JPH0725690A - AlN基板のメタライズ層の形成方法 - Google Patents

AlN基板のメタライズ層の形成方法

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JPH0725690A
JPH0725690A JP19286893A JP19286893A JPH0725690A JP H0725690 A JPH0725690 A JP H0725690A JP 19286893 A JP19286893 A JP 19286893A JP 19286893 A JP19286893 A JP 19286893A JP H0725690 A JPH0725690 A JP H0725690A
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metallized layer
aln
powder
aln substrate
forming
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JP19286893A
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Yusuke Watarai
祐介 渡會
Naoki Kato
直樹 加藤
Hideaki Yoshida
秀昭 吉田
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    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 反りのないAlN基板のメタライズ層の形成
方法を提供する。 【構成】 AlN基板上に、W、Mo、および、Taの
群から選ばれる少なくとも1種以上の金属を主成分とし
たメタライズ層を形成するAlN基板のメタライズ層の
形成方法である。上記メタライズ層は、Y23粉末の表
面にAl23層を被覆した被覆物を、0.1〜50重量
%含有し、AlN粉末を0.1〜10重量%含有したペ
ーストを焼成して形成されるものである。このため、ペ
ーストを焼成するとき、Al23とY23とが必ず反応
し、Y3Al512を形成する。このときの焼成温度は1
650℃以下である。このY3Al512が形成される際
の溶融によって、第1のメタライズ層はAlN基板に強
固に接合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、AlN基板とその基板
上に形成されるメタライズ層との間の接合強度を高めた
AlN基板のメタライズ層の形成方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ハイブリッドICの構造設計にあたっ
て、その小型化は、収納スペースと使用材料コストなど
の低減のために重要である。反面、ハイブリッドICの
小型化により、その内部損失による発熱とその熱の放出
が必要となる。一方、このようなハイブリッドICを用
いた電算機や伝送装置の構造設計にあたっては、信号の
遅れ、歪、雑音を小さくして、高速性を図ることが重要
となる。このように、電子回路の集積度、出力を高め、
高速化を実現するためには、用いられる回路基板の材質
として、熱伝導率の高いこと、絶縁耐圧の高いことが要
求される。
【0003】このような要求を満たすものとして、特に
熱伝導率が優れているという観点から、回路基板材とし
てAlN(窒化アルミニウム)が用いられている。
【0004】このAlN基板上にICチップ等の電子部
品を搭載する場合は、搭載部品と基板との間の接合強度
を高めるために、通常はAlN基板上に導電性のメタラ
イズ層を形成し、このメタライズ層上にICチップ等を
はんだ付け等して接合、搭載している。
【0005】このようなメタライズ層をAlN基板上に
形成する方法としては、特開昭63−244697号公
報に示すものが知られている。このAlN基板のメタラ
イズ層の形成方法は、まず、重量比でY23を3%添加
したAlN基板を作製する。次に、このAlN基板上
に、Al23:Y23=5:3の化合物からなるペース
トを厚さ2μmで印刷する。次いで、この印刷したもの
の上に、Mo:TiN=1:1からなるペーストを、厚
さ10μmで印刷する。この後、1700℃、5時間の
焼成を行う。この結果、AlN基板上にメタライズ層が
形成される。このAl23とY23との化合物は、メタ
ライズ層全体に均一に存在し、焼成によって溶融する。
このとき、この化合物は、強い親和力の接着剤として、
メタライズ層をAlN基板に接合させるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このようなAlN基板
のメタライズ層の形成方法にあっては、Al23とY2
3との化合物の溶融に、1700℃以上の高温加熱が
必要である。これは、Al23とY23との化合物は、
液相温度が高く、低温での焼結が困難なためである。し
かしながら、このような高温で焼結すると、AlN基板
が反ってしまい、メタライズ層とAlN基板との間の接
合強度が低下してしまうという課題があった。なお、こ
のときの接合強度は、2.8kgf/mm2である。
【0007】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、メタライズ層
を低温で形成するAlN基板のメタライズ層の形成方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、AlN基板上に、W、Mo、および、Taの群から
選ばれる少なくとも1種以上の金属を主成分とした第1
のメタライズ層を形成するAlN基板のメタライズ層の
形成方法において、上記第1のメタライズ層は、Y23
粉の表面をAl23で被覆した被覆物を含有したペース
トを焼成することにより形成されるものである。
【0009】また、請求項2に記載の発明は、上記ペー
ストは、Y23粉の表面をAl23で被覆した被覆物を
0.1〜50重量%、かつ、AlNを0.1〜10重量
%含有するAlN基板のメタライズ層の形成方法であ
る。
【0010】また、請求項3に記載の発明は、上記第1
のメタライズ層上に、W、Mo、および、Taの群から
選ばれる少なくとも1種以上の金属を主成分とする第2
のメタライズ層を形成するAlN基板のメタライズ層の
形成方法である。
【0011】
【作用】請求項1に記載の発明に係るAlN基板のメタ
ライズ層の形成方法は、AlN基板上に、W、Mo、お
よび、Taの群から選ばれる少なくとも1種以上の金属
を主成分とした第1のメタライズ層を形成する。この第
1のメタライズ層はペーストを焼成して形成する。この
ペースト中には、Y23粉の表面をAl23で被覆した
被覆物が0.1〜50重量%の割合で含有されている。
このため、ペーストを焼成するとき、Al23とY23
とが必ず反応し、Y3Al512を生成する。このときの
焼成温度は1650℃以下である。この焼成温度が低い
理由は、Y23粉の表面がAl23で被覆されているの
で、Al23とY23とが反応し易く、溶融したY3
512が生成され易いからである。このY3Al512
が生成される際の溶融によって、第1のメタライズ層は
AlN基板に強固に接合される。
【0012】そして、上記ペーストの焼成温度が低いた
め、第1のメタライズ層を有するAlN基板は、反るこ
とがない。第1のメタライズ層とAlN基板との接合強
度も低下しない。なお、第1のメタライズ層形成用ペー
スト中に、Y23粉とAl23粉とをそれぞれ別々に添
加したとき、1650℃以下の焼成温度では、Y23
とAl23粉とが反応し難く、Y3Al512が生成され
にくい。
【0013】また、請求項2に記載の発明に係るAlN
基板のメタライズ層の形成方法にあっては、Y23粉の
表面をAl23で被覆した被覆物は、ペーストに対して
0.1重量%程度の低い含有率でも、AlN基板とメタ
ライズ層との接合に際して所定の接合強度を発揮する。
この結果、メタライズ層中の当該被覆物の含有率を下げ
ることができ、よって第1のメタライズ層の電気抵抗を
低下させることができる。
【0014】また、上記ペーストがAlNを0.1〜1
0重量%含有することにより、AlN基板とメタライズ
層との間の接合強度がさらに向上する。
【0015】また、請求項3に記載の発明に係るAlN
基板のメタライズ層の形成方法は、上記第1のメタライ
ズ層上に、W、Mo、および、Taの群から選ばれる少
なくとも1種以上の金属を主成分とする第2のメタライ
ズ層を形成する。この第2のメタライズ層はW等の金属
を主成分とするので、その電気抵抗を低減することがで
きる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この実施
例に係るAlN基板のメタライズ層の形成方法は、以下
の通りである。
【0017】まず、95重量%のAlN粉末と5重量%
のY23粉末を混合する。この混合物に、ポリビニルブ
チラール(PVB)をバインダとして、グリーンシート
を形成する。この後、このグリーンシートを60mm×
60mm×0.70mmに切断し、N2ガス雰囲気下で
1800℃、3時間の条件で焼成する。このAlN焼結
体を研削し、50mm×50mm×0.65mmの寸法
のAlN基板を得る。
【0018】次に、Y23粉末およびAl23粉末を準
備する。このY23粉末の平均粒径は0.3〜5μmの
範囲内のものを用いる。Al23のコーティングにはゾ
ルゲル法を用いた。アルミニウム−sec−ブトキシド
10重量部とブタノール90重量部を混合し、コーティ
ング溶液とした。AlとYの比が5:3となる比でAl
23粉末とコーティング溶液を混合し、室温で放置し、
ゲル状にした後、300℃で乾燥した。
【0019】次いで、Y23粉末の表面をAl23層で
被覆したものと、平均粒径:0.3〜10μmのW粉末
と、平均粒径:0.3〜10μmのAlN粉末と、を混
合する。この混合粉末の重量比は、W:Al23被覆Y
23粉末:AlN=85〜99.8:0.1〜10.
0:0.1〜5.0である。この混合粉末を、エチルセ
ルロースとブチルカルビトールの混合液に分散させる。
このエチルセルロースとブチルカルビトールとの重量比
は、混合粉末に対して、5%:15%である。このよう
にして第1のメタライズ層形成用ペーストが作製され
る。
【0020】そして、この第1のメタライズ層形成用ペ
ーストを325メッシュのスクリーンを介して上記Al
N基板上に印刷し、N2気流中、1650℃、3時間の
条件で加熱した。この結果、厚さ5〜15μmの第1の
メタライズ層がAlN基板上に形成される。
【0021】次に、この第1のメタライズ層上に第2の
メタライズ層を形成する。この第2のメタライズ層形成
用ペーストは、平均粒径:0.3〜10μmのW粉末
を、エチルセルロースとブチルカルビトールの混合液に
分散させたものである。このエチルセルロースとブチル
カルビトールとの重量比は、W粉末に対して、5%:1
5%である。
【0022】そして、この第2のメタライズ層形成用ペ
ーストを325メッシュのスクリーンを介して上記第1
のメタライズ層上に印刷し、N2気流中、1650℃、
3時間の条件で加熱した。この結果、全体として層厚が
10〜30μmのメタライズ層がAlN基板上に形成さ
れることとなる。
【0023】このようにして得られたAlN基板とメタ
ライズ層との間の接合強度を測定した。接合強度の測定
は、2mm×2mmのメタライズ部にφ0.9mmのC
u線をはんだ付けし、90゜方向に引き剥す方法によっ
て行った。そして、このときの接合強度は、4kgf/
2mm□以上である。この場合、メタライズ層を形成す
るときの焼成温度が低いため、メタライズ層を有するA
lN基板は、反ることがない。
【0024】また、Y23粉の表面をAl23により被
覆した被覆粉末は、ペーストに対して0.1重量%程度
の低い含有率でも、AlN基板とメタライズ層との間の
接合に際して十分な程度接合強度を有する。したがっ
て、メタライズ層中のこの被覆粉末の含有率を下げるこ
とができるので、メタライズ層の電気抵抗を低下させる
ことができる。このときの電気抵抗は、20mΩ/□以
下である。
【0025】なお、第1のメタライズ層形成用ペースト
において、Y23粉末の表面をAl23層により被覆し
た被覆粉末の含有率が0.1重量%未満のときは、接合
強度が不十分である。また、第1のメタライズ層形成用
ペーストにおいて、この被覆粉末の含有率が50重量%
を超えるときは、メタライズ層の電気抵抗が1Ω/□以
上となり、導体としての機能を果たさない。
【0026】また、比較例として、Al23:Y23
5:3の混合物からなるペーストを作製し、上記AlN
基板上にこのペーストを上記方法で厚さ5μm印刷す
る。この印刷したものの上に、Mo:TiN=1:1か
らなるペーストを、厚さ10μmで印刷する。この後、
1700℃、5時間の焼成を行う。この結果、AlN基
板上に厚さ15μmのメタライズ層が形成される。この
比較サンプルに上記と同様の測定を行った。この電気抵
抗は20mΩ/□以上である。
【0027】以上の結果から本発明の方法により作製し
たメタライズ層を有するAlN基板は、メタライズ層の
焼成温度が低いので、反ることがなく、メタライズ層と
AlN基板との接合強度が高いことが明らかである。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、メタライズ層を有する
AlN基板は、反ることがなく、メタライズ層とAlN
基板との接合強度が高い。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 AlN基板上に、W、Mo、および、T
    aの群から選ばれる少なくとも1種以上の金属を主成分
    とした第1のメタライズ層を形成するAlN基板のメタ
    ライズ層の形成方法において、 Y23粉の表面をAl23で被覆した被覆物を含有した
    ペーストを焼成することにより、上記第1のメタライズ
    層を形成することを特徴とするAlN基板のメタライズ
    層の形成方法。
  2. 【請求項2】 上記ペーストは、 上記Y23粉の表面をAl23で被覆した被覆物を0.
    1〜50重量%含有し、 AlNを0.1〜10重量%含有する請求項1に記載の
    AlN基板のメタライズ層の形成方法。
  3. 【請求項3】 上記第1のメタライズ層上に、W、M
    o、および、Taの群から選ばれる少なくとも1種以上
    の金属を主成分とする第2のメタライズ層を形成する請
    求項1または請求項2に記載のAlN基板のメタライズ
    層の形成方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001018274A1 (en) * 1999-09-10 2001-03-15 Siemens Westinghouse Power Corporation In-situ formation of multiphase air plasma sprayed barrier coatings for turbine components
US6677064B1 (en) 2002-05-29 2004-01-13 Siemens Westinghouse Power Corporation In-situ formation of multiphase deposited thermal barrier coatings

Cited By (3)

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