JPS62202886A - Aluminum nitride sintered body with metallized surface - Google Patents
Aluminum nitride sintered body with metallized surfaceInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
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し、更に詳しくい
えば表面に信頼性の高い実用的な接合強度を備えた金属
化面を存する窒化アルミニウム焼結体に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an aluminum nitride sintered body, and more specifically, an aluminum nitride sintered body having a metallized surface with reliable and practical bonding strength. It is related to.
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
器は、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、製作においで極めて重要である。2. Description of the Related Art Semiconductor devices and devices and equipment using them generally include various active and passive elements, but these have the problem of heat generation. Therefore, in order to operate these elements stably and reliably, it is necessary to perform the best thermal design during mounting, which is extremely important in the design and manufacture of semiconductor devices 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。これに伴ってパフケージ当たりの発熱量も著しく
増大する。このため基板材料の放熱性が重要視されるよ
うになってきた。Furthermore, in recent years, there has been a major trend toward faster operation and higher integration of semiconductor devices, and in particular, there has been a remarkable increase in the integration density of LSIs and the like. Along with this, the amount of heat generated per puff cage also increases significantly. For this reason, importance has been placed on the heat dissipation properties of substrate materials.
一方、IC基板用セラミックスとしては従来アルミナが
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
ルミナ基板に代わるものとして高熱伝導率を有する窒化
アルミニウムを用いた基板あるいはヒートシンクなどが
注目され、その実用化のために多数の研究がなされてい
る。On the other hand, alumina has traditionally been used as ceramics for IC boards, but the thermal conductivity of conventional alumina sintered bodies is insufficient for heat dissipation, and it is becoming increasingly difficult to cope with the increased heat generation of IC chips. . Therefore, as an alternative to such alumina substrates, substrates or heat sinks using aluminum nitride, which has high thermal conductivity, have attracted attention, and many studies have been conducted to put them into practical use.
この窒化アルミニウムは、本来材質的に高熱伝導性並び
に高絶縁性を有し、またへりリアとは違って毒性がない
ために、半導体工業において、特に絶縁材料やパッケー
ジ材料として有望視されている。Aluminum nitride inherently has high thermal conductivity and high insulation properties, and unlike heliaria, it is non-toxic, so it is viewed as a promising material in the semiconductor industry, especially as an insulating material or a packaging material.
窒化アルミニウム(MN)焼結体は熱伝導率が高いので
、上記のように集積回路(IC)用基板として、あるい
はヒートシンクなどとして注目されている。しかしなが
ら、このような興味ある特性を有する一方で、MN焼結
体は金属あるいはガ、ラス質等との接合強度に問題があ
る。とこ、ろでこの焼結体はその表面に直接、市販され
ているメクライズペーストを塗布する厚膜法もしくは活
性金属または金属の薄膜を蒸着などの手法で形成する薄
膜法などを利用して、金属化層を付与した状態で使用す
ることが一般的である。しかしながら、このような方法
によっては実用に+−分耐え得る接合強度を得ることは
できず、実際には金属化前または金属化操作中に何等か
らの手法で表面を改質し、他の例えば金属等との接合性
を改善する必要がある。Since aluminum nitride (MN) sintered bodies have high thermal conductivity, they are attracting attention as substrates for integrated circuits (ICs), heat sinks, etc. as described above. However, while having such interesting properties, MN sintered bodies have problems in bonding strength with metals, glass, glass, etc. Tokorodeko's sintered body can be prepared using either the thick film method, in which a commercially available mekrise paste is directly applied to the surface, or the thin film method, in which a thin film of active metal or metal is formed by vapor deposition or other methods. It is generally used with a metallized layer applied. However, it is not possible to obtain a bonding strength that can withstand practical use by such a method, and in reality, the surface is modified by some method before or during metallization, and other methods such as It is necessary to improve bondability with metals, etc.
このようなfiN焼結体の表面改質のための従来法とし
ては、MN焼結体表面に酸化処理等を施して酸化物層を
形成する方法が知られている。即ち、例えば、MLN焼
結体表面にSiO□、M2O2、ムライ ) 、Few
o3 、CLIO等の酸化物層を形成する方法である
。しかしながら、上記の例示のような酸化物層はガラス
層、アルミナ層などに対しては良好な親和性を有し、強
固な結合を生ずるが、MLN焼結体自体とは親和性が小
さく、信幀性に問題があるものと考えられる。As a conventional method for surface modification of such a fiN sintered body, a method is known in which the surface of the MN sintered body is subjected to oxidation treatment or the like to form an oxide layer. That is, for example, SiO□, M2O2, Murai), Few on the surface of the MLN sintered body.
This is a method of forming an oxide layer such as O3, CLIO, etc. However, although the oxide layer as exemplified above has good affinity with the glass layer, alumina layer, etc. and forms a strong bond, it has little affinity with the MLN sintered body itself and is reliable. It is thought that there is a problem with affordability.
発明が解決しようとする問題点
以上述べたように、電気絶縁性かつ熱伝導率が極めて良
好であることから、良好な放熱性が要求されるIC絶縁
基板やヒートシンク材料として期待されるMN焼結体は
、その表面を金属化して使用することが多いが、これら
に対する接合強度の点で問題があった。そこで、上記の
ような各種方法が考えられたが、いずれも不十分であり
、実用性充分な金属化面を有するNLN焼結体はいまの
ところ得られていない。Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, MN sintered material has extremely good electrical insulation and thermal conductivity, and is therefore expected to be used as an IC insulating substrate or heat sink material that requires good heat dissipation. The body is often used with its surface metallized, but there have been problems in terms of bonding strength to these metals. Therefore, various methods such as those described above have been considered, but all of them are insufficient, and a NLN sintered body having a metallized surface sufficient for practical use has not yet been obtained.
即ち、従来のMLN焼結体とメタライズペースト(例え
ば、市販のフリット、ケミカルボンドタイプのもの)を
塗布する厚膜法では良好な接合強度を得ることができな
かった。これは該導体ペーストが元来NL20.用であ
り、fiNNとは反応性が良くないためである。That is, good bonding strength could not be obtained by the conventional thick film method of applying a MLN sintered body and a metallized paste (for example, a commercially available frit or chemical bond type). This is because the conductor paste was originally NL20. This is because the reactivity is not as good as that of fiNN.
また、酸化物層を形成させながら、もしくは形成後、金
属化を施す方法が知られているMN焼結体表面の酸化物
処理が知られている。しかしなかから、上記SiOz
、4zOs、ムライト、Pt403、CuO等の酸化物
層はMLNとの反応性に乏しい。また、たとえ反応層が
形成されたとしても、該反応層は本質的に酸化物層と類
似しているためにMN表面との反応性は殆ど改善されず
、従ってA;LN焼結体との接合強度も改善されない。Furthermore, oxide treatment of the surface of the MN sintered body is known, in which a method is known in which metallization is performed while or after the oxide layer is formed. However, from inside, the above SiOz
, 4zOs, mullite, Pt403, CuO, etc., have poor reactivity with MLN. Moreover, even if a reaction layer is formed, since the reaction layer is essentially similar to an oxide layer, the reactivity with the MN surface will hardly be improved, and therefore the reaction with A; Bonding strength is also not improved.
更に、この酸化物処理は緻密性、膜の接合強度の点でも
問題がある。即ち、fflN表面の酸化物処理は、例え
ば以下のような式で表わされ:
2MLN+ −Ot −MtOz +Nt該反応に伴っ
て窒素ガスが発生する場合があり、得られる酸化膜は著
しく多孔質の膜となる。Furthermore, this oxide treatment has problems in terms of density and film bonding strength. That is, the oxide treatment of the fflN surface is expressed, for example, by the following formula: 2MLN+ -Ot -MtOz +NtNitrogen gas may be generated during this reaction, and the resulting oxide film is extremely porous. It becomes a membrane.
また、活性金属を用いた厚膜法、薄膜法によっても、十
分な接合強度を期待することは難しい。Further, it is difficult to expect sufficient bonding strength even by thick film methods or thin film methods using active metals.
即ち、これは窒化物と反応性が高い活性金属を用いた場
合でも、NLNが著しく化学的に安定であるためにこれ
らの間の十分な接合強度が得られず、結合が困難である
ことによるものと思われる。In other words, this is because even when active metals that are highly reactive with nitrides are used, NLN is extremely chemically stable, so sufficient bonding strength cannot be obtained between them, making it difficult to bond. It seems to be.
以上の如く、MN焼結体と金属化層を実用性十分な接合
強度とするための各種試みはいずれも失敗であった。従
って、金属層もしくは金属酸化物等並びにNLN焼結体
両者に対して親和性を存する化合物を開発して、これら
の間の結合を保証し、金属化層とNLN焼結体の接合強
度を改善し得るあらたな技術の開発が切に望まれている
。As described above, all attempts to achieve a bond strength sufficient for practical use between the MN sintered body and the metallized layer have failed. Therefore, we developed a compound that has affinity for both the metal layer or metal oxide and the NLN sintered body to ensure the bond between them and improve the bonding strength between the metallized layer and the NLN sintered body. The development of new technology that can do this is desperately needed.
そこで、本発明の目的は絶縁性並びに放熱性に優れた金
属化層とff1N焼結体の接合強度を改善することにあ
る。即ち、接合強度が優れ、信頬性の高い金属化面を有
するMN焼結体を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to improve the bonding strength between a metallized layer having excellent insulation properties and heat dissipation properties and an ff1N sintered body. That is, the object of the present invention is to provide a MN sintered body having excellent bonding strength and a highly reliable metallized surface.
問題点を解決するための手段
本発明者等は金属化層とMLN焼結体との間の接合強度
改善における上記の如き従来法の現状に鑑みて、新しい
技術を開発すべく種々検討、研究した結果、MLN焼結
体と金属化層との間に特定物質の介在層を設けるか、あ
るいは該金属化層中に特定の物質を予め混入させておく
ことが有効であることを見出し、かかる新規知見に基づ
き本発明を完成した。Means for Solving the Problems In view of the current state of the conventional methods described above for improving the bonding strength between the metallized layer and the MLN sintered body, the present inventors have conducted various studies and research in order to develop new techniques. As a result, it was found that it is effective to provide an intervening layer of a specific material between the MLN sintered body and the metallized layer, or to mix a specific material into the metallized layer in advance, and The present invention was completed based on new findings.
即ち、本発明の金属化面を有するMLN焼結体はその一
つの態様に従えば、MN焼結体と、その上の金属化層と
、これらの間の酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマ
ス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群よ
り選ばれた1種又は2種以上を含む介在層とを具備する
ことを特徴とする。That is, according to one embodiment of the MLN sintered body having a metallized surface of the present invention, the MN sintered body, a metallized layer thereon, and lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, It is characterized by comprising an intervening layer containing one or more selected from the group consisting of antimony oxide and these compounds.
また、本発明の別の態様によれば、本発明の金属化層を
有するMLN焼結体はMLN焼結体と、その上に設けら
れた酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化ア
ンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれた
1種又は2種以上を添加混入した金属化層と、これらの
間に形成された酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマ
ス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群よ
り選ばれた1種又は2種以上を含む介在層とで構成され
ることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, the MLN sintered body having a metallized layer of the present invention includes a MLN sintered body, lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these. A metallized layer containing one or more selected from the group consisting of compounds, and a group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds formed between them. It is characterized by being composed of an intervening layer containing one or more selected types.
上記本発明の第1の態様において、金属化層材料として
は金(Au)、金(Au)−白金(Pt)、白金(Pt
)、iffl(Ag)またはA、−パラジウム(Pd)
の厚膜ペースト(第1群)、あるいはまたw4(Cu)
、タングステン(W)またはモリブデン(MO)、モリ
ブデン(Mo) −マンガン(Mn)の厚膜ペースト(
第2群)などを好ましい例として挙げることができる。In the first aspect of the present invention, the metallized layer material is gold (Au), gold (Au)-platinum (Pt), platinum (Pt
), iffl(Ag) or A, -palladium (Pd)
thick film paste (1st group), or also w4(Cu)
, tungsten (W) or molybdenum (MO), molybdenum (Mo)-manganese (Mn) thick film paste (
Group 2) and the like can be cited as preferred examples.
これら材料は、まず第1群については大気雰囲気下、酸
素気流中、あるいは窒素雰囲気下で該厚膜ペーストを塗
布し、次いで焼成することにより金属化層とすることが
でき、第2群では非酸化性雰囲気下、弱還元性雰囲気下
あるいは加湿雰囲気下(湿度10%以下)で同様に厚膜
ペーストを塗布し、焼成することにより金属化層とする
ことができる。For the first group, these materials can be made into a metallized layer by first applying the thick film paste under an air atmosphere, an oxygen stream, or a nitrogen atmosphere, and then firing, and for the second group, a metallized layer can be formed by A metallized layer can be obtained by similarly applying a thick film paste under an oxidizing atmosphere, a weakly reducing atmosphere, or a humidified atmosphere (humidity 10% or less) and firing it.
この場合、形成される介在層は、焼成操作のために酸化
鉛、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より選ばれた1種又は2種以上と金属
化層形成材料および/またはfiN基板との反応および
/または拡散層および/または混合層として存在するか
、もしくは製造の際の酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化
アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれ
た1種又は2種以上、もしくは混合物単独の層が存在す
る場合もある。In this case, the intervening layer formed includes one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, antimony oxide, and compounds thereof and the metallized layer forming material and/or fiN for the firing operation. One or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, antimony oxide, and compounds thereof, present in reaction with the substrate and/or as a diffusion layer and/or mixed layer, or during production; Alternatively, a layer of a mixture alone may exist.
更に、上記金属化層は酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化
ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成
る群より選ばれた1種又は2種以上をff1N焼結体表
面に形成した後、酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビス
マス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群
より選ばれた1種又は2種以上親和性の高い活性金属と
してのチタン(Ti)ジルコニウム(Zr)またはハフ
ニウム(If)など(周期律表の第IVa族元素)を最
内層とし、次いでM O%ニッケル(Ni)の順、ある
いはTiまたはZrs次いでPt、 Auの順に薄膜形
成法によって堆積することによっても得ることができる
。この場合、薄膜形成法としては特に制限はなく、真空
蒸着法、化学気相蒸着法(CVD法)、プラズマCVD
法、スパッタリング法、イオンブレーティング法、イオ
ン蒸着薄膜形成法(IVD)などから、材質、種類等に
応じて適宜選択することができる。Furthermore, the metallized layer is formed by forming one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds on the surface of the ff1N sintered body, Titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (If), etc. as active metals with high affinity for one or more selected from the group consisting of germanium, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds (according to the periodic table). It can also be obtained by depositing M0% nickel (Ni) as the innermost layer, or by depositing Ti or Zrs, then Pt, and Au in this order using a thin film formation method. In this case, there are no particular restrictions on the thin film forming method, including vacuum evaporation, chemical vapor deposition (CVD), and plasma CVD.
Depending on the material, type, etc., the method can be appropriately selected from among methods such as method, sputtering method, ion blating method, and ion vapor deposition thin film forming method (IVD).
以上説明した第1の態様において酸化鉛、酸化ゲルマニ
ウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化
合物から成る群より選ばれた1種又は2種以上のff1
N焼結体表面上への形成法は、厚膜法あるいは′iII
膜法によって行うことができる。In the first embodiment described above, one or more ff1 selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof.
The method of forming N on the surface of the sintered body is the thick film method or 'iII.
This can be done by a membrane method.
更に詳しくいえば、酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビ
スマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る
群より選ばれた1種又は2種以上をスプレー法、スクリ
ーン印刷法、真空蒸着法、化学蒸着法、物理蒸着法、イ
オン注入法などで実施することができ、その厚さは特に
制限はかい。More specifically, one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds can be applied by spraying, screen printing, vacuum deposition, chemical vapor deposition, or physical deposition. This can be done by vapor deposition, ion implantation, etc., and there are no particular restrictions on the thickness.
また、本発明のもう一つの態様によれば、金属化層材料
としては八u、 Au−Pt、 Pt、 AgまたはA
g−Pd厚膜ペーストおよびCu −、W −、Moま
たはMo−Mn厚膜ペーストなどを好ましい例として挙
げることができる。これら材料は、酸化鉛、酸化ゲルマ
ニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より選ばれた1種又は2種以上を含有
しており、その量はペースト中の全金属重量の0.01
〜10重量%であることが好ましい。この酸化鉛、酸化
ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこ
れらの化合物から成る群より選ばれた1種又は2種以上
を含有する上記厚膜ペーストは直接MN焼結体表面上に
塗布され、次いで焼成することにより二層構造として形
成される。しかしながら、実際には厚膜ペーストの焼成
の際に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化
アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれ
た1種又は2種以上が拡散し、反応することにより酸化
鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化7ンチモン
およびこれらの化合物から成る群より選ばれた1種又は
2種以上を含む拡散層および/または反応層として介在
層が形成され、実際には三層構造となる。更に、この態
様でも予め第1の態様におけるように、酸化鉛、酸化ゲ
ルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれ
らの化合物から成る群より選ばれた1種又は2種以上を
NLN表面に適用しておき、その上にこれを含有するペ
ーストを適用して焼成することも勿論可能である。According to another aspect of the invention, the metallization layer material may be Au-Pt, Pt, Ag or A.
Preferred examples include g-Pd thick film paste and Cu-, W-, Mo or Mo-Mn thick film paste. These materials contain one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof, and the amount thereof is 0.5% of the total metal weight in the paste. 01
It is preferably 10% by weight. The thick film paste containing one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds is directly applied onto the surface of the MN sintered body, and then fired. By doing so, a two-layer structure is formed. However, in reality, when thick film paste is fired, one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds diffuses and reacts, resulting in oxidation. An intervening layer is formed as a diffusion layer and/or a reaction layer containing one or more selected from the group consisting of lead, germanium oxide, bismuth oxide, heptimony oxide, and these compounds, and actually has a three-layer structure. becomes. Furthermore, in this embodiment, as in the first embodiment, one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds is applied to the NLN surface in advance. Of course, it is also possible to apply a paste containing this thereon and bake it.
以上述べた本発明の金属化面を有するMN焼結体は、夫
々添付第1図(a)および(b)に示したような構造と
なる。第1図(a)は本発明の第1の態様、即ち3層構
造を有する例を模式的に断面図で示したものであり、N
LN焼結体1と、金属化層2と、これらの間に介在する
酸化鉛、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より1種又は2種以上の層と金属化層
および/またはMN基板との反応層および/または拡散
層および/または混合層で構成される中間介在層3とで
形成される。The MN sintered body having the metallized surface of the present invention described above has a structure as shown in the attached FIGS. 1(a) and 1(b), respectively. FIG. 1(a) is a schematic cross-sectional view of the first embodiment of the present invention, that is, an example having a three-layer structure.
LN sintered body 1, metallized layer 2, one or more layers from the group consisting of lead oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds interposed between them, the metallized layer, and/or It is formed with an intermediate intervening layer 3 composed of a reaction layer with the MN substrate and/or a diffusion layer and/or a mixed layer.
一方、本発明の第2の態様によれば、第1図(b)に示
すように、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよ
びこれらの化合物からなる群より1種又は2種以上の化
合物中の鉛、ビスマス、アンチモンまたは酸素がこれを
含有する金属化層用ペーストからff1Nliに拡散し
、またfiNまたは/およびその粒界層と反応して、M
LN焼結体1および金属化層2′とは異なる第3の層3
′ (界面N)を形成し、これらの間の密着性、緻密性
を保証し、MN焼結体の強度を保証する。On the other hand, according to the second aspect of the present invention, as shown in FIG. 1(b), one or more compounds from the group consisting of lead oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds Lead, bismuth, antimony or oxygen diffuses into the ff1Nli from the metallization paste containing it and reacts with fiN or/and its grain boundary layers to form M
A third layer 3 different from the LN sintered body 1 and the metallized layer 2'
' (interface N) is formed to ensure adhesion and compactness between them, and to guarantee the strength of the MN sintered body.
また、本発明において有用な基板としてのUN焼結体は
従来公知の任意の方法で作製できるが、このfiNはそ
の粉末自体が極めて焼結性に劣るために、粉末成形後焼
結して得られるNLN焼結体は多くの場合多量の気孔を
存し、熱伝導性の悪いものとなってしまう。これは、f
iN焼結体の如き絶縁性セラミックの熱伝導機構が、こ
のMLNがイオン結合、共有結合からなっているために
、主として格子振動間の非調和相互作用によるフォノン
伝導を主体としているので、多量の気孔、不純物等の欠
陥を有する場合には、フォノン散乱が著しく、低熱伝導
度のものしか得られないことによるものである。Furthermore, the UN sintered body as a substrate useful in the present invention can be produced by any conventionally known method, but since the powder itself of fiN has extremely poor sinterability, it can be obtained by sintering after powder compaction. The produced NLN sintered body often has a large amount of pores and has poor thermal conductivity. This is f
The heat conduction mechanism of insulating ceramics such as iN sintered bodies is mainly based on phonon conduction due to anharmonic interaction between lattice vibrations because this MLN consists of ionic and covalent bonds. This is because when defects such as pores and impurities are present, phonon scattering is significant and only low thermal conductivity can be obtained.
そこで、本発明者等の開発した緻密質かつ良好な熱伝導
率を有するAiN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い。この方法は1.8重量%以
下の酸素含有率のMLN粉末にイツトリウム(Y)およ
びセリウム(Ce)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Y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、170
0〜2200℃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(特願昭60−184635号
明細書参照)。しかし、この例に限らず、緻密質かつ良
好な熱伝導率を存するものであれば特に制限はない。Therefore, it is preferable to use a material obtained by a method for manufacturing an AiN sintered body having a dense quality and good thermal conductivity developed by the present inventors. In this method, a solution of at least one selected from the group consisting of yttrium (Y) and cerium (Ce) alkoxides is added to MLN powder with an oxygen content of 1.8% by weight or less in terms of Y or Ce.
~10% by weight was added, mixed and decomposed, then molded, 170% by weight.
It consists of normal pressure sintering in a non-oxidizing atmosphere at a temperature within the range of 0 to 2200°C (see Japanese Patent Application No. 184635/1986). However, the material is not limited to this example, and is not particularly limited as long as it is dense and has good thermal conductivity.
作 用
fiN焼結体は絶縁性並びに熱伝導性に優れていること
から、半導体装置、特に高集積度のICチップ、高速動
作、高周波動作性の高発熱量素子の絶縁基板あるいはヒ
ートシンクなどの半導体バフケージング材料として有望
視されていた。しかしながら、このAI!N焼結体はそ
の接合強度の点で不十分であり、従来からこの点を改良
すべく種々研究されていたにも拘らず、十分に満足でき
、実用に耐え得るものは今のところ得られていない。Function Because fiN sintered bodies have excellent insulation and thermal conductivity, they can be used for semiconductor devices, especially highly integrated IC chips, insulating substrates for high-speed operation, high-frequency operation, high heat generation elements, or semiconductors such as heat sinks. It was seen as a promising material for buff caging. However, this AI! N sintered bodies are insufficient in their bonding strength, and although various studies have been conducted to improve this point, so far nothing has been found that is fully satisfactory and can withstand practical use. Not yet.
ところで、このUN焼結体の接合強度の問題は、該A1
1N焼結体のメタライズの際に本発明におけるように工
夫することにより有利に解決することができる。By the way, the problem with the bonding strength of this UN sintered body is that the A1
This problem can be advantageously solved by devising the method of the present invention when metallizing a 1N sintered body.
一般に、金属は酸素に対して高い親和性を有するが、f
iNは明らかに窒化物であるから、その上に金属化層を
設ける場合、これらの界面に金属/金属酸化物および窒
化アルミニウムと親和性のある元素の単体あるいはその
化合物を介在させることにより、これら両者を強固に結
合させることができるものと考えられる。In general, metals have a high affinity for oxygen, but f
Since iN is obviously a nitride, when a metallized layer is provided on it, it is possible to form a metal/metal oxide and aluminum nitride by interposing a single element or a compound of an element that has an affinity for aluminum nitride at the interface between them. It is thought that the two can be strongly combined.
本発明者等はこのような技術的立脚点から、酸化鉛、酸
化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび
これらの化合物から成る群より1種又は2種以上が有効
であるとの見解に達し、本発明を完成した。From this technical standpoint, the present inventors have come to the opinion that one or more of the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds are effective, and the present invention completed.
即ち、NLN表面の公知の介在層は殆どの場合酸化物で
あり、本研究で金属/金属酸化物および窒化物の両者に
対して化学親和性の高いものの中で、特に酸化鉛、酸化
ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこ
れらの化合物から成る群より1種又は2種以上が有効で
あり、これらの融点は650〜1200℃であるので、
比較的低い温度つまり800℃〜1000℃で十分MN
焼結体と濡れ、拡散または/かつ反応有する。That is, the known intervening layers on the NLN surface are mostly oxides, and in this study, among those with high chemical affinity for both metal/metal oxides and nitrides, lead oxide, germanium oxide, One or more types from the group consisting of bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds are effective, and their melting points are 650 to 1200 ° C.
A relatively low temperature, i.e. 800°C to 1000°C, is sufficient for MN.
It wets, diffuses and/or reacts with the sintered body.
また、これらの化合物は金属および金属化合物と強固に
密着するので、これらを介在層とすることにより金属化
層とMN基板との間の十分な接合強度を保証するものと
思われる。Moreover, since these compounds adhere strongly to metals and metal compounds, it is thought that by using them as an intervening layer, sufficient bonding strength between the metallized layer and the MN substrate is ensured.
この酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化ア
ンチモンおよびこれらの化合物から成る群より1種又は
2種以上から選ばれたものと、MN焼結体および金属化
層界面に形成する方法としては主として2通りの方法が
考えられ、その一つはまずfiN焼結体表面に厚膜法、
薄膜法で酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸
化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より1種
又は2種以上からなる層を形成し、これを介して金属化
層を通用することによって強固な接合を達成するもので
ある。There are two main methods for forming one or more materials selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds on the interface of the MN sintered body and the metallized layer. One method is to first apply a thick film method to the surface of the fiN sintered body.
A layer consisting of one or more types from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds is formed using a thin film method, and a metallized layer is passed through the layer to form a strong bond. The goal is to achieve the following.
もう一つの方法は予め酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化
ビスマス、酸化アンチモンおよびその化合物から成る群
より1種又は2種以上を金属化層形成用ペースト中に添
加混合しておき、これをMN焼結体に直接塗布し、焼成
することにより実現できる。いずれの場合においても、
酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチ
モンおよびその化合物から成る群より1種又は2種以上
、またはその化合物中の鉛、ビスマス、ゲルマニウム、
アンチモンまたは/かつ酸素原子がNLNおよび/また
は金属化層中に拡散し、場合によっては反応して拡散層
および/または反応層を形成する。これによってNLN
焼結体と金属化層との接合は強固なものとなり、十分に
実用化に耐える金属化面を有するAiN焼結体基板等が
得られることになる。Another method is to add and mix in advance one or more of the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and their compounds into a paste for forming a metallized layer, and then MN sintering. This can be achieved by applying it directly to the body and firing it. In either case,
One or more of the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide and their compounds, or lead, bismuth, germanium in the compounds thereof,
Antimony and/or oxygen atoms diffuse into the NLN and/or metallization layer and optionally react to form a diffusion layer and/or a reaction layer. This allows NLN
The bond between the sintered body and the metallized layer becomes strong, and an AiN sintered body substrate or the like having a metallized surface that can be used in practical use can be obtained.
特に、酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化
アンチモンおよびその化合物から成る群より1種又は2
種以上含有メクライズペーストを用いる厚膜ペースト法
においては、大気雰囲気下で焼成する場合にはペースト
材料としてAg、 Pt、Au−PL、 Au、 Ag
−Pdペーストを用いることが好ましく、加湿水素雰囲
気下での焼成に対してはW5MO,Mnを、また窒素雰
囲気下ではCuペーストを用いることが好ましい。この
場合、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化
アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より1種又
は2種以上のもののペーストへの添加量は、上記の如く
ペースト中に存在する全金属重量の0.01〜10重量
%であることが好ましい、というのは酸化鉛、酸化ビス
マス、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモンおよびこれら
の化合物から成る群より1種又は2種以上のものの量が
全金属重量の10重量%を越える場合、fiN焼結体と
金属化層との接着強度の点では何等問題ないが、ワイヤ
ボンド性など他の点で問題が生じ、せっかくの高絶縁性
かつ高熱伝導性という興味ある特性を生かせなくなって
しまうがらである。一方、下限の0.01重量%に満た
ない場合には目的とす、る十分な接合強度が得られない
からである。In particular, one or two of the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide and their compounds.
In the thick film paste method using a mekrise paste containing more than one species, when firing in an atmospheric atmosphere, the paste materials include Ag, Pt, Au-PL, Au, Ag.
-Pd paste is preferably used, W5MO, Mn is preferably used for firing under a humidified hydrogen atmosphere, and Cu paste is preferably used under a nitrogen atmosphere. In this case, the amount of one or more selected from the group consisting of lead oxide, bismuth oxide, germanium oxide, antimony oxide, and these compounds added to the paste should be 0% of the total metal weight present in the paste as described above. 01 to 10% by weight, which means that the amount of one or more from the group consisting of lead oxide, bismuth oxide, germanium oxide, antimony oxide and their compounds is 10% by weight of the total metal weight. %, there will be no problem in terms of adhesive strength between the fiN sintered body and the metallized layer, but problems will occur in other respects such as wire bonding properties, and the interesting properties of high insulation and high thermal conductivity will be lost. However, it becomes impossible to make the most of it. On the other hand, if the content is less than the lower limit of 0.01% by weight, the desired and sufficient bonding strength cannot be obtained.
・ かくして、本発明におけるように酸化鉛、酸化ビ
スマス、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモンおよびこれ
らの化合物から成る群より1種又は2種以上のものをM
N焼結体および金属化層の間に介在させたことに基づき
各種の利点を得ることができる。即ち、まずこれらは上
記両者の間に均一かつ緻密で強固な結合を与える。これ
は金属、酸化物、ガラス等と同様にNLNに対しても酸
化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモ
ンおよびこれらの化合物から成る群より1種又は2種以
上が良好な濡れ性を与え、その結果高い接着強度が得ら
れることによる。・Thus, as in the present invention, M
Due to the interposition between the N sintered body and the metallized layer, various advantages can be obtained. That is, first, they provide a uniform, dense, and strong bond between the two. This means that one or more of the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and these compounds gives good wettability to NLN as well as metals, oxides, glass, etc. This is because high adhesive strength can be obtained as a result.
従って、本発明の金属化面を有するMN焼結体は、高い
放熱性と高絶縁性とを併せもつ材質の使用が必要とされ
るあらゆる分野において適用可能であり、特にICなど
に対する絶縁基板、ヒートシンクなどに有利に使用でき
る。Therefore, the MN sintered body having a metallized surface of the present invention can be applied to all fields that require the use of a material that has both high heat dissipation and high insulation properties, and is particularly applicable to insulating substrates for ICs, etc. It can be advantageously used for heat sinks, etc.
実施例
以下、実施例により本発明の金属化層を有するMN焼結
体を更に具体的に説明すると共に、その有用性を立証す
るが、本発明の焼結体は以下の例により何等制限されな
い。EXAMPLES Hereinafter, the MN sintered body having a metallized layer of the present invention will be explained in more detail and its usefulness will be demonstrated through examples, but the sintered body of the present invention is not limited in any way by the following examples. .
実施例I
AIIN基板表面に、厚さ 1.0#mのPbO、Ge
Oz、BizOi、または5bzOsを粉体スプレー法
で塗布した後、800℃にて30分間、大気雰囲気中で
焼成した。次いで、該表面に約25μmの厚さにAu、
Ag−Pd、 Ag1体ペーストをスクリーン印刷法で
塗布した後、920℃にて10分間、酸素気流中で焼成
した。かくして得た金属化面を有するAIIN焼結体に
半田付けによりワイヤー(銅vAIIIIIφ)を溶接
し、その際の引張強度を測定した。Example I PbO and Ge with a thickness of 1.0 #m were deposited on the surface of the AIIN substrate.
After applying Oz, BizOi, or 5bzOs by a powder spray method, it was baked at 800° C. for 30 minutes in an air atmosphere. Next, Au to a thickness of about 25 μm was applied to the surface.
After applying Ag-Pd and Ag1 body paste by screen printing, it was fired at 920°C for 10 minutes in an oxygen stream. A wire (copper vAIIIIIIφ) was welded by soldering to the thus obtained AIIN sintered body having a metallized surface, and the tensile strength at that time was measured.
結果は以下の通りであった。The results were as follows.
PbOGe0t BizOi 5bzOiAuペース
ト 2.1 2.2 2.3 2.
1八g−Pdペース ト 2.3 2
.5 2.7 2.OAgペー
スト 2.1 2.4 2.6 2
.0(Kg/+sm”)
尚、比較のためMLN基板上に上記の如く、直接ペース
トを塗布し、焼成したところ、引張強度は夫々Auペー
スト: 0.4Kg/ mn+” 、Ag −Pdペ
ースト:0.5Kg/m+s” 、Agペースト:
0.2Kg/IIIm”であった。PbOGe0t BizOi 5bzOiAu paste 2.1 2.2 2.3 2.
18g-Pd paste 2.3 2
.. 5 2.7 2. OAg paste 2.1 2.4 2.6 2
.. 0 (Kg/+sm+") For comparison, when the paste was applied directly onto the MLN substrate as described above and fired, the tensile strength was 0.4Kg/mn+" for Au paste and 0.4Kg/mn+" for Ag-Pd paste, respectively. .5Kg/m+s”, Ag paste:
0.2 Kg/IIIm".
実施例2
へg−Pdペーストに、その重量の0.01.0.1.
1または10%に当たるpbo、G e Oz 、B
t 20 s またはSb、O。Example 2 0.01.0.1 of its weight was added to Heg-Pd paste.
pbo, G e Oz, B equal to 1 or 10%
t 20 s or Sb, O.
を添加し、十分に混合した。かくして得たpbo、Ge
Ox 、Bix0a または5bzOs含有ペ −
ス ト をMN焼結体基板上に厚さ約20μmで塗布し
た後、930℃で10分間酸素気流中で焼成し、本発明
の金属化面を有する眉N焼結体を得た。実施例1と同様
にして測定した引張強度は以下の如くであった。was added and mixed thoroughly. Thus obtained pbo, Ge
Ox, Bix0a or 5bzOs containing paper
After applying the paste to a thickness of about 20 μm on a MN sintered body substrate, it was fired at 930° C. for 10 minutes in an oxygen stream to obtain a MN sintered body having a metallized surface according to the present invention. The tensile strength measured in the same manner as in Example 1 was as follows.
一方、MN基板上に含まない上記Ag−、Pdペースト
を直接塗布し、焼成して得た製品の引張強度は0.5K
g/+s@’であった・
実施例3
fiN基板に厚さ0.5umのPbOs GeOz 、
BitOz、または5bzOsを塗布した後、950℃
にて10分間窒素雰囲気中で焼付けした。次いでその表
面に、実施例1と同様に5種(Au 、八g−Pd、
Au−PtおよびAg)の導体ペーストを塗布し、80
0℃にて30分間焼成した。夫々をワイヤーボンド(金
線φ30μm)法で測定したところ、以下のような結果
となった。On the other hand, the tensile strength of the product obtained by directly coating the above Ag-Pd paste without containing it on the MN substrate and firing it was 0.5K.
g/+s@' Example 3 PbOs GeOz with a thickness of 0.5 um was deposited on the fiN substrate.
After applying BitOz or 5bzOs, 950℃
Baking was performed for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Then, similar to Example 1, 5 types (Au, 8g-Pd,
Apply conductive paste of Au-Pt and Ag) and
It was baked for 30 minutes at 0°C. When each was measured using a wire bond (gold wire φ30 μm) method, the following results were obtained.
また、比較例としてB金属の通用をせず、直接上記ペー
ストを塗布、焼成して得た製品についても同様な測定を
行った。Further, as a comparative example, similar measurements were conducted on a product obtained by directly applying and firing the paste without applying B metal.
g)
尚、この値は一般に6g以上であることが実用上必要と
されている。g) Note that this value is generally required to be 6 g or more for practical purposes.
実施例4
実施例1と同様にしてPbO、GeOz 、B4z02
、また は5btOaを塗布したN1.N基板表面に、
Cuのペーストをスクリーン印刷法で約18μmの厚さ
に塗布した0次いで、これら試料を加湿水素気流中で8
20℃にて30分間焼成した。得られた製品の引張強度
は夫々2.9.3.8.4.9 および4.0Kg/
mm!であった。比較のためにpbo、GeO2、Bi
zOiまたはsb、o、を使用せずにペーストを直接塗
布し、焼成した。Example 4 PbO, GeOz, B4z02 were prepared in the same manner as in Example 1.
, or N1. coated with 5btOa. On the surface of the N substrate,
A Cu paste was applied to a thickness of approximately 18 μm using a screen printing method.Then, these samples were coated in a humidified hydrogen stream for 8 µm.
It was baked at 20°C for 30 minutes. The tensile strengths of the obtained products were 2.9, 3, 8, 4.9 and 4.0 kg/
mm! Met. For comparison, pbo, GeO2, Bi
The paste was applied directly without using zOi or sb,o, and fired.
引張強度は以下の通りであった。The tensile strength was as follows.
比較例:Cuコ0.4にg/m*”
実施例5
実施例4と同様にしてBi2O2を塗布したMN基板表
面にW、Mo −Mnの各ペーストをスクリーン印刷法
で約25μmの厚さに塗布した。これらの試料を加湿水
素気流中で夫々1610および1440℃にて20分間
焼成した。得られた製品の引張強度は夫々3.4.3.
6Kg/鶴Iltであった。比較のためにBizOsを
使用せずに各ペーストを直接塗布し焼成した。Comparative example: Cu 0.4 g/m*” Example 5 W and Mo-Mn pastes were screen printed on the surface of the MN substrate coated with Bi2O2 in the same manner as in Example 4 to a thickness of about 25 μm. These samples were baked in a humidified hydrogen stream at 1610°C and 1440°C for 20 minutes, respectively.The tensile strengths of the resulting products were 3.4.3.
It was 6Kg/Tsuru Ilt. For comparison, each paste was directly applied and fired without using BizOs.
引張強度は以下の通りであった。The tensile strength was as follows.
比較例: W= 0.4Kg/ll1m”Mo−
Mn= 0.5Kg/mm”
実施例6
株式会社アサヒ化学研究所製Wペース) (#WA−1
200)に、その重量ノ0.9%に相当するB f t
Oxを添加し、十分に混合してB i z O*含有
Wペーストを得た。Comparative example: W=0.4Kg/ll1m"Mo-
Mn=0.5Kg/mm” Example 6 W pace manufactured by Asahi Chemical Research Institute Co., Ltd.) (#WA-1
200), B f t corresponding to 0.9% of its weight
Ox was added and thoroughly mixed to obtain a B i z O*-containing W paste.
このペーストをスクリーン印刷法で約29μmの厚さに
、4Nグリ一ンシート表面に塗布した後、窒素雰囲気下
で同時焼成を行った。密着強度(引張強度)は2.8X
g/sm”であった。一方、Bi2O2を使用しない例
についても実施したが、結果は以下の通りであった。This paste was applied to the surface of a 4N green sheet to a thickness of about 29 μm by screen printing, and then co-fired in a nitrogen atmosphere. Adhesion strength (tensile strength) is 2.8X
g/sm". On the other hand, an example in which Bi2O2 was not used was also conducted, and the results were as follows.
比較例:密着強度=0.8Kg/ms+”実施例7
Au粉末100重量部に対してpbo、Ge01 %
8itchあるいは5btOz粉末を0.001〜20
重量部添加し、それらの金属混合物の100ffi量部
に対し、有機結合材としてエチルセルロースを濃度6%
で含むテルピネオール溶液を20重量部の割合で添加後
混練したスラリー状のAuペーストをスクリーン印刷法
でNLN基板に厚み約25μmに塗布して大気雰囲気中
で905℃にて、10分間焼成した金属化面との接合強
度はワイヤボンド法(Au線30IIImφ)によって
、また金属化面のワイヤボンド性については、Au線を
金属化面にワイヤボンドを試みた個数に対してワイヤボ
ンドが行えた個数を百分率で表わして、以下の第1表に
示すように3段階で評価した。Comparative example: Adhesion strength = 0.8 Kg/ms + "Example 7 pbo, Ge01% with respect to 100 parts by weight of Au powder
8itch or 5btOz powder from 0.001 to 20
Add ethyl cellulose as an organic binder at a concentration of 6% to 100ffi parts of the metal mixture.
A slurry-like Au paste prepared by adding and kneading terpineol solution containing 20 parts by weight was applied to the NLN substrate to a thickness of approximately 25 μm using a screen printing method, and was baked at 905°C for 10 minutes in an air atmosphere. The bonding strength with the surface was determined by the wire bonding method (Au wire 30IIImφ), and the wire bonding property of the metallized surface was determined by calculating the number of wire-bonded Au wires to the metallized surface compared to the number of wire bonds attempted. It was expressed as a percentage and evaluated in three stages as shown in Table 1 below.
第1表
上部・・ワイヤボンド値(g)
下部・・ワイヤボンド性
実施例8
Cuペーストに、CU金属粉末に対して0.5wt%の
PbO、GeOz 、Bit’3、もしくは5btO
sを添加混合した後、このペーストをスクリーン印刷法
で、MN基板上に厚み約16μm位に塗布して、窒素雰
囲気中710℃にて10分間焼成した。焼成した金属化
面にAuメ、キを厚み約1μm程度に施し、実施例8と
同様にワイヤボンド法(Au線30+a+φ)によって
接合強度を求めた。Table 1 Upper part: Wire bond value (g) Lower part: Wire bond property Example 8 0.5 wt% of PbO, GeOz, Bit'3, or 5btO was added to the Cu paste based on the CU metal powder.
After adding and mixing s, this paste was applied onto a MN substrate to a thickness of about 16 μm by screen printing, and baked at 710° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Au metallization was applied to the fired metallized surface to a thickness of about 1 μm, and the bonding strength was determined by the wire bonding method (Au wire 30+a+φ) in the same manner as in Example 8.
また、比較例として、Cuペーストに何も添加せずに同
様に操作し、メタライズを施して、ワイヤボンド値を求
めた。Moreover, as a comparative example, the same operation was performed without adding anything to the Cu paste, metallization was performed, and the wire bond value was determined.
添加粉末 PbOGe01 BitCI+ 5bt
Oz ナシ(比較例)フイヤボシF(直軸) 11.
0 11.7 13.4 12.
0 3.8発明の効果
かくして、本発明の金属化面を存するMN焼結体によれ
ば、接合強度が不十分であることから、興味ある高熱伝
導性並びに高絶縁性を有するにも拘らず、高放熱性の絶
縁基板としであるいはヒートシンクとして集積度の高い
IC用、あるいは高周波動作性、高速動作性の各種素子
の絶縁材料として実用化するには不十分であったfiN
焼結体をほぼ実用化し得るまでにその接合強度の改善を
図ることが可能となった。これは金属化層とNtN焼結
体との間に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、
酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選
ばれた1種又は2種以上あるい1よその化合物を介在さ
せた後、あるいはこれら酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸
化ビスマス、又は/かつ酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より選ばれた1種又は2種以上をペー
スト中に添加・混合した後、厚膜法あるいは薄膜法で金
属化層を適用することにより、NLNおよび/または金
属化層と酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸
化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ば
れた1種又は2種以上またはその化合物層とが拡散層お
よび/または反応層を形成することによって強固に結合
することに基づくものである。Additive powder PbOGe01 BitCI+ 5bt
Oz None (comparative example) Fiyaboshi F (straight axis) 11.
0 11.7 13.4 12.
0 3.8 Effects of the Invention Thus, according to the MN sintered body having a metallized surface according to the present invention, the bonding strength is insufficient, and therefore, although it has interesting high thermal conductivity and high insulation properties, fiN was insufficient for practical use as an insulating substrate with high heat dissipation or as a heat sink for highly integrated ICs, or as an insulating material for various devices with high frequency operation and high speed operation.
It has become possible to improve the bonding strength of the sintered body to the point where it can almost be put into practical use. This includes lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, etc. between the metallized layer and the NtN sintered body.
After intervening one or more selected from the group consisting of antimony oxide and these compounds, or one other compound, or after interposing these lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, or/and antimony oxide and these compounds. By adding and mixing one or more selected from the group consisting of compounds into the paste and then applying the metallization layer by a thick film method or a thin film method, the NLN and/or metallization layer and lead oxide can be combined. , germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and one or more selected from the group consisting of these compounds, or a layer of these compounds, forming a diffusion layer and/or a reaction layer to form a strong bond. It is based on
また、本発明による窒化アルミニウム焼結体の金属化面
は、ワイヤボンディング強度に優れているので、半導体
装置用基板等として該装置の組立実装部品として極めて
適したものとなる。Further, since the metallized surface of the aluminum nitride sintered body according to the present invention has excellent wire bonding strength, it is extremely suitable as a substrate for semiconductor devices, etc., and as an assembly and mounting component of the device.
第1図(a)および(b)は夫々本発明の金属化面を有
する窒化アルミニウム焼結体の好ましい2つの態様を説
明するための模式的断面図である。
(主な参照番号)
1・・・・・・MN基板、
2.2′ ・・・金属化層、
3.3′ ・・・介在層FIGS. 1(a) and 1(b) are schematic cross-sectional views for explaining two preferred embodiments of the aluminum nitride sintered body having a metallized surface according to the present invention. (Main reference numbers) 1...MN substrate, 2.2'...metalized layer, 3.3'...intervening layer
Claims (9)
、これらの間に形成された酸化鉛、酸化ゲルマニウム、
酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物か
ら成る群より選ばれた1種又は2種以上を含む介在層と
で構成されることを特徴とする金属化面を有する窒化ア
ルミニウム焼結体。(1) An aluminum nitride sintered body, a metallized layer thereon, and lead oxide and germanium oxide formed between them.
An aluminum nitride sintered body having a metallized surface, comprising an intervening layer containing one or more selected from the group consisting of bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof.
雰囲気中で金、金−白金、白金、銀または銀−パラジウ
ムの厚膜ペーストを焼成することにより形成されるもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の金
属化面を有する窒化アルミニウム焼結体。(2) The metallized layer is formed by firing a thick film paste of gold, gold-platinum, platinum, silver, or silver-palladium in air, oxygen atmosphere, or nitrogen atmosphere. An aluminum nitride sintered body having a metallized surface according to claim 1.
あるいは加湿雰囲気中で、銅、タングステン、モリブデ
ンまたはモリブデン−マンガンの厚膜ペーストを焼成す
ることにより形成されたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の金属化面を有する窒化アルミ
ニウム焼結体。(3) The metallized layer is formed by firing a thick film paste of copper, tungsten, molybdenum, or molybdenum-manganese in a non-oxidizing atmosphere, a weakly reducing atmosphere, or a humidified atmosphere. An aluminum nitride sintered body having a metallized surface according to claim 1.
とし、次いでモリブデン、ニッケルの順、あるいはプラ
チナ、金の順に薄膜法によって形成されたものあること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の金属化面を有
する窒化アルミニウム焼結体。(4) The metallized layer is formed by a thin film method, with a group IVa element of the periodic table as the innermost layer, followed by molybdenum and nickel, or platinum and gold in that order. An aluminum nitride sintered body having a metallized surface according to scope 1.
特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の金属化面を有
する窒化アルミニウム焼結体。(5) The aluminum nitride sintered body having a metallized surface according to claim 4, wherein the Group IVa element is Ti or Zr.
て、該金属化層に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビス
マス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群
より選ばれた1種又は2種以上を含み、上記金属化層と
焼結体との間に形成された酸化鉛、酸化ゲルマニウム、
酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物か
ら成る群より選ばれた1種又は2種以上を含む介在層を
有することを特徴とする上記金属化面を有する窒化アル
ミニウム焼結体。(6) An aluminum nitride sintered body having a metallized layer, the metallized layer containing one or more types selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof. containing lead oxide, germanium oxide, formed between the metallized layer and the sintered body,
The aluminum nitride sintered body having a metallized surface as described above, further comprising an intervening layer containing one or more selected from the group consisting of bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof.
ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成
る群より選ばれた1種又は2種以上を存在する全金属重
量の0.01〜10重量%含有することを特徴とする特
許請求の範囲第6項記載の金属化面を有する窒化アルミ
ニウム焼結体。(7) 0.01 to 10% by weight of the total metal weight in which the metallized layer contains one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof. An aluminum nitride sintered body having a metallized surface according to claim 6.
ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成
る群より選ばれた1種又は2種以上を含む金、金−白金
、白金、銀または銀−パラジウム厚膜ペーストを上記窒
化アルミニウム焼結体の表面に塗布し、大気中、酸素雰
囲気中または窒素雰囲気中で焼成して得られたものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の金属化
面を有する窒化アルミニウム焼結体。(8) Gold, gold-platinum, platinum, silver, or silver- in which the metallized layer contains one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof. Claim 7, characterized in that the paste is obtained by applying a palladium thick film paste to the surface of the aluminum nitride sintered body and firing it in air, oxygen atmosphere, or nitrogen atmosphere. Aluminum nitride sintered body with a metallized surface.
ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成
る群より選ばれた1種又は2種以上を含有する銅、タン
グステン、モリブデンまたはモリブデン−マンガン厚膜
ペーストを上記窒化アルミニウム焼結体表面に塗布し、
非酸化性雰囲気、弱還元性雰囲気あるいは加湿雰囲気中
で焼成して得られたものであることを特徴とする特許請
求の範囲第6項または第7項に記載の金属化面を有する
窒化アルミニウム焼結体。(9) A copper, tungsten, molybdenum, or molybdenum-manganese thick film in which the metallized layer contains one or more selected from the group consisting of lead oxide, germanium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and compounds thereof. Apply the paste to the surface of the aluminum nitride sintered body,
The aluminum nitride fired aluminum nitride having a metallized surface according to claim 6 or 7 is obtained by firing in a non-oxidizing atmosphere, a weakly reducing atmosphere, or a humidified atmosphere. Body.
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