JP3518843B2 - Metallized substrate - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結体の貫通孔に
導電層が充填されてなる窒化アルミニウム焼結体の相対
する両面に導電パターンが形成され、該両面に存在する
導電パターンの少なくとも一部が導電層により電気的に
互いに接続されたメタライズ基板に関する。特に、高い
熱伝導率を有し、また貫通孔に充填された導電層と窒化
アルミニウム焼結体の密着が良好で、かつ該導電層に亀
裂を有しない窒化アルミニウム焼結体の相対する両面に
導電パターンが形成され、該両面に存在する導電パター
ンの少なくとも一部が導電層により電気的に互いに接続
されたメタライズ基板に関する。
【0002】
【従来の技術】窒化アルミニウム焼結体は、高い熱伝導
率を有し、電気絶縁性が良く、集積回路を形成するシリ
コン(Si)とほぼ同じ熱膨張率を有する等の優れた性
質を持つため、半導体回路部品の基板として使用されて
いる。焼結体の相対する両面に、金属層や抵抗体薄膜と
いった導電パターンが形成され、該両面に存在する導電
パターンの少なくとも一部が、焼結体の貫通孔に導電層
が充填されてなる、いわゆるビアにより、電気的に接続
された窒化アルミニウムメタライズ基板は、このビアを
中継して、半導体外部回路との間の電気的接続をとる半
導体搭載用基板等に利用される。
【0003】上記ビアを形成する方法の1つとして同時
焼成法が行われている。同時焼成法は導電層の焼成と、
基板の焼結を一回の焼成で同時に行う方法であり、基板
焼成後に導電層を焼成する方法に比べ、工程数が少ない
という有利な面を持っている。しかし、従来の窒化アル
ミニウムの同時焼成法では、導電層の焼成と基板の焼結
を同時に行うことからくる制約により、得られた焼結体
の熱伝導率はせいぜい、25℃で170W/mK程度で
あった。
【0004】一方、ビアを持たない窒化アルミニウム
(単体)を焼成する方法の1つとして2段焼成法が行わ
れている(特開平5−105525)。この方法では、
得られた焼結体の熱伝導率は25℃で200W/mK程
度と、高熱伝導の窒化アルミニウム焼結体を得ることが
できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記2段焼成
法でビアを有する窒化アルミニウム焼結体を作製し、そ
の焼結体を用いて、相対する両面に導電パターンが形成
され、該両面に存在する導電パターンの少なくとも一部
がビアによって電気的に接続されるように形成したメタ
ライズ基板を作製した場合、窒化アルミニウム焼結体と
ビアを形成する導電層との間に十分高い密着強度を得る
ことが難しいといった問題があった。また、窒化アルミ
ニウム基板内部にクラックが発生したり、あるいは、ビ
ア内部に亀裂が発生することにより、ビア及びビアと導
電パターン間の電気抵抗値が高くなったり、ビア上に形
成した導電パターンとビアの間の密着強度が低下する等
の問題があった。さらに上記の問題に加え、基板の反り
が大きいという問題点をも有していた。
【0006】したがって、高熱伝導率を有し、ビアを形
成する導電層と窒化アルミニウム焼結体との密着強度に
優れ、かつ窒化アルミニウム焼結体内部のクラックやビ
ア部の亀裂が無く、導電パターンとビア間の密着強度の
高い窒化アルミニウムメタライズ基板の開発が望まれて
いた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく研究を重ねた結果、上記したメタライズ基板
のクラックおよびビア部の亀裂の発生、基板の反りの増
加が、脱脂後の炭素の作用により生じるとの知見を得、
成形体の脱脂体の残留炭素率を特定の範囲に制御するこ
とにより、窒化アルミニウム基板内部のクラックおよび
ビア部の亀裂の発生、基板の反りの増加を抑えることが
でき、さらに上記した窒化アルミニウム焼結体とビアを
形成する導電層との密着強度が、脱脂体の残留炭素率、
導電ペーストへの窒化アルミニウム粉の添加量、2段焼
成法の温度範囲を各々特定の範囲に制御することにより
十分に強く、安定化させることができると共に、ビアを
有する窒化アルミニウムメタライズ基板の熱伝導率も十
分に高められることを見出し、本発明をここに提案する
に至った。
【0008】即ち、本発明は、窒化アルミニウム焼結体
の貫通孔に高融点金属100重量部及び窒化アルミニウ
ム2〜10重量部よりなる導電層が充填されてなる基板
において、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が190
W/mK以上であり、かつ窒化アルミニウム焼結体と導
電層との密着強度が5.0kg/mm2以上であり、該
基板の相対する両面に金属薄膜パターンが形成され、該
両面に存在する金属薄膜パターンの少なくとも一部が導
電層により電気的に互いに接続されてなる基板である。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において、窒化アルミニウ
ム焼結体の貫通孔に高融点金属100重量部及び窒化ア
ルミニウム2〜10重量部よりなる導電層が充填されて
なる基板とは、いわゆるビアを含む窒化アルミニウム焼
結体で、貫通孔のサイズは特に限定されないが、直径は
0.03〜0.50mmであり、貫通孔の長さと直径の
比(長さ/直径)は40以下である。また、導電層を構
成する物質は高融点金属であれば特に限定されないが、
通常タングステン、モリブデンなどの高融点金属であ
り、高融点金属100重量部に対して2〜10重量部の
窒化アルミニウムを含んでいる。導電層であるビアの全
体積が、ビアを含む窒化アルミニウム焼結体全体の体積
に対する割合は、特に限定されないが、通常0.1〜2
0%である。
【0010】本発明におけるビアを含む窒化アルミニウ
ム焼結体よりなる基板は、窒化アルミニウム焼結体の熱
伝導率が190W/mK以上で、かつ窒化アルミニウム
焼結体と導電層との密着強度が5.0kg/mm2以上
であることを特徴とする。
【0011】本発明における窒化アルミニウム基板は、
高融点金属からなるビアを含むいわば複合系であるた
め、それ自身の熱伝導率を正確に評価することは困難で
ある。よって、本発明においては、同一原料、同一脱脂
・焼成バッチのビアを有しない窒化アルミニウム基板の
熱伝導率をもって本発明の窒化アルミニウム焼結体の熱
伝導率とした。なお、本発明において、上記熱伝導率は
25℃で測定された熱伝導率である。
【0012】また、本発明における窒化アルミニウム焼
結体と導電層との密着強度とは、ビアの中央で基板を切
断し、この切断面に鏡面加工を施し、さらに該切断面上
にTi/Pt/Auの薄膜を形成後、先端が平坦なφ
0.5mmのピンをビア部表面に接触するように、垂直
に半田付けした後、このピンを垂直方向に引っ張った際
の破壊強度として測定された強度のことを言う。
【0013】従来、窒化アルミニウム焼結体の高熱伝導
化と、窒化アルミニウム焼結体と導電層との密着強度の
高強度化は、両立させるのが困難であった。しかし、本
発明の基板は、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が1
90W/mK以上であり、かつ窒化アルミニウム焼結体
と導電層との密着強度が5.0kg/mm2 以上と、基
板の高熱伝導化と導電層の密着の高強度化を両立させた
優れた基板である。さらに、製造条件をもっと好適な範
囲から選べば、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が2
00W/mK以上であり、かつ窒化アルミニウム焼結体
と導電層との密着強度が7.0kg/mm2以上、さら
には10.0kg/mm2以上の基板を得ることができ
る。
【0014】本発明において基板の両面に導電パターン
として金属薄膜パターンが形成される。該金属薄膜の構
成金属としては公知のものが特に制限なく使用できる
が、チタニウム(Ti)、クロム(Cr)、モリブデン
(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(A
l)、タンタル(Ta)、タングステンチタニウム(W
−Ti)、ニッケルクロム(Ni−Cr)、窒化タンタ
ル(Ta−N)は、窒化アルミニウム基板との密着性が
良好なため、好適に用いられる。
【0015】これら金属は、単独で用いても良いし、ま
たは、2種類以上を組み合わせて用いても良い。また、
導電パターンは単層でも良いし、2層以上を積層して用
いても良い。
【0016】2層以上積層して用いる場合は、前記した
金属が窒化アルミニウム基板との密着強度が良好なた
め、窒化アルミニウム基板に直接接する第1層に好適に
使用できる。これらの中でも特にTiは、高い密着強度
を安定して得られるために、より好適に用いられる。ま
たこれら第1層を接着層として用いる場合の膜厚は特に
制限されるものではないが、膜厚増加による密着強度の
信頼性の確保と膜厚低減に伴う成膜時間の短縮及び使用
原料の低減による経済的効果の兼ね合いから、通常は
0.01μm〜10μmの膜厚で用いられ、さらには0.
05μm〜5μmの膜厚でより好適に用いられる。
【0017】ここで、窒化アルミニウム焼結体と導電パ
ターンとの密着強度とは、導電パターンの最上層に、先
端が平坦なφ0.5mmのピンを垂直に半田付けした
後、このピンを垂直方向に引っ張った際の破壊強度とし
て測定された強度のことを言う。
【0018】第1層の上に積層する第2層の金属にも公
知の金属を使用できるが、2層積層膜の導電パターンを
用い、第2層が最上層となる場合には、白金(Pt)、
ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、
銀(Ag)、金(Au)の少なくとも1種が電気伝導性
が良好なため、好適に用いられる。これらの中でも特に
Pt、Pd、Ag、Auは耐食性が良好なため、より好
適に用いられる。また後述するように、第2層の上にさ
らに膜を積層し、3層以上の導電パターンとして用いる
場合には、第1層と第3層との間の元素の拡散を防止し
て、導電パターンと基板との間の安定した密着強度を確
保するために、拡散防止能の高いPt、Ni、Pd、
W、W−Ti、Moがより好適に用いられる。これら第
2層の膜厚としては特に制限されるものではないが、第
1層と同様な理由で、通常は0.05〜10μmの膜厚
で用いられ、さらには0.1〜5μmの膜厚でより好適
に用いられる。
【0019】更に、第2層上に第3層を積層する場合、
第3層としては公知の金属を使用することができ、例え
ば、Pt、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、の少なくと
も1種が電気伝導性が良好なため、好適に使用される。
またこれらの中でも特にPt、Pd、Ag、Auは耐食
性にも優れるので、より好適に用いられる。これら第3
層の膜厚としては特に制限されるものではないが、導電
率等の特性の安定性及び信頼性と経済的側面との兼ね合
いから、通常は0.05μm〜10μmの膜厚で用いられ
る。
【0020】またこれら前記最上層の金属層上に、半導
体素子等のはんだ付けを容易にするために、例えば、金
−錫(Au−Sn)系はんだ、鉛−錫(Pb−Sn)系
はんだ、金−シリコン(Au−Si)系はんだ、金−ゲ
ルマニウム(Au−Ge)系はんだといった、少なくと
も1種のはんだ層を積層、パターニングしても良い。さ
らには前記最上層の金属層と前記はんだ層の中間に、は
んだ材の拡散防止層を設けても良い。尚この拡散防止層
としては、拡散防止能が高いためにPt、Ni、Pd、
W、W−Ti、Moが好適に使用される。
【0021】更に、これら前記の導電パターンの、ある
特定のパターン間を、規定の電気抵抗値に保つために、
前記導電パターンの特定のパターンの間に、ある規定の
抵抗値で電気的に接続する抵抗体薄膜パターンを形成し
ても良い。この抵抗体薄膜パターンは、抵抗値の経時変
化が少なく、なおかつメタライズ基板の温度変化によっ
ても抵抗値が変化しないことが望ましい。
【0022】このパターンに用いる抵抗体薄膜の種類に
ついては特に制限されるものではないが、抵抗値の安定
性により一般的には、Ta−N、Ni−Cr等が好適に
用いられる。これらの合金の組成は抵抗値の温度変化の
少ない組成を選ぶことが望ましく、例えばTa−Nでは
Ta2N相を含む組成が好適に用いられる。またこれら
の抵抗体薄膜パターンの膜厚は、同じパターンサイズで
あっても、膜厚が薄ければ大きな抵抗値が得られ、膜厚
が厚ければ小さな抵抗値が得られることから、要求され
るパターンの大きさと抵抗値の大きさによって適宜選ば
れるが、抵抗値の安定性と経済的側面との兼ね合いか
ら、通常は0.01μm〜0.5μmの膜厚で用いられ
る。
【0023】次に、本発明の窒化アルミニウムメタライ
ズ基板の製造方法について説明する。
【0024】本発明において窒化アルミニウム成形体を
構成する窒化アルミニウム粉末は特に限定されず、公知
のものが使用できる。特に沈降法で測定した平均粒径が
5μm以下の粉末が好適に、3μm以下の粉末がさらに
好適に、0.5〜2μmの範囲にある粉末が最も好適に
使われる。また、比表面積から算出した平均粒径D1と
沈降法で測定した平均粒径D2とが下記式
0.2μm≦D1≦1.5μm
D2/D1≦2.60
を満足する窒化アルミニウム粉末は、焼成時における線
収縮率を小さくすることができ、焼結体の寸法安定性が
向上するばかりでなく導電ペースト層の線収縮率に近づ
くため、窒化アルミニウム焼結体と導電層との密着強度
を一層高めることができることにより好適に使用され
る。
【0025】また、上記窒化アルミニウム粉末は、酸素
含有が3.0重量%以下、かつ窒化アルミニウム組成を
AlNとするとき含有する陽イオン不純物が0.5重量
%以下、特に、酸素含有量が0.4〜1.0重量%の範
囲にあり、そして陽イオン不純物の含有量が0.2重量
%以下でありかつ陽イオン不純物のうちFe、Ca、S
i及びCの合計含有量が0.17重量%以下である窒化
アルミニウム粉末が好適である。このような窒化アルミ
ニウム粉末を用いた場合には、得られる窒化アルミニウ
ム焼結体の熱伝導率の向上が大きくなるために本発明で
好適に用いられる。
【0026】本発明において使用される焼結助剤は、公
知のものが特に制限なく使用される。具体的には、アル
カリ土類金属化合物、例えば酸化カルシウムなどの酸化
物、イットリウムまたはランタニド元素よりなる化合
物、例えば酸化イットリウムなどの酸化物等が好適に使
用される。
【0027】また、本発明において使用される有機結合
剤も公知のものが特に制限なく使用される。具体的に
は、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステ
ル等のアクリル樹脂、メチルセルロース、ヒドロキシメ
チルセルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテ
ートブチレート等のセルロース系樹脂、ポリビニルブチ
ラール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビ
ニル基含有樹脂、ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポ
リエチレンオキサイド等の含酸素樹脂などが一種または
二種以上混合して使用される。この中でアクリル樹脂
は、脱脂性が良好で、ビアの抵抗が低減できるため、好
適に使用される。その他溶媒、分散剤、可塑剤等、他の
成分も公知のものが特に制限なく使用される。
【0028】本発明において、窒化アルミニウム成形体
を構成する上記各成分の割合は、公知の配合割合が特に
制限なく採用される。例えば、窒化アルミニウム100
重量部に対して、焼結助剤0.01〜10重量部、有機
結合剤0.1〜30重量部が好適である。特に焼結助剤
2〜7重量部の場合、高熱伝導化に有利なため、好適に
使用される。また、これら各成分より窒化アルミニウム
成形体を作製する方法は特に限定されないが、一般的に
は、ドクターブレード方式によりグリーンシートとして
成形される。このグリーンシートは、単独で用いても良
いし、複数枚積層して用いても良い。
【0029】本発明において、導電ペーストを構成する
高融点金属粉末は、窒化アルミニウムの焼結温度より高
い融点を有するものであれば特に制限されない。具体的
には、タングステン、モリブデン等の金属が好適に使用
される。一般に好適に用いられる高融点金属粉末として
は、フィッシャー法で測定した平均粒径1〜2.5μm
であり、最も好適には、平均粒径1.6〜2.0μmの
範囲のものがビアの亀裂発生防止には効果的であるた
め、使用される。
【0030】また、導電ペーストに使用される窒化アル
ミニウム粉末は、公知のものが特に制限なく使用され
る。特に前記した窒化アルミニウム成形体において好適
に使用される性状の窒化アルミニウム粉は、高粉末融点
金属との焼結性が良く、導電層の密着性を向上させるの
に効果があると共に、窒化アルミニウム部分と導電層部
分との収縮率の差が減少し、焼結体の寸法安定性が向上
するので好適に使用される。
【0031】本発明において、導電ペーストは上記高融
点金属粉末100重量部に対して、2〜10重量部の窒
化アルミニウム粉末を配合した組成を有する。上記導電
ペーストの組成において、窒化アルミニウムの割合が2
重量部より少ない場合は、導電層と窒化アルミニウム焼
結体との密着強度が低くなったり、窒化アルミニウム基
板部分と導電層部分の収縮率の差が増加することによ
り、接合界面に隙間が生じる。また、窒化アルミニウム
が10重量部より多い場合は、導電ペーストの粘度が高
くなり充填性が悪化し、その結果発生したボイドにより
導電層と窒化アルミニウム焼結体との密着強度が低くな
ったり、導電層表面に窒化アルミニウムによる変色が発
生し易くなり、抵抗値が上昇する。なお、窒化アルミニ
ウム粉末の配合量が3〜7重量部の場合は、ビアとセラ
ミックスの焼成収縮率の差が非常に小さいために、ビア
周辺にかかる応力が小さく、かつビア電気抵抗が小さい
ため好適である。なお、上記高融点金属粉末および窒化
アルミニウム粉末との組成物をペースト状とするため、
一般に該組成物とポリアクリル酸エステル、ポリメタク
リル酸エステル等のアクリル系樹脂、メチルセルロー
ス、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、
ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート等
のセルロース系樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニ
ルアルコール、ポリ塩化ビニル等のビニル基含有樹脂、
ポリオレフィン等の炭化水素樹脂、ポリエチレンオキサ
イド等の有機結合剤、フタル酸−ジ−n−ブチル、ジエ
チレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、酢酸2
−(2−ブドキシエトキシ)エチル、テルピネオール等
の有機溶剤等とを混合して、適当な粘度、一般的には、
25℃/5rpmで、100〜30000ポイズ(po
ise)の粘度のペーストに調製される。導電ペースト
の調製に際しては、その他分散剤、可塑剤等、他の成分
も公知のものが特に制限なく使用される。
【0032】本発明においては、上記窒化アルミニウム
等よりなる成形体の貫通孔に上記導電ペーストを充填
し、ビアを有する成形体を得る。上記窒化アルミニウム
等よりなる成形体に貫通孔を形成する方法は、特に限定
されず、一般的に用いられている金型打ち抜き法やパン
チングマシンによる方法が使用される。上記貫通孔の大
きさも特に限定されないが、直径0.05〜0.50m
mの貫通孔は、貫通孔への導電ペーストの充填が容易
で、かつ窒化アルミニウム部分と導電層部分との収縮率
の釣り合いがとり易いため、好適に採用される。
【0033】また、前述の導電ペーストを上記窒化アル
ミニウム等よりなる成形体に形成した貫通孔に充填する
方法は、公知の方法が特に制限なく採用される。具体的
には、印刷法、圧入法などが使用されるが、貫通孔の長
さと直径の比(長さ/直径)が2.5より大きい場合
は、圧入法の方が充填しやすいため、好適に使用され
る。
【0034】本発明において上記ビアを有する窒化アル
ミニウム成形体は、窒化アルミニウム成形体中の残留炭
素率が800〜3000ppm、好ましくは1200〜
2500ppmの範囲となるように脱脂することが必要
である。即ち、残留炭素率が800ppmに満たない場
合、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が190W/m
Kより低い値になり、本発明の目的を達成することがで
きない。また、残留炭素率が3000ppmを越えた場
合、高融点金属粉の焼結性が悪くなることにより、窒化
アルミニウム焼結体と導電層間の均一かつ十分な密着強
度を得ることができない。また、窒化アルミニウム部分
にクラックが発生したり、窒化アルミニウム焼結体の基
板の反りが大きくなり、本発明の目的を達成することが
できない。
【0035】上記ビアを有する窒化アルミニウム成形体
の窒化アルミニウム成形体中の残留炭素率を800〜3
000ppmの範囲に脱脂する方法は特に制限されな
い。脱脂の雰囲気としては、高融点金属を酸化させる恐
れのある大気等の酸化性雰囲気を除けば、特に限定され
ない。具体的には、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活
性ガス雰囲気、水素等の還元性ガス雰囲気、それらの混
合ガス雰囲気、それらの加湿ガス雰囲気、真空などが好
適に使用される。
【0036】また、上記の脱脂温度は適宜選択される
が、通常500〜1200℃、好ましくは800〜10
00℃の温度が採用される。また、かかる温度への昇温
速度は、特に限定されるものでないが、一般的に10℃
/分以下が好ましい。
【0037】さらに、脱脂時間は、脱脂後の成形体の残
留炭素率が、800〜3000ppmの範囲内となる時
間を設定すればよい。かかる時間は、成形体の肉厚、成
形体密度、ビアの占める割合、脱脂温度等により多少異
なるため、一概に特定することはできないが、一般に1
〜600分の範囲で決定される。
【0038】本発明において、脱脂された窒化アルミニ
ウム成形体中の残留炭素率が800〜3000ppmの
範囲内のビアを有する成形体(以下、「脱脂体」とい
う)は、次いで非酸化性雰囲気又は乾燥した還元性ガス
雰囲気下で焼成する。上記非酸化性雰囲気としては例え
ば、窒素、アルゴン、ヘリウム等のガスの単独或いは混
合ガスよりなる雰囲気又は真空(又は減圧)雰囲気が使
用される。また、乾燥した還元性ガス雰囲気としては、
水素や水素と不活性ガスの混合雰囲気等が使われる。ま
た、焼成の温度条件は、1段目は1200〜1700
℃、好ましくは、1500〜1650℃で焼成し、次い
で2段目は1800〜1950℃、好ましくは、182
0〜1900℃で焼成することが必要である。即ち、1
段目の焼成温度が1200℃に満たない場合、脱脂体に
残留させた炭素による窒化アルミニウム中の酸素の還元
除去反応が進みにくくなり、窒化アルミニウム焼結体の
熱伝導率が190W/mKより低い値になり、本発明の
目的を達成することができない。一方、1段目の焼成温
度が1700℃を越えた場合、残留炭素による窒化アル
ミニウム中の酸素の還元除去反応が十分進行する前に窒
化アルミニウムの焼結が進行してしまい、結果的に酸素
が窒化アルミニウム中に拡散固溶し、窒化アルミニウム
焼結体の高熱伝導化が阻害され、本発明の目的を達成す
ることができない。なお、1段目の焼成温度が1500
〜1650℃の場合、酸素の還元除去反応が効果的に進
むため好ましい。また、2段目の焼成温度が1800℃
に満たない場合、窒化アルミニウムを充分に焼結するこ
とができず、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率が19
0W/mKより低い値になり、本発明の目的を達成する
ことができない。また、2段目の焼成温度が1950℃
を越えた場合、ビアを形成する導電層と基板との密着強
度が低下するだけでなく、焼結体の反りが200μmよ
り大きくなってしまい、本発明の目的を達成することが
できない。かかる温度への昇温速度は、特に制限される
ものではないが、1〜40℃/分が一般的である。ま
た、上記温度の保持時間は、特に限定されないが、1段
目は30分〜10時間、2段目は1分〜20時間の範囲
に設定するのが好ましい。さらに、1段目および2段目
の焼成温度は、途中で降温せずに1回の焼成で行っても
良いし、1段目と2段目の間で降温し、2回の焼成に分
けて行っても良い。ただし、時間およびエネルギー効率
を考えると途中で降温せずに1回の焼成で行う方が好ま
しい。
【0039】上記の方法で得られたビアを有する窒化ア
ルミニウム基板の相対する両面に、導電パターンを形成
し、導電パターンの少なくとも一部をビアと電気的に互
いに接続することにより、本発明のメタライズ基板を得
ることができる。
【0040】基板表面に上記の導電パターンを形成する
場合は、導電パターンと基板との密着強度を上げるため
に、基板表面を研削あるいは研磨加工することが好まし
い。研削及び研磨の方法は公知の技術が制限無く使用で
き、通常は、ラッピング、ポリッシング、バレル研磨、
サンドブラスト、研削盤による研磨等の方法が用いられ
る。基板の表面粗さは目的により異なるが、通常は、中
心線平均粗さ(Ra)0.8μm以下、より好ましく
は、Ra0.05μm以下にすることが半導体素子等の
はんだ付けの信頼性が高まるために好ましい。
【0041】導電パターンの形成方法としては、公知の
技術が制限なく使用することができる。導電パターンを
構成する金属薄膜の形成は、スパッタリング法、蒸着
法、化学的気相成長法(CVD法)、イオンプレーティ
ング法、溶射法、スクリーン印刷法、スピンコートやデ
ィップ方式を使用したゾルゲルコーティング法等などの
公知の技術を用いて形成することができる。例えばスパ
ッタリング法で導電パターンを構成する金属薄膜を形成
する場合は、該金属薄膜の成分を含むターゲットを用
い、通常基板温度を室温〜300℃に設定し、真空槽内
を2×10-3Pa以下にして真空引き後、アルゴンガス
を10〜80cc/min.の割合で導入し、真空槽内
の圧力を0.2〜1.0Paに保ち、RF(高周波)電
源のパワーを0.2〜3kWにして該金属薄膜を所定の
膜厚に形成する。
【0042】上記スパッタリング法の中でも、抵抗体薄
膜パターンを構成する例の一つであるTa−Nのよう
な、窒化物から成る薄膜や、酸化物から成る薄膜を形成
する場合には、反応性スパッタリング法がより好適に用
いられる。反応性スパッタリング法とは、化合物の金属
成分からなるターゲットを用いて、化合物の他の成分で
ある窒素や酸素を含む反応ガスを、放電ガスと同時に真
空槽内に導入してスパッタリングを行い、薄膜を得る方
法である。得られる薄膜の組成は、放電ガスと反応ガス
の導入比で決定される。
【0043】反応性スパッタリングによって、Ta−N
を成膜する方法の例を挙げれば、ターゲットにTaを用
い、通常基板温度を室温〜300℃に設定し、真空槽内
を2×10-3Pa以下にして真空引き後、放電ガスのア
ルゴンの導入量を10〜80cc/min.、反応ガス
の窒素の導入量を、アルゴンガスの導入量の0.3〜
0.7の割合で導入し、真空槽内の圧力を0.2〜1.
0Paに保ち、RF(高周波)電源のパワーを0.2〜
3kWにしてTa−Nを所定の膜厚に形成する。
【0044】本発明で用いられる導電パターンの形状
は、用途に応じて任意に選ぶことができ、導電パターン
を構成する金属薄膜をパターニングすることにより形成
される。パターニングの方法は、基板の用途に応じて適
宜公知の技術が採用できる。具体的には、メタルマスク
法、湿式エッチング法、リフトオフ法、ドライエッチン
グ法等の方法が採用される。例えばメタルマスク法でパ
ターニングする場合には、貫通孔に導電層が形成された
窒化アルミニウム基板の上に、あらかじめ所定のパター
ンが形成されたメタルマスクを固定して、前記のスパッ
タリング法や蒸着法等によって導電パターンを形成する
ものである。また、ドライエッチング法で導電パターン
を形成する場合は、前記のスパッタ法、蒸着法等によっ
て、導電パターンを構成する金属薄膜が形成された窒化
アルミニウム基板に、フォトレジスト等を用いて所定の
パターンを上記金属薄膜上に形成し、イオンミリング等
で該金属薄膜の不要部分を除去後、レジストを剥離する
ことによってパターニングが行われる。
【0045】回路パターン内に抵抗体薄膜パターンを含
む場合の導電パターンの形成方法としては、特に制限さ
れるものではないが、作成方法の例を挙げれば以下のよ
うな方法がある。一つの方法は、まず最初に窒化アルミ
ニウム基板上に、抵抗体薄膜パターンとの接続部分を含
む導電パターンを形成する。次に該導電パターンの上か
ら、抵抗体薄膜パターンを構成する抵抗体薄膜を積層
し、抵抗体薄膜パターンを形成する。当方法によれば、
接続部分において、抵抗体薄膜が導電パターンの上側に
積層された形状の回路パターンを得ることができる。
【0046】もう一つは、接続部分を含めた形状の抵抗
体薄膜パターンを、あらかじめ窒化アルミニウム基板上
に形成しておき、この抵抗体薄膜パターンの上から、導
電パターンを構成する金属薄膜を積層し、導電パターン
を形成する方法である。当方法によれば、接続部分にお
いて、導電パターンが抵抗体薄膜の上側に積層された形
状の回路パターンを得ることができる。さらには、抵抗
体薄膜そのものを、窒化アルミニウム基板に直接接する
第1層に用い、その上に抵抗体薄膜よりも電気抵抗率の
低い金属薄膜を積層させて導電パターンを形成し、この
導電パターンの、規定の抵抗値が必要となる特定パター
ン間の部分のみにおいて、抵抗体薄膜上の金属薄膜を部
分的に除去することにより、パターン内に抵抗体薄膜パ
ターンを含む導電パターンを形成する方法等である。
【0047】このようにして得られた抵抗体薄膜パター
ンは、抵抗値の経時変化と温度変化を抑制するために、
通常は、抵抗体薄膜の表面に酸化被膜を形成させ、抵抗
値を安定化させる処理(抵抗安定化処理)が施される。
抵抗安定化処理の方法については、公知の技術が制限無
く使用できるが、具体的には陽極酸化法による酸化皮膜
の形成や、抵抗体薄膜パターンを形成した基板を大気中
で加熱することによる酸化皮膜の形成等により抵抗値を
安定化させることが行われる。さらに得られた抵抗体薄
膜パターンの抵抗値の調整方法についても公知の技術が
制限無く使用できる。具体的には、レーザートリミング
法や、大気中にて抵抗体薄膜パターンを形成した基板を
加熱して調整する方法等をその例として挙げることがで
きる。
【0048】
【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の基板は、25℃での熱伝導率が190W/mK以上
でかつ窒化アルミニウム焼結体とビアを形成する導電層
との密着強度が5.0kg/mm2以上と十分強く、ま
た、窒化アルミニウム焼結体内のクラックやビア部の亀
裂がなく、基板の反りも小さい基板であり、さらにその
相対する表面に導電パターンが形成され、該両面に存在
する導電パターンの少なくとも一部がビアにより電気的
に接続されてなるメタライズ基板であり、導電パターン
を構成する金属薄膜とビア間の密着強度の十分強いメタ
ライズ基板である。従って、本発明のメタライズ基板
は、その工業的価値が極めて大であり、レーザーダイオ
ードや発光ダイオードのサブマウントやチップキャリ
ア、およびヒートシンク、ICパッケージ等の電子・半
導体機器部品に好適に利用されうる。
【0049】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に例示
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。
【0050】尚、実施例・比較例において、残留炭素率
は非分散型赤外吸収法炭素分析装置(EMIA−11
0、(株)堀場製作所製)により分析した値である。
【0051】比表面積から求める平均粒径D1は、下記
式により算出した。
【0052】D1(μm)=6/(S×3.26)
〔S:AlN粉末比表面積(m2/g)〕
また、沈降法による平均粒径D2は、(株)堀場製作所
製遠心式粒度分布測定装置CAPA5000で測定し
た。
【0053】窒化アルミニウム焼結体の外観検査は、目
視及び実体顕微鏡(×40)により観察することにより
行った。窒化アルミニウム焼結体の反りは、(株)ミツ
トヨ製定盤付きマイクロメーターにて測定した。
【0054】また、窒化アルミニウム焼結体と導電層と
の密着強度は、以下のように測定した。まず、貫通孔に
導電層を充填されてなる窒化アルミニウム焼結体のビア
部中央で基板を切断し、この切断面に鏡面加工を施し、
さらに該切断面上にTi/Pt/Auの薄膜を形成後、
Niメッキしたピンをビア部表面に接触するように、垂
直に半田付けした。ピンは、先端が平坦で、ピン径φ
0.5mm、42−アロイ製であり、半田は、スズ60
重量%、鉛40重量%の組成のものである。これを、
(株)東洋精機製作所製ストログラフM2にセットし、
ピンを垂直方向に引っ張った際の破壊強度を測定した。
引っ張り速度は、10mm/分とした。また、剥離モー
ドは、試験後のピンおよび焼結体の破壊面を、実体顕微
鏡(×40)、金属顕微鏡(×400)およびX線マイ
クロアナライザーにより観察することにより調べた。
【0055】窒化アルミニウム焼結体の貫通孔に導電層
が充填された基板への導電パターンの形成は次のように
して行った。即ち、基板表面をダイヤモンドの砥粒を用
いて、基板厚みが0.22mm、基板表面が鏡面状にな
るまで加工した。得られた基板表面の中心線平均粗さ
(Ra)を(株)東京精密製サーフコム550Aにて測
定した結果、Raの値は0.02μmであった。
【0056】加工した基板をメチレンクロライド中で超
音波洗浄したのち、メチレンクロライド蒸気中で乾燥さ
せ、スパッタリング法により、表裏両面に(第1層/第
2層/第3層=Ti:0.1μm/Pt:0.2μm/
Au:0.5μm)の金属薄膜3を形成した。スパッタ
リングにおいては、基板を150℃に加熱し、真空槽内
を2×10−3Pa以下に真空引きした後、Arガスを
導入して真空槽内の圧力を0.6Paに保ち、順次T
i、Pt、Auのターゲットを用いて、RF0.5kW
の条件で成膜した。該金属薄膜3を形成後、表側の金属
薄膜3をドライエッチング法にてエッチングし、導電パ
ターンを形成した。
【0057】次に金属薄膜3を含めた表側全面に、反応
性スパッタリング法によって、抵抗体薄膜層を構成する
Ta−N層を0.1μmの膜厚で積層した。反応性スパ
ッタリング法においては、基板を150℃に加熱し、真
空槽内を2×10−3Pa以下に真空引きした後、Ar
ガスとN2ガスを導入して真空槽内の圧力を0.6Pa
に保ち、Taのターゲットを用いて、RF0.5kWの
条件で成膜した。尚、ArガスとN2ガスの導入比率は
1:0.6とした。該Ta−N層を日本フィリップス
(株)製全自動X線回折装置によって分析したところ、
Ta2N相の回折ピークが観察された。該Ta−N層を
積層後、湿式エッチング法により、不要な部分のTa−
N層を除去することにより、抵抗体薄膜層4を形成し
た。また、該抵抗体薄膜層を形成した後、当基板を36
0℃の大気中で4時間加熱することにより、抵抗安定化
処理を行った。
【0058】さらに安定化処理後に、当該メタライズ基
板を長さ1.0mm、幅1.0mmにダイシングマシン
により切断し、図1に示すようなメタライズ基板を作成
した。
【0059】該メタライズ基板の導電パターンとビア間
の密着強度は、以下の手順で測定した。即ち、該金属薄
膜を形成したパターン形成前の基板を用い、該基板のビ
ア上の金属薄膜に、Niメッキを施したピン径φ0.5
mmのピンを、ビア上の全ての金属薄膜がピンによって
覆われるように、垂直に半田付けする。尚、用いる半田
は先に説明した密着強度測定に用いる半田と同様のもの
である。次に先の密着強度測定と同様の手順で、ピンを
引っ張った際の破壊強度を求め、形成した金属薄膜とビ
ア間の密着強度とした。
【0060】ダイシングマシンにより切断されたメタラ
イズ基板のビアの電気抵抗値と、抵抗体薄膜層4の電気
抵抗値は以下の手順で測定した。即ち、ビアの電気抵抗
値については、該メタライズ基板の裏側面を、金属基板
上に先に説明した密着強度測定に用いるのと同様の半田
を用いて半田付けし、表側面のビア上の導電パターン部
に針状の測定プローブを接触させ、該プローブと、半田
付けした金属基板との間の電気抵抗値を測定した。抵抗
体薄膜層4の電気抵抗値については、抵抗体薄膜層4の
両側に接続する、2つの導電パターンの上に、各々2個
の測定プローブを接触させ、4端子法により電気抵抗値
を測定した。
【0061】実施例1
沈降法による平均粒径が、1.50μmで、比表面積が
2.50m2/g、したがって、比表面積から算出された
平均粒径が0.74μmで、酸素含有量が0.80%で
表1に示す組成の窒化アルミニウム粉100重量部、イ
ットリア5重量部、分散剤としてn−ブチルメタクリレ
ート2重量部、有機結合剤としてポリブチルアクリレー
ト11重量部、可塑剤としてジオクチルフタレート7重
量部、トルエン、イソプロピルアルコール混合溶媒50
重量部を秤量し、これらをボールミルポットに投入し、
ナイロンボールを使用して十分混合した。得られたスラ
リーを脱泡装置にかけ、粘度を20000cpsとした
後、ドクターブレード方式のシート成形機を用いて、ポ
リプロピレンフィルム上にシート状に成形し、厚さ約
0.50mmの窒化アルミニウムグリーンシートを作製
した。上記グリーンシートを65×65mmに切断し
た。続いて、この窒化アルミニウムグリーンシートを3
枚積層した。積層圧力は、50kgf/cm2、積層温度
80℃、積層時間は15分であった。次に、この積層グ
リーンシート65×65mmを、φ0.65mmのパン
チング用金型にて1.5mmピッチに打抜き、貫通孔が
40×40個並んだものを用意した。次にフィッシャー
法測定による平均粒径1.8μmのタングステン粉末1
00重量部に対して、上記窒化アルミニウム粉末5重量
部、有機結合剤としてエチルセルロース1.5重量部、
溶媒として酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル
5.0重量部、その他可塑剤、分散剤を自動乳鉢、続い
て3本ロールミルで十分に混練してペーストにし、圧入
法により前記貫通孔を形成した窒化アルミニウムグリー
ンシート体の貫通孔内にタングステンペーストの充填を
行った。充填圧力は80psi、充填時間は100秒で
あった。
【0062】このように作製したビアを有する窒化アル
ミニウム成形体を、乾燥窒素ガスを30l/分流通させ
ながら900℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は
2.5℃/分であった。同時に加熱脱脂したテストサン
プルの残留炭素率を調べたところ、1800ppmであ
った。脱脂後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器
に入れ、窒素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段
目焼成)、さらに1870℃で10時間加熱した(2段
目焼成)。得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部
にはクラックは発生しておらず、かつ導電層内部にも亀
裂は発生しておらず、該焼結体外観は良好であった。ま
た、得られた窒化アルミニウム焼結体の基板全体の反り
は、45μmであった。貫通孔に充填された導電層の密
着強度を測定したところ、17.4kg/mm2であっ
た。剥離モードは、いずれも半田内破壊であった。
【0063】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、1.6mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は20.1Ωであった。金属薄膜3とビア間の
密着強度は、7.5kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ215W/mkであった。
【0064】実施例2〜6、比較例1、2
実施例1において、表2に示す導電ペーストにおける窒
化アルミニウム粉末の添加量を変更した以外は、実施例
1と同様にした。その結果を表2に示す。尚、比較例2
においては、抵抗体薄膜層の電気抵抗値を測定したが、
焼結体中のクラックにより抵抗体薄膜層がパターン内部
で分断されており、電気的な導通は無かった。
【0065】実施例7
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素ガスを18l/分流通させながら900
℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は2.5℃/分
であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭
素率を調べたところ、2800ppmであった。脱脂
後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒
素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段目焼成)、
さらに1870℃で10時間加熱した(2段目焼成)。
得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部にはクラッ
クは発生しておらず、かつ導電層内部にも亀裂は発生し
ておらず、該焼結体外観は良好であった。また、得られ
た窒化アルミニウム焼結体の基板全体の反りは、65μ
mであった。貫通孔に充填された導電層の密着強度を測
定したところ、16.6kg/mm2であった。剥離モ
ードは、いずれも半田内破壊であった。
【0066】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、3.1mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は、20.8Ωであった。金属薄膜3とビア間
の密着強度は、7.6kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ215W/mkであった。
【0067】実施例8
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素ガスを23l/分流通させながら900
℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は2.5℃/分
であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭
素率を調べたところ、2500ppmであった。脱脂
後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒
素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段目焼成)、
さらに1870℃で10時間加熱した(2段目焼成)。
得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部にはクラッ
クは発生しておらず、かつ導電層内部にも亀裂は発生し
ておらず、該焼結体外観は良好であった。また、得られ
た窒化アルミニウム焼結体の基板全体の反りは、54μ
mであった。貫通孔に充填された導電層の密着強度を測
定したところ、16.8kg/mm2であった。剥離モ
ードは、いずれも半田内破壊であった。
【0068】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、2.6mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は、19.8Ωであった。金属薄膜3とビア間
の密着強度は、7.1kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ215W/mkであった。
【0069】実施例9
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素ガスを35l/分流通させながら900
℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は2.5℃/分
であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭
素率を調べたところ、1200ppmであった。脱脂
後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒
素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段目焼成)、
さらに1870℃で10時間加熱した(2段目焼成)。
得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部にはクラッ
クは発生しておらず、かつ導電層内部にも亀裂は発生し
ておらず、該焼結体外観は良好であった。また、得られ
た窒化アルミニウム焼結体の基板全体の反りは、26μ
mであった。貫通孔に充填された導電層の密着強度を測
定したところ、15.6kg/mm2であった。剥離モ
ードは、いずれも半田内破壊であった。
【0070】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、1.5mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は、19.6Ωであった。金属薄膜3とビア間
の密着強度は、8.9kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ208W/mkであった。
【0071】実施例10
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素/水素の混合ガスを30l/分流通させ
ながら900℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は
2.5℃/分であった。同時に加熱脱脂したテストサン
プルの残留炭素率を調べたところ、900ppmであっ
た。脱脂後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に
入れ、窒素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段目
焼成)、さらに1870℃で10時間加熱した(2段目
焼成)。得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部に
はクラックは発生しておらず、かつ導電層内部にも亀裂
は発生しておらず、該焼結体外観は良好であった。ま
た、得られた窒化アルミニウム焼結体の基板全体の反り
は、18μmであった。貫通孔に充填された導電層の密
着強度を測定したところ、14.0kg/mm2であっ
た。剥離モードは、いずれも半田内破壊であった。
【0072】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、1.2mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は、20.2Ωであった。金属薄膜3とビア間
の密着強度は、7.2kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ198W/mkであった。
【0073】比較例3
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素/水素の混合ガスを20l/分流通させ
ながら900℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は
2.5℃/分であった。同時に加熱脱脂したテストサン
プルの残留炭素率を調べたところ、600ppmであっ
た。脱脂後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に
入れ、窒素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段目
焼成)、さらに1870℃で10時間加熱した(2段目
焼成)。得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部に
クラックは発生しておらず、かつ導電層内部にも亀裂は
発生しておらず、該焼結体外観は良好であった。また、
得られた窒化アルミニウム焼結体基板全体の反りは、1
5μmであった。貫通孔に充填された導電層の密着強度
を測定したところ、8.0kg/mm2であった。剥離
モードは、いずれもタングステン層と窒化アルミニウム
焼結体界面での剥離であった。
【0074】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、1.2mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は、20.8Ωであった。金属薄膜3とビア間
の密着強度は、6.0kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ168W/mkであった。
【0075】比較例4
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素ガスを5l/分流通させながら900
℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は2.5℃/分
であった。同時に加熱脱脂したテストサンプルの残留炭
素率を調べたところ、3500ppmであった。脱脂
後、前記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒
素雰囲気中1580℃で6時間加熱し(1段目焼成)、
さらに1870℃で10時間加熱した(2段目焼成)。
得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部にクラック
が発生した。また、得られた窒化アルミニウム焼結体の
基板全体の反りは、242μmであった。貫通孔に充填
された導電層の密着強度を測定したところ、3.3kg
/mm2であった。剥離モードは、いずれもタングステ
ン層と窒化アルミニウム焼結体界面での剥離であった。
【0076】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、9.0mΩであった。また、抵抗体薄膜層の
電気抵抗値を測定したが、焼結体中のクラックにより抵
抗体薄膜層がパターン内部で分断されており、電気的な
導通は無かった。金属薄膜3とビア間の密着強度は、
2.8kg/mm2であった。同時に脱脂、焼成した基
板厚み0.635mmのテストサンプルの熱伝導率をレ
ーザーフラッシュ法により測定したところ195W/m
kであった。
【0077】実施例11 〜15、比較例5、6
実施例1において、表2に示す1段目の焼成温度を変更
した以外は、実施例1と同様にした。その結果を表2に
示す。
【0078】実施例16〜18、比較例7、8
実施例1において、表2に示す2段目の焼成温度を変更
した以外は、実施例1と同様にした。その結果を表2に
示す。
【0079】実施例19
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素ガスを30l/分流通させながら、90
0℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は2.5℃/
分であった。同時に加熱脱脂したサンプルの残留炭素率
を調べたところ、1800ppmであった。脱脂後、前
記脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒素雰囲
気中1350℃で6時間加熱し(1段目焼成)、降温し
た。同時に焼成したサンプルの残留炭素率を調べたとこ
ろ、320ppmであった。1段目焼成後再び、窒素雰
囲気中1870℃で10時間加熱した(2段目焼成)。
得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部には、クラ
ックは発生しておらず、かつ、導電層内部にも亀裂は発
生しておらず、該焼結体外観は良好であった。また、得
られた窒化アルミニウム焼結体の基板全体の反りは、4
6μmであった。貫通孔に充填された導電層の密着強度
を測定したところ、16.7kg/mm2であった。剥
離モードは、いずれも半田内破壊であった。
【0080】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、2.9mΩであった。また抵抗体薄膜層の電
気抵抗値は、20.6Ωであった。導電層3とビア間の
密着強度は、7.6kg/mm2であった。同時に脱
脂、焼成した基板厚み0.635mmのテストサンプル
の熱伝導率をレーザーフラッシュ法により測定したとこ
ろ205W/mKであった。
【0081】比較例9
実施例1で作製したビアを有する窒化アルミニウム成形
体を、乾燥窒素ガスを3l/分流通させながら、900
℃、2時間加熱脱脂を行った。昇温速度は2.5℃/分
であった。同時に加熱脱脂したサンプルの残留炭素率を
調べたところ、4500ppmであった。脱脂後、前記
脱脂体を窒化アルミニウム製の容器に入れ、窒素雰囲気
中1350℃で6時間加熱し(1段目焼成)、降温し
た。同時に焼成したサンプルの残留炭素率を調べたとこ
ろ、850ppmであった。1段目焼成後再び、窒素雰
囲気中1870℃で10時間加熱した(2段目焼成)。
得られた基板の窒化アルミニウム焼結体内部にクラック
が発生した。また、得られた窒化アルミニウム焼結体の
基板全体の反りは、327μmであった。貫通孔に充填
された導電層の密着強度を測定したところ、3.2kg
/mm2であった。剥離モードは、いずれもタングステ
ン層と窒化アルミニウム焼結体界面での剥離であった。
【0082】得られた基板に、さらに、導電パターン・
抵抗体薄膜層を形成し、ダイシングマシンにより切断を
した後のメタライズ基板のビア部の電気抵抗値を測定し
たところ、10.2mΩであった。また、抵抗体薄膜層
の電気抵抗値を測定したが、焼結体中のクラックにより
抵抗体薄膜層がパターン内部で分断されており、電気的
な導通は無かった。金属薄膜3とビア間の密着強度は、
7.6kg/mm2であった。同時に脱脂、焼成した基
板厚み0.635mmのテストサンプルの熱伝導率をレ
ーザーフラッシュ法により測定したところ196W/m
Kであった。
【0083】
【表1】【0084】
【表2】
【0085】
【表3】【0086】
【表4】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a through-hole for a sintered body.
Relative to aluminum nitride sintered body filled with conductive layer
Conductive patterns are formed on both sides of
At least a part of the conductive pattern is electrically connected by the conductive layer.
The present invention relates to metallized substrates connected to each other. Especially high
Conductive layer with thermal conductivity and filled in through holes and nitrided
Good adhesion of the aluminum sintered body and the conductive layer
On both sides of aluminum nitride sintered body without cracks
A conductive pattern on which conductive patterns are formed;
At least a part of the connection is electrically connected to each other by the conductive layer
Metallized substrate.
[0002]
2. Description of the Related Art Sintered aluminum nitride has high thermal conductivity.
High dielectric constant, good electrical insulation, and
Excellent properties such as having the same coefficient of thermal expansion as kon (Si)
Used as a substrate for semiconductor circuit components due to its high quality
I have. A metal layer and a resistor thin film are
Conductive patterns are formed, and the conductive patterns
At least a part of the pattern has a conductive layer
Electrically connected by so-called vias filled with
Aluminum via metallized substrate
Relay and make an electrical connection with the semiconductor external circuit
It is used for substrates for mounting conductors.
As one of the methods for forming the via, a simultaneous
A firing method has been performed. The simultaneous firing method involves firing the conductive layer,
This is a method in which sintering of the substrate is performed simultaneously in one firing,
Fewer steps compared to firing the conductive layer after firing
It has an advantageous aspect. However, conventional aluminum nitride
In the simultaneous firing method for minium, firing the conductive layer and sintering the substrate
The sintered body obtained by the restriction of simultaneous
Has a thermal conductivity of at most 170 W / mK at 25 ° C.
there were.
On the other hand, aluminum nitride without vias
A two-stage firing method is used as one of the methods for firing (single).
(Japanese Patent Laid-Open No. 5-105525). in this way,
The thermal conductivity of the obtained sintered body is about 200 W / mK at 25 ° C.
To obtain a high thermal conductivity aluminum nitride sintered body
it can.
[0005]
However, the above two-stage firing
An aluminum nitride sintered body with vias is manufactured by the
Conductive patterns are formed on opposing surfaces using a sintered body of
And at least a portion of the conductive pattern present on both surfaces
Formed to be electrically connected by vias
When a rise substrate is made,
Obtain a sufficiently high adhesion strength with the conductive layer forming the via
There was a problem that it was difficult. Also, aluminum nitride
Cracks or cracks inside the
A) Vias and vias are not
The electrical resistance between the electrical patterns increases,
The adhesion strength between the formed conductive pattern and via decreases
There was a problem. In addition to the above problems, warpage of the substrate
Is also large.
Therefore, it has a high thermal conductivity and forms a via.
Adhesion strength between the conductive layer to be formed and the aluminum nitride sintered body
Excellent cracks and cracks inside the aluminum nitride sintered body
No cracks in the area
Development of high aluminum nitride metallized substrate is desired
Was.
[0007]
The present inventor has solved the above-mentioned problems.
As a result of repeated research to solve it, the metallized substrate described above
Cracks in the vias and cracks in the vias, increasing the board warpage
The finding that addition is caused by the action of carbon after degreasing,
It is necessary to control the residual carbon ratio of the degreased
And cracks inside the aluminum nitride substrate and
It is possible to suppress the occurrence of cracks in the via part and the increase in board warpage.
And the above aluminum nitride sintered body and via
The adhesion strength with the conductive layer to be formed is the residual carbon ratio of the degreased body,
Addition amount of aluminum nitride powder to conductive paste, two-stage baking
By controlling the temperature range of the synthesis method to each specific range
It is strong enough to stabilize and
Thermal conductivity of aluminum nitride metallized substrate
And propose the present invention here.
Reached.
That is, the present invention provides an aluminum nitride sintered body
In the through hole100 parts by weight of high melting point metal and aluminum nitride
2 to 10 parts by weightSubstrate filled with conductive layer
, The thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body is 190
W / mK or more and conductive with aluminum nitride sintered body
Adhesion strength with the electric layer is 5.0 kg / mm2That is all
On opposite sides of the boardMetal thin filmA pattern is formed,
Exists on both sidesMetal thin filmAt least part of the pattern
Substrates electrically connected to each other by electric layers.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, aluminum nitride
Into the through hole of the sintered body100 parts by weight of high melting point metal and nitride
Consisting of 2 to 10 parts by weight of luminiumThe conductive layer is filled
Is a substrate made of aluminum nitride containing so-called vias.
In the union, the size of the through hole is not particularly limited, but the diameter is
0.03 to 0.50 mm, the length and diameter of the through hole
The ratio (length / diameter) is 40 or less. In addition, a conductive layer is formed.
The substance to be formed is not particularly limited as long as it is a high melting point metal,
Usually, high melting point metals such as tungsten and molybdenum
Ri, High2 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the melting point metal
Contains aluminum nitrideYou.All of the vias that are conductive layers
The volume is the volume of the entire aluminum nitride sintered body including the via
Is not particularly limited, but is usually 0.1 to 2
0%.
[0010] Aluminum nitride containing vias according to the present invention
The substrate made of aluminum sintered body is
Aluminum nitride having conductivity of 190 W / mK or more and aluminum nitride
Adhesion strength between the sintered body and the conductive layer is 5.0 kg / mmTwothat's all
It is characterized by being.
The aluminum nitride substrate according to the present invention comprises:
It is a composite system that includes vias made of high melting point metal.
Therefore, it is difficult to accurately evaluate the thermal conductivity of itself.
is there. Therefore, in the present invention, the same raw material, the same degreasing
・ For aluminum nitride substrates without vias for firing batch
The thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body of the present invention
Conductivity. In the present invention, the thermal conductivity is
Thermal conductivity measured at 25 ° C.
Further, the aluminum nitride firing according to the present invention is performed.
The adhesion strength between the binder and the conductive layer is determined by cutting the substrate at the center of the via.
Cut, mirror-finished this cut surface, and further on the cut surface
After forming a thin film of Ti / Pt / Au on the
Insert the 0.5mm pin vertically so that it contacts the via surface.
When this pin is pulled vertically after soldering to
Refers to the strength measured as the breaking strength.
Conventionally, high thermal conductivity of aluminum nitride sintered body
And the adhesion strength between the aluminum nitride sintered body and the conductive layer
It was difficult to achieve high strength at the same time. But the book
The substrate of the present invention is characterized in that the aluminum nitride sintered body has a thermal conductivity of 1
90 W / mK or more and aluminum nitride sintered body
The adhesion strength between the conductive layer and the conductive layer is 5.0 kg / mmTwoAnd above
Both high thermal conductivity of plate and high strength of adhesion of conductive layer
Excellent substrate. In addition, the manufacturing conditions should be
If you choose from the box, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body is 2
Aluminum nitride sintered body of not less than 00 W / mK
7.0 kg / mmTwoThat's it
Has 10.0kg / mmTwoMore substrates can be obtained
You.
In the present invention, on both sides of the substrateConductive pattern
Metal thin film pattern formed asBe done. TheStructure of metal thin film
Known metals can be used without particular limitation.
But titanium (Ti), chromium (Cr), molybdenum
(Mo), tungsten (W), aluminum (A
l), tantalum (Ta), tungsten titanium (W
-Ti), nickel chrome (Ni-Cr), tantalum nitride
(Ta-N) has good adhesion to aluminum nitride substrate.
Because it is good, it is preferably used.
[0015] These metals may be used alone or
Alternatively, two or more kinds may be used in combination. Also,
The conductive pattern may be a single layer or two or more layers may be laminated.
May be.
When two or more layers are laminated and used,
Metal has good adhesion strength with aluminum nitride substrate
Suitable for the first layer directly in contact with the aluminum nitride substrate
Can be used. Among these, Ti has particularly high adhesion strength.
Is more preferably used in order to stably obtain Ma
When the first layer is used as an adhesive layer,
Although not limited, the adhesion strength is increased by increasing the film thickness.
Reducing reliability and shortening and using film formation time due to thickness reduction
Because of the economic effects of reducing raw materials,
It is used in a film thickness of 0.01 μm to 10 μm, and more preferably 0.1 μm to 10 μm.
It is more preferably used with a film thickness of from 05 μm to 5 μm.
Here, the aluminum nitride sintered body and the conductive
The adhesion strength to the turn is determined by the top layer of the conductive pattern
0.5mm pin with flat end was soldered vertically
Later, when this pin is pulled vertically,
Refers to the measured intensity.
The metal of the second layer laminated on the first layer is also publicly available.
Known metals can be used, but the conductive pattern of the two-layer
When the second layer is the uppermost layer, platinum (Pt),
Nickel (Ni), palladium (Pd), copper (Cu),
At least one of silver (Ag) and gold (Au) is electrically conductive
Is preferably used. Of these,
Pt, Pd, Ag, and Au are more favorable because of their good corrosion resistance.
Appropriately used. Also, as will be described later,
Layers and use them as three or more conductive patterns
In some cases, diffusion of elements between the first and third layers is prevented.
To ensure a stable adhesion strength between the conductive pattern and the substrate.
In order to maintain Pt, Ni, Pd,
W, W-Ti, and Mo are more preferably used. These
The thickness of the two layers is not particularly limited.
For the same reason as for one layer, usually a film thickness of 0.05 to 10 μm
And more preferably in a film thickness of 0.1 to 5 μm.
Used for
Further, when a third layer is laminated on the second layer,
As the third layer, a known metal can be used.
For example, at least Pt, Ni, Pd, Cu, Ag, and Au
One of them is preferably used because of its good electric conductivity.
Among these, Pt, Pd, Ag, and Au are particularly corrosion resistant.
Since it has excellent properties, it is more preferably used. These third
The thickness of the layer is not particularly limited,
Of stability and reliability of characteristics such as rate and economical aspects
Therefore, usually used in a film thickness of 0.05μm ~ 10μm
You.
A semiconductor layer is formed on the uppermost metal layer.
To facilitate the soldering of body elements,
-Tin (Au-Sn) solder, lead-tin (Pb-Sn) solder
Solder, gold-silicon (Au-Si) solder, gold-ge
Rumanium (Au-Ge) solder
Alternatively, one kind of solder layer may be laminated and patterned. Sa
In the middle of the uppermost metal layer and the solder layer,
A diffusion prevention layer of solder material may be provided. This diffusion prevention layer
Pt, Ni, Pd,
W, W-Ti, and Mo are preferably used.
Further, there are some of these conductive patterns.
To keep the specified electrical resistance between specific patterns,
A certain specified pattern between the specific patterns of the conductive pattern.
Form a resistor thin film pattern that is electrically connected by resistance
May be. This resistor thin film pattern shows the change in resistance over time.
And the temperature change of the metallized substrate
It is desirable that the resistance value does not change even if it does.
The type of the resistor thin film used for this pattern
Although there is no particular limitation on the stability of the resistance value,
In general, Ta-N, Ni-Cr, etc. are preferably used due to their properties.
Used. The composition of these alloys is
It is desirable to select a small composition, for example, in Ta-N
TaTwoA composition containing the N phase is preferably used. Also these
The thickness of the resistor thin film pattern
Even if the film thickness is small, a large resistance value can be obtained.
Is thicker, a smaller resistance can be obtained.
Select according to the size of the pattern and the size of the resistance value
The balance between resistance stability and economics
Usually used in a film thickness of 0.01 μm to 0.5 μm
You.
Next, the aluminum nitride metallurgy of the present invention
A method of manufacturing a closed substrate will be described.
In the present invention, the aluminum nitride compact is
The constituting aluminum nitride powder is not particularly limited, and is known.
Can be used. In particular, the average particle size measured by the sedimentation method
A powder of 5 μm or less is preferable, and a powder of 3 μm or less is more preferable.
Preferably, a powder in the range of 0.5-2 μm is most preferably
used. The average particle diameter D calculated from the specific surface area1When
Average particle size D measured by sedimentation methodTwoIs the following formula
0.2 μm ≦ D1≦ 1.5 μm
DTwo/ D1≤2.60
Aluminum nitride powder that satisfies
The shrinkage can be reduced, and the dimensional stability of the sintered body
Not only improves but also approaches the linear shrinkage of the conductive paste layer
The adhesion strength between the aluminum nitride sintered body and the conductive layer
Can be further enhanced,
You.
Further, the aluminum nitride powder contains oxygen
Content of 3.0% by weight or less and aluminum nitride composition
0.5% by weight of cationic impurities contained when AlN
% Or less, in particular, when the oxygen content is 0.4 to 1.0% by weight.
Box and the content of cationic impurities is 0.2 wt.
% Of Fe, Ca, S among the cationic impurities
Nitriding having a total content of i and C of 0.17% by weight or less
Aluminum powder is preferred. Aluminum nitride like this
When using aluminum powder, the resulting aluminum nitride
In the present invention, the improvement of the thermal conductivity of the
It is preferably used.
The sintering aid used in the present invention is publicly available.
Known ones are used without particular limitation. Specifically, Al
Oxidation of potassium earth metal compounds such as calcium oxide
Compound consisting of a substance, yttrium or lanthanide
Substances, for example, oxides such as yttrium oxide are preferably used.
Used.
Further, the organic bond used in the present invention
Known agents are also used without particular limitation. Specifically
Are polyacrylates, polymethacrylates
Acrylic resin such as methyl cellulose, hydroxymethyl
Chill cellulose, nitrocellulose, cellulose acetate
Cellulose resins such as butyrate, polyvinyl butyrate
Ral, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, etc.
Nyl group-containing resin, hydrocarbon resin such as polyolefin,
One kind of oxygen-containing resin such as ethylene oxide or
Used as a mixture of two or more. Acrylic resin in this
Has good degreasing properties and can reduce via resistance.
Used appropriately. Other solvents, dispersants, plasticizers, etc.
Known components are also used without particular limitation.
In the present invention, the aluminum nitride molded article
The proportion of each of the above components is a known blending ratio is particularly
Adopted without restrictions. For example, aluminum nitride 100
0.01 to 10 parts by weight of sintering aid, organic
0.1-30 parts by weight of binder are preferred. Especially sintering aid
In the case of 2 to 7 parts by weight, it is advantageous for high thermal conductivity, so
used. In addition, aluminum nitride from these components
The method for producing the molded body is not particularly limited, but generally,
Is green sheet by doctor blade method
Molded. This green sheet can be used alone
Alternatively, a plurality of sheets may be stacked.
In the present invention, the conductive paste is formed.
High melting point metal powder is higher than the sintering temperature of aluminum nitride
There is no particular limitation as long as it has a high melting point. concrete
Metal such as tungsten or molybdenum is preferably used
Is done. Generally used as high melting point metal powder
Is an average particle diameter of 1 to 2.5 μm measured by the Fisher method.
And most preferably, having an average particle size of 1.6 to 2.0 μm.
The range is effective in preventing via cracking
Used.
Further, the aluminum nitride used for the conductive paste
Known powders of minium are used without particular limitation.
You. Particularly suitable for the aluminum nitride molded body described above
Aluminum nitride powder used for
It has good sinterability with metal and improves the adhesion of the conductive layer.
Aluminum nitride and conductive layer
The difference in shrinkage between the sintered body and the sintered body is reduced, and the dimensional stability of the sintered body is improved.
Therefore, it is preferably used.
In the present invention, the conductive paste has the above-mentioned high melting point.
2 to 10 parts by weight of nitrogen per 100 parts by weight of point metal powder
It has a composition containing aluminum chloride powder. Above conductive
In the composition of the paste, the ratio of aluminum nitride is 2
If less than 10 parts by weight, the conductive layer and aluminum nitride
Adhesion strength with the binder may be low or aluminum nitride-based
The difference in shrinkage between the plate and the conductive layer increases.
This causes a gap at the bonding interface. Also, aluminum nitride
Is more than 10 parts by weight, the viscosity of the conductive paste is high.
And the fillability deteriorates, resulting in voids
The adhesion strength between the conductive layer and the aluminum nitride sintered body is low.
Or discoloration due to aluminum nitride on the conductive layer surface
It becomes easy to produce and the resistance value rises. In addition, aluminum nitride
When the compounding amount of the aluminum powder is 3 to 7 parts by weight,
Because the difference in mix shrinkage is very small,
Low peripheral stress and low via electrical resistance
Therefore, it is suitable. The above-mentioned high melting point metal powder and nitrided
To make the composition with aluminum powder into a paste,
Generally, the composition and polyacrylate, polymethacrylate
Acrylic resin such as lylic acid ester, methyl cellulose
, Ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose,
Nitrocellulose, cellulose acetate butyrate, etc.
Cellulosic resin, polyvinyl butyral, polyvinyl
Vinyl group-containing resins such as alcohol, polyvinyl chloride, etc.
Hydrocarbon resin such as polyolefin, polyethylene oxa
Organic binders such as amides, di-n-butyl phthalate,
Tylene glycol mono-n-hexyl ether, acetic acid 2
-(2-butoxyethoxy) ethyl, terpineol, etc.
Mixed with an organic solvent of the appropriate viscosity, generally,
At 25 ° C./5 rpm, 100 to 30000 poise (po
is). Conductive paste
In the preparation of other ingredients such as other dispersants, plasticizers, etc.
Known ones are also used without any particular limitation.
In the present invention, the above aluminum nitride
Fill the above conductive paste into the through-hole of the molded body made of etc.
Then, a molded body having vias is obtained. The above aluminum nitride
The method of forming a through hole in a molded body made of
Not commonly used mold punching methods and pans
A method with a chining machine is used. Large through hole
Although the size is not particularly limited, the diameter is 0.05 to 0.50 m.
m through hole allows easy filling of conductive paste into through hole
And the shrinkage ratio between the aluminum nitride portion and the conductive layer portion
Is easily adopted because it is easily balanced.
Further, the above-mentioned conductive paste is applied to the above-mentioned aluminum nitride.
Fill through holes formed in compacts made of minium etc.
As the method, a known method is employed without any particular limitation. concrete
Printing, press-fitting, etc. are used for
When the ratio of length to diameter (length / diameter) is greater than 2.5
Is preferably used because the press-fit method is easier to fill.
You.
In the present invention, the aluminum nitride having the above-mentioned via is provided.
The minium compact is the residual carbon in the aluminum nitride compact.
The elemental rate is 800 to 3000 ppm, preferably 1200 to 3000 ppm.
Must be defatted to 2500 ppm
It is. That is, when the residual carbon ratio is less than 800 ppm,
In this case, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body is 190 W / m
Lower than K, thereby achieving the object of the present invention.
I can't. If the residual carbon ratio exceeds 3000 ppm,
If the melting point of the refractory metal powder deteriorates,
Uniform and sufficient adhesion strength between aluminum sintered body and conductive layer
I can't get the degree. Also, aluminum nitride part
Cracks occur on the aluminum nitride sintered body
The warpage of the plate increases, and it is possible to achieve the object of the present invention.
Can not.
Aluminum nitride molded body having the above via
The residual carbon ratio in the aluminum nitride compact of
The method of degreasing to the range of 000 ppm is not particularly limited.
No. The degreasing atmosphere may oxidize high melting point metals.
Except for oxidizing atmospheres such as air
Absent. Specifically, inactive nitrogen, argon, helium, etc.
Gas atmosphere, reducing gas atmosphere such as hydrogen,
Gas atmosphere, humidified gas atmosphere, vacuum, etc.
Used appropriately.
The above degreasing temperature is appropriately selected.
However, usually 500 to 1200 ° C., preferably 800 to 10
A temperature of 00 ° C is employed. In addition, temperature rise to such temperature
The speed is not particularly limited, but generally 10 ° C.
/ Min or less is preferred.
Further, the degreasing time is determined by the residual amount of the molded body after degreasing.
When the carbon fraction is in the range of 800 to 3000 ppm
Just set the interval. This time depends on the thickness of the compact,
Some differences due to body density, ratio of vias, degreasing temperature, etc.
Therefore, it cannot be specified unconditionally.
It is determined in the range of ~ 600 minutes.
In the present invention, the degreased aluminum nitride
The residual carbon ratio in the aluminum compact is 800 to 3000 ppm.
A molded product having vias within the range (hereinafter referred to as “degreased product”)
) Is followed by a non-oxidizing atmosphere or a dry reducing gas
Bake in an atmosphere. For example, the above non-oxidizing atmosphere
For example, gas such as nitrogen, argon, helium, etc.
Use an atmosphere consisting of a mixed gas or a vacuum (or reduced pressure) atmosphere.
Used. In addition, as a dry reducing gas atmosphere,
Hydrogen or a mixed atmosphere of hydrogen and an inert gas is used. Ma
In addition, the temperature conditions for the firing were 1200 to 1700 for the first stage.
C., preferably at 1500 to 1650 C.
The second stage is 1800 to 1950 ° C., preferably 182
It is necessary to fire at 0 to 1900 ° C. That is, 1
If the firing temperature of the stage is less than 1200 ° C,
Reduction of oxygen in aluminum nitride by residual carbon
The removal reaction becomes difficult to proceed, and the aluminum nitride sintered body
The thermal conductivity becomes lower than 190 W / mK,
Inability to achieve purpose. On the other hand, the first stage firing temperature
If the temperature exceeds 1700 ° C, aluminum nitride due to residual carbon
Before the reduction and removal reaction of oxygen in minium proceeds sufficiently,
Sintering of aluminum chloride proceeds, resulting in oxygen
Is diffused into aluminum nitride to form a solid solution.
High thermal conductivity of the sintered body is hindered, and the object of the present invention is achieved.
I can't. The firing temperature of the first stage is 1500
In the case of 161650 ° C., the oxygen reduction and removal reaction proceeds effectively.
Is preferred. Also, the firing temperature of the second stage is 1800 ° C.
If the amount is less than
And the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body was 19
It becomes a value lower than 0 W / mK, and achieves the object of the present invention.
I can't. The firing temperature of the second stage is 1950 ° C.
Exceeds the adhesion strength between the conductive layer that forms the via and the substrate.
Not only does the degree decrease, but the warpage of the sintered body is 200 μm.
It is possible to achieve the object of the present invention.
Can not. The rate of temperature rise to such a temperature is particularly limited
Although it is not a thing, 1 to 40 ° C./min is common. Ma
In addition, the holding time of the temperature is not particularly limited, but may be one step.
Eyes range from 30 minutes to 10 hours, second stage ranges from 1 minute to 20 hours
It is preferable to set Furthermore, the first and second stages
The firing temperature of can be performed in one firing without lowering the temperature
Good, lower the temperature between the first and second stages,
You may go. However, time and energy efficiency
In consideration of this, it is preferable to perform one firing without lowering the temperature on the way.
New
The nitride having vias obtained by the above method
Conductive patterns are formed on opposite sides of the Luminium substrate
And electrically connect at least a part of the conductive pattern with the via.
Connection to obtain the metallized substrate of the present invention.
Can be
The above conductive pattern is formed on the surface of the substrate.
In order to increase the adhesion strength between the conductive pattern and the substrate
Preferably, the substrate surface is ground or polished.
No. Known techniques can be used for grinding and polishing without restriction.
Usually, wrapping, polishing, barrel polishing,
Methods such as sand blasting and grinding with a grinder are used.
You. Although the surface roughness of the substrate varies depending on the purpose,
Core wire average roughness (Ra) 0.8 μm or less, more preferably
Is set to Ra 0.05 μm or less.
It is preferable because the reliability of soldering is enhanced.
As a method of forming a conductive pattern, a known method is used.
Technology can be used without restrictions. Conductive pattern
The formation of the constituent metal thin films is performed by sputtering or evaporation
Method, chemical vapor deposition (CVD method), ion plating
Coating, thermal spraying, screen printing, spin coating and
Sol-gel coating method using the tip method
It can be formed using a known technique. For example, spa
Forming a metal thin film that forms a conductive pattern by the sputtering method
Use a target containing the components of the metal thin film.
Normally, set the substrate temperature between room temperature and 300 ° C, and
Is 2 × 10-3After evacuating to below Pa, argon gas
From 10 to 80 cc / min. In the vacuum chamber
Is maintained at 0.2 to 1.0 Pa, and RF (high frequency)
The power of the source is set to 0.2 to 3 kW, and
It is formed to a thickness.
Among the above-mentioned sputtering methods, a resistor thin film
Like Ta-N, which is one of the examples that constitute the film pattern
Forming thin films of nitride and oxide
In this case, the reactive sputtering method is more preferably used.
You can. Reactive sputtering is a method of compound metal
Using a target consisting of components, the other components of the compound
A reaction gas containing a certain amount of nitrogen or oxygen
How to obtain a thin film by introducing into an empty tank and performing sputtering
Is the law. The composition of the resulting thin film consists of a discharge gas and a reaction gas.
Is determined by the introduction ratio.
By reactive sputtering, Ta-N
An example of a method of forming a film is to use Ta as a target.
Normally, set the substrate temperature between room temperature and 300 ° C, and
Is 2 × 10-3Pa or less, and after evacuation, discharge gas
Lugon is introduced at 10-80 cc / min. , Reaction gas
Nitrogen introduction amount of the argon gas introduction amount of 0.3 to
At a rate of 0.7, the pressure in the vacuum chamber is increased to 0.2 to 1.
0Pa and the power of RF (high frequency) power supply is 0.2 ~
At 3 kW, Ta-N is formed to a predetermined thickness.
Shape of conductive pattern used in the present invention
Can be arbitrarily selected according to the application, and the conductive pattern
Formed by patterning the metal thin film that constitutes
Is done. The patterning method depends on the substrate application.
A publicly known technique can be adopted. Specifically, a metal mask
Method, wet etching method, lift-off method, dry etching
A method such as a bridging method is employed. For example, metal mask method
When turning, a conductive layer was formed in the through hole
Place a predetermined pattern on the aluminum nitride substrate in advance.
After fixing the metal mask on which the solder is formed,
Form a conductive pattern by using a tarring method or vapor deposition method
Things. In addition, conductive patterns are obtained by dry etching.
Is formed by the above-described sputtering method, vapor deposition method, or the like.
The metal thin film forming the conductive pattern
Using a photoresist or the like on the aluminum substrate,
A pattern is formed on the metal thin film and ion milling etc.
After removing unnecessary portions of the metal thin film, the resist is removed.
Thus, patterning is performed.
The resistor pattern is included in the circuit pattern.
The method of forming the conductive pattern in the case of
It is not something that can be done, but if you give an example of how to make it,
There is a way. One way is to start with aluminum nitride
Including the connection with the resistor thin film pattern on the
Forming a conductive pattern. Next, on the conductive pattern
Stack the resistor thin films that make up the resistor thin film pattern
Then, a resistor thin film pattern is formed. According to this method,
At the connection point, the resistor thin film is
A circuit pattern having a laminated shape can be obtained.
Another is the resistance of the shape including the connection part.
Body thin film pattern on aluminum nitride substrate in advance
Formed on the resistor thin film pattern.
The metal pattern forming the conductive pattern is laminated and the conductive pattern
It is a method of forming. According to this method, the connection part
And the conductive pattern is stacked on top of the resistor thin film
Circuit pattern can be obtained. Furthermore, the resistance
Body thin film directly in contact with aluminum nitride substrate
Used for the first layer, on which the electrical resistivity is higher than that of the resistor thin film
A conductive pattern is formed by laminating low metal thin films.
Specific pattern of the conductive pattern that requires a specified resistance value
The metal thin film on the resistor thin film is
By partial removal, the resistor thin film pattern
This is a method of forming a conductive pattern including turns.
The resistor thin film pattern thus obtained
In order to suppress the aging of the resistance value and the temperature change,
Usually, an oxide film is formed on the surface of the resistor thin film,
A process for stabilizing the value (resistance stabilization process) is performed.
As for the method of the resistance stabilization processing, there is no limitation on the known technology.
Although it can be used, specifically, an oxide film by the anodic oxidation method
Substrate on which a resistor thin film pattern is formed
The resistance value by forming an oxide film by heating at
Stabilization is performed. Further obtained resistor thin
Known techniques are also used for adjusting the resistance value of the film pattern.
Can be used without restrictions. Specifically, laser trimming
Method or a substrate on which a resistor thin film pattern is formed in the atmosphere.
The method of adjusting by heating can be given as an example.
Wear.
[0048]
As will be understood from the above description, the present invention
Ming's substrate has a thermal conductivity of 190 W / mK or more at 25 ° C.
Conductive layer forming via with aluminum nitride sintered body
5.0kg / mmTwoAbove and strong enough
Cracks in the aluminum nitride sintered body and
The substrate has no cracks and small warpage.
Conductive patterns are formed on opposing surfaces and exist on both surfaces
At least part of the conductive pattern
Metallized substrate connected to the conductive pattern
Meta with strong adhesion strength between metal thin film and via
Rise substrate. Therefore, the metallized substrate of the present invention
Has a very high industrial value,
Submounts and chip carriers for LEDs and light emitting diodes
Electronic and semi-conductors, heat sinks, IC packages, etc.
It can be suitably used for conductor equipment parts.
[0049]
The present invention will now be specifically illustrated by the following examples.
However, the present invention is not limited to these examples.
Absent.
In Examples and Comparative Examples, the residual carbon ratio
Is a non-dispersive infrared absorption carbon analyzer (EMIA-11)
0, manufactured by Horiba, Ltd.).
Average particle size D obtained from specific surface area1Is
It was calculated by the equation.
D1(Μm) = 6 / (S × 3.26)
[S: AlN powder specific surface area (mTwo/ g)]
Also, the average particle diameter D by the sedimentation methodTwoIs HORIBA, Ltd.
Using a CAPA5000 centrifugal particle size analyzer.
Was.
The appearance inspection of the aluminum nitride sintered body
By visual and stereoscopic observation (× 40)
went. The warpage of aluminum nitride sintered body is
It measured with the micrometer with the surface plate made by Toyo.
Further, the aluminum nitride sintered body and the conductive layer
Was measured as follows. First, in the through hole
Aluminum nitride sintered via filled with conductive layer
Cut the substrate at the center of the part, mirror-process this cut surface,
After forming a thin film of Ti / Pt / Au on the cut surface,
Hang the Ni-plated pin so that it contacts the via surface.
Soldered directly. The pin has a flat tip and a pin diameter of φ
0.5mm, 42-alloy, solder 60 tin
% By weight and 40% by weight of lead. this,
Set on a Toyo Seiki Seisakusho strograph M2,
The breaking strength when the pin was pulled in the vertical direction was measured.
The pulling speed was 10 mm / min. Also, the release mode
The fractured surface of the pin and sintered body after the test is
Mirror (× 40), metal microscope (× 400) and X-ray microscope
It was examined by observing with a black analyzer.
A conductive layer is formed in the through hole of the aluminum nitride sintered body.
The formation of the conductive pattern on the substrate filled with
I went. In other words, the substrate surface uses diamond abrasive grains.
The substrate thickness is 0.22 mm and the substrate surface is mirror-like.
Until processed. Center line average roughness of the obtained substrate surface
(Ra) measured by Surfcom 550A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.
As a result, the value of Ra was 0.02 μm.
The processed substrate is superposed in methylene chloride.
After sonic cleaning, dry in methylene chloride vapor.
By sputtering method on both sides (first layer / first layer)
Two layers / third layer = Ti: 0.1 μm / Pt: 0.2 μm /
Au: 0.5 μm) was formed. Spatter
In the ring, heat the substrate to 150 ° C and
Is 2 × 10−ThreeAfter evacuation to Pa or less, Ar gas
The pressure in the vacuum chamber is maintained at 0.6 Pa by introducing
RF 0.5 kW using i, Pt, and Au targets
The film was formed under the following conditions. After forming the metal thin film 3, the metal on the front side
The thin film 3 is etched by a dry etching method,
Formed a turn.
Next, the reaction is performed on the entire front side including the metal thin film 3.
The resistor thin film layer by reactive sputtering
A Ta-N layer was laminated with a thickness of 0.1 μm. Reactive spa
In the sputtering method, the substrate is heated to 150 ° C.
2 × 10- in the empty tankThreeAfter evacuation to Pa or less, Ar
Gas and NTwoIntroduce gas to increase the pressure in the vacuum chamber to 0.6 Pa
And using a Ta target, RF 0.5 kW
The film was formed under the conditions. Note that Ar gas and NTwoGas introduction ratio is
1: 0.6. The Ta-N layer is provided by Nippon Philips
When analyzed by a fully automatic X-ray diffractometer manufactured by
TaTwoAn N-phase diffraction peak was observed. The Ta-N layer
After lamination, unnecessary portions of Ta-
By removing the N layer, a resistor thin film layer 4 is formed.
Was. After forming the resistor thin film layer, the substrate is
Resistance stabilization by heating in the air at 0 ° C for 4 hours
Processing was performed.
After further stabilization, the metallized group
Dicing machine to make the board 1.0mm long and 1.0mm wide
To create a metallized substrate as shown in Fig. 1.
did.
Between the conductive pattern of the metallized substrate and the via
Was measured according to the following procedure. That is, the metal sheet
Using a substrate on which a film has been formed before pattern formation,
Pin diameter φ0.5 with Ni plating on metal thin film on
mm pin, all metal thin films on the via
Solder vertically to cover. The solder used
Is the same as the solder used for adhesion strength measurement described above
It is. Next, follow the same procedure as for the adhesion strength measurement,
The tensile strength at the time of pulling was determined, and the formed metal thin film and via
The adhesive strength between them was
Metallurgy cut by dicing machine
Resistance of the via of the substrate and the electric resistance of the resistor thin film layer 4
The resistance was measured according to the following procedure. That is, the electrical resistance of the via
For the value, the back side of the metallized substrate is
Solder similar to the one used for adhesion strength measurement described above
Solder with the conductive pattern on the via on the front side
A needle-shaped measurement probe in contact with
The electric resistance between the metal substrate and the metal substrate was measured. resistance
With respect to the electric resistance value of the body thin film layer 4,
Two on each of the two conductive patterns connected to both sides
Contact with the measurement probe of
Was measured.
Embodiment 1
The average particle size by the sedimentation method is 1.50 μm, and the specific surface area is
2.50mTwo/ g, thus calculated from the specific surface area
With an average particle size of 0.74 μm and an oxygen content of 0.80%
100 parts by weight of aluminum nitride powder having the composition shown in Table 1
5 parts by weight of trittria, n-butyl methacrylate as a dispersant
2 parts by weight, polybutyl acrylate as organic binder
11 parts by weight of dioctyl phthalate as a plasticizer
Parts, mixed solvent of toluene and isopropyl alcohol 50
Weigh parts by weight, put them into a ball mill pot,
Mix well using a nylon ball. Obtained slur
Lee was passed through a defoaming device to adjust the viscosity to 20,000 cps.
Then, using a doctor blade type sheet forming machine,
Formed on a polypropylene film into a sheet, with a thickness of about
Produce 0.50mm aluminum nitride green sheet
did. Cut the green sheet into 65 x 65 mm
Was. Subsequently, this aluminum nitride green sheet was
Were laminated. Lamination pressure is 50kgf / cmTwo, Lamination temperature
At 80 ° C., the lamination time was 15 minutes. Next, this laminated group
Lean sheet 65 × 65mm, φ0.65mm pan
Punched at 1.5mm pitch using a die for
A 40 × 40 array was prepared. Then Fisher
Powder 1 with an average particle size of 1.8 μm as determined by the method
5 parts by weight of the aluminum nitride powder with respect to 00 parts by weight
Parts, 1.5 parts by weight of ethyl cellulose as an organic binder,
2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate as a solvent
5.0 parts by weight, other plasticizers and dispersants in an automatic mortar, followed by
And knead well with a three-roll mill to make a paste and press-fit
Aluminum grease having the through-holes formed by a method
Filling of the tungsten paste into the through holes of the
went. Filling pressure is 80 psi, filling time is 100 seconds
there were.
The aluminum nitride having the via thus manufactured
Dry nitrogen gas is passed through the minium compact at 30 l / min.
While heating at 900 ° C. for 2 hours, degreasing was performed. The heating rate is
2.5 ° C./min. Test sun heated and degreased at the same time
When the residual carbon ratio of the pull was checked, it was 1800 ppm.
Was. After degreasing, the degreased body is made of aluminum nitride container.
And heated at 1580 ° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere (1 step
Second firing), and further heated at 1870 ° C. for 10 hours (two steps).
Eye baking). Inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate
Cracks have not occurred in the
No crack was generated, and the appearance of the sintered body was good. Ma
Also, warpage of the entire substrate of the obtained aluminum nitride sintered body
Was 45 μm. Density of conductive layer filled in through hole
When the wearing strength was measured, it was 17.4 kg / mmTwoSo
Was. In each of the peeling modes, the inside of the solder was broken.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 1.6 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 20.1Ω. Between the metal thin film 3 and the via
Adhesion strength is 7.5kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
Was 215 W / mk.
Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 and 2
In Example 1, the nitrogen content in the conductive paste shown in Table 2 was measured.
Example except that the addition amount of aluminum halide powder was changed
Same as 1. Table 2 shows the results. Comparative Example 2
In, the electrical resistance value of the resistor thin film layer was measured,
Crack in sintered body causes resistor thin film layer to be inside pattern
And there was no electrical continuity.
Embodiment 7
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The body was circulated for 900 l while flowing dry nitrogen gas at 18 l / min.
C. for 2 hours. Heating rate is 2.5 ° C / min
Met. Residual charcoal of test sample heated and degreased at the same time
When the element ratio was examined, it was 2800 ppm. Degreasing
Thereafter, the degreased body was placed in a container made of aluminum nitride,
Heated at 1580 ° C. for 6 hours in an elementary atmosphere (first stage firing)
Furthermore, it heated at 1870 degreeC for 10 hours (2nd stage baking).
A crack is formed inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate.
Cracks have not occurred, and cracks have also occurred inside the conductive layer.
And the appearance of the sintered body was good. Also obtained
The warpage of the entire aluminum nitride sintered body substrate is 65μ.
m. Measure the adhesion strength of the conductive layer filled in the through hole
16.6kg / mmTwoMet. Peeling off
In each case, the solder was broken in the solder.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 3.1 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 20.8Ω. Between metal thin film 3 and via
Has an adhesion strength of 7.6 kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
Was 215 W / mk.
Embodiment 8
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The body was circulated for 900 l while flowing dry nitrogen gas at 23 l / min.
C. for 2 hours. Heating rate is 2.5 ° C / min
Met. Residual charcoal of test sample heated and degreased at the same time
When the element ratio was examined, it was 2500 ppm. Degreasing
Thereafter, the degreased body was placed in a container made of aluminum nitride,
Heated at 1580 ° C. for 6 hours in an elementary atmosphere (first stage firing)
Furthermore, it heated at 1870 degreeC for 10 hours (2nd stage baking).
A crack is formed inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate.
Cracks have not occurred, and cracks have also occurred inside the conductive layer.
And the appearance of the sintered body was good. Also obtained
The warp of the entire aluminum nitride sintered body was 54 μm.
m. Measure the adhesion strength of the conductive layer filled in the through hole
16.8kg / mmTwoMet. Peeling off
In each case, the solder was broken in the solder.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 2.6 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 19.8Ω. Between metal thin film 3 and via
Has an adhesion strength of 7.1 kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
Was 215 W / mk.
Embodiment 9
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The body was circulated for 900 l while flowing dry nitrogen gas at 35 l / min.
C. for 2 hours. Heating rate is 2.5 ° C / min
Met. Residual charcoal of test sample heated and degreased at the same time
When the element ratio was checked, it was 1200 ppm. Degreasing
Thereafter, the degreased body was placed in a container made of aluminum nitride,
Heated at 1580 ° C. for 6 hours in an elementary atmosphere (first stage firing)
Furthermore, it heated at 1870 degreeC for 10 hours (2nd stage baking).
A crack is formed inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate.
Cracks have not occurred, and cracks have also occurred inside the conductive layer.
And the appearance of the sintered body was good. Also obtained
The warpage of the entire aluminum nitride sintered body substrate was 26μ.
m. Measure the adhesion strength of the conductive layer filled in the through hole
15.6kg / mmTwoMet. Peeling off
In each case, the solder was broken in the solder.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 1.5 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 19.6Ω. Between metal thin film 3 and via
Has an adhesion strength of 8.9 kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
Was 208 W / mk.
Embodiment 10
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The mixture was passed through a dry nitrogen / hydrogen mixed gas at 30 l / min.
While heating at 900 ° C. for 2 hours, degreasing was performed. The heating rate is
2.5 ° C./min. Test sun heated and degreased at the same time
When the residual carbon ratio of the pull was examined, it was 900 ppm.
Was. After degreasing, place the degreased body in a container made of aluminum nitride.
And heat in a nitrogen atmosphere at 1580 ° C for 6 hours (first stage
(Baking) and further heated at 1870 ° C. for 10 hours (second stage)
Firing). The aluminum nitride sintered body of the obtained substrate
Has no cracks and cracks inside the conductive layer
No occurrence was observed, and the appearance of the sintered body was good. Ma
Also, warpage of the entire substrate of the obtained aluminum nitride sintered body
Was 18 μm. Density of conductive layer filled in through hole
When the wearing strength was measured, it was 14.0 kg / mmTwoSo
Was. In each of the peeling modes, the inside of the solder was broken.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 1.2 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 20.2Ω. Between metal thin film 3 and via
Has an adhesion strength of 7.2 kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
Was 198 W / mk.
Comparative Example 3
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The mixture was passed through a mixed gas of dry nitrogen / hydrogen at 20 l / min.
While heating at 900 ° C. for 2 hours, degreasing was performed. The heating rate is
2.5 ° C./min. Test sun heated and degreased at the same time
When the residual carbon ratio of the pull was examined, it was 600 ppm.
Was. After degreasing, place the degreased body in a container made of aluminum nitride.
And heat in a nitrogen atmosphere at 1580 ° C for 6 hours (first stage
(Baking) and further heated at 1870 ° C. for 10 hours (second stage)
Firing). The aluminum nitride sintered body of the obtained substrate
No cracks occurred and no cracks inside the conductive layer
No occurrence was observed, and the appearance of the sintered body was good. Also,
The resultant aluminum nitride sintered body substrate has a warp of 1
It was 5 μm. Adhesion strength of conductive layer filled in through hole
When measured, 8.0 kg / mmTwoMet. Peeling
The modes are both tungsten layer and aluminum nitride
It was peeling at the interface of the sintered body.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 1.2 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 20.8Ω. Between metal thin film 3 and via
Has an adhesion strength of 6.0 kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
168 W / mk.
Comparative Example 4
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The body was circulated for 900 l while flowing dry nitrogen gas at 5 l / min.
C. for 2 hours. Heating rate is 2.5 ° C / min
Met. Residual charcoal of test sample heated and degreased at the same time
When the element ratio was examined, it was 3500 ppm. Degreasing
Thereafter, the degreased body was placed in a container made of aluminum nitride,
Heated at 1580 ° C. for 6 hours in an elementary atmosphere (first stage firing)
Furthermore, it heated at 1870 degreeC for 10 hours (2nd stage baking).
Cracks inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate
There has occurred. In addition, the obtained aluminum nitride sintered body
The warp of the entire substrate was 242 μm. Fill through hole
The measured adhesion strength of the conductive layer was 3.3 kg.
/ MmTwoMet. The peeling mode is
At the interface between the aluminum layer and the aluminum nitride sintered body.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 9.0 mΩ. In addition, the resistor thin film layer
The electrical resistance was measured.
The antibody thin film layer is separated inside the pattern,
There was no continuity. The adhesion strength between the metal thin film 3 and the via is
2.8kg / mmTwoMet. Simultaneously degreased and fired base
The thermal conductivity of a test sample with a thickness of 0.635 mm was measured.
195 W / m measured by laser flash method
k.
Examples 11 to 15 and Comparative Examples 5 and 6
In Example 1, the firing temperature of the first stage shown in Table 2 was changed.
Except having performed, it carried out similarly to Example 1. Table 2 shows the results.
Show.
Examples 16 to 18 and Comparative Examples 7 and 8
In Example 1, the firing temperature in the second stage shown in Table 2 was changed.
Except having performed, it carried out similarly to Example 1. Table 2 shows the results.
Show.
Embodiment 19
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
The body was circulated for 90 l while flowing dry nitrogen gas at 30 l / min.
Heat degreasing was performed at 0 ° C. for 2 hours. The heating rate is 2.5 ° C /
Minutes. Residual carbon ratio of sample heated and degreased at the same time
Was 1800 ppm. After degreasing, before
Place the degreased body in a container made of aluminum nitride and place in a nitrogen atmosphere.
Heat in air at 1350 ° C for 6 hours (first stage baking), cool down
Was. At the same time, the residual carbon ratio of the sample
And 320 ppm. After the first firing, reappear in a nitrogen atmosphere.
Heated at 1870 ° C. for 10 hours in the atmosphere (second stage firing).
A clad is placed inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate.
No cracks occurred, and no cracks occurred inside the conductive layer.
No sintering occurred, and the appearance of the sintered body was good. Also,
The warpage of the entire aluminum nitride sintered body substrate is 4
It was 6 μm. Adhesion strength of conductive layer filled in through hole
Measured 16.7 kg / mmTwoMet. Stripping
In each of the release modes, breakage in the solder was observed.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 2.9 mΩ. In addition, the voltage of the resistor thin film layer
The air resistance was 20.6Ω. Between the conductive layer 3 and the via
Adhesion strength is 7.6kg / mmTwoMet. At the same time
Test sample with fat and fired substrate thickness 0.635mm
Was measured by the laser flash method.
Was 205 W / mK.
Comparative Example 9
Aluminum nitride molding with via made in Example 1
While flowing dry nitrogen gas at a flow rate of 3 l / min.
C. for 2 hours. Heating rate is 2.5 ° C / min
Met. At the same time, the residual carbon content of the sample
Upon examination, it was 4500 ppm. After degreasing,
Put the degreased body in a container made of aluminum nitride and place it in a nitrogen atmosphere.
Heat at 1350 ° C for 6 hours (first stage baking), cool down
Was. At the same time, the residual carbon ratio of the sample
And 850 ppm. After the first firing, reappear in a nitrogen atmosphere.
Heated at 1870 ° C. for 10 hours in the atmosphere (second stage firing).
Cracks inside the aluminum nitride sintered body of the obtained substrate
There has occurred. In addition, the obtained aluminum nitride sintered body
The warp of the entire substrate was 327 μm. Fill through hole
The measured adhesion strength of the conductive layer was 3.2 kg.
/ MmTwoMet. The peeling mode is
At the interface between the aluminum layer and the aluminum nitride sintered body.
The obtained substrate is further provided with a conductive pattern
Form a resistor thin film layer and cut it with a dicing machine
After that, measure the electrical resistance value of the via part of the metallized substrate
As a result, it was 10.2 mΩ. Also, the resistor thin film layer
The electrical resistance of the sintered body was measured.
The resistor thin film layer is separated inside the pattern,
There was no continuity. The adhesion strength between the metal thin film 3 and the via is
7.6kg / mmTwoMet. Simultaneously degreased and fired base
The thermal conductivity of a test sample with a thickness of 0.635 mm was measured.
196 W / m measured by laser flash method
It was K.
[0083]
[Table 1][0084]
[Table 2]
[0085]
[Table 3][0086]
[Table 4]
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のメタライズ基板の一実施例を
示す概略図である。
【符号の説明】
1.窒化アルミニウム基板
2.ビア
3.金属薄膜
4.抵抗体薄膜層BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a metallized substrate according to the present invention. [Explanation of reference numerals] 1. Aluminum nitride substrate Via 3. Metal thin film4. Resistor thin film layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H05K 3/38 H01L 23/12 J (56)参考文献 特開 平3−276693(JP,A) 特開 平8−316602(JP,A) 特開 平5−335710(JP,A) 特開 平1−157592(JP,A) 特開 平7−176864(JP,A) 特開 平8−293654(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05K 1/03 610 H05K 1/09 H05K 1/11 H05K 3/38 ──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H05K 3/38 H01L 23/12 J (56) References JP-A-3-276693 (JP, A) JP-A-8-316602 ( JP, A) JP-A-5-335710 (JP, A) JP-A-1-157592 (JP, A) JP-A-7-176864 (JP, A) JP-A 8-293654 (JP, A) (58) ) Surveyed field (Int.Cl. 7 , DB name) H05K 1/03 610 H05K 1/09 H05K 1/11 H05K 3/38
Claims (1)
金属100重量部及び窒化アルミニウム2〜10重量部
よりなる導電層が充填されてなる基板において、窒化ア
ルミニウム焼結体の熱伝導率が190W/mK以上であ
り、かつ窒化アルミニウム焼結体と導電層との密着強度
が5.0kg/mm2以上であり、該基板の相対する両
面に金属薄膜パターンが形成され、該両面に存在する金
属薄膜パターンの少なくとも一部が導電層により電気的
に互いに接続されてなるメタライズ基板。(57) [Claims 1] A high melting point is formed in a through hole of an aluminum nitride sintered body.
100 parts by weight of metal and 2 to 10 parts by weight of aluminum nitride
In a substrate filled with a conductive layer made of aluminum nitride, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body is 190 W / mK or more, and the adhesion strength between the aluminum nitride sintered body and the conductive layer is 5.0 kg / mm 2 or more. , and the metal thin film pattern is formed on the opposite surfaces of the substrate, the gold present in the double-sided
A metallized substrate in which at least a part of the metal thin film pattern is electrically connected to each other by a conductive layer.
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