JP3157520B2 - 窒化アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム基板の製造方法Info
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Description
ニウム基板の製造方法に関するものである。
ことが知られており、従来から、発熱量の大きなチップ
を搭載するための電子回路基板等に使用されている。し
かしながら、窒化アルミニウム基板は金属に対する濡れ
性に劣るため、例えば銅でその表面を直接メタライズす
ることにより、回路パターンを形成することが困難であ
った。
は、窒化アルミニウムを空気中で加熱して、その表面に
酸化層を形成した後、タフピッチ電解銅板を重ね合わせ
て、加熱処理することにより、窒化アルミニウム基板に
銅板を接合するようにした窒化アルミニウム基板の製造
方法が開示されている。
アルミニウム表面を強制的に酸化するものであるため、
銅板との接合面、即ち酸化層表面の平滑性が低下する。
それゆえ加熱接合の際に、窒化アルミニウム上の酸化層
と銅板とを確実に接触した状態で重ね合わせることが困
難になり、銅と酸化銅からなる共晶を、接合部に形成し
て、濡れ性を改善した状態で両者を接合させたとして
も、得られる結合強度は納得のいくものではなかった。
成に必要とされる酸素を、概ね窒化アルミニウム上の酸
化層から供給しようとするものである。そのため、必然
的に熱い酸化層を窒化アルミニウム上に形成する必要が
あり、熱伝導性等に優れるという窒化アルミニウム本来
の性質が損なわれる虞があった。
ム中に銅板と窒化アルミニウムとの、結合剤を酸化物の
形で添加したものに、タフピッチ電解銅板を重ね合わせ
て、加熱処理する窒化アルミニウム基板の製造方法も開
示されている。しかし、共晶形成に関与する酸素を十分
に供給するためには、結合剤である酸化物をより多く窒
化アルミニウムに添加する必要があり、前記の場合と同
様に熱伝導性等に優れるという窒化アルミニウム本来の
性質が損なわれ易いという問題があった。
果、窒化アルミニウム基材の表面にAl2O3、Y2O3及びSiO
2から選ばれた一つの酸化物の薄膜を形成し、酸化物の
薄膜に銅板を重ね合わせ、銅と酸化銅の共晶温度以上、
銅の融点未満の温度まで加熱することにより、前記薄膜
を介して窒化アルミニウム基板に銅板を接合すれば、熱
伝導性等に優れるという窒化アルミニウム基材本来の性
質を損なうことなく、銅板を強固に結合することが可能
であることを見出した。
て、その目的は、窒化アルミニウム基材が有する高熱伝
導性を損なうことなく銅に対する濡れ性を改善すること
により、銅板を簡単かつ確実に結合させることができる
と共に、両者間に十分な結合強度を確保することが可能
な窒化アルミニウム基板の製造方法を提供することにあ
る。
ム基材の表面にAl2O3、Y2O3及びSiO2から選ばれた一つ
の酸化物の薄膜をプラズマ溶射により形成する工程と、
酸化物の薄膜に銅板を重ね合わせる工程と、銅と酸化銅
の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで加熱すること
により、前記薄膜を介して窒化アルミニウム基材に銅板
を接合する工程とからなる。
から選ばれた一つの酸化物の薄膜を形成した後に、銅板
を重ね合わせることにより、酸化銅と銅との共晶形成に
必要とされる酸素を、確実に両者の接合面に供給するこ
とができる。そして、銅と酸化銅の共晶温度以上、銅の
融点未満の温度まで両者を加熱すると、窒化アルミニウ
ム基材と銅板との接合部分に銅、酸化銅、酸化物、及び
窒化アルミニウムを含む共晶が形成される。この場合、
共晶形成に必要とされる酸素は、主として前記酸化物の
薄膜から供給されるため、従来よりも効率よく共晶が形
成され、従って両者間に強固な結合が確保される。
膜は、Al2O3、Y2O3及びSiO2から選ばれた一つの酸化物
であることが望ましく、これらは一般に窒化アルミニウ
ム基材を焼成する際に添加される焼結助剤として知られ
ているものである。
が必要である。この方法は、低温にて簡単かつ確実に薄
膜を形成することができる。また、窒化アルミニウム基
板自体も高温にさらされることはないため、分解される
ことがない。他にスパッタリング、化学メッキ及びペー
スト塗布等の方法によっても、最終的には所望する銅板
及び窒化アルミニウムの結合を得ることは可能である
が、より均一かつ平滑な酸化物の薄膜が得られる点、形
成時に高温を要しない点からプラズマ溶射が好ましい。
望ましい。
接合に必要な酸素を薄膜から供給することができない。
一方、3.0μmを越える場合、形成した薄膜が剥離をお
こし易い。
望ましい。この酸化処理は、空気中にて約300℃で10分
間行われることが望ましく、この条件により銅板を処理
すれば、窒化アルミニウムに対する濡れ性に優れた酸化
銅層が銅板表面に形成される。
間が10分より短い場合には、銅板の酸化が十分でないた
め、接合のための酸素を供給することができない。一
方、前記処理温度を300℃より高く、及び前記処理時間
を10分より長くしたとしても、濡れに対する効果は顕著
でないばかりか、反って良電導性という銅本来の特性が
失われる。
るものであることが望ましい。前記条件を満たすものと
して、例えば酸素を含有するタフピッチ電解銅などが好
ましい。
合にし得るだけの酸素が供給されない。また、2000ppm
を越える酸素を含有していても、結合強度に大差がない
ばかりでなく、良電導性である銅を使用する意義が失わ
れるため好ましくない。
75℃の範囲であることが望ましい。即ち、最も高い温度
下でも銅板の大部分を固体状態に制御することが必要と
される。
との接合部分における銅、酸化銅、酸化物及び窒化アル
ミニウムを含む共晶形成が十分でないため、両者の結合
は弱くなる。1075℃を越える場合、即ち、銅の融点に近
づき、銅板が溶融しはじめて界面に銅、酸化銅、酸化物
及び窒化アルミニウムを含む共晶が形成されない。
性ガス雰囲気で行われることが望ましく、不活性ガスと
しては、窒素、アルゴン、ヘリウム等を使用することが
好ましい。
ス雰囲気中で行われる場合、銅板が過度に酸化されて膨
脹し、平滑な表面が形成されない。しかし、この条件に
従えば、接合処理後にも銅板全体が酸化されることはな
く、接合部分のみに酸化銅を形成でき、銅板表面の平滑
性が保持される。
合、銅板表面に形成される酸化被膜を除去する工程が更
に必要になるため好ましくない。
立って、予め表面に煮沸処理や酸素プラズマ処理及び紫
外線オゾン処理等が施されていることが望ましい。これ
により、前記窒化アルミニウム基材の表層に付着した不
純物が除去され、前記薄膜がより確実に形成される。
いて、図面に基づいて説明する。
り窒化アルミニウム基材1の表面にAl2O3薄膜2を約1
μm程度形成する。
ルミニウム基材1表面を煮沸洗浄しておく。次に、空気
中にて約300℃で10分間の条件で銅板3に酸化処理を行
い、一表面に酸化銅層4を形成する。続いて、窒化アル
ミニウム基材1上のAl2O3薄膜2と、銅板3の酸化銅層
4側とを接触させ、窒素ガス雰囲気中で1072℃に加熱す
る(第1図(b))。
状態を調査した。
ウム基材1と接合された銅板3との間には共晶層5が形
成され、この共晶層5が介在することで、両者が強固に
接合されていることが判明した。また、本実施例の窒化
アルミニウム基板の結合強度は10kgf/mm2、熱伝導係数
は180w/mkと大変優れたものであった。
について説明する。
基材1の表面にAl2O3薄膜2を形成する工程については
実施例1と同様である。
解銅板6を窒化アルミニウム基材1上のAl2O3薄膜2に
接触させ、窒素ガス雰囲気中で1072℃に加熱する。これ
らの一連の処理の後、ほぼ室温まで冷却して接合状態を
調査した。
銅板6との間には、実施例1と同様に共晶層が形成さ
れ、この共晶層の介在により、両者が強固に接合されて
いることが判明した。また、本実施例の窒化アルミニウ
ム基板の結合強度は10kgf/mm2、熱伝導係数は180w/mkと
大変優れたものであった。
明の趣旨を逸脱しない範囲内で以下のような態様にする
ことも可能である。
銅板3の酸化処理に代え、酸素以外の酸化性化合物を使
用し化学的に酸化銅層4を形成させてもよい。
接触面のみ酸化処理を施しているが、もし両面を酸化す
るほうがより簡便であれば、その方法にて酸化処理を行
っても差し支えない。
2O3を用いているが、他に例えば、バリウム、ストロン
チウム、イットリウム、カルシウム、ケイ素等の酸化物
を使用してもよい。また、これらの酸化物を2種以上併
用してもよい。
1の表面にAl2O3薄膜2を形成しているが、可能であれ
ば銅板3側、或いはタフピッチ電解銅板6側に形成して
もよい。
ム基板の製造方法によれば、窒化アルミニウム基材が有
する高熱伝導性等を損なうことなく銅に対する濡れ性を
改善することにより、銅板を簡単かつ確実に結合させる
ことができると共に、両者間に十分な結合強度を確保す
ることが可能な窒化アルミニウム基板の製造方法を提供
することができる。
ウム基板の製造工程を示す概略図、第2図は実施例2に
おける窒化アルミニウム基板の一製造工程を示す概略図
である。 1……窒化アルミニウム基材、2……Al2O3薄膜、3…
…銅板、4……酸化銅層、6……タフピッチ電解銅板。
Claims (4)
- 【請求項1】窒化アルミニウム基材の表面にAl2O3、Y2O
3及びSiO2から選ばれた一つの酸化物の薄膜をプラズマ
溶射により形成する工程と、 酸化物の薄膜に銅板を重ね合わせる工程と、 銅と酸化銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで加
熱することにより、前記薄膜を介して窒化アルミニウム
基材に銅板を接合する工程と からなる窒化アルミニウム基板の製造方法。 - 【請求項2】前記銅板は予め酸化処理が施されたもの、
或いは100〜2000ppmの酸素を含有するものである請求項
1に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。 - 【請求項3】前記共晶温度以上、銅の融点未満の温度は
1068℃〜1075℃の範囲である請求項1に記載の窒化アル
ミニウム基板の製造方法。 - 【請求項4】前記銅板の接合処理は、100ppm以下の酸素
を含む不活性ガス雰囲気で行われる請求項1に記載の窒
化アミニウム基板の製造方法。
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-
1990
- 1990-11-30 JP JP33778990A patent/JP3157520B2/ja not_active Expired - Lifetime
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