JPH0585869A - Surface treatment of aluminum nitride ceramic - Google Patents
Surface treatment of aluminum nitride ceramicInfo
- Publication number
- JPH0585869A JPH0585869A JP3112177A JP11217791A JPH0585869A JP H0585869 A JPH0585869 A JP H0585869A JP 3112177 A JP3112177 A JP 3112177A JP 11217791 A JP11217791 A JP 11217791A JP H0585869 A JPH0585869 A JP H0585869A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aln
- ceramics
- ceramic
- oxide
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスパッケー
ジやハイブリッドICに利用される、窒化アルミニウム
(AlN)を主成分とする窒化物セラミックスに関するもの
であり、窒化物セラミックスのメタライズ性をよくする
ための表面処理方法を提供するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride ceramic containing aluminum nitride (AlN) as a main component, which is used for a ceramic package and a hybrid IC. A surface treatment method is provided.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来セラミックスパッケージや混成集積
回路(ハイブリッドIC)用のセラミックス基板にはア
ルミナ(Al2O3)が用いられてきた。2. Description of the Related Art Conventionally, alumina (Al 2 O 3 ) has been used for ceramics packages and ceramics substrates for hybrid integrated circuits (hybrid ICs).
【0003】セラミックス基板に搭載されるICは高集
積化、ハイパワー化が進み、セラミックス基板に対して
は高熱伝導性が要求されて、AlN 系の窒化物セラミック
スが用いられ始めてきている。ICs mounted on ceramics substrates are becoming highly integrated and have high power, and high thermal conductivity is required for the ceramics substrates, and AlN-based nitride ceramics are beginning to be used.
【0004】AlN セラミックスはAl2O3 セラミックスの
約10倍の熱伝導率をもち、さらに高い抵抗率、絶縁
性、低い熱膨張率を有しているため、セラミックスパッ
ケージやハイブリッドIC用のセラミックス基板として
期待されている。Since AlN ceramics has a thermal conductivity about 10 times higher than that of Al 2 O 3 ceramics and further has high resistivity, insulation and low thermal expansion coefficient, it is a ceramic substrate for ceramic packages and hybrid ICs. Is expected as.
【0005】これらのセラミックスをセラミックスパッ
ケージやハイブリッドIC用基板に適用するために、導
体回路が基板上に形成される。この回路を形成するメタ
ライズには主として厚膜技術が用いられている。In order to apply these ceramics to a ceramic package or a substrate for hybrid IC, a conductor circuit is formed on the substrate. Thick film technology is mainly used for metallization to form this circuit.
【0006】厚膜技術は、金属導体微粒子と酸化物微粒
子を有機物中に分散させペースト状にしたものを、スク
リーン印刷によってセラミックス基板に回路状に印刷塗
布し、その後焼成を行うことで導体回路を形成する方法
である。In the thick film technology, metal conductor fine particles and oxide fine particles are dispersed in an organic substance to form a paste, which is printed and applied in a circuit shape on a ceramic substrate by screen printing, and then firing is performed to form a conductor circuit. It is a method of forming.
【0007】例えばAl2O3 セラミックス基板に銅(C
u)導体回路を形成する方法は次のようである。[0007] For example copper Al 2 O 3 ceramic substrate (C
u) The method of forming the conductor circuit is as follows.
【0008】Cu粉末と、酸化鉛(PbO)、酸化ホウ素(B
2O3)、酸化ケイ素(SiO2)を主成分とする酸化物ガラス粉
末とを、エチルセルロースを主成分とする有機物中に分
散させたペーストを、スクリーン印刷によってAl2O3 セ
ラミックス基板に印刷、塗布する。Cu powder, lead oxide (PbO), boron oxide (B
2 O 3 ), an oxide glass powder containing silicon oxide (SiO 2 ) as a main component, a paste prepared by dispersing in an organic substance containing ethyl cellulose as a main component, printed on an Al 2 O 3 ceramics substrate by screen printing, Apply.
【0009】この基板を、先ず酸素濃度数十ppm の窒素
ガス気流中200 〜300 ℃で処理し有機物を燃焼除去す
る。This substrate is first treated at 200 to 300 ° C. in a nitrogen gas stream having an oxygen concentration of several tens of ppm to burn off organic substances.
【0010】連続して酸素濃度数ppm 以下にした窒素ガ
ス気流中800 〜900 ℃で処理し、Cuを焼結させるとと
もに、酸化物ガラスを溶融させ、CuとAl2O3 セラミッ
クスを結合させる。この酸化物は、Al2O3 セラミックス
基板とはよく濡れて、金属導体とセラミックス基板との
良好な密着が得られている。[0010] Continuous treatment is carried out at 800 to 900 ° C in a nitrogen gas stream having an oxygen concentration of several ppm or less to sinter Cu and melt oxide glass to bond Cu and Al 2 O 3 ceramics. This oxide is well wetted with the Al 2 O 3 ceramics substrate, and good adhesion between the metal conductor and the ceramics substrate is obtained.
【0011】ところがこの技術をAlN 系窒化物セラミッ
クス基板にそのまま適用した場合、高い密着強度が得ら
れない。そこでこのAlN 系窒化物セラミックス基板に対
して、例えば特開昭61―84037 に見られるように酸化処
理によって表面にAl2O3 を形成する方法が開示されてい
る。However, when this technique is directly applied to the AlN type nitride ceramics substrate, high adhesion strength cannot be obtained. Therefore, a method of forming Al 2 O 3 on the surface of this AlN-based nitride ceramics substrate by an oxidation treatment as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-84037 is disclosed.
【0012】また特開昭62―224952では、AlN 基板の表
面を2〜20μmの表面粗さにホーニング加工して密着強
度を上げる方法が開示されている。さらに特開昭62―29
7286では、AlN 系窒化物セラミックス基板表面に酸化ケ
イ素の被覆を形成する方法が開示されている。Further, JP-A-62-224952 discloses a method of honing the surface of an AlN substrate to have a surface roughness of 2 to 20 μm to increase the adhesion strength. Furthermore, JP-A-62-29
7286 discloses a method of forming a coating of silicon oxide on the surface of an AlN 3 -based nitride ceramics substrate.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら酸化処理
を行ったのみのAlN系窒化物セラミックス基板表面は、A
l2O3 セラミックス基板の表面とは組織的に、また組成
的にも異なり、従来の厚膜ペーストでは、Al2O3 セラミ
ックス基板に匹敵する密着強度が得られない。However, the surface of the AlN-based nitride ceramics substrate only subjected to the oxidation treatment is A
The surface of the l 2 O 3 ceramics substrate is structurally and compositionally different, and the conventional thick film paste cannot obtain the adhesion strength comparable to that of the Al 2 O 3 ceramics substrate.
【0014】何故なら酸化処理によってAlN 系窒化物セ
ラミックス基板表面に形成されるAl2O3 層は、AlN の焼
結のために添加された焼結助剤が粒界三重点に存在する
以外は、組成的にはほぼAl2O3 のみからなる層であるの
に比較して、Al2O3 セラミックス基板は、焼結助剤がガ
ラス状態でAl2O3 粒子間粒界に存在する組織をもってい
る。The reason is that the Al 2 O 3 layer formed on the surface of the AlN-based nitride ceramics substrate by the oxidation treatment is the same as the sintering aid added for the sintering of AlN being present at the grain boundary triple points. , compared to the compositionally a layer consisting substantially only Al 2 O 3, Al 2 O 3 ceramic substrate, sintering aid is present in Al 2 O 3 particles between grain boundary glassy state organizations I have
【0015】Al2O3 セラミックス基板に対する厚膜の密
着は、この粒界に存在するガラスが大きく寄与している
ために、酸化処理のみのAlN 系窒化物セラミックス基板
では、Al2O3 セラミックス基板のような密着強度が得ら
れない。The adhesion of the thick film to the Al 2 O 3 ceramics substrate is largely contributed by the glass existing in the grain boundaries. Therefore, in the case of the AlN type nitride ceramics substrate only subjected to the oxidation treatment, the Al 2 O 3 ceramics substrate is used. No such adhesion strength can be obtained.
【0016】AlN 系窒化物セラミックス基板に酸化ケイ
素の被覆を形成する方法は、表面にガラス層を作って厚
膜ペースト中の酸化物と密着させようとするものであ
る。A method of forming a coating of silicon oxide on an AlN-based nitride ceramics substrate is to form a glass layer on the surface to make it adhere to the oxide in the thick film paste.
【0017】しかしながらAlN 表面に膜状にSiO2が結合
した組織は、やはり上述のAl2O3 セラミックス組織と異
なっている。However, the structure in which SiO 2 is bonded like a film on the surface of AlN is different from the above-described Al 2 O 3 ceramic structure.
【0018】Al2O3 セラミックス基板で得られる密着強
度は、酸化物どうしの化学的な結合力のみでなく、厚膜
ペースト中の酸化物が基板の粒界ガラスと相互に反応す
ることで効果的に粒界に投錨した組織となり機械的結合
力が生じていることにも依存している。The adhesion strength obtained with the Al 2 O 3 ceramics substrate is effective not only due to the chemical bonding force between the oxides, but also because the oxides in the thick film paste interact with the grain boundary glass of the substrate. It also depends on the fact that the structure is anchored at the grain boundaries and mechanical bonding force is generated.
【0019】AlN 表面に膜状にSiO2が結合した組織の上
に密着した酸化物は、基板の粒界に投錨することがなく
十分な強度が得られない。また焼成中にAlN と膜状SiO2
との熱膨張差によって膜剥離の危険性があり密着の信頼
性にも劣っている。The oxide adhered on the structure in which SiO 2 is bonded in the form of a film on the AlN surface does not anchor at the grain boundaries of the substrate and cannot obtain sufficient strength. During firing, AlN and film-like SiO 2
There is a risk of film peeling due to the difference in the thermal expansion between and, and the reliability of adhesion is poor.
【0020】またホーニング加工のような機械加工によ
る表面粗化法は生産性が悪く、その表面状態は投錨効果
を得るには十分ではない。さらに表面粗化のみではAlN
と厚膜ペースト中の酸化物とは上述のように十分な密着
が得られない。Further, the surface roughening method by mechanical working such as honing has poor productivity, and the surface condition is not sufficient to obtain the anchoring effect. In addition, surface roughening alone causes AlN
As described above, sufficient adhesion cannot be obtained between the oxide and the thick film paste.
【0021】そこで本発明は、AlN 系窒化物セラミック
スの表面を、組織的、組成的にAl2O3 セラミックスとほ
ぼ同一状態にすることによって厚膜の密着強度を向上さ
せようとするものである。Therefore, the present invention intends to improve the adhesion strength of a thick film by making the surface of the AlN nitride ceramics substantially the same as the Al 2 O 3 ceramics in terms of structure and composition. ..
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】AlN 系窒化物セラミック
スの表面をAl2O3 セラミックスと同じ組織、組成にする
ために、本発明では二工程ないし三工程の表面処理を行
う。Al2O3 セラミックスは、前述の様にAl2O3 粒子とそ
の粒界に酸化物ガラスが存在する組織からなり、酸化物
ガラスは酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化カルシウ
ム等からなっている。In order to make the surface of the AlN-based nitride ceramics have the same structure and composition as the Al 2 O 3 ceramics, the present invention performs surface treatment in two or three steps. As described above, the Al 2 O 3 ceramic is composed of Al 2 O 3 particles and a structure in which oxide glass exists at the grain boundaries, and the oxide glass is composed of magnesium oxide, silicon oxide, calcium oxide, or the like.
【0023】一方AlN 系窒化物セラミックスは、AlN 粒
子が直接焼結しあい、添加された焼結助剤は粒界三重点
に存在する組織をもち、その焼結助剤にはイットリウム
やカルシウムの酸化物、炭化物が用いられている。On the other hand, in the AlN-based nitride ceramics, the AlN particles are directly sintered to each other, and the added sintering aid has a structure that exists at the grain boundary triple points, and the sintering aid is oxidized by yttrium or calcium. The thing and the carbide are used.
【0024】AlN 系窒化物セラミックスにAl2O3 セラミ
ックスの様な粒界組織を作るために、本発明では最初に
表面の化学的腐食、例えばAlN 焼結体の粒界をアルカリ
溶液で化学的にエッチングする。In order to form a grain boundary structure such as Al 2 O 3 ceramics in AlN-based nitride ceramics, in the present invention, first, the surface is chemically corroded, for example, the grain boundaries of an AlN sintered body are chemically treated with an alkaline solution. To etch.
【0025】AlN はアルカリ、例えば水酸化ナトリウム
溶液で容易に溶解する。特に粒界は溶解し易い。これは
AlN の特質を利用するものであり、同様な方法でAl2O3
を腐食させることは困難である。AlN is readily soluble in alkali, eg sodium hydroxide solution. Especially the grain boundaries are easily dissolved. this is
It takes advantage of the properties of AlN and in a similar way Al 2 O 3
Is difficult to corrode.
【0026】従って本発明の腐食処理は後工程にある表
面酸化処理の事前に行っておく。この処理によってAlN
系窒化物セラミックスの表面は、後述する図4(b) に示
すような粒界に隙間のできた網目構造となる。Therefore, the corrosion treatment of the present invention is performed before the surface oxidation treatment which is a post-process. By this process AlN
The surface of the system nitride ceramics has a mesh structure with gaps at grain boundaries as shown in FIG. 4 (b) described later.
【0027】表面粗化方法としては、ホーニング加工や
機械的に研削するなどの方法が考えられるが、Al2O3 セ
ラミックスの様な粒界組織をえるためには、粒界に選択
的に溝を作ることが必要である。As a surface roughening method, a method such as honing processing or mechanical grinding can be considered, but in order to obtain a grain boundary structure such as Al 2 O 3 ceramics, a groove is selectively formed at the grain boundary. It is necessary to make.
【0028】本発明による化学的腐食方法によってえら
れる表面は、セラミックス粒子径のオーダーで非常に細
かく絡み合った溝をもった構造を持つ。これを機械加工
で実現することは困難であり、本表面処理は工業的レベ
ルで極めて簡単かつ効果的に実現できる。The surface obtained by the chemical corrosion method according to the present invention has a structure having grooves that are very finely entangled with each other in the order of the diameter of ceramic particles. This is difficult to achieve by machining, and this surface treatment can be achieved extremely easily and effectively on an industrial level.
【0029】またその腐食溝深さはAlN 粒子径の1〜2
倍程度が好ましい。それ以下であると後の処理で作られ
る粒界酸化物の効果が十分でなくなるし、それ以上の深
さになると熱伝導の障害となる。The depth of the corrosion groove is 1 to 2 of the AlN particle diameter.
About twice is preferable. If it is less than that, the effect of the grain boundary oxide produced in the subsequent treatment becomes insufficient, and if it is more than that, it becomes an obstacle to heat conduction.
【0030】この粒界腐食に続いて、第二に表面酸化処
理を行う。この過程で粒界間隙のあるAl2O3 層が表面に
形成される。酸化層の厚みは、粒界のエッチングされた
層程度かそれよりわずかに厚い程度が好ましい。Following this intergranular corrosion, secondly, a surface oxidation treatment is performed. In this process, an Al 2 O 3 layer with a grain boundary gap is formed on the surface. The thickness of the oxide layer is preferably about the thickness of the etched layer of the grain boundaries or slightly thicker than that.
【0031】これより弱い酸化であると後の酸化物ガラ
スと十分な結合が得られないし、これ以上の酸化を行う
と、熱伝導の障害となるばかりでなく、生成したAl2O3
層とAlN 基板の熱膨張差によってその境界が弱くなり剥
離する場合がありうるからである。If the oxidation is weaker than this, a sufficient bond cannot be obtained with the subsequent oxide glass, and if oxidation is further performed, it not only hinders heat conduction, but also forms Al 2 O 3 produced.
This is because the boundary between the layer and the AlN 3 substrate may become weak due to the difference in thermal expansion between the layers and the layer may peel off.
【0032】上述の一連の工程を経たAlN 系窒化物セラ
ミックスに、厚膜メタライズを行うと、厚膜ペースト中
の酸化物は溶融して基板表面に作られた粒界間隙に流動
して投錨効果を生み、さらにAl2O3 と化学的に結合する
ことになる。このメタライズ組織はAl2O3 セラミックス
基板に対するものと同じとなるために、高い密着強度が
得られる。When thick film metallization is performed on the AlN system nitride ceramics that has undergone the series of steps described above, the oxide in the thick film paste is melted and flows into the grain boundary gap formed on the substrate surface, and the anchor effect is obtained. And is chemically bonded to Al 2 O 3 . Since this metallized structure is the same as that for the Al 2 O 3 ceramic substrate, high adhesion strength can be obtained.
【0033】上述の二工程で十分な密着性が得られる
が、さらに第三の工程を行うことによって、より信頼性
のあるメタライズを行う。即ちこの工程によってAlN 系
窒化物セラミックスにAl2O3 セラミックスと同じ組織を
実現させる。Sufficient adhesion can be obtained by the above two steps, but more reliable metallization is performed by further performing the third step. That is, by this process, the AlN-based nitride ceramics has the same structure as the Al 2 O 3 ceramics.
【0034】先ず上述の表面処理がなされたAlN 系窒化
物セラミックスに、金属アルコキシドを塗布し、粒界間
隙に充填させる。金属アルコキシドは、Al2O3 セラミッ
クス焼結助剤や厚膜ペースト中の酸化物の金属成分を含
むことが好ましい。First, a metal alkoxide is applied to the above-mentioned surface-treated AlN-based nitride ceramics to fill the intergranular spaces. The metal alkoxide preferably contains an Al 2 O 3 ceramics sintering aid or a metal component of an oxide in the thick film paste.
【0035】例えばケイ素、ホウ素、アルミニウム、マ
グネシウム、カルシウム、鉛、チタンなどであり、ガラ
ス形成酸化物となりうる金属(ケイ素、ホウ素など)は
単独でも、また他の金属はガラス形成酸化物となりうる
金属と複合した金属アルコキシドが使用できる。For example, silicon, boron, aluminum, magnesium, calcium, lead, titanium, etc., the metal that can be a glass-forming oxide (silicon, boron, etc.) alone, and the other metal can be a glass-forming oxide. A metal alkoxide compounded with can be used.
【0036】粒界間隙に充填した金属アルコキシドは、
加熱酸化処理によって脱水縮合、続いて結晶化、ガラス
化させAlN 系窒化物セラミックス表面のAl2O3 と反応さ
せる。金属アルコキシドの塗布量は、酸化物として粒界
を充填する程度が好ましい。The metal alkoxide filled in the grain boundary gap is
It is dehydrated and condensed by heat-oxidation treatment, and then crystallized and vitrified to react with Al 2 O 3 on the surface of the AlN 3 nitride ceramics. The coating amount of the metal alkoxide is preferably such that it fills the grain boundaries as an oxide.
【0037】また酸化物を粒界に充填できる方法であれ
ば、金属アルコキシドを用いることに特定されるもので
はないが、種々の実験を行ったところ粒界への侵入と薄
膜の形成が容易であることから金属アルコキシドが最適
であることが判明した。Further, if the method is one in which the oxide can be filled in the grain boundaries, it is not limited to the use of metal alkoxide, but various experiments have shown that it is easy to penetrate the grain boundaries and form a thin film. Therefore, it was proved that the metal alkoxide was most suitable.
【0038】以上の三工程表面処理によりAlN 系窒化物
セラミックス表面にAl2O3 セラミックスと同じ組織が具
現され、Al2O3 セラミックスと同等のメタライズ性が得
られる。[0038] The same tissue embodied as Al 2 O 3 ceramics AlN-based nitride ceramic surface by more than three steps surface treatment, Al 2 O 3 ceramics equivalent metallization can be obtained.
【0039】[0039]
【実施例】この発明の実施例を図面を基に説明する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0040】図1(a) は本発明によるAlN 系窒化物セラ
ミックスのメタライズ構造を示す。窒化物セラミックス
1は表面処理層2をもち、その上に金属層4と酸化物層
3からなるメタライズ層がつくられる。FIG. 1 (a) shows the metallized structure of the AlN type nitride ceramics according to the present invention. The nitride ceramics 1 has a surface treatment layer 2 on which a metallized layer consisting of a metal layer 4 and an oxide layer 3 is formed.
【0041】メタライズ層と窒化物セラミックスは各々
酸化物層と表面処理層を介して強固に結合される。図1
(b) 、(c) は本発明による表面処理組織と、メタライズ
層との結合組織の詳細を模式的に示したものである。The metallized layer and the nitride ceramics are firmly bonded via the oxide layer and the surface treatment layer, respectively. Figure 1
(b) and (c) schematically show the details of the connective structure between the surface-treated structure according to the present invention and the metallized layer.
【0042】窒化アルミニウム(AlN)11の焼結体から
なる窒化物セラミックス1は、表面に腐食溝14のある
酸化アルミニウム(Al2O3)12からなる酸化層13が本
発明によってつくられる。In the nitride ceramic 1 made of a sintered body of aluminum nitride (AlN) 11, an oxide layer 13 made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) 12 having a corrosion groove 14 on the surface is formed by the present invention.
【0043】金属層4は、ペースト中の酸化物3が腐食
溝14に浸透しAl2O3 12と結合することで窒化物セラ
ミックス1と結合する。The metal layer 4 is bonded to the nitride ceramics 1 by the oxide 3 in the paste penetrating the corrosion groove 14 and bonding to the Al 2 O 3 12.
【0044】さらに図1(c) に示したように、金属アル
コキシドの塗布、酸化処理によって腐食溝14に酸化物
15が形成された表面組織は、Al2O3 セラミックスと同
様な組織となり、ペースト中の酸化物3と強固に密着さ
せることができる。Further, as shown in FIG. 1 (c), the surface structure in which the oxide 15 is formed in the corrosion groove 14 by the application and oxidation treatment of the metal alkoxide becomes a structure similar to that of Al 2 O 3 ceramics, and the paste It can be firmly adhered to the oxide 3 therein.
【0045】比較例として図2に従来のメタライズ組織
の一例を示す。図2(a) はAlN 窒化物セラミックス1の
表面を酸化処理したものにメタライズが成された組織、
(b)はAlN 窒化物セラミックス1の表面に酸化シリコン
被膜24が形成され、その上にメタライズが成された組
織を示す。As a comparative example, FIG. 2 shows an example of a conventional metallized structure. Figure 2 (a) shows a structure in which the surface of AlN nitride ceramics 1 is oxidized and metallized.
(b) shows a structure in which the silicon oxide film 24 is formed on the surface of the AlN nitride ceramics 1 and the metallization is formed thereon.
【0046】[0046]
【実施例1】本発明の実施に用いたAlN セラミックス
は、焼結助剤として1重量%の酸化イットリウム(Y
2O3)を含有するものである。図3にこのAlN セラミッ
クス1の組織を模式的に示す。酸化イットリウムは粒界
三重点に存在しているのであるが、図3では省略した。Example 1 The AlN ceramics used in the practice of the present invention was prepared by sintering 1% by weight of yttrium oxide (Y
2 O 3 ). Fig. 3 schematically shows the structure of this AlN ceramics 1. Although yttrium oxide exists at the grain boundary triple points, it is omitted in FIG.
【0047】このセラミックスを、1規定の水酸化アル
ミニウム(NaOH)水溶液に室温で60分間浸漬し、表面
を腐食溶解した。腐食後のセラミックスの断面は図4に
示す様に粒界間隙(腐食溝14)のある組織となり、そ
の表面は粒界および一部AlN粒が腐食された網目溝構造
となっていた。AlN 粒11は約5μm以下で腐食溝14
の深さは、表面粒径程度の約5μmであった。This ceramic was immersed in a 1N aqueous solution of aluminum hydroxide (NaOH) at room temperature for 60 minutes to corrode and dissolve the surface. As shown in FIG. 4, the cross section of the ceramics after corrosion had a structure with a grain boundary gap (corrosion groove 14), and its surface had a network groove structure in which the grain boundaries and some AlN grains were corroded. AlN grain 11 is about 5 μm or less and corrosion groove 14
Was about 5 μm, which is about the surface grain size.
【0048】次いでこのセラミックスに1200℃で6
0分間の酸化処理を行い、図5に示すような粒界間隙の
あるAl2O3 粒12からなる表面を形成させた。酸化層1
3の厚みは表面粒径程度の約5μmであった。Next, this ceramic was subjected to 6 ° C. at 1200 ° C.
Oxidation treatment was performed for 0 minutes to form a surface composed of Al 2 O 3 grains 12 having grain boundary gaps as shown in FIG. Oxide layer 1
The thickness of No. 3 was about 5 μm, which is about the surface grain size.
【0049】このセラミックスに、銅導体ペーストを2
mm□パターンで印刷し、900℃×10分、窒素気流
中でメタライズを行った。この銅メタライズに直径0.8
mmの銅線を共晶ハンダでハンダ付けして90°ピール試
験を行った。メタライズ層の密着強度は、従来のAl2O3
セラミックスと同等で、2mm□面積あたり平均3kgで
あった。Two copper conductor pastes were added to this ceramic.
Printing was performed with a mm square pattern, and metallization was performed at 900 ° C. for 10 minutes in a nitrogen stream. This copper metallized has a diameter of 0.8
A 90 ° peel test was conducted by soldering a copper wire of mm with eutectic solder. Adhesion strength of the metallized layer, conventional Al 2 O 3
Similar to ceramics, the average was 3 kg per 2 mm square area.
【0050】比較例として同質のAlN セラミックスに、
1200℃×60分間の酸化処理を施し、上述と同一の
メタライズ処理および90°ピール試験を行った。密着
強度は平均2kgであった。As a comparative example, in the same quality AlN ceramics,
Oxidation treatment was performed at 1200 ° C. for 60 minutes, and the same metallization treatment and 90 ° peel test as described above were performed. The adhesion strength was 2 kg on average.
【0051】[0051]
【実施例2】実施例1にもとづき表面処理された図5に
示すAlN セラミックスを、以下に述べる金属アルコキシ
ド溶液に室温で10分間浸漬した。Example 2 The AlN ceramics shown in FIG. 5, which was surface-treated according to Example 1, was immersed in a metal alkoxide solution described below for 10 minutes at room temperature.
【0052】金属アルコキシド溶液は、酸化焼成後にお
よそ3Al2O3・2SiO2組成になるようシリコンアルコレ
ート(Si(OC2H5)4) とアルミニウムアルコレート(Al(O
C2H5)3) を水―エチルアルコール溶媒に溶かした溶液で
ある。[0052] Metal alkoxide solution, so as to be approximately 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 composition after oxidation sintering silicon alcoholate (Si (OC 2 H 5) 4) and aluminum alcoholates (Al (O
It is a solution of C 2 H 5 ) 3 ) in a water-ethyl alcohol solvent.
【0053】浸漬されているセラミックスを、20mm/mi
n の速度で引き出し、1200℃×30分の酸化処理を
施した。表面は図6に示す様に、酸化によって作られた
Al2O3 粒12の間に金属アルコキシド酸化物15が充填
した組織となった。20 mm / mi of the ceramic soaked
It was drawn out at a speed of n 2, and subjected to an oxidation treatment at 1200 ° C. for 30 minutes. The surface was made by oxidation, as shown in FIG.
The structure was such that the metal alkoxide oxide 15 was filled between the Al 2 O 3 grains 12.
【0054】この金属アルコキシド酸化物15は、分析
の結果約60wt%Al2O340wt%SiO2 組成から成るガラスで、
粒界および2〜3μm程度の厚みの膜状にセラミックス
表面を被覆していた。This metal alkoxide oxide 15 is a glass having a composition of about 60 wt% Al 2 O 3 40 wt% SiO 2 as a result of analysis.
The ceramic surface was coated with a grain boundary and a film having a thickness of about 2 to 3 μm.
【0055】この表面処理されたセラミックスに、銅導
体ペーストを2mm□パターンで印刷し、900℃×1
0分、窒素気流中でメタライズを行った。この銅メタラ
イズに直径0.8 mmの銅線を共晶ハンダでハンダ付けして
90°ピール試験を行った。メタライズ層の密着強度は
2mm□面積あたりで、4kg以上であった。Copper conductor paste was printed on this surface-treated ceramic in a 2 mm square pattern, and the temperature was 900 ° C. × 1.
Metallization was performed in a nitrogen stream for 0 minutes. A copper wire having a diameter of 0.8 mm was soldered to this copper metallization with eutectic solder, and a 90 ° peel test was conducted. The adhesion strength of the metallized layer was 4 kg or more per 2 mm square area.
【0056】比較例として、同質のAlN セラミックスを
上述の金属アルコキシド溶液に室温で10分間浸漬し
た。このセラミックスを、20mm/min の速度で引き出し
た後、1200℃×30分の酸化処理を施した。As a comparative example, the same quality AlN ceramics was immersed in the above-mentioned metal alkoxide solution at room temperature for 10 minutes. This ceramic was taken out at a speed of 20 mm / min and then subjected to oxidation treatment at 1200 ° C. for 30 minutes.
【0057】表面には上述と同一の組成から成る2〜3
μm厚みの膜状ガラスが生成した。この表面処理された
セラミックスに対し、上述と同一のメタライズ処理およ
び90°ピール試験を行った。密着強度は平均3〜4kg
であった。The surface is composed of the same composition as described above.
A film glass having a thickness of μm was produced. This surface-treated ceramic was subjected to the same metallization treatment and 90 ° peel test as described above. Adhesion strength is 3-4kg on average
Met.
【0058】[0058]
【発明の効果】本発明によってAlN 系窒化物セラミック
スのメタライズ性が向上し、既存のAl2O3 セラミックス
に用いられてきたメタライズ技術、方法がそのまま適用
できることになる。従ってセラミックス基板として利用
した場合に、そこに形成される厚膜や薄膜の密着強度が
向上し、電子部品の信頼性を高めるものである。According to the present invention, the metallizing property of AlN 3 nitride ceramics is improved, and the metallizing technique and method used for the existing Al 2 O 3 ceramics can be applied as they are. Therefore, when it is used as a ceramic substrate, the adhesion strength of the thick film or thin film formed thereon is improved, and the reliability of electronic parts is improved.
【0059】その原理は第一に、AlN 系窒化物セラミッ
クスの表面の粒界を腐食し、その間隙に酸化物を形成す
ることで、投錨効果によるメタライズ層のセラミックス
基板に対する機械的結合力を高めたことと、第二に表面
に酸化物膜を形成することによってメタライズ層のセラ
ミックス基板に対する化学結合力を向上させたことであ
る。The principle is that the grain boundaries on the surface of the AlN-based nitride ceramics are corroded and oxides are formed in the gaps to enhance the mechanical binding force of the metallized layer to the ceramic substrate due to the anchoring effect. Secondly, by forming an oxide film on the surface, the chemical bonding force of the metallized layer to the ceramic substrate is improved.
【0060】本発明では酸化膜の形成には表面酸化およ
び、それと併用で金属アルコキシドの塗布、焼成によっ
て行うことを特徴とする。The present invention is characterized in that the oxide film is formed by surface oxidation and, in combination with it, by coating and baking a metal alkoxide.
【図1】(a) は、表面処理された窒化物セラミックスに
メタライズを行ったときの断面構造を示す。 (b) は、本発明による表面処理窒化物セラミックスとメ
タライズ層の詳細組織を示す。 (c) は、本発明による表面処理窒化物セラミックスとメ
タライズ層の詳細組織を示す。FIG. 1 (a) shows a cross-sectional structure of a surface-treated nitride ceramic when metallized. (b) shows a detailed structure of the surface-treated nitride ceramics and the metallized layer according to the present invention. (c) shows a detailed structure of the surface-treated nitride ceramics and the metallized layer according to the present invention.
【図2】(a) は、従来の方法により表面処理された窒化
物セラミックスにメタライズを行ったときの断面構造を
示す。 (b) は、従来法による表面処理窒化物セラミックスとメ
タライズ層の詳細組織を示す。FIG. 2A shows a cross-sectional structure when metallization is performed on a nitride ceramic surface-treated by a conventional method. (b) shows the detailed structure of the surface-treated nitride ceramics and the metallized layer by the conventional method.
【図3】表面処理前のAlN セラミックスの組織を示す。FIG. 3 shows the structure of AlN ceramics before surface treatment.
【図4】AlN セラミックスの表面を化学的に腐食させた
ときの組織を表す。FIG. 4 shows the structure when the surface of AlN ceramics is chemically corroded.
【図5】AlN セラミックスの表面を化学的に腐食させ、
さらに表面を酸化したときの組織で、本発明による表面
処理窒化物セラミックスの一例である。[Fig. 5] Chemically corroding the surface of AlN ceramics,
Further, it is a structure when the surface is oxidized, and is an example of the surface-treated nitride ceramics according to the present invention.
【図6】AlN セラミックスの表面を化学的に腐食させ、
表面を酸化し、さらに金属アルコキシドによる酸化物被
覆の行われた組織を示し、本発明によって形成される組
織である。[Fig. 6] Chemically corroding the surface of AlN ceramics,
It is the structure formed by the present invention, which shows the structure in which the surface is oxidized and the oxide is coated with the metal alkoxide.
1 窒化物セラミックス 2 表面処理層 3 ペースト中酸化物 4 金属層 5 メタライズ層 11 AlN 粒 12 Al2O3 粒 13 酸化層 14 腐食溝 15 金属アルコキシド酸化物 23 酸化層 24 酸化シリコン被膜1 Nitride Ceramics 2 Surface Treatment Layer 3 Oxide in Paste 4 Metal Layer 5 Metallization Layer 11 AlN Grain 12 Al 2 O 3 Grain 13 Oxide Layer 14 Corrosion Groove 15 Metal Alkoxide Oxide 23 Oxide Layer 24 Silicon Oxide Film
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成4年9月18日[Submission date] September 18, 1992
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief explanation of the drawing
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】(a)は、表面処理された窒化物セラミックス
にメタライズを行ったときの断面構造を示す説明図。 (b)は、本発明による表面処理窒化物セラミックスと
メタライズ層の詳細組織を示す説明図。 (c)は、本発明による表面処理窒化物セラミックスと
メタライズ層の詳細組織を示す説明図。 FIG. 1A is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure when metallizing a surface-treated nitride ceramics . (B) is an explanatory view showing a detailed structure of the surface-treated nitride ceramics and the metallized layer according to the present invention . (C) is an explanatory view showing a detailed structure of the surface-treated nitride ceramics and the metallized layer according to the present invention .
【図2】(a)は、従来の方法により表面処理された窒
化物セラミックスにメタライズを行ったときの断面構造
を示す説明図。 (b)は、従来法による表面処理窒化物セラミックスと
メタライズ層の詳細組織を示す説明図。 FIG. 2 (a) is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure when metallizing a nitride ceramic surface-treated by a conventional method . (B) is an explanatory view showing a detailed structure of a surface-treated nitride ceramics and a metallized layer by a conventional method .
【図3】表面処理前のAlNセラミックスの組織を示す
説明図。 FIG. 3 shows the structure of AlN ceramics before surface treatment.
Explanatory drawing.
【図4】AlNセラミックスの表面を化学的に腐食させ
たときの組織を表す説明図。 FIG. 4 is an explanatory view showing a structure when the surface of AlN ceramic is chemically corroded .
【図5】AlNセラミックスの表面を化学的に腐食さ
せ、さらに表面を酸化したときの組織の説明図で、本発
明による表面処理窒化物セラミックスの一例である。FIG. 5 is an explanatory view of a structure when the surface of AlN ceramic is chemically corroded and the surface is further oxidized, which is an example of the surface-treated nitride ceramics according to the present invention.
【図6】AlNセラミックスの表面を化学的に腐食さ
せ、表面を酸化し、さらに金属アルコキシドによる酸化
物被覆の行われた組織を示し、本発明によって形成され
る組織の説明図である。 FIG. 6 is an explanatory view of a structure formed by the present invention, showing a structure in which the surface of AlN ceramics is chemically corroded, the surface is oxidized, and further an oxide coating with a metal alkoxide is performed.
【手続補正2】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All drawings
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図1(a)】 [Figure 1 (a)]
【図1(b)】 [Figure 1 (b)]
【図1(c)】 [Fig. 1 (c)]
【図2(a)】 [Figure 2 (a)]
【図2(b)】 [Fig. 2 (b)]
【図3】 [Figure 3]
【図4(b)】 [Fig. 4 (b)]
【図4(a)】 [Fig. 4 (a)]
【図5】 [Figure 5]
【図6】 [Figure 6]
Claims (2)
面を溶解し、網目状の粒界溝を形成した後、酸化処理を
行って表面に酸化アルミニウムを形成することを特徴と
する窒化アルミニウムセラミックスの表面処理方法。1. A surface treatment of aluminum nitride ceramics, characterized in that the surface of aluminum nitride is dissolved by chemical corrosion to form a mesh-shaped grain boundary groove, and then oxidation treatment is performed to form aluminum oxide on the surface. Method.
金属アルコキシドを塗布し、焼成することによって基板
表面を酸化物で被覆することを特徴とする窒化アルミニ
ウムセラミックスの表面処理方法。2. A surface treatment method for an aluminum nitride ceramics, which comprises applying the surface treatment of claim 1 and then coating a metal alkoxide and firing the coating to coat the surface of the substrate with an oxide.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3112177A JPH0585869A (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Surface treatment of aluminum nitride ceramic |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3112177A JPH0585869A (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Surface treatment of aluminum nitride ceramic |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0585869A true JPH0585869A (en) | 1993-04-06 |
Family
ID=14580183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3112177A Withdrawn JPH0585869A (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Surface treatment of aluminum nitride ceramic |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0585869A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011091417A (en) * | 2004-04-05 | 2011-05-06 | Mitsubishi Materials Corp | Al/aln joint material, base plate for power module, power module, and method of producing al/aln joint material |
EP2108190B1 (en) * | 2007-01-10 | 2017-12-06 | OSRAM GmbH | Electronic component module and method for production thereof |
CN111484333A (en) * | 2019-01-28 | 2020-08-04 | 华中科技大学 | Aluminum nitride ceramic with high thermal conductivity and high strength and preparation method thereof |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP3112177A patent/JPH0585869A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011091417A (en) * | 2004-04-05 | 2011-05-06 | Mitsubishi Materials Corp | Al/aln joint material, base plate for power module, power module, and method of producing al/aln joint material |
EP2108190B1 (en) * | 2007-01-10 | 2017-12-06 | OSRAM GmbH | Electronic component module and method for production thereof |
CN111484333A (en) * | 2019-01-28 | 2020-08-04 | 华中科技大学 | Aluminum nitride ceramic with high thermal conductivity and high strength and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5058799A (en) | Metallized ceramic substrate and method therefor | |
US4664946A (en) | Silicon carbide substrates and a method of producing the same | |
EP0153737A2 (en) | Circuit substrate having high thermal conductivity | |
US4761345A (en) | Aluminum nitride substrate | |
JP3834351B2 (en) | Ceramic circuit board | |
US5856028A (en) | Process for producing a metal-coated, metallized component of aluminum nitride ceramic and metal-coated component obtained thereby | |
JP3408298B2 (en) | High thermal conductive silicon nitride metallized substrate, method of manufacturing the same, and silicon nitride module | |
JPH0585869A (en) | Surface treatment of aluminum nitride ceramic | |
KR101961123B1 (en) | Ceramic metalizing substrate and manufacturing method thereof | |
JP2822518B2 (en) | Method for forming metallized layer on aluminum nitride sintered body | |
JPS62216979A (en) | Aluminum nitride sintered body with glass layer and manufacture | |
JPS62216983A (en) | Aluminum nitride sintered body with metallization layer and manufacture | |
JP2730794B2 (en) | Conductor paste for aluminum nitride substrate | |
JPH1065294A (en) | Ceramic wiring board and manufacture thereof | |
JP2736949B2 (en) | High strength aluminum nitride circuit board and method of manufacturing the same | |
JP2001274545A (en) | Ceramic circuit board and manufacturing method therefor | |
JP3307862B2 (en) | Ceramic substrate | |
JPH03112874A (en) | Junction between ceramic base and copper | |
JP2590558B2 (en) | Substrate for semiconductor device with excellent heat dissipation | |
JP3387655B2 (en) | Joining method of ceramics and silicon | |
JPH01272192A (en) | Ceramics substrate | |
JP2616951B2 (en) | Aluminum nitride sintered body having metallized surface and method for producing the same | |
JPH0453836B2 (en) | ||
JPH0393687A (en) | Production of aluminum nitride substrate | |
JPS63115393A (en) | High heat-conductivity circuit board |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980711 |