JP2560451B2 - ＯイオンミキシングによるＡ▲ｌ▼Ｎセラミック材のＣｕメタライズ方法 - Google Patents
ＯイオンミキシングによるＡ▲ｌ▼Ｎセラミック材のＣｕメタライズ方法Info
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- JP2560451B2 JP2560451B2 JP63254532A JP25453288A JP2560451B2 JP 2560451 B2 JP2560451 B2 JP 2560451B2 JP 63254532 A JP63254532 A JP 63254532A JP 25453288 A JP25453288 A JP 25453288A JP 2560451 B2 JP2560451 B2 JP 2560451B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はイオンミキンシングによるAlNセラミック材
のCuメタライズ方法に関するものである。
のCuメタライズ方法に関するものである。
［従来の技術と問題点］ 高熱伝導率を有し、且つ絶縁物であるAlN（窒化アル
ミニウム）セラミック材は、ハイブリットICやプリント
基板として有望視されている。このセラミック材の表面
をメタライズする方法として、従来次の方法が採られて
いる。
ミニウム）セラミック材は、ハイブリットICやプリント
基板として有望視されている。このセラミック材の表面
をメタライズする方法として、従来次の方法が採られて
いる。
AlNセラミック基板表面を1000℃以上で酸化させてAl2
O3とし、この酸化層の上にMo−Mn法などでメタライズを
行う。
O3とし、この酸化層の上にMo−Mn法などでメタライズを
行う。
AlNセラミック基板にTiを蒸着し、その上にPt,Auを蒸
着、熱処理してメタライズを行う。
着、熱処理してメタライズを行う。
この方法によれば、密着強度は２〜5kg/mm2程度と推
定され、この密着強度は活性なTiがAlNセラミック基板
内に拡散してもたらされている。
定され、この密着強度は活性なTiがAlNセラミック基板
内に拡散してもたらされている。
上記の方法では、1000℃以上の高温プロセス処理を
伴うため高価となる。また、歪や歩留りのためにも高価
となる。の方法でも、300〜500℃のTi拡散の熱処理が
必要となる、またTiだけでははんだ付けやろう付けがで
きないので、その上にPt層やAu層を蒸着しており高価と
なる。
伴うため高価となる。また、歪や歩留りのためにも高価
となる。の方法でも、300〜500℃のTi拡散の熱処理が
必要となる、またTiだけでははんだ付けやろう付けがで
きないので、その上にPt層やAu層を蒸着しており高価と
なる。
これらの方法は、各原子の持っているエネルギーが非
常に小さいため、接触界面近傍でのミキンシング効果
（機械的接合効果）が十分期待できない。
常に小さいため、接触界面近傍でのミキンシング効果
（機械的接合効果）が十分期待できない。
［発明の構成］ 本発明は、セラミック材等に金属を蒸着しながら、ガ
スイオンビーム照射をおこなってセラミック材の表面に
Cuによるメタライズ層を作る方法に関するものである
が、特にAlNセラミック材を対象に、照射イオンとして
Ｏ（酸素）イオンの照射によって密着強度の大きいCuの
メタライズ層を形成するものである。
スイオンビーム照射をおこなってセラミック材の表面に
Cuによるメタライズ層を作る方法に関するものである
が、特にAlNセラミック材を対象に、照射イオンとして
Ｏ（酸素）イオンの照射によって密着強度の大きいCuの
メタライズ層を形成するものである。
以下本発明の実施について説明する。
第４図に本発明を実施する装置の概略図を示す。
真空チャンバー１の下部にバケット型イオン源４を備
え、中間に電子ビーム加熱式蒸発源３を備え、上部に試
料冷却型の回転式試料ホルダー２を備える。バケット型
イオン源４は、接地５、プラズマ電極６、フィラメント
８、アークチャンバ７、ガス導入口９等を備えたもので
ある。
え、中間に電子ビーム加熱式蒸発源３を備え、上部に試
料冷却型の回転式試料ホルダー２を備える。バケット型
イオン源４は、接地５、プラズマ電極６、フィラメント
８、アークチャンバ７、ガス導入口９等を備えたもので
ある。
ガスイオンはバケット型イオン源４より上方向に照射
され、蒸着金属は電子ビーム加熱式蒸発源３より上方に
放出され、ともに回転式試料ホルダー２に達する。前記
ホルダーにはセラミックが配置される。
され、蒸着金属は電子ビーム加熱式蒸発源３より上方に
放出され、ともに回転式試料ホルダー２に達する。前記
ホルダーにはセラミックが配置される。
また、第５図は、前記第４図のアークチャンバ７によ
るイオン源にかわるECR（エレクトロン・サイクロトロ
ン・レゾナンス）によるイオン源を示す。図示のように
直流磁石20の内側に上面にスリットを具える函21が配置
され、函21の下部はマイクロ導波管22と連結され、函21
の下部の原料ガス供給パイプ23より原料ガス、例えば
O2、又はO2＋Arが送られるようにする。
るイオン源にかわるECR（エレクトロン・サイクロトロ
ン・レゾナンス）によるイオン源を示す。図示のように
直流磁石20の内側に上面にスリットを具える函21が配置
され、函21の下部はマイクロ導波管22と連結され、函21
の下部の原料ガス供給パイプ23より原料ガス、例えば
O2、又はO2＋Arが送られるようにする。
直流磁石20の作る磁界中でマイクロ波によってO2は励
起され、Ｏイオンを出す。このＯを引出電極24によって
加速し、基板25を照射する。
起され、Ｏイオンを出す。このＯを引出電極24によって
加速し、基板25を照射する。
一般的に、セラミック材表面に対する金属の蒸着とイ
オン注入は、メタライジング中、すべての時間にわたっ
て終始行う必要はなく、初期にミキシング層を作る間の
み、同時に金属の蒸着とイオン照射とを機能させ、ある
いは交互に機能させ、その後は蒸着のみ機能させ、ろう
付けに必要な、あるいはろう付け強度を最大にするメタ
ライズ層の厚み、通常は数μまで蒸着を行うこともでき
るし、メタライジング中すべての時間にわたって双方を
機能させてもよい。しかし、終始イオン照射を行うと、
イオンによるメタライズ層のスパッタリングがおこり、
厚みの成長をおさえ、メタライズ層の強度劣化を招くお
それがある。
オン注入は、メタライジング中、すべての時間にわたっ
て終始行う必要はなく、初期にミキシング層を作る間の
み、同時に金属の蒸着とイオン照射とを機能させ、ある
いは交互に機能させ、その後は蒸着のみ機能させ、ろう
付けに必要な、あるいはろう付け強度を最大にするメタ
ライズ層の厚み、通常は数μまで蒸着を行うこともでき
るし、メタライジング中すべての時間にわたって双方を
機能させてもよい。しかし、終始イオン照射を行うと、
イオンによるメタライズ層のスパッタリングがおこり、
厚みの成長をおさえ、メタライズ層の強度劣化を招くお
それがある。
前記第３図に示す装置を使用し、第１段階として、Cu
蒸着とＯイオン照射を同時、又は交互に行い、第２段階
ではCu蒸着のみで膜厚を増加させた。
蒸着とＯイオン照射を同時、又は交互に行い、第２段階
ではCu蒸着のみで膜厚を増加させた。
基板：（AlN） イオン種:Oイオン チャンバ内真空度:10-6Torr 加速エネルギー:5〜25keV Ｏイオンのエネルギーは、10〜50keVの範囲とする
が、この低エネルギー側はイオンの引出し限界であり、
高エネルギー側は特に限定される根拠もないが、装置コ
スト面からのエネルギーレベルとなる。
が、この低エネルギー側はイオンの引出し限界であり、
高エネルギー側は特に限定される根拠もないが、装置コ
スト面からのエネルギーレベルとなる。
Ｏイオンの電荷は正、又は負、あるいは両者を混合し
たものでもよい。又、イオン源の特性上同時に電子線が
照射されてもよいが、本実施では正のＯイオンを主体と
するイオン源を用いた。
たものでもよい。又、イオン源の特性上同時に電子線が
照射されてもよいが、本実施では正のＯイオンを主体と
するイオン源を用いた。
Ｏイオンの照射量は、１×1014〜１×1018個/cm2の範
囲とする。ここで下限は酸素原子が界面に単原子層を形
成する条件であり、上限は酸素原子が他元素（Cu、Al）
と結合せず、過剰に存在してキヤビティーを形成する限
界濃度により決まる。
囲とする。ここで下限は酸素原子が界面に単原子層を形
成する条件であり、上限は酸素原子が他元素（Cu、Al）
と結合せず、過剰に存在してキヤビティーを形成する限
界濃度により決まる。
任意の速度で蒸発したCuは、５〜25keVで加速された
Ｏイオンと基板面で混合される。その際にCu原子はＯイ
オンによりスパッタもしくは内部に押し込まれる。この
ような相互運動をくりかえしながらミキンシング層が形
成される。ミキシング層の厚さはＯイオンが基板に到達
できる範囲に止め、その後のCu蒸着層の厚みに関しては
外部条件がミキンシング層に影響しないよう5000〜1000
0Åの厚さに設定する。
Ｏイオンと基板面で混合される。その際にCu原子はＯイ
オンによりスパッタもしくは内部に押し込まれる。この
ような相互運動をくりかえしながらミキンシング層が形
成される。ミキシング層の厚さはＯイオンが基板に到達
できる範囲に止め、その後のCu蒸着層の厚みに関しては
外部条件がミキンシング層に影響しないよう5000〜1000
0Åの厚さに設定する。
第１図は前記方法によってメタライズ層を形成したAl
Nセラミック材表層断面概念図である。図においてａはA
lNセラミック基板、ｂはAlNとCuとのミキンシング層、
ｃはCu蒸着層であり、ｂ＋ｃがCuメタライズ層である。
Nセラミック材表層断面概念図である。図においてａはA
lNセラミック基板、ｂはAlNとCuとのミキンシング層、
ｃはCu蒸着層であり、ｂ＋ｃがCuメタライズ層である。
［試験例］ 基板:AlN、加速エネルギー:25keV、チャンバー内真空
度10-6Torr、イオン種:OおよびAr、被膜種:Cu＋O+＋Cu
およびCu＋Ar+＋Cuで、試料を作成し、引張り試験には
セバスチャンIVを使用し、金属蒸着層表面に接着剤エポ
キシ系樹脂を塗布してアルミ製の引張棒を接着して試験
を行った。
度10-6Torr、イオン種:OおよびAr、被膜種:Cu＋O+＋Cu
およびCu＋Ar+＋Cuで、試料を作成し、引張り試験には
セバスチャンIVを使用し、金属蒸着層表面に接着剤エポ
キシ系樹脂を塗布してアルミ製の引張棒を接着して試験
を行った。
イオンの照射量については、注入深さのピークが基板
界面に到達した量をカウントすることでミキンシング層
形成に寄与した照射量と定義する。
界面に到達した量をカウントすることでミキンシング層
形成に寄与した照射量と定義する。
第２図、第３図に、Ｏイオン、Arイオン注入量（個/c
m2）に対する密着強度を（kg/mm2）を示している。
m2）に対する密着強度を（kg/mm2）を示している。
なお図で黒は接着剤破断、被覆剥離を示す。
第３図に示すArイオン照射のものはイオン照射量が１
×1015個/cm2台のとき、密着強度はほぼ２〜3kg/mm2で
被膜剥離を示し、１×1016個/cm2台では3.5〜4.5kg/mm2
で接着剤破断を示す。これに対しＯイオン照射のもの
は、照射量１×1016個/cm2のとき、7kg/mm2前後で接着
剤破断を示し、照射量２×1017個/cm2のとき、6.8〜5.8
kg/mm2で接着剤破断を示し、Ｏイオン照射による方が、
同一程度の照射量にもかかわらず、密着強度の高いミキ
ンシング層が得られることが分る。
×1015個/cm2台のとき、密着強度はほぼ２〜3kg/mm2で
被膜剥離を示し、１×1016個/cm2台では3.5〜4.5kg/mm2
で接着剤破断を示す。これに対しＯイオン照射のもの
は、照射量１×1016個/cm2のとき、7kg/mm2前後で接着
剤破断を示し、照射量２×1017個/cm2のとき、6.8〜5.8
kg/mm2で接着剤破断を示し、Ｏイオン照射による方が、
同一程度の照射量にもかかわらず、密着強度の高いミキ
ンシング層が得られることが分る。
推定ではあるが、Ｏイオンを照射した場合、化学結合
状態が変化し、密着強度が向上するものと理解される。
状態が変化し、密着強度が向上するものと理解される。
［発明の効果］ AlNは特にCuとぬれにくく、接合が困難であったが、
本発明方法のＯイオンを用いることで、機械的接合およ
び化学反応の両者が生じ、AlNとCuとの界面で大きな密
着力を得ることができる。
本発明方法のＯイオンを用いることで、機械的接合およ
び化学反応の両者が生じ、AlNとCuとの界面で大きな密
着力を得ることができる。
第１図は、本発明によって得られるAlNセラミック材の
表層断面概念図である。 第２図は、本発明実施による試験結果の一例を示す。 第３図は、Arイオン照射による試験結果の一例を示す。 第４図は、本発明を実施する装置の概略図を示す。 第５図は、ECRイオン源の概略図を示す。 １……真空チャンバー、２……回転式試料ホルダー、３
……電子ビーム加熱蒸発源、４……バケット型イオン
源、７……アークチャンバ、20……直流磁石、21……
函、22……マイクロ導波管。
表層断面概念図である。 第２図は、本発明実施による試験結果の一例を示す。 第３図は、Arイオン照射による試験結果の一例を示す。 第４図は、本発明を実施する装置の概略図を示す。 第５図は、ECRイオン源の概略図を示す。 １……真空チャンバー、２……回転式試料ホルダー、３
……電子ビーム加熱蒸発源、４……バケット型イオン
源、７……アークチャンバ、20……直流磁石、21……
函、22……マイクロ導波管。
Claims (2)
- 【請求項１】AlNセラミック材の表面にCu蒸着によってC
u層を形成しながら、該Cu層表面より前記AlNセラミック
材にＯイオンを照射することを特徴とするＯイオンミキ
シングによるAlNセラミック材のCuメタライズ方法。 - 【請求項２】Ｏイオンを１×1015〜２×1017個/cm2照射
することを特徴とする請求項（１）記載のＯイオンミキ
シングによるAlNセラミック材のCuメタライズ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254532A JP2560451B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | ＯイオンミキシングによるＡ▲ｌ▼Ｎセラミック材のＣｕメタライズ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63254532A JP2560451B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | ＯイオンミキシングによるＡ▲ｌ▼Ｎセラミック材のＣｕメタライズ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02302386A JPH02302386A (ja) | 1990-12-14 |
| JP2560451B2 true JP2560451B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=17266352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63254532A Expired - Fee Related JP2560451B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | ＯイオンミキシングによるＡ▲ｌ▼Ｎセラミック材のＣｕメタライズ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560451B2 (ja) |
-
1988
- 1988-10-07 JP JP63254532A patent/JP2560451B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02302386A (ja) | 1990-12-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |