JP2544398B2 - A1nセラミックスのメタライズ方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 低熱膨張・高熱伝導性であるAlNセラミックスのメタ
ライズに関し, AlNセラミックスの表面に,強力な封着が可能なメタ
ライズを実現することを目的とし, AlNセラミックスの表面にTi薄膜層およびW、Mo等の
金属層を堆積し、比較的低温で熱処理を行い、該薄膜層
と該金属層をエッチングにより所望の形状にパターニン
グを行った後、非酸化性雰囲気中で850〜1000℃の高温
で熱処理を行うことを特徴とするAlNセラミックスのメ
タライズ法である。
ライズに関し, AlNセラミックスの表面に,強力な封着が可能なメタ
ライズを実現することを目的とし, AlNセラミックスの表面にTi薄膜層およびW、Mo等の
金属層を堆積し、比較的低温で熱処理を行い、該薄膜層
と該金属層をエッチングにより所望の形状にパターニン
グを行った後、非酸化性雰囲気中で850〜1000℃の高温
で熱処理を行うことを特徴とするAlNセラミックスのメ
タライズ法である。
本発明はアルミナに比べて低熱膨張・高熱伝導性のセ
ラミックスとして期待されているAlNセラミックスのメ
タライズに関する。
ラミックスとして期待されているAlNセラミックスのメ
タライズに関する。
半導体集積回路のパッケージ等,各種の電子装置にア
ルミナ(Al2O3)セラミックスあるいはSiO2を主成分と
するガラス等の酸化物系の材料が用いられている。これ
らの電子装置において,Al2O3セラミックスあるいはSiO2
系のガラスと他の部材を封着するためには,これらの酸
化物系のセラミックスあるいはガラスの表面に,クロム
(Cr),チタン(Ti)あるいはアルミニウム(Al)等
の,界面で酸化物を形成する金属を接着層として被着す
る,いわゆるメタライズが行われ,この層を介して半田
あるいは銀蝋付けにより封着が行われる。
ルミナ(Al2O3)セラミックスあるいはSiO2を主成分と
するガラス等の酸化物系の材料が用いられている。これ
らの電子装置において,Al2O3セラミックスあるいはSiO2
系のガラスと他の部材を封着するためには,これらの酸
化物系のセラミックスあるいはガラスの表面に,クロム
(Cr),チタン(Ti)あるいはアルミニウム(Al)等
の,界面で酸化物を形成する金属を接着層として被着す
る,いわゆるメタライズが行われ,この層を介して半田
あるいは銀蝋付けにより封着が行われる。
近時,Al2O3セラミックスやSiO2系のガラスよりも熱膨
張係数が小さく,かつ,熱伝導率が高いセラミックスと
して,窒化アルミニウム(AlN)セラミックスが注目さ
れている。すなわち,AlNセラミックスの熱膨張係数は4x
10-6/℃であり,Al2O3セラミックスの7x10-6/℃の約1/2
であり,SiO2ガラスよりも小さく,また,熱伝導率はAl2
O3セラミックスの3〜8倍,SiO2ガラスの100倍以上に達
する。
張係数が小さく,かつ,熱伝導率が高いセラミックスと
して,窒化アルミニウム(AlN)セラミックスが注目さ
れている。すなわち,AlNセラミックスの熱膨張係数は4x
10-6/℃であり,Al2O3セラミックスの7x10-6/℃の約1/2
であり,SiO2ガラスよりも小さく,また,熱伝導率はAl2
O3セラミックスの3〜8倍,SiO2ガラスの100倍以上に達
する。
しかしながら、非酸化物系のAlNセラミックス対して
は,従来の酸化物系セラミックスあるいはガラスにおけ
るようなCr,Ti,Al等の薄膜を接着層として形成するだけ
で,充分な封着強度を有するメタライズ層を得ることが
できない。
は,従来の酸化物系セラミックスあるいはガラスにおけ
るようなCr,Ti,Al等の薄膜を接着層として形成するだけ
で,充分な封着強度を有するメタライズ層を得ることが
できない。
本発明はAlNセラミックスの表面に,強力な封着が可
能なメタライズを実現することを目的とする。
能なメタライズを実現することを目的とする。
上記目的は,AlNセラミックスの少なくとも所定の表面
にTi薄膜層を形成する工程と,該Ti薄膜層が形成された
該AlNセラミックスを非酸化性雰囲気中で850ないし1000
℃の温度で熱処理する工程とからから成る本発明のAlN
セラミックスのメタライズ方法によって達成できる。
にTi薄膜層を形成する工程と,該Ti薄膜層が形成された
該AlNセラミックスを非酸化性雰囲気中で850ないし1000
℃の温度で熱処理する工程とからから成る本発明のAlN
セラミックスのメタライズ方法によって達成できる。
AlNセラミックスの上にTi薄膜層を形成したのち,非
酸化性雰囲気中で高温度で熱処理することにより,AlNセ
ラミックス−Ti薄膜層間に反応層AlxTi1-xNを生成さ
せ,強力なメタライズ層を形成可能とする。
酸化性雰囲気中で高温度で熱処理することにより,AlNセ
ラミックス−Ti薄膜層間に反応層AlxTi1-xNを生成さ
せ,強力なメタライズ層を形成可能とする。
第1図は本発明に係るAlNセラミックス表面上に形成
されたメタライズ層の断面図であり,以下に本発明の実
施例を,第1図を参照して説明する。
されたメタライズ層の断面図であり,以下に本発明の実
施例を,第1図を参照して説明する。
第1図において,AlNセラミックス基板1の上表面に,
真空蒸着あるいはスパッタリング等の公知の方法を用い
て,Ti薄膜層2を形成する。Ti薄膜層2の厚さは,AlNセ
ラミックス基板1の表面の微小な凹凸を覆うために,少
なくとも0.1μm必要で,一般に0.5μmとする。上記Ti
薄膜層2の形成時におけるAlNセラミックス基板1の温
度は200〜250℃であった。
真空蒸着あるいはスパッタリング等の公知の方法を用い
て,Ti薄膜層2を形成する。Ti薄膜層2の厚さは,AlNセ
ラミックス基板1の表面の微小な凹凸を覆うために,少
なくとも0.1μm必要で,一般に0.5μmとする。上記Ti
薄膜層2の形成時におけるAlNセラミックス基板1の温
度は200〜250℃であった。
次いで,Ti薄膜層2上に,真空蒸着あるいはスパッタ
リング等の公知の方法を用いて,厚さ1〜5μmのWも
しくはMo等の耐熱性金属層3,および厚さ0.5〜2.0μmの
ニッケル(Ni)層4を順次形成する。
リング等の公知の方法を用いて,厚さ1〜5μmのWも
しくはMo等の耐熱性金属層3,および厚さ0.5〜2.0μmの
ニッケル(Ni)層4を順次形成する。
Ti薄膜層2,耐熱性金属層3およびNi層4が形成された
AlNセラミックス基板1を非酸化性の,望ましくは,水
素ガスのような還元性の,雰囲気中で加熱する。このと
きの加熱条件は,ピーク温度850〜1000℃において約40
分である。このようにして,AlNセラミックス基板1上
に,Ti薄膜層2,耐熱性金属層3およびNi層4の三層から
成るメタライズ層が形成される。AlNセラミックス基板
1とTi薄膜層2との界面には,AlxTi1-xNなる組成の中間
層が生成しているものと考えられる。
AlNセラミックス基板1を非酸化性の,望ましくは,水
素ガスのような還元性の,雰囲気中で加熱する。このと
きの加熱条件は,ピーク温度850〜1000℃において約40
分である。このようにして,AlNセラミックス基板1上
に,Ti薄膜層2,耐熱性金属層3およびNi層4の三層から
成るメタライズ層が形成される。AlNセラミックス基板
1とTi薄膜層2との界面には,AlxTi1-xNなる組成の中間
層が生成しているものと考えられる。
上記において,Ni層4はAlNセラミックス基板1を,半
田あるいは銀蝋等を用いて他の金属部材に蝋付けするた
めに必要な層である。WもしくはMo等から成る耐熱性金
属層3は,前記非酸化性雰囲気中における熱処理,ある
いは,メタライズ層と他部材とを銀蝋を用いて蝋付けす
る場合の比較的高温の熱処理において,Ti薄膜層2とNi
層4との相互拡散を防止する目的で設けられる。すなわ
ち,Ti薄膜層2とNi層4とが相互拡散してしまうと,上
記のようなAlxTi1-xN中間層が形成されず,接着強度の
大きなメタライズ層を得ることができないからである。
田あるいは銀蝋等を用いて他の金属部材に蝋付けするた
めに必要な層である。WもしくはMo等から成る耐熱性金
属層3は,前記非酸化性雰囲気中における熱処理,ある
いは,メタライズ層と他部材とを銀蝋を用いて蝋付けす
る場合の比較的高温の熱処理において,Ti薄膜層2とNi
層4との相互拡散を防止する目的で設けられる。すなわ
ち,Ti薄膜層2とNi層4とが相互拡散してしまうと,上
記のようなAlxTi1-xN中間層が形成されず,接着強度の
大きなメタライズ層を得ることができないからである。
上記メタライズ層のAlNセラミックス基板1に対する
接着強度を,第2図に示す方法を用いて評価した。すな
わち,AlNセラミックス基板1に形成された薄膜メタライ
ズ層を2.0mm2の大きさにパターンニングし,第2図に示
すようなパッド5を形成し,このパッド5に対し,一辺
が接触しているL字形に折り曲げられた錫メッキ銅線6
(直径0.80mm)を半田付けする。用いた半田の融点は約
200℃である。そして,錫メッキ銅線6を矢印の方向に
引っ張った時に,パッド5を剥離するに要する力(kg/m
m2)を測定し,これを接着力とした。
接着強度を,第2図に示す方法を用いて評価した。すな
わち,AlNセラミックス基板1に形成された薄膜メタライ
ズ層を2.0mm2の大きさにパターンニングし,第2図に示
すようなパッド5を形成し,このパッド5に対し,一辺
が接触しているL字形に折り曲げられた錫メッキ銅線6
(直径0.80mm)を半田付けする。用いた半田の融点は約
200℃である。そして,錫メッキ銅線6を矢印の方向に
引っ張った時に,パッド5を剥離するに要する力(kg/m
m2)を測定し,これを接着力とした。
その結果,前記非酸化性雰囲気中での熱処理温度が80
0℃以下の場合には,上記接着力は1.5kg/mm2以下であ
る。熱処理温度が850℃の場合の接着力は1.5kg/mm2であ
り,熱処理温度が950℃の場合の接着力は2.0kg/mm2であ
った。この接着力は,熱処理温度が1100℃まで,ほとん
ど変わらない。
0℃以下の場合には,上記接着力は1.5kg/mm2以下であ
る。熱処理温度が850℃の場合の接着力は1.5kg/mm2であ
り,熱処理温度が950℃の場合の接着力は2.0kg/mm2であ
った。この接着力は,熱処理温度が1100℃まで,ほとん
ど変わらない。
しかしながら,熱処理温度が1100℃近傍になると,残
留酸素等によるAlNセラミックス基板1の表面の酸化と
推測される現象が顕著になるために,これ以上の温度で
の熱処理は好ましくない。したがって,上記非酸化性雰
囲気中での熱処理は,850〜1000℃で行うのが適当であ
る。
留酸素等によるAlNセラミックス基板1の表面の酸化と
推測される現象が顕著になるために,これ以上の温度で
の熱処理は好ましくない。したがって,上記非酸化性雰
囲気中での熱処理は,850〜1000℃で行うのが適当であ
る。
本発明の別の実施例によれば,AlNセラミックス基板1
の上に,パターンニングされたメタライズ層を形成する
ことも可能である。
の上に,パターンニングされたメタライズ層を形成する
ことも可能である。
すなわち,Ti薄膜層2〜Ni層4の三層を積層したのち,
AlNセラミックス基板1に,上記と同様の非酸化性また
は還元性の雰囲気中で700〜800℃の低温加熱を行う。そ
して前記Ti薄膜層2〜Ni層4を,弗酸−硝酸の混酸から
成る公知のエッチング溶液を用いてパターンニングを行
ったのちに,上記と同様にして,850〜1000℃の高温の熱
処理を施す。
AlNセラミックス基板1に,上記と同様の非酸化性また
は還元性の雰囲気中で700〜800℃の低温加熱を行う。そ
して前記Ti薄膜層2〜Ni層4を,弗酸−硝酸の混酸から
成る公知のエッチング溶液を用いてパターンニングを行
ったのちに,上記と同様にして,850〜1000℃の高温の熱
処理を施す。
上記低温加熱により,AlNセラミックス基板1にTi薄膜
層2がある程度拡散し,両者の間に強い結合が生じるの
で,この段階でパターンニングを行い,その後で高温熱
処理を行う。最初から850〜1000℃の高温処理を行うと,
AlNセラミックス基板1とTi薄膜層2との間に反応層Alx
Ti1-xNが生成し,これが弗硝混酸から成るエッチング液
に対してエッチング速度が遅いために,長時間のエッチ
ングを必要とし,その結果,上方のメタライズ層がオー
バーエッチングされて接着強度が低下する。したがっ
て,パターンニング前に高温加熱するのを避ける必要が
ある。
層2がある程度拡散し,両者の間に強い結合が生じるの
で,この段階でパターンニングを行い,その後で高温熱
処理を行う。最初から850〜1000℃の高温処理を行うと,
AlNセラミックス基板1とTi薄膜層2との間に反応層Alx
Ti1-xNが生成し,これが弗硝混酸から成るエッチング液
に対してエッチング速度が遅いために,長時間のエッチ
ングを必要とし,その結果,上方のメタライズ層がオー
バーエッチングされて接着強度が低下する。したがっ
て,パターンニング前に高温加熱するのを避ける必要が
ある。
一方,前記低温加熱が700℃以下では,上記のパター
ンニングにおいてTi薄膜層2のサイドエッチングが大き
く,高温熱処理後のメタライズ層がこの部分から剥離
し,接着性の信頼性を損なうおそれがあるので,好まし
くない。
ンニングにおいてTi薄膜層2のサイドエッチングが大き
く,高温熱処理後のメタライズ層がこの部分から剥離
し,接着性の信頼性を損なうおそれがあるので,好まし
くない。
〔発明の効果〕 本発明によれば,低熱膨張・高熱伝導の特徴を有する
AlNセラミックスを半導体集積回路用のパッケージ等の
電子装置の構成部材として実用可能とする効果がある。
AlNセラミックスを半導体集積回路用のパッケージ等の
電子装置の構成部材として実用可能とする効果がある。
第1図は本発明に係るAlNセラミックス表面上に形成さ
れたメタライズ層の断面図, 第2図は薄膜メタライズ層接着強度の評価方法を示す斜
視図 である。 図において, 1はAlNセラミックス基板, 2はTi薄膜層, 3は耐熱性金属層, 4はNi層, 5はパッド, 6は銅線 である。
れたメタライズ層の断面図, 第2図は薄膜メタライズ層接着強度の評価方法を示す斜
視図 である。 図において, 1はAlNセラミックス基板, 2はTi薄膜層, 3は耐熱性金属層, 4はNi層, 5はパッド, 6は銅線 である。
Claims (1)
- 【請求項1】窒化アルミニウム(AlN)セラミックスの
所定の表面にチタン(Ti)薄膜層を形成し、その上にタ
ングステン(W)、モリブデン(Mo)あるいはニッケル
(Ni)の金属層を形成し、非酸化性雰囲気中で800℃未
満の温度で低温加熱し、該薄膜層と金属層をエッチング
により選択的に除去してパターンニングを行った後、非
酸化性雰囲気中において850〜1000℃の熱処理をして、
該Ti薄膜層とAlNセラミックスとの間に反応層を生成さ
せることを特徴とするAlNセラミックスのメタライズ方
法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62213319A JP2544398B2 (ja) | 1987-08-27 | 1987-08-27 | A1nセラミックスのメタライズ方法 |
US07/235,595 US4980239A (en) | 1987-08-27 | 1988-08-24 | Metallization layer structure formed on aluminum nitride ceramics and method of producing the metallization layer structure |
EP88402161A EP0305295B1 (en) | 1987-08-27 | 1988-08-25 | Metallization layer structure formed on aluminum nitride ceramics and method of producing the metallization layer structure |
DE8888402161T DE3880402T2 (de) | 1987-08-27 | 1988-08-25 | Metallbeschichtungsstruktur fuer keramische materialien aus aluminiumnitrid und verfahren zu ihrer herstellung. |
KR1019880010882A KR910006948B1 (ko) | 1987-08-27 | 1988-08-26 | 질화 알루미늄 세라믹스 위에 형성된 금속박막층 구조물 및 그의 생산방법 |
US07/588,862 US5096749A (en) | 1987-08-27 | 1990-09-27 | Method of producing a metallization layer structure |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6456867A JPS6456867A (en) | 1989-03-03 |
JP2544398B2 true JP2544398B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=16637181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62213319A Expired - Lifetime JP2544398B2 (ja) | 1987-08-27 | 1987-08-27 | A1nセラミックスのメタライズ方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
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EP (1) | EP0305295B1 (ja) |
JP (1) | JP2544398B2 (ja) |
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DE (1) | DE3880402T2 (ja) |
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- 1987-08-27 JP JP62213319A patent/JP2544398B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-08-24 US US07/235,595 patent/US4980239A/en not_active Expired - Fee Related
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