JPH0679989B2 - 窒化アルミニウム上の銅電極形成法 - Google Patents

窒化アルミニウム上の銅電極形成法

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Description

【発明の詳細な説明】 Ｉ発明の背景 技術分野 本発明は窒化アルミニウム焼結体を使用した窒化アルミ
ニウム上の銅電極形成法に関する。
先行技術とその問題点 窒化アルミニウム焼結体は、窒化アルミニウムの熱伝導
率がアルミナの５倍と大きいため熱伝導性が良好で、し
かも熱膨張率が小さいという利点が知られている。この
ような利点を有する窒化アルミニウム焼結体は金属化す
ることによって、熱放散性の要求される回路基板類、パ
ワートランジスタおよび集積回路のシリコンチップ保護
用ディスク、パワートランジスタおよび集積回路用パッ
ケージ等の各種電子部品材料および構造材料に使用可能
となることが期待できる。
しかし、窒化アルミニウムは金属とは接合しにくいとい
う欠点がある。その接合方法としては金属ペーストを塗
布する厚膜法や窒化アルミニウム焼結体に表面処理を施
した後種々の方法で金属化する特開昭59-121175号に記
載の方法などが挙げられる。これらの方法で得られるも
のは、窒化アルミニウムと金属との接合強度が十分でな
かったり、また特開昭59-121175号や同59-203783号に記
載の方法では表面処理時に生成する酸化膜が熱伝導率を
悪化させるなどの欠点があり、その用途が限られてい
た。
II発明の目的 本発明は、窒化アルミニウムと銅との接合強度が大き
く、熱伝導率が悪化せず、しかも導電性が良好で安価な
銅による金属化が容易で量産性に優れ、かつ応用範囲が
広い窒化アルミニウム上の銅電極形成法を提供すること
にある。
III発明の開示 このような目的は、下記の本発明によって達成される。
すなわち、本発明は、窒化アルミニウム焼結体に湿式め
っきまたは気相めっきにより銅膜を被着した後、900〜1
083℃、弱酸化性雰囲気中で熱処理することを特徴とす
る窒化アルミニウム上の銅電極形成法である。
IV発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
本発明の窒化アルミニウム上の銅電極形成法は窒化アル
ミニウム焼結体に湿式めっきまたは気相めっきにより銅
膜を被着した後熱処理する。
湿式めっき法としては、例えば、次のように行う。
窒化アルミニウム焼結体を10％NaOH水溶液で脱脂してHF
を含む混酸でエッチングした後、SnCl2等を用いて増感
し、次いでPdCl2で表面を活性化して、CuSO4、エチレン
ジアミン四酢酸（EDTA）、ホルマリン、NaOH等を含む溶
液で無電解めっきを行う。さらに、必要に応じてめっき
層を所定の厚さにするためにCuSO4浴で電解めっきを施
することもある。そして、洗浄して乾燥する。
気相めっき法としては、蒸着、スパッタなどによりCuを
窒化アルミニウムに被着する方法が挙げられる。この方
法でも、必要に応じて電解めっきをさらに行ってもよ
い。
このようにして被着される銅膜は、通常0.5〜20μｍ程
度の厚さとされる。
銅膜を被着した後の熱処理は、900〜1083℃、より好ま
しくは900〜1065℃の温度で行う。温度が900℃未満とな
ると所望する接合強度が得られにくく、また銅が酸化し
やすくなり、1083℃をこえると銅の融点以上となり銅が
融解してしまうからである。なお、1065〜1083℃では、
接合は容易になるが、銅がかなり軟化するため“ぶく不
良”が発生しやすくなる。
また、熱処理は弱酸化性雰囲気、すなわち酸素濃度Po2
が１〜30ppm、より好ましくは４〜10ppmを含む不活性ガ
ス雰囲気中で行う。
Po2が1ppm未満となると、CuからCu2Ｏへの酸化反応が起
こりにくく、AlN中のAlと複合酸化物を生成しにくくな
るので、接合強度も得られにくくなり、30ppmをこえる
とCuの酸化が大きくなり電極として不都合となるからで
ある。
熱処理時間は処理温度に依存し、900〜950℃では５時間
以上、950〜1065℃では１時間以上が良く、また1065〜1
083℃では10分程度以上で良いがこの場合Cuのぶく不良
を起こし易い欠点がある。従って特に熱処理条件として
は950〜1065℃の温度で１時間以上とするのが好まし
い。
本発明の形成法における窒化アルミニウム（AlN）とCu
との接合はAlNとの界面にCuAlO2の複合酸化物をつくる
ことによってなされると考えられる。
湿式めっき法や気相めっき法によるCu膜被着法ではCuと
AlNとの接触面積が微視的に大きく、CuとAlNとの原子間
の接触距離も相対的に小さいため固相反応によって CuAlO2を生成し介在させるのが可能となり、熱処理温度
をCu−Ｏ共晶温度である1065℃以下としても接合が得ら
れると考えられる。
本発明に用いるAlN焼結体は、本発明者等によって先に
出願された特願昭59-215971号、同59-265852号、同59-2
65853号、同59-265854号、同59-265855号、同59-265856
号等に記載されているような方法により得られる。この
場合AlN粉末に焼結助剤（CaB6等）を0.01〜10wt％添加
して混合した後成形体とし、この成形体を非酸化性雰囲
気中で焼結することが好ましい。
このようにAlN焼結体を基板にしてCuにより金属化する
ことによってAlN上にCu電極を形成することが可能とな
る。
Ｖ発明の具体的作用効果 本発明によれば、窒化アルミニウム焼結体に湿式めっき
または気相めっきにより銅膜を被着した後、900〜1083
℃、弱酸化性雰囲気中で熱処理しているため、窒化アル
ミニウムと銅との接合強度が大きい窒化アルミニウム上
の銅電極形成法が得られる。また、導電性の良好な銅に
よる金属化が容易で量産性に優れ、銅が安価であること
からコスト面でも有利である。
この結果、熱放散性が要求される回路基板類等の各種電
子部品材料および構造材料への利用が可能となる。
VI発明の具体的実施例 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明の効果をさ
らに詳細に説明する。
実施例 平均粒子径が５μｍのAlN粉末に、平均粒子10μｍのCaB
6粉末を0.1重量％添加し混合した。次に、この混合物を
室温で約1000Kg/cm2の圧力を加えて成形体とした。
その後、成形体をN2気流中で1750℃まで昇温し、1750℃
で１時間保持した後、放冷した。
このようにして作製したAlN焼結体（たて20mm、横20m
m、厚さ0.6mm）を10％NaOH水溶液で脱脂し、HFを含む混
酸（HF;10％，その他の成分HNO3;20％）でエッチング
し、SnCl2で増感した。これをPdCl2で活性化し、 CuSO4、EDTA、ホルマリン、 NaOH、および安定剤を含む液で無電解Cuめっきをした。
さらにCuSO4浴で電解めっきを行い、めっき膜の厚さを
７μｍ程度にし、その後洗浄して乾燥した。
以上のように湿式めっきを施したものに表１に示すよう
な条件（温度、雰囲気、時間）で熱処理を行い、試料を
作製した（表１）。
同時に熱処理を行わない試料も作製した（表１）。
また、AlN上にそれぞれCuペースト（ESL＃2311;フリッ
トレスタイプ）またはCuペースト（ZnO系フリット）を
塗布して熱処理したものも作製した（表１）。
さらに、SiC上またはSi3N4上にCuめっきを施し、熱処理
したものも作製した（表１）。
これらの試料のCu膜はすべて、たて2mm、横2mm、厚さ５
〜８μｍとした。
このようにして得られた試料に下記の接合強度試験を行
った。
〈接合強度試験〉 被着したCu膜の横方向に直径0.8mmの銅線をのばし、Cu
膜に重なる部分について半田付けし、その半田付けの終
わる一端からのびた銅線をCu膜被着面にほぼ垂直でかつ
Cu膜を剥離する方向に引っ張り試験機を用いて引っ張
り、剥離した時の荷重を読んだ。
この結果を表１に示す。
表１より、窒化アルミニウムに湿式無電解めっきにより
銅膜を被着し、900〜1083℃の弱酸化性雰囲気中で熱処
理したものは、 Cu−AlN間の接合強度が大きいことがわかる。また同じ
熱処理条件においてもCuペースト塗布方式では十分な接
合強度が得られず、本発明のCuめっき後の熱処理方式で
もSiC、Si3N4基板に対しては十分な接合強度が得られな
い。
なお、試料101〜110、113、114においてCuを被着する
際、前述の湿式めっき法の代わりに気相めっき法の１つ
の蒸着法を用いた以外は同様にして試料を作製し、接合
強度試験を行ったが、上記と同様の結果が得られた。
なお、特開昭59-203783号公報に従い、AlN基板を空気中
で1280℃、12時間の条件で酸化し、次いで銅ペーストを
塗布し、N2雰囲気中で950℃で焼付けを行ったところ、
表面Al2O3層が形成されて熱伝導率が低下し、本発明の
試料と比較して放熱性が極端に低下してしまい、配線密
度を高め、ハイパワー駆動を行う表面実装素子には実用
化できないことが確認された。
以上より、本発明の効果は明らかである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】窒化アルミニウム焼結体に湿式めっきまた
    は気相めっきにより銅膜を被着した後、900〜1083℃、
    弱酸化性雰囲気中で熱処理することを特徴とする窒化ア
    ルミニウム上の銅電極形成法。
JP60037133A 1985-02-26 1985-02-26 窒化アルミニウム上の銅電極形成法 Expired - Lifetime JPH0679989B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60037133A JPH0679989B2 (ja) 1985-02-26 1985-02-26 窒化アルミニウム上の銅電極形成法
US06/831,455 US4737416A (en) 1985-02-26 1986-02-20 Formation of copper electrode on aluminum nitride

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60037133A JPH0679989B2 (ja) 1985-02-26 1985-02-26 窒化アルミニウム上の銅電極形成法

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