち、かつ黒色等の色調をもった
窒化アルミニウム焼結体を提供する。 【構成】 AlNを主成分とし、Ti、Zr、Hf、
V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、
Ni、Nb及びHoの1種以上を0.01〜3.0wt
%含有し、着色を呈し、電気抵抗が1013Ωcm以上、
絶縁破壊電圧が10kV/mm以上であるもの。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は着色した窒化アルミニウ
ム焼結体に係り、より詳しくは緻密質で高熱伝導率をも
ち、かつ黒色、茶色、緑色等の色調をもった窒化アルミ
ニウム焼結体でしかも電気特性に優れた焼結体に関す
る。又、本焼結体を用いた回路基板及び半導体パッケー
ジに関する。
ム焼結体に係り、より詳しくは緻密質で高熱伝導率をも
ち、かつ黒色、茶色、緑色等の色調をもった窒化アルミ
ニウム焼結体でしかも電気特性に優れた焼結体に関す
る。又、本焼結体を用いた回路基板及び半導体パッケー
ジに関する。
【0002】
【従来の技術】最近のLSIの進歩はめざましく、集積
度の向上が著しい。これにはICチップサイズの向上も
寄与しており、ICチップサイズの向上に伴ってパッケ
ージ当りの発熱量が増大している。このため基板材料の
放熱性が重要視されるようになってきた。また、従来I
C基板として用いられていたアルミナ焼結体の熱伝導率
では放熱性が不十分であり、ICチップの発熱量の増大
に対応できなくなりつつある。このためアルミナ基板に
代わるものとして、高熱伝導性のベリリア基板が検討さ
れているが、ベリリアは毒性が強く取扱いが難しいとい
う欠点がある。
度の向上が著しい。これにはICチップサイズの向上も
寄与しており、ICチップサイズの向上に伴ってパッケ
ージ当りの発熱量が増大している。このため基板材料の
放熱性が重要視されるようになってきた。また、従来I
C基板として用いられていたアルミナ焼結体の熱伝導率
では放熱性が不十分であり、ICチップの発熱量の増大
に対応できなくなりつつある。このためアルミナ基板に
代わるものとして、高熱伝導性のベリリア基板が検討さ
れているが、ベリリアは毒性が強く取扱いが難しいとい
う欠点がある。
【0003】一方、窒化アルミニウム(AlN)焼結体
は、本来、材質的に高熱伝導性、高絶縁性を有し、毒性
もないため、半導体工業において回路基板材料あるいは
パッケージ材料として注目を集めている。
は、本来、材質的に高熱伝導性、高絶縁性を有し、毒性
もないため、半導体工業において回路基板材料あるいは
パッケージ材料として注目を集めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のように窒化アル
ミニウムは理論的には単結晶としては高熱伝導性、高絶
縁性を有する材料である。しかしながら、窒化アルミニ
ウム粉末から焼結体を製造する場合、窒化アルミニウム
粉末自体の焼結性が良くないため、粉末成形後、焼結し
て得られる窒化アルミニウム焼結体の相対密度(窒化ア
ルミニウムの理論密度3.26g/cm3を基準とす
る)は、焼結条件にもよるが、高々70〜80%しか示
さず、多量の気孔を包含する。
ミニウムは理論的には単結晶としては高熱伝導性、高絶
縁性を有する材料である。しかしながら、窒化アルミニ
ウム粉末から焼結体を製造する場合、窒化アルミニウム
粉末自体の焼結性が良くないため、粉末成形後、焼結し
て得られる窒化アルミニウム焼結体の相対密度(窒化ア
ルミニウムの理論密度3.26g/cm3を基準とす
る)は、焼結条件にもよるが、高々70〜80%しか示
さず、多量の気孔を包含する。
【0005】一方、窒化アルミニウム焼結体の如き絶縁
性セラミックスの熱伝導機構は、フォノン伝導を主体と
するため気孔、不純物等の欠陥はフォノン散乱を起こ
し、熱伝導性は低レベルのものしか得られない。これら
の状況に対し、高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体を得
るために種々の提案がなされている。
性セラミックスの熱伝導機構は、フォノン伝導を主体と
するため気孔、不純物等の欠陥はフォノン散乱を起こ
し、熱伝導性は低レベルのものしか得られない。これら
の状況に対し、高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体を得
るために種々の提案がなされている。
【0006】しかしながら、高熱伝導性の窒化アルミニ
ウム焼結体を製造するためには、高純度の原料を使用
し、また工程中の不純物の混合も極力防ぐことが必要と
されており、このようにして得られた窒化アルミニウム
は白色透明もしくは薄く着色したものに限られ、光の透
過を問題とする用途等には使用できなかった。そこで、
光の透過を問題とする用途等に着色窒化アルミニウムの
開発が望まれていた。さらに、絶縁基板として用いるた
めには電気抵抗絶縁耐圧が必要である。
ウム焼結体を製造するためには、高純度の原料を使用
し、また工程中の不純物の混合も極力防ぐことが必要と
されており、このようにして得られた窒化アルミニウム
は白色透明もしくは薄く着色したものに限られ、光の透
過を問題とする用途等には使用できなかった。そこで、
光の透過を問題とする用途等に着色窒化アルミニウムの
開発が望まれていた。さらに、絶縁基板として用いるた
めには電気抵抗絶縁耐圧が必要である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため従来より研究を重ねてきたが、窒化アルミ
ニウムに対しある種の元素又はその化合物を添加するこ
とが有効であることを知見し、本発明に至った。
解決するため従来より研究を重ねてきたが、窒化アルミ
ニウムに対しある種の元素又はその化合物を添加するこ
とが有効であることを知見し、本発明に至った。
【0008】すなわち、本発明はAlNを主成分とし、
Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、
Mn、Fe、Co、Ni、NdおよびHoからなる群か
ら選ばれた1種以上の金属元素及び/又はその化合物を
0.01〜3.0重量%含有し、着色を呈し、かつ電気
抵抗が1013Ωcm以上絶縁破壊電圧が10kV/mm
以上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体で
ある。
Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、
Mn、Fe、Co、Ni、NdおよびHoからなる群か
ら選ばれた1種以上の金属元素及び/又はその化合物を
0.01〜3.0重量%含有し、着色を呈し、かつ電気
抵抗が1013Ωcm以上絶縁破壊電圧が10kV/mm
以上であることを特徴とする窒化アルミニウム焼結体で
ある。
【0009】上記着色窒化アルミニウム焼結体の製造
は、AlNを主成分とし、Ti、Zr、Hf、V、N
b、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、
NdおよびHoからなる群から選ばれた少なくとも1種
の金属元素を0.01〜3.0重量%含有する原料粉末
を使用して、又、必要な場合には上記原料粉末に焼結助
剤としてのIIa又はIIIa族元素を元素換算で0.01
〜1.0重量%となるように酸化物、窒化物、フッ化物
又は炭化物等の化合物として添加し、成形し、非酸化性
の窒素含有雰囲気中にて1600〜2000℃で焼結す
る。
は、AlNを主成分とし、Ti、Zr、Hf、V、N
b、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、
NdおよびHoからなる群から選ばれた少なくとも1種
の金属元素を0.01〜3.0重量%含有する原料粉末
を使用して、又、必要な場合には上記原料粉末に焼結助
剤としてのIIa又はIIIa族元素を元素換算で0.01
〜1.0重量%となるように酸化物、窒化物、フッ化物
又は炭化物等の化合物として添加し、成形し、非酸化性
の窒素含有雰囲気中にて1600〜2000℃で焼結す
る。
【0010】本発明において高熱伝導性の着色窒化アル
ミニウムを得るために使用する着色用添加剤としては、
次のような元素又はその化合物を挙げることができる。
黒色用添加剤としては、TiO2、ZrO2、CaC
O3、HfO2、V2O3、Nb2O3、Ta2O3、Cr、M
o、WO3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO等、茶
色用添加剤としては、Nd2O3等、緑色用添加剤として
はHo2O3等である。これらは酸化物に限定されず、加
熱分解し、これらの元素を放出する化合物であれば用い
ることができる。このような例として例えば炭酸塩、水
酸化物、有機化合物等である。
ミニウムを得るために使用する着色用添加剤としては、
次のような元素又はその化合物を挙げることができる。
黒色用添加剤としては、TiO2、ZrO2、CaC
O3、HfO2、V2O3、Nb2O3、Ta2O3、Cr、M
o、WO3、MnO、Fe2O3、CoO、NiO等、茶
色用添加剤としては、Nd2O3等、緑色用添加剤として
はHo2O3等である。これらは酸化物に限定されず、加
熱分解し、これらの元素を放出する化合物であれば用い
ることができる。このような例として例えば炭酸塩、水
酸化物、有機化合物等である。
【0011】これらの着色用添加剤は、所望により組合
せて用いることもできる。また、本発明の焼結体の製造
には、周期律表IIa、IIIa族の元素又はその化合物を
0.01〜5.0重量%で焼結助剤として使用する場合
があるが、それらは具体的にはCaO、Y2O3、CaC
O3、CeO2、CaC2などが例示できる。
せて用いることもできる。また、本発明の焼結体の製造
には、周期律表IIa、IIIa族の元素又はその化合物を
0.01〜5.0重量%で焼結助剤として使用する場合
があるが、それらは具体的にはCaO、Y2O3、CaC
O3、CeO2、CaC2などが例示できる。
【0012】焼結体は電気絶縁性に優れ、電気抵抗が1
013Ωcm、絶縁破壊電圧が10kV/mmであること
を特徴とする。
013Ωcm、絶縁破壊電圧が10kV/mmであること
を特徴とする。
【0013】
【作用】本発明においては、発色剤としてTi、Zr、
Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、
Co、Ni、NdおよびHoからなる群から選ばれた少
なくとも1種の金属元素を0.01〜3.0重量%含有
させた窒化アルミニウム粉末を原料粉末として用い焼結
することによって、着色し、かつ高熱伝導率で電気抵抗
が1013Ωcm以上、絶縁破壊電圧が10kV/mm以
上の窒化アルミニウム焼結体が得られる。
Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、
Co、Ni、NdおよびHoからなる群から選ばれた少
なくとも1種の金属元素を0.01〜3.0重量%含有
させた窒化アルミニウム粉末を原料粉末として用い焼結
することによって、着色し、かつ高熱伝導率で電気抵抗
が1013Ωcm以上、絶縁破壊電圧が10kV/mm以
上の窒化アルミニウム焼結体が得られる。
【0014】この場合窒化アルミニウム粉末は、高純度
のものを用いる必要がある。酸素量としては2.5重量
%以下、炭素を0.5重量%以下、遷移金属又はその化
合物以外の不純物を0.01重量%以下、そして金属元
素又はその化合物は合計で0.1重量%以下の粉末でな
ければ、必要な熱伝導率と色調を同時に満足しない。
のものを用いる必要がある。酸素量としては2.5重量
%以下、炭素を0.5重量%以下、遷移金属又はその化
合物以外の不純物を0.01重量%以下、そして金属元
素又はその化合物は合計で0.1重量%以下の粉末でな
ければ、必要な熱伝導率と色調を同時に満足しない。
【0015】窒化アルミニウム粉末の比表面積は、2.
0m2/g以上のものが好ましい。比表面積がこれより
小さいと緻密質の焼結体が得られない。本発明において
黒色以外の茶色、緑色に着色した高熱伝導性の窒化アル
ミニウム焼結体を得るためには、さらに高純度の窒化ア
ルミニウム粉末を使用することが必要であり、遷移金属
元素又はその化合物は0.01重量%以下となるように
窒化アルミニウム粉末の純度をコントロールする。
0m2/g以上のものが好ましい。比表面積がこれより
小さいと緻密質の焼結体が得られない。本発明において
黒色以外の茶色、緑色に着色した高熱伝導性の窒化アル
ミニウム焼結体を得るためには、さらに高純度の窒化ア
ルミニウム粉末を使用することが必要であり、遷移金属
元素又はその化合物は0.01重量%以下となるように
窒化アルミニウム粉末の純度をコントロールする。
【0016】そして、このような窒化アルミニウム粉末
に焼結助剤及び着色剤として例えばNdを用いれば、茶
色に着色した窒化アルミニウム焼結体を得ることができ
る。
に焼結助剤及び着色剤として例えばNdを用いれば、茶
色に着色した窒化アルミニウム焼結体を得ることができ
る。
【0017】原料粉末であるAlN粉末中におけるこれ
らの金属元素の含有量が0.01重量%未満では着色A
lN焼結体の色調が薄く、光の透過を防止する用途に用
いるためには不十分であり、3.0重量%を越えると金
属元素のAlN中への固溶等によって焼結体の熱伝導率
が通常100w/m・k以下に低下し、さらに粒界に析
出することで、電気抵抗が低下あるいは絶縁耐圧が劣化
する。そのためIC基板等として使用できない。又、A
lN粉末の他の特性として、高熱伝導率と着色を同時に
得るために酸素含有量は0.5〜2.5重量%の範囲が
好ましく、発色剤として添加する金属元素以外のSi等
のAlNへの固溶元素の含有量も1000ppm以下で
あることが好ましい。更に、AlN粉末の比表面積は、
緻密な焼結体を得るため2.0〜5.0m2/gが好ま
しい。
らの金属元素の含有量が0.01重量%未満では着色A
lN焼結体の色調が薄く、光の透過を防止する用途に用
いるためには不十分であり、3.0重量%を越えると金
属元素のAlN中への固溶等によって焼結体の熱伝導率
が通常100w/m・k以下に低下し、さらに粒界に析
出することで、電気抵抗が低下あるいは絶縁耐圧が劣化
する。そのためIC基板等として使用できない。又、A
lN粉末の他の特性として、高熱伝導率と着色を同時に
得るために酸素含有量は0.5〜2.5重量%の範囲が
好ましく、発色剤として添加する金属元素以外のSi等
のAlNへの固溶元素の含有量も1000ppm以下で
あることが好ましい。更に、AlN粉末の比表面積は、
緻密な焼結体を得るため2.0〜5.0m2/gが好ま
しい。
【0018】上記のようにして得られた本発明の着色し
た窒化アルミニウム焼結体は、いずれも150W/mK
以上の高い熱伝導性を有しており、緻密質な焼結体表面
にAg、Au等の厚膜ペースト、W、Mo等の高融点金
属ペーストを印刷し、焼成することによって、窒化アル
ミニウム回路基板として有用である。さらにこのような
基板に半導体素子、リードフレームを組合わせてICパ
ッケージとして用いる。
た窒化アルミニウム焼結体は、いずれも150W/mK
以上の高い熱伝導性を有しており、緻密質な焼結体表面
にAg、Au等の厚膜ペースト、W、Mo等の高融点金
属ペーストを印刷し、焼成することによって、窒化アル
ミニウム回路基板として有用である。さらにこのような
基板に半導体素子、リードフレームを組合わせてICパ
ッケージとして用いる。
【0019】
【実施例】次に実施例に基づいて本発明を具体的に説明
する。 実施例1 窒化アルミニウム粉末(BET3.5m2/g、酸素
0.50重量%、金属不純物0.01重量%)に、フェ
ノール樹脂を1.0重量%、Y2O3を1.0重量%、さ
らに下記の表1に示した添加物を加え、30×30×3
mmの成形体を製造した。
する。 実施例1 窒化アルミニウム粉末(BET3.5m2/g、酸素
0.50重量%、金属不純物0.01重量%)に、フェ
ノール樹脂を1.0重量%、Y2O3を1.0重量%、さ
らに下記の表1に示した添加物を加え、30×30×3
mmの成形体を製造した。
【0020】
【表1】
【0021】成形体は窒素フロー中1800℃で7時間
焼成し、板状の焼結体を得た。得られた焼結体の色調、
熱伝導率、密度を測定した。本発明の焼結体が着色され
た高熱伝導の窒化アルミニウムであり高い絶縁抵抗と絶
縁耐圧をもつ従来にない性能を持つことがわかる。
焼成し、板状の焼結体を得た。得られた焼結体の色調、
熱伝導率、密度を測定した。本発明の焼結体が着色され
た高熱伝導の窒化アルミニウムであり高い絶縁抵抗と絶
縁耐圧をもつ従来にない性能を持つことがわかる。
【0022】実施例2 実施例1に示した番号1の焼結体に市販のAuペースト
を印刷し、930℃大気中で焼成したところ、接着強度
3kg/m2をもつ導体回路が形成されることがわかっ
た。すなわち、本発明の窒化アルミニウム焼結体は高熱
伝導の回路基板として使用可能である。
を印刷し、930℃大気中で焼成したところ、接着強度
3kg/m2をもつ導体回路が形成されることがわかっ
た。すなわち、本発明の窒化アルミニウム焼結体は高熱
伝導の回路基板として使用可能である。
【0023】
【発明の効果】本発明は、緻密質で高熱伝導率をもち、
かつ、黒色等の色調を持った窒化アルミニウム焼結体
で、しかも電気抵抗、絶縁破壊電圧特性に優れたもので
ある。回路基板及び半導体パッケージに適用して効果が
ある。
かつ、黒色等の色調を持った窒化アルミニウム焼結体
で、しかも電気抵抗、絶縁破壊電圧特性に優れたもので
ある。回路基板及び半導体パッケージに適用して効果が
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 AlNを主成分とし、Ti、Zr、H
f、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、C
o、Ni、Nd及びHoからなる群から選ばれた1種以
上の金属元素及び/又はその化合物を0.01〜3.0
重量%含有し、着色を呈し、かつ電気抵抗が1013Ωc
m以上絶縁破壊電圧が10kV/mm以上であることを
特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3105146A JPH0558744A (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 窒化アルミニウム焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3105146A JPH0558744A (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 窒化アルミニウム焼結体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0558744A true JPH0558744A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=14399592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3105146A Pending JPH0558744A (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 窒化アルミニウム焼結体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0558744A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5656113A (en) * | 1993-08-03 | 1997-08-12 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method of manufacturing a multilayered wiring substrate of aluminum nitride having a high dielectric layer |
EP1184879A1 (en) * | 1999-02-10 | 2002-03-06 | Asahi Glass Company Ltd. | Conductive nitride film, process for producing the same, and antireflection object |
JP2002100826A (ja) * | 2000-09-21 | 2002-04-05 | Toshiba Corp | サブマウント材 |
JP2003020283A (ja) * | 2001-07-05 | 2003-01-24 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法、用途 |
US6953761B2 (en) | 2002-12-27 | 2005-10-11 | Hitachi, Ltd. | Aluminum nitride sintered body and substrate for electronic devices |
JP2009121807A (ja) * | 2007-11-12 | 2009-06-04 | Robert Bosch Gmbh | 減少されたヒーター間隔を有するセラミックグロープラグ |
JP2015020937A (ja) * | 2013-07-22 | 2015-02-02 | 住友電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 |
CN115108537A (zh) * | 2022-07-10 | 2022-09-27 | 湖南大学 | 一种氮化铝粉体及其制备方法和包括氮化铝粉体的覆铜板 |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP3105146A patent/JPH0558744A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115108537B (zh) * | 2022-07-10 | 2023-09-19 | 湖南大学 | 一种氮化铝粉体及其制备方法和包括氮化铝粉体的覆铜板 |
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