JPH0674190B2

JPH0674190B2 - 金属化面を有する窒化アルミニウム焼結体

Info

Publication number: JPH0674190B2
Application number: JP4376686A
Authority: JP
Inventors: 彰笹目; 仁之坂上
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-02-27
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1994-09-21
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: JPS62202886A

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焼結体に関し、更に詳しくい
えば表面に信頼性の高い実用的な接合強度を備えた金属
化面を有する窒化アルミニウム焼結体に関するものであ
る。

従来の技術一般に、半導体装置あるいはこれらを利用する装置、機
器は、各種の能動・受動素子を含んでいるが、これらは
発熱の問題を内包している。従って、これ等素子等を安
定かつ信頼性良く動作させるためには、実装の際に最良
の熱設計を行うことが必要であり、これは半導体装置等
の設計、製作において極めて重要である。

更に、近年半導体装置の高速動作化、高集積化等の大き
な動向がみられ、特にLSIなどでは集積度の向上が著し
い。これに伴ってパッケージ当たりの発熱量も著しく増
大する。このため基板材料の放熱性が重要視されるよう
になってきた。

一方、IC基板用セラミックスとしては従来アルミナが用
いられてきたが、従来のアルミナ焼結体の熱伝導率では
放熱性が不十分であり、ICチップの発熱量の増大に十分
対応できなくなりつつある。そこで、このようなアルミ
ナ基板に代わるものとして高熱伝導率を有する窒化アル
ミニウムを用いた基板あるいはヒートシンクなどが注目
され、その実用化のために多数の研究がなされている。

この窒化アルミニウムは、本来材質的に高熱伝導性並び
に高絶縁性を有し、またベリリアとは違って毒性がない
ために、半導体工業において、特に絶縁材料やパッケー
ジ材料として有望視されている。

窒化アルミニウム（AlN）焼結体は熱伝導率が高いの
で、上記のように集積回路（IC）用基板として、あるい
はヒートシンクなどとして注目されている。しかしなが
ら、このような興味ある特性を有する一方で、AlN焼結
体は金属あるいはガラス質等との接合強度に問題があ
る。ところでこの焼結体はその表面に直接、市販されて
いるメタライズペーストを塗布する厚膜法もしくは活性
金属または金属の薄膜を蒸着などの手法で形成する薄膜
法などを利用して、金属化層を付与した状態で使用する
ことが一般的である。しかしながら、このような方法に
よっては実用に十分耐え得る接合強度を得ることはでき
ず、実際には金属化前または金属化操作中に何等からの
手法で表面を改質し、他の例えば金属等との接合性を改
善する必要がある。

このようなAlN焼結体の表面改質のための従来法として
は、AlN焼結体表面に酸化処理等を施して酸化物層を形
成する方法が知られている。即ち、例えば、AlN焼結体
表面にSiO₂、Al₂O₃、ムライト、Fe₂O₃、CuO等の酸化物
層を形成する方法である。しかしながら、上記の例示の
ような酸化物層はガラス層、アルミナ層などに対しては
良好な親和性を有し、強固な結合を生ずるが、AlN焼結
体自体とは親和性が小さく、信頼性に問題があるものと
考えられる。

発明が解決しようとする問題点以上述べたように、電気絶縁性かつ熱伝導率が極めて良
好であることから、良好な放熱性が要求されるIC絶縁基
板やヒートシンク材料として期待されるAlN焼結体は、
その表面を金属化して使用することが多いが、これらに
対する接合強度の点で問題があった。そこで、上記のよ
うな各種方法が考えられたが、いずれも不十分であり、
実用性充分な金属化面を有するAlN焼結体はいまのとこ
ろ得られていない。

即ち、従来のAlN焼結体とメタライズペースト（例え
ば、市販のフリット、ケミカルボンドタイプのもの）を
塗布する厚膜法では良好な接合強度を得ることができな
かった。これは該導体ペーストが元来Al₂O₃用であり、A
lN層とは反応性が良くないためである。

また、酸化物層を形成させながら、もしくは形成後、金
属化を施す方法が知られているAlN焼結体表面の酸化物
処理が知られている。しかしながら、上記SiO₂、Al
₂O₃、ムライト、Fe₂O₃、CuO等の酸化物層はAlNとの反応
性に乏しい。また、たとえ反応層が形成されたとして
も、該反応層は本質的に酸化物層と類似しているために
AlN表面との反応性は殆ど改善されず、従ってAlN焼結体
との接合強度も改善されない。更に、この酸化物処理は
緻密性、膜の接合強度の点でも問題がある。即ち、AlN
表面の酸化物処理は、例えば以下のような式で表わさ
れ：該反応に伴って窒素ガスが発生する場合があり、得られ
る酸化膜は著しく多孔質の膜となる。

また、活性金属を用いた厚膜法、薄膜法によっても、十
分な接合強度を期待することは難しい。即ち、これは窒
化物と反応性が高い活性金属を用いた場合でも、AlNが
著しく化学的に安定であるためにこれらの間の十分な接
合強度が得られず、結合が困難であることによるものと
思われる。

以上の如く、AlN焼結体と金属化層を実用性十分な接合
強度とするための各種試みはいずれも失敗であった。従
って、金属層もしくは金属酸化物等並びにAlN焼結体両
者に対して親和性を有する化合物を開発して、これらの
間の結合を保証し、金属化層とAlN焼結体の接合強度を
改善し得るあらたな技術の開発が切に望まれている。

そこで、本発明の目的は絶縁性並びに放熱性に優れた金
属化層とAlN焼結体の接合強度を改善することにある。
即ち、接合強度が優れ、信頼性の高い金属化面を有する
AlN焼結体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者等は金属化層とAlN焼結体との間の接合強度改
善における上記の如き従来法の現状に鑑みて、新しい技
術を開発すべく種々検討、研究した結果、AlN焼結体と
金属化層との間に特定物質の介在層を設けるか、あるい
は該金属化層中に特定の物質を予め混入させておくこと
が有効であることを見出し、かかる新規知見に基づき本
発明を完成した。

即ち、本発明の金属化面を有するAlN焼結体はその一つ
の態様に従えば、AlN焼結体と、その上の金属化層と、
これらの間の酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマ
ス，酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群よ
り選ばれた１種又は２種以上を含む介在層とを具備する
ことを特徴とする。

また、本発明の別の態様によれば、本発明の金属化層を
有するAlN焼結体はAlN焼結体と、その上に設けられた酸
化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス，酸化アンチモ
ンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれた１種又
は２種以上を添加混入した金属化層と、これらの間に形
成された酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス，酸
化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ば
れた１種又は２種以上を含む介在層とで構成されること
を特徴とする。

上記本発明の第１の態様において、金属化層材料として
は金（Au）、金（Au）−白金（Pt）、白金（Pt）、銀
（Ag）またはAg−パラジウム（Pd）の厚膜ペースト（第
１群）、あるいはまた銅（Cu）、タングステン（Ｗ）ま
たはモリブデン（Mo）、モリブデン（Mo）−マンガン
（Mn）の厚膜ペースト（第２群）などを好ましい例とし
て挙げることができる。これら材料は、まず第１群につ
いては大気雰囲気下、酸素気流中、あるいは窒素雰囲気
下で該厚膜ペーストを塗布し、次いで焼成することによ
り金属化層とすることができ、第２群では非酸化性雰囲
気下、弱還元性雰囲気下あるいは加湿雰囲気下（湿度10
％以下）で同様に厚膜ペーストを塗布し、焼成すること
により金属化層とすることができる。

この場合、形成される介在層は、焼成操作のために酸化
鉛、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より選ばれた１種又は２種以上と金属
化層形成材料および／またはAlN基板との反応および／
または拡散層および／または混合層として存在するか、
もしくは製造の際の酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ア
ンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれた
１種又は２種以上、もしくは混合物単独の層が存在する
場合もある。

更に、上記金属化層は酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化
ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成
る群より選ばれた１種又は２種以上をAlN焼結体表面に
形成した後、酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマ
ス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群よ
り選ばれた１種又は２種以上親和性の高い活性金属とし
てのチタン（Ti）ジルコニウム（Zr）またはハフニウム
（Hf）など（周期律表の第IVa族元素）を最内層とし、
次いでMo、ニッケル（Ni）の順、あるいはTiまたはZr、
次いでPt、Auの順に薄膜形成法によって堆積することに
よっても得ることができる。この場合、薄膜形成法とし
ては特に制限はなく、真空蒸着法、化学気相蒸着法（CV
D法）、プラズマCVD法、スパッタリング法、イオンプレ
ーティング法、イオン蒸着薄膜形成法（IVD）などか
ら、材質、種類等に応じて適宜選択することができる。

以上説明した第１の態様において酸化鉛、酸化ゲルマニ
ウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化
合物から成る群より選ばれた１種又は２種以上のAlN焼
結体表面上への形成法は、厚膜法あるいは薄膜法によっ
て行うことができる。更に詳しくいえば、酸化鉛、酸化
ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこ
れらの化合物から成る群より選ばれた１種又は２種以上
をスプレー法、スクリーン印刷法、真空蒸着法、化学蒸
着法、物理蒸着法、イオン注入法などで実施することが
でき、その厚さは特に制限はない。

また、本発明のもう一つの態様によれば、金属化層材料
としてはAu、Au−Pt、Pt、AgまたはAg−Pd厚膜ペースト
およびCu、Ｗ、MoまたはMo−Mn厚膜ペーストなどを好ま
しい例として挙げることができる。これら材料は、酸化
鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモン
およびこれらの化合物から成る群より選ばれた１種又は
２種以上を含有しており、その量はペースト中の全金属
重量の0.01〜10重量％であることが好ましい。この酸化
鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモン
およびこれらの化合物から成る群より選ばれた１種又は
２種以上を含有する上記厚膜ペーストは直接AlN焼結体
表面上に塗布され、次いで焼成することにより二層構造
として形成される。しかしながら、実際には厚膜ペース
トの焼成の際に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマ
ス、酸化アンチモンおよびこれらの化合物から成る群よ
り選ばれた１種又は２種以上が拡散し、反応することに
より酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化ア
ンチモンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれた
１種又は２種以上を含む拡散層および／または反応層と
して介在層が形成され、実際には三層構造となる。更
に、この態様でも予め第１の態様におけるように、酸化
鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモン
およびこれらの化合物から成る群より選ばれた１種又は
２種以上をAlN表面に適用しておき、その上にこれを含
有するペーストを適用して焼成することも勿論可能であ
る。

以上述べた本発明の金属化面を有するAlN焼結体は、夫
々添付第１図（ａ）および（ｂ）に示したような構造と
なる。第１図（ａ）は本発明の第１の態様、即ち３層構
造を有する例を模式的に断面図で示したものであり、Al
N焼結体１と、金属化層２と、これらの間に介在する酸
化鉛、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれらの化
合物から成る群より１種又は２種以上の層と金属化層お
よび／またはAlN基板との反応層および／または拡散層
および／または混合層で構成される中間介在層３とで形
成される。

一方、本発明の第２の態様によれば、第１図（ｂ）に示
すように、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよ
びこれらの化合物からなる群より１種又は２種以上の化
合物中の鉛、ビスマス、アンチモンまたは酸素がこれを
含有する金属化層用ペーストからAlN層に拡散し、またA
lNまたは／およびその粒界層と反応して、AlN焼結体１
および金属化層２′とは異なる第３の層３′（界面層）
を形成し、これらの間の密着性、緻密性を保証し、AlN
焼結体の強度を保証する。

また、本発明において有用な基板としてのAlN焼結体は
従来公知の任意の方法で作製できるが、このAlNはその
粉末自体が極めて焼結性に劣るために、粉末成形後焼結
して得られるAlN焼結体は多くの場合多量の気孔を有
し、熱伝導性の悪いものとなってしまう。これは、AlN
焼結体の如き絶縁性セラミックの熱伝導機構が、このAl
Nがイオン結合、共有結合からなっているために、主と
して格子振動間の非調和相互作用によるフォノン伝導を
主体としているので、多量の気孔、不純物等の欠陥を有
する場合には、フォノン散乱が著しく、低熱伝導度のも
のしか得られないことによるものである。

そこで、本発明者等の開発した緻密質かつ良好な熱伝導
率を有するAlN焼結体の製造方法により得られたものを
使用することが好ましい。この方法は1.8重量％以下の
酸素含有率のAlN粉末にイットリウム（Ｙ）およびセリ
ウム（Ce）のアルコキシドからなる群から選ばれた少な
くとも１種の溶液をＹまたはCe換算で0.1〜10重量％添
加し、混合・分解した後成形し、1700〜2200℃の範囲内
の温度で非酸化性雰囲気下で常圧焼結することからなる
（特願昭60−184635号明細書参照）。しかし、この例に
限らず、緻密質かつ良好な熱伝導率を有するものであれ
ば特に制限はない。

作用 AlN焼結体は絶縁性並びに熱伝導性に優れていることか
ら、半導体装置、特に高集積度のICチップ、高速動作、
高周波動作性の高発熱量素子の絶縁基板あるいはヒート
シンクなどの半導体パッケーシング材料として有望視さ
れていた。しかしながら、このAlN焼結体はその接合強
度の点で不十分であり、従来からこの点を改良すべく種
々研究されていたにも拘らず、十分に満足でき、実用に
耐え得るものは今のところ得られていない。

ところで、このAlN焼結体の接合強度の問題は、該AlN焼
結体のメタライズの際に本発明におけるように工夫する
ことにより有利に解決することができる。

一般に、金属は酸素に対して高い親和性を有するが、Al
Nは明らかに窒化物であるから、その上に金属化層を設
ける場合、これらの界面に金属／金属酸化物および窒化
アルミニウムと親和性のある元素の単体あるいはその化
合物を介在させることにより、これら両者を強固に結合
させることができるものと考えられる。

本発明者等はこのような技術的立脚点から、酸化鉛、酸
化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよび
これらの化合物から成る群より１種又は２種以上が有効
であるとの見解に達し、本発明を完成した。

即ち、AlN表面の公知の介在層は殆どの場合酸化物であ
り、本研究で金属／金属酸化物および窒化物の両者に対
して化学親和性の高いものの中で、特に酸化鉛、酸化ゲ
ルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよびこれ
らの化合物から成る群より１種又は２種以上が有効であ
り、これらの融点は650〜1200℃であるので、比較的低
い温度つまり800℃〜1000℃で十分AlN焼結体と濡れ、拡
散または／かつ反応をする。

また、これらの化合物は金属および金属化合物と強固に
密着するので、これらを介在層とすることにより金属化
層とAlN基板との間の十分な接合強度を保証するものと
思われる。

この酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化ア
ンチモンおよびこれらの化合物から成る群より１種又は
２種以上から選ばれたものと、AlN焼結体および金属化
層界面に形成する方法としては主として２通りの方法が
考えられ、その一つはまずAlN焼結体表面に厚膜法、薄
膜法で酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化
アンチモンおよびこれらの化合物から成る群より１種又
は２種以上からなる層を形成し、これを介して金属化層
を適用することによって強固な接合を達成するものであ
る。

もう一つの方法は予め酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化
ビスマス、酸化アンチモンおよびその化合物から成る群
より１種又は２種以上を金属化層形成用ペースト中に添
加混合しておき、これをAlN焼結体に直接塗布し、焼成
することにより実現できる。いずれの場合においても、
酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチ
モンおよびその化合物から成る群より１種又は２種以
上、またはその化合物中の鉛、ビスマス、ゲルマニウ
ム、アンチモンまたは／かつ酸素原子がAlNおよび／ま
たは金属化層中に拡散し、場合によっては反応して拡散
層および／または反応層を形成する。これによってAlN
焼結体と金属化層との接合は強固なものとなり、十分に
実用化に耐える金属化面を有するAlN焼結体基板等が得
られることになる。

特に、酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化
アンチモンおよびその化合物から成る群より１種又は２
種以上含有メタライズペーストを用いる厚膜ペースト法
においては、大気雰囲気下で焼成する場合にはペースト
材料としてAg、Pt、Au−Pt、Au、Ag−Pdペーストを用い
ることが好ましく、加湿水素雰囲気下での焼成に対して
はＷ、Mo、Mnを、また窒素雰囲気下ではCuペーストを用
いることが好ましい。この場合、酸化鉛、酸化ビスマ
ス、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より１種又は２種以上のもののペース
トへの添加量は、上記の如くペースト中に存在する全金
属重量の0.01〜10重量％であることが好ましい。という
のは酸化鉛、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ア
ンチモンおよびこれらの化合物から成る群より１種又は
２種以上のものの量が全金属重量の10重量％を越える場
合、AlN焼結体と金属化層との接着強度の点では何等問
題ないが、ワイヤボンド性など他の点で問題が生じ、せ
っかくの高絶縁性かつ高熱伝導性という興味ある特性を
生かせなくなってしまうからである。一方、下限の0.01
重量％に満たない場合には目的とする十分な接合強度が
得られないからである。

かくして、本発明におけるように酸化鉛、酸化ビスマ
ス、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモンおよびこれらの
化合物から成る群より１種又は２種以上のものをAlN焼
結体および金属化層の間に介在させたことに基づき各種
の利点を得ることができる。即ち、まずこれらは上記両
者の間に均一かつ緻密で強固な結合を与える。これは金
属、酸化物、ガラス等と同様にAlNに対しても酸化鉛、
酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモンおよ
びこれらの化合物から成る群より１種又は２種以上が良
好な濡れ性を与え、その結果高い接着強度が得られるこ
とによる。

従って、本発明の金属化面を有するAlN焼結体は、高い
放熱性と高絶縁性とを併せもつ材質の使用が必要とされ
るあらゆる分野において適用可能であり、特にICなどに
対する絶縁基板、ヒートシンクなどに有利に使用でき
る。

実施例以下、実施例により本発明の金属化層を有するAlN焼結
体を更に具体的に説明すると共に、その有用性を立証す
るが、本発明の焼結体は以下の例により何等制限されな
い。

実施例１ AlN基板表面に、厚さ1.0μｍのPbO、GeO₂、Bi₂O₃、また
はSb₂O₃を粉体スプレー法で塗布した後、800℃にて30分
間、大気雰囲気中で焼成した。次いで、該表面に約25μ
ｍの厚さにAu、Ag−Pd、Ag導体ペーストをスクリーン印
刷法で塗布した後、920℃にて10分間、酸素気流中で焼
成した。かくして得た金属化面を有するAlN焼結体に半
田付けによりワイヤー（銅線1mmφ）を溶接し、その際
の引張強度を測定した。

結果は以下の通りであった。

尚、比較のためAlN基板上に上記の如く、直接ペースト
を塗布し、焼成したところ、引張強度は夫々Auペース
ト:0.4Kg/mm²、Ag−Pdペースト:0.5Kg/mm²、Agペース
ト:0.2Kg/mm²であった。

実施例２ Ag−Pdペーストに、その重量の0.01,0.1,1または10％に
当たるPbO、GeO₂、Bi₂O₃またはSb₂O₃を添加し、十分に
混合した。かくして得たPbO、GeO₂、Bi₂O₃またはSb₂O₃
含有ペーストをAlN焼結体基板上に厚さ約20μｍで塗布
した後、930℃で10分間酸素気流中で焼成し、本発明の
金属化面に有するAlN焼結体を得た。実施例１と同様に
して測定した引張強度は以下の如くであった。

一方、AlN基板上に含まない上記Ag−Pdペーストを直接
塗布し、焼成して得た製品の引張強度は0.5Kg/mm²であ
った。

実施例３ AlN基板に厚さ0.5μｍのPbO、GeO₂、Bi₂O₃、またはSb₂O
₃を塗布した後、950℃にて10分間窒素雰囲気中で焼付け
した。次いでその表面に、実施例１と同様に５種（Au、
Ag−Pd、Au−PtおよびAg）の導体ペーストを塗布し、80
0℃にて30分間焼成した。夫々をワイヤーボンド（金線
φ30μｍ）法で測定したところ、以下のような結果とな
った。また、比較例としてＢ金属の適用をせず、直接上
記ペーストを塗布、焼成して得た製品についても同様な
測定を行った。

尚、この値は一般に6g以上であることが実用上必要とさ
れている。

実施例４実施例１と同様にしてPbO、GeO₂、Bi₂O₃、またはSb₂O₃
を塗布したAlN基板表面に、Cuのペーストをスクリーン
印刷法で約18μｍの厚さに塗布した。次いで、これら試
料を加湿水素気流中で820℃にて30分間焼成した。得ら
れた製品の引張強度は夫々2.9、3.8、4.9および4.0Kg/m
m²であった。比較のためにPbO、GeO₂、Bi₂O₃またはSb₂O
₃を使用せずにペーストを直接塗布し、焼成した。

引張強度は以下の通りであった。

比較例:Cu＝0.4Kg/mm² 実施例５実施例４と同様にしてBi₂O₃を塗布したAlN基板表面に
Ｗ、Mo−Mnの各ペーストをスクリーン印刷法で約25μｍ
の厚さに塗布した。これらの試料を加湿水素気流中で夫
々1610および1440℃にて20分間焼成した。得られた製品
の引張強度は夫々3.4、3.6Kg/mm²であった。比較のため
にBi₂O₃を使用せずに各ペーストを直接塗布し焼成し
た。

引張強度は以下の通りであった。

比較例:W＝0.4Kg/mm² Mo−Mn＝0.5Kg/mm² 実施例６株式会社アサヒ化学研究所製Ｗペースト（＃WA−1200）
に、その重量の0.9％に相当するBi₂O₃を添加し、十分に
混合してBi₂O₃含有Ｗペーストを得た。

このペーストをスクリーン印刷法で約29μｍの厚さに、
AlNグリーンシート表面に塗布した後、窒素雰囲気下で
同時焼成を行った。密着強度（引張強度）は2.8Kg/mm²
であった。一方、Bi₂O₃を使用しない例についても実施
したが、結果は以下の通りであった。

比較例：密着強度＝0.8Kg/mm² 実施例７ Au粉末100重量部に対してPbO、GeO₂、Bi₂O₃あるいはSb₂
O₃粉末を0.001〜20重量部添加し、それらの金属混合物
の100重量部に対し、有機結合材としてエチルセルロー
スを濃度６％で含むテルピネオール溶液を20重量部の割
合で添加後混練したスラリー状のAuペーストをスクリー
ン印刷法でAlN基板に厚み約25μｍに塗布して大気雰囲
気中で905℃にて、10分間焼成した金属化面との接合強
度はワイヤボンド法（Au線30mmφ）によって、また金属
化面のワイヤボンド性については、Au線を金属化面にワ
イヤボンドを試みた個数に対してワイヤボンドが行えた
個数を百分率で表わして、以下の第１表に示すように３
段階で評価した。

実施例８ Cuペーストに、Cu金属粉末に対して0.5wt％のPbO、Ge
O₂、Bi₂O₃、もしくはSb₂O₃を添加混合した後、このペー
ストをスクリーン印刷法で、AlN基板上に厚み約16μｍ
位に塗布して、窒素雰囲気中710℃にて10分間焼成し
た。焼成した金属化面にAuメッキを厚み約１μｍ程度に
施し、実施例８と同様にワイヤボンド法（Au線30mmφ）
によって接合強度を求めた。

また、比較例として、Cuペーストに何も添加せずに同様
に操作し、メタライズを施して、ワイヤボンド値を求め
た。

発明の効果かくして、本発明の金属化面を有するAlN焼結体によれ
ば、接合強度が不十分であることから、興味ある高熱伝
導性並びに高絶縁性を有するにも拘らず、高放熱性の絶
縁基板としてあるいはヒートシンクとして集積度の高い
IC用、あるいは高周波動作性、高速動作性の各種素子の
絶縁材料として実用化するには不十分であったAlN焼結
体をほぼ実用化得るまでにその接合強度の改善を図るこ
とが可能となった。これは金属化層とAlN焼結体との間
に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アン
チモンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれた１
種又は２種以上あるいはその化合物を介在させた後、あ
るいはこれら酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマ
ス、又は／かつ酸化アンチモンおよびこれらの化合物か
ら成る群より選ばれた１種又は２種以上をペースト中に
添加・混合した後、厚膜法あるいは薄膜法で金属化層を
適用することにより、AlNおよび／または金属化層と酸
化鉛、酸化ゲルマニウム、酸化ビスマス、酸化アンチモ
ンおよびこれらの化合物から成る群より選ばれた１種又
は２種以上またはその化合物層とが拡散層および／また
は反応層を形成することによって強固に結合することに
基づくものである。

また、本発明による窒化アルミニウム焼結体の金属化面
は、ワイヤボンディング強度に優れているので、半導体
装置用基板等として該装置の組立実装部品として極めて
適したものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は夫々本発明の金属化面を有
する窒化アルミニウム焼結体の好ましい２つの態様を説
明するための模式的断面図である。（主な参照番号）１……AlN基板、２、２′……金属化層、３、３′……介在層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウム焼結体と、その上の金属
化層と、これらの間に形成された酸化鉛，酸化ゲルマニ
ウム，酸化ビスマス，酸化アンチモンおよびこれらの化
合物から成る群より選ばれた１種又は２種以上を含む介
在層とで構成されることを特徴とする金属化面を有する
窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】上記金属化層が大気中、酸素雰囲気中また
は窒素雰囲気中で金、金−白金、白金、銀または銀−パ
ラジウムの厚膜ペーストを焼成することにより形成され
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の金属化面を有する窒化アルミニウム焼結体。
【請求項３】上記金属化層が非酸化性雰囲気、弱還元性
雰囲気あるいは加湿雰囲気中で、銅、タングステン、モ
リブデンまたはモリブデン−マンガンの厚膜ペーストを
焼成することにより形成されたものであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の金属化面を有する窒化
アルミニウム焼結体。
【請求項４】上記金属化層が周期律表の第IVa族元素を
最内層とし、次いでモリブデン、ニッケルの順、あるい
はプラチナ、金の順に薄膜法によって形成されたものあ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属化
面を有する窒化アルミニウム焼結体。
【請求項５】上記第IVa族元素がTiまたはZrであること
を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の金属化面を
有する窒化アルミニウム焼結体。
【請求項６】金属化層を有する窒化アルミニウム焼結体
であって、該金属化層に酸化鉛、酸化ゲルマニウム、酸
化ビスマス，酸化アンチモンおよびこれらの化合物から
成る群より選ばれた１種又は２種以上を含み、上記金属
化層と焼結体との間に形成された酸化鉛、酸化ゲルマニ
ウム、酸化ビスマス，酸化アンチモンおよびこれらの化
合物から成る群より選ばれた１種又は２種以上を含む介
在層を有することを特徴とする上記金属化面を有する窒
化アルミニウム焼結体。
【請求項７】上記金属化層が酸化鉛、酸化ゲルマニウ
ム、酸化ビスマス，酸化アンチモンおよびこれらの化合
物から成る群より選ばれた１種又は２種以上を存在する
全金属重量の0.01〜10重量％含有することを特徴とする
特許請求の範囲第６項記載の金属化面を有する窒化アル
ミニウム焼結体。
【請求項８】上記金属化層が酸化鉛、酸化ゲルマニウ
ム、酸化ビスマス，酸化アンチモンおよびこれらの化合
物から成る群より選ばれた１種又は２種以上を含む金、
金−白金、白金、銀または銀−パラジウム厚膜−ペース
トを上記窒化アルミニウム焼結体の表面に塗布し、大気
中、酸素雰囲気中または窒素雰囲気中で焼成して得られ
たものであることを特徴とする特許請求の範囲第７項記
載の金属化面を有する窒化アルミニウム焼結体。
【請求項９】上記金属化層が酸化鉛、酸化ゲルマニウ
ム、酸化ビスマス，酸化アンチモンおよびこれらの化合
物から成る群より選ばれた１種又は２種以上を含有する
銅、タングステン、モリブデンまたはモリブデン−マン
ガン厚膜ペーストを上記窒化アルミニウム焼結体表面に
塗布し、非酸化性雰囲気、弱還元性雰囲気あるいは加湿
雰囲気中で焼成して得られたものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第６項または第７項に記載の金属化面
を有する窒化アルミニウム焼結体。