JP4653272B2

JP4653272B2 - Method for manufacturing aluminum nitride substrate

Info

Publication number: JP4653272B2
Application number: JP27752399A
Authority: JP
Inventors: 圭一矢野; 英樹佐藤; 信幸水野谷; 正石井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Materials Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP2001097793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面にメタライズ層を有し、かつ熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する窒化アルミニウム基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化および高密度化とともに、半導体部品は大電流を要求され、半導体部品の高出力化に伴い発生する熱量は増大する傾向にある。このため、半導体部品からの熱をいかに放散させるかが重要な課題になっている。
【０００３】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、高い熱伝導率を有し、電気絶縁性が良く、Ｓｉとほぼ同じ熱膨張率を有するなどの優れた性質を持つため、半導体部品の基板として最適である。
【０００４】
ところで、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を半導体基板として使用するためには、回路の形成や電子部品の搭載部の形成等を目的として、ＡｌＮ基板表面に導電性金属からなるメタライズ層の形成を行う必要がある。メタライズを行う方法の一つとして、同時焼成法が用いられ、一般には、以下に示すような手順で基板表面にメタライズ層が形成される。
【０００５】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に、有機化合物よりなる結合剤を添加してスラリー化し、ドクターブレード法によりシート状に成形し、ＡｌＮグリーンシートを得る。そして、このＡｌＮグリーンシートの表面に、ＷまたはＭｏなどの高融点金属粉末ペーストを印刷し、得られた成形体を加熱脱脂した後、非酸化性雰囲気で焼結して、ＡｌＮ焼結体を得る。
【０００６】
同時焼結法では、ＡｌＮ基板の焼結とメタライズ層のＡｌＮ基板への焼き付けとが一回の焼成で同時に行われるため、焼成後にメタライズを行う方法に比べ、製造工程数が少ないという利点を有する。
【０００７】
一方、半導体の消費電力の増大に伴い、より熱放散性が良い高熱伝導率のＡｌＮ基板への要求が高まっており、実際、１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有するＡｌＮ基板が要求されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を得るためには、１８００℃を超える焼成温度で焼結する必要があるが、１８００℃を超える高温で焼結すると、ＡｌＮ基板内のガラス成分が溶出したり、またガラス成分が溶浸したりする等の問題を有していた。
【０００９】
焼結時にＡｌＮ焼結体中のガラス成分が基板表面に溶出すると、ＡｌＮ基板表面にシミや変色等が発生する原因となる。また、ガラス成分がメタライズ層中に溶浸し、メタライズ表面に滲み出してしまうと、メタライズ部の外観不良かつ半田付け性の低下などが生じ、メタライズ層上に回路の形成や電子部品を搭載することができない。すなわち、熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ表面にメタライズ層を有する同時焼成法によるＡｌＮ基板はこれまで得られていなかった。
【００１０】
そこで、従来はあらかじめ１８００℃を超える高温で焼結した、熱伝導率１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のＡｌＮ基板を準備しておき、表面に滲み出してきたガラス成分を研磨等により除去した後、ＡｌＮ基板表面に高融点金属ペーストを印刷し、焼き付けるポストファイア方法が採用されていた。ポストファイア方法の場合、同時焼成法に比べて工数が多く、また、ガラス成分を研磨等により除去する必要があることから、微細配線が形成できない等の問題があった。また、研磨代の分、あらかじめＡｌＮ基板を厚くしておく必要があるなどの手間を要し、製造効率が悪い等の問題を有していた。
【００１１】
また、ポストファイア法によるメタライズ法以外にも、基板表面に薄膜を形成する方法が行われている。例えば、蒸着による薄膜形成、真空蒸着法の一種であるスパッタ法または化学蒸着法（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などがあるが、このような方法では、ポストファイアに比べてさらに製造工程数が多く、かつポストファイアと同様に、基板表面の研磨等も必要である等の問題を有していた。
【００１２】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、優れた熱放熱性を有し、かつ、ガラス成分などがメタライズ層上に滲み出して、シミだしによる外観不良および半田付け性の低下を防止した高品質な窒化アルミニウム基板を提供することを目的とする。
【００１３】
また、同時焼成法により製造工数を減らし、生産効率を向上させるとともに、量産化を実現できる窒化アルミニウム基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明者らは鋭意研究を重ねた結果、ＡｌＮ基板の厚みを適宜調整することにより、ガラス成分がＡｌＮ基板表面に溶出せず、かつ、熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上となる焼成条件が存在することを見出した。すなわち、ＡｌＮ基板厚が１．５ｍｍを超えると、１８００℃より高い温度で焼成しないと熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とならない。しかし、このような高温で焼成するとガラス成分がＡｌＮ基板裏面に移動するだけでなく、ＡｌＮ基板表面にも滲み出してきて、高品質のＡｌＮ基板を得られない。
【００１５】
そこで本願発明者らは、ＡｌＮ基板厚を１．５ｍｍ以下とすると、１８００℃以下の温度で焼成しても熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の窒化アルミニウム基板が得られることを見出した。すなわち、ＡｌＮ基板厚さを１．５ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下とすると、焼成時のＡｌＮ基板内のガラス成分は重力によりＡｌＮ基板裏面に移動し、さらにセッター中へ吸収されるためＡｌＮ基板表面にガラス成分が溶出することがない。従って、ＡｌＮ基板表面へのガラス成分の溶出が生じず、外観不良などの問題は無くなる。本願発明者らは、このような知見に基づいて発明を完成したものである。すなわち、本発明の窒化アルミニウム基板は、同時焼成法により形成されたメタライズ層を表面に備える窒化アルミニウム基板において、１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する。
【００１６】
本発明の窒化アルミニウム基板は、メタライズ層を除く窒化アルミニウム基板の実質的な厚さは、１．５ｍｍ以下とすることができる。
【００１７】
本発明において、窒化アルミニウム基板の実質的な厚さとしたが、一枚からなる単層構造の場合には、メタライズ層を除いた窒化アルミニウム基板の厚さを示し、複数枚積層された多層構造の場合には、各窒化アルミニウム基板のメタライズ層を除いた窒化アルミニウム基板の厚さを合計した厚さを示したものである。
【００１８】
本発明の窒化アルミニウム基板は、メタライズ層を除く窒化アルミニウム基板の厚さは、１．０ｍｍ以下とすることができる。
【００１９】
本発明の窒化アルミニウム基板は、メタライズ層は、ＷまたはＭｏの高融点金属を主成分とすることができる。
【００２０】
本発明では、ＷやＭｏの高融点金属からなるメタライズ層にＡｌＮなどの化合物を２０重量％以下含有させてもよいものとする。
【００２１】
本発明の窒化アルミニウム基板は、窒化アルミニウム基板は、前記基板を複数枚積層した多層構造を有していてもよい。
【００２２】
本発明の窒化アルミニウム基板は、メタライズ層の厚さを１μｍ以上とすることができる。
【００２３】
本発明において、メタライズ層の厚さを１μｍ以上とすることにより、液相成分の滲み出しをより効果的に防止することができる。このメタライズ層の厚さは、好ましくは３〜２０μｍ、さらに好ましくは５〜１５μｍであり、２０μｍを超えると、液相成分の滲み出しは抑えられるもののメタライズ層の厚さが厚くなりすぎ均一な膜を形成することが難しくなる。また、メタライズ層としてＷやＭｏなどのような高融点金属の使用量が増えるためコスト面からも好ましくない。
【００２４】
請求項１記載の窒化アルミニウム基板の製造方法は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に、焼結助剤を窒化アルミニウムに対して１０重量％以下の割合で添加するとともにバインダを添加して原料調整することにより、窒化アルミニウムを主成分とする窒化アルミニウム成形体を作製し、この窒化アルミニウム成形体の片面に高融点金属ペーストを塗布し、加熱脱脂することにより、実質的な厚さが１．５ｍｍ以下の窒化アルミニウム成形体と、この窒化アルミニウム成形体の片面に形成された前記ペースト層と、からなる片面ペースト塗布単層構造のペースト塗布窒化アルミニウム成形体を作製し、このペースト塗布窒化アルミニウム成形体を窒化アルミニウムの含有量が９７〜１００％の高純度の窒化アルミニウムからなるセッター上に窒化アルミニウム成形体側が前記セッターに接触するように配置し、非酸化雰囲気中において１８００℃以下の温度で焼成するとともに、この焼成の際に前記窒化アルミニウム成形体の焼結体から滲み出た液相成分を重力による移動により前記セッターに吸収させることにより、窒化アルミニウム基板部の片面にメタライズ層が形成された片面メタライズ層形成単層構造の窒化アルミニウム基板を作製し、この窒化アルミニウム基板は、前記窒化アルミニウム基板部の熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記メタライズ層の厚さが３〜２０μｍであり、前記メタライズ層の表面に液相成分の滲み出しがないものであることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、ＡｌＮ基板厚さを１．５ｍｍ以下とするとことにより、焼成時のＡｌＮ基板内のガラス成分は重力によりＡｌＮ基板裏面に移動してセッター中へ吸収されるため、同時焼成法で１８００℃以下の温度で焼成した場合においても、１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する高品質なＡｌＮ基板を得ることができる。
【００２６】
本発明によれば、高温焼結などにより高純度化した窒化アルミニウムからなるセッターを適用することで、ＡｌＮ基板内のガラス成分をセッター内に効率良く吸収することができる。
【００２７】
本発明において、焼結助剤を添加する割合を窒化アルミニウムに対して１０重量％以下としたが、１０重量％を超えると液相成分の滲み出し量が多くなり、メタライズ層の密着強度が低下するという問題が生じてしまうためである。また、本発明では高純度ＡｌＮからなるセッターを用いている。例えば、このようなセッターは、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を３重量％含有したＡｌＮを、所定の温度で焼結し、液相成分（ガラス成分）を滲み出させ、これ以上液相成分が滲み出さない程度まで焼結温度を保持し続けることにより作製されるものであり、このようなＡｌＮ焼結体からなるセッターは実質的に液相成分がなくＡｌＮがほぼ９７〜１００％の状態となる。このような高純度ＡｌＮセッターを用いれば前述のようにＡｌＮ基板（焼結体）から滲み出る液相成分をセッターが吸収するので、同時焼成メタライズ基板を効率良く作製することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、実施例、参考例、比較例１〜比較例４および引用例を用いて説明する。
【００２９】
実施例、参考例、比較例１および２（表１：試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１１）
本実施例、参考例、比較例１および２では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板の実質的な厚さが１．５ｍｍ以下の表１に示すＮｏ．１ないしＮｏ．１１の試料を用いた。試料Ｎｏ．１のＡｌＮ基板は、以下のように作製される。
【００３０】
まず、平均粒径１．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を５ｗｔ％添加して原料粉末を調整し、ボールミルにて解砕および混合を行った。この原料粉末に有機バインダおよび有機溶剤を添加した後、混合してスラリー化した。このスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形し、実質的な厚さが１．５ｍｍであるＡｌＮグリーンシートを１枚作製した。
【００３１】
一方、平均粒径１μｍのタングステン（Ｗ）粉末に、適量の樹脂バインダおよび分散剤を混合して、Ｗペーストを作製し、メタライズ層の材料を調整した。
【００３２】
次に、ＡｌＮグリーンシートにＷペーストをスクリーン印刷し、乾燥させた。このＷペーストを塗布したＡｌＮグリーンシートを、窒素雰囲気中、９００℃の温度で３時間脱脂処理を行った。
【００３３】
一方、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を３重量％含有したＡｌＮからなるセッターを１９００℃の高温で焼成して液相成分を滲み出させて、高純度のＡｌＮからなるセッターを準備した。
【００３４】
この高純度ＡｌＮセッターの上に、脱脂処理したＡｌＮグリーンシートを配置し、窒素雰囲気中、１８００℃の温度で６時間焼成を行い、ＡｌＮ基板とＷ層とを同時焼成して、単層からなるＡｌＮ基板を作製した。これを試料Ｎｏ．１とした。
【００３５】
また、本実施例および参考例で用いた試料Ｎｏ．２ないし試料Ｎｏ．８のＡｌＮ基板は、試料Ｎｏ．１とほぼ同様の手順で作製したＡｌＮ基板である。表１に示すように、試料Ｎｏ．２は、ＡｌＮ基板の厚さを１．５ｍｍとし、メタライズ層の組成としてＷおよびＡｌＮを用いたものである。また、試料Ｎｏ．３ないし試料Ｎｏ．７のＡｌＮ基板は、厚さ１．４ｍｍから除々に０．２ｍｍ薄くした単層のＡｌＮ基板を用いたものである。試料Ｎｏ．８は、０．４ｍｍのＡｌＮグリーンシートにＷペーストを塗布したものを２枚積層した後焼結して多層構造のＡｌＮ基板としたものである。試料Ｎｏ．９ないし試料Ｎｏ．１１はそれぞれメタライズ層の厚さを変化させたものである。なお、メタライズ層中にＡｌＮを添加させたものはいずれもＡｌＮを３重量％含有させたものである。Ｎｏ．１ないしＮｏ．１１の試料は、いずれもメタライズ層を除いたＡｌＮ基板の厚さが実質的に１．５ｍｍ以下としたものであり、焼結温度は、１８００℃以下としたものである。
【００３６】
比較例３（表１：試料Ｎｏ．１２、試料Ｎｏ．１３）
本比較例では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板の実質的な厚さが１．５ｍｍを超えるＮｏ．１２およびＮｏ．１３の試料を用いた。なお、ＡｌＮ基板の作製手順は、実施例と同様である。
【００３７】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１２は、厚さ２．０ｍｍの単層ＡｌＮ基板であり、試料Ｎｏ．１３は、厚さ０．４ｍｍのＡｌＮグリーンシートを４枚積層した後焼結して、実質的なＡｌＮ基板の厚さが１．５ｍｍを超える多層構造のＡｌＮ基板としたものである。なお、メタライズ層の成分および厚さ、焼結条件は、表１に示すとおりである。
【００３８】
比較例４（表１：試料Ｎｏ．１４）
本比較例では、焼成時、窒化硼素（ＢＮ）からなるセッターを用いたものであり、厚さ１．５ｍｍの単層ＡｌＮ基板を試料Ｎｏ．１４としたものである。なお、ＡｌＮ基板の作製手順は、実施例とほぼ同様であり、メタライズ層の成分および厚さ、焼結条件は表１に示すとおりである。
【００３９】
引用例（特開平５−１９０７０３号公報（表１：試料Ｎｏ．１５））
本引用例は、特開平５−１９０７０３号公報に掲載された窒化アルミニウム基板であり、厚さ０．４ｍｍのＡｌＮグリーンシートを８層積層した後焼結して、多層構造のＡｌＮ基板を試料Ｎｏ．１５として用いたものである。なお、ＡｌＮ基板の作製手順は、実施例とほぼ同様であり、メタライズ層の成分および厚さ、焼結条件は表１に示すとおりである。
【００４０】
このようにして得られた実施例、参考例、比較例１〜比較例４および引用例における試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．１５のＡｌＮ基板の外観観察を行った。外観観察としては、メタライズ層の表面を顕微鏡により２０倍にしたとき、液相成分の滲み出しが観察されるか否かで測定した。具体的には、顕微鏡により２０倍に拡大観察した際に、液相成分が観測されないものを外観良好とし、液相成分が観察されたものを外観不良とした。また、各ＡｌＮ基板について熱伝導率を測定した。なお、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法を用いて測定した。この結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１２ないし試料Ｎｏ．１５のＡｌＮ基板は、ＡｌＮ基板表面にシミや変色等が見られ、外観は不良であり、また、熱伝導率も１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であったが、一方において、実施例の試料Ｎｏ．１ないし試料Ｎｏ．８のＡｌＮ基板は、シミや変色等がなく外観は良好であった。また、いずれも熱伝導率は１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い値を示しており、放熱性の優れた高品質のＡｌＮ基板を得ることができた。なお、メタライズ層の厚さが１μｍの試料Ｎｏ．１０では液相成分の滲み出しが少量観測され始めており、メタライズ層の厚さは１μｍ以上が好ましいことが分かった。一方、メタライズ層にＡｌＮを添加した試料Ｎｏ．１１では滲み出しが観測されず、この点からメタライズ層へのＡｌＮ添加は液相成分の滲み出し防止の効果もあることが分かった。
【００４３】
本実施形態によれば、ＡｌＮ基板厚さを１．５ｍｍ以下とすることで、焼結温度が１８００℃以下の温度であっても、同時焼成法により１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率１９０Ｗ／ｍ・Ｋを有するＡｌＮ基板を得ることができる。従って、本実施形態では同時焼成法を適用していることから製造工数を減らすことができ、生産効率を向上させて、これによりＡｌＮ基板の量産化を図ることができる。また、本発明の製造方法で作製されたＡｌＮ基板は１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有し、熱放散性に優れていることから、高出力化した半導体部品の基板として使用でき、一層、電子機器の小型化および高密度化を図ることができる。
【００４４】
なお、本実施形態のように、多層構造とした場合にも、ＡｌＮ基板が優れた熱放熱性を有するため、高集積密度化して、電子機器の小型化および高密度化を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱放熱性に優れた高品質の窒化アルミニウム基板が得られるとともに、同時焼成法によりメタライズ層を形成したことから、生産効率が高く、かつ量産化可能なＡｌＮ基板の製造方法を得られる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aluminum nitride substrate having a metallized layer on the surface and a high thermal conductivity of 190 W / m · K or more, and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with miniaturization and higher density of electronic devices, semiconductor components are required to have a large current, and the amount of heat generated with higher output of semiconductor components tends to increase. For this reason, how to dissipate heat from the semiconductor component is an important issue.
[0003]
Aluminum nitride (AlN) is optimal as a substrate for semiconductor components because it has high thermal conductivity, good electrical insulation, and excellent properties such as almost the same thermal expansion coefficient as Si.
[0004]
By the way, in order to use aluminum nitride (AlN) as a semiconductor substrate, it is necessary to form a metallized layer made of a conductive metal on the surface of the AlN substrate for the purpose of forming a circuit, a mounting portion of an electronic component, or the like. is there. As one method for metallization, a co-firing method is used. In general, a metallized layer is formed on the substrate surface in the following procedure.
[0005]
A binder made of an organic compound is added to aluminum nitride (AlN) to form a slurry, which is formed into a sheet by a doctor blade method to obtain an AlN green sheet. Then, a high melting point metal powder paste such as W or Mo is printed on the surface of the AlN green sheet, and the obtained molded body is heated and degreased, and then sintered in a non-oxidizing atmosphere to obtain an AlN sintered body. obtain.
[0006]
In the simultaneous sintering method, the sintering of the AlN substrate and the baking of the metallized layer on the AlN substrate are performed simultaneously by one firing, and therefore, there is an advantage that the number of manufacturing steps is less than the method of performing metallization after firing. .
[0007]
On the other hand, with the increase in power consumption of semiconductors, there is an increasing demand for AlN substrates with high thermal conductivity and better heat dissipation. In fact, AlN substrates with high thermal conductivity of 190 W / m · K or more are required. ing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to obtain a thermal conductivity of 190 W / m · K or more, it is necessary to sinter at a firing temperature exceeding 1800 ° C. However, when sintered at a high temperature exceeding 1800 ° C., the glass component in the AlN substrate is reduced. There were problems such as elution and infiltration of glass components.
[0009]
If the glass component in the AlN sintered body elutes on the substrate surface during sintering, it may cause spots, discoloration, etc. on the AlN substrate surface. Also, if the glass component infiltrates into the metallized layer and oozes out on the metallized surface, the appearance of the metallized part will be poor and the solderability will deteriorate, etc., and circuit formation and electronic parts will be mounted on the metallized layer I can't. That is, an AlN substrate having a thermal conductivity of 190 W / m · K or more and having a metallized layer on the surface has not been obtained so far.
[0010]
Therefore, in the past, an AlN substrate having a thermal conductivity of 190 W / m · K or higher, which was previously sintered at a high temperature exceeding 1800 ° C., was prepared, and glass components that had exuded to the surface were removed by polishing or the like. A post-fire method in which a high melting point metal paste is printed on a substrate surface and baked has been employed. In the case of the post-fire method, the number of steps is larger than that in the simultaneous firing method, and it is necessary to remove the glass component by polishing or the like. In addition, there is a problem that it is necessary to make the AlN substrate thick in advance for the polishing cost, and the manufacturing efficiency is poor.
[0011]
In addition to the metallization method by the postfire method, a method of forming a thin film on the substrate surface has been performed. For example, there is a thin film formation by vapor deposition, a sputtering method or a chemical vapor deposition (CVD) which is a kind of vacuum vapor deposition method, but in such a method, the number of manufacturing steps is larger than that of a post-fire, Further, like the postfire, there is a problem that the substrate surface needs to be polished.
[0012]
The present invention has been made to solve such problems, and has a thermal conductivity of 190 W / m · K or more, excellent heat dissipation, and a glass component or the like on the metallized layer. An object of the present invention is to provide a high-quality aluminum nitride substrate that exudes and prevents appearance defects and solderability deterioration due to spotting.
[0013]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an aluminum nitride substrate capable of reducing the number of manufacturing steps by the simultaneous firing method, improving the production efficiency, and realizing mass production.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the inventors of the present application have made extensive studies, and as a result, by appropriately adjusting the thickness of the AlN substrate, the glass component does not elute on the surface of the AlN substrate, and the thermal conductivity is 190 W / It has been found that there is a firing condition of m · K or more. That is, when the thickness of the AlN substrate exceeds 1.5 mm, the thermal conductivity does not become 190 W / m · K or more unless fired at a temperature higher than 1800 ° C. However, when baked at such a high temperature, the glass component not only moves to the back surface of the AlN substrate but also oozes out to the surface of the AlN substrate, and a high-quality AlN substrate cannot be obtained.
[0015]
Therefore, the inventors of the present application have found that when the thickness of the AlN substrate is 1.5 mm or less, an aluminum nitride substrate having a thermal conductivity of 190 W / m · K or more can be obtained even when fired at a temperature of 1800 ° C. or less. That is, when the thickness of the AlN substrate is 1.5 mm or less, preferably 1.0 mm or less, the glass component in the AlN substrate at the time of firing moves to the back surface of the AlN substrate due to gravity and is further absorbed into the setter. The glass component does not elute on the surface. Therefore, elution of the glass component on the surface of the AlN substrate does not occur, and problems such as poor appearance disappear. The present inventors have completed the invention based on such knowledge. That is, the aluminum nitride substrate of the present invention has a thermal conductivity of 190 W / m · K or more in an aluminum nitride substrate having a metallized layer formed by a co-firing method on the surface.
[0016]
In the aluminum nitride substrate of the present invention, the substantial thickness of the aluminum nitride substrate excluding the metallized layer can be 1.5 mm or less.
[0017]
In the present invention, the substantial thickness of the aluminum nitride substrate is used. However, in the case of a single-layer structure consisting of a single sheet, the thickness of the aluminum nitride substrate excluding the metallized layer is shown, and a multilayer structure in which a plurality of layers are stacked. In this case, the total thickness of the aluminum nitride substrates excluding the metallized layer of each aluminum nitride substrate is shown.
[0018]
In the aluminum nitride substrate of the present invention, the thickness of the aluminum nitride substrate excluding the metallized layer can be 1.0 mm or less.
[0019]
In the aluminum nitride substrate of the present invention, the metallized layer can contain a refractory metal of W or Mo as a main component.
[0020]
In the present invention, a metallized layer made of a refractory metal such as W or Mo may contain 20% by weight or less of a compound such as AlN.
[0021]
The aluminum nitride substrate of the present invention may have a multilayer structure in which a plurality of the substrates are stacked.
[0022]
In the aluminum nitride substrate of the present invention, the thickness of the metallized layer can be 1 μm or more.
[0023]
In the present invention, by setting the thickness of the metallized layer to 1 μm or more, it is possible to more effectively prevent the liquid phase component from exuding. The thickness of the metallized layer is preferably 3 to 20 μm, more preferably 5 to 15 μm. If the thickness exceeds 20 μm, the bleeding of the liquid phase component can be suppressed, but the thickness of the metallized layer becomes too thick and uniform. It becomes difficult to form. Further, since the amount of a high melting point metal such as W or Mo used as the metallization layer increases, it is not preferable from the viewpoint of cost.
[0024]
The process according to claim 1 aluminum nitride substrate described, aluminum nitride (AlN), by the addition of binder to a raw material adjusting with added in a proportion of 10 wt% or less with respect to aluminum nitride sintering aid Then, an aluminum nitride molded body containing aluminum nitride as a main component is prepared, a high melting point metal paste is applied to one side of the aluminum nitride molded body, and heat degreasing is performed, so that a substantial thickness is 1.5 mm or less. aluminum moldings, and the said paste is formed on one surface of the aluminum nitride molded body layer, to produce a one-sided paste coating monolayer pasted aluminum nitride molded body structure made of an aluminum nitride paste coating aluminum nitride molded body nitride on the setter content composed of high purity aluminum nitride of 97 to 100% of the Arranged so as aluminum molded body side contacts the setter, with calcined at 1800 ° C. below the temperature in a non-oxidizing atmosphere, the liquid phase component oozed from the sintered body of the aluminum nitride molded body during the sintering Is absorbed by the setter by the movement of gravity, thereby producing an aluminum nitride substrate having a single-layer metallized layer forming single layer structure in which a metallized layer is formed on one side of the aluminum nitride substrate part. The substrate part has a thermal conductivity of 190 W / m · K or more, a thickness of the metallized layer is 3 to 20 μm, and a liquid phase component does not ooze out on the surface of the metallized layer. To do.
[0025]
According to the present invention, when the thickness of the AlN substrate is 1.5 mm or less, the glass component in the AlN substrate at the time of firing moves to the back surface of the AlN substrate due to gravity and is absorbed into the setter. Even when baked at a temperature of 1800 ° C. or less, a high-quality AlN substrate having a high thermal conductivity of 190 W / m · K or more can be obtained.
[0026]
According to the present invention, the glass component in the AlN substrate can be efficiently absorbed in the setter by applying the setter made of aluminum nitride highly purified by high temperature sintering or the like .
[0027]
In the present invention, the proportion of addition of the sintering aid is set to 10% by weight or less with respect to aluminum nitride. However, if the amount exceeds 10% by weight, the amount of the liquid phase component exudes increases and the adhesion strength of the metallized layer decreases. It is because the problem of doing will arise. In the present invention, a setter made of high-purity AlN is used. For example, such a setter sinters AlN containing 3% by weight of yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) at a predetermined temperature to cause the liquid phase component (glass component) to bleed out, and more liquid phase components. The setter made of such an AlN sintered body has substantially no liquid phase component and AlN is almost 97 to 100%. It becomes. If such a high-purity AlN setter is used, since the setter absorbs the liquid phase component that exudes from the AlN substrate (sintered body) as described above, a co-fired metallized substrate can be produced efficiently.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using examples, reference examples, comparative examples 1 to 4 and cited examples.
[0029]
Examples, Reference Examples, Comparative Examples 1 and 2 (Table 1: Sample No. 1 to Sample No. 11)
In this example, reference example, and comparative examples 1 and 2, No. 1 shown in Table 1 in which the substantial thickness of the aluminum nitride (AlN) substrate is 1.5 mm or less. 1 to No. Eleven samples were used. Sample No. One AlN substrate is manufactured as follows.
[0030]
First, 5 wt% of yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) powder as a sintering aid is added to aluminum nitride (AlN) powder having an average particle diameter of 1.5 μm to prepare a raw material powder, which is crushed and mixed in a ball mill Went. An organic binder and an organic solvent were added to the raw material powder, and then mixed to form a slurry. This slurry was formed into a sheet shape by a doctor blade method to produce one AlN green sheet having a substantial thickness of 1.5 mm.
[0031]
On the other hand, an appropriate amount of a resin binder and a dispersant were mixed with tungsten (W) powder having an average particle diameter of 1 μm to prepare a W paste, and a material for the metallized layer was prepared.
[0032]
Next, W paste was screen printed on an AlN green sheet and dried. The AlN green sheet coated with the W paste was degreased for 3 hours at a temperature of 900 ° C. in a nitrogen atmosphere.
[0033]
On the other hand, a setter made of AlN containing 3% by weight of yttrium oxide (Y ₂ O ₃ ) was baked at a high temperature of 1900 ° C. to exude the liquid phase component to prepare a setter made of high-purity AlN.
[0034]
A degreased AlN green sheet is placed on the high-purity AlN setter, fired at a temperature of 1800 ° C. for 6 hours in a nitrogen atmosphere, and the AlN substrate and the W layer are simultaneously fired to form a single layer. An AlN substrate was produced. This is designated as Sample No. It was set to 1.
[0035]
In addition, the sample No. used in this example and the reference example . 2 to Sample No. The AlN substrate of No. 8 is sample No. 1 is an AlN substrate manufactured in substantially the same procedure as in FIG. As shown in Table 1, sample no. In No. 2, the thickness of the AlN substrate is 1.5 mm, and W and AlN are used as the composition of the metallized layer. Sample No. 3 to Sample No. The AlN substrate No. 7 is a single layer AlN substrate that is gradually reduced by 0.2 mm from a thickness of 1.4 mm. Sample No. No. 8 is an AlN substrate having a multilayer structure in which two 0.4 mm AlN green sheets coated with W paste are laminated and then sintered. Sample No. 9 to Sample No. Reference numeral 11 represents a variation in the thickness of the metallized layer. All of the metallized layers to which AlN was added were those containing 3% by weight of AlN. No. 1 to No. In each of the 11 samples, the thickness of the AlN substrate excluding the metallized layer was substantially 1.5 mm or less, and the sintering temperature was 1800 ° C. or less.
[0036]
Comparative Example 3 (Table 1: Sample No. 12, Sample No. 13)
In this comparative example, No. 1 in which the substantial thickness of the aluminum nitride (AlN) substrate exceeds 1.5 mm. 12 and no. Thirteen samples were used. Note that the procedure for manufacturing the AlN substrate is the same as in the example.
[0037]
As shown in Table 1, sample no. 12 is a single layer AlN substrate having a thickness of 2.0 mm. No. 13 is an AlN substrate having a multilayer structure in which a substantial thickness of the AlN substrate exceeds 1.5 mm by laminating four AlN green sheets having a thickness of 0.4 mm and then sintering. The components, thickness, and sintering conditions of the metallized layer are as shown in Table 1.
[0038]
Comparative Example 4 (Table 1: Sample No. 14)
In this comparative example, a setter made of boron nitride (BN) was used at the time of firing, and a single-layer AlN substrate having a thickness of 1.5 mm was used as a sample no. 14. The procedure for producing the AlN substrate is almost the same as in the example, and the components, thickness, and sintering conditions of the metallized layer are as shown in Table 1.
[0039]
Cited example (Japanese Patent Laid-Open No. 5-190703 (Table 1: Sample No. 15))
This reference example is an aluminum nitride substrate described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-190703. After laminating eight layers of 0.4 mm thick AlN green sheets, sintering is performed to obtain a multilayered AlN substrate as a sample No. . 15 was used. The procedure for producing the AlN substrate is almost the same as in the example, and the components, thickness, and sintering conditions of the metallized layer are as shown in Table 1.
[0040]
Sample Nos. In Examples, Reference Examples, Comparative Examples 1 to 4 and Cited Examples thus obtained. 1 to sample no. The appearance of 15 AlN substrates was observed. As appearance observation, when the surface of the metallized layer was magnified 20 times with a microscope, it was measured based on whether or not oozing of the liquid phase component was observed. Specifically, when the liquid phase component was observed with a microscope, the appearance was good when the liquid phase component was not observed, and the appearance was poor when the liquid phase component was observed. Moreover, the thermal conductivity was measured about each AlN board | substrate. The thermal conductivity was measured using a laser flash method. The results are shown in Table 1.
[0041]
[Table 1]

[0042]
As shown in Table 1, sample no. 12 to Sample No. The AlN substrate No. 15 had spots and discoloration on the surface of the AlN substrate, the appearance was poor, and the thermal conductivity was 190 W / m · K or less. 1 to sample no. The AlN substrate of No. 8 had no appearance of stains or discoloration and had a good appearance. In all cases, the thermal conductivity showed a high value of 190 W / m · K or more, and a high-quality AlN substrate having excellent heat dissipation was obtained. It should be noted that sample No. 1 having a metallization layer thickness of 1 μm was used. In No. 10, a small amount of liquid phase component began to be observed, and it was found that the thickness of the metallized layer is preferably 1 μm or more. On the other hand, sample No. 1 in which AlN was added to the metallized layer. No exudation was observed in No. 11, and it was found from this point that the addition of AlN to the metallized layer also had an effect of preventing the exudation of the liquid phase component.
[0043]
According to the present embodiment, by setting the AlN substrate thickness to 1.5 mm or less, even when the sintering temperature is 1800 ° C. or less, a thermal conductivity of 190 W / m · K or more is 190 W by the simultaneous firing method. An AlN substrate having / m · K can be obtained. Therefore, since the simultaneous firing method is applied in the present embodiment, the number of manufacturing steps can be reduced, the production efficiency can be improved, and thereby the mass production of the AlN substrate can be achieved. Moreover, since the AlN substrate produced by the production method of the present invention has a high thermal conductivity of 190 W / m · K or more and is excellent in heat dissipation, it can be used as a substrate for semiconductor components with high output, Further reduction in size and density of electronic devices can be achieved.
[0044]
Even in the case of a multi-layer structure as in this embodiment, the AlN substrate has excellent heat dissipation, so that the integration density can be increased and the electronic device can be reduced in size and density.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-quality aluminum nitride substrate having a thermal conductivity of 190 W / m · K or more and excellent heat dissipation is obtained, and a metallized layer is formed by a co-firing method. Therefore, an AlN substrate manufacturing method with high production efficiency and mass production can be obtained.

Claims

Aluminum nitride (AlN), by raw material adjusted by adding a binder with the addition in a proportion of 10 wt% or less with respect to aluminum nitride sintering aid, an aluminum nitride molded body mainly composed of aluminum nitride Made,
A high melting point metal paste was applied to one side of the aluminum nitride molded body and heated and degreased to form an aluminum nitride molded body having a substantial thickness of 1.5 mm or less and one side of the aluminum nitride molded body. A paste-coated aluminum nitride molded body having a single-layer paste-coated single layer structure comprising the paste layer,
This paste-coated aluminum nitride molded body was placed on a setter made of high-purity aluminum nitride having an aluminum nitride content of 97 to 100% so that the aluminum nitride molded body side was in contact with the setter , and 1800 in a non-oxidizing atmosphere. While firing at a temperature of ℃ or less, the liquid phase component exuded from the sintered body of the aluminum nitride molded body at the time of firing is absorbed by the setter by movement due to gravity , so that one surface of the aluminum nitride substrate portion is A single-sided metallized layer-formed aluminum nitride substrate having a metallized layer formed thereon is produced,
In this aluminum nitride substrate, the thermal conductivity of the aluminum nitride substrate portion is 190 W / m · K or more, the thickness of the metallized layer is 3 to 20 μm, and the liquid phase component oozes out on the surface of the metallized layer. A method for producing an aluminum nitride substrate, characterized by not having any.

The setter bakes an aluminum nitride molded body containing aluminum nitride and yttrium oxide Y ₂ O ₃ at a high temperature and oozes a liquid phase component from the sintered body of the aluminum nitride molded body at the time of firing. The method for producing an aluminum nitride substrate according to claim 1, wherein the aluminum nitride sintered body is a high-purity aluminum nitride sintered body obtained by the above process.