DE3534886C2

DE3534886C2 -

Info

Publication number: DE3534886C2
Application number: DE3534886A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Sugiura; Nobuyuki Yokohama Kanagawa Jp Mizunoya
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1988-04-28
Also published as: US4863658A; DE3534886A1

Description

Die Erfindung betrifft ein aus Aluminiumnitrid und nicht mehr als 5% eines Sinterhilfsstoffes bestehendes gesinter tes Keramiksubstrat für eine Kupferbeschichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Keramiksubstrats.

Aus der EP-OS 1 14 193 ist ein solches Keramiksubstrat be kannt. Das Substrat dient als Unterlage für elektronische Halbleiterschaltungen. Das Substrat zeichnet sich durch besonders gute Wärmeleitung und durch weitere vorteilhafte Eigenschaften aus.

Häufig wird bei solchen Substraten eine Kupferbeschichtung vorgesehen. Es hat sich nun aber gezeigt, daß solche Sub strate insbesondere dann, wenn sie als dünne Plättchen aus gebildet werden, sehr leicht wellig werden und sich verzie hen. Die dünnen Plättchen neigen zu Riß- und Bruchbildun gen. Ein gravierendes Problem ist die Kupferbeschichtung, da bei den bislang hergestellten Keramiksubstraten ein nur unzureichendes Haftvermögen für dünne Metall- insbesondere Kupferbeschichtungen festgelegt wurde. Zur Bildung von Leiterbahnmustern oder dergleichen ist es aber unerläßlich, daß die Metallbeschichtungen fest an der Substratoberfläche haften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Keramiksub strat der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem sichergestellt ist, daß die Kupferbeschichtung sich nicht von dem Substrat löst.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Substrats aus einer nicht mehr als 10 µm dicken Aluminiumoxidschicht besteht und die mit dem Kupfer in Berührung kommende Fläche eine maximale Oberflächen- Rauhigkeit von nicht mehr als 10 µm aufweist.

Ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Keramiksubstrats ist im Anspruch 3 angegeben.

Aus der obenerwähnten EP-OS 1 14 193 ist es bekannt, eine Oberfläche zu polieren. Dies heißt jedoch nicht, daß die Oberflächenrauhigkeit auf nicht mehr als 10 µm beschränkt werden muß.

Aus der US-PS 44 35 513, die auf eine frühere Erfindung der Anmelderin zurückgeht, ist ein gesinterter Aluminiumnitrid- Körper bekannt, jedoch ist hier über die Oberflächen-Rauh igkeit nichts ausgesagt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Erfindungsgemäß wird ein keramisches Pulver, das aus min destens 95%, vorzugsweise 96-99%, Aluminiumnitrid-Pulver und nicht mehr als 5%, vorzugsweise 1-4%, eines Sinter hilfsstoffs besteht, mit einem Bindemittel, wie z. B. Pa raffin und Allylharz und wahlweise mit einem organischen Lösungsmittel kombiniert. Das sich ergebende Gemisch wird zu Platten geformt, die nicht mehr als 2 mm dick sind, insbesondere 0,3-1 mm dick sind. Dies geschieht nach dem Preßformverfahren, nach dem Gleitgieß-Verfahren (slip casting), nach dem Rakel-Blatt-Verfahren oder nach irgend einem anderen bekannten Formverfahren.

Beispiele für das obenerwähnte Sinterhilfsmittel sind Oxide von seltenen Erden wie z. B. Yttriumoxid, Oxide von Aluminium, Magnesium, Kalzium, Strontium und Barium.

Die gesinterten Aluminiumnitrid-Platten wiesen praktisch keine Risse oder Brüche auf, weil die übereinanderliegen den Gemisch-Platten wirksam an einem gegenseitigen Ver schmelzen durch das während des Brennvorgangs dazwischen liegende Keramikpulver gehindert wurden.

Die gesinterten Aluminiumnitrid-Platten werden mit Alundum- Teilchen (ein Schmirgelmaterial) einer Maschen-Korngröße von 100 bis 1000 gehont oder mit Diamant-Teilchen einer Maschen-Korngröße von 100 bis 600 geschliffen, um das Ke ramikpulver zu beseitigen, welches an der Fläche haftet. Die Behandlung geschieht so lange, bis die Oberflächen rauhigkeit auf unterhalb von 10 µm (ausgedrückt in der ma ximalen Höhe Rmax) herabgesetzt ist.

Die nach dem oben beschriebenen Verfahren behandelten gesin terten Aluminiumnitrid-Platten erhalten eine oxidierte Oberfläche, die mit einer stabilen Tonerde- Schicht von 1 bis 10 µm Dicke überzogen wird, damit die Haftfähigkeit einer Leiterschicht an der Fläche verbessert wird. Die Tonerdeschicht kann dadurch gebildet werden, daß die Fläche in Luft oder einer anderen oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1000° bis 1400°C 0,5 bis 10 Stunden lang erwärmt wird.

Die Oberflächenrauhigkeit, die die gesinterten Aluminium nitrid-Platten haben müssen, schwankt in Abhängigkeit da von, für welche Verwendung die Platten vorgesehen sind. Dementsprechend beträgt die Oberflächenrauhigkeit nicht mehr als 5 µm, wenn die Platten Substrate für Dickschich ten aus Cu oder für Widerstände sind. Die Oberfächenrauhigkeit beträgt nicht mehr als 2 µm, wenn die Platten Substrate für Dünnschichten aus Cu sind. Sie beträgt nicht mehr als 6 µm, wenn die Platten Substrate sind, mit denen direkt Kupfermuster ver bunden werden sollen. Die Oberflächenrauhigkeit beträgt nicht mehr als 10 µm, wenn die Platten Substrate für Struk turen sind. Bei Substraten für Dickschichten soll die Ober flächenrauhigkeit nicht weniger als 2 µm betragen, weil zu starke Glätte zu einer Beeinträchtigung des Haftvermö gens von Schichten führt.

Beispiel

Eine Mischung, die erhalten wurde durch Kombinieren von einen Teilchendurchmesser von 1-2 µm aufweisendem und 3% Yttriumoxid enthaltendem Aluminiumnitrid-Pulver mit 7% Acrylharz als Bindemittel unter Zugabe eines organi schen Lösungsmittels, wurde zu einer Platte geformt, in Stickstoffgas bei etwa 700°C eine Stunde lang entfettet, unter atmosphärischem Druck ge brannt, gehont, um das Keramikpulver von der Oberfläche zu entfernen, und dann in Luft eine Stunde lang bei etwa 1200°C warmbehandelt, um ein flaches Keramiksubstrat aus Aluminiumoxidnitrid zu erhalten, welches eine etwa 8 µm starke stabilisierte Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche besaß und eine Oberflächenrauhigkeit von 5 µm (Rmax) enthielt.

Auf das Substrat wurde eine dünne, 0,3 mm starke Kupfer schicht aufgebracht und damit bei 1065-1080°C unter Zufuhr von Wärme verbunden, um das Substrat hinsichtlich des Haftvermögens der dünnen Kupferschicht an dem Substrat wie der elektrischen Eigenschaften zu testen. Als Haft stärke für das Kupfermaterial ergab sich ein Wert von etwa 2,5 kg/mm², und der elektrische Widerstand betrug etwa 2,0 Ω-cm.

Claims

1. Aus Aluminiumnitrid und nicht mehr als 5% eines Sinterhilfsstoffes bestehendes gesintertes Keramiksubstrat für eine Kupferbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats aus einer nicht mehr als 10 µm dicken Aluminiumoxidschicht besteht und die mit dem Kupfer in Berührung kommende Fläche eine maximale Oberflä chen-Rauhigkeit (Rmax) von nicht mehr als 10 µm aufweist.

2. Substrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterhilfsstoff Yttriumoxid ist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Keramiksubstrats für eine Kupferbeschichtung nach Anspruch 1, mit folgenden Schritten:
Formen einer Platte aus einem Pulvergemisch, welches aus Aluminiumnitrid-Pulver, nicht mehr als 5% eines Sinter hilfsstoffes und einem Bindemittel besteht,
Erhitzen der geformten Platte zum Zwecke der Entfet tung in einer Stickstoffatmosphäre bei ca. 700°C und
Sintern der entfetteten Platte in einer nichtoxidie renden Atmosphäre,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Honen der mit Kupfer zu beschichtenden Oberfläche der gesinterten Platte, um eine maximale Oberflächen-Rauhigkeit (Rmax) von nicht mehr als 10 µm zu erhalten, und
Wärmebehandeln der gehonten Platte bei einer Tempera tur von 1000 bis 1400°C in Luft für 0,5 bis 10 Stunden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterhilfsstoff aus Yttriumoxid besteht.