JPH0676264B2 - Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same - Google Patents

Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same

Info

Publication number
JPH0676264B2
JPH0676264B2 JP61060142A JP6014286A JPH0676264B2 JP H0676264 B2 JPH0676264 B2 JP H0676264B2 JP 61060142 A JP61060142 A JP 61060142A JP 6014286 A JP6014286 A JP 6014286A JP H0676264 B2 JPH0676264 B2 JP H0676264B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
sintered body
nitride sintered
layer
glass 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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61060142A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62216979A (en
Inventor
彰 笹目
憲一郎 柴田
仁之 坂上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP61060142A priority Critical patent/JPH0676264B2/en
Publication of JPS62216979A publication Critical patent/JPS62216979A/en
Publication of JPH0676264B2 publication Critical patent/JPH0676264B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

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に関する。更に詳しく
は、熱伝導性の基板として特に集積回路(IC)用絶縁基
板として有用な表面に金属化面を有する窒化アルミニウ
ム焼結体の製造において有用なガラス層を有する窒化ア
ルミニウム焼結体並びにこれら窒化アルミニウム焼結体
製品の製造方法に関する。
The present invention relates to an aluminum nitride sintered body. More specifically, an aluminum nitride sintered body having a glass layer, which is useful in the production of an aluminum nitride sintered body having a metallized surface on the surface, which is particularly useful as a thermally conductive substrate, particularly as an insulating substrate for integrated circuits (ICs), and these The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum nitride sintered product.

従来の技術 一般に、半導体装置あるいはこれを利用した装置、機器
は、各種の能動・受動素子を搭載しており、これらは発
熱の問題を内包している。従って、これ等素子等を安定
かつ信頼性良く動作させるためには、実装の際に最良の
熱設計を行うことが必要であり、これは半導体装置等の
設計、製作において極めて重要である。
2. Description of the Related Art Generally, a semiconductor device or a device or device using the semiconductor device is equipped with various active / passive elements, and these have a problem of heat generation. Therefore, in order to operate these elements and the like stably and reliably, it is necessary to perform the best thermal design at the time of mounting, which is extremely important in the design and manufacture of the semiconductor device and the like.

更に、近年半導体装置の高速動作化、高集積化等の大き
な動向がみられ、特にLSIなどでは集積度の向上が著し
い。しかし、このような動向はパッケージ当たりの発熱
量の増大を伴うため、基板材料の放熱性等の改良を図る
など実装技術面での一層の改善が必要となる。
Further, in recent years, there has been a great trend such as high-speed operation and high integration of semiconductor devices, and particularly in LSI and the like, the degree of integration is remarkably improved. However, since such a trend is accompanied by an increase in the amount of heat generated per package, further improvement in terms of mounting technology is required such as improvement of heat dissipation of the substrate material.

従来、IC基板用材料としてはアルミナセラミックス基板
が使用されてきたが、このアルミナ焼結体は熱伝導率が
低く、十分な放熱性を確保できず、ICチップの上記のよ
うな発熱量の増大に十分対応できなくなりつつある。そ
こで、このようなアルミナ基板に代る高熱伝導率を有す
る新しい基板材料の開発が望まれ、窒化アルミニウムが
注目を集め、基板あるいはヒートシンクなどとして実用
化するための多数の研究がなされてきた。
Conventionally, an alumina ceramics substrate has been used as a material for IC substrates, but this alumina sintered body has low thermal conductivity and cannot secure sufficient heat dissipation, increasing the heat generation amount of the IC chip as described above. It is becoming difficult to deal with. Therefore, it has been desired to develop a new substrate material having a high thermal conductivity in place of such an alumina substrate, and attention has been paid to aluminum nitride, and many studies have been conducted for practical use as a substrate or a heat sink.

しかしながら、窒化アルミニウムはその粉末自体が焼結
性に劣るために、満足な熱伝導率のものが得難かった。
即ち、窒化アルミニウム焼結体は粉末成形後焼結するこ
とによって得られるが、上記の如く焼結性が悪いため
に、多くの場合大量の気孔を含有する低熱伝導率の製品
しか得られなかった。この窒化アルミニウムの如き絶縁
性セラミックスはイオン結合、共有結合からなっている
ために、その熱伝導機構は主として格子振動間の非調和
相互作用によるフォノン伝導を主体としており、そのた
め焼結体内に大量の気孔並びに不純物等の欠陥を含有す
る場合には、フォノン散乱が著しく、低熱伝導度の製品
を与えることになる。しかしながら、極最近になって製
法の改善が進み良好な熱伝導性のものが得られるように
なってきている。
However, it is difficult to obtain aluminum nitride having satisfactory thermal conductivity because the powder itself is inferior in sinterability.
That is, the aluminum nitride sintered body can be obtained by sintering after powder molding, but because of the poor sinterability as described above, in many cases, only a product having a large amount of pores and low thermal conductivity could be obtained. . Since the insulating ceramics such as aluminum nitride are composed of ionic bonds and covalent bonds, their heat conduction mechanism is mainly phonon conduction due to anharmonic interaction between lattice vibrations. If it contains defects such as pores and impurities, phonon scattering will be significant, resulting in a product with low thermal conductivity. However, very recently, the manufacturing method has been improved and a good thermal conductivity has been obtained.

窒化アルミニウム焼結体は熱伝導性が高く、また電気絶
縁性、機械的強度の点でも優れていることから、IC用絶
縁基板などとして注目されている。ところで、窒化アル
ミニウム焼結体は金属との濡れ性が著しく低く、そのた
め予め表面に金属層を形成し、該表面の金属との濡れ性
を改善した後、IC用基板等として用いられているのが現
状である。
Since the aluminum nitride sintered body has high thermal conductivity, and is also excellent in electrical insulation and mechanical strength, it has attracted attention as an insulating substrate for ICs. By the way, the aluminum nitride sintered body has a remarkably low wettability with a metal. Therefore, after forming a metal layer on the surface in advance and improving the wettability with the metal on the surface, it is used as an IC substrate or the like. Is the current situation.

しかしながら、窒化アルミニウム焼結体表面に直接金属
化またはガラス化処理を施してもこれらに対する親和性
並びに濡れ性が本質的に低いために、密着力が低く、そ
のためにその焼結体表面に金属との親和性の高い酸化ア
ルミニウムなどの酸化物層を介在層として形成させ、し
かる後に金属化を施していた。
However, even if the surface of the aluminum nitride sintered body is directly subjected to metallization or vitrification treatment, since the affinity and wettability for them are essentially low, the adhesion is low, and therefore the surface of the sintered body is not easily treated with metal. A high-affinity oxide layer of aluminum oxide or the like was formed as an intervening layer, and then metallization was performed.

かくして、金属化層と、介在層としての酸化アルミニウ
ム層とは強固に結合することとなったが、この介在層と
窒化アルミニウム焼結体との密着性の問題は依然として
解決されずに残されている。即ち、酸化アルミニウムな
どの酸化物層は、本質的に窒化アルミニウム焼結体など
の窒化物と親和性または濡れ性が悪く、また結果として
密着性が低いためにガラス化層あるいは金属化層を有す
る窒化アルミニウム焼結体製品の信頼性は不十分であっ
た。
Thus, the metallized layer and the aluminum oxide layer as the intervening layer were firmly bonded, but the problem of adhesion between the intervening layer and the aluminum nitride sintered body remained unsolved. There is. That is, an oxide layer such as aluminum oxide has a vitrification layer or a metallization layer due to its poor affinity or wettability with a nitride such as an aluminum nitride sintered body and low adhesion. The reliability of the aluminum nitride sintered product was insufficient.

更に、酸化アルミニウム介在層を形成する方法の一つと
して、窒化アルミニウム焼結体表面を酸化する方法が知
られているが、この方法で得られる酸化アルミニウム層
は極めて不均一(厚さ等)でポーラスなものである。こ
のような例においてはSi、Al2O3、Feなどの粉末を表面
に有する焼結体を酸化することにより生ずる反応層も同
様に不均一で、かつポーラスであり、密着強度、熱伝導
性、信頼性が不十分であり、従って目的とするIC用基板
などとして使用することが難しい。
Further, as one of the methods of forming the aluminum oxide intervening layer, a method of oxidizing the surface of the aluminum nitride sintered body is known, but the aluminum oxide layer obtained by this method is extremely uneven (thickness, etc.). It's porous. In such an example, the reaction layer generated by oxidizing the sintered body having powders such as Si, Al 2 O 3 and Fe on the surface is also non-uniform and porous, and has an adhesion strength and a thermal conductivity. However, the reliability is insufficient, and thus it is difficult to use it as a target IC substrate.

発明が解決しようとする問題点 以上述べてきたように、最近の半導体技術の動向に適し
た、特に放熱性、電気絶縁性の優れた基板、ヒートシン
クなどの開発研究が広範に行われており、これら両特性
並びに機械的強度の点でも申し分のない窒化アルミニウ
ム焼結体が注目されている。この窒化アルミニウムを、
半導体IC等の基板材料などとして実用化するためには解
決しなければならないいくつかの問題がある。その一つ
として緻密かつ熱伝導性良好な焼結体を得るという技術
的課題はほぼ解決された。しかしながら、もう一つの重
大な問題、即ち窒化アルミニウム固有のガラス質並びに
金属等に対する親和性、濡れ性が低いという問題は依然
として未解決のまま残されており、過渡的な方策とし
て、上記の如く金属化面に対してのみ親和性の良好な酸
化アルミニウムなどの介在層を設けることが行われてき
た。
Problems to be Solved by the Invention As described above, research and development on a substrate, a heat sink, and the like, which are suitable for recent trends in semiconductor technology, particularly have excellent heat dissipation and electrical insulation properties, have been extensively conducted, Attention is focused on an aluminum nitride sintered body which is satisfactory in both of these characteristics and mechanical strength. This aluminum nitride
There are some problems that must be solved before they can be put to practical use as substrate materials for semiconductor ICs. As one of them, the technical problem of obtaining a sintered body that is dense and has good thermal conductivity has been almost solved. However, another serious problem, that is, the problem that aluminum nitride has a low affinity for glass and metal, and low wettability, is still unsolved. It has been practiced to provide an intervening layer of aluminum oxide or the like having a good affinity only to the surface to be converted.

しかしながら、このような処置は新たに介在層と窒化ア
ルミニウムの密着性の問題を提示したにすぎず、根本的
な問題解決とはならなかった。また、このような介在層
を、特に窒化アルミニウム焼結体表面の酸化処理によっ
て形成した場合には、酸化反応物質(例えばアルミナ、
シリカ、ムライト、酸化鉄など)の組織は著しく多孔質
のものとなり、しかも膜厚が不均一であるために密着
性、信頼性の点で大きな問題となっている。
However, such a treatment merely presented a new problem of adhesion between the intervening layer and aluminum nitride, and did not solve the fundamental problem. Further, when such an intervening layer is formed by the oxidation treatment of the surface of the aluminum nitride sintered body, an oxidation reaction substance (for example, alumina,
The structure of silica, mullite, iron oxide, etc.) becomes remarkably porous, and since the film thickness is non-uniform, it is a serious problem in terms of adhesion and reliability.

このような情況の下で、窒化アルミニウムとガラス質あ
るいは金属化面との高い密着性を確保できる処理技術を
開発することが切に望まれており、これに対する大きな
要求がある。即ち、窒化アルミニウム焼結体並びに後に
形成される金属化面と高い密着性を有し、改善された特
性かつ高信頼度の窒化アルミニウム焼結体基板等を作製
するのに有用な中間体的部品、即ち金属並びに窒化アル
ミニウム焼結体両者に対する濡れ性、密着性の改善され
た改良表面または処理表面を有する窒化アルミニウム基
板材料を開発することは極めて大きな意義がある。
Under such circumstances, it is urgently desired to develop a processing technique capable of ensuring high adhesion between aluminum nitride and a glassy or metallized surface, and there is a great demand for this. That is, an intermediate component which has high adhesion to an aluminum nitride sintered body and a metallized surface to be formed later and is useful for producing an aluminum nitride sintered body substrate having improved characteristics and high reliability. That is, it is extremely significant to develop an aluminum nitride substrate material having an improved surface or a treated surface with improved wettability and adhesion to both metal and aluminum nitride sintered body.

そこで、本発明の目的は改善された密着性、信頼性を有
するガラス層を有する窒化アルミニウム焼結体を提供す
ることにある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide an aluminum nitride sintered body having a glass layer having improved adhesion and reliability.

本発明のもう一つの目的は、上記のようなガラス層を有
し、後にその上に金属化面を形成するのに有用な窒化ア
ルミニウム焼結体の製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum nitride sintered body having a glass layer as described above and useful for later forming a metallized surface thereon.

問題点を解決するための手段 本発明者等は窒化アルミニウム焼結体のIC用基板等とし
ての実用化研究における上記の如き現状に鑑みて、上記
目的とする窒化アルミニウム焼結体を得るべく鋭意・検
討・研究した結果、窒化アルミニウム焼結体表面をエッ
チング処理して結晶粒を溶出させることが、後のガラス
化並びに金属化にとって有利であることを見出し、本発
明に至った。
Means for Solving the Problems In view of the above-mentioned current situation in the practical application research of the aluminum nitride sintered body as a substrate for IC, etc., the present inventors are keen to obtain the above-mentioned objective aluminum nitride sintered body. As a result of study and research, they found that etching the surface of the aluminum nitride sintered body to elute the crystal grains is advantageous for the subsequent vitrification and metallization, and arrived at the present invention.

即ち、本発明のガラス層を有する窒化アルミニウム焼結
体は、窒化アルミニウム層と、腐食表面層と、該腐食層
を介して形成されたガラス層とで構成されるものであ
る。
That is, the aluminum nitride sintered body having the glass layer of the present invention is composed of an aluminum nitride layer, a corroded surface layer, and a glass layer formed via the corroded layer.

この本発明によるガラス層を有する窒化アルミニウム焼
結体はガラス層と窒化アルミニウム焼結体との高い密着
強度を有し、またこのガラス層は金属との濡れ性、密着
性にも優れているために、このガラス層を介して金属層
を形成し、高い電気絶縁性かつ放熱性を要求する各種用
途に利用できる。
The aluminum nitride sintered body having the glass layer according to the present invention has a high adhesion strength between the glass layer and the aluminum nitride sintered body, and the glass layer is also excellent in wettability with metal and adhesion. In addition, a metal layer is formed via this glass layer, and it can be used for various applications requiring high electrical insulation and heat dissipation.

本発明のガラス化層を有する窒化アルミニウム焼結体は
以下のようにして得ることができる。即ち、まず窒化ア
ルミニウム焼結体基板としては、多量の気孔、不純物等
の欠陥を含まない良好な熱伝導率を有するものであるこ
とが重要である。
The aluminum nitride sintered body having the vitrified layer of the present invention can be obtained as follows. That is, first, it is important for the aluminum nitride sintered body substrate to have good thermal conductivity without containing many defects such as pores and impurities.

そこで、本発明者等が開発した緻密質かつ良好な熱伝導
率を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法により得
られたものを使用することが好ましく、その方法は1.8
重量%以下の酸素含有率の窒化アルミニウム粉末にイッ
トリウムおよびセリウムのアルコキシドからなる群から
選ばれた少なくとも1種の溶液をイットリウムまたはCe
換算で0.1〜10重量%添加し、混合・分解した後成形
し、1,700〜2,200℃の範囲内の温度で非酸化性雰囲気下
で常圧焼結することからなる(特開昭60-184635号明細
書参照)。しかしながら、この例に限らず、緻密質かつ
良好な熱伝導率を有するものであれば制限されず、例え
ば特開昭59-121175号明細書に開示されているものの
他、上記焼結助剤としてCaOを用いたものなどを挙げる
ことができる。
Therefore, it is preferable to use the one obtained by the method for producing an aluminum nitride sintered body which is dense and has good thermal conductivity developed by the present inventors.
At least one solution selected from the group consisting of yttrium and cerium alkoxides is added to aluminum nitride powder having an oxygen content of not more than wt% and yttrium or Ce.
It comprises adding 0.1 to 10% by weight in terms of conversion, mixing and decomposing, molding, and then pressureless sintering at a temperature in the range of 1,700 to 2,200 ° C. in a non-oxidizing atmosphere (JP-A-60-184635). See description). However, the present invention is not limited to this example, and is not limited as long as it is dense and has a good thermal conductivity. For example, in addition to those disclosed in JP-A-59-121175, as the above-mentioned sintering aid, Examples include those using CaO.

次いで、この窒化アルミニウム表面をエッチング処理す
るが、これは一般にアルカリ水溶液などを用いるウェッ
トエッチングで実施する。特に好ましい例としては、15
〜85℃程度のNaOH、KOH等のpH約10以上の水溶液を挙げ
ることができる。この処理によって1〜20μm程度の厚
さに亘り、窒化アルミニウム結晶粒を溶出する。従っ
て、基板としては粒界組織の平均粒径が10〜30μm程度
の窒化アルミニウム焼結体を使用することが好ましい。
Next, the aluminum nitride surface is subjected to etching treatment, which is generally wet etching using an alkaline aqueous solution or the like. As a particularly preferred example, 15
An aqueous solution having a pH of about 10 or more such as NaOH or KOH at about 85 ° C can be used. By this treatment, aluminum nitride crystal grains are eluted over a thickness of about 1 to 20 μm. Therefore, it is preferable to use an aluminum nitride sintered body having a grain boundary structure having an average grain size of about 10 to 30 μm as the substrate.

かくして、エッチング処理した窒化アルミニウム焼結体
表面には、次いでガラス層が適用される。このガラス層
の形成は金属アルコキシド(好ましくはアルキル部分が
低級アルキル基であるものを使用する)を塗布し、次い
で焼結することによって形成することが特に好ましい。
金属アルコキシドとしてはシリコンアルコキシド、アル
ミニウムアルコキシドが特に好ましい例として挙げら
れ、また特定の物性を付与する目的で(例えば、耐薬品
性、濡れ性改善)で硼素(B)源(1〜20モル%)、Zr
源(5〜30モル%)などを添加してもよい。好ましいB
源またはZr源としてはアルキル部分が低級アルキル基で
あるアルコキシドが挙げられる。
A glass layer is then applied to the surface of the etched aluminum nitride sinter. It is particularly preferable that the glass layer is formed by applying a metal alkoxide (preferably one in which the alkyl portion is a lower alkyl group) and then sintering.
As the metal alkoxide, silicon alkoxide and aluminum alkoxide are mentioned as particularly preferable examples, and a boron (B) source (1 to 20 mol%) for the purpose of imparting specific physical properties (for example, chemical resistance and wettability improvement). , Zr
A source (5 to 30 mol%) or the like may be added. Preferred B
Sources or Zr sources include alkoxides where the alkyl portion is a lower alkyl group.

ガラス層を設けた窒化アルミニウム焼結体は、既に述べ
たように金属との親和性、濡れ性が改善されているの
で、金属化層の適用は容易である。そこで例えば、厚膜
ペーストをスクリーン印刷法で所定の厚さに塗布し、次
いで焼成するか、あるいはイオンプレーテンィング法な
どの物理蒸着法に従って該窒化アルミニウム焼結体表面
にガラス層を介して金属化面を形成できる。
Since the aluminum nitride sintered body provided with the glass layer has improved affinity with metal and wettability as described above, application of the metallized layer is easy. Therefore, for example, a thick film paste is applied to a predetermined thickness by a screen printing method and then baked, or a metal layer is formed on the surface of the aluminum nitride sintered body through a glass layer according to a physical vapor deposition method such as an ion plating method. It is possible to form an activated surface.

まず、厚膜ペースト法による場合、Au、Au-Pt、Pt、A
g、Ag-Pdなどが利用でき、これらのペーストをスクリー
ン印刷法でコーティングし、次いで大気中、酸素雰囲気
中あるいは窒素雰囲気中で、約850〜940℃の範囲内の温
度下で焼付けすることにより金属化面の形成を行うこと
ができる。これらの例示した金属はガラス化層との強固
な密着性を達成し、またIC用導体としても優れたもので
あることから例示したものであり、本発明はこれに何等
限定する意図はなく、他の金属を用いることも勿論可能
である。この厚膜ペースト法は、特に単一金属層の形成
に有利である。
First, in the case of the thick film paste method, Au, Au-Pt, Pt, A
g, Ag-Pd, etc. can be used, and by coating these pastes by screen printing, and then baking them in the atmosphere, in an oxygen atmosphere or in a nitrogen atmosphere at a temperature in the range of about 850 to 940 ° C. The formation of metallized surfaces can be performed. These exemplified metals achieve strong adhesion with the vitrified layer, and are also exemplified as being excellent as IC conductors, and the present invention is not intended to be limited thereto. Of course, other metals can be used. This thick film paste method is particularly advantageous for forming a single metal layer.

一方、物理蒸着法は特に二層以上の積層構造の金属化面
を得るのに適しており、例えば三層構造の例としてTi/M
o/Ni、Ti/Mo/Au、Ti/Pt/Au、Zr/Mo/Ni、Zr/Mo/Au、Zr/P
t/Auなどを挙げることができる。物理蒸着法の中でも特
にイオンプレーティング法が、堆積膜の密着性等におい
て優れていることから好ましく、また最下層即ちガラス
層と接する層としてはTi、Zrなどの活性金属を用いるこ
とが有利であり、これらは酸素または窒素との化学親和
性が高いために粒界層と強固な結合を形成することが予
想される。
On the other hand, the physical vapor deposition method is particularly suitable for obtaining a metallized surface having a laminated structure of two or more layers, for example, Ti / M as an example of a three-layer structure.
o / Ni, Ti / Mo / Au, Ti / Pt / Au, Zr / Mo / Ni, Zr / Mo / Au, Zr / P
Examples include t / Au. Among the physical vapor deposition methods, the ion plating method is particularly preferable because it is excellent in the adhesion of the deposited film and the like, and it is advantageous to use an active metal such as Ti or Zr as the lowermost layer, that is, the layer in contact with the glass layer. Yes, they are expected to form a strong bond with the grain boundary layer because of their high chemical affinity with oxygen or nitrogen.

作用 窒化アルミニウム焼結体をIC用基板、ヒートシンクなど
の材料として実用化可能なものとするためには、これと
金属等との親和性もしくは濡れ性を改善して、これらの
間の高い密着強度を確保しなければならない。
Action In order to make the aluminum nitride sintered body practical for use as a material for IC substrates, heat sinks, etc., improve the affinity or wettability between it and metal, etc. Must be secured.

本発明者等は窒化アルミニウムの固有の特性である他の
物質との低い親和性または濡れ性が、その表面の構造に
起因するものであるとの着想の下に、この表面をウェッ
トエッチング処理することによりその構造を変化させ
た。この処理により、アルカリ、特にNaOH、KOHなどの
水溶液によって、窒化アルミニウム焼結体の結晶粒が優
先的に溶出され、これが部分的に脱落することにより粒
界組織のネットワーク中に溶出された結晶粒の粒径に相
当する大きさのホールが形成される。このようなホール
の存在のために、次いで適用されるガラス層形成材料が
窒化アルミニウム焼結体表面内に侵入し易くなり、結果
的にガラス層と窒化アルミニウム層との結合・密着強度
が大巾に改善されることになる(いわゆるアンカー効
果)。
The present inventors wet-etch the surface under the idea that the low affinity or wettability with other substances, which is an inherent property of aluminum nitride, is due to the structure of the surface. This changed its structure. By this treatment, the aqueous solution of alkali, especially NaOH, KOH, preferentially elutes the crystal grains of the aluminum nitride sintered body, and the crystal grains eluted in the network of the grain boundary structure due to the partial loss thereof. A hole having a size corresponding to the particle size of is formed. Due to the existence of such holes, the glass layer forming material to be applied next easily penetrates into the surface of the aluminum nitride sintered body, and as a result, the bonding / adhesion strength between the glass layer and the aluminum nitride layer is greatly increased. Will be improved (so-called anchor effect).

このようなホールの形成を有利に実施するためには、窒
化アルミニウム焼結体を形成する際に使用する焼結助剤
の選択は重要であり、この助剤としてCeO2などの酸化物
を使用することが特に好ましい。というのは、これを助
剤として得られる焼結体は構成元素をAl、N、Ce、Oと
する反応生成物で構成されることとなり、このようなも
のはガラスとの親和性が著しく高い。尚、助剤としては
上記CeO2の他、Y2O3、CaOなどを用いることも有利であ
り、同様な効果が期待できる。
In order to advantageously form such holes, it is important to select the sintering aid used when forming the aluminum nitride sintered body, and an oxide such as CeO 2 is used as this aid. Is particularly preferable. This is because the sintered body obtained using this as an auxiliary agent is composed of reaction products containing Al, N, Ce, and O as constituent elements, and such a material has a remarkably high affinity with glass. . In addition to the above CeO 2 , it is advantageous to use Y 2 O 3 , CaO or the like as an auxiliary agent, and the same effect can be expected.

また、既に述べたようにエッチング処理は窒化アルミニ
ウム表面の粒界組織の厚さ1〜20μm程度とすることが
好ましい。1μmに満たない処理では上記アンカー効果
を期待できず、一方20μmを越えて処理してもそれ程大
きな効果の改善は認められないばかりでなく、逆に表面
層のポーラス化を招き、ガラス層形成後その界面におけ
る十分な強度を確保し得なくなるので、いずれも望まし
くない。このようなエッチングによる表面処理上の制限
に対応して、使用する窒化アルミニウム焼結体について
も平均粒径が10〜30μm程度のものとすることが好まし
い。
Further, as described above, it is preferable that the etching treatment is performed so that the thickness of the grain boundary structure on the surface of aluminum nitride is about 1 to 20 μm. If the treatment is less than 1 μm, the above anchor effect cannot be expected. On the other hand, even if the treatment exceeds 20 μm, not only the significant improvement in the effect is not observed, but conversely, the surface layer becomes porous, and after the glass layer is formed. Neither is desirable because sufficient strength at the interface cannot be ensured. Corresponding to such restrictions on the surface treatment by etching, it is preferable that the aluminum nitride sintered body used also has an average particle size of about 10 to 30 μm.

かくして形成されたホールにガラス形成材料を十分に侵
入させるためには、使用する材料についても十分に選択
することが必要となる。そこで、上記のように液体状の
金属アルコキシドを利用する。このようにガラス層形成
材料として液体を選択したことにより、エッチング処理
で形成されたホール内には十分な量のガラス層形成材料
が導入されることとなり、ガラス化処理(焼付け)後得
られるガラス層は窒化アルミニウム焼結体表面と構造的
に相互に嵌合した状態が実現でき、しかも上記の如きガ
ラス層との親和性の点で有利な焼結助剤を選択した場合
には密着性に優れたガラス層を有する窒化アルミニウム
製品を得ることができる。
In order to allow the glass forming material to sufficiently penetrate into the hole thus formed, it is necessary to select the material to be used sufficiently. Therefore, a liquid metal alkoxide is used as described above. By selecting the liquid as the glass layer forming material in this way, a sufficient amount of the glass layer forming material is introduced into the holes formed by the etching process, and the glass obtained after the vitrification process (baking) is obtained. The layer can realize a state in which it is structurally fitted to the surface of the aluminum nitride sintered body, and when the sintering aid which is advantageous in terms of affinity with the glass layer as described above is selected, the adhesion is improved. An aluminum nitride product having an excellent glass layer can be obtained.

尚、本発明におけるようにガラス層形成材料として液体
である金属アルコキシドを用いたことにより、従来の介
在層としての特に表面酸化処理により形成した酸化物層
においてみられた表面の平坦性並びに膜厚の不均一性の
問題も解決することが可能となり、この点からも後に形
成される金属化面の特性の改善が期待できる。
By using the liquid metal alkoxide as the glass layer forming material as in the present invention, the surface flatness and film thickness observed in the conventional intervening layer, especially the oxide layer formed by the surface oxidation treatment It is also possible to solve the problem of non-uniformity of the above, and also from this point, improvement of the characteristics of the metallized surface to be formed later can be expected.

かくして得られる本発明のガラス層を有する窒化アルミ
ニウム製品は、十分な金属との接合強度、密着性を与え
るものであり、このガラス層上に金属化面を施すことに
より、IC等に対する基板、ヒートシンクなどとして有利
に使用でき、最近の半導体技術の動向である高集積化な
どに伴う発熱量の増大に十分対応できる基板材料等を提
供することが可能となる。
The aluminum nitride product having the glass layer of the present invention thus obtained provides sufficient bonding strength and adhesion with a metal. By providing a metallized surface on this glass layer, a substrate for an IC or a heat sink can be obtained. It is possible to provide a substrate material and the like that can be advantageously used as, for example, and can sufficiently cope with an increase in the amount of heat generated due to high integration, which is a trend of recent semiconductor technology.

また、本発明によれば、更に窒化アルミニウム焼結体製
品を高機能化でき、例えば、ガラス層形成材料としてZr
のアルコキシド、Bのアルコキシド等を上記の如き量で
併用することにより、夫々耐環境性、耐薬品性(特に耐
酸またはアルカリ性)および濡れ性の改善を行うことが
できる。
Further, according to the present invention, it is possible to further enhance the functionality of the aluminum nitride sintered product, for example, as a glass layer forming material Zr
By using the above alkoxides, B alkoxides, and the like in the amounts described above, the environment resistance, chemical resistance (particularly acid resistance or alkali resistance) and wettability can be improved.

実施例 以下、実施例により本発明を更に具体的に説明すると共
に、その奏する効果を実証するが、本発明の範囲は以下
の実施例により何等制限されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the effects to be demonstrated will be demonstrated, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples.

実施例1 第1図に模式的に示したような構成の窒化アルミニウム
基板1と、その腐食層2と、腐食層2を介して形成され
たガラス層3とで構成される窒化アルミニウム焼結体を
以下のように作製した。また、第2図に示したように、
ガラス層3上に金属層4を形成した金属化面を有する窒
化アルミニウム焼結体をも作成し、夫々の接合強度を測
定した。
Example 1 An aluminum nitride sintered body composed of an aluminum nitride substrate 1 having a structure as schematically shown in FIG. 1, a corroded layer 2 thereof, and a glass layer 3 formed via the corroded layer 2. Was prepared as follows. Also, as shown in FIG.
An aluminum nitride sintered body having a metallized surface having the metal layer 4 formed on the glass layer 3 was also prepared, and the bonding strength of each was measured.

pH13.6の79℃のNaOH水溶液に焼結助剤としてCeO2、Y2O3
およびCaOを夫々用いて得た窒化アルミニウム焼結体を
浸漬して、エッチング処理(エッチング厚み:1〜3μ
m)した。次いで、その表面にテトラエトキシシリケー
ト、トリイソプロポキシアルミニウム、トリ−n−ブト
キシボロンを含有するテトラエトキシシリケート(モル
比B:Si=1:9)混合溶液およびジルコニウムメトキシド
を含有するテトラエトキシシリケート(モル比Zr:Si=
1:3)混合溶液を各基板に塗布し、大気中にて900℃で10
分間焼成した。各アルコキシドによって生成したガラス
層膜厚は1〜2μmであった。
CeO 2 , Y 2 O 3 as a sintering aid in a 79 ° C NaOH aqueous solution at pH 13.6
Etching treatment (etching thickness: 1 ~ 3μ
m) Then, on its surface, tetraethoxysilicate, triisopropoxyaluminum, tetraethoxysilicate containing tri-n-butoxyboron (molar ratio B: Si = 1: 9) mixed solution and tetraethoxysilicate containing zirconium methoxide ( Molar ratio Zr: Si =
1: 3) Apply the mixed solution to each substrate and leave it in the air at 900 ° C for 10
Bake for minutes. The glass layer thickness produced by each alkoxide was 1-2 μm.

次いで、かくして得たガラス層を有する窒化アルミニウ
ム焼結体基板表面に夫々Au、Pt、Au−Pt、Agペーストを
厚さ25〜30μm程度に塗布し、次いで大気中にて850〜9
40℃で10分間焼付けを行い、金属化面を有する窒化アル
ミニウム焼結体を形成した。かくして得た金属化面上に
0.8mmφの軟鋼線を半田付けして引張強度を求め、結果
を以下の第1−a表〜第1−c表に総めた。
Next, Au, Pt, Au-Pt, and Ag paste are applied to the surface of the aluminum nitride sintered body substrate having the glass layer thus obtained to a thickness of about 25 to 30 μm, respectively, and then 850 to 9 in the atmosphere.
Baking was performed at 40 ° C. for 10 minutes to form an aluminum nitride sintered body having a metallized surface. On the metallized surface thus obtained
A 0.8 mmφ mild steel wire was soldered to obtain the tensile strength, and the results are summarized in the following Tables 1-a to 1-c.

各アルコキシドによって生成したガラス膜は夫々SiO2
Al2O3、B2O3−SiO2およびZrO2−SiO2である。
The glass film formed by each alkoxide is SiO 2 ,
Al 2 O 3, a B 2 O 3 -SiO 2 and ZrO 2 -SiO 2.

尚、エッチング処理なしで同様にガラス膜を形成させた
後、同様にメタライズしたものを作製し、比較例として
併せて表に示した。
Incidentally, a glass film was similarly formed without etching treatment, and then a metallized product was similarly prepared, which is also shown in the table as a comparative example.

実施例2 pH12.7のKOH水溶液(68℃)に、焼結助剤としてCeO2
使用した窒化アルミニウム焼結体を浸漬して、エッチン
グ厚1〜3μmとなるようにエッチング処理を施した。
その表面に上記実施例1のアルコキシドを塗布し焼成し
てガラス層を設けた。
Example 2 An aluminum nitride sintered body using CeO 2 as a sintering aid was immersed in a KOH aqueous solution (68 ° C.) having a pH of 12.7, and an etching treatment was performed so that the etching thickness was 1 to 3 μm.
The glass layer was provided by coating the surface with the alkoxide of Example 1 and firing it.

次いで、この基板をpH13.6、72℃のNaOH水溶液に浸漬
し、十分に洗浄した後実施例1と同様にメタライズ層を
形成した。このようにして得たメタライズ層を有する窒
化アルミニウ焼結体につき、実施例1と同様な引張強度
測定を行い、アルコキシド成分の違いによるアルカリ耐
食性を調べた。
Next, this substrate was immersed in a NaOH aqueous solution having a pH of 13.6 and 72 ° C. and thoroughly washed, and then a metallized layer was formed in the same manner as in Example 1. The aluminum nitride sintered body having the metallized layer thus obtained was subjected to the same tensile strength measurement as in Example 1 to examine the alkali corrosion resistance due to the difference in the alkoxide component.

結果を第2表に示す。The results are shown in Table 2.

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明によれば、窒化アル
ミニウム焼結体表面をまずアルカリ水溶液等でエッチン
グ処理して、優先的に結晶粒を溶出させ、粒界層を残
し、次いでこの表面にアルコキシド液を塗布してガラス
層を形成させたことに基き、結晶粒溶出に基くアンカー
効果とガラス層との親和性の向上との相乗効果により、
ガラス層と窒化アルミニウム焼結体との十分に高い密着
強度を確保することができることとなった。
As described in detail above, according to the present invention, the surface of the aluminum nitride sintered body is first subjected to etching treatment with an alkaline aqueous solution or the like to preferentially elute the crystal grains, leaving the grain boundary layer, and Based on the fact that a glass layer was formed by applying an alkoxide solution on the surface, the synergistic effect of the anchor effect based on the elution of crystal grains and the improvement of the affinity with the glass layer,
It has become possible to secure a sufficiently high adhesion strength between the glass layer and the aluminum nitride sintered body.

更に、アルコキシド成分にB源を共存させることによ
り、窒化アルミニウムとガラス層との密着性は更に一層
改善され、またZr源を共存させた場合には耐環境性、特
に耐アルカリ性の向上を期待することができる。
Further, the coexistence of the B source in the alkoxide component is expected to further improve the adhesion between the aluminum nitride and the glass layer, and the coexistence of the Zr source is expected to improve the environment resistance, particularly the alkali resistance. be able to.

かくして得られるガラス層が金属との親和性、濡れ性に
優れているために、ガラス層上にメタライズ層をスクリ
ーン印刷法および物理蒸着法、特にイオンプレーティン
グ法によって十分な密着性で形成することが可能となっ
た。
Since the glass layer thus obtained has excellent affinity with metal and wettability, it is necessary to form a metallized layer on the glass layer with sufficient adhesion by screen printing method and physical vapor deposition method, especially ion plating method. Became possible.

従って、本発明のガラス層を有する窒化アルミニウム焼
結体は、該ガラス層を介して金属層を形成することによ
りIC基板、ヒートシンク等としてばかりでなく、金属と
窒化アルミニウム焼結体との複合材料が必要とされるす
べての分野で有利に使用することができ、窒化アルミニ
ウの有する優れた特性、即ち高熱伝導性、高電気絶縁性
並びに高い機械強度を十分に発揮させることができる。
Therefore, the aluminum nitride sintered body having the glass layer of the present invention can be used not only as an IC substrate, a heat sink, etc. by forming a metal layer through the glass layer, but also as a composite material of a metal and an aluminum nitride sintered body. It can be advantageously used in all fields in which aluminum nitride is required, and the excellent properties of aluminum nitride such as high thermal conductivity, high electrical insulation and high mechanical strength can be sufficiently exhibited.

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

第1図は本発明のガラス化層を有する窒化アルミニウム
焼結体の構成を説明するための模式的な断面図であり、 第2図は第1図の製品の応用例であり、ガラス層上に金
属化層を設けた例を模式的断面図で示したものである。 (主な参照番号) 1……窒化アルミニウム焼結体基板、 2……腐食面、3……ガラス層、 4……金属層
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of an aluminum nitride sintered body having a vitrification layer of the present invention, and FIG. 2 is an application example of the product of FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a metallized layer is provided on the. (Main reference numbers) 1 ... Aluminum nitride sintered body substrate, 2 ... Corrosion surface, 3 ... Glass layer, 4 ... Metal layer

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/03 7011−4E 3/38 A 7011−4E (56)参考文献 特開 昭60−166262(JP,A) 特開 昭54−82666(JP,A) 特開 昭60−200884(JP,A)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical display location H05K 1/03 7011-4E 3/38 A 7011-4E (56) Reference JP-A-60-166262 (JP, A) JP-A-54-82666 (JP, A) JP-A-60-200884 (JP, A)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面から所定の厚さまで結晶粒を除去して
形成されたホールを含む腐蝕層を有する窒化アルミニウ
ム焼結体基板と、該腐食層に被着されたガラス層とを備
え、該ガラス層の一部が該ホールの内部に入り込んでい
ることを特徴とする、ガラス層を有する窒化アルミニウ
ム焼結体。
1. An aluminum nitride sintered body substrate having a corroded layer including holes formed by removing crystal grains from a surface to a predetermined thickness, and a glass layer deposited on the corroded layer. An aluminum nitride sintered body having a glass layer, characterized in that a part of the glass layer penetrates into the hole.
【請求項2】上記腐蝕層が1〜20μmの厚さを有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の窒化アル
ミニウム焼結体。
2. The aluminum nitride sintered body according to claim 1, wherein the corrosion layer has a thickness of 1 to 20 μm.
【請求項3】上記窒化アルミニウム焼結体を構成する粒
界組織が平均粒径10〜30μmの範囲内であることを特徴
とする特許請求の範囲第1項または第2項に記載の窒化
アルミニウム焼結体。
3. The aluminum nitride according to claim 1, wherein the grain boundary structure of the aluminum nitride sintered body has an average grain size of 10 to 30 μm. Sintered body.
【請求項4】窒化アルミニウム焼結体基板表面をpH10以
上で温度15〜85℃のNaOHまたはKOH水溶液によりウェッ
トエッチングし、次いでアルコキシドを塗布し、焼成す
ることによりガラス層を形成することを特徴とするガラ
ス層を有する窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
4. A glass layer is formed by wet etching the surface of an aluminum nitride sintered body substrate with an aqueous solution of NaOH or KOH having a pH of 10 or more and a temperature of 15 to 85 ° C., and then applying an alkoxide and firing. Of manufacturing an aluminum nitride sintered body having a glass layer to be used.
【請求項5】上記アルコキシドがシリコンアルコキシ
ド、アルミニウムアルコキシドまたはこれらの混合物で
あることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の窒
化アルミニウム焼結体の製造方法。
5. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 4, wherein the alkoxide is a silicon alkoxide, an aluminum alkoxide or a mixture thereof.
【請求項6】上記アルコキシドのアルキル部分が低級ア
ルキル基であることを特徴とする特許請求の範囲第5項
に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
6. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 5, wherein the alkyl portion of the alkoxide is a lower alkyl group.
【請求項7】上記アルコキシドがボロンアルコキシドを
1〜20モル%含有することを特徴とする特許請求の範囲
第5項に記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
7. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 5, wherein the alkoxide contains 1 to 20 mol% of boron alkoxide.
【請求項8】上記アルコキシドがジルコニウムアルコキ
シドを5〜30モル%含有することを特徴とする特許請求
の範囲第6項または第7項に記載の窒化アルミニウム焼
結体の製造方法。
8. The method for producing an aluminum nitride sintered body according to claim 6 or 7, wherein the alkoxide contains zirconium alkoxide in an amount of 5 to 30 mol%.
JP61060142A 1986-03-18 1986-03-18 Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same Expired - Lifetime JPH0676264B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61060142A JPH0676264B2 (en) 1986-03-18 1986-03-18 Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61060142A JPH0676264B2 (en) 1986-03-18 1986-03-18 Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62216979A JPS62216979A (en) 1987-09-24
JPH0676264B2 true JPH0676264B2 (en) 1994-09-28

Family

ID=13133593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61060142A Expired - Lifetime JPH0676264B2 (en) 1986-03-18 1986-03-18 Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0676264B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6483584A (en) * 1987-09-24 1989-03-29 Toshiba Ceramics Co Production of oxidation-resistant nonoxide based ceramics
JPS6483585A (en) * 1987-09-24 1989-03-29 Toshiba Ceramics Co Production of oxidation-resistant nonoxide based ceramics
EP0327068B1 (en) * 1988-02-01 1995-08-30 Mitsubishi Materials Corporation Substrate used for fabrication of thick film circuit
JPH02207554A (en) * 1989-02-07 1990-08-17 Mitsubishi Metal Corp Substrate for semiconductor device having excellent heat dissipation properties
JPH0374636U (en) * 1989-11-16 1991-07-26
JPH0729866B2 (en) * 1991-03-22 1995-04-05 日本碍子株式会社 Surface modification method of silicon nitride sintered body and joining method of sintered body
JP3456225B2 (en) * 1993-06-16 2003-10-14 住友電気工業株式会社 High thermal conductive substrate and method of manufacturing the same
WO2019013793A1 (en) * 2017-07-13 2019-01-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Coating composition(s)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5482666A (en) * 1977-12-15 1979-07-02 Oki Electric Ind Co Ltd Nonnelectrolytic plating method of insulated substrate
JPS60166262A (en) * 1984-02-07 1985-08-29 日立化成工業株式会社 Surface activation treatment of alumina ceramics
JPS60200884A (en) * 1984-03-21 1985-10-11 日立化成工業株式会社 Manufacture of non-oxide ceramic body

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62216979A (en) 1987-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0674190B2 (en) Aluminum nitride sintered body having metallized surface
DE69122958T2 (en) DIRECTLY CONNECTING COPPER TO ALUMINUM NITRIDE SUBSTRATES
JP2567491B2 (en) High thermal conductivity colored aluminum nitride sintered body and method for producing the same
JP3629783B2 (en) Circuit board
EP0798781B1 (en) Silicon nitride circuit board and producing method therefor
JP3593707B2 (en) Aluminum nitride ceramics and method for producing the same
JPH09153568A (en) Silicon nitride ceramic circuit board and semiconductor device
JPH0676264B2 (en) Aluminum nitride sintered body having glass layer and method for producing the same
JPH0676268B2 (en) Aluminum nitride sintered body having metallized layer and method for producing the same
EP3799965A1 (en) Metallized ceramic substrate and method for manufacturing same
JP2822518B2 (en) Method for forming metallized layer on aluminum nitride sintered body
JPH0424312B2 (en)
JPH05238857A (en) Method for metallizing substrate of aluminum nitride
TWI668199B (en) Ceramic circuit board and method of manufacturing the same
JP3518841B2 (en) Substrate and method of manufacturing the same
JPS62182182A (en) Aluminum nitride sintered body with metallized surface
JP2949296B2 (en) Aluminum nitride substrate
JPH0794355B2 (en) Method for producing aluminum nitride sintered body having metallized surface
JPH0712993B2 (en) Aluminum nitride sintered body having metallized surface
JPH0585869A (en) Surface treatment of aluminum nitride ceramic
JPS62143890A (en) Aluminum nitride sintered body with metallized surface
JPH0450186A (en) Method for forming metallized layer on aluminum nitride substrate
JPH05320943A (en) Metallizing paste for aluminum nitride sintered compact
JPS60145980A (en) Ceramic sintered body with metallized coating and manufacture
JPS62167277A (en) Aluminum nitride sintered body with metallized surface

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term