JPS62226880A

JPS62226880A - 金属化窒化アルミニウム体

Info

Publication number: JPS62226880A
Application number: JP6834186A
Authority: JP
Inventors: 保敏栗原; 正昭高橋; 井上　広一; 沢畠　守; 八野　耕明
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-28
Filing date: 1986-03-28
Publication date: 1987-10-05

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、金属化窒化アルミニウム体及びその製法にＩ
Ａする。特に、熱伝導性、気密性、接合強度を損なう酸
化物を薄くして、金属化層を設けた窒化アルミニウム本
に関するものである。

〔従来の技術〕

窒化アルミニウム焼結体は、近年の焼結技術や精製技術
の向上に伴なって、電子部品用基板材料として注目に値
する好喧しい物性が付与されるに至っている。

Ｉｆｌｌえば、（１）ＹｔＯｓ添加無加圧焼結により窒
化アルミニウム体に熱伝導率４０〜１００Ｗ／ｍ＊　Ｋ
、体積抵抗率１０１４９の以上（室温）、誘電率８．８
　（Ｉ　ＭＨｚ　）、誘電強度１４０〜１７０ｋＶ／ｃ
ｒＩｔ（室温）熱膨張係数４．５　Ｘ　１０″’／Ｃ（
室温〜４００Ｃ）、曲げ強度４０〜５０に９／喝２なる
性質を有する。

又、（２）高純度、高密度に精製された窒化アルミニウ
ム粉を加圧焼結して、熱伝導率１６０Ｗ／　ｍ１１　Ｋ
　（室温）、戒気抵抗率５Ｘ１０”９口（室温）、誘電
率８．９　（ＩＭＨｚ　）　、屈曲強度５０００す／ｆ
１２、熱膨張係数４．３Ｘ１０’／Ｃ’（室温〜４００
Ｃ）なる性質を有する窒化アルミニウム本がある。

上記先行技術ｆＭＪ（１）、（２）から、窒化アルミニ
ウム焼結体は、熱伝導率や絶縁耐力が犬で、熱膨張係数
がシリコンのそれに近似し、更に毒性が無い等の特徴を
積極的に活かすことにより、屯子装置の性能向上に資す
ることができると期待される。この期待実現のためには
、窒化アルミニウム体と金属をにじめとする他部材とを
、在来のろう付は法によって接合するための金属化層を
、上記窒化アルミニウム体上に形成する必要がある。

上記先行技術例（１）では、ＤＢＣ（１）ｉｒｅｅｔＢ
ｏｎｄｅｄ　（：ｏｐｐｅｒ）法によって鋼層を窒化ア
ルミニウム本土に設けて金属化を達成している。同法に
よる金属化層は、上述した高温ろう付けに耐え得ること
が期待される。

更に、（３）特開昭５０−７５２０８号では窒化アルミ
ニウム焼結体を金属化するにあたり、窒化アルミニウム
表面を酸化させながらＭｏ、Ｗ。

Ｍ　＊　、Ｔ　１等の金属を焼結する方法を、そして（
４）特開昭５３−１０２３１０号では焼結窒化アルミニ
ウム系基体と、この基体の所要面に金属酸化物層、例え
ばＳ　ｔＱ２、ＡＩｔ　ｏ、　、Ｍｇ０ｓ　Ｃａｂ、　
Ｆ　ｅｔｏｓ等を含む酸化物層を介してＮ１゜、Ｗ、Ｍ
、−Ｗ系、Ｍ　０Ｍ　＊系金属層とからなる熱伝導性基
板をそれぞれ開示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記先行技術例（１）によるＤＢＣ法は酸素の存在を前
提に成立する技術であって、窒化アルミニウム体と金属
化層としての銅層との間には、酸化物の生成及び介在が
必須である。この場合の酸化物としては、酸化鋼、酸化
アルミニウムが挙げられる。これらの酸化物の熱伝導４
は、例えば１７Ｗ／ｍ−Ｋ（酸化アルミニウム）と小さ
い。したがって、酸化物の存在は金属化窒化アルミニウ
ム体全体としての熱伝導性を損なう。

又、先行技術列（３）及び（４）による場合も、窒化ア
ルミニウム基体と金属化層との間には熱伝導率の小さい
酸化物層が仔在し、金属化窒化アルミニウム本全体とし
ての熱伝導性能が損なわれやすい。

上記先行技術例は上述の熱伝導性の外に電気絶縁性、金
属化層と窒化アルミニウム体間の接合強度や気密性、信
頼性の点で解決すべき課題が多い。

これらの主たる原因は積極的に酸化性雰囲気で熱処理す
るため、金属化層と窒化アルミニウム体間に多孔質で厚
い酸化物層が形成されやすいことによる。

したがって本発明は、熱伝導機能電気絶縁性、強固な接
合性、気密性、そして信頼性が損なわれず、高温ろう付
けに１１１ｉｔえる新規な金属化窒化アルミニウム本及
びその形成手段を提供することを目的とする。

〔１司−４点全解決するための手段〕本発明の金属化窒化アルミニウム本は、上記目的を達成
するため、焼結体である上記窒化アルミニウム体の所定
部に焼結して一体化したモリブデン及びマンガンを生成
分とする金属層を有するものにおいて、上記金属層が同
金属層の出発原料に含まれる酸化物を酸素源とする酸化
反応により生成された酸化物層を介して上記窒化アルミ
ニウム体と接合されるようになされる。

又、本発明の金属化窒化アルミニウム本の製法は、モリ
ブデン及びマンガンを生成分とする金属層の出発原料と
なるべき上記金属の酸化物を少くとも一部に含む粉末ペ
ースト材を焼結窒化アルミニウム本に塗布した後、非酸
化性雰囲気下で熱処理する工程を含むことを特徴とする
。

〔作用〕

本発明においてＭ。粉末とＭ、粉末は窒化アルミニウム
本土に焼結されるとともに、粉末相互も焼結され、巨視
的には焼結体窒化アルミニウム体と金属層が一本化され
た状態が具現される。この際本発明においては、（１〕
非暖化性雰囲気下で熱処理することにより窒化アルミニ
ウム体表面の過度の酸化、即ち厚い酸化アルミニウムノ
ーの生成が抑制される点、（２）熱処理の昇温過程で、
少くとも表面に酸化物層を臂するＭ、粉末が、窒化アル
ミニウム体に金属化層との接着力を維持するのに必要な
適量の酸化物層を形成するための酸化供給源になる点、
（３）少くとも表面に酸化物層を有するＭ１粉末が、窒
化アルミニウム体との焼結がなされるのに先行して金属
粉末どうしの融着が促進されるのを抑制する点に作用の
新規性を有する。

酸化物層を有するＭ、粉末が酸素供給源となり得るのは
次の化学反応に基ずくと考えられる。

先ず熱分解反応によりＭ、０．→Ｍ、Ｏ＋０　　　　　　・・・・・・・・・
（１）水素ガス存在下の非酸化成雰囲気のもとでは、Ｍ
、０＋Ｈ１→Ｍ、＋Ｈ，Ｏ・・・・・・・・・（２）な
る反応を生じ、生成された０、Ｈ，Ｏが窒化アルミニウ
ム体表面をｔｉ化するのに供給される。又、これらの０
やＨｔ　Ｏは他の金属粉末、例えばＭ００粉末面を酸化
疲膜で被覆するための酸化源にもなり得る。尚、ぼ素像
としては上述の酸化マンガンと共にゲルマニウム、シリ
コ・ン、鉄、チタニウム、亜鉛、タングステン等の金属
酸化物を少量添加することは可能である。この際、熱伝
導性を損なわない程度に添加すべきことは勿論である。

〔実施例〕

次に断面図を参照して、本発明の実施列を更に詳細に説
明する。第１図は、本発明実施例におけるＭ。及びＭ、
からなる金属層を焼結、一体化した金属化窒化アルはニ
ウム本を説明する図である。

同図を参照するに、１０は高純度アルミナ粉と炭素粉と
の混合物を窒素雰囲気下で１６００Ｃ１５時間熱処理し
、引続き過剰の炭素を酸素存在下の加熱によって除去し
て得た高純度は酸窒化アルミニウム粉（粒径１μｍ以下
）を、窒素雰囲気中で加圧焼結（２００に＃／ｃｍ”　
、２０００Ｃ，３時間）して得た板である。この焼結体
は数十ｐｐｌＴｌのＣａ。

Ｍｇ％　Ｃｒ、Ｆｅ％　８ｉＳＮｉや１％程度の酸素、
０．０６％位の炭素を不純物として含有し、焼結体の粒
径は１〜２μｍ程匿である。この窒化アルミニウム本１
０上には、Ｍ（１及びＭｏからなる厚さ約８μｍの焼結
金属層１１　（ｌｌａ、１ｌｂ）が一本化されている。

焼結金属層１１の直下には、厚さ約０．１μｍの酸化ア
ルミニウムを主体とする酸化物層１２（１２ａ、１２ｂ
）が介装されている。焼結金属層ｌｌ上にぽめつきによ
り形成したニッケル層１３　（１３ａ、１３ｂ）が投げ
らｎｌろう材へのぬれ性が付与されている。

以上の金属化窒化アルミニウム本は、次のようにして製
作された。第２図に示すように、焼結本窒化アルミニウ
ム板１０上に出発原料としての平均粒径１μｍのＭ０粉
末及び平均粒径１．５μｍのＭ、０．粉末を混錬した金
属ペースト層１１０（１１０ａ、１１０ｂ）を印刷法に
て選択塗布した形態を表わしている。同ペースト層１１
０は５０重量％のＭｏ及び５０重量％のＭ　−Ｏｔから
なる混合粉末をバインダとしてのアクリル樹脂、溶媒と
してのＣ＋ｏＨ＋ｓＯとともに混錬したもので、厚さ約
１５μｍに形成されている。ペースト層１１０は印刷後
７０Ｃ，１時間の空気中乾燥工程を経た後、窒素、水素
からなる混合ガス雰囲気のもとで１３００Ｃ，１時間の
熱処理を施される。第１図は上記熱処理を経た後の形態
を示したもので、上述のグロく焼結金属層１１とその直
下の酸化物層１２が形成される。金属層１１の組成を化
学分析した結果、Ｍｏ　：６１［量％、Ｍａ：３９重量
％であることが確認された。又、金属層１１の厚さのば
らつきは±０．２μｍ以内で、金属粉末が凝集した場合
に見られるような、局所的に厚くなったり薄くなったり
する現象は見られなかった。

本実施列において、金属化は次の過程を経てなされる。

〔１］昇温過程において約５３０Ｃから上述の熱分解反
応（１）が始１り更に昇温するにつれ還元反応（２）が
なされて酸化源が放出される。これにともない、窒化ア
ルミニウム本表面の酸化及びＭ００粉末面の酸化が促進
される。〔２〕約１０００Ｃを越える昇温過程で、窒化
アルミニウム体上へのＭｏ及びＭ、粉末の焼結が促進さ
れる。

この場合、上記〔１〕の過程で生じた窒化アルミニウム
本表面の酸化物、Ｍｏの酸化物そして完全に還元されず
に残存しているＭ、の酸化、吻の存在が・焼結を促進し
て強固な接着力を保持するのに仔与する。又、上記Ｍ０
及びＭ、の酸化物の存在は、窒化アルミニウム体への焼
結がなされる前に金属粉末どうしが焼結するのを抑制す
る。〔３〕１３００Ｃ，１時間の熱処理過程では、残圧
するＭｏ及びＭ、の酸化物が還元されるとともにＭＯ粉
末、Ｍ、粉末どうしの焼結が進行する。当然のことなが
ら、この過程でも窒化アルミニウム本への金属の焼結は
進む。

次に、上記金属層１１に燕′屯解めつきによるＮ　ｉ＋
ｍｌ　３　（３〜５μｍ　）を設けた後、銀ロウ（Ａｇ
−２８，１ｗｔ％Ｃｕ片金、作業温度８５０Ｃ）付けに
てコバール棒を接合（ろう材厚さ１００μｍ）し、接合
面の法、順方向に引張り荷重８９７鵡２を印加したが、
破断を全く生じなかった。

本実施列では、Ｍｏ及びＭ、からなる金属層ｔ１湿潤算
囲気を経た後還元雰囲気に変更しなから熱処理して充結
、一体化した、比較用金属化窒化アルミニウム本を作成
した。同試料に上述と同様の引張り試！倹を実権したが
、試料の約９０％は窒化アルミニウム体と酸化物層との
、Ｂｌｉの界面あるいはＵ化＄１ＪＩ−内における破断
ないし剥離を生じた。尚、比較試料の酸化物層の厚さを
確認した所、金属層直下で約１５μｍ存在していた。

上述のように本発明実施例金属化窒化アルミニウム本は
、強固な接合がなされる点で比較用試料に優っている。

この理由として、次の２点が挙げられる。

（１）限化物１−の生成量が増えるにつれて、アルミナ
を主体とする酸化物層と窒化アルミニウム焼結体との熱
膨張係数の不整合に起因する残留応力の増大を生ずる。

これに対し、実施例金属化窒化アルミニウム体では酸化
物層１２の生成が必要最少限に抑制され、熱膨張係数の
不整合による応力の残留も軽微である。

（２）窒化アルミニウム体の酸化にともなって硼素酸化
物気体の生成がきけられない。この窒素酸化物は、生成
過程にある酸化物層を経由して外部に放出される。酸化
物層は気体放出路になるため、酸化物層の生成ｉ−を増
すにつれ多孔質になりやすい。実施例金属化窒化アルミ
ニウム本では、放出気体の量が少量に抑制され、酸化物
層１２の多孔質化が軽微にとどめられる。

第３図（ａ）は、金属層１１の接合界面付近の構成成分
の分布を、遂次スパッタリングしなからオージェ分析に
よって確認したものである。金属層１１と窒化アルミニ
ウム本１０の界面に酸素の存在を示す曲線が描かれてい
る。この曲線は半値幅が極めて狭くシャープなピークを
示している。

酸素の存在する領域にはＭ。、Ｍ、、ＡＩも演出され、
特にＡｌが同領域の全域に検出されている。

この結果及びＸ線回折の結果から、未発者らは酸素強度
の強い領域は上記金属の酸化物、特に酸化アルミニウム
を生成分として含んでいると考えられる。

一方、第３図（ｂ）は比較用試料の分析結果であるが、
酸素強度の大きい領域が極端に広い点で本実施列と大き
な相違を示している。又、同領域の金属１脅近傍以外で
はＭｏ及びＭ、が検出されておらず、大部分の領域が酸
化アルミニウムで構成されている点も実施例と異なる。

第４図は、金属層１１ａとｌｌｂを含む電極間の電圧・
鑞流特性例である。測定試料の金属層１１ａ及びｌｌｂ
間距離ｔＩ′ｉ０．５　ｍ、金属層１１ａ及びｌｌｂの
対向長さは５ｍである。実施例試料の曲線人は印加１圧
３０００Ｖで約１０４Ａなるもれα流を示し、上記比較
用試料（曲線Ｂ）の約１０−’Ａ　（ａｔ３００　Ｖ　
）　ＶＣ比べて格段に優れた電気絶縁性が認められる。

実施例試料が絶縁性に優れる主因は、金属層１１ａとｌ
ｌｂの間に多孔質の酸化物領域が存在しないことである
。即ち、比較用試料でもれ１１ｔ流が大きいのは金属層
間に多孔質１１！化アルミニウム層が存在し、電気云導
に寄与する物質例えば水分を吸着しやすく、加水分解に
よるイオンを発生しやすいためでちる。

水分による影響は、高温高湿雰囲気（温度７０Ｃ，１変
９０％）下で金属ノー間に電圧（５０Ｖ）を印加するこ
とにより、実施例試料と比較用試料との間で対照的な結
果が得られている。第５図は上記条件下で得られた電圧
印加時間と金属層１１ａとｌｌｂを含む″電極間の〔も
れ成流／？／７期もれ電流〕比を追跡した結果であり、
曲線Ａは実施例試料そして曲線Ｂは比較用試料に関する
。同図に示す如く、実施例試料は比較用試料に比べ高温
高湿下にあっても優れた電気絶縁性を維持することがで
きる。短時間でもれ電流を増した比較用試料を詳細に調
べた所、電極間に存在する多孔′Ｘ酸化アルミニウム層
に金属塩からなる微少尋電路が形成されていた。この金
属塩は、窒化アルミニウム本に含有されていた微量の不
縄物成分が加水分解した後、生成されたものと考えられ
る。一方、実施例試料にはこのような微少導゛１路の形
成は見られていない。この結果は、金属化窒化アルミニ
ウム体を混成集積回路装置やパワーモジュールに代表さ
れる眠気回路構成用基板として開用する場合に、優れた
効果を１４シ得ることを示唆するものである。

第６図は、本発明金属化窒化アルミニウム本を絶縁部材
として適用したパワートランジスタ装置の概略断面図で
ある。このパワートランジスタは、銅ステム２０１（厚
さ３　ｍ　）上にｑ化７ｋｉニクム板２（１０ｍＸ１０
■Ｘ　Ｏ，６ｖｔｔｍ　）を介してシリコントランジス
タチップ２０２（８ｗＸａ■×０．３圏）をろう付は一
体化し、コレクタ、ペース、エミッタの各端子（図示を
省略）を有する。この際、図示を省略しているが、窒化
アルミニウム板２の両主面には本発明にしたがって、Ｍ
Ｏ及びＭ、よりなる金属層１１が形成され、ざらに金属
層上にはめつき法によるニッケル層１３が形成されてい
る。当然のことながら、金属層１１と窒化アルミニウム
板２の界面にばば化吻層１２も形成されている。゛雀属
層１１Ｘ酸化物層１２、ニッケル層１３の厚さは、いず
れも上述した実施列と同じである。又、鋼ステム２０１
と窒化アルミニウム板２とは、厚さ１５０μｍの輩ろう
箔２０３（処理温度８００Ｃ）を用いてろう付けし、窒
化アルミニウム板２とトランジスタチップ２０２との間
は、厚さ１００μｍのｐｂ−５％Ｓ　ｎ　−１，５％Ａ
ｇ（重量％）はんだ箔２０４を用いてろう付け（灰理温
＋１３５０ｔｌ：’）ｌ、ている。

第７図は、上記絶縁型トランジスタチップ２０２−銅ス
テム２０１間の過渡熱抵抗特性（曲、線λ）であり、本
発明によらない上記比較用試料と同月に作成した金属化
窒化アルミニウム体を適用した場合（曲線Ｂ）と比較し
て示す。曲線が飽和する・碩域で比較すると、曲、腺Ａ
は約０．１７Ｃ／Ｗ、そして曲線Ｂは約０．２Ｃ’／Ｗ
を記録しており、本発明金属化窒化アルミニウム体を適
用したトランジスタ装置が放熱性の点で勝っている。こ
のように低熱抵抗になった重要な理由には、窒化アルミ
ニウム本の熱伝導率が高いことの外に、熱伝導路を担う
主要部分に熱伝導性を阻害する厚くて多孔質な酸化アル
ミニウム４が存在しない点が含まれる。

換言すると、金属層１１と窒化アルミニウム体２の界面
に緻密で薄い酸化物層１２が存在することによる。又又、上記トランジスタ装置に一５５〜＋１５０Ｃの温度
サイクル（１０００サイクル）を与えても熱抵抗の上昇
は認められていない。その後引続いて、更Ｉ／Ｃ３００
０サイクルまで継続した所、銀ろう層２０３の熱疲労破
壊は認められたものの、他の部分には何等の損傷も認め
られなかった。一方、比較用トランジスタ装置も同様の
試験を実施したが、温度サイクル１０００サイクルを経
過すると初期値に対して約９倍の熱抵抗を示した。この
比較用トランジスタ装置を分解調査した所、銀ろう層２
０３やはんだ層２０４には異常は認められなかったが、
金属層と酸化物層界面、酸化物層内、そして酸化物層と
窒化アルミニウム体界面に亀裂が発生していた。

このように、本発明金属化窒化アルミニウム本を適用し
た場合に良好な耐温度サイクル性を示す理由は、生成さ
れる酸化物層１２が薄くしかも緻密に形成されているた
め、金属化部の残留応力が小さいこと、そして酸化物層
１２自体が強化されていることに加えて金属層１１との
界面及び窒化アルミニウム体２との界面が強固に接合さ
れていることに起因する。

第８図は、本発明金属化窒化アルミニウム本を適用した
ＬＳＩチップ塔載用ピングリッドアレイパッケージの概
略断面図を示す。これは、ＬＳＩチップ２０２が収納さ
れる部分に貫通孔を設けた三層配線アルミナ基板３０１
の両面に、貫通孔をふさぐように、チップ２０２が塔載
される窒化アルミニウム体２を銀ろう付け２０３すると
ともに、金−錫ろう３０４によりコバール板３０５をろ
う付けして気密封止したパッケージである。尚、同図に
おいて３０６は配線用ＡＩワイヤ、３０７はコバールピ
ン、３０８［金−シリコンろうである。

銀ろう付は部は内寸法１２ｍＸ　１２ｒａａ、幅１．５
　ｍであり、窒化アルミニウム仮２及びアルミナ基板３
０１の両者の対向面には、同寸法の金属層（図示を省略
）を有している。特に、窒化アルミニウム板２の金属層
は、本発明にしたがいＭ。及びＭ。

よりなる金属層１１が形成され、さらにこの上にニッケ
ル層が形成され、金属層１１と窒化アルミニウム板２の
界面には酸化物層１２も形成されている。尚、アルミナ
基板３０１のろう付は面にはＷを焼成して金属化し、こ
の表面にＮｉめつきを織こした金属層を設けである。

上記パッケージに一５５〜＋１５０Ｃの温度サイクル（
３０００サイクル）を与えたが、Ｈｅ　ＩＪ　−り率は
５　Ｘ　ｌ　Ｏ”　ａｔｍｃｃ　／　Ｓｅｃ以下であっ
た。

これに対し、本発明によらない金属化窒化アルミニウム
本を適用した比較用試料では、温度サイクル５００サイ
クルで既にＨｅ　ＩＪ−り率は１０−ａａｔｍ　ｃｃ　
／　ｓｅｃを越えた。この比較試料を分解調査した所、
金属１−と酸化物層内、そして酸化物層と窒化アルミニ
ウム本界面に亀裂が発生していた。

このように、本活明による金属化窒化アルミニウム本を
適用した場合は、気密性の点でも優れていることが実証
された。高い気密性が維持される理由は、基本的には上
述した低熱抵抗が維持される理由と同様である。

上記実施列において窒化アルミニウム本２は高純度に精
製された焼結体でしかも加圧焼結体であることを開示し
たが、本発明はこの種の１化アルミニウムに限定される
べきものではなく、例えばＹ　ｔ　ＯｓやＣａＯの如き
物質で代表されるような熱伝導性を損なわない添加物と
ともに焼結された窒化アルミニウム本を用いることや、
そして常圧焼結して得た窒化アルミニウム体を１用する
こともできる。又、上述したように金属化窒化アルミニ
ウム本は他部材とろう付けにて一体化されるものであり
、金属層１１はろう付は性（ぬれ性）を付与される必要
がある。このために金属層１１上にＮｉ−？Ｃｕのグロ
き層をめっき法により形成する。

ぬれ性付与のための金属は、Ａｎｔ　Ａｇ、ｐｔ。

ｚｎ、ｐｄによっても代替でき、そしてその形成法も蒸
着法、スパッタリング法、厚膜焼成法等在来の方法を適
用できる。尚、本発明金属化窒化アルミニウム本の対象
とされるろう材は銀ろうに限られるものではなく、例え
ばλｔ−１１．７ｗｔ％８ｉ　　（５７７ｔｌｌ’）、
Ａｕ−１２ｆｔ％（）ｅ　　（３５６Ｃ）、Ｐｂ−６３
ｗｔ％Ｓｎ　（１８３Ｃ）等＋７）ヨうに、低温処理で
きるろう材を対象にすることに同等支障を伴なうもので
はない。

本発明において、金属化窒化アルミニウム本を得るに当
り、非酸化性雰囲気、特に好ましくは還元性雰囲気下で
熱処理することを必須とする。非酸化性雰囲気を保つた
めの窒素ガスの代替物はヘリウム、アルゴン、ネオン、
キセノン、二酸化炭素であり、還元性雰囲気を保つため
の水素の代替物は一酸化炭素である。

金属層１１の直下に簿い酸化物層１２を形成するための
酸素供給源としてＭ、０．粉末を用いることは好ましい
ことである。しかし、Ｍ、０□粉末の代替物として表面
を酸化したＭ、粉末を用いることも可能である。又、Ｍ
　−Ｏを粉末の代りにＭ、粉末とＭ、Ｏ，粉末を混錬し
た物やＭ、粉末と表面を酸化したＭ、粉末を混錬した物
を用いても良い。

更に、第９図は酸化物層１２の厚さの影響を説明する図
である。同図中の曲線人は第８図と同様構造のパッケー
ジに一５５〜＋１５０Ｃの温度サイクルを与え、ｌ（ｅ
リーク率１０−’　ａｔｍ　ｃｃ　／３ｅＣ以上を記録
したときの温度サイクル数（寿は）を示す。酸化物層１
２が５μｍｆでの薄い領域では３０００サイクル以上の
寿命を記録しているが、これよシ厚い領域でＶｉ遂次寿
命を減じている。一方、曲線Ｂは第１図と同様構造の金
属化窒化アルミニウム本の、印加電圧２０００Ｖにおけ
るもれ眩光を示すが、酸化物層１２が厚い領域でもれ電
流を増す傾向を示している。又、図示はしていないが、
伝熱性能や接合強健の点でも酸化物層１２が厚い場合に
劣ることは勿論である。

伝熱性能、気密性能、絶縁性能、信頼性、強固な接合性
を維持する上で酸化物層１２を極力薄くすることが重要
であるが、半導体用パッケージや絶縁基板として実用に
耐え得る諸性能を兼備するには、好１しくは５μｍｆ：
越えない範朋に調整されることが望ましい。厚さ調整を
可能にする因子として、マンガン酸化物の添加量、熱処
理雰囲気中の還元性ガスの添加量、そして熱処理温度並
びにブａヒール等を調整することが挙げられる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば窒化アルミニウム体上
に緻狂かつ薄い酸化物層を生成し、この酸化物層を介し
て金属層を焼結して一体化するため、優ｎた熱伝導性や
電気絶縁性、高い気密性と強固な接合強度、そして熱的
変化に対しても優れた耐力を付与するのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は同じく他
の実施例の説明図、第３図は構成成分の分布図、＠４図
、第５図は電気特注図、第６図は本発明の一実施例を適
用したパワートランジスタ装置の概略断面図、第７図は
熱抵抗特性図、第８図は本発明を適用したビングリッド
アレイパッケージの概略断面図、第９図は酸化物層の影
響の説明図である。２・・・９化アルミニウム体、１１・・・金属層、１２
・・・第　１　口某Ｚ図羊Ｂ　図（（Ｌ）金属層／酸４乙物層界、ｆｌｆＪゝらの８丘焔Ｃｕｗ）
（ｂ）金−４４／！り４６物層界面からり巨肉１Ｃムπ）カＬ
＋−口ｒｐカロ嘆ｒ圧　（’Ｖ）先５０６６　図某″Ｖ　図時間Ｃｍ５）某８０躬９（￥ｌ鍛化′＃１層厚さくμ包）

Claims

【特許請求の範囲】

１、焼結窒化アルミニウム体の所定部に焼結して一体化
したモリブデン及びマンガンを生成分とする金属層を含
むものであり、上記金属層が同金属層の出発原料に含ま
れる酸化物を酸素源とする酸化反応により生成された酸
化物層を介して上記窒化アルミニウム体と接合されてい
ることを特徴とする金属化窒化アルミニウム体。