JPH03228873A

JPH03228873A - 窒化アルミニウム質基板

Info

Publication number: JPH03228873A
Application number: JP2061780A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Okawa; 善裕大川; Shin Ikeda; 慎池田; Kenichiro Miyahara; 健一郎宮原; Yoshiaki Ito; 吉明伊藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1991-10-09
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JP2949296B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、窒化アルミニウム質基板に関し、詳細には金
属導体層をその表面に有する半導体素子収納用パッケー
ジ等の電子部品に適した窒化アルミニウム質基板に関す
る。

（従来技術）近時、情報処理装置の高性能化、高速化に伴い、それを
構成する半導体集積回路も高密度化、高集積化が急速に
進み、そのために半導体集積回路素子の大電力化により
該素子の発熱量が著しく増加し、前記半導体集積回路素
子を正常に且つ安定に作動させるためにはその発熱する
熱をいかに効率的に除去するかが大きな課題となってい
る。

そこで、従来から高熱伝導性に優れたセラミック材料と
して酸化ベリリウム質焼結体、ダイヤモンド、炭化珪素
質焼結体等が提案されているが、酸化ベリリウム質焼結
体は毒性があり使用上難点があり、ダイヤモンドは高価
であり、また炭化珪素質焼結体は電気絶縁性、誘電率等
の特性が悪いという欠点を有している。

最近に至り、従来の高熱伝導性材料に代わり、高熱伝導
性を有するとともに高い機械的強度、高電気絶縁性を有
し、且つ熱膨張係数がアルミナに比べてシリコン単結晶
に近い等の優れた特性を有する材料として窒化アルミニ
ウム質焼結体が注目されている。

この窒化アルミニウム質焼結体は、これを基板母材とし
てその表面に金属導体層を形成しようとする場合、窒化
アルミニウム自体、金属との濡れ性が小さいことから基
板母材と金属導体層との接着強度が低いという欠点を有
している。

このような問題に対し、窒化アルミニウム質焼結体をた
とえば空気中で加熱して表面に金属との濡れ性のよい酸
化アルミニウム層を形成するか、または酸化珪素等のガ
ラス質層を塗布し、その表面に導体層を被着形成するこ
とにより接着強度を高めようとする方法が提案されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上述のように窒化アルミニウム質焼結体
表面に酸化アルミニウム層を形成することによって導体
層の接着強度は酸化アルミニウム層を設ＬＪない場合に
比較して接着強度は向上するものの、実用的なレベルに
は至っておらず、特に金（Ａｕ）や銀（Ａ、ｇ）等を主
体とする導体層を形成する場合には接着強度は不１−分
であった。

よって、窒化アルミニウム質焼結体を用いた電子部品の
信頼性の点からも導体層の接着強度の高い基板が望まれ
ている。

（発明の目的）よって、本発明の目的は窒化アルミニウム質焼結体を母
材とする導体層の接着強度に優れた窒化アルミニウム質
基板およびその製造方法を提供するにある。

（問題点を解決するための手段）本発明者等は、上記問題点に対し検討を重ねた結果、母
材として特定の金属およびそれらの金属化合物を含有す
る窒化アルミニウム質焼結体の表面に酸化アルミニウム
を主体とする被覆層を形成し、さらにこの酸化アルミニ
ウム層上に金属導体層を被着形成するもので、特定の金
属あるいは金属化合物としてＴｉ、、ｖＳＮｂ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｃ。

およびＮｉの単体あるいはこれらの炭化物、窒化物、ボ
ウ化物、酸化物から選ばれる１種板」二を選択すること
により金属導体層の母材との接着強度を高めることがで
きることを見出した。

以下、本発明を詳述する。

本発明の窒化アルミニウム質基板において、用いられる
母材は、窒化アルミニウムを主体とし、少なくとも相対
密度９５％の相対密度を有し、高密度、高熱伝導性であ
ることが望ましく、また、場合によっては従来から公知
の焼結助剤、例えば、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ等のアルカリ土
類金属やＹ等の希土類金属の酸化物、炭化物、窒化物、
フッ化物等を２０重量％以下の割合で含有する。

本発明によれば、上記窒化アルミニウム質焼結体がＴｉ
、■、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｏおよびＮｉの単体もしくは
炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物から選ばれる少なく
とも１種を含有することが重要である。この金属あるい
は金属化合物は窒化アルミニウム質焼結体中に０．０１
〜５重量％の割合で含有され、焼結体の色相を黒色化さ
せる作用をなす。

本発明によれば、上記特定の金属あるいは金属化合物を
含有する窒化アルミニウム質焼結体の表面に酸化アルミ
ニウムを主体とする被覆層を形成する。この被覆層は基
板としての耐化学薬品性、例えばアルカリ等に対する腐
食性を低減すると同時にこの被覆層上に金属導体層を形
成した場合に母材への金属導体層の接着強度を向上する
ことができる。

また、上記被覆層はその厚みが０．０５〜５μｍ、特に
０．２〜４μｍであることが重要で、その厚みが０．０
５μｍより薄いと基板の耐化学薬品性や導体層の母材と
の接着強度が不十分となり、５μｍを越えると被覆層と
母材との熱膨張差等に起因しクランク等が生じてしまう
恐れがある。

一方、被覆層上に形成される導体層としては従来から周
知のものが挙げられ、例えばＷ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍ
ｏ−Ｍｎ等を主体とする金属導体からなり、これらは０
．０１〜１００μｍの厚みで被着形成される。

本発明の窒化アルミニウム質基板の製造方法としては、
例えば母材として窒化アルミニウムを主体とし、Ｔｉ、
■、Ｎｂ、Ｍｏ、、ＷＳＣｏおよびＮｉの単体あるいは
これらの炭化物、窒化物、ホウ化物、酸化物から選ばれ
る１種以上の金属またはその化合物を含有する焼結体を
用意する。具体的には酸素含有量０．４〜３重量％の窒
化アルミニウム粉末に前記金属および金属化合物を０．
０１〜５重量％の割合で添加する。また所望により焼結
性を高めるためにＣａ、Ｂａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金
属やＹ等の希土類金属の酸化物、炭化物、窒化物等を焼
結助剤として０．０１〜１５重量％の割合で添加混合し
た後に、公知の方法で成形し、窒素や窒素と水素との混
合雰囲気等の非酸化性雰囲気中で１５５０〜１９５０°
Ｃの温度で焼成することにより相対密度９５％以上の焼
結体を得ることができる。

なお、例えば前記金属および金属化合物として酸化物を
選択しても焼成条件により金属単体やその他の金属化合
物に変換することができる。例えば、Ｔ　ｉ　０２　、
Ｖ２０５　、ＷＯ３は窒素と水素との混合雰囲気中での
焼成によりＴｉＮ、ＶＮ、Ｗ　７− 金属に還元される。また焼成炉内に敷粉や匣鉢としてＢ
Ｎ等が存在する場合、硼化物が生成される場合もある。

次に、上記窒化アルミニウム質焼結体に対し酸化処理を
行うことによりその焼結体表面の窒化アルミニウムを酸
化アルミニウムに変換するこのにより被覆層が形成する
ことができる。この時の被覆層はそのほとんどがα−Ａ
１□０３質で、その層中には焼結体中に含まれていた焼
結助剤成分や前記金属または金属化合物も一部酸化され
た状態で含有される。この酸化処理は、例えば焼結体を
大気中で７００〜１４００°Ｃの温度で処理するか、ま
たは酸化性雰囲気中でレーザー光等を照射し部分的に酸
化処理してもよい。なお、被覆層の厚みは前述した理由
から０．０５〜５μｍになるように処理時間等を調整す
ることが必要である。

次に、前記被覆層上に金属導体層を形成する場合には、
例えば周知の厚膜法等の手法によりスクリーン印刷、ま
たは浸漬法等により金属ペーストを塗布した後に７００
〜１６００°Ｃの温度で焼付は処理　８− を行うか、または薄膜法の手法により蒸着法等により形
成することができる。この金属導体層の厚みは０．０１
〜１００μｍが望ましい。

以下、本発明を次の例で説明する。

（実施例）窒化アルミニウム原料として酸素量１．０重量％、ＢＥ
Ｔ比表面積３．８　ｍ２／ｇ、カーボン量２８０ｐｐｍ
のものを用い、焼結助剤としてＢＥＴ比表面積が６．０
　ｍ”／ｇのＥｒ２０．粉末及びＣａＣ０，粉末、さら
に平均粒径が０．１〜１５μｍの各種金属化合物を用い
て第１表に示す割合で、さらにバインダーを添加して混
合した。この混合物をスプレードライにより造粒後１ｔ
ｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレス成形した。

この成形体を脱バインダー処理した後、タングステン炉
により窒素ガス雰囲気中で１８００°Ｃで３時間焼成し
た。

この焼結体をバレル研磨し、第１表の条件で酸化処理し
、酸化膜を形成した。この時の外気湿度はいずれも３０
〜８０％であった。

次にこの酸化膜上にＡｕペーストを塗布し、８５０°Ｃ
で焼付けを行い、そのＡｕ導体層上にＡｕ−５ｉ箔を乗
せ、さらにＡｕ−５ｔ箔上に接触面積が８．５５ｍｍ２
直径１．５ｍｍのＡｇメツキしたＣａ棒を乗せ、４４０
°Ｃの温度で接着した。

得られた各試料に対し、焼結体の組成をＸ線回折により
同定し、さらに熱伝導率、誘電率、誘電正接、固有抵抗
値を２５°Ｃにおいて測定した。また、導体層の接着強
度は前記ＡｇメツキしたＣａ棒を垂直に引っ張り、導体
層が剥がれる時の強度を測定した。

また、第１表中、試料番号２２　、２３　、２４はカー
ボン炉内で焼成した。

結果は第１表に示した。

（以下余白）特開平３２２８８７３　（６）第１表によれば、酸化処理を全くせずに導体層を形成し
た試料Ｎｏ、　９では接着強度はＯ，１Ｋｇ／ｍｍ２以
下であり、殆ど実用に耐えないのに対し、母材中に前述
した金属あるいは金属化合物を含有しない試料Ｎｏ、　
８．１８．２８は酸化膜形成してもその導体層の接着強
度はせいぜい２．０Ｋｇ／ｍｍ”であり、試料Ｎ。

９に比較すると効果は認められるが、接着強度としては
不十分である。

これに対し、母材中に前述したような金属を含有する本
発明品はいずれも高い接着強度を示したが、酸化処理に
よる酸化膜の厚みが０．０５μｍより薄い試料Ｎｏ、１
０や、膜厚が５μｍより厚い試料Ｎｏ、　１９　。

２０．２１はいずれも接着強度が低くなった。

なお、母材中に金属化合物を含有させた場合、試料Ｎα
３１，３４に示すようにその量が多すぎると特性は劣化
する。

（発明の効果）以上詳述したように、本発明の窒化アルミニウム質基板
によれば、母材である窒化アルミニうム質焼結体の熱伝
導率やその他の電気特性に何ら影響を及ぼすことなく、
その表面に形成される金属導体層の基板母材との接着強
度を高めることができ、これにより電子部品への適用に
おいて信頼性を高めるとともに製造歩留りをも挙げるこ
とができ、窒化アルミニウム質焼結体の基板としての応
用を大きく促進することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒化アルミニウムを主体とし、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｗ、ＣｏおよびＮｉの単体あるいはこれらの炭化
物、窒化物、硼化物、酸化物から選ぼれる１種以上を含
有する焼結体の表面に酸化アルミニウムを主体とする厚
さ０．０５〜５μｍの被覆層を形成したことを特徴とす
る窒化アルミニウム質基板。
（２）窒化アルミニウムを主体とし、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｍｏ、Ｗ、ＣｏおよびＮｉの単体あるいはこれらの炭化
物、窒化物、硼化物、酸化物から選ばれる１種以上を含
有する焼結体の表面に酸化アルミニウムを主体とする厚
さ０．０５〜５μｍの被覆層および金属導体層を順次被
着形成したことを特徴とする窒化アルミニウム質基板。