JPH04209767A - 窒化アルミニウム基板の製造方法 - 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、電子回路基板として使用される窒化アルミニ
ウム基板の製造方法に関するものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする課題］一般に、
窒化アルミニウムは優れた熱伝導性を有することが知ら
れており、従来から、発熱量の大きなチップを搭載する
ための電子回路基板等に使用されている。しかしながら
、窒化アルミニウム基板は金属に対する濡れ性に劣るた
め、例えば銅でその表面を直接メタライズすることによ
り、回路パターンを形成することが困難であった。

この問題を解消するため、特開昭５９−４０４０４号公
報には、窒化アルミニウムを空気中で加熱して、その表
面に酸化層を形成した後、タフピッチ電解銅板を重ね合
わせて、加熱処理することにより、窒化アルミニウム基
板に銅板を接合するようにした窒化アルミニウム基板の
製造方法が開示されている。

しかし、前記方法は空気中で加熱することにより窒化ア
ルミニウム表面を強制的に酸化するものであるため、銅
板との接合面、即ち酸化層表面の平滑性が低下する。そ
れゆえ加熱接合の際に、窒化アルミニウム上の酸化層と
銅板とを確実に接触した状態で重ね合わせることが困難
になり、銅と酸化銅からなる共晶を、接合部に形成して
、濡れ性を改善した状態で両者を接合させたとしても、
得られる結合強度は納得のいくものではなかった。

また、前記の加熱接合処理は、酸化銅と銅との共晶形成
に必要とされる酸素を、概ね窒化アルミニウム上の酸化
層から供給しようとするものである。そのため、必然的
に厚い酸化層を窒化アルミニウム上に形成する必要があ
り、熱伝導性等に優れるという窒化アルミニウム本来の
性質が損なわれる虞があった。

更に、特開昭５９−４０４０４号公報では、窒化アルミ
ニウム中に銅板と窒化アルミニウムとの、結合剤を酸化
物の形で添加したものに、タフピッチ電解銅板を重ね合
わせて、加熱処理する窒化アルミニウム基板の製造方法
も開示されている。

しかし、共晶形成に関与する酸素を十分に供給するため
には、結合剤である酸化物をより多（窒化アルミニウム
に添加する必要があり、前記の場合と同様に熱伝導性等
に優れるという窒化アルミニウム本来の性質が損なわれ
易いという問題があった。

本発明者らは上記の点に鑑み、種々検討を重ねた結果、
窒化アルミニウム基材の表面にＡＩｔ。

＄　、Ｙｔ　Ｏｓ及び５ｉｆｔから選ばれた一つの酸化
物の薄膜を形成し、酸化物薄膜に銅板を重ね合わせ、銅
と酸化銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで加熱
することにより、前記薄膜を介して窒化アルミニウム基
材に銅板を接合すれば、熱伝導性等に優れるという窒化
アルミニウム基材本来の性質を損なうことなく、銅板を
強固に結合することが可能であることを見出した。

本発明は上記の知見に基づいてなされたものであって、
その目的は、窒化アルミニウム基材が有する好熱伝導性
等を損なうことなく銅に対する濡れ性を改善することに
より、銅板を簡単かつ確実に結合させることができると
共に、両者間に十分な結合強度を確保することが可能な
窒化アルミニウム基板の製造方法を提供することにある
。

［課題を解決するための手段及び作用］上記の目的を達
成するため、本発明は窒化アルミニウム基材の表面にＡ
　ｌ　ｔ　Ｏｓ　、Ｙｔ　Ｏ３及びＳｉｎ！から選ばれ
た一つの酸化物の薄膜を形成する工程と、酸化物薄膜に
銅板を重ね合わせる工程と、銅と酸化銅の共晶温度以上
、銅の融点未満の温度まで加熱することにより、前記薄
膜を介して窒化アルミニウム基材に銅板を接合する工程
とからなる。

窒化アルミニウム基材の表面にＡＩｔ０３、ＹｔＯｓ及
びＳｉｎｇから選ばれた一つの酸化物の薄膜を形成した
後に、銅板を重ね合わせることにより、酸化銅と銅との
共晶形成に必要とされる酸素を、確実に両者の接合面に
供給することができる。そして、銅と酸化銅の共晶温度
以上、銅の融点未満の温度まで両者を加熱すると、窒化
アルミニウム基材と銅板との接合部分に銅、酸化銅、酸
化物、及び窒化アルミニウムを含む共晶が形成される。

この場合、共晶形成に必要とされる酸素は、主として前
記酸化物の薄膜から供給されるため、従来よりも効率よ
く共晶が形成され、従って両者間に強固な結合が確保さ
れる。

窒化アルミニウム基材の表面に形成される酸化物薄膜は
、Ａ　ｌ　ｔ　Ｏａ　、Ｙｔ　Ｏｓ及びＳｉＯ２から選
ばれた一つの酸化物であることが望ましく、これらは一
般に窒化アルミニウム基材を焼成する際に添加される焼
結助剤として知られているものである。

前記薄膜の形成は、プラズマ溶射により形成することが
望ましい。

この方法は一般によく用いられる方法であると共に、低
温にて簡単かつ確実に薄膜を形成することができる。ま
た、窒化アルミニウム基板自体も高温にさらされること
はないため、分解されることがない。他にスパッタリン
グ、化学メツキ及びペースト塗布等の方法によっても、
最終的には所望する銅板及び窒化アルミニウムの結合を
得ることは可能であるが、より均一かつ平滑な酸化物薄
膜が得られる点、形成時に高温を要しない点からプラズ
マ溶射が好ましい。

前記酸化物薄膜の厚さは０．３〜３．０μｍであること
が望ましい。

前記酸化物薄膜の厚さが０．３μｍ以下の場合には、接
合に必要な酸素を薄膜から供給することができない。一
方、３．０μｍを越える場合、形成した薄膜が剥離をお
こし易い。

前記銅板は予め酸化処理が施されたものであることが望
ましい。この酸化処理は、空気中にて約３００℃で１０
分間行われることが望ましく、この条件により銅板を処
理すれば、窒化アルミニウムに対する濡れ性に優れた酸
化銅層が銅板表面に形成される。

前記処理温度が３００℃より低い場合、及び前記及び前
記処理時間が１０分より短い場合には、銅板の酸化が十
分でないため、接合のための酸素を供給することができ
ない。一方、前記処理温度を３００℃より高く、及び前
記処理温度を１０分より長くしたとしても、濡れに対す
る効果は顕著でないばかりか、反って良電導性という銅
本来の特性が失われる。

前記銅板として、或いは１００〜２０００１）ｐｍの酸
素を含有するものであることが望ましい。

前記条件を満たすものとして、例えば酸素を含有するタ
フピッチ電解銅などが好ましい。

この場合、酸素濃度が１１００ｐｐ未満であると、強固
な結合にし得るだけの酸素が供給されない。また、２０
００ｐｐｍを越える酸素を含有していても、結合強度に
大差がないばかりでなく、良電導性である銅を使用する
意義が失われるため好ましくない。

前記共晶温度以上、銅の融点未満の温・度は１０６８℃
〜１０７５℃の範囲であることが望ましい。

即ち、最も高い温度下でも銅板の大部分を固体状態に制
御することが必要とされる。

１０６８℃未満の場合には、窒化アルミニウム基材と銅
板との接合部分における銅、酸化銅、酸化物及び窒化ア
ルミニウムを含む共晶形成が十分でないため、両者の結
合は弱くなる。１０７５℃を越える場合、即ち、銅の融
点に近づき、銅板が溶融しはじめて界面に銅、酸化銅、
酸化物及び窒化アルミニウムを含む共晶が形成されない
。

前記銅板の接合処理は、１１００ｐｐ以下の酸素を含む
不活性ガス雰囲気で行われることが望ましく、不活性ガ
スとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等を使用するこ
とが好ましい。

前記の接合処理がＬＯＯｐｐｍを越える酸素を含む不活
性ガス雰囲気中で行われる場合、銅板が過度に酸化され
て膨張し、平滑な表面が形成されない。しかし、この条
件に従えば、接合処理後にも銅板全体が酸化されること
はなく、接合部分のみに酸化銅を形成でき、銅板表面の
平滑性が保持される。

一方、前記の接合処理が反応性雰囲気中で行われた場合
、銅板表面に形成される酸化被膜を除去する工程が更に
必要になるため好ましくない。

前記窒化アルミニウム基材は酸化物薄膜の形成に先立っ
て、予め表面に煮沸処理や酸素プラズマ処理及び紫外線
オゾン処理等が施されていることが望ましい。これによ
り、前記窒化アルミニウム基材の表層に付着した不純物
が除去され、前記薄膜がより確実に形成される。

［実施例１］ 次に、本発明を電子回路基板に具体化した実施例につい
て、図面に基づいて説明する。

まず、第１図（ａ）に示すように、プラズマ溶射により
窒化アルミニウム基材１の表面にＡｌ１Ｏｓ薄膜２を約
１μｍ程度形成する。

この場合、Ａｌｘ０ａ薄膜２の形成に先立って予め窒化
アルミニウム基材１表面を煮沸洗浄しておく。次に、空
気中にて約３００℃で１０分間の条件で銅板３に酸化処
理を行い、−表面に酸化銅層４を形成する。続いて、窒
化アルミニウム基材１上のＡ１１０１薄膜２と、銅板３
の酸化銅層４側とを接触させ、窒素ガス雰囲気中で１０
７２℃に加熱する（第１図（ｂ））。

これらの一連の処理の後、はぼ室温まで冷却して接合状
態を調査した。

その結果、第１図（Ｃ）に示すように、窒化アルミニウ
ム基材１と接合された銅板３との間には共晶層５が形成
され、この共晶層５が介在することで、両者が強固に接
合されていることが判明した。また、本実施例の窒化ア
ルミニウム基板の結合強度は１０　ｋｇｆ／ｍｍ”　、
熱伝導係数は１８０　ｗ／ｍｋと大変優れたものであっ
た。

［実施例２］ 次に、本発明を電子回路基板に具体化した別の実施例に
ついて説明する。

本実施例では、プラズマ溶射により窒化アルミニウム基
材１の表面にＡｌ！０３薄膜２を形成する工程について
は実施例１と同様である。

本実施例２では、第２図に示すように、タフピッチ電解
銅板６を窒化アルミニウム基材１上のＡｌ！０３薄膜２
に接触させ、窒素ガス雰囲気中で１０７２℃に加熱する
。これらの一連の処理の後、はぼ室温まで冷却して接合
状態を調査した。

その結果、窒化アルミニウム基材ｌとタフピッチ電解銅
板６との間には、実施例１と同様に共晶層が形成され、
この共晶層の介在により、両者が強固に接合されている
ことが判明した。また、本実施例の窒化アルミニウム基
板の結合強度は１０ｋｇｆ／ｍｍ”　、熱伝導係数は１
８０　ｗ／ｍｋと大変優れたものであった。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、発明
の趣旨を逸脱しない範囲内で以下のような態様にするこ
とも可能である。

（ａ）前記実施例１にて行った、空気中での加熱による
銅板３の酸化処理に代え、酸素以外の酸化性化合物を使
用し化学的に酸化銅層４を形成させてもよい。

（ｂ）前記実施例１では、窒化アルミニウム基材１との
接触面のみ酸化処理を施しているが、もし両面を酸化す
るほうがより簡便であれば、その方法にて酸化処理を行
っても差し支えない。

（ｃ）前記実施例１及び２では、酸化物薄膜としてＡｌ
ｚＯｓを用いているが、他に例えば、バリウム、ストロ
ンチウム、イツトリウム、カルシウム、ケイ素等の酸化
物を使用してもよい。また、これらの酸化物を２種以上
併用してもよい。

（ｄ）前記実施例１及び２では、窒化アルミニウム基材
１の表面にＡｌｔｏｓ薄膜２を形成しているが、可能で
あれば銅板３側、或いはタフピッチ電解銅板６側に形成
してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明における窒化アルミニウム
基板の製造方法によれば、窒化アルミニウム基材が有す
る好熱伝導性等を損なうことなく銅に対する濡れ性を改
善することにより、銅板を簡単かつ確実に結合させるこ
とができると共に、両者間に十分な結合強度を確保する
ことが可能な窒化アルミニウム基板の製造方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は実施例１における窒化アルミニ
ウム基板の製造工程を示す概略図、第２図は実施例２に
おける窒化アルミニウム基板の一製造工程を示す概略図
である。 ■・・・窒化アルミニウム基材、２・・・Ａｌ５Ｏｓ薄
膜、３・・・銅板、４・・・酸化銅層、６・・・タフピ
ッチ電解銅板。 特許出願人　　イビデン株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．窒化アルミニウム基材の表面にＡｌ＿２Ｏ＿３、Ｙ
   ＿２Ｏ＿３及びＳｉＯ＿２から選ばれた一つの酸化物の
   薄膜を形成する工程と、 酸化物薄膜に銅板を重ね合わせる工程と、 銅と酸化銅の共晶温度以上、銅の融点未満の温度まで加
   熱することにより、前記薄膜を介して窒化アルミニウム
   基材に銅板を接合する工程とからなる窒化アルミニウム
   基板の製造方法。
2. ２．前記銅板は予め酸化処理が施されたもの、或いは１
   ００〜２０００ｐｐｍの酸素を含有するものである請求
   項１に記載の窒化アルミニウム基板の製造方法。
3. ３．前記共晶温度以上、銅の融点未満の温度は１０６８
   ℃〜１０７５℃の範囲である請求項１に記載の窒化アル
   ミニウム基板の製造方法。
4. ４．前記銅板の接合処理は、１００ｐｐｍ以下の酸素を
   含む不活性ガス雰囲気で行われる請求項に記載の窒化ア
   ルミニウム基板の製造方法。