JP2001144447A - 窒化アルミニウム多層基板 - Google Patents
窒化アルミニウム多層基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化アルミニウム基板に高接合強度で高融点
金属層を形成することを可能にし、信頼性に優れた窒化
アルミニウム多層基板を提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウム基板４と、この窒化ア
ルミニウム基板４に接して設けられた高融点金属層５と
を具備する、同時焼成による窒化アルミニウム多層基板
である。高融点金属層５には、窒化アルミニウム基板の
構成材粒子６が分散析出しており、かつ窒化アルミニウ
ム基板４の界面近傍部には、高融点金属の微粒子７が分
散析出している。同時焼成時に相互拡散させた成分を冷
却過程で再結合させる。この再結合により、析出粒子
（６、７）が窒化アルミニウム基板４および高融点金属
層５それぞれに生成すると共に、再結合ＡｌＮが界面空
隙部３を埋める。これにより、連続した接合界面９が得
られる。
金属層を形成することを可能にし、信頼性に優れた窒化
アルミニウム多層基板を提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウム基板４と、この窒化ア
ルミニウム基板４に接して設けられた高融点金属層５と
を具備する、同時焼成による窒化アルミニウム多層基板
である。高融点金属層５には、窒化アルミニウム基板の
構成材粒子６が分散析出しており、かつ窒化アルミニウ
ム基板４の界面近傍部には、高融点金属の微粒子７が分
散析出している。同時焼成時に相互拡散させた成分を冷
却過程で再結合させる。この再結合により、析出粒子
（６、７）が窒化アルミニウム基板４および高融点金属
層５それぞれに生成すると共に、再結合ＡｌＮが界面空
隙部３を埋める。これにより、連続した接合界面９が得
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、同時焼成による窒化ア
ルミニウム多層基板に関する。
ルミニウム多層基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パワーＩＣ、高周波トランジスタ
等の大電流を必要とする半導体素子の発展に伴い、半導
体素子からの放熱量は増大する傾向にある。これによっ
て、使用する実装基板やパッケージには、熱伝導率が高
く、放熱性に優れるという特性が要求されている。この
ような基板に対する要求特性に対して、窒化アルミニウ
ム焼結体基板が注目されている。窒化アルミニウム基板
は、熱伝導率が酸化アルミニウム基板の約５倍以上と高
く放熱性に優れ、加えてＳｉチップに近似した低熱膨張
率を有する等の優れた特性を有している。
等の大電流を必要とする半導体素子の発展に伴い、半導
体素子からの放熱量は増大する傾向にある。これによっ
て、使用する実装基板やパッケージには、熱伝導率が高
く、放熱性に優れるという特性が要求されている。この
ような基板に対する要求特性に対して、窒化アルミニウ
ム焼結体基板が注目されている。窒化アルミニウム基板
は、熱伝導率が酸化アルミニウム基板の約５倍以上と高
く放熱性に優れ、加えてＳｉチップに近似した低熱膨張
率を有する等の優れた特性を有している。
【０００３】ところで、窒化アルミニウム基板を半導体
素子用の実装基板やパッケージ等として使用する場合に
は、回路の形成や電子部品の搭載部の形成等を目的とし
て、窒化アルミニウム基板の表面や内部に導電性を有す
る金属化層（メタライズ層）を形成することが不可欠と
されている。
素子用の実装基板やパッケージ等として使用する場合に
は、回路の形成や電子部品の搭載部の形成等を目的とし
て、窒化アルミニウム基板の表面や内部に導電性を有す
る金属化層（メタライズ層）を形成することが不可欠と
されている。
【０００４】上述したようなメタライズ層をセラミック
ス基板に形成する方法としては、例えばＷ、Ｍｏ、Ｗ−
Ｍｏ等の高融点金属を用いる方法が知られている。この
高融点金属法は、高融点金属粉末に樹脂接合剤や分散媒
を添加してペーストを作製し、この高融点金属ペースト
を基板上に印刷法等によって塗布した後、所定の温度で
焼成してメタライズ層を形成する方法である。ただし、
上述した窒化アルミニウムは、酸化アルミニウム等の酸
化物系セラミックスに比べて、金属との濡れ性や反応性
に劣るため、一般的な高融点金属法ではメタライズ層の
接合強度が極端に低いものとなってしまう。そこで、窒
化アルミニウム基板と高融点金属層の焼成を同時に行
う、いわゆる同時焼成法によりメタライズ層（高融点金
属層）を形成することが行われている。
ス基板に形成する方法としては、例えばＷ、Ｍｏ、Ｗ−
Ｍｏ等の高融点金属を用いる方法が知られている。この
高融点金属法は、高融点金属粉末に樹脂接合剤や分散媒
を添加してペーストを作製し、この高融点金属ペースト
を基板上に印刷法等によって塗布した後、所定の温度で
焼成してメタライズ層を形成する方法である。ただし、
上述した窒化アルミニウムは、酸化アルミニウム等の酸
化物系セラミックスに比べて、金属との濡れ性や反応性
に劣るため、一般的な高融点金属法ではメタライズ層の
接合強度が極端に低いものとなってしまう。そこで、窒
化アルミニウム基板と高融点金属層の焼成を同時に行
う、いわゆる同時焼成法によりメタライズ層（高融点金
属層）を形成することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、窒化
アルミニウムは金属との濡れ性や反応性に劣るため、同
時焼成法によって高融点金属層を窒化アルミニウム基板
に形成することが行われている。しかしながら、上記し
た同時焼成法を適用しても、必ずしも満足いくほどの接
合強度が得られているわけではない。すなわち、窒化ア
ルミニウム基板による半導体パッケージ等を作製する場
合、同時焼成法によって多層化した内部配線を形成して
いるが、個々の窒化アルミニウム層と高融点金属層（内
部配線層）との接合強度が不十分であるため、導通不良
を招いたり、パッケージの気密性が低下したり、さらに
はハガレ等の構造不良を招く等といった問題が生じてい
る。本発明は、このような課題に対処するためになされ
たもので、窒化アルミニウム基板に高接合強度で高融点
金属層を形成することを可能にし、信頼性に優れた窒化
アルミニウム多層基板を提供することを目的としてい
る。
アルミニウムは金属との濡れ性や反応性に劣るため、同
時焼成法によって高融点金属層を窒化アルミニウム基板
に形成することが行われている。しかしながら、上記し
た同時焼成法を適用しても、必ずしも満足いくほどの接
合強度が得られているわけではない。すなわち、窒化ア
ルミニウム基板による半導体パッケージ等を作製する場
合、同時焼成法によって多層化した内部配線を形成して
いるが、個々の窒化アルミニウム層と高融点金属層（内
部配線層）との接合強度が不十分であるため、導通不良
を招いたり、パッケージの気密性が低下したり、さらに
はハガレ等の構造不良を招く等といった問題が生じてい
る。本発明は、このような課題に対処するためになされ
たもので、窒化アルミニウム基板に高接合強度で高融点
金属層を形成することを可能にし、信頼性に優れた窒化
アルミニウム多層基板を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の窒化アル
ミニウム多層基板は、複数の窒化アルミニウム基板と、
前記窒化アルミニウム基板に接して設けられる内部配線
または表面配線としての高融点金属層とを具備する窒化
アルミニウム多層基板において、前記窒化アルミニウム
基板の接合界面から１０μｍ以内には前記高融点金属の
微粒子が析出していることを特徴としている。
ミニウム多層基板は、複数の窒化アルミニウム基板と、
前記窒化アルミニウム基板に接して設けられる内部配線
または表面配線としての高融点金属層とを具備する窒化
アルミニウム多層基板において、前記窒化アルミニウム
基板の接合界面から１０μｍ以内には前記高融点金属の
微粒子が析出していることを特徴としている。
【０００７】本発明における窒化アルミニウム基板とし
ては、焼結助剤を用いた通常の液相焼結法によるものが
用いられる。上記焼結助剤としては、ＣａＯ系やＹ２Ｏ
３系等が用いられる。なお、ＣａＯ系の焼結助剤は、Ｃ
ａＣＯ３として用いることも可能である。これら焼結助
剤は、窒化アルミニウム粉末に対して０．５〜１０重量
％程度の範囲で添加される。
ては、焼結助剤を用いた通常の液相焼結法によるものが
用いられる。上記焼結助剤としては、ＣａＯ系やＹ２Ｏ
３系等が用いられる。なお、ＣａＯ系の焼結助剤は、Ｃ
ａＣＯ３として用いることも可能である。これら焼結助
剤は、窒化アルミニウム粉末に対して０．５〜１０重量
％程度の範囲で添加される。
【０００８】また、高融点金属層の形成材料としては、
Ｗ、Ｍｏ、Ｗ−Ｍｏ等が用いられる。このような高融点
金属からなる導電層は、表面配線として窒化アルミニウ
ム基板の表面に形成してもよいし、また内部配線として
窒化アルミニウム基板の内部に形成してもよい。なお、
本発明における高融点金属層は、上記したような高融点
金属単体によって形成しなければならないものではな
く、他の添加物を含むことも可能である。
Ｗ、Ｍｏ、Ｗ−Ｍｏ等が用いられる。このような高融点
金属からなる導電層は、表面配線として窒化アルミニウ
ム基板の表面に形成してもよいし、また内部配線として
窒化アルミニウム基板の内部に形成してもよい。なお、
本発明における高融点金属層は、上記したような高融点
金属単体によって形成しなければならないものではな
く、他の添加物を含むことも可能である。
【０００９】本発明の窒化アルミニウム多層基板は、上
述した窒化アルミニウム基板と高融点金属層とを同時焼
成することにより一体化したものである。そして、上記
同時焼成時の条件を適切に制御することによって、高融
点金属層内に窒化アルミニウム基板の構成材による粒
子、すなわち窒化アルミニウムと焼結助剤成分とを主体
とする化合物粒子を分散析出させており、また窒化アル
ミニウム基板の接合界面から１０μｍ以内には高融点金
属の微粒子を分散析出させている。高融点金属層内にお
ける窒化アルミニウム基板の構成材粒子の析出量は、体
積比で１〜１０％程度とすることが好ましい。また、窒
化アルミニウム基板の接合界面から１０μｍ以内に析出
させる高融点金属微粒子の析出量は、体積比で０．２〜
２％程度とすることが好ましい。一般には後者の粒子の
方が小さい。
述した窒化アルミニウム基板と高融点金属層とを同時焼
成することにより一体化したものである。そして、上記
同時焼成時の条件を適切に制御することによって、高融
点金属層内に窒化アルミニウム基板の構成材による粒
子、すなわち窒化アルミニウムと焼結助剤成分とを主体
とする化合物粒子を分散析出させており、また窒化アル
ミニウム基板の接合界面から１０μｍ以内には高融点金
属の微粒子を分散析出させている。高融点金属層内にお
ける窒化アルミニウム基板の構成材粒子の析出量は、体
積比で１〜１０％程度とすることが好ましい。また、窒
化アルミニウム基板の接合界面から１０μｍ以内に析出
させる高融点金属微粒子の析出量は、体積比で０．２〜
２％程度とすることが好ましい。一般には後者の粒子の
方が小さい。
【００１０】高融点金属層中には、接合界面に向けてエ
ピタキシャル成長した窒化アルミニウム粒子が存在して
いることが好ましい。このようなエピタキシャル成長し
た窒化アルミニウム粒子が存在することによって、高い
接合強度を得ることが可能となる。また、高融点金属層
と窒化アルミニウム基板との接合界面には、空隙が存在
しないことが好ましい。接合界面の空隙を無くすことに
より、より高い接合強度を得ることが可能になる。
ピタキシャル成長した窒化アルミニウム粒子が存在して
いることが好ましい。このようなエピタキシャル成長し
た窒化アルミニウム粒子が存在することによって、高い
接合強度を得ることが可能となる。また、高融点金属層
と窒化アルミニウム基板との接合界面には、空隙が存在
しないことが好ましい。接合界面の空隙を無くすことに
より、より高い接合強度を得ることが可能になる。
【００１１】本発明の窒化アルミニウム基板は、上記し
た構成とすることで、例えば１６０ＭＰａ以上の４点曲
げ強度を得ることができる。
た構成とすることで、例えば１６０ＭＰａ以上の４点曲
げ強度を得ることができる。
【００１２】このような本発明の窒化アルミニウム多層
基板は、例えばＰＧＡ用多層基板として用いることが好
ましい。
基板は、例えばＰＧＡ用多層基板として用いることが好
ましい。
【００１３】次に、本発明の窒化アルミニウム多層基板
の製造方法について、図１を参照して詳述する。まず、
焼結助剤例えばＣａＯを含むＡｌＮグリーンシートと、
高融点金属ペースト例えばＷペーストとを用意する。Ａ
ｌＮグリーンシートは通常のドクターブレード法などに
より作製すればよい。また、高融点金属ペーストは、高
融点金属粉末に樹脂結合剤および必要に応じて分散媒や
可塑材を添加し、均一に分散させて所望の粘度のペース
トとして作製する。
の製造方法について、図１を参照して詳述する。まず、
焼結助剤例えばＣａＯを含むＡｌＮグリーンシートと、
高融点金属ペースト例えばＷペーストとを用意する。Ａ
ｌＮグリーンシートは通常のドクターブレード法などに
より作製すればよい。また、高融点金属ペーストは、高
融点金属粉末に樹脂結合剤および必要に応じて分散媒や
可塑材を添加し、均一に分散させて所望の粘度のペース
トとして作製する。
【００１４】上記したようなＡｌＮグリーンシートおよ
び高融点金属ペーストを用いて、図１（ａ）に示すよう
に、ＡｌＮグリーンシート１上に高融点金属ペースト２
を例えばスクリーン印刷法によって所要の形状に塗布す
る。また、ＡｌＮ多層配線基板を作製する場合には、複
数のＡｌＮグリーンシート１に高融点金属ペースト２を
それぞれ塗布した後、それらを所定の枚数積層する。こ
の際、高融点金属ペースト２を塗布した段階では、微視
的に見ると、ＡｌＮグリーンシート１と高融点金属ペー
スト２の塗布層との間に空隙３が存在し、必ずしも連続
的な界面が形成されているわけではない。
び高融点金属ペーストを用いて、図１（ａ）に示すよう
に、ＡｌＮグリーンシート１上に高融点金属ペースト２
を例えばスクリーン印刷法によって所要の形状に塗布す
る。また、ＡｌＮ多層配線基板を作製する場合には、複
数のＡｌＮグリーンシート１に高融点金属ペースト２を
それぞれ塗布した後、それらを所定の枚数積層する。こ
の際、高融点金属ペースト２を塗布した段階では、微視
的に見ると、ＡｌＮグリーンシート１と高融点金属ペー
スト２の塗布層との間に空隙３が存在し、必ずしも連続
的な界面が形成されているわけではない。
【００１５】次に、上記高融点金属ペースト２を塗布し
たＡｌＮグリーンシート１を所定の温度で焼成し、図１
（ｂ）に示すように、ＡｌＮ基板４と高融点金属層５と
を同時焼成によって形成する。ここで、本発明の窒化ア
ルミニウム多層基板を得るためには、ＡｌＮ基板４の構
成材料、すなわちＡｌ、Ｎ、焼結助剤成分（図中ではＣ
ａ）が高融点金属層５内に拡散すると共に、高融点金属
（図中ではＷ）がＡｌＮ基板４内に拡散し固溶するよう
に、焼成条件を設定することが重要である。具体的な焼
成条件としては、焼成温度を１７５０〜１９００℃程度
と高温に設定する。また、焼成時間は０．５〜１０時間
程度とすることが好ましい。このように高温焼成するこ
とによって、相互拡散が促進される。
たＡｌＮグリーンシート１を所定の温度で焼成し、図１
（ｂ）に示すように、ＡｌＮ基板４と高融点金属層５と
を同時焼成によって形成する。ここで、本発明の窒化ア
ルミニウム多層基板を得るためには、ＡｌＮ基板４の構
成材料、すなわちＡｌ、Ｎ、焼結助剤成分（図中ではＣ
ａ）が高融点金属層５内に拡散すると共に、高融点金属
（図中ではＷ）がＡｌＮ基板４内に拡散し固溶するよう
に、焼成条件を設定することが重要である。具体的な焼
成条件としては、焼成温度を１７５０〜１９００℃程度
と高温に設定する。また、焼成時間は０．５〜１０時間
程度とすることが好ましい。このように高温焼成するこ
とによって、相互拡散が促進される。
【００１６】この焼成工程の後に常温まで冷却するが、
この冷却工程においては図１（ｃ）に示すように、相互
拡散したＡｌ、Ｎおよび焼結助剤成分の固溶限が減少す
るため、再結合してＡｌＮ粒子６となり、また高融点金
属の微粒子７が十分に分散析出するように条件を設定す
る。焼成工程でＡｌＮ基板４と高融点金属５との間で各
構成元素を相互拡散させると共に、この相互拡散させた
成分が冷却工程で十分に析出するような条件を設定する
ことにより、さらに界面空隙部３内でＡｌＮがＣａを固
溶して再析出する。この再析出によって、図１（ｄ）に
示すように、界面空隙部３がＣａを含むＡｌＮ８により
埋められ、連続した界面９が形成される。なお、ＡｌＮ
８は高融点金属層５と一定の結晶方位関係をもつエピタ
キシャル成長をする。
この冷却工程においては図１（ｃ）に示すように、相互
拡散したＡｌ、Ｎおよび焼結助剤成分の固溶限が減少す
るため、再結合してＡｌＮ粒子６となり、また高融点金
属の微粒子７が十分に分散析出するように条件を設定す
る。焼成工程でＡｌＮ基板４と高融点金属５との間で各
構成元素を相互拡散させると共に、この相互拡散させた
成分が冷却工程で十分に析出するような条件を設定する
ことにより、さらに界面空隙部３内でＡｌＮがＣａを固
溶して再析出する。この再析出によって、図１（ｄ）に
示すように、界面空隙部３がＣａを含むＡｌＮ８により
埋められ、連続した界面９が形成される。なお、ＡｌＮ
８は高融点金属層５と一定の結晶方位関係をもつエピタ
キシャル成長をする。
【００１７】上記したＡｌＮ８のエピタキシヤル成長に
より形成された連続界面９は、高接合強度を有するた
め、高融点金属層５の信頼性（機械的強度、導通性、気
密性等）を大幅に高めることが可能となる。また、高融
点金属層５内に拡散した窒化アルミニウム基板の構成成
分は、高融点金属の焼結を促進するため、高融点金属層
５の焼結密度が高まり、より一層導通性の向上を因るこ
とができる。
より形成された連続界面９は、高接合強度を有するた
め、高融点金属層５の信頼性（機械的強度、導通性、気
密性等）を大幅に高めることが可能となる。また、高融
点金属層５内に拡散した窒化アルミニウム基板の構成成
分は、高融点金属の焼結を促進するため、高融点金属層
５の焼結密度が高まり、より一層導通性の向上を因るこ
とができる。
【００１８】
【実施例】 次に、本発明の実施例について説明する。
【００１９】実施例１ まず、平均粒径１．０μｍのＡｌＮ粉末に、焼結助剤と
して平均粒径０．５μｍのＣａＣＯ３粉末を、ＣａＯ換
算で１重量％添加、混合し、基板原料粉末を調整した。
次いで、この基板原料粉末に適量のＰＶＣ（ポリビニル
ブチラール）をバインダとして加え、十分に混練した
後、ドクターブレード法により厚さ０．４ｍｍのＡｌＮ
グリーンシートを８枚作製した。一方、平均粒径１．０
μｍのＷ粉末に、適量の樹脂バインダおよび分散媒を混
合して、Ｗペーストを作製した。
して平均粒径０．５μｍのＣａＣＯ３粉末を、ＣａＯ換
算で１重量％添加、混合し、基板原料粉末を調整した。
次いで、この基板原料粉末に適量のＰＶＣ（ポリビニル
ブチラール）をバインダとして加え、十分に混練した
後、ドクターブレード法により厚さ０．４ｍｍのＡｌＮ
グリーンシートを８枚作製した。一方、平均粒径１．０
μｍのＷ粉末に、適量の樹脂バインダおよび分散媒を混
合して、Ｗペーストを作製した。
【００２０】次に、上記した各ＡｌＮグリーンシートに
Ｗペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後
に積層一体化した。なお、Ｗペ一ストの塗布厚は約２０
μｍ（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内
に配置し、窒素雰囲気中で７００℃×３時間の条件にて
脱脂処理を行った後、焼成炉で１８００℃まで昇温し
た。この温度で６時間保持し、ＡｌＮグリーンシートと
Ｗの塗布層とを窒素雰囲気中で同時焼成した後、１５０
０℃まで１００℃／ｈｒの条件で冷却し、その後室温ま
で炉冷した。以上の工程により、ＡｌＮ基板内に内部配
線層としてＷ層が設けられた、ＰＧＡ用のＡｌＮ多層配
線基板（ＡｌＮメタライズ基板）を作製した。
Ｗペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後
に積層一体化した。なお、Ｗペ一ストの塗布厚は約２０
μｍ（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内
に配置し、窒素雰囲気中で７００℃×３時間の条件にて
脱脂処理を行った後、焼成炉で１８００℃まで昇温し
た。この温度で６時間保持し、ＡｌＮグリーンシートと
Ｗの塗布層とを窒素雰囲気中で同時焼成した後、１５０
０℃まで１００℃／ｈｒの条件で冷却し、その後室温ま
で炉冷した。以上の工程により、ＡｌＮ基板内に内部配
線層としてＷ層が設けられた、ＰＧＡ用のＡｌＮ多層配
線基板（ＡｌＮメタライズ基板）を作製した。
【００２１】このようにして得たＡｌＮ多層配線基板の
ＡｌＮ基板とＷ層との接合界面を、ＳＥＭにより観察す
ると共に、ＥＰＭＡ分析により面分析した。図２に、上
記ＡｌＮ多層配線基板の接合界面のＳＥＭ写真を示す。
また図３として、図２のＳＥＭ写真を模式化した図を示
す。
ＡｌＮ基板とＷ層との接合界面を、ＳＥＭにより観察す
ると共に、ＥＰＭＡ分析により面分析した。図２に、上
記ＡｌＮ多層配線基板の接合界面のＳＥＭ写真を示す。
また図３として、図２のＳＥＭ写真を模式化した図を示
す。
【００２２】図３から明らかなように、ＡｌＮ層１１間
に存在するＷ層１２内には、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３との複
合酸化物を含むＡｌＮ粒子１３が析出しており、またＡ
ｌＮ層１１内の界面近傍部にはＷの微粒子１４が析出し
ていた。また、ＥＰＭＡによる面分折から、上記ＡｌＮ
粒子１３の構成元素はＡｌ、Ｎ、ＣａおよびＯであり、
また微粒子１４の構成元素はＷであることを確認した。
そして、ＡｌＮ層１１とＷ層１２との接合界面１５は、
空隙等が存在しない連続した界面であることを確認し
た。なお、Ｗ層１２におけるＡｌＮ粒子１３の析出量は
体積比で５％で、ＡｌＮ層１１内のＷ微粒子１４の析出
量は体積比で１％であった。また、Ｗ微粒子１４は接合
界面１５から５〜６μｍの範囲に析出していた。
に存在するＷ層１２内には、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３との複
合酸化物を含むＡｌＮ粒子１３が析出しており、またＡ
ｌＮ層１１内の界面近傍部にはＷの微粒子１４が析出し
ていた。また、ＥＰＭＡによる面分折から、上記ＡｌＮ
粒子１３の構成元素はＡｌ、Ｎ、ＣａおよびＯであり、
また微粒子１４の構成元素はＷであることを確認した。
そして、ＡｌＮ層１１とＷ層１２との接合界面１５は、
空隙等が存在しない連続した界面であることを確認し
た。なお、Ｗ層１２におけるＡｌＮ粒子１３の析出量は
体積比で５％で、ＡｌＮ層１１内のＷ微粒子１４の析出
量は体積比で１％であった。また、Ｗ微粒子１４は接合
界面１５から５〜６μｍの範囲に析出していた。
【００２３】また、ＡｌＮ層１１内における接合界面１
５との近傍部分の結晶構造を調べるため、断面の断面の
高分解能ＴＥＭ観察を行った。その結果、接合界面１５
に向けてＡｌＮのエピタキシャル成長が生じていること
を確認した。
５との近傍部分の結晶構造を調べるため、断面の断面の
高分解能ＴＥＭ観察を行った。その結果、接合界面１５
に向けてＡｌＮのエピタキシャル成長が生じていること
を確認した。
【００２４】次に、上記ＡｌＮ多層配線基板におけるＡ
ｌＮ層とＷ層との接合強度を評価するために、ＡｌＮ基
板の表面にＷ層を上記実施例と同一条件の同時焼成によ
って形成した。そして、このＷ層の接合強度を、両側の
ＡｌＮに活性金属法でバルクＡｌＮを接合して曲げ試験
片を作製し、４点曲げ試験により測定したところ、１６
０ＭＰａという良好な結果が得られた。また、上記Ａｌ
Ｎ多層配線基板の導電性（Ｗ層）および気密性を４端子
法およびＨｅリーク試験により評価したところ、９〜１
０μΩｃｍおよび１×１０−５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃと
いう良好な結果が得られた。
ｌＮ層とＷ層との接合強度を評価するために、ＡｌＮ基
板の表面にＷ層を上記実施例と同一条件の同時焼成によ
って形成した。そして、このＷ層の接合強度を、両側の
ＡｌＮに活性金属法でバルクＡｌＮを接合して曲げ試験
片を作製し、４点曲げ試験により測定したところ、１６
０ＭＰａという良好な結果が得られた。また、上記Ａｌ
Ｎ多層配線基板の導電性（Ｗ層）および気密性を４端子
法およびＨｅリーク試験により評価したところ、９〜１
０μΩｃｍおよび１×１０−５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃと
いう良好な結果が得られた。
【００２５】また、本発明との比較として、助剤として
のＣａＣＯ３をＣａＯ換算で０．５重量％添加し、同時
焼成時の条件を１７００℃×３時間とすると共に、その
後の冷却を５００℃／ｈｒの条件で行う以外は、上記実
施例と同様にして、ＡｌＮ多層配線基板を作製した。こ
のＡｌＮ多層配線基板の界面構造についても、上記実施
例と同様に、ＳＥＭおよびＥＰＭＡ解析で調べたとこ
ろ、ＡｌＮ粒子およびＷ微粒子は各々ほとんど析出して
おらず、また接合界面には僅かな空隙が存在し、連続し
た界面は形成されていなかった。
のＣａＣＯ３をＣａＯ換算で０．５重量％添加し、同時
焼成時の条件を１７００℃×３時間とすると共に、その
後の冷却を５００℃／ｈｒの条件で行う以外は、上記実
施例と同様にして、ＡｌＮ多層配線基板を作製した。こ
のＡｌＮ多層配線基板の界面構造についても、上記実施
例と同様に、ＳＥＭおよびＥＰＭＡ解析で調べたとこ
ろ、ＡｌＮ粒子およびＷ微粒子は各々ほとんど析出して
おらず、また接合界面には僅かな空隙が存在し、連続し
た界面は形成されていなかった。
【００２６】また、上記比較例によるＡｌＮ多層配線基
板のＷ層の接合強度および導電性、さらに多層基板の気
密性を、実施例1と同様にして評価したところ、Ｗ層の
接合強度は８０ＭＰａ、Ｗ層の導電性は１３〜１５μΩ
ｃｍ、気密性は５×１０−５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃと、
いずれも実施例に比べて劣るものであった。
板のＷ層の接合強度および導電性、さらに多層基板の気
密性を、実施例1と同様にして評価したところ、Ｗ層の
接合強度は８０ＭＰａ、Ｗ層の導電性は１３〜１５μΩ
ｃｍ、気密性は５×１０−５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃと、
いずれも実施例に比べて劣るものであった。
【００２７】実施例２ 平均粒径１．０μｍのＡｌＮ粉末に、焼結助剤として平
均粒径１．０μｍのＹ ２Ｏ３粉末を２重量％添加、混合
し、基板原料粉末を調整した。次いで、この基板原料粉
末に適量のＰＶＣをバインダとして加え、十分に混練し
た後、ドクターブレード法により厚さ０．４ｍｍのＡｌ
Ｎグリーンシートを８枚作製した。一方、平均粒径１．
０μｍのＷ粉末に、適量の樹脂バインタおよび分散媒を
混合して、Ｗペーストを作製した。
均粒径１．０μｍのＹ ２Ｏ３粉末を２重量％添加、混合
し、基板原料粉末を調整した。次いで、この基板原料粉
末に適量のＰＶＣをバインダとして加え、十分に混練し
た後、ドクターブレード法により厚さ０．４ｍｍのＡｌ
Ｎグリーンシートを８枚作製した。一方、平均粒径１．
０μｍのＷ粉末に、適量の樹脂バインタおよび分散媒を
混合して、Ｗペーストを作製した。
【００２８】次に、上記した各ＡｌＮグリーンシートに
Ｗペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後
に積層一体化した。なお、Ｗペーストの塗布厚は約２０
μｍ（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内
に配置し、窒素雰囲気中で７００℃×３時間の条件にて
脱脂処理を行った後、焼成炉で１８００℃まで昇温し
た。この温度で６時間保持し、ＡｌＮグリーンシートと
Ｗの塗布層とを窒素雰囲気中で同時焼成した後、１５０
０℃まで１００℃／ｈｒの条件で冷却し、その後室温ま
で炉冷した。以上の工程により、ＡｌＮ基板内に内部配
線層としてＷ層が設けられた、ＰＧＡ用のＡｌＮ多層配
線基板（ＡｌＮメタライズ基板）を作製した。
Ｗペーストをそれぞれスクリーン印刷し、乾燥させた後
に積層一体化した。なお、Ｗペーストの塗布厚は約２０
μｍ（乾燥後）とした。次いで、この積層体を脱脂炉内
に配置し、窒素雰囲気中で７００℃×３時間の条件にて
脱脂処理を行った後、焼成炉で１８００℃まで昇温し
た。この温度で６時間保持し、ＡｌＮグリーンシートと
Ｗの塗布層とを窒素雰囲気中で同時焼成した後、１５０
０℃まで１００℃／ｈｒの条件で冷却し、その後室温ま
で炉冷した。以上の工程により、ＡｌＮ基板内に内部配
線層としてＷ層が設けられた、ＰＧＡ用のＡｌＮ多層配
線基板（ＡｌＮメタライズ基板）を作製した。
【００２９】このようにして得たＡｌＮ多層配線基板の
ＡｌＮ基板とＷ層との接合界面を、ＳＥＭにより観察す
ると共に、ＥＰＭＡ解析により面分析した。その結果、
ＳＥＭの２次電子像は実施例１と類似のものが得られ
ＡｌＮ層間に存在するＷ層内には、Ｙ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ
３との複合酸化物を含むＡｌＮ粒子が析出しており、ま
たＡｌＮ層内の界面近傍部にはＷの微粒子が析出してい
た。また、ＥＰＭＡによる面分析から、上記ＡｌＮ粒子
の構成元素はＡｌ、Ｎ、ＹおよびＯであり、また微粒子
の構成元素はＷであることを確認した。そして、ＡｌＮ
層とＷ層との接合界面は、空隙等が存在しない連続した
界面であることを確認した。なお、Ｗ層におけるＡｌＮ
粒子の析出量は体積比で６％で、ＡｌＮ層内のＷ微粒子
の析出量は体積比で１％であった。また、Ｗ微粒子は接
合界面５〜６μｍの範囲に析出していた。
ＡｌＮ基板とＷ層との接合界面を、ＳＥＭにより観察す
ると共に、ＥＰＭＡ解析により面分析した。その結果、
ＳＥＭの２次電子像は実施例１と類似のものが得られ
ＡｌＮ層間に存在するＷ層内には、Ｙ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ
３との複合酸化物を含むＡｌＮ粒子が析出しており、ま
たＡｌＮ層内の界面近傍部にはＷの微粒子が析出してい
た。また、ＥＰＭＡによる面分析から、上記ＡｌＮ粒子
の構成元素はＡｌ、Ｎ、ＹおよびＯであり、また微粒子
の構成元素はＷであることを確認した。そして、ＡｌＮ
層とＷ層との接合界面は、空隙等が存在しない連続した
界面であることを確認した。なお、Ｗ層におけるＡｌＮ
粒子の析出量は体積比で６％で、ＡｌＮ層内のＷ微粒子
の析出量は体積比で１％であった。また、Ｗ微粒子は接
合界面５〜６μｍの範囲に析出していた。
【００３０】また、ＡｌＮ層内における接合界面との近
傍部分の結晶構造を調べるため、断面の高分解能ＴＥＭ
観察を行った。その結果、接合界面に向けてＡｌＮのエ
ピタキシャル成長が生じていることを確認した。
傍部分の結晶構造を調べるため、断面の高分解能ＴＥＭ
観察を行った。その結果、接合界面に向けてＡｌＮのエ
ピタキシャル成長が生じていることを確認した。
【００３１】次に、上記ＡｌＮ多層配線基板におけるＡ
ｌＮ層とＷ層との接合強度を評価するために、ＡｌＮ基
板の表面にＷ層を上記実施例2と同一条件の同時焼成に
よって形成した。そして、このＷ層の接合強度を実施例
１と同様の手法により測定したところ、２００ＭＰａと
いう良好な結果が得られた。また、上記ＡｌＮ多層配線
基板の導電性（Ｗ層）および気密性を実施例１と同様の
手法により評価したところ、９〜１１μΩｃｍおよび１
×１０−５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃ以下という良好な結果
が得られた。
ｌＮ層とＷ層との接合強度を評価するために、ＡｌＮ基
板の表面にＷ層を上記実施例2と同一条件の同時焼成に
よって形成した。そして、このＷ層の接合強度を実施例
１と同様の手法により測定したところ、２００ＭＰａと
いう良好な結果が得られた。また、上記ＡｌＮ多層配線
基板の導電性（Ｗ層）および気密性を実施例１と同様の
手法により評価したところ、９〜１１μΩｃｍおよび１
×１０−５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃ以下という良好な結果
が得られた。
【００３２】また、本発明との比較（比較例2）とし
て、Ｙ２Ｏ３の添加量を２重量％に減らし、また同時焼
成時の条件を１７００℃×３時間とすると共に、その後
の冷却を５００℃／ｈｒの条件で行う以外は、上記実施
例２と同様にして、ＡｌＮ多層配線基板を作製した。こ
のＡｌＮ多層配線基板の界面構造についても、上記実施
例と同様に、ＳＥＭおよびＥＰＭＡ解析で調べたとこ
ろ、ＡｌＮ粒子およびＷ微粒子は各々ほとんど析出して
おらす、また接合界面には僅かな空隙が存在し、連続し
た界面は形成されていなかった。
て、Ｙ２Ｏ３の添加量を２重量％に減らし、また同時焼
成時の条件を１７００℃×３時間とすると共に、その後
の冷却を５００℃／ｈｒの条件で行う以外は、上記実施
例２と同様にして、ＡｌＮ多層配線基板を作製した。こ
のＡｌＮ多層配線基板の界面構造についても、上記実施
例と同様に、ＳＥＭおよびＥＰＭＡ解析で調べたとこ
ろ、ＡｌＮ粒子およびＷ微粒子は各々ほとんど析出して
おらす、また接合界面には僅かな空隙が存在し、連続し
た界面は形成されていなかった。
【００３３】また、上記比較例２によるＡｌＮ多層配線
基板のＷ層の接合強度および導電性、さらに多層基板の
気密性を、実施例１と同様にして評価したところ、Ｗ層
の接合強度は１００ＭＰａ、Ｗ層の導電性は１３〜１５
μΩｃｍ、気密性は５×１０ −５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃ
と、いずれも実施例２に比べて劣るものであった。
基板のＷ層の接合強度および導電性、さらに多層基板の
気密性を、実施例１と同様にして評価したところ、Ｗ層
の接合強度は１００ＭＰａ、Ｗ層の導電性は１３〜１５
μΩｃｍ、気密性は５×１０ −５ｃｃ ａｔｍ／ｓｅｃ
と、いずれも実施例２に比べて劣るものであった。
【００３４】上記した各実施例および比較例によるＡｌ
Ｎ多層配線基板の表面結果から分かるように、Ｗ層内に
ＡｌＮ粒子が分散析出し、かつＡｌＮ基板の界面近傍部
内にＷ微粒子が分散析出するよう、焼成条件およびその
後の冷却条件を設定することによって、Ｗ層の接合強度
を大幅に高めることができ、よって信頼性に優れたＡｌ
Ｎ多層配線基板（ＡｌＮメタライズ基板）を得ることが
可能となる。
Ｎ多層配線基板の表面結果から分かるように、Ｗ層内に
ＡｌＮ粒子が分散析出し、かつＡｌＮ基板の界面近傍部
内にＷ微粒子が分散析出するよう、焼成条件およびその
後の冷却条件を設定することによって、Ｗ層の接合強度
を大幅に高めることができ、よって信頼性に優れたＡｌ
Ｎ多層配線基板（ＡｌＮメタライズ基板）を得ることが
可能となる。
【００３５】なお、上記実施例では高融点金属層として
のＷ層をＡｌＮ多層基板内に形成した例について説明し
たが、Ｗ層をＡｌＮ基板の表面に形成したものについて
も、上記実施例と同様な効果が得られた。また、上記実
施例のＡｌＮ多層基板においては、各Ｗ層間を接続する
ビアホール（Ｗ充填）でも同様な界面構造が認められ
た。
のＷ層をＡｌＮ多層基板内に形成した例について説明し
たが、Ｗ層をＡｌＮ基板の表面に形成したものについて
も、上記実施例と同様な効果が得られた。また、上記実
施例のＡｌＮ多層基板においては、各Ｗ層間を接続する
ビアホール（Ｗ充填）でも同様な界面構造が認められ
た。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、窒
化アルミニウム基板と高融点金属層との接合強度を大幅
に向上させることが可能となるため、機械的強度、導通
性、気密性等に優れた窒化アルミニウム多層基板を提供
することができ、よって半導体パッケージや半導体実装
基板の信頼性向上に大きく寄与する。
化アルミニウム基板と高融点金属層との接合強度を大幅
に向上させることが可能となるため、機械的強度、導通
性、気密性等に優れた窒化アルミニウム多層基板を提供
することができ、よって半導体パッケージや半導体実装
基板の信頼性向上に大きく寄与する。
【図１】本発明の窒化アルミニウム多層基板の製造工程
の一例を模式的に示す断面図である。
の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例で作製した窒化アルミニウム
多層基板の接合界面を拡大して示すＳＥＭ写真である。
多層基板の接合界面を拡大して示すＳＥＭ写真である。
【図３】図2に示すＳＥＭ写真を模式化して示す図であ
る。
る。
１……ＡｌＮグリーンシート ２……高融点金属ペーストの塗布層 ３……界面空隙部 ４……ＡｌＮ基板 ５……高融点金属層 ６……ＡｌＮ基板の構成材による析出粒子 ７……高融点金属の析出微粒子 ８……エピタキシャル成長によるＡｌＮ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｈ０５Ｋ 1/09 Ｚ 3/38 3/38 Ｂ
Claims (5)
- 【請求項１】 複数の窒化アルミニウム基板と、前記窒
化アルミニウム基板に接して設けられる内部配線または
表面配線としての高融点金属層とを具備する窒化アルミ
ニウム多層基板において、 前記窒化アルミニウム基板の接合界面から１０μｍ以内
には前記高融点金属の微粒子が析出していることを特徴
とする窒化アルミニウム多層基板。 - 【請求項２】 ＰＧＡ用多層基板であることを特徴とす
る請求項１記載の窒化アルミニウム多層基板。 - 【請求項３】 前記高融点金属層中には、接合界面に向
けてエピタキシャル成長した窒化アルミニウム粒子が存
在することを特徴とする請求項１または請求項２記載の
窒化アルミニウム多層基板。 - 【請求項４】 前記高融点金属層と前記窒化アルミニウ
ム基板との接合界面には、空隙が存在しないことを特徴
とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の窒化アルミ
ニウム多層基板。 - 【請求項５】 同時焼成後の窒化アルミニウム多層基板
の４点曲げ強度が１６０ＭＰａ以上であることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項記載の窒化アルミニ
ウム多層基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287093A JP3658539B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 窒化アルミニウム多層基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287093A JP3658539B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 窒化アルミニウム多層基板 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02619892A Division JP3198139B2 (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | ＡｌＮメタライズ基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001144447A true JP2001144447A (ja) | 2001-05-25 |
| JP3658539B2 JP3658539B2 (ja) | 2005-06-08 |
Family
ID=18770901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287093A Expired - Lifetime JP3658539B2 (ja) | 2000-09-21 | 2000-09-21 | 窒化アルミニウム多層基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3658539B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245668A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Fujinon Corp | 電子内視鏡の撮像装置、および電子内視鏡 |
| JP2009034421A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Olympus Medical Systems Corp | 内視鏡 |
-
2000
- 2000-09-21 JP JP2000287093A patent/JP3658539B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008245668A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Fujinon Corp | 電子内視鏡の撮像装置、および電子内視鏡 |
| US8462202B2 (en) | 2007-03-29 | 2013-06-11 | Fujifilm Corporation | Imaging apparatus of electronic endoscope and electronic endoscope |
| JP2009034421A (ja) * | 2007-08-03 | 2009-02-19 | Olympus Medical Systems Corp | 内視鏡 |
| US8840545B2 (en) | 2007-08-03 | 2014-09-23 | Olympus Medical Systems Corp. | Endoscope |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3658539B2 (ja) | 2005-06-08 |
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