JPS63274678A - 高熱伝導性セラミックス基板 - Google Patents
高熱伝導性セラミックス基板Info
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- JPS63274678A JPS63274678A JP10834287A JP10834287A JPS63274678A JP S63274678 A JPS63274678 A JP S63274678A JP 10834287 A JP10834287 A JP 10834287A JP 10834287 A JP10834287 A JP 10834287A JP S63274678 A JPS63274678 A JP S63274678A
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/02—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which the conductive material is applied to the surface of the insulating support and is thereafter removed from such areas of the surface which are not intended for current conducting or shielding
- H05K3/022—Processes for manufacturing precursors of printed circuits, i.e. copper-clad substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
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。
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)
本発明は窒化アルミニウム(AQN)を主成分とした高
熱伝導性セラミックス基板に金属ニッケルを接合(メタ
ライズ)したヒートシンク、ハイブリッドIC基板、L
SIパッケージ等の半導体装用の高熱伝導性セラミック
ス基板に関する。
熱伝導性セラミックス基板に金属ニッケルを接合(メタ
ライズ)したヒートシンク、ハイブリッドIC基板、L
SIパッケージ等の半導体装用の高熱伝導性セラミック
ス基板に関する。
(従来の技術)
AQNは従来のセラミックス基板であるアルミナ(^Q
20.)の5〜10倍の高熱伝導性を示すため、高密度
実装用半導体基板材料として注目されている。そこで導
体形成のための金属化処理(メタライズ)技術が不可欠
である。しかしながら、AQNは金属との濡れ性が悪い
ためにメタライズが困難であった0例えば、特開昭59
−40404のように、^QN基板に酸化物層を形成し
てメタライズするなどの改良は試みられているが、十分
な接合強度は得られなかった。また、特開昭53−10
2310のようにSi、^Q 、Hg、Ca、Fe等の
金属酸化物層を介して、 No、MnJ等の接合する方
法が報告されているが、例えばNo−Mn粉末を含むペ
ーストを塗布、乾燥後に1300℃湿潤H2雰囲気で加
熱処理することが必要であった。
20.)の5〜10倍の高熱伝導性を示すため、高密度
実装用半導体基板材料として注目されている。そこで導
体形成のための金属化処理(メタライズ)技術が不可欠
である。しかしながら、AQNは金属との濡れ性が悪い
ためにメタライズが困難であった0例えば、特開昭59
−40404のように、^QN基板に酸化物層を形成し
てメタライズするなどの改良は試みられているが、十分
な接合強度は得られなかった。また、特開昭53−10
2310のようにSi、^Q 、Hg、Ca、Fe等の
金属酸化物層を介して、 No、MnJ等の接合する方
法が報告されているが、例えばNo−Mn粉末を含むペ
ーストを塗布、乾燥後に1300℃湿潤H2雰囲気で加
熱処理することが必要であった。
(発明が解決しようとする問題点)
このような湿潤(ウェット)H2雰囲気での高温加熱処
理のための電気炉は非常に高価であり、またH2ガス取
り扱いに伴う爆発の危険性もあり、生産コストが高くな
る原因でもあった。さらに、前記のメタライズ方法によ
る金属と^iNセラミックスの接合界面には中間層とし
てアルミナ層や^Q 203−3iO□−MnO系等の
複合酸化物層が形成されるため、発熱源である半導体素
子をメタライズ面」二に実装した場合にはこのような中
間層は高熱伝導性を有する基板への効率良い熱伝達の防
げとなる。さらに、Ha−にn、W−Mn法でメタライ
ズした場合にはW、No導体にNiメッキして使用する
必要があるため、全工程が複雑であるといった問題もあ
った。
理のための電気炉は非常に高価であり、またH2ガス取
り扱いに伴う爆発の危険性もあり、生産コストが高くな
る原因でもあった。さらに、前記のメタライズ方法によ
る金属と^iNセラミックスの接合界面には中間層とし
てアルミナ層や^Q 203−3iO□−MnO系等の
複合酸化物層が形成されるため、発熱源である半導体素
子をメタライズ面」二に実装した場合にはこのような中
間層は高熱伝導性を有する基板への効率良い熱伝達の防
げとなる。さらに、Ha−にn、W−Mn法でメタライ
ズした場合にはW、No導体にNiメッキして使用する
必要があるため、全工程が複雑であるといった問題もあ
った。
(問題点を解決するための手段)
本発明者はこのような点に対処して鋭意研究分進めた結
果、INを主成分としたセラミックス基板と金属ニッケ
ルとの間に二・・lケル−アルミニウム音金層を止在さ
せることにより^9Nセラミックス基板と金属ニッケル
とが強固に結合され、良好なメタライズが達成できるこ
とを見出した。
果、INを主成分としたセラミックス基板と金属ニッケ
ルとの間に二・・lケル−アルミニウム音金層を止在さ
せることにより^9Nセラミックス基板と金属ニッケル
とが強固に結合され、良好なメタライズが達成できるこ
とを見出した。
(作用)
本発明の目的は、従来のMo−Mn法やWlln法のよ
うな危険性を伴う高温のウェットH2雰囲気の加熱処理
を必要とせず、生産コストの安いArガス、真空雰囲気
で加熱処理して得られる^flNセラミックスとNi金
属が^1l−Ni合金層で強固に接合された^UNセラ
ミックス基板を提供することにある。また本発明の^U
Nセラミックス基板には従来のHa−Mn法やwMn法
のように接合界面にアルミス層や^Q 203−Si0
2−MnO系等のような熱伝導の阻害となる中間酸化物
層を含まず、熱伝導性の良い^Q−Ni合金層が形成さ
れるため、熱放散に効果的であるといった特徴もある。
うな危険性を伴う高温のウェットH2雰囲気の加熱処理
を必要とせず、生産コストの安いArガス、真空雰囲気
で加熱処理して得られる^flNセラミックスとNi金
属が^1l−Ni合金層で強固に接合された^UNセラ
ミックス基板を提供することにある。また本発明の^U
Nセラミックス基板には従来のHa−Mn法やwMn法
のように接合界面にアルミス層や^Q 203−Si0
2−MnO系等のような熱伝導の阻害となる中間酸化物
層を含まず、熱伝導性の良い^Q−Ni合金層が形成さ
れるため、熱放散に効果的であるといった特徴もある。
さらにLMn法やHa−>in法でのNiメッキの工程
も不必要となり低コス)〜化に極めて有効な長所もある
。
も不必要となり低コス)〜化に極めて有効な長所もある
。
次に本発明について詳細に説明する。
本発明は^UNを主成分としたセラミックス基板と金属
ニッケルとが、ニッケル−アルミニウム合金層を介在し
て接合されていることを特徴とする高熱伝導性セラミッ
クス基板である。N1−A2層は^UNセラミックスお
よび金属Niの両者と反応し、両者を強固に接合する作
用を有する非常に重要なものである。
ニッケルとが、ニッケル−アルミニウム合金層を介在し
て接合されていることを特徴とする高熱伝導性セラミッ
クス基板である。N1−A2層は^UNセラミックスお
よび金属Niの両者と反応し、両者を強固に接合する作
用を有する非常に重要なものである。
本発明での^QNを主成分とするセラミックス基板は好
しくけ純度が90%以上であり、焼結のために使用され
たアルカリ土類金属(Ca、Ba、Sr等)や61土類
金属(Y、La、Nd、Gd、Yb、llo、Ce等)
のアルミネ−1〜(Ca−A Q −0やY−^駐−0
等)を含有しても良い。
しくけ純度が90%以上であり、焼結のために使用され
たアルカリ土類金属(Ca、Ba、Sr等)や61土類
金属(Y、La、Nd、Gd、Yb、llo、Ce等)
のアルミネ−1〜(Ca−A Q −0やY−^駐−0
等)を含有しても良い。
本発明での^QNに接合する金属ニッケルとしてはニッ
ケル粉末にエチルセルロース、ブチルカルピト−ル等の
バインダーとトルエン、アセトン等の溶剤を加えベース
ト化して通常のスクリーン印刷法で塗布したf&+oo
o〜1300℃真空、Arガス中で加熱処理して得られ
る厚膜法、厚さ20〜50μmのニラゲル箔の熱圧着法
、厚さ1〜5 +++iのブロック状N+金属を接合す
る方法、Niターゲットを使用したスバ・ツタ法、Ni
蒸着源を使用した蒸着法、めっき法、等が利用可能であ
る。金属ニッケルの純度は95%以上、好ましくは9B
?≦以上が望ましい。
ケル粉末にエチルセルロース、ブチルカルピト−ル等の
バインダーとトルエン、アセトン等の溶剤を加えベース
ト化して通常のスクリーン印刷法で塗布したf&+oo
o〜1300℃真空、Arガス中で加熱処理して得られ
る厚膜法、厚さ20〜50μmのニラゲル箔の熱圧着法
、厚さ1〜5 +++iのブロック状N+金属を接合す
る方法、Niターゲットを使用したスバ・ツタ法、Ni
蒸着源を使用した蒸着法、めっき法、等が利用可能であ
る。金属ニッケルの純度は95%以上、好ましくは9B
?≦以上が望ましい。
本発明はILNセラミックスと金属ニッケルとの接合(
メタライズ〉界面においてNi−^見合金層が両者と強
固に結きしてへQNセラミックスと金属ニッケルを直後
接合させた高熱伝導性AIINセラミックス基板である
。この場合の中間層であるNi〜^Q合金層はN1−A
Ij系合金の粉末、箔、めっき、蒸着膜、スパッタ膜
、ペーストのいずれの方法でも可能である。特にN1−
A Q系のペーストによる厚膜やスパッタによる薄膜の
場合に強制な結合が得られる。またNi−八発合金層を
前記した様な方法でAIINセラミックスとNi金属と
の間に中間層として別途もうけなくても、へANセラミ
ックス上に直接金属Niを形成した後、1ooo〜13
00℃で真空、Arガス中で加熱処理することによって
も^UNセラミックスとNi金属の接合界面においてN
i−^Qき金層が形成され、強固な接合が得られる。
メタライズ〉界面においてNi−^見合金層が両者と強
固に結きしてへQNセラミックスと金属ニッケルを直後
接合させた高熱伝導性AIINセラミックス基板である
。この場合の中間層であるNi〜^Q合金層はN1−A
Ij系合金の粉末、箔、めっき、蒸着膜、スパッタ膜
、ペーストのいずれの方法でも可能である。特にN1−
A Q系のペーストによる厚膜やスパッタによる薄膜の
場合に強制な結合が得られる。またNi−八発合金層を
前記した様な方法でAIINセラミックスとNi金属と
の間に中間層として別途もうけなくても、へANセラミ
ックス上に直接金属Niを形成した後、1ooo〜13
00℃で真空、Arガス中で加熱処理することによって
も^UNセラミックスとNi金属の接合界面においてN
i−^Qき金層が形成され、強固な接合が得られる。
本発明での^IINセラミ・ソクスとNi金属との接合
界面でのNi−^9系合金層はNiの含有量が10〜9
5重景%が重量しい。
界面でのNi−^9系合金層はNiの含有量が10〜9
5重景%が重量しい。
(実施例1)
Call 2A Q zo3(Caとして 0.2重量
%〉を含むAQNセラミックス基板上にN1−A2合金
粉末(平均粒径2μm、Ni含有量68重量%)ペース
トを使用したスクリーン印刷法により約lOμm厚さの
塗布層を形成した。この上に厚さ 100μm、純度9
9%のNi金属箔をのせ、1kg/cm2の機械的圧力
を接合面に加えた状態で1300℃真空中で1時間加熱
処理した。その後この上にへg−Cuロー材を用いて2
×1allのコバール(コバルトと鉄を含むニッケル合
金)板を 900℃、10分間でロー付けして貼り合せ
、その接合強度を測定したところ、引張り強度として5
〜] Okg /m m”と極めて高い値を示した。接
合部でのl+li断は全てセラミックスで生じており、
N1−A Q合金層でAIINセラミックスとNi金属
箔の接合に有効に作用した。
%〉を含むAQNセラミックス基板上にN1−A2合金
粉末(平均粒径2μm、Ni含有量68重量%)ペース
トを使用したスクリーン印刷法により約lOμm厚さの
塗布層を形成した。この上に厚さ 100μm、純度9
9%のNi金属箔をのせ、1kg/cm2の機械的圧力
を接合面に加えた状態で1300℃真空中で1時間加熱
処理した。その後この上にへg−Cuロー材を用いて2
×1allのコバール(コバルトと鉄を含むニッケル合
金)板を 900℃、10分間でロー付けして貼り合せ
、その接合強度を測定したところ、引張り強度として5
〜] Okg /m m”と極めて高い値を示した。接
合部でのl+li断は全てセラミックスで生じており、
N1−A Q合金層でAIINセラミックスとNi金属
箔の接合に有効に作用した。
(実施例2)
CaO・^Q 203(Caとして0.1重量%)を含
むAuNセラミックス基板上に純度g9,5%のNi−
へ発合金ターゲット(Ni含有量87%重量%)をスパ
ッタ法にてNi−^回層を5μm厚さに堆積した。この
上に厚さ1nIIのNi金属ブロックをのせ、約2kg
/cm”の機械的圧力を接合面に加えた状態で1100
℃真空中で30分間加熱処理した。その後A4−Cuロ
ー材を用いて2X2+11のコバール板を900℃、1
0分間でロー付けして貼り合せ、その接合強度を測定し
たところ、引張り強度として4〜6kg/mm2と極め
て高い値を示した。接合部での破断は全てセラミ・・ノ
クスで生じており、スパッタ膜によるNi−^Q合金属
が^QNセラミックスとNi金属プロ・・ツクの接合に
有効に作用した。
むAuNセラミックス基板上に純度g9,5%のNi−
へ発合金ターゲット(Ni含有量87%重量%)をスパ
ッタ法にてNi−^回層を5μm厚さに堆積した。この
上に厚さ1nIIのNi金属ブロックをのせ、約2kg
/cm”の機械的圧力を接合面に加えた状態で1100
℃真空中で30分間加熱処理した。その後A4−Cuロ
ー材を用いて2X2+11のコバール板を900℃、1
0分間でロー付けして貼り合せ、その接合強度を測定し
たところ、引張り強度として4〜6kg/mm2と極め
て高い値を示した。接合部での破断は全てセラミ・・ノ
クスで生じており、スパッタ膜によるNi−^Q合金属
が^QNセラミックスとNi金属プロ・・ツクの接合に
有効に作用した。
(実施例3)
3Y203・5A悲203(Yとして2重量%)を古む
AuNセラミックス基板上に純度99%、平均粒径1μ
mのNi粉末にエチルセルロース、ブチルカルビ)・−
ル、アセトンを添加したペーストをスクリーン印刷法に
より約15μmの厚さで塗布し、乾燥後、1200℃A
rガス雰囲気下で1時間加熱処理してAuNセラミック
ス基板上にNi金属をメタライズした。
AuNセラミックス基板上に純度99%、平均粒径1μ
mのNi粉末にエチルセルロース、ブチルカルビ)・−
ル、アセトンを添加したペーストをスクリーン印刷法に
より約15μmの厚さで塗布し、乾燥後、1200℃A
rガス雰囲気下で1時間加熱処理してAuNセラミック
ス基板上にNi金属をメタライズした。
この上にAg−Cuロー材を用いて2 X l 龍のコ
バール板を900℃、5分間でロー付けして貼り合せ、
その接合強度を測定したところ、引張り強度として5〜
7kg/mm”と極めて高い値を示した。またAuNセ
ラミックス基板とNi金属層の接合界面を走査型電子顕
微鏡(SEX )とX線マイクロアナライザー(XMA
)で分析したところ、厚さ7μmのNi金属層が厚さ
4μmのXl−A2合金層(中間層)を介在してAuN
セラミックス基板に強固に結合していた。
バール板を900℃、5分間でロー付けして貼り合せ、
その接合強度を測定したところ、引張り強度として5〜
7kg/mm”と極めて高い値を示した。またAuNセ
ラミックス基板とNi金属層の接合界面を走査型電子顕
微鏡(SEX )とX線マイクロアナライザー(XMA
)で分析したところ、厚さ7μmのNi金属層が厚さ
4μmのXl−A2合金層(中間層)を介在してAuN
セラミックス基板に強固に結合していた。
(発明の効果)
本発明によれば^Q203基板の5〜10倍の高熱伝導
性を示す^uNを主成分としたセラミックス基板と金属
ニッケルとがNi−へ見台金属を介在して強固に接合さ
れた高熱伝導性セラミックス基板が得られる。また本発
明のAIINセラミックス基板は従来のNo−Mn法や
LMn法のように危険性を伴う高温のウェットH2雰囲
気を必要とせず、生産性の良い真空、Arガス雰囲気で
生産可能であるといった特長以外にも、従来のHa−M
n法やV−Mn法での接合界面での^Q203層や^Q
203−3i02−MnO系等のような熱伝導の阻害
となる中間酸化物層を含まないため熱放散に効果的であ
り、さらに旧メッキ工程も不必要となった画期的な特長
もある。この結果、熱伝導性、電気特性に優れたAuN
セラミックス基板をヒートシンク、ハイブリッドIC基
板、LSIバッゲージ等の半導体装用の高熱伝導性セラ
ミックス基板として低コストで利用できることが可能と
なった。特にNiベーストを使用した厚膜法、Niのス
パッタや蒸着の技術を用いた薄膜法、Ni箔を接合する
熱圧着法では微細な導体回路の形成に有効である。
性を示す^uNを主成分としたセラミックス基板と金属
ニッケルとがNi−へ見台金属を介在して強固に接合さ
れた高熱伝導性セラミックス基板が得られる。また本発
明のAIINセラミックス基板は従来のNo−Mn法や
LMn法のように危険性を伴う高温のウェットH2雰囲
気を必要とせず、生産性の良い真空、Arガス雰囲気で
生産可能であるといった特長以外にも、従来のHa−M
n法やV−Mn法での接合界面での^Q203層や^Q
203−3i02−MnO系等のような熱伝導の阻害
となる中間酸化物層を含まないため熱放散に効果的であ
り、さらに旧メッキ工程も不必要となった画期的な特長
もある。この結果、熱伝導性、電気特性に優れたAuN
セラミックス基板をヒートシンク、ハイブリッドIC基
板、LSIバッゲージ等の半導体装用の高熱伝導性セラ
ミックス基板として低コストで利用できることが可能と
なった。特にNiベーストを使用した厚膜法、Niのス
パッタや蒸着の技術を用いた薄膜法、Ni箔を接合する
熱圧着法では微細な導体回路の形成に有効である。
さらに本発明の高熱伝導性セラミックス基板は半導体装
用基板以外にも、AIINセラミックスと金属Niとの
強固な接合を利用した自動車部品、ガスタービン部品、
レーザ部品等の各種の産業機器部品としての応用も可能
であるなど、工業的に多くの利点を有するものである。
用基板以外にも、AIINセラミックスと金属Niとの
強固な接合を利用した自動車部品、ガスタービン部品、
レーザ部品等の各種の産業機器部品としての応用も可能
であるなど、工業的に多くの利点を有するものである。
Claims (1)
- 1、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス基板
と金属ニッケルとがニッケル−アルミニウム合金によっ
て接合されていることを特徴とする高熱伝導性セラミッ
クス基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10834287A JPS63274678A (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 高熱伝導性セラミックス基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10834287A JPS63274678A (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 高熱伝導性セラミックス基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63274678A true JPS63274678A (ja) | 1988-11-11 |
Family
ID=14482258
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10834287A Pending JPS63274678A (ja) | 1987-04-30 | 1987-04-30 | 高熱伝導性セラミックス基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63274678A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5841774A (ja) * | 1981-09-07 | 1983-03-11 | 大同特殊鋼株式会社 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
JPS60108376A (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-13 | 株式会社東芝 | 窒化物セラミツクスと金属の接合体 |
JPS6245499A (ja) * | 1985-07-03 | 1987-02-27 | アメリカ合衆国 | ろう付け用ろうおよびそれを用いる結合方法 |
-
1987
- 1987-04-30 JP JP10834287A patent/JPS63274678A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5841774A (ja) * | 1981-09-07 | 1983-03-11 | 大同特殊鋼株式会社 | セラミツクス−金属複合体の製造方法 |
JPS60108376A (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-13 | 株式会社東芝 | 窒化物セラミツクスと金属の接合体 |
JPS6245499A (ja) * | 1985-07-03 | 1987-02-27 | アメリカ合衆国 | ろう付け用ろうおよびそれを用いる結合方法 |
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