JPH05191038A - Ceramic board with metallic layer and manufacturing method thereof - Google Patents

Ceramic board with metallic layer and manufacturing method thereof

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JPH05191038A
JPH05191038A JP2608492A JP2608492A JPH05191038A JP H05191038 A JPH05191038 A JP H05191038A JP 2608492 A JP2608492 A JP 2608492A JP 2608492 A JP2608492 A JP 2608492A JP H05191038 A JPH05191038 A JP H05191038A
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aluminum nitride
ceramic substrate
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Yasuaki Fukatsu
康昭 深津
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To increase the bonding strength between a board and a metallic layer by a method wherein a surface-roughened oxide layer is formed on the junctioned surface side of non-oxide base ceramic board with a metallic layer while a compound oxide layer is interposed between the oxide layer and the metallic layer. CONSTITUTION:A surface-roughened aluminum nitride board 1 is baked meeting the requirements of the temperature of 1200 deg.C for one hour in the air to form an oxide layer 2 on the surface of the aluminum nitride board 1. The oxide layer 2 on the aluminum nitride board 1 is chemically plated with copper to form a copper thin layer 3 0.5mum thick. Furthermore, the copper thin layer 3 is electrolytically plated with copper to form a copper layer 3a 5mum thick. Next, the aluminum nitride board 1 is heat-treated meeting the requirements for the temperature of 1070 deg.C for 10 minutes in atmospheric oxygen concentration of 2ppm to form another aluminum nitride board 4 having the copper layer 3a. Finally, after cooling down step, a compound oxide layer 5 made of CuAl2O4 is formed on the interface between the copper layer 3a and the aluminum nitride board 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非酸化系セラミックス
基板の表面に化学メッキにより金属層を形成する方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal layer on the surface of a non-oxidizing ceramic substrate by chemical plating.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】セラミ
ックス基板を回路形成、ヒートシンク、絶縁等の用途に
使用する場合、その表面には金属によってメタライズ層
を形成することが必要である。従来、メタライズ層を形
成する方法として、薄膜法、厚膜法、同時焼成法及びメ
ッキ法等が行われている。
2. Description of the Related Art When a ceramic substrate is used for circuit formation, heat sink, insulation, etc., it is necessary to form a metallized layer of metal on the surface thereof. Conventionally, as a method of forming a metallized layer, a thin film method, a thick film method, a co-firing method, a plating method and the like have been performed.

【0003】薄膜法では、真空蒸着、スパッタリング等
を用いて基板表面に金属薄膜が形成される。薄膜法の利
点は信頼性が高く、かつメタライズ層の精度、ファイン
化が良好なため高密度化に適していることである。しか
し、蒸着装置等を必要とするため、生産性及びコストの
点で不利であり、また膜厚が薄いためメタライズ層の低
抵抗化が十分図れない。
In the thin film method, a metal thin film is formed on the substrate surface by using vacuum deposition, sputtering or the like. The advantages of the thin film method are that it is highly reliable and that the metallization layer has good precision and fineness, and is suitable for high density. However, since a vapor deposition device or the like is required, it is disadvantageous in terms of productivity and cost, and since the film thickness is thin, the resistance of the metallized layer cannot be sufficiently lowered.

【0004】厚膜法では、基板表面に金、銀、銅等を含
むペーストが印刷され、その後焼成が施される。厚膜法
の利点は工程数が少なくて済むため、基板の量産化に適
していることである。しかし、ペースト印刷による方法
であるため、メタライズ層の高精度化、高密度化を十分
に達成することはできない。また、前記ペースト内には
ガラス成分が含まれているため、メタライズ層に対する
はんだ濡れ性が悪くなる。
In the thick film method, a paste containing gold, silver, copper, etc. is printed on the surface of the substrate and then baked. The advantage of the thick film method is that it is suitable for mass production of substrates because the number of steps is small. However, since the method uses paste printing, it is not possible to sufficiently achieve high precision and high density of the metallized layer. Further, since the paste contains a glass component, the wettability of the solder to the metallized layer is deteriorated.

【0005】同時焼成法では、グリーンシートの表面に
高融点金属を含むペーストが印刷され、その後グリーン
シートとペーストとが同時に焼成される。同時焼成法の
利点も工程数が少なくて済むため、基板の量産化に適し
ていることである。しかし、W、Mo等の高融点金属が
用いられるため、メタライズ層の導体抵抗は高く、また
はんだ濡れ性が悪いためNiメッキ等の処理を必要とす
る。更に、ペースト印刷による方法であるため、メタラ
イズ層の高精度化、高密度化を十分に達成することはで
きない。
In the simultaneous firing method, a paste containing a refractory metal is printed on the surface of the green sheet, and then the green sheet and the paste are simultaneously fired. The advantage of the co-firing method is that it is suitable for mass production of substrates because the number of steps is small. However, since a refractory metal such as W or Mo is used, the conductor resistance of the metallized layer is high, or the wettability is poor, so that a treatment such as Ni plating is required. Furthermore, since the method uses paste printing, it is not possible to sufficiently achieve high precision and high density of the metallized layer.

【0006】このように、薄膜法、厚膜法及び同時焼成
法は前記の各種条件を満足するものではなく基板の用途
に応じて異なる形成方法を選択することを余儀なくされ
ていた。
As described above, the thin film method, the thick film method, and the co-firing method do not satisfy the above-mentioned various conditions, and it is inevitable to select a different forming method depending on the application of the substrate.

【0007】一方、基板表面に銅等を用いてメッキを施
すメッキ方によれば、厚膜法及び同時焼成法と同様に工
程の簡略化及び基板の量産化が可能になるのみならず、
メタライズ層の低抵抗化も達成できる。更に、薄膜法と
同様にメタライズ層の高精度化、高密度化が可能であ
る。このようにメッキ法は幅広い分野に応用できるた
め、実用性の観点からも前記方法に比べて有利である。
On the other hand, according to the plating method of plating the surface of the substrate with copper or the like, not only can the process be simplified and the substrate can be mass-produced as in the thick film method and the simultaneous firing method,
Lower resistance of the metallized layer can also be achieved. Further, the precision and density of the metallized layer can be increased similarly to the thin film method. Since the plating method can be applied to a wide range of fields in this way, it is more advantageous than the above method from the viewpoint of practicality.

【0008】この種のメッキ法においては、例えば特開
昭61−63581号公報に開示されたメッキ法では、
基板はメッキの前にアルカリを用いて表面粗化される。
また、特開昭61−270890号公報に開示されたメ
ッキ法では、基板はメッキの前に酸を用いて表面粗化さ
れる。そして、前記処理により基板表面にはメタライズ
層との間の密着性を改善するために、微細なアンカーが
形成される。
In this type of plating method, for example, in the plating method disclosed in JP-A-61-63581,
The substrate is roughened with an alkali prior to plating.
Further, in the plating method disclosed in JP-A-61-270890, the surface of the substrate is roughened with an acid before plating. Then, a fine anchor is formed on the surface of the substrate by the above treatment in order to improve the adhesion with the metallized layer.

【0009】ところが、前記のアンカー形成による密着
は、単に物理的接合に過ぎず、基板とメタライズ層との
間に十分な密着強度を確保することは難しいかった。ま
た、例えば特開昭61−197488号公報に開示され
たメッキ法では、酸素含有雰囲気下にて加熱処理を行
い、基板とメタライズ層との間にて化学結合を促し密着
性を改善している。
However, the above-mentioned adhesion by forming the anchor is merely physical bonding, and it has been difficult to secure sufficient adhesion strength between the substrate and the metallized layer. Further, for example, in the plating method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-197488, heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere to promote chemical bonding between the substrate and the metallized layer to improve adhesion. ..

【0010】しかし、前記加熱処理は雰囲気中の酸素し
か反応に関与せず、化学結合を促進するのに十分な酸素
量ではなく、基板とメタライズ層との間に十分な密着強
度を確保することは難しかった。本発明は上記の事情に
鑑みて成されたものであり、その目的は、アンカー効果
による物理的接合に加え、酸化物層とメタライズ層の化
学的結合を促すことにより、基板とメタライズ層との間
に十分な密着強度を確保し得るメタライズ層を備えたセ
ラミックス基板の製造方法を提供することである。
However, in the heat treatment, only oxygen in the atmosphere is involved in the reaction, the amount of oxygen is not sufficient to promote chemical bonding, and sufficient adhesion strength between the substrate and the metallized layer is ensured. Was difficult. The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to promote chemical bonding between an oxide layer and a metallized layer in addition to physical bonding by an anchor effect, thereby forming a substrate and a metallized layer. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a ceramic substrate having a metallized layer capable of ensuring sufficient adhesion strength therebetween.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段及び作用】上記の課題を解
決するために、本発明では、表面の少なくとも1部に金
属層(3)を備えた非酸化物系セラミックス基板(1)
であって、非酸化物系セラミックス基板(1)の金属層
(3)との接合面側には、表面が粗化された状態の酸化
物層(2)が形成されてなり、且つ該酸化物層(2)と
金属層(3)との間には複合酸化物層(5)を介在して
なることを特徴とする金属層を備えたセラミックス基板
と、セラミックス基板表面を塩基性溶液(アルカリ)な
どを用いて粗化した後、セラミックス基板表面に酸化物
層を形成し、この酸化物層上に化学銅メッキなどの金属
メッキを施し、このメッキされた基板を酸素含有不活性
雰囲気下にて加熱処理を行う方法を提案する。
In order to solve the above problems, in the present invention, a non-oxide ceramic substrate (1) having a metal layer (3) on at least a part of its surface is used.
In addition, an oxide layer (2) having a roughened surface is formed on the joint surface side of the non-oxide ceramic substrate (1) with the metal layer (3), and the oxidation is performed. A ceramic substrate provided with a metal layer, characterized in that a composite oxide layer (5) is interposed between the material layer (2) and the metal layer (3); After roughening with an alkali, etc., an oxide layer is formed on the surface of the ceramic substrate, metal plating such as chemical copper plating is applied on the oxide layer, and the plated substrate is placed in an oxygen-containing inert atmosphere. Proposes a method for heat treatment.

【0012】このような構成が望ましい理由を化学銅メ
ッキを行った場合を例にして説明を行う。非酸化物系セ
ラミックス基板の表面に酸化物層(Mx y )を形成
し、化学銅メッキを施した後、銅の酸化物と銅との共晶
温度以上、銅の融点以下の温度にて加熱処理を行うこと
により、銅と前記酸化物層(Mx y )との界面におい
てCu−M−Oの複合酸化物が形成される。この反応に
より生成したCu−M−O化合物層は化学的結合に優れ
ており、十分な密着強度を確保し得る。
The reason why such a structure is desirable will be described by taking the case of chemical copper plating as an example. After forming an oxide layer (M x O y ) on the surface of a non-oxide ceramic substrate and performing chemical copper plating, the temperature is set to a temperature higher than the eutectic temperature of copper oxide and copper and lower than the melting point of copper. The heat treatment is performed to form a Cu—MO composite oxide at the interface between copper and the oxide layer (M x O y ). The Cu-MO compound layer formed by this reaction has an excellent chemical bond and can secure sufficient adhesion strength.

【0013】以下に本発明の金属層を備えたセラミック
ス基板の製造方法について工程に基づき説明する。本発
明では、セラミックス基板を塩基性溶液、例えばアルカ
リ金属水酸化物を用い、この水溶液に浸漬することによ
り基板表面粗化を行う。アルカリ金属水酸化物として
は、LiOH、KOH、NaOH等が使用できる。次
に、表面粗化を施されたセラミックス基板に酸化物層を
形成する。酸化物層形成方法としては、熱処理(空気
中)、UVオゾン処理、酸素プラズマ処理等が上げられ
る。また水酸化物の生成も有効である。これは共晶反応
を行う加熱処理時に酸化物へと変化するからである。
The method for manufacturing a ceramic substrate having a metal layer according to the present invention will be described below based on steps. In the present invention, the surface of the ceramic substrate is roughened by using a basic solution such as an alkali metal hydroxide and immersing the substrate in this aqueous solution. LiOH, KOH, NaOH or the like can be used as the alkali metal hydroxide. Next, an oxide layer is formed on the surface-roughened ceramic substrate. Examples of the oxide layer forming method include heat treatment (in air), UV ozone treatment, and oxygen plasma treatment. It is also effective to generate a hydroxide. This is because it changes into an oxide during the heat treatment for the eutectic reaction.

【0014】この酸化物層の厚みは0.1μm〜20μ
mであることが望ましい。前記酸化物層厚みが0.1μ
m未満であると、複合酸化物を生成するのに酸素量が不
十分となり、満足し得る密着強度を確保することは難し
いからである。一方、20μmを越えると、セラミック
スと酸化物層との間において熱膨張の差により界面に応
力が発生し、その結果逆に密着強度は劣化する。
The thickness of the oxide layer is 0.1 μm to 20 μm.
It is desirable that it is m. The thickness of the oxide layer is 0.1 μ
This is because if it is less than m, the amount of oxygen is insufficient to form a composite oxide, and it is difficult to secure a satisfactory adhesion strength. On the other hand, when it exceeds 20 μm, stress is generated at the interface due to the difference in thermal expansion between the ceramics and the oxide layer, and as a result, the adhesion strength deteriorates.

【0015】その後、セラミックス基板上に化学銅メッ
キを施す。化学メッキ後、必要に応じて化学メッキ、又
は電解メッキにより厚付けメッキを行う。メッキ後、複
合酸化物層を生成するため不活性雰囲気下にて加熱処理
を行う。加熱処理雰囲気は酸素濃度が25ppm以下で
あることが望ましい。酸素濃度が25ppmを越えると
メタライズ層が酸化し、導体層として十分な機能をしな
くなるからである。
After that, chemical copper plating is applied on the ceramic substrate. After chemical plating, if necessary, thick plating is performed by chemical plating or electrolytic plating. After plating, heat treatment is performed in an inert atmosphere to form a complex oxide layer. The heat treatment atmosphere preferably has an oxygen concentration of 25 ppm or less. This is because when the oxygen concentration exceeds 25 ppm, the metallized layer is oxidized and does not function sufficiently as a conductor layer.

【0016】加熱温度は銅と銅の酸化物との共晶温度以
上、銅の融点未満であることが望ましい。ここで言う共
晶温度は1065℃であり、融点は1083℃である。
1065℃未満では、複合酸化物層の生成が不十分であ
り満足し得る密着強度を確保することは難しい。一方、
1083℃以上では、銅が溶融してしまう。
The heating temperature is preferably higher than the eutectic temperature of copper and copper oxide and lower than the melting point of copper. The eutectic temperature here is 1065 ° C., and the melting point is 1083 ° C.
If the temperature is lower than 1065 ° C, the formation of the complex oxide layer is insufficient, and it is difficult to secure a satisfactory adhesion strength. on the other hand,
At 1083 ° C or higher, copper will melt.

【0017】加熱時間は数分で十分である。長時間加熱
処理を行うとメタライズ層の酸化が進行し、メタライズ
特性が劣化する。上記の手順に従ってメタライズ層を形
成すれば、密着強度の優れたセラミックス基板を容易に
かつ確実に製造することができる。
A heating time of several minutes is sufficient. When the heat treatment is carried out for a long time, the metallized layer is oxidized and the metallized characteristics deteriorate. If the metallized layer is formed according to the above procedure, a ceramic substrate having excellent adhesion strength can be easily and reliably manufactured.

【実施例及び比較例】以下に、本発明の実施例について
図面に基づき詳細に説明する。
EXAMPLES AND COMPARATIVE EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0018】実施例 1 平均粒径が1.1μmの窒化アルミニウム粉末に焼結助
剤としてY2 3 粉末を5.0重量%、溶剤を36重量
%及びバインダーを11重量%添加した後、その混合物
を混練してスラリーを作製した。次いで、シート成形法
によって前記スラリーからグリーンシートを製造した
後、400℃、12時間の脱脂を行った。その後、脱脂
したグリーンシートをるつぼ内に配置し、1830℃、
5時間の条件下で焼成し、窒化アルミニウム基板1を得
た。
Example 1 After adding 5.0% by weight of Y 2 O 3 powder as a sintering aid, 36% by weight of a solvent and 11% by weight of a binder to aluminum nitride powder having an average particle size of 1.1 μm, The mixture was kneaded to prepare a slurry. Then, after producing a green sheet from the slurry by a sheet forming method, degreasing was performed at 400 ° C. for 12 hours. Then, the degreased green sheet is placed in a crucible and heated at 1830 ° C.
Firing was performed for 5 hours to obtain an aluminum nitride substrate 1.

【0019】前記窒化アルミニウム基板1を60℃の2
0%水酸化ナトリウム水溶液に10分間浸漬し、基板最
表層の窒化アルミニウム粒子のみを溶解した。粗化処理
によって粒子が溶解された跡には多数のアンカーAが形
成される。
The aluminum nitride substrate 1 is placed at 60.degree.
It was immersed in a 0% sodium hydroxide aqueous solution for 10 minutes to dissolve only the aluminum nitride particles on the outermost surface layer of the substrate. A large number of anchors A are formed in the marks where the particles are dissolved by the roughening treatment.

【0020】前記粗化処理を行った窒化アルミニウム基
板1を空気中にて1200℃、1時間の条件下で焼成
し、前記窒化アルミニウム基板1の表面に酸化物層2
(アルミナ)を形成した。前記酸化物層2厚みは10μ
mであった。
The roughened aluminum nitride substrate 1 is fired in air at 1200 ° C. for 1 hour to form an oxide layer 2 on the surface of the aluminum nitride substrate 1.
(Alumina) was formed. The oxide layer 2 has a thickness of 10 μm
It was m.

【0021】前記窒化アルミニウム基板1の酸化物層2
上に化学銅メッキを施して、厚さ0.5μmの銅薄層3
を形成した。更に、銅薄層3上に電解銅メッキを施し、
厚さ5μmの銅層3aを形成した。
Oxide layer 2 of the aluminum nitride substrate 1
Chemical copper plating is applied on top, and a copper thin layer with a thickness of 0.5 μm 3
Formed. Furthermore, electrolytic copper plating is applied on the thin copper layer 3,
A copper layer 3a having a thickness of 5 μm was formed.

【0022】次いで、前記銅層3aを備えた窒化アルミ
ニウム基板1を雰囲気中酸素濃度2ppm下において、
1070℃、10分の条件にて加熱処理し、銅層3aを
備えた窒化アルミニウム基板4を得た。冷却後、銅層3
aと窒化アルミニウム基板1との界面には複合酸化物層
5であるCuAl2 4 の生成が確認された。
Then, the aluminum nitride substrate 1 provided with the copper layer 3a was subjected to an oxygen concentration of 2 ppm in the atmosphere,
Heat treatment was performed at 1070 ° C. for 10 minutes to obtain an aluminum nitride substrate 4 having a copper layer 3a. After cooling, copper layer 3
It was confirmed that CuAl 2 O 4 , which is the complex oxide layer 5, was formed at the interface between a and the aluminum nitride substrate 1.

【0023】実施例2 実施例1で用いたのと同じ窒化アルミニウム基板1を、
同様の粗化条件にて粗化処理を行い、加熱処理により酸
化物層2を3μm形成した。前記酸化物2上に実施例1
と同様に銅層3aを形成した後、雰囲気中酸素濃度5p
pm下において、1070℃、10分の条件にて加熱処
理し、銅層3aを備えた窒化アルミニウム基板4を得
た。冷却後、銅層3aと窒化アルミニウム基板1との界
面には実施例1と同様、複合酸化物層5であるCuAl
2 4 の生成が確認された。
Example 2 The same aluminum nitride substrate 1 used in Example 1 was used,
Roughening treatment was performed under the same roughening condition, and the oxide layer 2 was formed to a thickness of 3 μm by heat treatment. Example 1 on the oxide 2
After forming the copper layer 3a in the same manner as above, the oxygen concentration in the atmosphere is 5p.
Under pm, heat treatment was performed at 1070 ° C. for 10 minutes to obtain an aluminum nitride substrate 4 having a copper layer 3a. After cooling, at the interface between the copper layer 3a and the aluminum nitride substrate 1, CuAl, which is the complex oxide layer 5, is formed as in Example 1.
Formation of 2 O 4 was confirmed.

【0024】実施例3 実施例1で用いたのと同じ窒化アルミニウム基板1を、
同様の粗化条件にて粗化処理を行い、加熱処理により酸
化物層2を5μm形成した。
Example 3 The same aluminum nitride substrate 1 used in Example 1 was used,
Roughening treatment was performed under the same roughening condition, and the oxide layer 2 was formed to a thickness of 5 μm by heat treatment.

【0025】前記酸化物2上に実施例1と同様に銅層3
aを形成した後、雰囲気中酸素濃度5ppm下におい
て、1075℃、10分の条件にて加熱処理し、銅層3
aを備えた窒化アルミニウム基板4を得た。冷却後、銅
層3aと窒化アルミニウム基板1との界面には実施例1
と同様、複合酸化物層5であるCuAl2 4 の生成が
確認された。
A copper layer 3 was formed on the oxide 2 as in Example 1.
After forming a, the copper layer 3 is heat-treated at 1075 ° C. for 10 minutes under an oxygen concentration of 5 ppm in the atmosphere.
An aluminum nitride substrate 4 having a was obtained. After cooling, Example 1 was formed on the interface between the copper layer 3a and the aluminum nitride substrate 1.
Similarly to the above, formation of CuAl 2 O 4 , which is the composite oxide layer 5, was confirmed.

【0026】比較例1 実施例1で用いたのと同じ窒化アルミニウム基板1を、
同様の粗化条件にて粗化処理を行った。前記粗化表面を
有する窒化アルミニウム基板1上に実施例1と同様に銅
層3aを形成した後、雰囲気中酸素濃度5ppm下にお
いて、1070℃、10分の条件にて加熱処理し、銅層
3aを備えた窒化アルミニウム基板4を得た。
Comparative Example 1 The same aluminum nitride substrate 1 as that used in Example 1 was used.
A roughening treatment was performed under the same roughening conditions. After the copper layer 3a was formed on the aluminum nitride substrate 1 having the roughened surface in the same manner as in Example 1, the copper layer 3a was heat-treated at 1070 ° C. for 10 minutes under an oxygen concentration of 5 ppm in the atmosphere. An aluminum nitride substrate 4 provided with was obtained.

【0027】比較例2 実施例1で用いたのと同じ窒化アルミニウム基板1を、
同様の粗化条件にて粗化処理を行い、加熱処理により酸
化物層2を10μm形成した。前記酸化物2上に実施例
1と同様に銅層3aを形成した後、雰囲気中酸素濃度4
0ppm下において、1070℃、10分の条件にて加
熱処理し、銅層3aを備えた窒化アルミニウム基板4を
得た。
Comparative Example 2 The same aluminum nitride substrate 1 as that used in Example 1 was used,
Roughening treatment was performed under the same roughening condition, and the oxide layer 2 was formed to a thickness of 10 μm by heat treatment. After forming the copper layer 3a on the oxide 2 as in Example 1, the oxygen concentration in the atmosphere was set to 4
Under 0 ppm, heat treatment was performed at 1070 ° C. for 10 minutes to obtain an aluminum nitride substrate 4 having a copper layer 3a.

【0028】比較例3 実施例1で用いたのと同じ窒化アルミニウム基板1を、
同様の粗化条件にて粗化処理を行い、加熱処理により酸
化物層2を30μm形成した。前記酸化物2上に実施例
1と同様に銅層3aを形成した後、雰囲気中酸素濃度2
ppm下において、1070℃、10分の条件にて加熱
処理し、銅層3aを備えた窒化アルミニウム基板4を得
た。冷却後、銅層3aと窒化アルミニウム基板1との界
面には実施例1と同様、複合酸化物層5であるCuAl
2 4 の生成が確認された。
Comparative Example 3 The same aluminum nitride substrate 1 as that used in Example 1 was used.
Roughening treatment was performed under the same roughening condition, and the oxide layer 2 was formed to 30 μm by heat treatment. After forming the copper layer 3a on the oxide 2 in the same manner as in Example 1, the oxygen concentration in the atmosphere is set to 2
Heat treatment was performed under ppm at 1070 ° C. for 10 minutes to obtain an aluminum nitride substrate 4 having a copper layer 3a. After cooling, at the interface between the copper layer 3a and the aluminum nitride substrate 1, CuAl, which is the complex oxide layer 5, is formed as in Example 1.
Formation of 2 O 4 was confirmed.

【0029】上記の方法により製造された窒化アルミニ
ウム基板4の物理的特性を評価するために、以下のよう
な試験を行った。窒化アルミニウム基板1と銅層3aと
の間の密着強度は、垂直プル強度によって評価した。こ
の試験では、1×1mmのパターンにはんだ付けされた
ワイヤーを垂直方向に引っ張った際、パターンが窒化ア
ルミニウム基板1から剥離するときの強度(kg/mm
2 )を測定した。また、表面酸化に伴う窒化アルミニウ
ム基板1の熱伝導率(W/mK)についても測定を行っ
た。それらの結果を表1に示す。
In order to evaluate the physical characteristics of the aluminum nitride substrate 4 manufactured by the above method, the following tests were conducted. The adhesion strength between the aluminum nitride substrate 1 and the copper layer 3a was evaluated by the vertical pull strength. In this test, when the wire soldered to the 1 × 1 mm pattern is pulled in the vertical direction, the strength (kg / mm) at which the pattern is peeled from the aluminum nitride substrate 1
2 ) was measured. Further, the thermal conductivity (W / mK) of the aluminum nitride substrate 1 accompanying the surface oxidation was also measured. The results are shown in Table 1.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】表1の結果から明らかなように、実施例で
はいずれの場合においても窒化アルミニウムと銅層との
間の密着強度が優れていることがわかる。これは前記し
たように、窒化アルミニウムと銅層との間においてCu
Al2 4 層の生成に伴い、化学的結合が起こった結果
である。比較例1では、単にアンカー効果による物理的
接合の結果であるが、このレベルのアンカーでは、1.
2kg/mm2 という低い密着強度しか得られなかっ
た。
As is clear from the results shown in Table 1, in any of the examples, the adhesion strength between the aluminum nitride and the copper layer is excellent. As described above, this is due to Cu between the aluminum nitride and the copper layer.
This is the result of the chemical bond occurring with the formation of the Al 2 O 4 layer. In Comparative Example 1, the result of physical joining is simply due to the anchor effect.
Only a low adhesion strength of 2 kg / mm 2 was obtained.

【0032】比較例2では、雰囲気中酸度濃度を40p
pmとし、雰囲気中から酸素源を付与したが銅層を酸化
するという結果になり、メタライズ層としての使用はで
きなかった。
In Comparative Example 2, the acidity concentration in the atmosphere was 40 p
pm, and an oxygen source was added from the atmosphere, but the result was that the copper layer was oxidized, and it could not be used as a metallized layer.

【0033】比較例3では、酸化物層を30μm形成し
た。窒化アルミニウムと銅層との間の密着強度は2.1
kg/mm2 と良好な値を示しているが、破壊モードが
酸化物層と窒化アルミニウムとの間であった。これは酸
化物層と窒化アルミニウムとの間において熱膨張の差に
より、酸化物層と窒化アルミニウムとの界面に応力が発
生したためと考えられる。このため、温度サイクル試験
及び熱衝撃試験に対する信頼性が低くなり、メタライズ
層としては疑問が残る。
In Comparative Example 3, an oxide layer having a thickness of 30 μm was formed. The adhesion strength between the aluminum nitride and the copper layer is 2.1.
Although the value was as good as kg / mm 2 , the fracture mode was between the oxide layer and aluminum nitride. It is considered that this is because stress was generated at the interface between the oxide layer and aluminum nitride due to the difference in thermal expansion between the oxide layer and aluminum nitride. Therefore, the reliability of the temperature cycle test and the thermal shock test becomes low, and a doubt remains as a metallized layer.

【0034】熱伝導率は、酸化物層の厚みが10μmに
おいて170W/mKという良好な値を示しており、使
用上問題はない。
The thermal conductivity shows a good value of 170 W / mK when the thickness of the oxide layer is 10 μm, and there is no problem in use.

【0035】以上の結果を総合すると、各実施例の製造
方法によれば適切な複合酸化物層が形成されるため、密
着強度に優れるメタライズ層が容易に得られることは明
白である。また、本発明は基本的にはメッキ法であるた
め、工程の簡略化、基板の量産化、並びに金属層の低抵
抗化、ファイン化及び高密度化が実現できる点におい
て、薄膜法、厚膜法及び同時焼成法より優れている。そ
して、この製造方法により従来抱えていた密着強度の問
題が解消されたことになり、従来とは異なり基板の用途
に応じて異なるメタライズ層の形成方法を選択する必要
もなくなる。
Summarizing the above results, it is apparent that the metal oxide layer having excellent adhesion strength can be easily obtained since the appropriate composite oxide layer is formed by the manufacturing method of each example. Further, since the present invention is basically a plating method, the thin film method and the thick film method are advantageous in that the process can be simplified, the mass production of the substrate, and the resistance, fineness and density of the metal layer can be realized. Method and co-firing method are superior. This manufacturing method solves the problem of adhesion strength that has been conventionally held, and it is no longer necessary to select a different metallization layer forming method depending on the application of the substrate, unlike the conventional method.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の金属層を
備えた非酸化物系セラミックス基板の製造方法によれ
ば、アンカー効果による物理的接合に加え、金属と酸化
物層との界面において複合酸化物が形成されるため化学
的結合も促進されることになり、セラミックスと金属層
との間に十分な密着強度を確保できるという優れた効果
を奏する。
As described in detail above, according to the method for producing a non-oxide ceramic substrate provided with a metal layer of the present invention, in addition to the physical bonding by the anchor effect, the interface between the metal and the oxide layer is added. In the above, since the composite oxide is formed, the chemical bond is also promoted, and there is an excellent effect that a sufficient adhesion strength can be secured between the ceramic and the metal layer.

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

【図1】実施例1におけるメタライズ層を備えたセラミ
ックス基板の製造工程を示す概略説明図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a manufacturing process of a ceramic substrate provided with a metallized layer in Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックス基板、 2 酸化物層 3 化学メッキ層 3a 金属層 4 金属層を備えたセラミックス基板 5 複合酸化物層 A アンカー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramics substrate, 2 Oxide layer 3 Chemical plating layer 3a Metal layer 4 Ceramics substrate provided with a metal layer 5 Complex oxide layer A Anchor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05K 3/18 A 7511−4E ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H05K 3/18 A 7511-4E

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面の少なくとも1部に金属層(3)を
備えた非酸化物系セラミックス基板(1)であって、非
酸化物系セラミックス基板(1)の金属層(3)との接
合面側には、表面が粗化された状態の酸化物層(2)が
形成されてなり、且つ該酸化物層(2)と金属層(3)
との間には複合酸化物層(5)を介在してなることを特
徴とする金属層を備えたセラミックス基板。
1. A non-oxide ceramic substrate (1) having a metal layer (3) on at least a part of its surface, which is bonded to a metal layer (3) of the non-oxide ceramic substrate (1). On the surface side, an oxide layer (2) having a roughened surface is formed, and the oxide layer (2) and the metal layer (3) are formed.
A ceramic substrate provided with a metal layer, characterized in that a complex oxide layer (5) is interposed between the ceramic substrate and the metal oxide layer.
【請求項2】 セラミックス基板のメタライズ方法にお
いて、非酸化物系セラミックス基板(1)の表面を粗化
してアンカー(A)を形成する工程と、非酸化物系セラ
ミックス基板(1)表面に酸化物層(2)の形成を行う
工程と、酸化物層(2)上に化学メッキにより金属層
(3)を形成する工程と、金属層(3)を不活性雰囲気
下において加熱処理を行う工程とからなることを特徴と
する金属層を備えたセラミックス基板の製造方法。
2. A method of metallizing a ceramic substrate, comprising a step of roughening a surface of a non-oxide ceramic substrate (1) to form an anchor (A), and an oxide on the surface of the non-oxide ceramic substrate (1). A step of forming the layer (2), a step of forming a metal layer (3) on the oxide layer (2) by chemical plating, and a step of heat-treating the metal layer (3) in an inert atmosphere. A method of manufacturing a ceramic substrate having a metal layer, comprising:
【請求項3】 前記酸化物層(2)は非酸化物系セラミ
ックス表面上にのみ形成することを特徴する請求項2に
記載の金属層を備えたセラミックス基板の製造方法。
3. The method for manufacturing a ceramic substrate having a metal layer according to claim 2, wherein the oxide layer (2) is formed only on the surface of the non-oxide ceramic.
【請求項4】 前記化学メッキ層(3)は銅メッキ層で
あることを特徴とする請求項2または3に記載の金属層
を備えたセラミックス基板の製造方法。
4. The method for manufacturing a ceramic substrate having a metal layer according to claim 2, wherein the chemical plating layer (3) is a copper plating layer.
【請求項5】 前記加熱処理は処理温度が金属とその酸
化物の共晶温度以上、金属の融点未満であることを特徴
とする請求項2〜4の何れか1つに記載の金属層を備え
たセラミックス基板の製造方法。
5. The metal layer according to claim 2, wherein the heat treatment is performed at a treatment temperature which is equal to or higher than the eutectic temperature of the metal and its oxide and lower than the melting point of the metal. A method for manufacturing a ceramic substrate provided.
【請求項6】 前記加熱処理は雰囲気中酸素濃度が25
ppm以下の不活性雰囲気下にて処理することを特徴と
する請求項2〜5の何れか1つに記載の金属層を備えた
セラミックス基板の製造方法。
6. The heat treatment has an oxygen concentration of 25 in the atmosphere.
The method for producing a ceramic substrate having a metal layer according to any one of claims 2 to 5, wherein the treatment is performed in an inert atmosphere of ppm or less.
【請求項7】 請求項2において、化学メッキにより金
属層(3)を形成した後、さらに厚付メッキ層(3a)
を形成する金属層を備えたセラミックス基板の製造方
法。
7. The thick plating layer (3a) according to claim 2, after the metal layer (3) is formed by chemical plating.
A method of manufacturing a ceramic substrate having a metal layer for forming a ceramic substrate.
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