JPH03228874A - Production of ceramic substrate - Google Patents

Production of ceramic substrate

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JPH03228874A
JPH03228874A JP2024486A JP2448690A JPH03228874A JP H03228874 A JPH03228874 A JP H03228874A JP 2024486 A JP2024486 A JP 2024486A JP 2448690 A JP2448690 A JP 2448690A JP H03228874 A JPH03228874 A JP H03228874A
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alumina
oxide layer
aluminum nitride
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安伸 緒方
Toshio Ishii
敏夫 石井
Hisao Hara
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Abstract

PURPOSE:To improve the adhesion between AlN and an alumina-based oxide layer by heat treating an AlN sintered body under specified conditions to form an alumina-based oxide layer on the surface. CONSTITUTION:A mixture of AlN powder having <=1mum average grain diameter and Dy oxide powder having <=0.2mum average grain diameter is press formed at 0.2-2kg/cm<2> pressure for 1-20sec and then sintered at 1750-2000 deg.C in a gaseous N2 atmosphere to obtain an AlN sintered body consisting of 90.0-99.8wt.% of an AlN crystal grain phase having 2-10mum average grain diameter and a Dy oxide phase. The sintered body is heat treated at 1050-1150 deg.C for 0.1-5hr in the atmosphere in which the partial pressure of steam is controlled to <=1.0X10<->2atm to form an alumina based oxide layer having 0.05-1.0mum thickness on the surface of the sintered body.

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焼結体を用いたセラミック基
板の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method of manufacturing a ceramic substrate using a sintered aluminum nitride body.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来か
ら、電子機器等における半導体素子を含む電子素子搭載
用のセラミック基板としては、化学的に安定で信頼性が
高いことから、アルミナ基板が広く使用されている。し
かし、近年、アルミナより著しく高い熱伝導率を有し、
優れた放熱特性をもつ窒化アルミニウムが、半導体部品
の基板材料として注目され、使用されつつある。
[Prior art and problems to be solved by the invention] Alumina substrates have been widely used as ceramic substrates for mounting electronic devices including semiconductor devices in electronic devices because they are chemically stable and highly reliable. It is used. However, in recent years, it has a significantly higher thermal conductivity than alumina,
Aluminum nitride, which has excellent heat dissipation properties, is attracting attention and being used as a substrate material for semiconductor components.

そのような材料として、本出願人は、先にPCT/JP
87100607号(国際公開番号WO3810125
9号)において、ディスプロシウム(Dy)酸化物を含
む窒化アルミニウム焼結体の表面にアルミナ系酸化物層
を形成し、さらにその上に、Ti、Cr、 M0.W等
からなるメタライズ層を介して、Ni又はCuからなる
メッキ層を形成した基板材料を提案した。
As such materials, the applicant has previously proposed PCT/JP
No. 87100607 (International Publication Number WO3810125
No. 9), an alumina-based oxide layer is formed on the surface of an aluminum nitride sintered body containing dysprosium (Dy) oxide, and Ti, Cr, M0. We have proposed a substrate material in which a plating layer made of Ni or Cu is formed via a metallized layer made of W or the like.

その材料において、アルミナ系酸化物層は窒化アルミニ
ウム焼結体を大気中で熱処理することにより形成してい
る。その場合、アルミナ系酸化物層を比較的厚くしたと
きは、焼結体母材とその表面に形成されたアルミナ系酸
化物との熱膨張差によって界面に応力がかかり、メタラ
イズ層を含む積層部分が剥離することがあった。また逆
に、アルミナ系酸化物層を11JfIl以下の薄層にし
た場合でも、窒化アルミニウム焼結体とアルミナ系酸化
物層の界面強度、あるいはアルミナ系酸化物層自体の強
度が十分とはいえない。そのため、メタライズ層を含む
積層部分が剥離することがあり、信頼性を向上するため
に、アルミナ系酸化物層を改善する必要があることがわ
かった。
In this material, the alumina-based oxide layer is formed by heat-treating an aluminum nitride sintered body in the atmosphere. In that case, when the alumina-based oxide layer is made relatively thick, stress is applied to the interface due to the difference in thermal expansion between the sintered body base material and the alumina-based oxide formed on its surface, and the laminated layer including the metallized layer may peel off. Conversely, even when the alumina-based oxide layer is made as thin as 11 JfIl or less, the strength of the interface between the aluminum nitride sintered body and the alumina-based oxide layer, or the strength of the alumina-based oxide layer itself, cannot be said to be sufficient. . As a result, the laminated portion including the metallized layer may peel off, and it has been found that it is necessary to improve the alumina-based oxide layer in order to improve reliability.

一方、特公平1−208375号において、窒化アルミ
ニウム基板に銅を主体とする金属を直接接合して熱伝導
率を高めた半導体用回路基板を製造する方法であって、
接合性を向上するために、窒化アルミニウムの表面に酸
化膜を形成することを目的として、加熱処理時の雰囲気
ガス中の水蒸気分圧を3.5 X 110−2at未満
に制御することを特徴とする方法が開示されている。
On the other hand, Japanese Patent Publication No. 1-208375 discloses a method for manufacturing a semiconductor circuit board with increased thermal conductivity by directly bonding a metal mainly composed of copper to an aluminum nitride substrate,
In order to improve bonding properties, the water vapor partial pressure in the atmospheric gas during heat treatment is controlled to less than 3.5 x 110-2at for the purpose of forming an oxide film on the surface of aluminum nitride. A method is disclosed.

しかし、窒化アルミニウムの酸化処理は、実際は130
0℃で行われているために(実施例1等)、アルミナ系
酸化物層の生成速度が速く、そのために生成する酸化物
が十分に緻密にならないという問題があることがわかっ
た。また、1300℃で行えば酸化物層が厚くなり過ぎ
て、窒化アルミニウムと酸化物層の界面にかかる応力が
大きくなり、積層部分が剥離しやすくなることがわかっ
た。
However, the oxidation treatment of aluminum nitride is actually 130
It was found that because the process was carried out at 0°C (Example 1, etc.), the rate of formation of the alumina-based oxide layer was fast, and as a result, there was a problem in that the formed oxide was not sufficiently dense. Furthermore, it has been found that if the temperature is 1300° C., the oxide layer becomes too thick, and the stress applied to the interface between aluminum nitride and the oxide layer becomes large, making it easy for the laminated portion to peel off.

従って、本発明の目的は、窒化アルミニウム焼結体から
なるセラミック基板を製造する場合に、Ti、Mo等の
メタライズ層が強固に接着するように、焼結体の表面に
、十分に緻密であり、かつ窒化アルミニウムと酸化物層
の界面の強度が高くなるような酸化物層を形成する方法
を提供することである。
Therefore, an object of the present invention, when manufacturing a ceramic substrate made of an aluminum nitride sintered body, is to provide a sufficiently dense layer on the surface of the sintered body so that a metallized layer of Ti, Mo, etc. will firmly adhere to the surface of the sintered body. It is an object of the present invention to provide a method for forming an oxide layer in which the strength of the interface between aluminum nitride and the oxide layer is increased.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、窒化アル
ミニウムを主体とする焼結体の表面に、予め焼結体を、
水蒸気分圧が極めて低い雰囲気中で特定の温度範囲内で
加熱処理することにより、厚さ0.05〜1.0IJf
rl以下の、緻密であり、かつ窒化アルミニウムと酸化
物層界面の強固な酸化物層が形成され、その上のメタラ
イズ層あるいはガラス層を含め、剥離に対する信頼性が
向上することを発見し、本発明を完成した。
As a result of intensive research in view of the above-mentioned problems, the present inventors have previously applied a sintered body to the surface of a sintered body mainly made of aluminum nitride.
Thickness of 0.05 to 1.0 IJf is achieved by heat treatment within a specific temperature range in an atmosphere with extremely low water vapor partial pressure.
We discovered that a dense and strong oxide layer with a thickness of less than rl is formed at the interface between aluminum nitride and the oxide layer, improving reliability against peeling, including the metallized layer or glass layer above it. Completed the invention.

すなわち本発明の窒化アルミニウム焼結体からなる半導
体基板の製造方法は、前記窒化アルミニウム焼結体を、
水蒸気分圧が1. OX 110−2at以下の雰囲気
中において、1050〜1150℃で0.1〜5時間加
熱処理することにより、前記焼結体の表面に厚さ0.0
5〜1.0JJfIlのアルミナ系酸化物層を形成する
ことを特徴とする。
That is, in the method for manufacturing a semiconductor substrate made of an aluminum nitride sintered body of the present invention, the aluminum nitride sintered body is
Water vapor partial pressure is 1. By heat treating at 1050 to 1150°C for 0.1 to 5 hours in an atmosphere of OX 110-2at or less, the surface of the sintered body is coated with a thickness of 0.0
It is characterized by forming an alumina-based oxide layer of 5 to 1.0 JJfIl.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

本発明において、高熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体
としては、平均粒径が1虜以下の窒化アルミニウム粉末
と平均粒径が0.2庫以下のDy酸化物粉末とを混合し
、成形後焼結したもの、あるいは加水分散法により、A
4N粒子の表面にDyの酸化物粉末を均一に付着させた
複合粉末を生成し、成形後焼結したものが好ましい。そ
こで、このようにして得られる窒化アルミニウムに酸化
処理を施す場合について、以下詳述する。
In the present invention, the highly thermally conductive aluminum nitride sintered body is prepared by mixing aluminum nitride powder with an average particle size of 1 mm or less and Dy oxide powder with an average particle size of 0.2 mm or less, and sintering it after forming. A
It is preferable to produce a composite powder in which Dy oxide powder is uniformly adhered to the surface of 4N particles, which is then molded and sintered. Therefore, the case in which the aluminum nitride obtained in this manner is subjected to oxidation treatment will be described in detail below.

まず、原料粉末を混合した後行う成形は、通常の金型を
用いて行うことができる。成形圧は一般に0.2〜2 
kg / c+dで、成形時間は1〜20秒である。
First, the molding performed after mixing the raw material powders can be performed using a normal mold. Molding pressure is generally 0.2~2
kg/c+d, and the forming time is 1-20 seconds.

得られた成形体を静水圧加圧してもよい。静水圧加圧を
行うことにより、焼結体の焼結密度及び機械的強度を向
上させることができる。
The obtained molded body may be subjected to isostatic pressing. By performing hydrostatic pressing, the sintered density and mechanical strength of the sintered body can be improved.

成形体の焼結は、N2ガス雰囲気中で、1750〜20
00℃の温度において常圧焼結法で行うことができる。
The molded body is sintered in an N2 gas atmosphere at a temperature of 1750 to 20
This can be carried out by pressureless sintering at a temperature of 00°C.

またその他に特殊焼結法、例えば、加圧焼結法、ホット
プレス法、HIP法等を用いることができる。
In addition, special sintering methods such as a pressure sintering method, a hot press method, a HIP method, etc. can be used.

このようにして得られる窒化アルミニウム焼結体は、平
均粒径が2〜lOμmの窒化アルミニウム結晶粒子相9
0.0〜99.8重量%と、残部実質的にディスプロシ
ウム酸化物相とからなる。窒化アルミニウム結晶粒子相
の割合が99.8重量%超、すなわちディスプロシウム
酸化物相の割合が0.2重量%未満であると焼結性が悪
く、また窒化アルミニウム結晶粒子相の割合が90.0
重量%未満、すなわちディスプロシウム酸化物相の割合
が10重量%を超えると熱伝導性が低下する場合がある
。好ましい窒化アルミニウム結晶粒子相の割合は95.
5〜98.5重量%である。また、窒化アルミニウム結
晶粒子の平均粒径が2μm未満であると焼結密度が向上
せず、一方、10μmを超えると焼結体の機械的強度が
低下する。望ましい平均粒径は3〜7μmである。
The aluminum nitride sintered body thus obtained has an aluminum nitride crystal grain phase 9 with an average grain size of 2 to 10 μm.
0.0 to 99.8% by weight, and the remainder substantially consists of a dysprosium oxide phase. If the proportion of the aluminum nitride crystal grain phase is more than 99.8% by weight, that is, the proportion of the dysprosium oxide phase is less than 0.2% by weight, the sinterability will be poor; .0
If the proportion of the dysprosium oxide phase exceeds 10% by weight, the thermal conductivity may decrease. The preferred ratio of aluminum nitride crystal grain phase is 95.
It is 5 to 98.5% by weight. Furthermore, if the average particle size of the aluminum nitride crystal particles is less than 2 μm, the sintered density will not improve, while if it exceeds 10 μm, the mechanical strength of the sintered body will decrease. A desirable average particle size is 3 to 7 μm.

ディスプロシウム酸化物相は一般にDyの他にA1を含
有し、DyAj203及び/又はhiA12(IV!L
)4の組成で表されるガラス相である。酸化物相中Dy
の割合は60〜80重量%程度、AIの割合は5〜50
重量%程度、0の割合は10〜40重量%程度である。
The dysprosium oxide phase generally contains A1 in addition to Dy, DyAj203 and/or hiA12 (IV!L
) It is a glass phase represented by the composition of 4. Dy in oxide phase
The proportion of AI is about 60 to 80% by weight, and the proportion of AI is 5 to 50%.
The percentage of 0 is about 10 to 40% by weight.

この酸化物相の多くは窒化アルミニウム結晶粒子間の3
重点に集まり、残余は粒界上に分散している。一般に窒
化アルミニウム焼結体の熱伝導率は、結晶粒界に酸化物
相が析出することにより低下するので、酸化物相を3重
点に集めることにより熱伝導性を向上させることができ
る。しかしある程度は粒界にも存在するし、機械的強度
(曲げ強度等)を高めるためにはそれが必要である。
Most of this oxide phase consists of 3 atoms between aluminum nitride crystal grains.
It gathers at a focal point, and the rest is dispersed on the grain boundaries. Generally, the thermal conductivity of an aluminum nitride sintered body decreases due to the precipitation of an oxide phase at grain boundaries, so the thermal conductivity can be improved by concentrating the oxide phase at triple points. However, a certain amount of it also exists at grain boundaries, and it is necessary to increase mechanical strength (flexural strength, etc.).

このような組成及び組織状態を有する窒化アルミニウム
焼結体は理論密度の95%以上の密度を有する。密度が
95%未満であると上記組成及び組織上の要件を満たし
ていても十分な熱伝導性が得られず、また機械的強度も
劣る。より好ましい密度は98%以上である。
An aluminum nitride sintered body having such a composition and structure has a density of 95% or more of the theoretical density. If the density is less than 95%, sufficient thermal conductivity cannot be obtained even if the above compositional and structural requirements are met, and mechanical strength is also poor. A more preferable density is 98% or more.

次に、上記窒化アルミニウム焼結体の表面にアルミナ系
酸化物層を形成する。そのためには、水蒸気圧が1. 
Ox 110−2at以下の雰囲気中で、1050〜1
150℃で0,1〜5時間加熱処理する。それによって
、主としてα−A1203からなり、緻密で窒化アルミ
ニウム母材との界面強度の高いアルミナ系酸化物層が得
られる。
Next, an alumina-based oxide layer is formed on the surface of the aluminum nitride sintered body. For this purpose, the water vapor pressure must be 1.
In an atmosphere of Ox 110-2at or less, 1050-1
Heat treatment at 150° C. for 0.1 to 5 hours. As a result, an alumina-based oxide layer mainly composed of α-A1203, which is dense and has high interface strength with the aluminum nitride base material, can be obtained.

上記酸化処理条件において、水蒸気分圧を1.OX 1
10−2atよりも大きくすると、酸化物層の結晶は粗
大な柱状となり、密度も低くなるので、焼結体母材と酸
化物層の界面強度及び酸化物層自体の強度が弱くなる。
Under the above oxidation treatment conditions, the water vapor partial pressure was set to 1. OX1
If it is larger than 10@-2 at, the crystals of the oxide layer will have a coarse columnar shape and the density will be low, so the strength of the interface between the sintered body base material and the oxide layer and the strength of the oxide layer itself will be weakened.

また表面が平滑になるので、酸化物層の上に形成するメ
タライズ層との接着面積が小さくなる。従って、メタラ
イズ層が剥離しや= 9 すくなる。さらにまた、水蒸気分圧を1.OXXl0−
2atより大きくすると層厚が大きくなり過ぎて、焼結
体母材と酸化物層の界面の応力が過大となり、剥離に対
する信頼性が低下する。水蒸気分圧のより好ましい範囲
は4.OX 10 3atm以下である。この範囲内で
最適な密着強度が得、られる。
Furthermore, since the surface becomes smooth, the adhesion area with the metallized layer formed on the oxide layer becomes smaller. Therefore, the metallized layer is less likely to peel off. Furthermore, the water vapor partial pressure is set to 1. OXXl0-
When it is larger than 2at, the layer thickness becomes too large, the stress at the interface between the sintered body base material and the oxide layer becomes excessive, and the reliability against peeling decreases. A more preferable range of water vapor partial pressure is 4. OX 10 3 atm or less. Optimal adhesion strength can be obtained within this range.

熱処理温度を1050℃よりも低くすると、α−A12
03を主体とする酸化物層が形成されないか、形成され
たとしても結晶化が不十分となり、酸化物層自体の強度
あるいは焼結体母材と酸化物層の界面強度が不十分とな
る。一方、1150℃よりも高くすると、得られる酸化
物層が十分に緻密にならず内部に小孔が生じ、また実用
的な熱処理パターンを用いた場合に過大な厚みを有する
ものとなる。
When the heat treatment temperature is lower than 1050℃, α-A12
An oxide layer mainly composed of 03 is not formed, or even if it is formed, the crystallization is insufficient, and the strength of the oxide layer itself or the interface strength between the sintered body base material and the oxide layer is insufficient. On the other hand, if the temperature is higher than 1150° C., the resulting oxide layer will not be sufficiently dense and will have small pores inside, and will have an excessive thickness when a practical heat treatment pattern is used.

より好ましい熱処理温度は1075〜1125℃である
A more preferable heat treatment temperature is 1075 to 1125°C.

処理時間を0.1時間よりも短くすると、やはり酸化物
層の十分な厚さが得られず、メタライジングが困難とな
る。一方、5時間より長くすると酸化物層が厚くなりす
ぎる。好ましい処理時間は0゜5〜2時間である。
If the treatment time is shorter than 0.1 hour, the oxide layer will still not have a sufficient thickness, making metallization difficult. On the other hand, if the time is longer than 5 hours, the oxide layer becomes too thick. The preferred treatment time is 0°5 to 2 hours.

0 以上の条件で得られる酸化物層の厚さは0.05〜1.
0虜であり、表面は凹凸の縞状模様を有する。
The thickness of the oxide layer obtained under the above conditions is 0.05 to 1.
The surface has an uneven striped pattern.

酸化物層の厚さが1.OIAよりも大きいと、酸化物層
と焼結体母材との界面強度が弱くなる。より好ましい厚
さは0.1〜0.7μsであり、この範囲内で最適な密
着強度が得られる。
The thickness of the oxide layer is 1. When it is larger than OIA, the interface strength between the oxide layer and the sintered body base material becomes weak. A more preferable thickness is 0.1 to 0.7 μs, and optimal adhesion strength can be obtained within this range.

半導体基板とするために、上記アルミナ系酸化物からな
る第1層を形成した後、その上にTi、 Cr。
In order to obtain a semiconductor substrate, after forming the first layer made of the alumina-based oxide, Ti and Cr are deposited thereon.

M0. W及びMnからなる群から選択した1種又は2
種以上からなる第2の層と、Ni、 Cu、 Au、 
Pt及びAgから選択した1種又は2種以上からなる第
3の層とを積層する。
M0. One or two selected from the group consisting of W and Mn
A second layer consisting of at least one species, Ni, Cu, Au,
A third layer made of one or more selected from Pt and Ag is laminated.

第2の層はアルミナ系酸化物からなる第1の層と第3の
層との密着強度を向上させる接合層である。この第2の
層はイオンブレーティング法、スパッタリング法等の物
理的蒸着法により形成することができる。
The second layer is a bonding layer that improves the adhesion strength between the first layer and the third layer made of alumina-based oxide. This second layer can be formed by a physical vapor deposition method such as an ion blasting method or a sputtering method.

第3の層は、はんだ又はろう材による窒化アルミニウム
あるいは第2の層への侵食を防止するとともに、はんだ
又はろう材の濡れ性を保証する。
The third layer prevents corrosion of the aluminum nitride or the second layer by the solder or brazing material and ensures wettability of the solder or brazing material.

この第3の層は、イオンブレーティング法、スパッタリ
ング法等の物理的蒸着法、あるいは化学的メッキ法によ
り形成することができる。
This third layer can be formed by a physical vapor deposition method such as an ion blasting method or a sputtering method, or a chemical plating method.

第3の層の上の最上層には、セラミック基板上に半導体
を含む電子素子を接合するのに用いられるはんだ又はろ
う材との濡れ性を良好ならしめるため1こ、Auあるい
はへ3からなる層を形成するのが好ましい。
The top layer above the third layer is made of 1, Au, or 3 to improve wettability with solder or brazing material used to bond electronic devices including semiconductors onto ceramic substrates. Preferably, a layer is formed.

また、アルミナ系酸化物層の上に第2の層としてメタラ
イズ層を形成する代わりに、非晶質ガラス層または部分
的に結晶化したガラス層もしくは結晶化した無機質ガラ
ス層を形成してもよい。
Furthermore, instead of forming a metallized layer as a second layer on the alumina-based oxide layer, an amorphous glass layer, a partially crystallized glass layer, or a crystallized inorganic glass layer may be formed. .

このようにして得られたセラミック基板は、積層膜にお
いて大きな接着強度を有するとともに高い気密性と平滑
性を有するために、LSIや超LSI等の半導体装置の
パッケージあるいは封止用基板として好ましい。
The ceramic substrate thus obtained has high adhesive strength in the laminated film, as well as high airtightness and smoothness, and is therefore preferable as a package or sealing substrate for semiconductor devices such as LSIs and VLSIs.

以上、本発明のセラミック基板の製造方法を、Dy含有
窒化アルミニウム焼結体を用いた場合について説明した
が、本発明はこれに限らず焼結助剤−12= としてY2O3等を含有する窒化アルミニウムに対して
も適用できる。
The method for manufacturing a ceramic substrate of the present invention has been described above using a Dy-containing aluminum nitride sintered body, but the present invention is not limited to this. It can also be applied to

〔実施例〕〔Example〕

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。 The present invention will be explained in further detail by the following examples.

実施例1 平均粒子径0.5μmの市販の窒化アルミニウム粉末(
酸素含有量2.1重量%) 97wt%と、平均粒子径
0.2μmのDy2O3粉末3wt%を配合し、エチル
アルコール500ccを入れたプラスチック製ボールミ
ル容器中でプラスチックボールを用いて24時間混合し
た。混合後スプレードライ法により造粒・乾燥し、金型
内で1. Okg / c++fの圧力を加えて成形し
た。次いで、1気圧のN2ガス中で1750〜1900
℃の温度で1時間焼結した後、10mm X 10++
+m X 2 +nmに加工して窒化アルミニウム焼結
体を得た。
Example 1 Commercially available aluminum nitride powder with an average particle size of 0.5 μm (
Oxygen content (2.1 wt%) 97 wt% and 3 wt% of Dy2O3 powder having an average particle size of 0.2 μm were blended and mixed for 24 hours using a plastic ball in a plastic ball mill container containing 500 cc of ethyl alcohol. After mixing, it is granulated and dried by spray drying method, and 1. It was molded under a pressure of Okg/c++f. Then, 1750-1900 in N2 gas at 1 atm.
After sintering for 1 hour at a temperature of °C, 10mm x 10++
+m x 2 +nm was processed to obtain an aluminum nitride sintered body.

この焼結体に対して、雰囲気の水蒸気分圧、処理温度を
変え1時間保持し、アルミナ系酸化膜の形成をおこなっ
た。
This sintered body was held for 1 hour while changing the water vapor partial pressure of the atmosphere and the treatment temperature to form an alumina-based oxide film.

次に、第1図(a)及び(b)((b)は(a)のn−
n線に沿 3− う断面)に示すように、アルミナ系酸化物層2を形成し
た焼結体1の表面の8 mm X 8 +nmの部分上
に、イオンブレーティング法により第2の層として50
00人のTiの層を形成し、その上に第3の層として1
0000 AのN1層を形成した。さらにその上に電解
メッキにより、第4層として2屑のNi層、第5の層と
して0.3虜のAu層を形成した。これによって、T 
i−N i−N 1−Auのメタライズ層3を有する試
料5を得た。
Next, Figure 1 (a) and (b) ((b) is n- of (a)
As shown in the cross section taken along the n-line (3-3), a second layer was formed on the 8 mm x 8 + nm portion of the surface of the sintered body 1 on which the alumina-based oxide layer 2 was formed by an ion-blating method. 50
Form a layer of 00 Ti and on top of that as a third layer 1
A N1 layer of 0000 A was formed. Furthermore, by electrolytic plating, a Ni layer of 2 layers as a fourth layer and a layer of Au of 0.3 layers as a fifth layer were formed thereon. By this, T
A sample 5 having a metallized layer 3 of i-N i-N 1-Au was obtained.

この焼結体とメタライズ層との密着性を評価するために
、第2図に示すように、試料5の上面にスコッチメンデ
ィングテープ(商品名)40を張り付けた後、テープ4
0の端を、実線で示すように試料の上面に対して垂直な
方向に引っ張って剥がした。それによってメタライズ層
3の剥離の発生率を測定した。
In order to evaluate the adhesion between this sintered body and the metallized layer, as shown in FIG.
The edge of the sample was pulled off in a direction perpendicular to the top surface of the sample as shown by the solid line. Thereby, the rate of peeling of the metallized layer 3 was measured.

この結果を第3図に示す。また、第3図中の各曲線A、
B、C,D、Eに対する酸化膜作成時の水蒸気分圧と、
それら各水蒸気分圧に対応する露点を第1表に示す。露
点は第3図中の各測定点に−14= も付記した。ちなみに、剥離が起こる場合は全て窒化ア
ルミニウムとアルミナ系酸化物の界面であった。
The results are shown in FIG. In addition, each curve A in Fig. 3,
Water vapor partial pressure at the time of oxide film creation for B, C, D, and E,
Table 1 shows the dew points corresponding to each water vapor partial pressure. For the dew point, −14= is also added to each measurement point in FIG. Incidentally, all cases where peeling occurred were at the interface between aluminum nitride and alumina-based oxide.

第   1    表 第3図より、水蒸気分圧を1. OX 110−2at
以下とし、処理温度を1050℃〜1150℃とするの
が好ましいことがわかる。また、酸化膜厚は、1.0庫
以下が好ましいことがわかる。
From Table 1 and Figure 3, water vapor partial pressure is 1. OX 110-2at
It can be seen that it is preferable to set the treatment temperature to 1050°C to 1150°C. Further, it can be seen that the oxide film thickness is preferably 1.0 or less.

次に、剥離の原因を調べるため、第3図中X及びYの試
料のメタライズ前、すなわち酸化膜形成後の焼結体の断
面を走査型電子顕微鏡で観察した。
Next, in order to investigate the cause of the peeling, the cross sections of the sintered bodies of the samples X and Y in FIG. 3 before metallization, that is, after the oxide film was formed, were observed using a scanning electron microscope.

その時の試料Xの結晶構造の電子顕微鏡写真を第4図に
、試料Yのそれを第5図に示す。
An electron micrograph of the crystal structure of sample X at that time is shown in FIG. 4, and that of sample Y is shown in FIG.

第4図と第5図を比較すると、剥離が発生し易かった試
料Yの方が、窒化アルミニウム焼結体1上に生成したア
ルミナ系酸化物層2に粗大な柱状結晶が見られ、これが
焼結体とアルミナ系酸化物層の界面からメタライズ層が
剥離する原因と考えられる。
Comparing Figures 4 and 5, sample Y, in which peeling was more likely to occur, has coarse columnar crystals in the alumina-based oxide layer 2 formed on the aluminum nitride sintered body 1. This is thought to be the cause of the metallized layer peeling off from the interface between the aggregate and the alumina-based oxide layer.

また、アルミナ系酸化物を、1100℃の温度で、水蒸
気分圧3.2 X 110−3at/ cI+!で0.
1時間から5時間保持して形成した試料について、同様
の剥離試験を行ったが、0.1時間のもので4%剥離し
たほかは剥離は発生しなかった。このことから、実用的
な比較的短い熱処理時間で良好なアルミナ系酸化膜を形
成できることがわかった。
Further, an alumina-based oxide is heated to a water vapor partial pressure of 3.2 x 110-3 at/cI+! at a temperature of 1100°C. So 0.
Similar peeling tests were conducted on samples formed by holding for 1 to 5 hours, but no peeling occurred except for 4% peeling after 0.1 hours. From this, it was found that a good alumina-based oxide film can be formed with a practical and relatively short heat treatment time.

実施例2 実施例1と同様に、窒化アルミニウム粉末97wt%と
DyzO3粉末3wt%を混合した後、成形、焼結し、
さらにlOmmx 10mmX 2 mmに加工して、
窒化アルミニウム焼結体を得た。この焼結体に対して、
実施例1と同様に雰囲気の水蒸気分圧、処理温度を変え
、酸化膜の形成をおこなった。
Example 2 As in Example 1, 97 wt% of aluminum nitride powder and 3 wt% of DyzO3 powder were mixed, then molded and sintered.
Furthermore, it was processed to 10mm x 10mm x 2mm,
An aluminum nitride sintered body was obtained. For this sintered body,
As in Example 1, an oxide film was formed by changing the water vapor partial pressure of the atmosphere and the treatment temperature.

1に の焼結体とメタライズ層との密着性をさらに詳しく評価
するために、この基板上面全部とそれに続く側面の1m
mの部分に、イオンブレーティング法により第2の層と
して5000人のTiの層を形成し、その上に第3の層
として10000 AのNi層を形成した。さらにその
上に電解メッキにより、第4の層として2JJfrIの
Ni層、第5の層として0.3AIIrIのAu層を作
成し、試料を得た。
In order to evaluate the adhesion between the sintered body and the metallized layer in 1.
A Ti layer of 5,000 amps was formed as a second layer on the portion m by the ion blasting method, and a Ni layer of 10,000 amps was formed thereon as a third layer. Furthermore, a Ni layer of 2JJfrI as a fourth layer and an Au layer of 0.3AIIrI as a fifth layer were formed by electrolytic plating thereon to obtain a sample.

同一条件で作成した試料2個を、お互いの側面のメタラ
イズ部をハンダ(60%Pb−40%Sn)により接合
し、第6図に示す3点曲げ抗折試験を行った。それによ
って、ハンダで接合した面積のうち、窒化アルミニウム
とアルミナ系酸化物の界面で破断した面積の割合を求め
、接合部の破断面積率とした。なお、荷重Pは最大5k
g、支点間距離は8mmとした。図において、5は試料
、6は接合部である。
Two samples prepared under the same conditions were joined together by solder (60%Pb-40%Sn) at the metallized portions on their side surfaces, and a three-point bending test shown in FIG. 6 was conducted. Thereby, the ratio of the area broken at the interface between aluminum nitride and alumina-based oxide to the area joined by solder was determined, and this was determined as the ratio of the fractured area of the joint. The maximum load P is 5k.
g, the distance between the fulcrums was 8 mm. In the figure, 5 is a sample and 6 is a joint.

結果を第7図に示す。第7図より、水蒸気分圧を4. 
OX 110−3at以下とし、処理温度を1050℃
〜1150℃とし、酸化膜厚は0.7a++以下とする
のが特7 に好ましいことがわかる。
The results are shown in FIG. From Figure 7, the water vapor partial pressure is 4.
OX 110-3at or less, processing temperature 1050℃
It can be seen that it is particularly preferable to set the temperature to 1150°C and the oxide film thickness to 0.7a++ or less.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した通り、本発明の製造方法によれば、窒化ア
ルミニウム焼結体の上に緻密な組織を有する薄い酸化物
層を形成することができる。従って、熱伝導率が高く、
窒化アルミニウムとアルミナ系酸化物層が強固に接合し
たセラミック基板を得ることができる。
As explained above, according to the manufacturing method of the present invention, a thin oxide layer having a dense structure can be formed on the aluminum nitride sintered body. Therefore, the thermal conductivity is high,
A ceramic substrate in which aluminum nitride and an alumina-based oxide layer are firmly bonded can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は剥離試験に用いた試料を概略して示し、(a)
はその平面図、ら)は(a)における■−■線に沿う断
面図、 第2図は剥離試験の方法を示す正面図、第3図は剥離試
験の結果を示す図(グラフ)、第4図は本発明の方法で
酸化物層を形成した窒化アルミニウム焼結体の結晶の構
造を示す走査型電子顕微鏡写真、 第5図は水蒸気分圧を過大にして酸化物層を形成した窒
化アルミニウム焼結体の結晶の構造を示す走査型電子顕
微鏡写真、 8 第6図は抗折試験の方法を示す正面図、第7図は抗折試
験の結果を示す図(グラフ)ある。 1・・・窒化アルミニウム焼結体 2・・・アルミナ系酸化物層 3・・・メタライズ層 5・・・試料 6・・・接合部 40・・・メンディングテープ で
Figure 1 schematically shows the sample used in the peel test, (a)
Figure 2 is a front view showing the peel test method, Figure 3 is a diagram (graph) showing the results of the peel test, Figure 4 is a scanning electron micrograph showing the crystal structure of an aluminum nitride sintered body with an oxide layer formed by the method of the present invention. Figure 5 is a scanning electron micrograph showing the crystal structure of an aluminum nitride sintered body with an oxide layer formed by increasing the partial pressure of water vapor. A scanning electron micrograph showing the crystal structure of the sintered body, 8 Figure 6 is a front view showing the method of the bending test, and Figure 7 is a diagram (graph) showing the results of the bending test. 1... Aluminum nitride sintered body 2... Alumina-based oxide layer 3... Metallized layer 5... Sample 6... Joint portion 40... With mending tape

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)窒化アルミニウム焼結体からなるセラミック基板
の製造方法において、前記窒化アルミニウム焼結体を、
水蒸気分圧が1.0×10^−^2atm以下の雰囲気
中において、1050〜1150℃で0.1〜5時間加
熱処理することにより、前記焼結体の表面に厚さ0.0
5〜1.0μmのアルミナ系酸化物層を形成することを
特徴とする方法。
(1) In a method for manufacturing a ceramic substrate made of an aluminum nitride sintered body, the aluminum nitride sintered body is
By heat treating at 1050 to 1150°C for 0.1 to 5 hours in an atmosphere with a water vapor partial pressure of 1.0 x 10^-^2 atm or less, the surface of the sintered body is coated with a thickness of 0.0
A method characterized by forming an alumina-based oxide layer with a thickness of 5 to 1.0 μm.
(2)請求項1に記載の方法において、前記水蒸気分圧
を4.0×10^−^3atm以下とし、前記アルミナ
系酸化物層の厚さを0.1〜0.7μmとすることを特
徴とする方法。
(2) In the method according to claim 1, the water vapor partial pressure is set to 4.0 x 10^-^3 atm or less, and the thickness of the alumina-based oxide layer is set to 0.1 to 0.7 μm. How to characterize it.
(3)請求項1又は2に記載の方法において、前記アル
ミナ系酸化物層の上に、さらに第2の層としてTi,C
r,Mo,W及びMnからなる群から選択した1種又は
2種以上からなるメタライズ層を形成することを特徴と
するセラミック基板の製造方法。
(3) The method according to claim 1 or 2, further comprising a second layer of Ti, C, on the alumina-based oxide layer.
A method for manufacturing a ceramic substrate, comprising forming a metallized layer made of one or more selected from the group consisting of r, Mo, W, and Mn.
(4)請求項3に記載のセラミック基板の製造方法にお
いて、さらに第3の層としてNi,Cu,Au,Pt及
びAgからなる群から選択した1種又は2種以上からな
るメタライズ層を形成することを特徴とするセラミック
基板の製造方法。
(4) In the method for manufacturing a ceramic substrate according to claim 3, a metallized layer made of one or more selected from the group consisting of Ni, Cu, Au, Pt, and Ag is further formed as the third layer. A method for manufacturing a ceramic substrate, characterized in that:
(5)請求項4に記載の方法において、第2の層として
Tiを物理的蒸着法により形成し、第3の層として、物
理的蒸着法によるNi層、化学的メッキ法によるNi層
及び化学的メッキ法によるAu層とを順次積層して形成
することを特徴とするセラミック基板の製造方法。
(5) In the method according to claim 4, Ti is formed as the second layer by a physical vapor deposition method, and the third layer is a Ni layer formed by a physical vapor deposition method, a Ni layer formed by a chemical plating method, and a Ni layer formed by a chemical plating method. A method for manufacturing a ceramic substrate, characterized in that the ceramic substrate is formed by sequentially laminating Au layers using a target plating method.
(6)請求項1又は2に記載の方法において、前記アル
ミナ系酸化物層の上に、さらにガラス層を形成すること
を特徴とするセラミック基板の製造方法。
(6) The method of manufacturing a ceramic substrate according to claim 1 or 2, further comprising forming a glass layer on the alumina-based oxide layer.
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