JPH0725617B2 - 窒化アルミニウム基板およびその製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム基板およびその製造方法

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JPH0725617B2
JPH0725617B2 JP60184635A JP18463585A JPH0725617B2 JP H0725617 B2 JPH0725617 B2 JP H0725617B2 JP 60184635 A JP60184635 A JP 60184635A JP 18463585 A JP18463585 A JP 18463585A JP H0725617 B2 JPH0725617 B2 JP H0725617B2
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aln
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憲一郎 柴田
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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基板およびその製造方法に関
する。更に詳しくは、IC基板、ヒートシンク、レーザデ
ィスク、マイカ代替絶縁性基板などに応用するのに適し
た、高い接合強度並びに良好な気密性を確保することの
できる窒化アルミニウム基板およびその製造方法に関す
る。
従来の技術 一般に、半導体装置あるいはこれらを利用する装置、機
器において各種の能動・受動素子を含んでいるが、これ
らは発熱の問題を包含している。従って、これ等の素子
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必要があり、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。
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。これにはICチップサイズの向上も寄与しており、
ICチップサイズの向上に伴ってパッケージ当たりの発熱
量も著しく増大する。このために基板材料の放熱性が重
要視されるようになってきた。
一方、IC基板には従来アルミナが用いられてきたが、従
来のアルミナ焼結体の熱伝導率では放熱性が不十分であ
り、ICチップの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ものと
して高熱伝導性の窒化アルミニウムを用いた基板が注目
され、その実用化のための研究が多数なされている。
この窒化アルミニウムは、本来材質的に高熱伝導性およ
び高絶縁性を有し、またベリリアとは違って、毒性が少
ないために、半導体工業において、絶縁材料やパッケー
ジ材料として有望視されているものである。
発明が解決しようとする問題点 窒化アルミニウムを用いたIC基板を開発するためには、
ガラス封止に適した構成の窒化アルミニウム基板を得る
必要がある。というのは窒化アルミニウム焼結体は従来
のアルミナ焼結体と比較して、封止ガラスとの密着性が
悪く、剥離やリークの問題を生ずることが知られている
からである。これは主として窒化アルミニウム焼結体と
封止ガラスとの濡れ性の悪さに起因するものと考えられ
る。
従って、窒化アルミニウムと封止ガラスとの密着性の問
題を解決して、高集積化の著しいLSI等の発熱量の増大
に十分対応できる実装用窒化アルミニウム基板を開発す
ることが切に望まれており、これは半導体素子等の諸特
性の維持、高信頼性を確保する上で極めて重要である。
尚、窒化アルミニウム(AlN)は、AlN粉末自体の焼結性
が悪いために、粉末成形後、焼結して得られるAlN焼結
体は相対密度が低く、低熱伝導度のものしか得られない
という問題を有していたが、本発明者等は既に、この難
点を解決し、高い相対密度を有し、従って緻密質で熱伝
導性、絶縁性などの実用上の諸特性に優れた窒化アルミ
ニウム焼結体の新しい製造法を開発し、別途特許出願し
ている。
そこで、本発明の目的は、窒化アルミニウム焼結体と封
止ガラスとの間の接触角を低下させて濡れ性を改善し、
これらの間の接合強度並びに気密性を大巾に向上させる
ことのできる窒化アルミニウム基板の製造方法に提供す
ることにある。また、封止ガラスとの密着性に優れた半
導体装置用基板を提供することも本発明の重要な目的の
1つである。
問題点を解決するための手段 本発明者等は、以上述べたような従来技術の問題点に鑑
みて、窒化アルミニウム焼結体のガラス封止性を改善す
べく、研究努力を重ねた結果、アルミナと封止ガラスと
の濡れ性並びに密着性が良好であることに注目し、窒化
アルミニウム焼結体の表面にアルミナ層を形成すること
が上記目的達成のために極めて有利であるとの着想を
得、本発明に至った。
即ち、本発明はまず半導体装置搭載用窒化アルミニウム
基板に係り、該基板は窒化アルミニウム焼結体と、その
上に設けられたAl2O3を主成分とする酸化皮膜とで構成
されることを特徴とする。
本発明の窒化アルミニウム基板において、窒化アルミニ
ウム焼結体とは、窒化アルミニウム単体あるいはこれを
主成分とし、各種添加物、例えばCaO、BaO、SrO、Ce
O2、Y2O3などを含有するものであってもよい。
もと、Al2O3を主成分とする酸化皮膜層は、α−Al2O3
主成分とするものであることが好ましく、また0.1〜100
μmの範囲内の厚さであることが好ましい。このα−Al
2O3を主成分とするという事実並びに厚さが0.1〜100μ
mの範囲内にあるという事実から、封止ガラスとの接合
強度を1kg/mm2以上の高い値に維持できる。
本発明は、更に上記のようなAlN基板の製造方法にも関
し、該方法はAlN焼結体を酸化性雰囲気内で、少なくと
も800℃の温度下で熱処理して該焼結体表面に酸化皮膜
を形成することを特徴とする。
ここでAlN焼結体は、例えば酸素含有量1.8重量%以下の
窒化アルミニウム粉末に、イットリウムアルコキシド、
セリウムアルコキシドなどの溶液を、イットリウムまた
はセリウム換算で0.1〜10wt%添加し、これらを混合・
分解した後成形し、次いで1700〜2200℃の範囲内の温度
下で、非酸化性雰囲気内で常圧焼結することにより得る
ことができるが、これに制限されず、その他従来公知の
方法例えば上記常圧焼結法の他、ホットプレス法などに
よっても得ることができる。
また、上記のようにAl2O3を主成分とする酸化皮膜層の
厚さを所定範囲内に維持するためには、酸化処理の時間
を所定範囲内に維持する必要があり、これは酸化処理温
度によって変化するが、約1時間〜1000時間の範囲内と
することが好ましい。
作用 集積度の大巾な改善が図られたLSIなどをはじめとする
各種半導体装置の発熱量の増大に十分対応できる実装用
半導体基板にとって重要なことは高い放熱性と、封止用
ガラスとの高い密着性を有することである。放熱性の点
で十分満足できるものとして従来から注目されているも
のとしてベリリアおよびAlN焼結体があるが、前者は毒
性の問題あるいは供給量が限られていることから極めて
高価であるという難点があり、一方後者のAlNについて
も封止用ガラスとの密着性の問題、あるいはAlN焼結体
製造の困難さなどがあり、これを実用化するためには更
に改良する必要がある。
ところで、本発明によれば、AlN焼結体と封止ガラスと
の密着性の改善を、該焼結体表面にAl2O3の酸化皮膜を
設けることで解決した。
AlN焼結体が封止ガラスとの密着性において劣っている
理由は、これらの間の濡れ性が悪い、即ちAlN焼結体の
封止ガラスに対する接触角が高いことに起因することは
既に述べた通りであり、これは該焼結体上に封止ガラス
との密着性の良好なAl2O3層を設けることで解決でき
た。
このAl2O3酸化皮膜は、AlN焼結体を、酸化性雰囲気、例
えば空気、O2添加空気、O2雰囲気中で800度以上に加熱
することにより形成される。この熱処理温度800度以上
で加熱することにより焼結体表面にα−Al2O3を主成分
とする酸化皮膜を形成することができる。AlN焼結体で
は、通常焼結を促進するために添加した焼結助剤が結晶
粒界に残留しており、表面と酸化挙動にも影響を及ぼ
す。
このため、AlN焼結体を800度以上の温度で酸化処理した
場合、得られる酸化皮膜をX−線回折に付すと、α−Al
2O3のピーク以外にも上記結晶粒界層の酸化による生成
物のピークが同時に現われることが多い。
Al2O3と封止ガラスとの接合機構としては、Al2O3が溶融
ガラス中へ溶解し、遷移層を形成することにより接合が
形成されるものと考えられるが、AlNと封止ガラスで
は、このような溶融ガラス中へのAlNの溶融が起こらな
いために、濡れ性並びに密着性が悪いと考えられる。そ
こで、本発明者等はAlN焼結体と封止ガラスとの濡れ性
を、該AlN焼結体表面にAl2O3焼結体の主成分であるα−
Al2O3層を形成し、この酸化物層を介してガラス封着す
ることにより改善し、AlN焼結体とガラスとの密着性の
改善に成功した。
尚、本発明において、AlN焼結体の熱処理温度は臨界的
であり、800℃未満の温度条件下で熱処理してもX−線
回折ではα−Al2O3のピークは現れず、非晶質の酸化物
が形成されている可能性がある。この場合、表面にα−
Al2O3の皮膜が存在する場合と比較して、封止ガラスと
の濡れ性並びに密着性の改善はみられない。即ち、封止
ガラスとの接合強度が低く、引張強度で1Kg/mm2未満で
ある。一方、AlNを酸化性雰囲気中で800℃以上の温度下
で熱処理すると、α−Al2O3の酸化皮膜が生成し、α−A
l2O3の生成と共に封止ガラスとの濡れ性並びに密着性の
改善がみられる。
また、本発明において、酸化皮膜の厚さも臨界的であ
り、0.1μm未満では封止ガラスとの濡れ性並びに密着
性は十分に改善されず、また100μmを越える厚さで酸
化皮膜を設けた場合には封止ガラスとの接合強度が低下
し、1Kg/mm2未満となってしまう。また、この際の破壊
はAlNと表面酸化皮膜との界面で起こる。これは母材のA
lNとα−Al2O3を主成分とする表面酸化皮膜との熱膨張
率の差によって、酸化処理の冷却過程或いはガラス封着
の冷却過程で、AlNと表面酸化皮膜との界面に熱応力が
残留するためであると考えられる。以上の事実から、Al
N焼結体上に形成すべきAl2O3酸化皮膜の厚さは0.1μm
〜100μmの範囲とすることが好ましい。
かくして、本発明に従えば、封止ガラスとの濡れ性が改
善され、その結果封止ガラスとの密着性に優れた、IC等
の半導体装置搭載用AlN基板を得ることができる。また
この基板は熱伝導性に優れていることから、半導体装置
用基板としてばかりでなく、ヒートシンク、レーザディ
スクおよびマイカ代替絶縁性薄板等としても有利に適用
できる。
更に、上記の本発明者等の開発したAlN焼結体の製造方
法に従って得られる相対密度の高い、熱放出性が一層改
善されたものを出発材料として用いることにより、より
一層放熱性の優れたAlN基板を提供することができる。
実施例 以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、こ
れらの実施例は本発明の単なる例示であり、本発明の範
囲を何等限定するものではない。
実施例1 窒化アルミニウム粉末を、1気圧の窒素ガス雰囲気中
で、50Kg/cm2の加圧下で1800℃に1時間保持してホット
プレスすることにより焼結した。
かくして得たAlN焼結体を大気中で以下の第1表に示す
ような各温度の下で100時間保持することによって表面
の酸化処理を行った。この時の酸化皮膜の厚さも同様に
第1表に合わせて示す。
800℃以上の酸化温度の下では、X−線回折の結果α−A
l2O3が存在することが確認された。
このようにして得た酸化皮膜を有するAlN焼結体につき
引張試験を行い接合強度(引張強度)と破壊箇所を調
べ、結果を第1表に示した。この試験は、同一の表面酸
化処理を施したAlN基板同しの間(酸化皮膜同しの間)
にB2O−CaO−SiO2−ZnO系ガラスをサンドイッチして700
℃に10分間保持してガラス封着を行い、この接合体をサ
ンプルとして行った。
第1表の結果は、本発明の基板におけるように酸化皮膜
の厚さを所定の範囲内の値とすることにより、良好な引
張強度を得ることができることを示している。また、80
0℃に満たない温度下での熱処理では、所定の膜厚の酸
化皮膜が得られず、従って引張強度も著しく低いもので
あることがわかる。
更に、熱処理温度条件が満たされていても、皮膜の厚さ
が所定範囲外である場合(比較例:酸化温度1500℃の場
合)には同様に引張強度が不十分であることがわかる。
実施例2 AlN粉末に酸化セリウムを3重量%添加し、アルコール
溶媒中で24時間ボールミルした混合粉末をプレス成形し
た後、1気圧の窒素ガス雰囲気中で1850℃にて2時間保
持して焼結した。このAlN焼結体を酸素気流中で、1,000
℃にて以下の第2表に示す各時間の間保持して、表面を
酸化処理した。この際に成形された酸化皮膜の厚さを第
2表に合せて示した。
実施例1と同様に、ただし封止ガラスとしてホウケイ酸
ガラスをサンドイッチして600℃に10分間維持して得た
接合体をサンプルとして用い引張試験を行い、得られた
結果を第2表に示した。
第2表の結果によれば、酸化皮膜の厚さは酸化性ガス雰
囲気中での保持時間と密接な関係を有し、約1〜約1,00
0時間程度が有効であることを示しており、これによっ
て所期と引張強度を維持できることがわかる。
発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明によれば、従来封止
ガラスとの濡れ性が不十分であることから封止ガラスと
の十分な密着性が確保できなかったAlN焼結体の表面特
性を、その表面にα−Al2O3を主成分とする酸化皮膜層
を形成することにより、改善し、有利に半導体装置用基
板等として使用し、その高い放熱性を十分に利用するこ
とが可能となった。
従って、集積度の向上に伴って、パッケージ当たりの発
熱量が大巾に増大したLSIパッケージなどの放熱特性を
改善し、その特性を十分に発揮させることが可能とな
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽我部 浩一 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭59−203783(JP,A) 特開 昭59−121175(JP,A) 特開 昭50−75208(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】窒化アルミニウムを主成分とする焼結体
    と、その上に設けられた膜厚が1.2〜95μmの範囲内の
    α−Al2O3を主成分とする酸化皮膜層と、該酸化被膜層
    上に装苛された封止ガラス層とを備えることを特徴とす
    る窒化アルミニウム基板。
  2. 【請求項2】上記窒化アルミニウム基板と封止ガラスと
    の接合強度が引張強度で1Kg/mm2以上であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の基板。
  3. 【請求項3】窒化アルミニウムを主成分とする焼結体
    を、酸化性雰囲気内で、少なくとも800℃の温度下で熱
    処理して該焼結体表面に膜厚が1.2〜〜95μmの範囲内
    のAl2O3を主成分とする酸化皮膜を形成する工程と、該
    酸化被膜上に封止ガラス層を被着させる工程とを含むこ
    とを特徴とする窒化アルミニウム基板の製造方法。
  4. 【請求項4】上記熱処理の処理時間が1〜1000時間の範
    囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載
    の方法。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62123071A (ja) * 1985-11-21 1987-06-04 京セラ株式会社 耐水性の優れた窒化アルミニウム質焼結体
JPH07115976B2 (ja) * 1987-07-20 1995-12-13 三菱マテリアル株式会社 酸化アルミニウム層被覆AlN基板の製造方法
JPH02174184A (ja) * 1988-12-26 1990-07-05 Toshiba Corp 厚膜回路基板
JP5022536B2 (ja) * 2000-08-30 2012-09-12 株式会社東芝 メタライズ化された窒化アルミニウム基板およびそれを用いたqfp型の半導体パッケージ
TW200823166A (en) * 2006-11-27 2008-06-01 Tokuyama Corp Process for manufacturing body in which aluminum nitride bodies are joined

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5075208A (ja) * 1973-11-07 1975-06-20
JPS59121175A (ja) * 1982-12-28 1984-07-13 株式会社東芝 放熱体の製造方法
JPS59203783A (ja) * 1983-04-28 1984-11-17 株式会社東芝 非酸化物系セラミツクス焼結体の金属化方法
JPS61119094A (ja) * 1984-11-15 1986-06-06 株式会社東芝 高熱伝導性回路基板の製造方法

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