JP3016538B2 - Surface-treated aluminum nitride substrate - Google Patents

Surface-treated aluminum nitride substrate

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JP3016538B2
JP3016538B2 JP6147637A JP14763794A JP3016538B2 JP 3016538 B2 JP3016538 B2 JP 3016538B2 JP 6147637 A JP6147637 A JP 6147637A JP 14763794 A JP14763794 A JP 14763794A JP 3016538 B2 JP3016538 B2 JP 3016538B2
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oxide
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aluminum
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、新規な表面処理された
窒化アルミニウム基材に関する。詳しくは、メタライズ
層との高い接合力を実現した、表面処理された窒化アル
ミニウム基材である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel surface-treated aluminum nitride substrate. More specifically, it is a surface-treated aluminum nitride base material that achieves high bonding strength with a metallized layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の開発において、回路の
高集積化、小型化、軽量化、高速化、高出力化などの技
術動向に伴い、チップの発熱をいかに効率良く系外に逃
がすかが電子機器一般の問題として取り上げられるよう
になってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, in the development of electronic equipment, how to efficiently dissipate heat from a chip to the outside of the system in accordance with technological trends such as higher integration, smaller size, lighter weight, higher speed, and higher output of circuits. Has come to be taken up as a general problem of electronic equipment.

【0003】このような電子機器が抱える上記問題点を
解決するために好適な基材として、優れた熱伝導性を有
する窒化アルミニウム基材が注目されている。
[0003] As a suitable base material for solving the above-mentioned problems of such electronic equipment, an aluminum nitride base material having excellent thermal conductivity has attracted attention.

【0004】即ち、窒化アルミニウム基材は、熱伝導率
がアルミナ基材の約10倍あり、且つ、優れた電気絶縁
性、シリコンに近い熱膨張率、アルミナ基材と同等以上
の強度を保持していることから、放熱性に優れた電子機
器用基材として期待されている。
That is, an aluminum nitride base material has a thermal conductivity about 10 times that of an alumina base material, and has excellent electrical insulation, a thermal expansion coefficient close to that of silicon, and a strength equal to or higher than that of an alumina base material. Therefore, it is expected as a base material for electronic devices having excellent heat dissipation.

【0005】ところで、一般に電子機器用基材は、その
表面上に金、白金、銀ーパラジウム等のメタライズ成分
よりなるメタライズ層により電極、デバイス間の配線、
抵抗体などのパターンが形成される。
[0005] By the way, generally, a substrate for electronic equipment is provided with a metallized layer made of a metallized component such as gold, platinum, silver-palladium, etc. on its surface to form electrodes and wiring between devices.
A pattern such as a resistor is formed.

【0006】これらのパターンの形成は、通常、印刷法
によって行われる。即ち、電子機器用基材上にスクリー
ン印刷で所望のメタライズ層を形成するためのペースト
(以下、メタライズ層形成用ペーストという)を印刷
し、焼成することによって行われる。上記のメタライズ
層形成用ペーストは、主成分となるメタライズ組成を粉
末状としたものに数重量%の酸化物を添加し、さらに有
機バインダー、有機溶剤を分散させたもの、または、主
成分となるメタライズ組成の金属有機物と金属有機物の
添加剤を均一に溶解し、液状としたものが一般に使用さ
れる。
[0006] These patterns are usually formed by a printing method. That is, it is performed by printing and firing a paste for forming a desired metallized layer by screen printing on an electronic device base material (hereinafter, referred to as a metallized layer forming paste). The above-mentioned metallized layer forming paste is obtained by adding an oxide of several weight% to a powdery metallized composition as a main component and further dispersing an organic binder and an organic solvent, or becomes the main component. Generally, a metal organic compound having a metallized composition and an additive of the metal organic compound are uniformly dissolved to be in a liquid state.

【0007】しかしながら、上記方法により形成される
メタライズ層は、アルミナ基材に用いた場合、良好な接
合力が得られるものの、窒化アルミニウム基材に対して
は高い接合力が得られないという問題が生じる。
[0007] However, when the metallized layer formed by the above method is used for an alumina base material, a good bonding strength can be obtained, but a high bonding strength cannot be obtained for an aluminum nitride base material. Occurs.

【0008】上記問題点を解決する方法として、例えば
特開平01−24083号には、窒化アルミニウム基材
表面を酸化処理することによって酸化アルミニウムを形
成する方法が提案されている。また、特開平01−19
6149号には、窒化アルミニウム基材表面上に酸化ア
ルミニウム層よりなる結合層を介して酸化けい素からな
る表面層を形成する方法が提案されている。さらに、特
開平05−85869号には、窒化アルミニウム表面に
酸化処理によって酸化アルミニウムを形成した後、金属
アルコキシドを塗布、焼成することによって基材表面を
酸化物で被覆する方法が提案されている。
As a method of solving the above problems, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-24083 proposes a method of forming aluminum oxide by oxidizing the surface of an aluminum nitride base material. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 01-19 / 1990
No. 6149 proposes a method of forming a surface layer made of silicon oxide on a surface of an aluminum nitride substrate via a bonding layer made of an aluminum oxide layer. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-85869 proposes a method in which aluminum oxide is formed on the surface of aluminum nitride by an oxidation treatment, and then a metal alkoxide is applied and baked to coat the substrate surface with an oxide.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記方法のいずれもが
窒化アルミニウム基材表面に酸化アルミニウムを形成し
ているのは、現在市販されているメタライズ層形成用ペ
ーストの多くが、アルミナ基材を対象にしているからで
ある。
In any of the above methods, aluminum oxide is formed on the surface of an aluminum nitride substrate because most of the metallization layer forming pastes currently available on the market target an alumina substrate. Because it is.

【0010】しかし、窒化アルミニウム表面を酸化処理
することによって形成される酸化アルミニウム層は、市
販のアルミナ基板のようにペーストと強固に結合する助
剤等が含まれていないためその純度が高く、この表面に
形成されるメタライズ層との充分な接合力を得ることが
できない。
[0010] However, the aluminum oxide layer formed by oxidizing the surface of aluminum nitride does not contain an auxiliary agent or the like which is firmly bonded to the paste unlike a commercially available alumina substrate, and thus has a high purity. Sufficient bonding strength with the metallized layer formed on the surface cannot be obtained.

【0011】また、酸化アルミニウムが形成されると基
材表面の平滑性が失われ、これに薄膜用ペーストを用い
てパターン形成を行うと、パターンのゆがみや断線など
が生じる場合がある。
Further, when aluminum oxide is formed, the surface of the base material loses its smoothness, and when a pattern is formed using the thin film paste, pattern distortion or disconnection may occur.

【0012】一方、上記酸化処理によって形成された酸
化アルミニウムよりなる層上に酸化けい素や金属アルコ
キシドによって形成された中間層を設けた場合は、メタ
ライズ層との接合力は良好なものの、該中間層と酸化ア
ルミニウムとの界面が脆弱になり、該部分において剥離
が生じ易い。また、該中間層によっても酸化アルミニウ
ム層の形成によって失われた表面の平滑性を回復するこ
ともできない。
On the other hand, when an intermediate layer made of silicon oxide or metal alkoxide is provided on a layer made of aluminum oxide formed by the above-mentioned oxidation treatment, the bonding strength with the metallized layer is good, The interface between the layer and the aluminum oxide becomes brittle, and peeling is likely to occur at this portion. Also, the intermediate layer cannot restore the surface smoothness lost by the formation of the aluminum oxide layer.

【0013】従って、メタライズ層との接合力が高
く、基材表面の平滑性を失うことがなく、窒化アル
ミニウム基材から剥離しない表面処理層を有する表面処
理された窒化アルミニウム基材を開発することが大きな
課題であった。
Therefore, there is a need to develop a surface-treated aluminum nitride substrate having a surface treatment layer which has a high bonding strength with the metallized layer, does not lose the smoothness of the substrate surface, and does not peel off from the aluminum nitride substrate. Was a big challenge.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決した表面処理された窒化アルミニウム基材を開発
すべく研究を重ねた。その結果、窒化アルミニウム基材
の表面に、酸化けい素または特定割合の酸化アルミニウ
ムを含有する酸化けい素に、特定量の酸化イットリウム
および/または酸化カルシウムを含有させてなる表面処
理層を有する構造の表面処理された窒化アルミニウム基
材が、メタライズ層との接合力を著しく向上せしめ、窒
化アルミニウム基材からのメタライズ層の剥離を極めて
確実に防止することができること、更に、上記表面処理
層を形成する窒化アルミニウム基材の表層部に、薄い酸
化処理層を介することにより、基材表面の平滑性を失う
ことなく、上記接合力を一層向上できることを見い出
し、本発明を提案するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted research to develop a surface-treated aluminum nitride base material which has solved the above-mentioned problems. As a result, the surface of the aluminum nitride substrate has a surface treatment layer having a specific amount of yttrium oxide and / or calcium oxide added to silicon oxide or silicon oxide containing a specific ratio of aluminum oxide. The surface-treated aluminum nitride substrate significantly improves the bonding strength with the metallized layer, and can extremely reliably prevent the metallized layer from peeling off from the aluminum nitride substrate. Further, forming the surface-treated layer The present inventors have found that the bonding strength can be further improved without losing the smoothness of the surface of the substrate by interposing a thin oxidized layer on the surface layer portion of the aluminum nitride substrate, and the present invention has been proposed.

【0015】即ち、本発明は、窒化アルミニウム基材の
表面に、(1)酸化けい素または酸化けい素と該酸化け
い素との合計量に対して80重量%以下の割合の酸化ア
ルミニウム、及び(2)上記酸化けい素または酸化けい
素と酸化アルミニウムとの合計量に対して0.01〜2
重量%の酸化イットリウムおよび/または酸化カルシウ
ムよりなる層が形成されてなる表面処理された窒化アル
ミニウム基材、及び窒化アルミニウム基材の表面に、該
窒化アルミニウム基材の表層部に形成された厚さ1μm
以下の酸化処理層を介して、(1)酸化けい素または酸
化けい素と該酸化けい素との合計量に対して80重量%
以下の割合の酸化アルミニウム、及び(2)上記酸化け
い素または酸化けい素と酸化アルミニウムとの合計量に
対して0.01〜2重量%の酸化イットリウムおよび/
または酸化カルシウムよりなる層が形成されてなる表面
処理された窒化アルミニウム基材を提供するものであ
る。
That is, the present invention relates to (1) silicon oxide or aluminum oxide having a ratio of 80% by weight or less based on the total amount of silicon oxide and silicon oxide on the surface of the aluminum nitride base material; (2) 0.01 to 2 with respect to the above silicon oxide or the total amount of silicon oxide and aluminum oxide.
A surface-treated aluminum nitride substrate having a layer of yttrium oxide and / or calcium oxide in a weight%, and a thickness formed on a surface layer of the aluminum nitride substrate on the surface of the aluminum nitride substrate. 1 μm
(1) silicon oxide or 80% by weight based on the total amount of silicon oxide and silicon oxide through the following oxidation treatment layer;
Aluminum oxide in the following proportions: and (2) 0.01 to 2% by weight of yttrium oxide and / or silicon oxide or the total amount of silicon oxide and aluminum oxide.
Another object of the present invention is to provide a surface-treated aluminum nitride substrate having a layer made of calcium oxide formed thereon.

【0016】本発明において、窒化アルミニウム基材の
形状、大きさ等は特に制限されるものではなく、その用
途に対して適宜決定すればよい。例えば、厚みが0.1
mm以上、一般には、0.15〜20mmの板状体が使
用される。
In the present invention, the shape, size, and the like of the aluminum nitride substrate are not particularly limited, and may be determined as appropriate for the application. For example, if the thickness is 0.1
mm or more, and generally, a plate-like body of 0.15 to 20 mm is used.

【0017】また、上記窒化アルミニウム基材の表面荒
さをRaで0.1μm以下とすることが、これに形成さ
れる表面処理層の表面を平滑に維持するために好まし
い。
It is preferable that the surface roughness of the aluminum nitride substrate be 0.1 μm or less in terms of Ra in order to keep the surface of the surface treatment layer formed thereon smooth.

【0018】また、後記するように窒化アルミニウム基
材の表面に酸化処理層を設ける場合においても、該酸化
処理層は、1μm以下というわずかな厚みで十分効果を
発揮するため、かかる処理により窒化アルミニウム基材
表面の平滑性が失われることがない。
In the case where an oxidized layer is provided on the surface of the aluminum nitride base material as described later, the oxidized layer is sufficiently effective with a small thickness of 1 μm or less. The smoothness of the substrate surface is not lost.

【0019】従って、上記平滑面にあたっては、薄膜の
メタライズ層による微細パターンの形成が容易になると
いうメリットを生じる。
Accordingly, the smooth surface has an advantage that a fine pattern can be easily formed by a thin metallized layer.

【0020】本発明において、窒化アルミニウム基材の
表面に形成される表面処理層は、酸化けい素または特定
割合の酸化アルミニウムと酸化けい素、及び特定量の酸
化イットリウムおよび/または酸化カルシウムよりなる
ことが重要である。
In the present invention, the surface treatment layer formed on the surface of the aluminum nitride substrate is made of silicon oxide or a specific ratio of aluminum oxide and silicon oxide, and a specific amount of yttrium oxide and / or calcium oxide. is important.

【0021】即ち、かかる構成によりなる表面処理層
は、窒化アルミニウム基材または窒化アルミニウム基材
の表面に形成された酸化処理層に対して極めて高い接合
力を発揮することができる。
That is, the surface treatment layer having such a configuration can exhibit an extremely high bonding force to the aluminum nitride substrate or the oxidized layer formed on the surface of the aluminum nitride substrate.

【0022】上記表面処理層を構成する複合酸化物の組
成において、酸化けい素は、窒化アルミニウム基材また
は酸化処理層を有する窒化アルミニウム基材表面の平滑
性を損なうことなく、表面処理層とメタライズ層とを強
固に接合させるために重要な成分である。かかる作用
は、酸化けい素が酸化アルミニウム、酸化イットリウ
ム、酸化カルシウムを均一に混合、分散させる作用を有
するものと推定している。
In the composition of the composite oxide constituting the surface treatment layer, the silicon oxide can be metallized with the surface treatment layer without impairing the smoothness of the surface of the aluminum nitride substrate or the aluminum nitride substrate having the oxidation treatment layer. It is an important component for firmly bonding the layer. This effect is presumed to be such that silicon oxide has a function of uniformly mixing and dispersing aluminum oxide, yttrium oxide, and calcium oxide.

【0023】また、酸化アルミニウムは、表面処理層と
窒化アルミニウム基材または窒化アルミニウム基材の酸
化処理層とを均一に接合させることにより、より接合力
を向上させるために有効である。その添加量は酸化けい
素との合計量に対して80重量%以下の割合とすること
が望ましい。即ち、上記表面処理層において、酸化アル
ミニウムの割合が80重量%を越えた場合、メタライズ
層との接合力が低下するばかりでなく、表面処理層表面
の平滑性が損なわれる。
Aluminum oxide is effective for further improving the bonding strength by uniformly bonding the surface-treated layer and the aluminum nitride substrate or the oxidized layer of the aluminum nitride substrate. It is desirable that the amount of addition be 80% by weight or less based on the total amount of silicon oxide. That is, when the proportion of aluminum oxide in the surface treatment layer exceeds 80% by weight, not only the bonding strength with the metallized layer decreases, but also the smoothness of the surface treatment layer surface is impaired.

【0024】上記のように酸化アルミニウムを使用する
場合、表面処理層における酸化アルミニウムの割合は、
上記の範囲内であれば良いが、表面処理層の形成の容易
さ及び安定性から、特に、10〜75重量%の範囲であ
ることが好ましい。
When aluminum oxide is used as described above, the ratio of aluminum oxide in the surface treatment layer is as follows:
Although it may be within the above range, it is particularly preferably in the range of 10 to 75% by weight from the viewpoint of ease and stability of forming the surface treatment layer.

【0025】表面処理層を構成する酸化イットリウムお
よび/または酸化カルシウムは、窒化アルミニウム基材
及び窒化アルミニウム基材表面に形成される酸化処理層
との反応性が高いため、これを含む表面処理層と窒化ア
ルミニウム基材または窒化アルミニウム基材表面に形成
された酸化処理層との接合強度を高めるために特に重要
な成分である。その添加量は、酸化けい素または酸化け
い素と酸化アルミニウムの合計に対して0.01から
2.0重量%が必要である。
The yttrium oxide and / or calcium oxide constituting the surface treatment layer has high reactivity with the aluminum nitride base material and the oxidation treatment layer formed on the surface of the aluminum nitride base material. It is a particularly important component for increasing the bonding strength with the aluminum nitride substrate or the oxidized layer formed on the surface of the aluminum nitride substrate. The addition amount is required to be 0.01 to 2.0% by weight based on silicon oxide or the total of silicon oxide and aluminum oxide.

【0026】即ち、表面処理層において、酸化イットリ
ウムおよび/または酸化カルシウムが0.01重量%未
満の場合、窒化アルミニウム基材または酸化処理層を有
する窒化アルミニウムとの反応が不充分で接合力が低下
し、一方、酸化イットリウムおよび/または酸化カルシ
ウムの割合が2.0重量%を越えた場合、表面処理層内
での分散が不均一になって表面処理層の剥離を引き起こ
す。
That is, when the content of yttrium oxide and / or calcium oxide in the surface treatment layer is less than 0.01% by weight, the reaction with the aluminum nitride base material or aluminum nitride having the oxidation treatment layer is insufficient, and the bonding strength is reduced. On the other hand, when the proportion of yttrium oxide and / or calcium oxide exceeds 2.0% by weight, the dispersion in the surface treatment layer becomes uneven and the surface treatment layer is peeled off.

【0027】表面処理層における酸化イットリウムおよ
び/または酸化カルシウムは、どちらか一方のみが存在
していれば良いが、合計量が上記の範囲内であれば、両
者が同時に存在しても良い。また、酸化イットリウムお
よび/または酸化カルシウムの割合は、上記の範囲内で
あれば良いが、表面処理層の形成の容易さ及び安定性か
ら、特に、0.05〜1.5重量%の範囲であることが
好ましい。
It is sufficient that only one of yttrium oxide and / or calcium oxide in the surface treatment layer is present, but both may be present simultaneously if the total amount is within the above range. The ratio of yttrium oxide and / or calcium oxide may be within the above range, but is preferably in the range of 0.05 to 1.5% by weight from the viewpoint of ease and stability of forming the surface treatment layer. Preferably, there is.

【0028】本発明において、表面処理層の厚みは特に
制限されないが、一般に0.01〜0.2μm、好まし
くは0.03〜0.1μmに調整することが接合力を充
分発揮させるために好ましい。
In the present invention, the thickness of the surface treatment layer is not particularly limited, but is generally adjusted to 0.01 to 0.2 μm, preferably 0.03 to 0.1 μm, in order to sufficiently exert the bonding force. .

【0029】本発明において、表面処理層の形成方法
は、前記組成の複合酸化物を形成する方法であれば特に
制限されない。一般には、金属の有機または無機化合物
の溶液を、加水分解・重縮合反応によってゾルからゲル
と固化し、ゲルの加熱によって酸化物を作製するゾルー
ゲル法、得ようとする物質をいったん気相にし、基材上
で固相に戻す真空蒸着法、スパッタリング法などが採用
される。
In the present invention, the method for forming the surface treatment layer is not particularly limited as long as it is a method for forming a composite oxide having the above composition. In general, a solution of a metal organic or inorganic compound is solidified from a sol to a gel by a hydrolysis / polycondensation reaction, and a sol-gel method of producing an oxide by heating the gel, once the substance to be obtained is in the gas phase, A vacuum deposition method for returning to a solid phase on a substrate, a sputtering method, or the like is employed.

【0030】このうち、特にゾルーゲル法が、酸化イッ
トリウムや酸化カルシウムを表面処理層内により均一に
分散させ、表面処理層と窒化アルミニウム基材との接合
力を向上させることができ好ましい。
Among them, the sol-gel method is particularly preferable because yttrium oxide and calcium oxide can be more uniformly dispersed in the surface treatment layer and the bonding strength between the surface treatment layer and the aluminum nitride substrate can be improved.

【0031】上記ゾルーゲル法を使用した表面処理層の
形成方法をより具体的に説明すれば、例えば、前記特定
の組成に調整されたけい素、アルミニウム、イットリウ
ム及びカルシウムの金属アルコキシドを、乳酸エチルお
よびアセチルアセトン中に約80℃で溶解させ、これに
乳酸エチル、酢酸及び純水の混合液を滴下した後、スピ
ンコーターによって窒化アルミニウム基材表面に均一に
塗布し、400〜600℃で約30分乾燥させて表面処
理層を得る方法が挙げられる。
The method of forming the surface treatment layer using the sol-gel method will be described in more detail. For example, metal alkoxides of silicon, aluminum, yttrium and calcium adjusted to the above specific composition can be obtained by adding ethyl lactate and After dissolving in acetylacetone at about 80 ° C, a mixed solution of ethyl lactate, acetic acid and pure water is dropped, and then uniformly applied to the surface of the aluminum nitride substrate by a spin coater, and dried at 400 to 600 ° C for about 30 minutes. To obtain a surface treatment layer.

【0032】以上のように、本発明の表面処理層は、窒
化アルミニウム基材と直接に接合することができるが、
窒化アルミニウム基材表面に形成される酸化処理層を介
することにより、更に高い接合力を発揮する。
As described above, the surface treatment layer of the present invention can be directly bonded to an aluminum nitride substrate.
Through the oxidation treatment layer formed on the surface of the aluminum nitride base material, a higher bonding force is exhibited.

【0033】本発明において、窒化アルミニウム基材の
表面に形成される酸化処理層は、窒化アルミニウム基材
の表面層を酸化し、酸化アルミニウムに変化せしめたも
のであり、窒化アルミニウム基材と表面処理層との接合
力をより向上させるために必要である。
In the present invention, the oxidized layer formed on the surface of the aluminum nitride substrate is obtained by oxidizing the surface layer of the aluminum nitride substrate and converting it to aluminum oxide. It is necessary to further improve the bonding strength with the layer.

【0034】即ち、上記酸化処理層は窒化アルミニウム
自体が変化したものであるから基材との接合力は高く、
且つ、表面処理層との反応性も高いため、この表面処理
層に対しても良好な接合力を示すのであろう。
That is, since the above-mentioned oxidized layer is formed by changing aluminum nitride itself, the bonding strength with the base material is high.
In addition, since it has high reactivity with the surface treatment layer, it may exhibit good bonding strength to this surface treatment layer.

【0035】酸化処理層の厚みは、1μm以下とするこ
とが必要である。酸化処理層の厚みが1μmを越えた場
合、窒化アルミニウム基材表面の平滑性が失われ、薄膜
のメタライズ層形成用ペーストによるパターン形成が困
難になる。また、窒化アルミニウム基材との整合性が低
下し、基材から剥離しやすくなる。
The thickness of the oxidized layer needs to be 1 μm or less. If the thickness of the oxidized layer exceeds 1 μm, the smoothness of the aluminum nitride substrate surface is lost, and it becomes difficult to form a pattern using a thin metallized layer forming paste. In addition, the consistency with the aluminum nitride base material is reduced, and the aluminum nitride base material is easily separated from the base material.

【0036】酸化処理層の厚みは上記の範囲内であれば
よいが、好ましくは0.7μm以下、更に好ましくは、
0.005〜0.6μmに調整することが、窒化アルミ
ニウム基材表面の平滑性を充分に発揮させるために好ま
しい。
The thickness of the oxidized layer may be within the above range, preferably 0.7 μm or less, more preferably
It is preferable to adjust the thickness to 0.005 to 0.6 μm in order to sufficiently exhibit the smoothness of the aluminum nitride substrate surface.

【0037】酸化処理層の形成方法は、大気もしくは水
蒸気中で窒化アルミニウム基材を加熱する方法、薬品に
より腐食させる方法、プラズマ照射を行う方法など、窒
化アルミニウムを酸化アルミニウムに変える公知の方法
が特に制限なく採用される。
As the method of forming the oxidized layer, a known method of converting aluminum nitride to aluminum oxide, such as a method of heating an aluminum nitride substrate in air or water vapor, a method of corroding with a chemical, or a method of performing plasma irradiation, is particularly used. Adopted without restrictions.

【0038】そのうち、大気中での加熱による方法が本
発明の目的を達成するために最適である。かかる加熱温
度は、950〜1200℃が好適であり、酸化処理層の
厚みは、該加熱温度と加熱時間を調節することにより実
施することができる。
Among them, the method of heating in the air is most suitable for achieving the object of the present invention. The heating temperature is preferably 950 to 1200 ° C., and the thickness of the oxidation treatment layer can be adjusted by adjusting the heating temperature and the heating time.

【0039】本発明の表面処理された窒化アルミニウム
基材は、メタライズ層に対して高い接合力を有し、メタ
ライズ層を有する窒化アルミニウム基材を高い信頼性を
もって得ることができる。上記メタライズ層としては、
金、白金、銀ーパラジウム、銅等の電極、配線用材料
や、はんだ、モリブデンーマンガン等の接合用材料など
が挙げられる。
The surface-treated aluminum nitride substrate of the present invention has a high bonding strength to a metallized layer, and an aluminum nitride substrate having a metallized layer can be obtained with high reliability. As the metallization layer,
Examples include electrodes and wiring materials such as gold, platinum, silver-palladium and copper, and bonding materials such as solder and molybdenum-manganese.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明にかかる表面処理された窒化アルミニウム基材は、窒
化アルミニウム基材表面に、酸化けい素または特定割合
の酸化アルミニウムを含有する酸化けい素に特定量の酸
化イットリウムおよび/または酸化カルシウムを含有さ
せた表面処理層を、直接、もしくは窒化アルミニウム基
材表面に形成される酸化処理層を介して形成することに
より、電極や抵抗体などを形成するメタライズ層と強固
に接合することが可能である。
As will be understood from the above description, the surface-treated aluminum nitride substrate according to the present invention has a silicon oxide containing silicon oxide or a specific proportion of aluminum oxide on the surface of the aluminum nitride substrate. By forming a surface treatment layer containing a specific amount of yttrium oxide and / or calcium oxide in silicon directly or through an oxidation treatment layer formed on the surface of the aluminum nitride substrate, electrodes and resistors are formed. It can be firmly bonded to the metallized layer to be formed.

【0041】また、上記表面処理層は、窒化アルミニウ
ム基材および窒化アルミニウム基材表面を処理して形成
された酸化処理層に対しても高い接合力を有し、窒化ア
ルミニウム基材とメタライズ層との高い接合力を発揮す
ることができる。
The surface treatment layer also has a high bonding strength to an aluminum nitride substrate and an oxidized layer formed by treating the surface of the aluminum nitride substrate. High bonding force can be exhibited.

【0042】更に、窒化アルミニウム基材表面の平滑性
が保たれたまま表面処理層が形成されるため、薄膜のメ
タライズ層形成用ペーストによる微細なパターンも形成
することができる。
Further, since the surface treatment layer is formed while maintaining the smoothness of the surface of the aluminum nitride base material, a fine pattern can be formed by a paste for forming a metallized layer of a thin film.

【0043】従って、本発明の表面処理された窒化アル
ミニウム基材は、あらゆる材質、形状および寸法の抵抗
体や電極などを搭載する電子機器用の基材として幅広く
活用することができる。特に、窒化アルミニウムの熱伝
導率が非常に良好なことから、チップやデバイスなどの
発熱が機器に悪影響を及ぼす部材に対して用いるとその
効果は顕著である。
Therefore, the surface-treated aluminum nitride base material of the present invention can be widely used as a base material for electronic equipment on which resistors, electrodes and the like of any material, shape and size are mounted. In particular, since the thermal conductivity of aluminum nitride is very good, its effect is remarkable when it is used for a member such as a chip or a device in which heat generation adversely affects equipment.

【0044】[0044]

【実施例】本発明を具体的に説明するために以下の実施
例を挙げて説明するが、本発明は、これらの実施例に限
定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0045】なお、実施例および比較例における各種試
験は下記の方法によって行った。
Various tests in Examples and Comparative Examples were performed by the following methods.

【0046】(1)接合力測定試験 表面処理された窒化アルミニウム基材の表面全体に、金
ペーストをスクリーン印刷後、800℃で1時間焼成し
て金のメタライズ層を形成した。
(1) Bonding force measurement test A gold paste was screen-printed on the entire surface of the surface-treated aluminum nitride substrate, and then fired at 800 ° C. for 1 hour to form a gold metallized layer.

【0047】上記金ペーストは、厚膜ペースト(厚さ6
μm)と薄膜ペースト(厚さ0.8μm)をそれぞれ使
用した。
The gold paste is a thick film paste (thickness: 6)
μm) and a thin film paste (0.8 μm thick).

【0048】次に、上記金のメタライズ層表面にニッケ
ルめっきを施して接合力測定用試験体とした。なお、ニ
ッケルめっきを施した理由は、以下で用いるはんだが金
と直接反応し、合金化するのを防止するためである。ニ
ッケルめっきは電気めっき法によって行い、ニッケル浴
としてワット浴を用いた。ワット浴は、100ccの純
水に硫酸ニッケルを24g、塩化ニッケルを4.5g、
ほう酸を3gを加え、これを均一に攪拌することによっ
て作製した。めっき時の液温度は60℃とし、ニッケル
板を陽極に用いて、電圧1.5V、電流100mAでめ
っきを行った。ニッケルめっき層の厚みは1.0μmと
した。
Next, nickel plating was applied to the surface of the gold metallized layer to obtain a test piece for measuring the bonding strength. The reason why nickel plating is applied is to prevent the solder used below from directly reacting with gold and alloying. Nickel plating was performed by an electroplating method, and a Watts bath was used as a nickel bath. The Watts bath was composed of 24 g of nickel sulfate and 4.5 g of nickel chloride in 100 cc of pure water.
It was prepared by adding 3 g of boric acid and stirring it uniformly. The plating temperature was set to 60 ° C., and plating was performed at a voltage of 1.5 V and a current of 100 mA using a nickel plate as an anode. The thickness of the nickel plating layer was 1.0 μm.

【0049】ニッケルめっき後、断面積が1mm2のス
テンレス棒を、ニッケルめっき表面に対して垂直に取り
付けた。ステンレス棒とニッケルめっきの接合は、その
間にはんだを介在させることによって行った。はんだが
正しく装着されたことを確認した後、窒化アルミニウム
基材が動かないように固定し、引張試験機によってステ
ンレス棒を上方に引き上げ、表面処理された窒化アルミ
ニウム基材とステンレス棒が分離した瞬間の引張強度
を、金のメタライズ層との接合力とした。
After nickel plating, a stainless steel rod having a cross-sectional area of 1 mm 2 was mounted perpendicular to the nickel plating surface. The joining between the stainless steel bar and the nickel plating was performed by interposing a solder between them. After confirming that the solder has been installed correctly, fix the aluminum nitride substrate so that it does not move, pull up the stainless steel bar with a tensile tester, and instantly separate the surface-treated aluminum nitride substrate and stainless steel bar. Was defined as the bonding force between the gold and the metallized layer.

【0050】上記試験を同一の試験体に対して10回行
い、その平均を測定値とした。
The above test was performed 10 times on the same specimen, and the average was taken as the measured value.

【0051】(2)パターン精度試験 上記(1)の接合力測定試験と同様にして、表面処理さ
れた窒化アルミニウム基材の表面全体に、薄膜ペースト
(厚さ0.8μm)を使用して金のメタライズを形成
し、試験体とした。
(2) Pattern accuracy test In the same manner as in the bonding strength measurement test described in (1) above, gold was applied to the entire surface of the surface-treated aluminum nitride substrate using a thin film paste (0.8 μm thick). Was formed to obtain a test piece.

【0052】次に、得られた試験体の金のメタライズ層
表面に、ポジ型の厚膜レジスト材を膜厚が均一になるよ
うに塗布し、線幅5μm、線間隔5μmの線状パターン
が5本得られるように露光、現像した。
Next, a positive type thick film resist material was applied on the surface of the gold metallized layer of the obtained specimen so as to have a uniform thickness, and a linear pattern having a line width of 5 μm and a line interval of 5 μm was formed. Exposure and development were performed to obtain 5 lines.

【0053】現像終了後、得ようとするパターン以外の
部分の金を、イオンミリング法によって除去した。な
お、イオンミリング時の加速電圧は600W、導入ガス
はアルゴンとした。
After the development was completed, the gold other than the pattern to be obtained was removed by ion milling. The acceleration voltage during ion milling was 600 W, and the introduced gas was argon.

【0054】イオンミリング後の線状パターンを光学顕
微鏡によって観察し、断線やゆがみの有無を観察した。
断線やゆがみが存在しない場合は○、確認された場合は
×としてパターン精度を評価した。
The linear pattern after ion milling was observed with an optical microscope, and the presence or absence of disconnection or distortion was observed.
The pattern accuracy was evaluated as ○ when no disconnection or distortion was present, and as × when confirmed.

【0055】実施例1〜14 表1に示す表面処理層を有する窒化アルミニウム基材を
以下の方法によって製造した。
Examples 1 to 14 Aluminum nitride substrates having the surface treatment layers shown in Table 1 were produced by the following methods.

【0056】先ず、1インチ角、厚さ0.635mmの
窒化アルミニウム基材を研削してその形状を1インチ
角、厚さ0.5mmに仕上げた。該窒化アルミニウム基
材の表面荒さはRa0.05μmであった。
First, a 1-inch square, 0.635 mm thick aluminum nitride substrate was ground to finish the shape to a 1-inch square, 0.5 mm thick. The surface roughness of the aluminum nitride substrate was Ra 0.05 μm.

【0057】上記酸化処理層の表面全体に、表1の組成
になるように計量されたテトラエトキシシランおよびア
ルミニウムイソプロポキシドを含む乳酸エチル100g
と、表1の組成になるように計量された三塩化イットリ
ウムを含むエタノール10gを室温で均一に混合した
後、80℃まで昇温した。
100 g of ethyl lactate containing tetraethoxysilane and aluminum isopropoxide weighed to the composition shown in Table 1 over the entire surface of the oxidized layer.
And 10 g of ethanol containing yttrium trichloride weighed to have the composition shown in Table 1, were uniformly mixed at room temperature, and then heated to 80 ° C.

【0058】次に、アセチルアセトンを添加して80℃
で2時間環流下で攪拌した後、この溶液に乳酸エチル2
0g、純水0.9g、酢酸9gの混合液を適下して80
℃で2時間環流下で攪拌した。
Next, acetylacetone was added and the mixture was heated to 80 ° C.
After stirring under reflux for 2 hours, the solution was added with ethyl lactate 2
0 g, pure water 0.9 g, and acetic acid 9 g.
Stirred at reflux for 2 hours.

【0059】このようにして得られた金属アルコキシド
溶液を室温まで徐冷した後、スピンコーターによって所
定の速度で回転している窒化アルミニウム基材表面上に
0.5ml適下して、溶液を基材表面全体に塗布した。
After the metal alkoxide solution thus obtained was gradually cooled to room temperature, 0.5 ml of the solution was applied onto a surface of an aluminum nitride substrate rotating at a predetermined speed by a spin coater, and the solution was prepared. It was applied to the entire surface of the material.

【0060】溶液塗布後、500℃で30分乾燥させて
表面処理層とした。
After application of the solution, it was dried at 500 ° C. for 30 minutes to obtain a surface-treated layer.

【0061】また、表1の酸化カルシウムを含有する表
面処理層は、表1の組成になるように計量されたテトラ
エトキシシラン、アルミニウムイソプロポキシドおよび
ジメトキシカルシウムを、100gの乳酸エチル中に均
一に溶解させた後、80℃まで昇温した。次に、アセチ
ルアセトンを添加して80℃で2時間環流下で攪拌した
後、この溶液に乳酸エチル20g、純水0.9g、酢酸
9gの混合液を適下して80℃で2時間環流下で攪拌し
た。
The surface-treated layer containing calcium oxide shown in Table 1 was prepared by uniformly mixing tetraethoxysilane, aluminum isopropoxide and dimethoxycalcium in a composition shown in Table 1 in 100 g of ethyl lactate. After dissolution, the temperature was raised to 80 ° C. Next, acetylacetone was added thereto, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours under reflux. Then, a mixture of 20 g of ethyl lactate, 0.9 g of pure water and 9 g of acetic acid was appropriately added to the solution and refluxed at 80 ° C. for 2 hours. With stirring.

【0062】このようにして得られた金属アルコキシド
溶液を室温まで徐冷した後、スピンコーターによって、
所定の速度で回転している窒化アルミニウム基材表面上
に0.5ml適下して溶液を基材表面全体に塗布した。
溶液塗布後、500℃で30分乾燥させて表面処理層と
した。
After the metal alkoxide solution thus obtained was gradually cooled to room temperature, the solution was spin-coated.
The solution was applied to the entire surface of the aluminum nitride substrate by applying 0.5 ml onto the surface of the aluminum nitride substrate rotating at a predetermined speed.
After applying the solution, the solution was dried at 500 ° C. for 30 minutes to form a surface treatment layer.

【0063】以上のようにして得られた、表面処理され
た窒化アルミニウム基材につき、接合力測定試験及びパ
ターン精度試験を実施した。
A bonding force measurement test and a pattern accuracy test were performed on the surface-treated aluminum nitride base material obtained as described above.

【0064】その結果を表1に併せて示す。The results are shown in Table 1.

【0065】実施例15〜24 表2に示す表面処理層を有する窒化アルミニウム基材を
以下の方法によって製造した。
Examples 15 to 24 Aluminum nitride substrates having the surface treatment layers shown in Table 2 were produced by the following methods.

【0066】先ず、1インチ角、厚さ0.635mmの
窒化アルミニウム基材を研削して、その形状を1インチ
角、厚さ0.5mmに仕上げた。該窒化アルミニウム基
材の表面荒さはRa0.05μmであった。
First, a 1 inch square, 0.635 mm thick aluminum nitride substrate was ground to finish the shape to 1 inch square, 0.5 mm thick. The surface roughness of the aluminum nitride substrate was Ra 0.05 μm.

【0067】次に、この窒化アルミニウム基材を110
0℃の大気雰囲気に保たれたバッチ式電気炉内で所定の
時間加熱し、表2に示した厚みを持つ酸化処理層を得
た。
Next, this aluminum nitride base material was
Heating was carried out for a predetermined time in a batch-type electric furnace kept at 0 ° C. in the air atmosphere to obtain an oxidized layer having a thickness shown in Table 2.

【0068】さらに、実施例1〜14と同様にしてそれ
ぞれ調製した金属アルコキシド溶液を、同様な方法で該
酸化処理層の表面全体に塗布した後、1000℃で30
分乾燥させて表面処理層とした。
Further, the metal alkoxide solutions respectively prepared in the same manner as in Examples 1 to 14 were applied to the entire surface of the oxidized layer by the same method.
It was dried for a minute to form a surface-treated layer.

【0069】以上のようにして得られた、表面処理され
た窒化アルミニウム基材につき、接合力測定試験及びパ
ターン精度試験を実施した。
The bonding strength measurement test and the pattern accuracy test were performed on the surface-treated aluminum nitride base material obtained as described above.

【0070】その結果を表2に併せて示す。The results are shown in Table 2.

【0071】比較例1〜10 実施例1〜14と同様な窒化アルミニウム基材を使用
し、表面処理層に含まれる酸化イットリウムまたは酸化
カルシウムの割合が本発明の範囲を外れるように調製さ
れた金属アルコキシドの溶液を、実施例1〜14と同様
な方法で窒化アルミニウム基材表面上に塗布、乾燥させ
て表面処理層を形成した。
Comparative Examples 1 to 10 Metals prepared using the same aluminum nitride substrate as in Examples 1 to 14 so that the proportion of yttrium oxide or calcium oxide contained in the surface treatment layer is outside the range of the present invention. The alkoxide solution was applied on the aluminum nitride substrate surface in the same manner as in Examples 1 to 14, and dried to form a surface treatment layer.

【0072】以上のようにして得られた、表面処理され
た窒化アルミニウム基材につき、接合力測定試験及びパ
ターン精度試験を実施した結果を表1に併せて示す。
Table 1 also shows the results of a bonding strength measurement test and a pattern accuracy test performed on the surface-treated aluminum nitride base material obtained as described above.

【0073】比較例11〜18 層の厚みが、本発明の範囲を外れるように形成された酸
化処理層を有する窒化アルミニウム基材を作製し、その
表面に金属アルコキシド溶液を、実施例15〜24と同
様にして塗布、乾燥させて表面処理層を形成した。
Comparative Examples 11 to 18 An aluminum nitride substrate having an oxidized layer formed so that the thickness of the layer was out of the range of the present invention was prepared, and a metal alkoxide solution was applied to the surface thereof. Coating and drying were performed in the same manner as described above to form a surface treatment layer.

【0074】以上のようにして得られた、表面処理され
た窒化アルミニウム基材につき、接合力測定試験及びパ
ターン精度試験を実施した。
A bonding strength measurement test and a pattern accuracy test were performed on the surface-treated aluminum nitride base material obtained as described above.

【0075】その結果を表2に併せて示す。The results are shown in Table 2.

【0076】[0076]

【表1】 [Table 1]

【0077】[0077]

【表2】 [Table 2]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 41/87 C04B 41/89 C04B 41/90 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C04B 41/87 C04B 41/89 C04B 41/90

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】窒化アルミニウム基材の表面に、(1)酸
化けい素または酸化けい素と該酸化けい素との合計量に
対して80重量%以下の割合の酸化アルミニウム、及び
(2)上記酸化けい素または酸化けい素と酸化アルミニ
ウムとの合計量に対して0.01〜2重量%の酸化イッ
トリウムおよび/または酸化カルシウムよりなる層が形
成されてなる表面処理された窒化アルミニウム基材。
(1) silicon oxide or aluminum oxide in a proportion of not more than 80% by weight based on the total amount of silicon oxide and silicon oxide; A surface-treated aluminum nitride substrate comprising a layer of yttrium oxide and / or calcium oxide of 0.01 to 2% by weight based on silicon oxide or the total amount of silicon oxide and aluminum oxide.
【請求項2】窒化アルミニウム基材の表面に、該窒化ア
ルミニウム基材の表層部に形成された厚さ1μm以下の
酸化処理層を介して、(1)酸化けい素または酸化けい
素と該酸化けい素との合計量に対して80重量%以下の
割合の酸化アルミニウム、及び(2)上記酸化けい素ま
たは酸化けい素と酸化アルミニウムとの合計量に対して
0.01〜2重量%の酸化イットリウムおよび/または
酸化カルシウムよりなる層が形成されてなる表面処理さ
れた窒化アルミニウム基材。
2. A method comprising the steps of: (1) forming silicon oxide or silicon oxide on the surface of an aluminum nitride base material through an oxidation treatment layer having a thickness of 1 μm or less formed on a surface portion of the aluminum nitride base material; Aluminum oxide in a proportion of 80% by weight or less based on the total amount of silicon; and (2) oxidation of 0.01 to 2% by weight based on the total amount of the silicon oxide or silicon oxide and aluminum oxide. A surface-treated aluminum nitride substrate on which a layer made of yttrium and / or calcium oxide is formed.
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