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JPH07235769A - Aluminum nitride wiring board and manufacturing method thereof - Google Patents

Aluminum nitride wiring board and manufacturing method thereof

Info

Publication number
JPH07235769A
JPH07235769A JP32954694A JP32954694A JPH07235769A JP H07235769 A JPH07235769 A JP H07235769A JP 32954694 A JP32954694 A JP 32954694A JP 32954694 A JP32954694 A JP 32954694A JP H07235769 A JPH07235769 A JP H07235769A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum nitride
wiring
metal layer
manganese
wiring metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP32954694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Monma
旬 門馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP32954694A priority Critical patent/JPH07235769A/en
Publication of JPH07235769A publication Critical patent/JPH07235769A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板成分等を配線金属と混合することなく、
配線金属層を内部まで均一に緻密化させると共に、窒化
アルミニウム基材と配線金属層との接合を安定化させた
窒化アルミニウム配線基板およびその製造方法を提供す
る。 【構成】 窒化アルミニウム基板1の表面および内部の
少なくとも一方に設けられ、窒化アルミニウム基板1と
同時焼成された配線金属層3を具備する窒化アルミニウ
ム配線基板4において、配線金属層3はそれを主として
構成するタングステン等の配線金属の他に、マンガンを
2重量% 以下の範囲で含有する。このような窒化アルミ
ニウム配線基板4は、窒化アルミニウム成形体を作製す
る際に、窒化アルミニウムグリーンシートおよび配線層
形成用金属ペーストの少なくとも一方に、タングステン
を緻密化させるマンガン成分を添加することによって作
製することができる。
(57) [Summary] [Purpose] Without mixing the substrate components with the wiring metal,
Provided is an aluminum nitride wiring board in which the wiring metal layer is uniformly densified to the inside and the bonding between the aluminum nitride base material and the wiring metal layer is stabilized, and a manufacturing method thereof. [Structure] In an aluminum nitride wiring substrate 4 provided on at least one of the surface and the inside of the aluminum nitride substrate 1 and having a wiring metal layer 3 co-fired with the aluminum nitride substrate 1, the wiring metal layer 3 mainly comprises it. In addition to wiring metal such as tungsten, manganese
It is contained in the range of 2% by weight or less. Such an aluminum nitride wiring board 4 is manufactured by adding a manganese component for densifying tungsten to at least one of the aluminum nitride green sheet and the wiring layer forming metal paste when manufacturing an aluminum nitride molded body. be able to.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、配線金属層を例えば窒
化アルミニウム基材と同時焼成して形成した窒化アルミ
ニウム配線基板およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum nitride wiring board formed by co-firing a wiring metal layer with, for example, an aluminum nitride base material, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パワ―IC、高周波トランジスタ
等の大電流を必要とする半導体素子の発展に伴って、セ
ラミックス基板の需要は年々増加している。特に、窒化
アルミニウム基板は、熱伝導率が高く、放熱性に優れる
等の特徴を有することから、増大傾向にある半導体素子
からの放熱量に対応し得る基板として注目されている。
上述したような窒化アルミニウム基板を半導体パッケー
ジや回路基板等として使用する場合には、同時焼成によ
り窒化アルミニウム基板と配線金属層とを一括して作製
することが一般的である。
2. Description of the Related Art In recent years, the demand for ceramic substrates has been increasing year by year with the development of semiconductor devices such as power ICs and high frequency transistors which require large currents. In particular, since the aluminum nitride substrate has features such as high thermal conductivity and excellent heat dissipation, it is attracting attention as a substrate that can cope with the increasing amount of heat dissipation from semiconductor elements.
When the aluminum nitride substrate as described above is used as a semiconductor package, a circuit board, or the like, it is general to simultaneously manufacture the aluminum nitride substrate and the wiring metal layer by cofiring.

【0003】一般的な窒化アルミニウム同時焼成基板の
製造方法について説明する。まず、セラミックスグリー
ンシート上に配線金属を含む配線層形成用金属ペースト
を所望の配線形状に塗布する。これを 1層または所望の
形状となるように複数層積層して、窒化アルミニウム成
形体を作製する。次に、窒化アルミニウム成形体に脱脂
処理等を施した後、所定の温度で焼成することによっ
て、窒化アルミニウム基材と配線金属とを同時に焼結さ
せる。
A method of manufacturing a general co-fired aluminum nitride substrate will be described. First, a wiring layer forming metal paste containing a wiring metal is applied in a desired wiring shape on a ceramic green sheet. One layer or a plurality of layers are laminated so as to have a desired shape to produce an aluminum nitride compact. Next, the aluminum nitride compact is subjected to degreasing treatment and the like, and then fired at a predetermined temperature to simultaneously sinter the aluminum nitride base material and the wiring metal.

【0004】上述したような窒化アルミニウム同時焼成
基板における配線金属としては、例えばJP,A,60-253294
に記載されているように、モリブデン、タングステン、
白金、マンガン等の金属の単体やこれらの金属を 2つ以
上含んだ合金等が用いられている。なかでも、窒化アル
ミニウムと熱膨張率が近似すること等から、タンクステ
ンが主に用いられている。このような窒化アルミニウム
同時焼成基板において、配線金属であるタングステンと
窒化アルミニウム焼結体との接合は、焼結助剤とアルミ
ニウム酸化物との複合酸化物がそれぞれの組織内部に入
り込むアンカ効果によって保たれているものと考えられ
ている。
As the wiring metal in the above-mentioned aluminum nitride co-fired substrate, for example, JP, A, 60-253294 is used.
Molybdenum, tungsten, as described in
Single metals such as platinum and manganese and alloys containing two or more of these metals are used. Among them, tank stainless is mainly used because it has a thermal expansion coefficient similar to that of aluminum nitride. In such an aluminum nitride co-fired substrate, the bonding between the wiring metal tungsten and the aluminum nitride sintered body is maintained by the anchor effect in which the composite oxide of the sintering aid and the aluminum oxide enters into each structure. It is considered to be dripping.

【0005】ところで、上述したような窒化アルミニウ
ム同時焼成基板の焼成工程において、窒化アルミニウム
の焼結温度とタングステンの緻密化温度には差があり、
さらに緻密化の挙動も異なるため、同時焼成後の配線金
属層中に気孔が残存しやすいという問題があった。さら
には、窒化アルミニウムとタングステンとの接合自体が
不安定になるというような問題があった。モリブデン等
の他の単体金属を用いた場合にも同様な問題が発生して
いる。一方、モリブデンやタングステンとマンガン等と
の合金を用いた場合には、低融点化により配線金属層の
形状劣化や断線等が生じやすいという問題があった。
By the way, there is a difference between the sintering temperature of aluminum nitride and the densification temperature of tungsten in the firing process of the aluminum nitride co-fired substrate as described above.
Further, since the behavior of densification is different, there is a problem that pores are likely to remain in the wiring metal layer after the simultaneous firing. Further, there is a problem that the bonding itself between aluminum nitride and tungsten becomes unstable. Similar problems occur when other simple metals such as molybdenum are used. On the other hand, when molybdenum or an alloy of tungsten and manganese or the like is used, there is a problem that deterioration of the shape of the wiring metal layer, disconnection and the like are likely to occur due to the lowering of the melting point.

【0006】そこで、従来は配線金属層の形成に用いる
印刷用組成物中に、窒化アルミニウム成分やその焼結助
剤成分を添加し、窒化アルミニウム焼結体と配線金属と
の焼結収縮率を合せると共に、窒化アルミニウム成分に
より気孔を消滅させることが行われてきた(例えばJP,
A,1-300584 参照)。このようにして、配線金属層を緻
密化する工夫がなされてきた。
Therefore, conventionally, an aluminum nitride component or a sintering aid component thereof is added to a printing composition used for forming a wiring metal layer to reduce the sintering shrinkage ratio between the aluminum nitride sintered body and the wiring metal. It has been practiced to eliminate the pores with the aluminum nitride component as well as to match (for example, JP,
A, 1-300584). In this way, some efforts have been made to make the wiring metal layer dense.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように配線金属の印刷用組成物中に窒化アルミニウム
成分や焼結助剤成分を添加して場合には、それらの量が
多くなると配線抵抗の増加を招きやすいという問題があ
った。また、焼結助剤成分を含む窒化アルミニウム成分
を混入させた場合には、配線金属層中に焼結中液相とな
る成分が混入することとなり、焼結後に配線金属層上や
その周囲に液相の偏析が起こりやすくなる。このため、
メッキ異常や外観不良等を招くといった問題があった。
さらに、配線金属層の緻密化が不十分な場合には、その
上にメッキ層や薄膜配線層等を形成した後の加熱試験
で、メッキ層や薄膜配線層等に膨れ不良が発生しやすい
という問題が生じていた。
However, in the case where the aluminum nitride component or the sintering aid component is added to the wiring metal printing composition as described above, if the amount of these components increases, the wiring resistance of the wiring resistance increases. There was a problem that it was likely to cause an increase. In addition, when an aluminum nitride component containing a sintering aid component is mixed, a component that becomes a liquid phase during sintering is mixed in the wiring metal layer, and after the sintering, the component on the wiring metal layer or its periphery is mixed. Segregation of the liquid phase is likely to occur. For this reason,
There were problems such as abnormal plating and poor appearance.
Furthermore, if the wiring metal layer is not sufficiently densified, a swelling defect is likely to occur in the plating layer or the thin film wiring layer in the heating test after forming the plating layer or the thin film wiring layer on the wiring metal layer. There was a problem.

【0008】一方、窒化アルミニウム同時焼成基板の配
線金属層中に存在する気孔や隙間に、メッキ法により析
出させた金属を充填することによって、配線金属層を緻
密化することも提案されている(JP,A,6-56563参照)。
しかし、この方法は表面配線層等には有効であるもの
の、メッキ法による金属を内部配線層まで均一に充填す
ることができないという問題を有していた。
On the other hand, it has also been proposed to densify the wiring metal layer by filling the pores and gaps existing in the wiring metal layer of the aluminum nitride co-fired substrate with the metal deposited by the plating method ( See JP, A, 6-56563).
However, although this method is effective for the surface wiring layer and the like, it has a problem that the metal cannot be uniformly filled up to the internal wiring layer by the plating method.

【0009】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、基板成分等を配線金属と混合するこ
となく、配線金属層を内部まで均一に緻密化させると共
に、窒化アルミニウム基材と配線金属層との接合を安定
化させた窒化アルミニウム配線基板を提供することを目
的としており、さらには配線金属層の導通不良や外観不
良等の発生、さらには配線金属層上に形成するメッキ層
や薄膜配線層の膨れ不良等を防止することを可能にした
窒化アルミニウム配線基板を提供することを目的として
いる。本発明の他の目的は、上記したような窒化アルミ
ニウム配線基板を再現性よく製造することを可能にした
窒化アルミニウム配線基板の製造方法を提供することに
ある。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and makes it possible to uniformly densify the wiring metal layer to the inside without mixing the substrate components and the like with the wiring metal, and to make the aluminum nitride base material. The present invention aims to provide an aluminum nitride wiring substrate in which the bonding between the wiring metal layer and the wiring metal layer is stabilized, and further, the occurrence of poor conduction and poor appearance of the wiring metal layer, and the plating formed on the wiring metal layer. It is an object of the present invention to provide an aluminum nitride wiring board capable of preventing a swollen defect of a layer or a thin film wiring layer. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an aluminum nitride wiring board which enables the aluminum nitride wiring board as described above to be manufactured with good reproducibility.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化アルミニウ
ム配線基板は、窒化アルミニウム基板と、前記窒化アル
ミニウム基板の表面および内部の少なくとも一方に設け
られ、前記窒化アルミニウム基板と同時焼成された配線
金属層とを具備する窒化アルミニウム配線基板におい
て、前記配線金属層は、該配線金属層を主として構成す
る金属の他に、マンガンを 2重量% 以下の範囲で含有す
ることを特徴としている。
An aluminum nitride wiring substrate of the present invention is an aluminum nitride substrate and a wiring metal layer provided on at least one of the surface and the inside of the aluminum nitride substrate and co-fired with the aluminum nitride substrate. In the aluminum nitride wiring board including the above, the wiring metal layer contains manganese in an amount of 2% by weight or less in addition to the metal mainly constituting the wiring metal layer.

【0011】また、本発明の他の窒化アルミニウム配線
基板は、窒化アルミニウム基板と、前記窒化アルミニウ
ム基板の表面および内部の少なくとも一方に設けられ、
気孔率が2%以下である配線金属層とを具備することを特
徴としている。
Another aluminum nitride wiring substrate of the present invention is provided on the aluminum nitride substrate and on at least one of the surface and the inside of the aluminum nitride substrate,
And a wiring metal layer having a porosity of 2% or less.

【0012】本発明の窒化アルミニウム配線基板の製造
方法は、窒化アルミニウムグリーンシートに、配線金属
を含有する配線層形成用金属ペーストを所望形状に塗布
し、これを 1層または複数層積層して窒化アルミニウム
成形体を作製する工程と、前記窒化アルミニウム成形体
を焼成して、窒化アルミニウム基材と前記配線金属とを
同時に焼結させる工程とを具備する窒化アルミニウム配
線基板の製造方法において、前記窒化アルミニウムグリ
ーンシートおよび前記配線層形成用金属ペーストの少な
くとも一方に、マンガンおよびマンガン化合物から選ば
れる少なくとも1種のマンガン成分を添加することを特
徴としている。
The method for manufacturing an aluminum nitride wiring board according to the present invention comprises applying a wiring layer-forming metal paste containing a wiring metal in a desired shape onto an aluminum nitride green sheet, and laminating one or more layers of the paste. A method of manufacturing an aluminum nitride wiring board, comprising: a step of producing an aluminum molded body; and a step of firing the aluminum nitride molded body to simultaneously sinter the aluminum nitride base material and the wiring metal. At least one manganese component selected from manganese and manganese compounds is added to at least one of the green sheet and the wiring layer forming metal paste.

【0013】[0013]

【作用】本発明においては、窒化アルミニウムグリーン
シートもしくは配線層形成用金属ペースト中に、配線金
属層を主として構成する金属と反応して配線金属層を緻
密化させるマンガンやマンガン化合物を添加している。
添加したマンガンやマンガン化合物により、配線金属の
粒成長が促進されて緻密化が進行するため、窒化アルミ
ニウム基材との同時焼成過程において、配線金属層の緻
密化がほぼ完了する。よって、窒化アルミニウム成分や
焼結助剤成分を添加することなく、例えば気孔率が2%以
下の配線金属層が得られる。言い換えると、配線金属層
の構成成分として無機絶縁物を実質的に含まない金属材
料を用いた上で、十分に緻密化させた配線金属層が得ら
れる。さらに、配線金属の焼結が速まるため、窒化アル
ミニウムの焼結時に緻密化が進んだ配線金属が窒化アル
ミニウムに包含されていくことになる。従って、窒化ア
ルミニウム基材と配線金属層との接合性も向上する。配
線金属層を例えば気孔率2%以下というように緻密化させ
ると、焼成後のメッキ工程や薄膜形成工程時に液体分や
有機不純物成分が配線金属層に侵入することを防止でき
る。これにより、製品検査に伴う加熱処理等による分解
ガス成分の発生や膨れ異常等の不良要因を回避すること
ができるため、信頼性に優れた窒化アルミニウム配線基
板を提供することが可能となる。
In the present invention, manganese or a manganese compound that reacts with the metal mainly forming the wiring metal layer to densify the wiring metal layer is added to the aluminum nitride green sheet or the wiring layer forming metal paste. .
The added manganese or manganese compound promotes grain growth of the wiring metal and promotes densification, so that the densification of the wiring metal layer is almost completed in the co-firing process with the aluminum nitride base material. Therefore, for example, a wiring metal layer having a porosity of 2% or less can be obtained without adding an aluminum nitride component or a sintering aid component. In other words, a sufficiently densified wiring metal layer can be obtained by using a metal material that does not substantially contain an inorganic insulator as a constituent component of the wiring metal layer. Further, since the wiring metal is sintered quickly, the wiring metal that has been densified during the sintering of aluminum nitride is included in the aluminum nitride. Therefore, the bondability between the aluminum nitride base material and the wiring metal layer is also improved. When the wiring metal layer is densified to have a porosity of 2% or less, for example, it is possible to prevent a liquid component or an organic impurity component from entering the wiring metal layer during a plating step or a thin film forming step after firing. As a result, it is possible to avoid defective factors such as generation of decomposed gas components and abnormal swelling due to heat treatment accompanying product inspection, and thus it is possible to provide a highly reliable aluminum nitride wiring board.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明する。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail by way of examples.

【0015】図1は、本発明を同時焼成による窒化アル
ミニウム多層配線基板に適用した一実施例の構成を示す
断面図である。同図において、1は窒化アルミニウム多
層基板である。この窒化アルミニウム多層基板1は、複
数の窒化アルミニウム層2を多層一体化することにより
構成されている。窒化アルミニウム層2上には、所定の
配線パターンを有する内部配線金属層3が設けられてお
り、この内部配線金属層3はスルーホール内に充填され
た配線金属層3aを含んでいる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment in which the present invention is applied to an aluminum nitride multilayer wiring board by simultaneous firing. In the figure, 1 is an aluminum nitride multilayer substrate. This aluminum nitride multilayer substrate 1 is configured by integrating a plurality of aluminum nitride layers 2 into a multilayer. An internal wiring metal layer 3 having a predetermined wiring pattern is provided on the aluminum nitride layer 2, and the internal wiring metal layer 3 includes a wiring metal layer 3a filled in the through hole.

【0016】これら窒化アルミニウム多層基板1と内部
配線金属層3とにより、窒化アルミニウム多層配線基板
4が構成されている。窒化アルミニウム多層基板4は、
例えば窒化アルミニウム基材(窒化アルミニウム多層基
板1)と内部配線金属層3となる配線層形成用金属材料
(配線層形成用金属ペーストの塗布層)とを同時焼成す
ることにより作製される。
The aluminum nitride multilayer wiring board 1 and the internal wiring metal layer 3 constitute an aluminum nitride multilayer wiring board 4. The aluminum nitride multilayer substrate 4 is
For example, the aluminum nitride base material (aluminum nitride multilayer substrate 1) and the wiring layer forming metal material (the coating layer of the wiring layer forming metal paste) to be the internal wiring metal layer 3 are simultaneously fired.

【0017】窒化アルミニウム多層基板1は、一般的な
窒化アルミニウム焼結体からなるものであり、例えば窒
化アルミニウム粉末に焼結助剤として酸化イットリウム
のような希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等を
添加し、このような混合粉末を焼結させたものが例示さ
れる。また、焼結助剤としてフッ化イットリウムやフッ
化カルシウム等のフッ化物を使用した低温焼成窒化アル
ミニウムを適用することも可能である。
The aluminum nitride multilayer substrate 1 is made of a general aluminum nitride sintered body. For example, a rare earth oxide powder such as yttrium oxide or aluminum oxide powder is added to aluminum nitride powder as a sintering aid. Then, the thing which sintered such a mixed powder is illustrated. Further, it is also possible to apply low temperature firing aluminum nitride using a fluoride such as yttrium fluoride or calcium fluoride as a sintering aid.

【0018】また、内部配線金属層3は、窒化アルミニ
ウム成分や焼結助剤成分等の無機絶縁物を実質的に含ま
ない金属材料により構成することが好ましい。内部配線
金属層3を主として構成する金属としては、タングステ
ン、モリブデン等の高融点金属が例示される。これら高
融点金属は単体で用いてもよいし、あるいはチタンやジ
ルコニア等の活性金属もしくは窒化チタン等の活性金属
化合物との混合物として用いてもよい。特に、本発明に
おいては、窒化アルミニウムと熱膨張率等が近似するタ
ングステンを主成分として用いることが好ましい。な
お、配線層形成用金属ペーストの作製に用いるタングス
テン粉末としては、平均粒径が 5〜20μm程度の比較的
大径の粉末を用いることが好ましい。これにより配線金
属の収縮を抑制することができる。
The internal wiring metal layer 3 is preferably made of a metal material that does not substantially contain an inorganic insulator such as an aluminum nitride component or a sintering aid component. Examples of the metal mainly forming the internal wiring metal layer 3 include refractory metals such as tungsten and molybdenum. These refractory metals may be used alone or as a mixture with an active metal such as titanium or zirconia or an active metal compound such as titanium nitride. In particular, in the present invention, it is preferable to use tungsten whose main coefficient of thermal expansion is similar to that of aluminum nitride as the main component. As the tungsten powder used for producing the wiring layer forming metal paste, it is preferable to use a relatively large powder having an average particle diameter of about 5 to 20 μm. Thereby, shrinkage of the wiring metal can be suppressed.

【0019】上述した内部配線金属層3は、内部配線金
属層3を主として構成する金属例えばタングステンの他
に、微量のマンガンを含有している。内部配線金属層3
中に含まれるマンガンは、窒化アルミニウム多層基板1
の形成に使用する窒化アルミニウムグリーンシート、も
しくは配線層形成用金属ペースト中に予め添加しておい
たマンガン成分によるものである。マンガン成分として
は、マンガンの単体金属や酸化マンガンのようなマンガ
ン化合物が例示される。
The above-mentioned internal wiring metal layer 3 contains a trace amount of manganese in addition to the metal mainly constituting the internal wiring metal layer 3, such as tungsten. Internal wiring metal layer 3
Manganese contained in the aluminum nitride multilayer substrate 1
This is due to the manganese component previously added to the aluminum nitride green sheet used for forming the above or the metal paste for forming the wiring layer. Examples of the manganese component include elemental metals of manganese and manganese compounds such as manganese oxide.

【0020】例えば、酸化マンガンとタングステンと
は、同時焼成工程時に反応して、マンガンとタングステ
ンとを含む複合酸化物のような複合化合物や、マンガン
とタングステンとの共晶合金等の複合体を形成する。こ
の複合体(反応物)は、同時焼成工程時には液相とな
る。このような液相を介在させることによって、従来焼
結しにくくかつ拡散しづらかったタングステン原子が拡
散しやすくなる。これにより、タングステン粒子の粒成
長が促進されて、タングステン配線層(内部配線金属層
3)を十分に緻密化することができる。このような緻密
化過程によれば、気孔率2%以下の内部配線金属層3が得
られる。
For example, manganese oxide and tungsten react during the simultaneous firing step to form a complex compound such as a complex oxide containing manganese and tungsten, or a complex such as a eutectic alloy of manganese and tungsten. To do. This composite (reactant) becomes a liquid phase during the simultaneous firing process. By interposing such a liquid phase, tungsten atoms, which have been difficult to sinter and are difficult to diffuse, are easily diffused. Thereby, the grain growth of the tungsten particles is promoted, and the tungsten wiring layer (internal wiring metal layer 3) can be sufficiently densified. According to such a densification process, the internal wiring metal layer 3 having a porosity of 2% or less can be obtained.

【0021】上述したような緻密化効果は、内部配線金
属層3が微量の配線金属とマンガンとを含む複合体を含
有することによって達成される。内部配線金属層3が 2
重量% を超えるマンガンを含有すると、配線金属(例え
ばタングステン)の溶解が進み、内部配線金属層3の形
成形態が保てなくなると共に、窒化アルミニウム基板1
の特性劣化を招くおそれがある。よって、内部配線金属
層3中のマンガン含有量は 2重量% 以下であることが好
ましい。一方、内部配線金属層3中のマンガン含有量が
少なすぎると、配線金属を十分に緻密化することができ
ないため、内部配線金属層3中のマンガン含有量は0.01
重量% 以上とすることが好ましい。より好ましいマンガ
ン含有量は0.01〜 0.1重量% の範囲である。
The densification effect as described above is achieved by the internal wiring metal layer 3 containing a composite containing a trace amount of wiring metal and manganese. Internal wiring metal layer 3 is 2
If the manganese content exceeds 5% by weight, the wiring metal (for example, tungsten) is dissolved, the formation of the internal wiring metal layer 3 cannot be maintained, and the aluminum nitride substrate 1
May deteriorate the characteristics of Therefore, the manganese content in the internal wiring metal layer 3 is preferably 2% by weight or less. On the other hand, if the manganese content in the internal wiring metal layer 3 is too low, the wiring metal cannot be sufficiently densified, so that the manganese content in the internal wiring metal layer 3 is 0.01.
It is preferable that the content is not less than weight%. A more preferable manganese content is in the range of 0.01 to 0.1% by weight.

【0022】上記した内部配線金属層3中のマンガン含
有量の範囲は、一般的な窒化アルミニウム基板を用いる
場合である。すなわち、窒化アルミニウム基板を2023〜
2123K 程度の温度範囲で焼成して作製する場合である。
特殊な窒化アルミニウム基板を用いる場合には、その焼
成温度や焼成時間等に応じて、マンガン含有量を設定す
ることが好ましい。例えば、 1873K以下の温度で焼成す
ることが可能な低温焼成窒化アルミニウムの場合には、
内部配線金属層3中のマンガン含有量を 0.1〜2重量%
の範囲とすることが好ましい。
The range of manganese content in the internal wiring metal layer 3 described above is when a general aluminum nitride substrate is used. That is, the aluminum nitride substrate 2023 ~
This is a case where it is manufactured by firing in a temperature range of about 2123K.
When a special aluminum nitride substrate is used, it is preferable to set the manganese content according to the firing temperature, firing time and the like. For example, in the case of low temperature firing aluminum nitride that can be fired at a temperature of 1873K or lower,
Manganese content in the internal wiring metal layer 3 is 0.1 to 2% by weight.
It is preferable to set it as the range.

【0023】上述したように、マンガン成分は窒化アル
ミニウムグリーンシートもしくは配線層形成用金属ペー
ストのいずれに添加しても、同様に内部配線金属層3を
緻密化することができるが、特にグリーンシート側に添
加することがより好ましい。グリーンシート側にマンガ
ン成分を添加すると、窒化アルミニウム基材側から内部
配線金属層(例えばタングステン層)3との結合が生じ
るため、より窒化アルミニウム基板1と内部配線金属層
3との接合を強化することができる。また、マンガン成
分の配合に関しても均一化しやすいため、内部配線金属
層3の緻密度の均一性を向上させることができる。
As described above, even if the manganese component is added to either the aluminum nitride green sheet or the wiring layer forming metal paste, the internal wiring metal layer 3 can be similarly densified, but especially on the green sheet side. Is more preferably added to When the manganese component is added to the green sheet side, bonding with the internal wiring metal layer (for example, tungsten layer) 3 occurs from the aluminum nitride base material side, so that the bonding between the aluminum nitride substrate 1 and the internal wiring metal layer 3 is further strengthened. be able to. Further, since the compounding of the manganese component is easy to make uniform, it is possible to improve the uniformity of the density of the internal wiring metal layer 3.

【0024】この実施例の窒化アルミニウム多層配線基
板4においては、上述したように配線金属の粒成長が促
進されていると共に、配線金属の焼結速度が速められて
いるため、気孔率2%以下というように十分に緻密化され
た内部配線金属層3、例えばタングステン層が得られ
る。さらに、配線金属の焼結速度が速まることによっ
て、窒化アルミニウムの焼結が生じたときに緻密化の進
んだ配線金属が包含されていくために、窒化アルミニウ
ム多層基板1と内部配線金属層3との接合性を安定化す
ることができる。
In the aluminum nitride multilayer wiring board 4 of this embodiment, since the grain growth of the wiring metal is promoted and the sintering rate of the wiring metal is accelerated as described above, the porosity is 2% or less. Thus, the fully densified internal wiring metal layer 3, for example, a tungsten layer is obtained. Further, since the wiring metal having a higher densification is included when the sintering of the aluminum nitride occurs due to the faster sintering rate of the wiring metal, the aluminum nitride multilayer substrate 1 and the internal wiring metal layer 3 are The bonding property of can be stabilized.

【0025】十分に緻密化された内部配線金属層3は、
その上にメッキ層や薄膜を形成する際に、液体分や有機
不純物が配線層に侵入しないため、検査工程に伴う加熱
処理等で分解ガス成分の発生や膨れ異常等の不良要因を
回避することができる。また、内部配線金属層3は導通
不良や外観不良の原因となる不要物、例えば窒化アルミ
ニウム成分や焼結助剤成分を含んでいないため、低抵抗
で外観性に優れたものとなる。
The fully densified internal wiring metal layer 3 is
When forming a plating layer or thin film on it, liquid components and organic impurities do not enter the wiring layer, so avoiding defective factors such as generation of decomposed gas components and abnormal swelling due to heat treatment accompanying the inspection process. You can Further, since the internal wiring metal layer 3 does not contain unnecessary substances that cause poor continuity or poor appearance, for example, an aluminum nitride component or a sintering aid component, it has low resistance and excellent appearance.

【0026】上述した実施例の窒化アルミニウム配線基
板は、例えば以下のようにして製造される。
The aluminum nitride wiring board of the above-mentioned embodiment is manufactured, for example, as follows.

【0027】まず、前述したような配線金属と反応して
緻密化させるマンガン成分を含有する窒化アルミニウム
グリーンシート、もしくは通常の窒化アルミニウムグリ
ーンシートを作製する。これら窒化アルミニウムグリー
ンシートには、所定の位置にスルーホールを形成する。
窒化アルミニウムグリーンシートに添加するマンガン成
分としては、マンガンの単体金属や酸化マンガンのよう
なマンガン化合物が例示される。
First, an aluminum nitride green sheet containing a manganese component which reacts with the above-mentioned wiring metal to densify it, or an ordinary aluminum nitride green sheet is prepared. Through holes are formed at predetermined positions in these aluminum nitride green sheets.
Examples of the manganese component added to the aluminum nitride green sheet include a single metal of manganese and a manganese compound such as manganese oxide.

【0028】ここで、マンガン成分の添加量は、窒化ア
ルミニウムグリーンシート中に配合する場合には窒化ア
ルミニウムに対して0.05〜 5mol%程度とすることが好ま
しい。マンガン成分の添加量が少なすぎると、配線金属
(例えばタングステン)の緻密化を十分に進行させるこ
とができない。一方、あまり多く添加すると、配線金属
の溶解が進み、形成形態が保てなくと共に、窒化アルミ
ニウム基板の特性劣化を招くおそれがある。
Here, when the manganese component is added to the aluminum nitride green sheet, it is preferably about 0.05 to 5 mol% with respect to the aluminum nitride. If the addition amount of the manganese component is too small, the wiring metal (for example, tungsten) cannot be sufficiently densified. On the other hand, if it is added in an excessively large amount, the wiring metal may be dissolved, the formation form may not be maintained, and the characteristics of the aluminum nitride substrate may be deteriorated.

【0029】次に、マンガン成分を含有するグリーンシ
ートを用いる場合には、通常の配線層形成用金属ペース
トを所望の配線形状に塗布する。また、スルーホール内
に配線層形成用金属ペーストを充填する。配線層形成用
金属ペーストは、タングステンのような高融点金属粉末
に有機バインダや溶剤を添加、混合して、流動性を付与
したものである。マンガン成分を含有しないグリーンシ
ートを用いる場合には、配線層形成用金属ペーストにマ
ンガン成分を添加し、これを所望の配線形状に塗布する
と共に、スルーホール内に充填する。マンガン成分を配
線層形成用金属ペースト中に配合する場合には、グリー
ンシート中に配合する際の量の1/10〜1/50程度とするこ
とが好ましい。
Next, when a green sheet containing a manganese component is used, a normal wiring layer forming metal paste is applied in a desired wiring shape. Further, the through hole is filled with a wiring layer forming metal paste. The wiring layer forming metal paste is a high melting point metal powder such as tungsten to which an organic binder and a solvent are added and mixed to impart fluidity. When a green sheet containing no manganese component is used, the manganese component is added to the metal paste for forming the wiring layer, the manganese component is applied in a desired wiring shape, and the through hole is filled. When the manganese component is blended in the wiring layer forming metal paste, it is preferably about 1/10 to 1/50 of the amount when blended in the green sheet.

【0030】配線層形成用金属ペーストを塗布した窒化
アルミニウムグリーンシートを、必要枚数積層して窒化
アルミニウム成形体を作製する。次に、窒化アルミニウ
ム成形体を脱脂処理した後、窒素雰囲気のような非酸化
性雰囲気中で焼成して、窒化アルミニウム基材と配線金
属とを同時に焼結させる。このようにして、窒化アルミ
ニウム多層配線基板4を得る。
A necessary number of aluminum nitride green sheets coated with the wiring layer forming metal paste are laminated to produce an aluminum nitride compact. Next, after degreasing the aluminum nitride compact, it is fired in a non-oxidizing atmosphere such as a nitrogen atmosphere to simultaneously sinter the aluminum nitride base material and the wiring metal. In this way, the aluminum nitride multilayer wiring board 4 is obtained.

【0031】本発明の窒化アルミニウム配線基板は、図
2に示すように、窒化アルミニウム基板5の表面に配線
金属層6を設けた窒化アルミニウム表面配線基板7に適
用することも可能である。この場合、前述した窒化アル
ミニウム多層配線基板と同様に、表面配線金属層6はそ
れを主として構成する金属例えばタングステンの他に、
微量のマンガンを含有している。マンガンはタングステ
ンとの複合体として存在し、このタングステンとマンガ
ンとを含む複合体は、表面配線金属層6の緻密化に寄与
し、例えば表面配線金属層6の気孔率を2%以下にする。
マンガン成分は、窒化アルミニウム多層配線基板と同様
に、窒化アルミニウム基板5の形成に使用する窒化アル
ミニウムグリーンシートや、表面配線金属層6の形成に
用いる金属ペースト中に予め添加しておく。ただし、緻
密化がより困難な内部配線金属層を有する窒化アルミニ
ウム配線基板に対して、本発明は特に有効である。
The aluminum nitride wiring board of the present invention can be applied to an aluminum nitride surface wiring board 7 in which a wiring metal layer 6 is provided on the surface of an aluminum nitride board 5, as shown in FIG. In this case, as in the case of the above-mentioned aluminum nitride multilayer wiring board, the surface wiring metal layer 6 is made of a metal mainly composed of it, such as tungsten,
Contains traces of manganese. Manganese exists as a composite with tungsten, and the composite containing tungsten and manganese contributes to the densification of the surface wiring metal layer 6, and makes the porosity of the surface wiring metal layer 6 2% or less, for example.
The manganese component is previously added to the aluminum nitride green sheet used to form the aluminum nitride substrate 5 and the metal paste used to form the surface wiring metal layer 6 as in the aluminum nitride multilayer wiring substrate. However, the present invention is particularly effective for an aluminum nitride wiring board having an internal wiring metal layer that is more difficult to densify.

【0032】このように、窒化アルミニウム表面配線基
板7においても、配線金属とマンガンとを少なくとも含
む複合体の存在によって、気孔率が2%以下というような
十分に緻密化された表面配線金属層6が得られる。さら
に、窒化アルミニウム基板5と表面配線金属層6との接
合性も安定化する。
As described above, also in the aluminum nitride surface wiring substrate 7, due to the presence of the composite containing at least the wiring metal and manganese, the surface wiring metal layer 6 having a sufficiently dense porosity of 2% or less. Is obtained. Further, the bondability between the aluminum nitride substrate 5 and the surface wiring metal layer 6 is also stabilized.

【0033】上述したような十分に緻密化された表面配
線金属層6は、その上にメッキ層や薄膜を形成する際
に、液体分や有機不純物が配線層に侵入しないため、加
熱処理等に伴う分解ガス成分の発生や膨れ異常等の不良
要因を回避することができる。また、表面配線金属層6
は導通不良や外観不良の原因となる不要物、例えば窒化
アルミニウム成分や焼結助剤成分を含んでいないため、
低抵抗で外観性に優れたものとなる。
The fully densified surface wiring metal layer 6 as described above is not subjected to heat treatment or the like because liquid components and organic impurities do not enter the wiring layer when a plating layer or a thin film is formed thereon. It is possible to avoid defective factors such as generation of decomposed gas components and abnormal swelling. In addition, the surface wiring metal layer 6
Is an unnecessary substance that causes poor continuity and poor appearance, for example, does not contain an aluminum nitride component or a sintering aid component,
It has low resistance and excellent appearance.

【0034】さらに、本発明は内部配線金属層と表面配
線金属層を共に設けた窒化アルミニウム配線基板に適用
することも可能であり、いずれの配線層についても同様
な緻密化効果が得られる。
Furthermore, the present invention can be applied to an aluminum nitride wiring board provided with both an internal wiring metal layer and a surface wiring metal layer, and the same densification effect can be obtained for any wiring layer.

【0035】次に、本発明の窒化アルミニウム配線基板
の具体例およびその評価結果について述べる。
Next, specific examples of the aluminum nitride wiring board of the present invention and the evaluation results thereof will be described.

【0036】実施例1、比較例1 まず、マンガン化合物として純度 99%の二酸化マンガン
粉末を用意した。この二酸化マンガン粉末を、窒化アル
ミニウムに対して 2.5mol%、0.75mol%および0.25mol%の
割合で、窒化アルミニウムグリーンシート成形用スラリ
ーにそれぞれ添加した。グリーンシート成形用スラリー
は、焼結助剤として 5重量% の酸化イットリウムを含有
する窒化アルミニウム原料粉末を用いて作製したもので
ある。また、二酸化マンガン粉末は粒径が粗いため、ポ
ットミルで粉砕した後に通篩してから、グリーンシート
成形用スラリーに混合した。このようなグリーンシート
成形用スラリーをそれぞれ用いて、必要枚数の窒化アル
ミニウムグリーンシートを作製した。
Example 1 and Comparative Example 1 First, manganese dioxide powder having a purity of 99% was prepared as a manganese compound. The manganese dioxide powder was added to the aluminum nitride green sheet forming slurry at a ratio of 2.5 mol%, 0.75 mol% and 0.25 mol% with respect to aluminum nitride, respectively. The green sheet forming slurry was prepared by using aluminum nitride raw material powder containing 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid. Further, since the manganese dioxide powder has a coarse particle size, it was ground in a pot mill, sieved, and then mixed with a slurry for forming a green sheet. The required number of aluminum nitride green sheets were produced using each of the green sheet forming slurries.

【0037】各窒化アルミニウムグリーンシートにスル
ーホールを形成して、このスルーホール内にタングステ
ンペーストを充填した。さらに、窒化アルミニウムグリ
ーンシートの表面にタングステンペーストを印刷した。
次いで、これら窒化アルミニウムグリーンシートを積層
してそれぞれ積層成形体を作製した。こられ各積層成形
体を窒素気流中にて脱脂した。なお、タングステンペー
スト中には、窒化アルミニウム成分を添加せず、無機成
分はタングステン粉末のみのペーストを用いた。これは
配線金属に及ぼす二酸化マンガンの効果をよく把握する
ためである。
A through hole was formed in each aluminum nitride green sheet, and the tungsten paste was filled in the through hole. Further, a tungsten paste was printed on the surface of the aluminum nitride green sheet.
Then, these aluminum nitride green sheets were laminated to produce laminated molded bodies. Each of these laminated compacts was degreased in a nitrogen stream. In the tungsten paste, the aluminum nitride component was not added, and the inorganic component was a paste containing only tungsten powder. This is to understand the effect of manganese dioxide on the wiring metal.

【0038】この後、各脱脂体を窒化アルミニウム製の
焼成治具内に配置し、窒素中にて2093Kで焼成し、窒化
アルミニウムとタングステンとを同時に焼成することに
よって、窒化アルミニウム配線基板をそれぞれ得た。
Thereafter, each degreased body is placed in a firing jig made of aluminum nitride, fired at 2093 K in nitrogen, and aluminum nitride and tungsten are fired at the same time to obtain aluminum nitride wiring boards. It was

【0039】また、本発明との比較例として、窒化アル
ミニウムグリーンシートに二酸化マンガンを添加しない
以外は、上記実施例と同一条件で、窒化アルミニウムと
タングステンとの同時焼成基板(窒化アルミニウム配線
基板)を作製した。この比較例1の同時焼成基板は、実
施例1と同じ炉内で同時に焼成したものである。
In addition, as a comparative example with the present invention, a co-fired substrate of aluminum nitride and tungsten (aluminum nitride wiring board) was prepared under the same conditions as in the above-mentioned example except that manganese dioxide was not added to the aluminum nitride green sheet. It was made. The co-fired substrate of Comparative Example 1 was fired in the same furnace as in Example 1 at the same time.

【0040】このようにして得た実施例1および比較例
1による各窒化アルミニウム配線基板の配線金属層(タ
ングステン層)の内部焼結状態等を評価するために、そ
れぞれの断面構造を走査型電子顕微鏡で観察した。図3
は、実施例1(二酸化マンガン粉末を 2.5mol%の割合で
添加したもの)の内部配線部分の断面微細構造を示す走
査型電子顕微鏡写真である。また図4は、比較例1の内
部配線部分の断面微細構造を示す走査型電子顕微鏡写真
である。
In order to evaluate the internal sintering state and the like of the wiring metal layer (tungsten layer) of the aluminum nitride wiring boards according to Example 1 and Comparative Example 1 thus obtained, the respective cross-sectional structures were examined by scanning electron microscopy. It was observed under a microscope. Figure 3
3 is a scanning electron micrograph showing a sectional fine structure of an internal wiring portion of Example 1 (manganese dioxide powder added at a ratio of 2.5 mol%). FIG. 4 is a scanning electron micrograph showing the cross-sectional fine structure of the internal wiring portion of Comparative Example 1.

【0041】図3から明らかなように、二酸化マンガン
を添加した窒化アルミニウムグリーンシートを用いた窒
化アルミニウム配線基板(実施例1)においては、内部
配線部分の緻密化が十分に進んでおり、気孔等がほとん
どない一体の配線金属層が得られている。また、配線金
属層は周囲の窒化アルミニウムとよく濡れており、密着
性もよいことが認められた。二酸化マンガン粉末を0.75
mol%および0.25mol%の割合で添加した窒化アルミニウム
グリーンシートを用いた窒化アルミニウム配線基板につ
いても、同様に内部配線部分の緻密化が十分に進んでお
り、気孔等がほとんどない一体の配線金属層が得られて
いることを確認した。
As is apparent from FIG. 3, in the aluminum nitride wiring board (Example 1) using the aluminum nitride green sheet to which manganese dioxide was added, the internal wiring portion was sufficiently densified, and pores and the like were formed. An integrated wiring metal layer with almost no defects is obtained. It was also confirmed that the wiring metal layer was well wetted with the surrounding aluminum nitride and had good adhesion. 0.75 manganese dioxide powder
Similarly, for aluminum nitride wiring boards using aluminum nitride green sheets added in the proportions of mol% and 0.25 mol%, the internal wiring portion has also been sufficiently densified, and an integrated wiring metal layer with few pores. It was confirmed that was obtained.

【0042】一方、図4から明らかなように、二酸化マ
ンガンを添加していない窒化アルミニウムグリーンシー
トを用いた窒化アルミニウム配線基板は、内部配線部分
に多くの気孔が存在していた。また、周囲の窒化アルミ
ニウムとの密着性についても、気孔の存在により良好で
ない様子が観察されている。
On the other hand, as is clear from FIG. 4, the aluminum nitride wiring board using the aluminum nitride green sheet to which manganese dioxide was not added had many pores in the internal wiring portion. Further, it is observed that the adhesion with the surrounding aluminum nitride is not good due to the existence of pores.

【0043】さらに、実施例1および比較例1による各
窒化アルミニウム配線基板のスルーホールの表面部分を
光学顕微鏡(倍率:500倍)で観察した。図5は、実施例
1(二酸化マンガン粉末を 2.5mol%の割合で添加したも
の)によるスルーホール表面の微細構造を拡大して示す
光学顕微鏡写真である。また図6は、比較例1によるス
ルーホール表面の微細構造を拡大して示す光学顕微鏡写
真である。
Further, the surface portion of the through hole of each aluminum nitride wiring board according to Example 1 and Comparative Example 1 was observed with an optical microscope (magnification: 500 times). FIG. 5 is an optical micrograph showing an enlarged microstructure of the surface of the through hole according to Example 1 (manganese dioxide powder added at a ratio of 2.5 mol%). Further, FIG. 6 is an optical micrograph showing an enlarged microstructure of the surface of the through hole according to Comparative Example 1.

【0044】図5と図6の比較から、二酸化マンガンを
添加した窒化アルミニウム配線基板(実施例1)のスル
ーホールではタングステンの粒成長が生じ、緻密化が進
んでいることが明らかである。
From the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, it is apparent that tungsten grain growth occurs in the through holes of the aluminum nitride wiring substrate (Example 1) to which manganese dioxide is added, and the densification is advanced.

【0045】図6から明らかなように、比較例1による
窒化アルミニウム配線基板では、タングステンの粒成長
が十分に進行しておらず、多数の気孔が存在していたた
めに、生じた気孔中に液体成分や有機物成分が侵入しや
すいことを確認した。このような不純物成分の侵入は、
半導体素子搭載時の加熱処理等において、メッキ膨れや
異常成分ガスの発生を引き起こす直接の原因となる。実
施例1による窒化アルミニウム配線基板では、配線層が
緻密化しているため、配線金属層への不純物成分の浸透
は皆無であり、メッキ後の加熱処理でも何等異常は認め
られなかった。上述した実施例1および比較例1の各窒
化アルミニウム配線基板について、配線金属層の断面の
走査型電子顕微鏡写真を画像解析にて処理し、内部配線
層の断面部に残る気孔の量(残存気孔率)を測定した。
この残存気孔率は、窒化アルミニウム多層基板の各層に
対応させて求めた。その結果を表1に示す。
As is apparent from FIG. 6, in the aluminum nitride wiring substrate according to Comparative Example 1, the grain growth of tungsten did not proceed sufficiently and a large number of pores were present. It was confirmed that the components and organic substances could easily enter. The penetration of such impurity components is
It is a direct cause of swelling of plating and generation of abnormal component gas during heat treatment when mounting a semiconductor element. In the aluminum nitride wiring substrate according to Example 1, since the wiring layer was densified, no impurity component permeated into the wiring metal layer, and no abnormality was observed in the heat treatment after plating. For each of the aluminum nitride wiring boards of Example 1 and Comparative Example 1 described above, a scanning electron micrograph of the cross section of the wiring metal layer was processed by image analysis, and the amount of pores remaining in the cross section of the internal wiring layer (residual pores Rate) was measured.
The residual porosity was determined in correspondence with each layer of the aluminum nitride multilayer substrate. The results are shown in Table 1.

【0046】[0046]

【表1】 また、実施例1および比較例1による各窒化アルミニウ
ム配線基板の配線金属層の構成元素量をEPMA分析に
より測定した。その結果を表2に示す。
[Table 1] Further, the amount of constituent elements of the wiring metal layer of each aluminum nitride wiring board according to Example 1 and Comparative Example 1 was measured by EPMA analysis. The results are shown in Table 2.

【0047】[0047]

【表2】 なお、二酸化マンガンの添加量を0.25mol%とした窒化ア
ルミニウム配線基板では、EPMAの分析結果としてMn
が検出されていないが、これは線分析結果に基くもので
あると考えられる。ちなみに、EPMAの面分析結果に
よれば、明らかに二酸化マンガンを添加していない比較
例1に比べて、Mn量が多いことが確認された。また、二
酸化マンガンの添加量を0.25mol%とした窒化アルミニウ
ム配線基板においても、前述したように配線金属層(タ
ングステン層)の緻密化が十分に進んでおり、二酸化マ
ンガンの添加効果が得られている。
[Table 2] In addition, in the aluminum nitride wiring substrate in which the addition amount of manganese dioxide is 0.25 mol%, the Mn
Was not detected, which is considered to be based on the line analysis results. By the way, according to the surface analysis result of EPMA, it was confirmed that the Mn content was larger than that of Comparative Example 1 in which manganese dioxide was not added. Further, even in the aluminum nitride wiring board in which the amount of manganese dioxide added is 0.25 mol%, the wiring metal layer (tungsten layer) is sufficiently densified as described above, and the effect of adding manganese dioxide is obtained. There is.

【0048】比較例1による窒化アルミニウム配線基板
の配線金属層が YやAlを含有しているのは、タングステ
ンの焼結(緻密化)が遅く、これにより窒化アルミニウ
ム基板側から焼結助剤による液相成分が浸入したためと
考えられる。これに対して、実施例1による窒化アルミ
ニウム配線基板の配線金属層では、 YやAlが検出されて
いない。このことからも、実施例1ではタングステンの
焼結速度が速まり、速やかに緻密化したことが分かる。
The wiring metal layer of the aluminum nitride wiring board according to Comparative Example 1 contains Y or Al because the sintering (densification) of tungsten is slow, and this results from the sintering aid from the aluminum nitride substrate side. It is considered that the liquid phase component entered. On the other hand, Y or Al was not detected in the wiring metal layer of the aluminum nitride wiring board according to Example 1. From this, it can be seen that in Example 1, the sintering rate of tungsten was increased, and the tungsten was rapidly densified.

【0049】なお、実施例1による窒化アルミニウム多
層配線基板のタングステン層の成分分析を微小領域X線
回折により行ったところ、マンガンとタングステンとの
複合酸化物が生成していることを確認した。
When the composition of the tungsten layer of the aluminum nitride multilayer wiring board according to Example 1 was analyzed by fine area X-ray diffraction, it was confirmed that a complex oxide of manganese and tungsten was produced.

【0050】実施例2、比較例2 焼結助剤として 5重量% の酸化イットリウムを含有する
窒化アルミニウム原料粉末を用いて窒化アルミニウムグ
リーンシート成形用スラリーを調製し、このグリーンシ
ート成形用スラリーを用いて必要枚数の窒化アルミニウ
ムグリーンシートを作製した。
Example 2, Comparative Example 2 An aluminum nitride green sheet forming slurry was prepared by using aluminum nitride raw material powder containing 5% by weight of yttrium oxide as a sintering aid, and this green sheet forming slurry was used. The required number of aluminum nitride green sheets were produced.

【0051】一方、マンガン化合物として純度 99%の二
酸化マンガン粉末を用意し、この二酸化マンガン粉末
を、タングステンペーストにタングステンに対して0.05
mol%の割合で添加、混合した。二酸化マンガン粉末は粒
径が粗いため、ポットミルで粉砕した後に通篩してか
ら、タングステンペーストに混合した。
On the other hand, manganese dioxide powder having a purity of 99% was prepared as a manganese compound, and this manganese dioxide powder was added to a tungsten paste in an amount of 0.05% with respect to tungsten.
It was added and mixed at a ratio of mol%. Since the manganese dioxide powder has a coarse particle size, it was ground in a pot mill, sieved, and then mixed with a tungsten paste.

【0052】各窒化アルミニウムグリーンシートにスル
ーホールを形成して、このスルーホール内に上記二酸化
マンガン粉末を添加したタングステンペーストを充填し
た。さらに、窒化アルミニウムグリーンシートの表面に
タングステンペーストを印刷した。次いで、これら窒化
アルミニウムグリーンシートを積層して積層成形体を作
製した後、この積層成形体を窒素気流中にて脱脂した。
なお、タングステンペースト中には、窒化アルミニウム
成分を添加せず、無機成分はタングステン粉末のみのペ
ーストを用いた。これは配線金属に及ぼす二酸化マンガ
ンの効果をよく把握するためである。
A through hole was formed in each aluminum nitride green sheet, and the tungsten paste containing the above manganese dioxide powder was filled in the through hole. Further, a tungsten paste was printed on the surface of the aluminum nitride green sheet. Next, these aluminum nitride green sheets were laminated to produce a laminated compact, and this laminated compact was degreased in a nitrogen stream.
In the tungsten paste, the aluminum nitride component was not added, and the inorganic component was a paste containing only tungsten powder. This is to understand the effect of manganese dioxide on the wiring metal.

【0053】この後、上述した脱脂体を窒化アルミニウ
ム製の焼成治具内に配置し、窒素中にて 2093Kで焼成
し、窒化アルミニウムとタングステンとを同時に焼成す
ることによって、窒化アルミニウム配線基板を得た。
Thereafter, the above-mentioned degreased body is placed in a firing jig made of aluminum nitride, fired at 2093 K in nitrogen, and aluminum nitride and tungsten are fired at the same time to obtain an aluminum nitride wiring board. It was

【0054】また、本発明との比較例として、タングス
テンペースト内に二酸化マンガンを添加しない以外は、
上記実施例と同一条件で、窒化アルミニウムとタングス
テンとの同時焼成基板(窒化アルミニウム配線基板)を
作製した。この比較例2の同時焼成基板は、実施例2と
同じ炉内で同時に焼成したものである。
As a comparative example with the present invention, except that manganese dioxide is not added to the tungsten paste,
A co-fired substrate of aluminum nitride and tungsten (aluminum nitride wiring substrate) was produced under the same conditions as in the above-mentioned example. The co-fired substrate of Comparative Example 2 was fired in the same furnace as in Example 2 at the same time.

【0055】このようにして得た実施例2および比較例
2による各窒化アルミニウム配線基板の配線金属層(タ
ングステン層)の内部焼結状態等を評価するために、そ
れぞれの断面構造を走査型電子顕微鏡写真で観察した。
図7は、実施例2の内部配線部分の断面微細構造を示す
走査型電子顕微鏡写真である。また図8は、比較例2の
内部配線部分の断面微細構造を示す走査型電子顕微鏡写
真である。
In order to evaluate the internal sintering state and the like of the wiring metal layer (tungsten layer) of each aluminum nitride wiring board according to Example 2 and Comparative Example 2 obtained in this way, the respective cross-sectional structures were scanned with a scanning electron. It was observed with a micrograph.
FIG. 7 is a scanning electron micrograph showing the cross-sectional fine structure of the internal wiring portion of Example 2. Further, FIG. 8 is a scanning electron micrograph showing the cross-sectional fine structure of the internal wiring portion of Comparative Example 2.

【0056】図7から明らかなように、二酸化マンガン
を添加したタングステンペーストを用いた窒化アルミニ
ウム配線基板(実施例2)においては、内部配線部分の
緻密化が十分に進んでおり、気孔等がほとんどない一体
の配線金属層が得られている。また、配線金属層は周囲
の窒化アルミニウムとよく濡れており、密着性もよいこ
とが認められた。
As is clear from FIG. 7, in the aluminum nitride wiring board (Example 2) using the tungsten paste containing manganese dioxide, the internal wiring portion was sufficiently densified, and pores and the like were almost eliminated. No integral wiring metal layer is obtained. It was also confirmed that the wiring metal layer was well wetted with the surrounding aluminum nitride and had good adhesion.

【0057】一方、図8から明らかなように、二酸化マ
ンガンを添加していないタングステンペーストを用いた
窒化アルミニウム配線基板では、内部配線部分に多くの
気孔が存在していた。また、周囲の窒化アルミニウムと
の密着性についても、気孔の存在により良好でない様子
が観察されている。
On the other hand, as is clear from FIG. 8, in the aluminum nitride wiring board using the tungsten paste to which manganese dioxide was not added, many pores were present in the internal wiring portion. Further, it is observed that the adhesion with the surrounding aluminum nitride is not good due to the existence of pores.

【0058】上述した実施例2および比較例2の各窒化
アルミニウム配線基板について、配線金属層の断面の走
査型電子顕微鏡写真を画像解析にて処理し、配線金属層
の断面部に残る気孔の量(残存気孔率)を測定した。こ
の残存気孔率は、窒化アルミニウム多層基板の各層に対
応させて求めた。その結果を表3に示す。
For each of the aluminum nitride wiring boards of Example 2 and Comparative Example 2 described above, a scanning electron micrograph of the cross section of the wiring metal layer was processed by image analysis, and the amount of pores remaining in the cross section of the wiring metal layer was processed. (Residual porosity) was measured. The residual porosity was determined in correspondence with each layer of the aluminum nitride multilayer substrate. The results are shown in Table 3.

【0059】[0059]

【表3】 [Table 3]

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
窒化アルミニウムグリーンシートもしくは配線層形成用
金属ペースト中に、マンガンやマンガン化合物を添加し
ているため、基板成分等を配線金属に混合することな
く、配線金属層を緻密化させることができる。さらに、
窒化アルミニウムと配線金属との接合を安定させること
ができる。従って、配線金属層の導通不良や外観不良、
さらには配線金属層上に形成するメッキ層や薄膜配線層
等の膨れ異常の発生等を防止することが可能となる。こ
れらによって、半導体パッケージや回路基板等に適した
窒化アルミニウム配線基板を安定して提供することが可
能となる。
As described above, according to the present invention,
Since manganese and a manganese compound are added to the aluminum nitride green sheet or the metal paste for forming the wiring layer, the wiring metal layer can be densified without mixing the substrate components and the like with the wiring metal. further,
It is possible to stabilize the bonding between the aluminum nitride and the wiring metal. Therefore, poor continuity and appearance of the wiring metal layer,
Further, it is possible to prevent the occurrence of abnormal swelling of the plating layer or the thin film wiring layer formed on the wiring metal layer. As a result, it is possible to stably provide an aluminum nitride wiring board suitable for a semiconductor package, a circuit board, or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の一実施例による窒化アルミニウム配
線基板の構成を模式的に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a configuration of an aluminum nitride wiring board according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の他の実施例による窒化アルミニウム
配線基板の構成を模式的に示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view schematically showing the structure of an aluminum nitride wiring board according to another embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例1による窒化アルミニウム配
線基板の内部配線層部分の断面構造を拡大して示す走査
型電子顕微鏡写真である。
FIG. 3 is a scanning electron micrograph showing an enlarged cross-sectional structure of an internal wiring layer portion of an aluminum nitride wiring board according to Example 1 of the present invention.

【図4】 比較例1による窒化アルミニウム配線基板の
内部配線層部分の断面構造を拡大して示す走査型電子顕
微鏡写真である。
4 is a scanning electron micrograph showing an enlarged sectional structure of an internal wiring layer portion of an aluminum nitride wiring board according to Comparative Example 1. FIG.

【図5】 本発明の実施例1による窒化アルミニウム配
線基板の配線金属層の表面微細構造を拡大して示す光学
顕微鏡写真である。
FIG. 5 is an optical micrograph showing an enlarged surface microstructure of a wiring metal layer of an aluminum nitride wiring board according to Example 1 of the present invention.

【図6】 比較例1による窒化アルミニウム配線基板の
配線金属層の表面微細構造を拡大して示す光学顕微鏡写
真である。
FIG. 6 is an optical micrograph showing an enlarged surface fine structure of a wiring metal layer of an aluminum nitride wiring board according to Comparative Example 1.

【図7】 本発明の実施例2による窒化アルミニウム配
線基板の内部配線層部分の断面構造を拡大して示す走査
型電子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a scanning electron micrograph showing an enlarged cross-sectional structure of an internal wiring layer portion of an aluminum nitride wiring board according to Example 2 of the present invention.

【図8】 比較例2による窒化アルミニウム配線基板の
内部配線層部分の断面構造を拡大して示す走査型電子顕
微鏡写真である。
8 is a scanning electron micrograph showing an enlarged cross-sectional structure of an internal wiring layer portion of an aluminum nitride wiring board according to Comparative Example 2. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……窒化アルミニウム多層基板 2……窒化アルミニウム層 3……内部配線金属層 4……窒化アルミニウム多層配線基板 5……窒化アルミニウム基板 6……表面配線金属層 7……窒化アルミニウム表面配線基板 1 ... Aluminum nitride multilayer substrate 2 ... Aluminum nitride layer 3 ... Internal wiring metal layer 4 ... Aluminum nitride multilayer wiring substrate 5 ... Aluminum nitride substrate 6 ... Surface wiring metal layer 7 ... Aluminum nitride surface wiring substrate

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Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化アルミニウム基板と、前記窒化アル
ミニウム基板の表面および内部の少なくとも一方に設け
られ、前記窒化アルミニウム基板と同時焼成された配線
金属層とを具備する窒化アルミニウム配線基板におい
て、 前記配線金属層は、該配線金属層を主として構成する金
属の他に、マンガンを2重量% 以下の範囲で含有するこ
とを特徴とする窒化アルミニウム配線基板。
1. An aluminum nitride wiring board comprising: an aluminum nitride substrate; and a wiring metal layer provided on at least one of a surface and an inside of the aluminum nitride substrate and co-fired with the aluminum nitride substrate. The aluminum nitride wiring board, wherein the layer contains manganese in an amount of 2% by weight or less in addition to the metal mainly constituting the wiring metal layer.
【請求項2】 窒化アルミニウム基板と、前記窒化アル
ミニウム基板の表面および内部の少なくとも一方に設け
られ、気孔率が2%以下である配線金属層とを具備するこ
とを特徴とする窒化アルミニウム配線基板。
2. An aluminum nitride wiring board comprising: an aluminum nitride substrate; and a wiring metal layer provided on at least one of a surface and an inside of the aluminum nitride substrate and having a porosity of 2% or less.
【請求項3】 請求項2記載の窒化アルミニウム配線基
板において、 前記配線金属層の構成成分は、無機絶縁物を実質的に含
まない金属材料からなることを特徴とする窒化アルミニ
ウム配線基板。
3. The aluminum nitride wiring board according to claim 2, wherein the constituent component of the wiring metal layer is made of a metal material that does not substantially contain an inorganic insulator.
【請求項4】 請求項3記載の窒化アルミニウム配線基
板において、 前記配線金属層は、前記窒化アルミニウム基板と同時焼
成された焼成金属層であることを特徴とする窒化アルミ
ニウム配線基板。
4. The aluminum nitride wiring board according to claim 3, wherein the wiring metal layer is a baked metal layer co-fired with the aluminum nitride board.
【請求項5】 請求項2記載の窒化アルミニウム配線成
基板において、 前記配線金属層は、マンガンを 2重量% 以下の範囲で含
有することを特徴とする窒化アルミニウム配線基板。
5. The aluminum nitride wiring board according to claim 2, wherein the wiring metal layer contains manganese in an amount of 2% by weight or less.
【請求項6】 窒化アルミニウムグリーンシートに、配
線金属を含有する配線層形成用金属ペーストを所望形状
に塗布し、これを 1層または複数層積層して窒化アルミ
ニウム成形体を作製する工程と、前記窒化アルミニウム
成形体を焼成して、窒化アルミニウム基材と前記配線金
属とを同時に焼結させる工程とを具備する窒化アルミニ
ウム配線基板の製造方法において、 前記窒化アルミニウムグリーンシートおよび前記配線層
形成用金属ペーストの少なくとも一方に、マンガンおよ
びマンガン化合物から選ばれる少なくとも 1種のマンガ
ン成分を添加することを特徴とする窒化アルミニウム配
線基板の製造方法。
6. A step of applying a wiring layer forming metal paste containing a wiring metal to a desired shape on an aluminum nitride green sheet and laminating one or more layers of the paste to produce an aluminum nitride molded body, A method of manufacturing an aluminum nitride wiring board, comprising a step of firing an aluminum nitride molded body to simultaneously sinter an aluminum nitride base material and the wiring metal, wherein the aluminum nitride green sheet and the wiring layer forming metal paste are provided. At least one manganese component selected from manganese and manganese compounds is added to at least one of the above.
【請求項7】 請求項6記載の窒化アルミニウム配線基
板の製造方法において、 前記焼成工程にて、前記マンガン成分と前記配線金属と
を反応させて、前記配線金属とマンガンとを少なくとも
含む微量の複合体を、前記配線金属中に生成することを
特徴とする窒化アルミニウム配線基板の製造方法。
7. The method for manufacturing an aluminum nitride wiring board according to claim 6, wherein the manganese component reacts with the wiring metal in the firing step to form a trace amount of a composite containing at least the wiring metal and manganese. A method for manufacturing an aluminum nitride wiring board, wherein a body is formed in the wiring metal.
【請求項8】 請求項6記載の窒化アルミニウム配線基
板の製造方法において、 前記配線金属としてタングステンを主成分とする金属材
料を用いると共に、前記マンガン成分としてマンガン化
合物を用いることを特徴とする窒化アルミニウム配線基
板の製造方法。
8. The method for manufacturing an aluminum nitride wiring board according to claim 6, wherein a metal material containing tungsten as a main component is used as the wiring metal, and a manganese compound is used as the manganese component. Wiring board manufacturing method.
JP32954694A 1993-12-29 1994-12-02 Aluminum nitride wiring board and manufacturing method thereof Abandoned JPH07235769A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023078439A (en) * 2018-12-10 2023-06-06 ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフト Substrate and manufacturing method of the substrate
US12441088B2 (en) 2018-12-10 2025-10-14 Tdk Electronics Ag Substrate and method for producing the substrate

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