JPH0666546B2 - 窒化アルミニウム部品の製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム部品の製造方法Info
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- JPH0666546B2 JPH0666546B2 JP62245749A JP24574987A JPH0666546B2 JP H0666546 B2 JPH0666546 B2 JP H0666546B2 JP 62245749 A JP62245749 A JP 62245749A JP 24574987 A JP24574987 A JP 24574987A JP H0666546 B2 JPH0666546 B2 JP H0666546B2
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- Japan
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- aluminum nitride
- layer
- metallization
- strength
- metallized
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-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、特に窒化アルミニウム回路基板に好適に使用
できる窒化アルミニウム部品の製造方法に関するもので
ある。
できる窒化アルミニウム部品の製造方法に関するもので
ある。
（従来の技術） 窒化アルミニウムはそのセラミックスの特性上、１）熱
膨脹係数が25℃〜400℃のとき4.4×10−６／℃とシリコ
ン半導体の熱膨脹係数に近く、２）熱伝導率が絶縁セラ
ミックスの中で140W／m.k（25℃）と高く、特に高出力I
C装着用の基板、パッケージ等にその特性が有効である
と考えられている。
膨脹係数が25℃〜400℃のとき4.4×10−６／℃とシリコ
ン半導体の熱膨脹係数に近く、２）熱伝導率が絶縁セラ
ミックスの中で140W／m.k（25℃）と高く、特に高出力I
C装着用の基板、パッケージ等にその特性が有効である
と考えられている。
しかしながら、窒化アルミニウムは窒化物セラミックス
で高熱伝導率を達成するために高純度セラミックであ
り、熱膨脹係数が小さいためメタライズとの間で残留応
力を生じ、窒化アルミニウム部品として安定した高値の
メタライズ強度を得ることが困難であった。
で高熱伝導率を達成するために高純度セラミックであ
り、熱膨脹係数が小さいためメタライズとの間で残留応
力を生じ、窒化アルミニウム部品として安定した高値の
メタライズ強度を得ることが困難であった。
（発明が解決しようとする問題点） 従来、例えば酸化物セラミックスのメタライズ加工で
は、メタライズ組成がMo,W等の耐熱金属とガラス成分よ
りなり焼成時にセラミック中のガラス成分とメタライズ
のガラス成分とが相互拡散をし、メタライズ強度を得て
いる。
は、メタライズ組成がMo,W等の耐熱金属とガラス成分よ
りなり焼成時にセラミック中のガラス成分とメタライズ
のガラス成分とが相互拡散をし、メタライズ強度を得て
いる。
窒化アルミニウム部材の場合は窒化アルミニウムが高純
度窒化物セラミックスであり、粒界にガラス成分を持た
ないため、単に焼成しただけでは高値のメタライズ強度
が得られない欠点があった。
度窒化物セラミックスであり、粒界にガラス成分を持た
ないため、単に焼成しただけでは高値のメタライズ強度
が得られない欠点があった。
本発明の目的は上述した不具合を解消し、窒化アルミニ
ウム部材とメタライズ層との強固な接着を達成し、その
結果他の部材との十分な機械強度を得ることができる窒
化アルミニウム部品の製造法を提供しようとするもので
ある。
ウム部材とメタライズ層との強固な接着を達成し、その
結果他の部材との十分な機械強度を得ることができる窒
化アルミニウム部品の製造法を提供しようとするもので
ある。
（問題点を解決するための手段） 本発明の窒化アルミニウム部品の製造方法は、所定形状
の窒化アルミニウム部材表面に、Mo100重量％に対して
少なくともMn2〜８重量％、Al２ Ｏ３ 0.2〜４重量％、
SiO２ ２〜８重量％からなるメタライズペーストを塗布
した後、還元雰囲気中1250〜1450℃の温度で焼成して、
メタライズ焼成時に窒化アルミニウム部材表面の酸化に
より得られるAl２ Ｏ３ とメタライズペースト中のSiO
２ とが反応して生じた厚さ0.2〜20μｍのアルミナ層
と、このアルミナ層上に形成したメタライズ層とよりな
る窒化アルミニウム部品を得ることを特徴とするもので
ある。
の窒化アルミニウム部材表面に、Mo100重量％に対して
少なくともMn2〜８重量％、Al２ Ｏ３ 0.2〜４重量％、
SiO２ ２〜８重量％からなるメタライズペーストを塗布
した後、還元雰囲気中1250〜1450℃の温度で焼成して、
メタライズ焼成時に窒化アルミニウム部材表面の酸化に
より得られるAl２ Ｏ３ とメタライズペースト中のSiO
２ とが反応して生じた厚さ0.2〜20μｍのアルミナ層
と、このアルミナ層上に形成したメタライズ層とよりな
る窒化アルミニウム部品を得ることを特徴とするもので
ある。
（作 用） 上述した構成においてメタライズペースト塗布後の焼成
時の雰囲気調整により、窒化アルミニウム部材表面の酸
化物（Al２ Ｏ３ ）とメタライズのガラス成分中の主と
してSiO２ とが反応してできた、厚さ0.2〜20μｍの密
着強度の高いアルミナ層が形成でき、この層により窒化
アルミニウム部材表面とメタライズ層との接合強度（メ
タライズ強度）が得られる。
時の雰囲気調整により、窒化アルミニウム部材表面の酸
化物（Al２ Ｏ３ ）とメタライズのガラス成分中の主と
してSiO２ とが反応してできた、厚さ0.2〜20μｍの密
着強度の高いアルミナ層が形成でき、この層により窒化
アルミニウム部材表面とメタライズ層との接合強度（メ
タライズ強度）が得られる。
ここで窒化アルミニウム部材表面のアルミナ層の厚さを
0.2〜20μｍと規定したのは、アルミナ層が20μｍを超
えるとアルミナ層の厚いことによる窒化アルミニウム部
材とのメタライズ強度が低下するためであり、かつ熱放
散もアルミナ層が厚い程低下するためである。また、0.
2μｍ未満であるとAl２ Ｏ３ 層は緻密でなく窒化アル
ミニウム部材表面に充分にメタライズのガラス層と反応
したアルミナ層が形成されないため、窒化アルミニウム
部材とメタライズ層との熱膨脹差による熱ストレス等の
応力緩和層として効果が得られず、窒化アルミニウム部
材表面にマイクロクラックが生ずるためである。
0.2〜20μｍと規定したのは、アルミナ層が20μｍを超
えるとアルミナ層の厚いことによる窒化アルミニウム部
材とのメタライズ強度が低下するためであり、かつ熱放
散もアルミナ層が厚い程低下するためである。また、0.
2μｍ未満であるとAl２ Ｏ３ 層は緻密でなく窒化アル
ミニウム部材表面に充分にメタライズのガラス層と反応
したアルミナ層が形成されないため、窒化アルミニウム
部材とメタライズ層との熱膨脹差による熱ストレス等の
応力緩和層として効果が得られず、窒化アルミニウム部
材表面にマイクロクラックが生ずるためである。
さらに、窒化アルミニウム部品製造時の焼成温度は1250
℃未満であるとメタライズ層内のMoが充分結晶されずメ
タライズ層自体の強度が弱くかつ緻密なメタライズ層が
得られないため、メタライズ表面にめっきを施した場合
フクレ等が発生しやすい。また、焼成温度が1450℃を超
えるとアルミナ層とメタライズ層との界面又はメタライ
ズ表面にガラス層が発生し、いずれも接合強度の低下な
らびにめっきのフクレ等の問題が発生する。従って焼成
温度を1250℃から1450℃と限定した。
℃未満であるとメタライズ層内のMoが充分結晶されずメ
タライズ層自体の強度が弱くかつ緻密なメタライズ層が
得られないため、メタライズ表面にめっきを施した場合
フクレ等が発生しやすい。また、焼成温度が1450℃を超
えるとアルミナ層とメタライズ層との界面又はメタライ
ズ表面にガラス層が発生し、いずれも接合強度の低下な
らびにめっきのフクレ等の問題が発生する。従って焼成
温度を1250℃から1450℃と限定した。
（実施例） 第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一例として窒化アルミ
ニウム部品の製造法を工程順に示す図である。先ず第１
図（ａ）に示すように、窒化アルミニウム焼成基板１上
に所定組成のMo−Mn系メタライズ用ペースト２（固形分
としてはMo:100重量％、Mn:5重量％、Al２ Ｏ３ :2重量
％、SiO２ :5重量％にエチルセルロース系のバインダー
でペースト状にしたもの）を塗布する。次に、第１図
（ｂ）に示すように、ペースト２を塗布した基板１を通
常使用されているセラミック還元焼成炉により、例えば
最高温度1300℃で40分保持して焼成してメタライズ層２
を形成する。このときの焼成雰囲気の選択が本発明では
重要であり、1300℃で水温40℃のウェッタを通過した還
元ガスを10分間炉中に供給する。このときの雰囲気中の
酸素分圧は計算上は7.5×10−18 〜1.4×10−14 気圧の
間と推定されるが、実際は窒化アルミニウム部材形状、
焼成炉により酸素分圧測定は実質的には困難であるた
め、前記のアルミナ層の形成厚みを測定し、適正な雰囲
気の調整を実施することになる。この焼成工程により、
第１図（ｂ）に示すように窒化アルミニウム基板１の表
面全体に0.2〜20μｍの厚さのアルミナ層３を形成す
る。
ニウム部品の製造法を工程順に示す図である。先ず第１
図（ａ）に示すように、窒化アルミニウム焼成基板１上
に所定組成のMo−Mn系メタライズ用ペースト２（固形分
としてはMo:100重量％、Mn:5重量％、Al２ Ｏ３ :2重量
％、SiO２ :5重量％にエチルセルロース系のバインダー
でペースト状にしたもの）を塗布する。次に、第１図
（ｂ）に示すように、ペースト２を塗布した基板１を通
常使用されているセラミック還元焼成炉により、例えば
最高温度1300℃で40分保持して焼成してメタライズ層２
を形成する。このときの焼成雰囲気の選択が本発明では
重要であり、1300℃で水温40℃のウェッタを通過した還
元ガスを10分間炉中に供給する。このときの雰囲気中の
酸素分圧は計算上は7.5×10−18 〜1.4×10−14 気圧の
間と推定されるが、実際は窒化アルミニウム部材形状、
焼成炉により酸素分圧測定は実質的には困難であるた
め、前記のアルミナ層の形成厚みを測定し、適正な雰囲
気の調整を実施することになる。この焼成工程により、
第１図（ｂ）に示すように窒化アルミニウム基板１の表
面全体に0.2〜20μｍの厚さのアルミナ層３を形成す
る。
次に第１図（ｃ）に示すように、メタライズ層２の全体
にニッケルめっきを施し、ニッケルめっき層４を形成す
る。その後、第１図（ｄ）に示すようにコバールからな
るリード線６を銀ろう（共晶銀ろう）５によりろう付け
した窒化アルミニウム部品を製造する。
にニッケルめっきを施し、ニッケルめっき層４を形成す
る。その後、第１図（ｄ）に示すようにコバールからな
るリード線６を銀ろう（共晶銀ろう）５によりろう付け
した窒化アルミニウム部品を製造する。
また焼成温度は焼成雰囲気と同様アルミナ層の厚さとメ
タライズ強度により1250〜1450℃の範囲で選定するのが
好ましい。
タライズ強度により1250〜1450℃の範囲で選定するのが
好ましい。
以下、実際に焼成雰囲気を変えて上述した製造法により
形成した窒化アルミニウム部品における基板１とメタラ
イズ層２との間の接合強度（メタライズ強度）を調べた
例について説明する。
形成した窒化アルミニウム部品における基板１とメタラ
イズ層２との間の接合強度（メタライズ強度）を調べた
例について説明する。
実施例 Mo−Mn系のメタライズペーストを塗布厚25μｍ程度窒化
アルミニウム基板上にスクリーン印刷した後、還元焼成
雰囲気中で還元ガスの一部をウェッタを通し、そのウェ
ッタの水温を変え雰囲気を変化させ1300℃で焼成した。
次にメタライズ層上にニッケルめっきを施した後、共晶
銀ろうを用いて約800℃の還元雰囲気中でコバール製の
リードをろう付けした。その後、窒化アルミニウム基板
表面上のアルミナ層の厚さと、基板とメタライズ層の接
合強度（メタライズ強度）をそれぞれ調べた。結果を第
２図に示す。また、メタライズ強度測定用のサンプル形
状を第４図に示す。メタライズ強度はコバール材６を垂
直に引張って求めた。
アルミニウム基板上にスクリーン印刷した後、還元焼成
雰囲気中で還元ガスの一部をウェッタを通し、そのウェ
ッタの水温を変え雰囲気を変化させ1300℃で焼成した。
次にメタライズ層上にニッケルめっきを施した後、共晶
銀ろうを用いて約800℃の還元雰囲気中でコバール製の
リードをろう付けした。その後、窒化アルミニウム基板
表面上のアルミナ層の厚さと、基板とメタライズ層の接
合強度（メタライズ強度）をそれぞれ調べた。結果を第
２図に示す。また、メタライズ強度測定用のサンプル形
状を第４図に示す。メタライズ強度はコバール材６を垂
直に引張って求めた。
第２図の結果から窒化アルミニウム基板表面のアルミナ
層の厚さ0.2〜20μｍ抑制することができ、その結果高
いメタライズ強度を得ることができることがわかる。ま
た、アルミナ層が0.1μｍ以下ではメタライズ強度が低
値であることがわかる。さらに、アルミナ層10μｍで同
一ペーストで温度を変えた場合のメタライズ強度を第３
図に示す。1450℃以上ではメタライズ表面にガラス浮き
が生じ、ニッケルめっきが均一に施せない。1250℃以下
ではメタライズ強度が急激に低下する。
層の厚さ0.2〜20μｍ抑制することができ、その結果高
いメタライズ強度を得ることができることがわかる。ま
た、アルミナ層が0.1μｍ以下ではメタライズ強度が低
値であることがわかる。さらに、アルミナ層10μｍで同
一ペーストで温度を変えた場合のメタライズ強度を第３
図に示す。1450℃以上ではメタライズ表面にガラス浮き
が生じ、ニッケルめっきが均一に施せない。1250℃以下
ではメタライズ強度が急激に低下する。
第５図は製品例として本発明を窒化アルミニウム製高出
力トランスタパッケージに応用した例を示している。第
５図に示す実施例では、半導体チップを装着すべき窒化
アルミニウム製の基板11上の所定位置に上述した本発明
の方法により10〜15μｍのMo−Mn系のメタライズ層12を
形成し、このメタライズ層によりニッケルめっきを施し
さらにコバールからなりリードフレーム13をろう付して
固定している。また、リードフレーム13ならびに露出し
たメタライズ層表面にはさらにニッケル、金めっきを施
している。
力トランスタパッケージに応用した例を示している。第
５図に示す実施例では、半導体チップを装着すべき窒化
アルミニウム製の基板11上の所定位置に上述した本発明
の方法により10〜15μｍのMo−Mn系のメタライズ層12を
形成し、このメタライズ層によりニッケルめっきを施し
さらにコバールからなりリードフレーム13をろう付して
固定している。また、リードフレーム13ならびに露出し
たメタライズ層表面にはさらにニッケル、金めっきを施
している。
第６図（ａ），（ｂ）は本発明のさらに他の例として本
発明を窒化アルミニウム製回路基板に応用した例の表面
および裏面をそれぞれ示している。第６図に示す実施例
では、所要部所にスルーホール21を設けた窒化アルミニ
ウム基板22のスルーホール21内部ならびに窒化アルミニ
ウム基板22の表裏に第６図に示す如き所要の形状のパタ
ーンを前記Mo−Mnペーストで成形し、焼成した後、メタ
ライズ層23の表面にニッケル、金メッキを施し、IC用の
回路基板を形成している。
発明を窒化アルミニウム製回路基板に応用した例の表面
および裏面をそれぞれ示している。第６図に示す実施例
では、所要部所にスルーホール21を設けた窒化アルミニ
ウム基板22のスルーホール21内部ならびに窒化アルミニ
ウム基板22の表裏に第６図に示す如き所要の形状のパタ
ーンを前記Mo−Mnペーストで成形し、焼成した後、メタ
ライズ層23の表面にニッケル、金メッキを施し、IC用の
回路基板を形成している。
第７図は本発明のさらに他の例として本発明をＸ線を取
り扱う装置の窓として使用した例を示しており、窒化ア
ルミニウムの円板状窓部31の側面全体にMo−Mn系のメタ
ライズ層32を形成して装置本体との接続を可能にしてい
る。
り扱う装置の窓として使用した例を示しており、窒化ア
ルミニウムの円板状窓部31の側面全体にMo−Mn系のメタ
ライズ層32を形成して装置本体との接続を可能にしてい
る。
さらに、第８図は本発明のさらに他の例として本発明を
窒化アルミニウム製のヘリックサポート41に応用した例
を示しており、中間部の他の部材と接続すべき位置にメ
タライズ層42を形成している。
窒化アルミニウム製のヘリックサポート41に応用した例
を示しており、中間部の他の部材と接続すべき位置にメ
タライズ層42を形成している。
（発明の効果） 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の窒化アルミニウム部品の製造法によれば、窒化アルミ
ニウム部材にメタライズペーストを塗布した後所定の雰
囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム部材表
面に所定厚さのアルミナ層を形成しているため、窒化ア
ルミニウム部材とメタライズ層との強固な接合強度が得
られ、その結果他の部材と接合させ十分な機械強度のあ
る窒化アルミニウム部品を得ることができる。
の窒化アルミニウム部品の製造法によれば、窒化アルミ
ニウム部材にメタライズペーストを塗布した後所定の雰
囲気下で焼成することにより、窒化アルミニウム部材表
面に所定厚さのアルミナ層を形成しているため、窒化ア
ルミニウム部材とメタライズ層との強固な接合強度が得
られ、その結果他の部材と接合させ十分な機械強度のあ
る窒化アルミニウム部品を得ることができる。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一例として窒化アルミ
ニウム回路基板の製造法を工程順に示す図、 第２図は焼成後の窒化アルミニウム基板表面上のアルミ
ナ層の厚さとメタライズ強度との関係を示すグラフ、 第３図は同じく焼成温度とメタライズ強度との関係を示
すグラフ、 第４図はメタライズ強度測定用のサンプル形状を示す
図、 第５図〜第８図はそれぞれ本発明窒化アルミニウム部品
の一例を示す図である。 １……窒化アルミニウム焼成基板 2,12,23,32,42……メタライズ層 ３……アルミナ層、４……ニッケルめっき層 ５……銀ろう、６……コバール材 11……窒化アルミニウム基板 13……リードフレーム、21……スルーホール 22……窒化アルミニウム基板 31……窓部、41……ヘリックサポート
ニウム回路基板の製造法を工程順に示す図、 第２図は焼成後の窒化アルミニウム基板表面上のアルミ
ナ層の厚さとメタライズ強度との関係を示すグラフ、 第３図は同じく焼成温度とメタライズ強度との関係を示
すグラフ、 第４図はメタライズ強度測定用のサンプル形状を示す
図、 第５図〜第８図はそれぞれ本発明窒化アルミニウム部品
の一例を示す図である。 １……窒化アルミニウム焼成基板 2,12,23,32,42……メタライズ層 ３……アルミナ層、４……ニッケルめっき層 ５……銀ろう、６……コバール材 11……窒化アルミニウム基板 13……リードフレーム、21……スルーホール 22……窒化アルミニウム基板 31……窓部、41……ヘリックサポート
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 3/12 Ｂ 7511−4Ｅ
Claims (1)
- 【請求項１】所定形状の窒化アルミニウム部材表面に、
Mo100重量％に対して少なくともMn2〜８重量％、Al２
Ｏ３ 0.2〜４重量％、SiO２ ２〜８重量％からなるメタ
ライズペーストを塗布した後、還元雰囲気中1250〜1450
℃の温度で焼成して、メタライズ焼成時に窒化アルミニ
ウム部材表面の酸化により得られるAl２ Ｏ３ とメタラ
イズペースト中のSiO２ とが反応して生じた厚さ0.2〜2
0μｍのアルミナ層と、このアルミナ層上に形成したメ
タライズ層とよりなる窒化アルミニウム部品を得ること
を特徴とする窒化アルミニウム部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62245749A JPH0666546B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 窒化アルミニウム部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62245749A JPH0666546B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 窒化アルミニウム部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6490586A JPS6490586A (en) | 1989-04-07 |
| JPH0666546B2 true JPH0666546B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=17138222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62245749A Expired - Lifetime JPH0666546B2 (ja) | 1987-10-01 | 1987-10-01 | 窒化アルミニウム部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0666546B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5075208A (ja) * | 1973-11-07 | 1975-06-20 | ||
| JPS61288447A (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体素子塔載用基板 |
| JPS62108786A (ja) * | 1985-11-06 | 1987-05-20 | 株式会社日立製作所 | 金属化窒化アルミニウム体及びその製法 |
| JPS62207789A (ja) * | 1986-03-08 | 1987-09-12 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化アルミニウム製基材の表面構造及びその製造法 |
-
1987
- 1987-10-01 JP JP62245749A patent/JPH0666546B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6490586A (en) | 1989-04-07 |
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