JPS62278182A - 金属化窒化アルミニウム体及びその製法 - Google Patents

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裳法に関す
る。特に、熱伝導性、気密性、接合強度の維持を損なう
酸化物を薄くして金属化層を設けた窒化アルミニウム体
及びその製法に関する。

〔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
の向上に伴って、電子部品用基板材料として注目に値す
る好ましい物性が付与されるに至っている。

例えば、（１１Ｋ、アンザイ（Ｋ、　Ａｎｚａｉ　）ら
による、プロシーディンゲス　オプ　ザ　ファーストＩ
ＥＥＥ　　シンポジウム（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏ
ｆ　ｔｈｅ　１ａｔＩＥＥＥ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　）
　（１９８４年１０月発行）の第２３〜２８頁に記載の
論文では、ＹＩＯＩ添加無加圧焼結により窒化アルミニ
ウム体に熱伝導率４０〜１００　Ｗ／ｍａｋ、体積抵抗
率１０口Ωα以上（室＠）、誘を率ａ８　（ｊ　ＭＨ！
　）、銹電強度１４０−１７０ｋＶ／（７）（室温）、
熱膨張係数４５×１０″″４／℃（室温〜４００℃）、
曲げ強度４０〜５０　ｋ５１　／　ｗ”なる性質を付与
できることを開示している。

また、＋２１　Ｙ、クロカワ（Ｙ、　Ｋｕｒｏｋａｗａ
　）　　らにょる前記文献（１）の第１５〜２２頁に記
載の論文では、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１６０　Ｗ／ｍ−ｋ
　（室＠）、電気抵抗率５　Ｘ　１０１！Ωの（室温）
、誘を率＆９（Ｉ　ＭＨｚ　）、屈曲強度５０００　ｋ
ｌｉｌ／　ｄ、熱膨張係数４．３Ｘ１０−＠／１：（室
！〜４ｏｏ℃）なる性質を有する窒化アルミニウム体を
開示している。

上記先行技術例（１１、（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大で、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長を活か
すことにょ）、電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
ニウム体と他の部材とを在来のろう付は法、特にＡｇ−
２ａ１重量％Ｃｕ合金のごとき高融点（７７９℃）のろ
う材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Ｔｌ＋では、ＤＢｃ〔ダイレクト　ボン
デツド　カッパー（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｏｎａｅａ　Ｃｏ
ｐｐｅｒ　）　）法によって、銅層を窒化アルミニウム
体上に設けて金属化全達成している。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。

上記先行技術例（１）によるＤＥＣ＠は酸化性雰囲気下
での熱処理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◇すなわち、窒化アルミニウ
ム体と銅箔とを積重ね次状態で酸化性雰囲気中で昇温す
る過程で、銅箔表面にＣｕ２Ｏ層が生成すると共に、窒
化アルミニウム体表面にはＭ！０３が生成し、次いで１
０６５〜１０８３℃でＣｕ　−０系共晶融液（共晶点Ｃ
ｕ−０３９重量％０．１０６５℃）を生じ、その後冷却
過程でなされるＣｕ及びＣｕ２Ｏを含む層とＡｔ２０３
層間の固着反応により上記窒化アルミニウム体と銅箔と
の一体化が完了する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このＤＢＣ法による金属化窒化アルミニウム体の問題点
は、（１）熱伝導性、（２）接合強度、（３）気密性、
（４）電気絶縁性及び（５）信頼性がそれぞれ損なわれ
やずいという点にある。これらの問題点はいずれも厚く
て多孔質の酸化物層が生成されることに起因する。

本発明の目的は、熱伝導機能、電気絶縁性、気密性、強
固な接合性、そして信頼性が損なわれず、高温ろう付け
に耐える新規な金属化窒化アルミニウム体及びその製法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明を概説すれば、本発明の第１の発明は金属化窒化
アルミニウム体に関する発明であって、焼結体である窒
化アルミニウム体の所定部に金属部材が、金属酸化物を
含む共晶層を介して一体化されている金属化窒化アルミ
ニウム体において、該共晶層と該窒化アルミ＋＝ウム体
との間に、更に、該金属酸化物を酸素源とする酸化反応
により生成した酸化層が介在していることを特徴とする
。

ま次、本発明の第２の発明は、上記第１の発明の金属化
窒化アルミニウム体の製法に関する発明であって、表面
所定部にあらかじめ金属酸化物層を設けた金属部材と、
焼結窯化アルミニウム体とを接触させながら非酸化性雰
囲気中で熱処理して、該金属酸化物を含む共晶層を生成
させる工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、窒化アルミニウム体の所定表面部に該
共晶層形成に付随して、酸化層が可及的に薄く形成され
、それによって、酸化層と窒化アルミニウム体間の残留
応力が軽減されて、強固かつち密な酸化層が得られる。

非酸化性雰囲気中で熱処理する理由は窒化アルミニウム
体表面の過度の酸化、すなわち厚い酸化アルミニウム層
の生成が抑制されるようにするためである。金属酸化物
は熱処理の昇温過程で、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層を形成す
るための酸素供給源になる。例えば金属酸化物がＣｕ２
Ｏの場合、非酸化性雰囲気下で Ｃｕ２Ｏ→２Ｃｕ　＋　Ｏ□　（１） なる熱分解反応によって酸素を発生し、そして水素が存
在する非酸化性雰囲気中では、 Ｃｕ！Ｏ＋　Ｈ２−＋　　２Ｃｕ　＋　Ｆｒ２Ｏ（２）
なる還元反応によって水蒸気を発生する。これらの酸素
や水蒸気は、窒化アルミニウム体の所定部ｆｉｒ：駿化
するのに供せられる。

窒化アルミニウム体の酸化に伴って窒素酸化物気体の生
成が避けられない。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
放出路になる次め、酸化物層の生成量を増すにつれ多孔
質にな力やすい。しかしながら、本発明では酸素供給源
はあらかじめ設けられた金属酸化物に限られるため、生
成酸化層が極めて薄く形成されそして同層の多孔質化が
軽微にとどめられる。

前記したような非酸化性雰囲気を保つための窒素ガスの
代替物には、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、
二数化炭素がある。

共晶層及び窒化アルミニウム体に直接液する酸化層の厚
さは、金属化窒化アルミニウム体及びこれを適用した装
置の性能を左右するため可及的高精度に制御されること
が望ましい。

酸化層の厚さは、（１）金属部材にあらかじめ設けられ
る金属酸化物層の厚さを調整すること、（２）金属化熱
処理雰囲気を調整すること等の手段によって制御される
。（１）の場合、金属酸化物層は金属部材の酸化熱処理
条件、例えば雰囲気、温度、時間等を調整して厚さ制御
できるが、蒸着法、スパッタリング法、Ｃ■法による場
合でも同様のパラメータを調節して制御できる。まｆ、
（２）の場合熱処理雰囲気中に還元性雰囲気を導入する
ことも有効である。還元性雰囲気を維持するための気体
としては、水素、−酸化炭素等が挙げられる。これらの
気体は上述の非酸化性ガスと共に用いられ、その添加量
の調節によって厚さを制御できる。

本発明における金属部材には、銅以外に鉄、ニッケル、
コバルトが適用可能である。鉄の場合は好ましい酸化物
層として酸化鉄が挙げられ、好ましい熱処理製置として
１５２３℃〜１５３５℃が挙げられる。同様にニッケル
の場合は酸化ニッケルを用いて１４３８℃−１４５２℃
で、そしてコバルトの場合酸化コバルトを用いて１４５
１〜１４８０℃で熱処理される。また、原料の焼結窒化
アルミニウム体は通常のものでよ（、Ｙ、ＯｓやＣａＯ
等の添加物を含んでいてもよく、焼結方法はいずれの方
法でもよい。

本発明の金属化窒化アルミニウム体は、通常、ろう付け
によって他部材と一体化される。そこで、金属部材には
、通常、ろう付は性（ぬれ性）が付与されたり、ろう材
との過度の反応を抑制する手段が施される。このために
、金属部材上にはニッケルのごとき表面金属層を、めっ
き等の方法で形成される。ぬれ性付与の観点から表面金
属層用材料を選択すると銅、金、銀、白金、亜鉛、パラ
ジウムやこれらの積層金属又は合金によって代替でき、
そしてその形成法も蒸着法、スパッタリング法、厚屓焼
成法等在゛来の方法を適用できる。なお、本発明の金属
化窒化アルミニウム体Ｆ′ｉ銀ろうのごとく処理温度が
高いろう材を用いる場合に優位性を発揮するが、例えば
Ａ−！　−１１，７重ｉ１％５ｉ（５７７℃）、Ａｕ−
１２重量％Ｇｅ（３５６℃）、Ｐｂ−６３重量％５ｎ（
１８３℃）等のように、低温処理の可能なろう材を対象
とすることに何ら支障全件うものではない。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はこれに限定されない。

実施例１ 第１図は、本発明の金属化窒化アルミニウム体の１例の
製法を示す工程図である。第１図において、符号１は窒
化アルミニウム体、２は金属部材、３ｔｊ金属酸化物層
、３１は共晶融液、３２は固相化した共晶層、４は酸化
層、５は金属層を意味する。

第１図の（＆）について説明すると、金属化されるべき
窒化アルミニウム体１は、高純度アルミナ粉と炭素粉と
の混合物を窒素雰囲気中で１６００℃、５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
て得た高純度合成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（２００ｋｇ７ａｍ”、
２０００℃、３時間）して得た板である。この焼結体は
数十ｐｐｍ　ＯＣａ　。

ＭｇＸＣｒ、Ｆｅ　ＳＳｉ　、Ｎｉ　　や１％程度の酸
素、ｃＬｏ６チ位の炭素を不純物として含有し、焼結体
の粒径は１〜２μｍ程度である。窒化アルミニウム体１
は、表面に金属酸化物層３ｔ−設けた金属部材２と積層
状に接触され、その後窒素ガス雰囲気中で熱処理される
。

金属部材２は厚さ５０μｍ１面積２５　ｗ　Ｘ　２５鎮
の銅箔であシ、この部材を酸素存在下の雰囲気中で約４
００℃に加熱し、Ｃｕ１Ｏからなる金属酸化物層３（約
ｔ５μｔｎ）ヲあらかじめ設けである。

金属酸化物層３を設けた金属部材２と窒化アルミニウム
体１（２５ｗＸ２５禦×α６■）は、互いに積層するよ
うにカーボン冶具にセットされ、窒素ガス気流中で加熱
される。

この昇温（１０℃／分）過程で、第１図Ｃｂ）に示すよ
うに、上記（１１の反応によ）生じた酸素が窒化アルミ
ニウム体１の対向光面を酸化し、酸化アルミニウムを主
成分とする酸化層４を生成するが、更に昇温を継続し１
０６５〜１０８３℃まで加熱する段階で、熱分解反応で
生成されたＣｕと分解せずに残存するＣｕ！Ｏとが溶融
してＣｕ　−Ｃｕρ共晶融液３１を生ずる。次いで、窒
化アルミニウム体１の表面酸化層４とＣｕ　−Ｃｕ４０
共晶融液３１との反応を生ずる。この段階で酸化層４上
へ共晶融液３１がぬれ、引続き降温（約り℃／分）する
過程（１０６５℃以下）で共晶融液３１が固化し、第１
図（Ｃ）に示すように固相化した共晶層３２全介して接
合が完了する。なお、この熱処理工程で、窒化アルミニ
ウム体と金属部材とを圧接することが好適である。

上記処理を経て得た窒化アルミニウム体１と金属部材２
との一体化物は、過硫酸アンモニウム（９０ｆ）−塩化
アンモニウム（６ｒ）−水（１ｔ）系溶液に浸漬して露
出表面の共晶層３２をエツチング除去され、第１図（ｄ
）に示すごとく、金属部材２の金属銅が表面に露出され
、そして第１図（ｅ）に示すように、露出金属部材２上
に無電解めっきによるＮｉ層（ｌａｗ）５を設けた金属
化窒化アルミニウム体とする。

以上の工程を経て得られ次金属化窒化アルミニウム体の
接合界面には、厚さ０３μｍの共晶層３２と厚さα２μ
ｍの酸化層４とが存在していた。この積重構造は、模式
的にはＣｕ層／共晶層／酸化層／窒化アルミニウム体な
る構成を有している。

次に、上記金属化窒化アルミニウム体のＮ１層５上に、
銀ろう（Ａｇ−２ａ１重量％Ｃｕ、作業温度８５０℃）
付けにより４２アｐイ棒（線径α４１１！１１゜接合部
直径Ｉｌａ　ｖａｎ　）を接合（ろう材厚さ１００μｍ
）し、接合面の法線方向に引張シ荷重を与えたが、８　
！Ｋｇ／Ｗ”　（接合部）ではいずれの部分でも破断を
生じなかった。また、荷重を増大した所、約１０に／ｍ
”　（接合部）で４２アロイ棒に破断を生じた。

更に、この実施例１の金属化窒化アルミニウム体には二
バールリボンを銀ろう付けし死後ビール試験に供した。

この結果ビール強度１２ゆ／ｃｒｒ１カ得られたが、こ
の際のはく離は銀ろう層内において生じていた。また、
銅箔を窒化アルミニウム体に積層して、酸素を含む窒素
雰囲気中で熱処理して得た比較用金属化窒化アルミニウ
ム体を作成し、同様のビール試験に供した。この結果ビ
ール強度ａ　５　＃／傭が得らｆｉたが、この実施例１
の金属化窒化アルミニウム体を越える強度は得られてぃ
ない。比較用試料のはく離は窒化アルミニウム体と酸化
層との界面あるいは酸化層内において生じてい次。なお
、比較用試料の酸化層の厚さを確認した所、金属部材直
下で約１１μｍ存在してい友。

上記例示したように本発明の金属化窒化アルミニウム体
は、強固な接合がなされる点で比較用試料に勝っている
。この理由として、次の２点が挙げられる。

（１）　　酸化層４の生成量が増えるにつれて、アルミ
ナを主体とする酸化層４と窒化アルミニウム焼結体１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。これに対して本発明の金属化窒化アルミニウム体で
は酸化層４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伴って窒素酸化物気
体の生成が避けられない。この窒素酸化物は、生成過程
にある酸化層４を経由して外部に放出される。酸化層４
＃：を気体放出路になるため、酸化層の生成量を増すに
つれ多孔質になフやすい。本発明の金属化窒化アルミニ
ウム体では、放出気体の量が少量に抑制され、酸化層４
の多孔質化が軽微にとどめられる。

試験例１ 第２−１図は、上記実施例１の試料の金属化接合界面付
近の構成４分の分布を、試料断面のＸ線マイクロアナラ
イザーによる分析によって確認し次結果？示すものであ
る。すなわち第２−１図は本発明の試料のＸ線分析結果
を、距離（μｍ１横軸）とＸ線信号強度（任意スケール
、縦軸）との関係で示すグラフでおる。金属部材２と２
化アルミニウム体１の界面に、極めて薄い銅と酸素が存
在する領域３２（１３μｍ）及びアルミニウムと酸素が
存在する領域４（α２μｍ）が介在している。これらの
層をＸ線回折で調べ次結果、領域３２にはＣｕ４０が、
そして領域４にハｎｚｏｓが存在することが確認された
。

他方、第２−２図は、比較用試料の分析結果を示す同様
なグラフであるが、酸素とアルミニウムが存在する領域
４が広く分布している点で、実施例１の試料と大きく相
違している。

応用例１ 第５図は、本発明の金属化窒化アルミニウム体を絶縁部
材として適用し次絶縁型ノくワートランジスタ装置の概
略断面図である。第３図において符号１は窒化アルミニ
ウム体、２１．２２及び２３は銅箔、１１は本発明の金
属化窒化アルミニウム基板、２０１４−を銅ステム、２
０２はシリコントランジスタチップ、２０３は銀ろう箔
、２０４ｉｊｔ′ｉんだ箔を意味する。

このパワートランジスタ装置は、銅ステム２０１（厚さ
３饋〕上に金属化窒化アルミニウム基板１１（１４ｗＸ
１４匍×α６　ｍ　）を介してシリコントランジスタチ
ップ２０２　（８ｍＸ　Ｂ　ｗＸユ３■）をろう付は一
体化し、コレクタ、ペース、エミッタの各端子及び金属
細線配線（図示全省略）を有する。この際、窒化アルミ
ニウム体１の両生面には本発明に従って金属部材として
の銅箔（厚さ３５ｎｍ）２１．２２．２３が接合されて
いる。図示はしていないが、銅箔２１．２２．２３上に
はニッケルめっき層が形成され、そして各銅箔は共晶層
３２と酸化層４を介して接合されている。共晶層３２と
酸化層４の厚さは、いずれも上述の実施例１とほぼ同等
であるが、特に酸化層４は金属部材直下、すなわち金属
部材とほぼ同等の領域に形成されている。また、銅ステ
ム２０１と金属化窒化アルミニウム基板１１とは、厚さ
１５０ｊＪｍの銀ろう箔２０３（処理温度８００℃）を
用いてろう付けし、窒化アルミニウム基板１１とトラン
ジスタチップ２０２との間は、厚さ１１００ｔｔのＰｂ
−５重量％５ｎ−１，５重量％Ａｇはんだ箔２０４？用
いてろう付け（処理温度３５０℃）している。

試験例２ 第４図は、上記絶縁型トランジスタ装置のチップ２０２
−銅ステム２０１間の過渡熱抵抗特性を、時間（ｍ８、
横軸）と熱抵抗（ｃ／　Ｗｓ縦軸）との関係で示したグ
ラフである。第４図中、曲線Ａが本発明の金属化窒化ア
ルミニウム体を適用した場合であり、本発明によらない
上記比較用試料と同様に作成した金属化窒化アルミニウ
ム体全適用し次場合（曲線Ｂ）と比較して示す。曲線が
飽和する領域で比較すると、曲線人は約α１７℃／　Ｗ
ｓそして曲、ＩＪＢＶｉ約０２℃／りｔ記録しており、
本発明の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
抗が得られた重要な理由には、窒化アルミニウム体の熱
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醸化アルミニウム層が
存在しない点が含まれる。換言すると、金属部材２と窒
化アルミニウム体１の界面にち密で薄い酸化層４が存在
することによる。

また、上記トランジスタ装置に−５５へ＋１５０℃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、試験を３００
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。他方、比較用トランジスタ装置も同様の
試験を実施し次が、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１２０４には異常は認められなかったが、
共晶層と酸化層界面、酸化層内、そして酸化層と窒化ア
ルミニウム体界面にき裂が発生していた。

このように、本発明の金属化窒化アルミニウム体を適用
した場合に良好な耐温度サイクル性を示す理由は、生成
された酸化層４が薄くしかもち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、そして酸化層４自
体が強化されていることに加えて、共晶層３２と酸化層
４との界面及び酸化／！１４と窒化アルミニウム体１と
の界面が強固に接合されていることに起因する。

試験例３ 第５図は、金属化輩化アルミニウム基叡１１単体の、金
属部材２１と２２との間の電圧−１Ｗ流特性を、印加電
圧（”％横軸）と漏れ電流（Ａ％縦軸）との関係で示す
グラフである。

測定試料の上記部材間の距離は１箇、そして対向長さは
１０ｍ″１？ある。本発明の金属化窒化アルミニウム基
板１１を用いた試料の曲線Ａは印加熱圧３ｏｏｏｖで約
１Ｏ−ＩＡなる漏れ電流を示し、本発明によらない金属
化窒化アルミニウム体を適用した比較用試料（曲線Ｂ）
の約１０”　Ａ　（３０００Ｖにおける）に比べて格段
に優れた電気絶縁性が認められる。本発明を適用した試
料が絶縁性に優れる理由は、金属部材２１と２２の間に
多孔質の酸化層領域が存在しないことである。すなわち
、比較用試料で漏れ電流が大きいのは、金属部材間に多
孔質酸化アルミニウム層が存在し、電気伝導に寄与する
物質例えば水分を吸着しやすく、加水分鱗によるイオン
を発生しやすいためである。

水分による影響は、高温高湿雰囲気（温度７０℃、湿度
９０チ）下で金属部材間に電圧ＳＯＶを印加することに
よジ、本発明ｆｔ適用した基板１１と本発明を適用しな
い比較用基板との間で対照的な結果が得られている。

試験例４ 第６図は、上記条件下で得られた、電圧印加時間（時間
、横軸）と、金属部材２１と２２の間の〔漏れ電流／初
期漏れ電流〕比（縦軸）との関係を示すグラフである。

第６図において、曲線人は本発明を適用した基板、そし
て曲線Ｂは比較用基板に関する。第６図に示すごとく、
本発明を適用した基板は比較用基板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
時間で漏れ電流を増した比較用基板全詳細に調べた所、
電極間に存在する多孔質酸化アルミニウム層に金属塩か
らなる微少導電路が形成されていた。

この金属塩は、窒化アルミニウム体に含有されてい次微
量の不純物成分が加水分解し死後、生成されたものと推
定される。一方、本発明を適用した基板にはこのような
微少導電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電気回路構成用基板や、ＬＳＩチッ
プを搭載する各種パッケージ基板として使用する場合、
優れた効果を奏し得ることを示唆するものである。

応用例２ 第７図は、本発明の金属化窒化アルミニウム体を適用し
たＬＳＩチップ搭載用ビングリッドアレイパッケージの
概略断面図である。第７図において、符号１．１１．２
０２及び２０３は第３図と同義であり、３０１は三層配
線アルミナ基板、３０４Ｆｉ金−すずろう、３０５はコ
バール板、３０６は配線用Ａｔワイヤ、３０７はコバー
ルビン、３０８Ｈ金−シリコンろうを意味する。

上記第７図に記載のものは、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３０
１の両面に、貫通孔をふさぐように金属化窒化アルミニ
ウム体１１を銀ろう付け２０３すると共に、金−すずろ
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。

銀ろう付は部は内寸法１２ｓａｍＸ　１２ｍ、幅１．５
禦であり、窒化アルミニウム板１及びアルミナ基板３０
１の対向面には、同寸法の金属化領域が形成されている
。また、窒化アルミニウム板のチップ２０２搭載部にも
金属化領域が形成されている。各金属化領域（図示を省
略）は、窒化アルミニウム板１の場合は本発明に従って
金属部材としての銅箔（厚さ１５ａｍ）が、共晶層３２
と酸化層４ｔ−介して接合されているもので、銅箔上に
はニッケルめっきが施され、そしてアルミナ基板の場合
タングステン層上にニッケルめっきが施される。共晶Ｐ
Ｊ５２と酸化層４の厚さは、いずれも上述の実施例１と
ほぼ同等である。

上記パッケージに−５５−４１５０℃の温度サイクル（
３０００サイクル）を与えたがＨｅリーク率は５　Ｘ　
１０”　ａｔｍ　ｃｃ／秒以下であった。これに対し、
本発明によらない金属化窒化アルミニウム体を適用した
比較用試料では、温度サイクル５００サイクルで既にＨ
ｅリーク率はＩ　Ｇ−”　ａｔｍ　ｃｃ　７秒を越えた
。この比較用試料全分解調査した所、共晶層と酸化層界
面、酸化層内、そして酸化層と窒化アルミニウム体界面
にき裂が発生していた。

このように、本発明による金属化窒化アルミニウム体を
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、基本的には金
属化部の残留応力が小さいこと、そして酸化層４自体が
強化されていることに加えて、共晶層３２と酸化層４と
の界面及び酸化層４と窒化アルミニウム体１との界面が
強固に接合されていることによる。

上記絶縁型パワートランジスタ装置やＬＳＩ１載用パツ
ケージにおいて、窒化アルミニウム体１は高純度に精製
され次焼結体でしかも加圧焼結体であることを開示した
が、本発明ではこの種の窒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＊Ｏｓ（’　ＣａＯのごと
き物質で代表されるような熱伝導性をあま）損なわない
添加物と共に焼結されたものや、常圧焼結して得たもの
を適用することも可能である。

試験例５ 第８図は、酸化層４の厚さの影響を、酸化層厚さくμｍ
１横軸）と、温度サイクル数（サイクル）及び漏れ電流
（２０００’ＶにおけるＡ）（縦軸）との関係で示すグ
ラフである。

第８図中の丸印に第７図と同一構造のパッケージに一５
５〜＋１５０℃の温度サイクルを与え、Ｈｅ　　リーク
軍Ｉ　Ｏ−＠ａｔｍ　ｃｃ　７秒以上を記載したときの
温度サイクル数（寿命）を示す。酸化〜４が５μｍまで
の薄い領域では３０００サイクル以上の寿命を記載して
いる。しかし、これより厚い領域では逐次寿命を減じて
いる。他方、三角印は第３図構造の金属化９化アルミニ
ウム体１１の盆前部材２１及び２２間の漏れ電流（印加
電圧２０００Ｖ）を示すが、酸化層４が厚い領域で漏れ
電流が増す傾向を示している。また図示はしていないが
、伝熱性能や接合強度の点でも酸化層４が厚い場合に劣
ることはもちろんのことである。

〔発明の効果〕

以上に詳述したように、本発明によれば窒化アルミニウ
ム体上にち密かつ薄い酸化ＰＩを生成し、この酸化層及
び共晶層を介して金属部材を接合するため、優れた熱伝
導性や電気絶縁性、高い気密性と強固な接合強度、そし
て熱的な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図は本発明の金属化窒化アルミニウム体の１例の製
法を示す工程図、第２−１図は本発明品の金属化接合界
面の構成々分のＸ線分析結果を示すグラフ、第２−２図
は比較品の同様な分析結果を示すグラフ、第３図は本発
明品を適用した絶縁をパワートランジスタ装置の概略断
面図、第４図は第３図に示す装置における本発明品及び
比較品の過渡熱抵抗特性を示すグラフ、第５図は、第５
図に示す装置における金属部材間の電圧−電流特性を示
すグラフ、第６図は第５図における電圧印加時間と、〔
漏れ電流／初期漏れｔ流〕比との関係を示すグラフ、第
７図は本発明品を適用したＬＳＩチップ搭載用ビングリ
ッドアレイパッケージの概略断面図、第８図は本発明品
における酸化層の厚さの影響を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焼結体である窒化アルミニウム体の所定部に金属部
   材が、金属酸化物を含む共晶層を介して一体化されてい
   る金属化窒化アルミニウム体において、該共晶層と該窒
   化アルミニウム体との間に、更に、該金属酸化物を酸素
   源とする酸化反応により生成した酸化層が介在している
   ことを特徴とする金属化窒化アルミニウム体。 ２、該酸化層が、該所定部の金属部材と略同等の領域に
   形成されている特許請求の範囲第１項記載の金属化窒化
   アルミニウム体。 ３、該酸化層の厚さが、５μｍ以下である特許請求の範
   囲第１項記載の金属化窒化アルミニウム体。 ４、該酸化層が、酸化アルミニウムを主成分とするもの
   である特許請求の範囲第１項記載の金属化窒化アルミニ
   ウム体。 ５、表面所定部にあらかじめ金属酸化物層を設けた金属
   部材と、焼結窒化アルミニウム体とを接触させながら非
   酸化性雰囲気中で熱処理して、該金属酸化物を含む共晶
   層を生成させる工程を含むことを特徴とする金属化窒化
   アルミニウム体の製法。 ６、該熱処理工程が、該金属酸化物を酸素源とする酸化
   反応により、該窒化アルミニウム体の所定部に酸化層が
   形成される過程を含むものである特許請求の範囲第５項
   記載の金属化窒化アルミニウム体の製法。 ７、該非酸化性雰囲気中に、還元性気体が含有されてい
   る特許請求の範囲第５項記載の金属化窒化アルミニウム
   体の製法。 ８、該熱処理工程において、該金属部材と該窒化アルミ
   ニウム体に押圧を付与する特許請求の範囲第５項記載の
   金属化窒化アルミニウム体の製法。