JPH0645509B2 - セラミック基板の表面改質と接合の方法 - Google Patents
セラミック基板の表面改質と接合の方法Info
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Description
表面改質したセラミック基板と金属板との接合方法に関
し、特にAlN(窒化アルミニウム)基板と銅板あるい
は銅粉との接合体を得るためにAlN基板の接合すべき
面をAl2O3に選択的に改質することを特徴とする表
面改質法およびこれを利用した接合方法に関する。
基板として、AlN基板が開発され、該基板に、従来A
l2O3基板用に使用されてきた導電ペーストを同様に
用いて回路基板を製造することが試みられているが、こ
の方法で得られた回路基板は密着強度が弱く且つ信頼性
に欠けるという欠点を有していた。
9094号公報「高熱伝導性回路基板」に開示された、
AlN基板の表面に酸化層を形成することにより導体層
たる銅板等の接合を可能にした方法が知られている。こ
の目的で、AlN基板表面に酸化層を形成する方法とし
ては、大気中での高温処理、水蒸気中等の酸化性雰囲気
での熱処理、および酸洗液中への浸漬処理等が知られて
いる。
あった。
高いため、AlN基板表面が酸化されてAl2O3基板
に改質され、AlN基板との熱膨脹差によりクラックが
発生する。更に冷却工程においてその効果は大きくな
り、クラックがより進展する。この結果、後続の工程で
接着させた銅などの導体層の密着強度の低下および繰り
返り熱衝撃に対する信頼性の低下を招く。
lN基板の耐湿性を考慮に入れると大きな問題は生じな
い筈であるが、導体との接着を行う場合に、脱水を十分
に行わないと接着不良を生じることになる。また、上述
の特開昭61−119094号公報の実施例3に示され
ているように、この方法は処理時間が168時間と長く、
工業的に利用するには生産性が著しく劣る方法である。
て酸化処理する方法も開示されているが、その方法は、
本発明者等の実験によれば、本明細書の比較例2に示す
ように工業的な生産方法としては不適当な手段であるこ
とが判明した。
銅板を直接接合させる方法が、本発明者等の先行発明で
ある特開昭63−166774号公報に開示された「銅
板とアルミナ基板との接合体の製造方法」により知られ
ているが、この方法はAl2O3基板と銅板とを直接接
合させる方法としては優れているもののAlN基板には
直接適用できない方法であった。
板に対して、銅板あるいは銅粉からなる導体層を接合す
る方法が求められていたが、現状では既に述べたような
方法しか知られていなかった。
ころにより、タフピッチ銅中に含有される酸素を有効に
利用してAlN基板表面をAl2O3に改質させ得るこ
とを知り、さらにこのように表面改質したAlN基板を
用いることによってAlN基板とCu板等の導体との直
接接合が可能であることを見い出し、本発明を達成する
ことができた。
に酸化することを目的として、AlN基板にタフピッチ
銅を接触させて酸素を0.5%以下含有する不活性ガス
中、温度800℃以上で加熱処理することによりAlN
基板表面をAl2O3に改質する。
触させて酸素を0.5%以下含有する不活性ガス中に
て、温度800℃以上で加熱処理することによりAlN
基板表面をAl2O3に改質した後、得られた表面改質
AlN基板に銅板等の所定の導体を接触させて不活性雰
囲気中において、1,083℃以下のただし、1,08
3℃に近い温度に加熱することにより導体と表面改質A
lN基板とを直接接合させてセラミック基板と導体との
接合体を得る。
われる。
板の表面が急速に酸化されてしまうことがわかる。
は、AlN基板表面の酸化を過度に進めることは好まし
くない。したがって、できるだけ限定的な酸化を実施す
る手段が求められていた。
かあるいは酸素分圧の低い雰囲気で酸化を行うことが考
えられるが、酸素濃度コントロールを必要とする高温炉
は高価となり、工業的量産を行う上で好ましくない。ま
た、雰囲気にさらされたAlN基板の全表面が酸化され
てしまうので、選択的に基板表面のある部分のみ、ある
いは基板の片面のみを酸化させたい場合には不都合であ
る。
銅をAlN基板表面上に重ねて配置し、両者の界面空間
で生じるAlNとCu2Oとの分解における平衡反応を
利用して、AlN基板表面の所望部分のみを選択的に酸
化したり、あるいはAlN基板の両面だけの酸化を行っ
たりすることのできるAlN基板表面の選択的酸化方法
を開発した。この方法によればAlN基板の所望の表面
部分だけを選択的に酸化してAl2O3に改質すること
ができる。
は、次のような解離の平衡式が成り立つ。
(cal)で与えられており、 なる関係が成り立ち、Cu2Oは酸素分圧の大きさによ
り、ある温度Tdで解離することが理解される。
囲気炉中に、AlN基板上に配置したタフピッチ銅を入
れて加熱したところ、タフピッチ銅中のCu2Oは解離
してO2を発生し、上述の(1)式に示す反応によりAl
N基板が酸化されてAl2O3に改質されていることが
確認された。
チ銅中の酸素量により制御することができるので、大気
中で高温加熱してAlNを分解、酸化する方法より制御
し易い。
にのみ多量に生じるので、タフピッチ銅をAlN基板に
隣接配置しないときには酸素の供給がなく、AlN基板
表面の酸化は生じない。従ってAlN基板上の酸化を必
要とする部分だけにその必要部の形状に合わせた所定の
形状を持つタフピッチ銅を予めプレス成形およびエッチ
ング処理等の方法で作成して、AlN基板上に配置する
ことによりAlN基板の所望の部分だけを選択的に酸化
改質することができる。
0.635mm、縦横寸法22mm×22mmの基板1を用意
し、銅板として、酸素含有量280ppmのタフピッチ銅
(同和金属工業株式会社製)からなるAlN基板1より
一回り小さい大きさの銅板2を用意し、第1図に示すよ
うにAlN基板1上にタフピッチ銅の銅板2を載せ、メ
ッシュベルト3でマッフル式抵抗加熱炉に搬入した。
保たれた窒素ガス雰囲気であり、加熱温度は毎分50℃
の割合で昇温しながら、炉内の最高到達温度を1,00
0℃に設定し、1,000℃に達したらその温度に10
分間保持し、その後は逆に毎分50℃の割合で降温する
という形の温度プロファイルとなるようなベルトスピー
ドで炉内を通過させて熱処理を行った。
内部より昇華したCu2Oが分解、解離してCuが付着
していたため、このCuを硝酸で洗浄除去した後、Al
N基板表面に残った反応生成物をX線回折で調べたとこ
ろ、AlN基板上面1aにはAl2O3のピークが観察
されたが、タフピッチ銅を接触配置しなかったAlN基
板下面1bにはAl2O3等のピークは観察されなかっ
た。
ッチ銅の内部より昇華したCu2Oが分解、解離して生
じたO2の影響を受けてAlN基板の表面がAl2O3
になる反応は生じていないことが知られる。
特開昭63−166774号に記載されているように銅
板を接触配置して、酸素濃度20ppmの窒素ガス雰囲気
中で、1,063℃の温度に8分間保持してAlN基板
と銅板とを直接接合させるための処理をし、冷却して取
り出したところ、十分良く接合した銅板とAlN基板の
接合体が得られた。
板2を配置した後、エッチング処理を行い、第2図に示
すパターンを形成した。
理した後、該基板表面の反応生成物をX線回折で調べた
ところ、タフピッチ銅のパターンと接触しているA部で
はAlN基板の表面にAl2O3が観察されたが、タフ
ピッチ銅と接触していないB部ではCuの付着もなく、
AlN基板表面のAl2O3への改質も認められなかっ
た。
ものを用いて、特開昭63−166774号に記載され
ているように銅板を配置して、酸素濃度20ppmの窒素
ガス雰囲気中で1,063℃の温度に8分間保持してA
lN基板と銅板とを直接接合させるための処理をした
が、実施例1の場合と異なり、接合体は得られなかっ
た。
に従ってリン酸によるAlN基板の表面改質を試みた。
実施例1に示すAlN基板を用いて、10vol.%リン酸
水溶液中で6時間煮沸した後、AlN基板をX線回折で
調べたところ、上下いずれの表面にもAl2O3の存在
は認められなかった。
に酸に対して強いため、リン酸では容易に酸化されない
ことによるものであると理解される。
るに際し、酸化させたい個所を任意に選択でき、更に、
短時間で低コストで処理できるものである。
することができるため、高価なAlN基板を有効に活用
できるものである。
配置したものをメッシュベルト上に載せた状態を示す側
面図である。 第2図は、第1図に示したAlN基板と銅板の平面図で
ある。 第3図は、AlN基板上に載せた銅板の一部をエッチン
グで除去して導体パターンを形成した本発明の別の実施
態様についての平面図である。 符号の説明 1……AlN基板 1a……同上面 1b……同下面 2……銅板 3……メッシュベルト A……銅パターンと接触している部分 B……銅パターンと接触していない部分
Claims (2)
- 【請求項1】AlN基板にタフピッチ銅を接触させて酸
素を0.5%以下含有する不活性ガス中にて、温度800℃以
上で加熱処理することによりAlN基板表面をAl2O
3に改質することを特徴とするセラミック基板の表面改
質方法。 - 【請求項2】AlN基板にタフピッチ銅を接触させて酸
素を0.5%以下含有する不活性ガス中にて、温度800℃以
上で加熱処理することによりAlN基板表面をAl2O
3に改質する第1工程; 次いで得られた表面改質AlN基板に所定の銅板を接触
させて不活性雰囲気中において、1,083℃以下のただし
これに近い温度に加熱することにより銅板と表面改質A
lN基板とを直接接合させる第2工程; からなることを特徴とするセラミック基板の接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239637A JPH0645509B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | セラミック基板の表面改質と接合の方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1239637A JPH0645509B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | セラミック基板の表面改質と接合の方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03103370A JPH03103370A (ja) | 1991-04-30 |
| JPH0645509B2 true JPH0645509B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=17047677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1239637A Expired - Lifetime JPH0645509B2 (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | セラミック基板の表面改質と接合の方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645509B2 (ja) |
-
1989
- 1989-09-14 JP JP1239637A patent/JPH0645509B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03103370A (ja) | 1991-04-30 |
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