JPH07115976B2 - 酸化アルミニウム層被覆ＡｌＮ基板の製造方法 - Google Patents
酸化アルミニウム層被覆ＡｌＮ基板の製造方法Info
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- JPH07115976B2 JPH07115976B2 JP62180483A JP18048387A JPH07115976B2 JP H07115976 B2 JPH07115976 B2 JP H07115976B2 JP 62180483 A JP62180483 A JP 62180483A JP 18048387 A JP18048387 A JP 18048387A JP H07115976 B2 JPH07115976 B2 JP H07115976B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、AlN基板の表面に、導体ペーストに対する
接合強度の優れた酸化アルミニウム層（以下、Al2O3層
と記す）を形成するための方法に関するものである。
接合強度の優れた酸化アルミニウム層（以下、Al2O3層
と記す）を形成するための方法に関するものである。
従来から、ハイブリッドIC用基板およびその他の半導体
基板としてAl2O3を主体とした基板が広く使われてい
た。
基板としてAl2O3を主体とした基板が広く使われてい
た。
このAl2O3を主体とした基板は、電気的、熱的、機械的
特性のバランスが、樹脂基板、金属基板に比べて良いた
めに、全体として使い易い基板であり、このために、使
用量も多く、利用形態もさまざまである。
特性のバランスが、樹脂基板、金属基板に比べて良いた
めに、全体として使い易い基板であり、このために、使
用量も多く、利用形態もさまざまである。
しかし、電子機器の軽薄短小化とともにハイブリッドモ
ジュールの集積度が大幅に大きくなり、単位面積当りの
発熱量が増大してAl2O3基板では対応できない分野が増
大し、ポストAl2O3基板が求められるようになってき
た。その基板材質として現在最も有力なものがAlNであ
る。AlNはAl2O3よりも熱伝導率が高いために大集積化に
対応でき、また熱膨張率は、Al2O3より小さく、大型チ
ップの直接搭載に有利であると考えれている。
ジュールの集積度が大幅に大きくなり、単位面積当りの
発熱量が増大してAl2O3基板では対応できない分野が増
大し、ポストAl2O3基板が求められるようになってき
た。その基板材質として現在最も有力なものがAlNであ
る。AlNはAl2O3よりも熱伝導率が高いために大集積化に
対応でき、また熱膨張率は、Al2O3より小さく、大型チ
ップの直接搭載に有利であると考えれている。
ところが、AlN基板単体は封止ガラスとの密着性が悪
く、この封止ガラスとの密着性を改善するために、AlN
の表面にアルミナ層を形成した基板が提案されている
（特開昭62−46986号公報参照）。この表面にアルミナ
層を形成した基板は、AlN基板を大気中、酸素気流中な
どの酸化性雰囲気において、800℃以上の温度に保持す
ることにより形成される。
く、この封止ガラスとの密着性を改善するために、AlN
の表面にアルミナ層を形成した基板が提案されている
（特開昭62−46986号公報参照）。この表面にアルミナ
層を形成した基板は、AlN基板を大気中、酸素気流中な
どの酸化性雰囲気において、800℃以上の温度に保持す
ることにより形成される。
しかし、従来のAlN基板単体を酸化性雰囲気中で加熱し
て得られたAl2O3層は、導体ペーストに対する接合強度
が十分でなく、導体ペーストに対する接合強度が従来よ
りも一層すぐれたAl2O3層被覆AlN基板が求められてい
た。
て得られたAl2O3層は、導体ペーストに対する接合強度
が十分でなく、導体ペーストに対する接合強度が従来よ
りも一層すぐれたAl2O3層被覆AlN基板が求められてい
た。
そこで、本発明者等は導体ペーストとの接合強度が従来
よりも一層すぐれたAl2O3層をAlN基板に形成するべく研
究を行った結果、 AlN基板を酸化性雰囲気中で加熱してAl2O3層を形成する
に際して、導体ペーストとAl2O3層の接合強度は、Al2O3
層を形成する酸化性雰囲気の水蒸気分圧が大きく影響を
及ぼし、 上記酸化性雰囲気の酸素分圧および水蒸気分圧を、 酸素分圧OP2＝１×10-2〜1atm、 水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm、 の範囲内に制御し、かかる雰囲気中でAlN基板を1000〜1
500℃に加熱して得られたAl2O3層は、従来の大気中また
は酸素気流中（これら雰囲気における水蒸気分圧は通常
１×10-2atm以上である）で加熱して得られたAl2O3層よ
りも導体ペーストに対する接合強度が優れているという
知見を得たのである。
よりも一層すぐれたAl2O3層をAlN基板に形成するべく研
究を行った結果、 AlN基板を酸化性雰囲気中で加熱してAl2O3層を形成する
に際して、導体ペーストとAl2O3層の接合強度は、Al2O3
層を形成する酸化性雰囲気の水蒸気分圧が大きく影響を
及ぼし、 上記酸化性雰囲気の酸素分圧および水蒸気分圧を、 酸素分圧OP2＝１×10-2〜1atm、 水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm、 の範囲内に制御し、かかる雰囲気中でAlN基板を1000〜1
500℃に加熱して得られたAl2O3層は、従来の大気中また
は酸素気流中（これら雰囲気における水蒸気分圧は通常
１×10-2atm以上である）で加熱して得られたAl2O3層よ
りも導体ペーストに対する接合強度が優れているという
知見を得たのである。
この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであっ
て、 AlN基板を酸化性雰囲気中で加熱することによりAlN基板
表面にAl2O3層を形成する方法において、 上記酸化性雰囲気は、 酸素分圧PO2＝１×10-2〜1atm、 水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm、 であるAl2O3層被覆AlN基板の製造方法、 に特徴を有するものである。
て、 AlN基板を酸化性雰囲気中で加熱することによりAlN基板
表面にAl2O3層を形成する方法において、 上記酸化性雰囲気は、 酸素分圧PO2＝１×10-2〜1atm、 水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm、 であるAl2O3層被覆AlN基板の製造方法、 に特徴を有するものである。
上記Al2O3層被覆AlN基板の製造方法における加熱温度は
1000〜1500℃の範囲内にあることが好ましい。この発明
の製造方法により形成されるAl2O3層の厚さは３〜50μ
ｍが適当である。
1000〜1500℃の範囲内にあることが好ましい。この発明
の製造方法により形成されるAl2O3層の厚さは３〜50μ
ｍが適当である。
つぎに、この発明を実施例にもとづいて一層具体的に説
明する。
明する。
（１） ピーリング試験 一般に、基板の表面の密着性や結合強度を調べるために
ピーリング試験（ひきはがし試験）を行なう。
ピーリング試験（ひきはがし試験）を行なう。
上記ピーリング試験は、まず、ピーリング強度（ひきは
がし強度）を測定しようとする基板の表面に、たて:2.0
mm×横:2.0mmにわたり、導体ペースト（ESL製、9635−
Ｂ、Ag−Pd導体ペースト）をスクリーン印刷し、温度:1
25℃で10分間乾燥した後、温度:850℃で10分間焼成し、
上記Ag−Pd導体ペーストをスクリーン印刷する。
がし強度）を測定しようとする基板の表面に、たて:2.0
mm×横:2.0mmにわたり、導体ペースト（ESL製、9635−
Ｂ、Ag−Pd導体ペースト）をスクリーン印刷し、温度:1
25℃で10分間乾燥した後、温度:850℃で10分間焼成し、
上記Ag−Pd導体ペーストをスクリーン印刷する。
ついで、直径:0.9mmの無酸素銅ワイヤをSn−Pb共晶ハン
ダにて、温度:215℃ではんだ付けしてピーリング試験片
を作製する。
ダにて、温度:215℃ではんだ付けしてピーリング試験片
を作製する。
第１図は、上記ピーリング試験片の概略図であり、スク
リーン印刷したAg−Pd導体ペースト１の表面にSn−Pd共
晶ハンダ２を用いて無酸素銅ワイヤ３をはんだ付けした
状態を示している。
リーン印刷したAg−Pd導体ペースト１の表面にSn−Pd共
晶ハンダ２を用いて無酸素銅ワイヤ３をはんだ付けした
状態を示している。
上記第１図において、上記無酸素銅ワイヤ３をＴ方向に
引張り、ピーリング試験（ひきはがし試験）を行なって
ピーリング強度を求める。
引張り、ピーリング試験（ひきはがし試験）を行なって
ピーリング強度を求める。
（２） 市販のAlN基板のピーリング強度を（１）の方
法で求めたところ0.2kg/mmであった。さらにAlN基板を
通常の酸素気流中（水蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以
上）に温度:1000℃で100分間保持する従来法によりAlN
基板表面にAl2O3層を形成し、従来Al2O3層被覆AlN基板
を作製した。この従来Al2O3層被覆AlN基板の表面に上記
（１）の方法で直径:0.9mmの無酸素銅ワイヤをはんだ付
けし、ピーリング試験を行ってピーリング強度を求めた
結果、最大ピーリング強度は1.6kg/mmであった。
法で求めたところ0.2kg/mmであった。さらにAlN基板を
通常の酸素気流中（水蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以
上）に温度:1000℃で100分間保持する従来法によりAlN
基板表面にAl2O3層を形成し、従来Al2O3層被覆AlN基板
を作製した。この従来Al2O3層被覆AlN基板の表面に上記
（１）の方法で直径:0.9mmの無酸素銅ワイヤをはんだ付
けし、ピーリング試験を行ってピーリング強度を求めた
結果、最大ピーリング強度は1.6kg/mmであった。
（３） たて:25mm×横:25mm×厚さ0.6mmのAlN基板単体
を60個作製し、温度:1300℃で一定に保持し、酸素分圧P
O2＝１×10-12〜1atm、水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１
×10-1atmの範囲内で100分間保持の条件で上記AlN基板
単体の表面にAl2O3層を形成し、上記表面処理した60個
のAlN基板の表面に上記（１）記載の方法で、直径:0.9m
mの無酸素銅ワイヤを第１図記載の如くはんだ付けし、
上記60個のAlN基板をそれぞれピーリング試験し、それ
ぞれのピーリング強度を測定した。
を60個作製し、温度:1300℃で一定に保持し、酸素分圧P
O2＝１×10-12〜1atm、水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１
×10-1atmの範囲内で100分間保持の条件で上記AlN基板
単体の表面にAl2O3層を形成し、上記表面処理した60個
のAlN基板の表面に上記（１）記載の方法で、直径:0.9m
mの無酸素銅ワイヤを第１図記載の如くはんだ付けし、
上記60個のAlN基板をそれぞれピーリング試験し、それ
ぞれのピーリング強度を測定した。
第２図は、水蒸気分圧PH2Oをたて軸に、酸素分圧PO2を
横軸にとり、上記ピーリング強度の測定値が測定値が1.
6kg/mm（水蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流
中で作製した従来Al2O3被覆AlN基板の最大ピーリング強
度）を越える値を０印、これより低い値●印として測定
分圧の座標に記入したものである。上記ピーリング強度
の測定値が特に小さく、0.2kg/mm（AlN基板単体のピー
リング強度）とほぼ等しい値を特に で示した。
横軸にとり、上記ピーリング強度の測定値が測定値が1.
6kg/mm（水蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流
中で作製した従来Al2O3被覆AlN基板の最大ピーリング強
度）を越える値を０印、これより低い値●印として測定
分圧の座標に記入したものである。上記ピーリング強度
の測定値が特に小さく、0.2kg/mm（AlN基板単体のピー
リング強度）とほぼ等しい値を特に で示した。
第２図からも明らかなように、酸素分圧PO2＝１×10-2
〜1atmでかつ水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm
の範囲の条件で表面処理したピーリング強度が、水蒸気
分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流中で作製した従
来Al2O3層被覆AlN基板の最大ピーリング強度:1.6kg/mm
よりも大きくなっており、酸素分圧PO2＝１×10-5atm以
下でかつ水蒸気分圧PH2O＝１×10-4atm以下の条件で
は、Al2O3層は、ほとんど形成されていないと思われる
結果となっている。
〜1atmでかつ水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm
の範囲の条件で表面処理したピーリング強度が、水蒸気
分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流中で作製した従
来Al2O3層被覆AlN基板の最大ピーリング強度:1.6kg/mm
よりも大きくなっており、酸素分圧PO2＝１×10-5atm以
下でかつ水蒸気分圧PH2O＝１×10-4atm以下の条件で
は、Al2O3層は、ほとんど形成されていないと思われる
結果となっている。
（４） 上記（３）と同じ、たて:25mm×横:25mm×厚
さ:0.6mmのAlN基板単体を32個用意し、上記AlN基板単体
を、温度:900〜1500℃、酸素分圧PO2＝1atm、水蒸気分
圧PH2O＝３×10-3atmの条件で表面処理し、時間とAlN基
板単体表面に形成されたAl2O3層の厚さを測定した。こ
の結果を第３図のグラフに示す。第３図のグラフから明
らかなように、時間と表面Al2O3層の厚さとは比例関係
にあり、表面処理温度が900℃以下ではAl2O3層形成速度
は非常に小さく、また1600℃以上ではAl2O3層の形成速
度が早すぎて厚さ制御が困難となる。したがって、表面
処理温度は1000〜1500℃の範囲内にあることが好まし
い。
さ:0.6mmのAlN基板単体を32個用意し、上記AlN基板単体
を、温度:900〜1500℃、酸素分圧PO2＝1atm、水蒸気分
圧PH2O＝３×10-3atmの条件で表面処理し、時間とAlN基
板単体表面に形成されたAl2O3層の厚さを測定した。こ
の結果を第３図のグラフに示す。第３図のグラフから明
らかなように、時間と表面Al2O3層の厚さとは比例関係
にあり、表面処理温度が900℃以下ではAl2O3層形成速度
は非常に小さく、また1600℃以上ではAl2O3層の形成速
度が早すぎて厚さ制御が困難となる。したがって、表面
処理温度は1000〜1500℃の範囲内にあることが好まし
い。
上記条件で形成したAl2O3層を有する試料のピーリング
強度（ひきはがし強度）を測定し、その結果を第４図の
グラフに示した。第４図のグラフから、表面Al2O3層の
厚さが３〜50μｍの範囲内であるとピーリング強度は1.
6kg/mm（水蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流
中で作製した従来Al2O3層被覆AlN基板の最大ピーリング
強度であって第４図において点線で示されている）を越
え、導体ペーストに対して優れた接合強度を示すことが
わかる。
強度（ひきはがし強度）を測定し、その結果を第４図の
グラフに示した。第４図のグラフから、表面Al2O3層の
厚さが３〜50μｍの範囲内であるとピーリング強度は1.
6kg/mm（水蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流
中で作製した従来Al2O3層被覆AlN基板の最大ピーリング
強度であって第４図において点線で示されている）を越
え、導体ペーストに対して優れた接合強度を示すことが
わかる。
この発明の製造方法によると、従来よりも導体ペースト
に対する接合強度の優れたAl2O3層被覆AlN基板を製造す
ることができ、今後、要求される大型チップの直接搭
載、大集積化に対しても十分対応できる等のすぐれた効
果を奏するものである。
に対する接合強度の優れたAl2O3層被覆AlN基板を製造す
ることができ、今後、要求される大型チップの直接搭
載、大集積化に対しても十分対応できる等のすぐれた効
果を奏するものである。
第１図は、ピーリング試験片の概略図、 第２図は、酸素分圧PO2と水蒸気分圧PH2Oを変化せしめ
て、AlN基板表面にAl2O3層を形成し、そのAl2O3層を形
成したAlN基板の表面のピーリング強度を1.6kg/mm（水
蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流中で作製し
た従来Al2O3被覆AlN基体の最大ピーリング強度）と比較
した値を印で表示したグラフ、 第３図は、各温度におけるAlN基板表面のAl2O3層の厚さ
と時間との関係を示すグラフ、 第４図は、AlN基板表面のAl2O3層の厚さとピーリング強
度との関係を示すグラフ、 である。 １……Ag−Pd導体ペースト、 ２……Sn−Pbハンダ、 ３……無酸素銅ワイヤ。
て、AlN基板表面にAl2O3層を形成し、そのAl2O3層を形
成したAlN基板の表面のピーリング強度を1.6kg/mm（水
蒸気分圧PH2O＝１×10-2atm以上の酸素気流中で作製し
た従来Al2O3被覆AlN基体の最大ピーリング強度）と比較
した値を印で表示したグラフ、 第３図は、各温度におけるAlN基板表面のAl2O3層の厚さ
と時間との関係を示すグラフ、 第４図は、AlN基板表面のAl2O3層の厚さとピーリング強
度との関係を示すグラフ、 である。 １……Ag−Pd導体ペースト、 ２……Sn−Pbハンダ、 ３……無酸素銅ワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−46986（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】AlN基板を酸化性雰囲気中で加熱すること
によりAlN基板表面に酸化アルミニウム層を形成する方
法において、 上記酸化性雰囲気は、 酸化分圧PO2＝１×10-2〜1atm、 水蒸気分圧PH2O＝１×10-5〜１×10-3atm、 の範囲内にあることを特徴とする酸化アルミニウム層被
覆AlN基板の製造方法。 - 【請求項２】上記AlN基板を酸化性雰囲気中で加熱する
温度は、1000〜1500℃であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の酸化アルミニウム被覆AlN基板の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62180483A JPH07115976B2 (ja) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | 酸化アルミニウム層被覆ＡｌＮ基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62180483A JPH07115976B2 (ja) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | 酸化アルミニウム層被覆ＡｌＮ基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6424083A JPS6424083A (en) | 1989-01-26 |
| JPH07115976B2 true JPH07115976B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=16084014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62180483A Expired - Lifetime JPH07115976B2 (ja) | 1987-07-20 | 1987-07-20 | 酸化アルミニウム層被覆ＡｌＮ基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07115976B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004162147A (ja) * | 2002-11-15 | 2004-06-10 | Plasma Giken Kogyo Kk | 溶射被膜を有する窒化アルミニウム焼結体 |
| WO2007034955A1 (ja) * | 2005-09-26 | 2007-03-29 | Tokuyama Corporation | 発光素子搭載用セラミックス焼結体 |
| JP4738291B2 (ja) * | 2006-09-11 | 2011-08-03 | 国立大学法人東北大学 | メタライズドセラミック基板の製造方法、窒化アルミニウム基板の製造方法、及び、窒化アルミニウム基板 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0725617B2 (ja) * | 1985-08-22 | 1995-03-22 | 住友電気工業株式会社 | 窒化アルミニウム基板およびその製造方法 |
-
1987
- 1987-07-20 JP JP62180483A patent/JPH07115976B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6424083A (en) | 1989-01-26 |
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