JPH072587A - 表面導電性セラミックス基板 - Google Patents

表面導電性セラミックス基板

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JPH072587A
JPH072587A JP16975093A JP16975093A JPH072587A JP H072587 A JPH072587 A JP H072587A JP 16975093 A JP16975093 A JP 16975093A JP 16975093 A JP16975093 A JP 16975093A JP H072587 A JPH072587 A JP H072587A
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JP
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aluminum nitride
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conductive
layer
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JP16975093A
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Hironori Asai
博紀 浅井
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電性金属層の各機能領域等に応じた表面状
態を得ることを可能にした表面導電性セラミックス基板
を提供する。 【構成】 窒化アルミニウム焼結体のような窒化物系セ
ラミックス焼結体からなる基板1と、基板1の表面に設
けられた導電性金属層2とを有する表面導電性セラミッ
クス基板である。導電性金属層2は、その表面に平滑性
が異なる 2つ以上の領域(AとB)が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化物系の表面導電性
セラミックス基板に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子部品の搭載基板やヒートシン
ク、あるいはハイブリッドIC用回路基板等として、高
電気絶縁性および高熱伝導性を有する窒化アルミニウム
基板が利用されている。窒化アルミニウム基板を上記し
たような電子部品用材料として用いる場合には、回路や
チップ搭載部の形成等を目的として、その表面に導電性
金属層を形成することが不可欠である。このような金属
層としては、例えば導体ぺーストの塗布、焼成により形
成する、いわゆるメタライズ層が一般的である。
【0003】ところで、上述したような方法で窒化アル
ミニウム基板上にメタライズ層を形成すると、窒化アル
ミニウム基板内に存在する粒界相成分がメタライズ層の
表面にまで染み出し、メタライズ層表面の平滑性が損な
われてしまう。メタライズ層上には、例えばNiメッキや
Auメッキを施した後、半導体チップを接合搭載したり、
また配線層の形成等が行われるが、例えば半導体チップ
の搭載部に関しては、メタライズ層表面に凹凸が存在し
ていると、半導体チップの接合不良が発生したり、また
窒化アルミニウム基板との接触面積が減少して、半導体
チップから基板への伝熱不良が発生する等の問題を招い
てしまう。
【0004】そこで、メタライズ層の形成に先立って、
窒化アルミニウム基板の表面に存在する粒界相成分を除
去し、メタライズ層の形成後において、その表面に粒界
相成分が染み出さないようにする等の対策が試みられて
いる。このような方法によれば、メタライズ層表面に窒
化アルミニウム基板の粒界相成分が染み出すことをある
程度防止することができ、比較的表面の平滑性が良好な
メタライズ基板を得ることができる。ただし、このメタ
ライズ層上に配線層をメッキ等により形成する場合に
は、メッキの形成強度を高める上で、メタライズ層表面
にはある程度の凹凸が存在していることが好ましい。
【0005】なお、上記したような表面の凹凸防止対策
では、焼成条件等によっては部分的に平滑でない部分が
生じるような場合もあるが、その領域を制御することは
できず、あくまでも突発的に凹凸の大きい部分が生じる
だけである。よって、メタライズ層の各機能領域(使用
用途に応じた各表面領域、例えば半導体チップの搭載領
域や配線の形成領域等)に応じた表面状態とするような
ことはできない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の窒化アルミニウム基板に対するメタライズ法や、その
表面の凹凸防止法では、平滑な表面または凹凸が存在す
る表面のいずれかしか得ることができず、メタライズ層
の各機能領域毎の役割等に応じた表面状態とするような
ことはできないという問題があった。
【0007】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、導電性金属層の各機能領域等に応じ
た表面状態を得ることを可能にした表面導電性セラミッ
クス基板を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の表面導電性セラ
ミックス基板は、窒化物系セラミックス焼結体からなる
基板と、前記基板の表面に設けられた導電性金属層とを
有する表面導電性セラミックス基板において、前記導電
性金属層は、その表面に平滑性が異なる 2つ以上の領域
が設けられていることを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明の表面導電性セラミックス基板において
は、導電性金属層の表面に平滑性が異なる 2つ以上の領
域、例えば平滑な領域と凹凸を有する領域とが設けられ
ている。このように、メタライズ層の表面に意図的に平
滑性が異なる 2つ以上の領域を設けることを可能にする
ことにより、各機能領域等に応じた平滑性を満足させる
ことができ、半導体チップの搭載基板やパッケージング
用基板としてのセラミックス基板の特性向上を図ること
が可能となる。
【0010】
【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を用い
て説明する。
【0011】図1は、本発明の一実施例による表面導電
性セラミックス基板を示す図である。同図において、1
は例えば窒化アルミニウム焼結体からなるセラミックス
基板であり、この窒化アルミニウム基板1の表面には、
導電性金属層2が設けられている。この導電性金属層2
は、例えば導体ペーストの塗布、焼成により形成するメ
タライズ層である。なお、スパッタ法や蒸着法等の薄膜
形成法による金属層や、メッキ法による金属層等も、形
成後に熱処理する場合には、本発明の導電性金属層2と
して適用可能である。
【0012】上記導電性金属層2は、その表面に平滑性
が異なる 2つ以上の領域が設けられている。この実施例
では、半導体チップ3の接合搭載部となる平滑な領域
(局所的に大きな凹凸が存在していない、Rmax 小)A
と、配線層の形成部となる凹凸を有する領域(局所的に
大きな凹凸が存在する、Rmax 大)Bの 2つの領域を、
導電性金属層2の表面に設けている。このように、半導
体チップ3の接合搭載領域と配線層の形成領域とに応じ
て平滑性を変える場合には、半導体チップ3の接合搭載
部のRmax は 0.2〜 6μm 程度とすることが、また配線
層の形成部のRmax は 1〜15μm 程度とすることが好ま
しい。
【0013】このように、半導体チップ3の接合搭載領
域と配線層の形成領域とを、それぞれの機能に応じた表
面状態(平滑度合い)とすることにより、例えば半導体
チップ3の接合搭載領域に関しては、半導体チップ3の
接合状態を良好に保つことができ、かつ半導体チップ3
から窒化アルミニウム基板1への伝熱特性を良好に維持
することが可能となる。また、配線層の形成領域につい
ては、配線層の形成強度を高めることが可能となる。
【0014】上述したような表面導電性窒化アルミニウ
ム基板は、例えば以下のようにして作製することができ
る。ここでは、導電性金属層2としてメタライズ層を適
用した場合について、図2を参照して説明する。
【0015】まず、窒化アルミニウム粉末に、適量の焼
結助剤を添加、混合し、さらに有機バインダや界面活性
剤等を適量加えて混合した後、例えばドクターブレード
法によって、所望の基板形状のグリーンシートを成形す
る。次いで、上記グリーンシートに脱脂処理を施した
後、窒素雰囲気中にて1750℃〜1900℃程度の温度で焼成
し、窒化アルミニウム基板1を作製する。
【0016】次に、図2(a)に示すように、上記窒化
アルミニウム基板1の表面に、例えば WやMo等の高融点
金属を主成分とし、これに必要に応じてTi、 TiN等の活
性金属成分等を添加したメタライズペースト4を塗布、
乾燥する。次いで、図2(b)に示すように、平滑表面
とする部分(領域)、この実施例では半導体チップ3の
接合搭載領域に、例えばアルミナ粉末等のセラミックス
粉末5を載せた後、用いたメタライズペースト4に応じ
た焼成雰囲気、焼成温度および焼成時間で焼き付けて、
メタライズ層2を形成する。
【0017】ここで、従来のメタライズパターンを均一
にさせようとする試みは、基板やメタライズペース、お
よび炉内での雰囲気の影響を均一にしようとするもので
あった。そうした中で、不均一なものが出来上がったり
するのは、いずれかの要因が均一に制御できないために
生じていると考えられる。そこで、逆にあるパターン内
の要素を不均一にすることにより、異なる特性を有する
ものを作製することが可能となる。
【0018】窒化物セラミックス上にメタライズ層を形
成する場合、炉内の雰囲気やペースト中の残留炭素の影
響を受けやすく、容易に変質する。こうした現象を生か
し、特性を変化させたい部分に別の物質を作用させ、そ
の性質を変化させればよいことになる。例えば、還元性
雰囲気中で焼成するものは、その雰囲気に晒す部分と晒
さない部分に分けることで、部分的に特性を変化させる
ことができる。
【0019】上述したメタライズペーストの塗布層上に
アルミナ粉末等を載せて焼成するのは、炭素の影響を受
けにくい部分と受けやすい部分とを意図的に形成したも
のであり、残留炭素や雰囲気の影響を遮断した部分、す
なわちアルミナ粉末等を載せて焼成した部分は、表面に
液相の過剰な染み出しがなく、平滑な表面が得られる。
一方、アルミナ粉末等を載せないで焼成した部分、すな
わち残留炭素や雰囲気の影響を受ける部分は、表面に液
相が染み出し、凹凸な面が得られる。このように、アル
ミナ粉末等を平滑な表面を得たい領域のパターンに応じ
て載せることにより、平滑領域と凹凸領域とをパターン
化して形成することができる。
【0020】上記したように、アルミナ粉末等を載せる
ことによって、平滑な表面が得られるのは、以下の理由
による。すなわち、メタライズ中に焼結体内の助剤の構
成元素を含む第2相酸化物が残留炭素や雰囲気と反応
し、還元される。この反応は、表面近傍で生じているも
のと考えられる。このため、第2相酸化物は、窒化物系
焼結体内から表面に染み出してくる。しかし、窒化物粒
子が表面に存在することや、さらにはメタライズ層があ
ること等により、表面上で均一に染み出すことができ
ず、結果的に凹凸を有する面となる。一方、アルミナ粉
末を載せると、そうした残留炭素や雰囲気と第2相酸化
物とが反応する前に、アルミナが残留炭素や雰囲気と反
応することにより、第2相酸化物が表面に染み出してく
ることを防ぐことができる。このため、メタライズ層表
面に染み出しがなく、平滑な表面が得られる。
【0021】上述したように、アルミナ粉末等のセラミ
ックス粉末5を平滑な表面としたい領域に載せて、メタ
ライズペースト4の塗布層を焼成することにより、図2
(c)に示すように、平滑な表面領域Aと凹凸を有する
表面領域Bとを有するメタライズ層2が得られる。
【0022】なお、上記実施例においては、メタライズ
層表面の平滑な領域Aと凹凸を有する領域Bとを、半導
体チップ3の接合搭載領域と配線層の形成領域として形
成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種
々の機能領域等に応じて平滑性が異なる 2つ以上の領域
を設けることができる。例えば、基板表面をむしろ凹凸
の多い表面とし、放熱特性を上げながら、素子接合が必
要な部分には平滑面を供給して、その特性を保証する等
である。また、窒化物系セラミックス基板としては、窒
化アルミニウム基板に限られるものではなく、例えば窒
化ケイ素基板等に対しても適用可能である。
【0023】次に、上記した実施例による表面導電性窒
化アルミニウム基板の具体例およびその評価結果につい
て述べる。 実施例 まず、熱伝導率が170W/m Kの窒化アルミニウム基板を用
い、この窒化アルミニウム基板の表面に、エチルセルロ
ースをバインダとし、Moと TiNとを含むメタライズペー
ストを印刷し、乾燥した後、半導体チップの接合搭載領
域となる部分にα- Al2 O 3 粉末を載せた。この状態で
焼成炉内に配置し、1800〜1900℃で 2時間焼成した。炉
内は還元性雰囲気とし、また高温にするために断熱材に
はカーボンを使用している。
【0024】このようにして得たメタライズ基板(表面
導電性窒化アルミニウム基板)におけるメタライズ層の
表面を顕微鏡で観察した。図3に、メタライズ層表面の
顕微鏡写真(倍率:400倍)を示す。同図に示すように、
Al2 O 3 粉末を載せた部分(X−X線より上側)と載せ
ない部分(X−X線より下側)とでは、表面の凹凸が明
らかに異なることが分かる。また、Al2 O 3 粉末を載せ
た部分の表面粗さRmax を測定したところ、 2〜 5μm
であった。一方、Al2 O 3 粉末を載せない部分の表面粗
さRmax は 8〜12μm であった。比較例α- Al2 O 3
末を載せない以外は、実施例と同一条件でメタライズペ
ーストの焼成を行ったところ、メタライズ層表面の所々
に粒界層が析出し、凹凸が不規則に形成されていた。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の表面導電
性窒化物セラミックス基板によれば、例えば導電性金属
層表面の各機能領域等に応じた表面状態、すなわち平滑
度を得ることができる。これにより、半導体チップの搭
載基板やパッケージング用基板としての窒化物系セラミ
ックス基板の特性向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による表面導電性窒化アル
ミニウム基板を示す図であって、(a)はその平面図、
(b)は断面図である。
【図2】 本発明の一実施例による表面導電性窒化アル
ミニウム基板の製造工程を示す図である。
【図3】 本発明の一実施例で作製した表面導電性窒化
アルミニウム基板におけるメタライズ層表面の顕微鏡観
察写真である。
【符号の説明】
1……窒化アルミニウム基板 2……メタライズ層 4……メタライズペーストの塗布層 5……アルミナ粉末 A……平滑な領域 B……凹凸を有する領域

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化物系セラミックス焼結体からなる基
    板と、前記基板の表面に設けられた導電性金属層とを有
    する表面導電性セラミックス基板において、 前記導電性金属層は、その表面に平滑性が異なる 2つ以
    上の領域が設けられていることを特徴とする表面導電性
    セラミックス基板。
JP16975093A 1993-06-16 1993-06-16 表面導電性セラミックス基板 Pending JPH072587A (ja)

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