JP2949296B2 - 窒化アルミニウム質基板 - Google Patents
窒化アルミニウム質基板Info
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- Japan
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、窒化アルミニウム質基板に関し、詳細には
金属導体層をその表面に有する半導体素子収納用パッケ
ージ等の電子部品に適した窒化アルミニウム質基板に関
する。
金属導体層をその表面に有する半導体素子収納用パッケ
ージ等の電子部品に適した窒化アルミニウム質基板に関
する。
（従来技術） 近時、情報処理装置の高性能化、高速化に伴い、それ
を構成する半導体集積回路も高密度化、高集積化が急速
に進み、そのために半導体集積回路素子の大電力化によ
り該素子の発熱量が著しく増加し、前記半導体集積回路
素子を正常に且つ安定に作動させるためにはその発熱す
る熱をいかに効率的に除去するかが大きな課題となって
いる。
を構成する半導体集積回路も高密度化、高集積化が急速
に進み、そのために半導体集積回路素子の大電力化によ
り該素子の発熱量が著しく増加し、前記半導体集積回路
素子を正常に且つ安定に作動させるためにはその発熱す
る熱をいかに効率的に除去するかが大きな課題となって
いる。
そこで、従来から高熱伝導性に優れたセラミック材料
として酸化ベリリウム質焼結体、ダイヤモンド、炭化珪
素質焼結体等が提案されているが、酸化ベリリウム質焼
結体は毒性があり使用上難点があり、ダイヤモンドは高
価であり、また炭化珪素質焼結体は電気絶縁性、誘電率
等の特性が悪いという欠点を有している。
として酸化ベリリウム質焼結体、ダイヤモンド、炭化珪
素質焼結体等が提案されているが、酸化ベリリウム質焼
結体は毒性があり使用上難点があり、ダイヤモンドは高
価であり、また炭化珪素質焼結体は電気絶縁性、誘電率
等の特性が悪いという欠点を有している。
最近に至り、従来の高熱伝導性材料に代わり、高熱伝
導性を有するとともに高い機械的強度、高電気絶縁性を
有し、且つ熱膨張係数がアルミナに比べてシリコン単結
晶に近い等の優れた特性を有する材料として窒化アルミ
ニウム質焼結体が注目されている。
導性を有するとともに高い機械的強度、高電気絶縁性を
有し、且つ熱膨張係数がアルミナに比べてシリコン単結
晶に近い等の優れた特性を有する材料として窒化アルミ
ニウム質焼結体が注目されている。
この窒化アルミニウム質焼結体は、これを基板母材と
してその表面に金属導体層を形成しようとする場合、窒
化アルミニウム自体、金属との濡れ性が小さいことから
基板母材と金属導体層との接着強度が低いという欠点を
有している。
してその表面に金属導体層を形成しようとする場合、窒
化アルミニウム自体、金属との濡れ性が小さいことから
基板母材と金属導体層との接着強度が低いという欠点を
有している。
このような問題に対し、窒化アルミニウム質焼結体を
たとえば空気中で加熱して表面に金属との濡れ性のよい
酸化アルミニウム層を形成するか、または酸化珪素等の
ガラス質層を塗布し、その表面に導体層を被着形成する
ことにより接着強度を高めようとする方法が提案されて
いる。
たとえば空気中で加熱して表面に金属との濡れ性のよい
酸化アルミニウム層を形成するか、または酸化珪素等の
ガラス質層を塗布し、その表面に導体層を被着形成する
ことにより接着強度を高めようとする方法が提案されて
いる。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述のように窒化アルミニウム質焼結
体表面に酸化アルミニウム層を形成することによって導
体層の接着強度は酸化アルミニウム層を設けない場合に
比較して接着強度は向上するものの、実用的なレベルに
は至っておらず、特に金（Au）や銀（Ag）等を主体とす
る導体層を形成する場合には接着強度は不十分であっ
た。
体表面に酸化アルミニウム層を形成することによって導
体層の接着強度は酸化アルミニウム層を設けない場合に
比較して接着強度は向上するものの、実用的なレベルに
は至っておらず、特に金（Au）や銀（Ag）等を主体とす
る導体層を形成する場合には接着強度は不十分であっ
た。
よって、窒化アルミニウム質焼結体を用いた電子部品
の信頼性の点からも導体層の接着強度の高い基板が望ま
れている。
の信頼性の点からも導体層の接着強度の高い基板が望ま
れている。
（発明の目的） よって、本発明の目的は窒化アルミニウム質焼結体を
母材とする導体層の接着強度に優れた窒化アルミニウム
質基板およびその製造方法を提供するにある。
母材とする導体層の接着強度に優れた窒化アルミニウム
質基板およびその製造方法を提供するにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明者等は、上記問題点に対し検討を重ねた結果、
母材として特定の金属およびそれらの金属化合物を含有
する窒化アルミニウム質焼結体の表面に酸化アルミニウ
ムを主体とする被覆層を形成し、さらにこの酸化アルミ
ニウム層上に金属導体層を被着形成するもので、特定の
金属あるいは金属化合物としてTi、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、Co
およびNiの単体あるいはこれらの炭化物、窒化物、ホウ
化物、酸化物から選ばれる１種以上を選択することによ
り金属導体層の母材との接着強度を高めることができる
ことを見出した。
母材として特定の金属およびそれらの金属化合物を含有
する窒化アルミニウム質焼結体の表面に酸化アルミニウ
ムを主体とする被覆層を形成し、さらにこの酸化アルミ
ニウム層上に金属導体層を被着形成するもので、特定の
金属あるいは金属化合物としてTi、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、Co
およびNiの単体あるいはこれらの炭化物、窒化物、ホウ
化物、酸化物から選ばれる１種以上を選択することによ
り金属導体層の母材との接着強度を高めることができる
ことを見出した。
以下、本発明を詳述する。
本発明の窒化アルミニウム質基板において、用いられ
る母材は、窒化アルミニウムを主体とし、少なくとも相
対密度95％の相対密度を有し、高密度、高熱伝導性であ
ることが望ましく、また、場合によっては従来から公知
の焼結助剤、例えば、Ca、Ba、Sr等のアルカリ土類金属
やＹ等の希土類金属の酸化物、炭化物、窒化物、フッ化
物等を20重量％以下の割合で含有する。
る母材は、窒化アルミニウムを主体とし、少なくとも相
対密度95％の相対密度を有し、高密度、高熱伝導性であ
ることが望ましく、また、場合によっては従来から公知
の焼結助剤、例えば、Ca、Ba、Sr等のアルカリ土類金属
やＹ等の希土類金属の酸化物、炭化物、窒化物、フッ化
物等を20重量％以下の割合で含有する。
本発明によれば、上記窒化アルミニウム質焼結体がT
i、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、CoおよびNiの単体もしくは炭化
物、窒化物、ホウ化物、酸化物から選ばれる少なくとも
１種を含有することが重要である。この金属あるいは金
属化合物は窒化アルミニウム質焼結体中に0.01〜５重量
％の割合で含有され、焼結体の色相を黒色化させる作用
をなす。
i、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、CoおよびNiの単体もしくは炭化
物、窒化物、ホウ化物、酸化物から選ばれる少なくとも
１種を含有することが重要である。この金属あるいは金
属化合物は窒化アルミニウム質焼結体中に0.01〜５重量
％の割合で含有され、焼結体の色相を黒色化させる作用
をなす。
本発明によれば、上記特定の金属あるいは金属化合物
を含有する窒化アルミニウム質焼結体の表面に酸化アル
ミニウムを主体とする被覆層を形成する。この被覆層は
基板としての耐化学薬品性、例えばアルカリ等に対する
腐食性を低減すると同時にこの被覆層上に金属導体層を
形成した場合に母材への金属導体層の接着強度を向上す
ることができる。
を含有する窒化アルミニウム質焼結体の表面に酸化アル
ミニウムを主体とする被覆層を形成する。この被覆層は
基板としての耐化学薬品性、例えばアルカリ等に対する
腐食性を低減すると同時にこの被覆層上に金属導体層を
形成した場合に母材への金属導体層の接着強度を向上す
ることができる。
また、上記被覆層はその厚みが0.05〜５μｍ、特に0.
2〜４μｍであることが重要で、その厚みが0.05μｍよ
り薄いと基板の耐化学薬品性や導体層の母材との接着強
度が不十分となり、５μｍを越えると被覆層と母材との
熱膨張差等に起因しクラック等が生じてしまう恐れがあ
る。
2〜４μｍであることが重要で、その厚みが0.05μｍよ
り薄いと基板の耐化学薬品性や導体層の母材との接着強
度が不十分となり、５μｍを越えると被覆層と母材との
熱膨張差等に起因しクラック等が生じてしまう恐れがあ
る。
一方、被覆層上に形成される導体層としては従来から
周知のものが挙げられ、例えばＷ、Mo、Au、Ag、Mo−Mn
等を主体とする金属導体からなり、これらは0.01〜100
μｍの厚みで被着形成される。
周知のものが挙げられ、例えばＷ、Mo、Au、Ag、Mo−Mn
等を主体とする金属導体からなり、これらは0.01〜100
μｍの厚みで被着形成される。
本発明の窒化アルミニウム質基板の製造方法として
は、例えば母材として窒化アルミニウムを主体とし、T
i、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、CoおよびNiの単体あるいはこれら
の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物から選ばれる１種
以上の金属またはその化合物を含有する焼結体を用意す
る。具体的には酸素含有量0.4〜３重量％の窒化アルミ
ニウム粉末に前記金属および金属化合物を0.01〜５重量
％の割合で添加する。また所望により焼結性を高めるた
めにCa、Ba、Sr等のアルカリ土類金属やＹ等の希土類金
属の酸化物、炭化物、窒化物等を焼結助剤として0.01〜
15重量％の割合で添加混合した後に、公知の方法で成形
し、窒素や窒素と水素との混合雰囲気等の非酸化性雰囲
気中で1550〜1950℃の温度で焼成することにより相対密
度95％以上の焼結体を得ることができる。
は、例えば母材として窒化アルミニウムを主体とし、T
i、Ｖ、Nb、Mo、Ｗ、CoおよびNiの単体あるいはこれら
の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物から選ばれる１種
以上の金属またはその化合物を含有する焼結体を用意す
る。具体的には酸素含有量0.4〜３重量％の窒化アルミ
ニウム粉末に前記金属および金属化合物を0.01〜５重量
％の割合で添加する。また所望により焼結性を高めるた
めにCa、Ba、Sr等のアルカリ土類金属やＹ等の希土類金
属の酸化物、炭化物、窒化物等を焼結助剤として0.01〜
15重量％の割合で添加混合した後に、公知の方法で成形
し、窒素や窒素と水素との混合雰囲気等の非酸化性雰囲
気中で1550〜1950℃の温度で焼成することにより相対密
度95％以上の焼結体を得ることができる。
なお、例えば前記金属および金属化合物として酸化物
を選択しても焼成条件により金属単体やその他の金属化
合物に変換することができる。例えば、TiO2、V2O5、WO
3は窒素と水素との混合雰囲気中での焼成によりTiN、V
N、Ｗ金属に還元される。また焼成炉内に敷粉や匣鉢と
してBN等が存在する場合、硼化物が生成される場合もあ
る。
を選択しても焼成条件により金属単体やその他の金属化
合物に変換することができる。例えば、TiO2、V2O5、WO
3は窒素と水素との混合雰囲気中での焼成によりTiN、V
N、Ｗ金属に還元される。また焼成炉内に敷粉や匣鉢と
してBN等が存在する場合、硼化物が生成される場合もあ
る。
次に、上記窒化アルミニウム質焼結体に対し酸化処理
を行うことによりその焼結体表面の窒化アルミニウムを
酸化アルミニウムに変換するこのにより被覆層が形成す
ることができる。この時の被覆層はそのほとんどがα−
Al2O3質で、その層中には焼結体中に含まれていた焼結
助剤成分や前記金属または金属化合物も一部酸化された
状態で含有される。この酸化処理は、例えば焼結体を大
気中で700〜1400℃の温度で処理するか、または酸化性
雰囲気中でレーザー光等を照射し部分的に酸化処理して
もよい。なお、被覆層の厚みは前述した理由から0.05〜
５μｍになるように処理時間等を調整することが必要で
ある。
を行うことによりその焼結体表面の窒化アルミニウムを
酸化アルミニウムに変換するこのにより被覆層が形成す
ることができる。この時の被覆層はそのほとんどがα−
Al2O3質で、その層中には焼結体中に含まれていた焼結
助剤成分や前記金属または金属化合物も一部酸化された
状態で含有される。この酸化処理は、例えば焼結体を大
気中で700〜1400℃の温度で処理するか、または酸化性
雰囲気中でレーザー光等を照射し部分的に酸化処理して
もよい。なお、被覆層の厚みは前述した理由から0.05〜
５μｍになるように処理時間等を調整することが必要で
ある。
次に、前記被覆層上に金属導体層を形成する場合に
は、例えば周知の厚膜法等の手法によりスクリーン印
刷、または浸漬法等により金属ペーストを塗布した後に
700〜1600℃の温度で焼付け処理を行うか、または薄膜
法の手法により蒸着法等により形成することができる。
この金属導体層の厚みは0.01〜100μｍが望ましい。
は、例えば周知の厚膜法等の手法によりスクリーン印
刷、または浸漬法等により金属ペーストを塗布した後に
700〜1600℃の温度で焼付け処理を行うか、または薄膜
法の手法により蒸着法等により形成することができる。
この金属導体層の厚みは0.01〜100μｍが望ましい。
以下、本発明を次の例で説明する。
（実施例） 窒化アルミニウム原料として酸素量1.0重量％、BET比
表面積3.8m2/g、カーボン量280ppmのものを用い、焼結
助剤としてBET比表面積が6.0m2/gのEr2O3粉末及びCaCO3
粉末、さらに平均粒径が0.1〜15μｍの各種金属化合物
を用いて第１表に示す割合で、さらにバインダーを添加
して混合した。この混合物をスプレードライにより造粒
後1ton/cm2の圧力でプレス成形した。
表面積3.8m2/g、カーボン量280ppmのものを用い、焼結
助剤としてBET比表面積が6.0m2/gのEr2O3粉末及びCaCO3
粉末、さらに平均粒径が0.1〜15μｍの各種金属化合物
を用いて第１表に示す割合で、さらにバインダーを添加
して混合した。この混合物をスプレードライにより造粒
後1ton/cm2の圧力でプレス成形した。
この成形体を脱バインダー処理した後、タングステン
炉により窒素ガス雰囲気中で1800℃で３時間焼成した。
炉により窒素ガス雰囲気中で1800℃で３時間焼成した。
この焼結体をバレル研磨し、第１表の条件で酸化処理
し、酸化膜を形成した。この時の外気湿度はいずれも30
〜80％であった。
し、酸化膜を形成した。この時の外気湿度はいずれも30
〜80％であった。
次にこの酸化膜上にAuペーストを塗布し、850℃で焼
付けを行い、そのAu導体層上にAu−Si箔を乗せ、さらに
Au−Si箔上に接触面積が8.55mm2、直径1.5mmのAgメッキ
したCu棒を乗せ、440℃の温度で接着した。
付けを行い、そのAu導体層上にAu−Si箔を乗せ、さらに
Au−Si箔上に接触面積が8.55mm2、直径1.5mmのAgメッキ
したCu棒を乗せ、440℃の温度で接着した。
得られた各試料に対し、焼結体の組成をＸ線回折によ
り同定し、さらに熱伝導率、誘電率、誘電正接、固有抵
抗値を25℃において測定した。また、導体層の接着強度
は前記AgメッキしたCu棒を垂直に引っ張り、導体層が剥
がれる時の強度を測定した。
り同定し、さらに熱伝導率、誘電率、誘電正接、固有抵
抗値を25℃において測定した。また、導体層の接着強度
は前記AgメッキしたCu棒を垂直に引っ張り、導体層が剥
がれる時の強度を測定した。
また、第１表中、試料番号22,23,24はカーボン炉内で
焼成した。
焼成した。
結果は第１表に示した。
第１表によれば、酸化処理を全くせずに導体層を形成
した試料No.9では接着強度は0.1Kg/mm2以下であり、殆
ど実用に耐えないのに対し、母材中に前述した金属ある
いは金属化合物を含有しない試料No.8、18、28は酸化膜
形成してもその導体層の接着強度はせいぜい2.0Kg/mm2
であり、試料No.9に比較すると効果は認められるが、接
着強度としては不十分である。
した試料No.9では接着強度は0.1Kg/mm2以下であり、殆
ど実用に耐えないのに対し、母材中に前述した金属ある
いは金属化合物を含有しない試料No.8、18、28は酸化膜
形成してもその導体層の接着強度はせいぜい2.0Kg/mm2
であり、試料No.9に比較すると効果は認められるが、接
着強度としては不十分である。
これに対し、母材中に前述したような金属を含有する
本発明品はいずれも高い接着強度を示したが、酸化処理
による酸化膜の厚みが0.05μｍより薄い試料No.10や、
膜厚が５μｍより厚い試料No.19,20,21はいずれも接着
強度が低くなった。
本発明品はいずれも高い接着強度を示したが、酸化処理
による酸化膜の厚みが0.05μｍより薄い試料No.10や、
膜厚が５μｍより厚い試料No.19,20,21はいずれも接着
強度が低くなった。
なお、母材中に金属化合物を含有させた場合、試料N
o.31,34に示すようにその量が多すぎると特性は劣化す
る。
o.31,34に示すようにその量が多すぎると特性は劣化す
る。
（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の窒化アルミニウム質基
板によれば、母材である窒化アルミニウム質焼結体の熱
伝導率やその他の電気特性に何ら影響を及ぼすことな
く、その表面に形成される金属導体層の基板母材との接
着強度を高めることができ、これにより電子部品への適
用において信頼性を高めるとともに製造歩留りをも挙げ
ることができ、窒化アルミニウム質焼結体の基板として
の応用を大きく促進することができる。
板によれば、母材である窒化アルミニウム質焼結体の熱
伝導率やその他の電気特性に何ら影響を及ぼすことな
く、その表面に形成される金属導体層の基板母材との接
着強度を高めることができ、これにより電子部品への適
用において信頼性を高めるとともに製造歩留りをも挙げ
ることができ、窒化アルミニウム質焼結体の基板として
の応用を大きく促進することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/15 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｑ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/58 C04B 41/87 - 41/90
Claims (2)
- 【請求項１】窒化アルミニウムを主体とし、Ti、Ｖ、N
b、Mo、Ｗ、CoおよびNiの単体あるいはこれらの炭化
物、窒化物、硼化物、酸化物から選ばれる１種以上を含
有する焼結体の表面に酸化アルミニウムを主体とする厚
さ0.05〜５μｍの被覆層を形成したことを特徴とする窒
化アルミニウム質基板。 - 【請求項２】窒化アルミニウムを主体とし、Ti、Ｖ、N
b、Mo、Ｗ、CoおよびNiの単体あるいはこれらの炭化
物、窒化物、硼化物、酸化物から選ばれる１種以上を含
有する焼結体の表面に酸化アルミニウムを主体とする厚
さ0.05〜５μｍの被覆層および金属導体層を順次被覆形
成したことを特徴とする窒化アルミニウム質基板。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061780A JP2949296B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 窒化アルミニウム質基板 |
| US08/597,349 US5830570A (en) | 1989-12-19 | 1996-02-06 | Aluminum nitride substrate and process for preparation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2061780A JP2949296B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 窒化アルミニウム質基板 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022979A Division JP2949294B2 (ja) | 1989-12-19 | 1990-01-31 | 窒化アルミニウム質基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03228873A JPH03228873A (ja) | 1991-10-09 |
| JP2949296B2 true JP2949296B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=13180951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2061780A Expired - Lifetime JP2949296B2 (ja) | 1989-12-19 | 1990-03-13 | 窒化アルミニウム質基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2949296B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3961113B2 (ja) * | 1998-04-28 | 2007-08-22 | 京セラ株式会社 | 窒化アルミニウム質焼結体の製造方法 |
| JP4145097B2 (ja) * | 2001-08-20 | 2008-09-03 | 日本碍子株式会社 | 低誘電正接材料および炭化珪素焼結体の誘電正接を制御する方法 |
| JP6107503B2 (ja) * | 2013-07-22 | 2017-04-05 | 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 |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP2061780A patent/JP2949296B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03228873A (ja) | 1991-10-09 |
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